Способ стереофонического радиовещания и система для его осуществления

)5 Н 04 Н 500 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКО ТЕПЬСТВУ 2. (46) 15,11.92, (75) С.А,Чекче (56) Тетаг 1 пасОгц и 1 а, М ." СЬесе о 1 Мос - Маг. 1989 -Бюл, %42 евМ., Маг 1 оч 1 с А АМ Зтегео Вг цатоп. -1 ЕЕЕ Чо 1. 35, р. 79 апб 72 Моч 1 саосазт 1 п 9 ТЬе Тгапэ оп Ьгааб. ЕСКОГО РАНЯ ЕГО ОСУсится к радиосвязи и я для построения сиского радиовещзния, е амплитудной лодусуществления стереоовещания в сетях проводного вещания. беспечение совместиГОсудАРстВенный кОмитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение атноможет использоватьсстем . стереофоничеработающих в режимляции, а также для офонического радимногопрограмм ногоЦель изобретения - о 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 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 обуславливамасти с манофаничесини;:рнеми 1 кдлиупрощения стереоприемиков. г. Новым в способе является то, чта передаваемый сигнал модулируют по закону, отраженному в формуле изобретения. Устройство состоит из радиоприемного и радиопередающего устройства, Радиаприемное устройство содержит: 1 тракт высокой и промежуточной частоты В 4 - П 4, 2 паласовых фильтра, 2 амплитудных детектора, 1 суммарно-разностный преобразователь и 2 фильтра нижних частот. Рддиопередающее устройство содержит:1 суммарно-разностный преобразователь, 2 усилителя, 2 преобразователя Гильбертд, 4, квадратора, 2 фильтра нижних частот, 3 сумматора, 2 делителя, 2 арктднгенсных преобразователя, 2 иэвлекателя квадратного карня, 2 фазовых модулятора, 2 амплитудных модулятора, 2 генератора. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. ют существенные нелинейные искажения при приеме стереасигндла 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 мадулируют па фазе, по закону агст 9(Щ, а затем па амплитуде, па закону 1+1+В, гдеи В - звуковые сигналы левого и правого стереоканалов,Известная радиовещательная система, выбранная в качестве прототипа заявляесистемы, содержит радиапередающе йство, включающее в себя суммарнорэзностный преобразователь(СРП), первый перемножитель, первый вход которого соединен с разностным выходом СРП, второй вход которого соединен с выходом источника несущего сигнала, суммирующее устрой ство, первый вход которого соединен с выходом первого перемножителя, второй вход которого соединен с источником несущего сигнала через фэзовращатель на 90 О, ограничитель, первый вход которого соеди нен с выходом сумматора, а выход которого соединен с первым входом второго пере- множителя, второй вход которого соединен с суммарным выходом СРП, а выход - с выходом устройства, и стереофоническое 15 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 20 СРП соединен с выходом тракта промежуточной частоты через схему выделения рэзностного сигнала.Недостаток известного способа и устройства заключается в следующем, Отече ственные 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 30 частоте передаваемого звукового сигнала равной 4 кГц, ширина спектра радиосигнала превышает 32 кГц. При этом спектр сигнала на выходе фильтра промежуточной частоты монофонических приемников 35 окажется усеченным, из-за чего в огибающей радиосигнала возникнут нелинейные искажения. В результате не выполняется основное требование, предьявляемое к системе стереофонического вещания: треба вание совместимости с монофоническими приемниками. Кроме того, схема бытового стереофонического радиоприемного устройства является очень сложной, а следовательно, дорогой, 45Цель изобретения состоит в обеспечении сОвместимости с монофоническими приемниками и упрощении стереоприемников.Поставленная цель достигается тем, что 50 в способе стереофонического радиовещания, при котором при передаче суммируют и вычитают сигналы левого и правого стереоканалов Ял) и Яп), а при приеме осуществляют выделение суммарного сигнала 55 методом амплитудного детектирования и его последующее сложение и вычитание с разностным сигналом, передаваемый радиосигнал модулируют по закону;С(1) Чл+п+6 (Чл+п(1 ССЕСЛФЭСЩ + 2 2 6 Чл+п) Ч 2 л- (1)+62( Ч, - п(1)ссеш+И)1+алсщ Чл " ),где Й- ширина спектра стереофонического радиосигнала,6 - преобразование Гильберта, и - сигналы, определяемые из трансцендентных соотношений: лпЗт ,Ч 2+п(Х)+62(Чл+п(Х бХ баю 1+ 3 л(2)+ Я п(2) 1пПГу 1 ф Чп - п(Х)+6 (Чл п(Х Ох бС 2 1+5 л(2). а п(2) а также удовлетворяющие условиям ограниченности спектра: е и ,/ е Чае(л)ехпи 4 пах= Чл-п(1), (5) где Йпдх - максимальная частота спектра передаваемых звуковых сигналов левого и правого стереоканалов Ял и Ял, 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, 1775867на фиг,4 изображены спектры стереофонического радиосигнала при пода 50 сп ви 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 первоо 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 квадратногокорня, второй вход которого соединен с выходом фазового модулятора, а выход которого соединен с входом дополнительногосумматора.На фиг, 1 изображен спектр радиосигнала вида (1); на фиг. 2 изображенаструктурная 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 шириныектра радиосигнала выбирается из усло 5 10 15 20 25 30). а на выходе другого выделится сигнал н. 0" Чф- (в)+О(Ч - совв+а)+ в-в(1) где Ятях - максимальная частота спектрапередаваемого звукового сцгнала. Исходяиз требования совместимости с монофоническими радиоприемниками, которые, какуже указывалось выше, имеют ширину поло-сы пропускания, равную 79 кГц, значениесможет быть выбрано равным 14 кГц, Приэтом монофонический радиоприемник настраивается на нижнюю по частоте половину спектра, соответствующую первомуслагаемому выражения (1). Огибающая этого первого слагаемого совместима с монофоническими приемниками: зто следует иэвыражения (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 - амплитуднь 1 е 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 фильтровравняются Й/2, а центральные частоты настройки фильтров сдвинуты друг относительно друга на И 2; при этом на выходеодного полосового фильтра выделится сигнал(13) 45 Чл+ и (т) пе спектр выходного сигнала приемника по 50 мимо полезной составляющей содержит бесконечное число паразитных гармоник,55 4) Согласно выражениям (2) и (3), спектры огибающих сигналов (7) и (8), в интервале звуковых частот совпадают со спектрами сигналов Ял(т)+Яп(т) и Ял(т) - Яп(т). В результате. после амплитудного детектирования и суммарно-разностного преобразования, на выходах стереоприемника будем иметь:Ол=(Ял(т)+Яп(с+(Ял(т)-Яа(1=2 Ял(1), (9) Оп=(Ял+ЯпЬ)НЗл Яп(=2 Яп. (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+ Ял(1)+Яп(т), а на другом 1+Я п(1) - Яп(ф). Далее, рассмотрим работу верхнего /по схеме/ канала. При достаточно большом усилении усилителя 10, сигналы на его инвертирующем и неинвертирующем входах можно считать равными между собой, Обозначим сигнал на выходе усилителя 10 Р(т), Тогда на выходе преобразователя Гильберта 12 имеем сигнал - 6(Р(т, На выходе извлекателя квадратного корня 26 -1ем 1 Г ГеРй(х 1+62 Р(х бхбаИз последнего соотношения следует, что функция Р(1) удовлетворяет требованиям, налагаемым уравнением (2) на функцию Чл+п(с), т.е.Р(т)=Чл+п(т) (12) Следовательно, на выходе делителя 16 имеем сигнал Условие (4) выполняется благодаря тому, что поступающие на входы усилителя 10 сигналы ограничены по спектру частотой Я 11 ах/ФНЧ 20 имеет частоту среза, равную Япах, а звуковой сигнал Ял(1)+Яп(Т) ограничен этой частотой по определению/,С учетом (13), на высокочастотном входе амплитудного модулятора 30 сигнал будет иметь вид: соэ (в 1 - агстдЧл+и (1) 5 10 15 20 25 30 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+ Й, 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 Ял=0,5 созга Га, где 6=4 кГц. При этом принято, что в заявляемой системе О=24 кГц.Спектр сигнала в заявляемой системе теоретически ограничен. Его симметричность, в данном случае, объясняется отсутствием правого стереосигнала на входе передатчика /т.е. Ял+Яп=Ял - Яп и Чл+=Чл-и/.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 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+0,5 соэг л б 1. 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 нэ фиг, 4, В прототиВызвано это тем, что спектр радиосигнала в способе-прототипе бесконечен, а полоса пропускания полосового фильтра приемника конечна. Это приводит к нарушению зэкона модуляции сигнала на выходе полосового фильтра приемника и, соответственно, к появлению нелинейных искажений.1775867 10 д 1+Зх(1)+3 п(й).1+За(с)-Зп(1) 55 а также удовлетворяющие условиям ограниченности спектра: 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 в способе-прототипе усечение спектра радиосигнала в приемнике приводит к тому, что фазовая модуляция радиосигнала вызывает его паразитну)о амплитудную модуляцию на 15 выходе полосового фильтра. В 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 левого и правого стереоканалов Ял) и Ь а при приеме осуществляют выделение суммарного сиг нала методом амплитудного детектирования и его последующее сложение и вычитание с разностным сигналов, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения совместимости с монофоническими прием никами и упрощения стереоприемников, передаваемый радиосигнал модулируют по закону п ЧЪ+п(с)+ба(У,+п(1 соажагсц + 0 Чп+и 1 Уп+ и о) М- /)+6(ч, - ,юзки+п)а с агсар - -":".-Цгде 0- ширина спектра стереофонического 40радиосигнала;6 - преобразование Гильберта;Чл+и и Чл-п - сигналы, определяемые изтрасцендентных соотношений45 ааГ уа4+.( )+О(У.+ (ф Р)50УЪ-п(Х)+За(Уп-п(Х бХ бО= еф Г Х е фхчлн,(х)с)х бв- Ун(,Е 1Е 1"ЧЛЛ(Х)дХ бэпп 1 З= Чл-п(с), где Йлах - максимальная частота спектра передаваемых звуковых сигналов левого и правого стереоканалов Ь) и Яф), а при приеме производятдополнительную частотную фильтрацию и выделяют разностной сигнал методом амплитудного детектирования.2, Система для стереофонического радиовещания, состоящая из радиоприемнаго устройства, содержащего тракт высокой и промежуточной частот (БЧ-ПЧ), первый амплитудный детектор, вход которого через полосовой фильтр подключен к выходу тракта БЧ-ПЧ, атакже. суммарно-разностный преобразователь (СРП), первый вход которого подключен к выходу первого амплитудного детектора, и радиопередающего устройства, сбдержащего СРП, входы кото-, рого явля)отся входами радиопередающего устройства, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что в радиоприемное устройство введен допол)1 ительный 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 СРЛ, 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 вход которого соединен с сыходом СРП, преобразователь Гильберта, вход которого соедине с выходом усилителя, делитель, первый и второй входь 1 которого соединены с входом и выходом преобразователя Гильберта, первый и второй квадраторы, оходы 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 одомизвлекателя квадратного корня и инвертирующим входом усилителя, арктангенский преобразователь, вход которого соединен с выходом делителг, генератор синусоидального напряжения, фазовый модулятор, пер вый вход которого подключен к выходу эрктангенского преобразователя, а второй У 4ЛР- 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. Л-Л1775867 ЮО Фиг, ХСоставитель С. ЧекчеТехред М.Моргентал орректор 3. Салко акт роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина Заказ 4042 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5