浅谈PSM调制器的数字化改造

浅谈PSM调制器的数字化改造

【摘要】本文介绍了PSM短波发射机数字调制器的设计原理及主要的技术优点以及PSM数字调制器的设计理念。与传统的PSM调制器的对比，由于其功能模块基于软件算法实现，所以在处理精确度、处理带宽上要远远优于目前的模拟调制器，更好的抑制谐波，使发射机的输出波形质量得到改善，信噪比，频响，失真等关键指标有了突破性提高。另外，通过软件设置该数字调制器可以直接应用于国产的不同型号的PSM短波发射机。

【关键词】PSM；数字调制器；短波发射机

一、前言

近日，笔者受邀参加了某台TBH522型150KwPSM

短波发射机调制器的数字化改造工程，更换的数字调制器型号为DMR2000型大功率短波数字调制器。现将参加这个项目的体会介绍一下。目前，传统的大功率短波发射机的低周系统普遍采取脉冲阶梯调制（pulse-step-modulator）方式进行功率放大。脉冲阶梯调制所采用的脉冲阶梯调制器一般包含两个基本组成部分，即“阶梯放大器”和“调制控制器”。“阶梯放大器”是由48个功率模块队串联构成的大功率“粗糙”量化输出器，其自身动态范围不到6bit，为发射机高末级电子管提供大功率的调制信号；“调制控制器”利用“信号采样”和“PDM脉冲补偿”等技术提高阶梯放大器带内的信噪比，从而达到短波广播的电声指标要求。

二、模拟PSM调制器降低播音指标的原因

（1）高末电子管等硬质量件引起的音频信号会在幅度或者相位上出现失真现象。

（2）工频噪声，有三个基本来源，即功率模决携带的300Hz及谐波成分；以及由交流电源供电高末电子管灯丝产生的100Hz及其谐波成分（目前有的机器已改为直流电源供电其产生的300Hz及其谐波分量）；调制控制器采用模拟信号源时，其电路电源中两相桥式整流残存有100Hz及其谐波分量

（3）循环噪声，由于各个功率模块输出电压大小不一致，在循环到同过程中，形成明显的带内线谱噪声，即循环噪声，并且它会被载波信号所调制，降低信噪比。

（4）低周频域失真，在50Hz-200Hz在这一频段，帘栅阻流圈不是理想的高阻态，自生同调信号会产生一定的相移，在这一信号的作用下，发射机的输出信号，也会产生带有一定相移的谐波失真；在2kHz-8kHz这一频段上，随着频率的升高，失真不断恶化，正负峰严重不对称。

三、数字调制器的原理

本文介绍的PSM数字调制器是以软件无线电的思想为设计理念、以数字信号处理技术为处理手段而研发的一款全数字PSM短波调制器。该调制器在软件上大量使用了用当今最先进的数字信号处理技术；在硬件上使用计算能力、处理速度最强大的DSP（Digital Signal Processor）+FPGA（Field-Programmable Gate Array）硬件平台，用软件的方法实现PSM型短波发射机数字调制器的功能，提高发射机的三大指标。数字调制控制器系统主要由音频转换板、调制接口板、综合算法板、控制接口板、光收发板等五个功能电路板组成。各动能电路板的主要功能如下：

（1）音频转换板：为音频信号提供输入接口，兼容模拟和数字音频信号，并统一转换成串行PCM码送给综合算法板。

（2）调制接口板：为调制器提供操作接口，兼容不同型号的发射机，为完成发射机控制信号与数字调制器之间控制信号的适配，支持本地的手动操作和远程通信接口操作。

（3）综合算法板：综合算法板是该套系统最核心的处理部件，主要和关键的处理都在这块电路板上进行，包括AM预调制、数字预失真处理、工频噪声抵消、信号差值、功率控制、自动增益、阶梯噪声整形、阶梯修正、模块管理等功能并最终产生阶梯放大器功率模块地址信号和开关信号。其中数字预失真处理系统在音频处理算法中对失真部分进行“反方向”相应的预失真从而改善发射机的非线性失真。工频噪声抵消通过检波电路提取系统电源噪声，并精确锁定其相位，检测其幅度大小，对其进行“同相反向”处理，改善系统100Hz，300Hz电源噪声。功率模块管理功能采用数字化高精度功率模块，提高开关控制和信息传输的精度，通过48路光收信号的采样，检测其对应输出电压的高低保存，根据具“高一低”搭配的输出原则，由处理器自动筛选出一套最佳的48路输出组合，进一步改善系统噪声。

（4）控制接口板：把综合算法板产生的功率模块地址和开关信号变换成对应的开关量信号，通过光收发板，驱动相应的功率模块。

（5）光收发板：完成调制控制器与阶梯放大器之间信息传递的光电隔离。

四、调制器的数字化改造

（1）首先做好TBH522型PSM短波发射机安装DMR2000型大功率短波数字调制器改造前的准备工作：①提供3MHz-21MHz载波频率内6个测试和验收频点，供系统原机测试、调试过程中以及验收使用。②提供调制器的与发射机的控制系统的接口协议（各个接口含义和电平标准）③提供音频分析仪、调幅度测试仪、示波器、调制分析仪各一台。

（2）改造过程：①拆除所有旧式的功率模块，更换上新式的功率模块以及

模块控制器，在更换的过程中要注意功率模块器件以及输入输出端接线柱的紧固。②核对光缆线序以及2TB8端子板信号③安装数字调制器时，要将光缆序号与光收光发器序号一一对应起来。④安装外接的24v直流开关电源，24v接到2TB8-19号端子。⑤接K10高压二档延时继电器（高压接点闭合）信号，至2TB8-1，地接到2TB8-8。继电器5-13接2TB8-1、5-14接2TB8-8或2TB8-23（地）。K10开关的13、14引脚不要与其它线相连。⑤检波器的安装，输入端通过射频输出取样，输出端信号连接端子板2TB8-2，地线接于2TB8端子板，并将检波器盒固定于九单元机箱箱体内（保证接地）。视情况是否需要接。⑥线路连接复查：在系统上电之前须进行线路的复查，尤其是线路改动，须确保连接正确。