Способ и система цифрового звукового радиовещания с частотной модуляцией (чм) типа "в полосе на канале"

 

Изобретение предлагает способ радиовещания, включающий этапы размещения вещательного сигнала в центральной полосе частот FM-радиоканала, размещения первого множества поднесущих в верхней боковой полосе FM-радиоканала, размещения второго множества поднесущих в нижней боковой полосе FM-радиоканала, модуляции первых групп первого и второго множеств поднесущих с использованием кодированной дополнительным перфорированным сверточным кодом версии программного материала, передачи вещательного сигнала, первых групп первого и второго множеств поднесущих. В полностью цифровом варианте реализации изобретения центральная полоса частот может включать множество поднесущих, передаваемых на более низком уровне мощности, чем у поднесущих в верхней и нижней боковых полосах. Эти дополнительные поднесущие могут использоваться для передачи дополнительных данных. Предложены передатчики и приемники, использующие данный способ. 3 с. и 10 з.п.ф-лы, 7 ил.

Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к радиовещанию и, в частности, к форматам модуляции для цифрового звукового радиовещания (DAB)-digital audio broadcasting с частотной модуляцией типа "в полосе на канале" существующих (находящихся в эксплуатации) станций (IBOC-In-Band-On-Channel) и к системам радиовещания, использующим такие форматы модуляции.

"Цифровое звуковое радиовещание" представляет собой среду для обеспечения аудиосигнала цифрового качества, превосходящего существующие аналоговые форматы радиовещания. Цифровое звуковое радиовещание с частотной модуляцией в полосе канала существующих станций может осуществляться в гибридном формате, где цифровым способом модулированный сигнал сосуществует с текущим передаваемым аналоговым сигналом частотной модуляции (FM). Вещание в полосе канала существующих станций не требует новых распределений спектра частот, так как каждый сигнал цифрового звукового радиовещания одновременно передается в пределах спектральной маски существующего распределения FM-каналов. Вещание в полосе канала существующих станций способствует экономии спектра, в то же время позволяя вещательным радиостанциям предоставлять аудиосигнал цифрового качества для уже существующей у них аудитории. Используемые системы вещания с частотной модуляцией в полосе канала радиостанций раскрыты в патентах США 5465396; 5315583; 5278844 и 5278826.

Преимущества цифровой передачи аудиоинформации включают лучшее качество сигнала с меньшим шумом и более широким динамическим диапазоном по сравнению с существующими FM-радиоканалами. Первоначально должен быть введен гибридный формат, чтобы позволить существующим приемникам продолжать принимать аналоговый FM-сигнал и в то же время позволить новым IBOC-приемникам декодировать цифровой сигнал. Системы цифрового звукового вещания гибридного формата описаны в следующих публикациях: Крегер (Кrоеgеr) и др. "Помехоустойчивый модем и технологии кодирования для гибридной системы цифрового звукового радиовещания с частотной модуляцией в полосе канала существующих станций". Труды по вещанию IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике), том 43, 4, декабрь 1997; Крегер и др. "Совместимость гибридной системы цифрового звукового вещания с частотной модуляцией, работающей в полосе канала существующих станций". Труды IEEE по вещанию, том 43, 4, декабрь 1997; Крегер и др. "Помехоустойчивая IBOC DAB AM (amplitude modulation - амплитудная модуляция) и FM технология для цифрового звукового вещания", 51-я Ежегодная конференция по технологиям вещания (NAB) (National Association of Broadcasters - Национальная ассоциация вещательных организаций), апрель 1997; и опубликованная в рамках РСТ заявка на патент WO 9749207 А. Когда-нибудь в будущем, когда IBOC DAB-приемники станут повсеместно распространенными, вещательные организации смогут выбрать для передачи полностью цифровой формат. Система цифрового звукового вещания в полностью цифровом формате описана в публикации Купо (Cupo) и др. "Система полностью цифрового AM и FM радиовещания в полосе канала существующих станций с ортогональным частотным уплотнением (OFDM-orthogonal frequency division multiplexing), использующая РАС (perceptual audio coding - кодирование воспринимаемого аудиосигнала) - кодер. Труды IEEE по вещанию, том 44, 1, март 1998. Целью гибридной системы IBOC DAB с частотной модуляцией является предоставление стереофонического цифрового аудиосигнала (плюс данные) с качеством виртуального компакт-диска с одновременной передачей существующего FM-сигнала. Целью полностью цифровой системы IBOC DAB с частотной модуляцией является предоставление стереофонического аудиосигнала с качеством виртуального компакт-диска совместно с каналом данных с емкостью приблизительно до 200 Кбит/с в зависимости от интерференционной ситуации для конкретной станции.

Можно предполагать, что будет осуществлен переход от гибридных к полностью цифровым форматам вещания IBOC DAB, и было бы желательно создать формат модуляции, который мог бы использоваться обеими системами, в результате чего упомянутый переход мог быть осуществлен с минимальными изменениями в передающем оборудовании.

