一种调频广播发射系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种调频广播发射系统及方法，系统包括数字处理单元和射频单元；射频单元包括中央处理模块、高速DAC模块、振荡和混频器模块、以及射频功率放大模块；数字处理单元与中央处理模块通过USB接口连接，中央处理模块分别与高速DAC模块、振荡和混频器模块连接，高速DAC模块与振荡和混频器模块连接，振荡和混频器模块与射频功率放大模块连接，射频功率放大模块与发射天线连接。本发明专利技术将发射机的结构大为简化，将复杂的多频率调制用SDR方式实现，任何一台工作正常的收音机，只要开机，无须调谐，即可收到本发射机发射的信号。而且其设备成本以及维护成本低，可以广泛应用于电磁屏蔽空间的信息传达，在防灾减灾方面有推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通讯
，涉及一种调频广播系统及方法，具体涉及一种调频广播发射系统及方法；可以用于应急救灾广播等场合。
技术介绍
自从广播技术问世以来，经过多年的发展和改进，已经成为一种重要的媒体手段，在信息传播，娱乐，消息传达，舆论导向等各个方面起到了重要的作用。广播接收装置即收音机原理简单，成本低廉，效果容易保证，因此直到互联网高度发达的今天，其拥有率仍然相当高，甚至成了汽车和手机上的必备配置。通常的广播发射装置，基于AM(幅度调制)或者FM(频率调制)技术，将音频信号调制到固定频率的无线电波上发射出去，一台传统的发射机只能工作与一个频率上。不同的广播电台使用不同的无线电波频率，收音机只有在调谐到与该广播电台相同的频率上时，才可以收听该电台的信号。AM方式的广播占用带宽窄(9Khz左右)，FM方式的广播占用的带宽较宽(200Khz左右)，因此FM方式的广播其音频信号质量明显好于AM方式的广播。另外，一般的AM广播频率范围是522Khz-1620Khz，总带宽为1098Khz，波长为数百米，一般需要磁性天线才可以取得较好的接收效果，其接收装置不易小型化模块化；而FM广播频率范围是88Mhz-108Mhz，总带宽为20Mhz，波长为3米左右，其接收装置容易小型化模块化。当前城市广播主要采用的方式为FM方式。由于无线电波传播特性的原因，在地下室、隧道、桥下、防空洞或者因自然灾害造成的幽闭空间等遮蔽环境下，无线电波衰减严重，广播信号质量变差甚至完全无法接收，民众也就难以获得营救信息或者交通、天气信息。例如，汽车驾驶员正在通过FM广播获取交通信息，当汽车驶入隧道后，驾驶员便无法再获取交通信息，若此时前方发生紧急事件，则公安部门就无法将信息及时发送给驾驶员。虽然可以在隧道内架设广播电台将消息广播出去，但是因为每个司机在进入隧道前所收听的广播电台不尽一致，其频率无法获知，因此传统的广播发射机难以胜任，因为按照一般的收音机性能，可以接收250Khz带宽的信号，如果需要让每台收音机全部收到信号，则需要架设80台广播发射机，每台发射机工作于不同的频率。其安装成本与维护成本都是相当高的。同样的情况，可能发生在于防灾以及救灾工作中。灾情预防阶段或者灾后，收音机是民众获取通知信息的重要手段，但是一方面，在紧急情况下，民众可能因为慌乱无法调谐到广播电台信号，另一方面，灾民所处的位置可能已经处于电磁波屏蔽环境中，无法接收广播电台信号。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种调频广播发射系统及方法。本专利技术的系统所采用的技术方案是：一种调频广播发射系统，其特征在于：包括数字处理单元和射频单元，所述数字处理单元包括安装有GNURadio的计算机；所述射频单元包括中央处理模块、高速DAC模块、振荡和混频器模块、以及射频功率放大模块；计算机与中央处理模块通过USB接口连接，中央处理模块分别与高速DAC模块、振荡和混频器模块连接，高速DAC模块与振荡和混频器模块连接，振荡和混频器模块与射频功率放大模块连接，射频功率放大模块与发射天线连接。本专利技术的方法所采用的技术方案是：一种调频广播发射方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将音频信号进行FM调制，生成FM调制后的窄带数字中频，将窄带数字中频用分配器分成N路，同时生成从X1Mhz开始，到X2Mhz结束的，以xKhz为间隔的N-1个数字本振信号，将这N-1个数字本振信号分别与N-1路窄带数字中频信号混频，并经过数字高通滤波，以实现数字上变频，得到N-1路位于不同频点的窄带数字中频信号；步骤2：将N-1路数字中频信号以及剩余的一路未经混频的零中频信号乘以一个常数系数，以调整振幅，以备下一步加法处理；步骤3：将调整振幅后的N路数字中频信号通过加法器相加，得到宽带数字中频；步骤4：将宽带数字中频送入DAC进行数字模拟转换，得到宽带模拟中频信号；步骤5：另产生一个YMhz的模拟本振信号，将其与宽带模拟中频信号混频，生成以本振信号为中心的两个互为镜像的信号：cos(flocal_osc*t)*cos(fif*t)＝((cos(flocal_osc*t+fif*t))+(cos(flocal_osc*t-fif*t)))/2其中，flocal_osc为本振信号的频率，fif为中频信号的频率，t为时间；cos(flocal_osc*t+fif*t)和cos(flocal_osc*t-fif*t)即为两个以flocal_osc为中心的镜像信号。步骤6：将步骤5中获得的信号经过平坦度调节和功率放大，最后经天线发射出去。与现有技术相比，本专利技术采用SDR(软件无线电)技术，将发射机的结构大为简化，将复杂的多频率调制用SDR方式实现，只需要一台(为降低设备性能要求，也可以采用2台或者4台等方式)发射机即可完成20Mhz带宽的FM广播全覆盖，任何一台工作正常的收音机，只要开机，无须调谐，即可收到本发射机发射的信号。而且其设备成本以及维护成本低，可以广泛应用于电磁屏蔽空间的信息传达，在防灾减灾方面有推广应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例的系统结构简图；图2为本专利技术实施例的射频单元结构图；图3为本专利技术实施例的方法流程示意图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请见图1和图2，本专利技术提供的一种调频广播发射系统，包括数字处理单元和射频单元，数字处理单元包括安装有GNURadio的计算机；所述射频单元包括中央处理模块(ARM核CPU—LPC1850)、高速DAC模块(高速DAC—MAX5184)、振荡和混频器模块(振荡器和混频器RFFC5072)、以及由2sc3355和2sc1970组成的射频功率放大模块；计算机与LPC1850通过USB接口连接，LPC1850分别与MAX5184、RFFC5072连接，MAX5184与RFFC5072连接，RFFC5072与射频功率放大模块连接，射频功率放大模块与发射天线连接。GNURadio是开源的SDR设计平台，其中有一个图形化编程工具grc，可以实现快速模块化SDR。为实现本专利技术的数字处理，需要编写程序实现数字本振的产生、FM调制、乘法器(上变频)、加法器等功能，最终得到宽带数字中频信号。来自电脑话筒的声音或者存储在电脑内部的声音文件，经过gnuradio的计算后，得到数字宽带中频信号。在图2中，LPC1850与电脑的USB接口连接，接收来自电脑的数字宽带中频信号，并将数据格式进行复数-实数转换和位宽转换(8bit-10bit)，同时还需要控制rffc5072，使rffc5072的本振为87Mhz，然后将数据按照恒定的速率发给高速DACMAX5184，MAX5184将数字中频信号转换为模拟中频信号，并传送到rffc5072的IF端，在rffc5072内部，此时已经产生了87Mhz的本振信号，该本振信号与来自IF端的中频信号混频，得到88Mhz-107.75Mhz的射频信号，同时也产生了镜像信号，故需要经过LC组成的滤波网络进行高通网络，滤波后的信号传输到由2sc3355和2sc1970两个三极管组成的两级射频放大器进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调频广播发射系统，其特征在于：包括数字处理单元和射频单元；所述射频单元包括中央处理模块、高速DAC模块、振荡和混频器模块、以及射频功率放大模块；数字处理单元与中央处理模块通过USB接口连接，中央处理模块分别与高速DAC模块、振荡和混频器模块连接，高速DAC模块与振荡和混频器模块连接，振荡和混频器模块与射频功率放大模块连接，射频功率放大模块与发射天线连接。

【技术特征摘要】
1.一种调频广播发射系统，其特征在于：包括数字处理单元和射频单元；所述射频单元包括中央处理模块、高速DAC模块、振荡和混频器模块、以及射频功率放大模块；数字处理单元与中央处理模块通过USB接口连接，中央处理模块分别与高速DAC模块、振荡和混频器模块连接，高速DAC模块与振荡和混频器模块连接，振荡和混频器模块与射频功率放大模块连接，射频功率放大模块与发射天线连接。2.根据权利要求1所述的调频广播发射系统，其特征在于：所述数字处理单元为安装有GNURadio的计算机、FPGA或ASIC。3.一种调频广播发射方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将音频信号进行FM调制，生成FM调制后的窄带数字中频，将窄带数字中频用分配器分成N路，同时生成从X1Mhz开始，到X2Mhz结束的，以xKhz为间隔的N-1个数字本振信号，将这N-1个数字本振信号分别与N-1路窄带数字中频信号混频，并经过数字高通滤波，以实现数字上变频，得到N-1路位于不同频点的窄带...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42