FM-трансляцыя па радыёперадачы для перадачы вяшчальных сігналаў
I. Агляд
Паняцце частотнай мадуляцыі (FM). FM - асноўны спосаб рэалізаваць высока дакладнае гукавое вяшчанне і стэрэавяшчанне ў наш час. Ён перадае гукавыя сігналы ў рэжыме частотнай мадуляцыі. Носьбіт FM-хвалі мяняецца на цэнтральнай частаце носьбіта пры змене сігналу гукавой мадуляцыі (Цэнтральная частата перад мадуляцыяй) з абодвух бакоў, і час змены адхіленні частоты ў секунду адпавядае частаце мадуляцыі гукавога сігналу . Калі частата гукавога сігналу складае 1 кГц, час змены адхіленняў частоты носьбіта таксама складае 1 тыс. Раз у секунду. Памер адхілення частоты залежыць ад амплітуды гукавога сігналу.
Канцэпцыя стэрэа FM, стэрэа FM спачатку кадуе сігналы дзвюх гукавых частот (левага і правага каналаў) для атрымання набору нізкачашчынных кампазітных стэрэасігналаў, а потым FM выконваецца на высокачашчыннай апорнай лініі. Стэрэа FM падзяляецца на тры тыпы: сістэма частотнага дзялення (і сістэма розніцы), сістэма часовага дзялення і сістэма накіраванага сігналу ў адпаведнасці з рознымі метадамі апрацоўкі стэрэа. Зараз звычайна выкарыстоўваецца сістэма розніцы сум. Сістэма сумы і розніцы знаходзіцца ў стэрэамадулятары, сігналы левага (L) і правага (R) кадуюцца спачатку для фарміравання сігналу сумы (L + R) і рознічнага сігналу (LR), а сігнал сумы непасрэдна адпраўляецца ў мадулятар. Носьбіт складае сігнал асноўнага канала для сумяшчальнага праслухоўвання са звычайным FM-радыё; рознасны сігнал накіроўваецца ў збалансаваны мадулятар для падаўлення амплітуднай мадуляцыі нясучай на паднесучай, і атрыманая падвойная хваля падаўленай амплітуднай мадуляцыі выкарыстоўваецца ў якасці сігналу субканала, а затым аб'ядноўваецца з сумесным сігналам Mix для мадуляцыі асноўнай носьбіта. Дыяпазон частот сігналу субканала складае ад 23 да 53 кГц (38 ± 15 кГц), што належыць да супергукавога дыяпазону і не будзе перашкаджаць адназначнаму прайграванню. Паколькі паднесучая AM-хвалі падканала падаўляецца, стэрэарадыё не можа непасрэдна дэмадуляваць выходны сігнал. Такім чынам, сігнал 38 кГц з той жа частатой і фазай, што і паднесучая перадавальнай сістэмы, павінен фарміравацца ў радыё, якое падлягае демодуляцыі. Па гэтай прычыне на канец перадачы, на інтэрвале паміж галоўным і падканальным частотным спектрам, перадаецца яшчэ 19 кГц (1/2 частаты паднесучай) пілот-сігналу (PilotTone), каб "накіроўваць" адноўленую 38кГц паднясучую ў радыё. Гэты метад мадуляцыі называецца пілотнай частатой, і ён таксама з'яўляецца найбольш распаўсюджаным метадам дзялення частоты ў стэрэавяшчанні.
Адпаведна, для вымярэння FM-сігналаў і стэрэа-FM-сігналаў у свеце звычайна вымяраюцца наступныя параметры.
1.1, занятая прапускная здольнасць
У адпаведнасці з рэкамендацыямі МСЭ, вымярэнне прапускной здольнасці сігналу звычайна грунтуецца на спектры з выкарыстаннем двух метадаў: "β% занятай прапускной здольнасці" і "прапускной здольнасці х-дБ". Занятая прапускная здольнасць β% паказана на малюнку 1. Метад вымярэння заключаецца ў тым, каб спачатку падлічыць агульную магутнасць у прапускной здольнасці маніторынгу, а потым назапасіць магутнасць спектральных ліній з абодвух бакоў да сярэдзіны спектру, пакуль магутнасць і агульная магутнасць (β / 2)%, адпаведна вызначаныя як f1 і f2, вызначаная прапускная здольнасць роўная f2-f1; і прапускная здольнасць х-дБ паказана на малюнку 2. Спосаб вымярэння заключаецца ў тым, каб спачатку знайсці пік ці самую высокую кропку ў спектры, а потым ад самай высокай кропкі па абодва бакі. Дзве спектральныя лініі робяць усе спектральныя лініі па-за гэтымі двума спектральныя лініі прынамсі на xdB менш, чым самая высокая кропка, а розніца частат, якая адпавядае двум спектральным лініям, - гэта прапускная здольнасць.
У рэкамендацыях МСЭ і радыё і тэлебачання β звычайна займае 99, а x звычайна займае 26, што часта называюць прапускной здольнасцю 99% і прапускной здольнасцю 26 дБ.
Малюнак 2. прапускная здольнасць х-дБ
1.2 Адхіленне частоты
Адхіленне частоты ў FM-сігнале адносіцца да амплітуды вагання частоты FM-хвалі, якая змяняецца ў залежнасці ад ваганняў формы інфармацыі (альбо галасавога). Адхіленне частоты, якое звычайна вымяраецца прыборам альбо прыёмнікам, на самай справе адносіцца да максімальнага адхілення частоты на працягу пэўнага перыяду часу. Размеркаванне і памер максімальнага адхілення частоты вызначаюць якасць гуку і гучнасць праслуханага гуку, што таксама вызначае выпраменьванне FM-радыё. якасць.
Асноўнай мэтай гэтага артыкула з'яўляецца вывучэнне якасці перадачы FM-вяшчання, таму, згодна з прыведзеным вышэй апісаннем, варта звярнуць увагу на індэкс зрушэння частоты.
МСЭ-R мае падрабязнае апісанне вымярэння адхілення частоты FM-сігналу:
Метад вымярэння адхіленні частоты складаецца ў тым, каб вымераць адхіленне частоты адносна носьбіта ў кожнай кропцы выбаркі, і максімальным значэннем з'яўляецца максімальнае адхіленне частоты. Але для больш глыбокага разумення зрушэння частоты можна выкарыстоўваць статыстычную гістаграму, абноўленую з цягам часу, для выражэння яе характарыстык сігналу. Метад разліку гістаграмы адхілення частаты выглядае наступным чынам:
1). Вымерайце N максімальных адхіленняў частоты з перыядам 50 мс. Працягласць перыяду вымярэння істотна паўплывае на гістаграму, таму неабходны фіксаваны перыяд вымярэння, каб забяспечыць паўтаральнасць вынікаў вымярэнняў. У той жа час, выбраўшы 50 мс у якасці перыяду вымярэння, можна гарантаваць, што максімальнае адхіленне частоты па-ранейшаму можа быць эфектыўна вымерана, калі частата мадуляцыі складае 20 Гц.
2). Падзяліце дыяпазон адхіленняў частоты, які неабходна ўлічыць (0 ～ 150 кГц у гэтым артыкуле), выкарыстоўваючы ў якасці адзінкі 1 кГц (дазвол), і падзеліце яго на роўныя часткі (у гэтым артыкуле 150 роўных частак).
3). У кожнай аліквоце падлічыце колькасць кропак на адпаведным значэнні частоты, і атрыманы сігнал павінен быць прыблізна такім, як паказана на малюнку 3 (г.зн. гістаграма размеркавання зрушэння частоты), дзе вось X ўяўляе частату, а вось Y - максімальная частата. Колькасць пунктаў, якія прыпадаюць на адпаведнае значэнне частоты.
Малюнак 3. Гістаграма размеркавання зрушэння частоты
4). Назапасіце колькасць кропак у кожнай аліквоце і нарміруйце N з працэнтам у якасці адзінкі, каб атрымаць графік, паказаны на малюнку 4 (г.зн. гістаграма кумулятыўнага размеркавання адхіленні частаты), дзе вось X прадстаўляе частату, а вось Y ўяўляе верагоднасць таго, што максімальнае адхіленне частоты трапляе ў дыяпазон частот адпаведнага значэння частоты. Верагоднасць пачынаецца са 100% злева і заканчваецца з 0% злева справа
Малюнак 4. Гістаграма кумулятыўнага размеркавання зрушэння частоты
У той жа час МСЭ-R дае эталонную характарыстыку (SM1268) для сукупнага размеркавання максімальнага адхілення частоты, як паказана на малюнку 5.
Малюнак 5. Даведачная характарыстыка для кумулятыўнага размеркавання максімальнага адхілення частоты
У спецыфікацыі гаворыцца, што: статыстычны працэнт размеркавання зрушэння частоты больш за 75 кГц не перавышае 22%, статыстычны працэнт размеркавання зрушэння частоты больш за 80 кГц не перавышае 12%, а статыстычны працэнт размеркавання зрушэння частоты больш за 85 кГц не перавышаюць 8%.
Зыходзячы з прыведзенай вышэй тэорыі, можна даведацца, што якасць перадачы FM-сігналаў звязана з велічынёй адхіленні частоты нясучай FM пасля мадуляцыі зыходнага гукавога сігналу. Вымярэнне і ўдасканаленне кумулятыўнага размеркавання максімальнага адхілення частоты дапаможа палепшыць якасць перадачы FM-сігналаў.
2. Апаратная аснова
У гэтым артыкуле выкарыстоўваецца модульны прымач маніторынгу вяшчання, які выкарыстоўвае сучасныя перадавыя тэхналогіі радыёкантролю і адпавядае спецыфікацыям МСЭ. Прыёмнік складаецца з высокакласнага лічбавага прыёмнага модуля і найноўшага ўбудаванага працэсара. Праграмная архітэктура радыё і высакахуткасная шына дадзеных забяспечваюць маштабаванасць і тэставую хуткасць прыёмніка. Прыёмнік дэмадулюе і вымярае FM-сігналы ў адпаведнасці са стандартамі Міжнароднага саюза электрасувязі (МСЭ-R) і кіраўніцтвамі па маніторынгу спектру, а таксама забяспечвае функцыі аналізу гуку і асноўнай паласы, спецыяльна для прыкладанняў маніторынгу вяшчання. Канкрэтныя характарыстычныя параметры наступныя:
Занятая прапускная здольнасць (OccuposedBandwidth
Зрушэнне носьбіта (CarrierOffset)
Магутнасць у дыяпазоне (PowerinBand)
Максімальнае адхіленне FM (FMMaximumDeviation)
Максімальнае адхіленне частоты сігналу асноўнага канала (Максімальнае адхіленне частоты асноўнага канала (L + R))
Максімальнае адхіленне частоты пілот-сігналу (максімальна частае адхіленне эпілота)
Максімальнае адхіленне частоты сігналу субканала (Maximumfrequencydeviationofsubchannel (LR)) Структура і прынцыповая блок-схема прыёмнага абсталявання радыёвяшчання паказана на малюнку 6. Лічбавы радыёпрыёмны модуль усталяваны ў шасі з высакахуткаснай шынай дадзеных і прамысловы ўзмоцнены каркас. Убудаваны кантролер гэтага прыёмніка выкарыстоўвае высакахуткасны працэсар, які адказвае за кіраванне прыёмным модулем і апрацоўку сабраных дадзеных.
Малюнак 6. Блок-схема структуры прыёмніка маніторынгу вяшчання
Лічбавы радыёпрыёмны модуль уключае ў сябе два падмодулі: модуль пераўтварэння радыёчастотнага зніжэння і модуль хуткаснага атрымання прамежкавай частоты.
Модуль радыёчастотнага пераўтварэння ўніз пераўтварае цікавы дыяпазон ВЧ-частот у сігнал прамежкавай частоты, а затым перадае сігнал прамежкавай частоты ў модуль хуткаснага збору прамежкавай частоты.
Ядро модуля высакахуткаснага ПЧ складаецца ў высакахуткасным АЦП (аналага-лічбавым пераўтваральніку) і выдзеленым лічбавым чыпе пераўтварэння, які забяспечвае функцыі апаратнай апрацоўкі. Лічбавая апрацоўка паніжальнага пераўтварэння здабывае шырокапалосныя сігналы ў рэжыме рэальнага часу і пераўтварае іх у асноўную паласу, якая падыходзіць для захопу вяшчальных сігналаў, сігналаў бесправадной сувязі і іншых сігналаў сувязі. Лічбавая апрацоўка паніжальнага пераўтварэння таксама можа пераўтварыць сабраную форму сігналу прамежкавай частоты ў выходныя дадзеныя складанага сігналу I / Q. Высакахуткасны модуль атрымання прамежкавай частоты выкарыстоўвае запатэнтаваны высакахуткасны спецыяльны мікрасхема для перадачы дадзеных і перадае дадзеныя кантролеру праз DMA, памяншаючы нагрузку на працэсар кантролера, дазваляючы засяродзіцца на завяршэнні пашыранага аналізу і апрацоўкі, графічнага адлюстравання абмен дадзенымі. . Як паказана на малюнку 7:
Малюнак 7. Архітэктура модуля лічбавага радыёпрыёмніка
Модуль ВЧ-пераўтварэння спачатку аслабляе сігнал, як паказана карыстальнікам, прапускае павярхоўны фільтр акустычнай хвалі, каб адфільтраваць частату выявы пасля пераўтварэння ўверх, а затым выконвае шматступеннае пераўтварэнне і, нарэшце, выводзіць прамежкавы сігнал . Модуль пераўтварэння ВЧ выкарыстоўвае высокадакладны і высокастабільны крышталічны генератар пастаяннай тэмпературы ў якасці сістэмнага эталоннага гадзінніка для забеспячэння надзвычай высокай дакладнасці частоты.
Для палягчэння кампактнай ўпакоўкі модуль выкарыстоўвае высокаэфектыўны мікра-генератар YIG для генерацыі высокачашчыннага сігналу лакальнага генератара, неабходнага для стадыі пераўтварэння. Генератар YIG - гэта свайго роду генератар, які можа генераваць вельмі чыстыя высокачашчынныя сігналы і часта вельмі вялікі. Модуль пераўтварэння ВЧ у абсталяванні выкарыстоўвае прарыўную тэхналогію ў гэтай галіне і выкарыстоўвае вельмі маленькі генератар YIG у канструкцыі. Генератар YIG можа быць настроены на зададзены дыяпазон частот, што дазваляе карыстальнікам усталёўваць частату, неабходную модулю пераўтварэння ВЧ. Комплекснае планаванне частоты і шматступеньчатая архітэктура пераўтварэння частаты модуля пераўтварэння ВЧ забяспечваюць выдатныя характарыстыкі нізкага паражальнага адказу прыбора і вялікі дынамічны дыяпазон. Як паказана на малюнку 8:
\
Малюнак 8. Архітэктура модуля пераўтваральніка ўніз
У гэтым артыкуле аналізуецца ўзаемасувязь паміж якасцю перадачы FM-трансляцыі і сукупным размеркаваннем адхіленні частоты, пачынаючы з налады гукавога працэсара перадатчыка, выкарыстоўваючы станцыю A (уключаючы аўдыяпрацэсар A і перадатчык A) і станцыю B (уключаючы аўдыяпрацэсар B і перадатчык Машына B) Для параўнання узораў прызначаны наступныя эксперыменты.
Гэты эксперымент у асноўным паляпшае сукупнае размеркаванне адхіленняў частоты FM-сігналу шляхам наладжвання гукавога працэсара для праверкі яго сувязі з якасцю перадачы FM-трансляцыі.
3.2, тэст
У эксперыменце выкарыстоўваецца аўдыяфайл пэўнай вяшчальнай праграмы, апрацоўваецца праз аўдыяпрацэсары A і B і адначасова перадаецца на перадатчыкі A і B для перадачы. Два перадатчыкі выкарыстоўваюць аднолькавыя налады. Прыёмнік радыёкантролю выкарыстоўваўся для запісу радыёчастотных сігналаў перадатчыкаў А і В адпаведна, а запісаныя сігналы выкарыстоўваліся для статыстычнага аналізу максімальнага адхілення частоты FM-сігналу ў адпаведнасці са стандартам МСЭ-RSM.1268.1. Апісанне працэсу аналітычнага эксперыменту паказана на малюнку 9. Вынік - на малюнку 10
Малюнак 9. Працэс выпрабаванняў
Малюнак 10. Кумулятыўная дыяграма размеркавання адхіленняў частоты
Зыходзячы са статыстычнага размеркавання адхіленні частоты, атрыманага ў выніку эксперыменту, для аднаго і таго ж аўдыяфайла адхіленне частоты сігналу станцыі А ў асноўным размяркоўваецца ад 10 кГц-95% да 35 кГц-5% на крывой напалову, і частата сігналу адхіленне станцыі В галоўным чынам. Размеркаванне паказвае крывую напалову званка ад 10 кГц-95% да 75 кГц-95%. Сігналы часовай вобласці дзвюх станцый паказваюць розныя характарыстыкі размеркавання верагоднасці. Наадварот, зрушэнне частаты сігналу станцыі B большае.
З пункту гледжання праслухоўвання якасць гуку станцыі B лепшая, чым станцыі A, і гучнасць гучней, гэта значыць якасць перадачы лепш.
3.3, адладка
Паколькі аўдыяфайлы, якія перадаюцца на два аўдыяпрацэсары, аднолькавыя, налады двух перадатчыкаў таксама аднолькавыя, але размеркаванне зрушэння частоты сігналу станцыі A і станцыі B адрозніваецца, што паказвае на тое, што аўдыяпрацэсары дзвюх станцый розныя. Амплітуда адхіленні частоты сігналу таго ж аўдыяфайла, які апрацоўваецца аўдыяпрацэсарам A, адносна невялікая, што сведчыць пра тое, што налада гукавога працэсара A не дасягнула стандарту ITU-RSM1268.1. Такім чынам, пасля карэкціроўкі гукавога працэсара А ў адпаведнасці з рэкамендаваным стандартам тэарэтычна можна дасягнуць больш высокай якасці перадачы. Па гэтай прычыне быў распрацаваны наступны верыфікацыйны эксперымент.
3.4, праверка
Праграма вяшчання апрацоўваецца аўдыяпрацэсарам A, а затым перадаецца перадатчыку A для перадачы. Інжынер наладжвае гукавы працэсар А пры ўмове бесперабойнай перадачы. Прыёмнік радыёкантролю прымае радыёчастотны сігнал станцыі А і выконвае стандарт МСЭ-RSM.1268.1 для правядзення статыстычнага аналізу максімальнага адхілення частоты FM-сігналу і параўнання дадзеных да і пасля наладжвання аўдыяпрацэсара А. Апісанне праверачны эксперымент паказаны на малюнку 11.
Малюнак 11. Працэс выпрабаванняў
Малюнак 12. Размеркаванне кумулятыўнага адхілення частоты
Зыходзячы са статыстычнага размеркавання адхіленні частоты, для адной і той жа крыніцы праграмы адхіленне частоты сігналу да рэгулявання ў асноўным размяркоўваецца ад 25 кГц-95% да 45 кГц-5% у крывой напалову, і адхіленне частоты сігналу пасля карэкціроўкі ў асноўным размяркоўваецца ад 45 кГц-95%. Ён паказвае крывую напалову - 55 кГц - 95%. У адрозненне ад гэтага, наладжанае значэнне зрушэння частаты сігналу больш, і размеркаванне больш поўнае. З пункту гледжання праслухоўвання скарэктаваныя якасць і гучнасць гуку значна палепшаны ў параўнанні з папярэднімі.
Чацвёртае, заключэнне эксперымента па праверцы
У выпадку адной і той жа крыніцы праграмы, рэгулюючы эталонны выхадны ўзровень аўдыяпрацэсара, можна палепшыць размеркаванне зрушэння частоты, каб зрабіць яго больш поўным, а значэнне зрушэння частоты больш.
Для той жа крыніцы гуку размеркаванне максімальнага адхілення частоты пасля FM-мадуляцыі можа паўплываць на гучнасць і насычанасць демодулированного гуку. Наладжваючы параметры параметраў гукавога працэсара, FM-сігнал больш адпавядае спецыфікацыі ITU-R, што можа зрабіць гук праслухоўвання больш гучным і напоўненым. Такім чынам, выкарыстанне абсталявання для маніторынгу радыёвяшчання для выяўлення параметраў вяшчання FM і налады абсталявання ў спасылцы вяшчання ў адпаведнасці са стандартам МСЭ-R для гэтых параметраў можа атрымаць больш высокую якасць перадачы.
Гэта таксама паказвае, што выкарыстанне абсталявання для кантролю вяшчання для маніторынгу FM-трансляцыі з'яўляецца эфектыўным сродкам забеспячэння якасці перадачы FM-трансляцыі.
V. Перспектыва
Прыёмнік маніторынгу радыёвяшчання, заснаваны на праграмнай архітэктуры радыё, які выкарыстоўваецца ў гэтым артыкуле, з'яўляецца аднаканальнай прыладай збору з адносна невялікімі параметрамі выпрабаванняў, і пасля збору патрабуецца ручной аналіз, які з'яўляецца адносна неэфектыўным. З развіццём і прагрэсам навукі і тэхнікі ў спалучэнні з праблемамі, якія ўзніклі ў эксперыменце, прапануюцца некаторыя перспектывы будучага абсталявання для маніторынгу і прыёму FM-трансляцый:
1. Запіс у рэжыме рэальнага часу поўнапалосных FM-сігналаў з 87 МГц да 108 МГц.
2. Абсталяваны масівам дыскаў вялікай ёмістасці, які можа кругласутачна запісваць і рэалізоўваць дадатковыя функцыі, такія як запіс часу.
3. Ім можна кіраваць дыстанцыйна для рэалізацыі такіх функцый, як маніторынг без нагляду, аўтаматычны аналіз і стварэнне справаздач.
4. Падтрымка базы дадзеных, якая можа прайграваць частотны спектр і гукавую частату ў любы час і на любой частаце.
5. Дыверсіфікаваная канфігурацыя сістэмы можа задаволіць патрэбы розных кліентаў.
6. Модульная канструкцыя праграмнага і апаратнага забеспячэння зручная для пашырэння сістэмы і другаснай распрацоўкі.
Наш іншы прадукт:
