调频同步广播最新技术应用.doc

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调频同步广播最新技术应用一、概述　　在知识与信息爆炸的今天，广播由于其独特的便利性越来越受到重视，收听广播的人群在迅速增加。但目前中国四级办电台、用不同频率发射的广播方式，使同一广播节目在不同地区采用不同的频率发送，跨区行车时往往不能收听同一套完整的节目。　　由于相邻地区信号的干扰，使信号交迭区的收听质量大为下降，甚至无法收听。据专家介绍，这种同时办台方式极大地浪费现有频率资源，中国发达地区调频节目最多可以达10多套，欠发达地区只有几套，而欧美发达国家则多达40多套。　　鉴于此，中国电子学会广播电视分会覆盖专业委员会的专家们提出，中国要制定措施，大力推广调频同步广播发射系统。调频同步广播是一项能使多个发射台站的发射机采用同一频率、同一节目源“同步”工作，实现大范围广播覆盖技术。采用调频同步广播发射系统，可以有效地解决广播移动收听、减少信号交迭区干扰、提高广播收听质量、节约频率资源和加快广播专业化发展，特别给公路、铁路交通干线移动人群收听带来便利；同时，还可节约电台投资、节约电台运行成本、提高广播网络安全性、减少电磁污染等。　　广电总局在于2000年制定了相关标准GY/T154—2000《调频同步广播系统技术规范》，推动调频同步网广播技术的发展，并且取得一定成果。　　《调频同步广播系统技术规范》概括为“三同一保”，即频率同步、时间（相位）同步、调制度同步和保证必要的最低接收场强，给出相应的技术指标。该规范为调频同步广播奠定了技术基础。　　但是由于当时调频同步广播整体技术水平的限制，实施的系统未能达到较好的实际效果。究其原因主要是由于采用模拟调频激励器，调制度很难实现精确同步；共源技术虽然解决了调制度精确同步问题，但需要对射频信号进行传输，又无法兼顾时间同步问题。节目传输受实际传输链路的限制，时间（相位）同步基本不能保证；此外对立体声导频同步没有规定，该同步系统对立体声效果较差。　　以前的系统，对标准中要求的“三同”一般只能做到“一同”或者“两同”，无法实现真正同步，导致实际覆盖效果不理想。　　此外，对系统化设计重视不够。在系统建设中，太强调同步技术，希望用同步完全解决相干问题，而忽略了“网络化设计”或“系统化设计”的作用，换言之，对同步网的“网络”特性重视不够。　　由于上述原因，实施的一些同步广播系统基本达不到使用要求，到2006年左右该系统基本处于停滞状态。二、新技术的突破　　北京同方吉兆在分析、借鉴以前模拟同步技术的基础上，与中国传媒大学合作，提出了以数字技术为基础的新一代调频同步广播系统，主要特征为：　　1通过采用数字调频激励器，改进频率同步、调制度同步、导频同步等同步指标，同时大大改进失真、信噪比、隔离度等关键技术指标，使调频发射机的播出质量大大提高。　　2采用数字音频信号传输，通过音频SFN服务器／适配器设备，将GPS中的“秒脉冲”时间基准插入到传输流中，实现延时“动态自动调整”，从而大大改善系统时间同步性能和系统调试、维护工作量。该技术的应用解决了不同传输链路下的时延自动调整问题，是一种通用的解决方案。　　3强调以系统设计为主、同步调整为辅的系统设计理念，在系统集成中强调标准化、通用性、可扩展性等，使系统更具有实用性。 　　采用上述新技术后，系统的同步性能大大提高，同步广播覆盖效果明显改善。该系统已经在深圳、淄博、北京、贵阳等省市成功运行，取得良好的社会效益和经济效益。三、同步技术介绍　　1国家相关标准　　相关国家标准和行业标准如下：　　●GB/T4311—2000《米波调频广播技术规范》　　●GY/T154—2000《调频同步广播系统技术规范》　　●ITU-R建议书BS.412《米波调频声音广播规划标准》　　GY/T169-2001《米波调频广播发射机技术要求和测量方法》　　同步广播标准主要技术要求为：　　①各台站基准频率源稳定度≤5×10-9/天(准确度1E-7即可)　　②载波相对频差≤1×10-9　　③相干区内载波场强差<6dB　　④相干区内已调信号的时间差≤10μs（单声道），≤5μs（立体声）　　⑤相邻站调制度设置误差≤3%　　⑥补点ERP应小于主发射机的20%　　⑦最低可用场强农村为54dB，城市为66dB（立体声）　　标准归纳为“三同一保”，即同频、同相、同调制度，保证最低可用场强。　　