基于同源信号光传输技术的隧道无线广播覆盖系统

张咏梅，郑 昆

（厦门广播电视集团，福建 厦门 361004）

0 引言

厦门城市公路隧道交通非常发达，隧道密度全国罕见。公路隧道在城市交通中发挥了至关重要的作用。公路隧道的封闭性造成了无线广播信号的盲区。本着“安全可靠、技术先进、结构合理、扩容方便、系统实用、产品主流”的设计理念，在理论论证和延时仿真实验的基础上，厦门广播电视集团发射中心采用基于同源信号数字化光传输技术的隧道无线广播覆盖系统，实现了岛内15 条隧道的覆盖，总覆盖里程逾62 km。

1 系统介绍

隧道无线广播覆盖系统包括信号处理系统和天馈系统两部分。针对调频广播的传输特点和覆盖场强要求，天馈系统主要有两种方案。一是泄漏同轴电缆覆盖方案，二是定向天线覆盖方案。前者用于长度大于500 m 的各种隧道，后者一般应用于长度小于500 m 的短直隧道。泄漏电缆与其他的天线系统相比，具有传输参数稳定、场强辐射均匀、信号覆盖均匀的特点[1]。目前泄漏电缆技术相当成熟，已被国内许多城市选作隧道无线广播覆盖首选技术方案。信号处理系统目前经常采用的是开路信号同步放大方案。该方案简便易行，但存在一定的局限性，比如可能因地理位置不佳而使信号信噪比低，架高天线有可能遭遇雷击，还有可能被非法信号插播。本着广播电视安全播出工作不间断、高质量、既经济、又安全的方针，从安全播出的角度出发，兼顾今后系统的扩容性，技术团队开拓思路，创造性地采用同源信号数字化光传输技术应用于城市公路隧道覆盖，取得了良好的效果。

2 主要技术创新

2.1 同源光纤传输技术

隧道无线广播覆盖最棘手的工作就是解决洞口调频相干区的同频干扰问题。同源光纤传输技术采用来自主站多工器的耦合信号，由于采用与主站同样的信号源，从调频同步广播“三同一保”（同频、同相、同调制度，保证最低可用场强）的角度看，“三同”具备了“两同”，即同载频和同调制度，只有同相无法保证，技术人员通过仿真实验论证了系统对时延的容忍度。实验结果表明，只要信源质量好，信噪比够高，对时延的容忍度可提高至100 μs左右。该方案的优点是可以有效防范非法信号的干扰，有效改善收听质量。

2.2 数字传输技术

射频信号不随光信号的衰减而衰减，在长距离及分路传输中保持动态范围不变。系统利用数字中频技术在数字域对信号进行处理，极大地增强了设备对信号的处理和控制能力，近端机和远端机可实现对16 个信道的独立控制；采用菊花链传输方式，信号可以多次再生，也可实现信号的二次分发。

2.3 光纤波分复用技术

方案采用光纤波分复用技术，充分利用光纤的带宽资源。系统将一根光纤复用FM、DTV 以及网络监控信号3 种业务，实现信号传输及对所有关键设备的远程监控。

2.4 综合网管系统

综合网管系统是架构在维护管理人员与设备之间的一座桥梁，对设备进行网络管理、业务管理及安全管理，是一个动态的、可扩展的管理平台。综合网管系统使用浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构进行设计，用户无需安装庞大的客户端，只需使用网页浏览器便可登录系统，可以方便地在任意接入网络的计算机上对站点进行管理和监控。隧道监控拓扑如图1 所示。

图1 隧道监控拓扑图

综合网管系统的主要功能如下：

（1）远程监测FM 和DTV 的近端机/远端机的工作状态，包括入射功率、反射功率及功放等；

（2）远程控制FM 和DTV 的远端机，包括开关功放、调整功放输出功率等操作；

（3）远程监控光开关、波分复用器等关键链路设备的工作状态；

（4）监控中心网管软件具有地图功能，电子地图模块具有浏览功能，支持基础的电子地图基本操作[2]；

（5）系统能够通过日期和变量名称查找历史数据并生成历史数据曲线图，能够对系统要求的主要采集数据自动生成日报表、月报表及年度报表。

2.5 手机App 远程监测系统

手机App 远程监测系统由厦门广播电视集团技术人员自主开发，方便维护人员通过App 在任何地方通过数据网络实时查看隧道覆盖设备的运行情况，也便于维护人员远程查看和判断故障情况。

手机App 远程监测系统包括数据服务平台、手机端实时监测App 以及虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）光宽带系统。数据服务平台运行在后台服务器，实时获取隧道监测内网上的直放站设备实时信息。综合网管系统通过串口单向传送数据到办公网上的数据服务平台。厦门广播电视集团的网络划分为独立运行没有连接外部网络的内网以及连接外部网络和无线局域网的外网（办公网），内外网隔离，可有效保护内部网络设备免遭非法入侵和网络病毒攻击，保护内网重要播出设备安全稳定运行。移动终端实时监测App（安卓版）使用无线终端接收机，通过无线网络对隧道内设备进行远程监测，采用虚拟专用网络（VPN）传输数据。VPN 利用公共的网络通道（通常是因特网），采用安全加密措施，建立起一个逻辑专用通道，为使用者提供一条安全加密的专用网络通道[3]。

手机App 用于远程监测调频广播直放站和数字电视直放站，主要功能有用户身份验证、设备运行数据实时监测、分等级的故障报警、故障事件显示和事件查询以及语音播报巡检。App 采用主流的分屏界面，共实现4 个监测界面：界面一显示所有隧道的直放站功率柱状图，用不同颜色表示分级别的故障，界面二显示所有报警和事件，界面三显示直放站的详细运行数据，界面四为参数设置界面。

2.6 惯性导航系统

传统的全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）系统无法在隧道内定位，无法客观衡量覆盖效果，只能凭借主观收听的情况，以可听度作为评价的指标。本文所述的系统可以准确地评价隧道内任意一点的覆盖情况，也为故障查找或者干扰源的跟踪提供了便利。

惯性导航系统是一种利用惯性传感器测量载体的比力及角速度信息，并结合给定的初始条件实时推算速度、位置等运动参数的自主式导航系统，具有抗干扰、隐蔽性好、信息全面等诸多优点[4]。在户外有卫星信号的地方，导航系统通过BD/GPS接收机接收、获取GPS 信息，在进入隧道等没有卫星信号的地方后，惯性导航系统通过测量到的初始地理位置，结合载体的航向、俯仰、滚动、速度、位置（含升沉）、角速度及加速度等信息，通过高精度模数转换，结合多种补偿措施，可以综合计算出所在的GPS 地理坐标。基于微机电系统（Micro Electro Mechanical System，MEMS）的惯性传感器是惯性导航的首选[5]。系统通过串口输出数据，并通过定制的嵌入式Linux 硬件设备实现对GPS 数据的接收和存储。惯性导航系统与嵌入式ARM 硬件设备通过定制的主机外壳组合成一套可以在隧道内测量准确地理坐标的车载惯性导航测量设备，结合频谱仪测量到的场强数据，通过无线广播覆盖测量与分析系统对数据进行清洗、分析，以数据里的时间列为基准对两边的数据进行连接计算和聚合计算，即可获得包含时间、坐标、无线频率及场强的数据，从而利用无线广播覆盖测量与分析软件形成隧道覆盖电子地图。

3 结语

随着我国城市建设的大规模开展，轨道交通纵横交错、立体交通四通八达，基于同源信号数字化光传输技术的隧道无线广播覆盖系统的应用场景极其广泛。此项技术同样可用于地下停车场和人防工程的信号覆盖，发展前景广阔。泄漏电缆本质上是一个宽带系统，届时广播电视、公安消防及应急通信可以共缆实施信号覆盖，能够节约成本，符合城市集约化建设的发展方向。