FM transliacija radijo ryšiu, siekiant perduoti transliavimo signalus
I. Apžvalga
Dažnio moduliacijos (FM) samprata. FM yra pagrindinis būdas realizuoti aukštos kokybės garso ir stereo transliacijas šiais laikais. Jis perduoda garso signalus dažnio moduliacijos režimu. FM bangos nešėjas keičiasi nešlio centriniame dažnyje, kai keičiasi garso moduliacijos signalas (centrinis dažnis prieš nemoduliavimą), o dažnio nuokrypio keitimo laikas per sekundę atitinka garso signalo moduliacijos dažnį. . Jei garso signalo dažnis yra 1kHz, nešlio dažnio nuokrypio laikas taip pat yra 1k kartų per sekundę. Dažnio nuokrypio dydis priklauso nuo garso signalo amplitudės.
Stereo FM koncepcija, stereo FM pirmiausia užkoduoja dviejų garso dažnių (kairiųjų ir dešiniųjų kanalų) signalus, kad gautų žemų dažnių sudėtinių stereofoninių signalų rinkinį, o tada FM atliekamas aukšto dažnio laikmenoje. „Stereo FM“ skirstomas į tris tipus: dažnio dalijimo sistemą (ir skirtumų sistemą), laiko padalijimo sistemą ir kryptinio signalo sistemą pagal skirtingus stereo apdorojimo metodus. Dabar paprastai naudojama sumų skirtumų sistema. Sumos ir skirtumo sistema yra stereo moduliatoriuje, kairysis (L) ir dešinysis (R) kanalų signalai yra užkoduoti pirmiausia, kad susidarytų suminis signalas (L + R) ir skirtumo signalas (LR), o suminis signalas yra tiesiogiai siunčiamas moduliatoriui Nešėjas yra pagrindinis kanalo signalas, skirtas klausytis suderinamumo su įprastu FM radiju; skirtumo signalas siunčiamas į subalansuotą moduliatorių, kad būtų nuslopinta nešlio amplitudės moduliacija ant nešlio, o gauta dvigubos šoninės juostos nuslopinta amplitudės moduliacijos banga naudojama kaip potinklio kanalo signalas, o tada kartu su suminiu signalu „Mix“ moduliuojant pagrindinį nešiklį. Potinklio kanalo signalo dažnio diapazonas yra nuo 23 iki 53 kHz (38 ± 15 kHz), kuris priklauso super garso diapazonui ir netrukdys monofoniniam atkūrimui. Kadangi subkanalo AM bangos nešiklis yra slopinamas, stereofoninis radijas negali tiesiogiai demoduliuoti išeinančio signalo. Todėl radijuje turėtų būti generuojamas 38 kHz signalas, kurio dažnis ir fazė yra tokie patys kaip perdavimo sistemos nešiklio. Dėl šios priežasties perduodančiame gale, intervale tarp pagrindinio ir antrinio kanalo dažnių spektro, kitas 19 kHz (1/2 nešlio dažnio) bandomasis signalas (PilotTone) perduodamas radijo ryšiu 38 kHz regeneruotam padėjėjui „nukreipti“. Šis moduliacijos metodas vadinamas pilotiniu dažniu, be to, jis yra plačiausiai naudojamas dažnių dalijimo būdas stereofoniniame transliavime.
Atitinkamai, norint išmatuoti FM signalus ir stereofoninius FM signalus, pasaulyje paprastai matuojami šie parametrai.
1.1, užimtas pralaidumas
Remiantis ITU rekomendacijomis, signalo pralaidumo matavimas paprastai grindžiamas spektru, naudojant du metodus: „β% užimto pralaidumo“ ir „x-dB pralaidumo“. Β% užimamas pralaidumas parodytas 1 paveiksle. Matavimo metodas yra pirmiausia suskaičiuoti bendrą galią stebėjimo juostos plote ir tada kaupti spektro linijų galią nuo abiejų pusių iki vidurio spektre, kol galia ir bendra galia (β / 2)%, atitinkamai apibrėžta kaip f1 ir f2, apibrėžtas pralaidumas yra lygus f2-f1; o x-dB dažnių juostos plotis parodytas 2 paveiksle. Matavimo metodas yra pirmiausia surasti smailę arba aukščiausią spektro tašką, o tada nuo aukščiausio taško iki abiejų pusių. Dvi spektrinės linijos sudaro visas spektrines linijas už šių dviejų ribų spektrinės linijos, mažiausiai xdB mažesnės už aukščiausią tašką, o dažnių skirtumas, atitinkantis dvi spektro linijas, yra juostos plotis.
ITU ir radijo bei televizijos rekomendacijose β paprastai užima 99, o x paprastai užima 26, o tai yra 99% galios pralaidumas ir 26dB pralaidumas, kurie dažnai sakomi.
2 pav. X-dB pralaidumas
1.2 Dažnio nuokrypis
FM signalo dažnio nuokrypis reiškia FM bangos dažnio svyravimo amplitudę, kuri keičiasi keičiantis informacijos (arba balso) bangos formai. Dažnio nuokrypis, paprastai matuojamas prietaisu ar imtuvu, iš tikrųjų reiškia didžiausią dažnio nuokrypį per tam tikrą laikotarpį. Maksimalaus dažnio nuokrypio pasiskirstymas ir dydis lemia girdimo garso kokybę ir garsumą, o tai lemia ir FM radijo spinduliavimą. kokybė.
Pagrindinis šio straipsnio tikslas yra ištirti FM transliacijos perdavimo kokybę, todėl pagal aukščiau pateiktą aprašymą reikėtų atkreipti dėmesį į dažnio poslinkio indeksą.
ITU-R turi išsamų FM signalo dažnio nuokrypio matavimo aprašymą:
Dažnio nuokrypio matavimo metodas yra laikotarpis (rekomenduojamas laiko ilgis yra 50 ms), kad būtų galima išmatuoti dažnio nuokrypį nuo nešiklio kiekviename mėginių ėmimo taške, o didžiausia vertė yra didžiausias dažnio nuokrypis. Tačiau norint geriau suprasti dažnio poslinkį, jo signalo charakteristikoms išreikšti galima naudoti laikui bėgant atnaujintą statistinę histogramą. Histogramos dažnio nuokrypio apskaičiavimo metodas yra toks:
1). Išmatuokite N maksimalų dažnio nuokrypį 50 ms periodu. Matavimo laikotarpio trukmė reikšmingai paveiks histogramą, todėl matavimo rezultatų pakartojamumui užtikrinti reikalingas fiksuotas matavimo laikotarpis. Tuo pačiu metu, pasirinkus 50 ms kaip matavimo periodą, galima užtikrinti, kad maksimalų dažnio nuokrypį vis tiek galima efektyviai išmatuoti, kai moduliacijos dažnis siekia 20Hz.
2). Padalinkite dažnio nuokrypio diapazoną, kurį reikia suskaičiuoti (šiame straipsnyje - ～ 0 kHz), naudojant 150kHz (skiriamąją gebą) kaip vienetą, ir padalykite jį į lygias dalis (šiame straipsnyje - 1 lygių dalių).
3). Kiekvienoje alikvotinėje dalyje suskaičiuokite taškų skaičių pagal atitinkamą dažnio vertę, o gauta bangos forma turėtų būti maždaug tokia, kaip parodyta 3 paveiksle (ty dažnio poslinkio pasiskirstymo histograma), kur X ašis reiškia dažnį, o Y ašis - maksimalus dažnis. Taškų, patenkančių į atitinkamą dažnio vertę, skaičius.
3 paveikslas. Dažnio poslinkio histograma
4). Sukaupkite taškų skaičių kiekvienoje alikvotinėje dalyje ir normalizuokite N procentais kaip vienetą, kad gautumėte 4 paveiksle pavaizduotą grafiką (ty dažnio nuokrypio kaupiamojo pasiskirstymo histogramą), kur X ašis rodo dažnį, o Y ašis reiškia tikimybę, kad didžiausias dažnio nuokrypis patenka į atitinkamos dažnio vertės dažnių diapazoną. Tikimybė prasideda nuo 100% kraštutiniame kairiajame kampe ir baigiasi ties 0% kraštutiniame dešiniajame kampe
4 pav. Dažnio kompensavimo kaupiamojo pasiskirstymo histograma
Tuo pačiu metu ITU-R pateikia maksimalaus dažnio nuokrypio kaupiamojo pasiskirstymo pamatinę specifikaciją (SM1268), kaip parodyta 5 paveiksle.
5 pav. Maksimalaus dažnio nuokrypio kaupiamojo pasiskirstymo pamatinė specifikacija
Specifikacijoje teigiama, kad: dažnio poslinkio pasiskirstymo, viršijančio 75 kHz, statistinė procentinė dalis neviršija 22%, didesnio kaip 80 kHz dažnio poslinkio pasiskirstymo statistinė procentinė dalis neviršija 12%, o didesnio kaip 85 kHz dažnio poslinkio pasiskirstymo procentinė dalis nėra viršyti 8%.
Remiantis minėta teorija, gali būti žinoma, kad FM signalų perdavimo kokybė yra susijusi su FM nešlio dažnio nuokrypio dydžiu moduliavus pradinį garso signalą. Išmatavus ir pagerinus maksimalaus dažnio nuokrypio kaupiamąjį pasiskirstymą, pagerės FM signalų perdavimo kokybė.
2. Aparatūros pagrindas
Šiame straipsnyje naudojamas modulinis transliacijos stebėjimo imtuvas, kuris naudoja dabartinę pažangią radijo stebėjimo technologiją ir atitinka ITU specifikacijas. Imtuvą sudaro aukščiausios klasės skaitmeninio radijo priėmimo modulis ir naujausias įterptasis procesorius. Programinės įrangos apibrėžta radijo architektūra ir didelės spartos duomenų magistralė užtikrina imtuvo mastelį ir bandymo greitį. Imtuvas demoduliuoja ir matuoja FM signalus pagal Tarptautinės telekomunikacijų sąjungos radijo ryšio sektoriaus (ITU-R) standartus ir spektro stebėjimo vadovus, taip pat teikia garso ir pagrindinės juostos analizės funkcijas, specialiai skirtas transliacijų stebėjimo programoms. Specifiniai charakteristikos parametrai yra šie:
Užimtas pralaidumas (okupuotas juostos plotis
Vežėjo kompensacija („CarrierOffset“)
Galia juostoje („PowerinBand“)
FM didžiausias nuokrypis (FMMaximumDeviation)
Didžiausias pagrindinio kanalo signalo dažnio nuokrypis (didžiausias pagrindinio kanalo dažnio nuokrypis (L + R))
Maksimalus bandomojo signalo dažnio nuokrypis (didžiausias pilotono dažnio nuokrypis)
Didžiausias poslinkio signalo dažnio nuokrypis (didžiausias dažnio poslinkio kanalo (LR) dažnio nuokrypis) Transliacijos stebėjimo priėmimo įrangos struktūra ir principinė blokinė schema parodyta 6 paveiksle. Skaitmeninio radijo priėmimo modulis įmontuotas į važiuoklę su didelės spartos duomenų magistrale ir pramoninis armuotas rėmas. Įterptame šio imtuvo valdiklyje naudojamas spartusis procesorius, kuris yra atsakingas už priimančiojo modulio valdymą ir surinktų duomenų apdorojimą.
6 pav. Transliacijos stebėjimo imtuvo struktūros blokinė schema
Skaitmeninį radijo priėmimo modulį sudaro du submoduliai: radijo dažnio keitimo modulis ir greitaeigis tarpinio dažnio priėmimo modulis.
RF žemyn konversijos modulis žemyn konvertuoja dominančią RF dažnių juostą į tarpinio dažnio signalą, o tada perduoda tarpinį dažnio signalą į greitaeigį tarpinio dažnio priėmimo modulį.
Spartaus IF įgijimo modulio pagrindas yra didelės spartos ADC (analoginis-skaitmeninis keitiklis) ir speciali skaitmeninė žemyn konversijos mikroschema, teikianti aparatūros apdorojimo funkcijas. Skaitmeninis žemos konversijos apdorojimas realiuoju laiku ištraukia plačiajuosčio ryšio signalus ir žemyn paverčia juos pagrindine dažnių juosta, tinkama transliavimo signalams, belaidžiams ir kitiems ryšio signalams fiksuoti. Skaitmeninis žemyn konversijos apdorojimas taip pat gali konvertuoti surinktą tarpinio dažnio signalo bangos formą į I / Q kompleksinio signalo duomenų išvestį. Didelio greičio tarpinio dažnio priėmimo modulis naudoja duomenų patentavimui patentuotą didelės spartos specialųjį lustą ir perduoda duomenis valdikliui per DMA, sumažindamas valdiklio procesoriaus apkrovą, leisdamas sutelkti dėmesį į pažangios analizės ir apdorojimo užbaigimą, grafinį vaizdą ir duomenų mainai. . Kaip parodyta 7 paveiksle:
7 pav. Skaitmeninio radijo imtuvo modulio architektūra
RF žemyn konversijos modulis pirmiausia susilpnina vartotojo nurodytą signalą, praleidžia paviršiaus akustinių bangų filtrą, kad filtruotų vaizdo dažnį po konversijos, tada atlieka daugiapakopį žemyn konversiją ir galiausiai išduoda tarpinį dažnio signalą . RF žemyn konversijos modulis naudoja didelio tikslumo ir didelio stabilumo pastovios temperatūros kristalinį osciliatorių kaip sistemos atskaitos laikrodį, kad užtikrintų ypač aukštą dažnio tikslumą.
Siekiant palengvinti kompaktišką pakavimą, modulis naudoja didelio našumo mikro YIG osciliatorių, kad generuotų aukšto dažnio vietinį osciliatoriaus signalą, reikalingą aukštesnės konversijos etapui. YIG osciliatorius yra tam tikras osciliatorius, galintis generuoti labai grynus aukšto dažnio signalus ir dažnai yra labai didelis. Įrangos radijo dažnių keitimo modulis naudoja pažangias technologijas šioje srityje ir projektuojant naudoja labai mažą YIG osciliatorių. YIG osciliatorių galima sureguliuoti pagal nurodytą dažnių juostą, leidžiant vartotojams nustatyti dažnį, kurio reikalauja radijo dažnio keitimo modulis. Išsamus radijo dažnio keitimo modulio dažnio planavimas ir daugiapakopė dažnio keitimo architektūra užtikrina puikias žemo apgaulingo atsako ir didelio dinaminio diapazono charakteristikas. Kaip parodyta 8 paveiksle:
\
8 pav. RF žemyn konversijos modulio architektūra
Šiame straipsnyje analizuojamas ryšys tarp FM transliacijos kokybės ir bendro dažnio nuokrypio pasiskirstymo, pradedant nuo siųstuvo garso procesoriaus reguliavimo, naudojant A stotį (įskaitant garso procesorių A ir siųstuvą A) ir stotį B (įskaitant garso procesorių B) ir siųstuvo mašina B) Norėdami palyginti mėginius, yra sukurti šie eksperimentai.
Šis eksperimentas daugiausia pagerina FM signalo dažnio nuokrypio pasiskirstymą koreguodamas garso procesorių, kad patikrintų jo ryšį su FM transliacijos kokybe.
3.2, bandymas
Eksperimente naudojamas tam tikros transliuojamos programos garso failas, jis apdorojamas per garso procesorius A ir B ir vienu metu perduodamas juos perduoti A ir B siųstuvams. Du siųstuvai naudoja tuos pačius nustatymus. Radijo stebėjimo imtuvas buvo naudojamas įrašyti radijo dažnių signalus iš atitinkamai siųstuvų A ir B, o įrašyti signalai buvo naudojami statistinei FM signalo didžiausio dažnio nuokrypio analizei pagal ITU-RSM.1268.1 standartą. Analizės eksperimento proceso aprašymas pateiktas 9 paveiksle. Rezultatas parodytas 10 paveiksle
9 pav. Bandymo procesas
10 pav. Kaupiamojo dažnio nuokrypio pasiskirstymo diagrama
Pagal statistinį dažnio nuokrypio pasiskirstymą, gautą eksperimento metu, tai pačiai garso rinkmenai A stoties signalo dažnio nuokrypis daugiausia paskirstomas nuo 10 kHz-95% iki 35kHz-5% pusės varpo kreivėje, o signalo dažnis B stoties nuokrypis yra daugiausia Skirstinys rodo pusės varpo kreivę nuo 10kHz-95% iki 75KHz-95%. Dviejų stočių laiko srities signalai rodo skirtingas tikimybės pasiskirstymo charakteristikas. Priešingai, B stoties signalo dažnio poslinkis yra didesnis.
Žiūrėjimo požiūriu, B stoties garso kokybė yra geresnė nei A stoties, o garsumas yra didesnis, ty perdavimo kokybė yra geresnė.
3.3, derinimas
Kadangi garso failai, perduodami dviem garso procesoriams, yra vienodi, dviejų siųstuvų nustatymai taip pat yra vienodi, tačiau A stoties ir B stoties signalo dažnio poslinkio pasiskirstymas skiriasi, o tai rodo, kad dviejų stočių garso procesoriai yra skirtingi. To paties garso failo, kurį apdoroja garso procesorius A, signalo dažnio nuokrypio amplitudė yra palyginti maža, o tai rodo, kad garso procesoriaus A nustatymas nepasiekė ITU-RSM1268.1 standarto. Todėl pritaikius garso procesorių A pagal rekomenduojamą standartą, teoriškai galima pasiekti aukštesnę perdavimo kokybę. Dėl šios priežasties buvo sukurtas šis patikrinimo eksperimentas.
3.4, patikra
Transliuojamą programą apdoroja garso procesorius A, o tada ji perduodama siųstuvui A perduoti. Inžinierius reguliuoja garso procesorių A esant nepertraukiamam perdavimui. Radijo stebėjimo imtuvas priima A stoties radijo dažnio signalą ir vadovaujasi ITU-RSM.1268.1 standartu, kad atliktų statistinę FM signalo didžiausio dažnio nuokrypio analizę ir palygintų duomenis prieš ir po garso procesoriaus A koregavimo. patikrinimo eksperimentas parodytas 11 paveiksle.
11 pav. Bandymo procesas
12 pav. Kaupiamojo dažnio nuokrypio pasiskirstymas
Iš statistinio dažnio nuokrypio pasiskirstymo to paties programos šaltinio signalo dažnio nuokrypis prieš koregavimą daugiausia paskirstomas nuo 25kHz-95% iki 45kHz-5% pusės varpo kreivėje, o signalo dažnio nuokrypis po reguliavimo daugiausia paskirstomas nuo 45kHz-95%. Tai rodo pusės varpo kreivę iki 55KHz-95%. Priešingai, pakoreguota signalo dažnio poslinkio vertė yra didesnė, o pasiskirstymas yra pilnesnis. Žiūrint iš perspektyvos, koreguota garso kokybė ir garsumas žymiai pagerėja, palyginti su anksčiau.
Ketvirta, patikrinimo eksperimento išvada
To paties programos šaltinio atveju, koreguojant garso procesoriaus etaloninį išvesties lygį, galima pagerinti dažnio poslinkio paskirstymą, kad jis būtų pilnesnis, o dažnio poslinkio vertė yra didesnė.
Tam pačiam garso šaltiniui maksimalus dažnio nuokrypio pasiskirstymas po FM moduliacijos gali paveikti demoduliuoto garso garsumą ir sodrumą. Koreguojant garso procesoriaus parametrų parametrus, FM signalas labiau atitinka ITU-R specifikaciją, todėl klausymas gali būti garsesnis ir pilnesnis. Todėl naudojant transliacijos stebėjimo įrangą FM radijo parametrams aptikti ir transliacijos nuorodoje esančiai įrangai pagal ITU-R standartą pritaikyti šiuos parametrus, galima gauti aukštesnę perdavimo kokybę.
Tai taip pat rodo, kad transliacijos stebėjimo įrangos naudojimas FM transliacijai stebėti yra veiksminga priemonė užtikrinant FM transliacijos kokybę.
V. Perspektyva
Transliacijos stebėjimo imtuvas, pagrįstas šiame straipsnyje naudojama programinės įrangos radijo architektūra, yra vieno kanalo priėmimo įrenginys, turintis palyginti nedaug bandymo parametrų, o po įsigijimo reikia atlikti rankinę analizę, o tai yra palyginti neefektyvu. Tobulėjant mokslo ir technologijų pažangai bei pažangai, kartu su eksperimente iškylančiomis problemomis, siūlomos kelios būsimos FM transliacijų stebėjimo ir priėmimo įrangos perspektyvos:
1. Visas juostos FM transliacijos signalų įrašymas realiuoju laiku nuo 87 MHz iki 108 MHz.
2. Įrengtas didelės talpos disko masyvas, kuris gali įrašyti visą parą ir įgyvendinti pažangias funkcijas, tokias kaip laiko įrašymas.
3. Jį galima valdyti nuotoliniu būdu, kad būtų realizuotos tokios funkcijos kaip neprižiūrimas stebėjimas, automatinė analizė ir ataskaitų generavimas.
4. Palaikykite duomenų bazę, kuri gali atkurti dažnių spektrą ir garso dažnį bet kuriuo metu ir bet kokiu dažniu.
5. Įvairi sistemos konfigūracija gali patenkinti skirtingų klientų poreikius.
6. Modulinis programinės ir aparatinės įrangos dizainas yra patogus sistemos plėtrai ir antrinei plėtrai.
Mūsų kitas produktas:
