（機(jī)械電子工程專業(yè)論文）數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器——基帶信號(hào)的處理.pdf

四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器基帶信號(hào)的處理 機(jī)械電子工程 研究生馬清清指導(dǎo)教師韓震宇 隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍進(jìn)步，全世界已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí) 代，廣播電視事業(yè)也隨之得到了迅猛發(fā)展。人們對(duì)廣播質(zhì)量的要求也越來(lái)越高， 傳統(tǒng)的模擬激勵(lì)器已經(jīng)難以達(dá)到這種要求。而數(shù)字激勵(lì)器在數(shù)字基帶信號(hào)處理 和調(diào)制方面有其不可比擬的優(yōu)越性，而且可以實(shí)現(xiàn)與數(shù)字音源的直接接口，使 得它不僅大幅度提高廣播質(zhì)量，而且能適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)的普及。除此之外， 也攻克了調(diào)頻同步廣播的技術(shù)難題。所以研究和設(shè)計(jì)數(shù)字激勵(lì)器，推進(jìn)數(shù)字激 勵(lì)器的國(guó)產(chǎn)化，對(duì)我國(guó)廣播事業(yè)的發(fā)展有重要意義。 論文在分析數(shù)字激勵(lì)器原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上詳細(xì)論述數(shù)字立體聲調(diào)頻激勵(lì) 器的基帶信號(hào)處理部分的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題主要集中在四個(gè)方 面：， 1 實(shí)現(xiàn)與數(shù)字音頻的直接接口，避免了中間的丸d 、d a 轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的失真、 噪聲和增加系統(tǒng)成本的問(wèn)題。 2 基于d s p 實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的完全數(shù)字化處理，包括預(yù)加重、濾波、幅度 調(diào)整等，防止了模擬基帶信號(hào)處理時(shí)的幅度和相位限制導(dǎo)致的信號(hào)質(zhì)量下降。 3 基于d s p 冊(cè)g a 平臺(tái)，完成導(dǎo)頻制立體聲復(fù)合信號(hào)的合成，精確保證 了基帶信號(hào)的質(zhì)量和導(dǎo)頻信號(hào)、副載波信號(hào)的精度和相位要求。 4 基于直接數(shù)字合成技術(shù)( d d s ) 完成數(shù)字頻率調(diào)制，使調(diào)制度和線性度 完全獨(dú)立于載波頻率，實(shí)現(xiàn)了完全數(shù)字化控制載波中心頻率和頻率偏移。 文章首先論證了數(shù)字激勵(lì)器發(fā)展現(xiàn)狀和背景，在對(duì)多抽樣率技術(shù)、d d s 、 d d f m 與鎖相環(huán)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究分析后，提出了立體聲調(diào)頻廣播激勵(lì)器基 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 帶信號(hào)處理部分的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)論證了選擇用d s p 與f p g a 相結(jié)合的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)的原因，并分模塊介紹了系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法，給出了相關(guān)的設(shè)計(jì)結(jié)果。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了模擬或者數(shù)字音源系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)、音頻數(shù)據(jù)的處理、立體聲復(fù)合 基帶信號(hào)的合成以及調(diào)頻等任務(wù)。論述了基帶信號(hào)處理各部分參數(shù)的確定和依 據(jù)，給出了基于d d s 的立體聲復(fù)合基帶信號(hào)合成的算法以及參數(shù)確定，介紹了 用正交調(diào)制上變頻器實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻調(diào)制。 系統(tǒng)主要使用了d s p 、f p g a 、d u c 、a d c 、以及d a c 等芯片，針對(duì)多處 理芯片的系統(tǒng)，介紹了基于f p g a 的系統(tǒng)時(shí)序控制設(shè)計(jì)方案，給出了多種設(shè)備 接口之間相互通信的具體實(shí)現(xiàn)方案。最后給出了設(shè)計(jì)的最終結(jié)果以及系統(tǒng)的工 作情況，證明了系統(tǒng)方案的正確性和可實(shí)現(xiàn)性。文章最后列出系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中 遇到的問(wèn)題和對(duì)整個(gè)數(shù)字激勵(lì)器的總體設(shè)計(jì)的構(gòu)思。 全文理論結(jié)合實(shí)際，分模塊闡述了立體聲基帶信號(hào)的處理過(guò)程，并給出了 具體的軟硬件調(diào)試過(guò)程和仿真結(jié)果，對(duì)數(shù)字激勵(lì)器的進(jìn)一步研究和改進(jìn)奠定了 基礎(chǔ)。 關(guān)鍵字：數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器d s pf p g ad d s 2 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 d i g i t a lf m e x c i t e r - 一b a s e b a n ds i g n a lp r o c e s s i n g s p e c i a l 鑼：m e c h a n o i l i c s p o s t g r a d u a t e ：q i n g q i n gm as u p e r 、，i s o r ：z h e n y uh a n w i t ht h em p i da d v a n c e m e n to ft e c h n o l o 鼢t h ew o r l d h 勰e n t e r e dt h ed i g i t a l ， 衄e b n n a t i o na n dn 咖o r ka g e ，t h eb r o a d c a s ta n dt 、廠t e c h n i q u eh a sa l s ob e e n 筍e a t l y d l w e l o p e d s ot h eq u a l i t yr e q ：i l i r e m e n t so fb r o a d c a s ta r ei n c r e a s i n gt o o ，t r a d i t i o n a l a n a l o ge x c i t e rc a nh a r d l ym e e t st h er e q v i r e m e n t s ，b u td i 西t a le x c i t e rh a sa l o to f a d v a n t a g e si nb 弱e _ b a n dd i g i t a ls i 弘a lp r o c e s s i n ga n d 行e q u e n c ym o d u l a t i o n i tc a n m c r e a s et h eq u a l i t yo ft h eb r o a d c a s ta n df i tt h ep o p u l 撕z a t i o no fd i 舀t a l 白e c h n o l o g y b e c a u s eo fi t sd k e c ti n t e r f a c et od i 百t a ls o u r c e ，a i l di tc a nr e s o l v em et e c h n i q u e d i 伍c u h yo ff ms y n c h r o n i z a t i o nb r o a d c 嬲tt o o s oi ti sv e 哆s i g n i j e i c a t i v et or e s e a r c h 砒l dd e s i g nd i g i t a le x c i t e ra 1 1 dp r o d u c eh o m e m a d ee x c i t e f s t h et h e s i se x p a t i a t e st 1 1 ed e s i 弘o fb 嬲e b a n ds i 弘a 1p r o c e s s i n gp a r to fd i 西t a l s t e r e 0f me x c i t e rd e t a i l e d l yb a s e do nt 1 1 ea n a l y s i so fe l e m e m a 巧m e o r ya n ds t n l c t i l r e o fd i 酉t a le x c i t 甌t h ek e yt e c h n i q u eo fs y s t e md e s i 弘m a i n l yc o n c e n 虹a t e so nf o u r p o i n t s ： 1 d i r e c ti n t 柏c et od i 豇a ls o u r c e se l i m i n a t e si n t e m e d i a t ea 仍a n dd 值 c o n v e r s i o n s 、砌c ha d dd i s t o r t i o n ，n o i s e ，a n ds y s t e mc o s t 2 d 遠(yuǎn)i t a ls i 鵲a lp r o c e s s o f ( d s p ) p r o 、，i d e sa b s o l u t ed i g i t a lp f o c e s s i n gi n c l u d i n g p r e 唧h a s i s ，f i l t 耐n ga n d 鋤p l i t u d e 確u s t i n g0 fb 2 l s e b a n ds i g n a l ，w i t hn o n eo ft h e s i 驢a ld e g r a d a t i o nr e s u l t i n g 丘o mt h ea r 叩l i t u d ea 1 1 dp h a s el i m i t a t i o n s0 fa n a l o g b a s d b a n d 3 d s p + f p g an a ts y m h e s i st h ep i l o t t o n ef ms t 唧s i 弘a le n s u r e st h eq u a l 塒 3 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 o f b a s e b a n ds i 弘a 1 ，t h ep r e c i s i o na n dp h a s ed e m a n do fp i l o ts i g n a la j l dc a n i e rs i 驢a 1 4 d d f mb a s e do nd d sm a k e sm o d u l a t i o nl e v e la n dl i n e 撕t yi n d 印e n d e mo f c a r r i e rf r e q u e n c y ，a c t u a l i z e sd b s o l u t ed i 百t a lc o n t r o lo fc a r r i e rc e n t e r 行e q u e n c ya l l d f r e q u e n c yd e v i a t i o n t h em e s i si n t r o d u c e st 1 1 ed e v e l o p m e l l ta c t u a l i t ya n db a c k g r o u n do fd i 西t a l e x c i t e rf i r s t a r e rt h e a n a l y s i s a n dd e s e a r c ho ft h e k e yt e c m q u ei n c l u d i n g 咖1 t i s 鋤p l er a t e ，d d s ，d d f m ，p l l ，i tb m g sf o 聊捌t h es y s t e n ld e s i g l ls c h e m eo f b a s e b a i l ds i 弘a lp r o c e s s i n gp a r to ft h ed i g i t a ls t e r e of me x c i t e r ，d e m o n s t r a t e s 也e r e a s o n0 fu s i n gt h ed s p + f p g a s y s t e m ，a 1 1 di n t r o d u c e s 仕i ei d i o g r a p h i ct e c b - 1 1 i q u eo f t 1 1 es y s t 鋤a n ds h o w st h ec o r r e l a t i v ed e s i g qr e s u l t t h es y s t e ma c t u a l i z e st h e i n t e r | 沁ed e s i 薩o fa n a l o go rd i g i t a la u d i os o u r c es y s t e m ，a u d i od a t ap r o c 髑s i n g ，t h e c o m p o s i n go fb 嬲e b a n ds t e r e os i 薩a la n d 骶q u e n c ym o d u l a t i o n i te x p a t i a t e st h e p 猢e t e rs e l e c t i o na n dr e a s o no fb a s e b a i l ds i 弘a lp r o c e s s i n gp a r t ， s h o w st h e a r i t h m e t i ca n dp a r a m e t e rc o n f i 珈蚴舡o no fb a s e b 齜l ds t e r e os i 弘a lc o i n p o s i n gb a s e d o nd d s ，a n di n t r o d u c e sm ed i g i t a l 舶q u e n c ym o d u l a t i o nu s i n go r t h o g o n a l m o d u l a t i o nd u c n ec h i p su s e di nt h es y s t e mi n c l u d ed s p ，f p g a ，d u c ，a d ca n dd a c e t c ， t h et 1 1 e s i s 鋤加d u c e st h et i m ec o 肋0 ld e s i 弘o ft h ew h o l es y s t e m ，t h ei d i o 鯽l p h i c c o m m u n i c a t i o nd e s i g no fm u l t i i n t e r f i ei na l l u s i o nt ot h e 瑚m l t i c b i p ss y ，s t e m t h e t 1 1 e s i sa l s os h o w st h ep r o b l e m si nt ：h ew h o l ed e s i g np r o c e s s 孤l dm eg o i n go ft h e s y s t e m ，i tp r o v e st 1 1 ec o r r e c t n e s sa n dr e a l i z a t i o no ft h es y s t e ms c h e m e f i n a l l yt h e t 1 1 e s i sl i s t st h ep r o b l e m si nt 1 1 ed e s i g np r o c e s sa n dd i s c u s s 懿t ：h ed e s i g no ft 1 1 ew h o l e d i 西t a le x c i t 甌 t h et h e s i sc o m b i n e s 也e o 巧t op m c t i c e ，e x p a t i a t e st h ep r o c e s s i n go fb 弱e b 缸l d s t e r e os i g n a lp a r t l y ，s h o w st h ed e b u ga n ds i m u l a t i o nr e s u l to fh 衲a r ea n ds o f t w a r e ， a n dh 嬲c e n a j nr e f 釃m c et ot h ef i l 吡e rr e s e a r c ha n di m p r 0 v 鋤e n to fd i 百t a le x c i t 既 k e yw b r d s ：d i 舀t a lf m e x c i t e rd s pf p g ad d s 4 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得四川大學(xué)或其他教育機(jī) 構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢 獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。 本學(xué)位論文成果是本人在四川大學(xué)讀書期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下取得的，論文成 果歸四川大學(xué)所有，特此聲明。 1 0 0 研究生簽名：弓磕清 導(dǎo)師簽名：種袈窨 日 期：耙降r 月 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 1前言 1 1 課題的背景和意義 廣播是最早出現(xiàn)的電子大眾傳媒，在各國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化生活中 的作用十分巨大。而調(diào)頻廣播因其優(yōu)秀的音質(zhì)和抗干擾性能而成為城市廣播覆 蓋的主要手段。雖然在電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的今天，調(diào)頻廣播這一大眾 傳媒正經(jīng)歷著來(lái)自電視及互聯(lián)網(wǎng)等諸多領(lǐng)域的沖擊，但在一些移動(dòng)工具( 例如汽 車內(nèi)) 及開闊環(huán)境，調(diào)頻廣播仍具有不可替代的地位；同時(shí)，可傳送立體聲也賦 予它特別的魅力，使其成為家庭休閑及餐飲娛樂(lè)場(chǎng)所“背景音樂(lè)”的重要提供 者；且就目前世界的經(jīng)濟(jì)水平而言，調(diào)頻廣播在發(fā)展中國(guó)家的推廣和普及仍有 很大的前景【l j 。 在聲音廣播領(lǐng)域，如果將模擬調(diào)幅、模擬調(diào)頻看成是第一代和第二代的廣 播技術(shù)，則數(shù)字音頻廣播( d a b ) 可看成是第三代廣播技術(shù)。數(shù)字音頻廣播具 有模擬聲音廣播不可比擬的優(yōu)勢(shì)，且必然會(huì)最終取代模擬聲音廣播。就調(diào)頻發(fā) 射機(jī)系統(tǒng)的核心激勵(lì)器的普遍原理而言，數(shù)字激勵(lì)器和模擬激勵(lì)器是基本 相同的，各功能模塊和指標(biāo)都是共通的，但是數(shù)字激勵(lì)器更多地融入了數(shù)字技 術(shù)，解決了以下幾個(gè)難點(diǎn)：1 直接與數(shù)字音源接口，解決了數(shù)字音源的普及對(duì) 模擬激勵(lì)器的沖擊；2 。使激勵(lì)器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)更好、更容易地得到滿足；3 使 無(wú)線電廣播頻帶資源得到進(jìn)一步充分的利用和整合，對(duì)附加信道( s c a ) 的使 用更加靈活。 目前，廣播電視正處于由模擬向數(shù)字化過(guò)渡的熱潮中。由于數(shù)字技術(shù)的發(fā) 展與應(yīng)用，使得原有的調(diào)頻廣播以全新的面貌和優(yōu)異的特性出現(xiàn)。近兩、三年 來(lái)，數(shù)字音頻工作站、數(shù)字傳輸、數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器等新設(shè)備不斷面市，標(biāo)準(zhǔn)的 制定與不斷完善加速了數(shù)字化進(jìn)程?，F(xiàn)在，完全可以組成一套全數(shù)字化的系統(tǒng)， 進(jìn)行開路調(diào)頻廣播，其技術(shù)指標(biāo)完全可以做到與c d ( 激光唱盤) 和d a t ( 數(shù) 字音頻磁帶) 相同，從而提高現(xiàn)有的廣播質(zhì)量。在數(shù)字音頻廣播( d a b ) 未進(jìn)入 實(shí)用階段之前，數(shù)字化的調(diào)頻廣播是實(shí)現(xiàn)d a b 的先導(dǎo)準(zhǔn)備和過(guò)渡。 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 在我國(guó)，最近幾年汽車工業(yè)有飛速的發(fā)展，人們?cè)谄嚿系纳顣r(shí)間也越 來(lái)越長(zhǎng)，生活空間也越來(lái)越廣，而廣播成為漫長(zhǎng)旅程中最好的消遣方式。要想 在廣闊范圍內(nèi)( 如高速公路上) 輕松、方便的接收廣播節(jié)目，則對(duì)廣播的覆蓋 范圍提出了新的要求。調(diào)頻同步廣播是解決這一問(wèn)題的最好途徑，而數(shù)字激勵(lì) 器則是普及調(diào)頻同步廣播的關(guān)鍵技術(shù)。 數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器是主要采用數(shù)字信號(hào)處理( d s p ) 和直接數(shù)字頻率合成( d d s ) 等技術(shù)對(duì)數(shù)字音頻進(jìn)行處理的激勵(lì)器，其失真小、信噪比高，適合于構(gòu)成單頻 同步廣播系統(tǒng)。而且基帶信號(hào)的數(shù)字化處理技術(shù)能很好的控制信號(hào)的帶寬，減 少頻帶間的串?dāng)_，對(duì)促進(jìn)空余頻帶的利用也有舉足輕重的作用。所以研究和發(fā) 展數(shù)字激勵(lì)器有很重要的現(xiàn)實(shí)意義【1 7 1 。 1 2 課題的來(lái)源及主要任務(wù) 1 2 1 課題的來(lái)源 課題一開始是來(lái)源于對(duì)調(diào)頻同步廣播的思考。調(diào)頻同步廣播是采用多部發(fā) 射機(jī)、具有相銜接的覆蓋區(qū)域、使用相同的載波頻率和廣播節(jié)目以實(shí)現(xiàn)特定區(qū) 域的覆蓋的技術(shù)手段【2 】。從廣播業(yè)界的角度來(lái)看，用于實(shí)現(xiàn)調(diào)頻廣播的高塔大 功率覆蓋模式的主要優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)方便、省事省力、見效快，但其固有缺點(diǎn)和帶 來(lái)的負(fù)面影響也是不容忽視的，主要有以下幾點(diǎn)【3 】： ( 1 ) 因調(diào)頻廣播工作于米波段，極易因高大建筑物和其他物體反射形成多 徑干擾； ( 2 ) 因高山和低谷等地形因素會(huì)產(chǎn)生收不到信號(hào)的陰影區(qū)； ( 3 ) 大區(qū)制覆蓋因頻率不能復(fù)用造成規(guī)劃困難； ( 4 ) 不能解決長(zhǎng)距離交通線的連續(xù)覆蓋問(wèn)題。 從社會(huì)發(fā)展的角度來(lái)看，它還有以下的幾條缺點(diǎn)： ( 1 ) 浪費(fèi)能源：覆蓋區(qū)場(chǎng)強(qiáng)不均勻度可達(dá)6 0 d b ，大量超出需要的無(wú)效輻射， 形成能源的巨大浪費(fèi)； 2 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 2 ) 污染環(huán)境：大功率f m 發(fā)射臺(tái)在天線附近周邊地區(qū)輻射場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)環(huán)境 電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)已是不爭(zhēng)的事實(shí)； ( 3 ) 對(duì)航空無(wú)線電業(yè)務(wù)造成干擾：大功率蹦廣播電臺(tái)和尋呼發(fā)射臺(tái)的互 調(diào)產(chǎn)物是造成航空無(wú)線電業(yè)務(wù)遭受嚴(yán)重干擾的主要原因。 對(duì)于這些問(wèn)題，調(diào)頻同步廣播無(wú)疑是最好的解決方法。從目前國(guó)內(nèi)外的經(jīng) 驗(yàn)看，與傳統(tǒng)的調(diào)頻廣播相比，調(diào)頻同步廣播有可能大大節(jié)省調(diào)頻廣播的頻率 資源。用傳統(tǒng)的頻率規(guī)劃方法分配調(diào)頻廣播的頻率時(shí)，不但要考慮鄰頻道干擾、 鏡像頻率干擾的制約，更主要的是同一個(gè)頻率在近距離，甚至中距離不能重復(fù) 使用，造成實(shí)際上能夠安排的頻道并不多。調(diào)頻同步廣播的一個(gè)重要特點(diǎn)是同 一個(gè)頻率可以重復(fù)地在不同地區(qū)用于同一套節(jié)目，而且這種重復(fù)在空間上是連 續(xù)的，聽眾可在大范圍內(nèi)以同一頻率接收某一個(gè)節(jié)目。這不僅在節(jié)約頻譜資源 方面的效益相當(dāng)大，而且在吸引聽眾方面也會(huì)帶來(lái)許多好處，聽眾不必在不同 的地區(qū)為了接收同一套節(jié)目而更換接收頻率。然而實(shí)現(xiàn)同步廣播有其自身的技 術(shù)難點(diǎn)【4 ，5 】： 1 、保證多部發(fā)射機(jī)之間的同頻。模擬激勵(lì)器也可以通過(guò)g p s 產(chǎn)生的標(biāo)頻 進(jìn)行同步，但數(shù)字激勵(lì)器利用d d s 技術(shù)，無(wú)論是頻率精度還是穩(wěn)定度都可以得 到很好地保證。 2 、保證在發(fā)射天線饋源端系統(tǒng)同相。要利用模擬電路實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的延遲會(huì)很 困難，而且信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的激勵(lì)器所產(chǎn)生的延遲是隨機(jī)的，也會(huì)隨環(huán)境的變化 而變化；數(shù)字激勵(lì)器用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理，處理過(guò)程穩(wěn)定、可靠，延遲時(shí)間 能通過(guò)軟件精確地調(diào)整，信號(hào)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的延遲時(shí)間是確定的，不會(huì)隨環(huán)境變化 而變化，所以很容易實(shí)現(xiàn)相位的同步。 3 、保證節(jié)目的同步。一般情況下，音頻節(jié)目在各同步發(fā)射機(jī)間的傳送是通 過(guò)衛(wèi)星或者光纖等。眾所周知，如果信號(hào)用模擬方式傳輸，經(jīng)多次轉(zhuǎn)傳后( 例 如，經(jīng)光纖，再經(jīng)微波或經(jīng)有線電視同軸電纜網(wǎng)絡(luò)) ，信號(hào)質(zhì)量難免受到損傷， 尤其明顯的是信噪比下降。而全數(shù)字化的傳輸系統(tǒng)則沒有這樣的問(wèn)題。而且可 以在數(shù)據(jù)傳送時(shí)插入時(shí)間同步標(biāo)志，標(biāo)定準(zhǔn)確的相位，使音頻信號(hào)送入激勵(lì)器 前能獲得準(zhǔn)確的信號(hào)相位，更進(jìn)一步地保證“同相。直接采用數(shù)字激勵(lì)器能最 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 方便地與這種數(shù)字傳輸系統(tǒng)終端接口。 4 、保證發(fā)射機(jī)對(duì)節(jié)目信號(hào)有相同的調(diào)制度。數(shù)字激勵(lì)器中用軟件實(shí)現(xiàn)增益 控制，對(duì)音頻信號(hào)的幅度能得到準(zhǔn)確地控制，更容易實(shí)現(xiàn)預(yù)定的調(diào)制度。 所以，從以上四點(diǎn)技術(shù)要求來(lái)看，使用數(shù)字激勵(lì)器可以既方便又精確地實(shí) 現(xiàn)調(diào)頻同步廣播，而模擬激勵(lì)器在這方面的表現(xiàn)卻難以讓人滿意，其調(diào)試的復(fù) 雜程度也阻礙了調(diào)頻同步廣播的推廣。目前，調(diào)頻同步廣播在國(guó)內(nèi)外均受到越 來(lái)越多的重視【6 】，更精確、更方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)頻同步廣播的要求促成了對(duì)數(shù)字調(diào) 頻激勵(lì)器的需求。 陜西數(shù)字廣播電視設(shè)備廠是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)大功率調(diào)幅、調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的主要 生產(chǎn)廠家之一，其產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率達(dá)3 0 ，還出口一些發(fā)展中國(guó)家。 目前，廠家希望解決同步廣播所面臨的一系列技術(shù)難題，而數(shù)字激勵(lì)器的國(guó)產(chǎn) 化是發(fā)展和普及同步廣播關(guān)鍵，也是我校與陜西數(shù)字廣播電視設(shè)備廠的一個(gè)合 作研發(fā)項(xiàng)目。 1 2 2 課題的主要任務(wù) 課題的目的是設(shè)計(jì)出滿足功能要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器，為了說(shuō) 明具體的工作任務(wù)，先簡(jiǎn)要介紹數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器的結(jié)構(gòu)及工作原理。 數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器與模擬調(diào)頻激勵(lì)器的基本功能結(jié)構(gòu)類似，只是更多地融入 了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。調(diào)頻激勵(lì)器作為調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的核心，對(duì)輸入的音頻 信號(hào)及附加信道信號(hào)進(jìn)行處理并合成基帶信號(hào)，再把基帶信號(hào)調(diào)制到抒波段 的載波上，然后經(jīng)激勵(lì)器功放放大輸出。