■文/嚴(yán)錦華

采用地面微波傳輸?shù)墓苍凑{(diào)制調(diào)頻同步廣播

■文/嚴(yán)錦華

調(diào)頻同步廣播是節(jié)省頻率資源，擴(kuò)大覆蓋范圍的有效手段，文章結(jié)合廣東電臺交通之聲調(diào)頻同步廣播傳輸發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)，介紹使用地面微波傳輸節(jié)目源信號的共源調(diào)制調(diào)頻同步發(fā)射網(wǎng)的技術(shù)原理、特點(diǎn)及工程實(shí)施。

調(diào)頻同步廣播；地面微波；共源調(diào)制

廣東廣播電視臺交通之聲（羊城交通廣播電臺）1995年經(jīng)原國家廣電部科技司批準(zhǔn)，在廣州地區(qū)利用小功率調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)頻同步廣播試驗(yàn)，是全國第一個進(jìn)行立體聲同步廣播試驗(yàn)的電臺。試驗(yàn)采用地面微波傳輸節(jié)目源信號的共源調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)“三同一?！?，借鑒一些發(fā)達(dá)國家的同步廣播的經(jīng)驗(yàn)，不斷加深對調(diào)頻同步技術(shù)的認(rèn)識，同步技術(shù)的一些問題和矛盾得到了不同程度的解決，為我國調(diào)頻同步廣播技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定和行業(yè)推廣提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和有益借鑒。經(jīng)過數(shù)年的探索和完善，完成系統(tǒng)設(shè)備國產(chǎn)化研制生產(chǎn)后，2008年交通之聲的調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)通過了國家廣電總局的技術(shù)驗(yàn)收，進(jìn)入新的穩(wěn)定運(yùn)行時期，至今為廣大人民群眾提供優(yōu)質(zhì)的聲音廣播服務(wù)。

1.技術(shù)規(guī)范

本項(xiàng)目引用《調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GY/T154-2000，系統(tǒng)的基本技術(shù)要求：“三同一?！?/p>

1、同頻：相對頻差≤1×10-9。

2、同相：相對時間延差≤10μs（單聲），5μs（立體聲）。

3、同調(diào)制度：調(diào)制度差≤3%。

4、保證相干區(qū)內(nèi)的最低可用場強(qiáng)滿足ITU的規(guī)定。

2.系統(tǒng)技術(shù)原理

2.1 信號的傳輸

信號的傳輸采用地面微波傳輸方式，中心站點(diǎn)在廣東電視臺頂層，以“中心開花”形式發(fā)往各同步站。微波傳輸采用模擬調(diào)頻方式。

2.2 同頻

在微波中心站設(shè)置了高精度時基作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，標(biāo)準(zhǔn)頻率源輸出的10MHz標(biāo)頻鎖定立體聲復(fù)合信號中的19KHz導(dǎo)頻信號，使其穩(wěn)定度優(yōu)于5×10-9/24小時，作為整個系統(tǒng)的時基。在微波中心站，立體聲復(fù)合信號中被調(diào)制成微波信號送往各同步站。

系統(tǒng)采用的同步激勵器由微波接收和同步激勵兩部分組成。在各同步站，同步激勵器接收到微波信號將其轉(zhuǎn)換成IF中頻信號，取出19KHz導(dǎo)頻信號作為時基，通過跟蹤能力很強(qiáng)的鎖相電路，鎖定本機(jī)的載波頻率。同步激勵器并不是簡單的將微波信號進(jìn)行頻譜搬遷，而是用精密鎖相技術(shù)“再生”一個調(diào)頻信號，這個信號受兩方面控制：一方面跟蹤輸入微波信號頻率的瞬時變化，將整個動態(tài)頻譜精確“復(fù)制”在調(diào)頻頻段；另一方面該信號中心頻率由微波通道送來的高穩(wěn)定度的19KHz導(dǎo)頻信號精確鎖定。

FM調(diào)頻信號的頻率精度只與19KHz時基有關(guān)，與微波信號（包括中繼轉(zhuǎn)發(fā)）的頻率精度沒有直接關(guān)系， 19KHz時基在傳輸中無論是微波中心站的調(diào)制、中繼站的轉(zhuǎn)發(fā)還是同步站的接收解調(diào)，均不影響其頻率精度。由于系統(tǒng)只須在微波中心站設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)頻率源即可通過微波信號將系統(tǒng)時基送到各同步站，標(biāo)準(zhǔn)頻率源的等級可以提得很高，因此本系統(tǒng)采用了銣原子鐘振蕩器將系統(tǒng)時基穩(wěn)定度提高，保證了各發(fā)射機(jī)之間的載頻差遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1×10-9。

2.3 同相

本系統(tǒng)中采用地面微波傳送音源信號，兩個或多個FM已調(diào)波調(diào)制信號相位差表現(xiàn)為兩部分：一部分是由于微波信號傳輸路徑不同，造成到達(dá)各同步站的微波信號存在時延差；另一部分是由于各同步站發(fā)射條件和發(fā)射功率不同，造成相干區(qū)位置不在同步站間直線距離的中點(diǎn)，則兩個FM 已調(diào)波信號到達(dá)相干區(qū)存在時延差。這兩部分時延差都必須予以補(bǔ)償。本系統(tǒng)在各同步站設(shè)置RF數(shù)字延時器，用于調(diào)整各同步激勵器的延時時間，使系統(tǒng)在相干區(qū)內(nèi)的時延差≤5uS。

2.4 同調(diào)制度

本系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)在于能保證系統(tǒng)內(nèi)各同步發(fā)射機(jī)的調(diào)制度保持絕對的一致。在微波中心站，微波發(fā)射機(jī)將MPX立體聲復(fù)合信號調(diào)制在微波上，發(fā)往各同步站。在各同步站，同步激勵器將接收下來的信號轉(zhuǎn)成中頻IF，通過精密鎖相電路將整個動態(tài)頻譜“復(fù)制”到FM頻段，經(jīng)放大后輸出。在這個過程中不經(jīng)過解調(diào)和重新調(diào)制的過程，在整個系統(tǒng)中，音頻信號只在微波發(fā)射機(jī)中調(diào)制一次，這就保證了系統(tǒng)調(diào)制度是100%一致的，避免調(diào)制度偏差帶來得系統(tǒng)指標(biāo)劣化。

2.5 最低場強(qiáng)的保證

通過實(shí)際場強(qiáng)的測量，對各發(fā)射機(jī)的功率和發(fā)射天線位置、天線場形進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。

3.系統(tǒng)的特點(diǎn)

本系統(tǒng)使用的同步技術(shù)、電路設(shè)計和配套產(chǎn)品最初來源于美國硅谷，90年代初在NAB上展出并獲獎，我們消化吸收了原設(shè)計的精華部分，改進(jìn)了原設(shè)計中時間基準(zhǔn)精度不夠的缺陷，結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況配套了中繼設(shè)備、各類天線等系統(tǒng)產(chǎn)品，逐步將同步系統(tǒng)完善并將覆蓋區(qū)擴(kuò)展到番禺、花都區(qū)。該系統(tǒng)有幾個特點(diǎn)：

系統(tǒng)設(shè)計思路清晰，技術(shù)成熟，系統(tǒng)配套完整。在系統(tǒng)組成的每個環(huán)節(jié)都充分考慮了同步系統(tǒng)的特性和要求，采用的技術(shù)方式成熟可靠，這是試驗(yàn)在開始階段就能取得較好效果的原因。

調(diào)制度的一致性和原子鐘的應(yīng)用。和其他同步系統(tǒng)比較，該系統(tǒng)一個突出特點(diǎn)是同源調(diào)制方式保證各個發(fā)射站調(diào)制度完全一致。另外采用了高穩(wěn)定度、高精度、壽命長、免維護(hù)的銣鐘作為時基信號同步整個系統(tǒng)，將系統(tǒng)的同頻指標(biāo)提高到10-11水平級，不僅遠(yuǎn)優(yōu)于國標(biāo)要求，穩(wěn)定可靠，而且在電臺控制范圍內(nèi)，避免受到GPS由于某個軍事項(xiàng)目停止使用或在衛(wèi)星信號傳輸過程中由于各種偶然因素缺失信號所造成的影響。

在長距離中功率同步覆蓋中的應(yīng)用。

在完成中心市區(qū)的覆蓋后，電臺的目標(biāo)是進(jìn)行包括黃埔區(qū)在內(nèi)大廣州的覆蓋。廣州到黃埔區(qū)的同步網(wǎng)采用的是“放射線”型覆蓋，雖然站間的距離加大了，理論上相干區(qū)的范圍增加了，但相干區(qū)的情況比市區(qū)簡單得多，系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整較簡單。該套同步技術(shù)在精密“三同”方面的優(yōu)勢在中長距離覆蓋上得到更充分的發(fā)揮，取得較好的覆蓋效果。

4.工程實(shí)施和系統(tǒng)調(diào)整測試

4.1 站點(diǎn)的選擇

考慮到系統(tǒng)運(yùn)營成本和人口分布情況，根據(jù)廣州地區(qū)“東西長，南北短”的地形特征，我們按照一般的單聲道相距18KM，立體聲相距9KM的選擇發(fā)射點(diǎn)的原則進(jìn)行，在東西方向上設(shè)置兩個發(fā)射站，另外在老城區(qū)內(nèi)選取一個發(fā)射站補(bǔ)點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)既解決中心地區(qū)的覆蓋，同時兼顧廣州東部新發(fā)展地區(qū)的覆蓋。

4.2 系統(tǒng)調(diào)整

各同步站延時時間的調(diào)整。通過調(diào)整設(shè)在各同步站的數(shù)字延時器，保證干擾區(qū)信號的相位同步。本系統(tǒng)采用微波傳送節(jié)目源信號，延時差主要是由于路徑不同造成的，空間射頻傳輸速度確定，因此在理論上的延時時間值計算較簡單，再根據(jù)實(shí)際情況在小范圍內(nèi)調(diào)整。

天饋系統(tǒng)調(diào)整。通過對調(diào)頻天線朝向的調(diào)整和振子間相位的調(diào)整，以及采用弱定向天線等方法來實(shí)現(xiàn)信號在有效覆蓋區(qū)內(nèi)最低可用場強(qiáng)的要求。根據(jù)各站與市中心的距離，調(diào)整發(fā)射機(jī)播出功率和天線方向就可以滿足要求。

4.3 系統(tǒng)測試

（1）系統(tǒng)時基測試。本系統(tǒng)時基為19KHz，在用銣原子鐘鎖定后，三天共取樣30點(diǎn)，均值為19000.00000091Hz，最大飄移0.00000039Hz，日穩(wěn)定度優(yōu)于2.05×10-11/日。

（2）頻率測試。設(shè)定參考基準(zhǔn)站后對各發(fā)射站頻率進(jìn)行測試，最大相對頻差1.81×10-10。

（3）調(diào)制度差。分別對不同頻偏和音頻頻率進(jìn)行調(diào)制度測試，最大調(diào)制度偏差0.2%（包含設(shè)備及測量儀器測量誤差）。

（4）場強(qiáng)覆蓋測試。整體覆蓋試驗(yàn)效果基本達(dá)到中心市區(qū)內(nèi)90%的室外地方立體聲調(diào)頻廣播服務(wù)場強(qiáng)中值達(dá)到大城市標(biāo)準(zhǔn)的66dB，衛(wèi)星城鎮(zhèn)達(dá)到56dB，農(nóng)村地區(qū)達(dá)到46dB。市屬的越秀、海珠、荔灣、黃埔、白云等市區(qū)內(nèi)相干區(qū)不明顯而且不大，由于白云山脈的阻隔，市屬的從化、增城等市區(qū)和城鎮(zhèn)地區(qū)的FM信號未能達(dá)到最低場強(qiáng)的要求。

（5）主觀收聽評價在場強(qiáng)較強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)（如場強(qiáng)> 66dB），用普通收音機(jī)可穩(wěn)定接收，聲音清晰、無雜音、無跳臺的咔嚓聲。在覆蓋范圍85%以上的地區(qū)內(nèi)主觀收聽評價優(yōu)于或達(dá)到四級。

5.結(jié)論

交通之聲使用調(diào)頻同步發(fā)射系統(tǒng)組網(wǎng)對廣州市城區(qū)、郊區(qū)進(jìn)行覆蓋，達(dá)到電臺對于市區(qū)、城鎮(zhèn)和農(nóng)村的場強(qiáng)覆蓋要求，相干區(qū)的收聽效果比強(qiáng)場強(qiáng)區(qū)有所劣化，但范圍不大而且在相干區(qū)內(nèi)指標(biāo)的劣化在絕大部分聽眾可以接受的范圍內(nèi)，總體上基本滿足電臺和聽眾的收聽要求。

調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約頻率資源，便于進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)覆蓋和擴(kuò)大覆蓋范圍。交通臺調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)經(jīng)過二十年運(yùn)行，充分發(fā)揮出這一技術(shù)優(yōu)勢，年年位于廣東電臺收聽率和創(chuàng)收的前三位內(nèi)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

同步發(fā)射點(diǎn)具有布點(diǎn)較多、位置分散的特點(diǎn)，因此建設(shè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)尤其重要?？紤]到各同步發(fā)射點(diǎn)實(shí)際情況的不同，要求遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠支持多種數(shù)據(jù)傳輸鏈路。

[1]馮錫增． 調(diào)頻同步廣播[J]． 廣播與電視技術(shù)，1998（07）：93-96．

[2]馮錫增． 對調(diào)頻同步廣播的一些思考[J]． 廣播與電視技術(shù)，2001（11）：117-119．

[3]鄭朝暉． 調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理方案初探[J]． 廣播與電視技術(shù)，2006（12）：40-42．

[4]鄒峰，李康，李為豐． 對調(diào)頻（FM）同步廣播標(biāo)準(zhǔn)的理解[J]． 廣播與電視技術(shù)，2001（09）：68-69，72-73．

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（作者單位：廣東廣播電視臺廣播電視發(fā)展中心）

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