Декодирование стереосигналов

Отечественная система стереофонического радиовещания с полярной модуляцией изначально создавалась для упрощения разделения степеосигналов А и В в полярном детекторе с разнополярно включенными диодами.

В любом амплитудном детекторе максимум переходного затухания и минимум нелинейных искажений достигаются, если частота модулирующего сигнала намного меньше несущей частоты. В полярном детекторе верхняя модулирующая частота Fв и поднесущая ƒ_п соизмеримы (15 и 31,25 кГц). Поэтому даже при наличии различного рода цепей коррекции его параметры не являются достаточно высокими: коэффициент гармоник на частоте 1000 Гц равен 0,8...1,2%, переходное затухание 34 дБ. С повышением частоты оба параметра ухудшаются: на верхних частотах коэффициент гармоник возрастает до 2,2 %, переходное затухание падает до 20 дБ.

- 6 -

Поэтому детектирование по огибающей с помощью полярного детектора не нашло широкого применения.

А. Декодеры суммарно-разностного типа

Лучшими параметрами обладает декодер суммарно-разностного типа с предварительным разделением спектра на низкочастотную и надтональную части. Он применяется как в системе стереовещания пилот-тоном (Рис.8а), так и с полярной модуляцией (Рис.8б), с небольшими особенностями.

Рис.8. Декодер суммарно-разного типа с пилот-тоном (а) и полярной модуляцией (б).

Рассмотрим принцип работы стереодекодера для системы с пилот-тоном по структурной схеме, представленной на Рис.8а

КСС после предварительного усиления (У) поступает на систему из трех фильтров:

- фильтр низкой частоты (ФНЧ) Z1 с частотой среза 15 кГц выделяет тональную часть стереосигнала А + В;

- полосовой фильтр (ПФ) Z2 с полосой пропускания 23...53 кГц выделяет надтональную часть стереосигнала, т.е. поднесущую частоту 38 кГц, модулированную разностным сигналом А – В;

- колебательный контур (ПФ) Z3, настроенный на частоту 19 кГц выделяет пилот-тон.

Пилот-тон подается далее на устройство U1 формирования поднесущей. В нем находится генератор поднесущей 38 кГц, который синхронизируется удвоенным по частоте пилот-тоном. Сформированная поднесущая частота усиливается до необходимого уровня (порядка единиц вольт) и подается на синхронный детектор U2 вместе с надтональной частью КСС, выделенной фильтром Z2. На выходе синхронного детектора образуется разностный сигнал звуковых частот (А—В). Путем суммирования и вычитания его с суммарным сигналом (А+В) в матрице U3 образуются исходные сигналы А и В удвоенной амплитуды.

(А+В) + (А-В) = 2А

(А+В) – (А-В) = 2В

- 7 -

Разделенные сигналы стереопары с удвоенными амплитудами А и В поступают на RC-цепи компенсации НЧ-предыскажений, вводимых на передающей стороне для повышения помехозащищенности.

В стереодекодере суммарно-разностного типа с полярной модуляцией (Рис.8б) отсутствует генератор полностью подавленной в передатчике поднесущей частоты и узлы синхронизации его пилот-тоном. Вместо них комплексный стереофонический сигнал поступает в цепь восстановления частично подавленной поднесущей ВП и далее полосовым фильтром (ПФ) Z2 с граничными частотами 16,25 и 46,25 кГц из ПМК выделяется его надтональная часть, представляющая собой колебание, модулированное по амплитуде сигналом А–В. Это АМ колебание детектируется обычным амплитудным детектором (АД) U2.

Полученный в результате детектирования разностный сигнал А-В подается на один из входов суммарно-разностного преобразователя (СРП) U3, на второй вход которого поступает сигнал А+В с выхода фильтра нижних частот (ФНЧ) Z1.

(А+В) + (А-В) = 2А

(А+В) – (А-В) = 2В

С выходов СРП восстановленные сигналы стереопары с удвоенными амплитудами А и В поступают на цепи компенсации НЧ-предискажений.

К параметрам фильтров предъявляются довольно жесткие требования. Так, чтобы переходное затухание между каналами стереопары было не менее 40 дБ, АЧХ фильтров должны отличаться друг от друга не более чем на 1 %, а ФЧХ – не более чем на 0,5°. Изменение коэффициента передачи любого из трактов (суммарного или разностного) на 10 % сопровождается уменьшением переходного затухания до 217 дБ. Несмотря на столь жесткие требования, метод детектирования КСС с разделением спектра широко используется в серийных моделях стереоаппаратуры.

Наилучшими параметрами обладают ключевые стереодекодеры (Рис.9), работающие по принципу временного разделения стереоканалов А и В. Они устойчивы к перемодуляции, не вносят заметных нелинейных искажений, а главное, при соблюдений ряда условий, обеспечивают хорошее разделение каналов.

Рис.9. Декодер с переключением стереоканалов А и В.

Метод временного разделения каналов не требует обязательного преобразования КСС в ПМК, поэтому узел восстановления поднесущей частоты ВП может отсутствовать. Такой декодер пригоден для декодирования стереосигнала как в системе с полярной модуляцией, так и с пилот-тоном.

- 8 -

Основными узлами стереодекодера являются электронные коммутаторы ЭК1 и ЭК2, переключающие КСС с одного канала в другой с частотой поднесущей при помощи специальных коммутирующих импульсов (Рис.10, осц.1 и 2). Если замыкание ЭК1 в канал А будет совпадать с максимумами ПМК, а замыкание ЭК2 в канал В с его минимумами (рис.10, осц.3), то на выходах каналов (Рис.9, т.4 и 5) появятся последовательности импульсов заданной длительности, средние значения напряжений которых будут изменятся в соответствии с законом изменения верхней и нижней огибающих ПМК (рис.10, осц.4 и 5).

Рис.10. Осциллограммы в контрольных точках декодера с переключением стереоканалов.

Сложность декодирования ПМК этим методом заключается в том, что коммутирующие импульсы должны иметь длительность не больше 5...10 мкс. Только в этом случае амплитуда выходного напряжения ключей в момент их замыкания будет оставаться постоянной, что обеспечит получение высокого значения по переходному затуханию. Однако коэффициент передачи такой цепи оказывается очень низким. Для устранения этого недостатка дополнительно вводят цепи удлинения импульсов (запоминающие конденсаторы). С их помощью напряжение в точках 6 и 7 на Рис.9 поддерживается постоянным и равным мгновенному значению сигнала в момент его коммутации до прихода следующего коммутирующего импульса (Рис.10, осц.6 и 7).

Триггер Шмидта ТШгенерирует короткие управляющие импульсы в моменты прохождения положительных и отрицательных пиков КСС, которые в формирователе импульсов ФИ распределяются на два потока (Рис.9 т.1 и 2) для управления электронными коммутаторами ЭК1 и ЭК2.

В фильтрах низких частот ФНЧ подавляется поднесущая частота и её гармоники и выделяются стереосигналы А и В, которые проходят RC-цепи компенсации НЧ-предискажений, введенных на передающей стороне.

Из сказанного видно, что система с пилот-тоном отличается от отечественной большей сложностью выделения поднесущей, зато в нее изначально заложен более совершенный метод синхронного детектирования, что и определяет большие потенциальные возможности повышения качества. В системе с пилот-тоном не нужно корректировать искажения, вносимые контуром со стандартизованной добротностью. Нелинейных искажений сигнала при синхронном детектировании сигнала значительно меньше, поскольку, в отличие от амплитудного детектирования, здесь имеет место линейная операция преобразования частоты — перенос спектра сигнала из надтональной области в тональную. Меньше возникает и интермодуляционных искажений.

- 9 -