Emisión FM por transmisión de radio para transmitir sinais de transmisión
I. Visión xeral
O concepto de modulación de frecuencia (FM). A FM é a principal forma de realizar emisións de son de alta fidelidade e transmisión estéreo nos tempos modernos. Transmite sinais de audio nun modo de modulación de frecuencia. A portadora da onda FM cambia na frecuencia central da portadora mentres cambia o sinal de modulación de audio (A frecuencia central antes da desmodulación) cambia en ambos os dous lados e os tempos de cambio de desviación de frecuencia por segundo son consistentes coa frecuencia de modulación do sinal de audio. . Se a frecuencia do sinal de son é de 1 kHz, os tempos de cambio de desviación de frecuencia da portadora tamén son 1 k por veces. O tamaño da desviación de frecuencia depende da amplitude do sinal de audio.
O concepto de FM estéreo, FM estéreo primeiro codifica os sinais de dúas frecuencias de audio (canles esquerda e dereita) para obter un conxunto de sinais estéreo compostos de baixa frecuencia e, a continuación, FM realízase na portadora de alta frecuencia. Stereo FM divídese en tres tipos: sistema de división de frecuencia (e sistema de diferenzas), sistema de división de tempo e sistema de sinal direccional segundo diferentes métodos de procesamento para estéreo. O sistema de diferenzas de suma úsase normalmente agora. O sistema de suma e diferenza está no modulador estéreo, os sinais da canle esquerda (L) e dereita (R) codifícanse primeiro para formar o sinal de suma (L + R) e o sinal de diferenza (LR), e o sinal de suma é directamente enviado ao modulador A portadora constitúe o sinal da canle principal para a escoita compatible coa radio FM normal; o sinal de diferenza envíase ao modulador equilibrado para suprimir a modulación de amplitude da portadora na subportadora e a onda de modulación de amplitude suprimida de banda lateral obtida úsase como sinal de subcanal e, a continuación, combínase co sinal de suma Mix para modular a portadora principal. O rango de frecuencia do sinal de subcanle é de 23 a 53kHz (38 ± 15kHz), que pertence ao rango de audio super e non interferirá coa reprodución mono. Dado que se suprime a subportadora da onda AM subcanal, a radio estéreo non pode demodular directamente o sinal de saída. Polo tanto, un radio de 38 kHz coa mesma frecuencia e fase que a subportadora do sistema transmisor debería xerarse na radio para ser demodulado. Por esta razón, no extremo transmisor, no intervalo entre o espectro de frecuencia principal e o subcanal, transmítese outro sinal piloto de 19 kHz (1/2 frecuencia de subportadora) (PilotTone) para "guiar" a subportadora rexenerada a 38 kHz na radio. Este método de modulación chámase frecuencia piloto e tamén é o método de división de frecuencia máis utilizado na transmisión estéreo.
Correspondentemente, para medir sinais FM e sinais estéreo FM, os seguintes parámetros adóitanse medir no mundo.
1.1, ancho de banda ocupado
Segundo as recomendacións da UIT, a medición do ancho de banda do sinal baséase normalmente no espectro empregando dous métodos: "β% de ancho de banda ocupado" e "ancho de banda x-dB". O β% de ancho de banda ocupado móstrase na figura 1. O método de medición consiste primeiro en contar a potencia total do ancho de banda de monitorización e, a continuación, acumular a potencia das liñas espectrais de ambos os dous lados ata o medio do espectro ata a potencia e o total potencia (β / 2)%, respectivamente definida como f1 e f2, o ancho de banda definido é igual a f2-f1; e o ancho de banda x-dB móstrase na figura 2. O método de medición consiste en atopar primeiro o pico ou o punto máis alto do espectro e despois dende o punto máis alto a ambos os dous lados As dúas liñas espectrais fan todas as liñas espectrais fóra destes dous liñas espectrais polo menos xdB máis pequenas que o punto máis alto e a diferenza de frecuencia correspondente ás dúas liñas espectrais é o ancho de banda.
Nas recomendacións da UIT e de radio e televisión, β normalmente leva 99, e x normalmente leva 26, que é o 99% de ancho de banda de potencia e 26dB de ancho de banda que se adoita dicir.
Figura 2. Ancho de banda x-dB
1.2 Desviación de frecuencia
A desviación de frecuencia no sinal FM refírese á amplitude do balance de frecuencia da onda FM, que cambia coa flutuación da forma de onda de información (ou voz). A desviación de frecuencia normalmente medida por un instrumento ou receptor refírese realmente á desviación de frecuencia máxima nun período de tempo. A distribución e o tamaño da desviación de frecuencia máxima determinan a calidade do son e o volume do audio escoitado, o que tamén determina a emisión da radio FM. calidade.
O obxectivo principal deste artigo é estudar a calidade de transmisión da emisión FM, polo que de acordo coa descrición anterior débese prestar atención ao índice de compensación de frecuencia.
UIT-R ten unha descrición detallada da medida da desviación de frecuencia do sinal FM:
O método de medición da desviación de frecuencia é levar un período de tempo (a lonxitude recomendada é de 50 ms) para medir a desviación de frecuencia relativa á portadora en cada punto de mostraxe e o valor máximo é a desviación de frecuencia máxima. Pero para ter unha comprensión máis profunda da compensación de frecuencia, pódese usar un histograma estatístico actualizado co paso do tempo para expresar as súas características de sinal. O método de cálculo do histograma de desviación de frecuencia é o seguinte:
1). Mida as N desviacións de frecuencia máximas cun período de 50 ms. A duración do período de medición afectará significativamente ao histograma, polo que é necesario un período de medición fixo para garantir a repetibilidade dos resultados da medición. Ao mesmo tempo, seleccionando 50 ms como período de medición pode asegurarse de que a desviación máxima de frecuencia aínda se poida medir de forma efectiva cando a frecuencia de modulación é tan baixa como 20Hz.
2). Divide o rango de desviación de frecuencia que hai que contar (0 ～ 150kHz neste artigo), usando 1kHz (resolución) como unidade e divídea en partes iguais (neste artigo, 150 partes iguais).
3). En cada alícuota, conte o número de puntos no valor de frecuencia correspondente e a forma de onda obtida debería ser aproximadamente como se mostra na Figura 3 (é dicir, histograma de distribución de compensación de frecuencia), onde o eixo X representa a frecuencia e o eixo Y representa a frecuencia máxima. O número de puntos que caen sobre o valor de frecuencia correspondente.
Figura 3. Histograma da distribución de compensación de frecuencia
4). Acumule o número de puntos en cada alícuota e normalice N cunha porcentaxe como unidade para obter a gráfica que se mostra na figura 4 (é dicir, o histograma da distribución acumulada da desviación de frecuencia), onde o eixo X representa a frecuencia e Y o eixo representa a probabilidade de que a desviación de frecuencia máxima caia dentro do rango de frecuencia do valor de frecuencia correspondente. A probabilidade comeza ao 100% no extremo esquerdo e remata no 0% no extremo dereito
Figura 4. Histograma da distribución acumulada de compensación de frecuencia
Ao mesmo tempo, UIT-R ofrece unha especificación de referencia (SM1268) para a distribución acumulativa da desviación de frecuencia máxima, como se mostra na figura 5.
Figura 5. Especificación de referencia para a distribución acumulada da desviación de frecuencia máxima
A especificación establece que: a porcentaxe estatística de distribución de compensación de frecuencia superior a 75 kHz non supera o 22%, a porcentaxe estatística de distribución de compensación de frecuencia superior a 80 kHz non supera o 12% e a porcentaxe estatística de distribución de compensación de frecuencia superior a 85 kHz non supera superan o 8%.
Baseado na teoría anterior, pódese saber que a calidade de transmisión dos sinais FM está relacionada coa magnitude da desviación de frecuencia da portadora FM despois de que se module o sinal de son orixinal. Medir e mellorar a distribución acumulada da desviación máxima de frecuencia axudará a mellorar a calidade de transmisión dos sinais FM.
2. Fundamento do hardware
Este artigo usa un receptor de monitorización de transmisión modular que utiliza a tecnoloxía avanzada de monitorización de radio actual e cumpre coas especificacións da UIT. O receptor consiste nun módulo de recepción de radio dixital de alta gama e no último procesador incorporado. A arquitectura de radio definida por software e o bus de datos de alta velocidade aseguran a escalabilidade e velocidade de proba do receptor. O receptor demodula e mide os sinais FM de acordo cos estándares do sector de radiocomunicacións da Unión Internacional de Telecomunicacións (UIT-R) e os manuais de control de espectro e ofrece funcións de análise de audio e banda base específicamente para aplicacións de control de transmisión. Os parámetros característicos específicos son os seguintes:
Ancho de banda ocupado (OccupiedBandwidth
Offset de operador (Offset de operador)
Potencia en banda (PowerinBand)
Desviación máxima FM (desviación máxima FM)
Desviación de frecuencia máxima do sinal da canle principal (Desviación de frecuencia máxima do canal principal (L + R))
A desviación de frecuencia máxima do sinal do piloto (desviación de frecuencia máxima do piloto)
A desviación de frecuencia máxima do sinal de subcanle (Desviación de frecuencia máxima de subcanle (LR)) A estrutura e o diagrama de bloques de principio do equipo receptor de monitorización de emisión móstranse na figura 6. O módulo de recepción de radio dixital está instalado nun chasis cun bus de datos de alta velocidade e un armazón industrial reforzado. O controlador incrustado deste receptor usa un procesador de alta velocidade, que se encarga de controlar o módulo receptor e procesar os datos recollidos.
Figura 6. Diagrama de bloques da estrutura do receptor de monitorización de transmisión
O módulo de recepción de radio dixital inclúe dous submódulos: módulo de conversión descendente de RF e módulo de adquisición de frecuencia intermedia de alta velocidade.
O módulo de conversión descendente de RF converte a banda de frecuencia RF de interese a un sinal de frecuencia intermedia e, a continuación, transmite o sinal de frecuencia intermedia ao módulo de adquisición de frecuencia intermedia de alta velocidade.
O núcleo do módulo de adquisición de alta velocidade IF é un ADC de alta velocidade (conversor analóxico a dixital) e un chip de conversión dixital dedicado que proporciona funcións de procesamento de hardware. O procesamento dixital de conversión descendente extrae sinais de banda ancha en tempo real e convérteos en banda base, que é adecuado para capturar sinais de transmisión, sinais sen fíos e outros sinais de comunicación. O procesamento dixital de conversión descendente tamén pode converter a forma de onda do sinal de frecuencia intermedia recollida en saída de datos de sinal complexo I / Q. O módulo de adquisición de frecuencia intermedia de alta velocidade utiliza un chip dedicado de alta velocidade patentado para a transmisión de datos e transmite datos ao controlador a través de DMA, reducindo a carga da CPU do controlador, permitíndolle centrarse en completar análises e procesamentos avanzados, visualización gráfica e intercambio de datos. . Como se mostra na Figura 7:
Figura 7. Arquitectura do módulo de receptor de radio dixital
O módulo de conversión descendente de RF atenúa primeiro o sinal como o especifica o usuario, pasa o filtro de onda acústica superficial para filtrar a frecuencia da imaxe despois da conversión ascendente e despois realiza unha conversión descendente de varias etapas e, finalmente, emite un sinal de frecuencia intermedia . O módulo de conversión descendente de RF usa un oscilador de cristal de temperatura constante de alta precisión e alta estabilidade como reloxo de referencia do sistema para proporcionar unha precisión de frecuencia extremadamente alta.
Para facilitar o envasado compacto, o módulo usa un oscilador micro YIG de alto rendemento para xerar o sinal do oscilador local de alta frecuencia necesario para a fase de conversión ascendente. O oscilador YIG é unha especie de oscilador que pode xerar sinais de alta frecuencia moi puros e adoita ser moi grande. O módulo de conversión descendente de RF no equipo utiliza unha tecnoloxía avanzada neste campo e utiliza un oscilador YIG moi pequeno no deseño. O oscilador YIG pode axustarse a unha banda de frecuencia especificada, permitindo aos usuarios establecer a frecuencia requirida polo módulo de conversión descendente de RF. A planificación completa de frecuencia e a arquitectura de conversión de frecuencia en varias etapas do módulo de conversión de baixa RF aseguran as excelentes características da resposta espúrea baixa do instrumento e do amplo rango dinámico. Como se mostra na Figura 8:
\
Figura 8. Arquitectura do módulo de conversión descendente de RF
Este artigo analiza a relación entre a calidade da transmisión de transmisión FM e a distribución acumulada da desviación de frecuencia, a partir do axuste do procesador de audio do transmisor, usando a estación A (incluído o procesador de audio A e o transmisor A) e a estación B (incluído o procesador de audio B e máquina transmisora B) Para comparar mostras, deseñáronse os seguintes experimentos.
Este experimento mellora principalmente a distribución acumulada da desviación de frecuencia do sinal FM axustando o procesador de audio para verificar a súa relación coa calidade da transmisión de transmisión FM.
3.2, proba
O experimento utiliza o ficheiro de audio dun determinado programa de transmisión, o procesa a través dos procesadores de audio A e B e transmíteo aos transmisores A e B para a súa transmisión ao mesmo tempo. Os dous transmisores utilizan a mesma configuración. O receptor de monitorización por radio empregouse para gravar os sinais de radiofrecuencia dos transmisores A e B respectivamente, e os sinais gravados empregáronse para a análise estatística da desviación de frecuencia máxima do sinal FM segundo o estándar ITU-RSM.1268.1. A descrición do proceso do experimento de análise móstrase na Figura 9. O resultado móstrase na Figura 10
Figura 9. Proceso de proba
Figura 10. Diagrama de distribución acumulada de desviación de frecuencia
A partir da distribución estatística da desviación de frecuencia obtida do experimento, para o mesmo ficheiro de audio, a desviación de frecuencia do sinal da estación A distribúese principalmente de 10kHz-95% a 35kHz-5% nunha curva de media campá e a frecuencia do sinal a desviación da estación B é principalmente A distribución mostra unha curva de media campá de 10kHz-95% a 75KHz-95%. Os sinais de dominio temporal das dúas estacións amosan diferentes características de distribución de probabilidade. Pola contra, a compensación de frecuencia do sinal da estación B é maior.
Desde o punto de vista de escoita, a calidade de audio da estación B é mellor que a da estación A e o volume é máis alto, é dicir, a calidade de transmisión é mellor.
3.3, depuración
Dado que os ficheiros de audio transmitidos aos dous procesadores de audio son os mesmos, a configuración dos dous transmisores tamén é a mesma, pero a distribución de compensación de frecuencia de sinal da estación A e a estación B son diferentes, o que indica que os procesadores de audio das dúas estacións son diferente. A amplitude de desviación de frecuencia do sinal do mesmo ficheiro de audio procesado polo procesador de son A é relativamente pequena, o que indica que a configuración do procesador de son A non alcanzou o estándar ITU-RSM1268.1. Polo tanto, despois de axustar o procesador de audio A segundo o estándar recomendado, pódese conseguir unha calidade de transmisión teóricamente maior. Por este motivo, deseñouse o seguinte experimento de verificación.
3.4, verificación
Un programa de transmisión é procesado polo procesador de audio A e despois transmítese ao transmisor A para a súa transmisión. O enxeñeiro axusta o procesador de audio A baixo a condición de transmisión ininterrompida. O receptor de monitorización por radio recibe o sinal de radiofrecuencia da estación A e segue o estándar UIT-RSM.1268.1 para realizar análises estatísticas da desviación de frecuencia máxima do sinal FM e comparar os datos antes e despois de axustar o procesador de audio A. A descrición de o experimento de verificación móstrase na Figura 11.
Figura 11. Proceso de proba
Figura 12. Distribución da desviación de frecuencia acumulada
A partir da distribución estatística da desviación de frecuencia, para a mesma fonte do programa, a desviación de frecuencia do sinal antes do axuste distribúese principalmente de 25 kHz-95% a 45 kHz-5% nunha curva de media campá e a desviación de frecuencia do sinal despois do axuste distribúese principalmente desde 45kHz-95%. Mostra unha curva de media campá a 55KHz-95%. Pola contra, o valor de compensación de frecuencia de sinal axustado é maior e a distribución está máis chea. Desde a perspectiva de escoita, a calidade e o volume de son axustados melloran significativamente en comparación con antes.
Catro, conclusión do experimento de verificación
No caso da mesma fonte do programa, axustando o nivel de saída de referencia do procesador de audio, pódese mellorar a distribución de compensación de frecuencia para facela máis completa e o valor de compensación de frecuencia é maior.
Para a mesma fonte de audio, a distribución de desviación de frecuencia máxima despois da modulación FM pode afectar o volume e a saturación do son demodulado. Ao axustar a configuración dos parámetros do procesador de audio, o sinal FM está máis en consonancia coa especificación UIT-R, que pode facer que o son sexa máis alto e completo. Polo tanto, o uso de equipos de control de transmisión para detectar parámetros de transmisión FM e axustar o equipo na ligazón de transmisión segundo a norma UIT-R para estes parámetros pode obter unha maior calidade de transmisión.
Isto tamén demostra que o uso de equipos de control de transmisión para controlar a transmisión de FM é un medio eficaz para garantir a calidade da transmisión de transmisión de FM.
V. Perspectiva
O receptor de monitorización de transmisión baseado na arquitectura de radio de software empregada neste artigo é un dispositivo de adquisición de canle único con relativamente poucos parámetros de proba e é necesaria unha análise manual despois da adquisición, que é relativamente ineficiente. Co desenvolvemento e progreso da ciencia e da tecnoloxía, combinados cos problemas atopados no experimento, propóñense algunhas perspectivas para o futuro equipo de seguimento e recepción de transmisión FM:
1. Gravación en tempo real de sinais de transmisión FM de banda completa de 87 MHz a 108 MHz.
2. Equipado cunha matriz de discos de gran capacidade, que pode gravar durante todo o día e realizar funcións avanzadas como a gravación temporal.
3. Pódese controlar remotamente para realizar funcións como a supervisión desatendida, a análise automática e a xeración de informes.
4. Apoie a base de datos, que pode reproducir o espectro de frecuencia e a frecuencia de audio en calquera momento e en calquera frecuencia.
5. A configuración do sistema diversificada pode satisfacer as necesidades de diferentes clientes.
6. O deseño modular de software e hardware é conveniente para a expansión do sistema e o desenvolvemento secundario.
Noso outro produto:
