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文檔簡介
1、調(diào)頻同步網(wǎng)系統(tǒng)理論與實踐調(diào)頻同步廣播最新技術(shù)及應用索召和摘要:本文介紹了調(diào)頻同步網(wǎng)廣播的最新技術(shù)進展,同時對新的“動態(tài)自動同步”系統(tǒng)與傳統(tǒng)的同步方式進行了比較。 最后介紹了調(diào)頻同步網(wǎng)的全套解決方 案及成功案例。關(guān)鍵字:數(shù)字激勵器,調(diào)頻發(fā)射機,調(diào)頻同步廣播,動態(tài)同步1 概述在知識與信息爆炸的今天,廣播由于其獨特的便利性越來越受到重視,收聽 廣播的人群在迅速增加。但目前中國四級辦電臺、不同頻率發(fā)射的廣播方式,使 同一廣播節(jié)目在不同地區(qū)采用不同的頻率發(fā)送, 跨區(qū)行車時往往不能收聽同一套 完整的節(jié)目。由于相鄰地區(qū)信號的干擾,使信號交迭區(qū)的收聽質(zhì)量大為下降,甚至無法收 聽。據(jù)專家介紹,這種同時辦臺方式極
2、大地浪費現(xiàn)有頻率資源,中國發(fā)達地區(qū)調(diào) 頻節(jié)目最多可以達10多套,欠發(fā)達地區(qū)只有幾套,而歐美發(fā)達國家則多達 40 多套。鑒于此,中國電子學會廣播電視分會覆蓋專業(yè)委員會的專家們提出,中國要制定措施,大力推廣調(diào)頻同步廣播發(fā)射系統(tǒng)。調(diào)頻同步廣播是一項能使多個發(fā)射 臺站的發(fā)射機采用同一頻率、同一節(jié)目源“同步”工作,實現(xiàn)大范圍廣播覆蓋技 術(shù)。采用調(diào)頻同步廣播發(fā)射系統(tǒng),可以有效地解決廣播移動收聽、 減少信號交迭 區(qū)干擾、提高廣播收聽質(zhì)量、節(jié)約頻率資源和加快廣播專業(yè)化發(fā)展,特別給公路、 鐵路交通干線移動人群收聽帶來便利; 同時,還可節(jié)約電臺投資、節(jié)約電臺運行 成本、提高廣播網(wǎng)絡安全性、減少電磁污染等。廣電總局
3、在于2000年制定了相關(guān)標準GY/T 1542000調(diào)頻同步廣播系統(tǒng) 技術(shù)規(guī)范,推動調(diào)頻同步網(wǎng)廣播技術(shù)的發(fā)展,并且取得一定成果。調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 概括為“三同一?!?,即頻率同步、時間(相 位)同步、調(diào)制度同步和保證必要的最低接收場強,并給出相應的技術(shù)指標。該 規(guī)范為調(diào)頻同步廣播奠定了技術(shù)基礎。但是由于當時調(diào)頻同步廣播整體技術(shù)水平的限制,實施的系統(tǒng)未能達到較好 的實際效果。究其原因主要是:由于采用模擬調(diào)頻激勵器,調(diào)制度同步很難實現(xiàn)精確同步;共源技術(shù)雖 然解決了調(diào)制度精確同步問題,但需要對射頻信號進行傳輸,又無法兼 顧時間同步問題;節(jié)目傳輸受實際傳輸鏈路的限制,時間(相位)同步基本不能保證
4、;此 外對立體聲導頻同步?jīng)]有規(guī)定,該同步系統(tǒng)對立體聲效果較差; 以前的系統(tǒng),對標準中要求的“三同”一般只能做到“一同”或者“兩 同”,無法實現(xiàn)真正同步,導致實際覆蓋效果不理想; 此外,對系統(tǒng)化設計重視不夠。在系統(tǒng)建設中,太強調(diào)同步技術(shù),希望 用同步完全解決相干問題,而或略了 “網(wǎng)絡化設計”或“系統(tǒng)化設計” 的作用,換言之,對同步網(wǎng)的“網(wǎng)絡”特性重視不夠;由于上述原因,實施的一些同步廣播系統(tǒng)基本達不到使用要求,到2006年左右該系統(tǒng)基本處于停滯狀態(tài)。2 新技術(shù)的突破北京同方吉兆在分析、借鑒以前模擬同步技術(shù)的基礎上,與中國傳媒大學合 作,提出了以數(shù)字技術(shù)為基礎的新一代調(diào)頻同步廣播系統(tǒng),主要特征為:
5、1、通過采用數(shù)字調(diào)頻激勵器,改進頻率同步、調(diào)制度同步、導頻同步等同 步指標,同時大大改進失真、信噪比、隔離度等關(guān)鍵技術(shù)指標,使調(diào)頻發(fā)射機的 播出質(zhì)量大大提高;2、采用數(shù)字音頻信號傳輸,通過音頻 SFN服務器/適配器設備,將 GPS中的“秒脈沖”時間基準插入到傳輸流中,實現(xiàn)延時“動態(tài)自動調(diào)整”,從而大大改善系統(tǒng)時間同步性能和系統(tǒng)調(diào)試、維護工作量。該技術(shù)的應用解決了不同傳輸 鏈路下的時延自動調(diào)整問題,是一種通用的解決方案。3、強調(diào)以系統(tǒng)設計為主、同步調(diào)整為輔的系統(tǒng)設計理念,在系統(tǒng)集成中強 調(diào)標準化、通用性、可擴展性等,使系統(tǒng)更具有實用性。采用上述新技術(shù)后,系統(tǒng)的同步信能大大提高,同步廣播覆蓋效果明
6、顯改善 該系統(tǒng)已經(jīng)在深圳、淄博、北京、貴陽等省市成功運行,取得良好的社會效益和 經(jīng)濟效益。3 同步技術(shù)介紹3.1國家相關(guān)標準相關(guān)國家標準和行業(yè)標準如下:GB/T 4311 2000米波調(diào)頻廣播技術(shù)規(guī)范GY/T 154 2000調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范ITU-R建議書BS.412米波調(diào)頻聲音廣播規(guī)劃標準GY/T169-2001米波調(diào)頻廣播發(fā)射機技術(shù)要求和測量方法同步廣播標準主要技術(shù)要求為:1)各臺站基準頻率源穩(wěn)定度w 5*1E-9/24h(準確度1E-7即可)2)載波相對頻差w 1*1E-93)相干區(qū)內(nèi)載波場強差6dB4)相干區(qū)內(nèi)已調(diào)信號的時間差w 10卩s (單聲道),w 5卩s (立體聲)5
7、)相鄰站調(diào)制度設置誤差w 3%6)補點ERP應小于主發(fā)射機的20%7)最低可用場強農(nóng)村為54dB,城市為66 dB (立體聲)標準歸納為“三同一保”,即同頻、同相、同調(diào)制度,保證最低可用場強。3.2 同步系統(tǒng)原理同步廣播要求多個臺站采用同一個頻率、 同一時間發(fā)送同一套節(jié)目。由于各 個臺站傳輸鏈路不同,即使全部采用同一種鏈路也存在時延抖動、 傳輸路由參數(shù) 等變化問題,很難保證恒定的傳輸時延,所以時間同步是一個技術(shù)難點。本系統(tǒng)采用了目前國際上通用的一種單頻網(wǎng)適配技術(shù),在音頻傳輸鏈路上插入1PPS時間基準,通過SFN適配器解決自動延時調(diào)整問題,使系統(tǒng)實現(xiàn)自動時 間同步。此外該系統(tǒng)可以實現(xiàn)防插播功能,
8、基本原理為在前端“ SFN服務器”中插入 識別碼,至V激勵器中解出,可剔除中間環(huán)節(jié)插入的非法信號。調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)原理框圖如下:第14頁共12頁同步系統(tǒng)原理框圖典型的E1傳輸鏈路同步方案:目輸心節(jié)傳和鬻專El2MEI傳輸取 E1FM數(shù)字發(fā)射機FM數(shù)字發(fā)射機FM數(shù)字發(fā)射機10MIpps10M數(shù)字發(fā)射機GPS時標顏標發(fā)生器GPS時標頻標發(fā)生器E1傳輸鏈路下同步系統(tǒng)原理圖典型的衛(wèi)星/有線傳輸鏈路同步方案:GPS基準源FM單頻網(wǎng) 音頻觀務器F 境用器K星/有覘微液時標Gf噁基準源衛(wèi)星/有線傳輸鏈路下同步系統(tǒng)原理圖在實際使用中,允許采用多種傳輸鏈路傳輸,如衛(wèi)星、地面數(shù)字微波、有線 電視傳輸網(wǎng)絡等,該系統(tǒng)
