CN101036328A - 用于向例如隧道或桥梁的区域发射紧急讯息的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
紧急讯息发射机用于在隧道等中向装备有收音机的用户(例如汽车司机)发射紧急讯息。利用位于隧道口的接收器从普通广播数字信号得到配置信息;该配置信息可以包括确定子信道结构的信息。然后处理预先录制或直播的音频紧急讯息,以使当发射时其与配置信息相符。然后在紧急情况中将处理过的讯息发射到隧道内。因为该讯息的配置信息与用户收音机在接收紧急讯号之前所处理的广播信号的配置信息相匹配,由于用户收音机无需自我进行重新配置,所以处理过程非常快速。
Description
技术领域
本发明涉及一种讯息发射机系统及方法;其具体应用于在隧道中发射紧急讯息的系统中。
背景技术
无论公共的还是商业性的运输隧道和桥梁系统,通常都需要向该系统用户提供紧急通信的方法。典型地,其利用调频(FM)发射来完成。在隧道中,非占空信号(off-air signal)在进入隧道后迅速减弱。在较大的隧道中,通常提供有转发器系统。该转发器系统“吸取”非占空信号,然后在隧道内转播。这就提供了选择使用的灵活性。对FM来说,转播信号可以很容易地被本地产生并经过调制的信号所取代。在这种情况下,本地信号由于隧道中非占空信号的衰减,仅单纯“超载(over-power)”非占空信号。然后,FM接收器接收本地内容并将该音频播放给听众。对于紧急情况来说,其可以是来自本地隧道控制中心的紧急讯息。因此,驾车通过隧道的人可以调谐定在一个FM广播站,但在紧急事件中,他将会听到由隧道控制中心发射的讯息。
对于数字音频广播(Digital Audio Broadcasting,DAB)和其它数字广播来说,单纯超载非占空信号的能力仍然是可能的,然而,包含在发射机信号中的数据流格式随时间而变化。实际上,DAB信号群包含大量子信道,每个子信道可以具有不同的比特率和向前纠错(Forward ErrorCorrection,FEC)编码率。信号群的结构以快速信息信道(Fast InformationChannel,FIC)的形式提供给接收器。FIC提供用于配置特殊信道接收器所需的信息。
由于所有FM信号的格式都相同,所以不需要重新配置接收器。然而对于可变结构的数字信号、例如DAB来说,如果应急发射机仅仅只是利用或许非常不同于给定子信道上普通广播的结构进行发射,那么接收器将会占用相当多的时间来向用户提供紧急音频输出。典型地,接收器需要确定信道结构的改变胜于其仅仅接收低质量信号,导致BER也较差(典型地为0.5)。然后,其需要接收FIC以确定新的信道结构、选择用于接收的信道、配置接收器用于该信道的参数以及之后运行并解码信号。在此过程中存在许多缺陷,实际上,期望有某些接收器必须可以至少手动调整。
显然,在紧急情况中时间是最重要的,因此,应急发射机系统架构需要确保接收器在最短的时间里向听众提供可以听懂的音频。
本发明提供解决上述问题的方案。
发明内容
第一方面,提供一种发射讯息的方法,其包含以下步骤:
(a)从广播数字信号得到配置信息;
(b)处理讯息,以使发射时其与配置信息相符;
(c)利用发射机将处理过的讯息发射到一个区域中。
本发明的一个具体实施例提供一种利用数字音频广播(Digital AudioBroadcasting,DAB)信号发射紧急讯号的方法。这种系统具体适用于运输隧道和桥梁。其思想是通过以紧急音频报警讯息替换所有信道和子信道上的现有广播内容,经由DAB无线电通信提供紧急警报。这种讯息可以是提前录制或直播的。
普通的广播发射信号包含发射配置的详细情况(例如子信道结构)。其典型地处于DAB系统中,同样也处于其它系统,例如数字视频广播(Digital Video Broadcasting,DVB)和世界数字广播(Digital RadioMondiale,DRM)。在本发明中,该配置信息被自动提取,然后用于预先配置选择的发射系统、应急系统,以具有完全相同的配置。用紧急报警信息替换普通广播的内容、或者其所载信息。因为普通广播和紧急讯息共同都具有相同的配置信息(例如子信道结构),由于不需要重新配置接收器,所以终端用户的接收器可以迅速解码任何紧急讯息。
附图简要说明
本发明将参考下列附图进行说明:
图1表示根据本发明的应急发射机系统的系统方框图;以及
图2表示这种系统的一个低成本的具体实施例。
详细说明
综述
紧急讯息发射机用于在隧道等中向装备有收音机的用户(例如乘车者)发射紧急讯息。利用位于隧道口的接收器从普通广播数字信号得到配置信息;该配置信息可以包括确定子信道结构的信息。然后处理预先录制或直播的音频紧急讯息,以使当发射时其与配置信息相符。然后在紧急情况中将处理过的讯息在隧道内发射。因为该讯息的配置信息与用户收音机在接收紧急讯号之前所处理的广播信号的配置信息相匹配,由于用户收音机无需自我进行重新配置,所以处理过程更加快速。
