FM-трансляція по радіопередачі для передачі трансляційних сигналів
I. Огляд
Поняття частотної модуляції (FM). FM - це основний спосіб реалізації високоякісного звукового мовлення та стереомовлення в сучасний час. Він передає звукові сигнали в режимі частотної модуляції. Несуча FM-хвилі змінюється на центральній частоті несучої у міру зміни сигналу звукової модуляції (Центральна частота до немодуляції) з обох сторін, а час зміни відхилення частоти в секунду відповідає частоті модуляції звукового сигналу . Якщо частота звукового сигналу становить 1 кГц, час зміни відхилення частоти несучої також становить 1 тис. Разів на секунду. Величина відхилення частоти залежить від амплітуди звукового сигналу.
Концепція стерео FM, стерео FM спочатку кодує сигнали двох звукових частот (лівого та правого каналів) для отримання набору низькочастотних композитних стереосигналів, а потім FM виконується на високочастотній несучій. Стерео FM поділяється на три типи: система розподілу частот (і система різниці), система поділу часу та система спрямованого сигналу відповідно до різних методів обробки стереосигналу. Зараз зазвичай використовується система різниці сум. Система суми та різниці знаходиться в стереомодуляторі, лівий (L) та правий (R) сигнали каналу кодуються спочатку для формування сумарного сигналу (L + R) та різницевого сигналу (LR), а сигнал суми безпосередньо передається модулятору Несуча являє собою сигнал основного каналу для сумісного прослуховування зі звичайним FM-радіо; різницевий сигнал надсилається в збалансований модулятор для придушення амплітудної модуляції несучої на піднесучій, а отримана подвійна хвильова амплітудна модуляція хвилі використовується як сигнал підканалу, а потім поєднується із сумішним сигналом Mix для модуляції основної несучої. Діапазон частот сигналу підканалу становить від 23 до 53 кГц (38 ± 15 кГц), що належить до супер-діапазону звуку і не буде перешкоджати моно відтворенню. Оскільки піднесуча підканалу AM-хвилі придушена, стерео радіо не може безпосередньо демодулювати вихідний сигнал. Отже, у радіо для демодуляції повинен генеруватися сигнал 38 кГц з тією ж частотою та фазою, що і піднесуча передавальної системи. З цієї причини на передавальному кінці, в інтервалі між основним і підканальним частотним спектром, передається ще 19 кГц (1/2 частоти піднесучої) пілот-сигнал (PilotTone), щоб "направляти" регенеровану піднесучу 38 кГц в радіо. Цей метод модуляції називається пілотною частотою, і він також є найбільш широко застосовуваним методом розподілу частоти в стереомовлення.
Відповідно, для вимірювання FM-сигналів та стерео-FM-сигналів у світі зазвичай вимірюють такі параметри.
1.1, зайнята пропускна здатність
Згідно з рекомендаціями МСЕ, вимірювання смуги пропускання сигналу, як правило, базується на спектрі, використовуючи два методи: "β% зайнятої смуги пропускання" і "смуга пропускання х-дБ". Зайнята пропускна здатність β% показана на малюнку 1. Метод вимірювання полягає в тому, щоб спочатку підрахувати загальну потужність в моніторинговій пропускній здатності, а потім накопичити потужність спектральних ліній з обох сторін до середини на спектрі, поки потужність і загальна потужність (β / 2)%, відповідно визначена як f1 і f2, визначена пропускна здатність дорівнює f2-f1; а смуга пропускання х-дБ показана на малюнку 2. Метод вимірювання полягає в тому, щоб спочатку знайти пік або найвищу точку в спектрі, а потім від найвищої точки до обох сторін. Дві спектральні лінії роблять усі спектральні лінії поза цими двома спектральні лінії принаймні на xdB менше, ніж найвища точка, а різниця частот, що відповідає двом спектральним лініям, - це смуга пропускання.
У рекомендаціях МСЕ та радіо і телебачення β зазвичай займає 99, а x зазвичай займає 26, що часто називають пропускною здатністю 99% та 26 дБ.
Рисунок 2. Пропускна здатність x-dB
1.2 Відхилення частоти
Відхилення частоти в FM-сигналі відноситься до амплітуди коливання частоти FM-хвилі, яка змінюється з коливанням інформаційної (або голосової) форми хвилі. Відхилення частоти, яке зазвичай вимірюється приладом або приймачем, насправді відноситься до максимального відхилення частоти протягом певного періоду часу. Розподіл та розмір максимального відхилення частоти визначають якість звуку та гучність звуку, який також звучить, що також визначає випромінювання FM-радіо. якість.
Основна мета цієї статті - вивчити якість передачі FM-мовлення, тому згідно з вищенаведеним описом слід звернути увагу на індекс зміщення частоти.
МСЕ-R містить детальний опис вимірювання відхилення частоти FM-сигналу:
Метод вимірювання відхилення частоти повинен приймати певний проміжок часу (рекомендована тривалість часу становить 50 мс) для вимірювання відхилення частоти щодо несучої в кожній точці відбору проб, а максимальним значенням є максимальне відхилення частоти. Але для глибшого розуміння зсуву частоти можна використовувати статистичну гістограму, оновлену з часом, для вираження її характеристик сигналу. Метод розрахунку гістограми відхилення частоти такий:
1). Виміряйте N максимальні відхилення частоти з періодом 50 мс. Тривалість періоду вимірювання суттєво вплине на гістограму, тому необхідний фіксований період вимірювання, щоб забезпечити повторюваність результатів вимірювань. У той же час, вибравши 50 мс як період вимірювання, можна гарантувати, що максимальне відхилення частоти все ще може бути ефективно виміряне, коли частота модуляції становить лише 20 Гц.
2). Поділіть діапазон відхилення частоти, який потрібно врахувати (0 ～ 150 кГц у цій статті), використовуючи 1 кГц (роздільна здатність) як одиницю, та розділіть його на рівні частини (у цій статті 150 рівних частин).
3). У кожній аліквоті підрахуйте кількість точок на відповідному значенні частоти, і отримана форма сигналу повинна бути приблизно такою, як показано на малюнку 3 (тобто гістограма розподілу зміщення частоти), де вісь X представляє частоту, а вісь Y представляє максимальна частота. Кількість балів, які потрапляють на відповідне значення частоти.
Рисунок 3. Гістограма розподілу зсуву частоти
4). Накопичуйте кількість балів у кожній аліквоті та нормуйте N у відсотках як одиницю, щоб отримати графік, показаний на малюнку 4 (тобто гістограму кумулятивного розподілу відхилення частоти), де вісь X представляє частоту, а вісь Y представляє ймовірність того, що максимальне відхилення частоти потрапляє в діапазон частот відповідного значення частоти. Імовірність починається з 100% вкрай ліворуч і закінчується в 0% вкрай праворуч
Рисунок 4. Гістограма кумулятивного розподілу зміщення частоти
У той же час ITU-R надає еталонну специфікацію (SM1268) для кумулятивного розподілу максимального відхилення частоти, як показано на малюнку 5.
Рисунок 5. Довідкова специфікація сукупного розподілу максимального відхилення частоти
Специфікація зазначає, що: статистичний відсоток розподілу зсуву частоти більше 75 кГц не перевищує 22%, статистичний відсоток розподілу зсуву частоти більше 80 кГц не перевищує 12%, а статистичний відсоток розподілу зсуву частоти більше 85 кГц не перевищують 8%.
Виходячи з вищезазначеної теорії, може бути відомо, що якість передачі FM-сигналів пов'язана з величиною відхилення частоти несучої FM після модуляції вихідного звукового сигналу. Вимірювання та поліпшення кумулятивного розподілу максимального відхилення частоти допоможе поліпшити якість передачі FM-сигналів.
2. Апаратна основа
У цій статті використовується модульний приймач моніторингу мовлення, який використовує сучасні передові технології радіомоніторингу та відповідає вимогам МСЕ. Приймач складається з високоякісного цифрового радіоприймального модуля та останнього вбудованого процесора. Програмно визначена архітектура радіо та високошвидкісна шина даних забезпечують масштабованість та швидкість тестування приймача. Приймач демодулює та вимірює FM-сигнали відповідно до стандартів Міжнародного союзу електрозв'язку (ITU-R) та посібників з моніторингу спектру, а також забезпечує функції аналізу звуку та базової смуги, спеціально для програм моніторингу мовлення. Конкретні характеристичні параметри такі:
Зайнята смуга пропускання (OccuposedBandwidth
Зсув несучої (CarrierOffset)
Потужність в діапазоні (PowerinBand)
Максимальне відхилення FM (FMMaximumDeviation)
Максимальне відхилення частоти сигналу головного каналу (Максимальне відхилення частоти основного каналу (L + R))
Максимальне відхилення частоти пілот-сигналу (Максимальне відхилення частоти епілоттона)
Максимальне відхилення частоти сигналу підканалу (Maximumfrequencydeviationofsubchannel (LR)) Структура та принципова блок-схема приймального обладнання моніторингу широкомовної передачі показана на рисунку 6. Цифровий радіоприймальний модуль встановлений у шасі з високошвидкісною шиною даних та промисловий армований каркас. Вбудований контролер цього приймача використовує високошвидкісний процесор, який відповідає за управління модулем прийому та обробку зібраних даних.
Рисунок 6. Структурна схема структури приймача моніторингу мовлення
Модуль цифрового радіоприймача включає два підмодулі: модуль перетворення РЧ і високошвидкісний модуль збору проміжних частот.
Модуль перетворення радіочастотної передачі вниз перетворює цікавий діапазон частот радіочастот у сигнал проміжної частоти, а потім передає сигнал проміжної частоти високошвидкісному модулю збору проміжної частоти.
Ядром високошвидкісного модуля IF-збору є високошвидкісний АЦП (аналого-цифровий перетворювач) та виділений цифровий чіп перетворення, який забезпечує функції апаратної обробки. Цифрова обробка низхідного перетворення витягує широкосмугові сигнали в режимі реального часу і перетворює їх у базову смугу, яка підходить для отримання широкомовних сигналів, бездротових сигналів та інших сигналів зв'язку. Цифрова обробка низхідного перетворення може також перетворити зібрану форму сигналу проміжної частоти у вихідні дані комплексного сигналу I / Q. Високошвидкісний модуль збору проміжної частоти використовує запатентований високошвидкісний виділений чіп для передачі даних і передає дані контролеру через DMA, зменшуючи навантаження процесора контролера, дозволяючи йому зосередитися на завершенні розширеного аналізу та обробки, графічного відображення та обмін даними. . Як показано на малюнку 7:
Рисунок 7. Архітектура модуля цифрового радіоприймача
Модуль перетворення ВЧ-сигналу спочатку послаблює сигнал, заданий користувачем, передає поверхневий акустичний хвильовий фільтр, щоб відфільтрувати частоту зображення після конверсії вгору, а потім виконує багатоступеневу конверсію вниз і, нарешті, видає сигнал проміжної частоти . Модуль перетворення ВЧ-сигналу використовує високоточний та стабільний постійний температурний кристалогенератор як системний еталонний годинник для забезпечення надзвичайно високої точності частоти.
Для полегшення компактної упаковки модуль використовує високоефективний мікрогенератор YIG для генерації високочастотного сигналу локального генератора, необхідного для каскаду перетворення. Генератор YIG - це свого роду генератор, який може генерувати дуже чисті високочастотні сигнали і часто дуже великий. Модуль перетворення ВЧ-сигналу в обладнанні використовує проривну технологію в цій галузі і використовує в конструкції дуже малий генератор YIG Генератор YIG може бути налаштований на заданий діапазон частот, що дозволяє користувачам встановлювати частоту, необхідну модулю перетворення ВЧ-частоти. Комплексне планування частоти та архітектура багатоступеневого перетворення частоти модуля перетворення ВЧ забезпечують чудові характеристики низької паразитної характеристики приладу та великого динамічного діапазону. Як показано на малюнку 8:
\
Рисунок 8. Архітектура модуля перетворення РЧ
У цій статті проаналізовано взаємозв'язок між якістю передачі FM-трансляції та кумулятивним розподілом відхилення частоти, починаючи з налаштування звукового процесора передавача, використовуючи станцію A (включаючи аудіопроцесор A і передавач A) та станцію B (включаючи аудіопроцесор B та передавач Машина B) Для порівняння зразків розроблені наступні експерименти.
Цей експеримент в основному покращує кумулятивний розподіл відхилення частоти FM-сигналу шляхом налаштування звукового процесора для перевірки його зв'язку з якістю передачі FM-трансляції.
3.2, тест
В експерименті використовується аудіофайл певної мовної програми, обробляється через аудіопроцесори A і B і одночасно передається на передавачі A і B для передачі. Два передавачі використовують однакові налаштування. Приймач радіомоніторингу використовувався для запису радіочастотних сигналів від передавачів A та B відповідно, а записані сигнали використовувались для статистичного аналізу максимального відхилення частоти FM-сигналу відповідно до стандарту ITU-RSM.1268.1. Опис процесу аналізу експерименту наведено на рисунку 9. Результат наведено на рисунку 10
Рисунок 9. Процес випробування
Рисунок 10. Діаграма кумулятивного відхилення частоти
Зі статистичного розподілу відхилення частоти, отриманого в результаті експерименту, для одного і того ж аудіофайлу відхилення частоти сигналу станції А в основному розподіляється від 10 кГц-95% до 35 кГц-5% на кривій напівдзвонка, а частота сигналу відхилення станції В головним чином. Розподіл показує напівзвоночну криву від 10 кГц-95% до 75 кГц-95%. Сигнали часової області двох станцій показують різні характеристики розподілу ймовірностей. На відміну від цього, зміщення частоти сигналу станції В є більшим.
З точки зору прослуховування якість звуку станції B є кращою, ніж станція A, а гучність вища, тобто якість передачі є кращою.
3.3, налагодження
Оскільки аудіофайли, що передаються на два аудіопроцесори, однакові, налаштування двох передавачів також однакові, але розподіл частоти сигналу, зміщений для станції A і станції B, різний, що вказує на те, що аудіопроцесори двох станцій інший. Амплітуда відхилення частоти сигналу того самого аудіофайлу, що обробляється аудіопроцесором A, відносно мала, що свідчить про те, що налаштування звукового процесора A не досягли стандарту ITU-RSM1268.1. Отже, після налаштування звукового процесора А відповідно до рекомендованого стандарту теоретично можна досягти вищої якості передачі. З цієї причини був розроблений наступний верифікаційний експеримент.
3.4, перевірка
Трансляційна програма обробляється аудіопроцесором A, а потім передається передавачу A для передачі. Інженер налаштовує звуковий процесор А за умови безперебійної передачі. Приймач радіомоніторингу приймає радіочастотний сигнал станції A і слідує стандарту ITU-RSM.1268.1 для проведення статистичного аналізу максимального відхилення частоти FM-сигналу та порівняння даних до та після регулювання аудіопроцесора А. Опис перевірочний експеримент показаний на малюнку 11.
Рисунок 11. Процес випробування
Рисунок 12. Розподіл кумулятивного відхилення частоти
Зі статистичного розподілу відхилення частоти для одного і того ж джерела програми відхилення частоти сигналу до регулювання в основному розподіляється від 25 кГц-95% до 45 кГц-5% на кривій напівдзвонка, а відхилення частоти сигналу після регулювання в основному розподіляється від 45 кГц до 95%. Він показує напівзвоночну криву до 55 кГц-95%. На відміну від цього, відрегульоване значення зміщення частоти сигналу більше, і розподіл є більш повним. З точки зору прослуховування відрегульована якість звуку та гучність значно покращуються порівняно з попередніми.
По-четверте, висновок верифікаційного експерименту
У випадку того самого джерела програми, регулюючи вихідний рівень вихідного сигналу аудіопроцесора, розподіл зміщення частоти можна покращити, щоб зробити його повнішим, а значення зміщення частоти більше.
Для того самого джерела звуку розподіл максимального відхилення частоти після модуляції FM може впливати на гучність і насиченість демодульованого звуку. Налаштовуючи параметри параметрів аудіопроцесора, FM-сигнал більше відповідає специфікації ITU-R, що може зробити звук прослуховування голоснішим і повноцінним. Отже, використання обладнання моніторингу мовлення для виявлення параметрів трансляції FM та регулювання обладнання в лінії трансляції відповідно до стандарту ITU-R для цих параметрів може отримати більш високу якість передачі.
Це також показує, що використання обладнання моніторингу мовлення для моніторингу FM-мовлення є ефективним засобом забезпечення якості передачі FM-трансляції.
V. Перспектива
Приймач моніторингу мовлення, заснований на програмній архітектурі радіо, що використовується в цій статті, є одноканальним пристроєм збору даних із відносно невеликою кількістю тестових параметрів, і після збору необхідний ручний аналіз, який є відносно неефективним. У міру розвитку та прогресу науки і техніки, у поєднанні з проблемами, що виникають в експерименті, пропонуються деякі перспективи майбутнього обладнання моніторингу та прийому FM-мовлення:
1. Запис у режимі реального часу повносмугових FM-сигналів від 87 МГц до 108 МГц.
2. Оснащений дисковим масивом великої ємності, який може цілодобово записувати і реалізовувати розширені функції, такі як синхронізація.
3. Нею можна дистанційно керувати для реалізації таких функцій, як моніторинг без нагляду, автоматичний аналіз та формування звітів.
4. Підтримка бази даних, яка може відтворювати частотний спектр і звукову частоту в будь-який час і на будь-якій частоті.
5. Різноманітна конфігурація системи може задовольнити потреби різних клієнтів.
6. Модульна конструкція програмного та апаратного забезпечення зручна для розширення системи та вторинного розвитку.
Наш інший продукт:
