調(diào)頻同步廣播網(wǎng)設(shè)計原則及建設(shè)方案

寧應(yīng)斌

（大連新聞傳媒集團(tuán)大連廣播電視發(fā)射臺，遼寧 大連 116000）

0 引言

隨著社會的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，廣播作為一種重要的信息傳播工具，其作用日益凸顯。然而，由于地理環(huán)境的復(fù)雜性和信號傳輸?shù)睦щy，廣播在某些地區(qū)的覆蓋效果并不理想。為了解決這一問題，大連市廣播電臺決定引入調(diào)頻同步廣播網(wǎng)技術(shù)，以擴(kuò)大廣播覆蓋范圍，提升信號質(zhì)量。

1 調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的設(shè)計原則

調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的設(shè)計需遵循以下原則。第一，穩(wěn)定性與可靠性。系統(tǒng)采用數(shù)字基帶同步技術(shù)，實現(xiàn)全系統(tǒng)的同步與穩(wěn)定。數(shù)字音頻信號在傳輸過程中不會失真，且抗干擾能力強(qiáng)，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性[1]。第二，易集成與可擴(kuò)展性。所設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)易于集成、通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)、生命周期長。整個系統(tǒng)是一個“網(wǎng)絡(luò)化”工程，各部分之間相互獨立又相互聯(lián)系，方便進(jìn)行系統(tǒng)集成與擴(kuò)展。此外，系統(tǒng)設(shè)計遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GY/T 154—2000），保證了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化與兼容性[2]。第三，同頻、同相、同調(diào)。系統(tǒng)設(shè)計要求各發(fā)射機(jī)的調(diào)頻信號頻率相同、相位相同、調(diào)制度相同，是實現(xiàn)全系統(tǒng)無縫隙同步覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)[3]。第四，遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。系統(tǒng)應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心，實現(xiàn)對各發(fā)射站點發(fā)射系統(tǒng)及工作環(huán)境的監(jiān)控和管理。第五，抗干擾性能。系統(tǒng)應(yīng)具備良好的抗干擾性能，以確保廣播節(jié)目的清晰度與穩(wěn)定性。

2 調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

調(diào)頻同步廣播網(wǎng)主要由同步編碼器、同步解碼器及數(shù)字同步激勵器等構(gòu)成。同步編碼器安裝在信號前端系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)對音頻信號進(jìn)行編碼壓縮、復(fù)用，并以復(fù)用碼流的形式傳輸音頻信號。同步編碼器還負(fù)責(zé)插入同步時間標(biāo)識，為同步解碼器提供時間同步基準(zhǔn)。同步解碼器安裝在各發(fā)射臺，與同步編碼器配合使用，主要功能是從傳輸網(wǎng)絡(luò)接收節(jié)目傳輸碼流，并進(jìn)行信號的解復(fù)用，根據(jù)收到的同步時間標(biāo)識測量系統(tǒng)時延，并對各路音頻進(jìn)行自動延時補(bǔ)償，保證各發(fā)射臺的時間同步。數(shù)字同步激勵器是實現(xiàn)高質(zhì)量同步廣播的關(guān)鍵設(shè)備，不但要具有目前國際上通用的數(shù)字激勵器的全部功能，而且需增加“同頻”“同相”“同調(diào)制度”等特殊功能。數(shù)字同步激勵器的性能直接關(guān)系到載波和調(diào)制度的穩(wěn)定度[4]。

調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的工作原理如下。各發(fā)射臺的調(diào)頻同步發(fā)射機(jī)使用同頻率、同時間發(fā)送同一套節(jié)目。由于各個發(fā)射臺傳輸鏈路不同，即使全部采用同一種物理鏈路，也存在傳輸路由參數(shù)變化、時延抖動等問題，很難保證恒定的傳輸時延。因此，需要通過數(shù)字基帶同步技術(shù)來解決傳輸中的自動延時調(diào)整問題。數(shù)字基帶同步技術(shù)是一種通用的單頻網(wǎng)同步技術(shù)，使用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）標(biāo)頻發(fā)生器輸出的1 PPS、10 MHz時鐘和標(biāo)頻信號作為同步編解碼器的基準(zhǔn)信號，確保各發(fā)射臺的時間同步[5]。同時，采用數(shù)字調(diào)頻技術(shù)，使各發(fā)射臺發(fā)出的調(diào)頻信號各項指標(biāo)完全一致（同步），精準(zhǔn)實現(xiàn)整個調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)的物理同步[6]。

