调频同步技术介绍
广播电视规划院
――刘长占
一 调频广播相关标准介绍
1.1 GB ／T4311－2000《米波调频广播技术规范》
主要规定了调频广播的频率范围：87.0MHz ～108.0 MHz ，从87.0MHz ～107.9 MHz，按照0.1 MHz频率间隔设台。
单个频道占用带宽：200kHz ；
100％调制时对应的调制频偏为±75kHz 。
预加重时间常数为50μs 。
音频带宽为30 Hz～15 kHz。
立体声导频为19 kHz。
极化方式主要使用垂直/水平极化。
并规定了射频信号输出、单声广播、立体声广播、多路声广播、调频数据广播的占用带宽和技术指标等参数。
1.2 GY ／T169－2001 《米波调频广播发射机技术要求和测量方法》
规定了射频输出信号杂散辐射、频率偏差和寄生调幅等参数要求；
规定了单声广播失真、频响和信噪比等参数的技术要求和测量方法；
规定了立体声广播失真、频响、信噪比、左右声道电平差、隔离度和导频等参数的技术要求和测量方法；
规定多路声广播、调频数据广播的占用带宽等参数的技术指标和测量方法。
1.3 GY ／T154－2000《调频同步广播系统技术规范》
调制度稳定性：≤2.5％；
已调制信号相位延时稳定性：≤1μs/24h；
调频同步广播系统中各台站基准频率稳定度：≤5×10-9/24h； 调频同步广播系统中各台站载频、导频相对频差：≤1×10-9； 在相干区内，各相邻台站载波场强差：≤6dB ；
在相干区内，各相邻台站已调制信号之间的相对时间差：
单声：≤10μs
立体声：≤5μs
各相邻台站调制度设置误差：≤3％；
1.4 GY ／T196－2003《调频广播覆盖网技术规定》
最低可用场强：
农村：54dB μV/m；
城市：66 dBμV/m；
传播曲线：采用ITU-R P.370-7建议书的场强曲线。
射频保护率：载频间隔400kHz 最好，
正交计划鉴别率：发射天线一般采用水平极化，垂直极化鉴别率为10dB 。
1.5 GY ／T ×××－200×《调频同步广播覆盖网技术规范》 同步技术要求：
载波稳定度：≤1×10-9/24h；
导频稳定度：≤1×10-9/24h；
调制频偏稳定度：≤1％/24h；
相邻台站载波频率差：≤0.1Hz ；
相邻台站导频差：≤0.00002Hz ；
相邻台站调制频偏差：≤1％(1kHz，100％调制) 。
相干区技术要求：
最小可用场强：≥40dB μV ；
相邻台站场强差：≤6dB ；
相邻台站音频延时：≤5μs(功率≤50W) ，≤10μs(功率≥50W) ； 声音质量要求：
根据5分制声音评分原则，相干区内声音的主观评价应大于3分。 相干区设立原则：
相干区应设定于人口密度较低或接收群体相对较少的区域，相干区内的场强大于36 dBμV 的同频信号应不大于4个。
1.5 GB ／T15770-1995《广播数据系统(RDS)技术规范》
RDS ：radio data system
调制特性、基带编码、消息格式、寻址和编码及有关协议。 节目名称类型识别、替换频率表、时间日期
节目识别码、扩展国家码中区域识别码
二 调频同步广播简介
由于调频广播电声指标明显优于调幅广播，从80年代开始，随着我国国民经济的快速发展，调频广播（调频单声/立体声广播）以其良好的音质得到了广播电台的青睐，成为广播电台最主要的广播发射方式。随着调频广播节目需求的增长，其广播套数不断增加，在某些区域、特别是经济发达地区调频广播频率资源日益紧张，为调频同步广播的发展提供了契机。目前调频同步广播主要用于交通节目广播、扩大覆盖区域和盲区补充发射。
调频同步广播就是多个发射站点发送相同的广播节目进行大区域面积覆盖。国内最初的调频同步广播需求是各地交通台为解决高速公路相同节目覆盖问题，而探索发展起来的，在高速公路边适当距离上布设小功率调频同步广播发射机，使行驶的车辆始终能够接收到相同的节目信号。其好处是显而易见的，驾驶者在一条高速公路上可以始终听到一个电台的节目，不会出现覆盖中断、或在不同区域必须切换接收频率的问题。对于运营者，在频率资源日益紧张的环境下，调频同步广播解决了很多管理上的问题。
调频同步广播主要指“三同”，即同频、同相、同调制度，同时要保证频率稳定度。目前调频同步广播主要有两种型式：模拟调制调频同步广播方式和数字调制调频同步广播方式。
模拟调制方式有分为两种工作方式：一个是音频同步方式，在音频信号传输到各个发射台站的链路中实现音频信号的同步，在台站音频信号直接对载波进行调频，通过GPS 标定各台站调频载波的频率、稳定度，通过各个调频激励器的设置实现同调制度指标。另一个是将已调制信号传送到各个台站，在台站内对已调信号进行延时调整处理，使用锁定在高稳时基的立体声19kHz 导频信号作为载频同步信号基准。
数字调制调频同步广播方式。数字化的音频信号在激励器中的立体声编码、数据处理直至射频数字调制（DDS 方式）输出信号的过程全为数字化处理，从而保证“三同”。
在欧洲国家，有些广播机构利用RDS 技术实现了不同频率的调频同步广播，其原理是在调频广播发射信号中利用副载波把电台名称，节目类型，节目内容及其它信息以数字形式发送出去。通过具有RDS 功能的调谐器就可以识别这些数字信号，并做响应处理，RDS 广播具有自动频率调整(AF)功能，当信号低于某个水平时，AF 功能会自动搜索当前电台节目的其他发射频率，并根据电平检测结果进行频率无缝切换。可以实现调频同步广播的要求。RDS 收音系统还有有紧急事件播放、时间基准发送、自动对时等功能。
三 模拟调频同步广播方式
对于在传输过程中保证音频，将音频传送到各个台站，使用模拟调频激励器来保证同频和同调制度的方式，从TV 频标提取高精度基准频率信号，属于第一代调频同步广播，由于技术很难保证“三同”，现在基本不在使用。本文也不在做过多介绍。在模拟调频同步广播方式中，我们主要介绍同调制源的调频同步广播方式，以STL 调频同步设备为例进行介绍。
图1显示了该系统的发射框图，图2为该系统的中继框图，图3为该系统的接收与调频发射框图。
图1
系统的发射框图
图2 该系统的中继框图
图3 该系统的接收与调频发射框图
该系统的信号传输基本原理时立体声复合信号经过调频调制和微波变频后进行传输，将信号由中心站传送的中继站，在中继站经过变频处理后分送到各个发射站。
该系统的“同频”是将立体声编码器复合信号中的19kHz 导频信号锁定在外部高稳时钟源上，整个系统以19kHz 为系统时基，通过传输链路分发到各个终端发射台站。在各个发射台将接收到的微波信号下变频到2.5MHz 的IF 信号，提取出19kHz 导频信号作为时基。发射台的调频激励器的标准频率源为恒温晶体振荡器，振荡器输出10MHz 基准频率锁定在19kHz 导频信号上，实现系统频率稳定度满
-9足1×10/24h的要求。其同频控制的优点是整个同步广播系统的标准频率源锁定在中心站一个时基基准上，采用高等级（至少高于1×-910/24h一个数量级）的时钟基准，就可以保证系统同频。
从音频信号的角度来讲，该系统传输的是已调制调频信号，音频信号的相位差表现为已调信号的相位差；调整信号到达各个发射台站的时延就可以“同相”问题。微波下变频后的2.5MHz IF 调频信号，先经过数字延时器（抽样量化后变换成数字信号，再缓冲输出，实现信号延时，再反变换的模拟IF 调频信号），再进行送入激励器。从中心站到各个发射台站的传输路径不同，可以造成到达各台站已调制调频信号的时延差，通过调整发射台的数字延时器，可以使各台站实现同步播出。如果相邻两个发射台播出功率不同，造成相关区不在两个台站的中间区域，也可以调整数字延时器的时延参数，使两个台站到达相关区的信号延时满足标准的要求。其延时设置一般以信号路径距中心站最远的台站为参考基础，其它台站在相应调整时延参数，保证整个调频同步广播系统的“同相”。
该系统的调制是在中心站完成，传送的是已调制信号，在微波传输过程中，不进行解调处理，只是进行信号变频，到达各发射台的信
号的调制度不会发生变化，其信号传输方式保证了“同调制”。
相干区的设置和调节受实际条件的限制比较多。台站位置的选择与设计、地形的影响、覆盖目标的范围等因素会对同步覆盖区的场型产生影响。可以通过调整天线的方向性、发射机输出功率、数字延时器的时延，根据我们的需要，将相干区调整到无人区或人口密度低的地区。并尽可能减小相干区的面积。
模拟调频同步广播方式是上实际九十年代的产品，在我国早期的几个调频同步广播网中有应用，其特点是“同调制”、时基系统内置与传输系统，便于维护使用。其缺点是信号传输过程为模拟传输、切经过多次变频处理，信号损伤大、会影响立体声调频信号的信噪比和分离度等指标。
四 数字调频同步广播方式
数字调频同步广播方式在音频信号传输、同频实现、同相实现、同调制度实现方面采用数字技术进行处理，来保证调频同步广播的“三同”。图4为数字调频同步广播系统示意图
图4 数字调频同步广播系统示意图
这个系统的特点是利用各省广播台已经上星的广播节目为音频节目源，使用数字卫星同步音频接收机来控制输出音频信号的同步，在送入FM 数字同步激励器进行延时调整后，数字化调频处理再发射。
该系统的同频基准频率源为GPS ，但受限于GPS 接收机的本地时钟，普通GPS 输出的时钟信号短期稳定度不好，不能满足调频同步广播的要求。所以，该系统采用本地恒温晶振（OCXO ）来实现载频的短期稳定度，GPS 只用来修正本地恒温晶振的长期老化特性，而不是作为锁相参考时钟。GPS 标频系统输出的时钟信号作为FM 数字同步激励器内部DSP （数字信号处理）和DDS （直接数字频率合成器）的参考时钟，可以使调频载波信号和导频信号的频率精度达到1
×10-9以上。
该系统考虑的音频延时包含三个部分：发射机本地时延、FM 信号传播时延和卫星链路产生的音频时延。由于采用数字化调频处理，发射机本地时延是一致的；FM 信号传播时延可以根据相干区的设计，调整激励器延时参数控制；卫星链路产生的延时在进入卫星接收机解调之前，不存在时延差，但普通卫星接收机的音频解码部分的延时间隔控制为20.8μs （48kHz 采样），不能满足调频立体声同步广播5μs 的要求。故该系统使用数字卫星同步音频接收机经过特别音频信号同步处理，可以将接收机输出音频的时延差控制在2μs ，实现音频同步。
由于采用数字调频处理，其调频调制频偏是通过数字化的音频幅度计算，再控制DDS 形成调频信号，其调制度一致性较好。
相干区的控制主要是通过调整FM 调频调制器的延时控制、发射机的功率、天线定向和倾角等参数，来保证相干区的最低场强。