Способ и устройство для форматирования сигналов для передачи и приема цифрового аудиорадиовещания
Изобретение относится к области передачи и приема цифровой информации. Технический результат заключается в увеличении динамического диапазона в системе цифрового аудиорадиовещания и уменьшении уровня шума в передаваемом сигнале. Для этого при передаче форматируют множество битов данных, предназначенных для передачи, во множество блоков данных протокола, вставляют биты заголовка в распределенные местоположения в пределах блоков данных протокола, причем биты заголовка смещены по отношению друг к другу, и используют блоки данных протокола для модулирования множества несущих, формируя выходной сигнал. При приеме цифрового сигнала аудиорадиовещания демультиплексируют и преобразуют блоки данных протокола в аудиосигнал службы основной программы и интегрированный сигнал службы передачи данных, которые преобразуют в выходной аудиосигнал и выходной сигнал данных. 4 н. и 32 з.п. ф-лы, 18 ил. 2 табл.
Изобретение относится к системе цифрового радиовещания (ЦРВ, DAB) с внутриполосным совмещенным каналом (СВПСК, IBOC), а более конкретно - к способам и устройству для форматирования сигналов для передачи и приема ЦРВ.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы ЦРВ СВПСК разработаны для предоставления возможности постепенного перехода от существующей системы аналогового амплитудно-модулированного (AM) и частотно-модулированного (FM) радиовещания к полностью цифровой системе с внутриполосным совмещенным каналом. Эти системы могут доставлять цифровой аудиосигнал и услуги передачи данных на мобильные, портативные и стационарные приемники от наземных передатчиков в существующих радиодиапазонах средней частоты (СЧ) и ультракоротких волн (УКВ). Вещательные станции могут продолжать передавать аналоговые AM и FM сигналы одновременно с новыми, более качественными и более устойчивыми к ошибкам цифровыми сигналами, предоставляя возможность перехода от аналогового к цифровому радиовещанию при сохранении существующего распределения частот.
Цифровое радиовещание (ЦРВ) может обеспечивать аудиосигнал цифрового качества, качество которого выше существующих аналоговых радиовещательных форматов. И AM, и FM сигналы системы ЦРВ с внутриполосным совмещенным каналом могут передаваться в гибридном формате, где сигнал с цифровой модуляцией сосуществует с передаваемым в настоящее время аналоговым радиовещательным сигналом, или в полностью цифровом формате, где аналоговый сигнал удален. ЦРВ СВПСК не требует никаких новых распределений спектра, потому что каждый сигнал ЦРВ СВПСК передается в пределах спектральной маски существующего распределения AM или FM каналов. ЦРВ СВПСК обеспечивает экономию спектра, предоставляя возможность вещательным станциям доставлять аудиосигнал цифрового качества к существующей базе слушателей.
Одна из систем AM ЦРВ СВПСК, описанная в патенте США № 5588022, представляет способ для одновременной трансляции аналоговых и цифровых сигналов в стандартном радиовещательном AM канале. Используя этот подход, передают амплитудно-модулированный радиочастотный сигнал, имеющий первый частотный спектр. Амплитудно-модулированный радиочастотный сигнал включает в себя первую несущую, модулированную аналоговым сигналом программу. Одновременно множество сигналов несущих с цифровой модуляцией передают в полосе частот, которая охватывает первый частотный спектр. Каждый сигнал несущей с цифровой модуляцией модулируется частью цифрового сигнала программы. Первая группа сигналов несущих с цифровой модуляцией находится в пределах первого частотного спектра и модулируется в квадратуре с первым сигналом несущей. Вторая и третья группы сигналов несущих с цифровой модуляцией находятся в верхней и нижней боковых полосах вне первого частотного спектра и модулируются синфазно и квадратурно с сигналом первой несущей. Множество несущих используют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (МОЧРС, OFDM) для создания передаваемой информации.
Системы FM ЦРВ СВПСК были предметом ряда патентов США № 6108810; 5949796; 5465396; 5315583; 5278844 и 5278826. В FM совместимой системе цифрового аудиовещания кодированная в цифровой форме аудиоинформация передается одновременно с существующим каналом передачи аналогового FM сигнала. Преимущества цифровой передачи аудиосигнала включают в себя лучшее качество сигнала с меньшим количеством шума и более широким динамическим диапазоном, чем в существующих каналах FM радиовещания. Первоначально должен использоваться гибридный формат, который позволит существующим приемникам продолжать принимать FM аналоговый сигнал, обеспечивая возможность новым приемникам ЦРВ СВПСК декодировать цифровой сигнал. В будущем, с распространением приемников ЦРВ СВПСК, вещательные станции смогут начать передавать полностью цифровой формат. Гибридная система ЦРВ СВПСК может обеспечивать фактически цифровое стереозвучание с качеством компакт-диска (плюс данные), одновременно передавая существующий FM сигнал. Полностью цифровая система ЦРВ СВПСК может обеспечивать фактически стереозвучание с качеством компакт-диска вместе с каналом передачи данных.
Одна предложенная система FM ЦРВ СВПСК использует сигнал, который включает в себя мультиплексированные с ортогональным частотным разделением сигналов (МОЧРС) поднесущие в диапазоне приблизительно от 129 кГц до 199 кГц от центральной частоты FM, выше и ниже спектра, занятого аналоговой FM модулированной основной несущей. Один вариант системы ЦРВ СВПСК обеспечивает возможность распределения поднесущих всего на 100 кГц от центральной частоты. Ширина полосы существующего аналогового FM сигнала значительно меньше, чем ширина полосы, занятая поднесущими МОЧРС.
Сигналы МОЧРС включают в себя множество ортогонально размещенных несущих, модулированных с обычной скоростью передачи символа. Частотный интервал для символов импульса (например, BPSK (двоичной фазовой манипуляции), QPSK (квадратурной фазовой манипуляции), 8PSK (восьмеричной фазовой манипуляции) или QAM (квадратурной амплитудной модуляции)) равен скорости передачи символа. Для передачи сигналов FM ЦРВ СВПСК, избыточные наборы поднесущих МОЧРС распределяются в верхнюю боковую полосу (ВБП, USB) и нижнюю боковую полосу (НБП, LSB) с обеих сторон одновременно существующей с ними аналоговой FM несущей. Мощность поднесущей ЦРВ выбирается приблизительно на уровне -25 дБ относительно FM сигнала. Уровень и распределение спектра для сигнала ЦРВ устанавливаются таким образом, чтобы ограничить взаимные помехи с основной FM частотой при обеспечении адекватного отношения сигнал-шум (ОСШ, SNR) для поднесущих ЦРВ. Определенные поднесущие могут резервироваться в качестве опорных поднесущих для передачи сигналов управления в приемники.
Одной из особенностей цифровых систем передачи является свойственная им способность одновременно передавать оцифрованные аудиосигналы и данные. Цифровая аудиоинформация часто сжимается для передачи по каналу с ограниченной шириной полосы. Например, можно сжимать исходную цифровую информацию со стереокомпакт-диска (CD) приблизительно с 1,5 Мбит/с до 96 кбит/с при сохранении качества звучания CD для FM ЦРВ СВПСК. Дальнейшее сжатие до 48 кбит/с и ниже может все еще обеспечивать хорошее качество стереозвука, что может использоваться для системы AM ЦРВ или канала резервирования и настройки с низким временем ожидания для системы FM ЦРВ. Различные службы передачи данных могут быть реализованы с использованием составного сигнала ЦРВ. Например, множество каналов передачи данных может передаваться в составе такого составного сигнала ЦРВ.
Патентная заявка США № 09/382 716 от 24 августа 1999 на «Способ и устройство для передачи и приема старых аудиокадров с приоритетными сообщениями для цифрового аудиовещания», раскрывает способ и устройство для сборки модемных кадров для передачи в системах ЦРВ СВПСК. Данная заявка включена в настоящее описание посредством ссылки.
Настоящее изобретение обеспечивает способы и устройство для воплощения аспектов обработки сигналов систем ЦРВ СВПСК.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение обеспечивает способ цифрового аудиорадиовещания, который содержит этапы приема множества битов данных, подлежащих передаче, форматирования множества битов данных в множество блоков данных протокола, вставки битов заголовка в разнесенные местоположения в пределах блоков данных протокола и использования блоков данных протокола для модулирования множества несущих для форматирования выходного сигнала.
