Радиоприемные устройства и телевидение

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

В. С. ПЛАКСИЕНКО 
Н. Е. ПЛАКСИЕНКО 

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА 

И ТЕЛЕВИДЕНИЕ

Учебное пособие

Ростов на Дону − Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2018

УДК 621.391.262(075.8)+621.391.24(075.8)
ББК 32.811.3

П371

Печатается по решению кафедры встраиваемых и радиоприемных 

систем Института радиотехнических систем и управления Южного 

федерального университета (протокол № 7 от 12 января 2018 г.)

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой РЭС Института сферы обслуживания 

и предпринимательства (филиал ДГТУ) В. И. Марчук

кандидат технических наук,

доцент кафедры ВиРС ИРТСУ ИТА ЮФУ А. В. Кравец

Плаксиенко, В. С. 

П371 
Радиоприемные устройства и телевидение : учебное пособие / 

В. С. Плаксиенко, Н. Е. Плаксиенко ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2018. – 99 с.

ISBN 978-5-9275-2955-1
В учебном пособии изложены принципы построения радиоприем
ных устройств с цифровой обработкой сигналов. Значительная часть пособия включает разделы по основам телевидения: вещательным системам 
цветного телевидения, телевизионным системам высокого качества изображения.

Предназначено для студентов высших учебных заведений радиотех
нических специальностей, обучающихся по направлениям «Радиотехника» и «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», изучающих курсы “Радиоприемные устройства и телевидение”, “Устройства 
приема и обработки сигналов”.

УДК 621.391.262(075.8)+621.391.24(075.8)

ББК 32.811.3

ISBN 978-5-9275-2955-1

© Южный федеральный университет, 2018

© Плаксиенко В. С., Плаксиенко Н. Е., 2018

© Оформление. Макет. Издательство

Южного федерального университета, 2018

ВВЕДЕНИЕ

Цифровая обработка радиосигналов является наиболее перспектив
ным направлением развития теории и практики радиоприема. Применение 
цифровой обработки обусловлено широким внедрением цифрового радиовещания, цифрового телевидения, системы RDS, современных цифровых навигационных систем. Однако такая обработка целесообразна и при 
повышении эффективности алгоритмов обработки аналоговых сигналов. 

В первой части пособия рассмотрены особенности цифровой обра
ботки радиосигналов в трактах промежуточной частоты и после детектора. Показана целесообразность последетекторной цифровой обработки 
сигналов, а повышение производительности современных процессоров 
расширяет возможности цифровой обработки и в трактах промежуточной 
частоты.

Во второй части пособия, посвященной физическим основам фор
мирования изображений и основам телевидения, рассмотрены особенности построения преобразователей свет-сигнал и сигнал-свет, вещательные 
системы цветного телевидения, телевизионные системы высокого качества изображения.

Особенностям построения и анализу радиоприемных устройств 

различного назначения посвящены работы [110], знание которых будут 
необходимы при изучении основ телевидения. Ознакомление с работами 
[1624] позволит детально изучить структуру, принцип действия и физические основы работы передающей и приемной телевизионной аппаратуры.

Пособие будет полезно студентам, обучающимся по направлениям 

«Радиотехника» и «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», а также аспирантам и специалистам, занимающимся вопросами разработки и анализа устройств приема и обработки сигналов.

1. РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА С ЦИФРОВОЙ 

ОБРАБОТКОЙ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

1.1. Особенности цифровой обработки сигналов

Цифровую обработку сигналов (ЦОС) следует отличать от цифро
вых методов передачи сообщений, когда надлежащие передаче аналоговые сигналы преобразуются в цифровую форму уже на передающей стороне. При этом может устраняться избыточность в сообщениях для снижения скорости цифрового потока. Для повышения помехозащищенности 
применяется избыточное кодирование, перемежение и другие методы 
[1, 3, 14].

Цифровая обработка сигналов – это более широкое понятие, чем 

цифровые методы передачи сообщений. Она включает в себя додетекторную обработку (фильтрацию), детектирование и последетекторную обработку сигналов цифровыми методами. При этом передаваемые по каналам 
связи сообщения могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. ЦОС 
может охватывать не только фильтрацию и детектирование на приемной 
стороне, но и формирование модулированных или манипулированных 
сигналов на входе канала связи цифровыми методами.

В последние годы цифровая обработка сигналов все шире исполь
зуется в радиовещании, телевидении радиосвязи, радио-, гидро- и звуколокации, телеметрии, при анализе спектров, при обнаружении сигналов на 
фоне помех, при адаптивной коррекции каналов связи, при адаптивной 
компенсации помех, при анализе и синтезе речи, в цифровых синтезаторах частот, при цифровых методах измерений и т.д. [3].

Прогресс в этой области вызван достижениями в микро
электронике, позволившими создать вычислительные средства, обладающие высоким быстродействием, малыми габаритами, весом и энергопотреблением. Интерес к цифровой обработке сигналов вызван тем, что на 
ее основе можно создавать устройства с характеристиками, недостижимыми при использовании аналоговых методов обработки сигналов. Кроме 
того, применение устройств с цифровой обработкой в ряде случаев оказывается более выгодным с технической и экономической точек зрения в 
силу их универсальности и возможности работать в различных режимах. 
Сфера применения цифровой обработки непрерывно расширяется.

1.1. Особенности цифровой обработки сигналов 

5

При цифровой обработке сигнала реализуется высокая точность 

вычислений, которую можно повысить до любого необходимого значения 
путем усложнения аппаратуры; высокая стабильность характеристик за 
счет отсутствия уходов параметров, свойственных аналоговым цепям; 
возможность запоминания на неограниченное время больших массивов 
информации и быстрого ее воспроизведения. В цифровом виде оптимальные и квазиоптимальные алгоритмы обработки сигнала реализуются проще, чем в аналоговом. Цифровая аппаратура не требует настройки, ее 
элементная база однородна. Цифровые интегральные микросхемы 
(ЦИМС) обладают высокой надежностью, проще поддаются автоматическому проектированию [14].

Цифровая обработка сигналов характеризуется следующими недо
статками: 

− необходимость обеспечения предварительного усиления анало
гового сигнала до нескольких вольт до его преобразования в цифровой;

− современные цифровые узлы имеют меньшее быстродействие, 

большую аппаратурную сложность, чем аналоговые;

− при цифровой обработке возникают специфические шумы кван
тования. 

Вместе с тем цифровая обработка сигналов, несмотря на указанные 

выше недостатки, имеет ряд преимуществ перед аналоговой обработкой:

− значительно более высокую точность обработки сигналов по 

сложным алгоритмам;

− гибкую оперативную перестройку алгоритмов обработки сигна
лов, обеспечивающую как создание многорежимных устройств, так и реализацию адаптивных систем;

− высокую технологичность изготовления устройств ЦОС, связан
ную с отсутствием необходимости настройки при изготовлении и регулировке при эксплуатации;

− высокую степень совпадения и повторяемости характеристик ре
ализованных устройств с расчетными характеристиками;

− возможность построения развивающихся интеллектуальных си
стем, способных к реконфигурации, поиску и обнаружению неисправностей;

1. Радиоприемные устройства с цифровой обработкой аналоговых сигналов

6

− большие возможности автоматизации проектирования устройств 

с ЦОС;

− высокостабильные эксплуатационные характеристики устройств 

с ЦОС.

Благодаря этим преимуществам цифровая обработка сигналов 

находит применение во многих радиоприемных устройствах.

1.2. Устройства, реализующие цифровую обработку сигналов

Цифровая обработка сигналов включает в себя обязательную дис
кретизацию аналогового сигнала во времени, квантование его по уровню 
и преобразование дискретных выборок в цифровой вид [14]. Преобразованию может подвергаться как сигнал целиком, так и его отдельные параметры (амплитуда, фаза и др.), используемые для выделения заложенной в 
них информации. Далее все операции производятся уже над полученными 
в результате преобразования числами (цифрами).

Радиоприемные устройства с цифровой обработкой сигнала по ко
личеству узлов, выполненных на ЦИМС, делятся на две группы:

− аналого-цифровые РПрУ, в которых на ЦИМС реализованы от
дельные узлы: (детектор, фильтр, следящие системы, схемы поиска сигнала, АРУ, синтезатор частоты и т.п.);

− цифровые РПрУ (ЦРПрУ).
Функциональная 
схема 
цифрового 
РПрУ 
приведена 
на 

рис. 1.1.

ТОУ
АЦП
ЦП
ЦАП
от
ант.
к оконечному 

устройству

ЦСЧ

где ТОУ − тракт основного усиления; АЦП − аналого-цифровой преобразователь;

ЦП – цифровой процессор (приемник); ЦСЧ – цифровой синтезатор частот;

ЦАП − цифроаналоговый преобразователь.

Рис. 1.1. Функциональная схема цифрового РПрУ

1.2. Устройства, реализующие цифровую обработку сигналов

7

ТОУ представляет собой обычный аналоговый ВЧ-тракт. Он произ
водит предварительную частотную избирательность сигнала, его усиление 
и преобразование частоты непрерывного (аналогового) сигнала. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой код, который подается уже на 
собственно цифровой приемник.

В аналоговом ТОУ частота сигнала понижается до значения, при 

котором быстродействие АЦП обеспечивает дискретизацию аналогового 
сигнала. Для уверенного квантования сигнала с требуемой точностью 
необходимо усилить его до уровня срабатывания АЦП. В табл. 1.1 приведены для некоторых типов АЦП значения времени преобразования tпр, 
максимальной рабочей частоты дискретизации fд max и уровня срабатывания UВХ.

Таблица 1.1

Серия АЦП
tпр ,мкс
fд max ,кГц
UВХ, В

К1107ПВ 1
0,1
10.103
0,2...6,0

К1107ПВЗ
0,02
50.103

К572ПВ1А
470
70

Приемник (цифровой процессор) осуществляет поиск и обработку 

сигнала − дополнительное преобразование частоты, фильтрацию, детектирование и т.п. по заданной программе (алгоритму). Если требуется 
представление заложенной в сигнале информации в аналоговом виде, то 
после ЦП должен стоять цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Цифровой процессор по методу построения алгоритма обработки 

сигнала может быть:

− ЦП с аппаратной (жесткой) реализацией алгоритма;
− ЦП с программной (гибкой) реализацией алгоритма. 
В первом случае последовательность обработки сигнала в ЦП 

определяется электрическими соединениями между отдельными ИМС. 
Каждый узел ЦП предназначен для выполнения конкретной операции и 
можно установить их соответствие по функциям узлов в аналоговом 
РПрУ (смеситель, фильтр, гетеродин и т.п.). При такой реализации достигается наибольшее быстродействие при наименьших потребляемой мощ

1. Радиоприемные устройства с цифровой обработкой аналоговых сигналов

8

ности и массе. Однако при этом невозможно изменение алгоритма обработки сигнала в ЦП без его существенной переделки.

Во втором случае в качестве ЦП используется ЭВМ общего назна
чения или специализированная, созданная на базе микропроцессорного 
комплекта ИМС. При этом имеется возможность оперативного изменения 
алгоритма обработки сигнала, но сам процесс написания и отладки программы очень трудоемок. Структурная схема ЦРПрУ в этом случае имеет 
вид, представленный на рис. 1.2.

к оконечному 

устройству

от
ант.

УК
ЦП
ТОУ

АЦП

УУ

ОЗУ
ПЗУ
ЦАП

ЦСЧ

M

где УУ – усилительное устройство; ЦСЧ – цифровой синтезатор частот;

УК – устройства контроля; М − единая цифровая магистраль.

Рис. 1.2. Структурная схема цифрового РПрУ

Наличие между блоками единой цифровой магистрали обмена (М) 

позволяет сократить число соединений между ними, легко наращивать 
аппаратуру при ее модернизации, облегчает обнаружение и устранение 
неисправностей с помощью устройства контроля УК. Для ВЧ-соединений 
(например, выхода ЦСЧ и входа смесителя) приходится сохранить отдельные связи помимо магистрали. Между АЦП и ЦАП для управления 
их работой устанавливаются специальные устройства − контроллеры.

При создании ЦРПрУ основной трудностью является обеспечение 

его работы в реальном масштабе времени, особенно при реализации 
сложных алгоритмов обработки сигнала и информации.

Додетекторная цифровая обработка сигналов осуществляется в 

УПЧ. Цифровой обработке сигнала предшествует усиление сигнала в ана

1.2. Устройства, реализующие цифровую обработку сигналов

9

логовом усилительном тракте (ТОУ), после чего сигнал подается на АЦП. 
Невысокая чувствительность современных АЦП (1...10 мВ) и небольшой 
их динамический диапазон требуют тщательного согласования ТОУ с 
АЦП. Подход к решению этой задачи различен в зависимости от относительной ширины спектра принимаемого сигнала [14].

Реализация цифровой обработки сигналов зависит от вида сигнала 

и использовать ее целесообразно при внедрении широкополосных сигналов с большой базой В = 2ΔfспТс>> 1 (2Δfсп − ширина спектра сигнала, 
Тс − его длительность) [14]. К ним относятся сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией или фазовой манипуляцией, которые используются в широкополосных системах связи и в радиолокации. Обычные 
AM-сигналы являются узкополосными и имеют базу В ≈ 1.

В широкополосной системе связи (ШСС), в которой используется 

широкополосный сигнал с большой базой В, отношение сигнал/шум на 
входе и выходе ТОУ может быть меньше единицы (при условии отсутствия мощных гармонических помех) [14]. В этом случае без существенной потери чувствительности РПрУ можно использовать фазовую обработку сигнала и АЦП с двухуровневым квантованием сигнала. В качестве 
такого АЦП обычно используются компараторы. Двухуровневый АЦП 
должен реагировать только на знак сигнала. Поэтому среднеквадратическое значение напряжения на входе компаратора выбирается существенно 
большим (например, в 10 раз) порога срабатывания. С учетом этого коэффициент усиления мощности ТОУ от входа до АЦП [15]

вхАЦП
ш
0

2

пор

2

р
R
П
N
/
а
U
K 
,        
(1.1)

где Uпор − порог срабатывания компаратора; а − коэффициент запаса; 
No − спектральная плотность входных шумов; Пш − шумовая полоса ТОУ;
Rвх АЦП − входное сопротивление АЦП.

Необходимый коэффициент усиления ТОУ обеспечивается систе
мой АРУ по шумам на выходе УПЧ. Но технически проще реализовать 
ТОУ с применением усилителей-ограничителей, которые ограничивают 
входной сигнал в случае превышения им уровня, равного (aUпop).

В узкополосной системе связи отношение сигнал/шум на выходе 

ТОУ превышает единицу. Тем не менее, при угловой модуляции сигнала