調(diào)頻立體聲廣播及廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)測(cè)量解決方案 - 全文

　　調(diào)頻廣播(FM)隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展正逐步成為一種標(biāo)配功能，廣泛配置在手機(jī)、導(dǎo)航、汽車娛樂(lè)系統(tǒng)等移動(dòng)手持設(shè)備和車載終端設(shè)備中。今天的移動(dòng)手機(jī)、導(dǎo)航，不僅可以用于收聽(tīng)FM廣播，很多還具備FM發(fā)射功能，將存儲(chǔ)的數(shù)字音樂(lè)、導(dǎo)航提醒聲音發(fā)送到附近的普通收音機(jī)，汽車的收音機(jī)進(jìn)行收聽(tīng)。

　　FM技術(shù)也在不斷發(fā)展。為了傳送立體聲音樂(lè)，F(xiàn)M通過(guò)立體聲復(fù)用支持左右聲道傳輸不同的語(yǔ)音內(nèi)容，即調(diào)頻立體聲(FM Stereo)。為了通過(guò)FM頻段傳送快捷的數(shù)據(jù)信息，國(guó)際相關(guān)部門制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，目前主要有歐洲的廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RDS)規(guī)范和美國(guó)的無(wú)線電廣播數(shù)字系統(tǒng)(RBDS)規(guī)范。通過(guò)RDS/RBDS技術(shù)，F(xiàn)M可以傳送文本信息，例如交通、天氣、廣播電臺(tái)的信息等等，這些信息可以顯示在FM終端設(shè)備的用戶界面上。

　　為了確保FM Stereo和RDS/RBDS系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，如何準(zhǔn)確、快捷的進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，成為FM產(chǎn)業(yè)鏈中非常關(guān)鍵的一環(huán), 也是眾多移動(dòng)設(shè)備制造商面臨的問(wèn)題。

　　FM Stereo/RDS系統(tǒng)概述

　　FM Stereo在兼容調(diào)頻單聲道收音機(jī)的同時(shí)，支持立體聲多路信號(hào)的傳輸。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，調(diào)頻立體聲多路復(fù)用信號(hào)(MPX)在0~15kHz的基帶部分同時(shí)傳送左聲道(L)和右聲道(R)的信息(L+R)，使單聲道收音機(jī)也可收聽(tīng)立體聲信號(hào)。為了識(shí)L、R兩路信號(hào)，利用23~53kHz的基帶頻譜，在38kHz處使用載波抑制調(diào)幅的調(diào)制方式發(fā)送(L-R)的信息，以提供立體聲音效。調(diào)頻立體聲信號(hào)中還包含一個(gè)19kHz的導(dǎo)頻信號(hào)，用于協(xié)助接收機(jī)檢測(cè)和解碼左右聲道信號(hào)。在接收端，將(L+R)和(L-R)信號(hào)相加恢復(fù)出L信號(hào)，將(L+R)和(L-R)信號(hào)相減恢復(fù)出R信號(hào)。MPX信號(hào)的基帶頻譜如圖1所示。

　　圖1：調(diào)頻立體聲/無(wú)線數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)的基帶頻譜。

　　RBS/RBDS信號(hào)在57 kHz副載波處進(jìn)行傳輸。RDS/RBDS傳送信息的速率為1.1875 kbps，采用BPSK的調(diào)制方式。RDS可以發(fā)送電臺(tái)名稱、節(jié)目類型、節(jié)目?jī)?nèi)容、交通信息等多種信息。圖2所示為RDS/RBDS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其最大數(shù)據(jù)單元為組。每組有4塊構(gòu)成，每塊26比特，包含16個(gè)信息比特和10個(gè)校驗(yàn)比特。校驗(yàn)比特的作用為錯(cuò)誤識(shí)別、錯(cuò)誤修正和數(shù)據(jù)同步。

　　圖2：RDS基帶編碼結(jié)構(gòu)。

　　FM Stereo/RDS系統(tǒng)測(cè)試方案

　　FM Stereo/RDS的測(cè)試主要有兩個(gè)方面，即針對(duì)發(fā)射機(jī)的測(cè)試和針對(duì)接收機(jī)的測(cè)試。安捷倫針對(duì)這兩種測(cè)試分別提供了相應(yīng)的信號(hào)分析儀和信號(hào)源進(jìn)行支持。

　　1、FM Stereo/RDS系統(tǒng)常用測(cè)試參數(shù)

　　FM Stereo/RDS系統(tǒng)測(cè)試涉及多種參數(shù)的測(cè)量，包括功率測(cè)量、信號(hào)噪聲及失真比(SINAD)測(cè)量、諧波失真(THD)測(cè)量、RDS BLER(塊誤碼率)測(cè)量等。

　　SINAD/Distortion：SINAD/Distortion是衡量音頻質(zhì)量的重要參數(shù)。SINAD和Distortion的定義分別如下：

　　(E1)

　　其中，Ptotal是總的信號(hào)功率，Punwanted是噪聲信號(hào)功率和失真信號(hào)功率之和。

　　SINAD/Distortion的測(cè)試框圖如圖3所示。首先將輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)音頻濾波器濾除帶外干擾計(jì)算Ptotal，隨后使信號(hào)通過(guò)陷波濾波器濾除掉有用信號(hào)(包含Mono/Stereo音頻信號(hào)和載波信號(hào))，從而計(jì)算出Punwanted。

　　圖3：SINAD測(cè)量框圖。

　　SINAD不僅是衡量發(fā)射機(jī)性能的重要參數(shù)，對(duì)接收機(jī)的測(cè)量而言也非常重要。在進(jìn)行接收機(jī)靈敏度、鄰頻道抑制、交互調(diào)制等測(cè)量時(shí)，都需要跟蹤SINAD的測(cè)量結(jié)果直到它低于某個(gè)臨界值。

　　THD：THD用于測(cè)量信號(hào)中的諧波，即測(cè)量輸出信號(hào)中比所需要信號(hào)多出來(lái)的諧波成分。THD是由系統(tǒng)的不完全線性造成的，定義為所有諧波分量的均方根電壓值與基頻電壓值的比值，通常用百分?jǐn)?shù)表示，計(jì)算公式如下，

　　(E2)

　　其中，Vn是n次諧波分量的均方根電壓。

　　RDS BLERTHD：RDS BLER是具有不可校正比特位的接收數(shù)據(jù)塊(26比特)與總接收數(shù)據(jù)塊數(shù)的比值。在計(jì)算RDS BLER時(shí)，使用RDS編碼中的校驗(yàn)字來(lái)計(jì)算錯(cuò)誤數(shù)據(jù)位并進(jìn)行校正。RDS測(cè)試的閾值典型值通常為5%。

　　2、FM Stereo/RDS 發(fā)射機(jī)測(cè)試方案

　　FM Stereo/RDS發(fā)射機(jī)的測(cè)量包括發(fā)射功率、頻率準(zhǔn)確度、發(fā)射頻譜、SINAD、THD、RDS BLER(塊誤碼率)等測(cè)量，通過(guò)將發(fā)射機(jī)的輸出信號(hào)連接至相應(yīng)的射頻音頻分析儀進(jìn)行測(cè)試。

　　安捷倫提供的FM Stereo/RDS發(fā)射機(jī)測(cè)試方案如圖4所示。將FM Stereo/RDS發(fā)射機(jī)的射頻輸出連接至內(nèi)置N9063A選件X-系列信號(hào)分析儀的射頻輸入，進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)中使用的安捷倫儀表包括以下兩種。

　　圖4：FM Stereo/RDS發(fā)射機(jī)測(cè)試框圖。

　　* N9063A 模擬解調(diào)測(cè)量應(yīng)用選件是X-系列信號(hào)分析儀的一款內(nèi)嵌軟件，提供對(duì)FM Stereo/RDS信號(hào)的解調(diào)分析。

　　* X-系列信號(hào)分析儀是安捷倫四款信號(hào)分析儀PXA、MXA、EXA和CXA四款分析儀的統(tǒng)稱，從PXA至CXA，涵蓋了對(duì)高測(cè)量指標(biāo)和高性價(jià)比的不同需求。X-系列信號(hào)分析儀是通用的信號(hào)分析儀器，擁有一系列的內(nèi)嵌軟件，不僅可以支持FM Stereo/RDS信號(hào)的測(cè)量，還支持多種通信標(biāo)準(zhǔn) (例如WCDMA、WLAN、LTE等) 和數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn) (例如DTMB、CMMB、DVB-T/H等) 的測(cè)量。

　　X-系列信號(hào)分析儀可以對(duì)輸入的FM Stereo/RDS射頻信號(hào)進(jìn)行射頻信號(hào)分析和音頻信號(hào)分析，測(cè)量結(jié)果如圖5所示。在信號(hào)分析儀中，可以對(duì)解調(diào)后的音頻信號(hào)應(yīng)用多種濾波器，所支持的濾波器包括低通濾波器(300Hz, 3kHz, 15kHz等)、高通濾波器(20Hz，50Hz，300Hz)和帶通濾波器(CCITT，A-Weighted)，以得到理想的測(cè)量結(jié)果。對(duì)于帶預(yù)加重的音頻信號(hào)，可以通過(guò)相關(guān)設(shè)置對(duì)信號(hào)進(jìn)行去加重處理。

　　圖5：FM Stereo/RDS信號(hào)測(cè)試結(jié)果。

　　發(fā)射機(jī)測(cè)試提供的射頻信號(hào)分析結(jié)果包括載波功率，載波頻率誤差，射頻頻譜等。音頻信號(hào)分析分別對(duì)FM Stereo信號(hào)的MPX、Mono、Stereo以及左聲道和右聲道的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，提供調(diào)制頻偏(Deviation)、調(diào)制率(Modulation rate)、SINAD/Distortion、THD、左右聲道隔離度等測(cè)量結(jié)果。

