15.4. Передача сигналов звукового вещания по радиорелейным линиям связи

Для передачи сигналов в высокочастотном стволе РРЛ используют полосу частот от 50 Гц до 9 МГц. В полосе до 6 МГц размещают теле­визионный сигнал изображения или 1920 телефонных каналов. Полоса частот от б до 9 МГц отводится для передачи на поднесущих частотах от двух до четырех сигналов 3В, в том числе звуковой части телевизион­ной программы. Частота 9,023 МГц используется для передачи пилот-сигнала. Любые два канала одного ствола РРЛ можно использовать для стереопередачи, поскольку по различию коэффициентов передачи, разности фаз, коэффициенту гармоник и переходному затуханию они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стереоканалам.

Максимальная девиация частоты в каждом канале 3В составляет ±100 кГц. В последних разработках аппаратуры РРЛ в каналы 3В вве­дены частотные предыскажения с постоянной времени 50 мкс, что улуч­шило защищенность каналов от шумов и помех на 3. . .5 дБ.

На основе аналоговых стволов РРЛ созданы и эксплуатируются ци­фровые тракты 3В. Ствол аналоговой РРЛ либо полностью занят для передачи цифровых сигналов, либо в аналоговом телевизионном или многоканальном телефонном стволе дополнительно к каналам телеви­дения и телефонии образуют цифровой тракт (рис. 15.18). В нижней ча­сти группового спектра размещаются спектры сигналов служебной свя­зи (СС), телеуправления (ТУ) и от 1020 до 1320 телефонных спектров (ТЛФ). Выше расположены один или два канала ЦСП со скоростью 8448 кбит/с, а на поднесущей частоте fп ⁼ 7,68 МГц — цифровые ка­налы 3В. Частота пилот-сигнала fпс = 9,023 МГц.

Рис. 15.18. Два варианта спектра стволов РРЛ: а–полностью цифровой; б– аналого-цифровой

В качестве аппаратуры первичного группообразования используют ранее рассмотренную аппаратуру, например ОВЦ-480.

15.5. Передача сигналов звукового вещания по спутниковым системам связи

Схема организации передачи сигналов 3В через спутниковые систе­мы связи (ССС) показана на рис. 15.19. При этом используются анало­говые и цифровые способы передачи. При первом способе поднесущие частоты fп1 и fп2 располагают выше верхней границы спектра сигнала телевизионного (ТВ) изображения Sиз (рис. 15.19). Штриховой лини­ей изображен спектр мощности помех (шумов) на выходе частотного детектора, на вход которого воздействует флуктуационный (тепловой) шум с равномерным спектром. Спектр сигналов 3В Sзв1 и Sзв2 попа­дает в область возрастающей интенсивности спектра мощности помех Sш. Если для передачи сигналов 3В использовать однополосную моду­ляцию, как в системах с ЧРК, то для получения требуемого отношения С/П потребуется большая мощность. При этом значительная часть де­виации частоты (ТВ) ствола будет затрачена на передачу сигнала 3В, и качество передачи телевизионного сигнала ухудшится. Лучшее отно­шение С/П получается при ЧМ. Сигналы 3В модулируются по частоте поднесущими, расположенными в области частот 6,5...8,5 МГц, в ча­стотном модуляторе ЧМ1, а затем в сумматоре складываются с ТВ сигналом и поступают на вход ЧМ2 (рис. 15.20).

Итак, сигнал 3В подвергается двойной ЧМ. Ввиду расширения спек­тра сигнала получается дополнительный выигрыш в помехоустойчиво­сти. Поскольку спектр 3В на несколько порядков уже спектра сигнала ТВ изображения, расширение спектра на выходе ЧМ3 существенной роли не играет и отношение С/П для канала 3В практически не ухудшается. Для улучшения С/П в каналах 3В применяют компандерные системы.

На этом принципе организованы каналы 3В в ССС "Орбита", "Ор­бита-2" , " Москва". Поднесущие частоты 7, 7,5 и 8,2 МГц, максимальная девиация частоты ±150 кГц. Девиация несущей сигналом поднесущей не превышает±1,5 МГц, т.е. 10 % от девиации несущей сигналом ТВ изо­бражения. В канале передачи звуковой части телевизионной програм­мы системы "Экран" частота поднесущей — 6,5 кГц, а максимальная девиация частоты ±50 кГц, что совпадает с аналогичными параметрами наземной системы ТВ вещания.

Но это достоинство несколько умаляет­ся тем, что необходимо увеличивать максимальную девиацию частоты несущей ЧМ-сигналом звука до ±2,8 МГц. Это ухудшает отношение С/П в канале изображения на 2 дБ.

Н едостаток передачи сигналов 3В на поднесущих — возможность нелинейных переходов сигнала изображения в тракт 3В. Для уменьше­ния этой опасности приходится предъявлять очень жесткие требования к линейности общего канала.

Рис. 15.21. Структурная схема формирования сигнала в системе с двоичной ЧМ

Рис. 15.19. Схема организации каналов передачи сигналов 3В в спутниковых системах связи: РД — радиодом; Пер. ЗС — радиопередатчик зем­ной станции; Пр. ЗС — радиоприемник земной станции; РПЦ — радиопередающий центр; Инд. пр — индивидуальные приемники

Рис. 15.20. Спектры сигналов изображения, звука и помех

При передаче сигналов 3В с ЧРК возможен обмен программами между несколькими земными станциями, поскольку через один ствол можно вести передачу в различных направлениях. Но из-за присущих этому способу нелинейных переходов удается организовать не более 8-10 каналов 3В с максимальной частотой 10 кГц в полосе частот ствола 35МГц. Очевидно, что полоса частот используется неэффективно. Этот способ организации каналов 3В в модифицированном виде реализован в аппаратуре " Градиент-В" . Изменение заключается в том, что сигнал 3В преобразуется в дискретную цифровую форму, а затем передается с помощью ФМ несущей. При скорости передачи 480 кбит/с образу­ются каналы с шириной полосы частот 15 кГц. Мощность сигнала 3В в таком канале примерно эквивалентна мощности десяти телефонных сигналов. Поэтому одну программу 3В передают взамен сообщений в десяти телефонных каналах.

Структурная схема каналообразующей аппаратуры показана на рис. 15.21. В передающую часть входят ФНЧ, сжиматель Сж, АЦП, устрой­ство помехоустойчивого кодирования У ПК и модулятор М. Частота дис­кретизации ЗС равна 32 кГц, число разрядов в кодовой группе 10, ско­рость цифрового потока на выходе АЦП v = m•fд = 10•32 = 320 кбит/с. Кодовые комбинации, поступающие в АЦП, преобразуются в помехо­устойчивый код путем добавления проверочных символов. В результа­те скорость передачи ЗС увеличивается до 480 кбит/с. В модуляторе несущая манипулируется по фазе цифровым сигналом. После других преобразований в аппаратуре " Градиент-В" сигналы поступают через передатчик земной станции (Пер. ЗС) на бортовую аппаратуру спутника, излучаются, а в приемной земной станции Пр. ЗС проходят демодулятор ДМ, корректор ошибок КО, ЦАП, расширитель Расш. и ФНЧ.

Рис. 15.21. Структурная схема каналообразующей аппаратуры "Градиент-В"

Значительные преимущества при передаче сигналов 3В дает цифро­вая передача с временным разделением каналов (ВРК). Помех нели­нейного вида в этой системе не возникает, поэтому ВЧ ствол исполь­зуется эффективнее, чем при ЧРК. Возможна организация 89-90 ка­налов вместо 8-10 при ЧРК.

