一. 调频同步广播技术概述
调频广播作为一种声音传播的媒体,以其内容更新及时、音质优美、接收方便等诸多优势已越来越受到人们的青睐。特别是对于日益增多的流动的群体,收听广播以汲取信息几乎已成为一种时尚的生活方式。然而,由于调频波是以直线方式传播,故一个调频发射台的有效覆盖范围是有限的。
有鉴于此,调频同步广播技术应运而生。根据我国广播电影电视行业标准《调频同步广播系统技术规范》调频同步广播系统被定义为:“据有重叠服务区,使用同一载频,并使用同一节目源,同时同相位广播的调频发射系统”。该技术是在一定的区域内安装多台特制的调频发射机,这些发射机采用同一个工作频率、发送同一套音频节目,以实现较大范围内的无缝覆盖。上述的特制调频发射机就是所谓调频同步广播发射机。
调频同步广播发射机有别于普通调频发射机,它除了满足普通发射机所具有的功能外,还必须满足如下组网要求:
1.在一个调频同步广播网内的各台同步发射机载频都必须同步于同一个高精度、高稳定的基准源,以使各同步发射机之间的频率达到精确相同;
2.网内各台发射机必须具有调节已调调频波相位的能力,而且要求调节精度足够,以保证在任意两台同步发射机之间的等场强区内已调波相位一致;
3.网内各台发射机的调制度必须可以精确标定并保持长期稳定,以保证各发射机的调制度偏差足够小。
4.调频同步广播系统对最低可用场强的要求,应满足我国调频覆盖网规划和ITU规范中的相关要求。
简言之,调频同步广播系统的最基本要求就是要做到“三同一保”,即同频、同相、同调制度和保证最低覆盖场强。
二. 调频同步广播的实施
为了扩大覆盖范围,提高收听效果,我台自2000年对四个小调频台进行调频同步广播。其中交通之声和健康之声采用STL微波传输系统;教育之声(现驾驶1076)和股市台采用模拟同步系统。模拟同步系统信号源的传输来自卫星下行信号,由模拟DVB卫星接收机解码输出音频信号,送入同步激励器中进行调制。利用卫星传输音频信号的好处是信号失真度小、信噪比高,由于卫星的覆盖区域广泛,因此可在任意地点建立发射站。但采用模拟DVB卫星接收机解码输出的音频信号之相位是随机的,任意两台接收机之间音频信号的相位是不确定的,再有模拟调频同步激励器也很难做到调制度的完全一致,所以模拟调频同步广播系统的同步效果并不理想。因此,我台在2005年对教育台和股市台的调频同步广播系统进行了数字化改造,大大提高了同步效果。下面就这一系统围绕“三同一保”的实现作一介绍:
1.同频
同频是指调频同步广播网内各台发射机的载波和导频信号频率及相位相同。根据有关实验表明:如果同节目的两个已调射频信号的载频差优于1×10-9,时延差≤5μs,则场强差降至6dB,接收机仍能稳定接收,从而使调频同步广播成为可能。本系统采用全球卫星定位系统(GPS)传感器制作的GPS标准频率发生器,它通过天线接收全球卫星定位系统(GPS)传送下来的、在地球上任何地方都可以方便接收的高精度基准频率,派生出一组与之同等精度的基准频率,送入FM数字同步激励器,作为调频同步广播发射机的基准频率,以实现调频同步广播网内各发射机之间的载频差小于1×10-9。
2.同相
同相一般指的是两个FM已调波调制信号相位相同。在使用卫星传输音源信号的系统中,调制相位的差别即是音频延时时间差。在FM同步广播系统中,在非相干区内(场强差>6dB的区域),由于接收机的俘获效应,一般都能稳定地接收场强效强的发射站信号,时延差对接收效果影响不大。但是在相干区内(场强差<6dB的区域),时延差对接收机的输出有较大的影响,主要影响失真指标。对于立体声系统,这种影响更为严重。根据《调频同步广播系统技术规范》中对相干区内最大时延差的要求,如果相干区内的时延差≤5μs ,则整个相干区内的接收信号损伤在容许范围内。本系统采用同步广播专用DVB数字卫星接收机接收卫星下行信号,解码输出AES数字信号,送入FM数字同步激励器,作为调频同步激励器的调制信号。其最大的特点是:能保证任意两台接收机输出的音频信号之间的相位差不确定度小于2μs 。满足调频同步广播系统对音频相位一致性和稳定性的要求。
3.同调制度
同调制度是指同步网内发射机所发射的调频信号具有相同的频偏。两台发射机调制度的偏差对相干区接收信号失真有很大影响,技术规范中要求调制度稳定性≤2.5%。本系统采用全数字处理FM同步激励器,直接接收AES数字音频信号,由内部的数字信号处理器(DSP)在数字域上完成数字信号处理、数字立体声编码、数字直接频率合成(DDS),从而保证调频激励全过程的数字化处理。由此带来两大好处:首先,将调频发射的各项技术指标提高到接近CD音质;其次,由于全数字化的处理过程使得各项指标的一致性特别好,从而保证了同步网内各台激励器的调制度和频响特性几乎完全一致。
4.保证最低可用场强
调频同步广播系统对最低可用场强的要求,应满足我国调频覆盖网规划和ITU规范中的相关要求。需要特别指出的是,这些规范中规定的最低可用场强是泛指行波场强。就同步系统而言,在相干区内驻波谷点的场强通常比单机发射的场强要低,这是不可避免的现象,必须把谷点场强提高到接收机门限以上才能取得好的效果。这里涉及的是系统规划问题,采用何种形式的天线和馈电方式,发射点间的距离,发射机的发射功率等要根据每一个具体的系统来作出不同的规划。只要布点合理,根据实际收测接收场强的情况,适当调整相邻两台发射机的发射功率,即可保证最低可用场强满足技术规范中的相关要求。
这里需要特别指出的是:所谓无缝覆盖,并不代表不存在相干区。只不过通过以上之手段,将相互干扰的区域压缩,将面压缩为线。同时,通过调整相邻两台发射机的发射功率,使干扰带移至人口稀少的区域,使接收效率达到最佳。
调频同步广播技术系统组成如下图所示: