IT201800003405A1

IT201800003405A1 - ISOFREQUENCY TRANSMISSION-DIFFUSION SYSTEM AND FM ISOMODULATION WITH DIGITAL TECHNIQUE.

Info

Publication number: IT201800003405A1
Application number: IT102018000003405A
Authority: IT
Inventors: Roberto Valentin
Original assignee: Abe Elettr Srl
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2019-09-09

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: "SISTEMA DI TRASMISSIONE-DIFFUSIONE IN ISOFREQUENZA E ISOMODULAZIONE FM CON TECNICA DIGITALE" Description of the Patent for Industrial Invention entitled: "SYSTEM OF TRANSMISSION-DIFFUSION IN ISOFREQUENCY AND FM ISOMODULATION WITH DIGITAL TECHNIQUE"

Il presente trovato ha come oggetto un sistema di trasmissione-diffusione FM in isofrequenza/isomodulazione con tecnica digita- The present invention relates to an isofrequency / isomodulation FM transmission-diffusion system with digital technique.

Come é noto, nei sistemi di trasmissione-diffusione FM si incontrano notevoli difficoltà, nel caso in cui si abbiano più punti di emissione (trasmettitori) operanti sulla medesima frequenza e che coprono zone adiacenti, in quanto, nelle zone a doppia copertura e quindi, di reciproca interferenza tra i due trasmettitori, vengono a crearsi inaccettabili disturbi. As is known, in FM transmission-diffusion systems there are considerable difficulties, in the case in which there are several emission points (transmitters) operating on the same frequency and covering adjacent areas, since, in the double coverage areas and therefore, of mutual interference between the two transmitters, unacceptable disturbances are created.

Per ovviare a questo inconveniente, si ricorre al cambio della frequenza di trasmissione, occupando così un’altra frequenza e non facendo un uso efficiente dello spettro elettromagnetico previsto dalle norme. To overcome this drawback, the transmission frequency is changed, thus occupying another frequency and not making efficient use of the electromagnetic spectrum required by the standards.

Attualmente, la Raccomandazione ITU-R BS.412-9, ai fini della pianificazione del servizio FM, definisce i rapporti di protezione necessari tra due segnali a modulazione di frequenza differenti e/o non sincronizzati tra loro, in funzione di: Currently, the ITU-R BS.412-9 Recommendation, for the purposes of planning the FM service, defines the necessary protection relationships between two different frequency modulation signals and / or not synchronized with each other, according to:

- differenza di frequenza; - frequency difference;

- modalità di emissione (mono o stereo); - emission mode (mono or stereo);

- continuità dell’interferenza (troposferica o costante). - continuity of interference (tropospheric or constant).

Si deve notare che, in caso di interferenza costante e medesima frequenza (canale), il rapporto di protezione minimo richiesto è di 36dB per la monofonia e di 45dB per la stereofonia. It should be noted that, in the event of constant interference and the same frequency (channel), the minimum required protection ratio is 36dB for monophony and 45dB for stereo.

La Raccomandazione ITU-R BS.562-3, al fine di definire l’accettabilità del livello qualitativo di un segnale audio, ne classifica il degrado con una scala a 5 livelli: dal migliore (5) al peggiore (1), come indicato nella seguente tabella. The ITU-R BS.562-3 Recommendation, in order to define the acceptability of the quality level of an audio signal, classifies its degradation with a 5-level scale: from best (5) to worst (1), as indicated in the following table.

Normalmente, oltre al livello 5 (un segnale perfetto) viene accettato il livello 4, definito come “buono” in quanto il degrado viene descritto come “percettibile ma non disturbante”, e, come minimo, viene accettato il livello 3, ad esempio per la ricezione in autovetture - definito come “discreto” in quanto il degrado è solo “leggermente disturbante”. Normally, in addition to level 5 (a perfect signal), level 4 is accepted, defined as "good" as the degradation is described as "perceptible but not disturbing", and, as a minimum, level 3 is accepted, for example for reception in cars - defined as "discrete" as the degradation is only "slightly disturbing".

La Raccomandazione ITU-R BS.412-9 definisce inoltre i rapporti di protezione necessari tra due segnali in isofrequenza ed isomodulazione in funzione del ritardo con il quale giungono al punto di ricezione (differenza di percorso), della modalità di emissione (mono o stereo) e del livello qualitativo (degrado), come indicato nella seguente tabella. The ITU-R BS.412-9 Recommendation also defines the necessary protection ratios between two signals in isofrequency and isomodulation as a function of the delay with which they reach the point of reception (path difference), of the emission mode (mono or stereo ) and the quality level (degradation), as indicated in the following table.

La Raccomandazione ITU-R BS.412-9 precisa che i valori indicati sono i peggiori rilevati durante i test. The ITU-R BS.412-9 Recommendation specifies that the values indicated are the worst detected during the tests.

Si fa notare che la Raccomandazione ITU-R BS.412-9 risale al 1998 ed i test effettuati sono stati condotti con una implementazione dell'lsofrequenza/lsomodulazione “analogica” e con ricevitori presenti sul mercato in quel periodo. Nell’effettuare i test di validazione relativi al presente brevetto, sono stati condotti nuovamente test simili a quelli della Raccomandazione ITU-R BS.412-9 ma effettuati con la nuova implementazione dell’lsofrequenza/lsomodulazione “digitale” oggetto del presente trovato e con ricevitori attuali: i risultati sono stati significativamente migliori rispetto a quelli riportati nella Raccomandazione ITU. In particolare, i test sono stati condotti con ricevitori dotati di stereo blend (come in quasi tutte le autoradio) e con una differenza di frequenza tra i trasmettitori di 0,13Hz (rotazione di fase tra i segnali di 360° in 7 secondi circa), in modo da valutare anche i disturbi dovuti alla differenza di fase. It should be noted that the ITU-R BS.412-9 Recommendation dates back to 1998 and the tests carried out were conducted with an “analog” isofrequency / lsomodulation implementation and with receivers on the market at that time. In carrying out the validation tests relating to this patent, tests similar to those of the ITU-R BS.412-9 Recommendation were conducted again but carried out with the new implementation of the "digital" isofrequency / lsomodulation object of the present invention and with Current receivers: Results were significantly better than those reported in the ITU Recommendation. In particular, the tests were conducted with receivers equipped with stereo blend (as in almost all car radios) and with a frequency difference between the transmitters of 0.13Hz (phase rotation between the signals of 360 ° in about 7 seconds) , in order to evaluate also the disturbances due to the phase difference.

Nella tabella precedente, si è assegnato, per alcune combinazioni di ritardo/impairment grade, un valore di «0dB» di differenza tra i due segnali in Isofrequenza/lsomodulazione; abbiamo anche specificaio che i test sono stati condotti con una differenza di frequenza tra i trasmettitori pari a 0,13Hz, di modo da ottenere una lenta rotazione di fase tra i segnali. In the previous table, for some delay / impairment grade combinations, a value of "0dB" of difference between the two signals in Isofrequency / Isomodulation has been assigned; we also specify that the tests were conducted with a frequency difference between the transmitters equal to 0.13Hz, in order to obtain a slow phase rotation between the signals.

Ovviamente, essendo i due segnali perfettamente identici, quando questi si trovano in perfetta controfase (differenza di 180°), si annullano causando un disturbo, chiaramente udibile, che non consentirebbe l’assegnazione di un «impairment grade» pari a 3 o, men che meno, 4. È però sufficiente anche una minima differenza di livello tra i segnali per non avere tale disturbo. Obviously, since the two signals are perfectly identical, when they are in perfect counterphase (difference of 180 °), they cancel each other out causing a clearly audible disturbance that would not allow the assignment of an "impairment grade" equal to 3 o, less than less, 4. However, even a minimum difference in level between the signals is sufficient to avoid this disturbance.

Nelle prove pratiche sul campo, questa condizione non si verifica pressoché mai poiché l’antenna ricevente, oltre ai segnali provenienti direttamente dai due trasmettitori in Isofrequenza/lsomodulazione (ammesso che siano in vista ottica) riceve anche una grande quantità di repliche dello stesso segnale (riflessioni di case, mezzi mobili, ecc.), ciascuna ritardata ed attenuata in maniera indipendente dalle altre. La somma di tutti detti segnali è, in pratica, impossibile essere pari a zero (annullamento del segnale). Si vedano, a riferimento, i modelli di distribuzione Rician e Rayleigh. In practical field tests, this condition almost never occurs since the receiving antenna, in addition to the signals coming directly from the two Isofrequency / Isomodulation transmitters (assuming they are in optical view), also receives a large amount of replicas of the same signal ( reflections of houses, mobile vehicles, etc.), each delayed and attenuated independently from the others. The sum of all said signals is, in practice, impossible to be equal to zero (cancellation of the signal). See the Rician and Rayleigh distribution models for reference.

Per questa ragione, si è deciso di definire «0dB» la condizione sopra descritta. For this reason, it was decided to define the condition described above as "0dB".

Da quanto sopra esposto risulta evidente che nel caso di emissioni FM sincronizzate (in isofrequenza e isomodulazione) che giungono al punto di ricezione con ritardi contenuti, i rapporti di protezione richiesti sono notevolmente inferiori rispetto a quelli previsti per emissioni non sincronizzate. From the above it is evident that in the case of synchronized FM emissions (in isofrequency and isomodulation) which reach the receiving point with limited delays, the required protection ratios are considerably lower than those foreseen for unsynchronized emissions.

I requisiti delle emissioni FM Sincronizzate The requirements of Synchronized FM emissions

Su questo punto bisogna fare assoluta chiarezza poiché sono state sperimentate e vengono commercializzate implementazioni parziali che, logicamente, non danno i risultati sperati. On this point it is necessary to make absolute clarity since partial implementations have been tested and are being marketed which, logically, do not give the desired results.

