asyan.org
добавить свой файл
1




ЛЕКЦІЯ 6. Синхронне аналогове радіомовлення

6.1. Зони обслуговування

Синхронним радіомовленням називають спосіб організації мовлення, за якого декілька передавачів працюють на одній частоті і передають однакову програму. Синхронне мовлення здійснюють головним чином в ГМХ діапазоні, де число передавачів, що працюють в одному частотному каналі, досягає декількох десятків.

Радіомовлення в ГМХ діапазоні має такі переваги:

– велика площа зони обслуговування в денний час, коли відсутні перешкоди від просторових хвиль дальніх заважаючих станції;

– транзисторні приймачі з КМХ і ГМХ діапазонами дешеві, економічні в експлуатації і випускаються у великих кількостях.

В мережах синхронного мовлення недоцільно використовувати потужні передавачі, що працюють просторовою хвилею, оскільки це може призвести до порушення їх роботи при підвищенні рівня перешкод від станцій або інших джерел перешкод, що заважають. Значно стійкіше робота синхронної мережі при використанні передавачів малої і середньої потужності, що працюють земною хвилею.

На рис.6.1 показаний графік розповсюдження земної і просторової хвиль для передавачів великої (500 кВт, верхня пара кривих на рис.6.1) і малої (10 кВт, нижня пара кривих) потужності, що працюють на хвилі = 300 м. На верхній кривій виділена зона обслуговування з радіусом R1 = 825 км з граничною напруженістю поля = 3,5 мВ/м і заданим значенням захисного відношення А. Якщо допустити, що потужність перешкод зростає в 4 рази, то для збереження норми захисного відношення А гранична напруженість поля напруженості поля земної (криві повинна зрости до = 6 мВ/м Як витікає з рис.6.1 в цьому випадку радіус зони обслуговування передавача потужністю 500 кВт зменшиться до R2 = 110 км. Радіус зони обслуговування передавача потужністю 10 кВт в цих же умовах зменшиться з = 60 км до = 50 км.

_

Рис.6.1. Залежність змінювання напруженості поля земної (криві 1) і просторової (криві 2) хвиль від відстані для передавачів великої і малої потужності, що працюють на хвилі 300 м

Звідси витікає, що площа зони обслуговування передавача великої потужності скоротиться і складе 1,8% первинної величини. Зона обслуговування передавача малої потужності зменшиться в рази, що складе 70% первинній площі. Тому синхронне радіомовлення доцільно при використанні малопотужних передавачів. Тоді в зонах обслуговування легко отримати велику напруженість поля (10...20 мВ/м), що забезпечить надійний і якісний прийом навіть на малочутливі транзисторні приймачі.

Захисні відношення по радіочастоті для мереж синхронного мовлення в основному залежать від точності синхронізації несучих частот, різниці часу розповсюдження спектральних складових сигналу модуляції в трактах первинного розподілу програм і на шляху розповсюдження радіохвиль від передавачів до приймача, характеру програми (мова, музика і т. п.) і параметрів приймальних пристроїв. З урахуванням відзначених вище особливостей синхронного радіомовлення встановлена норма захисного відношення для мономовлення 8 дБ .
6.2. Специфічні спотворення сигналів при моноприйомі синхронних станцій

Синхронне мовлення – найефективніший спосіб багатократного використання частотних каналів завдяки можливості різкого зниження необхідної величини захисного відношення по радіочастоті. Але і цей спосіб радіомовлення не вільний від спотворень сигналу в місці прийому, які, проте, виявляються не завжди, а тільки при несприятливих випадках складання коливань, випромінюваних станціями. Вказані спотворення корінним чином відрізняються від спотворень сигналу, спостережуваних в суміщеному каналі. Якщо в останньому випадку спотворення сигналу виявляються в погіршенні захищеності від перешкод, особливо в паузі корисного сигналу, то при синхронному мовленні спотворення сигналу мають той же характер, що і при багатопроменевому прийомі коливань однієї станції, що працює в індивідуальному частотному каналі.

Специфічні спотворення сигналу при синхронному мовленні найбільш виразно можна знайти в умовах прийому земних хвиль, коли фазові і амплітудні співвідношення спектральних складових модульованого коливання кожної станції за рахунок траси розповсюдження радіохвиль не порушуються.

Розглянемо випадки синхронної роботи декількох (n) PBC. Хай станція PBC0 розташована на відстані го від місця прийому (рис.6.2), РВС1 – на відстані r2, PBC2 – на відстані і РВСn –на відстані від місця прийому. Вважатимемо корисним сигнал станції PBC0.


Рис.6.2. До роботи РВС синхронного мовлення
6.2. Специфічні спотворення сигналів при моноприйомі синхронних станцій

Розглянемо умови утворення зони спотворень на території між двома синхронними станціями РВС1 і РВС2.

Хай несучі коливання передавачів обох станцій з круговими частотами (абсолютна синхронізація) модулюються по амплітуді сумою тональних сигналів . В місці прийому, що знаходиться на відстані від станції РВС1 і від станції РВС2 (рис.6.1, а), напруги на вході приймача від кожного з передавачів можуть бути представлений у вигляді

_

де і – амплітуди несучих коливань передавачів РВС1 і РВС2; і – коефіцієнти амплітудної модуляції; – різниця часу пробігу електромагнітних хвиль від РВС1 і РВС2 до місця прийому; с – швидкість світла.

Результуюча напруга на вході приймача при складанні сигналів від РВС1 і РВС2

,

де



і – різниця фаз коливань звукових частот; – захисне відношення по радіочастоті.



Рис.6.3. Спотворення при роботі двох РВС в мережі синхронного радіомовлення: а – інтерференційна структура поля в зоні спотворень; б – зони доброго і поганого прийому

Захисне відношення по радіочастоті в децибелах: А = 20lgD при D > 1; при D < 1 А = 20 lgD-1.

Огинаюча результуючого коливання, яку одержують на виході амплітудного детектора приймача



де – різниця фаз несучих коливань;



Слід зазначити, що в загальному випадку час пробігу сигналів звукових частот від радіобудинку, де формується програма, до РВС1 і РВС2 неоднаковий, що призводить до появи додаткового зсуву фаз модулюючих сигналів (несинфазність модуляції). З урахуванням цього вираз можна записати так:

,

де ; ; – різниця часу пробігу електромагнітних хвиль від радіобудинку до передавачів (несинфазність модуляції).

У виразі для огинаючої результуючого коливання на виході амплітудного детектора приймача перший співмножник М(t) лінійний. Виникаючі спотворення огинаючої по величині і характеру визначаються виразом під квадратним коренем: якщо підкорінна частина рівна постійному числу, наприклад, d2, що справедливо в окремих окремих випадках, то спотворення відсутні і огинаюча R(t)= dU1M (t) – лінійна.

В загальному випадку виникають нелінійні і частотні спотворення, що є функціями параметрів, D і коефіцієнтів модуляції і .

Врахувати одночасні зміни параметрів і D, що відбувається при переміщенні приймача на території між станціями, складно. Тому доцільно проаналізувати вирази для і для окремих випадків.



Рис.6.4. Стоячі хвилі в зоні спотворень:

а – немодульована несуча; б – несуча, модульована гармонійними сигналами

За відсутності модулюючих сигналів (= = 0) М(t)= М(t – t1)= 1 і тоді сумарна напруга на вході приймача

,
Амплітуда

.

Якщо розмістити приймач на ділянці території, де амплітуди напруги на вході приймача U1 і U2 однакові (), то

.

При переміщенні приймача на відстані по напряму, наприклад, до станції РВС1, відстань від місця прийому до цієї станції рівно, а до станції РВС2 – . Різниця зміниться на величину і амплітуда результуючої напруги матиме вигляд

.

Як видно з цього виразу, в просторі між станціями в результаті інтерференції електромагнітних хвиль утворюється стояча хвиля з пучностями і вузлами. Відстань між сусідніми вузлами, як і сусідніми пучностями, рівно половині довжини хвилі (рис.6.4).

В пучності сумарна амплітуда несучого коливання, у вузлі – Up = 0.

При переміщенні приймача до однієї або іншої станції, як випливає з виразу, зміни значення амплітуди Up стають все менш глибокими і, наприклад, при D = 10, відношення складе близько 10 %. При передачі станціями модульованих коливань інтерференційна картина зміниться через появу стоячих хвиль в результаті інтерференції верхньої і нижньої спектральних складових (рис.6.4, би).

