專利名稱：模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造中模數(shù)同播的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字廣播(DRM)發(fā) 射機(jī)時(shí)，模擬廣播與數(shù)字廣播同時(shí)播出的實(shí)現(xiàn)方法，特別涉及一種基 于殘留單邊帶濾波的模數(shù)同播頻譜安排及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的數(shù)字化改造過程中，為了實(shí)現(xiàn)由模擬到 數(shù)字的平滑過渡，解決頻率與設(shè)備的短缺，同一部發(fā)射機(jī)可以按照不 同的方案同時(shí)播出模擬調(diào)幅廣播節(jié)目與數(shù)字DRM節(jié)目。
所謂同播，是指在由模擬向數(shù)字過渡的時(shí)期中，使用同一部發(fā)射 機(jī)，使用已有的頻率(或同時(shí)占用鄰頻道頻譜)，為相同的覆蓋區(qū)域 同時(shí)發(fā)射模擬調(diào)幅廣播節(jié)目與數(shù)字DRM節(jié)目，下文和說明書附圖中簡 稱模擬節(jié)目和數(shù)字節(jié)目。同播的節(jié)目 一般來說是相同的，但也可以不 相同。不論相同或不相同，都沒有必要要求模擬節(jié)目與數(shù)字節(jié)目在時(shí) 間上完全同步。
DRM支持許多不同的同播方案，不同的選擇適用于不同的條件， 有與其相關(guān)的問題。不論采用何種方式，同播有共同的要求 一是發(fā) 射的模擬節(jié)目與數(shù)字節(jié)目的頻譜不能有重疊，否則會(huì)相互干擾；二是 模擬節(jié)目與數(shù)字節(jié)目的瞬時(shí)電壓合成幅度，不能超過發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)能力，模擬節(jié)目運(yùn)行要求的最大幅度一旦確定，數(shù)字節(jié)目運(yùn)行的峰值電 壓、峰值功率和有效功率也相應(yīng)確定。
同播與傳統(tǒng)意義上的多工廣播(例如調(diào)頻廣播的RDS等)不同，
它本身不提供節(jié)約頻譜和節(jié)約功率的好處，它是以容忍模擬與數(shù)字節(jié)
目質(zhì)量下降為代價(jià)。
理論上存在很多種同播方式，以下幾種同播的方式特點(diǎn)比較明
顯，圖l所示是模擬節(jié)目5與數(shù)字節(jié)目6不同同播方式的頻譜圖，其 中三角形為模擬節(jié)目5占用的頻語，矩形為數(shù)字節(jié)目6占用的頻譜。 圖l(a)為占據(jù)模擬廣播頻道1標(biāo)準(zhǔn)射頻帶寬(9KHz或10KHz)的原 有模擬節(jié)目5的射頻頻譜。
( 一 )模擬與數(shù)字節(jié)目分享現(xiàn)有的一個(gè)9KHz或10KHz標(biāo)準(zhǔn)帶寬 (0. 5+0. 5標(biāo)準(zhǔn)帶寬)
在不能使用鄰頻道的情況下，模擬節(jié)目5與數(shù)字節(jié)目6可以各占 一半的帶寬，分享現(xiàn)有的一個(gè)9KHz或10KHz標(biāo)準(zhǔn)帶寬(0. 5+0. 5標(biāo) 準(zhǔn)帶寬)，如圖l(b)所示。這時(shí)，模擬節(jié)目按照兼容單邊帶方式運(yùn) 行，模擬節(jié)目的調(diào)制信號(hào)通過低通濾波器嚴(yán)格限制在4. 5KHz (或5KHz) 以內(nèi)，以免干擾數(shù)字節(jié)目。
這種方案的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要申請(qǐng)新的頻率，廣播電臺(tái)可以使用 原有的頻道隨時(shí)進(jìn)行DRM廣播。但是，這種方案的缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯， 就是同播的模擬節(jié)目與數(shù)字節(jié)目的質(zhì)量都要下降。模擬節(jié)目限制在 一半的信道帶寬中，必須單邊帶運(yùn)行，即使采用保留載波的單邊帶 實(shí)現(xiàn)兼容，其模擬節(jié)目質(zhì)量也不可避免的要受到損害；數(shù)字節(jié)目質(zhì)量下降的原因，也是由于只使用一半的信道寬度，可傳送的數(shù)據(jù)率 減半，與數(shù)據(jù)率成正比的數(shù)字信號(hào)的質(zhì)量也減半。
