廣播發(fā)射和監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用要點

桂林廣播電視發(fā)射臺：薛松

廣播作為傳統(tǒng)媒體形式，通過無線電波傳播信息，成為人們獲取各類新聞、音樂、文化等信息的重要途徑。然而，在廣播傳輸過程中，廣播發(fā)射技術(shù)和廣播信號監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為重要。廣播發(fā)射技術(shù)旨在提高廣播信號的傳輸質(zhì)量和擴大覆蓋范圍，以確保信息的準確傳達。而廣播監(jiān)測技術(shù)則致力于監(jiān)測和維護廣播發(fā)射設(shè)備的運行狀態(tài)，以保障廣播信號的穩(wěn)定性和可靠性。本文探討了廣播發(fā)射技術(shù)與廣播監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用要點，深入研究了其在提高廣播質(zhì)量、解決設(shè)備故障等方面的作用和效果。通過對這些關(guān)鍵技術(shù)的剖析，可助推廣播行業(yè)的快速發(fā)展，提升廣播傳輸?shù)男屎涂煽啃裕瑵M足人們對高質(zhì)量廣播信息的需求。

1. 存在的問題

1.1 廣播發(fā)射技術(shù)問題

1.1.1 信號質(zhì)量不穩(wěn)

傳統(tǒng)廣播技術(shù)在面臨干擾和衰落等因素時，信號質(zhì)量往往表現(xiàn)出不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性主要是由于外界干擾、多路徑傳播和電磁波衰減等原因引起的。外界干擾包括來自其他廣播發(fā)射站、無線電設(shè)備和自然電磁波源的干擾信號。當(dāng)這些干擾信號與廣播信號重疊，它們會相互干擾，導(dǎo)致廣播信號質(zhì)量下降。此外，由于多路徑傳播現(xiàn)象，廣播信號在傳輸過程中會經(jīng)歷多個傳播路徑，導(dǎo)致不同部分的信號相互干擾，進一步降低了信號質(zhì)量。另外，電磁波在經(jīng)過傳播介質(zhì)時會遭遇衰減，造成信號強度下降。因此，在不同位置和條件下，接收到的廣播信號強度可能存在差異。

1.1.2 覆蓋范圍有限

傳統(tǒng)廣播技術(shù)在覆蓋范圍方面存在一定的限制，難以滿足人們對廣播信息的廣泛需求。主要原因包括傳輸信號的衰減、多徑效應(yīng)和地理阻隔等。廣播信號在傳輸過程中會遭受衰減現(xiàn)象。電磁波在傳播過程中會與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用，導(dǎo)致信號強度逐漸減弱。這種衰減對于遠離發(fā)射站的地方尤為明顯，使得信號難以達到遠距離，從而限制了廣播技術(shù)的覆蓋范圍。其次，多徑效應(yīng)也對廣播信號的覆蓋范圍產(chǎn)生影響。在傳播路徑中，信號可能通過不同的路徑到達接收點。由于路徑的不同長度和傳播特性的差異，這些信號可能出現(xiàn)相位差異或干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致信號的變形和衰減。這種現(xiàn)象尤其在城市區(qū)域和山區(qū)等復(fù)雜環(huán)境中更為明顯，限制了廣播信號的覆蓋范圍。

1.2 廣播監(jiān)測技術(shù)問題

1.2.1 信號強度較低與頻率不準

廣播監(jiān)測過程中可能會遇到兩個主要問題，即信號強度較低和頻率不準確。這些問題可能由多種因素引起，包括傳輸鏈路的質(zhì)量、設(shè)備故障以及干擾源等。信號強度較低問題可能是由于信號傳輸鏈路中存在質(zhì)量問題造成的。信號在傳輸過程中可能經(jīng)歷多個步驟，包括發(fā)射、傳播和接收等。其中任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障或存在缺陷，都有可能導(dǎo)致信號強度下降。例如，發(fā)射站的發(fā)射功率不足、天線損耗、傳輸線路的衰減以及接收設(shè)備的故障等都可能導(dǎo)致信號強度較低。

1.2.2 抗干擾性能處于較低水準

廣播監(jiān)測可能受到無線電頻譜上其他無線設(shè)備發(fā)送的干擾信號的干擾。隨著無線設(shè)備的普及和增多，頻譜中的競爭程度也在加劇。其他無線設(shè)備可能與廣播監(jiān)測設(shè)備共享同樣的頻段，從而產(chǎn)生相互干擾的問題。此種干擾可能會混雜在廣播信號中，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降，使得監(jiān)測結(jié)果不準確。其次，環(huán)境干擾也是廣播監(jiān)測中一個顯著的問題。當(dāng)監(jiān)測設(shè)備部署在城市等復(fù)雜電磁環(huán)境中時，周圍物體、建筑物和天氣等因素都可能對接收信號造成干擾。這些干擾因素會引起信號衰減和傳播路徑的變化，進一步影響監(jiān)測設(shè)備的抗干擾性能。

