Система синхронного звукового мовлення у діапазоні ДВЧ: якість звуку, захисні відношення

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.12.17 - Радіотехнічні та телевізійні системи

Система синхронного звукового мовлення у діапазоні ДВЧ: якість звуку, захисні відношення

Кузнецова Олександра Сергіївна

Одеса 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській національній академії зв'язку ім. О.С. Попова Державного комітету зв'язку та інформатизації України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, професор Виходець Анатолій Васильович, Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова Державного комітету зв'язку та інформатизації України, професор кафедри телебачення і радіомовлення.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Балашов Віталій Олександрович, Одеський науково-дослідний інститут зв'язку Державного комітету зв'язку та інформатизації України, директор;

кандидат технічних наук, професор Уваров Ростислав Васильович, Київський державний університет інформаційно-телекомунікаційних технологій Державного комітету зв'язку та інформатизації України, проректор з наукової роботи.

Провідна установа - Одеський національний політехнічний університет Міністерства освіти України, м. Одеса.

Захист відбудеться 25 червня 2004 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.816.01 в Одеській національній академії зв'язку ім. О.С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Кузнечна, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеської національної академії зв'язку ім. О.С. Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Кузнечна, 1.

Автореферат розісланий 24 травня 2004 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, професор А.М. Іваницький

1. Загальна характеристика роботи

радіочастота синхронний спотворення передавач

Актуальність теми. В Україні результати частотного планування для засобів аналогового мовлення в діапазоні ДВЧ за останні роки показують, що через обмеженість частотного ресурсу кількість частотних присвоєнь зменшується. Якщо у 2001 р. ця проблема стосувалася тільки великих міст із мільйонним населенням, то у 2002 р. - фактично всіх обласних центрів України. Відповідно до прогнозів фахівців найближчим часом частотний ресурс для засобів аналогового мовлення буде цілком вичерпаний на рівні районних центрів України. Оскільки проблема дефіциту частотного ресурсу виникає фактично в масштабах усієї країни, вона вимагає прийняття відповідних рішень.

Рішенням відзначеної проблеми може виявитися застосування синхронного режиму мовлення, при якому кілька передавачів працюють на одній частоті і передають ту саму програму. Досвід роботи синхронних мереж у НЧ і СЧ діапазонах показав, що цей вид мовлення має багато переваг.

Проблема ефективного використання частотного ресурсу діапазону ДВЧ актуальна не тільки для України, тому інтерес до системи синхронного радіомовлення з'явився в багатьох країнах світу. Про це свідчить наявність відповідних Документів МСЕ-Р, таких як Recommendation ITU-R BS. 412-7 (1997) і Document ITU-R 10B/24-E (1996). Однак, вирішення питань, позначених у цих Документах, не було доведено до практичної реалізації. Тому в жовтні 2001 р. на засіданні Дослідницької Комісії ДК-6 МСЕ-Р за пропозицією Адміністрацій України та Індії був прийнятий новий Документ “Синхронізація передавачів звукового мовлення в діапазоні ДВЧ”. У Документі відзначено, що оскільки аналогове ЧМ мовлення буде існувати ще досить довго, смуга частот діапазону ДВЧ, яка виділена для ЧМ звукового мовлення, у багатьох країнах практично вичерпана, а застосування синхронної роботи передавачів може забезпечити підвищення ефективності використання радіочастотного ресурсу, доцільне проведення відповідних досліджень. У ході їхнього виконання необхідно одержати відповіді на наступні питання:

1. При яких технічних умовах синхронні передавачі можуть застосовуватися для звукового мовлення в діапазоні ДВЧ?

2. Якою мірою зони обслуговування синхронних станцій перекриваються?

Дані, що повинні бути отримані в результаті виконання зазначених досліджень, являтимуть собою основу для проектування синхронних мереж у діапазоні ДВЧ. При плануванні синхронної мережі радіомовлення в діапазоні з ЧМ необхідно оцінити значення захисних відношень за радіочастотою, що забезпечують необхідну якість монофонічної і стереофонічної передачі.

При наявному дефіциті частотних каналів використання синхронної системи може бути доцільним при заміні системи проводового мовлення (ПМ) ефірним у тих сільських районах, де мережа ПМ була зруйнована. Необхідність у синхронній роботі передавачів виникає і при побудові інформаційної мережі, що обслуговує магістральні автомобільні дороги. Така мережа повинна працювати в синхронному режимі, щоб користувач автомобільного приймача, проїжджаючи по дорозі і одержуючи потрібну інформацію, не був змушений змінювати настроювання приймача.

У роботах А.В. Виходця і Т.М. Мельникової “Синхронне радіомовлення в діапазонах із ЧМ”, а також В.М. Захаріна і С.М. Прокопа “Захисні відношення в синхронних мережах ДВЧ-ЧМ мовлення” вже розглядалися особливості приймання сигналів у синхронній мережі ДВЧ-ЧМ мовлення. Однак у цих роботах вирішення задачі було значною мірою спрощено, і отримані дані не відображують реальних умов приймання.

Потрібні додаткові дослідження, щоб врахувати всі істотні фактори, що впливають на величину спотворень, що виникають при синхронній роботі ДВЧ-ЧМ передавачів, а, отже, і на необхідні захисні відношення. Знання захисних відношень дозволить здійснити оптимальну побудову мережі мовлення - тобто так розмістити передавачі, щоб, з одного боку, забезпечити можливість досить якісного приймання на території, що обслуговується мережею, і, з іншого боку, практично виключити можливість взаємних завад. Результати зазначених досліджень дозволили б визначити технічні вимоги до мереж синхронного мовлення і являли б собою основу для їхнього частотно-територіального планування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні результати роботи отримані в процесі виконання науково-дослідних робіт, що проводилися в ОНАЗ ім. О.С. Попова за темою “Дослідження щодо можливості покриття території Одеської області ефірним мовленням” № ДР 0103U001090 - при роботі автора на посаді м.н.с.; в Українському науково-дослідному інституті радіо і телебачення за темою “Дослідження умов забезпечення ефективності використання радіочастотного ресурсу України при впровадженні перспективних телерадіомовних технологій” № ДР 0103U007263 - при роботі автора на посаді м.н.с.

Мета і задачі дослідження. Метою цієї роботи є дослідження системи синхронного звукового мовлення в діапазоні ДВЧ для визначення необхідних значень захисних відношень за радіочастотою при заданій якості звуку.

Для досягнення поставленої мети вирішуються наступні задачі:

1. Дослідження лінійних і нелінійних спотворень при прийманні монофонічних і стереофонічних сигналів у системі синхронного ДВЧ-ЧМ радіомовлення;

2. Дослідження впливу на якість приймання відхилення частот-носіїв ДВЧ-ЧМ передавачів від номінального значення в мережах синхронного мовлення;

3. Встановлення взаємозв'язку між величиною спотворень і захисним відношенням за радіочастотою;

4. Аналіз можливості організації синхронних мереж ДВЧ-ЧМ мовлення для покриття ефірним радіомовленням сільських районів і обслуговування магістральних автомобільних доріг;

5. Аналіз роботи гібридної системи радіомовлення iDAB у системі синхронного радіомовлення в діапазоні ДВЧ.

Об'єктом досліджень є система синхронного мовлення в діапазоні ДВЧ.

Предметом досліджень є спотворення, що виникають при прийманні сигналів у системі синхронного радіомовлення в діапазоні ДВЧ.

Методи дослідження - математичний аналіз, математична статистика, математичне моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Оцінка лінійних спотворень при прийманні сигналів у системі синхронного радіомовлення виконана з урахуванням різниці фаз частот-носіїв передавачів, яка не приймалася до уваги у дослідженнях, проведених раніше.

2. Виконана оцінка спотворень, що виникають у мережі синхронного радіомовлення при прийманні стереофонічних сигналів у системі з полярною модуляцією.

3. Одержана оцінка нелінійних спотворень при прийманні монофонічних і стереофонічних сигналів у системі синхронного ДВЧ-ЧМ мовлення.

4. Встановлено, які спотворення виникають через неузгодженість частот-носіїв ДВЧ-ЧМ передавачів, що працюють у синхронній системі.

5. На основі досліджень спотворень моно- і стереосигналів запропоновані норми на захисні відношення за радіочастотою в синхронній мережі ДВЧ-ЧМ передавачів.

6. Виконані розрахунки, що дозволяють оцінити можливість технічної організації синхронного мовлення в сільському районі і уздовж магістральних автомобільних доріг.

7. Проведений аналіз роботи ДВЧ-ЧМ передавачів гібридної системи радіомовлення iDAB у системі синхронного радіомовлення.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Отримані співвідношення дозволяють визначати значення захисних відношень за радіочастотою, що необхідні при розрахунку зон покриття ДВЧ-ЧМ передавачами.

2. На підставі суб'єктивно-статистичних експертиз отримані значення захисних відношень за радіочастотою, які необхідно забезпечити при неузгодженості частот-носіїв передавачів.

3. Визначені умови, при яких можлива побудова синхронних мереж у сільському районі й уздовж магістральних автомобільних доріг.

4. Показана доцільність використання в синхронній системі комбінованої системи радіомовлення iDAB.

Основні теоретичні висновки і практичні результати дисертаційної роботи впроваджені при виконанні НДР в Одеській національній академії зв'язку (ОНАЗ) ім. О.С. Попова, НДР в Українському науково-дослідному інституті радіо і телебачення, при підготовці трьох вкладів України в МСЕ: Document 6E/32-E “Synchronization of FM transmitters, working in synchronous broadcasting networks”, Document 6E/33-E “Synchronous networks of sound broadcasting in VHF band”, Document 6E/34-E “Synchronous operation of transmitters in a hybrid iDAB broadcasting system in VHF band”, що підтверджується актами впровадження.

Особистий внесок здобувача.

Виконано одноосібно:

- дослідження нелінійних спотворень при монофонічному прийманні з використанням методу апроксимації виразу для прийнятого сигналу рядом Фур'є;

- дослідження впливу комбінаційних нелінійних спотворень на якість приймання стереофонічних сигналів;

- аналіз роботи гібридної системи радіомовлення iDAB у системі синхронного радіомовлення в діапазоні ДВЧ;

У співавторстві виконано:

- дослідження лінійних спотворень монофонічних і стереофонічних сигналів у системі синхронного ДВЧ-ЧМ мовлення;

- дослідження нелінійних спотворень при прийманні стереофонічних сигналів у системі з полярною модуляцією;

- дослідження спотворень, спричинених неузгодженістю частот-носіїв ДВЧ-ЧМ передавачів, що працюють у синхронному режимі;

- аналіз можливості організації синхронного мовлення в сільському районі;

- аналіз можливості побудови синхронних мереж для обслуговування магістральних автомобільних доріг.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні і практичні результати роботи розглянуті на міжнародних науково-технічних конференціях “Техніка і технологія зв'язку” (Одеса, 2001), “НТК-Телеком” (Одеса, 2001), на 1-му Міжнародному Радіоелектронному Форумі “Прикладна Радіоелектроніка. Стан і Перспективи розвитку” (Харків, 2002), Міжнародної науково-технічної конференції “Радіозв'язок, телебачення і радіомовлення - учора, сьогодні, завтра” (Одеса, 2003).

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових праць, у тому числі: 8 статей у журналах (1 - одноосібно), зроблено 4 доповіді на науково-технічних конференціях (4 - одноосібно). Усього самостійних публікацій 5.

Обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків і п'яти додатків. Загальний обсяг дисертації складає 119 сторінок тексту, без урахування 35 сторінок, зайнятих 14 рисунками, 1 таблицею, додатками і списком використаних джерел, що містить 46 найменувань.

2. Зміст роботи

У вступі обґрунтовується актуальність розв'язуваних проблем, сформульована мета роботи і задачі дослідження.

У першому розділі - “Огляд результатів досліджень спотворень при синхронній роботі передавачів” - наведені результати дослідження спотворень при приманні сигналів у системі синхронного мовлення в діапазонах НЧ і СЧ.

Аналізуються результати проведених раніше досліджень синхронної роботи передавачів у діапазоні ДВЧ і відзначаються їхні недоліки. Висновки згаданих робіт були зроблені з урахуванням ряду спрощуючих припущень, що говорить про те, що результати досліджень не відображують реальної картини спотворень при прийманні сигналів у синхронній системі ДВЧ-ЧМ мовлення.

Відзначається, що на відміну від установленої норми захисного відношення за радіочастотою для синхронних станцій НЧ і СЧ діапазону, яка є величиною постійною, для мереж синхронного ДВЧ-ЧМ мовлення норми на захисні відношення повинні встановлюватися з урахуванням значення різниці часу пробігу сигналів до точки приймання.

У другому розділі - “Дослідження спотворень при прийманні монофо-нічних сигналів у системі синхронного ДВЧ-ЧМ мовлення” - досліджуються спотворення прийнятих сигналів при синхронній роботі монофонічних ДВЧ-ЧМ передавачів. Передавачі розглянутих станцій працюють у режимі абсолют-ної синхронізації, тобто частоти-носії w1 = w2 = ? = wn = w0 = const. На вході приймача відбувається додавання “n” ЧМ-коливань, що приходять від радіомовних станцій РМС1, РМС2, …, РМСn:

uвх(t) = US(t)cos[w0t + S(t) + q(t)], (1)

US(t) = U1;

S(t) = Sм

причому -1 u(t) 1 з імовірністю, близької до одиниці;

Sм - крутість характеристики модулятора;

q(t) = ; (3)

, i = 2, 3,…, n; (4)

Ti = ti + t0i; i = 2, 3,…, n;

ti =

різниця часу пробігу електромагнітних хвиль від РМС1 і РМСi до місця приймання; t0i - різниця часу пробігу модулюючих сигналів від джерела до РМС1 і РМСі (несинфазність модуляції);

i = 2, 3,…, n - різниця фаз між частотами-носіями сигналів від РМС1 і РМСi на вході приймача;

ki = Ui/U1,

i = 2, 3,…, n - захисне відношення за радіочастотою (звичайно виражається в логарифмічних одиницях:

Аi = 20 lg 1/ki, дБ

Через складність аналізу загального виразу розглядалася синхронна робота двох станцій. У цьому випадку

US(t) = U1 , (5)

де k = k2, m = m2, F = F2.

q(t) = . (6)

Приймаємо, що частотний детектор (ЧД) приймача - ідеальний, і мінімальна амплітуда USмін = U1(1 - k) більше ніж поріг обмеження приймача. У цьому випадку паразитна амплітудна модуляція, яка визначається виразом (5), цілком усувається обмежником приймача.

Напруга на виході ЧД приймача:

uчд(t) = Sчд , (7)

де Sчд - крутість детекторної характеристики.

