数字调频同步广播系统设计与实践

王平跃

（大连新闻传媒集团大连广播电视发射台，辽宁 大连 116000）

0 引言

数字调频同步广播系统通过服务器合理配置、广播数据系统（Radio Data System，RDS）技术引入以及同步传输链路的搭建，具备稳定性、可靠性和实用性的特点。本文展示了数字调频同步广播系统在同步传输链路、同步发射设备和远程监控系统方面的应用实践，通过完善的设计和实用性验证，确保广播系统的正常运行。

1 数字调频同步广播概述

数字调频同步广播是一种先进的广播传输技术，通过采用数字调频激励器和数字音频信号传输方式，实现广播信号的同步传输。该技术具有覆盖范围广、无限扩容、安装维护方便、投资省、音质优美等特点，可以解决传统有线广播布线困难、安装复杂、扩容性差、损坏墙面及环境等问题[1]。数字调频同步广播系统强调以系统设计为主、同步调整为辅的系统设计理念，在系统集成中强调标准化、通用性、可扩展性等，使系统更具有实用性。

2 数字调频同步广播系统的设计要点

大连广播电视发射台位于主城区绿山，发射点位置偏僻。下面将围绕其数字调频同步广播系统的设计要点进行分析。

2.1 系统构成设计

数字调频同步广播系统设计中，硬件和软件的设计是核心部分，共同决定了广播系统的稳定性和可靠性。

硬件设计中，服务器的选择非常重要。本次设计选择PowerEdge-R440 机架式服务器作为广播系统的信息发布服务器。该服务器具有强大的数据处理能力和稳定的运行性能，能够保证广播系统的正常运行。同时，选择IMH89000-M10 型号的RDS 编码器，作为一种高质量的编码设备，能够将音频信号转换为RDS 信号，并实现与局域宽带网络的动态交换[2]。

软件设计中，信号传输通道的设置和RDS 技术的引入是关键。在本次设计中，设置一个物理通道用于传输RDS 信号，该通道的稳定性直接决定了广播系统的传输质量和覆盖范围。同时，引入RDS 技术将信号在局域宽带网络之间进行动态交换，实现了数字调频同步广播播控优化设计，能够提高信号的传输效率和稳定性，同时能够实现广播信号的同步播放。

2.2 同频设计

通过调整广播信号的频率，实现多个发射站点同步广播。这种设计的主要目的是扩大广播信号的覆盖范围，提高广播信号的强度。在数字调频同步广播系统中，频率同步设计主要包括以下步骤。

第一，选择合适的广播频率。需要选择一个合适的广播频率，确保广播信号能够被有效地接收和传输。选择广播频率时，需要考虑不同频率的传播特性、干扰情况以及所需覆盖的区域等因素。

第二，配置频率同步设备。为了实现多个发射站点同步广播，需要配置频率同步设备，如全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等，可以提供精确的时钟信号，确保各个发射站点能够以相同的频率进行广播[3]。

第三，调整发射机频率。配置好频率同步设备后，需要调整各个发射机的频率，使其与主发射机的频率保持一致，可以通过使用频率调整装置或者直接在发射机上手动调整来实现。

第四，测试频率同步效果。完成频率调整后，需要进行测试以确认频率同步效果。通过在各个接收地点测量信号强度、音频质量等方式来评估同步效果。如果发现问题，可以及时调整发射机的频率或者重新配置频率同步设备。

为了扩大覆盖范围，大连广播电视发射台采用数字调频同步广播系统进行改造，选择了98.1 MHz作为广播频率，并配置了GPS 等频率同步设备。调整发射机频率后，在不同地点进行了测试，发现同步效果良好，音频质量清晰稳定。

2.3 同相设计

在数字调频同步广播系统中，同相设计主要涉及音频信号的相位调整和校准。为了实现同相，音频采用统一的编解码，由GPS 输出10 MHz 和1 PPS来实现音频相位自动校准。这种设计方法能够确保音频信号在传输链路中的相位偏差极小，从而保证到任意同步发射机基站的音频相位完全一致。

具体来说，同相设计的实现方法包括以下几个方面。第一，采用统一的音频编码格式和编码标准，确保音频信号在传输过程中不会因编码格式不同而产生相位偏差。第二，利用GPS 输出10 MHz 和1 PPS 的信号，作为音频相位校准的标准。通过将GPS 信号与音频信号进行合成，可以确保音频信号的相位与GPS 信号保持一致[4]。第三，在发射机基站中，采用高精度的时延调整装置，对音频信号进行精细的时延调整，保证各发射机基站的音频信号相位完全一致。第四，利用自动导频同相技术，对发射机基站的导频信号进行自动调整，使其与标准导频信号保持一致，从而保证各发射机基站的导频信号相位完全一致。

