Размещено на http://allbest.ru

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ЗВ'ЯЗКУ ім. О.С. Попова

УДК 621.396.97:621.969.975.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЇ СИСТЕМИ СИНХРОННОГО СТЕРЕОФОНІЧНОГО РАДІОМОВЛЕННЯ

З ПІЛОТ-ТОНОМ

Спеціальність 05.12.17 - радіотехнічні і телевізійні системи

Виходець Олександр Анатолійович

Одеса - 2010

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Одеській національній академії зв'язку ім. О.С. Попова Державної адміністрації зв'язку.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Ошаровська Олена Володимирівна, Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова Міністерства транспорту та зв'язку України, доцент кафедри телебачення та радіомовлення

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Балашов Віталій Олександрович, Державне підприємство Одеський науково-дослідний інститут зв'язку, Міністерства транспорту та зв'язку України, директор

кандидат технічних наук, доцент Лапін Володимир Панасович, Державне підприємство - Український науково-дослідний інститут радіо та телебачення, Міністерства транспорту та зв'язку України, начальник відділу радіочастот

Захист відбудеться „8” жовтня 2010 року о 12.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.816.01 в Одеській національній академії зв'язку ім. О.С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Ковальська, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Ковальська, 1.

Автореферат розіслано "6" вересня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої радиЄ.В. Васіліу

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Враховуючи , що ще недостатньо даних про переваги тієї чи іншої системи цифрового радіомовлення, що їх розробляють для роботи в діапазоні 87,5108 МГц, переважна більшість країн Європи ще принаймні протягом 10-15 років має намір продовжити використання аналогової системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном. Цьому сприяє хороша якість стереофонічного звуковідтворення, великий вибір недорогих приймачів і розвинена передавальна мережа. У зв'язку з цим, актуальним є подальше підвищення якості стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном.

У різні роки минулого століття в вирішенні цієї проблеми внесли значний вклад проф. Кононович Л.М., проф. Єфімов А.П., проф. Горон Є.І., проф. Гітліц М.В. В останні роки значний внесок у дослідження якості стереофонічного звуковідтворення і стереофонічного радіомовлення вносять проф. Ковалгін Ю.А., проф. Виходець А.В.

Стереофонічний ефект і його якість є основою системи стереофонічного радіомовлення, тому має місце нагальна необхідність проведення подальших досліджень з встановлення необхідних захисних відношень за радіочастотою, що забезпечували би високу якість стереофонічного радіоприймання.

Одним з найважливіших параметрів системи стереофонічного радіомовлення є відношення сигналу до шуму. Пропоновані методи направлені на збільшення цього відношення виявилися складеними в експлуатації і не були реалізовані на практиці. Необхідно подальше проведення досліджень зі збільшення відношення сигналу до шуму в системі стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном, що дозволить збільшити зону покриття стереофонічним мовленням.

Розв'язанням проблеми раціонального використання частотного ресурсу в діапазоні 87,5108 МГц в умовах дефіциту частот може бути тільки реалізація синхронного режиму роботи. Така побудова передавальної мережі є надійним способом багатократного використання частотних каналів. Синхронні передавальні мережі в діапазоні ОВЧ вже широко застосовуються у США та у Європі.

Значний внесок у дослідження якості радіоприймання в мережах синхронного радіомовлення внесли проф. Пірогов А.А., Тімофеєва Г.Я., Санкин Н.М., Кузнєцова О.С., Ганжа С.М. У роботах цих спеціалістів проведено дослідження нелінійних спотворень і здобуто значення необхідних захисних відношень за радіочастотою, визначених з урахуванням цих спотворень.

Проте за чималого обсягу проведених досліджень для визначення необхідних захисних відношень за радіочастотою практично не досліджено якість стереофонічного радіоприйому в синхронних мережах ДВЧ-ЧМ передавачів. стереофонічний радіомовлення сигнал шум

Разом з значними теоретичними дослідженнями наявна необхідність виконання об'єктивних експериментальних досліджень на діючій мережі синхронних ДВЧ-ЧМ передавачів з метою дослідження погіршення стереоефекту при радіоприйманні сигналів стереопари. На підставі отриманих об'єктивних даних можна уточнити значення захисних відношень за радіочастотою, що отримані при теоретичних дослідженнях.

Подальшому поліпшенню якості стереофонічного радіомовлення може сприяти ущільнення складеного стереофонічного сигналу з пілот-тоном цифровими сигналами, що дозволить реалізувати передавання ще однієї високоякісної стереофонічної програми.

Така система, яку можна назвати гібридною, дозволить здійснити перехід від аналогового до цифрового радіомовлення еволюційним шляхом. За гібридної аналого-цифрової системи радіомовлення одночасно передають програми в аналоговому і цифровому форматі.

На даний час знайшли застосування декілька гібридних систем цифрового радіомовлення, розроблених для використання в діапазоні 87,5108 МГц. Кожна з цих систем має низку особливостей, які розглянуто в роботі.

У даній роботі представлено результати досліджень запропонованої автором гібридної системи цифрового мовлення, вільної від низки недоліків вищезазначених систем.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні результати роботи отримано в процесі виконання науково-дослідних робіт, які проводилися в Державному підприємстві Український науково-дослідний інститут радіо і телебачення за темами: ”Порівнювальний аналіз систем цифрового радіомовлення в діапазоні ДВЧ з метою визначення систем цифрового мовлення для України” № РК 0108U003010, ”Проведення польових випробувань мережі синхронного ДВЧ-ЧМ мовлення з метою визначення перехідних завад” та в Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова при підготовці двох патентів України на винохід: № 40446 і 418806 та 2-х вкладів України в МСЕ-Р: 6A/92-E і 6A/275-E.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи ? удосконалення системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном шляхом використання методу односмугової модуляції для передавання різницевого сигналу.

Завдання дослідження:

1. Провести дослідження нової удосконаленої системи стереофонічного радіомовлення при передаванні різницевих сигналів методом односмугової модуляції, що дозволяє звільнити частину спектра складеного стереофонічного сигналу (ССС) для передавання цифрових сигналів.

2. Провести дослідження перехідних і нелінійних спотворень радіосигналу в синхронній ЧМ передавальній мережі, що дозволяє визначити зону спотворень при радіоприйманні аналогових сигналів системи стереофонічного радіомовлення

3. Розробити новий метод вимірювання, перехідних спотворень у польових умовах, що дозволить уточнити протяжність зони спотворень і захисних відношень за радіочастотою, отриманих в результаті теоретичних досліджень.

4. Визначити параметри нової гібридної аналого-цифрової системи ЧМ/ОБС/DRM, розміщеної у спектрі складеного стереофонічного сигналу системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном, що дозволить збільшити інформаційну ємність ДВЧ-ЧМ мовлення.

5. Провести дослідження особливостей роботи гібридних аналого-цифрових систем радіомовлення у синхронному режимі й аналіз виникаючих при цьому спотворень.

Об'єкт дослідження - процеси оброблення й приймання сигналів удосконаленої системи стереофонічного мовлення з односмуговою модуляцією різницевого сигналу.

Предмет дослідження - методи побудови нової гібридної аналого-цифрової системи синхронного стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном.

Методи дослідження: математичний аналіз, математична статистика, моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів складається в визначенні методів, спрямованих на побудову і дослідження гібридної аналого-цифрової системи стереофонічного мовлення з пілот-тоном. Найбільш суттєвими результатами, що визначають наукову новизну дослідження отримані особисто автором, полягають у наступному:

Вперше

? запропоновано принцип побудови нової удосконаленої системи стереофонічного радіомовлення з односмуговою модуляцією в каналі різницевого сигналу.

? розроблено і досліджено нову гібридну систему аналого-цифрового звукового радіомовлення ЧМ/ОБС/DRM, в якій цифровий DRM сигнал передається у верхній боковій смузі спектру складеного стереофонічного сигналу системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном, а аналоговий різницевий сигнал передається у нижній боковій смузі.

? розроблено новий метод вимірювань перехідних спотворень між стереоканалами у мережі синхронного ДВЧ-ЧМ радіомовлення, що дозволило в процесі випробувань у польових умовах отримати дані, що уточнюють отримані розрахунковим шляхом значення захисних відношень.

Удосконалено:

? метод вимірювань нелінійних спотворень сигналів, що їх приймають в синхронній мережі аналогових стереофонічних передавачів.

Дістало подальшого розвитку:

? метод оцінки частотних спотворень цифрових сигналів в синхронній мережі передавачів системи DRM.

Практичне значення отриманих результатів. 1. Впровадження нової удосконаленої системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном дозволить забезпечити можливість побудови на її основі нової гібридної аналого-цифрової системи стереофонічного мовлення зі зниженим рівнем шумів в каналі різницевого сигналу (патент України на корисну модель №40446).

2. Результати проведених досліджень дозволили встановити характер і значення перехідних і нелінійних спотворень при радіоприйманні сигналів стереофонічної системи радіомовлення з пілот-тоном і одержати попередні дані необхідних захисних відношень за радіочастотою.

3. Розроблено нову методику визначення перехідних загасань між стереоканалами і нелінійних спотворень при радіоприоприйманні в мережі синхронних ДВЧ-ЧМ передавачів (акт впровадження УНДІРТ від 07.06.2010, патент України на корисну модель №40480, вклад до МСЕ-Р 6A/275-E ).

4. Встановлено, що значення захисних відношень, отриманих в процесі проведених вимірювань в мережі синхронного ДВЧ-ЧМ мовлення не мають універсального характеру і належать до конкретних ділянок території між синхронними ДВЧ-ЧМ передавачами (акт впровадження УНДІРТ від 07.06.2010).

5. Запропоновано нову гібридну систему цифрового звукового ДВЧ-ЧМ радіомовлення, що дозволяє одночасно передавати дві стереофонічні програми й декілька інформаційних або одну стереофонічну аналогову і дві монофонічні цифрові програми (вклад до МСЕ-Р 6A/92-E).

6. Визначено параметри цифрового каналу нової гібридної системи аналого-цифрового радіомовлення ЧМ/ОБС/DRM (акт впровадження УНДІРТ від 07.06.2010).

Особистий внесок здобувача: Постановка і проведення наукових досліджень, представлених в дисертації, належать авторові.

Особистий вклад здобувача в сумісних публікаціях полягає у наступному. В роботі [4] проведено аналіз спотворень сигналів при роботі цифрових станцій в синхронній мережі. В роботі [6] запропоновано спосіб аналого-цифрового радіомовлення у діапазоні ДВЧ. В роботі [7] запропоновано спосіб визначення ділянки тракту синхронного радіомовлення з підвищеними перехідними спотвореннями. В роботах [5,11] запропонована і розроблена нова аналого-цифрова гібридна система радіомовлення ЧМ/ОБС/DRM. В роботі [8] проведено аналіз спотворень в сумісній системі стереофонічного мовлення. Аналіз роботи гібридної системи FMeXtra проведено в роботі [9]. В роботі [10] запропонована нова методика визначення нелінійних і перехідних спотворень.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні і практичні результати роботи були обговоренні і схваленні на міжнародних науково-технічних конференціях: “Технології цифрового мовлення: стратегія впровадження“ Одеса, 2008, 2009, 2010, “Нові технології у ТБ мовленні“ Київ, 2009, 64-а науково-технічна конференція ОНАЗ ім. О.С.Попова, Одеса, 2009, на семінарах кафедри ТБ і РВ ОНАЗ ім. О.С. Попова, Одеса 2009.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових робіт, з них 5 наукових робіт у виданнях, що входять до переліку ВАК (3 - одноосібно), патенти України на корисну модель (№ 40446) і (№ 41880), внески в МСЕ-Р: 6A/92-E і 6A/275-E; зроблено 4 доповіді на науково-технічних конференціях (3 - одноосібно). Всього самостійних публікацій 4.

Обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків та чотирьох додатків. Загальний об'єм основного змісту складає 120 сторінок друкарського тексту, 29 сторінок включають рисунки і графіки, 18 сторінок складають додатки і 10 сторінок - список використовуваних джерел, що містить 110 найменувань.

ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність вирішуваних питань, сформульовано мету роботи і завдання дослідження.

У першому розділі «Огляд результатів досліджень гібридних аналого-цифрових систем і спотворень сигналів синхронного стереофонічного радіомовлення» розглянуто результати проведених раніше досліджень спотворень стереоефекту і шуму в різницевому каналі системи стереофонічного радіомовлення. Показано, що пропоновані способи поліпшення відношення сигнал/шум не отримали розповсюдження.

Розглянуто результати дослідження лінійних і нелінійних спотворень стереофонічного сумарного сигналу при радіоприйманні в мережі синхронного радіомовлення. Аналіз цих спотворень показує, що основною причиною появи цих спотворень є часова затримка радіосигналів синхронних передавачів, що надходять до точки прийому.

Дано огляд гібридних аналого-цифрових систем радіомовлення, при формуванні яких використовується спектр складеного стереофонічного сигналу (ССС) системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном. Розглянуто недоліки цих систем.

Поставлено завдання з розробки гібридної аналого-цифрової системи радіомовлення, вільної від недоліків розглянутих систем.

У другому розділі „Удосконалена система стереофонічного ДВЧ-ЧМ радіомовлення з пілот-тоном” розглядається спосіб побудови системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном, в якій різницевий сигнал у спектрі складеного стереофонічного сигналу ССС передається за допомогою односмугової модуляції, що дозволяє звільнити частину спектра ССС для передачі цифрових сигналів й знизити рівень шумів у різницевому каналі. Оскільки в сучасних стереофонічних приймачах різницевий сигнал виділяється на виході синхронного детектора, радіоприймання сигналів пропонованої системи буде здійснюватися без додаткових спотворень.

Відношення напруги шуму в каналі S до напруги шуму в каналі М

= _п).(1)

Підставляючи у виразі (1) = 7510-⁶ c, _п = 23810³ рад/с, _в = 21510³ рад/с для 100% девіації, отримаємо збільшення напруги шуму в каналі S по відношенню до шуму в каналі М на 22,1 дБ.

Відношення напруги шуму в каналі S з ОБC до напруги шуму в моно каналі

= .(2)

Після підстановки значень _п = 23810³ c, = 21510³ рад/с і

= 7510-⁶ з отримаємо збільшення напруги шуму в каналі різницевого сигналу на 18,4 дБ.

Порівнюючи зі значенням в каналі S (1), отримаємо зменшення напруги шуму переходу до ОБС на 3,7 дБ.

Цифрові сигнали системи DRM передаються у смузі 4157 кГц. При цьому відношення сигнал/шум в цифровому каналі буде, практично, дорівнювати відношенню сигнал/шум у різницевому каналі S (1).

Відповідно до Рекомендації МЕК-91 визначено величину захисного відношення за радіочастотою А, необхідна при передачі ССС у смузі 0,0338 кГц. Показано, що захисне відношення А порівняно зі звичайною системою стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном, в якій ССС передається у смузі 0,0353 кГц, зменшується на 5 дБ, що дозволяє збільшити радіус впевненого радіоприймання сигналів стереофонічного радіомовлення на 20%.

У третьому розділі „Дослідження спотворень сигналів системи синхронного стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном” досліджуються перехідні і нелінійні спотворення сумарного сигналу при радіоприйманні на території між двома синхронними ДВЧ-ЧМ передавачами П1 і П2.

Передавачі модулюються за частотою мовними сигналами

, S(t - T) = C_м,

де С_м - крутість характеристики модулятора, причому -1 u 1.

Напруга u₁(t) і u₂(t) на вході приймача

u₁(t) = U₁e^{i[t + S(t)]}, u₂(t) = U₂e^i[(t - ^{) + S(t - T)]},(3)

де U₁ і U₂ - амплітуди на вході приймача;

Т = + ₀, - часова затримка, віднесена до радіосигналу іншого передавача; с - швидкість світла; ₀ - різниця часу пробігу модулюючих сигналів від джерела до передавачів.

Напруга сумарного сигналу на вході приймача

u_вх(t) = e^it U₁{e^iS(t) + De^i[S(t - ^{T) - Ф]}} = U e^it e^{i[(t) + S(t)]}.(4)

де

U(t) = U₁, (t) = arctg, (5)

D = , Ф = , Z(t) = S(t) - S(t - T).

Диференціюючи за t ((t) + S(t)), одержимо на виході частотного детектора ЧМ приймача

.(6)

де С_д - крутизна характеристики частотного детектора: С_д = 1/С_м = 1/_д;

_д - девіація частоти.

При розкладанні функції g(t) за ступенях Z і, обмежуючись першими трьома членами розкладання, одержимо

g(t) ,(7)

где f(D, Ф) = . (8)

. (9)

У виразі (7) перший член представляє продукт когерентних спотворень, а решта двох члена (9) є продуктами нелінійних спотворень другого і третього порядків. Продукт лінійних спотворень відноситься до основного повідомлення u(t). В результаті на виході частотного детектора при ₀ = 0 і T = отримаємо

,(10)

де а₁ = f(D, Ф).

Розглянемо перехідні спотворення при радіоприйманні в системі синхронного стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном при модулюючому сигналі ССС з односмуговим різницевим сигналом.

Враховуючи, що різницевий сигнал передається радіосигналом з ОБС, подамо лівий L(t) і правий R(t) сигнали стереопари рядами Фурьє

L(t) = ; R(t) = .(11)

Складений стереосигнал (ССС) у системі стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном при передаванні різницевих сигналів в одній смузі

U_ССС = + + рcos +

+ 2 - 2,(12)

де р - амплітуда сигналу пілот-тона.

Після перетворення одержимо вираз для сигналів стереопари на виході демодулятора:

сигнал лівого каналу

U_L(t) = (a₁ + 1) +(a₁ + 1)

- a₁ +

+ a₁ , (13)

сигнал правого каналу

U_R(t) = 2(a₁ + 1) + 2(a₁ + 1)

+ 2а₁ -

- 2a₁ . (14)

Перші доданки у виразах (13) та (14) є корисними сигналами L(t) і R(t).

Перехідні спотворення зумовлені наявністю других і четвертих доданків.

Відповідно до визначень перехідних загасань

а_п1 = 20 lg,(15)

а_п2 = 20 lg,(16)

При обчисленні захисних відношень орієнтуються на більше значення ап. Показано, що при ап 25 дБ необхідне захисне відношення за радіочастотою А = 1113 дБ.

При визначенні нелінійних спотворень аналізується функція (6).

Вираз на виході частотного детектора

u_чдвих = u_c(t) + С_д,(17)

де = z(t) + Ф = S(t) - S(t - T) + ; = S(t) - S(t - T).

Приймемо, що

u(t) = sin t, (18)

тоді,

S(t) = С_м = -Mcost, S(t - T) =

= С_м = -Mcos(t - T), (19)

де М = - індекс частотної модуляції.

Із (18) та (19) випливає

 = S(t) - S(t - T) + = 2M,(20)

С_д = С_д[S(t) - S(t - T)] = 2.(21)

Для випадку, коли D 1, дріб у виразі (17) можна розкласти у ряд

= Dcos + D²cos 2 + D³cos 3 + … . (22)

З урахуванням (21), (22) повідомлення на виході частотного детектора може бути подано як

u_чд(t)=. (23)

Для кількісної оцінки спотворень (23) розкладається у гармонійний ряд

u_чд(t) =,(24)

де коефіцієнти U₁, U₂, U_n обчислюються за допомогою функцій Бесселя.

Коефіцієнт гармонік

,(25)

де l - кількість гармонійних складових сигналу, що містяться в спектрі частот, що сприймаються слухом.

Коефіцієнт за 2-ю та 3-ю гармоніками

k_Г2 % =, k_Г3 % = . (26)

Як показують розрахунки, максимальне значення коефіцієнта гармонік спостерігається при радіоприйманні сумарного сигналу на території між передавачами в околиці точки, в якій D ? 1 (А ? 0 дБ), при цьому коефіцієнт за третьою гармонікою значно більший, ніж за другою і за величиною порівнянний з коефіцієнтом гармонік (25).

Коефіцієнт гармонік знижується до допустимого значення 2..3% при захисному відношенні за радіочастотою А = 1215 дБ.

Розглянуто практично важливий випадок появи нелінійних спотворень в околиці точки, в якій D ? 0,9, ₀ = 0 і Т = = 2 5 мкс.

Спектр продуктів нелінійних спотворень другого і третього порядку (9), викликаних складанням основного і затриманого сигналів

W() =

, (27)

де у₂(), у₃() - безрозмірні функції, що визначають розподіл потужності продуктів нелінійності в смузі передаваного сигналу.

Відношення М продуктів нелінійних спотворень третього порядку до продуктів нелінійних спотворень другого порядку

.(28)

Виконавши обчислення при Ф = 181 і D = 0,9, отримаємо з (9) f(D, Ф) = 30, f (D, Ф) = 1500, _е = 22010³ c-¹ , ₂() = 1, ₃() = 0,6 (визначено з графіка) і при = 2 мкс М = 1,97, при = 5 мкс М = 6,25.

Таким чином підтверджується правильність отриманого раніше співвідношення між коефіцієнтами другої та третьої гармонік: k_г3 > k_г2.

Наведені вище теоретичні дослідження дозволяють вважати, що захисні відношення за радіочастотою в системі синхронного стереофонічного радіомовлення можуть бути визначені у відповідності з коефіцієнтом нелінійних спотворень за третьою гармонікою.

У розділі 4 „Вимірювання спотворень сумарних сигналів синхронного стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном при радіоприйомі у польових умовах на основі запропонованої нової методики виконано відповідні вимірювання і визначено необхідні захисні відношення за радіочастотою в мережі синхронних ДВЧ-ЧМ передавачів.

Відповідно до запропонованої методики випробувальний сигнал f = 1000 Гц подавався на входи одного з каналів стереомодуляторів (L або R) передавачів П1, П2 і П2, П3. За допомогою радіоприймача, встановленого на автомобілі, що рухався з постійною швидкістю 60 км/год., сумарний сигнал приймався і записувався на жорсткий диск комп'ютера. Запис тривалістю 15 хвилин проводився на двох ділянках протяжністю 15 км кожна. У середній точці кожної ділянки значення напруженостей поля передавачів П1 і П2 та П2 і П3 були однаковими (D = 1).

На рис. 1 показано сигналограми тривалістю 15 хвилин, які ілюструють появу перехідних спотворень в каналі R при подачі випробувального сигналу до каналу L. По осі абсцис показано час, протягом якого автомобіль пройшов ділянку дороги протяжністю 15 км між передавачами П1 і П3.

За допомогою комп'ютерної програми на кожній ділянці сигналограми (рис.1), еквівалентній 330 м (20 с), за наслідками трьох вимірювань обчислювалися рівні NL і NR. Розподіл перехідних спотворень на ділянці протяжністю 15 км наведено на рис. 2.

У Документі МСЕ-R BS-417.7 якість стереофонічного радіоприймання в синхронній мережі радіомовлення оцінюється 4 балами за 5-ти бальною шкалою погіршення якості. Відповідно до критерію помітності перехідних спотворень, помітність спотворень стереоефекту при ап = 20-25 дБ дорівнює 2030%, що відповідає 4 балам.

Рисунок 1

Перехідними загасаннями між каналами L і R буде різниця рівнів сигналів в каналі L (N_L, дБ) і каналі R (N_R, дБ)



Рисунок 2

Відповідно до цього можна визначити ділянку, в межах якої ап < 20 дБ, тобто ділянку перехідних спотворень. З рис.2 випливає, що ця ділянка має протяжність 11 км (від 1 км до 12 км).

При радіоприйманні в межах ділянки протяжністю 3 км (від 6 км до 9 км) радіоприймання буде монофонічним.

У тих самих точках сигналограми (рис. 2) проводилися вимірювання коефіцієнтів гармонік kг2 і kг3.

Відповідно до критерію помітності нелінійних спотворень за третьою гармонікою, яка має значення порівнянне з коефіцієнтом гармонік, визначено ділянку нелінійних спотворень при радіоприйомі в синхронній мережі.

Для розглядуваної 15-ти кілометрової ділянки мережі ділянка нелінійних спотворень дорівнює 7,3 км (від 5 км до 12,3 км). Звідси випливає, що протяжність зони спотворень при радіоприйманні стереофонічних сигналів для отримання оцінки 4 бали визначається ділянкою спотворень стереоефекту, який помітно більший ділянки нелінійних спотворень.

Визначено значення захисних відношень за радіочастотою А, які необхідні для забезпечення хорошої якості стереоефекту (оцінка 4 бали). Ці значення А практично збігаються з розрахунковими значеннями.

Відповідні вимірювання, проведені в польових умовах на двох ділянках території між синхронними передавачами П1, П2 і П2, П3 показали, що захисні відношення в системі синхронного мовлення в загальному випадку не мають універсального характеру і можуть бути застосовані тільки до конкретних ділянок синхронної мережі.

У розділі 5 „Нова гібридна система аналого-цифрового мовлення ЧМ/ОБС/DRM” розглянуто особливості побудови гібридної аналого-цифрової системи радіомовлення при передаванні цифрових сигналів DRM в каналі різницевого сигналу S (рис. 3) системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном.

Рисунок 3

Визначено параметри аналогового і цифрового каналів гібридної системи мовлення.

Показано, що цифрові сигнали - це радіосигнали OFDM з характеристиками, що відповідають гібридній цифровій системі радіомовлення DRM.

Показано, що для передачі цифрових сигналів достатньо виділити 2% від значення максимальної девіації 75 кГц.

У даній гібридній системі ЧМ/ОБС/DRM умови розповсюдження радіохвиль достатньо стабільні і тривалість захисного інтервалу в символі OFDM визначається відстанню між передавачами, які працюють в синхронному режимі, і ефектом Доплера.

Враховуючи, що відстань між синхронними ДВЧ-ЧМ передавачами не перевищує 80 км, можна прийняти тривалість захисного інтервалу Т_g = мс. Якщо орієнтуватися на максимальну швидкість при мобільному прийомі v =120? 150 км/год., то для забезпечення неспотвореного приймання OFDM сигналів, різниця між несівними частотами в символі OFDM має бути F=150 Гц. У цьому випадку тривалість корисної частини символу OFDM T_u = 6 мс, а тривалість символу OFDM T_s = T_g + T_u = 7мс.

У стандарті DRM представлено результати моделювання системи DRM при використанні каналів мовлення в режимі передавання А, який як і режим передавання даної системи ЧМ/ОБС/DRM характеризується стабільністю розповсюдження земної хвилі.

Показано, що при стандартному перетворенні, доступною швидкістю цифрового потоку в режимі роботи A, що визначає послуги DRM при смузі частот радіоканалу, рівною 12 кГц, буде швидкість, що дорівнює 45 кбіт/c.

Показано, що надана рекомендація може бути віднесена й до даної системи при смузі рівної 16 кГц.

Використовуючи алгоритми кодування ААС і SBR можлива передача монофонічного сигналу звуку зі смугою 2015000 Гц зі швидкістю цифрового потоку 22 кбіт/с.

Для передачі стереозвуку необхідно два моноканали і, отже, потік буде дорівнювати 44 кбіт/c.

Враховуючи значення доступної швидкості цифрового потоку 45000 біт/с, система ЧМ/ОБС/DRM дозволяє забезпечити передавання не тільки стереофонічної програми, але і декількох інформаційних програм.

Розглянуто особливості радіоприйому сигналів OFDM гібридної аналого-цифрової системи ЧМ/ОБС/DRM в синхронній мережі ДВЧ-ЧМ передавачів.

Радіосигнал OFDM на виході модулятора на тривалості інтервалу Т_s описується формулою

G(t) = =

, t₁ t t₁ + lT,(29)

де t₁ - довільний початковий момент почала передачі; l - число поданих посилок;

N - число каналів радіосигналу;

F = 1/ T_u - основна частота OFDM сигналів;

f_п = 53 кГц - піднесівна частота;

С_Іk і C_Qk - модуляційні символи сигналу OFDM;

, _k = arctg.

Якщо на вхід приймача надходять сигнали від двох синхронних ДВЧ-ЧМ передавачів, що мають між собою часовий зсув, то результуючий сигнал на виході частотного детектора відповідно до формули (10) має вигляд

u_ц =

.(30)

Результуюча напруга радіосигналу OFDM на вході приймача

U(t) = .(31)

U(t) = , (32)

де А_k = M_kC_k, Ф_k = _k + _k. M_k = a, (33)

._k = (-2kF + 2f_п), _k = - arctg .

Порівнюючи (29) і (32) бачимо, що вирази збігаються і сумарний сигнал (32) може бути прийнятий також як і вихідний (29), якщо тривалість часової затримки не перевищує тривалості захисного інтервалу T_g.

При цьому з погляду оброблення багатопроменевого сигналу (від декількох передавачів) приймач не розрізняє, чи надходить сигнал від найближчого передавача чи від будь-якого іншого з відповідною затримкою, але який несе таку саму інформацію.

Таким чином, в системі передавання цифрових сигналів OFDM, коли затримка в часі не перевищує тривалості захисного інтервалу, має місце конструктивне ефективне взаємне складання сигналів від кожного передавача мережі.

Проаналізуємо вираз М_k при зміні D від 0 до 1.

При переміщенні приймача на території між синхронними передавачами змінюються значення D і , і отже, змінюються значення М_k й фази _k.

Розрахунки показують, що на території між синхронними передавачами, розташованими на відстані 50 км один від одного, зміна Мk перебуває в межах від 1 до 0,3 для різних значень частот символу OFDM 41, 49 і 53 кГц. У приймачі ці частотно-вибіркові завмирання у кожному каналі коректуються еквалайзером.

На даний час гібридна система мовлення ЧМ/ОБС/DRM може бути використана для заміни проводового мовлення в сільській місцевості на ДВЧ-ЧМ аналого-цифрове мовлення.

При використанні звичайних ДВЧ-ЧМ передавачів застосування спеціальних приймачів гібридної системи ЧМ/ОБС/DRM дозволить здійснити прийом двох стереофонічних програм і декількох інформаційних. При радіоприйманні тільки аналогових програм використовується звичайний ЧМ приймач з установкою після частотного детектора низькочастотного фільтру з частотою зрізу 39 кГц. При цьому радіус зони обслуговування збільшиться на 20%.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено результату вирішення наукових задач, які полягають у розробці і дослідженні характеристик удосконаленої системи стереофонічного радіомовлення із зниженим рівнем шумів в каналі різницевих сигналів; у дослідженні перехідних завад і нелінійних спотворень сигналів при радіоприйманні аналогових сигналів в синхронній мережі ДВЧ-ЧМ передавачів, що дозволило встановити необхідні захисні відношення за радіочастотою для системи аналогового стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном; у розробці нової гібридної аналого-цифрової системи ДВЧ-ЧМ радіомовлення ЧМ/ОБС/DRM, що дозволяє при заміні в сільській місцевості системи проводового мовлення на ДВЧ-ЧМ мовлення забезпечити населення можливістю радіоприйому двох високоякісних стереофонічних програм і декількох інформаційних; у розробці параметрів цифрового каналу системи ЧМ/ОБС/DRM і дослідженні його роботи в синхронній мережі ДВЧ-ЧМ радіомовлення .

Отримано наступні наукові і практичні результати:

1. Встановлено, що передавання різницевого сигналу за допомогою односмугової модуляції в нижній боковій смузі дозволяє звільнити частину спектра ССС для передавання цифрових сигналів, знизити рівень шумів в системі стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном і збільшити площу покриття стереофонічним мовленням.

2. Теоретичні дослідження перехідних і нелінійних спотворень сигналів, що їх приймають, дозволили отримати попередні дані з визначення протяжності ділянок спотворень і необхідні захисні відношення за радіочастотою. Показано, що нелінійні спотворення визначаються третьою гармонікою, яка має найбільше значення. Наголошується, що при переміщенні приймача перехідні спотворення набувають осцилюючого характеру.

3. Розроблено новий метод вимірювань перехідних завад між стереоканалами при радіоприйомі в мережі синхронного ДВЧ-ЧМ радіомовлення, що дозволило в процесі випробувань у польових умовах отримати дані, що уточнюють отримані розрахунковим шляхом значення захисних відношень за радіочастотою. Наведено значення захисних відношень за радіочастотою, визначувані перехідними спотвореннями, і захисні відношення, визначувані нелінійними спотвореннями. Показано, що вони мають різні значення: необхідне значення захисного відношення для отримання хорошої якості стереоефекту значно більше.

Це дозволяє визначити територію, в межах якої радіоприймання аналогових стереофонічних сигналів здійснюється із заданою якістю.

4. Встановлено, що значення захисних відношень за радіочастотою, отримані при проведенні випробувань якості радіоприймання в синхронній передавальній мережі ДВЧ-ЧМ радіомовлення у польових умовах, не мають універсального характеру і відносяться до конкретних ділянок території між синхронними ДВЧ-ЧМ передавачами. Вони змінюються залежно від рельєфу місцевості і часових затримок модулюючих сигналів та радіосигналів. Тому при побудові одночастотної (синхронної) мережі необхідне проведення випробувань в польових умовах з метою уточнення протяжності зон спотворень.

5. Запропоновано нову гібридну систему цифрового звукового стереофонічного радіомовлення для діапазону ДВЧ ЧМ - ЧМ/ОБС/DRM, в якій цифровий DRM сигнал передається у спектрі складеного стереофонічного сигналу системи стереофонічного мовлення з пілот-тоном. Приймач з ЧМ, розроблений для цієї гібридної системи, дозволить забезпечити радіоприйом двох високоякісних стереофонічних програм в аналоговому і цифровому форматах і декількох інформаційних. Використання такого приймача дозволить більш ефективно провести заміну системи проводового мовлення в сільській місцевості на ДВЧ-ЧМ мовлення.

6. Визначено параметри цифрового каналу гібридної системи ЧМ/ОБС/DRM. Наведено дані, що дозволяють реалізувати цифровий сигнал DRM, розміщений у спектрі ССС системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном. Показано, що рівень шуму в каналі аналогового сигналу в результаті передачі цифрових сигналів практично не змінюється.

7. Розглянуто особливості роботи гібридних цифрових систем радіомовлення ЧМ/ОБС/DRM і DRM в синхронних мережах та визначено спотворення при радіоприйомі.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Выходец А.А. Переходные искажения стереофонических сигналов в системе синхронного ОВЧ-ЧМ вещания с повышенной помехозащищенностью / А.А. Выходец // Зв'язок. - 2009. - № 1-2. - С. 44-48.

2 Выходец А.А. Метод определения зоны искажений стереоэффекта при радиоприеме в сети синхронного ОВЧ-ЧМ вещания / А.А. Выходец // Цифрові технології (зб. наук. праць) - 2009. - № 5. - С. 58-63.

3 Выходец А.А. Гибридные системы цифрового звукового вещания/ А.А. Выходец // Цифрові технології (зб. наук. праць) - 2009. - № 6. - С. 48-52

4 Выходец А.А. Сравнение зон возможного приема аналоговых и цифровых сигналов при работе гибридных радиовещательных станций диапазона ОВЧ в синхронном режиме / А.А. Выходец, А.С. Кузнецова // Цифрові технології (зб. наук. праць) - 2008. - № 4. - С. 73-77.

5. Выходец А.А. Система ЧМ/ОБП/DRM для постепенного перехода от аналогового к цифровому радиовещанию в диапазоне 87,5108 МГц / А.А. Выходец, В.М. Захарин // Зв'язок. - 2009. - № 3. - С. 12-14.

6 Патент на корисну модель № 40446. Україна. Спосіб аналого-цифрового радіомовлення у діапазоні ДВЧ. М.М. Балан, О.А. Виходець. Заявл. 03.11.2008 : Опубл. 10.04.2009 : Бюл. № 7.

7. Патент на корисну модель № 40880. Україна. Спосіб визначення ділянки тракту синхронного радіомовлення з підвищеними перехідними нелінійними завадами : М.М. Балан, О.А. Виходець. Заявл. 03.02.2009 : Опубл. 10.06.2009 : Бюл. № 11.

8. Выходец А.А. Искажения в совместимой системе стереофонического вещания / А.А. Выходец, Чен Ер // Вопросы помехоустойчивости систем связи/ Сб. науч. трудов Одесск. электротехн. ин-т связи им. А.С. Попова; Одесса, 1989, с. 86-89.

9. Выходец А.А. Особенности радиоприема цифровых сигналов в синхронной сети передатчиков гибридной системы FMeXtra / А.А. Выходец, С.Н. Ганжа // Праці УНДІРТ. - 2008. - № 2(54)-3(55). - С. 76-78.

10. Выходец А.А. Методика определения переходных и нелинейных искажений при радиоприеме в сети синхронного стереофонического радиовещания / А.А. Выходец, В.В. Юрченко // Телерадіокур'єр. - 2009. - № 1(61). - С. 86-88.

11. Выходец А.А. Гибридная система цифрового ОВЧ-ЧМ радиовещания / А.А. Выходец, В.В. Юрченко, В.М. Захарин // Телерадіокур'єр. - 2009. - № 2(62). - С. 78-79.

12. Выходец А.А. Особенности радиоприема сигналов цифровой системы DRM+ в передающей синхронной сети / А.А. Выходец ?”Технологія цифрового мовлення; Стратегія впровадження”: матеріали Міжнародної науково-технічної конференції (ДВТ- 2008), Одеса, ОНАЗ, 26-27 червня 2008р. ? С. 225-228.

АННОТАЦІЯ

Виходець О.А. Удосконалення аналого-цифрової системи синхронного радіомовлення з пілот-тоном. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.17 радіотехнічні та телевізійні системи. Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова, Одеса, 2010.

Дисертація присвячена дослідженню системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном, в якій в каналі різницевого сигналу використовується односмугова модуляція, що дозволяє звільнити частину спектра ССС для передачі цифрових сигналів і побудову на основі цієї системи гібридної аналого-цифрової системи радіомовлення, а також дослідженні особливості роботи системи стереофонічного мовлення в синхронних ДВЧ-ЧМ мережах.

Встановлено, що передача різницевого сигналу за допомогою односмугової модуляції в нижній бічній смузі дозволяє знизити рівень шумів в системі стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном і збільшити площу покриття стереофонічним мовленням.

Розроблено новий методу вимірювань перехідних перешкод між стереоканалами при радіоприйомі в мережі синхронного ДВЧ-ЧМ радіомовлення.

Наведено значення захисних відношень за радіочастотою, визначувані перехідними спотвореннями, і захисні відношення, визначувані нелінійними спотвореннями. Показано, що значення захисного відношення для отримання хорошої якості стереоефекту значно більше.

Визначено параметри цифрового каналу гібридної системи ЧМ/ОБС/DRM. Наведено дані, що дозволяють реалізувати цифровий сигнал DRM, розміщений у спектрі ССС системи стереофонічного радіомовлення з пілот-тоном.

Ключові слова: стереофонічне мовлення, синхронне радіомовлення, аналого-цифрове мовлення, захисне відношення за радіочастотою, ділянка спотворень, гібридна система.

АННОТАЦИЯ

Выходец А.А. Усовершенствование аналого-цифровой системы синхронного радиовещания с пилот-тоном. Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 радиотехнические и телевизионные системы Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова, Одесса, 2010.

В диссертации приведено решение научных задач, которые выражаются в разработке и исследованию системы стереофонического радиовещания с пониженным уровнем шумов в канале разностных сигналов; в исследовании переходных помех и нелинейных искажений сигналов при радиоприеме аналоговых сигналов в синхронной сети ОВЧ-ЧМ передатчиков, что позволило установить требуемые защитные отношения по радиочастоте для системы аналогового стереофонического радиовещания с пилот-тоном; в разработке новой гибридной аналого-цифровой системы ОВЧ-ЧМ радиовещания ЧМ/ОБП/DRM, позволяющей при замене в сельской местности системы проводного вещания на ОВЧ-ЧМ вещание обеспечить население возможностью радиоприема двух высококачественных стереофонических программ и нескольких информационных; в разработке параметров цифрового канала системы ЧМ/ОБП/DRM и исследование его работы в синхронной сети ОВЧ-ЧМ радиовещания,

Исследована новая усовершенствованная система стереофонического радиовещания с однополосной модуляцией в канале разностного сигнала. Установлено, что передача разностного сигнала в нижней боковой полосе позволяет освободить часть спектра ССС для передачи цифровых сигналов и построить на основе этой системы новую гибридную аналого-цифровую систему радиовещания, понизить уровень шумов в системе стереофонического радиовещания с пилот-тоном и тем улучшить качество вещания, а также увеличить площадь покрытия стереофоническим вещанием.

Теоретические исследования переходных и нелинейных искажений, принимаемых сигналов позволили получить предварительные данные по определению протяженности зон искажений и требуемых защитных отношений по радиочастоте. Установлено, что нелинейные искажения определяются третьей гармоникой, имеющей наибольшее значение. Отмечается что при перемещении приемника переходные искажения приобретают осциллирующий характер.

Исследовании особенности работы системы стереофоничного вещания в синхронных ОВЧ-ЧМ сетях.

Показано, что нелинейные искажения при радиоприеме в синхронной сети определяются третьей гармоникой, которая имеет наибольшее значение.

Впервые разработан метод измерений переходных помех между стереоканалами в сети синхронного ОВЧ-ЧМ радиовещания, что позволило в процессе испытаний в полевых условиях получить данные уточняющие полученные расчетным путем значения защитных отношений по радиочастоте.

Приведены уточненные значения защитных отношений, определяемые переходными искажениями и защитные отношения, определяемые нелинейными искажениями.

Показано, что они имеют разные значения: значение защитного отношения для получения хорошего качества стереоэффекта значительно больше. Это позволяет определить территорию, в пределах которой радиоприем аналоговых стереофонических сигналов осуществляется с заданным качеством.

Установлено, что значения защитных отношений по радиочастоте, полученные при проведении испытаний качества радиоприема в синхронной передающей сети ОВЧ-ЧМ радиовещания в полевых условиях, не имеют универсального характера и относятся к конкретным участкам территории между синхронными ОВЧ-ЧМ передатчиками.

Они изменяются в зависимости от рельефа местности и временных задержек модулирующих сигналов и радиосигналов.

Поэтому при построении одночастотной (синхронной) сети необходимо проведение испытаний в полевых условиях, с целью уточнения протяженности участков искажений.

Впервые показано, что значения защитных отношений по радиочастоте, определяемые переходными искажениями значительно больше защитных отношений по радиочастоте, определяемых нелинейными искажениями, и для получения хорошего качества стереоэффекта на территории, в пределах которой осуществляется радиоприем аналоговых стереофонических сигналов, необходимо ориентироваться на значение защитного отношения, определяемого требуемыми переходными затуханиями.

Приведены значения защитных отношений по радиочастоте, определяемые переходными искажениями и защитные отношения, определяемые нелинейными искажениями.

Показано, что значение защитного отношения для получения хорошего качества стереоэффекта значительно больше.

Предложена новая гибридная система цифрового звукового стереофонического радиовещания для диапазона ОВЧ ЧМ ЧМ/ОБП/DRM, в которой цифровой DRM сигнал передается в спектре сложного стереофонического сигнала системы стереофонического вещания с пилот-тоном.

Приемник с ЧМ, разработанный для этой гибридной системы, позволит обеспечить радиоприем двух высококачественных стереофонических программ и несколько информационных.

Использование такого приемника позволит более эффективно произвести замену системы проводного вещания в сельской местности на ОВЧ-ЧМ вещание.

Определены параметры цифрового канала гибридной системы ЧМ/ОБП/DRM.

Приведенные данные, позволяющие реализовать цифровой сигнал DRM, размещенный в спектре ССС системы стереофонического радиовещания с пилот-тоном.

Впервые исследована работа различных гибридных систем при организации синхронного цифрового радиовещания

Ключевые слова: стереофоническое радиовещание, синхронное радиовещание, аналого-цифровое вещание, защитное отношение по радиочастоте, участок искажений

ANNOTATION

Vykhodets А.А. Improvement of the analog-digital system of synchronous broadcast with pilot signal. A manuscript.

Dissertation for the application on scientific degree of candidate of technical sciences on speciality 05.12.17the radio engineerings and TV systems. Odessa National Academy of Telecommunication named after А.S. Popov, Odessa, 2010.

Dissertation is devoted to research of the system of stereophonic broadcasting with pilot signal, in which in the channel of difference signal is used single sideband modulation, that allows to free part of spectrum of stereophonic signal for the transmission of digital signals and construction on the basis of this system of the hybrid analog-digital system of broadcast, and also research work of the system in synchronous VHF- FM networks.

The new method of measuring of transitional distortions between stereo channels at radio reception in the network of synchronous VHF-FM broadcast is developed.

The values of protective ratio on radio frequency, determined transitional distortions and protective relations, determined nonlinear distortions, are resulted. It is shown that they have different values: the value of protective ratio is needed for the receipt of good quality stereo reception/.

The parameters of digital channel of the hybrid system of FМ/SSB/DRM are certain.

Key words: stereophonic broadcasting, synchronous broadcasting, analog-digital broadcasting, protective ratio on radio frequency, area of distortions.

Размещено на Allbest.ru