数字化调频隧道广播和应急广播系统的实现原理
[ 摘要 ]
本文详细介绍了“数字化调频隧道广播和应急广播系统”的原理和实现方法，对广电行业隧道广播覆盖技术的推广、应用和实现具有参考价值。
[ 关键词 ]
数字化 调频 隧道广播 应急广播 原理
一、引言
随着我国经济的高速发展，近几年各地修建了大量的城市隧道、公路隧道、铁路（含地铁）隧道，有效地提升了我国交通运输的能力。
目前隧道在设计阶段已把手机信号的覆盖作为标准配置，但调频广播信号的覆盖一般都未作要求，这就造成车辆进入隧道后广播信号立即中断、给司乘人员带来不便。收听广播是驾驶员普遍的爱好，许多司机通过这样的方式来了解路况信息或者缓解驾驶的疲劳。特别是车辆驶入较长的隧道时，如果没有广播信号会让很多司机感到无聊、恐惧，甚至可能引发交通事故。同时，当隧道内发生交通事故、出现交通堵塞、甚至发生火灾等情况时，隧道管理人员不能通过车上的调频收音机组织疏导及紧急调度，有可能造成损失扩大。
随着数字化调频广播技术、数字光通讯技术、宽频线性放大技术和小型化宽频发射天线（或漏缆辐射）等新技术日益成熟，建立一套数字化调频隧道广播和应急广播系统已经成为可能。
二、系统构架
系统组成：系统由户外全频段 FM 接收天线、近端机、光缆、远端机、泄露电缆（或小型 FM 发射天线）、应急广播处理单元、远程监控单元等功能模块组成。
参见图一、隧道设备布置效果图
图一、隧道设备布置效果图
三、系统实现原理
参见图二、数字化调频隧道广播和应急广播系统拓扑图
图二、数字化调频隧道广播和应急广播系统拓扑图
近端机主要由 FM 天线预放单元，调频广播信号数字处理单元、电光转换单元及光信号传输单元、应急广播处理单元、远程监控单元等组成。
远端机主要由光电模块、带通滤波器、功率放大器、低通滤波器、电源、中控模块 MCU 六部分组成。
户外 FM 全频段接收天线通过同轴电缆将接收的多路调频广播信号送给近端机，近端机内置的高增益天线放大器放大接收的调频信号，其输出的射频信号通过带通滤波器之后进行数字处理（最多可选择处理 16 路通道），处理后将电信号转换成光信号连接到光口输出光信号。
近端机配置四路光接口，分成两组分别供上、下行隧道传输光信号之用。近端机通过光缆分别在上、下行隧道与各远端机串联连接，末端的远端机通过光缆与近端机的连接实现环路组网。
远程监控系统由监控中心通过 4G 无线链路实现远程监控，在监控中心由监控服务器、VPN 路由器通过 4G 无线链路实时监测近端机、远端机的工作状态，产生异常发出告警信息。
应急广播系统由一台一体化应急广播处理器完成调制和控制功能。该处理器可以插入话筒进行实时广播，也可插入事先录制好的 U 盘进行自动播放；也可以接收调音台等设备的音频信号。当需要进行应急广播播出时，只需要打开该处理器的电源即可自动进行应急广播播出。此时，预设的 16 个频点均播出同一个应急广播信号。当关闭处理器电源后，系统又将恢复到正常播出状态。
四、 系统特点
1. 近端机配有 4 路双向数字光模块，可根据现场实际情况、与远端机灵活组成各种网络结构，
既能保证系统造价较低、也可保证系统运行安全可靠。
2. 远端机具有光旁路功能：当组网中某台远端机停电、部件损坏等情况发生时，后级远端机不受影响并可正常工作。
3. 环形组网中某条光缆出现断裂等情况发生时，系统可自动调整链路进行自愈合、保证各远端机继续正常运行；同时监控软件会报告定位故障光缆方便及时维修。
4.通过双向光网络、近端机与系统内所有远端机进行实时数据通讯，从而实现对各远端机的远程监测监控。
5. 采用 4G 无线链路作为远程监控通道，大大简化了监控设备的配置，也为今后5G 技术打下良好的基础。
6. 可随时插播应急广播信号，使所有频率播放应急广播信息，汽车收音机不管在收听那个频率，均可以收听到应急插播信号。
7. 近端机采用软件无线电技术和数字光通讯技术，集 LNA、数字选频、输出电平均衡、数字光通讯、应急广播切换、远程监控等多种功能于一体，体积小巧，安全性极高。
8. 远端机采用软件无线电技术、数字光通讯技术、宽频线性放大技术，实现 16 路调频广播信号的超线性、AGC 放大，并根据实际覆盖需要进行功率远程调节。
9. 远端机采用全密封、无风扇设计，所有部件均采用“三防”处理，确保设备长期稳定运行。
10. 远程监控系统
在监控中心架设一套网管中心（电脑+GSM MODE）以GPRS为平台，通过4G无线链路实时监测近端机、远端机的工作状态，产生异常发出告警信息。
² 监测：对射频处理器的射频信号的输入和输出状态、光发射机的输出光功率、直放站的正向功率、反向功率、温度。
² 控制： 直放站的功率调整、开射频、关射频。射频处理器的射频输出信号的幅度和延时量调节。
² 报警：当直放站的正向功率、反向功率、温度等低于或超出设置的门限时。
当射频处理器的射频输出信号低于或超出设置的门限时。
² 统计查询和存储打印：可统计设备的运行和报警数据；可查询设备的实时数据和历史数据，关键数据保留10年以上，普通数据保留1年；可打印各类报表。
² 系统设计容量为无线点（隧道），并具有一定的扩展性。
² 系统提供完善的授权管理。授权级别不同，操作权限和优先组/级就不同，以保证系统安全运行；用户的登陆数据可按用户要求存入后台数据库备查。
² 所有监测/监听/监看功能及报警日志均集中在统一显示界。
五、 结束语
本系统在国内多条隧道实施使用至今，运行稳定；系统的开发起点和技术水准高，应用该系统有着显著的经济效益和社会效益，在我国广电等相关行业都具有广泛和深入的示范推广效应。
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