FM同步广播网关键技术.doc

调频同步技术简介
广播电视规划院
――刘长占

一 调频广播有关原则简介
1.1 GB／T4311－《米波调频广播技术规范》
重要规定了调频广播频率范畴：87.0MHz～108.0 MHz，从87.0MHz～107.9 MHz，按照0.1 MHz频率间隔设台。
单个频道占用带宽：200kHz；
100％调制时相应调制频偏为±75kHz。
预加重时间常数为50ms。
音频带宽为30 Hz～15 kHz。
立体声导频为19 kHz。
极化方式重要使用垂直/水平极化。
并规定了射频信号输出、单声广播、立体声广播、多路声广播、调频数据广播占用带宽和技术指标等参数。

1.2 GY／T169－ 《米波调频广播发射机技术规定和测量办法》
规定了射频输出信号杂散辐射、频率偏差和寄生调幅等参数规定；
规定了单声广播失真、频响和信噪比等参数技术规定和测量办法；
规定了立体声广播失真、频响、信噪比、左右声道电平差、隔离度和导频等参数技术规定和测量办法；
规定多路声广播、调频数据广播占用带宽等参数技术指标和测量办法。

1.3 GY／T154－《调频同步广播系统技术规范》
调制度稳定性：£2.5％；
已调制信号相位延时稳定性：£1ms/24h；
调频同步广播系统中各台站基准频率稳定度：£5×10-9/24h；
调频同步广播系统中各台站载频、导频相对频差：£1×10-9；
在相干区内，各相邻台站载波场强差：£6dB；
在相干区内，各相邻台站已调制信号之间相对时间差：
单声：£10ms
立体声：£5ms
各相邻台站调制度设立误差：£3％；

1.4 GY／T196－《调频广播覆盖网技术规定》
最低可用场强：
农村：54dBmV/m；
都市：66 dBmV/m；
传播曲线：采用ITU-R P.370-7建议书场强曲线。
射频保护率：载频间隔400kHz最佳，
正交筹划鉴别率：发射天线普通采用水平极化，垂直极化鉴别率为10dB。

1.5 GY／T×××－200×《调频同步广播覆盖网技术规范》
同步技术规定：
载波稳定度：≤1×10-9/24h；
导频稳定度：≤1×10-9/24h；
调制频偏稳定度：≤1％/24h；
相邻台站载波频率差：≤0.1Hz；
相邻台站导频差：≤0.00002Hz；
相邻台站调制频偏差：≤1％(1kHz，100％调制)。
相干区技术规定：
最小可用场强：≥40dBmV；
相邻台站场强差：≤6dB；
相邻台站音频延时：≤5ms(功率≤50W)，≤10ms(功率≥50W)；
声音质量规定：
依照5分制声音评分原则，相干区内声音主观评价应不不大于3分。
相干区设立原则：
相干区应设定于人口密度较低或接受群体相对较少区域，相干区内场强不不大于36 dBmV同频信号应不不不大于4个。

1.5 GB／T15770-1995《广播数据系统(RDS)技术规范》
RDS：radio data system
调制特性、基带编码、消息格式、寻址和编码及关于合同。
节目名称类型辨认、替代频率表、时间日期
节目辨认码、扩展国家码中区域辨认码

二 调频同步广播简介
由于调频广播电声指标明显优于调幅广播，从80年代开始，随着国内国民经济迅速发展，调频广播（调频单声/立体声广播）以其良好音质得到了广播电台青睐，成为广播电台最重要广播发射方式。随着调频广播节目需求增长，其广播套数不断增长，在某些区域、特别是经济发达地区调频广播频率资源日益紧张，为调频同步广播发展提供了契机。当前调频同步广播重要用于交通节目广播、扩大覆盖区域和盲区补充发射。
调频同步广播就是各种发射站点发送相似广播节目进行大区域面积覆盖。国内最初调频同步广播需求是各地交通台为解决高速公路相似节目覆盖问题，而摸索发展起来，在高速公路边恰当距离上布设小功率调频同步广播发射机，使行驶车辆始终可以接受到相似节目信号。其好处是显而易见，驾驶者在一条高速公路上可以始终听到一种电台节目，不会浮现覆盖中断、或在不同区域必要切换接受频率问题。对于运营者，在频率资源日益紧张环境下，调频同步广播解决了诸多管理上问题。
调频同步广播重要指“三同”，即同频、同相、同调制度，同步要保证频率稳定度。当前调频同步广播重要有两种型式：模仿调制调频同步广播方式和数字调制调频同步广播方式。
模仿调制方式有分为两种工作方式：一种是音频同步方式，在音频信号传播到各个发射台站链路中实现音频信号同步，在台站音频信号直接对载波进行调频，通过GPS标定各台站调频载波频率、稳定度，通过各个调频勉励器设立实现同调制度指标。另一种是将已调制信号传送到各个台站，在台站内对已调信号进行延时调节解决，使用锁定在高稳时基立体声19kHz导频信号作为载频同步信号基准。
数字调制调频同步广播方式。数字化音频信号在勉励器中立体声编码、数据解决直至射频数字调制（DDS方式）输出信号过程全为数字化解决，从而保证“三同”。
在欧洲国家，有些广播机构运用RDS技术实现了不同频率调频同步广播，其原理是在调频广播发射信号中运用副载波把电台名称，节目类型，节目内容及其他信息以数字形式发送出去。通过具备RDS功能调谐器就可以辨认这些数字信号，并做响应解决，RDS广播具备自动频率调节(AF)功能，当信号低于某个水平时，AF功能会自动搜索当前电台节目其她发射频率，并依照电平检测成果进行频率无缝切换。可以实现调频同步广播规定。RDS收音系统尚有有紧急事件播放、时间基准发送、自动对时等功能。

三 模仿调频同步广播方式
对于在传播过程中保证音频，将音频传送到各个台站，使用模仿调频勉励器来保证同频和同调制度方式，从TV频标提取高精度基准频率信号，属于第一代调频同步广播，由于技术很难保证“三同”，当前基本不在使用。本文也不在做过多简介。在模仿调频同步广播方式中，咱们重要简介同调制源调频同步广播方式，以STL调频同步设备为例进行简介。
图1显示了该系统发射框图，图2为该系统中继框图，图3为该系统接受与调频发射框图。

微波
功放
FM调制
微波变频器
立体声编码器/时基信号
MPX F1

高稳时基源

图1 系统发射框图

分派器
微波
变频器
微波
接受机
F2 70 F1

微波功放1
F2

微波功放2
F2

图2 该系统中继框图

FM
功放
微波
接受机
FM勉励器
变频器
F2

数字延时器

图3 该系统接受与调频发射框图
该系统信号传播基本原理时立体声复合信号通过调频调制和微波变频后进行传播，将信号由中心站传送中继站，在中继站通过变频解决后分送到各个发射站。
该系统“同频”是将立体声编码器复合信号中19kHz导频信号锁定在外部高稳时钟源上，整个系统以19kHz为系统时基，通过传播链路分发到各个终端发射台站。在各个发射台将接受到微波信号下变频到2.5MHzIF信号，提取出19kHz导频信号作为时基。发射台调频勉励器原则频率源为恒温晶体振荡器，振荡器输出10MHz基准频率锁定在19kHz导频信号上，实现系统频率稳定度满足1×10/24h规定。其同频控制长处是整个同步广播系统原则频率源锁定在中心站一种时基基准上，采用高级别（至少高于1×10/24h一种数量级）时钟基准，就可以保证系统同频。
从音频信号角度来讲，该系统传播是已调制调频信号，音频信号相位差体现为已调信号相位差；调节信号到达各个发射台站时延就可以“同相”问题。微波下变频后2.5MHz IF调频信号，先通过数字延时器（抽样量化后变换成数字信号，再缓冲输出，实现信号延时，再反变换模仿IF调频信号），再进行送入勉励器。从中心站到各个发射台站传播途径不同，可以导致到达各台站已调制调频信号时延差，通过调节发射台数字延时器，可以使各台站实现同步播出。如果相邻两个发射台播出功率不同，导致有关区不在两个台站中间区域，也可以调节数字延时器时延参数，使两个台站到达有关区信号延时满足原则规定。其延时设立普通以信号途径距中心站最远台站为参照基本，其他台站在相应调节时延参数，保证整个调频同步广播系统“同相”。
该系统调制是在中心站完毕，传送是已调制信号，在微波传播过程中，不进行解调解决，只是进行信号变频，到达各发射台信号调制度不会发生变化，其信号传播方式保证了“同调制”。
相干区设立和调节受实际条件限制比较多。台站位置选取与设计、地形影响、覆盖目的范畴等因素会对同步覆盖区场型产生影响。可以通过调节天线方向性、发射机输出功率、数字延时器时延，依照咱们需要，将相干区调节到无人区或人口密度低地区。并尽量减小相干区面积。
模仿调频同步广播方式是上实际九十年代产品，在国内初期几种调频同步广播网中有应用，其特点是“同调制”、时基系统内置与传播系统，便于维护使用。其缺陷是信号传播过程为模仿传播、切通过多次变频解决，信号损伤大、会影响立体声调频信号信噪比和分离度等指标。

四 数字调频同步广播方式
数字调频同步广播方式在音频信号传播、同频实现、同相实现、同调制度实现方面采用数字技术进行解决，来保证调频同步广播“三同”。图4为数字调频同步广播系统示意图

GPS
标频系统

数字卫星同步音频接受机
FM数字同步勉励器
功率
放大器

数字 RF

图4 数字调频同步广播系统示意图

这个系统特点是运用各省广播台已经上星广播节目为音频节目源，使用数字卫星同步音频接受机来控制输出音频信号同步，在送入FM数字同步勉励器进行延时调节后，数字化调频解决再发射。
该系统同频基准频率源为GPS，但受限于GPS接受机本地时钟，普通GPS输出时钟信号短期稳定度不好，不能满足调频同步广播规定。因此，该系统采用本地恒温晶振（OCXO）来实现载频短期稳定度，GPS只用来修正本地恒温晶振长期老化特性，而不是作为锁相参照时钟。GPS标频系统输出时钟信号作为FM数字同步勉励器内部DSP（数字信号解决）和DDS（直接数字频率合成器）参照时钟，可以使调频载波信号和导频信号频率精度达到1×10-9以上。
该系统考虑音频延时包括三个某些：发射机本地时延、FM信号传播时延和卫星链路产生音频时延。由于采用数字化调频解决，发射机本地时延是一致；FM信号传播时延可以依照相干区设计，调节勉励器延时参数控制；卫星链路产生延时在进入卫星接受机解调之前，不存在时延差，但普通卫星接受机音频解码某些延时间隔控制为20.8ms（48kHz采样），不能满足调频立体声同步广播5ms规定。故该系统使用数字卫星同步音频接受机通过特别音频信号同步解决，可以将接受机输出音频时延差控制在2ms，实现音频同步。
由于采用数字调频解决，其调频调制频偏是通过数字化音频幅度计算，再控制DDS形成调频信号，其调制度一致性较好。
相干区控制重要是通过调节FM调频调制器延时控制、发射机功率、天线定向和倾角等参数，来保证相干区最低场强。