信道噪声对中波广播发射的影响

■内蒙古自治区广播电视传输发射中心正镶白851台：班伟伟

随着广播技术的进步，音频广播已经成为了社会播报主流，目前世界上最先进、最稳定的音频传输方式是数字音频广播系统，数字音频广播系统在我国的普及程度也较高。由于音频信号具有高密度、高灵敏度、非线性特点和传输时受环境条件影响较大等特点，因此近年来在其应用领域不断扩展的基础上中波广播发射信道噪声故障也愈来愈多。然而，目前中波信号传输方式主要是采用模拟传输技术实现的，在模拟技术中由于其本身特性及环境影响会导致中波传输产生噪声，噪声类型主要为空气传播方式和波束型路径传播方式产生的辐射噪声。在数字广播技术中常常采用基于数字信号处理（DSP）的技术来实现，这就更容易受到气候等因素影响产生噪声。目前我国中波广播信号通道已发展到多路复用技术，以此为基础实现中波数字音频广播系统对多路音频信号噪声的控制。

1. 不同传输介质中信号信道噪声的分析

国际上中波广播系统通常使用的300～3000千赫(波长100～1000米)，而在我国各地区整个中波广播系统处于525～1605千赫之间。如果想要将一个2MHz的信号通过中波广播信道传输到100MHz带宽的天线上，则需要采用2GHz或3GHz带宽进行传输。中波广播系统的发射部分使用两个频段信号，一个是从广播电台发射到地面接收台（天线）的C频段信号，另一个是从地面接收台（天线）发出的信号，两个系统互不干扰。在使用Snois中波广播系统时，可以将发射部分和接收部分看成是由一组编码处理电路组成，其主要是为了对两个频段上不同频率的信号进行调制。在使用Snoise中波广播系统之前和之后，可以通过编码器将两个不同频率上相同频率、相同幅度的信号分别编码成低、高电平并保存下来用于以后发送使用。对信号信道噪声的分析可分为两种：第一种是信号通道噪声，即在发射和接收过程中产生的通道噪声。例如信号源发射功率为2W，接收机发射功率为1W，倘若信号源和接收机之间的距离为2m，那么信号在传输过程中产生通道噪声会使信号源和接收机之间的距离变短，同时将会引起两台接收机之间的信号串扰。当传输距离增加时，通道噪声也相应增大。例如，由于空气和土壤受到强烈振动而产生大量的气流，当气流经过天线时会形成一个由气流形成的“涡旋”而使“涡旋”周围形成一个强干扰区域。又比如，射天线和接收天线附近存在着大量磁场，当发射天线与接收天线之间有磁场影响时会在地面附近形成一个强耦合区域使得发射区与接收区之间出现明显的耦合通道而产生通道噪声。

2. 关于广播信号的产生与发射

由于广播信号是从发射端到接收端的传输过程，因此必须保证广播信号的发射质量。通常情况下，广播发射机可以将广播节目通过多个发射机发射到不同频段的地面上，每个频率称为一个发射频带，并在相应的频率范围内对各频带进行调制。在一定时间间隔内（一般为20ms），由不同的发射机发射到各频带上。在这些频率范围内所接收的信号质量是由各个频段的调制特性所决定（调制器采用不同的信号调制方法），因此在这些频率上接收到的信号质量随时间而变化。一个接收系统可以通过若干个发射器来实现广播节目传输。在实际情况中，为提高地面接收的效果和改善信道质量，常常将接收系统置于较高频段，以增大地面反射和吸收率（如用微波等）来提高接收质量。为了降低地面传播中大气衰减和散射所造成的噪声效应以及提高接收机与天线之间匹配性能所采用的技术措施有：采用宽带调谐器来提高对微波信道频率适应性；增加天线灵敏度（特别是对于多波束天线而言）；降低天线增益以降低噪声效应。

