一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用調(diào)制了高速數(shù)據(jù)的低邊帶多元位置相移鍵控信號取代正弦載波，與模擬音頻信號進(jìn)行保留載波的雙邊帶調(diào)幅；接收機對收到的復(fù)合調(diào)制信號上變頻、沖擊濾波并提取相干載波相乘后，利用頻譜分布差異分離出模擬音頻信號，并利用相關(guān)匹配解調(diào)出MPPSK調(diào)制數(shù)據(jù)。本發(fā)明直接沿用現(xiàn)有中波調(diào)幅廣播頻段的頻率資源和9kHz的帶寬劃分、調(diào)幅廣播發(fā)射機的基礎(chǔ)設(shè)施、DSB-AM傳輸?shù)膹V播制式、中波調(diào)幅收音機的成熟產(chǎn)品，實現(xiàn)原有模擬聲音信號與新增數(shù)字碼流真正在同一帶寬、同一頻道和同一時間播出，大大提高了數(shù)字AM廣播體制的頻譜利用率和能量利用率。
【專利說明】一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信中的信息調(diào)制與解調(diào)領(lǐng)域，涉及數(shù)字廣播通信系統(tǒng)，尤其涉及一種兼容調(diào)幅(AM)廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)中的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字化已成為世界廣播電視發(fā)展的必然趨勢。如何充分利用新技術(shù)實現(xiàn)廣播節(jié)目的有效覆蓋，實現(xiàn)模擬音頻廣播向數(shù)字音頻廣播的平穩(wěn)過渡是廣電行業(yè)亟需解決的重大課題。數(shù)字音頻廣播具有音頻質(zhì)量好、頻譜利用率高、支持?jǐn)?shù)據(jù)新業(yè)務(wù)等方面的優(yōu)勢，歐、美等發(fā)達(dá)國家主導(dǎo)了多項數(shù)字音頻廣播技術(shù)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定，并進(jìn)行了大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化推廣。
[0003]目前較成熟的數(shù)字音頻廣播標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)
I)歐洲的DAB標(biāo)準(zhǔn)
數(shù)字音頻廣播(DAB)的研究開始于1970年代末期，1986年被列為歐共體Eureka_147計劃，1995年正式由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(ETSI)發(fā)布該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DAB標(biāo)準(zhǔn)采用基于編碼正交頻分復(fù)用(COFDM)的多載波寬帶傳輸技術(shù)，與傳統(tǒng)模擬廣播中一個載波傳送一套節(jié)目的窄帶傳輸方式相比，DAB技術(shù)在對抗電波多徑傳播導(dǎo)致的頻率選擇性衰落方面性能有大幅提高。DAB系統(tǒng)已在英國、德國、加拿大、澳大利亞、韓國、新加坡和我國臺灣省等30多個國家和地區(qū)得到了較為廣泛應(yīng)用。T1、三星、RadioScape、Frontier Silicon等公司相繼推出了 DAB解碼芯片和接收機模塊，Philips、日立、SONY、三星、LG等公司也推出了 DAB/DMB(數(shù)字多媒體廣播)車載或便攜式接收機產(chǎn)品。在英國和北歐一些國家、DAB覆蓋率已達(dá)到較高水平，其DAB收音機銷量已超過傳統(tǒng)的調(diào)頻(FM)收音機。但是，DAB標(biāo)準(zhǔn)采用1.536MHz的信道帶寬與模擬FM/AM廣播完全不兼容，需要新的工作頻段和頻率規(guī)劃，對推廣形成了很大的障礙，同時由于DAB系統(tǒng)的寬帶特性，終端接收機無論在成本和功耗上都較難控制，也不利于DAB產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0004]2)美國的HD Radio標(biāo)準(zhǔn)
美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)于2002年批準(zhǔn)了美國數(shù)字音頻廣播國家標(biāo)準(zhǔn)HD Radio，采用基于iBiquity公司的帶內(nèi)同頻道(IB0C)技術(shù)。由于FCC對模擬AM和FM發(fā)射的頻譜掩模要求較為寬松，允許載頻邊帶有一定的功率輻射?；诖?，HD Radio使用當(dāng)前分配給AM/FM模擬電臺的載頻邊帶傳輸數(shù)字信號，并逐漸實現(xiàn)模擬向數(shù)字的平滑過渡。與傳統(tǒng)模擬廣播的同頻兼容性使其在美國得以迅速推廣，目前已有超過2000座電臺播出HD Radio節(jié)目。但在世界上其他一些國家(包括中國)，AM/FM的頻率規(guī)劃與美國不同，而且相應(yīng)的發(fā)射信號頻譜模板也比FCC的規(guī)定嚴(yán)格許多。HD Radio使用固定邊帶和固定邊帶發(fā)射功率的技術(shù)，使其在其他國家應(yīng)用中對現(xiàn)有的模擬覆蓋形成較大干擾，難以在世界范圍內(nèi)大面積推廣。
[0005]3) DRM 系統(tǒng)
DRM系統(tǒng)是國際數(shù)字廣播聯(lián)盟(DRM)經(jīng)多年研究和實驗提出的一種中短波調(diào)幅廣播數(shù)字化方案，已成為國際電信聯(lián)盟(ITU)和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)標(biāo)準(zhǔn)。2010年，DRM組織又推出了用于FM頻段的DRM+系統(tǒng)。與HD Radio不同，DRM+既可占用模擬廣播的上/下鄰頻進(jìn)行廣播，也可單獨占用一個廣播頻道，比較靈活，可根據(jù)鄰近電臺情況選擇干擾最小的方式放置數(shù)字頻譜，并輔以發(fā)射功率的調(diào)整，從而保護(hù)現(xiàn)有模擬廣播不受影響。但是，DRM系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬音頻廣播一樣，都是窄帶系統(tǒng)，不能有效對抗FM頻段電波多徑傳播造成的頻率選擇性衰落，系統(tǒng)性能仍不夠理想，試聽音質(zhì)也略遜于HD Radio系統(tǒng)。
[0006]4)國內(nèi)進(jìn)展與動態(tài)
1996年12月，我國啟動《數(shù)字音頻廣播(DAB)重大科技產(chǎn)業(yè)工程項目》，并通過中歐合作項目的實施，建立了廣東珠江三角洲D(zhuǎn)AB先導(dǎo)網(wǎng)、北京-廊坊-天津DAB網(wǎng)。
[0007]2002年9月，廣電總局投資600萬元進(jìn)行《數(shù)字AM廣播系統(tǒng)功能樣機開發(fā)與試驗研究》，開發(fā)完成了傳輸系統(tǒng)及參考測試接收機功能樣機，建立了基于DRM體制的數(shù)字AM廣播試驗平臺，進(jìn)行了相應(yīng)的發(fā)射機改造與外場測試工作。
[0008]2008年起，廣播科學(xué)研究院對FM HD Radio系統(tǒng)進(jìn)行了實驗室測試和北京地區(qū)場地測試，在奧運會、殘奧會期間進(jìn)行了 FM HD Radio試驗廣播，并完成了國產(chǎn)調(diào)頻發(fā)射機的HD Radio數(shù)字化改造技術(shù)研究。
[0009]由于短波頻段的大功率信號借助于大地與電離層之間的反射可實現(xiàn)全球收聽，為了統(tǒng)一，各國都原則同意采用DRM規(guī)范；但對于FM頻段和中波AM頻段，歐洲同樣采用DRM規(guī)范，美國堅持IBOC體制。而國內(nèi)研究表明，DAB、HD Radio技術(shù)在使用頻段和頻道帶寬設(shè)置方面均與我國調(diào)頻/中波調(diào)幅廣播頻段現(xiàn)有頻率規(guī)劃不符，同時這些數(shù)字音頻廣播技術(shù)體制均建立在大量的國外專利技術(shù)基礎(chǔ)之上，不利于我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，難以在我國進(jìn)一步推廣使用。但我國并未系統(tǒng)地開展中波頻段自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字調(diào)幅廣播(DAMB)技術(shù)體系研究，也沒有探索出適合國情的DAMB發(fā)展模式，只是明確將來的中國DAMB標(biāo)準(zhǔn)必須實現(xiàn)模擬與數(shù)字系統(tǒng)的同播，即向下兼容現(xiàn)行的模擬AM廣播系統(tǒng)。
[0010]傳輸體制
I)數(shù)字載波思想
本專利 申請人:通過分析和比較上述3種數(shù)字音頻廣播體系，認(rèn)識到:為了充分利用現(xiàn)有的大功率模擬AM廣播發(fā)送設(shè)備和廣播網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該兼容現(xiàn)行的保留載波的模擬雙邊帶調(diào)幅(DSB-AM)傳輸系統(tǒng)；而DSB-AM信號由一個不含任何信息的正弦載波和上下兩個含有相同調(diào)制信息的模擬邊帶組成，因此為了實現(xiàn)模擬與數(shù)字系統(tǒng)的同播，必須利用DSB-AM信號的載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制:只要數(shù)字調(diào)制信息的功率譜(PSD)邊帶在模擬主信號的9kHz (以載頻為中心±4.5 kHz)帶寬內(nèi)至少低于載波50dB，即可實現(xiàn)同播。我們把這種攜帶很低PSD邊帶數(shù)字信息的載波簡稱為“數(shù)字載波”，而為了產(chǎn)生“數(shù)字載波”，必須考慮能夠保留正弦載波分量的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。
[0011]2) MPPSK 調(diào)制
我們曾發(fā)明一種保留載波的信號調(diào)制方法，稱之為擴展的二元相移鍵控(EBPSK:Extended Binary Phase Shift Keying,見“一種統(tǒng)一的 二兀正交偏移鍵控調(diào)制和解調(diào)方法”，發(fā)明專利號:ZL200710025203.6)，其信號功率譜表現(xiàn)出高載波和低邊帶的鮮明特點，但傳輸碼率還不夠高，且功率譜中仍含有較高的離散線譜；而將EBPSK調(diào)制拓展到多進(jìn)制，可得到更高的傳輸碼率并降低甚至徹底消除線譜，即利用多元信息符號鍵控正弦載波的不同反相位置(常取相位調(diào)制角度沒=叉)，又得到一種多元位置的相移鍵控(MPPSK:M_ary Phase Position Keying)調(diào)制(見“多元位置相移鍵控調(diào)制和解調(diào)方法”，發(fā)明專利號:ZL200710025202.1)，其表達(dá)式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)，包括復(fù)合調(diào)制發(fā)射機系統(tǒng)和復(fù)合調(diào)制接收機系統(tǒng)，其特征在于: 1)所述復(fù)合調(diào)制發(fā)射機系統(tǒng)的復(fù)合調(diào)制信號可表達(dá)為: 其中，A是復(fù)合調(diào)制信號的幅度，aif)是作為復(fù)合調(diào)制邊帶的模擬音頻信號，為模擬音頻調(diào)幅系數(shù)，%?是復(fù)合調(diào)制載波的數(shù)字調(diào)制信號； 2)所述復(fù)合調(diào)制接收機系統(tǒng)利用本地提取的頻率為A的中頻相干載波與接收到的所述復(fù)合調(diào)制信號相乘后再濾波，來分離時頻混疊的模擬音頻信號與數(shù)字調(diào)制信號％?，//指本地中頻相干載波的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)字調(diào)制信號采用調(diào)制了高速數(shù)據(jù)的低邊帶多元位置相移鍵控調(diào)制信號，所述低邊帶多元位置相移鍵控調(diào)制信號的表達(dá)式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于:所述復(fù)合調(diào)制接收機系統(tǒng)將接收到的所述復(fù)合調(diào)制信號與頻率為//的本地中頻相干載波相乘后: 1)直接利用低通或帶通濾波器濾出d的頻率分量，即可解調(diào)出所述模擬音頻信號《的，其中Pain為模擬音頻信號的最低頻率，F(xiàn)麗為模擬音頻信號的最高頻率； 2)直接利用通帶頻率在^~范圍內(nèi)的帶通濾波器，即可從所述復(fù)合調(diào)制信號中分離出所述數(shù)字調(diào)制信號％的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于:所述復(fù)合調(diào)制接收機系統(tǒng)利用沖擊濾波器將所述復(fù)合調(diào)制信號中低邊帶多元位置相移鍵控“非0碼元”的相位變化轉(zhuǎn)變?yōu)檩^強寄生調(diào)幅沖擊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于:所述復(fù)合調(diào)制接收機系統(tǒng)解調(diào)前先對所述復(fù)合調(diào)制信號上變頻以增大r值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的一種兼容中波模擬調(diào)幅廣播的復(fù)合調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于:所述復(fù)合調(diào)制接收機系統(tǒng)中的解調(diào)器對直接利用帶通濾波器從所述復(fù)合調(diào)制信號中分離出來的所述數(shù)字調(diào)制信號％?，利用所述復(fù)合調(diào)制接收機系統(tǒng)中接收端預(yù)存的一段經(jīng)帶通濾波后的沖擊序列作為相關(guān)運算模板或匹配濾波波形，與帶通濾波后某個信號SM中碼元CU,2...M-1的沖擊出現(xiàn)位置分別相乘后進(jìn)行積分判決，將積分值最大者判為解調(diào)出的低邊帶多元位置相移 鍵控碼元。
【文檔編號】H04L27/20GK103501211SQ201310464224
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】吳樂南, 逄軍, 王繼武, 李旭森, 朱超越 申請人:蘇州東奇信息科技股份有限公司