浅谈中波同步广播单频覆盖的优化

汤思贤

（作者单位：广东省广播电视技术中心522台）

浅谈中波同步广播单频覆盖的优化

汤思贤

（作者单位：广东省广播电视技术中心522台）

为了提高中波同步广播单频覆盖的运行效果，根据相关技术要点结合广东省广播电视技术中心522台与广东省广播电视技术中心909台的中波同步广播的情况，针对性地改进同步广播设备，逐步优化干扰区的收听效果，并根据工作中出现的问题，思考下一步改进的方向。

中波；同步广播；单频；频偏；同时延

3 Hz～300 GHz的无线电波是目前利用广泛的电磁波谱，这些频谱资源是所有无线电业务的基础通道，就如同公路于车辆，航道于飞机轮船，不同之处在于无线电频谱的利用是有限度的，可以被利用但非耗竭性的，一定的时间和地域内利用还具有排他性。而科技信息的高速发展，带来无线电业务与应用爆炸式需求，迫使人们想方设法对频谱资源进行充分开发和利用。

同步单频广播是频谱资源开发利用的一种方法，它通过不同地点处于同步状态的无线电发射台，在同一时间、以同一频率发射同一信号，实现对一定服务区的可靠覆盖。采取了单一频率组成同步广播后，可以节约频率资源，解决覆盖盲区问题；还可以通过优化和调整单频网发射网络，降低信号辐射、减少电磁波污染、增强覆盖均匀度，也可以根据需要随时改变场强图。同步单频广播关键在干扰区的接收效果，因为来自不同发射机的信号强度差小于一定量的时候，信号间会存在相互干扰，导致接收效果变差。

广东省广播电视技术中心522台及广东省广播电视技术中心909台广东省广播电视技术中心909台，同时担负756kHz中国之声和1062kHz珠江经济台的中波广播任务，并组成一个简单的同步广播单频覆盖网络。多年来不断改进同步广播的效果，积累了一些同步广播的经验。

1　中波同步广播单频覆盖的技术要点

参与同步广播的各中波发射台站（简称同步台）在独自的场强覆盖范围内如同单机广播，但在覆盖交叠区，由于调制方式一致，频率相近而不相同，会因干涉而产生同步衰落现象，同步衰落对于听众而言就是差拍叫声，潮水声等恶劣的收听效果。为使人民群众能方便清晰的接收到节目，需要各同步台满足三个要求。第一，“全功率，满调制，高质量”的一般性要求。第二，在场强覆盖交叠区的两个参数满足规定要求：两同步台的频偏Δf以及两同步台在交界处的场强之比η，这也是中波同步衰落的参数。Δf的存在是因为技术、设备和传播等因素导致同步台在交叠区的载波频率不相同，η是各同步台的发射功率不同、距离和场强分布不同等因素而存在的。第三，各同步台到达干扰区的音频同时延的要求。

中波同步衰落的两个参数，频偏Δf和场强比η直接决定干扰去的接受效果。要做好同步广播，要优先解决频偏大的问题，频偏越大，收听效果越差，如表1所示，频偏小于0.1才开始有比较正常的声音，频偏小于0.015Hz时收听效果才良好，此时频率精度可视为3×10-8。频偏确定时，场强比需要大于某个定值收听效果才有保障，这个值就是该频偏Δf的同步保护率η0。场强比小于同步保护率，收听效果就差。频偏与同步保护率的关系如图1所示，频偏小于0.5Hz时，同步保护率和频偏可视为成正比；当各同步台频偏趋于0时，干扰区接收效果可以忽略的场强差的影响[1]。

表1　不同频偏时的听觉感受

图1　不同频偏时的同步保护率

另外，节目接收良好并不代表人的主观听觉感受良好，各同步台的音频信号从接收机解调出来是不同步的，若时间差过大则形成回声。参照声学中的哈斯效应（又称优先效应），两个强度相等而其中一个经过延迟的声音同时到人耳中时，如果延迟在30 ms以内，听觉上将感到声音好像只来自未延迟的声源，并不感到经延迟的声源存在。为此，各同步台信号时延差也应控制在30 ms内。

上面的分析指出中波同步单频广播优化的方向：减少频偏，降低同步保护率，减少音频信号时延差。

2　广东省广播电视技术中心522台历次建立的同步广播和效果

广东省广播电视技术中心522台与广东省广播电视技术中心909台直线相距120km，小于衰落区始端的145km，场强交叠的干扰区属于地波服务区。干扰区如图2所示，纵向约20km，靠近广州。根据中波广播覆盖网中规定（GB2017-1980）执行如下标准：准同步时：Δf≦0.1Hz，η0=8dB；频率制精密同步：Δf≦0.015Hz，η0=4dB；相位制精密同步：Δf≦0.015Hz，η0=3dB。

图2　干扰区示意图

广东省广播电视技术中心522台与广东省广播电视技术中心909台的同步广播一开始是采用单一频率的频率制同步。随着经济和社会的发展，旧的发射系统和设备总会逐步落后于时代，变得不适应工作需要。为了更好地开展工作，提高工作效率，广东省广播电视技术中心522台多年工作中陆续增添设备、优化发射系统。围绕两源一线和发射机设备不断提升效率，改进安全播出防范能力。同步广播系统也随之不断改进，提高收听效果。

2.1频率制同步

频率制同步方式就是各台站用高稳定度的振荡源(稳定度优于1×10-8）为基础生产出载频提供发射机工作，并且建立校频制度，每天新闻联播节目时将本地载频信号与标频信号（稳定度优于1×10-12）进行对比校准，做好数据记录，定期上报报表。频率制同步广播的同步质量主要依赖于振荡源的稳定度、标频传输后稳定度和校频工作，理论上同频保护率可以小于4 dB。在建网后例行检查中发现，相干区收听效果欠佳，区内不同点变化很大，不少点的同频保护率在6 dB。这一方面由于技术条件和元器件精度问题，标频经过模拟传输之后精度已经大幅度降低，较频工作的作用不够理想，若提高到足够精度则费用巨大；另一方面，相干区位于市区边缘，各种干扰增多，降低了覆盖效果。

这一阶段广东省广播电视技术中心522台同步广播效果较差，主要原因在于频偏大且不稳定。若要优化收听效果，就需要减少频偏来降低同步保护率，改善干扰区中各同步台场强相近之处的收听效果。

2.2自适应相位同步

20世纪90年代中期，广东省广播电视技术中心522台开始引进PSM发射机，并改进同步广播效果，计划增加光纤、卫星等信号源来提高音频信号源的安全可靠性。经过调研，此时自适应相位同步设备比较普遍，效果也很好，广东省广播电视技术中心522台和广东省广播电视技术中心909台对同步广播设备也进行了全部更新改造。

自适应相位同步是在相位制同步基础上改进的同步方式。相位制同步通过锁相环电路用同一标频对产生载频频率的压控振荡器进行连续校频同步，实行强迫锁定。设计效果中，相位制同步指标远优于频率制同步方式，各同步台载频频率相同，同频保护率逼近0dB。但实际试验中发现，模拟的标频信号传送到各同步台常因干扰出现相位抖动情况，引起被同步的载频发生快速相位漂移；若标频接收中断，锁相环缺失外部输入的参考信号失锁，导致压控振荡器输出异常。这些情况导致相干区的收听质量严重劣化，甚至无法收听，令相位制同步方式在实践中表现远低于理论。

自适应相位同步针对这些情况进行改进，不再跟踪标频信号的快速相位变化和随机抖动，加入微机进行计算和分析的功能，将本地频率与标频进行长期统计准确度，不断进行修正本地频率使其趋近标频的精度并保持下来，当标频信号劣化、中断时，本地频率仍然保持标频断开前的精确度，避免了相位制同步的弊端。

设备改造中，广东省广播电视技术中心522台采用安徽省广播电视科研所的AV3200智能同步广播激励系统。该系统采用微处理机进行实时数据处理和智能测控，保持载频信号和相位稳定。当标频信号出现质量劣化或中断时，系统能够自动从相位制变换为频率制工作；而当标频信号恢复正常时，系统又能自动进入相位制同步运行。该系统分为两部分，一部分ISU单元，作用是与CCTV节目信号中场逆程期插入的1MHz时频基准为标频（1×10-8）进行自适应相位同步，并输出9kHz的方波信号，另一部分FSU单元，作用是将ISU单元输出的9kHz进行多路信号倍频，输出广东省广播电视技术中心522台4个频率的载频：648 kHz，756 kHz、1 062 kHz和1 341 kHz。由此不仅仅同步广播的两个频率获得了稳定的同步载频，其他两个不进行同步广播的频率也获得了稳定精确的载频信号。

广东省广播电视技术中心522台进行自适应相位同步广播前后，在干扰区选取了七个点进行收测对比，如图2所示，其中最有代表性的是位于干扰区中部受场强差较小的的卫星地球站，以及位于干扰区边缘的番禺东涌，他们的收测结果见表2。

从表2可以看出，设备改造后两台频率差大大降低，同步保护率在2 dB以下。为验证相位制同步效果，特意将两台场强在卫星地球站处调整为79 dB，番禺东涌处调整为82dB，收听效果仍然良好，证明改用自适应相位同步设备后同步保护率趋于0，符合理论设计数值。另外，将某一台标频去掉，此时收听效果不变，反映了系统的自适应效果良好。同时在测试点附近，在近100m范围寻找衰落失真谷点，在距测试点40～50m处有衰落失真现象，只要调整好收音机方向，衰落、失真即消失，可以收听清楚。