Le emissioni FM Sincronizzate, dette anche in “Isofrequenza FM” e/o in “Isomodulazione FM” e/o in “SFN FM”, debbono possedere tutti i seguenti requisiti. Synchronized FM emissions, also known as "FM Isofrequency" and / or "FM Isomodulation" and / or "SFN FM", must meet all of the following requirements.

I trasmettitori debbono emettere sul medesimo canale ed avere con buona precisione la stessa frequenza (ad esempio, con oscillatori di riferimento disciplinati da GPS). The transmitters must emit on the same channel and have the same frequency with good precision (for example, with reference oscillators governed by GPS).

I trasmettitori debbono trasmettere lo stesso identico contenuto di modulazione intendendosi, con questo, non solo la trasmissione dello stesso programma, ma la precisa identica “impronta” di modulazione (medesimi picchi di modulazione, precisi, possibilmente, all’Hertz, nello stesso istante, ecc.). Questo risultato è praticamente impossibile da ottenere con due differenti modulatori analogici o, comunque, con due modulatori FM, anche a processing digitale, ma alimentati da segnali modulanti analogici. The transmitters must transmit the same identical modulation content, meaning, by this, not only the transmission of the same program, but the precise identical modulation "imprint" (same modulation peaks, precise, possibly, at the Hertz, at the same instant, etc.). This result is practically impossible to obtain with two different analog modulators or, in any case, with two FM modulators, even with digital processing, but powered by analog modulating signals.

I trasmettitori debbono avere una compensazione del ritardo per far giungere contemporaneamente i segnali emessi nell’area a doppio servizio (quella potenzialmente interferita) in modo da far ricadere in detta area i benefici derivanti dall’impiego di questa tecnologia. The transmitters must have a delay compensation to simultaneously reach the signals emitted in the dual service area (the potentially interfered one) in order to allow the benefits deriving from the use of this technology to fall within that area.

Per beneficiare di tutti i vantaggi precedentemente illustrati è necessario che la implementazione rispetti tutti i requisiti richiesti. To benefit from all the advantages described above, it is necessary that the implementation meets all the required requirements.

L’implementazione analogica The analog implementation

L’implementazione si può effettuare in modalità analogica, come ad esempio descritto nel brevetto italiano n. 1229244, a nome ABE Elettronica, utilizzando ponti di collegamento a microonde che trasferiscono una sottoportante a pochi MHz già modulata FM che viene poi convertita alla frequenza di emissione (87,5 - 108MHz) con un oscillatore sincronizzato da un altro segnale trasferito sempre per mezzo dei medesimi ponti microonde. The implementation can be carried out in analog mode, as described for example in the Italian patent no. 1229244, in the name of ABE Elettronica, using microwave connection bridges that transfer an already modulated FM subcarrier at a few MHz which is then converted to the emission frequency (87.5 - 108MHz) with an oscillator synchronized by another signal always transferred by means of of the same microwave bridges.

In tale caso la compensazione del ritardo avviene con linee di ritardo analogiche che agiscono sulla sottoportante modulata in FM. In this case the delay compensation takes place with analog delay lines acting on the FM modulated subcarrier.

I principali inconvenienti di tale sistema sono l’elevata occupazione di banda dei ponti microonde (oltre 10MHz) ed il costo delle linee di ritardo analogiche. The main drawbacks of this system are the high bandwidth occupation of the microwave bridges (over 10MHz) and the cost of the analog delay lines.

Un’altra implementazione analogica, ancora più costosa, fatta da RAI, è basata sull’impiego della fibra ottica per il trasferimento della portante FM modulata. Another analogue implementation, even more expensive, made by RAI, is based on the use of optical fiber for the transfer of the modulated FM carrier.

L’Isofrequenza FM in «digitale» FM isofrequency in "digital"

Compito del presente trovato è quello di realizzare un sistema di trasmissione-diffusione in isofrequenza che superi gli inconvenienti della tecnica nota citata sopra. The aim of the present invention is to provide an isofrequency transmission-diffusion system which overcomes the drawbacks of the known art mentioned above.

Nell’ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare un sistema di trasmissione-diffusione che, utilizzando trasmettitori FM sincronizzati operanti sulla stessa frequenza, detti anche in “Isofrequenza FM” e/o in “Isomodulazione FM” e/o in “SFN FM”, permetta l’estensione dell’area di copertura di un trasmettitore principale a zone limitrofe e/o comunque limiti le interferenze reciproche tra due o più trasmettitori operanti sulla stessa frequenza in zone limitrofe. Within this aim, an object of the invention is to provide a transmission-diffusion system which, using synchronized FM transmitters operating on the same frequency, also known as "FM isofrequency" and / or "FM isomodulation" and / or in “SFN FM”, it allows the extension of the coverage area of a main transmitter to neighboring areas and / or in any case limits mutual interference between two or more transmitters operating on the same frequency in neighboring areas.

Scopo del trovato è pertanto quello di realizzare un sistema che necessiti di rapporti di protezione notevolmente inferiori rispetto alle emissioni non sincronizzate, sino a poter accettare, in determinate condizioni, differenze di livello anche inferiori ad 1dB contro i 36dB e oltre normalmente richiesti. The object of the invention is therefore to provide a system which requires considerably lower protection ratios than unsynchronized emissions, to the point of being able to accept, under certain conditions, level differences even lower than 1dB against 36dB and above normally required.

Un ulteriore scopo del presente trovato è di fornire un sistema che permetta un uso maggiormente efficiente dello spettro elettromagnetico avendo la possibilità di coprire aree scarsamente servite ai limiti di una zona di servizio principale senza dover impiegare una differente frequenza, ottimizzando cosi l’utilizzo delle frequenze stesse (gap-filler). A further object of the present invention is to provide a system that allows a more efficient use of the electromagnetic spectrum by having the possibility of covering poorly served areas at the limits of a main service area without having to use a different frequency, thus optimizing the use of frequencies. same (gap-filler).

Un altro scopo del presente trovato è quello di fornire un ulteriore potente strumento a disposizione per la pianificazione e ottimizzazione delle reti di diffusione FM. Another object of the present invention is to provide a further powerful tool available for planning and optimizing FM broadcasting networks.

Questo ed altri scopi, che meglio appariranno evidenziati in seguito, sono raggiunti da un sistema di trasmissione-diffusione in isofrequenza con tecnica digitale, caratterizzato dal fatto di comprendere: This and other purposes, which will be better highlighted later, are achieved by an isofrequency transmission-diffusion system with digital technique, characterized by the fact that it includes:

la generazione in digitale o conversione in digitale del segnale audio di banda base da trasmettere (mono o stereo codificato MPX -eventualmente anche con l’aggiunta del segnale RDS e/o di eventuali ulteriori segnali ausiliari previsti dalle norme) da effettuarsi con una frequenza di campionamento superiore al doppio della frequenza massima di detti segnali e con una adeguata risoluzione. Detta frequenza di campionamento dovrà essere preferibilmente generata con estrema precisione (es.: con oscillatori disciplinati da impulsi da un secondo UTC ricevibili tramite satelliti di navigazione GPS, GLO-NASS, ecc. o tramite altro metodo). Ad esempio, nel caso di un segnale audio stereo codificato MPX con l'aggiunta del segnale RDS, la frequenza massima è di circa 60KHz e pertanto la frequenza di campionamento potrà essere di 128KHz con una risoluzione di 16 bit per campione, tale da garantire un ottimo rapporto segnale/rumore (oltre 90dB); the digital generation or conversion into digital of the baseband audio signal to be transmitted (mono or stereo MPX encoded - possibly also with the addition of the RDS signal and / or any additional auxiliary signals required by the standards) to be carried out with a frequency of sampling higher than double the maximum frequency of said signals and with an adequate resolution. Said sampling frequency must preferably be generated with extreme precision (eg: with oscillators governed by pulses from one second UTC that can be received via GPS navigation satellites, GLO-NASS, etc. or by other method). For example, in the case of an MPX encoded stereo audio signal with the addition of the RDS signal, the maximum frequency is about 60KHz and therefore the sampling frequency can be 128KHz with a resolution of 16 bits per sample, such as to guarantee a excellent signal / noise ratio (over 90dB);

l’incapsulamento del flusso di dati sopra specificato (che chiameremo “MPX digitale”) in una struttura di trasferimento dati (ad esempio, come payload in un Transport Stream MPEG-2); the encapsulation of the data stream specified above (which we will call "digital MPX") in a data transfer structure (for example, as a payload in an MPEG-2 Transport Stream);

l’eventuale inserimento periodico, nella struttura di trasferimento dati, di una marca temporale (timestamp) riferita ad un evento periodico che avviene in ogni punto di generazione ed emissione della rete di trasmettitori in Isofrequenza/Isomodulazione nello stesso preciso istante (es.: l’inizio del secondo UTC - 1pps - ricevibile ovunque nel mondo tramite i satelliti di navigazione GPS, GLONASS, ecc. o tramite altro metodo), e di un eventuale dato di offset temporale rispetto all’evento, valido per tutta la rete, utile per consentire la correita partenza e quindi, la coerenza delle emissioni sincronizzate da parte di tutti i trasmettitori della rete in Isofrequenza/Isomodulazione; il valore del dato di offset temporale dovrà essere scelto in modo tale da consentire al flusso di dati di raggiungere tutti i trasmettitori in isofrequenza/isomodulazione della rete e di essere processato; al contempo, il valore di offset non dovrà essere maggiore della periodicità dell’evento di riferimento (es.: 1 secondo UTC) salvo che si identifichi specificamente l’evento di riferimento (es.: lo specifico secondo di riferimento, trasmettendo il dato insieme al valore di offset); il trasferìmento, a mezzo ponti microonde digitali, o altro mezzo atto al trasferimento dati del flusso “MPX digitale” ai trasmettitori FM in rete Isofrequenza/Isomodulazione; the possible periodic insertion, in the data transfer structure, of a timestamp referring to a periodic event that occurs at each point of generation and emission of the network of Isofrequency / Isomodulation transmitters at the same precise instant (e.g .: l start of the second UTC - 1pps - receivable anywhere in the world via GPS navigation satellites, GLONASS, etc. or by other method), and any time offset data with respect to the event, valid for the entire network, useful for allow the correct start and therefore, the coherence of the synchronized emissions by all the transmitters of the network in Isofrequency / Isomodulation; the value of the time offset data must be chosen in such a way as to allow the data flow to reach all the transmitters in isofrequency / isomodulation of the network and to be processed; at the same time, the offset value must not be greater than the periodicity of the reference event (e.g. 1 second UTC) unless the reference event is specifically identified (e.g. the specific second reference, transmitting the data together to the offset value); the transfer, by means of digital microwave bridges, or other means suitable for the data transfer of the “digital MPX” stream to the FM transmitters in the Isofrequency / Isomodulation network;

l’impiego, in tutti i trasmettitori, di una memoria digitale regolabile per poter sincronizzare (eventualmente a mezzo del timestamp e del dato di offset temporale contenuto nella struttura di trasferimento) l’emissione dell’MPX digitale e per compensare anche l’ulteriore ritardo differenziale con il quale le emissioni dei trasmettitori giungono nell’area a doppio servizio; the use, in all transmitters, of an adjustable digital memory in order to synchronize (possibly by means of the timestamp and the time offset data contained in the transfer structure) the digital MPX emission and to compensate for the further delay differential with which the emissions of the transmitters reach the dual service area;

la modulazione della portante alla frequenza di emissione effettuata digitalmente con la medesima tipologia di hardware, software e, meglio, anche con lo stesso riferimento di frequenza (con il quale si è anche generato il flusso di dati dellMPX digitale”) in tutti i trasmettitori della rete in Isofrequenza/lsomodulazione; il riferimento di frequenza (es.: 10MHz) dovrà essere generato con estrema precisione (es.: con oscillatori disciplinati da impulsi da un secondo UTC ricevibili tramite satelliti di navigazione GPS, GLONASS, ecc.). the modulation of the carrier at the emission frequency carried out digitally with the same type of hardware, software and, better still, also with the same frequency reference (with which the digital MPX data flow was also generated ") in all the transmitters of the Isofrequency / lsomodulation network; the frequency reference (eg: 10MHz) must be generated with extreme precision (eg: with oscillators governed by pulses from one second UTC receivable via GPS navigation satellites, GLONASS, etc.).

Quando viene impiegata la ricezione del secondo UTC (normalmente per tramite della ricezione dei satelliti di navigazione -GNSS: GPS, GLONASS, ecc. - ma anche con altri metodi) per la generazione (aggancio) delle frequenze e/o per riferimento relativo alla marca temporale (timestamp), questo deve essere in grado di continuare a generare l’impulso del secondo UTC anche durante limitati periodi di carenza di ricezione dell’impulso stesso (per tramite di un oscillatore ad alta stabilità) e, al ripristino della ricezione, deve essere in grado di recuperare (lentamente) l’errore accumulatosi durante il periodo di carenza della ricezione (periodo di “holdover”). When the reception of the second UTC is used (usually through the reception of navigation satellites - GNSS: GPS, GLONASS, etc. - but also with other methods) for the generation (locking) of the frequencies and / or for reference relative to the brand time (timestamp), this must be able to continue to generate the pulse of the second UTC even during limited periods of lack of reception of the pulse itself (by means of a highly stable oscillator) and, when reception is restored, it must be able to recover (slowly) the error accumulated during the period of lack of reception (“holdover” period).

Si precisa che con il termine “errore accumulatosi” si intende l’integrale nel tempo della differenza tra la frequenza dell’impulso UTC e quella dell’impulso generato dall’apparecchiatura durante il periodo di holdover (che, ragionevolmente, presenterà piccoli scostamenti). Questo, al fine di evitare una, sia pur lenta, desincronizzazione delle emissioni isofrequenziali. It should be noted that the term "accumulated error" means the integral over time of the difference between the frequency of the UTC pulse and that of the pulse generated by the equipment during the holdover period (which, reasonably, will have small deviations). This, in order to avoid a, albeit slow, desynchronization of isofrequential emissions.

