DX中波發(fā)射機(jī)DRM改造分析

【摘要】本文根據(jù)現(xiàn)有中波調(diào)幅廣播系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，在細(xì)致的研究DRM系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)的關(guān)鍵要求，確定改造DX發(fā)射機(jī)射頻系統(tǒng)和音頻系統(tǒng)的方案，并對(duì)改造后的系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)論證，分析了技術(shù)指標(biāo)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，論證了改造方案滿足DRM廣播要求。

【關(guān)鍵詞】DRM改造分析；具體改造方法；實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

現(xiàn)有中波廣播發(fā)射機(jī)能否滿足DRM改造要求，決定于承擔(dān)單獨(dú)DRM載波的能力，及在固定分配的帶寬內(nèi)承載數(shù)字碼流的能力。實(shí)現(xiàn)DRM廣播，被改造的發(fā)射機(jī)要滿足條件包括噪聲、群時(shí)延和帶寬，和能適應(yīng)帶寬要求的匹配網(wǎng)絡(luò)。

為實(shí)現(xiàn)DRM數(shù)字化調(diào)幅廣播的技術(shù)改造，傳統(tǒng)模擬AM廣播發(fā)射系統(tǒng)需要對(duì)音頻前端進(jìn)行數(shù)字化改造即增加DRM編碼/調(diào)制器，和對(duì)發(fā)射機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)改造。DRM編碼調(diào)制器產(chǎn)生的DRM基帶信號(hào)為I/Q分量信號(hào)，以及通過I/Q分量信號(hào)計(jì)算得到的包絡(luò)信號(hào)。其幅度變化分量送到現(xiàn)有模擬AM發(fā)射機(jī)的調(diào)制通道；I/Q分量信號(hào)通過RF頻率合成器并變換為RF相位分量（Φ），送到現(xiàn)有AM發(fā)射機(jī)激勵(lì)通道。I/Q信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，在頻率合成器中進(jìn)行相位計(jì)算，并對(duì)直接數(shù)字頻率合成器（DDS）產(chǎn)生的射頻載波信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，相位調(diào)制的射頻載波饋入發(fā)射機(jī)、代替發(fā)射機(jī)激勵(lì)器產(chǎn)生的等幅載波，包絡(luò)信號(hào)饋入發(fā)射機(jī)音頻輸入端口，利用發(fā)射機(jī)的調(diào)幅功能實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)相載波的幅度調(diào)制。然后將放大后的包絡(luò)信號(hào)和相位信號(hào)送到混頻電路中進(jìn)行棍頻，實(shí)現(xiàn)DRM信號(hào)的功率放大與調(diào)制。這種方式充分利用了AM發(fā)射機(jī)的現(xiàn)有電路和設(shè)備。

一、DRM改造分析

模擬調(diào)幅AM廣播發(fā)射機(jī)處理音頻信號(hào)采用模擬技術(shù)或部分實(shí)現(xiàn)了數(shù)字技術(shù)。實(shí)現(xiàn)DRM數(shù)字化廣播技術(shù)要求傳輸數(shù)字信號(hào)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性的改造。傳統(tǒng)AM調(diào)幅廣播在功率放大部分之前音頻通道和RF通道相互獨(dú)立，功率放大合成后輸出調(diào)幅波。DRM廣播需要通過DRM編碼器對(duì)模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行硬件改造，加裝軟件。圖1為數(shù)字調(diào)幅廣播（DRM）發(fā)射系統(tǒng)改造流程圖。

DRM編碼調(diào)制器包括音頻編碼電路、復(fù)用器、接口電路、信道編碼電路和OFDM模塊等部分電路。發(fā)射機(jī)硬件改造模塊包括數(shù)字RF激勵(lì)器、音頻通道數(shù)字處理電路和調(diào)整音頻與相位的延時(shí)系統(tǒng)電路。

要實(shí)現(xiàn)在模擬AM發(fā)射機(jī)上傳輸DRM信號(hào)，就要將由信道編碼器產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到發(fā)射機(jī)工作頻率上，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能需要使用數(shù)字RF激勵(lì)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的載波發(fā)生器。模擬AM發(fā)射系統(tǒng)音頻信號(hào)的處理為模擬方法，處理的音頻信號(hào)不能滿足DRM廣播系統(tǒng)的技術(shù)要求，需要對(duì)音頻處理系統(tǒng)進(jìn)行專門數(shù)字化改造。由于音頻通道和相位通道處理的信號(hào)路徑與過程不同（包絡(luò)信息和數(shù)字信息），最后由混頻器進(jìn)行信號(hào)合成時(shí)將產(chǎn)生時(shí)延，這將導(dǎo)致DRM數(shù)字廣播信號(hào)不能正常發(fā)射，解決音頻通道信號(hào)和相位通道信號(hào)的延時(shí)控制問題需要將由信道編碼器輸出的數(shù)字基帶信號(hào)分別送至音頻通道和相位通道，即滿足相位信息和包絡(luò)信息輸入不同的通道。

通過分析可知，要實(shí)現(xiàn)模擬AM發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造，需要克服的技術(shù)難點(diǎn)可以通過增加數(shù)字RF激勵(lì)器、在音頻通道上加裝數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，增加音頻通道和相位通道的延時(shí)調(diào)整系統(tǒng)來解決。

二、具體改造方法

我們采用DX10KW中波發(fā)射機(jī)作為改造對(duì)象。DX系列發(fā)射機(jī)有固有的寬帶設(shè)計(jì)、群延時(shí)小、出色的信噪比和出色的寬帶輸出等幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。采用DX發(fā)射機(jī)可以快速、方便，使用小的投入來實(shí)現(xiàn)中波高質(zhì)量DRM的過渡。

由前面的分析可知，模擬AM廣播發(fā)射系統(tǒng)的DRM數(shù)字化的改造需要對(duì)發(fā)射機(jī)音頻系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化處理和支路延時(shí)系統(tǒng)改造、增加數(shù)字RF激勵(lì)器、編碼調(diào)制器。結(jié)合對(duì)DX10KW發(fā)射機(jī)的工作原理分析，數(shù)字化改造需要對(duì)硬件改造部分包括激勵(lì)器電路和模擬輸入電路，及模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，和更換RF數(shù)字激勵(lì)器。對(duì)控制部分的軟件進(jìn)行改造升級(jí)，設(shè)置調(diào)制參數(shù)等?，F(xiàn)在確定調(diào)幅模擬發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造方案見圖2。通過對(duì)DX發(fā)射機(jī)的原理分析，我們確定的改造方法按如下步驟進(jìn)行。

1）對(duì)需要改造的DX發(fā)射機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試并對(duì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，將改造前發(fā)射機(jī)的失真度、頻率響應(yīng)度和信噪比三大指標(biāo)優(yōu)化，使發(fā)射機(jī)處于最佳的穩(wěn)定工作狀態(tài)。

2）改造原發(fā)射機(jī)的模擬輸入電路，將貝塞爾濾波器電路旁路。DRM數(shù)字化廣播要求的頻帶較寬，貝塞爾濾波器限制了帶寬展寬，因此該通路必須被旁路以提供直流通道。模擬輸入板上用于直流電平控制和平滑濾波的輸入濾波器需要改成直流耦合輸入。調(diào)整直流電平滿足DRM調(diào)制器要求，控制載波功率輸出的直流輸入由數(shù)字激勵(lì)器提供，來自模擬輸入電路的直流輸出電平需要減小，可以通過調(diào)整模擬輸入板上的分壓電位器和電阻實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓降低。為了滿足頻譜要求，需要去除72K三角波振蕩器，在模擬廣播下，少量的72K三角波信號(hào)可以起到平滑調(diào)制信號(hào)的作用，在DRM數(shù)字廣播下，這個(gè)信號(hào)需要被去除。

3）去掉原發(fā)射機(jī)的激勵(lì)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和音頻處理器電路，由發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造模塊電路替代，完成RF載波信號(hào)產(chǎn)生，音頻信號(hào)的數(shù)字處理等?？梢酝ㄟ^兩個(gè)辦法實(shí)現(xiàn)更換RF激勵(lì)器和音頻處理電路，來提供數(shù)字音頻信號(hào)和RF信號(hào)到發(fā)射機(jī)的方法：通過外置DRM 數(shù)字編碼/調(diào)制器來輸出RF信號(hào)替代原發(fā)射機(jī)提供的載波信號(hào)；在原發(fā)射機(jī)上加裝DRM 數(shù)字編碼/調(diào)制器，原發(fā)射機(jī)的激勵(lì)器電路改為DRM 數(shù)字編碼/調(diào)制器，作為DRM發(fā)射機(jī)的RF源來提供OFDM調(diào)制的DRM信號(hào)。使用數(shù)字編碼/調(diào)制器自帶系統(tǒng)軟件來進(jìn)行系統(tǒng)的環(huán)路自檢，設(shè)置DRM發(fā)射系統(tǒng)的各種傳輸參數(shù)。數(shù)字編碼/調(diào)制器的另一個(gè)重要作用是能夠調(diào)整發(fā)射機(jī)的包絡(luò)信號(hào)和相位信號(hào)的延時(shí)。DRM系統(tǒng)的傳輸方式、業(yè)務(wù)選擇、功能設(shè)置、參數(shù)設(shè)置都是通過設(shè)置數(shù)字編碼/調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)。

4）改造原發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)，對(duì)發(fā)射機(jī)的軟件和硬件進(jìn)行部分升級(jí)。實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對(duì)DRM數(shù)字編碼/調(diào)制器的通訊與監(jiān)控。對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，增加在DRM工作模式下的各種命令和控制流程。增加新增數(shù)字設(shè)備的檢測(cè)功能，升級(jí)自檢系統(tǒng)。

5）按照改造方案框圖（圖2）進(jìn)行各功能單元的電纜連接，然后對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，確保發(fā)射試驗(yàn)可以順利開展。

完成以上步驟后，DX發(fā)射機(jī)的DRM改造可以進(jìn)行最后的調(diào)試，發(fā)射DRM信號(hào)，進(jìn)行DRM廣播的測(cè)試。

三、實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)前需要準(zhǔn)備DRM專業(yè)接收機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀、場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀、誤碼率分析儀和示波器等實(shí)驗(yàn)儀器。將改造的原發(fā)射機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)備份整理共改造后分析使用，將該發(fā)射機(jī)近兩年收測(cè)的場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值整理出來，標(biāo)示出各收測(cè)點(diǎn)的位置和名稱。

使用網(wǎng)絡(luò)分析儀和頻譜分析儀測(cè)試發(fā)射機(jī)輸出端的帶寬和反射損耗等技術(shù)參數(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)射臺(tái)周圍進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試，收測(cè)位置和改造前收測(cè)位置一致。為了滿足帶寬要求，反復(fù)調(diào)整天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，滿足載波頻率點(diǎn)駐波比<1.02，±5kHz在1.2范圍內(nèi)，±10kHz 在1.5范圍內(nèi)。

經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，發(fā)射機(jī)的數(shù)字輸出最大可達(dá)4.8KW，成功輸出DRM數(shù)字音頻信號(hào)。將發(fā)射機(jī)的輸出功率分別設(shè)置為3KW、3.5KW、4KW、4.5KW和4.8KW，輸出帶寬設(shè)置為10KHz，設(shè)置DRM工作參數(shù)為16QAM、編碼率為0.5、長交織、QPSK、A模式和AAC單聲道條件下測(cè)試。測(cè)試過程如下：

1）測(cè)試整機(jī)效率。整機(jī)效率是發(fā)射機(jī)的輸出功率與輸入功率比值。其中輸入功率包括所有供電設(shè)備消耗的總功率，輸出功率為發(fā)射機(jī)負(fù)載天線接收到的功率。測(cè)量要求整機(jī)效率要求≥75%。

2）測(cè)試信噪比。通過音頻測(cè)試儀測(cè)試信噪比，給發(fā)射機(jī)輸入1kHz單音頻信號(hào)，并進(jìn)行100%調(diào)制，然后段開音頻信號(hào)，即100%調(diào)制時(shí)發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)電平與純載波輸出信號(hào)噪音電平有效值之比，單位是dB，測(cè)量值要求≤-60dB。

3）頻譜在帶通濾波器之后取樣測(cè)量，發(fā)射系統(tǒng)輸出頻譜帶肩要求≥40dB。

4）測(cè)試調(diào)制誤碼率MER。調(diào)制誤碼率（MER）是反映數(shù)字信號(hào)質(zhì)量的非常重要的指標(biāo)，是調(diào)制后的符號(hào)位置與理想位置的比值。MER精確表明數(shù)字信號(hào)在調(diào)制和傳輸過程中所受到的損傷。調(diào)制誤碼率在發(fā)射機(jī)功率合成器后取樣測(cè)量，MER要求≥30dB。

通過以上指標(biāo)可以總結(jié)出信噪比和整機(jī)效率指標(biāo)隨著功率的降低而下降，頻譜帶肩和調(diào)制誤碼率指標(biāo)則隨著功率的降低而上升。

結(jié)束語

通過這次發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造，及實(shí)際播出實(shí)驗(yàn)和測(cè)試指標(biāo)，表明利用現(xiàn)有條件， 將DX中波廣播發(fā)射機(jī)改造為DRM發(fā)射機(jī)并進(jìn)行了 DRM廣播是可行的。