專利名稱：調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法和接收設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字音頻廣播技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法和接收設(shè)備。
背景技術(shù)：
調(diào)幅(AmplitudeModulation, AM)廣播始于 1920 年，調(diào)頻(Frequency Modulation, FM)廣播始于1940年。在我國，從20世紀(jì)50年代到60年代，中短波廣播迅速發(fā)展，進(jìn)入70年代，F(xiàn)M調(diào)頻廣播迅速崛起，廣播的音質(zhì)顯著提高，F(xiàn)M廣播得到了廣泛的應(yīng)用。雖然隨著電視、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的音頻廣播一度變成了次重要的傳媒方式，發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它的主要傳播方式，但是音頻廣播有其特定的應(yīng)用環(huán)境及需求，依然是很重要的傳媒形式，并且隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，音頻廣播的發(fā)展依然前景廣闊。伴隨著全球數(shù)字化的浪潮，音頻廣播也不例外地開始了數(shù)字化廣播，人們提出了許多數(shù)字化技術(shù)方案，主要有歐洲的數(shù)字音頻廣播(DAB，Digital Audio Broadcasting), 數(shù)字調(diào)幅系統(tǒng)(DRM，Digital Radio Mondiale)以及美國的混合數(shù)字廣播(Hybrid Digital Radio, HD Radio)系統(tǒng)。DAB數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM,)調(diào)制方式，具有高數(shù)據(jù)率(主業(yè)務(wù)凈數(shù)據(jù)率大約1. 5 1. 7Mb/s)，可以提供CD級(jí)的高質(zhì)量音頻，具有較強(qiáng)的抗多徑干擾能力、發(fā)射功率小、頻譜利用率高和業(yè)務(wù)構(gòu)成靈活等特點(diǎn)，主要用于城市廣播覆蓋，但是，DAB沒有考慮和現(xiàn)有調(diào)頻的兼容性，對(duì)現(xiàn)有的FM調(diào)頻是取而代之，現(xiàn)有的調(diào)頻電臺(tái)只能等DAB在其他波段(III波段、L波段)發(fā)展到一定程度后，才能將原有的調(diào)頻廣播全部關(guān)閉，再把相應(yīng)的調(diào)頻頻段用于數(shù)字音頻廣播。 因此，DAB系統(tǒng)和現(xiàn)有調(diào)頻系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)平滑過渡。我國制定的數(shù)字音頻廣播DAB標(biāo)準(zhǔn)參考?xì)W洲D(zhuǎn)AB標(biāo)準(zhǔn)，并已在北京等地開始了 DAB廣播，但所用頻段不是原有的調(diào)頻FM和調(diào)幅AM 頻段，專門為其劃分了廣播頻段，并且DAB收音機(jī)價(jià)格昂貴，難以得到用戶的廣泛認(rèn)可。因此，其推廣受到限制，迄今未做到市場化和產(chǎn)業(yè)化。DRM數(shù)字調(diào)幅系統(tǒng)最初針對(duì)30MHz以下的中短波調(diào)幅廣播數(shù)字化而開發(fā)，經(jīng)過多年研究和實(shí)現(xiàn)，DRM組織于2001年4月4日向ITU提交了 30MHz以下數(shù)字調(diào)幅廣播建議書(ITU-R BS. 1514)，并獲得通過。2004年11月DRM組織提出了一項(xiàng)將DRM擴(kuò)展到 30MHz 120MHz頻率范圍的建議，即DRM+，其目標(biāo)是開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化DRM擴(kuò)展系統(tǒng)，即VHF 波段(傳統(tǒng)調(diào)頻廣播頻段)的數(shù)字化技術(shù)，使其頻率覆蓋波段I、II和III，成為從LW波段到VHF波段的開放式國際標(biāo)準(zhǔn)。DRM+與FM調(diào)頻同播的頻譜圖如

圖1所示，DRM+定義的頻帶間隔^|il50kHz，功率差^Ρμ2(ΜΒ。帶內(nèi)同頻αη-Band On-Channel, IB0C)的HD Radio混合數(shù)字廣播系統(tǒng)是由美國 iBiquity Digital公司針對(duì)FM調(diào)頻廣播和AM調(diào)幅中波廣播數(shù)字化改造而開發(fā)的數(shù)字化廣播系統(tǒng)，2000年11月15日獲得了國際電信聯(lián)盟(ITU)的許可，2002年10月，美國FCC(聯(lián)
5邦通訊委員會(huì))將其確定為美國唯一的數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)。美國傳統(tǒng)的調(diào)頻廣播分布在88 IOgMHz內(nèi)，每個(gè)頻道帶寬為200kHz，約可布點(diǎn)百余個(gè)電臺(tái)頻道。IBOC-FM在原有調(diào)頻模擬頻帶的基礎(chǔ)上，增加數(shù)字邊帶用于傳遞音頻或其它信息，每個(gè)電臺(tái)可以占用400kHz的帶寬， IBOC-FM兼容現(xiàn)有的FM調(diào)頻系統(tǒng)，不需重新分配頻譜。和其他數(shù)字聲音廣播方式相比較， HD Radio混合數(shù)字廣播系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以實(shí)現(xiàn)模擬到數(shù)字的平穩(wěn)過渡。但是HD Radio 系統(tǒng)使用固定在模擬信號(hào)上下兩邊帶的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，造成數(shù)字和模擬廣播的相互干擾和信號(hào)覆蓋問題。HD Radio混合數(shù)字廣播系統(tǒng)在常規(guī)FM調(diào)頻信號(hào)上下兩邊帶創(chuàng)建了一組數(shù)字邊帶，其有三種頻譜分配模式混合模式、擴(kuò)展混合模式、全數(shù)字模式，這些模式的一個(gè)顯著共同點(diǎn)是模擬調(diào)頻信號(hào)和數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的頻譜在同一個(gè)模擬調(diào)頻頻道內(nèi)沒有重疊，各自獨(dú)享某段頻道。在混合模式下，在原來模擬調(diào)頻信號(hào)上下邊帶分別增加約70kHz的數(shù)字邊帶用于傳輸數(shù)字信號(hào)，模擬調(diào)頻信號(hào)頻譜位置和形狀保持不變，頻譜分配方式如圖2所示，模擬調(diào)頻信號(hào)兩側(cè)上下邊帶為數(shù)字調(diào)頻信號(hào)占用?；旌夏Ｊ?Hybrid Mode)提供971ApS的數(shù)據(jù)率，其中包括961cbpS的音頻數(shù)據(jù)和Ilibps的輔助數(shù)據(jù)，或者641cbpS的音頻數(shù)據(jù)和331cbpS 的輔助數(shù)據(jù)。相較混合模式而言，擴(kuò)展混合模式(Extended Hybrid Mode)的數(shù)字邊帶擴(kuò)展侵占了原模擬調(diào)頻信號(hào)的部分頻道，上下邊帶各多出^kHz,即減少了模擬調(diào)頻信號(hào)的帶寬，但兩者頻譜仍沒有共用，頻譜分配方式如圖3所示，模擬調(diào)頻信號(hào)兩側(cè)箭頭所指為擴(kuò)展的數(shù)字上下邊帶。擴(kuò)展混合模式提供1471ApS的數(shù)據(jù)率，其中包括961ApS的音頻數(shù)據(jù)和 51kbps的輔助數(shù)據(jù)，或者641ApS的音頻數(shù)據(jù)和831cbpS的輔助數(shù)據(jù)。該模式也支持模擬立體聲和廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RDQ，在擴(kuò)展混合模式中，減少了模擬調(diào)頻信號(hào)的頻譜寬度，讓位給擴(kuò)展的數(shù)字頻譜，上、下邊帶擴(kuò)展部分各30kHz。在全數(shù)字模式下，如圖4所示，原有的模擬信號(hào)停用，完全被數(shù)字信號(hào)代替，主數(shù)字信號(hào)兩側(cè)為數(shù)字上下邊帶，還有箭頭所指的擴(kuò)展的數(shù)字上下邊帶。全數(shù)字模式的頻譜分配方式中沒有了模擬信號(hào)，可提供2771ApS數(shù)據(jù)率，其中包括961cbpS的音頻數(shù)據(jù)和lSllibps的輔助數(shù)據(jù)，或者641cbpS的音頻數(shù)據(jù)和2131cbpS的輔助數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，處于兩側(cè)的主信道傳輸?shù)墓β室忍幱谥虚g的信道大很多。由圖2、3和4的HD Radio混合數(shù)字廣播系統(tǒng)的調(diào)頻廣播頻譜圖可以看到，其要求頻率間隔為400kHz，由于現(xiàn)有的調(diào)頻廣播頻率間隔為200kHz，因此，由模擬調(diào)頻廣播過渡到HD Radio混合數(shù)字廣播系統(tǒng)的數(shù)字廣播，將多占用一倍的帶寬。這在調(diào)頻廣播電臺(tái)密集的地區(qū)，可能無法將所有電臺(tái)數(shù)字化。對(duì)此，HD Radio混合數(shù)字廣播系統(tǒng)采用了折中方案， 在調(diào)頻電臺(tái)頻率規(guī)劃時(shí)，保證調(diào)頻電臺(tái)的相鄰兩邊不同時(shí)出現(xiàn)200kHz的電臺(tái)。即便如此， 系統(tǒng)仍然需要考慮第一鄰頻道干擾問題。例如，工作于混合模式的HD Radio中的邊帶數(shù)字信號(hào)位于模擬主調(diào)頻中心頻率 129. 361 198. 402kHz之間，如圖5所示，基于頻道間隔為200kHz的第一鄰頻(距主調(diào)頻中心頻率+200kHz處，用虛線表示)和主調(diào)頻頻道(實(shí)線)之間存在相互干擾，第一鄰頻道可能是原來的模擬調(diào)頻信號(hào)，或者是另一個(gè)HD Radio頻道?？梢钥闯?，第一鄰頻道對(duì)主調(diào)頻頻道中數(shù)字邊帶的干擾很嚴(yán)重，圖中虛線三角形完全覆蓋了主調(diào)頻的上邊帶數(shù)字信號(hào)。同樣，考慮距離主調(diào)頻中心頻率-200kHz處的鄰頻道干擾，則主調(diào)頻頻道中的下邊帶數(shù)字信號(hào)也將全部被干擾覆蓋。
由于主調(diào)頻頻道和第一鄰頻道之間存在較為嚴(yán)重的干擾，因此，需要采取信號(hào)處理技術(shù)從存在干擾的環(huán)境中分離出需要的有用信號(hào)。一種調(diào)頻信號(hào)分離技術(shù)稱之為 COLT (Continuous Look Through，連續(xù)瀏覽)，它用于從寬帶調(diào)頻信號(hào)中提取窄帶信號(hào)，其效果類似于陷波濾波器，跟蹤和抑制干擾信號(hào)的調(diào)頻瞬時(shí)頻率，參見美國專利U. S. Pat. Nos. 5263191。由于FM HD Radio信號(hào)在傳播過程中受到各種衰落影響和帶寬特性，這限制了 COLT技術(shù)的實(shí)際效果。因此，美國專利U. S. Pat. Nos. 6259893描述了另外一種減少 HDRadio FM干擾的方法。首先將接收到的混合信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，然后把歸一化后混合信號(hào)的復(fù)數(shù)共軛與原始的混合信號(hào)相乘，得到一個(gè)實(shí)信號(hào)，這個(gè)實(shí)信號(hào)經(jīng)過一個(gè)高通濾波后，與歸一化混合信號(hào)相乘，產(chǎn)生最后的輸出信號(hào)，輸出中的干擾信號(hào)相對(duì)于有用信號(hào)得到了減少，從而易于檢出有用信號(hào)。在我國，調(diào)頻音頻廣播頻率范圍規(guī)定為在87 108MHz，其頻譜分配如圖6所示。 國內(nèi)的調(diào)頻音頻廣播方式由GBT 4311規(guī)范，調(diào)頻頻率間隔為200kHz。除了單聲道及立體聲廣播外，還規(guī)范了多路聲廣播和調(diào)頻數(shù)據(jù)廣播兩類。我國現(xiàn)有的調(diào)頻廣播以模擬信號(hào)為主， 雖然也定義了調(diào)頻廣播利用基帶空閑頻譜調(diào)制附加信息的方式，但是附加的數(shù)字邊帶帶寬很窄，主要用于傳輸輔助的數(shù)據(jù)信息，而不能傳輸數(shù)字化了的模擬音頻信息。且目前國內(nèi)實(shí)際FM頻點(diǎn)間隔有IOOkHz、200kHz、300kHz、500kHz和600kHz等，頻點(diǎn)使用情況復(fù)雜，尚有空白頻率資源未得到充分利用。但上述的現(xiàn)有數(shù)字音頻廣播技術(shù)在我國不適用。如果通過FM 數(shù)字化實(shí)現(xiàn)調(diào)頻廣播頻率的充分利用，將是對(duì)我國調(diào)頻廣播的極大補(bǔ)充。HD Radio系統(tǒng)在主頻道內(nèi)模擬調(diào)頻信號(hào)與上下邊帶的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的頻譜是完全不重疊的，但與第一鄰頻道存在相互干擾，因此難以適用于現(xiàn)有的調(diào)頻頻段，例如中國的調(diào)頻頻道。為此已出現(xiàn)了真正的同頻同帶(Truly in-band-on-channel,TIB0C)數(shù)模音頻廣播系統(tǒng)，頻譜如圖7所示，模擬主調(diào)頻信號(hào)和數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的頻譜完全重疊，即相同的調(diào)頻頻道同時(shí)用于傳輸模擬主調(diào)頻信號(hào)和數(shù)字調(diào)頻信號(hào)。其中的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)經(jīng)過信道編碼和調(diào)制，以便更好地抵抗噪聲和干擾。數(shù)字調(diào)制信號(hào)可以是傳統(tǒng)的正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)多載波方案、單載波方案，或者擴(kuò)頻方案。較多采用OFDM方案。采用上述混合數(shù)字廣播的COLT等方法可以恢復(fù)分離模擬調(diào)頻信號(hào)，然后再從模數(shù)混合信號(hào)中消除模擬調(diào)頻信號(hào)進(jìn)而得到數(shù)字調(diào)頻信號(hào)時(shí)，但此時(shí)殘留的模擬調(diào)頻信號(hào)就成為了數(shù)字信號(hào)的背景噪聲，恢復(fù)的數(shù)字信號(hào)效果不佳。因此，在真正的同頻同帶的TIBOC數(shù)模音頻廣播系統(tǒng)中，模擬主調(diào)頻信號(hào)和數(shù)字調(diào)制信號(hào)頻譜完全重疊，采用傳統(tǒng)調(diào)頻分離技術(shù)，解調(diào)的模擬調(diào)頻信號(hào)將成為OFDM信號(hào)的一部分，且源自模擬調(diào)頻信號(hào)的殘留噪聲功率將遠(yuǎn)大于OFDM信號(hào)的功率，使得所恢復(fù)的數(shù)字調(diào)制信號(hào)達(dá)不到一定信噪比的要求，影響數(shù)字調(diào)制信號(hào)的接收質(zhì)量。同時(shí)，數(shù)字調(diào)制信號(hào)對(duì)模擬主調(diào)頻信號(hào)的干擾使得模擬主調(diào)頻信號(hào)無法準(zhǔn)確恢復(fù)。因此，如何在數(shù)模頻譜完全重疊的數(shù)模音頻廣播系統(tǒng)中很好地實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字信號(hào)的分離就成為關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法，對(duì)帶內(nèi)同播頻譜完全重疊的模擬主調(diào)頻信號(hào)和數(shù)字調(diào)頻信號(hào)構(gòu)成的模數(shù)信號(hào)，提出了矢量信號(hào)計(jì)算的分離方法，恢復(fù)一個(gè)干凈的模擬主調(diào)頻信號(hào)，并得到信噪比達(dá)到要求的、高質(zhì)量的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)。本發(fā)明另一目的是設(shè)計(jì)一種采用調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的接收設(shè)備，能將模擬主調(diào)頻信號(hào)和數(shù)字調(diào)頻信號(hào)較好地分離，同時(shí)得到一個(gè)干凈的模擬主調(diào)頻信號(hào)和信噪比達(dá)到要求的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)。本發(fā)明提出的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法針對(duì)真正的同頻同帶 (Truly in-band-on-channel, TIB0C)數(shù)模音頻廣播系統(tǒng)發(fā)射的調(diào)頻廣播頻段的數(shù)字廣播模數(shù)混合信號(hào)，該模數(shù)混合信號(hào)中m(t)表示模擬調(diào)頻聲音信號(hào)，f。是調(diào)頻載波。模擬調(diào)頻調(diào)制信號(hào)為xFM，用式①表示Xfm cos[a(0] 其中a (t)是②式給出的相位函數(shù)
權(quán)利要求
1.調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法，針對(duì)真正的同頻同帶數(shù)模音頻廣播系統(tǒng)發(fā)射的調(diào)頻廣播頻段的數(shù)字廣播模數(shù)混合信號(hào)，該模數(shù)混合信號(hào)中m(t)表示模擬調(diào)頻聲音信號(hào)，fc是調(diào)頻載波；模擬調(diào)頻調(diào)制信號(hào)為xFM，用式①表示Xfm = COS [⑴]①其中α (t)是②式給出的相位函數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法，其特征在于 所述數(shù)字調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制為正交頻分復(fù)用的多載波調(diào)制，或者單載波調(diào)制，或者擴(kuò)頻調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法，其特征在于 所述數(shù)字調(diào)頻信號(hào)正交頻分復(fù)用調(diào)制的快速傅里葉變換長度N值為256、或512、或1024、或 2028。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法設(shè)計(jì)的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的接收設(shè)備，其特征在于包括天線、調(diào)諧模塊、模數(shù)變換器、數(shù)字下變頻器、重采樣模塊、模擬調(diào)頻信號(hào)接收器、 數(shù)字信號(hào)解調(diào)解碼器，還有執(zhí)行上述本發(fā)明調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法的模數(shù)信號(hào)分離模塊；天線接收的射頻信號(hào)依次接入調(diào)諧模塊、模數(shù)變換器、數(shù)字下變頻器、重采樣模塊，同時(shí)模數(shù)變換器的輸出端還接出反饋信號(hào)送到調(diào)諧模塊；重采樣模塊的輸出接入模數(shù)信號(hào)分離模塊，得到相應(yīng)的模擬調(diào)頻信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，分別接入模擬調(diào)頻信號(hào)接收器的數(shù)字信號(hào)解調(diào)解碼器；所述模數(shù)信號(hào)分離模塊含有調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法具體計(jì)算程序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的接收設(shè)備，其特征在于 所述模擬調(diào)頻信號(hào)接收器包括依次連接的限幅帶通濾波器、微分器、鑒頻器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的接收設(shè)備，其特征在于 所述鑒頻器為鎖相環(huán)鑒頻器或包絡(luò)檢波鑒頻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的接收設(shè)備，其特征在于 所述數(shù)字信號(hào)解調(diào)解碼器包括依次連接的同步恢復(fù)和信道均衡模塊、信道解碼模塊和信源解碼模塊。
全文摘要
本發(fā)明為調(diào)頻廣播頻段數(shù)字廣播模數(shù)信號(hào)的分離方法和接收設(shè)備，本分離方法把同頻同帶的模數(shù)混合信號(hào)S中相鄰的兩個(gè)矢量信號(hào)相加，消除掉了數(shù)字信號(hào)dm分量，得x2m+x2m+1，x2m和x2m+1的第n個(gè)分量可為相位調(diào)制信號(hào)ejα和ejβ的第n個(gè)分量，由此得振幅和相位；再求得參量θ、δ，得到x2m和x2m+1，恢復(fù)數(shù)字信號(hào)dm。按本方法設(shè)計(jì)的接收設(shè)備天線順序連接調(diào)諧模塊、模數(shù)變換器、數(shù)字下變頻器、重采樣模塊，重采樣模塊的輸出接入有本方法具體計(jì)算程序的模數(shù)信號(hào)分離模塊，得到相應(yīng)的模擬調(diào)頻信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，分別接入模擬FM接收器的數(shù)字信號(hào)解調(diào)解碼器。最終得到發(fā)端發(fā)送的模擬聲音信號(hào)、數(shù)字音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。本發(fā)明分離模數(shù)信號(hào)好，消除相互干擾；性能可靠，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102307168SQ201110224579
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月6日
發(fā)明者張?jiān)? 門愛東, 黃建忠 申請(qǐng)人:桂林市思奇通信設(shè)備有限公司