CN1035926A - 改进的调幅立体声无线系统 - Google Patents

Abstract

本系统发射和接收一兼容调幅立体声信号，并且通过在发射机上导频信号电平的控制和通过匹配滤波器以及音频输出信号相位控制而提供了改进的输出质量。

Description

本发明涉及的是调幅立体声无线发射和接收，特别涉及到普遍使用的现系统的改进。

调幅立体声系统是包括发射机和接收机的系统，当声音在空间被分成两个声源，例如音乐厅或剧院舞台的左边和右边时，该系统使用表示声音的两个信息信号。这两个信息信号结合成为和信号及差信号，并用来调制射频载波信号。然后将发射的载频信号接收和解调达到作为输出信号提供给一对音频转换器的目的，两信号基本上与原信息信号没有区别。必须在可能的限度内改进系统内任何妨碍最终目的部份。现有系统已提供出比以往系统都精确的还原信号，但仍留有改进的余地。

本系统使用一个（1+L+R）Cos（Wct+φ）形式的信号。其中L和R是左和右音频信息信号，Wct表示射频载波，φ是arctan（L-R+p）/（1+L+R），而p是一低频导频信号，信号L-R称为差信号，L+R称为和信号或称包络信号。发射的信号与单声道接收机兼容，也就是，用于接收调幅单声道信号的接收机中，音频输入将是通常的单声道节目信号而没有因加了立体声信息所引起的失真。

需要改进系统的地方之一是系统发射机部份中的导频信号的控制。导频信号在接收机中通常被用于指示立体声信号存在，并使立体声在接收机中工作。相对于发射载波的导频信号（p）电平是很关键的，这是因为信号太小将不能恰当地驱动接收机电路，而信号太大将干挠差信号通道的解调器电路。换句话说，导频信号太弱便不能驱动立体声工作，而太强时，导频信号将使最后的输出信号失真，合适的范围是非常窄的。

系统中可能发生问题的另一方面是接收机的中频放大级。由于立体声信号在具有限定带宽的中频（IF）级通过的过程中，解调信号包含部分可感觉到的附加的高频音频信号，理想的情况是这种高频音频分量在信息信号耦合到如扬声器等音频转换器之前应当完全消除。如若不能完全消除这类失真，就得降低声频信号的还声质量。

另外影响系统输出信号的是很难在扬声器的输入处得到正确的信号极性。由于解调的音频输出信号是接收机中的载波和本机振荡相对频率的函数，这就需要对于接收机内输出的相位进行控制。

因此，本发明的一个目的是通过改进发射信号中导频信号电平的控制和适当的滤波以及在接收机中音频输出信号的相位控制来改善上述调幅立体声系统。

本系统的改进来自于对电路的改进，即通过发射机内一个装置提供给未解调载波电平一个参考信号，以及通过把导频信号电平维持在相对于那个参考信号预定电平上的装置来完成这一改进。其余的改进在于接收机内的装置，这些装置之一是用于消除由于中频级有限带宽而在音频输出信号中所附加的高频信号的匹配滤波器。还包括控制音频输出信号相对于本机振荡器和接收载波的相对频率的相位的装置。

图1是依本发明系统的一发射机方框图。

图2是用于本发明系统的一接收机方框图。

本发明的系统是对最初在美国申请的No.4，218，586专利的调幅立体声系统的改进。原专利为本发明提供了背景参考资料。

图1的发射机和图2的接收机代表通过标准调幅广播通道广播两音频信号的系统的组件（把左和右称为L和R），通常其通道范围从500KHz到1500KHz。两信号L和R可以是任何两个独立的信息信号，通道可以是任意适宜的一个。

图1中，所示发射机振荡器10提供一载波频率信号给90°移相器12，原信号和移相信号分别耦合到一对增频器或者调制器14，16上。加到调制器14的第二输入18表示为1+L+R，即单声信号。此单声或包络信号是L和R信号与代表未调制载波幅度的直流（DC）信号的合成。第二立体声输入信号L-R也已从L和R信号获得，后者很可能来自比方说两个放置适当的话筒（未画出）。这个差信号从一输入端20经由加法器电路22耦合到调制器16上。

导频信号是一典型的低频信号例如25HZ。当有差信号时，或每当立体声设备电台发射时，它便加到差通道上。接收机检测这个导频信号，并且在几方面利用它，有关情况图2将予以说明。导频信号由音频振荡器24产生，并被耦合到一控制电路或压控放大器26上。由于导频信号电平相对于未调制载波电平很关键（重要），为了有效地控制就必须设立参考电平。这个导频信号的控制可以是一相当简单的手动装置，或复杂的自动电路。图中表示了一可行实施例，其中，一信号从调制器14的输出取出并且与从90°移相器12取出的一信号在增频器27中复合，然后在一甚低通滤波器28中滤波。滤波器的截止频率很低，例如，1HZ的几分之一。由于增频器27的输出为1+L+R，因而滤波器产生一个代表未调制载波电平的直流信号。这个直流信号用来控制控制电路26，它可以是一压控放大器，因而调整了加在加法器22中差信号上的25HZ信号量。此优选实施例中，这个电平已确定为未调制载波的5%±0.1%。加法器22的输出耦合到调制器16的第二输入。调制器16的输出是一个用L-R+p调制的载波信号（差信号加上受控导频信号）。

当调制器14，16的输出在加法器电路30中合成时，结果是一个由和信号及差信号分别调制的纯正交信号。如果不要求与单声道接收机兼容性的话，这个信号实际上能够作为广播信号。由于信号必须是兼容的，它是耦合到限幅器32，并在其内去掉包络调制，然后将仅在相位上被调制的载波耦合到一射频调制器34上。调制器34包括发射机的普通大功率放大级。输送到调制器34的第二输入是从端点36来的1+L+R包络信号，以便在发射天线38的广播信号是以（1+L+R）COS（Wct+φ）形式的兼容信号。

图2中，在接收天线40和调谐射频放大级42上选择地接收广播信号。与从本机振荡器46来的载频信号一样，被选信号耦合的混频级44。以下还将详述混频级功能。产生的中频信号（IF）通过中频放大级48耦合到一个第一信息信号L+R包络检波器50和一个第二信息信号L-R同步检波器52构成的解调装置和一个限幅器54上。包络检波器50的L+R输出信号耦合到一矩阵电路56上。同步检波器52提供一个〔（L-R+P）COSineφ〕输出信号，该输出信号被耦合到一个分频器58上，并在其内被校正，此问题也将在以下解释。结果L-R信号就通过单声道/立体声开关60耦合到矩阵56上。

限幅器54的调相输出耦合到一个余弦鉴相器64和锁相回路（PLL）66上。锁相回路包括一鉴相器68，一低通滤波器70和一压控振荡器72。鉴相器68的输出代表限幅器54输出信号的相位变化。低通滤波器70消除了快速相位变化，由相移去控制振荡器72。从振荡器72到鉴相器68又返回到振荡器的反馈通路迫使振荡器的频率稳定在中频载波频率上。来自振荡器72的正弦函数信号（WCt）耦合到同步检波器52上，在检波器上由中频级48的输出复合。来自振荡器72的余弦信号耦合到余弦鉴相器64上，在此与限幅器54的输出信号进行比较。这样获得的校准信号（COS_ineφ）被分为同步检波器52输出，在分频器58的输出端产生精确的L-R+p信号。

从分频器58来的输出信号也耦合到检测25Hz导频信号存在与否的一个导频信号检波器76上。检波器的输出信号在整流器78中整流并用于驱动一指示器80以及单声道/立体声开关60。指示器80通常是在收音机前面板上的一小灯泡或一发光二极管（LED）用以向用户指示立体声信号的存在与否。单声道/立体声开关60由整流器78的输出控制，其作用是当导频信号指示出没有立体声信号或立体声信号不够强时，阻止L-R信号到达解码器56上。

应该认识到，只有采用无限带宽的中频放大级在接收机的这一级才有可能不造成失真。这是由于中频放大级的选择性使在调制过程产生的高次边带会部份损失掉。但是，现已发现对音频输出信号进行适当的滤波能减小这种失真。并且在信号通过相位控制电路86以及输出端90，92而被耦合到如扬声器等音频转换器以前，由匹配滤波器82，84滤掉音频信号，则能够基本消除这种失真。由于与需要信号相比，不需要的信号位于高音频上，因而滤波器82，84必须具有低通特性。术语“匹配”用以表示中频级的输出响应特性及滤波器82，84的特性之间的特殊关系。因而滤波器82，84必须精心设计以将失真减小到能觉察的电平以下。为了实现这个设计，第一和第二匹配滤波器82，84的截止点必须位于中频级48（见图2a）的输出响应特性的斜坡上。当然，如果需要的话，也有可能把滤波器82，84插放在立体声矩阵56的输入端。

如果滤波器82，84放在立体声矩阵56以后，滤波器输出将耦合到相位控制电路86上。由于在音频输出端90，92上的L和R输出信号20极性取决于本机振荡器46在频率上比接收的载频是高还是低，因此相位控制86是必要的。此变换性的依据可以在三角等式COSACOSB＝1/2〔COS（A+B）+COS（A-B）〕中看到，其中A和B代表接收载波频率和本机振荡频率。当A和B在混频级44中复合时，其结果产生包含A+B和A-B的项。A+B项由于频率太高不能通过其余电路而失掉了。当然A-B项将由较高的一项频率决定，而且由于混频器输出确定矩阵56的最终输出，因而在矩阵输出处要求对相位或极性控制。控制电路可以是包括有确定一源相对于其它源的频率并在端点90，92上自动启闭输出的复杂的电路，或者如双刀双掷开关一样简单的手动操作电路。

至此，已经展示和说明了用于广播和接收调幅立体声信号的改进系统。本发明还可能有许多其它变换和改形，只要它们落入随附的权利要求的精神和范围内都要受到保护。

Claims (5)

1、一种改进的调幅立体声接收机，包括一个本机振荡器(46)；用于接收形式为(1+L+R)Cos(Wct+φ)兼容信号的射频级和中频级(42、48)，式中L和R是音频信号，Wct代表载频信号，φ是arctan[(L-R+p)/(1+L+R)]，p是低频导频信号，以及用于解调发射信号以获得两个信息信号的装置(50，52，54，58，64，66)其进一步特征为：匹配的低通滤波器装置(82，84)被耦合到为从第一和第二信息信号输出消除因中频级的有限带宽所造成的高音频失真分量的解调装置。

2、按照权利要求1的一个改进的调幅立体声接收机，其进一步特征为：匹配滤波器装置包括分别接收L+R和L-R信号的第一和第二低通滤波器（82，84），而且，滤波器与只除去不需要的高频失真分量的中频级的特性匹配。

3、按照权利要求1的一个改进的调幅立体声接收机，其进一步特征为：匹配的滤波器装置包括耦合到分别接收L和R信息信号的第一和第二低通滤波器（82，84），而且滤波器与中频级的输出特性匹配。

4、按照权利要求2或3的一个调幅立体声接收机，其进一步特征为：第一和第二匹配滤波器（82，84），的截止点与中频级特性的斜坡上的一点相吻合。

5、按照权利要求1的一个改进的调幅立体声接收机，其进一步特征为：接收机包括耦合到接收L和R信息信号的装置（86），此装置以按发射载波和本机振荡信号的相对频率要求来转换所说的信号的相对相位。

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