2. 解決對策

2.1 廣播發(fā)射技術(shù)問題的解決對策

2.1.1 加強環(huán)境分析與噪聲處理技術(shù)，提高信號質(zhì)量穩(wěn)定性為了加強環(huán)境分析，在廣播發(fā)射站周圍建立合適的監(jiān)測系統(tǒng)，對環(huán)境中的干擾源進行實時監(jiān)測。這些干擾源包括其他廣播發(fā)射站、無線電設(shè)備以及自然電磁波源等。監(jiān)測系統(tǒng)可以使用廣義多途徑分布表現(xiàn)方式來評估不同頻率下的多徑傳播特性，進而預(yù)測信號衰落和相位差異。此外，還可以利用幅度時延關(guān)系圖譜（ADTF）進行環(huán)境特征分析，以更好地了解信號在不同位置和條件下的變化情況。ADTF通過觀察信號在不同時延和頻率上的幅度變化，反映了信號在傳播路徑上的衰減和傳播時間的變化。其數(shù)學(xué)公式可以表示為：

式（1）中，A（t，f）為在時刻t和頻率f處的信號幅度，S（t，f）為信號的時頻分析結(jié)果。通過計算信號的幅度平方，可以得到ADTF圖譜，用于描述信號在時延-頻率空間中的幅度分布情況。ADTF圖譜可以顯示出主導(dǎo)信號（直射波）和多徑傳播引起的干擾信號之間的時延差異和幅度差異，以及它們在頻率上的變化。當(dāng)接收到的信號源或接收器本身移動時，產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)會導(dǎo)致信號頻率的變化。ADTF圖譜可以反映信號頻率隨時間變化的情況，提供關(guān)于信號傳播中多普勒效應(yīng)的信息。

其次，在噪聲處理方面，采用合適的濾波器和降噪算法來消除外界干擾信號。傳統(tǒng)的濾波器可以根據(jù)干擾信號的頻率特征進行設(shè)計，如低通、高通、帶通等濾波器，這有助于去除掉與廣播信號頻率不匹配的干擾。此外，自適應(yīng)濾波器技術(shù)可以根據(jù)實時接收到的信號，自動調(diào)整濾波器參數(shù)，以動態(tài)地抑制干擾信號和保留廣播信號。另外，引入先進的降噪算法，如小波降噪、維納濾波等，可以有效減少噪聲對廣播信號的影響。

式（2）中，W為小波系數(shù)，threshold為設(shè)定的閾值，W_soft為經(jīng)過軟閾值處理后的小波系數(shù)。硬閾值（Hard Thresholding）則是一種將小于某個閾值的小波系數(shù)置零，而保留大于閾值的小波系數(shù)的方法。硬閾值處理公式如下：

式（3）中，W為小波系數(shù)，threshold為設(shè)定的閾值，W_hard為經(jīng)過硬閾值處理后的小波系數(shù)。在小波降噪過程中，根據(jù)信號的特點進行實際應(yīng)用時，需要確定合適的閾值，以實現(xiàn)對噪聲的抑制和信號的恢復(fù)。為了提高廣播發(fā)射信號質(zhì)量的穩(wěn)定性，還可以考慮優(yōu)化發(fā)射機構(gòu)和天線系統(tǒng)的設(shè)計?？赏ㄟ^提高發(fā)射功率來增加信號強度和穩(wěn)定性。小波降噪和廣播發(fā)射信號質(zhì)量穩(wěn)定性效果見表1。

表1 小波降噪和廣播發(fā)射信號質(zhì)量穩(wěn)定性效果

如表1 所示，啟發(fā)式閾值選擇方法在降噪效果（PSNR）和信號質(zhì)量（SSIM）方面表現(xiàn)最好，其PSNR達到了28.3 dB，SSIM達到了0.92。與之相比，SNR閾值和基于統(tǒng)計的閾值選擇方法分別達到了25.6 dB和27.1dB的PSNR，以及0.89和0.90的SSIM。而無閾值選擇（原始信號）情況下的PSNR和SSIM較低，分別為20.3 dB和0.79。通過對小波降噪和廣播發(fā)射信號質(zhì)量穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)分析，可以得出，啟發(fā)式閾值選擇方法在降噪效果和信號質(zhì)量方面表現(xiàn)最佳。這涉及選用高功率和高效率的放大器設(shè)備，并對其進行合理的調(diào)整和校準。同時，通過改進天線的設(shè)計，如增加天線增益和方向性，優(yōu)化天線架設(shè)的高度和角度等，更好地收集和發(fā)射廣播信號，提高信號的強度和穩(wěn)定性。

2.1.2 借助網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)手段，彌補信號傳輸產(chǎn)生的信號衰減在解決廣播發(fā)射技術(shù)中信號覆蓋范圍有限的問題時，借助網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)手段可以彌補信號傳輸產(chǎn)生的信號衰減。通過將廣播信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并利用互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸，可以擴大信號的覆蓋范圍，同時提高信號質(zhì)量和穩(wěn)定性。首先，借助網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)手段可以通過建立多個轉(zhuǎn)播站點或中繼站點來傳輸廣播信號。這些站點位于原始信號發(fā)射站點附近，可以接收到原始信號，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后利用互聯(lián)網(wǎng)進行傳輸。在傳輸過程中，可以采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和錯誤糾正編碼技術(shù)來保證信號的完整性和穩(wěn)定性。這些技術(shù)能夠有效地減少數(shù)據(jù)量，提高傳輸效率，并且能夠糾正或檢測傳輸過程中可能引入的錯誤。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)（如無損壓縮和有損壓縮）可以通過刪除冗余信息、利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性等方式減小數(shù)據(jù)的體積。一種常見的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是哈夫曼編碼，其公式如下：

式（4）中，C為平均壓縮碼長，P（x）為數(shù)據(jù)符號x出現(xiàn)的概率，len（x）表示數(shù)據(jù)符號x的編碼長度。錯誤糾正編碼技術(shù)是一種能夠糾正傳輸過程中產(chǎn)生的位錯誤的編碼方法。其中，海明編碼是一種常見的錯誤糾正編碼技術(shù)。海明編碼根據(jù)所需的糾錯能力，將原始數(shù)據(jù)進行編碼后加入冗余信息，以便在接收端進行糾錯，從而實現(xiàn)對錯誤的檢測和修復(fù)。其次，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)可以通過構(gòu)建廣播網(wǎng)絡(luò)來彌補信號傳輸產(chǎn)生的信號衰減。在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，可以使用適應(yīng)性調(diào)制和編碼技術(shù)來適應(yīng)信道的變化，通過在不同地區(qū)部署邊緣節(jié)點，廣播信號可以通過CDN實現(xiàn)遠距離傳輸。用戶首先向根DNS服務(wù)器發(fā)送域名解析請求，根DNS服務(wù)器將重定向到CDN節(jié)點網(wǎng)絡(luò)層中的智能CDN域名服務(wù)器上。CDN域名服務(wù)器通過分析各個網(wǎng)絡(luò)線路的擁堵情況和負載情況，選擇最適合的CDN節(jié)點服務(wù)器IP地址，并將其返回給根DNS服務(wù)器。CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）節(jié)點和DNS（域名系統(tǒng)）重定向技術(shù)應(yīng)用情況見表2。

表2 CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）節(jié)點和DNS（域名系統(tǒng)）重定向技術(shù)應(yīng)用情況

如表2所示，通過應(yīng)用情況得出CDN節(jié)點和DNS重定向技術(shù)在不同場景下的應(yīng)用情況，以及它們在廣播信號獲取和用戶訪問引導(dǎo)方面的百分比信息。這些數(shù)據(jù)有助于了解和優(yōu)化CDN和DNS在內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。用戶接收到CDN節(jié)點的IP地址后，直接向CDN節(jié)點服務(wù)器發(fā)送請求獲取廣播信號內(nèi)容。CDN的訪問過程依賴于DNS的重定向技術(shù)，通過將用戶定向至離其最近的邊緣CDN節(jié)點服務(wù)器，實現(xiàn)了遠距離傳輸。這種基于地理位置的選擇可以減少信號傳播過程中的時延和衰減，提高傳輸?shù)乃俣群涂煽啃浴?/p>

2.2 廣播監(jiān)測技術(shù)問題的解決對策

2.2.1 定期檢查和維護廣播設(shè)備，提高設(shè)備信號強度

定期檢查和維護廣播設(shè)備是提高設(shè)備信號強度的重要措施。通過定期檢查設(shè)備的工作狀態(tài)、調(diào)整設(shè)備參數(shù)以及進行必要的維護保養(yǎng)，定期檢查所有通信設(shè)備，包括連接終端、電費抄表儀、射頻收發(fā)機等。應(yīng)檢查通信設(shè)備是否機械損傷，連接金屬部件是不是松動、變形或者丟失，電纜成組是不是變?nèi)?，連接接口的鎖卡是不是有松動等現(xiàn)象。

首先，在定期檢查和維護過程中，需要檢查廣播設(shè)備的硬件組件是否完好，如發(fā)射機、天線等。對于發(fā)射機來說，需要檢查發(fā)射功率是否符合規(guī)定，同時檢查放大器和濾波器等組件的工作狀態(tài)。對于天線來說，需要檢查天線的連接是否良好，天線接地是否正常以及天線的方向和角度是否正確。例如，一種同步執(zhí)行的有序廣播，當(dāng)廣播發(fā)出后同一時刻會有單獨的廣播接收器能夠收到廣播，當(dāng)這條廣播執(zhí)行完畢以后才能繼續(xù)傳遞。所有的廣播接收器都必須有先后順序。能夠同步執(zhí)行的有序廣播見圖1。

圖1 有序廣播

例如，發(fā)射機A的發(fā)射功率、放大器和濾波器的工作狀態(tài)都為正常，沒有需要維修或更換的問題。而對于天線B，連接狀態(tài)良好，接地狀態(tài)正常，方向與角度也正確，無需維修或更換。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)任何損壞或故障，需要及時進行相應(yīng)的維修或更換操作。這有助于保證廣播設(shè)備的正常運行，確保信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和穩(wěn)定性。

其次，在設(shè)備的調(diào)參和校準過程中，需要定期調(diào)整發(fā)射機的工作頻率和頻率偏移，確保廣播信號在正確的頻率上運行。

最后，廣播監(jiān)測技術(shù)還需要建立完善的設(shè)備管理和監(jiān)控系統(tǒng)。通過遠程監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)采集，可以及時獲取設(shè)備的工作狀態(tài)和運行情況，包括工作功率、溫度、故障報警等指標。同時，可以設(shè)置定期自動巡檢和維護計劃，確保設(shè)備的正常運行和及時處理潛在問題。

2.2.2 采用頻譜管理與資源共享機制，減少不同設(shè)備之間的頻譜沖突

采用頻譜管理與資源共享機制是減少不同設(shè)備之間的頻譜沖突的有效途徑。頻譜是有限的資源，不同設(shè)備之間的頻譜使用需求可能會發(fā)生沖突，影響設(shè)備的正常工作。通過合理的頻譜管理和資源共享機制，可以協(xié)調(diào)不同設(shè)備之間的頻譜使用，提高頻譜資源的利用效率，減少頻譜沖突。

首先，頻譜管理是減少頻譜沖突的基礎(chǔ)。頻譜管理包括頻譜監(jiān)測、頻譜規(guī)劃和頻譜分配等環(huán)節(jié)。通過頻譜監(jiān)測，可以實時了解當(dāng)前頻譜使用情況，及時發(fā)現(xiàn)頻譜沖突的可能性。頻譜規(guī)劃將頻譜資源進行合理地劃分和分配，確保不同設(shè)備之間的頻譜需求得到滿足。頻譜分配則根據(jù)設(shè)備的需求和優(yōu)先級，將可用的頻譜資源進行分配，避免頻譜的重疊使用。主用戶網(wǎng)絡(luò)頻譜管理與共享流程見圖2。

圖2 主用戶網(wǎng)絡(luò)頻譜管理與共享流程

如圖2所示，業(yè)務(wù)接口獲取的次用戶的業(yè)務(wù)信息以及自身的業(yè)務(wù)分布，確定頻譜中頻率資源的釋放權(quán)值，并根據(jù)所述頻率資源的釋放權(quán)值，釋放滿足次所述次用戶需求的頻率資源。該行為提高了頻譜的利用率，降低了此用戶對頻譜感知的額外開銷，增強了次用戶網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)提供能力。

其次，資源共享機制是減少頻譜沖突的核心。資源共享機制通過協(xié)商、協(xié)議或者技術(shù)手段，實現(xiàn)頻譜資源的共享和利用。當(dāng)多個設(shè)備共同使用同一頻段的頻譜資源的情況下。通過合理規(guī)劃和分配共享頻譜，可以提高頻譜利用效率，降低頻譜沖突的風(fēng)險，確保頻譜的合理利用和公平分配。

3. 結(jié)束語

廣播發(fā)射和監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用是為了實現(xiàn)向特定受眾傳輸清晰、穩(wěn)定的音頻信號的目標。先進的調(diào)頻和調(diào)幅技術(shù)、優(yōu)化的天線設(shè)計和信號處理算法的引入，具有改善廣播信號質(zhì)量、擴大覆蓋范圍和提高抗干擾能力的顯著效果。通過實地測試和數(shù)據(jù)分析，廣播發(fā)射和監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用能夠為廣播電視行業(yè)提供更好的廣播服務(wù)，滿足人們對廣播信息的需求，推動廣播行業(yè)的發(fā)展與進步。