山區建設MMDS系統的幾點見解
何萬福
(甘肅省天祝藏族自治縣廣播電視局 733200)

　　摘 要:本文通過對地貌地形復雜的山區實施MMDS系統工程的調查和分析,提出了在這些地區實施這項工程建設應考慮而且必須要解決的問題和辦法。
　　關鍵詞:多頻道多點分配系統 菲涅爾區傳播 同頻干擾 ?C／Ｎ?
　　
　　廣電總局提出我國要在本世紀末基本實現村村通廣播電視,這是廣播電視事業發展中最具有現實意義的任務。實現"村村通"也是解決老少邊貧地區廣播電視覆蓋的唯一途徑。并提出"實現'村村通'要從實際出發,采取多種手段,什么方式均可,能用哪個用哪個,要多管齊下"的方針。
　　具有投資低、建網快、圖像質量好、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、最實惠的一項技術手段。但MMDS的服務效果,受自然環境的影響較大,如起伏的地形、潮濕的地面、濃密的樹葉等等,都會對它的傳播帶來衰減。高層建筑和山丘則會阻擋它的信號傳播而造成陰影,尤其是給一些峰戀疊障、溝壑縱橫,地勢地貌復雜的山區實施MMDS系統工程帶來一定的負面影響。我們實施過程中,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,談談有關這方面的幾個問題。
　　1 發射臺址和天線高度的估算
　　對于山區選擇適宜的臺址和天線高度比增加發射功率效果更為明顯。一般來說,MMDS發射臺應選擇在CATV前端所在地,若能利用現有鐵塔應盡量使用,以降低建設費用。天線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,但要注意微波能量進入鄰市縣,干擾別人接收。
發射天線有效高度的計算公式給出了服務區半徑的極限值和必須的有效高度:如式(1)
?D＝3.55?Ｈ?（１）?
　　式中:?D?-服務區半徑(km),?H?-發射天線有效高度(m)。
　　根據上面公式可以算出不同發射天線高度時的服務區半徑的極限值(表1),它是經過實踐驗證的數據。
　　實際上,由于菲涅爾區的影響,在達到表1所示距離之前,已經開始出現附加衰減,對于不同的發射天線來說,開始出現附加衰減的距離各不相同,天線有效高度愈低愈不利，如表2所示。
3GHz的微波的折射效率遠不如VHF／ＵＨＦ頻段明顯,做方案時,不宜計入折射能增加的服務區半徑,在系統建成之后,可在表1給出的距離之外進行實地接收實驗,若達不到標準,但當居民對其接收效果還能接受時,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,高頻頭入口電平應≥－60?9dBm,按計算公式(2)
P?ｔ＝Ｐ?ｒ－Ｇ?ｔ－Ｇ?ｒ＋Ｂ?ｔ＋Ｍ＋Ｌ?ｄ (2)?
