RU2108000C1

RU2108000C1 - Device for transmission of additional information through fm broadcasting channel

Info

Publication number: RU2108000C1
Application number: RU94035701A
Authority: RU
Inventors: А.В. Тихомиров
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Тейвас"
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1998-03-27
Also published as: RU94035701A

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: device has complex stereo signal generator 1, adder 2 and modulator 7. Goal of invention is achieved by introduced generator 3 for odd harmonic frequency of half sub-carrier frequency. This results in decreased relative interference in channels of main and additional information down to level required by current standards. EFFECT: increased quality and effective distance of reception. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для передачи дополнительных кодовых или символьных сообщений одновременно с передачей обычной УКВ-программы. Дополнительные сообщения могут быть адресованы, например, водителям автомашин, сотрудникам милиции и т.п. The invention relates to the field of radio engineering and can be used to transmit additional code or symbolic messages simultaneously with the transmission of a conventional VHF program. Additional messages can be addressed, for example, to car drivers, police officers, etc.

Известно устройство для передачи дополнительной сигнальной информации в системе радиовещания, содержащее формирователь основного канала, генераторы двух синусоидальных сигналов различной частоты, модулятор и сумматор (патент США N 4679238, H 04 H 5/00, 1987). A device is known for transmitting additional signaling information in a broadcasting system, comprising a main channel shaper, generators of two sinusoidal signals of different frequencies, a modulator and an adder (US patent N 4679238, H 04 H 5/00, 1987).

Однако, это устройство неприменимо в УКВ-диапазоне из-за возникающих искажений основного сигнала. However, this device is not applicable in the VHF range due to distortion of the main signal.

Известна также радиовещательная система, в которой дополнительный сигнал идентификации передатчика транслируется на дополнительной поднесущей 16,625 кГц (патент США N 4481658, H 04 H 5/00, 1984, или заявку ЕПВ N 0066338, H 04 H 5/00, 1982). A broadcasting system is also known in which an additional transmitter identification signal is broadcast on an additional subcarrier of 16.625 kHz (US patent N 4481658, H 04 H 5/00, 1984, or EPO application N 0066338, H 04 H 5/00, 1982).

Однако, необходимость генерирования дополнительной поднесущей и последующей ее синхронной демодуляций приводит к усложнению приемного и передающего оборудования, не позволяет использовать существующее модифицированное студийное оборудование. Кроме того, известный способ не исключает взаимного влияния каналов комплексного стереосигнала (КСС), что снижает качество приема. However, the need to generate additional subcarrier and its subsequent synchronous demodulation leads to the complexity of the receiving and transmitting equipment, does not allow the use of existing modified studio equipment. In addition, the known method does not exclude the mutual influence of the channels of the complex stereo signal (CCC), which reduces the quality of reception.

Проблема передачи дополнительной информации в системе УКВ- вещания при условии сохранения высокого качества приема основного стереосигнала может быть решена путем использования второй гармоники поднесущей КСС. Однако при этом необходимо очень точно фазировать сигналы частот 31,25 и 62,5 кГц, что возможно на передающем, но трудно осуществимо на приемном конце канала передачи. При возникновении же даже незначительного сдвига фаз в наиболее широко используемых и высококачественных ключевых декодерах возникает низкочастотный шум, существенно ухудшающий качество основного канала. The problem of transmitting additional information in the VHF broadcasting system, while maintaining the high reception quality of the main stereo signal, can be solved by using the second harmonic of the KCC subcarrier. However, in this case, it is necessary to very accurately phase the signals of the frequencies 31.25 and 62.5 kHz, which is possible at the transmitting, but difficult to implement at the receiving end of the transmission channel. If even an insignificant phase shift occurs in the most widely used and high-quality key decoders, low-frequency noise occurs, which significantly degrades the quality of the main channel.

