Emissió FM per transmissió de ràdio per transmetre senyals de transmissió
I. Visió general
El concepte de modulació de freqüència (FM). La FM és la forma principal de realitzar emissions de so d'alta fidelitat i emissió estèreo en els temps moderns. Transmet senyals d'àudio en un mode de modulació de freqüència. La portadora de l'ona FM canvia a la freqüència central de la portadora a mesura que canvia el senyal de modulació d'àudio (la freqüència central abans de la modulació) a ambdós costats i els temps de canvi de desviació de freqüència per segon són consistents amb la freqüència de modulació del senyal d'àudio. . Si la freqüència del senyal d'àudio és d'1 kHz, els temps de canvi de desviació de freqüència de la companyia també són d'1 k per vegades. La mida de la desviació de freqüència depèn de l'amplitud del senyal d'àudio.
El concepte de FM estèreo, FM estèreo, codifica primer els senyals de dues freqüències d’àudio (canals esquerre i dret) per obtenir un conjunt de senyals estèreo compostos de baixa freqüència i, a continuació, es realitza FM a la portadora d’alta freqüència. Stereo FM es divideix en tres tipus: sistema de divisió de freqüències (i sistema de diferències), sistema de divisió de temps i sistema de senyal direccional segons diferents mètodes de processament per a estèreo. Ara s’utilitza habitualment el sistema de diferències de suma. El sistema de suma i diferència es troba al modulador estèreo, els senyals del canal esquerre (L) i dret (R) es codifiquen primer per formar el senyal de suma (L + R) i el senyal de diferència (LR), i el senyal de suma és directament enviat al modulador La portadora constitueix el senyal del canal principal per a una escolta compatible amb la ràdio FM ordinària; el senyal de diferència s’envia al modulador equilibrat per suprimir la modulació d’amplitud de la portadora a la subportadora i l’ona de modulació d’amplitud suprimida de banda lateral obtinguda s’utilitza com a senyal de subcanal, i després es combina amb el senyal de suma Mix per modular la portadora principal. El rang de freqüència del senyal del subcanal és de 23 a 53 kHz (38 ± 15 kHz), que pertany al rang d’àudio super i no interferirà en la reproducció mono. Com que es suprimeix la subportadora de l'ona AM del subcanal, la ràdio estèreo no pot demodular directament el senyal de sortida. Per tant, s’hauria de generar a la ràdio un senyal de 38 kHz amb la mateixa freqüència i fase que la subportadora del sistema transmissor per demodular-la. Per aquest motiu, a l'extrem transmissor, a l'interval entre l'espectre de freqüència principal i el subcanal, es transmet un altre senyal pilot de 19 kHz (1/2 freqüència de subportadora) (PilotTone) per "guiar" la subportadora regenerada de 38 kHz a la ràdio. Aquest mètode de modulació s’anomena freqüència pilot i és també el mètode de divisió de freqüència més utilitzat en la difusió estèreo.
De manera corresponent, per mesurar els senyals FM i els senyals FM estèreo, normalment es mesuren els paràmetres següents al món.
1.1, ample de banda ocupat
Segons les recomanacions de la UIT, la mesura de l'amplada de banda del senyal es basa generalment en l'espectre mitjançant dos mètodes: "β% d'ample de banda ocupat" i "ample de banda x-dB". El β% d’amplada de banda ocupada es mostra a la figura 1. El mètode de mesura consisteix primer a comptar la potència total de l’amplada de banda de monitorització i, a continuació, acumular la potència de les línies espectrals d’ambdós costats al centre de l’espectre fins a obtenir la potència i el total. potència (β / 2)%, definida respectivament com a f1 i f2, l'amplada de banda definida és igual a f2-f1; i l’amplada de banda x-dB es mostra a la figura 2. El mètode de mesura consisteix a trobar primer el pic o el punt més alt de l’espectre, i després des del punt més alt cap als dos costats. Les dues línies espectrals fan que totes les línies espectrals es trobin fora d’aquests dos. línies espectrals com a mínim xdB més petites que el punt més alt, i la diferència de freqüència corresponent a les dues línies espectrals és l’amplada de banda.
A les recomanacions de la UIT i de la ràdio i la televisió, β sol trigar 99 i x normalment en pren 26, que és el 99% d'ample de banda de potència i 26dB d'ample de banda que sovint es diuen.
Figura 2. Amplada de banda x-dB
1.2 Desviació de freqüència
La desviació de freqüència en el senyal FM es refereix a l’amplitud de l’oscil·lació de freqüència de l’ona FM, que canvia amb la fluctuació de la forma d’ona d’informació (o veu). La desviació de freqüència que sol mesurar un instrument o un receptor fa referència a la desviació màxima de freqüència en un període de temps. La distribució i la mida de la desviació màxima de freqüència determinen la qualitat del so i el volum de l’àudio escoltat, que també determina l’emissió de la ràdio FM. qualitat.
L’objectiu principal d’aquest article és estudiar la qualitat de transmissió de la transmissió FM, de manera que, segons la descripció anterior, s’hauria de prestar atenció a l’índex de compensació de freqüència.
L'UIT-R té una descripció detallada de la mesura de la desviació de freqüència del senyal FM:
El mètode de mesura de la desviació de freqüència consisteix a prendre un període de temps (la durada recomanada és de 50 ms) per mesurar la desviació de freqüència relativa a la portadora en cada punt de mostreig, i el valor màxim és la desviació de freqüència màxima. Però per tenir una comprensió més profunda del desplaçament de freqüència, es pot utilitzar un histograma estadístic actualitzat al llarg del temps per expressar les seves característiques del senyal. El mètode de càlcul de l'histograma de la desviació de freqüència és el següent:
1). Mesureu les N desviacions màximes de freqüència amb un període de 50 ms. La durada del període de mesura afectarà significativament l’histograma, de manera que cal un període de mesura fixat per garantir la repetibilitat dels resultats de la mesura. Al mateix temps, si seleccioneu 50 ms com a període de mesura es pot garantir que la desviació màxima de freqüència es pugui mesurar de manera efectiva quan la freqüència de modulació sigui tan baixa com 20Hz.
2). Divideix l'interval de desviació de freqüència que cal comptar (0 ～ 150 kHz en aquest article), utilitzant 1 kHz (resolució) com a unitat, i divideix-lo en parts iguals (en aquest article, 150 parts iguals).
3). En cada alíquota, compteu el nombre de punts del valor de freqüència corresponent i la forma d'ona obtinguda hauria de ser aproximadament tal com es mostra a la figura 3 (és a dir, histograma de distribució de compensació de freqüència), on l'eix X representa la freqüència i l'eix Y representa la freqüència màxima. El nombre de punts que cauen sobre el valor de freqüència corresponent.
Figura 3. Histograma de distribució de desplaçament de freqüència
4). Acumuleu el nombre de punts de cada alíquota i normalitzeu N amb un percentatge com a unitat per obtenir el gràfic que es mostra a la figura 4 (és a dir, l’histograma de la distribució acumulativa de la desviació de freqüència), on l’eix X representa la freqüència i Y l’eix. representa la probabilitat que la desviació màxima de freqüència caigui dins del rang de freqüència del valor de freqüència corresponent. La probabilitat comença al 100% a l’extrem esquerre i acaba al 0% a l’extrema dreta
Figura 4. Histograma de distribució acumulativa de compensació de freqüència
Al mateix temps, l’UIT-R proporciona una especificació de referència (SM1268) per a la distribució acumulativa de la desviació màxima de freqüència, tal com es mostra a la figura 5.
Figura 5. Especificació de referència per a la distribució acumulada de la desviació màxima de freqüència
L'especificació indica que: el percentatge estadístic de distribució de compensació de freqüència superior a 75 kHz no supera el 22%, el percentatge estadístic de distribució de compensació de freqüència superior a 80 kHz no supera el 12% i el percentatge estadístic de distribució de compensació de freqüència superior a 85 kHz no supera superen el 8%.
Basant-se en la teoria anterior, es pot saber que la qualitat de transmissió dels senyals FM està relacionada amb la magnitud de la desviació de freqüència de la portadora FM després de modular el senyal d’àudio original. Mesurar i millorar la distribució acumulativa de la desviació màxima de freqüència ajudarà a millorar la qualitat de transmissió dels senyals FM.
2. Fonamentació del maquinari
Aquest article utilitza un receptor de monitorització de transmissió modular que utilitza la tecnologia avançada de monitorització de ràdio actual i compleix les especificacions de la UIT. El receptor està format per un mòdul de recepció de ràdio digital de gamma alta i l’últim processador incrustat. L’arquitectura de ràdio definida pel programari i el bus de dades d’alta velocitat asseguren l’escalabilitat i la velocitat de prova del receptor. El receptor demodula i mesura els senyals FM d’acord amb els estàndards del sector de la radiocomunicació de la Unió Internacional de Telecomunicacions (UIT-R) i els manuals de control de l’espectre, i proporciona funcions d’anàlisi d’àudio i banda base específicament per a aplicacions de control de transmissió. Els paràmetres característics específics són els següents:
Amplada de banda ocupada (OccupiedBandwidth
Compensació del portador (CarrierOffset)
Potència en banda (PowerinBand)
Desviació màxima FM (desviació màxima FM)
Desviació màxima de freqüència del senyal del canal principal (desviació màxima de freqüència del canal principal (L + R))
La desviació màxima de freqüència del senyal pilot (desviació màxima de freqüència de l’epilottona)
La desviació màxima de freqüència del senyal de subcanal (Maximumfrequencydeviationofsubchannel (LR)) L’estructura i el diagrama de principis de l’equip receptor de monitorització d’emissions es mostren a la figura 6. El mòdul de recepció de ràdio digital s’instal·la en un xassís amb un bus de dades d’alta velocitat i un marc reforçat industrial. El controlador incrustat d’aquest receptor utilitza un processador d’alta velocitat, que s’encarrega de controlar el mòdul receptor i processar les dades recollides.
Figura 6. Esquema de blocs de l'estructura del receptor de monitorització de transmissió
El mòdul de recepció de ràdio digital inclou dos submòduls: mòdul de conversió descendent de RF i mòdul d'adquisició de freqüència intermèdia d'alta velocitat.
El mòdul de conversió descendent de RF converteix la banda de freqüència de RF d'interès en un senyal de freqüència intermèdia i, a continuació, transmet el senyal de freqüència intermèdia al mòdul d'adquisició de freqüència intermèdia d'alta velocitat.
El nucli del mòdul d'adquisició d'alta velocitat IF és un ADC d'alta velocitat (convertidor analògic-digital) i un xip dedicat de conversió digital que proporciona funcions de processament de maquinari. El processament digital de conversió descendent extreu senyals de banda ampla en temps real i els converteix a banda base, que és adequat per captar senyals de difusió, senyals sense fils i altres senyals de comunicació. El processament digital de conversió descendent també pot convertir la forma d'ona del senyal de freqüència intermèdia recollida en sortida de dades de senyal complex I / Q. El mòdul d'adquisició de freqüència intermèdia d'alta velocitat utilitza un xip dedicat d'alta velocitat patentat per a la transmissió de dades i transmet dades al controlador mitjançant DMA, reduint la càrrega de la CPU del controlador, cosa que li permet centrar-se en completar anàlisis i processament avançats, visualització gràfica i intercanvi de dades. . Com es mostra a la figura 7:
Figura 7. Arquitectura del mòdul del receptor de ràdio digital
El mòdul de conversió descendent de RF atenua primer el senyal tal com l’especifica l’usuari, passa el filtre d’ones acústiques superficials per filtrar la freqüència de la imatge després de la conversió ascendent i, a continuació, realitza una conversió descendent de diverses etapes i, finalment, genera un senyal de freqüència intermèdia . El mòdul de conversió descendent de RF utilitza un oscil·lador de cristall de temperatura constant d’alta precisió i alta estabilitat com a rellotge de referència del sistema per proporcionar una precisió de freqüència extremadament alta.
Per tal de facilitar l’envasament compacte, el mòdul utilitza un oscil·lador micro YIG d’alt rendiment per generar el senyal d’oscil·lador local d’alta freqüència necessari per a l’etapa de conversió ascendent. L'oscil·lador YIG és una mena d'oscil·lador que pot generar senyals d'alta freqüència molt purs i sovint és molt gran. El mòdul de conversió descendent de RF de l'equip utilitza una tecnologia avançada en aquest camp i utilitza un oscil·lador YIG molt petit en el disseny. L'oscil·lador YIG es pot ajustar a una banda de freqüència especificada, cosa que permet als usuaris configurar la freqüència requerida pel mòdul de conversió descendent de RF. La planificació integral de freqüències i l’arquitectura de conversió de freqüència en diverses etapes del mòdul de conversió descendent de RF asseguren les excel·lents característiques de la resposta espúria baixa de l’instrument i el gran rang dinàmic. Com es mostra a la figura 8:
\
Figura 8. Arquitectura del mòdul de conversió descendent de RF
Aquest article analitza la relació entre la qualitat de la transmissió d'emissió FM i la distribució acumulada de la desviació de freqüència, a partir de l'ajust del processador d'àudio del transmissor, mitjançant l'estació A (incloent el processador d'àudio A i el transmissor A) i l'estació B (inclòs el processador d'àudio B) i transmissora Màquina B) Per comparar mostres, es dissenyen els experiments següents.
Aquest experiment millora principalment la distribució acumulativa de la desviació de freqüència del senyal FM ajustant el processador d'àudio per verificar la seva relació amb la qualitat de la transmissió de transmissió FM.
3.2, prova
L'experiment utilitza el fitxer d'àudio d'un determinat programa de difusió, el processa a través dels processadors d'àudio A i B i els transmet als transmissors A i B per a la seva transmissió alhora. Els dos transmissors fan servir la mateixa configuració. El receptor de monitorització de ràdio es va utilitzar per enregistrar els senyals de radiofreqüència dels transmissors A i B respectivament, i els senyals gravats es van utilitzar per a l'anàlisi estadística de la desviació màxima de freqüència del senyal FM segons l'estàndard ITU-RSM.1268.1. La descripció del procés de l’experiment d’anàlisi es mostra a la Figura 9. El resultat es mostra a la Figura 10
Figura 9. Procés de prova
Figura 10. Esquema de distribució acumulada de la desviació de freqüència
A partir de la distribució estadística de la desviació de freqüència obtinguda de l’experiment, per al mateix fitxer d’àudio, la desviació de freqüència del senyal de l’estació A es distribueix principalment de 10 kHz-95% a 35 kHz-5% en una corba de mitja campana, i la freqüència del senyal La desviació de l'estació B és principalment. La distribució mostra una corba de mitja campana de 10 kHz-95% a 75 KHz-95%. Els senyals de domini temporal de les dues estacions mostren diferents característiques de distribució de probabilitats. En canvi, la compensació de freqüència del senyal de l’estació B és més gran.
Des del punt de vista de l’escolta, la qualitat d’àudio de l’estació B és millor que la de l’estació A i el volum és més alt, és a dir, la qualitat de transmissió és millor.
3.3, depuració
Com que els fitxers d'àudio transmesos als dos processadors d'àudio són els mateixos, la configuració dels dos transmissors també és la mateixa, però la distribució de compensació de freqüència de senyal de l'estació A i l'estació B són diferents, cosa que indica que els processadors d'àudio de les dues estacions són diferent. L'amplitud de la desviació de freqüència del senyal del mateix fitxer d'àudio processat pel processador d'àudio A és relativament petita, cosa que indica que la configuració del processador d'àudio A no ha assolit l'estàndard ITU-RSM1268.1. Per tant, després d’ajustar el processador d’àudio A segons l’estàndard recomanat, es pot aconseguir una qualitat de transmissió teòricament superior. Per aquest motiu, es va dissenyar el següent experiment de verificació.
3.4, verificació
Un programa de difusió és processat pel processador d'àudio A i després es transmet al transmissor A per a la seva transmissió. L'enginyer ajusta el processador d'àudio A sota la condició de transmissió ininterrompuda. El receptor de monitorització de ràdio rep el senyal de radiofreqüència de l’estació A i segueix l’estàndard ITU-RSM.1268.1 per realitzar anàlisis estadístiques de la desviació màxima de freqüència del senyal FM i comparar les dades abans i després d’ajustar el processador d’àudio A. La descripció de l'experiment de verificació es mostra a la figura 11.
Figura 11. Procés de prova
Figura 12. Distribució de la desviació de freqüència acumulada
A partir de la distribució estadística de la desviació de freqüència, per a la mateixa font del programa, la desviació de freqüència del senyal abans de l’ajust es distribueix principalment de 25 kHz-95% a 45 kHz-5% en una corba de mitja campana, i la desviació de freqüència del senyal després de l’ajust es distribueix principalment de 45 kHz-95%. Mostra una corba de mitja campana a 55KHz-95%. En canvi, el valor de compensació de freqüència del senyal ajustat és més gran i la distribució és més completa. Des d’una perspectiva d’escolta, la qualitat i el volum de so ajustats es milloren significativament en comparació amb els anteriors.
Quatre, conclusió de l'experiment de verificació
En el cas de la mateixa font del programa, ajustant el nivell de sortida de referència del processador d'àudio, es pot millorar la distribució de la compensació de freqüència per fer-la més completa i el valor de la compensació de freqüència és més gran.
Per a la mateixa font d'àudio, la distribució màxima de la desviació de freqüència després de la modulació FM pot afectar el volum i la saturació del so desmodulat. En ajustar els paràmetres del processador d’àudio, el senyal FM s’ajusta més a l’especificació ITU-R, que pot fer que el so de l’escolta sigui més fort i complet. Per tant, l’ús d’equips de control de difusió per detectar paràmetres d’emissió FM i ajustar l’equip a l’enllaç de difusió segons l’estàndard UIT-R per a aquests paràmetres pot obtenir una qualitat de transmissió superior.
Això també demostra que l’ús d’equips de control de transmissió per controlar la transmissió de FM és un mitjà eficaç per garantir la qualitat de la transmissió de transmissió de FM.
V. Perspectiva
El receptor de supervisió de difusió basat en l’arquitectura de ràdio del programari que s’utilitza en aquest article és un dispositiu d’adquisició d’un canal amb relativament pocs paràmetres de prova i cal fer una anàlisi manual després de l’adquisició, que és relativament ineficient. Amb el desenvolupament i el progrés de la ciència i la tecnologia, combinats amb els problemes trobats a l’experiment, es proposen algunes perspectives per al futur equip de control i recepció de les emissions de FM:
1. Enregistrament en temps real de senyals d'emissió FM de banda completa de 87 MHz a 108 MHz.
2. Equipat amb una matriu de disc de gran capacitat, que pot gravar durant tot el dia i realitzar funcions avançades com la gravació de temps.
3. Es pot controlar remotament per realitzar funcions com la supervisió desatesa, l’anàlisi automàtic i la generació d’informes.
4. Admet la base de dades, que pot reproduir l'espectre de freqüències i la freqüència d'àudio en qualsevol moment i en qualsevol freqüència.
5. La configuració del sistema diversificada pot satisfer les necessitats de diferents clients.
6. El disseny modular de programari i maquinari és convenient per a l'expansió del sistema i el desenvolupament secundari.
El nostre altre producte:
