【発明の詳細な説明】
FMデータ放送用システムおよびそのデータ信号処理方法
発明の分野
本発明は、従来のFMステレオ放送システムのデータ放送中のデータ信号処理
方法、およびその互換性の解決に関する。上記方法は、他のデータ送信システム
に対しても使用することができる。
発明の背景
言語(音声)および音楽は、音声放送の二つの主な要素である。2チャンネル
のステレオ放送の場合には、言語プログラムは、実際の意味を持たない。実際に
は、従来のステレオ放送においては、音声プログラムの信号源は一つしかない。
音声信号を送信する前に、上記信号は図1の分岐点Xで、左右の信号に分割され
、その後、それぞれ、二つのチャンネルにより伝送され、リスナーは左右の耳で
それを聞く。明らかに、音声信号が、受信機により受信された後で、図2の分岐
点Yで左右の信号に分割され、リスナーの二つの耳に届いた場合、実際の聴覚上
の効果は従来と同じである。しかし、データ信号を送信し、データ放送を行うの
に必要な、送信チャンネルおよび送信容量が少なくてすむ。「モノラル+データ
」のこの放送モードは、ステレオ放送局のすべてのモノラル・プログラムの放送
中に使用するのに適している。
発明の目的
本発明の一つの目的は、従来のFMステレオ放送システムが、2チャンネルの
「ステレオ」放送モードおよび「モノラル+データ」放送モードの両方を、放送
することができるようにすることである。これら二つのモードは、相互に互換性
があり、FMステレオ放送中にデータ放送を行うことができるように、柔軟に切
り換えることができる。
本発明の他の目的は、適当な可変幅コードによりデータをコード化し、それに
より、従来のFMステレオ・システムが、FM「ステレオ十低速データ」/「モ
ノラル+高速データ」を放送できるようにし、それによりFM放送の送信容量を
動的に使用することである。
発明の概要
本発明のFM L−Rデータ放送システムは、送信セクションと受信セクショ
ンとを含む。上記送セクションは、左右オーディオ・チャンネル、LおよびRを
持つ入力ターミナルと、ステレオ・エンコーダおよび出力ターミナルを含む。上
記受信セクションは、受信機、ステレオ・デコーダおよび出力ターミナルを含む
。上記送信セクションは、さらに、送信対象のデータ信号を供給するためのデー
タ送信装置を含む。DSB−SC変調器、データ送信装置、および帯域フィルタ
の間に設置され、データ信号またはオーディオ信号を選択的に受信するのに使用
される、第一のスイッチKS1と;分割装置および狭帯域フィルタの間に設置さ
れ、パイロット信号を選択的に通したり、遮断するのに使用される第二のスイッ
チKS2;およびスイッチの状態を制御するために、第一のスイッチと第二のス
イッチとに接続し、データ送信装置のデータ信号送信を制御するために、データ
送信装置に接続しているモード制御ターミナルを含む。上記受信セクションは、
さらに、送信データ信号DTを受信するためのデータ受信装置と;放送ベースバ
ンド信号から、データ信号を分離するために、その入力が上記受信機に送られる
帯域フィルタと;パイロット信号を識別し、その出力にモード制御信号を出力す
るために、その入力が、同様に上記受信機に接続しているパイロット識別装置;
および上記帯域フィルタと上記データ受信装置との間に設置され、パイロット識
別装置の出力に接続している第三のスイッチKRとを含む。この場合、上記第三
のスイッチを通して、データ信号DTは、上記パイロット識別装置が出力したモ
ード制御信号により、データ・デコーダに選択的に供給され、送信データ・スト
リームに回収される。
FM L−Rデータ放送を行うための方法は、a)送信セクションのモード制
御ターミナルのところで、モード制御信号モードを設定するステップと;b)ス
テレオ放送を行っている場合に、上記放送セクションのモード制御信号モードが
、
データ送信装置に、動作を中止するように命令し、ステレオ・エンコーダに、F
M放送ベースバンド信号を正常に受信するように命令するステップと;c)FM
L−Rデータ放送が行われている場合に、上記送信セクションのモード制御信
号モードが、上記データ送信装置を始動し、上記第一のスイッチKS1を、DS
B−SC変調装置、DSB−SCの出力から切り離し、データ送信用のデータ送
信装置を接続し、パイロット信号を除去するために、上記第二のスイッチKS2
を、分割装置の出力から切り離すステップと;d)データ信号を含む送信放送ベ
ースバンド信号を受信するために、受信セクションに、第二の帯域フィルタを設
置するステップと;e)ベースバンド信号から、パイロット信号を識別するため
に、受信セクションに、パイロット識別装置を設置するステップと;f)帯域フ
ィルタと、データ受信装置との間に、上記パイロット識別装置の出力に接続して
いる第三のスイッチKRを設置するステップと;g)上記パイロット識別装置が
、放送ベースバンド信号から、パイロット信号を識別するときに、上記出力ター
ミナルのモード制御信号モードが、帯域フィルタから上記第三のスイッチを切り
離し、データ信号の受信を中止し、ステレオ・デコーダに、ステレオ放送信号を
受信するために正常に動作するように命令するステップと;h)上記パイロット
識別装置が、上記入力信号からパイロット信号を識別できない場合に、出力ター
ミナルのモード制御信号モードが、データ信号を受信するために、上記第三のス
イッチKRを、上記帯域フィルタに接続するステップとからなる。
FM L−Rデータ放送システムは、送信セクションと受信セクションからな
り、上記送信セクションは、左右のチャンネルL、Rを持つ入力ターミナルと、
ステレオ・エンコーダおよび出力ターミナルからなる。上記受信機セクションは
、受信機、ステレオ・デコーダおよび出力ターミナルからなる。上記システムは
、送信セクションが、さらに、送信対象のデータ信号を供給するために、その出
力が上記ステレオ・エンコーダの加算装置に接続しているデータ送信装置と;上
記DSB−SC変調器、上記データ送信装置、および上記帯域フィルタの間に設
置され、データ信号またはオーディオ信号を、選択的に受信するための第一のス
イッチKS1と;上記分割装置および上記狭帯域フィルタの間に設置され、パイ
ロット信号を選択的に通したり、遮断するのに使用される第二のスイッチKS2
と
;上記スイッチKS1、KS2の状熊を制御するために、第一および第二のスイ
ッチKS1、KS2に接続し、またデータ送信装置のデータ送信を制御するため
に、データ送信装置にも接続しているモード制御ターミナルを含む。上記受信セ
クションは、さらに、送信データ信号DTを、受信するためのデータ受信装置と
;放送ベースバンド信号から、データ信号DTを分離するために、その入力が上
記入力ターミナルに送られる第二の帯域フィルタと;パイロット信号を識別し、
その出力ターミナルに、モード制御信号を出力するために、その入力が、同様に
上記受信機に接続しているパイロット識別装置と;上記第二の帯域フィルタと、
上記データ受信装置との間に設置され、同様に、パイロット識別装置の出力に接
続している第三のスイッチKRとを含む。この場合、上記パイロット識別装置が
出力するモード制御信号は、送信データ・ストリームを回収するために、第三の
スイッチKRを通して、データ信号DTを、上記データ・デコーダに選択的に供
給する。
FM放送を使用してデータ信号を送信する方法は、a)送信セクションのモー
ド制御ターミナルのところで、モード制御信号モードを設定するステップと;b
)ステレオ放送を行っている場合に、上記送信セクションのモード制御信号モー
ドが、第一のスイッチKS1に、オンになるように命令し、データ送信装置が、
低速度送信状態(例えば、パターン4)になるように、DSB−SC信号を加算
装置に送らせるステップと;c)モノラル・プログラムが放送が行われている場
合に、上記送信セクションのモード制御信号モードが、第一のスイッチKS1に
より、DSB−SC信号を遮断し、第二のスイッチKS2により、パイロット信
号を遮断し、その結果、データ送信装置が、高速データ送信状態(例えば、パタ
ーン6)になるステップと;d)ステレオ放送を行っている際に、送信低速デー
タ信号を受信するために、受信セクションに、高速帯域フィルタを設置するステ
ップと;e)モノラル・プログラムを放送している際に、送信高速データ信号を
受信するために、受信セクションに、低速帯域フィルタを設置するステップと;
f)ベースバンド信号から、パイロット信号を識別するために、受信セクション
にパイロット識別装置を設置するステップと;g)上記高速および低速帯域フィ
ルタとデータ受信装置との間に、上記パイロット識別装置に接続している、第三
のス
イッチKRを設置するステップと;h)上記パイロット識別装置が、放送ベース
バンド信号から、パイロット信号を識別する際に、出力ターミナルのモード制御
信号モードが、低速フィルタを、上記第三のスイッチKRを通して、データ受信
装置に接続し、データ受信装置を、低速データ受信状態にするステップと;i)
上記パイロット識別装置が、放送ベースバンド信号から、パイロット信号を識別
できない場合に、出力ターミナルのモード制御信号モードが、上記第三のKRを
通して、高速フィルタをデータ受信装置に接続し、データ受信装置を高速受信状
態にするステップとからなる。
図面の簡単な説明
添付の図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
図1は、従来のステレオ方法における音声信号の送信モードである。
図2は、FM「モノラル+データ」放送モードである。
図3は、FM「ステレオ」/「モノラル+データ」放送の原理である。
図4は、ステレオ解読の原理である。
図5は、Lmax=1の場合の、二進可変幅コードの解読原理である。
図6は、波形合成装置の動作原理である。
図7は、FM[ステレオ+低速データ」/「モノラル+高速データ」放送の原
理である。
図8は、可変幅コードの信号波形および周波数である。
本発明の好適な実施形態
FMステレオ放送の場合には、「モノラル+データ」を放送するのに二つの方
法がある。すなわち、
1)ステレオ・システムの一方のチャンネルを通して、データ信号を直接伝送し
、他方のチャンネルを通して音声信号を伝送する方法である。この方法は下記の
利点を持つ。すなわち、1)音声信号およびデータ信号を同期させて、送信およ
び記録するのに、従来のステレオ放送および録音装置を使用することができ、2
)データ信号を、(FM変調、振幅変調または有線方法のような)異なるステレ
オ
放送システムの間で切り換えることができ、録音再生装置を改造する必要がない
ことである。しかし、この方法は下記の欠点がある。すなわち、1)音声上のデ
ータ信号により生じた相互干渉を自動的に消去するには、互換回路を、従来のF
Mラジオおよびステレオ録音−再生装置に、組込まなければならないことと、2
)送信チャンネルの効用率が低いことである。
2)音声信号を、0−15KHzの「左+右」チャンネルで伝送し、データ信号
を、23−53KHzのような19KHzを超える周波数の「左+右」チャンネ
ルにより伝送し、19KHzのステレオ・パイロット信号を遮断し、データ放送
のマークとして使用する方法である。この放送方法は、従来のFMラジオと完全
な互換性を持ち、下記の特徴を持つ。すなわち、データ送信速度が高く、データ
信号の干渉の影響を受けない性能が非常に高いことである。この種の放送モード
は、「FM L−Rデータ放送」と呼ばれる。
図3は、本発明のFMステレオ放送システムの互換性を持つ「L−Rデータ放
送」の動作原理である。送信セクションに、データ・プロセッサ1、すなわち、
「ステレオ」/「モノラル+データ」放送の、放送モード選択用の制御信号(モ
ード)を新しく設置する必要があり、従来のステレオ・コード化回路に、一組の
モード・スイッチ(KS1、KS2)が新たに設置される。受信セクションのデ
ータ受信装置は、23−53KHz用の帯域フィルタ、パイロット識別装置、モ
ード・スイッチ(KR)、およびデータ・プロセッサ2からなる。
ステレオ放送の場合には、送信セクションのモード信号が、データ・プロセッ
サ1の動作を中止し、ステレオ・エンコーダに正常に動作するように命令する。
左右チャンネルの音声の入力信号(L、R)を加算することにより得られた和信
号(L+R信号)は、L+Rチャンネルにより伝送される。その差信号(L−R
信号)は、38KHzのサブキャリヤ信号の、抑圧搬送波両側帯波(DSB−S
C)振幅変調を行った後で、L−Rチャンネルにより伝送される。ステレオ・パ
イロット信号は、その周波数を二分探索した後で、サブキャリヤから入手される
。必要な場合には、加算装置(Σ)でこれら三つの信号を重畳し、さらにRDS
信号とSCA信号とを重畳することにより、正常のFM放送ベースバンド信号が
得られる。放送ベースバンド信号は、送信機により送信され、受信機のディスク
リ
ミネータにより回収される。受信セクションにおいては、パイロット識別装置は
、放送ベースバンド信号の、パイロット信号により設定される。パイロット識別
装置の出力(モード)は、スイッチKRによりデータ・プロセッサの入力を遮断
し、データ・プロセッサ2の動作を停止する。放送ベースバンド信号のパイロッ
ト信号は、ステレオ・デコーダを正常に動作させる。図4は、ステレオ・デコー
ダの動作原理である。19KHzの狭帯域フィルタが、ベースバンド信号からパ
イロット信号を分離する。38KHzのサブキャリヤ信号は、パイロット信号の
周波数を二倍にすることにより回収される。23−53KHzのDSBSC信号
に、サブキャリヤを掛け(復調し)、多重化した信号は、0−15KHzの低域