Отдельные биты заголовка могут устанавливаться в равномерно разнесенных местоположениях в блоках данных протокола. Первый бит заголовка может смещаться относительно конца блока данных протокола.
Способ может дополнительно содержать этап скремблирования множества битов данных с помощью генерации псевдослучайного кода и сложения по модулю 2 псевдослучайного кода и битов данных.
Блоки данных протокола могут обрабатываться в множестве логических каналов, и каждый логический канал скремблируется и кодируется отдельно для формирования последовательности скремблирования максимальной длины с использованием линейного сдвигового регистра с обратной связью с примитивным многочленом.
Множество битов может перемежаться, назначаться сегментам и отображаться на частотные сегменты.
Изобретение также относится к передатчикам, которые осуществляют передачу в соответствии с указанным выше способом.
В другом аспекте изобретение относится к способу приема цифрового сигнала аудиовещания, данный способ содержит этапы: приема цифрового сигнала аудиовещания, содержащего множество несущих, модулированных множеством блоков данных протокола, каждый из множества блоков данных протокола содержит множество битов данных и множество битов заголовка в разнесенных местоположениях в пределах блоков данных протокола; и формирование выходного сигнала в ответ на цифровой сигнал аудиовещания. Данное изобретение также включает в себя приемники, которые работают в соответствии с данным способом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - функциональная структурная схема передатчика для использования в системе цифрового аудиорадиовещания.
Фиг.2 - схематичное представление гибридного сигнала FM СВПСК.
Фиг.3 - схематичное представление расширенного гибридного сигнала FM СВПСК.
Фиг.4 - схематичное представление полностью цифрового сигнала FM СВПСК.
Фиг. 5 - функциональная структурная схема уровней протоколов обработки сигналов передатчика для использования в системе цифрового аудиорадиовещания.
Фиг.6 - функциональная структурная схема, которая показывает зависимость между уровнями протоколов для передающей и для принимающей систем.
Фиг.7 - функциональная структурная схема передатчика для использования в системе ЦРВ.
Фиг.8 - функциональная структурная схема системы ЦРВ, которая включает в себя передатчик и приемник.
Фиг.9 - функциональная структурная схема модемного/физического уровня передатчика ЦРВ.
Фиг.10 - функциональная структурная схема блока отображения совокупности сигнала.
Фиг.11 - функциональная структурная схема модулятора ЦРВ.
Фиг.12 - функциональная структурная схема, которая показывает зависимость между уровнями протоколов для передающей системы и для принимающей системы.
Фиг.13 - схематичное представление различных транспортных кадров, используемых в системе ЦРВ.
Фиг.14 - схематичное представление кадра данных, используемого в системе ЦРВ.
фиг.15 - другое схематичное представление кадра данных, используемого в системе ЦРВ.
Фиг.16 - схематичное представление различных информационных слов, которые могут использоваться в системе ЦРВ.
Фиг.17 - схематичное представление другого кадра данных, используемого в системе ЦРВ.
Фиг.18 - диаграмма, показывающая перенос данных в выходной кадр данных.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 представлена функциональная структурная схема передатчика 10 для использования в системе цифрового аудиорадиовещания. Передатчик включает в себя вход 12 для приема аудиосигнала службы основной программы, вход 14 для приема данных службы идентификации станции и вход 16 для приема данных службы основной программы, данных службы дополнительной программы и данных службы вспомогательных приложений. Для гибридного ЦРВ аналоговая версия аудиосигнала службы основной программы задерживается, как показано с помощью блока 18, для формирования задержанного аналогового аудиосигнала в линии 20. Подсистема 22 аудиосигнала кодирует и сжимает аудиосигнал службы основной программы для создания кодированного сжатого цифрового сигнала в линии 24. Подсистема 26 транспортировки и мультиплексирования служб принимает кодированный сжатый цифровой сигнал, данные службы идентификации станции, данные службы основной программы, данные службы дополнительной программы и данные службы вспомогательных приложений и подвергает эти сигналы различной транспортной обработке, как дополнительно описано ниже и представлено на фиг.1 блоками 28, 30 и 32. Результирующие сигналы мультиплексируются с помощью мультиплексора 34 служб и направляются в подсистему 36 РЧ (радиочастотной) передачи. Для цифрового сигнала в линии 38 выполняется канальное кодирование, как показано блоком 40, и результирующий кодированный сигнал в линии 42 модулируется вместе с аналоговым аудиосигналом, как показано блоком 44. Результирующий сигнал может затем усиливаться и передаваться с помощью антенны 46 по меньшей мере к одному из множества приемников 48 ЦРВ СВПСК.
Система использует кодирование для уменьшения скорости передачи данных дискретного аудиосигнала и обработки сигнала основной полосы частот и для повышения надежности передачи сигнала в канале передачи. Это позволяет передавать высококачественный аудиосигнал плюс вспомогательные данные в сегментах полосы и с низким уровнем мощности, что не мешает существующим аналоговым сигналам.
Сигналы ЦРВ СВПСК могут передаваться в гибридном формате, который включает в себя аналоговую модулированную несущую в комбинации с множеством несущих с цифровой модуляцией, или в полностью цифровом формате, в котором не используется аналоговая модулированная несущая.
Канальное кодирование используется для добавления избыточности к каждому из логических каналов для улучшения надежности передачи информации. Скорость кодирования определяет увеличение количества служебной информации в кодированном канале, являющееся результатом канального кодирования. Скорость кодирования определяется как отношение количества информационных битов к общему количеству битов после кодирования.
Может использоваться сверточное кодирование. Сверточное кодирование представляет форму канального кодирования с прямой коррекцией ошибок, при котором биты кодирования вставляют в непрерывный поток информационных битов для формирования предсказуемой структуры. В отличие от блочного кодера сверточный кодер имеет память, и его выходная информация является функцией текущей и предыдущей входной информации.
Задержка разнесения обеспечивает фиксированную временную задержку в одном из двух каналов, переносящих ту же самую информацию, для борьбы с нестационарными ухудшениями условий передачи в канале, такими как затухание и импульсный шум.
На фиг.2 приведено схематичное представление сигнала 50 в гибридной FM СВПСК. Сигнал включает в себя аналоговый модулированный сигнал 52 в центре вещательного канала 54, первое множество равномерно распределенных мультиплексированных с ортогональным частотным разделением сигналов поднесущих 56 в верхней боковой полосе 58 и второе множество равномерно распределенных ортогонально частотно мультиплексированных поднесущих 60 в нижней боковой полосе 62. Поднесущие с цифровой модуляцией передаются с пониженным уровнем мощности по сравнению с аналоговыми модулированными несущими для выполнения требования необходимого ослабления сигналов в канале. Поднесущие с цифровой модуляцией делятся на сегменты, и различные поднесущие определяют в качестве опорных поднесущих. Частотный сегмент представляет собой группу из 19 поднесущих МОЧРС, содержащую 18 поднесущих данных и одну опорную поднесущую.
Гибридный сигнал включает в себя аналоговый FM модулированный сигнал плюс первичные основные поднесущие с цифровой модуляцией. Поднесущие имеют равномерно распределенные частотные местоположения. Местоположения поднесущих пронумерованы от -546 до +546. В сигнале на фиг.2 поднесущие имеют местоположения от +356 до +546 и от -356 до -546. Этот сигнал обычно будет использоваться в начальной переходной фазе, предшествующей преобразованию в полностью цифровой сигнал.
Цифровой сигнал передается в первичных основных боковых полосах с обеих сторон от аналогового FM сигнала, как показано на фиг.2. Каждая первичная основная боковая полоса состоит из десяти частотных сегментов, которые распределены среди поднесущих от 356 до 545 или от -356 до -545. Поднесущие 546 и -546, которые также включают в себя первичные основные боковые полосы, являются дополнительными опорными поднесущими. Амплитуда каждой поднесущей может масштабироваться с помощью коэффициента масштабирования амплитуды.
На фиг.3 схематично представлен сигнал 70 расширенной гибридной FM СВПСК. Расширенный гибридный сигнал создают, добавляя первичные расширенные боковые полосы 72, 74 к первичным основным боковым полосам, существующим в гибридном сигнале. В зависимости от режима обслуживания один, два или четыре частотных сегмента могут добавляться к внутреннему краю каждой первичной основной боковой полосы.
Расширенный гибридный сигнал включает в себя аналоговый FM сигнал плюс первичные основные поднесущие с цифровой модуляцией (поднесущие от +356 до +546 и от -356 до -546) и некоторые или все первичные расширенные поднесущие (поднесущие от +280 до +355 и от -280 до -355). Этот сигнал будет обычно использоваться в начальной переходной фазе перед преобразованием в полностью цифровой сигнал.
Каждая первичная основная боковая полоса включает в себя десять частотных сегментов и дополнительную опорную поднесущую, охватывающие поднесущие от 356 до 546 или от -356 до -546. Верхние первичные расширенные боковые полосы включают в себя поднесущие от 337 до 355 (один частотный сегмент), от 318 до 355 (два частотных сегмента) или от 280 до 355 (четыре частотных сегмента). Нижние первичные расширенные боковые полосы включают в себя поднесущие от -337 до -355 (один частотный сегмент), от -318 до -355 (два частотных сегмента) или от -280 до -355 (четыре частотных сегмента). Амплитуда каждой поднесущей может масштабироваться с помощью коэффициента масштабирования амплитуды.
На фиг.4 схематично представлен полностью цифровой сигнал 80 FM СВПСК. Полностью цифровой сигнал создают, удаляя аналоговый сигнал, полностью расширяя ширину полосы первичных цифровых боковых полос 82, 84 и добавляя вторичные боковые полосы 86, 88 с низкой мощностью в спектре, освобожденном аналоговым сигналом. Полностью цифровой сигнал в показанном варианте осуществления включает в себя поднесущие с цифровой модуляцией в местоположениях поднесущей от -546 до +546 без аналогового FM сигнала.
В дополнение к десяти основным частотным сегментам все четыре расширенных частотных сегмента присутствуют в каждой первичной боковой полосе полностью цифрового сигнала. Каждая вторичная боковая полоса также имеет десять вторичных основных (SM) и четыре вторичных расширенных (SX) частотных сегмента. Однако в отличие от первичных боковых полос, вторичные основные частотные сегменты отображаются ближе к центру канала, тогда как расширенные частотные сегменты отображаются дальше от центра.
Каждая вторичная боковая полоса также содержит малую вторичную защищенную (SP) область 90, 92, включающую в себя 12 поднесущих МОЧРС и опорные поднесущие 279 и -279. Боковые полосы называют "защищенными", потому что они расположены в области спектра, который с наименьшей вероятностью подвергается влиянию помех от аналоговых или цифровых сигналов. Дополнительная опорная поднесущая помещается в центр канала (0). Упорядочивание частотных сегментов в области SP не применяется, так как область SP не содержит частотных сегментов.
Каждая вторичная основная боковая полоса охватывает поднесущие от 1 до 190 или от -1 до -190. Верхняя вторичная расширенная боковая полоса включает в себя поднесущие от 191 до 266, а верхняя вторичная защищенная боковая полоса включает в себя поднесущие от 267 до 278, плюс дополнительную опорную поднесущую 279. Нижняя вторичная расширенная боковая полоса включает в себя поднесущие от -191 до -266, а нижняя вторичная защищенная боковая полоса включает в себя поднесущие от -267 до -278, плюс дополнительную опорную поднесущую -279. Полный частотный диапазон всего полностью цифрового спектра равен 396 803 Гц. Амплитуда каждой поднесущей может масштабироваться с помощью коэффициента масштабирования амплитуды. Коэффициенты масштабирования амплитуды вторичной боковой полосы может выбирать пользователь. Любой из четырех может выбираться для применения к вторичным боковым полосам.
На фиг.5 показана функциональная структурная схема уровней 100 протоколов обработки сигналов передатчика для использования в системе цифрового аудиорадиовещания. Фиг.5 показывает, как управляющие и информационные сигналы передаются через различные уровни стека протоколов для генерации сигнала СВПСК на стороне радиовещательной станции.
Система может использоваться для обеспечения различных служб, которые включают в себя службу идентификации станции (СИС, SIS) и службу вспомогательных приложений (СВП, AAS), как показано с помощью блоков 102 и 104.
СИС обеспечивает необходимую управляющую и идентифицирующую информацию, которая косвенно помогает пользователю в поиске и выборе цифровых радиостанций, и обеспечивает услуги по их поддержке. СИС принимает вводимую информацию от всех других приложений так, чтобы их состояние могло передаваться по первичному логическому каналу службы передачи данных СВПСК (ПЛКСПД, PIDS) и/или вторичному логическому каналу L1 службы передачи данных СВПСК (ВЛКСПД, SIDS). СВП предоставляет возможность фактически неограниченному количеству пользовательских и специализированных цифровых приложений работать одновременно. Вспомогательные приложения могут добавляться в любое время в будущем.
Интерфейс 106 службы передачи данных принимает сигналы СИС и СВП, как показано стрелками 108 и 110. Приложение 112 основной программы также подает сигнал данных службы основной программы (MPS) на интерфейс 106, как показано стрелкой 114. Интерфейс службы передачи данных выводит данные на канальный мультиплексор 116, который формирует кадры передачи, как показано стрелкой 118, для использования системой 120 РЧ/передачи, также упоминаемой как уровень 1 (L1) стека протоколов.
Системы AM и FM совместно используют общий системный стек протоколов, но они отличаются прежде всего по физической разработке уровня 1 (L1). Верхние уровни являются общими для систем FM и AM.
Служба основной программы сохраняет существующие форматы аналоговых радиопрограмм в аналоговых и в цифровых передачах. Кроме того, служба основной программы может включать в себя цифровые данные, которые непосредственно коррелируют с аудиопрограммой.
Система управления управляет передачей и обработкой потоков данных от прикладных кодеров. В последующем описании показано, как информация и данные перемещаются в пределах стека протокола со стороны приемника и радиовещательной станции.
К услугам стека протоколов обращаются через точки доступа к службе (ТДС, SAP). Информация, которой обмениваются в ТДС, упоминается как блок данных службы, или БДС (SDU). ТДС - это точка сходимости, которая определяется обслуживающим уровнем, причем БДС обмениваются между поставщиком и пользователями услуг вещания.
Блоками данных протокола (БДП, PDU) обмениваются между равноправными уровнями (например, от уровня n передающей стороны к уровню n принимающей стороны). БДС для равноправных уровней не обязательно идентичны. Однако как передаваемые, так и принимаемые БДС для того же самого уровня должны сохранять часть БДП, которая содержится в БДС.
Как показано на фиг.5, основной целью любого уровня n стека протоколов является доставка БДП, обеспеченных уровнем n+1 передатчика, к равноправному уровню n+1 в системе приемника. Полезная нагрузка БДП уровня n+1 состоит из управляющей информации протокола (УИП, PCI) уровня n+1 и БДП верхнего уровня (уровня n+2).
Дополнительно для понимания этой концепции следует рассмотреть поток информации от уровня n+1 к уровню n на передающей стороне. БДП уровня n+1 должны упаковываться, как определено службой уровня n. Этот пакет называется блоком данных службы, или БДС. БДС уровня n включает в себя БДП уровня n+1 плюс управляющую информацию БДС (УИБ, SCI) уровня n. Уровень n+1 создает БДС уровня n и посылает его на уровень n через точку доступа к службе уровня n.
Когда уровень n принимает БДС, он принимает БДП уровня n+1 и свою собственную управляющую информацию протокола (УИП), которая может включать в себя информацию, принятую в УИБ, и создает БДП уровня n. Затем БДП уровня n направляется на равноправный уровень в принимающей системе, где процесс по существу является обратным, поскольку информация продвигается вверх по уровням протоколов. Следовательно, каждый уровень извлекает равноправные БДП и направляет остающуюся информацию на следующий уровень в форме БДС.
На фиг.6 сигнал, вводимый в точку 254 доступа к службе передатчика, обрабатывается, как показано в блоке 256, для создания блока данных службы уровня n+1 в линии 258. Блок данных службы уровня n+1 принимается в точке 260 доступа к службе уровня n и дополнительно обрабатывается, как показано с помощью блока 262, для формирования блоков данных протокола уровня n, как показано линией 264. Блоки данных протокола уровня n передатчика передаются в приемник и обрабатываются, как показано в блоке 266, для формирования блоков данных службы уровня n приемника, которые принимаются точкой 268 доступа к службе уровня n приемника и доставляются в протокол уровня n+1 приемника, как показано линией 270. Этот протокол уровня n+1 приемника обрабатывает блоки данных службы уровня n приемника, как показано блоком 272, и посылает результирующие сигналы блока данных службы уровня n+1 приемника в точку 274 доступа к службе.