9、具有通用性。4 關(guān)鍵技術(shù)4.1數(shù)字調(diào)頻激勵器調(diào)頻數(shù)字激勵器是該項目的關(guān)鍵技術(shù),該數(shù)字激勵器不但具有目前國際上通 用的數(shù)字激勵器的全部功能,而且增加了“同步信令”功能,從而使系統(tǒng)可以實 現(xiàn)同步自動調(diào)整。立體聲數(shù)字調(diào)頻激勵器的性能直接關(guān)系到載波和調(diào)制度的穩(wěn)定度,是實現(xiàn)高質(zhì)量同步廣播的關(guān) 鍵。系統(tǒng) 所設計的 激勵器功能 上可以實現(xiàn)從音頻 輸入(AES/EBU,立體聲編碼、數(shù)據(jù)處理直至射頻數(shù)字調(diào)制(DDS方式)輸出87108MFM 信號的全數(shù)字過程。此系統(tǒng)具有靈活性、兼容性和高性能指標。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:采用1000MHz D/A變換器,可以直接實現(xiàn) 74MHz110MH的射頻輸出。輸出頻率分辨
10、能力可達到 48位(1uHz)。獨立工作時頻率穩(wěn)定度< 1x 10-6(內(nèi)部溫補晶振),同步工作時頻率穩(wěn)定度<1X 10-11 (鎖定GPS; 從音頻抽樣到射頻輸出全程(二進制)數(shù)值運算都在 16位精度、40 位累加器尾數(shù)處理以上;具有數(shù)字音頻信號(AES/EBU,左、右聲道模擬信號及 RDS SCA1SCA2輸入接口。可內(nèi)建RDS/RBD&數(shù)據(jù)由 com2接入)及 FMHDS17.5kbps/28kbps(數(shù)據(jù)由 com2接入);輸出延遲數(shù)字可調(diào) 最大可達20 ms步進1ms/10y s/100ns ;頻偏數(shù)字可調(diào),精確度可達 0.01%。此外,數(shù)字激勵器在調(diào)頻技術(shù)指標上
11、還具有優(yōu)良的性能,如:信噪比:>80dB音頻失真:< 0.02% , 3015000Hz立體聲隔離度:> 60dB , 3015000Hz數(shù)字激勵器編碼部分原理框圖如下:兩路AE騎入右路 信令 解調(diào)右路 音頻 延時 校準S/PDIF輸入左右模擬輸入A/DRDS SCA A/D兩路AE騎岀左右模擬輸岀D/A19K導頻輸出音頻接口+10dB增益調(diào)整J左路信令解調(diào)左路 音頻 延時 校準注:顏色為可選模塊延時粗調(diào)0 300ms(步進20us)h J延時細調(diào)0 20us(步進1us)立體聲編碼DDS調(diào)制350MD/A*延時粗調(diào)內(nèi)* 0 300ms * 插(步進 20us) 插延時細調(diào)卜
12、-0 20us(步進1us)導頻相位校準F跟蹤濾波管理模塊日誌出狽B輸5dFl數(shù)字編碼板原理框圖采用上述數(shù)字激勵器后,不但解決了立體聲同步廣播的技術(shù)問題, 而且大大 提高了立體聲廣播的性能,在國外形象地稱為 CD級調(diào)頻技術(shù)。4.2 音頻SFN服務器/適配器音頻SFN服務器/適配器是一種基于數(shù)字音頻傳輸?shù)臅r延同步設備,主要功 能是解決數(shù)字音頻信號(AES/EBU傳輸鏈路中自動時延補償問題,使音頻信號 在各個發(fā)端站保持“絕對時間”同步。下圖以E1傳輸鏈路為例,說明延時調(diào)整原理。8Km27us等場強相干區(qū)120Km12Km40usCommlTower20Km67us等場強相干區(qū)2Com發(fā)射機時延設置
13、時延設置發(fā)射機時延設置時延設置發(fā)射機110ms + 40us 27us設定時延8ms適配器1自動補償時延為6ms鏈路時延2ms10msTower發(fā)射機時延設置10ms + 67us 33us發(fā)射機2設定時延8ms適配器2自動補償時延為5ms鏈路時延3ms發(fā)射機3設定時延8ms適配器3自動補償時延為3ms鏈路時延5msE1E1E1服務器時間同步原理框圖將系統(tǒng)固定延時設為8ms則在3個E1鏈路中系統(tǒng)的自動延時補償分另廿為:6ms 5ms 3ms如上圖,電波傳播速度300m/us,等場強相干區(qū)1距離發(fā)射機1的距離 為8Km延時理論計算為27us;距離發(fā)射機2為12Km延時理論計算為40us。將發(fā)射機
14、2的固定時延設為10ms為保證相干區(qū)1的接收,發(fā)射機1 的固定延時應設為:10ms( 40us 27us)同理可計算出發(fā)射機3的固定延時設置為:10ms( 67us 33us)音頻SFN服務器/適配器采用數(shù)字SOPC技術(shù),通過GPS時標、頻標發(fā)生器實現(xiàn)音頻實時同步,確保同步精度,并且具有可靠的工作穩(wěn)定性。4.3系統(tǒng)設計調(diào)頻同步網(wǎng)是一個”網(wǎng)絡”,所以要首先從網(wǎng)絡化宏觀考慮,具體內(nèi)容包括: 在網(wǎng)絡規(guī)劃中,注意“三網(wǎng)”配套,遠程監(jiān)控管理網(wǎng)與無線覆蓋網(wǎng)同步 進行,充分考慮節(jié)目分配網(wǎng)的作用,使系統(tǒng)成為一個有機的整體。在覆蓋設計中,首先從系統(tǒng)考慮,解決相干的問題;強調(diào)系統(tǒng)的標準化設計、可擴展性等,通過系統(tǒng)
15、化設計,充分發(fā)揮系統(tǒng) 的性能。4.3.1網(wǎng)絡規(guī)劃調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)是一個“網(wǎng)絡化”工程,系統(tǒng)平臺由三個網(wǎng)絡組成,即調(diào)數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無線覆蓋網(wǎng)由多個發(fā)射臺站(發(fā)射臺站)、前端系統(tǒng)、完成廣播覆蓋功能, 是系統(tǒng)的核心部分;遠程監(jiān)控管理網(wǎng)絡是系統(tǒng)的重要組成部分,完成系統(tǒng)管理功 能;節(jié)目分配及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡是上述兩個網(wǎng)絡的紐帶,完成節(jié)目分配和監(jiān)控回傳等功能。需要特別說明的是,一個完整的網(wǎng)絡系統(tǒng)不能不考慮遠程監(jiān)控和節(jié)目傳輸系 統(tǒng)。遠程監(jiān)控系統(tǒng)作為系統(tǒng)的有效管理手段,對系統(tǒng)的成敗具有關(guān)鍵的作用,一 個同步網(wǎng)系統(tǒng),站點數(shù)量多、技術(shù)相對復雜、需要系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作,依靠傳統(tǒng)的站 點值班手段已經(jīng)遠不能滿足實際要求
