大型客站數字網絡廣播系統方案研究

邵艷明

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063）

自京津城際鐵路北京南站、天津站開通以來，數字網絡廣播系統在鐵路大型客站的應用越來越廣泛。從廣播技術的發展歷史及趨勢來看，鐵路客站傳統的模擬廣播系統屬第四代廣播系統，數字網絡廣播系統屬第五代廣播系統。相對第四代廣播系統而言，數字網絡廣播系統具有廣播分區多、信源路數多、分控站點多、聲音質量好、布線少等特點，在聲音質量、系統擴展性、管理靈活性等方面更適合鐵路大型客站的應用需求。

1 數字網絡廣播系統的特點與優勢

鐵路客站傳統的廣播系統也稱數字可尋址廣播，以數字控制、模擬傳輸、集中管理、集中使用為主要特點。而數字網絡廣播系統，也稱IP網絡廣播系統，以數字控制、數字傳輸、集中管理、分散使用為主要特點。相比傳統的廣播系統，數字廣播系統具有高質量、大規模、擴展性好、管理靈活、可靠性高和經濟性好等優勢。

2 數字網絡廣播系統的功能與應用模式

2.1 系統功能

數字網絡廣播系統的主要功能包括自動、半自動、人工和電話廣播功能，背景音樂功能，應急廣播功能，消防廣播強切功能，廣播區監聽功能，回路檢測與揚聲器故障定位功能，小區廣播功能（含有線、無線插播），噪聲檢測、輸出音量自動增益功能，管理服務器、功放熱備及自動切換功能，防雷保護功能。

2.2 系統應用模式

數字網絡廣播系統的應用模式分為正常廣播模式、應急廣播模式和消防廣播模式3種。其中，正常廣播模式又分為自動廣播、人工廣播（中心插播、小區插播）、半自動廣播。

3 數字網絡廣播系統的設計要點

3.1 系統構成

為便于理解系統的總體構成，將數字網絡廣播系統分為中心系統和區域系統兩大部分，并根據設備位置，將廣播系統設備分為信源設備、主控設備、分控設備和前端設備4個類別。其中，信源設備和主控設備屬中心系統，分控設備和前端設備屬區域系統。各類設備具體設置位置及組成如下。

（1）信源設備設置于客服中控室，主要由話筒、DVD機、FM/AM數字調諧器、雙卡座錄放機、語音合成服務器、電話語音等音源設備組成。

（2）主控設備設置于信息綜合機房，主要由系統管理服務器（主備）、維護計算機、網絡音頻處理器、應急前置放大器和監聽裝置組成。

（3）分控設備設置于各配線間（廣播區域設備間），主要由網絡音頻處理器、網管控制器、小區廣播設備、功放設備（含自動倒換）、負載回路檢測設備、輸出切換控制設備、噪聲檢測設備和輸出防雷設備組成。

（4）前端設備設置在候車室、售票廳、站臺等現場環境，主要由聲場設備、噪聲探測器、插播盒和無線插播接收裝置組成。

廣播中心系統構成如圖1所示，廣播區域系統構成如圖2所示。

3.2 廣播負載分區及設備間規劃

根據相關設計規范，結合車站實際應用需求，廣播負載分區主要劃分原則如下。

（1）用于對車站工作人員的業務廣播劃分獨立分區，與對旅客的公共廣播分開。

（2）旅客聚集公共區域，按不同功能分區劃分不同的廣播分區。

（3）廣播分區劃分應結合廣播區域設備間的布局及設備間的覆蓋范圍。

（4）原則上每個廣播分區至少應分2個回路布線，相鄰音箱接入不同回路。

（5）考慮與消防分區的結合，客運廣播分區應小于消防分區，且不得跨消防分區。

3.3 聲場設計

聲場設計是決定廣播音質、音效的關鍵環節。廣播系統的最終效果取決于合理、正確的電聲系統設計，良好的聲音傳播環境（建聲條件）和精確的現場調音三者最佳的結合。

3.3.1 揚聲器選型與布置

結合車站的現場建聲條件，利用EASE3.0輔助設計軟件進行聲場設計，揚聲器的布置應綜合考慮現場建聲條件（空間大小、墻面裝修材料）、揚聲器型號、安裝高度和安裝角度等因素。

3.3.2 聲場指標核算

為獲得良好的聲場效果，站房內各場所的聲場不均勻度（USF）和聲壓級 （SPL）信噪比必須達到設計規范要求。具體的核算方法可采用理論計算或軟件仿真。

計算公式：SPL=音箱靈敏度－由距離引起的SPL衰減＋由電子輸入引起的SPL增加量＝音箱靈敏度－20 lg（距離）＋10 lg（音箱功率）。

3.3.3 噪聲探測與小區插播點布置

噪聲探頭與小區插播天線的主要布點原則有3點。

（1）在人員聚集度高、環境噪聲變化較大的場所（如候車室、售票廳、出站地道、進站廳、出站廳、站臺）布置噪聲檢測探頭。

（2）同一區域分散布置多處噪聲探測點，取其加權平均值。

（3）小區無線插播天線覆蓋站房主要旅客活動區域及相應的業務房間，主要包括售票廳、候車室、進站廳、出站廳、站臺、服務員室、檢補票室和公安值班室等。

無線插播天線的可靠覆蓋半徑按60 m設計。

3.4 功放配置

廣播功放的最重要指標是額定輸出功率，功放配置應視廣播揚聲器的總功率而定。廣播揚聲器的總功率應小于或等于廣播功放的額定功率，同時考慮到線路損耗、揚聲器磁性老化等因素，應適當留有功率余量。

根據公式計算，廣播功放的額定輸出功率取值為揚聲器總功率的1.35倍左右，同時考慮廣播功放的N＋1（N取2～5）備用。

3.5 系統高可靠性保證措施

完整高效的高可靠性保證措施是數字網絡廣播系統設計的主要特點。廣播系統設計中，在主機、網絡、功放、揚聲器、回路的冗余備份，故障檢測與自動恢復等各個方面都考慮了相應的保障措施，保證各種極端情況下，廣播系統的高可靠性和高可用性。具體措施包括管理服務器雙機熱備、獨立應急系統設計、功放熱備自動倒機設計、雙負載回路設計、揚聲器故障定位檢測和功放延時開機。

3.6 網絡構成與帶寬估算

數字網絡廣播系統主要采用CobraNet網絡音頻傳輸技術，控制信號采用TCP協議傳輸，音頻信號采用CobraNet/UDP協議傳輸。廣播系統利用車站旅服系統局域網，劃分獨立VLAN。旅服系統集成平臺在信息綜合機房設核心交換機，在各配線間設接入交換機，主干傳輸帶寬為千兆，廣播系統接入旅服系統局域網，設計峰值帶寬按20 M考慮，具體估算如下。

（1）CobraNet的音頻PCM數據量1個通道時為 48 kHz×20 bit=0.96 Mbit/s。

（2）CobraNet的通信數據包Bundle包含8個48 kHz×20 bit的PCM音頻通道，1個Bundle的數據流為8 Mbit/s。

（3）系統主機按同時傳輸16路音頻通道的能力計算，音頻數據流為16 Mbit/s。

（4）加上通信包中控制協議等數據，總體傳輸帶寬占用小于20 M。

3.7 與相關系統接口

3.7.1 與旅服集成平臺接口

廣播系統與旅服集成平臺的接口功能主要包括以下方面。

（1）集成平臺下發數據庫存儲的列車時刻表信息。

（2）集成平臺下發取自CTC系統的實時列車到發、停靠站臺、檢票計劃和廣播計劃信息。

（3）預留區域中心對車站集成平臺下達廣播指令的接口條件。

（4）廣播系統返回廣播狀態信息。

廣播系統與集成平臺的網絡接口為集成平臺的核心交換機和接入交換機，設備接口為集成平臺的接口服務器。

3.7.2 與消防廣播接口

客運廣播系統與消防廣播系統的接口方案有4種，即中心接口方案、區域接口方案、功放接口方案和聲場接口方案。

方案1：中心接口方案是指消防廣播系統與客運廣播系統管理服務器接口，通過RS-422或以太網接口發送消防強切指令給客運廣播系統。消防廣播利用客運廣播系統除信源設備外的其他所有設備。

方案2：區域接口方案指消防廣播系統通過RS-422或以太網接口，與客運廣播區域設備間網絡音頻處理器及網管控制器接口。消防廣播利用客運廣播系統的區域設備間設備及聲場。

方案3：功放接口方案指消防廣播系統通過消防廣播切換控制器、控制線和音頻線與客運廣播的功放接口。消防廣播利用客運廣播的功放和聲場。

方案4：聲場接口方案指消防廣播切換控制器、控制線和音頻線與客運廣播的聲場回路接口。消防廣播利用客運廣播的聲場。

考慮到消防廣播系統的獨立性和可靠性要求，大型客站客運廣播與消防廣播系統的接口采用方案4，即聲場接口方案。

4 結束語

隨著鐵路客運專線建設進程的加快，一大批大型鐵路客站相繼建成，將數字網絡廣播技術應用于大型鐵路客站，有利于提高廣播系統的整體性能，是鐵路大規模客站廣播技術發展的必然趨勢。