Способ передачи дополнительной информации в системе укв- вещания и устройство для его осуществления

 

Использование: радиотехника, для передачи сообщений в том числе кодовых или символьных одновременно с передачей УКВ-программы, например, водителям автомашин. Сущность изобретения: к комплексному сигналу, в состав которого входит поднесущая, добавляется сигнал второй гармоники поднесущей, модулированный дискретным сигналом. При выполнении условий налагаемых на соотношение амплитуд и фаз гармоник, достигается практически полное исключение взаимного влияния каналов. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для передачи сообщений, в том числе кодовых или символьных одновременно с передачей УКВ-программы, например, водителям автомашин.

Известны способ и устройство для передачи дополнительной сигнальной информации в системе радиовещания, согласно которым генерируют два синусоидальных сигнала различной частоты и используют их для модуляции несущей так, что результирующая амплитуда не превышает амплитуды контрольного стереосигнала.

Однако известные способ и устройство не применимы в УКВ-диапазоне.

Наиболее близким к предложенному является способ передачи дополнительной информации в УКВ-диапазоне, включающий модуляцию дополнительной несущей сигналом дополнительной информации, сложение полученного модулированного сигнала с комплексным стереосигналом и последующее выделение дополнительной несущей и с ее помощью дополнительного информационного сигнала. При этом в качестве дополнительной несущей используют третью гармонику поднесущей комплексного стереосигнала.

Однако при использовании известного способа в диапазоне 66-74 кГц и при условии осуществления полярной модуляции, т.е. на отечественном оборудовании, возникают значительные перекрестные помехи между аудио- и дополнительным сигналами из-за наличия паразитных биений частот 62,5 и 57 кГц. Более того, в диапазоне 88-108 кГц известный способ не дает хорошего результата.

Наиболее близким к предложенному устройству является радиовещательная система, в которой сигнал идентификации передатчика транслируется на поднесущей 16,625 кГц. Устройство содержит кодер с генератором дополнительной поднесущей, сумматор, входы которого соединены с шиной комплексного стереосигнала (выходом кодера) и выходом формирователя модулированного сигнала, входы которого соединены с выходами первого формирователя частоты (генератора) и задатчика информации, а также передатчик, вход которого соединен с выходом сумматора, приемник, второй формирователь частоты, выход которого соединен с тактовым входом блока синхронной демодуляции, информационный вход которого соединен с входом приемника, входная цепь (вход или выход предусилителя) соединена с входом второго формирователя частоты, и приемник информации, вход которого соединен с выходом блока синхронной демодуляции.

С помощью данного устройства нельзя модифицировать существующее студийное оборудование, что ограничивает область использования устройства. Использование частоты 16,625 кГц не позволяет исключить взаимное влияние каналов и требует использования сложного приемного оборудования, в частности блока синхронной демодуляции, что снижает надежность устройства.

Целью изобретения является снижение взаимного влияния каналов дополнительной и основной информации до уровня, предусмотренного действующими стандартами и неразличимого существующей приемной аппаратурой. Одновременно, целью изобретения является обеспечение дальности приема не менее 70 км (при мощности передатчика 10 кВт) и высокой скорости передачи сигнальной информации. Кроме того, целью изобретения является возможность модификации используемого студийного оборудования простейшими средствами.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе передачи дополнительной информации, включающем модуляцию дополнительной несущей сигналом дополнительной информации, сложение полученного модулированного сигнала с комплексным стереосигналом и последующее выделение дополнительной несущей и дополнительного информационного сигнала, в качестве дополнительной несущей используют вторую гармонику поднесущей комплексного стереосигнала, при этом поддерживают разность фаз и соотношение амплитуд первой и второй гармоник поднесущей комплексного стереосигнала в диапазонах 0≅Δϕ≅2^o 0<A/A₁≅0,1, где Δϕ- разность фаз первой и второй гармоник поднесущей; А₁ и А₂ - амплитуды первой и второй гармоник поднесущей.

Кроме того, в процессе модуляции дополнительной несущей сигналом дополнительной информации осуществляют балансно-фазовую модуляцию.

При этом разность фаз и соотношение амплитуд первой и второй гармоник поднесущей комплексного стереосигнала выбирают из условий 0≅Δϕ≅1^o 0,05<A/A₁≅0,07.

Кроме того, модуляцию дополнительной несущей сигналом дополнительной информации производят на интервале, равном тридцати двум периодам второй гармоники поднесущей комплексного стереосигнала.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для передачи дополнительной информации в системе УКВ-вещания, содержащем сумматор, входы которого соединены с шиной комплексного стереосигнала системы и выходом формирователя модулированного сигнала, входы которого соединены с выходами первого формирователя частоты и задатчика информации, а также передатчик, вход которого соединен с выходом сумматора, второй формирователь частоты, выход которого соединен с тактовым входом блока синхронной демодуляции, информационный вход которого соединен с входной цепью приемника системы и входом второго формирователя частоты, и приемник информации, вход которого соединен с выходом блока синхронной демодуляции, формирователь модулированного сигнала и формирователи частоты выполнены в виде формирователей второй и кратной второй гармоник поднесущей комплексного стереосигнала соответственно, а вход первого формирователя частоты соединен с первым входом сумматора.

При этом второй выход первого формирователя частоты может быть соединен с входом синхронизации задатчика информации.

Кроме того, первый формирователь частоты выполнен в виде полосового фильтра, управляемого генератора, блока фазовой автоподстройки частоты и делителя частоты, второй выход которого соединен с первым входом блока фазовой автоподстройки частоты, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход блока фазовой автоподстройки частоты соединен с входом управляемого генератора, выход которого соединен с входом делителя частоты.

Кроме того, формирователь модулированного сигнала выполнен в виде формирователя импульсов, триггера, двух счетчиков и последовательно соединенных дешифратора, цифроаналогового преобразователя и сглаживающего фильтра, выход которого соединен с выходом формирователя модулированного сигнала, входы которого соединены со счетным входом первого счетчика и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом триггера, выход которого соединен с входом разрешения второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом переполнения первого счетчика, а входы дешифратора соединены с выходами первого и второго счетчиков.

Кроме того, второй выход первого формирователя частоты может быть соединен с третьим выходом делителя частоты первого формирователя частоты и установочными входами первого и второго счетчиков и триггера формирователя модулированных сигналов.

Блок синхронной демодуляции может быть выполнен в виде демодулятора, двух блоков сравнения и логического блока, при этом входы блока синхронного детектирования соединены с соответствующими входами демодулятора, выходы которого соединены с входами блоков сравнения, выходы которых соединены с входами логического блока, выход которого соединен с выходом блока синхронной демодуляции.

Кроме того, демодулятор может быть выполнен в виде четырех блоков синхронного детектирования и двух дифференциальных усилителей, выходы которых соединены с выходами демодулятора, входы которого соединены с попарно объединенными входами блоков синхронного детектирования, выходы которых попарно соединены с входами дифференциальных усилителей.

Кроме того, блок синхронного детектирования может быть выполнен в виде генератора, задатчика кода, элемента ИЛИ, счетчика, формирователя импульсов и синхронного детектора, при этом входы блока синхронного детектирования соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ и входом синхронизации синхронного детектора, выход которого соединен с выходом блока синхронного детектирования, выход генератора соединен со счетным входом счетчика, информационный вход и вход записи которого соединены соответственно с выходом задатчика кода и выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения счетчика и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с информационным входом синхронного детектора.

На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства, выполнение блока синхронной демодуляции; на фиг.2 - выполнение и взаимодействие первого формирователя частоты, формирователя модулированного сигнала и задатчика информации; на фиг.3 и 4 - демодулятор и блок синхронного детектирования; на фиг. 5 - временная диаграмма, поясняющая процесс формирования и демодуляции модулированного сигнала; на фиг.6 - результирующий спектр; на фиг.7 - временная диаграмма, иллюстрирующая процесс балансно-фазовой модуляции.

Предлагаемое устройство, расположенное в студии 1, содержит кодер 2, сумматор 3, передатчик 4, антенну 5 передатчика, приемник 6, антенну 7 приемника, формирователи 8 и 9 частоты, блок 10 синхронной демодуляции, приемник 11 информации, задатчик 12 информации, формирователь 13 модулированного сигнала (второй гармоники поднесущей), блок 14 и 15 сравнения, логический блок 16, демодулятор 17, полосовой фильтр 18, управляемый генератор 19, блок 20 фазовой автоподстройки частоты, делитель 21 частоты, счетчики 22 и 23, дешифратор 24, цифроаналоговый преобразователь 25, сглаживающий фильтр 26, триггер 27, формирователь 28 импульсов, триггер 29, блоки 30-33 синхронного детектирования, дифференциальные усилители 34 и 35, генератор 36, задатчик 37 кода, элемент ИЛИ 38, счетчик 39, формирователь 40 импульсов, синхронный 41 детектор.

Способ осуществляют следующим образом.

К формируемому кодером 2 комплексному стереосигналу, спектр которого показан на фиг.6, добавляют амплитудно-модулированный сигнал второй гармоники (62,5 кГц) поднесущей 31,25 кГц. При этом амплитудную модуляцию осуществляют сигналом сообщения, например кодом, формируемым задатчиком 12. Разность фаз первой и второй гармоник (диаграммы а и б на фиг.5) не должна превышать 2^о, в противном случае резко падает отношение сигнал/шум основного канала вещания. То же происходит при увеличении амплитуды второй гармоники свыше 10% от амплитуды первой. Минимальное значение амплитуды второй гармоники определяется чувствительностью приемника и требуемой дальностью передачи. Максимальное отношение сигнал шум и максимальная дальность передачи были получены при разности фаз менее 1^о и амплитуде второй гармоники в диапазоне 5-7%.

Процесс модуляции иллюстрируется фиг. 5в, где показан результирующий сигнал, и фиг.7, на которой показан сигнал второй гармоники на интервале, равном 32-м периодам частоты 62,5 кГц в случае смены кода в момент Т_о (если бы код оставался неизменным, амплитуда второй гармоники также не изменялась). Как показали проведенные исследования, именно на таком интервале модуляции достигается определенное стандартом отношение сигнал/шум при достаточной скорости передачи информации (1966 бит/с). В частности определено, что влиянием дополнительного канала на основной при моноприеме можно пренебречь. При стереоприеме боковые составляющие спектра дополнительного канала ограничены полосовым фильтром с затуханием более 60 Дб, что также позволяет пренебречь помехой для сумматорно-разностных стерео-декодеров. Для ключевых декодеров помеха (отношение сигнал/шум) составляет не менее 61 дб (согласно ГОСТ 5651-82, тракт ЧМ-стерео отношение сигнал/шум не менее 54 дб). Исследование влияния основного канала на дополнительный показало, что минимальное отношение сигнал/шум составляет 36,1 дб при допустимом отношении 6 дб.

Более подробно осуществление способа рассмотрим на примере работы устройства. Из формируемого стереокодером 2 сигнала с помощью формирователя 8 выделяется частота, кратная поднесущей 31,25 кГц. Эта частота поступает на формирователь 13, где сигнал второй гармоники модулируется дискретным сигналом задатчика 12, который может стробироваться выходным сигналом формирователя 8. Суммарный сигнал поступает на передатчик 4 и излучается антенной 5. Сигнал принятый антенной 4 поступает не только на приемник 6 системы радиовещания, но и на информационный вход блока 10 и вход формирователя 9, выделяющего частоту, кратную поднесущей, и формирующего сигнал второй или четвертой гармоники на тактовом входе блока 10, выходная информация которого поступает на приемник 11.

В качестве задатчика 12 можно использовать пульт с наборным полем, процессор и т.п. На выходе задатчика устанавливается D-триггер 27, информация в который заносится в момент Т_о (фиг.7). Формирователь 9 может быть выполнен также, как формирователь 1. Демодулятор 17 формирует два разностных сигнала: ΔV₁ и ΔV₂ (фиг.5в). В случае, если первый из них отсутствует, информация в приемник 11 через блок 16 не поступает, так как это свидетельствует об отсутствии модуляции поднесущей сигналом второй гармоники. Поэтому в простейшем случае блок 16 может быть выполнен в виде элемента И. При этом приемник 11 (процессор) анализирует последовательность на выходе блока 16, появляющуюся при разрешающем сигнале с блока 14, и выделяет из нее кодовую последовательность. Например, если на выходе задатчика 12 код изменяется, выходной сигнал формирователя 13 принимает вид, изображенный на фиг. 7, и в середине интервала Т₁-Т_о происходит изменение выходного сигнала блока 15, что приемником 11 будет воспринято как изменение принимаемого кода. С этой целью блок 14 определяет абсолютное значение разности ΔV₁, а блок 15 - знак отклонения от среднего значения. Начальное значение кода определяется априорно и подтверждается контрольным словом.

Следует подчеркнуть, что возможно использование любого из известных видов амплитудной модуляции и кодирования. Кроме того, указание на наличие четвертой гармоники на выходе формирователя 9 следует понимать в том смысле, что интервал между моментами стробирования, показанными на фиг.5, равен четверти периода поднесущей комплексного стереосигнала. На выходе формирователя 9 может присутствовать и вторая и первая гармоники, но в этом случае необходимые интервалы стробирования будут сформированы блоками 30-33, которые в этом случае функционально могут быть отнесены к формирователю 9. С этой целью соответствующим образом изменяется код задатчика 37 блоков 30-33. Формирователь 9 может вырабатывать и набор кратных частот.

В устройстве, изображенном на фиг.2, делитель 21 также вырабатывает частоту, кратную второй гармонике поднесущей. Чем выше эта частота, тем точнее выходной сигнал фильтра 26 воспроизводит форму второй гармоники. Дешифратор 24 представляет собой ПЗУ, в ячейках которого хранится код, соответствующий значениям второй гармоники. При этом, если выходной код счетчика 23 равен нулю, амплитуда второй гармоники не меняется, а при изменении кода счетчика 23 амплитуда сначала уменьшается, а затем увеличивается (фиг. 7).

В демодуляторе 17 (фиг. 3) блоки 30-33 производят выделение значения входного сигнала в момент времени, задаваемый задатчиком 37 (фиг.4). При этом детектор 41 может быть выполнен в виде схемы выборки-хранения. При стробировании полупериода поднесущей в качестве тактовой частоты удобнее пользоваться первой гармоникой, а при стробировании обоих полупериодов - второй или четвертой гармоникой. В последнем случае на выходе схемы выборки-хранения может быть установлен выпрямитель.

Таким образом предложенные способ и устройство позволяют на существующем оборудовании производить передачу сообщений в процессе УКВ-вещания при минимальном уровне помех, на значительном расстоянии и с высокой скоростью. Разумеется, способ может быть реализован и иными средствами, например путем доработки кодера. В этом случае формирователь 8 может рассматриваться как часть кодера 2.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ УКВ-ВЕЩАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ передачи дополнительной информации в системе УКВ-вещания, заключающийся в том, что на передающей стороне осуществляют формирование комплексного стереосигнала, выделяют из него сигнал дополнительной несущей, который модулируют сигналом дополнительной информации с последующим сложением полученного модулированного сигнала с комплексным стереосигналом, а на приемной стороне - выделение сигнала дополнительной несущей и дополнительного информационного сигнала, отличающийся тем, что в качестве дополнительной несущей используют вторую гармонику поднесущей комплексного стереосигнала, при этом поддерживают разность фаз и соотношение амплитуд первой и второй гармоник поднесущей комплексного стереосигнала в диапазонах 0°≅ Δϕ ≅ 2°, 0 < A₂ / A₁ ≅ 0,1, где Δϕ - разность фаз первой и второй гармоник поднесущей;
A₁, A₂ - амплитуды первой и второй гармоник поднесущей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе модуляции дополнительной несущей сигналом дополнительной информации осуществляют балансно-фазовую модуляцию.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разность фаз Dv и соотношение амплитуд первой и второй гармоник поднесущей комплексного стереосигнала выбирают из условий
0°≅ Δϕ ≅ 1°,
0,05 ≅ A₂ / A₁ ≅ 0,07.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что модуляцию дополнительной несущей сигналом дополнительной информации производят на интервале, равном тридцати двум периодам второй гармоники поднесущей комплексного стереосигнала.

