FM apraide, izmantojot radio pārraidi, lai pārraidītu apraides signālus
I. Pārskats
Frekvenču modulācijas (FM) jēdziens. FM ir galvenais veids, kā realizēt augstas precizitātes skaņas apraidi un stereo apraidi mūsdienās. Tas pārraida audio signālus frekvences modulācijas režīmā. FM viļņa nesējs mainās nesēja centrālajā frekvencē, mainoties audio modulācijas signālam (Centrālā frekvence pirms nemodulācijas) mainās abās pusēs, un frekvences novirzes maiņas laiks sekundē atbilst audio signāla modulācijas frekvencei . Ja audio signāla frekvence ir 1kHz, nesēja frekvences novirzes maiņas laiks ir arī 1k reizes sekundē. Frekvences novirzes lielums ir atkarīgs no audio signāla amplitūdas.
Stereo FM jēdziens stereo FM vispirms kodē divu audio frekvenču (kreisā un labā kanāla) signālus, lai iegūtu zemfrekvences salikto stereo signālu kopu, un pēc tam FM tiek veikts uz augstfrekvences nesēju. Stereo FM ir sadalīts trīs veidos: frekvences dalīšanas sistēma (un atšķirības sistēma), laika dalīšanas sistēma un virziena signālu sistēma atbilstoši dažādām stereo apstrādes metodēm. Summu starpības sistēmu parasti izmanto tagad. Summu un starpību sistēma atrodas stereo modulatorā, vispirms tiek kodēti kreisā (L) un labā (R) kanāla signāli, veidojot summas signālu (L + R) un starpības signālu (LR), un summas signāls ir tieši nosūtīts modulatoram Pārvadātājs ir galvenais kanāla signāls saderīgai klausīšanai ar parasto FM radio; starpības signāls tiek nosūtīts uz līdzsvarotu modulatoru, lai nomāktu nesēja amplitūdas modulāciju uz apakšnesēju, un iegūto dubultās sānu joslas nomākto amplitūdas modulācijas vilni izmanto kā apakškanāla signālu, un pēc tam apvieno ar summas signālu Mix, lai modulētu galveno nesēju. Apakškanāla signāla frekvences diapazons ir no 23 līdz 53 kHz (38 ± 15 kHz), kas pieder super audio diapazonam un netraucēs mono atskaņošanu. Tā kā apakškanāla AM viļņa apakšnesējs tiek nomākts, stereo radio nevar tieši demodulēt izejošo signālu. Tādēļ demodulējamajā radio jāveido 38 kHz signāls ar tādu pašu frekvenci un fāzi kā raidošās sistēmas apakšnesējs. Šī iemesla dēļ raidīšanas galā intervālā starp galveno un apakškanāla frekvenču spektru vēl viens 19 kHz (1/2 apakšnesēja frekvence) pilotsignāls (PilotTone) tiek pārraidīts 38 kHz reģenerētā apnesēja "vadīšanai" radio. Šo modulācijas metodi sauc par pilotu frekvenci, un tā ir arī visplašāk izmantotā frekvences sadalīšanas metode stereo apraidē.
Attiecīgi, lai izmērītu FM signālus un stereo FM signālus, pasaulē parasti mēra šādus parametrus.
1.1, aizņemtais joslas platums
Saskaņā ar ITU ieteikumiem signāla joslas platuma mērīšana parasti tiek balstīta uz spektru, izmantojot divas metodes: "β% aizņemtais joslas platums" un "x-dB joslas platums". Β% aizņemtais joslas platums parādīts 1. attēlā. Mērīšanas metode ir vispirms uzskaitīt kopējo jaudu monitoringa joslas platumā un pēc tam uzkrāt spektra līniju jaudu no abām pusēm līdz vidum spektrā, līdz jauda un kopējā jaudas (β / 2)%, kas attiecīgi definēti kā f1 un f2, noteikts joslas platums ir vienāds ar f2-f1; un x-dB joslas platums parādīts 2. attēlā. Mērīšanas metode ir vispirms atrast pīķi vai augstāko punktu spektrā un pēc tam no augstākā punkta uz abām pusēm. Abas spektrālās līnijas veido visas spektrālās līnijas ārpus šīm divām spektrālās līnijas, kas vismaz xdB ir mazākas par augstāko punktu, un frekvenču starpība, kas atbilst abām spektrālajām līnijām, ir joslas platums.
ITU un radio un televīzijas ieteikumos β parasti aizņem 99, un x parasti aizņem 26, kas ir 99% jaudas joslas platums un 26dB joslas platums, par kuriem bieži saka.
2. attēls. X-dB joslas platums
1.2 Frekvences novirze
Frekvences novirze FM signālā attiecas uz FM viļņa frekvences svārstību amplitūdu, kas mainās līdz ar informācijas (vai balss) viļņu formas svārstībām. Frekvences novirze, ko parasti mēra instruments vai uztvērējs, faktiski attiecas uz maksimālo frekvences novirzi noteiktā laika periodā. Maksimālās frekvences novirzes sadalījums un lielums nosaka dzirdamās skaņas kvalitāti un skaļumu, kas nosaka arī FM radio izstarojumu. kvalitāte.
Šī raksta galvenais mērķis ir izpētīt FM apraides pārraides kvalitāti, tāpēc saskaņā ar iepriekš minēto aprakstu jāpievērš uzmanība frekvences nobīdes indeksam.
ITU-R ir detalizēts FM signāla frekvences novirzes mērīšanas apraksts:
Frekvences novirzes mērīšanas metodei ir jāpieņem laika periods (ieteicamais laika garums ir 50 ms), lai izmērītu frekvences novirzi attiecībā pret nesēju katrā paraugu ņemšanas punktā, un maksimālā vērtība ir maksimālā frekvences novirze. Bet, lai dziļāk izprastu frekvences nobīdi, tā signāla raksturojumu izteikšanai var izmantot laika gaitā atjauninātu statistikas histogrammu. Biežuma novirzes histogrammas aprēķināšanas metode ir šāda:
1). Izmēra N maksimālās frekvences novirzes ar 50 ms periodu. Mērīšanas perioda ilgums būtiski ietekmēs histogrammu, tāpēc ir nepieciešams noteikts mērīšanas periods, lai nodrošinātu mērījumu rezultātu atkārtojamību. Tajā pašā laikā, izvēloties 50 ms kā mērīšanas periodu, var nodrošināt, ka maksimālo frekvences novirzi joprojām var efektīvi izmērīt, kad modulācijas frekvence ir tik zema kā 20Hz.
2). Sadaliet frekvences novirzes diapazonu, kas jāuzskaita (šajā rakstā: 0 × 150 kHz), kā vienību izmantojot 1 kHz (izšķirtspēju), un sadaliet to vienādās daļās (šajā rakstā - 150 vienādas daļas).
3). Katrā alikvotā daļā saskaita punktu skaitu attiecīgajā frekvences vērtībā, un iegūtajai viļņu formai jābūt aptuveni tādai, kā parādīts 3. attēlā (ti, frekvences nobīdes sadalījuma histogrammā), kur X ass apzīmē frekvenci, un Y ass apzīmē frekvenci. maksimālā frekvence. Punktu skaits, kas nokrīt uz atbilstošās frekvences vērtības.
3. attēls. Frekvences nobīdes sadalījuma histogramma
4). Uzkrājiet punktu skaitu katrā alikvotā daļā un normalizējiet N ar procentuālo vērtību kā vienību, lai iegūtu 4. attēlā parādīto grafiku (ti, frekvences novirzes kumulatīvā sadalījuma histogrammu), kur X ass apzīmē frekvenci, un Y ass apzīmē varbūtību, ka maksimālā frekvences novirze ietilpst atbilstošās frekvences vērtības frekvenču diapazonā. Varbūtība sākas pie 100% galējā kreisajā pusē un beidzas ar 0% galējā labajā pusē
4. attēls. Frekvences nobīdes kumulatīvā sadalījuma histogramma
Tajā pašā laikā ITU-R sniedz atsauces specifikāciju (SM1268) maksimālās frekvences novirzes kumulatīvajam sadalījumam, kā parādīts 5. attēlā.
5. attēls. Maksimālās frekvences novirzes kumulatīvā sadalījuma atsauces specifikācija
Specifikācijā norādīts, ka: frekvences nobīdes sadalījuma statistiskais procents, kas lielāks par 75 kHz, nepārsniedz 22%, frekvences nobīdes sadalījuma statistiskais procents, kas lielāks par 80 kHz, nepārsniedz 12%, un frekvences nobīdes sadalījuma, kas lielāks par 85 kHz, statistiskais procents pārsniedz 8%.
Pamatojoties uz iepriekš minēto teoriju, var zināt, ka FM signālu pārraides kvalitāte ir saistīta ar FM nesēja frekvences novirzes lielumu pēc sākotnējā audio signāla modulēšanas. Maksimālās frekvences novirzes kumulatīvā sadalījuma mērīšana un uzlabošana palīdzēs uzlabot FM signālu pārraides kvalitāti.
2. Aparatūras pamats
Šajā rakstā tiek izmantots moduļu apraides uzraudzības uztvērējs, kas izmanto pašreizējo uzlaboto radio novērošanas tehnoloģiju un atbilst ITU specifikācijām. Uztvērējs sastāv no augstas klases digitālā radio uztveršanas moduļa un jaunākā iegultā procesora. Programmatūras definēta radio arhitektūra un ātrgaitas datu kopne nodrošina uztvērēja mērogojamību un testa ātrumu. Uztvērējs demodulē un mēra FM signālus saskaņā ar Starptautiskās Telekomunikāciju savienības radiosakaru sektora (ITU-R) standartiem un spektra uzraudzības rokasgrāmatām, kā arī nodrošina audio un bāzes joslas analīzes funkcijas īpaši apraides uzraudzības lietojumprogrammām. Īpašie raksturīgie parametri ir šādi:
Aizņemtais joslas platums (OccupiedBandwidth
Pārvadātāja kompensācija (CarrierOffset)
Jauda joslā (PowerinBand)
FM maksimālā novirze (FMMaximumDeviation)
Galvenā kanāla signāla maksimālā frekvences novirze (maksimālā kanāla augstākā frekvences novirze (L + R))
Pilota signāla maksimālā frekvences novirze (pilotona maksimālā frekvences novirze)
Apakškanāla signāla maksimālā frekvences novirze (Apakškanāla signāla maksimālā frekvences novirze (LR)) Apraides uzraudzības uztveršanas iekārtas struktūra un principiālā blokshēma ir parādīta 6. attēlā. Digitālā radio uztveršanas modulis ir uzstādīts šasijā ar ātrgaitas datu kopni un rūpnieciski pastiprināts rāmis. Šī uztvērēja iegultais kontrolieris izmanto ātrgaitas procesoru, kas ir atbildīgs par saņēmēja moduļa vadību un savākto datu apstrādi.
6. attēls Apraides uzraudzības uztvērēja struktūras blokshēma
Digitālā radio uztveršanas modulis ietver divus apakšmoduļus: RF pārveidošanas moduli un ātrgaitas starpfrekvences iegūšanas moduli.
RF lejupvērstais modulis uz leju pārveido interesējošo RF frekvenču joslu par starpfrekvences signālu un pēc tam nosūta starpfrekvences signālu uz ātrgaitas starpfrekvences iegūšanas moduli.
Ātrgaitas IF iegūšanas moduļa kodols ir ātrgaitas ADC (analogais uz ciparu pārveidotājs) un īpaša digitāla lejupvērsta pārveidošanas mikroshēma, kas nodrošina aparatūras apstrādes funkcijas. Digitālā lejupvērstā pārveidošana reāllaikā iegūst platjoslas signālus un pārveido tos par pamatjoslu, kas ir piemērota apraides signālu, bezvadu signālu un citu sakaru signālu uztveršanai. Digitālā lejupvērstā pārveidošana var arī pārveidot savākto starpfrekvences signāla viļņu formu I / Q kompleksa signāla datu izvadē. Ātrgaitas starpfrekvenču iegūšanas modulis datu pārraidei izmanto patentētu ātrgaitas veltītu mikroshēmu un pārraida datus kontrolierim caur DMA, samazinot kontroliera procesora slodzi, ļaujot tam koncentrēties uz uzlabotas analīzes un apstrādes pabeigšanu, grafisko attēlošanu un datu apmaiņa. . Kā parādīts 7. attēlā:
7. attēls. Digitālā radio uztvērēja moduļa arhitektūra
RF lejupvērstā pārveidošanas modulis vispirms vājina signālu, kā norādījis lietotājs, nodod virsmas akustisko viļņu filtru, lai filtrētu attēla frekvenci pēc augšupvērstas pārveidošanas, un pēc tam veic daudzpakāpju lejupvērstu pārveidošanu un visbeidzot izdod starpfrekvences signālu . RF lejupvērstā pārveidošanas modulis izmanto augstas precizitātes un augstas stabilitātes nemainīgas temperatūras kristālu oscilatoru kā sistēmas atsauces pulksteni, lai nodrošinātu ārkārtīgi augstu frekvences precizitāti.
Lai atvieglotu kompaktu iesaiņošanu, modulis izmanto augstas veiktspējas mikro YIG oscilatoru, lai radītu augstfrekvences lokālā oscilatora signālu, kas nepieciešams augšup-pārveidošanas stadijā. YIG oscilators ir sava veida oscilators, kas var radīt ļoti tīrus augstfrekvences signālus un bieži ir ļoti liels. Iekārtas RF pārveidošanas modulis šajā jomā izmanto progresīvu tehnoloģiju un projektēšanā izmanto ļoti mazu YIG oscilatoru. YIG oscilatoru var noregulēt uz noteiktu frekvenču joslu, ļaujot lietotājiem iestatīt frekvenci, kas nepieciešama RF pārveidošanas modulim. RF lejupvērstās pārveidošanas moduļa visaptverošā frekvences plānošana un daudzpakāpju frekvences pārveidošanas arhitektūra nodrošina instrumenta zemās viltus reakcijas un lielā dinamiskā diapazona izcilas īpašības. Kā parādīts 8. attēlā:
\
8. attēls. RF pārveidošanas moduļa arhitektūra
Šajā rakstā analizēta saikne starp FM apraides pārraides kvalitāti un frekvences novirzes kumulatīvo sadalījumu, sākot ar raidītāja audio procesora pielāgošanu, izmantojot staciju A (ieskaitot audio procesoru A un raidītāju A) un staciju B (ieskaitot audio procesoru B un raidītāja mašīna B) Lai salīdzinātu paraugus, ir paredzēti šādi eksperimenti.
Šis eksperiments galvenokārt uzlabo FM signāla frekvences novirzes kumulatīvo sadalījumu, pielāgojot audio procesoru, lai pārbaudītu tā saistību ar FM apraides pārraides kvalitāti.
3.2, tests
Eksperimentā tiek izmantots noteiktas apraides programmas audio fails, tas tiek apstrādāts, izmantojot audio procesorus A un B, un tos vienlaikus nosūta raidītājiem A un B pārraidei. Divi raidītāji izmanto vienus un tos pašus iestatījumus. Radiovērošanas uztvērējs tika izmantots, lai ierakstītu radiofrekvenču signālus attiecīgi no raidītājiem A un B, un ierakstītos signālus izmantoja FM signāla maksimālās frekvences novirzes statistiskai analīzei saskaņā ar ITU-RSM.1268.1 standartu. Analīzes eksperimenta procesa apraksts ir parādīts 9. attēlā. Rezultāts parādīts 10. attēlā
9. attēls. Pārbaudes process
10. attēls. Kumulatīvās frekvences novirzes sadalījuma diagramma
No eksperimentā iegūtās frekvences novirzes statistiskā sadalījuma tam pašam audio failam stacijas A signāla frekvences novirze galvenokārt tiek sadalīta no 10kHz-95% līdz 35kHz-5% puszvana līknē, un signāla frekvence stacijas B novirze galvenokārt ir sadalījums parāda puszvana līkni no 10 kHz-95% līdz 75 kHz-95%. Abu staciju laika domēna signāliem ir atšķirīgi varbūtības sadalījuma raksturlielumi. Turpretī B stacijas signāla frekvences nobīde ir lielāka.
No klausīšanās viedokļa B stacijas audio kvalitāte ir labāka nekā A stacijas, un skaļums ir skaļāks, tas ir, pārraides kvalitāte ir labāka.
3.3, atkļūdošana
Tā kā abos audio procesoros pārsūtītie audio faili ir vienādi, arī abu raidītāju iestatījumi ir vienādi, bet A stacijas un B stacijas signāla frekvences nobīdes sadalījums ir atšķirīgs, norādot, ka abu staciju audio procesori ir savādāk. Tā paša audio faila signāla frekvences novirzes amplitūda, kuru apstrādā audio procesors A, ir salīdzinoši maza, kas norāda, ka audio procesora A iestatījums nav sasniedzis ITU-RSM1268.1 standartu. Tāpēc pēc audio procesora A noregulēšanas atbilstoši ieteiktajam standartam var sasniegt teorētiski augstāku pārraides kvalitāti. Šī iemesla dēļ tika izstrādāts šāds verifikācijas eksperiments.
3.4., Verifikācija
Apraides programmu apstrādā audio procesors A un pēc tam nosūta raidītājam A pārraidei. Inženieris noregulē audio procesoru A nepārtrauktas pārraides apstākļos. Radiomonitora uztvērējs uztver A stacijas radiofrekvenču signālu un ievēro ITU-RSM.1268.1 standartu, lai veiktu FM signāla maksimālās frekvences novirzes statistisko analīzi un salīdzinātu datus pirms un pēc audio procesora A pielāgošanas. verifikācijas eksperiments parādīts 11. attēlā.
11. attēls. Pārbaudes process
12. attēls. Kumulatīvās frekvences novirzes sadalījums
No statistiskā frekvences novirzes sadalījuma vienam un tam pašam programmas avotam signāla frekvences novirze pirms pielāgošanas galvenokārt tiek sadalīta no 25kHz-95% līdz 45kHz-5% puszvana līknē, un signāla frekvences novirze pēc korekcijas galvenokārt tiek sadalīta no 45 kHz-95%. Tas parāda pusi zvana līkni līdz 55KHz-95%. Turpretī koriģētā signāla frekvences nobīdes vērtība ir lielāka, un sadalījums ir pilnīgāks. No klausīšanās viedokļa koriģētā skaņas kvalitāte un skaļums ir ievērojami uzlaboti, salīdzinot ar iepriekšējo.
Ceturtkārt, verifikācijas eksperimenta secinājums
Tā paša programmas avota gadījumā, pielāgojot audio procesora atsauces izejas līmeni, var uzlabot frekvences nobīdes sadalījumu, lai tas būtu pilnīgāks, un frekvences nobīdes vērtība ir lielāka.
Tajā pašā audio avotā maksimālais frekvences novirzes sadalījums pēc FM modulācijas var ietekmēt demodulētās skaņas skaļumu un piesātinājumu. Pielāgojot audio procesora parametru iestatījumus, FM signāls vairāk atbilst ITU-R specifikācijai, kas var padarīt klausīšanās skaņu skaļāku un pilnīgāku. Tāpēc apraides uzraudzības iekārtu izmantošana FM apraides parametru noteikšanai un apraides saites aprīkojuma pielāgošanai atbilstoši ITU-R standartam šiem parametriem var iegūt augstāku pārraides kvalitāti.
Tas arī parāda, ka apraides uzraudzības aprīkojuma izmantošana FM apraides uzraudzībai ir efektīvs līdzeklis, lai nodrošinātu FM apraides pārraides kvalitāti.
V. Perspektīva
Apraides uzraudzības uztvērējs, kas balstīts uz šajā rakstā izmantoto programmatūras radio arhitektūru, ir viena kanāla uztveršanas ierīce ar salīdzinoši maz testa parametru, un pēc iegūšanas ir nepieciešama manuāla analīze, kas ir salīdzinoši neefektīva. Attīstoties zinātnei un tehnoloģijai un progresam, kā arī eksperimentā radušās problēmas, tiek piedāvātas dažas perspektīvas FM apraides uzraudzības un uztveršanas iekārtām nākotnē:
1. Pilnas joslas FM apraides signālu reālā laika ierakstīšana no 87 MHz līdz 108 MHz.
2. Aprīkots ar lielas ietilpības disku masīvu, kas var ierakstīt visu diennakti un realizēt tādas uzlabotas funkcijas kā laika ierakstīšana.
3. To var kontrolēt attālināti, lai realizētu tādas funkcijas kā bez uzraudzības, automātiska analīze un ziņojumu ģenerēšana.
4. Atbalstiet datu bāzi, kas var reproducēt frekvenču spektru un audio frekvenci jebkurā laikā un jebkurā frekvencē.
5. Daudzveidīga sistēmas konfigurācija var apmierināt dažādu klientu vajadzības.
6. Programmatūras un aparatūras moduļu dizains ir ērts sistēmas paplašināšanai un sekundārai attīstībai.
citu mūsu produktu:
