广播电视发送技术 调频广播2.ppt

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0-15KHz的范围（实际为30Hz-15KHz），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）、FM-FM制所谓FM-FM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）、AM-FM制所谓AM-FM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AM-FM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。,1、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=（L+R）/2，用差信号S=(L-R)/2对频率为s的副载波调幅，再与和信号相叠加形成基带信号e(t)。,设L=2ELsinLt,R=2ERsinRt,副载波为EScosSt，则基带信号e(t)为：e(t)=ES（1+mLsinLtmRsinRt）cosSt+(ELsinLt+ERsinRt)=EScosSt+(ELsinLtcosSt-ERsinRtcosSt)+(ELsinLt+ERsinRt)(4-1)式中mL=EL/ES和mR=ER/ES分别为L、R信号的调幅度。,e(t)的正峰点出现在St=0+2n,此时cosSt=1，因此，正峰点的轨迹即上包络为：e(t)上=ES+2ELsinLt=ES+L（4-2）,而e(t)的负峰点出现在St=+2n,此时cosSt=-1，因此，负峰点的轨迹即下包络为：e(t)下=-ES+2ERsinRt=-ES+R（4-3）,由式（4-2）和（4-3）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31.25KHz,在进行调幅时，只保留20%的载波幅度，即抑制到-14dB，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)=M+ScosSt+qcosSt(4-4)若令载波幅度为1，则式中q=0.2。,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。,2、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38KHz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19KHz的导频信号。,导频制的立体声复合基带信号可表示为：e(t)=M+ScosSt+pcos(S/2)t(4-5),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ScosSt最大分别占总频偏的90%，而pcos(S/2)t固定占10%。由于M信号达到最大时，S信号必然为0；反之，S号达到最大时，M信号必然为0。此起彼伏，称为蜂房效应，可以保证M与ScosSt相叠加的任何瞬间产生的总频偏不会超过90%（相当于75KHzX90%=67.5KHz）。,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S，M与S经和差组合得到L和R信号：M+S=(1/2)(L+R)+(1/2)(L-R)=L（4-6）M-S=(1/2)(L+R)-(1/2)(L-R)=R（4-7）,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40dB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L0（或R0），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=20lg(L0/RL)=20lg(M+S)/(M-S)dB(4-8),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。,1、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，则接收机恢复出的”和”、“差”信号分别为：M，=L+R(4-8)S，=K（L-R）ej(4-9),经矩阵和差组合后，接收机左、右声道的输出信号分别为：L，=M，+S，=(L+R)+K(L-R)ej=L(1+Kej)+R(1-Kej)（4-10）R，=M，-S，=(L+R)-K(L-R)ej=L(1-Kej)+R(1+Kej)（4-11）,根据分离度的定义，设仅有L信号，而R=0，则分离度为：Se=20lg(L0/RL)=20lg(L（1+Kej）)/(L（1-Kej）)=20lg1+K(cos+jsin)/1-K(cos+jsin),=20lg=20lg=10lgdB(4-12),由式（4-12）可以看出，如果K=1，=0，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30dB的起码要求，主、副信道传输系统的附加电平差应小于0.3dB，即K=0.966-(1/0.966),应小于30。,2、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（19KHz相位偏差/2，38KHz则偏差），影响解调出的S信号的幅度，则由1（相对值）变为cos。,因此，仅由于副载波相位偏差时，立体声分离度为：Se=20lg(1+cos/1-cos)=40lgctg(/2)dB（4-13）,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（4-9）中的K就变为K，=Kcos。在这种情况下，立体声分离度可表达为：,Se=20lg=10lg(4-14)为了提高分离度指标，通常应控制在30-50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67KHz为副载波，用附加的带宽为6KHz的音频信号（例如传送背景音乐等）对其进行调频，频偏为4KHz，占据61KHz73KHz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7.5KHz(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60KHz、60KHz和7.5KHz）。,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（23-53KHz）,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：主信道的频偏由100%降为90%，因此信噪比降低0.915dB；根据理论计算，副信道信噪比低16.77dB（比主信道低15.85dB）,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10.17dB，对主信道改善10.17dB，对副信道改善5.4dB。因此调频立体声广播副信道的信噪比比主信道低15.85dB+（10.17dB-5.4dB）=20.62dB比单声道广播时低16.77dB+（10.17dB-5.4dB）=21.54dB,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60dB以上。,1、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30Hz-15KHz的频谱，而副节目本身为30Hz-10KHz,对频率为67KHz的副载波调频，副载波的频偏为8KHz,形成的副信道占据的有效频带为49KHz85KHz。主、副组成的基带信号对主载波调频，分别分得总频偏的70%和30%即频偏分别为52.5KHz和22.5KHz。,我国使用的FM-FM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。,2、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10KHz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75s的预加重时间常数外，还应用了2：1的电平压缩器，即压缩节目信号的动态范围，将例如0-60dB的动态范围压缩到0-30dB的范围。,在解码器通过1：2扩张器恢复节目的原有的动态范围，而在传输过程中处于-30dB以下的噪声、干扰和串话，在扩张的过程中则被降低至-60dB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0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0），输入信号越小衰减越大。,压缩扩张机理,2：1压缩器输出的信号送入副载波频率为67KHz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67KHz的带通滤波器滤波，使其限制在49KHz85KHz之间，这就形成了副信道信号，再与经滤波及预加重的处于30Hz-15KHz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）,1、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57KHz的副载波进行抑制副载波的双边带调幅（也可以称为2DPSK），形成以57KHz为中心2.4KHz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4KHz。RDS的总数据率为1187.5b/s，而净数据率仅为1187.5b/sx(16/26)731b/s。,2、RDS信号的产生,产生RDS信号的电路方块图,相关波形图（1）差分码序列；（2）对应的双相码；（3）成形滤波器输出的波形；（4）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)=akg(t-ktd)cosc(6-1)式中，ak=1，g(t)为调制信号的波形（如图6-2（3）所示），td为一个数据时钟周期，td=1/1187.5秒，c=257103。,RDS信道中以57KHz为中心的频谱分布,3、RDS数据格式RDS的每个码组有104比特，分为4个数据块，每个数据块有26比特，其中16个信息比特，10个校验比特，如图6-3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87.6ms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（C9C0）相加（模2）后，产生出修正的检验比特（C9，