TW200304289A - Am digital audio broadcasting with analog signal pre-compensation - Google Patents

Description

200304289 ⑴ 疚、發明說明 (發明說明應敘明··發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明相關於無線電廣播，尤其是振幅調變（AM) In-Band-On Channel (IBOC)數位音頻廣播（DAB)，與在振幅調 變（AM)IBOC DAB傳送器中的信號處理。 先前技術 數位音頻廣播為提供數位品質音頻的一個媒介，優於現 存類比廣播形式。能夠以混合形式來傳送振幅調變 (AM)IBOC DAB，其中該數位信號與該類比調變信號共存， 或是可以在全數位形式内傳送振幅調變（AM)IBOC DAB，其中排除該類比信號可以有較低干擾的改善數位覆 蓋。因為同時傳送每一個數位音頻廣播（DAB)信號於現存 振幅調變（AM)通道配置的頻譜遮蔽之内，所以IBOC數位 音頻廣播（DAB)不需要新的頻譜配置。在允許廣播電台提 供數位品質音頻給聽眾的目前基礎時，IBOC可增進頻譜 的節省。 美國專利第5,588,022號揭露一個混合振幅調變 (AM)IBOC廣播方法，以在標準振幅調變（AM)廣播通道内 同時廣播類比和數位的信號。這包括步驟，諸如廣播一個 具有第一頻率頻譜的振幅調變之無線電頻率信號，其中該 振幅調變之無線電頻率信號包括由一個類比程式信號所 調變的第一載波。以及步驟，在圍繞該第一頻率頻譜的頻 寬内，同時廣播多個數位調變載波信號，由一個數位程式 信號之部分所調變的每一個該數位調變載波信號。第一組 200304289 (2) 數位調變載波信號位於第一個頻率頻譜内，並且由第一載 波信號對其正交調變。第二和第三組數位調變載波信號位 於第一個頻率頻譜之外，並且以第一個載波信號做同相與 正交調變。 在美國，根據聯邦通訊委員會（FCC)規定，限制振幅調 變（AM)廣播站台發射於信號層次遮蔽之内，以使得：從 該類比载波内移除10.2 kHz到20 kHz的發射必須減退到 低於未調變類比載波層次至少25 ，從該類比载波内移 除20 kHz到30 kHz的發射必須減退到低於未調變類比載 波層次至少35 dB，從該類比載波内移除3〇 kHz到60 kHz 的發射必須減退到低於未調變類比載波層次至少[35 dB + 1 dB / kHz] 〇 應用美國專利第5,859,876號，來降低類比振幅調變（AM) 仏號波封干擾’其由在相同於該類比振幅調變（AM)信號 之通道中的多個數位調變載波所造成。美國專利第 5,859,876號的信號傳輸系統包括傳送振幅調變載波和多個 數位調變載波的工具。這些數位载波放置於該類比振幅調 變（A Μ)載波的頻率以上和以下。高於該類比振幅調變（A Μ) 載波頻率的某些數位載波有具相關於該類比載波下之一 個同等頻率位移的數位載波。置於該上數位載波之資料調 變與其互補乃起因於他們之增加的信號沒有和該類比振 幅調變（AM)載波同相的部分。據說以這個方式安排的數 位載波對都互補。這個架構將精確改進送到數位廣播信號 的類比振幅調變（AM)接受。美國專利第5,859,876號指出 200304289 嫌繼::::¾¾%¾¾««毅 (3) 減少波封變形的附加方法是預先變形這個信號波封。預先 變形這個信號波封來抵消由數位載波所增加的干擾。美國 專利第5，8 5 9，8 7 6號揭露一個使用類比處理所完成的預先 變形操作，並且指出該操作也可以使用數位處理來完成。 在混合IBOC數位音頻廣播（DAB)系統中，類比調變信號 的存在也引起干擾，其相關於接收器解調器輸出中的數位 調變信號。在混合系統中用以發送數位資訊的正交分頻多 工（OFDM)波形允許互補子載波之類比調變信號效應的簡 單移除，這些子載波直接在振幅調變（AM)頻譜影響下。在 解調和適當地結合以後，這些子載波的建構確保與該類比 調變信號達成正交。然而，在接收器中不能處理移除該類 比調變信號對另一些非互補子載波的效應。 本發明企圖提供一個方法和裝置，減少變形該非互補載 波所發送的數位信號，其產生於一個振幅調變（AM)IBOC 混合數位廣播系統之類比調變載波。 發明内容 本發明提供一個方法5以預先補償合成數位音頻廣播信 號的類比信號，包括該類比信號與多個數位調變子載波信 號，該方法包含步驟，諸如取樣該類比信號以獲得取樣的 連續方塊，解調每個取樣方塊以獲得多個解調器輸出，再 調變該解調器輸出，其相對應於預定之該數位調變子載波 信號，以產生錯誤信號，從取樣方塊之一減去該錯誤信 號5以產生預先補償的取樣方塊’以及結合該預先補償的 取樣方塊與多個〇 F D Μ脈衝’來產生一個補償的合成信 200304289