Якщо модулюючі сигнали синфазні (), то при переміщенні приймача від крапки, де D = 1, у напрямі до однієї із станцій збільшується фазовий зсув між модулюючими коливаннями і, функція і з'являться нелінійні і частотні спотворення. Проте при синфазности модулюючих коливань величини фазових кутів і іУ разі несинфазности модулюючих сигналів () нелінійні і частотні спотворення огинаючої спостерігаються протягом всієї території зони спотворень. В цьому випадку для визначення частотних спотворень слід розглянути отримане раніше вираз для при значеннях D = 1, тобто розглянути спотворення огинаючої R(t) в окремих точках території (в пучности стоячої хвилі несучого коливання).

_Після ряду перетворень і спрощень, які тут не приводяться, вираз для R(t) у разі найсильніших нелінійних спотворень (при ) приймає вигляд:

.

В отриманому виразі відсутня складова сигналу з частотою . Коефіцієнт нелінійності рівний 100 % при будь-якому значенні коефіцієнта модуляції.

Системи цифрового радіомовлення


5.1. Наземна система цифрового звукового радіомовлення для діапазонів метрових і дециметрових хвиль

5.1.1. Особливості системи цифрового звукового радіомовлення

Прийом радіосигналів для діапазонів метрових і дециметрових хвиль супроводжується перешкодами через багатопроменевість. В містах це особливо позначається в зонах багатоповерхової забудови.



Рис.5.1. До питання про багатопроменевості прийому

Вплив багатопроменевості на прийом радіомовлення полягає в зниженні рівня сигналу, що приймається, появі частотних і нелінійних спотворень при моноприйомі і додатково збільшенні необхідних перехідних загасань при стереоприйомі. Найбільш помітні спотворення при прийомі в автомобілі, що рухається. Спотворення радіоприйому при багатопроменевості подібні спотворенням, що виникають при синхронному мовленні.

В наш час разом із зростанням інтересу до поліпшення якості звуку при радіомовленні зростає потреба в різного роду послугах, а отже, і в збільшенні перевантаженості частотних смуг, розподілених для радіомовлення. Широке використовування прогресивної цифрової технології для реалізації радіомовних систем здатне вирішити виниклі проблеми. Для розробки нової цифрової системи радіомовлення, яка забезпечила б якість радіомовлення, порівнянну з якістю, одержуваною при використовуванні компакт-дисків, яка була б нечутлива до багатопроменевості прийому, дозволила б збільшити число передаваних мовних програм при економному використовуванні радіочастотного спектру і збільшити кількість різних послуг, під егідою СЕРТ (Conference European Postal and Telecommunication Administration) і EBU (Europiean Hroadcasting Union) в 1987 р. була організована дослідницька група, що отримала назву "Eureka-147". Ця група розробила систему цифрового радіомовлення T-DAB (Terrestrial Digital Audio Broadcasting).

Система T-DAB є найфундаментальнішим просуванням в радіотехнології з часу появи аналогової стереофонічної системи МВ-ЧМ віщання. Система дозволяє в діапазоні 60 Мгц – 3 ГТц в смузі 1,5 Мгц передавати 5 – 6 високоякісних стереопрограм, за якістю звуковідтворення порівнянних з якістю, одержуваною з CD, і забезпечує високоякісний прийом на рухомі і стаціонарні приймачі з використанням ненаправленої антени. На додаток до мовних програм передбачена організація декількох десятків каналів додаткової сервісної інформації.

Технічний комітет всесвітньої конференції з питань радіомовлення (Union Technical Comittee World Conference Broadcasting) рекомендував систему "Eureka-147" для організації наземної (Terrestrial), супутникової, гібридної (супутникової і наземної) і кабельної сітей радіомовлення.

В 1995 р. Європейський інститут стандартизації зв'язку (European Telecommunication Standarts Institute) прийняв стандарт на цю систему. В липні 1995 р. на Вісбаденській конференції був прийнятий частотний план для країн Європи, дозволяючий почати широке використання системи "Eureka-147" для організації наземного цифрового радіомовлення.

Основними складовими системи T-DAB, які забезпечили високу якість, є:

– метод цифрового кодування "MUSICAM" (Masking Pattern Adapted Universal Sab-band Integrated Coding and Multiplexing), що дозволяє інформацію про одну стереопрограму передавати із швидкістю цифрового потоку практично на порядок нижчою за швидкість потоку, що записується на компакт-диск. Метод цифрового кодування "MUSICAM" був встановлений в основу при розробці стандарту MPEG-2, який використовується при розробці кодеків;

– метод модуляції "COFDM" (Coding Orthogonal Frequency Division Multiplex), що дозволяє компенсувати при прийомі в автомобілі, що рухається, спотворення, пов'язані з багатопроменевістю і селективними завмираннями сигналу.