Сущность изобретения Изобретение предлагает способ радиовещания, содержащий этапы: размещения первого множества поднесущих в верхней боковой полосе FM-радиоканала, причем верхняя боковая полоса имеет диапазон приблизительно от +100 кГц до +200 кГц от центральной частоты радиоканала; размещения второго множества поднесущих в нижней боковой полосе FM-радиоканала, причем нижняя боковая полоса имеет диапазон приблизительно от -100 кГц до -200 кГц от центральной частоты радиоканала; модуляции первой группы первого множества поднесущих с использованием прошедшей цифровую обработку кодированной версии программного материала, который должен передаваться; и модуляции первой группы второго множества поднесущих с использованием прошедшей цифровую обработку версии программного материала, который должен передаваться; и этот способ отличается тем, что он содержит этапы размещения третьего множества поднесущих в центральной полосе частот FM-радиоканала, где спектральная плотность мощности третьего множества поднесущих меньше спектральной плотности мощности поднесущих в верхней и нижней боковых полосах; модуляции третьего множества поднесущих дополнительными данными; и передачи первой группы первого множества поднесущих, первой группы второго множества поднесущих и третьего множества поднесущих.

При работе в гибридном формате модуляции сигнал центральной полосы частот содержит несущую, модулированную по частоте аналоговым программным сигналом. При работе в полностью цифровом формате модуляции сигнал центральной полосы частот содержит третье множество поднесущих, модулированных цифровым сигналом, и передается на средней спектральной плотности мощности, меньшей, чем у поднесущих верхней боковой полосы и нижней боковой полосы.

Изобретение также охватывает передатчики и приемники, которые используют описанный выше способ.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 является схематическим представлением распределения частот и относительной спектральной плотности мощности компонентов сигнала для FM IBOC DAB-сигнала гибридного формата.

Фиг. 2 является схематическим представлением распределения частот и относительной спектральной плотности мощности компонентов сигнала для FM IBOC DAB-сигнала полностью цифрового формата в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 является схематическим представлением распределения частот и относительной спектральной плотности мощности компонентов сигнала для верхней боковой полосы FM IBOC DAB-сигнала в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 является схематическим представлением распределения частот и относительной спектральной плотности мощности компонентов сигнала для нижней боковой полосы FM IBOC DAB-сигнала в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 5 иллюстрирует потенциальную интерференцию между трансляцией канала в соответствии с данным изобретением и левым первым соседним аналоговым FM-каналом в IBOC DAB-системе.

Фиг. 6 иллюстрирует потенциальную интерференцию между трансляцией канала в соответствии с данным изобретением и левым первым соседним IBOC DAB-каналом в IBOC DAB-системе.

Фиг. 7 представляет собой упрощенную блок-схему системы радиовещания, которая может использовать способ модуляции по настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов реализации изобретения Фиг. 1 является схематическим представлением распределения частот (спектральное размещение) и относительной спектральной плотности мощности компонентов сигнала для FM IBOC DAB-сигнала 10 гибридного формата в соответствии с настоящим изобретением. Гибридный формат включает обычный модулированный по частоте стереофонический аналоговый сигнал 12, имеющий спектральную плотность мощности, представленную треугольным профилем 14, расположенным в центральной части (или центральной полосе частот) 16 канала. Спектральная плотность мощности типичного аналогового сигнала FM-вещания является приблизительно треугольной с наклоном около -0,35 дБ/кГц от центральной частоты. Множество прошедших цифровую модуляцию равномерно распределенных поднесущих расположено на каждой стороне аналогового FM-сигнала, в верхней боковой полосе 18 и нижней боковой полосе 20, и это множество передается одновременно с аналоговым FM-сигналом. Все несущие передаются на уровне мощности, который находится в пределах маски 22 канала, отвечающей стандартам Федеральной комиссии связи США. По вертикальной оси на фиг.1 отложена спектральная плотность пиковой мощности в противоположность более общепринятой характеристике спектральной плотности средней мощности. В этом случае суммарная мощность DAB-сигнала с одной боковой полосой на 25 дБ ниже мощности FM-несущей, в то время как соотношение пиковых спектральных мощностей оказывается значительно больше. Краткосрочный спектр вещания в формате FM является в большей степени "пикообразующим", чем краткосрочный спектр вещания в формате DAB, когда оба рассматриваются в полосе 1 кГц. Как станет видно из последующего описания, прошедшая цифровую модуляцию часть гибридного сигнала является подгруппой полностью цифрового DAB-сигнала, который будет передаваться в полностью цифровом формате IBOC DAB.

Центр сигналов от соседнего FM-канала (т.е. первых соседних FM-сигналов), если такой канал имеется, будет расположен на расстоянии 200 кГц от центра рассматриваемого канала. В гибридном формате FM IBOC-модуляции на каждой стороне главного аналогового FM-сигнала расположены 95 равномерно распределенных поднесущих, модулированных с разделением на ортогональные частоты (OFDM) и занимающих спектр на расстоянии приблизительно от 129 кГц до 198 кГц от центральной частоты главного FM-сигнала, как проиллюстрировано верхней боковой полосой 18 и нижней боковой полосой 20 на фиг.1. В гибридной системе суммарная мощность DAB-сигнала для модулированных с использованием ортогонального частотного уплотнения поднесущих на каждой боковой полосе устанавливается на величину около -25 дБ относительно мощности своего главного аналогового FM-сигнала.

Спектральное размещение и уровни относительной плотности мощности сигнала цифровых поднесущих, модулированных с использованием OFDM, по одному из вариантов реализации настоящего изобретения, который в дальнейшем называется "полностью цифровым FM DAB-форматом", проиллюстрированным элементом под номером 24, изображены на фиг.2. По данному варианту реализации изобретения аналоговый FM-сигнал заменен возможной дополнительной группой OFDM-модулированных поднесущих, в дальнейшем называемой "расширенным полностью цифровым сигналом 26", и расположенной в центральной полосе частот 28. Здесь также в верхней боковой полосе 30 и нижней боковой полосе 32 расположены равномерно распределенные OFDM-модулированные поднесущие. Боковые полосы полностью цифрового формата на фиг.2 являются более широкими, чем боковые полосы на фиг. 1. Кроме того, уровень спектральной плотности мощности боковых полос полностью цифрового IBOC-сигнала устанавливается на приблизительно 10 дБ выше допустимого для боковых полос гибридного IBOC-сигнала. Это обеспечивает полностью цифровому IBOC-сигналу значительное преимущество по рабочим характеристикам. Более того, спектральная плотность мощности расширенного полностью цифрового сигнала приблизительно на 15 дБ ниже, чем у боковых полос гибридного IBOC-сигнала. Это снижает до минимума или устраняет проблемы для соседних гибридных или полностью цифровых IBOC-сигналов, в то же время предоставляя дополнительную емкость для других цифровых служб.

Рекомендуется, чтобы поднесущие расширенных данных устанавливались на относительном уровне примерно на 15 дБ ниже уровня других основных поднесущих. Это представляет собой компромисс между помехоустойчивостью этих расширенных поднесущих и интерференционным воздействием на основные поднесущие первого соседнего сигнала. Чтобы оценить потенциальную интерференционную ситуацию, предположим, что максимальный относительный уровень первой соседней полностью цифровой станции составляет -6 дБ в защищенном контуре 54 dBu (сигнал интерференции - нежелательный). Это имеет место для пары первых соседних станций, которые соответствуют директивам Федеральной комиссии связи США, хотя существуют исключения, характеризующиеся более близким расстоянием. Поднесущие расширенных данных будут интерферировать с основными поднесущими первого соседа на относительном уровне -21 дБ (-6 дБ -15 дБ). Этот уровень интерференции включает некоторый запас на замирание и не должен привести к значительному ухудшению основного сигнала. Однако поднесущие расширенных данных пострадают, если первый соседний источник интерференции находится на -6 дБ ниже, так как основные поднесущие источника интерференции будут на 9 дБ выше поднесущих для расширенных данных. К поднесущим расширенных данных должно быть применено кодирование с прямым исправлением ошибок (FEC - forward error control), в результате чего может стать допустимым один первый соседний источник интерференции. Если предполагается, что расширенные данные являются более ценными, чем указано предоставленной защитой, тогда предполагается повышение уровня поднесущих для расширенных данных до -10 дБ вместо -15 дБ.

Фиг. 3 является схематическим представлением размещения и относительной спектральной плотности мощности компонентов сигнала для верхней боковой полосы FM IBOC DAB-сигнала в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.3 и фиг.4 позиции потенциальных поднесущих проиндексированы (присвоены номера) и меняются в диапазоне от нуля на центральной частоте FM-сигнала до плюс или минус 273 на краях полосы шириной 400 кГц, при этом положительное значение имеют частоты несущих выше центральной частоты канала и отрицательные номера имеют частоты ниже центральной частоты канала. Обозначения поднесущих, показанные в скобках выше шкалы частот на фиг.3, включают все возможные поднесущие в верхней боковой полосе как гибридной, так и полностью цифровой системы. В предпочтительных вариантах реализации изобретения индивидуальные OFDM-поднесущие QPSK-модулированы на частоте 689,0625 Гц (44100/64) (QPSK - quaternary phase-shift keying, четырехпозиционная фазовая манипуляция) и ортогонально распределены на частоте приблизительно 726,7456055 Гц (44100•135/8192) после применения формирования импульсов (прошедший извлечение квадратного корня косинусоидальный синхроимпульс с 7/128 избыточными временными функциями в качестве защитного временного интервала). На шкале частот показано отличие частот от центральной частоты канала.

Верхняя боковая полоса, представленная на фиг.3, состоит из информационных поднесущих с номерами 140-272, соответствующих частотам поднесущих 101,744 Гц-197,675 Гц. Поднесущая 273 является возможной опорной поднесущей. Как показано, верхняя боковая полоса разделена на несколько групп 34, 36, 38 и 40. Группа 34 представляет основной канал и содержит поднесущие 178-253. Поднесущие основного канала используются для передачи программного материала, который транслируется в форме битов данных алгоритма кодирования на скорости, по меньшей мере, 96 тысяч бит в секунду (Кбит/сек). Основной канал может включать вспомогательные и резервные данные. Вторая группа несущих 36, занимающая положения поднесущих 254-272, используется для передачи битов четности. Третья группа несущих может быть использована для несения версии программного материала с задержкой 24 Кбит/сек для целей настройки и резервирования. Как будет рассмотрено далее, эти поднесущие с большей вероятностью разрушаются источниками интерференции, чем поднесущие, которые расположены ближе к центру канала. Наиболее расширяемые биты кода размещаются на внешних OFDM-модулированных поднесущих. Расширяемые биты оказывают наименьшее влияние на свободное расстояние или эффективность кодирования объединенного кода, и они являются наименее важными с точки зрения возможности исправления ошибок кода. Следовательно, для несения этих расширяемых бит используются наиболее уязвимые поднесущие.

Другая группа поднесущих 38 используется в полностью цифровом варианте реализации изобретения для несения битов четности или возможных данных. Группа 40 поднесущих включает положения поднесущих 140-158 и используется в полностью цифровом варианте для передачи с задержкой резервной версии программного материала на более низкой скорости передачи данных, например 24 Кбит/сек. В полностью цифровом варианте поднесущие группы 40 предоставляют данные, которые могут быть использованы в случае потери сигнала, передаваемого по основному каналу. Поднесущая в положении 273 представляет собой возможный опорный сигнал 42. Этот сигнал может быть использован, если потребуется, для целей вхождения в синхронизм.

Нижняя боковая полоса, показанная на фиг.4, является зеркальным отображением формата верхней боковой полосы с отрицательными индексами и частотами. Основной канал 44 нижней боковой полосы содержит поднесущие в позициях от -178 до -253 и используется для передачи того же программного материала, который передается по основному каналу верхней боковой полосы. Поднесущие в группах 46, 48 и 50 используются таким же образом, что и поднесущие групп 36, 38 и 40 верхней боковой полосы. Поднесущая в позиции -273 может быть использована для передачи возможного опорного сигнала. Поднесущие в обеих боковых полосах используют ортогональное частотное уплотнение и прошли кодирование с прямым исправлением ошибок с использованием дополнительных перфорированных сверточных кодов (СРС -Complementary Punctured Convolution). СРС-коды являются известными в данной области техники, см. С. Каллел (S. Kallel) "Дополнительные перфорированные сверточные коды и области их применения". Труды IEEE по связи, том 43, 6, стр.2005-2009, июнь 1995.

Опорные поднесущие, если они используются, расположены в позициях плюс или минус 273 с центральными частотами плюс или минус 198,402 Гц. Опорные поднесущие модулируются той же фазой символа, которая используется для модуляции поднесущей 272 для времени предыдущего символа. Это предоставляет приемнику возможность осуществления дифференцированного обнаружения возникновения частоты с использованием опорной поднесущей или дифференцированного обнаружения возникновения частоты с использованием отличающегося по времени обнаружения поднесущей 272. В идеале, при отсутствии интерференции, но при наличии замирания, при использовании опорной поднесущей рабочие характеристики могут улучшиться. Однако может оказаться выгодным убрать опорную поднесущую с целью снижения до минимума потенциальной интерференции от второго соседнего DAB-сигнала.

Основной РАС-кодированный канал со скоростью 96 Кбит/сек занимает поднесущие 178-253. Этот основной канал кодируется по обеим боковым полосам цифрового звукового вещания с использованием дополнительных перфорированных сверточных кодов, приводя к созданию дополнительного перфорированного сверточного кода со скоростью 1/2. Опорные (пилотные) поднесущие могут модулироваться периодической последовательностью, чтобы помочь во вхождении в синхронизм по частоте и символам и в их отслеживании. Предпочтительный вариант реализации данного изобретения использует алгоритм кодирования воспринимаемого аудиосигнала. Алгоритмы кодирования воспринимаемого аудиосигнала раскрыты, например, в патентах США 5481614; 5285498 и 5040217. Однако необходимо понимать, что настоящее изобретение не ограничивается использованием алгоритмов кодирования воспринимаемого аудиосигнала.

Поднесущие 254-272 (верхняя и нижняя боковые полосы) несут либо дополнительные биты четности для дополнительного перфорированного сверточного кода, либо данные. Здесь передача битов четности повышает скорость кода прямого исправления ошибок по основному каналу с R=1/2 до R=2/5 или R=4/5 на каждой боковой полосе независимо. При наличии интерференции от соседнего канала FM-сигнала эти внешние OFDM-модулированные поднесущие наиболее подвержены разрушению, а интерференция на верхней и нижней боковых полосах является независимой. Так как спектральная плотность мощности сигнала FМ-вещания имеет распределение приблизительно в форме треугольника, то интерференция увеличивается по мере того, как OFDM-модулированные поднесущие приближаются к частоте первого соседнего сигнала. Когда передаются биты четности, то для того, чтобы справиться с этой неоднородной интерференцией, могут быть применены специально разработанные кодирование и перемежение, в результате чего передача информации станет помехоустойчивой.

Поднесущие 159-177 в группе 38 верхней боковой полосы и поднесущие от -159 до -177 в группе 48 нижней боковой полосы могут нести либо дополнительные биты четности для дополнительного перфорированного сверточного кода, либо данные. Здесь передача битов четности повышает скорость передачи кода прямого исправления ошибок по основному каналу с R=1/2 до R=2/5 или R=4/5 на каждой независимой боковой полосе цифрового звукового вещания. Если биты четности передаются в обеих областях 159-177 и 254-272 (и соответствующих поднесущих в нижней боковой полосе), то общая скорость кода R=1/3 или R=2/3 на каждой независимой боковой полосе цифрового звукового вещания.

IBOC DAB-система будет передавать всю цифровую аудиоинформацию на каждой боковой полосе цифрового звукового вещания (нижней или верхней) FM-канала. Хотя для обеспечения возможности передачи всех битов кода на скорости 1/3 кода прямого исправления ошибок могут быть задействованы дополнительные поднесущие за пределами базовой системы, базовая система использует скорость кода 2/5. Каждая боковая полоса может быть обнаружена и декодирована независимо с эффективностью кодирования, с прямым исправлением ошибок, достигаемой при помощи сверточного кода со скоростью 4/5 (возможно 2/3). Эта избыточность позволяет работать на одной боковой полосе, в то время когда другая разрушена. Однако обычно обе стороны объединяются, чтобы обеспечить дополнительную мощность сигнала и эффективность кодирования, соразмерную коду со скоростью 2/5 (возможно 1/3). Кроме того, для демодуляции и отделения сильных первых соседних источников интерференции могут использоваться специальные технологии, в результате чего "восстановленная" боковая полоса цифрового звукового вещания может дополнять противоположную боковую полосу для улучшения эффективности кодирования и мощности сигнала на любой одной из боковых полос.

Полностью цифровая система будет использовать поднесущие 140-158 в группе 40 верхней боковой полосы и поднесущие от -140 до -158 нижней боковой полосы для несения версии данных основного канала с пониженной скоростью передачи данных, например, вложенного РАС-кода, имеющего скорость 24 Кбит/сек. Эти резервные данные с более низкой скоростью передаются с задержкой, чтобы улучшить рабочие характеристики, используя временное разнесение. Эти резервные данные полностью цифровой системы заменяют аналоговую FM-композицию гибридной системы, которая описана в находящейся в совместном владении, одновременно рассматриваемой заявке "Система и способ подавления периодических прерываний в системе радиотрансляции аудиоинформации", зарегистрированной 9 октября 1997, серийный 08/947902. Когда данные основного канала разрушены, резервные данные могут заполнить аудиосегмент. Так как резервные данные состоят из вложенной подгруппы битов данных основного канала, резервирование может сделать возможной дополнительную защиту от ошибок для основного канала.

В полностью цифровом варианте реализации настоящего изобретения поднесущие с индексами от -139 до 139, которые расположены в центральной полосе частот 28 на фиг.2, могут быть использованы как возможность увеличения емкости системы цифрового звукового вещания. Скорость передачи бит по каналу в этой "расширенной" полосе без кодирования составляет около 384 Кбит/сек. Так как половина этой полосы может быть разрушена первым соседним DAB-сигналом, к каждой половине расширенной полосы должна быть применена технология кодирования с использованием дополнительного сверточного перфорированного кода и прямого исправления ошибок, т.е. поднесущие с 1 по 139 должны нести ту же информацию, что и поднесущие с -1 по -139. Тогда, если любая половина разрушается, в оставшейся половине по-прежнему будет содержаться дополнительный код, имеющий скорость 2/3. В этом случае информационная емкость после кодирования со скоростью 1/3 составляет около 128 Кбит/сек.

Расширенная полностью цифровая полоса подвержена интерференции только от первого соседнего гибридного или полностью цифрового источника интерференции. При существующих директивах по защищенному контуру максимальный уровень первого соседнего источника интерференции составляет -6 дБ относительно главной станции. Если этот первый соседний источник интерференции является полностью цифровым IBOC-сигналом, тогда источник интерференции может находиться на уровне до 14 дБ выше уровня данной половины расширенной полосы. Расширенная полоса начинает оказывать положительное влияние на эффективность кодирования, когда спектральная плотность источника интерференции приблизительно того же уровня, что и сигнал расширенной полосы. Это подразумевает, что полностью цифровой первый соседний источник интерференции должен находиться, по меньшей мере, на 20 дБ ниже рассматриваемого сигнала (20 дБ di/du), перед тем как данная половина расширенной полосы сможет оказаться полезной. Прием расширенных данных мог бы стать возможным, когда оба первых соседа расположены на уровне -20 дБ; однако устойчивый прием при замирании возможно потребует, чтобы, по меньшей мере, один первый сосед находился на уровне -30 дБ или ниже.

