专利名称：数字格式u.s.商用fm广播系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及商用FM广播领域，并且具体涉及用于U.S.商用FM广播的数字格式广播系统。
背景技术：
在美国，由联邦通信委员会(FCC)管制的FM无线电广播被分配有100个载波信道(信道201-300)；指定到频率范围88MHz到108MHz，每个载波信道具有200KHz的带宽。具有载波频率在88.1MHz到91.9MHz的信道201-220被保留用于非商用教育广播。剩下的从92.1MHz到107.9MHz的FM信道被分配给商用FM广播。然而，此处采用的术语“商用FM广播”是指88MHz到108MHz频率范围内的所有FCC-管制的广播。绝大多数商用FM电台是以模拟立体声音频格式广播，并因而局限于单一音频流(例如，声音或音乐)。
数字无线通信业务的新近发展业已证明数字格式中信息的无线通信使得无线频谱的使用效率比采用模拟格式发射同一信息要高得多。目前存在各种各样的数字FM广播格式和发射模型。例如，一种系统企图在现有200KHz带宽信道内同时广播标准FM模拟音频，并在紧邻该FM信道的频率上以低功率另外广播数字格式内容。尽管这种建议能维持现有模拟商用FM接收机的功能，但需要对商用FM发射电台进行大的改动，以便按新频率广播数字信息，并且还需要许可额外的频谱。
发明内容
本发明一方面涉及按包括至少一个数字比特流的数字格式广播业务的方法。该方法包括将比特流时分多路复用在构成数据帧的一个或多个时隙中，并且围绕单一载频将所得到的数据帧调频到商用FM广播信号中。此信号在商用FM广播电台上发射，以致于发射的整个频谱构成数字数据帧。广播业务可以包括FM音频节目；外语音频节目；寻呼消息；诸如新闻、股票信息、体育信息和天气信息等的信息业务；诸如电影、音频节目和比赛等的娱乐业务；以及计算机程序。按照一个实施例，监视数字比特流的比特率，并且可以根据比特率的变化给数据帧中的时隙重新分配比特流。
在某些实施例中，时分多路复用可以包括TDMA无线通信协议，例如GMS、IS-54、USDC、PDC、MIRS、PACS-UB、DCS1800或PHS。在某些实施例中，频率调制可以包括无线通信协议，例如GMSK、8-PSK、π/4 QPSK、π/4 DQPSK、16-QAM或GFSK。
按照另一方面，本发明涉及用于以数字格式广播业务的系统。该系统包括在至少一个数字比特流中被格式化的业务的源、用于将数字比特流时分多路复用在构成数据帧的一个或多个时隙中的多路复用器、用于围绕单一载频将数据帧调频到商用FM广播信号中的调制器、以及用于在商用FM广播电台上发射广播信号的发射机，以致于此发射的整个频谱基本上包括数字数据帧。按照一个实施例，该系统还包括控制器，用于周期性监视数字比特流的比特率，并且为响应比特率的变化而给时隙重新分配数字比特流。
按照另一方面，本发明涉及将模拟格式商用FM广播电台升级成数字格式的方法。该方法包括在至少一个数字格式比特流中提供模拟格式内容。采用用于在一系列数据帧中时分多路复用至少一个数字比特流的一种调制器替代现有的信号调制器。然后，围绕单一载频对数据帧进行调频，并且按照商用FM广播标准广播这些数据帧。
按照另一方面，本发明涉及将模拟格式商用FM广播电台升级成同时发射模拟和数字格式信号的一种方法。提供数字调制器和发射机，其中数字发射与模拟发射至少相隔9.8MHz。然后，将模拟和数字发射信号同向双工传送到现有的广播塔天线上。
按照再一方面，本发明涉及以模拟和数字格式同时广播信号的方法。在第一商用FM广播电台上广播围绕第一载频调频的模拟格式信号。模拟格式信号被数字化为围绕第二载频调频的至少一个数字比特流，并且在与第一商用FM广播电台不相邻而且按照一个实施例与第一电台至少相隔9.8MHz的第二商用FM广播电台上进行广播。
按照再一方面，本发明涉及数字FM接收机，可用于接收多个内容流，并且诸如通过有线或无线网络传输媒体将其分发给不同的用户。
按照再一方面，本发明涉及数字FM接收机，可用于接收至少一个内容流，并且利用数字数据帧中的空或非接收信道来降低功率或为其他数字广播而搜索FM频带。
图1是表示三个商用FM广播塔、其相应的覆盖区域和几个FM接收机的示意图。
图2是表示常规的FM模拟发射的频域频谱和GSM协议中的GMSK和8-PSK调制业务信道的曲线。
图3是表示同时从两个广播塔之中的每个广播塔发射模拟和数字格式FM信号的功能方框图。
图4是表示为两个广播供应商同时广播模拟和数字格式FM信道的频域曲线。
图5是按照本方面一个实施例用于接收数字格式FM广播的接收机的功能方框图。
具体实施例方式
为了保证节目的大众化，并且避免广播信道之间的干扰，美国现有的商用FM广播构架是由联邦通信委员会(FCC)来管制的。此处采用的术语“载波信道”是指分配给每个商用FM广播电台的200KHz宽的带宽，即载频在88.1MHz到107.9MHz的八十个载波信道之一。术语“供应商”是指给定FM信道的经营者，即在给定的载波信道上广播内容的FCC被许可人。术语“电台”是指由经营者操作的设备。术语“内容”是指在载波信道上广播的信息或节目，例如声音、音乐或其他信息业务，诸如视听传输、寻呼业务、预约信息业务等等。
图1是表示在三个FM载波信道上广播商用FM内容的的三个商用FM电台的示意图。每个电台包括至少一个广播塔12，16，22。FM发射塔12广播覆盖区域14的一个FM载波信道。区域14的定义及其边界是利用FCC规则来确定的，具体参照47 C.F.R.ξ73.315。这些定义和规则是本领域技术人员所公知的，并且无需在此具体说明。广播电台塔16在与广播电台12充分隔离的一个FM载波信道上广播FM商用内容，覆盖区域18。注意区域14和18在区域20所表示的地区内重叠。在区域20内，移动接收机26和28通过调谐到相应的FM载波信道可以接收由电台12和16广播的FM内容。图1还表示了在区域24上广播的第三FM电台塔22。利用位于区域24内的任何接收机30可以接收与电台22有关的载波信道上广播的FM内容。
对于商用FM广播的授权许可，FCC要考虑发射塔12，16和22的地理位置、这些塔的最大可允许发射功率以及这些电台将用于广播的FM载波信道，以避免各个电台的接收地区内任何载波信道之间发生干扰。因此，当前的FM广播构架在其频谱分配中包括频率和地理差异。这种构架已经过数十年的发展，并且其结构、参数和操作都是广播供应商、FCC管理者和本领域的其它技术人员所熟知的。
通过按照本发明以数字格式广播商用FM内容，能够保持现有FM电台的带宽利用。换句话说，按照本发明的广播业务的数字发射与现有模拟音频FM发射占用基本上相同的200KHz带宽。这样，通过按照本发明将现有的FM电台修改成广播数字格式内容，就能维持发射频率、发射功率电平以及按FCC许可规定获得的设备地理位置的谨慎平衡。商用FM经营者不需要为其所分配频率之外的广播而申请额外的许可。FCC也无需在现有电台之间重新分配FM载波信道来容纳增加的带宽需求或避免因在目前已分配频率以外的广播所带来的干扰。这样就能确保本发明的数字FM发射能没有干扰地运行。另外，由于在根据本发明采用数字内容格式时不改变商用FM电台的发射频率，所以广播电台不需要为新的发射设备支付额外的投资。正如下文所更全面解释的，仅仅需要更换现有电台的调制器。
按照本发明，包括多个数据流的数字格式商用FM广播业务被时分多路复用成单一连续输出信号。多个通信流变成单一输出信号的时分多路复用也被称为Time-division Multiple Access(时分多址联接)(TDMA)，它在无线通信领域中特别在数字蜂窝技术中是广泛公知的。特别地，在欧洲流行的数字蜂窝电话协议的全球移动通信系统(GlobalSystem for Mobile Communication)(GSM)利用TDMA多路复用数字通信信号，以便更加有效地利用分配的频谱、有效增加通话容量或支持的同时通信对话的数量。另外，在本文中所引入参考的TheodoreRapport，ISBN#0-13-461088-1(IEEE Press，Prentice Hall)的Wireless Communications Principles and Practices中描述了本领域技术人员公知的诸如IS-54、US DC、PDC、MI RS、PACS-UB、DCS 1800或PHS等的无线通信标准和协议中采用TDMA。
在TDMA协议中，输出信号按逻辑和临时被划分成具有特定持续时间的帧，每个帧被进一步划分成特定数量的时隙或信道。每个内容流的一部分被分配给每个帧中的一个或多个特定信道。例如，可以将左立体声音频信号分配给一个信道，将右立体声音频信号分配给第二信道，将一种语言的非立体声对话节目分配给第三信道，以及将第二种语言的对话节目分配给第四信道。如此在一系列帧内部连续的输出信号中发射每个内容信号的后续部分。相反地，每个帧包含每个内容信号的一小部分。接收机多路分解这些数据帧，提取一个或多个内容数据流的连续部分，并且重组这些部分以重现内容。