На фиг.7 показана функциональная структурная схема части передатчика, которая показывает компоненты, реализующие уровень 1 обработки сигналов, которые включают в себя скремблер 300, канальный кодер 302, перемежитель 304, блок 306 отображения МОЧРС, блок 308 генерации сигналов МОЧРС, подсистему 310 передачи и блок 312 обработки сигналов управления системой. Блок 312 обработки сигналов управления системой передатчика принимает сигналы управления системой в линии 314. Аналоговый аудиосигнал и несущие SCA доставляются в подсистему передачи по линии 316. Выходной сигнал подсистемы РЧ передачи затем усиливается с помощью усилителя и схемы 318 согласования и подается в антенну 320 для радиопередачи.
На фиг.8 представлена функциональная структурная схема системы ЦРВ, которая включает в себя передатчик 170 и приемник 172. Передатчик включает в себя входы 174 и 176 для приема аудиосигнала и сигналов данных в линиях 178 и 180. Прикладные кодеры 182 преобразуют аудиосигнал и сигналы данных в аудиосигналы службы основной программы (ЗССОП, MPSA) в линии 184 и интегрированные сигналы службы передачи данных в линии 186. Эти сигналы обрабатываются с помощью подсистемы 188 транспортировки и мультиплексирования. Модем 190 преобразует кадры передачи в выходные кадры в линии 192, которые могут усиливаться и передаваться через антенну 193 с использованием, например, одного из сигналов, показанных на фиг. 2, 3 или 4.
Приемник 172 может включать в себя антенну 194 и обычные входные схемы 195, которые принимают переданный сигнал и создают принятые модемные кадры в линии 196. Модем 197 преобразует принятые модемные кадры в кадры передачи в форме пакетов в линии 198. Блок 200 транспортировки и демультиплексирования, который включает в себя демультиплексор каналов и средство транспортировки интегрированного сигнала службы передачи данных, преобразует кадры передачи в аудиосигнал службы основной программы в линии 202 и интегрированный сигнал службы передачи данных в линии 204. Прикладные декодеры 206 преобразуют эти сигналы в выходные аудиосигналы и выходные сигналы данных в линиях 208 и 210.
На фиг.9 показана функциональная структурная схема обработки данных модема / физического уровня 1 для передатчика. Аудиосигналы и данные передаются от более высоких уровней протоколов на физический уровень (уровень 1), который определяет функции модема, через множество точек 322 доступа к службе (ТДС) уровня 1.
ТДС L1 определяют интерфейс между уровнем 2 и уровнем 1 системного стека протоколов. Уровень 2 обеспечивает множество логических каналов, определяемых как P1 - P3, ПЛКСПД, S1 - S5 и ВЛКСПД. Передатчик может работать в разных режимах обслуживания. Каждый канал входит на уровень 1 в дискретных кадрах передачи с уникальным размером и скоростью, которые определяются режимом обслуживания. Кадры передачи, которые переносят информацию от уровня 2, упоминаются как БДС L1.
Концепция логических каналов и их функционирования является центральной для транспортировки и передачи данных через систему СВПСК. Логический канал представляет собой путь сигнала, который передает БДС уровня 1 через уровень 1 с указанным уровнем обслуживания. Подчеркивания на обозначениях логических каналов указывают, что данные в логическом канале форматированы как вектор.
Скремблирование рандомизирует цифровые данные в каждом логическом канале для «отбеливания» и ослабления периодичности сигнала, когда сигнал демодулируется в обычном аналоговом FM демодуляторе. Биты в каждом логическом канале скремблируются, для рандомизации данных во временной области и обеспечения синхронизации приемника. Входной информацией для скремблеров являются активные логические каналы от ТДС L1, выбранные режимом обслуживания. Выходной информацией скремблеров являются кадры передачи из скремблированных битов для каждого из активных логических каналов. Скремблер генерирует псевдослучайный код, который суммируется по модулю 2 с входными векторами данных. Генератор кода представляет собой линейный сдвиговый регистр с обратной связью.
Канальное кодирование включает в себя функции скремблирования, канального кодирования и перемежения, показанные на фиг. 10. Каждый логический канал скремблируется и кодируется отдельно и параллельно. Все параллельные скремблеры идентичны, но работают с различными скоростями, в зависимости от активного режима обслуживания. Каждый скремблер генерирует скремблирующую последовательность максимальной длины, используя линейный сдвиговый регистр с обратной связью с примитивным многочленом. Конкретный бит скремблированного кадра передачи генерируется сложением по модулю 2 соответствующего входного бита с соответствующим битом скремблирующей последовательности.
На фиг.10 представлена функциональная структурная схема блока 306 отображения совокупности сигналов. Блок отображения 346 совокупности сигналов принимает сигналы от множества перемежителей и формирует сигналы, которые масштабируются блоком 348 масштабирования и отображаются на поднесущие МОЧРС блоком 350 отображения на поднесущие МОЧРС. Перемежение применяется к логическим каналам в подсистеме РЧ / передачи. Перемежение содержит шесть параллельных процессов перемежения (ПП),обозначенных PM, PX, SM, SX, SP и SB. ПП может содержать один или более перемежителей и, в некоторых случаях, мультиплексор кадров передачи. Режим обслуживания определяет, какие входы и ПП активны в любое заданное время. Кроме того, для тех режимов обслуживания, когда активен логический канал P3, служебный бит P3IS, полученный от уровня L2, определяет, используется ли перемежитель с большой глубиной перемежения или с малой глубиной перемежения (длинный или короткий перемежитель). Множеством входов для перемежения являются канально-кодированные кадры передачи из первичных логических каналов P1 - P3 и ПЛКСПД, и из вторичных логических каналов S1 - S5 и ВЛКСПД. Выходными данными перемежителя являются матрицы.
В режимах обслуживания MP2-MP5 и MP7 логический канал P3 может использовать малую или большую глубину перемежения (отрезок времени). Перемежитель с большой глубиной перемежения более устойчив, чем перемежитель с малой глубиной перемежения. Однако перемежитель с большой глубиной перемежения (приблизительно 1,48 секунды) приводит к длительному времени декодирования, что влияет на время настройки приемника, прежде чем можно будет услышать звуковой сигнал. Это длительное время настройки недопустимо в некоторых случаях, поэтому используют перемежитель с малой глубиной перемежения.
Перемежители с большой глубиной перемежения и с малой глубиной перемежения являются относительными терминами, которые относятся к длине МДП. Перемежитель с малой глубиной перемежения инкапсулирует определенное количество битов сигнала БДП, в то время как перемежитель с большой глубиной перемежения может инкапсулировать биты из нескольких последовательных БДП. Глубина перемежения является параметром. Существует соотношение между надежностью и задержкой доступа к содержимому. Если для конкретного пользователя для конкретного случая в данное время задержка считается более важным фактором, то может выбираться перемежитель с малой глубиной перемежения, что приводит к ограниченной надежности. Если в данное время и для данного содержимого надежность рассматривается в качестве более важного фактора, то может выбираться перемежитель с большой глубиной перемежения.
Как показано на фиг.9, канал управления системой (КУС, SCCH) обходит канальное кодирование. Под управлением верхних уровней блок обработки сигналов управления системой собирает и дифференцированно кодирует последовательность битов (последовательность данных управления системой), предназначенную для каждой опорной поднесущей. В одном из примеров существует до 61 опорных поднесущих, пронумерованных от 0 до 60, распределенных по всему спектру МОЧРС. Количество опорных поднесущих, передаваемых в данном сигнале, зависит от режима обслуживания. Однако в данном примере блок обработки сигналов управления системой всегда выводит все 61 последовательности данных управления системой, независимо от режима обслуживания.
Блок отображения на поднесущие МОЧРС назначает сегменты перемежителя частотным сегментам. Для каждой активной матрицы перемежителя блок отображения на поднесущие МОЧРС назначает строку битов каждого сегмента перемежителя соответствующему ему частотному сегменту в комплексном выходном векторе X. Кроме того, биты последовательности данных управления системой из строки матрицы R, матрицы последовательностей данных управления системой, отображаются на активные местоположения опорной поднесущей в X. Режим обслуживания определяет, какие матрицы перемежителя и какие элементы R являются активными. Фиг. 10 показывает входы, выход и функции компонентов блока отображения на поднесущие МОЧРС.
Входной информацией для блока отображения на поднесущие МОЧРС для каждого символа является строка битов из каждой активной матрицы перемежителя и строка битов из R, матрицы последовательностей данных управления системой. Выходная информация для блока отображения на поднесущие МОЧРС для каждого символа МОЧРС может быть одним комплексным вектором X, имеющим длину 1093.
Матрицы перемежителя, переносящие пользовательские аудиосигналы и данные (PM, PX1... SB), отображаются на точки совокупности QPSK и на определенные поднесущие. Матрица R отображается на точки совокупности BPSK и опорные поднесущие. Эти вектора затем масштабируются по амплитуде и отображаются на назначенные им поднесущие МОЧРС. Этот процесс приводит к созданию вектора X из векторов, которые выдаются на функциональный блок генерации сигнала МОЧРС.
Блок генерации сигнала МОЧРС принимает комплексные символы МОЧРС в частотной области от блока отображения на поднесущие МОЧРС и выводит импульсы во временной области, представляющие цифровую часть сигнала FM СВПСК.
Входной информацией для блока генерации сигнала МОЧРС для n-ного символа является комплексный вектор Xn, имеющий длину L, который представляет комплексные значения совокупности для каждой поднесущей МОЧРС в n символе МОЧРС. Для удобства записи выходной сигнал описанного выше блока отображения поднесущей МОЧРС не использует индекс n. Вместо этого на него ссылаются как на вектор X, представляющий один символ МОЧРС. В последующем описании индекс добавляется к X из-за важности n для блока генерации сигнала МОЧРС. Символ МОЧРС преобразуется во временную область с помощью дискретного преобразования Фурье и формируется для создания одного символа yn(t) во временной области. Выходной сигнал блока генерации сигнала МОЧРС является комплексным импульсом yn(t) базовой полосы во временной полосе, который представляет цифровую часть FM сигнал СВПСК для n символа МОЧРС.
Импульсы yn(t) конкатенируются для формирования непрерывного сигнала во временной области. Этот сигнал преобразуют с повышением частоты и объединяют с аналоговым модулированным аудиосигналом (в гибридном и расширенном гибридном режимах) для создания полного РЧ сигнала СВПСК для передачи. Это показано на фиг.11, где представлена функциональная структурная схема модулятора ЦРВ. Множество сигналов МОЧРС подаются по линии 352 и подвергаются конкатенации, как показано в блоке 354. Конкатенированные сигналы преобразуются с повышением частоты, как показано в блоке 356, для формирования множества поднесущих с цифровой модуляцией в линии 358. Аналоговый сигнал программы подается по линии 360, и дополнительные поднесущие SCA могут подаваться по линии 362. Аналоговый сигнал программы и дополнительные поднесущие SCA модулируются с помощью аналогового FM модулятора 364. Аналоговая модулированная несущая и SCA, если существуют, и поднесущие с цифровой модуляцией объединяются в объединителе 366 для формирования сигнала ЦРВ в линии 368.
Существует несколько проблем выравнивания во времени, к которым должна обратиться система передачи. Для средств, оборудованных таким образом, каждый передаваемый кадр L1 должен надлежащим образом выравниваться относительно времени глобальной системы позиционирования (GPS). Кроме того, различные логические каналы должны надлежащим образом выравниваться относительно друг друга, и в некоторых режимах обслуживания некоторые каналы преднамеренно задерживают на определенное время для настройки разнесения при объединении в приемнике. Уровень 1 обеспечивает выравнивание по времени кадров передачи, принятых с уровня 2. Более высокие уровни протокола обеспечивают выравнивание содержимого кадров передачи.
Первичная служба, обеспеченная уровнем 2 (L2), дает возможность системе поддерживать три независимые службы транспортировки, как показано на фиг.12:
1. Транспортировку аудиосигнала службы основной программы (АСОП).
2. Транспортировку службы радиоканала (СРК, RLS).
3. Транспортировку службы передачи данных (СПД, IDS).
Они включают в себя неиспользуемые флажки для предоставления возможности дополнительных транспортировок в будущем.
Фиг.12 представлена функциональная структурная схема, которая показывает зависимость между протоколом уровня 2 и более высокими уровнями протоколов для передающей и принимающей систем. Точки 400, 402 и 404 доступа к службе в передатчике принимают сигналы службы передачи данных СВПСК, службы основной программы и службы радиоканала. Эти сигналы обрабатываются, как показано в блоке 406 транспортировки СПД, в блоке 408 транспортировки АСОП и в блоке 410 СРК, для создания БДП СПД, АСОП и СРК, как показано линиями 412, 413 и 414. Функциональные блоки транспортировки также создают БДС СПД, АСОП и СРК в линиях 415, 416 и 417, которые доставляются в точку 418 доступа к службе передатчика уровня 2. Передатчик уровня 2 обрабатывает эти сигналы, как показано в блоке 420, для создания БДП уровня 2, как показано линией 421, которые передаются на уровень 2 приемника и обрабатываются, как показано в блоке 422, для создания БДС, которые передаются на более высокие уровни протокола приемника через точку 424 доступа к службе. Функциональные блоки 426, 428 и 430 транспортировки СПД, АСОП и СРК на более высоких уровнях приемника дополнительно обрабатывают сигналы для создания выходных сигналов в точках 432, 434 и 436 данных службы.
Специальный канал транспортировки / передачи данных может использоваться для передачи данных СИС в логических каналах ПЛКСПД и ВЛКСПД уровня 1. Для этих логических каналов уровень 2 не выполняет функцию мультиплексирования, а вместо этого только передает БДП транспортировки непосредственно в логический канал ПЛКСПД или ВЛКСПД уровня 1. БДП транспортировки СПД является единственным БДП, содержащимся в логическом канале ПЛКСПД или ВЛКСПД уровня 1. Каналы ПЛКСПД и ВЛКСПД не мультиплексируются, потому что информация СИС должна передаваться в известном канале. Это означает, что ПЛКСПД не будет содержать другие типы информации транспортировки. Кроме того, ПЛКСПД является слишком малым для обеспечения битов заголовка, требуемых для предоставления возможности мультиплексирования.
Уровень 2 обеспечивает действие транспортировки в любом активном логическом канале уровня 1 (за исключением ПЛКСПД и ВЛКСПД). Структура уровня 2 обеспечивает транспортировку, которая обслуживает потребности мультиплексирования.
БДП L2 эквивалентен БДП уровня 1 (L1) или кадру передачи. Уровень 1 не обеспечивает дополнительное форматирование или информацию УИП в пределах БДП L1 до выполнения физической модемной обработки входного БДП L2. На уровне 1 вся информация УИП, добавленная уровнем 1 (которая определяется, как последовательность данных управления системой), может включаться в независимый канал, выделенный для УИП L1 (опорные поднесущие), и она не требует выделения полосы из полезной нагрузки уровня 1. Информация УИП и информация синхронизации объединяются в один опорный канал.
Система является чрезвычайно гибкой и поддерживает различные конфигурации относительно уровня 1. Основываясь на режиме обслуживания уровня 1, система обеспечивает множество логических каналов уровня 1. Количество активных логических каналов уровня 1 и характеристики, определяющие их, изменяется для каждого режима обслуживания. Характеристики, которые определяют каждый логический канал уровня 1, являются следующими:
- размер кадра передачи;
- скорость кадров передачи;
- надежность;
- время ожидания.
Относительно обмена между уровнем 2 и уровнем 1 (транспортировка СРК и АСОП), уровень 2 зависит от режима обслуживания и конфигурации уровня 1. Размером БДП L2 и скоростью обмена БДП L2 управляет уровень 1. Полный размер БДП, который уровень 2 доставляет к БДП транспортировки СРК и АСОП на принимающей стороне, равен размеру кадра уровня 1 минус служебная информация УИП L2.
Фиг.12 показывает обработку уровня 2 с точки зрения передачи и с точки зрения приема. На передающей стороне уровень 2 требует следующих рабочих параметров для каждого активного логического канала уровня 1 (за исключением ПЛКСПД и ВЛКСПД):
- Флажок, который указывает, что каждый БДП L2 содержит БДП транспортировки аудиосигнала основной программы (АСОП).
- Максимальный размер, распределенный для БДП транспортировки АСОП.
- Флажок, который указывает, что каждый БДП L2 содержит БДП фиксированного СРК.
- Максимальный размер, назначенный для БДП СРК.
