全固态中波广播发射机数字调制原理

宗启章

【摘要】与用模拟音频信号直接调制不同，数字调制方式首先必须将音频信号数字化，然后再用数字化后的信号去控制功放模块的开与关，因而便产生了与模拟调制很大的不同。

【关键词】中波广播发射机;数字调制

中图分类号：TN929                              文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.01.012

以上海明珠公司生产的TSD-10全固态数字调制中波广播发射机为例，介绍数字调制原理。其详细过程如下：

1. 模拟信号的数字化过程

就是通常所讲的模/数（A/D）转换过程，包括采样、保持、量化、编码和传递过程。对于TSD-10型机，这些过程都在A34（A/D转换）板上完成。

1.1 取样和保持

取样就是按一定频率对输入的音频信号进行取值，这样就把原来在时间、数值上连续的一些音频数值变为离散值。要想使经过量化、编码和数/模转换等过程后还原的音频信号失真度能够保持在允许的范围内，必须遵循采样定理：使采样频率达到音频信号最高频率的2倍以上，即f采样≥f音频max。由于每次把采样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次采样后，必须把采样电压保持一段时间。

1.2 量化和编码

由于采样得到的是一些在时间和数值上都不连续的离散值，因而想用数字量来表示时，必须先把它们转化成以某个最小数量单位的整数倍才行，而这个转化的过程就是量化，量化后得到的便是数字信号。这里的最小单位是人为规定的，就叫它量化单位，数字信号最低有效位中的“1”所表示的数量大小就等于量化单位。把量化后的数值用二进制代码来表示的过程就称为编码。必须说明的是，在TSD-10中，把每个取样点上的音频信号转化成了12位的数字信号，也就是说，输入到A34上的模拟音频信号，经A/D转换后最终输出到下一个编码环节的是一些12比特——B1～B12的数字流。

2. 调制编码过程

这是数字调制的核心部分。如果把A/D转换板来的12位数字信号，按纯二进制量化台阶进行转化（每1位控制一个电压转换台阶，12位需12个台阶即可），则可得到212=4096个量化台阶，发射机信噪比在理论上可达到73.76dB，但在实际发射较高功率如10KW时，这种纯二进制量化台阶的方式不可能实现。在TSD-10机中采用了把12位数字信号分为两组的办法，一组是12位数字信号中的低6位——B7～B12，用它们分别直接控制6个台阶的通断，另一组是高6位——B1～B6，用它们去控制42个台阶的通断。TSD-10机用这种方法也可使发射机的分辨率达到2751，相对应的数字位数约为11.42位，整机信噪比大于为70dB。

2.1 二进制台阶

12位数字信号中的低6位直接控制6个台阶的通断，由于这些台阶功放模块的合成输出射频电压分别是后面大台阶的1/64、1/32、1/16、……1/2，因而称其为小台阶，用它们刻画音频细节，其目的是提高由调幅波还原的音频信号的分辨率，从而减小失真。B7～B12与六个小台阶的对应关系如：表1，具体的控制方式是：二进制数位上的数字为“1”时，控制转换台阶导通工作，为“0”时，不工作。

2.2 大台阶

12位数字信号中的高6——B1～B6位，不是直接去控制台阶的通断，而是把它们作为地址码，去读取只读存贮器（ROM）中的数据，由这些存贮的数据去控制台阶的通断，这些数据在出厂时就已由生产厂家写入。每个ROM的地址及其内存贮的数据各不相同，其对应关系如表2。在TSD-10机中，使用了6个这样的ROM去控制42个大台阶的通断，由于它们使用的工作电压相等，均为230V，因而形成了输出合成功率的主要部分。

本机所采用的ROM为DM74LS471N，其输入输出各有8个端子，在TSD-10中仅用其中的8个输出端和6个输入端，有2个输入端未接，因而表中与B7、B8对应的输入端填入“×”，表示无论它输入什么值都不会影响输出。

这样，某时刻高6位是某一数值时，则这6个ROM就输出相应的42个开关信号，最终的结果是高6位二进制数字转换成十进制数字是多少，则有多少个大台阶功放模块被打开。比如：某时刻数据流为101011011011，则对应的B1～B12如表3。

这时，小台阶部分的导通情况为：1/64、1/32、1/8、1/4共4个小台阶功放模块导通工作，1/16、1/2关闭;大台阶部分的导通情况为：有20+21+25=35块大台阶功放模块导通工作，其余后7块不工作。这时的12位数字共开通4+35=39块模块，由它们在功率合成板上共用一个次级合成输出带有“音频信号”样包络的输出已调波。

参考文献：

[1]刘吉坤 戈义志 范洪清.数字调幅中波广播发射机的原理与维护[M].陕西数字广播通讯设备有限责任公司，2001，3

[2]毛建业 原军民 董光明.广播电视发射台应用技术[M].山西人民出版社，2002，8

[3]陳晓卫.全固态中波广播发射机使用与维护[M].中国广播电视出版社，2002，9.