CTCSS调制机理的分析

田智生：CTCSS调制机理的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 CTCSS调制机理的分析 田智生 (深圳好易通科技有限公司 广东 深圳 518057) 摘 要：介绍了当前模拟通信中常用的亚音信令技术和工程中通常存在的问题，为此研究了与此相关的所谓“两点调 制”系统并尝试建立了他的数学模型 对亚音调制函数给出了严格的数学推导和 Matlah仿真结果，而且对其做 了定性解释。 为解决亚音域调制频偏不平衡的问题提出了建议，同时分析了各调整措施可能带来的其他影响。 关键词：CTCSS；两点调制；仿真；Matlab；锁相环 中图分类号：TN911．3 文献标识码：B 文章编号 ：1004—373X(2006)18—008一O3 Analysis 0f M echanism of CTCSS M odulation TIAN Zhisheng (Shenzhen HYT Co．。Shenzhen，518057。China) Abstract：This paper introduces CTCSS technology used in present analogue communication systems and its problem，stud— ies the SO—called”two points modulation”of CTCSS and founds its mathematical mode1．It deduces interrelated functions with simulation results generated by Matlah and makes qualitative analysis，provids advices for resolving misalignment of frequency — deviation of CTCSS modulation． Keywords：CTCSS；two points modulation；simulation；Matlab；PI I 1 引 言 当前模拟通信系统中广泛采用亚音频信号作为用户 识别和信息传输。各个特定频点的亚音频信 号通 常由 CPU产生，随后送入 VCO，随同音频信号一起调制载波后 发送出去。一种被称为“两点调制”的方式常被用于这样 的系统。 由于锁相环路截止频率的限制，若 67．1～250．3 Hz 范围的标准亚音直接调制 VCO，那么处于环路截止频率 以下的频点调制效果很差或者根本不能产生载波频偏 。 因此 ，只好用亚音频去调制参考频率 ，通过环路调节作 用间接调制载波。 这会带来经常令人烦恼的另外一个问题 ：调制频偏在 整个亚音频率范围内起伏较大，而且是复杂函数(随后将 理论证明)，暂且称其为“调制函数”，他不易把握。较常用 的校正方法是通过软件查经验表法使 CPU在不同频点输 出的亚音幅度相应变化，从而补偿系统的起伏。一般是先 在有限个频点上人工录入精确补偿值，其他频点补偿值由 线性加权算出。这种办法的好处是不论调制特性函数如 何复杂，只要取点足够密集都能获得理想补偿结果。然而 由于两点调制系统中包含太多因素，受元件值离散影响很 大，因此不得不对每台机子分别制表，这在大量生产时耗 费太多调试时间；而且如果在调制函数二阶导数大的频点 8 收稿 日期：2006～O3—29 线性加权法算出的补偿值必然带来大的误差。补偿的精 度取决于表对补偿函数的逼近程度，如果能找到调制频偏 随频率起伏的准确函数 的话那么理论上只需要对每台机 子实测一个频点数据便能由软件生成一个全亚音频域的 补偿表，不但可以大大节省调试时间也可以使相关电路设 计有章可循。以下我们开始研究这个调制函数，进而尝试 找到一个简单的补偿办法。 2 模型建立 1个两点调制系统的一般模型如图 1所示。 Cl'css input 图 1 两点调制原理 框图 图 1中亚音信 号一般由 CPU产生，经过具有传输特 性 的低通网络后一路直接参与调制 VCO，另一路进入 PI I 参考晶振的控制极进行间接调制。这就是所谓“两点 调制”。图中 2个常数表征两路信号分开时的电压 系数； F ，F 分别代表参考 晶振前及环路鉴相器后的低通网络 维普资讯 http://www.cqvip.com 2006年 焉 18期 息 第 233 t 一 ⋯ 1 ()一 —————— ——一 - ( ) + 2 ． 厂(s)一 ————— —一 () 图 2 环 路滤波器 电路 “in”节点连接电荷泵输出。取 ： R 一 1．1 kft，R 一 2．0 kfl，C。一 0．33 tzF， C2— 2．2 tzF， = 33 nF 且令 D 一73 600，K 一10 MHz／V(以上环路滤波器 阻容值的选取是以环路带宽 150 Hz，衰减20 dB目标 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 后所得的工程值)，可以得出环路开环传递函数(用 Matlab 软件进行计算后得到的关于各元件参数的完整代数表达 式非常冗长，此处仅给出数值解)及其波特图(图 3)： F2(s)一 4．737× 10 。 ×+ 4．895× 10 s+ 1．942× 10 I．5I9s + 4．5I9× 10 + 3．727× 10 + 7．327× 10“ - 1o0 ＼ 、 ＼ ＼ ＼ ＼ 图 3 环路 开环 特性 由图知环路是稳定的，相位裕度为43．6。，是比较理想 的，可以在此基础上研究“两点调制”的平衡问题。 对于 F ，为在不失一般性的前提下简化分析，不妨取 其为最简单的一阶低通(图4)： 型元器 易得： 一 (3) —■r— I 因为 F 与 F ，b串连 ，他对系统的影响可由 F。，b一 并反映出来 ，所以这里为了计算简单取： F。一 1 (4) 再依据一般电路实际，试令： R3— 4．7 kD，C4 — 0．027 F，＆ 一 0．25；Xb = 0．000 5，K2— 50 Hz／V，K 一 5 rnA／rad。 以上参数带入式(2)，可得 l厂(s)的函数(基于和 F。(s) 同样的原 因仅给 出数值 解，不影 响分 子、分 母 阶次)和 图 5。 l厂( )一 (2．464×10。 +1．466×10 S +3．391×10 + 3．838× 10 S + 2．195× 10 S + 5．885× 10 。S + 6．013×10 S + 5．297 × 10”S+ 1．748 × l0”) (6．254s。+4．215× 10 S + 1．154e--098s 7+ 1．654× 10 S + 1．333× 10 + 6．035× 10 S + 1．46× 10。 S。+ 1．747×10。 +9．597×10 + 3．041×、l0 ) ≮ ■ 甘 一 3 机理分析 1n‘ 1O cTcssR．_L■rIc’一O锄 图 5 CTCSS调制特性 曲线 曲线大致分成 4个阶段。在 A点以前由于调制频率远 在环路截止频率以下 ，调制频偏完全由作用于参考频率的 调制电压产生，这一作用经由鉴相器、环路滤波器一路基本 不受任何低通作用衰减，最终作用于 VCO(不妨称这路信 号为“b路信号”)，所以这段平直。随着频率升高环路低端 极点对这一调制作用的衰减开始显现，频偏随调制频率下 降。当调制信号超过 B点频率时直接馈入 VC()的部分信 9 ：8 静 m^已 iSi ∞ 轴 五j 6 Sii§ 维普资讯 http://www.cqvip.com 田智生：CTCSS调制机理的分析 号(以下称为“a路信号”)开始逐渐摆脱锁相环路的抑制并 对频偏起主要作用，因此在 B--C点间频偏呈上升趋势。但 当频率进一步提高时，b路信号受环路低通作用产生的相 移加大，导致他与 a路信号叠加时对起主要调制作用的 a 路信号起抵消作用；直到调制频率远远超过环路截止频率 后 b路被衰减得可以忽略，但是 a路信号也由于 的存在 而呈 2O dB／Dec的衰减，这就是 C点后的情形。 在 67．1～25O．3 Hz标准亚音信令频率范围中曲线有 个最大值点，调制灵敏度不是线性变化 。从式中知亚音调 制特性函数 ．厂(s)是个复杂函数，要想用待定系数法确定这 样一个调制函数要先测试出多达 17个频点的调制频偏。 应该寻求简洁的近似 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。观察该图发现在频率范围约 3O～70 Hz范围内调制函数接近线性 ，也就是说如果把最 大值点向右移出250．3 Hz一定距离，那么 CTCSS频率范 围内调制特性可以用简单的直线逼近。通过前面的分析 知道 ，要想改变 C点的位置受环路滤波器极点影响极大， 因此调整环路截止频率最有效。当然这会影响到整机的 很多其他方面的指标，一定要慎重地反复验证，直至各方 面得到理想权衡。 为了观察一些参数产生的影响可以利用软件输出一 组图形。图 6是R 一2．7 kfl时对比C。一0．33 F和 一 0．1 F，a 0．1和 a一0．6时的调制特性曲线族(已经验证 稳定性，在此从略)。这时可以很明显的看出 G 对最大值 点位置的影响。图上显示出系数“a”对低频调制频偏起重 要作用 ，C={影响环路截止频率点 ，截止频率点 ． 位置的 变化会引起图 5中“转折点”——C点的变化 。这些与前 述调制特性分析一致。图 6中 a一0．1，C 一0．1 nF对应 的曲线在亚音范围内没有最值点 ，最适合线性近似。 4 总结及建议 以上分析了亚音调制特性曲线的主要影响因素以及 图 6 CTCSS调制特性 曲线族 他们影响的趋势。问题的核心在于锁相环。为了便于软 件采用简单的线性算法补偿，希望获得一个在亚音频域尽 量逼近直线的调制特性，最起码要把最值点移到区域外。 调制函数非常复杂，包含了很多零 、极点。从数学上来讲 完全可以把调制函数转换成零、极点形式，然后把所有零、 极点移到亚音频域外 ，这样就能在亚音域得到一段漂亮的 线段。但是很多零、极点是受环路滤波器参数主导的，他 们一般由锁相环的动态、静态特性要求 决定 郑伟家庭教育讲座全集个人独资股东决定成立安全领导小组关于成立临时党支部关于注销分公司决定 ，不能被随意 改动。这个矛盾的存在只能折中考虑 ，一般是要优先满足 环路特性要求然后尽量保证调制函数在亚音频域 呈单调 性 ，线性逼近误差可以通过适当增加软件调测点来降低。 参 考 文 献 [1]Best Roland E．Phase—Locked Theory，Design and Applica— tions[M]．Third Edition．MacGraw—Hill，1995． [2] Gardner F．Charge Pump Phase—lock I．oops[J]．IEEE Trans．Commun．，1 980，COM 一28：1 894—1 858． [3]郑祖辉，鲍智良．经明，等．数字集群移动通信系统[M]．北 京 ：电子T业 出版社 ，2002． 作者简介 田智生 2003年毕业于电子科技大学电子工程系。对射频系统和电路设计深感兴趣。现为模拟和数字集群系统研发 高级射频工程师。 【l】国软件业呼唤 ，我国软件市场呈现快速增 长势头。信息产 业部经济体制改革与经济运行司新公布的报告显示 ， 2006年 1～7月，我国软件产业实现收入 1 901亿元 ， 同比增长 26．2 。同样 ，我国软件产业的发展环境也 在进一步改善，知识产权得到了有力保护 ，国家软件和 集成电路公共服务平台开始为企业提供服务，l1个国 家级软件产业基地和 6个软件出口基地成为吸引和培 育软件企业、促进软件技术研发创新的重要力量。 然而，我国软件产业无论总体规模还是技术创新 能力，都还与发达国家存在较大差距。要提升软件产 1O 维普资讯 http://www.cqvip.com