频偏 - 基于软件无线电架构的广播监测接收机音质优化设计

1）.以50ms为周期，测量出N个最大频偏。测量周期的长短会显著影响直方图，因此需要固定的测量周期以确保测量结果的可重复性。同时，选取50ms为测量周期可以确保当调制频率低至20Hz时仍能有效测量最大频偏。

2）.将需要统计的频偏范围（本文中为0～150kHz），以1kHz（分辨率）为单位，分为等份（本文中为150等份）。

3）.在每一等份，对对应频率值上的点数进行计数，所得到的波形应大致如图3所示（即频偏分布直方图），其中X轴表示频率，Y轴表示最大频偏落在对应频率值上的点数。

图3、频偏分布直方图

4）.对每一等份的点数进行累加，并以百分比为单位，对N做归一化，即得到图4所示图形（即频偏累积分布直方图），其中X轴表示频率，Y轴表示最大频偏落在对应频率值上的频率范围内的概率，概率从最左端的100%开始，到最右端的0%结束。

图4、频偏累积分布直方图

同时ITU-R针对最大频偏的累积分布给出了参考规范（SM1268）如图5所示：

图5、最大频偏累积分布参考规范

该规范指出：大于75kHz的频偏分布统计百分比不超过22%，大于80kHz的频偏分布统计百分比不超过12%，大于85kHz的频偏分布统计百分比不超过8%。

基于以上理论可得知，FM信号的发射质量，与原始音频信号经过调制后的FM载波频偏大小有关，而通过测量并改善最大频偏的累积分布将有助于改善FM信号的发射质量。

二、硬件基础

本文中使用了一款利用当前先进无线电监测技术，符合ITU规范的模块化广播监测接收机。该接收机由高端数字无线电接收模块和最新的嵌入式处理器组成。软件无线电的架构和高速数据总线，确保了接收机的可扩展性和测试速度。该接收机依据国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）标准和频谱监测手册对FM信号进行解调和测量，并专门针对广播监测应用提供了音频和基带分析功能。具体的特征参数如下：

占用带宽（OccupiedBandwidth
载波频偏（CarrierOffset）
带内功率（PowerinBand）
FM最大频偏（FMMaximumDeviation）
主信道信号最大频偏（Maximumfrequencydeviationofmainchannel(L+R)）
导频信号最大频偏（Maximumfrequencydeviationofthepilottone）
副信道信号最大频偏（Maximumfrequencydeviationofsubchannel(L-R)）

该广播监测接收设备的结构原理框图如图6所示。数字无线电接收模块安装在机箱内，该机箱具有高速数据总线和工业加固框架。本接收机的嵌入式控制器采用了高速处理器，负责控制接收模块并对采集到的数据进行处理。

图6、广播监测接受机结构原理框图

数字无线电接收模块包括两个子模块：射频下变频模块和高速中频采集模块。

射频下变频模块将关心的射频频带下变频至中频信号，然后将中频信号输送至高速中频采集模块。

高速中频采集模块的核心是一个高速ADC（模数转换器）和一个提供硬件处理功能的数字下变频专用芯片。数字下变频处理对宽带的信号进行实时抽取并下变频到基带，适合于捕捉广播信号、无线信号和其他通信信号。数字下变频处理还能将采集到的中频信号波形转换为I/Q复信号数据输出。该高速中频采集模块利用具有专利技术的高速专用芯片进行数据传输，通过DMA将数据传送至控制器，降低控制器CPU负荷，使其专注于完成先进的分析处理、图形化显示和数据交换等工作。如图7所示：

图7、数字无线电接收模块架构

射频下变频模块首先对信号进行用户指定的衰减，经过上变频后通过表面声波滤波器滤除镜频，然后进行多级下变频，最后输出中频信号。射频下变频模块利用具有高精度和高稳定度的恒温晶振作为系统参考时钟，提供极高的频率精度。

为了便于紧凑的封装，模块选用高性能的微型YIG振荡器产生上变频阶段所需的高频本振信号。YIG振荡器是一种可以产生非常纯净的高频信号的振荡器，往往体积很大。设备中射频下变频模块利用该领域突破性的技术，在设计中使用了极小的YIG振荡器。YIG振荡器可调谐到指定的频段，允许用户设定到射频下变频模块所需的频率。射频下变频模块周全的频率规划和多级变频架构确保了仪器低杂散响应和大动态范围的优秀特性。如图8所示：

图8、射频下变频模块架构