基于軟件無線電架構(gòu)的廣播監(jiān)測接收機(jī)音質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)

調(diào)頻（FrequencyModulation，F(xiàn)M）廣播是一種以無線電發(fā)射來傳輸廣播信號(hào)的方式。FM廣播具有播放覆蓋范圍廣，信道擴(kuò)展容量大，設(shè)備安裝維護(hù)方便，收聽音質(zhì)優(yōu)美清晰的特點(diǎn)，是目前廣播領(lǐng)域內(nèi)使用最為廣泛的一種廣播方式。目前我國的FM廣播發(fā)展迅速，已經(jīng)取代了原來的有線廣播。雖然電視技術(shù)發(fā)展很快，但是終究取代不了廣播，因?yàn)閺V播的靈活性、便攜性、經(jīng)濟(jì)性是電視不可取代的。

隨著FM廣播技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備老齡化及技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)等問題的日益凸顯，對(duì)FM廣播的發(fā)射質(zhì)量造成了相當(dāng)?shù)挠绊?，同時(shí)從聽眾角度來說，接收到的廣播信號(hào)的音質(zhì)和音量也會(huì)受到影響。因此，使用合適的廣播監(jiān)測接收設(shè)備對(duì)FM廣播進(jìn)行測量和分析的必要性也日漸提高。本文則以基于軟件無線電架構(gòu)的廣播監(jiān)測接收機(jī)為工具，采集FM廣播信號(hào)，通過分析FM廣播信號(hào)的特征參數(shù)，調(diào)整發(fā)射鏈路中的設(shè)備。為提高FM廣播發(fā)射質(zhì)量，同時(shí)也是提高接收端音頻的音質(zhì)和音量，提供了一種有效可行的手段。

一、概述

調(diào)頻（FM）的概念，F(xiàn)M是現(xiàn)代實(shí)現(xiàn)高保真度聲音廣播和立體聲廣播的主要方式，是以調(diào)頻方式進(jìn)行音頻信號(hào)傳輸?shù)?，調(diào)頻波的載波隨著音頻調(diào)制信號(hào)的變化而在載波中心頻率（未調(diào)制以前的中心頻率）兩邊變化，每秒鐘的頻偏變化次數(shù)和音頻信號(hào)的調(diào)制頻率一致，如音頻信號(hào)的頻率為1kHz，則載波的頻偏變化次數(shù)也為每秒1k次。頻偏的大小隨音頻信號(hào)的振幅大小而定。

立體聲調(diào)頻的概念，立體聲調(diào)頻首先將兩個(gè)聲頻（左、右聲道）的信號(hào)進(jìn)行編碼，得到一組低頻復(fù)合立體聲信號(hào)，然后再對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)頻。立體聲調(diào)頻根據(jù)對(duì)立體聲的處理方法不同，分為頻率分割制（和差制）、時(shí)間分割制、方向信號(hào)制三種?，F(xiàn)普遍采用的是和差制。和差制是在立體聲調(diào)制器中，先將左（L）、右（R）聲道信號(hào)進(jìn)行編碼，形成和信號(hào)（L+R）與差信號(hào)（L-R），其中和信號(hào)直接送去調(diào)制主載波，構(gòu)成主信道信號(hào)，以便普通調(diào)頻收音機(jī)兼容收聽；差信號(hào)則送到平衡調(diào)制器對(duì)副載波進(jìn)行抑制載波式幅度調(diào)制，所得到的雙邊帶抑載調(diào)幅波作為副信道信號(hào)，再與和信號(hào)混合去調(diào)制主載波。副信道信號(hào)的頻率范圍為23至53kHz（38±15kHz），屬于超音頻范圍，不會(huì)干擾單聲道放音。由于副信道調(diào)幅波的副載波被抑制掉了，將使立體聲收音機(jī)無法直接解調(diào)出差信號(hào)，因此應(yīng)在收音機(jī)內(nèi)再產(chǎn)生一個(gè)頻率、相位均與發(fā)射系統(tǒng)副載波相同的38kHz信號(hào)才能解調(diào)。為此，在發(fā)射端，利用主、副信道頻譜的間隔處，再發(fā)射一個(gè)19kHz（1/2副載波頻率）導(dǎo)頻信號(hào)（PilotTone），以便在收音機(jī)中“引導(dǎo)”出38kHz再生副載波，這種調(diào)制方法稱之為導(dǎo)頻制，也是目前和差制立體聲廣播里面應(yīng)用最為廣泛的一種分割頻率的方法。

相應(yīng)的，為了測量調(diào)頻信號(hào)和立體聲調(diào)頻信號(hào)，國際上通常需要測量以下幾個(gè)參數(shù)。

1.1、占用帶寬

依據(jù)ITU的建議，信號(hào)帶寬的測量通?；陬l譜用“β%占用帶寬”和“x-dB帶寬”兩種方法。β%占用帶寬如圖1所示，測量方法是先統(tǒng)計(jì)出監(jiān)測帶寬內(nèi)的總功率，然后在頻譜上從兩邊往中間依次累加譜線的功率，直到功率和占到總功率的(β/2)%，分別定義為f1和f2，則定義帶寬等于f2-f1；而x-dB帶寬如圖2所示，測量方法是先在頻譜上找到峰值即最高點(diǎn)，然后從最高點(diǎn)依次往兩邊找到兩根譜線使得這兩根譜線往外的所有譜線都比最高點(diǎn)至少小xdB，則這兩根譜線對(duì)應(yīng)的頻率差即為帶寬。

在ITU和廣電的建議中，β通常取99，x通常取26，也就是常說的99%功率帶寬和26dB帶寬。

圖1、β%占用帶寬

圖2、x-dB帶寬

1.2、頻偏

調(diào)頻信號(hào)中的頻偏（FrequencyDeviation）指的是調(diào)頻波頻率擺動(dòng)的幅度，是隨著信息（或語音）波形的起伏而變化的。通常用儀器或接收機(jī)所測量的頻偏實(shí)際上是指一段時(shí)間內(nèi)的最大頻偏，最大頻偏的分布和大小，決定了收聽到的音頻的音質(zhì)和音量，也就是決定了FM廣播的發(fā)射質(zhì)量。

本文主要目的是研究FM廣播的發(fā)射質(zhì)量，所以根據(jù)上述描述，應(yīng)關(guān)注的即是頻偏指標(biāo)。

ITU-R針對(duì)FM信號(hào)頻偏的測量有詳細(xì)描述：

頻偏測量方法是取一段時(shí)間（建議的時(shí)間長度為50ms）的信號(hào)測量其在每個(gè)采樣點(diǎn)上相對(duì)于載波的頻率偏差，取最大值即為最大頻偏。但為了更深入的了解頻偏，可以用隨時(shí)間更新的統(tǒng)計(jì)直方圖來表示其信號(hào)特征。頻偏的直方圖計(jì)算方法如下：