RFDS公路隧道调频广播信号覆盖研究

RFDS公路隧道调频广播信号覆盖研究

黄蓉

玉溪市广播电视安全播出监测中心  玉溪市653100   

摘要：在行车中车载人员经常有收听调频广播的习惯和需求，通过听广播了解实时路况等。受隧道的地理形态和相对密闭空间影响，在道路隧道中收听广播时，往往根本接收不到或接收不到优质的广播信号，隧道成为了调频广播信号的覆盖盲区。随着车辆的通行量越来越大，交通压力不断增大，隧道是越建越多，越建越长，因此听众越来越迫切对全程（包括隧道内）也能高质量收听到调频广播的需求。

关键词：RFDS  隧道调频广播  信号覆盖研究

0  引言

隧道调频广播覆盖项目常常比隧道的竣工滞后，隧道调频广播信号覆盖工程还必须符合隧道管理方的规范，随着RFDS公路隧道调频广播信号覆盖的研究逐渐开展，早期的研究主要关注于工程技术方案及解决措施方面，缺乏RFDS公路隧道调频广播信号覆盖特性上的深入和专业研究，在不改变隧道的内在的结构和布局的前提下，已有很多媒体机构尝试在已建造的公路隧道中，采用投入成本较低的无线传输覆盖方式，实施公路隧道调频广播信号的覆盖项目，为了能较好实现覆盖效果，无线覆盖需采用投放式小天线与同频覆盖方式结合。

为建立隧道调频广播信号传输损耗的理论模型，通过对隧道调频广播覆盖的方式进行了理论研究和实验结果研究，并结合公路隧道的结构和长度，制定了公路隧道调频广播信号覆盖的技术方案。

1  RFDS隧道调频广播覆盖技术概述

RFDS（Radio Frequency Digital Synchronization）是将已调调频波高频取样数字化加入同步时钟，实现精准同步，使调频信号交叉覆盖场不产生相互干绕区域。

1.1 RFDS隧道调频广播系统结构：

1.2  RFDS隧道调频信号覆盖单元

RFDS隧道覆盖单元是设置在公路隧道内的调频广播信号传输覆盖的一个调频广播发射单元，其作用是发挥数字射频信号收发、数字时延同步、D/A多频点射频、增强功率、小型化投放式全向天线作用的一个调配发射集成设备。

1.3  RFDS隧道覆盖的优点

精准同步，收听效果好。

隧道内设备工作在小功率（≤5W）状态，设备寿命长，运行稳定。

实现信号无线传输，没有电缆的铺设，施工难度小。

设备小型化，安装、维修方便。

覆盖频率（87～108 MHz,调频）范围宽。

可实现FM、CDR、DTMB的全覆盖。

监控系统可根据隧道管理方和电台管理部门需要设置。

建设成本低，性价比高，较为经济。

满足应急广播要求，实现全频段广播。

2  RFDS隧道调频广播覆盖工程设计要点

2.1隧道无线覆盖设计应包括下列内容：

（1）制订覆盖、质量、容量目标；

（2）根据信息流量计算传播损耗并考虑链路均衡，并进行覆盖区域预测，选定单元站点间的覆盖长度；

（3）预测车辆速度，根据频率频段测算隧道内调频广播信号重叠覆盖的隧道长度；

（4）按照隧道内调频广播信号覆盖测算结果，规划隧道内调频广播参数。

2.2 隧道调频广播信号无线覆盖应在隧道外建站、隧道内布设投放式集成天线的方式。 隧道内无线覆盖的调频广播信号源应根据公路隧道的高度、长度、通行车辆听众的业务需求和收听偏好情况，结合周边现有无线网络传输情况等因素进行合理安排。 隧道内外覆盖区切换宜设置在隧道内。站址单元选择应统筹规划、共建共享。单元站址的选择应综合考虑覆盖区切换、设备用电、安装位置和安装方式等因素。

3  RFDS隧道调频广播覆盖测试

为了验证RFDS的实际覆盖效果，用已调制的数字调频广播信号作为信号源，在隧道中的覆盖区域进行测试RFDS的多点覆盖的场强数值、覆盖均匀度和传输损耗等数据，建立RFDS隧道调频广播信号传输覆盖理论模型。

3.1 单站点隧道调频广播覆盖场强衰减

RFDS隧道覆盖单元频点，选定调频频段87MHz和108MHz的接近高端的频率和接近低端的频率的两个频点，设置5W的单频发射单元，在隧道中间隔小型发射点60米、100米的间距，作为测试点向前测量至离发射单元600米的地方共10个测试点,测量结果如下：

3.2 两站点隧道调频广播覆盖场强衰减

从单站点覆盖场强的衰落情况，选择场强在80dB附近时的距离为最佳传输距离，此距离为300米，因此两站点距离应在600米以内。为保证两站点之间的场强均匀，我们选定两站点距离为500米。两站点之间的场强情况如下图：

3.3 隧道调频广播传输模型

根据电磁场理论中的菲涅尔定理，公路隧道可以等效为大尺寸的非理想波导模型，电磁波在公路隧道内传播时，可以区分为传输近区和传输远区两个传输区域，电磁波在传播近区主要表现为多模传播方式，而在远区则表现为稳定的引导传播方式，仅对频率高于其截止频率的电磁波才能够在隧道内传播。一般公路隧道为双洞结构，二车道单洞宽度约为9米,三车道宽度约为13米，隧道截面积为50-90平方米，隧道顶部高度约为10米，对于二车道公路隧道而言，其截止频率为16MHz,对于三车道公路隧道而言，其截止频率大约在11MHz,而调频广播频率范围是87MHz-108MHz，近区覆盖和远区覆盖有较大差异。

在调频广播信号覆盖近区，电磁波主要以多模方式传播，隧道内的调频广播信号主要经直射、散射、反射、绕射等方式传输，隧道结构体对调频广播信号有一定的吸收、屏蔽和散射，此时调频广播信号与波在自由空间的传播方式接近，可以用自由空间的传播模型累计算传输损耗：

在调频广播覆盖远区，电磁波主要由主模方式传播，在公路隧道内行驶的车辆占据了隧道截面积的比例较大，行进的车辆、隧道结构体对电波有吸收、屏蔽和散射的效应，此时可以采用波导传输模型来计算。电磁波在覆盖远区的传播衰落很快，其他影响因素可以忽略不计。因此传播模型表达式为：

在调频广播信号发射功率5W的情况下进行测量，优化快速衰落对数值的影响程度，并对数值进行分析研判，对测量得到的数值进行算术平均，获得了5W调频广播发射单元的传输模型表达式为：

4  结语

RFDS隧道调频广播覆盖项目的实施，给车载听众带来了收听广播的极大的便利，对广播媒体机构来说，既稳定和扩大了听众群体，也提高了媒体的社会效益和经济效益。