DE4111855C2 - Verfahren zum rundfunkmäßigen Übertragen eines digital codierten Datenstroms - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1. Ein derartiges Verfahrens ist beispielsweise aus der WO 88/00417 A3 bekannt.

Zur terrestrischen Übertragung digital codierter Hörfunk-Programmsignale ist es aus der Zeitschrift "Rundfunktechnische Mitteilungen", Jg. 29 (1985), Heft 1, Seiten 1 bis 8 bekannt, die in der Analogtechnik gebräuchlichen, schmalbandigen Modulationsverfahren sinngemäß anzuwenden, wodurch sich innerhalb bestehen­ der Frequenzpläne ein digitales Hörfunknetz, gegebenenfalls auch mit gemisch­ tem digitalen/analogen Betrieb realisieren läßt. Das Hauptproblem einer solchen schmalbandigen digitalen Hörfunkübertragung liegt jedoch in den Störungen durch Mehrwegeausbreitung, die insbesondere den mobilen Empfang durch das sogenannte Raleigh-Fading beeinträchtigen.

Zur Reduzierung der genannten Störungen durch Mehrwegeausbreitung ist es aus der WO 88/00417 A3 bekannt, den resultierenden Datenstrom mehrerer Rundfunk­ programme auf eine Vielzahl von RF-Trägern aufzuteilen. Bei diesem, unter dem Fachbegriff "Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing" bekannten Verfahren liegt der von den RF-Trägern belegte Frequenzbereich im Bereich von 1 bis 4 MHz, um die Einflüsse des Raleigh-Fadings bei Mehrwegeempfang, ins­ besondere in mobilen Empfangssituationen, möglichst gering zu halten. Es ist jedoch schwierig, derart breite Frequenzbereiche in den für Rundfunkausstrah­ lung geeigneten und vorgesehenen Frequenzspektren zu finden.

Die Schwierigkeit, neue Frequenzspektren für die Übertragung von digitalem Hörfunk zu finden, läßt sich nach einem bekannten Vorschlag (EP 0 263 449 A2) durch ein sogenanntes Schattennetz vermeiden, welches einem bestehenden Fernsehrundfunknetz unterlegt wird. Zu diesem Zweck werden die digitalen Hörfunksender örtlich in die Mitte zwischen gleichkanaligen Fernsehsendern gelegt sowie die Trägerfrequenz des Hörfunkkanals zwischen das Frequenz­ spektrum zweier Fernsehsignale gelegt. Mit einem solchen Schattennetz läßt sich jedoch nur eine lokal begrenzte, keinesfalls aber eine flächendeckende Versor­ gung mit digitalem Hörfunk erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, ein Übertragungsver­ fahren zu schaffen, welches die zusätzliche Nutzung eines bereits belegten Frequenzspektrums für die rundfunkmäßige Übertragung eines Datenstroms ohne Störung der dort bereits eingerichteten Dienste ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Zweckmäßige Verfahren zum Empfangen des erfindungsgemäß übertragenen Datenstroms sind in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Empfangsverfahren nach Anspruch 4 und 5 ergibt sich aus dem Unteranspruch 6.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele im folgenden näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Frequenzdiagramm für eine erste Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 ein Frequenzdiagramm für eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In den Frequenzdiagrammen nach Fig. 1 und 2 sind die RF-Träger f1, f2 und f3 von drei FM-Diensten 1, 2, 3 mit einer nominellen Energieverteilungskurve der FM-Modulation bei einem nominellen Frequenzhub von 50 kHz dargestellt. Die drei FM-Dienste 1, 2, 3 werden am selben Ort ausgesendet und weisen einen ausreichenden Frequenzabstand ihrer RF-Träger von beispielsweise 800 kHz auf.

Die Frequenzlücke "G" zwischen 2 frequenzmäßig benachbarten FM-Diensten 1, 2, 3 weist bei einem nominellen Frequenzhub der FM-Dienste von 50 kHz einen Wert von 600 kHz auf, wie aus Fig. 2 hervorgeht.

Um in das mit den FM-Diensten 1, 2, 3 belegte Frequenzband einen digital codierten Datenstrom zu übertragen, wird der Datenstrom auf eine Vielzahl von RF-Trägern verteilt, welche mit den digital codierten Daten bei­ spielsweise in 4 PSK-Modulation moduliert sind. Für die genannte Einfügung kommen sinnvollerweise nur die Frequenzlücken "G" zwischen benachbarten FM-Diensten 1, 2, 3 in Betracht, wobei in den Fig. 1 und 2 zwei verschiedene Einfügungsmöglichkeiten dargestellt sind. Im Falle von Fig. 2 wird das Daten­ signal 4, welches die Vielzahl der mit den Daten schon modulierten RF-Träger repräsentiert, in die Frequenzlücke zwischen den FM-Diensten 1 und 2 so ein­ gefügt, daß zu beiden Seiten des Datensignals noch ein Sicherheitsabstand zu den FM-Diensten 1 und 2 verbleibt. Dieser Sicherheitsabstand bemißt sich nach dem tatsächlichen Frequenzhub des betreffenden Dienstes 1 bzw. 2. Unter Zugrun­ delegung der vorstehenden Frequenzangaben ist ein Abstand zwischen den Rändern des digitalen Signals 4 zu den benachbarten FM-Diensten 1 bzw. 2 in einer Größenordnung von 100 kHz ausreichend, so daß für das digitale Signal 4 ein Frequenzbereich von etwa 400 kHz zur Verfügung steht. In diesem Fre­ quenzbereich lassen sich beispielsweise 25 RF-Träger einfügen, welche mit dem zusätzlich zu übertragenden, digital codierten Datenstrom in 4 PSK-Modulation moduliert sind. Die Anzahl von 25 RF-Trägern reicht aus, um bei terrestrischer Übertragung eines einzigen, digital codierten Hörfunkprogramms bei mobilem Empfang die Einflüsse des Raleigh-Fadengs durch Mehrwegeempfang praktisch zu eliminieren. Zusätzlich zu dem Hörfunkprogramm lassen sich in dem Daten­ strom des Datensignals noch andere Daten übertragen, welche Zusatzinfor­ mationen bezüglich der Programmart (Musik, Sprache), des Sendernamens, für Radiotext (der auf einem Display optisch wiedergegeben wird) oder andere, nicht programmbezogene Informationen umfassen kann.

Um die gegenseitige Störung zwischen FM-Diensten 1, 2 und Datensignal 4 zu minimieren, ist der Pegel der RF-Träger des Datensignals 4 wesentlich kleiner als der Pegel der FM-Dienste gewählt; beispielsweise beträgt der Pegelabstand 40 db, wie in Fig. 2 eingetragen ist. Ein derartiger Abstand von 40 db gewähr­ leistet, daß der Empfang der FM-Dienste 1, 2 durch die Einfügung des Datensig­ nals 4 nicht hörbar gestört wird. Die Störwirkung der FM-Dienste 1, 2 auf das Datensignal 4 ist von Hause aus weniger kritisch, da Datensignale mit einem entsprechend hohen Fehlerschutz codiert werden können, was für die gegenüber Störungen wesentlich empfindlicheren analogen FM-Signale der Dienste 1, 2 nicht zutrifft. Der Fehlerschutz für das Datensignal kann dabei so abgestuft werden, daß die in der Nahe der FM-Dienste 1, 2 übertragenen RF-Träger des Datensig­ nals 4 einen höheren Fehlerschutz erhalten als die von den FM-Diensten 1, 2 weiter entfernten RF-Träger des Datensignals 4. Desweiteren sind die FM-Dienste 1, 2 in ihrer Eigenschaft als Störer für das Datensignal 4 meßtechnisch exakt erfaßbar, so daß ein Empfänger für das Datensignal 4 bei dessen Verar­ beitung die gemessenen FM-Dieste 1, 2 gegenläufig berücksichtigen und damit deren Störeinflüsse vollständig kompensieren kann.

Für die Störung des Datensignals 4 sind allerdings auch die örtlich entfernten FM-Dienste zu berücksichtigen, deren RF-Träger in die Frequenzlücke "G" zwischen den FM-Diensten 1, 2 fällt. Da die Energie dieser örtlich entfernten FM-Dienste mit steigender Entfernung vom Sendeort der FM-Dienste 1, 2 und des Datensignals 4 abfällt, muß lediglich dafür gesorgt werden, daß der Pegel des Datensignals 4 größer als der größte Pegel der am Sendeort des Datensignals 4 einfallenden, örtlich entfernten FM-Dienste ist, um eine ausreichende Störfestig­ keit des Datensignals 4 gegenüber örtlich entfernten FM-Diensten zu erzielen. Aus der vorstehenden Überlegung wird natürlich deutlich, daß die Reichweite für den Empfang des Datensignals 4 von der Entfernung solcher örtlich entfernten, in die Frequenzlücke "G" einfallenden FM-Dienste abhängt. Für die Versorgung von Großstädten mit dem Digitalsignal 4 reicht jedoch dessen Störfestigkeit in jedem Falle aus.

Bei der Alternative nach Fig. 1 wird das Datensignal auf 2 Anteile 4a und 4b aufgeteilt, welche zu beiden Seiten eines FM-Dienstes, im betrachteten Bei­ spielsfall des FM-Dienstes 2, symmetrisch oder auch unsymmetrisch übertragen werden. Jedes Daten-Teilsignal 4a, 4b erstreckt sich dabei frequenzmäßig in einem Abstand von dem "mittigen" FM-Dienst 2 sowie von der Mittenfrequenz (F1 + F2)/2 bzw. (F2 + F3)/2 der betreffenden Frequenzlücke "G", wie aus Fig. 1 deutlich ersichtlich ist. Damit lassen sich zu jedem FM-Dienst 1, 2 und 3 ein aus den Teilsignalen 4a, 4b bestehendes Datensignal übertragen, womit eine eindeutige Zuordnung zwischen Datensignal und FM-Dienst gegeben ist, was rundfunkrechtlich von großer Bedeutung sein kann.

Bemißt man den Abstand jedes Teil-Datensignals 4a, 4b dahin, daß zu dem benachbarten FM-Dienst 2 ein Frequenzabstand von 50 kHz und zu der Mit­ tenfrequenz der betreffenden Frequenzlücke "G" ein Frequenzabstand von 50 kHz eingehalten wird, so bleibt für jedes Teil-Datensignal 4a, 4b ein Frequenzbereich von 200 kHz.

Hinsichtlich der Vermeidung gegenseitiger Störungen zwischen den FM-Diensten einerseits und den Daten-Teilsignalen 4a, 4b andererseits gelten dieselben Über­ legungen wie für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2.

Zum Empfangen des nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 übertragenen Datenstroms (Teilsignale 4a, 4b) werden die RF-Träger der Teilsignale 4a, 4b mit Hilfe eines Notch-Filters aus dem gemäß Fig. 1 belegten Frequenzband ausgefiltert, wobei der Sperrbereich des Notch-Filters der Frequenzlage des FM- Dienstes 2 entspricht. Die ausgefilterten RF-Träger der Teilsignale 4a, 4b werden dann einer 4 PSK-Demodulation unterzogen, so daß der Datenstrom für die Weiterverarbeitung (Kanaldecodierung, Quellendecodierung) einschließlich Fehlerkorrektur und -verschleierung zur Verfügung steht. Bei der Fehlerkorrektur kann, wie schon erwähnt, der zuvor gemessene FM-Dienst gegenphasig zur Kompensation der durch den FM-Dienst hergerufenen Störeinflüsse herangezogen werden.

Im Falle der Übertragung des Datenstroms nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 werden die RF-Träger des Datensignals 4 mit Hilfe eines Bandfilters ausgefiltert, dessen Durchlaßbereich schmäler als die Frequenzlücke "G" und mindestens so groß wie der von dem Datensignal 4 belegte Frequenzbereich ist. Die ausgefilterte Vielzahl von RF-Trägern des Datensignals 4 wird dann wie­ derum einer 4 PSK-Demodulation unterzogen, worauf der Datenstrom für die Weiterverarbeitung zur Verfügung steht.

Claims (6)

1. Verfahren zum rundfunkmäßigen Übertragen eines digital codierten Datenstroms, welcher Informationen über ein oder mehrere Rundfunkpro­ gramme und/oder sonstige Daten enthält, bei dem der Datenstrom auf eine Vielzahl von RF-Trägern verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zur Übertragung der Vielzahl von RF-Trägern ein mit FM-Dien­ sten bereits belegtes Frequenzband verwendet wird, wobei jeder FM-Dienst einen ausreichenden Frequenzabstand zu den am selben Ort ausgestrahlten FM-Diensten einhält und von anderen FM- Diensten mit geringerem Frequenzabstand örtlich ausreichend weit getrennt ist;
• b) die Vielzahl der mit dem Datenstrom modulierten RF-Träger entweder in der Frequenzlücke zwischen zwei frequenzmäßig benachbarten FM-Diensten am selben Ort oder in den freien Fre­ quenzbereichen zu beiden Seiten eines FM-Dienstes unter Ausspa­ rung von dessen nomineller Frequenzbelegung übertragen wird, und
• c) der Gesamtpegel der Vielzahl von RF-Trägern im Vergleich zum Pegel des RF-Trägers der frequenzbenachbarten bzw. des mittigen FM-Dienstes ausreichend klein im Sinne eines für den FM-Em­ pfang des bzw. der FM-Dienste ausreichenden Störabstandes sowie ausreichend groß im Sinne einer Störfestigkeit gegenüber örtlich entfernten FM-Diensten gewählt ist, welche in den für die Über­ tragung der Vielzahl von RF-Trägern vorgesehen Frequenzbereich bzw. Frequenzlücke fallen.
• d) der die RF-Träger modulierende Datenstrom mit einem erhöhten Fehlerschutz im Sinne einer ausreichenden Störfestigkeit gegen­ über dem frequenzbenachbarten bzw. dem mittigen FM-Dienst(en) versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Anteile des Datenstroms, die auf solchen RF-Trägern übertragen werden, welche durch den bzw. die FM-Dienste stärker als die übrigen RF-Träger gestört werden, mit einem erhöhten Fehlerschutz versehen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeleistung des RF-Trägers der frequenzbenachbarten bzw. des mittigen FM-Dienstes in Abhängigkeit von dessen Frequenzhub gesteuert wird, derart, daß bei großem Frequenzhub die Sendeleistung abgesenkt wird.

4. Verfahren zum Empfangen eines nach einem der Ansprüche 1 bis 3 übertragenen Datenstroms, wobei die Vielzahl von RF-Trägern zu beiden Seiten eines FM-Dienstes übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausfiltern der Vielzahl von RF-Trägern ein Notch-Filter verwendet wird, dessen Sperrbereich der Frequenzlage des betreffenden FM-Dienstes entspricht.

5. Verfahren zum Empfangen eines nach einem der Ansprüche 1 bis 3 übertragenen Datenstroms, wobei die Vielzahl von RF-Trägern in der Frequenzlücke zwischen zwei frequenzmäßig benachbarten FM-Diensten übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausfiltern der Vielzahl von RF-Trägern ein Bandfilter verwendet wird, dessen Durchlaß­ bereich schmäler als die Frequenzlücke und mindestens so groß wie der durch die Vielzahl von RF-Trägern belegte Frequenzbereich ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor­ handene Störanteile des bzw. der FM-Dienste in dem Datenstrom bei dessen Verarbeitung nach Auswertung des bzw. der FM-Signale des bzw. der FM-Dienste mit Hilfe eines Entzerrungs-Algorithmus im wesentlichen unterdrückt werden.