廣播電視工程技術(shù)中微波信號保護分析

羅冬陽

（中共嵩明縣委宣傳部，云南 昆明 651700）

0 引言

微波信號是指頻率在300MHz～300GHz 的電磁波，本質(zhì)上屬于無線電波中有限頻帶，具有波粒二象性，其基本性質(zhì)大多表現(xiàn)為穿透、反射、吸收。若想實現(xiàn)微波信號的遠距離傳輸，需要滿足特定信號通道要求，但隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市中出現(xiàn)大量高層建筑，容易對微波信號的正常傳輸產(chǎn)生不利影響。為解決此類問題，需要打造切實可行的微波信號保護方案，提高廣播電視工程技術(shù)中的信號保護效果。

1 影響微波信號傳輸?shù)囊蛩?/h2>

現(xiàn)階段我國廣播電視工程技術(shù)中的微波信號對傳輸條件要求極高，若想保證微波信號的安全傳輸，更需要打造穩(wěn)定、可靠的傳輸通道空間，確保信號在傳輸過程中不會出現(xiàn)任何阻礙物遮擋，使微波信號保持極強的視通能力。但根據(jù)實際調(diào)查顯示，由于城市的高層建筑較多，嚴重影響了微波信號的正常傳輸，以某地方城市居民小區(qū)為例，該小區(qū)A、B 兩單元樓的19 層用戶發(fā)現(xiàn)，隨著電視塔方向的30 層大廈逐步建起，居民們接收信號的質(zhì)量逐漸下降，這是由于該城市接收的電視節(jié)目頻率以微波波段為主，傳播特性類似于尖波，即電磁波在空中沿直線傳播。當大樓建成后，會對電磁波產(chǎn)生一定的吸收與反射作用，破壞了以往的傳播條件，最終造成傳輸信號質(zhì)量不佳，影響居民的接收效果。由此可見，制定微波信號保護措施已勢在必行[1]。

2 廣播電視工程技術(shù)

以往我國的廣播電視經(jīng)常會出現(xiàn)運行環(huán)境不佳，安全防范措施未有效落實的問題，為了解決此類問題，便于后續(xù)微波信號保護措施的實現(xiàn)，亟須推動廣播電視工程的改革與創(chuàng)新，解決以往技術(shù)中存在的缺陷。比如，廣播電視工程中對信號的干擾方式以電磁場輻射、電容性耦合為主，若想保證信號穩(wěn)定，可采用接地技術(shù)，將系統(tǒng)與大地相連，延長設(shè)備使用壽命。要求技術(shù)人員充分結(jié)合信息化管理手段，利用數(shù)字地線、模擬地線，通過確定信號接地母線，使其他線路圍繞母線完成安裝，保證線路具有一定規(guī)律性，以便日常監(jiān)測與管理；抗干擾技術(shù)，如衛(wèi)星傳播，該方法能夠?qū)⑿盘杺鬟f至衛(wèi)星，再由衛(wèi)星傳遞給用戶，不僅能保證傳輸距離進一步提升，覆蓋編輯進一步擴大，也能有效確保信號傳遞的安全性。

3 廣播電視工程技術(shù)中微波信號的保護措施

3.1 延伸菲涅爾區(qū)域

通常來說，微波信號在傳輸時需要滿足特定微波傳輸空間參數(shù)，此類參數(shù)可以理解為微波信號傳輸過程中，軸線距離與通道遇到的障礙物長度，當微波信號傳輸時，如果遇到的建筑物較多，必然會造成傳輸參數(shù)的大幅變動，影響信號傳輸空間的穩(wěn)定性。同時，高山等相對復(fù)雜險峻的地形，同樣會阻礙信號的安全傳輸。因此，在制定微波信號的保護對策時，需要以實現(xiàn)信號遠距離穩(wěn)定傳輸為首要目標，進一步探究信號傳輸?shù)挠绊懸蛩?。本文引入菲涅爾區(qū)域概念，菲涅爾區(qū)域可以理解為是在收發(fā)天線之間，由電波直線路徑與折線路徑的行程差為Nλ/2 的折點形成的，以收發(fā)天線位置為焦點，以直線路徑為軸的橢球面，將其運用在微波信號保護中，可以將其定義為無線信號借助信號發(fā)射設(shè)備完成傳輸?shù)淖畲蟾采w面積。在廣播電視工程當中，微波信號在發(fā)射之后，信號會以扇形傳播的方式迅速形成橢圓形覆蓋區(qū)域，若信號傳輸時，菲涅爾區(qū)域中存在高層建筑或是復(fù)雜地形，便會造成區(qū)域內(nèi)的信號傳輸效果衰減，導(dǎo)致信號能量值降低。為解決此類問題，需要合理調(diào)控菲涅爾區(qū)域，保證區(qū)域內(nèi)無阻礙物，并通過拓寬菲涅爾區(qū)域面積的方式，來實現(xiàn)信號的遠距離傳輸。在實際操作過程中，要預(yù)先確定菲涅爾區(qū)域直徑，即信號發(fā)射端與接收端的間隔距離，該數(shù)值會隨著設(shè)備位置的調(diào)整而不斷變化。而在確定了菲涅爾區(qū)域直徑后，還要消除影響信號傳輸?shù)淖璧K物，在高層建筑或是復(fù)雜山體上設(shè)置信號接收裝置，這樣便可保證菲涅爾區(qū)域內(nèi)的信號能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化分布，具體的布置方式如圖1 所示。

