張?jiān)伱罚?昆

（廈門廣播電視集團(tuán)，福建 廈門 361004）

0 引言

廈門城市公路隧道交通非常發(fā)達(dá)，隧道密度全國罕見。公路隧道在城市交通中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。公路隧道的封閉性造成了無線廣播信號的盲區(qū)。本著“安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、擴(kuò)容方便、系統(tǒng)實(shí)用、產(chǎn)品主流”的設(shè)計(jì)理念，在理論論證和延時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，廈門廣播電視集團(tuán)發(fā)射中心采用基于同源信號數(shù)字化光傳輸技術(shù)的隧道無線廣播覆蓋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了島內(nèi)15 條隧道的覆蓋，總覆蓋里程逾62 km。

1 系統(tǒng)介紹

隧道無線廣播覆蓋系統(tǒng)包括信號處理系統(tǒng)和天饋系統(tǒng)兩部分。針對調(diào)頻廣播的傳輸特點(diǎn)和覆蓋場強(qiáng)要求，天饋系統(tǒng)主要有兩種方案。一是泄漏同軸電纜覆蓋方案，二是定向天線覆蓋方案。前者用于長度大于500 m 的各種隧道，后者一般應(yīng)用于長度小于500 m 的短直隧道。泄漏電纜與其他的天線系統(tǒng)相比，具有傳輸參數(shù)穩(wěn)定、場強(qiáng)輻射均勻、信號覆蓋均勻的特點(diǎn)[1]。目前泄漏電纜技術(shù)相當(dāng)成熟，已被國內(nèi)許多城市選作隧道無線廣播覆蓋首選技術(shù)方案。信號處理系統(tǒng)目前經(jīng)常采用的是開路信號同步放大方案。該方案簡便易行，但存在一定的局限性，比如可能因地理位置不佳而使信號信噪比低，架高天線有可能遭遇雷擊，還有可能被非法信號插播。本著廣播電視安全播出工作不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟(jì)、又安全的方針，從安全播出的角度出發(fā)，兼顧今后系統(tǒng)的擴(kuò)容性，技術(shù)團(tuán)隊(duì)開拓思路，創(chuàng)造性地采用同源信號數(shù)字化光傳輸技術(shù)應(yīng)用于城市公路隧道覆蓋，取得了良好的效果。

2 主要技術(shù)創(chuàng)新

2.1 同源光纖傳輸技術(shù)

隧道無線廣播覆蓋最棘手的工作就是解決洞口調(diào)頻相干區(qū)的同頻干擾問題。同源光纖傳輸技術(shù)采用來自主站多工器的耦合信號，由于采用與主站同樣的信號源，從調(diào)頻同步廣播“三同一?！保ㄍl、同相、同調(diào)制度，保證最低可用場強(qiáng)）的角度看，“三同”具備了“兩同”，即同載頻和同調(diào)制度，只有同相無法保證，技術(shù)人員通過仿真實(shí)驗(yàn)論證了系統(tǒng)對時(shí)延的容忍度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只要信源質(zhì)量好，信噪比夠高，對時(shí)延的容忍度可提高至100 μs左右。該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以有效防范非法信號的干擾，有效改善收聽質(zhì)量。

2.2 數(shù)字傳輸技術(shù)

射頻信號不隨光信號的衰減而衰減，在長距離及分路傳輸中保持動態(tài)范圍不變。系統(tǒng)利用數(shù)字中頻技術(shù)在數(shù)字域?qū)π盘栠M(jìn)行處理，極大地增強(qiáng)了設(shè)備對信號的處理和控制能力，近端機(jī)和遠(yuǎn)端機(jī)可實(shí)現(xiàn)對16 個信道的獨(dú)立控制；采用菊花鏈傳輸方式，信號可以多次再生，也可實(shí)現(xiàn)信號的二次分發(fā)。

2.3 光纖波分復(fù)用技術(shù)

方案采用光纖波分復(fù)用技術(shù)，充分利用光纖的帶寬資源。系統(tǒng)將一根光纖復(fù)用FM、DTV 以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控信號3 種業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)信號傳輸及對所有關(guān)鍵設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.4 綜合網(wǎng)管系統(tǒng)

綜合網(wǎng)管系統(tǒng)是架構(gòu)在維護(hù)管理人員與設(shè)備之間的一座橋梁，對設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)管理及安全管理，是一個動態(tài)的、可擴(kuò)展的管理平臺。綜合網(wǎng)管系統(tǒng)使用瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用戶無需安裝龐大的客戶端，只需使用網(wǎng)頁瀏覽器便可登錄系統(tǒng)，可以方便地在任意接入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)上對站點(diǎn)進(jìn)行管理和監(jiān)控。隧道監(jiān)控拓?fù)淙鐖D1 所示。

圖1 隧道監(jiān)控拓?fù)鋱D

綜合網(wǎng)管系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)測FM 和DTV 的近端機(jī)/遠(yuǎn)端機(jī)的工作狀態(tài)，包括入射功率、反射功率及功放等；

（2）遠(yuǎn)程控制FM 和DTV 的遠(yuǎn)端機(jī)，包括開關(guān)功放、調(diào)整功放輸出功率等操作；

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控光開關(guān)、波分復(fù)用器等關(guān)鍵鏈路設(shè)備的工作狀態(tài)；

（4）監(jiān)控中心網(wǎng)管軟件具有地圖功能，電子地圖模塊具有瀏覽功能，支持基礎(chǔ)的電子地圖基本操作[2]；

（5）系統(tǒng)能夠通過日期和變量名稱查找歷史數(shù)據(jù)并生成歷史數(shù)據(jù)曲線圖，能夠?qū)ο到y(tǒng)要求的主要采集數(shù)據(jù)自動生成日報(bào)表、月報(bào)表及年度報(bào)表。

2.5 手機(jī)App 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

手機(jī)App 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)由廈門廣播電視集團(tuán)技術(shù)人員自主開發(fā)，方便維護(hù)人員通過App 在任何地方通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查看隧道覆蓋設(shè)備的運(yùn)行情況，也便于維護(hù)人員遠(yuǎn)程查看和判斷故障情況。

手機(jī)App 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)服務(wù)平臺、手機(jī)端實(shí)時(shí)監(jiān)測App 以及虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）光寬帶系統(tǒng)。數(shù)據(jù)服務(wù)平臺運(yùn)行在后臺服務(wù)器，實(shí)時(shí)獲取隧道監(jiān)測內(nèi)網(wǎng)上的直放站設(shè)備實(shí)時(shí)信息。綜合網(wǎng)管系統(tǒng)通過串口單向傳送數(shù)據(jù)到辦公網(wǎng)上的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。廈門廣播電視集團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)劃分為獨(dú)立運(yùn)行沒有連接外部網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)網(wǎng)以及連接外部網(wǎng)絡(luò)和無線局域網(wǎng)的外網(wǎng)（辦公網(wǎng)），內(nèi)外網(wǎng)隔離，可有效保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備免遭非法入侵和網(wǎng)絡(luò)病毒攻擊，保護(hù)內(nèi)網(wǎng)重要播出設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。移動終端實(shí)時(shí)監(jiān)測App（安卓版）使用無線終端接收機(jī)，通過無線網(wǎng)絡(luò)對隧道內(nèi)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，采用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）傳輸數(shù)據(jù)。VPN 利用公共的網(wǎng)絡(luò)通道（通常是因特網(wǎng)），采用安全加密措施，建立起一個邏輯專用通道，為使用者提供一條安全加密的專用網(wǎng)絡(luò)通道[3]。

手機(jī)App 用于遠(yuǎn)程監(jiān)測調(diào)頻廣播直放站和數(shù)字電視直放站，主要功能有用戶身份驗(yàn)證、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測、分等級的故障報(bào)警、故障事件顯示和事件查詢以及語音播報(bào)巡檢。App 采用主流的分屏界面，共實(shí)現(xiàn)4 個監(jiān)測界面：界面一顯示所有隧道的直放站功率柱狀圖，用不同顏色表示分級別的故障，界面二顯示所有報(bào)警和事件，界面三顯示直放站的詳細(xì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，界面四為參數(shù)設(shè)置界面。

2.6 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

傳統(tǒng)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）系統(tǒng)無法在隧道內(nèi)定位，無法客觀衡量覆蓋效果，只能憑借主觀收聽的情況，以可聽度作為評價(jià)的指標(biāo)。本文所述的系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地評價(jià)隧道內(nèi)任意一點(diǎn)的覆蓋情況，也為故障查找或者干擾源的跟蹤提供了便利。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種利用慣性傳感器測量載體的比力及角速度信息，并結(jié)合給定的初始條件實(shí)時(shí)推算速度、位置等運(yùn)動參數(shù)的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，具有抗干擾、隱蔽性好、信息全面等諸多優(yōu)點(diǎn)[4]。在戶外有衛(wèi)星信號的地方，導(dǎo)航系統(tǒng)通過BD/GPS接收機(jī)接收、獲取GPS 信息，在進(jìn)入隧道等沒有衛(wèi)星信號的地方后，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通過測量到的初始地理位置，結(jié)合載體的航向、俯仰、滾動、速度、位置（含升沉）、角速度及加速度等信息，通過高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換，結(jié)合多種補(bǔ)償措施，可以綜合計(jì)算出所在的GPS 地理坐標(biāo)。基于微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical System，MEMS）的慣性傳感器是慣性導(dǎo)航的首選[5]。系統(tǒng)通過串口輸出數(shù)據(jù)，并通過定制的嵌入式Linux 硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)對GPS 數(shù)據(jù)的接收和存儲。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與嵌入式ARM 硬件設(shè)備通過定制的主機(jī)外殼組合成一套可以在隧道內(nèi)測量準(zhǔn)確地理坐標(biāo)的車載慣性導(dǎo)航測量設(shè)備，結(jié)合頻譜儀測量到的場強(qiáng)數(shù)據(jù)，通過無線廣播覆蓋測量與分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分析，以數(shù)據(jù)里的時(shí)間列為基準(zhǔn)對兩邊的數(shù)據(jù)進(jìn)行連接計(jì)算和聚合計(jì)算，即可獲得包含時(shí)間、坐標(biāo)、無線頻率及場強(qiáng)的數(shù)據(jù)，從而利用無線廣播覆蓋測量與分析軟件形成隧道覆蓋電子地圖。

3 結(jié)語

隨著我國城市建設(shè)的大規(guī)模開展，軌道交通縱橫交錯、立體交通四通八達(dá)，基于同源信號數(shù)字化光傳輸技術(shù)的隧道無線廣播覆蓋系統(tǒng)的應(yīng)用場景極其廣泛。此項(xiàng)技術(shù)同樣可用于地下停車場和人防工程的信號覆蓋，發(fā)展前景廣闊。泄漏電纜本質(zhì)上是一個寬帶系統(tǒng)，屆時(shí)廣播電視、公安消防及應(yīng)急通信可以共纜實(shí)施信號覆蓋，能夠節(jié)約成本，符合城市集約化建設(shè)的發(fā)展方向。