Радиосигнал телевизионного вещания

Сигнал ТВ-вещания состоит из сигнала изображения и сигнала звукового сопровождения. Сигнал изображения содержит спектральные составляющие от 0 до 6 МГц, сигнал звукового сопровождения – от 30 Гц до 15 кГц. Совместно с сигналами изображения передаются импульсы, необходимые для синхронизации кадровой и строчной развёрток телевизора, сигналы цветовой синхронизации и служебные сигналы.

Для беспроводной передачи ТВ-сигнала на расстояние сигналы изображения и звука переносятся в область радиочастот – метровых, дециметровых, сантиметровых или миллиметровых волн. Радиосигнал получается путём модуляции несущего колебания передаваемым сообщением (в данном случае – телевизионным сигналом).

Несущее колебание – это гармоническое (синусоидальное) колебание, предназначенное для переноса сообщения по беспроводной или кабельной линии передачи. Математически оно представляется в виде

u (t) = U_m·Cos(2π ft + φ) ………………… (5.1).

Из этого выражения видно, что мгновенное значение несущего колебания u(t) полностью определяется тремя параметрами: амплитудой (U_m), частотой (f) и начальной фазой (φ). Для передачи сообщения несущее колебание подвергают модуляции (модулируют) одним или несколькими из этих параметров.

Модуляцией называют изменение одного или нескольких параметров несущего колебания в соответствии с передаваемым сообщением.

В зависимости от того, какой параметр синусоидального колебания изменяется при модуляции, различают три её вида: амплитудная, частотная и фазовая.

При амплитудной модуляции значение амплитуды несущей в любой момент времени t определяется значением модулирующего колебания в этот момент времени. При амплитудной модуляции частота несущего колебания не изменяется.

При частотной или фазовой модуляции значение сообщения в любой момент времени t определяет мгновенную частоту или фазу несущего колебания. Следует отметить, что частотная модуляция приводит к изменению фазы несущего колебания. В свою очередь, фазовая модуляция приводит к изменению частоты несущей. Поэтому частотную и фазовую модуляцию часто объединяют одним понятием – угловой модуляцией.

При частотной или фазовой модуляции амплитуда несущей не изменяется.

В телевидении применяется только амплитудная и частотная модуляция.

При амплитудной модуляции в спектре радиосигнала появляются боковые полосы частот – верхняя и нижняя. Обе полосы несут одинаковую информацию, поэтому суммарная полоса частот радиосигнала оказывается практически в два раза больше, чем ширина спектра модулирующего сигнала.

Для ТВ-вещания выделены ограниченные полосы частот электромагнитных волн, поэтому при разработке стандартов ТВ-сигналов стремятся к уменьшению частотной полосы, занимаемой одной программой. Это делается с целью размещения большего числа программ в выделенных диапазонах частот.

Для передачи радиосигнала изображения в телевидении используется амплитудная модуляция. При передаче сигнала звукового сопровождения используется широкополосная частотная модуляция. Этот вид модуляции обеспечивает большую помехоустойчивость, чем амплитудная модуляция, однако ЧМ- сигнал занимает полосу частот, во много раз превышающую полосу частот модулирующего сигнала. Поэтому частотная модуляция может применяться для передачи сигналов звукового сопровождения, имеющих относительно узкую полосу 15 кГц. Для передачи видеосигнала, имеющего широкую полосу 6 МГц, используется амплитудная модуляция.

Спектр радиосигнала изображения

Ширина спектра амплитудно-модулированного радиосигнала в два раза больше верхней частоты спектра модулирующего сигнала. При передаче видеосигнала с верхней граничной частотой 6 МГц с помощью амплитудной модуляции радиосигнал занимал бы полосу 12 МГц. Для уменьшения этой полосы передача изображения производится с помощью однополосной модуляции. В пределе это могло бы вдвое уменьшить требуемую полосу частот, но исследования показали, что экономия полосы получается несколько меньше. На практике формируется двухполосный АМ- сигнал изображения, после чего специальным фильтром подавляется часть нижней боковой полосы. В результате получается сигнал, в котором передача низких частот модуляции происходит как бы методом обычной (двухполосной) модуляции, а передача верхних – методом однополосной модуляции. Условный спектр такого колебания приведен на рис.5.2.

Рис.5.2. Спектр радиосигнала изображения

Составляющие спектра от значения несущей частоты f_НЕС до верхней частоты f_В представляют собой верхнюю боковую полосу, возникающую при амплитудной модуляции несущего колебания. Они передаются по каналу связи полностью. Составляющие спектра от нижней частоты f_Н до значения несущей f_НЕС представляют собой остаток частично подавленной нижней боковой полосы АМ- колебания.

Позитивная и негативная модуляция

Для передачи изображения по радиоканалу можно применить один из видов амплитудной модуляции: позитивную или негативную. Если уровень белого (высокий уровень) передаётся с помощью больших амплитуд, а уровень чёрного (низкий уровень) – с помощью малых, то модуляцию называют позитивной. Если же уровень белого передаётся малыми амплитудами, а чёрного – большими, то модуляцию называют негативной.

Рис.5.3. Позитивная (б) и негативная (в) модуляция

На рис 5.3а показана условная форма сигнала изображения: до момента t₁ передаётся уровень чёрного U₁, после момента t₁ передаётся уровень белого U₂. На рис. 5.3б показана форма радиосигнала при позитивной модуляции: уровню чёрного (при t < t₁) соответствует радиосигнал меньшей амплитуды, уровню белого (при t > t₁) – сигнал большей амплитуды. На рис 5.3в показана форма радиосигнала при негативной модуляции: уровню чёрного соответствует сигнал большей, а уровню белого – меньшей амплитуды.

Оба вида модуляции имеют свои достоинства и недостатки. Поэтому в одних стандартах телевидения используется позитивная модуляция, в других – негативная. В России принята негативная модуляция, т.е. светлым местам соответствует меньшая мощность излучения, а синхроимпульсам (уровень «чернее чёрного») – большая мощность. При таком виде амплитудной модуляции радиопередатчик работает в более экономичном режиме, обеспечивается более высокая помехоустойчивость передачи синхроимпульсов, меньше заметны на экране телевизора импульсные помехи, упрощается построение системы автоматической регулировки усиления (АРУ) в приёмнике.

Радиоканал звукового сопровождения

На телецентре несущая сигнала звукового сопровождения жёстко «привязывается» по частоте к несущей изображения. В российском стандарте частота несущей звукового сопровождения выше частоты несущей изображения на 6, 5 МГц. Сигнал звукового сопровождения передаётся при помощи частотной модуляции (в стандарте России). Чем больше уровень звукового сигнала, тем больше отклонение мгновенной частоты несущего колебания от номинального значения. Максимальное отклонение (девиация) несущей частоты при передаче сигналов звукового сопровождения не превышает

± 50 кГц, при этом ширина спектра ЧМ- сигнала звукового сопровождения составляет не более 250 кГц.

Несущая звукового сопровождения расположена вблизи спектра частот сигналов изображения, что позволяет использовать одну и ту же антенну для приёма сигналов изображения и звукового сопровождения, а также конструировать отдельные каскады радиоприёмного устройства телевизора

с учётом одновременного усиления двух сигналов. Мощность радиопередатчика сигналов звукового сопровождения примерно в 5 ÷ 10 раз меньше мощности радиопередатчика сигналов изображения.

Спектр радиосигнала вещательного телевидения

Совокупность радиосигналов изображения и звукового сопровождения одной телевизионной программы называют радиосигналом вещательного телевидения. Условный спектр радиосигнала вещательного телевидения показан на рис.5.4.

Рис.5.4. Спектр радиосигнала вещательного телевидения:

1 – несущая изображения; 2 – несущая звукового сопровождения;

3 – частично подавленная нижняя боковая полоса сигнала изображения;

4 – верхняя боковая полоса сигнала изображения;

5 – спектр сигнала звукового сопровождения.

Частоты указаны в соответствии с российским ТВ- стандартом. По горизонтальной оси отложена разность между частотой f и несущей частотой изображения.

Радиоканалом вещательного телевидения называют полосу радиочастот, отведённую для передачи радиосигналов одной вещательной программы. В этой полосе передаются:

· радиосигнал изображения (несущая изображения, модулированная полным цветовым сигналом);

· радиосигнал звукового сопровождения (несущая звука, модулированная сигналом звукового сопровождения).

В России общая ширина канала ТВ - вещания составляет 8 МГц, из них 7, 625 МГц отводится на передачу сигнала изображения. Спектр сигналов цветности, гасящих и синхронизирующих импульсов располагается в той же полосе частот, которая отведена для сигналов изображения. Спектр сигналов звукового сопровождения занимает полосу 0, 25 МГц. Разнос несущих частот изображения и звука составляет 6, 5 МГц.