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转播与发射
新一代中波同步广播系统
作者:国家广电总局564台 陈庆丰 日期:2011/7/11 9:37:42 人气: 标签:

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载要:本文阐述了传统中波同步广播系统的结构、原理和技术难点,介绍了基于数字单频网技术的“延时自动同步”音频传输系统在新一代中波同步广播中的应用,并详细说明了“延时自动同步”传输系统的功能、原理及技术特点。

1 引言

“同步广播”是模拟广播的单频网技术。即采用统一频率多站点同时发射。同步广播可以有效地解决频率资源紧张的问题.有效地提高覆盖范围和质量,满足城市、乡村及交通覆盖的需求。

中波同步广播在我国已应用了十几年,为广播事业的发展发挥了积极作用。近几年,随着GPS技术的广泛应用和数字电视广播单频网技术的发展.为模拟广播的同步广播系统的建设提供了新的发展思路和技术更新的前景。

同步广播技术主要解决的是同频、同节目电台的相干服务区出现的问题。中波同步广播概括起来有如下三个要素:

⑴ 同频:各个发射站点载波频率差小于O.015Hz,对于中波531~1602kHz的载波来说,其相对精度为1~3×1 0-8

⑵ 同相:两个同步发射站点中间的交越区所允许的最大延时差小于

70 u S。

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    ⑶ 同调制度:中波调制信号的调制度偏差小于15%。

在满足以上同频、同相、同调制度的要求下,才能在交越区达到良好的接收效果。

2 传统的中波同步广播系统

2.1 系统结构

传统的中波同步广播系统的结构框图如图1所示。为了满足同步广播的三要素,保证同步广播的正常进行,中波同步广播系统采取了如下措施:

⑴ 中波发射系统应用同步激励器提供频率精确的载波信号,以保证同频的要求。

⑵ 系统采用DVB -S卫星传输,在节目前端加入音频处理器,对节目信号进行统一的处理,再送入卫星上行系统,在各个发射机前不再使用音频处理器,并使送入发射机的音频信号幅度一致,从而保证了调制度的一致。

⑶ 在各中波发射站点,使用卫星接收机,接收音频信号.然后送入音频时延均衡器,调整音频延时,补偿链路延时差.以保证同相的要求。

2.2 延时调整方法

365棋牌手机官网下载安装音频信号的传输是通过卫星传输方式实现的,即:节目通过上行站发送至卫星转发器,各个中波发射站点通过卫星接收机接收信号,解码出音频节目,再通过中波广播发射机发射出去。由图2可知,在音频节目传输的整个过程中,卫星上行过程的延时是一致的,由于卫星距离不同发射站点的距离不同,卫星下行传输到不同中波发射站点的延时是不同的,我们称这个延时为“传输链路延时”;由于受到不同发射站点的功率、天线高度、地形等因素的影响,等场强区(相干区)的位置与不同发射站点的距离不同,射频信号到达等场强区的延时也是不同的,我们称这个延时为“射频延时”。对于同相的要求,是要保证传输到不同中波发射站点所发射的已调波信号,在到达相干区时相位保持精确同步(即小于70 u S)。在整个音频信号传输和射频信号传输的全过程中,由于产生了如上所分析的“链路延时”和“射频延时”,所以要靠调整各个中波发射站点的音频延时器来校正卫星传输链路的延时差和射频信号到达等场强区的延时差。

如图2所示.假设卫星与A发射站点的距离为Sa,卫星信号传输链路延时为Ta,卫星与B发射站点的距离为Sb,卫星信号传输链路延时为Tb;由A、B发射站点覆盖的等场强区(相干区中心)的位置,距离A发射站点为S1,射频传输延时为T1,距离B发射站点为S2,射频传输延时为T2。

若要保证同相的要求,则需满足如下公式Ta+T1+D1=Tb+T2+D2。

上式中:D1和D2分别是A、B发射站点音频延时器设置的音频延时。

音频延时器延时设置步骤如下:

第一步:分别确定A、B站点的经纬度。根据卫星的经纬度可以计算得到Sa和Sb的距离,电磁波传输速度为C=300m/uS,卫星信号到达A站点和到达B站点的延时差为Ta-Tb=C×(Sa-Sb)

第二步确定相干区与A、B站点的距离。相干区是指由A或B发射的射频信号在该地区的场强相同,通过场强测试,确定相干区位置,即可得到相干区到A、B站点的直线距离S1、S2,电磁波传输速度为C=300m/u S,A、B站点到达相干区的延时差为T1-T2=C×(S1-S2)

确定了音频链路延时差和射频传输延时差后,延时器设置的延时差根据如下公式即可计算出来.D1-D2=(Tb+T2)-(Ta+T1)=(Tb-Ta)+(T2-T1).

