CN1148297A - 调频l-r数据广播***及其数据信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

一种进行调频L-R数据广播的***包括发射部分和接收部分，输入端，一个立体声编码器，和输出端，所述***的特征在于：在发送部分还包括：一个数据发送部分，第一转换开关第二转换开关一个模式控制端，在接收部分还包括：一个数据接收部分，一个带通滤波器，一个导频识别器，一个第三转换开关，所述***可与现有的FM广播***相兼容，能有效地传输数据且不影响声音信号的接收。

Description

调频L-R数据广播***及其数据信号的处理方法

本发明涉及在现有的调频立体声广播中，兼容进行数据广播时，对数据信号进行处理的方法以及兼容性的解决方法。这个数据信号的处理方法也可应用于其它数据传输***。

语言(说话)和音乐是声音广播的两个主要组成部分。对于双声道立体声广播来说，语音广播节目的立体声效果是没有什么实际意义的。在现有的立体声广播中，语音节目的信号源实际上只有一个。这一路语音信号在发送之前(图1中的分叉点X)就被分成左(L)、右(R)两路，然后分别使用两个信道传输，直至收听者的左、右两只耳朵。显然，如果使这一路语音信号到达接收端之后，如在图2中的分叉点Y，才被分成左、右两路，分送收听者的两只耳朵，其实际收听效果与前者完全一样的，却可节省下的传输信道和传输能力，用于传送数据信号，进行数据广播。这种“单声道+数据”的广播模式适用于立体声广播电台所有单声道节目的播出期间。

本发明的同一发明人在1994年3月24日向中国专利局提出的第94103324.4的名称为《数据信号的处理和传输方法》的专利申请中，提出了在立体声广播和记录设备中同时进行声音和数据广播和记录的方法。该文件在此引作为本发明的参考文献而引入到本发明的公开之中。

本发明的目的之一是，使现有的调频立体声广播***具备双声道“立体声”和“单声道+数据”两种广播模式，这两种模式之间相互兼容，可以灵活转换，从而实现在调频立体声广播中的数据广播。“单声道+数据”广播模式的意义在于进一步利用现有调频广播的传输潜力。

在调频立体声广播中进行“单声道+数据”广播有两种可能的方式：

1)直接利用立体声***中的一个声道传输数据信号；另一个声道传输声音信号。这种方式的优点是：一.可以利用现有的立体声广播和录音设备，同步传输和记录声音和数据信号；二.数据信号无需变换，便可在不同的立体声广播***(如调频、调幅和有线广播)和录放设备之间进行转接。它的缺点是：一.现有的调频收音机和立体声录放设备必须加上一个兼容电路，才能自动排除数据信号对声音的窜扰；二.传输信道的利用率低。

2)用0∽15KHz的“左+右”信道(又称L+R信道)传输声音信号，用19KHz以上的频段，如23∽53KHz的“左-右”信道(又称L-R信道)，传输数据信号，并关闭19KHz的立体声导频信号，作为数据广播标记。这种广播方式对现有的调频广播收音机完全兼容，并且具有数据传输速率高，数据信号抗干扰能力强的特点。这种广播方式称为“调频L-R数据广播”。

本发明的进行调频L-R数据广播的***，包括一个发射部分和一个接收部分，所述发射部分包括：一个具有左、右两个声道(L、R)的输入端，一个立体声编码器，和一个输出端，所述接收部分包括一个接收端、一个立体声解码器和一个输出端；在发送部分还包括：一个数据发送部分，用于提供要传输的数据信号；第一转换开关(KS1)，设置在DSB-SC调制器、数据发送部分和带通滤波器之间；用于可选择地接收数据信号或音频信号；第二转换开关(KS2)，设置在分频器与窄带滤波器之间，用于可选择地接通或断开导频信息；一个模式控制端，与第一、第二开关(KS1、KS2)相连，用于控制开关的状态，模式控制端也与数据发送相连，用于控制数据发送部分发送数据信号；在接收部分还包括：一个数据接收部分，用于接收所发送的数据信号(DT)；一个带通滤波器，其输入端与所述接收端相连，用于从广播基带信号中分离出数据信号(DT)；一个导频识别器，其输入端也与所述接收端相连，用于识别导频信号，并在其输出端输出模式控制信号(mode)；一个第三转换开关(KR)，设置在所述带通滤波器和所述数据接收部分之间，并与导频识别器的输出端相连；其中，所述导频识别器输出的模式控制信号通过第三转换开关(KR)可选择地将数据信号(DT)送入数据解码器，还原成所传送的数据流。

本发明将借助以下附图进行详细说明，其中：

图1示出了现有立体声广播中语音信号的传播模式；

图2为“单声道+数据”的广播模式；

图3为本发明的调频“立体声”/“单声道+数据”广播的原理；

图4示出了立体声解码器的原理图；

图5示出了本发明的L-max＝1时二元变宽码的译码原理图；

图6是本发明的波形合成器的工作原理图；

图7示出了一种变宽码的信号波形和频谱。

图3表示根据本发明在调频立体声广播***中兼容“L-R数据广播”的工作原理。广播发射端需增加一个数据发送部分，一个“立体声”/“单声道+数据”广播模式选择的控制信号(mode)，并在常规的立体声编码电路中增加一对模式切换开关(KS1、KS2)。广播接收端，数据接收部分由23∽53KHz带通滤波器、导频识别器、模式开关(KR)和数据接收部分组成。

进行立体声广播时，发射端的mode信号使数据发送部分的停止工作，并使立体声编码器正常工作：左、右两路声音的输入信号(L、R)相加后的和信号(L+R信号)使用L+R信道传输；它们的差信号(L-R信号)对38KHz的付载波进行抑制载波双边带调幅(DSB-SC)之后，使用L-R信道传输；付载波信号经二分频之后得到19KHz的立体声导频信号；这三个信号在叠加器(∑)里叠加，必要时再叠加上RDS和SCA信号，便得到正常的调频广播基带信号。广播基带信号由发射机发送，由接收机的鉴频器还原。在接收端，广播基带信号中的导频信号使导频识别器置位。导频识别器的输出(mode)通过开关KR切断数据接收部分的输入，使数据接收部分停止工作。广播基带信号中的导频信号使立体声解码器正常工作，图4表示其工作原理：由19KHz的窄带滤波器从基带信号中分离出导频信号；导频信号经二倍频之后，还原得出38KHz的付载波；再用这一付载波与23∽53KHz频段里的DSB-SC信号相乘(解调)，乘积信号通过一个0∽15KHz的低通滤波后，便还原出L-R信号；最后用L-R信号与L+R信道里的L+R信号进行相加和相减，分别得到左、右两路声音的输出信号(L、R)。

进行调频L-R数据广播时，声音信号(L+R信号)仍然使用L+R信道传送。在发射端mode信号的控制下，数据发送部分把数据流(data)转换成数据信号(DT)；KS1开关切断立体声编码器里的DSB-SC信号，使DT信号经23∽53KHz的带通滤波器送入叠加器(∑)；KS2开关切断19KHz导频信号。此时广播基带信号中包含0∽15KHz的声音信号和23∽53KHz的数据信号，没有立体声导频信号。在接收端，由23∽53KHz的带通滤波器从广播基带信号中分离出数据信号DT。由于广播基带信号中没有导频信号，导频识别器被置零。导频识别器的输出(mode)通过KR开关把数据信号DT送入数据接收部分，还原后便是所传送的数据流(data)。这时在立体声解码器里，由于广播基带信号中没有19KHz的导频信号，无法倍频出38KHz的付载波。于是，经过乘法器(×)之后数据信号仍然保持原来23∽53KHz的信号形式，这个信号将被后面的音频滤波电路滤除。这时L-R信号为零，它与L+R信号相加和相减结果，使立体声解码器的两路输出都是L+R信道里的声音信号。也就是说，这时的L+R信号在立体声解码器里被分成左、右两路。

因此，进行调频L-R数据广播时，使用普通的调频收音机，不管是立体声还是单声道的，人们的两只耳朵都能、而且只能听到L+R信道里的声音信号，听不到L-R信道里的数据信号。一旦调频广播中出现导频信号，立体声解码器恢复正常的立体声解码，数据处理器停止数据解调。这就是“调频L-R数据广播”与现行的“调频立体声广播”相互兼容的原理。立体声解码器输出的“导频指示”信号也可作为接收端的模式控制信号(mode)。

广播模式可以通过发射端的mode输入端设置，也可以通过一个信号比较器实现自动控制。其原理是：对L、R两路声音输入信号进行比较。当L、R两路声音一样(L-R≈0)时，启动必要的裁决程序，作出广播模式的选择决定。

进行广播转播时，转播台的接收设备的音频输出(L、R)直接连接到发送设备的音频输入端(L，R)，接收设备的mode输出直接连接到发送设备的mode输入。进行数据广播的转播时，转播台无需数据发送部分和数据接收部分，直接将接收设备的DT输出连接给发射设备的DT输入。转播台也可以改变数据广播的内容，这时在接收设备的data输出与发射设备的data输入之间需要一台数据处理器，修改数据流的内容。

进行立体声广播时，可能会由于干扰的原因出现导频信号“丢失”现象，这时L-R信道中的DSB-SC信号会被误解为数据信号。因此所传输的数据应该具备一定的检错能力。数据接收部分一旦发现错误数据，便予以放弃。

实现调频L-R数据广播的关键在于：一.要使数据信号的有效频谱全部集中在23∽53KHz的频段内；二.数据信号对邻近信道的窜扰必须满足广播标准的要求，尤其是对声音信号的窜扰必须小于-60dB，并且不会触发立体声解码器里的倍频电路。有效频谱是指恢复出具有一定抗干扰能力的数据信号所必不可少的频率分量，有效频谱的频带称为有效频带。

本发明采用一种以码元宽度的离散值传递数字信息的码型，称之为变宽码。变宽码的波形是一种双极性非归零的脉冲信号，它的每一个脉冲元为一个码元，脉冲宽度的不同表示不同的信息，脉冲的极性、振幅、脉冲沿等其它几何参数不携带信息。变宽码的码元宽度可以有两种或者两种以上的离散值，形成二元或多元变宽码。本发明把变宽码的码元分成两类，其中码宽最短的一种码元称为S码，连续为S码的码串称为连“S”码串，TS的值表示S码的码元周期；其余种类的变宽码元统称为L码，连续为L码的码串称为连“L”码串，TL的值表示脉宽最长的L码的码元周期。多元变宽码中L码有不止一种的码元周期。变宽码的码元周期长短不一，这里把S码的码元周期的倒数称为变宽码的码元速率，它的值B＝1/TS；把最宽的L码与S码的码元周期之比(TL∶TS)称为变宽码的脉宽比。码元速率(B)和脉宽比(TL∶TS)是影响变宽码有效频带的硬参数。

变宽码频谱的特点为：它的有效频带分布在0.5B处的两侧；当数据流中的连“S”码串变长时，它有效频谱向0.5B处靠拢；当数据流中的连“L”码串变长时，它的有效频谱向两侧散开；改变变宽码的脉宽比，也会改变它的有效频带。

由此可以得出：一.把变宽码的连“L”码串的长度控制在一定范围内，使它不大于L-max(L-max被称为L码的最大连码数)，那么可以把它的有效频谱控制在一定的频带范围之内，并且，降低L-max的值可以使它的有效频带变窄。二.把变宽码的连“S”码串的长度控制在一定范围内，使它不小于S-min(S-min被称为S码的最小连码数)，那么提高S-min的值也可以使变宽码的有效频带变窄。因此，L-max和S-min是影响变宽码有效频带的软参数。

变宽码传输数字信息时的编码原理是：以每一段由同种信元(信息单元)组成的信息串为一个“组”，在每“组”信息之前，先传送一个信元类型符，用来定义该“组”信息的信元类型，然后再传送表示这个“组”的长度的信息。信元的类型符是一种以L码开头、由若干个L码、必要时配合适当的S码组成的特定码串。在类型符的后面，每一个S码代表一个由这个类型符所定义的信元，直至下一个类型符出现为止。

变宽码的译码原理是，通过对数据流中信元类型符的识别，确定即将送达的信元的类型，然后把随后的每一个S码转换成一个所确定的信元，直至下一个类型符出现为止。

用二元变宽码传输由N种信元组成的信息流时，如果简单地用连“L”码串的长度表示信元类型，那么二元变宽码的L-max＝N；如果用L码和S码的不同排列形式表示信元类型，或者配合适当的传输协议，可能使L-max＜N。因此，N元数字信息转换成二元变宽码后，L-max≤N，从而达到控制数据信号有效频带的目的。

类型符的不同表达方式构成变宽码的不同编码方式。选择不同编码方式的目的是改变码型软参数L-max和S-min，从而改变变宽码的有效频带。

用二元变宽码传输由“0”“1”字符组成的二元数字信息时，有A、B两种基本编码方式(即S-min＝1)：

A基本编码方式：使L-max＝2，这时变宽码有两种不同长度的连“L”码串，它们正好可分别作为“0”和“1”字符的类型符。

例如，用单个的L码表示字符类型“0”，用连续两个的L码表示字符类型“1”。这时A方式的编码过程是：当数据流中出现连“0”字符串(包括单个的“0”字符)时，编码器先输出一个L码，然后把这个连“0”字符串中的每一个字符“0”转换成一个S码；当数据流中出现连“1”字符串(包括单个的“1”字符)时，编码器先输出两个L码，然后把这个连“1”字符串中的每一个字符“1”转换成一个S码；A方式的译码过程是：当变宽码数据流中出现单个的L码时，把这个L码后面的每一个S码转换成一个“0”字符，直至下一个L码出现为止；当变宽码数据流中出现连续两个的L码时，把这两个L码后面的每一个S码转换成一个“1”字符，直至下一个L码出现为止；

当然，也可以用单个的L码表示字符类型“1”，用连续两个的L码表示字符类型“0”。

B基本编码方式：为了压缩变宽码的有效频带，可使L-max＝1。这时的变宽码只有一种连“L”码串形式(即单个的L码)。用这一种连“L”码串无法表示信元的具体类型，但可以表示“信元类型发生了变化”的现象。例如，当一个L码出现时，如果在此之前传送的是字符“0”，那么从此之后传送的便是字符“1”；如果在此之前传送的是字符“1”，则从此之后传送的便是字符“0”。于是，只要能够正确定义接收端译码器的初始状态，或者说，及时调整(设置)译码器的工作状态，使它与发射端编码器的状态一致，那么译码器可以正确地还原出二元数字信息，否则译出的二元数字信息会出现“0”“1”颠倒现象。这种“0”“1”颠倒现象称为二元数字信息的极性颠倒。译码器的状态设定称为二元数字信息的极性同步。

L-max＝1的二元变宽码无法定义译码器的状态。本发明进一步使二元数字信息携带自身的极性信息，那么便可在接收端译码过程中发现并纠正极性颠倒现象。

二元数字信息的极性同步原理是：设定一种“极性同步符”。如用长度为k的连“1”字符串作为极性同步符，即字符串“011……110″(其中“1”的个数等k)。那么极性同步符被颠倒时的字符串形式，即字符串“100……001″(其中“0”的个数等k)，称为极性的“同步倒影符”。对二元数字信息进行：

1)“加1”处理：当数据流中出现长度大于或者等于k的连“1”字符串时，往这个连“1”字符串里添加一个字符“1”。经此处理后的数据流中不存在极性同步符。

2)“加0”处理：当数据流中出现长度大于或者等于k的连“0”字符串时，往这个连“0”字符串里添加一个字符“0”。经此处理后的数据流中不存在同步倒影符。

3)“加同步”处理：在经过“加1”和“加0”处理后的数据流中，每隔适当的距离，或者说把数据分割成“块”，块与块之间***适当个数的极性同步符。

经这三个步骤处理后的二元数字信息流中，一旦出现同步倒影符，意味着极性被颠倒。在这种情况下把数据中的“0”、“1”倒置后，便是正确的二元数字信息。

数据广播宜采用“数据包”的传输方式。这时数据包的分割符可以作为极性同步符，分割符被颠倒后的字符形式便是同步倒影符。因此在原有的数据打包过程中增加“加0”处理过程，在原有的数据解包过程中增加字符极性同步和“减0”处理过程，便可使用L-max＝1的二元变宽码传输二元数字信息。

数据块的头部和尾部应该分别加上一个“包头符”和“包尾符”，以避免分割符与所传送的数据的组合，生成与分割符和同步倒影符相似的(伪)字符串。包头符和包尾符可以有多种组成形式，例如，使包头符的第一个字符和和包尾符的最后一个字符为“1”，其它的字符可用来传递数据包的长度、属性和检错纠错等附加信息，为用户层提供多路的“并行虚拟通道”。包尾符还起清理编码器和译码器里寄存器的作用。数据块应该连同它的包头符和包尾符一起进行“加1”和“加0”处理，然后再与极性同步符连接。

B方式的编码过程是：把待发送的数据被分割成数据块。在每个数据块的前端和后端分别安上一个包头符和一个包尾符，然后进行“加1”和“加0”处理，形成数据包。数据包与数据包之间***适量的分割符，重新连接起来。再将这个数据流中的每个字符(不管它是“0”或者“1”)都转换成一个S码，并且在字符由“0”变成“1”，或者由“1”变成“0”的地方，***一个L码。

图5表示B方式的译码、极性同步和解包的原理和过程：译码器里的字符寄存器的初始状态(“0”或“1”)可以任意设置。变宽码数据流送入译码器时，如果输入的是一个S码，那么译码器输出一个字符寄存器里的字符；如果输入的是一个L码，字符寄存器里的字符极性被颠倒一次，这时译码器不输出任何字符。译码器输出的数据流通过极性调整器。这个极性调整器还有一个状态控制输入端，它的状态控制信号来自状态寄存器的输出。状态寄存器输出的初始状态可以任意设置。当状态控制信号为“0”时，数据流通过极性调整器后仍保持原有的极性；当状态控制信号为“1”时，数据流通过极性调整器后字符极性被颠倒。极性调整器输出的数据被暂时存放在数据暂存器里，同时还送入一个由‘k+2’位移位寄存器组成的同步鉴别器。当同步鉴别器里出现同步倒影符时，它的输出使状态寄存器里的状态颠倒一次，并放弃数据暂存器里暂存的数据，使数据暂存器的堆放指针移回起始点。当同步鉴别器里出现分割符(也就是极性同步符)时，必须对数据暂存器里的数据进行一次处理。如果这时暂存器里的数据大于一定值，那么暂存器里的数据就是一个有效的数据包，可以把它送入解包器进行解包处理；否则暂存器里的数据是无效的，予以放弃。无论暂存器的数据是否有效，每次处理后数据暂存器的堆放指针都应该移回起始点。数据在解包器里进行“减1”和“减0”处理。“减1”处理是，当数据流中出现大于k的连“1”字符串时，从这个字符串中删去一个字符“1”。“减0”处理过程是当数据流中出现大于k的连“0”字符串时，从这个字符串中删去一个字符“0”。然后去掉数据包的包头符和包尾符，便是所传送的数据块。将还原出的数据块连起来，便得到所传送的二元数字信息。为了完成上述的字符极性纠错同步过程，数据包之间要***适量的分割符。

密勒码由三种不同宽度的码元组成，它们之间的码宽之比为2∶3∶4，分别称为M2码、M3码和M4码。用二元变宽码传输密勒码信息时的两种基本编码方式(即S-min＝1)是：

C基本编码方式：使当L-max＝3，这时变宽码有三种不同长度的连“L”码串，它们可分别作为密勒码三种码元的类型符。

例如，M2码元的使用率最高，用单个的L码作为M2码的类型符，用长度等2的连“L”码串作为M3码的类型符，用长度等3的连“L”码串作为M4码的类型符。这时C方式的编码过程为：当密勒码数据流中出现连“M2”码串(包括单个的M2码)时，编码器先输出一个L码，然后将这个连“M2”码串里的每一个M2码元转换成一个S码；当密勒码数据流中出现连“M3”码串(包括单个的M3码)时，编码器先连续输出两个L码，然后将这个连“M3”码串里的每一个M3码元转换成一个S码；当密勒码流中出现连“M4”码串(包括单个的M4码)时，编码器先连续输出三个L码，然后将这个连“M4”码串里的每一个M4码元转换成一个S码。这时C方式的译码过程为：当变宽码数据流中出现单个的L码时，将它后面的每一个S码转换成一个M2码，直至下一个L码出现为止；当变宽码数据流中出现连续两个的L码时，将它后面的每一个S码转换成一个M3码，直至下一个L码出现为止；当变宽码数据流中出现连续三个的L码时，将它后面的每一个S码转换成一个M4码，直至下一个L码出现为止。

D基本编码方式：为了压缩变宽码的有效频带，可使L-max＝2。这时用两个或者两个以下的L码配合适当的S码，可以组成三种不同形式的码串，作为三种密勒码码元的类型符。

例如，用一个L码后面加上一个S码(表示为“L+S”码串)作为M2码的类型符；用连续两个L码(表示为“L+L”码串)作为M3码的类型符；用一个L码后面加上一个S码然后再加上一个L码(表示为“L+S+L”码串)作为M4码的类型符。这时D方式的编码过程为：当密勒码数据流中出现连“M2”码串(包括单个的M2码)时，编码器先输出一个“L+T”码串，然后把这个连“M2”码串里的每一个M2码元转换成一个S码；当密勒码数据流中出现连“M3”码串(包括单个的M3码)时，编码器先输出一个“L+L”码串，然后把这个连“M3”码串里的每一个M3码转换成一个S码；当密勒码数据流中出现连“M4”码串(包括单个的M4码)时，译码器先输出一个“L+S+L”码串，然后把这个连“M4”码串里的每一个M4码元转换成一个S码。这时D方式的译码过程为：当变宽码数据流中出现的“L+S+S”码串时，译码器先输出一个M2码元，然后将随后的每个S码转换成一个M2码，直至下一个L码出现为止；当变宽码数据流中出现“L+L”码串时，将随后的每个S码转换成一个M3码，直至下一个L码出现为止；当变宽码数据流中出现“L+S+L”码串时，将随后的每个S码转换成一个M4码，直至下一个L码出现为止。

由于编码过程中添加了类型符，所传输的数据量被扩大了。另一方面，在传输密勒码信息的过程中，当M2码的码元周期等于TS，TS＝2Δ时，周期为3Δ的M3码和周期为4Δ的M4码的具体传输时间只用了2Δ。也就是说，经变宽码编码后密勒码的数据量被压缩了，这个压缩比的瞬时最大值可达2∶1。综合扩大和压缩两个效果后，变宽码的编码效率η(η等于编码前的数据量与编码后的数据量之比)与变宽码的参数、编码方式以及数据流的结构有关，是一个动态值。如果把变宽码的编码/解码过程当作“传输”的组成部分之一，那么“用户”数据的传输速率等于B×η，也是一个动态值。当变宽码的脉宽比(TL∶TS)等2时，B基本编码方式的编码效率为0.333＜η＜1，统计平均值约等0.74，这时数字信号的有效频带最窄；D基本编码方式的编码效率为0.283＜η＜2，统计平均值约等1.24，这时变宽码的数据速率最高。

在变宽码基本编码方式的基础上，使S-min＞1，可以进一步压缩变宽码的有效频带或者提高它的抗干扰能力。此时编码效率随着S-min值加大而下降。S-min＞1时的变宽码编码原理是，在每个类型符的后面先加上(S-min-1)个S码，然后才传输信元。这时变宽码的译码原理是，在每个类型符后面跳过(S-min-1)个S码，然后才把随后的S码转换成这个类型符所定义的信元，直至下一个L码出现为止。

变宽码的原始波形采用等幅矩形脉冲时，变宽码信号中包含丰富的低频、高频谐波成分。进一步通过改变脉冲的幅度，使脉冲元的面积保持相等(变幅矩形波)；或者进一步使脉冲的上升沿为一段负90度到正90度的正弦曲线、下降沿为一段正90度到负90度的正弦曲线，均可以在一定程度上减小变宽码信号的带外谐波。由这几种简单的原始波形组成的数字信号都必须通过十分严格地滤波，才能保证它对声音信号的窜扰小于-60dB，并保证不会触发立体声解码器里的付载波还原电路。这样的滤波效果用硬件电路实现有一定的技术难度，采用通常的数字滤波办法则需要一台相当规模的计算机，因为调频L-R数据广播的速率比较高。

本发明中采用的波形合成器是一种“代码/脉冲元”转换器，它根据输入数据流的代码形式确定输出脉冲元的形状。这些脉冲元的形状是一组预先经过优化处理的波形模块。这一优化处理的目的是，使由这些波形模块拼接而成的信号的频谱分布满足特定的要求。

图6为波形合成的原理框图：码元窗口是一个适当长度的(最好是奇数个)变宽码码元的移位寄存器。预先求出码元窗口里所有可能出现的变宽码的码串形式，称之为代码串，把它们存放在“模块库”中的“代码”区里。并且预先把这些代码串逐个地用某种原始波形代替，然后求出它们经过理想滤波器之后的理想波形。于是每一个代码串对应有一段理想波形，位于这一段理想波形中心的那个脉冲元便是一个波形模块，它就是位于这个代码串中心的那个码元的传号。把每个波形模块的量化值作为一个数组存放在“模块库”里的“模块”区里。通过这个“模块库”把“代码”同与它对应的“模块”一对一地联系起来。这就是预先的优化处理过程。数据发送时，使变宽码的数据流移位通过这个码元窗口。每移位一次，把码元窗口里出现的码串取出作为检索依据，在模块库的代码区里找到相应的代码串，通过这个代码串找到相应的一个波形模块，再把这个波形模块(一组数值)送入数/模(D/A)转换器。在采样时钟的驱动下，并根据正、负极***替出现的原则，由D/A转换器把这一组数值转换成一个脉冲元波形。一个传号波形生成后，数据流在码元窗口里移一位，接着开始合成下一个传号波形。这一波形合成过程由计算机配合D/A转换器件完成。

这种波形合成法的优点是用“数据检索”代替大量的加法、乘法“数值计算”过程，从而大幅度地降低了对计算机速度的要求。采用变宽码后可以很大程度地降低“模块库”的规模，使这种波形合成法有实施可能。波形合成器的谐波(阻带)衰减量取决于量化处理时的数值精度，主要是D/A转换器件的位长。它的滤波矩形系数取决于码元窗口宽度。

波形合成器的采样时钟的频率应等于变宽码码元速率B与采样分辨率的乘积，采样分辨度又取决于变宽码的脉宽比的精度，也就是TL∶TS表达式的分母。例如，当TL∶TS＝2∶1时，最低采样分辨率等于1；当TL∶TS＝1.5＝3∶2时，最低采样分辨率就应该等2；进一步使TL∶TS＝1.49＝149∶100时，那么最低采样分辨率必须提高到100，这样才能体现出码元宽度为1.50或1.49之间的差别。采样分辨率的提高意味着需要提高波形合成器计算机的CPU速度和内存RAM的规模。因此，变宽码脉宽比的选择不仅影响编码效率和信号频谱，而且是决定波形合成器(计算机)规模的一个主要因素。

将数字信号进行限幅放大后，对它进行脉冲宽度的鉴别，便可还原出变宽码。脉宽鉴别器需要一个标准时基信号，这一时基信号的频率应该比发射端波形合成器采样频率高出适当倍数，但与发射端之间无需任何同步处理。变宽码的接收和还原过程由硬件电路完成，还原后的数据流通过串行或者并行接口送入计算机。数据的译码，以及译码过程中的位同步、组同步过程由软件完成。

多元变宽码传输数字信息时，可使L-max＝1，用不同宽度的L码作为信元类型符。多元变宽码的L码的形成办法有：

一.保持脉宽比不变，把TL与TS的差值划分成若干种离散值，形成不同宽度的L码。例如，使四元变宽码的四种码元码宽之比为3∶4∶5∶6，这时TS＝3Δ，三种L码的宽度分别为4Δ、5Δ、6Δ，脉宽比仍然等2。这种方法增加了脉宽比的精度，因此计算机速率和内存规模要求随之提高。

二.保持不同码元之间的码宽差值不变，生成多种L码。例如，使四元变宽码的四种码元码宽之比为1∶2∶3∶4，这时TS＝Δ，三种L码分别为2Δ、3Δ、4Δ。这种办法的波形合成器的采样频率不变，但变宽码的脉宽比增大，使得有效频带加宽。

例如，在调频L-R信道中，可使用TS＝13.158μS、TL∶TS＝2的二元变宽码。这时如果使用L-max＝1、S-min＝1的码型(B编码方式)，那么用户数据的速率(统计值)约56Kbps，信号抗干扰可优于20dB；这时如果先把数据变成密勒码，然后再用L-max＝2、S-min＝2的码型(D编码方式)，用户数据的速率(统计值)可大于80Kbps，信号抗干扰可优于23dB。

某些调频广播电台已在广播基带信号中的57±2KHz的RDS信道里传送数据。如果把调频L-R数据广播的频带扩大到23∽59KHz，那么可使用TS＝12.195μS、TL∶TS＝2的二元变宽码，L-max＝2、S-min＝1的(D)编码方式，用户数据的速率(统计值)可达100Kbps。调频L-R数据广播占用了RDS信道之后所增加的数据传输能力远远地超过RDS的数据传输能力，并且数字信号的抗干扰能力会明显提高。播送立体声节目时，调频广播电台仍可用RDS方式传送一些时间性较强的数据信息。因此，与RDS技术相配合，可使调频广播具备“立体声+DRS数据”/“单声道+(L-R)数据”两种广播模式，进一步提高调频广播中的数据广播速率，并使数据广播不因立体声节目而间断。

调频广播基带信号中59KHz以上频段(称的辅助通讯信道，又称SCA信道)的应用至今尚无形成标准。用变宽码和波形合成技术在SCA信道里进行数据广播，需要按SCA信道的频段划分情况，调整变宽码的参数值。例如采用TL∶TS＝2的二元变宽码∶当信道为61∽75KHz时，采用TS＝7.353μS，S-min＝8(或＝9，视抗干扰要求而定)，B编码方式；当信道为61∽91KHz时，采用TS＝6.579μS，S-min＝4(或＝5)，B编码方式；当信道为61∽102KHz时，采用TS＝6.135μS，这时可采用S-min＝3的B编码方式或者S-min＝5的D编码方式。

变宽码和波形合成技术也可以应用到由RDS和SCA联合组成的频段，以及其他数据通讯信道里。

图7的上图为一段码元窗口宽度等15、L-max＝1、S-min＝1、脉宽比等2的二元变宽码的信号波，下图为变宽码的频谱图。

Claims (43)

1.一种利用调频广播发射***中的L-R信道广播数据的装置，所述调频L-R信道包括用于接收输入信号的减法器，一个DSB-SC调制器、一个带通滤波器和一个叠加器，所述装置的特征在于所述装置还包括：

一个数据发送部分，用于提供要传输的数据信号；

第一转换开关(KS1)，设置在所述DSB-SC调制器、数据发送部分和带通滤波器之间，用于可选择地接收数据信号或音频信号；

第二转换开关(KS2)，设置在所述分频器与窄带滤波器之间，用于可选择地接通或断开导频信号；

一个模式控制端，与第一、第二开关(KS1、KS2)相连，用于控制开关的状态，所述模式控制端也与数据发送相连，用于控制数据发送部分发送数据信号。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括一个比较器，其输入端分别与左、右两声道相连，用于比较左、右两声道信道的异同，其输出端与模式控制端相连，用于自动控制开关(KS1、KS2)和数据发送部分的操作。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述模式控制端也可通过手动控制来控制所述第一和第二开关(KS1，KS2)以及数据发送部分的工作。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述数据发送部分还包括数据编码器，用于对输入的数据进行编码，并将编码后的数据提供数据发送端。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述数据信号端(DT)在进行数据的转播时可直接与前一级数据发送部分的数据信号端相连。

6.如权利要求5所述的装置，其中在接收设备的数据信号端与发送设备的数据信号端之间设有一台数据处理器，用于修改数据流的内容。

7.如权利要求4所述的装置，其中所述数据编码器使用一种变宽码，使数据信号的有效频谱全部集中在23～53KHz的频段内，所述变宽码的特征是以码元宽度的离散值传递数字信息，所述变宽码是一种双极性非归零的脉冲信号，它的每一个脉冲元为一个码元，脉冲的不同宽度表示不同的信息。

8.如权利要求4所述的装置，其中所述数据发送部分还包括数据合成器，用于对数据编码器输出的编码数据进行波形合成，以使数据信号对邻近信道的窜扰满足广播标准的要求。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述波形合成器是一种“代码/脉冲元”转换器，用于根据输入数据流的代码形式确定输出脉冲元的形状。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述脉冲元的形状是预先经过优化处理的。

11.一种接收调频广播***中的L-R信道的广播数据的装置，所述装置包括一个接收端，一个立体声解码器，和一个输出端，其特征在于所述装置还包括：

一个数据接收部分，用于接收所发送的数据信号(DT)；

一个带通滤波器，其输入端与所述接收端相连，用于从广播基带信号中分离出数据信号(DT)；

一个导频识别器，其输入端也与所述接收端相连，用于识别导频信号，并在其输出端输出模式控制信号(mode)；

一个第三转换开关(KR)，设置在所述带通滤波器和所述数据接收部分之间，并与所述导频识别器的输出端相连；

其中，所述导频识别器输出的模式控制信号通过第三转换开关(KR)可选择地将数据信号(DT)送入数据接收部分，以便还原成所传送的数据流。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述数据接收部分包括一个限幅放大器、一个脉宽鉴别器和一个数据解码器，用于将接收到的经变宽码编码的数据信号经限幅放大和脉冲鉴别后解码成数据流。

13.如权利要求11所述的装置，其中在进行转播时，所接收的数据信号(DT)直接与下一级数据接收部分的数据信号端相连。

14.如权利要求13所述的装置，其中在接收设备和发送设备的数据信号之间设有一台数据处理器，用于修改数据信号的内容。

15.一种利用调频广播发射***中的L-R信道广播数据的方法，所述方法包括以下步骤：

a)设置发射部分中模式控制端的模式控制信号(mode)；

b)在进行立体声广播时，所述发射端的模式控制信号(mode)使数据发送部分停止工作，并使立体声编码器正常工作，以得到调频广播的基带信号；

c)在进行调频L-R数据广播时，所述发射端的模式控制信号(mode)启动所述数据发送部分；将所述第一转换开关(KS1)与DSB-SC调制器的输出端(DSB-SC)断开，而与所述数据发送部分连接，以传送数据，将所述第二转换开关(KS2)与所述分频器的输出端去连接，以切断导频信号；

16.如权利要求15所述的方法，其中所述步骤a)中是通过比较器比较左、右(L、R)两路声音输入信号的异同来自动控制模式控制信号(mode)的。

17.如权利要求15所述的方法，其中所述步骤a)中是通过手动控制模式控制信号(mode)的。

18.如权利要求15所述的方法，其中所述步骤c)还包括：

d)对输入的数据流进行编码。

19.权利要求15所述的方法，还包括在进行数据转播时，将所述数据信号(DT)直接传送到另一级数据发送部分的数据信号端的步骤，以及可选择地在接收设备与发送设备的数据信号端之间用所设置的数据处理器修改数据信号的内容的步骤。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述编码步骤d)还包括使用一种变宽码对数据流进行编码的步骤，所述变宽码的特征是以码元宽度的离散值传递数字信息，所述变宽码是一种双极性非归零脉冲信号，它的每一个脉冲为一个码元，脉冲的不同宽度表示不同的信息，脉冲的极性、振幅、脉冲沿等其它几何参数不携带信息。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述变宽码的脉宽可以有两种或两种以上的离散值，形成二元或多元变宽码。

22.如权利要求21所述的方法，其中用所述变宽码进行编码的步骤d)包括：

1)设置脉宽最短的一类码元为S码，连续的S码称为连“S”码串；

2)设其余种类的变宽码都为L码，连续的L码称为连“L”码串；

3)以每一段由同种信元组成的信息串编组，在每组之前，先传送一个信元类型符，然后传送该组的长度信息，所述码元类型符是以L码开头、由若干个L码元、必要时配合适当的S码元组成的特定码串，每一个S码元代表一个由这个(由它前方的)类型符所定义的信元，直至下一个类型符出现为止。

23.如权利要求22所述的方法，其中用二元变宽码传输由“0”、“1”字符组成的二元数字信息的编码步骤包括：

1)将变宽码设置成有两种不同长度的连“L”码串，分别作为“0”和“1”字符的类型符；

2)当数据流中出现“0”或“1”字符中的一种字符时，编码器先输出一种长度的连“L”码；

3)当该字符后出现连续的相同字符时，编码器将字符串中每个字符转换成一个“S”码；

4)当该字符后出现不相同的字符或连续的相同字符后出现不同字符时编码器则输出所述另一种长度的连“L”码；

5)重复第3)-4)步骤，从而得出编码数据。

24.如权利要求22所述的方法，其中用二元变宽码传输由“0”、“1”字符组成的二元数字信息的编码步骤包括：

设置一种长度的连“L”码，用于表示信元类型发生变化。

25.如权利要求24中所述的方法，其中所述编码步骤还包括对二元数字信息进行极性同步的步骤，以便在译码过程中发现并纠正极性颠倒的现象，所述极性同步步骤包括：

1)设置一种“极性同步符”和一种“同步倒影符”；

2)对二元数字信息进行“加1”处理，以使处理后的数据流中不存在该极性同步符；

3)对二元数字信息进行“加0”处理，以使处理后的数据流中不存在该同步倒影符，

4)对经过“加1”和“加0”处理后的数据流进行“加同步”处理，将所述数据流分割成“块”，在块与块之间***适当个数的极性同步符。

26.如权利要求24中所述的方法，其中在采用“数据包”传输数据块时，可用所述数据包的分割符作为极性同步符，用所述分割符颠倒后的字符形式作为同步倒影符。

27.如权利要求22中所述的方法，其中用二元变宽码传输密勒码信息(M2、M3、M4)的编码步骤包括：

1)将变宽码设置成具有三种不同长度的连“L”码串，分别作为密勒码三种码元(M2、M3、M4)的类型符；

2)当密勒码数据流这出现第一种码元(M2)串时，编码器输出第一种长度的L码，并将该码串中每个相同的码元转换成一个S码；

3)当密勒码数据流中出现第二种码元(M3)串时，编码器则输出第二种长度的L码，并将该连码串中每个相同的码元转换成一个S码元；

4)当密勒码数据流中出现第三种码元(M4)串时，编码器则输出第三种长度的L码，并将该连码串中每个相同的码元转换成一个S码元；

5)重复上述2)-4)则可得出所述编码数据流。

28.如权利要求22所述的方法，其中用二元变宽码传输密勒码信息(M2、M3、M4)的编码步骤包括：

将变宽码设置成由两种或两种以下的L码，配合适当的S码，组成三种不同的码元串分别作为三种密勒码码元的类型符，从而得出密勒码的编码数据。

29.根据权利要求27或28所述的方法，其中所述编码步骤中的所述码串也可以是单个码元。

30.如权利要求29所述的方法，其中用多元变宽码传输数字信号的编码方法包括：使L码的最大数目为1，用不同宽度的L码元作为信元类型符。

31.如权利要求30所述的方法，其中所述多元变宽码可通过保持脉宽比不变，把所述L码和S码的码元周期的差值(TL-TS)划分成若干种离散值来形成。

32.如权利要求30所述的方法，其中所述多元变宽码可通过保持不同码元之间的码宽差值不变来形成。

33.如权利要求18中所述的方法，还包括：

e)对所述编码后的数据信号进行波形合成的步骤，其中所述波形合成器根据输入数据流的代码形式确定输出脉冲元的波形。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述脉冲元的形状是一组预先优化处理的波形模块。

35.一种接收调频广播***中L-R信道的数据的方法，所述方法包括以下步骤：

a)在接收端设置一个带通滤波器，接收所发送的广播基带信号(含数据信号)；

b)在接收端设置一个导频识别器，用于从基带信号中识别导频信号；

c)在所述带通滤波器和数据接收部分之间设置一个第三转换开关(KR)，所述第三转换开关(KR)与所述导频识别器的输出相连；

d)当所述导频识别器从广播基带信号中识别出导频信号时，所述输出端的模式控制信号(mode)使所述第三开关(KR)与带通滤波器断开，停止数据信号的接收，并使立体声解码器正常工作，从而得到立体声广播信号；

e)当导频识别器未从输入信号中识别出导频信号时，其输出端的模式控制信号就使所述第三开关(KR)与带通滤波器接通，从而实现数据信号的接收。

36.如权利要求35所述的方法，其中所述接收步骤e)还包括：

f)将接收的波形合成后的变宽码数据信号经限幅放大后，进行脉冲宽度鉴别，以还原出脉宽码；

g)对脉宽码编码的数据信号进行解码。

37.如权利要求35所述的方法，还包括在进行数据转播时，将所接收的数据信号(DT)直接传送到下一级数据接收部分的数据信号端的步骤，以及可选择地在接收设备与发送设备的数据信号端之间用所设置的数据处理器修改数据信号的内容的步骤。

38.如权利要求36所述的方法，其中所述解码步骤(g)包括：

h)对变宽码编码的数据流中信元类型符进行识别，以确定将送到的信元的类型；

i)将随后的每一个S码转换成一个所确定的信元，直至下一个类型符出现为止。

39.如权利要求38所述的方法，其中所述解码步骤g)还包括当数据是采用“数据包”的形式传输时，所述解码后的数据要进行“减1”和“减0”处理。

40.一种进行调频L-R数据广播的***，所述广播***包括一个发射部分和一个接收部分，所述发射部分包括：一个具有左、右两个声道(L、R)的输入端，一个立体声编码器，和一个输出端，所述接收部分包括一个接收端、一个立体声解码器和一个输出端；所述***的特征在于：

在发送部分还包括：

一个数据发送部分，用于提供要传输的数据信号；

第一转换开关(KS1)，设置在所述DSB-SC调制器、数据发送部分和带通滤波器之间，用于可选择地接收数据信号或音频信号；

第二转换开关(KS2)，设置在所述分频器与窄带滤波器之间，用于可选择地接通或断开导频信号；

一个模式控制端，与所述第一、第二开关(KS1、KS2)相连，用于控制所述开关(KS1，KS2)的状态，所述模式控制端也与所述数据发送相连，用于控制数据发送部分发送数据信号；

在接收部分还包括：

一个数据接收部分，用于接收所发送的数据信号(DT)；

一个带通滤波器，其输入端与所述接收端相连，用于从广播基带信号中分离出数据信号(DT)；

一个导频识别器，其输入端也与所述接收端相连，用于识别导频信号，并在其输出端输出模式控制信号(mode)；

一个第三转换开关(KR)，设置在所述带通滤波器和所述数据接收部分之间，并与导频识别器的输出端相连；

其中，所述导频识别器输出的模式控制信号通过所述第三转换开关(KR)可选择地将数据信号(DT)送入所述数据解码器，从而还原成所传送的数据流。

41.一种进行调频L-R数据广播的数据信号的处理方法，所述方法包括下列步骤：

a)设置所述发射部分中模式控制端的模式控制信号(mode)；

b)在进行立体声广播时，所述发射端的模式控制信号(mode)使数据发送部分停止工作，并使立体声编码器正常工作，以得到调频广播的基带信号；

c)在进行调频L-R数据广播时，所述发射端的模式控制信号(mode)启动所述数据发送部分；将所述第一转换开关(KS1)与DSB-SC调制器的输出端(DSB-SC)断开，而与数据发送部分连接，以传送数据，将所述第二转换开关(KS2)与分频器的输出端去连接，以切断导频信号；

d)在接收端设置一个带通滤波器，接收所发送的广播基带信号(含数据信号)；

e)当接收端设置一个导频识别器，用于从基带信号中识别导频信号；

f)在带通滤波器和数据接收部分之间设置一个第三转换开关(KR)，所述第三转换开关(KR)与所述导频识别器的输出相连；

g)当所述导频识别器从广播基带信号中识别出导频信号时，所述输出端的模式控制信号(mode)使所述第三转换开关(KR)与带通滤波器断开，停止数据信号的接收，并使立体声解码器正常工作，从而得到立体声广播信号；

h)当所述导频识别器未从所述输入信号中识别出导频信号时，其输出端的模式控制信号就使所述第三转换开关(KR)与所述带通滤波器接通，从而实现数据信号的接收。

42.如权利要求40所述的***，也可用于频带扩大到23-59KHz的信道的数据传输。

43.如权利要求41所述的方法，也可用于频带扩大到23-59KHz的信道的数据传输。

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