10_12.pdf

Radio i TV

W świecie radiofonii ciągle dokonuje

się nowych, pasjonujących

usprawnień. Mogłoby się wydawać,

że w dziedzinie mediów telewizja

zajmuje czołowe miejsce.

Jest to jednak dalekie od prawdy.

W ciągu wielu lat dokonano w radio

wielu ulepszeń, które dowodzą, że

dostosowuje się ono do

najnowszych technologii i że

dostarcza słuchaczom wszystkiego,

czego potrzebują.

Kończymy krótki przegląd technik

stosowanych w radiofonii, od

najstarszych do współczesnych.

RADIOFONIA

w ciągłym rozwoju, część 3

System danych AM

jach AM trzeba było znaleźć inną metodę przesy−

łania dodatkowych informacji. Wykorzystano do

tego modulację fazową częstotliwości nośnej

z maksymalną szybkością przenoszenia 200 bi−

tów na sekundę. Detektor sygnału audio odbiera

tylko zmiany amplitudy, modulacja fazy nie po−

winna więc być słyszalna. W ten sposób można

równolegle przesyłać sygnały audio i danych.

C−QUAM

Radiofonia rozwija się głównie w zakresie

UKF FM. Dźwięk wysokiej jakości, stereo,

a ostatnio RDS, odciągają słuchaczy od tradycyj−

nych średniofalowych transmisji AM. Jest to

szczególnie ostro odczuwane w USA, gdzie wiele

rozgłośni ma koncesje tylko na fale średnie

i chciałoby przyciągnąć odbiorców z powrotem

z UKF. Jednym z pomysłów odmłodzenia AM

jest wprowadzenie stereo. Próbowano wielu me−

tod, ale tylko jedna zdobyła szersze uznanie. Jest

to system C−QUAM firmy Motorola. Nazwa wzię−

ła się ze skrótu Compatible QUadrature Amplitu−

de Modulation (kompatybilna kwadraturowa mo−

dulacja amplitudy). W systemie tym sygnał

mono L + R jest nadawany niemal w zwyczajny

sposób przez modulację amplitudy fali nośnej.

Informacja stereo jest natomiast nakładana na

falę nośną kwadraturowo, czyli z przesunięciem

fazy o 90° w stosunku do sygnału głównego.

Zwyczajne odbiorniki reagują tylko na sygnał

zmodulowany przez L + R, bez żadnych niepożą−

danych efektów. Odbiorniki stereo natomiast są

w stanie zdekodować całą informację i odtwor−

zyć bez trudności oba kanały.

Pierwszym stadium wytwarzania w nadajniku

sygnałów C−QUAM jest generacja zwykłego sys−

temu kwadraturowego AM. W tym celu na tej sa−

mej częstotliwości nośnej zostają umieszczone

dwa sygnały, ale dla jednego z nich nośna jest

przesunięta o 90°. Jeden ze sposobów osiągnię−

cia tego jest przedstawiony na rys. 9 .

Standardowy nadajnik AM emituje sygnał

mono L + R w zwykły sposób. Różnicowy sygnał

stereo L − R moduluje drugą częstotliwość noś−

ną, do czego służy układ zwany zrównoważonym

modulatorem. Dostarcza on samych wstęg bocz−

nych z usuniętą nośną. Oba sygnały zostają na−

stępnie zsumowane, wzmocnione i nadane. Uży−

Wszyscy, którzy narzekają na trudności iden−

tyfikacji radiostacji w pasmie UKF FM, mieliby

jeszcze większe kłopoty na falach krótkich. Trud−

no się więc dziwić, że podobny system iden−

tyfikacyjny został zaproponowany dla pasm krót−

kofalowych. Został on nazwany AMDS (A.M. Da−

ta System, system danych AM) i jest jeszcze

w fazie eksperymentalnej, chociaż niektóre

radiostacje, w tym BBC World Service, już włą−

czyły go do swoich programów w celu obserwo−

wania jego działania i skuteczności.

Wśród proponowanych udogodnień na pier−

wszych miejscach znajduje się wiele zawartych

w RDS. W szczególności użyteczne są zamienne

częstotliwości wraz z nazwami programów lub

radiostacji. Komunikaty o ruchu drogowym zo−

stały także włączone do tego systemu, jednak ra−

czej na falach średnich, będących z natury pas−

mem raczej lokalnym.