如上所述，时分多路复用允许多个内容流被调制到同一数字FM广播中。广播电台因而除了立体声音频传输之外还可以广播业务。增加的业务可以包括广告者主办的娱乐业务，例如同时发射流行、乡村和古典音乐，每个格式(或选择地，每个格式的左、右立体声分量)占用一个数据帧中不同的信道。这样，广播电台就能大大扩展其客户群体，实质上在单一广播载波信道上广播若干个节目。附加地或选择地，广播电台还可以增加新的业务，例如寻呼业务或基于客户的信息业务。例如，为了提供寻呼业务，可以分配一个数据帧内的一个或多个信道来发射消息(数字化的音频或数字信息)，每个消息与包含特定FM接收机的地址或标识符的标题字段相关。可以为信息业务(例如，新闻、天气、体育新闻、股票报价或其它即时信息)分配一个或多个信道。只有得到授权的接收机才能获得这些信息业务，例如通过向广播经营者支付预约费用。预约式信息业务的提供是公知的，而现有技术中有许多公知的协议来实现必要的授权和鉴别。例如，许多无线通信系统提供这种业务。
除了给予广播经营者提供新的增收业务的能力，数字内容数据流的时分多路复用还能在操作中提供灵活性和效率，通过这种能力根据带宽需求来改变数据帧内信道的分配。例如，广播经营者可以保留数据帧内的一个或若干信道，或是不分配用于提供内容。例如，若是发生寻呼消息量临时突然增多的情况，广播经营者就能直接分配一个或若干保留信道来传送额外的寻呼业务。信道的自适应分配还允许广播经营者广播需要提供比一个信道更高的宽带的业务。例如，广播经营者可以(以连续方式或根据收集的精彩场面(highlight))广播诸如电影、音乐电视或体育消息等的视听内容。这些较高宽带业务可能需要分配时分多路复用数据帧中的两、三个或多个信道。在高宽带广播结束时，这些信道可以重新分配给其它广播业务。动态分配信道的一般原理在现有技术中也是公知的，特别是在数字无线通信领域中。
按照本发明的一个实施例，可以以交替连续方式交错或发送两个或多个时分多路复用的数据帧。这可以允许均在交替的帧内发送两组或多组内容。例如，考虑各自被时分多路复用在单独数据帧内的两组内容A和B。按照本发明的数字广播FM电台可以按交替连续方式广播内容A和内容B数据帧(本领域的技术人员很容易理解内容A和/或内容B数据帧内均可以包括其中时分多路复用的若干个比特流)。特别地，在数字化中利用高比特率和大压缩比实施时，接收机可以从A或B数据帧中选择接收、解调、解码和只再生合适的内容。由于压缩和调制效率随着技术革新而提高，若干种不同内容(例如，内容C，D，E等等)可以以循环(round-robin)方式交错，进一步增加电台可以广播的节目数量。或者，通过给两个或多个数据帧中的时隙分配数字比特流和在传输中交错这些数据帧，可以用更多的时隙广播单一内容类型。
除了能支持采用TDMA的若干比特流，GSM协议还采用了高斯最小频移键控(Gaussian Minimum-Shift Keying)(GMSK)调制协议。GMSK调制是一种固定包络线移相键控(Phase Shift Key)(FSK)调制，其中频率调制是一种精心的人为相位调制的结果。GMSK的一个重要特征是它是固定包络调制，因而在载频中缺少任何明显的调幅(AM)成分。这就必然会限制GMSK调制信号所消耗的带宽，并且同样使之适用于配合高效放大器来使用。
与GSM通信系统兼容的另一种调制协议是8-PSK。按照8-PSK，采用八个可能的载频的相位移，例如0，45，90，135，180，225，270和315度，以便在载波信号上对数字信息编码。信号的八种可能状态允许同时对三个数字位编码，从而允许实现高密度或有效的调制。具体适合本发明的是GMSK和8-PSK调制方案，若是与GSM通信协议结合，所产生的业务载波信道信号占用200KHz的带宽，与标准商用FM模拟音频发射的带宽基本相同。
在被称为EDGE的GSM环境中使用的8-PSK格式不是一种固定包络格式，然而确实是一种具有可变振幅的线性调制。如果希望使用现有的固定包络FM发射机，可以采用固定包络形式的8-PSK，或是为现有FM发射机提供一个高电平振幅调制器，以便采用极化调制结构来施加线性调制的AM成分。无线通信领域中公知的和在上文的Rapport supra中描述的附加线性调制技术同样可以在本发明中使用，并且可以包括π/4QPSK，π/4DQPSK，16-QAM等等。
图2表示一种商用FM音频载波信道的频率利用，在上面叠加有GSM业务载波信道。阶跃函数201代表FCC对商用FM广播电台施加的广播频谱要求。FM信号的主要输出功率即高达25dB的衰减被函数201限制在载频F0一侧的100KHz之内，因而总共占用200KHz的带宽。仅有广播信号的非常低功率部分(25dB到35dB衰减)被允许溢出到载频F0的+240KHz内，而更低功率(35dB以上的衰减)占用频谱的更大部分。整个信号被限制在1200KHz，即载频F0两侧的+600KHz。
叠加在代表FCC限制的函数201之上的是一个典型GMSK调制的GSM正向业务载波信道信号202的曲线。利用至少70dB的衰减，GSM信号202基本上符合函数201代表的FCC要求。图2中还用203表示了通过8-PSK调制协议调制的GSM信号的曲线。GMSK和8-PSK信号202，203占用几乎相同的频谱，而8-PSK允许较高的数字信息密度，并因此效率更高。
按照本发明，GSM无线通信系统的许多特征可以用于广播数字格式商用FM内容。特别是所述的时分多路复用和移相键控(例如GMSK或8-PSK)。GSM系统的许多其它特征、协议和规范被直接应用于数字FM广播。例如，GSM系统包括优化用于800和1900MHz频带的检错和纠错的协议。由于商用FM广播占用88-108MHz，即很低的频率范围，所以发射不容易出错，并因而对精密复杂的检错和纠错方案要求较低，开放额外的带宽可供广播内容更加高效的利用。GSM系统已经被广泛部署并且实际上运行了相当长的时间。有关系统设计和GSM系统运行所积累的大量先验知识可以直接应用于本发明的数字FM内容广播，大大降低数字FM广播运营的风险和实施的时帧。相反地，许多实施双向通信、识别和跟踪用户的的GSM系统为了收费等目的而要维持日常跟踪的管理费用，因而对于本发明的单纯广播运行是没有用的，并且可以省略，这进一步降低成本和/或扩展可用的带宽。
本发明采用例如GSM系统为模型的数字FM广播系统特别适于升级或翻新现有的FM模拟广播电台，并且便于数字传输。由于载波信道的带宽与现行模拟载波信道的带宽基本上相同，所以可以使用同样的发射设备。仅仅需要利用能够实现GSMK、8-PSK或兼容调制协议的调制器来更换此调制器。另外，在必要时，可以需要TDMA混频器和用于输入数字比特流的适当设备。特别地在考虑FM广播电台的整个国家基础设施时，这样做比需要大量新设备的数字FM方案能节省巨额的成本。
由于数字FM广播的效率比现有的模拟音频广播要高，并且能够通过数字时分多路复用提供额外产生收益的业务，商用FM广播最终很可能会演变成纯数字格式。这种演变会需要广播电台和消费者双方的设备升级。尽管本发明的数字商用FM广播能降低广播电台升级的成本(因为它仅仅需要更换调制器并且利用现有的发射设备)，消费者则需要将他们的FM收音机升级成能够对数字格式商用FM广播执行解调和解码的接收机。在这一演变过程中，广播电台维持模拟音频发射并引入数字发射是有益的。尽管按照本发明的数字发射格式因采用相同的带宽而不需要在模拟格式广播上增加额外的频谱，同时广播模拟和数字格式将需要分配新的频谱，并且将要求广播电台获得另外的许可。然而，广播经营者能够使用现有的广播塔同时发射模拟和数字格式在经济上显然是有益的。
为了用每个节目独立的大功率发射机从同一天线塔上发射两个节目，发射机应该有足够的频率分离才能利用双工滤波器组合到一个天线上。图3表示采用双工滤波器302A将现有的模拟FM发射机300A和新的数字发射机301A耦合到同一天线303A上，同时在另一地点的双工器303B将现有的模拟FM发射机300B和新的数字发射机301B耦合到天线塔303B上。在两个地点，现有模拟发射机和新的数字发射机之间的频率分离大约是9.8MHz，这足以建造一个低损耗双工滤波器。
图4表示对这些发射可行的一种频率分配。经营者A的新型数字发射机在载波信道103.1MHz上工作，在本例中与103.3MHz上模拟FM经营者B的发射相邻。经营者B的新型数字发射机在载波信道93.5MHz上工作，与经营者A目前在93.3MHz上的模拟发射相邻。这种布局能在模拟和数字经营者A和B之间维持9.8MHz的分离，允许各自采用例如图3的发射机和双工器从自己的塔上发射两种格式。
