6. СИСТЕМЫ КВАДРАФОНИЧЕСКОГО РАДИОВЕЩАНИЯ

В настоящее время проводятся экспериментальные передачи четырехканальных стереофонических программ по радио, т.е. квадрафоническое радиовещание. Для передачи матричных квадрафонических программ можно использовать систему обычного стереофонического вещания, поскольку передаются два кодированных сигнала, но для осуществления полной  квадрафонии, необходимо передавать по радио четыре сигнала. Некоторые зарубежные фирмы разработали ряд систем квадрафонического радиовещания. Наиболее совершенной следует считать систему Доррена (США), по которой разрешено проводить опытные передачи. На рис. 97, а показан спектр квадрафонического сигнала,

передаваемого в этой системе, состоящий из трех частей. Кроме того, в спектр вводится

 

 

пилот-тон  19 кГц, вследствие чего система становится подобной система стереофонического радиовещания. В области звуковых частот спектра (0- 15 кГц) передается сумма сигналов четырех каналов (А + В) = (Л1+Л2)+ (П1 + П2), т. е. система Доррена совместима с обычной монофонической. В надтональной области спектра (в полосе частот от 23 до 53 кГц) посредством квадратурной модуляции поднесущей с частотой 38 кГц передаются сигналы А — В = (Л1 + Л2) — (П1 + П2) и С — D = (Л1 — Л2) — (П1 — П2). Первый из сигналов, перемножаясь с поднесущей в балансном модуляторе, образует надтональную часть спектра, подобную части спектра в рассмотренной выше системе стереофонического радиовещания «Зенит-Дженерал электрик». Второй сигнал модулирует поднесущую, сдвинутую по фазе на 90°, и образует спектр, составляющие которого сдвинуты по отношению к составляющим первого на 90°. Во второй надтональной области вокруг частоты 76 кГц группируется спектр частот сигнала, образованного в результате перемножения поднесущей и сигнала С + D = (Л1 — Л2) + (П1 — П2).

 

 

В квадраприемнике разделение каналов можно выполнить путем выделения четырех комбинированных сигналов и следующего суммарно-разностного преобразования по формулам:

                          (7-33)

Недостаток системы Доррена — ограниченная совместимость с системой стереофонического радиовещания «Зенит-Дженерал электрик». Стереофонический сигнал можно выделить стереодекодером, построенным по фазочувствительной схеме. Стереодекодер должен выделять только синусную составляющую и не реагировать на косинусную.

Во Всесоюзном научно-исследовательском институте радиовещательного приема и акустики (ВНИИРПА) им. А. С. Попова разработана система квадратического радиовещания с использованием квадратурной модуляции второй поднесущей [55, 95].

Спектр сигнала квадрафонического вещания ВНИИРПА им. А. С. Попова показан на рис. 97, б. Как и в системе Доррена, монофонический сигнал А + В = (Л1 + Л2) + (П1 + П2) передается в полосе звуковых частот (30—15 000 Гц) первой частью спектра квадрафонического сигнала. Первая поднесущая с частотой f_1п = 31 250 Гц модулируется стереосигналом А—В, а вторая — с частотой f_2n = 62 500 Гц в квадратуре сигналами С = Л1 — Л2 и D = П1 — П2. В отличие от системы Доррена, стереофонический сигнал образуется на выходе обычного стереодекодера. После детектирования второй поднесущей в фазочувствительных детекторах выделяются сигналы С и D, после чего их легко разделить на четыре квадрафонических канала.

Структурная схема модулятора квадрафонического сигнала показана на рис, 98, а. Путем суммарно-разностного преобразования сигналы четырех каналов Лl, Л2, П1, П2 преобразуются в сигналы А, В, С и D. Затем сигналы А и В подаются на схему обычного модулятора стереосигнала (СМ). На выходе модулятора выделяются сигналы, образующие две первые части спектра квадрафонического сигнала. В СМ происходит также частичное подавление (на 14 дБ) первой поднесущей. С модулятора снимается поднесущая, и частота ее удваивается. Образованная вторая поднесущая вместе с сигналом С подается на первый перемножитель, с которого снимается сигнал Csin(2ω_пt + φ), а после поворота фазы на 90° вместе с сигналоv D — на второй перемножитель, с которого снимается сигнал Dcos(2ω_пt + φ). Величина φ должна быть стандартизована. В системе ВНИИМШ φ = 45°. После сложения образуется комплексный квадрафониче:кия сигнал  КСС.

