simulink實現(xiàn)FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)仿真

李啟丙

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學院 四川 德陽 618000）

調(diào) 頻 附 加 信 道 FM-SCA （Subsidiary Communications Authorization）數(shù)據(jù)廣播利用現(xiàn)有調(diào)頻廣播的附加信道來傳送各種業(yè)務信息的調(diào)頻多工數(shù)據(jù)廣播技術(shù)，它可以使同一部發(fā)射機在同一個主頻率上，除了傳送原有的廣播節(jié)目外，還可以在附加信道同時傳送一路或多路的語言、數(shù)據(jù)節(jié)目，實現(xiàn)“臺中有臺”或“一主多副”的調(diào)頻多工廣播[1]。

利用調(diào)頻SCA輔助信道來傳輸可尋址加密識別碼，實現(xiàn)終端設備的遠程控制。將可尋 址指令信號調(diào)制到67 KHz副載波，與音頻信號一同調(diào)頻到主信道載波上發(fā)射出去[2]。目前沒有仿真模型，研究數(shù)據(jù)廣播和提高抗干擾能力需要通過搭建硬件完成。這種方法缺點時間長，成本高。所以本文通過理論分析，利用simulink仿真軟件工具來建立FM-SCA模型。為進一步研究數(shù)據(jù)廣播和提高抗干擾能力節(jié)約時間和成本。

1 FM-SCA工作原理

1.1 雙重調(diào)頻SCA廣播工作原理

雙重調(diào)頻（FM-FM）方式的SCA廣播系統(tǒng)框圖如圖1所示。發(fā)端除具有原來立體聲廣播設備外，還增加了由副載波（67 kHz）發(fā)生器和第一調(diào)頻器組成的SCA調(diào)制器。副信道節(jié)目經(jīng)SCA調(diào)制器后，變?yōu)?7 kHz的調(diào)頻信號，并與立體聲復合信號相加。疊加的信號經(jīng)激勵器后對主載波fo進行第二次調(diào)頻，再經(jīng)功放后發(fā)射出去。收端調(diào)諧在主載波fo上，經(jīng)第一鑒頻器輸出立體聲復合信號和副載波（67 kHz）調(diào)頻信號，其中復合信號經(jīng)立體聲解碼器輸出主信道立體聲節(jié)目，而副載波（67 kHz）調(diào)頻信號經(jīng)SCA解調(diào)器輸出副信道節(jié)目[3]。

1.2 FM-SCA數(shù)據(jù)廣播原理

如果在雙重調(diào)頻SCA廣播的基礎上，將副信道通過ASK或者FSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)后再與原主信道信號相加后再對對主載波信號進行調(diào)頻，即可完成FM-SCA數(shù)據(jù)廣播原理。原理框圖如圖2所示。

2 FM-SCA數(shù)據(jù)廣播仿真

FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)仿真圖如圖3所示。二進制信號產(chǎn)生后與ASK載波信號同時送ASK調(diào)制模塊進行ASK調(diào)制，為了避免ASK信號對立體聲信號的干擾，故將ASK信號壓縮20%以后與原立體聲信號復合相加。疊加的信號經(jīng)過FM調(diào)制模對主載波fo進行第二次調(diào)頻，再經(jīng)功放后發(fā)射出去。接收端收到調(diào)制信號后首先進行FM解調(diào)，得到兩路信號，一中是音頻信號，另一路是數(shù)據(jù)廣播信號，其信號為ASK調(diào)制信號，再將此信號放大后送到FM-SCA解調(diào)器進行ASK解調(diào)得到原二進制信號，即數(shù)據(jù)信號。下面對主要模型進行分析。本文為方便仿真，將ASK信號頻率設置為50 Hz，音頻調(diào)制信號為320 Hz，主載波信號為2 KHz。

圖1 雙重調(diào)頻SCA廣播工作原理圖Fig.1 SCA double frequency modulation broadcasting principle diagram

圖2 FM-SCA數(shù)據(jù)廣播原理圖Fig.2 Schematic diagram of FM-SCA data broadcasting

圖3 FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)仿真圖Fig.3 Simulation diagram of the 3 FM-SCA data broadcasting system

