副載波技術(shù)在應(yīng)急廣播系統(tǒng)的應(yīng)用

余尚林，宗瑞朝

（四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610213）

在近年來出現(xiàn)的南方冰凍災(zāi)害、“5·12”汶川大地震、“4·20”蘆山地震、2012年7月“韋森特”臺風(fēng)、2013年8月“尤特”風(fēng)暴以及西藏“3·14”事件、新疆“7·5”事件等重大突發(fā)公共事件的應(yīng)急處置中，應(yīng)急廣播在及時傳達政令、發(fā)布信息、引導(dǎo)輿論、協(xié)助救災(zāi)等方面發(fā)揮了獨特作用。我國的突發(fā)事件應(yīng)對法和國家“十二五”規(guī)劃中，要求建立應(yīng)對突發(fā)公共事件的應(yīng)急廣播系統(tǒng)。在應(yīng)急廣播系統(tǒng)中，需要具有智能控制的顯著特征。本文就副載波技術(shù)在應(yīng)急廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用進行介紹，以幫助了解應(yīng)急廣播的智能控制系統(tǒng)和圖文顯示系統(tǒng)。

1 調(diào)頻調(diào)制原理

通過調(diào)制信號調(diào)制載波，形成已經(jīng)調(diào)波的調(diào)頻信號，如圖1所示。用調(diào)頻波傳送信號可避免幅度干擾的影響而提高通信質(zhì)量，廣泛應(yīng)用在通信、調(diào)頻立體聲廣播和電視伴音傳送系統(tǒng)中。

2 調(diào)頻副載波技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

調(diào)頻廣播在我國的頻率范圍為87～108 MHz，其中單聲道廣播的基帶頻寬為15 kHz，立體聲廣播的基帶頻寬為53 kHz。在53～100 kHz（或單聲道廣播時的15～100 kHz）范圍內(nèi)均為空閑，這為可擴展其他信道或數(shù)據(jù)傳送提供了頻率資源條件，可以選擇在57 kHz，67 kHz，92 kHz等副載波頻率上實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，見圖2。在調(diào)頻廣播系統(tǒng)中使用副載波進行數(shù)據(jù)廣播的技術(shù)有RDS，NHK，SCA，DRAC等，其中RDS和SCA兩項技術(shù)在歐美和我國形成了規(guī)模應(yīng)用。

圖1 調(diào)頻信號

圖2 調(diào)頻廣播頻譜分布圖

2.2 RDS數(shù)據(jù)廣播

廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)RDS，其實是Radio Data System的簡稱。調(diào)頻數(shù)據(jù)廣播是國際上發(fā)展非常迅速的一項業(yè)務(wù)，與聲音廣播、電視廣播齊名的第三種廣播類型。調(diào)頻多工數(shù)據(jù)廣播是利用調(diào)頻廣播頻譜的空閑部分，增設(shè)數(shù)據(jù)信道進行點對點、點對面的數(shù)據(jù)廣播方式。RDS無線數(shù)據(jù)廣播于1992年4月成為世界上第一個國際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)，我國國家標(biāo)準(zhǔn)《廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）技術(shù)規(guī)范》（GB/T 15770—1995）于1995年也相應(yīng)出臺，加速了RDS在我國的推廣和應(yīng)用。RDS規(guī)范的基本參數(shù)是：副載波頻率為57 kHz；調(diào)制方式為DPSK；數(shù)據(jù)速率為1.187 5 kbit/s；頻偏為（-7.5，-1.0）?（1.0，7.5）kHz。