Inaczej niż w transmisjach UKF FM, w któ−

rych jest możliwe skorzystanie z umieszczonej

powyżej pasma audio podnośnej, w transmis−

Rys. 9. Generacja sygnałów kwadraturowych AM.

Rys. 10. Demodulacja sygnałów kwadraturowych AM.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/96

Radio i TV

dzielona i użyta do modulacji fazowej głównego

generatora nadajnika. Generuje on sygnał, który

jest bardzo zbliżony do kwadraturowego sygnału

AM, ale kompatybilny z istniejącymi odbiornika−

mi.

zostać rozwiązane za pomocą najnowszej tech−

nologii układów scalonych, na czym opiera się

nowo zaproponowany system DAB (Digital Au−

dio Broadcasts, radiofonia cyfrowa).

Start DAB

Rozwiązanie to jest już mocno zaawansowa−

ne i BBC właśnie uruchomiła pierwszą na świecie

sieć DAB na terenie i wokół Londynu. Zostanie

ona wkrótce rozszerzona na obszary innych du−

żych populacji i na łączące je drogi. W ten spo−

sób programy wysokiej jakości zostaną udostęp−

nione maksymalnej liczbie słuchaczy, i w do−

mach, i przemieszczających się samochodami.

W opracowanie nowego systemu DAB zain−

westowano wiele wysiłku, powinien on bowiem

zaspokajać wszelkie wymagania w przeciągu

dłuższego czasu, sięgającego w przyszłe stule−

cie. Przede wszystkim powinien on zapewnić

transmisję programów o jakości CD tak w wa−

runkach domowych jak i w samochodach. Nowy

system powinien spełniać szereg dalszych wy−

magań, powinien dać się łatwo dostrajać, sku−

tecznie wykorzystywać widmo i nadawać się do

emisji i przez naziemne i satelitarne nadajniki.

Odbicia

Zapotrzebowanie na ruchome radioodbiorni−

ki ma duży wpływ na sposób nadawania. Odbicia

sygnałów cyfrowych, podobnie jak analogo−

wych, wywołują zniekształcenia odbioru. Jeden

bit danych łączy się z następnym, ponieważ syg−

nał odbity może nadejść z opóźnieniem wielu

mikrosekund.

W używanym w telewizji z wielkim powodze−

niem cyfrowym systemie audio, NICAM, wysyła

się 728kbitów na sekundę. Nie napotyka się jed−

nak na takie kłopoty z odbiciami, ponieważ syg−

nał odbiera się przy pomocy anteny kierunkowej.

Antena ta musi zapewniać odbiór bezodbiciowy,

aby obraz był pozbawiony podwójnych konturów

a dźwięk zniekształceń.

Odbiór bez szkodliwych skutków odbić jest

możliwy przy szybkości nie większej niż 7k zna−

ków na sekundę. Pojedyncza częstotliwość noś−

na przy tej szybkości przesyłania danych nie na−

daje się do transmisji wysokiej jakości sygnałów

Rys. 11. Obwiednie sygnałów

kwadraturowych AM: a) modulacja

tylko L+R (czyli sygnał mono); b)

modulacja tylko L−R.

W celu uatrakcyjnienia systemu C−QUAM dla

producentów odbiorników i operatorów nadajni−

ków Motorola produkuje układ scalony demodu−

latora sygnałów C−QUAM.

Schemat blokowy stopnia, stosowanego

w odbiornikach do demodulacji sygnałów C−QU−

AM, jest przedstawiony na rys. 12 . Detektor ob−

wiedni odbiera sygnał L + R w zwyczajny spo−

sób. Sygnał ten jest doprowadzany do układu

sterowania poziomu, gdzie zostaje przetworzony

w kwadraturowy sygnał AM. Może on teraz zo−

stać zdemodulowany przez dwa detektory syn−

chroniczne czyli miksery i generator sterowany

napięciem, wydzielający sygnał L − R. Z sygna−

łów L + R i L − R przez dodanie i odjęcie mogą

zostać odtworzone kanały L i R.

DAB

Dzięki rewolucyjnym postępom elektroniki

coraz to nowe pomysły stają się wykonalne

i znajdują zastosowanie w istniejących syste−

mach radiofonicznych. Transmisje UKF FM po−

mimo stosunkowo wysokiej jakości nie mogą

dorównać powszechnym obecnie dyskom kom−

paktowym. Szumy tła, zwłaszcza w systemach

stereo, oraz wierność odtwarzania mogłyby zo−

stać poprawione tylko przez wprowadzenie no−

wego systemu.

Słuchacze radia w samochodach są narażeni

na zniekształcenia powstające czasie przejazdu

przez miejsca, w których powstają odbicia fal ra−

diowych. Ich przyczyną jest równoczesny odbiór

sygnału głównego z opóźnionym sygnałem od−

bitym. Napotykają oni także na trudności, gdy

w czasie jazdy opuszczając obszar zasięgu jed−

nego nadajnika chcą odnaleźć częstotliwość nas−

tępnego. Bez wielkiej księgi z częstotliwościami

nadajników może to się okazać bardzo trudnym

zadaniem. Odnalezienie wybranej radiostacji jest

trudne także z powodu wielkiej ich liczby. Dwa

ostatnie problemy w znacznej mierze należą do

obszaru zastosowania RDS, podstawowe mogą

ta jest ta sama częstotliwość nośna, więc wstęgi

boczne nakładają się w sensie częstotliwości,

w odbiorniku mogą jednak zostać od siebie od−

dzielone.

W odbiorniku ( rys. 10 ) częstotliwość nośna

jest użyta do generacji sygnału odniesienia, ste−

rującego dwoma potrzebnymi w procesie demo−

dulacji zrównoważonymi mikserami. Sygnał ten

dla jednego z nich zostaje przesunięty o 90°.

Zrównoważony demodulator jest czuły na fa−

zę, zatem jedna jego część może demodulować

tylko sygnał L + R, a druga L − R. Dwa te sygnały

są następnie demultipleksowane w taki sam spo−

sób jak przy transmisjach UKF FM, otrzymując

przez dodawanie i odejmowanie kanały L i R.

Ta podstawowa forma kwadraturowej modu−

lacji amplitudy nie jest niestety zadowalająca.

Działa dobrze z użyciem poprawnego demodula−

tora, jednak nie jest w pełni kompatybilna

z większością będących w użytku detektorów

AM, które reagują tylko na amplitudę, w rezulta−

cie czego zniekształcenia są większe. Problem

nie istnieje, gdy poziom sygnału L − R jest zero−

wy, ponieważ odebrany sygnał jest taki sam, jak

z normalnego nadajnika. Jednakże przy więk−

szym sygnale L − R zniekształcenia są większe.

Przyczyną tego zjawiska jest brak w procesie

demodulacji własnej częstotliwości nośnej syg−

nału L − R. Jest to przedstawione na rys. 11 .

Jeżeli nadawana jest sinusoida tylko w kanale

L + R, przybierze ona postać pokazaną na rys.

11a, i może zostać w normalny sposób bez znie−

kształceń zdemodulowana w każdym odbiorni−

ku. Jeżeli jednak ten sam sygnał jest nadawany

tylko w lewym lub tylko w prawym kanale, to

obecny jest tylko sygnał L − R, a jego przebieg

wygląda tak, jak na rys. 11b. Po jego zdemodu−

lowaniu w zwykłym odbiorniku, łatwo spostrzec,

że zniekształcenia będą bardzo duże! Można

więc sobie wyobrazić, że w przypadkach poś−

rednich, gdy istnieją oba sygnały, L + R i L − R,

poziom zniekształceń będzie znaczny, zależnie

od poziomu sygnału L − R.

Poprawka

Niezakłócanie przez transmisje C−QUAM nor−

malnego odbioru w odbiornikach mono udało

się uzyskać w prosty sposób. Sygnał audio L +

R służy do zwyczajnej modulacji częstotliwości

nośnej. Informacja fazowa, która byłaby dodana

do tego sygnału przez sygnał L − R, zostaje wy−

Rys. 12. Schemat blokowy

detektora C−QUAM.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/96

Radio i TV

wiera 5 kanałów stereo, wybieranych w odbior−

niku za pomocą przycisku. Całkowita szerokość

pasma wynosi 1,75MHz, w którym kanały są

rozmieszczone co 250kHz, jak pokazano na rys.

