利用調(diào)頻附加信道廣播實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信

李 宏 陳 海（貴州廣播電視臺(tái) 廣播技術(shù)中心，貴州 貴陽 550002）

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利用調(diào)頻附加信道廣播實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信

李 宏 陳 海
（貴州廣播電視臺(tái) 廣播技術(shù)中心，貴州 貴陽 550002）

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了如何利用調(diào)頻附加信道廣播實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，闡述了SCA數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)SCA數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的發(fā)送和接收都進(jìn)行了較為深入的介紹。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻附加信道；SCA；MSK；最小頻移鍵控

一、概述

SCA（Subsidiary Communications Authorization，直譯為輔助通信業(yè)務(wù)）是在調(diào)頻廣播中利用已有的FM廣播發(fā)射設(shè)備、發(fā)射天線，在原有載波頻率上附加一個(gè)或多個(gè)不同節(jié)目的廣播方式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)載波頻率同時(shí)播送兩套以上互不干擾的獨(dú)立節(jié)目或者數(shù)據(jù)信號(hào)的一項(xiàng)頻率復(fù)用技術(shù)，即調(diào)頻多工廣播技術(shù)。

在1961年，美國1000座調(diào)頻臺(tái)中已有25%的電臺(tái)設(shè)有SCA信道。到目前，美國幾乎所有調(diào)頻臺(tái)都已開展了SCA業(yè)務(wù)，并收到了重大的經(jīng)濟(jì)收益。可見SCA廣播這一項(xiàng)高新技術(shù)，對(duì)提高現(xiàn)有頻率資源的利用率、節(jié)約日益緊張的頻率資源、節(jié)省建臺(tái)費(fèi)用、發(fā)展無線電通信事業(yè)都有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，更將成為廣播部門今后新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，前景誘人。自從1992年我國第一個(gè)SCA廣播電臺(tái)——廣州羊城交通臺(tái)開播至今，我國各大中城市的調(diào)頻廣播電臺(tái)都相繼開展了SCA廣播業(yè)務(wù)。這說明我國的廣播正向著“臺(tái)中臺(tái)”、“一主多副”、“一臺(tái)多路”的多工通信方向發(fā)展。

SCA信道主要傳送和立體聲節(jié)目完全無關(guān)的信息，其應(yīng)用非常廣泛，具有代表性應(yīng)用的主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，金融股市信息。

第二，交通信息廣播。

第三，廣播尋呼系統(tǒng)。

第四，背景音樂廣播。

第五，LED屏幕顯示。

第六，能源電力控制。

第七，汽車防盜系統(tǒng)。

第八，語言加密廣播。

第九，教學(xué)節(jié)目廣播

第十，氣象報(bào)警廣播。

第十一，數(shù)據(jù)通信。

第十二，市場(chǎng)報(bào)價(jià)。

圖1　調(diào)頻廣播信道頻率分布示意圖

SCA廣播利用調(diào)頻廣播頻帶中附加信道的副載波來傳送信息。由于調(diào)頻立體聲廣播的基帶信號(hào)頻寬為53kHz（調(diào)頻單聲道為15kHz），所以在調(diào)頻廣播中，53kHz～100kHz（調(diào)頻單聲道為15kHz～100kHz）的頻帶幾乎是閑置的，該范圍內(nèi)有多個(gè)副信道可供利用，其頻率分布示意圖見圖1。為使附加的信息廣播與原有的調(diào)頻廣播的副信道互不干擾，其調(diào)制方式采用調(diào)頻方式。SCA廣播是調(diào)頻—調(diào)頻廣播方式，即雙重調(diào)頻制式，它要求把附加信道的副載波頻率選在干擾最小處，即在19kHz導(dǎo)頻的諧波處，如57kHz、76kHz、95kHz，也可選在干擾較小的66.7kHz處。