Перші передачі в системі DAB почалися в 1995 році. В даний час сотні DAB передавачів працюють практично у всіх країнах Європи. В окремих країнах (Німеччина, Швеція, Англія та ін.) покриття території цифровим звуковим радіомовленням перевищує 90%.
5.1.2. Структурна схема системи T-DAB

Спрощені структурні схеми передаючої (а) і приймальної (б) частин системи T-DAB приведені на рис.5.2.



Рис.5.2. Спрощені структурні схеми передаючої (а) і приймальної (б) частин системи T-DAB

Вхідними сигналами системи T-DAB є сигнали звукових програм і цифрові сигнали додаткової (сервісної) інформації. Аналогові звукові сигнали поступають на аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП), де перетворюються в цифрову форму з частотою дискретизації 48 кГц і дозволом 16 біт/відлік. Далі кожний з них кодується MPEG-кодером з метою компресії сигналу звуку в цифровій формі. Потім всі індивідуальні цифрові потоки поступають на входи мультиплексора і з'єднаний цифровий потік із швидкістю передачі 2,304 Мбіт/с поступає на COFDM модулятор.

На виході COFDM модулятора DAB сигнал складається з великого числа несучих, кожна з яких модульована цифровим потоком з низькою бітовою швидкістю.

Далі сигнал переноситься в необхідну смугу частот і отриманий після цього DAB-сигнал випромінюється.

На приймальній стороні системи виконуються зворотні перетворення. DAB-сигнал поступає на вхід аналогового тюнера, а з його виходу до СОРОМ-демодулятора. Далі сигнал демультиплексується, тобто розділяється на початкові цифрові потоки. Цифрові потоки, що відповідають звуковим програмам, декодуються в MPEG-декодері, після цього піддаються цифро-аналоговому перетворенню (ЦАП). Вихідними сигналами приймальної частини також є сигнали додаткової (сервісної) інформації. Останні поступають на монітор для відображення додаткової інформації (текст, або зображення) або на вхід пристрою приймача, що дозволяє виділити необхідну мовну програму, ідентифікувати мовні і музичні програми і відповідно змінити рівень гучності приймача, привівши його до заданого значення та ін. При прослуховуванні кожної програми, передаваної в системі DAB, на екрані дисплея приймача може бути виведена наступна інформація:

– назва програми;

– час і дата;

– інформація про таку ж або подібну програму (у тому числі і на іншій мові), яка передається в системі з AM, ЧМ;

– інформація про виконавця;

– інформація про мову;

– тип програми (новини, спорт, і т.п.)

– ідентифікація передавача;

– інформація про умови руху на дорогах;

– тощо.

Для того, щоб користувач міг швидко вибрати будь-яку потрібну звукову або сервісну програму, в системі DAB організований канал швидкої інформації FIC (Fast Information Channel), в якому передається точна інформація про зміст потоку на виході мультиплексора. Ця інформація може бути також введена в ЕОМ.

Якщо зміст повідомлень на виході мультиплексора змінюється, інформація про ці зміни відображається в FIC.

Користувач може вибрати мовну програму на основі текстової інформації, використовуючи назву програми, її ідентифікацію або мову.
5.1.3. Швидкість передачі сигналів ЦЗР

Стандарт системи T-DAB MPEG-2 дозволяє залежно від виду передачі (моно, стерео, передача на двох мовах) гнучко змінювати швидкість потоку. Система дозволяє здійснити вибір з наступних номіналів: 32. 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160 або 192 кбит/с, що доводяться на одну монофонічну передачу.

Вибір швидкості потоку визначається залежно від необхідної якості передачі. Якість, близька до якості звичайної системи радіомовлення, забезпечується в цифровій системі при швидкості 64 кбит/с, а при передачах тільки сервісних сигналів може виявитися достатньою швидкість цифрового потоку 32 кбит/с.

В табл. 5.1 приведені різні варіанти швидкостей цифрових потоків при передачі різних програм, що використовуються при роботі DAB станцій радіомовлення в європейських країнах.

Таблиця 5.1 - Швидкості цифрових потоків при передачі різних програм



Програма

Приклад 1

Приклад 2

1

Музика + мова

160

160

2

Музика + мова

160

160

3

Популярна музика

160

192

4

Класична музика

192

256

5

Мова моно

80




6

Змішана

192

192

7

Змішана

192

192

8

Сервісні сигнали

56

32