Для каждого активного логического канала уровня 1 уровень 1 указывает уровню 2, что он требует БДП L2. Основываясь на параметрах, определенных выше, L2 сообщает блоку транспортировки АСОП и/или СРК, чтобы они обеспечили соответствующие БДП (БДП транспортировки АСОП, данные фиксированного СРК), которые должны передаваться в БДП L2 для данного определенного логического канала уровня 1.
Когда уровень 2 принимает БДП транспортировки АСОП, он определяет, существует ли возможность настройки полосы пропускания. Настраиваемые данные определяются как неиспользованная емкость канала уровня 1, в котором фиксированное распределение байтов назначено кодеру АСОП, но не полностью использовалось. Эта емкость изменяется во времени и доступна для транспортировки данных. Если так, то уровень 2 сообщает об этом СРК, и СРК обеспечивает настраиваемые БДП СРК, которые должны включаться в БДП уровня 2.
Когда уровень 2 принимает БДП от блока транспортировки АСОП и/или СРК, он создает БДП уровня 2 для передачи в соответствующий логический канал уровня 1 с помощью:
1. Создания флажков УИП уровня 2 на основе содержимого и кодирования.
2. Распределения флажков УИП уровня 2 по БДП L2.
3. Вставки БДП АСОП и СРК в БДП уровня 2 вокруг распределенной УИП.
Для логического канала ПЛКСПД или ВЛКСПД уровня 1 уровень 1 указывает уровню 2, что он требует БДП L2. Уровень 2 указывает блоку транспортировки СПД, чтобы он обеспечил соответствующий БДП. Уровень 2 направляет БДП ПЛКСПД непосредственно на уровень 1.
Приемник не основывается на операционных параметрах. Вместо этого он должен приспосабливаться к конфигурации, передаваемой станцией / каналом, на который он настроен.
Структура БДП L2 является такой, что когда информация УИП извлечена, все БДП L2 (возможно содержащие комбинацию БДП транспортировки АСОП, БДП настраиваемого СРК и БДП фиксированного СРК) могут быть направлены полностью или на транспортировку АСОП, или на транспортировку СРК. На основе структуры БДП L2 эти блоки транспортировки могут обрабатывать определенные для них БДП и отклонять БДП, которые к ним не относятся. Это обеспечивает дополнительный уровень надежности для воплощения приемника, и рекомендуется, чтобы при разработке приемника использовалось это свойство для обеспечения более высокого уровня надежности. Система учитывает различные конфигурации, в которых каналы L1 (доступные в приемнике) присутствуют или не присутствуют, в зависимости от конфигурации станции. Эта уникальность уровня 1 приводит к определенным способам, применимым для L2, чтобы эффективно идентифицировать транспортные данные, которые содержатся в канале L1.
На фиг.13 представлен обзор различных структур БДП L2. Структура может отличаться для каждого кадра передачи и для каждого логического канала L1.
Приемник принимает БДП L2 от L1 для каждого активного логического канала и извлекает и декодирует биты УИП L2. На основе УИП L2 приемник может направлять все БДП L2 соответствующему адресату, т.е. блоку транспортировки АСОП и/или СРК (фиксированного и настраиваемого).
Для логических каналов ПЛКСПД (ВЛКСПД) приемник может направлять принятые БДП L2 к блоку транспортировки СПД.
Система обеспечивает СИС для всех приложений и служб. Логические каналы ПЛКСПД и ВЛКСПД выделены для транспортировки информации СИС, которую необходимо получать быстро для приложений поиска. Как указано выше, существует специализированный блок транспортировки СПД, который создает БДП ПЛКСПД/ВЛКСПД для логического канала ПЛКСПД/ВЛКСПД уровня 1. На передающей стороне уровень 2 непосредственно направляет БДП ПЛКСПД и ВЛКСПД на уровень 1. Таким же образом на принимающей стороне уровень 2 направляет БДП ПЛКСПД и ВЛКСПД к блоку транспортировки СПД.
Оптимизированный устойчивый к ошибкам заголовок (УИП) размещается в каждом из различных логических каналов системы FM (которая включает в себя вторичные логические каналы) и системы AM. УИП указывает содержимое полезной нагрузки. Заголовок обеспечивает одну из следующих пяти индикаций, соответствующих структурам БДП:
- Полезная нагрузка ориентирована на аудиосигнал (БДП транспортировки АСОП).
- Полезная нагрузка ориентирована на данные (транспортировка СРК).
- Полезная нагрузка смешанного содержимого, которая содержит БДП транспортировки АСОП и настраиваемого СРК.
- Полезная нагрузка смешанного содержимого, которая содержит БДП транспортировки АСОП и фиксированного СРК.
- Полезная нагрузка смешанного содержимого, которая содержит БДП транспортировки АСОП, настраиваемого СРК и фиксированного СРК.
Фиг.13 схематично показывает пять типов заголовков 440, 442, 444, 446 и 448. Когда содержимое БДП L2 ориентировано на аудиосигнал (транспортировка АСОП), настраиваемые данные могут все равно вставляться в полезную нагрузку (настраиваемый СРК), и дополнительная сигнализация обеспечивается с помощью СРК так, что границы БДП настраиваемого СРК могут быть найдены и обработаны с помощью СРК. Однако, как указано ранее, вся полезная нагрузка связана с аудиосигналами основной программы (транспортировка АСОП) и она обрабатывается как таковая благодаря сигнализации, содержащейся в пределах аудиополезной нагрузки. Такая сигнализация обеспечивает обработку аудиосигналов (транспортировку АСОП) и обработку СРК для использования полезной нагрузки должным образом.
Если полезная нагрузка (БДП L2) содержит БДП фиксированного СРК, расширенный заголовок 444 размещается в пределах СРК. БДП смешанного содержимого требует дополнительной индикации. Разделитель обеспечивается с помощью СРК, указывая части полезной нагрузки, связанные с каждым типом службы.
Сигнализация выполняется для кадра передачи (БДП) и не требует знания предыдущего или последующего кадра передачи.
Обобщенный кадр передачи, как показано на фиг.14, включает в себя полезную нагрузку и заголовок УИП. Заголовок полезной нагрузки в одном из примеров состоит из 24 битов, распределенных по кадру передачи.
Заголовок включает в себя одну из восьми циклических перестановок от CW0 до CW7 24-битной последовательности. Последовательности заголовка и соответствующий тип индикации описаны в таблице 1. L2 на передающей стороне выбирает соответствующую последовательность на основе УИБ, полученной с верхних уровней. Содержимое выбранной перестановки CW определяется как [h0, h1,..., h22, h23].
| Таблица 1. | |||||
| Индикации обобщенной последовательности заголовка | |||||
| Последователь-ность | Двоичная последовательность заголовка | Шестнадца-теричный эквивалент | БДП транспортировки АСОП | БДП фиксиро-ванного СРК | БДП настраи-ваемого СРК |
| CW0 | [110010110001101100011100] | 0xCB1B1C | Да | Нет | Нет |
| CW1 | [001011000110110001110011] | 0x2C6C73 | Да | Нет | Да |
| CW2 | [001100101100011011000111] | 0x32C6C7 | Да | Да | Нет |
| CW3 | [110011001011000110110001] | 0xCCB1B1 | Да | Да | Да |
| CW4 | [011100110010110001101100] | 0x732C6C | Нет | Да | Нет |
| CW5 | [101100011100110010110001] | 0xB1CCB1 | Зарезервировано | Подлежит опреде-лению | Подлежит опреде-лению |
| CW6 | [000111001100101100011011] | 0x1CCB1B | Зарезервировано | Подлежит опреде-лению | Подлежит определ-ению |
| CW7 | [110001110011001011000110] | 0xC732C6 | Зарезервировано | Подлежит опреде-лению | Подлежит опреде-лению |
Как показано на фиг.14, биты заголовка предпочтительно равномерно распределяются по большей части кадра передачи. Полезная нагрузка определяется в байтах. Любая избыточная полезная нагрузка, которая не составляет байт, располагается в конце полезной нагрузки. Бит h0 заголовка может смещаться от начала кадра передачи на Nначала байтов. Бит h1 заголовка смещается от h0 на Nсмещения битов. Каждый оставшийся бит заголовка отделяется от предыдущего бита заголовка Nсмещения битами. Эти числа зависят от длины БДП L1 (в битах), L, как показано в таблице 2. Если длина БДП L1 - целое число байтов, то длина заголовка - 24 бита. Если длина БДП L1 не целое число байтов, то заголовок сокращается до 23 или 22 битов, как показано в таблице 2. Если длина заголовка - 23 бита, то h23 не используется. Если длина заголовка - 22 бита, то h22 и h23 не используются. БДП L2 принимается после декодирования с помощью декодера Витерби в L1. Ошибки (если они происходят) появляются в пачках на выходе декодера. Без использования расширения очень малая пачка ошибок L1, которая может внести искажения в последовательность без расширения, может помешать использовать почти совершенный БДП. Расширение последовательности устраняет проблему. Заголовок смещается для того, чтобы избежать искажений, которые могут иметь место, если предыдущее декодирование в L1 не было оптимальным, что приводит к ошибкам на краях БДП.
