中短波数字调幅广播.htm

通信相关知识：短波、扩频、移动

      Modulation)、脉冲阶梯调制PSM(Pulse Step Modulation)和数字调制DM(Digital 
      Modulation)代替板极调制AM(Anode 
      Modulation)，明显地提高了中短波广播发射机的播出质量和发射效率，但是，它们仍属于模拟调幅范畴，模拟调幅广播的一些致命的缺陷依然没有得到解决，其主要的缺点包括:<BR><BR>(1)采用模拟双边带调幅方式工作，所占用的频带宽;<BR>(2)功率大，耗能高，造成投资大，运行费用高;<BR>(3)与FM、DAB、卫星广播、有线网络以及国际互联网(Internet)等传输更高质量信号的媒体相比，音质差，尤其是短波广播的音质更差。<BR><BR>DAM具有以下优点:<BR>(1)大幅度降低AM广播的功率;<BR>(2)显著提高AM波段信号传送的音质;<BR>(3)大大改进AM波段的信号传送的可靠性;<BR>(4)可以与模拟信号传送兼容，在所规定的带宽内，传送一个模拟信号，一个数字信号，实现同播，逐步向全数字过渡;<BR>(5)可以充分利用现有中短波频谱资源;<BR>(6)对现有的中短波广播发射机可以采用数字调幅广播技术进行改造;<BR>(7)能够提供附加业务和数据传输。<BR><STRONG><FONT 
      color=#008080><BR>2 
      DAM制式及其原理</FONT></STRONG><BR><BR>目前在世界上主要有两大数字调幅试验系统:一个是以德国电信(Telekom)为代表的串行单载波数字音乐波(Digital 
      Music 
      Wave-DMW)试验系统;另一个是以法国Thomcast为代表的并行多载波天波200O(SkyWave2000)试验系统。<BR><STRONG><BR>2.1 
      数字音乐波DMW试验系统</STRONG><BR><BR>数字音频传输原理示于图1。<BR><IMG 
      alt="52a.jpg (10040 字节)" height=174 src="中短波数字调幅广播.files/52a.jpg" 
      width=450><BR><BR>音频数据源可以是激光唱盘CD，也可以是数字录音机DAT，以1.41Mb/s的传输速率送至信源编码器按着MPEG-2 
      Layer 
      3标准进行压缩编码。如果在9kHz信息通路带宽内，采用32级调制，每秒钟传输7200字符，每个字符包含5比特，其数据传输率为36kb/s。如果测试序列的长度占总数据流的1/8，用于差错保护的信道编码率按2/3计算，则净数据率为7200字符/秒 
      X 5比特/字符X (1-1/8) X 
      2/3=21kb/s，其中20kb/s用于传输已被压缩的音频数据，1kb/s用于传输附加数据。<BR><BR>采用单载波串行传输，其调制方式为32/64振幅相移键控(32/64 
      APSK)。图2为32/64 APSK的同心构象图。<BR><IMG alt="52b.jpg (20172 字节)" height=248 
      src="中短波数字调幅广播.files/52b.jpg" 
      width=450><BR><BR>32个点分布在三个不同半径的同心圆上。圆心点(不用)，在半径为R圆上有5个点，相位间隔60度，在半径为2R圆上有12个点(2个没用)，相位间隔为30度，在半径为3R圆上有18个点(2个没用)，相位间隔为20度。在半径为<BR>3R、处于水平万向的两个对称点，对应于三相相移键控(2PSK)，用于传输测试序列数据。<BR><BR>在传输过程中，采用2PSK传输的测试序列数据，具有很强的抗误码能力。测试序列每秒向数据流输入25次，接收机用它来保持与发射机在时间上同步。为此，接收机必须能从数据流中回收频率和相位均正确的副载波。为达到此目的，音频数据的数据流将定时中断，中断间隔时间约为1秒钟，并向接收机发射确定的测试序列。数据流结构示于图3。<BR><IMG 
      alt="52c.jpg (6268 字节)" height=107 src="中短波数字调幅广播.files/52c.jpg" 
      width=300><BR><BR>如果换成64APSK，其总数据传输速率为43.2kb/s，有效数据传输速率可达25.2kb/s，如果以24kb/S传输音频数据，声音质量将会明显提高。<BR><BR>图4是板极调幅(AAM)改为DAM发射机原理图。输入数据首先要对9kHz的副载波进行预调制。<BR><IMG 
      alt="52d.jpg (22320 字节)" height=301 src="中短波数字调幅广播.files/52d.jpg" 
