بث FM عن طريق الإرسال الإذاعي لنقل إشارات البث
I. نظرة عامة
مفهوم تعديل التردد (FM). FM هي الطريقة الرئيسية لتحقيق بث صوتي عالي الدقة وبث استريو في العصر الحديث. ينقل الإشارات الصوتية في وضع تعديل التردد. يتغير حامل موجة FM عند التردد المركزي للناقل حيث تتغير إشارة تعديل الصوت (التردد المركزي قبل إلغاء التعديل) على كلا الجانبين ، وتتوافق أوقات تغيير انحراف التردد في الثانية مع تردد تعديل الإشارة الصوتية . إذا كان تردد الإشارة الصوتية 1 كيلو هرتز ، فإن أوقات تغيير انحراف التردد للناقل تكون أيضًا 1 كيلو مرة في الثانية. يعتمد حجم انحراف التردد على سعة الإشارة الصوتية.
يقوم مفهوم ستريو FM ، ستريو FM أولاً بتشفير إشارات اثنين من الترددات الصوتية (القنوات اليسرى واليمنى) للحصول على مجموعة من إشارات الاستريو المركبة منخفضة التردد ، ثم يتم تنفيذ FM على الناقل عالي التردد. ينقسم ستيريو FM إلى ثلاثة أنواع: نظام تقسيم التردد (ونظام الفروق) ، ونظام تقسيم الوقت ، ونظام إشارة الاتجاه وفقًا لطرق المعالجة المختلفة للستيريو. يتم استخدام نظام مجموع الفرق بشكل شائع الآن. نظام الجمع والفرق موجودان في المغير المجسم ، يتم تشفير إشارات القناة اليسرى (L) واليمنى (R) أولاً لتشكيل إشارة المجموع (L + R) وإشارة الاختلاف (LR) ، وتكون إشارة المجموع مباشرة أرسلت إلى المغير يشكل الناقل إشارة القناة الرئيسية للاستماع المتوافق مع راديو FM العادي ؛ يتم إرسال إشارة الاختلاف إلى المغير المتوازن لقمع تعديل اتساع الموجة الحاملة على الموجة الحاملة الفرعية ، ويتم استخدام موجة تعديل السعة المكبوتة ذات النطاق الجانبي المزدوج التي تم الحصول عليها كإشارة قناة فرعية ، ثم يتم دمجها مع مزيج إشارة المجموع لتعديل الموجة الحاملة الرئيسية. يتراوح مدى تردد إشارة القناة الفرعية من 23 إلى 53 كيلو هرتز (38 ± 15 كيلو هرتز) ، والتي تنتمي إلى نطاق الصوت الفائق ولن تتداخل مع التشغيل الأحادي. نظرًا لأن الموجة الحاملة الفرعية لقناة AM الفرعية مكبوتة ، لا يمكن لراديو الاستريو أن يزيل تشكيل الإشارة الصادرة مباشرة. لذلك ، يجب توليد إشارة 38 كيلو هرتز بنفس التردد والمرحلة مثل الموجة الحاملة الفرعية لنظام الإرسال في الراديو المراد إزالة تشكيله. لهذا السبب ، عند نهاية الإرسال ، عند الفاصل الزمني بين طيف التردد الرئيسي والقناة الفرعية ، يتم إرسال إشارة تجريبية أخرى 19 كيلو هرتز (1/2 تردد الموجة الحاملة الفرعية) (PilotTone) إلى "توجيه" الموجة الحاملة الفرعية المجددة 38 كيلو هرتز في الراديو. تسمى طريقة التشكيل هذه بالتردد التجريبي ، وهي أيضًا الطريقة الأكثر استخدامًا لتقسيم التردد في الإذاعة المجسمة.
في المقابل ، من أجل قياس إشارات FM وإشارات FM المجسم ، تُقاس المعلمات التالية عادةً في العالم.
1.1 ، عرض النطاق الترددي المشغول
وفقا لتوصيات الاتحاد الدولي للاتصالات، وقياس عرض النطاق الترددي إشارة عادة على أساس الطيف باستخدام طريقتين: "احتلت٪ بيتا عرض النطاق الترددي" و "عرض النطاق الترددي X-ديسيبل". يظهر عرض النطاق المشغول بنسبة β٪ في الشكل 1. وتتمثل طريقة القياس أولاً في حساب القدرة الإجمالية في عرض نطاق المراقبة ، ثم تجميع قدرة الخطوط الطيفية من كلا الجانبين إلى الوسط على الطيف حتى القدرة والإجمالي الطاقة (β / 2)٪ ، المعرّفة على التوالي على أنها f1 و f2 ، عرض النطاق الترددي المحدد يساوي f2-f1 ؛ ويوضح الشكل 2 عرض النطاق الترددي x-dB. وتتمثل طريقة القياس في العثور على القمة أو أعلى نقطة في الطيف أولاً ، ثم من أعلى نقطة إلى كلا الجانبين. يجعل الخطان الطيفيان جميع الخطوط الطيفية خارج هذين خطوط طيفية على الأقل أصغر بمقدار xdB من أعلى نقطة ، وفرق التردد المقابل للخطين الطيفيين هو عرض النطاق.
في توصيات الاتحاد الدولي للاتصالات والراديو والتلفزيون ، takes عادة ما تأخذ 99 ، و x عادة ما تأخذ 26 ، وهو عرض نطاق طاقة 99٪ وعرض نطاق 26dB الذي يُقال غالبًا.
الشكل 2. عرض النطاق الترددي x-dB
1.2 انحراف التردد
يشير انحراف التردد في إشارة FM إلى اتساع تأرجح التردد لموجة FM ، والذي يتغير مع تذبذب شكل موجة المعلومات (أو الصوت). يشير انحراف التردد الذي يتم قياسه عادةً بواسطة جهاز أو جهاز استقبال في الواقع إلى أقصى انحراف للتردد خلال فترة زمنية. يحدد توزيع وحجم الانحراف الأقصى للتردد جودة الصوت وحجم الصوت المسموع ، والذي يحدد أيضًا انبعاث راديو FM. جودة.
الغرض الرئيسي من هذه المقالة هو دراسة جودة الإرسال لبث FM ، لذلك وفقًا للوصف أعلاه ، يجب الانتباه إلى مؤشر إزاحة التردد.
يحتوي قطاع الاتصالات الراديوية على وصف مفصل لقياس انحراف تردد إشارة FM:
يجب أن تستغرق طريقة قياس انحراف التردد فترة زمنية (الطول الموصى به هو 50 مللي ثانية) لقياس انحراف التردد بالنسبة إلى الموجة الحاملة عند كل نقطة اعتيان ، وتكون القيمة القصوى هي أقصى انحراف للتردد. ولكن من أجل الحصول على فهم أعمق لتخالف التردد ، يمكن استخدام الرسم البياني الإحصائي المحدث بمرور الوقت للتعبير عن خصائص الإشارة الخاصة به. طريقة حساب المدرج التكراري لانحراف التردد هي كما يلي:
1). قياس الانحرافات الحد الأقصى للتردد N مع فترة 50ms. سيؤثر طول فترة القياس بشكل كبير على الرسم البياني ، لذلك يلزم وجود فترة قياس ثابتة لضمان تكرار نتائج القياس. في الوقت نفسه ، يمكن أن يضمن اختيار 50 مللي ثانية كفترة قياس إمكانية قياس أقصى انحراف للتردد بشكل فعال عندما يكون تردد التشكيل منخفضًا مثل 20 هرتز.
2). قسّم نطاق انحراف التردد الذي يجب حسابه (0 - 150 كيلو هرتز في هذه المقالة) ، باستخدام 1 كيلو هرتز (الدقة) كوحدة ، وقسمه إلى أجزاء متساوية (في هذه المقالة ، 150 جزءًا متساويًا).
