EP0874483A2 - Verfahren und Anordnung für eine analog-digitale Simultanübertragung von Rundfunksendungen in den AM-Frequenzbändern - Google Patents

Verfahren und Anordnung für eine analog-digitale Simultanübertragung von Rundfunksendungen in den AM-Frequenzbändern Download PDF

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EP0874483A2
EP0874483A2 EP98106551A EP98106551A EP0874483A2 EP 0874483 A2 EP0874483 A2 EP 0874483A2 EP 98106551 A EP98106551 A EP 98106551A EP 98106551 A EP98106551 A EP 98106551A EP 0874483 A2 EP0874483 A2 EP 0874483A2
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EP
European Patent Office
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modulation
digital
signal
analog
frequency
Prior art date
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EP98106551A
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EP0874483A3 (de
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Klaus Weber
Matthias Biedermann
Dietmar Prof. Dr. Rudolph
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Deutsche Telekom AG
Continental Electronics Corp
Original Assignee
Telefunken Sendertechnik GmbH
Deutsche Telekom AG
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Publication date
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    • H04H2201/18—Aspects of broadcast communication characterised by the type of broadcast system in band on channel [IBOC]
    • H04H2201/186—AM digital or hybrid

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for an analog-digital simultaneous transmission of radio broadcasts in the AM frequency bands, especially in the Application for long, medium and short wave broadcasting, according to the generic terms of claims 1 and 5.
  • the system "Skywave 2000" from Thomcast is a simultaneous transmission analog single sideband modulation and digital modulation in a shortwave channel have been presented ("worldwide listening", 4/97, pages 6 to 8), the digital Transmission is offset in frequency such that the two transmissions are frequency selective can be received.
  • the principle of simultaneous transmission of analog and digital modulation offers an approach to overcoming the above Difficulty launching digital AM broadcasting.
  • a disadvantage of that the aforementioned system is the single sideband transmission of the analog modulation, since this with standard AM receivers can only receive distorted and of it It can be assumed that there will be no nationwide coverage of the audience with single-sideband receivers is given or can be reached in the future.
  • a single-sideband transmitter is necessary.
  • the one for broadcasts used high-performance transmitter which is suitable for single sideband operation are characterized in that the envelope of the single sideband signal by means of a Amplifier is amplified and this amplified envelope signal for envelope modulation the phase-modulated high frequency amplified by means of high-frequency amplifiers is used in the power amplifier of the transmitter
  • the envelope amplifier of the high-power transmitters described above special requirements when using the described separate reinforcement put. Since the envelope signal of a single sideband oscillation interacts with the modulation contains a changing DC component, although the low-frequency message to be transmitted contains no DC component, the envelope amplifier must be designed such that the DC component of the envelope can be amplified. This requirement is met by modern Switching amplifiers fulfilled, based on the principle of pulse duration amplification (PDM) or work according to the principle of pulse stage amplification (PSM). With older stations whose High-frequency output stages are modulated via modulation transformers is the gain of the direct component of the envelope signal is not possible because the modulation transformers cannot transfer the DC component.
  • PDM pulse duration amplification
  • PSM pulse stage amplification
  • the bandwidth of the Envelope amplifier to make the requirement that he is able to at least the second harmonic of the highest low frequency to be transmitted with as little distortion as possible to be able to transfer.
  • the reason for the increased bandwidth requirement is the fact that the actual low-frequency message is not amplified in the envelope amplifier is, but the envelope of the high-frequency emission, which in turn despite Bandwidth limitation of the low-frequency signal to be transmitted is in principle not limited.
  • the invention has for its object a method for an analog-digital simultaneous transmission to create a broadcast in the AM frequency bands that is fully applicable to conventional AM transmitters and receivers Task also includes the creation of an arrangement for performing the above Procedure.
  • the solution according to the invention only requires an AM transmitter to be sufficient Bandwidth; a transfer of a DC voltage component is not necessary, since the envelope signal with pure amplitude modulation in contrast to a single sideband transmission corresponds to the input signal and contains no DC component.
  • the required bandwidth of the modulation amplifier corresponds to the sum of the Frequency offset between the "analog” and the "digital" carrier and half Bandwidth of the digital modulation signal.
  • the arrangement shown in Fig.1 for sending a silicon analog-digital Broadcast transmission consists of a standard AM transmitter 1, two Oscillators 2 and 3, from a digital modulator 4 and from a summing element 5.
  • the AM transmitter 1 receives its carrier f T from the oscillator 2 and is driven with a sum signal U GES , which consists of the analog NF signal NF to be transmitted and a digitally modulated signal U DIG .
  • the digitally modulated signal U DIG is formed in the digital modulator 4 by means of a signal DS, which is designed as a digital data stream, and an auxiliary carrier f H.
  • the sum signal U GES is formed in the summer 5.
  • the signal DS is, for example, the output signal of an audio source encoder.
  • the digital modulation is a single-carrier or a multi-carrier method with several frequency-shifted subcarriers f H. If there is only a limited modulation range for the digital modulation signal, it can be advantageous to use one
  • the ratio between peak value and effective value (crest factor) is as low as possible in order to use the available modulation range as effectively as possible. Consequently, it then appears to be advantageous to carry out the digital modulation in the form of a single-carrier method instead of a multi-carrier method, since it is known that the crest factor of a multi-carrier method is greater in distortion-free transmission than in a comparable single-carrier method.
  • the solution according to the invention is not based on the simultaneous transmission of a radio broadcast limited.
  • One can on the analog and on the digital channel Many types of information, including information that deviates from one another on the channels, be transmitted. So instead of radio broadcasts, radio broadcasts, Embassy radio broadcasts and data broadcasts on the digital channel, Time broadcasts ... etc. with appropriate hardware adaptation and training of the analog NF signal NF and the signal DS are transmitted.
  • the one Hardware adaptations required do not require the person skilled in the art to invent them Activities.
  • the subcarrier f H generated in a single-carrier method with the oscillator 3 should preferably correspond to the channel grid frequency of the frequency range used, or an integral multiple of this frequency.
  • a channel raster frequency of 9 kHz is used in the long and medium wave range, while a channel raster frequency of 5 kHz is used in the short wave range.
  • FIG. 2 shows the spectrum of a transmission that is transmitted with an arrangement according to FIG.
  • a single-carrier method with the auxiliary frequency f H is used in the example shown.
  • the upper and lower sidebands of the analog modulation OSB AN and USB AN occur directly adjacent to the carrier f T.
  • the upper and lower sidebands of the digital modulation OSB DI and USB DI appear at a distance of +/- f H from the carrier f T.
  • the digital modulation U DIG and the analog NF signal NF are band-limited with suitable means before the application to the summer 5, no overlap of the spectra occurs during transmission and interference-free transmission of the signals can be expected.
  • a conventional AM receiver is required to receive the analog signal and a corresponding digital receiver is required to receive the digitized information.
  • the conventional AM receiver is tuned to the frequency of the carrier f T and, due to its design, has a bandwidth that filters out the AM signal, consisting of the upper and lower sidebands of the analog modulation OSB AN and USB AN, and thus the sidebands the digital modulation OSB DI and USB DI suppressed.
  • the digital receiver is tuned according to the frequency of the subcarrier f H to the offset subcarriers f T - f H or f T + f H if only one digital sideband is to be received. If the digital receiver is to evaluate both digital sidebands, it is tuned to the frequency of the carrier f T. A filter contained in the receiver then suppresses the AM transmission. This signal processing makes it possible to evaluate the two digital sidebands. If the digital sidebands were derived from coupled digital data streams, both partial data streams can be received and combined again at the same time.
  • the required bandwidth of the AM transmitter 1 can be read from FIG. For the exemplary embodiment according to FIG. 1, it corresponds to the sum of the offset of the subcarrier f H and half the bandwidth of the digital modulation signal.
  • Fig3. An arrangement for carrying out the invention is shown, in which, in contrast to the embodiment described above in relation to FIG. 1, the AM transmitter 1 is driven with a phase-modulated carrier-frequency oscillation.
  • the phase modulation is selected such that the upper or the lower sideband of the digital modulation OSB DI or USB DI is suppressed in the resulting transmission.
  • the arrangement shown in FIG. 3 for transmitting a standard analog-digital radio transmission consists of a standard AM transmitter 1, two oscillators 2 and 3, from a digital modulator 4 and a signal conditioning module 6.
  • the AM transmitter 1 receives its phase-modulated carrier f PH from the signal processing module 6, to which a carrier f T generated by the oscillator 2 is fed.
  • the AM transmitter 1 is controlled with an envelope signal U HÜLL , which is generated in the signal conditioning module 6 from the analog LF signal NF to be transmitted and from a digitally modulated signal U DIG .
  • the digitally modulated signal U DIG is formed in the digital modulator 4 by means of a signal DS and an auxiliary carrier f H.
  • phase modulation of the carrier f T and the associated envelope signal for the AM transmitter 1 required to suppress one of the digital sidebands is carried out in the signal processing module 6 in a manner known to the person skilled in the art.
  • this phase modulation ensures that the amplitudes of the remaining digital sideband are increased. This measure improves the utilization of the transmitted spectrum.
  • the demands on the AM transmitter increase, since an overall signal is now transmitted which contains a single sideband component, the digitally modulated component. If the amplitude of the subcarrier f H is small compared to the amplitude of the carrier f T , it can be expected that a broadband transmission of the envelope signal will not be necessary, since the harmonic content of the envelope curve becomes disproportionately lower as the subcarrier becomes smaller and consequently incorrect transmission the low envelope harmonics will only cause a negligible error in the modulation process. It can be shown that with a modulation of 10%, the portion of the upper part of the envelope is approx. 30 dB smaller than the amplitude of the fundamental wave.
  • the AM transmitter 1 thus actuated consists of an envelope amplifier 1.1, a high-frequency amplifier 1.2 and an output stage 1.3, which is equipped with a tube, for example.
  • the signal DS digitally modulated onto the subcarrier f H arrives as signal U DIG via an input stage 6.1 on the one hand to a Hilber transformer 6.3 and on the other hand to the input of a delay element 6.2 which compensates for the delay time of the Hilber transformer 6.3.
  • the output signals from the runtime and Hilber transformers correspond to the in-phase and quadrature components of the output signal of the AM transmitter 1.
  • the analog NF signal NF is superimposed on the in-phase component by addition in a summer 6.4.
  • the envelope signal U HÜLL is formed from this in-phase component, modified by the analog modulation, and the quadrature component calculated in the Hilbert transformer in an absolute value generator 6.5.
  • the magnitude signal thus formed is used to control the envelope amplifier 1.1.
  • the amount is formed, for example, by forming the square root from the sum of the squared in-phase and quadrature components and a carrier additive T. This carrier additive T is added via a summer 6.14 to the analog NF signal NF on the input
  • the in-phase and quadrature components also become dividers 6.6 and 6.7 guided.
  • the signals standardized by the amount are in Delay elements 6.8 and 6.9 are delayed in such a way that the envelope amplifier's delay time 1.1 is compensated so that when merging the signals in the power amplifier Runtime difference occurs.
  • modulators 6.10 and 6.11 the signal components are modulated onto two carrier-frequency oscillations of the same amplitude that are shifted by 90 ° relative to one another by multiplication.
  • a phase shifter 6.12 two oscillations phase-shifted by 90 ° are formed from the supplied carrier f T.
  • the signal suitable for carrier-frequency control of the AM transmitter 1 is then generated from these modulated carrier-frequency vibrations in a summer 6.13.
  • This signal is amplified in the high-frequency amplifier 1.2 of the AM transmitter 1 to the power level required to control the output stage.
  • the phase-modulated carrier-frequency oscillation is amplified to its final value, the amplitude of the transmission being determined by the output voltage of the envelope amplifier 1.1, which serves as the supply voltage for the final stage.
  • Both a transistorized amplifier and a tube amplifier are used as the output stage suitable.
  • the output amplitude of the transmission determined via the collector or drain voltage serving as supply voltage, while with the tube transmitter, the anode voltage is the one working in overvoltage mode Tube determines the amplitude of the output voltage.
  • FIG. 6 An arrangement is shown in FIG. 6 which allows simultaneous analog modulation to send two digital modulation signals with different information.
  • the digital modulation signals can contain two digital data streams from a common data source by dividing the common data stream arise. This division enables larger data rates to be transmitted, because only part of the total data stream is transmitted in each digital sideband. In the receiver, these two separate partial data streams can then return to the original data stream.
  • the two different pieces of information are each modulated in a known manner in a digital modulator on at least one subcarrier f H and, as digitally modulated signals U DIG1 and U DIG2, input stages 6.1 and 6.15 are fed to the arrangement shown in FIG. Via input stages 6.1 and 6.15, they arrive at Hilbert transformers 6.3 and 6.17 and in parallel to runtime elements 6.2 and 6.16, which compensate for the runtime of the Hilbert transformers.
  • the in-phase components of the digitally modulated signals U DIG1 and U DIG2 are available at the outputs of the delay elements and the quadrature components of the digitally modulated signals U DIG1 and U DIG2 are available for further processing at the outputs of the Hilbert transformers.
  • the in-phase signals are added in phase in a summer 6.4, while the quadrature components are only added in a summer 6.19 after inverting one of the quadrature components, which takes place in an inverter 6.18.
  • the corresponding digitally modulated signal - for example the signal U DIG2 is selected here - is shifted into the other side band.
  • the analog NF signal NF, on which the carrier additive T is superimposed in the summer 6.14 is given on the totalizer 6.4 for the in-phase components.
  • the arrangement shown in FIG. 6 is identical 5 with the arrangement shown in FIG. 5, so that the description the function blocks downstream of the entrance area to the previous ones Fig.5 made statements can be removed.
  • FIG. 5 and in FIG. 6 can be implemented using digital signal processing modules or in the form of analog modules.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine analog-digitale Simultanübertragung einer Rundfunksendung in den AM-Fequenzbändern zu schaffen, das uneingeschränkt auf herkömmliche AM-Sender und -Empfänger anwendbar ist.Die Aufgabe umfaßt zusätzlich die Schaffung einer Anordnung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die analoge Modulation als Zweiseitenbandmodulation erfolgt. Die Erfindung findet Anwendung bei einem Verfahren zur analog-digitalen Simultanübertragung von Rundfunksendungen in den AM-Frequenzbändern mit einem Träger für die analoge Modulation und mindestens einem frequenzmäßig versetzten Hilfsträger für die digitale Modulation. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung für eine analog-digitale Simultanübertragung von Rundfunksendungen in den AM-Frequenzbändern, insbesondere in der Anwendung für den Lang-, Mittel-, und Kurzwellenrundfunk, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Die bekannte Übertragung von Rundfunksendungen in den Frequenzbereichen der Lang-, Mittel- und Kurzwelle mittels Amplitudenmodulation (AM) weist eine geringe Übertragungsqualität auf. Dieser Mangel führt zu einer abnehmenden Akzeptanz seitens der Rundfunkhörer, da mit anderen verfügbaren Modulationsverfahren die Rundfunkübertragung mit besserer Qualität erfolgt. Um die Qualität der Aussendungen für die Übertragung von Rundfunksendungen in den vorgenannten AM-Frequenzbändern zu verbessern, ist vorgeschlagen worden, die Übertragung mittels digitaler Modulation durchzuführen (DE-A1-19535030).