(4) 號。 取樣的連續方塊能夠彼此重疊。預先補償之方塊中的取 樣數目最好相等於在一個OFDM符號中的取樣數目。為了 產生相對應於合成信號中的非互補子載波的解調器輸 出，可以將相對應於互補子載波的解調器輸出設定為零。 本發明也包括一個裝置，可預先補償合成數位音頻廣播 信號内的一個類比信號，包括該類比信號和多個數位調 變子載波信號，該裝置包含對該類比信號取樣以獲得取樣 之連續方塊的工具，解調每個取樣方塊以獲得多個解調器 輸出的工具，再調變相對應於預定數位調變子載波信號的 該解調器輸出的工具，以產生錯誤信號，從取樣方塊之一 減去該錯誤信號的工具，以產生取樣的預先補償方塊，以 及將該取樣之預先補償方塊跟多個OF DM脈衝相結合，以 產生一個補償的合成信號。 實施方式 參考附圖，圖1是振幅調變（AM)混合IBOC數位音頻廣播 (dab)合成信號的圖示陳述，其展示這些振幅調變（am) 與數位音頻廣播（DAB)信號的相對層次。該混合形式包括 常見振幅調變（am)類比信號12，其連同以振幅調變（am) 信號所傳送的數位音頻廣播（dab)信號14。DAB信號包括 多個資料載波，在頻率上平均間隔。透過正交分頻多工 ，產生這些數位調變子載波。這個形式允許這些 栽波的頻譜相互交疊，而沒有任何干涉保護頻帶，從而最 佳化頻譜利用。然而，能夠在時域上使用保護間隔，來補 200304289

(5) 償信號的時間不穩定性。〇FDM調變技術尤其有用於成功 的數位音頻廣播（DAB)操作，因為頻寬是振幅調變（am) 頻帶中的一個額外價值。附加優勢是沒有需要透過在傳送 器或者接收器中過濾，來隔離各個數位音頻廣播（DAB)數 位載波’因為〇 F D Μ的正交性條件使這樣的干擾減到最 〇 這些數位音頻廣播（DAB)載波分布於具有30 kHz頻寬的 通道1 6之内。將這個通道分成一個中心頻率頻帶1 8，以及 較高20與較低22頻帶。中心頻率頻帶大約10 kHz寬，並且 涵蓋該通道之中心頻率的正負5 kHz之内的頻率。較高頻 帶從中心頻率之大約正5 kHz延伸到從中心頻率之大約正 15 kHz。較低頻帶從中心頻率之大約負5 kHz延伸到從中 心頻率之大約負15 kHz。以項目數字24表示該FCC放射遮 蔽。 該合成類比和數位數位音頻廣播（D A B)波形包括多個 調變載波。這些調變載波均徹底依從F C C放射遮蔽。這些 數位調變載波的第一組放置在由圖1數字1 8的波封所說明 的頻率頻帶之内。將大多數這些信號放置於比未調變振幅 調變（AM)載波信號層次還低3 0到40 dB處，以使得與類比 振幅調變（AM)信號的串音減到最少。藉由編碼這個數位 資訊，使確保與該類比振幅調變（AM)波形正交，來進一 步減少串音。這種編碼類型稱為互補編碼，其已完整描述 於美國專利第5,859,876號（即，互補8卩8〖，互補（5?8〖， 或互補32 QAM)。 -10- 200304289 (6) 正父振幅調變數位信號的附加組乃位於第一組之外。藉 由限制這個類比振幅調變（AM)信號頻寬，來消除這些數 位波形與該類比信號正交的需要。美國專利第5,5 88,〇22 號揭露相關於IBOC數位音頻廣播（DAB)的附加資訊，由參 考特此合併。 圖2為振幅調變（AM)IBOC數位音頻廣播（dab)傳送器 . 3 0之部分的方塊圖，其顯示相關於本發明的信號處理功 肐。在線3 2上接收該取樣音頻信號。音頻編碼器3 4使這個 鲁 取樣音頻轉變成數位信號。提供該數位信號給前向錯誤修 正，如F E C編碼為方塊3 6所說明。如同交錯方塊3 8所示般 地父錯該F E C #號。由快速傅利葉轉換調變器4 〇調變該結 果交錯信號，以產生線42上的數位音頻廣播（DAB)信號。 為了產生線46上的取樣類比信號，由來源48提供取樣音頻 信號。在總和點5 0上結合線4 6上的取樣類比信號跟線42 上的數位信號，以產生線5 2上的合成信號，即將那其後傳 給振幅調變（AM)調變器54，並且最終送到天線56。由該 _ 天線所傳送的信號具有由圖i波形展示的一般形式。當在 圖2的截然不同方塊中展示了各種功能，可顯然易見能夠 在相同處理機中完成多個功能，或者幾個處理機能夠完成 一個單一功能。 在混合IBOC數位音頻廣播（DAB)系統中，該類比調變信 旒的存在將引起干擾5其相對應於接收器解調器輸出中的 迫些數位調變信號。混合系統内用以傳送數位資訊的正交 分頻多工（OFDM)波形允許簡單移除對於互補子載波的類 -11 - 200304289

