调频同步广播新技术介绍

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 吕卫 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
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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。
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广电总局在于 2000 年制定了相关标准 GY/T 154—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，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： 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； 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
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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。 3 同步技术介绍 相关国家标准和行业标准如下： GB/T 4311—2000《米波调频广播技术规范》 GY/T 154—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*1E-9/24h(准确度 1E-7 即可) 2) 载波相对频差≤1*1E-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 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。
3.1 国家相关标准
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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下：
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：
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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。
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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 87~108MFM 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 1000MHz D/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（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<1×10-11 (锁定 GPS)；
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