1. WST
P
Radiofonię cyfrową cechują strumienie danych o dużych przepływnościach danych. Do
przesyłania strumienia danych o dużych przepływnościach stosuje się transmisję z
wykorzystaniem wielu sygnałów nośnych o małych przepływnościach. Systemy
wieloczęstotliwościowe, w których sygnały nośne są ortogonalne noszą nazwę systemów
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Systemy OFDM charakteryzują się
wysoką efektywnością widmową, odpornością na zakłócenia powodowane przez interferencje
międzysymbolowe, odporność na zjawiska wielodrogowej propagacji. W przypadku
modulacji OFDM widma sygnałów poszczególnych nośnych zachodzą na siebie, dzięki
czemu efektywność widmowa jest większa niż w systemie ze standardową multipleksacją
częstotliwości. Transmisja OFDM posiada wiele zalet powodujących, że obszar jej
zastosowań stale się poszerza, między innymi systemy OFDM znalazły zastosowanie
radiofonii cyfrowej DAB i DRM. Wadą transmisji systemu OFDM jest duża wrażliwość
systemu na nieliniowości kanału transmisji, toteż może ona być stosowana tylko w liniowych
kanałach transmisyjnych.
2. STRUKTURA RADIOFONICZNYCH SYGNAA
ÓW CYFROWYCH
Radiofonia cyfrowa zapewnia wysokiej jakości odbiór sygnałów fonicznych, znacznie
lepszej jakości niż w przypadku systemów FM UKF. Cyfrowa radiofonia rozsiewcza DAB
(Digital Audio Broadcasting) zapewnia lepsze wykorzystanie pasma niż radiofonia analogowa
FM UKF.
W wyniku przetwarzania sygnału analogowego otrzymuje się sygnał cyfrowy (PCM) o
przepływności np.: 768kb/s dla jednego kanału  systemu monofonicznego przy
przetwarzaniu sygnału za pomocą 16 bitowego przetwornika analogowo-cyfrowego z
częstotliwością 48kHz. Przy przetwarzaniu sygnału stereofonicznego strumień danych osiąga
wartość ponad 1.5Mb/s. W celu zmniejszenia szybkości transmisji bez pogorszenia jakości
sygnału fonii zastosowano kodowanie z
ródłowe. Jest ono realizowane za pomocą kodera
MUSICAM, który stanowi realizację systemu kodowania ISO/MPEG-Audio Layer II
znormalizowanego w ramach standaryzacji ISO.
W końcowym procesie foniczny sygnał cyfrowy jest formowany w postaci ramki sygnału
DAB. Na rys. 1 przedstawiono przykładową postać wyjściowej ramki sygnału DAB.
Rys. 1. Przykładowa ramka sygnału DAB
Ramka sygnału DAB składa się z trzech podstawowych kanałów:
- synchronizacji (SYNCH),
- szybkiej informacji (FIC),
- oraz kanału usług podstawowych (MSC).
W kanale SYNCH są przesyłane informacje wykorzystywana do synchronizacji odbiornika:
- umożliwiające automatyczną regulacje częstotliwości,
- automatyczną regulację wzmocnienia,
- oraz informację o fazie odniesienia.
W kanale FIC jest przesyłana ograniczona ilość informacji, która nie może podlegać
opóz
nieniu w szczególności informacje konfiguracji multipleksu, konfiguracji demodulatora.
Kanał usług podstawowych MSC zajmuje największą część sygnału ramki i w nim są
przekazywane dane foniczne. W kanale podstawowym może być transmitowane sześć
niezależnych bloków, np.: pięć programów radiowych i jeden blok danych alfanumerycznych.
Dane kanału MSC są poddane procesowi zabezpieczenia przed błędami, procesowi
rozpraszania oraz procesowi przeplotu czasowemu. Tak przetworzony strumień danych jest
doprowadzony do modulatora.
3. METODY MODULACJI
Ramka cyfrowego sygnału DAB musi być przesyłana w odpowiednio krótkim czasie tak
aby było możliwe odtwarzanie na bieżąco przesyłanej mowy lub muzyki. Do przesłania
ramki, czasie rzeczywistym, złożonej z kilku tysięcy bitów przy pomocy prostej dwustanowej
modulacji wymagana jest duża szybkość modulacji. Impuls modulujący będzie bardzo krótki.
Dla zmiennych warunków propagacji gdzie występują zjawiska wielodrogowe transmisja zbyt
wąskich impulsów narażona jest na zakłócenia między symbolowe. W celu zmniejszenia
wpływu zakłóceń międzysymbolowych na jakość transmisji modulację OFDM, gdzie jest
realizowana transmisja wielotonowa.
Strumień danych jest dzielony na k podstrumieni, w których odstęp modulacji wynosi kTb,
gdzie Tb  czas trwania bitu. Każdy ze strumieni moduluje inną podnośną. Częstotliwość
sygnałów podnośnych określona jest wzorem:
fn = fo + k/T
gdzie: fo  częstotliwość nośna,
T  czas trwania impulsu modulującego,
k  liczba całkowita oznaczająca kolejną podnośną.
Kolejne podnośne są ortogonalne co pozwala na nakładanie się ich widm bez powodowania
interferencji międzysymbolowych. Na rys. 2 przedstawiono widmo sygnału OFDM kilku
kolejnych podnośnych.
f
Rys. 2. Widmo sygnału OFDM
Każda podnośna OFDM sygnału DAB jest modulowana w systemie DQPSK. Strumień
danych przydzielony dla każdej podnośnej jest dzielony zgodnie z określonym algorytmem na
składową synfazową i kwadraturową a następnie są doprowadzone do układów mnożących
gdzie realizowana jest modulacja DQPSK. W rzeczywistych układach opisany proces
modulacji jest realizowany przez wykorzystanie obliczeń odwrotnej transformaty Fouriera.
Proces modulacji jest realizowany na procesorze sygnałowym.
W celu eliminacji wpływu zjawisk wielodrogowości na ortogonalność podnośnych
zastosowano odstęp ochronny. Na rys. 3a przedstawiono symbol elementarny symbol
modulujący jednej podnośnej z zaznaczonym czasem ochronnym, natomiast na rys. 3b
przedstawiono odpowiedz
impulsową kanału radiowego.
a)
T
Ts
DT
b)
Rys. 3. a) Symbol elementarny modulujący pojedynczą podnośną
b) Odpowiedz
impulsowa kanału radiowego
Korzyści z transmisji wielotonowej wynikają przede wszystkim z k-krotnego zwiększenia
długości impulsu modulującego, co znacznie ułatwia konstrukcję odbiornika a szczególnie
pozwala uniknąć interferencji między symbolowych i pozwala na stosowanie korekcji
adaptacyjnej.
Długość odstępu ochronnego oraz czasu trwania impulsu modulującego zależy od modu
pracy systemu. W tablicy 1 zestawiono wybrane parametry impulsów modulujących dla
różnych modów transmisji.
Tablica nr 1
Mod transmisji I II III IV
k - ilość
1536 384 192 768
podnośnych
odległość w kHz
1kHz 4kHz 8kHz 2kHz
pomiędzy
podnośnymi
T - czas trwania
1246�s 312�s 156�s 623�s
symbolu
"T  czas
246�s 62�s 314�s 123�s
ochronny
okres transmisji
96ms 24ms 24ms 48ms
ramki
Dla modu I mającego zastosowanie w pasmach I, II i III odstęp ochronny wynosi 246�s a
czas trwania impulsu modulującego 1246�s. Mod IV jest polecany dla systemów
jednoczęstotliwościowych.
Dla transmisji sygnału systemu DAB przewidziano następujące pasma częstotliwości:
- 174 � 240MHz,
- 1452 � 1492MHz.