尽管以下利用DAB系统进行辅助说明,然而该技术同样可适用于基于具有可变结构,例如像那些用于DVB和DRM的编码正交频分复用(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing,COFDM)信号的数字广播的其它系统。
应急发射机系统从包含在DAB信号中的FIC得到用于DAB信号的配置信息。这可使应急发射机提供数据格式与原始非占空信号完全相同的紧急报警讯息,从而消除接收器自我重新配置的需要。实际上,“移交”所用的时间仅是进入隧道(或桥梁等)发射场的时间的函数,如果车辆以合理的速度(例如,>30公里/小时)移动,则其会出现约1秒钟(或者说10米)。如果接收器已经处于隧道本地场内,那么变换时间由信号交叉深度决定,对于DAB E147[1]来说其为384毫秒。
在本部分,我们对基于改良的现有设备,以及定制的低成本系统的DAB应急发射机系统的运行进行说明。这两种系统皆具有相同的基本运行方式。然而,当以大量的站点作为目标时,低成本系统显然是更佳的商业化解决方案。
应急发射机的运行基于利用收到的非占空FIC配置本地信号群复用器,然后该信号群复用器通过本地COFDM调制器和功率放大器提供应急发射系统信号。由于非占空FIC已经用于确保本地紧急发射具有与非占空信号完全相同的结构,所以接收器将在非占空信号和紧急信号间实现快速转换。
参照图1,正常运行包括利用连接到输入端LNA(2)的外部非占空接收天线(1)。接收并放大的信号加到切换单元(3)上,该切换单元选择其输出作为当前非占空信号或紧急信号,并将所选信号加到功率放大器和输出天线系统(4)。典型地,漏泄馈电电缆(leaky feeder cable)用于隧道中的天线,然而其它方案也是可能的。该信号通道用于非占空信号在隧道中单纯转播的正常运行。缘于LNA处理延迟的隧道发射延迟、切换单元和PA足够小,以确保非占空信号和隧道入口处的隧道发射作为同一信号通常遇到反射性传播环境时的多通道而被简单感知。
在正常的非紧急运行中,DAB接收器(5)也接收来自天线(1)的信号。接收器(5)解调信号并解码FIC信息。然后其将该FIC信息传递给信号群复用器(Ensemble Multiplexer,EMUX)(6)。EMUX自我配置以具有与非占空信号相同的子信道结构。这包括所有的子信道数据速率、FEC参数、起始和终止CU、以及紧急信号中发射的实际FIC信息。因此,如果非占空广播中存在10个不同的子信道,各自都具有不同的子信道结构,则EMUX自我配置以使每个相应的子信道具有匹配的子信道结构,并且所有音频信道将具有紧急警报。所有数据信道将实质上作为填加地负载空(全部为零)数据。
紧急报警讯息可以是直播或预先录制的音频讯息。对于有人员职守的操作中心的较大隧道来说,直播的选择是可行的,然而,对于无人员职守的较小隧道来说,通常将需要自动系统。
这里,我们使用预先录制的选择用于初始说明。紧急警报内容通过输入及控制管理器(7)传送到EMUX,该控制管理器位于EMUX内或单独的装置、如个人计算机(PC)中。预先录制的讯息为文件数据库(8)的形式或其它合适的格式,其总体上位于与输入及控制管理器相同的平台上。非占空信号具有音频动态压缩第II层(MPEG-1 Audio Layer II)格式[2],并且可以具有从8千位/秒到384千位/秒,以每级8千位/秒增加的不同数据速率范围。实际上,音频还可以具有4种模式(单信道单声道,双信道单声道,立体声和联合立体声)中的一种,也可以具有24和48kHz两个取样速率[1]。这提供了48速率和总共384速率、模式和取样速率的结合。此外,通常需要不同语言的录制,这就增加了结合的总数量。应该注意,对于编程所属技术领域的技术人员来说,开发一个可以自动完成上述结合,进行音频录制和生成一套文件的系统并不困难。
同样,存储也不是问题。例如,利用192千位/秒的平均比特率和30秒的讯息,包含5种语言的数据库需要每个文件192千位/秒×30秒/8位/字节=720千字节,这就导致总存储需求为大约1.4G字节。这样的容量是当前PC硬盘容量的一小部分。得到预先录制数据库的方法的一个可选实施例是,仅将音频信号存储成PCM格式,然后利用自适应掩蔽模型的通用子带综合编码和复用库(bank of musicam)装置实时编码音频,该装置已经配置成符合非占空信号结构的要求。尽管该选择需要较少的信号预处理,但是由于一个单独的信号群典型地包含超过8个子信道,并且在低速率的情况下,信道可能达到12个或更多,所以其总体上需要较多的设备。然而,如果使用直播,例如来自隧道操作中心的直播,就需要该选择。
EMUX(6)获得音频动态压缩第II层流并将其多路传输到ETI流内适当的位置。ETI流也包含用于发射的调制和编码的详细情况。然后ETI流被反馈到COFDM(9),然后COFDM执行所需的编码和调制功能。此外,接收器(5)向COFDM(9)提供定时同步信息(timing synchronisationinformation),以确保输出信号与非占空转发器信号校准。非占空和输出信号的校准需要小于用于DAB发射符号的最小保护间隔。对于模式III其约为31微秒,然而具有约为62微秒保护间隔的模式II是用于陆地广播的最小保护间隔。
