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1、广播电视同步支撑网系统王典荫刘竹青四川省广播电视集团祁权生谭望春四川九州电子科技股份有限公司摘要：如何在一个很大的范围里保证最大限度的信号覆盖和频率的高效复用，是解决好广播电视共服务体系的关键问题广播电视同步支撑网系统是保证大范围、远距离、多发射台站的节目传输及发射同步，实现电视发射精密频率偏置和调频单频网广播的基础本文将主要介绍解决这一问题的关键技术一一广播电视同步支撑网的构成、特点及系统的原理一、概述对于地面电视广播系统来说，要解决好一个地区甚至一个省的广播电视公共服务体系，必须要建设多个发射台(站)，这些发射台(站)要依据地形地貌合理规划，在一个很大的范围里保证最大限度的信。号覆盖和频率
2、的高效复用。要成功做到这点。必须要解决两个重大问题：发射台(站)的频率精密同步和节目的时间同步。发射台(站)的信号源要根据系统实施的地理环境和技术路线选择适当的传输方式。目前，主要的传输方式有：光纤、无线、卫星等多种方式，涉及到具体网络模式包括：SDH、以太网等等。传输方式的不同，传输电路时延、传输及发送设备的通道时延等因素，将导致整个系统发射台(站)的节目传输时延差范围可能超过毫秒级，这对系统的频率资源高效复用带来很大困难。解决的办法就是实现覆盖区内发射台(站)统一的节目时间同步、频率同步和精密频率问置。另外，地面电视广播系统的大面积覆盖涉及到频率规划问题。由于电视、调频广播的频率规划早已确
3、定，新建发射台(站)所需新增的频率根本没有可能得到分配和批准，因而只能对现有的已经分配的频率资源加以复用，而复用的技术基础和依据是发射台(站)采用节目时问同步、频率同步和精密频率间置目前，利用卫星传送同步信息，其时延可以减少，但仍不能满足系统对时统的要求。所以无论传送上星节目，还是传送地面节目，在发射台覆盖区内。均须考虑时问同步和统一本方案既可以传送上星节目，也可以传送地面节目，同时，在反“”、反分裂、反“”的政治和军事斗争中为了对抗美国在GPS上采取关闭、加扰措施，保障系统播出的安全性、可靠性，本方案将我国自主开发的北斗双星定位技术应用在地面网络中，在GPSGlonass卫星定位失效的情况下
4、。同步支撑网依然能够保证各发射台(站)的正常运行所需的时间和频率信息。由于整个系统发射台(站)分布在一个很大的范围里，其问通过微波传输网络连接各发射台(站)以实现播出节目的传输，考虑到大范围的传输电路时延、传输及发送设备的通道时延等因素整个系统发射台(站)的时延差范围可能超过毫秒级，如果没有一个完善、安全、稳定、可靠的时间同步支撑网，整个系统的时延差对系统的节目广播质量的影响是无法容忍的。 广播电视同步支撑网的应用，将进一步加快无线数字广播电视的发展，能更好发挥广播电视在传送政令、传播信息、丰富群众文化生活方面的巨大作用。二、系统构成本系统采用GPS、北斗、Glonass卫星定位系统、高精度可
5、驯铷钟、数字节目码流精密同步系统、FM单频网系统、电视精密偏罱激励器、FM数字同步激励器等先进技术配合冗余的备份设计来保证电视精密频率偏置及FM单频网广播的精密同步和安全播出的要求。整个系统功能示意图如图1：整个系统以GPS+北斗+Glonass三合一铷钟设备为主用定时设备，在GPS、北斗、Glonass三个卫星定位系统同时失效时，由铷钟接替工作，铷钟在卫星失效后，还有地面校时系统，系统中所有台站均配有GPS驯服的铷钟，能全面保证所有台站的时钟精密同步。整个同步支撑网具有多重备份机制，有非常好的可靠性和安全性。同时码流精密同步系统和FM单频网系统负责整个系统的节目流同步功能。当前端节目复用流进
6、到前端时戳服务器和FM单频网服务器时，两服务器同时从GPS+北斗+Glonass三合一时钟得到精确的本地时钟，并将时钟信息插入到节目复用流中送到网络适配器，通过SDH分发到各发射台(站)，通过各发射台(站)的网络适配器接收再送到当地的节目缓存服务器和FM单频网适配器中，节日缓存服务器和FM单频网适配器通过当地GPS铷钟得到精确的本地时钟，通过对比节目流中的时钟信息和本地时钟，得出节目流应延迟的时问并在延迟时间到来前将接收到的节目流缓存起来，在延迟时间到来时，将16缓存的节目流输出到激励器；同时，系统中所有TV和FM激励器都从各自所属的发射台站的精密同步的高精度铷钟获得同步时钟，从而使整个系统的
7、所有发射台(站)的节目实现时间、频率、比特三同步播出。图1广播电视同步支撑网系统示意图三、系统特点整个同步支撑网系统主要有以下特点：1高可靠、高安全性系统采用的GPS+北斗+Glonass三合一铷钟可以同时接收GPS、北斗、Glonass三种卫星定位系统的时钟信号，只要三种卫星定位系统的任一系统正常工作，就可以保证时钟安全、可靠运行。而在所有卫星校时失效时，由主从两个时钟站铷钟提供守时，同时铷钟通过地面微波SDH传送的时间信息，采用类似北斗双星定位原理的时间延迟校正技术由校时系统对其进行校时，能够保证系统的正常运行；即使在SDH双环中断的情况下，各个分站利用高精度时钟，按照惯性也能独立正常工作
8、一个相当时问，以保证在故障排除期正常工作，从而高度保证系统的运行安全性。码流精密同步系统各服务器为全模块化设计，各种模块包括电源都采用冗余备份设计，备份模块在故障时可以自动无缝切换和带电热插拔。保障系统全天候运行。2高精度、高稳定性码流精密同步系统和FM单频网设备采用全硬件处理，从同步信息生成和插入到节目流中以及节目流的缓存都足硬件处理，因此，从控制精度到工作的稳定性都得到最大保障3高扩展性和伸缩性系统中子系统均为模块化设计，可随系统的需要灵活配置。4时钟同步和节目同步紧密集成专为广播电视播出而开发的同步支撑网将时钟同步和节日同步紧密集成，大大提高了系统的可靠性和可管理性。5符合广播电视数字化
9、发展方向所有节目的传输及同步处理均为数字节目流，不但能满足目前广播电视节目数模混合播出的需要，也能满足将来广播电视节目全数字化播出的需要。 四、系统原理1卫星授(守)时系统该设备内置高精度授时型GPSGlonass双G接收模块、北斗授时模块和高稳定度进口铷振荡器，并采用先进的频率测控技术驯服铷振荡器，使铷振荡器的输出频率精密同步在GPSGlonass北斗卫星系统上。它具有智能状态切换功能，能够智能判别双G接收模块和北斗接收模块的工作状态。当GPS授时不稳定或不可用时能够自动切换到Glonass系统上，如果双G模块整个授时不稳定或不可用时，能够自动切换到北斗系统上：如果GPSG10nass北斗系
10、统都被干扰不可用时，依靠铷振荡器工作于保持工作模式(Hold-over mode)继续提供高精度频率和时间信号输出。该设备采用了我国自主的北斗授时技术，17具有高精度、高稳定度、高可靠性等特点，性能接近于商品小铯钟，但却远远低于铯钟的价格，而且使用寿命大于铯钟，不用进行周期校准，能够满足SDH数字同步网系统l、2级节点时钟和广播电视单频网系统的时间同步要求。2地面授时系统由时钟主站和从站组成。主站通过正向传输网络向各个分站授时，同时由从站通过反向传输网络向各个分站授时。各个分站平时从主站接收授时信息，主站授时失效后，各个分站从从站接收授时信息；当卫星授时系统失效时，各个分站同时从主站和从站接收
11、授时信息，通过接收的时延差确定时基校正，该功能类似于我国的北斗双星定位。该系统是本项目采用的独特专用技术方案。3码流精密同步系统系统由时戳服务器和节目缓存同步服务器组成，可以实现DVB码流的精密同步播出。设备采用cPCI标准星=f旦耋主蓥结合DSP、FPGA等技术设计，具有高度的可靠性、热备份、热插拔、稳定的系统处理时延以及精确的时间控制精度。功能示意图如下图2所示TS流 图2码流精密同步系统示意图通过图2图4我们可以看出DVB码流专业处理设备(时戳，缓存)的工作流程，在中心播出ASI流中加入时间校验码，各地的接收站根据收到的时问校验码确定各站的时问延时长度，使用TRl01 291标准实现时钟
12、同步。时戳服务器实时通过GPS进行时问校验，将校验的标准时间插入播出的AsI中，时间校验码以数据的方式插入ASI码流中，该路数据广播的PID可以修改，各转发站的节目缓存服务器通过GPS进行时钟同步，各站将收到的时间校验信息和本站的时钟进行对比，去除时间码还原ASI传输流，实现延迟播出功能计算公式：缓存时间=系统最大时延一传输链路时延+预置时延其中：系统最大时延=节目流从前端传输到最远终端的时间+节目流从前端传输到最远终端的最大时延偏移量传输链路时延=本地时钟一同步时戳利用数字节目码流(TS流)可以缓存的特点，在各站点传输距离远近不一的情况下，对近距离传输而先到达的TS流进行缓存，直到最远传输距
13、离的站点也接收到节目TS流后，所有站点再参考系统同步时钟在同一个瞬间将接收到的TS流播出，从而实现节目的同步播出。在不做同步的情况下，由于从发送端到各接收端的传输时间不一致，出现如下图4的结果： 二转发TS流1原始TS流3转发TS流n图3未同步的TS流TslTSn相对于原始流分别延迟了TlTn的时间。各不相等。下面按如下步骤将TSITSn的延迟时间调整到一个相同的值上：取一个值t，使t大于T1Tn，在播出原始TS流时带上时码T，接收端则在T+t时刻播出，结果如下图4：18原始TS流转发Ts流1转发Ts流2转发Ts漉3转发Ts流n图4同步后的Ts流4FM单频网音频传输系统FM单频网(SFN)音频
14、传输系统是数字同步广播中承担音频馈送的重要设备，是完成数字同步广播的关键。系统主要由刚单频网(SFN)音频服务器和雕单频网音频适配器组成在系统设计中，FM单频网(sFN)音频服务器的主要功能足完成立体声数字音频的输入、压缩，并对多路音频及随路控制数据进行复用并在传输码流中加入时间标记。合成多节目传输码流，进行接口适配，通过信道下行传输。FlI单频网音频适配器的主要功能是接收下行传输的节目传输码流。进行音频和随路控制数据的解复用，分别对音频进行自动延时补偿，输出数字音频和控制信息该系统是建立在$OPC可编程硬件平台上，设备具有灵活性、兼容性和可升级性等优越特性五、广播电视同步支撑网的网管系统广播
15、电视同步支撑网网络管理系统采用SNMP构架其最大优点在于是能简化多个厂商设备混合组网的阿络环境下运营企业的管理模式，降低运营商的管理成本。从而使企业获得更好的效益。也可方便地扩展到发射模块、功放模块、天馈、动力、环境、安全等监控功能，并可在由于新业务的增加而添加相应的监控模块而对整个网管系统没有影响。本系统设计为主从分布式网络结构整个系统分为三个层次，一是远程监控微机部分，二是机房监控微机部分三是同步支撑网本身的监控部分。远程监控微机通过SDH构成的内联网与机房监控微机相连，三层之间以RS485cPCI工业总线形式连接，协调完成时统运行状态的数据查询显示和记录保存。工控机选用主频达300删z的
16、gPU，系统平台为迁入时操作系统WINCE。编程环境用eVC，提高了软件可靠性实现发射台“无人值班，有人留守”六、结束语本系统中所有广捕电视节目均是以数字节目的形式通过同一套地面传输系统传送和处理的，能同时支持数字节日和模拟节目的同步播出，这恰恰与当前国内广电系统向数字化转换过程中数、模节目播出并存的现实情况是相适应的也与将来广播电视节目全面数字化捕出足相适应的这在豳内是没有先例的另一方面-通过增加少量的设备也可将卫星传输链路做为备份传输链路，进一步提高了系统的可靠性、安全性和灵活性。能全面满足广播电视在当前和将来一段时间内各种复杂情况下的安全、可靠播出。综上所述，本系统的研究和探索除对以后数字地面电视的实施和普及具有重大意义。19一一一一一广播电视同步支撑网系统作者： 王典荫， 刘竹青， 祁权生， 谭望春作者单位： 王典荫,刘竹青(四川省广播电视集团)， 祁权生,谭望春(四川九州电子科技股份有限公司)本文链接：http:/d.
