Уровень техники
Настоящее изобретение относится к передаче и приему радиочастотных сигналов и, более конкретно, к способам и устройству для передачи и приема информации управления в сигнал цифрового аудиовещания.
Наблюдается растущий интерес к возможности радиовещания с использованием закодированных в цифровой форме аудиосигналов для обеспечения улучшенного качества воспроизведения аудиосигналов. Было предложено несколько подходов. Один такой подход, сформулированный в патенте США №5588022, раскрывает способ для одновременной радиопередачи аналоговых и цифровых сигналов в стандартном канале АМ-вещания. Передается амплитудно-модулированный (AM) радиочастотный сигнал, имеющий первый частотный спектр. Амплитудно-модулированный радиочастотный сигнал включает первую несущую частоту, модулируемую аналоговым сигналом программы. Одновременно, в пределах полосы, которая охватывает первый частотный спектр, передается множество сигналов несущих частот, модулированных в цифровой форме. Каждый из модулированных в цифровой форме сигналов несущих частот модулируется частью цифрового сигнала радиовещательной программы. Первая группа сигналов несущих частот, модулированных в цифровой форме, находится в пределах первого частотного спектра и модулируется в квадратуре по отношению к первому сигналу несущей частоты. Вторая и третья группы сигналов несущих частот, модулированных в цифровой форме, находятся за пределами первого частотного спектра и модулируются как синфазно, так и в квадратуре по отношению к первому сигналу несущей частоты.
Форма сигнала в системе цифрового аудиовещания, совместимой с АМ-сигналом, описанная в патенте США №5588022, была выбрана таким образом, чтобы обеспечить достаточную пропускную способность данных для цифрового сигнала, при этом избегая перекрестных помех по отношению к аналоговому АМ-каналу. Множество несущих частот используется для пересылки передаваемой информации, посредством мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (МОЧР).
В цифровой системе аудиовещания, совместимой с АМ-сигналом, закодированная в цифровой форме аудиоинформация передается одновременно с существующим аналоговым АМ-сигналом. Цифровая информация кодируется и передается с использованием модуляции МОЧР. Системы цифрового аудиовещания могут передавать цифровую информацию, используя различные скорости кодирования аудиосигнала и различные скорости прямого исправления ошибок, чтобы обеспечить в системе радиовещания компромисс между качеством аудиосигнала для зоны обслуживания и устойчивость к ухудшениям канала.
В патентной заявке Великобритании GB 2320871 А раскрыта система связи, использующая несущие частоты, мультиплексированные с ортогональным частотным разделением (МОЧР), включающие множество несущих частот пилот-сигналов, используемых для передачи параметров сигнала и обеспечивающих передачу информации синхронизации кадра. Патент США №5748686 раскрывает цифровую систему аудиовещания, в которой используется алгоритм синхронизации для согласования предварительно определенной конфигурации символов с принимаемым сигналом для определения синхронизации кадра.
Настоящее изобретение обеспечивает способ для определения режима передачи и информации синхронизации в сигнал цифрового аудиовещания, имеющем как аналоговую модулированную несущую частоту, так и множество модулированных в цифровой форме поднесущих частот.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает способ передачи сигнала цифрового аудиовещания, причем упомянутый сигнал включает модулированную в аналоговой форме несущую частоту и множество модулированных в цифровой форме поднесущих частот МОЧР в том же канале, что и модулированная в аналоговой форме несущая частота, отличающийся этапами:
задержки модулированной в аналоговой форме несущей частоты относительно модулированных в цифровой форме поднесущих частот МОЧР,
модуляции комплементарной пары модулированных в цифровой форме поднесущих частот МОЧР с одним битом управления в каждом из множества кадров символов МОЧР, причем последовательные упомянутые биты управления в последовательных упомянутых кадрах символов МОЧР образуют кадр управления, упомянутый кадр управления включает первую последовательность битов управления, представляющих режим передачи, вторую последовательность битов управления, представляющих слово синхронизации данных управления, и третью последовательность битов управления, представляющих слово синхронизации перемежителя, при этом упомянутая комплементарная пара поднесущих частот, включающая первую и вторую из поднесущих частот, расположена смежно к модулированной в аналоговой форме несущей частоте, и упомянутые первая и вторая из поднесущих частот имеют большую амплитуду, чем другие упомянутые поднесущие частоты, и
передачи модулированной в аналоговой форме несущей частоты и множества модулированных в цифровой форме поднесущих частот МОЧР.
Изобретение также обеспечивает систему цифрового аудиовещания для передачи сигнала, включающего модулированную в аналоговой форме несущую частоту и множество модулированных в цифровой форме поднесущих частот МОЧР в том же самом канале, что и модулированная в аналоговой форме несущая частота, отличающуюся тем, что она содержит:
средство для задержки модулированной в аналоговой форме несущей частоты относительно модулированных в цифровой форме поднесущих частот МОЧР,
средство для модуляции комплементарной пары модулированных в цифровой форме поднесущих частот МОЧР с одним битом управления в каждом из множества символов кадров МОЧР, причем последовательные упомянутые биты управления в последовательных кадрах символов МОЧР образуют кадр управления, кадр управления включает первую последовательность битов управления, представляющих режим передачи, вторую последовательность битов управления, представляющих слово синхронизации данных управления, и третью последовательность битов управления, представляющих слово синхронизации перемежителя, причем комплементарная пара поднесущих частот, включающая первую и вторую из поднесущих частот, расположена смежно к модулированной в аналоговой форме несущей частоте, и первая и вторая из упомянутых поднесущих частот имеют большую амплитуду, чем другие поднесущие частоты, и
средство для передачи модулированной в аналоговой форме несущей частоты и множества модулированных в цифровой форме поднесущих частот МОЧР.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:
фиг.1 - схематичное представление составного аналогового AM-сигнала и сигнала цифрового радиовещания, которые могут использоваться при осуществлении способа согласно настоящему изобретению,
фиг.2 - блок-схема передатчика, в котором может быть осуществлен способ обработки сигнала согласно настоящему изобретению,
фиг.3 - блок-схема приемника, в котором может быть осуществлен способ обработки сигнала согласно настоящему изобретению,
фиг.4 - более детальная блок-схема части приемника на фиг.3, и
фиг.5 - схематичное изображение кадра данных управления, который может быть обработан в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Настоящее изобретение обеспечивает способ для определения режима передачи и синхронизации для сигнала цифрового аудиовещания. Метод радиопередачи цифрового сигнала в том же самом канале, что и аналоговый АМ-сигнал, определяется как радиопередача "в полосе канала". Такое радиовещание реализуется передачей цифровой формы сигнала с помощью множества несущих частот, мультиплексированных с ортогональным частотным разделением (МОЧР), причем некоторые из них модулируются в квадратуре с аналоговым AM-сигналом и располагаются в пределах спектральной области, в которой стандартный сигнал АМ-радиовещания имеет значительную энергию. Оставшиеся цифровые несущие частоты модулируются как синфазно, так и в квадратуре с аналоговым AM-сигналом и располагаются в том же самом канале, что и аналоговый АМ-сигнал, но в спектральных областях, в которых аналоговый АМ-сигнал не имеет значительной энергии. В Соединенных Штатах излучения АМ-радиостанций ограничиваются рамками требований Федеральной комиссии связи таким образом, чтобы они находились в пределах маски уровня сигнала, определяемой так: излучение, удаленное от аналоговой несущей частоты на 10,2 кГц - 20 кГц, должно быть ослаблено по меньшей мере на 25 дБ ниже уровня немодулированной аналоговой несущей частоты, излучение, удаленное от аналоговой несущей частоты на 20 кГц - 30 кГц, должно быть ослаблено по меньшей мере на 35 дБ ниже уровня немодулированной аналоговой несущей частоты; и излучение, удаленное от аналоговой несущей частоты на 30 кГц - 60 кГц, должно быть ослаблено по меньшей мере на [35 дБ + 1 дБ/кГц] ниже уровня немодулированной аналоговой несущей частоты.
Фиг.1 изображает спектр АМ-сигнала цифрового аудиовещания такого типа, который может использоваться при осуществлении настоящего изобретения. Кривая 10 представляет амплитудный спектр стандартного радиовещательного амплитудно-модулированного сигнала, в котором несущая имеет частоту f0. Маска излучений, допускаемая Федеральной комиссией связи, обозначена позицией 12. Форма сигнала с МОЧР состоит из ряда несущих частот данных, разнесенных на f1 = 59,535•106/(131072), или приблизительно 454 Гц. Первая группа из двадцати четырех модулированных в цифровой форме несущих частот располагается в пределах полосы частот от (f0 - 12f1) до (f0 + 12f1), что иллюстрируется огибающей 14 на фиг.1. Большинство из этих сигналов на 39,4 дБ ниже уровня несущей частоты, немодулированного сигнала АМ - несущей с тем, чтобы минимизировать перекрестные помехи по отношению к аналоговому AM-сигналу. Перекрестные помехи дополнительно уменьшаются посредством кодирования этой цифровой информации способом, который гарантирует ортогональность с аналоговой АМ-формой сигнала. Такой тип кодирования называется комплементарным кодированием (то есть комплементарная двухпозиционная фазовая манипуляция (ДПФМн), комплементарная квадратурная фазовая манипуляция (КФМн) или комплементарная 32-позиционная квадратурная амплитудная модуляция (32 КАМ)), и более подробно он описан в патенте США №5859876. Комплементарная ДПФМн модуляция используется для самой внутренней пары цифровых несущих частот f0 ± f1, чтобы передавать информацию управления. Эти несущие частоты лежат на уровне -28 dБс (уровень среднего звукового давления в децибелах по шкале С шумомера). Все другие несущие частоты в этой первой группе имеют уровень -39,4 dБс и модулируются с использованием комплементарной 32 КАМ со скоростями кодирования 48 и 32 кБ/с. Комплементарная 8-позиционная фазовая манипуляция (8 ФМн) используется на несущих частотах, лежащих в пределах от (f0 - 11f1) до (f0 - 2f1), и от (f0 + 2f1) до (f0 + 11f1), со скоростью кодирования 16 кБ/с. Для всех трех скоростей кодирования несущие частоты (f0 - 12f1) и (f0 + 12f1) несут дополнительные данные и могут модулироваться с использованием комплементарной 32 КАМ.
Дополнительные группы цифровых несущих частот располагаются снаружи от первой группы. Необходимость для этих цифровых форм сигнала быть в квадратуре по отношению к аналоговому сигналу устраняется ограничением полосы частот аналогового AM-сигнала. Несущие частоты во второй и третьей группах, показанные огибающими 16 и 18 соответственно, могут модулироваться с использованием, например, 32 КАМ со скоростью кодирования 48 и 32 кБ/с, и 8 ФМн со скоростью кодирования 16 кБ/с. Несущие частоты установлены на уровне -30 dБс для всех скоростей кодирования.
Фиг.2 изображает блок-схему передатчика, соответствующего настоящему изобретению. Аналоговый сигнал радиовещательной программы (в данном примере включающий правую и левую части стереосигнала), который должен быть передан, подается на входные выводы 28 и 28'. Левый и правый каналы объединяются в суммирующей точке 29, а затем подаются через процессор 30 аналогового аудиосигнала, чтобы увеличить среднюю аналоговую амплитудную модуляцию, которая значительно расширяет зону обслуживания. Такие процессоры являются обычными для аналоговых AM радиовещательных радиостанций во всем мире. Аналоговый сигнал пропускают через фильтр 31 нижних частот, имеющий крутую характеристику среза получения в линии 32 отфильтрованного монофонического аналогового сигнала программы вещания. Фильтр 31 может иметь, например, частоту среза 5 кГц и ослабление 40 дБ, а за пределами 5,5 кГц. Дополнительно, эффект фильтрации посредством фильтра 31 может быть достигнут посредством обработки аудиосигнала в аналоговом процессоре 30 аудиосигнала.
Для тех приложений, в которых для передачи одного и того же материала программы должны использоваться аналоговые и цифровые части передаваемого сигнала, цифровой кодер 34 источника, который может осуществлять алгоритм кодирования, преобразует аналоговые сигналы правого и левого каналов программы в цифровой сигнал в линии 36. Прямое исправление ошибок и схема 38 перемежителя улучшают целостность данных в каналах, искаженных импульсным шумом и взаимными помехами, вырабатывая цифровой сигнал в линии 40. Для тех случаев, в которых передаваемый цифровой сигнал не является цифровой версией аналогового сигнала радиовещательной программы, для приема цифрового сигнала предусматривается порт 42 данных. Для тех случаев, в которых цифровая версия аналогового сигнала радиовещательной программы или цифровой сигнал, подаваемый на порт 42, должны быть дополнены включением дополнительных данных, также предусмотрен источник 44 дополнительных и вспомогательных данных. Часть вспомогательных данных может быть подана на вход цифрового кодера 34 источника. Кодер источника может резервировать часть выходных битов для передачи вспомогательных данных. Также, если источник аудиосигнала не требует полной скорости кодирования кодера источника, например, во время несложных музыкальных переходов, кодер может на доступном элементном базисе передавать вспомогательные данные. Когда кодер источника не требует полной скорости кодирования и может передавать вспомогательную информацию в дополнение к резервным вспомогательным данным, кодер источника мог бы указывать такое условие источнику вспомогательных данных, посылая к источнику вспомогательному данных сигнал, который показывает объем дополнительных данных, которые могут быть переданы. Вспомогательные данные могли бы использоваться для передачи таких сигналов, как экстренная информация, фондовые рыночные котировки, прогнозы погоды или информация, относящаяся к материалу программы аудиовещания, например названия песни.
Анализатор 46 данных принимает цифровые данные и вырабатывает множество выходных сигналов в линиях 48. Дополнительные данные, которые используются на несущих частотах (f0 - 12f1) и (f0 + 12f1), вводятся в линию 43. Сигналы в парах линий 48 от анализатора 46 данных образуют комплексные коэффициенты, которые, в свою очередь, применяются в алгоритме обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) в блоке 50, который вырабатывает синфазную (I) и квадратурную (Q) составляющие сигналов данных полосы частот в линиях 52 и 54 соответственно. Процессор 53 к выходным данным ОБПФ добавляет защитный интервал. В случае, когда выходные данные ОБПФ состоят из 128 выборок на одну операцию ОБПФ, защитный интервал состоит из 7 выборок. Защитный интервал добавляется посредством периодического расширения выходных данных ОБПФ, или другими словами, посредством взятия выборок с 1 по 7 и их копирования соответственно в качестве выборок с 129 до 135. После защитного интервала к данным применяется “окно” (финитная взвешивающая функция). Финитная взвешивающая функция уменьшает взаимные помехи со второй и третьей смежных станций, уменьшая боковые лепестки в передаваемом спектре.
Периодически, вместо передачи кодированных данных радиовещательной программы или вспомогательных данных посылаются тестовые последовательности, также известные как информация пилот-сигнала, которые представляют собой известные данные. Тестовая последовательность позволяет процессорам в приемнике, типа эквалайзера, быстро обнаруживать сигнал и отслеживать быстро изменяющиеся состояния канала. Тестовая последовательность может быть сохранена в устройстве 55 или может генерироваться устройством 55, и периодически выбираться в качестве передаваемой формы сигнала, например каждый десятый кадр. Альтернативно, информация для тестовой последовательности могла бы сохраняться в частотной области и подаваться на вход устройства ОБПФ. Однако сохранение информации во временной области уменьшает требуемое число операций ОБПФ. Хотя известные данные посылаются каждый десятый кадр, несущие частоты, отведенные для передачи дополнительных данных (f0 - 12f1) и (f0 + 12f1), могут не передавать известные данные каждый десятый кадр. В этом случае дополнительные данные для передачи в каждом десятом кадре являются входными данными для генератора формы сигнала тестовой последовательности, и вклад несущих частот, отведенных для дополнительных данных, добавляется к известным данным. Разница между дополнительными данными и вспомогательными данными заключается в том, что обработка дополнительных данных является полностью независимой от кодирования источника, прямого исправления ошибок и операций перемежения, которые используются для обработки кодированной в цифровой форме информации радиовещательной программы.
Обработанный аналоговый АМ-сигнал полосы модулирующих частот преобразуется в цифровой сигнал посредством аналого-цифрового преобразователя 60 и задерживается устройством 61 задержки. Задержка аналогового сигнала в передатчике обеспечивает разнесение во времени между аналоговыми и цифровыми сигналами в канале. Разнесение во времени обеспечивает возможность надежного сопряжения между аналоговыми и цифровыми сигналами. Задержанный аналоговый сигнал объединяется с синфазной частью цифровой формы сигнала цифрового аудиовещания (ЦАВ) в точке суммирования 62 для выработки составного сигнала в линии 64. Составной сигнал в линии 64 преобразуется в аналоговый сигнал посредством цифроаналогового преобразователя 66, фильтруется фильтром нижних частот 68 и поступает в смеситель 70, где он перемножается с радиочастотным сигналом, вырабатываемым в линии 72 локальным генератором 74. Квадратурный сигнал в линии 57 преобразуется в аналоговый сигнал посредством цифроаналогового преобразователя 76 и фильтруется фильтром нижних частот 78 для получения отфильтрованного сигнала, который перемножается во втором смесителе 80 с сигналом в линии 82. Сигнал в линии 72 сдвинут по фазе, как иллюстрируется в блоке 84, для получения сигнала в линии 82. Выходные сигналы смесителей 70 и 80 подаются по линии 86 и 88 в точку суммирования 90 для выработки составной формы сигнала в линии 92. Паразитные продукты смешения ослабляются полосовым фильтром 94, и результирующий ЦАВ сигнал впоследствии усиливается усилителем 96 мощности для подачи на передающую антенну 98.
Информация управления системой передается парой несущих частот МОЧР, которые являются ближайшими по частоте к АМ-несущей. Эти несущие частоты, одна расположенная ниже частоты АМ-несущей, а другая расположенная на ту же самую величину по частоте выше АМ-несущей, модулируются с использованием модуляции ДПФМн. ДПФМн несущие частоты составляют комплементарную пару, что означает то, что когда ДПФМн несущие частоты суммируются, то их результирующая оказывается в квадратуре к AM несущей частоте. ДПФМн несущие частоты становятся комплементарными за счет выбора модуляции на одной несущей частоте таким образом, чтобы она была отрицательно сопряженной с модуляцией на другой несущей частоте. Это означает, что хотя имеется две ДПФМн несущие частоты, информация о несущих частотах является не независимой, и несущие частоты передают всего только 1 бит информации управления на кадр МОЧР. Скорость передачи символов для предпочтительного варианта осуществления системы цифрового аудиовещания, совместимой с АМ-сигналом, составляет приблизительно 430,66 бит/с, что означает, что в секунду передаются 430,66 бита информации управления системой. Несущие частоты, самые близкие к АМ-несущей частоте, передаются с более высокой мощностью, чем другие несущие частоты МОЧР. Поскольку они являются самыми близкими к центру канала, эквалайзер в приемнике должен меньше адаптироваться для этих несущих частот, чем для несущих частот, расположенных дальше от центра канала, поскольку опорная фаза для цифрового сигнала нормирована по отношению к фазе в центре канала, а амплитуда цифрового сигнала нормирована по отношению к принятой мощности ДПФМн несущих частот. Кроме того, поскольку ДПФМн несущие частоты являются комплементарными, возрастает отношение сигнал/шум вследствие отведения несущих частот в приемнике. Кроме того, несущие частоты, которые являются самыми близкими к центру канала, наименее чувствительны к ошибкам в схемах синхронизации символов, или восстановления бод (скорости передачи информации). Указанные факторы совместно способствуют надежности информации управления.
Кроме того, согласно изобретению, как показано на фиг.2, биты управления генерируются генератором 100 последовательности управления режимом и синхронизации данных. Этот генератор может содержать запоминающее устройство, которое хранит указанную последовательность. Сигнал в линии 102 из процессора 38 ПИО и перемежителя используется для синхронизации управления режимом и последовательности синхронизации данных для выборки данных из перемежителя. Цифровой кодер источника посылает сигнал по линии 104 в генератор последовательности управления режимом и синхронизации данных, для того чтобы передать текущее значение скорости кодирования аудиосигналам. Последовательность управления режимом и синхронизации данных подается по линии 106 в устройство ОБПФ. Устройство ОБПФ использует данные, полученные по линии 106 в качестве входных данных для цифровых несущих частот, которые передают последовательность управления режимом и синхронизации данных. В одном из предпочтительных вариантов осуществления процессор ПИО и перемежителя содержит внешний код ПИО с последующим внешним перемежителем, за которым следует внутренний код ПИО с последующим внутренним перемежителем. Длина последовательности управления режимом и синхронизации данных может быть установлена такой, что последовательность обеспечивает данные для числа бод, которое равно числу бод, которое может быть передано с использованием данных во внутреннем перемежителе. Такая процедура позволяет определить границы внутреннего перемежителя в приемнике посредством соответствующей обработки последовательности управления режимом и синхронизации данных.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления имеется 400 кадров МОЧР, передаваемых на каждый кадр внутреннего перемежителя, где кадр внутреннего перемежителя относится к данным, необходимым для заполнения внутреннего перемежителя. Так как один бит информации управления приходится на кадр перемежителя, то имеется 400 битов информации управления, передаваемой в кадре перемежителя. Следовательно, если последовательность управления режимом и синхронизации данных имеет длину 400 битов, то последовательность будет повторяться на каждый кадр внутреннего перемежителя. Эти 400 битов делятся на 10 сегментов по 40 битов, в которых каждый сегмент длиной 40 битов называется кадром управления. На фиг.5 представлен формат из 40 битов, содержащий кадр 184 управления.
Фиг.3 изображает блок-схему приемника, выполненного с возможностью приема составных цифровых и аналоговых сигналов, показанных на фиг.1. Антенна 110 принимает составную форму сигнала, содержащую цифровые и аналоговые сигналы, и посылает сигнал в обычные входные каскады 112, которые могут включать в себя радиочастотный преселектор, усилитель, смеситель и гетеродин. Сигнал промежуточной частоты генерируется входными каскадами в линии 114. Этот сигнал промежуточной частоты проходит через схему 116 автоматической регулировки усиления (АРУ) в генератор 118 синфазного/квадратурного сигнала. Генератор синфазного/квадратурного сигнала генерирует синфазный сигнал в линии 120 и квадратурный сигнал в линии 122. Выходной сигнал синфазного канала по линии 120 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 124. Аналогично, выходной сигнал квадратурного канала по линии 122 подается на вход другого аналого-цифрового преобразователя 126. Сигналы обратной связи в линиях 120 и 122 используются для управления схемой 116 автоматической регулировки усилением. Сигнал в линии 120 включает в себя аналоговый АМ-сигнал, который, как иллюстрируется, выделяется блоком 140 и проходит на выходной каскад 142 и далее на громкоговоритель 144 или другое выходное устройство.
Для исключения энергии аналогового АМ-сигнала и выдачи отфильтрованного сигнала в линию 148 может использоваться дополнительный фильтр 146 верхних частот, чтобы отфильтровать синфазные составляющие в линии 128. Если фильтр верхних частот не используется, сигнал в линии 148 является таким же, как и в линии 128. Демодулятор 150 принимает цифровые сигналы по линиям 148 и 130 и вырабатывает выходные сигналы в линиях 154. Эти выходные сигналы подаются в эквалайзер 156, а выходной сигнал эквалайзера подается на переключатель 158. Выходной сигнал переключателя подается в схему 164 обращенного перемежителя и декодера прямого исправления ошибок для улучшения целостности данных. Выходной сигнал схемы обращенного перемежителя/прямого исправления ошибок подается в декодер 166 источника. Выходной сигнал декодера источника задерживается схемой 168 для компенсации задержки аналогового сигнала в передатчике и выравнивания по времени аналоговых и цифровых сигналов в приемнике. Выходной сигнал схемы 168 задержки преобразуется в аналоговый сигнал посредством цифроаналогового преобразователя 160 для получения сигнала в линии 162, которая ведет в выходной каскад 142.
Фиг.4 изображает детальную функциональную блок-схему, которая дополнительно иллюстрирует функционирование изобретения. Как синфазный (I), так и квадратурный (Q) сигналы обеспечиваются в линиях 148 и 130 в качестве входных сигналов для схемы 170 взвешивания с использованием финитной функции (формирования окна) и удаления защитного интервала. Эти сигналы могут быть выработаны с использованием элементов преобразователя с понижением частоты, подобных показанным на фиг.3. Финитная взвешивающая функция должна применяться так, чтобы цифровые несущие частоты оставались ортогональными, или чтобы по меньшей мере недостаток ортогональности между цифровыми несущими частотами был бы достаточно мал, чтобы не воздействовать на рабочие характеристики системы. Синфазный (I) и квадратурный (Q) сигналы синхронизируются с передаваемыми бодовыми интервалами, и каждый бод является входным сигналом для схемы 172 быстрого преобразования Фурье (БПФ). В некоторых случаях может оказаться выгодным выполнять операции взвешивания с использованием финитной функции и удаления защитного интервала до обработки фильтром 146 верхних частот. Выходные сигналы из схемы 170 взвешивания с использованием финитной функции и удаления защитного интервала являются входными сигналами для схемы 172 быстрого преобразования Фурье. Чтобы получить более высокие отношения сигнал/шум для комплементарных несущих частот, выходные сигналы БПФ для пар комплементарных несущих частот объединяются. Выходные сигналы БПФ подаются в умножитель 174 на коэффициенты по линиям 154. Умножитель на коэффициенты регулирует амплитуду и фазу данных для каждой цифровой несущей частоты, чтобы компенсировать эффекты канала, фильтрации передатчика и приемника и другие факторы, которые могут влиять на амплитуду и фазу принимаемой цифровой информации. Выходной сигнал умножителя на коэффициенты используется для принятия символьных решений, которые определяют данные, соответствующие точке из группы точек, которые были переданы. Процессор 176 определяет, какая из точек группы точек частотной области была передана. Эти решения, наряду с предварительно скорректированными точками из группы точек и предыдущими значениями коэффициентов эквалайзера используются для того, чтобы обновлять коэффициенты эквалайзера, что иллюстрируется блоком 178. Для обновления коэффициентов эквалайзера в блоке 178 может использоваться известный алгоритм, как например алгоритм наименьших квадратов или рекурсивный алгоритм наименьших квадратов.
Для демодуляции данных соответствующим образом приемник должен идентифицировать, когда принят тестовый бод. Когда принимается тестовый бод, выходной сигнал эквалайзера не вводится в процессоры распознавания символов (включающие ПИО и обращенные перемежители), поскольку информация тестового бода не используется для получения закодированного в цифровом сигнале программы аудиовещания. Таким образом, когда принимается тестовый кадр, в эквалайзере используется отличающийся множитель сходимости или постоянная адаптация. Кроме того, когда принимается тестовый бод, данные, которые вводятся в процедуру оценки мощности шума, обрабатываются по-другому. Таким образом, блок 176 символьных решений/априорных данных выдает идеальные данные, соответствующие тестовому боду, когда принимается тестовый бод, и символьные решения, когда принимается нормальный бод. Как показано на фиг.4, выходной сигнал умножителя на коэффициенты вводится в процессор 165, который определяет синхронизацию нормального и тестового сигналов.
Как показано на фиг.3 и 4, поток данных из умножителя на коэффициенты вводится в процессор 163 управления режимом и синхронизации данных. Этот процессор использует только данные последовательности управления режимом и синхронизации данных. Процессор 163 управления режимом и синхронизации данных обрабатывает информацию управления и определяет скорость кодирования аудиосигнала, а также границы внутреннего перемежителя. Сигнал пересылается по линии 167 в схему 164 обращенного перемежителя и прямого исправления ошибок для указания границ внутреннего перемежителя. Это приводит к синхронизации данных в приемнике по отношению к границам внутреннего перемежителя и позволяет обеспечить надлежащее функционирование схемы 164 обращенного перемежителя и прямого исправления ошибок. Также передается сигнал, чтобы указать декодеру источника скорость передачи кодированной аудиоинформации.
Настоящее изобретение обеспечивает формат передачи и способ приема для системы управления информацией в системе цифрового аудиовещания, совместимой с АМ-сигналом. Переданные данные включают режим передачи, синхронизацию перемежителя и информацию синхронизации данных управления. В предпочтительном варианте осуществления изобретения информация передается на несущих частотах МОЧР, которые являются самыми близкими к несущей частоте АМ-сигнала. Для того чтобы обеспечить высокие рабочие характеристики в присутствии шума и взаимных помех, используется формат модуляции ДПФМн. Синхронизирующие последовательности, описанные ниже, выбраны для получения низких уровней побочных максимумов автокорреляции.
Фиг.5 иллюстрирует полный кадр 184 управления данными. Как показано на фиг.5, необходимо определить первые 12 битов, обозначенные позицией 186, и использовать их по мере необходимости для модернизации будущих систем. Следующие 4 бита, обозначенные позицией 188, являются битами информации режима передачи. Эти биты указывают скорость кодирования аудиосигнала и скорость прямого исправления ошибок, используемые в сверточном кодере. В предпочтительном в настоящее время варианте осуществления системы цифрового AM-аудиовещания имеется 3 режима, установленных для передачи, включая кодирование аудиосигнала со скоростью 48 кБ/с, со скоростью сверточного кодера 3/5; кодирование аудиосигнала со скоростью 32 кБ/с, со скоростью сверточного кодера 2/5; и кодирование аудиосигнала со скоростью 36 кБ/с, со скоростью сверточного кодера 1/3. Для того чтобы иметь максимальное число различных битов, были выбраны 4-битовых кода информации режима передачи.
В приемнике информация режима передачи не требуется до тех пор, пока не будет принят полный кадр перемежителя. Следовательно, чтобы определить режим передачи, для приемника выгодно использовать информацию из 10 кадров управления в перемежителе. Один из способов определения режима передачи состоял бы в том, чтобы подсчитать число битов режима передачи, которые приняты как 1. С битовыми кодами, иллюстрируемыми на фиг.4, биты должны дать сумму, равную 0, 20 и 40 для скоростей кода 3/5, 2/5 и 1/3, соответственно. Для того чтобы определить, какой режим передачи осуществляется, может использоваться идеальное значение, самое близкое к суммарному значению. Моделирование этого алгоритма для определения режима передачи показало, что он является практичным и надежным, поскольку, если биты режима передачи не могут быть восстановлены из ДПФМн несущих частот, очень маловероятно, что данные для других несущих частот, которые используют более сложные форматы модуляции, могут быть восстановлены. Альтернативно, можно было бы выполнять корреляцию битов режима передачи со всеми возможными кодами режима передачи. Корреляция, обеспечивающая самый большой выходной сигнал, может быть выбрана как определяющая режим передачи. Результат корреляции может быть отфильтрован фильтром нижних частот, а для снижения влияния шума можно дополнительно учесть гистерезис. Корреляция может быть реализована с помощью логической операции "исключающее ИЛИ" (XOR) для принятых битов и возможных кодов режима передачи. Биты, полученные в результате операции "исключающее ИЛИ" для каждого кода режима передачи, могут быть просуммированы для представления значения корреляции.
Следующие четыре бита 190 представляют собой часть из 40 битов, которые содержат слово 194 синхронизации перемежителя. 40 битов слова синхронизации перемежителя передаются однократно в каждом кадре перемежителя, по 4 бита, передаваемых в течение каждого из 10 кадров управления, которые передаются в течение каждого кадра перемежителя. Приемник обрабатывает информацию синхронизации перемежителя для определения границ кадра перемежителя. Уникальное слово перемежителя было выбрано таким образом, чтобы иметь высокую автокорреляцию главного максимума с побочными максимумами, для того чтобы обеспечить возможность надежного определения границ перемежителя.
В частности, использовалась битовая конфигурация 1100111010111000101111010100100000100100, которая при выравнивании последовательности имеет автокорреляцию, равную 40, и когда последовательность не выровнена, имеет максимальный уровень побочных максимумов, равный +/- 4. Заметим, что автокорреляция определяется посредством коррелирования последовательности относительно периодического расширения ее самой, а эти числа получаются с использованием значения 1 для бита, равного 1, и -1 для бита, равного 0. По мере того, как кадр перемежителя обрабатывается приемником, могут быть собраны данные для полного слова синхронизации перемежителя посредством объединения последовательностей из четырех битов в каждом из десяти кадров управления. Для определения границ перемежителя можно выполнить корреляцию принятого слова синхронизации перемежителя с известным переданным словом перемежителя. В частности, каждый раз, когда принимается полный кадр управления, можно выполнить корреляцию последних 40 принятых битов синхронизации перемежителя с известной комбинацией. Для определения синхронизации перемежителя результат корреляции можно сравнить с порогом.