Наиболее близкими к предложенному является устройство передачи дополнительной информации в УКВ-диапазоне, содержащее формирователь КСС, выход которого соединен с первым входом сумматора, и модулятор, первый вход которого является информационным входом дополнительной информации устройства, а выход модулятора соединен со вторым входом сумматора. В этом устройстве осуществляют модуляцию второй поднесущей сигналом дополнительной информации, сложение полученного модулированного сигнала с КСС с целью последующего выделения второй поднесущей и дополнительного информационного сигнала, причем в качестве второй поднесущей используют третью гармонику пилоттона КСС (патент США N 4435843, H 04 B 1/16, 1984; патент США N 4450589, H 04 B 1/16, 1984, или патент США N 4584708, H 04 B 1/00, 1986). Closest to the proposed one is a device for transmitting additional information in the VHF range, comprising a KSS driver, the output of which is connected to the first input of the adder, and a modulator, the first input of which is an information input of additional device information, and the output of the modulator is connected to the second input of the adder. In this device, the second subcarrier is modulated by the additional information signal, the obtained modulated signal is added to the KCC to isolate the second subcarrier and the additional information signal, and the third harmonic of the KCC pilotton is used as the second subcarrier (US patent N 4435843, H 04 B 1/16 , 1984; U.S. Patent No. 4,450,589, H 04 B 1/16, 1984, or U.S. Patent No. 4,584,708, H 04 B 1/00, 1986).

Будучи использовано в зарубежных системах УКВ-вещания, например, RADIO DATA SISTEM, где пилоттон составляет 19 кГц, его третья гармоника, соответственно 57 кГц, а зазор между частями спектра КСС, смежными с пилоттоном - 8 кГц, известное устройство дает относительно хорошие результаты. Однако при его использовании в системе отечественного вещания, где упомянутый зазор примерно в 8 раз меньше, уровень шумов и помех, вносимых дополнительным каналом в КСС, оказывается недопустимо высоким. Being used in foreign VHF broadcasting systems, for example, RADIO DATA SISTEM, where the pilotton is 19 kHz, its third harmonic is 57 kHz, respectively, and the gap between the parts of the KSS spectrum adjacent to the pilotton is 8 kHz, the known device gives relatively good results. However, when it is used in a domestic broadcasting system, where the aforementioned gap is approximately 8 times smaller, the level of noise and interference introduced by an additional channel into the CCC turns out to be unacceptably high.

Таким образом техническим результатом, ожидаемым от использования предлагаемого устройства, является повышение качества и дальности приема за счет снижения взаимного влияния каналов основной и дополнительной информации до уровня, предусмотренного действующими стандартами, при одновременном увеличении мощности сигнала. Кроме того, ставится задача расширения области использования устройства за счет применения модифицированного студийного оборудования, возможности использования всех видов модуляции и одновременной передачи нескольких дополнительных каналов. Thus, the technical result expected from the use of the proposed device is to improve the quality and range of reception by reducing the mutual influence of the channels of the main and additional information to the level provided by current standards, while increasing the signal power. In addition, the task is to expand the scope of use of the device through the use of modified studio equipment, the possibility of using all types of modulation and simultaneous transmission of several additional channels.

Указанный результат достигается тем, что в устройство для передачи дополнительной информации по каналу УКВ-вещания, содержащее формирователь КСС, выход которого соединен с первым входом сумматора, и модулятор, первый вход которого является информационным входом дополнительной информации устройства, а выход модулятора соединен со вторым входом сумматора, введен формирователь нечетной гармоники половины частоты поднесущей комплексного стереосигнала, вход и выход которого подключены соответственно к выходу формирователя комплексного стереосигнала и ко второму входу модулятора. This result is achieved by the fact that in the device for transmitting additional information on the VHF broadcast channel, comprising a KSS driver, the output of which is connected to the first input of the adder, and a modulator, the first input of which is an information input of the additional information of the device, and the output of the modulator is connected to the second input an adder, an odd-harmonic generator of half the frequency of the subcarrier of the complex stereo signal is introduced, the input and output of which is connected respectively to the output of the complex stereo stereo signal and to the second input of the modulator.

