調頻廣播(FM)隨著(zhù)現代科技的發(fā)展正逐步成為一種標配功能，廣泛配置在手機、導航、汽車(chē)娛樂(lè )系統等移動(dòng)手持設備和車(chē)載終端設備中。今天的移動(dòng)手機、導航，不僅可以用于收聽(tīng)FM廣播，很多還具備FM發(fā)射功能，將存儲的數字音樂(lè )、導航提醒聲音發(fā)送到附近的普通收音機，汽車(chē)的收音機進(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 )，FM通過(guò)立體聲復用支持左右聲道傳輸不同的語(yǔ)音內容，即調頻立體聲(FM Stereo)。為了通過(guò)FM頻段傳送快捷的數據信息，國際相關(guān)部門(mén)制定了一系列的標準規范，目前主要有歐洲的廣播數據系統(RDS)規范和美國的無(wú)線(xiàn)電廣播數字系統(RBDS)規范。通過(guò)RDS/RBDS技術(shù)，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(hù)界面上。
為了確保FM Stereo和RDS/RBDS系統的可靠運行，如何準確、快捷的進(jìn)行相關(guān)測試，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)設備制造商面臨的問(wèn)題。
FM Stereo/RDS系統概述
FM Stereo在兼容調頻單聲道收音機的同時(shí)，支持立體聲多路信號的傳輸。為實(shí)現這個(gè)目標，調頻立體聲多路復用信號(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)，使單聲道收音機也可收聽(tīng)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(gè)19kHz的導頻信號，用于協(xié)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(wú)線(xiàn)數據廣播系統的基帶頻譜。
RBS/RBDS信號在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的調制方式。RDS可以發(fā)送電臺名稱(chēng)、節目類(lèi)型、節目?jì)热�、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(gè)信息比特和10個(gè)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系統測試方案
FM Stereo/RDS的測試主要有兩個(gè)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(jìn)行支持。
1、FM Stereo/RDS系統常用測試參數
FM Stereo/RDS系統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(zhì)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(jīng)過(guò)音頻濾波器濾除帶外干擾計算Ptotal，隨后使信號通過(guò)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(jìn)行接收機靈敏度、鄰頻道抑制、交互調制等測量時(shí)，都需要跟蹤SINAD的測量結果直到它低于某個(gè)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(lái)的諧波成分。THD是由系統的不完全線(xiàn)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(shí)，使用RDS編碼中的校驗字來(lái)計算錯誤數據位并進(jìn)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(guò)將發(fā)射機的輸出信號連接至相應的射頻音頻分析儀進(jìn)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(jìn)行測量。測量系統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四款分析儀的統稱(chēng)，從PXA至CXA，涵蓋了對高測量指標和高性?xún)r(jià)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(jìn)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(guò)相關(guān)設置對信號進(jìn)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(jìn)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(jìn)行解碼，提供RDS BLER測量結果并顯示RDS傳遞的一些關(guān)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)、節目項目數和標識碼(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(chǎn)生測量所需的FM Stereo/RDS信號連接至接收機進(jìn)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(chǎn)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(jìn)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(jìn)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(gè)待測頻率點(diǎn)，使用N7611B分別產(chǎn)生相應的左、右聲道任意波形信號文件，通過(guò)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(diǎn)、對左右聲道分別進(jìn)行測量，記錄所有頻點(diǎn)的響應，得到所需要的頻響曲線(xiàn)。
測量系統中使用的安捷倫測量?jì)x表包括以下三種。
* N7611B signal studio信號生成軟件，是一款基于Windows系統的軟件。用戶(hù)可以通過(guò)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(chǎn)生的FM Stereo/RDS的任意波形文件，產(chǎn)生FM Stereo/RDS射頻信號。
* U8903A音頻分析儀用于對接收機解調后的L聲道和R聲道的音頻信號進(jìn)行分析，提供信噪比、SINAD、THD、串擾等多種分析結果。
為了靈活快捷的生成接收機測量需要的FM Stereo/RDS信號，N7611B signal studio軟件可以快速完成對所需要FM Stereo/RDS信號的配置。通過(guò)N7611B的用戶(hù)界面，可以設置FM Stereo/RDS信號的多種參數，例如FM參考調制頻偏、導頻和RDS的調制頻偏、導頻和Stereo信號的頻率、RDS中承載的具體信息以及是否使用預加重 (50us或75us) 等。此外，N7611B還可以對發(fā)送的音頻源進(jìn)行配置，選擇使用軟件預置的測試用單音信號或用戶(hù)自定義的音頻信號進(jìn)行測試。
本文小結
FM Stereo/RDS的廣泛應用及其與手機等移動(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FM Stereo/RDS接收機的MXG/ESG信號源解決方案和針對發(fā)射機測試的X-系列信號分析儀解決方案, 不僅能充分支持FM Stereo/RDS系統所需要的測試，還可以通過(guò)軟件升級支持手機移動(dòng)通信各個(gè)標準的測試、WLAN的測試以及相位噪聲、噪聲指數等通用測試，從而高效率的滿(mǎn)足多種測量需求。
圖6：FM Stereo/RDS接收機測試框圖。
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