フィルタを通すことにより、L−R信号が回収される。最後に、L+Rチャンネ
ルでL−R信号およびL+R信号を加算し、引算することにより、出力信号(L
、R)が得られる。
FM L−Rデータ放送を行っている場合には、音声信号(L+R信号)は、
L+Rチャンネルにより伝送される。送信セクションにおけるモード信号の制御
の下で、データ・プロセッサ1は、データ・ストリーム(データ)をデータ信号
(DT)に変換する。KS1スイッチは、ステレオ・デコーダでDSB−SC信
号を遮断し、その結果、DT信号が、23−53KHzの帯域フィルタを通して
、加算装置(Σ)に送られる。KS2スイッチは、19KHzのパイロット信号
を遮断する。同時に、放送ベースバンド信号は、0−15KHzのオーディオ信
号および23−53KHzのデータ信号を含むが、ステレオ・パイロット信号は
含まない。受信機セクションにおいては、23−53KHzの帯域フィルタが、
放送ベースバンド信号から、データ信号DTを分離する。放送ベースバンド信号
では、パイロット信号は発生しないので、パイロット識別装置は、ゼロにセット
される。パイロット識別装置の出力(モード)は、KRスイッチを通して、デー
タ・プロセッサ2にデータ信号DTを供給し、供給されたデータ・ストリーム(
データ)は、それを回収することによって得られる。同時に、ステレオ・デコー
ダにおいては、放送ベースバンド信号に、19KHzのパイロット信号は発生し
ないので、周波数を二倍にする方法によっては、38KHzのサブキャリヤ信号
は得られない。その後、マルチプレクサ(X)を通過した後、データ信号は、依
然
として、その23−53KHzの元の信号の形を維持しているが、この信号は次
のオーディオ・フィルタ回路により濾過される。この時、L−R信号はゼロにな
る。L+R信号に加算し、L+Rから減算することにより、ステレオ・デコーダ
の二つのチャンネルの出力は、L+Rチャンネルにおいて音声信号になる。すな
わち、この時点で、L+R信号は、ステレオ・デコーダで左信号、右信号に分割
される。
それ故、FM L−Rデータ放送を行っている場合は、ステレオであっても、
モノラルであっても、通常のラジオを使用して、リスナーの二つの耳は、L+R
チャンネルで音声信号をだけを聞くことができるが、L−Rチャンネルでデータ
信号を聞くことはできない。FM放送にパイロット信号が現れると、ステレオ・
デコーダは、通常のステレオ解読に戻り、データ・プロセッサ2は、データの復
調を中止する。これが、「FM L−Rデータ放送」が従来の「FMステレオ放
送」と相互に互換性を持っている理由である。ステレオ・デコーダから出力され
た「パイロット表示」信号は、また受信セクションにおいて、モード制御信号(
モード)として使用することができる。
放送モードは、送信セクションのモード入力装置により、設定することができ
、また信号コンパレータにより、自動的に制御することもできる。この原理は、
左右両方のチャンネルの音声入力信号の比較に基づいている。LおよびR両方の
チャンネルの入力は、同じ(L−R≒0)であり、放送モードの選択を決定する
ために、必要な決定手順が開始する。
放送を送信している場合には、再送信局の受信機のオーディオ出力(L、R)
は、送信機のオーディオ入力(L、R)に直接接続され、受信機のモード出力は
、送信機のモード入力に直接接続される。データ放送を送信している場合には、
再送信局は、受信機のDT出力を、直接送信機のDT入力に送るので、データ・
プロセッサ1およびデータ・プロセッサ2は必要でない。再送信局は、またデー
タ放送の内容を修正することができる。この場合には、データ・ストリームの内
容を修正するために、受信機のデータ出力と送信機のデータ入力との間に、デー
タ・プロセッサが必要になる。
ステレオ放送を行っている場合には、干渉によりデータが「喪失」する現象が
発生する場合がある。この場合には、L−RチャンネルのDSB−CS信号が、
データ信号と間違えられる恐れがある。それ故、伝送データは、ある種のエラー
検出能力を持つものでなければならない。データ・プロセッサ2が、エラー・デ
ータを検出すると、そのデータは捨てられる。
FM L−Rデータ放送を実現する重要なポイントは、1)データ信号の有効
周波数スペクトルが、23−53KHzの周波数レンジに、集中していなければ
ならないことと、2)隣接チャンネルに対するデータ信号の相互干渉が、放送規
格に適合していなければならないし、特に音声信号への相互干渉が、−60dB
以下でなければならないことと、ステレオ・デコーダの周波数倍増回路を励起さ
せてはならないことである。有効周波数スペクトルは、ある種の干渉を排除する
性能で、データ信号を回収するための必要な周波数成分を意味し、有効周波数ス
ペクトルの周波数帯は、有効周波数帯と呼ばれる。
本発明は、記号幅の個々の数値により、データ情報を伝送するコードを使用す
るが、このコードは、可変幅コードと呼ばれる。この可変幅コードの波形は、二
極非ゼロ復帰パルス信号であり、各パルスは一つの記号であり、異なるパルス幅
は異なる情報を表し、極性、振幅、パルス縁部のような、パルスの他の幾何学的
パラメータは、いかなる情報も表していない。可変幅コードの記号幅は、二つま
たはそれ以上の素子可変幅コードを形成するための、二つのまたはそれ以上の種
類の、個々の数値を持つ場合がある。本発明は、可変幅コードの記号を、二つの
グループに分類する。最も短いコード幅を持つ記号はS記号と呼ばれ、連続した
S記号からなる記号ストリングは、連続S記号ストリングと呼ばれ、TS値は、
S記号の記号周期を表す。他の可変幅コードはL記号と呼ばれ、連続したL記号
を持つコード・ストリングは、連続L記号ストリングと呼ばれる。TL値は、最
も長いパルス幅を持つL記号の記号周期を表す。複数素子可変幅コードのL記号
は、一つ以上の記号周期を持つ。可変幅コードは異なる記号周期を持っているの
で、S記号の記号周期の逆数は、可変幅コードの記号速度と呼ばれ、その数値B
は1/TSである。S記号に対するL記号の記号周期比は、可変幅コード・パル
ス幅比K(K=TL:TS)と呼ばれる。記号速度Bおよびパルス幅比(K)は
、可変幅コードの有効周波数帯に影響するハード・パラメータである。
可変幅コード周波数スペクトルは、可変幅コード・パルス幅比K≦3である場
合には、その有効周波数帯は、0.5B点の二つの側に分布している。データ・
ストリームの、連続S記号ストリングが長くなった場合には、その有効周波数帯
は、0.5B点に近づく。データ・ストリームの、連続L記号ストリングが長く
なった場合には、有効周波数スペクトルは0.5B点からその両側に離れてゆく
。可変幅コードのパルス幅比Kの数値を変化させると、その有効周波数帯も変化
する。
上記説明から、次のことを理解することができる。1)可変幅コードの連続L
記号の長さを、Lmax(Lmaxは、L記号の最大連続コード数と呼ばれる。
)より長くならないように、その長さをある範囲内で制御できるならば、その有
効周波数スペクトルは、ある周波数範囲内で制御することができ、Lmax値を
少なくすると、有効周波数帯を狭くすることができる。2)可変幅コードの連続
S記号の長さを、Smin(Sminは、S記号の最小連続コード数と呼ばれる
。)より短くならないように、その長さをある範囲内で制御できるならば、Sm
in値を増大することにより、可変幅コードの有効周波数帯を狭くすることがで
きる。それ故、LmaxおよびLminは、可変幅コードの有効周波数帯に影響
するソフト・パラメータである。
二素子可変幅コードの有効周波数帯の下限(Fdn)および上限(Fup)は
、それぞれ、下記式により表される。
チャンネル帯域幅が、FdnおよびFupの間の範囲より広い場合には、伝送S
記号およびL記号の間のパルス幅、および幾何学的形状は、波形を識別し、区別
するための特徴で適当な違いを持っている。チャンネル周波数帯が、Fdnおよ
びFupの間の範囲より狭い場合には、この違いは急速に減少し、可変幅コード
信号の干渉を排除する性能も急速に低下する。下記式は、式(1.1)および(
1.2)から導き出すことができる。
これらの式から、パラメータLmax,SminおよびKは、可変幅コード周
波数スペクトル、干渉を排除する性能およびデータ転送速度を決定する、主な要
因であることがわかる。可変幅コードのコード・タイプは、下記の三つの部分か
らなる。1)アルファベットのLで始まり、次の数字がLmax値を示すもの。
Lmaxが無限大である場合には、LXで表す。2)アルファベットのKで始ま
り、次の数字がK値を示すもの。例えば、「LXS1K2.5」コードは、Lm
axが無限大で、Sminが1で、Kが2.5である可変幅コードであり、「L
1S2」コードは、Lmaxが1、Sminが2、K値が指定されていない可変
幅コードである。
式(3.0)から「LXS1」(すなわち、Lmaxが無限大、Sminが1
)の場合には、Fup:Fdnは3であり、信号有効周波数帯幅(Fup−Fd
n)は、2xFdnである。それ故、チャンネル帯域幅が、2xFdnより大き
いか、等しい場合で、二進コード化情報が伝送される場合には、二進コード化情
報の各数字「1」は、直接L記号に変換することができ、各数字「0」は、S記
号に変換することができか、または各数字「0」はS記号に変換することができ
、各数字「1」は、S記号に変換することができる。この変換は「直接コード化
」と呼
ばれる。
チャンネル帯域幅が2xFdnより狭い場合には、可変幅コードの有効周波数
帯はLmaxを制限し、Sminを1にする方法で圧縮される。例えば、「L1
S1」の可変幅コードを使用する場合には、Fdn:Fupは3/7であり、必
要なチャンネル帯域幅は4/3xFdnである。チャンネル帯域幅が4/3xF
dnより狭い場合には、Smin値を増大することができ、それ故、さらに可変
幅コード信号の有効周波数帯が圧縮される。
Lmaxが無限大である場合には、可変幅コードで、データ情報を伝送するた
めのコード化原理は下記の通りである。同じタイプの記号からなるストリングを
使用して、各セクションをグループ化し;情報「グループ」の記号タイプを識別
するために、各情報「グループ」の前に、記号タイプ識別子が送信され;その後
、このグループの長さを示す情報が伝送される。記号タイプ識別子は、L記号と
で始まる特定のコード・ストリングであり、数個のL記号と、必要な場合には、
適当なS記号からなる。このタイプの識別子の後で、各S記号は、次の識別子が
現れるまで、このタイプの識別子により定義される記号を表す。
Lmaxが無限大である場合には、可変幅コードの解読原理は下記の通りであ
る。これから到着する記号のタイプは、データ・ストリームの記号タイプ識別子
を識別することにより決定され、その後、各後続S記号は、次のタイプの識別子
が現れるまで、決定した記号に変換される。
N個の種類の記号からなる情報ストリームは、2素子可変幅コードにより伝送
され、記号タイプが、単に連続するL記号ストリングで表される場合には、2素
子可変幅コードのLmaxはNである。記号タイプがL記号およびS記号の異な
る配置形、または適当な送信プロトコールと一緒に表される場合には、Lmax
はNより小さい可能性がある。それ故、N素子データ情報が2素子可変幅コード
に変換された後、LmaxはNより小さいか、Nと等しくなり、データ信号の有
効周波数帯を制御する目標に達する。
タイプ識別子の異なる表現形式は、可変幅コードの異なるコード・フォーマッ
トからなる。異なるコード・フォーマットを選択する目的は、コード・タイプ・
ソフト・パラメータLmaxおよびSminを変更し、可変幅コードの有効周波
数帯を変更することである。
数字「0」および「1」からなる2素子データ情報が、2素子可変幅コードに
より伝送される場合には、AおよびB基本コード化フォーマット(すなわち、S
min=1)の両方がある。
A基本2コード化フォーマット:Lmaxを2と仮定しよう。この場合には、
可変幅コードは、異なる長さの二種類の連続L記号ストリングを持ち、これらを
、それぞれ、数字「0」および「1」に対するタイプ識別子として使用すること
ができる。
例えば、文字タイプ「0」は、一つのL記号により表示され、文字タイプ「1
」は連続した二つのL記号により表示される。この場合、Aフォーマットのコー
ド化手順は下記の通りである。(一つの文字「0」を含む)連続「0」文字スト
リングは、データ・ストリームに含まれていて、エンコーダの出力は、最初、一
つのL記号であり、その後、この連続「0」ストリングの各文字「0」はS記号
に変換される。(一つの文字「1」を含む)連続「1」文字ストリングは、デー
タストリームに含まれていて、エンコーダの出力は、最初、二つのL記号であり
、その後、この連続「1」ストリングの各文字「1」はS記号に変換される。一
つのL記号が可変幅コード・ストリームに出現すると、このL記号に続く各S記
号は、次のL記号が現れるまで文字「0」に変換される。連続した二つのL記号
が、可変幅コード・ストリームに出現すると、この二つのL記号に続く各S記号
は、次のL記号が現れるまで文字「1」に変換される。
もちろん、文字タイプ「1」は、また一つのL記号で表すこともでき、文字タ
イプ「0」は、連続した二つのL記号で表すことができる。
B基本コード化フォーマット:有効周波数帯を圧縮するために、Lmaxを1
であると仮定しよう。この場合は、可変幅コードは、一つの形の連続L記号スト
リング(すなわち、一つのL記号)しか持たない。この連続L記号ストリングを
使用して、具体的タイプの記号を表すことはできないが、「記号タイプが変更さ
れた」という現象を示すことができる。例えば、一つのL記号が出現した場合に
