Способ стереофонического радиовещания и система для его осуществления
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 арктонгенсных преобразователя, 2 извлекателя квадратного корня, 2 фазовых модулятора, 2 амплитудных модулятора, 2 генератора. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. сл
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е (21) 4890925/09 (22) 16.11.90 . (46) 15.11.92. Бюл. %42 (75) С.А.Чекчеев (56) Temarlnac M., Markovlc А. and 2ЛчКоч! cDrun)a„MF-AM Stereo Broadcasting The Cheice of Modulation. -1ЕЕЕ Trans on broad. — Mar. 1989 — Voh 35, р. 79-87. (54) СПОСОБ СТЕРЕОФОНИЧЕСКОГО РАДИОВЕЩАНИЯ И СИСТЕМАДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться для построения систем . стереофонического радиовещзния, работающих в режиме амплитудной лодуляции, а также для осуществления стереофонического радиовещания в сетях многопрограммного проводного вещания. Цель изобретения — обеспечение совместиИзобретение 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 звуковых 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 обуславлива„, ЯХ„„1775867 Al масти с монофоническими;:рием н.хами упрощения стереоприемников. г. Новым в cnocobe является то, что передаваемый сигнал модулируют по закону, отраженному в формуле изобретения. Устройство состоит из радиоприемного и радиопередающего устройства. Радиоприе лное устройство содержит: 1 тракт высокой и промежуточной частоты В4 — П4, 2 паласовых 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 арктангенсных преобразователя, 2 иэвлекателя квадратного корня, 2 фазовых модулятора, 2 амплитудных модулятора, 2 генератора. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. ют существенные нелинейные искажения при приеме стереосигнала на монофонический приемник. Недостатком известной системы является черезмерная 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 па амплитуде, па закону 1+l +R, где L и 8 — звуковые сигналы левого и правого стереоканалов, Известная радиовещательная система, выбранная в качестве прототипа заявляемой системы, содержит радиопередающее. устройство, включающее в себя суммарно1775867 С0 г с„,„ (1+S<{t)+S {t) 2 с - Аах - сс - 1+$,{t)-Sx{t) 30 40 50 рэзностный 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 фэзовращатель на 90О, 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 рэзностного 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 стереоприемников. 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: 25 с{ )» V„y„(t)+Gt(V„i„(t)) совatt а сщ + 6 V„i„ t Vx с (t) + G (Чх — и (t)ñîç {{ttt+ È) 1 +tttt Ù ) где Я- ширина спектра стереофонического радиосигнала, G — преобразование Гильберта, и — сигналы, определяемые из трансцендентных соотношений:,4 .1-, (х ) + Gt (Чх + с (х ) ) d х) 4 В V3-x(x)+G (Чх-с(х)) d X) deut* а также удовлетворяющие условиям ограниченности спектра: „(е " ) f е х х чл+п(х)бх! 0 в= ь4пах . — СО = Vn+n(t), (4) e f e V1t-tt(X)dXI ба= 3Х вЂ” СО = ч л-п(т), (5) где Qmax — максимальная частота спектра передаваемых звуковых сигналов левого и правого стереоканалов $л и $л, 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(ВЧПЧ), первый амплитудный детектор, вход которого 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 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, 1775867 на фиг. 4 изображены спектры стерео- 45 фонического радиосигнала при пода50 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 соединев 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, иэвлекатель квадратного корня, вход которого соединен с выходом сумматора, фильтр нижних частот, включенный между выходом извлекателя квадратного корня и ичвертирующим 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; на фиг. 3 изображена структурная схема радиоприемного устройства; че 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: Й= 2 Qnax (6) univ(t) Vä+в(t)+G (Vs+в(t)) eosetЯд+в t ) - erctg t а на выходе другого выделится сигнал urn(t) Ч - (t)+G (VVs- ()cos((co+а)t+ где Ятах — максимальная частота спектра передаваемого звукового сигнала. Исходя из требования совместимости с монофоническими радиоприемниками, которые, как уже указывалось выше, имеют ширину поло- сы пропускания, равную 7 ... 9 кГц, значение сможет быть выбрано равным 14 кГц. При этом монофонический радиоприемник настраивается на нижнюю по частоте половину спектра, соответствующую первому слагаемому выражения (1). Огибающая зтого первого слагаемого совместима с монофоническими приемниками: зто следует иэ выражения (2), Поэтому возл1ожен 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 преобразователи, 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 паласовые фильтры 2 и 3. Полосы пропускания данных фильтров равняются Й/2, а центральные частоты настройки фильтров сдвинуты друг относительно друга на Q/2; при этом на выходе одного полосового фильтра выделится сигнал 1775867 Р (т)+62(Р) (1)), на выходе ФНЧ— -6 (V, +,(t)) (1 3) 45 Чл+и (т) спектры которых даны нэ фиг. 4. В прототипе спектр выходного сигнала приемника по50 мимо полезной составляющей содержит Согласно выражениям (2) и (3), спектры огибающих сигналов (7) и (8), в интервале звуковых частот совпадают со спектрами сигналов Sn(t)+Sp(t) и Sn(t) — Яп(т). В результате. после амплитудного детектирования и суммарно-разностного преобразования, на выходах стереоприемника будем иметь: Ол=(Ял(ф Яп(1))+(Ял() Яа())=2$л(1), (9) Оп=(Ял()+Яп()НЯл() Яп())=2$п(). (10) Стереофоническое радиопередающее устройство, изображенное на фиг. 3, работает следующим образом. Звуковые сигналы левого и правого стереоканалов поступает на входы СРП 9. При этом на одном из выходов СРП 9 получается сигнал 1+Sn(t)+$11(t), а На ДРУГОМ 1+Яп(С) — Sn(t). ДаЛЕЕ, рассмотрим работу верхнего /по схеме/ канала. При достаточно большом усилении усилителя 10, сигналы íà его инвертирующем и неинвертирующем входах можно считать равными между собой. Обозначим сигнал на выходе усилителя 10 P(t). Тогда на выходе преобразователя Гильберта 12 имеем сигнал — 6{Р(т)). На выходе извлекателя квадратного корня 26— 1 (Н Ч ((q-1 P(x)+6 (P(x)) dx) dc 2Л-ц i-e) 1+$л(1)+86ъ(1). (1 1) Из последнего соотношения следует, что функция P(t) удовлетворяет требованиям, налагаемым уравнением (2) на функцию Vn+n(t), т.е. Р(1)=Чл+п(1) (12) Следовательно, на выходе делителя 16 имеем сигнал Условие (4) выполняется благодаря тому, что поступающие на входы усилителя 10 сигналы ограниченЫ по спектру частотой Qnax/ФНЧ 20 имеет частоту среза, равную *@пах, а ЗВУКОВОЙ СИГНаЛ Sn(t)+$11(t) ОГРаНИЧЕН этой частотой по определению/, С учетом (13), на высокочастотном входе амплитудного модулятора 30 сигнал будет иметь вид: аф - cos {со t - arctg ), (14) Чл+п(т) 5 35 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 в + 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 /б/ при подаче на вход левого канала стереопередатчиков сигнала $л= 0,5 созга fnt, где 4=4 кГц. При этом принято, что в заявляемой системе 9=24 кГц. Спектр сигнала в заявляемой системе теоретически ограничен. его симметричность, в данном случае, объясняется отсутствием правого стереосигнала на входе ПЕрЕдатЧИКа lт.Е. Ял+Яп=Sn — Sn И Vn+11-Vn-и/. Моделирование на 3ВМ показывает, что гармоники спектра стереофонического радиосигнала находятся в следу(ощем соотношении /только для данной модели входных сигналов передатчика/: 0,933; 0,5; 0,066. При приеме данной модели радиосигнала на изображенный на фиг. 2 стереоприемник произойдет следующее. Одним из полосовых фильтров будут выделены нижние /по частоте/ три гармоники, другим— три верхние. Огибающие сигналов на выходе полосовых фильтров будут одинаковыми и описываются выражением 1+0,5cos2 zt fnt. 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, 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. 1775867 В заявляемом способе спектр радиосигнала теоретически ограничен и целиком проходит через фильтры приемника. Поэтому искажения сигнала на выходе стереоприемника теоретически полностью 5 отсутствуют. Еще одним преимуществом заявляемых способа и системы стереовещания перед прототипом, является теоретически полное отсутствие переходных искажений между 10 стереоканалами. Обусловлено это тем, что н способе-прототипе усечение спектра радиосигнала в приемнике приводит к тому, что фазовая модуляция радиосигнала вызывает его паразитну)о амплитудную модуляци)а на 15 выходе полосового фильтра. B заявляемом техническом решении этот эффект отсутствует, так как отсутствует усечение спектра радиосигнала. Формула изобретения 20 1. Способ стереофонического радиовещания, при котором при передаче суммируют и вычитают сигналы левога и правого стереоканалов S„(t) и S„(t), а при приеме осуществляют выделение суммарного сиг- 25 нала методам амплитудного детектирования и его последующее сложение и вычитание с разностным сигналов, о т л ич а ю шийся тем, чта, с целью обеспечения совместимости с монофоническими прием- 30 никами и упрощения стереоп риемников, передаваемый радиосигнал мадулируют па закону u(t)» yp+n(t)+G (Уп+п(с)) сопжагид + G yn+n t Уп+и (I) И вЂ”.{)+ч {ч.—.{ ) В+п)t+ ч-ч-" =-"-ч- Ц1 п п Г Гп-) и 4+„(x)+G (y.+,(х)) dx)d Р) y„-п(х)+Я (Чп -п(х)) б х) dt s= - 1+ST(t)+S n(t). 1+Sn(t)-Sn(t) 55 а также удовлетворяющие условиям ограниченности спектра: где 0- ширина спектра стереофонического 40 радиосигнала; G — преобразование Гильберта; Чл+л И VII-п — СИГНаЛЫ, ОПрЕдЕЛяЕМЫЕ ИЗ трасцендентных соотношений 45 е " 3 j е " V+x)dxl бв= Vnn(),! м Г j АХЧ (x)dxl б = Чл-n(t) где Я х — максимальная частота спектра передаваемых звуковых сигналов левого и правого стереоканалов Sл(t) и S>(t), а при приеме производятдопалнительную частотную фильтрацию и выделяют разностнай сигнал методом амплитудного детектиропания. 2. Система для стереофонического радиовещания, состоящая из радиаприемнага устройства, содержащего тракт высокой и промежуточной частот (БЧ-ПЧ), первый амплитудный детектор, нход котарага через паласовой фильтр подключен к выходу тракта БЧ-ПЧ, атакже: суммарно-разностный преобразователь (СРП), первый вход которого подключен к выходу первого амплитудного детектора, и радиапередающего устройства, сбдержащего СРП, входы которого являются нхадами радиопередающего устройства, о тл и ч а ю щ а я с я тем, чта в радиоприемное устройство введен дополнительный паласовой фильтр, вход которого соединен с выходом тракта ВЧ-ПЧ, второй амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом дополнительного полосонаго фильтра, выход которого соединен со вторым входом СРП, а также первый и второй фильтры нижних частот, входы которых соединены с сумматорным и разнастным ныходами СРЛ, а ныходы которых соединены с выходами радиаприемнага устройства, а в радиопередающее устройство введен дополнительный сумматор, выход которого являются выходом радиапередающега устройства, и первый и второй входы которого соединены с выходами СРП через цепи, каждая из которых содержит усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с сыходом СРП, преобразователь Гильберта, вход которого соединен с выходам усилителя, делитель, первый и второй входы которого соединены с входом и выходом преабразанателя Гильберта, первый и второй кнадратары, входы которых подключены к входу и выходу преобразователя Гильберта соотнетствегп а, сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго кнадраторав, извлекатель квадратного корня, вход которого соединен с выходам сумматора, фильтр нижних частот, Включенный между выходом 1775867 S() Л-Л ЛР ZSe извлекателя квадратного корня и инвертирующим входом усилителя, арктангенский преобразователь, вход которого соединен с выходом делител г, генератор синусоидального напряжения, фазовый модулятор, пер- 5 вый 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. 1775867 -г -го -80.t0 Редактор Заказ 4042 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинзт "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 д) Составитель С. Чекчеев Техред М.Моргентал Корректор 3. Салко