3. 影响通道噪声影响因素分析

中波广播发射运营过程中广播信号通道噪声的常见影响因素较多，在实际工作过程中合理地规避这些影响因素即可达到规避噪音、噪声消除等运营目的。首先，影响通道噪声的因素主要是：①发射功率大小和发射角距离，这两个参数的变化都会导致通道噪声故障发生；②频率带宽（即频率分界处频谱的能量密度）；③信号通道的信噪比数值大小，这个参数一般情况下是随波长增大而减小的，倘若通道信噪比越小那么在信号传输时所受到的干扰越小，因此也就可以认为噪声越小，比值较大则噪声较大；④信噪比越大说明接收灵敏度就越高，信号能量较大则容易被干扰所破坏；⑤中波广播的频率一般不会超过525～1605KHz，工作时超出该频率则较易发生噪声；⑥在频率相同、带宽相同等条件下不同信道中信号通道噪声大小变化比较：通道噪声在不同距离上具有一定的变化规律，同一点通道内噪声频率分布基本均匀，倘若不有效控制则无法规避噪声；⑦由于不同波长中波广播信号所采用的调制方式有所不同，故而在接收时所受到的干扰也会不一样，这就容易产生噪声；⑧当同一信道上不同频率广播信号传输时其通道噪声大小可能会存在差异。

3.1 中波广播无线传播方式导致的噪声干扰

我国目前的广播由于其频率范围较窄，而且传播路径较长，对中波广播的接收机灵敏度要求较高，在进行广播传输时一般采用中波或短波的方式进行传输。中波广播信号频率范围宽、衰减小，在接收设备上有很好的接收效果。但其频带有限，对发射及收端设备要求过高。从目前的技术条件来看，我国使用中波、短波或中波与短波混响广播的接收机性能比较好，灵敏度较高；从技术指标来看，我国使用中波或短波混响广播接收机在信噪比方面还有待进一步提高和改进。从接收效果上分析，目前我国使用中波与短波混响时间较短的信号接收设备主要采用数字接收技术进行通信。通过数字信号接收机抑或者其他传播方式在中波广播运营过程中产生的噪声也不尽相同，但数字信号接收机产生的噪声更容易被消除，运营安全隐患较低。

3.2 信道信号延迟造成的噪声干扰

在中波广播运营工作过程中，除噪声源之外，还有一个重要的干扰来源就是信道信号延迟。如果广播电台与接收机之间的传输介质在频带内延迟时间很短的话，那么信号就会受到通道噪声的影响。这种现象被称为“通道噪声”。信道延时持续时间很短并不影响接收信号，但信道延迟故障延续时间长时，这部分噪声被称为“噪声干扰”即所谓的信道噪声。当信道延时不长于信道容量的一半时（小于50ms），干扰的影响会显著增大。也就是说倘若中波信道没有明显降低延迟时间的话，那么对数字接收系统来说是没有任何好处的。对信号通道信号延迟造成的噪声而言，除了调整放大器增益和增加放大器带宽以外，还可以采取下述措施来优化。①对频率响应曲线进行仿真，分析频谱特性，根据频域特性，调整滤波器的输出增益值与滤波器内阻值之比，使滤波器波形在频率上处于共振状态。②对于有较大谐波噪声的信号通道进行优化设计时，还需要在放大器的输入端加入滤波电路，通过滤波可以抑制谐波噪声。③对信号通道和放大器的负载进行测试与调整。④针对某些频率范围内的信号通道噪声超标情况，可以对频率范围进行扩展，或采用多个信号通道同时发射的方式来消除干扰噪声。根据上述要求，中波广播接收机要尽量采用窄带或不增加接收频段，并且保证频带足够宽、载波频率间隔足够大。在进行信道测试时，应根据信道条件和接收机灵敏度来确定所使用的信号通道。当信道内信息较多时，应尽量采用较窄频带，以保证信号通道带宽足够大以满足性能指标要求。在设计中除了要考虑不同频率上载波频率间隔和载波频率外，还要考虑所使用的不同信号传输媒介的接收灵敏度、噪声特性及频谱特性等指标要求。例如，调试工作人员可以通过增加载波频率间隔，即降低信道的时延来提高接收灵敏度。这样做可以减少误码率，但与此同时也会降低信道的频谱特性。在信道上加载频率间隔后，就会出现“载波频偏”现象，即有一部分载波被淹没在另一部分载波信号中。如果将有噪声的载波信号再加载到信道上进行传输时，广播噪声故障自然而然地就发生了。但这种情况只存在于两个载波之间，并不发生在两个频点之间，倘若两个频点之间有一个高频跳变信号（即带通特性）的频率间隔为2π/d，那么就不会出现“载波频偏”现象；如果将两个频点上的载波频率间隔均增加1/2π，就能使一个频道上出现的带通滤波器“截止”后形成另一个带通滤波器“截止、打开”现象。这种做法不但可以减小噪声及延迟对信道传输质量和性能的影响，还能提高中波信号信噪比及频谱带宽。

中波广播节目中经常出现的一个现象是：随着节目播出的进行，信号强度不断增强，特别是随着信号强度的增大和时间（一般超过1秒）持续进行增加。这个现象就反映了中波广播在节目播出过程中信道传输容易产生噪声。另外由于信道传输过程中会出现各种复杂的非线性变化，故而在接收信号波形上很难判断是否接收到了错误消息。当听众听到一些节目时出现过这样或那样的问题时应及时找出问题的根源并加以解决。否则广播电台就不能保证节目播出质量，更无法保证听众收听时感受到的信号通道噪声影响。建议广大广播工作者们在工作时应时刻关注信道传输过程中信号变化和干扰源问题，尽量消除因传输延迟时产生和传播而引起的中波接收信号通道噪声影响。

3.3 信道容量限制造成的噪声干扰

中波广播系统在使用过程中会出现信道容量限制问题，如果信道容量的限制太大，在信道实际传输中，将会造成信道阻塞和噪声等问题。采用多载波接收机和多用户接收机的接收方法能够有效地解决这个问题。中波广播的信号通道是有一定频率特性的，不同频段对应的载频又有差异，在接收过程中不采取相应的措施而只对载波进行采样或进行相位恢复或选择一个适当的载频，则广播接收效果会大打折扣。若想彻底解决因信道容量限制产生的中波广播信号通道噪声这一难题是非常困难的，而且排障成本很高，属于现如今中波广播信道噪声产生中维修成本最高的故障因素。

4. 优化中波广播信道发射噪声的对策

迄今为止，针对影响广播中波信号通道噪声产生的主要原因，广播工作人员有以下几种对策：①采取降噪措施以消除噪声；②调整传输设备，降低传输距离；③减少或消除调制频率和调制方式（包括增加有效的载波长度、合理的载波相位及载波频率等），使信道中产生的干扰达到最小化；④对广播发射机进行改造，采用变频技术提高发射机的发射效率或降低其噪声水平；⑤减少或消除调制方法（包括用滤波器等）所引起的中波信号通道内噪声；⑥采用低噪声放大器和滤波器包括各种滤波器、变压器和电容器等元件等；⑦采用适当的信道处理技术，抑制中波通道间干扰；⑧采用合理的选择载频方案应用于接收端。例如：在接收端适当地调整功率比、优化信道传输稳定性、采用先进数字技术进行中波传输、利用中波功率放大技术以减少中波通道噪声等措施加以优化和解决这些问题，从而提高广播质量和效率。

在接收系统设计中，信号通道的噪声主要来自接收机电路、数字调制电路和接收信道的干扰。为了降低中波广播信号通道噪声，广播调试工作人员必须采取以下措施：首先，在数字调制环节应尽可能采用较小的占空比，以降低信道噪声；其次。在信号处理环节则尽可能采用小规模并行算法和流水线技术，这样可以有效地减少计算资源。再次，要尽量避免多个接收前端一起工作；第四，应尽量使用具有滤波功能的中波器、数字调制器或信道均衡器件；第五，应尽量选择频率带宽较宽的信道以减少频带上的噪声；第六，应该设计有反馈校正电路来消除信道噪声。

5. 结束语

中波广播信号通道噪声是影响听众广播信息接收灵敏度的重要因素之一。信号通道噪声的产生，既有可能是由于传输信道噪声的影响，也有可能是由于接收系统控制问题。由于各种接收机和信道所产生的通道噪声具有一定的频率特性，因此当我们分析中波接收机通道噪声产生原因时，不能仅从频带或频率特性方面进行分析，要多加考虑信道信号延迟等其他影响因素。将中波广播运营技术施加于数字信号通道中产生的噪声，也会对听众广播信息接收造成困扰。一方面是数字信号通道噪声的频带内存在着干扰源；另一方面是数字信号通道噪声主要存在于传输信道内。现当下伴随着通信技术的发展以及数字化、网络化、智能化和多媒体化等新技术不断涌现，中波广播在传播速度、容量以及用户接受范围等方面也在不断优化、进步。面对中波广播运营产生的噪声故障切不可轻视，长久不处理就会造成听众流失，给广播单位带来经济损失，解决中波广播信道噪声对中波广播长久运营和信道测试性能优化有着十分重要、迫切的实用意义。