這些年，SCA數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)更是得到了長(zhǎng)足發(fā)展。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入系統(tǒng)的快速發(fā)展和普及使得其數(shù)據(jù)通信已變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，用戶只需把計(jì)算機(jī)或嵌入系統(tǒng)聯(lián)接上SCA數(shù)據(jù)接收機(jī)，通過相應(yīng)的軟件就可接收到所需的各種數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行顯示和分析處理。典型的應(yīng)用例子就是移動(dòng)LED屏幕廣告信息發(fā)布系統(tǒng)。下面簡(jiǎn)單說明一下SCA數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)的基本組成和工作原理。其接收系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如下：

主載波頻率范圍：87MHz-108MHz

調(diào)制方式：MSK（Minimum frequency Shift Keying最小頻移鍵控，調(diào)制指數(shù)為0.5時(shí)的CPFSK）

數(shù)據(jù)通信速率：9600bps

數(shù)據(jù)傳輸發(fā)式：同步

中心頻率：76KHz

頻偏：±4kHz（副載波的空號(hào)為72kHz，傳號(hào)為80kHz）

SCA數(shù)據(jù)接收門限靈敏度：小于40μV

天線阻抗：75Ω

二、SCA數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)基本原理

SCA數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要由發(fā)送部分和接收部分組成。

SCA數(shù)據(jù)發(fā)送系統(tǒng)利用調(diào)頻廣播基帶中的76kHz作為附加信道的副載波，其基帶頻率分布圖見圖2。

圖2　調(diào)頻立體聲廣播信號(hào)頻譜圖

信息發(fā)射端：首先把要發(fā)布的數(shù)據(jù)信息通過實(shí)時(shí)播出軟件進(jìn)行篩選、壓縮、編碼、加密等處理，再把已處理的數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算機(jī)的RS232串行端口發(fā)送到SCA數(shù)字編碼器進(jìn)行編碼，并采用MSK數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成副載波頻移鍵控信號(hào)，然后送入激勵(lì)器的SCA附加信道輸入端口，和已通過立體聲編碼處理的節(jié)目信號(hào)進(jìn)行混合，最后送給FM調(diào)頻發(fā)射機(jī)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)廣播發(fā)射。數(shù)據(jù)信息發(fā)射端系統(tǒng)框圖見圖3。

圖3　數(shù)據(jù)信息發(fā)射端系統(tǒng)框圖

用戶接收端：用戶通過一臺(tái)SCA接收機(jī)將SCA信號(hào)接收下來并解調(diào)、解密，變成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，然后通過RS232串行端口將數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或嵌入系統(tǒng)，經(jīng)安裝的驅(qū)動(dòng)程序和軟件就可以顯示、分析和處理所收到的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息用戶接收端框圖見圖4。

圖4　數(shù)據(jù)信息用戶接收端框圖

三、SCA數(shù)據(jù)信息發(fā)送系統(tǒng)的原理

經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)字化了的數(shù)據(jù)信息，通過計(jì)算機(jī)的RS232接口電路轉(zhuǎn)化為0V和5V的數(shù)字信號(hào)，然后送入SCA數(shù)字編碼器進(jìn)行MSK調(diào)制，變?yōu)轭l偏為4kHz的頻移鍵控信號(hào)。即將0V電平轉(zhuǎn)換為80kHz的頻率信號(hào)，將5V電平轉(zhuǎn)換為72kHz的頻率信號(hào)，且使這兩個(gè)電平所產(chǎn)生的頻率相位連續(xù)，幅度不變，使其轉(zhuǎn)換的MSK調(diào)制信號(hào)的中心頻率為（80kHz+72kHz）/2 ＝76kHz。然后將這個(gè)頻移鍵控信號(hào)放大，送入激勵(lì)器的SCA輸入口，至加法器與已編碼的立體聲信號(hào)進(jìn)行線性相加后送入主調(diào)頻器上，并以規(guī)定的頻偏調(diào)制到調(diào)頻臺(tái)的主頻率上，經(jīng)過功率放大，最后再由天線發(fā)射出去。SCA的調(diào)制度為調(diào)頻廣播總調(diào)制度的10%（立體聲信號(hào)占80%，導(dǎo)頻占10%）。

