吳智勇、于新、盛國芳
國家廣播電影電視總局廣播科學(xué)研究院
摘要：本文介紹了在北京地區開(kāi)展的調頻頻段數字音頻廣播（FM-CDR）覆蓋測試情況，包括定點(diǎn)接收測試和移動(dòng)接收測試，并給出FM-CDR移動(dòng)接收覆蓋結果圖，最后對本次覆蓋測試情況進(jìn)行了總結。
關(guān)鍵詞：覆蓋測試； FM； CDR；覆蓋預測
1 前言
在國際數字音頻廣播技術(shù)中，目前有DAB、DRM和HD Radio等已形成標準，廣播科學(xué)研究院也一直在數字音頻廣播領(lǐng)域積極跟蹤世界數字廣播的發(fā)展，對上述技術(shù)均開(kāi)展了大量的研究與測試工作，加深了對現有音頻廣播技術(shù)的了解。
在各項研究基礎上，廣播科學(xué)研究院也開(kāi)展了具有我國自主知識產(chǎn)權的調頻頻段數字音頻廣播系統的研究。2011年起，作為牽頭單位逐步完成調頻頻段數字音頻廣播關(guān)鍵技術(shù)的研究、樣機的開(kāi)發(fā)及測試工作，并于2013年提交了調頻頻段數字音頻廣播信道技術(shù)的行業(yè)標準建議稿，于8月作為廣電總局行業(yè)標準被正式頒布[1]。
為了解調頻頻段數字音頻廣播系統實(shí)際的傳輸性能及其覆蓋特性，在FM-CDR研究階段，廣播科學(xué)研究院曾于2012年9月在北京地區對FM-CDR廣播系統進(jìn)行了覆蓋測試。本文將介紹此次FM-CDR的覆蓋測試情況，并給出覆蓋測試結果。
2測試系統介紹
測試用發(fā)射機使用的是成都凱騰四方生產(chǎn)的FM-CDR發(fā)射機，安裝在中央廣播電視塔，發(fā)射頻率為90.5MHz。該發(fā)射機可以實(shí)現模擬調頻廣播、FM-CDR全數字廣播、模擬調頻和數字同播等三種工作模式。模數同播時(shí)，可通過(guò)調整模數功率比來(lái)設置模擬調頻廣播和數字廣播的發(fā)射功率。
本次測試在模數同播的工作模式下進(jìn)行，發(fā)射總功率3000瓦，模擬與數字功率比設為17dB，即模擬功率2940W，數字功率60W。FM-CDR數字廣播工作于傳輸模式1、頻譜模式9、QPSK-3/4的模式，傳送兩路數字音頻（32Kbps+48Kbps）廣播；模擬廣播為國際臺日常播出的環(huán)球經(jīng)濟頻道。
覆蓋測試使用專(zhuān)用數字廣播電視測試車(chē)，該車(chē)裝有可升高至10米的天線(xiàn)桿為測試提供便利。
3測試內容
本次FM-CDR北京地區覆蓋測試的內容包括定點(diǎn)接收測試和移動(dòng)接收測試。
定點(diǎn)測試時(shí)，接收天線(xiàn)信號經(jīng)過(guò)功分器分成兩路，一路送到頻譜儀，另一路送到接收機，測試時(shí)依次連接FM-CDR接收機或者模擬調頻收音機。頻譜分析儀用于測試并記錄信號的頻譜特性。接收機用于監聽(tīng)數字及模擬聲音信號，做主觀(guān)評價(jià)。
移動(dòng)測試時(shí)，功分器分出的兩路接收信號，一路送到FM-CDR路測儀，另一路送到模擬調頻收音機。路測儀記錄地理坐標、場(chǎng)強、信噪比等指標，以及各項指標的統計數據，同時(shí)可監聽(tīng)聲音信號。模擬調頻收音機，用于模擬廣播的聲音質(zhì)量進(jìn)行監聽(tīng)。
4 覆蓋預測
為了初步掌握覆蓋情況，在實(shí)際測試之前首先進(jìn)行了覆蓋預測分析。預測使用法國ATDI公司的ICS telecom覆蓋預測軟件進(jìn)行預測。計算使用100米精度的地圖。測試接收天線(xiàn)高度10米，發(fā)射天線(xiàn)330米，參考ITU-R P.1546-2建議書(shū)方法進(jìn)行試算。
