數(shù)字調(diào)頻廣播的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

摘要：本文是對廣播信號傳輸方式進(jìn)行講解，敘述了調(diào)頻廣播的優(yōu)勢，闡述了我國現(xiàn)行調(diào)頻廣播的信號調(diào)制方式，對調(diào)頻廣播中的核心設(shè)備調(diào)頻發(fā)射機(jī)進(jìn)行了剖析，進(jìn)而對頻率合成器的功能類型，頻率合成器的指標(biāo)以及現(xiàn)行廠商的數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分類講解。文末指出數(shù)字調(diào)頻廣播的出現(xiàn)，是讓模擬調(diào)頻廣播重新走向輝煌的標(biāo)志，它已經(jīng)成為廣播電視發(fā)展的必然趨勢。

關(guān)鍵詞：頻率合成器 DDS 實(shí)現(xiàn)方法

中圖分類號：TN832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0217-01

廣播的信號傳輸方式有調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相三種，在實(shí)際民用上最多的方式是調(diào)幅和調(diào)頻。調(diào)頻廣播有調(diào)幅廣播無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它信號穩(wěn)定，抗幅度干擾能力強(qiáng)，音質(zhì)清楚，因此是各地選擇傳輸方式的首選，調(diào)頻廣播傳輸?shù)男盘枏?qiáng)度大、頻域?qū)?、非干擾區(qū)域面積大，徹底解決了傳統(tǒng)有線廣播傳輸成本高、過程繁瑣、對環(huán)境和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的施工有影響等問題，所以相對于傳統(tǒng)有線傳播介質(zhì)有較高的性價比。現(xiàn)在，組建全新數(shù)字化的系統(tǒng)，設(shè)計新型調(diào)頻廣播，其完美音質(zhì)直接媲美cd，從而提高現(xiàn)有的廣播質(zhì)量。

依照國際調(diào)頻廣播標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合中國的實(shí)際，我國選擇頻率傳輸范圍為87.0兆赫至107.9兆赫，其中區(qū)分最小間隔為0.1兆赫。我國主要釆用頻率的調(diào)制方式，以±75千赫茲作為調(diào)制后的頻偏。我國最普通的廣播電視聲音信號，預(yù)加重時間常數(shù)50ps，頻率范圍0-15千赫。在上述調(diào)制方法下，對1千赫頻率的音頻信號，取最大調(diào)制幅度，要求信噪比不小于60分貝。然后調(diào)頻立體聲廣播是將聲音信號分為左、右聲道進(jìn)行編碼調(diào)制，左右聲道的信號均在30K Hz-15 K Hz 的頻段內(nèi)。編碼的過程是首先將左、右聲道分別進(jìn)行相加與相減運(yùn)算，形成和信號（L+R）與差信號（L-R），然后用頻率為38 k Hz 的副載波信號按照抑制載波雙邊帶調(diào)制差信號，再與和信號及19 k Hz 導(dǎo)頻信號進(jìn)行頻分復(fù)用形成調(diào)頻立體聲廣播的基帶信號。

一般而言，調(diào)頻發(fā)射機(jī)主要用于將調(diào)頻廣播電臺的語音和音樂節(jié)目以無線方式發(fā)射出去，它由音頻播控設(shè)備、傳輸設(shè)備、調(diào)頻發(fā)射機(jī)及發(fā)射天饋線組成。其運(yùn)行機(jī)制是首先將音頻信號和高頻載波調(diào)制為調(diào)頻波，使高頻載波的頻率隨音頻信號發(fā)生變化，再對所產(chǎn)生的高頻信號進(jìn)行放大，激勵，功放和一系列的阻抗匹配，使信號輸出到天線，發(fā)送出去的裝置。其中頻率合成器是它的核心器件，現(xiàn)解說如下：

1 頻率合成器的功能及類型

信號發(fā)生器的作用是產(chǎn)生適合發(fā)射的信號頻率，他相當(dāng)于頻率合成器的心臟。他的產(chǎn)生方式在歷史上主要有模擬和數(shù)字兩種方式。1980 年代以前，模擬方式占統(tǒng)治地位，它通過分立元器件等組成振蕩回路，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)波形。到了90年代后，數(shù)字電路開始廣泛應(yīng)用，它從一個頻率基準(zhǔn)由數(shù)字電路合成所需頻率，而其中的技術(shù)有突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，以下是常見的三種方式：

1.1 頻率直接合成法

它主要有三種方式：非相干式直接合成、相干式直接合成頻率、漂移抵消法。它是要采用大量的濾波器、混頻器等，成本高，體積大。又由于混頻器存在諧波成分，易產(chǎn)生寄生調(diào)制，影響頻率穩(wěn)定度，容易產(chǎn)生大量離散頻率。

1.2 頻率間接合成法

它主要有三種方式：脈沖控制鎖相法、模擬鎖相環(huán)路法、數(shù)字鎖相環(huán)路法。它所使用的通過脈沖形成電路，產(chǎn)生豐富的諧波，選出適當(dāng)?shù)闹C波頻率，來與VCO的頻率在鑒相器中進(jìn)行相位比較。電路較直接合成法簡單，與直接合成法相似，這種方法也能得到任意小的頻率間隔。鑒相器的工作頻率不高，頻率變化范圍也不太大，比較容易實(shí)現(xiàn)。有點(diǎn)類似于直接合成器，但不需要直接合成法所用的昂貴的晶體濾波器。

1.3 集成頻率合成器

它應(yīng)用數(shù)字邏輯電路把VCO頻率一次或多次降低至鑒相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中進(jìn)行比較，所產(chǎn)生的誤差信號用來控制VCO的頻率，使之鎖定在參考頻率上，系統(tǒng)無反饋環(huán)節(jié)；波形存儲器中存貯了大量離散波形數(shù)據(jù)和資料，然后通過用數(shù)字信號處理方式重新編譯數(shù)據(jù)，就可以任意改變輸出信號的波形，通過DAC輸出，即可得到ROM存儲的任意波形；具有相位的調(diào)制能力。由于DDS采用全數(shù)字方式，因此也存在一些缺點(diǎn)：其一運(yùn)算速度受到限制；其二，DDS輸出信號中雜散寄生分量大，頻譜純度低；其三，局限性雜散豐富，輸入輸出頻率差小，大大的限制了輸出頻率地提高。

2 頻率合成器的指標(biāo)

2.1 頻率輸出帶寬

頻率輸出帶寬是指頻率合成器輸出的最高頻率fomax與最低頻率fomin和之間的差值。

2.2 波道數(shù)與波道間隔

波道數(shù)是指頻率合成器所能提供的頻率個數(shù)，波道間隔指兩個相鄰頻道之間的頻率差，也可稱為頻率合成器的頻率分辨力。

2.3 波道轉(zhuǎn)換時間

頻率轉(zhuǎn)換時間是指頻率合成器從某一頻率轉(zhuǎn)換為另一頻率所需要的時間。它包括波道置定時間及環(huán)路捕捉時間。

2.4 頻率穩(wěn)定度

長期穩(wěn)定是指一天以上時間范圍內(nèi)的頻率不穩(wěn)定性，它主要是由振蕩器元器件老化，環(huán)境溫度、濕度變化等因素造成的。長期穩(wěn)定度取決于所使用的標(biāo)準(zhǔn)頻率源的頻率穩(wěn)定度。

2.5 噪聲性能

頻率合成器的噪聲性能既可用時域指標(biāo)表示也可用頻域指標(biāo)表示。

3 現(xiàn)行廠商的數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）的實(shí)現(xiàn)方法

專用數(shù)字集成芯片的出現(xiàn)，其不光擁有存貯各種函數(shù)波的功能，同時用和可根據(jù)自己需要合成自己需要的頻率波形，同時方便調(diào)用。它適用于作為系統(tǒng)的控制模塊。直接數(shù)字頻率合成技術(shù)在合成信號時，具有高的頻率輸出帶寬，高的波道間隔，高的波道轉(zhuǎn)換時間，好的頻率穩(wěn)定度，優(yōu)良的噪聲性能等優(yōu)點(diǎn)。它有以下是常有實(shí)現(xiàn)方法：

3.1 MCU+DDS

微控制單元（MCU），它把組成微型計算機(jī)的各功能部件：中央處理器CPU，隨機(jī)存取存儲器RAM，只讀存儲器ROM，可編程存儲器EPROM，并行及串行輸入輸出I/O接口電路，定時器/計數(shù)器，中斷控制器等部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，可以根據(jù)需要合成理想的頻率，優(yōu)點(diǎn)是簡單、開發(fā)周期短，成本低廉，特別適合于工業(yè)控制及與控制有關(guān)的數(shù)據(jù)處理場合，但是其缺點(diǎn)是適應(yīng)性差，可擴(kuò)展性不足。

3.2 FPGA+DDS

可編程邏輯器件（FPGA），是世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新的，在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是一種半定制的集成電路。它是作為專用集成電路領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，它通過軟件手段更改、配置器件內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)和邏輯單元，憑借高速并行計算的能力和大規(guī)模的芯片容量，同時片內(nèi)集成的乘法器和陣列，用先進(jìn)的技術(shù)驅(qū)動電路來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯和運(yùn)算，它的這些優(yōu)點(diǎn)很適合用于軟件無線電核心處理器的優(yōu)先考慮方案。

3.3 DSP+DDS

數(shù)字信號處理器（DSP），DSP芯片主要完成DDS的波形合成工作，這是整個設(shè)計的核心部分，它與計算機(jī)保持信息同步，根據(jù)計算機(jī)不同的指示，把從外部采集到的電壓信號以二進(jìn)制編碼的形式傳送給計算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，實(shí)時快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。方便地實(shí)現(xiàn)多頻段、多模式、高精度數(shù)字調(diào)制，具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度。DSP和DDS相結(jié)合的數(shù)字調(diào)制電路硬件平臺具有極大的實(shí)用性、通用性和開放性，通過在DSP中加載不同的應(yīng)用程序便可完成不同的調(diào)制功能，使它在無線電臺、數(shù)字廣播、通信儀器、雷達(dá)波形合成等領(lǐng)域逐漸得到廣泛的應(yīng)用。

綜上所述，數(shù)字調(diào)頻廣播的出現(xiàn)，是讓模擬調(diào)頻廣播重新走向輝煌的標(biāo)志。它豐富了人們生活，改善了聲音廣播的接受和聲音質(zhì)量，降低了發(fā)射機(jī)的功率，減少電磁污染，提高了頻譜利用效率，引入了新的業(yè)務(wù)模式，增加了全新的功能，使用戶更容易接受和使用，它已經(jīng)成為廣播電視發(fā)展的必然趨勢。

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收稿日期：2016-09-08

作者簡介：隋蕾（1980—），女，山東煙臺人，?？?，現(xiàn)任山東煙臺廣播電視臺海陽轉(zhuǎn)播臺助理工程師，長期從事數(shù)字電視發(fā)射和調(diào)頻廣播方面的

工作。