格式化用于數字音頻廣播發送和接收的信號的方法和設備的制作方法

專利名稱：格式化用于數字音頻廣播發送和接收的信號的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及帶內信道(IBOC)數字音頻廣播(DAB)，并具體而言涉及用于格式化用于DAB發送和接收的信號的方法和設備。
背景技術：
設計IBOC DAB系統以允許從當前的模擬調幅(AM)和調頻(FM)無線電系統平滑演變為全數字帶內信道系統。這些系統能夠從地面發送機通過現有的中頻(MF)和甚高頻(VHF)無線電頻帶向移動、便攜、及固定的接收機傳送數字音頻和數據業務。廣播者可以利用新的、更高質量和更穩定的數字信號繼續同時發送模擬AM和FM信號，在保持當前的頻率分配的同時允許從模擬到數字無線電設備的轉換。
數字音頻廣播(DAB)能夠提供優于現有模擬廣播格式的數字音質的音頻。能夠以數字調制信號與當前廣播的模擬信號共存的混合格式發送AM和FM帶內信道DAB信號，或者能夠以已經消除模擬信號的全數字格式來發送所述信號。IBOC DAB不需要新的頻譜分配，這是因為在現有AM或FM信道分配的頻譜掩蔽內發送每個IBOCDAB信號。在使得廣播者能夠向現有聽眾群提供數字品質音頻的同時，IBOC DAB促進了頻譜的節約。
在美國專利第5588022號所闡述的一種AM IBOC DAB系統提供了一種在標準的AM廣播信道中同時廣播模擬和數字信號的方法。使用這種方法，廣播具有第一頻譜的調幅射頻信號。該調幅的射頻信號包括由模擬節目信號調制的第一載波。同時，在包含該第一頻譜的帶寬內廣播多個數字調制的載波信號。每個數字調制的載波信號通過數字節目信號的一部分來調制。第一組數字調制的載波信號位于所述第一頻譜內，并將它與第一載波信號進行正交調制。第二和第三組數字調制的載波信號位于第一頻譜范圍之外的上下邊帶，并且將其與所述第一載波信號都進行同相和正交調制。多個載波應用正交頻分多路復用(OFDM)來承載傳送的信息。
FM IBOC DAB系統已經成為一些美國專利包括第6108810；5949796；5465396；5315583；5278844和5278826號專利的主題。在FM兼容的數字音頻廣播系統中，同時利用現有的模擬FM信號信道發送數字編碼的音頻信息。用于音頻的數字傳輸的優點包括，比利用現有的FM無線電信道具有更好的信號質量、較少的噪聲和更寬的動態范圍。開始，將使用混合格式允許現有的接收機繼續接收模擬FM信號，同時允許新的IBOC DAB接收機解碼該數字信號。在未來的某一天，當存在大量的IBOC DAB接收機時，廣播者可以選擇發送全數字格式。混合IBOC DAB能夠在發送現有的FM信號的同時還提供實際的CD品質立體聲數字音頻(加上數據)。全數字IBOC DAB能夠提供實際的CD品質的立體聲音頻以及數據信道。
一種推薦的FM IBOC DAB使用一種包括正交頻分多路復用(OFDM)副載波的信號，這些副載波的范圍從遠離FM中心頻率的大約129KHz到199KHz，在由模擬調制的主FM載波占用的頻譜之上和之下。一種IBOC DAB選擇允許副載波從接近遠離中心頻率的100KHz開始。現有的模擬FM信號的帶寬明顯小于OFDM副載波所占用的帶寬。
OFDM信號包括多個都以同一符號速率調制的正交間隔的載波。用于脈沖符號(例如，BPSK、QPSK、8PSK或QAM)的頻率間隔等于該符號速率。對于FM DAB信號的IBOC發送來說，冗余組OFDM副載波被置于共存的模擬FM載波的任何一側的上邊帶(USB)和下邊帶(LSB)。設置DAB副載波功率為相對于FM信號大約-25dB。并設置DAB信號的電平和頻譜占有率限制對它的FM主信號的干擾，同時為DAB副載波提供足夠的信噪比(SNR)。能夠將一定數量的副載波保留作為參考副載波以向所述接收機發送控制信號。
數字傳輸系統的一個特征是同時發送數字化音頻和數據的固有能力。為了在帶限的信道上進行發送通常要壓縮數字音頻信息。例如，有可能以接近1.5Mbps下至96kbps的位率壓縮來自立體聲光盤(CD)的該數字源信息，同時保持用于FM IBOC DAB的實際的CD聲音音質。進一步壓縮到48kbps以及更低仍然能夠提供優良的立體聲音頻品質，這對于AM DAB系統或者FM DAB系統的低等待時間的備份以及調諧信道有用。使用復合的DAB信號能夠實現各種數據業務。例如，在該復合DAB信號內能夠廣播多個數據信道。
在1999年8月24日申請的題為“發送和接收帶有用于數字音頻廣播的優先級消息的壓縮的音頻幀的方法和設備”的美國專利申請第09/382716號中，公開了一種用于裝配在IBOC DAB系統中發送的調制解調幀的方法和設備，并在此包含上述申請以引作參考。
本發明提供了用于實現IBOC DAB系統之信號處理方面的方法和設備。

發明內容
本發明提供了一種數字音頻廣播的方法，其包括以下步驟接收多個要發送的數據位，格式化多個數據位成多個協議數據單元，在所述協議數據單元內的間隔位置插入報頭位，以及使用該協議數據單元調制多個載波以產生輸出信號。
各個報頭位能夠定位于所述協議數據單元中均勻間隔的位置上。報頭位的第一個位能夠偏移于這些協議數據單元的結尾。
該方法能夠進一步包括通過生成偽隨機碼和模2相加偽隨機碼與數據位來加擾所述多個數據位。
能夠在多個邏輯信道中處理這些協議數據單元，并且單獨地加擾和編碼每個邏輯信道，以使用具有本原多項式的線性反饋移位寄存器形成最大長度加擾序列。
可以交織所述多個位、并指配到分區，以及將其映射到頻率分區中。
還包括根據上述方法進行廣播的發送機。
另一方面，本發明包括一種接收數字音頻廣播信號的方法，該方法包括以下步驟接收數字音頻廣播信號，該信號包括由多個協議數據單元所調制的多個載波，多個協議數據單元中的每一個都包括位于所述協議數據單元內間隔位置的多個數據位和多個報頭位；以及響應于該數字音頻廣播信號而產生輸出信號。還包括根據該方法工作的接收機。


圖1是在數字音頻廣播系統中使用的發送機的功能框圖。
圖2是混合FM IBOC波形的示意圖。
圖3是擴展的混合FM IBOC波形的示意圖。
圖4是全數字FM IBOC波形的示意圖。
圖5是在數字音頻廣播系統中使用的發送機的信號處理協議層的功能框圖。
圖6是示出用于發送和接收系統的協議層之間關系的功能框圖。
圖7是在DAB系統中使用的發送機的功能框圖。
圖8是包括發送機和接收機的DAB系統的功能框圖。
圖9是DAB發送機的調制解調/物理層的功能框圖。
圖10是信號構象映射器的功能框圖。
圖11是DAB調制器的功能框圖。
圖12是示出用于發送和接收系統的協議層之間關系的框圖。
圖13是在DAB系統中使用的各種傳送幀的示意圖。
圖14是在DAB系統中使用的數據幀的示意圖。
圖15是在DAB系統中使用的數據幀的另一個示意圖。
圖16是能夠在DAB系統中使用的各種數據字的示意圖。
圖17是在DAB系統中使用的另一數據幀的示意圖。
圖18示出了傳送數據到輸出數據幀。
具體實施例方式
參考附圖，圖1是在數字音頻廣播系統中使用的發送機10的功能框圖。該發送機包括一個用于接收主節目業務音頻信號的輸入12，一個用于接收站識別業務數據的輸入14，以及一個用于接收主節目業務數據、補充節目業務數據以及輔助應用業務數據的輸入16。對于混合DAB，主節目業務音頻信號的模擬版本通過方框18所示延遲以在線20上產生延遲的模擬音頻信號。音頻子系統22編碼和壓縮該主節目業務音頻信號以在線24上產生編碼的壓縮數字信號。傳輸和業務多路復用子系統26在線24上接收編碼的壓縮數字信號、站識別業務數據、主節目業務數據、補充節目業務數據、以及輔助應用業務數據，并使這些信號經受如以下進一步討論的和在圖1中如方框28、30和32所表示的各種傳輸信號處理。通過業務多路復用器34多路復用所產生的信號并發送到RF傳輸子系統36。線38上的數字信號如方框40所示進行信道編碼并且如方框44所示例，被與模擬音頻信號一起調制在線42上產生的編碼信號。然后，能夠放大該產生的信號并通過天線46向多個IBOC DAB接收機48中的至少一個進行廣播。
該系統應用編碼來減少采樣的音頻信號位率和基帶信號處理，并增加傳輸信道中信號的健壯性。這允許高品質音頻信號加上要在頻帶分段中以低電平發送的輔助數據，這與現有的模擬信號不會發生干擾。
能夠以包括組合多個數字調制載波的模擬調制載波的混合格式，或者以不使用模擬調制載波的全數字格式來發送IBOC DAB信號。
信道編碼用于為每個邏輯信道添加冗余以提高所發送信息的可靠性。編碼速率定義了由信道編碼所產生的在被編碼信道上的開銷增加。該編碼速率是信息位與編碼后位總數的比率。
能夠使用卷積編碼。卷積編碼是一種前向糾錯信道編碼，它將編碼位插入到信息位的連續流中以形成可預測的結構。不像分組編碼器，卷積編碼器具有存儲器，并且它的輸出是當前和前一輸入的函數。
分集延遲提供了兩個信道其中之一的固定延時，該信道攜帶相同的信息以消除非固定信道質量降低諸如衰落和脈沖的噪聲。
圖2是混合FM IBOC波形50的示意圖。該波形包括位于廣播信道54中央的模擬調制的信號52，位于上邊帶58的第一多個均勻間隔的正交頻分多路復用副載波56，和位于下邊帶62的第二多個均勻間隔的正交頻分多路復用副載波60。該數字調制的副載波以低于模擬調制載波的功率電平進行廣播以符合所需的信道信號掩蔽。該數字調制的副載波被分割成分區，并且指定各個副載波為參考副載波。頻率分區是包括19個OFDM副載波的組，其中包括18個數據副載波和一個參考副載波。
所述混合波形包括一個模擬FM調制的信號，加上數字調制的基本主副載波。該副載波位于均勻間隔的頻率位置中。副載波位置被編號為-546到+546。在圖2的波形中，該副載波位于+356到+546和-356到-546的位置。在轉換成全數字波形之前，在初始的過渡階段將通常使用該波形。
如圖2所示，在模擬FM信號任一側的基本主邊帶中發送該數字信號。每個基本主邊帶由10個頻率分區構成，其中在副載波356到545，或-356到-545中分配這些頻率分區。也包括在該基本主邊帶中的副載波546和-546是附加的參考副載波。通過幅度定標因子能夠定標每個副載波的幅度。
圖3是擴展的混合FM IBOC波形70的示意圖。該擴展的混合波形通過添加基本擴展的邊帶72、74到混合波形中存在的基本主邊帶中而產生。根據業務模式，能夠將一個、兩個或四個頻率分區添加到每個基本主邊帶的內部邊沿。
該擴展的混合波形包括模擬FM信號加上數字調制的基本主副載波(副載波+356到+546和-356到-546)以及部分或全部基本擴展的副載波(副載波+280到+355和-280到-355)。在轉換成全數字波形之前，在初始的過渡階段將通常使用該波形。
每個基本主邊帶包括10個頻率分區和一個附加的參考副載波，其覆蓋了副載波356到546，或-356到-546。上基本擴展邊帶包括副載波337到355(一個頻率分區)，318到355(兩個頻率分區)，或280到355(四個頻率分區)。下基本擴展邊帶包括副載波-337到-355(一個頻率分區)，-318到-355(兩個頻率分區)，或-280到-355(四個頻率分區)。通過幅度定標因子能夠定標每個副載波的幅度。
圖4是全數字FM IBOC波形80的示意圖。該全數字波形通過禁用模擬信號，完全地擴展基本數字邊帶82、84的帶寬，以及在該模擬信號所空出的頻譜中添加較低功率的次邊帶86、88構成。在該示例性實施例中的全數字波形包括位于副載波位置-546到+546的數字調制的副載波，而不含模擬FM信號。
除了所述10個主要頻率分區以外，全部的四個擴展頻率分區存在于全數字波形的每個基本邊帶中。每個次邊帶還具有10個次主要(SM)和四個次擴展(SX)頻率分區。不像所述基本邊帶，然而，該次主要頻率分區被映射接近于信道中央，而該擴展的頻率分區則遠離該中央。
每個次邊帶還支持小的次保護(SP)區域90、92，其包括12個OFDM副載波和參考副載波279到-279。該邊帶之所以被稱為“受保護的”，是因為它們位于最少可能受到模擬或數字干擾的影響的頻譜區域中。附加的參考副載波位于信道(0)的中央。該SP區域的頻率分區排序不應用，因為SP區域不包括頻率分區。
每個次主要邊帶的范圍從副載波1到190或-1到-190。上次擴展邊帶包括副載波191到266，而上次保護邊帶包括副載波267到278，加上附加的參考副載波279。下次擴展邊帶包括副載波-191到-266，以及下次保護邊帶包括副載波-267到-278，加上附加的參考副載波-279。整個全數字頻譜的總頻率跨度是396803Hz。通過幅度定標因子能夠定標每個副載波的幅度。該次邊帶幅度定標因子能夠由用戶進行選擇。四個定標因子中的任何一個都可以被選擇應用于該次邊帶。
圖5是在數字音頻廣播系統中使用的發送機的信號處理協議層100的功能框圖，圖5示例了控制和信息信號是如何通過協議棧的各個層以在廣播一側產生IBOC信號的。
該系統能夠用于提供各種業務，包括通過塊102和104所示例的站識別業務(SIS)和輔助應用業務(AAS)。
該SIS提供了用于間接容許用戶搜索和選擇數字無線電臺的必要控制和識別信息及其所支持的業務。該SIS接收來自所有其他應用的輸入，以便能夠在基本IBOC數據業務邏輯信道(PIDS)和/或次IBOC數據業務(SIDS)L1邏輯信道上廣播其狀態。該AAS允許實際不受限數量的定制和特別的數字應用同時操作。在未來的任何時間都能夠添加輔助應用。
數據業務接口106接收如箭頭108和110所示例的SIS和AAS信號。主節目應用112還提供如箭頭114所示的主節目業務(MPS)數據信號給接口106。該數據業務接口向信道多路復用器116輸出數據，其產生由RF/傳輸系統120所使用的如箭頭118所示例的傳送幀，也被稱之為協議棧的層1(L1)。
AM和FM系統共享一個共同的系統協議棧，但是不同之處主要在于層1(L1)的物理設計。對于該AM和FM系統來說上層都是共同的。
主節目業務以同時模擬和數字傳輸保留了現有的模擬無線電節目格式。另外，主節目業務能夠包括直接與音頻節目相關的數字數據。
控制系統管理來自應用編碼器的數據流的傳送和處理。以下描述示出了從廣播和接收機應用出發信息和數據是如何在協議棧內部流動的。
通過業務訪問點(SAP)訪問協議棧業務。在SAP交換的信息被稱之為業務數據單元或SDU。該SAP是會聚的點，它由在服務層定義，這里在廣播業務提供商和用戶之間交換SDU。
在對等層之間(例如，從發送側的層n到接收側的層n)交換協議數據單元(PDU)。用于對等層的SDU沒有必要相同。但是，對于同一層來說，發送和接收的SDU必須保存包含在SDU內部的PDU部分。
如圖5中所示，該協議棧的任何層n的基本目的都是通過發送機的層n+1傳送PDU給接收機系統的對等層n+1。該層n+1 PDU凈荷包括層n+1協議控制信息(PCI)和上層(層n+2)PDU。
為了進一步理解該原理，考慮信息從層n+1流動到位于發送側的層n上。層n+1 PDU必須按照層n業務的規定進行打包。該包被稱為業務數據單元，或SDU。層n SDU包括層n+1 PDU加上層n SDU控制信息(SCI)。層n+1產生層n SDU并經由層n業務訪問點將其發送到層n。
當層n接收該SDU時，它采用層n+1 PDU及其自己的協議控制信息(PCI)，并產生層n PDU，這里控制信息可以包括在SCI中接收的信息。然后，向接收系統的對等層發送該層n PDU，這里隨著信息上升到協議層，基本上顛倒該處理。因此，每個層提取對等PDU并將剩余的信息以SDU的形式轉發給下一層。
在圖6中，如塊256所示處理信號輸入發送機業務訪問點254以在線258上產生層n+1業務數據單元。在層n業務訪問點260接收該層n+1業務數據單元，并進一步如塊262所示對其進行處理以形成如線264所示的層n協議數據單元。發送機層n協議數據單元被發送到接收機，并如塊266所示進行處理以形成接收機層n業務數據單元，該單元由接收機層n業務訪問點268接收并被傳送到接收機層n+1協議層，如線270所示例。如塊272所示，接收機層n+1協議層處理接收機層n業務數據單元并將產生的接收機層n+1業務數據單元信號發給業務訪問點274。
圖7是示出了執行層1信號處理組件的發送機一部分的功能框圖，其中組件包括加擾器300、信道編碼器302、交織器304、OFDM映射306、OFDM信號發生308、傳輸子系統310、和系統控制處理器312。發送機系統控制處理器312接收線314上的系統控制信號。將線316上的所述模擬音頻信號和SCA載波傳送到該傳輸子系統。然后，通過放大器和匹配電路318放大RF傳輸子系統的輸出信號并將其發送到天線320用于廣播。
圖8是包括發送機170和接收機172的DAB系統的功能框圖。該發送機包括用于接收線178和180上的音頻和數據信號的輸入174和176。應用編碼器182將該音頻和數據信號轉換成線184上的主節目業務音頻(MPSA)信號，和線186上的綜合數據業務信號。這些信號由傳輸和多路復用子系統188來處理。調制解調器190將傳送幀轉換成線192上的輸出幀，該幀能夠被放大并從天線193使用例如圖2、3和4中所示的其中一種波形進行廣播。
接收機172能夠包括接收發送信號并產生線196上的接收調制解調幀的天線194和傳統的前端電路195。調制解調器197將接收的調制解調幀轉換成線198上的數據包形式的傳送幀。包括信道去多路復用器和綜合數據業務傳輸的傳輸和去多路復用器200將該傳送幀轉換成線202上的主節目業務音頻信號和線204上的綜合數據業務信號。應用解碼器206將這些信號轉換成線208和210上的音頻和數據輸出信號。
圖9是用于發送機的調制解調/物理層1處理的功能框圖。從更高協議層通過多個層1業務訪問點(SAP)322向定義了調制解調的功能的物理層(層1)傳遞音頻和數據。
L1SAP定義了系統協議棧的層2和層1之間的接口。層2提供多個邏輯信道，分別指定為P1到P3、PIDS、S1到S5以及SIDS。該發送機能夠以各種業務模式進行工作。每個信道以離散的傳送幀進入層1，該幀具有由業務模式所確定的唯一尺寸和速率。載有來自層2信息的傳送幀被稱之為L1 SDU。
邏輯信道及其功能的原理對于通過IBOC系統傳輸和發送數據是重要的。一個邏輯信道就是一個利用規定的業務等級通過層1傳導層1SDU的信號路徑。邏輯信道指定的下劃線指示邏輯信道中的數據被格式化為向量。
加擾隨機化了每個邏輯信道中的數字數據以當在傳統的模擬FM解調器中解調該波形時“白化”和減輕信號周期性。加擾每個邏輯信道中的位來隨機化時域數據和幫助接收機同步。加擾器的輸入是業務模式所選擇的來自L1 SAP的激活的邏輯信道。加擾器的輸出是用于每個激活邏輯信道的加擾位的傳送幀。該加擾器產生一個與輸入數據向量模2相加的偽隨機碼。該碼發生器是一個線性反饋移位寄存器。
信道編碼包括的功能有如圖10中所示的加擾、信道編碼和交織。加擾每個邏輯信道并對其進行單獨和并行地編碼。全部并行的加擾器都是相同的，但是以不同的速率工作，這取決于激活的業務模式。每個加擾器使用具有本原多項式的線性反饋移位寄存器產生一個最大長度加擾序列。通過模2相加相關的輸入位與加擾序列的對應位產生加擾的傳送幀的給定位。
圖10是信號構象映射306的功能框圖。信號構象映射器346從多個交織器接收信號并產生通過定標器348定標的并通過OFDM副載波映射器350映射到OFDM副載波的信號。應用交織給RF/傳輸子系統中的該邏輯信道。交織包括六個并行的交織處理(IP)，其分別指定為PM、PX、SM、SX、SP和SB。一個IP能夠包含一個和更多的交織器，并且在某些情況下，包括傳送幀多路復用器。該業務模式確定在任何給定的時間哪些輸入和IP是激活的。另外，對于其中P3邏輯信道處于激活的這些業務模式，從層L2獲得的P3IS控制位確定是否應用長的還是短的交織器。用于交織的統一輸入是來自基本邏輯信道P1到P3和PIDS，以及次邏輯信道S1到S5和SIDS的信道編碼的傳送幀。所述交織器的輸出是矩陣。
在業務模式MP2-MP5和MP7中，該P3邏輯信道可以使用短的或者是長的交織器深度(時間間隔)。長的交織器深度比短的交織器深度更為健壯。但是，長交織器(大約1.48秒)產生了長的解碼時間，這將影響在能夠聽到音頻之前接收機的調諧時間。在某些情況下，該長的調諧時間是不可接受的，因此將使用短的交織器。
長和短交織器是有關PDU長度而言的相對術語。短交織器封裝信號PDU的一定量的位，而長交織器能夠封裝來自若干連續PDU的位。長交織器的長度是一個參數。在健壯性和內容可獲得延遲之間存在一種折衷。如果在給定的時間對于特定情況特定用戶考慮延遲為更重要的因素，那么可以選擇短的交織器，導致有限的健壯性。如果在給定時間和內容組合之下考慮健壯性為更重要的因素，那么可以選擇長的交織器。
如圖9所示，系統控制信道(SCCH)旁路信道編碼。在上層的方向下，系統控制處理匯編并差分編碼被定義用于每個參考副載波的位序列(系統控制數據序列)。在一個實例中，最多有61個分布在整個OFDM頻譜中的參考副載波，其編號為0...60。以給定的波形廣播的參考副載波的數量取決于業務模式。但是，在該實例中，系統控制處理總是輸出全部61個系統控制數據序列，而不管業務模式如何。
OFDM副載波映射給頻率分區分配交織器分區。對于每個激活的交織器矩陣，OFDM副載波映射以一種復數輸出向量X將來自每個交織器分區的一行位分配給它各自的頻率分區。另外，來自矩陣R即系統控制數據序列的矩陣的一行的系統控制數據序列位被映射到X中的激活參考副載波位置。業務模式指定哪些交織器矩陣和R的哪些元是激活的。圖10示出了OFDM副載波映射的輸入、輸出和組件功能。
用于每個符號的OFDM副載波映射的輸入是來自每個激活交織器矩陣的一行位和來自R即系統控制數據序列矩陣的一行位。用于每個OFDM符號的OFDM副載波映射的輸出能夠是長度為1093的單個復數向量X。
攜帶用戶音頻和數據的交織器矩陣(PM、PX1、...SB)被映射到QPSK構象點以及具體的副載波。該R矩陣被映射到BPSK構象點以及參考副載波。然后，以幅度定標這些相量并將其映射到它們所分配的OFDM副載波。這種處理產生了相量的一個向量X，這些相量被輸出到OFDM信號發生功能塊。
OFDM信號發生從OFDM副載波映射接收復數、頻域OFDM符號，并輸出表示FM IBOC信號的數字部分的時域脈沖。
用于第n個符號的OFDM信號發生的輸入是一個長度為L的復數向量X，表示OFDM符號n中每個OFDM副載波的復數構象值。為了標注方便，上述的OFDM副載波映射的輸出不使用下標n。而是，它引用向量X表示單個OFDM符號。在以下描述中，由于n對OFDM信號發生的重要性，該下標被附加到X上。通過離散傅里葉變換將該OFDM信號變換到時域并對其整形以產生一個時域符號yn(t)。OFDM信號發生的輸出是一個復數、基帶、時域脈沖yn(t)，它表示用于OFDM符號n的FM IBOC信號的數字部分。
串聯該yn(t)脈沖以形成連續的時域波形。該波形被上變換并與模擬調制的音頻進行組合(在混合模式和擴展的混合模式中)來產生完整的用于發送的IBOC RF波形。這在圖11中進行了示例。圖11是DAB調制器的功能框圖。在線352上提供多個OFDM信號，并且這些信號經受如塊354所示的串聯。該串聯的信號被如塊356所示進行上變換以在線358上產生多個數字調制的副載波。在線360上提供模擬節目信號，并且能夠在線362上提供可選的SCA副載波。通過模擬FM調制器364調制該模擬節目信號和可選的SCA副載波。該調制的模擬載波和如果存在SCA的話，以及數字調制的副載波在組合器366中組合以在線368上產生所述DAB波形。
存在傳輸系統必須解決的時間校準的若干問題。對于如此裝備的設備，每個發送的L1幀必須與全球定位系統(GPS)的時間正確地校準。而且，各個邏輯信道必須彼此正確地校準以容許接收機處的分集組合。層1提供從層2所接收的傳送幀的時間校準。更高協議層提供傳送幀內容的校準。
層2(L2)所提供的基本業務使得該系統能夠支持如圖12所示的三種獨立的傳輸業務1、主節目業務音頻傳輸2、無線電鏈路業務傳輸3、IDS傳輸考慮到未來的其他傳輸已經包括了未使用的標記。
圖12所示的功能框圖示例了用于發送和接收系統的協議層2和更高協議層之間的關系。發送機中的業務訪問點400、402和404接收IBOC數據業務、主節目和無線電鏈路信號。如IDS傳輸塊406、MPA傳輸塊408和RLS塊410中所示例的來處理該信號，以產生通過線412、413和414所示例的IDS、MPA和RLS PDU。傳輸功能還在線415、416和417上產生IDS、MPA和RLS SDU，這些將傳送到發送機層2的業務訪問點418。如塊420所示，發送機層2處理這些信號以產生通過線421所示的層2 PDU，它們將被發送到接收機的層2并如塊422所示進行處理以產生通過業務訪問點424發送到接收機更高協議層的SDU。接收機更高層中的IDS、MPA和RLS傳輸功能426、428和430進一步處理該信號以在業務數據點432、434和436產生輸出信號。
能夠使用專用的傳輸/數據鏈路在PIDS和SIDS層1邏輯信道上發送SIS數據。對于這些邏輯信道，層2不執行多路復用功能，而是僅僅將傳輸PDU直接傳遞到層1 PIDS或SIDS邏輯信道中。該IDS傳輸PDU是包含在PIDS或SIDS層1邏輯信道內的唯一的PDU。不多路復用該PIDS和SIDS信道，因為SIS信息必須在已知的信道中發送。這意味著該PIDS將不會包含其他類型的傳輸信息。另外，該PIDS太小而不能保證允許多路復用所需的報頭位。
層2允許這些傳輸在任何激活的層1邏輯信道(除了PIDS和SIDS以外)內激活。層2的結構允許適合多路復用要求的傳輸。
L2 PDU等同于層1(L1)PDU或傳送幀。在層1執行輸入L2 PDU的物理調制解調處理之前，它在其L1 PDU內部不提供附加的格式化或PCI信息。在層1內部，通過層1添加的全部PCI信息(指定為系統控制數據序列)能夠包括在專用于L1 PCI(參考副載波)的獨立信道中，并且將會不需要來自層1凈荷的帶寬。PCI信息和同步信息被組合到一個參考信道中。
該系統是非常靈活的并且支持與層1有關的各種配置。基于層1業務模式，該系統提供了多個層1邏輯信道。激活層1邏輯信道的數量和定義這些信道的特性對于每種業務模式都是變化的。每個層1邏輯信道的定義特性是●傳送幀尺寸●傳送幀速率
●健壯性●等待時間與層2和層1(RLS和MPA傳輸)之間交換有關的是，層2是層1業務模式和配置的從屬。該L2 PDU尺寸和L2 PDU交換速率受層1的控制。層2傳送到接收一側上的RLS以及MPA PDU傳輸的總的PDU尺寸是層1幀尺寸減去L2 PCI開銷。
圖12示例了從發送和接收的觀點出發的層2處理。在發送一側，層2需要以下操作參數用于每個激活的層1邏輯信道(PIDS和SIDS除外)●指示每個L2 PDU包含主節目音頻(MPA)傳輸PDU的標己●分配給MPA傳輸PDU的最大尺寸●指示每個L2 PDU包含固定RLS PDU的標記●分配給RLS PDU的最大尺寸對于每個激活的層1邏輯信道，層1向層2指示它需要一個L2PDU。基于上述定義的參數，L2發送MPA傳輸和/或RLS以提供它們各自的PDU(MPA傳輸PDU、固定RLS PDU數據)，這些PDU將在用于特定層1邏輯信道的L2 PDU內進行發送。
當層2接收該MPA傳輸PDU時，它確定是否存在可用的機會帶寬。機會數據定義為層1信道的未使用容量，在該信道中已經為MPA編碼器指定字節的固定分配，但不完全使用該字節分配。該容量是隨時間變化的，并且可用于數據傳輸。如果這樣的話，層2向RLS指示這種情況，該RLS提供將要包括在層2 PDU中的機會RLS PDU。
一旦層2已經從MPA傳輸和/或RLS接收到了PDU，它將通過以下步驟產生將要發送到適當的層1邏輯信道的層2 PDU1、根據內容和編碼產生層2 PCI標記2、在整個L2 PDU上擴展層2 PCI標記3、在層2 PDU中圍繞該擴展PCI插入MPA和RLS PDU對于PIDS或SIDS層1邏輯信道，層1向層2指示它需要L2PDU。層2向IDS傳輸指示提供它各自的PDU。層2直接轉發該PIDSPDU給層1。
該接收機不依靠操作參數。更適當地，它必須適應于在它調諧到的無線電臺/信道上廣播的配置。
該L2 PDU結構是這樣的，即一旦已經提取了該PCI信息，則能夠完整地路由全部的L2 PDU(可能包含MPA傳輸PDU、機會RLSPDU、及固定RLS PDU的組合)到MPA傳輸或RLS傳輸。根據該L2 PDU結構，這些傳輸能夠處理它們特定的PDU以及丟棄與其不相關的PDU。這為接收機實現提供了額外等級的健壯性，并且推薦接收機設計使用它來正確地提供更高等級的健壯性。該系統允許各種配置，其中根據電臺的配置而存在或不存在L1信道(在接收機處可用)。層1的這種唯一性導致了在L2應用的特定方法有效地識別包含在L1信道中的該傳輸數據。
參考圖13，該圖是各種L2 PDU結構的概述。對于每個傳送幀和每個L1邏輯信道該結構是不同的。
接收機從用于每個激活邏輯信道的L1接收L2 PDU，并提取和解碼L2 PCI位。根據該L2 PCI，所述接收機能夠將整個L2 PDU路由到正確的目的地，即MPA傳輸和/或RLS(固定和機會)。
對于PIDS(SIDS)邏輯信道，該接收機能夠路由所接收的L2 PDU到所述IDS傳輸。
該系統為全部應用程序和業務提供SIS。該PIDS和SIDS邏輯信道專門用于傳輸必須被迅速獲取以用于掃描應用的SIS信息。如上所述，存在一種產生用于PIDS/SIDS層1邏輯信道的PIDS/SIDS PDU的特定IDS傳輸。在發送一側，層2直接將PIDS和SIDS PDU路由到層1。同理，在接收一側，層2將PIDS和SIDS PDU路由到IDS傳輸。
在FM系統(包括次邏輯信道)和AM系統的各種邏輯信道的每一個中配置最佳的健壯報頭(PCI)。該PCI指示凈荷的內容。所述報頭提供了對應于PDU結構的以下五種指示的其中之一
●該凈荷是面向音頻的(MPA傳輸PDU)●該凈荷是面向數據的(RLS傳輸)●混合內容凈荷，包含MPA傳輸和機會的RLS傳輸PDU●混合內容凈荷，包含MPA傳輸和固定的RLS傳輸PDU●混合內容凈荷，包含MPA傳輸、機會的RLS傳輸、及固定的RLS PDU圖13示意性示例了五種類型的報頭440、442、444、446和448。當該L2 PDU內容是面向音頻(MPA傳輸)時，仍然能夠將機會數據插入到凈荷(機會RLS)中，并且由RLS提供附加的信號，從而能夠找到并通過該RLS來處理機會RLS PDU的邊界。但是，正如上所述，整個凈荷與主節目音頻(MPA傳輸)相關聯，以及由于包含在音頻凈荷中的信令而如此處理它。這種信令使得音頻處理(MPA傳輸)和RLS處理能夠正確地使用該凈荷。
當凈荷(L2 PDU)包含固定的RLS PDU時，在RLS內部配置擴展的報頭444。混合內容PDU要求附加的指示。分隔符由RLS提供，其指示與每種類型的業務相關聯的凈荷部分。
該信令是每傳送幀(PDU)的并且不需要過去或未來傳送幀的任何知識。
一種如圖14所示的普通傳送幀包括凈荷和報頭PCI。在一個實例中的該凈荷報頭由分布在傳送幀上的24位構成。
該報頭包括8個24位序列的循環排列即CW0到CW7的其中之一。在表1中描述了該報頭序列和對應的指示類型。位于發送一側的L2根據從上述層獲得的SCI選擇適當的序列。所選CW的內容被指定為[h0，h1，...，h22，h23]。
表1.普通報頭序列指示

如圖14所示，該報頭位優選地均勻分布在絕大多數傳送幀上。該凈荷以字節為單位進行量化。任何額外的不構成一個字節的凈荷都位于該凈荷的末尾。h0報頭位能夠與傳送幀的開始偏移Nstart字節。報頭位h1與h0偏移Noffset位。每個剩余報頭位與前一報頭位相隔Noffset位。這些數量取決于L1 PDU長度(單位是位)，如表2所示。如果L1 PDU長度是整數字節，報頭長度為24位。如果該L1 PDU長度不是整數字節，那么將如表2所示使報頭縮短到23或22位。如果報頭長度是23位，則不使用h23。如果報頭長度是22位，則不使用h22和h23。在由位于L1的維特比解碼器解碼之后，接收該L2 PDU。在解碼器輸出端的突發中出現差錯(如果發生的話)。如果沒有擴展，可能破壞非擴展序列的L1差錯的非常小的突發可能因此阻止使用幾乎完全的PDU。因此擴展該序列消除了這種問題。如果在L1的先前解碼不是最佳，導致了PDU邊界上的差錯，那么通過偏移所述報頭來避免可能發生的任何破壞。
表2.報頭擴展參數

當該接收機從L1、L2接收傳送幀時，它處理該幀并確定以下內容●幀內容●擴展內容的邊界，如果這些邊界存在的話●幀完整性管理●處理例外在給定L1業務模式中使用用于給定邏輯信道的擴展參數，收集L2報頭位并將其置于連續的24(或22)位結構，標記為Srev。然后，將能夠進行接收序列與每個可能的期望序列的相關處理。
IDS傳輸PDU包含在PIDS或SIDS L1信道幀內。
如圖15所示，PIDS PDU的長度是80位。在左邊示出了每個字段的最高有效位。層2和層1首先處理位MSB-即，位0是L1所交織的第一位。PDU內容由PDU內部的若干控制字段定義。類型位通常被設置成零。如果該位是1，PDU內容的剩余部分可能不同。這給未來使用提供了一種選擇。PDU格式試圖保證廣播先進的ALFN的能力，盡管消耗掉了可忽視的容量，但是仍然保持了健壯性。
類型0的PDU可能包含兩個獨立的可變長度短消息字段或單個較長的消息，這取決于Ext位的狀態。如果Ext＝0，消息1字段的長度最大能夠是58位，以及通過第一消息ID字段MSG ID 1的狀態來確定消息內容。在消息凈荷1字段末尾的任何未使用的位設置成零。如果Ext＝1，那么該消息則具有MSG ID 1所定義的長度和內容，并且消息2是激活的，其具有MSG ID 2所定義的長度和內容。在這種情況下，兩個消息的組合長度必須不能大于54位。在消息凈荷2末尾的任何未使用位設置成零。提供兩個消息結構來滿足潛在的廣播需求。一些廣播者可能想要發送短的呼叫文字，而其他的廣播者可能想要發送長的呼叫文字。該系統對以上都支持。長的站名將會花費較長時間來接收并顯示給接收機的用戶，因而存在一種折衷。每個消息業務一個不同的目標群和不同的一組變量。短內容將會使用消息1，以及長內容將會使用消息1和消息2。
MSG ID 1和MSG ID 2字段的定義是相同的。如果當與第二消息組合時不破壞總共56位的可用凈荷長度，那么任何消息都可能置于消息1或消息2中。較長的消息必須使用單個消息選擇(Ext＝0)。
給每個廣播設備分配唯一的站ID號碼。站名都具有短格式和長格式。兩消息PDU結構可以使用該短格式，從而它可能與其他消息多路復用，因此能夠不斷地進行重復。所述長格式要求單消息結構，并可能在多個PDU上擴展。這種格式能夠用來通過中等長度的文本字符串識別站。
絕對的層1幀號(MSG ID＝0011)包含32位的ALFN。ALFN每L1幀周期進行增加，該周期與L1塊0的開始相一致。在所有AM和FM業務模式中，發送的ALFN對應于它在空中廣播時的實際的幀號。如果PDU的位65(不管MSG ID 1或MSG ID 2如何)設置成1，則將該ALFN鎖定到GPS時間。
所述站位置(MSG ID 0100)字段指示廣播天線饋點的絕對三維位置。接收機可以使用這種位置信息來進行位置確定。位置信息被分離為兩個消息-一個高部分和一個低部分。高度的單位是(米×16)(即，LSB等于16米)。緯度和經度都是同一分數格式。該LSB等于1/8192度。所述MSB是符號位，其指示半球。正的緯度值表示赤道以北的位置。正的經度處于東半球。經度范圍從-180到+180，而允許的緯度值在-90和+90之間。這些范圍之外的任何值都是無效的。圖16示出了站位置信息的格式。
每個PDU以12位的循環冗余校驗(CRC)結束。該CRC是根據PDU中其他字段的所有68位計算的，包括未使用的消息凈荷位，其總是被設置成零。
PIDS傳輸分配兩個位來以串行方式廣播絕對的L1幀號。對于AM和FM該格式是不同的，如在以下描述中所概述的。在兩種情況下，在PIDS信道上發送的ALFN的值更新為與每個L1幀的L1塊0相一致。
參考用于FM系統處理的圖18，32位被細分成兩個16位的組，一個標記為d16到d31(16個LSB)，一個標記為d0到d15(16個MSB)。ALFN位d1631進一步被細分成對，并映射到從塊0開始的每個PIDS塊的兩位的Adv ALFN字段。在每個幀的塊0廣播ALFN位d3031，在每個幀的塊1廣播ALFN位d2829，在每個幀的塊7廣播ALFN位d1617。
該處理基于時間排序并發送ALFN位。該排序方法消耗可忽視的容量，但是允許接收機甚至是在PDU被損壞以及循環冗余校驗(CRC)失敗的情況下，也能夠可靠地恢復和保持該站ALFN。
ALFN位d015被進一步細分成對以及映射到如所示的塊8到15中的Adv ALFN字段。
關于廣播幀號，協議棧的層1不直接處理ALFN。該幀號是L1處理的PIDS邏輯信道的一部分。在所有AM和FM業務模式中，正發送的ALFN的相關部分在它被廣播時應用于實際的幀號。
盡管已經參考本發明的優選實施例描述了本發明，但是本領域的普通技術人員將會明白對所公開的實施例能夠進行各種修改，而不會背離如在權利要求中所闡述的本發明的范圍。
權利要求
1.一種數字音頻廣播的方法，包括以下步驟接收多個要發送的數據位；將所述多個數據位格式化成多個協議數據單元；在所述協議數據單元內的間隔位置插入報頭位；以及使用所述協議數據單元調制多個載波以產生輸出信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述報頭位中的各個位定位于所述協議數據單元中均勻間隔的位置上。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述報頭位中的第一位與所述各協議數據單元的結尾相偏移。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述報頭位包括以下位序列之一[110010110001101100011100]
[110011001011000110110001]
[101100011100110010110001]
[110001110011001011000110]
5.根據權利要求1所述的方法，還包括以下步驟通過生成偽隨機碼和模2相加該偽隨機碼與所述各數據位來加擾所述多個數據位。
6.根據權利要求1所述的方法，其中在多個邏輯信道中處理所述各協議數據單元，并且單獨地加擾和編碼每個邏輯信道。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述邏輯信道以取決于業務模式的不同速率工作。
8.根據權利要求6所述的方法，其中利用使用具有本原多項式的線性反饋移位寄存器形成的最大長度加擾序列加擾每個邏輯信道。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括以下步驟交織所述多個位；給交織器分區分配所交織的位；以及映射所述交織器分區到頻率分區。
10.一種用于數字音頻廣播的發送機，包括用于接收多個要發送的數據位的裝置；用于將所述多個數據位格式化成多個協議數據單元的裝置；用于在所述協議數據單元內的間隔位置插入報頭位的裝置；以及用于使用所述協議數據單元調制多個載波以產生輸出信號的裝置。
11.根據權利要求10所述的發送機，其中所述報頭位中的各個位定位于所述協議數據單元中均勻間隔的位置上。
12.根據權利要求10所述的發送機，其中所述報頭位中的第一位與所述各協議數據單元的結尾相偏移。
13.根據權利要求10所述的發送機，其中所述報頭位包括以下位序列之一[110010110001101100011100]
[110011001011000110110001]
[101100011100110010110001]
[110001110011001011000110]
14.根據權利要求10所述的發送機，還包括通過生成偽隨機碼和模2相加該偽隨機碼與所述各數據位來加擾所述多個數據位的裝置。
15.根據權利要求10所述的發送機，其中在多個邏輯信道中處理所述各協議數據單元，并且單獨地加擾和編碼每個邏輯信道。
16.根據權利要求15所述的發送機，其中所述邏輯信道以取決于業務模式的不同速率工作。
17.根據權利要求15所述的發送機，其中利用使用具有本原多項式的線性反饋移位寄存器形成的最大長度加擾序列加擾每個邏輯信道。
18.根據權利要求10所述的發送機，還包括用于交織所述多個位、給交織器分區分配所交織的位以及映射所述交織器分區到頻率分區的裝置。
19.一種接收數字音頻廣播信號的方法，所述方法包括以下步驟接收數字音頻廣播信號，該信號包括由多個協議數據單元所調制的多個載波，多個協議數據單元中的每一個都包括多個數據位和位于所述協議數據單元內間隔位置的多個報頭位；以及響應于所述數字音頻廣播信號產生輸出信號。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述報頭位中的各個位定位于所述協議數據單元中均勻間隔的位置上。
21.根據權利要求19所述的方法，其中所述報頭位中的第一位與所述協議數據單元的結尾相偏移。
22.根據權利要求19所述的方法，其中所述報頭位包括以下位序列之一[110010110001101100011100]
[110011001011000110110001]
[101100011100110010110001]
[110001110011001011000110]
23.根據權利要求19所述的方法，其中通過生成偽隨機碼和模2相加該偽隨機碼與所述各數據位來加擾所述多個數據位。
24.根據權利要求19所述的方法，其中在多個邏輯信道中配置所述各協議數據單元，并且單獨地加擾和編碼每個邏輯信道。
25.根據權利要求25所述的方法，其中所述邏輯信道以取決于業務模式的不同速率工作。
26.根據權利要求25所述的方法，其中利用使用具有本原多項式的線性反饋移位寄存器形成的最大長度加擾序列加擾每個邏輯信道。
27.根據權利要求19所述的方法，其中，交織所述多個位；給交織器分區分配所交織的位；以及映射所述交織器分區到頻率分區。
28.一種接收數字音頻廣播信號的接收機，所述接收機包括接收數字音頻廣播信號的裝置，該信號包括由多個協議數據單元所調制的多個載波，多個協議數據單元中的每一個都包括多個數據位和位于所述協議數據單元內間隔位置的多個報頭位；以及響應于所述數字音頻廣播信號產生輸出信號的裝置。
29.根據權利要求28所述的接收機，其中所述報頭位中的各個位定位于所述協議數據單元中均勻間隔的位置上。
30.根據權利要求28所述的接收機，其中所述報頭位中的第一位與所述各協議數據單元的結尾相偏移。
31.根據權利要求28所述的接收機，其中所述報頭位包括以下位序列之一[110010110001101100011100]
[110011001011000110110001]
[101100011100110010110001]
[110001110011001011000110]
32.根據權利要求28所述的接收機，其中通過生成偽隨機碼和模2相加該偽隨機碼與所述各數據位來加擾所述多個數據位。
33.根據權利要求28所述的接收機，其中在多個邏輯信道中配置所述各協議數據單元，并且單獨地加擾和編碼每個邏輯信道。
34.根據權利要求33所述的接收機，其中所述邏輯信道以取決于業務模式的不同速率工作。
35.根據權利要求33所述的接收機，其中利用使用具有本原多項式的線性反饋移位寄存器形成的最大長度加擾序列加擾每個邏輯信道。
36.根據權利要求28所述的接收機，其中，交織所述多個位；給交織器分區分配所交織的位；以及映射所述交織器分區到頻率分區。
全文摘要
一種用于數字音頻廣播的方法包括以下步驟接收多個要發送的數據位(12，14和16，圖1)，格式化多個數據位成多個協議數據單元(圖14)，在所述協議數據單元內的間隔位置插入報頭位(h)，以及使用該協議數據單元調制多個載波以產生輸出信號。所述各個報頭位(h)能夠定位于所述協議數據單元中均勻間隔的位置上。所述報頭位中的第一個位能夠偏移于該協議數據單元的結尾。還提供了一種接收數字音頻廣播信號的方法，根據所述方法工作的所述發送機和接收機(見圖8)。
文檔編號H04L27/04GK1706163SQ200380101534
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月16日 優先權日2002年10月17日
發明者馬萊克·米爾巴爾, 詹姆斯·C·斯特卡斯 申請人:艾比奎蒂數字公司