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QPSK調(diào)制器如圖1所示。在圖1中，2個(gè)有限脈沖響應(yīng)（FiniteImpulseResponse，F(xiàn)IR）濾波器對(duì)I和Q信號(hào)進(jìn)行高指令流數(shù)字濾波，避免對(duì)高頻和中頻的中心波瓣的干擾。最后經(jīng)過濾波的I和Q信道組合，并經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路把數(shù)字信號(hào)調(diào)制為中心頻率為70MHz的中頻信號(hào)。而輸入數(shù)據(jù)序列是由FPGA單元傳送的，該輸入數(shù)據(jù)序列事先經(jīng)緩存并經(jīng)過Reed-SolomonFEC算法編碼，F(xiàn)EC算法編碼是通過在數(shù)據(jù)隊(duì)列中增加數(shù)據(jù)位，使接收端進(jìn)行差錯(cuò)糾正。FEC編碼可以提高信號(hào)的接收靈敏度，減少由背景噪聲引起的誤碼率增加，但是在調(diào)制之前，一些突發(fā)的、連續(xù)地對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)干擾而引起的誤碼，F(xiàn)EC則難以糾正，可以采用交錯(cuò)算法來解決，增加其抗干擾性。該算法的原理為打亂原數(shù)據(jù)的序列，將連續(xù)的數(shù)據(jù)隊(duì)列交錯(cuò)編排后，擴(kuò)展到幾個(gè)不同數(shù)據(jù)塊中傳輸。一段連續(xù)的被干擾數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過譯碼后被分成幾個(gè)相互隔離較遠(yuǎn)、相對(duì)較小的誤碼數(shù)據(jù)塊，可以被FEC糾正。

采用數(shù)字中頻技術(shù)

QPSK解調(diào)器如圖2所示。在圖2中，對(duì)于接收機(jī)來說，6MHz的第2中頻信號(hào)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（AnalogtoDigitalConverter，ADC）采樣并分離出I和Q信道，然后經(jīng)過與調(diào)制相關(guān)的FIR濾波器濾波，最后經(jīng)相應(yīng)的QPSK、16QAM、32QAM解調(diào)恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信號(hào)。解調(diào)電路對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行交錯(cuò)恢復(fù)和Reed-SolomonFEC譯碼，以重組數(shù)據(jù)隊(duì)列并糾正傳輸誤碼。另有糾錯(cuò)電路用于提升數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)經(jīng)過由2個(gè)位移寄存器組成的均衡器，包括帶有加權(quán)系數(shù)的前饋部分和反饋部分，此過程可消除因傳輸多徑干擾而引起的碼間串?dāng)_。解調(diào)器還提供接收信號(hào)強(qiáng)度指示（ReceivedSignalStrengthIndication，RSSI）來指示接收設(shè)備的輸入信號(hào)強(qiáng)度。解調(diào)電路需要輸入信號(hào)保持合適的信號(hào)強(qiáng)度，反饋電路通過監(jiān)測RSSI信號(hào)值來控制無線接收電路的自動(dòng)增益控制（AutomaticGainControl，AGC）以保持輸入到解調(diào)器的信號(hào)為穩(wěn)恒值。

采用FPGA技術(shù)

FPGA提供數(shù)據(jù)信號(hào)的內(nèi)部復(fù)用和解復(fù)用。對(duì)于發(fā)射過程，F(xiàn)PGA復(fù)用經(jīng)由EIA–530端口輸入的用戶數(shù)據(jù)及各種系統(tǒng)服務(wù)數(shù)據(jù)（如E1數(shù)據(jù)）為一路數(shù)字序列送入調(diào)制器。用戶數(shù)據(jù)可通過程序設(shè)定，速率從64kbit/s到768kbit/s;對(duì)于接收過程，F(xiàn)PGA則完成拆分經(jīng)解調(diào)器譯碼的數(shù)據(jù)為用戶數(shù)據(jù)和系統(tǒng)服務(wù)數(shù)據(jù)。FPGA外部數(shù)據(jù)接口如圖3所示。