⑺ 比调變#唬影響，即直接在振幅調變（AM)頻譜的子載 波。在解调和適當結合以後，這些子載波的建構將確保與 該類比調變信號的正交性。然而在接收器中不能藉由處 理，來移除該類比調變信號對另一個，非互補子載波的影 響。 本發明運用該取樣類比信號來產生能夠用來補償數位 仏號、交形的錯誤信號。其由在接收器解調器所發生的非互 補載波所帶來。 圖3為一個功能方塊圖，說明本發明的操作。為了開始 該過私，對一個音頻信號取樣，以產生多個信號取樣，如 方塊60所不。這些取樣為表示電壓層級的數位信號。讀取 預定數目的取樣，來形成第一個取樣方塊，如方塊62所 示。圖3所提出的範例内，每個取樣方塊内的預定取樣數 目為3 4 9。然而，應瞭解對於本發明，取樣數目的唯一限 制為需相等於進入Ο F D Μ解調過程的取樣數目。此為 〇 F D Μ視窗功能内取樣的長度。 這3 49個取樣方塊須同步於該〇FDM方塊。在振幅調變 (AM) IBOC數位音頻廣播（Dab)内，OFDM調變器的每次 執行產生3 4 9個取樣。每個取樣為複數正弦的總和，其頻 率相對應於組成該OFDM信號的子載波。這組取樣之上， 每個正弦的起始相位維持常數。該總和以視窗功能加重。 在視窗功能應用之前’每個複數正弦的振幅為常數。這4匕 取樣組合構成組成該〇 F D Μ信號的脈衝。因為每隔2 7 0個 取樣，執行該調變器’將3 4 9個取樣的每個組合重疊，以 -12- 200304289