14 .

Rys. 13. Czułość ludzkiego ucha na dźwięk: a) poziom słyszalności w ciszy; b)

maskowanie słabego dźwięku przez silny.

Nowy system DAB z wielotorowym sygnałem

jest odporny także na zakłócenia powodowane

przez inne radiostacje, więc częstotliwości mogą

być wielokrotnie dublowane, co ułatwia pokrycie

obszaru. Można więc stosować “pokrycie dywa−

nowe” bez potrzeby przestrajania odbiornika,

gdy pojazd przemieszcza się z obszaru jednego

nadajnika w obszar następnego.

Odbiorniki nowego systemu będą w dużym

stopniu uzależnione od tzw. cyfrowego przetwa−

rzania sygnału, odtwarzającego sygnał audio.

Projektowane są na jego użytek specjalne układy

scalone, a producenci odbiorników są zaawan−

sowani w ich projektowaniu. Zapewne pierwsze

odbiorniki będą drogie, będą jednak tanieć ze

wzrostem sprzedaży.

Zakończenie

Radio stało się ważną częścią codziennego

życia. Ciągle przybywa radiostacji, a ludzie ich

słuchają więcej niż dotąd. Wraz z wprowadza−

niem w życie nowych idei ich rozwój dotrzymuje

kroku rosnącym wymaganiom. Radio nie pozo−

staje więc w zamierzchłej przeszłości. Rozwija

się równocześnie z liderami wraz ze współczes−

ną technologią.

audio. Opracowano w tym celu nowe techniki,

zdolne do przesyłania sygnałów bardzo dobrej

jakości.

Pierwsza z tych technik polega na przesyła−

niu tylko tych dźwięków, które są słyszalne dla

ucha ludzkiego. Wykazano, że człowiek nie sły−

szy wszystkich dźwięków w zakresie pasma au−

dio. Istnieje minimalny poziom progowy, poniżej

którego dźwięki nie są słyszalne. Poziom ten jest

wyższy i w zakresie wyższych i w zakresie niż−

szych częstotliwości, jak przedstawia rys. 13 .

Stwierdzono także, że silny dźwięk maskuje słab−

sze dźwięki o sąsiednich częstotliwościach.

Nadając zgodnie z tą zasadą tylko dźwięki sły−

szalne, pasmo audio do 20kHz można przesyłać

z szybkością 128kbitów na sekundę, sześcio−

krotnie mniejszą od wymaganej dla przesłania

wszystkich danych. Technika ta jest zresztą uży−

wana nie tylko w radiofonii, zastosowano ją

z powodzeniem w nowych cyfrowych kasetach

kompaktowych (DCC) o systemie kodowania

PASC i w dyskach kompaktowych Sony o syste−

mie ATRAC.

Chociaż taki system kodowania sygnałów au−

dio jest bardzo użyteczny do redukcji szybkości

przesyłania danych, to nie wystarcza do elimina−

cji zakłóceń wywoływanych przez odbicia fal ra−

diowych. W tym celu ilość danych zostaje jesz−

cze bardziej ograniczona, ale stosuje się za to

szereg częstotliwości nośnych w systemie zwa−

nym CODFM (Coded Orthogonal Frequency Divi−

sion Multiplex). Osiągnięto w ten sposób dosta−

tecznie niską szybkość przesyłania danych, za−

chowując równocześnie zdolność do przenosze−

nia wymaganej ich ilości. W systemie tym używa

się 1500 kanałów o niskiej szybkości, które za−

jmują w widmie około 1,5MHz. Sygnał ten za−

oprac. KP

Artykuł opublikowano na podstawie umowy

z "Everyday with Practical Elektronics".

Rys. 14. Widmo sygnału DAB.

Cd. ze str. 51

wodnika do natężenia płynącego w tym

przewodniku prądu. Ale to nie jest prawo

Ohma! Jest to jedynie pomocnicza defi−

nicja, a treść prawa zawarta jest w nastę−

pującym po niej stwierdzeniu: opór prze−

wodnika jest stały. Dla porządku dodam

trzecie sformułowanie: wykresem zależ−

ności napięcia od natężenia (lub odwrot−

nie) dla przewodnika jest linia prosta.

Łatwo zauważyć, że we wszystkich wers−

jach tego prawa powtarza się słowo

przewodnik. Co ono oznacza? Można

przyjąć (i tak czyniono), że przewodnik to

materiał spełniający prawo Ohma. Wte−

dy rzeczywiście jest ono słuszne zawsze,

podobnie jak masło jest maślane, i nie

ma o czy mówić. Jeżeli jednak przyjmie−

my bardziej potoczne rozumienie prze−

wodnika jako ciała, które może przewo−

dzić prąd elektryczny, to istnieją takie cia−

ła, dla których prawo Ohma nie jest speł−

nione. Natomiast stwierdzenie, że dioda

nie ma rezystancji, jest oczywiście niepo−

prawne, rezystancję można obliczyć na

podstawie wzoru nawet dla serka topio−

nego. Istotne jest to, że nie jest ona stała,

a zmienia się w zależności od przyłożone−

go napięcia.

Rzeczywiście, elektronicy są tak przywią−

zani do oporu (no, niech będzie popra−

wnie, rezystancji) i do prawa Ohma, że

używają ich dla elementów tego prawa

nie spełniających. Nie jest to specjalnie

trudne, ponieważ najbardziej zwariowany

wykres zależności natężenia od napięcia

rozpatrywany w niewielkim przedziale

zmian napięcia jest prawie linią prostą

(jeżeli nie jest, to bierzemy mniejszy prze−

dział). Dla tego przedziału prawo Ohma

jest słuszne, chociaż ogólnie element mu

nie podlega.

Przepraszam za łopatologiczne tłumacze−

nie, ale jako nauczyciel mam już takie

odchylenie zawodowe. Skoro już napisa−

łem ten list, to poruszę jeszcze jedną de−

nerwującą sprawę dotyczącą pośrednio

tego prawa. W wielu publikacjach wyjaś−

nia się, że zimna żarówka ma mały opór,

dlatego żarówki przepalają się w mo−

mencie włączenia. Wszystko się zgadza

z wyjątkiem słowa “dlatego”. Przez zimną

żarówkę płynie prąd o dużym natężeniu,

ale przecież natężenie nie przepala ża−

rówki, tylko wysoka temperatura włókna,

o czym wie każdy, kto widział na koń−

cach takiego włókna stopione kuleczki

wolframu. Jednym słowem włókno roz−

grzewa się nadmiernie, ponieważ jest zim−

ne. Widywałem logiczniejsze rozumowa−

nia.

Na koniec list Grzegorza Waruszewskiego

ze Świedziebni:

Szanowna Redakcjo!

Z pewnym zdziwieniem przeczytałem

w sierpniowym numerze Waszego pisma,

a dokładniej w recenzji red. Piotra Górec−

kiego, że prawo Ohma jest słuszne zawsze

i wszędzie. Jest nieco inaczej. Zastanów−

my się najpierw jaka jest treść tego pra−

wa. Najprościej można powiedzieć, że

natężenie prądu w przewodniku jest

wprost proporcjonalne do napięcia mię−

dzy jego końcami. Nie jest to sformułowa−

nie pochodzące od odkrywcy prawa

(Ohm stwierdził proporcjonalność napię−

cia do natężenia), ale całkowicie równo−

ważne. Inny sposób przedstawienia tego

prawa polega na wcześniejszym zdefinio−

waniu oporu jako wielkości pomocniczej.

Nie od rzeczy będzie dodać, że definio−

wanie wielkości nie podlega żadnym

ograniczeniom, mogę sobie definiować

współczynnik X dla człowieka jako masę

ciała w kilogramach podzieloną przez

ilość liter w nazwisku i definicja będzie

poprawna, chociaż jakby trochę bezuży−

teczna. A więc opór elektryczny jest to

stosunek napięcia między końcami prze−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 10/96

KKP

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: