调频立体声广播及广播数据系统测量解决方案

芮艳华

安捷伦公司数字电视测量中心应用工程师

封翔

安捷伦公司数字电视测量中心应用专家

调频广播(FM)随着现代科技的发展正逐步成为一种标配功能，广泛配置在手机、导航、汽车娱乐系统等移动手持设备和车载终端设备中。今天的移动手机、导航，不仅可以用于收听FM广播，很多还具备FM发射功能，将存储的数字音乐、导航提醒声音发送到附近的普通收音机，汽车的收音机进行收听。

FM技术也在不断发展。为了传送立体声音乐，FM通过立体声复用支持左右声道传输不同的语音内容，即调频立体声(FM Stereo)。为了通过FM频段传送快捷的数据信息，国际相关部门制定了一系列的标准规范，目前主要有欧洲的广播数据系统(RDS)规范和美国的无线电广播数字系统(RBDS)规范。通过RDS/RBDS技术，FM可以传送文本信息，例如交通、天气、广播电台的信息等等，这些信息可以显示在FM终端设备的用户界面上。

为了确保FM Stereo和RDS/RBDS系统的可靠运行，如何准确、快捷的进行相关测试，成为FM产业链中非常关键的一环, 也是众多移动设备制造商面临的问题。

FM Stereo/RDS系统概述

FM Stereo在兼容调频单声道收音机的同时，支持立体声多路信号的传输。为实现这个目标，调频立体声多路复用信号(MPX)在0~15kHz的基带部分同时传送左声道(L)和右声道(R)的信息(L+R)，使单声道收音机也可收听立体声信号。为了识L、R两路信号，利用23~53kHz的基带频谱，在38kHz处使用载波抑制调幅的调制方式发送(L-R)的信息，以提供立体声音效。调频立体声信号中还包含一个19kHz的导频信号，用于协助接收机检测和解码左右声道信号。在接收端，将(L+R)和(L-R)信号相加恢复出L信号，将(L+R)和(L-R)信号相减恢复出R信号。MPX信号的基带频谱如图1所示。

图1：调频立体声/无线数据广播系统的基带频谱。

RBS/RBDS信号在57 kHz副载波处进行传输。RDS/RBDS传送信息的速率为1.1875 kbps，采用BPSK的调制方式。RDS可以发送电台名称、节目类型、节目内容、交通信息等多种信息。图2所示为RDS/RBDS的数据结构，其最大数据单元为组。每组有4块构成，每块26比特，包含16个信息比特和10个校验比特。校验比特的作用为错误识别、错误修正和数据同步。

图2：RDS基带编码结构。

FM Stereo/RDS系统测试方案

FM Stereo/RDS的测试主要有两个方面，即针对发射机的测试和针对接收机的测试。安捷伦针对这两种测试分别提供了相应的信号分析仪和信号源进行支持。

1、FM Stereo/RDS系统常用测试参数

FM Stereo/RDS系统测试涉及多种参数的测量，包括功率测量、信号噪声及失真比(SINAD)测量、谐波失真(THD)测量、RDS BLER(块误码率)测量等。

SINAD/Distortion：SINAD/Distortion是衡量音频质量的重要参数。SINAD和Distortion的定义分别如下：

(E1)

其中，Ptotal是总的信号功率，Punwanted是噪声信号功率和失真信号功率之和。

SINAD/Distortion的测试框图如图3所示。首先将输入信号经过音频滤波器滤除带外干扰计算Ptotal，随后使信号通过陷波滤波器滤除掉有用信号(包含Mono/Stereo音频信号和载波信号)，从而计算出Punwanted。

图3：SINAD测量框图。

SINAD不仅是衡量发射机性能的重要参数，对接收机的测量而言也非常重要。在进行接收机灵敏度、邻频道抑制、交互调制等测量时，都需要跟踪SINAD的测量结果直到它低于某个临界值。

THD：THD用于测量信号中的谐波，即测量输出信号中比所需要信号多出来的谐波成分。THD是由系统的不完全线性造成的，定义为所有谐波分量的均方根电压值与基频电压值的比值，通常用百分数表示，计算公式如下，

(E2)

其中，Vn是n次谐波分量的均方根电压。

RDS BLERTHD：RDS BLER是具有不可校正比特位的接收数据块(26比特)与总接收数据块数的比值。在计算RDS BLER时，使用RDS编码中的校验字来计算错误数据位并进行校正。RDS测试的阈值典型值通常为5%。