關于RDS和SCA同頻同播的技術方案

黃大池

（作者單位：四川省廣播電視科研所）

調頻廣播作為村村響廣播主要傳輸技術手段已有二十幾年的歷史，同時也經歷了不同的技術發展階段，且每個階段各具特色。

第一代，模擬載波開機。

這一階段調頻廣播村村響的建設是隨著當時的有線電視網絡發展而逐步建立起來的，有線電視網絡初期建設大多以縣級為播控平臺，縣以下都是通過同軸電纜或光纖網絡將電視信號傳輸到各鄉鎮后再傳送到各村社。而第一代調頻廣播村村響的建設就是利用當時已建的有線電視網絡，將調頻廣播信號插入到有線電視網絡中進行傳輸，當時稱之為調頻廣播和有線電視共纜傳輸。

第一代調頻廣播采用的是模擬載波開機的方法，縣級前端平臺的廣播信號從發端傳送到接收端，自動開啟收端的功放，實現縣、鄉、村三級聯控的廣播功能，通常有兩種方法：第一種就是在鄉級和村級加同頻插入器實現縣、鄉、村同頻轉發廣播；第二種是縣、鄉、村三級使用不同的頻點進行異頻轉發，實現縣、鄉、村聯播。

在這一階段接收終端多采用CXA1019 M/S系列作為接收模塊，該模塊內原用于靜噪的控制電壓，被用于開關接收終端的功放電源，從而實現調頻載波開關功放的功能。

但當時，一些調頻無線發射臺為提高覆蓋范圍，在夜晚有意提高無線發射功率，所發射的頻點與有線電視網絡中的頻點形成同頻干擾或非線性干擾，經常造成接收終端設備半夜誤開機，這種誤開機現象稱“半夜雞叫”。所以，第一代調頻廣播傳輸技術的優點是傳輸控制方式簡單，缺點是在系統聯播中只能下級優先，容易受到雜波干擾導致誤開機，不具有其他控制功能。目前，這種系統設備隨著廣播技術的發展已漸漸退去。

第二代，SCA副載波傳輸控制指令。

第二階段的調頻廣播技術是在第一代調頻廣播應用基礎上專門增加了多種控制指令（尋址開機、選呼、全呼、遠程頻率修改、聲音大小調節等廣播功能）傳輸，多種控制傳輸采用我國調頻廣播輔助通信業務數據廣播SCA技術來進行傳輸的（我國通常采用67 kHz作為副載波信號，調制方式有ASK和FSK兩種，目前國內多采用FSK來傳輸）。在調頻廣播的音頻基帶中，在單聲道時副載波所占的頻帶在53～100 kHz，在立體聲時副載波所占的頻帶在53～100 kHz（SCA通常不支持立體聲使用）。

第二代調頻廣播技術是隨著當時的集成電路成熟、存儲控制芯片的引進與應用而發展起來的，其系統設備均實現了嵌入式單片機及相應軟件的應用，其應用電路也采用了模塊化設計。由于當時的接收芯片不具備數據處理功能，只能通過接收芯片解調后經過電路第二次處理還原出數據控制指令，根據控制命令執行相應的操作，實現接收設備開關機及其他功能。

雖然調頻廣播SCA在傳輸技術應用上得到了根本性發展，解決了第一代調頻廣播載波誤開機“半夜雞叫”現象，由于當時的調頻廣播系統建設都是以縣局為主，加上SCA傳輸控制協議沒有統一的數據編碼的格式，以及各地廣電局所使用的SCA廣播設備功能也各不相同，一旦有新的廠家進入，各廠家因各自的利益不會為其提供技術支持，所以造成以縣為單位的技術規范，這樣也會給新進入的設備廠家更多經濟訴求，不便于全省技術規范統一的發展，但客觀上該技術在四川省以縣為單位已投入了大量資金進行實際使用。所以，為統一全省廣播村村響技術規范發展，制定統一的規范是必然趨勢。

第三代，RDS廣播數據系統。

RDS廣播數據系統，最早1984年歐洲廣播聯盟提出了技術標準EBU3244，主要應用于歐洲國家城市交通廣播。我國于1995年制定了國家標準GB/T15770-1995《廣播數據系統技術規范》（期間該應用需要收取專利使用費）。2001年11月10日，我國加入了WTO后，該標準就被廢止，在專利收費到期后，直接啟用了歐洲相關標準。為規范全省廣播村村響的技術規范，達到各廠家設備可互換使用，四川省廣電局率先將該RDS標準及規范應用到應急廣播村村響系統建設中，并以川廣發﹝2014﹞（49）號文，制定了《四川省廣播村村響工程建設規范》（修訂版）在全省推廣應用。

第三代RDS調頻廣播技術是SCA傳輸系統中的一種特殊形式，都是采用調頻多工技術，充分利用了現有調頻廣播帶寬，在53～100 kHz或15～100 kHz的音頻基帶空閑資源中插入副載波控制信號（RDS采用57 kHz作為副載波信號，控制指令對副載波采用抑制載波雙邊帶調幅的調制方式，又叫BPSK）。

RDS的特點是：（1）傳輸速率為1187.5 bit/s；占用帶寬為57±2.4 kHz（中心頻率57 kHz）；（2）有統一的數據編碼格式；（3）收發的器件已模塊化標準化，生產廠家眾多，成本低廉；（4）接收靈敏度高，有利于無線接收使用；（5）能有效支持立體聲廣播。目前，該項技術在四川省廣電局規范的指導和推動下，正在全省廣泛應用。

鑒于第二代SCA調頻廣播已大量使用，立即廢止將造成巨大的經濟損失，第三代RDS發展規范要求勢在必行，如何完成第二代向第三代的平滑過渡，是一個很嚴峻的問題，為此提出來RDS和SCA同頻同播的技術方案，簡介如下。

首先，按照國標GB/T4311-2000 m波調頻廣播技術規范，我國調頻廣播的頻率范圍為87～108 MHz，為防止調頻臺間的相互干擾，規定各電臺之間的頻道間隔為200 kHz，在進行調頻數據廣播時要注意以下方面。

對于單聲道廣播，相對于±75 kHz的頻偏，所有副載波的調制度總和不得超過30%；對于±75kHz以上的頻偏，不得超過20%。

對于立體聲廣播，相對于±75 kHz的頻偏，所有副載波的調制度總和不得超過10%；對于±75kHz以上的頻偏，不得超過20%。

其次，采用單聲道、立體聲道調頻廣播頻譜分布。

圖1（a） 單聲道調頻廣播頻譜分布

圖1（b） 立體聲道調頻廣播頻譜分布

如圖1（a）（b）所示（單聲道、立體聲道調頻廣播頻譜分布圖）：根據單一調頻廣播帶寬頻譜分析，在0～100 kHz頻帶中，調頻單聲道廣播的音頻基帶信號頻寬為15 kHz，調頻立體聲廣播的音頻基帶信號帶寬為53 kHz。可以充分利用調頻廣播中15～100 kHz或53～100 kHz的頻帶空閑資源，用兩個附加信道（RDS副載波廣播基帶信號為57 kHz、SCA副載波廣播基帶信號為67 kHz）來傳送數據控制信息，這種技術應用稱之為調頻多工技術。

3 調頻廣播RDS與SCA在應用上的異同

相同點都是充分利用調頻廣播中15～100 kHz或53～100 kHz的頻帶空閑資源來傳輸各自的基帶數據控制信息，實現終端設備多種控制功能。

不同點，RDS與SCA所占用的附加信道信號頻率帶寬、數據信息調制方式、傳輸基帶頻率、數據信息通信速率及數據信息編碼格式都不一樣。

RDS，采用移相鍵控，也稱相位調制，數據信息采用副載波雙邊帶調幅后再對主載波直接調頻，RDS附加信道信號占用頻率帶寬57±2.4 kHz（中心頻率57 kHz），數據信息通信速率為1187.5 bit/s，所傳輸的基帶數據信號有固定的編碼格式。

SCA，采用頻移鍵控，也稱移頻調制，載波頻率隨數字信號而變化的一種調制方式。SCA附加信道信號占用頻率帶寬67±4 kHz（中心頻率67 kHz），數據信息通信速率為2400 bit/s，所傳輸的基帶數據信息沒有固定的編碼格式。

綜上分析，在同一系統中用同一廣播頻率來傳輸RDS、SCA廣播信息，實現終端設備正常工作是完全可以的。那么，在實際應用中用同一廣播頻率來傳輸RDS、SCA廣播信息也是否如此，就相關問題筆者做了以下實驗。

實驗驗證1：搭建一套基于用同一廣播頻率來傳輸RDS、SCA廣播信息的測試方法和驗證平臺，如圖2所示。

本文只闡述在單聲道情況下同頻播發RDS和SCA廣播信息。根據實際應用情況：（1）縣以下鄉村級前端設備均采用單聲道發送方式；（2）目前應急廣播村村響的專用終端設備都采用的是單聲道接收；（3）為提高終端設備的接收靈敏度；（4）FSK（67 kHz）不能很好地兼容立體聲廣播。

平臺搭建好后，將RDS和SCA數據基帶信號分別輸入到調頻調制器（發射機），與加入調頻調制器的音頻信號合路，將合路后的數據基帶信號+音頻信號對主載波直接調頻，驗證RDS和SCA數據控制信息同頻播發時，終端設備工作是否正常。

圖2 測試方法和驗證平臺

應用測試環境，按照單聲道廣播，相對于±75 kHz的頻偏，所傳輸的RDS和SCA副載波的調制度總和不超過30%，對于±75 kHz以上的頻偏，不得超過20%的設計思路，并滿足廣播電影電視GY/T 106-1999有線電視廣播系統技術規范，進行如圖1系統設備連接方式進行測試。驗證結果，調頻調制器同頻同播RDS和SCA數據控制信息時，RDS和SCA終端設備各自工作狀態一切正常，喇叭播出聲音清晰悅耳。

實驗驗證2：設一載波頻率（98 MHz），加1 kHz正弦波單音信號對主載波的頻偏為85 kHz，加RDS副載波信號對主載波的頻偏為7.5 kHz，SCA副載波信號對主載波的頻偏為7.5 kHz時，如圖3所示，分別檢測RDS和SCA接收終端設備的接收靈敏度及信噪比。

圖3 RDS和SCA接收終端設備的接收靈敏度及信噪比

實驗測試，送入RDS和SCA終端設備的入口電平應達到系統設備接收穩定性工作，即至少應滿足廣播電影電視GY/T 106-1999 有線電視廣播系統技術規范中調頻廣播輸入輸出接口電平的要求。

表1 RDS終端設備接收電平及信噪比

表2 SCA終端設備接收電平及信噪比

表1、表2測試所對應的數據，驗證了RDS和SCA同頻同播滿足廣播電影電視GY/T 106-1999有線電視廣播系統技術規范中調頻廣播輸入輸出接口電平為47-70 dBμV，載噪比≧41（單聲道）的應用要求。

實驗驗證3：為更好地實現RDS和SCA同頻同播接收設備的接收靈敏度在實際應用系統中基本一致，實驗時將SCA副載波信號對主載波的頻偏調整為12.5 kHz，測試結果如表3、表4所示。

根據表3、表4測試結果，在所傳輸的RDS和SCA副載波的調制度總和不超過30%，在不影響其他指標的情況下，適當調整副載波對主載波的頻偏來提高終端接收設備的接收靈敏度是可行的。

實驗驗證4：將系統設備接入有線電視網絡中進行驗證測試，在CATV有線電視網絡中設設置一空閑載波頻率（104.3 MHz），通過分配器合路，調整調頻調制器輸出的射頻信號比CATV信號電平底10 dB，加 1kHz正弦波單音信號對主載波的頻偏為80 kHz，加RDS副載波信號對主載波的頻偏為7.5kHz，SCA副載波信號對主載波的頻偏為12.5 kHz時。如圖4所示，分別檢測RDS和SCA接收終端設備的接收靈敏度及信噪比。

表5、6測試結果顯示，其RDS和SCA終端設備各自的信噪比均沒有發生變化，達到系統傳輸應用，滿足廣播電影電視GY/T 106-1999有線電視廣播系統技術規范要求。

通過多次實驗驗證，RDS和SCA同頻同播技術應用于HFC網絡中應該沒有什么問題，目前，該項技術已在遂寧市船山區、羅江縣廣電局進行了實際驗證測試，受到用戶的好評。后續，會將RDS和SCA同頻同播技術應用于多個縣鄉村三級聯播控制系統中，進一步研究和測試。對于RDS和SCA同頻同播實現的關鍵技術，本文不做詳細描述，在實際工程應用中需要不斷總結和完善，掌握更多的數據后在與大家一起共同探討。

綜上所述，本文簡單介紹一下，RDS和SCA同頻同播技術在系統中的大致實現方式，其實現方式如下。

圖4 RDS和SCA接收終端設備的接收靈敏度及信噪比

表3 RDS終端設備接收電平及信噪比

表4 SCA終端設備接收電平及信噪比

表5 RDS終端設備接收電平及信噪比

表6 SCA終端設備接收電平及信噪比

新插入的RDS廣播設備應具備同時或單一解調RDS和SCA射頻信號的功能，并具有副載波接入口（53～100 kHz副載波輸入接口）為佳。

方法1：在縣級廣播室搭建一套完整的RDS和SCA調頻同播傳輸平臺，即縣級RDS同播設備解調出SCA設備的基帶控制信號調制在同一載波頻率上，完成縣到各鄉鎮村RDS和SCA控制指令的傳輸功能。

若鄉村級不執行本地廣播，各級只需插入RDS同播設備替代原有設備逐級轉發即可。

那么鄉村級要執行本地廣播，怎么實現RDS和SCA同頻同播轉發呢？可以將縣級下發的射頻信號通過二分配器送到鄉村級RDS同播設備和SCA設備來實現縣級廣播信號的轉發功能。但鄉村級SCA設備的射頻信號輸出也要送入RDS同播設備的SCA射頻輸入口，并將SCA設備的外控220 V電源與RDS同播設備相連，當上級廣播信號來時自動開啟鄉村級SCA設備和RDS同播設備完成自上而下的廣播信號傳輸；當鄉村級要獨立廣播時，人工打開鄉村級SCA設備后會自動開啟RDS同播設備完成本地同頻同播的廣播功能。

鄉村級若要電話廣播，末端RDS和SCA設備都存在的情況下，只能將電話卡裝入SCA適配器來實現。

方法2：如果原系統SCA廣播設備的傳輸控制指令能被解析或得到原廠家的技術支持，那么就可以將所傳輸的控制協議集成在RDS、SCA同播設備上，在同播設備上做簡單的軟件升級即可完成設備的轉發或本級播放能力。

目前，四川省廣播電視科研所研發生產的RDS、SCA同播廣播設備均帶有53—100 kHz副載波輸入接口，并具有RDS、SCA雙調諧器射頻解調功能。該技術已在遂寧市船山區和羅江縣廣電局得到了應用。他們非常支持這項技術的推廣與發展，既不增加和改變頻率資源，也不淘汰現有的終端設備，只是按照《四川廣播村村響建設規范》要求采購新設備，逐步替換原有設備在鄉村級插入RDS、SCA同播設備即可。

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今后一段時間，應按照國家應急廣播規劃發展和四川廣播村村響建設規范要求，逐步實現SCA應用技術向RDS技術的轉變，利用RDS、SCA同頻同播廣播傳輸技術，因地制宜，逐步淘汰舊設備，完善新老系統兼容問題。早日實現中央、省、市、縣四級信息共享、分級負責、反應快捷、安全可靠的全國應急廣播體系。

近年來，四川省廣電局應急廣播中心正在制定全省統一的應急廣播村村響傳輸方案和應急廣播信息發布機制，正在構建全生命周期應急廣播信息傳輸網絡，利用現有的傳輸資源和新的傳輸模式，解決當前系統升級和新老設備升級換代的問題。相信用同一廣播頻率傳輸RDS、SCA廣播信號，其技術思路和解決方法均具有重要的理論意義和實際應用價值。其應用技術和適配設備，將會為四川廣播村村響全面建設、協調發展作出一定的貢獻，也為各地廣電局怎么接入四川省應急廣播系統提供了新的技術思路和實現方法。