5. Устройство для передачи дополнительной информации в системе УКВ-вещания, содержащее на передающей стороне кодер, сумматор, первый формирователь частоты (ФЧ), формирователь модулированного сигнала (ФМС), задатчик информации и передатчик, причем выход комплексного стереосигнала кодера соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу ФМС, при этом выход сумматора соединен с входом передатчика, а на приемной стороне - приемник, второй ФЧ, блок синхронной демодуляции и приемник информации, причем выход второго ФЧ соединен с тактовым входом блока синхронной демодуляции, отличающееся тем, что вход первого ФЧ подключен к выходу комплексного стереосигнала кодера, а первый выход первого ФЧ подключен к первому входу ФМС, второй вход которого соединен с выходом задатчика информации, а ФМС и ФЧ выполнены в виде формирователей второй и кратной второй гармоник поднесущей комплексного стереосигнала соответственно.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что второй выход первого ФЧ соединен с входом синхронизации задатчика информации.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первый ФЧ выполнен в виде полосового фильтра (ПФ), управляемого генератора (УГ), блока фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и делителя частоты (ДЧ), при этом вход ПФ является входом ФЧ, выход которого является первым выходом делителя частоты, второй выход которого подключен к первому входу блока ФАПЧ, второй вход которого соединен с выходом ПФ, а выход блока ФАПЧ подключен к входу УГ, выход которого соединен с входом ДЧ.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что формирователь модулированного сигнала (ФМС) выполнен в виде формирователя импульсов (ФИ), триггера, первого и второго счетчиков и последовательно соединенных дешифратора, цифроаналогового преобразователя и сглаживающего фильтра, выход которого является выходом ФМС, при этом счетный вход первого счетчика и вход ФЧ являются соответственно первым и вторым входами ФМС, причем выход ФЧ соединен с входом триггера, выход которого соединен с входом разрешения второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом переполнения первого счетчика, а входы дешифратора соединены с выходами первого и второго счетчиков.

9. Устройство по пп.6 - 8, отличающееся тем, что второй выход первого формирователя частоты соединен с третьим выходом делителя частоты первого формирователя частоты и установочными входами первого и второго счетчиков и триггера формирователя модулированного сигнала.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок синхронной демодуляции выполнен в виде демодулятора, двух блоков сравнения и логического блока, при этом входы блока синхронного детектирования соединены с соответствующими входами демодулятора, выходы которого соединены с входами блоков сравнения, выходы которых соединены с входами логического блока, выход которого является выходом блока синхронной демодуляции.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что демодулятор выполнен в виде четырех блоков синхронного детектирования и двух дифференциальных усилителей, выходы которых являются выходами демодулятора, входы которого соединены с попарно объединенными входами блоков синхронного детектирования, выходы которых попарно соединены с входами дифференциальных усилителей.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что блок синхронного детектирования выполнен в виде генератора, задатчика кода, элемента ИЛИ, счетчика, формирователя импульсов и синхронного детектора, при этом входы блока синхронного детектирования соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ и входом синхронизации синхронного детектора, выход которого является выходом блока синхронного детектирования, а выход генератора соединен со счетным входом счетчика, информационный вход и вход записи которого соединены соответственно с выходом задатчика кода и выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом переполнения счетчика, управляющим входом генератора и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с информационным входом синхронного детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7