Двухлучевая модель распространения радиосигнала

Позволяет упрощенно описать распространение радиосигнала вдоль земной поверхности. Суммарное поле в точке приема рассчитывается как суперпозиция полей прямого и отраженного от земной поверхности лучей. Считается, что поверхность земли является идеальным отражателем, и угол падения луча очень маленький.

Описанные выше модели не дают возможность учитывать множество факторов, влияющих на распространение радиоволн в реальных условиях. К этим факторам относятся уже упомянутые ранее отражение сигнала от объектов, имеющих размеры много больше длины волны; дифракция радиоволн; рассеяние радиосигнала, которое происходит при наличии на местности большого числа объектов размером меньше длины волны, а также эффект Доплера, возникающий при перемещении объекта.

Вопрос

Организационная структура системы звукового вещания представлена на рис. 1.1. Подготовкой, формированием и выпуском программ звукового вещания занимается Государственный комитет по телевидению и радиовещанию (Гостелерадио) и его органы на местах. Гостелерадио имеет центры формирования программ (радиодома), в которых производится подготовка, формирование и выпуск программ звукового вещания.Готовят программы редакции, специализированные по типу передачи и объединенные в главные редакции ГР информации, пропаганды, литературно-драматического вещания, музыкального вещания для молодёжи, детей и юношества и др. Главная редакция осуществляет организацию и планирование программ - от составления дневных и недельных программ до их выпуска. Отдел выпуска ОВ организует передачу программ. Наблюдение за техническим качеством передач возложено на отдел контроля ОК. Передачи могут вестись в записи или непосредственно (прямые передачи). Прямые передачи составляют 5÷10% от общего объёма. Это преимущественно актуальные передачи с места событий, трансляции из театров, стадионов, дикторский текст. Применение предварительной записи позволяет автоматизировать процесс выпуска программ и повысить качество вещания.

Электрическая схема звукового вещания

Для расширения территории, обслуживаемой РТС, применяют двухзвенные сети. В таких сетях энергия сигналов вещания передается с помощью повышенного напряжения (обычно 240 В) по распределительным фидерным линиям (РФ). В местах расположения абонентов устанавливаются понижающие абонентские трансформаторы (AT), с помощью которых осуществляется питание АУ через АЛ. Распределительные фидерные линии называют вторым, а абонентские линии - первым звеном распределения.

При большой нагрузке (более 10 тыс. абонентских устройств) двухзвенная сеть не может обеспечить распределение сигналов с достаточно малыми потерями. В этих случаях создают трехзвенные сети. Территория, обслуживаемая такой сетью, разбивается на зоны, в каждой из которых строят автономные двухзвенные сети. Питание этих сетей осуществляется по высоковольтным (обычно 960 В) магистральным фидерным линиям (МФ) через понижающие трансформаторные подстанции (ТП). Сеть МФ считают третьим звеном распределения.

Все городские узлы проводного вещания можно разделить на две группы: с централизованным и децентрализованным питанием сетей (рис. 8.2).

При централизованном питании все мощные усилители сети установлены в одном месте - на станции. Здесь упрощается задача резервирования и обслуживания станционного оборудования, обеспечение его гарантийным энергоснабжением, но из-за сложности РТС такая система не способна обеспечить высокую надежность работы. При нагрузке более 50-100 тыс. абонентских устройств централизованные сети неприменимы.

При децентрализованной системе питания территория города разбивается на районы, в каждом из которых сооружается двухзвенная или трехзвенная сеть. В первом случае для их питания создается усилительная подстанция (УС), во втором случае - мощная опорная усилительная станция (ОУС). Питание сети от нескольких источников, расположенных в различных районах территории, повышает надежность системы. Но в этом случае возрастают стоимость станционного оборудования и сложность эксплуатации системы. Кроме того, необходимы соединительные линии (СЛ) для подачи программ вещания, телеуправления и контроля за работой станционных и линейных сооружений. Станция, выполняющая эти функции (распределение программ, телеуправление и телеконтроль), называется центральной станцией проводного вещания (ЦСПВ).

Вопрос

Достижение стереофонического эффекта достигается тем, что звук, принимаемый ближним к источнику звука микрофоном, имеет более высокий уровень и опережает по времени тот же звук, принимаемый другим микрофоном. Это соотношение уровней и временных сдвигов сохраняется и в звуках, воспроизводимых соот ветствующими громкоговорителями для слушателей, находящихся в так называемой зоне стереоэффекта.Вблизи громкоговорителей эта зона сосредоточена около оси, относительно которой расположены громкоговорители, и расширяется по мере удаления от них. При перемещении источника звука между микрофонами изменяются уровни и временные сдвиги звуков, воспринимаемых микрофонами. Соответственно изменяются условия воспроизведения звуков в помещении для прослушивания. На слух это будет восприниматься как перемещение кажущегося источника звука между громкоговорителями.

Одним из основных недостатков системы АВ является невозможность удовлетворить условие совместимости, которое технически сводится к тому, чтобы сумма двух канальных стереофонических сигналов полноценно звучала при ее монофоническом воспроизведении. Но, как нетрудно видеть, при сложении сигналов, принимаемых микрофонами А и В, неизбежны частотные искажения, связанные с разностью хода звуковых волн от источника звука до каждого из микрофонов и, следовательно, с соответствующими интерференционными эффектами. Заметим, что разность хода может внести фазовый сдвиг в 180°, при этом в монофоническом сигнале звук этой частоты будет вообще отсутствовать.

Стереофоническое вещание с полярной модуляцией

Стереофоническое вещание у нас в стране ведется по системе с так называемой полярной модуляцией. Идея полярной модуляции понятна из рис.17.5, а, на котором положительные полупериоды (полюсы) 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 и от правого микрофонов.

Спектральный анализ ПМК показывает, что в его спектре содержатся звуковые частоты, вследствие чего такой сигнал не может непосредственно излучаться антенной передатчика. Поэтому полярно-модулированным сигналом модулируют по частоте несущую УКВ передатчика. Сам же полярно-модулированный сигнал получают, модулируя поднесущую 31250 Гц.

Отметим, 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 левой (или правой) части сцены. Чтобы удовлетворить требованию совместимости, в полосе звуковых частот передается сумма сигналов А+В, а в диапазоне ультразвуковых частот – информация о разностном сигнале А–В.

Прежде чем промодулировать несущую частоту передатчика, необходимо подвергнуть ПМК дополнительной обработке. Необходимость в этом обусловлена тем, что по действующим стандартам максимальная девиация частоты передатчика ограничена значением 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.

В американской системе (она называется системой с пилот-тоном) также формируется комплексный стереосигнал. Его спектр (рис.17.8, а) тоже содержит две части: низкочастотную, представляющую собой сумму А+В сигналов стереопары, и надтональную – АМ колебание с полностью подавленной поднесущей. Частота поднесущей в американской системе выбрана равной 38 кГц. Чтобы иметь возможность точно восстанавливать частоту поднесущей на приемной стороне системы, в спектре КСС дополнительно введен пилот сигнал частотой 19 кГц, передаваемый уровнем в 10 раз ниже номинального.

Уменьшение громкости при приеме на монофонический приемник в системе с пилот-тоном составляет всего 1 дБ. Однако в системе с пилот-тоном устройства разделения стереофонических сигналов более сложные из-за наличия системы синхронизации поднесущей частоты.

В американской системе (она называется системой с пилот-тоном) также формируется комплексный стереосигнал. Его спектр (рис.17.8, а) тоже содержит две части: низкочастотную, представляющую собой сумму А+В сигналов стереопары, и надтональную – АМ колебание с полностью подавленной поднесущей. Частота поднесущей в американской системе выбрана равной 38 кГц. Чтобы иметь возможность точно восстанавливать частоту поднесущей на приемной

стороне системы, в спектре КСС дополнительно введен пилот сигнал частотой 19 кГц, передаваемый уровнем в 10 раз ниже номинального.Уменьшение громкости при приеме на монофонический приемник в системе с пилот-тоном составляет всего 1 дБ. Однако в системе с пилот-тоном устройства разделения стереофонических сигналов более сложные из-за наличия системы синхронизации поднесущей частоты.

Кроме отечественной и американской систем Международным союзом электросвязи (МСЭ) рекомендована система ЧМ-ЧМ, предложенная (значительно позже первых двух) Швецией. Отличие от рассмотренных систем заключается в том, что поднесущая частота модулируется не по амплитуде, а по частоте рис.17.8, б). Кроме того, сигнал А-В для повышения его помехозащищенности подвергается компандированию (канал А-В стереомодулятора содержит компрессор, а стереодекодер – соответственно экспандер).

Вопрос

1. ЦИФРОВОЕ РАДИОВЕЩАНИЕ

Существующие системы аналогового радиовещания уже давно исчерпали свои возможности. УКВ-вещание с частотной модуляцией обеспечивает достаточно высокое качество передачи, не подвержено атмосферным помехам, но в условиях автомобиля в результате многолучевого приема и постоянно меняющихся углов отражения от препятствий возможны искажения сигнала. Кроме того, зона уверенного приема не превышает 50 км от передатчика. Для расширения зоны вещания требуется синхронная сеть передатчиков, работающих на одной частоте. Вещание с амплитудной модуляцией (АМ) охватывает большую территорию, но подвержено воздействию атмосферных и индустриальных помех. Кроме того, коэффициент полезного действия АМ-передатчика составляет в среднем 4% - почти как у паровоза. Львиная доля мощности тратится на излучение несущей частоты, и АМ-вещание давно стало обузой для энергетики.

Кроме того, выделенные для радиовещания диапазоны катастрофически перенаселены. Шаг сетки частот составляет в Европе 9 кГц (ДВ и СВ), в США - 10 кГц (СВ). Это дает чуть больше 100 частотных каналов с полосой вещания 2х4,5 кГц. Один частотный канал без риска взаимных помех может выделяться удаленным друг от друга передатчикам, поэтому возможное их число в несколько раз больше названной цифры. На коротковолновых диапазонах шаг сетки частот всего 5 кГц, что уже меньше необходимой полосы частот. С учетом дальнего прохождения радиоволн на КВ помеховая обстановка ухудшается и качество вещания становятся удручающим.

Переход к однополосной модуляции позволил бы увеличить число каналов в два раза и в несколько раз повысил бы экономичность передатчиков, но не может решить проблему помех. Кроме того, однополосную передачу невозможно принять на существующие приемники. Поэтому запланированный переход на однополосное радиовещание вряд ли состоится - на сегодняшний день регулярно вещает лишь несколько КВ-радиостанций. И это уже вопрос не техники, а экономики и социологии. Консервативная масса рынка огромна - сотни миллионов существующих приемников сопротивляются внедрению любых новых систем.

В таких условиях отказ от старой системы вещания возможен только в том случае, если потребителю будет предложено не просто повышение качества, а что-то новое, недоступное ранее. Естественно нежелание человека платить деньги, пока он не убедится, что товар того стоит. Цифровое вещание открывает принципиально новые возможности в передаче звуковых программ и программ "радиомультимедиа", сочетающих звуковую, видео, графическую, текстовую и другие виды информации. Возможность пересылки разнообразной сопутствующей информации существенно расширяет спектр сервисных услуг, которые могут быть предоставлены вещателями. Так, сопровождение музыкальных передач информацией о произведении и исполнителе стало в цифровом радио уже традиционным. Кроме того, в испытательных проектах практиковалась выдача на дисплей приемников текстового содержания передачи, фотографий эстрадных исполнителей и картинок, иллюстрирующих содержание новостей.

ВЫБОР СИСТЕМЫ ВЕЩАНИЯ

Существующие системы ЦЗРВ можно разделить на две категории:

системы, требующие выделения отдельного частотного диапазона

системы, которые могут использовать диапазон совместно с существующими радиослужбами

Наиболее совершенной из разработанных к настоящему времени систем ЦЗРВ (Digital Audio Broadcasting), которые относятся к первой категории, является "Эврика-147/ DAB". Она принята Европейским Радиовещательным Союзом (EBU) в качестве общеевропейской и рекомендована для внедрения во всем мире Межсоюзной технической комиссией всемирной конференции радиовещательных союзов (Inter-Union Technical Committee of the World Conference of Broadcasting Unions). Ее приняли не только государства Европы, но и Канада, Китай, Индия, Австралия и другие. Это открывает возможность беспрепятственного обмена радиопрограммами и информацией на международном уровне.

Ко второй категории можно отнести системы ЦЗРВ, разработанные в США. Эти системы предназначены для работы в УКВ- диапазоне 87,5 - 108 МГц и СВ диапазоне 525 - 1608 кГц одновременно с существующими аналоговыми одновременно с существующими аналоговыми АМ- и ЧМ-радиостанциями.

В эту группу входят следующие системы:

In-Band Adjacent Channel (IBAC) - в соседнем канале по отношению к действующему аналоговому ЧМ-радиоканалу. Вариант с вещанием в резервном канале называется In-Band Reserved Channel (IBRC). Требуемая полоса частот 200 кГц. Цифровое кодирование звуковых сигналов обеспечивается с помощью "перцептуального звукового кодера" (Perceptual Audio Coder (PAC)), разработанного фирмой AT&T, скорость передачи цифрового потока 160 кбит/с.

In-Band One Channel (IBOC) - в канале, совмещенном с каналом аналогового ЧМ-радиовещания, требуемая для комплексного сигнала полоса частот 400 кГц. Цифровое кодирование звуковых сигналов обеспечивается с помощью PAC, скорость передачи цифрового потока 160 кбит/с.

USADR FM-1 - в канале, совмещенном с каналом аналогового ЧМ-радиовещания, требуемая для комплексного сигнала полоса частот 440 кГц. Применяется разделение цифрового сигнала на 48 субканалов, причем скорость передачи цифрового потока в каждом из них составляет 8 кбит/с, а суммарная скорость - 384 кбит/с.

USADR FM-2 - в канале, совмещенном с каналом аналогового ЧМ-радиовещания, требуемая для комплексного сигнала полоса частот 440 кГц. Применяется разделение цифрового сигнала на 64 субканала. Скорость передачи цифровою потока в каждом из них равна 2 Кбит/с. Общая скорость передачи цифрового потока - 384 кбит/с.

USADR AM, предназначенная для использования в СВ диапазоне 525 - 1608 кГц одновременно с существующими аналоговыми АМ-радиостанциями. Комплексный сигнал включает в себя аналоговый АМ и цифровой сигналы. В последнем может содержаться одна стереопрограмма и дополнительная информация. Цифровой звуковой сигнал кодируется по системе MUSICAM при скорости 96 кбит/с. Общая скорость цифрового потока равна 128 кбит/с. Полоса частот, занимаемая комплексным вещательным сигналом, составляет 40 кГц.

СИСТЕМА ЭВРИКА-147/ DAB

Система "Эврика-147/ DAB" пригодна для организации наземного, спутникового и кабельного вещания и обладает следующими техническими преимуществами:

высокое качество звуковоспроизведения (на уровне проигрывателей компакт-дисков);

передача цифрового сигнала требует меньшей мощности, чем передача аналогового, а качество звучания остается неизменным начиная с момента, когда прием сигнала вообще становится возможным.

возможность передачи в узкой полосе частот шириной 1,54 МГц шести стереопрограмм (с качеством, характерным для проигрывателя компакт-дисков) совместно с разнообразной дополнительной информацией;

для каждого канала выделяется своя полоса частот и качество передачи можно динамически регулировать в месте, откуда ведется передача.

возможность охвата вещанием больших территорий (в том числе территории всей России) путем организации одночастотных сетей (то есть сетей, состоящих из передатчиков, работающих в синхронном режиме на одной и той же частоте) или непосредственно вещания с искусственных спутников Земли;

возможность передачи электронных газет, факсов, изображений, бизнес информации, телевизионных сигналов и т.д. ("радиомультимедиа");

возможность приема программ наземного и непосредственно спутникового вещания на радиоприемники с ненаправленными штыревыми антеннами в домашней обстановке, в движущемся автомобиле или в походных условиях;

высокая устойчивость к воздействию помех и, в частности, помех многолучевого распространения, позволяющая добиться стабильного приема даже при быстром перемещении автомобилей в городских районах со сложной многоэтажной застройкой;

наличие специальных каналов для передачи информации ограниченному кругу пользователей (закрытые каналы с паролем или пейджинг);

возможность использования универсального приемника при реализации наземного спутникового, гибридного и кабельного вариантов вещания.

