数字同步调频广播.docx

组网解决方案
中国传媒大学数据广播研究所
北京广讯科技有限责任公司
2004年12月
CUC－FMGB调频同步广播
——组网概述
CUC－FMGB系统技术要点
调频同步广播的关键在于“三同”，这也是CUC－FMGB系统的优势所在。
u 各发射台输出载频严格锁定专用GPS模块输出的高精度10MHz频标，确保“同频”。
相对频差ΔF—>0Hz <10-11
u 采用自主研制的数字激励器替代传统的模拟激励器，并具有随路音频信令的数字化音频传输链路，确保“同调制度”。
绝对调制度偏差<3Hz
相对调制度偏差ΔM—>0Hz （由于数字激励器工作的一致性）
u 音频延时数字调整；
相对音频时延偏差ΔT—>1uS
调整范围0～300ms（考虑到卫星一跳的时延240ms）
CUC－FMGB系统特点：
² 组网所用激励器为数字激励器,其实现采用了DSP+DDS技术;音频延时、音频编码、射频调制均数字实现;
² 随路音频信令将同步时标复合在音频流中与GPS提供的IPPS时标校准，确保各发射站点之间的音频相对时延固定;
² 随路音频信令可检测、补偿，数据链路由于路由变化，同步滑动，数据复用等造成的延时变化。在电信网、卫星、光纤网络中传输均能保证时延的一致性。
² 系统锁定于高精度的GPS 频标;
² 提供基于互联网的网络监控平台,同步网中相关设备的状态检测和参数设置均可远程实现；
² 考虑到同步广播测试的繁琐，开发了专用测试信号源，测试接收机、及测试分析软件，确保测试参数定量，准确，快速。
² 关键设备采用大规模集成电路，实现简单、数字化程度高；另一方面它们自带故障检测、告警和修复功能，确保系统运行高度稳定。
CUC－FMGB系统构成
CUC-FMGX是一对多点的覆盖方式。广播电台的音频工作站送出音频流，系统前端负责分发音频流到同步覆盖网中各发射机。根据实际情况的不同，音频传输可以通过多种方式：卫星、光纤和微波中继等均可。按照中继方式的不同CUC-FMGX系统相应分成三种传输子系统：CUC-FMGX-S(卫星中继)、CUC-FMGX-F（光纤中继）、和CUC-FMGX-M(微波中继)。PDH网络（AES→E1）
CUC-FMGX系统框图

CUC-FMGX-S同步覆盖网主要设备包括 ：
² 音频前端服务器
² 数字立体声调频激励器
² GPS频标和时标模块
² 系统测试组件。
1、 音频前端服务器CUC-HE2000
（1） 音频接口包括：数字AES/EBU、SPDIF和模拟左右声道三种；以适应各种系统的接口要求。
（2） 随路音频信令隐含在音频信号流中，在发射端经数字激励器处理后，对音频信号无任何干扰。
（3） 左右路音频信号分别加入随路音频信令，以解决数字复用时，在左右路音频信号的延差。
（4） 数字音频测试信号源，具备CD质量的数字音频测试基准
（5） 可编程测试信号发生器，配合同步广播测试系统，可对同步广播发射机信号场强、合成场强、0db交越区进行自动测试。
（6） 可编程测试信号发生器，配合同步广播测试系统，可对同步广播发射机交越区音频时延自动测试。
（7） 随路音频信令对同步广播网中所有的发射机进行远程控制。
（8） 该设备自带管理软件，通过RS232或以太网口实现交互

2、 CUC-EX2000数字立体声调频激励器
立体声数字调频激励器的性能直接关系到载波和调制度的稳定度，是实现高质量同步广播的关键。系统所设计的激励器功能上可以实现从音频输入（AES/EBU），立体声编码、数据处理直至射频数字调制（DDS方式）输出87~108MFM信号的全数字过程（350M，14位 D/A变换器）。此系统不但具有因建在软件平台之上而带来的灵活性和兼容性，同时具有因使用DSP技术而带来的高性能指标。主要表现在以下几个方面：
Ø 激励器采用350MHz D/A变换器可以直接实现87MHZ~108MHz的射频输出。全数字的处理过程，音频可达CD水平。
Ø 输出频率分辨能力可达到48位（1uHz）。独立工作时频率稳定度< 10-6(内部温补晶振)。同步工作时频率稳定度< 10-11(锁定GPS)。
Ø 由于从音频抽样到射频输出全程（二进制）数值运算都在16位精度DSP上进行且40位累加器尾数处理以上，因此，对于调频广播来说，信号的处理基本趋于理想。
Ø 同时具有数字音频信号（AES/EBU，S/PDIF），左、右声道模拟信号及RDS、SCA1，SCA2输入。
Ø 输出延迟数字可调, 最大可达300 ms，步进1us。（为卫星音频信号传输留出一跳的时间约240 ms）
Ø 频偏数字可调，精确度可达0.01%。实际上若采用同一类型数字FM编解码调制器，调制度的相对误差可近似为零。
服务于同步广播专用模块
随路信令解调模块
ü .提取分别隐含在左右声道的随路信令传送到管理模块,信令内容包括:工作频率,输出功率,音频时延值等FM发射机工作参数.
ü .提取分别隐含在左右声道的随路时标信息。经降噪处理及相位估值检测误差优于1us。
音频时标标准模块
GPS提供的1PPS标准时标( 误差 < 50ns )与随路时标比较,计算出传输链路的时延。考虑到数字音频链路传输时延的不确定性(传输链路路由的改变或卫星接收复用系统同步失锁造成的滑动), 每300ms进行一次校正，搜索范围100ms.
延时调整单元模块
调整FM激励器音频延时用于
(1) 校正传输链路时延
(2) 调整时延使FM发射信号在交越干扰区时延相等（时延数值由同步广播发射机音频时延自动测试系统给出）
(3) 考虑到卫星上星与不上星时延差240ms,及留有充裕余量,延时调整范围设计为 0~ 300ms.
为保证1us的延时准确度,在音频样值内插器将音频采样频率升高后,实现延时细调.
导频相位校正模块
如果同步广播采用立体声播出,还必须保证立体声19KHz导频信号在广播的相干区相位相同。实际上导频的延时调整和音频的时延调整必须同步进行.
日志模快
具有不间断工作的实时时钟。4兆位PROM循环保存日志数据( 二个月内 ).
定时记录 : a. 频率

