Standard DAB Eureka 147
Cyfrowa radiofonia rozsiewcza DAB (Digital Audio Broadcasting) zapewnia lepsze
wykorzystanie pasma niż radiofonia analogowa FM UKF.
Sygnał analogowy może być próbkowany z częstotliwością 48kHz co pozwala na
osiągnięcie szerokości przetwarzanego pasma akustycznego do 20.3kHz lub próbkowany z
częstotliwością 24kHz  szerokość przetwarzanego pasma akustycznego do 11.3kHz.
Rozdzielczości próbkowania może osiągać wartość do 22bitów/próbkę.
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. Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy nadajnika systemu DAB.
Rys. 1. Schemat blokowy nadajnika DAB
W celu zmniejszenia szybkości transmisji bez pogorszenia jakości sygnału fonii
zastosowano kodowanie z
ródłowe. Jest ono realizowane za pomocą kodera MUSICAM
(Masking Pattern Universal Subband Integrated Coding and Multiplexing, który stanowi
realizacjÄ™ systemu kodowania ISO/MPEG-Audio Layer II znormalizowanego w ramach
standaryzacji ISO. W celu zredukowania przepływności strumienia bitów algorytm
kodowania wykorzystuje psychoakustyczne właściwości ucha ludzkiego:
- zależność progu słyszalności od częstotliwości (krzywa A na rys. 2),
- brak wrażliwości ucha na jednoczesne bliskie tony poniżej dominującego  zjawisko
maskowania (linia B na rys. 2),
- brak wrażliwości ucha na tony słabsze bliskie czasowo sygnałowi dominującemu 
premaskowanie i posmaskowanie.
1
Rys. 2. Psychoakustyczna charakterystyka ucha
Sygnał akustyczny stereofoniczny próbkowany z częstotliwością 48kHz i kwantyzacją 16-
bitową daje strumień bitów o przepływności 2x768kb/s. Pasmo akustyczne przetwarzanego
sygnaÅ‚u 20Hz ÷ 20kHz jest dzielone za pomocÄ… filtrów wielofazowych na 32 subpasma
(kodowanie podpasmowe). Schemat blokowy kodera MUSICAM przedstawiono na rys. 3.
Transformacja
Filtracja
Cyfrowy sygnał M
Redukcja
foniczny u
Bank
danych
l
filtrów
48 kHz
t
i
Wyjście
Określenie p
Redukcja
współczynników l
K
danych
skali e
o
k
d
s
e
Dynamiczna
Określenie
e
r
FFT alokacja
progu
r
bitów
maskowania
Rys. 3 Schemat blokowy kodera MUSICAM
2
Szerokość subpasma wynosi 750Hz. Ta rozdzielczość w dziedzinie częstotliwości w
obszarze dolnej części pasma akustycznego jest niewystarczająca do określenia
dynamicznego progu słyszalności. Kodowanie subpasmowe uzupełnia się kodowaniem
transformacyjnym. Oblicza siÄ™ co 24ms za pomocÄ… szybkiej transformaty Fouriera  FFT
1024 składowe widma z rozdzielczością co 20Hz. Amplitudy składowych porównuje się z
progiem słyszalności i pozostawia się składowe przewyższające ten próg. Dla każdego
subpasma określa się współczynnik skali i dynamiczny próg słyszalności. Próbki sygnałów
subpasmowych grupuje się w bloki o długości 8 ms po 12 próbek. W każdym bloku wyznacza
się współczynnik skali określający najwyższy poziom sygnału subpasmowego.
Współczynniki skali są kodowane za pomocą 6-bitów. 6-bitowy współczynnik skali pozwala
na zakodowanie pełnej dynamiki sygnału studyjnego z dwudecybelowym krokiem. Średnią
liczbę potrzebnych do przesłania współczynników skali można zmniejszyć uwzględniając
statystyczny ich rozkład. Współczynniki w wyższych subpasmach mają mniejsze wartości
oraz współczynniki skali dwóch sąsiednich ramek niewiele różnią się od siebie.
Prawdopodobieństwo, że dwa sąsiednie współczynniki skali będą różniły się o więcej niż dwa
decybele jest mniejsze niż 0.1.
Sygnał cyfrowy po procesie kodowania z
ródłowego jest multipleksowany i następnie jest
doprowadzony do kodera konwolucyjnego. Na rys. 4 przedstawiono schemat układu kodera
konwolucyjnego.
Z Z Z Z Z Z
Rys. 4 Schemat układu kodowania splotowego
Z  element opóz
niajÄ…cy o jeden takt
3
W koderze konwolucyjnym zastosowano kod splotowy o algorytmie zamieszczonym
poniżej.
Sygnał wyjściowy kodera konwolucyjnego jest poddany operacji selektywnego
wymazywania bitów. Wymazywanie polega na usuwaniu niektórych bitów w celu
zmniejszenia wypadkowej przepływności kanału. Jest realizowane według specjalnego
algorytmu tak aby była możliwa detekcja i korekcja błędów.
W końcowym procesie foniczny sygnał cyfrowy jest formowany w postaci ramki sygnału
DAB. Na rys. 5 przedstawiono przykładową postać wyjściowej ramki sygnału DAB.
Rys. 5. 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,
- automatycznÄ… regulacjÄ™ wzmocnienia,
- oraz informacjÄ™ 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
4
rozpraszania oraz procesowi przeplotu czasowemu. Tak przetworzony strumień danych jest
doprowadzony do modulatora.
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. Częstotliwość poszczególnych podnośnych określa
wzór:
k
fk = f0 +
Tb
gdzie: f0  częstotliwość nośna,
Tb  czas trwania symbolu OFDM.
Na rys. 6a przedstawiono rozkład nośnych OFDM, natomiast na rys. 6b przedstawiono
widmo sygnału OFDM.
a)
b)
Rys. 6 a) rozkład nośnych sygnału OFDM, b) widmo sygnału OFDM
5
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 (Differential Quadrature Phase Shift Keying). Na
rys. 7 przedstawiono schemat blokowy kodera DQPSK.
A I
k k
Wk Szeregowy
Koder
różnicowy
B Qk
k
Równoległy
Rys. 7 Schemat blokowy kodera DQPSK
Szeregowy ciąg bitów Wk jest przetwarzany do postaci równoległej o ciągach Ak i Bk Ciągi
dwu bitowe przetwarzane sa według następującego algorytmu:
Ik = (Ak •" Bk) (Ak •" Ik - 1) + (Ak •" Bk) ( Bk •" Qk - 1)
Qk = (Ak •" Bk) (Bk •" Qk - 1) + (Ak •" Bk) ( Ak •" Ik - 1)
Przykład sposobu kodowania QPSK podano w tabeli 1. Teoretyczna widmowa efektywność
kodowania wynosi 2bit/s/Hz, natomiast po zastosowaniu kodowania splotowego wynosi
1.6bit/s/Hz.
Tabela 1. Przykład kodowania dla modulacji DQPSK
CiÄ…g Ak 1 0 0 1 0 1 0 1
informacyjny
Bk 1 1 0 0 1 1 1 0
CiÄ…gi Ik 1 0 1 1 0 1 0 0 0
wyjściowe
Qk 1 0 0 0 0 0 1 0 1
Faza sygnału Ą 5Ą 7Ą 7Ą 5Ą 7Ą 3Ą 5Ą 3Ą
Õk
4 4 4 4 4 4 4 4 4
nadawanego
W rzeczywistych układach opisany proces modulacji jest realizowany przez
wykorzystanie obliczeń odwrotnej transformaty Fouriera. Proces modulacji jest realizowany
na procesorze sygnałowym.
6
. .
wy
C/A
we . .
PS
S/R . . IFFT R/S WOO
. .
FDP
Rys. 8 Schemat blokowy modulatora OFDM
S/R  przekształcenie szeregowo-równoległe,
PS- przekształcenie symboli,
IFFT  odwrotna transformata Fouriera,
R/S  przekształcenie równoległo-szeregowe,
WOO  wstawienie odstępu ochronnego,
C/A  przetwornik cyfrowo-analogowy,
FDP  filtr dolno-przepustowy.
W celu eliminacji wpływu zjawisk wielodrogowości na ortogonalność podnośnych
zastosowano odstęp ochronny. Na rys. 9 przedstawiono symbol elementarny z odstępem
ochronnym.
Rys. 9 Symbol elementarny jednej nośnej OFDM z zaznaczonym odstępem ochronnym oraz
odpowiedz
impulsowa kanału transmisyjnego
Długość odstępu ochronnego oraz czasu trwania impulsu modulującego zależy od modu
pracy systemu. Tabela 2 zawiera wybrane parametry impulsów modulujących dla różnych
modów transmisji.
7
Tabela 2. Parametry sygnału DAB
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
1246µs 312µs 156µs 623µs
symbolu
"T  czas
246µs 62µs 314µs 123µs
ochronny
okres transmisji
96ms 24ms 24ms 48ms
ramki
Dla modu I majÄ…cego zastosowanie w pasmach I, II i III odstÄ™p ochronny wynosi 246µs a
czas trwania impulsu modulujÄ…cego 1246µs. Mod I jest zalecany dla naziemnych systemów
jednoczęstotliwościowych (SFN) oraz radiofonii lokalnej pracującej w paśmie I, II i III.
Transmisja modu II i IV zalecana jest dla radiofonii lokalnej pracującej w paśmie I, II, III, IV,
V oraz w paśmie L (1452  1492MHz). Transmisja modu III preferowana jest do stosowania
w sieciach kablowych.
Dla transmisji sygnału systemu DAB przewidziano następujące pasma częstotliwości:
- 174 ÷ 240MHz,
- 1452 ÷ 1492MHz.
Wymagania na widmo częstotliwościowe sygnału DAB zawarte są w normie ETSI EN
302 077-1 V.1.1. Norma zaleca analizę widma w zakresie ą 3 MHz względem częstotliwości
środkowej. Teoretyczny wygląd widma dla różnych typów transmisji DAB zamieszczono na
rys. 10, 11, 12 i 13. Zgodnie z podstawowÄ… normÄ… ETSI EN 302 077-1 V.1.1. punkt 14.1,
centralna podnośna OFDM sygnału DAB nie jest nadawana, co można wykorzystywać przy
kontroli emisji, do oceny zgodności częstotliwości nadajnika z wartością nominalną.
8
Rys. 10. Widmo gęstości mocy sygnału DAB dla I typu transmisji
Rys. 11. Widmo gęstości mocy sygnału DAB dla II typu transmisji.
Rys. 12. Widmo gęstości mocy sygnału DAB dla III typu transmisji.
9
Rys. 13. Widmo gęstości mocy sygnału DAB dla IV typu transmisji.
Jak widać w środkowej części widma jest  szczelina wynikająca z braku podnośnej.
Można to właśnie wykorzystać do identyfikacji częstotliwości pracy nadajnika DAB.
Centralna częstotliwość OFDM widma DAB jest równa wielokrotności 16 kHz, przy
czym dopuszczalne jest przesunięcie o ąT/2 (T  czas trwania impulsu modulującego).
Dopuszczalna dokładność i stabilność częstotliwości centralnej zależy od rodzaju transmisji;
odpowiednie dane zawiera Tabela 3.
Tabela 3. Dokładność i stabilność częstotliwości centralnej
Typ transmisji I II III IV
Dokładność
100Hz 400Hz 800Hz 200Hz
częstotliwości
Stabilność
Ä…10Hz Ä…40Hz Ä…80Hz Ä…20Hz
częstotliwości
10