Постановка задачи. При передаче телевидения в радиоканале с угловой модуляцией высокочастотный спектр носит явно выраженный асимметричный характер [1]. Максимумы спектральной плотности мощности соответствуют точкам видеосигнала, в которых уровень некоторое время не изменяется (строчные синхронизирующие и гасящие импульсы, передача постоянной градации яркости и т. д.). Среднестатистически собственно видеосигнал изменяется по случайному закону, однако в зависимости от передаваемого сюжета максимумы спектральной плотности потока мощности могут появляться на различных частотах используемой полосы.

Асимметричный и неравномерный характер спектра ЧМ сигнала при передаче телевидения приводит к увеличению помех в каналах других систем, работающих на частотах максимумов спектральной плотности мощности. Такая проблема возникает, например, при совместном использовании общего частотного диапазона наземной и спутниковой системами телевизионного вещания [2].

В Рекомендации 446, принятой на XIII Пленарной ассамблее МККР в 1974 г. в Женеве, указывается, что «в системах фиксированных спутниковых служб, работающих в диапазонах наземных сетей, желательно использовать рассеяние энергии несущей при передаче аналоговой и цифровой информации с целью снижения уровня помех от спутниковых систем наземным сетям».

Как известно, МККР нормирует для систем связи через ИСЗ излучаемую мощность или плотность потока мощности в некоторой полосе, например 4, кГц. Уровень группового спектра, которым осуществляется частотная модуляция при многоканальной телефонии, может изменяться в значительных пределах — от максимального, при наибольшей загрузке, до нуля — когда разговоры отсутствуют. Последнее приводит к уменьшению девиации частоты, сокращению занимаемой полосы, а следовательно, к увеличению мощности на несущей частоте.

Так как при ЧМ излучаемая мощность не зависит от амплитуды или спектра модулирующего сигнала, то изменение занимаемой полосы частот приведет к тому, что мощность ЧМ колебаний, отнесенная к какой-либо полосе, например, 4 кГц, будет изменяться в зависимости от величины загрузки. Поэтому величина удельной мощности может существенно возрасти и превысить допустимую норму, что, в свою очередь, приведет к увеличению уровня помех выше допустимого значения.

При передаче телевидения методом ЧМ получается несколько иное положение, обусловленное наличием детерминированных функций в модулирующем спектре (синхронизирующие и гасящие импульсы). Однако в области активной части строки видеосигнал} изменяется по случайному закону и, как указывалось выше, в зависимости от сюжета возможно резкое возрастание удельной мощности на некоторых участках занимаемой полосы.

Все вышесказанное и обусловливает необходимость применения специальных мер для уменьшения максимальной спектральной плотности в системах спутниковой связи с ЧМ. -

Известные методы дисперсии мощности по спектру [3] основываются на введении в модулирующий спектр дисперсионных сигналов специальной формы с регенерацией в компенсацией их на приеме. При этом, однако, происходит потеря информационной емкости канала вследствие либо расширения полосы тракта, либо передачи дисперсионного сигнала по отдельному каналу. Кроме того, появляется опасность возникновения искажений полезного сигнала в связи с неточной регенерацией на приеме дисперсионного сигнала.

В настоящей работе приводятся описание и принцип работы устройства специального преобразования стандартного видеосигнала и некоторые результаты его исследования [4]. В устройстве для рассеяния энергии несущей используется структура самоготелевизионного сигнала. Подобное преобразование целесообразно с точки зрения рассеяния мощности несущей частоты передатчика в эфире, получения более равномерного к симметричного спектра, снижения удельной плотности потока мощности на единицу полосы и некоторого усреднения искажений, обусловленных асимметрией характеристик высокочастотного тракта используемого канала.
 

Рис. 1

Рис. 2

Принцип работы устройства заключается в построчном (с определенной цикличностью) изменении полярности полного видеосигнала и в замене импульсов строчной к кадровой синхронизации сериями синусоидальных колебаний, длительность каждой из которых равна длительности соответствующего импульса синхронизации, а размах каждой серии равен размаху стандартного видеосигнала от черного до белого.

Схема устройства показана на рис. 1а временная диаграмма его работы — на рис. 2.

Работа устройства происходит следующим образом. Через входной видеоусилитель 1 (рис. 1) стандартный видеосигнал (рис. 2а) поступает на вход двухканального разнополярного видеоусилителя 2, выходы которого подключены ко входам коммутатора полярности видеосигнала 3. Построчное изменение полярности видеосигнала осуществляется коммутатором 5, управляемым через кодер 7 и триггер 8 импульсами синхронизации (рис. 2б), которые выделяются из стандартного видеосигнала синхроселектором 6. Кодер 7 задает циклический закон изменения полярности видеосигнала по строкам.

