基于衛(wèi)星傳輸鏈路的高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

韋繼德，周禮坤，王 斌

（貴州廣播電視臺(tái)，貴州 貴陽 550002）

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路網(wǎng)絡(luò)逐步擴(kuò)大，汽車保有量日益增多，廣播的車載收聽人群越來越多。對高速公路的調(diào)頻廣播覆蓋，成為廣播發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。

高速公路具有距離長、范圍廣的特點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)對高速公路的廣播信號(hào)覆蓋，需解決好廣播節(jié)目傳輸?shù)膯栴}。廣播節(jié)目傳輸是以一定的手段將廣播節(jié)目信號(hào)作長距離的傳送，送到目標(biāo)地區(qū)的廣播中心或轉(zhuǎn)播發(fā)射臺(tái)的過程，現(xiàn)在主要以數(shù)字信號(hào)傳輸為主。

高速公路具有線性特點(diǎn)，要求調(diào)頻廣播覆蓋需進(jìn)行帶狀覆蓋，而不是傳統(tǒng)的面狀覆蓋。這就決定了高速公路調(diào)頻廣播的覆蓋通過單點(diǎn)大功率發(fā)射機(jī)的覆蓋并不能滿足要求，只能通過調(diào)頻同步網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。沿高速公路以小功率、多布點(diǎn)的方式組網(wǎng)覆蓋，采用同一頻率、同一節(jié)目源“同步”工作，即以高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)高速公路上的“無縫”覆蓋和收聽[1]。

1 高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)的信號(hào)傳輸鏈路

廣播節(jié)目信號(hào)的傳輸是將信號(hào)調(diào)制在電磁波或激光光束上，通過相應(yīng)的傳輸鏈路傳送到遠(yuǎn)距離的目的地。常用的傳輸鏈路有微波鏈路、衛(wèi)星鏈路及光纖鏈路。

微波鏈路是直接使用微波作為介質(zhì)的無線傳輸鏈路。微波波長短、頻率高、方向性強(qiáng)，具有直線傳播特性。兩點(diǎn)間直線距離內(nèi)無障礙時(shí)就可以使用微波傳輸，鏈路延時(shí)小，但傳輸易受干擾，有損耗。隨著傳輸距離的增加，傳輸信號(hào)會(huì)衰減，需要采用中繼站的方式進(jìn)行。微波鏈路具有良好的抗災(zāi)能力，一般不受水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)以及地震等自然災(zāi)害的影響[2]。

光纖鏈路是以光波作為載體、以光纖作為傳輸媒介的有線傳輸鏈路。光纖鏈路頻帶寬，可同時(shí)傳輸多個(gè)廣播節(jié)目信號(hào)。光纖鏈路以光波作為載體，幾乎以光速傳播，傳輸速度快。鏈路時(shí)延小，數(shù)據(jù)傳輸量大，傳輸損耗低，傳輸距離遠(yuǎn)，無中繼傳輸距離可達(dá)幾十、甚至上百公里。由于是有線方式，信號(hào)干擾小，保密性強(qiáng)；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)，傳輸信號(hào)質(zhì)量好。

衛(wèi)星鏈路是由設(shè)置在赤道上空的地球同步衛(wèi)星先接收衛(wèi)星地球站發(fā)射的信號(hào)，再把信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到地球上指定的區(qū)域，由地球上的設(shè)備接收端接收。衛(wèi)星鏈路傳輸頻段寬，容量大；覆蓋區(qū)域大，傳輸距離遠(yuǎn)，不受傳輸兩點(diǎn)間任何復(fù)雜地理?xiàng)l件的限制和任何自然災(zāi)害人為事件的影響；傳輸質(zhì)量好，可靠性高。但衛(wèi)星傳輸時(shí)延大，抗電磁干擾能力弱，易受雨衰、霧衰及日凌等現(xiàn)象的影響[3]。

對高速公路的調(diào)頻廣播覆蓋范圍大、距離遠(yuǎn)。節(jié)目信號(hào)落地覆蓋站點(diǎn)主要依托高速公路沿線的通信基站建設(shè)。有些站點(diǎn)位于山頂，有些站點(diǎn)位于山腰，地理環(huán)境復(fù)雜，不利于微波傳輸，鋪設(shè)光纜比較困難，租用通信運(yùn)營商的光纖鏈路成本過高，且部分基站光纖未通。綜合考慮，高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)的信號(hào)傳輸鏈路宜采用衛(wèi)星鏈路。

2 高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)

基于衛(wèi)星傳輸鏈路傳送廣播節(jié)目信號(hào)，如圖1所示，高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)主要由上星前端編碼系統(tǒng)和衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)組成。

2.1 上星前端編碼系統(tǒng)

高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)的上星前端編碼系統(tǒng)與其他需要向下游單位傳輸分發(fā)的廣播節(jié)目一樣，需要實(shí)現(xiàn)對高速公路調(diào)頻覆蓋的廣播節(jié)目也是在廣播播控中心將節(jié)目的AES 信號(hào)輸入到編碼器進(jìn)行編碼，不同的是，為解決信號(hào)同步的問題，采用同步TS 流編碼器編碼，由GSP 頻標(biāo)時(shí)標(biāo)源給同步TS 流編碼器輸入高精度的1PPS 時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和 10 MHz 頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)同步。同步TS 流編碼器把編碼好的信號(hào)傳輸?shù)酱a流復(fù)用器與其他節(jié)目信號(hào)進(jìn)行復(fù)用。復(fù)用好的節(jié)目碼流傳輸?shù)叫l(wèi)星地面站上星。

