罗攀
中央人民广播电台
【摘要】 本文根据时钟系统功能的不同将时钟系统分为系统校准和守时、计算机校时、六响口报、子钟显示、系统监测五个部分。首先介绍了这五个部分的相互关系，然后结合电台对时钟的实际使用情况和笔者的经验来分别对这五个部分进行说明。
【关键词】 时钟 SZ码 EBU码 校时
一. 时钟系统概述
随着网络化数字化的进展，自动化播出系统在电台中的应用越来越广泛，时钟系统的重要性也越来越突出。时钟系统不仅需要提供传统的标准子钟信号、六响口报信号，还要为广播节目的自动化设备提供精确的标准时间。时钟系统的稳定与否会对自动化播出系统产生重大的影响。若自动化播出系统中的时钟信号产生故障，则会给安全播出带来重大的隐患。
图1 时钟系统简图
根据广播电台实际应用，广播电台时钟系统根据功能和所提供的不同的信号可以分为如下5部分：系统校准和守时、子钟显示、计算机校时、六响口报和系统监测，如图1所示。系统校准和守时为计算机校时、六响口报和子钟显示提供精确的时间信息，系统监测部分用来检测系统校准和守时部分的工作状态。
二. 系统校准和守时
系统校准和守时部分是整个时钟系统的核心，它为时钟系统其它部分提供精确的时间码，这部分一般由原子钟、卫星母钟和中心母钟的一种或多种组合而成；广播电台一般常用的原子钟有铷原子钟和铯原子钟两种类型的原子钟，但铷原子钟价格一般比铯原子钟便宜，而且体积小，所以目前广播电台大多采用如原子钟。卫星母钟主要是接受卫星导航系统提供的时间码，目前卫星导航系统主要有四个：全球卫星定位系统（GPS）、GLONASS系统、Galileo系统和以及正在建设中的北斗卫星导航系统（COMPASS）；目前国内用于授时的主要有两大卫星导航系统：全球卫星定位系统和北斗卫星导航系统。
我台时钟系统中系统校准和守时部分原子钟采用了铷原子钟，卫星母钟采用了GPS卫星母钟，由4个GPS天线、4个GPS卫星同步钟、2个中心母钟、1个铷钟和1个母钟切换器组成，具体构成如图2所示。此部分主要给时钟系统的其它部分提供SZ、EBU、RS232编码的三种格式的时间信号。
1. GPS天线和GPS卫星同步母钟
GPS天线是用来接收GPS卫星信号，为GPS母钟提供时间源，考虑到时钟系统的重要性，GPS天线采用陶瓷GPS天线，安装在室外空旷的地方。
GPS卫星同步母钟主要是用来对GPS接收模块输出的数据进行过滤、分析，形成标准的串行时码输出。我台使用的是ST100H型GPS卫星同步母钟，该设备输出RS485/422接口的日期时间码接入中心母钟；输出信号中同时携带GPS模块跟踪状态信息，供时钟监控计算机使用，可以方便地获得GPS设备的工作状况。正常情况下靠GPS校准，本身晶振精度较差，若GPS丢失，则时钟输出会不准。目前我台的GPS母钟天气条件良好的时候可以跟踪到7-8个GPS卫星，下雨或者天气稍差的情况下也可以跟踪到4-5个GPS卫星，完全可以满足时钟系统的需求。
图2 系统校准和守时
2. 铷原子钟
原子钟主要用来给时钟系统提供一个精确的时间脉冲。我台采用的原子钟是STRU4铷原子钟，它可以提供4路5MHz高稳定度的频标信号输出，此信号可直接接入中心母钟，为之提供频率基准，确保时钟的自运行精度。铷原子钟可长期运行，输出5MHz标准频率，稳定度为1×10－11。
3. 中心母钟
目前国内有很多种类型的中心母钟，但是其工作原理基本相同，下面就用我台目前使用的ST6102型中心母钟为列来对中心母钟进行说明。ST6102包括SYN同步切换模块、两块高稳时钟模块（GS2A、GS2B）及主备切换模块（GS2AB），中心母钟内部利用恒温晶振守时，并且具有外部铷原子振荡器的输入口，接入外置的铷原子频标。
ST6102中心母钟内各模块主要功能如下：
(1）SYN同步切换模块：实施对2路GPS接收机的时间信号做自动或手动的切换。当GPS信号出现接收波动而影响校准时，运用数码过滤技术予以屏蔽,避免对后续的高稳时钟模块产生冲击。
(2）高稳时钟模块（GS2A和GS2B）：主备配置，平时采用铷原子钟的标准频率信号（1×10－11/天），应急时可切换至内置的恒温晶振（1×10－9/天），经分频产生时间编码。二种频率信号可以自动切换，以铷原子信号为主，内置恒温晶震信号为备，均是热备运行，保证高精度、高可靠的自运行。该模块具有“自运行”模式选择开关，可以控制外来时间同步信号的通断，避免外来信号的冲击，完全利用自身的精度可靠运行。
