FM излъчване чрез радиопредаване за предаване на излъчени сигнали
I. Общ преглед
Понятието за честотна модулация (FM). FM е основният начин за реализиране на висококачествено излъчване на звук и стерео излъчване в съвременността. Той предава аудио сигнали в режим на честотна модулация. Носителят на FM вълната се променя в централната честота на носителя, тъй като звуковият модулационен сигнал се променя (Централната честота преди немодулация) се променя от двете страни, а честотата на промяна на отклонението на честотата в секунда е в съответствие с честотата на модулация на аудио сигнала . Ако честотата на аудио сигнала е 1kHz, времената за смяна на отклоненията на честотата на носителя също са 1k пъти в секунда. Размерът на отклонението на честотата зависи от амплитудата на аудио сигнала.
Концепцията за стерео FM, стерео FM първо кодира сигналите на две аудио честоти (ляв и десен канал), за да се получи набор от нискочестотни композитни стерео сигнали, а след това FM се изпълнява на високочестотния носител. Стерео FM се разделя на три типа: система за разделяне на честота (и система за разлика), система за разделяне по време и система за насочена сигнализация според различните методи за обработка на стерео. Системата за разлика в сумите обикновено се използва сега. Системата за суми и разлики е в стерео модулатора, сигналите от левия (L) и десния (R) канал се кодират първо, за да образуват сигнала за сумиране (L + R) и сигнала за разлика (LR), а сигналът за сумиране е директно изпратено до модулатора Носителят представлява основния канал сигнал за съвместимо слушане с обикновено FM радио; сигналът за разликата се изпраща към балансирания модулатор за потискане на амплитудната модулация на носителя върху подносещата машина, а получената двойна лента с подтисната амплитудна модулация се използва като сигнал за подканала и след това се комбинира със смесения сигнал за модулация на основния носител. Честотният диапазон на сигнала на подканала е от 23 до 53kHz (38 ± 15kHz), което принадлежи към супер звуковия диапазон и няма да пречи на моно възпроизвеждането. Тъй като подносещият сигнал на подканала AM е потиснат, стерео радиото не може директно да демодулира изходящия сигнал. Следователно, 38kHz сигнал със същата честота и фаза като подносещата част на предавателната система трябва да се генерира в радиото, което трябва да бъде демодулирано. Поради тази причина в предавателния край, в интервала между основния и подканалния честотен спектър, се предава още 19kHz (1/2 подносеща честота) пилотен сигнал (PilotTone), за да "насочи" 38kHz регенерираната подносеща в радиото. Този метод на модулация се нарича пилотна честота и е също така най-широко използваният метод за разделяне на честотите в стерео излъчването.
Съответно, за да се измерват FM сигнали и стерео FM сигнали, обикновено се измерват следните параметри в света.
1.1, заета честотна лента
Съгласно препоръките на ITU измерването на честотната лента на сигнала обикновено се основава на спектъра, като се използват два метода: "β% заета честотна лента" и "x-dB честотна лента". Β% заетата честотна лента е показана на фигура 1. Методът на измерване е първо да се отчете общата мощност в пропускателната лента за наблюдение и след това да се акумулира мощността на спектралните линии от двете страни до средата на спектъра, докато мощността и общата мощност (β / 2)%, съответно дефинирани като f1 и f2, определената честотна лента е равна на f2-f1; и честотната лента x-dB е показана на фигура 2. Методът на измерване е първо да се намери пикът или най-високата точка на спектъра, а след това от най-високата точка към двете страни. Двете спектрални линии правят всички спектрални линии извън тези две спектрални линии, поне xdB по-малки от най-високата точка, а честотната разлика, съответстваща на двете спектрални линии, е честотната лента.
В препоръките на ITU и радио и телевизия β обикновено отнема 99, а x обикновено отнема 26, което е честотата на честотната лента от 99% и 26dB честотна лента.
Фигура 2. честотна лента x-dB
1.2 Честотно отклонение
Честотното отклонение във FM сигнала се отнася до амплитудата на честотната люлка на FM вълната, която се променя с флуктуацията на информационната (или гласова) форма на вълната. Честотното отклонение, обикновено измервано от инструмент или приемник, всъщност се отнася до максималното отклонение на честотата в рамките на определен период от време. Разпределението и размерът на максималното отклонение на честотата определят качеството на звука и силата на звука, който се чува, което също определя излъчването на FM радио. качество.
Основната цел на тази статия е да проучи качеството на предаване на FM излъчване, така че съгласно горното описание трябва да се обърне внимание на индекса на изместване на честотата.
ITU-R има подробно описание на измерването на отклонението на честотата на FM сигнала:
Методът за измерване на отклонението на честотата е да отнеме период от време (препоръчителната продължителност на времето е 50ms) за измерване на отклонението на честотата спрямо носителя във всяка точка на вземане на проби, а максималната стойност е максималното отклонение на честотата. Но за да имаме по-задълбочено разбиране за изместването на честотата, може да се използва статистическа хистограма, актуализирана с течение на времето, за да изрази нейните характеристики на сигнала. Методът за изчисляване на хистограмата на отклонението на честотата е както следва:
1). Измерете N максималните отклонения на честотата с период от 50ms. Продължителността на периода на измерване ще повлияе значително на хистограмата, така че е необходим фиксиран период на измерване, за да се гарантира повторяемостта на резултатите от измерването. В същото време, избирането на 50ms като период на измерване може да гарантира, че максималното отклонение на честотата все още може да бъде ефективно измерено, когато честотата на модулация е само 20Hz.
2). Разделете диапазона на отклонение на честотата, който трябва да бъде преброен (0 ～ 150kHz в тази статия), като използвате 1kHz (резолюция) като единица и го разделете на равни части (в тази статия 150 равни части).
3). Във всяка аликвотна част пребройте броя на точките на съответната честотна стойност и получената форма на вълната трябва да бъде приблизително, както е показано на Фигура 3 (т.е. хистограма на разпределение на честотното изместване), където оста X представлява честотата, а оста Y представлява максимална честота. Броят точки, които попадат върху съответната стойност на честотата.
Фигура 3. Хистограма на разпределение на честотното изместване
4). Натрупайте броя точки във всяка аликвотна част и нормализирайте N с процент като единица, за да получите графиката, показана на Фигура 4 (т.е. хистограмата на кумулативното разпределение на отклонението на честотата), където оста X представлява честота и Y оста представлява вероятността максималното отклонение на честотата да попадне в честотния диапазон на съответната честотна стойност. Вероятността започва от 100% в крайния ляв край и завършва от 0% в най-дясната
Фигура 4. Хистограма на кумулативното разпределение на изместването на честотата
В същото време ITU-R дава референтна спецификация (SM1268) за кумулативното разпределение на максималното отклонение на честотата, както е показано на фигура 5.
Фигура 5. Референтна спецификация за кумулативно разпределение на максимално отклонение на честотата
Спецификацията гласи, че: статистическият процент на разпределение на изместване на честотата, по-голям от 75kHz, не надвишава 22%, статистическият процент на разпределение на изместване на честотата, по-голям от 80kHz, не надвишава 12%, а статистическият процент на разпределение на изместване на честотата, по-голям от 85kHz, не надвишават 8%.
Въз основа на горната теория може да се знае, че качеството на предаване на FM сигнали е свързано с величината на отклонението на честотата на носещата FM честота, след като оригиналният аудио сигнал е модулиран. Измерването и подобряването на кумулативното разпределение на максималното отклонение на честотата ще помогне да се подобри качеството на предаване на FM сигнали.
2. Хардуерна основа
Тази статия използва модулен приемник за мониторинг на излъчване, който използва съвременната модерна технология за радио наблюдение и отговаря на спецификациите на ITU. Приемникът се състои от висококачествен цифров радиоприемник и най-новия вграден процесор. Дефинираната от софтуера радио архитектура и високоскоростната шина за данни осигуряват мащабируемост и скорост на тестване на приемника. Приемникът демодулира и измерва FM сигнали в съответствие със стандартите на International Telecommunication Union Radiocommunication Sector (ITU-R) и ръководства за мониторинг на спектъра и предоставя функции за анализ на аудио и основна лента, специално за приложения за мониторинг на излъчване. Специфичните характеристични параметри са както следва:
Заемана честотна лента (OccupiedBandwidth
Отместване на носителя (CarrierOffset)
Мощност в лента (PowerinBand)
FM максимално отклонение (FMMaximumDeviation)
Максимално отклонение на честотата на сигнала на главния канал (Максимално отклонение на честотата на основния канал (L + R))
Максималното отклонение на честотата на пилотния сигнал (Максимално отклонение на честотата на пилотона)
Максималното отклонение на честотата на подканалния сигнал (Maximumfrequencydeviationofsubchannel (LR)) Структурата и принципната блок-схема на приемащото оборудване за излъчвано наблюдение е показана на Фигура 6. Цифровият радиоприемащ модул е инсталиран в шаси с високоскоростна шина за данни и индустриална подсилена рамка. Вграденият контролер на този приемник използва високоскоростен процесор, който отговаря за управлението на приемащия модул и обработката на събраните данни.
Фигура 6. Блок-схема на структурата на приемника за излъчвано наблюдение
Модулът за цифрово радиоприемане включва два подмодула: RF модул за преобразуване надолу и високоскоростен модул за получаване на междинна честота.
Модулът за преобразуване на радиочестотния сигнал надолу преобразува честотната лента от RF, представляваща интерес, в сигнал за междинна честота и след това предава сигнала за междинна честота към високоскоростния модул за получаване на междинна честота.
Ядрото на високоскоростния модул за придобиване на IF е високоскоростен ADC (аналогово-цифров преобразувател) и специален чип за преобразуване надолу, който осигурява функции за хардуерна обработка. Цифровата обработка на преобразуване надолу извлича широколентови сигнали в реално време и ги преобразува в основна лента, което е подходящо за улавяне на излъчени сигнали, безжични сигнали и други комуникационни сигнали. Цифровата обработка с преобразуване надолу може също да преобразува събраната форма на сигнала от междинна честота в I / Q сложен изходен сигнал. Високоскоростният модул за получаване на междинна честота използва патентован високоскоростен специален чип за предаване на данни и предава данни на контролера чрез DMA, намалявайки натоварването на процесора на контролера, което му позволява да се съсредоточи върху завършването на разширен анализ и обработка, графичен дисплей и обмен на данни. . Както е показано на фигура 7:
Фигура 7. Архитектура на модула за цифров радиоприемник
Модулът за преобразуване на радиочестотния сигнал първо затихва сигнала, както е посочено от потребителя, предава филтъра за повърхностна акустична вълна, за да филтрира честотата на изображението след преобразуване нагоре, след което извършва многоетапно преобразуване надолу и накрая извежда междинен честотен сигнал . Модулът за преобразуване на радиочестотния спектър използва високопрецизен и високостабилен кристален осцилатор с постоянна температура като референтен часовник на системата, за да осигури изключително висока честотна точност.
За да улесни компактната опаковка, модулът използва високоефективен микро YIG осцилатор, за да генерира високочестотния локален осцилаторен сигнал, необходим за етапа на преобразуване нагоре. Осцилаторът YIG е вид осцилатор, който може да генерира много чисти високочестотни сигнали и често е много голям. Модулът за преобразуване на RF в оборудването използва пробивна технология в тази област и използва много малък YIG осцилатор в дизайна. YIG осцилаторът може да бъде настроен на определена честотна лента, което позволява на потребителите да задават честотата, изисквана от RF модула за преобразуване надолу. Цялостното планиране на честотата и многостепенната архитектура за преобразуване на честотата на модула за преобразуване на радиочестотния спектър осигуряват отличните характеристики на ниската фалшива реакция на инструмента и големия динамичен диапазон. Както е показано на фигура 8:
\
Фигура 8. Архитектура на модула за преобразуване на радиочестотни сигнали
Тази статия анализира връзката между качеството на предаването на FM излъчване и кумулативното разпределение на отклонението на честотата, започвайки от настройка на аудио процесора на предавателя, използвайки станция A (включително аудио процесор A и предавател A) и станция B (включително аудио процесор B и предавател Машина Б) За сравняване на проби са проектирани следните експерименти.
Този експеримент подобрява основно кумулативното разпределение на честотното отклонение на FM сигнала чрез настройка на аудио процесора, за да се провери връзката му с качеството на предаването на FM излъчване.
3.2, тест
Експериментът използва аудио файла на определена програма за излъчване, обработва го чрез аудио процесори A и B и ги предава едновременно на предаватели A и B. Двата предавателя използват едни и същи настройки. Приемникът за радио наблюдение е използван за запис на радиочестотни сигнали от предаватели А и В съответно, а записаните сигнали са използвани за статистически анализ на максималното отклонение на честотата на FM сигнала съгласно стандарта ITU-RSM.1268.1. Описанието на аналитичния експериментален процес е показано на Фигура 9. Резултатът е показан на Фигура 10
Фигура 9. Процес на изпитване
Фигура 10. Диаграма на разпределението на кумулативното отклонение на честотата
От статистическото разпределение на честотното отклонение, получено от експеримента, за един и същ аудио файл, отклонението на честотата на сигнала на станция А се разпределя главно от 10kHz-95% до 35kHz-5% в крива на половин звънец и честотата на сигнала отклонението на станция В е главно Разпределението показва крива на половин звънец от 10kHz-95% до 75KHz-95%. Сигналите във времевата област на двете станции показват различни характеристики на разпределение на вероятностите. За разлика от това, изместването на честотата на сигнала на станция В е по-голямо.
От гледна точка на слушане, качеството на звука на станция B е по-добро от това на станция A, а силата на звука е по-силна, тоест качеството на предаване е по-добро.
3.3, отстраняване на грешки
Тъй като аудио файловете, предавани на двата аудио процесора, са еднакви, настройките на двата предавателя също са еднакви, но разпределението на изместването на честотата на сигнала на станция A и станция B са различни, което показва, че аудио процесорите на двете станции са различно. Амплитудата на отклонение на честотата на сигнала на същия аудио файл, обработен от аудио процесор A, е относително малка, което показва, че настройката на аудио процесора A не е достигнала стандарта ITU-RSM1268.1. Следователно, след регулиране на аудио процесора А според препоръчания стандарт, теоретично може да се постигне по-високо качество на предаване. Поради тази причина е проектиран следният експеримент за проверка.
3.4, проверка
Излъчваната програма се обработва от аудио процесор A и след това се предава на предавател A за предаване. Инженерът настройва аудио процесор А при условие на непрекъснато предаване. Приемникът за радио наблюдение приема радиочестотния сигнал на станция A и следва стандарта ITU-RSM.1268.1 за извършване на статистически анализ на максималното отклонение на честотата на FM сигнала и сравняване на данните преди и след настройка на аудио процесора А. Описанието на експериментът за проверка е показан на фигура 11.
Фигура 11. Процес на изпитване
Фигура 12. Разпределение на кумулативното отклонение на честотата
От статистическото разпределение на отклонението на честотата, за един и същ програмен източник, отклонението на честотата на сигнала преди настройка се разпределя главно от 25kHz-95% до 45kHz-5% в крива на половин звънец, а отклонението на честотата на сигнала след настройка се разпределя главно от 45kHz-95%. Той показва крива на половин звънец до 55KHz-95%. За разлика от това, коригираната стойност на изместване на честотата на сигнала е по-голяма и разпределението е по-пълно. От гледна точка на слушане, коригираното качество на звука и силата на звука са значително подобрени в сравнение с преди.
Четири, заключение на експеримента за проверка
В случай на същия програмен източник, чрез регулиране на еталонното изходно ниво на аудио процесора, разпределението на честотното изместване може да бъде подобрено, за да стане по-пълно и стойността на изместването на честотата е по-голяма.
За същия аудио източник разпределението на максималното отклонение на честотата след FM модулация може да повлияе на силата на звука и наситеността на демодулирания звук. Чрез регулиране на настройките на параметрите на аудио процесора, FM сигналът е по-съобразен със спецификацията ITU-R, което може да направи звука на слушане по-силен и пълен. Следователно използването на оборудване за мониторинг на излъчване за откриване на параметри на FM излъчване и настройване на оборудването в излъчвателната връзка съгласно стандарта ITU-R за тези параметри може да постигне по-високо качество на предаване.
Това също така показва, че използването на оборудване за мониторинг на излъчване за наблюдение на FM излъчване е ефективно средство за осигуряване на качеството на предаването на FM излъчване.
V. Перспектива
Приемникът за мониторинг на излъчване, базиран на софтуерната радио архитектура, използвана в тази статия, е едноканално устройство за придобиване с относително малко параметри на теста и след придобиване се изисква ръчен анализ, който е относително неефективен. С развитието и напредъка на науката и технологиите, съчетани с проблемите, срещани в експеримента, се предлагат някои перспективи за бъдещото оборудване за наблюдение и приемане на FM излъчване:
1. Записване в реално време на широколентови FM излъчвани сигнали от 87MHz до 108MHz.
2. Оборудван с дисков масив с голям капацитет, който може да записва денонощно и да реализира усъвършенствани функции като синхронизиране на времето.
3. Може да се управлява дистанционно, за да се реализират функции като наблюдение без надзор, автоматичен анализ и генериране на отчети.
4. Поддържайте базата данни, която може да възпроизвежда честотния спектър и аудио честотата по всяко време и на всяка честота.
5. Разнообразната конфигурация на системата може да отговори на нуждите на различни клиенти.
6. Модулният дизайн на софтуера и хардуера е удобен за разширяване на системата и вторично развитие.
Нашата друг продукт:
