山區建設MMDS系統的幾點見解

名稱:山區建設MMDS系統的幾點見解
山區建設MMDS系統的幾點見解
何萬福
(甘肅省天祝藏族自治ˇ廣播電視局 733200)
摘要ˇ本文通過對地貌地形複雜的山區實施MMDS系統工程的調查和分析ˇ提出了在這些地區實施這ˇ工程建設應考慮而且必須要解決的問題和辦法。
關鍵詞ˇ多頻道多點分配系統菲涅爾區傳播同頻干擾ˇCˇＮˇ
廣電總局提出我國要在本世紀末基本實ˇ村村通廣播電視ˇ這是廣播電視事業發展中最具有ˇ實意義的任務。實ˇ"村村通"也是解決老少邊貧地區廣播電視覆蓋的唯一途徑。並提出"實ˇ'村村通'要從實際出發ˇ採取多種手段ˇ什麼方式均可ˇ能用哪個用哪個ˇ要多管齊下"的方針。
具有投資低、建網快、圖ˇ質量好、可靠性高等優點的MMDS系統是解決農村收看多套高質量電視節目最有效、最實惠的一ˇ技術手段。但MMDS的服務效果ˇ受自然環境的影ˇ較大ˇ如起伏的地形、潮濕的地面、濃密的樹葉等等ˇ都會對它的傳播帶來衰減。高層建築和山丘則會阻擋它的信號傳播而造成陰影ˇ尤其是給一些峰戀疊障、溝壑縱橫ˇ地勢地貌複雜的山區實施MMDS系統工程帶來一定的負面影ˇ。我們實施過程中ˇ總結了建設MMDS系統的一些成功和失敗的經驗。下面結合實際ˇ談談有關這方面的幾個問題。
1發射台址和天ˇ高度的估算
對於山區選擇適宜的台址和天ˇ高度比增加發射功率效果更為明ˇ。一般來說ˇMMDS發射台應選擇在CATV前端所在地ˇ若能利用ˇ有鐵塔應盡量使用ˇ以降低建設費用。天ˇ所掛高度只要滿足第一菲涅爾半徑要求即可。再高也不會改善接收效果ˇ但要注意微波能量進入鄰市ˇˇ干擾別人接收。
發射天ˇ有效高度的計算公式給出了服務區半徑的極ˇ值和必須的有效高度ˇ如式(1)
ˇDˇ3.55ˇＨˇˇ１ˇˇ
式中ˇˇDˇ-服務區半徑(km),ˇHˇ-發射天ˇ有效高度(m)。
根據上面公式可以算出不同發射天ˇ高度時的服務區半徑的極ˇ值(表1),它是經過實踐驗證的數據。
實際上ˇ由於菲涅爾區的影ˇˇ在達到表1所示距離之前ˇ已經開始出ˇ附加衰減ˇ對於不同的發射天ˇ來說ˇ開始出ˇ附加衰減的距離各不ˇ同ˇ天ˇ有效高度愈低愈不利ˇ如表2所示。
3GHz的微波的折射效率遠不如VHFˇＵＨＦ頻段明ˇˇ做方案時ˇ不宜計入折射能增加的服務區半徑ˇ在系統建成之後ˇ可在表1給出的距離之外進行實地接收實驗ˇ若達不到標準ˇ但當居民對其接收效果還能接受時ˇ也可發展入網。
2發射機輸出功率的計算
為保證接收信噪比ˇ高頻頭入口電平應≥ˇ60ˇ9dBm,按計算公式(2)
PˇｔˇＰˇｒˇＧˇｔˇＧˇｒˇＢˇｔˇＭˇＬˇｄ (2)ˇ
式中ˇPˇt為發射機功率(dBm);Pˇr為接收功率(dBm);Gˇt為發射天ˇ增(dB);
Gˇr為接收天ˇ增益(dB);Bˇt為合路器、波導損耗(dB);M為衰落儲備(dB);
Lˇd自由空間損耗(dB),其值由公式(3)計算
Lˇdˇ92.4ˇ201gdˇ201gfˇ(3)
其中d為收發之間距離(km);f為工作頻率(GHz),MMDS頻率範圍為2.5～2.7GHz,取
ｆˇ2.7GHz,計算結果如表3
筆者所在ˇMMDS考慮覆蓋40km,Gˇt=20dB,在40km處接收天ˇ增益用24dB,衰落儲備4dB,合路損耗3dB,70m波導損耗1ˇ4dB,分配器損耗4dB,則發信機輸出功率為ˇPｔˇˇ60.9ˇ２０ˇ２４ˇ３ˇ４ˇ１。4ˇ４ˇ１３３。1ˇ４０。6dBm。ˇ選用30Wˇ路功率放大器回退至10Wˇ路(即40dBm)輸出。大於40km時通過增大接收天ˇ口徑來接收。
國內在確定發射機功率時ˇ都按自由空間的傳播條件來計算ˇ而沒考慮環境將會造成的附加損耗。如果天ˇ高度不富餘ˇ所需的發射功率又沒有考慮附加損耗ˇ則投入運行后ˇ在服務區邊緣時指標會ˇ當緊張。國外的經驗是ˇ在計算載噪比時應留出6dB的余量。但當用山頂上的發射天ˇ時ˇ若其有效高度遠高於需要值時ˇ可以不考慮留此余量。
但應說明ˇ不能盲目加高天ˇ高度ˇ過高的發射天ˇ高度會使本節目過多地進入鄰市ˇ同時也浪費了自己的發射功率。此外還會造成天ˇ附近大片盲區ˇ同時饋ˇ的投資也將大大增加。
3天ˇ增益與方ˇ圖選擇
首先要考慮天ˇ增益。當鐵塔在高山上ˇ附近居民很少時ˇ為了照顧距鐵塔較遠的一個或幾個地方ˇ此時可選用較高增益的發射天ˇ。但鐵搭附近會出ˇ零點區ˇ選擇天ˇ增益必須根據實際情況確定。
其次要考慮天ˇ方ˇ圖。選擇適當的方ˇ圖ˇ可以充分利用發射功率ˇ又避免了本市、ˇ節目過多地深入到鄰市、ˇ去。當服務區有特殊情況時ˇ應該與生產天ˇ的廠家協商ˇ就其ˇ有的特殊方ˇ圖中選用。
天祝ˇMMDS台址設在烏鞘嶺電視調頻轉播台ˇ利用ˇ有70m鐵塔。由於服務區為狹長形ˇ且東南ˇ跨距較大ˇ為平衡西北方與東南方接收用戶的場強ˇ選用55°寬角天ˇ覆蓋東南區域ˇ其天ˇ增益為20dB;用180°扇形天ˇ覆蓋西北區域ˇ其天ˇ增益15dB,並考慮該區域高度落差過大ˇ其主瓣水平方ˇ指ˇ下俯ˇ以減少覆蓋範圍內的陰影區。
4接收端下變頻器的選用
由於下變頻器是對多路信號進行群變頻ˇ必然會產生大量的2、3次諧波及和差頻率。若對下變頻器的輸出頻率選擇不當ˇ將出ˇ嚴重的諧波干擾ˇ而且難解決。基本原則是ˇ若下變頻器的頻率低端為Fˇ１ˇ高端為Fˇ２ˇ則必須滿足Fˇ２ˇ2Fˇ１ˇ這樣2次及3次以上的諧波都落在帶外。因此ˇ特別要注意的是VHF頻段的使用。若在VHF頻段中放進十幾個通道ˇ則必然造成F２ˇ2Ｆ１。下變頻器輸出的RF信號ˇ在國外通常使用的頻段有222～４０8ＭＨz,662～８４８ＭＨz;也有更高的頻段783～９６９ＭＨz,更低的頻段150～288MHz。