3 調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的建設(shè)方案

大連廣播電視臺以傳播文化、傳遞信息、服務(wù)聽眾為宗旨，擁有豐富的廣播節(jié)目資源和廣泛的聽眾基礎(chǔ)。然而，由于地理環(huán)境的復(fù)雜性，該臺在某些地區(qū)的覆蓋效果并不理想。為了解決這一問題，大連廣播電視臺決定引入調(diào)頻同步廣播網(wǎng)技術(shù)，以擴(kuò)大廣播覆蓋范圍，提升信號質(zhì)量。

3.1 發(fā)射臺站的選擇和建設(shè)

根據(jù)大連市的地理環(huán)境和廣播覆蓋需求，可選擇5 個發(fā)射臺站作為調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的發(fā)射節(jié)點，分別位于市區(qū)中心、東南部山區(qū)、西部和北部沿海附近。每個發(fā)射臺站都配備了高性能的發(fā)射機(jī)和天線系統(tǒng)，以確保信號的穩(wěn)定傳輸和覆蓋效果。發(fā)射機(jī)選用RVR 公司輸出功率為2 kW 的調(diào)頻發(fā)射機(jī)，頻率范圍為87.5 ～108 MHz，調(diào)制方式為調(diào)頻（Frequency Modulated，F(xiàn)M），音頻輸入為音頻工程師協(xié)會/歐洲廣播聯(lián)盟（Audio Engineering Society/European Broadcast Union，AES/EBU）數(shù)字音頻信號，具有輸出功率大、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。天線系統(tǒng)選用國產(chǎn)高性能天線系統(tǒng)，具體參數(shù)如下：天線增益8 dB，極化方式為垂直極化，阻抗50 Ω，每百米饋線損耗≤0.5 dB。

3.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和建設(shè)

本次調(diào)頻同步廣播網(wǎng)建設(shè)采用了光纖傳輸和微波傳輸相結(jié)合的傳輸網(wǎng)絡(luò)方案。光纖傳輸選用了華為公司的OptiX OSN 3500 型光傳輸設(shè)備。該設(shè)備具有傳輸容量大、穩(wěn)定性高、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點，能夠滿足廣播信號傳輸?shù)男枨蟆榱吮ＷC光纖傳輸?shù)馁|(zhì)量和穩(wěn)定性，采用了高品質(zhì)的光纜和連接器，光纜型號為GYTA53-12B1，連接器型號為FC/APC。微波傳輸選用了哈里斯公司的鉆石系列數(shù)字微波設(shè)備。該設(shè)備采用先進(jìn)的正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）調(diào)制技術(shù)和高效的信號處理算法，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境下實現(xiàn)高速、穩(wěn)定的微波傳輸。

為了確保光纖和微波傳輸?shù)捻槙尺B接和高效傳輸，關(guān)鍵節(jié)點采用了華為公司的OSN 7500 型光交叉連接設(shè)備。該設(shè)備具有交叉連接容量大、調(diào)度靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)光纖和微波傳輸?shù)母咝мD(zhuǎn)換和調(diào)度。在數(shù)據(jù)方面，通過仿真和實際測試驗證了該傳輸網(wǎng)絡(luò)方案的可行性和性能。仿真結(jié)果表明，該方案能夠滿足大連廣播電視臺調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的傳輸需求，在惡劣的電磁環(huán)境下仍能保持較高的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。實際測試結(jié)果表明，該方案在光纖和微波傳輸?shù)膸捓寐省⒄`碼率、抖動等指標(biāo)上均表現(xiàn)出色，能夠滿足廣播信號傳輸?shù)囊蟆?/p>

3.3 天饋線系統(tǒng)設(shè)計

天饋線系統(tǒng)的設(shè)計和選擇在調(diào)頻同步廣播網(wǎng)建設(shè)中直接影響廣播信號的覆蓋范圍和傳輸質(zhì)量。在本次大連廣播電視臺調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的建設(shè)中，天線選用了國產(chǎn)高性能天線，型號為TDB-805。這款天線具有增益高、方向性好、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，適用于廣播發(fā)射的需求。為了確保天線的穩(wěn)定性和耐久性，安裝采用了優(yōu)質(zhì)鋁合金材料和防水處理工藝。饋線方面選用了國產(chǎn)高品質(zhì)饋線，型號為SYV-50-7，具有損耗低、阻抗匹配好、耐高溫等特點，能夠保證廣播信號的高質(zhì)量傳輸。

在選擇天饋線系統(tǒng)的過程中，技術(shù)人員還進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析和模擬測試。通過對不同型號、不同參數(shù)的天線和饋線進(jìn)行組合測試，得出了最佳的天饋線系統(tǒng)方案[7]。該方案在實際應(yīng)用中的覆蓋范圍達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，信號質(zhì)量穩(wěn)定可靠，能夠滿足大連廣播電視臺的廣播需求。為了確保天饋線系統(tǒng)的正常運行和維護(hù)方便，安裝時采取了多項措施，如在天線安裝位置加裝了避雷針和接地系統(tǒng)，定期清潔和檢測天饋線系統(tǒng)。

3.4 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和實施

監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)V播網(wǎng)進(jìn)行實時監(jiān)測、故障預(yù)警和數(shù)據(jù)分析，確保廣播網(wǎng)正常運行。本次大連市廣播電臺調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的建設(shè)中，設(shè)計并實施了一套完善的監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)采用基于云計算的遠(yuǎn)程監(jiān)控方案，由前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備和后端數(shù)據(jù)處理設(shè)備組成。前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備負(fù)責(zé)采集各發(fā)射臺站和傳輸網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)、信號質(zhì)量等數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖藬?shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行分析和處理。其中，前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備選用高性能的數(shù)據(jù)采集器，型號為DAQ-3000，具有多通道、高精度、高速度等特點，能夠?qū)崟r監(jiān)測各發(fā)射臺站和傳輸網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)和信號質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備選用高可靠性的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器，型號為CISCO Catalyst 3850 和CISCO ISR 4451，具有高速、穩(wěn)定、安全等特點，能夠保證數(shù)據(jù)的實時傳輸和網(wǎng)絡(luò)安全；后端數(shù)據(jù)處理設(shè)備選用高性能的服務(wù)器和存儲設(shè)備，型號為Dell PowerEdge R740 和Dell EMC Unity 500F，具有高性能、大容量、可擴(kuò)展等特點，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行高效處理和存儲。

監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下幾個功能。第一，實時監(jiān)測。通過前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備實時監(jiān)測各發(fā)射臺站的工作狀態(tài)和信號質(zhì)量，包括發(fā)射功率、頻率偏差及調(diào)制誤差等指標(biāo)，同時監(jiān)測傳輸網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)和故障情況，包括光纖和微波傳輸?shù)膸捓寐省⒄`碼率及抖動等指標(biāo)。第二，故障預(yù)警。設(shè)置閾值和告警規(guī)則，監(jiān)測到異常情況時，系統(tǒng)會及時發(fā)出告警信息，通知相關(guān)人員進(jìn)行排查和處理。告警信息可以通過短信、郵件及電話等多種方式發(fā)送。第三，數(shù)據(jù)分析。通過對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，可以評估廣播網(wǎng)的覆蓋范圍、覆蓋效果和信號質(zhì)量等指標(biāo)，為廣播網(wǎng)優(yōu)化提供參考依據(jù)。通過對故障數(shù)據(jù)的分析，可以找出故障的原因和規(guī)律，提出改進(jìn)措施，提升廣播網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。第四，遠(yuǎn)程管理。通過云計算技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制，可以在任何地點通過互聯(lián)網(wǎng)訪問監(jiān)控系統(tǒng)，查看實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障預(yù)警和數(shù)據(jù)分析，大大提高了工作效率和管理水平。

3.5 電源和防雷系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)

為了保證調(diào)頻同步廣播網(wǎng)的穩(wěn)定運行，方案設(shè)計了一套可靠的電源和防雷系統(tǒng)。電源系統(tǒng)采用市電和備用發(fā)電機(jī)相結(jié)合的方式，確保在市電中斷的情況下仍能保證系統(tǒng)的正常運行。防雷系統(tǒng)則采取了多級防雷措施，包括避雷針、避雷帶及接地系統(tǒng)等，以降低雷電對系統(tǒng)的影響[8]。

4 結(jié)語

通過對大連地區(qū)的地理環(huán)境和覆蓋需求的綜合考慮，本文提出了一套完整的調(diào)頻同步廣播網(wǎng)建設(shè)方案。該方案采用了數(shù)字基帶同步技術(shù)、光纖傳輸和微波傳輸相結(jié)合的傳輸網(wǎng)絡(luò)方案以及高性能的發(fā)射機(jī)、天線系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。通過實際測試和仿真驗證，該方案在擴(kuò)大廣播覆蓋范圍、保障信號質(zhì)量以及提升系統(tǒng)穩(wěn)定性方面取得了良好效果。方案綜合考慮了易集成、可擴(kuò)展、同步性等多個設(shè)計原則，為大連地區(qū)的廣播服務(wù)提供了可行的解決方案，也為調(diào)頻同步廣播網(wǎng)技術(shù)在實際應(yīng)用中的推廣提供了經(jīng)驗和建議。