Способ ВРК применен в аппаратуре "Орбита-РВ", предназначен­ной для передачи большого числа программ в разные районы страны с помощью геостационарных спутников "Горизонт" и "Радуга". Система "Орбита-РВ" занимает лишь половину ствола. Вторая половина ствола используется для телефонной связи. Для высококачественных каналов 3В с полосой частот 15 кГц частота дискретизации равна 32 кГц, для каналов 3В с полосой частот 10 кГц — 21,3 кГц, для каналов с полосой частот 6,4 кГц – 14,2 кГц. В каналах с полосой частот 15 кГц при­менено 10-разрядное кодирование с мгновенным компандированием, в каналах с полосами частот 10 и 6,4 кГц – 9-разрядное. Скорости пере­дачи цифрового потока соответственно равны 320, 192 и 128 кбит/с. В цифровом потоке 2048 кбит/с аппаратуры "Орбита-РВ" образуют либо шесть каналов с полосой частот 15 кГц, либо десять — с высшей ча­стотой 10 кГц, либо 15 с высшей частотой 6,4 кГц. Всего для передачи сигналов 3В выделяют два потока со скоростью 2048 кбит/с каждый.

В системе "Орбита-РВ" одновременно передаются 25 программ 3В и сигналы изображения газетных полос ИГП. Сигналы 3В на входе пере­дающего комплекта (рис. 15.22,а) преобразуются в дискретную форму в АЦП. При этом используется нелинейное 13-сегментное мгновенное компандирование ЗС. В результате этого неравномерного квантования 9-разрядное кодирование отсчетов ЗС, примененное в каналах с полоса­ми частот 10 и 6,4 кГц, становится эквивалентным 13-разрядному равно­мерному квантованию. Далее в блоке ПК осуществляется помехоустой­чивое кодирование. Затем в блоке ОЦП и ВК четыре цифровых потока сигналов 3В по 2048 Мбит/с объединяются с цифровым сигналом ИГП подвергаются временной компрессии, проходят фазовый модулятор ФМ и на промежуточной частоте 70 МГц подаются на передатчик. Скорость общего цифрового потока несколько превышает 10 Мбит/с.

В приемном комплекте (рис. 15.22,б) преобразования происходят в обратном порядке. Сигналы проходят фазовый демодулятор ФД, блок разделения цифровых потоков БРЦП, помехоустойчивый декодер ПД и ЦАП. Цифровые сигналы 3В подвергаются временной компрессии из-за того, что необходимо высвободить время для передачи сигналов телефонии ТЛФ.

Рис.15.22. Структурная схема передающего (а) и приемного (б) комплектов аппаратуры «Орбита-РВ»

Особенность системы "Орбита-РВ" — возможность использования незакрепленных каналов 3В, число которых равно числу одновремен­но передаваемых программ. Любой декодер приемной станции можно переключить на необходимую временную позицию с помощью коман­ды, передаваемой из центра управления сетью в общем потоке с ин­формационными посылками.

Рис. 15.23. Структурная схема стойки преобразования и усиления сигналов приемной станции "Москва"

Самыми многочисленными звеньями спутниковых систем вещания служат земные приемные станции. Земные станции "Москва" и "Экран" предназначены для приема с ИСЗ частотно-модулированных сигналов изображения, звуковой части ТВ программы и 3В. Сигналы преобра­зуются в форму, принятую для наземного вещания. В системе "Мо­сква" используется специализированный ствол ИСЗ "Горизонт" с цен­тральной частотой 3675 МГц. В ИСЗ "Экран" используется диапазон частот 702...726 МГц. В восточной части обслуживаемой территории сигналы программ передаются со сдвигом на 2 ч в диапазоне частот 742...766 МГц.

Комплекс оборудования приемной станции " Москва" содержит ан­тенну, малошумящий усилитель МШУ и стойку преобразования и уси­ления сигналов (рис. 15.23,а). В стойке осуществляется перенос сигна­лов на промежуточную частоту, усиление и демодуляция полного сиг­нала, выделение и демодуляция поднесущих частот звуковой части ТВ сигнала и 3В. Станция комплектуется ТВ ретранслятором диапазона метровых волн. Сигнал 3В распределяется через технические средства вещания, передатчик или сеть ПВ.

Приемная стойка содержит полосовой фильтр ПФ, смеситель СМ, предварительный усилитель промежуточной частоты ПУПЧ. Промежу­точная частота равна 70 МГц. Источником напряжения гетеродина в тракте ПЧ служит транзисторно-варакторная цепь, содержащая двух­каскадный усилитель мощности (УМ) и два варакторных умножителя частоты УЧ, увеличивающих исходную частоту в 6х4=24 раза. На вход этой цепи поступает напряжение от управляемого транзисторного ге­нератора УГ, частота которого может изменяться в пределах 150 МГц под воздействием управляющего напряжения цепи вывода дисперсии с выхода ЧД.