根據GY/T 196《調頻廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規定》，調頻廣播農村和城市的最低可用場(chǎng)強分別是54dBμV/m和66dBμV/m[2]，由于覆蓋區域的邊緣基本在農村，選取最低可用電平為54dBμV/m。數字接收門(mén)限實(shí)驗室測試結果為-104dBm，即載噪比門(mén)限為4.6dB。通過(guò)計算得出模擬調頻廣播的覆蓋示意圖和FM-CDR廣播的覆蓋示意圖，分別如圖1和圖2所示。
5.1定點(diǎn)測試
根據前期試算預測結果，選取長(cháng)陵、長(cháng)陵北、興壽北、雁棲湖、白澗鄉、店子橋、京沈高速寶坻出口、京津唐高速楊村出口、牛坨鎮、高碑店、西峰寺、潭柘寺、軍莊和京沈高速新中出口等14處位置進(jìn)行了定點(diǎn)接收測試。在每一測試點(diǎn)記錄模擬調頻信號和FM-CDR信號的接收電平，模擬調頻廣播和FM-CDR廣播的主觀(guān)評價(jià)。圖3為長(cháng)陵測試點(diǎn)的FM-CDR信號頻譜圖。
從本次定點(diǎn)測試結果來(lái)看，信號場(chǎng)強的傳播模型預測值略小于實(shí)際測量值，見(jiàn)表1。
根據北京周邊的道路情況，移動(dòng)測試主要選取了環(huán)線(xiàn)和京石、京開(kāi)、京津、京沈、京哈、京承以及八達嶺高速進(jìn)行。
圖4和圖5分別是FM-CDR信噪比和接收電平在北京覆蓋的測試結果，其中模擬與數字功率比設為17dB，FM-CDR的數字功率為60W。
在國際數字音頻廣播技術(shù)中，目前有DAB、DRM和HD Radio等已形成標準，廣播科學(xué)研究院也一直在數字音頻廣播領(lǐng)域積極跟蹤世界數字廣播的發(fā)展，對上述技術(shù)均開(kāi)展了大量的研究與測試工作，加深了對現有音頻廣播技術(shù)的了解。
在各項研究基礎上，廣播科學(xué)研究院也開(kāi)展了具有我國自主知識產(chǎn)權的調頻頻段數字音頻廣播系統的研究。2011年起，作為牽頭單位逐步完成調頻頻段數字音頻廣播關(guān)鍵技術(shù)的研究、樣機的開(kāi)發(fā)及測試工作，并于2013年提交了調頻頻段數字音頻廣播信道技術(shù)的行業(yè)標準建議稿，于8月作為廣電總局行業(yè)標準被正式頒布[1]。
為了解調頻頻段數字音頻廣播系統實(shí)際的傳輸性能及其覆蓋特性，在FM-CDR研究階段，廣播科學(xué)研究院曾于2012年9月在北京地區對FM-CDR廣播系統進(jìn)行了覆蓋測試。本文將介紹此次FM-CDR的覆蓋測試情況，并給出覆蓋測試結果。
2測試系統介紹
測試用發(fā)射機使用的是成都凱騰四方生產(chǎn)的FM-CDR發(fā)射機，安裝在中央廣播電視塔，發(fā)射頻率為90.5MHz。該發(fā)射機可以實(shí)現模擬調頻廣播、FM-CDR全數字廣播、模擬調頻和數字同播等三種工作模式。模數同播時(shí)，可通過(guò)調整模數功率比來(lái)設置模擬調頻廣播和數字廣播的發(fā)射功率。
本次測試在模數同播的工作模式下進(jìn)行，發(fā)射總功率3000瓦，模擬與數字功率比設為17dB，即模擬功率2940W，數字功率60W。FM-CDR數字廣播工作于傳輸模式1、頻譜模式9、QPSK-3/4的模式，傳送兩路數字音頻（32Kbps+48Kbps）廣播；模擬廣播為國際臺日常播出的環(huán)球經(jīng)濟頻道。
覆蓋測試使用專(zhuān)用數字廣播電視測試車(chē)，該車(chē)裝有可升高至10米的天線(xiàn)桿為測試提供便利。
3測試內容
本次FM-CDR北京地區覆蓋測試的內容包括定點(diǎn)接收測試和移動(dòng)接收測試。
定點(diǎn)測試時(shí)，接收天線(xiàn)信號經(jīng)過(guò)功分器分成兩路，一路送到頻譜儀，另一路送到接收機，測試時(shí)依次連接FM-CDR接收機或者模擬調頻收音機。頻譜分析儀用于測試并記錄信號的頻譜特性。接收機用于監聽(tīng)數字及模擬聲音信號，做主觀(guān)評價(jià)。
