FM oddajanje z radijskim prenosom za prenos oddajanih signalov
I. Pregled
Koncept frekvenčne modulacije (FM). FM je glavni način za uresničitev visokokakovostnega predvajanja zvoka in stereo oddajanja v sodobnem času. Zvočne signale oddaja v načinu frekvenčne modulacije. Nosilec FM vala se spremeni na sredinski frekvenci nosilca, ko se avdio modulacijski signal spremeni (Osrednja frekvenca pred nemodulacijo) na obeh straneh, čas spreminjanja frekvenčnega odklona na sekundo pa je skladen z modulacijsko frekvenco zvočnega signala . Če je frekvenca zvočnega signala 1kHz, so tudi časi sprememb frekvenčnega odstopanja nosilca 1k krat na sekundo. Velikost frekvenčnega odstopanja je odvisna od amplitude zvočnega signala.
Koncept stereo FM, stereo FM najprej kodira signale dveh zvočnih frekvenc (levi in desni kanal), da dobi niz nizkofrekvenčnih kompozitnih stereo signalov, nato pa se FM izvaja na visokofrekvenčnem nosilcu. Stereo FM je razdeljen na tri vrste: sistem frekvenčne delitve (in sistem razlik), sistem časovne delitve in sistem usmerjenega signala glede na različne načine obdelave za stereo. Zdaj se običajno uporablja sistem razlik v seštevku. Sistem vsote in razlike je v stereo modulatorju, signali levega (L) in desnega (R) kanala se najprej kodirajo, da tvorijo signal vsote (L + R) in signal razlike (LR), signal vsote pa je neposredno poslano modulatorju Nosilec predstavlja signal glavnega kanala za združljivo poslušanje z običajnim FM radiem; signal razlike se pošlje uravnoteženemu modulatorju za zatiranje amplitudne modulacije nosilca na podnosilniku, dobljeni valov potlačene amplitudne modulacije dvojnega bočnega pasu pa se uporabi kot podkanalni signal in nato kombinira z vmesnim signalom Mix za modulacijo glavnega nosilca. Frekvenčno območje podkanalnega signala je od 23 do 53 kHz (38 ± 15 kHz), kar spada v obseg super zvoka in ne bo motilo mono predvajanja. Ker je podnosilec podkanalnega AM vala zatrt, stereo radio ne more neposredno demodulirati odhodnega signala. Zato bi bilo treba v radiu za demodulacijo ustvariti signal 38 kHz z enako frekvenco in fazo kot podnosnik oddajnega sistema. Iz tega razloga se na koncu oddajnika v intervalu med glavnim in podkanalnim frekvenčnim spektrom prenese še 19kHz (1/2 frekvence podnosilne frekvence) pilotski signal (PilotTone), ki "vodi" 38kHz regenerirano podnosilno enoto v radiu. Ta modulacijska metoda se imenuje pilotna frekvenca in je tudi najpogosteje uporabljena metoda delitve frekvence v stereo oddajanju.
V skladu s tem se za merjenje FM in stereo FM signalov običajno merijo naslednji parametri v svetu.
1.1, zasedena pasovna širina
V skladu s priporočili ITU merjenje pasovne širine signala običajno temelji na spektru z dvema metodama: "β% zasedena pasovna širina" in "x-dB pasovna širina". Zasedena pasovna širina β% je prikazana na sliki 1. Merilna metoda je, da najprej preštejemo skupno moč v nadzorni pasovni širini in nato akumuliramo moč spektralnih črt z obeh strani do sredine na spektru, dokler moč in celotna moč (β / 2)%, definirana kot f1 in f2, definirana pasovna širina je enaka f2-f1; in pasovna širina x-dB je prikazana na sliki 2. Merilna metoda je, da najprej najdemo vrh ali najvišjo točko spektra, nato pa od najvišje točke na obe strani. Spektralni črti naredita vse spektralne črte zunaj teh dveh spektralne črte, ki so najmanj xdB manjše od najvišje točke, frekvenčna razlika, ki ustreza obema spektralnima črtama, pa je pasovna širina.
V priporočilih ITU ter radijskih in televizijskih sprejemnikov β običajno traja 99, x pa običajno 26, kar je pogosto omenjena 99-odstotna pasovna širina in 26dB pasovna širina.
Slika 2. pasovna širina x-dB
1.2 Frekvenčno odstopanje
Frekvenčno odstopanje v FM signalu se nanaša na amplitudo frekvenčnega nihanja FM vala, ki se spreminja z nihanjem informacijske (ali glasovne) valovne oblike. Frekvenčno odstopanje, ki ga običajno izmeri instrument ali sprejemnik, se dejansko nanaša na največje frekvenčno odstopanje v določenem časovnem obdobju. Porazdelitev in velikost največjega frekvenčnega odstopanja določata kakovost zvoka in glasnost slišanega zvoka, kar določa tudi oddajanje FM radia. kakovost.
Glavni namen tega članka je preučiti kakovost prenosa FM oddajanja, zato je treba v skladu z zgornjim opisom posvetiti pozornost indeksu odmika frekvence.
ITU-R vsebuje podroben opis merjenja odstopanja frekvence FM signala:
Metoda merjenja odstopanja frekvence traja določeno časovno obdobje (priporočena časovna dolžina je 50 ms) za merjenje odstopanja frekvence glede na nosilca na vsakem vzorčevalnem mestu, največja vrednost pa je največje frekvenčno odstopanje. Da pa bi globlje razumeli odmik frekvence, lahko s statističnim histogramom, ki se sčasoma posodablja, izrazi njegove značilnosti signala. Metoda izračuna histograma za odstopanje frekvence je naslednja:
1). Izmerite N največjih odstopanj frekvence s časom 50 ms. Dolžina merilnega obdobja bo bistveno vplivala na histogram, zato je potrebno določeno merilno obdobje, da se zagotovi ponovljivost rezultatov meritev. Hkrati z izbiro 50 ms kot merilnega obdobja lahko zagotovite, da je največje odstopanje frekvence še vedno mogoče učinkovito izmeriti, ko je frekvenca modulacije najmanj 20 Hz.
2). Razdelite frekvenčno odstopanje, ki ga je treba prešteti (0 ～ 150 kHz v tem članku), z uporabo 1 kHz (ločljivost) kot enoto in ga razdelite na enake dele (v tem članku 150 enakih delov).
3). V vsakem alikvotu preštejte število točk na ustrezni frekvenčni vrednosti, dobljena valovna oblika pa mora biti približno takšna, kot je prikazana na sliki 3 (tj. Histogram porazdelitve odmika frekvence), kjer os X predstavlja frekvenco, os Y pa največja frekvenca. Število točk, ki padejo na ustrezno vrednost frekvence.
Slika 3. Histogram porazdelitve odmika frekvence
4). Zberite število točk v vsakem alikvotu in N normalizirajte z odstotkom kot enoto, da dobite graf, prikazan na sliki 4 (tj. Histogram kumulativne porazdelitve frekvenčnega odstopanja), kjer os X predstavlja frekvenco, Y os pa predstavlja verjetnost, da največje frekvenčno odstopanje spada v frekvenčno območje ustrezne frekvenčne vrednosti. Verjetnost se začne pri 100% skrajno levo in konča pri 0% skrajno desno
Slika 4. Histogram kumulativne porazdelitve odmika frekvence
Hkrati ITU-R daje referenčno specifikacijo (SM1268) za kumulativno porazdelitev največjega frekvenčnega odstopanja, kot je prikazano na sliki 5.
Slika 5. Referenčna specifikacija kumulativne porazdelitve največjega odstopanja frekvence
Specifikacija navaja, da: statistični odstotek porazdelitve odmika frekvence, večji od 75kHz, ne presega 22%, statistični odstotek porazdelitve odmika frekvence večji od 80kHz ne presega 12% in statistični odstotek porazdelitve odmika frekvence večji od 85kHz ne presega 8%.
Na podlagi zgornje teorije je mogoče vedeti, da je kakovost prenosa FM signalov povezana z velikostjo odstopanja nosilne frekvence FM po modulaciji prvotnega zvočnega signala. Merjenje in izboljšanje kumulativne porazdelitve največjega frekvenčnega odstopanja bo pomagalo izboljšati kakovost prenosa FM signalov.
2. Strojna osnova
Ta članek uporablja modularni sprejemnik za nadzor oddajanja, ki uporablja trenutno napredno tehnologijo radijskega nadzora in je v skladu s specifikacijami ITU. Sprejemnik je sestavljen iz vrhunskega digitalnega radijskega sprejemnega modula in najnovejšega vdelanega procesorja. Programsko določena radijska arhitektura in visokohitrostno podatkovno vodilo zagotavljata razširljivost in preskusno hitrost sprejemnika. Sprejemnik demodulira in meri FM signale v skladu s standardi radiokomunikacijskega sektorja (ITU-R) Mednarodne telekomunikacijske zveze (ITU-R) in priročniki za spremljanje spektra ter nudi funkcije za analizo zvoka in osnovnega pasu posebej za aplikacije za spremljanje oddajanja. Specifični značilni parametri so naslednji:
Zasedena pasovna širina (OccupiedBandwidth
Odmik nosilca (CarrierOffset)
Moč v pasu (PowerinBand)
FM največje odstopanje (FMMaximumDeviation)
Največje frekvenčno odstopanje signala glavnega kanala (največje odstopanje frekvence glavnega kanala (L + R))
Največje frekvenčno odstopanje pilotnega signala (največje odstopanje frekvencepilottona)
Največji frekvenčni odmik podkanalnega signala (Maximumfrequencydeviationofsubchannel (LR)) Struktura in osnovni blokovni diagram sprejemne opreme za spremljanje oddajanja je prikazan na sliki 6. Digitalni radijski sprejemni modul je nameščen v šasiji z visokohitrostnim podatkovnim vodilom in industrijsko ojačan okvir. Vgrajeni krmilnik tega sprejemnika uporablja visokohitrostni procesor, ki je odgovoren za nadzor sprejemnega modula in obdelavo zbranih podatkov.
Slika 6. Blok diagram strukture sprejemnika za spremljanje oddajanja
Digitalni radijski sprejemni modul vključuje dva podmodula: RF pretvorbeni modul navzdol in visokohitrostni modul za pridobivanje vmesnih frekvenc.
Modul RF pretvorbe navzdol pretvori RF frekvenčni pas, ki nas zanima, v signal vmesne frekvence in nato posreduje signal vmesne frekvence v modul za pridobivanje vmesne frekvence visoke hitrosti.
Jedro modula za hitro pridobivanje IF je hitri ADC (analogno-digitalni pretvornik) in namenski digitalni čip za pretvorbo navzdol, ki zagotavlja funkcije strojne obdelave. Digitalna obdelava pretvorbe navzdol v realnem času ekstrahira širokopasovne signale in jih pretvori v osnovni pas, ki je primeren za zajemanje oddajnih signalov, brezžičnih signalov in drugih komunikacijskih signalov. Digitalna obdelava pretvorbe navzdol lahko pretvori zbrano valovno obliko signala vmesne frekvence v I / Q kompleksne izhodne podatke. Hitri modul za pridobivanje vmesne frekvence uporablja patentiran namenski čip za prenos podatkov in posreduje podatke krmilniku prek DMA, kar zmanjšuje obremenitev CPU krmilnika, kar mu omogoča, da se osredotoči na dokončanje napredne analize in obdelave, grafičnega prikaza in izmenjava podatkov. . Kot je prikazano na sliki 7:
Slika 7. Arhitektura modula digitalnega radijskega sprejemnika
Modul RF pretvorbe navzdol najprej oslabi signal, kot ga je določil uporabnik, prenese površinski filter zvočnega vala, da po pretvorbi navzgor filtrira frekvenco slike, nato izvede večstopenjsko pretvorbo navzdol in na koncu odda vmesni frekvenčni signal . Modul RF pretvorbe navzdol uporablja visoko natančni in visoko stabilni oscilator kristalne konstantne temperature kot sistemsko referenčno uro za zagotavljanje izjemno visoke frekvenčne natančnosti.
Da bi olajšal kompaktno pakiranje, modul uporablja visoko zmogljiv mikro YIG oscilator za generiranje visokofrekvenčnega signala lokalnega oscilatorja, potrebnega za stopnjo pretvorbe navzgor. Oscilator YIG je nekakšen oscilator, ki lahko generira zelo čiste visokofrekvenčne signale in je pogosto zelo velik. Modul RF pretvorbe navzdol v opremi uporablja prebojno tehnologijo na tem področju in v zasnovi uporablja zelo majhen oscilator YIG. Oscilator YIG je mogoče nastaviti na določen frekvenčni pas, kar uporabnikom omogoča nastavitev frekvence, ki jo zahteva RF pretvorbeni modul. Izčrpno načrtovanje frekvence in večstopenjska arhitektura pretvorbe frekvence RF modula za pretvorbo navzdol zagotavljata odlične značilnosti nizkega lažnega odziva instrumenta in velikega dinamičnega razpona. Kot je prikazano na sliki 8:
\
Slika 8. Arhitektura modula RF pretvorbe navzdol
Ta članek analizira razmerje med kakovostjo oddajanja FM-oddaje in kumulativno porazdelitvijo frekvenčnega odstopanja, začenši s prilagajanjem zvočnega procesorja oddajnika z uporabo postaje A (vključno z avdio procesorjem A in oddajnikom A) in postaje B (vključno z avdio procesorjem B in oddajnik Stroj B) Za primerjavo vzorcev so zasnovani naslednji poskusi.
Ta poskus v glavnem izboljša kumulativno porazdelitev frekvenčnega odstopanja FM-signala s prilagoditvijo zvočnega procesorja, da preveri njegovo povezanost s kakovostjo FM-oddajanja.
3.2, preskus
Poskus uporablja zvočno datoteko določenega oddajenega programa, jo obdela prek zvočnih procesorjev A in B ter jih hkrati posreduje oddajnikom A in B za prenos. Oba oddajnika uporabljata enake nastavitve. Sprejemnik radijskega nadzora je bil uporabljen za snemanje radijskih frekvenc iz oddajnikov A oziroma B, posneti signali pa za statistično analizo največjega frekvenčnega odstopanja FM signala v skladu s standardom ITU-RSM.1268.1. Opis postopka analiznega eksperimenta je prikazan na sliki 9. Rezultat je prikazan na sliki 10
Slika 9. Preskusni postopek
Slika 10. Diagram porazdelitve kumulativnega odstopanja frekvence
Iz statistične porazdelitve frekvenčnega odklona, pridobljenega iz eksperimenta, se za isto zvočno datoteko odstopanje frekvence signala postaje A v glavnem porazdeli od 10kHz-95% do 35kHz-5% v krivulji pol zvona in frekvenca signala odstopanje postaje B je v glavnem. Porazdelitev kaže polovično krivuljo krivulje od 10kHz-95% do 75KHz-95%. Signali časovne domene obeh postaj kažejo različne značilnosti porazdelitve verjetnosti. Nasprotno pa je odmik frekvence signala postaje B večji.
S stališča poslušanja je kakovost zvoka postaje B boljša od kakovosti postaje A in glasnost je glasnejša, to je kakovost prenosa boljša.
3.3, odpravljanje napak
Ker so zvočne datoteke, ki se prenašajo na dva avdio procesorja, enake, so tudi nastavitve obeh oddajnikov enake, vendar se porazdelitev odmika frekvence signala postaje A in postaje B razlikuje, kar kaže na to, da so avdio procesorji obeh postaj različni. drugačen. Amplituda odstopanja frekvence signala iste zvočne datoteke, ki jo obdeluje zvočni procesor A, je razmeroma majhna, kar kaže, da nastavitev zvočnega procesorja A ni dosegla standarda ITU-RSM1268.1. Zato lahko po prilagoditvi zvočnega procesorja A v skladu s priporočenim standardom dosežemo teoretično višjo kakovost prenosa. Zaradi tega je bil zasnovan naslednji poskus preverjanja.
3.4, preverjanje
Oddajni program obdela avdio procesor A in nato pošlje oddajniku A za prenos. Inženir prilagodi zvočni procesor A pod pogojem neprekinjenega prenosa. Sprejemnik radijskega nadzora sprejme radiofrekvenčni signal postaje A in sledi standardu ITU-RSM.1268.1 za statistično analizo največjega frekvenčnega odstopanja FM signala ter primerja podatke pred in po nastavitvi zvočnega procesorja A. Opis poskus preverjanja je prikazan na sliki 11.
Slika 11. Preskusni postopek
Slika 12. Porazdelitev kumulativnega odstopanja frekvence
Od statistične porazdelitve frekvenčnega odklona se za isti programski vir odstopanje frekvence signala pred nastavitvijo večinoma porazdeli od 25kHz-95% do 45kHz-5% v polovični krivulji, odstopanje frekvence signala po prilagoditvi pa se v glavnem porazdeli od 45 kHz do 95%. Prikazuje krivuljo polovičnega zvona do 55KHz-95%. V nasprotju s tem je prilagojena vrednost odmika frekvence signala večja in porazdelitev je bolj polna. Z vidika poslušanja sta prilagojena kakovost in glasnost zvoka bistveno izboljšani v primerjavi s prej.
Štirje, zaključek preizkusa preverjanja
V primeru istega programskega vira lahko s prilagoditvijo referenčne izhodne ravni zvočnega procesorja izboljšamo porazdelitev frekvenčnega odmika, da postane popolnejša in je vrednost frekvenčnega odmika večja.
Za isti avdio vir lahko največja frekvenčna deviacija po FM modulaciji vpliva na glasnost in nasičenost demoduliranega zvoka. S prilagoditvijo nastavitev parametrov zvočnega procesorja je FM signal bolj v skladu s specifikacijo ITU-R, zaradi česar je lahko zvok poslušanja glasnejši in polnejši. Zato lahko uporaba opreme za spremljanje oddajanja za odkrivanje parametrov oddajanja FM in prilagajanje opreme v oddajni povezavi v skladu s standardom ITU-R za te parametre doseže višjo kakovost prenosa.
To tudi kaže, da je uporaba opreme za spremljanje oddajanja za spremljanje FM oddajanja učinkovito sredstvo za zagotavljanje kakovosti oddajanja FM oddajanja.
V. Obeti
Sprejemnik za spremljanje oddajanja, ki temelji na programski radijski arhitekturi, uporabljeni v tem članku, je enokanalna naprava za pridobivanje z relativno malo testnimi parametri, po pridobitvi pa je potrebna ročna analiza, ki je razmeroma neučinkovita. Z razvojem in napredkom znanosti in tehnologije, skupaj s težavami v eksperimentu, se predlaga nekaj možnosti za prihodnjo opremo za spremljanje in sprejemanje radijskih oddaj:
1. Real-time snemanje polnopasovnih FM oddajnih signalov od 87 MHz do 108 MHz.
2. Opremljen z obsežno diskovno matriko, ki lahko snema XNUMX ur na dan in uresničuje napredne funkcije, kot je časovno snemanje.
3. Z njim je mogoče upravljati na daljavo za uresničevanje funkcij, kot so nadzor brez nadzora, samodejna analiza in generiranje poročil.
4. Podprite bazo podatkov, ki lahko kadar koli in na kateri koli frekvenci reproducira frekvenčni spekter in zvočno frekvenco.
5. Raznolika konfiguracija sistema lahko ustreza potrebam različnih strank.
6. Modularna zasnova programske in strojne opreme je primerna za razširitev sistema in sekundarni razvoj.
Naš drugi izdelek:
