专利名称：Fm数字音频广播接收机的相邻信道干扰消除的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于接收数字音频广播(DAB)信号的方法和设备，尤其是，涉及在DAB信号中消除相邻信道干扰的方法和设备。
背景技术：
数字音频广播是一种用来提供数字质量音频的媒介，其优于现有模拟广播格式。AM和FM DAB信号都可以以数字调制信号与当前广播模拟AM或FM信号共存的混合格式进行发射，或以没有模拟信号的全数字化格式进行发射。由于每个DAB信号在现有的AM或FM信道分配的频谱掩码中同时进行发送，所以带内同频(IBOC)DAB系统无需新的频谱分配。IBOC系统在促进节约频谱的同时也使得广播公司能够向其当前主要听众提供数字质量的音频。已经建议过多种IBOC DAB方法。
FM DAB系统已经是多个美国专利的主题，包括美国专利6,259,893；6,178,317；6,108,810；5,949,796；5,465,396；5,315,583；5,278,844和5,278,826。一个FM IBOC DAB系统使用一个复合信号，该复合信号包括处于距离FM中心频率大约129kHz到199kHz的正交频分复用(OFDM)副载波，其处于模拟调制主FM载波所占用频谱之上和之下。一些IBOC选件(例如，全数字选件)允许副载波开始于距离中心频率100kHz。
DAB信号的数字部分常常遭受，例如，由第一相邻FM信号或由混合IBOC DAB系统中的主信号所引起的干扰。FM数字音频广播信号被设计以多种方式来抗干扰。更值得注意的是，数字信息在下和上边带上都进行发射。所述数字边带从中心载波频率向外扩展接近200kHz。因此，典型FM接收机中的中频(IF)滤波器必须具有至少±400kHz的扁平带宽。一种被提议的第一相邻消除器(FAC)技术需要距离中心大约±275kHz的近似扁平响应来有效抑制第一相邻信号。这通常需要具有至少550kHz扁平带宽的IF滤波器。美国专利6,259,893公开了一种第一相邻消除技术，其在此引用作为参考。
DAB系统使用了专门设计的前向纠错(FEC)码，该纠错码将数字信息扩展于上和下两个边带之上。所述数字信息可以从任何一个边带中检索到。然而，如果接收到两个边带，那么可以组合来自于上和下两边带的编码来提供改善的输出信号。
FM广播电台在地理位置上进行放置以便非所需相邻信道的标称接收功率至少低于广播电台在保护线或覆盖区域边缘的期望功率6dB。那么，D/U(以dB表示的期望功率与非所需功率比)至少是6dB。然而，对于该标准也有例外，收听者希望超出保护线的覆盖区域能够增加更高干扰电平的可能性。
在广播电台的覆盖边缘，第二相邻标称功率可以明显大于在期望覆盖区域内的主机的标称功率(例如，40dB)。这对于动态范围有限的接收机IF部分来说就会产生问题。在IF部分，IBOC DAB信号从模拟转换为数字。在模数(A/D)转换器中的抽样速率和有效位数限制了IF部分的动态范围。
B位的A/D转换器具有大约(1.76+6*B)dB(其奈奎斯特(Nyquist)带宽中的最大正弦波与噪声比)的理论瞬间动态范围。为此讨论，假设实际的A/D转换器具有每位分辨率6dB的动态范围。通过在A/D的更大奈奎斯特带宽上扩展量化噪声来过抽样相关信号可以提高有效动态范围。效果在于每提高抽样速率四倍就可以增加一位的动态范围。另一方面，必须允许A/D抽样中的一些余量(headroom)以控制消波到一个可接受电平。
作为一个实际的IBOC DAB例子，假设一个在其奈奎斯特带宽中具有48dB瞬间动态范围的8位A/D。还假设在AGC中12dB的峰均比值余量，和另一个用于衰落AGC“溢出”的10dB裕度。256的过抽样比可以增加在信号带宽中的有效动态范围12dB(有效消除A/D余量损耗)。那么在IBOC信号带宽中的有效IF动态范围大约为48dB减去10dB的衰落裕度，结果大约为38dB。如果需要在所述信号带宽中28dB的瞬间信号动态范围来检测没有衰落的IBOC DAB信号，那么在所述IF和A/D中就具有大约10dB的裕度。该裕度可以在进行A/D转换之前被进入模拟IF滤波器的较大第二相邻信号消耗掉。
可以合理假设一个选通良好的IF滤波器能够抑制距离FM中心频率400kHz的第二相邻模拟FM信号，但是其距离中心200到270kHz的IBOC边带将通过该滤波器。如果第二相邻干扰大于大约+20dB，那么由所超出的第二相邻信号电平增加的A/D的动态范围需求超过20dB。例如，如果所述第二相邻干扰是+50dB，那么在最小动态范围上增加的需求就是30dB，或者是在最小A/D分辨率上增加另外的5位。然而，有多种方式来处理该动态范围问题而不是使用在A/D中增加位的强力方法。
当第二相邻干扰高于有用信号+30dB时，那么来自它的带外发射将有可能恶化在该侧的数字边带。由于在该电平上的恶化将致使该边带不可用，因此，可以优选地在进行A/D转换之前过滤掉该边带。过滤掉所述较大第二相邻信号将恢复消除更多分辨率位需要的有效动态范围。一种解决该问题的方法是在A/D转换器之前提供一组具有用来进行IF滤波的不同通带的可选滤波器。
尽管使用多个滤波器可以提供一个好的技术方案，但是额外的滤波器和开关也增加了接收机的成本。而且滤波器的准确度也会影响成本。
存在对一种能够将在IBOC DAB信号中第一相邻干扰的影响减少到最小的改良方法的需要。
发明内容
本发明提供了一种接收包括在无线电信道的上边带中的第一多个副载波和在该无线电信道的下边带中的第二多个副载波的FM数字音频广播信号的方法。所述方法包括以下步骤混频所述数字音频广播信号与本地振荡器信号来产生中频信号，将该中频信号通过一个带通滤波器以产生滤波信号，确定所述数字音频广播信号的上边带和下边带之一是否恶化，和调整本地频率振荡器信号来改变中频信号的频率以便带通滤波器去除在上边带或下边带中的已经恶化的副载波。
本发明还包括一种用于接收包括在无线电信道的上边带中的第一多个副载波和在该无线电信道的下边带中的第二多个副载波的FM数字音频广播信号的接收机。该接收机包括用于将所述数字音频广播信号与本地振荡器信号混频来产生中频信号的混频器，用于滤波中频信号以产生滤波信号的滤波器，用于确定所述数字音频广播信号的上边带和下边带之一是否恶化的装置，用于调整本地频率振荡器信号来改变中频信号频率以便带通滤波器去除在上边带或下边带中已经恶化的副载波的装置，和用于处理所述滤波信号以产生输出信号的装置。
图1是一个混合FM DAB频谱的示意图示；图2是一个表示相对于有用信号处于-6dB的第一相邻信号干扰情景的示意图示；图3是一个具有相对于有用信号处于+20dB的第二相邻信号干扰情景的示意图示；图4是一个根据本发明构建的接收机的功能框图；和图5是图4接收机的频率偏移控制的功能框图。
具体实施例方式
参考附图，图1是一个用于混合FM IBOC DAB信号10的信号分量频率分配(频谱布置)和相对功率谱密度图示。所述混合格式包括传统FM立体声模拟信号12，该信号具有由置于信道中心或中央频率边带16部分的三角形14表示的功率谱密度。典型模拟FM广播信号的功率谱密度(PSD)几乎是具有距离中心频率大约-0.35dB/kHz倾斜度的三角形。多个数字调制均匀隔开的副载波置于模拟FM信号的任何一边，上边带18和下边带20，并与所述模拟FM信号一起同时发射。所有的载波都以属于美国联邦通信委员会信道掩码22的功率电平进行发射。
在一个混合FM IBOC调制格式的例子中，95个均匀隔开的正交频分复用(OFDM)数字调制副载波置于主模拟FM信号的每一边，正如由图1的上边带18和下边带20所示出的那样，所述主模拟FM信号占用了距离该主FM中心频率从大约129kHz到198kHz的频谱。在该混合系统中，在每个边带中OFDM数字调制副载波中的总DAB功率被设置为相对于其主模拟FM功率大约为-25dB。
来自相邻FM信道的信号(即，第一相邻FM信号)，如果存在的话，将集中在距离有用信道中心200kHz的间距内。图2示出了一个具有上部第一相邻干扰24的混合DAB信号10的频谱图，该干扰集中在信号10中心的上部200kHz，并且在边带28和30中具有一个模拟调制信号26和多个数字调制副载波，其处于相对于有用信号(信号10的数字调制载波)大约-6dB的电平处。图2示出了DAB上边带18被第一相邻干扰中的模拟调制信号恶化的情形。
图3是具有第二相邻信号32干扰情景的示意图示，该相邻信号集中在有用信号中心上部400kHz，并处于相对于有用信号+20dB处。所述第二相邻信号包括一个模拟调制信号34和多个在下边带36中的数字调制副载波。在该图中没有示出所述第二相邻信号的上边带。
图4是根据本发明构建的接收机100的框图。天线102充当接收带内同频数字音频广播信号的装置，所述数字广播信号包括以模拟调制FM载波和多个OFDM数字调制副载波形式存在的有用信号，所述数字调制副载波位于模拟调制FM载波的上和下边带内。该接收机包括一个根据已知技术构建的前端电路104。来自该前端线106上的信号在混频器108中与来自本地振荡器112线110上的信号进行混频来产生线114上的中频(IF)信号。该IF信号通过带通滤波器116并接着被模数转换器118数字化。数字下转换器120产生复合信号的同相和正交基带分量。该复合信号接着被FM分离滤波器122分割为线124上的模拟FM分量和线126和128上的上和下DAB边带分量。所述模拟FM立体声信号被如块130所示的那样数字化地解调并解复用来产生线132上的抽样立体声音频信号。
在分离滤波器之后，上和下DAB边带开始被单独地进行处理。线126上的基带上边带DAB信号和线128上的基带下边带DAB信号被如块134和136所示的那样由第一相邻消除器单独地进行处理来减少第一相邻干扰的影响。线138和140上的结果信号被如块142和144所示的那样进行解调。在解调之后，上和下边带被组合以进行后续处理并在解帧器146中进行解帧。接着如块148所示的那样，DAB信号进行FEC解码和解交织。音频解码器150恢复该音频信号。线152上的音频信号接着如块154所示的那样被延迟以便线156上的DAB立体声信号与线132上的抽样模拟FM立体声信号同步。接着如块158所示的那样，DAB立体声信号和抽样模拟FM立体声信号被混合来产生线160上的混合音频信号。
为了去除相邻信道的干扰，根据本发明构建的接收机包括一个频率偏移控制162。频率偏移控制估计在上和下DAB边带中的相对功率，并接着确定是否调用可调谐本地振荡器中的频率偏移。如果是，该偏移就被如线164所示的那样应用到可调谐本地振荡器并且该偏移的负值被如线166所示的那样应用到数字下转换器中。
图5示出了频率偏移控制162实现方式的一个例子。线126和128上的输入信号是从分离滤波器122中输出的上和下DAB边带。
所述频率偏移控制使用求平方以及低通滤波(LPF)技术来测量输入的相对功率。线126上的上部DAB边带信号被如块168所示的那样求平方并被如块170所示的那样低通滤波来产生线172上的滤波上边带信号U。线128上的下部DAB边带被如块174所示的那样求平方并被如块176所示的那样低通滤波来产生线178上的滤波上边带信号L。该低通滤波器可以是具有一秒数量级的时间常数的简单有损耗积分器。
然后通过如块180所示的那样比较滤波上和下边带信号功率来确定频率偏移Δf。例如，如果滤波上边带信号功率大于滤波下边带信号功率的1000倍，那么频率偏移就被设置为100kHz。如果滤波下边带信号功率大于滤波上边带信号功率的1000倍，那么频率偏移就被设置为-100kHz。如果滤波上边带信号功率小于滤波下边带信号功率的1000倍，或者滤波下边带信号功率小于滤波上边带信号功率的1000倍，那么频率偏移就设置为零。图5的例子示出了确定值Δf的方法包括门限和滞后。用来设置门限的滞后防止了Δf调整中的频繁变化。
本发明的一种实现方式是将频率偏移应用到本地振荡器，从而改变中频信号以便IF滤波器116的边缘可以抑制合适边带上的第二相邻干扰。尽管这有效地将第二相邻干扰置于IF滤波器的阻隔带内，但由此产生的频率偏移对于后续信号处理来说是不受欢迎的。该频率偏移可以通过偏移跟踪下变换处理之后的数字频率失谐相同的(负的)频率偏移来去除。数字数控振荡器在早先的接收机设计中已经存在，因此不会导致接收机增加额外的硬件成本。尽管偏移IF调谐在“好”的边带上允许更宽的带宽，但这不一定会产生动态范围问题。这是因为在有用信号的两边具有非常强的第二相邻信号的可能性是非常小的。IBOC DAB接收机可以检测到较大第二相邻干扰的存在，并接着提供适当的IF滤波。
较大干扰的存在可以通过测量所需信号的电平来检测到。如果该电平明显低于期望由自动增益控制设置的电平，那么很可能产生较大干扰。由于有意的地理保护，较大的干扰并不一定是第一相邻信号。无论如何，非常大的第一相邻信号(-20dB D/U或更差)将是不可恢复的。第三相邻干扰可以处于滤波器通带之外。因此较大干扰被认为是第二相邻。检测算法可以检测第二相邻数字边带较大功率的存在。该检测算法也可以确定较大干扰是上部还是下部第二相邻信号。在合适滤波和可能的滞后之后相对于干扰功率产生频率偏移控制信号来防止伪检测。该控制信号指导本地振荡器112在合适的方向上失谐100kHz，而在块120中的数字本地振荡器被在相反方向偏移100kHz，以便从数字下变换器输出的结果数字信号仍然在基带中出现。
虽然本发明已经按照目前所认为的优选实施例进行了描述，但是本领域熟练技术人员应该理解到可以对所公开的实施例进行各种修改而不脱离在所附的权利要求书中阐明的本发明的范围。
权利要求
1.一种接收FM数字音频广播信号的方法，所述广播信号包括无线电信道的上边带中的第一多个副载波和该无线电信道的下边带中的第二多个副载波，所述方法包括以下步骤将数字音频广播信号与本地振荡器信号混频来产生中频信号；将所述中频信号通过带通滤波器来产生滤波信号；确定所述数字音频广播信号的上和下边带之一是否恶化；和应用频率偏移到所述本地频率振荡器信号来改变所述中频信号的频率以便所述带通滤波器去除上或下边带中已经恶化的副载波。
2.根据权利要求1的方法，其中确定所述数字音频广播信号的上和下边带之一是否恶化的步骤包括以下步骤将所述滤波信号转换成数字信号；将所述数字信号转换成上和下基带信号；比较所述上和下基带信号；和基于所述比较选择频率偏移。
3.根据权利要求2的方法，其中比较所述上和下基带信号的步骤包括以下步骤对所述上和下基带信号的每一个求平方来产生平方上边带信号和平方下边带信号；对所述平方上边带信号进行滤波以产生滤波上边带信号；对所述平方下边带信号进行滤波以产生滤波下边带信号；和比较所述滤波上边带信号和滤波下边带信号。
4.根据权利要求3的方法，其中比较所述滤波上边带信号和滤波下边带信号的步骤包括以下步骤确定所述上边带信号的功率是否超过所述下边带信号的功率第一预定因子；和确定所述下边带信号的功率是否超过所述上边带信号的功率第二预定因子。
5.根据权利要求4的方法，其中所述第一和第二预定因子中的每一个是1000。
6.根据权利要求1的方法，进一步包括以下步骤数字化所述滤波信号以产生数字滤波信号；将所述数字滤波信号转换成基带信号；和从所述基带信号中去除所述频率偏移。
7.根据权利要求6的方法，其中从所述基带信号中去除频率偏移的步骤包括以下步骤应用负频率偏移到数字下转换器。
8.根据权利要求1的方法，其中所述FM数字音频广播信号占有大约400kHz的带宽；所述上边带处于信道中心大约+100kHz和+200kHz之间；和所述下边带处于信道中心大约-100kHz和-200kHz之间。
9.一种用于接收FM数字音频广播信号的接收机，所述广播信号包括在无线电信道的上边带中的第一多个副载波和在该无线电信道的下边带中的第二多个副载波，所述接收机包括用于将所述数字音频广播信号与本地振荡器信号混频来产生中频信号的混频器；用于滤波所述中频信号来产生滤波信号的滤波器；用于确定所述数字音频广播信号的上和下边带之一是否恶化，以及控制所述本地振荡器信号来改变所述中频信号频率以便所述带通滤波器去除上或下边带中已经恶化的副载波的装置；和用于处理所述滤波信号来产生输出信号的装置。
10.根据权利要求9的接收机，其中用于确定所述数字音频广播信号的上和下边带之一是否恶化的装置包括用于将所述滤波信号转换成数字信号的模数转换器；用于将所述数字信号转换成上和下基带信号的下转换器；以及用于比较所述上和下基带信号幅度的装置。
11.根据权利要求10的接收机，其中用于比较所述上和下基带信号幅度的装置包括用于平方并滤波上和下基带信号的每一个来产生滤波上基带信号和滤波下基带信号的装置；和用于当所述滤波上基带信号幅度超过所述滤波下基带信号幅度第一预定因子时产生第一频率偏移信号，或当所述滤波下基带信号的幅度超过所述滤波上基带信号幅度第二预定因子时产生第二频率偏移信号的装置。
12.根据权利要求10的接收机，进一步包括用于应用第一和第二频率偏移信号之一的负值到所述下转换器的装置。
全文摘要
本发明涉及一种接收FM数字音频广播信号的方法，所述广播信号包括在无线电信道的下边带中的第一多个副载波，所述方法包括步骤将所述数字音频广播信号与本地振荡器信号(112)混频来产生中频信号(114)，中频信号通过带通滤波器(116)产生滤波信号，确定所述数字音频广播信号的上和下边带是否恶化，和调整所述本地频率振荡器信号(112)来改变所述中频信号(114)的频率以便所述带通滤波器(116)去除上或下边带中已经恶化的副载波。还提供了根据该方法处理数字音频广播信号的接收机。
文档编号H04H20/30GK1650519SQ03809898
公开日2005年8月3日 申请日期2003年4月21日 优先权日2002年5月1日
发明者布莱恩·W.·克罗杰 申请人:艾比奎蒂数字公司