2.3 传统中波同步广播系统存在的问题

在图1所示的中波同步广播系统中,“同频”、“同调制度”问题已经得到了很好的解决,但“同相”则成为影响中波同步效果的主要难题.其问题主要表现在:

? 传输链路延时的不准确性导致的音频相位不同步

在2.2节中分析的计算链路延时的方法,只能准确的计算出卫星下行传输时所带来的延时差。实际中。不同的卫星接收机存在着处理延时差.这个延时差很难通过计算或测试得到,因此存在着所谓的“延时不确定性”。

? 传输链路延时的抖动性导致的音频相位不同步

中波同步广播系统的传输通常采用DVB-S卫星传输方式.传输过程中对音频采用MPEG-2的压缩方式。在卫星接收机进行接收和解码的过程中,由于编解码端时钟的不同步和MPEG本身的特性会导致不同的卫星接收机输出的音频信号相位抖动,且在开关机后.出现相对相位变化,因此存在着所谓的“延时不稳定性”。

? 传输链路的单一性导致系统的音频相位不同步

在中波同步广播系统中,每个发射站点具有的音频传输链路的资源不尽相同,除了卫星外,很多站点配有光纤、微波等传输方式。如果采用光纤和微波等传输万式,使用一般的音频编解码设备不能确切的得到链路延时信息,并且传输链路发生变化时,延时也随之发生变化,导致系统的音频相位不同步。

3“延时自动同步”的音频传输系统

由上面分析得知.满足了中波发射机频率准确度的“同频’要求的同时,还需要满足系统中的“同相’要求,才能克服包络衰减,保证交越区接收效果。所谓同相,即是保正两个发射站点发射的信号到达交越区时延时小于70。由于传输到各个发射站点的音频传输链路不同、延时不同,且延时具有不确定性和时变性,所以送入不同发射站点发射机的音频信号,其相位差也不同。“同相”问题是同步广播系统建设中的一个难题。

传统的同步广播系统中,使用时延均衡设备,对音频信号进行时延调整。但是由于传瑜链路延时的不确定性,在系统建设时,很难测试出精确的传输链路延时,同时由于传输链路延时的时变性,会导致系统无法长期稳定工作。

随着数字电视单频网技术的发展,针对国内广播音频传输的特点和需求.建立在DVB-T数字电视单频网的理论基础上的基于“延时自动同步”技术的音频传输系统被推出,其原理框图如图3所示。

“延时自动同步”的音频传输系统,包括:同步音频编码器和同步音频解码器两个部分。

? 同步音频编码器

同步音频编码器的主要功能是完成立体声音频信号的输入、MPEG-I? Layer II压缩,并对音频及数据信息进行复用,获取GPS时间信息。插入时间标签,生成公共MPEG-II传输流(TS),进行ASI接口匹配,最后下行传输

? 同步音频解码器

同步音频解码器可以适应不同的物理传输链路,如DVB-S系统、DVB-C系统、ASI输入接口等。其主要功能是接收下行信号,进行TS流解复用,分离出音频流,获取TS流中的时间戳信息;根据本地GPS时信息,实时测量音频链路延时,并对音频进行延时补偿,最终输出音频信号。它可使各个发射站点送入发射机的音频相位完全一致,保证了“同相”的要求;同时,解码器具有对输出音频附加延时设置的功能,用于校正射频传输延时差。

同步音频编解码器的使用,不仅完成了音频信号传输的功能,而且取代了音频延时器及手动调整音频相位的过程,设备通过在码流中使用GPS时标频标信息,完成对链路延时的自动测量和实时补偿,保证了音频相位的确定性和稳定性,从而很好地解决了传统中波同步广播中“同相”的技术难题。

4 新一代中波同步广播系统的特点

中波同步广播的系统建设,首先要满足同频、同相、同调制度的要求;其次要求系统建设、施工、维护简单,系统工作稳定可靠,同时可以利用已有传输链路,不需要太大投资,就可以完成组网同步工程。

延时自动同步的音频传输方式在新一代中波同步广播系统中,得到了广泛的应用。新一代中波同步广播系统具有以下技术特点:

⑴ 音频传输系统采用了“延时自动同步”的音频传输方式,保证了“同步”要求,即:通过不同链路传输到各个发射站点的音频在同一时刻相位精确同步(优于1 u s)。所谓“延时自动同步”,即:能够自动进行链路延时测量、动态补偿,使传输链路参数变化不影响系统同步效果,且无需人为调整,同时还具有系统性能指标高、维护方便、系统调试难度低、建设周期短等优点。

⑵ 具有标准MPEG Laver II压缩编码,DVB标准TS流传输,与普通DVB标准音频编、解码器兼容,适合于符合DVB标准的各种传输方式(卫星、有线电视、数字微波、光纤等等),同一系统多种链路可共源混合传输,多种链路互为备份等。

5 结束语

在中波同步广播系统中,使用锁定在GPS时钟源上的激励器,提供频率精准的载波信号,很好地解决了“同频”的问题;使用“延时自动同步”的音频传输系统,不仅可以适应各种传输链路.而且完成链路延时实时补偿,音频相位精准同步,很好地解决了“同相”的问题。基于上述两种技术的应用,使中波同步广播系统在建设和运行的稳定性、可靠性等诸多方面都有着很大的提高。

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参考文献:

①李为丰,范荣美,李琚门. 建设完善的中波同步广播网. 广播与电视技术.2002,09

②杨刚,杨霏,基于MPEG-TS技术的音频同步传输系统. 广播与电视技术.201O,06

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           稿件来源:广播电视信息 2011.5

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