另一方面，如果经营者A被授权使用载波信道93.5MHz用于数字发射，临近其目前分配的93.3MHz，而经营者B被授权使用载波信道103.1MHz用于数字发射，临近其目前分配的103.3MHz，可以采用图4中所示的相同布局，然而，按照经营者之间的互惠协定，来自经营者A的数字节目反而将提供给发射机301B的调制输入，而来自经营者B的数字节目将提供给发射机301A的调制输入。许多其它的频率分配和发射塔利用布局当然也是可行的，并且在各种情况下可以精心设计以便最有效地使用双方的有效频谱和现有的广播基础设施。
数字发射的一个特征是改善的发射宏分集(macrodiversity)(在其它章节中也被称为“同时广播”)的能力。同时广播涉及在同一电台上从相邻的站点发射同一信号，目的是扩展两个站点的覆盖面积。如果同时广播信号是模拟FM信号，为了避免畸变就必须在所有联播站点之间使音频调制精确地同步。另一方面，若是采用数字同时广播或宏分集，两个相邻站点之间的数字调制就应该故意偏移一个或若干调制符号周期。这种偏移使得接收机能够处理因延迟的多径传播而接收到的多个信号，这对于在接收机上采用多径均衡器的情况是有益的。这种技术可用于利用若干发射塔覆盖扩展业务面积，而不需要为各个塔分配独立的频率。尽管同时广播也可以用于模拟FM来提供扩展的覆盖面积，这提供的音频质量只能满足诸如警察、应急业务和出租车通信等陆地移动无线电设备，而对于高保真音乐是不够的。另一方面，若是将同时广播或宏分集用于数字发射，而不限制或降低预期的音频质量，反而需要在用移动接收机接收时减轻衰减。采用数字宏分集来减轻衰减能够大大降低发射机功率，足以可靠地覆盖一个给定区域。较低功率数字发射能降低可能的对模拟发射的干扰，并且允许使用目前在一个给定区域内没有使用的相邻信道。理论上，可以利用从所有发射塔广播同一数字节目的单一频率电台来提供全国性业务。
在图5中统一用数字400表示用于接收本发明的数字FM发射的一种接收机。接收机400被用于接收上述的数字格式商用FM广播。此处采用的术语“接收”是指根据需要接收RF电磁信号、放大、解调、解码、数字信号处理和/或等等其它操作，以便为用户提供易于理解的接收信号的内容。接收机400包括调谐的FM-带通滤波器401；射频(RF)放大器402；混频器403；利用来自人机接口(MMI)405的用户信道选择输入进行控制的可变换频率合成器404；中频(IF)滤波器406；IF放大器407；带有无线电信号强度指示(RSSI)输出的至少一个限带放大器级408；DSP模块500；解码器模块501；以及诸如扬声器412、视频显示器413等等的输出变换器。
滤波器401使FM频带中被RF放大器402放大的频率通过。滤波和放大的信号提供给混频器403，此混频器将RF信号与可变换频率合成器404产生的本地生成的波形合成，由此将RF信号变换成中频。混频器403输出的中频信号被IF滤波器406滤波以除去噪声和不需要的信号，然后由IF放大器407进行放大。由一系列级连放大器构成的限带IF放大器408包括RSSI检测和指示每个放大器RSSI状态的一个输出。授予Dent的名为“Log-Polar signal processing”的U.S.专利5,048,059号描述了如何同时使用放大器408的限带输出和RSSI输出能提供由任何限带信号的对数-极性符号代表的数字复合采样。可以用授予Dent的U.S.专利5,084,669和5,136,616号中描述的相位数字转换器提取相位或角度信息。在限带放大器408由各自具有相关的RSSI检测器的多级构成的情况下，可以利用Dent的U.S.专利5,070,303号中所述的方法来时间校准和组合RSSI信号。上述专利均已被转让给本申请的受让人，其全文被作为本申请的参考资料。
图5的模块500可以包括对数-极性数字转换器，以提供处理所需的复合数字采样。优选的采样速率是13MHz/48，并且利用频率合成器404按13MHz/65获得200KHz信道间隔，这样就允许收音机采用单一13MHz晶体基准振荡器。模块500向可变换频率合成器404输出自动频率控制(AFC)信号。然后，模块500用数字信号处理来处理复合采样数据流，以便对通过多径和衰落信道接收的信号执行数字解码，从而按照无线通信领域公知的技术再生数字数据。模块500还从MMI 502接收信道控制，以便从时分多路复用的数据帧内选择一个或若干个信道的内容。提取的数字音频或视频可能分别是MP3或MPEG II等压缩形式的信号，这可以在模块501中解压缩和解码。解码信号例如包括16-位脉码调制(PCM)比特流，这些比特流被传送给同样包含在模块501内的数-模转换器。恢复的模拟音频和/或视频随后分别被传送到扬声器或耳机412和视频显示器413。
模块500和501之一或二者可以用软件可编程数字信号处理器来实现，具有相关的存储器包含软件或固件中何时编码的指令。选择地，模块500，501之一或二者也可以包括利用数字电子技术中公知的专用集成电路(ASIC)实现的常规数字信号处理电路。ASIC方案特别适合模块501，因为为有效解码数字多媒体压缩和传输标准设计的专用电路变得随处可获得。
接收机400还可以用于利用基本上相同的部件同时接收传统的模拟音频FM发射和按照本发明的数字时分多路复用的FM发射。例如，模块500可以利用数字信号处理来处理来自限带IF放大器408的复合采样数据流及其RSSI输出，以便对模拟立体声或单声道发射执行数字解码。解码的模拟音频发射可以作为16-位脉码调制(PCM)数据流从模块500输出，被发送到模块501中的数-模转换器，后者向左、右信道音频放大器和扬声器输出模拟音频，以再生按常规发射的立体声音频信号。这样的双模式接收机在从常规模拟音频FM发射向本发明的数字格式FM发射过渡的过程中具有特别的利用价值。实际上，适合低成本、高产量、并且向后兼容现有FM标准的双模式接收机可能是本发明的广播格式作为消费者娱乐工业标准能否成功的基础。
按照一个实施例，接收机400从按照数字格式FM广播发射的时分多路复用数据帧的一个或若干信道中提取并解码内容。其它信道可以是空的，或可以包含其它内容，即没有被用户选择的内容。接收机400在未使用信道期间具有“空闲时间”。例如通过启动现有技术中公知的“休眠模式”，该时间可以用于节省便携式电池操作接收机400的功率。或者，采用一种快速变换(敏捷)合成器404，在这些时间期间，接收机400可以调谐到从完全不同的载波信道中接收内容。这样，无需额外的硬件，接收机400就可以同时从一个以上的数字FM广播接收信号。这样，汽车中不同的客人就能同时使用同一装置(例如，用耳机)收听不同的数字FM电台，只要广播信息的信道没有重叠。接收机400还可以在未使用信道期间扫描用于数字FM广播的FM频带，并且利用这些广播中包含的信息比特来识别正在广播的节目，随后，以可提供的娱乐菜单或多媒体信息的形式被显示给用户。若是从菜单中选择一个项目，就可以将它所占用的数据帧信道与菜单上需要接收其它项目的信道相比较，并且如果这些信道有重叠，就可以标记为不可使用。为了使这种系统对用户更方便，不同的FM广播电台适宜同步其帧和信道格式，以使一个电台的信道仅仅与另一电台的一个信道重叠，并且不局部重叠两个信道。在这种格式中可以包括信道之间的一些保护位以免信道重叠，即使面对附近和更远距离电台之间的不同传播延迟。无论如何，由于需要时间将频率合成器404从一个频率变换到另一频率，所以可能无法接收来自不同电台的相邻信道。然而，比较容易制作能够按大约一半时隙变换载波信道的合成器。例如，在许多蜂窝电话中使用的1.6GHz频率合成器能提供3.2MHz的信道间隔，其输出被除以16，以形成具有200KHz步幅的100MHz本地振荡器。
按照另一实施例，接收机400可以对一个特定FM电台的若干信道解码，并且将每个信道中包含的节目传送给汽车中的不同乘客，他们随后可以从电台上选择其希望的节目。在车内分配的方法可以用线路连接到各个乘客座位，或通过近距离无线网络(例如，BLUETOOTH)并且适当启动的耳机设备。
尽管本发明是参照其具体特征、各个方面及其实施例来描述的，但在本发明的范围之内还有许多变更、修改和其它实施例，所有这些变更、修改和实施例都应该属于本发明的范围。从各个方面加以解释的这些实施例是示意性的并不是限制性的，而且属于附带的权利要求书范围内的等效手段都应该概括在内。
权利要求
1.广播业务的一种方法，包括将所述业务格式化为至少一个数字比特流；将所述至少一个数字比特流时分多路复用到包括第一数据帧的一个或多个信道中；围绕单一载频将一系列数据帧调频到符合商用FM广播标准的广播信号中；和在商用FM广播电台上发射所述广播信号，以使所述发射的整个频谱基本上包括所述数字数据帧。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括周期性监视所述至少一个数字比特流的比特率；和根据所述比特率的变化将所述至少一个数字比特流重新分配到所述信道。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，还包括将所述至少一个数字比特流时分多路复用到包括第二数据帧的一个或多个信道中，其中对一系列数据帧的调频包括交错所述第一数据帧和所述第二数据帧。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，还包括在包括第三数据帧的一个或多个信道中时分多路复用所述至少一个数字比特流，其中对一系列数据帧的调频包括以交替顺序交错所述第一、第二和第三数据帧。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于，在包括数据帧的一个或多个信道内时分多路复用所述至少一个数字数据帧包括按照数字无线通信标准多路复用所述比特流。