2.4 同调制度设计

在数字调频同步广播系统中，同调制度是指各发射机发射的已调制信号的调制度必须完全一致，接收到的信号才能具有相同的音频质量，从而避免相干区内干扰问题的出现。

同调制度设计在数字调频同步广播系统中的实现方法主要包括以下两个方面。一方面，采用全数字调制器。全数字调制器可以保证各发射机发射的已调制信号的调制度完全一致。数字调制器采用数字信号处理技术，可以对音频信号进行高精度调制，具有较低的失真度。通过使用全数字调制器，可以确保各发射机在发射信号时具有相同的调制度，从而避免由于调制度不同而引起的干扰问题。另一方面，同步音频传输。为了实现同调制度，还需要确保各发射机接收到的音频信号具有相同的一致性。因此，数字调频同步广播系统需要采用同步音频传输技术，即所有的发射机都接收来自同一音频源的音频信号。为了确保音频信号的一致性，可以采用统一的编解码技术对音频信号进行编码和解码。各发射机接收到的音频信号经过解码后，可以获得完全相同的音频信号，从而实现同调制度设计。

3 数字调频同步广播系统的应用实践

3.1 同步传输链路

同步传输链路是实现同步广播的重要环节。在大连广播电视发射台的数字调频同步广播系统中，同步传输链路采用了E1 链路传输，通过统一的同步编解码，保证了任意同步发射点音频信号的一致性。音频信号首先通过E1 链路进行传输，整个过程采用了统一的同步编解码技术，确保了音频信号在传输过程中的稳定性。在传输过程中，音频信号的时延偏差被严格控制在1 μs 以内，满足同步广播的技术要求[5]。此外，为了提高系统的稳定性和可靠性，该系统还引入了数字RDS 码流进行控制。数字RDS 码流是一种用于数字广播的控制信号，可以提供额外的信息，如节目名称、节目类型等。在大连广播电视发射台的数字调频同步广播系统中，数字RDS 码流被用于控制数字调频同步广播发射机的RDS 副信道，不仅提高了音质，还降低了控制门限，使得系统运行更加稳定。

为了解决当地复杂的地形条件下单个站点发射的局限性，系统采用了数字调频同步广播技术，通过同步补点的方式，建成了完整的数字调频同步广播无线发射系统。

3.2 同步发射设备

同步发射设备是实现同步广播的关键部分。该系统采用了意大利ELENOS 公司的数字调频同步广播发射机，通过全球定位系统GPS 输出10 MHz和1 PPS 信号，实现了调频载频和立体声导频的同频和同相。该数字调频同步广播发射机具有以下主要特点。第一，采用大规模集成电路及统一的固件版本，不受阻容器件精度及老化影响，也不受发射机开机时长影响，保证任意两台发射机音频指标参数的一致性，仅存量化误差。第二，通过“三同”（同频、同相、同调制度）和“一保”（系统内所有发射服务区内有足够覆盖场强），彻底解决广播发射相干区内的干扰问题，做到全系统无缝隙同步覆盖，保证调频同步广播网正常运行。第三，在设备运行过程中，采用了GPS 和原子钟结合的方式，利用GPS的1 PPS 信号对设备的时间进行校准，确保设备的时间同步[6]。同时，利用GPS 的10 MHz 信号对设备的频率进行校准，确保设备的频率同步[7]。第四，在实现调频载频和立体声导频的同频和同相方面，该设备采用了先进的数字信号处理技术，通过对音频信号进行数字采样和处理，将音频信号转化为数字信号。然后，通过对数字信号进行调制和解调，实现了音频信号的传输和接收。第五，在系统稳定性方面，该设备采用了高可靠性的硬件设计和软件算法，保证了系统的稳定性和可靠性。同时，该设备还具有远程监控和故障诊断功能。

3.3 远程监控系统

在数字调频同步广播系统的应用实践中，远程监控系统利用现代通信技术，实现对发射机的远程实时监测与控制，为系统的稳定运行提供了强大保障。大连广播电视发射台采用的ELENOS 发射机远程监控系统能够实现以下功能。第一，对发射机的开关机操作进行远程控制。通过预先设置的指令，系统能够自动开启或关闭发射机，节省人力成本，并大大提高了操作的准确性。第二，对发射机的功率和频率进行调整。根据需要，操作人员可以远程对发射机的功率和频率进行精确调整，确保广播质量的稳定，操作界面如图1 所示。第三，对主备发射机进行智能切换。当主发射机出现故障，系统会自动切换到备用发射机，保证广播的连续性。第四，对发射机的音频进行实时显示，并可对现场的音频进行实时监听，使得操作人员能够及时发现并解决音频问题，保证了广播的质量。第五，对机房环境进行红外视频监控，不仅提供机房的实时画面，还能检测到潜在的安全隐患，为系统的稳定运行提供了又一重保障。第六，对发射机每组电源的工作电压、电流、温度及输出功率进行显示，使得操作人员能够实时了解设备的运行状态，为设备的维护提供了重要依据[8]。第七，对每组末级功放管的电流、温度及功耗进行显示，为设备的性能评估和故障排查提供了重要信息。第八，对整机工作效率、环境温度及风机转数（转数根据温度受控）进行显示，为设备的优化运行和节能减排提供了指导。

图1 智能远程监控系统界面

4 结语

数字调频同步广播系统在广播传输领域展现了广阔的应用前景。本文对系统设计要点的深入研究和实际应用实践的验证，证明了该系统在提高广播信号质量、扩大覆盖范围以及降低运维成本等方面的显著优势。同步传输链路、同步发射设备和远程监控系统的完善设计，为数字调频同步广播系统的全面推广提供了技术支持。随着数字技术的不断发展，数字调频同步广播系统有望在更广泛的应用场景中得到推广，为广播行业带来更先进的解决方案。