Кроме того, формирователь нечетной гармоники половины поднесущей КСС может быть выполнен в виде соединенных последовательно полосового фильтра, делителя частоты на два и умножителя частоты в нечетное число раз, причем вход полосового фильтра является входом формирователя, а выход умножителя частоты в нечетное число раз является выходом формирователя. In addition, the odd-harmonic driver of half the KCC subcarrier can be made in the form of an odd number of times a band-pass filter, a frequency divider by two, and a frequency multiplier, the input of the band-pass filter being the input of the driver, and the output of the frequency multiplier an odd number of times being the output of the driver .

И, наконец, в устройство может быть введен дополнительный модулятор, первый вход которого является дополнительным информационным входом дополнительной информации устройства, второй вход дополнительного модулятора подключен к дополнительному выходу формирователя нечетной гармоники половины частоты поднесущей комплексного стереосигнала, а выход дополнительного модулятора подключен к третьему входу сумматора. And finally, an additional modulator can be introduced into the device, the first input of which is an additional information input of the additional information of the device, the second input of the additional modulator is connected to the additional output of the odd harmonic generator of half the frequency of the complex stereo subcarrier, and the output of the additional modulator is connected to the third input of the adder.

Сущность предложения заключается в том, что для передачи дополнительной информации по каналу УКВ-вещания, путем модуляции второй поднесущей сигналом дополнительной информации, сложения полученного модулированного сигнала с КСС и последующего выделения второй поднесущей и дополнительного информационного сигнала, в качестве второй поднесущей используют нечетную гармонику половины поднесущей КСС. The essence of the proposal lies in the fact that to transmit additional information on the VHF broadcast channel, by modulating the second subcarrier with a signal for additional information, adding the received modulated signal from the CCC and then extracting the second subcarrier and the additional information signal, the odd harmonic of half of the subcarrier is used as the second subcarrier KCC.

При этом нечетную гармонику половины поднесущей КСС формируют путем выделения поднесущей из КСС и последующего деления на два и умножения ее частоты. In this case, the odd harmonic of half of the KSS subcarrier is formed by isolating the subcarrier from the KSS and then dividing it by two and multiplying its frequency.

При модуляции нечетной гармоники половины поднесущей КСС используют фазовую модуляцию. When modulating the odd harmonics of half the sub-carrier of the KSS, phase modulation is used.

Целесообразно также одновременно с модуляцией нечетной гармоники половины поднесущей КСС, модулировать сигналом дополнительной информации другую нечетную гармонику поднесущей КСС, полученный сигнал суммировать с КСС, а разность фаз между нечетными гармониками половины поднесущей поддерживать в диапазоне 178-182^o.It is also advisable to simultaneously modulate the odd harmonics of the half subcarrier of the KCC, to modulate the signal with the additional information another odd harmonic of the subcarrier of the KSS, to sum the received signal with the KSS, and to maintain the phase difference between the odd harmonics of the half of the subcarrier in the range 178-182 ^o .

И, наконец, целесообразно сигналы обеих нечетных гармоник половины поднесущей КСС ортогонально модулировать несколькими независимыми сигналами дополнительной информации. And, finally, it is advisable to modulate the signals of both odd harmonics of half of the KCC subcarrier with several independent additional information signals.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства, а на фиг. 2 представлен спектр КСС, поясняющий его работу. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device, and in FIG. 2 presents the spectrum of KSS, explaining its work.

Устройство содержит формирователь 1 КСС, сумматор 2, формирователь 3 нечетной (нечетных) гармоники (гармоник) половины частоты поднесущей КСС, в состав которого входят полосовой фильтр 4 для поднесущей 31,25 кГц, делитель 5 частоты, формирующий половину частоты поднесущей 15,625 кГц, и умножитель 6 частоты, формирующий одну или две нечетные гармоники (15,625; 46,875 или 78,125 кГц), а также модулятор 7. Если используются две нечетных гармоники, то умножитель 6 и модулятор 7 могут быть выполнены в виде параллельных умножителей с объединенными входами или модуляторов с объединенным информационным входом соответственно (в последнем случае каждая гармоника поступает на свой модулятор, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора 2, фиг. 1), при этом на выходе одного из умножителей (на одном из выходов умножителя 6) устанавливается фазовращатель, обеспечивающий сдвиг фаз между гармониками половины поднесущей, равный 180 градусам. При использовании двух гармоник может быть применен и иной формирователь 3, построение которого для специалиста в данной области не составит труда, однако выполнение формирователя 3, изображенное на фиг. 1 является наиболее простым. The device comprises a KCC shaper 1, an adder 2, an odd (odd) harmonic (harmonics) shaper 3 of the half frequency of the KSS subcarrier, which includes a bandpass filter 4 for the 31.25 kHz subcarrier, a frequency divider 5, forming half the 15.625 kHz subcarrier frequency, and a frequency multiplier 6 forming one or two odd harmonics (15.625; 46.875 or 78.125 kHz), as well as modulator 7. If two odd harmonics are used, then multiplier 6 and modulator 7 can be made in the form of parallel multipliers with combined inputs or a module ores with a combined information input, respectively (in the latter case, each harmonic is fed to its own modulator, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of adder 2, Fig. 1), while at the output of one of the multipliers (at one of the outputs of the multiplier 6) a phase shifter is installed, providing a phase shift between the harmonics of half of the subcarrier, equal to 180 degrees. When using two harmonics, another shaper 3 can be used, the construction of which is not difficult for a person skilled in the art, however, the implementation of the shaper 3 shown in FIG. 1 is the simplest.

Устройство работает следующим образом. К формируемому кодером на студии комплексному стереосигналу основного информационного канала с поднесущей 31,25 кГц с помощью сумматора 2 добавляют одинаковым образом модулированные сигналы частот 46,875 (15,625 или 78,125 - первая нечетная гармоника) и 15,625 (78,125 или 46,875 - вторая нечетная гармоника) кГц, сдвинутых друг относительно друга на 180^o, т.е. находящихся в противофазе. Точность задания указанного фазового сдвига должна быть не хуже 2^o, а амплитуда первой нечетной гармоники половины поднесущей не должна превышать 12% от амплитуды поднесущей. Соотношение амплитуд нечетных гармоник выбирают таким, чтобы после демодуляции они давали сигналы одинаковой амплитуды. Например, если демодуляторы для указанных частот имеют равный коэффициент передачи, то на передающем конце их амплитуды должны быть одинаковыми. Обе указанных частоты модулируют дополнительным информационным сигналом, который формируется ЭВМ и поступает на информационные входы модуляторов 7 и суммируется с КСС. Результирующий сигнал передается в эфир.The device operates as follows. To the complex stereo signal of the main information channel generated by the encoder at the studio with a subcarrier of 31.25 kHz using adder 2, the same modulated signals of frequencies 46.875 (15.625 or 78.125 - first odd harmonic) and 15.625 (78.125 or 46.875 - second odd harmonic) kHz are added 180 ^o relative to each other, i.e. in antiphase. The accuracy of the specified phase shift should be no worse than 2 ^o , and the amplitude of the first odd harmonic of half of the subcarrier should not exceed 12% of the amplitude of the subcarrier. The ratio of the amplitudes of the odd harmonics is chosen so that after demodulation they give signals of the same amplitude. For example, if demodulators for the indicated frequencies have an equal transmission coefficient, then at the transmitting end their amplitudes should be the same. Both of these frequencies are modulated by an additional information signal, which is generated by a computer and fed to the information inputs of modulators 7 and is summed with the KSS. The resulting signal is broadcast.

Сигналы нечетных гармоник удобно формировать путем умножения частоты 15,625 кГц, которую получают делением на два частоты поднесущей КСС 31,25 кГц. It is convenient to form the signals of odd harmonics by multiplying the frequency of 15.625 kHz, which is obtained by dividing into two frequencies of the KCC subcarrier 31.25 kHz.

Разумеется, формирователь 3 может быть выполнен с генератором частоты поднесущей или половины частоты поднесущей, либо можно получать эти частоты с выхода генератора, входящего в состав формирователя 2, однако представленное на фиг. 1 выполнение формирователя 3 позволяет не переделывать существующее студийное оборудование. Of course, the shaper 3 can be made with a generator of the subcarrier frequency or half the frequency of the subcarrier, or these frequencies can be obtained from the output of the generator included in the shaper 2, however, presented in FIG. 1 the implementation of the shaper 3 allows you not to redo the existing studio equipment.

