Глава 18. Спутниковое и цифровое радиовещание Контрольные вопросы

1. Перечислите основные особенности формата " Wegener/ Panda-1" .

2. Начертите структурную схему звукового блока спутникового прием­ника фор­мата "Wegener/Panda-l".

3. Начертите структурные схемы сжимателя и расширителя системы " Panda-1" и поясните их работу. Начертите семейство АЧХ сжимателя и расши­рителя.

4. Поясните процедуру постепенного перехода от аналогового к цифровому методу передачи в системе «Astra».

5. Поясните основные особенности передачи ЗС в форматах С-МАС и D2-MAC.

6. Поясните структуру цифрового сигнала при его пакетной передаче.

7. С какой целью при передаче цифровых сигналов используют переме­жение битов? Каковы методы помехоустойчивого кодирования цифровых ЗС?

8. Поясните формат цифрового сигнала в системе DSR.

9. Изобразите структурные схемы модулятора и демодулятора цифрового сигна­ла в системе DSR.

10. Как происходит восстановление опорной фазы в при­емнике DSR?

11. Каково назначение системы DAB?

12. Поясните принцип работы системы DAB.

13. Как организуются цифровые потоки в системе DAB?

14. Поясните структуру данных звукового фрейма системы DAB.

15. Каким образом осуществляется модуляция несущих частот в системе DAB?

16. Поясните принцип передачи сигналов по радиоканалу в системе DAB.

18.1. Аналоговое спутниковое радиовещание в формате "Wegener/Panda-1"

В настоящее время аудиосигналы при спутниковом вещании переда­ются пока преимущественно аналоговым способом в таких системах, как «Москва», " Экран" , " Москва-Глобальная" , " Intelsat" , " Eutelsat" (ECS – European Com­munication Satellite), "Astra". Например, в полосе частот К (10,7... 12,75 ГГц) принято совместно с сигналами изображения (1) передавать методом- ЧМ на поднесущих частотах сигналы звукового со­провождения ТВ программ и сиг­налы радиовещания (рис. 18.1, а). При этом основная поднесущая частота 6,5 МГц модулируется по частоте монофоническим сигналом звукового сопровож­дения ТВ (2) с девиа­цией частоты 140 кГц. Ее уровень ослаблен на 20 дБ относительно уровня видеосигнала.

Для передачи дополнительных ЗС (3) – стереофонического сопро­вождения ТВ программы, речевого сопровождения на другом языке, сте­реофонического радиовещания – в спектр сигнала (см. рис. 18.1,о) вво­дят дополнительные поднесущие частоты в соответствии с форматами "Wegener" (для системы ПАЛ) и "Telspace" (CEKAM). Дополнитель­ные поднесущие имеют девиацию ±50 кГц и уровень, уменьшенный на 6 дБ относительно основной поднесущей звука 6,5 МГц. Они располо­жены в интервале частот от 7,02 до 8,28 МГц с интервалом 180 кГц. Промежуточные частоты сигналов звуковых поднесущих равны 10,52 и 10,70 ГГц. Полоса частот для выделения основной поднесущей обозна­чена на рис. 18.1,а штриховой линией, полосы частот для выделения дополнительных поднесущих – сплошными линиями.

В систему "Astra" предполагается введение еще двух дополнитель­ных поднесущих частот 6,12 и 6,3 МГц в связи с постепенным перехо­дом от аналогового способа передачи ЗС к цифровому. В стандарте "Telspace" значения поднесущих частот составляют 6,4; 6,4/7,25; 7,75; 7,75/8,65; 6,85; 6,85/8,2; 8,65 МГц (система "Telecom lc").

Рис. 18.1. К приему ЗС формата "Wegener/Panda-1" в аналоговой системе спутникового вещания: а – спектр сигнала формата "Wegener/Panda-1"; б – изменение входных и выходных уровней звукового сигнала в компандерной системе "Panda-1"; в – укрупненная структурная схема спутниковой станции с трактом обработки сигналов формата "Wegener/Panda-1"

Отношение сигнал/шум в кана­лах дополнительных поднесущих ча­стот (7,02...8,28 МГц), конечно, из-за меньшей их амплитуды и меньшей девиации час­тоты значительно хуже, чем для канала основной поднесущей звукового сопро­вож­дения (6,5 МГц). Для улучшения поме­хозащищенности ЗС в каналах допол­ни­тельных поднесущих применяется пре­д­ы­скажение ЗС (с постоянной времени 50 или 75 мкс, или в соответствии с Рекомен­да­цией J17 МККТТ). Кроме того, по­сле внесения предыскажений анало­говые ЗС обрабатываются компандер­ной системой шумоподавления, содер­жащей сжиматель на стороне переда­чи и расширитель на стороне прие­ма. Коэффициенты передачи сжима­теля и расширителя в этой адаптив­ной компандерной системе являются функцией как входного уровня (рис. 18.1,б), так и частоты. Сжимателем на сто­роне передачи динамический диапазон ЗС сжимается в 2 раза (см. рис. 18.1,б). При этом самые низкие уровни повышаются (с –80 дБ до –40 дБ), а наиболее высокие по­нижаются от +20 до +10 дБ и соответст­венно от +10 до 0 дБ. Для нулевого уров­ня значение коэффициента передачи равно 1 (0 дБ).

Д инамический диапазон ЗС в ка­нале передачи (см. рис. 18.1,б) соста­вляет 50 дБ (реально эта величина равна 40 дБ, если принять уровень перекрытия равным 20 дБ). Уровень собственных шумов в канале передачи не превышает –70 дБ. Дан­ный способ компандирования получил название Panda-1 . Напомним, что важ­ным для нормальной работы компандерной системы является тре­бование ком­плементарности амплитудных характеристик сжимателя и расширителя, а также рациональный выбор временных параметров этих устройств. Иначе го­воря, основными проблемами здесь являются согла­сование постоянных вре­мени регулирования коэффициентов передачи сжимателя и расширителя и учет инерционных свойств слуха с тем, что­бы в максимально возможной степени уменьшить слуховую заметность динамических и нелинейных искажений при работе компандера.

Представленный выше формат передачи относится к "Wegener/Panda-1". В основной системе "Panda-2" сжатие D ЗС составит уже 40 дБ (вместо 2:1 в системе "Panda-1"). Метод ЧМ в сочетании с высокоэф­фективной компандерной системой шумоподавления позволяет в спут­никовом вещании получить более высокое качество передачи ЗС, чем в наземном МВ-ЧМ радиовещании. Параметры качества звуковых ка­налов полностью соответствуют требованиям Рекомендации J.21 МКТТ (505-4 МККР) на каналы звукового вещания с полосой частот 15 кГц, предназначенные для высококачественной передачи программ монофо­нического и стереофонического 3В.

Спутниковая приемная станция (рис. 18.1,в) содержит параболи­ческую антенну, в фокусе которой на кронштейнах расположен мало­шумящий конвертер LNC (Low Noise Converter – конвертер с низким уровнем шума, называемый также наружным блоком НБ). В НБ осу­ществляются усиление сигналов в полосе частот 10,7... 12,75 ГГц, пре­образование и перенос спектра принимаемых сигналов на первую проме­жуточную частоту, лежащую в полосе частот 950.. .2050 МГц, и выбор желаемой поляризации. Гетеродин конвертера – неперестраиваемый, тракт первой промежуточной частоты – широкополосный. Конвертер имеет обычно коэффициент передачи 45... 55 дБ, значение коэффи­циента шума менее 1 дБ.

Сигналы вещания на этой промежуточной частоте с помощью ко­аксиального кабеля (длиной около 10 м и даже более) подаются к вну­треннему блоку ВБ, называемому обычно спутниковым приемником или тюнером. В этом блоке происходит выбор нужного частотного ка­нала, усиление, детектирование и обработка сигналов изображения и звука. Кроме того, во внутреннем блоке размещается также не показан­ный на рис. 18.1,б блок управления устройством поворотов антенны и поляризатором. В ВБ происходит выбор звуковых сигналов и режимов работы звукового тракта (моно/стерео). После тракта радиочастоты (ВЧ тракт, рис. 18.1,в) сигналы изображения выделяются соответствующи­ми фильтрами для дальнейшей обработки. Для выделения ЗС полный сигнал через ПФ (см. рис. 18.1,а) подается на блок обработки сигналов звуковых поднесущих БОСЗП, в состав которого входят (см. рис. 18.1,б):

входной ПФ с полосой частот 5,0...9,0 МГц;

смеситель СМ:

гетеродин Г, перекрывающий полосу частот 15,7... 19,7 МГц (обыч­но частоты гетеродина составляют 17,2; 17,72; 18,08 и 18,44 и 18,8 МГц, что позволяет осуществить попарно перебор всех имеющихся пока ре­ально в наличии четырех пар дополнительных и одной основной поднесущих частот (рис. 18.1,г));

два тракта промежуточной частоты ПЧ1 и ПЧ2 со средними часто­тами 10,7 и 10,52 МГц для попарного выделения сигналов дополнитель­ных поднесущих с продуктами модуляции;

широкополосный тракт промежуточной частоты ПЧ со средней ча­стотой 10,7 МГц для выделения сигнала основной поднесущей;

частотные демодуляторы ДМ1., ДМ2, ДМ3;

экспандеры Э1 и Э2 системы шумопонижения "Panda-1" в каналах дополнительных поднесущих частот;

RC-цепи компенсации частотных предыскажений (50, 75 мс и J18 МККТТ) в основном и дополнительных каналах;

коммутатор S1 для управления режимами работы БОСЗП.

Полосы частот трактов дополнительных ПЧ1, ПЧ2 и основной ПЧ поднесущих соответственно равны 130 и 310 кГц. Для обеспечения раз­делимости (высокого переходного затухания) соседних звуковых каналов на дополнительных поднесущих не менее 60 дБ полосовые фильтры в трактах ПЧ1 и ПЧ2 должны вносить затухание не менее 40.. .45 дБ при отстройке от центральной частоты канала на 115 кГц, если использует­ся частотный детектор на основе фазосдвигающего контура. Собствен­ная избирательность последнего при отстройке от центральной частоты на 180 кГц составляет около 15 дБ. Обычно для получения требуе­мой избирательности в узкополосных каналах ПЧ1, ПЧ2 дополнитель­ных поднесущих используют каскадное включение двух пьезокерамических фильтров. Если же в качестве детектора применяется устройство с высокой собственной избирательностью (например, синхронно-фазовый детектор СФД), то требования по избирательности к ПФ могут быть су­щественно ослаблены. В этом случае достаточно использовать двух­контурный RC-фильтр, либо один пьезокерамический фильтр, напри­мер типа ФП1П6-515.

Новые модели тюнеров непосредственного ТВ обычно имеют ци­фровой синтезатор частоты с опорным кварцевым генератором (чаще всего его частота составляет 4 МГц), который и обеспечивает точную настройку на нужную программу и выбор ЗС, передаваемых на основной и дополнительных поднесущих частотах формата "Wegener/Panda-1" .

Структурная схема компандерной системы шумоподавления "Pan­da-1" представлена на рис. 18.2. Слева изображен сжиматель (а), а справа – расширитель (б).

Компандерная система содержит (рис. 18.2,а и б):

усилитель У1 с нормированным коэффициентом передачи, равным 1/300 для сжимателя и 300 для расширителя;

пропорционально интегрирующий фильтр ПИФ со специальной формой АЧХ (рис. 18.2,6), частотами среза ПИФ 12 и 3600 Гц (на участке 12. . .3600 Гц коэффициент передачи ПИФ изменяется прямо пропорци­онально частоте для сжимателя и обратно пропорционально частоте для расширителя, со скоростью 6 дБ/окт., т.е. передаточные функции этих фильтров обратны по отношению друг к другу);

управляемые усилители А2с и А2р, коэффициенты передачи ко­торых изменяются пропорционально управляющему напряжению Uу;

фильтры нижних частот Ф2с и Ф2р. Каждый имеет идентичную для обоих устройств частоту среза 4500 Гц; за пределами полосы пропуска­ния вносимое фильтрами затухание возрастает со скоростью 6 дБ/окт.;

сумматоры сигналов ∑;

цепи управления ЦУ1 и ЦУ2, содержащие двухполупериодные вы­прямители и интеграторы;

ограничитель амплитуды ОА для устранения выбросов сигнала в сжимателе в моменты установления коэффициента передачи при резком изменении уровня ЗС на его входе.

Применение фильтров необходимо для получения требуемой ча­стотной зависимости изменения коэффициента передачи сжимателя и расширителя для разных входных уровней сигнала (рис. 18.2,в рас­ширитель).

Рис. 18.2. Структурная схема компандерной системы шумоподавления "Panda-1" : а – компрессор; б– экспандер; в – зависимость изменения коэффи­циентов передачи экспандера от частоты при разных входных уровнях ЗС