Рассмотрим возможность повышения уровня расширенной полосы до уровней боковых полос гибридной DAB-системы. Интерференционное воздействие расширенной полосы на первый соседний гибрид составит тогда всего лишь -6 дБ при контуре 54 dBu. В тех же условиях интерференционное воздействие на полностью цифровой первый соседний сигнал составляет -16 дБ. В то время, когда зона обслуживания и помехоустойчивость расширенной области не являются столь же хорошими, что и для полностью цифровых боковых полос, приемлемые уровни рабочих характеристик должны быть достижимы в пределах обычного защищенного контура за исключением зон, где оба первых соседних сигнала являются значительными. Возможными сферами применения расширенной полностью цифровой полосы является "звук вокруг" (surround-sound), видео с низкой частотой развертки, трансляция данных (datacasting - производное от data broadcasting). Эти дополнительные службы могут приниматься там, где они доступны.

Интерференционное воздействие, оказываемое на первые соседние каналы, расположенные на расстоянии ±200 кГц от главного сигнала, и оказываемое ими интерференционное воздействие, могут быть получены из соотношения соседних сигналов, показанного на графике фиг.5. На фиг.5 показан гибридный DAB-сигнал 54, имеющий сигнал 56 центральной полосы частот и верхнюю 58 и нижнюю 60 боковые полосы, а также показан обычный первый соседний левый канал 62. FM-станции имеют такое географическое расположение, что номинальная принимаемая мощность нежелательного соседнего канала находится, по меньшей мере, на 6 дБ ниже мощности интересующей станции на краю ее зоны обслуживания. Тогда соотношение D/U (отношение интересующей мощности к нежелательной мощности в дБ) составляет, по меньшей мере, 6 дБ. Знание соотношения мощности DAB-сигнала каждой станции относительно ее главного FM-сигнала позволяет оценить интерференционное воздействие первого соседа на цифровое звуковое вещание. Похожим образом интерференционное воздействие первого соседнего DAB-сигнала 64 (с сигналом 66 центральной полосы частот и верхней 68 и нижней 70 боковыми полосами) на главный FM-сигнал может быть оценено из соотношения, показанного на фиг.6. В этом примере главный сигнал показан со смещением 200 кГц от источника интерференции.

Также может быть прослежено интерференционное воздействие второго соседнего DAB-сигнала на главный DAB-сигнал. Эта проблема решается путем ограничения расположения дальнего края DAB-сигнала значением 200 кГц от частоты его главной несущей для предотвращения наложения спектров.

Анализ интерференционного воздействия DAB-сигнала на его первого соседа на краю зоны обслуживания показал, что суммарная мощность DAB-сигнала должна быть установлена на уровне приблизительно от -21 до -25 дБ относительно мощности его главного FM-сигнала. Это снижает степень интерференционного воздействия соседнего DAB-сигнала на FM-сигнал с приблизительно -24 дБ приблизительно до диапазона от -31 до -34 дБ, предполагая, что соотношение D/U на краю зоны обслуживания составляет 6 дБ.

Хотя в некоторых странах FM-каналы расположены на расстоянии 100 кГц, эти первые соседи географически разделены таким образом, что прием FM-сигнала не ухудшается в пределах зоны обслуживания. Следовательно, это не становится проблемой для FM IBOC-системы. Интерференция DAB-сигнал/DAB-сигнал при расстоянии 300 кГц может ухудшить характеристики на одной боковой полосе, но дополнительный сверточный код разработан таким образом, что допускает такое состояние.

Далее описана технология ортогонального частотного уплотнения для системы IBOC DAB. OFDM-сигнал состоит из ортогонально размещенных несущих, которые все модулируются на общей скорости передачи символов. Расстояние между частотами для символов прямоугольных импульсов (например, BPSK (binary phase-shift keying - двухпозиционная фазовая манипуляция)), QPSK (quaternary phase-shift keying - четырехпозиционная фазовая манипуляция), 8PSK (восьмипозиционная фазовая манипуляция) или QAM (quadrature amplitude modulation - квадратурная амплитудная модуляция) равно скорости передачи символа. Для передачи в полосе канала существующих станций FM/DAB-сигналов избыточная группа OFDM-модулированных поднесущих расположена приблизительно в пределах от 100 кГц до 200 кГц на каждой стороне сосуществующего спектра FM-канала. Мощность DAB-сигнала (верхняя или нижняя полоса) устанавливается на уровне приблизительно -25 дБ относительно FM-сигнала. Уровень и заполнение спектра DAB-сигнала устанавливается так, чтобы ограничить интерференционное воздействие на его главный FM-сигнал и в то же время обеспечить удовлетворительное соотношение сигнал/шум (SNR - signal-to-noise ratio) для DAB-поднесущих. Первые соседние сигналы, расположенные на расстоянии ±200 кГц от FM-несущей, могут разрушить DAB-сигнал. Однако в любом отдельном месте в пределах зоны обслуживания станции является практически невероятным, что оба первых соседа будут значительно интерферировать с DAB-сигналом. Следовательно, верхняя и нижняя боковые полосы цифрового звукового вещания несут одинаковую избыточную информацию, в результате чего только одна боковая полоса требуется для передачи информации.

Неотъемлемые преимущества OFDM-модуляции включают устойчивость при наличии многолучевой интерференции и стойкость к негауссовскому краткосрочному шуму или провалам из-за избирательного замирания. Относительно продолжительные периоды вставки символов ведут к "гауссенизации" этих краткосрочных ухудшений.

Фиг. 7 представляет собой в значительной степени упрощенную блок-схему системы цифрового звукового радиовещания, разработанной в соответствии с данным изобретением. Передатчик 72 имеет входные линии 74 и 76 для приема левого и правого каналов программного материала. Для сигнала дополнительных данных имеется отдельный вход для данных 78, особенно для использования с полностью цифровым форматом модуляции по данному изобретению. Передатчик включает аналоговый FM-процессор 80 и задающий FM-генератор 82, которые работают как и известные процессоры и генераторы для того, чтобы создать сигнал аналогового FM-вещания на линии 84. Входные линии 74 и 76 также идут к кодирующему процессору 86, который преобразует программный материал в сигналы, кодированные дополнительным перфорированным сверточным кодом, которые проходят исправление ошибок в блоке 88 и подаются в модулятор 90, который накладывает кодированные сигналы на множество поднесущих, используя ортогональное частотное уплотнение. Выходной сигнал 92 модулятора суммируется с сигналом на линии 84 в сумматоре 94 и посылается на антенну 96. Приемник 98 принимает переданный сигнал на антенну 100 и демодулирует сигнал в демодуляторе 102 для извлечения программного материала и связанных с ним данных, если они включены. Аудиоинформация посылается в громкоговоритель 104, а дополнительные данные, если таковые имеются, подаются на выходную линию 106, которая может быть подключена к дисплею или другому устройству, которое может далее обрабатывать данные.

Настоящее изобретение предлагает формат модуляции для полностью цифровых систем цифрового звукового вещания с частотной модуляцией в полосе канала существующих станций. Формат модуляции полностью цифрового IBOC-сигнала совместим с гибридной IBOC-системой с частотной модуляцией. Вариант реализации настоящего изобретения с полностью цифровым форматом делает возможным существенное увеличение емкости для трансляции данных. Представленные здесь форматы модуляции делают возможным для вещательных организаций и слушателей с соблюдением совместимости осуществить переход к качеству звука на уровне виртуального компакт-диска, обеспечиваемого цифровым сигналом, и в то же время также предлагают новую среду передачи данных.

Формат модуляции IBOC DAB по настоящему изобретению использует версию программного материала, полученную путем кодирования с использованием дополнительного перфорированного сверточного кода, на двух боковых полосах (верхней боковой полосе и нижней боковой полосе), которые потенциально ослабляются близко расположенными независимыми источниками интерференции с независимым замиранием. Если одна боковая полоса полностью разрушается сильным первым соседним FM-сигналом, существующим в непосредственной близости от приемника, противоположная боковая полоса должна иметь возможность независимо декодироваться в приемнике. Следовательно, каждая боковая полоса должна кодироваться с использованием независимо декодируемого кода быстрого исправления ошибок. Однако, если обе боковые полосы содержат полезную информацию, которая не полностью разрушена источником интерференции, то СРС-коды обеспечивают дополнительную эффективность кодирования сверх той, которая достигается объединением мощностей двух боковых полос.

Хотя настоящее изобретение описано, используя предпочтительные варианты его реализации, необходимо понимать, что в изложенном способе и системе могут быть произведены различные изменения без выхода за пределы объема изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения. Например, хотя описанный выше предпочтительный вариант реализации изобретения демонстрирует использование QPSK-модуляции с применением СРС-кодов, могут быть применены различные другие форматы модуляции и типы кодов, такие как 8PSK-модуляция с применением решетчатого кода со скоростью 2/3 с последующим возможным блочным кодом Рида-Соломона.

Формула изобретения

1. Способ радиовещания, содержащий этапы размещения первого множества поднесущих в верхней боковой полосе (30) радиоканала частотной модуляции (FM-радиоканала), причем верхняя боковая полоса расположена на расстоянии в диапазоне приблизительно от +100 до +200 кГц от центральной частоты радиоканала, размещения второго множества поднесущих в нижней боковой полосе (32) FM-радиоканала, причем нижняя боковая полоса расположена на расстоянии в диапазоне приблизительно от -100 до -200 кГц от центральной частоты радиоканала, модуляции первой группы (34) первого множества поднесущих с использованием кодированной цифровым способом версии программного материала, который должен быть передан, и модуляции первой группы (44) второго множества поднесущих с использованием упомянутой кодированной цифровым способом версии программного материала, который должен быть передан, отличающийся тем, что размещают третье множество поднесущих в центральной полосе частот (28) FM-радиоканала, при этом спектральная плотность мощности третьего множества поднесущих меньше спектральной плотности мощности поднесущих в верхней и нижней боковых полосах, модулируют третье множество поднесущих дополнительными данными, и передают первую группу первого множества поднесущих, первую группу второго множества поднесущих и третьего множества поднесущих.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что модулируют вторую группу (40) первого множества поднесущих с использованием кодированной цифровым способом версии программного материала, имеющей задержку, и модулируют вторую группу (50) второго множества поднесущих с использованием кодированной цифровым способом версии программного материала, имеющей задержку.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что вторую группу первого множества поднесущих располагают ближе к центру FM-радиоканала, чем первую группу первого множества поднесущих, и вторую группу второго множества поднесущих располагает ближе к центру FM-радиоканала, чем первую группу второго множества поднесущих.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что поднесущая в верхней боковой полосе, расположенная на наибольшем удалении от центра FM-радиоканала, является опорной поднесущей, и поднесущая, в нижней боковой полосе, расположенная на наибольшем удалении от центра FM-радиоканала, является опорной поднесущей.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что модулируют третью группу (36) первого множества поднесущих битами четности для кодированной цифровым способом версии программного материала, и модулируют третью группу (46) второго множества поднесущих битами четности для кодированной цифровым способом версии программного материала.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что модулируют четвертую группу (38) первого множества поднесущих с использованием кодированной цифровым способом дополнительной информации, и модулируют четвертую группу (48) второго множества поднесущих с использованием кодированной цифровым способом дополнительной информации.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что модулируют четвертую группу (38) первого множества поднесущих дополнительными битами четности для кодированной цифровым способом версии программного материала, и модулируют четвертую группу (48) второго множества поднесущих дополнительными битами четности для кодированной цифровым способом версии программного материала.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что располагают третью группу первого множества поднесущих дальше от центра FM-радиоканала, чем первую группу первого множества поднесущих, и располагают третью группу второго множества поднесущих дальше от центра FM-радиоканала, чем первую группу второго множества поднесущих.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что кодированная цифровым способом версия программного материала содержит дополнительный сверточный код, причем первая часть дополнительного сверточного кода, передаваемая в первой группе первого множества поднесущих, и вторая часть дополнительного сверточного кода, передаваемая в первой группе второго множества поднесущих, являются независимо декодируемыми.

10. Передатчик (72) для трансляции цифровых аудиосигналов, передаваемых в полосе канала существующих станций, отличающийся тем, что содержит средство (82) для создания первого множества поднесущих в верхней боковой полосе FM-радиоканала, причем верхняя боковая полоса лежит в пределах полосы частот, простирающейся в диапазоне от приблизительно +100 кГц до приблизительно +200 кГц от центральной частоты радиоканала, создания второго множества поднесущих в нижней боковой полосе FM-радиоканала, причем нижняя боковая полоса лежит в пределах полосы частот, простирающейся в диапазоне от приблизительно -100 кГц до приблизительно -200 кГц от центральной частоты радиоканала, и создания третьего множества поднесущих в центральной полосе частот FM-радиоканала, где третье множество поднесущих имеет спектральную плотность мощности более низкую, чем у первого и второго множества поднесущих, средство (90) для модуляции первой группы первого множества поднесущих кодированной версией программного материала, средство (90) для модуляции первой группы второго множества поднесущих кодированной версией программного материала, средство (90) для модуляции третьего множества поднесущих дополнительными данными, и средство (96) для передачи первой группы первого множества поднесущих, первой группы второго множества поднесущих и третьего множества поднесущих.

11. Передатчик по п.10, отличающийся тем, что поднесущая в верхней боковой полосе, расположенная на наибольшем удалении от центра FM-радиоканала, является опорной поднесущей, и поднесущая в нижней боковой полосе, расположенная на наибольшем удалении от центра FM-радиоканала, является опорной поднесущей.

12. Приемник (98) для приема цифровых аудиосигналов, передаваемых в полосе канала существующих станций, отличающийся тем, что содержит средство (100) для приема первого множества поднесущих в верхней боковой полосе FM-радиоканала, причем верхняя боковая полоса лежит в пределах полосы частот, простирающейся в диапазоне от приблизительно +100 кГц до приблизительно +200 кГц от центральной частоты радиоканала, и первое множество поднесущих модулируется с использованием кодированной версии программного материала, также прошедшей кодирование дополнительным перфорированным сверточным кодом, приема второго множества поднесущих в нижней боковой полосе FM-радиосигнала, причем нижняя боковая полоса лежит в пределах полосы частот, простирающейся в диапазоне от приблизительно -100 кГц до приблизительно -200 кГц от центральной частоты радиоканала, и второе множество поднесущих модулируется с использованием кодированной версии программного материала, также прошедшей кодирование дополнительным перфорированным сверточным кодом, и приема третьего множества поднесущих, причем третье множество поднесущих модулируется дополнительными данными, имеющими более низкую спектральную плотность мощности, чем у первого и второго множества поднесущих, средство (102) для демодуляции первой группы первого множества поднесущих, первой группы второго множества поднесущих и третьего множества поднесущих, и средство (104, 106) для вывода программного материала, полученного в результате демодуляции первой группы первого множества поднесущих и второго множества поднесущих, и дополнительных данных, полученных в результате демодуляции третьего множества поднесущих.

13. Приемник по п.12, отличающийся тем, что поднесущая в верхней боковой полосе, расположенная на наибольшем удалении от центра FM-радиоканала, является опорной поднесущей, и поднесущая в нижней боковой полосе, расположенная на наибольшем удалении от центра FM-радиоканала, является опорной поднесущей, при этом приемник дополнительно содержит средство для дифференцированного обнаружения опорной поднесущей в верхней боковой полосе и средство для дифференцированного обнаружения опорной поднесущей в нижней боковой полосе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7