УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛА ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛУ ВЕЩАНИЯ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 1997 года по МПК H04H5/00 H03G3/28 

Изобретение относится к средствам передачи и приема дополнительной информации по обычным вещательным каналам, например, для передачи кодовых или символьных сообщений вместе с широковещательной программой. В частности, изобретение может быть использовано в системах персонального радиовызова.

В настоящее время известны системы вещания, использующие частотную модуляцию (ЧМ) несущей, в которых наряду с вещательным сигналом передается дополнительная информация [1]
Наиболее близкой к данному изобретению является вещательная система ЧМ с передачей дополнительной информации, описанная в патенте [2] Передающая часть этой системы содержит формирователь сигнала вещания, устройство для передачи сигнала дополнительной информации по каналу вещания с частотной модуляцией, содержащее формирователь сигнала вещания, генератор поднесущей, выход которого соединен с опорным входом формирователя сигнала дополнительной информации, информационный вход которого является входом устройства, блок задержки, сумматор, выход которого подключен ко входу блока частотной модуляции, выход которого является выходом устройства. Приемная же часть этой системы содержит блок частотной демодуляции, устройство для приема сигнала дополнительной информации по каналам вещания с частотной модуляцией, содержащее блок частотной демодуляции, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входами полосового фильтра и выделителя сигнала вещания, первый и второй фильтры нижних частот и демодулятор сигнала дополнительной информации, выход которого является выходом устройства.

В этой системе дополнительная информация (сигнал опознавания) передается путем модуляции поднесущей частоты и располагается в зазоре между суммарной и разностной частями спектра комплексного стереосигнала (КСС). В данной системе не предусмотрены какие-либо регулировки усиления.

Такая регулировка усиления как в передающей, так и в приемных частях системы ЧМ известна (заявка PTC N 8902199, кл. H 04 H 5/00, опубл. 1989) и обеспечивает кодирование звукового сигнала в соответствии с определенной характеристикой и его декодирование. Известны и другие регулировки усиления (патенты США N 4466119, кл. H 03 G 3/20, опубл. 1984, N 5130665, кл. H 03 G 3/20, опубл. 1992), обеспечивающие слежение за уровнем громкости передаваемого сигнала. Существуют также системы, в которых звук выключается при определенных условиях (патенты Великобритании N 2059702, кл. H 03 G 3/28, опубл. 1981 и N 2124842, кл. H 03 G 3/28, опубл. 1984).

Однако все указанные системы регулировки усиления при использовании их в системе вещания ЧМ с передачей дополнительной информации не способны устранить присущей этой системе недостаток, заключающийся в следующем. Дополнительная информация и вещательный сигнал никак не связаны между собой, но передаются вместе, образуя единый ЧМ-сигнал с общим спектром. В результате при изменениях вещательного сигнала по интенсивности (по громкости) частотные составляющие сигнала дополнительной информации остаются неизменными по амплитуде. Это приводит к тому, что указанные неизменные составляющие могут либо "тонуть" в мощном вещательном сигнале, что вызывает потери в передаче дополнительной информации, либо "выпирать" из него настолько, что на приеме слышны недопустимые в высококачественной стереофонической передаче посторонние звуки.

Задачей данного изобретения является разработка таких устройств для передачи и приема сигнала дополнительной информации по каналу вещания ЧМ, в которых оба передаваемых сигнала изменялись бы по амплитуде одинаково в зависимости от мощности (громкости) вещательного сигнала, т.е. чтобы соотношение амплитуд между составляющими сигнала дополнительной информации и средним уровнем спектра вещательного сигнала поддерживалось примерно одинаковым.

Для достижения этого технического результата в устройство для передачи сигнала дополнительной информации по каналу вещания с частотной модуляцией, содержащее формирователь сигнала вещания, генератор поднесущей, выход которого соединен с опорным входом формирователя сигнала дополнительной информации, информационный вход которого является входом устройства, блок задержки, сумматор, выход которого подключен ко входу блока частотной модуляции, выход которого является выходом устройства, в которое введены регулируемый усилитель и соединенные последовательно первый фильтр нижних частот, амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот, выход которого подключен к управляющему входу регулируемого усилителя, выход формирователя сигнала вещания соединен непосредственно и через блок задержки соответственно со входом первого фильтра нижних частот и с первым входом сумматора, выход формирователя сигнала дополнительной информации подключен к информационному входу регулируемого усилителя, выход которого соединен со вторым входом сумматора.

