数字调制发射机常用的补偿方法及基本原理

关鑫+王欣欣+王晓光

摘 要 近年来，随着社会发展和科技进步，广播电视技术突飞猛进，对发射机的抗干扰能力、停播率和电声指标等都提出了更高要求，而数字调制发射机就能较好解决上述问题。文章主要概述了数字调制发射机的基本工作原理，并对当前数字调制发射机常用的补偿方法做了介绍，仅供参考。

关键词 数字调制发射机；基本原理；补偿方法

中图分类号：TN838 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0077-01

随着广播电视技术的迅速发展，对发射机的抗干扰能力、停播率和电声指标等都提出了更高要求，这进一步加快了发射机更新换代步伐。与老式发射机相比，新型发射机不仅体积小，抗干扰能力强，电声指标优良，自动化程度高，失真度和频率响应也很强，可靠性得到了有效保证。当前，中短波广播发射机正朝着固态化、数字化方向发展，其中，数字调制发射机就是典型之一。为了进一步提高数字调制发射机传送音频信号的质量，有必要采用一系列补偿方法减小音频信号失真，确保发射机工作的可靠性和高效性。

1 数字调制的基本原理和特点

数字调制是通过转换音频信号以及载波所需直流电压，将其量化成12位的二进制的数字信号，然后调制编码器编码，利用编码后的二进制脉冲串来实现对同频、同相、等幅的RF等压功率模块开启数量的控制，使射频功率放大器导通数目的变化与音频信号的变化规律相一致，进而完成发射机中数字信号向模拟信号的转换，并利用功率合成技术得到具有量化台阶的已调波，经过带通滤波器的光滑处理得到典型的调幅射频输出。在数字调制发射机工作过程中，A/D转换器和D/A转换器是不可或缺的核心。

数字调制发射机的特点主要包括以下几方面：数字调制发射机主要由射频功率系统、数字音频处理系统、监测控制系统、电源供电系统以及计算机远程控制系统几个部分组成，发射机所具有的大规模的集成电路系统不仅使其具备较小的体积，还有着耗电、节约成本的作用；克服了板级调制存在的非线性失真，动态响应有所增强，发射机的信噪比也优于其他各类模拟调制的发射机；控制电路更加完善，信号的检测取样更加丰富，这为保护系统提供了必要条件；分等级保护，能够在不停播的基础上实施检修，有效提高了电视播出的顺畅性和优质性。

2 数字调制发射机常用的补偿方法

在数字调制发射机中，音频信号越小，射频功率放大器导通的数目就越少，那么输出信号经过功率合成后的振幅就会越小，反之则越大。假如数字调制发射机的每个射频功率放大器输出电压为P，那么多导通一个射频功率放大器，经功率合成后的输出电压就会增大P，采用此方法会出现阶梯状包络失真，每个阶梯的电位差为P，最终导致被传送音频信号的失真。为了确保音频信号传送质量，减小信号失真，可采取以下几种补偿方法。

2.1 幅相调制补偿

在对多个射频功率放大器输出信号进行功率合成时，如果载波振幅不能进行连续渐进的变化，阶梯状包络失真就出现，从这一方向出发，幅相调制是一种非常有效的失真补偿方法。笔者主要采用矢量图的方法来说明幅相调制原理，设矢量1和矢量2是两个相同射频放大器输出的载波电压，Ф1和Ф2是其相对应的相位角，且|Ф1|=|Ф2|=Ф，Ф值随着音频信号的变化而变化，而由矢量1和矢量2 合成的矢量3的大小则随着Ф值变化而变化，Ф值越小，合成矢量3就越大，而Ф值越大，合成矢量3就越小。采用幅相调制补偿方式进行调幅时，若要求载波振幅为U，相对应的Ф值的确定公式为：

2.2 精确相位脉冲多参数调制补偿

用矢量图说明该种补偿方法的原理，以矢量4表示m个绝对值相等且相位相同矢量之和；矢量5为补偿信号，其绝对值与m个矢量相同，而相位角不同；矢量6为矢量4与矢量5的叠加值，且叠加值的相位角不随Ф1、Ф2的变化而变化。结合上述原理，在数字调制发射机工作过程中，若发射机的各个控制系统在结合音频信号大小的基础上将各个瞬间需要导通的射频功率放大器的数量、射频功率放大器输出载波的相位角、补偿信号相位角计算出来，某个瞬间所需要的载波电压振幅值就可以经过合成的叠加电压表示。

2.3 二进制小阶梯和PDM双重补偿

二进制小阶梯补偿中，将末级放大器分成了两类，第一类射频功率放大器输出功率的等级较高，输出电压相同，第二类射频功率放大器输出功率等级较小，输出电压不同，通常是按照二进制加权的，其输出电压形成的阶梯为小阶梯。对于二进制加权的小阶梯射频功率放大器数量的确定可分为两种情况，即当发射机功率较小，所需要的功放单元数量也就较少，这个时候无需将过多比特数的数字信号转换成开关控制信号就能实现对大阶梯射频功率放大器的控制，而当发射机功率较大时，情况则相反，此外，对于某个瞬间需要导通射频功率放大器的数量应视信号失真大小确定。当然，二进制小阶梯补偿方法也有其自身缺陷，在某些情况下并不能将信号失真问题完全解决，比如调幅度非常低，而大阶梯数量过少，此时阶梯纹波频率就较低，失真会出现在带通滤波器通频带内，导致失真情况无法彻底消除。为此，可将三角波信号加入音频信号中，使宽度随着失真大小变化而变化的PDM补偿脉冲在阶梯上自动生成，这对于减小音频信号失真具有重要作用，应注意的是，加入音频信号的三角波峰值不应超出最小二进制补偿范围，但其频率与数字调制发射机载波频率差值则要超过通频带，同时保证三角波频率有足够衰减量，最好选择70KHz左右的超音频。

3 结束语

数字调制发射机具有老式发射机不具备的优点，比如体积小、工作效率高、安全性和可靠性高、自动化程度高等，为了进一步简化发射机电路，减小音频信号失真，提高发射机电声指标以及传送音频信号的质量，有必要掌握数字调制发射机的基本工作原理，根据实际情况采取切实有效的补偿方法，确保发射机工作的高效性和可靠性。通过分析发现，采用幅相调制补偿方式和精确相位脉冲多参数调制补偿方式是减小发射机失真的有效手段，前者比较适用于功率较小的数字调制发射机，而当末级射频功率放大器数量较多时可采用后者，其有利于减小信号处理难度。

参考文献

[1]王春生.浅析数字调制广播发射机失真补偿的方法[J].软件，2013，34（5）：139-140.

[2]崔钰.数字调制中波发射机调制方式的分析[J].硅谷，2011（9）：15-16.

[3]杨明山.数字调制（DAM）发射机的技术特点和工作原理[J].数字技术与应用，2012（9）：42.endprint

摘 要 近年来，随着社会发展和科技进步，广播电视技术突飞猛进，对发射机的抗干扰能力、停播率和电声指标等都提出了更高要求，而数字调制发射机就能较好解决上述问题。文章主要概述了数字调制发射机的基本工作原理，并对当前数字调制发射机常用的补偿方法做了介绍，仅供参考。

关键词 数字调制发射机；基本原理；补偿方法

中图分类号：TN838 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0077-01

随着广播电视技术的迅速发展，对发射机的抗干扰能力、停播率和电声指标等都提出了更高要求，这进一步加快了发射机更新换代步伐。与老式发射机相比，新型发射机不仅体积小，抗干扰能力强，电声指标优良，自动化程度高，失真度和频率响应也很强，可靠性得到了有效保证。当前，中短波广播发射机正朝着固态化、数字化方向发展，其中，数字调制发射机就是典型之一。为了进一步提高数字调制发射机传送音频信号的质量，有必要采用一系列补偿方法减小音频信号失真，确保发射机工作的可靠性和高效性。

1 数字调制的基本原理和特点

数字调制是通过转换音频信号以及载波所需直流电压，将其量化成12位的二进制的数字信号，然后调制编码器编码，利用编码后的二进制脉冲串来实现对同频、同相、等幅的RF等压功率模块开启数量的控制，使射频功率放大器导通数目的变化与音频信号的变化规律相一致，进而完成发射机中数字信号向模拟信号的转换，并利用功率合成技术得到具有量化台阶的已调波，经过带通滤波器的光滑处理得到典型的调幅射频输出。在数字调制发射机工作过程中，A/D转换器和D/A转换器是不可或缺的核心。

数字调制发射机的特点主要包括以下几方面：数字调制发射机主要由射频功率系统、数字音频处理系统、监测控制系统、电源供电系统以及计算机远程控制系统几个部分组成，发射机所具有的大规模的集成电路系统不仅使其具备较小的体积，还有着耗电、节约成本的作用；克服了板级调制存在的非线性失真，动态响应有所增强，发射机的信噪比也优于其他各类模拟调制的发射机；控制电路更加完善，信号的检测取样更加丰富，这为保护系统提供了必要条件；分等级保护，能够在不停播的基础上实施检修，有效提高了电视播出的顺畅性和优质性。

2 数字调制发射机常用的补偿方法

在数字调制发射机中，音频信号越小，射频功率放大器导通的数目就越少，那么输出信号经过功率合成后的振幅就会越小，反之则越大。假如数字调制发射机的每个射频功率放大器输出电压为P，那么多导通一个射频功率放大器，经功率合成后的输出电压就会增大P，采用此方法会出现阶梯状包络失真，每个阶梯的电位差为P，最终导致被传送音频信号的失真。为了确保音频信号传送质量，减小信号失真，可采取以下几种补偿方法。

2.1 幅相调制补偿

在对多个射频功率放大器输出信号进行功率合成时，如果载波振幅不能进行连续渐进的变化，阶梯状包络失真就出现，从这一方向出发，幅相调制是一种非常有效的失真补偿方法。笔者主要采用矢量图的方法来说明幅相调制原理，设矢量1和矢量2是两个相同射频放大器输出的载波电压，Ф1和Ф2是其相对应的相位角，且|Ф1|=|Ф2|=Ф，Ф值随着音频信号的变化而变化，而由矢量1和矢量2 合成的矢量3的大小则随着Ф值变化而变化，Ф值越小，合成矢量3就越大，而Ф值越大，合成矢量3就越小。采用幅相调制补偿方式进行调幅时，若要求载波振幅为U，相对应的Ф值的确定公式为：

2.2 精确相位脉冲多参数调制补偿

用矢量图说明该种补偿方法的原理，以矢量4表示m个绝对值相等且相位相同矢量之和；矢量5为补偿信号，其绝对值与m个矢量相同，而相位角不同；矢量6为矢量4与矢量5的叠加值，且叠加值的相位角不随Ф1、Ф2的变化而变化。结合上述原理，在数字调制发射机工作过程中，若发射机的各个控制系统在结合音频信号大小的基础上将各个瞬间需要导通的射频功率放大器的数量、射频功率放大器输出载波的相位角、补偿信号相位角计算出来，某个瞬间所需要的载波电压振幅值就可以经过合成的叠加电压表示。

2.3 二进制小阶梯和PDM双重补偿

二进制小阶梯补偿中，将末级放大器分成了两类，第一类射频功率放大器输出功率的等级较高，输出电压相同，第二类射频功率放大器输出功率等级较小，输出电压不同，通常是按照二进制加权的，其输出电压形成的阶梯为小阶梯。对于二进制加权的小阶梯射频功率放大器数量的确定可分为两种情况，即当发射机功率较小，所需要的功放单元数量也就较少，这个时候无需将过多比特数的数字信号转换成开关控制信号就能实现对大阶梯射频功率放大器的控制，而当发射机功率较大时，情况则相反，此外，对于某个瞬间需要导通射频功率放大器的数量应视信号失真大小确定。当然，二进制小阶梯补偿方法也有其自身缺陷，在某些情况下并不能将信号失真问题完全解决，比如调幅度非常低，而大阶梯数量过少，此时阶梯纹波频率就较低，失真会出现在带通滤波器通频带内，导致失真情况无法彻底消除。为此，可将三角波信号加入音频信号中，使宽度随着失真大小变化而变化的PDM补偿脉冲在阶梯上自动生成，这对于减小音频信号失真具有重要作用，应注意的是，加入音频信号的三角波峰值不应超出最小二进制补偿范围，但其频率与数字调制发射机载波频率差值则要超过通频带，同时保证三角波频率有足够衰减量，最好选择70KHz左右的超音频。

3 结束语

数字调制发射机具有老式发射机不具备的优点，比如体积小、工作效率高、安全性和可靠性高、自动化程度高等，为了进一步简化发射机电路，减小音频信号失真，提高发射机电声指标以及传送音频信号的质量，有必要掌握数字调制发射机的基本工作原理，根据实际情况采取切实有效的补偿方法，确保发射机工作的高效性和可靠性。通过分析发现，采用幅相调制补偿方式和精确相位脉冲多参数调制补偿方式是减小发射机失真的有效手段，前者比较适用于功率较小的数字调制发射机，而当末级射频功率放大器数量较多时可采用后者，其有利于减小信号处理难度。

参考文献

[1]王春生.浅析数字调制广播发射机失真补偿的方法[J].软件，2013，34（5）：139-140.

[2]崔钰.数字调制中波发射机调制方式的分析[J].硅谷，2011（9）：15-16.

[3]杨明山.数字调制（DAM）发射机的技术特点和工作原理[J].数字技术与应用，2012（9）：42.endprint

摘 要 近年来，随着社会发展和科技进步，广播电视技术突飞猛进，对发射机的抗干扰能力、停播率和电声指标等都提出了更高要求，而数字调制发射机就能较好解决上述问题。文章主要概述了数字调制发射机的基本工作原理，并对当前数字调制发射机常用的补偿方法做了介绍，仅供参考。

关键词 数字调制发射机；基本原理；补偿方法

中图分类号：TN838 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0077-01

随着广播电视技术的迅速发展，对发射机的抗干扰能力、停播率和电声指标等都提出了更高要求，这进一步加快了发射机更新换代步伐。与老式发射机相比，新型发射机不仅体积小，抗干扰能力强，电声指标优良，自动化程度高，失真度和频率响应也很强，可靠性得到了有效保证。当前，中短波广播发射机正朝着固态化、数字化方向发展，其中，数字调制发射机就是典型之一。为了进一步提高数字调制发射机传送音频信号的质量，有必要采用一系列补偿方法减小音频信号失真，确保发射机工作的可靠性和高效性。

1 数字调制的基本原理和特点

数字调制是通过转换音频信号以及载波所需直流电压，将其量化成12位的二进制的数字信号，然后调制编码器编码，利用编码后的二进制脉冲串来实现对同频、同相、等幅的RF等压功率模块开启数量的控制，使射频功率放大器导通数目的变化与音频信号的变化规律相一致，进而完成发射机中数字信号向模拟信号的转换，并利用功率合成技术得到具有量化台阶的已调波，经过带通滤波器的光滑处理得到典型的调幅射频输出。在数字调制发射机工作过程中，A/D转换器和D/A转换器是不可或缺的核心。

数字调制发射机的特点主要包括以下几方面：数字调制发射机主要由射频功率系统、数字音频处理系统、监测控制系统、电源供电系统以及计算机远程控制系统几个部分组成，发射机所具有的大规模的集成电路系统不仅使其具备较小的体积，还有着耗电、节约成本的作用；克服了板级调制存在的非线性失真，动态响应有所增强，发射机的信噪比也优于其他各类模拟调制的发射机；控制电路更加完善，信号的检测取样更加丰富，这为保护系统提供了必要条件；分等级保护，能够在不停播的基础上实施检修，有效提高了电视播出的顺畅性和优质性。

2 数字调制发射机常用的补偿方法

在数字调制发射机中，音频信号越小，射频功率放大器导通的数目就越少，那么输出信号经过功率合成后的振幅就会越小，反之则越大。假如数字调制发射机的每个射频功率放大器输出电压为P，那么多导通一个射频功率放大器，经功率合成后的输出电压就会增大P，采用此方法会出现阶梯状包络失真，每个阶梯的电位差为P，最终导致被传送音频信号的失真。为了确保音频信号传送质量，减小信号失真，可采取以下几种补偿方法。

2.1 幅相调制补偿

在对多个射频功率放大器输出信号进行功率合成时，如果载波振幅不能进行连续渐进的变化，阶梯状包络失真就出现，从这一方向出发，幅相调制是一种非常有效的失真补偿方法。笔者主要采用矢量图的方法来说明幅相调制原理，设矢量1和矢量2是两个相同射频放大器输出的载波电压，Ф1和Ф2是其相对应的相位角，且|Ф1|=|Ф2|=Ф，Ф值随着音频信号的变化而变化，而由矢量1和矢量2 合成的矢量3的大小则随着Ф值变化而变化，Ф值越小，合成矢量3就越大，而Ф值越大，合成矢量3就越小。采用幅相调制补偿方式进行调幅时，若要求载波振幅为U，相对应的Ф值的确定公式为：

2.2 精确相位脉冲多参数调制补偿

用矢量图说明该种补偿方法的原理，以矢量4表示m个绝对值相等且相位相同矢量之和；矢量5为补偿信号，其绝对值与m个矢量相同，而相位角不同；矢量6为矢量4与矢量5的叠加值，且叠加值的相位角不随Ф1、Ф2的变化而变化。结合上述原理，在数字调制发射机工作过程中，若发射机的各个控制系统在结合音频信号大小的基础上将各个瞬间需要导通的射频功率放大器的数量、射频功率放大器输出载波的相位角、补偿信号相位角计算出来，某个瞬间所需要的载波电压振幅值就可以经过合成的叠加电压表示。

2.3 二进制小阶梯和PDM双重补偿

二进制小阶梯补偿中，将末级放大器分成了两类，第一类射频功率放大器输出功率的等级较高，输出电压相同，第二类射频功率放大器输出功率等级较小，输出电压不同，通常是按照二进制加权的，其输出电压形成的阶梯为小阶梯。对于二进制加权的小阶梯射频功率放大器数量的确定可分为两种情况，即当发射机功率较小，所需要的功放单元数量也就较少，这个时候无需将过多比特数的数字信号转换成开关控制信号就能实现对大阶梯射频功率放大器的控制，而当发射机功率较大时，情况则相反，此外，对于某个瞬间需要导通射频功率放大器的数量应视信号失真大小确定。当然，二进制小阶梯补偿方法也有其自身缺陷，在某些情况下并不能将信号失真问题完全解决，比如调幅度非常低，而大阶梯数量过少，此时阶梯纹波频率就较低，失真会出现在带通滤波器通频带内，导致失真情况无法彻底消除。为此，可将三角波信号加入音频信号中，使宽度随着失真大小变化而变化的PDM补偿脉冲在阶梯上自动生成，这对于减小音频信号失真具有重要作用，应注意的是，加入音频信号的三角波峰值不应超出最小二进制补偿范围，但其频率与数字调制发射机载波频率差值则要超过通频带，同时保证三角波频率有足够衰减量，最好选择70KHz左右的超音频。

3 结束语

数字调制发射机具有老式发射机不具备的优点，比如体积小、工作效率高、安全性和可靠性高、自动化程度高等，为了进一步简化发射机电路，减小音频信号失真，提高发射机电声指标以及传送音频信号的质量，有必要掌握数字调制发射机的基本工作原理，根据实际情况采取切实有效的补偿方法，确保发射机工作的高效性和可靠性。通过分析发现，采用幅相调制补偿方式和精确相位脉冲多参数调制补偿方式是减小发射机失真的有效手段，前者比较适用于功率较小的数字调制发射机，而当末级射频功率放大器数量较多时可采用后者，其有利于减小信号处理难度。

参考文献

[1]王春生.浅析数字调制广播发射机失真补偿的方法[J].软件，2013，34（5）：139-140.

[2]崔钰.数字调制中波发射机调制方式的分析[J].硅谷，2011（9）：15-16.

[3]杨明山.数字调制（DAM）发射机的技术特点和工作原理[J].数字技术与应用，2012（9）：42.endprint