专利名称：数字muds系统的制作方法
技术领域：
本发明属于地面数字电视广播技术，特别是一种无线发射覆盖传输的数字多路分米波(MUDS)系统。
背景技术：
广大农村由于地形地貌复杂和地广域宽等条件影响，致使线缆(含光纤)传输覆盖投资过大而制约了有线电视在农村的建设发展。因此对城市边沿的城郊结合部和农村要实现地面无线广播电视多套节目的传输覆盖，目前国内在技术手段上主要采用多路微波分配系统(multichannelmicrowave distibution System MMDS)，也有采用AML，或建议采用LMDS系统的。但大部分已建的MMDS系统由于受国家无线电频率政策的约束，只能传输8套模拟电视节目。这种局面与城市CATV系统近年来急速增加到三十几套模拟电视节目覆盖的情况形成了明显的城乡差别。同时，模拟MMDS网络还存在频带资源占用宽，信号传输易受干扰等的缺点。MMDS系统由于载频在2.5-2.7GHz，空中传输时信号绕射能力差，雨衰影响明显，尤其在丘陵和山区采用该技术时，使得相当数量的接收用户要经过集体接收或经过有源中继站等辅助技术方式才能覆盖。因而，MMDS系统在国内应用受到了很大的制约。
多路分米波系统(multichannel UHF distribution system MUDS)是针对MMDS系统的传输覆盖的一些缺点而提出的。但模拟MUDS系统在实用中因带宽问题受到了广播电视部门频率分配政策的约束，因为在分米波段仅以邻频设置传输12套模拟电视节目，就要占据96MHz以上分米波的频带宽度。而传输24套节目，要占用供无线发射的标准分米波频段的1/2以上。由此，模拟MUDS系统在实际应用中因带宽问题而推广不起来。
数字MMDS系统基于数字电视传输覆盖的许多特点，被深圳、成都、武汉等城市试用，但均因其用户端成本高、系统稳定性差而受到了市场的局限。
目前，我国在分米波(UHF)频段属广电行业特允的400MHz无线发射的频带内，基于模拟电视大功率发射覆盖等技术规划思想，普遍出现了隔5制的频道分配状况，从而形成了我国分米波频段的频带利用率很低(约只有15％)的现状。这就为采用数字压缩技术，在兼容现有模拟电视发射覆盖的情况下，进行几十套数字电视的地面广播提供了很好的频率资源条件。
技术内容本发明的目的旨在提供一种可以提高分米波(UHF)频段的频带利用率、特别适合于城郊和乡村电视传输的数字MUDS系统。
它包括发射部分和接收部分。
所述发射部分由多路数字前端发射系统、条件接收系统、数字合成器和MUDS宽带天线构成；所述多路数字前端发射系统的每一路均包括节目源及压缩偏码器、复用器、加扰器、数字调制器(如64QAM)、数字MUDS发射机构成，节目源及压缩偏码器将节目源信号编码后送至复用器，加扰器将来自复用器的信号进行加扰，并将条件接收系统的对用户进行授权控制及授权管理的信息载入；然后通过数字调制器(如64QAM)进行调制转换；其特征在于，所述数字调制器(如64QAM)的输出信号送至数字MUDS发射机，所述数字MUDS发射机采用高精密(10-8)、高稳定及低相位噪声(-120dBc/Hz@100kHz)振荡器，将中频信号上变频到分米波电视频道，由其产生的低时延、高带内平坦度、高带外抑制、高矩形系数并具有通道预校正的数字射频信号通过低时延、超线性(-30dBc/-55dBc)功放进行功率放大到所需数字(载波)功率；所述多路数字前端发射系统的每一路数字MUDS发射机的数字功率通过所述数字合成器采用高隔离度(-60dB以上)、低插损(≤-1.5dB)、低时延(≤25ns)邻频或隔频无源合成技术，将各8MHz通道带宽的数字MUDS功率合成为一路或两路输出；经输送馈缆至发射铁塔的MUDS宽带天线发射出去；每一路数字功率小于或等于100瓦；所述MUDS宽带天线在分米波(UHF)频段使用的频带宽度1大于或等于100MHz(驻波比≤1.15)，增益≥9dB，并要有不同的辐射场形和极化选择，群时延≤15ns；所述接收部分采用定向宽带高增益天线，该定向高增益天线接收到的数字MUDS电视信号经低噪天放电路、天放供电源电路送入数字电视机或经用户数字机顶盒处理后，还原出视频和音频信号提供给电视机。
