Σχεδίαση & υλοποίηση κωδικοποιητή στερεοφωνικού σήματος FM με χρήση τεχνικών άμεσης ψηφιακής σύνθεσης.

Abstract

H FM-Stereo μετάδοση εισήχθη κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1960. Το στερεοφωνικό σύστημα FM, το οποίο έχει εγκριθεί για χρήση από την Federal Communication Commission (FCC) στις ΗΠΑ και αργότερα υιοθετήθηκε σε όλο τον κόσμο, χρησιμοποιεί ένα σύνθετο σύστημα διαμόρφωσης για να επιτευχθεί ένα συμβατό σύστημα μετάδοσης mono / stereo. Ουσιαστικά, το σύστημα εκτελεί την πολυπλεξία δύο ηχητικών σημάτων τα οποία συνδυάζονται σε ένα σύνθετο σήμα βασικής ζώνης που διαμορφώνει κατά FM τη φέρουσα του πομπού. Το σύνθετο σήμα βασικής ζώνης αποτελείται από τρεις συνιστώσες: ένα σήμα που φέρει το άθροισμα (L+R) του αριστερού (L) και του δεξιού (R) καναλιού του ήχου και ονομάζεται βασικό κανάλι, ένα σήμα αναφοράς στα 19 kHz που ονομάζεται "σήμα πιλότου" ή "τόνος πιλότου" ή απλά "πιλότος" και ένα σήμα διπλής πλευρικής ζώνης με κατεσταλμένο φορέα (DSB-SC) που ονομάζεται δευτερεύον κανάλι ή "υπο-κανάλι" και περιέχει τη διαφορά (L-R) των δύο καναλιών ήχου. Μία γεννήτρια FM-Stereo είναι μία εξειδικευμένη συσκευή που χρησιμοποιείται στην FM ραδιοφωνία για την εκπομπή στερεοφωνικού σήματος σύμφωνα με τα πρότυπα FCC. Το στερεοφωνικό σήμα FM είναι ένα σήμα που προκύπτει με πολύπλεξη δύο καναλιών ήχου και διαμορφώνει απευθείας τη φέρουσα του πομπού. Υπάρχουν διάφορες προσεγγίσεις για την κατασκευή ενός κωδικοποιητή FM-Stereo. Η παρούσα διπλωματική εργασία επιδεικνύει μία μέθοδo υλοποίησης κωδικοποιητή (encoder) FM-Stereo σήματος με χρήση τόσο ψηφιακών όσο και αναλογικών τεχνικών που επιτυγχάνουν βέλτιστη μεταξύ τους συνεργασία. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της Άμεσης Ψηφιακής Σύνθεσης (Direct Digital Synthesis - DDS) για την παραγωγή τόσο της υποφέρουσας όσο και του τόνου πιλότου (pilot tone), ένας αναλογικός ισοσταθμισμένος διαμορφωτής (balanced modulator) για την παραγωγή του καναλιού Double Side Band Suppressed Carrier (DSB-SC), καθώς και ένας πίνακας άθροισης (matrix) με τελεστικούς ενισχυτές.

FM stereo broadcasting was introduced during the early 1960s. The FM stereo system which was approved for use by the F.C.C. in the U.S. and later adopted worldwide uses a complex modulation system to achieve a compatible mono/stereo system of broadcasting. Essentially, the system performs multiplexing two audio signals and combines them into a complex baseband signal that modulates the FM carrier. The system works by broadcasting a sum of the left (L) and right (R) audio channels, a pilot tone of 19 kHz, and a double sideband suppressed carrier (DSBSC) sub-channel that contains the difference between the two audio channels. An FM-Stereo generator is a specialized device used in FM radio broadcasting to emit a stereo signal according to FCC standards. The FM stereo signal is a signal obtained by multiplexing two audio channels and directly modulating the transmitter carrier. There are several approaches to building an FM-Stereo encoder. This thesis demonstrates a method of implementing an FM-Stereo encoder using digital and analog techniques that achieve optimal cooperation. In particular, the Direct Digital Synthesis (DDS) technique was used to produce both the carrier and the pilot tone, an analog balanced modulator to produce the Double Side Band Suppressed Carrier (DSB-SC) channel, as well as a matrix table using operational amplifiers.