優(yōu)異的射頻鏈路

MDSLEDR電臺(tái)主要由接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、雙工器、調(diào)制解調(diào)器、FPGA、微處理器以及各種接口單元等組成。MDSLEDR電臺(tái)原理如圖4所示。在接收機(jī)部分，低噪聲放大器是由增益高、噪聲系數(shù)低的放大電路組成，同時(shí)采用良好的濾波匹配電路提供高通濾波性能和獲得低噪聲系數(shù)指標(biāo)。低噪聲放大器的后接濾波器采用1個(gè)三級(jí)螺旋濾波器完成初始濾波，該組件提供較好的帶外濾波以消除從寬帶的天線和雙工器饋入的帶外信號(hào)。第1級(jí)混頻是把接收的RF信號(hào)下變頻為70MHz中頻信號(hào)。70MHz中頻濾波器采用低損耗的晶體濾波器，該中頻濾波器具有與接收信道相同的濾波帶寬，可提高接收的選擇性指標(biāo)，抑制其他帶外信號(hào)（包括鏡像干擾信號(hào)），特別是鄰近信道的干擾信號(hào)。中頻濾波器輸出的信號(hào)進(jìn)入AGC放大器，AGC放大器采用2個(gè)高線性、可變增益的放大器組成，從而保持整個(gè)接收鏈路的良好的線性，避免因互調(diào)失真降低接收信噪比，增加誤碼率；第2級(jí)混頻是把70MHz的中頻信號(hào)下變頻為6MHz的信號(hào)以供解調(diào)器處理。

在發(fā)射機(jī)部分，由調(diào)制器輸出的中頻信號(hào)經(jīng)70MHz晶體濾波器濾波，消除數(shù)字調(diào)制電路產(chǎn)生的雜波干擾。中頻信號(hào)經(jīng)過混頻器實(shí)現(xiàn)上變頻，轉(zhuǎn)換為發(fā)射機(jī)載頻，其中本地振蕩器由一個(gè)壓控振蕩器（VoltageControlledOscillator，VCO）集成電路組成，基準(zhǔn)晶體振蕩為15MHz，發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度可達(dá)±1.5ppm。在上變頻器的后級(jí)設(shè)有濾波器，該濾波器由2個(gè)三級(jí)螺旋帶通濾波器組成，可濾除其他交調(diào)信號(hào)。經(jīng)濾波器輸出信號(hào)為較純凈的信號(hào)，放大后進(jìn)入自動(dòng)電平控制（AutomaticLevelControl，ALC）電路，ALC電路通過電調(diào)衰減器來自動(dòng)調(diào)整輸出信號(hào)以保持輸出功率的線性度恒定，并可補(bǔ)嘗因溫度及器件老化而引起的輸出功率誤差。

功率放大器可智能化控制，發(fā)射電路可以被自動(dòng)關(guān)閉，自動(dòng)關(guān)閉具有2種作用。①當(dāng)出現(xiàn)硬件故障或鎖相環(huán)失鎖的情況下，可關(guān)閉發(fā)射電路以防止對(duì)用戶或鄰近頻道造成射頻干擾。②在熱備份配置中，開啟和關(guān)閉發(fā)射機(jī)功能可以將傳輸機(jī)作為備用電臺(tái)。

運(yùn)用MDS電臺(tái)的無線應(yīng)急通信系統(tǒng)