RDS副載波的中心頻率57 kHz為調(diào)頻導(dǎo)頻信號頻率（19 kHz）的3倍頻鎖相所得。RDS數(shù)據(jù)信號占用了（57±2.4）kHz的基帶頻率，它不會干擾立體聲廣播，也不會降低其質(zhì)量，同時也不會受到廣播節(jié)目的干擾。按照RDS標(biāo)準(zhǔn)，廣播數(shù)據(jù)信號的發(fā)送采用連續(xù)數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)。最大的數(shù)據(jù)單元為組，每個組由塊1～4組成；每塊有26 bit，其中16 bit為信息比特，10 bit為校驗比特，數(shù)據(jù)格式如圖3所示。校驗比特用作錯誤識別、修正和數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)流的傳輸速率為1 187.5 bit/s。其基準(zhǔn)頻率為57 kHz經(jīng)過48次分頻所得1 187.5 Hz的時鐘頻率，傳送4塊共104 bit需要時間約87.6 ms，即每秒可傳輸148 byte，除去冗余載荷，有效載荷為92 byte/s。圖4為調(diào)頻立體聲RDS數(shù)據(jù)系統(tǒng)編碼器系統(tǒng)圖，圖5為調(diào)頻立體聲RDS數(shù)據(jù)系統(tǒng)解碼器系統(tǒng)圖，它們構(gòu)成整個RDS數(shù)據(jù)發(fā)送和接收系統(tǒng)。

圖3 RDS的數(shù)據(jù)格式圖

圖4 調(diào)頻立體聲RDS數(shù)據(jù)系統(tǒng)編碼器系統(tǒng)圖

圖5 調(diào)頻立體聲RDS數(shù)據(jù)系統(tǒng)解碼器系統(tǒng)圖

2.3 SCA數(shù)據(jù)廣播

輔助通信業(yè)務(wù)SCA（Subsidiary Communication Authorization）與調(diào)頻廣播結(jié)合形成了調(diào)頻附加信道（FM-SCA）廣播（下文簡稱SCA），就是通過調(diào)頻廣播開展的一種輔助通信業(yè)務(wù)，是在現(xiàn)有的調(diào)頻廣播中利用增加附加信道來傳送各種業(yè)務(wù)信息。SCA廣播在美國從1955年就開始使用，多數(shù)采用雙重調(diào)頻（FM-FM）體制，副載頻為67 kHz或92 kHz。在國內(nèi)也稱為調(diào)頻附加信道廣播，以國標(biāo)《調(diào)頻廣播立體聲帶附加信道》（GB 4311.3—1984）對其技術(shù)進行了相關(guān)規(guī)定。

我國的調(diào)頻立體聲廣播頻譜如圖2所示，主信號頻率為50 Hz～15 kHz，副信號頻率為23 kHz～53 kHz，導(dǎo)頻信號頻率為19 kHz，一個立體聲廣播頻帶寬度為±100 kHz，所以，53～100 kHz這一空閑頻段可以利用為附加信道，傳送一個或多個附加的聲音、視頻或數(shù)據(jù)廣播。

SCA數(shù)據(jù)廣播一般采用FSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)，可選擇載波為67 kHz和92 kHz。其中67 kHz一般頻偏選擇±2 kHz；92 kHz一般頻偏選擇±4 kHz。FSK通信速率一般為9.6 kbit/s，根據(jù)系統(tǒng)工作環(huán)境條件可選擇更高速率，如19.2 kbit/s，38.4 kbit/s。調(diào)頻立體聲與SCA多工廣播發(fā)送系統(tǒng)框圖如圖6所示。

3 副載波技術(shù)在應(yīng)急廣播系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)急廣播需要智能控制功能，當(dāng)有公共事件發(fā)生時，應(yīng)急廣播系統(tǒng)能夠及時地發(fā)布信息，在應(yīng)急廣播收擴機、應(yīng)急廣播音柱、LED大屏、機頂盒、電視機、計算機和智能手機等信息終端中及時進行文字、聲音、圖像等提示，起到預(yù)警、報警和宣傳引導(dǎo)作用，讓民眾了解事態(tài)真相，及時按政府指導(dǎo)進行疏散或防范。