(3）输出信号切换模块（GS2AB）：完成两路高稳时钟模块时间信号的自动或手动切换，正常工作时，GS2A时间信号将作为主用输出，当GS2A模块故障时，GS2B模块时间信号将作为备用输出，主路信号恢复正常后，又自动切回主路。输出的信号包括SZ时间信号、EBU时间信号和RS232时间信号。
4. 中心母钟的切换
母钟切换器用来实现两套母钟之间的切换，2套母钟的RS422、SZ和EBU信号经过一台母钟切换器，提供给后续的时码转换和分配设备。
我台使用的切换器为手动母钟切换器，有三个切换开关，分别用来切换RS422、SZ和EBU信号，为避免误动作，开关具有锁定功能，操作时需首先拉起，再左右移动实施切换。
三. 六响口报
六响口报部分要为直播间提供精确的六响口报信号，而且实时播出，是时钟系统中跟广播播出最直接的一个部分，我台六响口报部分由一台SZ时码分配器、2台广播报时机、2台语言报时机、1台六响口报切换器、2个六响分放和2个口报分放组成。
SZ时码分配器接收母钟切换器输出的SZ信号，并将其分配为多路，分别给主、备两台广播报时机、主、备两台语言报时机等设备。主、备两台广播报时机分别根据SZ码产生整点前的六响信号，产生的六响信号输入六响口报切换器，六响口报切换器将主六响信号输出，六响口报切换器输出的六响信号分别进入六响分放后送到各个直播机房调音台；主、备两台语言报时机分别根据SZ码产生整点前的口报信号，产生的口报信号输入六响口报切换器，六响口报切换器将主口报信号输出，六响口报切换器输出的口报信号分别进入口报分放后送到各个直播机房调音台。
六响口报切换器也为手动切换器，有“6S”和“SPEAK”两个手动切换开关，开关同样具有锁定功能。发生异常时可以用切换器在主、备六响口报之间进行切换。 [Page]
四. 计算机校时
计算机校时部分主要是给播出相关的服务器工作站，以及其它的计算机设备校时，是时钟系统中一个非常重要的组成部分。计算机校时部分主要有两种方法，第一种是通过串口接收RS232、RS422/485信号进行校时；另外一种是通过NTP协议通过网络与NTP服务器进行校时。一般情况下播出相关设备校时都尽量采用串口校时，而非播出相关设备则采用NTP方式校时。
我台计算机校时部分由一台RS232、RS422中心转换接口和多台RS232时码分配器等设备组成。
JM422型RS232、RS422中心转换接口接收母钟切换器的RS422时间编码，提供各RS422和RS232信号；时还向计算机监测系统提供中心母钟主要工作模块的时间编码和状态信息。JM422机箱内配置以下模块：
(1）DRS232信号分配模块：接收母钟切换器输出的时码信号，分配产生20路RS232接口的时间编码信号，提供给计算机校时用。RS232信号波特率为2400bps，8位数据，1位停止位，无校验。每分钟的第30秒发送一次，共8个字节，依次为同步字（16进制FFH）、年、月、日、星期、时、分、秒。其中时间和日期部分为BCD编码，每个字节低位在前、高位在后。
(2）JC422网管监控模块：提供与监控计算机的通讯联络，对中心母钟设备的各个关键点进行监控。
(3）DRS422信号分配模块：接收母钟切换器输出的时码信号，分配产生8路RS422接口的时间编码信号，提供给较远计算机校时用。RS422/485信号波特率为9600bps，8位数据，1位停止位，无校验。每秒发送一次，共12个字节，依次为同步字（16进制AAH）、控制字1、控制字2、百年、年、月、日、星期、时、分、秒、03H。其中日历与时间字节采用BCD码，每个字节低位在前、高位在后。
一般RS232信号限定在50米传输范围之内。超过50米时，即采用RS422连接，RS422信号最远可传输1200米。采用RS422信号时，在接收端配接RS422/232转换头，可将信号就近转换为RS232信号。
五. 子钟显示
子钟显示也是时钟系统中一个不可或缺的部分，子钟可以为直播间中的主持人提供准确的时间。子钟显示部分主要由EBU子钟、PCM子钟和倒计时子钟以及相应的控制和分配设备组成。
1. EBU和PCM子钟显示
EBU子钟分配器接收母钟切换器输出的EBU信号，分配出多个EBU信号，供EBU子钟显示时间。
PCM信号是通过PCM发生器将SZ信号转换为PCM信号而得来的。然后将PCM信号送入PCM子钟分配器，目前我台采用的PCM子钟分配器可以将1路PCM信号分为16路PCM信号。
目前国内生产PCM子钟的厂家已经几乎没有了，大部分厂家都生产EBU子钟，所以目前我 台主要采用的是EBU子钟，PCM子钟正在慢慢被淘汰。无聊时PCM子钟信号还是EBU子钟信号，经过分配器后都可以和模拟音频信号一样可以直接将线路进行并接，目前一路EBU子钟信号在我台使用时最多并接过4路子钟，而PCM子钟可以并接更多路子钟，为了方便检修和维护，所有的并接点建议通过跳线盘实现。
2. 倒计时设备
倒计时设备主要用于重大转播或者重大活动时倒计时使用。倒计时设备主要有由倒计时控制器和倒计时子钟组成。
我台采用的倒计时控制为DJS3000R倒计时控制器，它可以接收现有母钟EBU格式标准时间，具有倒计时的设置功能，可以记忆存储32组倒计时数据，掉电不丢失。倒计时控制器输出数据流中包含了北京时间和倒计时控制数据，后级子钟 根据数据内容灵活显示北京时间或者倒计时间。从开机缺省的北京时间状态，执行倒计时“查询”或“设置”命令，即可转为倒计时状态。倒计时状态显示界面上排“开播联KH:KM:KS”表示节目开始的时刻，下排左边显示北京时间，右边“倒计联D:DM:DS”显示倒计时间，即距离节目开始还有多长时间。
完成倒计时设置后，系统以最后一次设置的时间开始倒计时，显示屏幕的第一排开播联显示开播时刻不变，第二排的倒计联显示倒计数据。到达开播时刻后，倒计联数据显示全零，并持续10分钟，然后自动转换为北京时间模式。倒计时模式时，按“E恢复”键，系统调整为北京时间工作模式。
倒计时数据设置完后，具体应用时可以查询选择或修改，适应节目时间的临时变更。从北京时间显示状态，执行倒计时的查询命令，也可进入倒计时状态。
倒计时数据的输入还可通过计算机串口进行。利用标准三线制RS232接线，连接倒计时控制器的“PC232”接口和计算机的串行（com）接口。
可以通过“文件”菜单项输入或调入既有的.DJS格式文件；也可单击“输入”按钮，输入开播时间。输入时对节目长度和节目时间可不予理会。数据输入完成后，可以单击“保存”按钮或通过“文件”菜单，将数据存盘，以备后用。
当前输入数据或者从.DJS文件读出的数据，确认有效后，就可以传送给控制器设备。发送前，首先选择通讯端口，并确认计算机与控制器已连接良好，点击“发送”按钮。一般几秒钟之内数据传输完成，即可退出。若发送失败，则需检查计算机串口设置是否正确、电缆连接是否畅通，重新发送。
DJS3000R型倒计时控制器可以存储最多31组数据。可以通过计算机设置多组常用数据，待需要倒计时时，通过前面板“查询”按键选取其中一组启用。
六. 系统监测
时钟系统监测管理软件用来对时钟系统2路GPS信号、2套中心母钟的4路高稳时钟信号、2路高稳时钟切换输出信号进行监控、记录，出现误码、断码、卫星失锁等异常情况时进行报警。启动检测软件进行时需要使用用户名和密码。
程序成功登录后，用户就可以点击“开始监测”按钮启动系统监测功能。在正常情况下系统拓扑图上各个模块显示都为绿色，出现故障时，窗口控件会变红色或者黄色。
从主界面点击“数字”按钮，打开数值比对窗口，系统将每秒显示接收到的中心设备八路信号的数据。该功能用来观测所有目前监测通道的数字信息，精确比对各路通道的每秒时刻的时间差别，比对精确度为1us。可以手动设定比对的基准通道，其它各通道的us数表示相应的通道的时间相对于基准通道的超前或者滞后情况。
从主界面点击“曲线”按钮，打开曲线比对窗口，系统将以脉冲形式形象显示每秒接收到的中心设备八路信号的数据。比对的基准可在数据比对窗口设定。脉冲比对是数据比对的直观图形化显示，它表示了当前秒的时刻，各通道数据的秒脉冲到来的时间先后关系，是数字比对的直接映射图。不同的颜色代表不同的通道，需要监看的通道可通过图形上面的一排通道选择按钮进行选择。 [Page]
从主界面“操作”→“故障查询”，可调出已发生故障的列表。列表下方有各种组合查询的条件设置，可以按时间、模块（路号）号、故障类别等进行查询。
七. 展望
本文结合我台的实际情况，介绍了广播电台常用的时钟系统，目前本系统已经基本能够满足广播电台时钟系统使用的需求，但本系统也存在着一定的不足，比如母钟切换器和六响口报切换器仍为手动切换器；倒计时可以通过电脑设置，但是启用倒计时还需要在倒计时控制器上启用；六响口报信号是固化在广播报时机和语言报时机内部的，不是十分方便。但我相信，随着科学技术的不断发展和时钟技术的不断进步，以上问题必将能得到很好的解决，能为广播电台带来更多的便捷。B&P
参考文献：
《广播报时信号嵌入时间码规范》 GY/T219-2006
青岛广电时通电子有限公司网站：www.besttime.net
国家授时中心网站：http://www.time.ac.cn/
SMPTE官方网站：http://www.smpte.org/
NTP官方网站：http://www.ntp.org/