调频多工发表评论(0)编辑词条

　　随着技术的发展与进步，调频广播不仅仅传送单一的声音节目，而可以传送多套节目，也可以传送数据，这就充分利用了频率资源和技术设备。这些技术我们称之为调频多工技术（多节目广播、SCA、RDS）。
　　实现调频多节目广播的技术手段是采用频谱搬迁的办法，将要传送的其它一些节目对处于超音频的不同副载波调制，形成副信道，与处于原有的音频范围的主节目一起，构成调制基带信号，再对超短波载波频率调频。接收机经过频率解调后，恢复出与发射端相同的基带信号，再经与发端相反的处理，通过扬声器重放听众所希望的某一套节目。
　　调频广播在进行立体声的同时，可传送其它附加信息和数据。例如，美国最早应用的SCA（辅助业务通讯）信道，利用67千赫作为副载波，传送窄带的调频声音信号或数据信号，为特定用户服务。我国有的电台利用SCA开办儿童广播节目或交通广播、股市行情等服务性节目。
　　为了保证上述的多节目广播、SCA的传输可靠性及相互兼容性，要采用相应的技术手段和措施。
　　伴随调频声音广播节目一起，也可以利用调频广播传送数据信号，例如，欧洲开发的广播数据系统（RDS），就是一种新型的数据广播业务。利用RDS，可以传送供在荧光屏或液晶显示屏上显示的文字或图形，或供打印机打印的字符，或传送计算机软件、开关控制信息、接收机辅助调谐等信息。目前，RDS已在全世界得到普遍应用。RDS是选用57千赫为副载波，采用抑制副载波调幅（或称2相相移键控）方式传送信息，构成RDS信道，再与调频立体声广播的主信道（占据0～15千赫）、副信道（占据23千赫～53千赫）、导频（19千赫）构成带有RDS的调频立体声广播的调制基带信号，再共同对高频主载波调频。RDS传送信息的速率约为1．2千比特/每秒。
　　我国最早使用RDS的是广东人民广播电台，用RDS开办了广播寻呼（RP）业务。美国于1993年1月，通过了与RDS兼容的RBDS标准（“B”指广播），该标准还考虑了使未实施RDS的中波电台和调频台有一定程度的RDS功能和与全球定位系统（GPS）的结合。印度则根据本国的特点，开发了SCA与RDS的广播电文（RT）、广播寻呼功能相结合的双副载波制。日本于1993年5月通过了一个系统标准，定名为数据广播信道（DARC）系统，它的突出优点是数据率高，可达16千比特/每秒，而且误码保误能力强。
　　总之，调频多工技术是一项很有发展前途的技术。应用这项技术，除了要求发射端增加少量的设备（通常称为编码器）外，要求接收端增加相应解码器。
　　调频多工技术的实现
　　单声道音频广播在1961年以前是调幅、调频和电视的标准，当时的调频广播还包含辅助通讯授权 (Subsidiary Communications Authorization，SCA) 服务，它会通过多路方式与主要声道共同播送，提供背景音乐和其它服务给企业和商店。到了1961年，美国联邦通讯委员会 (FCC) 核准播送立体声道，这将信号多路的想法扩大到立体音频的产生。立体多路信号的一项要求是兼容于众多现有的调频单声道收音机，为了达成这个目标，多路信号 (MPX) 的0-15kHz基带部份须同时包含左声道 (L) 和右声道 (R) 信息 (L+R)，让单声道收音机也能收听立体广播。除此之外，它还会利用 (L-R) 信息对23-53kHz基带频谱内的38kHz抑制副载波进行振幅调变，以便提供立体音效。多路信号还会包含一个19kHz的前导信号，协助调频立体接收机检测和解码左声道与右声道信号。这种复合基带信号格式既兼容于现有的调频单声道接收机，又提供足够信息让调频立体接收机解码产生左声道和右声道立体输出。今天的MPX信号还包含一个57kHz副载波，它会携带RDS和RBDS信号 [6]。现代的MPX基带信号频谱如图5所示。
　　图5：MPX信号的基带频谱
　　前面的数学分析都假设信息信号m(t) 是单频正弦信号，然而今日调频广播所用的信息信号却是MPX信号，它的基带频谱与图5很像。FCC规定立体声传输的最大调变百分比为100% (75kHz的瞬间频率偏移量相当于100%调变)，SCA多路副载波在某些情形下可达到110%调变 [5]。图6是典型MPX信息信号里的各种信号发生调制电平损失 (modulation level breakdown) 的例子。
　　图6:MPX频谱的信号调变位准
　　图6：MPX频谱的信号调变位准
　　假设图6里各个信号之间没有任何关联性，那么MPX信号的调变位准就等于所有次通道位准的算术和，这相当于102.67%最大调变百分比或77.0025kHz峰值频率偏移量。从前面提到的Δf = KVCO Am可知，频率偏移量等于信息信号振幅乘上常数KVCO，故当KVCO固定不变时，MPX信息信号内的所有次信道信号振幅都必须调整，以便得到适当的总频率偏移量。
　　图7:MPX编码器
　　图7：MPX编码器
　　图7是用来产生MPX信号的MPX编码器原理框图，其中L(t) 和R(t) 代表左声道和右声道的时域波形，RDS(t) 代表RDS/RBDS信号的时域波形。此时可将MPX信息信号表示如下：
　　其中C0、C1和C2都是增益值，分别用来调整 (L(t) ± R(t)) 信号、19kHz前导信号和RDS副载波信号的振幅，以便产生适当的调变位准。
　　图8:MPX译码器
　　图8：MPX译码器
　　图8是MPX译码器的原理框图，可从MPX信息信号m(t) 取出左声道，右声道和RDS信号。信息信号会送到三个中心频率为19、38及57kHz的带通滤波器和一个3dB截止频率为15kHz的低通滤波器。19kHz带通滤波器是个高Q值滤波器，能从MPX信息信号取出19kHz前导信号。这个前导信号的频率会被提高2和3倍，以便产生 (L-R) 和 RDS信号解调所需的本地振荡器 (LO) 信号。接着只要将 (L+R) 和 (L-R) 信号相加与相减，就能得到左声道与右声道立体音频。电路还可将RDS信号与57kHz本地振荡器信号混波降频，然后将信号送到匹配滤波器取出RDS数据。
　　从前述分析可看出维持良好立体分离度 (stereo separation) 的困难所在。首先，若将单声道信号送到译码器输入，则由于单声道信号未包含前导信号、(L-R) 和RDS信号，所以它们都会等于零。此时，译码器的左声道和右声道输出都是 (L+R) 信号，这等于将单声道信号复原。其次，在产生MPX信号或还原左声道和右声道时，任何增益或相位不匹配都会造成立体隔离度下降，这会让左声道包含一些右声道信息，右声道也会有些左声道信息 (这又称为声道分离度或串讯)。例如在图8所示的译码器里，假设15kHz低通滤波器的增益不匹配程度为1%，那么立体分离度就约为-46dB。这个例子说明若要维持良好的立体分离度，左声道与右声道信号路径的振幅与相位都必须完美匹配，这对利用模拟电路设计的编码器和译码器相当困难