DK165149B - Stereofonisk fm-radiosendesystem med valgbar kompanding - Google Patents

Description

i

DK 165149 B

Den foreliggende opfindelse vedrører FM-stereoradiospredningssyste-mer og mere konkret et forbedret FM-stereoradiospredningssystem, som øger det radiodækkede areal i forhold til det, som opnås ved gængse tokanal tjenester, og dog er kompatibelt med eksisterende enkanals- og to-5 kanalsmodtagere.

Mulighederne i FM-radiospredning har længe været anerkendt, og metoden blev på grund af sin relative ufølsomhed overfor elektromagnetisk støj og sin evne til at give fuld aud i obåndbredde med lavt støjniveau også valgt som transmissionsmetode for TV-lydsignal. Selv om FM-radio 10 næppe blev en fuldstændig succes i kommerciel forstand, da stereoudsendelser oprindeligt blev godkendt i 1961, gik der ikke længe før tiltrækningen ved tokanal-hi-fi-lyd hævede FM til den position, det har i dag.

Men selv om FM-stereo tilføjer en ny akustisk dimension til radiomodtagelse, så gør den det kun på bekostning af en alvorlig forringelse af en 15 anden hi-fi-parameter, nemlig signal/støj-forholdet.

Støjproblemet i stereoradiospredning er velkendt, men det er mindre åbenlyst, hvilken begrænsende indflydelse dette fænomen har på stationens dækningsområde, som for samme signal/støj-forhold typisk kan udgøre en fjerdedel eller en femtedel af arealet for monoradioudsendelser. Fle-20 re faktorer bidrager til det højere støjniveau og tab i dækningsområde, som forekommer ved flerkanalede lydudsendelser. Når en radiostation skifter til tokanal udsendelse, reduceres enkanaldækningsområdet, fordi signaleffekten må fordeles imellem de forskellige komponenter af det mere komplekse bærebølgesignal. (Udtrykket tokanal anvendes her for tyde-25 ligt at adskille tokanal stereoudsendelse fra andre former for "stereofoni", som for eksempel trekanal- eller quadrofonisk radiospredning). Tokanal -signal/støj-forholdet er ringere end monosignal/støj-forholdet på grund af den store båndbredde af det sammensatte signal, som har den kendte formel 30 f(t) = M + p sin ω/2 t + S sin øt Eq. (1) hvor M er mono-sumsignalet, p er pilottonen, og S er stereodifferenssig-nalet. Med et grundspektrum, som går op til 53 kHz for tokanaludsendel-35 ser, bliver støjniveauet særligt højt på grund af den stigende spektral-karakteristik, som skyldes frekvensmoduleringen. Som vist i figur 1 stiger det såkaldte "trekantede" støjspektrum med 6 dB pr. oktav for stigende frekvens af det sammensatte signal. Audiobetoningsudligningen mod-

DK 165149 B

2 virker i nogen grad dette som vist i figur 1, men støjproblemet er stadig alvorligt. Efter demoduleringen summeres støj komponenterne fra differenskanal underbærebølgen, statistisk uafhængigt, med den støj, som i forvejen findes i monosignalet ved adskillelsen af audiosignalerne.

5 Enhver nøjagtig beregning af den teoretiske forringelse af signal/- støj-forhol det må tage hensyn til faktorer, såsom betoningsudligningens virkning, formen af prøvesignalet (som må antages for beregningen) og sammenbiadni ngen (interleave). Sammenbiadningen er det interessante fænomen, hvor, for visse lydsignaler, peakamplituden af summen af hovedka-10 nalsignalet og sidekanalsignalet kan være mindre end summen af peakamp-lituderne fra disse signaler, således at de sammenbladede signaler kan øges til fuld modulation med den deraf følgende forbedring af signal/-støj-forholdet. Disse faktorer er blevet undersøgt af flere forskere, og en beregning over forringelsen af signal/støj-forholdet ved tokanalra-15 diospredning blev publiceret af N. Parker og D.W. Ruby i 1962 i artiklen "Some notes on the calculation of the S/N Ratio For a FM System employing a double sideband AH multiplexer signal", IEEE Trans. Broadcast Television Receivers (International Convention Issue), vol. BTR-8, pp 42-46, april 1962. Forfatterne antog transmission af den til rådighed stå-20 ende peakmonoeffekt, d.v.s. ingen modulation af underbærebølgen (L - R = 0), selv om deres resultat på 23 dB forringelse er blevet almindeligt anerkendt, er dette tal ikke helt repræsentativt for typiske signaler.

For nylig er emnet i EIAs regi blevet grundigere undersøgt af the National Quadrophonic Radio Committee (NQRC), som i sin afsluttende rapport 25 til Federal Communications Commission, vol. 11, kapitel 1, afsnit 1.4, november 1975, af J. Gibson et al. med titlen "Signal And Noise Levels In Proposed Multiplexed Systems For FM Broadcasting Of Quadraphonic Sound" bekræftede 23 dB forringelsen i forhold til et monotestsignal, men påviste samtidig ved brug af et bredt udvalg af audiotestsignaler, 30 at en forringelse på 26 dB er mere typisk for stereoudsendelse med stor kanal adskil!el se. For monomodtagere forudsiger NQRCs materiale en støj-forringelse på mellem 1 og 7 dB afhængig af det aktuelt anvendte testsignal.

Sådanne forringelser af signal/støj-forholdet medfører også en for-35 mindskelse af det effektive dækningsområde for en radiostation; denne virkning er illustreret i figur 2 for et typisk sæt af sende- og modtageforhold baseret på NQRCs materiale offentliggjort den 15. januar 1976 som et tillæg til førnævnte rapport fra NQRC til FCC med titlen "Illu-

DK 165149 B

3 strations to Relations Between Signal-To-Noise Ratio and Range in Existing FM Broadcast Services And Proposed Systems For FM Broadcasting of Quadraphonic Sound". Som grundlag for denne illustration brugte NQRC FM-diagrammer fra FCC over den forventede feltstyrke, der mindst er opnået 5 på 50% af de mulige modtagesteder i mindst 50% af tiden med en dipolmod-tageantenne i en højde på 30 fod. Senderhøjde blev antaget til 1000 fod med 10 kW effektiv udstrålet effekt ved 98 MHz, og modtagerens støjtal blev antaget til 10 dB. For modtagelse med et signal/støj-forhold på 50 dB ville grænsen for stationens dækningsområde ligge ved en afstandsra-10 dius på 128 miles, når der kun benyttes monoudsendelse. Ved tokanalud-sendelse derimod opnås tokanalmodtagel se kun inden for en radius på 60 miles, og monomodtagelse er reduceret til 100 miles. Selv om stationens dækningsområde i praksis ofte begrænses mere af interferens på samme eller på tilgrænsende kanaler end af støj, så viser figur 2 en nyttig sam-15 menligning af de teoretiske grænser.

En mulighed for løsning af støjproblemet er brugen af compandersy-stemer, som opnår en støjreduktion ved at komprimere lydsignalets dynamiske område før transmissionen og så ekspandere signalet tilbage til det oprindelige dynamiske område i modtageren. Denne virkning vises i 20 figur 3. Det oprindelige signal med et stort dynamisk område og lavt støjniveau vises til venstre på figuren, og i midten vises signalet komprimeret til omtrent det halve dynamiske område med henblik på transmission. Under transmissionen indføres ekstra støj på et niveau under det i det komprimerede signal, men på et niveau, som ville have forstyrret 25 signalet, hvis det ikke havde været komprimeret. Endelig vises det "ekspanderede" signal til højre på figuren· bragt tilbage til sit oprindelige dynamiske område, hvorved transmissionsstøjen samtidig er bragt ned til et ikke-generende niveau. Compandersystemer med disse egenskaber har opnået succes i forskellige audioanvendelser, heriblandt optagelser på 30 bånd og plade. For den mulige anvendelse til radiospredning blev der udført forsøg i Sverige i begyndelsen af 1960erne med et compandersystem i S-kanalerne af FM-AM- og FM-FM-transmissionssystemer; der blev meldt om gode resultater med FM-FM-transmissionerne, selv om systemet aldrig blev fuldt iværksat. Resultaterne er kort beskrevet i vol. X, Report 300-3, 35 "Stereophonic Broadcasting" fra XHIth Plenary Assembly, International Radio Consultative Committee (CCIR), Geneve 1974. Der er i de sidste 20 år opnået betydelige forbedringer af compandersystemer, og der er nu fornyet interesse for brugen af companding i radiospredningssystemer, 4

DK 165149B

som for eksempel er udtrykt ved den igangværende undersøgelse ved the Multichannel Sound Committee under the Broadcast Television Systems Committee om den mulige brug af compandere i S-kanalen for 1yd til TV.

Med de seneste fremskridt inden for audiocompandingsteknikken er 5 det også på tide igen at undersøge dens mulige anvendelse til FM-radio-spredning. For tiden bruger nogle radiostationer en kodning af Dolby-ty-pe til at opnå en vis støjreduktion for modtagere udstyret med de rette ekspandere og en relativt acceptabel gengivelse i simple modtagere uden ekspanderudstyr. Men kravet om, at kompatibilitet med de simple modtage-10 re skal opretholdes, forhindrer muligheden for en væsentlig støjreduk-’ ti on i de andre (ekspanderudrustede) modtagere.

Fra US patentskrift nr. 4 016 366 kendes en kompatibel stereofonisk modtager, som kan modtage et monosignal, et tokanals-stereofonisk sammensat signal eller et flerkanals-sammensat signal, som er frekvensmodu-15 leret på en højfrekvens-bærebølge. Det sammensatte flerkanals-signal opnås ved at amplitudemodulere kvadraturrelaterede hjælpebærebølger med samme frekvens med to forskellige signaler, men skriftet indeholder ikke noget om amplitudemodulation med undertrykt bærebølge af sådanne hjælpebærebølger med hhv. et stereo-differenssignal og en komprimeret version 20 af stereo-differenssignalet.

Fra britisk patentskrift nr. 1 093 961 kendes endvidere et stereofonisk overføringssystem, hvor der overføres et signal, som repræsenterer summen af venstre og højre signals signaler, og en komprimeret version af et signal, som repræsenterer differensen mellem venstre og højre 25 stereosignalerne, således at det sammensatte stereosignal består af blot sumsignalet og en komprimeret version af stereo-differenssignalet.

Skriftet indeholder ikke noget om, hvorvidt det komprimerede differenssignal amplitudemodulerer en hjælpebærebølge, og der antydes ikke noget om overføring af det uændrede differenssignal sammen med en komprimeret 30 version af differenssignalet.

Det er et primært formål for den foreliggende opfindelse at tilvejebringe et forbedret tokanal-FM-radiospredningssystem, som er fuldt kompatibelt med eksisterende modtagere, og som opnår en bedre støjreduktion end i tidligere systemer.

35 Et hermed sammenhængende formål for opfindelsen er at tilvejebringe et forbedret FM-radiospredningssystem, som vil udvide dækningsområdet for en FM-radiostation.

Dette opnås ifølge opfindelsen gennem tilvejebringelsen af et

DK 165149 B

5 sender-modtagersystem.

Senderen ifølge opfindelsen, som er kompatibel med konventionel mono- og tokanals-radiospredning og er til brug i et stereofonisk-FM-radi otransmi ss i onssystem, omfatter 5 et organ til at kombinere to uafhængige stereofonisk sammenhørende audiofrekvenssignaler for at opnå sum- og differenssignaler med audio-frekvens, et organ til amplitudemodulation med undertrykt bærebølge af en første hjælpebærebølge eller underbærebølge med et første audiofrekvens- 10 signal, et organ til amplitudemodulation med undertrykt bærebølge af en anden hjælpebærebølge eller underbærebølge, som har samme frekvens, men 90°s faseforskydning fra den første underbærebølge, med et andet audio-frekvenssignal, og 15 et organ til frekvensmodulation af sumsignalet, de amplitudemodule rede underbærebølgesignaler og en pilottone på en højfrekvensbærebølge med henblik på at overføre disse signaler til én eller flere fjernt beliggende modtagere, og er ejendommelig ved, 20 at den omfatter et organ til komprimering af differenssignalets dynamikområde for at opnå et komprimeret differenssignal, idet det nævnte første organ omfatter en første modulator til amplitudemodulation med undertrykt bærebølge af den første underbærebølge med differenssignalet, og det nævnte andet organ omfatter en anden modulator til amplitudemodu- 25 lation med undertrykt bærebølge af den anden underbærebølge med det komprimerede differenssignal, for i den fjernt beliggende modtager at stille differenssignalet til rådighed i to former: for det første ikke-kom-primeret form, så det kan behandles og kombineres med et modtaget sumsignal i konventionelle FM-monomodtagere og tokanal s-stereomodtagere for 30 gendannelse af L- og R-audiofrekvenssignalerne, og for det andet i komprimeret form, således at det på komplementær måde kan ekspanderes i en til formålet udrustet modtager med tilsvarende støjreduktion, og derefter kombineres med et modtaget sumsignal til gendannelse af L- og R-audiofrekvenssignalerne.

