模拟MMDS电视系统数字化改造的研究与实践

一 MMDS系统的现状及改造的必要性

MMDS系统是电视网络的重要组成部分，它能快速有效地解决偏远农村、城郊用户的电视覆盖问题。清河县的MMDS系统始建于1996年，全套采用美国索斯腾进口设备。该系统为解决全县电视覆盖和广大农村收看电视难问题所起到的作用和贡献是显著的，但由于清河县模拟MMDS微波系统存在以下几个问题：

* 频道数少，只有十几套节目，对用户缺乏足够的吸引力；

* 模拟加扰后信号质量相对较差，用户收看不满意；

* 覆盖面较小，缺乏足够多的收视群体；

* 收费困难。采取模拟加扰方式使图像劣化严重且难以对付市面上的“万能解码器”。

因此，MMDS系统的收视管理极其困难，运营成本降不下来，收视费收不上来，最终被迫于2000年关闭。

模拟MMDS系统何去何从？仍以模拟方式做改造，如添加频道、加扰或改善指标？这将又是一笔不小的资金投入，对我们来说难以下此决心，因为这样改造未必能有很好的回报，甚至可能连成本都很难收回。

废弃不用？显然这是消极的做法。曾经投入了大量的资金购置的这些进口发射设备，目前工作正常，指标尚好，废弃不用毫无疑问是一种浪费。

从我们多年发展有线电视的实践来看，城区范围内发展有线电视最好的模式应该是以有线覆盖为主，无线覆盖为辅；而在农村，由于线路长、入户率低、管理、维护困难，则应该以无线覆盖为宜。同时，由于数字电视具有电视节目质量好、频率资源利用率高、可实现有条件接收、安全性高等模拟电视无法比拟的优点，将MMDS模拟系统进行数字化改造，实现无线数字电视覆盖是快速发展农村数字电视最现实、最省钱、最高效的途径。

二 MMDS系统数字化改造的可行性

有线电视系统的数字化改造通常要配合网络改造来进行，投资大，技术难度高。与之相比，不片面追求双向传输的MMDS系统数字化改造相对要简单许多。

MMDS系统前端比有线电视多了发射机、合成器等设备，末端比有线电视多了天线和下变频器等设备，采用微波传输或中继传输，传输环节比有线电视简单。影响MMDS电视系统数字化改造成本和技术可行性的是发射机、合成器、中继站和下变频器等设备，尤其重要的是前端发射机、合成器、中继站这几种设备的指标。通过我们在模拟MMDS系统上的数字化改造，得到了如下宝贵的经验：

* 使用DVB-C数字前端设备和DVB-C机顶盒完全可以将模拟MMDS改造成数字MMDS系统，技术上的难度小；

* 只要发射机、合成器和中继站这几种设备在相位噪声和幅平特性指标上做得较好，改造时就可以不用更换发射机、合成器和中继站，前端改造成本只由编码器、TS流接收机、复用器、加扰器和QAM调制器等数字前端设备组成。 前端改造每路节目投资在2~3万元，投资少，见效快；

* 由于数字机顶盒灵敏度高，改造后的数字MMDS系统的传输距离远。只要收发天线足够高，20W单通道发射机覆盖半径可达50km以上，如果通过中继，覆盖面则更大；

* 由于传输环节简单，MMDS系统做数字化改造比有线电视投资更小、更容易实现，用户端机顶盒的收看质量比有线数字电视甚至更好。

经过数字化改造后的MMDS系统以数字的方式进行处理和传输电视信号，我们可称之为数字MMDS系统。加入CA（条件接收）后即为有条件接收数字MMDS系统。

三 MMDS系统数字化改造带来的好处

数字电视系统与传统的模拟电视系统相比较有以下特点：

1. 可以提高节目传输质量

随着模拟网络的延伸，模拟信号传输中固有噪声积累的缺点越来越突出，传输距离越远，所需转接次数越多，沿站噪声积累越大。同时模拟信号的传输会受到各种因素的干扰。对数字电视而言，具有很强的抗干扰能力，只要误码不超过门限，传输过程中的噪声、交调、互调等干扰都不会显现出来，不会对图像和声音产生直接的干扰，得到的几乎是完美无损的图像和声音。

由于采用数字滤波与数字存储，容易使用简单的方法去除噪声，改善图像的信噪比。同时由于亮度信号和色度信号分开传输因而不存在亮色串扰问题，因此可以大大改善图像质量。

由于数字电视采用和DVD同样的编码方式，因此，数字电视用户可以收看到清晰度达到DVD质量的电视节目，这些都是模拟电视系统所无法比拟的。??

2. 可以更有效地利用频率资源

模拟电视系统每频道占用8MHz带宽。数字电视系统由于采用先进的MPEG-2图像压缩技术和QAM调制技术，?在8?MHz带宽内一般可?传送6~8套数字电视节目，大大提高了频带的利用率，缓解了频率资源紧张的矛盾。

3. 可利用有条件接收，加强网络管理

收费难一直是困扰电视系统经营者的一个重要问题。虽然可采用模拟加解扰技术进行用户管理，但模拟加解扰对图像的损伤较大，安全性也不够高，并不是一种理想的解决方案。与之相比，数字系统易于加密，实现“条件接收”。数字电视有条件接收对图像无损伤、安全性好，可有效地进行用户管理，解决收费难的问题。

4. 可以开展增值业务

电视数字化后，可以围绕新的技术和市场潜力，开发各种新的业务。在现有的广播式电视业务方面，可以实现按频道收费，可以大力发展专业频道，在节目内容的设置上能做到相当的专业，比如专业的旅游频道、专业的保健频道或专业的教育频道等等。频道内容划分得更加细致，频道[FS:Page]数量大大增加，有利于更好地对观众进行定位，满足不同层次观众的不同需求，让所有的观众各取所需。为用户提供分层次的电视服务。在扩展业务和增值业务方面，可提供图文电视、数据广播、远程教育、视频点播、电子购物等业务。这些新的业务将使电视的服务内容由单一广播电视拓宽到语音与数据通信、金融教育等领域，突破了传统广播电视的工作模式，大大拓展了电视的业务发展空间。 ????

5. 可有效抵御非法信号的侵入

传统的模拟电视信号由于没有有效的技术手段，安全性差，很容易被外来非法信号侵入。一旦出现问题，将带来极坏的政治影响，并对社会安定造成破坏。数字电视由于采用了特殊的数字加密技术，并且只有专用数字电视机顶盒才能接收，因此，能有效抵御非法信号的侵入，确保播出安全。

正是有条件接收数字MMDS系统具有前述数字系统的特点，MMDS系统经过改造后能带来如下好处：

* 原有发射机不必全部用上就可以发送原有模拟频道数若干倍的电视节目。使用1台发射机即可传送8套数字节目，实际上这既给改造时选择指标好的发射机留下了余地，也给系统今后的维护、系统的扩容预留了足够多的备份；

* 节目数增加了、画面品质提高了，不仅可稳住原有的模拟微波用户，也可把正在收看有线模拟电视的用户甚至收看卫星的用户吸引过来。比有线系统的数字化改造更容易发展用户；

* 数字化并加上CA后，不必再担心被人轻易破解，能确保网络的安全性，使收费管理真正可行；

* 改造后的数字MMDS系统，覆盖面大大增加，可比原模拟系统拥有更大的用户群体。；

* MMDS面向的通常是农村和城郊用户，这些地方没有有线电视，能收看微波和无线的用户收看的频道数也很少、信号差，迫切需要看到如城市有线用户一样多达30~40套的电视节目。用了数字系统后，对原注册用户可提高收视费，对新用户可办理开户入网费加收视费，这样做能很好地解决用户端的资金来源这一大难题；

* 以发送64套左右的数字节目为例，所需数字前端数量：调制器8台，复用器8台，如尽可能多地使用TS流接收机，少用编码器，前端总投资可控制在100万元以下。加上用户群体的扩大，与传送同等数量数字节目的有线系统相比，总的投资成本是很低的，既盘活了原模拟系统，又带来了极大的获利空间；

* 数字MMDS系统传输环节是无线的，无需维护，系统的维护工作主要在前端，省时、省工、费用小。与之相比，有线数字系统除了前端系统的维护工作外，传输环节放大器、光发、光收、光缆、电缆、分支、分配、电源等设备设施的维护占据了大量的维护工作，费时、费工、费用大。

四 数字化改造是微波电视系统发展的必然选择

综上所述，将模拟MMDS系统改造成数字MMDS系统能让MMDS获得新的生命力，不仅技术上可行，而且投资成本小、网络普及快、经营者获利机会大，是MMDS微波电视系统发展的必然选择。

五 模拟发射机数字化改造与数字发射机之比较

数字MMDS发射机比模拟MMDS发射机要求更高，两者在技术上主要有以下几点区别：

第一，数字MMDS发射机平均功率为额定输出功率。因为对64QAM的数字信号来说,数字发射机大多处于平均工作状态，末级功率放大器处于AB类工作状态，功放管功率利用率高；而模拟MMDS发射机是线性调幅,功放级处在A类工作状态，甚至是超线性工作状态，功放管利用率低。即使数字发射机工作在峰值状态时,功放管特性曲线稍有弯曲也不影响数字信息传输（有良好的线性）仍，一般DTV发射机的线性峰值功率比平均功率高6Db~7dB(如：64QAM的平均功率比峰值功率低3~6dB,而QPSK的平均功率比峰值功率低3dB)，其发射功率的输出动态范围很大。

第二，数字发射机在电路上应采用功放级的前馈校正技术，上变频器前的中频电路应具有完善的信号处理功能，为上变频之后的前置激励器提供高质量的驱动信号。第三，数字MMDS发射机对相位噪声要求特别严格，因为数字信号是QAM正交调幅调制，相位的抖动导致检测的错误和码间干扰，误码率大，使恢复的信号失真。因此数字发射机要求相位噪声指标在偏离载频10kHz处1Hz带宽上应≤－100dBc。

我们曾经对STI发射机做过数字化改造测试，结果如下：

* 原发射机的本振和混频电路指标较差，不能做数字发射使用，功放电路指标基本可以，仍可继续使用；

* 经选用合适的本振和混频电路作数字发射，MER指标可达30dB以上，能做数字电视发射；

* 改造重点是本振和混频电路。

原发射机经改造后的数字功率约5W，发射半经可达50KM以上。

根据仪器测量和实际的工程实践，我们知道模拟发射机不能直接用于数字MMDS系统，但可以进行改造。改造后其指标完全能满足数字MMDS系统的要求。对发射机的改造主要有以下几个方面：

第一，更换发射机本振源。由于原有发射机本振的相位噪声指标比较低，只能用于模拟电视发射，故需更换高相位噪声指标的本振源。

第二，通道增益的调整。原发射机的通道增益以及各级的电平是根据模拟信号的要求调整确定的，必须要根据数字信号的传输要求重新调整确定。

第三，更换或调整滤波器。更换或调整滤波器的目的有两个：一是STEC模拟发射机的输入频率不是中频，而是射频频道，将其改成中频后滤波器需要调整；二是数字发射机对幅频特性指标要求很高，要调整滤波器使得整机幅频特性指标达到不平度小于±0.5db的要求。

改造后的发射机可以达到的技术指标如表1所示。

&n[FS:Page]bsp;总之，我们通过对原有模拟MMDS系统作数字化改造的成功经验证明：

* 通过改造后，原模拟发射机的性能指标完全能满足发射数字电视信号的要求；

* 在发射设备上的投资较小，一般投资10000元左右就可改造一台单通道发射机，使之性能指标达到能发射数字电视信号的要求。

清河县MMDS系统数字化改造后，于2006年春节前正式开通运行，经近半年来的运行情况看，目前系统运行稳定，各项技术指标和图像收视效果令人满意，数字电视用户发展形势喜人。