浅谈地面数字调频广播技术

(整期优先)网络出版时间:2023-04-18
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浅谈地面数字调频广播技术

张廷学

滨州市新闻传媒中心  山东  滨州  256600

摘要:随着新型电力系统的建设,规模化新能源集中接入电网。一方面,新能源机组大多采用电力电子设备并网,使系统的同步转动惯量下降,且新能源机组有功出力无法主动响应系统频率的变化,造成系统一次调频能力降低。另一方面,随着未来柔性多端直流电网和交流电网的互联,大容量直流故障将给系统带来巨大的功率扰动。在高比例新能源、高比例电力电子设备(简称“双高”)电力系统的建设与发展过程中,频率安全问题将成为影响系统安全稳定运行的瓶颈问题。

关键词:数字调频广播模拟通信技术系统特点

引言

基于线性调频波的特点,许多科研工作者致力于将其拓展到通信领域。将扩频技术和线性调频波相结合,提出了一种线性调频扩频技术,该技术具有安全性高、鲁棒性强的特点,因而被应用于军事通信、水下通信以及航空航天通信等领域。但是,在线性调频扩频或线性调频调制系统中,其频谱效率由于其扩频特性较低,因而很长一段时间内线性调频波都用于低数据率的传输场景。基于正交线性调频复用系统的数字实现原理详细研究了该系统在不同多径数目、多普勒频移以及循环前缀长度下误码性能并进行分析,仿真结果表明,OCDM系统并行传输的多个子载波都是宽带且相互正交。

1.CDR数字音频广播概述

调频频段数字音频广播(ChinaDigitalRadio,CDR)工作在现有的FM模拟发射的频率上,地面覆盖网络使用同一个调频广播频率,以模拟和数字同时播出的方式进行传输覆盖。该系统可以实现模拟调频广播、FM-CDR全数字广播、模拟调频和数字同播三种工作模式。模数同播时,可以调整模数功率比来设置模拟调频广播和数字广播的发射功率。在今后相当长的一段时间内,CDR数字广播信号将会与模拟广播信号共存同播,例如现有的中国之声模拟调频广播频率安装一套调频频段数字音频广播发射系统,同时播出一套模拟调频广播节目和3套数字音频广播节目。

2.调频广播数字化的优势

传统的FM广播中,发射台只有相距240km以上才可以使用同一个频率,否则将会产生严重的同频干扰。如果用一套节目覆盖边长为240km的菱形面积区域,则需要31个频道。根据我国的规定,调频广播频道间隔为100kHz,覆盖上述区域总共需要3.1MHz的频谱资源。我国FM广播频段为87MHz~108MHz,总的频谱带宽也仅仅为21MHz。由此可见,传统的FM广播覆盖对带宽的需求还是很大的。为此,尽管各地通过增加电视塔的高度来缓解频谱拥挤的现状,但不能从根本上解决问题。数字调频广播采用COFDM传输方法,与生俱来就有单频网运行的能力。所谓单频网,就是处于不同地点的发射机工作于相同的频率,时间同步地发射相同的节目。如果采用1984年日内瓦FM频道分配菱形方案,在边长为240km的菱形面积区域内采用单频网组网,覆盖6套立体声节目,仅需要约1.5MHz的频谱带宽,平均每套节目的带宽仅为0.25MHz,占据不到1/10的FM的带宽,大大节约了频谱资源。

3.地面数字调频广播技术

3.1FMHDRadio系统

FMHDRadio基于IBOC(带内同频道)技术,由iBiquityDigital公司开发,并于2002年被美国FCC批准为美国FM波段的数字广播标准。FMHDRadio在不影响现有模拟广播的前提下,使用现有模拟广播的频道,提供高清晰度的数字声音广播与数据业务。FMHDRadio的数字信号发射功率只需要FM广播的1%就能与FM广播一样,具有同样大的覆盖范围,效率十分高。其利用现有的频率可实现模拟/数字同播运行,并逐步实现由模拟向数字的逐步过渡,最终实现全数字信号频谱。与上述2个系统不同的是,该系统在常规FM信号两边创建了一组数字边带。虽然FMHDRadio技术在美国的应用前景很好,但由于不同国家、地区的FM广播有不同的频谱规划和信道间隔,使得该技术在全世界范围内全面发展受到限制。

3.2基于USRP和LabVIEW的虚拟仿真平台

USRP是定义的无线电硬件平台,通过千兆以太网端口连接到主机,板上使用的芯片可以在中频数模单独转换。芯片可以将中频信号传输到基带,自动将高频信号直接传输到上位机。USRP主要工作频段为50MHz~2.2GHz,包括射频发送音频以及射频接收视频2个不同的数据通道,根据不同种类的硬件类型,无线电发射器或接收器也可以使用相同频率的USRP。LabVIEW是简单易操作的计算机图形学编程语言,广泛应用于各种场景,作为通用的数据信息采集和检测方法以及仪器软件的分析语言,在分析领域的各种专业应用中都接受了其常规方法。LabVIEW是连接终端用户的工具,具有多功能、多类型通信接口和多种库功能,可以快速直观地配置仪器并直接控制外部输入输出设备,方便快捷地使用各种交互式控件、菜单模块和功能模块,轻松编程各种仪器,实现虚拟平台仪器仿真系统设计。

3.3功放管的更换

功放管更换对于技术人员的要求比较高,稍有不慎就会损坏功放管。特别是长时间的焊接、静电、功放板底板导热硅脂的涂抹,都会对功放管的寿命造成很大的影响。对于一般的LDMOS管,更换步骤如下。(1)首先将功放板的电源电压VCC和栅极电压接线用电烙铁从主板取下,将射频输入、输出接线从功放模块焊开,取下功放板,将功放板背面的残留导热硅脂清理干净。(2)取下坏管子输入端和输出端表面安装的电容电阻,并记下其安装位置,将功放管安装位置的残留导热硅脂清除干净。(3)将准备好的备用功放管安装面均匀涂抹上薄薄一层导热硅脂,以便其紧密固定在散热片上。导热硅脂不宜太多,硅脂层太厚会影响散热。用螺丝将功放管固定好,然后进行焊接。(4)焊接时要选择功率合适的电烙铁。建议选择60~80W大功率内热式烙铁,在极短的时间(5s)内将管子的电极焊牢,使电极完全被焊锡覆盖住为止。如果一次不能完成,再次焊接时,每次焊接至少要有10s左右的间隔,以防止焊接部位及周边过热,损坏印刷线路板。(5)将取下的电容和电阻重新按照原位置安装好。

3.4汽包锅炉模型

准确掌握火电机组的一次调频功率响应特性对于保证“双高”电力系统的频率安全至关重要。本文根据机理分析,建立了适用于一次调频分析的汽包锅炉分布式参数动态模型,将锅炉简化为相变换热器,分预热段、相变段和过热段进行工质换热、流动及相变过程的建模分析。此外,本文给出了关键模型参数的在线确定方法,该参数确定方法所需数据量小且基于稳态机组DCS监测数据进行参数求解,无需通过大量扰动试验或实际调频动态数据进行辨识,能够准确反映一次调频过程中锅炉动态特性随运行工况的变化。本文将锅炉模型应用于一次调频仿真模型中,对典型模型做出优化,在电力系统暂态仿真软件中提供的调速器和汽轮机模块间加入锅炉动态模型。最后,将本文所建模型和一次调频试验实测数据进行对比,结果表明,火电机组的一次调频功率响应特性和锅炉主蒸汽参数密切相关,本文所建立的考虑锅炉动态的一次调频仿真模型能够更为精确地预测不同负荷工况及不同频差下亚临界汽包炉机组调频功率的响应特性。本文工作有助于电网在线掌握各火电机组真实的一次调频能力,从而进行准确的频率安全分析。

结束语

调频广播数字化为广播的发展创造了良好的发展机遇,具有广阔的前景。CDR技术利用现有的模拟广播发射设备,在不改变频率规划的情况下,实现了模拟化向数字化的平滑过渡,符合中国广播行业的发展形势。尽管CDR在技术上有很多优势,但也面临着一定挑战,如数字接收机昂贵、移动接收等问题。就目前而言,我国要想完全实现调频广播数字化,任重而道远。

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