數(shù)字調頻廣播的技術實現(xiàn)

摘要：本文是對廣播信號傳輸方式進行講解，敘述了調頻廣播的優(yōu)勢，闡述了我國現(xiàn)行調頻廣播的信號調制方式，對調頻廣播中的核心設備調頻發(fā)射機進行了剖析，進而對頻率合成器的功能類型，頻率合成器的指標以及現(xiàn)行廠商的數(shù)字頻率合成技術（DDS）的實現(xiàn)方法進行了分類講解。文末指出數(shù)字調頻廣播的出現(xiàn)，是讓模擬調頻廣播重新走向輝煌的標志，它已經成為廣播電視發(fā)展的必然趨勢。

關鍵詞：頻率合成器 DDS 實現(xiàn)方法

中圖分類號：TN832 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0217-01

廣播的信號傳輸方式有調頻、調幅、調相三種，在實際民用上最多的方式是調幅和調頻。調頻廣播有調幅廣播無法比擬的優(yōu)點，它信號穩(wěn)定，抗幅度干擾能力強，音質清楚，因此是各地選擇傳輸方式的首選，調頻廣播傳輸?shù)男盘枏姸却蟆㈩l域寬、非干擾區(qū)域面積大，徹底解決了傳統(tǒng)有線廣播傳輸成本高、過程繁瑣、對環(huán)境和現(xiàn)有結構的施工有影響等問題，所以相對于傳統(tǒng)有線傳播介質有較高的性價比。現(xiàn)在，組建全新數(shù)字化的系統(tǒng)，設計新型調頻廣播，其完美音質直接媲美cd，從而提高現(xiàn)有的廣播質量。

依照國際調頻廣播標準結合中國的實際，我國選擇頻率傳輸范圍為87.0兆赫至107.9兆赫，其中區(qū)分最小間隔為0.1兆赫。我國主要釆用頻率的調制方式，以±75千赫茲作為調制后的頻偏。我國最普通的廣播電視聲音信號，預加重時間常數(shù)50ps，頻率范圍0-15千赫。在上述調制方法下，對1千赫頻率的音頻信號，取最大調制幅度，要求信噪比不小于60分貝。然后調頻立體聲廣播是將聲音信號分為左、右聲道進行編碼調制，左右聲道的信號均在30K Hz-15 K Hz 的頻段內。編碼的過程是首先將左、右聲道分別進行相加與相減運算，形成和信號（L+R）與差信號（L-R），然后用頻率為38 k Hz 的副載波信號按照抑制載波雙邊帶調制差信號，再與和信號及19 k Hz 導頻信號進行頻分復用形成調頻立體聲廣播的基帶信號。

一般而言，調頻發(fā)射機主要用于將調頻廣播電臺的語音和音樂節(jié)目以無線方式發(fā)射出去，它由音頻播控設備、傳輸設備、調頻發(fā)射機及發(fā)射天饋線組成。其運行機制是首先將音頻信號和高頻載波調制為調頻波，使高頻載波的頻率隨音頻信號發(fā)生變化，再對所產生的高頻信號進行放大，激勵，功放和一系列的阻抗匹配，使信號輸出到天線，發(fā)送出去的裝置。其中頻率合成器是它的核心器件，現(xiàn)解說如下：

1 頻率合成器的功能及類型

信號發(fā)生器的作用是產生適合發(fā)射的信號頻率，他相當于頻率合成器的心臟。他的產生方式在歷史上主要有模擬和數(shù)字兩種方式。1980 年代以前，模擬方式占統(tǒng)治地位，它通過分立元器件等組成振蕩回路，產生標準函數(shù)波形。到了90年代后，數(shù)字電路開始廣泛應用，它從一個頻率基準由數(shù)字電路合成所需頻率，而其中的技術有突飛猛進的進步，以下是常見的三種方式：

1.1 頻率直接合成法

它主要有三種方式：非相干式直接合成、相干式直接合成頻率、漂移抵消法。它是要采用大量的濾波器、混頻器等，成本高，體積大。又由于混頻器存在諧波成分，易產生寄生調制，影響頻率穩(wěn)定度，容易產生大量離散頻率。

1.2 頻率間接合成法

它主要有三種方式：脈沖控制鎖相法、模擬鎖相環(huán)路法、數(shù)字鎖相環(huán)路法。它所使用的通過脈沖形成電路，產生豐富的諧波，選出適當?shù)闹C波頻率，來與VCO的頻率在鑒相器中進行相位比較。電路較直接合成法簡單，與直接合成法相似，這種方法也能得到任意小的頻率間隔。鑒相器的工作頻率不高，頻率變化范圍也不太大，比較容易實現(xiàn)。有點類似于直接合成器，但不需要直接合成法所用的昂貴的晶體濾波器。

1.3 集成頻率合成器

它應用數(shù)字邏輯電路把VCO頻率一次或多次降低至鑒相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中進行比較，所產生的誤差信號用來控制VCO的頻率，使之鎖定在參考頻率上，系統(tǒng)無反饋環(huán)節(jié)；波形存儲器中存貯了大量離散波形數(shù)據(jù)和資料，然后通過用數(shù)字信號處理方式重新編譯數(shù)據(jù)，就可以任意改變輸出信號的波形，通過DAC輸出，即可得到ROM存儲的任意波形；具有相位的調制能力。由于DDS采用全數(shù)字方式，因此也存在一些缺點：其一運算速度受到限制；其二，DDS輸出信號中雜散寄生分量大，頻譜純度低；其三，局限性雜散豐富，輸入輸出頻率差小，大大的限制了輸出頻率地提高。

2 頻率合成器的指標

2.1 頻率輸出帶寬

頻率輸出帶寬是指頻率合成器輸出的最高頻率fomax與最低頻率fomin和之間的差值。

2.2 波道數(shù)與波道間隔

波道數(shù)是指頻率合成器所能提供的頻率個數(shù)，波道間隔指兩個相鄰頻道之間的頻率差，也可稱為頻率合成器的頻率分辨力。

2.3 波道轉換時間

頻率轉換時間是指頻率合成器從某一頻率轉換為另一頻率所需要的時間。它包括波道置定時間及環(huán)路捕捉時間。

2.4 頻率穩(wěn)定度

長期穩(wěn)定是指一天以上時間范圍內的頻率不穩(wěn)定性，它主要是由振蕩器元器件老化，環(huán)境溫度、濕度變化等因素造成的。長期穩(wěn)定度取決于所使用的標準頻率源的頻率穩(wěn)定度。

2.5 噪聲性能

頻率合成器的噪聲性能既可用時域指標表示也可用頻域指標表示。

3 現(xiàn)行廠商的數(shù)字頻率合成技術（DDS）的實現(xiàn)方法

專用數(shù)字集成芯片的出現(xiàn)，其不光擁有存貯各種函數(shù)波的功能，同時用和可根據(jù)自己需要合成自己需要的頻率波形，同時方便調用。它適用于作為系統(tǒng)的控制模塊。直接數(shù)字頻率合成技術在合成信號時，具有高的頻率輸出帶寬，高的波道間隔，高的波道轉換時間，好的頻率穩(wěn)定度，優(yōu)良的噪聲性能等優(yōu)點。它有以下是常有實現(xiàn)方法：

3.1 MCU+DDS

微控制單元（MCU），它把組成微型計算機的各功能部件：中央處理器CPU，隨機存取存儲器RAM，只讀存儲器ROM，可編程存儲器EPROM，并行及串行輸入輸出I/O接口電路，定時器/計數(shù)器，中斷控制器等部件集成在一塊半導體芯片上，可以根據(jù)需要合成理想的頻率，優(yōu)點是簡單、開發(fā)周期短，成本低廉，特別適合于工業(yè)控制及與控制有關的數(shù)據(jù)處理場合，但是其缺點是適應性差，可擴展性不足。

3.2 FPGA+DDS

可編程邏輯器件（FPGA），是世紀80年代發(fā)展起來的一種新的，在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物，是一種半定制的集成電路。它是作為專用集成電路領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，它通過軟件手段更改、配置器件內部連接結構和邏輯單元，憑借高速并行計算的能力和大規(guī)模的芯片容量，同時片內集成的乘法器和陣列，用先進的技術驅動電路來實現(xiàn)各種復雜的邏輯和運算，它的這些優(yōu)點很適合用于軟件無線電核心處理器的優(yōu)先考慮方案。

3.3 DSP+DDS

數(shù)字信號處理器（DSP），DSP芯片主要完成DDS的波形合成工作，這是整個設計的核心部分，它與計算機保持信息同步，根據(jù)計算機不同的指示，把從外部采集到的電壓信號以二進制編碼的形式傳送給計算機，以實現(xiàn)實時監(jiān)控，實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。方便地實現(xiàn)多頻段、多模式、高精度數(shù)字調制，具有強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度。DSP和DDS相結合的數(shù)字調制電路硬件平臺具有極大的實用性、通用性和開放性，通過在DSP中加載不同的應用程序便可完成不同的調制功能，使它在無線電臺、數(shù)字廣播、通信儀器、雷達波形合成等領域逐漸得到廣泛的應用。

綜上所述，數(shù)字調頻廣播的出現(xiàn)，是讓模擬調頻廣播重新走向輝煌的標志。它豐富了人們生活，改善了聲音廣播的接受和聲音質量，降低了發(fā)射機的功率，減少電磁污染，提高了頻譜利用效率，引入了新的業(yè)務模式，增加了全新的功能，使用戶更容易接受和使用，它已經成為廣播電視發(fā)展的必然趨勢。

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收稿日期：2016-09-08

作者簡介：隋蕾（1980—），女，山東煙臺人，專科，現(xiàn)任山東煙臺廣播電視臺海陽轉播臺助理工程師，長期從事數(shù)字電視發(fā)射和調頻廣播方面的

工作。