| Таблица 2. | ||||
| Параметры распределения заголовка | ||||
| Длина БДП L1, L (биты) | (L MOD 8)= | Nначала (биты) | Nсмещения (биты) | Длина заголовка (биты) |
| <72000 | 0 | 120 | INT[(L-Nначала)/24]-1 | 24 |
| 7 | 120 | INT[(L-Nначала)/23]-1 | 23 | |
| 1-6 | 120 | INT[(L-Nначала)/22]-1 | 22 | |
| >72000 | 0 | L-30000 | INT[(L-Nначала)/24]-1 | 24 |
| 7 | L-30000 | INT[(L-Nначала)/23]-1 | 23 | |
| 1-6 | L-30000 | INT[(L-Nначала)/22]-1 | 22 |
Приемник, после приема кадра передачи от L1, L2, обрабатывает кадр и определяет следующее:
- содержимое кадра,
- границы расширенного содержимого, если такие границы существуют,
- управление целостностью кадра,
- обработку исключительных ситуаций.
Используя параметры расширения для данного логического канала в данном режиме обслуживания L1, биты заголовка L2 собирают и помещают в непрерывную 24- (или 22-) битовую структуру, маркированную как Srcv. Затем может осуществляться процесс корреляции принятой последовательности с каждой возможной ожидаемой последовательностью.
БДП транспортировки СПД содержится в пределах кадров канала L1 или ПЛКСПД, или ВЛКСПД.
БДП ПЛКСПД имеют длину 80 битов, как показано на фиг.15. Старший значащий бит каждого поля показан слева. Уровень 2 и уровень 1 обрабатывают сначала старший бит - т.е. бит 0 является первым битом, перемежаемым с помощью L1. Содержимое БДП определяется несколькими управляющими полями в пределах БДП. Бит «тип» обычно устанавливается в нуль. Если этот бит равен единице, то остальная часть содержимого БДП может отличаться. Это обеспечивает возможный вариант для будущего использования. Формат БДП пытается гарантировать возможность трансляции расширенного АНКУ при потреблении незначительной емкости и при сохранении надежности.
БДП типа 0 могут содержать два независимых поля коротких сообщений переменной длины или одно более длинное сообщение, в зависимости от состояния бита Ext. Если Ext = 0, то поле сообщения 1 может иметь длину до 58 битов, и содержимое сообщения определяется состоянием поля идентификатора первого сообщения, ID MSG 1. Любые неиспользуемые биты в конце поля полезной нагрузки сообщения 1 заполняются нулями. Если Ext=1, то сообщение имеет длину и содержимое, определяемое ID MSG 1, и активно сообщение 2, длина и содержимое которого определяется с помощью ID MSG 2. В этом случае объединенная длина этих двух сообщений должна быть не больше 54 битов. Любые неиспользуемые биты в конце полезной информации сообщения 2 заполняются нулями. Две структуры сообщений обеспечиваются для удовлетворения потенциальных потребностей вещательных станций. Некоторым вещательным станциям может потребоваться посылать короткие позывные, в то время как другим может потребоваться посылать длинные позывные. Данная система поддерживает оба эти варианта. Существует компромисс в том, что длинные названия станции потребуют более длительного времени приема и отображения пользователю в приемнике. Каждое сообщение служит различной целевой группе и различному набору переменных. Для короткого содержимого будет использоваться сообщение 1, а для длинного содержимого будет использоваться сообщение 1 и сообщение 2.
Описания полей ID MSG 1 и ID MSG 2 идентичны. Любое сообщение может быть помещено в сообщении 1 или в сообщении 2 при условии, что полная 56-битная доступная длина полезной нагрузки не будет нарушена при объединении со вторым сообщением. Более длинные сообщения должны использовать вариант одного сообщения (Ext=0).
Номер идентификации станции уникально назначается каждой передающей станции. Название станции имеет короткий и длинный формат. Короткий формат может использоваться со структурой БДП с двумя сообщениями так, чтобы он мог мультиплексироваться с другими сообщениями, и таким образом он может часто повторяться. Длинный формат требует структуру одного сообщения, и он может расширяться посредством множества БДП. Этот формат может использоваться для идентификации станции с помощью умеренно длинной текстовой строки.
Абсолютный номер кадра уровня 1 (ID MSG=0011) содержит 32-разрядный АНКУ (ALFN). АНКУ получает приращение на каждый период кадра L1, который совпадает с началом блока 0 L1. Во всех режимах обслуживания AM и FM передаваемый АНКУ соответствует фактическому номеру кадра момент его передачи. Если бит 65 БДП (независимо от ID MSG 1 или ID MSG 2) установлен в единицу, то АНКУ синхронизируется по времени GPS (глобальной системы позиционирования).
Поле местоположения станции (ID MSG 0100) указывает абсолютное местоположение в трехмерном пространстве излучателя радиовещательной антенны. Такая информация местоположения может использоваться приемником для определения местоположения. Информация местоположения разделяется на два сообщения - верхнюю и нижнюю части. Высота определяется в единицах измерения (метр x 16) (т.е. младший бит равен 16 метрам). Широта и долгота - обе в одинаковых дробных форматах. Младший бит равен 1/8192 градуса. Старший бит - знаковый разряд, который указывает полушарие. Положительные значения широты представляют местоположение к северу от экватора. Положительные значения долготы находятся в восточном полушарии. Диапазоны долготы - от -180 до +180, в то время как допустимые значения широты - между -90 и +90. Любое значение вне этих диапазонов недействительно. Фиг.16 показывает формат информации местоположения станции.
Каждый БДП заканчивается 12-битовым циклическим избыточным кодом (ЦИК, CRC). CRC вычисляется на основе всех 68 битов других полей в БДП, которые включают в себя неиспользуемые биты полезной нагрузки сообщения, которые всегда устанавливают в нуль.
При транспортировке ПЛКСПД два бита распределяются для передачи абсолютных номеров кадра L1 последовательным способом. Формат различается для AM и FM, как указано в последующем описании. В обоих случаях значение АНКУ, которое будет передаваться по каналу ПЛКСПД, обновляется одновременно с блоком 0 L1 каждого кадра L1.
В соответствии с фиг.18, относящейся к обработке в FM системе, 32 бита подразделяются на две 16-битные группы, одна маркируется d16 - d31 (16 младших битов), и другая маркируется d0 - d15 (16 старших битов). Биты АНКУ d16:31 дополнительно подразделяются на пары и отображаются на двухбитовое поле расширенного АНКУ каждого блока ПЛКСПД, начиная с блока 0. Биты АНКУ d30:31 передаются в блоке 0 каждого кадра, биты АНКУ d28:29 передаются в блоке 1 каждого кадра, и биты АНКУ d16:17 передаются в блоке 7 каждого кадра.
При обработке биты АНКУ сортируются и посылаются через определенное время. Способ сортировки потребляет незначительную пропускную способность, но позволяет приемнику надежно восстанавливать и сохранять АНКУ станции, даже при искажении БДП, и контроль циклическим избыточным кодом (CRC) дает ошибку.
Биты АНКУ d0:15 дополнительно подразделяются на пары и отображаются на поле расширенного АНКУ в блоках 8-15, как показано.
Уровень 1 стека протоколов не обрабатывает АНКУ непосредственно, относительно передачи номера кадра. Номер кадра является частью логического канала ПЛКСПД, который обрабатывается с помощью L1. Во всех режимах обслуживания AM и FM, соответствующая часть посылаемого АНКУ применяется к действительному номеру кадра в момент его передачи.
Хотя настоящее изобретение описано в терминах его предпочтительного варианта осуществления, специалистам будет понятно, что в раскрытом варианте осуществления могут быть сделаны различные изменения, без отклонения от объема изобретения, как определено формулой изобретения.
1. Способ цифрового аудиорадиовещания, заключающийся в том, что принимают множество битов данных, предназначенных для передачи,
форматируют множество битов данных во множество блоков данных протокола,
вставляют биты заголовка в распределенные местоположения в пределах блоков данных протокола, при этом биты заголовка смещены по отношению друг к другу, и
используют блоки данных протокола для модулирования множества несущих для формирования выходного сигнала.
2. Способ по п.1, в котором отдельные биты заголовка устанавливают в равномерно распределенные местоположения в блоках данных протокола.
3. Способ по п.1, в котором первый бит заголовка смещают от края блока данных протокола.
4. Способ по п.1, в котором биты заголовка содержат одну из следующих битовых последовательностей:
[110010110001101100011100]
[001011000110110001110011]
[001100101100011011000111]
[110011001011000110110001]
[011100110010110001101100]
[101100011100110010110001]
[000111001100101100011011]
[110001110011001011000110]
5. Способ по п.1, в котором дополнительно скремблируют множество битов данных путем генерации псевдослучайного кода и сложения по модулю 2 псевдослучайного кода и битов данных.
6. Способ по п.1, в котором блоки данных протокола обрабатывают во множестве логических каналов, при этом цифровые данные в каждом логическом канале скремблируют и кодируют отдельно.
7. Способ по п.6, в котором логические каналы работают с различными скоростями в зависимости от режима обслуживания.
8. Способ по п.6, в котором цифровые данные в каждом логическом канале скремблируют с использованием скремблирующей последовательности максимальной длины с помощью линейного сдвигового регистра с обратной связью с примитивным многочленом.
9. Способ по п.1, в котором дополнительно
перемежают множество битов данных,
назначают перемеженные биты сегментам перемежителя,
назначают сегменты перемежителя частотным сегментам и
отображают сегменты перемежителя на частотные сегменты путем назначения строки битов каждого сегмента перемежителя соответствующему ему частотному сегменту в комплексном выходном векторе.
10. Передатчик для цифрового аудиорадиовещания, содержащий
средство для приема множества битов данных, предназначенных для передачи,
средство для форматирования множества битов данных во множество блоков данных протокола,
средство для вставки битов заголовка в распределенные местоположения в пределах блоков данных протокола, причем биты заголовка смещены по отношению друг к другу, и
средство для использования блоков данных протокола для модулирования множества несущих для формирования выходного сигнала.
11. Передатчик по п.10, в котором отдельные биты заголовка установлены в равномерно распределенные местоположения в блоках данных протокола.
12. Передатчик по п.10, в котором первый бит заголовка смещен от края блока данных протокола.
13. Передатчик по п.10, в котором биты заголовка содержат одну из следующих битовых последовательностей:
[110010110001101100011100]
[001011000110110001110011]
[001100101100011011000111]
[110011001011000110110001]
[011100110010110001101100]
[101100011100110010110001]
[000111001100101100011011]
[110001110011001011000110]
14. Передатчик по п.10, дополнительно содержащий средство для скремблирования множества битов данных путем генерации псевдослучайного кода и сложения по модулю 2 псевдослучайного кода и битов данных.
15. Передатчик по п.10, в котором блоки данных протокола обрабатываются во множестве логических каналов, и цифровые данные в каждом логическом канале скремблируются и кодируются отдельно.
16. Передатчик по п.15, в котором логические каналы работают с различными скоростями в зависимости от режима обслуживания.
17. Передатчик по п.15, в котором цифровые данные в каждом логическом канале скремблируются с использованием скремблирующей последовательности максимальной длины с помощью линейного сдвигового регистра с обратной связью с примитивным многочленом.
18. Передатчик по п.10, дополнительно содержащий средство для перемежения множества битов данных, назначения перемеженных битов сегментам перемежителя, назначения сегментов перемежителя частотным сегментам и отображения сегментов перемежителя на частотные сегменты путем назначения строки битов каждого сегмента перемежителя соответствующему ему частотному сегменту в комплексном выходном векторе.
19. Способ приема сигнала цифрового аудиорадиовещания, заключающийся в том, что
принимают цифровой сигнал аудиорадиовещания, содержащий множество несущих, модулированных посредством множества блоков данных протокола, причем множество блоков данных протокола содержит множество битов данных и множество битов заголовка в распределенных местоположениях в пределах блоков данных протокола, причем биты заголовка смещены по отношению друг к другу,
демультиплексируют и преобразуют блоки данных протокола в аудиосигнал службы основной программы и интегрированный сигнал службы передачи данных, и
преобразуют аудиосигнал службы основной программы и интегрированный сигнал службы передачи данных в выходной аудиосигнал и выходной сигнал данных.
20. Способ по п.19, в котором отдельные биты заголовка устанавливают в равномерно распределенные местоположения в блоках данных протокола.
21. Способ по п.19, в котором первый бит заголовка смещают от края блока данных протокола.
22. Способ по п.19, в котором биты заголовка содержат одну из следующих битовых последовательностей:
[110010110001101100011100]
[001011000110110001110011]
[001100101100011011000111]
[110011001011000110110001]
[011100110010110001101100]
[101100011100110010110001]
[000111001100101100011011]
[110001110011001011000110]
23. Способ по п.19, в котором множество битов данных скремблируют путем генерации псевдослучайного кода и сложения по модулю 2 псевдослучайного кода и битов данных.
24. Способ по п.19, в котором блоки данных протокола размещают во множестве логических каналов, причем цифровые данные каждого логического канала скремблируют и кодируют отдельно.
25. Способ по п.24, в котором логические каналы работают с различными скоростями в зависимости от режима обслуживания.
26. Способ по п.24, в котором цифровые данные в каждом логическом канале скремблируют с использованием скремблирующей последовательности максимальной длины с помощью линейного сдвигового регистра с обратной связью с примитивным многочленом.
27. Способ по п.19, в котором множество битов данных перемежают и назначают сегментам перемежителя, сегменты перемежителя назначают частотным сегментам, и сегменты перемежителя отображают на частотные сегменты путем назначения строки битов каждого сегмента перемежителя соответствующему ему частотному сегменту в комплексном выходном векторе.
28. Приемник цифрового сигнала аудиорадиовещания, содержащий
средство для приема цифрового сигнала аудиорадиовещания, содержащего множество несущих, модулированных посредством множества блоков данных протокола, причем каждый из множества блоков данных протокола содержит множество битов данных и множество битов заголовка в распределенных местоположениях в пределах блоков данных протокола, причем биты заголовка смещены по отношению друг к другу, и
средство для демультиплексирования и преобразования блоков данных протокола в аудиосигнал службы основной программы и интегрированный сигнал службы передачи данных, и для преобразования аудиосигнала службы основной программы и интегрированного сигнала службы передачи данных в выходной аудиосигнал и выходной сигнал данных.
29. Приемник по п.28, в котором отдельные биты заголовка установлены в равномерно распределенные местоположения в блоках данных протокола.
30. Приемник по п.28, в котором первый бит заголовка смещен от края блока данных протокола.
31. Приемник по п.28, в котором биты заголовка содержат одну из следующих битовых последовательностей:
[110010110001101100011100]
[001011000110110001110011]
[001100101100011011000111]
[110011001011000110110001]
[011100110010110001101100]
[101100011100110010110001]
[000111001100101100011011]
[110001110011001011000110]
32. Приемник по п.28, в котором множество битов данных скремблируются путем генерации псевдослучайного кода и сложения по модулю 2 псевдослучайного кода и битов данных.
33. Приемник по п.28, в котором блоки данных протокола размещаются во множестве логических каналов, и цифровые данные каждого логического канала скремблируются и кодируются отдельно.
34. Приемник по п.33, в котором логические каналы работают с различными скоростями в зависимости от режима обслуживания.
35. Приемник по п.33, в котором цифровые данные каждого логического канала скремблируются с использованием скремблирующей последовательности максимальной длины с помощью линейного сдвигового регистра с обратной связью с примитивным многочленом.
36. Приемник по п.28, в котором множество битов перемежаются и назначаются сегментам перемежителя, сегменты перемежителя назначаются частотным сегментам, и сегменты перемежителя отображаются на частотные сегменты путем назначения строки битов каждого сегмента перемежителя соответствующему ему частотному сегменту в комплексном выходном векторе.