形成該OFDM波形。如方塊64所示，對每個取樣方塊做解 調。每次喚起該解調器，即產生一連串複數值。方塊6 6 顯示選取相對應於非互補子載波的取樣，因此可再調變那 些取樣，如方塊6 8所示。方塊7 〇顯示已經儲存來自之前修 正取樣方塊的最後7 9個取樣。將這些最後7 9個取樣加總到 該再調變信號，如方塊7 2所示。這將於線7 4產生一個錯誤 信號。為了該〇 F D Μ視窗功能超出該〇 F D Μ符號期間的情 況，（如振幅調變（AM)IBOC數位音頻廣播（DAB)内），錯誤 項目重疊，一組349個取樣的錯誤項目與緊接或前面349 個取樣的錯誤項目重疊。但是，本發明不需要脈衝重疊。 然後，從該AM信號中減去這個錯誤信號，並且使27〇個修 正取樣與OF DM脈衝結合，如方塊76所示。方塊78顯示如 果可有更多資料，則可保留最後7 9個取樣，並且使讀取位 址增加2 7 0，如方塊8 0所示。更重覆圖3所說明的過程，直 到不可用到更多資料，達到方塊8 2。 從數位化振幅調變（AM )(即音頻）信號或是〇 F D Μ信號中 減去這個錯誤信號。重要的是使這些錯誤脈衝與OFDM跟 數位化振幅調變（AM)信號均同步。圖4為一個方塊圖，說 明類比預先補償如何符合於數位音頻廣播（DAB)傳送器 中的另一些處理。圖4中，在線8 4接收到這個基頻振幅調 變的信號，並且透過類比至數位轉換器8 8，在線8 6轉變成 一個數位信號。然後，依據圖3所示的過程，提供在線8 6 的信號給類比預先補償，如圖4方塊9 0所示。這將產生在 線92的錯誤信號。使用一個延遲元素94來產生在線96的延 -13 - 200304289

(9) 遲數位化基頻信號。 在線98，接收到這個數位資訊，並且以OF DM調變器1 00 調變以產生線102的OFDM脈衝。包含時序方塊104以顯示 使這些類比預先補償脈衝與OFDM脈衝同步。包含該延遲 方塊94以使該錯誤信號與數位化基頻振幅調變（AM)對 齊。從加總點106處的延遲數位化基頻信號跟OFDM脈衝 中減去在線92的錯誤信號，以產生在線108的補償合成信 號，即上轉換，用以廣播。 回到圖3,再調變過程為〇fDM調變。再調變產生總共349 個取樣。將前一脈衝之該再調變器輸出的最後79個取樣增 加到目前脈衝之再調變器的初始79個取樣。然後，從目前 方塊内349振幅調變（AM)取樣的初始270個取樣中減去79 個結合取樣，該結合取樣乃結合目前再調變器輸出的下 1 9 1個取樣。保留再調變器輸出的剩餘7 9個取樣，供下一 個振幅調變（AM)取樣方塊處理。 振幅調變（AM)取樣信號的重覆部分做為該處理的輸 入5如圖3所示。這些方塊有349個取樣長，其中79個取樣 重覆，即，任何方塊的初始79個取樣與前一方塊的最後79 個取樣相同。這個過程輪出不重覆，連續的預先補償振幅 調變（AM)資料方塊。每個方塊包括27〇個取樣。 在本發明之具體實施例中，以59535000/1280二1488375/32 kHz取樣host振幅調變（AM)信號。解調器輸入中的取樣數 目是349，取樣的OFDM符號時期是27〇。該輸出包括振幅 调變（AM)總和與錯誤k號之負數，其於27〇個取樣的方塊 -14- 200304289

(10) 中，並且和這些OFDM脈衝同步。 對於振幅調變（AM)取樣的第η個方塊，該解調輸出為： A(m;n)= expi- 2 .π · ~~ ^ w(k)-a(o)(270 *n+ k) l N )t=i • exp 2.7Γ · j· • (m - l).(k -1)、

N for :

1，2,…，N 其中a(0)(k)代表振幅調變（AM)取樣的序列，N = 256是振幅 調變（AM)取樣速率之於OFDM子載波間距的比率。這裡’ η是脈衝數目，m是脈衝内的取樣數目，w是視窗功能’ k 是摘要索引。 為了選擇與這些非互補子载波相對應的取樣’將這些互 補子載波相對應的取樣設定為零：

τη = 2,3，···，53 ηι = 205, 206，···，256 根據下列方程式，產生了對這些非互補子載波的錯誤項 鲁 a : 5(k;n)= w(k)^· ^A(m;n)-exp 2.π. j. ~ for k = 1，2,…，349 其中5 (k;n)，for k=l，2, .·，349，為第n個振幅調變（AM)資料方 塊的錯誤項目。 為了增加重覆部分與從振幅調變（AM)信號中減去錯 -15- 200304289