2.1 副信道調(diào)制模型

副信道調(diào)制仿真模型如圖4所示。為便于觀察波形，在本文中ASK載波信號頻率為50 Hz，數(shù)據(jù)信號流利用simulink中的伯努力信號發(fā)生器來模擬。參考文獻[4]，自定義一個ASK調(diào)制器函數(shù)，程序如下：

FSK是一種數(shù)字調(diào)制方式，其調(diào)制度允許在立體聲情況下由原來的小于10%變成小于20%。ASK也是數(shù)字調(diào)制方式，可參考FSK的方式進行信號壓縮20%后再用濾波器濾掉高頻干擾。這樣增加數(shù)字信號的解碼正確率。同時不干擾主信道的音頻信號。

2.2 FM主信道調(diào)制與解調(diào)器

FM調(diào)制器是關(guān)系到信號最后能否正確解調(diào)的關(guān)鍵。根據(jù)文獻[5]可知調(diào)頻的表達式如式（1）所示。

圖4 副信道調(diào)制仿真模型圖Fig.4 The simulation model of subsidiary communications authorization simulation model

FM調(diào)制器模型如圖5所示。

FM解調(diào)器可根據(jù)對式（1）進行微分。調(diào)頻波的微分表達式如式（2）所示。

圖5 FM調(diào)制仿真模型圖Fig.5 The simulation model of FM modulation

從式（2）式可知此信號為AM-FM波 ，采用包絡檢波即可中恢復調(diào)制信號，此方式為斜率鑒頻[5]。所以FM解調(diào)器模型如圖6所示。其中包絡檢波內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。在此為了避免ASK輔助信號對主信號的干擾，所以在此用帶通濾波器以主信號的中心點為濾波器的中心點，把ASK信號壓縮在20%以下。

圖6 FM解調(diào)器仿真模型Fig.6 The simulation model of FM demodulator

圖7 包絡檢波原理Fig.7 Envelope demodulation principle

2.3 SCA解調(diào)器

由于在主信號解調(diào)時，ASK信號對主信號進行了二次調(diào)頻，因此在SCA檢波前應進行一次FM解調(diào)，解調(diào)后再進行ASK解調(diào)，如圖8所示。ASK解調(diào)就是利用傳統(tǒng)的方法進行，首先對ASM調(diào)制信號進行濾波，接下來進行整流和絡檢波。檢波完成后，信號有衰減，故對信號進行一級放大。放大后的信號是低頻的調(diào)制信號，為了消除干擾，加一級陷波，對ASK的載波信號加以濾除。濾除后的信號進行限幅和整形，得到ASK的調(diào)制信號。經(jīng)測量誤碼率在0.04459。

圖8 SCA解調(diào)器Fig.8 SCA demodulator

3 結(jié)束語

本文利用simulink仿真軟件實現(xiàn)FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)仿真，實現(xiàn)了主信號與數(shù)據(jù)信號的廣播發(fā)送，且誤碼率在0.045，比較低。但是本次仿真還沒有考慮傳播過程中的信號干擾，在以后的仿真中來提高系統(tǒng)抗干擾能力。利用FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)可以實現(xiàn)無人值守無線調(diào)頻廣播系統(tǒng)[6]。

[1]許德仲，徐玉杰，李廣順.頻附加信道（FM-SCA）數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)的開發(fā)與應用[J].廣播與電視技術(shù)，2000，27（10）:192-195.

[2]雷毅，周平淺.談調(diào)頻附加信道（FM—SCA）技術(shù)在農(nóng)村廣播應急網(wǎng)中的應用[J].西部大開發(fā)，2012（8）:73.

[3]劉家偉.FM-SCA廣播的原理與應用分析[J].電子世界，1994（12）:363-364.

[4]陸小菊，李金平，李鵬飛.基于simulink的2FSK調(diào)制解調(diào)器設計與實現(xiàn)[J].北京聯(lián)合大學學報.2013，27（1）:44-48.

[5]周開利.基于MATLAB/SIMULINK的模擬通信系統(tǒng)仿真[J].信息技術(shù)，2003，27（12）:1-3.

[6]趙俊.無人值守無線調(diào)頻廣播發(fā)射系統(tǒng)的構(gòu)建[J].廣播電視信息，2011（5）:74-76.