Siaran FM melalui transmisi radio untuk menghantar isyarat siaran
I. Gambaran Keseluruhan
Konsep modulasi frekuensi (FM). FM adalah kaedah utama untuk merealisasikan penyiaran suara dan kesetiaan stereo tinggi pada zaman moden. Ia menghantar isyarat audio dalam mod modulasi frekuensi. Pembawa gelombang FM berubah pada frekuensi tengah pembawa apabila isyarat modulasi audio berubah (Frekuensi tengah sebelum tidak dimodulasi) berubah di kedua sisi, dan masa perubahan sisihan frekuensi sesaat selaras dengan frekuensi modulasi isyarat audio . Sekiranya frekuensi isyarat audio adalah 1kHz, masa perubahan sisihan frekuensi pembawa juga 1k kali sesaat. Ukuran penyimpangan frekuensi bergantung pada amplitud isyarat audio.
Konsep stereo FM, stereo FM pertama sekali menyandikan isyarat dua frekuensi audio (saluran kiri dan kanan) untuk mendapatkan satu set isyarat stereo frekuensi rendah, dan kemudian FM dilakukan pada pembawa frekuensi tinggi. Stereo FM dibahagikan kepada tiga jenis: sistem pembahagian frekuensi (dan sistem perbezaan), sistem pembahagian masa, dan sistem isyarat arah mengikut kaedah pemprosesan yang berbeza untuk stereo. Sistem perbezaan jumlah biasa digunakan sekarang. Sistem jumlah dan perbezaan terdapat dalam modulator stereo, isyarat saluran kiri (L) dan kanan (R) dikodkan terlebih dahulu untuk membentuk isyarat jumlah (L + R) dan isyarat perbezaan (LR), dan isyarat jumlahnya secara langsung dihantar ke modulator Pembawa merupakan isyarat saluran utama untuk mendengar yang serasi dengan radio FM biasa; isyarat perbezaan dihantar ke modulator seimbang untuk menekan modulasi amplitud pembawa pada subcarrier, dan gelombang modulasi amplitud ditekan sisi sisi yang diperoleh digunakan sebagai isyarat sub-saluran, dan kemudian digabungkan dengan gabungan sinyal jumlah untuk memodulasi pembawa utama. Julat frekuensi isyarat sub-saluran adalah 23 hingga 53kHz (38 ± 15kHz), yang termasuk dalam julat audio super dan tidak akan mengganggu pemutaran mono. Oleh kerana sub-pembawa gelombang sub-saluran AM ditekan, radio stereo tidak dapat secara langsung menurunkan isyarat keluar. Oleh itu, isyarat 38kHz dengan frekuensi dan fasa yang sama dengan sub-pembawa sistem pemancar harus dihasilkan di radio untuk didemodulasi. Atas sebab ini, pada hujung pemancar, pada selang antara spektrum frekuensi utama dan sub-saluran, satu lagi isyarat percontohan 19kHz (1/2 frekuensi subcarrier) (PilotTone) dihantar untuk "memandu" subcarrier regenerasi 38kHz di radio. Kaedah modulasi ini disebut frekuensi pilot, dan ini juga merupakan kaedah pembahagian frekuensi yang paling banyak digunakan dalam penyiaran stereo.
Sejajar dengan itu, untuk mengukur isyarat FM dan isyarat stereo FM, parameter berikut biasanya diukur di dunia.
1.1, lebar jalur yang dihuni
Mengikut cadangan ITU, pengukuran lebar jalur isyarat biasanya berdasarkan spektrum menggunakan dua kaedah: "lebar jalur diduduki β%" dan "lebar jalur x-dB". Lebar jalur yang dihuni β% ditunjukkan pada Gambar 1. Kaedah pengukuran adalah dengan menghitung terlebih dahulu jumlah daya dalam lebar jalur pemantauan, dan kemudian mengumpulkan kekuatan garis spektrum dari kedua sisi ke tengah pada spektrum sehingga daya dan jumlahnya daya (β / 2)%, masing-masing ditakrifkan sebagai f1 dan f2, lebar jalur yang ditentukan sama dengan f2-f1; dan lebar jalur x-dB ditunjukkan dalam Rajah 2. Kaedah pengukuran adalah dengan mencari puncak atau titik tertinggi pada spektrum terlebih dahulu, dan kemudian dari titik tertinggi ke kedua sisi Kedua-dua garis spektrum menjadikan semua garis spektrum di luar kedua garis spektrum sekurang-kurangnya xdB lebih kecil daripada titik tertinggi, dan perbezaan frekuensi yang sepadan dengan dua garis spektrum adalah lebar jalur.
Dalam cadangan ITU dan radio dan televisyen, β biasanya mengambil 99, dan x biasanya mengambil 26, iaitu lebar jalur kuasa 99% dan lebar jalur 26dB yang sering disebut.
Rajah 2. lebar jalur x-dB
1.2 Penyimpangan frekuensi
Penyimpangan Frekuensi dalam isyarat FM merujuk kepada amplitud ayunan frekuensi gelombang FM, yang berubah dengan turun naik bentuk gelombang maklumat (atau suara). Penyimpangan frekuensi yang biasanya diukur oleh instrumen atau penerima sebenarnya merujuk kepada penyimpangan frekuensi maksimum dalam jangka masa. Taburan dan ukuran penyimpangan frekuensi maksimum menentukan kualiti suara dan kelantangan audio yang didengar, yang juga menentukan pelepasan radio FM. kualiti.
Tujuan utama artikel ini adalah untuk mengkaji kualiti penyiaran penyiaran FM, jadi menurut keterangan di atas, indeks pengimbangan frekuensi harus diperhatikan.
ITU-R mempunyai keterangan terperinci mengenai pengukuran penyimpangan frekuensi isyarat FM:
Kaedah pengukuran penyimpangan frekuensi adalah dengan mengambil jangka waktu (panjang masa yang disarankan adalah 50 ms) untuk mengukur sisihan frekuensi relatif terhadap pembawa pada setiap titik persampelan, dan nilai maksimum adalah penyimpangan frekuensi maksimum. Tetapi untuk memiliki pemahaman yang lebih mendalam mengenai pengimbangan frekuensi, histogram statistik yang dikemas kini dari masa ke masa dapat digunakan untuk menyatakan ciri-ciri isyaratnya. Kaedah pengiraan histogram penyimpangan frekuensi adalah seperti berikut:
1). Ukur penyimpangan frekuensi maksimum N dengan jangka masa 50ms. Jangka masa pengukuran akan mempengaruhi histogram secara signifikan, sehingga diperlukan jangka waktu pengukuran yang tetap untuk memastikan pengulangan hasil pengukuran. Pada waktu yang sama, memilih 50 ms sebagai jangka waktu pengukuran dapat memastikan bahawa penyimpangan frekuensi maksimum masih dapat diukur secara efektif ketika frekuensi modulasi serendah 20Hz.
2). Bagilah julat penyimpangan frekuensi yang perlu dihitung (0 ～ 150kHz dalam artikel ini), gunakan 1kHz (resolusi) sebagai unit, dan bahagikannya menjadi bahagian yang sama (dalam artikel ini, 150 bahagian sama).
3). Dalam setiap alikuot, hitung jumlah titik pada nilai frekuensi yang sesuai, dan bentuk gelombang yang diperoleh harus kira-kira seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 (iaitu, histogram taburan pengimbangan frekuensi), di mana paksi X mewakili frekuensi, dan sumbu Y mewakili frekuensi maksimum. Bilangan titik yang jatuh pada nilai frekuensi yang sepadan.
Rajah 3. Histogram taburan mengimbangi frekuensi
4). Kumpulkan jumlah titik dalam setiap alikuot, dan normalkan N dengan peratusan sebagai unit untuk mendapatkan grafik yang ditunjukkan dalam Gambar 4 (iaitu histogram taburan kumulatif penyimpangan frekuensi), di mana paksi X mewakili frekuensi, dan Y Paksi mewakili kebarangkalian bahawa penyimpangan frekuensi maksimum berada dalam julat frekuensi dari nilai frekuensi yang sepadan. Kebarangkalian bermula pada 100% di paling kiri dan berakhir pada 0% di paling kanan
Rajah 4. Histogram taburan kumulatif mengimbangi frekuensi
Pada saat yang sama, ITU-R memberikan spesifikasi rujukan (SM1268) untuk pengagihan kumulatif penyimpangan frekuensi maksimum, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Spesifikasi rujukan untuk pengagihan kumulatif sisihan frekuensi maksimum
Spesifikasi tersebut menyatakan bahawa: peratusan statistik taburan pengimbangan offset frekuensi lebih besar daripada 75kHz tidak melebihi 22%, peratusan statistik pengagihan mengimbangi frekuensi lebih besar daripada 80kHz tidak melebihi 12%, dan peratusan statistik taburan pengimbasan frekuensi lebih besar daripada 85kHz tidak melebihi 8%.
Berdasarkan teori di atas, dapat diketahui bahawa kualiti transmisi isyarat FM berkaitan dengan besarnya penyimpangan frekuensi pembawa FM setelah isyarat audio asal dimodulasi. Mengukur dan meningkatkan pengagihan kumulatif penyimpangan frekuensi maksimum akan membantu meningkatkan kualiti penghantaran isyarat FM.
2. Asas perkakasan
Artikel ini menggunakan penerima pemantauan siaran modular yang menggunakan teknologi pemantauan radio canggih terkini dan mematuhi spesifikasi ITU. Penerima terdiri daripada modul penerimaan radio digital canggih dan pemproses terbenam terkini. Senibina radio yang ditentukan perisian dan bas data berkelajuan tinggi memastikan skalabiliti dan kelajuan ujian penerima. Penerima demodulasi dan mengukur isyarat FM sesuai dengan piawaian dan manual pemantauan spektrum Sektor Radio Komunikasi Antarabangsa Telekomunikasi Union (ITU-R), dan menyediakan fungsi analisis audio dan baseband khusus untuk aplikasi pemantauan siaran. Parameter ciri khusus adalah seperti berikut:
Lebar Jalur yang Duduki (Lebar Lebar yang Duduki)
Pengangkut Pembawa (CarrierOffset)
Kuasa dalam Band (PowerinBand)
Penyimpangan Maksimum FM (FMMaximumDeviation)
Penyimpangan frekuensi maksimum isyarat saluran utama (Frekuensi maksimum pengurangan saluran utama (L + R))
Penyimpangan frekuensi maksimum isyarat perintis (Frekuensi maksimum penguranganfiloton)
Penyimpangan frekuensi maksimum isyarat sub-saluran (Maximumfrequencydeviationofsubchannel (LR)) Gambarajah blok struktur dan prinsip peralatan penerimaan pemantauan siaran ditunjukkan dalam Rajah 6. Modul penerima radio digital dipasang dalam casis dengan bas data berkelajuan tinggi dan kerangka bertetulang industri. Pengawal tertanam penerima ini menggunakan pemproses berkelajuan tinggi, yang bertanggungjawab untuk mengendalikan modul penerima dan memproses data yang dikumpulkan.
Gambar 6. Gambarajah blok struktur penerima pemantauan siaran
Modul penerimaan radio digital merangkumi dua sub modul: modul penukaran turun RF dan modul pemerolehan frekuensi menengah berkelajuan tinggi.
Modul penukaran RF turun menukar pita frekuensi RF yang menarik menjadi isyarat frekuensi perantaraan, dan kemudian menghantar isyarat frekuensi pertengahan ke modul pemerolehan frekuensi perantaraan berkelajuan tinggi.
Inti modul pemerolehan IF berkelajuan tinggi adalah ADC berkelajuan tinggi (penukar analog-ke-digital) dan cip penukaran turun digital khusus yang menyediakan fungsi pemprosesan perkakasan. Pemprosesan penukaran bawah digital mengekstrak isyarat jalur lebar dalam masa nyata dan mengubahnya menjadi jalur lebar, yang sesuai untuk menangkap isyarat siaran, isyarat tanpa wayar dan isyarat komunikasi lain. Pemprosesan penukaran turun digital juga dapat mengubah bentuk gelombang isyarat frekuensi perantaraan yang dikumpulkan menjadi output data isyarat kompleks I / Q. Modul pemerolehan frekuensi menengah berkelajuan tinggi menggunakan cip khusus berkelajuan tinggi yang dipatenkan untuk penghantaran data, dan menghantar data ke pengawal melalui DMA, mengurangkan beban CPU pengawal, yang memungkinkan untuk fokus pada menyelesaikan analisis dan pemprosesan lanjutan, paparan grafik, dan pertukaran data. . Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7:
Rajah 7. Senibina modul penerima radio digital
Modul penukaran turun RF pertama melemahkan sinyal seperti yang ditentukan oleh pengguna, melewati penapis gelombang akustik permukaan untuk menyaring frekuensi gambar setelah penukaran naik, dan kemudian melakukan penukaran bawah pelbagai peringkat, dan akhirnya mengeluarkan isyarat frekuensi perantaraan . Modul penukaran turun RF menggunakan pengayun kristal suhu malar berketepatan tinggi dan kestabilan tinggi sebagai jam rujukan sistem untuk memberikan ketepatan frekuensi yang sangat tinggi.
Untuk memudahkan pembungkusan padat, modul ini menggunakan pengayun mikro YIG berprestasi tinggi untuk menghasilkan isyarat pengayun tempatan frekuensi tinggi yang diperlukan untuk peringkat penukaran naik. Pengayun YIG adalah sejenis pengayun yang dapat menghasilkan isyarat frekuensi tinggi yang sangat murni dan selalunya sangat besar. Modul penukaran turun RF dalam peralatan menggunakan teknologi terobosan dalam bidang ini dan menggunakan pengayun YIG yang sangat kecil dalam reka bentuk. Pengayun YIG dapat diselaraskan ke jalur frekuensi yang ditentukan, yang membolehkan pengguna menetapkan frekuensi yang diperlukan oleh modul penukaran turun RF. Perancangan frekuensi komprehensif dan seni bina penukaran frekuensi pelbagai peringkat modul penukaran turun RF memastikan ciri-ciri yang sangat baik dari tindak balas palsu palsu instrumen dan julat dinamik yang besar. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8:
\
Rajah 8. Senibina modul penukaran turun RF
Artikel ini menganalisis hubungan antara kualiti transmisi siaran FM dan penyebaran kumulatif penyimpangan frekuensi, mulai dari menyesuaikan pemproses audio pemancar, menggunakan stesen A (termasuk pemproses audio A dan pemancar A) dan stesen B (termasuk pemproses audio B dan mesin pemancar B) Untuk membandingkan sampel, eksperimen berikut dirancang.
Eksperimen ini terutamanya meningkatkan penyebaran kumulatif penyimpangan frekuensi isyarat FM dengan menyesuaikan pemproses audio untuk mengesahkan hubungannya dengan kualiti penghantaran siaran FM.
3.2, ujian
Eksperimen menggunakan fail audio program siaran tertentu, memprosesnya melalui pemproses audio A dan B, dan mengirimkannya ke pemancar A dan B untuk transmisi pada masa yang sama. Kedua pemancar menggunakan tetapan yang sama. Penerima pemantauan radio digunakan untuk merekam isyarat frekuensi radio dari pemancar A dan B masing-masing, dan isyarat yang dirakam digunakan untuk analisis statistik penyimpangan frekuensi maksimum isyarat FM mengikut piawaian ITU-RSM.1268.1. Penerangan mengenai proses eksperimen analisis ditunjukkan dalam Rajah 9. Hasilnya ditunjukkan dalam Rajah 10
Rajah 9. Proses ujian
Rajah 10. Diagram taburan penyimpangan frekuensi kumulatif
Dari pengagihan statistik penyimpangan frekuensi yang diperoleh dari eksperimen, untuk fail audio yang sama, penyimpangan frekuensi isyarat stesen A diedarkan terutamanya dari 10kHz-95% hingga 35kHz-5% dalam kurva setengah loceng, dan frekuensi isyarat penyimpangan stesen B terutamanya Sebaran menunjukkan keluk setengah loceng dari 10kHz-95% hingga 75KHz-95%. Isyarat domain masa kedua-dua stesen menunjukkan ciri taburan kebarangkalian yang berbeza. Sebaliknya, frekuensi isyarat mengimbangi stesen B lebih besar.
Dari sudut pandang mendengar, kualiti audio stesen B lebih baik daripada stesen A, dan isinya lebih kuat, iaitu kualiti transmisi lebih baik.
3.3, debugging
Oleh kerana fail audio yang dihantar ke dua pemproses audio adalah sama, tetapan kedua pemancar juga sama, tetapi taburan mengimbangi frekuensi isyarat stesen A dan stesen B adalah berbeza, menunjukkan bahawa pemproses audio kedua stesen berbeza. Amplitud penyimpangan frekuensi isyarat dari fail audio yang sama yang diproses oleh pemproses audio A agak kecil, menunjukkan bahawa pengaturan pemproses audio A belum mencapai standard ITU-RSM1268.1. Oleh itu, setelah menyesuaikan pemproses audio A mengikut standard yang disyorkan, kualiti transmisi secara teorinya lebih tinggi dapat dicapai. Atas sebab ini, eksperimen pengesahan berikut telah dirancang.
3.4, pengesahan
Program siaran diproses oleh pemproses audio A dan kemudian dihantar ke pemancar A untuk penghantaran. Jurutera menyesuaikan pemproses audio A dalam keadaan transmisi tanpa gangguan. Penerima pemantauan radio menerima isyarat frekuensi radio stesen A dan mengikuti standard ITU-RSM.1268.1 untuk melakukan analisis statistik penyimpangan frekuensi maksimum isyarat FM, dan membandingkan data sebelum dan sesudah menyesuaikan pemproses audio A. eksperimen pengesahan ditunjukkan dalam Rajah 11.
Rajah 11. Proses ujian
Rajah 12. Taburan sisihan frekuensi kumulatif
Dari pengagihan statistik penyimpangan frekuensi, untuk sumber program yang sama, penyimpangan frekuensi isyarat sebelum penyesuaian diedarkan terutamanya dari 25kHz-95% hingga 45kHz-5% dalam kurva setengah loceng, dan sisihan frekuensi isyarat setelah penyesuaian diedarkan terutamanya dari 45kHz-95%. Ia menunjukkan keluk setengah loceng hingga 55KHz-95%. Sebaliknya, nilai offset frekuensi isyarat yang disesuaikan lebih besar, dan pengedarannya lebih penuh. Dari perspektif mendengar, kualiti dan kelantangan suara yang diselaraskan bertambah baik berbanding sebelumnya.
Keempat, kesimpulan eksperimen pengesahan
Dalam kes sumber program yang sama, dengan menyesuaikan tingkat output rujukan pemproses audio, pembahagian pengimbangan frekuensi dapat ditingkatkan untuk membuatnya lebih kenyang dan nilai offset frekuensi lebih besar.
Untuk sumber audio yang sama, pengedaran penyimpangan frekuensi maksimum selepas modulasi FM dapat mempengaruhi kelantangan dan ketepuan suara yang didemodulasi. Dengan menyesuaikan tetapan parameter pemproses audio, sinyal FM lebih sesuai dengan spesifikasi ITU-R, yang dapat membuat suara mendengar lebih keras dan kenyang. Oleh itu, penggunaan peralatan pemantauan siaran untuk mengesan parameter siaran FM dan menyesuaikan peralatan dalam pautan siaran mengikut standard ITU-R kerana parameter ini dapat memperoleh kualiti transmisi yang lebih tinggi.
Ini juga menunjukkan bahawa penggunaan peralatan pemantauan siaran untuk memantau siaran FM adalah kaedah yang berkesan untuk memastikan kualiti penghantaran siaran FM.
V. Tinjauan
Penerima pemantauan siaran berdasarkan arsitektur radio perisian yang digunakan dalam artikel ini adalah alat pemerolehan saluran tunggal dengan parameter ujian yang relatif sedikit, dan analisis manual diperlukan setelah pemerolehan, yang relatif tidak efisien. Dengan perkembangan dan kemajuan sains dan teknologi, digabungkan dengan masalah yang dihadapi dalam eksperimen, beberapa prospek untuk peralatan pemantauan dan penerimaan siaran FM masa depan dicadangkan:
1. Rakaman masa nyata isyarat siaran FM jalur penuh dari 87MHz hingga 108MHz.
2. Dilengkapi dengan array disk berkapasiti besar, yang dapat merekam sepanjang waktu dan mewujudkan fungsi lanjutan seperti perekaman waktu.
3. Ia dapat dikendalikan dari jauh untuk merealisasikan fungsi seperti pemantauan tanpa pengawasan, analisis automatik dan penghasilan laporan.
4. Sokong pangkalan data, yang dapat menghasilkan semula spektrum frekuensi dan frekuensi audio pada bila-bila masa dan pada frekuensi apa pun.
5. Konfigurasi sistem yang pelbagai dapat memenuhi keperluan pelanggan yang berbeza.
6. Reka bentuk modular perisian dan perkakasan sesuai untuk pengembangan sistem dan pengembangan sekunder.
produk kami yang lain:
