副载波技术在应急广播系统的应用

余尚林，宗瑞朝

（四川石油天然气建设工程有限责任公司，四川 成都 610213）

在近年来出现的南方冰冻灾害、“5·12”汶川大地震、“4·20”芦山地震、2012年7月“韦森特”台风、2013年8月“尤特”风暴以及西藏“3·14”事件、新疆“7·5”事件等重大突发公共事件的应急处置中，应急广播在及时传达政令、发布信息、引导舆论、协助救灾等方面发挥了独特作用。我国的突发事件应对法和国家“十二五”规划中，要求建立应对突发公共事件的应急广播系统。在应急广播系统中，需要具有智能控制的显著特征。本文就副载波技术在应急广播系统中的应用进行介绍，以帮助了解应急广播的智能控制系统和图文显示系统。

1 调频调制原理

通过调制信号调制载波，形成已经调波的调频信号，如图1所示。用调频波传送信号可避免幅度干扰的影响而提高通信质量，广泛应用在通信、调频立体声广播和电视伴音传送系统中。

2 调频副载波技术

2.1 技术原理

调频广播在我国的频率范围为87～108 MHz，其中单声道广播的基带频宽为15 kHz，立体声广播的基带频宽为53 kHz。在53～100 kHz（或单声道广播时的15～100 kHz）范围内均为空闲，这为可扩展其他信道或数据传送提供了频率资源条件，可以选择在57 kHz，67 kHz，92 kHz等副载波频率上实现数据传送，见图2。在调频广播系统中使用副载波进行数据广播的技术有RDS，NHK，SCA，DRAC等，其中RDS和SCA两项技术在欧美和我国形成了规模应用。

图1 调频信号

图2 调频广播频谱分布图

2.2 RDS数据广播

广播数据系统RDS，其实是Radio Data System的简称。调频数据广播是国际上发展非常迅速的一项业务，与声音广播、电视广播齐名的第三种广播类型。调频多工数据广播是利用调频广播频谱的空闲部分，增设数据信道进行点对点、点对面的数据广播方式。RDS无线数据广播于1992年4月成为世界上第一个国际标准的数据广播系统，我国国家标准《广播数据系统（RDS）技术规范》（GB/T 15770—1995）于1995年也相应出台，加速了RDS在我国的推广和应用。RDS规范的基本参数是：副载波频率为57 kHz；调制方式为DPSK；数据速率为1.187 5 kbit/s；频偏为（-7.5，-1.0）⋃（1.0，7.5）kHz。

RDS副载波的中心频率57 kHz为调频导频信号频率（19 kHz）的3倍频锁相所得。RDS数据信号占用了（57±2.4）kHz的基带频率，它不会干扰立体声广播，也不会降低其质量，同时也不会受到广播节目的干扰。按照RDS标准，广播数据信号的发送采用连续数据块结构。最大的数据单元为组，每个组由块1～4组成；每块有26 bit，其中16 bit为信息比特，10 bit为校验比特，数据格式如图3所示。校验比特用作错误识别、修正和数据同步。数据流的传输速率为1 187.5 bit/s。其基准频率为57 kHz经过48次分频所得1 187.5 Hz的时钟频率，传送4块共104 bit需要时间约87.6 ms，即每秒可传输148 byte，除去冗余载荷，有效载荷为92 byte/s。图4为调频立体声RDS数据系统编码器系统图，图5为调频立体声RDS数据系统解码器系统图，它们构成整个RDS数据发送和接收系统。

图3 RDS的数据格式图

图4 调频立体声RDS数据系统编码器系统图

图5 调频立体声RDS数据系统解码器系统图

2.3 SCA数据广播

辅助通信业务SCA（Subsidiary Communication Authorization）与调频广播结合形成了调频附加信道（FM-SCA）广播（下文简称SCA），就是通过调频广播开展的一种辅助通信业务，是在现有的调频广播中利用增加附加信道来传送各种业务信息。SCA广播在美国从1955年就开始使用，多数采用双重调频（FM-FM）体制，副载频为67 kHz或92 kHz。在国内也称为调频附加信道广播，以国标《调频广播立体声带附加信道》（GB 4311.3—1984）对其技术进行了相关规定。

我国的调频立体声广播频谱如图2所示，主信号频率为50 Hz～15 kHz，副信号频率为23 kHz～53 kHz，导频信号频率为19 kHz，一个立体声广播频带宽度为±100 kHz，所以，53～100 kHz这一空闲频段可以利用为附加信道，传送一个或多个附加的声音、视频或数据广播。

SCA数据广播一般采用FSK数字调制技术，可选择载波为67 kHz和92 kHz。其中67 kHz一般频偏选择±2 kHz；92 kHz一般频偏选择±4 kHz。FSK通信速率一般为9.6 kbit/s，根据系统工作环境条件可选择更高速率，如19.2 kbit/s，38.4 kbit/s。调频立体声与SCA多工广播发送系统框图如图6所示。

3 副载波技术在应急广播系统的应用

应急广播需要智能控制功能，当有公共事件发生时，应急广播系统能够及时地发布信息，在应急广播收扩机、应急广播音柱、LED大屏、机顶盒、电视机、计算机和智能手机等信息终端中及时进行文字、声音、图像等提示，起到预警、报警和宣传引导作用，让民众了解事态真相，及时按政府指导进行疏散或防范。

图6 FM多工广播发送框图

3.1 应急广播系统简介

应急广播系统由信息发布、信息处理传送、信息接收等几部分构成，如图7所示。我国应急信息管理部门常设在气象部门，通过政府应急办公室建立各类应急信息的输入，如气象信息、交通信息、治安信息、旅游信息、政务公开信息等通过相关网络输入到应急广播平台。进入信息平台的内容，按事前已经预置的信息分类和审核机制，进行自动或人工审核发布。发布后的信息通过广播、电视、移动通信、互联网等传输网络传输，送达分布在各地的信息终端，系统框图如图7所示。当信息终端收到应急信息时，立即执行应急信息的发布。现在为应急广播系统专项建设且分布最广的是应急广播收扩机、音柱等声音类终端和图文显示的LED终端。

图7 应急广播系统框图

3.2 应急广播调频副载波在远程控制终端中的应用

应急广播通过调频副载波技术传送控制信息可以对分布在各地的智能终端实现定时广播、远程唤醒、远程插播、远程音量调节、分群广播、防插播等智能控制。应急广播智能调频系统示意如图8所示。当应急广播信息发布后，通过交换机既向应急广播系统的播出管理工作站发出，同时通过Internet网络向其他渠道发布。播出管理工作站收到应急信息后，按信息播出的级别，向应急广播智能控制平台发出应急信息，经过平台将应急信息进行副载波调制，携带上RDS或SCA数据信息输出的已调波，通过有线电视网络或FM无线调频网络传送到调频收扩机、调频音柱、收转控制器、室内调频收音机等接收控制器或终端，实现远程寻址管理、音量调节、单播、群播与组播，将应急广播信息按要求发布。

图8 应急广播智能调频系统框图

系统可具备以下功能：

1）终端编码，可管可控：对各终端实现唯一的寻址编码MAC地址，在全系统中通过副载波指令实现对终端状态的可管可控。

2）三级联播，二级插播：实现市（县）、镇、村三级通过有线光缆、无线调频发射网络连接，广播内容实现三级联播。当有紧急事情或需要时，可以实现村、镇以行政区划内终端点对点、点对多点的两级插播。

3）平战结合：平时以日常广播上级优先，执行每天早中晚三次的正常广播。当有应急事件发生时，应急插播下级优先。

4）无人值守、自动运行：系统可以在无人值守的情况下，通过副载波传送的指令实现全系统设备的自动开机和关机；可以通过副载波指令远程调整终端的音量大小，解决声音覆盖效果。整个系统运行的绝大多数时间，都将处于“三级联播”的运行状态。镇、村两级能够按照行政区划内终端实现插播。

5）灵活的单播、群播、组播功能：通过副载波指令，对某一单个终端进行单独广播，实现点对点的单播功能。也可以将系统中的多个终端，按功能分布设置为群，并设置群号码，如党员远程教育群、沿河终端群、公路沿线群；当启动群播功能并选择预先设置好的群号进行插播时，所属群内全部终端就按要求进行广播，非本群内终端则不响应本次插播。也可按行政区划对终端进行分组，实现分组广播。

3.3 应急广播调频副载波图文显示系统

应急广播系统为快捷、全面的发布应急信息，其系统终端不仅是收扩机、音箱等声音发布终端，还需要图文信息终端。因为声音系统有工作的时限性，若长期工作，会形成声音扰民行为，造成负面的影响；同时，当在声音嘈杂的环境或屏蔽良好的车内，不利于声音信息的收听。图文信息终端刚好弥补声音终端的不足，可以长时间工作，不间断播出；可以克服声音嘈杂或屏蔽环境，对声音终端形成了有益补充，在应急广播系统中成为必要的功能终端之一。

应急广播调频副载波图文显示终端应用示意如图9所示，当应急信息发布后，经过有线、无线等传输网络送至收转控制器、收扩机或寻址音柱，除了可以通过功放机、高音喇叭将声音信息发布外，还可以通过副载波数据通道，完成广播信息的LED图文信息发布。受时限要求，声音通道需要定时关闭，但LED图文显示屏可以24 h不间断显示应急信息和各类事件。发挥“平战结合”功能，此图文信息显示系统闲时还可以发布一些管理类文字信息，如乡镇和村，借助安装在乡镇、村委会的LED显示屏，通过副载波图文显示系统发布镇务公开、村务公开信息，把应急广播系统建设成农村信息化的新平台。又如成都平原秋收季节多发生焚烧秸秆影响航空和空气质量，各地政府将对过LED显示屏发布“合理利用秸秆，变废为宝，交由专门机构回收。禁止随地焚烧”的通知滚动播出，取得良好效果。再如农业部门借助广播LED屏，发布农村综合服务信息，提高对农村的服务指导能力。

综上所述，副载波技术在交通、气象领域已经有应用案例，结合应急广播系统的建设需求，将成熟稳定的副载波技术应用在应急广播领域中，既具有开发周期短、技术风险低、设备成本低的优点，又为应急广播系统增加新的实用功能。了解其技术特征，易于快速推广，加快建设好我国的应急广播系统，提高信息发布能力，让民众及时了解应急事件，做到正确应对，快速响应，减少损失。

图9 应急广播图文显示终端应用示意图

[1] 陈庆新.SCA广播[J].电声技术，1993，17（7）：43-44..

[2] 陈木鑫.浅谈调频SCA广播[J].韩山师范学院学报，1996（8）：79-81.

[3] 郭海，张润生.调频主节目与附加信道（SCA）多路广播[J].西部广播电视，2004（6）：25-27.

[4]GB/T 15770—1995，广播数据系统（RDS）技术规范[S].1995.