L’implementazione del sistema di trasmissione di reti FM in I-sofrequenza/Isomodulazione descritta e oggetto del presente brevetto, possiede tutti i requisiti precedentemente citati e indispensabili per un corretto funzionamento. The implementation of the transmission system of FM networks in I-sofrequency / Isomodulation described and object of this patent, possesses all the requirements previously mentioned and indispensable for proper operation.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenziati attraverso un esame della descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become more evident through an examination of the description of a preferred but not exclusive embodiment of the invention, illustrated by way of non-limiting example in the attached drawings, in which:

la figura 1 rappresenta uno schema del generatore deH’”MPX Digitale” con incapsulamento in un Transport Stream MPEG con interfaccia ASI oggetto della presente invenzione; Figure 1 represents a diagram of the "MPX Digital" generator with encapsulation in an MPEG Transport Stream with ASI interface object of the present invention;

la figura 2 mostra lo schema del sistema di trasferimento, a mezzo ponti microonde digitali del flusso di dati contenente lΜΡΧ Digitale” (Transport Stream MPEG) ai trasmettitori FM della rete in Isofrequenza/Isomodulazione; Figure 2 shows the scheme of the transfer system, by means of digital microwave bridges, of the data flow containing the Digital ”(Transport Stream MPEG) to the FM transmitters of the Isofrequency / Isomodulation network;

la figura 3 è uno schema a blocchi del trasmettitore FM in Isofrequenza/lsomodulazione, alimentato in ingresso dal flusso di dati “MPX Digitale” contenuto nel Transport Stream MPEG ricevuto dal ponte microonde di figura 2; Figure 3 is a block diagram of the FM transmitter in Isofrequency / Isomodulation, fed at the input by the “MPX Digital” data stream contained in the MPEG Transport Stream received by the microwave bridge of Figure 2;

Come visibile in figura 3, la modulazione della portante alla frequenza di emissione (usualmente, ma non limitatamente nella banda 87,5 - 108MHz) viene effettuata, in tutti i trasmettitori della rete isofrequenziale, digitalmente e la sincronizzazione globale del sisterna (dati MPX, timestamp, portanti di emissione FM, ecc.) è agganciata (disciplinata) al medesimo riferimento (es: al secondo UTC eventualmente ricevibile tramite satelliti di navigazione GNSS - GPS, GLONASS, ecc.). As can be seen in Figure 3, the modulation of the carrier at the emission frequency (usually, but not limitedly in the 87.5 - 108MHz band) is carried out, in all the transmitters of the isofrequency network, digitally and the global synchronization of the system (MPX data, timestamp, FM emission carriers, etc.) is linked (regulated) to the same reference (eg: to the second UTC possibly receivable via GNSS navigation satellites - GPS, GLONASS, etc.).

La figura 4 illustra un esempio realizzativo semplificato dell’invenzione nel quale la scheda del modulatore a bordo del trasmettitore può essere utilizzata, contemporaneamente, per trasmettere il segnale FM Isofrequenza e generare il transport stream con il flusso di dati dell’MPX digitale con timestamp da inviare ad uno (o più) altri trasmettitori in isofrequenza; in questo modo si può realizzare una configurazione estremamente semplificata (e meno costosa) per l’implementazione dell’isofrequenza, senza andare ad incidere complessivamente sulla intera struttura di una rete di trasmettitori FM esistente ma implementando l’isofrequenza solo dove necessario. Figure 4 illustrates a simplified embodiment of the invention in which the modulator card on board the transmitter can be used, simultaneously, to transmit the FM Isofrequency signal and generate the transport stream with the data flow of the digital MPX with timestamp from send to one (or more) other isofrequency transmitters; in this way, an extremely simplified (and less expensive) configuration can be created for the implementation of the isofrequency, without affecting the entire structure of an existing FM transmitter network but implementing the isofrequency only where necessary.

Secondo un esempio preferito di realizzazione, schematicamente illustrato in figura 5, il gap filler sincronizzato che copre la “City 2” ai margini della copertura del trasmettitore principale, dispone di una antenna direttiva che irradia il segnale nella medesima direzione di quello proveniente dal trasmettitore principale. According to a preferred example of embodiment, schematically illustrated in figure 5, the synchronized gap filler that covers the "City 2" at the edge of the coverage of the main transmitter, has a directive antenna that radiates the signal in the same direction as that coming from the main transmitter .

In questo modo viene mantenuto, nella zona a doppio servizio in isofrequenza/isomodulazione, un ritardo sufficientemente costante tra le due emissioni e quindi si beneficia appieno dei vantaggi (rapporti di protezione notevolmente inferiori) delle emissioni FM Sincronizzate. In this way, a sufficiently constant delay between the two emissions is maintained in the dual service area in isofrequency / isomodulation and therefore the advantages (considerably lower protection ratios) of Synchronized FM emissions are fully benefited from.

Con riferimento alle figure 5 e 6, i ritardi con i quali i segnali del Trasmettitore principale e del gap filler arrivano nella “City 2” (e in particolare ai margini della stessa dove la differenza di ritardo è maggiore), sono compresi tra 0 e 1,9μs. With reference to figures 5 and 6, the delays with which the signals of the main transmitter and the gap filler arrive in "City 2" (and in particular at the edges of the same where the delay difference is greater), are between 0 and 1.9μs.

Ciò comporta che, per avere un “impairment grade” pari a 4 (segnale definito “buono” con degrado “percettibile ma non disturbante”), non è necessario avere alcuna differenza di livello tra i due segnali. This implies that, in order to have an “impairment grade” equal to 4 (signal defined as “good” with “perceptible but not disturbing” degradation), it is not necessary to have any difference in level between the two signals.

Questa rappresenta la forma di realizzazione preferita del sistema in isofrequenza. This represents the preferred embodiment of the isofrequency system.

Secondo un’ulteriore forma realizzativa, schematicamente illustrata in figura 7, i ritardi con i quali i segnali dei due trasmettitori sincronizzati arrivano nella zona di potenziale interferenza (che abbiamo ipotizzato essere sempre di 6km come nell’esempio precedente), ed in particolare ai margini della stessa dove la differenza di ritardo è maggiore, sono compresi tra 0 e 10μs. According to a further embodiment, schematically illustrated in Figure 7, the delays with which the signals of the two synchronized transmitters arrive in the area of potential interference (which we have always assumed to be 6km as in the previous example), and in particular at the edges where the delay difference is greater, they are between 0 and 10μs.

Ciò comporta che, per avere un “impairment grade” pari a 4 (segnale definito “buono” con degrado “percettibile ma non disturbante”), è necessario avere una differenza di livello di soli 1dB. This implies that, to have an “impairment grade” equal to 4 (signal defined as “good” with “perceptible but not disturbing” degradation), it is necessary to have a level difference of only 1dB.

Ciò è ovviamente possibile solo con antenne ben calcolate e strutturate. This is obviously only possible with well-calculated and structured antennas.

Secondo un’ulteriore forma realizzativa dell’invenzione, illustrata in figura 8, i trasmettitori sono contrapposti rispetto alle aree di servizio ed i ritardi con i quali i segnali dei due trasmettitori sincronizzati arrivano nella zona centrale di interferenza (che abbiamo ipotizzato essere sempre di 6km come nel primo esempio), ed in particolare ai margini della stessa dove la differenza di ritardo è maggiore, sono compresi tra 0 e 20μs. According to a further embodiment of the invention, illustrated in Figure 8, the transmitters are opposite to the service areas and the delays with which the signals of the two synchronized transmitters arrive in the central interference zone (which we have always assumed to be 6km as in the first example), and in particular at the edges of the same where the delay difference is greater, they are between 0 and 20μs.

Ciò comporta che, per avere un “impairment grade” pari a 4 (segnale definito “buono” con degrado “percettibile ma non disturbante”), è necessario avere una differenza di livello di 3dB. This implies that, to have an "impairment grade" equal to 4 (signal defined as "good" with "perceptible but not disturbing" degradation), it is necessary to have a level difference of 3dB.

Ciò è possibile, sia pur con una certa difficoltà, solo con antenne ben calcolate e strutturate. This is possible, albeit with some difficulty, only with well calculated and structured antennas.

Questa implementazione dell’lsofrequenza è la meno semplice da realizzare. This implementation of isofrequency is the least simple to implement.

Come detto, il sistema secondo il presente trovato prevede eventualmente anche l’inserzione, nel flusso di dati dell’MPX digitalizzato (transport stream), di una marca temporale (timestamp) riferìta ad un evento periodico che avviene in ogni punto di generazione ed emissione della rete di trasmettitori in Isofrequenza/lsomodulazione nello stesso preciso istante (esempio: l’inizio del secondo UTC - 1pps - ricevibile ovunque nel mondo tramite i satelliti di navigazione GPS, GLONASS, ecc. o tramite altro metodo) e di un eventuale dato di offset temporale che consentono e/o facilitano nei trasmettitori della rete a Isofrequenza/Isomodulazione, la corretta e automatica sincronizzazione delle emissioni (e quindi, la loro coerenza). As mentioned, the system according to the present invention possibly also provides for the insertion, in the data stream of the digitized MPX (transport stream), of a time stamp (timestamp) referring to a periodic event that occurs at each point of generation and emission. of the network of Isofrequency / lsomodulation transmitters at the same precise instant (example: the beginning of the second UTC - 1pps - receivable anywhere in the world via the navigation satellites GPS, GLONASS, etc. or by other method) and of any time offset that allow and / or facilitate the correct and automatic synchronization of emissions (and therefore their coherence) in the transmitters of the Isofrequency / Isomodulation network.

Ciò facilita la sincronizzazione dei trasmettitori in isofrequenza e, nel caso di impiego di una connessione satellitare, ne renderne possibile l’utilizzo. This facilitates the synchronization of isofrequency transmitters and, in the case of using a satellite connection, makes it possible to use them.

L’impiego del timestamp e del dato di offset temporale limitano il calcolo delle latenze necessarie per la corretta implementazione dell’lsofrequenza ai soli ritardi tra i trasmettitori e la zona potenzialmente interferita, assorbendo automaticamente le latenze e le eventuali instabilità dovute al backhauling (trasferimento dei segnali a mezzo ponti o altro). Nel caso di impiego di ponti terrestri, la latenza di detti ponti è normalmente costante, mentre l’utilizzo di connessioni satellitari generano abitualmente latenze variabili nell’ordine delle centinaia di microsecondi: in questo caso, l’impiego nel sistema del timestamp per la sincronizzazione diventa indispensabile. The use of the timestamp and the time offset data limit the calculation of the latencies necessary for the correct implementation of the isofrequency only to the delays between the transmitters and the potentially interfered area, automatically absorbing the latencies and any instability due to backhauling (transfer of signals by bridges or other). In the case of the use of terrestrial bridges, the latency of said bridges is normally constant, while the use of satellite connections usually generate variable latencies in the order of hundreds of microseconds: in this case, the use of the timestamp in the system for synchronization becomes indispensable.