С двух выходов разнополярного видеоусилителя 2 на входы коммутатора полярности видеосигнала 3 подается видеосигнал противоположной полярности. Поскольку коммутация осуществляется не только каждым строчным импульсом синхронизации, общее число которых в двух полях изображения составляет 625, но и каждым уравнивающим импульсом и каждой врезкой в кадровом синхронизирующем импульсе, общее число коммутаций за два поля изображения составляет четное число 640. Это означает, что полярность видеосигнала в строках, размещенных через поле, совпадает.

В генераторе 9, управляемом импульсами синхронизации, формируются серии синусоидальных колебаний, длительность которых равна длительности соответствующих им -импульсов синхронизации. Начало колебаний во всех сериях имеет нулевую фазу (рис. 2в). В сумматоре 4 осуществляется замещение импульсов синхронизации преобразованного видеосигнала сериями синусоидальных колебаний; с выхода сумматора 4 видеосигнал (рис. 2г) подается на частотный модулятор передатчика 5.

На приемном конце радиотракта 10, после частотного демодулятора 11, осуществляется обратное преобразование видеосигнала, аналогичное по своей сущности описанному выше, с той лишь разницей, что управление коммутатором 13, который соединен с выходом двухканального разнополярного видеоусилителя 12, осуществляется через декодер 17 и триггер 18 импульсами синхронизации, получаемыми в результате обратного преобразования серий синусоидальных колебаний в стандартные импульсы в синхроселекторе 16. Требуемая полярность видеосигнала на выходе коммутатора 13 обеспечивается работой схемы совпадений.

Замещение в видеосигнале серий синусоидальных колебаний импульсами синхронизации осуществляется в сумматоре 14, на выходе которого форма видеосигнала соответствует форме стандартного видеосигнала (рис. 2а).

Из временной диаграммы (рис. 2г) видно, что преобразованный рассматриваемым устройством телевизионный видеосигнал, в котором, например, каждая последующая строка по полярности противоположна предыдущей, не будет изменять своей постоянной составляющей при смене сюжета, так как является симметричным. Максимумы спектральной плотности мощности по высокой частоте (в радиоканале), соответствующие относительно постоянным уровням видеосигнала, уменьшатся в 2 раза (3 дБ), так как длительность их пребывания на данных частотах уменьшится в 2 раза, а максимумы спектральной плотности мощности от синхроимпульсов исчезнут совсем, так как эквивалентная им мощность рассеивается синусоидальными пакетами во всей полосе канала.

Искажения, обусловленные асимметрией характеристик ВЧ тракта, будут усредняться, так как разнополярные строки по высокой частоте передаются в противоположных направлениях (с точки зрения девиации), а коэффициент корреляции от строки к строке можно считать близким к единице.

Так как описываемое устройство исключает из видеосигнала синхронизирующие импульсы, что, в свою очередь, позволяет увеличить на 30% девиацию сигнала изображения, очевиден энергетический выигрыш на 3 дБ (над порогом, без линейных предыскажений), получаемый в такой системе, а также снижение удельной плотности мощности на единицу полосы (1,5 дБ).
 

Результаты экспериментального исследования. На рис. 3—5 показаны экспериментально полученные осциллограммы ВЧ спектра, на частоте 70 МГц, при передаче в радиоканале с угловой модуляцией некоторых видов телевизионных сигналов стандартного вида (рис. 3а, 4а, 5а) и с использованием описываемого преобразования видеосигнала (рис. 3б, 4б, 5б), причем рис. 3 соответствует тест-таблице 0249, рис. 4 — испытательному сигналу «пила с насадкой», рис. 5 — сюжету мелкого плана (вид города), В эксперименте использовался анализатор спектра с малой постоянной времени, и полученные осциллограммы отражают мгновенные значения спектральной плотности мощности ЧМ сигнала, а их интегральное снижение проявляется в уменьшении (в 2 раза) времени их нахождения на данных частотах (прерывистая засветка).

Проведенные испытания показали, что преобразование видеосигнала описанным устройством не ухудшает качества цветного или черно-белого изображения на экране видеоконтрольного устройства на выходе ЧМ приемника.

На рис. 6 (тест-таблица) и 7 («пила с насадкой») показаны кривые, характеризующие уровень помехи от ЧМ сигнала, на АМ-ОБП телевизионный тракт, с полосой пропускания 5,5 МГц. Помеха измерялась на выходе амплитудного детектора стандартного· телевизионного приемника при включенном устройстве и в случае его обхода. Сплошная: кривая соответствует стандартному сигналу, пунктирная — сигналу после обработки.
 

Рис. 3, а)		Рис. 3, б)
Рис. 4, а)		Рис. 4, б)
Рис. 5, а)		Рис. 5, б)
Рис. 6		Рис. 7

Рис. 8

Аналитические выражения для расчета спектра. На рис. 8а условно показана структура видеосигнала на выходе описываемого устройства и соответствующий ему ЧМ сигнал (рис. 8б—8д). По аналогии с [1] его можно представить в виде суммы четырех независимых компонент импульсных сигналов U₁(t) — U₄(t), уплотненных во времени. Сигналы U\ и U₃ представляют собой несущие с частотами ω₁ и ω₃, амплитудно-манипулированные соответствующими площадками гасящих импульсов. Инверсия строк, хотя и приводит к построчной инверсии частот ω₁ и ω₃, но на расчет энергетического спектра не влияет.

Сигнал U₂(t) представляет собой несущую с частотой ω₂ = ω₀, модулированную по частоте гармоническим сигналом заполнения синхропакета (F_c = 6,5 МГц) и девиацией Δω_д, передаваемую импульсами длительностью τ₃ в течение каждой строки. Сигнал U₄(t) представляет собой несущую ω₄ = ω₀, модулированную по частоте сигналом изображения, передаваемую импульсами длительностью τ₄ в течение каждой строки.

По аналогии с [1] энергетический спектр суммы процессов U₁(t) и U₃(t) может быть вычислен по формуле:

Спектр процесса U₄(t) с учетом увеличения девиации

Из этого выражения видно, что огибающая спектра имеет гауссову форму, что соответствует принятой форме модулирующего сигнала. Спектр процесса U₂(t)

В формулах приняты следующие обозначения: А₀ — амплитуда несущей; γ — пик-фактор сигнала изображения (13 дБ с вероятностью 0,999); Ω_c = 2π/T_c — частота следования строк; Δω_д — пиковая девиация частоты ЧМ сигнала; τ₁—τ₄ — соответствующие длительности элементов строки (τ₁ = τ₃ = 3,5 мкс, τ₂ = 5 мкс, τ₄ = 52 мкс), I_n(m) — функции Бесселя первого рода разных порядков с индексом m в качестве аргумента; m — индекс ЧМ; F— верхняя модулирующая частота видеосигнала; F_c — частота заполнения синхропакета.

Приведенные выражения были использованы для выполнения расчетов энергетического спектра в случае использования описываемого устройства.
 

Выводы. Расчет и экспериментальные исследования описываемого устройства показали следующее.

1. Устройство рассеяния энергии несущей позволяет осуществить преобразование видеосигнала, заключающееся на передаче в коммутации полярности строк по закону, определяемому цикличностью кодера, с одновременным замещением импульсов синхронизации пакетами синусоидальных колебаний, а на приеме — в восстановлении телевизионного сигнала до стандартного вида. При этом качество различного вида цветных и черно-белых испытательных сигналов не ухудшается.

2. Устройство обеспечивает рассеяние энергии несущей и снижение удельной мощности на единицу полосы, что, в свою очередь, улучшает защитное отношение между ЧМ и АМ-ОБП трактами при работе их в общем частотном диапазоне.

3. В описываемом устройстве может передаваться дополнительная информация (служебная, звуковое сопровождение и т. д.) при введении модуляции, например, ЧМ, пакетов синусоидальных колебаний (6,5 МГц), передаваемых вместо синхроимпульсов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Быков В. Л., Ястребцов И. А. Энергетический спектр телевизионного сигнала, передаваемого методом ЧМ. — «Труды НИИР», 1969, № 2.

2. Боровков В. А., Зайцев Д. Л. Максимальная плотность потока мощности с вещательного ИСЗ в диапазоне частот 620—790 МГц. — «Труды НИИР», 1974, № 1.

3. Калашников Н. И. Системы связи через ИСЗ. М., «Связь», 1969.

4. Кантор Л. Я., Мустафиди К. П., Финогеев Г. М. Устройство преобразования видеосигнала. А. С. № 486489 (СССР). Опубл. в бюлл. «Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товарные знаки», 1975, № 36.