调频同步广播新技术介绍

1、调频同步网系统理论与实践 调频同步广播最新技术及应用 索召和 摘要：本文介绍了调频同步网广播的最新技术进展，同时对新的“动态自动同步”系统与传统的同步方式进行了比较。最后介绍了调频同步网的全套解决方案及成功案例。关键字：数字激励器，调频发射机，调频同步广播，动态同步1 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、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

2、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

3、GY/T 1542000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，并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：l 由于采用模拟调频激励器，调制度同步很难实现精确同步；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；l 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

4、同步系统对立体声效果较差；l 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；l 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，而或略了“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。2 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

5、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，系统的同步信能大大提高，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

6、运行，取得良好的社会效益和经济效益。3 同步技术介绍3.1 国家相关标准相关国家标准和行业标准如下：l GB/T 43112000米波调频广播技术规范l GY/T 1542000调频同步广播系统技术规范l 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*1E-9/24h(准确度1E-7即可)2) 载波相对频差1*1E-93) 相干区内载波场强差<6dB4) 相干区内已调信号的时间差10s（单声道），5s（立体声）5) 相邻站调制度设置误差3%6) 补点ERP应小于

7、主发射机的20%7) 最低可用场强农村为54dB，城市为66 dB（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。3.2 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、传输路由参数等变化问题，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

8、，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下：数字音频SFN服务器GPS参考源数字音频传输网络数字音频SFN适配器GPS参考源数字音频SFN适配器GPS参考源FM发射机-数字激励器FM发射机-数字激励器AES输入同步系统原理框图典型的E1传输链路同步方案：E1传输链路下同步系统原理图典型的卫星/有线传输链路同步方案：卫星/有线传输链路下同步系统原理图在实际使用中，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。4 关键技术4.1 数字调频激励器调频数字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

9、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87108MFM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：Ø 采用1000MHz D/A变换器，可以直接实现74MHz110MHz的射频输出。输出频率分辨能力可达到48位（1uHz）。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、10-11 (锁定GPS)；Ø 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；Ø 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FMHDS 17.5kbps/28kbps(数据由com2接入)；Ø 输出延迟数字可调, 最大可达20 ms，步进1ms/10s/100ns；Ø 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：l 信噪比: >80dBl 音频失真: < 0.02%

11、 , 3015000Hzl 立体声隔离度：> 60dB , 3015000Hz数字激励器编码部分原理框图如下：数字编码板原理框图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。4.2 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。下图以E1传输链路为例，说明延时调整原理。时间同步原理框图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：6m

12、s，5ms，3ms。如上图，电波传播速度300m/us，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40us。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（40us27us）同理可计算出发射机3的固定延时设置为：10ms（67us33us）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。4.3 系统设计调频同步网是一个”网络”,所以要首先从网络化宏观考虑，具体内容包括：l 在网络规划中，注意“三网”配套，

13、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。l 在覆盖设计中，首先从系统考虑，解决相干的问题； l 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。4.3.1 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，如下图所示。无线覆盖网（调频同步广播网）节目分配及数据传输网远程监控管理网调频同步广播系统数字电视地面广播系统结构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

14、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，如下图所示。l 前端子系统，包括编码复用等音频处理服务器系统；

15、l 发射台站子系统（由多个台站组成）。l 监控系统，由监控中心和发射台站本地监控系统组成； l 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。地面光传输网络/卫星/GSM监控中心编码复用系统发射台站前端系统系统结构示意图4.3.2 覆盖设计l 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。l 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。l 相干区要尽量控制在人口密集地区以外，所以城市尽

16、量用单发射台站覆盖；l 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：l 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；l 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。4.3.3 站点设计l 尽量采用通用设计，如节目传输尽量采用标准传输网络等；l 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；l 考

17、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； l 考虑系统的可靠性、可维护性，远程监控采用通用设计；4.3.4 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：l 远程控制发射机的工作状态，保证发射设备的安全工作；l 远程监控GPS频标的工作状态，保证系统同步；l 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；l 远程监控机房环境状态，保证设备的正常运行。l 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

18、IP通道，一种是通过移动短信平台实现远程监控。5 与国内外同类技术的比较与国内模拟同步系统性能比较：序号指 标其他同步系统新同步系统1频率同步1×10-9优于1×10-112调制度同步误差3%001%3相位同步（时间）手动同步自动同步1S4立体声同步理论上不适用满足5相干区保护率6dB小于3dB6相干区收听效果3级4级7站间距离9km可大于40km8建设成本高低国外尚没有类似的数字调频同步广播系统。6 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