图1为本发明发射部分原理框图；图2为接收部分原理框图。
具体实施例方式
如图1、图2所示本发明基于与城市有线数字电视相同的传输技术标准(如DVB-C)和数字压缩编码格式(如MEPG-2)，在分米波(UHF)频段以邻频或隔频设置，利用已有的发射塔，采用每个频道小于100瓦多频道的无线发射，用户端经定向接收天线和数字机顶盒(或数字电视机)接收几十套以上DTV节目或高清晰度HDTV节目、数字广播等地面数字电视传输覆盖技术模式，并具有与城市有线数字电视网相融和同步发展的无线网络系统。
它包括发射部分和接收部分。
所述发射部分由多路数字前端发射系统、条件接收系统、数字合成器和MUDS宽带天线构成；所述多路数字前端发射系统的每一路均包括节目源及压缩偏码器、复用器、加扰器、数字调制器、数字MUDS发射机构成，节目源及压缩偏码器将节目源信号编码后送至复用器，加扰器将来自复用器的信号进行加扰，并将条件接收系统的对用户进行授权控制及授权管理的信息载入；然后通过数字调制器(如64QAM)进行调制转换；其特征在于，所述数字调制器采用64QAM，其输出信号送至数字MUDS发射机，所述数字MUDS发射机采用高精密(10-8)、高稳定及低相位噪声(-120dBc/Hz@100kHz)振荡器，将中频信号上变频到分米波电视频道，由其产生的低时延、高带内平坦度、高带外抑制、高矩形系数并具有通道预校正的数字射频信号通过低时延、超线性(-30dBc/-55dBc)功放进行功率放大到所需数字(载波)功率；所述多路数字前端发射系统的每一路数字MUDS发射机的数字功率通过所述数字合成器采用高隔离度(-60dB以上)、低插损(≤-1.5dB)、低时延(≤25ns)邻频无源合成技术，将各8MHz通道带宽的数字MUDS功率合成为一路输出(采用魔T空间频率合成技术时采取隔频合成技术，并将各8MHz通道带宽的数字MUDS功率合成为二路输出)；经输送馈缆至发射铁塔的MUDS宽带天线发射出去；每一路的数字功率为50瓦。
所述MUDS宽带天线在分米波(UHF)频段使用的频带宽度1大于或等于100MHz(驻波比≤1.15)，增益≥9dB，并要有不同的辐射场形和极化选择，群时延≤15ns；所述接收部分采用定向宽带高增益天线，该定向高增益天线接收到的数字MUDS电视信号经低噪天放电路、天放供电源电路送入数字电视机或经用户数字机顶盒处理后，还原出视频和音频信号提供给电视机。
节目源及压缩编码。节目源主要来自数字卫星信号(DVB-S)的TS流、光纤传输的模拟A/V信号和TS数据流(含TS群)等。采用压缩编码器(MPEG-2格式)，其压缩比可调，以便能够传输更多的电视节目。
复用器。将不同来源的单节目TS(SPTS)或多节目TS(MPTS)数据复接成一路多节目TS(MPTS)，在输出带宽允许的范围内复接的节目数量不受限制。同时，它还可以对输入的所有节目进行过滤，重新生成PSI/SI。
条件接收系统(Conditional Access System，CAS)。狭义上讲，CA的基本目的是对用户进行授权控制及授权管理，从而实现收费系统的有偿服务，它保证已授权的用户能收到相应的授权电视节目和服务业务，而未授权用户则无法获取该种业务。
数字调制器采用64QAM。64QAM数字调制器主要是对经过复用器、加扰器处理后业务流和对接收端控制信息(Entitlement Control Message，ECM)流或用户授权管理信息(Entitlement Management Message，EMM)进行调制转换，使其具有较高的抗干扰能力。输出调制中频或分米波频率直接到发射机的上变频器或末级功放部分。
由于64QAM频带利用率较高(实际值为4.6bps/Hz)、相对性价比好、可靠性高，目前基于与城市HFC网的数字系统兼容，而选用64QAM方式。