Si è in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi prefissati. In practice it has been found that the invention achieves the intended aim and objects.

Si è infatti realizzato un sistema di trasmissione-diffusione in isofrequenza con tecnica digitale che, utilizzando trasmettitori FM sincronizzati operanti sulla stessa frequenza (detti anche in “Isofrequenza FM” e/o in “Isomodulazione FM” e/o in “SFN FM”) permette l’estensione dell’area di copertura di un trasmettitore principale a zone limitrofe. In fact, a digital isofrequency transmission-diffusion system has been created which, using synchronized FM transmitters operating on the same frequency (also called "FM Isofrequency" and / or "FM Isomodulation" and / or "SFN FM") allows the extension of the coverage area of a main transmitter to neighboring areas.

I vantaggi del sistema oggetto della presente invenzione sono consistenti. The advantages of the system object of the present invention are substantial.

Il sistema permette di adottare rapporti di protezione notevolmente inferiori rispetto alle emissioni non sincronizzate, sino a poter accettare, in determinate condizioni, differenze di livello anche inferiori ad 1dB. The system allows to adopt considerably lower protection ratios than unsynchronized emissions, up to being able to accept, under certain conditions, level differences even lower than 1dB.

Il sistema oggetto dell’invenzione permette un uso più efficiente dello spettro elettromagnetico, avendo la possibilità di coprire aree scarsamente servite ai limiti di una zona di servizio principale senza dover impiegare una differente frequenza, ottimizzando così l’utilizzo delle frequenze stesse (gap filler). The system object of the invention allows a more efficient use of the electromagnetic spectrum, having the possibility of covering poorly served areas at the limits of a main service area without having to use a different frequency, thus optimizing the use of the frequencies themselves (gap filler) .

Il presente sistema costituisce un ulteriore potente strumento a disposizione per la pianificazione ed ottimizzazione delle reti di diffusione FM. This system constitutes a further powerful tool available for the planning and optimization of FM broadcasting networks.

Claims

CLAIMS 1. Isofrequency / Isomodulation transmission-diffusion system with digital technique, characterized by the fact of including: the generation into digital or conversion into digital of the baseband audio signal to be transmitted to be carried out with a selected sampling frequency and resolution; encapsulation of the digital audio data specified above, called digital MPX, in a data transfer structure; the transfer, by means of digital microwave bridges or other means suitable for data transfer, of the digital MPX stream to the FM transmitters in the Isofrequency / Isomodulation network; the use, in all transmitters, of an adjustable digital memory, delay, to synchronize the digital MPX emissions of each transmitter, compensating for the delay differences with which the emissions of the transmitters arrive in the dual service area; the modulation, in all the transmitters of the network in Isofrequency / lsomodulation, of the carrier at the emission frequency carried out digitally to obtain maximum precision and stability in the generation of the modulated signal.

2. System, according to claim 1, characterized by the fact of comprising the periodic insertion, in the data transfer structure, of a time stamp, timestamp, referring to a periodic event that occurs at each point of generation and emission of the network of transmitters in Isofrequency / Isomodulation at the same precise instant and any time offset data that allow and / or facilitate in the transmitters of the Isofrequency / Isomodulation network, the correct and automatic synchronization of the emissions, and therefore, their coherence.

3. System, according to claim 2, characterized by the fact that said precise instant is the beginning of the second UTC, 1pps, receivable anywhere in the world via GPS navigation satellites, GLO-NASS, or other method.

4. System according to claim 1, characterized in that the sampling frequency for generating the digital MPX audio signal and the sampling frequency for using the data in the transmission modulator in Isofrequency / Isomodulation, are generated with extreme precision and linked to the same reference, such as the second UTC receivable via navigation satellites, GNSS: GPS, GLONASS, or other method.

5. System, according to claim 1, characterized in that the emission frequency of all transmitters are generated with extreme precision and linked to the same reference, such as the second UTC receivable via navigation satellites, GNSS: GPS, GLONASS, or other method.

6. System according to one or more preceding claims, characterized in that, when the reception of the second UTC is used, usually by means of the reception of the GNSS navigation satellites: GPS, GLONASS, or other method, for the generation, coupling, of the frequencies and / or by reference to the time stamp, timestamp, this continues to generate the impulse of the second UTC even during limited periods of lack of reception of the impulse itself, by means of a high stability oscillator, and, upon restoration of reception, it is able to slowly recover the error accumulated during the period of lack of reception, called the holdover period.

7. System, according to claim 6, characterized by the fact that said accumulated error is the integral over time of the difference between the frequency of the UTC pulse and that of the pulse generated by the equipment during the holdover period.