一種新型的調(diào)頻收音機電臺搜索方案

1、一種新型的調(diào)頻收音機電臺搜索方案劉彥 郭煒 鼎芯通訊公司，上海交通大學 微電子學院，上海市 202204 摘 要 本文提出了一種調(diào)頻收音機電臺搜索的改進方案， 克服了現(xiàn)有技術(shù)關于調(diào)頻收音機搜索 電臺時容易產(chǎn)生誤判現(xiàn)象的缺乏。該設計同時利用輸入信號強度指示和頻偏信息來判斷電臺。在實際測試 顯示，該方案能有效地提高調(diào)頻收音機搜索電臺的準確度。關鍵詞 調(diào)頻收音機；電臺搜索；頻偏；輸入信號強度指示1 引言調(diào)頻體制以其較強的抗干擾能力等特性在音頻播送、電視、VHS HiFi 、Laser Disc 以及無線通信領域都得到了廣泛應用。傳統(tǒng)的超外差式調(diào)頻信號接收機，信號解調(diào)需要采用高Q值的中頻聲外表波濾波器

2、或晶體濾波器來實現(xiàn)。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)以及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速開展，傳統(tǒng)的模擬設備逐漸被數(shù)字模擬混合設備所代替。文獻 1提出了使用可調(diào)電容和線性濾波器的數(shù)模混合電路來替代FM解調(diào)中使用的精確的外部器件和調(diào)整的方法，文獻2中提出了一種利用信號帶內(nèi)具有理想線性特性的FIR濾波器進行調(diào)頻信號鑒頻的方法，但所需 FIR 濾波器階數(shù)到達數(shù)千階，對系統(tǒng)工作時鐘以及系統(tǒng)存儲容量 的要求都很高。文獻3中提出了采用sine 3抽取濾波器和三點近似法微分器用于FM解調(diào)，大大降低了數(shù)字IC實現(xiàn)高性能FM調(diào)頻接收機的復雜度。在用數(shù)字實現(xiàn)的FM調(diào)頻接收機中，如何快速準確地搜索到電臺所在的頻道是一個商用數(shù)字FM調(diào)

3、頻接收機必須解決的難題?，F(xiàn)今調(diào)頻收音機選擇電臺時常用的方法為： 調(diào)頻信號解調(diào)前都有限幅電路， 該限幅電路的電流與輸 入信號強度的對數(shù)在相當大的范圍內(nèi)成正比。利用接收信號強度指示RSSI電路該電路檢測限幅電路的電流可得出輸入信號的強度，從而選擇電臺。此種方法的應用例如，在移動通信中的手持設備用接收 信號強度指示表示接收信號的大小。在文獻3提到的解調(diào)方案中，接收信號強度可以用數(shù)字下變頻后信號能量I2 +G來表征。雖然上述方法具有實現(xiàn)電路簡單的優(yōu)點，但卻存在容易誤判的缺陷。調(diào)頻收音機信號帶寬最大為180KHZ左右，而搜臺頻率間隔分為 50KHz、100KHZ和200KHZ三種。當遇到一個強電臺并且其

4、信號帶寬大， 用頻率間隔為50KHZ和100KHZ搜臺時，上述方法在 180KHZ內(nèi)指示的信號強度都大于設定門限該門限一 般為最弱電臺信號強度，會誤判為 23個電臺，嚴重影響搜臺的準確性。同時在實際測試中發(fā)現(xiàn)，由于 信號帶寬的瞬時變化和信道干擾等影響，這種寬調(diào)頻信號帶寬帶來的信號強度指示在相應帶寬內(nèi)全較強并 不一定符合中心對稱的原那么，無法利用對稱原那么獲取準確的電臺頻率。因此本文在此根底上提出了一種新型的設計方案， 大幅度改進了調(diào)頻收音機搜臺的準確性， 同時還 保持了電路的簡潔。2 調(diào)頻信號正交解調(diào)原理1m(t)為調(diào)制信號，3設調(diào)頻信號表達式為:其中，a(t)表示受到信道噪聲和其他干擾影響后

5、隨時間變化的調(diào)頻信號幅度, c為信號載波。將式(1)所示的調(diào)頻信號與本地產(chǎn)生的正交載波相乘可得:升(f)=左(f)x cos( a)ct)=n(r)sin2 + jstn | 豹()£&辿(*)=詠卜sinO店)卜=a(t)*c0s2 +cosJm(t)(A對si(t)和SQ(t)分別進行FIR低通濾波，3后可得:血)=總(2)血刑(悶Q(t") = &(f)co 亂也(f)cff對I(t)與Q(t)分別求導數(shù)1可得:23F(t)=小(t)rin J朋(F)dt+cosjw?(z)t4Q (i) = tf (?) cosj/nd(t)楓)sinJ 用(

6、63;)毗5將式 與式(5)、式 與式 分別相乘再除以(2)、(3)的平方和可得m(t):m(i) =3 改進方案圖1是改進后的調(diào)頻收音機工作框圖，在考量接收信號強度指示的同時，還同時參考接收信號的頻偏來決定是否是準確的電臺頻偏檢測此時如果接收到的調(diào)頻信號載波與本地設定的解調(diào)正交波有一個頻率差厶w，即不是準確的電臺,那么有：嚴r二 sina + 觀們出7將7代入前述26的解碼過程，可得:廠©十少©8 考慮到音頻信號m(t)是交流信號，那么解碼輸岀的直流成分即為。這樣，定義兩個門限來衡量搜臺結(jié)果。門限1:定義一個恰當門限為 Ka根據(jù)輸入信號強度，對應 RSSI的檢測值。門限2

7、:定義一個恰當門限為 Kb根據(jù)頻偏的大小，對應頻偏的檢測值。定義兩個步驟來檢測搜臺：步驟1:檢測圖1中的接收信號強度指示檢測模塊的輸出RSSI>Ka；步驟2:檢測頻偏幅度檢測模塊輸出頻偏幅度檢測值<Kb;當步驟1、2同時滿足時，該信號即為正常臺。4 測試結(jié)果由于音頻信號頻率范圍一般為300Hz15KHz, FM最大頻偏(已調(diào)載頻信號的最大瞬時頻率與載頻之差)為土 75KHZ,標準單音調(diào)制度調(diào)制度指調(diào)頻信號的峰值頻偏與系統(tǒng)最大頻偏的百分比為30%和100%,對應頻偏為土 22.5KHZ和土 75KHzb FM最大調(diào)制頻偏一般有 22.5KHZ和75KHzb考慮晶振的誤差小于 100P

8、PM最大造本錢振誤差頻偏為 10KHZ,那么K,參考設為10KHz=如果繼續(xù)以50KHZ頻率間隔搜臺，即本振以 50KHZ步進來選擇電臺，在正常臺兩邊搜索的本振頻偏最少為40KHz其檢測值大于門限Kb,因而不會選擇這個頻率為正常臺。由于本振頻偏越大，直流檢測值越大，所以不會把 一個正常臺誤判為多個臺。(b) 103.5104.2Mhz RSSI與頻偏關系圖(c) 105.5106.2Mhz RSSI與頻偏關系圖圖2FPGA測試結(jié)果首先可以看到RSSI指示的實測值在有臺處相對噪底有大于6db的信號增強，因此可以順利的初步定位電臺所在的頻率。但同時可以在圖2中看到在以確切頻率為中心的100Khz范

9、圍內(nèi)信號能量都比擬強，而且不一定遵循對稱原那么如a、b。這主要是來源于測量瞬間干擾和調(diào)制信號的大小。因此簡單的求取對稱中心的方案并不適宜。其次，圖2中頻偏的測量結(jié)果顯示， 在確切電臺頻率為中心的 100KHZ內(nèi)，如果信號的能量足夠強， 超過設定的門限21db，即調(diào)頻信號沒有淹沒在噪底中圖2中(a)，(c)，頻偏檢測能準確的發(fā)現(xiàn)100KHZ的頻偏，從而檢測出最確切的電臺頻率點。反之，如果信號能量能量不夠強，沒有超過設定的門限 21db見圖2(b)，調(diào)頻信號淹沒在噪底中，由步驟 1可以保證不會誤判將不正確的頻率判斷為電臺。綜上在FPGA實現(xiàn)和ASIC芯片的測試中，證實了該改進方案能非常準確的測量出

10、100KHZ的頻偏，從而防止了在以50Khz、100Khz步長搜臺時將一個信號強的電臺誤判為多個的現(xiàn)象，到達了提高了芯片的 搜臺準確性的效果。5 結(jié)論針對現(xiàn)有技術(shù)關于調(diào)頻收音機搜索電臺容易產(chǎn)生誤判現(xiàn)象的缺乏，本文提出了一種同時利用輸入信號強度指示RSS和頻偏信息的調(diào)頻收音機電臺搜索的改進方案，克服了在以50Khz、100Khz步長搜臺時將一個信號強的電臺誤判為多個的現(xiàn)象，提高了芯片的搜臺性能。實際測試證明，該方案能有效的改進 調(diào)頻收音機搜索電臺的準確度，提高調(diào)頻接收芯片的搜臺性能。本文提及的設計方案為鼎芯通訊(上海)FM radio工程中一局部，其中還包含了王險峰、黃一鳴、朱立振工作的支持，特

11、此表示感謝。參考文獻1 Gregory J.Manlove ， Jeffrey J. Marrah， Membe，r IEEE， and Richard A. Kennedy. A Fully IntergratedHigh-Performance FM Stereo Decoder. IEEE Journal Of Solid-State Circuits. VOL.27， NO. 3， MARCH19922 張澤，吳嗣亮 . “列控系統(tǒng)多音調(diào)頻信號的全數(shù)字解調(diào)方法J. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2004， 13 Bang-Sup Song and In Seop Lee. “A Digital

12、FM Demodulator for FM ， TV， and Wireless IEEETransactions On Circuits and Systems-II：ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSI，NGVOL.42， NO.12，DECEMBER 19954 R.E.Crochiere and L.R.Rabiner. “ Interpolation and decimation of digital signals-A tutorial review. Proceedings of the IEEE ，March， 1981，69(3) : 300331收稿日期： 9月 10日 修改日期： 9月16日