COFDM(9)在RF(例如200MHz附近的带III)上输出信号。该信号输入到切换单元(3)。切换点的控制通过应急发射机控制UI(10)完成。为了确保接收器的最小中断,非占空转发信号和紧急信号间的切换应该在发射帧界限(transmission frame boundary)上的空符号(null symbol)中完成。发射帧结构以模式1每96mS转发一次。因此,需要两种水平的同步,以确保最短的接收信号中断、以及因此最短切的换到可听到的紧急警报、符号水平、和发射帧水平的时间。
在紧急报警系统的一个可选实施例中,解决方案的许多部分可以用相当低成本的定制替换。就图2来看,DAB接收器可以用DAB模块替换,这里DAB模块执行DAB接收器所有必备的功能,但是其典型地不需要任何单元特殊电源、外罩和可以由主控制单元(10)提供的控制代码。这里主控制单元(10)可以是PC或微控制器。DAB模块和主控制单元之间可以通过多个工业标准接口,例如I2C,USB或PCI界面连结。
图1中的EMUX(6)也可以用具有有限功能的低成本单元替换。例如,EMUX需要执行管理功能范围,以及从多种来源获取输入流,但是在这种情况下这两种功能都非常有限。另外,由于不需要商业特征的全部范围,CODFM调制器(9)可以简化,例如,可以由主控制器(10)提供控制功能,外罩和显示器可以整个系统共用,RF部分(9b)可以优化。
对于大型隧道系统来说,通常存在一个本地隧道控制中心。在这种情况下,紧急报警系统可以具有提供直播警报的能力。通常,隧道侧壁设备连同其它设备,例如FM发射机、消防控制和空调一起位于独立的机房中。参照图2,紧急报警系统隧道控制中心的一个实施例含有麦克风(11),以使紧急警报可以录制或直播发布。麦克风(11)通过音频输入处理器(12)连接到生成音频动态压缩第II层(MPEG-1 Layer II,MP2)数据流的自适应掩蔽模型的通用子带综合编码和复用器(Musican)(13)。数据流的目的文件由控制及管理器(14)控制,该控制及管理器可以指示输入到记录数据库(15)或直接输入到隧道侧壁设备中。在一较佳实施例中,数据的传递为直播MP2流、预先录制的音频数据库,或者是控制信号,利用基于通信的因特网网络协议(Internet Protocol),例如TCP/IP或UDP完成信号传输。隧道控制中心还需要能够回顾所有制作并存储在数据库中的记录,因此,需要提供MP2重放(16)、音频输出(17)和扬声器/耳机(18)。
可以通过许多方法激活紧急报警系统,包括:
1.位于隧道控制中心(TCC)内和隧道内或其它维修位置的其它可能位置上的紧急按钮
2.通过TCC系统上的PC界面
3.通过来自火警或其它重要系统的激发
对紧急报警系统提供的音频的一个补充为包含紧急报警直接标记段(Direct Label Segment,DLS)[1]。这会向接收器用户同时提供音频和文本显示。
在一较佳实施例中,具体说对于直播还有预先录制的警报来说,可以录制单独的报警讯息,然后调整MP2数据流以提供所需的数据速率。例如,初始的录音可以是64千位/秒的MP2录音。然后可以将该录音调整到较高的比特率,例如128千位/秒。新比特率的质量实质上与原始比特率的相同。“上采样”可以通过填加MP2数据完成。“下采样”的需求,例如从128千位/秒降到96千位/秒,可以通过截去子带数据流中的数据实现[1]。
在一较佳提高中,也可以使图1和图2中COFDM调制器(9)频率与引入信号同步。频率同步对确保接收器信号跟踪不丢失和引起重新获取是必需的。典型地,接收到的非占空信号和紧急报警信号的载波频率之间的差异应小于20Hz。完成这种频率同步的主要方法有两种,第一种为利用GPS接收器提供公用频率基准(所有DAB发射机需要定时并将频率锁定到GPS)。但是这需要提供附加的设备和随之而来的设备成本。一个较佳的选择是利用得自DAB接收器(5)的频率偏置信息。该频率偏置与DAB接收器内提供的本地频率基准有关。然后将该本地频率基准用作输入到COFDM调制器(9)的基准频率。此外,COFDM调制器(9)所需的时间基准也可以由DAB接收器(5)提供。需要频率和时间情况下的反馈,以确保达成闭合回路同步。注意,图1和图2中未表示这些反馈信号。
除时间和频率同步之外,可以将由本地发射机发射的信号水平调整成与正常非占空转播信号相似。这是一种有用的补充“同步”,正如紧急发射是一个与隧道中的接收器所接收的功率相似的功率,然后接收器RF部分的AGC电路将经受最小的干扰,接收器功率引起解码错误的可能性将会减小。
参照图1或图2,此特征可以容易地通过测量接收器(5)中的接收信号功率以及将该信号水平、或功率、信息发送到COFDM(9)而实现,其中信号水平在COFDM中被适当调整。图2中,功率水平通常在RF部分(9b)中调整。总体上,需要执行标准程序(通常在试运行中)以确保准确测定(5)中所测量的接收器信号功率和LNA输出的功率之间的差异。该标准程序可以通过提供从输入端LNA到RF部分的功率测量而自动完成,以确保来自RF部分(9a)和输入端LNA(2)的功率输出是相同的(或至少处于一个选定的误差,例如1dB内)。