Для дослідження лінійних спотворень вираз для q(t) можна представити у вигляді ряду

q(t) = . (8)

Коефіцієнти аn визначаються відповідно до формули Тейлора:.

Тоді вираз для uчд(t) може бути представлений у вигляді:

uчд (t) = u(t) + a1[u(t) - u(t - T)] + y(t), (9)

y(t) = [a2m2(t) + a3m3(t) + a4m4(t) + a5m5(t) +…]. (10)

Для того, щоб при аналізі лінійних спотворень прийнятого сигналу можна було враховувати тільки перший і другий доданок виразу (9), значення часу затримки Т повинні задовольняти умові DwдТ 1, де D wд. - девіація частоти ЧМ-сигналу.

Визначено, що частотна характеристика по низькій частоті тракту передачі від джерела програм до одержувача носить періодичний характер і має вигляд “гребінця”. Нерівномірність цієї характеристики при F = p і WТ ? p оцінюється:

. (11)

Оцінити нелінійні спотворення при будь-якому значенні T можна, апроксимуючи вираз для uчд(t) рядом Фур'є. Вираз (7) можна записати у вигляді:

uчд (t) , (12)

де x = x(t) = m(t) + F.

Дріб у правій частині (12) можна розкласти в ряд:



Тоді для uчд(t) одержимо вираз:

(13)

Якщо представити корисне повідомлення синусоїдальним сигналом , тоді:

,

де .

Розкладаючи кожний вираз cosx, cos2x і т.д. у ряди за функціями Бесселя одержимо:

, (14)

(15)

(16)

- функції Бесселя першого роду i-го j-го порядку відповідно.

Як відомо, нелінійні спотворення оцінюються коефіцієнтом гармонік

kг =

При його розрахунку повинна враховуватись така кількість гармонічних складових сигналу l, яка міститься у спектрі частот, що сприймаються вухом людини.

З формул (15) випливає, що в залежності від кута F змінюється характер спотворень. Так, при F = np, n = 0, 1, 2, … відсутні всі парні гармоніки, а при

F = (2n + 1)

відсутні непарні. Оскільки в реальних умовах цей кут увесь час змінюється, то характер спотворень теж змінюється. З виразу (14) видно, що при WТ = 2np, n = 0, 1, 2, … нелінійних спотворень немає.

Для того щоб вплив спотворень оцінювався слухачами як “практично непомітний” (оцінка “4” відповідно до п'ятибальної шкали оцінки якості), значення коефіцієнта гармонік kг повинне бути не більш 2,5%, а нерівномірність частотної характеристики D не повинна перевищувати 3 дБ. Отримані в результаті розрахунків значення захисних відношень за радіочастотою Ар у залежності від часу затримки Т, при яких забезпечується відповідна якість приймання, надані в табл. 1. Приймалося, що значення частоти модулюючого сигналу F = 1000 Гц, різниці фаз частот-носіїв

F = (2n + 1), девіації частоти Dfд = 20 кГц.

Порівняння отриманих даних із результатами суб'єктивно-статистичних експертиз Аексп, наданих у Rec. ITU-R BS.412-7, показало, що розходження між ними несуттєве.

У третьому розділі - “Дослідження спотворень стереофонічних сигналів у системі синхронного ДВЧ-ЧМ мовлення” - розглядаються спотворення при прийманні стереофонічних сигналів у системі синхронного радіомовлення.

Частотні і фазові спотворення сигналу, які виникають на виході ЧД приймача, у випадку стереофонічного мовлення призводять ще і до появи перехідних спотворень.

Отримано вирази для сигналів стереопари на виході сумарно-різницевого перетворювача стереодекодера системи з пілотом-тоном:

UA(t) = (а1 + 1)(1 + cos2y)A(t) - а1[1 + cos(wпt + 2y)]A(t - Т) +

+ (а1 + 1)(1 - cos2y)B(t) - а1[1 - cos(wпt + 2y)]B(t - Т). (17)

UВ(t) = (а1 + 1)(1 + cos2y)B(t) - а1[1 + cos(wпt + 2y)]B(t - Т) +

+ (а1 + 1)(1 - cos2y)A(t) - а1[1 - cos(wпt + 2y)]A(t - Т), (18)

фаза пілоттона прийнятого сигналу;

wп - частота підносійної.

У наведених виразах другі доданки є продуктом частотних спотворень, треті і четверті - продуктом перехідних спотворень.

Відповідно до визначення перехідної вгамівності одержимо:

ап1 = 20 lg, дБ (19)

ап2 = 20 lg, дБ. (20)

Необхідним захисним відношенням буде більше значення, отримане при однакових заданих значеннях ап1 = ап2.

Аналіз показав, що найменші значення перехідного загасання спостерігаються при значеннях t, які визначаються з умови wпt = (2n + 1)p. При цьому

t = 13,15(2n + 1) мкс, n = 0, 1, 2, ….

