simulink實現FM-SCA數據廣播系統仿真

李啟丙

（四川建筑職業技術學院 四川 德陽 618000）

調 頻 附 加 信 道 FM-SCA （Subsidiary Communications Authorization）數據廣播利用現有調頻廣播的附加信道來傳送各種業務信息的調頻多工數據廣播技術，它可以使同一部發射機在同一個主頻率上，除了傳送原有的廣播節目外，還可以在附加信道同時傳送一路或多路的語言、數據節目，實現“臺中有臺”或“一主多副”的調頻多工廣播[1]。

利用調頻SCA輔助信道來傳輸可尋址加密識別碼，實現終端設備的遠程控制。將可尋 址指令信號調制到67 KHz副載波，與音頻信號一同調頻到主信道載波上發射出去[2]。目前沒有仿真模型，研究數據廣播和提高抗干擾能力需要通過搭建硬件完成。這種方法缺點時間長，成本高。所以本文通過理論分析，利用simulink仿真軟件工具來建立FM-SCA模型。為進一步研究數據廣播和提高抗干擾能力節約時間和成本。

1 FM-SCA工作原理

1.1 雙重調頻SCA廣播工作原理

雙重調頻（FM-FM）方式的SCA廣播系統框圖如圖1所示。發端除具有原來立體聲廣播設備外，還增加了由副載波（67 kHz）發生器和第一調頻器組成的SCA調制器。副信道節目經SCA調制器后，變為67 kHz的調頻信號，并與立體聲復合信號相加。疊加的信號經激勵器后對主載波fo進行第二次調頻，再經功放后發射出去。收端調諧在主載波fo上，經第一鑒頻器輸出立體聲復合信號和副載波（67 kHz）調頻信號，其中復合信號經立體聲解碼器輸出主信道立體聲節目，而副載波（67 kHz）調頻信號經SCA解調器輸出副信道節目[3]。

1.2 FM-SCA數據廣播原理

如果在雙重調頻SCA廣播的基礎上，將副信道通過ASK或者FSK數字調制技術后再與原主信道信號相加后再對對主載波信號進行調頻，即可完成FM-SCA數據廣播原理。原理框圖如圖2所示。

2 FM-SCA數據廣播仿真

FM-SCA數據廣播系統仿真圖如圖3所示。二進制信號產生后與ASK載波信號同時送ASK調制模塊進行ASK調制，為了避免ASK信號對立體聲信號的干擾，故將ASK信號壓縮20%以后與原立體聲信號復合相加。疊加的信號經過FM調制模對主載波fo進行第二次調頻，再經功放后發射出去。接收端收到調制信號后首先進行FM解調，得到兩路信號，一中是音頻信號，另一路是數據廣播信號，其信號為ASK調制信號，再將此信號放大后送到FM-SCA解調器進行ASK解調得到原二進制信號，即數據信號。下面對主要模型進行分析。本文為方便仿真，將ASK信號頻率設置為50 Hz，音頻調制信號為320 Hz，主載波信號為2 KHz。

圖1 雙重調頻SCA廣播工作原理圖Fig.1 SCA double frequency modulation broadcasting principle diagram

圖2 FM-SCA數據廣播原理圖Fig.2 Schematic diagram of FM-SCA data broadcasting

圖3 FM-SCA數據廣播系統仿真圖Fig.3 Simulation diagram of the 3 FM-SCA data broadcasting system

2.1 副信道調制模型

副信道調制仿真模型如圖4所示。為便于觀察波形，在本文中ASK載波信號頻率為50 Hz，數據信號流利用simulink中的伯努力信號發生器來模擬。參考文獻[4]，自定義一個ASK調制器函數，程序如下：

FSK是一種數字調制方式，其調制度允許在立體聲情況下由原來的小于10%變成小于20%。ASK也是數字調制方式，可參考FSK的方式進行信號壓縮20%后再用濾波器濾掉高頻干擾。這樣增加數字信號的解碼正確率。同時不干擾主信道的音頻信號。

2.2 FM主信道調制與解調器

FM調制器是關系到信號最后能否正確解調的關鍵。根據文獻[5]可知調頻的表達式如式（1）所示。

圖4 副信道調制仿真模型圖Fig.4 The simulation model of subsidiary communications authorization simulation model

FM調制器模型如圖5所示。

FM解調器可根據對式（1）進行微分。調頻波的微分表達式如式（2）所示。

圖5 FM調制仿真模型圖Fig.5 The simulation model of FM modulation

從式（2）式可知此信號為AM-FM波 ，采用包絡檢波即可中恢復調制信號，此方式為斜率鑒頻[5]。所以FM解調器模型如圖6所示。其中包絡檢波內部結構如圖7所示。在此為了避免ASK輔助信號對主信號的干擾，所以在此用帶通濾波器以主信號的中心點為濾波器的中心點，把ASK信號壓縮在20%以下。

圖6 FM解調器仿真模型Fig.6 The simulation model of FM demodulator

圖7 包絡檢波原理Fig.7 Envelope demodulation principle

2.3 SCA解調器

由于在主信號解調時，ASK信號對主信號進行了二次調頻，因此在SCA檢波前應進行一次FM解調，解調后再進行ASK解調，如圖8所示。ASK解調就是利用傳統的方法進行，首先對ASM調制信號進行濾波，接下來進行整流和絡檢波。檢波完成后，信號有衰減，故對信號進行一級放大。放大后的信號是低頻的調制信號，為了消除干擾，加一級陷波，對ASK的載波信號加以濾除。濾除后的信號進行限幅和整形，得到ASK的調制信號。經測量誤碼率在0.04459。

圖8 SCA解調器Fig.8 SCA demodulator

3 結束語

本文利用simulink仿真軟件實現FM-SCA數據廣播系統仿真，實現了主信號與數據信號的廣播發送，且誤碼率在0.045，比較低。但是本次仿真還沒有考慮傳播過程中的信號干擾，在以后的仿真中來提高系統抗干擾能力。利用FM-SCA數據廣播系統可以實現無人值守無線調頻廣播系統[6]。

[1]許德仲，徐玉杰，李廣順.頻附加信道（FM-SCA）數據廣播系統的開發與應用[J].廣播與電視技術，2000，27（10）:192-195.

[2]雷毅，周平淺.談調頻附加信道（FM—SCA）技術在農村廣播應急網中的應用[J].西部大開發，2012（8）:73.

[3]劉家偉.FM-SCA廣播的原理與應用分析[J].電子世界，1994（12）:363-364.

[4]陸小菊，李金平，李鵬飛.基于simulink的2FSK調制解調器設計與實現[J].北京聯合大學學報.2013，27（1）:44-48.

[5]周開利.基于MATLAB/SIMULINK的模擬通信系統仿真[J].信息技術，2003，27（12）:1-3.

[6]趙俊.無人值守無線調頻廣播發射系統的構建[J].廣播電視信息，2011（5）:74-76.