用户接收天线可根据不同场强分布和干扰状况，选择分米波宽带(≥100MHz)定向无源天线或采用带栅栏抛物面反射网的高定向低噪声系数(N≤1.2dB)多级(一、二、三级)有源信号放大的宽带(≥100MHz)接收天线(G＝15、25、42dB)。
用户条件接收机顶盒。基于与城市HFC网数字系统兼容(如DVB-C标准)，具有接收电平的超低门限≤35dBuv和超低门限C/N＝23dB，具有较大的纠错功能，能使误码率BES＝2×10-4时，经过超强纠错达到BES≤2×10-11，支持国家统一的CA标准(如目前的GY/2175-2001《数字电视广播条件接收系统规范》)，支持空中软件升级，或预留升级插口(座)，具有很好的中文操作界面，预留中间件插口，以便开展增值业务。设备要具有较低的功耗和防雷保护能力。
数字MUDS系统传输，从物理层面起到了区域数字CATV网超干线传输的作用。在技术上属于地面数字电视广播的范围。在此之前，国内外因曾选用与城市有线数字电视电视相同传输标准(如DVB-C标准)传输标准进行地面数字电视广播传输覆盖时，难以克服多径效应而选用其它技术模式，如DVB-T等。
国外有实验测试表述的是，对于弱的多径效应(需要的信号与回波信号之比D/E＞5dB)，ATSC比DVB-T好，反之DVB-T比ATSC好。实际上，他们讨论这些问题都是在大功率条件下，比方8k模式的DVB-T系统是为大范围(国家范围的或地区范围的)SFN(单频网)而设计的。而且移动接收和室内接收，也只能在大功率信号场强下才有应用讨论意义。很显然，我国电视观众以固定接收观看电视为主，其中3/4又是通过地面无线传输广播收看的，在农村地形地貌的覆盖条件下，采用小功率信号的发射传输，会使多径干扰的程度(或实际影响度)大大低于高楼林立的大城市。但无线数字电视传输覆盖实用过程中的不良技术因素并不仅仅只有“多径干扰”这一点，例如数字MMDS由于难以克服的上、下变频相位噪声的积累相加影响，实用中依旧难以摆脱接收端成本高、覆盖不理想等状况的困扰，从而影响了该技术的推广应用。而数字MUDS系统完全可以从数字MMDS的小功率传输覆盖机理中得以发展。同样采用小功率发射(≤50W)数字MUDS信号，从实用角度有效地避开大城市室内接收(因有城市HFC网覆盖)所引发多径干扰的反响。而对所需覆盖的广大农村信号区内利用室外固定并采用高定向、低噪有源放大接收天线等技术方式，既可在实用中把多径干扰降低到忽略地步，又能避免若选用数字MMDS系统时，因相位噪声的对数字信号的劣化影响，从而在实用中达到优于数字MMDS系统的传输覆盖效果。加之，农村的各种脉冲干扰强度和密度远比大城市小，因此数字MUDS系统采用与城市有线数字电视相同的传输技术标准(如DVB-C标准)从实用角度应是可行的。
数字MUDS系统选用与城市有线数字电视相同的传输技术标准(如DVB-C标准)，在数字发射前端尤其要把握上变频及数字发射、频道(频率)合成等一系列技术要求，尽可能地优化前端发射的数字信号的质量(主要是把握频率稳定度、频率精度、相位噪声、功放线性度、合成器时延、及邻频隔离度、数字通道的矩形系数等)，以利于解决数字信号经传输(含天线接收)而衰落劣化(各种干扰)而造成的误码率上升到实用阀值(误码率BER≤2×10-4)情况。最后通过数字机顶盒超强纠错能力，使纠错前BER＝2×10-4，达到纠错后BER＝2×10-11，从而实现基于与城市有线数字电视相同的传输技术标准(如DVB-C标准)的数字MUDS系统的传输。
数字MUDS系统可大幅度节省频率资源。目前，模拟分米波无线开路电视频率分配大体是采用隔5制。这就造成6个模拟频道仅传输了一套是电视节目的事实频率配制状况。数字MUDS系统实现邻频传输，通过数字压缩一个模拟频道可传标准清晰度电视(DTV)节目6-8套。传普及型数字电视(SVCD)节目12-18套。相比之下，频谱利用率增加几十倍(36-72)倍。这对于优化数字电视地面广播的技术结构将起到十分重要作用。
较大幅度扩大覆盖范围，提高传输质量。模拟MMDS信号接收时，为了达到4级图像，在接收信号的载噪比C/N值为43dB(用户端)时，接收的信号电平值要70dBμv以上。而数字MUDS信号接收中无相位噪声累加(无下变频)劣化影响，再加上定向天线的抗干扰作用，进一步保证了接收端数字信号的质量，从而改善了信号传输中的抗干扰(含多径干扰)能力，使接收端机顶盒能在门限接收电平(≤35dBμv)和门限C/N值(≤23dB)接收数字电视信号。尤其是数字信号在接收端的C/N的限值低于模拟信号设计C/N值15dB以上，这就为解决弱信号区(阴影区、服务边缘区)接收电平不够而需采取便捷的技术措施(通过定向接收和低噪信号放大)提供了可行性。由此可见，在同等发射功率、同等天线高度下，数字MUDS较模拟MMDS的覆盖面积成倍增加。而且因MUDS信号有一定的绕射能力，这对于解决丘陵地区半阴影区的覆盖有较强的实用性。利用数字MUDS抗同频干扰强的特点，可以进行长距离同频直放中继(区间可采用极化隔离)，这一方面可以系统低成本扫除覆盖盲区，另一方面可以低成本实现地区性中继传输覆盖。
由于数字传输中的“峭壁”效应，在采用有源定向天线接收技术条件下(增益可达41dB)，数字MUDS覆盖边缘弱信号区(-85dBm)与强信号区可获得一样的电视节目传输质量(即实现透明传输)。这样就能大范围地改善覆盖传输质量，极大地提高了无线网络的市场竞争能力。
数字MUDS大幅度提高了系统的稳定性。由于数字MUDS系统在发射前端采用高隔离度(-60dB)、低插损(≤-1.5dB)、低时延(≤25ns)的大功率无源邻频合成技术，或采取将两个非邻频频道合成器经天线组成魔T(空间频率合成技术)的邻频合成技术，采用高精度振荡器(频率稳定度为10-8)，使发射端的稳定性指标明显高于相关国标(GY/T132-1998《多路微波分配系统技术要求》正负500Hz/月的要求。在系统采用直发直收组网构造下，既能大幅度降低共用天线接收所带来的供电架线杆等建设成本和营运成本，又使抗自然灾害、抗人为破坏能力明显提高，MUDS较MMDS抗树衰、抗雪、雨衰能力强，从而使整个数字MUDS系统在实际营运中的稳定性较数字MMDS系统大幅度提高。
数字MUDS较数字MMDS有明显的传输覆盖优势和很好的经济可行性。从根本上讲，两个系统的主要差别是频率上的差别。由此而使得两个系统的各自数字无线发射机和接收设备(机顶盒除外)有明显不同的相位噪声指标，即有不同的系统相频特性。相频特性，即由频率变化所引起的相位的变化。据行标GY/T121-1995《有线电视系统测量方法》规定色度/亮度时延差要求不大于100ns，对模拟电视图像，100ns相当于移动二个相素，因此对模拟图像质量影响不大，而对数字调制信号，如DVB-C采用64QAM，当系统码率为10Mbit/S，其周期就为100ns。传输系统中有100ns的相移，会使数字信号恢复时，判断错误而无法工作。由此可见，数字MUDS(或数字MMDS)系统因无线传输中不净条件从而使得相位噪声是一个十分重要的技术指标而要倍加改善。
数字MUDS与数字MMDS的系统相位噪声构成有很大的差别。数字MMDS发射机由中频38MHz上升到微波频率(2.5-2.7GHz)之间一般有一个机内第二中频(300MHz-700MHz不等)变频，即比数字MUDS发射机多一个上变频。而在接收端又要从微波频率下变频到一般电视标准频道接收，即又比数字MUDS系统多了一个下变频。从覆盖网络的总体上看，数字MMDS系统内数量众多下变频器的使用必然带来网络内复杂的相位噪声情况，要达到系统能较稳定的营运，除了发射机端要有很高的相位噪声指标(偏离10KHz时相位噪声应达到-110dBc/Hz)外，在接收端必须采用高价位低相位噪声(-95dBc/Hz@10KHz)的数字下变频器。
数字MUDS系统在接收端根本就不用下变频器，使得在强信号区，只用价格低廉的无源高增益天线(一般双环带反射面天线增益可达9dB/700MHz)就可直接被机顶盒接收。而中、弱信号区，也用价格不高的高定向(直径为1米栅栏抛物面)高增益低噪多级有源信号放大接收天线，在门限C/N值下实现稳定接收。综上可见，数字MUDS接收端的设备构成简单，安装简便(可以傻瓜式安装)，用户单端成本比数字MMDS下降1/3以上，其组网的经济可行性明显优于数字MMDS。而且容易组成由用户到前端的无线交互传输的网络框架。
权利要求
1.数字MUDS系统，它包括发射部分和接收部分，所述发射部分由多路数字前端发射系统、条件接收系统、数字合成器和MUDS宽带天线构成；所述多路数字前端发射系统的每一路均包括节目源及压缩偏码器、复用器、加扰器、数字调制器，节目源及压缩偏码器将节目源信号编码后送至复用器，加扰器将来自复用器的信号进行加扰，并将条件接收系统的对用户进行授权控制及授权管理的信息载入；然后通过数字调制器进行调制转换；其特征在于所述数字调制器的输出信号送至数字MUDS发射机，所述数字MUDS发射机采用高精密、高稳定及低相位噪声振荡器，将中频信号上变频到分米波电视频道，由其产生的低时延、高带内平坦度、高带外抑制、高矩形系数并具有通道预校正的数字射频信号通过低时延、超线性功放进行功率放大到所需数字功率；所述多路数字MUDS发射机的信号功率通过所述数字合成器采用高隔离度、低插损、低时延、邻频或隔频无源合成技术，将各8MHz通道带宽的数字MUDS功率合成为一路或二路输出；经输送馈缆至发射铁塔的MUDS宽带天线发射出去；所述接收部分采用定向高增益天线接收无线信号，该定向高增益天线接收到的MUDS电视信号经低噪天放电路、天放供电源电路送入数字电视机或经用户机顶盒处理后，还原出视频和音频信号提供给电视机。
2.如权利要求1的数字MUDS系统，其特征在于所述MUDS宽带天线在分米波(UHF)频段使用的频带宽度大于或等于100MHz，驻波比小于或等于1.15，增益大于或等于9dB，群时延小于或等于15ns并有不同的辐射场形和极化选择。
3.如权利要求1的数字MUDS系统，其特征在于所述多路数字前端发射系统的每一路数字MUDS发射机的数字功率通过所述数字合成器采取隔频合成，并将各8MHz通道带宽的数字MUDS功率合成为二路输出，采用魔T空间频率合成技术。
4.如权利要求1的数字MUDS系统，其特征在于所述发射部分与接收部分基于我国城市有线电视数字传输标准GY/T170-2001《有线数字电信道编码与调制规范》。
5.如权利要求1的数字MUDS系统，其特征在于所述发射部分与接收部分采用DVB-C标准。
6.如权利要求1的数字MUDS系统，其特征在于所述发射部分工作频率为分米波(UHF)频段，并以邻频或隔频设置的多频道发射。
7.如权利要求1的数字MUDS系统，其特征在于所述数字MUDS发射机的带宽为大于或等于7.0MHz/3dB，矩形系数为30dB带宽/3dB带宽小于或等于1.2，群时延小于或等于15ns，每一路发射功率小于或等于100瓦。
全文摘要
数字MUDS系统，它包括发射部分和接收部分，发射部分由多路数字前端发射系统、条件接收系统、数字合成器和MUDS宽带天线构成；多路数字前端发射系统的每一路均由节目源及压缩偏码器将节目源信号编码后送至复用器，加扰器将来自复用器的信号进行加扰，并将条件接收系统的对用户进行授权控制及授权管理的信息载入；然后通过数字调制器进行调制转换；数字调制器的输出信号送至数字MUDS发射机，多路数字MUDS发射机的信号功率通过所述数字合成器合成为一路输出，通过MUDS宽带天线发射出去；所述接收部分采用定向高增益天线接收无线信号。可以节约UHF段的频率资源，提高系统稳定性，扩大覆盖范围，提高传输质量，服务于农村用户和城郊居民散户，经济上可行。
文档编号H04N5/38GK1461149SQ0311806
公开日2003年12月10日 申请日期2003年1月29日 优先权日2003年1月29日
发明者邓建平, 赵章佑 申请人:邓建平, 赵章佑