數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)，包括模擬FM激勵器模塊，模擬FM激勵器將輸入的實時音頻信號上變頻至載波頻率，模擬FM激勵器的輸出經(jīng)過一定延時后與實時調(diào)整的數(shù)字調(diào)制信號耦合，通過饋線送入天線發(fā)送。其中實時調(diào)整的數(shù)字調(diào)制信號通過以下模塊得到，F(xiàn)M信號生成模塊將模擬音頻信號進(jìn)行FM調(diào)制，調(diào)制后的信號通過數(shù)字頻譜動態(tài)算法模塊計算FM調(diào)制信號所對應(yīng)的數(shù)字頻譜，并通過數(shù)字頻譜調(diào)整模塊核算數(shù)字頻譜所對應(yīng)的子載波數(shù)，數(shù)字音頻根據(jù)計算得到的子載波數(shù)通過數(shù)字信號調(diào)制器實現(xiàn)數(shù)字信號的OFDM調(diào)制。本發(fā)明通過增加模擬音頻信號與數(shù)字信號調(diào)制器間的自適應(yīng)調(diào)整模塊，根據(jù)模擬信號實時的分布狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整數(shù)字信號的傳輸帶寬，在保證聽眾收聽質(zhì)量不下降的前提下，提高數(shù)字信號可用頻譜，增加混合模式下數(shù)字信號的傳輸能力。
【專利說明】數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通訊系統(tǒng)，尤其涉及一種數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]廣播數(shù)字化是目前國內(nèi)外技術(shù)研究的熱點問題，我國數(shù)字聲音廣播還處于研究階段。美國的HD Radio標(biāo)準(zhǔn)中，采用的“帶內(nèi)同頻(IB0C)”技術(shù)使數(shù)字廣播與目前的模擬廣播使用相同的載波頻率，無需打破現(xiàn)有的頻率規(guī)劃，能夠?qū)崿F(xiàn)廣播由模擬到數(shù)字的平滑過渡。IBOC技術(shù)在不影響現(xiàn)有模擬廣播的前提下，使用現(xiàn)有模擬廣播的頻道提供高清晰度的數(shù)字聲音廣播與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，符合我國國情。
[0003]在HD Radio的混合模式中，模擬信號和數(shù)字信號采用固定的頻譜模式進(jìn)行組合，即數(shù)字信號放在距離載波129.361?198.402KHz的位置。然而，由于FM模擬信號的頻譜帶寬隨著節(jié)目信號的如頻率、幅度而變化，導(dǎo)致模擬信號頻譜與數(shù)字信號頻譜之間出現(xiàn)大量的空閑頻譜，這為數(shù)字信號的動態(tài)接入提供機會。
[0004]圖1為HD Radio混合模式的頻譜，數(shù)字信號放在模擬FM信號兩邊傳輸，僅使用每個主邊帶中距離中心子載波最遠(yuǎn)端的10個頻譜子塊，以及最遠(yuǎn)端編號為±546的參考子載波，稱為PM頻帶，總共包括382個子載波，占用頻帶范圍從-198.402?-129.36IKHz和129.361?198.402KHz。頻譜中-129.361?129.36IKHz的范圍保留給模擬信號，可以是單聲道信號或立體聲信號，也可能包含輔助通信認(rèn)證信道。
[0005]HD Radio系統(tǒng)中，發(fā)送端分別調(diào)制生成模擬信號和數(shù)字信號，調(diào)制后的模擬信號經(jīng)過一定延時后通過合成器與調(diào)制后的數(shù)字信號耦合，并通過饋線送入天線發(fā)送，系統(tǒng)模型如圖2。此時，模擬信號和數(shù)字信號采用固定的頻譜模式進(jìn)行組合，即數(shù)字信號放在距離載波約130kHz至200kHz的位置。
[0006]然而，由于FM模擬信號的頻譜帶寬隨著節(jié)目信號(如頻率、幅度)而變化，在很大的時間概率下，模擬調(diào)頻信號帶寬遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定模擬與數(shù)字信號頻譜的分界帶寬。在此情況下，模擬信號帶寬的實時變化導(dǎo)致出現(xiàn)大量的空閑頻譜，這為數(shù)字頻譜的動態(tài)接入提供機會。
[0007]數(shù)字信號根據(jù)模擬信號的變化動態(tài)調(diào)整頻譜位置時，不可避免地需要討論的一個問題即是:動態(tài)分配數(shù)字信號的頻譜位置是否會惡化用戶的收聽質(zhì)量。對于收聽質(zhì)量的評價，以往的檢測標(biāo)準(zhǔn)都是利用信噪比，信噪比衡量的是所有頻帶位置下的總噪聲能量，然而在不同的頻帶人耳對于噪聲的敏感程度不同。為了更好地反映人耳收聽音頻的感覺，PEAQ(Perceptual Evaluation of Audio Quality)心理聲學(xué)模型利用人耳的感知特性,對于輸入的參考信號和測試信號，輸出反映音頻質(zhì)量的客觀差異等級(Objective DifferenceGrade, 0DG)。
[0008]本專利使用的PEAQ 算法是 ITU (International Telecommunications Union)提出的一種基于音頻感知技術(shù)的客觀測試方法。它以心理聲學(xué)模型為基礎(chǔ)，模擬了從人耳對聲音產(chǎn)生響應(yīng)到最終感知的全過程，是目前針對音頻質(zhì)量客觀評價算法中與主觀評價結(jié)果相關(guān)度最高的算法，算法框圖如圖3所示。
[0009]PEAQ算法通過模仿人耳的聽覺系統(tǒng)，將參考信號和測試信號分別經(jīng)由基于FFT的感知模型對信號進(jìn)行分析和綜合，包括時頻變換、頻帶分組、噪聲掩蔽比(Noise MaskingRatio, NMR)計算等步驟，目的是更好的模擬人耳的感覺特性；激勵樣本預(yù)處理模塊通過對參考信號和測試信號的響度差異和線性失真進(jìn)行補償，從而對計算模型輸出參數(shù)(ModelOutput Variables, MOV)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整；預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過特征綜合計算出11個MOV值。最后，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊把這些MOV參數(shù)映射為一個ODG值輸出，該定義等同于主觀評價中的主觀差異等級(Subjective Difference Grade, SDG)。
[0010]對于PEAQ算法的誤差范圍，ITU標(biāo)準(zhǔn)指出，ODG的等級結(jié)果在±0.02之內(nèi)可以認(rèn)為音頻質(zhì)量是相同的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明在系統(tǒng)中增加數(shù)字信號與模擬信號自適應(yīng)調(diào)整模塊，將模擬FM信號和數(shù)字信號聯(lián)合起來處理。通過實時檢測模擬調(diào)頻信號的頻譜，將當(dāng)前模擬信號的信息反饋給數(shù)字信號處理模塊，以便于數(shù)字信號進(jìn)行自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整，在接收端聽眾有相同的收聽質(zhì)量的前提下，達(dá)到提高系統(tǒng)傳輸能力的目的。
[0012]本發(fā)明擬確定的數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)，如圖4所示，包括模擬FM激勵器模塊(I )，模擬FM激勵器(I)將實時輸入的音頻信號上變頻至載波頻率，模擬FM激勵器的輸出經(jīng)過一定延時(2)后與實時調(diào)整的數(shù)字調(diào)制信號(3)耦合(4)，通過饋線送入天線
(5)發(fā)送；其中實時調(diào)整的數(shù)字調(diào)制信號通過以下模塊得到，F(xiàn)M信號生成模塊(6)將模擬音頻信號進(jìn)行FM調(diào)制，調(diào)制后的信號通過數(shù)字頻譜動態(tài)算法模塊(7)計算FM調(diào)制信號所對應(yīng)的數(shù)字頻譜，并通過數(shù)字頻譜調(diào)整模塊(8)核算數(shù)字頻譜所對應(yīng)的子載波數(shù)，數(shù)字音頻根據(jù)計算得到的子載波數(shù)通過數(shù)字信號調(diào)制器實現(xiàn)數(shù)字信號的OFDM調(diào)制。
[0013]其中所述數(shù)字頻譜動態(tài)算法模塊(7)的算法框圖如圖5所示，具體地，包括以下算法步驟:
[0014]步驟一，確定NMRref 和 ODGref 的值，NMRref= {NMRT； j j = 130}, ODGref= {0DGT，j | j =130}，并設(shè)定初始值m = 0，其中T為待測試音頻信號的總時長，j表示數(shù)字信號的頻譜起始位置，單位為kHz, m為計數(shù)變量；
[0015]步驟二，設(shè)定初始值，i = I, j = 60,其中i為計數(shù)中貞；
[0016]步驟三，根據(jù)當(dāng)前的i和j值，計算NMRy, I≤i≤N，60≤j≤150，其中i為幀計數(shù)，N為總幀數(shù)；
[0017]步驟四，搜尋第i幀信號滿足條件NMRu-NMRm ( m所對應(yīng)的最小j值，并儲存在變量Bi中，搜尋方法為:當(dāng)NMR^-NMRm≤m時，i = i+1，j = 60，并運行步驟三；否則j =j+1，并運行步驟三；
[0018]步驟五，根據(jù)Bi, i = 1，2，...N所確定每幀數(shù)字信號的頻譜位置，重新構(gòu)造T秒的數(shù)模耦合信號，計算此時信號的ODG等級ODGmw ；
[0019]第六步，判斷按照Bi, i = 1,2,...N動態(tài)調(diào)整的音頻質(zhì)量等級是否合格，判別方法為:若|0DGn?-0DGMf| <= 0.02則音頻合格，否則使m = m_l并返回步驟二 ；則音頻合格后Bi, i = 1，2，...N的值即是動態(tài)調(diào)整數(shù)字頻譜位置最終搜尋到的結(jié)果。[0020]其中所述步驟一中NMRT」_和odgU的計算方法如圖6所示，具體地包括以下設(shè)置:按照HD Radio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中數(shù)字信號的頻譜位置采用HDRadio標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)，即距離載波129.361至198.402kHz ;以時長為T的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到 NMRT，dP 0DGT，jt)
[0021]其中所述步驟三中NMRiij的計算方法如圖6所示，具體地包括以下設(shè)置:按照HDRadio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離載波j至198.402kHz ;以第i幀時長為T/N的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到NMRi,
[0022]其中所述步驟五中ODGnew的計算方法如圖6所示，具體地包括以下設(shè)置:按照HDRadio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中第i幀數(shù)字信號的頻譜位置為距離載波Bi, i = 1，2，...N至198.402kHz ;以時長為T的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到0DGnOT。
[0023]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)勢與方法可通過下面的發(fā)明詳述及附圖得到進(jìn)一步的了解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0025]圖1是HD Radio混合模式的頻譜圖；
[0026]圖2是HD Radio混合模式數(shù)據(jù)發(fā)送方法圖；
[0027]圖3是PEAQ心理聲學(xué)模型算法框圖；
[0028]圖4是本發(fā)明擬定的HD Radio系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送方法圖；
[0029]圖5是數(shù)字頻譜動態(tài)接入算法步驟；
[0030]圖6是帶內(nèi)同頻系統(tǒng)NMR、ODG計算方法圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例作詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍作出更為清楚明確的界定。
[0032]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)框圖。參照圖4，數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)包括模擬FM激勵器模塊(I )，模擬FM激勵器(I)將實時輸入的音頻信號上變頻至載波頻率，模擬FM激勵器的輸出經(jīng)過一定延時(2 )后與實時調(diào)整的數(shù)字調(diào)制信號(3)耦合(4)，通過饋線送入天線(5)發(fā)送；其中實時調(diào)整的數(shù)字調(diào)制信號通過以下模塊得到，F(xiàn)M信號生成模塊(6)將模擬音頻信號進(jìn)行FM調(diào)制，調(diào)制后的信號通過數(shù)字頻譜動態(tài)算法模塊(7)計算FM調(diào)制信號所對應(yīng)的數(shù)字頻譜，并通過數(shù)字頻譜調(diào)整模塊(8)核算數(shù)字頻譜所對應(yīng)的子載波數(shù)，數(shù)字音頻根據(jù)計算得到的子載波數(shù)通過數(shù)字信號調(diào)制器實現(xiàn)數(shù)字信號的OFDM調(diào)制。
[0033]其中所述數(shù)字頻譜動態(tài)算法模塊(7)的算法框圖如圖5所示，具體地，包括以下算法步驟:
[0034]步驟一，確定NMRref 和 ODGref 的值，NMRref= {NMRT； j j = 130}, ODGref= {0DGT，j | j =130}，并設(shè)定初始值m = 0，其中T為待測試音頻信號的總時長，j表示數(shù)字信號的頻譜起始位置，單位為kHz, m為計數(shù)變量；其中所述NMRT，j和ODGT，」的計算方法如圖6所示,具體地包括以下設(shè)置:按照HD Radio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中數(shù)字信號的頻譜位置采用HD Radio標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)，即距離載波129.361至198.402kHz ;以時長為T的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到NMRT，」和0DGT，j ；
[0035]步驟二，設(shè)定初始值，i = I, j = 60,其中i為計數(shù)中貞；
[0036]步驟三，根據(jù)當(dāng)前的i和j值，計算NMRy, I ≤ i ≤ N, 60 ≤j ≤150，其中i為幀計數(shù)，N為總幀數(shù)；其中NMRu的計算方法如圖6所示，具體地包括以下設(shè)置:按照HDRadio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離載波j至198.402kHz ；以第i幀時長為T/N的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到NMRiij ;
[0037]步驟四，搜尋第i幀信號滿足條件NMRu-NMRMf ≤ m所對應(yīng)的最小j值，并儲存在變量Bi中，搜尋方法為:當(dāng)NMR^-NMRm≤m時，i = i+1，j = 60，并運行第三步；否則j =j+1，并運行第三步；其中i和j的取值范圍為1≤i≤N，60≤j≤150 ;
[0038]步驟五，根據(jù)Bi, i = 1，2，...N所確定每幀數(shù)字信號的頻譜位置，重新構(gòu)造T秒的數(shù)模耦合信號，計算此時信號的ODG等級ODGnrat ;其中ODGnrat的計算方法如圖6所示，具體地包括以下設(shè)置:按照HD Radio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中第i幀數(shù)字信號的頻譜位置為距離載波Bi, i = 1，2，...N至198.402kHz ;以時長為T的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到ODGnew;
[0039]步驟六，判斷按照Bi, i = 1,2,...N動態(tài)調(diào)整的音頻質(zhì)量等級是否合格，判別方法為:若|0DGn?-0DGMf| <= 0.02則音頻合格，否則使m = m_l并返回第二步；則音頻合格后Bi, i = 1，2，...N的值即是動態(tài)調(diào)整數(shù)字頻譜位置最終搜尋到的結(jié)果。
[0040]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】之一，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬FM激勵器模塊(1)，模擬FM激勵器(I)將實時輸入的音頻信號上變頻至載波頻率，模擬FM激勵器的輸出經(jīng)過一定延時(2)后與實時調(diào)整的數(shù)字調(diào)制信號(3)耦合(4)，通過饋線送入天線(5)發(fā)送；其中實時調(diào)整的數(shù)字調(diào)制信號通過以下模塊得到，F(xiàn)M信號生成模塊(6)將模擬音頻信號進(jìn)行FM調(diào)制，調(diào)制后的信號通過數(shù)字頻譜動態(tài)算法模塊(7)計算FM調(diào)制信號所對應(yīng)的數(shù)字頻譜，并通過數(shù)字頻譜調(diào)整模塊(8)核算數(shù)字頻譜所對應(yīng)的子載波數(shù)，數(shù)字音頻根據(jù)計算得到的子載波數(shù)通過數(shù)字信號調(diào)制器實現(xiàn)數(shù)字信號的OFDM調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字頻譜動態(tài)接入的帶內(nèi)同頻系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字頻譜動態(tài)算法模塊(7)包括以下算法步驟:
步驟一，確定 NMRref 和 ODGref 的值，NMRref= {NMRT； j | j = 130}，ODGref= {0DGT，j | j = 130}，并設(shè)定初始值m = 0，其中T為待測試音頻信號的總時長，j表示數(shù)字信號的頻譜起始位置，單位為kHz, m為計數(shù)變量； 步驟二,設(shè)定初始值，i = I, j = 60,其中i為計數(shù)中貞； 步驟三，根據(jù)當(dāng)前的i和j值，計算NMR^ I≤i≤N，60≤j≤150，其中i為幀計數(shù)，N為總幀數(shù)； 步驟四，搜尋第i幀信號滿足條件NMRu-NMRm < m所對應(yīng)的最小j值，并儲存在變量Bi中，搜尋方法為:當(dāng)NMRu-NMRm≤m時，i = i+1，j = 60，并運行步驟三；否則j = j+1,并運行步驟三； 步驟五，根據(jù)Bi, i = 1，2，...N所確定每幀數(shù)字信號的頻譜位置，重新構(gòu)造T秒的數(shù)模耦合信號，計算此時信號的ODG等級ODGmw ； 步驟六，判斷按照Bi, i = 1，2，...N動態(tài)調(diào)整的音頻質(zhì)量等級是否合格，判別方法為:若I ODGnew-ODGref I <=0.02則音頻合格，否則使m = m_l并返回步驟二 ；則音頻合格后Bi, i=1，2，...N的值即是動態(tài)調(diào)整數(shù)字頻譜位置最終搜尋到的結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟一中NMRT，j和0DGT，j的計算方法為:按照HD Radio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中數(shù)字信號的頻譜位置采用HD Radio標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)，即距離載波129.361至198.402kHz ;以時長為T的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到NMRT，」和0DGT，
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟三中NMRu的計算方法為:按照HD Radio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中數(shù)字信號的頻譜位置為距離載波j至198.402kHz ;以第i幀時長為T/N的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到NMRi,
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟五中ODGmw的計算方法為:按照HD Radio標(biāo)準(zhǔn)的混合模式建立FM調(diào)制解調(diào)的模型，其中第i幀數(shù)字信號的頻譜位置為距離載波Bi, i = 1，2，...N至198.402kHz ;以時長為T的原始模擬音頻信號作為參考信號，以接收端解調(diào)后的模擬信號為測試信號，將參考信號和測試信號送入PEAQ模型，得到0DGnOT。
【文檔編號】H04W72/08GK103560992SQ201310556269
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】方偉偉, 楊剛, 蔣藍(lán)祥, 王菲, 焦瑋, 王威 申請人:蘇州威士達(dá)信息科技有限公司