DE4239509A1 - Method and receiver for terrestrial digital broadcast transmission - Google Patents
Method and receiver for terrestrial digital broadcast transmissionInfo
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- H04H2201/20—Aspects of broadcast communication characterised by the type of broadcast system digital audio broadcasting [DAB]
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Empfänger nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 8 und 9.The invention relates to a method and a receiver according to the preamble of claims 1, 8 and 9.
Die Erfindung findet Verwendung bei der terrestrischen di gitalen Rundfunkübertragung.The invention finds use in terrestrial di gital broadcasting.
Für terrestrische Übertragung wurden mehrere digitale Ver fahren vorgeschlagen, die alle zur Bandbreitenersparnis eine Quell-Codierung mit einer Datenreduktionsrate von ca. 8 arbeiten.Several digital ver drive proposed, all to save bandwidth source coding with a data reduction rate of approx. 8 work.
Eine Übersicht gibt Broadcast Engineering, Juli 1991: "Di gital Radio Formats compared". Broadcast Engineering, July 1991 provides an overview: "Tue gital radio formats compared ".
Die hierin verglichenen Verfahren sind:The methods compared herein are:
- a) Breitbandverfahren mit der Bündelung mehrerer Kanälea) Broadband procedure with the bundling of several channels
- b) Schmalbandverfahren mitb) narrow band method with
- - QPSK-Modulation- QPSK modulation
- - Frequenz-Diversity oder -Hopping zwischen verschiedenen Kanälen- Frequency diversity or hopping between different channels
- - Unter-Träger oder Mehrfach-Träger.- sub-carrier or multiple carrier.
Bei der Einführung eines digitalen terrestrischen Rund funks ergibt sich das Problem, einen geeigneten Frequenz bereich für das neue Übertragungsverfahren zu finden. Überlegungen, den digitalen Rundfunk in dem bisher für den analogen FM-Rundfunk genutzten Frequenzband unterzubrin gen, indem schrittweise die einzelnen Sender auf das neue Übertragungsverfahren umgestellt werden, wurde unter an derem auch deshalb verworfen, weil sich herausgestellt hatte, daß es erhebliche Nachbarkanalstörungen (Über sprechstörungen) bei UKW-FM-Empfängern gab.When introducing a digital terrestrial broadcast funks the problem arises of an appropriate frequency to find the area for the new transmission method. Considerations, the digital broadcasting in the so far for the to accommodate analog FM radio frequency band used by gradually changing the individual stations to the new one Transfer method to be changed was under at which is also rejected because it turned out had significant adjacent channel interference (Via speech disturbances) in FM-FM receivers.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein di gitales Übertragungsverfahren und geeignete Empfänger an zugeben, um diese Nachbarkanalstörungen zu verhindern und einen FM-UKW-Sender nach Bedarf durch Sender für den digi talen Rundfunk ersetzen zu können.The invention is therefore based on the object, a di gital transmission process and suitable recipients admit to prevent this adjacent channel interference and an FM-FM transmitter as required by transmitters for the digi tal radio can replace.
Die Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1, 8 und 9 angegebenen Merkmale. Vor teilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. The task is solved by the in the characterizing part of claims 1, 8 and 9 specified features. Before partial configurations and / or further training are can be found in the subclaims.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen be schrieben unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.The invention will be based on exemplary embodiments wrote with reference to schematic drawings.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß das modulierte digitale Signal eine konstante Einhüllende hat mit einer Frequenz bandbreite entsprechend einem FM-UKW-Rundfunkkanal. Der FM-UKW-Sender kann in vorteilhafter Weise durch einen Sen der für den digitalen Rundfunk ersetzt werden, ohne daßThe invention has the advantage that the modulated digital Signal has a constant envelope with a frequency bandwidth corresponding to an FM-FM radio channel. Of the FM-FM transmitter can advantageously by a Sen which can be replaced for digital broadcasting without
- - die Kanal-Struktur und der Kanal-Abstand im UKW- Band geändert werden muß,- the channel structure and the channel spacing in the FM Band needs to be changed
- - die vorhandenen UKW-Sender komplett ersetzt werden müssen,- the existing FM transmitters will be completely replaced have to,
- - neue Sender-Antennen gebraucht werden,- new transmitter antennas are needed,
- - Störungen (durch einen frequenzmäßig benachbarten digital modulierten Sender) in den noch verblei benden UKW-FM-Empfängern auftreten,- Interferences (by a neighboring frequency digitally modulated transmitter) in the still lead FM FM receivers occur,
- - auf preiswerte Kombinationsempfänger für FM einer seits und digitale Modulation andererseits ver zichtet werden müßte.- on inexpensive combination receivers for FM one hand and digital modulation on the other hand ver should be ceded.
Dabei ist pro Sender ein Programm vorgesehen.One program is provided for each transmitter.
Das vorgeschlagene Verfahren verwendet die Frequenzmodula tion (FM) bzw. die Continuons Phase Modulation (CPM) und das Frequency Shift Keying (FSK) für das digitale Signal. Es wird ein CPM-Verfahren für Schmalband-DAB angegeben, bei dem pro Rundfunkkanal ein Frequenzkanal benutzt wird.The proposed method uses the frequency modules tion (FM) or the Continuons Phase Modulation (CPM) and Frequency Shift Keying (FSK) for the digital signal. A CPM method for narrowband DAB is specified in which one frequency channel is used per radio channel.
Wird für die Signalaufbereitung z. B. das auch bei COFDM- DAB übliche Quellcodierungsverfahren (Musicam) eingesetzt, und werden die digitalen Symbole geeignet verrundet (z. B. Gauß-Filterung GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying) oder TFM(Tamed Frequency Modulation)), so erhält man für das vorgeschlagene Verfahren eine HF-Bandbreite, die dem im UKW-FM-Band pro Sender üblichen Wert entspricht. Das vor geschlagene Verfahren ist also zu dem bestehenden UKW-FM- Rundfunk Bandbreiten-kompatibel.Is used for signal processing z. B. the same with COFDM DAB uses standard source coding methods (Musicam), and the digital symbols are rounded appropriately (e.g. Gaussian filtering GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) or TFM (Tamed Frequency Modulation)), so you get for that proposed method an RF bandwidth that the in FM band per transmitter corresponds to the usual value. That before proposed procedure is therefore to the existing FM-FM Broadcast bandwidth compatible.
Aufgrund einer konstanten Einhüllenden kann der Sender im C-Betrieb arbeiten. Daher ist es möglich, Sender, die bis lang FM-Rundfunk abstrahlen, zum Senden von CPM-Signalen zu verwenden (Sender-Kompatibilität). Dies hat mehrere entscheidende Vorteile:Due to a constant envelope, the transmitter can C operation work. Therefore, it is possible to broadcast stations that are up long broadcast FM radio, for sending CPM signals to be used (transmitter compatibility). This has several decisive advantages:
- 1. Keine großen Investitionen auf der Senderseite nö tig.1. No big investments on the transmitter side nope tig.
- 2. Bequeme Möglichkeit zur Einführung des Verfahrens.2. Comfortable possibility to introduce the procedure.
- 3. Großer Wirkungsgrad des Senders wegen C-Betrieb.3. Great efficiency of the transmitter due to C operation.
- 4. Senderseitige Tests sind einfach möglich.4. Tests on the transmitter side are easily possible.
- 5. Vorhandene Sende-Antennen können weiterbenutzt werden.5. Existing transmit antennas can continue to be used become.
Will man im bestehenden UKW-FM-Band einzelne Sender auf DAB umstellen oder DAB in bislang ungenutzten Kanälen aus strahlen, darf dadurch keine Störung in den vorhandenen UKW-Empfangsgeräten entstehen. Solche Störungen entstehen jedoch immer dann, wenn ein HF-Signal eine Amplitudenmodu lation (AM) aufweist. Daher sind hierfür nur DAB-Verfahren mit konstanter Einhüllender brauchbar. CPM-Signale sind somit empfangs-kompatibel. If you want to tune to individual stations in the existing FM band Convert DAB or DAB in previously unused channels radiate must not disturb the existing ones VHF receivers are created. Such disturbances arise however, whenever an RF signal is an amplitude mod lation (AM). Therefore, only DAB procedures are used for this usable with constant envelope. CPM signals are thus compatible with reception.
Für die Empfänger von digitalen Signalen sind i.a. "li neare" Empfangskonzepte üblich. Diese sind recht aufwen dig. Lineare Empfänger werden für schwierige Empfangsver hältnisse benötigt, z. B. beim mobilen Empfang im Auto.For the receivers of digital signals, i.a. "left Normal "reception concepts are common. These are quite expensive dig. Linear receivers are used for difficult reception tasks Relationships needed, e.g. B. for mobile reception in the car.
Die konstante Einhüllende des CPM-Signals gestattet jedoch auch recht einfache Empfangskonzepte entsprechend zu den bei FM üblichen Empfängerkonzepten (Begrenzerverstärker und Diskriminator). "Einfache" Empfänger benötigen normale Empfangsverhältnisse. Unter dieser Voraussetzung ist kein Qualitätsunterschied im empfangenen Programm vorhanden.However, the constant envelope of the CPM signal allows also quite simple reception concepts corresponding to the with usual FM receiver concepts (limiter amplifier and discriminator). "Simple" receivers need normal ones Reception relationships. Under this condition there is none There is a difference in quality in the received program.
Der einfache Empfänger geht davon aus, daß die gesamte In formation eines winkelmodulierten Signals aus seinen Null durchgängen gewonnen werden kann. Dies führt auf ein Emp fangskonzept, das in folgenden Komponenten identisch mit einem konventionelle (analogen) FM-Empfänger ist:The simple recipient assumes that the entire In formation of an angle-modulated signal from its zero passages can be obtained. This leads to an emp catching concept, which is identical to the following components a conventional (analog) FM receiver is:
- - HF-Eingangsstufe und Tuner (Frequenzumsetzer)- RF input stage and tuner (frequency converter)
- - ZF-Verstärker: Filter und Begrenzerverstärker- IF amplifier: filter and limiter amplifier
- - FM-Demodulator: üblicher analoger Diskriminator o. ä.- FM demodulator: common analog discriminator or similar
Der Aufwand für diesen Teil des Empfängers ist somit äußerst gering. Zusätzlich ist der Stromverbrauch niedrig, was besonders für portable Geräte von Bedeutung ist.The effort for this part of the recipient is thus extremely low. In addition, the power consumption is low, which is particularly important for portable devices.
Der analoge FM-Demodulator hat zudemhin die Eigenschaft, daß er bezüglich kleiner Ablagen von der Sollfrequenz ab solut unkritisch ist.The analog FM demodulator also has the property that it depends on the small frequency from the target frequency is absolutely uncritical.
An dem FM-Demodulator schließt der eigentliche Datenemp fänger an. Dieser besteht aus einem signalangepaßten Fil ter und einer Entscheiderstufe. Weiter ist eine Schaltung zur Bittakt-Synchronisation erforderlich (Fig. 1).The actual data receiver connects to the FM demodulator. This consists of a signal-adapted filter and a decision-making stage. A circuit for bit clock synchronization is also required ( FIG. 1).
Für den Datenempfänger bietet sich eine digitale Realisie rung an. Abhängig von der Kanal-Codierung kann der Ent scheider z. B. als Viterbi-Decoder mit Soft-Decision reali siert werden. Hierfür werden bereits integrierte Schalt kreise angeboten, so daß der Aufwand trotzdem gering bleibt.A digital reality is available for the data receiver on. Depending on the channel coding, the Ent separator z. B. as a Viterbi decoder with soft decision reali be settled. For this are already integrated switching circles offered, so that the effort is still low remains.
Eine Kanal-Entzerrung ist für den einfachen Empfänger nicht vorgesehen, da die Capture-Eigenschaft der FM be kanntermaßen Echos, Inkanal-Störer und Nachbarkanal-Störer weitestgehend unterdrückt. Von analogen FM-Empfängern ist bekannt, daß sich Capture-Ratios von < 1dB erreichen las sen.Channel equalization is for the simple receiver not provided because the Capture property of the FM be known to be echoes, in-channel interferers and adjacent channel interferers largely suppressed. From analog FM receivers announced that capture ratios of <1dB could be achieved sen.
Der einfache Empfänger ist damit billig in der Herstellung und sparsam im Stromverbrauch. Er eignet sich einerseits für portable Geräte (Henkelware) und andererseits für sta tionäre Empfänger (Stereo-Anlagen) mit günstigen Empfangs verhältnissen.The simple receiver is therefore cheap to manufacture and economical in power consumption. On the one hand, it is suitable for portable devices (handles) and on the other hand for sta tional receivers (stereo systems) with cheap reception conditions.
Da im Fall einer analogen FM-Übertragung nach dem Fre quenzdemodulator bereits das Multiplexsignal zur Verfügung steht, lassen sich mit diesem Konzept in einfacher Art Kombinationsempfänger für FM-UKW einerseits und DAB ande rerseits erstellen. Since in the case of an analog FM transmission after Fre quenzdemodulator already the multiplex signal available stands with this concept in a simple way Combination receiver for FM-FM on the one hand and DAB on the other on the other hand.
Die Möglichkeit auch mit einfachen Empfängern DAB empfan gen zu können, ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung.The possibility of receiving DAB with simple receivers gene ability is a significant advantage of the invention.
Das HF-Eingangsteil des linearen Empfängers unterscheidet sich prinzipiell nicht von dem des einfachen Empfängers. Das ZF-Filter kann ebenfalls gleichartig sein.The RF input part of the linear receiver differs does not differ in principle from that of the simple recipient. The IF filter can also be of the same type.
Der erste Unterschied besteht im ZF-Verstärker. Dieser muß linear sein. Damit verbunden ist die Forderung, daß der ZF-Verstärker eine automatische Verstärkungsregelung be sitzt, so daß er am Ausgang ein Signal mit konstantem Pe gel liefert.The first difference is in the IF amplifier. This must be linear. Associated with this is the requirement that the IF amplifier an automatic gain control be sits so that it has a signal with constant Pe at the output gel supplies.
Das ZF-Signal wird dann mit Hilfe von zwei linearen Multi plizierern, von denen einer mittels eines Cos-Trägers, der andere mittels eines Sin-Trägers angesteuert wird, in die Tiefpaß-Lage umgesetzt. (Bandpaß = < Tiefpaß - Transforma tion, Fig. 2).The IF signal is then multiplied by means of two linear multiplicators, one of which is controlled by means of a cos carrier, the other by means of a sin carrier, in the low-pass position. (Bandpass = <low-pass transformer, Fig. 2).
Weitere wesentliche Unterscheidungsmerkinale des linearen Empfängers sind:Other essential distinguishing features of the linear Recipients are:
- a) Er besitzt einen Entzerrer zur Kompensation von Mehrwegeausbreitungen (Echos).a) It has an equalizer to compensate for Multipath propagation (echoes).
- b) Das signalangepaßte Filter und der Entzerrer sind Kanal-adaptiv.b) The matched filter and equalizer are Channel adaptive.
Für die Entzerrung sind verschiedene Verfahren möglich:Various methods are possible for equalization:
- - Decision Feedback Equalizer (DFE) oder- Decision Feedback Equalizer (DFE) or
- - Viterbi-Entzerrer.- Viterbi equalizer.
Wird ein DFE verwendet, ist der CPM-Demodulator weitgehend identisch mit dem (aus der Literatur hinlänglich bekann ten) PSK-Demodulator. Wie Fig. 3 zeigt, enthält der DFE jedoch zusätzlich - abweichend vom PSK-Demodulator - einen CPM-Modulator im Rückführzweig. Dieser erzeugt das zu den bereits empfangenen Symbolen gehörende Sendesignal. Die Antwort des signalangepaßten Filters auf dieses Signal wird dem Rückführungszweig zugeführt.If a DFE is used, the CPM demodulator is largely identical to the PSK demodulator (well known from the literature). As shown in FIG. 3, the DFE additionally contains a CPM modulator in the feedback branch, in contrast to the PSK demodulator. This generates the transmission signal belonging to the symbols already received. The response of the matched filter to this signal is fed to the feedback branch.
Die Anpassung von Matched Filter und DFE an den zeitvari anten Kanal erfolgt in der gleichen Art wie bei einem PSK- Demodulator. Während einer periodisch wiederholten Trai ningssequenz wird der Kanal vermessen. Zwischen zwei Ka nalmessungen wird die geschätzte Kanal-Impulsantwort (Stoßantwort) mit einem Adaptionsalgorithmus der sich än dernden Impulsantwort des realen Kanals nachgeführt.The adaptation of matched filter and DFE to the time variant anten channel is done in the same way as with a PSK Demodulator. During a periodically repeated trai ning sequence, the channel is measured. Between two Ka The estimated channel impulse response is nal measurements (Shock response) with an adaptation algorithm that changes changing impulse response of the real channel.
Das für die Kanalvermessung (mit Hilfe einer Korrelations messung) notwendige Vergleichssignal setzt aufgrund der Nichtlinearität der CPM wieder ein Modell des Senders vor aus, welcher während der Vermessung mit der Testsequenz gespeist wird. Dies bedeutet aber keinen Mehraufwand, da die Testsequenz a priori bekannt ist. Es wird das zugehö rende Sendesignal im Empfänger fest abgespeichert und es wird somit der zugehörige Algorithmus für den CPM-Modula tor im Empfänger nicht benötigt.That for the channel measurement (with the help of a correlation measurement) necessary comparison signal sets due to the Non-linearity of the CPM again a model of the transmitter from which during the measurement with the test sequence is fed. But this means no additional effort, since the test sequence is known a priori. It will be heard transmit signal stored in the receiver and it becomes the associated algorithm for the CPM module gate in the receiver is not required.
Das für die Kanalvermessung verwendete Sendesignal muß spektral "weiß" sein. Wegen der nichtlinearen Eigenschaf ten der Frequenzmodulation trifft dies für die Testsequenz selbst nicht notwendigerweise zu. The transmission signal used for the channel measurement must be spectrally "white". Because of the non-linear properties th of the frequency modulation applies to the test sequence itself not necessarily too.
Da der lineare Empfänger kritisch bezüglich eines Fre quenzversatzes ist, scheiden analoge Verfahren für die Frequenzmodulation aus. Senderseitig müssen die vorhan denen Modulatoren (Steuersender) ersetzt werden, z. B. durch einen EPROM-Modulator oder ein NCO (Numerically Con trolled Oscillator)-Modulator. Bei einem Steuersender mit einem EPROM-Modulator werden für die Entzerrung der digi talen Frequenzmodulation (CPM) die zeitlichen Verläufe der I- und Q-Komponenten für die Symbole des CPM-Signals elek trisch gespeichert (EPROM) und mittels einer Ansteuer schaltung ausgelesen.Since the linear receiver is critical with respect to a Fre is offset, separate procedures for the divorce Frequency modulation. On the transmitter side, the existing which modulators (control transmitters) are replaced, e.g. B. by an EPROM modulator or an NCO (Numerically Con trolled Oscillator) modulator. With a tax transmitter with an EPROM modulator for equalization of the digi talen frequency modulation (CPM) the temporal courses of the I and Q components for the symbols of the CPM signal elec stored (EPROM) and by means of a control circuit read out.
Claims (11)
- - die HF-Eingangsstufe und der Frequenzumsetzer
- - der ZF-Verstärker
- - der FM-Demodulator identisch oder ähnlich denen eines analogen FM-Empfängers sind, und daß die Daten-Rückgewinnungs-Einrichtung des Empfängers
- - ein signalangepaßtes Filter,
- - einen Entscheider und
- - eine Bittakt-Synchronisation enthält.
- - The RF input stage and the frequency converter
- - the IF amplifier
- - The FM demodulator are identical or similar to those of an analog FM receiver, and that the data recovery device of the receiver
- - a matched filter,
- - a decision maker and
- - contains a bit clock synchronization.
- - eine Bandpaß-Tiefpaß-Transformation,
- - ein signalangepaßtes digitales Filter mit Adaption der Filter-Koeffizienten,
- - ein Entzerrers mit Adaption der Entzerrerkoeffizi enten,
- - ein Entscheider,
- - eine Bittakt-Synchronisation und
- - eine Kanalvermessung im Empfänger enthalten sind.
- a bandpass-lowpass transformation,
- - a signal-adapted digital filter with adaptation of the filter coefficients,
- - an equalizer with adaptation of the equalizer coefficients,
- - a decision maker,
- - a bit clock synchronization and
- - a channel measurement is included in the receiver.
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MUILWIJK, Dirk: Correlative Phase Shift Keying - AClass of Constant Envelope Modulation Techniques. In: IEEE Transactions on Communications, Vol.COM-2No.3, March 1981, S.226-236 * |
Part II. Partial Response Signaling.In: IEEE Transactions on Commu-nications, Vol.COM-29, No.3, March 1981,S.196-225 * |
Teil 2 in 11/87, S.20-23 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0629323A1 (en) | 1994-12-21 |
WO1994013071A1 (en) | 1994-06-09 |
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