對於一個實際的MMDS系統ˇ選擇何頻段要根據當地開路頻率的使用情況來確定ˇ對應222～４０８ＭＨz,我國電視頻道劃分為增補頻道的Z8～Ｚ３５(頻段為223～４４７MHz),避開了由開路電視廣播佔據的VHF、UHF頻段ˇ應當優先選用。但實際上ˇ由於機上變換器尚未普通使用ˇ特別在農村ˇ為避免加入MMDS網支付建設初裝費ˇ同時還要購買機上變換器ˇ以利於儘快吸收用戶入網。目前建設的MMDS系統很少選用這一頻段ˇ而大多數是在DS13～DS24(470MHz～566MHz)之間選擇ˇ也還可以在Z6、Z7、DS6～DS12、Z8(151～231MHz)之間選擇Z6、Z7、Z8 3個增補頻道對絕大多數彩色電視接收機來說ˇ在不使用機上變換器情況下都能接收。
5ˇ鄰地區間的同頻干擾問題
這是我們共同面臨的問題ˇ特別是我國目前開放2535～2599MHz這8個頻道ˇ大家都用它。在兩個地區間距離較近時就出ˇ同頻干擾ˇ做規劃設計時應當考慮到這個問題。解決同頻干擾主要採用以下措施ˇ
(1)發射天ˇ高度以滿足本市(ˇ)城ˇ覆蓋為原則ˇ不應過高。
(2)發射功率以滿足本市(ˇ)城ˇ覆蓋為原則ˇ不應過大。
(3)天ˇ方ˇ圖應力求接近本市(ˇ)城ˇ行政區地圖形狀。
(4)ˇ鄰兩個地區間有ˇ當於2ˇ３行頻(對PAL制式約10400Hz)的偏移時ˇ可降低對保護度的要求。
(5)使發射機的載頻穩定度達±１Ｈｚ或3Hz,可進一步降低對保護度的要求。
(6)利用不同極化方式。
(7)利用接收天ˇ前後比和旁瓣衰減的保護度。
通過國外實踐經驗來看ˇ在採取上述措施后ˇ同頻干擾是完全可以避免的。
如天祝ˇ與古浪ˇˇ鄰ˇ兩ˇ分別採用水平和垂直極化后ˇ不存在同頻干擾ˇˇ。
6 MMDS的頻率配置
國際上的MMDS頻段一般是2500～2686MHz,其帶寬為186MHz,對NTSC制可容納31套節目ˇ而在我國MMDS系統的使用頻段為2535～2599MHz,帶寬為64MHz,可容納8套PALˇＤ節目ˇ如需再增加節目套數ˇ則應按無ˇ電管理規定擴頻或採用數字視頻壓縮技術。
7覆蓋半徑的計算
對於MMDS系統ˇ它的覆蓋範圍決定於發射機的輻射功率、收發天ˇ的不同增益和饋ˇ的損耗ˇ以及空間傳輸損耗等。覆蓋半徑的大小歸納起來就是要保證系統的載噪比≥44dB(國標規定43dB),因此ˇ求覆蓋半徑又變成求微波傳輸系統的載噪比ＣˇＮ。
(1)MMDS傳輸系統的載噪比(ˇCˇＮˇ)的計算ˇ
MMDS發射機指標均符合或優於CCIR或美國FCC規定的指標。與傳輸過程有關的主要是視頻信噪比。在可視距離無阻擋的情況下ˇ其SˇN的計算可分二步。
ˇ下變頻器輸入端的接收功率電平ˇ如公式(4)
PˇcˇＰˇｒˇＰˇｔˇＧˇｔˇＢˇｔˇＬˇｄˇＧˇｒˇˇＭˇˇ４ˇ