6.按照权利要求5的方法，其特征在于，所述数字无线通信标准选自由GMS、IS-54、USDC、PDC、MI RS、PACS-UB、DCS 1800和PHS构成的组中。
7.按照权利要求1的方法，其特征在于，围绕单一载频将所述数据帧调频到符合商用FM广播标准的广播信号中包括按照适合在射频载波上施加数字调制的任何调制技术来调制所述数据帧，其中所述载频选自可利用的商用FM广播载频。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于，所述调制技术选自GMSK、8-PSK、π/4 QPSK、π/4 DQPSK、16-QAM和GFSK构成的组中。
9.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述业务选自包括FM音频节目、外语音频节目、寻呼消息、信息业务、娱乐业务和计算机程序的组中。
10.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述信息业务选自包括新闻、股票信息、体育信息和天气信息的组中。
11.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述娱乐业务选自包括电影、音频节目和游戏的组中。
12.用于广播业务的一种系统，包括在至少一个数字比特流中被格式化的所述业务的源；多路复用器，用于将所述至少一个数字比特流时分多路复用到包括第一数据帧的一个或多个信道内；调制器，用于围绕单一载频将一系列数据帧调频到符合商用FM广播标准的广播信号中；以及发射机，用于在商用FM广播载波信道上发射所述广播信号，以使所述发射的整个频谱基本上包括所述数字数据帧。
13.按照权利要求12的方法，其特征在于，还包括控制器，用于周期性监视所述至少一个数字比特流的比特率，并且为响应所述比特率的变化而将所述至少一个数字比特流重新分配到所述信道。
14.按照权利要求12的方法，其特征在于，还包括多路复用器，用于在包括第二数据帧的一个或多个信道中时分多路复用所述至少一个数字比特流，其中所述调制器通过交错所述第一数据帧和所述第二数据帧来对一系列数据帧进行调频。
15.按照权利要求14的方法，其特征在于，还包括多路复用器，用于在包括第三数据帧的一个或多个信道中时分多路复用所述至少一个数字比特流，其中所述调制器通过按交替顺序交错所述第一、第二和第三数据帧来对一系列数据帧进行调频。
16.按照权利要求12的系统，其特征在于，所述多路复用器用于按照数字无线通信标准多路复用所述比特流。
17.按照权利要求16的方法，其特征在于，所述数字无线通信标准选自由GMS、IS-54、USDC、PDC、MIRS、PACS-UB、DCS 1800和PHS构成的组中。
18.按照权利要求12的方法，其特征在于，所述调制器用于按照适合在射频载波上施加数字调制的任何调制技术来调制所述数据帧，其中所述载频选自可利用的商用FM广播载频。
19.按照权利要求18的方法，其特征在于，所述调制技术选自由GMSK、8-PSK、π/4 QPSK、π/4 DQPSK、16-QAM和GFSK构成的组中。
20.同时广播模拟和数字格式的内容的一种方法，包括在第一商用FM广播载波信道上以模拟格式广播所述内容，围绕第一载频对所述模拟格式内容进行调频；在至少一个数字格式比特流中提供所述模拟格式信号；围绕第二载频对所述至少一个数字比特流进行调频；和在与所述第一商用FM广播载波信道不相邻的第二商用FM广播载波信道上广播所述数字比特流。
21.按照权利要求20的方法，其特征在于，所述第一商用FM广播载波信道与所述第二商用FM广播载波信道在频率上相隔至少一个另外的商用FM广播载波信道。
22.按照权利要求21的方法，其特征在于，所述第一商用FM广播载波信道与所述第二商用FM广播载波信道在频率上相隔至少9.8MHz。
23.按照权利要求20的方法，其特征在于，从同一发射塔广播所述第一商用FM广播载波信道和所述第二商用FM广播载波信道。
24.用于将模拟格式商用FM广播电台升级成数字格式的一种方法，包括在至少一个数字格式比特流中提供模拟格式内容；和利用用于在一系列数据帧中时分多路复用所述至少一个数字比特流并且根据商用FM广播标准围绕单一载频对所述一系列数据帧进行调频的调制器替代现有的信号调制器。
25.按照权利要求24的方法，其特征在于，所述调制器用于按照从由GMSK、8-PSK、π/4 QPSK、π/4 DQPSK、16-QAM和GFSK构成的组中选择的调制标准调制所述数据帧，其中所述载频选自可利用的商用FM广播载频。
26.将包括模拟FM调制器、模拟FM发射机和发射天线的模拟格式商用FM广播电台升级成以模拟和数字二种格式广播的一种方法，包括在至少一个数字格式比特流中提供模拟格式内容；利用用于在一系列数据帧中时分多路复用所述至少一个数字比特流并且根据商用FM广播标准围绕单一载频对所述一系列数据帧进行调频的一种调制器来调制所述数字格式比特流；提供发射机，用于发射所述调制的数字格式；和在所述发射天线上同向双工进行所述模拟和数字发射。
27.按照权利要求26的方法，其特征在于，所述数字FM调制器的所述单一载频与所述模拟FM调制器的频率相隔至少9.8MHz。
28.一种接收机，用于接收商用FM频带内的数字格式广播信号，所述信号包括至少一个数字比特流，所述数字比特流被时分多路复用到包括数据帧的一个或多个信道中，一系列所述数据帧被围绕着单一载频进行调频并按照商用FM广播标准进行发射。
29.按照权利要求28的接收机，其特征在于，所述接收机用于从两个或多个所述信道中接收所述至少一个数字比特流。
30.按照权利要求28的接收机，其特征在于，所述接收机用于从包含不同内容的两个或多个交错数据帧之一中接收所述至少一个数字比特流。
31.按照权利要求28的接收机，其特征在于，所述接收机用于从所述数据帧中小于所有的可用信道中接收所述至少一个数字比特流，其中所述接收机利用表示所述数据帧的信道没有被所述比特流使用的时间来降低其功耗。
32.按照权利要求28的接收机，其特征在于，所述接收机用于从第一FM载波信道的所述数据帧中小于所有的可用信道中接收所述至少一个数字比特流，其中所述接收机利用表示所述数据帧的信道没有被所述比特流使用的时间调谐到第二FM载波信道，并且在不干扰在所述第一载波信道上发射的所述比特流的基础上接收在所述第二载波信道上发射的一个或多个比特流。
33.按照权利要求28的接收机，其特征在于，所述接收机用于从所述数据帧中小于所有的可用信道中接收所述至少一个数字比特流，其中所述接收机利用表明所述数据帧的信道没有被所述比特流使用的时间来扫描用于数字FM广播的FM频带。
34.按照权利要求33的接收机，其特征在于，所述数字FM广播包括用于识别正在广播的节目的信息比特，其中所述接收机用于对所述信息比特解码并且指示当前可利用的其它节目。
35.按照权利要求34的接收机，其特征在于，识别正在广播的其他节目的所述信息比特还指示所述节目在时分多路复用信道中的定时，其中所述接收机对当前可利用的其它节目的指示包括相应节目所占用的信道的考虑。
36.按照权利要求28的接收机，其特征在于，所述接收机用于接收两个或多个所述比特流。
37.按照权利要求36的接收机，其特征在于，利用从有线和短距离无线网络构成的列表中选择的分配媒体将在每个所述比特流中编码的内容分配给不同的用户。
全文摘要
在至少一个比特流中以数字格式广播商用FM业务的一种方法包括在包括数据帧的一个或多个信道中时分多路复用比特流，并且围绕单一载频将数据帧调频到商用FM广播信号中。调制可以包括GMSK或8－PSK，并且可以交错多个数据帧类型。在商用FM广播电台上发射这种信号，以使所述发射的整个频谱基本上构成数字数据帧。可以监视数字比特流的比特率，并且可以根据比特率的变化给数据帧中的信道重新分配比特流。可以在不相邻的商用FM广播载波信道上同时广播模拟和数字格式。接收机用于从数字格式FM广播信号中提取和解码内容。
文档编号H04H20/33GK1550078SQ02816953
公开日2004年11月24日 申请日期2002年7月3日 优先权日2001年8月31日
发明者P·登特, R·A·多尔曼, P 登特, 多尔曼 申请人:艾利森公司