调频同步广播系统的理论及应用

2022-09-10

所谓调频同步广播, 是指在一个较大的地域内利用位于不同地点的两部或更多的调频发射机, 使用同一频率播出同样节目内容的广播形式。调频同步广播大多采用小功率按需布点的方法, 在满足覆盖需要的前提下, 把单台发射机的功率大幅度降了下来, 降到10w、50w、300w等, 这样就使调频广播的诸多受限问题迎刃而解。调频同步广播是在不改变现有调频立体声广播格式的基础上, 对不同地点发射的调频同步广播信号在技术条件上作了一些具体要求, 保证技术指标使现有的接收机能正常接收。每一部调频同步广播发射机单独发射的调频信号与一般调频发射信号是一样的。本文就是主要研究调频同步广播系统的相关理论及具体应用。

1 调频同步广播的相关理论

1.1 调频同步广播信号的数学分析

根据调频同步广播概念, 两个发射点产生的调频信号有同样的中心频率和相位调制函数。这两个信号到达某一点接收地点时, 信号的中心频率是一致的, 信号的幅度可能是不同的, 由于接收点到两个发射台的距离不同, 两个信号还会有时间差, 可以把这个时间差记为t0。因为某一接收点的信号是两个信号的叠加, 可以把接收地点的合成信号表示为:

这里, 把第一个信号用作参考, 假设它是没有延时的, 而第二个信号则有一个延时t0, 也就是说, t0是第二个信号相对第一个信号的延时。一般说来, 合成信号是幅度和频率都是随时间变化的调频/调幅信号, 它可以表示为:

其中A (t) 是合成信号的瞬时振幅, φ (t) 是合成信号的瞬时相角。从上面分析不难看出, 除非在两个信号之间没有延时, 即t0=0, 或者没有调制信号, 即μ (t) ≡0的情况下是一个不随时间变化的常数外, 一般而言是随时间变化的, 也就是有了寄生调幅成分。后面的分析表明, 这种寄生调幅的“调制度”在某些情况下还相当深, 以至于正常的接收都不能够进行。

1.2 调频同步广播的基本技术要点

(1) 保证多发射机之间的同频。

与以往对于调频发射机的要求不同的是, 在标准中不要求发射机的载波和导频的稳定性, 不要求载波的精确度, 而要求系统内设备的载波相对值, 即频率差。实际上, 同频是一个相对概念, 是要求整个系统的频率相同, 而与单机的载波稳定性或载波精确性无关。

简单来说, 按照100MHz载波频率考虑, 系统内发射机的相互间频率差在0.1Hz以内。对于接收而言即使在相干区的固定点, 每5秒钟有一个驻波周期通过, 是可以被接收的。而对于移动接收来说, 即使按照100km/小时的速度, 因移动而产生的多普勒效应所收到的两个电台的频率差为2×10-7, 大于载波和导频的要求.由此, 得出的结论是, 对于调频同步广播系统1×10-9的要求, 不论对于静态还是动态接收, 都是比较合适的数值。

(2) 保证在发射天线馈源端系统同相。

与单点发射方式不同, 同步广播的技术要求是根据在相干区的良好收听来确定。对于同频广播, 要达到应有的效果, 必须保证在相干区节目是“同相”的, 也就是说, 收听的节目不能是有“二重奏”或“回声”, 尽管在接收机中不能够实际反映, 似对于接收而言, 会造成明显的失真。在相干区的测试数据表明:对于单声道广播, 如果要保证3KHz以下信号失真小于1%, 要求两个已调波时延差小于10微秒, 此时, 对于5k Hz的信号, 要求相千区两部发射机输出信号经射频解调后的节目信号时延值小5微秒, 才能保证立体声的分离度和失真指标。

2 调频同步广播系统的应用

为了实现对某一主城区的“面”覆盖, 本节主要围绕调频同步广播系统的应用展开讨论。

2.1 系统应用依据及技术规范

应用依据是:国家广电总局科技司广技频字[2004]65号文。应用技术规范是:GB/T4311-2000《米波调频广播技术规范》、GY/T154-2000《调频同步广播系统技术规范》。

2.2 系统应用的设计要求

工作频率:调频波段106.1MHz;调制方式:调频立体声;天线极化方式:垂直极化;扩展性:系统具备方便于扩充台站能力;发射机调制度稳定度:小于等于2.5%;已经调制信号相对延时稳定性:优于±1μs;同频:相对频差小于等于1×10-9;同相:相对时间延差小于等于5μs (立体声) ;同调制度:同调制度差小于等于3%;保证相干区内的最低可用场强满足ITU的规定。

2.3 系统应用的环境

根据规划预计的覆盖范围, 在工程实施前需要对周边地区的电磁环境进行分析摸底。本文研究的调频同步广播系统的应用, 调频段设置在106.1MHz±0.2MHz, 在覆盖范围内和覆盖边缘区域选择有代表性的场点进行应用, 以保证系统建成后, 既不受干扰, 又不干扰正在使用的其他频段电台。

2.4 广播发射站的布点及传输

站点的选择除要根据覆盖需要、信号传输方式外, 还要充分考虑机房建设、天线架设等方面的可能性。由于调频同步广播发射站的布点会牵涉到所选站点的大楼业主、城管、环保、公安等部门复杂的系统工程, 站点的选择不可能严格按照一般的立体声相距9km的原则进行, 实际工程中发射机间的距离取小于23.4km。我们兼顾系统应用地区的地形地貌和人口的疏密程度, 采用适当增加各发射点间的距离和发射功率等方面, 以实现人口的有效“面”覆盖。系统应用工程采用“中心开花”方式, 即一个中心站, 两个副站, 共三个站点同时对应用区域进行覆盖。采用STL发射机, 把复合信号由中心台传给各副台。其中输入的音频信号在立体声发生器中以基准的19KHz调制成标准的立体声信号 (副载波为38KHz, 19KHz是导频) , 然后送入STL发射机, 各发射台的结构基本上是相同的, 即有STL接收机、数字延时器和同步激励器所组成, 扩展时加有STL发射机。

3 结语

此外, 由于调频同步广播对多径传播缺乏抵抗力, 一般情况下, 到达接收机无线电信号, 不仅包括通过从发射台 (中心台、副台) 与接收机之间的直接传播路径来的信号, 而且包括许多经过或近或远的障碍物、一次或多次反射的信号。因此, 在部分覆盖区域存在较小面积的失真是不可避免的, 调频同步广播技术还需深入探讨、研究, 使其不断的改进。

摘要：随着社会的发展, 频率资源紧缺等问题日趋严峻, 为此, 广播界开始广泛采用调频同步广播技术进行覆盖。本文在分析了调频同步广播相关理论的基础上, 详细研究了调频同步广播系统的应用, 探讨了广播发射站的布点及传输、同频同调等方面的实现。本文对调频广播的发展起到一定的促进作用。

关键词：调频同频,广播系统,“面”覆盖