Українська державна академія зв'язку ім. О.С. Попова

БАЛАН МИКОЛА МАКАРОВИЧ

УДК 621.396.97:681.84.087.7

УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМ СТЕРЕОФОНІЧНОГО

РАДІОМОВЛЕННЯ У ДІАПАЗОНІ СЕРЕДНІХ ХВИЛЬ

Спеціальність 05.12.17 – радіотехнічні та телевізійні системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2001

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Українській державній академії зв'язку ім. О.С. Попова, Державний комітет зв'язку та інформатизації України.

Науковий керівник –

кандидат технічних наук, професор Виходець Анатолій Васильович, Українська державна академія зв'язку ім. О.С. Попова, професор кафедри.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Балашов Віталій Олександрович, Одеський науково-дослідний інститут зв'язку, директор;

кандидат технічних наук, доцент Захарченко Вадим Миколайович, Одеська державна морська академія, доцент кафедри.

Провідна установа –

Одеський державний політехнічний університет, Міністерство освіти України, Одеса.

Захист відбудеться "27" квітня 2001 року о 10.00 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д . 816.01 в Українській державній академії зв'язку ім. О.С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Кузнечна, .

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Української державної академії зв'язку ім. О.С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Кузнечна, .

Автореферат розісланий "27” березня 2001 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Д 41. 816.01, д.т.н., професор Іваницький А.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В Україні існує розвинена мережа середньохвильових передавачів, що дозволяє забезпечити національними програмами звукового монофонічного мовлення практично 100 % мешканців країни. Одним із напрямків підвищення якості звукового мовлення є перехід до стереофонічного радіомовлення (СРМ). Організація СРМ на базі мережі МХ ЧМ станцій дозволила забезпечити у стаціонарних умовах високу якість мовлення. Проте при деяких специфічних умовах приймання якість мовлення у діапазоні МХ з ЧМ виявляється незадовільною. У цьому діапазоні стереофонічне приймання в автомобілі, що рухається по місту, супроводжується завадами. Це є результатом багатопроменевості, що обумовлена багаторазовими відбиваннями радіохвиль від будинків та безперервними змінами умов радіоприймання в залежності від взаємного розташування приймача і передавача. Діапазон середніх хвиль (СХ) дозволяє здійснити якісне приймання стереопрограм, тому що у порівнянні з діапазоном МХ він не схильний до явища багатопроменевості.

У діапазоні СХ, в порівнянні з діапазоном МХ, значно розширюється зона обслуговування стереомовленням.

Стереомовлення у діапазоні СХ, в порівнянні з монофонічним, забезпечує високу якість і природність звучання та має істотну перевагу, пов'язану з тим, що передані монофонічні музичні програми в основному відтворюються із стереофонічних фонограм, які є недостатньо сумісними з монофонічним відтворенням і при монофонічній передачі помітно втрачають якість, оскільки при конверсії двоканальної стереофонічної передачі в одноканальну виникають своєрідні лінійні спотворення, що погіршують якість звукопередачі.

В теперішній час стереомовлення з АМ у СХ діапазоні при використанні малопотужних передавачів ведеться у США, Канаді, Мексиці, Австралії та Японії. У США кількість радіостанцій з АМ у чотири рази більше, ніж із ЧМ. Ліцензії на АМ-стереомовлення отримали 400 мовників, а з АМ-радіостанцій, що працюють у стереорежимі, 40 % використовують систему Motorola, 30 % – систему Harris, 24 % – систему Kahn-Hazeltine і 6 % – систему Magnavox.

Великий внесок у розробку і дослідження систем СРМ у діапазоні СХ внесли L. R. Kahn, N. W. Parker, F. H. Hilbert, D. L. Hershberger, R.D. Streeter, Л.М. Кононович, А.В. Виходець, Ю.О. Ковалгін, А.П. Єфімов.

Велика різноманітність іноземних систем СРМ і відсутність даних по ряду їх найважливіших техніко-експлуатаційних показників, а також нові системи, запропоновані і розроблені автором, потребують теоретичного узагальнення і нового вирішення наукової задачі, що виражається в удосконаленні систем СРМ шляхом визначення параметрів і характеристик різних ланок на передавальній і приймальній сторонах систем, визначення необхідних вимог для їх побудови та контролю в процесі експлуатації, одержання параметрів, які визначають зону обслуговування в мережі синхронного мовлення та необхідні для її планування, одержання суб'єктивно-статистичних оцінок якості мовлення з метою вибору найбільше прийнятної системи.

Поряд із розвитком цифрового радіомовлення в АМ діапазонах МСЕ вважає актуальним подальшу розробку питань аналогового радіомовлення. Так у документах, присвячених тематичним планам науково-дослідних робіт, рекомендується проведення досліджень аналогових систем радіомовлення у всіх досліджуваних АМ діапазонах (питання 44-2/10 "ДХ, СХ і КХ радіомовлення").

Дослідження, подані у дисертації, відповідають переліку питань за документами Дослідницької комісії ДК-10 (із травня 2000 р. – ДК-6) Бюро радіозв'язку МСЕ-Р, що рекомендує проведення досліджень за питаннями ITU-R: 55-1/10 "Захисні відношення в ДХ, СХ і КХ радіомовленні", 58-1/10 "Зони покриття мовленням у діапазонах ДХ, СХ і КХ", 213/10 "Синхронізація передавачів у ДХ і СХ звуковому мовленні", 1061-1 "Передавання додаткової інформації у звуковому мовленні з АМ", рекомендації ITU-R BS.639 "Смуга частот, що необхідна для випромінювання у ДХ, СХ і КХ радіомовленні".

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні результати роботи одержані у процесі виконання науково-дослідних робіт, що проводилися в Українській державній академії зв'язку ім. О.С. Попова та в Українському науково-дослідному інституті радіо і телебачення. Роботи по дослідженню і розробці систем СРМ у діапазоні СХ з метою визначення параметрів та вибору і впровадження на території країни кращої системи проводилися разом із ВНДІРПА (м. Санкт-Петербург), НДІР (м. Москва), за замовленнями та планами Міністерства зв'язку СРСР, РФ, а пізніше – Концерну РРТ та Міністерства зв'язку України.

Основні теоретичні висновки і практичні результати дисертаційної роботи використані в НДР, проведених в Українській державній академії зв'язку ім. О.С. Попова (раніше ОЕІЗ) за темами: "Дослідження систем стереофонічного радіомовлення для діапазону СХ" № ДР 01860019832, "Вибір системи стереофонічного радіомовлення для діапазону середніх хвиль" № ДР 01880044113, "Розробка комплексу пристроїв СХ передавача для організації дослідних передач АМ-СХ стереофонічного радіомовлення" № ДР 0194U002432, "Розробка рекомендацій по переведенню устаткування АМ-СХ передавачів у стереорежим та організація стереофонічного радіомовлення" № ДР 0194U002433 – при роботі автора за посадою відповідального виконавця; в Українському науково-дослідному інституті радіо і телебачення за темами: "Розробка і стандартизація системи стереомовлення з використанням пілот-тону та організація стереомовлення у діапазоні середніх хвиль "№ ДР 01940009638, "Розробка систем стереофонічного радіомовлення середньохвильового діапазону" № ДР 0195U009389 – при роботі автора за посадою заступника начальника відділу радіомовлення та с.н.с.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є удосконалення систем СРМ та впровадження стереофонічного мовлення у діапазоні СХ.

Для досягнення поставленої мети у дисертації вирішуються наукові задачі:

1 Визначення цифрових значень параметрів та характеристик різних ланок на передавальній і приймальній сторонах існуючих і розроблених автором систем СРМ, які забезпечують підвищену якість мовлення, визначають необхідні вимоги для побудови та контролю параметрів під час експлуатації систем СРМ.

2 Одержання по заданій якості стереомовлення допустимих значень захисних відношень за радіочастотою, що визначають зону обслуговування у мережі синхронного мовлення та необхідні при її плануванні.

3 Вирішення проблеми реалізації стереофонічного радіомовлення при використанні типових монофонічних СХ-АМ передавачів.

4 Визначення спектра фазо-модульованої частоти-носія систем СРМ та вимог до резонансних кіл ВЧ тракту передавача при стереомовленні.

5 Одержання суб'єктивно-статистичних оцінок систем СРМ, які дають підставу рекомендувати для використання у радіомовленні розглянуті системи.

Наукова новизна отриманих результатів.

1 Запропоновані нові системи СРМ для діапазону СХ.

2 Одержані раніше невідомі параметри якості та характеристики існуючих систем СРМ, а також розроблених автором нових систем з нелінійним формуванням модулюючого сигналу.

3 Вирішена математична задача по розкладанню у тригонометричні ряди нелінійних функцій, які відображають радіосигнали систем СРМ, що дозволило визначити їх параметри.

4 Вперше одержані результати впливу фазо-частотних спотворень у ланках на передавальній та приймальній сторонах різноманітних систем СРМ, які визначають вимоги необхідні для побудови систем СРМ та контролю їх параметрів.

5 Одержані параметри стереосигналів та захисних відношень у системах СРМ при різноманітних варіантах побудови мережі синхронного мовлення.

6 На основі суб'єктивно-статистичних експертиз визначена сумісність та порівняльна характеристика систем СРМ.

7 Визначені причини, що не дозволяли раніше здійснити стереомовлення при використанні існуючого парку СХ передавачів з анодною і сітковою модуляцією, та на основі аналізу перехідних завад вперше розроблені вимоги до параметрів модуляційного тракту стереопередавача.

8 Вперше розроблено метод усунення впливу фазо-частотних спотворень модуляційного тракту монофонічного передавача для зниження перехідних завад при стереомовленні.

Запрапоновані у дисертації технічні рішення по розробці систем СРМ та пристрою передавання сумісної системи СРМ захищені 8 авторськими свідоцтвами на винаходи та патентом Російської Федерації (одноосібно).

Практичне значення отриманих результатів.

1 Одержані результати аналізу систем СРМ дозволяють визначити вимоги до параметрів якості різноманітних ланок на передавальній та приймальній сторонах систем СРМ.

2 Одержані розрахункові дані, що дозволяють визначити по заданій якості стереомовлення допустимі значення захисних відношень за радіочастотою при різноманітних варіантах побудови мережі синхронного мовлення та можуть бути використаними при її плануванні.

3 Визначені рекомендації по поліпшенню сумісності різноманітних систем стереомовлення з системою монофонічного мовлення.

4 Дана порівняльна суб'єктивна оцінка систем СРМ, яка дозволяє здійснити вибір системи стереомовлення.

5 Вимірені ФЧХ модуляційного тракту типових СХ передавачів, визначені вимоги до них та проаналізована їх придатність при впровадженні стереомовлення.

6 Розроблений метод усунення впливу фазо-частотних спотворень модуляційного тракту передавача, який дозволив вперше провести стереофонічні передачі на базі існуючого парку СХ монофонічних передавачів з анодною і сітковою модуляцією.

Результати досліджень впроваджені при виконанні чотирьох НДР в Українській державній академії зв'язку ім. О.С. Попова (ОЕІЗ), двох НДР в Українському науково-дослідному інституті радіо і телебачення, при проведенні стереофонічних передач на передавачах концерну РРТ – Одеського ОРТПЦ і РТПЦ Криму; введені в наукові і учбові видання та в лекційні курси по дисциплінах "Телерадіомовлення" та "Стереофонічне мовлення", що читаються студентам четвертого курсу факультету PЗ, РМ і ТБ УДАЗ ім. О.С. Попова, та підтверджуються актами впровадження.

Особистий внесок здобувача.

Виконано одноосібно:–

дослідження впливу фазо-частотних спотворень у тракті звукової частоти передавача системи C-QUAM Motorola і в стереодекодері системи СРМ-1;–

дослідження перехідних завад, які викликані: похибкою у формуванні опорного коливання одного синхронного детектора, неточним відновленням фази опорного коливання, похибкою установлення зсуву фаз між частотами-носіями;–

дослідження спотворень при роботі стереофонічних АМ-СХ передавачів у мережі синхронного мовлення;–

дослідження сумісності різних систем СРМ;–

визначення спектральної діаграми радіосигналів системи СРМ-1;–

розробка лабораторних моделей систем СРМ та проведення порівняльної суб'єктивної оцінки систем;–

експериментальні дослідження параметрів і характеристик існуючого парку СХ передавачів;–

визначення причин, що не дозволяли раніше здійснити стереомовлення при використанні існуючого парку СХ передавачів з анодною і сітковою модуляцією;–

винахід спеціального способу усунення впливу фазо-частотних спотворень, що вносяться модуляційним трактом, та визначення необхідної точності корекції ФЧХ модуляційного тракту, необхідної для проведення стереопередач при використанні експлуатованих у теперішній час монофонічних передавачів;–

розробка стереомодулятора та проведення дослідних стереофонічних передач у діапазоні СХ.

У співавторстві виконано:–

винахід нових систем СРМ;–

дослідження нелінійних спотворень у стереофонічних системах АМ радіомовлення;–

визначення спектральних діаграм радіосигналів систем стереофонічного АМ радіомовлення Motorola і МСМ;–

дослідження фазо-частотних спотворень у стереодекодері приймача стереофонічної системи АМ радіомовлення;–

дослідження особливостей формування сигналів в системі стереофонічного радіомовлення C-QUAM Motorola.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні і практичні результати дисертаційної роботи розглянуті на Всесоюзному науково-технічному семінарі "Розвиток, впровадження й експлуатація засобів зв'язку" (Рига, 1980), другій Всесоюзній науково-технічній конференції "Удосконалювання технічної бази, організація і планування телебачення і радіомовлення" (Москва, 1987), третій Всесоюзній науково-технічній конференції ВНДІТР "Удосконалювання технічної бази, організації і планування телебачення і радіомовлення" (Москва,1990), другій Всесоюзній науково-технічній конференції ВНДІРПА "Проблеми і перспективи розвитку цифрової звукової техніки" (Ленінград, 1990), першій Міжнародній науково-технічній конференції "Системи стереофонічного радіомовлення. Перспективи розвитку в Україні" (Одеса, 1993), Міжнародній науково-практичній конференції "Системи та засоби передавання і обробки інформації" (Одеса, 1997), а також щорічно обговорювалися на наукових конференціях УДАЗ ім. О.С. Попова і наукових семінарах кафедр радіотехнічних пристроїв та телебачення і радіомовлення.

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 36 наукових робіт, у тому числі: в одній монографії, 13 статей – у збірниках наукових праць та журналах (3 – одноосібно), зроблено 12 доповідей на науково-технічних конференціях (3 – одноосібно), отримано 8 авторських свідоцтв СРСР, один патент Російської Федерації (одноосібно), 1 стаття депонована.

Самостійних публікацій 7.

Обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'ятьох розділів, висновків і п'яти додатків. Загальний обсяг дисертації складає 150 сторінок тексту, без урахування 10 сторінок додатків, 38 сторінок, які зайняті малюнками, таблицями і списком використаних джерел, що включає 117 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розглянуті основні положення проблеми, що є предметом аналізу і приведена загальна характеристика роботи.

У першому розділі приводяться вимоги до систем СРМ, розглядаються особливості побудови і технічні характеристики іноземних систем СРМ, що знаходяться в експлуатації, описані системи СРМ, що розроблені автором, приводиться порівняльна характеристика систем СРМ.

Викладені проблеми розробок систем СРМ – відсутність повних характеристик і достатніх параметрів систем СРМ, названі питання, що потребують вирішення в дисертації.

Автором розроблена сумісна система СРМ-1, в якій одна складова квадратурно-модульованого коливання має вид: [A(t)–B(t)]coswt, а інша – , де A(t) = 1+UA(t) і B(t) = 1+UB(t), UA(t) і UB(t) – стереосигнали з частотами ?A і ЩB, відповідно; . Сигнал на виході передавача:

, (1)

де U(t) = A(t) + B(t),

Обвідна U(t) квадратурно-модульованого коливання (1) є сумарним стереосигналом. Cистема СРМ-1 є сумісною.

Ця система не вносить нелінійних спотворень, у випадку достатньої ширини пропускання каналу передачі. При обмеженні смуги пропускання виникають спотворення.

У інший розробленій автором системі СРМ-2 квадратурні складові формуються сигналами A(t) і .

Утворюється квадратурно-модульоване коливання виду:

u(t) = A(t) cosщt + = U(t) cos(щt – ц), (2)

де U(t) = A(t) + B(t), ц = arctg.

Монофонічний приймач з амплітудним детектором виділить обвідну U(t) = A(t) + B(t) квадратурно-модульованого коливання (2), що є сумарним сигналом. Cистема СРМ-2 також є сумісною.

Особливістю систем СРМ-1 та СРМ-2, що вигідно відрізняє їх від інших розглянутих систем СРМ, є проста схема стереофонічного приймача, який складається з мінімальної кількості нескладних схем.

В другому розділі досліджуються нелінійні спотворення у стереофонічних системах АМ радіомовлення з квадратурною модуляцією.

Сигнал на виході системи СРМ при модуляції складових квадратурно-модульованого коливання сумарним M(t) і різницевим S(t) сигналами:

(3)

де .

Обвідна і фаза сигналу (3):

, (4)

(5)

У формулі (4) сумісним сигналом є сигнал M(t), а поява нелінійних спотворень викликана наявністю сигналу S(t). Нелінійні спотворення визначені при апроксимації формули (4) рядом Фур'є й обчисленні коефіцієнтів ряду на ЕОМ. Коефіцієнт нелінійних спотворень має значення більше допустимого, K = 4 % при коефіцієнтах амплітудної модуляції mA = mB = 0,1, (mA = UA/U0, mB = UB/U0, U0 – амплітуда частоти-носія).

Для поліпшення сумісності зменшується частка різницевого сигналу – у формуліі (3) знижується значення a. При m = 0,45 і a = 0,27, значення коефіцієнта K  1,5 %, що вже допустимо для системи СРМ. Проте відношення сигнал/шум у каналах A і B стереоприймача при a = 0,27 (система CPМ Harris) знижується на 11,9 дБ.

В системі СРМ у якій модуляція однієї частоти-носія здійснюється сигналом лівого каналу A(t), іншої – сигналом правого каналу B(t), а кут зсуву фаз між частотами-носіями дорівнює ?, сигнал на виході передавача:

(6)

При зменшенні ? до 35 – 40° і коефіцієнта модуляції до 0,7 коефіцієнт нелінійних спотворень K знижується до допустимого значення 1,5 %.

При фазовому зсуві гетеродина приймача , з'являються перехідні спотворення і повний розділ стереосигналів не відбувається. Перехідна вгамівність у стереоканалах:

(7)

Перехідна вгамівність знижується зі збільшенням Дц ? зі зменшенням ? , а у системі СРМ із ? = 40° вона на 4 дБ менше, ніж у системі СРМ з ? = 90°.

Погіршення відношення сигнал/шум в аналізованій системі при ц = 40° ? порівнянні з системою СРМ із квадратурною модуляцією при ц = 90°:

). (8)

При ц = 40° ?начення = 3,05 (9,7 дБ).

Досліджені нелінійні спотворення у системах СРМ Harris першої модифікації, СРМ-1 і СРМ-2.

Показано, що для передавання сигналів систем СРМ-1 (1) і СРМ-2 (2): і буде потрібна ширша смуга пропускання. У реальних каналах сигнали нелінійного перетворення будуть передані з похибками, що приведе до появи нелінійних спотворень на приймальній стороні.

Одержані значення коефіцієнтів гармонік систем Harris, СРМ-1 і СРМ-2 при різних значеннях коефіцієнта модуляції m, а для систем з нелінійним формуванням модулюючих сигналів СРМ-1 і СРМ-2 – при різному обмеженні кількості складових ряду Фурьє.

При порівнянні систем Harris, СРМ-1 і СРМ-2 та m Ј 0,5 показано, що трохи кращою є система СРМ-2, що дозволяє одержати менші нелінійні спотворення; при великих коефіцієнтах модуляції (m = 0,7 – 0,9) у системі СРМ-1 нелінійні спотворення менші ніж у системі Harris.

Проведено аналіз спектрів радіосигналів систем стереофонічного АМ радіомовлення Motorola, МСМ і СРМ-1.

У системі Мotorola сигнал на виході передавача:

uвих(t) = M(t) cos [щt – ц(t)], (9)

де ?(t) = arc tg[S(t) / M(t)], а в модифікованій системі Motorola (МСМ) ц(t)S(t).

Розраховані відносні значення потужності позасмугового випромінювання АМ-ФМ коливання у системах МСМ (при m = 0,9 Pпс.випр. / P0 = 7,4 %), Моtorola (при m = 0,9 Pпс.випр. / P0 = 3,46 %) і СРМ-1 (нижче 1 %).

Визначені спектральні діаграми коливань систем Motorola, МСМ і СРМ-1. Спектри радіосигналів у цих системах ширші, ніж спектр квадратурно-модульованого коливання. Розширення спектра фазо-модульованої частоти-носія викликає необхідність у перегляді вимог до ширини смуги пропускання резонансних кіл ВЧ тракту передавача. Тому у стереопередавачах ширина смуги пропускання резонансних кіл ВЧ тракту повинна відповідати ширині спектра ФМ сигналу на виході обмежувача. АЧХ в смузі пропускання резонансних кіл ВЧ тракту повинна бути рівномірною, а ширина смуги пропускання повинна перевищувати значення 2FB, де FB – верхня гранична частота модулюючоґо сигналу.

Показано, що при передаванні реальних сигналів ширина спектра радіосигналу і позасмугове випромінювання систем Мotorola і МСМ практично однакові. В системі СРМ-1 ці показники нижчі, тому і вимоги до ширини смуги пропускання резонансних кіл ВЧ тракту стереопередавача будуть нижчі.

У третьому розділі розглядається вплив фазо-частотних і амплітудно-частотних спотворень у передавальному і приймальному трактах на якість приймання сигналів стереофонічного мовлення.

У системах СРМ із квадратурною модуляцією наявність амплітудно-частотних і фазо-частотних спотворень у передавальному і приймальному трактах приводить до появи нелінійних спотворень як сумісного сигналу, так і канальних стереосигналів. Крім цього з'являються і перехідні спотворення, що знижують ефект об'ємного звучання. Визначення допустимих спотворень дозволило розглянути вимоги до параметрів системи СРМ.

Отримано формулу для визначення перехідних завад із каналу А в канал B при похибці у формуванні опорного коливання одного синхронного детектора:

; (10)

при неточному відновленні фази опорного коливання і при похибці установлення зсуву фаз між частотами-носіями:

(11)

Отже в системі СРМ з квадратурною модуляцією, у якій на приймальній стороні використовуються два синхронних детектора, при куті ц = 30° гранично допустиме значення перехідних завад = 20 дБ досягається при максимальному розмірі похибки формування опорного коливання другого синхронного детектора ?ц = 3° і при максимальному розмірі похибки відновлення опорного коливання рівному 2,7°. При фазових похибках у формуванні опорного коливання у стереосигналах на виході стереодекодера із синхронним детектором відсутні нелінійні спотворення.

Проведені дослідження фазо-частотних спотворень у стереодекодері приймача стереофонічної системи АМ радіомовлення C-QUAM Motorola. Проведено аналіз впливу фазо-частотних спотворень у тракті стереодекодера на перехідну вгамівність в канальних сигналах.

У стереодекодері системи C-QUAM Motorola при фазовій похибці формування схемою виділення немодульованої проміжної частоти опорного коливання визначена перехідна вгамівність у стереоканалах А и В:

. (12)

Показано, що у системі СРМ C-QUAM Motorola прийнятна перехідна вгамівність, яка дорівнює 25 – 30 дБ, може бути отримана при фазовій похибці формування опорного коливання, що не перевищує 4 – 5°.

При дослідженні особливостей формування сигналів системи СРМ C-QUAM Motorola розглянутий процес амплітудного обмеження і смугової фільтрації квадратурно-модульованого коливання. Показано, що отриманий сигнал не може без спотворень бути переданим по мовному каналі, смуга якого у діапазоні середніх хвиль обмежена. Для усунення паразитної амплітудної модуляції у такому сигналі рекомендується застосувати повторне амплітудне обмеження і фільтрацію, після чого отриманий сигнал модулюється сумарним сигналом.

Показано, що при великих коефіцієнтах модуляції (m @ 0,5) нелінійні спотворення досягають 11 %, а перехідна вгамівність знижується до 18 – 20 дБ. Оскільки спектральная щільність середньої потужності реальних сигналів на частотах вище 4 кГц на 20 – 30 дБ менше, ніж на низьких і середніх частотах, а коефіцієнт модуляції реального сигналу на високих частотах значно менше, ніж на низьких і середніх частотах, то виходить, що при передаванні реального стереофонічного сигналу системи C-QUAM Motorola коефіцієнт гармонік не перевищує 2 %, а перехідна вгамівність не гірше 40 дБ.

Досліджено вплив фазо-частотних спотворень у тракті звукової частоти передавача системи C-QUAM Motorola.

Показано, що тракт звукової частоти в межах смуги модулюючих частот вносить додатковий фазовий зсув у сумарний сигнал, який залежить від частоти – j(Щ), в результаті чого миттєві значення фазо-модульованого сигналу, що надходить до амплітудного модулятора передавача, не відповідають миттєвим амплітудним значенням сумарного модулюючого сигналу.

Дослідження впливу фазо-частотних спотворень у тракті звукової частоти передавача системи C-QUAM Motorola показують, при куті фазового зсуву в тракті звукової частоти передавача рівному ± 5°, перехідні завади складають 19,6 дБ, які можуть бути вже прийнятні для системи СРМ на СХ.

У четвертому розділі проводиться дослідження спотворень при роботі стереофонічних АМ-СХ передавачів в мережі синхронного мовлення у діапазоні СХ, коли декілька передавачів працюють на одній частоті і передають одну програму. Аналіз проведений на прикладах використання систем СРМ Harris різних модифікацій.

У системі СРМ, коли передавальна мережа складається тільки із стереофонічних передавачів, визначена перехідна вгамівність і у стереоканалах А і В:

, .(13)

Визначене мінімальне допустиме значення захисного відношення, що відповідає необхідному значенню перехідної вгамівності для каналу A:

(14)

для каналу В:

(15)

При заданій перехідній вгамівності = 20 дБ для системи Harris першої модифікації з a = 0,27 значення Dмін. доп. = 25,2 дБ; для третьої модифікації (при а = ) значення Dмін. доп 20 дБ.

Для каналу В – відповідно: Dмін. доп = 26,7 дБ і Dмін. доп 20 дБ.

Досліджено мережу синхронного мовлення, що складається з моно і стереофонічних передавачів.

Визначено перехідну вгамівність і у стереоканалах А і В:

(16)

Визначені мінімально допустимі значення захисних відношень Dмін. доп., що забезпечують необхідні значення перехідної вгамівності для каналів A і В:

Dмін. доп. = , Dмін. доп. = . (17)

При = 20 дБ і a = 0,27 Dмін. доп. = 24,8 дБ; при а = 1 Dмін. доп. 16,1 дБ.

Відповідні параметри визначені для мережі синхронного мовлення, що складається з інших варіантів систем мовлення, та необхідні при її плануванні.

Отримані результати дозволяють визначити мінімально допустимі значення захисних відношень, що забезпечують у всій зоні обслуговування задану мінімально допустиму величину перехідної вгамівності.

Показано, що при прийманні радіосигналів стереоприймачом у мережі синхронного мовлення, що складається з моно і cтереопередавачів або тільки із стереопередавачів з квадратурною модуляцією нелінійні спотворення, на відміну від моноприймання, відсутні.

Показано, що зона спотворень у мережі, що містить тільки стереопередавачі, значно ширша зони спотворень монофонічної мережі. Необхідна перехідна вгамівність при b = 20 дБ і D = 8 дБ (необхідне захисне відношення для монофонічної синхронної мережі) може бути забезпечена на малій площі зони спотворень, тому якісне приймання на території, у межах якої D 8 дБ, неможливе. При збільшенні захисного відношення D збільшується і площа території, на якій приймання ведеться з гарною якістю (b 20 дБ).

Визначено, що в синхронній мережі, що складається з моно і стереопередавачів системи Harris вимоги до значення захисного відношення при a = 1 значно нижчі (D 16 дБ), ніж при a = 0,27 (D 25 дБ).

Показано, що в мережі синхронного радіомовлення при роботі тільки стереопередавачів для одержання перехідної вгамівності між стереоканалами b = 20 дБ потрібно забезпечити більш високе захисне відношення за радіочастотою, ніж у випадку роботи моно і стереопередавачів. При (a = 0,27) значення D 26 дБ, при (a = 1) – значення D = 20 дБ.

При роботі стереопередавачів системи Motorola і СРМ-1 необхідні захисні відношення за радіочастотою при b = 20 дБ будуть близькі до значень, отриманих для передавачів системи Harris при (a = 1), тому одержані дані будуть цілком відображати процеси при використанні передавачів систем Motorola і СРМ-1.

У п'ятому розділі проводиться експериментальне дослідження сумісності систем СРМ. При експериментальному дослідженні була використана система СРМ Harris.

Суб'єктивно-статистичні експертизи по дослідженню помітності нелінійних спотворень обвідної (4) квадратурно-модульованого сигналу (3) проведені на макеті наскрізного тракту системи СРМ (3), що дозволяє змінювати значення кута від 0 до 90°. Використовувалися музичні сигнали різних жанрів.

Визначено, що при = 70 – 90° (Kг.експ. = 7,9 – 13 %), нелінійні спотворення помічають 35 – 38 % експертів, що відповідає оцінці "непевно помітно". У системі СРМ із квадратурною модуляцією нелінійні спотворення, обвідної визначаються підкореневими складовими формули:

. (18)

Встановлено, що помітність нелінійних спотворень такого виду відносно низька. Крім того, характер різницевого S(t) і сумарного M(t) сигналів такий, що найбільше ймовірним є відношення S(t)/M(t) рівне 0,3 – 0,45, при якому помітність нелінійних спотворень знижується.

Висунуто припущення, що стосовно до системи СРМ із квадратурною модуляцією норми на нелінійні спотворення можуть відрізнятися від існуючих для радіомовних передавачів.

При проведенні суб'єктивно-статистичних експертиз одержана порівняльна оцінка найбільш перспективних систем СРМ.

Експериментально досліджені особливості реалізації стереофонічного радіомовлення при використанні існуючого парку СХ передавачів.

Обмірені фазо-частотні характеристики тракту звукової частоти на середньохвильових мовних передавачах SRV-1, SRV-7, SRV-10 і SRV-20, що працюють із сітковою модуляцією та установлено, що використання їх для реалізації стереомовлення на СХ неможливо через появу великих перехідних завад при стереоприйманні.

Встановлено, що допустимі при стереоприйманні перехідні завади 20 дБ можуть бути отримані тільки при значеннях фазових зсувів у тракті звукової частоти передавача 3 – 5°, які спостерігаються лише у вузькій смузі частот, отже для реалізації стереофонічного радіомовлення при використанні експлуатованих у даний час СХ-АМ передавачів потрібно застосування спеціальних способів усунення впливу фазо-частотних спотворень, внесених модуляційним трактом, та коректування АЧХ тракту високої частоти.

Для вирішення розглянутої проблеми розроблений і отриманий патент на пристрій передавання сумісної системи стереофонічного мовлення, реалізація якого дозволяє зменшити перехідні завади і нелінійні спотворення у системі СРМ при здійсненні запропонованих засобів усунення впливу фазо-частотних спотворень, що вносяться модуляційним трактом, з відповідною кожному типу передавача фазовою корекцією.

На базі використання винаходу автора розроблений стереомодулятор, який здійснює формування сумарного модулюючого сигналу і фазо-модульованого сигналу систем СРМ (C-QUAM Motorola, Harris або СРМ-1) з урахуванням фазових характеристик тракту модулюючого сигналу СХ передавача і містить спеціальну схему фазової корекції.

Розроблений стереомодулятор з схемою усунення впливу фазо-частотних спотворень використовувався при проведенні стереофонічних передач у діапазоні СХ на базі типових монофорнічних AM передавачів в Одесі (передавач SRV-7) і в Сімферополі (передавач SRV-1).

Проведені іспити показали високу ефективність запропонованого способу усунення впливу фазо-частотних спотворень, що вносяться модуляційним трактом, – перехідна вгамівність на виходах стереоприймача, відповідала необхідним значенням.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в удосконаленні систем СРМ та підвищенні якості мовлення у діапазоні СХ при впровадженні стереомовлення шляхом визначення потрібних параметрів та характеристик існуючих і розроблених автором систем СРМ, винаходу і реалізації способу корекції ФЧХ модуляційного тракту передавача та дозволило провести стереомовні передачі у діапазоні СХ при використанні типових монофонічних передавачів.

У дисертації одержані такі основні наукові та практичні результати.

1 Одержані в процесі удосконалення існуючих та розроблених автором нових систем СРМ цифрові значення параметрів і характеристик різних ланок на передавальній та приймальній сторонах дозволяють забезпечити підвищену якість мовлення, визначають необхідні вимоги для побудови систем СРМ та контролю їх параметрів під час експлуатації, можуть бути покладені в основу розроблення стандарту.

2 По заданій якості стереомовлення одержані розрахункові дані допустимих значень захисних відношень за радіочастотою, що визначають зону обслуговування у мережі синхронного мовлення, та необхідні при її плануванні.

3 Вирішена проблема реалізації стереофонічного радіомовлення при використанні типових монофонічних СХ-АМ передавачів шляхом усунення впливу фазо-частотних спотворень модуляційного тракту передавача в процесі застосування розробленої автором спеціальної корекції

4 Встановлено, що в процесі удосконалення експлуатованих в теперішній час передавачів розширення спектра фазо-модульованої частоти-носія систем Motorola, МСМ і СРМ-1, вимагає розширення смуги пропускання резонансних кіл ВЧ тракту передавача та лінеаризації їх АЧХ.

5 Одержані суб'єктивно-статистичні оцінки систем СРМ дають підставу рекомендувати для використання у радіомовленні розглянуті системи C-QUAM Motorola, Harris і СРМ-1.

Основні результати дисертації опубліковані в таких роботах (без урахування доповідей на науково-технічних конференціях, що підготовлені у співавторстві):

1 Балан Н.М. Феномен монофонического приема стереофонических передач в диапазоне средних волн // Праці УНДІРТ.– Одеса.– 2000.– Вип. 1 (21).– С.72 – 73.

2 Балан Н.М. Анализ помех в системе стереофонического радиовещания на СВ // Обработка сигналов в системах связи. Сб. науч. тр. учеб. завед. связи / СПб ГУТ – СПб.– 1995.– № 160.– С.59 – 61.

3 Балан Н.М. Исследование стереофонической системы с тремя громкоговорителями // Теория и техника связи. Сборник научных трудов. Одесса.– 1981.– Вып. 20.– С. 100 – 103.

4 Патент Российской Федерации RU №2013010, кл. 5 Н 04 R 5/02. Устройство передачи совместимой системы стереофонического вещания / Н.М. Балан (Украина).– № / 09. Заявлено 15.02.91; Опубл. 15.05.94, Бюл. № .

5 Балан Н.М. Исследование системы стереофонического радиовещания // Всес. научно-техн. семинар "Развитие, внедрение и экспл. средств связи". – Рига.– 1980.– С. 196.

6 Балан Н.М. Анализ переходных затуханий в системе стереофонического вещания с квадратурной модуляцией // III Всес. научно-техн. конф. ВНИИТР "Совершенствование технической базы, организации и планирования телевидения и радиовещания". – М.– 1990.– C. 179.

7 Балан Н.М. Монофонический прием стереофонических передач в диапазоне средних волн // Междунар. научно-практ. конф. "Системы и средства передачи и обработки информации". УГАС.– Одесса.– 9 – 14 июня 1997.– С.9

8 Стереофоническое радиовещание / Н.М. Балан, С.А Бедойа, А.В. Выходец др. // Под ред. А.В. Выходца и Б.В. Одинцова.– К.: Техника, 1995. – 240 с.

9 Балан Н.М., Верховский А.Г., Бедойа С.А. Анализ спектров радиосигналов стереофонического АМ радиовещания // Праці УНДІРТ.– Одесса, – 1999.– Вип. 3 (19).– С.52 – 61.

10 Балан Н.М., Выходец А.В. Коррекция линейных искажений в передатчике системы стереофонического радиовещания Motorola // Праці УНДІРТ.– Одеса.– 2000.– Вип. 3 (23).– С.75 – 79.

11 Балан Н.М., Габше Хуссейн. Исследование предпочтительности настройки приемника слушателями при радиовещательном приеме // Праці УНДІРТ.– Одесса, – 1999.– Вип. 2 (18).– С.35 – 38

12 Балан Н.М., Захарин В.М., Габше Хуссейн. Исследование нелинейных искажений в однополосном радиовещании. Наукові праці УДАЗ ім. О.С. Попова.– Одеса. – 1999.– №1.– 92 – 95.

13 Выходец А.В., Балан Н.М. Стереофоническая совместимая система AM радиовещания // Системы и сети передачи информации: Сборник научн. трудов учебн. ин - тов связи. / ЛЭИС,– Л., 1988. –150 –156.

14 Захарин В.М., Балан Н.М. Анализ нелинейных искажений в стереофонических системах с квадратурной модуляцией // Антенно-волноводная техника и распространение радиоволн: Сб.научн. трудов ин - тов связи / ЛЭИС. – Л.– 1989.– С. 82 – 89.

15 Выходец А.В., Захарин В.М., Балан Н.М. Исследование совместимости систем стереовещания с квадратурной модуляцией // Антенно-волноводная техника и распространение радиоволн: Сб. науч. трудов ин-тов связи / ЛЭИС, – Л.,– 1989,– С. 90 – 95.

16 Балан Н.М., Захарин В.М, Влияние фазовых искажений на качественные показатели системы стереофонического радиовещания на СВ // Синтез и анализ алгоритмов оптимальной обработки сигналов: Сб. научн. тр. учеб. завед. связи / ГУТ – СПБ.– 1993.– №158.– С.67 – 69.

17 Балан Н.М., Захарин В.М. Сравнительная субъективная оценка систем стереофонического радиовещания на СВ // Сб. науч. тр. учеб. завед. связи / СПб ГУТ.– СПб.– 1996.– №161.– С. 75 – 78.

18 Захарин В.М., Балан Н.М. Исследование особенностей формирования сигналов в системе стереофонического радиовещания С-QUAM. MOTOROLA // Обработка сигналов в системах связи: Сб. науч. тр. учеб. завед. связи / СПб ГУТ-СПб, 1996.– №162. – С.51 – 56.

19 А. с. № 603132 СССР, кл. Н 04 Н 5/00 Система передачи стереофонических сигналов / А.В. Выходец, Н.М. Балан, В.И. Коваленко (СССР).– № 2389848/18-09. Заявлено23.07.76; Опубл.15.04.78, Бюл. №14.– С. 228.

20 А. с. СССР № 754686 кл. Н 04 Н 5/00. Система передачи трехканальных стереофонических программ по сети многопрограммного проводного вещания / Н.М. Балан, А.В. Выходец (СССР).– № 2434069/18-09. Заявлено 27.12.76; Опубл. 07.08.80, Бюл. № 29.– С. 321.

21 А. с. № 862372 СССР, кл. Н 04 Н 5/00. Система передачи стереофонических сигналов / В.И. Коваленко, Н.М. Балан, А.В. Выходец (СССР).– № 2850453/18-09. Заявлено 12.12.79; Опубл. 07.09.81, Бюл. № 33, 1981.

22 А. с. СССР № 1051736, кл. Н 04 Н 5/00. Система стереофонического вещания / В.И. Коваленко, А.В. Выходец, Н.М. Балан (СССР).– № /18-09. Заявлено 07.07.82; Опубл. 30.10.83, Бюл. № 40 // Открытия, изобретения.– 1983.– С.224 – 225.

23 А. с. СССР № 1309322, кл Н 04 Н 5/00. Система передачи стереофонических сигналов / Н.М. Балан, А.В. Выходец, В.И. Коваленко (СССР).– № 3987450/24-09. Заявлено 09.12.85; Опубл. 07.05.87. Бюл. № 17 // Открытия, изобретения.– 1987.

24 А. с. СССР № 1332557, кл. Н 04 L 27/02. Система совместимой однополосной передачи сигналов / А.В. Выходец, В.И. Коваленко, Н.М. Балан (СССР).– № 3987447/24-09. Заявлено 09.12.85; Опубл. 23.08.87, Бюл. № 31 // Открытия, изобретения.– 1987.

25 А. с. СССР №1450120, кл. Н 04 Н 5/00. Совместимая система стереофонического вещания / А.В. Выходец, Н.М. Балан (СССР).– № 4275346/24-09. Заявлено 05.05.87; Опубл.07.01.89, Бюл. № 1 // Открытия, изобретения.– 1989.

26 А. с. СССР №1451869, Н 04 Н 5/00. Система стереофонического вещания / Н.М. Балан, А.В. Выходец (СССР).– № /24-09. Заявлено 05.05.87; Опубл.15.01.89, Бюл. № 2 // Открытия, изобретения.– 1989.

27 Балан Н.М., Выходец А.В., Игнатенко Л,Т. Метод анализа нелинейных искажений в системе стереофонического вещания с нелинейным формированием модулирующего сигнала. БУ "Депонированные научные работы." ВИНИТИ,– 1988,– №12.–Деп. 12.08.88. №1405 – св.88.

Балан М.М. Удосконалення систем стереофонічного радіомовлення у діапазоні середніх хвиль. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.12.17 – радіотехнічні та телевізійні системи. Українська державна академія зв'язку ім. О.С. Попова,– Одеса, 2000.

Дисертація присвячена удосконаленню відомих систем стереофонічного радіомовлення і розроблених автором нових систем, підвищенню якості мовлення у діапазоні СХ шляхом визначення потрібних параметрів та характеристик систем стереомовлення.

Одержані в процесі удосконалення систем СРМ цифрові значення параметрів і характеристик різних ланок на передавальній та приймальній сторонах визначають необхідні вимоги для побудови систем СРМ та контролю їх параметрів під час експлуатації, можуть бути покладені в основу розроблення стандарту.

По заданій якості стереомовлення одержані розрахункові дані допустимих значень захисних відношень за радіочастотою, що визначають зону обслуговування у мережі синхронного мовлення, та необхідні при її плануванні.

Одержані суб'єктивно-статистичні оцінки систем СРМ.

Вирішена проблема реалізації стереофонічного радіомовлення при використанні типових монофонічних СХ-АМ передавачів шляхом усунення впливу фазо-частотних спотворень модуляційного тракту передавача в процесі застосування розробленої спеціальної корекції.

Ключові слова: система стереофонічного радіомовлення, сумісність, стереофонічне мовлення, параметри якості, синхронне радіомовлення.

Балан Н.М. Усовершенствование систем стереофонического радиовещания в диапазоне средних волн.– Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 – радиотехнические и телевизионные системы. Украинская государственная академия связи им. А.С. Попова, Одесса, 2000.

Диссертация посвящена усовершенствованию известных систем стереофонического радиовещания и разработанных автором новых систем, повышению качества вещания в диапазоне СВ путем определения требуемых параметров и характеристик систем стереовещания.

Установлено, что системы Harris и разработанная автором СРВ-1 обладают небольшими нелинейными искажениями и с этой точки зрения являются примерно равноценными.

Установлено, что в процессе усовершенствования эксплуатируемых в настоящее время передатчиков расширение спектра фазо-модулированной несущей систем