DE2528455B2 - Verfahren zur uebertragung zweier stereofoner programmsignale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung zweier stereofonischer Programmsignale über einer hochfrequenten FM-Kanal gemäß dem Oberbegriff de« Anspruchs 1.

Zur Übertragung zweikanaliger Stereoinformationer im Rundfunk-UKW-Wellenbereich wird zur Zeil vorzugsweise ein Multiplexverfahren eingesetzt, be dem eine Trägerfrequenz im Ultrakurzwellenbereicli mit einer Summenkombination der beiden Programmsignale (Summensignal) mit einer Pilotfrequenz von 19 kHz und mit einem Signal frequenzmoduliert wird, das aus einem mit der Differenzkombination der beiden Programmsignale (Differenzsignal) in der Amplitude modulierten Hilfsträger von der doppelten Pilotfrequenz besteht. Da der Hilfsträger selbst unterdrückt wird, werden bei der Übertragung nur die Seitenbänder ausgestrahlt. - Empfangsseitig werden eine Reihe verschiedener Demodulationsverfahren, 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 Übersprechen, Störabstand und dergleichen mehr aufweisen.

Ein einfacheres als das vorgenannte Verfahren ist das sogenannte Crosby-Verfahren. Bei diesem Hilfsträgerverfahren wird das Summensignal über einen frequenzmodulierten Sender übertragen, während das Differenzsignal zunächst einen Hilfsträger moduliert. Nach Crosby wird jedoch dieser Hilfsträger ebenfalls frequenzmoduliert. Das Summensignal und der mit dem Differenzsignal frequenzmodulierte Hilfsträger werden addiert und modulieren den Hauptträger in der Frequenz. Empfangsseitig wird der Hauptträger demoduliert, wobei das niederfrequente Summensignal direkt entsteht, während das Differenzsignal in Form des frequenzmodulierten Hilfsträger vorliegt. Zu dessen Demodulation wird ein weiterer FM-Demodulator eingesetzt, der dann das niederfrequente Differenzsignal liefert. Durch Addition und Subtraktion in einer Matrix erhält man aus den beiden Signalen die eigentlichen Programmsignale.

Beide Verfahren erfüllen die Grundforderungen, die an eine kompabible 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 des Hauptträgers aufgeteilt werden muß für das Summensignal und das von dem Differenzsignal modulierte Hilfsträgersignal. Ferner liegt die Frequenz des Hilfsträger 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 des Hauptträgers 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 monokompatibei, 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 Vorhandensein einer Pilotfrequenz mit Hilfe eines Relais oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das den bisher bekannten Verfahren eigene schiechte Rauschabslandsverhältnis wesentlich zu verbessern, ohne daß in dem dem System zugeordneten Empfänger zusätzliche Verfahren air Rauschminderung, wie zum Beispiel das bekannte Dolby-Verfahren, vorgesehen werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß senderseitig die Amplitude des Hilfsträger von der Amplitude der Programmsignale derart gesteuert wird, daß bei ansteigenden Programmsignalamplituden die Amplitude des Hilfsträger kleiner und bei abnehmenden Programmsignalamplituden größer wird.

Das Wesen der Erfindung liegt darin, die Amplitude des mit dem Differenzsignal frequenzmodulierten Hilfsträgers in Abhängigkeit von der Amplitude der Programmsignale 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 gewihlt werden. Entsprechend wird der Störabstand des das Differenzsignal übertragenden Kanals wesentlich verbessert werden.

Bei einer beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens kann bei Ausfall der Programmsignale die Hilfsträgeramplitude den vollen Frequenzhub von beispielsweise ±75 kHz der Hauptträgerfrequenz bestimmen. Mit zunehmender Amplitude 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 das Summensignal zur Verfügung bleibt. Das bedeutet, daß gegenüber einem Monobetrieb das Summensignal um 2 dB im Störabstand verringert wird, daß andererseits aber in den Modulationspausen der Störabstand für das Differenzsignal um einen Faktor 5, also etwa 14 dB, verbessert wird.

Zweckmäßige Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der aufgrund der einfachen Schaltungsausführung geringe Aufwand an elektronischen Bauelementen im Empfänger ermöglicht die Anwendung des Übertragungsverfahrens auf dem Gebiet der drahtlosen HiFi-Stereo-Übertragung über elektromagnetische Wellen im optischen Bereich, vorzugsweise im Infrarot-Bereich. Die Informationsübertragung von Rundfunk- und Fernsehgeräten oder HiFi-Steuergeräten zu sogenannten drahtlosen Kopfhörern war bisher mit außerordentlichen Schwierigkeiten verbunden, da aufgrund der geringen Strahlungsintensität der zur Zeit zur Verlügung stehenden Infrarotquellen, wie zum Beispiel Lumineszenz-Dioden, der geforderte Störabstand nicht oder nur mit sehr aufwendigen und kostenungür.stigen Schaltungen ermöglicht werden konnte. Die Erfindung zeigt nun Wege auf, wie aufgrund der geringen Anforderungen an den Empfänger, Kopfhörer mit integrierten Empfangssystemen hergestellt werden können. Eine besonders zweckmäßige Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht deshalb vor, daß die Hauptträgerfrequenz im optischen Bereich, vorzugsweise im Infrarotbereich, liegen soll.

Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, bei Bedarf eine weitere Verbesserung des Störabstandes durch zusätzliche empfangsseitige Schaltungsmaßnahmen zu erreichen. Da auf der Empfangsseite durch die Demodulation ein Hilfsträger zur Verfügung steht, dessen Amplitude ursächlich von der Amplitude der Programmsignale beziehungsweise der sendeseitigen Aussteuerung abhängig ist, so kann mit diesem Hilfsträger in sehr vollkommener Weise eine zusätzliche Rauschminderung erzielt werden. Es entsteht durch diesen zusätzlichen übertragenen Hilfsträger 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 des Hilfsträgers erzeugt. Hierdurch wird bekannterweise bei Verringerung der Dynamik des Senders eine Vergrößerung auf der Empfangsseite erreicht. Auf diese Weise kann nochmals ein Betrag von 10 bis 20 dB Störabstand gewonnen werden.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 1—8 der Zeichnung ein Ausführungsbeispie! des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Im einzelnen zeigt die

Fig. 1 die Senderschaltung zur Durchführung des Übertragungsverfahrens als Blockschaltbild,

Fig. 2 eine Variante der Senderschaltung mit einer Regelschaltung,

F i g. 3 eine weitere verbesserte Ausführungsform der Senderschaltung,

F i g. 4 das Blockschaltbild einer Empfangsschaltungsanordnung,

F i g. 5 eine erweiterte Empfangsschaltungsanordnung nach F i g. 4,

Fig.6 eine geänderte Ausführung der Schaltungsanordnung nach F i g. 5,

Fig. 7 eine Empfangsschaltungsanordnung mit automatischer Steuerung der Niederfrequenzverstärker,

Fig. 8 eine veränderte Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach F i g. 7.

In F i g. 1 der Zeichnung ist die Senderschaltung für ein Übertragungsverfahren nach der Erfindung 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 das Summensignal (A + B) und das Differenzsignal (A - B) gebildet werden. Das Summensignal (A + B) erreicht über eine Verzweigung 3 mit Entkopplungsgliedern und den Summenpunkt 4, an dem sämtliche das endgültige Modulationssignal bildenden Signale zusammengeführt werden, die Frequenzmodulationsstufe im Sender 5. In diesem Block 5 sind auch die erfindungsun wesentlichen und deshalb nicht näher beschriebenen Senderbaugruppen wie Hauptträgerfrequenzgenerator Modulator, Sendeendstufe etc. zusammengefaßt.

Das Differenzäigna! (A B) moduliert die Frequem des im Block 6 erzeugten Hilfsträgers, dessen Amplitude in dem Stellglied 7 gemäß dem kennzeichnender

Merkmal des Unteranspriichs 2 durch das Summensignal gegenläufig gesteuert wird. Das aus der Verzweigung 3 abgeleitete Summensignal wird in bekannter Weise in einer Schaltungsanordnung 8, die im einfachsten Fall eine Gleichrichteranordnung mit nachgeschalteter Zeitkonstante sein kann, in ein Steuersignal umgewandelt. Die bezüglich der Amplitude von dem Summensignal abhängige Hilfsträgeramplitude wird im Summierpunkt 4 dem Summensignal zugesetzt und moduliert ebenfalls die Hauptträgerfrequenz im Sender 5.

Eine verbesserte Ausführungsform sieht einen Regelkreis vor, der das die Hauptträgerfrequenz modulierende resultierende Signal, das im Summierpunkt 4 ansteht, in seiner Amplitude nahezu konstant hält. Hierzu wird wie in Fig.2 im Prinzip dargestellt ist, die Amplitude des Hauptträgermodulationssignals bei 4 und die Amplitude des Hilfsträger in 7 regelungstechnisch in einem geschlossenen Wirkungskreis über die Schaltungsanordnung 8 verknüpft, die nunmehr die Eigenschaften eines Reglers in bekannter Weise aufweist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß das Verfahren, bei dem eine Steuerung und/oder Regelung der Amplitude des Hilfsträger vorgesehen ist, keinen zusätzlichen Schaltungsaufwand auf der Empfängerseite verursacht. In Fig.4 ist ein Blockschaltbild einer Empfangsschaltungsanordnung angegeben. In einer allgemein als HF-Stufe bezeichneten Baugruppe 21 wird das durch die Antenne empfangene HF-Signal in bekannter Weise selektiert, frequenzumgesetzt und durch ZF-Stufen verstärkt. Durch Demodulation im nachgeschalteten Demodulator 22 entstehen das Summensignal (A + B) und ein mit dem Differenzsignal (A - B) frequenzmoduliertes Hilfsträgersignal. Dies wird nach Abtrennung über das Filter 23 einem zweiten Demodulator 24 zugeführt, an dessen Ausgang nunmehr das Differenzsignal (A - B) entsteht. Beide Signale werden in einer Matrix 25 in die ursprünglichen Programmsignale A und B zerlegt, die nach einer Endverstärkung in den Verstärkerzügen 26 und 26.1 den Wiedergabeschallwandlern zugeführt werden.

In Fig.5 ist gezeigt, wie in Ergänzung der Empfangsschaltung nach Fig.4 die Amplitude des Hilfsträger f_H (A-B) gegenläufig den Verstärkungsfaktor der das Differenzsignal (A-B) führenden Übertragungsstrecke 28 steuert. Eine Zunahme der Hilfsträgeramplitude, die auf eine geringe Programmsignalamplitude hinweist, veranlaßt eine Verringerung

der Verstärkung des (A - ß/Kanals, wodurch eine Rauschminderung in den A- und ß-Einzelkanälen entsteht.

In Fortführung dieser Schaltungsvariante wird, wie in Fig.6 gezeigt, die Verstärkung nur im hohen

Frequenzbereich abgesenkt, da hier der Anteil der Rauschfrequenz besonders störend wirkt.

F i g. 7 zeigt eine weitere zweckmäßige störungsmindernde Schaltungsanordnung. Die Amplitude des Hilfsträger steuert hierbei, gegenläufig die Verstärkungsfaktoren der den einzelnen Programmsignalkanälen 29 beziehungsweise 29.1 zugeordneten Vertärker, wobei gemäß F i g. 8 ebenfalls eine Absenkung nur bei den hohen Frequenzen bevorzugt werden kann.

Eine weitere Maßnahme zur zusätzlichen Erhöhung des Störabstandes bei geringen Signalamplituden 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 Programmsignalverstärker erreicht wird. Eine verbesserte Sendeschaltung zur Durchführung des Übertragungsverfahrens sieht, wie in F i g. 3 gezeigt, vor, daß die Verstärkungsfaktoren der Eingangsverstärker 1 und 1.1 von der Amplitude des Hilfsträger gesteuert werden. Über eine Verzweigungsschaltung 9 mit Entkopplungseigenschaften wird der Hilfsträger 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 Hilfsträger amplitude hohe Verstärkungsfaktoren einstellen. Um gekehrt sinken die Verstärkungsfaktoren bei großer Programmsignalamplituden und entsprechend niedri gern Pegel des Hilfsträger.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung zweier stereofonischer Programmsignale über einen hochfrequenten FM-Kanal, derart, daß ein Hilfsträger mit einem aus den beiden Programmsignalen abgeleiteten Differenzsignal frequenzmoduliert wird, zu diesem mit dem Differenzsignal frequenzmodulierten Hilfsträger ein aus den beiden Programmsignalen abgeleitetes Summensignal addiert wird und das hierdurch entstehende resultierende Signal einen Hauptträger moduliert, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die Amplitude des Hilfsträger von der Amplitude der Prograrr.msignale derart gesteuert '5 wird, daß bei ansteigenden Programmsignalamplituden die Amplitude des Hilfsträger kleiner und bei abnehmenden Programmsignalamplituden größer wird.

2. Verfahren zur Übertragung zweier stereofoni- jo scher Programmsignale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die Amplitude des Hilfsträger von der Amplitude des Summensignals gesteuert wird.

3. Verfahren zur Übertragung zweier stereofonischer Programmsignale nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die Amplitude des Hilfsträger derart geregelt wird, daß das resultierende Signal in seiner Amplitude nahezu konstant bleibt.

4. Verfahren zur Übertragung zweier stereofonischer Programmsignale nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig die Amplitude des Hilfsträger die Verstärkungsfaktoren der NF-Programmsignalkanäle gegenläufig derart steuert, daß mit zunehmender Hilfsträgerampiitude die Verstärkungsfaktoren kleiner werden.

5. Verfahren zur Übertragung zweier stereofoner Signale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig die Amplitude des Hilfsträger gegenläufig den Verstärkungsfaktor der das Differenzsignal führenden Übertragungsstrecke steuert.

6. Verfahren zur Übertragung zweier stereofoner Programmsignale nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig die Amplitude des Hilfsträger gegenläufig den Verstärkungsfaktor der das Differenzsignal führenden Übertragungsstrecke nur im hohen Frequenzbereich der Programmsignale steuert.

7. Verfahren zur Übertragung zweier stereofoner Programmsignale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseiiig die Amplitude des Hilfsträger gegenläufig die Verstärkungsfaktoren den den einzelnen Programmsignalkanälen zugeordneten Verstärker steuert.

8. Verfahren zur Übertragung zweier stereofoner Programmsignale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig die Amplitude des Hilfsträger gegenläufig die Verstärkungsfaktoren der den einzelnen Programmsignalkanälen zugeordneten Verstärker nur im hohen Frequenzbereich der Programmsignale steuert.

9. Verfahren zur Übertragung zweier stereofoner Programmsignale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die Amplitude des Hilfsträger gleichsinnig die Verstärkungsfaktoren derEingangskanalvertärker(l und 1.1)steuert.

10. Verfahren nach einem der vorgenannten

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt trägerfrequenz im optischen Wellenbereich liegt.