有线电视的MMDS和AML传输方式

🏠 首页 《无线电》杂志 1995年 🔗 第3期 🔗 第5页 分类:业余实验与制作 🔗 何谨 🔗

有线电视的传输手段是多种多样的,其中以微波作为传输手段的方式就有MMDS和AML两种。本文详细介绍一下它们的功能、工作原理及所用设备的技术要求,最后对比地讲讲它们各自的特点和适用场合。

MMDS系统

1.概念及功能

MMDS为多频道微波分配系统,其工作频段为2.5~2.7GHz,带宽为200MHz。如果应用于PAL制中大约可传24套电视节目。

MMDS系统是一种电视分配系统。在我国主要用于集体接收以解决人口密度小的城郊居民不能正常收看电视节目的问题。可以说是有线电视的一种补充手段。大城市采用MMDS方式主要用来增加节目源,扩展现有的广播电视服务。在国外MMDS主要用于个体接收。在已经建立了电缆的区域内,提供一个与之竞争的传输手段,来做各种任选的服务;在没有电缆电视服务的居民区,引入无线节目分配服务。

2.MMDS系统工作原理

MMDS是无线传输方式,如图1所示。系统由发—收端两部分组成。采用的是残留边带调幅技术。在用全向性天线发射时,覆盖半径为15~50公里,视发射机输出功率,天线增益,地面特征及接收设备的性能而定。由于微波的传输特点与光非常相似,它会象光那样被障碍物所阻挡与衰减,因此保证发射与接收端无障碍直线传输是非常重要的,也就是说发射、接收地点、天线高度的选择是很重要的。

图1
图1 🔍原图 (988×510)

MMDS系统可传多套电视节目,但每一套节目需用一个电视发射机,多台发射机的输出用双工器组合起来,送到一个或两个发射天线上去。通常是按隔频组合的,如:l、3、5、7频道组成一组用一副天线发射,2、4、6、8频道组成一组用另一副天线发射,它们各自都是非邻频组合。每台发射机由激励器或调制器、后置放大器、上变频器和功率放大器组成。双工器用于将多个单独的频道合成为一个多频道组。发射天线的作用是在发射机功率额定的情况下,增加一些增益,使整个系统有最大的覆盖面积和保证用户处有足够的信号电平。

由于MMDS用的频率不是在通常接收机的调谐范围内.所以接收端应包括天线和下变频器,下变频器将MMDS信号载频变换到一般标准电视机所能接收的频率。在频道多的情况下,如需启动增补频道,还要安装上变换器。

3.对系统设备主要技术参数的要求

目前MMDS发射机均为全固态,额定输出功率为10W~100W,伴音功率占10%。发射机的输出通过同轴线或波导送上天线,后者的传输损耗相对来说较小,如椭圆波导,每百尺损耗小于0.5dB。对于一个有线电视台,其前端通常选用具有全向方向图的天线,增益范围7~20dB。如果在某一方向有特别用户(城郊县城),则需用定向天线,使天线的功率辐射朝向指定覆盖区。

接收天线应是定向的室外单元,通常架高25~30英尺,增益平均为20dB。传输距离远的情况下,易采用4英尺盘状天线,具有28dB以上的增益。下变频器安装得要尽量接近接收天线,它的主要技术参数有增益、噪声系数和动态范围。适当的增益以补偿入户电缆的损耗。噪声系数和接收信号的强度决定着接收图像的信杂比。我们希望噪声系数越低越好,同时一个多频道系统的性能要求是具有好的线性,从而在处理多路信号时,不产生互调、交调和其它失真。如果变频增益为22dB,则噪声系数可以为4.5dB。

AML 系统

1.概念及功能

AML为调幅微波链路,是目前北美采用的传输方式之一,其工作频率范围为12.7~13.2GHz,共500MHz带宽,定向发射,可传50套左右的PAL电视信号。

AML微波用于有线电视有如下功能:

(1)正向电视分配:电视信号由中心经AML微波远程传送到各CATV分配点,可解决各种电视分配问题。

(2)适合城市及郊区应用:只要在发射功率覆盖范围内(覆盖半径15~50公里),AML微波系统能为各类用户提供高质量服务。

(3)前端可以灵活设置:由于是宽带传送信号,故它可把全部所需频道的节目源从一个独立的中心前端同时传输到多个分前端。

(4)可采用加扰技术:AML微波系统可采用所有加扰技术(包括可寻址的),能处理各种类型的调制信号。

2.AML系统工作原理

AML系统也是一种无线传输方式,如图2所示。由发—收端两部分构成。采用单边带抑制载波幅度调制技术。

图2
图2 🔍原图 (967×440)

总前端由频道处理器、混合器和AML微波发射机组成。频道处理器把由空中接收到的VHF UHF电视信号、FM广播信号和微波卫星信号分别进行处理后调制混合成一个宽带的调频、电视信号,其中VHF、UHF无线电视信号需进行频道转换,卫星、微波信号需经下变频、处理后再调制(即FM—AM转换),本地自办节目进行调制,所有这些信号全部按顺序排列在50~550MHz频带,馈给AML发射机。AML发射机由放大、混频、滤波、混合等单元组成。混频是由微波载波群变换到Ku波段(12.7~13.2GHz),最后微波信号通过波导馈送到抛物面微波天线定向发射。AML微波接收机将微波频率向下群变换到有线电视频带范围内,直接馈入CATV网的干线中。

一个AML发射机可给16个以上微波接收机提供信号,在信号质量不下降的情况下,传送距离达50kM。如果前端节目源很多,下变频后需占用增补频道,可使用机上变换器。前面谈到AML系统功能时提到可在该系统中采用各种类型的加扰技术,只要在AML发射机前加上即可,此时机上变换器需带相应的解扰功能,或单独增加解扰小盒。

3.对系统设备主要技术的要求

AML发射机采用Ku波段高功率场效应晶体管,利用功率倍增原理制成,功率为4W左右。这种宽带发射机成本较低,特别是频道数很多的情况 下,用一部发射机可替代几十部老式单频道发射设备,是一个非常经济的传输方式。

在AML接收机前,通常我们要放一个低噪声放大器(LNA),目的是提高系统载噪比,在一些场合下可用作中继器。单级LNA噪声系数为3dB左右,1W输出时有1dB压缩。增益24~26dB,两级LNA噪声系数5.7dB左右,增益45dB。

微波接收机是一个锁相环接收机,由铁氧体衰减器、AGC放大器、检波器和混频器组成,如图3所示。微波变频的本振频率由固态源提供,混频放大后输出送CATV网。在LNA噪声系数为3.5dB时,接收机的噪声系数可为8dB。接收机微波AGC门限是可调的,但应同时兼顾C/N、CTB和其它非线性失真。发射机型号不同,这些值也是有所不同的。

图3
图3 🔍原图 (880×341)

MMDS与AML系统之比较

在对MMDS系统和AML系统分别介绍的基础上,我们可以对这两种微波传输方式进行一番比较,看看它们各自的特点,从而确定其适用的场合。

从以上介绍看出它们都为调幅微波传输方式,但它们之间有着明显的差别。首先,MMDS系统要求无阻挡接收,在高层建筑多而必然存在电波无法到达的阴影区的城市是不适用的;其次MMDS系统接收下变频器输出指标不高;加上传输带来的不确定性,如果用这种传输指标去解决数幢楼房用户的节目分配问题,会出现接收电平不够或其它指标不合要求的现象;最后一点,虽然MMDS传输方式相对于光缆、电缆有线电视网具有投资少、见效快的特点,但一个频道用一部发射机,比起AML系统又稍嫌贵了些。

AML系统利用宽带上变频器可以把30、45或60路PAL制电视节目一起变到Ku波段通过一部发射机发射出去;从而比频道化发射设备节约了数量和资金,比如宽带变频道的配置的造价(具有10~15频道化的)比单频道化50W发射设备低20%,其次,由于AML系统的高指标,可以替代远地一些分前端,把宽带信号直接插入CATV网,特殊情况下,还可接力多跳传输,既节省了分前端设备资金的投入又使终端信号指标达到要求。由于发射机输出功率的限制,目前一部发射机最多只能给16个接收机提供信号(即分给16副不同方向的发射天线,定向对准接收天线),但由于每部接收机可带一个较大的分配网,故所服务的总用户数并不少于MMDS系统的用户数,并且在一片相当大的区域内选择一个接收点(也要求无阻挡传输)是比较容易的。

总结以上情况,我们可以得出结论:MMDS是一种适用于个体接收的传输方式,AML是一种适用于集体接收的传输方式。

在实际使用中,国外(主要指北美)也确是这么做的。我国有一些城市用MMDS方式作干线传输,在小区放置下变频器进行集体接收,效果不很理想;小城市高层建筑少可能情况稍好。鉴于上述情况,广电部在制定有线电视技术政策时作如下规定:使用MMDS进行传输和分配,具有建设速度快、投资省、环节少等特点,适用于一些敷设干线线路十分困难的城市或地区,以及对城市郊区人口的覆盖。鉴于MMDS系统无双向功能、频道容量有限、对地面分配网络的技术要求高,对有线电视网的多功能发展有较大局限性,为此建议在一些人口集中的大城市建设地面光缆。电缆网初期存在较大困难的,可先以MMDS作为过渡性技术手段,在完成过渡后,保留作为对郊区的有线电视覆盖。为保证CATV节目的技术质量,用于户数较多的地面分配网络应安装有专业级技术质量水平的下变频器。

干线传输超过10公里的大型网络,可考虑采用调幅(AM)光缆系统进行信号传输,也可以使用传输多路电视信号的点对点或多点的微波电路进行传输。

数字MMDS的发展

由于数字传输的优点,现在国外又提出了另一种大面积服务方案—数字MMDS。数字式在传输频道相当、输出功率相当的情况下可比模拟宽带方式有更大的覆盖区。模拟MMDS系统在设计中受限制的因素是:三阶差拍失真的要求降低了输出功率。而对数字系统却要求1dB压缩点的单载频输出功率。在它的传输距离内如无阻碍物阻挡的话,数字MMDS的覆盖半径又增大了很多。最重要的一点是数字信号质量的劣化远远小于模拟传输,因此它可以被中继线转发,也就是说如果需要更长距离的多跳配置,则在适当的位置上可采用数字再生的方法重新组成数字位流。

世界上第一个采用数字MMDS的地区在加拿大西部的曼尼托巴,它是一种大面积乡村区域的服务,约有5万远郊和农场家庭目前在电缆电视服务范围之外,数字MMDS发射机将把60个以上频道的电视节目信号送到服务区内每个用户屋顶的天线上,由接在用户电视机上的变换盒将信号解码,这一新的服务收费与远郊电缆电视用户的花费相当,但若替代卫星直播服务(DBS)的个体接收机,其价格则便宜得多,在今后的几年里,这种优势会保持着。

有线电视正在进入一个崭新的时代,各种传输方式各有利弊,具体选用什么方式,设计者必须根据自己的实际情况和经济实力对比决定,在CATV联网阶段,原已建的系统不能废弃时,往往是多种传输方式的综合利用。(何谨)