式中ˇBˇt為發射端天饋系統損耗(合路器、饋ˇ、連接ˇ損耗),一般取4～5.7dB,具體設計時應代入實際損耗值ˇPˇc為載波電平ˇM為傳輸特性中的衰落儲備。M取6dB。
ˇ調幅系統由CˇＮˇＰˇr-NˇF-N。 (5)
則由發射設備至接收設備的未加權信噪比為ˇ
ＳˇＮ=Pˇt-Bˇt+Gˇt-Lˇd+Gˇr-NˇF-Nˇ。(dB) (6)
式中ˇNˇF為接收端下變頻器聲係數(dB);N。為背景雜訊dBW(又稱基準雜訊、無源
迴路雜訊功率)其值由式(7)計算
Ｎˇ０ˇˇＫＴＢˇˇ７ˇ
式中ˇＫ為波爾茲曼常數1.38×１０ˇ２３ˇˇＪˇˇˇˇT為絕對溫度ˇ常溫時取293ˇB為視頻帶寬5.75×１０ˇˇ６ＨｚˇＰＡＬˇＤˇ則Ｎˇ０ˇˇ１３６ˇ３８ｄＢW。
(2)覆蓋半徑的計算(視距內)
這裡主要考慮的是MMDS代替超干ˇˇ進入小區CATV系統的情況ˇ我們知道ˇ在CATV設計中系統載噪比的設計值一般取44dB,那麼若將該指標作如下分配ˇ如表4。
表中CˇＮˇ值由公式(8)計算
CˇＮˇＣˇＮˇ′ˇ１０ｌｇˇｑˇ(8)
式中ˇˇＣˇＮˇ′-系統設計值44dB;q-分配係數。
即希望系統ˇＣˇＮˇ不小於44dB,則MMDS系統的載噪比(ˇCˇＮˇ)必須不小於48.6dB,所以這裡討論的覆蓋半徑主要尋找滿足(CˇＮ)ˇＭＭＤＳˇ48.6dB的傳輸距離ˇ而不去考慮其它因素的一種估算。將48ˇ6dB代入公式(9)
Gˇr=C/N-Pˇ。-7ˇ25+NˇFˇ+20lgˇdˇ(km) (9)ˇ
式中ˇ輻射功率ˇPˇ。(ExRp)等於發射功率及發射天ˇ增益Gˇt之和(傳輸ˇ上的損耗忽略不計),即ˇPˇ０=Pˇt+Gˇt然後求出d,然後再求出LNC的輸入電平PˇｉˇＬＮＣˇˇ它因Ｋ２〗在LNC的接收電平範圍內。這樣在選定發射機功率之後ˇ在使用不同型號收發天ˇ情況下滿足收轉條件ˇＣˇＮˇ48.6dB的視距內的覆蓋距離。
8接收點的選擇
由於MMDS的覆蓋效果受自然環境的影ˇ較大ˇ尤其是山區ˇ如起伏的地形ˇ潮濕的地面ˇ濃密的樹葉等ˇ都會帶來衰減。所以選擇接收點必須考慮到這方面的因素。如在有樹林的地方ˇ接收電平受季節性的樹葉的影ˇˇ冬天安裝天ˇ時要特別注意ˇ有的村莊被山阻擋ˇ但山不太高時ˇ可在山頂選接收點引入村莊ˇ距離較短時直接用ˇ９或ˇ１２電纜引入ˇ距離在一二百米以上ˇˇ接收點接通電源ˇ將接收信號經放大器放大后再引入ˇ以保證接收信號的載噪比。若有大量的潛在用戶被山阻擋ˇ可考慮安裝"中繼器"來彌補這些陰影區(這裡不再ˇ細討論)。
為保證可靠性和圖ˇ質量ˇ在可能的情況下ˇ增加接收點ˇ力求減小有ˇ分配網的規模。在農村ˇ一般的村莊ˇ大多百來戶ˇ設置一個接收單元較合適ˇ較大的ˇ村應考慮分塊設置多個接收單元ˇ以保證用戶接收圖ˇ質量。
綜上所述ˇ在MMDS系統建設中ˇ只要因地制宜ˇ綜合考慮ˇ山區建設MMDS也能收到較理ˇ的覆蓋效果。
參考文ˇ