圖1 菲涅爾區(qū)域布置

3.2 利用同步數(shù)字體系，建立多元傳輸結(jié)構(gòu)

同步數(shù)字體系簡稱SDH，是指為差異性速率數(shù)字信號傳輸?shù)姆€(wěn)定傳輸，提供與之對應(yīng)等級的信息結(jié)構(gòu)，由復(fù)用方法、同步方法所組成的技術(shù)體制。其主要優(yōu)勢在于SDH 傳輸系統(tǒng)具有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)數(shù)字傳輸標準速率以及光路接口，能夠使網(wǎng)管系統(tǒng)互通，具有極強的兼容性，可以接納各類新的業(yè)務(wù)信號，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。并且SDH 在幀結(jié)構(gòu)凈負荷區(qū)內(nèi)排列，具有一定規(guī)律，能夠保證凈負荷與網(wǎng)絡(luò)同步，借助軟件將高速信號直接分插出低速支路信號，實現(xiàn)一次復(fù)用特性，可以減少背靠背接口復(fù)用裝置，改善網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳送透明性。同時，SDH 不屬于某種傳輸介質(zhì)，有利于與光纖電纜混合網(wǎng)的兼容。因此利用SDH 打造多元傳輸結(jié)構(gòu)（圖2），可以進一步保證微波信號的順暢傳播，比如廣播電視機構(gòu)可通過設(shè)置同步數(shù)字板卡，打造多元傳輸模式，與單路由體系內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信號形成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該模式下的路由系統(tǒng)具有極強的自動保護能力，能夠利用自主授權(quán)來完成傳輸通路的動態(tài)管理。在實際應(yīng)用過程中，需要充分結(jié)合光纖光纜、LC 適配器、網(wǎng)絡(luò)機柜等裝置，在完成設(shè)備的參數(shù)調(diào)整以及全面鋪設(shè)后，便可完成信號發(fā)射裝置與網(wǎng)絡(luò)裝置的互聯(lián)互通，保證多元網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理。利用同步數(shù)字體系完成微波信號的同速率傳播。通過設(shè)備互聯(lián)模式，保證數(shù)據(jù)信息的高度共享，使各類型的微波信號能夠在不同通路中完成傳輸，有效解決以往信號傳輸中，容易受障礙物干擾的問題[2]。

圖2 基于SDH 的多元傳輸結(jié)構(gòu)

3.3 全面收集微波信號

通常來說，廣播電視工程技術(shù)中微波信號的傳輸會受建筑物的影響，導(dǎo)致信號能量在傳輸過程中不斷削弱，進一步壓縮信號傳輸范圍，最終使用戶無法接收到微波信號。為了保證微波信號可以免受建筑物的干擾，可以在信號傳輸系統(tǒng)中添加信號傳輸均衡器（圖3），該裝置是一種可以分別調(diào)節(jié)不同頻率成分電信號的電子裝備，能夠利用對不同頻率電信號的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)揚聲器與聲場的缺陷補償。將其運用在信號傳輸系統(tǒng)中可以實現(xiàn)高、中、低3 段頻率信號的分別調(diào)節(jié)，最大程度降低碼間干擾程度。

圖3 信號傳輸均衡器

同時，還可采用在信號接收端安裝微波信號收集器的方式，將散化的信號完整接收，并實現(xiàn)微波信號的整合，實現(xiàn)全面加工，強化信號的接收效果。收集器是指用于接收目標物發(fā)射的電磁輻射能元件，能夠?qū)㈦姶泡椛淠芫劢购髠魉偷教綔y系統(tǒng)當中，以此實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，并記錄相應(yīng)信息。在實際應(yīng)用過程中，信號收集器主要負責垂直方向的微波信號接收，因此需要設(shè)置成交叉極化的運行模式。同時為了避免兩個極化方向上產(chǎn)生的干擾，還要在設(shè)置過程中適當提高天線極化隔離度，或用一路信號，利用交叉極化干擾消除器實現(xiàn)數(shù)字信號的處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦蓛舻拇怪甭沸盘?，再完成解調(diào)操作。

此外，由于微波信號傳輸本身屬于一個一體化傳輸結(jié)構(gòu)，因此一旦某信號傳遞出現(xiàn)異常，必將牽連整個信號傳輸結(jié)構(gòu)，發(fā)生嚴重的信號弱化反應(yīng)。為此，需要在信號收集過程中，采用環(huán)狀信號傳輸體系，構(gòu)建信號網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證即便單一傳輸節(jié)點出現(xiàn)異常，也不會對整個傳輸體系產(chǎn)生影響[3]。