圖6 FM多工廣播發(fā)送框圖

3.1 應(yīng)急廣播系統(tǒng)簡介

應(yīng)急廣播系統(tǒng)由信息發(fā)布、信息處理傳送、信息接收等幾部分構(gòu)成，如圖7所示。我國應(yīng)急信息管理部門常設(shè)在氣象部門，通過政府應(yīng)急辦公室建立各類應(yīng)急信息的輸入，如氣象信息、交通信息、治安信息、旅游信息、政務(wù)公開信息等通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸入到應(yīng)急廣播平臺。進入信息平臺的內(nèi)容，按事前已經(jīng)預(yù)置的信息分類和審核機制，進行自動或人工審核發(fā)布。發(fā)布后的信息通過廣播、電視、移動通信、互聯(lián)網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸，送達分布在各地的信息終端，系統(tǒng)框圖如圖7所示。當(dāng)信息終端收到應(yīng)急信息時，立即執(zhí)行應(yīng)急信息的發(fā)布。現(xiàn)在為應(yīng)急廣播系統(tǒng)專項建設(shè)且分布最廣的是應(yīng)急廣播收擴機、音柱等聲音類終端和圖文顯示的LED終端。

圖7 應(yīng)急廣播系統(tǒng)框圖

3.2 應(yīng)急廣播調(diào)頻副載波在遠程控制終端中的應(yīng)用

應(yīng)急廣播通過調(diào)頻副載波技術(shù)傳送控制信息可以對分布在各地的智能終端實現(xiàn)定時廣播、遠程喚醒、遠程插播、遠程音量調(diào)節(jié)、分群廣播、防插播等智能控制。應(yīng)急廣播智能調(diào)頻系統(tǒng)示意如圖8所示。當(dāng)應(yīng)急廣播信息發(fā)布后，通過交換機既向應(yīng)急廣播系統(tǒng)的播出管理工作站發(fā)出，同時通過Internet網(wǎng)絡(luò)向其他渠道發(fā)布。播出管理工作站收到應(yīng)急信息后，按信息播出的級別，向應(yīng)急廣播智能控制平臺發(fā)出應(yīng)急信息，經(jīng)過平臺將應(yīng)急信息進行副載波調(diào)制，攜帶上RDS或SCA數(shù)據(jù)信息輸出的已調(diào)波，通過有線電視網(wǎng)絡(luò)或FM無線調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)傳送到調(diào)頻收擴機、調(diào)頻音柱、收轉(zhuǎn)控制器、室內(nèi)調(diào)頻收音機等接收控制器或終端，實現(xiàn)遠程尋址管理、音量調(diào)節(jié)、單播、群播與組播，將應(yīng)急廣播信息按要求發(fā)布。

圖8 應(yīng)急廣播智能調(diào)頻系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)可具備以下功能：

1）終端編碼，可管可控：對各終端實現(xiàn)唯一的尋址編碼MAC地址，在全系統(tǒng)中通過副載波指令實現(xiàn)對終端狀態(tài)的可管可控。

2）三級聯(lián)播，二級插播：實現(xiàn)市（縣）、鎮(zhèn)、村三級通過有線光纜、無線調(diào)頻發(fā)射網(wǎng)絡(luò)連接，廣播內(nèi)容實現(xiàn)三級聯(lián)播。當(dāng)有緊急事情或需要時，可以實現(xiàn)村、鎮(zhèn)以行政區(qū)劃內(nèi)終端點對點、點對多點的兩級插播。

3）平戰(zhàn)結(jié)合：平時以日常廣播上級優(yōu)先，執(zhí)行每天早中晚三次的正常廣播。當(dāng)有應(yīng)急事件發(fā)生時，應(yīng)急插播下級優(yōu)先。

4）無人值守、自動運行：系統(tǒng)可以在無人值守的情況下，通過副載波傳送的指令實現(xiàn)全系統(tǒng)設(shè)備的自動開機和關(guān)機；可以通過副載波指令遠程調(diào)整終端的音量大小，解決聲音覆蓋效果。整個系統(tǒng)運行的絕大多數(shù)時間，都將處于“三級聯(lián)播”的運行狀態(tài)。鎮(zhèn)、村兩級能夠按照行政區(qū)劃內(nèi)終端實現(xiàn)插播。

5）靈活的單播、群播、組播功能：通過副載波指令，對某一單個終端進行單獨廣播，實現(xiàn)點對點的單播功能。也可以將系統(tǒng)中的多個終端，按功能分布設(shè)置為群，并設(shè)置群號碼，如黨員遠程教育群、沿河終端群、公路沿線群；當(dāng)啟動群播功能并選擇預(yù)先設(shè)置好的群號進行插播時，所屬群內(nèi)全部終端就按要求進行廣播，非本群內(nèi)終端則不響應(yīng)本次插播。也可按行政區(qū)劃對終端進行分組，實現(xiàn)分組廣播。

