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调频同步广播的理论与实践


□ 李佳霄

  调频广播具有传播损耗小和收听保护率高等突出特点,实施调频同步广播是解决同频覆盖的有效办法。
  
  1.调频同步广播的突出优点
  
  所谓调频同步广播系统,是采用多部调频广播发射机在具有重叠服务区域内,使用相同的载波频率和同一广播节目源,同相位广播的调频广播发射系统。
  我国早在1995年就开始了调频同步广播试验,当时是在广东的羊城交通台开始的,与传统的调频广播相比,调频同步广播不考虑邻频的干扰和镜像频率干扰的制约关系,同一个频率可以重复地在不同地区用于同一套节目的覆盖,而且这种重复在空间上是连续的,听众可以在大片面积上以同一频率接收同一个电台的节目,节省了调频广播的频率资源,即在有限的频率范围内可容纳的电台数量远远超过传统的调频规划数量。
  
  2.调频同步广播的系统组成说明
  
  调频同步广播的系统组成有别于传统的调频广播,系统中各发射台的技术参数并不是孤立的,而是要在各台间保证一定的关系,如频率漂移、信号传输系统的抖动、各发射台间的失锁等,都可能对覆盖区的服务质量产生很大影响。
  调频同步广播技术系统组成如下图:
  从电台总控室送出的广播节目信号,经传输网络送到首站,采用音频压缩编码调制后通过卫星上行站送至卫星,并传送至各地面卫星接收系统。地面调频同步广播发射系统由卫星接收天线系统、数字卫星接收机、GPS标频发生器、GPS接收天线、调频同步激励器、全固态功放和发射天馈线组成。由数字卫星接收机接收卫星下行信号,经解码还原出广播节目信号,GPS标准发生器产生系统标频,广播节目信号和标频信号分别同时送入调频同步激励器,通过功放和天馈线系统完成调频同步广播发射的信号。
  调频同步广播的理论研究和实践表明,要做到调频广播同节目、同频率,无缝隙的同步覆盖,必须满足如下四个要素:
  
  
  1.同频:相邻调频发射机之间的载波频率差足够小
  
  因为保证其载波同频是最基本的要求,事实上同频是一个相对的概念,是要求整个系统的载波相同,与以往对于调频发射机要求不同的是,这里重点要求系统内设备的载频相对值,对调频同步广播系统来说,载频相对频差必须满足同步工作的要求,已生效执行的《调频同步广播系统技术规范》规定,系统内各发射机的载频的相对频差小于1?0—9,即0.1Hz左右。
  为保证系统内多部发射机同频,通常的做法是采用锁相电路来锁定各发射机的载波频率,使用相同的参考频率源,我们拟采用的参考频率源是从卫星上接收的GPS标频取出的10MHz信号,用来输入到各发射机的参考频率输入端。
  
  2.同相:相邻发射机发出的已调波在相干区的相位差足够小
  
  与一般的调频发射方式不同,同步广播的技术要求是根据在相干区的良好收听来确定的,必须保证在相干区接收到的广播节目是“同相”的,否则会造成明显的广播节目信号失真。
  所谓同频广播的相干区,是指在两个同频发射的广播信号到达某处时,两个信号场强相差不大,使接收机输出的广播节目信号产生失真。
  对于调频同步广播来说,一般考虑信号场强差小于6dB的交叠区为相干区,相干区的范围占中间跨度的17%,这还与调频接收机的“捕获比”参数有关,一般而言,越是高级的调频接收机能够觉察到的相干区现象的范围越小。
  由于调频接收机所具有的“捕获效应”,使得调频同步广播的接收变得相对简单。所谓“捕获效应”就是当两个频率相同或相近的射频信号,在被调频接收机接收时,我们听到的是场强较强的那个电台节目,也就是说调频接收机具有接收高场强排除弱场强电波的性能,如果同节目的两个电台的载频差基本为零,则相应的场强差约6dB就可以满足收听,但如果两个节目不同,就要大于15dB时才能收听清楚,从这个意义上讲,采用调频同步同节目广播技术,降低了所需要的保护率,减少了相互间的干扰,也扩大了节目的覆盖范围。
  在广播节目信号的传输时延中,主要的时延是路径时延和设备时延,同步卫星信道的时间延迟一般较大,CCTV—1摸拟信号经亚太1A的传输,时延在西安为251.6ms左右,在青岛为250.7ms左右,杭州则为249.5ms左右,而在24小时的变化值可达200us。
  我们关心的是信号到达各地面站点的时延差,在地面相距百公里左右的两个站点,相对于卫星到地面的信号传输距离是很小的,两站点的时延差也只有100us左右,而且这种时延差也相对比较稳定,相反设备时延有时要远大于路径时延,据专家测量,不同的光端机信号时延可达2ms,因此说在信号的整个传输时延中,路径时延并不是主要的。另外时延的不确定性也很重要,有些数字压缩信道时延的不确定性就很大,不宜做同步广播用的信号源。基于上述原因,多个用做调频同步广播的发射站点,要使用同一传输路径的信号源最好,其中包括主台用的同步广播发射机的节目信号源。
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