一種緊急廣播信令的發送及接收方法
2023-05-16 11:00:26
一種緊急廣播信令的發送及接收方法
【專利摘要】本發明公開了一種緊急廣播信令的發送及接收方法，發送方法為：需要發送緊急廣播信令時，在正常的廣播節目音頻信號中插播緊急廣播信令，播放時長為經過信令時長，然後播放正常的廣播節目音頻信號。接收方法為：收音機模塊按照中波、短波或者調頻解調方式解調出包含緊急廣播信令的混合音頻信號，傳送給接收裝置；接收裝置從緊急廣播信令中解調出相應的緊急廣播指令，根據緊急廣播指令控制功放及揚聲器模塊和收音機模塊。本發明在模擬音頻基帶信號中插入緊急廣播信令，可以廣泛適用於中波、短波、調頻廣播等；具有較強的抗噪聲能力和很低的接收誤碼率，極大地提高了運算效率。
【專利說明】一種緊急廣播信令的發送及接收方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及廣播通訊【技術領域】，特別是涉及一種緊急廣播信令的發送及接收方法。
【背景技術】
[0002]「緊急廣播」，是指在面臨突發公共事件時，利用廣播電視系統向公眾通告緊急事件的信息。基於廣播電視系統向社會公眾傳播緊急信息是進行快速廣泛預警、及時通報災情、協助防災救災的有效手段。目前，我國已建成了世界上覆蓋人口最多，中央與地方相結合，有線、無線、衛星、網際網路等多種手段並用，傳統媒體和新興媒體共同發展，覆蓋全國、遍布城鄉、通達千家萬戶的廣播電視網。在我國現有的廣播電視系統中，只有移動多媒體廣播(CMMB, China Mobile Multimedia Broadcasting)系統實現了播發緊急廣播消息的功能。目前我國廣播電視行業正在開展緊急廣播系統的研究，擬通過各種類型的廣播電視傳輸覆蓋系統實現緊急廣播消息的發送。
[0003]要想構造省級乃至全國的緊急廣播網，緊急廣播信令的內容一般包含緊急廣播標識域、緊急廣播消息ID、發送流程類型、事件類型、事件級別、編碼字符集、發送時間和持續時間等諸多內容以及數字籤名的內容，這些內容一般有I千多比特的數據量。
[0004]雙音多頻(DTMF，Dual Tone Multi Frequency)信號由高頻群和低頻群組成，高低頻群各包含4個頻率；一個高頻信號和一個低頻信號疊加組成一個組合信號，代表一個數字；DTMF信號有16個編碼。根據DTMF標準，每個組合信號的持續時間至少65ms以上，一秒鐘最多能發送15個符號，相當於60比特的信息。採用DTMF作為緊急廣播信令的調製方式，傳輸速率是遠遠不能達到要求的。
[0005]也有採用調頻(FM)廣播的附加信道(RDS，Radio Data System)或者SCA(Subsidiary Communications Authorization)來進行緊急廣播信令的傳輸，這兩種方法的不足之處是要佔用附加信道，增加發射設備；而且只能通過調頻廣播方式，不適用於中波和短波廣播。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種緊急廣播信令的發送及接收方法，用以解決現有技術存在的的問題。
[0007]為解決上述技術問題，一方面，本發明提供一種緊急廣播信令的發送方法，包括:
[0008]需要發送緊急廣播信令時，在正常的廣播節目音頻信號中插播緊急廣播信令，播放時長為經過信令時長，然後播放正常的廣播節目音頻信號。
[0009]進一步，所述緊急廣播信令包括第一導頻、第二導頻、MSK調製信號和1/5幅度的
第二導頻。
[0010]進一步,所述第一導頻頻率為f I,幅度A伏，時長ml周；所述第二導頻頻率為f。，幅度A伏，時長ml周；所述MSK調製信號的中心頻率為f。,頻偏為土f2,幅度為A伏；所述1/5幅度第二導頻頻率為f。，幅度為1/5A，時長為m2周。
[0011]進一步，所述MSK調製信號的數據由數據編碼獲得，數據編碼包含以下步驟:
[0012]二進位指令信息先進行前向糾錯FEC編碼；
[0013]編碼後的數據再進行交織運算；
[0014]交織後的數據封裝成幀；其中，每幀包括PN序列的幀頭、交織後的數據和幀尾三部分。
[0015]進一步，信令時長為0.7 秒；fl=2.66667KHz, fc=2KHz, f2=1ΚΗζ, A=I 個歸一化單位值，ml=32, m2=8 ；FEC編碼為卷積編碼、LDPC編碼、BCH編碼或RS編碼。
[0016]另一方面，本發明還提供一種緊急廣播信令的接收方法，包括:
[0017]收音機模塊按照中波、短波或者調頻解調方式解調出包含緊急廣播信令的混合音頻信號，傳送給接收裝置；
[0018]接收裝置從緊急廣播信令中解調出相應的緊急廣播指令，根據緊急廣播指令控制功放及揚聲器模塊和收音機模塊。
[0019]進一步，接收裝置從緊急廣播信令中解調出相應的指令信息，具體包括:
[0020]對混合音頻信號進行模數轉換後，通過第一帶通濾波器進行濾波；
[0021]導頻識別模塊進行導頻識別；
[0022]在導頻識別模塊完成導頻識別之後，信號處理模塊進行信號處理，獲得緊急廣播指令信息。
[0023]進一步,導頻識別具體包括:
[0024]導頻識別模塊採取m抽I的方式進行採樣；
[0025]第二帶通濾波器進行濾波，其中，第二帶通濾波器的中心頻率取在第一導頻和第二導頻的中間位置；
[0026]進行第一導頻的識別，判斷是否找到連續20周的第一導頻，如果是，則判定為第一導頻識別成功，如果否，則繼續進行第一導頻的識別；
[0027]識別到第一導頻之後立即進行第二導頻的識別，判斷在Tl時間內是否找到連續20周的第二導頻，如果是，則判定為第二導頻識別成功，如果否則進行第一導頻的識別；其中，Tl為12周第一導頻時間加32周第二導頻時間；
[0028]第一、二導頻都識別成功之後，則導頻識別完成。
[0029]進一步，信號處理模塊進行信號處理，包括:
[0030]進行MSK解調；
[0031 ] 進行PN序列的搜尋，判斷在T2時間內是否搜尋到PN序列，如果否，則進行導頻識別；如果是，則進行位同步校正，T2為12周第二導頻時間加上64比特信息位的時間；
[0032]位同步校正後，採集幀內數據，獲得的數據進行去交織運算和FEC解碼運算，還原出由發送端最初發送的二進位指令信息；再由二進位指令信息產生相關指令動作。
[0033]進一步，MSK解調具體包括:
[0034]經過第一帶通濾波器濾波後的數據流分別與cos (wcn)和-sin (wcn)相乘；
[0035]再分別經過第一低通濾波器、第二低通濾波器濾波之後，進行I比特差分解調運算，解調出相應的數據；所述第一低通濾波器和第二低通濾波器的參數相同。
[0036]本發明有益效果如下:[0037]本發明方案是在模擬音頻基帶信號中插入緊急廣播信令，可以廣泛適用於中波、短波、調頻廣播，或者其他將音頻信號數位化傳輸再還原成模擬音頻信號的任何傳輸方式；同時由於採用了交織、去交織技術和FEC (前向糾錯)編解碼技術，本發明技術方案具有較強的抗噪聲能力和很低的接收誤碼率，滿足緊急廣播高可靠接收信令的要求；採用雙導頻技術，使得接收裝置能採用快速的算法從音頻信號中識別出緊急廣播信令並進行處理，極大地提聞了運算效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1是本發明實施例中一種緊急廣播信令的發送方法的發送原理圖；