2同步系统原理　　同步广播要求多个台站采用同一个频率、同一时间发送同一套节目。由于各个台站传输链路不同，即使全部采用同一种链路也存在时延抖动、传输路由参数变化等问题，很难保证恒定的传输时延，所以时间同步是一个技术难点。　　本系统采用了目前国际上通用的一种单频网适配技术，在音频传输链路上插入1PPS时间基准，通过SFN适配器解决自动延时调整问题，使系统实现自动时间同步。　　此外该系统可以实现防插播功能，基本原理为在前端“SFN服务器”中插入识别码，到激励器中解出，可剔除中间环节插入的非法信号。　　调频同步广播系统原理框图如图1所示。 典型的E1传输链路同步方案如图2所示。典型的卫星/有线传输链路同步方案如图3所示。在实际使用中，允许采用多种传输链路传输，如卫星、地面数字微波、有线电视传输网络等，该系统具有通用性。 四、关键技术　　1数字调频激励器　　数字调频激励器是该项目的关键技术，该数字激励器不但具有目前国际上通用的数字激励器的全部功能，而且增加了“同步信令”功能，从而使系统可以实现同步自动调整。　　立体声数字调频激励器的性能直接关系到载波和调制度的稳定度，是实现高质量同步广播的关键。系统所设计的激励器功能上可以实现从音频输入（AES/EBU）、立体声编码、数据处理直至射频数字调制（DDS方式）输出87～108MHz调频信号的全数字过程。　　此系统具有灵活性、兼容性和高性能指标。主要表现在以下几个方面：　　●采用1000MHzD/A变换器，可以直接实现74MHz～110MHz的射频输出。输出频率分辨能力可达到48位。独立工作时频率稳定度<1×10-6(内部温补晶振)，同步工作时频率稳定度<1×10-11(锁定GPS)；　　●从音频抽样到射频输出全程（二进制）数值运算都在16位精度、40位累加器尾数处理以上；　　●具有数字音频信号（AES/EBU），左、右声道模拟信号及RDS、SCA1，SCA2输入接口。可内建RDS/RBDS（数据由com2接入）及FMHDS17.5kbps/28kbps(数据由com2接入)；　　●输出延迟可调,最大可达20ms，步进1ms/10μs/100ns；　　●频偏数字可调，精确度可达0.01%。　　此外，数字激励器在调频技术指标上还具有优良的性能，如：　　●信噪比：＞80dB　　●音频失真：＜0.02%,30～15000Hz　　●立体声隔离度：＞60dB,30～15000Hz数字激励器编码部分原理框图如4所示。采用上述数字激励器后，不但解决了立体声同步广播的技术问题，而且大大提高了立体声广播的性能，在国外形象地称为CD级调频技术。　　2音频SFN服务器/适配器　　音频SFN服务器/适配器是一种基于数字音频传输的时延同步设备，主要功能是解决数字音频信号（AES/EBU）传输链路中自动时延补偿问题，使音频信号在各个发端站保持“绝对时间”同步。图5以E1传输链路为例，说明延时调整原理。 将系统固定延时设为8ms，则在3个E1链路中系统的自动延时补偿分别为：6ms，5ms，3ms。　　如图5，电波传播速度300m/μs，等场强相干区1距离发射机1的距离为8Km，延时理论计算为27us；距离发射机2为12Km，延时理论计算为40μs。　　将发射机2的固定时延设为10ms，为保证相干区1的接收，发射机1的固定延时应设为：　　10ms＋（40μs－27μs）　　同理可计算出发射机3的固定延时设置为：　　10ms＋（67μs－33μs）　　音频SFN服务器/适配器采用数字SOPC技术，通过GPS时标、频标发生器实现音频实时同步，确保同步精度，并且具有可靠的工作稳定性。　　3系统设计　　调频同步网是一个”网络”,所以首先要从网络化宏观考虑，具体内容包括：　　●在网络规划中，注意“三网”配套，远程监控管理网与无线覆盖网同步进行，充分考虑节目分配网的作用，使系统成为一个有机的整体。　　●在覆盖设计中，首先从系统考虑，解决相干的问题。　　●强调系统的标准化设计、可扩展性等，通过系统化设计，充分发挥系统的性能。　　①网络规划　　调频同步广播系统是一个“网络化”工程，系统平台由三个网络组成，即调频同步网、节目分配传输网和远程监控管理网，如图6所示。 