は、文字「0」がその前に伝送されている場合には、文字「1」をその後で伝送
しなければならない。文字「1」がその前に伝送されている場合には、その後に
文字「0」を伝送しなければならない。それ故、受信セクションのデコーダの初
期状態が、正しく定義することができる場合、またはデコーダの動作状態を、送
信セクションのデコーダの状態と、タイムリに一致するように調整できる場合に
は、2素子データ情報を、デコーダにより正しく回収することができ、そうでな
い場合には、解読した2素子データ情報で、「0」および「1」の反転が起こる
。この「0」および「1」の反転現象は、2素子データ情報の極性反転と呼ばれ
る。デコーダの状態の設定は、2素子データ情報の極性同期と呼ばれる。
Lmaxが1である2素子可変幅コードは、デコーダの状態を定義することが
できない。それ故、本発明は、さらに、2素子情報がそれ自身の極性情報を運ぶ
ようにしている。そのため、受信機セクションの解読プロセス中に、極性反転現
象を検出、修正することができる。
2素子データ情報の極性同期の原理は、極性同期記号をセットすることである
。長さKの連続「1」文字ストリングが、極性同期記号として、すなわち、文字
ストリング「011....110」(この場合、「1」の数はKに等しい)が
使用される場合には、極性同期記号を反転する文字ストリング・フォーマット、
すなわち、文字ストリング「100......001」(この場合、「0」の
数はKと同じ)は、極性の「同期倒置文字」と呼ばれる。2素子データ情報に対
して下記のステップが行われる。
1)「1加算」処理:Kより長いか、または等しい長さの連続「1」文字ストリ
ングが、データ・ストリームに出現すると、この連続「1」文字ストリングに、
文字「1」が加算される。極性同期記号は、上記のように処理されたデータ・ス
トリームには存在しない。
2)「0加算」処理:Kより長いか、または等しい長さの連続「0」文字ストリ
ングが、データ・ストリームに出現すると、この連続「0」文字ストリングに、
文字「0」が加算される。同期倒置記号は、上記のように処理されたデータ・ス
トリームには存在しない。
3)「同期追加」処理:「1加算」および「0加算」処理を行った後、データ・
ストリームにおいて、適当な距離毎に、または分離データ・ブロックの間にそれ
ぞれ適当な数の極性同期記号が挿入される。
これら三つの処理ステップの後で、2素子データ情報ストリームにおいて、同
期倒置文字が現れた場合には、極性が反転したことを意味する。この場合、正し
い2素子データ情報は、そのデータの「0」および「1」を反転することによっ
て得ることができる。
好適には、データ放送は、「データ・パケット」送信モードを使用することが
好ましい。この場合、データ・パケットの文字は、極性同期記号として使用する
ことができ、反転文字の文字フォーマットは同期倒置文字である。それ故、「0
加算」処理ステップが、元のデータ・パッキング・プロセスに付け加えられ、文
字極性同期および「0削除」処理ステップが、元のデータ・デパッキング・プロ
セスに付け加えられた場合には、2素子データ情報を、Lmaxが1である2素
子可変幅コードを使用することにより、伝送することができる。
「パケット頭部記号」および「パケット尾部記号」を、文字および同期倒置文
字類似の疑似文字ストリングが、文字と伝送データとの結合により発生するのを
防止するために、データ・ブロックの頭部および尾部に、それぞれ迫加しなけれ
ばならない。パケット頭部記号およびパケット尾部記号は、複数の構成形式を持
つことができる。例えば、パケット頭部記号の最初の文字およびパケット尾部記
号の最後の文字は、1であってもよいし、他の文字は、データパケット長、特性
、エラー検出およびエラー修正のような、迫加情報を、伝送するために使用する
ことができ、それ故、複数の「平行仮想チャンネル」を持つユーザ・レベルを供
給する。パケット尾部記号は、またエンコーダおよびデコーダのレジスタをクリ
アする働きを持つ。「1加算」「0加算」処理は、そのパケット頭部記号および
パケット尾部記号と一緒に、データ・ブロックに対して行わなければならない。
その後、極性同期記号に接続される。
Bフォーマットのエンコード化プロセスは、伝送対象のデータをデータ・ブロ
ックに分解することである。一つのパケット頭部記号およびパケット尾部記号が
、それぞれ、各データ・ブロックの頭部および尾部の終わりに追加され、その後
、データ・パケットを形成するために、「1加算」および「0加算」処理が行わ
れる。適当な数の分離符号が、データ・パケットと、データ・パケットとの間に
挿入され、その後で再び、接続が行われる。その後、このデータ・ストリームの
各
文字(1または0)は、S記号に変換され、L記号が、文字が「0」から「1」
、または「1」から「0」に変更する場所に挿入される。
図5は、解読プロセス、極性同期プロセス、およびBフォーマット・デパッキ
ング・プロセスである。デコーダの文字レジスタの初期状態(「0」または「1
」)は、任意に設定することができる。可変幅コード・ストリームがデコーダに
供給された場合で、一つのS記号が入力である場合には、文字レジスタの一つの
文字がデコーダから出力される。一つのL記号が入力である場合には、文字レジ
スタの文字極性が一度だけ予約されるが、この場合には、デコーダは文字を全然
出力しない。デコーダから出力されたデータ・ストリームは、極性調整装置を通
る。この極性調整装置は、さらに、状態制御入力ターミナルを持ち、その状態制
御信号は、状態レジスタの出力からのものである。状態レジスタ出力の初期状態
は「0」であり、データ・ストリームは、依然として、 極性調整装置を通過し
た後のその元の極性を維持している。状態制御信号が「1」である場合には、デ
ータ・ストリームの文字極性は、極性調整装置を通過した後で反転する。極性調
整装置から出力されたデータは、データ一時記憶装置、および「K+2]ビット
・シフト・レジスタからなる同期ディスクリミネータに一時的に記憶される。同
期倒置文字が、同期ディスクリミネータに出現すると、その出力は、状態レジス
タの状態を一度だけ反転し、データ一時記憶装置に一時的に記憶されていたデー
タを放棄し、そのため、データ一時記憶装置のスタック・ポインタは元の点に戻
る。一つの文字(すなわち、極性同期記号)が同期ディスクリミネータに出現す
ると、データ一時記憶装置のデータを一度だけ処理しなければならない。この場
合、データ一時記憶装置のデータがある数値より大きい場合には、データ一時記
憶装置のデータは、有効データ・パケットであり、このパケットをデバッギング
処理するために、デバッギング装置に供給することができる。そうでない場合に
は、データ一時記憶装置のデータは無効であり、放棄される。データ一時記憶装
置のデータが有効であろうとなかろうと、データ一時記憶装置のスタック・ポイ
ンタは、各処理終了後、元の点に戻る。「1削除」および「0削除」処理が、デ
ータ一時記憶装置のデータに対して行われる。「1削除」処理とは、その数がK
より大きい連続している「1」文字ストリングが、データ・ストリームに出現し
たとき、
この文字ストリングから文字「1」を削除することである。「0減算」処理とは
、その数がKより大きい連続している「0」文字ストリングが、データ・ストリ
ームに出現したとき、この文字ストリングから文字「0」を削除することである
。その後、データ・パケットの、パケット頭部記号およびパケット尾部記号を除
去することにより、伝送データ・ブロックが得られる。伝送2素子データ情報は
、回収したデータ・ブロックを接続することにより得ることができる。上記の文
字極性エラー修正同期プロセスを完了するために、適当な量の文字をデータ・パ
ケットの間に挿入しなければならない。
ミラー・コードは、幅の異なる三つの記号からなる。これら記号の間のコード
幅の割合は、2:3:4であり、それぞれM2コード、M3コードおよびM4コ
ードと呼ばれる。ミラー・コード情報が2素子可変幅コードにより伝送される場
合には、二種類の基本コード化フォーマット(すなわち、Smin=1):Cお
よびDが使用される。
C基本フォーマット:Lmaxが3であると仮定しよう。その場合、可変幅コ
ードは異なる長さの三種類の連続L記号ストリングを持ち、それらストリングを
、それぞれ、ミラー・コードの記号の三つのタイプの識別子として使用すること
ができる。
例えば、M2記号の効用係数が最も大きいので、一つのL記号は、M2コード
のタイプ識別子として使用される。長さが2に等しい連続L記号ストリングは、
M3コードのタイプ識別子として使用される。長さが3に等しい連続L記号スト
リングは、M4コードのタイプ識別子として使用される。この場合、Cフォーマ
ットのコード化手順は下記のようになる。すなわち、連続「M2」コード・スト
リング(一つのM2コードを含む)が、ミラー・コード・ストリームに出現した
場合、エンコーダは、最初、一つのL記号を出力し、その後でこの連続「M2」
コード・ストリングのそれぞれのM2記号を、S記号に変換する。(一つのM3
コードを含む)連続「M3]コード・ストリングが、ミラー・コードに出現した
場合には、エンコーダは、最初、連続して、二つのL記号を出力し、その後でこ
の「M3」コード・ストリングの各M3記号を、一つのS記号に変換する。(一
つのM4コードを含む)連続「M4」コード・ストリングが、ミラー・コードに
出現した場合には、エンコーダは、最初、連続して、三つのL記号を出力し、そ
の後で、この連続「M4」コード・ストリングの各M4記号を、一つのS記号に
変換する。この場合、Cフォーマットの解読手順は、下記の通りである。すなわ
ち、一つのL記号が可変幅コード・ストリームに出現すると、次のL記号が出現
するまで、そのL記号に続く各S記号はM2コードに変換される。二つの連続し
たL記号が可変幅コード・ストリームに出現した場合には、次のL記号が出現す
るまで、それらL記号に続く各S記号はM3コードに変換される。三つの連続し
たL記号が可変幅コード・ストリームに出現した場合、次のL記号が出現するま
で、それらL記号に続く各S記号はM4コードに変換される。
D基本コード化フォーマット:可変幅コードの有効周波数帯を圧縮するために
、Lmaxを2であると仮定しよう。この場合、適当なS記号と一緒に、二つま
たはそれ以下のL記号により、異なる形式の三つの種類のコード・ストリングを
構成することができ、これらストリングを、それぞれ、ミラー・コードの記号の
三つのタイプの識別子として使用することができる。
例えば、(「L+S」コード・ストリングと呼ぶ)一つの追加S記号を持つ一
つのL記号は、M2コードのタイプ識別子として使用することができる。(「L
+L」コード・ストリングと呼ぶ)二つの連続L記号は、M3コードのタイプ識
別子として使用することができる。(「L+S+L」コード・ストリングと呼ぶ
)一つの追加S記号と一つの追加L記号を持つ一つのL記号は、M4コードのタ
イプ識別子として使用することができる。この場合、Dフォーマットのコード化
手順は、下記の通りである。すなわち、ミラー・コード・ストリームに、(一つ
のM2コードを含む)連続「M2」コード・ストリングが出現した場合には、エ
ンコーダは、最初、「L+S」コード・ストリングを出力し、その後で、この連
続「M2」コード・ストリングの各M2記号を、一つのS記号に変換する。ミラ
ー・コード・ストリームに、(一つのM3コードを含む)連続「M3」コード・
ストリングが出現した場合には、エンコーダは、最初、「L+L」コード・スト
リングを出力し、その後で、この連続「M3」コード・ストリングの各M3記号
を、一つのS記号に変換する。ミラー・コード・ストリームに、(一つのM4コ
ードを含む)連続「M4」コード・ストリングが出現した場合には、エンコーダ
は、
最初、「L+S+L」コード・スリングを出力し、その後で、この連続「M4」
コード・ストリングの各M4記号を、一つのS記号に変換する。この場合、Dフ
ォーマットのコード化手順は、下記の通りである。すなわち、可変幅コード・ス
トリームに、「L+S」コード・ストリングが出現した場合には、エンコーダは
、最初、一つのM2記号を出力し、その後で、次のL記号が出現するまで、それ
に続く各S記号を、M2コードに変換する。可変幅コード・ストリームに、「L
+L」コード・ストリングが出現した場合には、デコーダは、次のL記号が出現
するまで、それに続く各S記号を、一つのM3コードに変換する。可変幅コード
・ストリームに、「L+S+L」コード・ストリングが出現した場合には、デコ
ーダは、次のL記号が出現するまで、それに続く各S記号を、一つのM4コード
に変換する。
コード化手順でタイプ識別子が付加されるので、伝送データの量は大きくなる
。一方、ミラー・コード情報の送信プロセス中に、Mコードの記号周期がTSに
等しく、TSが2Δである場合には、2Δだけが、3Δ周期を持つM3コード、
および4Δ周期を持つM4コードに対して、特定の送信時間だけ使用される。す
なわち、可変幅コードによりコード化が行われた後、ミラー・コードのデータ量
が圧縮され、この圧縮係数の瞬間最大値は2:1になる場合もある。圧縮効果と
拡張効果とを結び付けて、可変幅コードのコード効率η(ηは、コード化前後の
データ量の間の比に等しい)は、可変幅コード・パラメータ、コード・フォーマ
ットおよびデータ・ストリーム構造によって異なる動的数値である。可変幅コー
ドのコード化/解読手順を、「送信」の構成の一つとして使用した場合には、「
ユーザ」データの送信速度も、また動的数値であり、Bxηに等しい。可変幅コ
ード・パスル幅比Kが2に等しい場合には、B基本コード化フォーマットのコー
