DE69718930T2

DE69718930T2 - Verfahren und vorrichtung für die gleichzeitige funkübertragung von analogen und digitalen rundfunkprogrammen vom gleichen sender

Info

Publication number: DE69718930T2
Application number: DE69718930T
Authority: DE
Inventors: Pierre Andre Laurent
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: JP2001505017A; FR2756686A1; EP0941588B1; WO1998024201A1; DE69718930D1; FR2756686B1; ATE232342T1; US6418300B1; EP0941588A1; JP4131483B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemeinsamen Aussendung von analogen und digitalen Rundfunkprogrammen, durch das der Übergang zwischen den bisherigen Rundfunk-Sendesystemen, beispielsweise mittels Amplitudenmodulation, auf Systeme mit digitaler Signalaussendung gewährleistet wird. Sie ist insbesondere auf die Herstellung eines Senders im Kurzwellenbereich anwendbar.
Aus sowohl technischen als auch politischen sowie wirtschaftlichen Gründen können die derzeit verwendeten Rundfunksender für die Aussendung von Programmen mittels Amplitudenmodulation nicht von heute auf morgen auf die Aussendung von Programmen mit digitaler Kodierung umgestellt werden. Dies erfordert während einer mehr oder minder langen Übergangsperiode die Koexistenz eines digitalen und eines analogen Systems, die beide die gleichen Programme aussenden. Diese Lösung erscheint sehr teuer und nicht wünschenswert, da voraussichtlich am Ende der Übergangsperiode die Hälfte der Sender, nämlich die für die analoge Modulation verwendeten, entfallen müssen.
Ziel der Erfindung ist es, diese Situation zu verbessern.
Hierzu ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur gemeinsamen analogen und digitalen Rundfunkaussendung durch einen gemeinsamen Sender zum Empfang sowohl durch Empfänger für amplitudenmodulierte Signale oder Signale in Einseitenbandmodulation als auch durch Empfänger für digitale Signale, die zur Demodulation einer Vielzahl von Unterträgern geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, ein kombiniertes Signal auszusenden, dessen Frequenzspektrum sich aus einem ersten, analogen Spektrum, das für die Amplitudenmodulation oder die Einseitenbandmodulation repräsentativ ist, und aus einem zweitem Spektrum in Form einer Vielzahl von Unterträgern zusammensetzt, wobei die beiden Spektren zwei getrennte Frequenzbänder besetzen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben erwähnten Verfahrens gemäß Anspruch 9.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie eine gleichzeitige Aussendung von analogen und digital kodierten Signalen eines. Programms durch einen gemeinsamen Sender erlaubt, sodaß das Programm sowohl von einem handelsüblichen Empfänger für Programme in Amplitudenmodulation empfangen werden kann, ohne daß dieser verändert oder ausgetauscht werden müßte, als auch von einem Empfänger, der einen Demodulator für digitale Signale enthält.
Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Spektralband eines digital kodierten Sendesignals, das nur einen Träger besitzt, im Vergleich mit dem Spektralband für ein digitales Sendesignal gleichen Durchsatzes, das auf einer Vielzahl von Unterträgern übertragen wird.
Fig. 2 zeigt das Frequenzspektrum einer Welle, die gemäß dem bekannten Prinzip der Amplitudenmodulation moduliert ist.
Fig. 3 zeigt das Frequenzspektrum einer Welle, die gemäß dem bekannten Prinzip der Einseitenbandmodulation moduliert ist.
Die Fig. 4 bis 7 zeigen verschiedene Beispiele für die Erzeugung eines erfindungsgemäßen kombinierten Signals.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Regelung des Pegels des Restträgers, die zur Vorrichtung gemäß Fig. 8 gehört.
Fig. 10 zeigt den allgemeinen Verlauf eines Frequenzspektrums, das bei einer Regelvorrichtung gemäß Fig. 9 eingesetzt wird.
Die Fig. 11A, 11B und 11C zeigen den zeitlichen Verlauf von Wellenformen des Trägers ohne und mit Modulation des Trägerrests, der mit der Vorrichtung gemäß Fig. 9 erreicht wird, abhängig von der Amplitude des zu übertragenden Basisbandsignals.
