本发明与一种对广播传输进行编码以携带诸如有关发射机识别之类信息的方法有关。该方法可用于采用频分制多路传输技术的传输系统。 一种这类技术用于由帕米欧和莱特列夫在题为“对移动袖珍无线电接收机和固定无线电接收机实施高质量数字语音广播的新前景”(Pommier,D.and Ratliff,P.A.”“New Prospects for High Quality Digital Sound Broadcasting to Mobile Portable and Fixed Radio Receivers”,IBC88,IEE Conference Publication No.293,pages 349 353)一文中所提出的系统。该系统用了:
(a)调制和解调处理的快速付立叶变换(FFT),以提高频率选择性,采用许多同时的窄带载波;
(b)连带维托别(Viterbi)最大似然解码算法的卷积编码,以提供大的编码效益;
(c)二维的频率时间交错,以在各种固定和移动接收条件下达到大的编码效益;以及
(d)衔接卷积内部码的外部块码(blockcode)。
业已发现上术系统在用于移动通信时即使有相当严重的多路径传播也能提供十分优异的接收质量。上文作者提出,这种系统可用于频率在50-250MHz的地面数字立体声发射机的单频网。由于接收机能够适应多路径信号,因此原则上并不需要知道信号是来自哪个发射机。此外,可以通过设置一个频率与网中发射机相同的本地低功率发射机来填补覆盖区域内的“死区”。因为这种系统是有均匀的频谱特性,就减少了干扰其它无线电通信服务的可能性。所有这些优点使这种系统成为一种颇有吸引力的系统,用在原已十分挤的广播频段上。
然而,我们已经知道,有时候往往希望能够识别在这样一个单频网中的个别发射机。对于广播装置来说,这将有助于进行监视和测量。在采用了先进技术地接收机中,这个信息可能有助于导航或选择适合某特定地理区域的服务。
然而,在所述单频系统的全部点上,接收机同时能收到不止由一个发射机发出的无法加以区别的信号。所有从事相同业务的发射机发出的信号是相同的。
在上面列举的那篇论文中所提出的数字音频广播(DAB)系统(也称为数字语音广播(DAB)系统)具有500个窄带载波,通常可以有400至1800个载波。这些载波用在一种正交频分多路传输(OFDM)技术中,这种技术现在通常称为编码的正交频分多路传输(COFDM)技术。
本发明提出了一种依靠采用频分多路传输技术的广播传输发送附加数据的方法,其中信号用一组载波发送。对各载波的振幅按照附加数据作了相对的改变。
下面将通过以照上述论文提出的DAB系统及下列附图,举例对本发明的系统加以说明,在附图中:
图1为一个实现本发明的DAB发射机原理方框图;以及
图2为一个实现本发明的DAB接收机原理方框图。
由于DAB信号是由线性的FFT运算产生的,因此将半数载波的振幅降低例如十六分之一是一个很简便的运算。由于整个系统考虑到了载滤振幅的变化,这个运算并不会扰乱接收机的正常工作。平均来说,在这个例子中所产生的影响只是相当于信号振幅损失了三十分之一。
一个标准的接收机在有了这种系统的固定振幅调制的情况下可以继续正常工作。然而,由于接收机的FFT运算是线性的,因此可以相信,通过适当的长期积累和对已知的可能模式进行相关处理就可以推断出振幅调制模式。
现在举出振幅调制模式的一个具体例子,在这个例子中可以区别出同时接收到的是七个不同发射机中哪一个或哪几个发射机所发出的信号。理论上这个原则可以推广到数目多达DAB系统中载波数的任意个发射机情况,但随之复杂性增大,灵敏度降低。
通过相继以模8编号(即除以8,以余数编号)将DAB载波(通常数量在400个至1800个之间)划分成八个交错的组0-7。因此每个组都同样横跨了整个频带,这与在频率域内将载波划分成八个相邻接的组相反。从每个发射机A-G发出的各组载波的振幅按照附于本说明后的表,或表2中的条目或者不加改变(0)或者加以衰减(1)。
无论是表1还是表2都提供了加到七个发射机上的振幅调制之间的正交性,从而可以通过在接收机内进行相关处理来确定所接收的信号中七个模式的每个模式的强度,而不受其它六个模式的干扰。这样,就能识别出作出贡献的这些发射机,确定它们的“平均”相对信号强度。
有关所提出的DAB系统的结构及工作的更详细情况可以参考由欧洲广播协会及其它机构组织、1992年6月8-9日在门特勒(Montreax)召开的首届数字音频广播专题国际讨论会会刊。下面将参照附图对一个实现本发明的DAB发射机/接收机系统的优选实例加以说明。
现在所提出的DAB发射机波形是一个每隔96毫秒(或24毫秒)被一个无信号的空白间隔中断的通常由76个相邻符号块构成的序列。每个符号块含有1536个频率等间隔分开、振幅相同、受到四相位差分调制的载波。实际上,这个波形是用快速付立叶变换的输出合成的,而快速付立叶变换的输入则是每个载波二个比特,指示所要求的各载波的相位。
图1示出了在一个理想化了的发射机10中发射信号的合成情况。在每个符号块周期,DAB编码装置产生1536对比特(在96毫秒情况下),这相应于加到1536个等间隔载波上的π/2相位调制。在每个符号周期,这些数据装入一个数字式的快速付立叶变换(FFT)电路12,作为输入,从而得到数目相同的输出。输入相当于频率域,而输出则相当于时间域。虽然输入基本上是与一个二进制比特相应的两个电平,但输出则是多个电平(通常是与256个等间隔模拟电平相应的八个比特)。与信号的同相部分(“I”)和正交部分(Q)分别相应的两个输出序列各通过数模变换器14、16加到调制器18、20,用相位相差90°的两个中频载波(一个由90°移相电路22输出)加以调制。每次FFR运算产生一个符号块。然后将所得出的信号,即符号块序列,上变频到射频载波。应该注意,DAB系统的一个特点是实际上并不存在中心“载波”频率。
在图2所示的接收机中,所接收的中频波形由分相器32一分为二后,分别通过在乘法器34、36中与两个相位差90°的本地中频振荡器的输出(一个通过90°移相电路38输出)相乘得到解调。然后,这两个模拟信号分别由模数变换器40、42变换成数字化了的样本序列。这两个与相继符号块相应的样本序列再加到FFT44,其输出就表示各个载波的(复)振幅。实际上,各载波的绝对和相对振幅都已受到许多效应,最重要的是传播条件(选择性衰落、多路径效应等)的有害影响,因此这些振幅并不是理想的。判决逻辑电路46用来从载波振幅信息(通常是8个比特)中产生一个逻辑信号。这个判决逻辑不是一个双择门限判决,而是可以产生一个经非线性编码的(通常是)三个比特的信号,在特定的比特上指出极性的置信度。然后,这个信息就能以适当“加权”用于各种“软判决”的解码算法,取得在这些比特中冗余度的效益。
在所说明的本发明中,电路26以每个发射机或发射机组特有的一个固定的(至少在短时期内是固定的)模式对加到发射机FFT12的输入进行修正,使得大致半数的载波振幅都降低一个很小的因子。这在图中之用电平i′和q′代替比特i和q来表示的。这样一些模式都模跨了整个带宽,并且相互正交。通常,有了表示“0”的输入01111111和表示“1”的输入11111111(按惯例,第一比特为符号,其余7个比特为幅度)FFT就可以正常工作了。在这样的情况下,对于降低的载波的输入可以是01111000(对于“0”来说)和11111000(对于“1”来说),振幅从电平127降低到电平120。
这种对各载波进行的系统修正不会影响接收机的正常工作,但是在接收机中可以装备判决逻辑电路46那样的附加逻辑,通过相关处理“积分出”各发射机对信号所作贡献的模式和它对总的信号强度所作的相对贡献。起这个作用的判决逻辑电路46可以包括将各载波的振幅与其平均振幅相比较以确定各载波的振幅是否高于该平均振幅的装置。
在不同的正交模式的数量、振幅的改变量以及为了得到可靠指示所需的时间这三者之间要进行折衷考虑。可以预料,如果振幅的改变量比较适当,在几秒钟内作出响应是可以实现的。当然,可以用低比特率的信令形式临时改变在一个比这响应时间长的时标期间的各个发射机识别模式。
应该注意到,在假设发射机FFT正常以“满座”的二进制数装入的情况下,对降低大致半数的载波振幅的情况已经作了说明。如果由于设计需要,使用了较不足的数,那末通过守大某些振幅可以达到相同的效果,或者,通过相对正常的振幅而言增大某些振幅和减小另一些振幅可以保持平均振幅仍然不变。
表1
0 1 2 3 4 5 6 7
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 1 1 0 0
C 0 0 1 1 0 0 1 1
D 0 1 1 0 0 1 1 0
E 0 1 1 0 1 0 0 1
F 0 1 0 1 1 0 1 0
G 0 1 0 1 0 1 0 1
表2
0 1 2 3 4 5 6 7
A 1 1 1 0 1 0 0 0
B 0 1 1 1 0 1 0 0
C 0 0 1 1 1 0 1 0
D 1 0 0 1 1 1 0 0
E 0 1 0 0 1 1 1 0
F 1 0 1 0 0 1 1 0
G 1 1 0 1 0 0 1 0