大型客站数字网络广播系统方案研究

邵艳明

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

自京津城际铁路北京南站、天津站开通以来，数字网络广播系统在铁路大型客站的应用越来越广泛。从广播技术的发展历史及趋势来看，铁路客站传统的模拟广播系统属第四代广播系统，数字网络广播系统属第五代广播系统。相对第四代广播系统而言，数字网络广播系统具有广播分区多、信源路数多、分控站点多、声音质量好、布线少等特点，在声音质量、系统扩展性、管理灵活性等方面更适合铁路大型客站的应用需求。

1 数字网络广播系统的特点与优势

铁路客站传统的广播系统也称数字可寻址广播，以数字控制、模拟传输、集中管理、集中使用为主要特点。而数字网络广播系统，也称IP网络广播系统，以数字控制、数字传输、集中管理、分散使用为主要特点。相比传统的广播系统，数字广播系统具有高质量、大规模、扩展性好、管理灵活、可靠性高和经济性好等优势。

2 数字网络广播系统的功能与应用模式

2.1 系统功能

数字网络广播系统的主要功能包括自动、半自动、人工和电话广播功能，背景音乐功能，应急广播功能，消防广播强切功能，广播区监听功能，回路检测与扬声器故障定位功能，小区广播功能（含有线、无线插播），噪声检测、输出音量自动增益功能，管理服务器、功放热备及自动切换功能，防雷保护功能。

2.2 系统应用模式

数字网络广播系统的应用模式分为正常广播模式、应急广播模式和消防广播模式3种。其中，正常广播模式又分为自动广播、人工广播（中心插播、小区插播）、半自动广播。

3 数字网络广播系统的设计要点

3.1 系统构成

为便于理解系统的总体构成，将数字网络广播系统分为中心系统和区域系统两大部分，并根据设备位置，将广播系统设备分为信源设备、主控设备、分控设备和前端设备4个类别。其中，信源设备和主控设备属中心系统，分控设备和前端设备属区域系统。各类设备具体设置位置及组成如下。

（1）信源设备设置于客服中控室，主要由话筒、DVD机、FM/AM数字调谐器、双卡座录放机、语音合成服务器、电话语音等音源设备组成。

（2）主控设备设置于信息综合机房，主要由系统管理服务器（主备）、维护计算机、网络音频处理器、应急前置放大器和监听装置组成。

（3）分控设备设置于各配线间（广播区域设备间），主要由网络音频处理器、网管控制器、小区广播设备、功放设备（含自动倒换）、负载回路检测设备、输出切换控制设备、噪声检测设备和输出防雷设备组成。

（4）前端设备设置在候车室、售票厅、站台等现场环境，主要由声场设备、噪声探测器、插播盒和无线插播接收装置组成。

广播中心系统构成如图1所示，广播区域系统构成如图2所示。

3.2 广播负载分区及设备间规划

根据相关设计规范，结合车站实际应用需求，广播负载分区主要划分原则如下。

（1）用于对车站工作人员的业务广播划分独立分区，与对旅客的公共广播分开。

（2）旅客聚集公共区域，按不同功能分区划分不同的广播分区。

（3）广播分区划分应结合广播区域设备间的布局及设备间的覆盖范围。

（4）原则上每个广播分区至少应分2个回路布线，相邻音箱接入不同回路。

（5）考虑与消防分区的结合，客运广播分区应小于消防分区，且不得跨消防分区。

3.3 声场设计

声场设计是决定广播音质、音效的关键环节。广播系统的最终效果取决于合理、正确的电声系统设计，良好的声音传播环境（建声条件）和精确的现场调音三者最佳的结合。

3.3.1 扬声器选型与布置

结合车站的现场建声条件，利用EASE3.0辅助设计软件进行声场设计，扬声器的布置应综合考虑现场建声条件（空间大小、墙面装修材料）、扬声器型号、安装高度和安装角度等因素。

3.3.2 声场指标核算

为获得良好的声场效果，站房内各场所的声场不均匀度（USF）和声压级 （SPL）信噪比必须达到设计规范要求。具体的核算方法可采用理论计算或软件仿真。

计算公式：SPL=音箱灵敏度－由距离引起的SPL衰减＋由电子输入引起的SPL增加量＝音箱灵敏度－20 lg（距离）＋10 lg（音箱功率）。

3.3.3 噪声探测与小区插播点布置

噪声探头与小区插播天线的主要布点原则有3点。

（1）在人员聚集度高、环境噪声变化较大的场所（如候车室、售票厅、出站地道、进站厅、出站厅、站台）布置噪声检测探头。

（2）同一区域分散布置多处噪声探测点，取其加权平均值。

（3）小区无线插播天线覆盖站房主要旅客活动区域及相应的业务房间，主要包括售票厅、候车室、进站厅、出站厅、站台、服务员室、检补票室和公安值班室等。

无线插播天线的可靠覆盖半径按60 m设计。

3.4 功放配置

广播功放的最重要指标是额定输出功率，功放配置应视广播扬声器的总功率而定。广播扬声器的总功率应小于或等于广播功放的额定功率，同时考虑到线路损耗、扬声器磁性老化等因素，应适当留有功率余量。

根据公式计算，广播功放的额定输出功率取值为扬声器总功率的1.35倍左右，同时考虑广播功放的N＋1（N取2～5）备用。

3.5 系统高可靠性保证措施

完整高效的高可靠性保证措施是数字网络广播系统设计的主要特点。广播系统设计中，在主机、网络、功放、扬声器、回路的冗余备份，故障检测与自动恢复等各个方面都考虑了相应的保障措施，保证各种极端情况下，广播系统的高可靠性和高可用性。具体措施包括管理服务器双机热备、独立应急系统设计、功放热备自动倒机设计、双负载回路设计、扬声器故障定位检测和功放延时开机。

3.6 网络构成与带宽估算

数字网络广播系统主要采用CobraNet网络音频传输技术，控制信号采用TCP协议传输，音频信号采用CobraNet/UDP协议传输。广播系统利用车站旅服系统局域网，划分独立VLAN。旅服系统集成平台在信息综合机房设核心交换机，在各配线间设接入交换机，主干传输带宽为千兆，广播系统接入旅服系统局域网，设计峰值带宽按20 M考虑，具体估算如下。

（1）CobraNet的音频PCM数据量1个通道时为 48 kHz×20 bit=0.96 Mbit/s。

（2）CobraNet的通信数据包Bundle包含8个48 kHz×20 bit的PCM音频通道，1个Bundle的数据流为8 Mbit/s。

（3）系统主机按同时传输16路音频通道的能力计算，音频数据流为16 Mbit/s。

（4）加上通信包中控制协议等数据，总体传输带宽占用小于20 M。

3.7 与相关系统接口

3.7.1 与旅服集成平台接口

广播系统与旅服集成平台的接口功能主要包括以下方面。

（1）集成平台下发数据库存储的列车时刻表信息。

（2）集成平台下发取自CTC系统的实时列车到发、停靠站台、检票计划和广播计划信息。

（3）预留区域中心对车站集成平台下达广播指令的接口条件。

（4）广播系统返回广播状态信息。

广播系统与集成平台的网络接口为集成平台的核心交换机和接入交换机，设备接口为集成平台的接口服务器。

3.7.2 与消防广播接口

客运广播系统与消防广播系统的接口方案有4种，即中心接口方案、区域接口方案、功放接口方案和声场接口方案。

方案1：中心接口方案是指消防广播系统与客运广播系统管理服务器接口，通过RS-422或以太网接口发送消防强切指令给客运广播系统。消防广播利用客运广播系统除信源设备外的其他所有设备。

方案2：区域接口方案指消防广播系统通过RS-422或以太网接口，与客运广播区域设备间网络音频处理器及网管控制器接口。消防广播利用客运广播系统的区域设备间设备及声场。

方案3：功放接口方案指消防广播系统通过消防广播切换控制器、控制线和音频线与客运广播的功放接口。消防广播利用客运广播的功放和声场。

方案4：声场接口方案指消防广播切换控制器、控制线和音频线与客运广播的声场回路接口。消防广播利用客运广播的声场。

考虑到消防广播系统的独立性和可靠性要求，大型客站客运广播与消防广播系统的接口采用方案4，即声场接口方案。

4 结束语

随着铁路客运专线建设进程的加快，一大批大型铁路客站相继建成，将数字网络广播技术应用于大型铁路客站，有利于提高广播系统的整体性能，是铁路大规模客站广播技术发展的必然趋势。