⑼ 誤，第η個方塊的預先補償AM取樣為： a(27〇.n+]c)={a(°)(27〇.n + k)—S(k，n)—S(270 + k，n)k = 1，2，..·，79 }a(0)(270*n +k)-5(k,n) k = 80, 81, ···, 270 儘管已經按照目前相信為其較佳的具體實施例來描述 本發明，仍應該理解在不違背申請專利範圍所定義的本發 明範圍下，可以做各種變化。 圖式簡單說明 圖1是振幅調變（AM)混合IBOC數位音頻廣播（DAB)信 號的圖示陳述，它展示這些振幅調變（AM)與數位音頻廣 播（DAB)信號的相對層次； 圖2是IBOC數位音頻廣播（DAB)傳送器相關部分的簡化 方塊圖。該傳送器可以合併本發明的變形方法； 圖3為說明本發明操作的功能方塊圖；以及 圖4為進一步說明本發明操作的功能方塊圖。 圖式代表符號說明 60 初 始 化 62 讀 取 349 個振幅調變取樣 64 解 調 變 80 增 加 讀 取 位址（增加270) 66 選 取 非 互 補 68 再 調 變 70 儲 存 曰 取 後 79個取樣 72 增 加 重 疊 76 修 正 最 初 270個取樣 -16 - 200304289

(12) 78 更多資料？ 82 結束 34 音頻編碼器 36 前向錯誤修正編碼器 38 交錯器 40 正交分頻多工調變器 50 總和點 54 振幅調變調變器 56 天線 48 取樣後的類比來源 88 類比對數位轉換器 94 延遲 90 類比預先補償 104 時序 42 線 46 線 5 2 線 10 振幅調變(AM)混合IBOC數位音頻廣播(DAB)合成信號 12 振幅調變(AM)類比信號 14 數位音頻廣播(DAB)信號 16 通道 18 中心頻率頻帶 20 較高頻帶 22 較低頻帶 -17-

Claims (1)

1. 200304289 拾、申讀專利範圍 ... 1. 一個用於預先補償合成數位音頻廣播信號之類比信號 的方法，該合成數位音頻廣播信號包括類比調變載波信 號與多個數位調變子載波信號，該方法包含步驟 ： 取樣該類比信號，以獲得連續的取樣方塊； 解調每個取樣方塊，以獲得多個解調器輸出； 再調變相對應於預定之數位調變子載波信號的該解 調器輸出，以產生一個錯誤信號； 從該取樣方塊減去該錯誤信號，以產生一個預先補償 取樣方塊；和 結合該預先補償取樣方塊，與多個OFDM脈衝，以產 生一個補償合成信號。 2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中連續取樣方塊彼此 重覆。 3。 如申請專利範圍第1項的方法，其中該預先補償方塊内 的取樣數目相等於該合成數位音頻廣播信號内一個 OFDM符號的取樣數目。 4。 如申請專利範圍第1項的方法，更包括使該解調器輸出 歸零的步驟，該解調器輸出相對應於該合成數位音頻廣 播信號中的互補子載波。 5。 如申請專利範圍第1項的方法，更包括下列步驟： 使具有多個OFDM脈衝的預先補償取樣方塊同步。 6. —個用於預先補償合成數位音頻廣播信號之類比信號 的裝置，該合成數位音頻廣播信號包括類比信號與多個 數位調變子載波信號，該裝置包含： 200304289

   取樣該類比信號的工具，以獲得連續的取樣方塊； 解調每個取樣方塊的工具，以獲得多個解調器輸出； 再調變相對應於預定數位調變子載波信號之該解調 器輸出的工具，以產生一個錯誤信號； 從該取樣方塊減去該錯誤信號的工具，以產生一個預 先補償取樣方塊；和 結合該預先補償取樣方塊與多個OFDM脈衝的工 具，以產生一個補償合成信號。 7.如申請專利範圍第6項的裝置，其中連續取樣方塊彼此 重覆。 8 .如申請專利範圍第6項的裝置，其中該預先補償方塊中 的取樣數目相等於合成數位音頻廣播信號内一個OFDM 符號的取樣數目。 9。 如申請專利範圍第6項的裝置，更包括： 使該解調器輸出歸零的工具，該解調器輸出相對應於 該合成數位音頻廣播信號中的互補子載波。 10. 如申請專利範圍第6項的裝置，更包括： 使具有多個OFDM脈衝之預先補償取樣方塊同步的 工具。