一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統的製作方法

2023-09-23 22:23:30 1

一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統，該系統採用調製了高速數據的低邊帶多元位置相移鍵控信號取代正弦載波，與模擬音頻信號進行保留載波的雙邊帶調幅；接收機對收到的複合調製信號上變頻、衝擊濾波並提取相干載波相乘後，利用頻譜分布差異分離出模擬音頻信號，並利用相關匹配解調出MPPSK調製數據。本發明直接沿用現有中波調幅廣播頻段的頻率資源和9kHz的帶寬劃分、調幅廣播發射機的基礎設施、DSB-AM傳輸的廣播制式、中波調幅收音機的成熟產品，實現原有模擬聲音信號與新增數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幅廣播的複合調製系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於通信中的信息調製與解調領域，涉及數字廣播通信系統，尤其涉及一種兼容調幅(AM)廣播的複合調製系統中的調製與解調技術。
【背景技術】
[0002]數位化已成為世界廣播電視發展的必然趨勢。如何充分利用新技術實現廣播節目的有效覆蓋，實現模擬音頻廣播向數字音頻廣播的平穩過渡是廣電行業亟需解決的重大課題。數字音頻廣播具有音頻質量好、頻譜利用率高、支持數據新業務等方面的優勢，歐、美等發達國家主導了多項數字音頻廣播技術開發和標準制定，並進行了大規模的產業化推廣。
[0003]目前較成熟的數字音頻廣播標準技術
I)歐洲的DAB標準
數字音頻廣播(DAB)的研究開始於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準化協會(ETSI)發布該系統標準。DAB標準採用基於編碼正交頻分復用(COFDM)的多載波寬帶傳輸技術，與傳統模擬廣播中一個載波傳送一套節目的窄帶傳輸方式相比，DAB技術在對抗電波多徑傳播導致的頻率選擇性衰落方面性能有大幅提高。DAB系統已在英國、德國、加拿大、澳大利亞、韓國、新加坡和我國臺灣省等30多個國家和地區得到了較為廣泛應用。T1、三星、RadioScape、Frontier Silicon等公司相繼推出了 DAB解碼晶片和接收機模塊，Philips、日立、SONY、三星、LG等公司也推出了 DAB/DMB(數字多媒體廣播)車載或可攜式接收機產品。在英國和北歐一些國家、DAB覆蓋率已達到較高水平，其DAB收音機銷量已超過傳統的調頻(FM)收音機。但是，DAB標準採用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劃，對推廣形成了很大的障礙，同時由於DAB系統的寬帶特性，終端接收機無論在成本和功耗上都較難控制，也不利於DAB產業的發展。
[0004]2)美國的HD Radio標準
美國聯邦通信委員會(FCC)於2002年批准了美國數字音頻廣播國家標準HD Radio，採用基於iBiquity公司的帶內同頻道(IB0C)技術。由於FCC對模擬AM和FM發射的頻譜掩模要求較為寬鬆，允許載頻邊帶有一定的功率輻射。基於此，HD Radio使用當前分配給AM/FM模擬電臺的載頻邊帶傳輸數位訊號，並逐漸實現模擬向數字的平滑過渡。與傳統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節目。但在世界上其他一些國家(包括中國)，AM/FM的頻率規劃與美國不同，而且相應的發射信號頻譜模板也比FCC的規定嚴格許多。HD Radio使用固定邊帶和固定邊帶發射功率的技術，使其在其他國家應用中對現有的模擬覆蓋形成較大幹擾，難以在世界範圍內大面積推廣。
[0005]3) DRM 系統
DRM系統是國際數字廣播聯盟(DRM)經多年研究和實驗提出的一種中短波調幅廣播數位化方案，已成為國際電信聯盟(ITU)和歐洲電信標準協會(ETSI)標準。2010年，DRM組織又推出了用於FM頻段的DRM+系統。與HD Radio不同，DRM+既可佔用模擬廣播的上/下鄰頻進行廣播，也可單獨佔用一個廣播頻道，比較靈活，可根據鄰近電臺情況選擇幹擾最小的方式放置數字頻譜，並輔以發射功率的調整，從而保護現有模擬廣播不受影響。但是，DRM系統與傳統的模擬音頻廣播一樣，都是窄帶系統，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，系統性能仍不夠理想，試聽音質也略遜於HD Radio系統。
[0006]4)國內進展與動態
1996年12月，我國啟動《數字音頻廣播(DAB)重大科技產業工程項目》，並通過中歐合作項目的實施，建立了廣東珠江三角洲DAB先導網、北京-廊坊-天津DAB網。
[0007]2002年9月，廣電總局投資600萬元進行《數字AM廣播系統功能樣機開發與試驗研究》，開發完成了傳輸系統及參考測試接收機功能樣機，建立了基於DRM體制的數字AM廣播試驗平臺，進行了相應的發射機改造與外場測試工作。
[0008]2008年起，廣播科學研究院對FM HD Radio系統進行了實驗室測試和北京地區場地測試，在奧運會、帕運會期間進行了 FM HD Radio試驗廣播，並完成了國產調頻發射機的HD Radio數位化改造技術研究。
[0009]由於短波頻段的大功率信號藉助於大地與電離層之間的反射可實現全球收聽，為了統一，各國都原則同意採用DRM規範；但對於FM頻段和中波AM頻段，歐洲同樣採用DRM規範，美國堅持IBOC體制。而國內研究表明，DAB、HD Radio技術在使用頻段和頻道帶寬設置方面均與我國調頻/中波調幅廣播頻段現有頻率規劃不符，同時這些數字音頻廣播技術體制均建立在大量的國外專利技術基礎之上，不利於我國相關產業發展，難以在我國進一步推廣使用。但我國並未系統地開展中波頻段自主智慧財產權的數字調幅廣播(DAMB)技術體系研究，也沒有探索出適合國情的DAMB發展模式，只是明確將來的中國DAMB標準必須實現模擬與數字系統的同播，即向下兼容現行的模擬AM廣播系統。
[0010]傳輸體制
I)數字載波思想
本專利 申請人:通過分析和比較上述3種數字音頻廣播體系，認識到:為了充分利用現有的大功率模擬AM廣播發送設備和廣播網絡，應該兼容現行的保留載波的模擬雙邊帶調幅(DSB-AM)傳輸系統；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製信息的模擬邊帶組成，因此為了實現模擬與數字系統的同播，必須利用DSB-AM信號的載波進行數字調製:只要數字調製信息的功率譜(PSD)邊帶在模擬主信號的9kHz (以載頻為中心±4.5 kHz)帶寬內至少低於載波50dB，即可實現同播。我們把這種攜帶很低PSD邊帶數字信息的載波簡稱為「數字載波」，而為了產生「數字載波」，必須考慮能夠保留正弦載波分量的數字調製技術。
[0011]2) MPPSK 調製
我們曾發明一種保留載波的信號調製方法，稱之為擴展的二元相移鍵控(EBPSK:Extended Binary Phase Shift Keying,見「一種統一的 二兀正交偏移鍵控調製和解調方法」，發明專利號:ZL200710025203.6)，其信號功率譜表現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調製拓展到多進位，可得到更高的傳輸碼率並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(常取相位調製角度沒=叉)，又得到一種多元位置的相移鍵控(MPPSK:M_ary Phase Position Keying)調製(見「多元位置相移鍵控調製和解調方法」，發明專利號:ZL200710025202.1)，其表達式如下:
【權利要求】
1.一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統，包括複合調製發射機系統和複合調製接收機系統，其特徵在於: 1)所述複合調製發射機系統的複合調製信號可表達為: 其中，A是複合調製信號的幅度，aif)是作為複合調製邊帶的模擬音頻信號，為模擬音頻調幅係數，%?是複合調製載波的數字調製信號； 2)所述複合調製接收機系統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複合調製信號相乘後再濾波，來分離時頻混疊的模擬音頻信號與數字調製信號％?，//指本地中頻相干載波的頻率。
2.根據權利要求1所述的一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統，其特徵在於:所述數字調製信號採用調製了高速數據的低邊帶多元位置相移鍵控調製信號，所述低邊帶多元位置相移鍵控調製信號的表達式為:
3.根據權利要求2所述的一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統，其特徵在於:所述複合調製接收機系統將接收到的所述複合調製信號與頻率為//的本地中頻相干載波相乘後: 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麗為模擬音頻信號的最高頻率； 2)直接利用通帶頻率在^~範圍內的帶通濾波器，即可從所述複合調製信號中分離出所述數字調製信號％的。
4.根據權利要求3所述的一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統，其特徵在於:所述複合調製接收機系統利用衝擊濾波器將所述複合調製信號中低邊帶多元位置相移鍵控「非0碼元」的相位變化轉變為較強寄生調幅衝擊。
5.根據權利要求3所述的一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統，其特徵在於:所述複合調製接收機系統解調前先對所述複合調製信號上變頻以增大r值。
6.根據權利要求3或4或5所述的一種兼容中波模擬調幅廣播的複合調製系統，其特徵在於:所述複合調製接收機系統中的解調器對直接利用帶通濾波器從所述複合調製信號中分離出來的所述數字調製信號％?，利用所述複合調製接收機系統中接收端預存的一段經帶通濾波後的衝擊序列作為相關運算模板或匹配濾波波形，與帶通濾波後某個信號SM中碼元CU,2...M-1的衝擊出現位置分別相乘後進行積分判決，將積分值最大者判為解調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 優先權日:2013年10月8日
【發明者】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