-
System zur Übertragung zweier stereofoner Programmsignale Gegenstand
der Erfindung ist ein System zur Übertragung zweier stereofonischer Programmsignale
über einen hochfrequenten FM-Kanal.
-
Zur Übertragung zweikanaliger Stereoinformationen im Rundfunk-UKW-Wellenbereich
wird zur Zeit vorzugsweise ein Multiplexverfahren eingesetzt, bei dem eine Trägerfrequenz
im Ultrakurzwellenbereich mit einer Summenkombination der beiden Programmsingale,
mit einer Pilotfrequenz von 19 kllz und mit einem Signal frequenzmoduliert wird,
das aus einer mit der Differenzkombination der beiden Programmsignale in der Amplitude
modulierten Hilfsträgerfrequenz von der doppelten Pilotfrequenz besteht. Da die
Hilfsträgerfrequenz selbst unterdrückt wird, werden bei der Übertragung nur die
Seitenbänder ausgestrahlt. - Empfartgsseitig werden eine Reihe verschiedener Demodulationsverfahre
zum Beispiel das Schalterverfahren, das Hüllkurvenverfahren, das Matrixverfahren
angewendet, bei denen jedoch zunächst die Hilfsträger wieder erzeugt und den Seitenbandsignalen
zugesetzt werden müssen, wobei in der Praxis diese Verfahren ungefähr die gleichen
Eigenschaften hinsichtlich Ubersprechen, Störabstand und dergleichen mehr aufweisen.
-
Ein einfacheres als das vorgenannte Verfahren ist das sogenannte Crosby-Verfahren.
Bei diesem Hilfsträgerverfahren wird die Summenkombination der beiden Programmsignale
über einen frequenzmodulierten Sender übertragen, während die Differenzkombination
zunächst einen Hilfsträger moduliert. Nach Crosby wird jedoch dieser Hilfsträger
ebenfalls frequenzmoduliert. Das Summenkombinationssignal und das mit der Differenzkombination
der beiden Programmsignale
frequenzaodulierte Hilfsträgersignal
werden addiert und frequenzmodulieren die Hauptträgerfrequenz. -Empfangsseitig wird
der Hauptträger demoduliert, wobei ein niederfrequentes Summenkobinationssignal
direkt entsteht und eine Hilfsträgerfrequenz zusätzlich erhalten wird, die mit dem
Differenzkombinationssignal frequenzmoduliert ist. Zur Demodulation dieser Hilfsträgerfrequenz
wird ein weiterer FM-Demodulator eingesetzt, der dann das niederfrequente Differenzkombinationssignal
liefert. Durch Addition und Subtraktion in einer Matrix erhält man aus den beiden
Signalen die eigentlichen Programmsignale.
-
Beide Verfahren erfüllen die Grundforderung, die an eine kompatible
Stereoübertragung zu stellen sind. Jedoch weisen sie den Nachteil auf, daß bei Stereobetrieb
der Rauschabstand gegenüber Monobetrieb wesentlich verringert wird. Die Verminderung
des Rauschabstandes kann dadurch erklärt werden, daß der zur Verfügung stehende
Gesamtfrequenzhub der Hauptträgerfrequenz aufgeteilt werden muß für das Summenkombinationssignal
und das von dem Differenzkombinationssignal modulierte Hilfsträgersignal.
-
Ferner liegt die Frequenz des Hilfsträgersignals verhältnismäßig hoch,
so daß für die Frequenzmodulation nur ein sehr kleiner Modulationsindex entsteht.
Er liegt in der Gegend von 1, das bedeutet, daß durch die Frequenzmodulation der
Hauptträgerfrequenz praktisch kein Störabstand gewonnen wird.
-
Aus dem genannten wesentlichen Nachteil dieser Verfahren ergibt sich,
daß der Rauschabstand bei Stereoübertragungen unter Umständen bis zu 20 dB schlechter
ist als bei Monoübertragung. Beide Verfahren sind monokompatibel, es empfiehlt sich
jedoch, bei Mono-Empfang jeweils den Hilfskanal zu sperren, um das durch diesen
verurSachte
Rauschen zu vermeiden. Dies wird in bekannter Weise
automatisch in Abhängigkeit vom Verhandensein einer Pilot frequenz mit Hilfe eines
Relais oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt.
-
Die Erfindung geht aus von einem System zur Übertragung zweier stereofonischer
Programmsignale über einen hochfrequenten FM-Eanal, bei welchem System eine Hilfsträgerfrequenz
mit der Differenzkombination der Programmsignale frequenzmoduliert wird und zu dieser
mit der Differenzkombination frequenzmodulierten Hilfsträgerfrequenz die Summenkombination
der beiden Programmsignale addiert wird und das hierdurch entstehende resultierende
Signal eine Hauptträgerfrequenz moduliert. Aufgabe der Erfindung ist es, das den
bisher bekannten Verfahren eigene schlechte Rauschabstandsverhältnis wesentlich
zu verbessern ohne daß in dem dem System zugeordneten Empfänger zusätzliche Verfahren
zur Rauschminderung, wie zum Beispiel das bekannte Dolby-Verfahren vorgesehen werden
müssen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig
die Amplitude der Hilfsträgerfrequenz von der Amplitude der Programmsignale derart
gesteuert wird, daß bei ansteigenden Programmsignalamplituden die Amplitude des
Hilfsträgers kleiner und bei abnehmenden Programmsignalamplituden größer wird. Weitere
zweckmäßige Ausbildungen des erfindungsgemäßen Systems sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Das Wesen der Erfindung liegt darin, die Amplitude der mit der Differenzkombination
der Programzsignale frequenzmodulierten Hilfsträgerfrequenz in Abhängigkeit von
der Amplitude der Prograunsignale so zu steuern, daß jeweils optimale Verhältnisse
bezüglich des Rauschabstandes entstehen. Es kann davon ausgegangen werden, daß das
Rauschen vorwiegend in den Modulationspausen beziehungsweise bei kleinen Amplituden
der Programmsignale hörbar
ist, während es bei Vollaussteuerung
verdeckt wird.
-
Bei kleinen Amplituden der Programmsignale beziehungsweise in den
Modulationspausen ist der Hub für das Summenkombinationssignal klein oder sogar
Null. Ohne den Gesamthub zu erhöhen und damit die Bandbreite des Kanals zu erweitern
kann deshalb erfindungsgemäß die Amplitude des Hilfsträgers größer gewählt werden.
Entsprechend wird der Störabstand des die Differenzkombination der Programmsignale
übertragenden Kanals wesentlich verbessert werden.
-
Bei einer beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Übertragungssystems
kann bei Ausfall der Programmsignale die Hilfsträgeramplitude den vollen Fre-+ quenzhub
von beispielsweise - 75 kHz der Hauptträgerfrequenz bestimmen. Mit zunehmender Amplidude
der Programmsignale wird nun gegenläufig und stetig die Amplitude des Hilfsträgers
bis zu einem Grenzwert von beispielsweise 20 , verkleinert, so daß in diesem Fall
80 , des gesamten Frequenzhubes für die Summenkombination der Programmsignale zur
Verfügung bleibt. Das bedeutet, daß gegenüber einem Monobetrieb das Summenkombinationssignal
um 2 dB im Störabstand verringert wird, daß andererseits aber in den Modulationspausen
der Störabstand für das Differenzkombinationssignal um einen Faktor 5, also etwa
um i4 dB verbessert wird.
-
Die weiteren Vorteile und zweckmäßigen Ausführungsformen der Erfindung
werden nachfolgend anhand der Figuren 1-8 der Zeichnung erläutert.
-
In Figur 1 der Zeichnung ist die Senderschaltung des Ubertragungssystems
als Blockschaltbild dargestellt. Die Programmsignale A und B werden nach geeigneter
Verstärkung in den Verstärkern 1 und 1.1 einer Matrix 2 zugeführt, in der die Summenkombination
(A+B) und die Differenzkombination (d-B) der Programmsignale gebildet wird.
-
Das Summenkombinationssignal (A+B) erreicht über eine Gabel schaltung
3 und den Knotenpunkt 4 die Frequenzmodulationsstufe im Sender 5. In diesem Block
5 sind auch die erfindungsunwesentlichen und deshalb nicht näher beschriebenen Senderbaugruppen
wie Hauptträgerfrequenzgenerator, Modulator, Sendeendstufe etc. zusammengefaßt.