2.2 衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)

衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)，就是一般所說的調(diào)頻信號(hào)落地覆蓋系統(tǒng)。覆蓋站點(diǎn)依托沿高速公路的通信基站建設(shè)，每個(gè)覆蓋站點(diǎn)安裝了一套衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)，所有覆蓋站點(diǎn)的系統(tǒng)就組成了高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)的衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)。其單個(gè)覆蓋站點(diǎn)的技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 右側(cè)部分所示，按功能可分為信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理及供配電等三個(gè)部分。

圖1 高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備組成

信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射部分，是衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)的主要部分，由衛(wèi)星接收天線、同步TS 流解碼器、GPS 頻標(biāo)時(shí)標(biāo)源、同步數(shù)字激勵(lì)器、發(fā)射機(jī)以及天饋線等設(shè)備組成。衛(wèi)星接收天線的饋圓將衛(wèi)星信號(hào)集聚起來，送到高頻頭進(jìn)行降頻和信號(hào)放大處理，再將所得調(diào)制信號(hào)通過75 Ω同軸電纜輸入同步TS 流解碼器進(jìn)行解碼。同步TS流解碼器對解碼所得信號(hào)進(jìn)行傳輸延時(shí)的測量和調(diào)整后，輸出同步的AES 信號(hào)。同步數(shù)字激勵(lì)器將同步的AES 信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并補(bǔ)償射頻延時(shí)，確保射頻信號(hào)“同頻”“同調(diào)制度”，發(fā)射機(jī)將激勵(lì)器的射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，最后通過天線發(fā)射出去，從而實(shí)現(xiàn)廣播節(jié)目信號(hào)對高速公路的落地覆蓋。GPS 頻標(biāo)時(shí)標(biāo)源為系統(tǒng)的同步設(shè)備，提供高精度的10 MHz 和1PPS 參考信號(hào)，保證鏈路延時(shí)的及時(shí)準(zhǔn)確，確保信號(hào)同步，減小站點(diǎn)之間的相干區(qū)，保障高速公路上的收聽效果。

由于覆蓋站點(diǎn)大部分為野外無人值守基站，為保障節(jié)目安全播出，高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)需具有防插播功能。所謂防插播，就是要防止非法信號(hào)插入發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行播出，使發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備能對正常信號(hào)和非法插入信號(hào)進(jìn)行識(shí)別區(qū)分并做出相應(yīng)動(dòng)作，阻斷非法信號(hào)的傳輸并做出報(bào)警，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)播出系統(tǒng)的異常情況。具體做法是，在上星前端編碼系統(tǒng)中同步TS 流編碼器對AES 信號(hào)嵌入數(shù)字水印，在衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)中同步TS 流解碼器和同步數(shù)字激勵(lì)器對解調(diào)信號(hào)中的數(shù)字水印進(jìn)行驗(yàn)證，判斷其合法性，如果驗(yàn)證不通過，則作出關(guān)斷音頻及射頻等相應(yīng)操作[4]。

遠(yuǎn)程監(jiān)控管理部分，主要實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)備信息和機(jī)房環(huán)境的遠(yuǎn)程檢測控制，由環(huán)境監(jiān)控單元、串口服務(wù)器以及無線路由器組成。環(huán)境監(jiān)控單元主要實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)環(huán)境溫濕度監(jiān)測和系統(tǒng)電源監(jiān)測管理。串口服務(wù)器通過衛(wèi)星下行信號(hào)解調(diào)再調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)的組成設(shè)備自身的RS-232 通信接口進(jìn)行雙向通信，回傳設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。無線路由器與串口服務(wù)器通過RJ-45網(wǎng)口進(jìn)行雙向通信，并接入通信鏈路中。后臺(tái)監(jiān)控軟件通過通信鏈路實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的通信訪問和遠(yuǎn)程控制[5]。

供配電部分由避雷器、穩(wěn)壓器及不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）組成?；臼须娊?jīng)過避雷器后再送入穩(wěn)壓器中，穩(wěn)壓器對市電進(jìn)行穩(wěn)壓操作后再給除無線路由器和環(huán)境監(jiān)控單元之外的系統(tǒng)設(shè)備供電。無線路由器和環(huán)境監(jiān)控單元由UPS 獨(dú)立供電，確保在市電故障時(shí)由電池組通過UPS 供電，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能繼續(xù)保持運(yùn)行一段時(shí)間，以方便技術(shù)員判斷市電故障。

3 結(jié) 語

我國高速公路網(wǎng)絡(luò)龐大，車輛保有量多，高速路網(wǎng)上的廣播車載收聽人群巨大?；谛l(wèi)星傳輸鏈路的高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)，既考慮了高速公路覆蓋的特點(diǎn)，又兼顧了覆蓋建設(shè)成本因素，很好地解決了廣播節(jié)目的高速公路落地覆蓋問題。高速公路調(diào)頻同步網(wǎng)的建設(shè)，能為廣大車輛駕乘人員提供優(yōu)質(zhì)的廣播節(jié)目收聽，豐富高速公路行駛體驗(yàn)。