Um eine gleichzeitige Aussendung eines gleichen Programms durch einen gemeinsamen Sender zu gewährleisten, sodaß dieses Programm sowohl von analogen als auch von digitalen Rundfunkempfängern empfangen werden kann, wird das Sendesignal gemäß der Erfindung durch eine Modulation eines Misch-Signals gebildet, das die Summe des Basisband-Signals und eines digital kodierten Signals ist, das durch eine Modulation mit einer Vielzahl von Unterträgern des Basisbandsignals gebildet wird. Das Frequenzspektrum des digitalen Signals ist in Fig. 1 durch die Kurve A in Form einer großen Zahl von gleichmäßig beabstandeten Unterträgern dargestellt, die unabhängig voneinander gemäß einem Modulationsverfahren mit mehreren Phasenzuständen moduliert werden, das beispielsweise unter der Abkürzung MAQ (Modulation der Amplitude auf zwei Kanälen in Quadratur) bekannt ist. Das erhaltene Frequenzspektrum besetzt eine Bandbreite Bn, die die Summe der Frequenzspektren aller Unterträger darstellt. Wegen der geringen Breite des Frequenzspektrums der individuellen Unterträger erscheint das Frequenzspektrum des digitalen Signals insgesamt sehr gut im Frequenzraum begrenzt, im Gegensatz zum durch die Kurve B in Fig. 1 dargestellten Spektrum, das mit einem Verfahren zur digitalen Modulation auf einem einzigen Träger erhalten wird.
Das analoge Signal wird durch Verwendung der bekannten Amplituden-Modulationsverfahren mit zwei Seitenbändern oder einem einzigen Seitenband BLU (Bande Laterale Unique) übertragen. Im Fall einer Amplitudenmodulation AM ergibt sich das analoge Signal durch Modulation der Amplitude eines reinen Trägers, wobei darauf zu achten ist, daß die Amplitude des modulierten Signals nie null wird. Gemäß dieser Modulation führt ein zu modulierendes Signal am Sendeausgang zu einem Signal der Form cos(2πF0t)(S0+S(t)), wobei S0 eine Schräge ist, die eine positive Amplitude gewährleistet, während F0 die Trägerfrequenz ist. Das Frequenzspektrum ergibt sich, wie in Fig. 2 gezeigt, durch zwei Frequenzbänder, die je das Spektrum S(f)des Signals S(t) darstellen und symmetrisch bezüglich der Frequenz F0 liegen. In diesem Verfahren stellt die durch den Trägerrest übertragene Leistung 70% der gesamten Sendeleistung dar, während der Trägerrest selbst gar keine Information trägt, denn die ganze Nutzinformation ist in den beiden Spektren S(f) enthalten.
Bei der Einseitenbandmodulation ergibt sich eine halbierte spektrale Belegung, wie Fig. 3 zeigt. Die Modulation, die als Amplitudenmodulation betrachtet werden kann, wird gefiltert, um nur eine der beiden Hälften des Frequenzspektrums mit nur wenig oder ganz ohne Trägerrest durchzulassen. Die Verringerung der Sendeleistung variiert abhängig von dem Anteil des Trägerrests. Wenn dieser Rest ganz beseitigt wird, beträgt die erforderliche Sendeleistung bei gleicher Reichweite nur noch 15% von der, die für eine Amplitudenmodulation AM notwendig ist. Da aber leider ein einfacher handelsüblicher Empfänger nicht in der Lage ist, ein solches Signal richtig zu demodulieren, insbesondere wenn ein Trägerrest fehlt, muß die Sendung mit einem entsprechenden Trägerrest erfolgen, um die Verzerrung zu begrenzen, die sich unverändert mit einem Amplitudenmodulationsempfänger ergibt.
Wie die Fig. 4 bis 7 zeigen, ist das kombinierte Signal, das erfindungsgemäß von einem gemeinsamen Sender ausgesendet wird, die Summe des analogen Signals mit der Bandbreite Ba und des digitalen Signals mit der Bandbreite Bn. In den verschiedenen in Betracht gezogenen Varianten wird die Bandbreite des Signals S(t) mit Bs bezeichnet und liegt in der Nähe der Bandbreite B0. Bn bezeichnet die erforderliche Bandbreite für die Übertragung des dem Signal S(t) zugeordneten digitalen Signals. In allen Varianten der in Betracht gezogenen spektralen Kombination liegen die hohen Frequenzen des Spektrums S(f) denen des digitalen Signals am nächsten. So kann ein möglicher unerwünschter Empfang in einem handelsüblichen AM-Empfänger durch ein im digitalen Signal enthaltenen Frequenzen nur zu einem bei den höchsten Frequenzen liegenden Rauschen führen, was deswegen nur wenig stört, weil ein Rauschen bei hohen Frequenzen als weniger störend empfunden wird im Vergleich zu einem Rauschen bei tiefen Frequenzen, und weil außerdem ein handelsüblicher AM-Empfänger die hohen Frequenzen stark dämpft.
Aufgrund der Tatsache, daß für eine gleiche Sendereichweite das Signal/Rauschverhältnis, das für eine digitale Übertragung erforderlich ist, deutlich geringer als das Signal/Rauschverhältnis ist, das für eine analoge Übertragung erforderlich ist, kann die von der digitalen Komponente ausgesendete Leistung gleich oder sogar geringer als die der analogen Komponente sein, was bedeutet, daß die Gesamtleistung in der Nähe derjenigen Leistung liegen oder sogar geringer als die Leistung sein kann, die für einen Amplitudenmodulationssender erforderlich ist, der nur das analoge Signal aussendet. In den Fig. 4 bis 7 wird der Abstand zwischen den Frequenzen F0 und F1, die die Frequenz des Trägerrests für das analoge Signal beziehungsweise die zentrale Frequenz des digitalen Signals bilden, so festgelegt, daß das Gesamtband des ausgesendeten Signals Bt mit den üblichen Sendenormen vereinbar ist.
Es ist auch möglich, wie Fig. 5 zeigt, in einer Übergangsperiode in Betracht zu ziehen, die Aussendung mit Amplitudenmodulation des digitalen Signals allein das ganze verfügbare Frequenzband besetzen zu lassen oder auch, wie dies Fig. 6 zeigt, gleichzeitig das analoge und das digitale Signal in Amplitudenmodulation auszusenden, wobei das digitale Signal dann als eine besondere "Signalisierung" jenseits der höchsten Frequenzen des analogen Basisfrequenzsignals betrachtet werden kann. Eine weitere Variante ist in Fig. 7 gezeigt mit der Aussendung des analogen Signals in Amplitudenmodulation Am oder in VSB-Modulation (Vestigial Side Band - Restseitenband), um die Verzerrung bei den niederen Frequenzen zu begrenzen, und mit der Aussendung des digitalen Signals im oberen oder unteren Seitenband.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ist in Fig. 8 gezeigt. Die Vorrichtung enthält eine Summierschaltung 1, deren erster Eingang mit einem ersten Modulationskanal gekoppelt ist, der von einem Basisfrequenzkodierer 2, einem Multiplexer 3 für die vom Kodierer 2 gelieferten Daten und für Dienst- und Hilfsdaten und von einem Vielfachträger-Modulator 4 gebildet wird, die in dieser Reihenfolge in Reihe angeordnet sind. Die Summierschaltung 1 ist andrerseits über einen zweiten Modulationseingang an einen zweiten Kanal gekoppelt, der im wesentlichen von einem Tiefpaßfilter 5 gebildet wird.
Der Ausgang der Summierschaltung 1 ist an den Eingang einer Modulationsvorrichtung 6 gekoppelt, die von einem Amplitudenmodulator oder einem Einseitenbandmodulator BLU gebildet wird. Das von der Modulationsvorrichtung 6 gelieferte modulierte Signal wird von einem Selektorfilter 7 für Seitenbänder gebildet. Eine Regelvorrichtung 8 ist an den Ausgang des Tiefpaßfilters 5 gekoppelt, um den Pegel des von der Modulationsvorrichtung 6 gelieferten Trägerrests zu regeln. Die Modulationsvorrichtung 6 setzt sich, wie in Fig. 9 gezeigt, aus zwei Kanälen zusammen. Ein erster Kanal enthält eine Vorrichtung 9 zur Schätzung der Minima des Signals S(t), die an einen ersten Eingang einer Subtraktionsschaltung 10 über eine Tiefpaßfilter 11 gekoppelt ist. Ein zweiter Kanal besteht aus einer Verzögerungsschaltung 12 mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit T entsprechend der Dauer der Verarbeitung des Signals S(t) im ersten Kanal. Die Verzögerungsschaltung ist an einen zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung 10 über eine Multiplizierschaltung 13 gekoppelt, die mit einem Sollfaktor g multipliziert.
Der Ausgang der Subtraktionsschaltung 10 ist an einen Steuereingang der Modulationsvorrichtung 6 aus Fig. 8 angeschlossen. Das Signal S(t) wird gemäß dieser Konfiguration zugleich an den Eingang der Vorrichtung 9 zum Schätzen der Minima und an den Eingang der Verzögerungsschaltung 12 angelegt. Die Regelvorrichtung 8 erlaubt es, die Energievergeudung aufgrund eines energiestarken Trägerrests in Grenzen zu halten, indem permanent dieser Rest abhängig von der augenblicklichen Leistung des Signals S(t) nachgeregelt wird. So lange der Leistungspegel des Signals S(t) niedrig ist, ist die Verzerrung völlig vernachlässigbar. Für die anderen Werte S(t) bleibt die Verzerrung auf einem akzeptablen Wert. Hierzu werden die Minima des Signals S(t) permanent geschätzt und vom Tiefpaßfilter 11 gefiltert, dessen Grenzfrequenz beispielsweise 10 Hz beträgt, sodaß es unhörbar ist, und der erhaltene Wert wird um die Dauer T verzögert und mit einem Verstärkungsgrad g kleiner als eins versehen, ehe er vom Signal S(t) abgezogen wird.
Das Frequenzspektrum des resultierenden und am Ausgang des Selektorfilter 7 erhaltenen Signals hat dann die in Fig. 10 gezeigte Form, wobei der Trägerrest mit einer sehr kleinen Bandbreite moduliert wird.
Wellenformen des Trägers ohne und mit der Modulation des Trägerrests sind in den Fig. 11A, 11B und 11C abhängig von der Amplitude des Signals S(t) dargestellt.

Claims

1. Verfahren zur gemeinsamen analogen und digitalen Rundfunkaussendung durch einen gemeinsamen Sender zum gleichzeitigen Empfang durch Empfänger für amplitudenmodulierte Signale oder Signale in Einseitenbandmodulation und durch Empfänger für digitale Signale, die zur Demodulation einer Vielzahl von Unterträgern geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, ein kombiniertes Signal auszusenden, dessen Frequenzspektrum (Bt) sich aus einem ersten, analogen Spektrum (Ba), das für die Amplitudenmodulation oder die Einseitenbandmodulation repräsentativ ist, und aus einem zweitem Spektrum (Bn) in Form einer Vielzahl von Unterträgern zusammensetzt, wobei die beiden Spektren zwei getrennte Frequenzbänder besetzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum (Ba) des Analogsignals das Spektrum eines amplitudenmodulierten Signals ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum (Ba) des Analogsignals das Spektrum eines Signals mit Einseitenbandmodulation ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum (Ba) des Analogsignals das Spektrum eines Signals mit VSB-Modulation ("Vestigial Side Band" - Restseitenband) ist.

5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum (Bn) des digitalen Signals aus einer bestimmten Anzahl von Unterträgern zusammengesetzt ist, die in gleichmäßigen Abständen liegen und unabhängig voneinander gemäß einem Modulationsverfahren mit mehreren Phasenzuständen moduliert sind.

6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, das Spektrum des digitalen Signals in einem Frequenzband (Bn) anzuordnen, das auf der den höheren Frequenzen des ursprünglichen Analog-Frequenzbands benachbarten Seite liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, gleichzeitig das analoge und das digitale Signal in Amplitudenmodulation auszusenden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, gleichzeitig das analoge Signal in Amplitudenmodulation und das digitale Signal in Einseitenbandmodulation auszusenden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Summierschaltung (1) enthält, die mit einem ersten Eingang an einen ersten Modulationskanal bestehend in Reihe aus einem Basisfrequenzkodierer (2), einem Multiplexer (3) und einem Mehrfachträger-Modulator (4) gekoppelt ist und mit einem zweiten Eingang an einen Kanal gekoppelt ist, der ein Tiefpaßfilter (5) enthält, während der Ausgang der Summierschaltung (1) an den Eingang einer Modulationsvorrichtung (6) gekoppelt ist, die von einem Modulator mit Amplitudenmodulation oder Einseitenbandmodulation gebildet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Regelvorrichtung (8) enthält, die zwischen den Ausgang des Tiefpaßfilters (5) und den Ausgang des Mehrfachträger-Modulators (4) gekoppelt ist, um den Pegel des Trägerrests zu regeln, der von der Modulationsvorrichtung (6) geliefert wird.