同步广播的理模型论分析与实验室模拟证明,当同频台间的载频严格同步(ΔF=0Hz dФ/dt=0)后,同频台交叠覆盖区的合成电波呈非时变的稳态驻波分布,其驻波相位固定。任意接收点的场强只是空间位置的函数,不随时间变化。只有在合成驻波的衰落深度低于收音机的接收门限的位置不能正常收听,绝大多数区域的合成场强均在收音机的接收门限之上,能够良好收听。这种驻波相位固定的同步广播,称之为相位制同步广播。相位制同步广播可以实现同频台间的无缝连续覆盖,仅用一个频率即可组成完整的覆盖网。理想相位制的同步保护率为0dB。但是,早期的同步广播工程实践,由于频率基准的传递和载频再生环节受当时的技术局限,第一代相位制同步广播的工程实践并不理想。合成驻波的相位存在严重的摆动,实际的覆盖效果远没有达到实验室的模拟效果,其同步保护率仅为8~10dB。
大规模工程实践的中波同步广播技术,允许同频台之间存在微小的载频偏差,即准同步(ΔF→0Hz dФ/dt≠0),亦称之谓频率制同步。电波交叠覆盖区合成驻波的相位,呈周期性的缓慢变化。等场强区合成驻波谷点的衰落深度(η),远低于收音机的门限灵敏度。此时,等场强区接收到的合成场强会周期性地低于收音机门限电平。收音机会周期性地出现强烈噪声,不能够维持正常收听。只有偏离等场强区一段距离,待驻波衰落(η’)的谷点在收音机门限电平之上时,才能够正常收听。所以,频率制同步广播不能做到单频无缝覆盖,在衰落干涉区必须使用另一个频率进行覆盖。组成完整的覆盖网则必须使用三个频率才能完成。频率制同步广播的实际的覆盖效果比早期相位制同步广播要好。我国目前的中波广播覆盖技术政策就是频率制同步广播(频率稳定度:δ≤10-9),同步保护率为6dB。
随着同步广播技术的发展,特别是GPS技术的普及,实现了世界范围的时间与频率基准的高精度传递,大规模实施理想的相位制中波同步广播已成为可能。EliteTek ®
独创精密相位制同步广播技术,基于GPS频率基准溯源系统构架,结合人工智能精密同步溯源技术以及DDS数字直接频率合成技术,理想地解决了大规模同步广播工程中从基准频率传递到精密同步载频再生等环节的一系列瓶颈,同步保护率趋于0dB,是目前唯一能够实现理想相位制同步广播的设备。精密相位制同步广播在交叠覆盖区的合成驻波相位是稳定的,可以实现单频组网的无缝连续覆盖。
频率制同步广播同频台各自的服务边界不相交,音频信号的调制相位对收听质量基本没有影响。精密相位制同步广播的服务区域是交叠的。音频信号的延时差会在交叠覆盖区呈现出“混响”(较小延时差)或“回声”(较大延时差)效果,影响收听质量。极端情况下,音频信号的调制极性反向时,交叠覆盖区合成电波的调制包络相抵消,造成收音机能够收到高频信号,但听不到声音。为此,EliteTek ®
提供了完备的音频信号传输延时均衡解决方案及相关设备,确保音频信号的调制相位在等场强区精确同步。
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实行同步广播,可以保证大范围的覆盖质量。无同步广播措施的情况下,两条15dB双曲线之间的区域,均为同频干扰区。实行频率制同步广播,可以将干扰区域缩小至两条8dB双曲线之间的阴影区内。基于EliteTek ® 最新科技的 Synchro-AMcasting
TM 2010XP 精密相位制中波同步广播设备,将同频干扰区域缩小至图中的0dB等场强“红线”。
在完全等场强的电波交叠覆盖区,精密相位同步的电波叠加形成非时变的稳定驻波,收音机可以聆听接近实验室的理想同步效果。
中波同步广播网的覆盖质量,依赖于同步覆盖网内每一部发射机都保持高精度的同步运行。其中任何一部发射机的失同步,都会造成覆盖网内的严重同频干扰,极大地劣化覆盖质量和缩小有效覆盖面。为此,现代同步广播网的建设,除要求同步广播设备具有极高的运行可靠性外,对同步溯源的工作模式亦具有严格的要求,以确保同步广播系统的高可靠同步。
国家广电总局科技委2008年发布了《关于严格中波同步广播技术要求
确保中波同步广播网安全运行》的8-4-1建议书。该建议书明确要求:“为能够有效地应对人为的GPS受控加扰,确保同步广播网的安全运行,要求中波同步广播激励器必须具备GPS溯源跟踪可用性的甄别功能和GPS溯源中断后的频率精度保持功能”。
针对新的功能与技术要求,Synchro-AMcasting
TM
2010XP 精密相位制同步广播激励器具有下述技术指标与功能:1.实时甄别GPS授时信号的可用性;2.内置双层恒温槽搞稳定晶体振荡器;3.独创人工智能同步测控功能,当GPS正常工作时,高稳定晶体振荡器实时跟踪GPS,实现频率基准与时间基准的同步溯源。当GPS不可用时,高稳定恒温晶体振荡器自动脱离跟踪同步,进入频率精度保持状态,且能够根据既往的同步跟踪历史记录,预测性地修正高稳定恒温晶体振荡器的未来老化飘移,实现了超长时间(10天)非同步跟踪状态下的频率精度保持。4.DDS数字直接频率合成技术,实现超低相位噪声的同步载频激励,彻底消除寄生调频与干涉驻波的摄动。上述技术指标与功能,已通过国家广电总局检测中心CM/CNAS论证的检测。
中波同步广播交叠覆盖区的衰落失真,是由同步广播发射台之间载波频差产生的射频同步衰落引起。当载波频差实现精确同步后,这种由载频频差产生的射频衰落已不再是影响同步广播收听质量的主要因素。而不同发射台之间因音频信号传输时延的不等时性所产生的调制包络时延差,通过收音机接收后会衍生出贝塞尔失真,即音频信号的频率选择性衰落。这种音频的频率选择性衰落,最终导致收音机还原出的音频信号产生严重的频率响应劣化。这种频率选择性衰落引起的失真,严重时可能导致无法收听。下图是调制包络时延差ΔT=166uS时,音频频域内的频率响应曲线。
贝塞尔失真的频率选择性衰落,其:频率响应谷点在2倍时延差倒数的奇数倍上,即:Fn=N/(2ΔT)
(N=1,3,5……);频率响应峰点在2倍时延差倒数的偶数倍上,即:Fn=N/(2ΔT) (N=2,4,6……)。
贝塞尔失真的频率选择性衰落也可以这样理解,当两个调幅射频信号叠加,时延差一定时,对不同频率的音频信号的相位差却不同,自然叠加后的幅度相应也不会相同。极端的情况是,时延差对应某一频率的相位差为180�时,相位相反,输出最小,即为谷点。而对另一频率的相位差为360�,则同相叠加,输出最大,即为峰点。
由上述分析可见,若将贝塞尔失真的频率选择性衰落的第一个谷点控制在中波调幅广播音频带宽之外,基本可以满足覆盖与收听质量的妥协。
时延差 |
第一谷点频率 |
等场强区服务质量 |
80uS |
6.25KHz |
语言节目正常,音乐节目高音失真。 |
100uS |
2KHz |
语言节目开始觉察失真,音乐节目频响失真严重。 |
为保证中波同步广播等场强区的服务质量,在射频载波实现了精密的相位同步后,必须对调制音频信号进行严格的时延均衡控制。EliteTek ®的Synchro-AMcasting
TM
2010 完全解决方案,包括了调制音频时延精确控制技术与系列设备。通过地面恒定时延链路传输的音频信号,可以用Synchro-DLC
TM 精密音频延时器进行简单的延时均衡,即可满足同步广播单频网的要求。基于数字链路传输的音频信号,时间轴就可能变成“弹性”的了。Synchro-IRD
TM 自适应同步音频解码接收机则可以作动态时延均衡矫正,且可以接驳卫星、微波、光纤等链路。这两种设备的控制精度均优于1uS。
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