使用這種方案進(jìn)行同播，不但原有的模擬節(jié)目質(zhì)量降低，也減
低了數(shù)字節(jié)目對(duì)聽眾的吸引力，極不利于DRM技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展。基于
以上原因，目前還沒有廣播機(jī)構(gòu)使用這種方案進(jìn)行同播，若是長期 運(yùn)行，更不宜選擇這種方案。
(二 )模擬全帶寬+數(shù)字全帶寬(2. 0標(biāo)準(zhǔn)帶寬) 在頻率規(guī)劃允許使用鄰頻道的情況下，可以采用這種方式進(jìn)行模 擬與數(shù)字節(jié)目同播。這時(shí)，模擬節(jié)目5占用模擬廣播頻道l，數(shù)字節(jié) 目6可以安排在才莫擬頻道的左側(cè)或右側(cè)，以左側(cè)為例，占用鄰頻道2， 如圖l(c)所示。
在這種情況下，模擬節(jié)目的調(diào)制信號(hào)同樣需要通過低通濾波器將 其頻率嚴(yán)格限制在4. 5KHz(或5KHz)以內(nèi)，數(shù)字節(jié)目由于帶寬與前面 相比加倍，可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率加倍，質(zhì)量提高加倍，達(dá)到全數(shù)字質(zhì)量。
對(duì)發(fā)射機(jī)來說，這種方案的特點(diǎn)是工作帶寬比原來加倍。如果發(fā) 射系統(tǒng)原來的頻率響應(yīng)指標(biāo)直到± 9KHz或± 10KHz都能滿足要求，則 運(yùn)行于這種方式下是基本沒有問題的。但是，由于整個(gè)同播頻譜能量 分布不對(duì)稱，將給發(fā)射系統(tǒng)的天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整帶來麻煩，往往難以 得到理想的匹配效果。
(三)模擬擴(kuò)展帶寬+數(shù)字全帶寬(4. 0標(biāo)準(zhǔn)帶寬)
由于原有頻率規(guī)劃往往允許使用鄰頻道，為了提高廣播質(zhì)量，原 有模擬節(jié)目5除占用本模擬廣播頻道1,還占用鄰頻道2和鄰頻道3，如果采用2. 0標(biāo)準(zhǔn)帶寬方案，必需對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行帶寬限制，使模擬
廣播信號(hào)不超出9kHz或10kHz范圍，降低了原有模擬廣播的服務(wù)質(zhì) 量。為保持原有模擬廣播質(zhì)量不下降，模擬節(jié)目5可按照模擬擴(kuò)展帶 寬廣播方式，占用三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻道，數(shù)字節(jié)目6安排在模擬頻道的左側(cè) 或右側(cè)，以左側(cè)為例，占用鄰頻道4，數(shù)字節(jié)目6頻譜中央頻點(diǎn)跟模 擬節(jié)目5載波頻點(diǎn)相差兩個(gè)頻道帶寬，如圖l(d)所示。
在這種情況下，由于模擬節(jié)目頻語與目前運(yùn)行的廣播完全相同， 所以節(jié)目質(zhì)量可以做到幾乎不受影響，數(shù)字節(jié)目占用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻道，
可達(dá)到全數(shù)字質(zhì)量。
這種方案工作帶寬為四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻道，要求發(fā)射系統(tǒng)的頻率響應(yīng)直 到± 18KHz或± 20KHz都能滿足要求，目前對(duì)調(diào)幅廣播臺(tái)來說非?？?刻，而且本方案跟2. O標(biāo)準(zhǔn)帶寬方案一樣，整個(gè)同播頻譜能量分布不 對(duì)稱，要實(shí)現(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)的天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)良好工作很不容易。因此，雖 然該方案在節(jié)目質(zhì)量上有^f艮大的優(yōu)勢(shì)，但難以大范圍推廣實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是 一 種將模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字調(diào)幅廣播 (DRM)發(fā)射機(jī)時(shí)，模擬廣播與數(shù)字廣播同時(shí)播出的實(shí)現(xiàn)方法。該 方法采用殘留單邊帶濾波器對(duì)傳統(tǒng)模擬調(diào)幅廣播信號(hào)進(jìn)行濾波，實(shí)現(xiàn) 一種全新的模數(shù)同播頻譜安排方案，在不明顯降低主觀收聽質(zhì)量的前 提下，有效節(jié)省了帶寬，提供了一種有效、高質(zhì)量、可實(shí)現(xiàn)的模數(shù)同 播方式。