SCA數(shù)字編碼器由RS232接口電路、MSK發(fā)聲器、不平衡/平衡轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大等電路組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

圖5　SCA數(shù)字編碼器結(jié)構(gòu)框圖

計(jì)算機(jī)的正負(fù)交變電平通過RS232接口電路轉(zhuǎn)換為TTL電平后送至MSK發(fā)生器的輸入端，控制MSK發(fā)生器內(nèi)部的電流開關(guān)電路，以改變MSK發(fā)生器內(nèi)的阻容式壓控振蕩器VCO的定時(shí)電阻的阻值來產(chǎn)生不同頻率，使其受所傳數(shù)據(jù)的鍵控來生產(chǎn)頻移信號(hào)，并在該頻移信號(hào)經(jīng)過正弦波整形電路和不平衡/平衡轉(zhuǎn)換電路后進(jìn)行信號(hào)放大及濾波，最后送入激勵(lì)器的SCA輸入口。

四、SCA數(shù)據(jù)信息接收系統(tǒng)的原理

SCA接收系統(tǒng)由調(diào)諧、中頻濾波、限幅中放、鑒頻、副載波帶通濾波器、MSK解調(diào)器、RS232接口電路等組成，其方框圖如圖6所示。

圖6　SCA接收系統(tǒng)基本組成框圖

立體聲和附加信道數(shù)據(jù)所混合的調(diào)頻復(fù)合信號(hào)經(jīng)SCA接收機(jī)的天線輸入至調(diào)諧電路的高放，和本振混頻后變?yōu)?0.7MHz的中頻信號(hào)，再經(jīng)濾波后送入中放系統(tǒng)電路進(jìn)行限幅中放、鑒頻，然后將鑒頻器輸出的立體聲信號(hào)和副載波頻移鍵控信號(hào)經(jīng)72kHz～80kHz的帶通濾波電路，把需要的頻移鍵控信號(hào)選出并送給MSK解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，最后再通過RS232接口電路送入計(jì)算機(jī)，使其復(fù)原為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)字信號(hào)。

MSK解調(diào)器由頻移信號(hào)放大電路、鎖相環(huán)及數(shù)據(jù)濾波電路等組成。鎖相環(huán)包含阻容式壓控振蕩器（VCO）、鑒相電路和環(huán)路濾波電路等。MSK解調(diào)器結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。

圖7　MSK解調(diào)器結(jié)構(gòu)框圖

由副信道帶通濾波器選出的MSK頻移數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)放大后與來自VCO的信號(hào)進(jìn)行鑒相并按所指定的PLL（Phase Locked Loop鎖相環(huán)）跟蹤范圍鎖定其頻移信號(hào)，使其讓環(huán)路濾波器輸出一個(gè)與頻移信號(hào)頻率值相對(duì)應(yīng)的直流電壓，這樣隨著輸入頻率的不斷變化，就產(chǎn)生了高低兩個(gè)電平，使MSK信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，最后把該數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，就完成了SCA數(shù)據(jù)的接收。

五、結(jié)束語

從以上分析我們可以看到：

第一，利用現(xiàn)有調(diào)頻廣播電臺(tái)設(shè)備及各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，加上SCA數(shù)字編碼器就可以組成SCA數(shù)據(jù)信息發(fā)送系統(tǒng)，節(jié)省了投資費(fèi)用。

第二，SCA數(shù)據(jù)信息傳輸系統(tǒng)不需另外申請(qǐng)頻點(diǎn)，就可開展無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，如實(shí)現(xiàn)移動(dòng)LED屏幕廣告的信息發(fā)布，節(jié)約了開支。

第三，調(diào)頻廣播電臺(tái)的發(fā)射天線高，覆蓋面廣，為SCA數(shù)據(jù)信息的發(fā)送奠定了實(shí)用基礎(chǔ)，更能充分體現(xiàn)SCA無線傳輸?shù)膬?yōu)越性。

中圖分類號(hào)：TN934.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-8883（2016）03-0234-02