Структурная схема квадрафонического декодера показана на рис. 98,б. Квадрафонический сигнал с выхода частотного детектора квадраприемника, как в обычном стереоприемнике, направляется на вход стереодекодерм СД, с которого снимаются сигналы А и В. Кроме того, квадратурно-модулированное колебание второй поднееущей выделяется фильтром верхних частот ФВЧ и поступает на два перемножителя. На один из них подается вторая поднесущая частоты 62,5 кГц, на другой — та же частота со сдвигом на 90°. В результате на первом перемножителе получим сигнал С, a на втором — сигнал D. Образующиеся попутно надтональные составляющие отфильтровываются в тракте звуковой частоты. В суммарно-разностных преобразователях квадрафонические сигналы  разделяются согласно выражению (.7.33) [55].

Влияние шумов при приеме. При квадрафоническом приеме общие шумы складываются из шумов стереоканала и_{ш с} и шумов квадратурных каналов и_{ш 1,2}

                                                                     (7.34)

Отношение сигнал/шум при квадраприеме

       (7.35)

Ухудшение отношения сигнал/шум при квадраприеме по сравнению со стереоприемом

                                 (7.36)

При f_п = 31,2 кГц, F_B = 15 кГц, τ = 50 мке получаем ухудшение 6,5 дБ. Сравнивая ухудшение при стереоприеме (24,7 дБ) и квадраприеме (6,5 дБ), видим, что переход от стереоприема к квадраприему мало влияет на величину сигнал/шум.

Следует отметить, что такое ухудшение при стерео- и квадраприеме существует при приеме самых слабых сигналов. Если сигнал значительно больше шумов, то разница в шумовых свойствах моно-, стерео- и квадраприема  менее заметна, так как главную роль начинают играть другие помехи (например, фон цепей электропитания приемника). Таким образом, для высококачественного стерео- и квадраприема на входе приемника необходимо иметь большой полезный сигнал.

Учет действия мешающих радиостанций. При планировании сетей MB—ЧМ станций (так же, как и сетей ДВ, СВ) пользуются нормированными защитными отношениями.

График защитных отношений, рекомендуемых МККР, для ЧМ моно приема при (Δf)_т = 50 кГц показан на рис. 99, а. Защитные отношения обеспечивают удовлетворительный прием в течение 99% времени. Когда обе радиостанции работают на одной частоте, защитное отношение равно 32 дБ. Это означает, что на границе зоны обслуживания MB — ЧМ станции

 

соотношение мощностей полезного и мешающего сигналов должно быть более 1500. Для радиостанций, отличающихся по частоте на 180 кГц, защитное отношение равно 0, т.е. две радиостанции при таком разносе частот могут создавать в месте приема одинаковые напряженности поля, не вызывая взаимных помех. График защитных отношений для стереоприема изображен на рис. 99, б. Из сравнения двух графиков видно, что максимальное защитное отношение (около 43 дБ) наблюдается при разносе несущих частот MB—ЧМ станций на 40 кГц, при разносе частот свыше 180 кГц защитные отношения приблизительно  одинаковые.

Действие помех от соседних ЧМ станций при квадраприеме сказывается сильнее. Защитные отношения, рассчитанные для паузы передачи, показаны на рис. 100. При расчете учтена псофометрическая кривая. По оси ординат отложены значения R = 201gP_n._с/Р_м._с(где Р_{п с} — мощность входного сигнала принимаемой станции; Р_м._с — мощность входного сигнала мешающей станции), по оси абсцисс — разнос несущих. Незаметности помехи в паузе

передачи принимаемой станции при различных расстройках соответствует отношение

 

 

сигнал/помеха на выходе частотного детектора, равное 63 дБ. При переходе к квадрафоническому вещанию необходимо, дополнительно увеличить защитное отношение и особенно при разносе несущих около 80 кГц. Однако при переходе от стерео- к квадраприему ухудшение защитных отношений значительно меньше, чем при переходе от моно- к стереоприему [56].