以我國中波頻道(9kHz)為例，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)模數(shù)同播的頻譜安排方
案如下
模擬節(jié)目除采用本模擬廣播頻道(9KHz)傳送節(jié)目外，還占用 一個(gè) 鄰頻道擴(kuò)展高頻節(jié)目分量，提高節(jié)目質(zhì)量，即占用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻道。在 本模擬廣播頻道內(nèi)進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，即對(duì)低于4.5kHz的音頻信號(hào)采 用雙邊帶調(diào)制，并保留載波信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)雙邊帶收音機(jī)解調(diào)兼容；在 鄰頻道對(duì)高于4.5kHz的音頻信號(hào)進(jìn)行單邊帶調(diào)制，以提高模擬音頻 節(jié)目的高頻響應(yīng)；數(shù)字節(jié)目采用標(biāo)準(zhǔn)全頻道帶寬，占用本模擬廣播頻 道的另一個(gè)鄰頻道。其頻譜安排如圖2所示。
為了得到占用兩個(gè)廣播頻道的模擬節(jié)目，需要對(duì)其采用殘留單邊 帶濾波。由于高頻節(jié)目僅傳送一個(gè)邊帶，為了達(dá)到相同的頻響，單邊 帶部分增益比雙邊帶部分增益提高6dB，濾波器頻譜特性如圖3所示。
根據(jù)信號(hào)處理相關(guān)理論，實(shí)系數(shù)濾波器其濾波特性正負(fù)頻率具有 對(duì)稱性，要得到符合圖3所示非對(duì)稱濾波特性的濾波器，需要采用復(fù) 系數(shù)濾波器進(jìn)行濾波?；贛atlab設(shè)計(jì)的FIR濾波器只能得到頻i普 對(duì)稱的實(shí)系數(shù)濾波器，不能完全符合本發(fā)明的要求，為得到如圖3所 示頻譜特性的復(fù)系數(shù)濾波器，將該非對(duì)稱特性濾波器劃分為對(duì)稱模 塊，并進(jìn)行搬移、合成，得到所需殘留單邊帶濾波器。模擬廣播的音 頻節(jié)目W")是實(shí)信號(hào)，頻鐠具有對(duì)稱性，進(jìn)行殘留單邊帶濾波就是將 頻譜對(duì)稱的實(shí)信號(hào)經(jīng)過復(fù)系數(shù)濾波器，得到頻譜不對(duì)稱的復(fù)信號(hào)。設(shè) 濾波器復(fù)系數(shù)為^") = +，則濾波后信號(hào)為
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即4")分別與濾波器的實(shí)部、虛部進(jìn)行巻積運(yùn)算，得出濾波后信 號(hào)的實(shí)部與虛部。得到濾波后的復(fù)數(shù)信號(hào)y(")后，與頻譜搬移后的數(shù)
字DRM信號(hào)進(jìn)行疊加，得到基帶同播復(fù)信號(hào)，對(duì)基帶同播復(fù)信號(hào)進(jìn) 行正交調(diào)制，將同播信號(hào)搬移到發(fā)射頻率，即可得到射頻同播信號(hào)。 本發(fā)明的軟件運(yùn)行流程為
a) 對(duì)模擬調(diào)幅廣播節(jié)目數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行殘留單邊帶濾波；
b) 對(duì)數(shù)字DRM信號(hào)進(jìn)行頻語搬移；
c) 根據(jù)外部控制指令，分別對(duì)步驟a)和步驟b)獲得的兩路數(shù) 字信號(hào)的幅度作與功率控制相關(guān)的調(diào)整處理；
d) 對(duì)步驟c)輸出的經(jīng)功率控制的數(shù)字信號(hào)作基帶合成，得到基 帶復(fù)播信號(hào)，輸出至射頻調(diào)制模塊。
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是
在信號(hào)頻譜占用方面，本方案同播頻譜僅占用了原模擬廣播頻 道及其兩個(gè)鄰頻道，能滿足目前大部分廣播頻譜規(guī)劃要求。對(duì)于發(fā)射 系統(tǒng)，需要頻率響應(yīng)直到土13. 5KHz或土15KHz都能滿足要求，而且 頻譜能量分布基本對(duì)稱，對(duì)目前發(fā)射臺(tái)大部分天調(diào)系統(tǒng)來說，僅需進(jìn) 行少量調(diào)整即可滿足要求。
在節(jié)目質(zhì)量方面，模擬廣播信號(hào)由于采用殘留單邊帶濾波，人 耳特別敏感的低頻信號(hào)仍然采用雙邊帶調(diào)制，人耳木是很敏感的高頻 信號(hào)采用單邊帶調(diào)制，并進(jìn)行高頻能量補(bǔ)償，基本滿足人耳主觀聽覺 要求。同時(shí)，模擬調(diào)幅廣播保留載波能量，不影響目前大部分收音機(jī) 的接收方式。數(shù)字廣播節(jié)目由于占用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信道，可達(dá)到全數(shù)字質(zhì)
量。
本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)幅廣播信號(hào)與數(shù)字DRM廣播信號(hào)不混疊的 前提下，使用與原來模擬調(diào)幅廣播基本一樣的頻譜資源，就能實(shí)現(xiàn)高 質(zhì)量的擴(kuò)展模擬調(diào)幅廣播和全帶寬的數(shù)字DRM廣播同播功能，其原模 擬調(diào)幅廣播主觀收聽質(zhì)量沒有明顯下降。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的說明。


圖1為目前存在的幾種可能的模數(shù)同播方式的頻譜圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)模數(shù)同播的頻譜安排示意圖，即模擬廣播采用
殘留單邊帶濾波和數(shù)字廣播全帶寬的同播方式的頻譜圖3為本發(fā)明中殘留單邊帶濾波器頻譜特性圖4為本發(fā)明中殘留單邊帶濾波器的實(shí)現(xiàn)方法示意圖5為本發(fā)明的模數(shù)同播實(shí)現(xiàn)方法應(yīng)用于模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)
數(shù)字化改造軟件系統(tǒng)中的信號(hào)處理流程圖。
圖中才莫擬廣l番頻道l，鄰頻道2，鄰頻道3，鄰頻道4，模擬節(jié)
目5，數(shù)字節(jié)目6,殘留單邊帶濾波7，頻語搬移8，功率控制9，基
帶合成10,射頻調(diào)制11。
具體實(shí)施例方式
圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)模數(shù)同播的頻譜安排示意圖，以我國中波頻道 (9kHz)為例，模擬節(jié)目5占用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻道，在本模擬廣播頻道l內(nèi) 對(duì)低于4.5kHz的音頻信號(hào)采用雙邊帶調(diào)制，并保留載波信號(hào)；在鄰 頻道3對(duì)高于4.5kHz的音頻信號(hào)進(jìn)行單邊帶調(diào)制，提高模擬音頻節(jié)
目的高頻響應(yīng)；數(shù)字節(jié)目6占用本模擬廣播頻道l的另一個(gè)鄰頻道2。
圖4為本發(fā)明中殘留單邊帶濾波器的實(shí)現(xiàn)方法示意圖，實(shí)現(xiàn)方法 如下
使用Matlab工具設(shè)計(jì)低通濾波器(a)和(b)，得到"(")和6(")，若要
求高頻截止頻率為,，則濾波器(a)截止頻率為4.5kHz,過渡帶寬為乂 ， 濾波器0)截止頻率為厶=(乂+_/;-4.5/t/fe)/2,過渡帶寬為A。將濾波 器(b)進(jìn)行頻譜搬移得到濾波器(c),搬移量/ =(乂-力+4.5yt歷)/2,則 c(") = 60)cos(ww) + 乂6(w)sinO") , w = ;r(/r —/A +4.5A;/fe)//;,其中/、表示采
樣頻率。將濾波器(a)與濾波器(C)的系數(shù)進(jìn)行加權(quán)相加，即可得到我 們需要的濾波器系數(shù)^") = aW + 2 x 。
本發(fā)明中軟件設(shè)計(jì)的信號(hào)處理過程如圖5所示對(duì)基本廣播通路 的模擬節(jié)目5進(jìn)行殘留單邊帶濾波7，同時(shí)對(duì)同播廣播通路的數(shù)字節(jié) 目6進(jìn)行頻譜搬移8，然后根據(jù)外部控制指令，按照一定的功率因子 配比，分別對(duì)兩個(gè)通路廣播信號(hào)的信號(hào)幅度進(jìn)行調(diào)整處理，即進(jìn)行功 率控制9，最后將兩路信號(hào)作基帶合成10,輸出到后級(jí)射頻調(diào)制模塊 11。
以上信號(hào)處理過程通過FPGA可編程邏輯語言實(shí)現(xiàn)，并整合到 DX中波發(fā)射機(jī)DRM接口適配板的FPGA芯片中，在10KW DX中 波發(fā)射機(jī)上進(jìn)行了實(shí)測(cè)。采用現(xiàn)有調(diào)幅收音機(jī)接收，收聽測(cè)試表明， 按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的頻譜安排方案采用殘留單邊帶調(diào)制，主觀收聽效果 與雙邊帶調(diào)制一致，達(dá)到預(yù)期效果。
權(quán)利要求
1.一種模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造過程中數(shù)模同播頻譜安排的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述方法包括以我國中波頻道(9kHz)為例，模擬節(jié)目(5)占用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻道，在本模擬廣播頻道(1)內(nèi)對(duì)低于4.5kHz的音頻信號(hào)采用雙邊帶調(diào)制，并保留載波信號(hào)；在鄰頻道(3)對(duì)高于4.5kHz的音頻信號(hào)進(jìn)行單邊帶調(diào)制，提高模擬音頻節(jié)目的高頻響應(yīng)；數(shù)字節(jié)目(6)占用本模擬廣播頻道(1)的另一個(gè)鄰頻道(2)。
2. —種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的軟件，其特征在于，所述軟 件包括a) 用于對(duì)模擬節(jié)目(5)進(jìn)行殘留單邊帶濾波(7)的步驟；b) 用于對(duì)數(shù)字節(jié)目(6)進(jìn)行頻譜搬移(8)的步驟;c) 用于對(duì)步驟a)和步驟b)獲得的兩路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行功率控制(9) 的步驟；d) 用于對(duì)步驟c)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行基帶合成(IO)，得到基帶復(fù) 播信號(hào)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明“模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造中模數(shù)同播的實(shí)現(xiàn)方法”是一種將模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字廣播(DRM)發(fā)射機(jī)時(shí)，模擬節(jié)目與數(shù)字節(jié)目同時(shí)播出的實(shí)現(xiàn)方法，特別涉及一種基于殘留單邊帶濾波的頻譜安排的實(shí)現(xiàn)方法。該方法對(duì)模擬節(jié)目采用殘留單邊帶濾波，提高其高頻響應(yīng)，對(duì)數(shù)字節(jié)目采用全帶寬播出，達(dá)到全數(shù)字質(zhì)量。本發(fā)明用于模擬調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造過程中模擬節(jié)目與數(shù)字節(jié)目同時(shí)播出，在不明顯降低主觀收聽質(zhì)量的前提下，有效節(jié)省帶寬，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的模擬調(diào)幅廣播和全帶寬的數(shù)字DRM廣播同播功能。
文檔編號(hào)H04H20/44GK101197629SQ20081000035
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者盧起斌, 璐 司, 銳 呂, 徐偉掌, 楊占昕, 劍 王 申請(qǐng)人:北京北廣科數(shù)字廣播電視技術(shù)有限公司