數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和前景

廣東省廣播電視技術(shù)中心 劉 裕

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和移動(dòng)通訊的快速發(fā)展，人們從最初通過(guò)單一的廣播獲取信息的方式已經(jīng)發(fā)展成通過(guò)電視、互聯(lián)網(wǎng)、5G移動(dòng)通信等多種方式，對(duì)廣播行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深刻影響；在互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等技術(shù)還沒(méi)有被推廣和普及的時(shí)期，AM廣播通過(guò)發(fā)射機(jī)向廣大聽(tīng)眾傳遞信息，承擔(dān)了傳遞信息、豐富人們生活的重任；但隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等傳播技術(shù)的不斷發(fā)展，作為我國(guó)廣播行業(yè)發(fā)展最早、覆蓋范圍最廣的AM廣播，已經(jīng)產(chǎn)生深刻影響。如今，5G時(shí)代的到來(lái)，進(jìn)一步助推了新媒體的發(fā)展，也給廣電傳統(tǒng)媒體帶來(lái)了前所未有的沖擊；為了更好適應(yīng)新時(shí)代，AM廣播技術(shù)也需要不斷的發(fā)展和創(chuàng)新。本文介紹了數(shù)字AM廣播的發(fā)展歷程，分析了數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行探討。

AM廣播是人類(lèi)最早通過(guò)無(wú)線發(fā)射機(jī)和收音機(jī)向聽(tīng)眾傳送聲音信息的，誕生至今，已經(jīng)歷了二百多年的歷史，AM廣播覆蓋了中國(guó)大部分的群眾，是國(guó)家宣傳黨中央的政策方針，團(tuán)結(jié)全國(guó)各族人民的重要渠道；AM廣播信號(hào)在廣闊的農(nóng)村和較遠(yuǎn)的山區(qū)傳輸效果比較好，是廣大群眾取得外界新聞的重要渠道和載體。AM廣播的發(fā)展，對(duì)維護(hù)空中電波秩序，保證AM廣播高質(zhì)量播出，進(jìn)一步提高其覆蓋效果，向人民群眾提供高質(zhì)量的廣播服務(wù)，具有重要的、不可替代的作用。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：中波廣播的載波頻段范圍在531-1602kHz之間，即波長(zhǎng)為564.97-187.27m。中波廣播的最小載波頻率間隔規(guī)定為9kHz；它擁有天波和地波兩種傳播方式，是我國(guó)國(guó)內(nèi)廣播信號(hào)傳輸?shù)闹匾夹g(shù)手段；如今，互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信高速發(fā)展的情況下，數(shù)字化、智能化已成為未來(lái)新的發(fā)展方向，AM廣播作為傳統(tǒng)媒介的代表，必須要重視做好AM廣播關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和研究等相關(guān)工作，進(jìn)一步與智能化的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)相匹配。因此，結(jié)合現(xiàn)階段AM廣播發(fā)射系統(tǒng)運(yùn)行情況，對(duì)數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和前景進(jìn)行探討，對(duì)AM廣播技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新具有重要的意義。

1 數(shù)字AM廣播的發(fā)展歷程

中波廣播發(fā)展至今，主要經(jīng)歷了3個(gè)階段：第1個(gè)階段，最早期是電子管中波發(fā)射機(jī)，主要采用發(fā)射機(jī)的末級(jí)直接進(jìn)行柵極調(diào)幅技術(shù)，因?yàn)樵缙诎l(fā)射機(jī)的占地面積比較大、發(fā)射效率比較低下，而且音質(zhì)也比較差，傳輸必須耗費(fèi)的資源相對(duì)比較高，所以，早期的AM廣播技術(shù)很難得到大力宣傳和廣泛使用；第2個(gè)階段，到了20世紀(jì)70年代至80年代，發(fā)展成晶體管與陶瓷管發(fā)射機(jī)，AM廣播發(fā)射機(jī)采用末級(jí)自動(dòng)屏調(diào)和屏簾同調(diào)技術(shù)，提高了發(fā)射機(jī)的效率和廣播質(zhì)量，發(fā)射機(jī)的體積、發(fā)射頻率和音質(zhì)都得到了有效改善和提升；第3個(gè)階段，進(jìn)入20世紀(jì)的90年代，晶體管的制造成本下降和技術(shù)的不斷提高，研發(fā)出了大功率半導(dǎo)體器件，AM廣播逐漸朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷研發(fā)和推廣，使AM廣播發(fā)射機(jī)的效率大幅度提高，廣播質(zhì)量顯著提高。

圖1 數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)方框圖

2 數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)（圖1）的基本組成

2.1 射頻功率系統(tǒng)(RF系統(tǒng))

射頻功率系統(tǒng)(RF系統(tǒng))主要由激勵(lì)信號(hào)源、功率合成器和擴(kuò)大器3個(gè)部分組成；在射頻功率系統(tǒng)(RF系統(tǒng))中，功率合成器主要負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的合成，前置驅(qū)動(dòng)可以使載頻信號(hào)被進(jìn)一步放大，調(diào)配網(wǎng)路和帶通濾波器等組成的發(fā)射機(jī)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，可以微調(diào)偏離阻抗的天饋線系統(tǒng)；帶通網(wǎng)絡(luò)的作用是濾波和阻抗匹配，濾除音頻通帶外的不需要頻譜部分，光滑處理成典型的調(diào)幅信號(hào)，最后完成射頻功率A/D（數(shù)模）轉(zhuǎn)換。

2.2 音頻處理系統(tǒng)

音頻處理系統(tǒng)主要由音頻處理板、A/D（模數(shù)）轉(zhuǎn)換板、調(diào)制編碼板3個(gè)重要部分組成，音頻處理板包含音頻輸入電路、部分發(fā)射機(jī)功率電平控制電路和音頻工作補(bǔ)償電路，可對(duì)廣播發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的音頻信號(hào)進(jìn)行控制，保障音頻輸出質(zhì)量，并提高輸出速度；A/D轉(zhuǎn)換板是將音頻處理器送來(lái)的“音頻+直流”信號(hào)變換為分散的數(shù)字音頻信號(hào)；調(diào)制編碼板的重要作用是控制和轉(zhuǎn)化二進(jìn)制編碼的音頻信號(hào)，調(diào)制編碼板接受12位數(shù)字音頻信號(hào)，經(jīng)編碼驅(qū)動(dòng)后形成功放模塊的開(kāi)關(guān)信號(hào)，采取這種方式控制功放的開(kāi)關(guān)能有效地降低發(fā)射系統(tǒng)的音頻失真，維持功放模塊的穩(wěn)定工作。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)監(jiān)控和自動(dòng)警報(bào)。開(kāi)/關(guān)機(jī)控制邏輯對(duì)高壓電源模塊進(jìn)行控制，并且生成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制發(fā)射機(jī)的各個(gè)部分工作狀態(tài)；監(jiān)控系統(tǒng)處于廣播發(fā)射系統(tǒng)的內(nèi)部，對(duì)發(fā)射系統(tǒng)實(shí)施強(qiáng)有力的保護(hù)，故障處理電路對(duì)發(fā)射系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行反饋和控制，如果出現(xiàn)異常情況會(huì)立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，確保整個(gè)系統(tǒng)安全地、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)，主要是數(shù)字廣播發(fā)射系統(tǒng)擁有一個(gè)智能控制模塊，采用了計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)將射頻功率系統(tǒng)、音頻處理系統(tǒng)、供電、監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行智能互聯(lián)，從而對(duì)整個(gè)廣播發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)、智能化管理，提高發(fā)射系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)智能控制。

3 數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)

3.1 浮動(dòng)載波技術(shù)

發(fā)揮調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)覆蓋強(qiáng)、收聽(tīng)效果好的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步降低能耗問(wèn)題，適應(yīng)國(guó)家的低碳環(huán)保要求，對(duì)發(fā)射機(jī)的輸出功率有非常重要作用的是調(diào)制模塊的音頻和直流參數(shù)，直流對(duì)輸出的載波功率有較大影響，如果載波電平出現(xiàn)的數(shù)值不大的情況，會(huì)出現(xiàn)“負(fù)峰平頭”現(xiàn)象，可以采用負(fù)峰檢測(cè)器進(jìn)行優(yōu)化，輸出的載波電平可以得到有效控制。

3.2 循環(huán)調(diào)制技術(shù)

循環(huán)調(diào)制技術(shù)使射頻中的各個(gè)功放單元能夠高效循環(huán)運(yùn)行，有效降低各個(gè)功放模塊的溫度，進(jìn)一步提高工作效率，設(shè)備的使用周期延長(zhǎng)；該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，還可以智能檢測(cè)功放單元中存在的故障問(wèn)題，將故障功放單元自動(dòng)替補(bǔ)和退出，保證發(fā)射機(jī)在有個(gè)別功放單個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，輸出的功率不變、調(diào)幅度不變、三大指標(biāo)不變，能夠長(zhǎng)期保持安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)的控制系統(tǒng)采用微機(jī)智能控制，系統(tǒng)的重要組成部分為計(jì)算機(jī)監(jiān)控器，它對(duì)整個(gè)發(fā)射機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和管理，它用一個(gè)設(shè)置在發(fā)射機(jī)上的液晶顯示屏，通過(guò)按鈕對(duì)發(fā)射機(jī)實(shí)行本地控制；通過(guò)調(diào)制解調(diào)器，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)發(fā)射機(jī)的顯示和控制，實(shí)現(xiàn)智能化控制；液晶顯示屏可以動(dòng)態(tài)直觀地顯示發(fā)射機(jī)現(xiàn)行的工作狀態(tài)；控制系統(tǒng)可以將控制板采集到的入射功率、反射功率、功放電壓、天線零位、濾波器零位和發(fā)射機(jī)各個(gè)部分的工作狀態(tài)進(jìn)行時(shí)實(shí)監(jiān)視；依托互聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用信息技術(shù)、智能化、自動(dòng)化等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“有人值守，無(wú)人值班”的模式。

4 數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)分析

4.1 數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)亮點(diǎn)

AM廣播數(shù)字化是未來(lái)發(fā)展的方向。首先，數(shù)字AM廣播發(fā)射技術(shù)提高了輸出信號(hào)的穩(wěn)定性和工作效率；通過(guò)數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，轉(zhuǎn)換了音頻信號(hào)和射頻輸出信號(hào)，輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)了數(shù)字化變換，優(yōu)化了處理后的音頻質(zhì)量；其次，數(shù)字AM廣播抗干擾性能很強(qiáng)；此外，智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控著發(fā)射機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部分實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，監(jiān)測(cè)到故障情況會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)提醒，系統(tǒng)的可靠性也得到進(jìn)一步提升；最后，數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)更換一個(gè)適配器后，容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化升級(jí)，改造為DRM數(shù)字廣播發(fā)射機(jī)（如圖2所示），更加節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)效益得到了明顯的提升，符合低碳環(huán)保發(fā)展趨勢(shì)。

圖2 數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)更換適配器，升級(jí)改造為DRM數(shù)字廣播發(fā)射機(jī)

4.2 數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)現(xiàn)狀

數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)雖然具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信的強(qiáng)大攻勢(shì)，數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)必然受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；隨著信息互聯(lián)的多樣化發(fā)展，廣大群眾已經(jīng)不再只通過(guò)簡(jiǎn)單的收音機(jī)廣播和外界聯(lián)系，就算是郊區(qū)、邊疆等偏遠(yuǎn)地區(qū)，互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信也得到快速發(fā)展和布局，數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)以后應(yīng)對(duì)的重要問(wèn)題是市場(chǎng)規(guī)?？s小和用戶(hù)的大量流失；此外，和5G、AI等新的智能技術(shù)比較，傳統(tǒng)AM廣播已經(jīng)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的發(fā)展，對(duì)數(shù)字AM廣播新技術(shù)的學(xué)習(xí)和資金的投入還需進(jìn)一步加大。分析各種情況，近段時(shí)間以來(lái)AM廣播的發(fā)展仍然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為了走出發(fā)展困境，數(shù)字AM廣播能繼續(xù)在媒體行業(yè)中立于不敗之地，需要從政策、人才、資金等多方面支持。

5 數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)展前景

數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)通過(guò)不斷的發(fā)展和實(shí)踐，獲得了不錯(cuò)的成績(jī)，優(yōu)化了傳統(tǒng)AM廣播發(fā)射系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)的播出效果和工作效率等方面得到很大的提升；隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)朝著高度集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展，將發(fā)射機(jī)更多關(guān)鍵參數(shù)、數(shù)據(jù)采集到LED顯示屏和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)全方位實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)。例如，加拿大Nautel公司設(shè)計(jì)的100kW全固態(tài)數(shù)字AM發(fā)射機(jī)，整機(jī)只需4個(gè)25kW的功放模塊，而且實(shí)現(xiàn)了熱插拔替換功放模塊的功能，當(dāng)功放模塊出現(xiàn)故障，在不關(guān)機(jī)的狀態(tài)下就可以更換功放模塊。數(shù)字AM發(fā)射系統(tǒng)智能化管理具有很好的發(fā)展前景，創(chuàng)新的智能技術(shù)和更好的音質(zhì)效果，將會(huì)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

5G時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)傳統(tǒng)AM廣播的發(fā)展造成了一定沖擊；隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，AM廣播的數(shù)字化發(fā)展是未來(lái)發(fā)展方向，數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)有效解決傳統(tǒng)AM廣播遇到的問(wèn)題，音頻傳輸效率和發(fā)射機(jī)工作穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升；新時(shí)代的數(shù)字AM廣播發(fā)射系統(tǒng)，應(yīng)不斷向多元化、模塊化、智能化的方向創(chuàng)新，結(jié)合人工智能技術(shù)，不斷加大人才和資金投入，推動(dòng)發(fā)射技術(shù)高質(zhì)量發(fā)展，不斷取得新突破。