В приемнике, построенном на основе ключевых демодуляторов, выделяется либо стереосигнал основного канала, либо первая нечетная гармоника половины частоты поднесущей, из которых выделяется основная или дополнительная информация. Возможно также одновременное выделение основного и дополнительного сигналов. При этом спектр шумов, обусловленных наличием дополнительного информационного канала на частоте первой нечетной гармоники, ограничен высокочастотной областью вблизи 15 кГц. Это, само по себе, способствует снижению уровня слышимых шумов. Кроме того шумовой сигнал, перенесенный в процессе демодуляции в эту область, практически полностью компенсируется находящимся в противофазе с ним сигналом второй нечетной гармоники. Подобная компенсация позволяет использовать любой вид модуляции в дополнительном канале, в том числе передавать по нему сразу несколько информационных сигналов при ортогональной модуляции, не ухудшая качества приема основного стереосигнала. In the receiver, built on the basis of key demodulators, either the stereo signal of the main channel or the first odd harmonic of half the frequency of the subcarrier is allocated, from which the main or additional information is extracted. It is also possible the simultaneous selection of the primary and secondary signals. In this case, the noise spectrum due to the presence of an additional information channel at the frequency of the first odd harmonic is limited to the high-frequency region near 15 kHz. This, in itself, helps to reduce the level of audible noise. In addition, the noise signal transferred to this region during demodulation is almost completely compensated by the second odd harmonic signal in antiphase with it. Such compensation allows you to use any type of modulation in an additional channel, including transmitting several information signals on it at once with orthogonal modulation, without affecting the reception quality of the main stereo signal.

Компенсационный сигнал 15,625 кГц в приемнике дополнительной информации может быть также подвергнут демодуляции и просуммирован с демодулированным сигналом 46,875 кГц. При этом увеличивается дальность приема и повышается достоверность принимаемой информации. The compensation signal 15.625 kHz in the additional information receiver can also be demodulated and summed with a demodulated signal 46.875 kHz. This increases the reception range and increases the reliability of the received information.

Если компенсационный сигнал частоты 15,625 кГц не используется, наилучшие результаты могут быть получены при использовании фазовой модуляции. If a compensation signal of 15.625 kHz is not used, the best results can be obtained using phase modulation.

Как показали проведенные исследования, устройство обеспечивает высококачественный прием основного и дополнительного каналов (отношение сигнал/шум составляет не менее 65 дБ при модуляции сигналом дополнительной информации частот 46,875 и 78,125 кГц) и требует лишь незначительной доработки существующего оборудования. As studies have shown, the device provides high-quality reception of the main and additional channels (the signal-to-noise ratio is at least 65 dB when the signal modulates additional information at frequencies of 46.875 and 78.125 kHz) and requires only minor modifications to existing equipment.

Claims

1. A device for transmitting additional information on the VHF broadcast channel, comprising a complex stereo signal shaper, the output of which is connected to the first input of the adder, and a modulator, the first input of which is an information input of the additional information of the device, and the output of the modulator is connected to the second input of the adder, characterized in that an odd-harmonic driver of half the frequency of the subcarrier of the complex stereo signal is introduced, the input and output of which is connected respectively to the output of the complex driver th stereo and to the second input of the modulator.

2. The device according to claim 1, characterized in that the generator of the odd harmonic of half the frequency of the subcarrier of the complex stereo signal is made in the form of an in-line bandpass filter, a frequency divider by two and a frequency multiplier an odd number of times, and the input of the bandpass filter is the input of the driver, and the output the frequency multiplier an odd number of times is the output of the driver.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one additional modulator is introduced, the first input of which is an additional information input of the additional information of the device, the second input of the additional modulator is connected to the additional output of the odd harmonic generator of half the frequency of the complex stereo subcarrier, and the output of the additional modulator is connected to the third input of the adder.