調頻立體聲廣播及廣播數據系統(tǒng)測量解決方案

　　FM技術也在不斷發(fā)展。為了傳送立體聲音樂，FM通過立體聲復用支持左右聲道傳輸不同的語音內容，即調頻立體聲(FM Stereo)。為了通過FM頻段傳送快捷的數據信息，國際相關部門制定了一系列的標準規(guī)范，目前主要有歐洲的廣播數據系統(tǒng)(RDS)規(guī)范和美國的無線電廣播數字系統(tǒng)(RBDS)規(guī)范。通過RDS/RBDS技術，FM可以傳送文本信息，例如交通、天氣、廣播電臺的信息等等，這些信息可以顯示在FM終端設備的用戶界面上。

　　為了確保FM Stereo和RDS/RBDS系統(tǒng)的可靠運行，如何準確、快捷的進行相關測試，成為FM產業(yè)鏈中非常關鍵的一環(huán), 也是眾多移動設備制造商面臨的問題。

　　FM Stereo/RDS系統(tǒng)概述

　　FM Stereo在兼容調頻單聲道收音機的同時，支持立體聲多路信號的傳輸。為實現這個目標，調頻立體聲多路復用信號(MPX)在0~15kHz的基帶部分同時傳送左聲道(L)和右聲道(R)的信息(L+R)，使單聲道收音機也可收聽立體聲信號。為了識L、R兩路信號，利用23~53kHz的基帶頻譜，在38kHz處使用載波抑制調幅的調制方式發(fā)送(L-R)的信息，以提供立體聲音效。調頻立體聲信號中還包含一個19kHz的導頻信號，用于協助接收機檢測和解碼左右聲道信號。在接收端，將(L+R)和(L-R)信號相加恢復出L信號，將(L+R)和(L-R)信號相減恢復出R信號。MPX信號的基帶頻譜如圖1所示。

　　圖1：調頻立體聲/無線數據廣播系統(tǒng)的基帶頻譜。

　　RBS/RBDS信號在57 kHz副載波處進行傳輸。RDS/RBDS傳送信息的速率為1.1875 kbps，采用BPSK的調制方式。RDS可以發(fā)送電臺名稱、節(jié)目類型、節(jié)目內容、交通信息等多種信息。圖2所示為RDS/RBDS的數據結構，其最大數據單元為組。每組有4塊構成，每塊26比特，包含16個信息比特和10個校驗比特。校驗比特的作用為錯誤識別、錯誤修正和數據同步。

　　圖2：RDS基帶編碼結構。

　　FM Stereo/RDS系統(tǒng)測試方案

　　FM Stereo/RDS的測試主要有兩個方面，即針對發(fā)射機的測試和針對接收機的測試。安捷倫針對這兩種測試分別提供了相應的信號分析儀和信號源進行支持。

　　1、FM Stereo/RDS系統(tǒng)常用測試參數

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

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

　　(E1)

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

　　SINAD/Distortion的測試框圖如圖3所示。首先將輸入信號經過音頻濾波器濾除帶外干擾計算Ptotal，隨后使信號通過陷波濾波器濾除掉有用信號(包含Mono/Stereo音頻信號和載波信號)，從而計算出Punwanted。

　　圖3：SINAD測量框圖。

　　SINAD不僅是衡量發(fā)射機性能的重要參數，對接收機的測量而言也非常重要。在進行接收機靈敏度、鄰頻道抑制、交互調制等測量時，都需要跟蹤SINAD的測量結果直到它低于某個臨界值。

　　THD：THD用于測量信號中的諧波，即測量輸出信號中比所需要信號多出來的諧波成分。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，通常用百分數表示，計算公式如下，

　　(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據塊(26比特)與總接收數據塊數的比值。在計算RDS BLER時，使用RDS編碼中的校驗字來計算錯誤數據位并進行校正。RDS測試的閾值典型值通常為5%。

2、FM Stereo/RDS 發(fā)射機測試方案

　　FM Stereo/RDS發(fā)射機的測量包括發(fā)射功率、頻率準確度、發(fā)射頻譜、SINAD、THD、RDS BLER(塊誤碼率)等測量，通過將發(fā)射機的輸出信號連接至相應的射頻音頻分析儀進行測試。

　　安捷倫提供的FM Stereo/RDS發(fā)射機測試方案如圖4所示。將FM Stereo/RDS發(fā)射機的射頻輸出連接至內置N9063A選件X-系列信號分析儀的射頻輸入，進行測量。測量系統(tǒng)中使用的安捷倫儀表包括以下兩種。

　　圖4：FM Stereo/RDS發(fā)射機測試框圖。

　　* N9063A 模擬解調測量應用選件是X-系列信號分析儀的一款內嵌軟件，提供對FM Stereo/RDS信號的解調分析。

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

　　X-系列信號分析儀可以對輸入的FM Stereo/RDS射頻信號進行射頻信號分析和音頻信號分析，測量結果如圖5所示。在信號分析儀中，可以對解調后的音頻信號應用多種濾波器，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)，以得到理想的測量結果。對于帶預加重的音頻信號，可以通過相關設置對信號進行去加重處理。

　　圖5：FM Stereo/RDS信號測試結果。

　　發(fā)射機測試提供的射頻信號分析結果包括載波功率，載波頻率誤差，射頻頻譜等。音頻信號分析分別對FM Stereo信號的MPX、Mono、Stereo以及左聲道和右聲道的調制信號進行測量，提供調制頻偏(Deviation)、調制率(Modulation rate)、SINAD/Distortion、THD、左右聲道隔離度等測量結果。

　　此外，還可以對RDS信息進行解碼，提供RDS BLER測量結果并顯示RDS傳遞的一些關鍵信息，包括基本選臺換臺信息(Basic Tuning and Switching Info)、收音機文字(Radio Text)、節(jié)目項目數和標識碼(Programme Item Number and slow labeling codes)以及時間與日期信息(Clock-Time and date)。

　　3、FM Stereo/RDS接收機測試方案

　　FM Stereo/RDS接收機的測量包括接收信號靈敏度、雜散響應、鄰頻道抑制、諧波失真(THD)、SINAD、導頻抑制、RDS BLER等測量，需要相應的信號源產生測量所需的FM Stereo/RDS信號連接至接收機進行測量。

　　安捷倫提供的FM Stereo/RDS接收機測量方案如圖6所示。N7611B軟件產生測試需要的FM Stereo/RDS波形文件，并下載到ESG/MXG信號發(fā)生器中，生成FM Stereo/RDS射頻信號。將該信號連接至待測的FM Stereo/RDS接收機，對所輸入的FM Stereo/RDS信號進行解調解碼，然后將接收機輸出L、R兩聲道音頻信號輸入至U8903A音頻分析儀進行測量。

　　接收機測量舉例：接收機左右聲道頻響的測量。對每個待測頻率點，使用N7611B分別產生相應的左、右聲道任意波形信號文件，通過ESG/MXG生成所需射頻信號，隨后使用U8903A測量并記錄音頻信號的幅度。頻響測量需要依次對所有待測頻點、對左右聲道分別進行測量，記錄所有頻點的響應，得到所需要的頻響曲線。

　　測量系統(tǒng)中使用的安捷倫測量儀表包括以下三種。

　　* N7611B signal studio信號生成軟件，是一款基于Windows系統(tǒng)的軟件。用戶可以通過軟件界面配置所需要FM Stereo波形的各種參數以及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矢量信號發(fā)生器可以回放N7611B產生的FM Stereo/RDS的任意波形文件，產生FM Stereo/RDS射頻信號。

　　* U8903A音頻分析儀用于對接收機解