Для достижения того же технического результата в устройство для приема сигнала дополнительной информации по каналу вещания с частотной модуляцией, содержащее блок частотной демодуляции, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входами полосового фильтра и выделителя сигнала вещания, первый и второй фильтры нижних частот и демодулятор сигнала дополнительной информации, выход которого является выходом устройства, в которое введены регулируемый усилитель и амплитудный детектор, выход полосового фильтра подключен к информационному входу регулируемого усилителя, выход которого соединен со входом, демодулятора сигнала дополнительной информации, вход первого фильтра нижних частот подключен к выходу блока частотной демодуляции, выход первого фильтра нижних частот через соединенные последовательно амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот подключен к управляющему входу регулируемого усилителя.

Объекты с вышеуказанными совокупностями существенных признаков неизвестны из существующего уровня техники, что позволяет считать настоящее изобретение удовлетворяющим условию патентоспособности "новизна".

Что касается совокупностей отличительных признаков, обоих рассматриваемых устройств, то из уровня техники известны объекты со сходными совокупностями существенных признаков (например, патент Великобритании N 2110489, кл. H 03 G 3/20, опубл. 1983). Однако, во-первых, эти известные совокупности признаков именно сходны, но не идентичны с заявленными, а во-вторых, в известных объектах эти совокупности служат иным целям, нежели в устройствах по данному изобретению. Кроме того, при дополнении известной из выбранного прототипа совокупности признаков указанными отличительными признаками в рассматриваемых устройствах обеспечивается примерно одинаковое изменение составляющих общего частотного спектра при изменениях мощности (громкости) вещательного сигнала, т. е. достигается новый результат, отсутствующий как в прототипе, так и в других известных объектах. Поэтому рассматриваемое изобретение можно считать соответствующим условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 представлены функциональные схемы соответственно устройства для передачи сигнала дополнительной информации по каналу вещания ЧМ и устройства для приема этого сигнала; фиг. 3 показывает вид спектра передаваемого сигнала, а фиг. 4 иллюстрирует изменения этого спектра при изменениях мощности сигнала вещания.

Устройство для передачи сигнала дополнительной информации по каналу вещания ЧМ содержит (фиг. 1) формирователь 1 сигнала дополнительной информации, информационный вход которого является входом 21 устройства, а к опорному входу формирователя 1 подключен выход генератора 2 поднесущей. Выход формирователя 1 сигнала дополнительной информации соединен с информационным входом регулируемого усилителя 3, выход которого подключен к первому входу сумматора 4. В устройство входит также формирователь 6 сигнала вещания, выход которого подключен ко входам блока 7 задержки и первого фильтра 8 нижних частот (ФНЧ). Выход ФНЧ 8 через соединенные последовательно амплитудный детектор 9 и второй ФНЧ 10 подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 3. Выход блока 7 задержки соединен со вторым входом сумматора 4, выход которого подключен ко входу блока 5 частотной модуляции, выход которого является выходом 22 устройства для передачи.

Устройство для приема сигнала дополнительной информации по каналу вещания ЧМ содержит (фиг. 2) блок 11 частотной демодуляции, вход которого является входом 23 устройства, а выход подключен ко входам выделителя 12 сигнала вещания полосового фильтра 13 и первого ФНЧ 16. Выход полосового фильтра 13 соединен с информационным входом регулируемого усилителя 14, выход которого подключен ко входу демодулятора 15 сигнала дополнительной информации, выход которого является выходом 24 устройства для приема. Выход ФНЧ 16 через соединенные последовательно амплитудный детектор 17 и второй ФНЧ 18 подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 14.

Формирователь 1 сигнала дополнительной информации может быть выполнен так же, как и в прототипе, и служит для получения частотных составляющих, расположенных в зазоре между суммарной и разностной частями спектра комплексного стереосигнала (КСС). При выборе частоты генератора 2 поднесущей, равной 31,25 кГц, на выходе формирователя 1 формируется сигнал с частотой 15,625 кГц, могут также использоваться другие гармоники частот 31,25 кГц и 15,625 кГц, например, 52,5 кГц или 46,875 кГц.