С выхода ПУПЧ сигнал поступает в тракт изображения. В нем осу­ществляется усиление, фильтрация и демодуляция в звеньях УЧ, ФПЧ и ЧД. Далее следует усилитель сигнала изображения УСИ.

Сигнал звуковой части ТВ программы передается на поднесущей частоте 7 МГц с девиацией частоты ±150 кГц. На поднесущих 7,5 и 8,2 МГц передаются сигналы 3В и изображений газетных полос ИГП. Максимальная модулирующая частота тракта 3В — 10 кГц.

Сигналы на поднесущих частотах через фильтр поднесущих частот (ФПН) поступают в тракты звуковой части программы ТВ и 3В. Тракты содержат частотные демодуляторы ЧДМ с обратной связью по частоте ОСЧ. Такие устройства позволяют снизить порог при частотной моду­ляции на 4. . .5 дБ по сравнению с обычным частотным детектором.

После ЧДМ следуют ФНЧ, расширители динамического диапазона (Расш.) системы шумопонижения с помощью управляемого компандирования (см. гл. 11) и усилители звуковых частот УЗЧ. Сигнал, необхо­димый для управления коэффициентом передачи расширителей, пере­дается на поднесущей частоте 11 кГц методом AM. Для его выделения используют узкополосные ПФ со средней частотой 11 кГц. Далее сигнал управления выпрямляется выпрямителем (детектором) В и подается в качестве управляющего напряжения (£'y) на расширители. Спектр сиг­нала на выходе ЧДМ показан на рис. 15.23.6.

Приемные устройства системы "Экран" более просты и дешевы. Это позволяет использовать их для обслуживания сравнительно небольших населенных пунктов и индивидуальных потребителей. С целью упро­щения приемных устройств повышена мощность передатчика бортовой аппаратуры ИСЗ. Частота поднесущей звуковой части ТВ программы выбрана 6,5 МГц, т.е. равна разности несущих частот изображения и звука при наземном ТВ вещании. Это упростило формирования стан­дартного сигнала ТВ вещания. Девиация частоты поднесущей по той же причине составляет ±50 кГц. В приемных устройствах системы "Экран" предусмотрена возможность приема сигнала 3В только в устройствах первого класса, т.е. с высшей частотой 10 кГц. Поднесущая сигнала 3В равна 7 МГц. В тракте 3В применены девиация частоты ±150 кГц, управляемое компандирование, ДМ с ОСЧ.

Для приема сигналов используют профессиональные приемники, на выходе которых выделяются сигналы изображения и звука, а также сиг­нал 3В. Более просты индивидуальные (абонентские) приемники. Оба вида приемных устройств содержат малошумящий входной усилитель, преобразователь частоты, УПЧ, ЧД. Далее сигналы разделяются и пре­образуются в сигнал с AM несущей изображения и ЧМ несущей звука, т.е. становятся подобными стандартному сигналу ТВ вещания и в такой форме подаются на вход ТВ приемника.

В приемной станции коллективного приема после всех перечислен­ных операций преобразования формируется стандартный ТВ сигнал од­ного из ТВ каналов 1-го, 2-го или 3-го диапазонов. Передатчик, входя­щий в комплект приемной станции, имеет мощность 10 Вт.

В системах "Москва" и "Экран" для повышения помехоустойчи­вости использовано предельное сжатие D. Оно реализовано в виде устройств так называемого управляемого компандирования (см. главу 12). Предельное сжатие D дает значительный выигрыш в отношении С/П (15... 18 дБ).

В обычной системе "сжиматель — расширитель" выигрыш соста­вляет в среднем 10 ... 12 дБ. Для передачи сигнала управления действи­ем расширителя использован отдельный узкополосный тракт; спектр управляющего сигнала в нем занимает полосу частот 11000±120 Гц. Ре­гулируемое звено расширителя перемножает сигнал со сжатым D на его огибающую и восстанавливает таким образом первоначальный D.

27