本文解析了车载广播面临的恶劣信道环境及其技术原理。文章首先对比了AM和FM广播的物理特性：AM通过幅度调制但抗干扰差，FM采用频率调制提供高音质但依赖视距传播。重点阐述了电离层对AM信号的反射作用导致夜间接收距离显著增加的现象。针对城市环境中的多径效应和多普勒频移问题，介绍了现代收音机采用的相位分集、多径抑制等DSP算法。最后剖析了超外差架构、FM立体声MPX方案和RDS数据系统三大核心技术，包括10.7MHz中频处理、L+R/L-R声道分离原理，以及通过PI码和AF表实现跨区域自动追台功能。这些技术共同保障了车载广播在移动环境中的稳定接收。
车载广播面临的是无线通信中最恶劣的信道环境------高速移动、城市遮挡、电磁干扰。这一章将从物理层面解释，为什么你的收音机在过红绿灯或进隧道时会发出刺耳的"沙沙声"。
对于家庭音响来说，收音机只需要把天线拉出来放好就行。但对于汽车来说，天线每秒钟都在以 30 米（108km/h）的速度穿过无数个信号盲区和反射区。这是一场捕捉电磁波的猎杀游戏。
1 频谱划分：LW、MW、FM 的区别
我们在车机屏幕上看到的"AM"和"FM"按钮，背后代表着完全不同的物理传播特性和调制方式。 1. AM (Amplitude Modulation) ------ 调幅广播 AM 通过改变无线电波的**幅度（强弱）**来携带声音信息。它主要包含两个波段：
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LW (Long Wave, 长波)： 148.5 -- 283.5 kHz。
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特点： 波长极长（约 1-2 公里）。它能沿着地球表面弯曲传播（地波），覆盖范围极其巨大（一个台覆盖半个欧洲）。
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现状： 主要在欧洲、俄罗斯和蒙古使用，国内几乎绝迹。
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MW (Medium Wave, 中波)： 531 -- 1602 kHz。
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特点： 这就是我们常说的"AM广播"。带宽只有 9kHz（这是音质差的根本原因，它切掉了高频声音，人声听起来像在闷罐里）。
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抗干扰： 极差。因为它是靠幅度传递信息的，而闪电、发动机火花塞、高压线产生的脉冲噪声也是幅度变化，收音机无法区分，直接解调成"咔咔"声。
- FM (Frequency Modulation) ------ 调频广播 FM 通过改变无线电波的**频率（疏密）**来携带声音信息。
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频段： 87.5 -- 108.0 MHz (VHF Band II)。
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特点：
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高音质： 带宽高达 200kHz，足以容纳 15kHz 的高保真音频和立体声信号。
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抗干扰强： 信号幅度的波动（噪声）会被限幅器切除，只要频率没变，声音就很干净。
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视距传播： 类似于光线，走直线。遇到高山阻挡信号就断，覆盖半径通常在 50-100 公里。
2 传播特性：为什么晚上能收到几百公里外的 AM 电台？ 你可能有过这种经历：白天开车时，AM 只有一个本地台；但到了深夜，AM 频段突然变得热闹非凡，甚至能收到跨省的电台，只不过声音忽大忽小。 这是因为 电离层 (Ionosphere) 在"变魔术"。 1. 白天的 D 层 (吸波海绵)
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白天，太阳辐射强烈，在地球上空 60-90km 处形成了电离层 D 层。
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AM 无线电波（中波）一旦飞向天空，撞到 D 层就会被吸收殆尽。
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结果： 白天你只能收到靠地面传播的"地波"信号，距离有限。
- 晚上的 E/F 层 (天空之镜)
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太阳落山后，D 层消失。但在更高处（100-300km）的 E 层和 F 层 依然存在。
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AM 电波穿过原本 D 层的区域，撞到 E/F 层。由于电子密度不同，这一层变成了一面巨大的**"镜子"**。
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结果： 电波被反射回地面（天波），跳跃了几百甚至上千公里。
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副作用 (Fading)： 天波极其不稳定。电离层像水面一样波动，导致反射回来的信号忽强忽弱，这就是你在晚上听 AM 时声音**忽大忽小（衰落）**的原因。
3 汽车环境的噩梦：多径效应与多普勒频移 如果说电离层是自然的馈赠，那么城市建筑就是收音机的噩梦。 1. 多径效应 (Multipath Effect) ------ "幽灵的回声" 这是车载 FM 广播出现**"沙沙声" (Hissing Noise)** 和 "破裂声" (Crackling) 的头号元凶。
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场景： 汽车在城市楼宇间行驶。
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原理：
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收音机天线同时收到了两路信号：一路是发射塔直接过来的（直射波），另一路是撞到大楼反射过来的（反射波）。
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反射波多走了路，晚到了一点点。
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相干干扰：
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如果两者相位相同 -> 信号增强（好事）。
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如果两者相位相反 (差 180°) -> 信号抵消 (Destructive Interference)。
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栅栏效应 (Picket Fencing)：
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汽车在移动，天线不断穿过信号的"增强点"和"抵消点"。
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在 100MHz 频率下，每隔 1.5 米（半波长）就是一个死点。
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当你以 60km/h 行驶时，每秒钟会穿过几十个死点。
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听感： 信号被快速切断又恢复，形成连续的**"噗噗"声**或背景噪音底噪抬升。
- 多普勒频移 (Doppler Shift) ------ "跑调的信号"
虽然光速很快，但在 FM 广播中，车速依然会带来麻烦。
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原理：
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当车快速驶向发射塔，接收到的频率会变高。
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当车远离发射塔，频率会变低。
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影响： FM 是靠频率变化来传递声音的。多普勒效应带来的额外频率偏移，会被解调器误认为是声音信号的一部分。
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听感： 主要是高频部分出现非线性失真，声音变得不纯净。
面对这些物理学难题，单纯改进天线已经没用了。现代车载收音机（Tuner）引入了复杂的 DSP 算法来对抗：
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相位分集 (Phase Diversity)： 用两个天线，哪个信号好用哪个，或者把两个信号合成。
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多径抑制 (Multipath Suppression)： 检测到多径干扰时，自动降低高频音量（High-Cut）或切换到单声道（Stereo-Blend），以掩盖噪声。
尽管现在的收音机芯片内部已经是全数字处理（SDR），但其核心架构依然沿袭了百年前阿姆斯特朗发明的超外差原理，而空中的信号格式也依然遵循着几十年前定下的FM MPX标准。理解这些，是做车载收音机开发的必修课。
3.模拟解调原理
为什么收音机能从几百个电台中精准地只挑出那一个？为什么 FM 广播能传立体声（左右声道不一样）？这一章将拆解收音机肚子里的秘密。 1 超外差架构 (Super-heterodyne)：混频与中频 如果说天线是耳朵，那么超外差架构就是大脑的"前额叶"，负责专注。 1. 痛点：高频太难处理 FM 信号在 100MHz 左右。如果在这么高的频率上直接做滤波、放大和解调，对电路要求极高，且无法在不同频率间保持一致的性能（比如调到 88MHz 和 108MHz 时，滤波器的带宽可能会变）。 2. 解决方案：搬家 (Frequency Mixing) 超外差的核心思想是：不管你想听哪个频率（RF），我都先把它搬到一个固定的低频率（IF）上再处理。
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RF (射频)： 你想听的电台，比如 93.7 MHz。
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LO (本振)： 收音机内部产生一个正弦波，比如 104.4 MHz。
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混频 (Mixer)： 将 RF 和 LO 相乘。根据三角函数积化和差公式，会产生两个新频率：
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和频：104.4+93.7=198.1104.4+93.7=198.1 MHz（太高，滤掉）。
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差频：104.4−93.7=10.7104.4−93.7=10.7 MHz。
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IF (中频)： 这个 10.7 MHz 就是固定的中频。
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优势： 后面的放大器和滤波器只需要针对 10.7 MHz 这一种频率精心设计即可，性能可以做得非常完美。
现代演进： 现在的 DSP 收音机芯片（如 NXP/ST）通常采用 低中频 (Low-IF) 架构，将 IF 频率降到几百 kHz，甚至 零中频 (Zero-IF)，直接变频到 0Hz，方便 ADC 采样后进行数字处理。
2 FM 立体声复合信号 (MPX)：L+R 与 L-R 的秘密 早期的收音机是单声道的。为了在兼容旧收音机的前提下升级立体声，工程师们想出了绝妙的 MPX (Multiplex) 方案。 1. 频谱结构 FM 电台发射的基带信号（0 - 57kHz）里，藏着三部分内容：
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0 - 15 kHz (主信道)： L + R (左声道 + 右声道)。
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这就是单声道信号。老式收音机只听得懂这部分，所以它们也能正常出声，只不过没有立体感。
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19 kHz (导频 Pilot)： 一个纯净的正弦波。
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这是立体声的"开关"。收音机检测到 19kHz 信号，屏幕上的"Stereo"红灯就会亮起。
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23 - 53 kHz (副信道)： L - R (左声道 - 右声道)。
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这是把 L-R 信号搬移（调幅）到了 38kHz 上。
- 解码数学 收音机拿到信号后，进行简单的加减法：
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(L+R)+(L−R)=2L(L+R)+(L−R)=2L -> 得到左声道。
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(L+R)−(L−R)=2R(L+R)−(L−R)=2R -> 得到右声道。
工程避坑： L-R 信号处于较高的频谱位置，更容易受到多径噪声的干扰。所以当信号变差时，收音机会自动切断 L-R（SNC, Stereo Noise Control），强制回退到单声道，以消除高频噪声。
3 RDS (Radio Data System)：PI码与AF追台 在收音机屏幕上，你会看到电台名称（如 "HIT FM"），或者正在播放的歌名。这是由 RDS（美国叫 RBDS）实现的。它也是模拟信号向数字信号的一次微小尝试。 1. 藏在哪里？ RDS 数据被调制在 57 kHz 的副载波上。这是一个极低速的数据流（1187.5 bps），就像在高速公路上骑自行车。 2. 核心功能
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PS (Program Service)： 8 个字符的电台名。如 "BBC R1"。
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RT (Radio Text)： 64 个字符的滚动文本。如 "Now Playing: Taylor Swift"。
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PI (Programme Identification) ------ 核心中的核心：
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这是一个 16-bit 的十六进制码（如 0xC451）。
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它是电台的唯一身份证。不管频率怎么变，PI 码是不变的。
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AF (Alternative Frequencies) ------ 追台神器：
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场景： 你从上海开车去苏州。上海的广播在 101.7MHz，到了苏州可能变成了 103.5MHz。
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原理： 101.7MHz 的数据流里会发一个 AF 列表：{103.5, 98.6, ...}。意思是："兄弟，如果我这个频率信号不好了，你可以去试试 103.5"。
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收音机会在后台默默测试 AF 列表里的频率，一旦发现 103.5 的信号更好，且 PI 码一致（确认是同一个台），就会瞬间无缝切换过去。
小结
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超外差 解决了高频处理难题，10.7 MHz 是模拟收音机时代的图腾。
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MPX 用数学加减法实现了立体声与单声道的完美兼容。
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RDS 是模拟广播里的"数字小抄"，PI 码 和 AF 表 是实现长途驾驶收音机不中断的核心技术。