Способ стереофонического радиовещания и система для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H04H5/00 

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться для построения систем стереофонического радиовещания, работающих в режиме амплитудной модуляции, а также для осуществления стереофонического радиовещания в сетях многопрограммного проводного вещания.

Известен способ стереофонического радиовещания с разделением спектра зву- ковых сигналов на две частотные полосы и передаче их различными видами модуляции, а также система для его реализации.

Недостатком известного способа является широкий (теоретически бесконечный) спектр частот, занимаемый в эфире радиосигналом. Данный недостаток обуславливают существенные нелинейные искажения при приеме стереосигнала на монофонический приемник. Недостатком известной системы является чрезмерная сложность стереофонического приемника.

Известен способ стереофонического радиовещания, выбранный в качестве прототипа заявляемого способа, при котором несущий сигнал модулируют по фазе, по закону arctg(L-R), а затем по амплитуде, по закону 1+L+R, где L и R - звуковые CHI налы левого и правого стереоканалов.

Известная радиовещательная система, выбранная в качестве прототипа заявляемой системы, содержит радиопередающее устройство, включающее в себя суммарноСО

разностный преобразователь (СРП), первый перемножитель, первый вход которого соединен с разностным выходом СРП, второй вход которого соединен с выходом источника несущего сигнала, суммирующее устройство, первый вход которого соединен с выходом первого перемножителя, второй вход которого соединен с источником несущего сигнала через фазовращатель на 90°, ограничитель, первый вход которого соединен с выходом сумматора, а выход которого соединен с первым входом второго перемножителя, второй вход которого соединен с суммарным выходом СРП, а выход - с выходом устройства, и стереофоническое радиоприемное устройство, содержащее тракты высокой и промежуточной частот, СРП, причем первый вход СРП соединен с выходом тракта промежуточной частоты через амплитудный детектор, а второй вход СРП соединен с выходом тракта промежуточной частоты через схему выделения разностного сигнала.

Недостаток известного способа и устройства заключается в следующем. Отечественные радиоприемники согласно ГОСТ 5651-82 Устройства радиоприемные бытовые. Общие технические условия. имеют полосу частот фильтров промежуточной частоты 7 -- 9 кГц. В то же время даже при частоте передаваемого звукового сигнала равной 4 кГц, ширина спектра радиосигнала превышает 32 кГц. При этом спектр сигнала на выходе фильтра промежуточной частоты монофонических приемников окажется усеченным, из-за чего в огибающей радиосигнала возникнут нелинейные искажения. В результате не выполняется основное требование, предъявляемое к системе стереофонического вещания: требование совместимости с монофоническими приемниками. Кроме того, схема бытового стереофонического радиоприемного устройства является очень сложной, а следовательно, дорогой.

Цель изобретения состоит в обеспечении совместимости с монофоническими приемниками и упрощении стереоприемни- ков.

Поставленная цель достигается тем, что в способе стереофонического радиовещания, при котором при передаче суммируют и вычитают сигналы левого и правого стереоканалов Sn(t) и Sn(t), а при приеме осуществляют выделение суммарного сигнала методом амплитудного детектирования и его последующее сложение и вычитание с разностным сигналом, передаваемый радиосигнал модулируют по закону:

(О+б (У„+п{«)) cos WMrcig (V/) + Vv2-n(t) + G2( Vn-n(t)co3((ai + П)t + ardg (,H

(1)

где Q- ширина спектра стереофонического радиосигнала,

G - преобразование Гильберта, и - сиг- налы, определяемые из трансцендентных соотношений:

Олахсо

J- Te m Г /e-|u vUn(x)+62(V, + n(x))Jx(l«a.

л - Олахt-- то

-1+S(t)+Sn(t),® °- °Г е™ Г /e-|lixv vJ-n(x) + G2(V«-n(x)}dxldtt,

- Ј3,,,

-i+s.(t)-Sn(t)

(ч

а также удовлетворяющие условиям ограниченности спектра:

25 Опах , « ,

-J- Г еы Г /e- MdxIdft)2 Я- QnaxL- со

WWt),

(4)

со

1 bJ rb- «V«MWd.,in -Qnax L- со (t), (5)

где Qnax - максимальная частота спектра передаваемых звуковых сигналов левого и правого стереоканалов Sn и Sn, а при приеме производят дополнительную частотную фильтрацию и выделяют разностный сигнал

методом амплитудного детектирования. Поставленная цель достигается также тем, что в стереофонической системе, состоящей из радиоприемного устройства, содержащего тракт высокой и промежуточной частот (84ПЧ), первый амплитудный детектор, вход ко- торого через половосовой фильтр подключен к выходу тракта ВЧ-ПЧ, а также суммарно-разностный преобразователь (СРП), первый вход которого подключен к

выходу амплитудного детектора, и радиопередающего устройства, содержащего суммарно-разностный преобразователь, входы которого являются входами радиопередающего устройства, в радиоприемное устрой

ство введен дополнительный полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом тракта ВЧ-ПЧ, второй амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом дополнительного полосового фильтра, выход которого соединен со вторым входом СРП,

а также первый и второй фильтры нижних частот, входы которых соединены с суммарным и разностным выходами СРП, а выходы которых соединены с выходами радиоприемного устройства, а в радиопередающее устройство введен дополнительный сумматор, выход которого является выходом радиопередающего устройства, а первый и второй входы которого соединены с выходами СРП, через цепи, каждая из которых содержит усилитель, неинвертирующий вход которого соедине с выходом СРП, преобразователь Гильберта, вход которого соединен с выходом усилителя, делитель, первый и второй входы которого соединены с входом и выходом преобразователя Гильберта, первый и второй квадраторы, входы которых подключены к входу и выходу преобразователя Гильберта соответственно, сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго квадраторов, извлекатель квадратного корня, вход которого соединен с выходом сумматора, фильтр нижних частот, включенный между выходом извлекателя квадратного корня и инвертирующим входом усилителя, арктангенсный преобразователь, вход которого соединен с выходом делителя, генератор синусоидального напряжения, фазовый модулятор, первый вход которого подключен к выходу арктангенсного преобразователя, а второй - к выходу генератора синусоидального напряжения, амплитудный модулятор, первый вход которого соединен с выходом извлекателя квадратного корня, второй вход которого соединен с выходом фазового модулятора, а выход которого соединен с входом дополнительного сумматора.

На фиг. 1 изображен спектр радиосигнала вида (1); на фиг. 2 изображена структурная схема радиоприемного устройства: ка фиг. 3 изображена структурная схема радиоприемного устройства; на фиг. 4 изображены спектры стереофонического радиосигнала при подаче гармонического звукового сигнала на вход левого канала передатчика; на фиг. 5 изображены спектры сигналов на выходе левых каналов стереофонических радиоприемников.

Спектр радиосигнала вида (1) изображен на фиг. 1. Он состоит из двух разнесенных по частоте частей. Одна из этих частей соответствует первому слагаемому выражения (1), а другая - второму слагаемому выражения (1). Значение ширины спектра радиосигнала выбирается из условия:

(6)

где Опах - максимальная частота спектра передаваемого звукового сигнала. Исходя

из требования совместимости с монофоническими радиоприемниками, которые, как уже указывалось выше, имеют ширину полосы пропускания, равную 7... 9 кГц, значение Qможет быть выбрано равным 14 кГц. При

этом монофонический радиоприемник настраивается на нижнюю по частоте половину спектра, соответствующую первому слагаемому выражения (1). Огибающая этого первого слагаемого совместима с монофоническими приемниками: это следует из выражения (2). Поэтому возможен неискаженный прием стереосигнала на монофонический приемник.