3). في كل قسمة ، احسب عدد النقاط على قيمة التردد المقابلة ، ويجب أن يكون شكل الموجة الذي تم الحصول عليه تقريبًا كما هو موضح في الشكل 3 (أي ، الرسم البياني لتوزيع إزاحة التردد) ، حيث يمثل المحور X التردد ، ويمثل المحور Y أقصى تردد. عدد النقاط التي تقع على قيمة التردد المقابلة.
الشكل 3. رسم بياني لتوزيع إزاحة التردد
4). قم بتجميع عدد النقاط في كل قسمة ، وتطبيع N بنسبة مئوية كوحدة للحصول على الرسم البياني الموضح في الشكل 4 (أي الرسم البياني للتوزيع التراكمي لانحراف التردد) ، حيث يمثل المحور X التردد ، والمحور Y يمثل احتمال وقوع الانحراف الأقصى للتردد ضمن مدى التردد لقيمة التردد المقابلة. يبدأ الاحتمال عند 100٪ في أقصى اليسار وينتهي عند 0٪ في أقصى اليمين
الشكل 4. رسم بياني للتوزيع التراكمي لتعويض التردد
وفي الوقت نفسه ، يعطي قطاع الاتصالات الراديوية مواصفة مرجعية (SM1268) للتوزيع التراكمي للانحراف الأقصى للتردد ، كما هو مبين في الشكل 5.
الشكل 5. المواصفات المرجعية للتوزيع التراكمي للانحراف الأقصى للتردد
تنص المواصفة على أن: النسبة المئوية الإحصائية لتوزيع إزاحة التردد أكبر من 75 كيلو هرتز لا تتجاوز 22٪ ، والنسبة الإحصائية لتوزيع إزاحة التردد أكبر من 80 كيلو هرتز لا تتجاوز 12٪ ، والنسبة المئوية الإحصائية لتوزيع إزاحة التردد أكبر من 85 كيلو هرتز لا تتجاوز 8٪.
بناءً على النظرية المذكورة أعلاه ، يمكن معرفة أن جودة إرسال إشارات FM مرتبطة بحجم انحراف تردد الموجة الحاملة FM بعد تعديل الإشارة الصوتية الأصلية. سيساعد قياس وتحسين التوزيع التراكمي للانحراف الأقصى للتردد على تحسين جودة إرسال إشارات FM.
2. أساس الأجهزة
تستخدم هذه المقالة جهاز استقبال مراقبة البث المعياري الذي يستخدم تقنية المراقبة الراديوية المتقدمة الحالية ويتوافق مع مواصفات الاتحاد الدولي للاتصالات. يتكون جهاز الاستقبال من وحدة استقبال راديو رقمية عالية الجودة وأحدث معالج مضمن. تضمن بنية الراديو المعرفة بالبرمجيات وناقل البيانات عالي السرعة قابلية التوسع وسرعة الاختبار لجهاز الاستقبال. يقوم جهاز الاستقبال بإزالة تشكيل وقياس إشارات FM وفقًا لمعايير قطاع الاتصالات الراديوية التابع للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-R) وأدلة مراقبة الطيف ، ويوفر وظائف تحليل النطاق الأساسي والصوتية خصيصًا لتطبيقات مراقبة البث. المعلمات المميزة المحددة هي كما يلي:
عرض النطاق الترددي المحتل (OccupiedBandwidth
إزاحة الحامل (إزاحة الناقل)
الطاقة في النطاق (PowerinBand)
أقصى انحراف FM (الانحراف الأقصى FM)
الحد الأقصى لانحراف التردد لإشارة القناة الرئيسية (أقصى انحراف للتردد في القناة الرئيسية (L + R))
الحد الأقصى لانحراف التردد للإشارة التجريبية (أقصى انحراف للتردد عن الطيار)
الحد الأقصى لانحراف التردد لإشارة القناة الفرعية (الانحراف الأقصى للتردد للقناة الفرعية (LR)) يظهر الشكل 6 مخطط الهيكل والمخطط الأساسي لجهاز استقبال مراقبة البث. يتم تثبيت وحدة استقبال الراديو الرقمي في هيكل به ناقل بيانات عالي السرعة و إطار صناعي مقوى. تستخدم وحدة التحكم المضمنة في هذا المستقبل معالجًا عالي السرعة ، وهو مسؤول عن التحكم في وحدة الاستقبال ومعالجة البيانات المجمعة.
الشكل 6. مخطط كتلة لهيكل جهاز استقبال مراقبة البث
تشتمل وحدة استقبال الراديو الرقمي على وحدتين فرعيتين: وحدة تحويل التردد اللاسلكي ووحدة الحصول على التردد المتوسط عالي السرعة.
تعمل وحدة التحويل لأسفل على التردد الراديوي على تحويل نطاق التردد اللاسلكي ذي الأهمية إلى إشارة تردد وسيطة ، ثم تنقل إشارة التردد الوسيطة إلى وحدة اكتساب التردد المتوسط عالي السرعة.
جوهر عالية السرعة-IF حدة اكتساب هو ADC عالية السرعة (محول تناظري رقمي) ومخصص الرقمية رقاقة أسفل التحويل التي توفر وظائف تجهيز المعدات. تستخرج معالجة التحويل الرقمي لأسفل إشارات النطاق العريض في الوقت الفعلي وتحولها إلى النطاق الأساسي ، وهو مناسب لالتقاط إشارات البث والإشارات اللاسلكية وإشارات الاتصال الأخرى. يمكن أيضًا لمعالجة التحويل الرقمي السفلي تحويل شكل موجة إشارة التردد الوسيطة المجمعة إلى إخراج بيانات إشارة معقدة I / Q. تستخدم وحدة اكتساب التردد المتوسط عالي السرعة شريحة مخصصة عالية السرعة حاصلة على براءة اختراع لنقل البيانات ، وتنقل البيانات إلى وحدة التحكم من خلال DMA ، مما يقلل من حمل وحدة المعالجة المركزية لوحدة التحكم ، مما يسمح لها بالتركيز على إكمال التحليل والمعالجة المتقدمين ، والعرض الرسومي ، و تبادل البيانات. . كما هو موضح في الشكل 7:
الشكل 7. هندسة وحدة مستقبل الراديو الرقمي
تعمل وحدة التحويل لأسفل على التردد الراديوي أولاً على توهين الإشارة كما هو محدد من قبل المستخدم ، وتمرير مرشح الموجات الصوتية السطحية لتصفية تردد الصورة بعد التحويل الأعلى ، ثم إجراء تحويل متعدد المراحل إلى الأسفل ، وأخيراً إخراج إشارة تردد وسيطة . تستخدم وحدة التحويل لأسفل التردد اللاسلكي مذبذبًا بلوريًا عالي الدقة وعالي الاستقرار بدرجة حرارة ثابتة كالساعة المرجعية للنظام لتوفير دقة تردد عالية للغاية.
من أجل تسهيل التغليف المضغوط ، تستخدم الوحدة مذبذب YIG الصغير عالي الأداء لتوليد إشارة مذبذب محلي عالية التردد مطلوبة لمرحلة التحويل الأعلى. مذبذب YIG هو نوع من المذبذبات التي يمكن أن تولد إشارات عالية التردد نقية للغاية وغالبًا ما تكون كبيرة جدًا. تستخدم وحدة التحويل لأسفل في المعدات تقنية اختراق في هذا المجال وتستخدم مذبذب YIG صغيرًا جدًا في التصميم. يمكن ضبط مذبذب YIG على نطاق تردد محدد ، مما يسمح للمستخدمين بضبط التردد المطلوب بواسطة وحدة تحويل التردد اللاسلكي. يضمن التخطيط الشامل للترددات وبنية تحويل التردد متعدد المراحل لوحدة التحويل السفلي للتردد اللاسلكي الخصائص الممتازة للاستجابة الهامشية المنخفضة للأداة والنطاق الديناميكي الكبير. كما هو موضح في الشكل 8:
\
الشكل 8. هندسة وحدة تحويل التردد اللاسلكي
تحلل هذه المقالة العلاقة بين جودة إرسال بث FM والتوزيع التراكمي لانحراف التردد ، بدءًا من ضبط المعالج الصوتي لجهاز الإرسال ، باستخدام المحطة A (بما في ذلك معالج الصوت A وجهاز الإرسال A) والمحطة B (بما في ذلك معالج الصوت B وجهاز الإرسال ب) لمقارنة العينات ، تم تصميم التجارب التالية.
