调频频段数字音频广播（FM-CDR）激励器

2016-08-09河南省无线发射传输管理中心王启峰

电子世界 2016年13期

河南省无线发射传输管理中心郭力许萌王启峰张欣

河南省无线发射传输管理中心郭力许萌王启峰张欣

【摘要】激励器的基本功能是产生一个调频载波信号，并通过适当的功率放大作为激励信号，去推动调频广播发射机的末级功率放大器工作。广播发射机的电气性能指标和广播网络的覆盖效果基本上由激励器决定。通过研究FM-CDR技术，本文系统介绍了FM-CDR激励器，包括原理、构成及模块功能，从而使大家比较深入和直观的理解标准内容。

【关键词】FM-CDR；激励器；功能模块

0　引言

FM-CDR激励器是发射机的核心设备和重要组成部分，也是相对独立的一个部分，可以跟据不同的机型或用户的具体要求进行配置。广播发射机的电气性能指标和广播网络的覆盖效果基本上都由激励器决定。因此激励器电性能指标的好坏，就决定了整机的电性能指标好坏。本文将总结研究CDR标准的成果，希望给予同行参考。

1　FM-CDR激励器介绍

1.1FM-CDR激励器功能简介

FM-CDR激励器的输入数据是来自前端的复用流，激励器主要完成加扰、编码、映射、交织等信道编码、OFDM调制、组成信号帧、变频处理，然后送至功放，最后射频输出。另外，在模数同播方式下，需要完成模拟信号调频及模数信号合成。

FM-CDR激励器内部功能单元主要包括两部分信号处理模块：一部分为实现符合GY/T 268.1-2013规定的CDR信号处理模块，另一部分为实现模拟调频广播功能的模块，两个模块的信号经过信号合成及上变频、射频输出放大和监控系统等功能模块，输出数字音频广播和模拟调频广播的射频信号。按照国标的要求，激励器还要具备预校正功能［1］。

1.2激励器原理

同时支持模拟调频广播和数字音频广播的调频频段数字音频广播激励器框图如图1所示，仅支持数字调频频段数字音频广播技术的激励器框图如图2所示［1］。

图1　同时支持数字和模拟方式的FM-CDR激励器原理框图

图2　支持数字方式的FM-CDR激励器原理框图

（1）为采用模数同播方式，激励器应能支持模拟、模数同播和数字工作模式及其切换，待从模拟到数字过渡完成之后，激励器转入数字工作模式。数字工作模式应能支持标准GY/T 268.1-2013规定的全部工作模式。

（2）信道编码和调制模块是激励器的中心模块，是数字和模拟广播标准的具体体现。通过ASI/RJ45接口进入激励器的两路复合流（可手动/自动切换），完成包括扰码、信道编码、交织和映射等。

（3）激励器还配备有增益和包络的线性和非线性预校正功能。预校正可以根据实现方式的不同选择在基带或者射频部分完成，也可以是在数字域或者模拟域完成。该功能用于对包含发射机的功率放大器在内的整个发射链路中的阻抗不匹配和非线性失真进行校正，从而改善发射信号质量，提高发射效率。

（4）激励器还需要具备一定的监测和监控功能，以实现运行期间的远程遥控，以及实时监视、出错报警等功能［1］。

2　FM-CDR激励器的功能模块及实现技术

2.1信道编码与调制模块

信道编码与调制模块主要完成对输入信号的处理。当采用纯数字模式时，该部分信号处理属于OFDM调制模块。当采用数模同播模式时，激励器包括两部分信号处理模块［2］。

2.2FM模拟部分

在FM-CDR激励器的系统设计及实现时，FM调制部分按照FM规范标准（GY/T 169-2001）执行，在应运中，是通过信号控制，进行单声道或立体声的切换输出方式［3］。

通常，在利用数字信号处理技术实现调制时，为使适用于FMCDR系统，对模拟信号的取样频率进行调整和设计。在进行FM调制之前，首先要使信号的采样频率上采样到射频采样率。但其核心过程仍在于立体声FM调制［3］。

2.3OFDM部分

本部分输入信号为复用流，输入的复用流包括主业务数据、业务描述信息及系统信息。实现符合标准GY/T 268.1-2013规定的信道编码和调制，原理框图如图3所示［1］。

图3　OFDM模块框图

OFDM成帧可采用有限状态机的机理实现，主要阶段包括：LDPC编码、数据映射、插入导频、插入同步头数据。通常采用IFFT来进行OFDM调制，由不同的系统模式，使用不同的傅立叶变换数N，比如N=4096，将信道编码的数据以4096为单位进行IFFT，即可得到OFDM符号。同时，要将OFDM符号完全复制得到循环前缀CP。

数字CDR信号与模拟FM信号混合时采用的是10MHz采样频率，使其达到统一标准，需要将OFDM信号按照一定的变频系数进行下采样，采用滤波抽取的原理。OFDM信号的带宽是200kHz，避免产生临道干扰，要对OFDM信道低通滤波［1］。

2.4多级编码、调制和映射

CDR系统分别由主业务信道、业务描述信道和系统信息通道组成。UEP是选用两种编码率，把主业务信道的数据分配到高、低保护率部分。

2.5导频发生器

导频是在解调处理中作为参考信号，每个OFDM符号中有固定数量的单元采用预定的幅度和相位传输，被称作“参考导频”。导频发生器为接收机提供信道状态信息，估计信号的相关解调。导频信号可以用于帧、频率和时间同步，信道估计，传输模式识别，也可以用于纠正相位噪声。导频的位置不是固定的，在时域与频域中是变化的，且与传输模式有关［2］。

2.6信号合成模块

信号合成模块完成数字OFDM信号和模拟FM信号的合成。实现模拟与数字信号合成的方法有5种：分别放大—高电平合成；低电平合成—共同放大；中等电平—分离合成；双天线输入合成；两个天线电磁独立合成。选择哪种方法取决于现有模拟FM发射机的功率大小、工作状态和特性，同时取决于天线和塔的高度等具体情况。

根据FM-CDR发射机的原理框图，激励器是一个模拟FM调制器与一个数字的COFDM调制器的组合。两部分使用信号合成器合成，使用一个射频放大输出，采用低电平合成—共同放大方式。在激励器的末端，将FM信号与OFDM进行简单的加和合成［3］。

2.7频率变换模块

频率变换将基带处理后的数模混合信号，经过上变频转换成所需要频段的射频信号。常见的变频方法有：直接变频滤波；I、Q分量分离调制；数字基带信号上变频。

直接变频滤波。方法是直接将基带信号一次变频或二次变频到射频，用带通滤波器滤除不用的下边带。这种方法的原理是抑制载波fc的双边带调幅。优点：电路简单，缺点：带通滤波器质量要求高。基带信号的中心频率低，无用边带与有用边带的距离就越近，有效抑制下边带的难度就越大。如果是中频信号上变换为射频信号，上边带与下边带相距很远，就容易分离。

2.8数字上变频

数字上变频DUC（Digital Up Converter）是指在无线电发射中，数字信号转换成模拟信号，模拟信号经过混频、放大，最后限制带宽，由天线发射出去。

DUC实现从“复”基带（Baseband）信号到“实”带通（Passband）信号的变换。因为从基带输出的复基带信号采样率较低，是数字调制的符号率，不能满足高频发射的要求。所以通常基带信号要经过滤波转换成更高的采样率，调制到中频载波频率。目前，这一部分功能通常采用利用了直接频率合成技术（DDS-Direct Digital Synthesis）的数字上变频专用芯片来实现（如ADI公司生产的AD6623）［2］

2.9激励器设置模块

激励器设置模块承载着控制功能。通过IP网传输，利用浏览器界面对激励器输入的模拟FM信号和数字OFDM信号进行参数控制，主要参数包括：信号的中心频率、模拟或数字信号输入选择、设定FM导频调制度、设定导频频率、FM信号调制频偏、发射功率控制、预加重开关、数字信号与模拟信号的功率比、OFDM文字数据等［1］。