专利名称：改进的带内同频数模音频广播信号产生方法
改进的带内同频数模音频广播信号产生方法技术领域
本发明属于数字音频广播技术领域，具体地说，涉及时域混迭的改进的带内同频(Time Domain Overlapping -1n Band On Channel, TD0-1B0C)数模音频广播信号的产生方法。
背景技术：
随着电视、互联网、移动通信网的迅猛发展，传统的调频音频广播成了次重要的传媒方式，亟待进行数字化改造从而激发新的业务模式和盈利方式。
已有的调频数字化技术方案主要有欧洲的数字音频广播(DAB，Digital AudioBroadcasting)、数字调幅系统(DRM, Digital Radio Mondiale)以及美国的高保真广播(High Definition Radio, HD Radio)系统。
DAB系统和现有调频系统难以实现平滑过渡。并且DAB收音机价格昂贵，难以得到用户的广泛认可。因此，其推广受到限制，迄今未做到市场化和产业化。
DRM数字调幅系统目标是开发和标准化DRM扩展系统，即VHF波段(传统调频广播频段)的数字化技术，成为从LW波段到VHF波段的开放式国际标准。DRM+定义的频带间隔Δf≥150kHz，功率差Δ P≥ 20dB。
带内同频(In-Band On-Channel, IB0C)的HD Radio高保真广播系统在常规FM调频信号上下两边带创建了一组数字边带，其有三种频谱分配模式:混合模式、扩展混合模式、全数字模式，使用固定在模拟信号上下两边带的数字信号进行传输，造成数字和模拟广播的相互干扰和信号覆盖问题。且由模拟调频广播过渡到HD Radio高保真广播系统的数字广播，将多占用一倍的带宽。这在调频广播电台密集的地区，可能无法将所有电台数字化。对此，HD Radio高保真 广播系统采用了折中方案，在调频电台频率规划时，保证调频电台的相邻两边不同时出现200kHz的电台。即便如此，系统仍然需要考虑第一邻频道干扰问题。HD Radio系统在主频道内模拟调频信号与上下边带的数字调频信号的频谱是完全不重叠的，但与第一邻频道存在相互干扰，因此难以适用于现有的调频频段，例如中国的调频频道。
在我国，调频音频广播频率范围规定为在87 108MHz。国内的调频音频广播方式由GBT4311规范，调频频率间隔为200kHz。除了单声道及立体声广播外，还规范了多路声广播和调频数据广播两类。我国现有的调频广播以模拟信号为主，虽然也定义了调频广播利用基带空闲频谱调制附加信息的方式，但是附加的数字边带带宽很窄，主要用于传输辅助的数据信息，而不能传输数字化了的模拟音频信息。且目前国内实际FM频点间隔有100kHz、200kHz、300kHz、500kHz和600kHz等，频点使用情况复杂，尚有空白频率资源未得到充分利用。现有的数字音频广播技术在我国不适用。但通过FM数字化实现调频广播频率的充分利用是对调频广播的极大补充。因此，需要一种新的时域混迭带内同频(TimeDomain Overlapping -1n Band On Channel, TD0-1B0C)模数声音广播信号的产生方法和相应的发送设备，以促进我国的音频广播的发展。
中国发明专利申请“带内同频的数模音频广播信号的产生方法和发送设备”(专利申请号N0.201110224259)针对中国国情，提出了一种在同一个模拟调频广播频道内进行带内同频广播的方法，把模拟声音广播信号和数字声音广播信号按一定方式混合为一路信号，真正共用一个调频广播频道，不需要重新划分频谱，使频谱得到充分利用，节省了频谱资源。此专利公开的调频广播频段数字广播信号的产生方法中，时间离散混合信号表示为
S= (s0, S1, s2, S3,......)
=(x0-d0, Xi+do, X2-Cl1, X3M......X2m - dm, x2m+1+dm.....)
即在相邻的矢量上重复数字信号七，并与相应的时间离散的模拟FM信号矢量x2m、X2m-1相加减，即Xail - dm和x2m+1+dm,对应矢量中的对应元素相减或相加,如
图1所示。
此法所得的混合信号在接收端可以消除调频信号对数字信号的干扰。
一般可用的具体方法为:
假设频域数字信号为屯，模拟FM信号矢量为X。、X1
(x0-d0)+ Cx^d0) = (Xo+X!)
根据相关理论(参见“AnAnalytic Technique to Separate Cochannel FMSignals”，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, VOL.48，N0.4，APRIL2000)，两个调频信号之和X(l+Xl可以通过数学公式分解得到X0和X1的，进而得到(V
该专利申请书公开的方法虽然成功地产生了带内同频的数模音频广播信号，但信号的能量带外泄露严重，也就意味着经过滤波后的信号能量损失较多。发明内容
本发明的目的是提出一种改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，模拟信号和数字信号进行时域混合，在第2m帧中，模拟声音广播信号X2m加上相应的数字广播信号dm,得x2m+dm ;在第2m+l巾贞中，模拟声音广播信号Xart加上相应的数字广播信号dm,得x2m+1+dm，得到在同一个广播频道内传输的数模混合信号。
本发明提供的改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，包括以下步骤:
1、取得模拟声音广播信号；
I1、将步骤I得到 的模拟声音广播信号数字化，得到相应的数字化后的模拟声音广播信号；
II1、在相邻的信号帧内复制数字信号；
本方法在同一个广播频道内，在传输上述步骤II得到的数字化的模拟声音广播信号的同时，还传输一路数字信号。该数字信号是经过信道编码和调制的另外一路数字化的音频广播信号和/或常规的数据信号，该数字信号的调制是传统的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,0FDM)多载波调制，或者单载波调制，或者扩频调制。在相邻的模拟声音广播信号帧内复制时域数字信号，即在第2m+l信号帧内，复制一次第2m个信号帧的时域数字信号dm，得到一个相邻帧完全重复的时域数字信号，即每两个相邻信号帧构成一组数据重复的时域数字信号。
IV、模拟信号和数字信号时域混合，得到数模混合信号；
把相邻信号帧的步骤II得到的数字化后的模拟声音广播信号和对应的步骤III得到的时域数字信号混合，在第2m帧中，数字化后的模拟声音广播信号X2m加上相应的时域数字信号dm，得x2m+dm ;在第2m+l帧中，数字化后的模拟声音广播信号x2m+1加上相应的时域数字信号dm，得x2m+1+dm，得到在同一个广播频道内传输的数模混合信号S，
S= (x0+d0, Xi+do, X2+^, X3M......x2m+dm, X2niZdn1.....) (I)。
V、步骤IV得到的数模混合信号经数模转换、上变换和放大后，由天线发射。
接收端收到数模混合信号S后只需把相邻的两个矢量信号相减，即
s2m-s2m+1=x2m+dm-x2m+1-dm=x2m-x2m+1(2)
相减的结果中消除掉了数字信号dm分量，即去除了数字信号dm对其的干扰，得到了相邻的两个模拟声音广播信号矢量之差。
从s2n1-s2ni+1=x2n1-x2ni+1 中得到 X2111 和 x2ni+1,然后再从 S2lll=X2n^d111 或 S2lrt=X2n^dni 减掉 X2ni*X2m+1，即恢复数字信号dm。此为已有技术。
具体如下:
假设在相对短的时间内接收到的模拟声音广播信号的包络保持不变，并经归一化处理，即幅度都为1，则相邻的X2m和x2m+1所对应的两个相位调制信号分别为eja和e#，那么得到:
权利要求
1.改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，包括以下步骤: 1.取得模拟声音广播信号； I1、将步骤I得到的模拟声音广播信号数字化，得到相应的数字化后的模拟声音广播信号; II1、在相邻的信号帧内复制数字信号； 在同一个广播频道内，在传输上述步骤II得到的数字化的模拟声音广播信号的同时，还传输一路数字信号；该数字信号是经过信道编码和调制的另外一路数字化的音频广播信号和/或常规的数据信号，在相邻的模拟声音广播信号帧内复制时域数字信号，即在第2m+l信号帧内，复制一次第2m个信号帧的时域数字信号dm，得到一个相邻帧完全重复的时域数字信号，即每两个相邻信号帧构成一组数据重复的时域数字信号； IV、模拟信号和数字信号时域混合，得到数模混合信号； 把相邻信号帧的步骤II得到的数字化后的模拟声音广播信号和对应的步骤III得到的时域数字信号混合，在第2m帧中，数字化后的模拟声音广播信号X2m加上相应的时域数字信号dm，得x2m+dm;在第2m+l帧中，数字化后的模拟声音广播信号x2m+1加上相应的时域数字信号dm，得x2m+1+dm，得到在同一个广播频道内传输的数模混合信号S， S= (x0+d0, Xi+do, X2+^, X^d1,…..x2m+dm, x2m+1+dm.....)； V、步骤IV得到的数模混合信号经数模转换、上变换和放大后，由天线发射。
2.根据权利要求1所述的改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，其特征在于: 步骤I所述的模拟声音广播信号是模拟声音调频广播信号； 步骤III所述的广播频道为调频广播频道。
3.根据权利要求1所述的改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，其特征在于， 步骤II所述的模拟声音广播信号的数字化是时间离散化。
4.根据权利要求1所述的改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，其特征在于， 步骤III所述的数字信号的调制为正交频分复用多载波调制，或者单载波调制，或者扩频调制。
5.根据权利要求4所述的改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，其特征在于: 所述的正交频分复用调制的傅里叶变换长度为256、512、1024和2028中的任一种。
6.根据权利要求1 所述的改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，其特征在于: 步骤III所述的数字信号还经过信道纠错编码，纠错编码采用了串行级联纠错码，内码采用卷积码，外码采用低密度校验码；或者采用级联码RS码+卷积码，或者采用级联码BCH+低密度校验码。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，其特征在于: 所述步骤IV中，把数字化后的模拟声音广播信号乘以任意非零整数后，然后再和相应的数字信号相加或相减，得到数模混合信号SS=(jx0+d0, kXi+do, Jx2H.kxs+di,.....jx2m+dm, kx2m+1+dm.....)式中 j 和 k 为任意非零整数。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，其特征在于:所述步骤IV中，数字信号dm以L个数字信号间隔进行重复，然后和模拟信号进行“加减”或“加加”运算，得到数模混合信号S，L为 2至50的正整数。
全文摘要
本发明为改进的带内同频数模音频广播信号产生方法，本方法为取得模拟声音广播信号并数字化，在同一个广播频道内传输所得到数字化的模拟声音广播信号；并在相邻的信号帧内复制另一路数字信号，模拟信号和数字信号时域混合相邻信号帧内的模拟声音广播信号x2m、x2m+1和对应的数字广播信号dm相加，分别得x2m+dm和x2m+1+dm的数模混合信号，在同一个广播频道内发射。x2m、x2m+1也可分别乘非零的整数j、k，即得数模混合信号jx2m+dm,和kx2m+1+dm，或者数字信号dm间隔L个数字信号重复，和模拟信号“加减”或“加加”混合。本发明得到频谱完全重叠的模数混合信号，节省了频带，能量更多地聚集在预定的带宽内，带外泄露小，减少了信号能量损失。
文档编号H04H60/07GK103220251SQ20131008555
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者张豫伟, 陈曦, 门爱东, 黄建忠, 张光华, 罗建平 申请人:桂林市思奇通信设备有限公司