FM-raadioülekanne raadiosaate abil, et edastada signaale
I. Ülevaade
Sageduse modulatsiooni (FM) mõiste. FM on peamine viis ülitäpsete heliülekannete ja stereoülekannete realiseerimiseks tänapäeval. See edastab helisignaale sageduse modulatsiooni režiimis. FM-laine kandja muutub kanduri kesksagedusel, kui helisignaali signaal muutub (Keskmine sagedus enne moduleerimist) muutub mõlemal küljel ja sageduse kõrvalekalde muutumise ajad sekundis on kooskõlas helisignaali moduleerimissagedusega . Kui helisignaali sagedus on 1kHz, on kanduri sagedushälbe muutumise ajad samuti 1k korda sekundis. Sagedushälbe suurus sõltub helisignaali amplituudist.
Stereo FM kontseptsioon, stereo FM kodeerib kõigepealt kahe helisageduse (vasak ja parem kanal) signaale, et saada komplekt madalsageduslikke komposiit-stereosignaale, ja seejärel teostatakse FM kõrgsageduskandjal. Stereo FM jaguneb kolme tüüpi: sagedusjaotussüsteem (ja erinevussüsteem), ajajaotussüsteem ja suundsignaalsüsteem vastavalt erinevatele stereotöötlusmeetoditele. Nüüd kasutatakse tavaliselt summaerinevuste süsteemi. Summa- ja erinevussüsteem on stereomodulaatoris, vasak- (L) ja parema (R) kanali signaalid kodeeritakse kõigepealt, moodustades summaarsignaali (L + R) ja erinevussignaali (LR) ning summasignaal on otse saadetud modulaatorile Kandja moodustab põhikanali signaali ühilduva kuulamise jaoks tavalise FM-raadioga; saadetakse erinevussignaal tasakaalustatud modulaatorile kanduri amplituudmodulatsiooni pärssimiseks alamkandjal ja saadud kahekordse külgribaga summutatud amplituudmodulatsiooni lainet kasutatakse alamkanali signaalina ning seejärel kombineeritakse põhikandja moduleerimiseks summasignaaliga Mix. Alamkanali signaali sagedusvahemik on 23–53 kHz (38 ± 15 kHz), mis kuulub superheli vahemikku ja ei häiri mono taasesitust. Kuna alamkanali AM laine alamkandja on summutatud, ei saa stereoraadio väljundsignaali otseselt demoduleerida. Seetõttu peaks demodeeritav raadio tekitama 38 kHz signaali, millel on sama sagedus ja faas kui edastava süsteemi alamkandjal. Sel põhjusel edastatakse edastavas otsas põhi- ja alamkanali sagedusspektri vahelises intervallis veel üks 19 kHz (1/2 alamkandja sagedus) piloodisignaal (PilotTone) raadios 38 kHz regenereeritud alamkandja "juhtimiseks". Seda modulatsioonimeetodit nimetatakse piloodisageduseks ja see on ka stereoringhäälingus kõige sagedamini kasutatav sageduse jagamise meetod.
Vastavalt sellele mõõdetakse FM-signaalide ja stereo-FM-signaalide mõõtmiseks maailmas tavaliselt järgmisi parameetreid.
1.1, hõivatud ribalaius
ITU soovituste kohaselt põhineb signaali ribalaiuse mõõtmine tavaliselt spektril, kasutades kahte meetodit: "β% hõivatud ribalaius" ja "x-dB ribalaius". Β% hõivatud ribalaius on näidatud joonisel 1. Mõõtmismeetodiks loetakse kõigepealt seire ribalaiuses koguvõimsus ja seejärel kogutakse spektrijoonte võimsus spektrilt mõlemalt poolelt keskele, kuni võimsus ja koguarv võimsus (β / 2)%, vastavalt määratletud kui f1 ja f2, on määratletud ribalaius võrdne f2-f1; ja x-dB ribalaius on näidatud joonisel 2. Mõõtmismeetod on leida spektri tipp või kõrgeim punkt kõigepealt ja seejärel kõrgeimast punktist mõlemale küljele. Kaks spektrijoont teevad kõik spektrijooned väljapoole neid kahte spektrijooned, mis on vähemalt xdB väiksemad kui kõrgeim punkt, ja kahele spektrijoonele vastav sageduste erinevus on ribalaius.
ITU ning raadio- ja televisioonisoovituste korral võtab β tavaliselt 99 ja x võtab tavaliselt 26, mis on sageli öeldud 99% võimsuse ribalaius ja 26dB ribalaius.
Joonis 2. x-dB ribalaius
1.2 Sageduse hälve
FM-signaali sagedushälve viitab FM-laine sagedushoo amplituudile, mis muutub koos teabe (või hääle) lainekuju kõikumisega. Tavaliselt instrumendi või vastuvõtja poolt mõõdetud sagedushälve viitab tegelikult maksimaalsele sagedushälbele teatud aja jooksul. Maksimaalse sagedushälbe jaotus ja suurus määravad kuuldava heli kvaliteedi ja helitugevuse, mis määrab ka FM-raadio kiirguse. kvaliteeti.
Selle artikli peamine eesmärk on uurida FM-ringhäälingu edastuskvaliteeti, nii et ülaltoodud kirjelduse kohaselt tuleks pöörata tähelepanu sageduse nihke indeksile.
ITU-R-l on FM-signaali sagedushälbe mõõtmise üksikasjalik kirjeldus:
Sagedushälbe mõõtmise meetodiks on võtta ajavahemik (soovitatav ajapikkus on 50 ms), et mõõta sageduse kõrvalekallet kanduri suhtes igas proovivõtupunktis ja maksimaalne väärtus on suurim sageduse kõrvalekalle. Kuid sageduse nihke sügavamaks mõistmiseks võib selle signaali omaduste väljendamiseks kasutada aja jooksul ajakohastatud statistilist histogrammi. Sagedushälbe histogrammi arvutamise meetod on järgmine:
1). Mõõtke N maksimaalset sagedushälvet perioodiga 50 ms. Mõõtmisperioodi pikkus mõjutab oluliselt histogrammi, nii et mõõtmistulemuste korratavuse tagamiseks on vaja fikseeritud mõõteperioodi. Samal ajal võib mõõtmisperioodiks 50 ms valimine tagada, et maksimaalset sagedushälvet saab endiselt tõhusalt mõõta, kui modulatsiooni sagedus on kuni 20 Hz.
2). Jagage loendamist vajav sagedushälbe vahemik (käesolevas artiklis 0 × 150 kHz), kasutades ühikuks 1 kHz (eraldusvõime), ja jagage see võrdseteks osadeks (käesolevas artiklis 150 võrdseks osaks).
3). Loendage igas alikvoodis punktide arv vastavale sageduse väärtusele ja saadud lainekuju peaks olema umbes selline, nagu on näidatud joonisel 3 (st sageduse nihke jaotuse histogramm), kus X-telg tähistab sagedust ja Y-telg maksimaalne sagedus. Punktide arv, mis langevad vastavale sageduse väärtusele.
Joonis 3. Sageduse nihke jaotuse histogramm
4). Akumuleerige punktide arv igas alikvoodis ja normaliseerige N protsendiga ühikuna, et saada joonisel 4 näidatud graafik (st sagedushälbe kumulatiivse jaotuse histogramm), kus X-telg tähistab sagedust ja Y-telg tähistab tõenäosust, et maksimaalne sageduse kõrvalekalle langeb vastava sageduse väärtuse sagedusalas. Tõenäosus algab 100% -st vasakpoolsest servast ja lõpeb 0% -st paremas servas
Joonis 4. Sageduse nihke kumulatiivse jaotuse histogramm
Samal ajal annab ITU-R võrdlusspetsifikatsiooni (SM1268) maksimaalse sagedushälbe kumulatiivse jaotuse jaoks, nagu on näidatud joonisel 5.
Joonis 5. Maksimaalse sagedushälbe kumulatiivse jaotuse võrdlusspetsifikatsioon
Spetsifikatsioonis on öeldud, et: sageduse nihke jaotuse statistiline protsent üle 75 kHz ei ületa 22%, sageduse nihke jaotuse statistiline protsent üle 80 kHz ei ületa 12% ja sageduse nihke jaotuse statistiline protsent üle 85 kHz ei ületa ületada 8%.
Ülaltoodud teooria põhjal võib olla teada, et FM-signaalide edastuskvaliteet on seotud FM-kandesageduse hälbe suurusega pärast algse helisignaali moduleerimist. Maksimaalse sagedushälbe kumulatiivse jaotuse mõõtmine ja parandamine aitab parandada FM-signaalide edastuskvaliteeti.
2. Riistvara vundament
Selles artiklis kasutatakse moodulülekande jälgimise vastuvõtjat, mis kasutab praegust täiustatud raadioseire tehnoloogiat ja vastab ITU spetsifikatsioonidele. Vastuvõtja koosneb tipptasemel digitaalse raadio vastuvõtumoodulist ja uusimast sisseehitatud protsessorist. Tarkvara määratletud raadioarhitektuur ja kiire andmesiin tagavad vastuvõtja mastaapsuse ja testikiiruse. Vastuvõtja demoduleerib ja mõõdab FM-signaale vastavalt Rahvusvahelise Telekommunikatsiooniliidu raadioside sektori (ITU-R) standarditele ja spektri jälgimise käsiraamatutele ning pakub heli ja põhiriba analüüsi funktsioone spetsiaalselt ringhäälingu jälgimise rakenduste jaoks. Spetsiifilised iseloomulikud parameetrid on järgmised:
Hõivatud ribalaius (hõivatud ribalaius
Vedaja nihe (CarrierOffset)
Võimsus ribas (PowerinBand)
FM maksimaalne kõrvalekalle (FMMaximumDeviation)
Põhikanali signaali maksimaalne sagedushälve (põhikanali maksimaalne sageduse kõrvalekalle (L + R))
Piloodisignaali maksimaalne sagedushälve (pilottooni maksimaalne sageduse kõrvalekalle)
Alamkanali signaali maksimaalne sagedushälve (alamkanali maksimaalne sagedussagedus (LR)) Ringhäälingu seire vastuvõtuseadmete struktuur ja põhimõtteline plokkskeem on näidatud joonisel 6. Digitaalse raadio vastuvõtumoodul on paigaldatud kiirele andmesiinile ja tööstuslik tugevdatud raam. Selle vastuvõtja sisseehitatud kontroller kasutab kiiret protsessorit, mis vastutab vastuvõtumooduli juhtimise ja kogutud andmete töötlemise eest.
Joonis 6. Leviedastuse vastuvõtja struktuuri plokkskeem
Digitaalse raadio vastuvõtumoodul sisaldab kahte alamoodulit: raadiosagedusmuunduri allalaadimismoodul ja kiire vahesageduse hankimise moodul.
RF-muundamise moodul muundab huvipakkuva RF-sagedusriba allsageduse vahesignaaliks ja edastab seejärel vahesagedussignaali kiirele vahesageduse hankimise moodulile.
Kiire IF-hankemooduli tuum on kiire ADC (analoog-digitaalne muundur) ja spetsiaalne digitaalne allapoole teisendamise kiip, mis tagab riistvara töötlemise funktsioonid. Digitaalne allkonversioonitöötlus eraldab lairibasignaalid reaalajas ja teisendab need edasi põhiribaks, mis sobib levisignaalide, traadita signaalide ja muude sidesignaalide püüdmiseks. Digitaalne allkonversioonitöötlus võib ka teisendada kogutud vahesagedusliku signaali lainekuju I / Q komplekssignaali andmete väljundiks. Kiire vahesageduse hankimise moodul kasutab andmeedastuseks patenteeritud kiiret spetsiaalset kiipi ja edastab andmed kontrollerile DMA kaudu, vähendades kontrolleri protsessori koormust, võimaldades sellel keskenduda täpsema analüüsi ja töötlemise lõpuleviimisele, graafilisele kuvamisele ja andmevahetus. . Nagu on näidatud joonisel 7:
Joonis 7. Digitaalse raadiovastuvõtja mooduli arhitektuur
RF-muundamise moodul summutab kõigepealt kasutaja määratud signaali, läbib pinna akustilise laine filtri, et filtreerida pildisagedus pärast üles teisendamist, ja seejärel teostab mitmeastmelise teisenduse ja väljastab lõpuks vahesageduse signaali . RF-muundamise moodul kasutab ülitäpse ja kõrge stabiilsusega konstantse temperatuuriga kristall-ostsillaatorit süsteemi võrdluskellana, et tagada ülimalt kõrge sageduse täpsus.
Kompaktse pakkimise hõlbustamiseks kasutab moodul suure jõudlusega mikro-YIG-ostsillaatorit, et genereerida üles-muundamise etapiks vajalik kõrgsageduslik lokaalne ostsillaator. YIG-ostsillaator on omamoodi ostsillaator, mis suudab genereerida väga puhtaid kõrgsageduslikke signaale ja on sageli väga suur. Seadmete RF-muundamise moodul kasutab selles valdkonnas läbimurretehnoloogiat ja kasutab disainis väga väikest YIG-ostsillaatorit. YIG-ostsillaatorit saab häälestada kindlaksmääratud sagedusribale, mis võimaldab kasutajatel määrata RF-muundamismooduli nõutava sageduse. RF-muundamismooduli terviklik sageduse planeerimine ja mitmeastmeline sageduse muundamise arhitektuur tagavad instrumendi madala võltsreaktsiooni ja suure dünaamilise ulatuse suurepärased omadused. Nagu on näidatud joonisel 8:
\
Joonis 8. RF-muundamise mooduli arhitektuur
Selles artiklis analüüsitakse FM-ülekande kvaliteedi ja sagedushälbe kumulatiivse jaotuse vahelist suhet, alustades saatja heliprotsessori reguleerimisest, kasutades jaama A (sh heliprotsessor A ja saatja A) ja jaama B (sealhulgas heliprotsessor B). ja saatjamasin B) Proovide võrdlemiseks on kavandatud järgmised katsed.
See katse parandab peamiselt FM-signaali sagedushälbe kumulatiivset jaotust, kohandades heliprotsessorit, et kontrollida selle suhet FM-leviedastuse kvaliteediga.
3.2 test
Katse kasutab teatud ringhäälinguprogrammi helifaili, töötleb seda läbi heliprotsessorite A ja B ning edastab need samaaegselt edastamiseks saatjatele A ja B. Kaks saatjat kasutavad samu seadeid. Raadioseire vastuvõtjat kasutati vastavalt saatjate A ja B raadiosagedussignaalide salvestamiseks ning salvestatud signaale kasutati FM-signaali maksimaalse sagedushälbe statistiliseks analüüsiks vastavalt standardile ITU-RSM.1268.1. Analüüsikatse protsessi kirjeldus on toodud joonisel 9. Tulemus on toodud joonisel 10
Joonis 9. Katseprotsess
Joonis 10. Sageduse hälbe kumulatiivse jaotuse diagramm
Katsest saadud sagedushälbe statistilisest jaotusest jaotatakse sama helifaili jaoks jaama A signaali sagedushälve poolkella kõveras peamiselt vahemikus 10kHz-95% kuni 35kHz-5% ja signaali sagedus Jaama B kõrvalekalle on peamiselt Jaotuse poolkõver on vahemikus 10 kHz-95% kuni 75 kHz-95%. Kahe jaama ajapiirkonna signaalid näitavad tõenäosusjaotuse erinevaid omadusi. Seevastu jaama B signaali sageduse nihe on suurem.
Kuulamise seisukohalt on jaama B helikvaliteet parem kui jaamal A ja helitugevus on suurem, see tähendab, et ülekande kvaliteet on parem.
3.3, silumine
Kuna kahele heliprotsessorile edastatud helifailid on samad, on ka kahe saatja seaded samad, kuid jaama A ja jaama B signaali sageduse nihkejaotus on erinev, mis näitab, et kahe jaama heliprotsessorid on erinevad. Heliprotsessori A poolt töödeldud sama helifaili signaali sageduse hälbe amplituud on suhteliselt väike, mis näitab, et heliprotsessori A seade pole jõudnud ITU-RSM1268.1 standardini. Seetõttu on pärast heliprotsessori A reguleerimist soovitatud standardile võimalik saavutada teoreetiliselt kõrgem ülekandekvaliteet. Sel põhjusel kavandati järgmine kontrollkatse.
3.4, kontrollimine
Leviprogrammi töötleb heliprotsessor A ja edastatakse seejärel edastamiseks saatjale A. Insener reguleerib heliprotsessorit A katkematu ülekande tingimustes. Raadioseire vastuvõtja võtab vastu jaama A raadiosagedussignaali ja järgib ITU-RSM.1268.1 standardit, et teostada FM-signaali maksimaalse sagedushälbe statistiline analüüs ja võrrelda andmeid enne ja pärast heliprotsessori A reguleerimist. kontrollkatse on näidatud joonisel 11.
Joonis 11. Katseprotsess
Joonis 12. Kumulatiivse sagedushälbe jaotus
Sagedushälbe statistilisest jaotusest jaotatakse sama programmiallika puhul signaali sageduse kõrvalekalle enne reguleerimist poolkella kõveras peamiselt vahemikus 25 kHz-95% kuni 45 kHz-5% ja signaali sageduse hälve pärast reguleerimist jaotatakse peamiselt alates 45kHz-95%. See näitab poolkella kõverat 55KHz-95%. Seevastu korrigeeritud signaali sageduse nihke väärtus on suurem ja jaotus on täis. Kuulamise seisukohalt on kohandatud helikvaliteet ja helitugevus varasemaga võrreldes märkimisväärselt paranenud.
Neljas, kontrollkatse järeldus
Sama programmiallika puhul saab heliprotsessori võrdlusväljundi taseme reguleerimisega parandada sageduse nihke jaotust, et muuta see täiuslikumaks ja sageduse nihke väärtus on suurem.
Sama heliallika puhul võib maksimaalne sagedushälbe jaotus pärast FM-modulatsiooni mõjutada demoduleeritud heli helitugevust ja küllastust. Heliprotsessori parameetrisätete reguleerimisega on FM-signaal rohkem kooskõlas ITU-R spetsifikatsiooniga, mis võib muuta kuulamise heli valjemaks ja täielikumaks. Seetõttu võib ringhäälinguseire seadmete kasutamine FM-ringhäälinguparameetrite tuvastamiseks ja ülekandelinkide seadmete kohandamiseks vastavalt ITU-R standardile nende parameetrite jaoks kõrgema edastuskvaliteedi.
See näitab ka, et ringhäälinguseire seadmete kasutamine FM-ülekannete jälgimiseks on tõhus vahend FM-ülekannete kvaliteedi tagamiseks.
V. Väljavaade
Selles artiklis kasutatud tarkvara raadioarhitektuuril põhinev ringhäälingu jälgimise vastuvõtja on ühekanaliline vastuvõtuseade, millel on suhteliselt vähe testiparameetreid, ja pärast hankimist on vaja käsitsi analüüsida, mis on suhteliselt ebaefektiivne. Teaduse ja tehnoloogia arengu ning edusammude ja eksperimenti käigus ilmnenud probleemide korral pakutakse välja tulevaste FM-ringhäälingu seire- ja vastuvõtuseadmete väljavaated:
1. Täisribaga FM-ringhäälingusignaalide reaalajas salvestamine vahemikus 87 MHz kuni 108 MHz.
2. Varustatud suure mahutavusega kettamassiiviga, mis võimaldab salvestada ööpäevaringselt ja realiseerida täiustatud funktsioone, näiteks aja salvestamine.
3. Seda saab kaugjuhtida, et teostada selliseid funktsioone nagu järelevalveta järelevalve, automaatne analüüs ja aruannete genereerimine.
4. Toetage andmebaasi, mis suudab igal ajal ja igal sagedusel taasesitada sagedusspektrit ja helisagedust.
5. Mitmekesine süsteemi konfiguratsioon võib rahuldada erinevate klientide vajadusi.
6. Tarkvara ja riistvara modulaarne disain on mugav süsteemi laiendamiseks ja teisese arenduse jaoks.
Meie teise tootega:
