數字調頻同步廣播系統設計與實踐

王平躍

（大連新聞傳媒集團大連廣播電視發射臺，遼寧 大連 116000）

0 引言

數字調頻同步廣播系統通過服務器合理配置、廣播數據系統（Radio Data System，RDS）技術引入以及同步傳輸鏈路的搭建，具備穩定性、可靠性和實用性的特點。本文展示了數字調頻同步廣播系統在同步傳輸鏈路、同步發射設備和遠程監控系統方面的應用實踐，通過完善的設計和實用性驗證，確保廣播系統的正常運行。

1 數字調頻同步廣播概述

數字調頻同步廣播是一種先進的廣播傳輸技術，通過采用數字調頻激勵器和數字音頻信號傳輸方式，實現廣播信號的同步傳輸。該技術具有覆蓋范圍廣、無限擴容、安裝維護方便、投資省、音質優美等特點，可以解決傳統有線廣播布線困難、安裝復雜、擴容性差、損壞墻面及環境等問題[1]。數字調頻同步廣播系統強調以系統設計為主、同步調整為輔的系統設計理念，在系統集成中強調標準化、通用性、可擴展性等，使系統更具有實用性。

2 數字調頻同步廣播系統的設計要點

大連廣播電視發射臺位于主城區綠山，發射點位置偏僻。下面將圍繞其數字調頻同步廣播系統的設計要點進行分析。

2.1 系統構成設計

數字調頻同步廣播系統設計中，硬件和軟件的設計是核心部分，共同決定了廣播系統的穩定性和可靠性。

硬件設計中，服務器的選擇非常重要。本次設計選擇PowerEdge-R440 機架式服務器作為廣播系統的信息發布服務器。該服務器具有強大的數據處理能力和穩定的運行性能，能夠保證廣播系統的正常運行。同時，選擇IMH89000-M10 型號的RDS 編碼器，作為一種高質量的編碼設備，能夠將音頻信號轉換為RDS 信號，并實現與局域寬帶網絡的動態交換[2]。

軟件設計中，信號傳輸通道的設置和RDS 技術的引入是關鍵。在本次設計中，設置一個物理通道用于傳輸RDS 信號，該通道的穩定性直接決定了廣播系統的傳輸質量和覆蓋范圍。同時，引入RDS 技術將信號在局域寬帶網絡之間進行動態交換，實現了數字調頻同步廣播播控優化設計，能夠提高信號的傳輸效率和穩定性，同時能夠實現廣播信號的同步播放。

2.2 同頻設計

通過調整廣播信號的頻率，實現多個發射站點同步廣播。這種設計的主要目的是擴大廣播信號的覆蓋范圍，提高廣播信號的強度。在數字調頻同步廣播系統中，頻率同步設計主要包括以下步驟。

第一，選擇合適的廣播頻率。需要選擇一個合適的廣播頻率，確保廣播信號能夠被有效地接收和傳輸。選擇廣播頻率時，需要考慮不同頻率的傳播特性、干擾情況以及所需覆蓋的區域等因素。

第二，配置頻率同步設備。為了實現多個發射站點同步廣播，需要配置頻率同步設備，如全球定位系統（Global Positioning System，GPS）等，可以提供精確的時鐘信號，確保各個發射站點能夠以相同的頻率進行廣播[3]。

第三，調整發射機頻率。配置好頻率同步設備后，需要調整各個發射機的頻率，使其與主發射機的頻率保持一致，可以通過使用頻率調整裝置或者直接在發射機上手動調整來實現。

第四，測試頻率同步效果。完成頻率調整后，需要進行測試以確認頻率同步效果。通過在各個接收地點測量信號強度、音頻質量等方式來評估同步效果。如果發現問題，可以及時調整發射機的頻率或者重新配置頻率同步設備。

為了擴大覆蓋范圍，大連廣播電視發射臺采用數字調頻同步廣播系統進行改造，選擇了98.1 MHz作為廣播頻率，并配置了GPS 等頻率同步設備。調整發射機頻率后，在不同地點進行了測試，發現同步效果良好，音頻質量清晰穩定。

2.3 同相設計

在數字調頻同步廣播系統中，同相設計主要涉及音頻信號的相位調整和校準。為了實現同相，音頻采用統一的編解碼，由GPS 輸出10 MHz 和1 PPS來實現音頻相位自動校準。這種設計方法能夠確保音頻信號在傳輸鏈路中的相位偏差極小，從而保證到任意同步發射機基站的音頻相位完全一致。

具體來說，同相設計的實現方法包括以下幾個方面。第一，采用統一的音頻編碼格式和編碼標準，確保音頻信號在傳輸過程中不會因編碼格式不同而產生相位偏差。第二，利用GPS 輸出10 MHz 和1 PPS 的信號，作為音頻相位校準的標準。通過將GPS 信號與音頻信號進行合成，可以確保音頻信號的相位與GPS 信號保持一致[4]。第三，在發射機基站中，采用高精度的時延調整裝置，對音頻信號進行精細的時延調整，保證各發射機基站的音頻信號相位完全一致。第四，利用自動導頻同相技術，對發射機基站的導頻信號進行自動調整，使其與標準導頻信號保持一致，從而保證各發射機基站的導頻信號相位完全一致。