35 Modtageren ifølge opfindelsen er beregnet til brug i et bifonisk eller tokanalet FM-radiotransmissionssystem, der indeholder en sender, der udsender et højfrekvens-bærebølgesignal, som er FM-moduleret med et sammensat signal bestående af et signal, som repræsenterer summen af

DK 165149 B

6 stereofonisk sammenhørende venstre og højre audiofrekvenssignaler og et første og et andet underbærebølgesignal, som har samme frekvens, men 90°s indbyrdes faseforskydning, og som er amplitudemoduleret med undertrykt bærebølge hhv. med et differenssignal, som repræsenterer differen-5 sen imellem L- og R-signalerne, og en komprimeret version af differenssignalet, idet modtageren omfatter et demultipleksorgan til afledning af signal komponenterne i det sammensatte signal, og modtageren er ejendommelig ved, at dette organ omfatter en første og en anden demodulator til udledning af hhv. differenssignalet og det komprimerede differenssignal, 10 og at modtageren endvidere omfatter en anordning til på komplementær måde at ekspandere det afledte komprimerede differenssignal for at opnå en ekspanderet støjreduceret version af differenssignalet, og et organ til kombination af differenssignalet eller det ekspanderede differenssignal med det udledte sumsignal for opnåelse af.L- og R-audiofrekvenssignaler-15 ne.

Ifølge den foreliggende opfindelse sammensættes to stereofonisk sammenhørende lydsignaler kaldet L (venstre) og R (højre) til to signaler, som opfylder ligningerne (1) M = L + R og (2) S = L - R. Differenssignalet S føres samtidigt dels til en modulator, hvor det bruges til at 20 amplitudemodulere en første underbærebølge, og dels til en kompressor, som sammentrænger dets dynamiske område til det komprimerede signal S'.

Det komprimerede signal S' bruges til at amplitudemodulere en anden underbærebølge af samme frekvens, men faseforskudt 90° i forhold til den første. Dobbeltsidebåndsmodulering med undertrykt bærebølge af hver un-25 derbærebølge anvendes, idet frekvensen af underbærebølgerne er tilstrækkelig høj til at sikre et frekvensmellemrum mellem de lavere sidebånd af de modulerede underbærebølgesignaler og M-signalet. Et sædvanligt pilottonesignal af lavt niveau til fasereference og liggende i det nævnte frekvensmellemrum anvendes til modtagerens detektering. Det førnævnte M-30 signal, de to dobbeltsidebåndssignaler med undertrykt bærebølge og pilottonen frekvensmoduleres på en højfrekvent bærebølge til transmissionsformål .

Det sammensatte frekvensmodulerede bærebølgesignal transmitteres til én eller flere fjerntliggende modtagere, som kan være sædvanlige mo-35 no- eller tokanal stereomodtagere, eller fortrinsvis er en modtager bygget i henhold til opfindelsen med en ekspander, som kan ekspandere det komprimerede S-signal. Sammensætningen af det transmitterede signal er sådan, at en almindelig monomodtager kun dekoder sumsignalet M, mens en 7

DK 165149B

tokanalmodtager gengiver det transmitterede M-signal i begge højtalere ved monomodtagelse og det sædvanlige stereosignal ved indstilling på stereo. En ny type modtager til næsten støjfri tokanalmodtagelse gengiver det transmitterede sumsignal M og det ekspanderede stereodifferens-5 signal.

Opfindelsen vil fremgå mere fuldstændigt af den følgende nærmere beskrivelse i forbindelse med de tilhørende tegninger, hvori figur 1, hvortil der allerede er henvist, er et plot af FM-støj-10 spektret med betoningsudligning, figur 2, hvortil der allerede er henvist, er et plot af modtagegrænserne for 50 dB signal/støj-forhold, figur 3, ligeledes omtalt ovenfor, er en grafisk illustration af s i gnalcompanderi ng, 15 figur 4 er et frekvensdiagram af det sammensatte grundsignal op bygget efter princippet i den foreliggende opfindelse, figur 5 er et simplificeret blokdiagram over et sendeudstyr til at frembringe det sammensatte signal i figur 4, figur 5 er et simplificeret blokdiagram over et modtageudstyr op-20 bygget i overensstemmelse med opfindelsen, figur 7 er et plot visende modtagegrænserne ved et 50 dB signal/-støj-forhold for et FM-radiospredningssystem i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse, og figur 8 er et plot, som viser signal/støj-forhold ved de vigtig-25 ste grænselinier.

Som baggrund for den foreliggende opfindelse er det praktisk kort at gennemgå grundprincippet i det eksisterende tokanal stereosystem, som det er fastlagt af FCC. I det nuværende FM-radiosystem summeres de sam-30 hørende stereofoniske signaler til en "monosumkanal”, som består af et (L + R)signal på 50 til 15000 Hz, hvor L og R står for det venstre hen-holdvis det højre lydsignal, som er indbyrdes uafhængige, men som hver især også kan indeholde et 0,7C "centersignal". Det er dette kombinerede signal, som gengives af en standardmono-FM-modtager, deraf det beskri-35 vende udtryk "monokanalen" og brugen af bogstavet M til at kendetegne denne kanal. Til dette adderes et dobbeltsidebåndssignal med undertrykt 38 kHz underbærebølge S sin ut, hvor S = (L - R), sammen med et 19 kHz pilottonesignal. Det sammensatte moduleringssignal kan skrives som:

DK 165149 B

8 em = M + p sin <ø/2 t + S sin wt Eq. (2) hvor ω = 27rfs, og f = 38 kHz, og p er amplituden af 19 kHz pilotto- 5 nen. I grundspektret findes en monokanal M fra ca. 50 Hz til 15 kHz, en 19 kHz pilottone og et stereofonisk signal $ sin wt fra 23 kHz til 53 kHz. Hvis der også sendes SCA (Subsidiary Communication Authorization eller alternativ kommunikationsstandard), ville der være en SCA-fre-kvensmoduleret underbærebølge i området over 53 kHz og under 75 kHz. I 10 henhold til den foreliggende opfindelse sendes et komprimeret S-signal (i det følgende kaldet S') i tillæg til det netop beskrevne signal. Det ekstra S'-signal transmitteres fortrinsvis i kvadratur til den normale stereounderbærebølge, så der opnås det sammensatte signal vist i figur 4, som kan beskrives ved den følgende formel: 15 em = M + p sin ω/2 t + S sin mt + S'cos wt Eq. (3) hvor p står for amplituden af pilottonen, og ω = 2π·38 kHz. Den faseforskudte underbærebølge kræver ikke ekstra plads i frekvensspektret.og 20 medfører, som det skal vises i det følgende, kun en forsvindende begrænsning i modulationsmulighed.

Sendeudstyret til frembringelse af dette sammensatte signal er illustreret i blokdiagrammet i figur 5. For overskuelighedens skyld er nogle af de sædvanlige senderkredsløb (for eksempel forbetoningskreds-25 løb, bærefrekvensgenerator og bærefrekvensmodul ator) ikke vist i detaljer og vil kun kort- blive nævnt, hvor det er påkrævet i den følgende beskrivelse. De to audiosignaler L og R, som kommer fra hver sit kredsløb (ikke vist), føres af forbetoningskredsløb (ikke vist) til indgangene på et sædvanligt matrixkredsløb 10, som for eksempel kan bestå af et kreds-30 løb med summationsforstærkere koblet således, at de ved udgangen fra matri xkredsløbet giver de to audiosignaler M = (L + R) og S = (L - R). Monosignalet M ledes som det ene input til en summationsenhed 12, og det stereofoniske differenssignal (L - R) ledes til indgangen på en modulator 14, hvis udgangssignal ledes til summationsenheden 12, og samtidig 35 ledes differenssignalet også til en kompressor 16 i et passende støjreducerende compandersystem. En særdeles velegnet kompressor er beskrevet i US-patentskrift nr. 4.376.916 med titlen "Signal Compression and Expansion System". Den der beskrevne kompressor (og ekspander) er kort 9

DK 165149B

beskrevet af typen, som indeholder en indretning med variabel forstærkning til at styre forstærkningen af indgangssignalet, og et kredsløb til frembringelse af et styresignal til indretningen med variabel forstærkning, som indeholder en ensretter, som afhængigt af indgangssignalet le-5 verer et DC-signal, som i det væsentlige følger de dynamiske variationer af indgangssignalet. Kredsløbet, der genererer styresignalet, indeholder et netværk med mindst tre signalveje med forskellige tidskonstanter, idet netværket har en fælles indgangsterminal til at modtage det ensrettede signal og en fælles udgangsterminal, som leder styresignalet til 10 trinnet med variabel forstærkning. Hver af signalvejene, på nær én, indeholder organer, som får den respektive gren til kun at lede det ensrettede signal, hvis det udviser en amplitudeændring, som er tilstrækkelig til at overstige en forudbestemt spænding, og den nævnte ene gren bliver ledende som reaktion på enhver forskel i spænding mellem den fæl-15 les indgangsterminal og den fælles udgangsterminal.

Det komprimerede stereofoniske differenssignal fra kompressor 16, kaldet S', ledes til indgangen på en anden modulator 18, hvis udgangssignal også ledes til summationsenheden 12, hvor det kombineres lineært med monosignalet M og signalet fra modulatoren 14.

20 Underbærebølge- og pilotsignalerne udledes fra en bærebølgegenera tor 20, som er indrettet til på udgangen at levere et sinusbølgesignal med en frekvens på 38 kHz og indeholder et hvilket som helst kendt arrangement til at frembringe 90* faseforskydning imellem de to udgående underbærebølgesignaler, som ledes til de respektive modulatorer 14 og 25 18, som vist i figur 5. Modul atorerne 14 og 18 omfatter bærebølgedæmpede ampi i tudemodul atorer af en kendt opbygning, som tjener til at amplitudemodulere de to underbærebølger med de respektive audiofrekvente signaler, således at der frembringes de to dobbeltsidebånds-, bærebølgedæmpede, amplitudemodulerede underbærebølgesignaler S sin at og S' cos 30 ort. Disse to signaler kombineres derefter i summationsenheden 12 med monosignalet M og et sinusformet pilotsignal med en frekvens på 19 kHz fra bærebølgegeneratoren 20. Det sammensatte signal, som er frembragt på udgangen fra summationsenheden 12 og er udtrykt i ovennævnte ligning (3), ledes derpå til FM-generatoren i sendeudstyret (ikke vist) og fre-35 kvensmoduleres ind på en højfrekvent bærebølge til transmissionsformål.

En modtager ifølge opfindelsen vises i blokdiagrammet i figur 6, og igen er nogle af de mere almindelige FM-modtagerkredse (for eksempel radiofrekvens- og mellemfrekvenstrin, diskriminator- og betoningsudiig-

DK 165149 B

10 ningskredse) udeladt af figuren for overskuelighedens skyld og vil kun kort blive nævnt, hvor det er nødvendigt. Foruden at have evnen til at opnå maksimal støjundertrykkelse, således som det skal beskrives i det følgende, er modtageren fuldt ud kompatibel med sædvanlige monofoniske 5 og tokanalede (bifoniske) stereoradioudsendelser. Et modtaget FM-signal forstærkes i radiofrekvenstrin og mellemfrekvenstrin (ikke vist) i en modtage/demultipleksdel 24, og signalet demoduleres af en hvilken som helst kendt FM-detektorkreds (ikke vist) samt for at opnå de audiosigna-ler, som var indeholdt i det modtagne FM-signal, nemlig signalerne M, S 10 og S'. Når der modtages monoudsendelse, indeholder demultiplekserens udgangssignal kun monosignalet M bestående af (L + R). Dette signal ledes som det første input til en summationsenhed 26 og til den positive indgang på en subtraktionsenhed 28, og da der ikke sendes noget signal hverken til den anden indgang på summationsenheden 26 eller til den ne-15 gative indgang på subtraktionsenheden 28, fremkommer monosignalet M (d.v.s. (L + R)) både på udgangen fra summationsenheden 26 og på udgangen fra subtraktionsenheden 28, hvorfra signalerne ledes til henholdsvis den venstre og den højre højttaler.

For et modtaget sædvanligt tokanal stereosignal vil M- og S-sig-20 nal erne fremkomme på udgangen fra demultiplekseren 24. Som før ledes M-signalet til den ene indgang på både summationsenheden 26 og subtraktionsenheden 28, og når en omskifter 32 er i den stilling, som er vist med punkteret streg, subtraheres S-signalet fra M-signalet i subtraktionsenheden 28. Dette medfører, at udgangssignalet fra summationsenhe-25 den 26 bliver signalet 2L, som derpå reduceres til den halve amplitude for at opnå signalet L, som anvendes til den venstre højttaler (ikke vist). På samme vis giver substraktionen af differenssignalet (L - R) fra monosignalet et signal 2R, som også reduceres til den halve amplitude for gengivelse gennem den højre højttaler (ikke vist) i tokanalsyste-30 met. Hele det ovenfor beskrevne er typisk for virkemåden for en sædvanlig tokanal-FM-modtager.

For at opnå et forbedret signal/støj-forhold og for at udvide dækningsområdet for systemet, føres det komprimerede differenssignal S' til indgangen af en ekspander 30, som fungerer komplementært til kompresso-35 ren 16 i senderen, så det komprimerede signal ekspanderes til sit oprindelige dynamiske område, og dette ekspanderede signal føres, når omskifteren 32 er i stillingen vist fuldt optrukket, til den anden indgang på summationsenheden 26 og til den negative indgang på subtraktionsenheden

DK 165149B

π 28. Ligesom for S-signalet giver summationsenheden 26 og subtraktionsenheden 28 signalerne 2L og 2R på de respektive udgange, og disse reduceres så i amplitude med henblik på gengivelse i den venstre henholdsvis i den højre højttaler. Fortrinsvis bør omskifteren 32 skiftes automatisk 5 fra den punkterede stilling, når der ikke er noget komprimeret differenssignal på udgangen på demultiplekseren 24, og til den optrukne stilling, når det modtagne signal indeholder et komprimeret differenssignal.

En sådan automatisk omstilling kan for eksempel opnås ved enhver af de kendte metoder til modulering af pilottonen eller ved at addere et sepa-10 rat identifikationssignal, når der sendes et komprimeret differenssignal. En detektor i modtageren, som reagerer på identifikationssignalet, giver så et signal, som skifter omskifteren 32 fra den punkterede stilling til den optrukne stilling i figur 6.

Forringelsen i dB signal/støj-forhold hidrørende fra additionen af 15 det companderede tokanal- (C-tokanal)signal sammenlignes med det, som opnås ved sædvanlig mono- og tokanaltransmission i følgende tabel:

Modulerende Transmissions- _ModtagertiIstand_ signal form Mono Tokanal C-Tokanal 20 .................................................

kun L + R mono 0 bruges ikke bruges ikke tokanal 0,92 23,11 bruges ikke C-tokanal 0,92 23,11 0,92 25 kun L mono 0 bruges ikke bruges ikke (eller R) tokanal 6,94 26,12 bruges ikke C-tokanal 8,58 27,76 8,58 30 Tabellen, som er baseret på NQRCs beregninger, viser de forventede resultater for forskellige kombinationer af de tre mulige sende- og modtagemåder. Sammenligningen er udført med to forskellige testsignaler: et (L + R)-signal svarende til det, som blev brugt af Parker og Ruby, og kun L (eller R) svarende til de fleste af NQRCs beregninger. For begge 35 moduleringssignaler kan komprimeret tokanalmodtagel se blive lige så god som den tilsvarende monomodtagelse, hvis der anvendes et ideelt compan-dersystem, hvilket vil sige, at der i S'-kanalen er opnået en støjformindskelse, som er tilstrækkelig til, at støjen i M-kanalen kan domine- 12

DK 165149B

re.

Figur 7 viser de forventede grænser for modtageområdet ved 50 dB signal/støj-forhold for companderet tokanal transmission. NQRCs metode og 50, 50 graferne indeholdt i vol. Ill, del 73.333 af FCC Rules and Regu-5 lations er anvendt til at bestemme figuren. Det fremgår, at sammenlignet med sædvanlig tokanaludsendelse giver det forbedrede companderede system en relativt ubetydelig reduktion af monomodtageområdet fra en 100 miles radius til en 96 miles radius og en tilsvarende beskeden reduktion af tokanalmodtageområdet fra 60 miles til 56 miles. På den anden side 10 strækker den forbedrede companderede tokanaltjeneste sig helt ud til mo-nomodtagegrænsen ved 96 miles, hvilket betyder omtrent tre ganges forøgelse af det dækkede areal i forhold til den eksisterende tokanal tjeneste.

En alternativ måde at illustrere signal/støj-forholdet i forskel-15 lige transmissionsområder på - også foreslået af NQRC - er vist i figur 8, hvor signal/støj-forhold er angivet ved den såkaldte "bygrænse" (EQ = lmv/M) og ved "oplandsgrænsen" (EQ = 50μν/Μ). Under de antagne forudsætninger (som er de samme som for de tidligere figurer) opnår alle systemerne det samme signal/støj-forhold ved bygrænsen. Med sådanne høje 20 feltstyrker vil karakteristikkerne for modtagelse her alene være bestemt af modtagerens kvalitet. Typisk kan der opnås 65 til 70 dB signal/støj-forhold. Ved oplandsgrænsen (70 miles radius) vil sædvanlige tokanalmod-tagere opnå 43 dB signal/støj-forhold, mens companderede tokanalmodtagere vil præstere 62 dB.

25 Det fremgår af ovenstående, at det forbedrede companderede system til FM-radiospredning åbner mulighed for at yde en dækning, som er næsten ækvivalent til den, som kan ydes med monosystemer. Kompatibilitet med eksisterende modtagere kan bevares ved at indlægge det komprimerede signal i en ny kanal, som er i kvadratur med den sædvanlige S-kanal. Det 30 nødvendige transmissionsudstyr er relativt simpelt og billigt at realisere, og teknologien til dekodning af S'-kanalen er allerede blevet udviklet til andre anvendelser, såsom AM-stereo- og FM-quadrofonisk modtagelse.

Claims (7)

1. Sender, som er kompatibel med konventionel mono- og tokanalsradiospredning, til brug i et stereofonisk-FM-radiotransmissionssystem 5 omfattende et organ til at kombinere to uafhængige stereofonisk sammenhørende audiofrekvenssignaler (L, R) for at opnå sum- og differenssignaler (M hhv. S) med audiofrekvens, et organ til amplitudemodulation med undertrykt bærebølge af en 10 første hjælpebærebølge eller underbærebølge med et første audiofrekvens-signal, et organ til amplitudemodulation med undertrykt bærebølge af en anden hjælpebærebølge eller underbærebølge, som har samme frekvens, men 90°s faseforskydning fra den første underbærebølge, med et andet audio-15 frekvenssignal, og et organ til frekvensmodulation af sumsignalet (M), de amplitudemodulerede underbærebølgesignaler og en pilottone på en højfrekvensbærebølge med henblik på at overføre disse signaler til én eller flere fjernt beliggende modtagere,

20 KENDETEGNET ved, at den omfatter et organ til komprimering af differenssignalets (S) dynamikområde for at opnå et komprimeret differenssignal (S'), idet det nævnte første organ omfatter en første modulator til amplitudemodulation med undertrykt bærebølge af den første underbærebølge med differenssig-25 nal et (S), og det nævnte andet organ omfatter en anden modulator til amplitudemodulation med undertrykt bærebølge af den anden underbærebølge med det komprimerede differenssignal (S'), for i den fjernt beliggende modtager at stille differenssignalet til rådighed i to former: for det første i ikke-komprimeret form, så det kan behandles og kombineres med 30 et modtaget sumsignal (M) i konventionelle FM-monomodtagere og tokanals-stereomodtagere for gendannelse af L- og R-audiofrekvenssignalerne, og for det andet i komprimeret form, således at det på komplementær måde kan ekspanderes i en til formålet udrustet modtager med tilsvarende støjreduktion, og derefter kombineres med et modtaget sumsignal (M) til 35 gendannelse af L- og R-audiofrekvenssignalerne.

2. Sender ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at underbærebølgernes frekvens er tilstrækkelig høj til at sikre et frekvensgab imellem de la- DK 165149 B veste sidebånd i de modulerede underbærebølgesignaler og sumsignalet (M).

3. Sender ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at pilottonesignalet har 5 en frekvens, som er halvdelen af frekvensen for underbærebølgerne, og som ligger inden for det nævnte frekvensgab, og som benyttes som fasereference for underbærebølgerne.

4. Modtager til brug i et bifonisk eller tokanalet FM-radio- 10 transmissionssystem, der indeholder en sender, der udsender et højfre-kvens-bærebølgesignal, som er FM-moduleret med et sammensat signal bestående af et signal, som repræsenterer summen (M) af stereofonisk sammenhørende venstre og højre audiofrekvenssignaler (L hhv. R) og et første og et andet underbærebølgesignal, som har samme frekvens, men 90es 15 indbyrdes faseforskydning, og som er amplitudemoduleret med undertrykt bærebølge hhv. med et differenssignal (S), som repræsenterer differensen (L-R) imellem L- og R-signalerne, og en komprimeret version (S') af differenssignalet, idet modtageren omfatter et demultipleksorgan til afledning af signal komponenterne i det sam-20 mensatte signal, KENDETEGNET ved, at dette organ omfatter en første og en anden demodulator til udledning af hhv. differenssignalet (S) og det komprimerede differenssignal (S'), og at modtageren endvidere omfatter en anordning til på komplementær måde at ekspandere det afledte komprimerede 25 differenssignal (S') for at opnå en ekspanderet støjreduceret version af , differenssignalet, og et organ til kombination af differenssignalet (S) eller det ekspanderede differenssignal med det udledte sumsignal (M) for opnåelse af L- og R-audiofrekvenssignalerne.

5. Modtager ifølge krav 4, KENDETEGNET ved, at den omfatter et om skifterorgan, som er tilsluttet kombinationsorganet, og som er indrettet til selektivt at koble det ene eller dét andet af de udledte differenssignaler hhv. det ekspanderede differenssignal til kombinationsorganet.

6. Modtager ifølge krav 4, KENDETEGNET ved, at kombinationsorganet omfatter et summationsorgan til at addere det udledte sumsignal (M) enten til det udledte differenssignal (S) eller det ekspanderede differenssignal for at opnå et første af de stereofonisk samhørende audiofre- DK 165149B kvenssignaler (L) og et subtraktionsorgan til at subtrahere enten det udledte differenssignalet (S) eller det ekspanderede differenssignal fra det udledte sumsignal (M) for at opnå det andet af de stereofonisk samhørende audiofrekvenssignaler (R). 5

7. Modtager ifølge krav 6, KENDETEGNET ved, at den omfatter et organ til at koble det udledte sumsignal (M) til en første indgang ved hver af de adderende og subtraherende organer og et omskifterorgan til alternativt at koble det udledte differenssignal (S) i stedet for det 10 ekspanderede differenssignal til en anden indgang på hver af de adderende og subtraherende organer. * 20 25