3.3 應(yīng)急廣播調(diào)頻副載波圖文顯示系統(tǒng)

應(yīng)急廣播系統(tǒng)為快捷、全面的發(fā)布應(yīng)急信息，其系統(tǒng)終端不僅是收擴機、音箱等聲音發(fā)布終端，還需要圖文信息終端。因為聲音系統(tǒng)有工作的時限性，若長期工作，會形成聲音擾民行為，造成負面的影響；同時，當(dāng)在聲音嘈雜的環(huán)境或屏蔽良好的車內(nèi)，不利于聲音信息的收聽。圖文信息終端剛好彌補聲音終端的不足，可以長時間工作，不間斷播出；可以克服聲音嘈雜或屏蔽環(huán)境，對聲音終端形成了有益補充，在應(yīng)急廣播系統(tǒng)中成為必要的功能終端之一。

應(yīng)急廣播調(diào)頻副載波圖文顯示終端應(yīng)用示意如圖9所示，當(dāng)應(yīng)急信息發(fā)布后，經(jīng)過有線、無線等傳輸網(wǎng)絡(luò)送至收轉(zhuǎn)控制器、收擴機或?qū)ぶ芬糁丝梢酝ㄟ^功放機、高音喇叭將聲音信息發(fā)布外，還可以通過副載波數(shù)據(jù)通道，完成廣播信息的LED圖文信息發(fā)布。受時限要求，聲音通道需要定時關(guān)閉，但LED圖文顯示屏可以24 h不間斷顯示應(yīng)急信息和各類事件。發(fā)揮“平戰(zhàn)結(jié)合”功能，此圖文信息顯示系統(tǒng)閑時還可以發(fā)布一些管理類文字信息，如鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村，借助安裝在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村委會的LED顯示屏，通過副載波圖文顯示系統(tǒng)發(fā)布鎮(zhèn)務(wù)公開、村務(wù)公開信息，把應(yīng)急廣播系統(tǒng)建設(shè)成農(nóng)村信息化的新平臺。又如成都平原秋收季節(jié)多發(fā)生焚燒秸稈影響航空和空氣質(zhì)量，各地政府將對過LED顯示屏發(fā)布“合理利用秸稈，變廢為寶，交由專門機構(gòu)回收。禁止隨地焚燒”的通知滾動播出，取得良好效果。再如農(nóng)業(yè)部門借助廣播LED屏，發(fā)布農(nóng)村綜合服務(wù)信息，提高對農(nóng)村的服務(wù)指導(dǎo)能力。

綜上所述，副載波技術(shù)在交通、氣象領(lǐng)域已經(jīng)有應(yīng)用案例，結(jié)合應(yīng)急廣播系統(tǒng)的建設(shè)需求，將成熟穩(wěn)定的副載波技術(shù)應(yīng)用在應(yīng)急廣播領(lǐng)域中，既具有開發(fā)周期短、技術(shù)風(fēng)險低、設(shè)備成本低的優(yōu)點，又為應(yīng)急廣播系統(tǒng)增加新的實用功能。了解其技術(shù)特征，易于快速推廣，加快建設(shè)好我國的應(yīng)急廣播系統(tǒng)，提高信息發(fā)布能力，讓民眾及時了解應(yīng)急事件，做到正確應(yīng)對，快速響應(yīng)，減少損失。

圖9 應(yīng)急廣播圖文顯示終端應(yīng)用示意圖

[1] 陳慶新.SCA廣播[J].電聲技術(shù)，1993，17（7）：43-44..

[2] 陳木鑫.淺談?wù){(diào)頻SCA廣播[J].韓山師范學(xué)院學(xué)報，1996（8）：79-81.

[3] 郭海，張潤生.調(diào)頻主節(jié)目與附加信道（SCA）多路廣播[J].西部廣播電視，2004（6）：25-27.

[4]GB/T 15770—1995，廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)（RDS）技術(shù)規(guī)范[S].1995.