　　此外，還可以對(duì)RDS信息進(jìn)行解碼，提供RDS BLER測(cè)量結(jié)果并顯示RDS傳遞的一些關(guān)鍵信息，包括基本選臺(tái)換臺(tái)信息(Basic Tuning and Switching Info)、收音機(jī)文字(Radio Text)、節(jié)目項(xiàng)目數(shù)和標(biāo)識(shí)碼(Programme Item Number and slow labeling codes)以及時(shí)間與日期信息(Clock-Time and date)。

　　3、FM Stereo/RDS接收機(jī)測(cè)試方案

　　FM Stereo/RDS接收機(jī)的測(cè)量包括接收信號(hào)靈敏度、雜散響應(yīng)、鄰頻道抑制、諧波失真(THD)、SINAD、導(dǎo)頻抑制、RDS BLER等測(cè)量，需要相應(yīng)的信號(hào)源產(chǎn)生測(cè)量所需的FM Stereo/RDS信號(hào)連接至接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

　　安捷倫提供的FM Stereo/RDS接收機(jī)測(cè)量方案如圖6所示。N7611B軟件產(chǎn)生測(cè)試需要的FM Stereo/RDS波形文件，并下載到ESG/MXG信號(hào)發(fā)生器中，生成FM Stereo/RDS射頻信號(hào)。將該信號(hào)連接至待測(cè)的FM Stereo/RDS接收機(jī)，對(duì)所輸入的FM Stereo/RDS信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解碼，然后將接收機(jī)輸出L、R兩聲道音頻信號(hào)輸入至U8903A音頻分析儀進(jìn)行測(cè)量。

　　接收機(jī)測(cè)量舉例：接收機(jī)左右聲道頻響的測(cè)量。對(duì)每個(gè)待測(cè)頻率點(diǎn)，使用N7611B分別產(chǎn)生相應(yīng)的左、右聲道任意波形信號(hào)文件，通過(guò)ESG/MXG生成所需射頻信號(hào)，隨后使用U8903A測(cè)量并記錄音頻信號(hào)的幅度。頻響測(cè)量需要依次對(duì)所有待測(cè)頻點(diǎn)、對(duì)左右聲道分別進(jìn)行測(cè)量，記錄所有頻點(diǎn)的響應(yīng)，得到所需要的頻響曲線。

　　測(cè)量系統(tǒng)中使用的安捷倫測(cè)量?jī)x表包括以下三種。

　　* N7611B signal studio信號(hào)生成軟件，是一款基于Windows系統(tǒng)的軟件。用戶可以通過(guò)軟件界面配置所需要FM Stereo波形的各種參數(shù)以及RDS的具體信息，從而生成符合需要的FM Stereo/RDS的波形文件。

　　* ESG/MXG矢量信號(hào)發(fā)生器可以回放N7611B產(chǎn)生的FM Stereo/RDS的任意波形文件，產(chǎn)生FM Stereo/RDS射頻信號(hào)。

　　* U8903A音頻分析儀用于對(duì)接收機(jī)解調(diào)后的L聲道和R聲道的音頻信號(hào)進(jìn)行分析，提供信噪比、SINAD、THD、串?dāng)_等多種分析結(jié)果。

　　為了靈活快捷的生成接收機(jī)測(cè)量需要的FM Stereo/RDS信號(hào)，N7611B signal studio軟件可以快速完成對(duì)所需要FM Stereo/RDS信號(hào)的配置。通過(guò)N7611B的用戶界面，可以設(shè)置FM Stereo/RDS信號(hào)的多種參數(shù)，例如FM參考調(diào)制頻偏、導(dǎo)頻和RDS的調(diào)制頻偏、導(dǎo)頻和Stereo信號(hào)的頻率、RDS中承載的具體信息以及是否使用預(yù)加重 (50us或75us) 等。此外，N7611B還可以對(duì)發(fā)送的音頻源進(jìn)行配置，選擇使用軟件預(yù)置的測(cè)試用單音信號(hào)或用戶自定義的音頻信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。

　　本文小結(jié)

　　FM Stereo/RDS的廣泛應(yīng)用及其與手機(jī)等移動(dòng)終端的融合為之后的發(fā)展提供了廣闊前景。安捷倫針對(duì)FM Stereo/RDS接收機(jī)的MXG/ESG信號(hào)源解決方案和針對(duì)發(fā)射機(jī)測(cè)試的X-系列信號(hào)分析儀解決方案, 不僅能充分支持FM Stereo/RDS系統(tǒng)所需要的測(cè)試，還可以通過(guò)軟件升級(jí)支持手機(jī)移動(dòng)通信各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試、WLAN的測(cè)試以及相位噪聲、噪聲指數(shù)等通用測(cè)試，從而高效率的滿足多種測(cè)量需求。