Für eine Umstellung von AM-Modulation auf Digitalmodulation ist für die Übergangszeit damit zu rechnen, daß zunächst nur relativ wenige Rundfunkempfänger auf dem Markt sein werden, die zum Empfang einer digitalen Modulation verwendet werden können. Wegen dieser voraussichtlichen geringen Empfängerzahl wird eine Übertragung von Rundfunksendungen mittels digitaler Modulation bezogen auf die Anzahl der Hörer sehr aufwendig sein. Dieser hohe Aufwand wird eine Einführung des neuen Übertragungsverfahren behindern, da einerseits die Programmanbieter sich wegen des hohen Aufwandes pro Hörer scheuen werden eine ausreichend Anzahl von Programmen auszusenden, andererseits werden wegen der zunächst geringen Nachfrage nach Empfängern für digitale Modulation infolge der geringen Anzahl von Rundfunkprogrammen, die Hersteller von Rundfunkempfängern mit der Produktion der Empfänger nur zögernd beginnen.
Von der Firma Thomcast ist mit dem System "Skywave 2000" eine simultane Übertragung einer analogen Einseitenbandmodulation und einer digitalen Modulation in einem Kurzwellenkanal vorgestellt worden ("weltweit hören", 4/97, Seiten 6 bis 8), wobei die digitale Übertragung derart frequenzmäßig versetzt ist, daß die beiden Übertragungen frequenzselektiv empfangen werden können. Das Prinzip der Simultanübertragung von analogen und digitalen Modulationen bietet einen Ansatz zur Überwindung der vorangehend aufgezeigten Schwierigkeiten bei der Markteinführung von digitalem AM-Rundfunk. Nachteilig bei dem vorgenannten System ist die Einseitenbandübertragung der analogen Modulation, da diese mit standardmäßigen AM-Empfängern nur verzerrt empfangen werden kann und davon auszugehen ist, daß keine flächendeckende Versorgung der Hörerschaft mit Einseitenbandempfängern gegeben oder in Zukunft erreichbar ist.
Ferner ist für die gleichzeitige Übertragung eines analogen Einseitenbandsignales und einer digitalen Zusatzaussendung ein einseitenbandfähiger Sender notwendig. Die für Rundfünksendungen verwendeten Hochleistungssender, die für den Einseitenbandbetrieb geeignet sind, zeichnen sich dadurch aus, daß die Hüllkurve des Einseitenbandsignales mittels eines Verstärkers verstärkt wird und dieses verstärkte Hüllkurvensignal zur Hüllkurvenmodulation der mittels Hochfrequenzverstärkern verstärkten phasenmodulierten Hochfrequenz in der Endstufe des Senders verwendet wird
An den Hüllkurvenverstärker der voranstehend beschriebenen Hochleistungssender sind bei Anwendung der geschilderten getrennten Verstärkung besondere Anforderungen zu stellen. Da das Hüllkurvensignal einer Einseitenbandschwingung einen sich mit der Modulation ändernden Gleichanteil enthält, obwohl die zu übertragende niederfrequente Nachricht keinen Gleichanteil enthält, ist der Hüllkurvenverstärker derart auszulegen, daß der Gleichanteil der Hüllkurve verstärkt werden kann. Diese Forderung wird von modernen Schaltverstärkern erfüllt, die nach dem Prinzip der Pulsdauerverstärkung (PDM) oder nach dem Prinzip der Pulsstufenverstärkung (PSM) arbeiten. Mit älteren Sendern, deren Hochfrequenzendstufen über Modulationstransformatoren moduliert werden, ist die Verstärkung des Gleichanteiles des Hüllkurvensignales nicht möglich, da die Modulationstransformatoren den Gleichanteil nicht übertragen können.
Neben der Forderung nach der Verstärkung des Gleichanteiles ist an die Bandbreite des Hüllkurvenverstärkers die Forderung zu stellen, daß er in der Lage ist, mindestens die zweite Oberwelle der höchsten zu übertragenden Niederfrequenz möglichst verzerrungsarm übertragen zu können. Ursache für die erhöhte Bandbreitenforderung ist die Tatsache, daß im Hüllkurvenverstärker nicht die eigentliche niederfrequente Nachricht verstärkt wird, sondern die Hüllkurve der hochfrequenten Aussendung, die ihrerseits trotz Bandbegrenzung des zu übertragenden niederfrequenten Signals in der Bandbreite prinzipiell nicht begrenzt ist.
Bei einer Übertragung eines Einseitenbandsignales sind, wie voranstehend ausgeführt, erhöhte Anforderungen an den Sender zu stellen. Deshalb könnte mit dem bekannten Verfahren nur ein Teil der weltweit in Betrieb befindlichen AM-Sender auf das vorgestellte simultane Verfahren umgerüstet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine analog-digitale Simultanübertragung einer Rundfunksendung in den AM-Fequenzbändern zu schaffen, das uneingeschränkt auf herkömmliche AM-Sender und -Empfänger anwendbar ist.Die Aufgabe umfaßt zusätzlich die Schaffung einer Anordnung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt an einen AM-Sender nur die Forderung nach ausreichender Bandbreite; eine Übertragung eines Gleichspannungsanteiles ist nicht notwendig, da das Hüllkurvensignal bei reiner Amplitudenmodulation im Gegensatz zu einer Einseitenbandübertragung dem Eingangssignal entspricht und dieses keinen Gleichanteil enthält.
Die erforderliche Bandbreite des Modulationsverstärker entspricht der Summe aus dem Frequenzversatz zwischen dem "analogen" und dem "digitalen" Träger und der halben Bandbreite des digitalen Modulationssignales.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung für eine Aussendung von unterschiedlichen Informationen auf den Seitenbändern der digitalen Modulation und einer Begrenzung der digitalen Modulation auf ein Seitenband aufgezeigt.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Fig.1
zeigt eine Anordnung zur Aussendung einer simultanen analog-digitalen Rundfünkübertragung,
Fig.2
zeigt das Spektrum der Aussendung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung,
Fig.3
zeigt eine Anordnung zur simultanen analog-digitalen Rundfunkübertragung mit einer Seitenbandunterdrückung bei der digitalen Modulation,
Fig.4
zeigt das Spektrum der resultierenden Aussendung des in Fig.3 gezeigten Verfahrens,
Fig.5
zeigt eine Ausbildung eines Signalaufbereitungsmodules für das in Fig.3 gezeigte Verfahren und
Fig.6
zeigt eine Anordung zur simultanen Aussendung von einer analogen und zwei unterschiedlichen digitalen Modulationen.
Die in Fig.1 gezeigte Anordnung zur Aussendung einer siumltanen analog-digitalen Rundfunkübertragung besteht aus einem standardmäßigen AM-Sender 1, zwei Oszillatoren 2 und 3, aus einem Digitalmodulator 4 und aus einem Summierglied 5.
Der AM-Sender 1 erhält seinen Träger fT aus dem Oszillator 2 und wird mit einem Summensignal UGES ausgesteuert, das aus dem zu übertragenden analogen NF-Signal NF und aus einem digital modulierten Signal UDIG besteht. Das digital modulierte Signal UDIG wird in dem Digitalmodulator 4 mittels eines Signales DS, das als digitaler Datenstrom ausgebildet ist, und einem Hilfsträger fH gebildet. Das Summensignal UGES wird in dem Summierer 5 gebildet. Das Signal DS ist beispielsweise das Ausgangssignal eines Audioquellencoders.
Für die erfindungsgemäße Lösung ist es unbedeutend, ob es sich bei der digitalen Modulation um ein Einträger- oder um ein Mehrträgerverfahren mit mehreren frequenzversetzten Hilfsträgern fH handelt.Wenn für das digitale Modulationssignal nur ein begrenzter Aussteuerungsbereich vorhanden ist, dann kann es vorteilhaft sein, ein digitales Modulationsverfahren zu verwenden, dessen Verhältnis zwischen Spitzenwert und Effektivwert (Crestfaktor) möglichst gering ist, um den zur Verfügung stehenden Aussteuerungsbereich möglichst effektiv auszunutzen. Folglich erscheint es dann vorteilhaft zu sein, die digitale Modulation in Form eines Einträgerverfahrens anstelle eines Mehrträgerverfahrens durchzuführen, da bekanntermaßen der Crestfaktor eines Mehrträgerverfahrens bei verzerrungsfreier Übertragung größer ist als bei einem vergleichbaren Einträgerverfahren.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die simultane Übertragung einer Rundfunksendung beschränkt. Es können auf dem analogen und auf dem digitalen Kanal eine Vielzahl von Informationsarten, auch auf den Kanälen voneinander abweichende Informationen, übertragen werden. So können anstelle von Rundfunksendungen Funkbildsendungen, Botschaftsfunksendungen und auf dem digitalen Kanal Datensendungen, Zeitsendungen ...usw. mit einer entsprechenden Hardwareanpassung und Ausbildung des analogen NF-Signales NF und des Signales DS übertragen werden. Die dazu erforderlichen Hardwareanpassungen erfordern vom Fachmann keine erfinderische Tätigkeiten.
Der bei einem Einträgerverfahren mit dem Oszillator 3 erzeugte Hilfsträger fH sollte vorzugsweise der Kanalrasterfrequenz des verwendeten Frequenzbereiches entsprechen, oder einem ganzzahligen Vielfachen von dieser Frequenz. Im Lang- und Mittelwellenbereich wird bekanntermaßen eine Kanalrasterfrequenz von 9 kHz verwendet, während im Kurzwellenbereich eine Kanalrasterfrequenz von 5 kHz Anwendung findet.
Fig.2 zeigt das Spektrum einer Aussendung, die mit einer Anordnung gemäß Fig.1 gesendet ist. Für die frequenzversetzte digitale Modulation ist in dem gezeigten Beispiel ein Einträgerverfahren mit der Hilfsfrequenz fH eingesetzt. Das obere und untere Seitenband der analogen Modulation OSBAN und USBAN treten direkt an den Träger fT angrenzend auf. Das obere und untere Seitenband der digitalen Modulation OSBDI und USBDI treten um die Differenz +/- fH beabstandet von dein Träger fT auf.
Wenn die digitale Modulation UDIG sowie das analoge NF-Signal NF vor der Aufgabe auf den Summierer 5 mit geeigneten Mitteln bandbegrenzt sind, tritt bei der Aussendung keine Überlappung der Spektren auf und es ist mit einer störungsfreien Übertragung der Signale zu rechnen. Zum Empfang des analogen Signals wird erfindungsgemäß ein herkömmlicher AM-Empfänger und für den Empfang der digitalisierten Information ein entsprechender digitaler Empfänger benötigt.
Der herkömmliche AM-Empfänger wird dabei auf die Frequenz des Trägers fT abgestimmt und weist bauartbedingt eine Bandbreite auf, die frequenzselektiv das AM-Signal, bestehend aus dem oberen und dem unteren Seitenband der analogen Modulation OSBAN und USBAN herausfiltert und so die Seitenbänder der digitalen Modulation OSBDI und USBDI unterdrückt.
Der digitale Empfänger wird entsprechend der Frequenz des Hilfsträgers fH auf die versetzten Hilfsträger fT - fH oder fT + fH abgestimmt, wenn nur ein digitales Seitenband empfangen werden soll. Soll der digitale Empfänger beide digitalen Seitenbänder auswerten, so wird er auf die Frequenz des Trägers fT abgestimmt. Ein im Empfänger enthaltenes Filter unterdrückt dann die AM-Aussendung. Durch diese Signalaufbereitung ist es möglich, die beiden digitalen Seitenbänder auszuwerten. Falls die digitalen Seitenbänder aus verkoppelten digitalen Datenströmen abgeleitet wurden, können beide Teildatenströme gleichzeitig empfangen und wieder zusammengefügt werden.
Um eine gegenseitige Beeinflussung des analogen und des digitalen Kanales gering zu halten ist es vorteilhaft das analoge NF-Signal NF vor der Einspeisung in den Summierer 5 in seiner Amplitude so zu begrenzen, daß die Amplitude des Summensignales UGES kleiner ist als die maximal zulässige Aussteuerung des AM-Senders 1. Mit dieser Maßnahme lassen sich die in Fig.2 angedeuteten Bandausweitungen am Fuß der analogen Seitenbänder vermeiden, die auf eine nichtlineare Verstärkung eines AM-Senders 1 zurückzuführen sind.
Aus Fig.2 läßt sich die erforderliche Bandbreite des AM-Senders 1 ablesen. Sie entspricht für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 der Summe aus dem Versatz des Hilfsträgers fH und der halben Bandbreite des digitalen Modulationssignales.
In Fig3. ist eine Anordnung zur Ausführung der Erfindung dargestellt, in der im Unterschied zur vorangehend zu Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform der AM-Sender 1 mit einer phasenmodulierten trägerfrequenten Schwingung angesteuert ist. Die Phasenmodulation ist derart gewählt, daß das obere oder das untere Seitenband der digitalen Modulation OSBDI oder USBDI in der resultierenden Aussendung unterdrückt ist.
Die in Fig.3 gezeigte Anordnung zur Aussendung einer siumltanen analog-digitalen Rundfünkübertragung besteht aus einem standardmäßigen AM-Sender 1, zwei Oszillatoren 2 und 3, aus einem Digitalmodulator 4 und einem Signalaufbereitungsmodul 6.
Der AM-Sender 1 erhält seinen phasenmodulierten Träger fPH aus dem Signalaufbereitungsmodul 6, dem ein vom Oszillator 2 erzeugter Träger fT, zugeführt ist. Ausgesteuert wird der AM-Sender 1 mit einem Hüllkurvensignal UHÜLL, das in dem Signalaufbereitungsmodul 6 aus dem zu übertragenden analogen NF-Signal NF und aus einem digital modulierten Signal UDIG erzeugt ist. Das digital modulierte Signal UDIG wird in dem Digitalmodulator 4 mittels eines Signales DS und einem Hilfsträger fH gebildet.
Die für die Unterdrückung eines der digitalen Seitenbänder erforderliche Phasenmodulation des Trägers fT und des zugehörigen Hüllkurvensignales für den AM-Senders 1 ist in einer dem Fachmann bekannten Weise in dem Signalaufbereitungsmodul 6 durchgeführt.
Gleichzeitig wird durch diese Phasenmodulation erreicht, daß die Amplituden des verbleibenden digitalen Seitenbandes vergrößert werden. Durch diese Maßnahme wird eine verbesserte Ausnutzung des ausgesendeten Spektrums erreicht. Die Anforderung an den AM-Sender steigen, da nun ein Gesamtsignal ausgesendet wird, das einen Einseitenbandanteil, den digital modulierten Anteil, enthält. Wenn die Amplitude des Hilfsträger fH klein gegenüber der Amplitude des Trägers fT ist, so ist damit zu rechnen, daß eine breitbandige Übertragung des Hüllkurvensignales nicht notwendig wird, da der Oberwellengehalt der Hüllkurve mit kleiner werdendem Hilfsträger überproportional geringer wird und folglich eine fehlerhafte Übertragung der geringen Hüllkurvenoberwellen nur noch einen vernachlässigbaren Fehler beim Modualtionsprozeß hervorrufen wird. So kann gezeigt werden, daß bei einer Aussteuerung von 10% der Oberweilenanteil in der Hüllkurve ca. 30 dB kleiner als die Amplitude der Grundwelle ist.
In Fig. 5 ist ein Beispiel für die Ausbildung des Signalaufbereitungsmoduls 6 der Anordnung gemäß Fig.3 gezeigt. Der damit angesteuerte AM-Senders 1 besteht aus einem Hüllkurvenverstärker 1.1, einem Hochfrequenzverstärker 1.2 und einer Endstufe 1.3, die beispielsweise mit einer Röhre bestückt ist.
Das auf den Hilfsträger fH digital aufmodulierte Signal DS gelangt als Signal UDIG über eine Eingangsstufe 6.1 einerseits an einen Hilbertransformator 6.3 und andererseits an den Eingang eines Laufzeitgliedes 6.2 ,das die Laufzeit des Hilbertransformators 6.3 ausgleicht. Die Ausgangssignale von Laufzeit- und Hilbertransformator entsprechen der Inphasen- und der Quadraturkomponete des Ausgangssignales des AM-Senders 1. Zum Inphasenanteil wird das analoge NF-Signal NF durch Addition in einem Summierer 6.4 überlagert. Aus dieser um die analoge Modulation veränderten Inphasenkomponente und der im Hilberttransformator berechneten Quadraturkomponente wird in einem Betragsbildner 6.5 das Hüllkurvensignal UHÜLL gebildet. Das so gebildete Betragssignal dient der Ansteuerung des Hüllkurvenverstärkers 1.1. Der Betrag wird beispielsweise durch die Bildung der Quadratwurzel aus der Summe der quadrierten Inphasen- und Quadraturkomponente und einem Trägerzusatz T gebildet. Dieser Trägerzusatz T ist über einen Summierer 6.14 dem eingangsseitigen analogen NF-Signal NF hinzugefügt.
Bei Verwendung eines AM-Senders, in dem über einen Modulationstransformator die im Modulator verstärkte Niederfrequenz einer konstanten Anodenspannung überlagert wird, entfällt dieser konstante Trägerzusatz T in dem Signalaufbereitungsmodul 6.
Die Inphasen- und Quadraturkomponente werden außerdem zu Dividierern 6.6 und 6.7 geführt. Hier werden die Signale durch den im Betragsbildner 6.5 bestimmten Betrag dividiert, um am Ausgang der Aufbereitung allein einen phasenmodulierten Träger mit konstanter Amplitude zu erhalten. Die durch den Betrag normierten Signale werden in Laufzeitgliedern 6.8 und 6.9 derart verzögert, daß die Laufzeit des Hüllkurvenverstärkers 1.1 ausgeglichen wird, damit beim Zusammenführen der Signale in der Endstufe kein Laufzeitunterschied auftritt.
In Modulatoren 6.10 und 6.11 werden die Signalkomponeten auf zwei um 90° gegeneinander verschobene trägerfrequente Schwingungen gleicher Amplitude durch Multiplikation aufmoduliert. In einem Phasenschieber 6.12 werden zwei um 90° phasenverschobenen Schwingungen aus dem zugeführten Träger fT gebildet. Anschließend wird aus diesen modulierten trägerfrequenten Schwingungen in einem Summierer 6.13 das zur trägerfrequenten Ansteuerung des AM-Senders 1 geeignete Signal erzeugt. Dieses Signal wird in dem Hochfrequenzverstärker 1.2 des AM-Senders 1 auf den zur Ansteuerung der Endstufe notwendigen Leistungspegel verstärkt. In der Endstufe 1.3 wird die phasenmodulierte trägerfrequente Schwingung auf ihren endgültigen Wert verstärkt, wobei die Amplitude der Aussendung durch die Ausgangsspannung des Hüllkurvenverstärkers 1.1, die als Versorgungsspannung der Endstufe dient, bestimmt wird.
Als Endstufe ist sowohl ein transistorisierter Verstärker als auch ein Röhrenverstärker geeignet. Bei transistorisierten Verstärkern wird die Ausgangsamplitude der Aussendung über die als Versorgungsspannung dienende Kollektor- bzw. Drain-Spannung bestimmt , während beim Röhrensender die Anodenspannung der im überspannten Betrieb arbeitende Röhre die Amplitude der Ausgangspannung bestimmt.
In Fig.6 ist eine Anordnung dargestellt, die es gestattet simultan zu einer analogen Modulation zwei digitale Modulationsignale mit unterschiedlichen Informationen auszusenden.
Hierbei können die digitalen Modulationssignale zwei digitale Datenströme enthalten, die aus einer gemeinsamen Datenquelle durch Aufteilung des gemeinsamen Datenstromes entstehen. Durch diese Aufteilung wird es ermöglicht größere Datenraten zu übertragen, da in jedem digitalen Seitenband nur ein Teil des Gesamtdatenstromes übertragen wird. Im Empfänger können dann diese beiden getrennten Teildatenströme wieder zu dem ursprünglichen Datenstrom zusammengesetzt werden.
Die zwei unterschiedlichen Informationen werden in bekannter Weise je in einem Digitalmodulator auf mindestens einen Hilfsträger fH moduliert und als digital modulierte Signale UDIG1 und UDIG2 Eingangsstufen 6.1 und 6.15 der in Fig.6 gezeigten Anordnung zugeführt. Über die Eingangsstufen 6.1 und 6.15 gelangen sie an Hilberttransformatoren 6.3 und 6.17 und parallel dazu an Laufzeitglieder 6.2 und 6.16, welche die Laufzeit der Hilberttransformatoren ausgleichen.
Es stehen an den Ausgängen der Laufzeitglieder die Inphasenkomponenten der digital modulierten Signale UDIG1 und UDIG2 und an den Ausgängen der Hilberttransformatoren die Quadraturkomponenten der digital modulierten Signale UDIG1 und UDIG2 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Die Inphasensignale werden gleichphasig in einem Summierer 6.4 addiert, während die Quadraturkomponenten erst nach Invertierung einer der Quadraturkomponenten, die in einem Invertierer 6.18 erfolgt, in einem Summierer 6.19 addiert werden. Durch die Invertierung wird erreicht, das das entsprechende digital modulierte Signal - beispielsweise ist hier das Signal UDIG2 ausgewählt - in das andere Seitenband versetzt wird.
Das analoge NF-Signal NF, dem im Summierer 6.14 der Trägerzusatz T überlagert wird, ist auf den Summierer 6.4 für die Inphasenkomponenten gegeben. Für die weitere Verarbeitung der in dem vorangehend beschriebenen Eingangsbereich eines Signalverarbeitungsmodules 6 aufsummierten Signale ist die in Fig.6 gezeigte Anordnung übereinstimmend mit der in Fig. 5 gezeigten Aonrdnung ausgebildet, sodaß die Beschreibung der dem Eingangsbereich nachgeschalteten Funktionsblöcke den voranstehenden, zu Fig.5 gemachten Ausführungen entnehmbar ist.
Die in Fig.5 und in Fig.6 dargestellten Anordnungen können mittels digitaler Signalverarbeitungsbausteine oder in Form von analog arbeitenden Baugruppen realisiert werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur analog-digitalen Simultanübertragung von Rundfunksendungen in den AM-Frequenzbändern mit einem Träger für die analoge Modulation und mindestens einem frequenzmäßig versetzten Hilfsträger für die digitale Modulation, dadurch gekennzeichnet, daß die analoge Modulation als Zweiseitenbandmodulation erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Phasen- und Amplitudenmodulation des hochfrequenten Trägers ein digitales Seitenband unterdrückt ist.
  3. Verfahren nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Phasen- und Amplitudenmodulation zwei digitale Seitenbänder mit unterschiedlichen Modulationsinhalten übertragen sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Seitenbänder aus verkoppelten Datenströmen hervorgehen.
  5. Anordnung zur analog-digitalen Simultanübertragung einer Rundfunksendung in den AM-Frequenzbändern mit einem Träger für die analoge Modulation und mindestens einem frequenzmäßig versetzten Hilfsträger für die digitale Modulation, dadurch gekennzeichnet, daß die Simultanübertragung mit einem AM-Sender (1) ausgesendet ist, dessen Träger (fT) mit einem Summensignal (UGES) moduliert ist, das sich aus dem zu übertragenden anlogen NF-Signal (NF) und einem digital modulierten Signal (UDIG) zusammensetzt, wobei letzteres durch digitale Modulation mindestens eines frequenzmäßig versetzten Hilfsträgers (fH) mit einem Signal (DS) entsteht und der Frequenzversatz des Hilfsträgers (fH) - oder der Hilfsträger (fH) - so gewählt ist, daß die Spektren der analogen und der digitalen Modulation voneinander getrennt sind.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Signalaufbereitungsmodul (6) aus dem analogen NF-Signal (NF) und aus dem digital modulierten Signal (UDIG) der Betrag eines Hüllkurvensignales (UHÜLL) und der zugehörige hochfrequente phasenmodulierte Träger (fPH) abgeleitet sind und daß mit diesen abgeleiteten Signalen die nieder- und hochfrequente Ansteuerung des AM-Senders (1) durchgeführt ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnt, daß das Hüllkurvensignal (UHÜLL) und der phasenmodulierte Träger (fPH) in dem Signalaufbereitungsmodul (6) derart abgeleitet sind, daß wahlweise nur das obere oder das untere Seitenband der digitalen Modulation (OSBDI, USBDI) entsteht.
  8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnt, daß das Hüllkurvensignal (UHÜLL) und der phasenmodulierte Träger (fPH) derart abgeleitet sind, daß das obere und das untere Seitenband der digitalen Modulation (OSBDI, USBDI) unterschiedliche Modulationsinhalte enthalten, wobei die Modulationsinhalte aus einer gemeinsamen Datenstromquelle durch Aufteilung des damit erzeugten Datenstromes abgeleitet sind.
  9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnt, daß das Hüllkurvensignal (UHÜLL) und der phasenmodulierte Träger (fPH) derart abgeleitet sind, daß das obere und das untere Seitenband der digitalen Modulation (OSBDI, USBDI) unterschiedliche Modulationsinhalte enthalten, wobei die Modulationsinhalte aus zwei Datenstromquellen abgeleitet sind.
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