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1、数字A M 频率合成器样机研制报告 ( 研制单位：石家庄开发区寨盛电子研究所) 前言： 本合成器的研制主要是以配合我国数字声音广播( D A B ) 系统 的研制及试验为目的的。我国的D A B 系统基本上已确定在现有传统 的短波模拟A M 发射机的基础上来实现，因为这样做，以后还可实现 模拟，数字的同机联播。这样，将目前的合成器加上数字系统所需的 调制功能应该能实现D A B 的系统要求，国外的有关合成器( 如T h a l e s 的T X W 5 3 2 1 系列) 也是这样发展的。因直接数字合成器( D D S ) 发 展很快，比一般数字锁相环的合成器有一定的优点，也较适合应用于 短波
2、频段，所以，考虑载波可以改由D D S 产生。 这部分想主要对原理，指标等进行论证，以明确方案的思路及 指标的可行性，是否能满足我国D A B 系统的要求。虽然欧洲电信标 准协会( E T S I ) 已有D R M 的有关数字广播的标准，但在物理层的很 多方面并没有统一的规定。我们在设立我们的系统时应该有自己的规 定。所谓原理就是说在我们作出规定后原理上应是可行的。对合成器 来说，其他方面的要求也很多，如：控制方式、输出及显示方式等， 因为我们已有长期研制，生产这类合成器的经验，只要系统需要一般 均可满足要求，可待以后再论证。 一、数字A M 频率合成器在D A B 系统中的位置。 首先需要
3、明确目前我们所研制的频率合成器在我们所希望实 现的D A B 系统中的位置，使具有一个统一的认识。 这里引用了如下的在传统模拟A M 发射机基础上实现数字声 音广播的原理方框图。 包络 音频放大器 数字编码及调制 打解主I 屠调 正雅 ；I Il I 竺三竺兰一 i音频r P E G 敢据 j 图象 包络 盯放 大器 “竺竺竺 已调R F 的取样 调相 图l 用传统A M 广播发射机的D A B 系统发射机方框图 发射机 各种数据流经信源编码，复合后到数字基带调制器，在此产生 各付载波及其I Q 分量( 即复数形式信号在直角坐标中分解的同相分 量I ，正交分量Q ) 。数字基带调制器实际上是完
4、成信道的C O Y D M ( 编 码正交频分复用) 编码及调制用的。因为要补偿如末级功放等中出现 的非线性失真，输出信号需经取样解调以提供数字校正的参考信号。 由图可知，数字R F 综合器( 即我们所研制的数字A M _ 霍率合 成器) 的输入信号应该是中心频率为2 0 4 8 M H Z 的( t g 可以是零中心 频的) C O F D M 基带信号，频率合成器的任务就是将此C O F D M 基带 信号变换成一定电平的C O F D M 射频信号。 二、I 、Q 分量的分离和再调制 如何进行C O F D M 信号中心频率的变换就需进行I 、Q 分量的 分离和苒调制。 因为C O F
5、D M 信号中，每个付载波都是用Q P S K 调制的，有 4 56 ，1 3 5 。，2 2 54 ，3 1 5 。四种相位状态( 代表2 比特数据的不同 组合) ，若是非零中心频的C O F D M 基带信号，因先分解出它们的同 相( I ) 与正交( Q ) 分量，这可以说是Q P S K 的反调制过程。再将其 调制到所需发射载频上即可完成载波的搬移了。其工作原理方框图如 下图所示。 图2I - O 分离及角调制方框图 图中震荡器l 为基带调制器用来产生C O F D I d 信号的中心频率 ( w 。) ，这里的输入信号为基带调制器的输出信号，可表示成： S i ( t ) - - C
6、 Q S ( ( W o nQ ) t + 由一n l + C O S ( ( W o Q ) t + 由 一1 ) C O S ( W o + Q ) t 十由1 ) + C O S ( W o + n Q ) t 十由n ) W + k Q 为以w 。为中心的第k 个付载波的频率，由k 为其相位， Q 为载波间隔，n 为付载波数目。付载波( 或称子载波) 数等参数的 确定需根据所选传输方式及达到的抗延时效果来确定。 经乘法器1 ，2 及相应低通后，可分解出零载频的各付载波正 交分量。 I ( t ) = 一s i n ( - n Q t 十中一n ) 2 一s i n ( 一Q t 十击一
7、1 ) 2 一s i n ( Q t + 1 ) - s i n ( n Qt + d D n ) Q ( t ) = - + C O S ( 一n Q t + 中一1 1 ) 2 + C O S ( 一Q t + 一1 ) 2 + C O S ( Q t 十 ( D ：1 ) + C O S ( n Q t + o n ) 震荡器2 频率为所需输出的C O F D M 信号的中心频率( W c ) ，上 述I ( t ) ，Q ( t ) 信号经乘法器3 ，4 然后相加后的输出信号可表示成 S o ( t ) = C O S ( W c nQ ) t 十由n ) + C O S ( W e
8、Q ) t + 巾 一l l C O S ( ( w c + Q ) t + 由l + C O S ( ( W c + n n ) t 十由n 4 8 l 即产生了所需的R F 的C O F D M 输出信号，国际电信联盟( I T U ) 对此信号的频谱已有明确的规定( 1 0 K H Z 射频通道带宽等) 。 由此进一步可知数字合成器的任务为 l 、产生如图2 震荡器2 所需的中频及射频的载波信号。 2 、完成C O F I 瑚信号的再调制，实际上这是一种类似实现Q P S K 的正 交调制方法。所以也可把输出称为相位调制载波。 3 、但不同公司在实现D A B 系统的具体实施方案方面都有
9、一定差别， 这样对各部分的接口需求也会有不同。如T h a l e s 公司生产的D A B 发 射机采用的是中频预校正方案，零载频的付载波正交分量亦由频率合 成器产生，所以这时频率合成器就需完成相应图2 的全部任务。W 。 = 2 0 4 8 M H Z 可由产生C O F D M 的外加单板供给，对外除需供给C O F I 瑚的 射频信号外还需提供中频载波信号，以供中频予校正用。 按目前我国广电总局的考虑，D A B 系统的建立准备去掉原发射机 音频处理器，换用T h a l e s 的T X W - 51 2 2 D 数字音频编码器，该音频编 码器除完成信源编码外，可实现数字州系统所有功
10、能，传输方式， 业务及各种参数的选择。将原模拟合成器换为台内部外装三块数字 相位调制板的T h a l e sT X W - 5 3 2 1 D 频率合成器。这样做后已完成初步 性能的测试，效果良好。所以频率合成器的接口可能需按T h a l e s 公 司的方案考虑。这三块附加单板应该是C O F D M 单板，控制监测单板 及I F 线性预校正单板，以组成完整的系统。 三、D D S 合成器的实现 D D S 频率合成器的设计理论和实际制作已经有3 0 来年历史，但 将其制成大规模集成电路而较普遍推广使用也已有l o 来年的快速发 展史。最早由O u a k o m m 、A D 等公司生
11、产，以后很多公司有各种产品。 它的特点为频率转换速度快，可实现同步的P S K ，F S K 等的调制。它的 主要应用为快速跳频的扩频通信及实现正交震荡器等。在我们的应用 中正需要正交的震荡信号。 T h a l e s 的系列的几种合成器也已都应用了D D S 方案。 D D S 基本原理是：给定频率的数字化波形可以由在较高频率控 制下累加相位的变化来产生。图3 为D D S 基本方块，实际应用时输出 需加D A 变换及低通滤波器等。 处理接口 图3D D S 基本方框图 1 、相位增量值的确定 为得到需要的输出频率( F g ) 必须设置相应的相位增量数码( 中) ，它与系统时钟频率( F
12、 s ) 及相位累加器的比特位( N ) 间有如下的关 系： - - - 4 8 3 - - - - F g = F s * A 2 6 例如：当F s = 1 2 0 m H z ，F g = 7 5 m I z ，N _ 3 2 A = 7 5 m H z * 2 3 2 1 2 0 m f z = 1 0 0 0 0 0 0 0 h 2 、频率分辨率 频率分辨率= F s 2 “ 同样，当F s = 12 0 m I I Z ，N = 3 2 分辨率= 1 2 0 m H z 2 3 2 = 0 0 2 7 9 4 3 、频谱纯度 相位噪声理论上主要决定子系统的时钟等，输出信号相位噪声较 系统时钟的改善为：2 0 1 9 ( F s F g ) 。 寄生信号主要由相位截断，幅度量化及采样和D A C 非线性等产生， 如何抑制寄生信号是D D S 频率合成器比较关键的问题。 为了减小寄生信号，一般工作频率应低于系统时钟频率的4 0 。 样机工作方框图如图4 所示。 本频率合成器的指标将另行提供。 图4样机工作方框图 - - - - - - 4 8 5 - - - -