При стереофонічному звукопередаванні перехідні спотворення практично непомітні навіть кваліфікованим експертам, якщо значення перехідного загасання ап 25 дБ. Розрахунок за допомогою формул (19) і (20) показав, що необхідне для забезпечення ап = 25 дБ значення захисного відношення при t = 13,15(2n + 1) мкс і значенні фазового кута F = складе А = 14,8 дБ.

Приймаючи, що сигналами стереопари є тональні сигнали A(t) = sinWt,

A(t - T) = sinW(t - T),

нерівномірність частотної характеристики в каналі А на виході стереодекодера можна визначити як:

. (21)

Аналогічно Dс визначається для каналу В.

Проведено дослідження нелінійних спотворень при прийманні стереофонічних сигналів. Найбільш істотними в цьому випадку виявляються специфічні комбінаційні спотворення. Практично вони виявляють себе у вигляді нерозбірливого шуму. Аналіз таких спотворень проводився за допомогою спектрального методу, що був використаний для аналізу нелінійних спотворень у багатоканальних системах радіозв'язку з частотною модуляцією. Такий метод дозволяє знайти розподіл продуктів нелінійності в спектрі корисного сигналу і визначити їхню величину.

При проведенні дослідження реальний радіомовний сигнал u(t) був представлений як стаціонарний випадковий процес з розподілом миттєвих значень за нормальним законом і із середнім значенням, рівним нулю. Одержано вираз для спектральної щільності потужності продуктів нелінійності другого і третього порядку в смузі переданого сигналу (приймалося, що t >> t0):

, (22)

де yu(0) = su2 =

s = - безрозмірна координата;

Wн, Wв - нижня і верхня граничні частоти сигналу u(t).

Знаючи спектральну щільність потужності продуктів нелінійності в смузі переданого сигналу, можна оцінити відношення сигнал/шум у каналі різницевого сигналу при стереофонічному передаванні. Розрахунок показав, що відношення сигнал/шум найменше за умов приймання, для яких

F = (2n + 1)p/2, n = 0, 1, 2, …

Розглянуто синхронну роботу передавачів у системі стереофонічного мовлення з полярною модуляцією. Встановлено, що в спектрі амплітудно-модульованого коливання, яким є надтональна частина комплексного стереосигнала (КСС), бічні складові виявляються несиметричними щодо підносійного коливання. Це відбувається через спотворення амплітуд і фаз складових прийнятого КСС і приводить до появи нелінійних спотворень огинаючої АМ-коливання, що є різницевим сигналом, а отже, і до нелінійних спотворень сигналів стереопари.

Розрахунок показав, що нелінійними спотвореннями різницевого сигналу можна зневажити при будь-яких значеннях t, якщо значення захисного відношення за радіочастотою складе А 12 дБ.

Визначена перехідна вгамівність у стереоканалах при використанні системи з полярною модуляцією, якщо сигнали стереопари тональні:

, (23)

jа = ;

Wa - частота сигналу в каналі А.

Отримані вирази для перехідних вгамівностей (19), (20), (23) дозволяють визначити значення захисних відношень за радіочастотою, необхідні для забезпечення заданої якості приймання. Результати розрахунків з використанням зазначених формул слушні у разі виконання умови Dwдt 1.

Дослідження синхронної роботи стереофонічних передавачів ДВЧ-ЧМ мовлення показали, що найбільші значення захисних відношень потрібні для забезпечення необхідних значень перехідних вгамівностей, отже, норми на захисні відношення будемо визначати за перехідними спотвореннями. У табл. 2 надані необхідні значення захисних відношень Ар, визначені в результаті розрахунку при

F = (2n + 1)

для таких значень t, для яких виконана суб'єктивна оцінка (Rec. ITU-R BS.412-7).

У четвертому розділі - “Вплив відхилення частот-носіїв синхронних ДВЧ-ЧМ передавачів від номінального значення на якість приймання” - проводиться дослідження спотворень, що виникають при неузгодженості частот-носіїв ДВЧ-ЧМ передавачів, що працюють у синхронному режимі.

Нехай частоти-носії обох передавачів w1 = w0 + Dw і w2 = w0 модулюються за частотою тональним сигналом u(t) = UmsinWt. У цьому випадку сигнал на виході ЧД приймача визначається виразом:

. (24)

При k << 1 можна прийняти

, (25)

де F = - частота тональної завади.

Таким чином, рівень тональної завади в спектрі корисного сигналу залежить як від відхилення робочої частоти від номінального значення, так і від захисного відношення за радіочастотою.

Проведено суб'єктивно-статистичні експертизи для визначення припустимого рівня тональної завади в спектрі прийнятого сигналу. Вони здійснювалися за допомогою моделі радіотракту, що дозволяє визначати захисні відношення в синхронному режимі на частоті-носієві в режимі паузи при різниці частот-носіїв 100 - 1000 Гц.

Усереднені дані за результатами експертиз показують, що при F = 200 Гц необхідне значення захисного відношення за радіочастотою, при якому завада не відчувається слухачами, складає 23 дБ, а при F = 1000 Гц А = 34 дБ.

Для синхронізації передавачів ДВЧ-ЧМ мовлення пропонується використовувати сигнали GPS, що дозволяють синхронізувати частоти-носії передавачів із високою точністю. З цією метою рекомендується використовувати спеціалізований ГЛОНАСС/GPS модуль синхронізації телекомунікаційних систем, який установлюється на території радіопередавального центра і забезпечує надійну роботу в зоні значних електромагнітних випромінювань.

У п'ятому розділі - “Побудова синхронних мереж звукового мовлення в діапазоні ДВЧ” - проводиться аналіз можливості побудови мереж синхронного радіомовлення з урахуванням норм на захисні відношення, отриманих у результаті виконання досліджень.

Можливість побудови синхронної мережі ефірного ДВЧ-ЧМ мовлення в сільській місцевості розглядалася на прикладі Овідіопольського району Одеської області, тому що раніше розраховувалася кількість частот, необхідна для покриття цього району несинхронним ефірним мовленням. Виявилося, що для цієї мети буде потрібно від двох до восьми частот (у залежності від необхідного радіуса зони обслуговування). У дисертаційній роботі показано, що при організації мовлення за допомогою малопотужних передавачів, що працюють у монофонічному режимі, у випадку використання ненаправлених передавальних антен достатньо однієї частоти на 8 населених пунктів. Для того щоб забезпечити покриття цього ж району стереофонічним мовленням, необхідне застосування спрямованих антен, діаграми спрямованості яких забезпечують ослаблення випромінюваного сигналу в напрямку тилу в порівнянні з головним напрямком на 10 дБ. Установлювати передавачі й орієнтувати діаграми спрямованості антен потрібно з урахуванням конфігурації забудови населеного пункту і його місця розташування відносно пунктів розміщення інших передавачів синхронної мережі.

Виконано розрахунки, що дозволяють визначити оптимальні значення параметрів синхронної мережі, що обслуговує магістральні автомобільні дороги. Показано, що у випадку вибору відстані між передавачами мережі рівною 8 км, якість монофонічного приймання в автомобілі, який рухається, буде добрим протягом усього шляху проходження. При стереомовленні на ділянці між сусідніми передавачами виникає зона спотворень, що помічаються слухачами в автомобілі. Протяжність цієї зони складе близько 3,5 км. Цілком усунути її не представляється можливим. З метою зменшення протяжності зон спотворень доцільно застосовувати спрямовані передавальні антени і пристрої затримки модулюючих сигналів. У випадку застосування таких засобів її удасться знизити до 1,7 км, тобто при швидкості руху автомобіля 90 км/год спотворення будуть відчуватися протягом декількох десятків секунд при проходженні кожної ділянки між передавачами.

Розглянуто роботу в синхронному режимі мережі передавачів комбінованої системи мовлення iDAB, що дозволяє передавати одночасно аналогові і цифрові сигнали через існуючі аналогові канали. Конфігурація і параметри мережі вибиралися відповідно до рекомендацій Європейського Союзу Радіомовлення (EBU) для мереж наземного цифрового мовлення. Передавачі розміщаються в кутах і центрі правильного шестикутника, відстань між ними повинна складати 60 - 80 км, висота підвісу передавальних антен дорівнює 150 м, діаграми спрямованості антен - кругові. Розрахунки показали, що приймання аналогових сигналів буде здійснюватися з доброю якістю тільки в тих точках, що віддалені на невеликі відстані від передавачів, у той час як цифрове приймання буде високоякісним на всій території, що обслуговується мережею. При розміщенні передавачів мережі “у лінійку” зони поганого приймання аналогових сигналів між сусідніми передавачами зменшуються.

Висновки

У дисертації приведене нове вирішення наукових задач, що виражається у визначенні необхідних значень захисних відношень за радіочастотою для планування мереж синхронного радіомовлення в діапазоні ДВЧ, дослідженні спотворень при прийманні монофонічних і стереофонічних сигналів у системі синхронного радіомовлення в зазначеному діапазоні, врахуванні усіх факторів, що впливають на появу цих спотворень у прийнятому сигналі, встановленні взаємозв'язку між величиною спотворень і захисним відношенням за радіочастотою.

Отримано наступні основні наукові і практичні результати:

1. Отримані співвідношення, що дозволяють визначити значення захисних відношень за радіочастотою, необхідні для забезпечення заданої якості приймання в системі синхронного мовлення в діапазоні ДВЧ. Це дало можливість виконувати розрахунки зон покриття ДВЧ-ЧМ передавачами, що працюють у синхронних мережах. Порівняння даних, наданих у Rec. ITU-R BS.412-7, що були отримані в результаті суб'єктивно-статистичних експертиз, і розрахункових, отриманих у представленій роботі, показує, що розходження між ними незначне.

2. Неузгодженість номінальних значень частот ЧМ передавачів у синхронній мережі призводить до появи тональної завади в спектрі корисного сигналу, що погіршує якість приймання. Проведено суб'єктивно-статистичні експертизи по визначенню захисних відношень, при яких вплив цієї завади не заважає слухачам. Для синхронізації передавачів діапазону ДВЧ, що працюють у синхронній системі, рекомендується застосування сигналів GPS, що дозволяють синхронізувати частоти-носії.