На фиг. 2-3 обозначено:

1 - тракт высокой и промежуточной частот,

2, 3 - полосовые фильтры, 4,5- амплитудные детекторы,

6,9 - суммарно-разностные преобразо- ватели,

7,8, 20, 25 - фильтры нижних частот, 10,11 - усилители,

12, 13 - преобразователи Гильберта, 14, 15, 18, 19 - квадраторы, 16, 17-делители,

21,24, 34 -сумматоры,

22,23 - арктангенсные преобразователи,

26, 29 - извлекатели квадратного корня, 27, 28 - фазовые модуляторы,

30, 33 - амплитудные модуляторы,

31,32 - генераторы.

Стереофоническое радиоприемное устройство, схема которого изображена на фиг. 2, работает следующим образом.

С выхода тракта ВЧ-ПЧ 1 сигнал вида(1) поступает на полосовые фильтры 2 и 3. Полосы пропускания данных фильтров равняются Q/2 , а центральные частоты на- стройки фильтров сдвинуты друг относительно друга на Q/2 ; при этом на выходе одного полосового фильтра выделится сигнал

o..n(t)-vrvi+i.(t) + Gz(V,+n(t)) costatД,ГМ6(У«+(ОК ercta У.+нСО

W

а на выходе другого выделится сигнал

55

илп(0- Лгё-„(О + 07( V«-n(t)cos((u)4-Q)t-f- №№

),

Согласно выражениям (2) и (3), спектры огибающих сигналов (7) и (8), в интервале звуковых частот совпадают со спектрами сигналов Sfl(t)+Sn(t) и Sfl(t)Sn(t). В результате, после амплитудного детектирования и суммарно-разностного преобразования, на выходах стереоприемника будем иметь: 1М5лЙ+5пЮМ5лМ-5а(г))25л(г), (9) Un(Sn(t)+Sn(t)HSn(t)-Sn(t))2Sn(t). (10) Стереофоническое радиопередающее устройство, изображенное на фиг. 3, работает следующим образом. Звуковые сигна- лы левого и правого стереоканалов поступает на входы СРП 9. При этом на одном из выходов СРП 9 получается сигнал 1+Sfl(t)+Sn(t), а на другом 1+Sn(t)-Sn(t). Далее, рассмотрим работу верхнего /по схеме/ канала. При достаточно большом усилении усилителя 10, сигналы на его инвертирующем и неинвертирующем входах можно счи- тать равными между собой. Обозначим сигнал на выходе усилителя 10 P(t). Тогда на выходе преобразователя Гильберта 12 имеем сигнал - G(P(t)). На выходе извлекателя квадратного корня 26 -

Vn2

P2(t)+G2(P)(t)), на выходе ФНЧ °Г Г 7e- vw/P2(x)+G2(P(x)) ) , L-wJ

яг-dJ

- US,(t)+Sn(t).

(14

Из последнего соотношения следует, что функция P(t) удовлетворяет требованиям, налагаемым уравнением (2) на функцию Vntn(t), т.е.

P(t)(t)(12)

Следовательно, на выходе делителя 16 имеем сигнал

и

-0(Уя+п(0) Vn+n(t)

(13) 45

Условие (4) выполняется благодаря тому, что поступающие на входы усилителя 10 сигналы ограничены по спектру частотой Опах/ФНЧ 20 имеет частоту среза, равную Очах, а звуковой сигнал Sfl(t)+Sn(t) ограничен этой частотой по определению/.

С учетом (13), на высокочастотном входе амплитудного модулятора 30 сигнал будет имедь вид:

УФ cos ((о t - arctg

С(Ул+п(О)

Ул+п(О

-), (14)

5 0 5 0 5

0

5

0

5

CQ

gg

а на его выходе получим радиосигнал вида (7).

Отличие между верхним и нижним каналами состоит в том, что частота настройки генератора 32 нижнего канала выбирается равной со + Q, а преобразователь Гильберта верхнего канала осуществляет не прямое, а обратное преобразование Гильберта. С учетом этого, на выходе амплитудного модулятора нижнего канала получается сигнал вида (8). При этом, на выходе дополнительного сумматора 34 имеем сигнал вида (1).

На фиг. 4 изображены спектры сигналов в системе-прототипе /а/ и в заявляемой системе /6/ при подаче на вход левого канала стереопередатчиков сигнала Зл 0,5 cos2jr f/jt, где кГц. При этом принято, что в заявляемой системе кГц.

Спектр сигнала в заявляемой системе теоретически ограничен. Его симметричность, в данном случае, объясняется отсутствием правого стереосигнала на входе передатчика /т.е. 5л+5п 5л-5п и Ул+п Ул-п/.

Моделирование на ЭВМ показывает, что гармоники спектра стереофонического радиосигнала находятся в следующем соотношении /только для данной модели входных сигналов передатчика/: 0,933; 0,5; 0.066.

При приеме данной модели радиосигнала на изображенный на фиг. 2 стереоприем- ник произойдет следующее. Одним из полосовых фильтров будут выделены нижние /по частоте/ три гармоники, другим - три верхние. Огибающие сигналов на выходе полосовых фильтров будут одинаковыми исписываются выражением 1+0,5cos2тгтлТ. Поэтому на разностном выходе СРП 6 приемника, соответствующем правому каналу, будет нулевое напряжение, а на другом выходе приемника, соответствующем левому каналу-удвоенное напряжение передаваемого звукового сигнала левого канала.

На фиг. 5 приведены спектры сигналов на выходе левого канала стереоприемника прототипа /а/ и приемника заявляемой системы /б/, при приеме радиосигналов, спектры которых даны на фиг. 4. В прототипе спектр выходного сигнала приемника помимо полезной составляющей содержит бесконечное число паразитных гармоник. Вызвано это тем, что спектр радиосигнала в способе-прототипе бесконечен, а полоса пропускания полосового фильтра приемника конечна. Это приводит к нарушению закона модуляции сигнала на выходе полосового фильтра приемника и, соответственно, к появлению нелинейных искажений.

В заявляемом способе спектр радиосигнала теоретически ограничен и целиком проходит через фильтры приемника. Поэтому искажения сигнала на выходе сте- реоприемника теоретически полностью отсутствуют.

Еще одним преимуществом заявляемых способа и системы стереовещания перед прототипом, является теоретически полное отсутствие переходных искажений между стереоканалами. Обусловлено это тем, что в способе-прототипе усечение спектра радиосигнала в приемнике приводит к тому, что фазовая модуляция радиосигнала вызывает его паразитную амплитудную модуляцию на выходе полосового фильтра. В заявляемом техническом решении этот эффект отсутствует, так как отсутствует усечение спектра радиосигнала.

Формула изобретения

1. Способ стереофонического радиовещания, при котором при передаче суммируют и вычитают сигналы левого и правого стереоканалов Sn(t) и Sn(t), а при приеме осуществляют выделение суммарного сиг- нала методом амплитудного детектирования и его последующее сложение и вычитание с разностным сигналов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения совместимости с монофоническими прием- никамииупрощениястереоприемников, передаваемый радиосигнал модулируют по закону

«M-Vvi+,(O + G(V..|.,(t))co ewiwe ДУ +

VvJ-n(t)-fG2(V,-n(t)cosСы + П)t + аг«з G(j).

где Q- ширина спектра стереофонического радиосигнала;

G - преобразование Гильберта;

Vn+n и Vn-n - сигналы, определяемые из трасцендентных соотношений

J {Ч« ., Г /e-irx/ +n(«) + GJ(V.H-n(x)} dx

«-RM« L- соJ

da

2П

- H-Si(t)+Sn(t).

ЙПЮ

- J Г /e-|v v3-n(x) + GJ(V,-n(x)) dx JW 2я-Ямж L-

- 1+S,(t)-Sn(t)...

а также удовлетворяющие условиям ограниченности спектра:

Ол;

1 Ь4лзх ,,.

J- 1 /e-|WXV Hi(x)dxldu.

п - ОлахL- оо

5

10 15

20

25 30

35

40

45

)

50

55

VntflO), 1

волах

со

-J- I elu;t Г / e-tiOXV™(x)dxl da -QnaxL-«

Vfrn{t),

где Опах - максимальная частота спектра передаваемых звуковых сигналов левого и правого стереоканалов ЗлМ и Sn(t), а при приеме производят дополнительную частотную фильтрацию и выделяют разностной сигнал методом амплитудного детектирования.

2. Система для стереофонического радиовещания, состоящая из радиоприемного устройства, содержащего тракт высокой и промежуточной частот (ВЧ-ПЧ), первый амплитудный детектор, вход которого через полосовой фильтр подключен к выходу тракта ВЧ-ПЧ, атакже; суммарно-разностный преобразователь (СРП), первый вход которого подключен к выходу первого амплитудного детектора, и радиопередающего устройства, содержащего СРП, входы которого являются входами радиопередающего устройства, отличающаяся тем. что в радиоприемное устройство введен дополнительный полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом тракта ВЧ-ПЧ, второй амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом дополнительного полосового фильтра, выход которого соединен со вторым входом СРП, а также первый и второй фильтры нижних частот, входы которых соединены с сумматорным и разностным выходами СРП, а выходы которых соединены с выходами радиоприемного устройства, а в радиопередающее устройство введен дополнительный сумматор, выход которого являются выходом радиопередающего устройства, и первый и второй входы которого соединены с выходами СРП через цепи, каждая из которых содержит усилитель, неинвертирующий сход которого соединен с сыходом СРП, преобразователь Гильберта, вход которого соединен с выходом усилителя, делитель, первый и второй входы которого соединены с входом и выходом преобразователя Гильберта, первый и второй кзадраторы, входы которых подключены к входу и выходу преобразователя Гильберта соответственно, сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго квадраторов, извлекатель квадратного корпя, вход которого соединен с сыходом сумматора, фильтр нижних частот, включенный между выходом

извлекателя квадратного корня и инвертирующим входом усилителя, арктангенский преобразователь, вход которого соединен с выходом делителя, генератор синусоидального напряжения, фазовый модулятор, первый вход которого подключен к выходу арктангенского преобразователя, а второй

- к выходу генератора синусоидального напряжения, амплитудный модулятор, первый вход которого соединен с выходом извлекателя квадратного корня, второй вход которого соединен с выходом фазового модулятора, а выход которого соединен с входом дополнительного сумматора.

Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться для построения систем стереофонического радиовещания, работающих в режиме амплитудной модуляции, а также для осуществления стереофонического радиовещания в сетях многопрограммного проводного вещания. Цель изобретения - обеспечение совместима мости с монофоническими : рпемниками i упрощения стереогГриемииков. г I IOBUM в способе является то, что передаваемым сигнал модулируют по закону, отраженному в формуле изобретения. Устройство состоит из радиоприемного и радиопередающего устройства. Радиоприемное устройство содержит: 1 тракт высокой и промежуточной частоты В4-П4, 2 полосовых фильтра, 2 амплитудных детектора, 1 суммарно-разностный преобразователь и 2 фильтра нижних частот. Радиопередающее устройство содержит: 1 суммарно-разностный преобразователь, 2 усилителя, 2 преобразователя Гильберта, 4 квадратора, 2 фильтра нижних частот, 3 сумматора, 2 делителя, 2 арктон- генсных преобразователя, 2 извлекателя квадратного корня, 2 фазовых модулятора, 2 амплитудных модулятора, 2 генератора. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. сл

SH

Put.

Риг. 2

$л о- $п

/}(1

J-/7

о-,л6 го- 60. -М-too

-W

-К

-ff

Редактор

Составитель С. Чекчеев Техред М.Моргентал

Фиг S

Корректор 3. С ал ко