Стереофоническое вещание с полярной модуляцией (OIRT)

Стереофоническое вещание.

Способы организации стереофонического радиовещания

Выбор системы стереофонического радиовещания определяется теми техническими требованиями, которым она должна удовлетворять. В частности, необходимо обеспечить прямую и обратную совместимости и минимальное по сравнению с моноприемом уменьшение зоны уверенного стереоприема.

Прямая совместимость заключается в предоставлении радиослушателю возможности принимать стереофоническую передачу на обычный монофонический радиоприемник (естественно, в моноварианте), а обратная – в приеме на стереофонический приемник обычной передачи без потерь качества, но, конечно, без стереофонического эффекта.

Кроме того система должна допускать возможность использования для стереофонического вещания уже установленных моновещательных ЧМ передатчиков путем добавления к ним необходимой модулирующей аппаратуры. Это требование обусловлено экономическими соображениями, так как на момент внедрения стереовещания уже использовалось большое число моно-ЧМ передатчиков.

В мире существует два способа организации стереофонического радиовещания:

1. По принципу полярной модуляции (СНГ).

2. С помощью пилот-сигнала (США, Европа).

Стереофоническое вещание с полярной модуляцией (OIRT)

Стереофоническое вещание у нас в стране ведется по системе с так называемой полярной модуляцией. Идея полярной модуляции понятна из Рис.1а, на котором положительные полупериоды колебаний модулированы по амплитуде одним сигналом, а отрицательные полупериоды – другим. Поэтому верхняя и нижняя огибающие полярно-модулированного колебания (ПМК) несут два вида информации – от левого (А) и от правого (В) микрофонов.

Спектральный анализ ПМК показывает, что в его спектре содержатся звуковые частоты F_А, F_B (Рис.1б), вследствие чего такой сигнал не может непосредственно излучаться антенной передатчика. Поэтому полярно-модулированным сигналом модулируют по частоте несущую УКВ передатчика.

Рис.1. Принцип полярной модуляции (а) и спектр ПМК (б) при модуляцией двумя частотами.

Сам же полярно-модулированный сигнал (ПМК) формируется следующим образом.

На первом этапе для повышения помехозащищенности звуковых сигналов А и В в области верхних частот, где уровень спектральных составляющих существенно меньше, чем на средних частотах, они подвергаются частотным предискажениям. Для этого используются RC-цепи с постоянной времени t = R·C = 50 мкс (Рис.2а). Они позволяют поднять уровень верхних звуковых частот на 13,6 дБ, как показано на Рис.2б.

- 2 -

В приемнике необходимо будет выполнить обратную коррекцию RC-цепью, показанной на Рис.2в, т.е восстановить соотношения между составляющими спектра стереосигнала (Рис.2г).

Рис. 2. RC-цепи вводимых предискажений (а) и её АЧХ (б),

RC-цепи обратной коррекции (в), и её АЧХ (г).

Известно, что монофонический приемник может воспроизвести только звуковую часть спектра ПМК, поэтому, если в области звуковых частот передавать только сигнал А (или В), звучание будет неполноценным, поскольку содержит информацию только о левом (или правом) источнике сигналов. Чтобы удовлетворить требованию совместимости, в полосе звуковых частот передается сумма сигналов А+В – так называемый тональный сигнал, а разностным сигналом А–В в диапазоне ультразвуковых частот модулируют специальную поднесущую ƒ_П (Рис.3а), образуя надтональный сигнал.

Поднесущую частоту ƒ_П выбирают из условия, чтобы она превышала максимальную частоту модуляции не менее чем в два раза. При верхней частоте модуляции равной F_В = 15000 Гц, поднесущая частота должна быть не менее 30 кГц. В отечественной системе стереофонического вещания поднесущая частота выбрана удвоенной строчной частоте в телевидении равной ƒ_П = 2·ƒ_СТР = 31,25 кГц. Это уменьшает взаимное влияние телевизионных и радиоприемных устройств друг на друга. Таким образом спектр надтональной части ПМК будет заниметь участок частот от 31,25 – 15 = 16,25 до 31,25 + 15 = 46,25 кГц (Рис.3а).

Рис. 3. Спектр полярно-модулированного сигнала (а) и комплексного стереосигнала (б)

- 3 -

Прежде чем промодулировать несущую частоту ƒ₀ ЧМ-передатчика, необходимо подвергнуть ПМК дополнительной обработке. Необходимость в этом обусловлена тем, что по действующим стандартам максимальная девиация частоты передатчика ограничена значением ∆ƒ = ±50 кГц как в моно–, так и в стереорежиме. Поэтому при модуляции несущей частоты полярно-модулированным колебанием значительная часть девиации несущей (более 50%) приходится на передачу поднесущей. Это приведет к тому, что прием стереофонической передачи на обычный приемник будет производиться с уменьшением громкости (на 7 дБ) по сравнению с громкостью обычной монофонической передачи.

Для устранения этого недостатка в полярном модуляторе производится частичное подавление поднесущей частоты, то есть уменьшение ее амплитуды в 5 раз (14 дБ). В этом случае обеспечивается почти полная совместимость: уменьшение громкости приема стереопередачи по сравнению с монофонической программой составляет 2 дБ, что почти не заметно для человеческого слуха. Чаще всего поднесущая подавляется режекторным фильтром в виде одиночного колебательного контура с добротностью равной Q = 100 (Рис.4а). Его АЧХ показана на Рис.4б.

Такой сигнал называется комплексным стереосигналом (КСС) (Рис.3б).

В приемнике необходимо будет выполнить обратное восстановление поднесущей колебательным контуром с аналогичными параметрами: Q = 100 (Рис.4в) и АЧХ (Рис.4г), настроенным на поднесущую частоту ƒ_П = 31,25 кГц.

Рис. 4. Частичное подавление поднесущей на передающей стороне (а), (б) и восстановление поднесущей частоты в приемнике (в), (г).

Структурная схема передающего тракта отечественной системы стереофонического радиовещания приведена на Рис.5.

Стереосигналы А и В проходят RC-цепи низкочастотных предискажений, где подымаются верхние звуковые частоты для повышения помехоустойчивости и подаются на суммарно-разностный преобразователь СРП. Сформированный суммарный сигнал А + В непосредственно подается на сумматор, а разностный сигнал А – В в полярном модуляторе ПМ модулирует поднесущую частоту, которая вырабатывается в специальном генератоа ГПЧ. Полученная надтональная часть стереосигнала складывается в сумматоре с тональным сигналом А + В и на его выходе образуются полярно-модулированные колебания ПМК. Пройдя цепи подавления поднесущей ЦПП полярно-модулированные колебания преобразуются в комплексный стереосигнал КСС, которым можно модулировать несущую частоту ƒ₀ ЧМ-модулятора для излучения ЧМ-сигнала в эфир.

- 4 -

Рис.5. Структурная схема передающего тракта системы стереофонического радиовещания с полярной модуляцией