-
Das Differenzkombinationssignal (A-B) frequenzmoduliert die in Block
6 erzeugte Hilfsträgerfrequenz, deren Amplitude in dem Stellglied 7 gemäß dem kennzeichnenden
Merkmal des Unteranspruchs 2 durch das Summenkombinationssignal gegenläufig gesteuert
wird. Das aus der Gabel 3 abgeleitete Summenkombinationssignal wird in bekannter
geeigneter Weise in einer Schaltungsanordnung 8, die im einfachsten Fall eine Gleichrichteranordnung
mit nachgeschalteter Zeitkonstante sein kann, in ein Steuersignal gewandelt. Die
bezüglich der Amplitude von dem Summenkombinationssignal abhängige Hilfsträgerfrequenzamplitude
wird im Knotenpunkt 4 dem Summenkombinationssignal zugesetzt und frequenzmoduliert
ebenfalls die Hauptträgerfrequenz im Sender 5.
-
In zweckmäßiger Weiterführung des Erfindungsgedankens ist gemäß Anspruch
3 ein Regelkreis vorhanden, der das die Hauptträgerfrequenz modulierende Signal,
das im Knotenpunkt 4 ansteht, in seiner Amplitude nahezu konstant hält. Hierzu wird,
wie in Figur 2 im Prinzip dargestellt ist, die Amplitude des Hauptträgermodulationssignals
bei 4 und die Amplitude der Hilfsträgerfrequenz in 7 regelungstechnisch in einem
geschlossenen Wirkungskreis über den Regler 8 verknüpft.
-
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß das
System, bei dem eine Steuerung und/oder Regelung der Hilfsträgerfrequenzamplitude
vorgesehen ist,
keinen zusätzlichen Schaltungsaufwand auf der Empfängerseite
verursacht. In Figur 4 ist ein Blockschaltbild einer Empfangsschaltungsanordnung
angegeben. In einer allgemein als HF-Stufe bezeichneten Baugruppe 21 wird das durch
die Antenne empfangene 117-Signal in bekannter Weise selektiert, frequenzumgesetzt
und durch ZF-Stufen verstärkt. Durch Demodulation im nachgeschalteten Demodulator
22 entstehen das Summenkoibinationssignal (A+B) und ein mit dem Differenzkombinationssignal
(A-B) frequenzmoduliertes Hilfsträger frequenzsignal. Dies wird nach Abtrennung
über die Filter 23 beziehungsweise 23.1 eine zweiten Demodulator 24 zugeführt, an
dessen Ausgang nunmehr das Differenzkoabinationssignal (A-B) entsteht. Beide Signale
werden in einer Matrix 25 in die ursprünglichen Progra-asignale A und B zerlegt,
die nach einer Endverstärkung in den Verstärkerzügen 26 und 26.1 den Wiedergabeschallwandlern
zugeführt werden.
-
Der aufgrund der einfachen Schaltungsausführung geringe Aufwand an
elektronischen Bauelementen in Empfänger ermöglicht die Anwendung des Übertragungssystems
auf dem Gebiet der drahtlosen lliFi-Stereo-Übertragung über elektomagnetische Wellen
is optischen Bereich, vorzugsweise im Infrarot-Bereich. Die Informationsübertragung
von Bundfunk- und Fernsehgeräten oder HiFi-Steuergeräten zu sogenannten schnurlosen
Kopfhörern war bisher mit außerordentlichen Schwierigkeiten verbunden, da aufgrund
der geringen Strahlungsintensität der zur Zeit zur Verfügung stehenden Infrarotquellen,
wie z.B. Luminiszenz-Dioden, der geforderte Störabstand nicht oder nur mit sehr
aufwendigen und kostenungünstigen Schaltungen eraoglicht werden konnte. Die Erfindung
zeigt nun Wege auf wie aufgrund der geringen Anforderungen an den Empfänger, Kopfhörer
mit integrierten Empfangssystemen hergestellt werden bohnen. Die Erfindung ist demgemäß
weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptträgerfrequenz im optischen Bereich,
vorzugsweise im Infrarotbereich liegt.
-
Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, bei Bedarf eine weitere Verbesserung
des Störabstandes durch zusätzliche empfangsseitige Schaltungsmaßnahmen zu erreichen.
Da auf der Etpfangsseite durch die Demodulation eine Hilfsträgerfrequenz zur Verfügung
steht, deren Amplitude ursächlich von der Amplitude der Programmsignale bzw. der
sendeseitigen Aussteuerung abhängig ist, so kann mit dieser Hilfsträgerfrequenz
in sehr vollkommener Weise eine zusätzliche Rauschminderung erzielt werden. Es entsteht
durch diese zusätzlich übertragene Hilfsträgerfrequenz der Vorteil, daß nicht wie
beim Dolby-oder ARNS-Verfahren die Absenkung der leisen Stellen oder der hohen Frequenzen
durch eine Spannung bewerkstelligt werden muß, die aus dem Signal selbst gewonnen
wird, sondern es wird diese Spannung empfangsseitig unmittelbar durch einfache Gleichrichtung
der Hilfsträgerfrequenz erzeugt. Hierdurch wird bekannterweise bei Verringerung
der Dynamik des Senders eine Vergrößerung auf der Empfangsseite erreicht. Auf diese
Weise kann nochmal ein Betrag von 10 - 20 dB Störabstand gewonnen werden.
-
In den Figuren 5-8 der Zeichnung sind entsprechende empfangsseitige
Schaltungseinzelheiten im Prinzip dargestellt.
-
In Figur 5 ist gezeigt, wie in Ergänzung der Empfangsschaltung nach
Figur 4 die Amplitude der Hilfsträgerfrequenz fH (A-B) gegenläufig den Verstärkungsfaktor
der das Differenzkombinationssignal (A-B) führenden Übertragungsstrecke 28 steuert.
Eine Zunahme der Hilfsträgerfrequenzamplitude, die auf eine geringe Programmsignalamplitude
hinweist, veranlaßt eine Verringerung der Verstärkung des (A-B) - Kanals, wodurch
eine Rauschminderung in den A - und B - Einzelkanälen bedingt ist.
-
In Fortführung dieser Schaltungsvariante wird, wie in Figur 6 gezeigt,
die Verstärkung nur im hohen Frequenzbereich abgesenkt, da hier der Anteil der Rauschfrequenz
besonders störend wirkt.
-
Figur 7 zeigt eine weitere zweckmäßige störungsmindernde Schaltungsanordnung.
Die Amplitude der Hilfsträgerfrequenz steuert hierbei gegenläufig die Verstärkungsfaktoren
der den einzelnen Programmsignalkanälen 29 bzw.
-
29.1 zugeordneten Verstärker, wobei gemäß Figur 8 ebenfalls eine Absenkung
nur bei den hohen Frequenzen bevorzugt werden kann.
-
Eine weitere Maßnahme zur zusätzlichen Erhöhung des Störabstandes
bei geringen Programmsignalamplituden kann in Verbindung mit den zuvor genannten
empfangsseitigen Schaltungsmaßnahmen nach der Erfindung sendeseitig vorgesehen werden.
Ähnlich wie bei bekannten Verfahren zur Rauschminderung - beispielsweise dem sogenannten
Dolby-Verfahren - erfolgt eine Einengung der Dynamik, die durch Steuerung der Verstärkungsfaktoren
der Programmsignalkanalverstärker erreicht wird. Bei dem Übertragungssystem werden1
einem weiteren zusätzlichen Erfindungsmerkmal entsprechend und wie in Figur 3 gezeigt,
die Verstärkungsfaktoren der Eingangskanalverstärker 1 und 1.1 von der Amplitude
der Hilfsträgerfrequenz gesteuert. Über eine Gabel schaltung 9 wird die Hilfsträgerfrequenz
einer Baugruppe 10 zugeführt, die im einfachsten Fall eine Gleichrichteranordnung
mit nachgeschalteter Zeitkonstante sein kann. Das von der Baugruppe 10 abgegebene
Steuersignal beeinflußt die Verstärkungsfaktoren der Eingangsverstärker 1 und 1.1
derart, daß sich beispielsweise bei kleinen Programmsignalamplituden und entsprechend
großer Hilfsträgerfrequenzatplitude hohe Verstärkungsfaktoren einstellen. Umgekehrt
sinken die Verstärkungsfaktoren bei großen Progrannsignalamplituden und entsprechend
niedrigem
Pegel der Hilfsträgerfrequenzamplituden. Die Weiterbildung
des Übertragungssystems ist also dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die Amplitude
der Hilfsträgerfrequenz gleichsinnig die Verstärkungsfaktoren der Eingangskanalverstärker
steuert.