هذه التجربة يحسن أساسا التوزيع التراكمي للانحراف تردد الإشارة FM عن طريق ضبط معالج الصوت للتحقق من علاقته مع جودة نقل البث FM.
3.2، اختبار
تستخدم التجربة ملفًا صوتيًا لبرنامج بث معين ، وتعالجها من خلال معالجات الصوت A و B ، وتنقلها إلى أجهزة الإرسال A و B لإرسالها في نفس الوقت. يستخدم جهازي الإرسال نفس الإعدادات. تم استخدام مستقبل المراقبة الراديوية لتسجيل إشارات التردد اللاسلكي من المرسلات A و B على التوالي ، واستخدمت الإشارات المسجلة للتحليل الإحصائي لانحراف التردد الأقصى لإشارة FM وفقًا لمعيار ITU-RSM.1268.1. يظهر وصف عملية تجربة التحليل في الشكل 9. وتظهر النتيجة في الشكل 10
الشكل 9. عملية الاختبار
الشكل 10. مخطط توزيع الانحراف التكراري التراكمي
من التوزيع الإحصائي لانحراف التردد الذي تم الحصول عليه من التجربة ، لنفس الملف الصوتي ، يتم توزيع انحراف تردد الإشارة للمحطة A بشكل أساسي من 10 كيلو هرتز -95٪ إلى 35 كيلو هرتز -5٪ في منحنى نصف جرس ، وتردد الإشارة انحراف المحطة B بشكل أساسي يظهر التوزيع منحنى نصف جرس من 10 كيلو هرتز -95٪ إلى 75 كيلو هرتز -95٪. تُظهر إشارات المجال الزمني للمحطتين خصائص توزيع احتمالية مختلفة. في المقابل ، فإن إزاحة تردد الإشارة للمحطة B أكبر.
من وجهة نظر الاستماع ، فإن جودة صوت المحطة B أفضل من جودة المحطة A ، ومستوى الصوت أعلى ، أي أن جودة الإرسال أفضل.
3.3 ، تصحيح الأخطاء
نظرًا لأن الملفات الصوتية المرسلة إلى معالجي الصوت هي نفسها ، فإن إعدادات جهازي الإرسال هي نفسها أيضًا ، لكن توزيع إزاحة تردد الإشارة للمحطة A والمحطة B مختلفان ، مما يشير إلى أن معالجات الصوت للمحطتين مختلف. الانحراف السعة تردد إشارة من نفس الملف الصوتي معالجتها بواسطة الصوت المعالج هي صغيرة نسبيا، مشيرا إلى أن وضع الصوت المعالج لم يصل إلى مستوى ITU-RSM1268.1. لذلك ، بعد تعديل معالج الصوت A وفقًا للمعيار الموصى به ، يمكن تحقيق جودة نقل أعلى نظريًا. لهذا السبب ، تم تصميم تجربة التحقق التالية.
3.4 ، التحقق
تتم معالجة برنامج البث بواسطة معالج الصوت A ثم يتم إرساله إلى جهاز الإرسال A للإرسال. يقوم المهندس بضبط معالج الصوت A بشرط الإرسال غير المنقطع. يستقبل جهاز استقبال المراقبة الراديوية إشارة التردد اللاسلكي للمحطة A ويتبع معيار ITU-RSM.1268.1 لإجراء تحليل إحصائي للحد الأقصى لانحراف التردد لإشارة FM ، ومقارنة البيانات قبل وبعد ضبط معالج الصوت أ. وصف يتم عرض تجربة التحقق في الشكل 11.
الشكل 11. عملية الاختبار
الشكل 12. توزيع الانحراف التكراري التراكمي
من التوزيع الإحصائي لانحراف التردد ، لنفس مصدر البرنامج ، يتم توزيع انحراف تردد الإشارة قبل الضبط بشكل أساسي من 25 كيلو هرتز -95٪ إلى 45 كيلو هرتز -5٪ في منحنى نصف جرس ، ويتم توزيع انحراف تردد الإشارة بعد التعديل بشكل أساسي من 45 كيلو هرتز -95٪. يظهر منحنى نصف الجرس إلى 55 كيلو هرتز -95٪. في المقابل ، تكون قيمة إزاحة تردد الإشارة المعدلة أكبر ، ويكون التوزيع أكثر امتلاءً. من منظور الاستماع ، تم تحسين جودة الصوت وحجمه المعدل بشكل ملحوظ مقارنة بما سبق.
رابعًا ، اختتام تجربة التحقق
في حالة مصدر البرنامج نفسه، عن طريق ضبط مستوى الإخراج إشارة المعالج الصوت، ويقابل تردد يمكن تحسين توزيع لجعله أكثر اكتمالا وتردد قيمة تعويض أكبر.
بالنسبة لمصدر الصوت نفسه ، يمكن أن يؤثر التوزيع الأقصى لانحراف التردد بعد تعديل FM على حجم وتشبع الصوت المُزيل تشكيله. عن طريق ضبط إعدادات المعلمة المعالج الصوت، وإشارة FM هي أكثر انسجاما مع مواصفات ITU-R، التي يمكن أن تجعل بصوت أعلى الاستماع الصوت وأكمل. ولذلك، فإن استخدام معدات مراقبة البث للكشف عن معايير البث FM وضبط المعدات في الارتباط البث وفقا لمعيار ITU-R لهذه المعايير يمكن الحصول على أعلى جودة الإرسال.
يوضح هذا أيضًا أن استخدام معدات مراقبة البث لمراقبة بث FM هو وسيلة فعالة لضمان جودة إرسال البث FM.
خامسا التوقعات
جهاز استقبال مراقبة البث على أساس بنية الراديو البرمجية المستخدمة في هذه المقالة هو جهاز اكتساب أحادي القناة مع عدد قليل نسبيًا من معلمات الاختبار ، والتحليل اليدوي مطلوب بعد الاستحواذ ، وهو أمر غير فعال نسبيًا. مع تطور العلوم والتكنولوجيا وتقدمها ، بالإضافة إلى المشكلات التي واجهتها التجربة ، تم اقتراح بعض الاحتمالات لأجهزة مراقبة واستقبال البث FM المستقبلية:
1. تسجيل في الوقت الحقيقي لإشارات بث FM كاملة النطاق من 87 ميجا هرتز إلى 108 ميجا هرتز.
2. مُجهزة بمصفوفة أقراص ذات سعة كبيرة ، والتي يمكنها التسجيل على مدار الساعة وتحقيق وظائف متقدمة مثل تسجيل التوقيت.
3. يمكن التحكم فيه عن بعد لتحقيق وظائف مثل المراقبة غير المراقبة والتحليل الآلي وإنشاء التقارير.
4. دعم قاعدة البيانات ، والتي يمكنها إعادة إنتاج الطيف الترددي والتردد الصوتي في أي وقت وبأي تردد.
5. يمكن لتكوين النظام المتنوع أن يلبي احتياجات العملاء المختلفين.
6. التصميم المعياري للبرامج والأجهزة مناسب لتوسيع النظام والتطوير الثانوي.
لدينا غيرها من المنتجات:
