FM-uitsending per radio-uitsending om uitsaaiseine uit te stuur
I. Oorsig
Die konsep van frekwensie modulasie (FM). FM is die belangrikste manier om 'n betroubare klankuitsending en stereo-uitsending in die moderne tyd te realiseer. Dit stuur oudioseine in 'n frekwensiemodulasiemodus uit. Die draer van die FM-golf verander aan die middelfrekwensie van die draer namate die klankmodulasiesignaal verander (Die middelfrekwensie voor onmodulasie) verander aan albei kante, en die frekwensie-afwykingstye per sekonde stem ooreen met die modulasiefrekwensie van die klanksein. . As die frekwensie van die klanksignaal 1 kHz is, is die frekwensie-afwykingstye van die draer ook 1 k keer per sekonde. Die grootte van die frekwensie-afwyking hang af van die amplitude van die klanksein.
Die konsep van stereo FM, stereo FM, kodeer eers die seine van twee klankfrekwensies (linker- en regterkanale) om 'n stel saamgestelde stereosignale met lae frekwensie te verkry, en dan word FM op die hoëfrekwensie-draer uitgevoer. Stereo FM is in drie tipes verdeel: frekwensie-delingstelsel (en verskilstelsel), tydverdelingstelsel en rigtingstelsel volgens verskillende prosesseringsmetodes vir stereo. Die somverskilstelsel word nou algemeen gebruik. Die som- en verskilstelsel is in die stereomodulator, die linkerkanaal (L) en regs (R) word eers gekodeer om die somsein (L + R) en die verskilsein (LR) te vorm, en die somsein is direk gestuur na die modulator Die draer is die hoofkanaalsein vir versoenbare luister met gewone FM-radio; die verskilsein word na die gebalanseerde modulator gestuur om die draeramplitude-modulasie op die subdraer te onderdruk, en die verkreë dubbele syband-onderdrukte amplitudemodulasiegolf word as die subkanaalsein gebruik, en dan gekombineer met die somsein Mix om die hoofdraer te moduleer. Die frekwensiebereik van die subkanaalsein is 23 tot 53 kHz (38 ± 15 kHz), wat tot die superklankreeks behoort en nie die mono-afspeel sal beïnvloed nie. Aangesien die sub-draer van die sub-kanaal AM-golf onderdruk word, kan die stereoradio nie die uitgaande sein direk demoduleer nie. Daarom moet 'n 38kHz sein met dieselfde frekwensie en fase as die sub-draer van die stuurstelsel in die radio gegenereer word om gedemoduleer te word. Om hierdie rede word 'n ander 19kHz (1/2 subdraerfrekwensie) loodsein (PilotTone) aan die uitsendende punt, tussen die hoof- en subkanaalfrekwensiespektrum, gestuur om die 38kHz-geregenereerde subdraer in die radio te "lei". Hierdie modulasie-metode word loodsfrekwensie genoem, en dit is ook die mees gebruikte metode vir frekwensieverdeling in stereo-uitsendings.
Om die FM-seine en stereo-FM-seine te meet, word die volgende parameters gewoonlik in die wêreld gemeet.
1.1, besette bandwydte
Volgens ITU-aanbevelings word die meting van seinbandwydte gewoonlik op die spektrum gebaseer deur twee metodes te gebruik: "β% besette bandwydte" en "x-dB bandwydte". Die β% besette bandwydte word getoon in Figuur 1. Die meetmetode is om eers die totale drywing in die moniteringsbandwydte te tel, en dan die krag van die spektrumlyne van beide kante na die middel op die spektrum te versamel totdat die krag en die totale drywing (β / 2)%, onderskeidelik gedefinieer as f1 en f2, die gedefinieerde bandwydte is gelyk aan f2-f1; en die x-dB-bandwydte word in Figuur 2 getoon. Die meetmetode is om eers die piek of die hoogste punt op die spektrum te vind, en dan vanaf die hoogste punt na beide kante. Die twee spektrale lyne maak al die spektrale lyne buite hierdie twee spektraallyne ten minste xdB kleiner as die hoogste punt, en die frekwensieverskil wat ooreenstem met die twee spektrale lyne is die bandwydte.
In die ITU- en radio- en televisie-aanbevelings neem β gewoonlik 99, en x neem gewoonlik 26, wat die 99% kragbandwydte en 26dB bandwydte is wat dikwels gesê word.
Figuur 2. x-dB bandwydte
1.2 Frekwensie afwyking
Frekwensie-afwyking in die FM-sein verwys na die amplitude van die frekwensieswaai van die FM-golf, wat verander met die fluktuasie van die informasie (of stem) golfvorm. Die frekwensie-afwyking wat gewoonlik deur 'n instrument of ontvanger gemeet word, verwys eintlik na die maksimum frekwensie-afwyking binne 'n tydperk. Die verspreiding en grootte van die maksimum frekwensie-afwyking bepaal die klankgehalte en volume van die klank wat gehoor word, wat ook die vrystelling van FM-radio bepaal. gehalte.
Die hoofdoel van hierdie artikel is om die kwaliteit van die uitsending van FM-uitsendings te bestudeer. Daarom moet volgens die bostaande beskrywing aandag gegee word aan die frekwensie-offset-indeks.
ITU-R het 'n gedetailleerde beskrywing van die meting van FM-seinfrekwensie-afwyking:
Die meetmetode van frekwensie-afwyking is om 'n tydperk te neem (die aanbevole tydlengte is 50 ms) om die frekwensie-afwyking relatief tot die draer by elke bemonsteringspunt te meet, en die maksimum waarde is die maksimum frekwensie-afwyking. Maar om 'n dieper begrip te hê van die frekwensieverrekening, kan 'n statistiese histogram wat mettertyd opgedateer word, gebruik word om die seinkenmerke daarvan uit te druk. Die histogram-berekeningsmetode van frekwensie-afwyking is soos volg:
1). Meet die N maksimum frekwensie-afwykings met 'n periode van 50 ms. Die lengte van die meetperiode sal die histogram aansienlik beïnvloed, dus is 'n vaste meetperiode nodig om die herhaalbaarheid van die meetresultate te verseker. Terselfdertyd kan die keuse van 50 ms as die meetperiode verseker dat die maksimum frekwensie-afwyking effektief gemeet kan word as die modulasiefrekwensie so laag as 20Hz is.
2). Verdeel die frekwensie-afwykingsbereik wat getel moet word (0 ～ 150kHz in hierdie artikel), gebruik 1kHz (resolusie) as die eenheid, en deel dit in gelyke dele (in hierdie artikel, 150 gelyke dele).
3). Tel in elke deel die aantal punte op die ooreenstemmende frekwensiewaarde, en die verkreë golfvorm moet ongeveer wees soos getoon in Figuur 3 (dws die frekwensieverrekeningsverdelingshistogram), waar die X-as die frekwensie voorstel, en die Y-as die maksimum frekwensie. Die aantal punte wat op die ooreenstemmende frekwensiewaarde val.
Figuur 3. Histogram van frekwensie-offsetverdeling
4). Versamel die aantal punte in elke deel en normaliseer N met 'n persentasie as die eenheid om die grafiek in Figuur 4 te kry (dws die histogram van die kumulatiewe verspreiding van frekwensie-afwyking), waar die X-as frekwensie voorstel, en Y Die as stel die waarskynlikheid voor dat die maksimum frekwensie-afwyking binne die frekwensiegebied van die ooreenstemmende frekwensiewaarde val. Die waarskynlikheid begin by 100% heel links en eindig by 0% heel regs
Figuur 4. Histogram van kumulatiewe verdeling van frekwensieverrekening
Terselfdertyd gee ITU-R 'n verwysingspesifikasie (SM1268) vir die kumulatiewe verspreiding van die maksimum frekwensie-afwyking, soos getoon in Figuur 5.
Figuur 5. Verwysingspesifikasie vir kumulatiewe verspreiding van maksimum frekwensie-afwyking
Die spesifikasie lui dat: die statistiese persentasie van die frekwensie-offsetverdeling groter as 75 kHz nie meer as 22% is nie, die statistiese persentasie van die frekwensie-offset-verdeling van meer as 80 kHz nie meer as 12% is nie, en die statistiese persentasie van die frekwensie-offset-verdeling van meer as 85 kHz nie 8% oorskry.
Op grond van die bostaande teorie, kan dit bekend wees dat die oordragkwaliteit van FM-seine verband hou met die grootte van die FM-draerfrekwensie-afwyking nadat die oorspronklike klanksein gemoduleer is. Die meting en verbetering van die kumulatiewe verspreiding van die maksimum frekwensie-afwyking sal help om die oordragkwaliteit van FM-seine te verbeter.
2. Hardeware onderlaag
Hierdie artikel maak gebruik van 'n modulêre ontvanger vir uitsaaimonitering wat die huidige gevorderde radiomoniteringstegnologie gebruik en voldoen aan ITU-spesifikasies. Die ontvanger bestaan uit 'n luukse digitale radio-ontvangsmodule en die nuutste ingeboude verwerker. Die sagteware-gedefinieerde radioargitektuur en hoëspoed-databus verseker die skaalbaarheid en toetsspoed van die ontvanger. Die ontvanger demoduleer en meet FM-seine in ooreenstemming met die International Telecommunication Union Radiocommunication Sector (ITU-R) standaarde en spektrummonitoringshandleidings, en bied klank- en basisband-analisefunksies spesifiek vir uitsaaimoniteringstoepassings. Die spesifieke kenmerkende parameters is soos volg:
Besette bandwydte (OccupiedBandwidth
Vervoer draer (CarrierOffset)
Power in Band (PowerinBand)
FM maksimum afwyking (FMMaximumDeviation)
Maksimum frekwensie-afwyking van hoofkanaal sein (Maksimum frekwensie-afwyking van hoofkanaal (L + R))
Die maksimum frekwensie-afwyking van die loodsein (Maximumfrequensydaviationofthepilottone)
Die maksimum frekwensie-afwyking van subkanaalsein (Maximumfrequencydeviationofsubchannel (LR)) Die struktuur en beginselblokdiagram van die uitsaaimoniteringsontvangstoerusting word getoon in Figuur 6. Die digitale radio-ontvangmodule is geïnstalleer in 'n onderstel met 'n hoëspoed-databus en 'n industriële versterkte raam. Die ingeboude beheerder van hierdie ontvanger gebruik 'n hoëspoedverwerker, wat verantwoordelik is vir die beheer van die ontvangsmodule en die verwerking van die versamelde data.
Figuur 6. Blokdiagram van die struktuur van die uitsaaimonitorontvanger
Die digitale radio-ontvangsmodule bevat twee submodules: RF-omskakelingsmodule en hoëspoed-intermediêre frekwensie-verkrygingsmodule.
Die RF-omskakelingsmodule skakel die RF-frekwensieband van belang na 'n intermediêre frekwensie-sein om, en stuur dan die intermediêre frekwensie sein na die hoëspoed-intermediêre frekwensie-verkrygingsmodule.
Die kern van die hoëspoed-IF-verkrygingsmodule is 'n hoëspoed-ADC (analoog-na-digitale-omskakelaar) en 'n toegewyde digitale afskakelingskyfie wat hardewareverwerkingsfunksies bied. Verwerking met digitale afwaartse omskakeling haal breëbandseine in reële tyd uit en skakel dit af na basisband, wat geskik is vir die vaslegging van uitsaaiseine, draadlose seine en ander kommunikasieseine. Verwerking met digitale afwaartse omskakeling kan ook die versamelde tussengolf frekwensie sein golfvorm omskakel in I / Q komplekse sein data uitset. Die hoëspoed-intermediêre frekwensie-verkrygingsmodule gebruik 'n gepatenteerde hoëspoed-toegewyde skyfie vir data-oordrag en stuur data deur die DMA na die beheerder, wat die CPU-lading van die beheerder verminder, sodat dit kan fokus op die voltooiing van gevorderde analise en verwerking, grafiese vertoning data-uitruil. . Soos getoon in Figuur 7:
Figuur 7. Argitektuur van die digitale radio-ontvanger-module
Die RF-omskakelingsmodule verswak eers die sein soos gespesifiseer deur die gebruiker, slaag die oppervlak akoestiese golffilter om die beeldfrekwensie na op-omskakeling uit te filter, en voer dan meer-fase af-omskakeling uit en voer uiteindelik 'n tussenfrekwensie sein uit . Die RF-omskakelingsmodule gebruik 'n kristaloscillator met 'n hoë presisie en 'n hoë stabiliteit met konstante temperatuur as die stelselverwysingsklok om 'n uiters hoë frekwensie akkuraatheid te bied.
Ten einde kompakte verpakking te vergemaklik, gebruik die module 'n hoëprestasie-mikro-YIG-ossillator om die hoëfrekwensie-plaaslike ossillatorsein te genereer wat benodig word vir die omskakelingsfase. Die YIG-ossillator is 'n soort ossillator wat baie suiwer hoëfrekwensie-seine kan genereer en is dikwels baie groot. Die RF-omskakelingsmodule in die toerusting gebruik 'n deurbraak-tegnologie op hierdie gebied en gebruik 'n baie klein YIG-ossillator in die ontwerp. Die YIG-ossillator kan op 'n bepaalde frekwensieband afgestem word, sodat gebruikers die frekwensie kan instel wat benodig word deur die RF-omskakelingsmodule. Die uitgebreide frekwensiebeplanning en frekwensie-omskakelingsargitektuur in meer fases van die RF-afwaartse omskakelingsmodule verseker die uitstekende eienskappe van die lae valse reaksie van die instrument en die groot dinamiese omvang. Soos getoon in Figuur 8:
\
Figuur 8. Argitektuur vir RF-omskakelingsmodule
Hierdie artikel analiseer die verband tussen die kwaliteit van die FM-uitsending en die kumulatiewe verspreiding van frekwensie-afwyking, vanaf die aanpassing van die klankverwerker van die sender, met behulp van stasie A (insluitend klankverwerker A en sender A) en stasie B (insluitend klankverwerker B en sender Masjien B) Die volgende eksperimente is ontwerp om monsters te vergelyk.
Hierdie eksperiment verbeter veral die kumulatiewe verspreiding van die frekwensie-afwyking van die FM-sein deur die klankverwerker aan te pas om die verband met die kwaliteit van die FM-uitsending te verifieer.
3.2, toets
Die eksperiment gebruik die klanklêer van 'n bepaalde uitsaaiprogram, verwerk dit deur middel van klankverwerkers A en B en stuur dit terselfdertyd deur aan senders A en B vir versending. Die twee senders gebruik dieselfde instellings. Die radiomoniteringontvanger is gebruik om die radiofrekwensie-seine van onderskeidelik senders A en B op te neem, en die aangetekende seine is gebruik vir die statistiese analise van die maksimum frekwensie-afwyking van die FM-sein volgens die ITU-RSM.1268.1-standaard. Die beskrywing van die analise-eksperimentproses word in Figuur 9 getoon. Die resultaat word in Figuur 10 getoon
Figuur 9. Toetsproses
Figuur 10. Verspreidingsdiagram vir kumulatiewe frekwensie-afwyking
Van die statistiese verspreiding van die frekwensie-afwyking verkry uit die eksperiment, vir dieselfde klanklêer, word die seinfrekwensie-afwyking van stasie A hoofsaaklik versprei van 10kHz-95% tot 35kHz-5% in 'n halwe klokkurwe, en die seinfrekwensie afwyking van stasie B is hoofsaaklik. Die verdeling toon 'n halfklokkurwe van 10kHz-95% tot 75KHz-95%. Die tyddomein seine van die twee stasies toon verskillende waarskynlikheidsverspreidings eienskappe. Daarenteen is die seinfrekwensieverstelling van stasie B groter.
Vanuit die oogpunt van luister is die klankgehalte van stasie B beter as dié van stasie A, en die volume is harder, dit wil sê die transmissiekwaliteit is beter.
3.3, ontfouting
Aangesien die klanklêers wat na die twee klankverwerkers oorgedra word, dieselfde is, is die instellings van die twee senders ook dieselfde, maar die signaalfrekwensieverspreiding van stasie A en stasie B is anders, wat daarop dui dat die klankverwerkers van die twee stasies anders. Die amplitude van die seinfrekwensie-afwyking van dieselfde klanklêer wat deur die klankverwerker A verwerk is, is relatief klein, wat daarop dui dat die instelling van klankverwerker A nie die ITU-RSM1268.1-standaard bereik het nie. Daarom, nadat die klankverwerker A volgens die aanbevole standaard aangepas is, kan teoreties hoër oordragkwaliteit bereik word. Om hierdie rede is die volgende verifikasie-eksperiment ontwerp.
3.4, verifikasie
'N Uitsaaiprogram word deur die klankverwerker A verwerk en dan na die sender A gestuur vir versending. Die ingenieur pas klankverwerker A aan onder die voorwaarde van ononderbroke versending. Die radiomoniteringontvanger ontvang die radiofrekwensie sein van stasie A en volg die ITU-RSM.1268.1 standaard om statistiese analises van die maksimum frekwensie afwyking van die FM sein uit te voer, en die data te vergelyk voor en na die verstelling van die klankverwerker A. Die beskrywing van die verifikasie-eksperiment word in Figuur 11 getoon.
Figuur 11. Toetsproses
Figuur 12. Verdeling van kumulatiewe frekwensie-afwyking
Van die statistiese verspreiding van frekwensie-afwyking, vir dieselfde programbron, word die seinfrekwensie-afwyking voor aanpassing hoofsaaklik versprei van 25kHz-95% tot 45kHz-5% in 'n halwe klokkurwe, en die sein-frekwensie-afwyking na aanpassing word hoofsaaklik versprei vanaf 45kHz-95%. Dit wys 'n halfklokkurwe tot 55KHz-95%. Daarenteen is die verstelwaarde van die verstelde seinfrekwensie groter en is die verspreiding meer vol. Vanuit 'n luisterperspektief word die aangepaste klankkwaliteit en volume aansienlik verbeter in vergelyking met voorheen.
Vier, verifikasie eksperiment gevolgtrekking
In die geval van dieselfde programbron, deur die verwysingsuitsetvlak van die klankverwerker aan te pas, kan die frekwensie-offsetverdeling verbeter word om dit voller te maak en die frekwensie-offset-waarde groter.
Vir dieselfde klankbron kan die maksimum frekwensie-afwyking na FM-modulasie die volume en versadiging van die gedemoduleerde klank beïnvloed. Deur die parameterinstellings van die klankverwerker aan te pas, stem die FM-sein meer ooreen met die ITU-R-spesifikasie, wat die luisterklank harder en voller kan maak. Daarom kan die gebruik van uitsaaimoniteringstoerusting om FM-uitsaaiparameters op te spoor en die toerusting in die uitsaaikakel volgens die ITU-R-standaard vir hierdie parameters aan te pas, 'n hoër transmissiekwaliteit verkry.
Dit wys ook dat die gebruik van uitsaaimoniteringstoerusting om FM-uitsendings te monitor, 'n effektiewe manier is om die kwaliteit van FM-uitsending te verseker.
V. Vooruitsigte
Die uitsaaimoniteringsontvanger wat gebaseer is op die sagteware-radioargitektuur wat in hierdie artikel gebruik word, is 'n enkelkanaalverkrygingstoestel met relatief min toetsparameters, en na die verkryging is handmatige ontleding nodig, wat relatief ondoeltreffend is. Met die ontwikkeling en vordering van wetenskap en tegnologie, tesame met die probleme wat tydens die eksperiment ondervind is, word vooruitsigte vir die toekomstige FM-uitsaaimonitering en -ontvangstoerusting voorgestel:
1. Intydse opname van volband FM-uitsaaiseine van 87MHz tot 108MHz.
2. Toegerus met 'n groot skyfopstelling, wat XNUMX uur per dag kan opneem en gevorderde funksies soos tydopname kan realiseer.
3. Dit kan op afstand beheer word om funksies soos onbewaakte monitering, outomatiese ontleding en verskaffing van verslae te verwesenlik.
4. Ondersteun die databasis, wat die frekwensiespektrum en klankfrekwensie te eniger tyd en op enige frekwensie kan weergee.
5. Gediversifiseerde stelselkonfigurasie kan aan die behoeftes van verskillende klante voldoen.
6. Die modulêre ontwerp van sagteware en hardeware is gerieflik vir stelseluitbreiding en sekondêre ontwikkeling.
Ons ander produk:
