調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播（FM-CDR）激勵(lì)器

河南省無線發(fā)射傳輸管理中心 郭 力 許 萌 王啟峰 張 欣

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調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播（FM-CDR）激勵(lì)器

河南省無線發(fā)射傳輸管理中心 郭 力 許 萌 王啟峰 張 欣

【摘要】激勵(lì)器的基本功能是產(chǎn)生一個(gè)調(diào)頻載波信號(hào)，并通過適當(dāng)?shù)墓β史糯笞鳛榧?lì)信號(hào)，去推動(dòng)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的末級(jí)功率放大器工作。廣播發(fā)射機(jī)的電氣性能指標(biāo)和廣播網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果基本上由激勵(lì)器決定。通過研究FM-CDR技術(shù)，本文系統(tǒng)介紹了FM-CDR激勵(lì)器，包括原理、構(gòu)成及模塊功能，從而使大家比較深入和直觀的理解標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】FM-CDR；激勵(lì)器；功能模塊

0　引言

FM-CDR激勵(lì)器是發(fā)射機(jī)的核心設(shè)備和重要組成部分，也是相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)部分，可以跟據(jù)不同的機(jī)型或用戶的具體要求進(jìn)行配置。廣播發(fā)射機(jī)的電氣性能指標(biāo)和廣播網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果基本上都由激勵(lì)器決定。因此激勵(lì)器電性能指標(biāo)的好壞，就決定了整機(jī)的電性能指標(biāo)好壞。本文將總結(jié)研究CDR標(biāo)準(zhǔn)的成果，希望給予同行參考。

1　FM-CDR激勵(lì)器介紹

1.1FM-CDR激勵(lì)器功能簡(jiǎn)介

FM-CDR激勵(lì)器的輸入數(shù)據(jù)是來自前端的復(fù)用流，激勵(lì)器主要完成加擾、編碼、映射、交織等信道編碼、OFDM調(diào)制、組成信號(hào)幀、變頻處理，然后送至功放，最后射頻輸出。另外，在模數(shù)同播方式下，需要完成模擬信號(hào)調(diào)頻及模數(shù)信號(hào)合成。

FM-CDR激勵(lì)器內(nèi)部功能單元主要包括兩部分信號(hào)處理模塊：一部分為實(shí)現(xiàn)符合GY/T 268.1-2013規(guī)定的CDR信號(hào)處理模塊，另一部分為實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)頻廣播功能的模塊，兩個(gè)模塊的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)合成及上變頻、射頻輸出放大和監(jiān)控系統(tǒng)等功能模塊，輸出數(shù)字音頻廣播和模擬調(diào)頻廣播的射頻信號(hào)。按照國(guó)標(biāo)的要求，激勵(lì)器還要具備預(yù)校正功能［1］。

1.2激勵(lì)器原理

同時(shí)支持模擬調(diào)頻廣播和數(shù)字音頻廣播的調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播激勵(lì)器框圖如圖1所示，僅支持?jǐn)?shù)字調(diào)頻頻段數(shù)字音頻廣播技術(shù)的激勵(lì)器框圖如圖2所示［1］。

圖1　同時(shí)支持?jǐn)?shù)字和模擬方式的FM-CDR激勵(lì)器原理框圖

圖2　支持?jǐn)?shù)字方式的FM-CDR激勵(lì)器原理框圖

（1）為采用模數(shù)同播方式，激勵(lì)器應(yīng)能支持模擬、模數(shù)同播和數(shù)字工作模式及其切換，待從模擬到數(shù)字過渡完成之后，激勵(lì)器轉(zhuǎn)入數(shù)字工作模式。數(shù)字工作模式應(yīng)能支持標(biāo)準(zhǔn)GY/T 268.1-2013規(guī)定的全部工作模式。

（2）信道編碼和調(diào)制模塊是激勵(lì)器的中心模塊，是數(shù)字和模擬廣播標(biāo)準(zhǔn)的具體體現(xiàn)。通過ASI/RJ45接口進(jìn)入激勵(lì)器的兩路復(fù)合流（可手動(dòng)/自動(dòng)切換），完成包括擾碼、信道編碼、交織和映射等。

（3）激勵(lì)器還配備有增益和包絡(luò)的線性和非線性預(yù)校正功能。預(yù)校正可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同選擇在基帶或者射頻部分完成，也可以是在數(shù)字域或者模擬域完成。該功能用于對(duì)包含發(fā)射機(jī)的功率放大器在內(nèi)的整個(gè)發(fā)射鏈路中的阻抗不匹配和非線性失真進(jìn)行校正，從而改善發(fā)射信號(hào)質(zhì)量，提高發(fā)射效率。

（4）激勵(lì)器還需要具備一定的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控功能，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行期間的遠(yuǎn)程遙控，以及實(shí)時(shí)監(jiān)視、出錯(cuò)報(bào)警等功能［1］。

2　FM-CDR激勵(lì)器的功能模塊及實(shí)現(xiàn)技術(shù)

2.1信道編碼與調(diào)制模塊

信道編碼與調(diào)制模塊主要完成對(duì)輸入信號(hào)的處理。當(dāng)采用純數(shù)字模式時(shí)，該部分信號(hào)處理屬于OFDM調(diào)制模塊。當(dāng)采用數(shù)模同播模式時(shí)，激勵(lì)器包括兩部分信號(hào)處理模塊［2］。

2.2FM模擬部分

在FM-CDR激勵(lì)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)時(shí)，F(xiàn)M調(diào)制部分按照FM規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（GY/T 169-2001）執(zhí)行，在應(yīng)運(yùn)中，是通過信號(hào)控制，進(jìn)行單聲道或立體聲的切換輸出方式［3］。

通常，在利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)制時(shí)，為使適用于FMCDR系統(tǒng)，對(duì)模擬信號(hào)的取樣頻率進(jìn)行調(diào)整和設(shè)計(jì)。在進(jìn)行FM調(diào)制之前，首先要使信號(hào)的采樣頻率上采樣到射頻采樣率。但其核心過程仍在于立體聲FM調(diào)制［3］。

2.3OFDM部分

本部分輸入信號(hào)為復(fù)用流，輸入的復(fù)用流包括主業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)描述信息及系統(tǒng)信息。實(shí)現(xiàn)符合標(biāo)準(zhǔn)GY/T 268.1-2013規(guī)定的信道編碼和調(diào)制，原理框圖如圖3所示［1］。

圖3　OFDM模塊框圖

OFDM成幀可采用有限狀態(tài)機(jī)的機(jī)理實(shí)現(xiàn)，主要階段包括：LDPC編碼、數(shù)據(jù)映射、插入導(dǎo)頻、插入同步頭數(shù)據(jù)。通常采用IFFT來進(jìn)行OFDM調(diào)制，由不同的系統(tǒng)模式，使用不同的傅立葉變換數(shù)N，比如N=4096，將信道編碼的數(shù)據(jù)以4096為單位進(jìn)行IFFT，即可得到OFDM符號(hào)。同時(shí)，要將OFDM符號(hào)完全復(fù)制得到循環(huán)前綴CP。

數(shù)字CDR信號(hào)與模擬FM信號(hào)混合時(shí)采用的是10MHz采樣頻率，使其達(dá)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，需要將OFDM信號(hào)按照一定的變頻系數(shù)進(jìn)行下采樣，采用濾波抽取的原理。OFDM信號(hào)的帶寬是200kHz，避免產(chǎn)生臨道干擾，要對(duì)OFDM信道低通濾波［1］。

2.4多級(jí)編碼、調(diào)制和映射

CDR系統(tǒng)分別由主業(yè)務(wù)信道、業(yè)務(wù)描述信道和系統(tǒng)信息通道組成。UEP是選用兩種編碼率，把主業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)分配到高、低保護(hù)率部分。

2.5導(dǎo)頻發(fā)生器

導(dǎo)頻是在解調(diào)處理中作為參考信號(hào)，每個(gè)OFDM符號(hào)中有固定數(shù)量的單元采用預(yù)定的幅度和相位傳輸，被稱作“參考導(dǎo)頻”。導(dǎo)頻發(fā)生器為接收機(jī)提供信道狀態(tài)信息，估計(jì)信號(hào)的相關(guān)解調(diào)。導(dǎo)頻信號(hào)可以用于幀、頻率和時(shí)間同步，信道估計(jì)，傳輸模式識(shí)別，也可以用于糾正相位噪聲。導(dǎo)頻的位置不是固定的，在時(shí)域與頻域中是變化的，且與傳輸模式有關(guān)［2］。

2.6信號(hào)合成模塊

信號(hào)合成模塊完成數(shù)字OFDM信號(hào)和模擬FM信號(hào)的合成。實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字信號(hào)合成的方法有5種：分別放大—高電平合成；低電平合成—共同放大；中等電平—分離合成；雙天線輸入合成；兩個(gè)天線電磁獨(dú)立合成。選擇哪種方法取決于現(xiàn)有模擬FM發(fā)射機(jī)的功率大小、工作狀態(tài)和特性，同時(shí)取決于天線和塔的高度等具體情況。

根據(jù)FM-CDR發(fā)射機(jī)的原理框圖，激勵(lì)器是一個(gè)模擬FM調(diào)制器與一個(gè)數(shù)字的COFDM調(diào)制器的組合。兩部分使用信號(hào)合成器合成，使用一個(gè)射頻放大輸出，采用低電平合成—共同放大方式。在激勵(lì)器的末端，將FM信號(hào)與OFDM進(jìn)行簡(jiǎn)單的加和合成［3］。

2.7頻率變換模塊

頻率變換將基帶處理后的數(shù)?；旌闲盘?hào)，經(jīng)過上變頻轉(zhuǎn)換成所需要頻段的射頻信號(hào)。常見的變頻方法有：直接變頻濾波；I、Q分量分離調(diào)制；數(shù)字基帶信號(hào)上變頻。

直接變頻濾波。方法是直接將基帶信號(hào)一次變頻或二次變頻到射頻，用帶通濾波器濾除不用的下邊帶。這種方法的原理是抑制載波fc的雙邊帶調(diào)幅。優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)：帶通濾波器質(zhì)量要求高?；鶐盘?hào)的中心頻率低，無用邊帶與有用邊帶的距離就越近，有效抑制下邊帶的難度就越大。如果是中頻信號(hào)上變換為射頻信號(hào)，上邊帶與下邊帶相距很遠(yuǎn)，就容易分離。

2.8數(shù)字上變頻

數(shù)字上變頻DUC（Digital Up Converter）是指在無線電發(fā)射中，數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過混頻、放大，最后限制帶寬，由天線發(fā)射出去。

DUC實(shí)現(xiàn)從“復(fù)”基帶（Baseband）信號(hào)到“實(shí)”帶通（Passband）信號(hào)的變換。因?yàn)閺幕鶐л敵龅膹?fù)基帶信號(hào)采樣率較低，是數(shù)字調(diào)制的符號(hào)率，不能滿足高頻發(fā)射的要求。所以通?；鶐盘?hào)要經(jīng)過濾波轉(zhuǎn)換成更高的采樣率，調(diào)制到中頻載波頻率。目前，這一部分功能通常采用利用了直接頻率合成技術(shù)（DDS-Direct Digital Synthesis）的數(shù)字上變頻專用芯片來實(shí)現(xiàn)（如ADI公司生產(chǎn)的AD6623）［2］

2.9激勵(lì)器設(shè)置模塊

激勵(lì)器設(shè)置模塊承載著控制功能。通過IP網(wǎng)傳輸，利用瀏覽器界面對(duì)激勵(lì)器輸入的模擬FM信號(hào)和數(shù)字OFDM信號(hào)進(jìn)行參數(shù)控制，主要參數(shù)包括：信號(hào)的中心頻率、模擬或數(shù)字信號(hào)輸入選擇、設(shè)定FM導(dǎo)頻調(diào)制度、設(shè)定導(dǎo)頻頻率、FM信號(hào)調(diào)制頻偏、發(fā)射功率控制、預(yù)加重開關(guān)、數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的功率比、OFDM文字?jǐn)?shù)據(jù)等［1］。

3　結(jié)束語(yǔ)

FM-CDR系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用是一個(gè)全新的技術(shù)課題，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際應(yīng)用測(cè)量都值得大家認(rèn)真深入的討論。本文從重要的激勵(lì)器展開研究，對(duì)FM-CDR激勵(lì)器的原理、構(gòu)成及各模塊的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了深入細(xì)致的分析，為數(shù)字廣播技術(shù)工作提供有價(jià)值的參考。希望通過不斷的探索和努力，加快CDR新技術(shù)的推廣和普及。

參考文獻(xiàn)

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［3］盛國(guó)芳，王濤，萬(wàn)戈，吳智勇.調(diào)頻頻段數(shù)字聲音廣播系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試［J］.廣播電視信息，2014（1）.

作者簡(jiǎn)介：

郭力（1988—），女，大學(xué)本科，河南省無線發(fā)射傳輸管理中心助理工程師。