simulink实现FM-SCA数据广播系统仿真

李启丙

（四川建筑职业技术学院 四川 德阳 618000）

调 频 附 加 信 道 FM-SCA （Subsidiary Communications Authorization）数据广播利用现有调频广播的附加信道来传送各种业务信息的调频多工数据广播技术，它可以使同一部发射机在同一个主频率上，除了传送原有的广播节目外，还可以在附加信道同时传送一路或多路的语言、数据节目，实现“台中有台”或“一主多副”的调频多工广播[1]。

利用调频SCA辅助信道来传输可寻址加密识别码，实现终端设备的远程控制。将可寻 址指令信号调制到67 KHz副载波，与音频信号一同调频到主信道载波上发射出去[2]。目前没有仿真模型，研究数据广播和提高抗干扰能力需要通过搭建硬件完成。这种方法缺点时间长，成本高。所以本文通过理论分析，利用simulink仿真软件工具来建立FM-SCA模型。为进一步研究数据广播和提高抗干扰能力节约时间和成本。

1 FM-SCA工作原理

1.1 双重调频SCA广播工作原理

双重调频（FM-FM）方式的SCA广播系统框图如图1所示。发端除具有原来立体声广播设备外，还增加了由副载波（67 kHz）发生器和第一调频器组成的SCA调制器。副信道节目经SCA调制器后，变为67 kHz的调频信号，并与立体声复合信号相加。叠加的信号经激励器后对主载波fo进行第二次调频，再经功放后发射出去。收端调谐在主载波fo上，经第一鉴频器输出立体声复合信号和副载波（67 kHz）调频信号，其中复合信号经立体声解码器输出主信道立体声节目，而副载波（67 kHz）调频信号经SCA解调器输出副信道节目[3]。

1.2 FM-SCA数据广播原理

如果在双重调频SCA广播的基础上，将副信道通过ASK或者FSK数字调制技术后再与原主信道信号相加后再对对主载波信号进行调频，即可完成FM-SCA数据广播原理。原理框图如图2所示。

2 FM-SCA数据广播仿真

FM-SCA数据广播系统仿真图如图3所示。二进制信号产生后与ASK载波信号同时送ASK调制模块进行ASK调制，为了避免ASK信号对立体声信号的干扰，故将ASK信号压缩20%以后与原立体声信号复合相加。叠加的信号经过FM调制模对主载波fo进行第二次调频，再经功放后发射出去。接收端收到调制信号后首先进行FM解调，得到两路信号，一中是音频信号，另一路是数据广播信号，其信号为ASK调制信号，再将此信号放大后送到FM-SCA解调器进行ASK解调得到原二进制信号，即数据信号。下面对主要模型进行分析。本文为方便仿真，将ASK信号频率设置为50 Hz，音频调制信号为320 Hz，主载波信号为2 KHz。

图1 双重调频SCA广播工作原理图Fig.1 SCA double frequency modulation broadcasting principle diagram

图2 FM-SCA数据广播原理图Fig.2 Schematic diagram of FM-SCA data broadcasting

图3 FM-SCA数据广播系统仿真图Fig.3 Simulation diagram of the 3 FM-SCA data broadcasting system

2.1 副信道调制模型

副信道调制仿真模型如图4所示。为便于观察波形，在本文中ASK载波信号频率为50 Hz，数据信号流利用simulink中的伯努力信号发生器来模拟。参考文献[4]，自定义一个ASK调制器函数，程序如下：

FSK是一种数字调制方式，其调制度允许在立体声情况下由原来的小于10%变成小于20%。ASK也是数字调制方式，可参考FSK的方式进行信号压缩20%后再用滤波器滤掉高频干扰。这样增加数字信号的解码正确率。同时不干扰主信道的音频信号。

2.2 FM主信道调制与解调器

FM调制器是关系到信号最后能否正确解调的关键。根据文献[5]可知调频的表达式如式（1）所示。

图4 副信道调制仿真模型图Fig.4 The simulation model of subsidiary communications authorization simulation model

FM调制器模型如图5所示。

FM解调器可根据对式（1）进行微分。调频波的微分表达式如式（2）所示。

图5 FM调制仿真模型图Fig.5 The simulation model of FM modulation

从式（2）式可知此信号为AM-FM波 ，采用包络检波即可中恢复调制信号，此方式为斜率鉴频[5]。所以FM解调器模型如图6所示。其中包络检波内部结构如图7所示。在此为了避免ASK辅助信号对主信号的干扰，所以在此用带通滤波器以主信号的中心点为滤波器的中心点，把ASK信号压缩在20%以下。

图6 FM解调器仿真模型Fig.6 The simulation model of FM demodulator

图7 包络检波原理Fig.7 Envelope demodulation principle

2.3 SCA解调器

由于在主信号解调时，ASK信号对主信号进行了二次调频，因此在SCA检波前应进行一次FM解调，解调后再进行ASK解调，如图8所示。ASK解调就是利用传统的方法进行，首先对ASM调制信号进行滤波，接下来进行整流和络检波。检波完成后，信号有衰减，故对信号进行一级放大。放大后的信号是低频的调制信号，为了消除干扰，加一级陷波，对ASK的载波信号加以滤除。滤除后的信号进行限幅和整形，得到ASK的调制信号。经测量误码率在0.04459。

图8 SCA解调器Fig.8 SCA demodulator

3 结束语

本文利用simulink仿真软件实现FM-SCA数据广播系统仿真，实现了主信号与数据信号的广播发送，且误码率在0.045，比较低。但是本次仿真还没有考虑传播过程中的信号干扰，在以后的仿真中来提高系统抗干扰能力。利用FM-SCA数据广播系统可以实现无人值守无线调频广播系统[6]。

[1]许德仲，徐玉杰，李广顺.频附加信道（FM-SCA）数据广播系统的开发与应用[J].广播与电视技术，2000，27（10）:192-195.

[2]雷毅，周平浅.谈调频附加信道（FM—SCA）技术在农村广播应急网中的应用[J].西部大开发，2012（8）:73.

[3]刘家伟.FM-SCA广播的原理与应用分析[J].电子世界，1994（12）:363-364.

[4]陆小菊，李金平，李鹏飞.基于simulink的2FSK调制解调器设计与实现[J].北京联合大学学报.2013，27（1）:44-48.

[5]周开利.基于MATLAB/SIMULINK的模拟通信系统仿真[J].信息技术，2003，27（12）:1-3.

[6]赵俊.无人值守无线调频广播发射系统的构建[J].广播电视信息，2011（5）:74-76.