simulink實(shí)現(xiàn)FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)仿真

李啟丙

（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 德陽 618000）

調(diào) 頻 附 加 信 道 FM-SCA （Subsidiary Communications Authorization）數(shù)據(jù)廣播利用現(xiàn)有調(diào)頻廣播的附加信道來傳送各種業(yè)務(wù)信息的調(diào)頻多工數(shù)據(jù)廣播技術(shù)，它可以使同一部發(fā)射機(jī)在同一個(gè)主頻率上，除了傳送原有的廣播節(jié)目外，還可以在附加信道同時(shí)傳送一路或多路的語言、數(shù)據(jù)節(jié)目，實(shí)現(xiàn)“臺(tái)中有臺(tái)”或“一主多副”的調(diào)頻多工廣播[1]。

利用調(diào)頻SCA輔助信道來傳輸可尋址加密識(shí)別碼，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。將可尋 址指令信號(hào)調(diào)制到67 KHz副載波，與音頻信號(hào)一同調(diào)頻到主信道載波上發(fā)射出去[2]。目前沒有仿真模型，研究數(shù)據(jù)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(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)，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(jìn)一步研究數(shù)據(jù)廣播和提高抗干擾能力節(jié)約時(shí)間和成本。

1 FM-SCA工作原理

1.1 雙重調(diào)頻SCA廣播工作原理

雙重調(diào)頻（FM-FM）方式的SCA廣播系統(tǒng)框圖如圖1所示。發(fā)端除具有原來立體聲廣播設(shè)備外，還增加了由副載波（67 kHz）發(fā)生器和第一調(diào)頻器組成的SCA調(diào)制器。副信道節(jié)目經(jīng)SCA調(diào)制器后，變?yōu)?7 kHz的調(diào)頻信號(hào)，并與立體聲復(fù)合信號(hào)相加。疊加的信號(hào)經(jīng)激勵(lì)器后對(duì)主載波fo進(jìn)行第二次調(diào)頻，再經(jīng)功放后發(fā)射出去。收端調(diào)諧在主載波fo上，經(jīng)第一鑒頻器輸出立體聲復(fù)合信號(hào)和副載波（67 kHz）調(diào)頻信號(hào)，其中復(fù)合信號(hào)經(jīng)立體聲解碼器輸出主信道立體聲節(jié)目，而副載波（67 kHz）調(diào)頻信號(hào)經(jīng)SCA解調(diào)器輸出副信道節(jié)目[3]。

1.2 FM-SCA數(shù)據(jù)廣播原理

如果在雙重調(diào)頻SCA廣播的基礎(chǔ)上，將副信道通過ASK或者FSK數(shù)字調(diào)制技術(shù)后再與原主信道信號(hào)相加后再對(duì)對(duì)主載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻，即可完成FM-SCA數(shù)據(jù)廣播原理。原理框圖如圖2所示。

2 FM-SCA數(shù)據(jù)廣播仿真

FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)仿真圖如圖3所示。二進(jìn)制信號(hào)產(chǎn)生后與ASK載波信號(hào)同時(shí)送ASK調(diào)制模塊進(jìn)行ASK調(diào)制，為了避免ASK信號(hào)對(duì)立體聲信號(hào)的干擾，故將ASK信號(hào)壓縮20%以后與原立體聲信號(hào)復(fù)合相加。疊加的信號(hào)經(jīng)過FM調(diào)制模對(duì)主載波fo進(jìn)行第二次調(diào)頻，再經(jīng)功放后發(fā)射出去。接收端收到調(diào)制信號(hào)后首先進(jìn)行FM解調(diào)，得到兩路信號(hào)，一中是音頻信號(hào)，另一路是數(shù)據(jù)廣播信號(hào)，其信號(hào)為ASK調(diào)制信號(hào)，再將此信號(hào)放大后送到FM-SCA解調(diào)器進(jìn)行ASK解調(diào)得到原二進(jìn)制信號(hào)，即數(shù)據(jù)信號(hào)。下面對(duì)主要模型進(jìn)行分析。本文為方便仿真，將ASK信號(hào)頻率設(shè)置為50 Hz，音頻調(diào)制信號(hào)為320 Hz，主載波信號(hào)為2 KHz。

圖1 雙重調(diào)頻SCA廣播工作原理圖Fig.1 SCA double frequency modulation broadcasting principle diagram

圖2 FM-SCA數(shù)據(jù)廣播原理圖Fig.2 Schematic diagram of FM-SCA data broadcasting

圖3 FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)仿真圖Fig.3 Simulation diagram of the 3 FM-SCA data broadcasting system

2.1 副信道調(diào)制模型

副信道調(diào)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(hào)頻率為50 Hz，數(shù)據(jù)信號(hào)流利用simulink中的伯努力信號(hào)發(fā)生器來模擬。參考文獻(xiàn)[4]，自定義一個(gè)ASK調(diào)制器函數(shù)，程序如下：

FSK是一種數(shù)字調(diào)制方式，其調(diào)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(shù)字調(diào)制方式，可參考FSK的方式進(jìn)行信號(hào)壓縮20%后再用濾波器濾掉高頻干擾。這樣增加數(shù)字信號(hào)的解碼正確率。同時(shí)不干擾主信道的音頻信號(hào)。

2.2 FM主信道調(diào)制與解調(diào)器

FM調(diào)制器是關(guān)系到信號(hào)最后能否正確解調(diào)的關(guān)鍵。根據(jù)文獻(xiàn)[5]可知調(diào)頻的表達(dá)式如式（1）所示。

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

FM調(diào)制器模型如圖5所示。

FM解調(diào)器可根據(jù)對(duì)式（1）進(jìn)行微分。調(diào)頻波的微分表達(dá)式如式（2）所示。

圖5 FM調(diào)制仿真模型圖Fig.5 The simulation model of FM modulation

從式（2）式可知此信號(hào)為AM-FM波 ，采用包絡(luò)檢波即可中恢復(fù)調(diào)制信號(hào)，此方式為斜率鑒頻[5]。所以FM解調(diào)器模型如圖6所示。其中包絡(luò)檢波內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。在此為了避免ASK輔助信號(hào)對(duì)主信號(hào)的干擾，所以在此用帶通濾波器以主信號(hào)的中心點(diǎn)為濾波器的中心點(diǎn)，把ASK信號(hào)壓縮在20%以下。

圖6 FM解調(diào)器仿真模型Fig.6 The simulation model of FM demodulator

圖7 包絡(luò)檢波原理Fig.7 Envelope demodulation principle

2.3 SCA解調(diào)器

由于在主信號(hào)解調(diào)時(shí)，ASK信號(hào)對(duì)主信號(hào)進(jìn)行了二次調(diào)頻，因此在SCA檢波前應(yīng)進(jìn)行一次FM解調(diào)，解調(diào)后再進(jìn)行ASK解調(diào)，如圖8所示。ASK解調(diào)就是利用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行，首先對(duì)ASM調(diào)制信號(hào)進(jìn)行濾波，接下來進(jìn)行整流和絡(luò)檢波。檢波完成后，信號(hào)有衰減，故對(duì)信號(hào)進(jìn)行一級(jí)放大。放大后的信號(hào)是低頻的調(diào)制信號(hào)，為了消除干擾，加一級(jí)陷波，對(duì)ASK的載波信號(hào)加以濾除。濾除后的信號(hào)進(jìn)行限幅和整形，得到ASK的調(diào)制信號(hào)。經(jīng)測(cè)量誤碼率在0.04459。

圖8 SCA解調(diào)器Fig.8 SCA demodulator

3 結(jié)束語

本文利用simulink仿真軟件實(shí)現(xiàn)FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)仿真，實(shí)現(xiàn)了主信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)的廣播發(fā)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(hào)干擾，在以后的仿真中來提高系統(tǒng)抗干擾能力。利用FM-SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無人值守?zé)o線調(diào)頻廣播系統(tǒng)[6]。

[1]許德仲，徐玉杰，李廣順.頻附加信道（FM-SCA）數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].廣播與電視技術(shù)，2000，27（10）:192-195.

[2]雷毅，周平淺.談?wù){(diào)頻附加信道（FM—SCA）技術(shù)在農(nóng)村廣播應(yīng)急網(wǎng)中的應(yīng)用[J].西部大開發(fā)，2012（8）:73.

[3]劉家偉.FM-SCA廣播的原理與應(yīng)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(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào).2013，27（1）:44-48.

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

[6]趙俊.無人值守?zé)o線調(diào)頻廣播發(fā)射系統(tǒng)的構(gòu)建[J].廣播電視信息，2011（5）:74-76.