[0039]圖2是本發明實施例中緊急廣播信令的結構示意圖；
[0040]圖3是本發明實施例中MSK調製信號的數據編碼流程圖；
[0041]圖4是本發明實施例中一種緊急廣播信令的接收方法的接收原理圖；
[0042]圖5是本發明實施例中接收裝置解調緊急廣播信令的流程圖；
[0043]圖6是圖5中導頻識別的流程圖；
[0044]圖7是圖5中信號處理的流程圖；
[0045]圖8是圖7中MSK解調的流程圖。
【具體實施方式】
[0046]以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不限定本發明。
[0047]為了儘可能的兼容各種播放方式，只有從最基本的音頻基帶信號考慮，在其中儘可能短時間的插入緊急廣播信令，才能廣泛應用於各種廣播電視網。為使緊急廣播信令的載入不影響原有廣播信號的傳輸流程，需將緊急廣播信令調製到廣播電臺可支持發送的音頻範圍內，使緊急廣播信令作為輸入音頻信號的一部分發送到各種廣播調製設備中在空中傳輸。各類傳輸設備所支持的輸入音頻範圍為，中波:[60Hz, 4.5kHz]，短波:[60Hz，5kHz]，調頻:[30Hz，15kHz]，電視發射機:[30Hz，15kHz]，有線數位電視:[31.5Hz，20kHz]。因此緊急廣播信令可選的帶寬範圍為[60Hz，4.5kHz]。可發送的音頻範圍有限，在有限的頻譜資源範圍內發送信息，應儘量選取頻譜效率高的調製解調方式。
[0048]因為是利用現有的廣播系統插入緊急廣播信令，為了不影響正常的播音，信令時長不宜太長，最好不大於0.7秒,每個信令大約包含1200比特左右的有效信息。
[0049]由於廣播覆蓋範圍大，接收環境複雜，接收效果好壞不一，在語音可懂的條件下，接收機必須可靠地解析出緊急廣播信令。另外，為了能大面積推廣，接收機在可靠接收的前提下，成本越低越好，所以解調運算量也需考慮。
[0050]如圖1所示，本發明實施例涉及一種緊急廣播信令的發送方法，包括:
[0051]需要發送緊急廣播信令時，在正常的廣播節目音頻信號中插播緊急廣播信令，播放時長為經過信令時長，然後播放正常的廣播節目音頻信號。
[0052]具體的，正常情況下，二選一切換設備選通正常的廣播節目音頻信號1，輸出給調製和發射設備，以中波、短波或者調頻廣播的方式發射出去。用戶在異地就可以用普通收音機(接收設備)接收到節目。當需要發送緊急廣播信令時，通過二選一切換設備切換到緊急廣播信令2，輸出給調製及發射設備，經過TO時長之後再切換回正常的廣播節目音頻信號
I。TO為信令時長，為0.7秒，當然，本實施例中的0.7秒，並非是絕對數據，是指在誤差範圍內，或者在可以接受範圍內的數據。至於誤差範圍或可接受範圍，則可以根據試驗確定。圖1中，發送裝置主要由DSP處理器和DA (數模轉換)晶片構成。
[0053]緊急廣播信令包括第一導頻、第二導頻、MSK調製信號、和1/5幅度的第二導頻，結構如圖2所示。
[0054]第一導頻:頻率Π，幅度A伏，時長ml周。第二導頻:頻率f。，幅度A伏，時長ml周，MSK調製信號的中心頻率為f。，頻偏為土f2，幅度為A伏。1/5幅度第二導頻頻率為f。，幅度為1/5A，時長為m2周。各個部分之間拼接保持波形和相位連續。本示例中，f 1=2.66667KHz,fc=2KHz, f2=lKHz, A=I 個歸一化單位值，ml=32，m2=8。
[0055]圖3是MSK調製信號的數據編碼流程圖。在進行所述MSK信號調製之前，先進行數據編碼，用編碼之後的數據再進行MSK信號調製。數據編碼包含以下步驟:二進位指令信息先進行FEC (前向糾錯)編碼。FEC編碼可以是卷積編碼、LDPC編碼、BCH編碼、RS編碼等之一，本實例用的是卷積編碼；碼率在1/2到3/4之間。編碼之後的數據再進行交織運算，交織之後的數據封裝成幀，由三部分數據構成一幀:64比特PN序列作為幀頭，加上交織之後的數據，再加上r比特的O或I作為幀尾(r 一般取I或2)。
[0056]MSK是FSK (頻移鍵控)信號的相位始終保持連續變化的一種特殊方式，也可以看成一種特殊的CPFSK (連續相位頻移鍵控)信號，「最小」是指這種調製方式能以最小調製指數(0.5)獲得正交信號；MSK有時稱為快速頻移鍵控(FFSK)，「快速」是指在給定相同的頻帶內，MSK比2PSK數據傳輸速率更高，且在帶外的頻譜分量比2PSK衰落更快。MSK調製方式具有抗幹擾能力強、包絡恆定、相位連續、頻帶利用率高、帶外輻射小等優點，比較適合在窄帶信道中傳輸，已被廣泛應用於現代通信中。本發明採用MSK作為調製解調方式來傳輸緊急廣播信令。
[0057]MSK雖然有較強的抗幹擾能力，經過實際實驗，依然不能滿足需求，因此在本發明中引入了 FEC編碼技術和交織技術。經過仿真和實際開環發射、接收實驗，在信噪比為IOdb左右時，接收誤幀率小於10_4，誤比特率小於10_6。達到了在語音可懂的條件下，接收機可靠地解析出緊急廣播信令的要求。
[0058]如圖4所示，本發明實施例還涉及一種緊急廣播信令的接收方法，包括:
[0059]收音機模塊按照中波、短波或者調頻解調方式解調出包含緊急廣播信令的混合音頻信號，傳送給接收裝置。
[0060]接收裝置從緊急廣播信令中解調出相應的指令信息，根據該指令信息控制功放及揚聲器模塊和收音機模塊。
[0061 ] 本步驟中，接收裝置先進行AD變換(模數變換)，轉換為數位訊號，然後讓DSP進行數位訊號處理。接收裝置包括AD轉換模塊和接收DSP處理器。
[0062]圖5是接收裝置解調的總體數據流程。對混合音頻信號進行模數轉換後，通過帶通濾波器I進行濾波，初步濾除一部分帶外噪聲，然後進行導頻識別。濾波後的數據也同時是信號處理模塊的輸入，信號處理模塊的啟動由導頻識別模塊成功完成導頻識別之後觸發；即:只有在導頻識別模塊成功完成導頻識別之後，信號處理模塊才進行信號處理。信號處理模塊完成處理，獲得緊急廣播指令信息後，根據緊急廣播信令驅動相應的指令動作。[0063]圖6是圖5中導頻識別的處理流程示意圖。導頻識別模塊採取m抽I的方式(m是I到10之間的某個整數)進行採樣，以降低數據量。因為AD採樣相對於模擬音頻帶寬來說已經是過採樣，所以這裡的抽取無需做積分梳狀(CIC)濾波和半帶濾波，也不會產生頻率混疊。帶通濾波器2的中心頻率取在兩個導頻的中間位置，兩個導頻落在通帶之內，窄帶通濾波的目的是提高抗噪聲的能力。帶通濾波器2之後進行第一導頻的識別，如果能找到連續20周的第一導頻，則判定為第一導頻識別成功，否則一直搜尋。識別到第一導頻之後立即進行第二導頻的識別，如果在規定時間Tl內能找到連續20周的第二導頻，則判定為第二導頻識別成功，否則返回第一導頻的識別。第一、二導頻都識別成功之後，轉到信號處理模塊。其中，Tl為12周第一導頻時間加32周第二導頻時間。
[0064]在信號處理之前採用雙導頻識別的目的是降低實時數據處理的運算量。導頻技術的運用是為了提高搜索緊急廣播信令的運算效率以及信令與廣播節目音頻信號之間過渡的保護作用。如果只採用單導頻技術，經過實驗，在適當長度的導頻情況下(因為總體信令不超過0.7秒的限制，導頻要在能識別的情況下，儘可能的短)，會有大量的廣播節目音頻信號滿足識別條件而被誤判為導頻，進而啟動MSK的解調和PN序列的判決，因做大量的無用功而不能很好的提高運算效率。如果採用適當長度的雙導頻，能滿足識別條件的廣播節目音頻信號就會大大減少，通過減少誤判，從而提高運算效率。設計上的考慮是讓導頻識別適當放寬要求，寧可誤判也不漏判，而PN序列的判決相對嚴格些，使其不誤判，這樣就能高效無誤的判決、解析出每個緊急廣播信令。
[0065]圖7是圖5中信號處理模塊的處理流程圖，先進行MSK解調(MSK解調的進一步解釋由圖8給出)，然後進行PN序列的搜尋，如果在規定時間T2內不能搜尋到PN序列，則返回導頻識別模塊，從第一導頻開始再次識別；反之，進行位同步校正，校正的目的是進一步提高抗噪聲能力。位同步校正之後，採集幀內數據，獲得的數據進行去交織運算，與編碼相應的FEC解碼運算，還原出由發端最初發送的二進位指令信息；再由二進位指令信息產生相關指令動作。其中，T2為12周第二導頻時間加上64比特信息位的時間。
[0066]圖8是圖7中MSK解調的流程圖。經過帶通濾波器I之後的數據流分別與cos (wcn)和-sin (in)相乘，再經過低通濾波器I和低通濾波器2濾波之後，進行I比特差分解調運算，解調出相應的數據，供後續處理。低通濾波器I和低通濾波器2的參數一樣。《。=2 π f。/fs，f。為前述的第二導頻頻率，fs為數位訊號採樣頻率，η為序號。
[0067]本發明方案是在模擬音頻基帶信號中插入緊急廣播信令，可以廣泛適用於中波、短波、調頻廣播，或者其他將音頻信號數位化傳輸再還原成模擬音頻信號的任何傳輸方式；同時由於採用了交織、去交織技術和FEC (前向糾錯)編解碼技術，本發明技術方案具有較強的抗噪聲能力和很低的接收誤碼率，滿足緊急廣播高可靠接收信令的要求；採用雙導頻技術，使得接收裝置能採用快速的算法從音頻信號中識別出緊急廣播信令並進行處理，極大地提聞了運算效率。
[0068]本發明的一個具體應用實例為:
[0069]例如，A省東部地區有颱風，需要緊急廣播預警；省中心站則將利用頻率為B的信道廣播A省緊急廣播的信息(還包含有其它信息，不再一一詳述)轉換為緊急廣播信令，插播在其他的正常播放的廣播節目音頻信號中，插播時長為一個緊急廣播信令的時長，約0.7秒。假設正常播放的廣播節目音頻信號在頻率為C的信道上進行廣播。緊急廣播信令插播之後，也可以在緊急廣播信令插播之前，可以利用頻率為B的信道進行緊急廣播。
[0070]A省接收終端在頻率為C的信道上接收到該信令後，進行模數轉換、濾波、導頻識別和信號處理後，解調出緊急廣播信令，通過地址匹配，A省東部地區的接收終端做出響應，將目前的頻率為C的信道切換為頻率為B的信道；這時，接收終端就可以接收在頻率為B的信道上廣播的緊急廣播內容了。其餘地區的接收終端則不做響應。緊急廣播播完之後，省中心站再發出一個關閉緊急廣播的信令，相應地區的接收終端接收到關閉指令之後，恢復到緊急廣播之前的正常播音狀態或靜默狀態。
[0071]儘管為示例目的，已經公開了本發明的優選實施例，本領域的技術人員將意識到各種改進、增加和取代也是可能的，因此，本發明的範圍應當不限於上述實施例。
【權利要求】
1.一種緊急廣播信令的發送方法，其特徵在於，包括: 需要發送緊急廣播信令時，在正常的廣播節目音頻信號中插播緊急廣播信令，播放時長為經過信令時長，然後播放正常的廣播節目音頻信號。
2.如權利要求1所述的緊急廣播信令的發送方法，其特徵在於，所述緊急廣播信令包括第一導頻、第二導頻、MSK調製信號和1/5幅度的第二導頻。