在輸出功率要求較小的情況下，調(diào)頻 激勵(lì)器也可直接作為發(fā)射機(jī)。一方面，調(diào)頻激勵(lì)器是調(diào)頻發(fā)射機(jī)的信息處理核 心，它直接決定發(fā)射機(jī)性能的優(yōu)劣；另一方面，它又承擔(dān)發(fā)射機(jī)部分故障處理 及報(bào)警的責(zé)任，即調(diào)頻激勵(lì)器應(yīng)對(duì)自身及發(fā)射機(jī)整機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在發(fā)射機(jī)運(yùn)行 出現(xiàn)故障時(shí)需進(jìn)行自身調(diào)整，來(lái)保證發(fā)射機(jī)運(yùn)行的正常和安全。所以通常激勵(lì) 器按照模塊化思想，分為音頻處理模塊、調(diào)頻調(diào)制器、激勵(lì)器功放、監(jiān)控模塊、 電源模塊等部分。其典型結(jié)構(gòu)如圖1 1 【1 1 。 4 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 1 激勵(lì)器典型結(jié)構(gòu) 1 音頻處理模塊 音頻處理模塊由音頻預(yù)處理、預(yù)加重、1 5 姐z 低通濾波、限幅器、立體聲 編碼器等組成。在常見的具備國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)的調(diào)頻激勵(lì)器中，音頻處理模塊均 提供m o n o s t e i 也o m p x 信號(hào)及附加信道信號(hào)( s c a ) 的輸入接口。某些國(guó)外 激勵(lì)器廠商還提供可選的數(shù)字音頻接口，以支持a e s e b u 、s p d 數(shù)字式輸 入。為了與傳統(tǒng)的廣播技術(shù)兼容，數(shù)字激勵(lì)器一般都具有模擬音頻和數(shù)字音頻 兩種接口。 音頻預(yù)處理：對(duì)輸入的音頻信號(hào)( l 、r ) 進(jìn)行幅度調(diào)整，包括輸入阻抗選擇( 平 衡或不平衡方式) ，以及可控音頻衰減器的衰減量設(shè)置。可控音頻衰減器使得一 定電平范圍內(nèi)的音頻信號(hào)均可設(shè)置為標(biāo)稱值( 參考電平) 。標(biāo)稱電平輸入時(shí)，輸 出基帶信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制頻偏為7 5 此。 預(yù)加重：通過(guò)模擬開關(guān)控制預(yù)加重常數(shù)的選擇，常見調(diào)頻激勵(lì)器均提供0 、 5 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 5 臚、5 0 腳、7 5 j 等預(yù)加重常數(shù)。 1 5 k h z 低通：濾除音頻以外的信號(hào)，保證音頻信號(hào)( 3 0 h z 1 5 k h z ) 通過(guò)，同 時(shí)對(duì)導(dǎo)頻及以上頻點(diǎn)( 1 9 l 沮z ) 具有良好的抑制。目前具備領(lǐng)先技術(shù)的模擬激勵(lì) 器可做到3 0 1 5 k h z 的頻率響應(yīng) 5 0 d b 。 用數(shù)字激勵(lì)器，通過(guò)數(shù)字濾波，這些參數(shù)能更好地得到保證。 立體聲編碼器：通常采用軟開關(guān)方式對(duì)l 、r 信號(hào)進(jìn)行處理，并與l9 k h z 導(dǎo)頻混合。編碼后的信號(hào)包括左右路和信號(hào)m 、抑制副載波( 3 8 k h z ) 調(diào)幅后的左 右路差信號(hào)s 、以及導(dǎo)頻音。與矩陣式和硬開關(guān)等編碼方式相比，軟開關(guān)編碼 具有立體聲分離度高、失真小的優(yōu)點(diǎn)。目前，某些模擬調(diào)頻激勵(lì)器的立體聲分 離度已可達(dá)到6 5 d b ，失真度 0 1 。在數(shù)字激勵(lì)器中，用軟件方式實(shí)現(xiàn)立體聲 編碼，不僅可以很好地保證分離度和失真度，而且能獲得高精度、高穩(wěn)定度的 導(dǎo)頻信號(hào)。 限幅器：當(dāng)音頻輸入信號(hào)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)稱電平時(shí)，限幅器對(duì)輸出復(fù)合基帶信號(hào) 的幅度進(jìn)行控制，可使總調(diào)制頻偏不至過(guò)大。 2 調(diào)頻調(diào)制器 調(diào)頻調(diào)制器采用鎖相環(huán)技術(shù)產(chǎn)生頻率精確的載波( 8 7 5 1 0 8 m h z ) ，并將合 成的基帶信號(hào)調(diào)制到該載波上。集成鎖相環(huán)頻率合成調(diào)制技術(shù)使調(diào)頻調(diào)制器具 有良好的調(diào)制跟蹤特性，頻率設(shè)置和控制都比較容易，頻率穩(wěn)定度可達(dá)1 p p m 。 目前，國(guó)際上較為領(lǐng)先的激勵(lì)器產(chǎn)品其調(diào)頻調(diào)制器的信噪比均超過(guò)8 0 d b 。數(shù)字 激勵(lì)器采用直接數(shù)字調(diào)頻( d d f m ) 技術(shù)，完全由數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)f m ，線性度高， 低頻的調(diào)制信號(hào)不會(huì)影響p l l 等其它電路，因而改善了低頻調(diào)制特性，并且抑 制了所有相關(guān)的低頻失真。 3 激勵(lì)器功放 激勵(lì)器功放對(duì)已調(diào)制載波進(jìn)行功率放大，并經(jīng)低通濾波器( 或帶通濾波器) 及定向耦合器后輸出。一般模擬激勵(lì)器和數(shù)字激勵(lì)器的功放部分結(jié)構(gòu)類似。 4 監(jiān)控模塊 監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)維持和監(jiān)控激勵(lì)器的正常工作，保障系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。 它還為用戶提供l c d 或u d 顯示，并接受用戶輸入( 輸入方式包括鍵盤、脈沖 6 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 編碼器、串行接口等) ，以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)工作參數(shù)的設(shè)置和對(duì)工作狀態(tài)的查詢。同 時(shí)，監(jiān)控模塊還應(yīng)具備遠(yuǎn)端連接功能，可與共同構(gòu)成發(fā)射機(jī)的后級(jí)功放或主控 單元等構(gòu)成外環(huán)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)a l c 。數(shù)字激勵(lì)器中以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)對(duì)基帶信號(hào)的 處理，并監(jiān)控c p u 獲取系統(tǒng)運(yùn)行信息，控制精度也能很大程度的提高。 5 電源模塊 電源模塊為激勵(lì)器各模塊供電，目前各激勵(lì)器廠商有采用線性變壓電源的， 也有采用開關(guān)電源供電的，其關(guān)鍵是對(duì)電源紋波及e m i 的控制。為適應(yīng)不同國(guó) 家和地區(qū)的電網(wǎng)，激勵(lì)器電源電壓及工作頻率的容限范圍應(yīng)足夠?qū)挕?數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)相比有性能穩(wěn)定、具有更好的抗噪聲性能、電路體積 小、功耗低、靈活性高等許多優(yōu)點(diǎn)，所以在數(shù)字激勵(lì)器的設(shè)計(jì)中要盡量地選用 數(shù)字方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。從以上激勵(lì)器的幾大模塊來(lái)看，其中音頻處理模 塊、調(diào)頻調(diào)制器和監(jiān)控模塊基本上都可以用數(shù)字化方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 所以總結(jié)課題的具體設(shè)計(jì)任務(wù)是：1 音頻信號(hào)( 包括數(shù)字方式和模擬方式) 和附加節(jié)目( s c a ) 的輸入和處理；2 用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)立體聲復(fù)合基帶信號(hào)的 合成；3 用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)中頻調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生；4 上變頻；5 射頻功率放大； 6 系統(tǒng)的監(jiān)控；7 系統(tǒng)供電電源等。 論文涉及的內(nèi)容主要是系統(tǒng)中的數(shù)字信號(hào)處理部分，即上述的前三項(xiàng)任務(wù)， 把實(shí)現(xiàn)這部分功能的模塊總稱為基帶信號(hào)處理模塊。這部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心， 也是數(shù)字激勵(lì)器區(qū)別于模擬激勵(lì)器的最明顯的地方。 1 3 關(guān)鍵技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 早在1 9 9 2 年，美國(guó)h a r r i s 公司的電子工程師e d w i n t w i t c h e l l 就提出了激 勵(lì)器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法，稱之為直接數(shù)字頻率調(diào)制( d d f m ) ，即以直接數(shù)字頻率 合成( d d s ) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)真正數(shù)字化的f m 信號(hào)【7 j 。d d s 可實(shí)現(xiàn)完全的線性調(diào)制， 相比模擬的v c o 方法來(lái)說(shuō)，具有更加優(yōu)良的相位噪聲特性。他還提出用d d s 調(diào) 制器驅(qū)動(dòng)一個(gè)低噪聲的鎖相環(huán)( p l l ) ，實(shí)現(xiàn)中頻( ) 到射頻( r f ) 的上變頻。 所以由于信號(hào)調(diào)制通道和頻率控制通道相互獨(dú)立，p l l 的帶寬可以較寬，這就 7 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 消除了調(diào)制器中環(huán)路帶寬過(guò)窄的問(wèn)題。v c o 的線性性也不再是關(guān)注的焦點(diǎn)，因 為調(diào)制信號(hào)無(wú)須經(jīng)過(guò)此環(huán)路，f m 的頻率偏移對(duì)每個(gè)調(diào)頻電臺(tái)來(lái)說(shuō)都是相同的， 這就使系統(tǒng)能無(wú)障礙地在廣播電臺(tái)的n + 1 方案中得到應(yīng)用。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 2 。 圖1 2 數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器實(shí)現(xiàn)框圖 之后，軟件無(wú)線電【8 】的概念被提出，更促進(jìn)了對(duì)無(wú)線電通信理論的研究。 基于軟件無(wú)線電的各種形式的發(fā)射機(jī)平臺(tái)被建立起來(lái)。楊平生，張?jiān)浦樵凇盎?于軟件無(wú)線電的調(diào)頻立體聲激勵(lì)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 中提出了基于d s p + f p g a + d d s ( 帶有i q 調(diào)制通道) 結(jié)構(gòu)的通用數(shù)字調(diào)制平臺(tái)，采用正交調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)全 數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器【9 j 。他在這里提的d d s 是能完成正交調(diào)制的上變頻芯片 ( d u c ) ，由于目前市場(chǎng)上還沒有出現(xiàn)工作頻率大于2 0 0 瑚h z 的能實(shí)現(xiàn)正交調(diào) 制的d u c 集成芯片，所以沒辦法直接從d u c 芯片中獲得8 7 1 0 8 m h z 的射頻 信號(hào)，該文獻(xiàn)中提出通過(guò)取d u c 輸出的鏡像成分而滿足設(shè)定的工作頻段。然而， 經(jīng)過(guò)d a c 轉(zhuǎn)換之后的信號(hào)會(huì)得到s i n c 函數(shù)的衰減，其鏡像成分必定會(huì)弱于原 信號(hào)，取其鏡像成分，會(huì)大大減少其信噪比，無(wú)法滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，很難 滿足實(shí)際的需要。鐘清華等提出的基于d s p 和d d s 的數(shù)字立體聲調(diào)頻發(fā)射系 統(tǒng)是利用d s p 實(shí)現(xiàn)數(shù)字立體聲調(diào)制，并在較低速率( 采樣頻率為1 7 6 4 k h z ) 下 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 根據(jù)設(shè)定的最大頻偏和載波頻率計(jì)算出調(diào)頻的瞬時(shí)輸出頻率，作為頻率控制字 輸入a d 9 8 5 2d d s 芯片( 內(nèi)部時(shí)鐘最大為3 0 0 啪眩) ，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信 號(hào)f l o 】。這種方式由于受d s p 芯片的處理速度的限制，頻率控制字的調(diào)整速率和 d d s 的參考時(shí)鐘頻率不一致，產(chǎn)生的射頻信號(hào)必然會(huì)產(chǎn)生毛刺或者出現(xiàn)鏡像。 就算是后續(xù)的模擬電路部分增加高性能的低通濾波器，也很難保證輸出信號(hào)的 高信噪比和對(duì)相鄰頻道節(jié)目的干擾。所以這種系統(tǒng)只用于小范圍內(nèi)( 如校園) 的廣播發(fā)射。 隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和軟件無(wú)線電的發(fā)展，與數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器相關(guān)的各 種技術(shù)也得到了廣泛的研究和重視。 1 a d c 的發(fā)展 數(shù)字激勵(lì)器需要與傳統(tǒng)的廣播技術(shù)兼容，所以除了數(shù)字音頻接口，也需要 模擬音頻接口。這就需要考慮信號(hào)的加轉(zhuǎn)換問(wèn)題。a d c 一直是數(shù)字信號(hào)處理 的一個(gè)瓶頸，其轉(zhuǎn)換速率和分辨率總是難以兼顧。近年來(lái)，a d c 集成芯片得到 了快速的發(fā)展，各種適合高精度、高速刖d 轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)在實(shí)際芯片中得到廣泛 應(yīng)用。特別是一結(jié)構(gòu)在立體聲采樣芯片中的出色表現(xiàn)，使這種結(jié)構(gòu)的a d c 在數(shù)字音頻處理領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。這類a d c 在立體聲采樣方面能 達(dá)到較高的信噪比和較低的功耗，最值得注意的是其價(jià)格低廉。很多半導(dǎo)體公 司，如德州儀器( t i ) 、模擬器件( a d ) 等公司均有這類產(chǎn)品，且品種齊全， 適合各種應(yīng)用場(chǎng)合【l i ，1 2 1 。 2 多抽樣率技術(shù)的發(fā)展 多抽樣率數(shù)字信號(hào)處理是軟件無(wú)線電的理論基礎(chǔ)，在數(shù)字激勵(lì)器中也起了 舉足輕重的作用。它的兩個(gè)基本操作就是內(nèi)插和抽取。其目的是使系統(tǒng)更容易 處理( 例如使計(jì)算效率更高) 或者是為了與其它的系統(tǒng)兼容。關(guān)于這方面的研 究成果很多，很多可以顯著減少運(yùn)算量、提高運(yùn)算效率、適合d s p 硬件結(jié)構(gòu)的 方法被提出來(lái)，如多級(jí)結(jié)構(gòu)、采用多相濾波器、半帶濾波器、級(jí)聯(lián)梳狀( c i c ) 濾波器等【1 3 ，1 4 1 。多抽樣率技術(shù)的應(yīng)用貫穿于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也出現(xiàn)了很多針對(duì) 于這方面應(yīng)用的理論和方法。在立體聲復(fù)合基帶信號(hào)合成前，音頻數(shù)據(jù)的處理 和加采樣在較低速度下進(jìn)行，以減少運(yùn)算量、提高計(jì)算效率，而且一般的數(shù) 9 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 字音源送出的音頻數(shù)據(jù)的采樣率也較低。但是在立體聲合成時(shí)，立體聲復(fù)合信 號(hào)的帶寬較寬，為了滿足信號(hào)不產(chǎn)生混疊，所以在立體聲合成時(shí)必須先完成內(nèi) 插。詹柔瑩等提出利用半帶濾波器實(shí)現(xiàn)這個(gè)內(nèi)插計(jì)算量小，且能和立體聲編碼 在同一片d s p 中完成【l5 1 。這僅僅是一個(gè)整數(shù)倍內(nèi)插，相對(duì)簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)中還存 在比較復(fù)雜的非整數(shù)倍速率變換。由于數(shù)字音源的信號(hào)抽樣頻率可能是3 2 k h z 、 4 4 1 k h z 或者4 8 k h z ，所以在系統(tǒng)處理前希望把采樣頻率統(tǒng)一起來(lái)。但是用傳統(tǒng) 的方法難以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換因子比較復(fù)雜的抽樣率變換。據(jù)已有的資料，已經(jīng)有 人提出了用實(shí)時(shí)的方式、f a 渤w 結(jié)構(gòu)、異步抽樣率轉(zhuǎn)換等實(shí)現(xiàn)c d ( 抽樣率為 4 4 1 k h z ) 到盯( 抽樣率為4 8 k h z ) 的速率變換方法【1 6 1 副。 3 d d s 和d d f m 直接數(shù)字頻率合成( d d s ) 技術(shù)在合成立體聲復(fù)合信號(hào)和實(shí)現(xiàn)d d f m 甚至 是本振信號(hào)源頻率的合成方面都發(fā)揮了重大作用。無(wú)論是d d s 技術(shù)理論本身還 是相關(guān)的集成芯片( 如d d s 芯片、上下變頻芯片等) 在近來(lái)都得到了重大的 發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。d d s 是1 9 7 1 年由美國(guó)學(xué)者j t i e m c y 等人提出的，是從相 位概念出發(fā)，直接合成所需波形的一種新的頻率合成原理【1 9 2 ，具有很多優(yōu)點(diǎn)： 相對(duì)帶寬較寬，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間快，頻率分辨率高，集成度高等。它的一些缺點(diǎn)， 如輸出頻率低、雜散較大也隨著技術(shù)的發(fā)展，得到一定程度的克服?，F(xiàn)在市場(chǎng) 上已經(jīng)有可以輸出l g 以上頻率的d d s 芯片。隨著芯片的生產(chǎn)技術(shù)的提高和相 關(guān)技術(shù)的發(fā)展，d d s 處理位數(shù)也不斷的增加，使其相位累加器和波形查找表的 字長(zhǎng)都得到顯著增加，從而使雜散信號(hào)得到很好的抑制【2 2 】。目前限制d d s 性能 主要是數(shù)模轉(zhuǎn)換器( d a c ) ，d a c 的位數(shù)和處理速度的進(jìn)一步提高，是提高d d s 性能的關(guān)鍵。 文獻(xiàn) 7 】中提出的d d f m 是用調(diào)制信號(hào)加上載波中心頻率直接驅(qū)動(dòng)d d s ， 利用d d s 直接輸出中頻調(diào)頻信號(hào)。這要求調(diào)制信號(hào)的抽樣頻率f 與d d 蹦調(diào) 制器的參考時(shí)鐘頻率厶相關(guān)，即z = 厶，否則調(diào)頻波會(huì)出現(xiàn)混疊或者鏡像。 但是厶要大于中頻信號(hào)的奈奎斯特采樣頻率，這個(gè)頻率較高( 如數(shù)字激勵(lì)器中， 厶至少為1 0 h z ) ，要在這個(gè)速度下處理音頻數(shù)據(jù)顯然很困難。用這種方式實(shí) 現(xiàn)f m 時(shí)，中頻頻率的選擇也比較困難。一方面，為了盡量降低d s p 處理的速 1 0 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 度，需要選擇一個(gè)較低的中頻頻率，但這樣會(huì)導(dǎo)致上變頻后，混頻中頻信號(hào)兩 側(cè)的邊帶信號(hào)相隔較近，很難用模擬濾波器濾出所需的f m 信號(hào)；另一方面， 如果選取的中頻頻率較高，不僅d s p 難以完成計(jì)算任務(wù)，而且要求高速的d a c 和大容量的d d s 正弦查找表，這會(huì)大大增加成本。正交調(diào)制【2 3 】是一個(gè)很好的解 決辦法。正交調(diào)制是指i 和q 路正交信號(hào)分別用余弦和正弦信號(hào)調(diào)制，然后再 把獲得的兩路信號(hào)相加的過(guò)程。正交調(diào)頻即是先以抽樣頻率較低的調(diào)制信號(hào)驅(qū) 動(dòng)正交d d s ，產(chǎn)生復(fù)數(shù)形式的零中頻調(diào)頻信號(hào)( 包括實(shí)部和虛部，一般稱之為 i 路和q 路信號(hào)) ，然后分別經(jīng)過(guò)d a 轉(zhuǎn)換和低通濾波，再分別與頻率等于載波 中心頻率的正弦和余弦信號(hào)混頻，最后獲得的兩路信號(hào)相加，得到所需的f m 信號(hào)。這種方式可以在較低速度下完成頻率合成，降低了對(duì)d s p 和d a c 的速 度要求。實(shí)現(xiàn)框圖如圖1 3 。 圖1 3 正交調(diào)制框圖 當(dāng)然，也不難看出這種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)也有其缺陷。一方面增加了分離元器件， 難以保證精度，另一方面i 和q 路上的d a c 、l p f 和混頻器無(wú)法做到完全同步 和性能一致，這必將會(huì)導(dǎo)致f m 信號(hào)出現(xiàn)毛刺等噪聲。所以這種f m 方式的直 接應(yīng)用一般很少見。 隨著信號(hào)處理技術(shù)和集成電路的發(fā)展，結(jié)合多抽樣率信號(hào)處理技術(shù)，很多 d d s 芯片和d u c 芯片都可以實(shí)現(xiàn)一種改進(jìn)的正交調(diào)制。這種調(diào)制方式采用的 方法是獲得i 和q 路數(shù)據(jù)信號(hào)后并不立即轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，而是經(jīng)過(guò)數(shù)字內(nèi)插， 把其速率轉(zhuǎn)換到正交調(diào)制的參考時(shí)鐘頻率，再經(jīng)數(shù)字化混頻后輸出。以f m 為 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 例，正交頻率合成仍在較低速率下完成，然后通過(guò)軟硬件相結(jié)合，基于多相f 承 濾波和c i c 濾波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)i 和q 路數(shù)字信號(hào)的內(nèi)插，最后再輸入正交調(diào)制器。 這種d d f m 方式綜合了前兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，利用集成芯片的軟硬件結(jié)構(gòu)完成了 必要的速率變換，這樣可以減少元器件，降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，集成度也大大 提高。市場(chǎng)上已經(jīng)有大量的這種d u c 芯片( 如a d 6 6 2 3 、a d 9 8 5 7 、g c 4 1 1 6 等) ， 而且其精度較高，價(jià)格也越來(lái)越低【2 牝5 。 4 鎖相環(huán)( p l l ) 的應(yīng)用和發(fā)展 完成d d f m 后，就必須通過(guò)混頻方式完成上變頻到設(shè)定射頻頻帶。傳統(tǒng)的 發(fā)射機(jī)采用晶體振蕩產(chǎn)生發(fā)射機(jī)頻率，這種方式產(chǎn)生的頻率精度不高，穩(wěn)定度 不好，這會(huì)嚴(yán)重影響到通信的質(zhì)量，幾乎無(wú)法用于同步廣播。所以現(xiàn)在的激勵(lì) 器一般采用鎖相環(huán)( p l l ) 電路產(chǎn)生本振頻率。p l l 的結(jié)構(gòu)如圖1 4 。 基 圖1 4p l l 結(jié)構(gòu) 基準(zhǔn)頻率為頻道選擇的最小頻率步長(zhǎng)。來(lái)自外部的低噪聲壓控振蕩器 ( v c o ) 最終輸出1 個(gè)本振頻率，作為上變頻的本振信號(hào)；同時(shí)這個(gè)頻率也會(huì) 反饋到分頻器，分頻后輸入鑒相器，與基準(zhǔn)頻率比較，鑒相器再把頻率差轉(zhuǎn)換 的誤差電壓送入v c o ，驅(qū)動(dòng)v c o 輸出固定的本振信號(hào)。通過(guò)調(diào)整分頻器的分 頻倍數(shù)n ，可獲得不同的本振頻率。為了使輸出的本振信號(hào)穩(wěn)定、精確，基準(zhǔn) 頻率可以通過(guò)d d s 產(chǎn)生；在同步廣播中，基準(zhǔn)頻率也可以由g p s 的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘 分頻產(chǎn)生?，F(xiàn)在，大量集成p l l 芯片不斷涌現(xiàn)，如日本富士通公司的1 5 0 4 系 列、美國(guó)m o t o r o l a 公司的m c l 4 5 1 9 0 1 9 1 、m c l 4 5 1 9 2 、m c l 4 5 2 0 0 2 0 等等， 使p l l 電路從分立元件向集成方向發(fā)展瞵】。大量新技術(shù)如d d s 、脈沖吞除技 1 2 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 術(shù)等也廣泛應(yīng)用到該領(lǐng)域，促使p l l 電路向低成本、低功耗、高品質(zhì)方向發(fā)展。 數(shù)字激勵(lì)器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)字激勵(lì)器的研發(fā)和性能的不斷提高。 在發(fā)達(dá)國(guó)家，1 9 9 3 年就有調(diào)頻立體聲數(shù)字激勵(lì)器面世。目前激勵(lì)器主要生產(chǎn)廠 家有【2 7 3 2 ，7 5 】： 1 美國(guó)h a r r i s 公司 h a r r i s 公司是世界廣播傳送技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，它生產(chǎn)數(shù)字激勵(lì)器最早， 也具有最強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。所生產(chǎn)的數(shù)字蹦激勵(lì)器系列為d i g n c d 。它的數(shù)字 和模擬接口模塊具有可置換性。由通用d s p 完成立體聲的合成和處理，處理過(guò) 程保持1 6 位以上的分辨率，保證舍入和截?cái)嗾`差低于1 6 位域值。在信號(hào)輸入 單元后的數(shù)字調(diào)制器中，為防止輸入的模擬信號(hào)或數(shù)字a e s e b u 信號(hào)過(guò)調(diào)， 有一數(shù)字復(fù)合限幅器( d c l ) ，可使輸入的數(shù)字信號(hào)限制在o 1 8 d b 的范圍， 確保系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)調(diào)制現(xiàn)象。采用d d s 產(chǎn)生f m 信號(hào)，利用3 2 位的數(shù)控振 蕩器( n c o ) 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的應(yīng)用于模擬激勵(lì)器中的v c o 。使得與v c 0 或者p l l 技術(shù)相關(guān)的缺陷( 如低頻分離度較差、p l l 失鎖等) 不復(fù)存在。調(diào)制發(fā)生在 n c o 中，v c o 僅為上變頻的一混頻源，不會(huì)受到調(diào)制信號(hào)的影響。多級(jí)模擬 帶通濾波，把不需要的混頻信號(hào)抑制到8 0 d b 以下。數(shù)字技術(shù)的引入，使激勵(lì) 器具有較高的精度和穩(wěn)定性。h a r r i s 的數(shù)字激勵(lì)器方框圖如圖1 5 。 圖1 5h a r = r i s 數(shù)字激勵(lì)器結(jié)構(gòu) 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 美國(guó)大陸電子公司( c e c ) 美國(guó)大陸電子公司( c e c ) 的數(shù)字激勵(lì)器8 0 2 d 以4 8 6 6 6 計(jì)算機(jī)為核心， 具有4 m bra m 、4 m be e p r o m ，采用軟件進(jìn)行立體聲編碼。c e c 數(shù)字激勵(lì)器 的關(guān)鍵技術(shù)是，使用了一塊功能較強(qiáng)的浮點(diǎn)數(shù)字處理板，板上用了四塊 a d s p 2 1 0 6 2 芯片以對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，主要作用為：產(chǎn)生f m 信號(hào)、立體聲信號(hào) 發(fā)生、預(yù)加重、復(fù)合信號(hào)處理、音頻處理、產(chǎn)生s c a 信號(hào)和數(shù)字濾波等。浮點(diǎn) d s p 的采用，避免了定點(diǎn)d s p 中的動(dòng)態(tài)范圍受舍入誤差的影響。不管音頻信號(hào) 如何，它均能保持相同的動(dòng)態(tài)范圍和高精度。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1 6 。 圖1 68 0 2 d 結(jié)構(gòu)框圖 3 加拿大n a u t e l 公司 加拿大n a u t e l 公司的n e 5 0 數(shù)字激勵(lì)器采用d d s 產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，由數(shù)控 振蕩器( n c o ) 提供3 2 b i t 數(shù)字信號(hào)形成載波信號(hào)，確保了優(yōu)良的線性度。數(shù) 字立體聲產(chǎn)生器接收數(shù)據(jù)流，根據(jù)激勵(lì)器內(nèi)