СИСТЕМА СТЕРЕОФОНИЧЕСКОГО ВЕЩАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H04H5/00 

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано для организации многопрограммного стереофонического вещания по линиям связи.

Известные системы стереофонического радиовещания являются совместимыми и обеспечивают прием программ звукового вещания (ЗВ), как специальными стереоприемниками, так и обычными радиоприемниками, содержащими детектор амплитудно-модулированных (АМ) сигналов.

Основным недостатком таких систем является трудность получения совпадающих минимумов параметров качества: переходного затухания между стереосигналами, передаваемыми в частотном канале, коэффициента нелинейных искажений и отношения сигнал/помеха.

Известные системы проводного вещания являются, как правило, монофоническими. В случае необходимости передачи стереофонического сигнала используются два частотных канала.

Однако в технической литературе отсутствуют универсальные рекомендации, одинаково пригодные как для совместных, так и несовместных систем стереофонического вещания. Данное предложение направлено на частное решение этой задачи применительно к организации многопрограммного стереофонического вещания по линиям связи, а именно к построению несовместимой системы стереофонического вещания.

Из известных систем наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемому решению является совместимая система стереофонического радиовещания с квадратурной амплитудно-балансной модуляцией, с помощью которой в одном частотном канале можно передать два назависимых сигнала. Для этого одним сигналом (левый канал) модулируют по амплитуде частоту, имеющую некоторую начальную фазу, а другим (правый канал) несущую той же частоты, но сдвинутую по фазе на 90^о. При стереофонической передаче в качестве первого сигнала может использоваться сумма стереосигналов A+B, а в качестве второго разность A-B. При этом для модуляции разностью используется балансная модуляция, т.е. несущая подавляется.

На передающей стороне известная система содержит в каждом канале источник первого информационного сигнала А, источник второго информационного сигнала B, блок суммирования и блок вычитания, первый и второй усилители-инверторы низких частот, первый и второй источники постоянного напряжения, первый и второй ключевые модуляторы, фильтр нижних частот, усилитель мощности и последовательно соединенные генератор несущей частоты и импульсный фазовращатель.

На приемной стороне известное устройство содержит усилитель мощности, усилитель-инвертор высоких частот, первый и второй ключевые демодуляторы, блок суммирования и блок вычитания, импульсный фазовращатель и блок астатической фазовой автоподстройки частоты, состоящий из последовательно соединенных третьего ключевого демодулятора, первого фильтра нижних частот и генератора, управляемого напряжением, а также третий и четвертый фильтры нижних частот, блок суммирования и блок вычитания.

Недостатком известной системы стереофонического вещания является то, что для обеспечения точного воспроизведения в приемнике передаваемых временных каналов (синфазности частот генераторов приемника и передатчика) требуется использование генератора с фазовой автоподстройкой частоты и кварцевого резонатора, причем в многопрограммной системе стереофонического вещания количество кварцевых резонаторов должно соответствовать числу передаваемых программ.

Для уменьшения нелинейных искажений при модулирующих частотах 30-100 Гц (диапазон передаваемых частот ЗВ 15000 Гц) частота среза фильтра нижних частот должна быть значительно ниже приведенных значений, что может не обеспечить синхронизацию генератора приемника при его включении или переключении программ. Кроме того, величина переходного затухания между стереосигналами A и B в одном частотном канале зависит от собственной нестабильности кварцевых резонаторов передатчика и приемников.

Огибающая сигнала на выходе приемника имеет вид:
N= (1)
Тем самым совместимость при стереопередаче на монофонический приемник обеспечивается только при малых значениях глубины модуляции. Наибольшие искажения возникают при противофазных сигналах. Таким образом, условие совместимости в известной системe стереофонического вещания может быть достигнуто за счет уменьшения динамического диапазона передаваемого сигнала ЗВ, что ведет к ухудшению отношения сигнал/шум.

Цель изобретения упрощение системы стереофонического вещания для организации многопрограммного вещания по линиям связи и уменьшение искажений передаваемого сигнала.

Эта цель достигается тем, что в систему стереофонического вещания, содержащую на передающей стороне первый ключевой модулятор, модулирующий вход которого подсоединен к шине первого информационного сигнала и к выходу источника постоянного напряжения, второй ключевой модулятор, модулирующий вход которого подсоединен к шине второго информационного сигнала, и выходной элемент согласования с линией связи, а на приемной стороне первый и второй ключевые демодуляторы, подсоединенные модулирующими входами к входному элементу согласования с линией связи, а выходами к входам соответственно первого и второго фильтров нижних частот, подключенных выходами соответственно к первой и второй выходным шинам, введены генератор пилот-сигнала, сумматор, подключенный выходом к выходному элементу согласования с линией связи, соединенный первым и вторым информационными входами с выходами соответственно первого и второго ключевых модуляторов и подсоединенный тактовым входом к выходу генератора пилот-сигнала, первый преобразователь частоты, селективный усилитель пилот-сигнала, подсоединенный информационным входом к выходу входного элемента согласования с линией связи, первый и второй интеграторы, соединенные входами с выходами соответственно первого и второго ключевых демодуляторов, управляемый генератор импульсов и второй преобразователь частоты, на выходах которого напряжения сигнала несущей частоты сдвинуты по фазе, подключенный выходами к модуляционным входам соответственно первого и второго ключевых демодуляторов, причем первый преобразователь, на выходах которого напряжения сигнала несущей частоты сдвинуты по фазе, подключен выходами к модуляционным входам соответственно первого и второго ключевых модуляторов, выход второго интегратора подключен к компенсационному входу селективного усилителя пилот-сигнала, соединенного выходом с информационным входом второго преобразователя частоты, компенсационный вход которого подсоединен к выходу управляемого генератора импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом первого интегратора, а коэффициент преобразования частоты первого и второго преобразователей частоты равен
K=n/4 где n любое целое число.

На чертеже изображена функциональная схема системы стереофонического вещания.

Система содержит на передающей стороне первый и второй ключевые модуляторы 1 и 2, сумматор 3, первый преобразователь 4 частоты, генератор 5 пилот-сигнала, выходной элемент 6 согласования с линией связи, источник 7 постоянного напряжения, входную шину 8 первого информационного сигнала А и входную шину 9 второго информационного сигнала B, а на приемной стороне первый и второй ключевые демодуляторы 10 и 11, первый и второй интеграторы 12 и 13, первый и второй фильтры 14 и 15 нижних частот, селективный усилитель 16 пилот-сигнала, второй преобразователь 17 частоты, управляемый генератор 18 импульсов, входной элемент 19 согласования с линией связи, первую и вторую выходные шины 20 и 21.

На передающей стороне первый ключевой модулятор 1 подсоединен модулирующим входом к шине 8 первого информационного сигнала и к выходу источника 7 постоянного напряжения, а второй ключевой модулятор 2 подсоединен модулирующим входом к шине 9 второго информационного сигнала, сумматор 3 подключен выходом к выходному элементу 6 согласования с линией связи, выход которого соединен с входом связи 23. В качестве линии связи может служить, например, выделенная соединительная линия между АТС, обеспечивающая передачу высокочастотных сигналов в диапазоне частот 180-360 кГц. Сумматор 3 подключен первым и вторым информационными входами к выходам соответственно первого и второго ключевых модуляторов 1 и 2 и подсоединен тактовым входом к выходу генератора 5 пилот-сигнала. Первый преобразователь 4 частоты, на выходах которого напряжения сигнала несущей частоты сдвинуты по фазе, подсоединен выходами к модуляционным входам соответственно первого и второго ключевых модуляторов 1 и 2.

На приемной стороне системы первый и второй ключевые демодуляторы 10 и 11 подсоединены модулирующими входами к входному элементу 19 согласования с линией связи и соединены выходами с входами соответственно первого и второго фильтра 14 и 15 нижних частот, подключенных выходами соответственно к первой и второй выходным шинам 20 и 21, при этом вход входного элемента 19 согласования с линией связи подсоединен к выходу линий 23 связи. Селективный усилитель 16 пилот-сигнала подсоединен информационным входом к выходу входного элемента 19 согласования с линией связи. Первый и второй интеграторы 12 и 13 соединены входами с выходами соответственно первого и второго ключевых демодуляторов 10 и 11. Второй преобразователь 17 частоты выполнен с компенсационным входом и с выходами, на которых напряжения сигнала несущей частоты сдвинуты по фазе подсоединенными к модуляционным входам соответственно первым и вторым ключевыми демодуляторами. Выход второго интегратора 13 подключен к компенсационному входу селективного усилителя 16 пилот-сигнала, соединенного выходом с информационным входом второго преобразователя 17 частоты. Компенсационный вход второго преобразователя 17 частоты подсоединен к выходу управляемого генератора 18 импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом первого интегратора 12. Коэффициент преобразования частоты К первого и второго преобразователей 4 и 17 частоты равен
K=n/4, (2) где n любое целое число.

Первый и второй ключевые модуляторы 1 и 2, а также первый и второй ключевые демодуляторы 10 и 11 могут быть выполнены в виде ключей на микросхемах типа К561КТЗ.

Выполнение сумматора 3, элементов 6 и 19 согласования с линией связи, генератора 5 пилот-сигнала, управляемого генератора 18 импульсов и фильтров 14 и 15 нижних частот может быть таким, как в известных схемах. Интеграторы 12 и 13 выполнены в виде интегрирующей цепи с усилителем постоянного тока на выходе.

Селективный усилитель 16 пилот-сигнала может быть выполнен в виде двухконтурной резонансной системы. В качестве управляемого реактивного элемента, обеспечивающего компенсацию фазового сдвига, может быть использован варикап.

Работает предлагаемая система стереофонического вещания следующим образом.

На модулирующий вход первого ключевого модулятора 1 поступают следующие сигналы: напряжение звуковой частоты U_азч (канал А) с шины 8 первого информационного сигнала и с выхода источника 7 постоянное напряжение U_п, значение которого выбирается исходя из условия:
k= U_п/U_aном<0,1, (3) где U_aном номинальное напряжение звуковой частоты в канале А.

На модулирующий вход второго ключевого модулятора 2 поступает напряжение звуковой частоты U_bзч с шины 9 второго информационного сигнала (канал B). На модуляционные входы ключевых модуляторов 1 и 2 поступают импульсы управления U_н с частотой несущей f_н данного частотного канала, образуемые из напряжения генератора 5 пилот-сигнала преобразователем 4 частоты с коэффициентом преобразования
K=f_н/f_п-с=n/4, где f_п-с частота пилот-сигнала.

Разность фаз между импульсами управления равна n/2. С выходов ключевых модуляторов 1 и 2 сигналы, первый из которых представляет собой амплитудно-модулированный сигнал с частично подавленной несущей, а второй сигнал, состоящий из двух боковых полос без несущей, поступают на первый вход сумматора 3. На второй вход сумматора 3 поступает напряжение с выхода генератора 5 пилот-сигнал. Далее сигналы с выхода сумматора 3 через выходной элемент 6 согласования с линий связи поступают в линию связи.

Если принять максимальную амплитуду сигналов U_н, U_aзч, U_bзч за единицу и рассматривать для простоты модуляцию чистым тоном, то сигнал, передаваемый в линию связи, можно представить в следующем виде,
u=(k+A)cos ω t+Bsin ωt, (4) где A=M_acosΩ t, B=M_bcosΩ t,
M_a и M_b коэффициенты глубины модуляции в стереоканалах.

Принимаемый с линии связи высокочастотный сигнал поступает через входной элемент 19 согласования с линией связи на модулирующие входы ключевых демодуляторов 10 и 11 и на вход селективного усилителя 16 пилот-сигнала, с выхода которого выделенный пилот-сигнал поступает на вход второго преобразователя 17 частоты. С выходов преобразователя 17 частоты, представляющего собой перестраиваемый преобразователь несущих частот, восстановленные напряжения несущей частоты, сдвинутые относительно друг друга на угол π /2 поступают на модуляционные входы ключевых демодуляторов 10 и 11. Таким образом, на модуляционный вход ключевого демодулятора 10 канала А приемника поступает напряжение несущей cos(ω t+q), а на модуляционный вход ключевого демодулятора 11 канала B-sin( ω t+q), где q результирующее значение разности фаз между несущими на передающей и приемной сторонах, обусловленное фазовой характеристикой линии связи.

На выходах ключевого демодулятора 10 канала А напряжение U_da можно записать в следующем виде:
U_da= [(k+A)cos ω t+Bsin ω t]cos(ωt+q)=1/2(k+A)cos q+1/2(k+A)cos(ωt+q)+ +B/2sin q+B/2sin(2ω t+q). (5)
Соответственно на выходе ключевого демодулятора 11 канала В напряжение U_db:
U_db= [(k+A)cos ωt+Bsin ωt] sin( ωt+q)= 1/2(k+A)sin q+1/2(K+A)sin(2ω t+q)+B/2cos q- -B/2cos( ωt+q). (6)
Сигналы с выходов ключевых демодуляторов 10 и 11 поступают на вход первого и второго фильтров 14 и 15 нижних частот, на выходах которых напряжения U_a и U_b можно записать в следующем виде:
U_a= A/2cosq+B/2sin q+K/2soc q=U'_aзч+U_ba+U_a(q), (7) где U'_aзч= A/2 cosq 1/2M_acosΩt cos q=1/2U_aзчcos q,
U_ba=B/2sinq=1/2M_bcosΩt sin q=1/2U_bзчcosq,
U_a(q)=K/2cosq,
U_b=B/2cosq+A/2sin q+K/2sin q=U'_Bзч+U_ab+U_b(q). (8)
Величины напряжений от канала В в канал A-U_ba, от канала А в канале B-U_ab определяются переходными затуханиями между каналами стереопары A и B, B и A.

Постоянные напряжения U_a(q) и U_b(q), появляющиеся на выходе фильтров 14 и 15 нижних частот в результате подачи на модулирующий вход канала А ключевого модулятора 1 напряжения от источника 7, также зависят от переходного затухания между каналами стереопары, т.е. от величины угла q.

Как видно из выражений (5) и (6), точность звукопередачи соблюдается в том случае, если выполняется условие:
U'_aзч ≃ U_aзч U'_bзч ≈ U_bзч,
т.е. когда q ≈ 0.

Максимально допустимое отклонение от 0 определяется нормируемой величиной переходного затухания между каналами стереопары.

Величина фазового сдвига может принимать значения в пределах от 0 до π а значение функций U_a(q) и U_b(q) в пределах от -k/2 до +k/2.

Для уменьшения фазового сдвига q до требуемого значения введены две цепи автоматической компенсации. Если первоначальный сдвиг находится в пределах <q< , то постоянное напряжение U_a(q) на выходе ключевого демодулятора 10 канала А имеет, например, положительную полярность. В этом случае осуществляется плавное регулирование фазовой характеристики селективного усилителя 16 пилот-сигнала. Напряжение U_b(q) с выхода ключевого демодулятора 11 через второй интегратор 13 поступает на второй вход селективного усилителя 16 пилот-сигнала. Благодаря этому воздействию фазовая характеристика селективного усилителя 16 пилот-сигнала перестраивается таким образом, что q _→ 0, т.е.

u_a(q) _→ k/2, u_b(q) _→ 0
При π/2<q<3/4π значение U_a(q) будет отрицательным. Обратная связь по цепи плавного регулирования становится положительной, и вследствие ее неустойчивости происходит изменение сдвига фаз, причем при π/2< q< π за счет действия цепи плавного регулирования фазовый сдвиг уменьшается и становится менее π/2 и далее стремится к 0. Если 2π<q<3/4 π то фазовый сдвиг устремляется к 2π В этом случае начинает работать цепь ступенчатого регулирования, состоящая из первого интегратора 12 и управляемого генератора 18 импульсов. За счет изменения полярности напряжения U_a(q) на выходе первого ключевого демодулятора 10 через первый интегратор 12 тока запускается импульсный генератор 18. Импульс с выхода импульсного генератора 18, воздействуя на второй преобразователь 17 частоты, сдвигает фазу пилот-сигнала на π Полярность напряжения на выходе первого ключевого демодулятора 12 становится положительной, что соответствует сдвигу фаз менее π/2 вновь начинает работать цепь плавного регулирования, а импульсный генератор 18 отключается.

Таким образом, использование в предлагаемой системе стереофонического вещания двух цепей автоматической компенсации фазового сдвига несущей частоты позволяет уменьшить искажения передаваемого сигнала, а при организации многопрограммного вещания добиться также и упрощения системы за счет использования для передачи и приема всех программ ЗВ только одного кварцевого генератора на передающей стороне.

Использование: в электросвязи при построении систем многопрограмного стереофонического вещания. Сущность изобретения: для упрощения системы стереофонического вещания при организации многопрограммного вещания по линиям связи и уменьшения искажений передаваемого сигнала в систему стереофонического вещания введены на передающей стороне генератор пилот-сигнала 5, сумматор 3, элемент согласования 6 с линией связи, первый и второй ключевые модуляторы 1, 2, на приемной стороне введены преобразователь частоты 17, селективный усилитель 16 пилот-сигнала, входной элемент согласования 19, первый и второй интеграторы 12 и 13, управляемый генератор 18 импульсов, первый и второй ключевые демодуляторы 10 и 11. 1 ил.

СИСТЕМА СТЕРЕОФОНИЧЕСКОГО ВЕЩАНИЯ, содержащая на передающей стороне первый ключевой модулятор, модулирующий вход которого подсоединен к шине первого информационного сигнала и к выходу источника постоянного напряжения, второй ключевой модулятор, модулирующий вход которого подсоединен к шине второго информационного сигнала, и выходной элемент согласования с линией связи, а на приемной стороне первый и второй ключевые демодуляторы, подсоединенные модулирующими входами к входному элементу согласования с линией связи, соединенные выходами с входами соответственно первого и второго фильтров нижних частот, подключенных выходами соответственно к первой и второй выходным шинам, отличающаяся тем, что в нее введены на передающей стороне генератор пилот-сигнала, сумматор, подключенный выходом к выходному элементу согласования с линией связи, соединенный первым и вторым информационными входами с выходами соответственно первого и второго ключевых модуляторов и подсоединенный тактовым входом к выходу генератора пилот-сигнала и входу первого преобразователя частоты, а на приемной стороне введены селективный усилитель пилот-сигнала, подсоединенный информационным входам к выходу входного элемента согласования с линией связи, первый и второй интеграторы, соединенные входами с выходами соответственно первого и второго ключевых демодуляторов, управляемый генератор импульсов и второй преобразователь частоты, на выходах которого напряжения сигнала несущей сдвинуты по фазе, подключенный выходами к модуляционным входам соответственно первого и второго ключевых демодуляторов, причем первый преобразователь, на выходах которого напряжения сигнала несущей частоты сдвинуты по фазе, подключен выходами к модуляционным входам соотетственно первого и второго ключевых модуляторов, выход второго интегратора к компенсационному входу селективного усилителя пилот-сигнала, соединенного выходом с информационным входом второго преобразователя частоты, компенсационный вход которого подсоединен к выходу управляемого генератора импульса, управляющий вход которого соединен с выходом первого интегратора, а коэффициент преобразования частоты первого и второго преобразователей частот равен К=n/4, где n любое целое число.