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浅析调频同步广播的解决方案和技术难点

2010-4-20 09:08| 发布者: admin| 查看: 815| 评论: 0|原作者: webmaster|来自: 依玛师

一. 同频广播提出和技术标准
  早在2000年12月,生效实施了《调频同步广播系统技术规范》GY/T154-2000,它由广电总局科技司提出,广电总局广播电视计量中心,联合杭州众力传播公司、青岛广电所、浙江人民广播电台等单位共同起草,1999年6月开始经多次讨论、实验、修改、征求专家意见、专家审定、报批等程序,共同完成的。标准的核心是规定了实现“三同”a.同频:相对频差≤1×10ˉ9;b.同相:传输时延差≤10μs(单声),5μs(立体声);c.同调制度:调制度偏差限制在约5%以内。这是保证单频网正常运行的必要条件。在实际调整中还要有“一保”,即保证可用场强。可以通过采用全数字化的立体声编码调制器,精确地实现上述要求,解决模拟FM调制无法解决的相邻发射机调制度精密相等问题。

二. 调频同步广播的实现方案
  同频广播的核心技术之一是完成前端同步激励及音频信号的传输,必需采用第二方传输链路来实现,目前的主要方式有卫星、微波、光纤三种,具体根据台站条件和实现目标选择,我台同频广播使用的是微波传输方式,三者之间的优缺点如下表1:
除了传输之外的另一个主要技术是调频同步的实现方法,目前有两种,一是每个发射点使用单独的激励器,通过GPS卫星定位,实现时间上高精度统一,通过调制到播出信号内容中,这种方案以杭州众传为代表,其数字FM同步广播发射机采用调频数字激励器,直接将卫星接收机送来的数字信号进行滤波、预加重、延时、导频产生、立体声编码等全数字处理,再由直接数字合成技术将MPX信号调制输出,GPS数字标准频率发生器同步整个系统,经由功率放大器、调频天线在交叠区域实现高质量、无干扰接收和无缝覆盖。第二种是南京同频公司的解决方法,利用一台激励器,通过微波宽带调制,延时等处理后,把调制后的FM信号分别送到发射点,解调后作为外激励推动末级放大,实现多点发射和覆盖。优点是投资相对较少,由于是一台激励器送出的调制信号,三同可以严格保证,重点放在保证可以用场强上,缺点是系统中一旦激励器出现故障,影响范围大。我台所采用的是第二种方法。

三. 调频同步广播的优缺点
  同频广播可以解决大面积情况的小功率覆盖问题,广播频率专业化情况下分区覆盖、如交通频率应用于道路沿线的交通信息;地形、地理等原因造成的覆盖率低,改善人口密集区域情况下的收听,一般使用小功率同步布点。另一个优点是建网容易、建网费用低、投资回收快、听众无需更换接收机,同时一些发射点、天馈系统、传输链路等设施设备,将来数字化广播实现时可以继续使用,不会重复投资造成浪费;再次是易于规划,提高频谱利用率,消除阴影区,在改善场强不均匀度方面,使用低高度垂直极化天线,极大地减小对空辐射和根部近场辐射,节约能源,满足电磁环境卫生标准,避免对航空频段造成干扰。缺点也是显而易见的,一方面是本身的技术缺陷,相干区的技术处理难度大,并且这种情况不可避免,另外在管理和维护方面不集中,造成设备安全运行保障性不够强。

四. 调频同步广播的发展现状
  鉴于调频同步广播的诸多优点,欧美一些国家(如法国、意大利、美国等),早在80年代晚期就开始了FM同步广播技术的研究,已建成若干实用的几百到两千公里的单频网(覆盖高速公路和补点)。广电总局科技司分别布署了杭甬高速公路,北京市城区两个调频同步广播的试点,分别由浙江台、北京台跟众力传播公司、青岛广电所合作实施,并且已于2000年通过验收。在此基础上,进一步扩大覆盖的试验,深圳电台自1998年起也进行了调频同步广播试验,2005年已建成5个发射点的同步广播系统,基本实现了同步广播设定的任务目标,由众力公司设计实施,河南电台3个点系统试验播出,截止到2008年初,我国在建和已经实现的调频同步广播台站有20多家。同频激励和系统方案的主要厂家,国外的有意大利泰可诺公司DEX30数字调频激励器,已有10多年的产品经验;国内的有杭州众传公司、北京吉兆电子有限公司,以及南京同频公司等多家,河南省已有省经济台、信息台、许昌台等多家省市级电台涉足同频广播。

五. 濮阳人民广播电台同频广播覆盖系统简介
  阳人民广播电台新闻综合频率调频100.1FM同频广播项目自2008年8月立项,2008年11月底开工,2009年3月底和4月初分别进行了阶段性测试,目前整个系统已经完成调试,正在运行中。

  1.调频同步广播系统组成:

  系统结合濮阳人民广播电台提供的基础数据,利用现有已建的广播发射基站站址,在范县和台前两地增加转播基站,南京同频传输公司具体采用广播信号同频谱传输技术,以濮阳市发射中心为频谱信号源,通过微波频谱合成发射系统,将频谱信号传输到范县和台前两地,微波频谱发射系统采用超线性大功率发射技术,对广播信号进行无失真频谱搬移,实现三地同频同步播出,有效地提高信号覆盖范围。同频谱传输技术,可使各个发射基站发射出来的信号频谱完全一致,从而实现同步广播的目标。


图1

  每个基站包括调频发射机,微波调制和传输系统,射频调制系统,天馈系统。

  基站系统方框图如下图3、图4:

 


图3


图4



  范县发射台框图(台前无射频延时器,其他同范县发射台):

