[科普中国]-副载波

为区别光载波，把受模拟基带信号预调制的RF电载波称为副载波。副载波（subcarrier）是一种电子通信信号载波，它携带在另一载波的上端，从而，两个信号能够同时有效传播。在接收端，主载波和副载波信号分别解调。副载波能用作与主载波完全不同的用途。例如，AM和FM范围的广播音频信号能够沿着主音频信号传递副载波。根据美国联邦通信委员会，这些副载波信道能用作许多不同目的，“包括（但不限至于）无线电寻呼、存货发送、公交出车、股票市场报告、交通控制信号灯转换以及衬托音乐”。2

副载波光纤通信系统是将所要传输的信号先用来调制一个射频(超短波到微波的频率)波,再将射频波来调制发射光源。在接收处是通过光检测器恢复带有信号的射频波,再通过射频检测器以还原成为原信号。这里有两重载波,一重是光波,另一重是射级波,也称作副载波。

图表示副载波多路光纤通信系统。在发送端,信号和直流输入到电压控制频率的射频振荡器(VCO)。直流控制所发副载波的频率,信号对VCO进行调制(调频)。将几个带有信号的副载波混合起来调制(调幅)发射光源。在接收端,带有信号的光通过光检测器得出全部副载波。通过本机的VCO所发射频和副载波拍频而得出中频。事实上中频放大器也起着滤波的作用,通过鉴频器得出原信号。

事实上副载波多路系统也是通过增加频带宽度来得到多路作用。工作带宽是随着副载波的频率和频道数目而增加的。

副载波多路光纤通信和相干式的多路光纤通信比较有许多的优越处。基本的一点它是用射频毖波分路而不是在光频滤波分路。这便可以避免使用光频滤波器而改用射频谁波器。尖锐的光频滤波器到现在还只是在实验室中研究的项目,但射频滤波器在技术上早已成熟,而且对于千兆赫频率的滤波设备在国际市场上已有成套的成品出售。因为不是在光频滤波,这样光源的线宽和频率稳定度的要求,便可以大大放松。这是十分重要的,因为半导体光源在这两个方面还未能基本解决。

从多路的观点,副熟波比纯粹的频分(相千)也是方便灵活得多。对于副载波多路通信如需要增加一路(参阅图2)只需在发射端增加一套VCO,在接收端增加一套VCO及中频和鉴频器。这都纯属电的系统,技术巳是成熟的,而且费用也不大。但是对于相干多路系统,便要增加一套光系统,需要很大的改动及很大的费用。

和时分多路系统比较副载波有很大的灵活性。它可以增加或减少信道。但是时直流翔率控制分多路设备在制成后信道的路数便不能改变。当时分多路的码速已高到几百兆比特/秒时,如果要再加多路数,速度受到电子设备的限制,很难再高上去。从噪声方面考虑,副载波比时分多路系统有优点。时分多路接收机所需要的工作带宽是按总码速的带宽,但是副载波接收机所接收的带宽只是中频的带宽。由于噪声功率是和带宽成正比的,所以副载波的信号噪声比值要比时分多路为高,这也就可以提高通信质量。

副载波多路系统的一个重要困难是副载波之间的千扰问题。由于几个不同频率的副载波合起来共同调制半导体激光器,如果激光器的输出光和输入电流_之间完全是线性关系,各个载波之间可以互不干扰。但是激光器总有一定程度的非线性,使输出处产生副载波之间的拍频。抑止这种互串的干扰成为副载波通信的一个重要课题,这将在下面作进一步讨论。

从频带利用来看,因为副载波通信需要加入一项副载波,它所占用的频带要比信号所占的宽。因此传输同样的信息使用副载波所需的频段便要宽些。光纤通信可以有很宽的频段,使用副载波的这项缺欠,不会发生大的困难。1

应急广播需要智能控制功能，当有公共事件发生时，应急广播系统能够及时地发布信息，在应急广播收扩机、应急广播音柱、LED大屏、机顶盒、电视机、计算机和智能手机等信息终端中及时进行文字、声音、图像等提示，起到预警、报警和宣传引导作用，让民众了解事态真相，及时按政府指导进行疏散或防范3。

应急广播系统由信息发布、信息处理传送、信息接收等几部分构成，如图7所示。我国应急信息管理部门常设在气象部门，通过政府应急办公室建立各类应急信息的输入，如气象信息、交通信息、治安信息、旅游信息、政务公开信息等通过相关网络输入到应急广播平台。进入信息平台的内容，按事前已经预置的信息分类和审核机制，进行自动或人工审核发布。发布后的信息通过广播、电视、移动通信、互联网等传输网络传输，送达分布在各地的信息终端，系统框图如图7所示。当信息终端收到应急信息时，立即执行应急信息的发布。现在为应急广播系统专项建设且分布最广的是应急广播收扩机、音柱等声音类终端和图文显示的LED终端。

应急广播通过调频副载波技术传送控制信息可以对分布在各地的智能终端实现定时广播、远程唤醒、远程插播、远程音量调节、分群广播、防插播等智能控制。应急广播智能调频系统示意如图8所示。当应急广播信息发布后，通过交换机既向应急广播系统的播出管理工作站发出，同时通过Internet网络向其他渠道发布。播出管理工作站收到应急信息后，按信息播出的级别，向应急广播智能控制平台发出应急信息，经过平台将应急信息进行副载波调制，携带上RDS或SCA数据信息输出的已调波，通过有线电视网络或FM无线调频网络传送到调频收扩机、调频音柱、收转控制器、室内调频收音机等接收控制器或终端，实现远程寻址管理、音量调节、单播、群播与组播，将应急广播信息按要求发布。系统可具备以下功能：

终端编码，可管可控：对各终端实现唯一的寻址编码MAC地址，在全系统中通过副载波指令实现对终端状态的可管可控。

三级联播，二级插播：实现市（县）、镇、村三级通过有线光缆、无线调频发射网络连接，广播内容实现三级联播。当有紧急事情或需要时，可以实现村、镇以行政区划内终端点对点、点对多点的两级插播。

平战结合：平时以日常广播上级优先，执行每天早中晚三次的正常广播。当有应急事件发生时，应急插播下级优先。

无人值守、自动运行：系统可以在无人值守的情况下，通过副载波传送的指令实现全系统设备的自动开机和关机；可以通过副载波指令远程调整终端的音量大小，解决声音覆盖效果。整个系统运行的绝大多数时间，都将处于“三级联播”的运行状态。镇、村两级能够按照行政区划内终端实现插播。

灵活的单播、群播、组播功能：通过副载波指令，对某一单个终端进行单独广播，实现点对点的单播功能。也可以将系统中的多个终端，按功能分布设置为群，并设置群号码，如党员远程教育群、沿河终端群、公路沿线群；当启动群播功能并选择预先设置好的群号进行插播时，所属群内全部终端就按要求进行广播，非本群内终端则不响应本次插播。也可按行政区划对终端进行分组，实现分组广播。

应急广播系统为快捷、全面的发布应急信息，其系统终端不仅是收扩机、音箱等声音发布终端，还需要图文信息终端。因为声音系统有工作的时限性，若长期工作，会形成声音扰民行为，造成负面的影响；同时，当在声音嘈杂的环境或屏蔽良好的车内，不利于声音信息的收听。图文信息终端刚好弥补声音终端的不足，可以长时间工作，不间断播出；可以克服声音嘈杂或屏蔽环境，对声音终端形成了有益补充，在应急广播系统中成为必要的功能终端之一。

应急广播调频副载波图文显示终端应用示意如图9所示，当应急信息发布后，经过有线、无线等传输网络送至收转控制器、收扩机或寻址音柱，除了可以通过功放机、高音喇叭将声音信息发布外，还可以通过副载波数据通道，完成广播信息的LED图文信息发布。受时限要求，声音通道需要定时关闭，但LED图文显示屏可以24h不间断显示应急信息和各类事件。发挥“平战结合”功能，此图文信息显示系统闲时还可以发布一些管理类文字信息，如乡镇和村，借助安装在乡镇、村委会的LED显示屏，通过副载波图文显示系统发布镇务公开、村务公开信息，把应急广播系统建设成农村信息化的新平台。又如成都平原秋收季节多发生焚烧秸秆影响航空和空气质量，各地政府将对过LED显示屏发布“合理利用秸秆，变废为宝，交由专门机构回收。禁止随地焚烧”的通知滚动播出，取得良好效果。再如农业部门借助广播LED屏，发布农村综合服务信息，提高对农村的服务指导能力。

综上所述，副载波技术在交通、气象领域已经有应用案例，结合应急广播系统的建设需求，将成熟稳定的副载波技术应用在应急广播领域中，既具有开发周期短、技术风险低、设备成本低的优点，又为应急广播系统增加新的实用功能。了解其技术特征，易于快速推广，加快建设好我国的应急广播系统，提高信息发布能力，让民众及时了解应急事件，做到正确应对，快速响应，减少损失。