      width=450><BR><BR>在一般情况下，音频调制信号可以看成是振幅和相位都在随机地变化，相当于数量足够多的正弦振荡复合的结果，可以用两个随机函数的乘积来表示:a(t)=A(t)cosφ(t)<BR><BR>式中A(t)为a(t)的振幅(包络);φ(t)为a(t)的相位(瞬时相位)。<BR>A(z)和φ(t)都是随机的，通过数据分离，可将它们分离开来。常用办法是把调制信号分为正交的I和Q信号分量，然后通过将笛卡尔坐标中I和Q信号分量变换为极坐标中的幅度信号A(t)和相位信号φ(t)，A(t)就是复数I-Q信号的包络，φ(t)就是复数I-Q信号的相对相位(见图5)。<BR><BR><IMG 
      align=left alt="52e.jpg (7756 字节)" height=194 
      src="中短波数字调幅广播.files/52e.jpg" 
      width=300><BR>包络信号去脉冲宽度调制(PDM)发射机的幅度调制器(或脉冲阶梯调制FSM发射机的幅度调制器)。相位信号进入相位调制器，分成一对正交的相位信号cosφ(t)和sinφ(t)，再分别与振荡器输出的正交的载频(0和90)相乘(调制)，得到两个正交的I分量和Q分量，I与Q相加，形成了高频相位信号，作为相位调制的载频振荡，送入高频放大器的前级进行放大，在发射机末级进行功率放大，经滤波后，由天线辐射出去。<BR><BR>在模拟调制向数字调制过渡期间，必须实现模拟调制与数字调制兼容，即实现同播，其信道安排和系统测量频谱如图6所示。<BR><BR>为了接收数字调幅信号，需要数字调幅接收机。如果用普通调幅接收机可以收到模拟调幅信号，而对所收到的数字调幅信号，听到的仅是潺潺、沙沙的杂音。<BR><BR>采用 
      T<SUP>2</SUP>M(Telekom/Telefunken 
      Multicast)方法，可以用一部广播发射机播放一路模拟调制信号和两路数字调制信号，其信道安排见图6。不用花多少钱，就可以把调幅广播发射机改造成为数字调幅广播发射机。而对接收来说，则可接收到一个模拟广播节目和两个数字广播节目。经过改造的T<SUP>2</SUP>M发射机方框图示于图7。<BR><BR><IMG 
      alt="52f.jpg (21844 字节)" height=370 src="中短波数字调幅广播.files/52f.jpg" 
      width=300><BR><IMG alt="52g.jpg (19304 字节)" height=278 
      src="中短波数字调幅广播.files/52g.jpg" 
      width=450><BR><BR>一路模拟信号经低频滤波器进入音频汇接网络，与调制器、数字信号处理器分离出来的幅度信号汇接，构成包给信号A(t)。从调制器、数字信号处理器分离出来的相位信号，经相位调制器，输出高频相位信号φ(t)。图7中虚线右侧部分与图4中一样，其工作原理相同。<BR><STRONG><BR>2.2 
      采用T<SUP>2</SUP>M方法对广播发射机进行改造<BR></STRONG><BR>T<SUP>2</SUP>M方法只能应用在PDM/PSM/DM发射机上，而不能应用在传统的乙类板调发射机上，因为传统的乙类板调发射机<BR>的调幅器是由几级甲类、乙类推挽放大器组成的，由于采用电容或变压器做级间耦合元件，造成A(t)中的直流成分和脉动成分的丢失。此外，采用诸多非线性元件(如电子管等)和线性很差的乙类推挽线路等因素，决定了不能在旧式板调发射机上应用T2M方法进行技术改造。<BR><BR>2.2.1 
      PDM发射机<BR><BR>PDM技术的应用使大功率广播发射机的调制系统工作在高效率的开关状态。将PDM发射机改造成为数字调幅广播发射机的方框图示于图8。脉冲信号发生器输出一个等幅脉冲串，其开关频率为50 
      ~ 80kHz(见图9中a点波形)。<BR><IMG alt="52h.jpg (20132 字节)" height=383 
      src="中短波数字调幅广播.files/52h.jpg" width=450><BR><BR>在图9中ip -- 脉冲电流;<BR>t -- 
      脉冲宽度;<BR>T -- 脉冲周期。<BR>令k=t/T称k为电流占空间系数，一般取k值为0.5。<BR><IMG 
      alt="52i.jpg (17704 字节)" height=298 src="中短波数字调幅广播.files/52i.jpg" 
      width=250><BR><BR>经RC积分电路变成三角波(见图9中b点波形)。如果有音频调制信号输入(见图9中C点波形)，通过比较器得到一个脉冲宽度随着音频调制信号幅度变化而变化的等幅矩形脉冲波形(见图9中d点波形)。脉放的任务是把调宽脉冲以及包含在其中的音频分量放大到规定的电平。经脉宽调制级的输出解调器(低通滤波器)解调，还原为音频信号加至被调级电子管Ga的板极。<BR><BR>图8中，Ga为被调级电子管，Gm为调制级电子管，GD为阻尼二极管，当Gm截止时，电感中存储的能量经过GD供给射频功率放大器。L1、C1为第一解调器(L1实际是一个两侧等匝共磁路超音频变压器),Cb为均压电容器，C1、L2，C3、C2为第二“ 
      ”型解调器。<BR><BR>2.2.2 
      PSM发射机<BR><BR>采用PSM技术使发射机的主整电压直接受控于音频调制信号，简化了发射机电路结构，提高了整机效率。将PSM发射机改造成为数字调幅广播发射机的方框图示于图10。<BR><BR><IMG 
      alt="52j.jpg (15476 字节)" height=265 src="中短波数字调幅广播.files/52j.jpg" 
      width=450><BR>PSM控制系统将包络信号A(t)转换成数字信号，应用数字处理技术将其输出迭加成能够反映音频调制信号变化规律的阶梯波形，输入到快速变换器。它主要由48级(或32级)比较器及其输出的非门所组成，产生能控制PSM调制级中的48个(或32个)电子开关的开启和关断的循环脉冲信号。PSM调制级线路示于图11。<BR><BR><IMG 
      alt="52k.jpg (17308 字节)" height=314 src="中短波数字调幅广播.files/52k.jpg" 
      width=450><BR><BR>图11中，B -- 电源变压器，D1-32、L1-32、C1-32 -- 整流及滤波，K1-32 -- 
      整流器输出控制电子开关(GTo -- 可关断可控硅微电子开关),D33-64 -- 整流器串联输出端阻尼二极管，L33-34、C33-34 -- 
      两节低通滤波器(解调器)。根据PSM控制系统输出的循环脉冲信号不同，32个独立电源就有相应数目的电源接通或断开，产生一个阶梯形的输出电压，经低通滤波器(解调)得到音频调制信号，送往高末级电子管Ga的板极(见图10)。<BR><BR>在载波状态下(m=O)，有半数的开关接通，调制级送出14kV直流电压给高末级。在正峰调幅(m+=1)时，所有开关都接通，输出电压为28kV。在负峰调幅(m-=1)时，所有开关断开，输出电压为0。当m在0和1之间变化时，调制级输出电压在0 
      ~ 
      28kV范围内变化。可见调制级既提供载频功率，又提供调制功率，将加高压与调制的功能合二为一。<BR><BR>电子开关的通断应接程序进行，如果必须接通一级应选择断开时间最长的一级。如果必须断开一级应选择接通时间最长的一级。如果脉冲阶梯波形和音频调制信号误差较大，可用这个误差信号控制电子开关提前开通或滞后关断，形成一个台阶高度和宽度均有变化的脉冲阶梯波形，相当于用PDM细调补偿了PSM粗调所产生的误差，使PSM调制级输出的PSM信号更逼真地接近音频输入信号的变化规律。<BR><BR>2.3 
      3天波2000试验系统<BR><BR>法国Thomcast开发的天波2000系统是并行多载波系统，信源编码采用MPEG 2 Layer 
      3标准。可提供6 ~ 48kb/s的数据率。目前正在研制采用MPEG 
      4标准。信道编码采用COFDM。天波2000系统的发射信号包括:<BR>(1)总带宽为3kHz的核心载波组，用于频率同步，接收机遥控，以及用标准方式传输64QAM(正交调幅)基本比特流。其数据率为8kb/s。<BR>(2)每组带宽为1.5kHz的若干个附加载波组，传送额定的数据率为4kb/s音频比特流和数据率为200b/s的数据。按着附加载频组和数据的多少，发射信号的总带宽及对应于64QAM的比特率列于表1。<BR><IMG 
      alt="52m.jpg (9452 字节)" height=121 src="中短波数字调幅广播.files/52m.jpg" 
      width=250><BR><BR><IMG alt="52l.jpg (11184 字节)" height=182 
      src="中短波数字调幅广播.files/52l.jpg" 
      width=400><BR><BR>天波2000系统的数据结构示于图12。<BR><BR>符号持续期Ts=18ms，保护间隔Tg=3ms，有效期Tu=15ms。在多载波系统中，为最佳利用频谱，各载频间的频谱方向应保持正交关系，载波间隔与符号有效期应互为倒数关系。载波间隔为1/15ms=66.6Hz。每16个符号按0、1、2…15编号组成一帧，其帧长为18msX16=288ms。<BR><BR>核心载波组有47个载波，其中第10、20、40号载波不经调制直接发射，用于接收机快速搜索和多普勒跟踪的频率基准。在0符号期间，所有载波都不经调制，以保证峰值系数很低的相对相位，便于时间同步。每帧里所传送的是音频和数据业务的符号。<BR><BR>天波2000试验演示系统的传输方式如图13所示。<BR><BR><IMG 
      alt="52n.jpg (14536 字节)" height=334 src="中短波数字调幅广播.files/52n.jpg" 
      width=450><BR>图13(a)为标准AM双边带(DSB);(b)为单边带(SSB)，上边带(USB)或下边带(LSB);(c)为模拟兼容AM信道+数字信道;(d)为全带宽数字信道。<BR><BR>在由模拟向全数字过渡期间，模拟AM信道与数字信道同时播出。为了现有AM接收机兼容，模拟信号以兼容单边带播出，该信号保留-6dB载波和可能的残留边带，改进有衰落时的质量，提高对邻频道的抗干扰能力。数字信道的存在，对模拟信道来说，相当于高音频成分形成的频谱，在接收机里会收到很强的衰减，听起来只是很弱的潺潺、沙沙的杂音。<BR><BR>天波2000演示系统方框图示于图14。<BR><IMG 
      alt="52o.jpg (22184 字节)" height=393 src="中短波数字调幅广播.files/52o.jpg" 
      width=400><BR><BR>模拟音频信号源进入标准DSP/PC板，进行编/解码和调制/解调实时数字处理，在混合器内与模拟音频信号汇接输出至HF仿真器。HF信道仿真器由2个模拟输入和输出的DSP/PC板组成，它可激励发射机，RF输出。<BR><BR>选用标准用户接收机可以收到同播的模拟音频信号，选用SSB方式改进型用户SW接收机+数字附加器(FC)，可以接收同播的数字音频节目，也可以接收全带宽数字音频节目。<BR><FONT 
      color=#008080><STRONG><BR>原载《广播与电视技术》，&nbsp;&nbsp; 
      本网站经作者本人同意转载</STRONG></FONT><BR><BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;<BR>
      <DIV align=center>
      <CENTER>
      <TABLE border=0 cellPadding=0 cellSpacing=0 width=600>
        <TBODY>
        <TR>
          <TD>&nbsp;相关文献： ●<A 
            href="http://www.radiotv.com.cn/wenku/tech88DAM.htm">DRM组织及其主要成员的数字AM技术</A></TD>
          <TD><FONT color=#008080>返回&nbsp; <A 
            href="http://www.radiotv.com.cn/index.html"><IMG align=middle 
            border=0 height=34 src="中短波数字调幅广播.files/logo.gif" width=120></A> 
            首页</FONT></TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER></DIV></TD></TR></TBODY></TABLE></DIV>
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  <CAPTION>　</CAPTION>
  <TBODY>
  <TR>
    <TD width="100%">
      <P align=center><STRONG><FONT color=#008080>&copy; All rights 
      reserved.&nbsp;唐山-视听技术之窗&nbsp;</FONT></STRONG><FONT color=#808080> 
      </FONT><FONT color=#008080>版权所有<STRONG> </STRONG></FONT><STRONG>&nbsp; <A 
      href="mailto:[e-mail]"><IMG align=center alt=E-Mail border=0 
      height=16 src="中短波数字调幅广播.files/mail1.gif" width=30></A><BR></STRONG><FONT 
      color=#808080>建议在800x600或1024x768分辨率下浏览 / 最近更新: <!--webbot bot="TimeStamp" s-type="EDITED"                                                         
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      / 唐山广播发射台</FONT><FONT color=#ffffff>·</FONT><FONT color=#808080 
      size=2>&copy;</FONT><FONT color=#000000> </FONT><FONT 
      color=#808080>1998-2002</FONT></P></TD></TR></TBODY></TABLE></BODY></HTML>