2.4 同調制度設計

在數字調頻同步廣播系統中，同調制度是指各發射機發射的已調制信號的調制度必須完全一致，接收到的信號才能具有相同的音頻質量，從而避免相干區內干擾問題的出現。

同調制度設計在數字調頻同步廣播系統中的實現方法主要包括以下兩個方面。一方面，采用全數字調制器。全數字調制器可以保證各發射機發射的已調制信號的調制度完全一致。數字調制器采用數字信號處理技術，可以對音頻信號進行高精度調制，具有較低的失真度。通過使用全數字調制器，可以確保各發射機在發射信號時具有相同的調制度，從而避免由于調制度不同而引起的干擾問題。另一方面，同步音頻傳輸。為了實現同調制度，還需要確保各發射機接收到的音頻信號具有相同的一致性。因此，數字調頻同步廣播系統需要采用同步音頻傳輸技術，即所有的發射機都接收來自同一音頻源的音頻信號。為了確保音頻信號的一致性，可以采用統一的編解碼技術對音頻信號進行編碼和解碼。各發射機接收到的音頻信號經過解碼后，可以獲得完全相同的音頻信號，從而實現同調制度設計。

3 數字調頻同步廣播系統的應用實踐

3.1 同步傳輸鏈路

同步傳輸鏈路是實現同步廣播的重要環節。在大連廣播電視發射臺的數字調頻同步廣播系統中，同步傳輸鏈路采用了E1 鏈路傳輸，通過統一的同步編解碼，保證了任意同步發射點音頻信號的一致性。音頻信號首先通過E1 鏈路進行傳輸，整個過程采用了統一的同步編解碼技術，確保了音頻信號在傳輸過程中的穩定性。在傳輸過程中，音頻信號的時延偏差被嚴格控制在1 μs 以內，滿足同步廣播的技術要求[5]。此外，為了提高系統的穩定性和可靠性，該系統還引入了數字RDS 碼流進行控制。數字RDS 碼流是一種用于數字廣播的控制信號，可以提供額外的信息，如節目名稱、節目類型等。在大連廣播電視發射臺的數字調頻同步廣播系統中，數字RDS 碼流被用于控制數字調頻同步廣播發射機的RDS 副信道，不僅提高了音質，還降低了控制門限，使得系統運行更加穩定。

為了解決當地復雜的地形條件下單個站點發射的局限性，系統采用了數字調頻同步廣播技術，通過同步補點的方式，建成了完整的數字調頻同步廣播無線發射系統。

3.2 同步發射設備

同步發射設備是實現同步廣播的關鍵部分。該系統采用了意大利ELENOS 公司的數字調頻同步廣播發射機，通過全球定位系統GPS 輸出10 MHz和1 PPS 信號，實現了調頻載頻和立體聲導頻的同頻和同相。該數字調頻同步廣播發射機具有以下主要特點。第一，采用大規模集成電路及統一的固件版本，不受阻容器件精度及老化影響，也不受發射機開機時長影響，保證任意兩臺發射機音頻指標參數的一致性，僅存量化誤差。第二，通過“三同”（同頻、同相、同調制度）和“一保”（系統內所有發射服務區內有足夠覆蓋場強），徹底解決廣播發射相干區內的干擾問題，做到全系統無縫隙同步覆蓋，保證調頻同步廣播網正常運行。第三，在設備運行過程中，采用了GPS 和原子鐘結合的方式，利用GPS的1 PPS 信號對設備的時間進行校準，確保設備的時間同步[6]。同時，利用GPS 的10 MHz 信號對設備的頻率進行校準，確保設備的頻率同步[7]。第四，在實現調頻載頻和立體聲導頻的同頻和同相方面，該設備采用了先進的數字信號處理技術，通過對音頻信號進行數字采樣和處理，將音頻信號轉化為數字信號。然后，通過對數字信號進行調制和解調，實現了音頻信號的傳輸和接收。第五，在系統穩定性方面，該設備采用了高可靠性的硬件設計和軟件算法，保證了系統的穩定性和可靠性。同時，該設備還具有遠程監控和故障診斷功能。

3.3 遠程監控系統

在數字調頻同步廣播系統的應用實踐中，遠程監控系統利用現代通信技術，實現對發射機的遠程實時監測與控制，為系統的穩定運行提供了強大保障。大連廣播電視發射臺采用的ELENOS 發射機遠程監控系統能夠實現以下功能。第一，對發射機的開關機操作進行遠程控制。通過預先設置的指令，系統能夠自動開啟或關閉發射機，節省人力成本，并大大提高了操作的準確性。第二，對發射機的功率和頻率進行調整。根據需要，操作人員可以遠程對發射機的功率和頻率進行精確調整，確保廣播質量的穩定，操作界面如圖1 所示。第三，對主備發射機進行智能切換。當主發射機出現故障，系統會自動切換到備用發射機，保證廣播的連續性。第四，對發射機的音頻進行實時顯示，并可對現場的音頻進行實時監聽，使得操作人員能夠及時發現并解決音頻問題，保證了廣播的質量。第五，對機房環境進行紅外視頻監控，不僅提供機房的實時畫面，還能檢測到潛在的安全隱患，為系統的穩定運行提供了又一重保障。第六，對發射機每組電源的工作電壓、電流、溫度及輸出功率進行顯示，使得操作人員能夠實時了解設備的運行狀態，為設備的維護提供了重要依據[8]。第七，對每組末級功放管的電流、溫度及功耗進行顯示，為設備的性能評估和故障排查提供了重要信息。第八，對整機工作效率、環境溫度及風機轉數（轉數根據溫度受控）進行顯示，為設備的優化運行和節能減排提供了指導。

圖1 智能遠程監控系統界面

4 結語

數字調頻同步廣播系統在廣播傳輸領域展現了廣闊的應用前景。本文對系統設計要點的深入研究和實際應用實踐的驗證，證明了該系統在提高廣播信號質量、擴大覆蓋范圍以及降低運維成本等方面的顯著優勢。同步傳輸鏈路、同步發射設備和遠程監控系統的完善設計，為數字調頻同步廣播系統的全面推廣提供了技術支持。隨著數字技術的不斷發展，數字調頻同步廣播系統有望在更廣泛的應用場景中得到推廣，為廣播行業帶來更先進的解決方案。