DX中波发射机DRM改造分析

【摘要】本文根据现有中波调幅广播系统的技术特点，在细致的研究DRM系统理论的基础上，结合数字化技术的关键要求，确定改造DX发射机射频系统和音频系统的方案，并对改造后的系统进行了实验论证，分析了技术指标等实验结果，论证了改造方案满足DRM广播要求。

【关键词】DRM改造分析；具体改造方法；实验与结论

现有中波广播发射机能否满足DRM改造要求，决定于承担单独DRM载波的能力，及在固定分配的带宽内承载数字码流的能力。实现DRM广播，被改造的发射机要满足条件包括噪声、群时延和带宽，和能适应带宽要求的匹配网络。

为实现DRM数字化调幅广播的技术改造，传统模拟AM广播发射系统需要对音频前端进行数字化改造即增加DRM编码/调制器，和对发射机设备结构改造。DRM编码调制器产生的DRM基带信号为I/Q分量信号，以及通过I/Q分量信号计算得到的包络信号。其幅度变化分量送到现有模拟AM发射机的调制通道；I/Q分量信号通过RF频率合成器并变换为RF相位分量（Φ），送到现有AM发射机激励通道。I/Q信号为数字信号，在频率合成器中进行相位计算，并对直接数字频率合成器（DDS）产生的射频载波信号进行相位调制，相位调制的射频载波馈入发射机、代替发射机激励器产生的等幅载波，包络信号馈入发射机音频输入端口，利用发射机的调幅功能实现对调相载波的幅度调制。然后将放大后的包络信号和相位信号送到混频电路中进行棍频，实现DRM信号的功率放大与调制。这种方式充分利用了AM发射机的现有电路和设备。

一、DRM改造分析

模拟调幅AM广播发射机处理音频信号采用模拟技术或部分实现了数字技术。实现DRM数字化广播技术要求传输数字信号需要对设备进行针对性的改造。传统AM调幅广播在功率放大部分之前音频通道和RF通道相互独立，功率放大合成后输出调幅波。DRM广播需要通过DRM编码器对模拟音频信号转换为数字信号，同时对设备进行硬件改造，加装软件。图1为数字调幅广播（DRM）发射系统改造流程图。

DRM编码调制器包括音频编码电路、复用器、接口电路、信道编码电路和OFDM模块等部分电路。发射机硬件改造模块包括数字RF激励器、音频通道数字处理电路和调整音频与相位的延时系统电路。

要实现在模拟AM发射机上传输DRM信号，就要将由信道编码器产生的数字基带信号调制到发射机工作频率上，实现这个功能需要使用数字RF激励器代替传统的载波发生器。模拟AM发射系统音频信号的处理为模拟方法，处理的音频信号不能满足DRM广播系统的技术要求，需要对音频处理系统进行专门数字化改造。由于音频通道和相位通道处理的信号路径与过程不同（包络信息和数字信息），最后由混频器进行信号合成时将产生时延，这将导致DRM数字广播信号不能正常发射，解决音频通道信号和相位通道信号的延时控制问题需要将由信道编码器输出的数字基带信号分别送至音频通道和相位通道，即满足相位信息和包络信息输入不同的通道。

通过分析可知，要实现模拟AM发射机的数字化改造，需要克服的技术难点可以通过增加数字RF激励器、在音频通道上加装数字信号处理系统，增加音频通道和相位通道的延时调整系统来解决。

二、具体改造方法

我们采用DX10KW中波发射机作为改造对象。DX系列发射机有固有的宽带设计、群延时小、出色的信噪比和出色的宽带输出等几个方面的优势。采用DX发射机可以快速、方便，使用小的投入来实现中波高质量DRM的过渡。

由前面的分析可知，模拟AM广播发射系统的DRM数字化的改造需要对发射机音频系统进行数字化处理和支路延时系统改造、增加数字RF激励器、编码调制器。结合对DX10KW发射机的工作原理分析，数字化改造需要对硬件改造部分包括激励器电路和模拟输入电路，及模/数转换电路，和更换RF数字激励器。对控制部分的软件进行改造升级，设置调制参数等。现在确定调幅模拟发射机的数字化改造方案见图2。通过对DX发射机的原理分析，我们确定的改造方法按如下步骤进行。

1）对需要改造的DX发射机进行系统调试并对技术指标进行测试，将改造前发射机的失真度、频率响应度和信噪比三大指标优化，使发射机处于最佳的稳定工作状态。

2）改造原发射机的模拟输入电路，将贝塞尔滤波器电路旁路。DRM数字化广播要求的频带较宽，贝塞尔滤波器限制了带宽展宽，因此该通路必须被旁路以提供直流通道。模拟输入板上用于直流电平控制和平滑滤波的输入滤波器需要改成直流耦合输入。调整直流电平满足DRM调制器要求，控制载波功率输出的直流输入由数字激励器提供，来自模拟输入电路的直流输出电平需要减小，可以通过调整模拟输入板上的分压电位器和电阻实现输出直流电压降低。为了满足频谱要求，需要去除72K三角波振荡器，在模拟广播下，少量的72K三角波信号可以起到平滑调制信号的作用，在DRM数字广播下，这个信号需要被去除。

3）去掉原发射机的激励器、模数转换器和音频处理器电路，由发射机的数字化改造模块电路替代，完成RF载波信号产生，音频信号的数字处理等。可以通过两个办法实现更换RF激励器和音频处理电路，来提供数字音频信号和RF信号到发射机的方法：通过外置DRM 数字编码/调制器来输出RF信号替代原发射机提供的载波信号；在原发射机上加装DRM 数字编码/调制器，原发射机的激励器电路改为DRM 数字编码/调制器，作为DRM发射机的RF源来提供OFDM调制的DRM信号。使用数字编码/调制器自带系统软件来进行系统的环路自检，设置DRM发射系统的各种传输参数。数字编码/调制器的另一个重要作用是能够调整发射机的包络信号和相位信号的延时。DRM系统的传输方式、业务选择、功能设置、参数设置都是通过设置数字编码/调制器来实现。

4）改造原发射机的控制系统，对发射机的软件和硬件进行部分升级。实现控制系统对DRM数字编码/调制器的通讯与监控。对数据采集系统进行升级，扩展存储空间，增加在DRM工作模式下的各种命令和控制流程。增加新增数字设备的检测功能，升级自检系统。

5）按照改造方案框图（图2）进行各功能单元的电缆连接，然后对发射机系统进行自检，确保发射试验可以顺利开展。

完成以上步骤后，DX发射机的DRM改造可以进行最后的调试，发射DRM信号，进行DRM广播的测试。

三、实验与结论

在实验前需要准备DRM专业接收机、网络分析仪、频谱分析仪、场强测试仪、误码率分析仪和示波器等实验仪器。将改造的原发射机的技术数据备份整理共改造后分析使用，将该发射机近两年收测的场强数值整理出来，标示出各收测点的位置和名称。

使用网络分析仪和频谱分析仪测试发射机输出端的带宽和反射损耗等技术参数，对实验发射台周围进行场强测试，收测位置和改造前收测位置一致。为了满足带宽要求，反复调整天调网络，满足载波频率点驻波比<1.02，±5kHz在1.2范围内，±10kHz 在1.5范围内。

经过反复调整，发射机的数字输出最大可达4.8KW，成功输出DRM数字音频信号。将发射机的输出功率分别设置为3KW、3.5KW、4KW、4.5KW和4.8KW，输出带宽设置为10KHz，设置DRM工作参数为16QAM、编码率为0.5、长交织、QPSK、A模式和AAC单声道条件下测试。测试过程如下：

1）测试整机效率。整机效率是发射机的输出功率与输入功率比值。其中输入功率包括所有供电设备消耗的总功率，输出功率为发射机负载天线接收到的功率。测量要求整机效率要求≥75%。

2）测试信噪比。通过音频测试仪测试信噪比，给发射机输入1kHz单音频信号，并进行100%调制，然后段开音频信号，即100%调制时发射机输出信号电平与纯载波输出信号噪音电平有效值之比，单位是dB，测量值要求≤-60dB。

3）频谱在带通滤波器之后取样测量，发射系统输出频谱带肩要求≥40dB。

4）测试调制误码率MER。调制误码率（MER）是反映数字信号质量的非常重要的指标，是调制后的符号位置与理想位置的比值。MER精确表明数字信号在调制和传输过程中所受到的损伤。调制误码率在发射机功率合成器后取样测量，MER要求≥30dB。

通过以上指标可以总结出信噪比和整机效率指标随着功率的降低而下降，频谱带肩和调制误码率指标则随着功率的降低而上升。

结束语

通过这次发射机的数字化改造，及实际播出实验和测试指标，表明利用现有条件， 将DX中波广播发射机改造为DRM发射机并进行了 DRM广播是可行的。

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