無線應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)用拓?fù)淙鐖D5所示。電力系統(tǒng)各變電站業(yè)務(wù)通過SDH光通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，其中包括生產(chǎn)調(diào)度電話、行政管理電話、遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)、抄表信息、電量采集信息等。這些業(yè)務(wù)經(jīng)過PCM設(shè)備進(jìn)行信號(hào)的調(diào)制解調(diào)后通過光通信設(shè)備的E1通道傳送回地調(diào)。文章所介紹的應(yīng)急通信方案是在光纖網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)問題時(shí)，啟用無線應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)取代光纖SDH網(wǎng)絡(luò),直接將原來掛在SDH設(shè)備下的E1業(yè)務(wù)完整地轉(zhuǎn)移到數(shù)字無線電臺(tái)系統(tǒng)，保證所有下掛在E1端口下的業(yè)務(wù)通信不中斷。

MDS數(shù)字電臺(tái)的無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是要對(duì)鏈路進(jìn)行預(yù)算分析，下面針對(duì)具體MDS數(shù)字電臺(tái)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，采用的電臺(tái)發(fā)射功率為2W（33dBm），天線增益為9dBi,饋線采用安德魯7/8低損耗阻燃射頻饋線，長度為30m，損耗為0.7dB。根據(jù)這些條件進(jìn)行無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其步驟如下。

1計(jì)算自由空間的路徑損耗公式

路徑損耗計(jì)算公式為：

2計(jì)算發(fā)射端天線輻射功率

天線輻射的功率計(jì)算公式為：發(fā)射端電臺(tái)實(shí)際發(fā)射功率為Po=33dB，經(jīng)饋線到天線，天線的增益Gt=9dB,饋線損耗L0=0.7dB，由公式（2）可知Pt為41.3dB。

3計(jì)算接收端的天線接收

電平接收端的天線接收電平計(jì)算公式為：實(shí)際接收端的天線增益為Gr=12dBi，饋線的損耗L0=0.7dB，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，電臺(tái)開放1×E1（數(shù)據(jù)速率為1024kbit/s）作為應(yīng)急通信使用，中頻帶寬選擇500kHz，則由表1可知接收機(jī)靈敏度為–89dBm，由式（3）算得Pr為–101.7dBm。

4計(jì)算通信距離

由以上收發(fā)鏈路電平確定自由空間路徑損耗Los為：如果通信頻率采用396MHz，即f=396MHz，將Los和f值代入式（1）可以得到通信距離d。由于無線通信受到各種外界因素的影響，如大氣、阻擋物、多徑等造成的無線信號(hào)衰落,按設(shè)備安裝的環(huán)境，其參考值選取為25dB,由式（1）計(jì)算得出近似通信距離d約為10km。此外，為保持適當(dāng)?shù)逆溌奉A(yù)算，可以通過增加發(fā)射功率、天線增益以及通過前置放大來補(bǔ)嘗饋線的損耗，提高接收機(jī)的信噪比以保持需要的路徑和較佳誤碼率，使誤碼率符合系統(tǒng)穩(wěn)定通信的期望值。

實(shí)際測試

根據(jù)業(yè)務(wù)需求，中心站設(shè)置在電力某大樓通信機(jī)房，從站設(shè)置在某變電站，主、從站相距約9km，進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信測試。經(jīng)測試，無線系統(tǒng)同步情況穩(wěn)定，誤碼率低于10–6，E1接口傳輸速率可達(dá)2Mbit/s，視頻攝像機(jī)接入傳輸圖像傳送流暢，利用MDS數(shù)字電臺(tái)的勤務(wù)電話接口進(jìn)行通話測試，語音較為清晰。

結(jié)語

文章重點(diǎn)介紹了MDS數(shù)字電臺(tái)組成的無線電力應(yīng)急通信網(wǎng)及MDS電臺(tái)的組成原理和關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)給出了在南安電力中的應(yīng)用和測試情況。數(shù)字無線電臺(tái)應(yīng)急通信系統(tǒng)具有建網(wǎng)周期短、投資小、靈活性好等特點(diǎn)，在電力通信中具有推廣使用的實(shí)際意義。

作者：黃日新陳芬黃勇柯德欽單位：福建省南安市電力有限責(zé)任公司