一种新型的调频收音机电台搜索方案

1、一种新型的调频收音机电台搜索方案刘彦 郭炜 鼎芯通讯公司，上海交通大学 微电子学院，上海市 202204 摘 要 本文提出了一种调频收音机电台搜索的改进方案， 克服了现有技术关于调频收音机搜索 电台时容易产生误判现象的缺乏。该设计同时利用输入信号强度指示和频偏信息来判断电台。在实际测试 显示，该方案能有效地提高调频收音机搜索电台的准确度。关键词 调频收音机；电台搜索；频偏；输入信号强度指示1 引言调频体制以其较强的抗干扰能力等特性在音频播送、电视、VHS HiFi 、Laser Disc 以及无线通信领域都得到了广泛应用。传统的超外差式调频信号接收机，信号解调需要采用高Q值的中频声外表波滤波器

2、或晶体滤波器来实现。随着数字信号处理技术以及超大规模集成电路技术的飞速开展，传统的模拟设备逐渐被数字模拟混合设备所代替。文献 1提出了使用可调电容和线性滤波器的数模混合电路来替代FM解调中使用的精确的外部器件和调整的方法，文献2中提出了一种利用信号带内具有理想线性特性的FIR滤波器进行调频信号鉴频的方法，但所需 FIR 滤波器阶数到达数千阶，对系统工作时钟以及系统存储容量 的要求都很高。文献3中提出了采用sine 3抽取滤波器和三点近似法微分器用于FM解调，大大降低了数字IC实现高性能FM调频接收机的复杂度。在用数字实现的FM调频接收机中，如何快速准确地搜索到电台所在的频道是一个商用数字FM调

3、频接收机必须解决的难题。现今调频收音机选择电台时常用的方法为： 调频信号解调前都有限幅电路， 该限幅电路的电流与输 入信号强度的对数在相当大的范围内成正比。利用接收信号强度指示RSSI电路该电路检测限幅电路的电流可得出输入信号的强度，从而选择电台。此种方法的应用例如，在移动通信中的手持设备用接收 信号强度指示表示接收信号的大小。在文献3提到的解调方案中，接收信号强度可以用数字下变频后信号能量I2 +G来表征。虽然上述方法具有实现电路简单的优点，但却存在容易误判的缺陷。调频收音机信号带宽最大为180KHZ左右，而搜台频率间隔分为 50KHz、100KHZ和200KHZ三种。当遇到一个强电台并且其

4、信号带宽大， 用频率间隔为50KHZ和100KHZ搜台时，上述方法在 180KHZ内指示的信号强度都大于设定门限该门限一 般为最弱电台信号强度，会误判为 23个电台，严重影响搜台的准确性。同时在实际测试中发现，由于 信号带宽的瞬时变化和信道干扰等影响，这种宽调频信号带宽带来的信号强度指示在相应带宽内全较强并 不一定符合中心对称的原那么，无法利用对称原那么获取准确的电台频率。因此本文在此根底上提出了一种新型的设计方案， 大幅度改进了调频收音机搜台的准确性， 同时还 保持了电路的简洁。2 调频信号正交解调原理1m(t)为调制信号，3设调频信号表达式为:其中，a(t)表示受到信道噪声和其他干扰影响后

5、随时间变化的调频信号幅度, c为信号载波。将式(1)所示的调频信号与本地产生的正交载波相乘可得:升(f)=左(f)x cos( a)ct)=n(r)sin2 + jstn | 豹()£&辿(*)=詠卜sinO店)卜=a(t)*c0s2 +cosJm(t)(A对si(t)和SQ(t)分别进行FIR低通滤波，3后可得:血)=总(2)血刑(悶Q(t") = &(f)co 乱也(f)cff对I(t)与Q(t)分别求导数1可得:23F(t)=小(t)rin J朋(F)dt+cosjw?(z)t4Q (i) = tf (?) cosj/nd(t)枫)sinJ 用(

6、63;)毗5将式 与式(5)、式 与式 分别相乘再除以(2)、(3)的平方和可得m(t):m(i) =3 改进方案图1是改进后的调频收音机工作框图，在考量接收信号强度指示的同时，还同时参考接收信号的频偏来决定是否是准确的电台频偏检测此时如果接收到的调频信号载波与本地设定的解调正交波有一个频率差厶w，即不是准确的电台,那么有：严r二 sina + 觀們出7将7代入前述26的解码过程，可得:厂©十少©8 考虑到音频信号m(t)是交流信号，那么解码输岀的直流成分即为。这样，定义两个门限来衡量搜台结果。门限1:定义一个恰当门限为 Ka根据输入信号强度，对应 RSSI的检测值。门限2

7、:定义一个恰当门限为 Kb根据频偏的大小，对应频偏的检测值。定义两个步骤来检测搜台：步骤1:检测图1中的接收信号强度指示检测模块的输出RSSI>Ka；步骤2:检测频偏幅度检测模块输出频偏幅度检测值<Kb;当步骤1、2同时满足时，该信号即为正常台。4 测试结果由于音频信号频率范围一般为300Hz15KHz, FM最大频偏(已调载频信号的最大瞬时频率与载频之差)为土 75KHZ,标准单音调制度调制度指调频信号的峰值频偏与系统最大频偏的百分比为30%和100%,对应频偏为土 22.5KHZ和土 75KHzb FM最大调制频偏一般有 22.5KHZ和75KHzb考虑晶振的误差小于 100P

8、PM最大造本钱振误差频偏为 10KHZ,那么K,参考设为10KHz=如果继续以50KHZ频率间隔搜台，即本振以 50KHZ步进来选择电台，在正常台两边搜索的本振频偏最少为40KHz其检测值大于门限Kb,因而不会选择这个频率为正常台。由于本振频偏越大，直流检测值越大，所以不会把 一个正常台误判为多个台。(b) 103.5104.2Mhz RSSI与频偏关系图(c) 105.5106.2Mhz RSSI与频偏关系图图2FPGA测试结果首先可以看到RSSI指示的实测值在有台处相对噪底有大于6db的信号增强，因此可以顺利的初步定位电台所在的频率。但同时可以在图2中看到在以确切频率为中心的100Khz范

9、围内信号能量都比拟强，而且不一定遵循对称原那么如a、b。这主要是来源于测量瞬间干扰和调制信号的大小。因此简单的求取对称中心的方案并不适宜。其次，图2中频偏的测量结果显示， 在确切电台频率为中心的 100KHZ内，如果信号的能量足够强， 超过设定的门限21db，即调频信号没有淹没在噪底中图2中(a)，(c)，频偏检测能准确的发现100KHZ的频偏，从而检测出最确切的电台频率点。反之，如果信号能量能量不够强，没有超过设定的门限 21db见图2(b)，调频信号淹没在噪底中，由步骤 1可以保证不会误判将不正确的频率判断为电台。综上在FPGA实现和ASIC芯片的测试中，证实了该改进方案能非常准确的测量出

10、100KHZ的频偏，从而防止了在以50Khz、100Khz步长搜台时将一个信号强的电台误判为多个的现象，到达了提高了芯片的 搜台准确性的效果。5 结论针对现有技术关于调频收音机搜索电台容易产生误判现象的缺乏，本文提出了一种同时利用输入信号强度指示RSS和频偏信息的调频收音机电台搜索的改进方案，克服了在以50Khz、100Khz步长搜台时将一个信号强的电台误判为多个的现象，提高了芯片的搜台性能。实际测试证明，该方案能有效的改进 调频收音机搜索电台的准确度，提高调频接收芯片的搜台性能。本文提及的设计方案为鼎芯通讯(上海)FM radio工程中一局部，其中还包含了王险峰、黄一鸣、朱立振工作的支持，特

11、此表示感谢。参考文献1 Gregory J.Manlove ， Jeffrey J. Marrah， Membe，r IEEE， and Richard A. Kennedy. A Fully IntergratedHigh-Performance FM Stereo Decoder. IEEE Journal Of Solid-State Circuits. VOL.27， NO. 3， MARCH19922 张泽，吴嗣亮 . “列控系统多音调频信号的全数字解调方法J. 军民两用技术与产品，2004， 13 Bang-Sup Song and In Seop Lee. “A Digital

12、FM Demodulator for FM ， TV， and Wireless IEEETransactions On Circuits and Systems-II：ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSI，NGVOL.42， NO.12，DECEMBER 19954 R.E.Crochiere and L.R.Rabiner. “ Interpolation and decimation of digital signals-A tutorial review. Proceedings of the IEEE ，March， 1981，69(3) : 300331收稿日期： 9月 10日 修改日期： 9月16日