16、,所以必須采用先進的自動管理手段。此外,節(jié)目分配網(wǎng)絡一般租用現(xiàn)成的傳輸網(wǎng)絡, 完成節(jié)目分發(fā)和遠程監(jiān)控回 傳功能,如果傳輸特性不可控制,將導致系統(tǒng)同步失去意義,所以傳輸網(wǎng)絡的選 擇也是系統(tǒng)建設中的一個重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)由以下4個子系統(tǒng)組成,如下圖所示。前端子系統(tǒng),包括編碼復用等音頻處理服務器系統(tǒng);發(fā)射臺站子系統(tǒng)(由多個臺站組成)。監(jiān)控系統(tǒng),由監(jiān)控中心和發(fā)射臺站本地監(jiān)控系統(tǒng)組成; 節(jié)目分配傳輸系統(tǒng),由地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡和接口轉(zhuǎn)換設備等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4.3.2覆蓋設計相干區(qū)處理辦法:首先是通過站點選擇、地形條件等避免或減小相干區(qū),其次是通過天線場型控制相干區(qū),最后通過同步調(diào)整縮小或消除相干區(qū) 覆蓋的順序
17、:首先是人口密集地區(qū),保證人口覆蓋率,而且要保證信號 質(zhì)量;其次是高速公路無縫覆蓋,“以線帶面”帶動公路沿線;最后是 邊遠地區(qū)。方案必須考慮經(jīng)濟效益與社會效益。相干區(qū)要盡量控制在人口密集地區(qū)以外,所以城市盡量用單發(fā)射臺站覆 蓋;小功率多布點方式無線覆蓋效率低、系統(tǒng)信價比低,必須盡可能考慮中、 大功率覆蓋。在規(guī)劃調(diào)頻同步網(wǎng)站點時,也需要避免一些該技術(shù)的不足之處:所謂的相干區(qū)實際上就是干擾區(qū),同步的目的是為了減小干擾區(qū),在相 干區(qū)內(nèi)收聽效果只會變差不會變好,所以在設計中要盡量避免重復覆 蓋;3個站以上同時相干的區(qū)域調(diào)整難度大,而且通過系統(tǒng)調(diào)整也不一定能 達到理想的收聽效果,所以要盡量避免。433站
18、點設計盡量采用通用設計,如節(jié)目傳輸盡量采用標準傳輸網(wǎng)絡等;站點采用標準化設計,如天饋共用、發(fā)射機 N+1備份等,所有站點基本 通用設計,便于維護。此外,天線需要采用寬帶天線,且下傾角可調(diào); 考慮系統(tǒng)的可擴展性,考慮未來增加頻道,擴充站點等;未來的同步網(wǎng) 每個臺站可能有幾個頻道,除天饋需要共用外,遠程監(jiān)控也必須滿足系 統(tǒng)擴展要求;考慮系統(tǒng)的可靠性、可維護性,遠程監(jiān)控采用通用設計;4.3.4遠程監(jiān)控遠程監(jiān)控由監(jiān)控中心和各個發(fā)射臺站的監(jiān)控設備組成,遠程監(jiān)控實現(xiàn)的主要功能有:遠程控制發(fā)射機的工作狀態(tài),保證發(fā)射設備的安全工作;遠程監(jiān)控GPS®標的工作狀態(tài),保證系統(tǒng)同步;遠程監(jiān)控節(jié)目分配設備的工作狀態(tài),如衛(wèi)星接收機、接口適配器等,保證節(jié)目源的正常提供;遠程監(jiān)控機房環(huán)境狀態(tài),保證設備的正常運行。遠程指導系統(tǒng)維護。遠程監(jiān)控有兩種方案,一種是通過數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(SDH建立專用IP通道, 一種是通過移動短信平臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控。5 與國內(nèi)外同類技術(shù)的比較與國內(nèi)模擬同步系統(tǒng)性能比較:序號指標其他同步系統(tǒng)新同步系統(tǒng)1頻率同步1X10-9優(yōu)于 1 x 10-112調(diào)制度同步誤差3%0. 01%3相位同步(時間)手動同步自動同步w1 1 S4立體聲同步理論上不適用滿足5相干
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