FM广播参数监测提高收听音质

摘要

调频（FrequencyModulation，FM）广播是一种以无线电发射来传输广播信号的方式。FM广播具有播放覆盖范围广，信道扩展容量大，设备安装维护方便，收听音质优美清晰的特点，是目前广播领域内使用最为广泛的一种广播方式。目前我国的FM广播发展迅速，已经取代了原来的有线广播。虽然电视技术发展很快，但是终究取代不了广播，因为广播的灵活性、便携性、经济性是电视不可取代的。

随着FM广播技术的发展，设备老龄化及技术人员经验等问题的日益凸显，对FM广播的发射质量造成了相当的影响，同时从听众角度来说，接收到的广播信号的音质和音量也会受到影响。因此，使用合适的广播监测接收设备对FM广播进行测量和分析的必要性也日渐提高。本文则以基于软件无线电架构的广播监测接收机为工具，采集FM广播信号，通过分析FM广播信号的特征参数，调整发射链路中的设备。为提高FM广播发射质量，同时也是提高接收端音频的音质和音量，提供了一种有效可行的手段。

一、概述

调频（FM）的概念，FM是现代实现高保真度声音广播和立体声广播的主要方式，是以调频方式进行音频信号传输的，调频波的载波随着音频调制信号的变化而在载波中心频率（未调制以前的中心频率）两边变化，每秒钟的频偏变化次数和音频信号的调制频率一致，如音频信号的频率为1kHz，则载波的频偏变化次数也为每秒1k次。频偏的大小随音频信号的振幅大小而定。

立体声调频的概念，立体声调频首先将两个声频（左、右声道）的信号进行编码，得到一组低频复合立体声信号，然后再对高频载波进行调频。立体声调频根据对立体声的处理方法不同，分为频率分割制（和差制）、时间分割制、方向信号制三种。现普遍采用的是和差制。和差制是在立体声调制器中，先将左（L）、右（R）声道信号进行编码，形成和信号（L+R）与差信号（L-R），其中和信号直接送去调制主载波，构成主信道信号，以便普通调频收音机兼容收听；差信号则送到平衡调制器对副载波进行抑制载波式幅度调制，所得到的双边带抑载调幅波作为副信道信号，再与和信号混合去调制主载波。副信道信号的频率范围为23至53kHz（38±15kHz），属于超音频范围，不会干扰单声道放音。由于副信道调幅波的副载波被抑制掉了，将使立体声收音机无法直接解调出差信号，因此应在收音机内再产生一个频率、相位均与发射系统副载波相同的38kHz信号才能解调。为此，在发射端，利用主、副信道频谱的间隔处，再发射一个19kHz（1/2副载波频率）导频信号（PilotTone），以便在收音机中"引导"出38kHz再生副载波，这种调制方法称之为导频制，也是目前和差制立体声广播里面应用最为广泛的一种分割频率的方法。

相应的，为了测量调频信号和立体声调频信号，国际上通常需要测量以下几个参数。

1.1、占用带宽

依据ITU的建议，信号带宽的测量通常基于频谱用"β%占用带宽"和"x-dB带宽"两种方法。β%占用带宽如图1所示，测量方法是先统计出监测带宽内的总功率，然后在频谱上从两边往中间依次累加谱线的功率，直到功率和占到总功率的(β/2)%，分别定义为f1和f2，则定义带宽等于f2-f1；而x-dB带宽如图2所示，测量方法是先在频谱上找到峰值即最高点，然后从最高点依次往两边找到两根谱线使得这两根谱线往外的所有谱线都比最高点至少小xdB，则这两根谱线对应的频率差即为带宽。

在ITU和广电的建议中，β通常取99，x通常取26，也就是常说的99%功率带宽和26dB带宽。

图1、β%占用带宽

图2、x-dB带宽

1.2、频偏

调频信号中的频偏（FrequencyDeviation）指的是调频波频率摆动的幅度，是随着信息（或语音）波形的起伏而变化的。通常用仪器或接收机所测量的频偏实际上是指一段时间内的最大频偏，最大频偏的分布和大小，决定了收听到的音频的音质和音量，也就是决定了FM广播的发射质量。

本文主要目的是研究FM广播的发射质量，所以根据上述描述，应关注的即是频偏指标。

ITU-R针对FM信号频偏的测量有详细描述：

频偏测量方法是取一段时间（建议的时间长度为50ms）的信号测量其在每个采样点上相对于载波的频率偏差，取最大值即为最大频偏。但为了更深入的了解频偏，可以用随时间更新的统计直方图来表示其信号特征。频偏的直方图计算方法如下：

1）.以50ms为周期，测量出N个最大频偏。测量周期的长短会显著影响直方图，因此需要固定的测量周期以确保测量结果的可重复性。同时，选取50ms为测量周期可以确保当调制频率低至20Hz时仍能有效测量最大频偏。

2）.将需要统计的频偏范围（本文中为0～150kH