Чтобы достичь надлежащей корреляции, сначала необходимо обеспечить синхронизацию для ДПФМн кадра управления. Как показано на фиг.5, последние 20 битов (192) кадра управления состоят из уникального слова ДПФМн синхронизации. Назначение этой последовательности битов состоит в том, чтобы позволить приемнику осуществить синхронизацию с битовой конфигурацией кадра управления так, чтобы он мог выбирать надлежащие биты для режима передачи и информации синхронизации перемежителя. Подобно слову синхронизации перемежителя, это слово выбрано таким образом, чтобы обеспечить высокую автокорреляцию пика с побочными максимумами. В частности, использовалась битовая комбинация 11111011001010110001, которая имеет автокорреляцию, равную 20, когда последовательность выровнена, и максимальный уровень побочных максимумов, равный +/- 4, когда последовательность не выровнена. Для этих битов может использоваться известная переданная комбинация для того, чтобы выполнять корреляцию принятой битовой комбинации слова управления в приемнике. Поскольку другие 20 битов слова управления могли бы случайным образом формировать высокую корреляцию с уникальным словом ДПФМн синхронизации и уменьшать влияние шума, можно индивидуальным образом отфильтровать фильтром нижних частот выходной сигнал корреляции для каждой из возможных позиций корреляции в пределах кадра управления. Выходной сигнал фильтров нижних частот, или сигнал корреляций, если фильтр нижних частот не используется, можно сравнивать с порогом для определения того, когда достигается ДПФМн синхронизация.
Кадр управления может быть обработан для идентификации битов управления, представляющих слово синхронизации данных управления, посредством выполнения корреляции битов второй последовательности битов управления с заданным словом данных и сравнения результатов выполнения корреляции с заданным порогом.
Биты управления в кадре управления, представляющие режим передачи, для одного из множества кадров перемежителя могут быть суммированы для получения суммарного значения. А затем суммарное значение сравнивается с одним из множества предварительно определенных значений множества режимов передачи и выбирается режим передачи, соответствующий предварительно определенному значению, являющемуся наиболее близким к суммарному значению.
Настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство для передачи и приема информации управления в АМ-совместимом сигнале цифрового аудиовещания. В описании изложены некоторые предпочтительные способы и варианты осуществления настоящего изобретения, однако следует иметь в виду, что изобретение может быть реализовано иным образом в пределах объема формулы изобретения.
Заявлен способ для передачи информации управления в системе цифрового аудиовещания. Способ содержит этапы передачи множества битов управления в каждом из множества кадров управления, причем первая последовательность битов управления представляет режим передачи, а вторая последовательность битов управления представляет слово синхронизации данных управления. Множество битов управления может дополнительно включать третью последовательность битов, представляющую слово синхронизации перемежителя. Также заявлен реализованный в радиоприемнике способ определения режима передачи и синхронизации сигнала цифрового аудиовещания. Способ содержит этапы приема множества кадров перемежителя, содержащих цифровую информацию, причем каждый из кадров перемежителя включает множество кадров управления. Кадры управления включают множество битов управления, при этом первая последовательность битов управления представляет режим передачи, вторая последовательность битов управления представляет слово синхронизации данных управления. Множество битов управления может дополнительно включать третью последовательность битов, представляющую слово синхронизации перемежителя. Первая последовательность битов управления обрабатывается для определения режима передачи, вторая последовательность битов управления обрабатывается для определения синхронизации данных управления и третья последовательность битов управления обрабатывается для определения границы перемежителя. Раскрыты радиочастотные передатчики и приемники, в которых используются вышеупомянутые способы. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении перекрестных помех по отношению к аналоговому AM-сигналу. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
| US 5588022 А, 24.12.1996 | |||
| СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ПЕРВИЧНОЙ ПОСАДКЕ ТРУДНООБРУШАЕМОЙ КРОВЛИ КРИОЛИТОЗОНЫ | 2006 |
|
RU2320871C2 |
| RU 97105427 А, 20.04.1999 | |||
| Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
| Прибор для очистки паром от сажи дымогарных трубок в паровозных котлах | 1913 |
|
SU95A1 |
| Устройство сопряжения каналов тональной частоты цифровых и аналоговых систем передачи | 1981 |
|
SU1061274A1 |