Формирователь 6 сигнала вещания может иметь любое выполнение, в том числе и как в прототипе, и служит для получения частотного спектра сигнала, передаваемого в качестве основной информации по каналу вещания. Это может быть, например, комплексный стереосигнал (КСС), спектр которого содержит суммарную часть A + B и разностную часть A B (см. фиг. 3).

Блок 5 частотной модуляции включает в себя, например, генератор несущей и частотный модулятор и служит для формирования ЧМ-сигнала, передаваемого по каналу вещания (например, радиоканалу). Блок 5 может содержать и другие части умножитель частоты, усилитель мощности и т.п. необходимые для получения заданного сигнала. Конкретный вид блока 5, равно как и формирователей 1 и 6, не является предметом данного изобретения.

Первый фильтр 8 нижних частот служит для выделения из КСС его суммарной спектральной части A + B (см. фиг. 3), т.к. именно в ней содержится информация о мощности (громкости) сигнала вещания. Второй фильтр 10 нижних частот предназначен для сглаживания продетектированной сгибающей для устранения резких скачков.

Блок 7 задержки необходим для выравнивания по времени цепей прохождения КСС от формирователя 6 на разные входы сумматора 4, т.е. чтобы регулировка усилителя 3 осуществлялась в тот же момент, когда на другой вход сумматора 4 приходит вызывающее эту регулировку изменение в КСС.

Блок 11 частотной демодуляции (фиг. 2) включает в себя, по крайней мере, опорный генератор и частотный демодулятор, но может содержать и другие элементы приемного тракта (усилители высокой и промежуточной частоты, смеситель и т.п.). Он может быть выполнен, в частности, как в прототипе или иным образом, что не относится к предмету данного изобретения.

Аналогично не является предметом изобретения и выполнение выделителя 12 сигнала вещания. Это выполнение зависит от вида такого сигнала и может быть, в частности, таким же, как и в прототипе.

Полосовой фильтр 13 служит для выделения из спектра принятого сигнала составляющих вблизи, например, частоты 15,625 кГц, где сосредоточены составляющие сигнала дополнительной информации. Как вариант, могут выделяться составляющие и на частоте 15,625 кГц, а также на частотах 62,5 кГц или 46,875 кГц, если в переданном сигнале на этих частотах также имеются составляющие сигнала дополнительной информации. Полосовой фильтр 13 включает в себя также цепи задержки, аналогичные по своим функциям блоку 7.

Демодулятор 15 сигнала дополнительной информации обеспечивает выделение сигнала, соответствующего сигналу на входе 21 устройства для передачи, и может иметь любое подходящее выполнение, в том числе и такое, как в выбранном прототипе. Это выполнение также не является предметом настоящего изобретения.

Фильтры 16, 18 и амплитудный детектор 17 аналогичны блокам 8, 10 и 9 устройства для передачи.

Регулируемые усилители 3 и 14 отличаются друг от друга тем, что усилитель 3 в устройстве для передачи обеспечивает увеличение коэффициента усиления при возрастании сигнала на управляющем входе, а усилитель 14 в устройстве для приема обеспечивает такое же уменьшение коэффициента усиления при том же возрастании сигнала на управляющем входе.

Рассматриваемые устройства работают следующим образом.