3. Встановлено, що при переході на ефірне мовлення в сільському районі застосування синхронного режиму дозволяє значно скоротити кількість необхідних частот.

4. Виконаний аналіз можливості побудови синхронної мережі ДВЧ-ЧМ передавачів для обслуговування автомобільних магістральних доріг, за допомогою якої здійснюється мовлення як у моно-, так і в стереорежимі. Показано, що моноприймання здійснюється з доброю якістю протягом усього шляху проходження автомобіля; у випадку стереоприймання спотворення будуть відчуватися слухачами протягом деякого проміжку часу.

5. Результати проведених розрахунків показали, що при роботі в синхронному режимі мережі передавачів комбінованої системи iDAB, аналогове приймання буде здійснюватися з доброю якістю у точках, віддалених на невеликі відстані від передавачів (до 11 км), які розміщені на відстані 60-80 км один від одного. У той самий час цифрове приймання буде високоякісним на всій території, що обслуговується мережею.

Основні результати дисертації опубліковані в наступних наукових працях

1. Выходец А.В., Глотов С.П., Кузнецова А.С. Линейные искажения радиоприема в сети синхронного МВ-ЧМ радиовещания // Праці УНДІРТ - 2001.- № 2 (26). - С. 98 - 105.

2. Искажения радиоприема в сети синхронного МВ-ЧМ вещания при работе стереосистемы с полярной модуляцией / А.Г. Верховский, А.В. Выходец, С.П. Глотов, А.С. Кузнецова // Праці УНДІРТ - 2001. - № 3 (27). - С. 28 - 33.

3. Выходец А.В., Кузнецова А.С. Нелинейные искажения радиоприема в сетях синхронного МВ-ЧМ вещания // Праці УНДІРТ. - № 1(29). - 2002. - С. 44 - 48.

4. Кузнецова А.С. Линейные искажения стереофонических сигналов в синхронной сети МВ-ЧМ вещания, включающей моно- и стереопередатчики // Наукові праці ОНАЗ ім. О.С. Попова. - 2002. - №1. - С. 101 - 103.

5. Выходец А.В., Кузнецова А.С., Балан Н.М. Построение синхронной сети ОВЧ-ЧМ передатчиков в сельском районе // Зв'язок. - 2002. - №6. - С. 26 - 29.

6. Балан Н.М., Выходец А.В., Кузнецова А.С. Синхронное радиовещание в диапазоне с ЧМ // Зв'язок. - 2003. - №1. - С. 26 - 28.

7. Выходец А.В., Кузнецова А.С., Балан Н.М. Синхронизация передатчиков с помощью GPS в системе синхронного МВ-ЧМ вещания // Зв'язок. - 2003. - № 3. - С. 61 - 63.

8. Выходец А.В., Кузнецова А.С., Балан Н.М. Информационная синхронная сеть звукового ОВЧ-ЧМ вещания для обслуживания магистральных автомобильных дорог // Праці УНДІРТ. - №4(36). - 2003. - С. 33 - 38.

9. Кузнецова А.С. Синхронное радиовещание в диапазоне МВ // Труды Междунар. научно-технической конф. “Техника и технология связи”. - Одесса. - 2001. - С. 403 - 407.

10. Кузнецова А.С. Синхронная работа радиовещательных станций в диапазоне МВ // Труды Междунар. конф. “НТК Телеком - 2001”. - Одесса. - 2001. - С. 120.

11. Кузнецова А.С. Нелинейные искажения в сетях синхронного ОВЧ-ЧМ вещания // Сборник научных трудов по материалам 1-го Междунар. радиоэлектронного Форума “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития” МРФ - 2002. Часть 1. - Харьков. - 2002. - С. 375 - 378.

12. Кузнецова А.С. Работа комбинированной системы радиовещания аналог/цифра в системе синхронного радиовещания // Материалы Междунар. научно-технической конф. “Радиосвязь, телевидение и радиовещание - вчера, сегодня, завтра”. - Праці УНДІРТ. - 2003. - № 3(35). - С. 56 - 57.

Анотація

Кузнецова О.С. Система синхронного звукового мовлення у діапазоні ДВЧ: якість звуку, захисні відношення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.17 - радіотехнічні та телевізійні системи. - Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова, Одеса, 2004.

Дисертація присвячена розробці норм на захисні відношення за радіочастотою для частотно-територіального планування синхронних мереж в діапазоні ДВЧ на основі результатів досліджень спотворень, які виникають при прийманні сигналів.

Розглянуто структуру спотворень при прийманні моно- і стереосигналів у системі синхронного ДВЧ-ЧМ мовлення. Отримано співвідношення, що встановлюють взаємозв'язок між величиною спотворень і захисних відношень за радіочастотою.

Показано, що неузгодженість частот-носіїв передавачів, що працюють у синхронній системі, приводить до виникнення в спектрі сигналу тональної завади. Для визначення захисних відношень за радіочастотою, при яких наявність тональної завади не заважає слухачам, проведені суб'єктивно-статистичні експертизи.

Проведено аналіз можливості побудови синхронної мережі ДВЧ-ЧМ передавачів у сільському районі, а також розглянуто можливість побудови синхронної передавальної мережі ДВЧ діапазону для обслуговування магістральних доріг. Виконано оцінку якості приймання аналогових сигналів при роботі комбінованої системи радіомовлення iDAB діапазону ДВЧ у системі синхронного радіомовлення.

Ключові слова: синхронне радіомовлення, захисне відношення за радіочастотою, спотворення, якість приймання.

Annotation

Kuznetsova A.S. Synchronous broadcasting system in VHF band: sound quality, protection ratios. - A manuscript.

Dissertation for the application of a scientific degree of a candidate of technical sciences on speciality 05.12.17 - radio engineering and TV systems and devices. - Odessa National Academy of Telecommunication named after A.S. Popov, Odessa, 2004.

The dissertation is devoted to working out of the standards on protection ratrios on a radio frequency for frequent - territorial planning of synchronous networks in VHF band on the basis of studies of received signals distortions.

The pattern of distortions of mono- and stereosignals in a system of synchronous VHF-FM broadcasting is reviewed. The relations establishing intercoupling between value of distortions and protection ratios are obtained.

It is demonstrated, that the misalignment of carrier frequencies of transmitters operating in a synchronous system, results in appearing of a tone interference in a spectrum of received signal. For definition of protection ratios, at which the presence of a tone interference does not hinder the listeners, the subjective - statistical expertises were conducted.

The capabilities of synchronous networks of VHF-FM transmitters construction in a rural district and along the highways were analysed. The estimation of analog signals reception quality while synchronous operation of transmitters in a hybrid iDAB broadcasting system was carried out.

Keywords: synchronous broadcasting, distortions, protection ratio, reception quality.

Аннотация

Кузнецова А.С. Система синхронного звукового вещания в диапазоне ОВЧ: качество звука, защитные отношения. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы. - Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова, Одесса, 2004.

Диссертация посвящена разработке норм на защитные отношения по радиочастоте для частотно-территориального планирования синхронных сетей в диапазоне ОВЧ на основании результатов исследования искажений принимаемых сигналов.

Рассмотрена структура искажений при приеме моно- и стереосигналов в системе синхронного ОВЧ-ЧМ вещания. Получены соотношения, устанавливающие взаимосвязь между величиной искажений и защитными отношениями по радиочастоте. С их помощью определялись требуемые значения защитных отношений при заданном качестве приема. Сравнение расчетных данных, полученных в диссертационной работе и данных, полученных в результате субъективно-статистических экспертиз, позволяют заключить об их соответствии.

Показано, что в отличие от установленной нормы защитного отношения для синхронных станций НЧ и СЧ диапазонов, которая является величиной постоянной, для сетей синхронного ОВЧ-ЧМ вещания нормы на защитные отношения должны устанавливаться с учетом значения разности времени пробега сигналов до точки приема.

Установлено, что значения защитных отношений, требуемые для обеспечения заданного качества приема при синхронной работе передатчиков, меньше, чем при работе в совмещенном частотном канале.

Показано, что рассогласование несущих частот передатчиков, работающих в синхронной системе, приводит к возникновению в спектре принимаемого сигнала тональной помехи. Для определения защитных отношений по радиочастоте, при которых наличие тональной помехи не мешает слушателям, проведены субъективно-статистические экспертизы. Для синхронизации передатчиков с ЧМ, работающих в синхронной сети, предложено использовать сигналы GPS, позволяющие синхронизировать фазы несущих колебаний передатчиков с высокой точностью.

Проведен анализ возможности построения синхронной сети ОВЧ-ЧМ передатчиков в сельском районе на примере Овидиопольского района Одесской области. Расчеты показали, что применение синхронного режима позволяет существенно сократить количество частот, требуемых для организации эфирного вещания.

Рассмотрена возможность построения синхронной передающей сети диапазона ОВЧ для обслуживания магистральных дорог. Установлено, что параметры сети можно выбрать таким образом, чтобы монофонический прием осуществляется без искажений. При стереоприеме на участках между передатчиками возникают зоны искажений, которые будут ощущаться слушателями в автомобиле в течение некоторого интервала времени. Полностью устранить их невозможно, однако предложен комплекс мер, с помощью которых протяженность зон искажений можно уменьшить.

Произведена оценка качества приема аналоговых сигналов при работе комбинированной системы радиовещания iDAB диапазона ОВЧ в системе синхронного радиовещания. В результате установлено, что аналоговый прием будет хорошим только в тех точках, которые удалены на небольшие расстояния от передатчиков (до 11 км), при условии, что расстояние между передатчиками составляет 80 км.

Ключевые слова: синхронное радиовещание, разность времени пробега сигналов, защитное отношение по радиочастоте, качество приема, зона искажений.

Размещено на Allbest.ru

...