  2.系统特点:一是采用单一激励器,通过微波同频谱传输技术,其他两发射点相当于同一末级功放的不同模块,因为单一的信号源和复合调制信号,不存在频率、相位和调制度的差异,这样可以严格保证同频、同相、同调制度;二是把濮阳和范县两发射点进行延时处理,根据电波传输速度300m/us计算,濮阳距离台前地理位置相距80Km,濮阳距范县40Km,分别对两地延时150us,80us。(计算出的延时距离分别为45Km,24Km),用于调整发射点间的时间差,在相交区域内使发射电波尽量减少时间差;三是根据地形条件和天线挂高,有选择性的把濮阳发射点定位为全向天线,覆盖濮阳市区及相邻县域,范县发射点为东偏北和正南双面定向天线,台前为东单面定向天线,发射功率分别采用了3Kw、1Kw、1Kw;四是根据实际测试覆盖情况,适当调整各点发射功率,把相干区控制到人口相对稀少的区域内,保证沿濮台公路(大概处于三发射点连线中轴内)收听效果良好,图
4为同频覆盖范围示意图。


图4

  系统安装调试完成后,我台组织技术人员分别对覆盖内区域进行了实地收听和测试,结果如下:以濮阳为中心,向南、西、北三个方向,接收信号为濮阳3千瓦机器发射,所测区域内收听效果良好;濮阳、范县两发射台同频相干区域位于范县西8-11公里处,南北宽3公里左右,带状,有同频干扰噪音,沿濮台公路实测,沿途收听,可正常收听,相交区域不定时有声噪音;范县毛楼旅游区、辛庄一带,沿线使用车载收音机移动接收,有明显的声干扰,固定接收信号方向性强,同时开濮阳和范县点和单开对比发现,场强基本相当,转动天线,分别接收到两点发射信号。根据测试结果判断,该地处于濮阳和范县两发射点共同覆盖区域;范县和台前由于分别采取了定向天线,且范县、台前一带行政区域呈带状,两发射点相干区在台前西7-10公里左右,沿濮台公路收听,未见明显噪声干扰,向北覆盖测试至阳谷县西湖及县城南,收听效果良好,最东测试点至台前吴坝乡银河渡口,信号良好。

3.存在问题和调整解决:根据测试结果判断,范县南毛楼、辛庄一带处于同频干扰区域内,由于该区域为人口密集区,影响群众收听。为改善该区覆盖情况,与天线厂家反复研究,把范县发射台1千瓦定向天线变更为东北和正南两个主指向区域,(图4中红色椭圆覆盖为调整后的示意图)分别由两层双偶极板天线组成,即要满足西、北、南三方的主要覆盖区域(濮阳市辖区内),又减少与范县发射点之间的相互干扰。采取以上措施后,于2009年4月3日,再次对原路线进行了移动接收,收听效果明显改变,毛楼相干区域移除,随后又沿大堤向东行至高码头和台前清河交界处,可以清晰接收台前发射点信号。

  4.濮阳台同频广播实例技术难点分析:一是本方案中,三点相距均匀,所要求覆盖区域特殊(东西狭长带状),特别是濮阳发射点,既要照顾全方向的主要覆盖,又尽量避免对东面范县发射点的同频干扰,发射功率要求较大,可以认为,台前和濮阳两地为主要发射台,范县做为补点存在,这样呈哑铃型发射覆盖,两头功率大,中间补点,覆盖效果得到改善;二是通过实践发现,在延时开通和关闭的状态下,对相干区的接收影响不明显,主要取决于该地覆盖场强大小,因为对每个接收点来说,两个发射源到达的时间差均不相同,延时量不能以点盖面;三是对相干区的定向接收问题,没能够通过改变发射天线的极化方式来进行对比(没垂直极化天线可用),如果能在不同的发射站点分别采用垂直和水平相交的极化方式,相交区域的同频干扰应有所改善;四是大功率覆盖对同频广播的效果影响较大,功率越高,固定地理位置见的相干区范围越广,场强越强,越难处理,本案例中适当降低范县发射点功率,减少和移动了相干区,但除非是各点覆盖区域边缘相交,否则相干区会不可避免的存在。

六. 系统运行中的其他必要条件分析
  同步播出网络建成后,技术层面的安全播出和内容方面的安全保障,是系统运行的必要条件,技术实现作为形式,是为广播的具体内容服务的,在传输和多点发射这种情况下,除了要给信号的安全优质传输留出设计余量,还要从管理上保证内容的安全性。比如说,发射站点的选址,天馈线的架设安装,用电方面的安全,微波传输受不受恶意攻击等等,如果是无人值守,就要采取遥测和遥控的手段,及时了解到现场设备的运行情况,一旦有异常,能够自动采取降功率,自动保护,定时恢复等具体功能。因此说,调频同步广播是个大的系统工程,不是一劳永逸、一次投入、终身受益的,这些特点也为同步广播的普及性造成了阻力,广播电视行业向来是重投资、高标准、严要求,是把安全问题放在首位的行业,如果不能保证这些,有时候覆盖甚至还不如不覆盖,没有调频,还有中波来弥补。相信随着技术的进步,网络化和集团化的广播覆盖会越来越好。B&P

参考文献:
1. 钱岳林“调频同步广播技术” 《世界广播电视》 2000年5月
2. 余胜洁“关于调频同步广播发射系统的建设”《世界广播电视》 2005年
3. 李为丰“调频同步广播是解决覆盖问题的好办法”《广播电视网络技术》2001年 
4. 王亚峰 “调频广播覆盖及单频网络组建的设想”《广播动态》2008年
5. 濮阳市力天世纪公司 濮阳人民广播电台调频同步广播验收报告

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