3.如權利要求2所述的緊急廣播信令的發送方法，其特徵在於，所述第一導頻頻率為fl，幅度A伏，時長ml周；所述第二導頻頻率為f。，幅度A伏，時長ml周；所述MSK調製信號的中心頻率為f。，頻偏為土f2,幅度為A伏；所述1/5幅度第二導頻頻率為f。,幅度為1/5A,時長為m2周。
4.如權利要求3所述的緊急廣播信令的發送方法，其特徵在於，所述MSK調製信號的數據由數據編碼獲得，數據編碼包含以下步驟: 二進位指令信息先進行前向糾錯FEC編碼； 編碼後的數據再進行交織運算； 交織後的數據封裝成幀；其中，每幀包括PN序列的幀頭、交織後的數據和幀尾三部分。
5.如權利要求4所述的緊急廣播信令的發送方法，其特徵在於，信令時長為0.7秒；fl=2.666671(取，1=21(取，€2=11(取，4=1個歸一化單位值，1111=32，1112=8 ;FEC編碼為卷積編碼、LDPC編碼、BCH編碼或RS編碼之一。
6.一種緊急廣播信令的接收方法，其特徵在於，包括: 收音機模塊按照中波、短波或者調頻解調方式解調出包含緊急廣播信令的混合音頻信號，傳送給接收裝置； 接收裝置從緊急廣播信令中解調出相應的緊急廣播指令，根據緊急廣播指令控制功放及揚聲器模塊和收音機模塊。
7.如權利要求6所述的緊急廣播信令的接收方法，其特徵在於，接收裝置從緊急廣播信令中解調出相應的指令信息，具體包括: 對混合音頻信號進行模數轉換後，通過第一帶通濾波器進行濾波； 導頻識別模塊進行導頻識別； 在導頻識別模塊完成導頻識別之後，信號處理模塊進行信號處理，獲得緊急廣播指令信息。
8.如權利要求7所述的緊急廣播信令的接收方法，其特徵在於，導頻識別具體包括: 導頻識別模塊採取m抽I的方式進行採樣； 第二帶通濾波器進行濾波，其中，第二帶通濾波器的中心頻率取在第一導頻和第二導頻的中間位置； 進行第一導頻的識別，判斷是否找到連續20周的第一導頻，如果是，則判定為第一導頻識別成功，如果否，則繼續進行第一導頻的識別； 識別到第一導頻之後立即進行第二導頻的識別，判斷在Tl時間內是否找到連續20周的第二導頻，如果是，則判定為第二導頻識別成功，如果否則進行第一導頻的識別；其中，Tl為12周第一導頻時間加32周第二導頻時間； 第一、二導頻都識別成功之後，則導頻識別完成。
9.如權利要求7或8所述的緊急廣播信令的接收方法，其特徵在於，信號處理模塊進行信號處理，包括: 進行MSK解調； 進行PN序列的搜尋，判斷在T2時間內是否搜尋到PN序列，如果否，則進行導頻識別；如果是，則進行位同步校正，T2為12周第二導頻時間加上64比特信息位的時間； 位同步校正後，採集幀內數據，獲得的數據進行去交織運算和FEC解碼運算，還原出由發送端最初發送的二進位指令信息；再由二進位指令信息產生相關指令動作。
10.如權利要求9所述的緊急廣播信令的接收方法，其特徵在於，MSK解調具體包括:經過第一帶通濾波器濾波後的數據流分別與COS(WcIi)和-Sin(WcJi)相乘；其中，wc=2 π fc/fs, fc為MSK調製信號的中心頻率，fs為數位訊號採樣頻率，η為序號； 再分別經過第一低通濾波器、第二低通濾波器濾波之後，進行I比特差分解調運算，解調出相應的數據；所 述第一低通濾波器和第二低通濾波器的參數相同。
【文檔編號】H04H20/59GK103546222SQ201310498844
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】周德斌, 許幫保, 郭沛宇, 李曉鳴, 劉春江, 瀋陽 申請人:國家廣播電影電視總局廣播科學研究院