CN1706163B - 格式化用于数字音频广播发送和接收的信号的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于数字音频广播的方法包括以下步骤：接收多个要发送的数据位(12，14和16，图1)，格式化多个数据位成多个协议数据单元(图14)，在所述协议数据单元内的间隔位置***报头位(h)，以及使用该协议数据单元调制多个载波以产生输出信号。所述各个报头位(h)能够定位于所述协议数据单元中均匀间隔的位置上。所述报头位中的第一个位能够偏移于该协议数据单元的结尾。还提供了一种接收数字音频广播信号的方法，根据所述方法工作的所述发送机和接收机(见图8)。

Description

格式化用于数字音频广播发送和接收的信号的方法和设备
技术领域
本发明涉及带内信道(IBOC)数字音频广播(DAB)，并具体而言涉及用于格式化用于DAB发送和接收的信号的方法和设备。
背景技术
设计IBOC DAB***以允许从当前的模拟调幅(AM)和调频(FM)无线电***平滑演变为全数字带内信道***。这些***能够从地面发送机通过现有的中频(MF)和甚高频(VHF)无线电频带向移动、便携、及固定的接收机传送数字音频和数据业务。广播者可以利用新的、更高质量和更稳定的数字信号继续同时发送模拟AM和FM信号，在保持当前的频率分配的同时允许从模拟到数字无线电设备的转换。
数字音频广播(DAB)能够提供优于现有模拟广播格式的数字音质的音频。能够以数字调制信号与当前广播的模拟信号共存的混合格式发送AM和FM带内信道DAB信号，或者能够以已经消除模拟信号的全数字格式来发送所述信号。IBOC DAB不需要新的频谱分配，这是因为在现有AM或FM信道分配的频谱掩蔽内发送每个IBOCDAB信号。在使得广播者能够向现有听众群提供数字品质音频的同时，IBOC DAB促进了频谱的节约。
在美国专利第5588022号所阐述的一种AM IBOC DAB***提供了一种在标准的AM广播信道中同时广播模拟和数字信号的方法。使用这种方法，广播具有第一频谱的调幅射频信号。该调幅的射频信号包括由模拟节目信号调制的第一载波。同时，在包含该第一频谱的带宽内广播多个数字调制的载波信号。每个数字调制的载波信号通过数字节目信号的一部分来调制。第一组数字调制的载波信号位于所述第一频谱内，并将它与第一载波信号进行正交调制。第二和第三组数字调制的载波信号位于第一频谱范围之外的上下边带，并且将其与所述第一载波信号都进行同相和正交调制。多个载波应用正交频分多路复用(OFDM)来承载传送的信息。
FM IBOC DAB***已经成为一些美国专利包括第6108810；5949796；5465396；5315583；5278844和5278826号专利的主题。在FM兼容的数字音频广播***中，同时利用现有的模拟FM信号信道发送数字编码的音频信息。用于音频的数字传输的优点包括，比利用现有的FM无线电信道具有更好的信号质量、较少的噪声和更宽的动态范围。开始，将使用混合格式允许现有的接收机继续接收模拟FM信号，同时允许新的IBOC DAB接收机解码该数字信号。在未来的某一天，当存在大量的IBOC DAB接收机时，广播者可以选择发送全数字格式。混合IBOC DAB能够在发送现有的FM信号的同时还提供实际的CD品质立体声数字音频(加上数据)。全数字IBOC DAB能够提供实际的CD品质的立体声音频以及数据信道。
一种推荐的FM IBOC DAB使用一种包括正交频分多路复用(OFDM)副载波的信号，这些副载波的范围从远离FM中心频率的大约129KHz到199KHz，在由模拟调制的主FM载波占用的频谱之上和之下。一种IBOC DAB选择允许副载波从接近远离中心频率的100KHz开始。现有的模拟FM信号的带宽明显小于OFDM副载波所占用的带宽。
OFDM信号包括多个都以同一符号速率调制的正交间隔的载波。用于脉冲符号(例如，BPSK、QPSK、8PSK或QAM)的频率间隔等于该符号速率。对于FM DAB信号的IBOC发送来说，冗余组OFDM副载波被置于共存的模拟FM载波的任何一侧的上边带(USB)和下边带(LSB)。设置DAB副载波功率为相对于FM信号大约-25dB。并设置DAB信号的电平和频谱占有率限制对它的FM主信号的干扰，同时为DAB副载波提供足够的信噪比(SNR)。能够将一定数量的副载波保留作为参考副载波以向所述接收机发送控制信号。
数字传输***的一个特征是同时发送数字化音频和数据的固有能力。为了在带限的信道上进行发送通常要压缩数字音频信息。例如，有可能以接近1.5Mbps下至96kbps的位率压缩来自立体声光盘(CD)的该数字源信息，同时保持用于FM IBOC DAB的实际的CD声音音质。进一步压缩到48kbps以及更低仍然能够提供优良的立体声音频品质，这对于AM DAB***或者FM DAB***的低等待时间的备份以及调谐信道有用。使用复合的DAB信号能够实现各种数据业务。例如，在该复合DAB信号内能够广播多个数据信道。
在1999年8月24日申请的题为“发送和接收带有用于数字音频广播的优先级消息的压缩的音频帧的方法和设备”的美国专利申请第09/382716号中，公开了一种用于装配在IBOC DAB***中发送的调制解调帧的方法和设备，并在此包含上述申请以引作参考。
本发明提供了用于实现IBOC DAB***之信号处理方面的方法和设备。
发明内容
本发明提供了一种数字音频广播的方法，其包括以下步骤：接收多个要发送的数据位，格式化多个数据位成多个协议数据单元，在所述协议数据单元内的间隔位置***报头位，以及使用该协议数据单元调制多个载波以产生输出信号。
各个报头位能够定位于所述协议数据单元中均匀间隔的位置上。报头位的第一个位能够偏移于这些协议数据单元的结尾。
该方法能够进一步包括通过生成伪随机码和模2相加伪随机码与数据位来加扰所述多个数据位。
能够在多个逻辑信道中处理这些协议数据单元，并且单独地加扰和编码每个逻辑信道，以使用具有本原多项式的线性反馈移位寄存器形成最大长度加扰序列。
可以交织所述多个位、并指配到分区，以及将其映射到频率分区中。
还包括根据上述方法进行广播的发送机。
另一方面，本发明包括一种接收数字音频广播信号的方法，该方法包括以下步骤：接收数字音频广播信号，该信号包括由多个协议数据单元所调制的多个载波，多个协议数据单元中的每一个都包括位于所述协议数据单元内间隔位置的多个数据位和多个报头位；以及响应于该数字音频广播信号而产生输出信号。还包括根据该方法工作的接收机。
附图说明
图1是在数字音频广播***中使用的发送机的功能框图。
图2是混合FM IBOC波形的示意图。
图3是扩展的混合FM IBOC波形的示意图。
图4是全数字FM IBOC波形的示意图。
图5是在数字音频广播***中使用的发送机的信号处理协议层的功能框图。
图6是示出用于发送和接收***的协议层之间关系的功能框图。
图7是在DAB***中使用的发送机的功能框图。
图8是包括发送机和接收机的DAB***的功能框图。
图9是DAB发送机的调制解调/物理层的功能框图。
图10是信号构象映射器的功能框图。
图11是DAB调制器的功能框图。
图12是示出用于发送和接收***的协议层之间关系的框图。
图13是在DAB***中使用的各种传送帧的示意图。
图14是在DAB***中使用的数据帧的示意图。
图15是在DAB***中使用的数据帧的另一个示意图。
图16是能够在DAB***中使用的各种数据字的示意图。
图17是在DAB***中使用的另一数据帧的示意图。
图18示出了传送数据到输出数据帧。
具体实施方式
参考附图，图1是在数字音频广播***中使用的发送机10的功能框图。该发送机包括一个用于接收主节目业务音频信号的输入12，一个用于接收站识别业务数据的输入14，以及一个用于接收主节目业务数据、补充节目业务数据以及辅助应用业务数据的输入16。对于混合DAB，主节目业务音频信号的模拟版本通过方框18所示延迟以在线20上产生延迟的模拟音频信号。音频子***22编码和压缩该主节目业务音频信号以在线24上产生编码的压缩数字信号。传输和业务多路复用子***26在线24上接收编码的压缩数字信号、站识别业务数据、主节目业务数据、补充节目业务数据、以及辅助应用业务数据，并使这些信号经受如以下进一步讨论的和在图1中如方框28、30和32所表示的各种传输信号处理。通过业务多路复用器34多路复用所产生的信号并发送到RF传输子***36。线38上的数字信号如方框40所示进行信道编码并且如方框44所示例，被与模拟音频信号一起调制在线42上产生的编码信号。然后，能够放大该产生的信号并通过天线46向多个IBOC DAB接收机48中的至少一个进行广播。
该***应用编码来减少采样的音频信号位率和基带信号处理，并增加传输信道中信号的健壮性。这允许高品质音频信号加上要在频带分段中以低电平发送的辅助数据，这与现有的模拟信号不会发生干扰。
能够以包括组合多个数字调制载波的模拟调制载波的混合格式，或者以不使用模拟调制载波的全数字格式来发送IBOC DAB信号。
信道编码用于为每个逻辑信道添加冗余以提高所发送信息的可靠性。编码速率定义了由信道编码所产生的在被编码信道上的开销增加。该编码速率是信息位与编码后位总数的比率。
能够使用卷积编码。卷积编码是一种前向纠错信道编码，它将编码位***到信息位的连续流中以形成可预测的结构。不像分组编码器，卷积编码器具有存储器，并且它的输出是当前和前一输入的函数。
分集延迟提供了两个信道其中之一的固定延时，该信道携带相同的信息以消除非固定信道质量降低诸如衰落和脉冲的噪声。
图2是混合FM IBOC波形50的示意图。该波形包括位于广播信道54中央的模拟调制的信号52，位于上边带58的第一多个均匀间隔的正交频分多路复用副载波56，和位于下边带62的第二多个均匀间隔的正交频分多路复用副载波60。该数字调制的副载波以低于模拟调制载波的功率电平进行广播以符合所需的信道信号掩蔽。该数字调制的副载波被分割成分区，并且指定各个副载波为参考副载波。频率分区是包括19个OFDM副载波的组，其中包括18个数据副载波和一个参考副载波。
所述混合波形包括一个模拟FM调制的信号，加上数字调制的基本主副载波。该副载波位于均匀间隔的频率位置中。副载波位置被编号为-546到+546。在图2的波形中，该副载波位于+356到+546和-356到-546的位置。在转换成全数字波形之前，在初始的过渡阶段将通常使用该波形。
如图2所示，在模拟FM信号任一侧的基本主边带中发送该数字信号。每个基本主边带由10个频率分区构成，其中在副载波356到545，或-356到-545中分配这些频率分区。也包括在该基本主边带中的副载波546和-546是附加的参考副载波。通过幅度定标因子能够定标每个副载波的幅度。
图3是扩展的混合FM IBOC波形70的示意图。该扩展的混合波形通过添加基本扩展的边带72、74到混合波形中存在的基本主边带中而产生。根据业务模式，能够将一个、两个或四个频率分区添加到每个基本主边带的内部边沿。
该扩展的混合波形包括模拟FM信号加上数字调制的基本主副载波(副载波+356到+546和-356到-546)以及部分或全部基本扩展的副载波(副载波+280到+355和-280到-355)。在转换成全数字波形之前，在初始的过渡阶段将通常使用该波形。
每个基本主边带包括10个频率分区和一个附加的参考副载波，其覆盖了副载波356到546，或-356到-546。上基本扩展边带包括副载波337到355(一个频率分区)，318到355(两个频率分区)，或280到355(四个频率分区)。下基本扩展边带包括副载波-337到-355(一个频率分区)，-318到-355(两个频率分区)，或-280到-355(四个频率分区)。通过幅度定标因子能够定标每个副载波的幅度。
图4是全数字FM IBOC波形80的示意图。该全数字波形通过禁用模拟信号，完全地扩展基本数字边带82、84的带宽，以及在该模拟信号所空出的频谱中添加较低功率的次边带86、88构成。在该示例性实施例中的全数字波形包括位于副载波位置-546到+546的数字调制的副载波，而不含模拟FM信号。
除了所述10个主要频率分区以外，全部的四个扩展频率分区存在于全数字波形的每个基本边带中。每个次边带还具有10个次主要(SM)和四个次扩展(SX)频率分区。不像所述基本边带，然而，该次主要频率分区被映射接近于信道中央，而该扩展的频率分区则远离该中央。
每个次边带还支持小的次保护(SP)区域90、92，其包括12个OFDM副载波和参考副载波279到-279。该边带之所以被称为“受保护的”，是因为它们位于最少可能受到模拟或数字干扰的影响的频谱区域中。附加的参考副载波位于信道(0)的中央。该SP区域的频率分区排序不应用，因为SP区域不包括频率分区。
每个次主要边带的范围从副载波1到190或-1到-190。上次扩展边带包括副载波191到266，而上次保护边带包括副载波267到278，加上附加的参考副载波279。下次扩展边带包括副载波-191到-266，以及下次保护边带包括副载波-267到-278，加上附加的参考副载波-279。整个全数字频谱的总频率跨度是396803Hz。通过幅度定标因子能够定标每个副载波的幅度。该次边带幅度定标因子能够由用户进行选择。四个定标因子中的任何一个都可以被选择应用于该次边带。
图5是在数字音频广播***中使用的发送机的信号处理协议层100的功能框图，图5示例了控制和信息信号是如何通过协议栈的各个层以在广播一侧产生IBOC信号的。
该***能够用于提供各种业务，包括通过块102和104所示例的站识别业务(SIS)和辅助应用业务(AAS)。
该SIS提供了用于间接容许用户搜索和选择数字无线电台的必要控制和识别信息及其所支持的业务。该SIS接收来自所有其他应用的输入，以便能够在基本IBOC数据业务逻辑信道(PIDS)和/或次IBOC数据业务(SIDS)L1逻辑信道上广播其状态。该AAS允许实际不受限数量的定制和特别的数字应用同时操作。在未来的任何时间都能够添加辅助应用。
数据业务接口106接收如箭头108和110所示例的SIS和AAS信号。主节目应用112还提供如箭头114所示的主节目业务(MPS)数据信号给接口106。该数据业务接口向信道多路复用器116输出数据，其产生由RF/传输***120所使用的如箭头118所示例的传送帧，也被称之为协议栈的层1(L1)。
AM和FM***共享一个共同的***协议栈，但是不同之处主要在于层1(L1)的物理设计。对于该AM和FM***来说上层都是共同的。
主节目业务以同时模拟和数字传输保留了现有的模拟无线电节目格式。另外，主节目业务能够包括直接与音频节目相关的数字数据。
控制***管理来自应用编码器的数据流的传送和处理。以下描述示出了从广播和接收机应用出发信息和数据是如何在协议栈内部流动的。
通过业务访问点(SAP)访问协议栈业务。在SAP交换的信息被称之为业务数据单元或SDU。该SAP是会聚的点，它由在服务层定义，这里在广播业务提供商和用户之间交换SDU。
在对等层之间(例如，从发送侧的层n到接收侧的层n)交换协议数据单元(PDU)。用于对等层的SDU没有必要相同。但是，对于同一层来说，发送和接收的SDU必须保存包含在SDU内部的PDU部分。
如图5中所示，该协议栈的任何层n的基本目的都是通过发送机的层n+1传送PDU给接收机***的对等层n+1。该层n+1 PDU净荷包括层n+1协议控制信息(PCI)和上层(层n+2)PDU。
为了进一步理解该原理，考虑信息从层n+1流动到位于发送侧的层n上。层n+1 PDU必须按照层n业务的规定进行打包。该包被称为业务数据单元，或SDU。层n SDU包括层n+1 PDU加上层n SDU控制信息(SCI)。层n+1产生层n SDU并经由层n业务访问点将其发送到层n。
当层n接收该SDU时，它采用层n+1 PDU及其自己的协议控制信息(PCI)，并产生层n PDU，这里控制信息可以包括在SCI中接收的信息。然后，向接收***的对等层发送该层n PDU，这里随着信息上升到协议层，基本上颠倒该处理。因此，每个层提取对等PDU并将剩余的信息以SDU的形式转发给下一层。
在图6中，如块256所示处理信号输入发送机业务访问点254以在线258上产生层n+1业务数据单元。在层n业务访问点260接收该层n+1业务数据单元，并进一步如块262所示对其进行处理以形成如线264所示的层n协议数据单元。发送机层n协议数据单元被发送到接收机，并如块266所示进行处理以形成接收机层n业务数据单元，该单元由接收机层n业务访问点268接收并被传送到接收机层n+1协议层，如线270所示例。如块272所示，接收机层n+1协议层处理接收机层n业务数据单元并将产生的接收机层n+1业务数据单元信号发给业务访问点274。
图7是示出了执行层1信号处理组件的发送机一部分的功能框图，其中组件包括加扰器300、信道编码器302、交织器304、OFDM映射306、OFDM信号发生308、传输子***310、和***控制处理器312。发送机***控制处理器312接收线314上的***控制信号。将线316上的所述模拟音频信号和SCA载波传送到该传输子***。然后，通过放大器和匹配电路318放大RF传输子***的输出信号并将其发送到天线320用于广播。
图8是包括发送机170和接收机172的DAB***的功能框图。该发送机包括用于接收线178和180上的音频和数据信号的输入174和176。应用编码器182将该音频和数据信号转换成线184上的主节目业务音频(MPSA)信号，和线186上的综合数据业务信号。这些信号由传输和多路复用子***188来处理。调制解调器190将传送帧转换成线192上的输出帧，该帧能够被放大并从天线193使用例如图2、3和4中所示的其中一种波形进行广播。
接收机172能够包括接收发送信号并产生线196上的接收调制解调帧的天线194和传统的前端电路195。调制解调器197将接收的调制解调帧转换成线198上的数据包形式的传送帧。包括信道去多路复用器和综合数据业务传输的传输和去多路复用器200将该传送帧转换成线202上的主节目业务音频信号和线204上的综合数据业务信号。应用解码器206将这些信号转换成线208和210上的音频和数据输出信号。
图9是用于发送机的调制解调/物理层1处理的功能框图。从更高协议层通过多个层1业务访问点(SAP)322向定义了调制解调的功能的物理层(层1)传递音频和数据。
L1SAP定义了***协议栈的层2和层1之间的接口。层2提供多个逻辑信道，分别指定为P1到P3、PIDS、S1到S5以及SIDS。该发送机能够以各种业务模式进行工作。每个信道以离散的传送帧进入层1，该帧具有由业务模式所确定的唯一尺寸和速率。载有来自层2信息的传送帧被称之为L1 SDU。
逻辑信道及其功能的原理对于通过IBOC***传输和发送数据是重要的。一个逻辑信道就是一个利用规定的业务等级通过层1传导层1SDU的信号路径。逻辑信道指定的下划线指示逻辑信道中的数据被格式化为向量。
加扰随机化了每个逻辑信道中的数字数据以当在传统的模拟FM解调器中解调该波形时“白化”和减轻信号周期性。加扰每个逻辑信道中的位来随机化时域数据和帮助接收机同步。加扰器的输入是业务模式所选择的来自L1 SAP的激活的逻辑信道。加扰器的输出是用于每个激活逻辑信道的加扰位的传送帧。该加扰器产生一个与输入数据向量模2相加的伪随机码。该码发生器是一个线性反馈移位寄存器。
信道编码包括的功能有如图10中所示的加扰、信道编码和交织。加扰每个逻辑信道并对其进行单独和并行地编码。全部并行的加扰器都是相同的，但是以不同的速率工作，这取决于激活的业务模式。每个加扰器使用具有本原多项式的线性反馈移位寄存器产生一个最大长度加扰序列。通过模2相加相关的输入位与加扰序列的对应位产生加扰的传送帧的给定位。
图10是信号构象映射306的功能框图。信号构象映射器346从多个交织器接收信号并产生通过定标器348定标的并通过OFDM副载波映射器350映射到OFDM副载波的信号。应用交织给RF/传输子***中的该逻辑信道。交织包括六个并行的交织处理(IP)，其分别指定为：PM、PX、SM、SX、SP和SB。一个IP能够包含一个和更多的交织器，并且在某些情况下，包括传送帧多路复用器。该业务模式确定在任何给定的时间哪些输入和IP是激活的。另外，对于其中P3逻辑信道处于激活的这些业务模式，从层L2获得的P3IS控制位确定是否应用长的还是短的交织器。用于交织的统一输入是来自基本逻辑信道P1到P3和PIDS，以及次逻辑信道S1到S5和SIDS的信道编码的传送帧。所述交织器的输出是矩阵。
在业务模式MP2-MP5和MP7中，该P3逻辑信道可以使用短的或者是长的交织器深度(时间间隔)。长的交织器深度比短的交织器深度更为健壮。但是，长交织器(大约1.48秒)产生了长的解码时间，这将影响在能够听到音频之前接收机的调谐时间。在某些情况下，该长的调谐时间是不可接受的，因此将使用短的交织器。
长和短交织器是有关PDU长度而言的相对术语。短交织器封装单个PDU的一定量的位，而长交织器能够封装来自若干连续PDU的位。长交织器的长度是一个参数。在健壮性和内容可获得延迟之间存在一种折衷。如果在给定的时间对于特定情况特定用户考虑延迟为更重要的因素，那么可以选择短的交织器，导致有限的健壮性。如果在给定时间和内容组合之下考虑健壮性为更重要的因素，那么可以选择长的交织器。
如图9所示，***控制信道(SCCH)旁路信道编码。在上层的方向下，***控制处理汇编并差分编码被定义用于每个参考副载波的位序列(***控制数据序列)。在一个实例中，最多有61个分布在整个OFDM频谱中的参考副载波，其编号为0...60。以给定的波形广播的参考副载波的数量取决于业务模式。但是，在该实例中，***控制处理总是输出全部61个***控制数据序列，而不管业务模式如何。
OFDM副载波映射给频率分区分配交织器分区。对于每个激活的交织器矩阵，OFDM副载波映射以一种复数输出向量X将来自每个交织器分区的一行位分配给它各自的频率分区。另外，来自矩阵R即***控制数据序列的矩阵的一行的***控制数据序列位被映射到X中的激活参考副载波位置。业务模式指定哪些交织器矩阵和R的哪些元是激活的。图10示出了OFDM副载波映射的输入、输出和组件功能。
用于每个符号的OFDM副载波映射的输入是来自每个激活交织器矩阵的一行位和来自R即***控制数据序列矩阵的一行位。用于每个OFDM符号的OFDM副载波映射的输出能够是长度为1093的单个复数向量X。
携带用户音频和数据的交织器矩阵(PM、PX1、...SB)被映射到QPSK构象点以及具体的副载波。该R矩阵被映射到BPSK构象点以及参考副载波。然后，以幅度定标这些相量并将其映射到它们所分配的OFDM副载波。这种处理产生了相量的一个向量X，这些相量被输出到OFDM信号发生功能块。
OFDM信号发生从OFDM副载波映射接收复数、频域OFDM符号，并输出表示FM IBOC信号的数字部分的时域脉冲。
用于第n个符号的OFDM信号发生的输入是一个长度为L的复数向量X，表示OFDM符号n中每个OFDM副载波的复数构象值。为了标注方便，上述的OFDM副载波映射的输出不使用下标n。而是，它引用向量X表示单个OFDM符号。在以下描述中，由于n对OFDM信号发生的重要性，该下标被附加到X上。通过离散傅里叶变换将该OFDM信号变换到时域并对其整形以产生一个时域符号yn(t)。OFDM信号发生的输出是一个复数、基带、时域脉冲yn(t)，它表示用于OFDM符号n的FM IBOC信号的数字部分。
串联该yn(t)脉冲以形成连续的时域波形。该波形被上变换并与模拟调制的音频进行组合(在混合模式和扩展的混合模式中)来产生完整的用于发送的IBOC RF波形。这在图11中进行了示例。图11是DAB调制器的功能框图。在线352上提供多个OFDM信号，并且这些信号经受如块354所示的串联。该串联的信号被如块356所示进行上变换以在线358上产生多个数字调制的副载波。在线360上提供模拟节目信号，并且能够在线362上提供可选的SCA副载波。通过模拟FM调制器364调制该模拟节目信号和可选的SCA副载波。该调制的模拟载波和如果存在SCA的话，以及数字调制的副载波在组合器366中组合以在线368上产生所述DAB波形。
存在传输***必须解决的时间校准的若干问题。对于如此装备的设备，每个发送的L1帧必须与全球定位***(GPS)的时间正确地校准。而且，各个逻辑信道必须彼此正确地校准以容许接收机处的分集组合。层1提供从层2所接收的传送帧的时间校准。更高协议层提供传送帧内容的校准。
层2(L2)所提供的基本业务使得该***能够支持如图12所示的三种独立的传输业务：
1、主节目业务音频传输
2、无线电链路业务传输
3、IDS传输
考虑到未来的其他传输已经包括了未使用的标记。
图12所示的功能框图示例了用于发送和接收***的协议层2和更高协议层之间的关系。发送机中的业务访问点400、402和404接收IBOC数据业务、主节目和无线电链路信号。如IDS传输块406、MPA传输块408和RLS块410中所示例的来处理该信号，以产生通过线412、413和414所示例的IDS、MPA和RLS PDU。传输功能还在线415、416和417上产生IDS、MPA和RLS SDU，这些将传送到发送机层2的业务访问点418。如块420所示，发送机层2处理这些信号以产生通过线421所示的层2 PDU，它们将被发送到接收机的层2并如块422所示进行处理以产生通过业务访问点424发送到接收机更高协议层的SDU。接收机更高层中的IDS、MPA和RLS传输功能426、428和430进一步处理该信号以在业务数据点432、434和436产生输出信号。
能够使用专用的传输/数据链路在PIDS和SIDS层1逻辑信道上发送SIS数据。对于这些逻辑信道，层2不执行多路复用功能，而是仅仅将传输PDU直接传递到层1 PIDS或SIDS逻辑信道中。该IDS传输PDU是包含在PIDS或SIDS层1逻辑信道内的唯一的PDU。不多路复用该PIDS和SIDS信道，因为SIS信息必须在已知的信道中发送。这意味着该PIDS将不会包含其他类型的传输信息。另外，该PIDS太小而不能保证允许多路复用所需的报头位。
层2允许这些传输在任何激活的层1逻辑信道(除了PIDS和SIDS以外)内激活。层2的结构允许适合多路复用要求的传输。
L2 PDU等同于层1(L1)PDU或传送帧。在层1执行输入L2 PDU的物理调制解调处理之前，它在其L1 PDU内部不提供附加的格式化或PCI信息。在层1内部，通过层1添加的全部PCI信息(指定为***控制数据序列)能够包括在专用于L1 PCI(参考副载波)的独立信道中，并且将会不需要来自层1净荷的带宽。PCI信息和同步信息被组合到一个参考信道中。
该***是非常灵活的并且支持与层1有关的各种配置。基于层1业务模式，该***提供了多个层1逻辑信道。激活层1逻辑信道的数量和定义这些信道的特性对于每种业务模式都是变化的。每个层1逻辑信道的定义特性是：
●传送帧尺寸
●传送帧速率
●健壮性
●等待时间
与层2和层1(RLS和MPA传输)之间交换有关的是，层2是层1业务模式和配置的从属。该L2 PDU尺寸和L2 PDU交换速率受层1的控制。层2传送到接收一侧上的RLS以及MPA PDU传输的总的PDU尺寸是层1帧尺寸减去L2 PCI开销。
图12示例了从发送和接收的观点出发的层2处理。在发送一侧，层2需要以下操作参数用于每个激活的层1逻辑信道(PIDS和SIDS除外)：
●指示每个L2 PDU包含主节目音频(MPA)传输PDU的标己
●分配给MPA传输PDU的最大尺寸
●指示每个L2 PDU包含固定RLS PDU的标记
●分配给RLS PDU的最大尺寸
对于每个激活的层1逻辑信道，层1向层2指示它需要一个L2PDU。基于上述定义的参数，L2发送MPA传输和/或RLS以提供它们各自的PDU(MPA传输PDU、固定RLS PDU数据)，这些PDU将在用于特定层1逻辑信道的L2 PDU内进行发送。
当层2接收该MPA传输PDU时，它确定是否存在可用的机会带宽。机会数据定义为层1信道的未使用容量，在该信道中已经为MPA编码器指定字节的固定分配，但不完全使用该字节分配。该容量是随时间变化的，并且可用于数据传输。如果这样的话，层2向RLS指示这种情况，该RLS提供将要包括在层2 PDU中的机会RLS PDU。
一旦层2已经从MPA传输和/或RLS接收到了PDU，它将通过以下步骤产生将要发送到适当的层1逻辑信道的层2 PDU：
1、根据内容和编码产生层2 PCI标记
2、在整个L2 PDU上扩展层2 PCI标记
3、在层2 PDU中围绕该扩展PCI***MPA和RLS PDU
对于PIDS或SIDS层1逻辑信道，层1向层2指示它需要L2PDU。层2向IDS传输指示提供它各自的PDU。层2直接转发该PIDSPDU给层1。
该接收机不依靠操作参数。更适当地，它必须适应于在它调谐到的无线电台/信道上广播的配置。
该L2 PDU结构是这样的，即一旦已经提取了该PCI信息，则能够完整地路由全部的L2 PDU(可能包含MPA传输PDU、机会RLSPDU、及固定RLS PDU的组合)到MPA传输或RLS传输。根据该L2 PDU结构，这些传输能够处理它们特定的PDU以及丢弃与其不相关的PDU。这为接收机实现提供了额外等级的健壮性，并且推荐接收机设计使用它来正确地提供更高等级的健壮性。该***允许各种配置，其中根据电台的配置而存在或不存在L1信道(在接收机处可用)。层1的这种唯一性导致了在L2应用的特定方法有效地识别包含在L1信道中的该传输数据。
参考图13，该图是各种L2 PDU结构的概述。对于每个传送帧和每个L1逻辑信道该结构是不同的。
接收机从用于每个激活逻辑信道的L1接收L2 PDU，并提取和解码L2 PCI位。根据该L2 PCI，所述接收机能够将整个L2 PDU路由到正确的目的地，即MPA传输和/或RLS(固定和机会)。
对于PIDS(SIDS)逻辑信道，该接收机能够路由所接收的L2 PDU到所述IDS传输。
该***为全部应用程序和业务提供SIS。该PIDS和SIDS逻辑信道专门用于传输必须被迅速获取以用于扫描应用的SIS信息。如上所述，存在一种产生用于PIDS/SIDS层1逻辑信道的PIDS/SIDS PDU的特定IDS传输。在发送一侧，层2直接将PIDS和SIDS PDU路由到层1。同理，在接收一侧，层2将PIDS和SIDS PDU路由到IDS传输。
在FM***(包括次逻辑信道)和AM***的各种逻辑信道的每一个中配置最佳的健壮报头(PCI)。该PCI指示净荷的内容。所述报头提供了对应于PDU结构的以下五种指示的其中之一：
●该净荷是面向音频的(MPA传输PDU)
●该净荷是面向数据的(RLS传输)
●混合内容净荷，包含MPA传输和机会的RLS传输PDU
●混合内容净荷，包含MPA传输和固定的RLS传输PDU
●混合内容净荷，包含MPA传输、机会的RLS传输、及固定的RLS PDU
图13示意性示例了五种类型的报头440、442、444、446和448。当该L2 PDU内容是面向音频(MPA传输)时，仍然能够将机会数据***到净荷(机会RLS)中，并且由RLS提供附加的信号，从而能够找到并通过该RLS来处理机会RLS PDU的边界。但是，正如上所述，整个净荷与主节目音频(MPA传输)相关联，以及由于包含在音频净荷中的信令而如此处理它。这种信令使得音频处理(MPA传输)和RLS处理能够正确地使用该净荷。
当净荷(L2 PDU)包含固定的RLS PDU时，在RLS内部配置扩展的报头444。混合内容PDU要求附加的指示。分隔符由RLS提供，其指示与每种类型的业务相关联的净荷部分。
该信令是每传送帧(PDU)的并且不需要过去或未来传送帧的任何知识。
一种如图14所示的普通传送帧包括净荷和报头PCI。在一个实例中的该净荷报头由分布在传送帧上的24位构成。
该报头包括8个24位序列的循环排列即CW0到CW7的其中之一。在表1中描述了该报头序列和对应的指示类型。位于发送一侧的L2根据从上述层获得的SCI选择适当的序列。所选CW的内容被指定为[h0，h1，...，h22，h23]。
表1.普通报头序列指示
  序列   二进制报头序列   八进制等效  值   MPA  传输  PDU   固定  RLS  PDU   机会  RLS  PDU
  CW<sub>0</sub>   [110010110001101100011100]   0xCB1B1C   是   否   否
  CW<sub>1</sub>   [001011000110110001110011]   0x2C6C73   是   否   是
  CW<sub>2</sub>   [001100101100011011000111]   0x32C6C7   是   是   否
  CW<sub>3</sub>   [110011001011000110110001]   0xCCB1B1   是   是   是
  CW<sub>4</sub>   [011100110010110001101100]   0x732C6C   否   是   否
  CW<sub>5</sub>   [101100011100110010110001]   0xB1CCB1   保留   TBD   TBD
  CW<sub>6</sub>   [000111001100101100011011]   0x1CCB1B   保留   TBD   TBD
  CW<sub>7</sub>   [110001110011001011000110]   0xC732C6   保留   TBD   TBD
如图14所示，该报头位优选地均匀分布在绝大多数传送帧上。该净荷以字节为单位进行量化。任何额外的不构成一个字节的净荷都位于该净荷的末尾。h0报头位能够与传送帧的开始偏移Nstart字节。报头位h1与h0偏移Noffset位。每个剩余报头位与前一报头位相隔Noffset位。这些数量取决于L1 PDU长度(单位是位)，如表2所示。如果L1 PDU长度是整数字节，报头长度为24位。如果该L1 PDU长度不是整数字节，那么将如表2所示使报头缩短到23或22位。如果报头长度是23位，则不使用h23。如果报头长度是22位，则不使用h22和h23。在由位于L1的维特比解码器解码之后，接收该L2 PDU。在解码器输出端的突发中出现差错(如果发生的话)。如果没有扩展，可能破坏非扩展序列的L1差错的非常小的突发可能因此阻止使用几乎完全的PDU。因此扩展该序列消除了这种问题。如果在L1的先前解码不是最佳，导致了PDU边界上的差错，那么通过偏移所述报头来避免可能发生的任何破坏。
表2.报头扩展参数
Figure G038A1534319970226D000191
当该接收机从L1、L2接收传送帧时，它处理该帧并确定以下内容：
●帧内容
●扩展内容的边界，如果这些边界存在的话
●帧完整性管理
●处理例外
在给定L1业务模式中使用用于给定逻辑信道的扩展参数，收集L2报头位并将其置于连续的24(或22)位结构，标记为Srev。然后，将能够进行接收序列与每个可能的期望序列的相关处理。
IDS传输PDU包含在PIDS或SIDS L1信道帧内。
如图15所示，PIDS PDU的长度是80位。在左边示出了每个字段的最高有效位。层2和层1首先处理位MSB-即，位0是L1所交织的第一位。PDU内容由PDU内部的若干控制字段定义。类型位通常被设置成零。如果该位是1，PDU内容的剩余部分可能不同。这给未来使用提供了一种选择。PDU格式试图保证广播先进的ALFN的能力，尽管消耗掉了可忽视的容量，但是仍然保持了健壮性。
类型0的PDU可能包含两个独立的可变长度短消息字段或单个较长的消息，这取决于Ext位的状态。如果Ext＝0，消息1字段的长度最大能够是58位，以及通过第一消息ID字段MSG ID 1的状态来确定消息内容。在消息净荷1字段末尾的任何未使用的位设置成零。如果Ext＝1，那么该消息则具有MSG ID 1所定义的长度和内容，并且消息2是激活的，其具有MSG ID 2所定义的长度和内容。在这种情况下，两个消息的组合长度必须不能大于54位。在消息净荷2末尾的任何未使用位设置成零。提供两个消息结构来满足潜在的广播需求。一些广播者可能想要发送短的呼叫文字，而其他的广播者可能想要发送长的呼叫文字。该***对以上都支持。长的站名将会花费较长时间来接收并显示给接收机的用户，因而存在一种折衷。每个消息业务一个不同的目标群和不同的一组变量。短内容将会使用消息1，以及长内容将会使用消息1和消息2。
MSG ID 1和MSG ID 2字段的定义是相同的。如果当与第二消息组合时不破坏总共56位的可用净荷长度，那么任何消息都可能置于消息1或消息2中。较长的消息必须使用单个消息选择(Ext＝0)。
给每个广播设备分配唯一的站ID号码。站名都具有短格式和长格式。两消息PDU结构可以使用该短格式，从而它可能与其他消息多路复用，因此能够不断地进行重复。所述长格式要求单消息结构，并可能在多个PDU上扩展。这种格式能够用来通过中等长度的文本字符串识别站。
绝对的层1帧号(MSG ID＝0011)包含32位的ALFN。ALFN每L1帧周期进行增加，该周期与L1块0的开始相一致。在所有AM和FM业务模式中，发送的ALFN对应于它在空中广播时的实际的帧号。如果PDU的位65(不管MSG ID 1或MSG ID 2如何)设置成1，则将该ALFN锁定到GPS时间。
所述站位置(MSG ID 0100)字段指示广播天线馈点的绝对三维位置。接收机可以使用这种位置信息来进行位置确定。位置信息被分离为两个消息-一个高部分和一个低部分。高度的单位是(米×16)(即，LSB等于16米)。纬度和经度都是同一分数格式。该LSB等于1/8192度。所述MSB是符号位，其指示半球。正的纬度值表示赤道以北的位置。正的经度处于东半球。经度范围从-180到+180，而允许的纬度值在-90和+90之间。这些范围之外的任何值都是无效的。图16示出了站位置信息的格式。
每个PDU以12位的循环冗余校验(CRC)结束。该CRC是根据PDU中其他字段的所有68位计算的，包括未使用的消息净荷位，其总是被设置成零。
PIDS传输分配两个位来以串行方式广播绝对的L1帧号。对于AM和FM该格式是不同的，如在以下描述中所概述的。在两种情况下，在PIDS信道上发送的ALFN的值更新为与每个L1帧的L1块0相一致。
参考用于FM***处理的图18，32位被细分成两个16位的组，一个标记为d16到d31(16个LSB)，一个标记为d0到d15(16个MSB)。ALFN位d16：31进一步被细分成对，并映射到从块0开始的每个PIDS块的两位的Adv ALFN字段。在每个帧的块0广播ALFN位d30：31，在每个帧的块1广播ALFN位d28：29，在每个帧的块7广播ALFN位d16：17。
该处理基于时间排序并发送ALFN位。该排序方法消耗可忽视的容量，但是允许接收机甚至是在PDU被损坏以及循环冗余校验(CRC)失败的情况下，也能够可靠地恢复和保持该站ALFN。
ALFN位d0：15被进一步细分成对以及映射到如所示的块8到15中的Adv ALFN字段。
关于广播帧号，协议栈的层1不直接处理ALFN。该帧号是L1处理的PIDS逻辑信道的一部分。在所有AM和FM业务模式中，正发送的ALFN的相关部分在它被广播时应用于实际的帧号。
尽管已经参考本发明的优选实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将会明白对所公开的实施例能够进行各种修改，而不会背离如在权利要求中所阐述的本发明的范围。

Claims (32)

1.一种数字音频广播发送的方法，包括以下步骤：
接收多个要发送的数据位；
将所述多个数据位格式化成多个协议数据单元的净荷；
在所述协议数据单元的净荷内的间隔位置***报头位，其中，所述报头位中的第一位与所述协议数据单元的结尾相偏移；以及
使用所述协议数据单元调制多个载波以产生输出信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述报头位中的各个位定位于所述协议数据单元的净荷中均匀间隔的位置上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述报头位包括以下位序列之一：
[110010110001101100011100]
[001011000110110001110011]
[001100101100011011000111]
[110011001011000110110001]
[011100110010110001101100]
[101100011100110010110001]
[000111001100101100011011]
[110001110011001011000110]。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
通过生成伪随机码和模2相加该伪随机码与所述各数据位来加扰所述多个数据位。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在多个逻辑信道中处理所述各协议数据单元，并且单独地加扰和编码每个逻辑信道。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述逻辑信道以取决于业务模式的不同速率工作。
7.根据权利要求5所述的方法，其中利用使用具有本原多项式的线性反馈移位寄存器形成的最大长度加扰序列加扰每个逻辑信道。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
交织所述多个数据位；
给交织器分区分配所交织的位；以及
映射所述交织器分区到频率分区。
9.一种用于数字音频广播的发送机，包括：
用于接收多个要发送的数据位的装置；
用于将所述多个数据位格式化成多个协议数据单元的净荷的装置；
用于在所述协议数据单元的净荷内的间隔位置***报头位的装置，其中，所述报头位中的第一位与所述协议数据单元的结尾相偏移；以及
用于使用所述协议数据单元调制多个载波以产生输出信号的装置。
10.根据权利要求9所述的发送机，其中：
所述报头位中的各个位定位于所述协议数据单元的净荷中均匀间隔的位置上。
11.根据权利要求9所述的发送机，其中所述报头位包括以下位序列之一：
[110010110001101100011100]
[001011000110110001110011]
[001100101100011011000111]
[110011001011000110110001]
[011100110010110001101100]
[101100011100110010110001]
[000111001100101100011011]
[110001110011001011000110]。
12.根据权利要求9所述的发送机，还包括：
通过生成伪随机码和模2相加该伪随机码与所述各数据位来加扰所述多个数据位的装置。
13.根据权利要求9所述的发送机，其中在多个逻辑信道中处理所述各协议数据单元，并且单独地加扰和编码每个逻辑信道。
14.根据权利要求13所述的发送机，其中所述逻辑信道以取决于业务模式的不同速率工作。
15.根据权利要求13所述的发送机，其中利用使用具有本原多项式的线性反馈移位寄存器形成的最大长度加扰序列加扰每个逻辑信道。
16.根据权利要求9所述的发送机，还包括：
用于交织所述多个数据位、给交织器分区分配所交织的位以及映射所述交织器分区到频率分区的装置。
17.一种接收数字音频广播信号的方法，所述方法包括以下步骤：
接收数字音频广播信号，该信号包括由多个协议数据单元所调制的多个载波，所述多个协议数据单元中的每一个都包括净荷，该净荷包括多个数据位和位于该净荷内间隔位置的多个报头位，其中，所述报头位中的第一位与所述协议数据单元的结尾相偏移；以及
响应于所述数字音频广播信号产生输出信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述报头位中的各个位定位于所述协议数据单元的净荷中均匀间隔的位置上。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述报头位包括以下位序列之一：
[110010110001101100011100]
[001011000110110001110011]
[001100101100011011000111]
[110011001011000110110001]
[011100110010110001101100]
[101100011100110010110001]
[000111001100101100011011]
[110001110011001011000110]。
20.根据权利要求17所述的方法，其中通过生成伪随机码和模2相加该伪随机码与所述各数据位来加扰所述多个数据位。
21.根据权利要求17所述的方法，其中在多个逻辑信道中配置所述各协议数据单元，并且单独地加扰和编码每个逻辑信道。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述逻辑信道以取决于业务模式的不同速率工作。
23.根据权利要求21所述的方法，其中利用使用具有本原多项式的线性反馈移位寄存器形成的最大长度加扰序列加扰每个逻辑信道。
24.根据权利要求17所述的方法，其中，交织所述多个数据位；给交织器分区分配所交织的位；以及映射所述交织器分区到频率分区。
25.一种接收数字音频广播信号的接收机，所述接收机包括：
接收数字音频广播信号的装置，该信号包括由多个协议数据单元所调制的多个载波，所述多个协议数据单元中的每一个都包括净荷，该净荷包括多个数据位和位于该净荷内间隔位置的多个报头位，其中，所述报头位中的第一位与所述协议数据单元的结尾相偏移；以及
响应于所述数字音频广播信号产生输出信号的装置。
26.根据权利要求25所述的接收机，其中：
所述报头位中的各个位定位于所述协议数据单元的净荷中均匀间隔的位置上。
27.根据权利要求25所述的接收机，其中所述报头位包括以下位序列之一：
[110010110001101100011100]
[001011000110110001110011]
[001100101100011011000111]
[110011001011000110110001]
[011100110010110001101100]
[101100011100110010110001]
[000111001100101100011011]
[110001110011001011000110]。
28.根据权利要求25所述的接收机，其中通过生成伪随机码和模2相加该伪随机码与所述各数据位来加扰所述多个数据位。
29.根据权利要求25所述的接收机，其中在多个逻辑信道中配置所述各协议数据单元，并且单独地加扰和编码每个逻辑信道。
30.根据权利要求29所述的接收机，其中所述逻辑信道以取决于业务模式的不同速率工作。
31.根据权利要求29所述的接收机，其中利用使用具有本原多项式的线性反馈移位寄存器形成的最大长度加扰序列加扰每个逻辑信道。
32.根据权利要求25所述的接收机，其中，交织所述多个数据位；给交织器分区分配所交织的位；以及映射所述交织器分区到频率分区。
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