无线覆盖网由多个发射台站（发射台站）、前端系统、完成广播覆盖功能，是系统的核心部分；远程监控管理网络是系统的重要组成部分，完成系统管理功能；节目分配及数据传输网络是上述两个网络的纽带，完成节目分配和监控回传等功能。　　需要特别说明的是，一个完整的网络系统不能不考虑远程监控和节目传输系统。远程监控系统作为系统的有效管理手段，对系统的成败具有关键的作用，一个同步网系统，站点数量多、技术相对复杂、需要系统协调工作，依靠传统的站点值班手段已经远不能满足实际要求，所以必须采用先进的自动管理手段。　　此外，节目分配网络一般租用现成的传输网络，完成节目分发和远程监控回传功能，如果传输特性不可控制，将导致系统同步失去意义，所以传输网络的选择也是系统建设中的一个重要环节。　　系统由以下4个子系统组成，如图7所示。　　●前端子系统，包括编码复用等音频处理服务器系统。　　●发射台站子系统（由多个台站组成）。　　●监控系统，由监控中心和发射台站本地监控系统组成。　　●节目分配传输系统，由地面传输网络和接口转换设备等组成。②覆盖设计 　　●相干区处理办法：首先是通过站点选择、地形条件等避免或减小相干区，其次是通过天线场型控制相干区，最后通过同步调整缩小或消除相干区。　　●覆盖的顺序：首先是人口密集地区，保证人口覆盖率，而且要保证信号质量；其次是高速公路无缝覆盖，“以线带面”带动公路沿线；最后是边远地区。方案必须考虑经济效益与社会效益。　　●相干区要尽量控制在人口密集地区以外，所以城市尽量用单发射台站覆盖。　　●小功率多布点方式无线覆盖效率低、系统信价比低，必须尽可能考虑中、大功率覆盖。　　在规划调频同步网站点时，也需要避免一些该技术的不足之处：　　●所谓的相干区实际上就是干扰区，同步的目的是为了减小干扰区，在相干区内收听效果只会变差不会变好，所以在设计中要尽量避免重复覆盖；　　●3个站以上同时相干的区域调整难度大，而且通过系统调整也不一定能达到理想的收听效果，所以要尽量避免。　　③站点设计　　●尽量采用通用设计，如节目传输尽量采用标准传输网络等。　　●站点采用标准化设计，如天馈共用、发射机N+1备份等，所有站点基本通用设计，便于维护。此外，天线需要采用宽带天线，且下倾角可调。　　●考虑系统的可扩展性，考虑未来增加频道，扩充站点等；未来的同步网每个台站可能有几个频道，除天馈需要共用外，远程监控也必须满足系统扩展要求。　　●考虑系统的可靠性、可维护性，远程监控采用通用设计。　　④远程监控　　远程监控由监控中心和各个发射台站的监控设备组成，远程监控实现的主要功能有：　　●远程控制发射机的工作状态，保证发射设备的安全工作。　　●远程监控GPS频标的工作状态，保证系统同步。　　●远程监控节目分配设备的工作状态，如卫星接收机、接口适配器等，保证节目源的正常提供。　　●远程监控机房环境状态，保证设备的正常运行。　　●远程指导系统维护。　　远程监控有两种方案，一种是通过数字传输网络（SDH）建立专用IP通道，一种是通过移动短信平台实现远程监控。五、与国内外同类技术的比较　　与国内模拟同步系统性能比较如表1所示。国外尚没有类似的数字调频同步广播系统。 六、成功案例　　目前已经成功应用的省市级调频同步系统有北京、深圳、淄博、贵阳等，均正式播出。　　北京城市广播调频同步网包括两个站点，覆盖北京市区，地形条件为大城市，效果达到国家标准。同时北京1套广播村村通覆盖工程也采用自动同步技术，覆盖北京郊县，系统正在建设中。　　深圳调频同步网包括覆盖深圳所辖的所有区县，地形条件为山区。本系统采用卫星和E1链路混合传输，发射机配备调频数字激励器，系统配备远程监控，所有站点无人值守。覆盖范围较原来梧桐山单点大功率覆盖扩大，同时解决了深圳机场、大小梅沙的覆盖问题，效果达到国家标准。　　淄博人民台调频同步广播系统包括3个站点，每个站点播出4套节目，覆盖淄博市所辖的所有区县，地形条件为平原和山区。本系统采用E1链路传输，发射机配置数字调频激励器，系统覆盖范围较原来贵阳台单点覆盖扩大，效果达到国家标准。　　贵阳人民台调频同步广播系统包括5个站点，每个站点播出4套节目，覆盖贵阳市所辖的贵阳市区和三县一市地区，地形条件为山区。本系统采用E1链路传输，发射机配置数字调频激励器，系统覆盖范围较原来贵阳台单点覆盖大大增加，效果达到国家标准。　　调频同步网是一个较复杂的系统工程，技术难度相对较大，系统的可靠性、可维护性、可扩展性是系统成功的关键。该系统较好地解决了上述问题。