这一阶段的同步广播效果大大提升，2台采用自适应相位制智能同步广播技术以后，频率精度增加，频偏趋于0Hz，同频保护率趋于0dB，收听质量较好。

表2　不同频偏时的同步保护率

2.3卫星导航信号获取标频

进入21世纪，随着数字技术的发展，数字电视技术成熟并全面推行，模拟电视信号的传输即将停止。同步广播中采取CCTV节目信号中场逆程期插入的1 MHz时频基准为标频，导致原有同步广播系统的基准信号源也不复存在，必须寻找新的方式作为同步广播的标频。

此时最方便、实用的办法就是接收卫星导航信号来获取标准频率。一方面，卫星导航信号覆盖面广且精度高。它的信号精度依赖于星载原子钟，其信号采用伪随机码扩频传输，同时引入了电离层修正、多普勒及相对论效应修正等一系列措施，使用专用接收机获得频标的稳定度优于1×10-13，比原来电视节目提供的标频更为稳定。而中波同步广播的精度需求1×10-8，避开复杂运算部分采用低成本的处理技术就可以达到。另一方面，卫星导航信号可以免费获取，而且获取渠道有我国的北斗卫星导航系统（BDS）、美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧盟GALILEO这四个联合国卫星导航委员会已认定的供应商，多个获取渠道可以尽量避免再次遇到标频信号停传的情况。

图3　同频同延时架构

经过市场调查，选中安徽省广电数码科技有限公司制造的ASE-06-SR中波同步基准源。该基准源也是自适应相位同步的产品，与AV3200智能同步广播激励系统的区别在于他接入的不再是电视信号，而是接入卫星信号。该产品本地晶振频率精度达到1×10-8，频率日稳定度5×10-9，卫星导航信号锁定时频率精度达到1×10-10，频率日稳定度1*10-10，满足中波同步广播的精度和稳定度要求。广东省广播电视技术中心522台和广东省广播电视技术中心909台各购置一台中波同步基准源，将其输出的9kHz信号接入原系统的FSU部份。更换设备后按图2地点进行再次收测，收听效果良好。

3　进一步优化改造的设想

自从自适应相位同步设备投入使用后，频率同步问题已经解决，同步保护率趋于0，影响收听效果的因素只有音频同时延问题。沿用的方法是采用同一传输方式的信号源，由于两同步台的音频链路相同，干扰区的音频信号时延基本相等，收听效果良好。例如，采用频率制同步时，广东省广播电视技术中心522台和广东省广播电视技术中心909台同时采用音频电缆传输音频信号，没有影响同步效果。

但随着设备技术的发展，光纤、数字卫星传输以可靠安全的数字传输特性，逐步成为主用音频信号源传输方式。光纤与数字卫星传输的区别在于成本、可靠性和时延。光纤传输成本高但最为可靠，数字卫星传输成本低但存在日凌时间影响接收效果；光纤传输从北京传送到广州2 000km时延几十毫秒，卫星信号的上行下行30 000km时延几百毫秒。这些情况使得各广播台有条件的情况下都选取光纤传输作为首选音频信号源传输方式。但广东省广播电视技术中心522台与广东省广播电视技术中心909台的音频传输改造的进度并不一致。2000年后，广东省广播电视技术中心522台已经增加了光纤和数字卫星传输两种方式，但广东省广播电视技术中心909台只增加了数字卫星传输，这导致只能使用卫星信号作为同步广播音频信号源。

光纤、卫星信号源时延差距可达几百毫秒，两者混用就会出现严重的回声。尝试使用ms级起调的音频延时器，将光纤和卫星的信号时延统一起来。但由于中星6B广播卫星不是在静止轨道上，卫星信号时延随离地距离不断变化，并且轨道变化过大，超过30ms的时延范围。发现调整完成后一段时间收听效果就劣化。若不改造设备的情况下要将光纤、卫星信号源混用，就需要定期监听光纤、卫星信号源的同步情况，将两者进行校正使其时延一致。但这种人工调整方法就是以前校频工作的旧路，两次校正之间的质量不保证，并且各种链路中由于设备转发、编解码、路由变化等情况，造成时延变化不规律。

若要真正解决多种传输渠道的音频信号源同步问题，就需要改造设备，增加时间码或者同步控制信号，使各同步台的各种音频信号源接收端可以将多种渠道的音频信号进行同步。这需要在节目制作前端、信号传输通道和中波、短波、调频等多个节目播出末端同时进行改造，在编解码的两个过程中完成同步音频信号的处理，是个跨部门工程，如图3所示。这样的架构关键处在于获取射频和时间两个信号。经过初步调查，市场上已经出现了相关设备，采用卫星导航信号获取时间参数进行同步，但综合各方面的情况，这方面的改造仍需继续观察。

以上是广东省广播电视技术中心522台关于中波同步广播覆盖的实践和改进历程，从历次改进的效果来看，技术进步带来的效果优化是非常明显的，下一步的改良方向也有了技术支撑，射频、音频自动同步的中波同步广播单频覆盖指日可待。

[1]何大中,冯锡增.广播电视技术手册第一分册[M].北京:国防工业出版社,1996.