ГЛАВА 15. ТРАКТ ПЕРВИЧНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГРАММ ЗВУКОВОГО ВЕЩАНИЯ

15.1. Общие сведения

Тракт первичного распределения программ 3В представляет собой организационно-технический комплекс, в состав которого входят собственно сеть распределения программ 3В, а также системы оперативно-технического управления и обслуживания этой сети.

Сеть распределения программ 3В состоит из совокупности каналов 3В, организованных в системах передачи первичной сети (наземных кабельных и радиорелейных; спутниковых). Сеть строится по радиально-узловому принципу с учетом административной подчиненности территорий и делится на магистральную, внутризоновые и местные.

Магистральная сеть в вещательных зонах М, Г и В организуется, кроме того, еще по региональному принципу. Регион представляет собой объединение нескольких республик, краев, областей по признакам административно-экономических связей, принадлежности к одной вещательной зоне, структуры магистральной первичной сети. Центры регионов обычно совмещаются с крупными автоматизированными узлами коммутации на первичной сети.

При региональном принципе построения магистральной сети программы 3В распределяются от Москвы через центры регионов ЦР к областным центрам ОЦ каждого региона (рис.15.2). В вещательных зонах А и Б при административно-территориальном принципе построения программы 3В распределяются от Москвы непосредственно к ОЦ.

Внутризоновая сеть строится по радиальному принципу, при котором программы 3В распределяются от ОЦ к пунктам установки радиопередающих станций (РПС) и районным центрам каждой области. Местная сеть распределения программ 3В организуется также по радиальному принципу. По местной сети программы 3В распределяются от ОЦ до сельских станций проводного вещания.

Изложенные выше принципы организации сети распределения программ 3В характерны для случаев, когда используются наземные системы передачи  –  кабельные и радиорелейные. В спутниковых системах передачи возможна организация сквозных каналов распределения программ 3В, по которым они непосредственно из Москвы будут подаваться к РПС или системам проводного вещания. Спутниковые системы включают в свой состав одновременно магистральный, внутризоновый и местные каналы распределения программ 3В.

В составе тракта первичного распределения программ 3В функционируют следующие вещательные аппаратные:

ЦКРА – центральная коммутационно-распределительная аппаратная, расположенная в Москве, предназначенная для приема и контроля поступающих от АСК ТРК программ ЗВ, выдачи программ в центральную междугородную вещательную аппаратную (ЦМВА), коммутации программ внешнего вещания, организации каналов 3В и распределения программ к РПС производственного объединения «Радио» (ГПР-1) и Московскую городскую радиотрансляционную сеть;

ЦМВА – центральная междугородная вещательная аппаратная (Москва), предназначенная для приема поступающих от ЦКРА программ 3В, организации магистральных каналов распределения программ до региональных узловых магистральных вещательных аппаратных (РУМВА), контроля и управления каналами,

РУМВА – региональная узловая магистральная вещательная аппаратная, входящая в состав сетевого узла первичной сети и предназначенная для приема поступающих по магистральным каналам от ЦМВА программ 3В, организации магистральных каналов распределения программ до междугородных вещательных аппаратных (МВА) своего региона, контроля и управления каналами;

МВА –  междугородная вещательная аппаратная, расположенная на оконечной междугородной станции первичной сети в республиканских, краевых и областных центрах и предназначенная для приема программ по магистральным каналам от РУМВА, контроля этих каналов, организации внутризоновых каналов распределения программ 3В,

КРА – коммутационно-распределительная аппаратная, предназначенная для коммутации и распределения программ 3В по каналам звукового вещания (КЗВ) соединительных линий (СЛ) к РПС, радиовещательной аппаратной (РВА) и системе проводного вещания (СПВ) данного города.

 Функциональные связи перечисленных аппаратных хорошо прослеживаются на типовых схемах организации магистральных, внутризоновых и местных   каналов распределения   программ 3В,  представленных на рис. 15.2...15.5.

Рис.15.2. Типовая схема организации магистральных каналов распределения программ ЗВ: ЗС–земная станция; 1–аппаратура образования каналов ЗВ, низкочастотного транзита, разветвления и переключения; 2–низкочастотная соединительная линия; 3–аппаратура оконечная системы передачи

Рис.15.3. Схема организации спутниковых каналов ЗВ: ИСЗ–искусственный спутник Земли

Рис.15.4. Схема организации внутризонового (а) и местного каналов распределения программ ЗВ: РВА–радиовещательная аппаратная; ТСУ–территориальный сетевой узел; ВСС–внутризоновая сетевая станция; ПРВ СПВ–пульт районного вещания СПВ; ССМ–сетевая станция местная

15.2. Основные функциональные узлы тракта первичного распределения программ

Типовые тракты первичного распределения представлены на рис. 15.5.

Тракт первичного распределения программ 3В начинается на выходе центральной аппаратной (ЦА) радиодома и заканчивается выходом СЛ от коммутационно-распределительных аппаратных (КРА) или междугородный канал звукового вещания (МКЗВ). С его помощью сигналы 3В подаются к трактам вторичного распределения или к аппаратным радиодома (телецентра). В состав тракта первичного распределения программ 3В входят следующие звенья: МКЗВ, КРА и СЛ. В состав тракта первичного распределения звуковых сигналов телевидения КРА не входит.

Аппаратные и СЛ тракта первичного распределения программ 3В предназначены для нормальной работы системы 3В и, обладая определенными параметрами качества, выполняют следующие функции.

Функции, выполняемые КРА:

• управление вещательными передатчиками и контроль за их работой;
• распределение программ 3В по передатчикам и трактам проводного вещания, междугородным каналам 3В и радиодомам;
• контроль и усиление получаемых программ 3В;
• корректировка амплитудно-частотных характеристик СЛ.

Рис.15.5. Типовой тракт первичного распределения программ ЗВ  с магистральным или внутризоновым каналом ЗВ

Рис.15.6. Типовой тракт первичного распределения звуковых сигналов телевидения

Оконечная междугородная вещательная аппаратная выполняет следующие функции:

• передачу, прием и разветвление программ 3В;
• обеспечение взаимозаменяемости междугородных каналов 3В;
• обеспечение бесперебойной передачи программ 3В.

Соединительные линии трактов первичного распределения – это каналы ограниченной протяженности, образованные аппаратурой соединительных линий, позволяющей образовывать каналы с полосой частот до 15 кГц. В качестве аппаратуры СЛ могут также использоваться аппаратура образования каналов 3В (аналоговая и цифровая) и каналы 3В на поднесущих частотах в радиорелейных системах передачи ограниченной протяженности. Лишь в частных случаях используются СЛ, представляющие отрезки кабеля. Поэтому на чертежах, представляющих структурные схемы трактов первичного распределения или его участков, СЛ принято изображать в виде прямоугольников.

15.3. Организации междугородных каналов звукового вещания МКЗВ

 По виду передаваемых электрических сигналов МКЗВ подразделяются на аналоговые и цифровые. В свою очередь аналоговые каналы бывают звукочастотными и высокочастотные. Звукочастотные каналы имеют ограниченное применение ввиду своей высокой стоимости. В настоящее время все еще находятся в эксплуатации каналы, организованные на базе аппаратуры АВЭК. Эта аппаратура рассчитана на образование шести каналов вещания по экранированным цепям специально проложенных междугородных кабелей.

Более целесообразно вводить программы вещания в общий поток информации, который поступает по междугородным линиям систем передачи, обладающим высокой пропускной способностью. Поэтому в настоящее время высокочастотные каналы стали преобладающими среди аналоговых МКЗВ. В этом случае стоимость эксплуатации одного КЗВ будет определяться лишь долей от общего потока информации, приходящейся на канал. К недостаткам ВЧ МКЗВ следует отнести повышенный по сравнению со звукочастотными уровень шума.

Наиболее распространенной, хотя и сильно устаревшей является аппаратура АВ-2/3. С ее помощью объединяют два или три канала 12-канальной первичной группы (рис. 15.7). Некоторые параметры каналов приведены в табл. 15.2.

Рис. 15.7. Спектр сигналов первичной 12-канальной группы

Таблица 15.2

Структурная схема каналообразующей аппаратуры АВ-2/3 приведена на рис. 15.8,а. Спектр частот сигнала 3В преобразуется в спектре частот 4-го, 5-го и 6-го каналов 12-канальной первичной группы с помощью несущей частоты 96 кГц, поступающей от генераторного оборудования высокочастотной многоканальной системы передачи. Сигнал, поступающий с СЛ, проходит КК, 

ФНЧ с частотой среза 6,4 или 10 кГц, звенья системы шумоподавления — сжиматель Сж и предыскажающий контур ПК, модулятор М, ограничитель максимальных уровней Огр, ФНЧ и ФВЧ, ограничивающие спектр сигнала. Предусмотрен обход Сж и КК через удлитель Удл. Затем однополосный сигнал поступает на стойку индивидуального преобразования СИП, где объединяется с сигналами остальных телефонных каналов, и далее поступает в групповой усилитель первичной группы.

Рис. 15.8. Структурная схема аппаратуры АВ-2/3

Модулятор собран по фазоразностной схеме. Верхняя боковая AM колебания и несущая 96 кГц подавляются. Ограничитель предназначен для того, чтобы защитить групповой тракт от чрезмерно большого сигнала 3В.

В приемном комплекте (рис. 15.8,6') происходят обратные преобразования. Сигнал 3В выделяется из спектра сигналов 12-канальной первичной группы с помощью ФНЧ и ФВЧ, поступает через усилитель У на демодулятор ДМ, ФНЧ с частотой среза 6,4 или 10 кГц, звенья системы шумоподавления — восстанавливающий контур ВК и расширитель Расш. или в их обход через Удл, корректирующий контур КК, усилитель и далее в СЛ.

Наряду с сигналом 3В через весь тракт АВ-2/3 проходит контрольный сигнал с частотой 11 кГц. При прекращении передачи или уменьшении уровня включается аварийная сигнализация.

Параметры качества канала 3В в аппаратуре АВ-2/3 таковы: неравномерность АЧХ не более 2,5 дБ, коэффициент гармоник не превышает 2,5 %, защищенность от взвешенной помехи не менее 75 дБ.

Аппаратура АВ-2/3 не пригодна для организации стереофонических каналов, так как восстановление несущей частоты в каждом пункте приема происходит автономно.          В результате фазовые сдвиги между составляющими стереосигнала         непрерывно изменяются и достигают сотен градусов.

Модернизированная аппаратура вещания МАВ-2 предназначена для систем передачи сЧРК внутризоновой и сельской сетей. Для образования каналавещания в ней, как и в АВ-2/3, занимают 4-1 и 5-й каналы тональной частоты (ТЧ) первичной 12-канальной группы.

Структурная схема подобна структурной схеме АВ-2/3. Контрольный сигнал, как и в АВ-2/3, при занятии двух каналов ТЧ имеет частоту 7,2 кГц. Автоматические регуляторы уровня шумоподавляющей системы управляются среднеквадратичным значением суммы напряжений сигнала ЗВ и контрольного сигнала. Предусмотрено автоматическое устройство, поддерживающее постоянство остаточного затухания канала ЗВ. Оно управляется напряжением контрольного сигнала. С помощью напряжения этого сигнала включается и выключается оборудование сельских станций ПВ.

Организация стереофонических каналов в аналоговых системах передачи. Для обмена стереофоническими программами между городами необходима организация магистральных стереофонических каналов. Стереофонический канал должен состоять из двух монофонических каналов высшего класса, имеющих малые рассогласования амплитудно- и фазочастотных характеристик. Связано это с тем, что рассогласование АЧХ на 1,5...2,0 дБ приводит к появлению пространственных искажений стереопанорамы, смещению кажущихся звуковых образов от их истинного положения. Аналогично проявляются и фазовые рассогласования.

Понятно, что организовать стереофонический канал, используя два монофонических канала, образованных в разных стандартных группах систем с частотным разделением каналов (ЧРК), невозможно. Во-первых, если иметь в виду аппаратуру АВ 2/3, то она обеспечивает каналы только первого, а не высшего класса качества, при этом в них допускается неравномерность АЧХ до 2,5 дБ, а  фазо-частотная характеристика (ФЧХ) вообще не нормируется. Во-вторых, из-за отсутствия синхронизации генераторного оборудования передающей и приемной стороны МКЗВ фазовый сдвиг между каналами оказывается случайным и непрерывно меняется, что привело бы к недопустимым искажениям стереопанорамы.

Характерным примером организации высококачественного стереофонического канала в аналоговых  ВЧ-системах является аппаратура МSt-15  (фирма "Siemens"). Особенностью ее является формирование двух идентичных каналов 3В высшего класса в спектре первичной группы. Для этого на каждый канал 3В отводится шесть каналов ТЧ.

       Структурная схема передающей части аппаратуры MST-15 изображена на рис. 15.9. Сигналы левого (Л) и правого (П) каналов стереопары по СЛ поступают на корректирующие контуры (КК), усилители (У)  и ФНЧ, включенные последовательно. В сумматорах С к левому Л и правому П сигналам стереопары добавляется сигнал пилот-тона с частотой 16,8 кГц. Последний поступает с выхода группового оборудования (ГО). Перенос спектров исходных низкочастотных сигналов Л и П в полосу частот первичной 12-канальной группы (60...108 кГц) осуществляется путем тройного преобразования частоты (рис.15.10). При этом используется метод однополосной AM. Первое преобразование частоты происходит в модуляторах М1. Несущая частота 95,5 кГц для выполнения этого преобразования поступет от ГО. Исходный сигнал (Л или П) и пилот-тон путем преобразования переносятся в область частот 78,7...95,47 кГц. Расположен ные после модуляторов М1 полосовые фильтры ПФ1 выделяют нижнюю боковую полосу AM колебания, а заградительные фильтры (ЗФ) препятствуют прохождению несущей частоты 95,5 кГц в тракты дальнейшей обработки сигналов.

Рис.3.11 Структурная схема передающей части каналообразующей аппаратуры MSt-15

Рис.15.10. План преобразования частот в аппаратуре MSt-15

Затем сигналы каждого канала поступают на вторые модуляторы М2. Несущая частота второго преобразования составляет 322,5 кГц, она поступает также от ГО. На выходе полосовых фильтров ПФ2 выделяется однополосное AM–колебание, занимающее полосу частот 401,2...417,97 кГц. И наконец, модуляторы МЗ осуществляют перенос спектров входных сигналов в полосу частот первичной 12-канальной группы. При этом для модулятора МЗ канала Л несущая частота составляет 336 кГц, а для модулятора МЗ канала П – 504 кГц. Для выделения нижней боковой полосы служат полосовые фильтры ПФ3. Заметим, что в цепь каждого канала включены предыскажающий контур (ПК), компрессор (К) и усилитель-ограничитель (УО).

Использование трех этапов преобразования позволило обеспечить значительный разнос по частоте между несущей частотой и используемыми боковыми полосами АМ-колебания. За счет этого ослаблены требования к крутизне затухания полосовых фильтров и уменьшены вносимые ими амплитудно-частотные и фазовые искажения в полосе пропускания.

В приемной части аппаратуры MSt-15 (рис. 15.11), расположенной на другом конце МКЗВ, происходит обратный перенос спектров сигналов Л и П. Исходные сигналы Л и П, расположенные в полосе частот первичной 12-канальной группы, после разветвителя мощности (PM) поступают на первые демодуляторы ДМ1. Для переноса спектра сигнала Л используется несущая частота 336 кГц, а сигнала П – несущая частота 504 кГц. Затем после выделения ПФ1 требуемой боковой полосы частот сигналы каждого канала поступают на вторые демодуляторы ДМ2. При этом для преобразования в каждом канале используется сигнал несущей одинаковой частоты 322,5 кГц. Вторые полосовые фильтры ПФ2 выделяют боковую полосу, лежащую в диапазоне частот 78,7...95,47 кГц. Выходы этих фильтров соединены со входами третьих демодуляторов ДМ3, осуществляющих перенос спектров сигналов Л и П в область звуковых частот.

Приемная часть аппаратуры MSt-15 имеет две цепи непрерывной коррекции выходных сигналов по фазе и амплитуде, осуществляемой с помощью пилот-тонов каждого из каналов. Выделение пилот-тона выполняется с помощью специального фильтра ПФЗ.

Устранение разбаланса каналов Л и П по уровню  производится с помощью управляемых усилителей (УУ). Управляющим сигналом здесь является выпрямленное выпрямителем В и усиленное усилителем постоянного тока (УПТ) напряжение пилот-тона соответствующего канала.

Расхождение частот (фаз) ГО передающей и приемной частей аппаратуры компенсируется имеющейся в каждом канале петлей фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Она включает схему

сравнения (СС), управляемый генератор (УГ) и модулятор (М). В зависимости от расхождения фаз колебаний пилот-тона и опорного генератора (последний входит в состав ГО приемной части аппаратуры) СС вырабатывает сигнал, изменяющий частоту УГ. Колебание УГ поступает на модулятор М, на второй вход которого подается сигнал от ГО частотой 336 кГц,  необходимый для получения третьей несущей   частоты преобразования 95,5 кГц, которая образуется на выходе М.

Выходные сигналы ДМ3 проходят через ФНЧ, не пропускающие сигналы пилот-тонов, и после усиления У по соединительным линиям поступают в местный радиодом и далее – в КРА данного города.

Кроме цепей непрерывной коррекции сигналов стереопары по фазе и амплитуде в передающей части аппаратуры имеются предыскажающий контур (ПК) и компрессор (К), а в ее приемной части–соответственно восстанавливающий контур (ВК) и экспандер (Э)–расширитель, необходимые для повышения помехозащищенности сигналов 3В при их передаче по МКЗВ.

В MSt-15 используется высокочастотный компандер, работающий в полосе частот 78,7... 95,46  кГц, что позволяет снизить нелинейные искажения по сравнению с НЧ-компандером. Данная система обеспечивает выигрыш  отношении сигнал-шум около 17 дБ. Система ПК-ВК обеспечивает повышение помехозащищенности около 2,8 дБ. Суммарный выигрыш в отношении сигнал-шум составляет около 20 дБ.

На некоторых магистралях используется польская аппаратура SPKR-15, которая также предназначена для передачи стереофонических программ. Эта аппаратура принципиально не отличается от аппаратуры MSt-15 и использует тот же план преобразования частот.

Рис.15.11. Структурная схема приемной части аппаратуры    MSt-15

Организация цифровых каналов звукового вещания. В общем виде тракт ЦСП состоит из трех основных частей (рис. 15.12):

• кодирующего устройств (кодера) на передающей стороне;
• канала связи;
• декодирующего устройства (декодера) на приемной стороне.

Тип ЦСП определяется составом устройств кодера и декодера. В состав кодера входят следующие блоки: амплитудно-импульсный модулятор АИМ, осуществляющий дискретизацию непрерывных сигналов во времени; аналого-цифровой преобразователь АЦП, осуществляющий квантование сигналов по уровню и их кодирование каким-либо цифровым кодом; процессор кодера ПрК с запоминающим устройством ЗУ, осуществляющий статистическую обработку кодированной информации и управление порогами квантования в АЦП, а также кодирование каким-либо помехоустойчивым кодом.

В состав декодера входят процессор декодера ПрД с запоминающим устройством ЗУ, осуществляющий обратное преобразование кодированной информации к форме, пригодной для декодирования в цифро-аналоговом преобразователе ЦАП; ЦАП, осуществляющий декодирование информации, представленной цифровым кодом, и преобразование ее к виду АИМ сигнала; фильтр низких частот Ф, осуществляющий восстановление формы непрерывного сигнала по последовательным отсчетам АИМ сигнала.

В различных ЦСП функции отдельных узлов кодера и декодера могут существенно изменяться. В связи с этим могут изменяться состав и сложность соответствующей аппаратуры. В состав ЦСП могут входить дополнительные согласующие устройства СУ, предназначенные для стыковки кодера и декодера с аппаратурой подачи и приема сообщений, а также вторичные модуляторы М и демодуляторы Д, необходимые для введения цифровой информации в канал связи.

Рис.15.12. Структурная схема цифровой системы передачи

Тракты многоканальных ЦСП с ВРК можно построить используя два способа формирования группового цифрового сигнала.

1. На передающей стороне сигналы каждого канала дискретизируются отдельными (канальными) дискретизаторами с разделением во времени (импульсы дискретизации каждого канала разнесены во времени), в результате чего формируются канальные АИМ сигналы. Затем канальные АИМ сигналы объединяются в групповой АИМ сигнал, который квантуется и кодируется. На приемной стороне производится обратное преобразование сигналов.

2. На передающей стороне сигналы каждого канала дискретизируются, квантуются и кодируются в канальном (индивидуальном) оборудовании с разделением во времени, а затем объединяются в групповой цифровой сигнал. На приемной стороне производится обратное преобразование сигналов.

Первый способ требует общих (групповых) АЦП и ЦАП для всех каналов, т.е. является более дешевым по аппаратурным затратам, так как АЦП и ЦАП являются одними из наиболее сложных и точных узлов ЦСП. Однако ввиду появления искажений импульсов в тракте формирования группового АИМ сигнала (АИМ– тракте) происходит взаимная паразитная модуляция амплитуд импульсов одного канала АИМ сигналами других каналов. Это приводит к появлению перекрестных искажений (переходных помех)
между отдельными каналами.

Второй способ формирования группового цифрового сигнала предполагает использование индивидуальных (канальных) АЦП и ЦАП, следовательно, является более дорогостоящим по аппаратурным затратам. Однако он свободен от возникновения переходных помех.

Первый способ формирования цифрового группового сигнала используется в аппаратуре информационных ЦСП, например в аппаратуре ИКМ-30. Второй способ, вследствие его высокой помехозащищенности, используется в аппаратуре, предназначенной для высококачественной передачи сигналов звукового вещания.

В цифровых системах передачи используют импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ). Частота дискретизации сигнала телефонного канала с верхней частотой 3,4 кГц принята равной 8 кГц. Применяется 8-разрядный код с неравномерным квантованием. Скорость цифрового потока при этом составляет 75 кбит/с. Эта скорость в ЦСП является наименьшей, и канал, по которому ведется передача с такой скоростью, называют основным цифровым каналом. (ОЦК). На его основе строят более скоростные каналы и тракты.

Каждому телефонному каналу в аппаратуре ИКМ-30  с 1-го по 30-й отведен определенный промежуток времени в цикле. Часть цикла занимают служебные каналы и каналы синхронизации. Наращивание объема передаваемой информации достигается путем увеличения скорости передачи. Различают субпервичный цифровой канал со скоростью передачи 480 кбит/с, первичный – 2048 кбит/с, вторичный – 8448 кбит/с, третичный – 34386 кбит/с и четвертичный –139464 кбит/с.

Высокая достоверность передачи по ЦСП сделала актуальной передачу по ним сигналов 3В, в том числе стереофонических. При передаче сигналов цифрового вещания параметры аналого-цифрового преобразования выбирают   такими, чтобы результирующая скорость цифрового потока была кратна скорости одного из типовых каналов или трактов. Цифровые сигналы 3В передают по кабельным, волоконно-оптическим, радиорелейным, спутниковым линиям связи. В зависимости от системы связи и среды распространения сигналам придают такой вид, при котором их параметры в наибольшей степени соответствуют свойствам линии связи. Учитываются также помехи, характерные для данной линии.

При сочленении тракта формирования программ ТФП с цифровым ТПРП возможны следующие варианты:

1. аналоговый ТФП соединяется с ТПРП через АЦП;
2. цифровой ТФП соединяется с ТПРП через аналоговый интерфейс;
3. цифровой ТФП соединяется с ТПРП через цифровой интерфейс, т.е. без перехода к аналоговой форме.

В последнем случае необходимость в АЦП на входе ТПРП отпадает, но возникает задача сопряжения цифровых синалов на выходе ТФП и входе ТПРП. В оборудовании