數字調制發(fā)射機常用的補償方法及基本原理

關鑫+王欣欣+王曉光

摘 要 近年來，隨著社會發(fā)展和科技進步，廣播電視技術突飛猛進，對發(fā)射機的抗干擾能力、停播率和電聲指標等都提出了更高要求，而數字調制發(fā)射機就能較好解決上述問題。文章主要概述了數字調制發(fā)射機的基本工作原理，并對當前數字調制發(fā)射機常用的補償方法做了介紹，僅供參考。

關鍵詞 數字調制發(fā)射機；基本原理；補償方法

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0077-01

隨著廣播電視技術的迅速發(fā)展，對發(fā)射機的抗干擾能力、停播率和電聲指標等都提出了更高要求，這進一步加快了發(fā)射機更新換代步伐。與老式發(fā)射機相比，新型發(fā)射機不僅體積小，抗干擾能力強，電聲指標優(yōu)良，自動化程度高，失真度和頻率響應也很強，可靠性得到了有效保證。當前，中短波廣播發(fā)射機正朝著固態(tài)化、數字化方向發(fā)展，其中，數字調制發(fā)射機就是典型之一。為了進一步提高數字調制發(fā)射機傳送音頻信號的質量，有必要采用一系列補償方法減小音頻信號失真，確保發(fā)射機工作的可靠性和高效性。

1 數字調制的基本原理和特點

數字調制是通過轉換音頻信號以及載波所需直流電壓，將其量化成12位的二進制的數字信號，然后調制編碼器編碼，利用編碼后的二進制脈沖串來實現對同頻、同相、等幅的RF等壓功率模塊開啟數量的控制，使射頻功率放大器導通數目的變化與音頻信號的變化規(guī)律相一致，進而完成發(fā)射機中數字信號向模擬信號的轉換，并利用功率合成技術得到具有量化臺階的已調波，經過帶通濾波器的光滑處理得到典型的調幅射頻輸出。在數字調制發(fā)射機工作過程中，A/D轉換器和D/A轉換器是不可或缺的核心。

數字調制發(fā)射機的特點主要包括以下幾方面：數字調制發(fā)射機主要由射頻功率系統、數字音頻處理系統、監(jiān)測控制系統、電源供電系統以及計算機遠程控制系統幾個部分組成，發(fā)射機所具有的大規(guī)模的集成電路系統不僅使其具備較小的體積，還有著耗電、節(jié)約成本的作用；克服了板級調制存在的非線性失真，動態(tài)響應有所增強，發(fā)射機的信噪比也優(yōu)于其他各類模擬調制的發(fā)射機；控制電路更加完善，信號的檢測取樣更加豐富，這為保護系統提供了必要條件；分等級保護，能夠在不停播的基礎上實施檢修，有效提高了電視播出的順暢性和優(yōu)質性。

2 數字調制發(fā)射機常用的補償方法

在數字調制發(fā)射機中，音頻信號越小，射頻功率放大器導通的數目就越少，那么輸出信號經過功率合成后的振幅就會越小，反之則越大。假如數字調制發(fā)射機的每個射頻功率放大器輸出電壓為P，那么多導通一個射頻功率放大器，經功率合成后的輸出電壓就會增大P，采用此方法會出現階梯狀包絡失真，每個階梯的電位差為P，最終導致被傳送音頻信號的失真。為了確保音頻信號傳送質量，減小信號失真，可采取以下幾種補償方法。

2.1 幅相調制補償

在對多個射頻功率放大器輸出信號進行功率合成時，如果載波振幅不能進行連續(xù)漸進的變化，階梯狀包絡失真就出現，從這一方向出發(fā)，幅相調制是一種非常有效的失真補償方法。筆者主要采用矢量圖的方法來說明幅相調制原理，設矢量1和矢量2是兩個相同射頻放大器輸出的載波電壓，Ф1和Ф2是其相對應的相位角，且|Ф1|=|Ф2|=Ф，Ф值隨著音頻信號的變化而變化，而由矢量1和矢量2 合成的矢量3的大小則隨著Ф值變化而變化，Ф值越小，合成矢量3就越大，而Ф值越大，合成矢量3就越小。采用幅相調制補償方式進行調幅時，若要求載波振幅為U，相對應的Ф值的確定公式為：

2.2 精確相位脈沖多參數調制補償

用矢量圖說明該種補償方法的原理，以矢量4表示m個絕對值相等且相位相同矢量之和；矢量5為補償信號，其絕對值與m個矢量相同，而相位角不同；矢量6為矢量4與矢量5的疊加值，且疊加值的相位角不隨Ф1、Ф2的變化而變化。結合上述原理，在數字調制發(fā)射機工作過程中，若發(fā)射機的各個控制系統在結合音頻信號大小的基礎上將各個瞬間需要導通的射頻功率放大器的數量、射頻功率放大器輸出載波的相位角、補償信號相位角計算出來，某個瞬間所需要的載波電壓振幅值就可以經過合成的疊加電壓表示。

2.3 二進制小階梯和PDM雙重補償

二進制小階梯補償中，將末級放大器分成了兩類，第一類射頻功率放大器輸出功率的等級較高，輸出電壓相同，第二類射頻功率放大器輸出功率等級較小，輸出電壓不同，通常是按照二進制加權的，其輸出電壓形成的階梯為小階梯。對于二進制加權的小階梯射頻功率放大器數量的確定可分為兩種情況，即當發(fā)射機功率較小，所需要的功放單元數量也就較少，這個時候無需將過多比特數的數字信號轉換成開關控制信號就能實現對大階梯射頻功率放大器的控制，而當發(fā)射機功率較大時，情況則相反，此外，對于某個瞬間需要導通射頻功率放大器的數量應視信號失真大小確定。當然，二進制小階梯補償方法也有其自身缺陷，在某些情況下并不能將信號失真問題完全解決，比如調幅度非常低，而大階梯數量過少，此時階梯紋波頻率就較低，失真會出現在帶通濾波器通頻帶內，導致失真情況無法徹底消除。為此，可將三角波信號加入音頻信號中，使寬度隨著失真大小變化而變化的PDM補償脈沖在階梯上自動生成，這對于減小音頻信號失真具有重要作用，應注意的是，加入音頻信號的三角波峰值不應超出最小二進制補償范圍，但其頻率與數字調制發(fā)射機載波頻率差值則要超過通頻帶，同時保證三角波頻率有足夠衰減量，最好選擇70KHz左右的超音頻。

3 結束語

數字調制發(fā)射機具有老式發(fā)射機不具備的優(yōu)點，比如體積小、工作效率高、安全性和可靠性高、自動化程度高等，為了進一步簡化發(fā)射機電路，減小音頻信號失真，提高發(fā)射機電聲指標以及傳送音頻信號的質量，有必要掌握數字調制發(fā)射機的基本工作原理，根據實際情況采取切實有效的補償方法，確保發(fā)射機工作的高效性和可靠性。通過分析發(fā)現，采用幅相調制補償方式和精確相位脈沖多參數調制補償方式是減小發(fā)射機失真的有效手段，前者比較適用于功率較小的數字調制發(fā)射機，而當末級射頻功率放大器數量較多時可采用后者，其有利于減小信號處理難度。

參考文獻

[1]王春生.淺析數字調制廣播發(fā)射機失真補償的方法[J].軟件，2013，34（5）：139-140.

[2]崔鈺.數字調制中波發(fā)射機調制方式的分析[J].硅谷，2011（9）：15-16.

[3]楊明山.數字調制（DAM）發(fā)射機的技術特點和工作原理[J].數字技術與應用，2012（9）：42.endprint

摘 要 近年來，隨著社會發(fā)展和科技進步，廣播電視技術突飛猛進，對發(fā)射機的抗干擾能力、停播率和電聲指標等都提出了更高要求，而數字調制發(fā)射機就能較好解決上述問題。文章主要概述了數字調制發(fā)射機的基本工作原理，并對當前數字調制發(fā)射機常用的補償方法做了介紹，僅供參考。

關鍵詞 數字調制發(fā)射機；基本原理；補償方法

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0077-01

隨著廣播電視技術的迅速發(fā)展，對發(fā)射機的抗干擾能力、停播率和電聲指標等都提出了更高要求，這進一步加快了發(fā)射機更新換代步伐。與老式發(fā)射機相比，新型發(fā)射機不僅體積小，抗干擾能力強，電聲指標優(yōu)良，自動化程度高，失真度和頻率響應也很強，可靠性得到了有效保證。當前，中短波廣播發(fā)射機正朝著固態(tài)化、數字化方向發(fā)展，其中，數字調制發(fā)射機就是典型之一。為了進一步提高數字調制發(fā)射機傳送音頻信號的質量，有必要采用一系列補償方法減小音頻信號失真，確保發(fā)射機工作的可靠性和高效性。

1 數字調制的基本原理和特點

數字調制是通過轉換音頻信號以及載波所需直流電壓，將其量化成12位的二進制的數字信號，然后調制編碼器編碼，利用編碼后的二進制脈沖串來實現對同頻、同相、等幅的RF等壓功率模塊開啟數量的控制，使射頻功率放大器導通數目的變化與音頻信號的變化規(guī)律相一致，進而完成發(fā)射機中數字信號向模擬信號的轉換，并利用功率合成技術得到具有量化臺階的已調波，經過帶通濾波器的光滑處理得到典型的調幅射頻輸出。在數字調制發(fā)射機工作過程中，A/D轉換器和D/A轉換器是不可或缺的核心。

數字調制發(fā)射機的特點主要包括以下幾方面：數字調制發(fā)射機主要由射頻功率系統、數字音頻處理系統、監(jiān)測控制系統、電源供電系統以及計算機遠程控制系統幾個部分組成，發(fā)射機所具有的大規(guī)模的集成電路系統不僅使其具備較小的體積，還有著耗電、節(jié)約成本的作用；克服了板級調制存在的非線性失真，動態(tài)響應有所增強，發(fā)射機的信噪比也優(yōu)于其他各類模擬調制的發(fā)射機；控制電路更加完善，信號的檢測取樣更加豐富，這為保護系統提供了必要條件；分等級保護，能夠在不停播的基礎上實施檢修，有效提高了電視播出的順暢性和優(yōu)質性。

2 數字調制發(fā)射機常用的補償方法

在數字調制發(fā)射機中，音頻信號越小，射頻功率放大器導通的數目就越少，那么輸出信號經過功率合成后的振幅就會越小，反之則越大。假如數字調制發(fā)射機的每個射頻功率放大器輸出電壓為P，那么多導通一個射頻功率放大器，經功率合成后的輸出電壓就會增大P，采用此方法會出現階梯狀包絡失真，每個階梯的電位差為P，最終導致被傳送音頻信號的失真。為了確保音頻信號傳送質量，減小信號失真，可采取以下幾種補償方法。

2.1 幅相調制補償

在對多個射頻功率放大器輸出信號進行功率合成時，如果載波振幅不能進行連續(xù)漸進的變化，階梯狀包絡失真就出現，從這一方向出發(fā)，幅相調制是一種非常有效的失真補償方法。筆者主要采用矢量圖的方法來說明幅相調制原理，設矢量1和矢量2是兩個相同射頻放大器輸出的載波電壓，Ф1和Ф2是其相對應的相位角，且|Ф1|=|Ф2|=Ф，Ф值隨著音頻信號的變化而變化，而由矢量1和矢量2 合成的矢量3的大小則隨著Ф值變化而變化，Ф值越小，合成矢量3就越大，而Ф值越大，合成矢量3就越小。采用幅相調制補償方式進行調幅時，若要求載波振幅為U，相對應的Ф值的確定公式為：

2.2 精確相位脈沖多參數調制補償

用矢量圖說明該種補償方法的原理，以矢量4表示m個絕對值相等且相位相同矢量之和；矢量5為補償信號，其絕對值與m個矢量相同，而相位角不同；矢量6為矢量4與矢量5的疊加值，且疊加值的相位角不隨Ф1、Ф2的變化而變化。結合上述原理，在數字調制發(fā)射機工作過程中，若發(fā)射機的各個控制系統在結合音頻信號大小的基礎上將各個瞬間需要導通的射頻功率放大器的數量、射頻功率放大器輸出載波的相位角、補償信號相位角計算出來，某個瞬間所需要的載波電壓振幅值就可以經過合成的疊加電壓表示。

2.3 二進制小階梯和PDM雙重補償

二進制小階梯補償中，將末級放大器分成了兩類，第一類射頻功率放大器輸出功率的等級較高，輸出電壓相同，第二類射頻功率放大器輸出功率等級較小，輸出電壓不同，通常是按照二進制加權的，其輸出電壓形成的階梯為小階梯。對于二進制加權的小階梯射頻功率放大器數量的確定可分為兩種情況，即當發(fā)射機功率較小，所需要的功放單元數量也就較少，這個時候無需將過多比特數的數字信號轉換成開關控制信號就能實現對大階梯射頻功率放大器的控制，而當發(fā)射機功率較大時，情況則相反，此外，對于某個瞬間需要導通射頻功率放大器的數量應視信號失真大小確定。當然，二進制小階梯補償方法也有其自身缺陷，在某些情況下并不能將信號失真問題完全解決，比如調幅度非常低，而大階梯數量過少，此時階梯紋波頻率就較低，失真會出現在帶通濾波器通頻帶內，導致失真情況無法徹底消除。為此，可將三角波信號加入音頻信號中，使寬度隨著失真大小變化而變化的PDM補償脈沖在階梯上自動生成，這對于減小音頻信號失真具有重要作用，應注意的是，加入音頻信號的三角波峰值不應超出最小二進制補償范圍，但其頻率與數字調制發(fā)射機載波頻率差值則要超過通頻帶，同時保證三角波頻率有足夠衰減量，最好選擇70KHz左右的超音頻。

3 結束語

數字調制發(fā)射機具有老式發(fā)射機不具備的優(yōu)點，比如體積小、工作效率高、安全性和可靠性高、自動化程度高等，為了進一步簡化發(fā)射機電路，減小音頻信號失真，提高發(fā)射機電聲指標以及傳送音頻信號的質量，有必要掌握數字調制發(fā)射機的基本工作原理，根據實際情況采取切實有效的補償方法，確保發(fā)射機工作的高效性和可靠性。通過分析發(fā)現，采用幅相調制補償方式和精確相位脈沖多參數調制補償方式是減小發(fā)射機失真的有效手段，前者比較適用于功率較小的數字調制發(fā)射機，而當末級射頻功率放大器數量較多時可采用后者，其有利于減小信號處理難度。

參考文獻

[1]王春生.淺析數字調制廣播發(fā)射機失真補償的方法[J].軟件，2013，34（5）：139-140.

[2]崔鈺.數字調制中波發(fā)射機調制方式的分析[J].硅谷，2011（9）：15-16.

[3]楊明山.數字調制（DAM）發(fā)射機的技術特點和工作原理[J].數字技術與應用，2012（9）：42.endprint

摘 要 近年來，隨著社會發(fā)展和科技進步，廣播電視技術突飛猛進，對發(fā)射機的抗干擾能力、停播率和電聲指標等都提出了更高要求，而數字調制發(fā)射機就能較好解決上述問題。文章主要概述了數字調制發(fā)射機的基本工作原理，并對當前數字調制發(fā)射機常用的補償方法做了介紹，僅供參考。

關鍵詞 數字調制發(fā)射機；基本原理；補償方法

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0077-01

隨著廣播電視技術的迅速發(fā)展，對發(fā)射機的抗干擾能力、停播率和電聲指標等都提出了更高要求，這進一步加快了發(fā)射機更新換代步伐。與老式發(fā)射機相比，新型發(fā)射機不僅體積小，抗干擾能力強，電聲指標優(yōu)良，自動化程度高，失真度和頻率響應也很強，可靠性得到了有效保證。當前，中短波廣播發(fā)射機正朝著固態(tài)化、數字化方向發(fā)展，其中，數字調制發(fā)射機就是典型之一。為了進一步提高數字調制發(fā)射機傳送音頻信號的質量，有必要采用一系列補償方法減小音頻信號失真，確保發(fā)射機工作的可靠性和高效性。

1 數字調制的基本原理和特點

數字調制是通過轉換音頻信號以及載波所需直流電壓，將其量化成12位的二進制的數字信號，然后調制編碼器編碼，利用編碼后的二進制脈沖串來實現對同頻、同相、等幅的RF等壓功率模塊開啟數量的控制，使射頻功率放大器導通數目的變化與音頻信號的變化規(guī)律相一致，進而完成發(fā)射機中數字信號向模擬信號的轉換，并利用功率合成技術得到具有量化臺階的已調波，經過帶通濾波器的光滑處理得到典型的調幅射頻輸出。在數字調制發(fā)射機工作過程中，A/D轉換器和D/A轉換器是不可或缺的核心。

數字調制發(fā)射機的特點主要包括以下幾方面：數字調制發(fā)射機主要由射頻功率系統、數字音頻處理系統、監(jiān)測控制系統、電源供電系統以及計算機遠程控制系統幾個部分組成，發(fā)射機所具有的大規(guī)模的集成電路系統不僅使其具備較小的體積，還有著耗電、節(jié)約成本的作用；克服了板級調制存在的非線性失真，動態(tài)響應有所增強，發(fā)射機的信噪比也優(yōu)于其他各類模擬調制的發(fā)射機；控制電路更加完善，信號的檢測取樣更加豐富，這為保護系統提供了必要條件；分等級保護，能夠在不停播的基礎上實施檢修，有效提高了電視播出的順暢性和優(yōu)質性。

2 數字調制發(fā)射機常用的補償方法

在數字調制發(fā)射機中，音頻信號越小，射頻功率放大器導通的數目就越少，那么輸出信號經過功率合成后的振幅就會越小，反之則越大。假如數字調制發(fā)射機的每個射頻功率放大器輸出電壓為P，那么多導通一個射頻功率放大器，經功率合成后的輸出電壓就會增大P，采用此方法會出現階梯狀包絡失真，每個階梯的電位差為P，最終導致被傳送音頻信號的失真。為了確保音頻信號傳送質量，減小信號失真，可采取以下幾種補償方法。

2.1 幅相調制補償

在對多個射頻功率放大器輸出信號進行功率合成時，如果載波振幅不能進行連續(xù)漸進的變化，階梯狀包絡失真就出現，從這一方向出發(fā)，幅相調制是一種非常有效的失真補償方法。筆者主要采用矢量圖的方法來說明幅相調制原理，設矢量1和矢量2是兩個相同射頻放大器輸出的載波電壓，Ф1和Ф2是其相對應的相位角，且|Ф1|=|Ф2|=Ф，Ф值隨著音頻信號的變化而變化，而由矢量1和矢量2 合成的矢量3的大小則隨著Ф值變化而變化，Ф值越小，合成矢量3就越大，而Ф值越大，合成矢量3就越小。采用幅相調制補償方式進行調幅時，若要求載波振幅為U，相對應的Ф值的確定公式為：

2.2 精確相位脈沖多參數調制補償

用矢量圖說明該種補償方法的原理，以矢量4表示m個絕對值相等且相位相同矢量之和；矢量5為補償信號，其絕對值與m個矢量相同，而相位角不同；矢量6為矢量4與矢量5的疊加值，且疊加值的相位角不隨Ф1、Ф2的變化而變化。結合上述原理，在數字調制發(fā)射機工作過程中，若發(fā)射機的各個控制系統在結合音頻信號大小的基礎上將各個瞬間需要導通的射頻功率放大器的數量、射頻功率放大器輸出載波的相位角、補償信號相位角計算出來，某個瞬間所需要的載波電壓振幅值就可以經過合成的疊加電壓表示。

2.3 二進制小階梯和PDM雙重補償

二進制小階梯補償中，將末級放大器分成了兩類，第一類射頻功率放大器輸出功率的等級較高，輸出電壓相同，第二類射頻功率放大器輸出功率等級較小，輸出電壓不同，通常是按照二進制加權的，其輸出電壓形成的階梯為小階梯。對于二進制加權的小階梯射頻功率放大器數量的確定可分為兩種情況，即當發(fā)射機功率較小，所需要的功放單元數量也就較少，這個時候無需將過多比特數的數字信號轉換成開關控制信號就能實現對大階梯射頻功率放大器的控制，而當發(fā)射機功率較大時，情況則相反，此外，對于某個瞬間需要導通射頻功率放大器的數量應視信號失真大小確定。當然，二進制小階梯補償方法也有其自身缺陷，在某些情況下并不能將信號失真問題完全解決，比如調幅度非常低，而大階梯數量過少，此時階梯紋波頻率就較低，失真會出現在帶通濾波器通頻帶內，導致失真情況無法徹底消除。為此，可將三角波信號加入音頻信號中，使寬度隨著失真大小變化而變化的PDM補償脈沖在階梯上自動生成，這對于減小音頻信號失真具有重要作用，應注意的是，加入音頻信號的三角波峰值不應超出最小二進制補償范圍，但其頻率與數字調制發(fā)射機載波頻率差值則要超過通頻帶，同時保證三角波頻率有足夠衰減量，最好選擇70KHz左右的超音頻。

3 結束語

數字調制發(fā)射機具有老式發(fā)射機不具備的優(yōu)點，比如體積小、工作效率高、安全性和可靠性高、自動化程度高等，為了進一步簡化發(fā)射機電路，減小音頻信號失真，提高發(fā)射機電聲指標以及傳送音頻信號的質量，有必要掌握數字調制發(fā)射機的基本工作原理，根據實際情況采取切實有效的補償方法，確保發(fā)射機工作的高效性和可靠性。通過分析發(fā)現，采用幅相調制補償方式和精確相位脈沖多參數調制補償方式是減小發(fā)射機失真的有效手段，前者比較適用于功率較小的數字調制發(fā)射機，而當末級射頻功率放大器數量較多時可采用后者，其有利于減小信號處理難度。

參考文獻

[1]王春生.淺析數字調制廣播發(fā)射機失真補償的方法[J].軟件，2013，34（5）：139-140.

[2]崔鈺.數字調制中波發(fā)射機調制方式的分析[J].硅谷，2011（9）：15-16.

[3]楊明山.數字調制（DAM）發(fā)射機的技術特點和工作原理[J].數字技術與應用，2012（9）：42.endprint