В устройстве для передачи (фиг. 1) на вход 21 подается подлежащая передаче дополнительная информация в виде, например, обычного двоичного кода без возврата к нулю. В формирователе 1 сигнала дополнительной информации происходит модуляция этим входным сигналом поднесущей частоты с генератора 2. В результате формируется сигнал, располагающийся на частотной оси вблизи частоты 15,625 кГц, который подается на информационный вход регулируемого усилителя 3. Одновременно в формирователе 5 сигнала вещания происходит формирование комплексного стереосигнала в виде суммарной (A + B) и разностной (A B) составляющих спектра. Этот сигнал, задержанный в блоке 7 задержки, поступает на один из входов сумматора 4. В то же время этот сигнал поступает на ФНЧ 8, выделяющий лишь суммарную часть (A + B) спектра КСС, которая далее детектируется по амплитуде детектором 9, сглаживается в ФНЧ 10 и подается на управляющий вход регулируемого усилителя 3. При этом амплитуда сигнала дополнительной информации изменяется в соответствии с изменениями громкости стереосигнала. Таким образом, на входы сумматора 4 поступают КСС и изменяющийся в соответствии с громкостью последнего сигнал дополнительной информации (см. фиг. 4). Суммарный сигнал (фиг. 3) подается на блок 5, где формируется сигнал ЧМ для передачи по сигналу вещания и подается на вход 22 устройства для передачи. На вход 23 устройства для приема (фиг. 2) поступает переданный с выхода 22 устройства для передачи сигнал, который усиливается, преобразуется и демодулируется по частоте в блоке 11. На выход блока 11 поступает сигнал (фиг. 3), представляющий сумму сигнала вещания и сигнала дополнительной информации. Сигнал вещания выделяется блоком 12, например, для прослушивания стереофонической передачи. Составляющие же сигнала дополнительной информации (вблизи, по крайней мере, частоты 15,625 кГц) выделяются полосовым фильтром 13 и подаются на информационный вход регулируемого усилителя 14. Одновременно ФНЧ 16 выделяет из сигнала с выхода блока 11 суммарную часть (A + B), которая детектируется по амплитуде детектором 17, сглаживается в ФНЧ 18 и подается на управляющий вход регулируемого усилителя 14. На входе этого усилителя 14 выделяется сигнал дополнительной информации постоянного уровня, который подается в демодулятор 15. В результате на вход 24 устройства для приема подается двоичный сигнал, идентичный сигналу на входе 21 устройства для передачи.

Таким образом, благодаря вышеописанному выполнению устройства для передачи и устройства для приема, обеспечивается возможность регулировки величины сигнала дополнительной информации в объединенном спектре передаваемого сигнала в зависимости от громкости сигнала вещания. В результате сигнал дополнительной информации, с одной стороны, не теряется при появлении больших громкостей, а с другой стороны, не вносит помех в прием сигнала вещания малой громкости.

Изобретение относится к средствам передачи и приема дополнительной информации по вещательному каналу с частотной модуляцией. Его использование в системах персонального радиовызова и т.п. обеспечивает неискаженную передачу как сигнала вещания, так и дополнительной информации. Это осуществляется благодаря введению в тракт передачи сигнала дополнительной информации регулируемого усилителя, управление коэффициентом усиления которого осуществляется по суммарной части A + B спектра комплексного стереосигнала (КСС). При приеме объединенного сигнала аналогичная обработка КСС позволяет восстановить постоянный уровень сигнала дополнительной информации. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для передачи сигнала дополнительной информации по каналу вещания с частотной модуляцией, содержащее формирователь сигнала вещания, генератор поднесущей, выход которого соединен с опорным входом формирователя сигнала дополнительной информации, информационный вход которого является входом устройства, блок задержки, сумматор, выход которого подключены к входу блока частотной модуляции, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены регулируемый усилитель и соединенные последовательно первый фильтр нижних частот, амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот, выход которого подключен к управляющему входу регулируемого усилителя, при этом выход формирователя сигнала вещания соединен непосредственно и через блок задержки соответственно с входом первого фильтра нижних частот и с первым входом сумматора, выход формирователя сигнала дополнительной информации подключен к информационному входу регулируемого усилителя, выход которого соединен с вторым входом сумматора. 2. Устройство для приема сигнала дополнительной информации по каналу вещания с частотной модуляцией, содержащее блок частотной демодуляции, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входами полосового фильтра и выделителя сигнала вещания, первый и второй фильтры нижних частот и демодулятор сигнала дополнительной информации, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены регулируемый усилитель и амплитудный детектор, выход полосового фильтра подключен к информационному входу регулируемого усилителя, выход которого соединен с входом демодулятора сигнала дополнительной информации, вход первого фильтра нижних частот подключен к выходу блока частотной демодуляции, а выход через последовательно соединенные амплитудный детектор и второй фильтр нижних частот подключен к управляющему входу регулируемого усилителя.