　　式中:P?t為發射機功率(dBm);P?r為接收功率(dBm);G?t為發射天線增(dB);
G?r為接收天線增益(dB);B?t為合路器、波導損耗(dB);M為衰落儲備(dB);
L?d自由空間損耗(dB),其值由公式(3)計算
L?d＝92.4＋201gd＋201gf?(3)
　　其中d為收發之間距離(km);f為工作頻率(GHz),MMDS頻率范圍為2.5～2.7GHz,取
ｆ＝2.7GHz,計算結果如表3
　　筆者所在縣MMDS考慮覆蓋40km,G?t=20dB,在40km處接收天線增益用24dB,衰落儲備4dB,合路損耗3dB,70m波導損耗1?4dB,分配器損耗4dB,則發信機輸出功率為:P ｔ＝－60.9－２０－２４＋３＋４＋１.4＋４＋１３３.1＝４０.6dBm。現選用30W／路功率放大器回退至10W／路(即40dBm)輸出。大于40km時通過增大接收天線口徑來接收。
　　國內在確定發射機功率時,都按自由空間的傳播條件來計算,而沒考慮環境將會造成的附加損耗。如果天線高度不富余,所需的發射功率又沒有考慮附加損耗,則投入運行后,在服務區邊緣時指標會相當緊張。國外的經驗是,在計算載噪比時應留出6dB的余量。但當用山頂上的發射天線時,若其有效高度遠高于需要值時,可以不考慮留此余量。
　　但應說明,不能盲目加高天線高度,過高的發射天線高度會使本節目過多地進入鄰市,同時也浪費了自己的發射功率。此外還會造成天線附近大片盲區,同時饋線的投資也將大大增加。
　　3 天線增益與方向圖選擇
　　首先要考慮天線增益。當鐵塔在高山上,附近居民很少時,為了照顧距鐵塔較遠的一個或幾個地方,此時可選用較高增益的發射天線。但鐵搭附近會出現零點區,選擇天線增益必須根據實際情況確定。
其次要考慮天線方向圖。選擇適當的方向圖,可以充分利用發射功率,又避免了本市、縣節目過多地深入到鄰市、縣去。當服務區有特殊情況時,應該與生產天線的廠家協商,就其現有的特殊方向圖中選用。
天祝縣MMDS臺址設在烏鞘嶺電視調頻轉播臺,利用現有70m鐵塔。由于服務區為狹長形,且東南向跨距較大,為平衡西北方與東南方接收用戶的場強,選用55°寬角天線覆蓋東南區域,其天線增益為20dB;用180°扇形天線覆蓋西北區域,其天線增益15dB,并考慮該區域高度落差過大,其主瓣水平方向指向下俯,以減少覆蓋范圍內的陰影區。
　　4 接收端下變頻器的選用
　　由于下變頻器是對多路信號進行群變頻,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,將出現嚴重的諧波干擾,而且難解決。基本原則是,若下變頻器的頻率低端為F?１,高端為F?２,則必須滿足F?２＜2F?１,這樣2次及3次以上的諧波都落在帶外。因此,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,則必然造成F ２＞2Ｆ １。下變頻器輸出的RF信號,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。對于一個實際的MMDS系統,選擇何頻段要根據當地開路頻率的使用情況來確定,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占據的VHF、UHF頻段,應當優先選用。但實際上,由于機上變換器尚未普通使用,特別在農村,為避免加入MMDS網支付建設初裝費,同時還要購買機上變換器,以利于盡快吸收用戶入網。目前建設的MMDS系統很少選用這一頻段,而大多數是在DS13～DS24(470MHz～566MHz)之間選擇,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,在不使用機上變換器情況下都能接收。
　　5 相鄰地區間的同頻干擾問題
　　這是我們共同面臨的問題,特別是我國目前開放2535～2599MHz這8個頻道,大家都用它。在兩個地區間距離較近時就出現同頻干擾,做規劃設計時應當考慮到這個問題。解決同頻干擾主要采用以下措施:
　　(1)發射天線高度以滿足本市(縣)城鄉覆蓋為原則,不應過高。
　　(2)發射功率以滿足本市(縣)城鄉覆蓋為原則,不應過大。
　　(3)天線方向圖應力求接近本市(縣)城鄉行政區地圖形狀。
