СПОСОБ НАЗЕМНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2001 года по МПК H04N7/85 H04H1/00 H04J1/05 

Предшествующий уровень техники
Изобретение относится к способу согласно ограничительной части главного пункта формулы изобретения.

При наземном распространении телевизионных сигналов вследствие топографических условий, но главным образом вследствие неодинаковых расстояний от различных передатчиков до приемника, на месте приема могут возникать очень большие различия в напряженности поля. В результате постоянно ограниченной избирательности и линейности входного каскада приемника при занятии всех теоретически возможных телевизионных каналов, в частности при занятии соседних телевизионных каналов аналого-модулированными телевизионными программами, могут возникать помехи, обусловленные слишком большими различиями между уровнями используемого ("полезного") и соседнего каналов, а также перекрестной и взаимной модуляцией. Попытки ограничить эти помехи сводятся к тому, что избегают занятия соседних каналов. Не используемые таким образом соседние каналы часто называют запрещенными каналами. Это приводит к тому, что в результате двухмерности обслуживаемой зоны и вытекающих отсюда перекрытий различных передатчиков для определенной области далеко не все из возможных наземных телевизионных каналов могут быть заняты. Образующаяся в результате нехватка частот усугубляется еще тем, что даже для двух передатчиков, передающих одну и ту же программу, необходимо предусматривать в области перекрывания различные частоты, так как в противном случае, как правило, появляются помехи совмещенного канала, такие, как, например, повторные изображения в результате различий во времени прохождения сигнала или зоны затухания сигнала в результате интерференций.

Краткое описание изобретения
По сравнению с прототипом преимущество предлагаемого способа, характеризующегося отличительными признаками главного пункта формулы изобретения, состоит в том, что не используемые запрещенные каналы могут быть заняты цифровыми сигналами, в частности цифровыми радиовещательными и/или телевещательными сигналами, не приводя при этом к заметной взаимной и перекрестной модуляции другими цифровыми сигналами и аналоговыми сигналами уже занятых каналов. Таким образом можно использовать значительно большее число каналов для наземной передачи сигналов.

Предпочтительные варианты выполнения способа, указанного в главном пункте формулы изобретения, приведены в зависимых пунктах формулы.

Для уменьшения взаимной и перекрестной модуляции преимущественно применяют модуляцию цифровых сигналов по ОЧУ-методу (кодовое ортогональное частотное уплотнение) согласно п. 2 формулы изобретения.

Согласно п. 3 и 4 формулы изобретения предпочтительно передавать по меньшей мере один цифровой сигнал со сравнительно низкими уровнями. Благодаря этому более помехочувствительные в сравнении с цифровыми сигналами аналоговые сигналы при ограниченной избирательности входного каскада приемника при приеме заметно не ухудшаются.

Преимущество уменьшения количества данных согласно п. 5 формулы изобретения состоит в том, что в запрещенных каналах может быть размещено максимальное количество программ и/или информационных услуг.

Благодаря тому, что между диапазоном частот по меньшей мере одного цифрового сигнала и по меньшей мере одного соседнего канала предусматривается защитный частотный интервал (разнос по частоте), существенно повышается помехозащищенность при постоянно ограниченной избирательности входных каскадов приемника и декодирующего устройства.

Согласно п. 7 формулы изобретения предпочтительно применение той же частоты в том же канале для передачи программы или информационной услуги различными передатчиками. Это позволяет максимально увеличить число программ для наземного распространения сигнала в пределах заданного диапазона частот.

Согласно п. 8 формулы изобретения предпочтительна защита нескольких цифровых информационных, радиовещательных и/или телевещательных сигналов от взаимного влияния при приеме за счет применения защитного частотного интервала.

Краткое описание чертежей
Ниже изобретение подробнее поясняется на примере его выполнения со ссылкой на чертежи. На фиг. 1 показано устройство для наземного излучения цифровых информационных, радиовещательных и/или телевещательных сигналов, на фиг. 2 и 3 показан пример занятия трех соседних каналов соответственно аналоговыми и цифровыми спектрами сигналов, на фиг. 4 показано устройство для приема наземно передаваемых цифровых сигналов, на фиг. 5 показан спектр цифрового сигнала и на фиг. 6 показано занятие канала для передачи сигналов цифрового телевещания.

На фиг. 1 позицией 10 обозначен мультиплексор, на который через первое, второе и третье кодирующие устройства 1, 2 и 3 подают по одному цифровому телевещательному сигналу, а через четвертое-девятое кодирующие устройства 4-9 подают по одному радиовещательному сигналу. Мультиплексор 10 соединен через модулятор 15 и усилитель 20 с передающей антенной 25 для наземного излучения цифровых радиовещательных и телевещательных сигналов.

Кодирующие устройства 1-9 уменьшают количество данных цифровых телевещательных сигналов и цифровых радиовещательных сигналов, за счет чего реализуется ограничение частотных спектров цифровых сигналов. Для уменьшения количества данных пригодны, например, такие алгоритмы сжатия данных, как стандарты MPEG 1, MPEG 2 или MPEG 4 (разрабатываемые группой экспертов стандарты на методы сжатия видеоизображений, передающих движение).

Для уменьшения звуковых данных пригоден стандарт ISO MPEG 11172 с его различными уровнями. Поданные на мультиплексор 10 через кодирующие устройства 1-9 цифровые сигналы объединяются в мультиплексоре 10 с частотным уплотнением в цифровой сигнал с последующей модуляцией в модуляторе 15, например, предпочтительно по ОЧУ-методу модулирования (ортогональное частотное уплотнение), при необходимости также по ФМн-методу (фазовая манипуляция) или по КАМн-методу (квадратурная амплитудная модуляция) с подавлением несущей. Одной целью этого является реализация частотного спектра 41 цифрового сигнала согласно фиг. 5 с динамическим диапазоном 100, лежащим ниже заданного значения для уменьшения взаимной и перекрестной модуляции другими цифровыми сигналами или аналоговыми сигналами. Другая цель этого состоит в том, чтобы ограничить амплитуду частотного спектра 41 цифрового сигнала заданным значением и преобразовать цифровой сигнал в соответствии с расположением частот канала 31, с которым со стороны более низких и со стороны более высоких частот соседствуют два канала 30 и 32 согласно фиг. 2. Уровень модулированного цифрового сигнала затем устанавливают с помощью усилителя 20 на значение, которое, как правило, может быть существенно более низким, чем пиковый уровень аналоговых телевещательных сигналов, и излучают этот сигнал с помощью передающей антенны 25.

На фиг. 2 показан пример занятия канала 31 для цифрового сигнала, соседнего с ним со стороны более низких частот канала 30 для аналогового телевещательного сигнала и соседнего с ним со стороны более высоких частот канала 32 также для аналогового телевещательного сигнала. На диаграмме по фиг. 2 амплитуда А соответствующего частотного спектра нанесена по частоте f. Ниже аналоговый канал 30, соседний с каналом 31 со стороны более низких частот, называется первым каналом, канал 31 для цифрового сигнала называется вторым каналом, а канал 32, соседний с каналом 31 со стороны более высоких частот, называется третьим каналом. Первый канал 30 ограничивается нижней предельной частотой f₁ и верхней предельной частотой f₂ и содержит спектр 35 первого аналогового телевещательного сигнала с несущей изображения с частотой f_T1. Третий канал 32 ограничивается нижней предельной частотой f₃ и верхней предельной частотой f₄ и содержит спектр 36 второго аналогового телевещательного сигнала с несущей изображения с частотой f_T2. Второй канал 31 для цифрового сигнала ограничивается верхней предельной частотой f₃ первого канала 30 и нижней предельной частотой f₃ третьего канала 32. Второй канал 31 в качестве соседнего для двух аналоговых каналов 30 и 32 является так называемым запрещенным каналом.

Спектр цифрового сигнала поделен на четыре блока 40, соответственно отделенных один от другого защитным частотным интервалом 50 с шириной полосы частот f_S2. Между спектром 41 цифрового сигнала и верхней предельной частотой f₂ первого канала 30, соответственно нижней предельной частотой f₃ третьего канала 32 предусмотрен защитный частотный интервал 45 с шириной полосы частот f_S1. При ширине полосы частот около 7 МГц второго канала 31 этот второй канал 31 может быть разбит на четыре блока, каждый приблизительно по 1,5 МГц, а оставшиеся приблизительно 1 МГц могут быть использованы для защитных частотных интервалов 50 между отдельными блоками 40 и для защитных частотных интервалов 45 между спектром 41 цифрового сигнала и верхней предельной частотой f₂ первого канала 30, соответственно нижней предельной частотой f₃ третьего канала 32.

При ширине полосы частот около 8 МГц для второго канала 31 этот второй канал 31 также может быть разбит на четыре блока, каждый приблизительно по 1,5 МГц, а оставшиеся около 2 МГц могут быть использованы для защитных частотных интервалов 50 между отдельными блоками 40 и для защитных частотных интервалов 45 между спектром 41 цифрового сигнала и верхней предельной частотой f₂ первого канала 30, соответственно нижней предельной частотой f₃ третьего канала 32. Благодаря модуляции в модуляторе 15 спектр 41 цифрового сигнала ограничивается заданным значением, которое существенно меньше амплитуд несущих изображения у аналоговых телевещательных сигналов с частотами f_T1 и f_T2. Кроме того, благодаря модуляции динамический диапазон 100 и амплитуда спектра 41 цифрового сигнала ограничиваются заданным значением, которое значительно меньше динамического диапазона, соответственно амплитуды несущей изображения у спектров 35 и 36 аналоговых сигналов первого и третьего каналов 30 и 32.

Таким образом, происходит лишь незначительная взаимная и перекрестная модуляция цифровых сигналов между собой и с цифровыми сигналами первого и третьего каналов 30 и 32. Применение одного из вышеназванных методов модуляции и передачи цифрового сигнала с уровнями, которые значительно ниже уровней аналоговых сигналов, позволяет избежать пиковых уровней в цифровом сигнале. Благодаря этому, а также благодаря защитным частотным интервалам 45 между спектром 41 цифрового сигнала и верхней предельной частотой f₂ первого канала 30, соответственно нижней предельной частотой f₃ третьего канала 32 уменьшаются помехи аналоговых телевещательных сигналов в приемнике с ограниченной избирательностью.

Защитные частотные интервалы 50 между отдельными блоками 40 спектра 41 цифрового сигнала служат для разнесения соответствующих блоков 40 с содержащимися в них цифровыми радиовещательными и/или телевещательными сигналами и таким образом для предотвращения взаимного влияния. Влияние на цифровые сигналы в приемнике со стороны поступающих и принимаемых параллельно с ними аналоговых телевещательных сигналов оказывается пренебрежимо малым вследствие высокой помехоустойчивости при выбранной передаче и обработке сигнала в цифровой форме и при необходимости при применении блочных способов исправления ошибок, уплотнения импульсных сигналов и/или внешней защиты от ошибок, например, по методу Рида-Соломона.

В каждом из четырех блоков 40 согласно фиг. 2 могут быть размещены по меньшей мере шесть стереозвуковых радиопрограмм при сжатии данных по стандарту ISO MPEG 11172 Layer 2 или передано не менее одной ТВ-программы при сжатии данных по стандарту MPEG 1 или 2. Стандарт ISO MPEG 11172 Layer 3 на один 1,5 МГц-вый блок 40 допускает расширение с шести до двенадцати звуковых радиопрограмм при скорости передачи 128 кбит/с на звуковую радиопрограмму, стандарт MPEG 4 допускает расширение числа телевизионных программ на 1,5 МГц-вый блок по меньшей мере до двух. Во втором канале 31 для цифрового сигнала отдельно или блоками могут быть переданы также другие цифровые дополнительные сигналы или же другая сигнальная информация. К ним относятся, например, такие информационные услуги, как пейджинг, объявления, электронная газета, обновление банков данных, транспортные сообщения и визуальные представления, биржевые данные, расписания движения транспорта и т.д.

Для занятия запрещенных каналов в ультравысокочастотном (УВЧ) диапазоне также могут быть использованы сигналы цифрового телевещания [(ЦТВ-сигналы (digital video broadcasting)], которые в настоящее время определены лишь для 8 МГц-вого поля. При расчете параметров 7 МГц-вого поля для ЦТВ-сигналов возможно также предусмотреть занятие запрещенных каналов в диапазоне очень высоких (ОВЧ) частот. При этом согласно фиг. 6 во втором канале 31 передается замкнуто кодированный блок 40 частот с защитными частотными интервалами 45 на границах с соседними каналами 30 и 32.

Дополнительное занятие запрещенных каналов на территории действия стандарта PAL B/G может быть количественно определено следующим образом:
Полоса 1 (ОВЧ): дополнительный 7 МГц-вый канал, в случае если ТВ-программами заняты только канал E2, имеющий частоту несущей изображения 48,25 МГц, и канал E4, имеющий частоту несущей изображения 62,25 МГц, два дополнительных 7 МГц-вых канала, в случае, если занят лишь канал E3, имеющий частоту 55,25 МГц несущей изображения.

Полоса III (ОВЧ): четыре дополнительных 7 МГц-вых канала или больше, в зависимости от занятия аналого-модулированными ТВ- программами.

Полоса IV (УВЧ): восемь дополнительных 8 МГц-вых каналов или больше, в зависимости от занятия аналого-модулированными ТВ- программами.

Полоса V (УВЧ): четырнадцать дополнительных 8 МГц-вых каналов или больше, в зависимости от занятия аналого-модулированными ТВ-программами.

В еще одном примере выполнения согласно фиг. 3 реализовано занятие первого канала 30 и третьего канала 32 спектром аналогового телевещательного сигнала 35, соответственно 36, как и на фиг. 2. Однако спектр 41 цифрового сигнала во втором канале 31 поделен на три блока 40, разнесенных один от другого защитным частотным интервалом 50 с шириной полосы частот f_S2 и отделенных от верхней предельной частоты f₂ первого канала 30 и нижней предельной частоты f₃ третьего канала 32 соответственно защитным частотным интервалом 45 с шириной полосы частот f_S1. Эта реализация целесообразна при применении 6 МГц-вого поля и ширины блока приблизительно 1,5 МГц. Оставшиеся около 1,5 МГц используются для защитных частотных интервалов 50 между отдельными блоками 40 и для защитных частотных интервалов 45 между спектром 41 цифрового сигнала и верхней предельной частотой f₂ первого канала 30, соответственно нижней предельной частотой f₃ третьего канала 32.

Далее имеется возможность вместо 1,5 МГц-вых выбрать блоки также и другой ширины или даже использовать, как в случае ЦТВ-сигналов, сразу весь второй канал 31 целиком.

При применении ОЧУ-метода модуляции существует возможность использования, путем вещания на общей волне в зоне обслуживания телевизионной станции, одной и той же частоты в одном и том же канале для одной и той же программы, передаваемой различными передатчиками.

На фиг. 4 позицией 55 обозначен приемник с приемной антенной 60, которая соединена через полосовой фильтр 65 и демодулятор 70 с демультиплексором 75. Приемник 55 содержит, кроме того, декодирующее устройство 80 для цифровых телевещательных сигналов и декодирующее устройство 81 для цифровых радиовещательных сигналов. На декодирующее устройство 80 для цифровых телевещательных сигналов подаются цифровые телевещательные сигналы, поступающие от демультиплексора 75, а на декодирующее устройство 81 для цифровых радиовещательных сигналов подаются цифровые радиовещательные сигналы, которые также поступают от демультиплексора 75. Декодированные цифровые телевещательные сигналы подаются на цифровой вход 86 телеприемнмка 85, а декодированые цифровые радиовещательные сигналы подаются через аудиоусилитель 90 на громкоговоритель 95.

Принятый приемником 55 через приемную антенну 60 сигнал содержит цифровые телевещательные сигналы и цифровые радиовещательные сигналы, наземно излученные схемой согласно фиг. 1 и объединенные в одном цифровом сигнале. В полосовом фильтре 65 селектируется второй канал 31, в котором передается этот цифровой сигнал. Селектированный цифровой сигнал затем подается на демодулятор 70 и в нем демодулируется. И, наконец, демодулированный цифровой сигнал разделяется в демультиплексоре 75 на два цифровых сигнала, причем один цифровой сигнал содержит цифровые ТВ-программы, а другой цифровой сигнал содержит цифровые звуковые радиовещательные программы. В завершение в декодирующем устройстве 80 для цифровых ТВ-программ и в декодирующем устройстве 81 для цифровых звуковых радиовещательных программ цифровые телевещательные, соответственно цифровые радиовещательные сигналы расширяются. Расширенный цифровой сигнал, содержащий цифровые телевещательные сигналы, затем подается на цифровой вход 86 телеприемника 85, разделяется в нем на отдельные ТВ-программы, подвергается цифроаналоговому преобразованию и в заключение воспроизводится в изображении и звуке. Расширенный цифровой сигнал, содержащий цифровые радиовещательные сигналы, подается на аудиоусилитель 90, разделяется в нем на отдельные звуковые радиовещательные программы, подвергается цифроаналоговому преобразованию, усиливается и подается на громкоговоритель 95 для воспроизведения звука.

В других вариантах осуществления способа согласно изобретению лишь динамический диапазон 100 спектра 41 цифрового сигнала ограничивают с помощью модуляции заданным значением, в некоторых вариантах выполнения изобретения имеет место лишь ограничение амплитуды цифрового спектра 41 заданным значением. Как правило, в этих случаях имеется более широкий защитный частотный интервал 45 на границах с соседними каналами 30 и 32 или применяются входные каскады приемника с более высокой избирательностью.

Изобретение относится к радиосвязи, в частности к передаче цифровых радиовещательных или телевещательных сигналов. Способ наземной передачи цифровых сигналов характеризуется тем, что по меньшей мере один цифровой сигнал передают по меньшей мере в одном канале, соседнем по меньшей мере с одним занятым или незанятым каналом для передачи аналогового телевещательного сигнала, при этом динамический диапазон спектра по меньшей мере одного цифрового сигнала меньше заданного значения, которое значительно меньше динамического диапазона спектра аналогового телевещательного сигнала, и/или амплитуда спектра по меньшей мере одного цифрового сигнала меньше заданного значения, которое значительно меньше амплитуды несущей изображения аналогового телевещательного сигнала. Достигаемый технический результат - уменьшение взаимное и перекрестной модуляции. 11 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ наземной передачи по меньшей мере одного цифрового сигнала, в частности цифрового радиовещательного или телевещательного сигнала, отличающийся тем, что передают по меньшей мере один цифровой сигнал по меньшей мере в одном канале (31), соседнем по меньшей мере с одним занятым или незанятым каналом (30,32) для передачи аналогового телевещательного сигнала, при этом динамический диапазон (100) спектра (41) по меньшей мере одного цифрового сигнала меньше заданного значения, которое значительно меньше динамического диапазона спектра (35,36) аналогового телевещательного сигнала, и/или амплитуда спектра (41) по меньшей мере одного цифрового сигнала меньше заданного значения, которое значительно меньше амплитуды, несущей изображения аналогового телевещательного сигнала. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один цифровой сигнал передают в модулированном предпочтительно по ОЧУ-методу (кодовое ортогональное частотное уплотнение) виде. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что уровень по меньшей мере одного передаваемого цифрового сигнала не превышает заданного значения, которое значительно меньше пикового уровня аналогового телевещательного сигнала. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что уровень по меньшей мере одного принимаемого цифрового сигнала ниже пикового уровня аналогового телевещательного сигнала на величину приблизительно до 20 дБ. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что количество данных по меньшей мере одного цифрового сигнала уменьшают путем кодирования. 6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что частотный диапазон по меньшей мере одного цифрового сигнала при передаче по меньшей мере в одном канале (31) отделен защитным частотным интервалом (45) по меньшей мере от одного соседнего занятого или незанятого канала (30,32). 7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что цифровые, модулированные по ОЧУ-методу сигналы одинакового содержания передаются в одной зоне обслуживания различными передатчиками на той же частоте и в частотном диапазоне по меньшей мере одного канала (31). 8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что при передаче нескольких отдельных или объединенных в блоки цифровых сигналов по меньшей мере в одном канале (31) частотные диапазоны по меньшей мере двух цифровых сигналов отделены один от другого защитным частотным интервалом (50). 9. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что по меньшей мере один канал (31) при ширине канала около 6 МГц разделяют на три блока (40) приблизительно по 1,5 МГц каждый, а оставшиеся около 1,5 МГц используют в качестве защитных частотных интервалов (50) между отдельными блоками (40) и в качестве защитных частотных интервалов (45) между частотным диапазоном цифрового спектра (41) и верхним и нижним соседними каналами (32) и (30). 10. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что по меньшей мере один канал (31) при ширине канала около 7 МГц разделяют на четыре блока (40) приблизительно по 1,5 МГц каждый, а оставшиеся около 1 МГц используют в качестве защитных частотных интервалов (50) между отдельными блоками (40) и в качестве защитных частотных интервалов (45) между частотным диапазоном цифрового спектра (41) и верхним и нижним соседними каналами (32) и (30). 11. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что по меньшей мере один канал (31) при ширине канала около 8 МГц разделяют на четыре блока (40) приблизительно по 1,5 МГц каждый, а оставшиеся около 2 МГц используют в качестве защитных частотных интервалов (50) между отдельными блоками (40) и в качестве защитных частотных интервалов (45) между частотным диапазоном цифрового спектра (41) и верхним и нижним соседними каналами (32) и (30). 12. Способ по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что по меньшей мере в одном канале (31) передают замкнуто кодированный, в частности содержащий сигналы цифрового телевизионного вещания (ЦТВ-сигналы), блок (40) частот с защитными частотными интервалами (45) на границах с соседними каналами (30) и (32).