Краткое описание стандарта DAB

Комплекс стандартов DAB определяет способы передачи информации, области занимаемых частот, набор сервисных услуг и методы их предоставления и т.д. Системное построение и технические характеристики системы регламентированы в принятом в 1995 г. и дополненном в 1997 г. европейском телекоммуникационном стандарте ETS 300401.

Принцип транслирования DAB-радиопрограмм принципиально отличается от рассмотренных систем радиовещания. Уже не одна, а несколько различных программ объединяются в единый блок, называемый ансамблем (ENSEMBLE, или MULTIPLEX) и передаются на одной несущей частоте. Каждый ансамбль может состоять из 6 основных программ, а также дополнительных данных, связанных с программами.

Для передачи цифровой эфирной информации определено использование системы COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Эта система предполагает дискретизацию аналогового потока не только по времени, но и по частоте. Полученные элементы оцифровываются, определенным образом перемешиваются и затем модулируют совокупность несущих, количество которых определяется мощностью передаваемого информационного потока (в стандарте DAB может использоваться от 192 до 1536 несущих). Расстояние между несущими выбирается таким образом, чтобы пересечение спектров соседних несущих не создавало помех при демодуляции, то есть чтобы выполнялось условие их ортогональности.

Дополнительная дискретизация по частоте позволяет применять перемешивание и сверточные коды, повышающие устойчивость информации к помехам. Еще одной существенной особенностью системы COFDM является использование защитного интервала между передачей отдельных символов. Этот интервал перекрывает предполагаемое время появления отраженного сигнала символа, что снижает чувствительность к помехам, вызванным многолучевым распространением радиоволн.

Количество несущих, расстояние между ними, длина защитного интервала и значение FEC (степени защиты за счет применения сверточного кодирования) являются переменными величинами. Использование такой системы передачи обеспечивает возможность чистого приема в местах плотной городской застройки. Еще одним важным плюсом применения COFDM является высокое качество мобильного приема, одной из основных проблем которого является сложность адаптации приемника к постоянному изменению мощности сигнала из-за изменения конфигурации отраженных сигналов.

Специфика компоновки и передачи цифрового материала позволяет пересылать в общем потоке любые виды оцифрованной информации, при условии, что они не требуют широкой полосы частот. Это может быть текст, графика или даже движущиеся картинки.

Система Эврика-147/DAB подвергалась лабораторным и полевым испытаниям при работе в диапазоне частот 1452-1492 МГц (L-диапазон). При испытаниях применялся режим II, что соответствует наличию 384 несущих в передаваемом радиосигнале. Кодирование цифровых звуковых сигналов в данной системе производилось кодерами MUSICAM при скоростях цифровых потоков на выходах кодеров от 192 кбит/с до 256 кбит/с на один стереосигнал. Система проверялась на способность передавать пять стереоканалов: один - со скоростью 256 кбит/с, два - со скоростью 224 кбит/с, два - со скоростью 192 кбит/с. Имелась возможность, в дополнение к пяти сереоканалам, передать один моноканал со скоростью 64 кбит/с и два канала данных со скоростями 64 и 24 кбит/с, соответственно.

В DAB сигнал, прежде чем поступить на передатчик, проходит несколько стадий обработки. Структура передающего тракта такова:

Сигналы отдельных каналов поступают на входы кодеров, где происходит оцифровка и сжатие информации по стандартам MPEG1 или MPEG2.

Сигналы с кодеров каналов поступают на групповой мультиплексор, который формирует последовательный поток битов с временным мультиплексированием, состоящий из кадров длительностью 24, 48 или 96 мс (модели DAB I, II, III, IV). В этот поток включаются данные скоростного канала информации (FIC), которые используются приемником для идентификации каналов.

Сигнал с выхода мультиплексора поступает на вход СОFDM-модулятора, который добавляет информацию для коррекции ошибок, защитные интервалы и данные, идентифицирующие передатчик.

После этого осуществляется быстрое преобразование Фурье и кодирование I/Q символов. Кодированные данные поступают на высокоскоростной цифро-аналоговый преобразователь, который формирует модулированный сигнал ПЧ.

Частота сигнала ПЧ конвертируется в частоту, присвоенную каналу, и сигнал усиливается до необходимого для трансляции уровня мощности.

СИСТЕМА DRM

Для диапазонов средних и коротких волн разработан стандарт DRM. Разработчики решили обратиться к этим диапазонам, поскольку они дают беспрецедентные возможности для дальнего вещания при существенно меньших затратах на его организацию, а техническое качество вещания уже не отвечает современным требованиям.

Организация DRM (Digital Radio Mondiale) была основана в марте 1998 г. Это некоммерческий международный консорциум, включающий более 60 участников из Европы, Азии и Америки, в том числе российский канал "Голос России". В основу нового стандарта, названного "система А" положен доработанный прототип системы Skywave-2000, разработанной французской фирмой Thomcast. Осенью 2000 года Международный Союз Электросвязи рекомендовал своим членам использовать его, после чего закрепилось название "система DRM".

Формат характеризуется гибкими параметрами передачи, позволяющими использовать его во всех диапазонах ниже 30 МГц. Одновременно он может использоваться и для диапазона УКВ. Первые системы DRM будут вещать в стандартной полосе радиоканала, составляющей 9/10 кГц. Впоследствии можно формировать и более широкие потоки, повышая качество передачи сигнала. Для внедрения новой системы можно модернизировать существующие АМ-передатчики, что снимет ряд проблем переходного периода.

Основные преимущества следующие:

Улучшение приема и качества звучания

Возможность использования во всех диапазонах

Возможна совместная передача данных и аудиосигнала

Есть выбор режимов для оптимизации пропускной способности/качества и надежности/устойчивости приема

Очень высокая эффективность использования спектра: от 3 до 4 бит/Гц/с;

Система открыта для последующего улучшения, новых методов компрессии и процессов кодирования. Для РЧ каналов для радиовещания ниже 30 MHz в настоящее время используют ширину полосы 9 или 10 кГц.

DRM система может использоваться:

в пределах номинальной ширины полосы, в соответствии с настоящей планировкой;

в пределах каналов с шириной полосы кратной 4.5 кГц (половина 9 кГц) или 5 кГц (половина 10 кГц), для того, чтобы была возможность совместного вещания с аналоговым АМ сигналом или для обеспечения большей пропускной способности передачи, если в будущем это будет разрешено.

Краткое описание стандарта DRM

В отличие от стандарта DAB, использующего MPEG II, в DRM применяется более современный вариант компрессии MPEG-4. Он включает адаптивный механизм компрессии сигнала AAC (Advanced Audio Coding) в моно и стереовариантах, а также CELP (Code-exited Linear Prediction) для высококачественного кодирования речи и шумоподобных сигналов. В MPEG-4 долговременное предсказание проводится не во временной, а в спектральной плоскости. Кодер делает предсказание, а затем кодирует либо разницу между реальным и предсказанным сигналом, либо сам входной сигнал, если его значение можно закодировать более компактно, чем разницу. Кроме того, кодер поддерживает несколько новых механизмов, связанных со способностью потока адаптироваться к изменениям параметров канала. Любой из вариантов может дополняться техникой SBR (Spectral Band Replicatoin), предназначенной для повышения качества передачи верхних частот. При передаче на частотах ниже 30 МГц все форматы, кроме стереофонического, используют полосу 9/10 МГц. Использование техники SBR требует более широкой полосы.

Помимо аудиосигналов, в цифровом потоке могут передаваться данные. Мультиплексированный поток аудио- и данных формируют основной сервисный канал Main Service Channel (MSC). В MSC передается до 4 потоков, каждый из которых переносит или аудио или данные. Информация канала MSC разбивается на логические кадры по 400 мс каждый. Дополнительно к MSC формируются еще два дополнительных канала. Основной и сервисные каналы определенным образом мультиплексируются, в результате чего образуются транспортные суперкадры длительностью 1200 мс.

Первый дополнительный канал, Fast Access Channel - FAC (канал скоростного доступа), переносит данные о параметрах радиочастотного сигнала и информацию, позволяющую выделять отдельные услуги. К параметрам сигнала относятся идентификатор потока, ширина занимаемой полосы, тип модуляции, тип кодирования, индекс глубины перемежения, количество передаваемых услуг. Эти параметры передаются в каждом FAC кадре. К параметрам, характеризующим услуги, относится указание типа сервиса (аудио/данные), флаг условного доступа, указатель языка и некоторые другие. Они передаются последовательно - в одном кадре параметры, относящиеся к одному сервису.

Второй дополнительный канал, Service Description Channel - SDC (канал описания услуг), содержит информацию, относящуюся к условному доступу, программу передач, информацию об авторских правах, вспомогательную информацию для некоторых приложений, а также ссылки на альтернативные частоты, на которых передается тот же канал. Информация SDC размещается в начале каждого суперкадра и начинается с ссылок на альтернативные частоты. Это позволяет автоматически выбрать канал, принимаемый в данный момент наилучшим образом.

В DRM, как и в DAB, применяется система модуляции СOFDM. Эта система весьма эффективна для передачи сигналов по радиоканалу с многолучевым распространением радиоволн и селективным замиранием сигнала, характерным для коротких волн. Для компенсации помех многолучевого распространения используется защитный интервал. Он не должен превышать 20% от общей длительности символа, чтобы не снизить пропускную способность канала. Количество несущих, размещаемых в полосе частот канала, ограничивается Допплеровским смещением частоты сигнала, возникающим в режиме мобильного приема. С учетом этих факторов в полосе 9/10 кГц используется около 200 несущих. Их точное количество, равно как и длительность символа и защитного интервала, зависит от характера распространения радиоволн (поверхностные или пространственные), предположительной дальности передачи и требуемой достоверности.

Каналы, входящие в MSC, разделяются на 2 части, различающиеся по значимости информации для правильного декодирования. Они подвергаются раздельному помехоустойчивому кодированию, характеризующемуся разной степенью помехозащищенности. В качестве помехоустойчивого кодирования применяется перемежение данных и сверточное кодирование со скоростями кода от 0.5 до 0.8. Перемежение данных в системах COFDM реализуется и по времени, и по частоте, что позволяет восстанавливать сигнал при высоком уровне селективного замирания в радиоканале. Кроме того, для борьбы с этим явлением в поток вводятся пилотные сигналы, позволяющие приемнику оценить степень затухания сигналов на каждой несущей частоте. Уровень налагаемой защиты также зависит от диапазона и предполагаемой дальности распространения сигнала. В частности, при передаче на коротких волнах глубина перемежения составляет 2.4 с, а на длинных и средних волнах - 0.8 с. Кроме того, на коротких волнах используется сверточное кодирование с более низкими скоростями кода и вводится большее количество пилотных сигналов.

Вопрос

Принципы передачи телевизионных сигналов Для передачи ТВ сигналов по радиоканалам в принципе можно использовать как АМ, так и ЧМ. В случае ЧМ для обеспечения высокой помехоустойчивости передачи необходимо, чтобы индекс модуляции m_ЧМ был равным 3-5. При этом полоса частот f , занимаемая частотно-модулированным сигналом, будет определяться соотношением:

f

где - девиация частоты.

Следовательно, для передачи одного ТВ сигнала потребуется радиоканал с полосой частот порядка 50-70 МГц. Такое расширение полосы частот радиоканала привело бы к резкому сокращению общего числа передаваемых ТВ сигналов в диапазоне частот, отведенном для ТВ вещания. В современной сети ТВ вещания для передачи ТВ сигналов по радиоканалам используется только АМ, несмотря на более низкую помехоустойчивость и худшие энергетические показатели радиопередатчиков по сравнению с ЧМ. Основное достоинство АМ заключается в том, что амплитудно-модулированный сигнал занимает сравнительно узкую полосу частот.

Как известно, АМ несущей частоты f приводит к образованию двух боковых частотных полос - нижней и верхней, каждая из которых равна ширине полосы частот модулирующего сигнала. Если максимальная модулирующая частота f 6 МГц, что соответствует верхней частоте ТВ сигнала, то спектр модулированных частот будет равным f f , т.е. займет полосу приблизительно в 12 МГц. Поэтому для возможности передачи модулированного ТВ сигнала в стандартном радиоканале, имеющем полосу пропускания 8 МГц,

Рисунок 8.1 - Номинальные амплитудно-частотные характеристики радиопередатчиков изображения и звукового сопровождения

нижняя боковая полоса частот модулированного ТВ сигнала частично подавляется, что приводит к устранению избыточности информации в

амплитудно-модулированном ТВ сигнале.

Согласно ГОСТ 7845-92 остаток нижней боковой полосы частот составляет 1,25 МГц. При этом номинальная полоса частот радиоканала, отводимая для передачи непосредственно ТВ сигнала составляет 7,625 МГц (рисунок 8.1). Причем ослабление частотных составляющих - 1,25 и 6,375 МГц относительно несущей частоты изображения составляет 20 дБ. Часть спектра нижней боковой полосы частот шириной 0,75 МГц передается в неискаженном виде. Крутизна склона нижней боковой полосы частот, начинающегося от 0,75 МГц ниже несущей частоты изображения, составляет 40 дБ/МГц. При этом крутизна склона верхней боковой полосы частот, рядом с которым расположен спектр сигнала звукового сопровождения, оценивается величиной более 50 дБ/МГц. При таком способе передачи ТВ сигнала по радиоканалу амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) тракта изображения ТВ приемника должна иметь форму, представленную на рисунке 8.2. Из

Рисунок 8.2 - Амплитудно-частотная характеристика радиотракта изображения ТВ приемника

Рисунок 8.3 - АЧХ усилителя промежуточной частоты изображения ТВ приемника

рисунка 8.3 следует, что в ТВ приемниках уровень несущей частоты изображения должен ослабляться на 6 дБ, т.е. в 2 раза, а частотная составляющая 0,75 МГц нижней боковой полосы должна быть ослаблена на 20 дБ, т.е. в 10 раз, по сравнению с уровнем опорной частоты 1,5 МГц в спектре верхней боковой полосы. При выполнении данных условий после детектирования ТВ радиосигнала суммарное номинальное напряжение, образующееся на нагрузке детектора от одинаковых частотных составляющих нижней и верхней боковых полос, на любой частоте спектра в пределах 0-6 МГц всегда будет равно единице, если отсчет вести в относительных величинах. На практике это означает, что форма результирующей АЧХ тракта передачи ТВ радиосигнала от модулятора радиопередатчика до нагрузки детектора телевизора будет равномерной в заданной полосе частот 6 МГц.

В каждом стандартном радиоканале шириной 8 МГц кроме ТВ сигнала передается соответствующий ему сигнал звукового сопровождения (см. рисунок 8.1). Причем радиосигнал звукового сопровождения передается с помощью ЧМ несущей частоты звука, что обеспечивает высокую помехоустойчивость тракта звукового сопровождения. Максимальная девиация частоты составляет ± 50 кГц при номинальной ширине полосы частот, занимаемой радиосигналом звукового сопровождения, не более 0,25 МГц. Для использования общей антенно-фидерной системы в радиопередающих устройствах и общего усилительного тракта для усиления ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения в телевизорах принято передавать сигнал звукового сопровождения на несущей частоте, близкой к несущей частоте изображения. В действительности разнос несущих частот звука и изображения составляет 6,5 МГц, причем несущая частота изображения меньше несущей частоты звука. Разные виды модуляции ТВ и звукового радиосигналов в значительной мере облегчают их разделение в телевизорах. На практике мощность радиопередатчика звукового сопровождения составляет 10-20% от мощности ТВ радиопередатчика в моменты передачи СИ. Соотношение мощностей радиопередатчиков изображения и звукового сопровождения выбирается из условия создания одинаковых радиусов действия обоих передатчиков при приеме на стандартные ТВ приемники.

Ввиду униполярности ТВ сигнала возможны два варианта АМ радиосигнала: негативная и позитивная в зависимости от полярности модулирующего ТВ сигнала. В большинстве стран мира, в том числе и нашей стране, принята негативная полярность модуляции, при которой максимальному уровню несущей изображения соответствует передача величины СИ, а максимальному значению - уровень белого ТВ сигнала. При такой полярности модуляции по сравнению с позитивной импульсные помехи проявляются на ТВ изображении в большинстве случаев в виде темных точек, а не белых, поэтому они визуально менее заметны. Повышается помехоустойчивость тракта синхронизации ТВ системы по всем видам помех, кроме импульсных, так как при передаче СИ ТВ радиопередатчик излучает максимальную, т.е. пиковую мощность. При негативной полярности модуляции в телевизорах легче осуществлять автоматическую регулировку усиления (АРУ), так как в излучаемом радиосигнале, независимо от содержания ТВ изображения, СИ соответствует максимальной и постоянной величине излучаемой мощности. Кроме того, облегчается конструирование радиопередатчиков, так как средняя излучаемая мощность значительно меньше максимальной, поскольку на ТВ изображениях больше преобладают белые детали. Основной недостаток негативной полярности модуляции заключается в относительно большем влиянии импульсных помех на устойчивость синхронизации в ТВ приемниках.

Способ установки элементов передающей ТВ антенны ориентирует электрический и магнитный векторы электромагнитной волны, т.е. определяет плоскость поляризации электромагнитного излучения. Согласно ГОСТ 7845-92 допускается использовать как горизонтальную (вектор электрического поля расположен в горизонтальной плоскости), так и вертикальную поляризации волн, излучаемых ТВ радиопередатчиком. В свободном пространстве горизонтальная и вертикальная поляризации электромагнитных волн не имеют друг перед другом каких-либо преимуществ. Однако в реальных условиях, особенно в городах с большим количеством вертикально отражающих объектов, например домов, при горизонтальной поляризации обеспечивается меньший уровень отраженных интерферирующих волн, которые вызывают замирание сигнала и помехи на ТВ изображении в виде дополнительных контуров. Кроме того, при горизонтальной поляризации наблюдается меньшее воздействие промышленных помех, в частности помех от систем зажигания автотранспорта, которые имеют вертикально поляризованную составляющую.

Рисунок 8.4 - Структурная схема ТВ системы

Наконец, конструкции ТВ антенн с узкими диаграммами направленности для приема горизонтально поляризованных электромагнитных волн оказываются более простыми, их легче устанавливать на металлических опорах. Поэтому при организации ТВ вещания в большинстве стран мира предпочтение было отдано горизонтальной поляризации электромагнитного излучения.

Современная ТВ система (рисунок 8.4) состоит из двух частей: передающей и приемной, соединенных линией связи. В передающей части системы изображение наблюдаемого объекта с помощью объектива 2 проецируется на передающую трубку 3, находящуюся в передающей ТВ камере 1. Передающая трубка в процессе развертки формирует видеосигнал, который после предварительного усиления в усилителе ТВ камеры 5 поступает в ТВ канал 7. Для ТВ развертки на отклоняющую систему 4 передающей трубки подаются электрические сигналы пилообразной формы строчной частоты и частоты полей. Эти сигналы вырабатываются в блоке разверток 6 передающей камеры. В ТВ канале происходит дальнейшее усиление видеосигнала, коррекция его искажений и формирование полного ТВ сигнала, для чего в видеосигнал замешиваются гасящие и СИ строк и полей. Эти импульсы заводятся в ТВ канал от специального генератора импульсов - синхрогенератора 9. Синхрогенератор вырабатывает импульсы, необходимые для работы всей ТВ системы и обеспечивает строгое соотношение частот между ними. Вырабатываемые синхрогенератором СИ обеспечивают синхронность и синфазность разверток приемной и передающей трубок. Поскольку блок разверток передающей трубки находится непосредственно в передающей камере, то КСИ и ССИ отдельно подводятся к соответствующим генераторам блока разверток непосредственно от синхрогенератора. Необходимая для синхронизации блока разверток приемной трубки смесь синхроимпульсов передается вместе с видеосигналом.

Сформированный и усиленный полный ТВ сигнал поступает на модулятор радиопередатчика 8, где модулирует его несущую частоту, а затем в виде высокочастотных колебаний поступает в передающую антенну.

Принятые приемной антенной радиосигналы непосредственно поступают в ТВ приемник. Современные ТВ приемники строятся только по супергетеродинной схеме. В телевизорах применяется совместное усиление высокочастотным трактом сигналов изображения и звукового сопровождения с последующим их разделением и дополнительным усилением. В зависимости от точки разделения сигналов усилительный тракт ТВ приемника строится по одному из двух вариантов, называемых одноканальным и двухканальным.

Одноканальная схема предполагает общее усиление на промежуточной частоте ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения (см. рисунок 8.4). Поэтому в высокочастотной части телевизора 10 осуществляется выбор соответствующего канала, предварительное усиление радиосигналов и их частотное преобразование в промежуточные частоты изображения (38 МГц) и звукового сопровождения (31,5 МГц). Оба сигнала после преобразования усиливаются одним многокаскадным усилителем промежуточной частоты 11, который имеет достаточно широкую полосу пропускания а затем детектируются амплитудным детектором 12. Видеодетектор представляет собой нелинейный элемент и выполняет функцию простейшего преобразователя. Поэтому на его входе, кроме видеоспектра, образуется также сигнал частоты биений между промежуточными несущими частотами изображения и звука. Разностный сигнал с частотой f =38-31,5 МГц модулирован по частоте и амплитуде. Полезная информация, соответствующая сигналу звукового сопровождения, определяется ЧМ сигнала разностной частоты.

Основное преимущество одноканальной схемы ТВ приемника состоит не только в отсутствии необходимости иметь отдельные гетеродины и смесители для сигналов изображения и звука, но и в том, что отсутствует нестабильность настройки сигнала звукового сопровождения, связанная с изменением частоты гетеродина в блоке 10. В данном случае отклонение частоты генератора высокочастотного блока телевизора от номинала приводит к равному изменению промежуточных частот видеосигнала и сигнала звука, а разностная частота, равная 6,5 МГц, остается неизменной. На разностную частоту настроены усилитель промежуточной частоты звука, амплитудный ограничитель и частотный детектор, входящие в канал звукового сопровождения 13. Кроме того, в блок 13 входит и усилитель низкой частоты, с выхода которого усиленный сигнал звуковой частоты подается на акустическую систему 14.

Усиленный видеоусилителем 15 полный ТВ сигнал подается на блок цветности 16, в котором формируются видеосигналы основных цветов, подводимые к цветному кинескопу 17.

С выхода видеоусилителя сигнал поступает также в канал синхронизации 18, в котором обеспечивается отделение синхроимпульсов от видеосигнала и разделение ССИ и КСИ. Далее эти импульсы синхронизируют задающие генераторы блоков кадровой 19 и строчной 20 разверток электронных лучей кинескопа соответственно. Формируемые генераторами разверток отклоняющие токи подаются на отклоняющую систему кинескопа. Кроме того, выходной каскад генератора строчной развертки одновременно служит источником высокого напряжения для питания кинескопа, которое получается путем выпрямления импульсов строчной частоты, образуемых в обмотке автотрансформатора этого каскада. В современных ТВ приемниках используются автоматические регулировки ряда параметров, например, яркости, размера растра. Блоки 10, 11 приемника, как правило, охвачены схемой АРУ, обеспечивающей поддержание выходного уровня видеосигнала как при переходе приема с одной программы на другую, так и при изменении условий распространения радиоволн и других факторов, влияющих на величину видеосигнала.

Вопрос

Принципы передачи цветного изображения.
Поскольку любой цвет многоцветного телевизионного изображения может быть воспроизведен из трех основных цветов: красного, зеленого и синего, то для передачи по телевидению изображений объектов необходимо:
1. оптически разложить их на три одноцветных изображения в указанных основных цветах;
2. три одноцветных изображения преобразовать в три электрических сигнала;
3. передать эти сигналы по каналам связи;
4. обратно преобразовать электрические сигналы в три одноцветных оптических изображения красного, зеленого и синего цветов;
5. осуществить оптическое пространственное совмещение трех одноцветных изображений в одно многоцветное.

Передавать электрические сигналы, соответствующие красному, зеленому и синему изображениям, можно или последовательно един сигнал цветного изображения за другим по одному каналу связи или одновременно три сигнала по трем отдельным каналам связи. Отсюда возникли два класса систем цветного телевидения: системы с последовательной и с одновременной передачей цветных сигналов.
Последовательная система цветного телевидения исторически была первой цветной телевизионной системой передачи цветовых сигналов. Для получения цветного изображения в этой системе перед передающей трубкой и перед приемным экраном помещаются диски, состоящие из красного, зеленого и синего светофильтров и вращающиеся синхронно с разверткой. Например, при передаче каждого полукадра происходит смена цвета светофильтра.

Для предотвращения мерцания цветов необходимо изображение каждого цвета передавать с частотой не меньше критической частоты мерцания, т. е. примерно 50 кадров, или при чересстрочной развертке 50 полей в секунду. Так как необходимо передать три цветных изображения, то число передаваемых полей в секунду должно быть 150, или 75 кадров в секунду.
При сохранении четкости изображений трехкратное увеличение частоты кадров приводит к трехкратному увеличению полосы частот изображения, а это приводит к тому, что параметры и характеристики последовательной системы цветного телевидения сильно отличаются от параметров и характеристик системы черно-белого телевидения и становится трудно добиться взаимодействия этих систем. Это основной недостаток последовательных систем. Однако для некоторых прикладных целей эти системы получили применение.

Одновременная система цветного телевидения.
Оптическое изображение передаваемых объектов на передающем конце системы делится с помощью цветоизбирательных зеркал на три составляющие в трех основных цветах и подается на три передающие трубки. В результате на каждую передающую трубку попадает не весь световой поток, отраженный передаваемой сценой, а только один, соответствующий красной, зеленой и синей составляющим изображения. Такие одноцветные изображения называются цветоделенными.
Передающие трубки преобразуют спроектированные на их мишени цветоделенные изображения в электрические сигналы, которые каждый по своему каналу направляются к приемнику. Принятые
сигналы управляют интенсивностью электронных лучей приемных трубок, имеющих экраны с цветным свечением, в результате чего на экранах образуются одновременно три цветоделенных изображения. Эти изображения смешиваются (складываются) с помощью цветоизбирательных зеркал или путем проекции на один общий экран и наблюдаются телезрителей.

системы цветного телевидения. Их всего три NTSC, PAL и SECAM. Система NTSC получила распространение в странах с частотой сети переменного тока 60 Гц (США, Япония), системы PAL и SECAM - в странах с частотой сети переменного тока 50 Гц. Соответственно и частота вертикальной развертки (частота полей) была выбрана таким образом, чтобы уменьшить заметность помех от электропроводки первичной сети: для NTSC - 60 Гц, для PAL и SECAM - 50 Гц.

Дата добавления: 2015-09-05