建议在非紧急运行过程中,非占空DAB信号中出现的任何重新配置将由接收器(5)仅传递到EMUX(6)。如果应急系统已激活时正在形成重新配置,其需要被完成。这会导致轻微延迟输出(可能达6-8秒),但是这种重新配置相对很少;实际上,如果有的话,某些信号群重新配置的频率小于每天一次。
参考文献
[1]ETSI标准ETS 300 401,无线电广播系统;移动、便携和固定接收器的数字音频广播(DAB)
[2]ISO/IEC 11172-3(1993年2月):“高达1,5Mbit/s的移动画面和用于数字存储媒体的结合音频的解码-音频部分”。
Claims (23)
1.一种发射讯息的方法,其特征是包含以下步骤:
(a)从广播数字信号得到配置信息;
(b)处理讯息,以使当发射时其与配置信息相符;
(c)利用发射机将处理过的讯息发射到一个区域中。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是该区域为隧道或桥梁,该讯息为涵盖所有信道或子信道发射的紧急讯息。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征是该发射机平常转发广播数字信号,但是可以切换成发射作为紧急讯息替换的讯息。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征是该切换发生在发射帧界限上的空符号中。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该配置信息得自广播数字信号中的快速信息信道。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该配置信息包括广播数字信号的子信道结构。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征是该子信道结构配置信息包括以下所列中的一个或多个:子信道数据速率;FEC参数;起始和终止CU;以及广播数字信号中存在的实际FIC信息。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该讯息为预先录制或直播的讯息。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该讯息通过利用得自广播数字信号的定时同步信息与广播数字信号校准。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该讯息为音频讯息。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征是该讯息为预先录制的音频讯息,其调整成提供发射所需的比特率。
12.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该讯息为文本讯息。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征是该文本讯息利用直接标记段系统发射。
14.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该配置信息用于配置信号群复用器,该信号群复用器向调制器和功率放大器提供供给。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征是该调制器与广播数字信号频率同步。
16.根据权利要求14或15所述的方法,其特征是该频率同步优于20Hz。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征是该频率同步利用GPS接收器提供公用频率基准。
18.根据权利要求14或15所述的方法,其特征是该频率同步利用与广播数字信号接收器的本地频率基准有关的频率偏置;然后将该本地频率基准用作输入到调制器的频率。
19.根据权利要求14或15所述的方法,其特征是该发射机在调整成与发射机接收的广播数字信号水平相似的信号水平上发射讯息。
20.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该广播数字信号为任何从中可以提取配置信息的信号。
21.根据权利要求20所述的方法,其特征是该广播数字信号为以下所列中的一种:数字音频广播;数字视频广播;世界数字广播。
22.根据上述权利要求中的任一项所述的方法,其特征是该给定子信道上的讯息配置成与该子信道上的广播数字信号相匹配。
23.一种用于发射讯息的设备,其特征是包含:
(a)用于接收广播数字信号的接收器;
(b)用于得到有关广播数字信号配置信息的装置;
(c)用于发射讯息以使其与配置信息相符的发射机。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070912 |