h.发生时间: 年 月 日 时 分

随机记录 :每次调整，发生故障，开关机均将上列参数保存日志。
日志可由RS-232口读出,存档。
数字激励器模块框图

FM数字调频激励器特点：
ü 立体声编解码及FM调制采用低功耗高运算速度的DSP芯片作为核心处理器。
ü 数字实现将使设备自身带来的延时固定，可控，运算处理所带来的最大延迟误差仅有数ns（毫微秒级）。
ü 射频输出采用DDS方式实现，输出频率精度高，频率切换数控、快速完成
ü 系统兼容性好，编码器、解码器和激励器提供多种标准输入、输出格式，兼容于目前电台或有线台使用的同功能设备。不作同步广播时，也是一台具备CD音质的数字FM编解码调制器。
ü 数字实现使产品的研发费用和成本大大降低，工作稳定性和产品一致性的优点，因而和国内外同功能设备相比，具有更高的性价比
ü 自主研发和设计，拥有自主知识产权
四．技术指标
频率范围： 87.00MHz ~ 108.00MHz , 步进10KHz
频率稳定度： 同步工作 < 10-11 （锁定GPS）
独立工作 < 10-6 （内部温补晶振）
输出幅度： 10mw
音频延时: 20 ~ 300ms内可调整，1us步进
音频频响: 优于0.1dB, 30~15000Hz
信噪比: >80dB
音频失真: < 0.05% , 30~15000Hz
立体声隔离度： > 60dB , 30~15000Hz
音频输入电平： -10dBm ~ +10dBm
音频输入接口: L, R模拟音频接口 AES/EBU, S/PDIF数字音频
RDS输入电平： -3dBm ~ +15dBm
SCA1输入电平: -3dBm ~ +15dBm
SCA2输入电平: -3dBm ~ + 15dBm
音频预加重: 0, 25us, 50us,75us
远程集中控制: 载波频率，内部联络电文，数据广播，短消息，工作日志等
GPS频标和时标模块
具有十二个并行信道的全球定位接收机，能产生高稳定度的10MHZ标准频率信号和高精度的标准秒脉冲信号。
10 MHZ 标准频率信号
频率稳定度 10 –11 接口 BNC
输出幅度 TTL电平
输出阻抗 50 Ω
1PPS 标准秒脉冲信号
时间准确度 < 40 ns
输出幅度 TTL 电平
输出阻抗 1 KΩ
GPS 锁定指示
当GPS能收到三颗以上星后给出锁定指示。
调频同步覆盖网系统测试方案
调频同步广播测试方案包括两个部分，一是测量各个发射台的场强分布，绘制场强分布图，找到等场强区域。二是在等场强区域内进行延时测试，通过调频同步广播测试软件计算出不同发射台到达等场强区域的延时，并通过同步广播管理软件进行调整，反复进行测试和调整达到最好的同步效果。
网络的测试和调整需要一个完整的方案和相关的测试设备和测试软件。测试方案的合理性和相关的测试设备和软件可以大大简化测试的复杂程度。以下内容是相关的测试设备、软件和具体测试方案。
一、 测试设备和软件及其功能
测试设备或软件
功能
备注
测试信号源
可以产生各种频率交替的测试正弦波序列

调频同步广播服务器
对随路音频信令进行编码发送

调频同步广播管理软件
远程或本地管理同步广播服务器和各发射台

调频同步广播测试软件
测试发射台的延时信息

二、等场强区测试方案
所谓等场强区域即是不同发射台的发射信号在该区域的场强差在6dB内。调频同步网的同频干扰主要出现在这个等场强区域。测试中，调频同步广播服务器产生的随路音频信令编排同频网内发射台轮流工作，分别记录场强，通过分析最终确定等场强区域。
三、延时测试
在同频广播网中，发射台A和发射台B到达接收地点的信号会有延时差。延时的引入有两个主要原因：一是同步广播节目源通过网络传送到不同发射台引入的延时，二是由于不同发射台距接收地点的距离不同而引入的射频延时。
具体测试方案是，由调频同步广播服务器中的可编程测试信号发生器生成测试序列，发射机分时发射不同频率的正弦波信号。接收机在等场强区域进行接收，采用图像拟合的算法得到不同频率波形的相位差，代表了不同发射机的延时。
通过测试得到总的延时差，并按此对同步网进行调整。计算延时，通过对多周期信号进行平均去噪等数字信号处理算法提高计算精度。并通过同步广播测试软件进行相位分析，得到同步网的延时值。并把相应的延时值通过随路音频信令发送到各个发射台进行调整。通过以上的测试和调整，可以把不同发射台产生的延时调整到us级的精度。

测试系统示意图

测试软件界面