在完成信號全面收集后，還要做好信號的動態(tài)監(jiān)測，對接收到的微波信號進行深入剖析，判斷信號傳輸速率是否滿足相關(guān)標準，傳輸通道空間是否穩(wěn)定，傳輸過程是否出現(xiàn)失真問題。之后制定完成的結(jié)構(gòu)框架，提高信號傳輸通道的安全防護水平，使其與城市規(guī)劃建設(shè)有機結(jié)合，最大程度避免建筑物對信號的阻擋。

4 微波信號保護方案的有效性評估

上述提出的微波信號保護方案適用于廣播電視工程，通過拓展菲涅爾區(qū)域、打造SDH 體系、建立多元傳輸結(jié)構(gòu)、全面收集信號等方法，確保微波信號的穩(wěn)定傳輸。若想確保前文提到的信號保護方案得到有效推廣，還要進一步驗證信號保護方案的有效性，為此，筆者將與以往采用的信道保護技術(shù)進行分析比對，進一步探究兩種保護方法的流通性。

（1）要將傳統(tǒng)的信道保護技術(shù)作為對照組，將本文提出的信號保護方案作為實驗組，實驗內(nèi)容以測試不同保護方案下，信號的實際比特率為主。比特率是指單位時間內(nèi)傳送的比特數(shù)，其主要作用在于描述單位時間內(nèi)數(shù)據(jù)的傳送多少，能夠準確衡量信息的傳送速度，結(jié)合圖像存儲時占用的比特數(shù)與傳輸比特率，便可計算出圖像信息的真實傳輸速度。同時在實驗過程中還要準備好PCM（中心粒周物質(zhì)）信道測試儀，通過在該設(shè)備上接入不同的微波信號傳輸電路，實現(xiàn)比特率大小的測量與記錄。若比特率數(shù)值較大，則證明微波信號傳輸速率較快，信道更加順暢。此外，為了保證比特率的數(shù)值測試準確，降低數(shù)據(jù)誤差，需要制定比特率的控制方案，比如，將編碼器輸出的比特流輸入至緩沖器，以此將緩沖器數(shù)據(jù)以恒定速率取出，若緩沖器足夠大，則圖像引起的比特率變化便可被平滑掉。但要注意，實際上緩沖器本身大小有限，緩沖過程也容易引發(fā)系統(tǒng)時延，而此類時延與緩沖器大小成正比，因此緩沖器體積應(yīng)盡可能小。為了解決此類矛盾沖突，可將輸出的比特率的某種度量反饋至編碼器，以此實現(xiàn)編碼過程的控制，最終達到調(diào)整輸出比特率的目的[4]。

（2）要獲取兩種保護方案下，微波信號的真實PRBS 值（偽隨機二進制序列）。在實驗過程中需要利用PRBS 測試，結(jié)合相關(guān)技術(shù)獲取偽隨機碼，之后根據(jù)PRBS 碼流的異常比特數(shù)，計算出信道誤碼率，用以表示信號的連通水平。通常來說，PRBS 檢測形式可分為圖案檢測與公式計算法。其中圖案檢測是利用接收端的PRBS 生成器將接收到的數(shù)字序列與本地產(chǎn)生器輸出的碼型進行比較，以此獲取誤碼結(jié)果。而公式計算法則是依照一定公式生成PRBS，在接收端只要驗證接收到的數(shù)字序列是否符合公式，便可判斷是否存在誤碼。雖然該方法的同步速度較快，也容易實現(xiàn)，能夠大量節(jié)省資源。但如果序列內(nèi)存在比特誤碼，必然會影響隨后序列的判斷，因此本文將采用圖案檢測作為PRBS 的測試方法。

若PRBS 數(shù)值偏高，則證明信號連通效果極佳，誤碼率極低。在PRBS 檢測時，需要預(yù)先設(shè)定好時間狀態(tài)中的信號口，之后根據(jù)信道測試儀與PRBS 發(fā)射裝置對微波信號輸入、輸出的強度比對，便可確定本文提出的信號保護方案是否有效，具體數(shù)據(jù)表現(xiàn)為：實驗組，單板類型為1-PD1，比特率在2068kbit/s，PRBS 測試值為45×10-6；對照組，單板類型為1-PD1，比特率在1054kbit/s，PRBS 測試值為38×10-6。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知，本文提出的信號傳輸保護方案的比特率為2068kbit/s，而傳統(tǒng)微波信號保護方案的比特率為1054kbit/s，證明筆者提出的信道保護方案中，信號的傳輸速率更高，且信道更加順暢。同時，新信號保護方案的PRBS 測試值達到45×10-6，相較于以往采用的信號保護方案的PRBS 測試值，高出約7×10-6，證明新信號保護方案能夠保證良好的信號連通性，可以大幅度降低誤碼率[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對微波信號傳輸阻礙因素開展分析討論，闡述廣播電視工程技術(shù)中微波信號的保護措施，并對微波信號保護方案提出有效性評估。根據(jù)實驗結(jié)果顯示，筆者提出的微波信號保護方案，能夠保證信號傳輸速率的最大化，提高信號傳輸通道的穩(wěn)定性與安全性，可以起到降低誤碼率，增強信號連通性的作用。