12.4.4. Радиопередающее устройство

Радиопередающее устройство формирует ТВ-радиосигнал. Оно состоит из устройства скремблирования (УС), модулятора (М), генератора высокой частоты (Г) и усилителя высокой частоты (УВЧ) (рис. 12.20).

Устройство скремблирования. Для эффективного использования полосы частот радиоканала необходимо, чтобы мощность передавае­мого ТВ-радиосигнала была распределена как можно более равномер­но о отведенной для передачи полосе частот. В ряде случаев, когда цифровой сигнал представляет собой повторение кодовой комбина­ции (например, при передаче изображения крупных деталей соседние отсчеты сигнала практически долга не отличаются друг от друга), мо­жет возникнуть ситуация, когда энергия сигнала сосредотачивается в узкой полосе частот. Это может привести к искажениям передаваемой информации при приеме и обработке таких сигналов.

Решить подобные проблемы позволяет так называемое скремблирование цифрового сигнала. Процесс скремблирования заключается в формировании из последовательности символов входной кодовой комбинации новых кодовых комбинаций (псевдошумового сигнала), с постоянной спектральной плотностью мощности. (Спектральная плотность мощности - это мощность сигнала в единичной полосе частот)

Рис. 12.20. Функциональная схема радиопередающего устройства:

УС — устройство скремблирования: М — модулятор; Г — генератор высокой частоты; УВЧ — усили­тель высокой частоты

Принцип работы устройства скремблирования иллюстрируется ни рис. 12.21.

Входной сигнал U_ВХ(n) представляет собой последовательность символов а₁, а₂, а₃, a₄, … . Эта последовательность суммируется по мо­дулю два с двумя задержанными выходными последовательностями. Задержанные входные последовательности формируются в сдвиговом регистре (СР), который сдвигает свое содержимое на один разряд вправо в моменты прихода тактовых импульсов.

Выходной сигнал передающего устройства скремблирования U_ВЫХ(n) через канал связи поступает на вход приемного устройства. По­скольку структура декодера скремблирования приемного устройства обратна структуре передающего устройства, очевидно, что выходная последовательность декодирующего устройства U'_ВЫХ(n) равна входном последовательности формирователя псевдошумового сигнала U_ВХ(n).

Рис. 12.21. Принцип скремблирования цифрового сигнала:

а — передающее устрой­ство (формирователь псевдошумового сигнала);

б — приемное устройство (декоди­рующее устройство);

С — сумматор по модулю два; СР — сдвиговый регистр

Модулятор.В соответствии со входным сигналом модулятор изме­няет параметры гармонического сигнала, вырабатываемого генерато­ром. Важное значение имеет способ модуляции генератора (вид изме­няемого параметра колебания). В цифровом телевидении широко применяется фазовая манипуляция (ФМ). Это объясняется тем, что такой вид манипуляции обладает высокой устойчивостью к помехам, действующим в канале связи.

В самом простом случае двухпозиционной ФМ — символам входно­го сигнала «0» и «1» ставятся в соответствие начальные фазы колеба­ния генератора 0° и 180° (рис. 12.22).

Рис. 12.22. Двухпозиционная фазовая манипуляция сигнала генератора

Один из способов осуществления ФМ — инвертирование сигнала генератора (Г) при поступлении символа «1» на вход модулятора (рис. 12.23).

Рис. 12.23. Пример осуществления фазовой манипуляции сигнала генератора:

И - инвертор. Г — генератор

Для увеличения скорости передачи информации по радиоканалу применяют многопозиционную фазовую манипуляцию. Например, при четырехпозиционной ФМ входная последовательность символов в по­рядке их поступления разбивается на пары и записывается в запоми­нающее устройство (ЗУ). Пары последовательно анализируются. В со­ответствии с результатами анализа изменяется начальная фаза генера­тора (Г). Пример такого соответствия приведен в табл. 12.3.

Таблица 12.3

Пары входных символов	00	01	10	11
Начальная фаза высокочастотного сигнала	0о	90о	180о	270о

Если длительность посылки четырехпозиционного ФМ-сигнала равна длительности одного символа входящей последовательности, то время передачи в эфир всей информации, записанной в ЗУ, сокраща­ется в два раза по сравнению с временем ее записи в ЗУ.

Можно создать системы с ФМ сигнала и с большим количеством позиций, что достигается разделением фазового интервала 0—360° на более мелкие сегменты одинакового размера. С ростом количества этих сегментов увеличивается скорость передачи информации по ра­диоканалу, однако при этом возрастает вероятность появления оши­бок при передаче информации. (Уменьшаются фазовые расстояния между соседними сегментами, и при помехах эти сегменты можно принять один за другой.)

Демодуляция ФМ-сигнала осуществляется в демодуляторе прием­ника ТВ. Функциональная схема одного из демодуляторов изображе­на на рис. 12.24.

Рис. 12.24. Функциональная схема демодулятора двухпозиционного ФМ сигнала; УЧ — удвоитель частоты; ДЧ — делитель частоты

Демодулятор работает следующим образом. Фазоманипулирован­ный сигнал U(t) поступает на первый сход перемножителя и на схему удвоения несущей частоты сигнала (УЧ). С выхода схемы УЧ снима­ется гармонический сигнал с удвоенной частотой, в котором отсутст­вует манипуляция фазы. (Скачок фазы на при удвоении частоты становится равным2)Делитель частоты (ДЧ) понижает несущую ча­стоту сигнала в два раза и подает его на второй вход перемножителя.

При передаче «0» на первом входе перемножителя напряжение U(t) = U₁sin ₀t при 0 < t < Т. На втором входе U_ОП(t) = U₂sin t. На вы­ходе перемножителя напряжение равно

при

Вторая составляющая выходного напряжения отфильтровывается фильтром Ф. В результате напряжение на выходе демодулятора при передаче «0» оказывается равным U_ВЫХ = U₁ U₂ /2, при 0< t < T.

При передаче «1» на первом входе перемножителя напряжение равно U(t) = U₁sin (₀t +), а на втором U_ОП(t) = U₂sin₀t при 0 < t < Т Повторяя ранее сделанные выкладки, имеем U_ВЫХ = -U₁U₂ /2, при 0 < t < Т. Таким образом, посылкам «0» и «1» соответствует разная по­лярность напряжения на выходе демодулятора.