CN103023848B - 一种提高iboc系统数字信号传输能力的方法 - Google Patents

Abstract

本专利提供了一种提高IBOC系统数字信号传输能力的方法，包括以下步骤：步骤S1，生成模拟FM调频信号；步骤S2，分析IBOC系统中模拟FM信号的频谱分布；步骤S3，根据FM信号能量99%的方法，对频谱占用带宽进行实时分析，得到FM模拟信号频谱实际带宽；步骤S4，根据分析得到的模拟信号带宽，实时调整数字信号频谱起始位置点；步骤S5，将FM激励信号与实时调整的数字信号耦合，将耦合信号发送出去。本发明通过增加模拟信号与数字信号间的自适应调整模块，根据模拟信号实时的分布状态，动态调整数字信号的传输带宽，可以提高数字信号可用频谱，增加混合模式下数字信号的传输能力。

Description

一种提高IBOC系统数字信号传输能力的方法

技术领域

本发明设计广播电视发射、广播数字化领域。具体的说，涉及用于调频广播数字化平滑过渡方案IBOC系统中的一种动态调整数字信号频谱起始点的方法。

背景技术

FM HDRadio是一种OFDM系统，解决了模拟信号和数字信号的带内同频（In-Band On-Channel，IBOC）传输问题，此系统共定义了三种广播模式：混合模式、扩展混合模式和全数字模式，三种广播模式所占用的频道带宽均为400KHz。混合模式和扩展混合模式的数字频谱分为上、下边带两部分，分别放置在宿主FM广播的两侧。混合模式和扩展混合模式的区别在于数字边带占用的频谱宽度不同，即模拟与数字信号分界点不同。在混合模式中模拟与数字信号的分界点在±129KHz，在扩展混合模式中分界点在±102KHz。也即是说，HD Radio广播系统中，混合模式和扩展混合模式采用固定的组合方式对模拟和数字信号频谱进行组合。

然而，由于FM模拟信号的频谱带宽随着节目信号而变化，带宽变化范围大。在很大的时间概率下，模拟调频信号带宽远小于混合模式中规定模拟与数字信号频谱的分界带宽。在此情况下，模拟信号带宽的实时变化导致出现大量的空闲频谱。在HD Radio标准中并没有利用由于模拟信号带宽变化产生的空闲频谱。

本专利通过实时计算FM信号的频谱，对音频节目调制后频谱占用带宽进行分析，得到FM模拟信号频谱实际带宽，并根据模拟信号带宽来动态调整模拟与数字信号频谱分界点，提高数字信号可用频谱，增加混合模式下数字信号的传输能力。

发明内容

为了克服现有技术中存在的技术问题本发明在系统中增加数字信号与模拟信号自适应调整模块，将模拟FM信号和数字信号联合起来处理。通过实时检测模拟调频信号的频谱，将当前模拟信号的信息反馈给数字信号处理模块，以便于数字信号进行自适应参数调整，达到提高系统传输能力的目的。

本发明拟确定的提高IBOC系统数字信号传输能力的方法，包括以下步骤：步骤S1，根据输入的模拟音频信号及模拟FM激励器的设置参数，实时生成立体声复合信号及调制后射频信号；步骤S2，对S1得到的射频信号进行截取，以5ms时间长度的射频信号为一帧数据，对截取后的信号采用快速傅立叶变换，得到截取后信号的频谱数据；步骤S3，对S2得到的频谱数据分析其有效带宽，分析方法为，计算频谱数据的总能量E0，寻找频谱带宽的位置pos，使0至posHZ的能量E1<99%*E0，0至(pos+1)HZ的能量E2>99%*E0，记录此时的pos值，其中，pos为频谱带宽的位置；步骤S4，根据S3计算得到的pos值，以2*pos为截取后信号的有效带宽，根据所述有效带宽实时调整数字信号频谱起始位置，从而得到根据模拟信号的特征而实时调整后的数字信号；步骤S5，将FM激励信号与实时调整的数字信号耦合，将耦合信号发送出去。

其中，FM模拟调制信号的生成如图3所示，音频信号的左右声道分别经过预加重、插值、滤波后合成立体声，再进行FM调制，立体声信号的生成框图如图4所示，计算方法为： $\mathrm{MPX}=0.9\&CenterDot;(\frac{1}{2}(L+R)+\frac{1}{2}(L-R)\cos (2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;38000t))+0.1\&CenterDot;\cos (2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;19000t),$ 其中MPX是生成的立体声信号，L和R分别代表左声道和右声道信号。对基带信号m(t)调频的计算方法为：先对信号进行累加求和，得到瞬时相位int_x，再根据公式y＝cos(2*π*f_c*t+2*π*Δf*int_x)得到调频后的结果，其中f_c为载频，其数值依据各个电台的频谱规划情况，Δf为频偏，商业调频广播的最大频率偏移量为Δf=75KHZ。

其中，有效带宽的计算方法为，以5ms时间长度的FM信号为一帧数据，将此帧FM信号99%能量所占的带宽定为调频信号的有效带宽。根据Carson’srule（卡森公式），可以得到频谱带宽与信号最大频率和最大频偏之间的关系，即有效带宽BW=2(Δf+f_m)。一般立体声信号的最高频率f_m为53KHz，则BW=±(75+53)=±128KHZ。虽然任何一个调频信号的理论带宽都是无限的，但是在实际应用中，通过大量的数据分析得到，有效的边带能量（98%或更多）都集中在Carson’srule定义的带宽之内，因此，本发明将99%能量信号所占的带宽定为调频信号的有效带宽。

其中，调整数字信号频谱起始位置的方法为，以FM信号的有效带宽作为数字信号偏离载频的频谱起始位置，从而得到根据模拟信号的特征而实时调整后的数字信号，达到增加数字信号传输可用带宽的目的。

关于本发明的优势与方法可通过下面的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是混合模式(Hybrid)的频谱图；

图2是美国的HDRadio系统图；

图3是调频信号生成框图；

图4是立体声编码和调制原理框图；

图5模拟与数字频谱自适应的带内同频系统。

具体实施方式

下面对结合附图对本发明的较佳实施例作详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。

图5是示出了根据本发明的提高IBOC系统数字信号传输能力的系统框图。参照图5，提高IBOC系统数字信号传输能力的方法包括以下步骤：步骤S1，根据输入的模拟音频信号及模拟FM激励器的设置参数，实时生成立体声复合信号及调制后射频信号；步骤S2，对S1得到的射频信号进行截取，以5ms时间长度的射频信号为一帧数据，对截取后的信号采用快速傅立叶变换，得到截取后信号的频谱数据；步骤S3，对S2得到的频谱数据分析其有效带宽，分析方法为，计算频谱数据的总能量E0，寻找频谱带宽的位置pos，使0至posHZ的能量E1<99%*E0，0至(pos+1)HZ的能量E2>99%*E0，记录此时的pos值，其中，pos为频谱带宽的位置；步骤S4，根据S3计算得到的pos值，以2*pos为截取后信号的有效带宽，根据所述有效带宽实时调整数字信号频谱起始位置，从而得到根据模拟信号的特征而实时调整后的数字信号；步骤S5，将FM激励信号与实时调整的数字信号耦合，将耦合信号发送出去。

其中，FM模拟调制信号的生成如图3所示，音频信号的左右声道分别经过预加重、插值、滤波后合成立体声，再进行FM调制，立体声信号的生成框图如图4所示，计算方法为： $\mathrm{MPX}=0.9\&CenterDot;(\frac{1}{2}(L+R)+\frac{1}{2}(L-R)\cos (2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;38000t))+0.1\&CenterDot;\cos (2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;19000t),$ 其中MPX是生成的立体声信号，L和R分别代表左声道和右声道信号。对基带信号m(t)调频的计算方法为：先对信号进行累加求和，得到瞬时相位int_x，再根据公式y＝cos(2*π*f_c*t+2*π*Δf*int_x)得到调频后的结果，其中f_c为载频，其数值依据各个电台的频谱规划情况，Δf为频偏，商业调频广播的最大频率偏移量为Δf=75KHZ。

其中，有效带宽的计算方法为，以5ms时间长度的FM信号为一帧数据，将此帧FM信号99%能量所占的带宽定为调频信号的有效带宽。根据Carson’srule（卡森公式），可以得到频谱带宽与信号最大频率和最大频偏之间的关系，即有效带宽BW=2(Δf+f_m)。一般立体声信号的最高频率f_m为53KHz，则BW=±(75+53)=±128KHZ。虽然任何一个调频信号的理论带宽都是无限的，但是在实际应用中，通过大量的数据分析得到，有效的边带能量（98%或更多）都集中在Carson’srule定义的带宽之内，因此，本发明将99%能量信号所占的带宽定为调频信号的有效带宽。

其中，调整数字信号频谱起始位置的方法为，以FM信号的有效带宽作为数字信号偏离载频的频谱起始位置，从而得到根据模拟信号的特征而实时调整后的数字信号，到达增加数字信号传输可用带宽的目的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式之一，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种提高带内同频系统数字信号传输能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，根据输入的模拟音频信号及模拟FM激励器的设置参数，实时生成立体声复合信号及调制后射频信号；

步骤S2，对S1得到的射频信号进行截取，以5ms时间长度的射频信号为一帧数据，对截取后的信号采用快速傅立叶变换，得到截取后信号的频谱数据；

步骤S3，对S2得到的频谱数据分析其有效带宽，分析方法为，计算频谱数据的总能量E0，寻找频谱带宽的位置pos，使0至pos HZ的能量E1<99％*E0，0至(pos+1)HZ的能量E2>99％*E0，记录此时的pos值，其中，pos为频谱带宽的位置；

步骤S4，根据S3计算得到的pos值，以2*pos为截取后信号的有效带宽，根据所述有效带宽实时调整数字信号频谱起始位置，从而得到根据模拟信号的特征而实时调整后的数字信号；

步骤S5，将FM激励信号与实时调整的数字信号耦合，将耦合信号发送出去。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中调整数字信号频谱起始位置的方法为：以FM信号的有效带宽作为数字信号偏离载频的频谱起始位置。