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(guān)于調(diào)頻收音機搜索電臺時容易產(chǎn)生誤判現(xiàn)象的不足。該設(shè)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(guān)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廣播、電視、VHS HiFi、Laser Disc以及無線通信領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)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值的中頻聲表面波濾波器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)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬設(shè)備逐漸被數(shù)字模擬混合設(shè)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)?；旌想娐穪硖娲鶩M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)達到數(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sinc3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)頻接收機必須解決的難題。

　　現(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(yīng)用例如，在移動通信中的手持設(shè)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+Q2)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(shè)定門限(該門限一般為最弱電臺信號強度)，會誤判為2-3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(yīng)帶寬內(nèi)全較強并不一定符合中心對稱的原則，無法利用對稱原則獲取準確的電臺頻率。

　　因此本文在此基礎(chǔ)上提出了一種新型的設(shè)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

　　設(shè)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隨時間變化的調(diào)頻信號幅度，m(t)為調(diào)制信號，ωc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：　　

 　　對sI(t)和sQ(t)分別進行FIR低通濾波[4]，[3]后可得：

 　　對I(t)與Q(t)分別求導數(shù)[1]可得：

 　　將式(2)與式(5)、式(3)與式(4)分別相乘再除以(2)、(3)的平方和可得m(t)：

 　　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。

　　此時如果接收到的調(diào)頻信號載波與本地設(shè)定的解調(diào)正交波有一個頻率差△w ，即不是準確的電臺，則有：　　

 　　將(7)代入前述(2)～(6)的解碼過程，可得：

 　　考慮到音頻信號m(t)是交流信號，則解碼輸出的直流成分即為 。

　　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(yīng)RSSI的檢測值)。

　　門限2：定義一個恰當門限為Kb(根據(jù)頻偏的大小，對應(yīng)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)

　　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300Hz～15KHz，F(xiàn)M最大頻偏(已調(diào)載頻信號的最大瞬時頻率與載頻之差)為±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(yīng)頻偏為±22.5KHz和±75KHz。FM最大調(diào)制頻偏一般有22.5KHz和 75KHz。

　　考慮晶振的誤差小于100PPM最大造成本振誤差頻偏為10KHz，則Kb參考設(shè)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。

　　圖2中展現(xiàn)了部分測試數(shù)據(jù)。其中Ka設(shè)定為21db，Kb參考設(shè)為10KHz?！　?/p>

 　　(a) 101.5～102.2Mhz RSSI與頻偏關(guān)系圖　　

 　　(b) 103.5～104.2Mhz RSSI與頻偏關(guān)系圖　　

 　　(c) 105.5～106.2Mhz RSSI與頻偏關(guān)系圖

　　圖2 FPGA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范圍內(nèi)信號能量都比較強，而且不一定遵循對稱原則如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合適。

　　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(shè)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(shè)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 100KHz的頻偏，從而避免了在以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，達到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(guān)于調(diào)頻收音機搜索電臺容易產(chǎn)生誤判現(xiàn)象的不足，本文提出了一種同時利用輸入信號強度指示(RSSI)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(shè)計方案為鼎芯通訊(上海)有限公司FM radio項目中一部分，其中還包含了王險峰、黃一鳴、朱立振工作的支持，特此表示感謝。

　　參考文獻

　　[1] Gregory J.Manlove，Jeffrey J. Marrah，Member，IEEE，and Richard A. Kennedy. A Fully Intergrated High-Performance FM Stereo Decoder. IEEE Journal Of Solid-State Circuits. VOL. 27，NO. 3，MARCH 1992

　　[2] 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，2004，1

　　[3] Bang-Sup Song and In Seop Lee. “A Digital FM Demodulator for FM，TV，and Wireless” IEEE Transactions On Circuits and Systems-II：ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSING，VOL.42，NO.12，DECEMBER 1995

　　[4] R.E.Crochiere and L.R.Rabiner. “Interpolation and decimation of digital signals-A tutorial review.”Proceedings of the IEEE，March，1981，69(3)：300～331