■文/嚴錦華

采用地面微波傳輸的共源調制調頻同步廣播

■文/嚴錦華

調頻同步廣播是節(jié)省頻率資源，擴大覆蓋范圍的有效手段，文章結合廣東電臺交通之聲調頻同步廣播傳輸發(fā)射系統的設計和建設，介紹使用地面微波傳輸節(jié)目源信號的共源調制調頻同步發(fā)射網的技術原理、特點及工程實施。

調頻同步廣播；地面微波；共源調制

廣東廣播電視臺交通之聲（羊城交通廣播電臺）1995年經原國家廣電部科技司批準，在廣州地區(qū)利用小功率調頻廣播發(fā)射機進行調頻同步廣播試驗，是全國第一個進行立體聲同步廣播試驗的電臺。試驗采用地面微波傳輸節(jié)目源信號的共源調制方式實現“三同一?！保梃b一些發(fā)達國家的同步廣播的經驗，不斷加深對調頻同步技術的認識，同步技術的一些問題和矛盾得到了不同程度的解決，為我國調頻同步廣播技術標準制定和行業(yè)推廣提供了寶貴經驗和有益借鑒。經過數年的探索和完善，完成系統設備國產化研制生產后，2008年交通之聲的調頻同步廣播系統通過了國家廣電總局的技術驗收，進入新的穩(wěn)定運行時期，至今為廣大人民群眾提供優(yōu)質的聲音廣播服務。

1.技術規(guī)范

本項目引用《調頻同步廣播系統技術規(guī)范》GY/T154-2000，系統的基本技術要求：“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、同調制度：調制度差≤3%。

4、保證相干區(qū)內的最低可用場強滿足ITU的規(guī)定。

2.系統技術原理

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頻方式。

2.2 同頻

在微波中心站設置了高精度時基作為標準頻率源，標準頻率源輸出的10MHz標頻鎖定立體聲復合信號中的19KHz導頻信號，使其穩(wěn)定度優(yōu)于5×10-9/24小時，作為整個系統的時基。在微波中心站，立體聲復合信號中被調制成微波信號送往各同步站。

系統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換成IF中頻信號，取出19KHz導頻信號作為時基，通過跟蹤能力很強的鎖相電路，鎖定本機的載波頻率。同步激勵器并不是簡單的將微波信號進行頻譜搬遷，而是用精密鎖相技術“再生”一個調頻信號，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“復制”在調頻頻段；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導頻信號精確鎖定。

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

2.3 同相

本系統中采用地面微波傳送音源信號，兩個或多個FM已調波調制信號相位差表現為兩部分：一部分是由于微波信號傳輸路徑不同，造成到達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，則兩個FM 已調波信號到達相干區(qū)存在時延差。這兩部分時延差都必須予以補償。本系統在各同步站設置RF數字延時器，用于調整各同步激勵器的延時時間，使系統在相干區(qū)內的時延差≤5uS。

2.4 同調制度

本系統最突出的優(yōu)點在于能保證系統內各同步發(fā)射機的調制度保持絕對的一致。在微波中心站，微波發(fā)射機將MPX立體聲復合信號調制在微波上，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成中頻IF，通過精密鎖相電路將整個動態(tài)頻譜“復制”到FM頻段，經放大后輸出。在這個過程中不經過解調和重新調制的過程，在整個系統中，音頻信號只在微波發(fā)射機中調制一次，這就保證了系統調制度是100%一致的，避免調制度偏差帶來得系統指標劣化。

2.5 最低場強的保證

通過實際場強的測量，對各發(fā)射機的功率和發(fā)射天線位置、天線場形進行調整來實現。

3.系統的特點

本系統使用的同步技術、電路設計和配套產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計的精華部分，改進了原設計中時間基準精度不夠的缺陷，結合國內的實際情況配套了中繼設備、各類天線等系統產品，逐步將同步系統完善并將覆蓋區(qū)擴展到番禺、花都區(qū)。該系統有幾個特點：

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

調制度的一致性和原子鐘的應用。和其他同步系統比較，該系統一個突出特點是同源調制方式保證各個發(fā)射站調制度完全一致。另外采用了高穩(wěn)定度、高精度、壽命長、免維護的銣鐘作為時基信號同步整個系統，將系統的同頻指標提高到10-11水平級，不僅遠優(yōu)于國標要求，穩(wěn)定可靠，而且在電臺控制范圍內，避免受到GPS由于某個軍事項目停止使用或在衛(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用。

在完成中心市區(qū)的覆蓋后，電臺的目標是進行包括黃埔區(qū)在內大廣州的覆蓋。廣州到黃埔區(qū)的同步網采用的是“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，系統參數調整較簡單。該套同步技術在精密“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.工程實施和系統調整測試

4.1 站點的選擇

考慮到系統運營成本和人口分布情況，根據廣州地區(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)射點的原則進行，在東西方向上設置兩個發(fā)射站，另外在老城區(qū)內選取一個發(fā)射站補點，來實現既解決中心地區(qū)的覆蓋，同時兼顧廣州東部新發(fā)展地區(qū)的覆蓋。

4.2 系統調整

各同步站延時時間的調整。通過調整設在各同步站的數字延時器，保證干擾區(qū)信號的相位同步。本系統采用微波傳送節(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，再根據實際情況在小范圍內調整。

天饋系統調整。通過對調頻天線朝向的調整和振子間相位的調整，以及采用弱定向天線等方法來實現信號在有效覆蓋區(qū)內最低可用場強的要求。根據各站與市中心的距離，調整發(fā)射機播出功率和天線方向就可以滿足要求。

4.3 系統測試

（1）系統時基測試。本系統時基為19KHz，在用銣原子鐘鎖定后，三天共取樣30點，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。設定參考基準站后對各發(fā)射站頻率進行測試，最大相對頻差1.81×10-10。

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

（4）場強覆蓋測試。整體覆蓋試驗效果基本達到中心市區(qū)內90%的室外地方立體聲調頻廣播服務場強中值達到大城市標準的66dB，衛(wèi)星城鎮(zhèn)達到56dB，農村地區(qū)達到46dB。市屬的越秀、海珠、荔灣、黃埔、白云等市區(qū)內相干區(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信號未能達到最低場強的要求。

（5）主觀收聽評價在場強較強的區(qū)域內（如場強> 66dB），用普通收音機可穩(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)內主觀收聽評價優(yōu)于或達到四級。

5.結論

交通之聲使用調頻同步發(fā)射系統組網對廣州市城區(qū)、郊區(qū)進行覆蓋，達到電臺對于市區(qū)、城鎮(zhèn)和農村的場強覆蓋要求，相干區(qū)的收聽效果比強場強區(qū)有所劣化，但范圍不大而且在相干區(qū)內指標的劣化在絕大部分聽眾可以接受的范圍內，總體上基本滿足電臺和聽眾的收聽要求。

調頻同步廣播系統的最大優(yōu)點是節(jié)約頻率資源，便于進行補點覆蓋和擴大覆蓋范圍。交通臺調頻同步廣播系統經過二十年運行，充分發(fā)揮出這一技術優(yōu)勢，年年位于廣東電臺收聽率和創(chuàng)收的前三位內，取得了良好的經濟效益和社會效益。

同步發(fā)射點具有布點較多、位置分散的特點，因此建設遠程監(jiān)控系統尤其重要?？紤]到各同步發(fā)射點實際情況的不同，要求遠程監(jiān)控系統能夠支持多種數據傳輸鏈路。

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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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10．19483/j．cnki．11-4653/n．2017．05．046