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广播电视发送技术 调频广播2.ppt

广播电视发送技术 调频广播2

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2019-04-27 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《广播电视发送技术 调频广播2ppt》,可适用于高等教育领域

第四节调频立体声广播中国传媒大学信息工程学院一、调频立体声广播制式与原理立体声制式的选择很重要的一点是必须满足兼容性与逆兼容性的要求。兼容性:进行立体声广播时普通接收机虽没有立体声效果但仍能收听完整的节目信号逆兼容性:立体声接收机能收听单声道广播的节目但无立体感。为了实现兼容性与逆兼容性调频立体声广播都保留单声道广播时传送的信号部分也就是继续传送左、右信号的“和”信号(单声道信号)在基带中占据KHz的范围(实际为HzKHz)称为主信道在主信道的基础上通过频谱搬迁形成一个副信道在副信道传送左、右信号的“差”信号。主、副一起对主载波调频。在接收端经解调后恢复出主信道与副信道信号通过对副信道的解调恢复出“差”信号再通过与处于主信道的“和”信号的和差组合最后恢复出、左右信号。对于单声道接收机来说它没有处理副信道信号的装置只能收听主信道的信号。由于“差”信号的频谱是处于音频范围进行频谱搬迁时需要选择一个副载波根据“差”信号对副载波调制方法的不同调频立体声广播便有不同的制式。(一)、FMFM制所谓FMFM制是“差”信号对副载波调频形成副信道然后与主信道一起对主载波调频。对于“差”信号来说相当于进行了两次调频处理。(二)、AMFM制所谓AMFM制是“差”信号对副载波调幅形成副信道然后与主信道一起对主载波调频。对于“差”信号来说相当于先进行AM处理再进行FM处理。在AMFM制中按照调幅方式的不同可分为部分抑制副载波双边带调幅与全抑制副载波双边带调幅前者又称极化调制制前苏联与东欧一些国家使用后者又称导频制被欧、美、日、中国等世界上大多数国家使用。、 部分抑制副载波双边带调幅极化调制制在这种制式中主信道传送和信号M=(LR)用差信号S=(LR)对频率为ωs的副载波调幅再与和信号相叠加形成基带信号e(t)。设L=ELsinΩLt,R=ERsinΩRt,副载波为EScosωSt则基带信号e(t)为:e(t)=ES(mLsinΩLt–mRsinΩRt)cosωSt(ELsinΩLtERsinΩRt)=EScosωSt(ELsinΩLtcosωStERsinΩRtcosωSt)(ELsinΩLtERsinΩRt)()式中mL=ELES和mR=ERES分别为L、R信号的调幅度。e(t)的正峰点出现在ωSt=nπ,此时cosωSt=因此正峰点的轨迹即上包络为:e(t)上=ESELsinΩLt=ESL()而e(t)的负峰点出现在ωSt=πnπ,此时cosωSt=因此负峰点的轨迹即下包络为:e(t)下=ESERsinΩRt=ESR()由式()和()可见信号e(t)的上包络将按L的规律变化而下包络将按R的规律变化。在极化调制中副载波频率为KHz,在进行调幅时只保留的载波幅度即抑制到dB以提高调频频偏的利用率尽可能获得高的信噪比。因此实际上极化调制制的复合基带信号的表达式为:e(t)=MScosωStqcosωSt()若令载波幅度为则式中q=。极化制立体声复合基带信号的产生电路极化制立体声复合基带信号频谱图  在接收机中经鉴频后恢复出复合基带信号使用两个方向相反的二极管就能分别检出L和R信号。、 全抑制副载波双边带调幅导频制在导频制中和信号的处理方法与极化调制制相同而用差信号对KHz的副载波进行双边带调幅时是将副载波分量全部抑制掉。然而为便于接收机恢复载波以解调出差信号另外再传送一个KHz的导频信号。 导频制的立体声复合基带信号可表示为:e(t)=MScosωStpcos(ωS)t()  导频制立体声复合基带信号频谱图     矩阵方式产生导频制立体声复合基带信号原理方块图   在导频制中复合基带信号对主载波调频时的频偏分配:M与ScosωSt最大分别占总频偏的而pcos(ωS)t固定占。由于M信号达到最大时S信号必然为反之S号达到最大时M信号必然为。此起彼伏称为蜂房效应可以保证M与ScosωSt相叠加的任何瞬间产生的总频偏不会超过(相当于KHzX=KHz)。 极化调制与导频制信号波形图 在接收端调频波经解调后得到立体声复合基带信号经低通滤波器选出和信号M经过带通滤波器选出副信道信号与由导频信号倍频后得到的副载波信号相加再经幅度解调电路得到差信号SM与S经和差组合得到L和R信号:MS=()(LR)()(LR)=L()MS=()(LR)()(LR)=R()用矩阵方式恢复L、R信号的原理方块图  发射端产生立体声复合基带信号的设备通常称为立体声编码器而接收端从复合基带信号恢复出L、R信号的设备称为立体声解码器。编码器与解码器的构成有许多方法例如矩阵方式、开关方式、数字方式等等。不同的方法有不同的复杂性能得到不同的立体声分离度指标。但有一点是相同的那就是得到的立体声复合信号与要解调的立体声复合信号都是一样的。二、立体声分离度立体声广播要求左、右两声道之间的相互串扰要小一般要求达到dB以上。表示左、右两声道之间相互串扰的程度称为立体声分离度它是立体声的特征指标。当只有L(或R)信号调制时经理想解码器解码后输出的L(或R)声道的信号电压为L(或R)此时L(或R)信号串入到R(或L)声道的信号电压为RL(或LR)则二者绝对值之比即为立体声分离度用下式表示为:Se=lg(LRL)=lg(MS)(MS)dB()这样测得的分离度是立体声编码器的分离度。如果用标准立体声基带复合信号送入被测解码器则得到的分离度为解码器的分离度。如果整个传输系统对R和L信号的传输是理想的即既无振幅失真也无相位失真那么最后恢复出的L信号中就不会串进来R信号R信号中就不会串进来L信号分离度就为无穷大。然而这在实际上是做不到的。、振幅失真与相位失真对分离度的影响以矩阵型编码与解码电路为例说明振幅失真与相位失真对立体声分离度的影响。设从编码器矩阵电路形成M与S信号输出直到接收机解码器矩阵电路之前的任何环节使主、副信道信号产生了附加的振幅失真与附加的相位失真使二者的幅度比为K相位差为θ则接收机恢复出的”和”、“差”信号分别为:M=LR()S=K(LR)ejθ()经矩阵和差组合后接收机左、右声道的输出信号分别为:L=MS=(LR)K(LR)ejθ=L(Kejθ)R(Kejθ)()R=MS=(LR)K(LR)ejθ=L(Kejθ)R(Kejθ)()根据分离度的定义设仅有L信号而R=则分离度为:Se=lg(LRL)=lg(L(Kejθ))(L(Kejθ))=lg│K(cosθjsinθ)K(cosθjsinθ)│=lg=lg=lgdB()由式()可以看出如果K=θ=则分离度为无穷大。通过计算也可以知道要想使分离度达到dB的起码要求主、副信道传输系统的附加电平差应小于dB即K=(),θ应小于。、导频相位对分离度的影响导频与副载波信号之间应有正确的相位关系否则影响分离度指标。 正确的导频与副载波信号之间的相位关系 如果接收机恢复出的导频信号的相位关系不正确那么倍频后的副载波与边带信号之间的相位关系就不正确(KHz相位偏差φKHz则偏差φ)影响解调出的S信号的幅度则由(相对值)变为cosφ。因此仅由于副载波相位偏差φ时立体声分离度为:Se=lg(cosφcosφ)=lgctg(φ)dB() 如果既考虑振幅失真与相位失真又考虑导频相位偏差则式()中的K就变为K=Kcosφ。在这种情况下立体声分离度可表达为:Se=lg=lg()为了提高分离度指标通常φ应控制在之内。三、调频立体声广播附加信息SCA的传输 在立体声基带复合信号的基础上以KHz为副载波用附加的带宽为KHz的音频信号(例如传送背景音乐等)对其进行调频频偏为KHz占据KHzKHz的频率范围形成辅助通信业务、简称SCA(SubsidiaryCommunicationAuthorization)信道。 SCA信道参与对主载波调频时的频偏为KHz(有了SCA信道后立体声广播的主、副信道与导频对主载波调频时的频偏分别为KHz、KHz和KHz)。 四、调频立体声广播的信噪比调频立体声广播的噪声要比普通单声道调频广播大噪声主要来自副信道。由于副信道在基带中处于较高的频率位置且占据宽的范围(KHz),在接收端经调频解调后副信道有较高的噪声电平副信道信号解调后得到的S信号就有较高的噪声电平也就是S信号的信噪比差经与M信号和差组合得到的L、R信号的信噪比也低。 在立体声广播时与单声道广播相比:①主信道的频偏由降为因此信噪比降低dB②根据理论计算副信道信噪比低dB(比主信道低dB)在考虑去加重的情况下根据理论计算去加重对单声道广播改善dB对主信道改善dB对副信道改善dB。因此调频立体声广播副信道的信噪比比主信道低dB(dBdB)=dB比单声道广播时低dB(dBdB)=dB第五节    调频双节目广播 在调频广播中使用同一部发射机和天线装置在同一频道内发射两套不同的节目这种广播方式称为调频双节目广播。由于这种方式传送的两套完全不同的节目不像立体声广播只是传送属于同一套节目的左、右信息因此在双节目广播中主副节目要求更高的分离度须达到dB以上。、我国调频双节目广播技术特征我国规定:主节目仍占据原来单节目广播时的HzKHz的频谱而副节目本身为HzKHz,对频率为KHz的副载波调频副载波的频偏为KHz,形成的副信道占据的有效频带为KHzKHz。主、副组成的基带信号对主载波调频分别分得总频偏的和即频偏分别为KHz和KHz。我国使用的FMFM制双节目广播基带频谱图在进行双节目广播时两套节目均为单声道节目。双节目广播的副节目可以直接服务于听众也可以电台内部应用例如作为节目源向另一个发射台传送节目。 、双节目编码器与解码器产生双节目广播基带信号的装置称为双节目编码器而双节目解码器码器则是将基带信号恢复为主节目与副节目。 双节目编码器原理方块图   为了限制副信道的有效带宽以免使主、副信道相互影响必须首先限制副节目的音频带宽使用低通滤波器使其限制在KHz以下。为了改善副信道的噪声提高副节目的信噪比副节目除了采用μs的预加重时间常数外还应用了:的电平压缩器即压缩节目信号的动态范围将例如dB的动态范围压缩到dB的范围。在解码器通过:扩张器恢复节目的原有的动态范围而在传输过程中处于dB以下的噪声、干扰和串话在扩张的过程中则被降低至dB以下而听不见。压缩器和扩张器都是增益可变的放大器压缩器是输入信号越大增益越小(甚至为或负值)信号越小增益越大。扩张器则相反输入信号越大衰减越小(甚至放大或衰减为)输入信号越小衰减越大。 压缩扩张机理  :压缩器输出的信号送入副载波频率为KHz的调频器进行调频为限制以调频波的带宽调频波经中心频率为KHz的带通滤波器滤波使其限制在KHzKHz之间这就形成了副信道信号再与经滤波及预加重的处于HzKHz的主节目相混合对主载波调频。 双节目解码器原理方块图第六节   广播数据系统(RDS)  、RDS的技术特征RDS(RadioDataSystem)是模拟FM广播中的数据广播系统属于立体声广播的附加业务之一。传送的数据经差分编码与双相编码后对KHz的副载波进行抑制副载波的双边带调幅(也可以称为DPSK)形成以KHz为中心KHz的RDS信道。RDS信道参与调频时引起的主载波的频偏我国规定为KHz。RDS的总数据率为bs而净数据率仅为bsx()≈bs。、RDS信号的产生  产生RDS信号的电路方块图  相关波形图()差分码序列()对应的双相码()成形滤波器输出的波形()RDS信道已调波的波形。 RDS信道已调波的波形 已调波可用下式表示:ZP(t)=ak·g(tktd)·cosωc()式中ak=±g(t)为调制信号的波形(如图()所示)td为一个数据时钟周期td=秒ωc=πⅹⅹ。RDS信道中以KHz为中心的频谱分布 、RDS数据格式RDS的每个码组有比特分为个数据块每个数据块有比特其中个信息比特个校验比特如图所示。块与块之间、组与组之间没有缝隙。传送一个数据组大约需要ms的时间。   RDS数据结构  检验比特用来识别 和修正传输差错及用作同步。数据格式使用一种缩短循环码偏置字(二进制序列)与检验比特(CC)相加(模)后产生出修正的检验比特(CC)给出检验块同步失误的能力。   各块相应的偏置字A、B、C(或C)、D各为比特仅其中的比特用作偏置字识别其余的比特为逻辑电“”。   表偏置字  缩短循环码的生成多项式为:g(x)=xxxxxx()比特检验字是信息矢量乘以x(nk)(nk是检验比特的数目此处为)、并除以生成多项式g(x)后的余项。   即:当比特的信息矢量为多项式m(x)=mxmx、、、、、、mxm时(系数mn是或),一个块的基本码矢量V(x)为:V(x)=m(x)xm(x)xg(x)模g(x)()   V(x)再加上相应的偏置字d(x)即得到最后传输的码矢量C(x):C(x)=d(x)V(x)=d(x)m(x)xm(x)xg(x)模g(x)()   、RDS可以传送的信息与应用RDS可以传送的信息按照功能可分为三类:第一类辅助调谐信息:节目网(广播网)识别(PI)、节目网名称(PS)、节目类型识别(PTY)、交通广播电台识别(TP)、替换频率表(AF)。   第二类开关控制信息:交通广播播出识别(TA)解码器识别(DI)、音乐语言识别(MS)、节目编号(PIN)。  第三类其他应用:广播文本(RT)、增强的其他广播网信息(EON)、日期与时间(CT)、透明数据信道(DTC)、电台内部业务(IH)、广播寻呼(RP)、交通信息信道(TMC)等。

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