　　(4)相鄰兩個地區間有相當于2／３行頻(對PAL制式約10400Hz)的偏移時,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)利用接收天線前后比和旁瓣衰減的保護度。
　　通過國外實踐經驗來看,在采取上述措施后,同頻干擾是完全可以避免的。
　　如天祝縣與古浪縣相鄰,兩縣分別采用水平和垂直極化后,不存在同頻干擾現象。
　　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,而在我國MMDS系統的使用頻段為2535～2599MHz,帶寬為64MHz,可容納8套PAL－Ｄ節目,如需再增加節目套數,則應按無線電管理規定擴頻或采用數字視頻壓縮技術。
　　7 覆蓋半徑的計算
　　對于MMDS系統,它的覆蓋范圍決定于發射機的輻射功率、收發天線的不同增益和饋線的損耗,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,求覆蓋半徑又變成求微波傳輸系統的載噪比Ｃ／Ｎ。
　　(1)MMDS傳輸系統的載噪比(?C／Ｎ?)的計算:
　　MMDS發射機指標均符合或優于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,其S／N的計算可分二步。
　　①下變頻器輸入端的接收功率電平,如公式(4)
P?c＝Ｐ?ｒ＝Ｐ?ｔ＋Ｇ?ｔ－Ｂ?ｔ－Ｌ?ｄ＋Ｇ?ｒ－?Ｍ?（４）
　　式中:B?t為發射端天饋系統損耗(合路器、饋線、連接線損耗),一般取4～5.7dB,具體設計時應代入實際損耗值;P?c為載波電平;M為傳輸特性中的衰落儲備。M取6dB。
　　②調幅系統由C／Ｎ＝Ｐ?r-N?F-N。 (5)
　　則由發射設備至接收設備的未加權信噪比為:
Ｓ／Ｎ=P?t-B?t+G?t-L?d+G?r-N?F-N?。(dB) (6)
　　式中:N?F為接收端下變頻器聲系數(dB);N。為背景噪聲dBW(又稱基準噪聲、無源
　　回路噪聲功率)其值由式(7)計算
Ｎ?０＝?ＫＴＢ? （７）
　　式中：Ｋ為波爾茲曼常數1.38×１０ －２３?（Ｊ／?）；T為絕對溫度，常溫時取293；B為視頻帶寬5.75×１０?－６ Ｈｚ（ＰＡＬ－Ｄ）則Ｎ?０＝－１３６?３８ｄＢW。
　　(2)覆蓋半徑的計算(視距內)
　　這里主要考慮的是MMDS代替超干線,進入小區CATV系統的情況,我們知道,在CATV設計中系統載噪比的設計值一般取44dB,那么若將該指標作如下分配,如表4。
　　表中C／Ｎ?值由公式(8)計算
C／Ｎ＝Ｃ／Ｎ?′－１０ｌｇ?ｑ?(8)
　　式中:?Ｃ／Ｎ?′-系統設計值44dB;q-分配系數。
　　即希望系統?Ｃ／Ｎ?不小于44dB,則MMDS系統的載噪比(?C／Ｎ?)必須不小于48.6dB,所以這里討論的覆蓋半徑主要尋找滿足(C／Ｎ)?ＭＭＤＳ＝48.6dB的傳輸距離,而不去考慮其它因素的一種估算。將48?6dB代入公式(9)
G?r=C/N-P?。-7?25+N?F?+20lg?d?(km) (9)?
式中:輻射功率?P?。(ExRp)等于發射功率及發射天線增益G?t之和(傳輸線上的損耗忽略不計),即:P?０=P?t+G?t然后求出d,然后再求出LNC的輸入電平P?ｉ（ＬＮＣ）,它因Ｋ２〗在LNC的接收電平范圍內。這樣在選定發射機功率之后,在使用不同型號收發天線情況下滿足收轉條件:Ｃ／Ｎ＝48.6dB的視距內的覆蓋距離。
　　8 接收點的選擇
　　由于MMDS的覆蓋效果受自然環境的影響較大,尤其是山區,如起伏的地形,潮濕的地面,濃密的樹葉等,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,接收電平受季節性的樹葉的影響,冬天安裝天線時要特別注意;有的村莊被山阻擋,但山不太高時,可在山頂選接收點引入村莊,距離較短時直接用－９或－１２電纜引入;距離在一二百米以上,向接收點接通電源,將接收信號經放大器放大后再引入,以保證接收信號的載噪比。若有大量的潛在用戶被山阻擋,可考慮安裝"中繼器"來彌補這些陰影區(這里不再詳細討論)。
　　為保證可靠性和圖像質量,在可能的情況下,增加接收點,力求減小有線分配網的規模。在農村,一般的村莊,大多百來戶,設置一個接收單元較合適;較大的鄉村應考慮分塊設置多個接收單元,以保證用戶接收圖像質量。
　　綜上所述,在MMDS系統建設中,只要因地制宜,綜合考慮,山區建設MMDS也能收到較理想的覆蓋效果。
參考文獻