调频立体声广播原理(2)

因此表现在接收效果上调制音频的高端信噪比比较差，针对调频发射机的这一缺点，专门采用了预加重与去加重技术措施来改善高端信噪比。具体原理如下：

在发射端将音频信号的高端部分提升即称为预加重。提升点选择在音频信号频谱密度下

降了3dB时所对应的频率值。对于调频广播，f约为3.2kHz，这时τ＝50μs。典型的预加重网络和特性及参数值如下：

（a） (b)

图1-1 预加重网络与特性

F dB 400 0 1K 0.41 3K 2.76 5K 5.33 7K 7.59 10K 10.30 12K 11.73 15K 13.60 表1-1 50μs标准预加重提升值

在接收端（收音机）鉴频器之后，设置具有相反特性的去加重网络，仍选取3.2kHz为

基准点，最后使加重的信号恢复到它原来的相对值上。去加重网络及去加重特性如下：

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（a）

(b)

图1-2 去加重网络与特性

经过预加重－去加重处理后的调频信号，信噪比得到很好改善。例如Fm＝15kHz，τ＝50μs时，噪小减小到十分之一。

调频广播与中波调幅广播相比，调频广播具有以下特点和优势，因此得到了迅速发展。 1、没有信号串扰现象

中、短波段电波可以被电离层反射，因而可以传到很远的地方，其传播距离还受地面环

境、天气变化的影响，覆盖范围内信号变化较大，也容易形成相近频率电台间的串扰。调频广播使用超高频波段，只能在视距范围内传播，在视距范围以外信号迅速衰落，因而就不会形成串扰，有利于频谱的高效利用。

2、信噪比好

调频广播不同于调幅的最大区别在于调幅信号是电波的幅度随信号变化，因此只要外界

存在如荧光灯、电器设备等产生火花脉冲类信号都极易进入收音机形成干扰，因为它迭加在信号幅度上，因此难以排除。而调频信号是等幅的电波，接收信号可以通过限幅放大来恢复，并且因为调制度大，所以信噪比好。另外，在超高频波段，外部能产生的噪声也小，所以可以实现高信噪比的优质广播。

3、动态范围宽

动态范围是指人耳听觉能够感受到的不失真的音量变化范围。中波广播因为调制度受到

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限制，加之为提高信号响度，一般都采用措施提高平均调制度，因此信号动态范围小，适合于声音广播。而调频广播由于本身信噪比高，实际动态范围可达60dB以上，可以较好的表现一般音乐信号，适合于各类节目播出。

4、能进行高保真度广播

仅仅是信噪比好、动态范围宽还不够，要进行高保真度广播，还必须能够实现音频信号

足够的带宽，这一点调频广播也完全能够满足，一般情况下，人耳所能闻听的最高音频为15kHz，如前所述，在规定的75kHz频偏时，调制带宽可满足15kHz调制。而中波调幅广播，按规定每个电台占用的频带宽度应当是9kHz，但通常大都占有14kHz左右，即调制频率最高可限制到7kHz，很明显保真度不高。

5、可以进行立体声广播

因为调频广播具有以上高信噪比、宽动态范围和能够进行高保真度广播的优越特性，所

以可以由一部发射机进行高质量的双声道立体声广播。

第三节 调频立体声广播的原理

从调频的方式来讲，单声与立体声都是一样的。调频立体声广播关键要解决的问题是如

何把左（L）、右（R）两个声道分别录制的声频信号送入调制器，而且同时要考虑好接收端如何恢复解调出左、右两路信号，因为立体声重放系统要求左、右路信号独立。

这里有一个前提条件，即经过立体声调制的信号，首先要兼容普通单声道收音机的收听，

并且调制度、信噪比等技术指标降幅不能太大。

经过数十年的努力与实践，目前双声道立体声调频广播的制式趋向统一，即绝大多数国

家都采用了调频－调幅（即称为导频制的GE－Zenith）制式。

这种制式把左、右声道信号之和（L＋R）作为声频段的和信号，简称为M，作为单声

道接收的信号，频带范围为30Hz～15kHz。把左、右声道信号之差（L－R）作为声频段的

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差信号，简称S，并采用拟制载波的调幅方式调制在副载波上，副载波频率规定为38kHz，因此形成频段38±15kHz，即23kHz～53kHz的调幅差信号。经这样处理后的信号两项加起来用数学式表达为：

u??t???L?R???L?R?sin?St?M?Ssin?St

式中ωS即为副载波的角频率，另外为了在接收端解调出差信号（L－R），则需要准确的恢复副载波信号ωS，所以必须在发射时加上副载波的信息。导频制立体声广播规定要加入的导频信号是副载频的半频，副载波规定使用38kHz，导频则是19kHz。至此，完整的立体声调制信号称为立体声复合信号可表示为：

式中，

u??t???L?R???L?R?sin?St?PsinL

R ωS P

?S2t式（1－9）

——左声道信号； ——右声道信号；

——副载波的角频率（fS＝38kHz）；

——导频信号电压的振幅值（最大频偏10％，即7.5kHz）。

从式中可知，这种立体声复合信号包括三部分。第一部分即式中第一项是L与R之和

M信号，它与单声道广播所含有的信息完全相同，其最大频偏为单声道广播时最大频偏的90％；第二部分即式中第二项是L与R之差S信号，调幅在频率38kHz的副载波上，并将副载波拟制后留下的两个边带波，同样它的最大频偏也为单声道广播时最大频偏的90％；第三部分即式中第三项是为了在接收机中恢复38kHz副载波，从而准确恢复差信号S而加入的频率为19kHz且幅度适量的导频信号，实际使用中导频占用总频偏的8～10％，约7.5kHz频偏。用以上三部分信号对主载波信号调频，总频偏仍为75kHz，其中导频信号固定占用7.5kHz，主、副信号合用90％，这样便形成了导频制立体声调频广播信号。这种导频制立体声复合信号的频谱如图：

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图1-3 导频制立体声信号频谱图

从频率上由低到高排列依次是：第一段30Hz～15kHz和信号M，这也是调频广播单声

的整个频带，当接收机为普通的单声道收音机时，只解调这一段，此段以上部分只需简单的低通滤波器滤除即可；第二段是单一频率导频19kHz，在接收端，解调出的导频经倍频后变成38kHz，作为解调差信号的副载波；第三段是差信号S经过调幅后形成的副信号，由于调幅的副载波是38kHz，最高调制音频是15kHz，因此调幅产生的边带最低频率为38－15＝23kHz，而最高频率为38＋15＝53kHz，而38kHz的上下间隔就是调制音频的最低音频即2×30Hz，因此在接收端副载波是难以在副信号中滤出来的，所以在调制时拟制了副载波而加入了恢复此副载波的导频信号。

由此可见，立体声广播关键是解决好调制前的信号处理，现在习惯称这一过程为立体声

编码，实现这一过程的设备就称为立体声编码器（Stereo Coder）。

随着调频广播业务的拓展，利用调频广播频带宽的优势在调频立体声广播的基础上还增

加了立体声加附加信道广播（即SCA）、调频双节目广播等多种附加业务广播（如RDS），这些广播方式的增加只需改变在调频激励器之前调制信号的处理方法上，如最基本的立体声编码器＋SCA编码器，或双节目编码器等，而发射机的其他组成部分不需改变。

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