模拟微波进行数字化改造的若干问题

笔者单位上有一套使用了十年的模拟微波短程线（一跳）设备，目前其收发信机（射频）部分的工作状态仍很好。随着技术的进步，我们有意对其进行数字化改造。当然，这种改造是一种非标准的、业余条件下的改造，只是为了充分利用已有设备，实现数字节目的传输功能。从结构上讲，这套微波设备的射频系统可用来传送以QPSK或QAM方式调制的数字电视信号，其中频部分需进行适当的改造，增加必要的编码调制设备，原有的中频调制和中频解调部分以及基带电路部分则需放弃。

1、改造的总体思路

用MPEG－2压缩编码器进行视音频编码，进而将几路信号复用，送入QPSK或QAM调制器产生70MHz中频信号。经微波信道传输，在接收端得到中频信号。对于QPSK调制的信号，可对中频信号进行L波段上变频，得到L波段的信号，最后由数字卫星接收机解调出电视信号。对于QAM调制的信号，则可由有线电视解码器直接解调出电视信号，见图1。

2、需要考虑的问题

（1）信道容量：原有的一个模拟波道的带宽为29.65MHz，如果传送的信息速率较低（30Mbps以下），可以使用QPSK调制方式；如果传送信号的速率较高，则需采用QAM（如64QAM或128QAM）调制方式。

（2）收信端的载噪比：原有微波收信机的噪声系数为6dB，天线的噪声温度约为100K，接收端接收的信噪比约60dB，远高于QPSK调制时的门限值（6dB）和64QAM调制时的门限值（28dB）。因此，在传输数字信号时可适当降低发射功率（回退）。回退的主要目的是使发信机处于良好线性状态。

（3）发射功率：使用QPSK调制方式时，因为接收门限较低，可以采取较低的发射功率；而当使用QAM调制时，因为接收门限较高，发射功率要高一些。原设备的（饱和）发射功率达37dBm，足以满足数字传输条件下的需要，所以发射功率的调整可以通过在发信变频边带输出与固态功放输入之间插入一定数值的衰减器来实现。当以QPSK方式传输时，可降低30dB左右，此时收信端的信噪比仍达到30dB；而以QAM方式传输时，可降低15dB左右，此时的信噪比仍达到45dB。

（4）发信机的线性度：QPSK是一种恒包络调制方式，其幅度不携带调制信息，所以对发信机线性度的要求不高，甚至可以工作在饱和状态；QAM调制则不然，必须使发信机处于良好线性状态，否则误码会急剧增加。所以当以QAM方式传输时必须有较大的功率回退。

（5）收发信本振的频率稳定度：原有微波设备的收发本振都采用了锁相环路振荡器，频稳度优于±5ppm，相位噪声优于－80dBc/Hz，所以能够满数字信号传输的要求。

（6）收信机的限幅措施：在接收模拟调频信号时，为了消除接收信号中的寄生调幅，收信机的中频电路部分设有限幅放大电路。如果是接收QPSK调制的信号，该限幅放大电路仍可保留，但当接收QAM调制信号时，必须将限幅电路去掉或是设法跳过。

经过对原设备的剖析，限幅放大器是置于中频解调盘之中的，第一中频放大器中并无限幅电路，这就方便了对设备的改造。

3、发信机线性状态的调整

原有的发信机采用的是固态电路，饱和输出功率达37dBm。根据固态功率放大电路的特点，从饱和点回退1dB后就进入了线性段。如果是工作在QAM状态，其峰值功率比平均功率要高6－7dB，在此情况下，应保证其峰值功率也处于线性段内，这就要求功率放大器的回退更多一些，最好达10dB左右。

图2所示的是固态功放的输入－输出特性。图中标出了线性良好的工作区域。为了使输出功率有足够的回退，我们在固态功放的输入口串入了可调的同轴衰减器。如前所述，实际的功率回退不少于15dB。

4、实际的试验

按图1所示的两种方式中的第一种进行设备连接，即采用QPSK调制方式。

试验中为使操作简单，我们没有使用实际的微波信道，而是采用等质的模拟信道。这要首先确定实际信道的衰减。

根据微波信道公式

Pr＝Pt＋Gt＋Gr－L0－Lt－Lr

其中天线增益Gt＝Gr＝35dB，馈线衰减Lt和Lr均按2dB来估算，收发两站的站距为8千米，工作频率为8吉赫，则自由空间衰减为：

L0＝92.4＋20lgd＋20lgf

＝92.4＋20lg8＋20lg8

＝92.4＋36.1

＝128.5（dB）。

则收发信功率电平之差为Pr＝Pt－62.5（dBm）。

这就是说，Pr与Pt之间相差62.5dB。据此，我们在微波收发信机之间直接串入了可调的衰减器来模拟传输衰减。见图3。

实验中，在发信变频器边带输出口与固态功放输入口之间先串入了20dB的衰减器，使发射功率适度回退。

将微波收发信机之间的可调衰减器调整为65dB，以模拟正常接收电平时的情况。此时接收到的图像和伴音质量均非常好。

考虑到微波收信机的正常接收电平范围在（－27＋5）＝－22dBm至（－27－50）＝－77dBm之间，所以我们将收发信机之间的衰减器在大约30dB至70dB范围内进行了调整，结果接收均正常。且收信中放的输出电平是大致恒定的，说明了AGC作用是正常的。

这说明，以QPSK方式进行传输的实验结果完全符合预计，获得了成功。限于条件（未借到QAM调制器），以QAM方式传输的实验未能进行，但从理论上讲，以QAM方式传输应该是可行的，有机会时我们将进一步开展试验。