СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ В ЦИФРОВОМ ВИДЕ

СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ И ПРИЁМА СИГНАЛОВ ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ В
ЦИФРОВОМ ВИДЕ
Описание
Предлагаемое техническое решение относится к области передачи сигналов вещания, в частности к области цифровых методов передачи звукового вещания и может быть использовано для передачи сигналов цифрового звукового и телевизионного вещания.
Известна система передачи и приёма высококачественного стереофонического вещания в аналоговом виде (Р.А. Котикова, Е.Г. Мишина, М.С. Петров. Перспективная сеть стереофонических каналов звукового вещания. «Электросвязь, 1984 г. № 10, стр. 31 -33).
Недостатком такой системы является искажение сигналов в каналообразующей аппаратуре (передатчик - среда распространения приёмник абонента), что снижает качество принимаемого сигнала, кроме того, отсутствует возможность интерактивной связи ( т.е. заказа нужной программы абонентом по обратному каналу).
Существует система передачи сигналов вещания в цифровом виде через спутник DSR (Digital Satelliten Radio) (С. Г. Рихтер. Цифровое радиовещание в вопросах и ответах. Учебное пособие. Министерство Российской Федерации по связи и информатизации. Московский
технический университет связи и информатики. Москва 2002 г., стр. 19) которая позволяет принимать сигналы вещания, обеспечивая их качество, близкое к студийному.
Однако такая система требует громоздких и дорогих антенн и определённых условий их расположения, а применение её ограничено условиями уверенного приёма, состоянием солнечной активности, атмосферными условиями, а также высокой стоимостью приёмников. Кроме того, в такой системе отсутствует возможность интерактивной связи.
Известна также система DRM (Digital Radio Mondiale), которая предназначена для передачи цифровых сигналов звукового вещания в диапазоне частот ниже 30 МГц. Однако она требует узкой полосы для передачи сигналов, а следовательно, увеличения плотнрсти передачи цифровых сигналов на единицу полосы (бит/Гц), что вызывает необходимость применения сложных устройств (А.Иванчин, С.Рихтер. DRM - современный стандарт цифрового радиовещания. BROADCASTING, № 8, 2002 г, стр. 60 - 64 (продолжение №№ 7, 8, 2002; 1, 2, 3, 2003). Поскольку упомянутая система предназначена для работы в узкой полосе частот, то в ней осуществляется увеличение плотности передачи цифровых сигналов на единицу полосы (бит/Гц), что требует применения сложных устройств. Кроме того, в ней также отсутствует возможность интерактивной связи.
Наиболее близкой по технической сущности к предполагаемому изобретению является система передачи и приёма сигналов высококачественного звукового вещания в цифровом виде Т- DAB (Terrestrial Digital Audio Broadcasting) «Eureka-147 (С.Г. Рихтер. Цифровое радиовещание в вопросах и ответах. Учебное пособие. Министерство Российской Федерации по связи и информатизации. Московский технический университет связи и информатики. Москва 2002 г., стр. 37 - 39).
Существует описание этой системы в (А. Денин, Л. Канцельсон, Система цифрового радиовещания «Эврика - 147. Радио, № 8, 1996г.) Данная статья является популярным изложением, в котором отсутствует упоминание некоторых важных узлов.
Схема этой системы изображена на фиг.1.
Она содержит передающую часть 1, состоящую из формирователя цифровых сигналов вещательной программы 2, выход которого соединён с преобразователем частоты дискретизации (ПЧД) 3, выход которого соединён с кодером источника с устранением избыточности (КИ) (система MUSIKAM) 4, выход которого соединён с блоком скремблирования и помехоустойчивого кодирования (КК) 5, выход которого соединён с блоком временного перемежания (БВП) 6, выход которого соединён с одним из информационных входов мультиплексора 7, выход которого соединён с информационным входом модулятора с ортогональным частотным разделением кодированных сигналов (COFDM) 8, первый управляющий вход которого соединён с выходом синхрогенератора (СГ) 9, а второй управляющий вход соединён с выходом канала быстрой информации (FIC) 10, а выход упомянутого модулятора 8 соединён с входом радиопередатчика 11, выход которого является выходом передающей части , а также состоящую из формирователя информации о конфигурации мультиплексирования 12, выход которого соединён с входом контроллера (MUX) 13, первый выход которого соединён с управляющим входом мультиплексора 7, а второй выход соединён с входом канала быстрой информации 10, выход передающей части 1 соединён через эфир 14 с входом приёмной части 15, содержащей тюнер приёмной части 16, вход которого является входом приёмной части, а информационный выход тюнера 16 соединён с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 17, выход которого соединён с информационным входом блока быстрого преобразования Фурье и дифференциальным демодулятором 18, выход которого соединён с информационным входом блока частотного и временного перемежания 19,
выход которого соединён с информационным входом декодера источника, производящего дескремблирование 20, выход которого соединён с цифроаналоговым преобразователем 21, выход которого является информационным выходом приёмной части, а управляющий выход тюнера 16 соединён с управляющими входами блоков 17 (аналого-цифровой преобразователь), 19 (блок частотного и временного перемежания) и 20 (декодер источника, производящего дескремблирование), шина данных блока быстрого преобразования Фурье и дифференциального демодулятора 18 соединена с первой шиной системного контроллера 23, вторая шина данных которого соединена с шиной данных интерфейса пользователя 22.
Недостатком этой системы является трудность получения неискажённого сигнала при его приёме, вызванного многолучёвостью распространения сигнала в городах с высокой застройкой.
Для борьбы с этим явлением применены сложные блоки преобразования сигнала (блоки 4, 5, 6, 8, 17, 18, 19), задачей которых является снижение скорости передаваемого сигнала за счёт снижения его избыточности, увеличение скорости предаваемого сигнала за счёт введения помехоустойчивого кодирования и искусственное увеличение длительности посылок передаваемого цифрового сигнала за счёт применения сложного типа модуляции COFDM.
Наличие указанных блоков, а также их высокая стоимость затрудняют
применение прототипа для массового использования. Поэтому прототип
не нашёл в настоящее время широкого применения.
В настоящее время ведутся исследовательские работы по преодолению
этих трудностей.
Другим недостатком является отсутствие интерактивной связи.
Следует также заметить, что в России есть трудности с выделением
/7Af Задача изобретения - повышение качества вещания путём подачи
цифровых сигналов вещания непосредственно в приёмник абонента в неискажённом виде, а также возможность использования интерактивной связи.
Задача решается следующим образом. В систему, содержащую
передающую часть 1, состоящую из формирователя цифровых сигналов
вещательной программы 2, входом которого является вещательный
аналоговый сигнал, а выход соединён с преобразователем частоты
дискретизации (ПЧД) 3, мультиплексора 7, выход которого соединён с
информационным входом модулятора 8, управляющий вход которого
соединён с выходом синхрогенератора (СГ) 9, а выход является выходом
прямого канала передачи информации, а также состоящую из
формирователя информации о конфигурации мультиплексирования 12,
выход которого соединён с информационным входом контроллера (MUX)
13, выход которого соединён с первым управляющим входом
мультиплексора 7, и приёмную часть 15, содержащую тюнер приёмной
части 16, вход которого является входом приёмной части, а
информационный выход тюнера соединён с информационным входом
декодера источника, производящего дескремблирование 20, выход
которого соединён с аналого-цифровым преобразователем 21, выход
которого является информационным выходом приёмной части, в
передающую часть введены блок скремблирования 24, информационный
вход которого соединён с выходом преобразователя частоты
дискретизации 3, а выход соединён с одним из информационных входов
мультиплексора 7, а также генератор тактовой частоты 25, выход которого
соединён с управляющими входами формирователя цифровых сигналов
вещательной программы 2, преобразователя частоты дискретизации 3,
блока скремблирования 24, с вторым управляющим входом
мультиплексора 7, управляющими входами формирователя информации о
конфигурации мультиплексирования 12 и контроллера (MUX) 13, а также
с информационным входом декодера 32, выход которого соединён с информационным входом устройства отображения 33, а выход сигналов тактовой частоты блока дескремблирования 31, соединён с управляющими входами декодера 32 и устройства отображения информации 33, а в приёмную часть 15 введены блок выделения тактовой и цикловой частот 34, вход которого соединён с информационным выходом тюнера приёмной части 16, тактовый выход соединён с тактовым входом декодера источника 20, а цикловой выход соединён с входом цикловых импульсов цифро-аналогового преобразователя 21, а также введён терминал пользователя 27, информационный выход которого соединён с информационным входом блока скремблирования 28, а управляющий выход соединён с управляющим входом упомянутого блока скремблирования 28, выход которого соединён с входом модулятора 29, выход которого является выходом обратного канала, а также введена кабельная сеть (например, сеть кабельного телевизионного вещания) 26, вход прямого канала которой соединён с прямым выходом передающей части 1, а выход обратного канала соединён с входом обратного канала передающей части 1, а выход прямого канала телевизионной кабельной сети 26 соединён с входом прямого канала приёмной части 15, а вход обратного канала соединён с выходом обратного канала приёмной части.
Система ( Фиг. 2 ) работает следующим образом.
Аналоговый сигнал вещания подают на вход формирователя цифровых сигналов вещательной программы 2 передающей части 1, где его преобразуют в цифровую форму. Эту функцию может выполнять студийный аналого-цифровой преобразователь, цифровой магнитофон или компьютер.
В связи с тем, что различные формирователи цифровых сигналов могут иметь различную частоту дискретизации, а для передачи используется стандартная частота дискретизации 48 кГц, необходимо устройство, которое преобразовало частоту дискретизации формирователя в стандартную частоту (48 кГц). Эту функцию выполняет преобразователь
частоты дискретизации (ПЧД) 3, на информационный ход которого подают сигнал с выхода формирователя 2.
С выхода ПЧД 3 сигнал подают на информационный вход блока скремблирования 24, в котором производят смешивание его с вспомогательным сигналом (например, с псевдослучайной последовательностью) с целью равномерного распределения О и 1, что необходимо для равномерной загрузки передатчика и тактовой синхронизации.
В отличие от блока 5 наиболее близкой системы из уровня техники, выполняющего задачи скремблирования, помехоустойчивого кодирования и перемежания во времени, в задачу блока 24 входит только функция скремблирования.
С выхода блока скремблирования 24 сигнал подают на один из информационных входов мультиплексора 7, где производят смешивание его с другими передаваемыми сигналами.
Чтобы обеспечить синхронизацию приёмника по передаваемым каналам в блоке 12 формируют информацию о конфигурации мультиплексирования, которую подают на информационный вход контроллера MUX 13, который управляет мультиплексора, меняя его режим в соответствии с заданной программой.
Для более устойчивой работы перечисленных блоков (2, 3, 24, 7 (второй управляющий вход), 12 и 13) производят их синхронизацию по управляющим входам от единого генератора опорных импульсов 25.
С выхода контроллера 13 сигналы о конфигурации мультиплексирования подают первый управляющий вход мультиплексора 7. Сигналы с выхода мультиплексора 7 подают на информационный вход модулятора 8, где происходит модуляция информационных сигналов сигналами частоты, поступающими с выхода синхрогенератора 9.
Отличием модулятора 8 от известного из уровня техники является то, что
в заявленном объекте нет необходимости производить сложный вид
модуляции с ортогональным частотным разделением кодированных
сигналов (COFDM), и модуляция производится в упрощённом виде (ФМ,
ЧМ или AM, целесообразнее ОФМ).
С выхода модулятора 8 сигнал подают на вход прямого канала кабельной
сети 26.
С выхода прямого канала кабельной сети цифровой сигнал подают на
вход тюнера 16 приёмника абонента 15, где производится выбор канала из
общего потока передаваемой информации (в аналоговом и цифровом
видах).
Сигналы выбранного канала подают на декодер источника 20, где
производят их дескремблирование.
После дескремблирования получают исходный цифровой сигнал, который затем с помощью цифро-аналогового преобразователя 21 преобразуют в аналоговый ступенчатый и сглаживают с помощью фильтра, на выходе которого появляется аналоговый сигнал, восстановленный практически без потерь относительно исходного.
Для более устойчивой работы блоков 20 (декодер источника) и 21 (цифроаналогового преобразователь) предусмотрен блок выделения тактовой и цикловой частот 34. Для абонентов, желающих заказать определённый вид передачи с высоким качеством, организован интерактивный канал.
На терминале пользователя 27 абонент набирает свой код, название желаемой передачи и другие необходимые символы. Цифровую информацию с выхода терминала 27 подают на информационный вход блока скремблирования 28, а импульсы тактовой синхронизации - на управляющий вход того же блока.
С выхода блока скремблирования 28 сигналы подают на модулятор 29, в составе которого находится генератор несущей частоты. С выхода модулятора 29 модулированный сигнал подают на вход обратного канала
.
кабельной сети 26, а с выхода обратного канала сети сигнал абонента подают на вход тюнера передающей части 30.
Тюнер передающей части 30 выбирает из общего потока сигналов сигналы обратного канала абонента, которые подают на вход блока дескремблирования 31, с выхода которого информационный сигнал абонента подают на декодер 32, с выхода которого декодированный сигнал подают на информационный вход устройства отображения 33, где текст его фиксируется оператором передающей станции 1.
В блоке дескремблирования 31 определяется тактовая частота информационных импульсов, которая синхронизирует работу декодера 32 и устройство отображения 33 по управляющим входам.
Данная система позволяет передавать сигналы звукового вещания по качеству, близкому к студийному, значительно упростив и удешевив передающие устройства и абонентские приёмники, сделав их доступными широкому кругу абонентов, решить вопрос выбора частотного диапазона, а также осуществить интерактивную связь между источником информации (студией формирования программ звукового вещания) и абонентом. Список обозначений на фиг.1 и 2
1.Передающая часть.
2.Формирователь цифровых сигналов вещательной программы.
3.Преобразователь частоты дискретизации (ПЧД).
4.Кодер источника с устранением избыточности (КИ) - система MUSIKAM.
5.Блок скремблирования, помехоустойчивого кодирования и (КК).
6.Блок временного перемежания.
7.Мультиплексор.
8.Модулятор с ортогональным разделением кодированных сигналов (COFDM).
9.Синхрогенератор (СГ).
10.Канал быстрой информации (FIC).
11.Радиопередатчик.
12.Формирователь информации о конфигурации мультиплексирования.
13.Контроллер (МиХ).
14.Эфир.
15.Приёмная часть.
16.Тюнер приёмной части.
17.Аналого-цифровой преобразователь.
18.Блок быстрого преобразования Фурье и дифференциальный демодулятор.
19.Блок частотного и временного перемежания.
20.Декодер источника (дескремблирование).
21.Цифро-аналоговый преобразователь.
22.Интерфейс пользователя.
23.Системный контроллер.
24.Блок скремблирования.
25.Генератор опорных импульсов.
26.Кабельная сеть.
27.Терминал пользователя.