移動(dòng)測試時(shí)，功分器分出的兩路接收信號，一路送到FM-CDR路測儀，另一路送到模擬調頻收音機。路測儀記錄地理坐標、場(chǎng)強、信噪比等指標，以及各項指標的統計數據，同時(shí)可監聽(tīng)聲音信號。模擬調頻收音機，用于模擬廣播的聲音質(zhì)量進(jìn)行監聽(tīng)。
4 覆蓋預測
為了初步掌握覆蓋情況，在實(shí)際測試之前首先進(jìn)行了覆蓋預測分析。預測使用法國ATDI公司的ICS telecom覆蓋預測軟件進(jìn)行預測。計算使用100米精度的地圖。測試接收天線(xiàn)高度10米，發(fā)射天線(xiàn)330米，參考ITU-R P.1546-2建議書(shū)方法進(jìn)行試算。
根據GY/T 196《調頻廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規定》，調頻廣播農村和城市的最低可用場(chǎng)強分別是54dBμV/m和66dBμV/m[2]，由于覆蓋區域的邊緣基本在農村，選取最低可用電平為54dBμV/m。數字接收門(mén)限實(shí)驗室測試結果為-104dBm，即載噪比門(mén)限為4.6dB。通過(guò)計算得出模擬調頻廣播的覆蓋示意圖和FM-CDR廣播的覆蓋示意圖，分別如圖1和圖2所示。
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圖1 模擬調頻廣播覆蓋示意圖
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圖2 FM-CDR數字音頻廣播覆蓋示意圖
5 測試結果5.1定點(diǎn)測試
根據前期試算預測結果，選取長(cháng)陵、長(cháng)陵北、興壽北、雁棲湖、白澗鄉、店子橋、京沈高速寶坻出口、京津唐高速楊村出口、牛坨鎮、高碑店、西峰寺、潭柘寺、軍莊和京沈高速新中出口等14處位置進(jìn)行了定點(diǎn)接收測試。在每一測試點(diǎn)記錄模擬調頻信號和FM-CDR信號的接收電平，模擬調頻廣播和FM-CDR廣播的主觀(guān)評價(jià)。圖3為長(cháng)陵測試點(diǎn)的FM-CDR信號頻譜圖。
從本次定點(diǎn)測試結果來(lái)看，信號場(chǎng)強的傳播模型預測值略小于實(shí)際測量值，見(jiàn)表1。
表1預測值與測量值之間的關(guān)系（預測值－測量值）
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圖3定點(diǎn)接收測試頻譜圖（長(cháng)陵測試點(diǎn)）
5.2移動(dòng)測試根據北京周邊的道路情況，移動(dòng)測試主要選取了環(huán)線(xiàn)和京石、京開(kāi)、京津、京沈、京哈、京承以及八達嶺高速進(jìn)行。
圖4和圖5分別是FM-CDR信噪比和接收電平在北京覆蓋的測試結果，其中模擬與數字功率比設為17dB，FM-CDR的數字功率為60W。
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圖4 移動(dòng)接收測試FM-CDR六環(huán)內信噪比覆蓋效果圖
表2覆蓋效果圖中信噪比對應顏色說(shuō)明
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圖5 移動(dòng)接收測試六環(huán)內FM-CDR接收電平覆蓋效果圖
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表3覆蓋效果圖中接收電平對應顏色說(shuō)明
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信噪比在淺藍色區域低于5dB，這部分地區接收解碼成功率比較低，基本不能解出正常的音頻信號。從覆蓋效果圖中可以看出，接收天線(xiàn)3米的移動(dòng)接收時(shí)，距發(fā)射塔直線(xiàn)距離60公里以?xún)鹊牡貐^，在無(wú)遮擋的情況下，信噪比可以保證在5dB以上，接收電平可以保證在-75dBm以上，基本能夠正常接收。
在環(huán)線(xiàn)測試方面，四環(huán)以?xún)雀采w效果比較理想，五環(huán)內的覆蓋效果基本可以接受，六環(huán)由于地表覆蓋物的影響比較大，不能正常接收的地方較多。對于徑向的高速公路來(lái)說(shuō)，相對遮擋較少，可正常接收的范圍比較大，覆蓋距離較遠。
6 結論
通過(guò)本次在北京地區90.5Mhz頻率進(jìn)行的FM-CDR模數混播信號的覆蓋測試，可以得出以下結論：
（1）實(shí)際覆蓋測試結果與ATDI覆蓋分析軟件的預測結果基本一致。
（2）FM-CDR數字調頻廣播，在發(fā)射功率60W、發(fā)射天線(xiàn)高度330米、接收天線(xiàn)采用10米高度的偶極子天線(xiàn)的情況下，在無(wú)遮擋時(shí)可覆蓋的直線(xiàn)距離超過(guò)80公里；城區建筑密集區，對覆蓋有一定的影響。
（3）本次覆蓋測試中，在模數比為17dB時(shí)的FM-CDR數字廣播信號與模擬調頻廣播信號的覆蓋范圍基本相同。
FM-CDR覆蓋測試中發(fā)現，同播的模擬調頻廣播和FM-CDR數字廣播覆蓋效果良好，模擬調頻廣播的播出質(zhì)量未受明顯可察覺(jué)的影響。另外，通過(guò)對FM-CDR數字廣播信號的覆蓋預測和實(shí)際測試，驗證了FM-CDR調頻頻段數字音頻廣播系統的覆蓋性能，為FM-CDR的進(jìn)一步推廣取得了規劃參數方面的技術(shù)積累。
[參考文獻]
[1]GY/T 268.1-2013 調頻頻段數字音頻廣播第1部分：數字廣播信道幀結構、信道編碼和調制，2013
[2]GY/T 196-2003《調頻廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規定》
在環(huán)線(xiàn)測試方面，四環(huán)以?xún)雀采w效果比較理想，五環(huán)內的覆蓋效果基本可以接受，六環(huán)由于地表覆蓋物的影響比較大，不能正常接收的地方較多。對于徑向的高速公路來(lái)說(shuō)，相對遮擋較少，可正常接收的范圍比較大，覆蓋距離較遠。
6 結論
通過(guò)本次在北京地區90.5Mhz頻率進(jìn)行的FM-CDR模數混播信號的覆蓋測試，可以得出以下結論：
（1）實(shí)際覆蓋測試結果與ATDI覆蓋分析軟件的預測結果基本一致。
（2）FM-CDR數字調頻廣播，在發(fā)射功率60W、發(fā)射天線(xiàn)高度330米、接收天線(xiàn)采用10米高度的偶極子天線(xiàn)的情況下，在無(wú)遮擋時(shí)可覆蓋的直線(xiàn)距離超過(guò)80公里；城區建筑密集區，對覆蓋有一定的影響。
（3）本次覆蓋測試中，在模數比為17dB時(shí)的FM-CDR數字廣播信號與模擬調頻廣播信號的覆蓋范圍基本相同。
FM-CDR覆蓋測試中發(fā)現，同播的模擬調頻廣播和FM-CDR數字廣播覆蓋效果良好，模擬調頻廣播的播出質(zhì)量未受明顯可察覺(jué)的影響。另外，通過(guò)對FM-CDR數字廣播信號的覆蓋預測和實(shí)際測試，驗證了FM-CDR調頻頻段數字音頻廣播系統的覆蓋性能，為FM-CDR的進(jìn)一步推廣取得了規劃參數方面的技術(shù)積累。
[參考文獻]
[1]GY/T 268.1-2013 調頻頻段數字音頻廣播第1部分：數字廣播信道幀結構、信道編碼和調制，2013
[2]GY/T 196-2003《調頻廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規定》
