DMR2000型数字调制器补偿电声指标的原理和方法

文章编号 1674-6708（2015）132-0116-03

0 引言

调制器是PSM短波发射机的“心脏”，是发射机数字化、自动化的核心处理设备。调制器的先进性直接影响到发射机的先进性，尤其是体现在电声指标方面。目前使用的模拟PSM调制器机型老、指标差无法满足现有优质播出要求。2007年数字调制器系统研发立项，笔者有幸全程参与了数字调制器的研发工作，该数字调制器系统最大的优势就是可以通过补偿工频噪声和改善循环噪声相结合的方式提升信噪比，正负峰不对称补偿和谐波预失真补偿两种方式改善发射机的失真以及分频段控制音频信号增益值来平衡发射机的频响，最终实现发射机的优质播出。

1 电声指标补偿

1.1 信噪比补偿

信噪比补偿分为电源的工频噪声补偿和由于功率模块循环开关所导致分频噪声补偿。

1.1.1 工频噪声补偿

噪声来源：由于我国供电频率是50Hz，所以纹波电压的频率常常是50nHz，n的大小取决于整流电路的类型。半波整流，n=1；全波整流，n=2；三相全波整流，n=6。发射机的工频噪声来源主要是：1）电子管交流灯丝供电电源引入的100Hz噪声及谐波分量；2）数字调制器的两项交流供引入的100Hz噪声及谐波分量；3）功率模块的三项交流供电经过整流、滤波后引入的300Hz噪声及其谐波分量。纹波噪声是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，周期和振幅随时间而变，不同电源的纹波波形不同。但是由于发射机是由统一的供电系统，因此可以认为其相位参考点和输出频率为固定值。

补偿原理：数字调制器系统从发射机包络反馈系统获得电源工频取样值，对其进行幅度增益和相位调整，随后与输入的音频信号进行反向叠加，从而抵消发射机电源系统产生的电源工频噪声（图1）。

补偿操作：通过上位机连接综合算法板（D5）面板RS232接口，软件采用串口精灵，信噪比的两个补偿参数为幅度补偿参数和相位补偿参数（串口字节2、3）初始值均为00，代表无补偿，调整参数与发射机调谐原理类似，首先调整幅度参数（字节2），观察测试仪器上的信噪比数值变化，当达到一个较好数值时，再调整反馈相位偏移量（字节3），观察信噪比变化，直至找到信噪比提升最明显的点，然后再交互调整两个参数，直至信噪比数值和示波器波形均达到理想状态。

1.1.2 分频噪声补偿

噪声来源：由于功率模块供电的两台主变压器的位置、漏感均不相同，从而导致各功率模块的输出电压也不相同，最大压差可达8V左右。因此在模块的循环导通过程中会产生分频噪声，噪声频率f= 100kHz/48 = 2.08kHz。

补偿原理：通过基于误差的PSM调制方法和优化功率模块导通顺序的方式相结合来补偿由于功率模块循环导通所导致分频噪声。

1）基于误差的PSM调制方法：通过信号差分器对音频输入信号与数字调制器输出信号（由PSM合成器根据模块地址管理器和模块电压查找表提供的目前功率模块使用情况来估计数字调制器的输出）之间的误差进行计算、调制，最后经过PDM调制生成数字功率模块的开/关控制信号（图2），使得调制器的輸出与输入信号间误差最小。该方法考虑了模块电压输出的不一致性，通过信号调制将噪声频率调制到带外（50kHz以上），通过后级的低通滤波器滤掉，因此算法本身即可获得较小的循环噪声，而不单纯依赖于调整模块导通顺序，信噪比提升更加稳定。

2）优化模块导通顺序：调制器系统预置了四种最优的功率模块导顺序（通过D5板内拨码开关SW1的1、2两个开关ON、OFF档相互交换组合设置），比传统的调整光缆的方法，操作简单、效率高、效果好。优化的模块导通顺序可以在PSM调制方法的基础上进一步减小模块循环队列中相邻模块的电压差，使两台调制变压器的负载均衡，电压波动减少，从而进一步提升信噪比。

1.2失真补偿

发射机失真产生的原因主要是由于放大系统产生了线性失真（由于放大器的频率特性不好而导致输入信号中不同频率成分的增益或延时不同）和非线性失真（工作点进入非线性区从而导致输入输出信号无法保持线性关系）。失真补偿包括正负峰不对称补偿和谐波预失真补偿两种方式。

1.2.1正负峰不对称补偿

PSM发射机非线性失真主要体现在调制输出的已调信号正负峰不对称。补偿原理是首先将输入数字调制器系统的音频信号（负峰90%调制时发射机输出的正峰幅频特性曲线如图6）经过多组数字滤波器分为六段（80Hz以下、80Hz～150Hz、150Hz～1.5kHz、1.5kHz～2.4kHz、2.4k～3.2kHz、3.2kHz以上，），其次通过综合算法板（D5）的人机交互接口（RS232）调整各频段对应的补偿参数（初始值为{7F}，代表系统无补偿）并存储在外部的EEPROM中（图5）。最后经过预失真处理器对各频段的音频正峰峰值预先提高或者压缩，最后合成输出（图7）来补偿发射机的放大系统带来的正负峰不对称的非线性失真。

1.2.2谐波预失真补偿

数字调制器系统通过预先加入输入信号的二次谐波和三次谐波分量，并且调整好谐波的幅度和相位，补偿发射机放大系统的谐波失真。如图8是系统谐波预

失真补偿原理示意图，中间这个波形红色虚线为发射机的放大失真，蓝色虚线为谐波预失真，通过分段（六段）调整相应频段的串口数据（初始值为{7F}，代表未补偿）来调整相应段内系统预先加入输入信号的二次谐波和三次谐波分量，通过系统的预先修正可以使最终的输出信号更接近于输入信号。

1.3频响补偿

调制器系统通过分频段（六个频段）控制音频信号的增益值（初始值为{7F}，代表未调节音频信号增益值参数）来达到平衡频响的目的（图9）。

2 结论

自2012年推广至今，DMR2000型数字调制器已经成功对40多部PSM发射机进行了数字化改造。笔者作为调制器数字化改造施工方参与其中。所有进行了调制器数字化改造的发射机三大电声指标均提升明显，其中信噪比均达到或超过-60dB（超过国颁甲级-58dB标准）、失真小于2%、频率响应小于+/-0.5dB。并且系统运行稳定，维护方便。

参考文献

[1]魏瑞发，陈锡安.脉阶调制设备.国家广播电影电视总局无线电管理局，1999：34-45.

[2]刘洪才.中短波广播发射机[M].中国广播电视出版社，1999.

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