ド効率は、0.333<η<1となり、統計平均値は約0.711となる。また
、D基本コード化フォーマットのコード効率は、0.283<η<2となり、統
計平均値は約0.730となる。
可変幅コードの基本コード化フォーマットに基づいて、Sminが1より大き
いと仮定しよう。可変幅コードの有効周波数帯を、さらに圧縮することができる
し、または干渉に影響を排除する性能を改善することができる。この場合、Sm
in値が増大した場合、コード効率は低下する。Sminが1より大きい場合の
、可変幅コードのコード化原理は下記の通りである。すなわち、その数が(Sm
in−1)であるS記号は、最初、各タイプ識別子の隣に付加され、その後その
記号は伝送される。この場合、可変幅コードの解読原理は下記の通りである。す
なわち、その数が(Smin−1)である各タイプ識別子に続くS記号は飛び越
され、続くS記号は、次のL記号が出現するまで、このタイプ識別子により定義
された記号に変換される。
非常に多い低周波数および高周波高調波成分が、依然としてコード化された可
変幅コード信号に含まれているが、これら高調波は送信チャンネルに直接供給す
ることはできず、放送技術規格の要件に適合するように、非常に厳重に濾過しな
ければならない。例えば、オーディオ・チャンネルに対する相互干渉は、−60
dB以下でなければならないし、ステレオ・デコーダのサブキャリヤ・リセット
回路を励起してはならない。ハードウェア回路またはデータ・フィルタを使用し
た場合、そのようなフィルタ効果を実現することは難しい。
本発明の波形合成装置は、「コード/パルス」コンバータであり、入力可変幅
コード・ストリームのコード・フォームに基づいて、出力パルスの波形を決定す
る。これらパルス波形は、前もって最適化されたモジュラ波形のグループである
。最適化処理の目的は、これらモジュラ波形からできている信号の周波数スペク
トル分布を、特定の要件に適合させることである。
図6は、波形合成の原理を示すブロック図である。記号ウィンドウは、適当な
長さの可変幅コードの記号のシフト・レジスタである。記号ウィンドウに表示さ
れる可変幅コードの、すべてのコード・ストリング・フォーマット、いわゆる「
コード・ストリング」は、すでに発見されていて、これらコード・ストリングは
「モジュール・ライブラリ」内の「コード」領域に記憶される。その後、これら
コード・ストリングは、予め各パルスが同じ領域を持つ振幅変調方形波のような
、ある種の元の波形により、一つずつ置き換えられるか、または可変振幅の頂が
平らなサイン・カーブを形成するために、パルスの前縁部が−90度から+90
度にさらに変化し、パルスの後縁部が+90度から−90度にさらに変化し、そ
の後理想的な濾過が行われた後で理想的な波形となる。それ故、各コード・ス
トリングは、一つの理想的な波形に対応し、理想的な波形の中心のパルスは、波
形モジュールである。それはコード・ストリングの中心の記号の識別数である。
各波形モジュールの量子化した数値は、データ・グループとして使用することが
でき、「モジュール・ライブラリ」の「モジュール」領域に記憶することができ
る。「コード」は、この「モジュール・ライブラリ」を通して、その対応する「
モジュール」と1対1で関連する。これはすでに最適化された処理である。デー
タを供給するとき、可変幅コードのデータ・ストリームは、この記号ウィンドウ
にシフトされる。各シフト毎に、記号ウィンドウに表示されるコード・ストリン
グが、検索の基準として使用され、対応するコード・ストリングは、モジュール
・ライブラリのコード領域に存在し、対応する波形モジュールは、このコード・
ストリングを通して発見される。その後、この波形モジュール(データ値の1グ
ループ)は、D/Aコンバータに送られる。サンプル・クロックの駆動により、
また正および負の極性が交互に現れる原理に基づいて、データ値のこのグループ
は、D/Aコンバータによりパルス波形に変換される。識別数波形が発生した後
で、次の識別数波形の合成がスタートする。この波形合成手順は、D/Aコンバ
ータと一緒にコンピュータにより完了する。
データ信号が振幅制限増幅された後、そのパルス幅が識別され、可変幅コード
を回収することができる。ゼロ点通過識別法を直接使用する場合には、システム
の干渉を排除する性能は高くない。何故なら、可変幅コード信号の高調波が濾過
されると、波形が歪むからである。本発明で使用する記号識別装置は、振幅制限
増幅を行った後で、可変幅コード信号を積分する。その後、この積分値のゼロ点
通過の周期txが分かる。txが周期域値tmより大きい場合には、L記号と識
別され、そうでない場合には、S記号と識別される。記号識別装置は、周期域値
tmおよび整数時定数を調整することで、最適な動作状態に維持することができ
る。この記号識別装置は、大きく歪んだ可変幅コードを識別することができ、そ
のためデータ受信機の干渉を排除する性能を大幅に改善することができる。
FM放送の場合、可変幅コードを使用することにより、複数のデータ放送モー
ドを柔軟に構成することができる。例えば、
モード1:Bコード化フォーマットと一緒に、「L1S1」コード・タイプを
使用した場合には、22.714−53KHzの有効周波数帯を持つ可変幅コー
ド信号は、基本的には、従来のL−Rチャンネルと同じものである。この場合、
Kが2または2.5に等しいと仮定すると、データ速度は、それぞれ、53.8
Kbpsまたは64.6Kbpsになる。
モード2:Bコード化フォーマットと一緒に、「L1S25」コード・タイプ
を使用した場合には、53.069−60.931KHzの有効周波数帯を持つ
可変幅コード信号は、従来のRDSチャンネル(57±KHz)と同じものであ
る。この場合、Kが2または2.5に等しいと仮定すると、データ速度は、それ
ぞれ、18.2Kbpsまたは18.5Kbpsになる。Smin値を適当に増
大し、データ速度を適当に低減した場合、データ信号の干渉を排除する性能を改
善することができ、その隣接チャンネルからのRDSチャンネルの独立性を高め
ることができる。ASKまたはPSK方法を使用する場合と比較すると、RDS
チャンネルで可変幅コード技術を使用するデータ放送は、下記の利点、すなわち
、データ速度が高く、受信回路が簡単で、システムの信頼性が高いという利点を
持つ。
モード3:現在のところ、FM放送ベースバンド信号の(SCA補助通信チャ
ンネルと呼ぶ)、周波数帯上限が61KHzまたはそれ以上の周波数帯に対する
規格、およびSCAチャンネル使用に関する規格の数は少ない。Bコード化フォ
ーマットと一緒に、「L1S16」コード・タイプを使用する場合には、61−
75KHzのSCAチャンネルの、61.2−74.8KHzの有効周波数帯を
持つ、可変幅コード信号を使用して、データ放送を行うことができる。この場合
、Kが2または2.5であると仮定すると、データ速度は、それぞれ、30.5
Kbpsまたは31.3Kbpsとなる。
モード4:RDSチャンネルとSCAチャンネルは、53−75KHzの帯域
幅を持つデータ・チャンネルに結合される。この場合、Kが2または2.5であ
ると仮定すると、データ速度は、それぞれ、42.2Kbpsまたは44.0K
bpsとなる。
B基本コード化フォーマットのコード効率は、直接コード化フォーマットのコ
ード効率(約36.3%)よりは高いけれども、関連コード化である。ある記号
が干渉を受け、エラー・コードが発生した場合には、このエラー・コードは後続
の記号にも影響を与える。このエラー・コードの相互干渉は、次のデータ・パケ
ットに影響を与えるようにデータ・パケット上では起こらない。それと比較する
と、直接コード化フォーマットのエラー・コードは、他の記号に影響を与えない
。
モード5:データ・チャンネルが、20−60KHzを延びている場合には(
すなわち、L−RチャンネルにRDSチャンネルを加えたものである、SCAチ
ャンネルは影響をうけない。)、または23−69KHz、あるいは23−75
KHzを延びている場合、またはもっと高い周波数上限を使用している場合には
、「LXS1」タイプの可変幅コード、および直接コード化フォーマットを使用
して、データ放送を行うことができる。情報ストリームの文字「0」および「1
」の出現確率が等しいか、Kが2であるので、放送データ速度および信号への干
渉を排除する性能を計算することができる。上記速度は、それぞれ、53.3K
bps、61.7Kbps、66.7Kbpsまたはそれ以上になる可能性があ
り、上記性能は、23−16dBに達する場合がある。
モード6:例えば、S記号パルス幅TS=2Δのような、1:2.0:2.5
:3.0の「L1S1」パルス幅を持つ4素子可変幅コードが使用される。三つ
のL記号パルス幅は、それぞれ、4Δ、5Δおよび6Δであり、それぞれ、T4
、T5およびT6コードと呼ばれる。この可変幅コードの有効周波数帯は22.
928−75KHzである。二進情報をミラー・コードに変換した後で、例えば
、直接コード化フォーマットを使用することができ、一つのT4記号を、M2コ
ードの記号タイプ識別子として使用することができ、一つのT5記号を、M3コ
ードの記号タイプ識別子として使用することができ、一つのT6記号を、M4コ
ードの記号タイプ識別子として使用することができ、後続の各S記号は、定義さ
れたミラー記号を表示することができる。この場合、記号速度Bは107.14
2KHzであり、このデータ速度は上記の使用モードのデータ速度より遥かに速
い。
上記のデータ放送モード1、モード2、モード3およびモード4は、すべて従
来のFM放送規格に適合している。データ放送モード5および6は、データ速度
が高く、干渉を排除する性能が高く、また(エラー・コード・相互干渉が小さく
)システムが安定しているという利点を持つ。モード1、モード5およびモード
6
のデータ放送は、ステレオ・プログラムを放送する際には中断される。FM放送
局により、複数の放送モードを同時にサンプルすることができ、対応するデータ
受信装置がデータ受信機に設置されていて、受信データ・ストリームはグループ
に分けられ、その後コンピュータに送られる。データ放送モードの一つの有効周
波数帯が、ステレオ信号と互換性がない場合には、そのモードのデータ送信およ
び受信は、モード制御信号(モード)により制御される。
図7に示すように、FM局がステレオ・プログラムを放送している場合には、
送信セクションにおいて、モード制御信号(モード)は、DSB−SC信号を、
KS1スイッチを通して、加算装置に送り、KS2スイッチを通して、パイロッ
ト信号を加算装置に送る。同時に、上記信号は、モード4のように、データ送信
装置を、低速データ送信状態にする。この場合、受信セクションのパイロット識
別装置が出力したモード制御信号(モード)は、KRスイッチを通して、低速帯
域フィルタに、データ受信装置を接続するように命令し、データ受信装置を、低
速解読動作状態にするように命令する。FM局がプログラムを放送している時に
は、送信セクションのモード制御信号(モード)は、KS1スイッチにより、D
BS−SC信号を除去し、KS2スイッチによりパイロット信号を除去する。同
時に、上記信号は、モード6のように、データ送信装置を、高速データ送信状態
にする。この場合、受信セクションのモード制御信号(モード)は、高速帯域フ
ィルタに、データ受信装置を接続するように命令し、データ受信装置を、高速解
読動作状態にする。
可変幅コードおよび波形合成技術は、また放送の他の周波数帯に対しても、ま
た他のデータ通信チャンネルに対しても使用することができる。
図8の上の図は、2素子可変幅コードの信号波形であり、この図の場合には、
記号ウィンドウの幅は15であり、Lmaxは1であり、Sminは1であり、
パルス幅比は2である。下の図は、可変幅コードの周波数スペクトルである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FM data broadcasting system and data signal processing method thereof
Field of the invention
The present invention relates to a data signal processing during data broadcasting of a conventional FM stereo broadcasting system.
The method, and its compatibility. The above method can be used in other data transmission systems.
Can also be used for
Background of the Invention
Language (speech) and music are the two main components of audio broadcasting. 2 channels
In the case of a stereo broadcast, the language program has no real meaning. actually
In conventional stereo broadcasting, there is only one signal source for an audio program.
Before transmitting the audio signal, the signal is divided into left and right signals at a branch point X in FIG.
, Then transmitted by two channels, respectively, with the listener in the left and right ears
Listen it. Obviously, after the audio signal has been received by the receiver, the branch of FIG.
If the signal is split into left and right signals at point Y and reaches the listener's two ears,
Is the same as before. However, transmitting data signals and broadcasting data
Transmission channel and transmission capacity required for the communication are small. "Mono + data
This broadcast mode is for broadcasting all monaural programs on stereo stations.
Suitable for use during.
Purpose of the invention
One object of the present invention is to provide a conventional FM stereo broadcast system with two channels.
Broadcast in both "stereo" and "monaural + data" broadcast modes
Is to be able to do that. These two modes are compatible with each other
Flexible, so that data broadcasting can be performed during FM stereo broadcasting.
Can be replaced.
Another object of the present invention is to encode data with a suitable variable width code,
Thus, the conventional FM stereo system can be used for FM “stereo 10 low-speed data” /
"Noral + high-speed data" to be able to broadcast, thereby increasing the transmission capacity of FM broadcasting.
Use it dynamically.
Summary of the Invention
The FM LR data broadcasting system of the present invention comprises a transmission section and a reception section.
And The send section controls the left and right audio channels, L and R.
It has an input terminal and a stereo encoder and output terminal. Up
The receiving section includes a receiver, a stereo decoder and an output terminal.
. The transmission section further includes a data section for supplying a data signal to be transmitted.
Data transmission device. DSB-SC modulator, data transmission device, and bandpass filter
Used to selectively receive data or audio signals
Between the splitter and the narrow-band filter;
A second switch used to selectively pass or block pilot signals.
KS2; and a first switch and a second switch to control the state of the switch.
Switch to control the data signal transmission of the data transmitter.
Includes a mode control terminal connected to the transmitting device. The receiving section above
A data receiving device for receiving the transmission data signal DT;
Its input is sent to the receiver to separate the data signal from the
A bandpass filter; identifying a pilot signal and outputting a mode control signal at its output
A pilot identification device whose input is also connected to the receiver;
Installed between the band filter and the data receiving device, and
And a third switch KR connected to the output of another device. In this case, the third
The data signal DT passes through the switch of FIG.
The data control signal selectively supplies the data to the data decoder,
Retrieved by Ream.
The method for performing FM LR data broadcasting is as follows: a) Mode control of transmission section
Setting the mode control signal mode at the control terminal; b)
When a teleo broadcast is being performed, the mode control signal mode of the above broadcast section is
,
Instructs the data transmitter to stop operating, and instructs the stereo encoder to
Commanding to successfully receive the M broadcast baseband signal; c) FM
When LR data broadcasting is being performed, the mode control signal of the transmission section is transmitted.
Signal mode activates the data transmission device and sets the first switch KS1 to DS
Data transmission for data transmission, separated from the output of the B-SC modulator and DSB-SC
The second switch KS2 is used to connect the communication device and remove the pilot signal.
Disconnecting from the output of the splitting device; and d) transmitting the broadcast signal including the data signal.
A second bandpass filter in the receive section to receive the baseband signal.
E) identifying a pilot signal from the baseband signal
Installing a pilot identification device in the receiving section;
Between the filter and the data receiving device, connected to the output of the pilot identification device.
Installing a third switch KR; g) wherein the pilot identification device is
When the pilot signal is identified from the broadcast baseband signal,
Minal's mode control signal mode switches off the third switch from the bandpass filter.
Release the data signal, stop receiving the data signal, and send the stereo broadcast signal to the stereo decoder.
Commanding to operate normally to receive; h) said pilot
If the identification device cannot identify the pilot signal from the input signal, the output
The mode control signal mode of the terminal uses the third switch to receive the data signal.
Connecting the switch KR to the bandpass filter.
The FM LR data broadcasting system consists of a transmission section and a reception section.
The transmission section comprises an input terminal having left and right channels L and R,
Consists of a stereo encoder and an output terminal. The above receiver section
, Receiver, stereo decoder and output terminal. The above system
, The transmission section further provides its output to provide the data signal to be transmitted.
A data transmission device whose power is connected to the addition device of the stereo encoder;
The DSB-SC modulator, the data transmission device, and the bandpass filter
And a first switch for selectively receiving a data signal or an audio signal.
Switch KS1; installed between the splitting device and the narrow band filter;
A second switch KS2 used to selectively pass or shut off the lot signal
When
A first switch and a second switch for controlling the state of the switches KS1 and KS2.
Switches KS1 and KS2, and for controlling data transmission of the data transmission device.
And a mode control terminal also connected to the data transmission device. The above reception
The operation further includes a data receiving device for receiving the transmission data signal DT.
Its input is high to separate the data signal DT from the broadcast baseband signal.
A second bandpass filter sent to the input terminal; identifying a pilot signal;
To output a mode control signal to its output terminal,
A pilot identification device connected to the receiver; the second bandpass filter;
It is installed between the above-mentioned data receiving device and similarly connected to the output of the pilot identification device.
And a third switch KR connected thereto. In this case, the pilot identification device
The output mode control signal is used to recover the transmitted data stream by a third mode control signal.
The data signal DT is selectively supplied to the data decoder through the switch KR.
Pay.
The method of transmitting a data signal using FM broadcasting is as follows: a) The mode of the transmission section
Setting a mode control signal mode at a mode control terminal; b.
) If a stereo broadcast is being performed, the mode control signal
Command the first switch KS1 to be turned on, and the data transmitting device
DSB-SC signal is added so as to be in a low-speed transmission state (for example, pattern 4).
Causing the device to send; c) when the monaural program is being broadcast.
In this case, the mode control signal mode of the transmission section is set to the first switch KS1.
Therefore, the DSB-SC signal is cut off and the pilot signal is set by the second switch KS2.
Signal, so that the data transmission device is in a high-speed data transmission state (for example,
And d) transmitting low-speed data during stereo broadcasting.
To install a high-speed bandpass filter in the receiving section to receive the
And e) transmitting a high-speed data signal while broadcasting a monaural program.
Installing a slow bandpass filter in the receiving section for receiving;
f) Receive section to identify pilot signal from baseband signal
Installing a pilot identification device in the high speed and low speed band filters;
Between the router and the data receiving device, the third device being connected to the pilot identification device.
No
Installing a switch KR; h) the pilot identification device is a broadcast-based
Mode control of output terminal when identifying pilot signal from band signal
In the signal mode, the low-speed filter receives data through the third switch KR.
Connecting to the device and placing the data receiving device in a low-speed data receiving state; i).
The pilot identification device identifies a pilot signal from a broadcast baseband signal.
If not, the mode control signal mode of the output terminal changes the third KR.
To connect the high-speed filter to the data receiving device,
State.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an audio signal transmission mode in a conventional stereo method.
FIG. 2 shows the FM “monaural + data” broadcast mode.
FIG. 3 shows the principle of FM “stereo” / “monaural + data” broadcasting.
FIG. 4 illustrates the principle of stereo decoding.
FIG. 5 shows the principle of decoding a binary variable-width code when Lmax = 1.
FIG. 6 shows the operation principle of the waveform synthesizer.
Fig. 7 shows the source of FM [stereo + low speed data] / "monaural + high speed data" broadcasting.
Reason.
FIG. 8 shows the signal waveform and frequency of the variable width code.
Preferred embodiments of the present invention
In the case of FM stereo broadcasting, two ways to broadcast "monaural + data"
There is a law. That is,
1) direct transmission of data signals through one channel of a stereo system
This is a method of transmitting an audio signal through the other channel. This method is described below.
With benefits. 1) Synchronize voice and data signals and transmit and
A conventional stereo broadcast and recording device can be used for recording and recording.
) The data signal to a different stereo (such as FM modulation, amplitude modulation or wired method)
Oh
Can switch between broadcast systems, no need to modify recording and playback equipment
That is. However, this method has the following disadvantages. That is, 1) audio data
In order to automatically eliminate the mutual interference caused by the
M radio and stereo recording and playback equipment,
2.) The transmission channel has low utility.
2) The audio signal is transmitted on the “left + right” channel of 0-15 KHz, and the data signal is transmitted.
To the "left + right" channel at frequencies above 19 KHz, such as 23-53 KHz.
Data transmission, intercepts the 19KHz stereo pilot signal,
This method is used as a mark. This broadcasting method is completely compatible with conventional FM radio.
Compatible with the following features: That is, the data transmission speed is high,
The performance that is not affected by signal interference is very high. This kind of broadcast mode
Is called “FM LR data broadcast”.
FIG. 3 is a diagram showing “LR data broadcasting” compatible with the FM stereo broadcasting system of the present invention.
This is the operating principle of "sending". In the transmission section, the data processor 1, ie,
A control signal (mode) for selecting a broadcast mode for "stereo" / "monaural + data" broadcast
Need to be newly installed, and a pair of conventional stereo coding circuits
The mode switches (KS1, KS2) are newly installed. Receive section data
The data receiver consists of a band filter for 23-53 KHz, a pilot identification device,
And a data switch 2 (KR).
In the case of stereo broadcasting, the mode signal of the transmission section is
The operation of the first encoder is stopped, and the stereo encoder is instructed to operate normally.
Sum signal obtained by adding the input signals (L, R) of the audio of the left and right channels
The signal (L + R signal) is transmitted by the L + R channel. The difference signal (LR)
Signal) is a suppressed carrier double-sided band (DSB-S) of the 38 KHz subcarrier signal.
C) After the amplitude modulation, the signal is transmitted through the LR channel. Stereo PA
Ilot signal is obtained from subcarrier after binary search of its frequency
. If necessary, these three signals are superimposed by an adder (Σ), and further RDS
By superimposing the signal and the SCA signal, a normal FM broadcast baseband signal is obtained.
can get. The broadcast baseband signal is transmitted by the transmitter and
Re
Collected by minator. In the receiving section, the pilot identifier is
, And a pilot signal of a broadcast baseband signal. Pilot identification
The output (mode) of the device cuts off the input of the data processor by the switch KR
Then, the operation of the data processor 2 is stopped. Pilot of broadcast baseband signal
The G signal causes the stereo decoder to operate normally. Figure 4 shows a stereo decoder
This is the principle of operation. A 19 KHz narrow band filter filters the baseband signal.
Separate the Ilot signal. The 38 KHz subcarrier signal is the pilot signal
Recovered by doubling the frequency. 23-53KHz DSBSC signal
Is multiplied (demodulated) by a subcarrier, and the multiplexed signal is in a low frequency range of 0 to 15 KHz.
By passing through a filter, the LR signal is recovered. Finally, L + R channel
By adding and subtracting the LR signal and the L + R signal with each other, the output signal (L
, R) are obtained.
When FM LR data broadcasting is performed, the audio signal (L + R signal)
It is transmitted on the L + R channel. Control of the mode signal in the transmission section
Below, the data processor 1 transmits a data stream (data) to a data signal
(DT). The KS1 switch is a DSB-SC signal with a stereo decoder.
Signal, so that the DT signal passes through a 23-53 KHz bandpass filter.
Is sent to the addition device (装置). The KS2 switch is a 19KHz pilot signal
Cut off. At the same time, the broadcast baseband signal is a 0-15 kHz audio signal.
Signal and a 23-53 KHz data signal, but the stereo pilot signal is
Not included. In the receiver section, a 23-53 KHz bandpass filter
The data signal DT is separated from the broadcast baseband signal. Broadcast baseband signal
Does not generate a pilot signal, so the pilot identification device is set to zero.
Is done. The output (mode) of the pilot identification device is passed through the KR switch to the data
The data signal DT is supplied to the data processor 2 and the supplied data stream (
Data) is obtained by collecting it. At the same time, stereo decoding
A pilot signal of 19 KHz is generated in the broadcast baseband signal.
There is no subcarrier signal of 38 KHz depending on the method of doubling the frequency.
Cannot be obtained. Then, after passing through the multiplexer (X), the data signal is
Naturally
As a result, the shape of the original signal of 23-53 KHz is maintained.
Is filtered by the audio filter circuit. At this time, the LR signal becomes zero.
You. By adding to the L + R signal and subtracting from L + R, the stereo decoder
The output of the two channels becomes an audio signal in the L + R channel. sand
At this point, the L + R signal is divided into a left signal and a right signal by a stereo decoder.
Is done.
Therefore, when FM LR data broadcasting is performed, even if it is stereo,
Using a normal radio, even in monaural, the listener's two ears are L + R
You can only listen to the audio signal on the channel, but you can
You cannot hear the signal. When a pilot signal appears on FM broadcasts,
The decoder returns to normal stereo decoding and the data processor 2 decodes the data.
Stop the keying. This is because “FM LR data broadcasting” is a conventional “FM stereo broadcasting”.
This is the reason that they are compatible with each other. Output from the stereo decoder
The "pilot indication" signal is also transmitted in the receive section by the mode control signal (
Mode).
The broadcast mode can be set by the mode input device in the transmission section.
It can also be controlled automatically by a signal comparator. This principle is
It is based on a comparison of the audio input signals of both the left and right channels. Both L and R
Channel inputs are the same (LR ≒ 0) and determine the selection of broadcast mode
In order to do so, the necessary decision procedure starts.
When broadcasting, the audio output (L, R) of the receiver of the retransmitting station
Is connected directly to the audio inputs (L, R) of the transmitter and the mode output of the receiver is
, Directly connected to the mode input of the transmitter. If you are transmitting a data broadcast,
The retransmitting station sends the DT output of the receiver directly to the DT input of the transmitter,
Processor 1 and data processor 2 are not required. The retransmitting station will
Data can be modified. In this case, the data stream
Between the data output of the receiver and the data input of the transmitter to correct the
Data processor.
When performing stereo broadcasting, the phenomenon that data is "lost" due to interference
May occur. In this case, the DSB-CS signal of the LR channel is
It may be mistaken for a data signal. Therefore, the transmitted data has some kind of error
Must be capable of detection. The data processor 2 reads the error data
If data is detected, the data is discarded.
Important points to realize FM LR data broadcasting are: 1) Effectiveness of data signal
If the frequency spectrum is not concentrated in the frequency range of 23-53KHz
And 2) mutual interference of data signals on adjacent channels
Must meet the requirements, especially if the interference with the audio signal is -60 dB
And the excitation of the frequency doubling circuit of the stereo decoder.
Don't let it. Effective frequency spectrum eliminates some interference
Performance refers to the frequency components required to recover the data signal, and the effective frequency
The spectrum frequency band is called the effective frequency band.
The present invention uses codes to transmit data information by individual numerical values of the symbol width.
However, this code is called a variable width code. The waveform of this variable width code is
Extremely non-zero return pulse signal, each pulse is one symbol, different pulse width
Represents different information, other geometrics of the pulse, such as polarity, amplitude, pulse edge
The parameters do not represent any information. The symbol width of the variable width code
Or two or more species to form a variable element width code
May have individual numbers of a kind. The present invention uses the variable width code symbol
Classify into groups. The symbol with the shortest code width is called the S symbol,
A symbol string consisting of S symbols is called a continuous S symbol string, and the TS value is
Represents the symbol period of the S symbol. Other variable width codes are called L symbols, and a series of L symbols
Is called a continuous L symbol string. The TL value is
Represents the symbol period of the L symbol having a long pulse width. L symbol for multiple element variable width code
Has one or more symbol periods. Variable width codes have different symbol periods
The reciprocal of the symbol period of the S symbol is called the symbol rate of the variable width code, and its numerical value B
Is 1 / TS. The symbol period ratio of the L symbol to the S symbol is the variable width code
It is called the width ratio K (K = TL: TS). The symbol speed B and the pulse width ratio (K)
, Are hard parameters that affect the effective frequency band of the variable width code.
The variable width code frequency spectrum is obtained when the variable width code / pulse width ratio K ≦ 3.
In that case, the effective frequency band is distributed on two sides of the 0.5B point. data·
If the continuous S-symbol string of the stream becomes longer, its effective frequency band
Approaches the 0.5B point. Long continuous L symbol strings in the data stream
If so, the effective frequency spectrum moves away from point 0.5B on both sides.
. Changing the value of the pulse width ratio K of the variable width code also changes its effective frequency band
I do.
From the above description, the following can be understood. 1) Continuous L of variable width code
The length of a symbol is Lmax (Lmax is called the maximum number of consecutive codes of the L symbol.
) If the length can be controlled within a certain range so that it does not become longer,
The effective frequency spectrum can be controlled within a certain frequency range and the Lmax value is
If the number is reduced, the effective frequency band can be narrowed. 2) Continuous variable width code
The length of the S symbol is called Smin (Smin is called the minimum number of consecutive codes of the S symbol.
. ) If the length can be controlled within a certain range so as not to be shorter, Sm
By increasing the in value, the effective frequency band of the variable width code can be narrowed.
Wear. Therefore, Lmax and Lmin affect the effective frequency band of the variable width code.
Is a soft parameter to be executed.
The lower limit (Fdn) and upper limit (Fup) of the effective frequency band of the two-element variable width code are
, Respectively, are represented by the following equations.
If the channel bandwidth is wider than the range between Fdn and Fup, the transmission S
The pulse width between the symbol and the L symbol, and the geometry identifies and differentiates the waveform
Have appropriate differences in the features to do. If the channel frequency band is Fdn and
If the range is smaller than the range between Fup and
The ability to reject signal interference also degrades rapidly. The following equation is obtained by the equations (1.1) and (
1.2) can be derived.
From these equations, the parameters Lmax, Smin and K are the variable width code
Key factors that determine wavenumber spectrum, interference rejection performance and data rate
It is understood that this is the cause. The code type of the variable width code is the following three parts
Become. 1) Starting with the letter L, the next number indicates the Lmax value.
When Lmax is infinite, it is represented by LX. 2) Start with the letter K
The next number indicates the K value. For example, “LXS1K2. 5 ”code is Lm
ax is infinite, Smin is 1, K is 2. 5 is a variable width code, and "L
"1S2" code is variable with Lmax of 1, Smin of 2, and no K value specified
Width code.
Equation (3. 0) to “LXS1” (that is, Lmax is infinite, Smin is 1
)), Fup: Fdn is 3, and the signal effective frequency bandwidth (Fup−Fd)
n) is 2 × Fdn. Therefore, if the channel bandwidth is greater than 2xFdn
If they are equal and the binary coded information is transmitted, the binary coded
Each digit “1” in the report can be directly converted to an L symbol, and each digit “0”
Or each digit "0" can be converted to an S symbol
, Each digit “1” can be converted to an S symbol. This conversion is called "direct encoding
Call
Devour.
If the channel bandwidth is less than 2xFdn, the effective frequency of the variable width code
Bands are compressed in a way that limits Lmax and sets Smin to one. For example, "L1
When the variable width code of “S1” is used, Fdn: Fup is 3/7,
The required channel bandwidth is 4 / 3xFdn. 4 / 3xF channel bandwidth
If it is narrower than dn, the Smin value can be increased and therefore further variable
The effective frequency band of the width code signal is compressed.
When Lmax is infinite, the data information is transmitted using a variable width code.
The coding principle is as follows. Strings of the same type of symbol
Use to group each section; identify the symbol type of information "group"
Before each information "group", a symbol type identifier is sent;
, Information indicating the length of this group is transmitted. The symbol type identifier is an L symbol
A particular code string beginning with
Consists of the appropriate S symbol. After this type of identifier, each S symbol is
Until it appears, it represents the symbol defined by this type of identifier.
When Lmax is infinite, the principle of decoding the variable width code is as follows.
You. The type of symbol that will arrive is the symbol type identifier of the data stream.
, And then each subsequent S symbol is an identifier of the following type:
Is converted to the determined symbol until appears.
An information stream consisting of N types of symbols is transmitted using a two-element variable width code
And if the symbol type is simply represented by a contiguous L symbol string,
Lmax of the child variable width code is N. Symbol type is different between L symbol and S symbol
Lmax, when presented with the appropriate configuration or appropriate transmission protocol
May be smaller than N. Therefore, the N element data information is a two element variable width code.
After conversion to Lmax, Lmax is smaller than or equal to N, and
The goal of controlling the effective frequency band is reached.
Different representations of type identifiers are used to represent different code formats
Consisting of The purpose of choosing different code formats is
Change the soft parameters Lmax and Smin to change the effective frequency of the variable width code.
Changing several bands.
Two-element data information consisting of the numbers "0" and "1" is converted into a two-element variable width code.
A and B basic coding formats (ie, S
min = 1).
A Basic 2 coding format: Let Lmax be 2. In this case,
The variable width code has two consecutive L symbol strings of different lengths,
, Used as type identifiers for the digits "0" and "1", respectively
Can be.
For example, the character type “0” is represented by one L symbol, and the character type “1” is displayed.
Is represented by two consecutive L symbols. In this case, the format A
The procedure for conversion is as follows. Continuous "0" character list (including one character "0")
The ring is included in the data stream and the output of the encoder is initially
L symbols, then each character "0" of this continuous "0" string is an S symbol
Is converted to A continuous "1" character string (including one character "1")
And the output of the encoder is initially two L symbols
, Then each character "1" of this continuous "1" string is converted to an S symbol. one
If one L symbol appears in the variable width code stream, each S symbol following this L symbol
The sign is converted to the letter "0" until the next L symbol appears. Two consecutive L symbols
Appear in the variable width code stream, each S symbol following the two L symbols
Is converted to the character "1" until the next L symbol appears.
Of course, the character type "1" can also be represented by a single L symbol.
Type “0” can be represented by two consecutive L symbols.
B basic coding format: Lmax is set to 1 to compress the effective frequency band.
Let's assume that In this case, the variable width code is a single continuous L symbol string.
It has only a ring (ie, one L symbol). This continuous L symbol string is
Cannot be used to represent a specific type of symbol, but the
Phenomena. " For example, if one L symbol appears
Transmits the character "1" after it if the character "0" was transmitted before it
Must. If the character "1" was transmitted before it, then
The character "0" must be transmitted. Therefore, the first decoder in the receiving section
If the initial state can be defined correctly, or the operating state of the decoder,
If it can be adjusted to match the decoder status in the
Can correctly recover the two-element data information by the decoder,
In this case, inversion of “0” and “1” occurs in the decoded two-element data information.
. This inversion phenomenon of “0” and “1” is called polarity inversion of two-element data information.
You. The setting of the state of the decoder is called polarity synchronization of two-element data information.
A two-element variable width code with Lmax equal to 1 may define the state of the decoder.
Can not. Therefore, the present invention further provides that the two-element information carries its own polarity information.
Like that. Therefore, during the decryption process of the receiver section, the polarity reversal
Elephants can be detected and modified.
The principle of polarity synchronization of two-element data information is to set a polarity synchronization symbol.
. A continuous "1" character string of length K is used as the polarity synchronization symbol, ie, the character
The string "011. . . . 110 "(where the number of" 1 "s is equal to K)
A character string format that reverses the polarity synchronization symbol, if used
That is, the character string “100. . . . . . 001 ”(in this case,“ 0 ”
(The number is the same as K) is called the "synchronous inverted character" of polarity. For two-element data information
Then, the following steps are performed.
1) "1 addition" processing: a continuous "1" character stream longer than or equal to K
When a string appears in the data stream, this continuous "1" character string contains:
The character "1" is added. The polarity synchronization symbol indicates the data position processed as described above.
Not in the trim.
2) “Add 0” processing: A continuous “0” character stream longer than or equal to K
When a string appears in the data stream, this continuous "0" character string
The character "0" is added. The synchronous inversion symbol is used for data processed as described above.
Not in the trim.
3) “Synchronous addition” processing: After performing “1 addition” and “0 addition” processing,
In the stream, at appropriate distances or between separate data blocks.
An appropriate number of polarity synchronization symbols are inserted.
After these three processing steps, the two-element data information stream has the same
If an inverted character appears, it means that the polarity has been reversed. In this case,
Two-element data information is obtained by inverting “0” and “1” of the data.
Can be obtained.
Preferably, the data broadcast uses a "data packet" transmission mode.
preferable. In this case, the character of the data packet is used as the polarity synchronization symbol
The character format of the inverted character is synchronous inverted character. Therefore, "0
An "addition" processing step is added to the original data packing process to
The character polarity synchronization and the “zero removal” processing steps are performed by the original data depacking process.
In the case where the element data is added to the
The transmission can be performed by using the child variable width code.
"Packet head symbol" and "Packet tail symbol" are replaced by letters and
Character-like pseudo-character strings caused by combining characters with transmitted data.
To prevent this, add to the head and tail of the data block, respectively.
Must. Packet prefixes and packet tails have multiple forms of configuration.
You can. For example, the first character of the packet prefix and the packet tail
The last character of the symbol may be 1, or the other characters may be the data packet length, characteristics
Used to transmit additional information, such as error detection and correction
To provide a user level with multiple "parallel virtual channels".
Pay. The packet tail symbol also clears the encoder and decoder registers.
Have the function of The "1 addition" and "0 addition" processes are performed by
Must be done on the data block together with the packet tail.
Then, it is connected to the polarity synchronization symbol.
The encoding process of the B format uses the data
Is to disassemble it. One packet prefix and packet tail
, Respectively, added to the end of the head and tail of each data block,
, "Add 1" and "add 0" processing to form a data packet
It is. An appropriate number of separators are placed between data packets.
It is inserted, and then the connection is made again. Then this data stream
each
The character (1 or 0) is converted to the S symbol, and the L symbol changes the character from “0” to “1”.
, Or at the place where it changes from “1” to “0”.
FIG. 5 shows the decryption process, the polarity synchronization process, and the B format depackage.
Process. Initial state of the character register of the decoder (“0” or “1”
)) Can be set arbitrarily. Variable width code stream to decoder
If supplied, and one S symbol is an input, one of the character registers
Characters are output from the decoder. If one L symbol is input,
The character polarity of the star is reserved only once, in which case the decoder
Do not output. The data stream output from the decoder passes through a polarity adjuster.
You. The polarity adjusting device further has a state control input terminal, and the state control input terminal is provided.
The control signal is from the output of the status register. Initial state of status register output
Is "0" and the data stream still passes through the polarizer
After maintaining its original polarity. If the state control signal is "1",
The character polarity of the data stream reverses after passing through the polarity adjuster. Polar tone
The data output from the adjusting device is a data temporary storage device and "K + 2" bits.
-Temporarily stored in a synchronous discriminator consisting of a shift register. same
When an inverted character appears on the synchronous discriminator, its output is
The state of the data is inverted only once, and the data temporarily stored in the data
Abandon the data, so the temporary data storage stack pointer returns to its original point.
You. One character (ie, polarity sync symbol) appears in the sync discriminator
Then, the data in the temporary data storage device must be processed only once. This place
If the data in the temporary storage device is larger than a certain value,
The storage data is a valid data packet, and this packet is debugged.
It can be supplied to a debugging device for processing. If not
Means that the data in the temporary data storage device is invalid and is discarded. Data temporary storage
Regardless of whether the data at the location is valid or not,
After completion of each process, the printer returns to the original point. "1 delete" and "0 delete" processing
This is performed on the data in the data temporary storage device. "1 deletion" processing means that the number is K
A larger continuous "1" character string appears in the data stream.
When
To remove the character "1" from this character string. What is the "0 subtraction" process?
, A consecutive "0" character string whose number is greater than K
Is to remove the character "0" from this character string when it appears in the
. The data packet is then stripped of the packet prefix and packet tail.
The result is a transmission data block. Transmission two-element data information
, Can be obtained by connecting the recovered data blocks. Sentence above
To correct the character polarity error correction synchronization process, a reasonable amount of characters must be
Must be inserted between brackets.
The mirror code consists of three symbols with different widths. Code between these symbols
The width ratio is 2: 3: 4, and the M2 code, M3 code and M4 code respectively.
Called mode. When the mirror code information is transmitted by a two-element variable width code
In this case, two basic coding formats (ie, Smin = 1): C and
And D are used.
C basic format: Suppose Lmax is 3. In that case, the variable width
Mode has three consecutive L symbol strings of different lengths, and these strings are
, Respectively, to be used as three types of identifiers of mirror code symbols
Can be.
For example, since the utility coefficient of the M2 symbol is the largest, one L symbol corresponds to the M2 code.
Used as the type identifier for A continuous L symbol string whose length is equal to 2 is
Used as the type identifier of the M3 code. A continuous L symbol string whose length is equal to 3
The ring is used as the type identifier of the M4 code. In this case, C format
The coding procedure of the unit is as follows. That is, a continuous "M2" code strike
A ring (including one M2 code) has appeared in the mirror code stream
In this case, the encoder first outputs one L symbol, and then this successive "M2"
Convert each M2 symbol in the code string to an S symbol. (One M3
A continuous "M3" code string (including the code) appears in the mirror code
In such a case, the encoder first outputs two L symbols, consecutively, and then
, Convert each M3 symbol of the "M3" code string into one S symbol. (one
A continuous "M4" code string (including two M4 codes)
If it does, the encoder will output three L symbols at first, in succession.
After each M4 symbol of this continuous "M4" code string into one S symbol
Convert. In this case, the decoding procedure of the C format is as follows. Sand
That is, when one L symbol appears in the variable width code stream, the next L symbol appears
, Each S symbol following the L symbol is converted to an M2 code. Two consecutive
If an L symbol appears in the variable width code stream, the next L symbol appears.
Until then, each S symbol following those L symbols is converted to an M3 code. Three consecutive
When the next L symbol appears in the variable width code stream, the next L symbol appears.
Then, each S symbol following the L symbol is converted to an M4 code.
D basic coding format: To compress the effective frequency band of variable width code
, Lmax is 2. In this case, up to two together with the appropriate S symbol
Or less than three L symbols to distinguish three different types of code strings.
These strings can each be represented by the symbol of the mirror code.
It can be used as three types of identifiers.
For example, one with one additional S symbol (called the "L + S" code string)
One L symbol can be used as a type identifier for the M2 code. ("L
+ L "code string). The two consecutive L symbols are the type identification of the M3 code.
Can be used as an offspring. (Referred to as the "L + S + L" code string
) One L symbol with one additional S symbol and one additional L symbol is
It can be used as an IP identifier. In this case, D format coding
The procedure is as follows. That is, the mirror code stream contains (one
If a continuous "M2" code string appears (including the M2 code of
The encoder first outputs an "L + S" code string, and then
Convert each M2 symbol of the subsequent "M2" code string to one S symbol. mirror
-A continuous "M3" code (including one M3 code)
If a string occurs, the encoder first starts with an “L + L” code string.
Output the ring, and then each M3 symbol of this continuous "M3" code string
Into one S symbol. The mirror code stream contains (one M4
If a continuous "M4" code string appears (including the
Is
First, an "L + S + L" code sling is output, and then the "M4"
Convert each M4 symbol in the code string to one S symbol. In this case, D
The encoding procedure of the format is as follows. That is, variable width code
If an "L + S" code string appears in the trim, the encoder
, First output one M2 symbol, and then output it until the next L symbol appears.
Is converted to an M2 code. "L" is added to the variable-width code stream.
If the "+ L" code string occurs, the decoder will cause the next L symbol to appear
, Each subsequent S symbol is converted into one M3 code. Variable width code
・ If the “L + S + L” code string appears in the stream,
Each S symbol is followed by one M4 code until the next L symbol appears.
Convert to
Since the type identifier is added in the encoding procedure, the amount of transmitted data increases.
. On the other hand, during the transmission process of the mirror code information, the symbol period of the M code becomes TS.
Equally, if TS is 2Δ, only 2Δ is an M3 code with 3Δ period,
And a specific transmission time is used for M4 codes with 4Δ period. You
That is, after encoding with the variable width code, the data amount of the mirror code
Is compressed, and the instantaneous maximum value of the compression coefficient may be 2: 1. Compression effect
By linking with the expansion effect, the code efficiency η (η
(Equal to the ratio between the amount of data) is the variable width code parameter, code format
It is a dynamic value that depends on the data stream and data stream structure. Variable width coating
If the coding / decoding procedure of the code is used as one of the components of the “transmission”,
The transmission rate of the "user" data is also a dynamic value and is equal to Bx [eta]. Variable width
If the code / pulse width ratio K is equal to 2, the code of the B basic coding format is used.
Is 0. 333 <η <1, and the statistical average value is about 0.3. 711. Also
, D basic coding format has a code efficiency of 0. 283 <η <2.
The total average value is approx. 730.
Smin is greater than 1 based on the basic coding format of the variable width code
Let's assume that. The effective frequency band of variable width codes can be further compressed
Or improve the ability to eliminate interference. In this case, Sm
If the in value increases, the code efficiency decreases. When Smin is greater than 1
The coding principle of the variable width code is as follows. That is, the number is (Sm
The S symbol that is in-1) is first added next to each type identifier and then
Symbols are transmitted. In this case, the principle of decoding the variable width code is as follows. You
That is, the S symbol following each type identifier whose number is (Smin-1) is skipped.
And the following S symbol is defined by this type identifier until the next L symbol appears.
Is converted to a symbol.
Very many low-frequency and high-frequency harmonic components can still be encoded.
These harmonics, which are included in the variable width code signal, feed the transmit channel directly.
And must not be filtered very tightly to meet the requirements of the broadcast technical standards.
I have to. For example, the mutual interference on the audio channel is -60
Sub-carrier reset of stereo decoder must be less than dB
Do not excite the circuit. Use hardware circuits or data filters
In such a case, it is difficult to realize such a filter effect.
The waveform synthesizing device of the present invention is a “code / pulse” converter, and has a variable input width.
Determine the output pulse waveform based on the code form of the code stream
You. These pulse waveforms are a group of pre-optimized modular waveforms
. The purpose of the optimization process is to specify the frequency spectrum of the signal made of these modular waveforms.
To adapt the torque distribution to specific requirements.
FIG. 6 is a block diagram showing the principle of waveform synthesis. The symbol window is
Symbol shift register for variable width code of length. Displayed in the symbol window
All variable-width code string formats, so-called "
"Code strings" have already been discovered and these code strings
It is stored in the “code” area in the “module library”. Then these
The code string is like an amplitude modulated square wave where each pulse has the same region in advance.
, Depending on some original waveform, may be replaced one by one or the peak of the variable amplitude
To form a flat sine curve, the leading edge of the pulse must be between -90 degrees and +90 degrees.
And the trailing edge of the pulse further changes from +90 degrees to -90 degrees.
After the ideal filtering is performed, an ideal waveform is obtained. Therefore, each code
Tring corresponds to one ideal waveform, and the pulse at the center of the ideal waveform is
It is a shape module. It is the identification number of the symbol at the center of the code string.
The quantized numerical value of each waveform module can be used as a data group.
Can be stored in the "module" area of the "module library".
You. Through this "module library", the "code"
One-to-one relationship with "module". This is an already optimized process. Day
When supplying data, the variable-width code data stream
Is shifted to The code string displayed in the symbol window for each shift
Is used as a search criterion, and the corresponding code string is
・ The corresponding waveform module that exists in the code area of the library
Discovered through strings. After that, this waveform module (1 group of data value)
Loop) is sent to the D / A converter. By driving the sample clock,
This group of data values is also based on the principle that positive and negative polarities alternate.
Is converted into a pulse waveform by a D / A converter. After the identification number waveform is generated
Then, the synthesis of the next identification number waveform starts. This waveform synthesis procedure is based on the D / A converter.
Completed by computer with data.
After the data signal is amplitude limited amplified, its pulse width is identified and a variable width code
Can be recovered. When using the zero crossing identification method directly, the system
The performance of eliminating interference is not high. Because the harmonics of the variable width code signal are filtered
This is because the waveform will be distorted if it is performed. The symbol identification device used in the present invention is an amplitude-limited
After amplification, the variable width code signal is integrated. Then the zero point of this integral
The period of passage tx is known. If tx is greater than the periodic threshold value tm, the symbol L
Otherwise, it is identified as an S symbol. The symbol identification device uses the periodic threshold
By adjusting tm and the integer time constant, it is possible to maintain the optimum operating state.
You. This symbol identification device can identify highly distorted variable width codes,
Therefore, the performance of eliminating the interference of the data receiver can be greatly improved.
In the case of FM broadcasting, multiple data broadcasting modes can be used by using a variable-width code.
Can be configured flexibly. For example,
Mode 1: "L1S1" code type along with B coded format
If used, 22. Variable width cord with effective frequency band of 714-53KHz
The basic signal is basically the same as the conventional LR channel. in this case,
K is 2 or 2. Assuming equal to 5, the data rate is 53. 8
Kbps or 64. 6 Kbps.
Mode 2: "L1S25" code type with B coded format
When 53. is used, 53. 069-60. Has an effective frequency band of 931 KHz
The variable width code signal is the same as the conventional RDS channel (57 ± KHz).
You. In this case, K is 2 or 2. Assuming equal to 5, the data rate is
18 respectively. 2Kbps or 18. 5 kbps. Increase Smin value appropriately
If the data rate is reduced appropriately, the ability to eliminate data signal interference is improved.
And increase the independence of the RDS channel from its adjacent channels
Can be Compared to using the ASK or PSK method, the RDS
Data broadcasting using variable width code technology on the channel has the following advantages:
The advantages of high data rate, simple receiving circuit and high system reliability
Have.
Mode 3: At present, (SCA auxiliary communication channel) of FM broadcast baseband signal
Frequency band upper limit of 61 KHz or more.
The number of standards and standards for using SCA channels is small. B-coded font
-When using the “L1S16” code type together with the mat,
Of the 75 KHz SCA channel; 2-74. 8KHz effective frequency band
Data broadcasting can be performed using the variable width code signal. in this case
, K is 2 or 2. 5, the data rate is 30. 5
Kbps or 31. 3 kbps.
Mode 4: RDS channel and SCA channel are in the band of 53-75KHz
Tied to a data channel with a width. In this case, K is 2 or 2. 5
Assuming that the data rates are 42. 2 Kbps or 44. 0K
bps.
B The coding efficiency of the basic coding format is
Mode efficiency (about 36. 3%), but associated coding. A symbol
If the device is interfered and an error code occurs, this error code
Also affects the sign. The mutual interference of this error code indicates the next data packet.
It does not occur on data packets as it affects the packet. Compare with it
And the error code in the directly coded format does not affect other symbols
.
Mode 5: If the data channel extends 20-60 KHz (
That is, the SCA channel is obtained by adding the RDS channel to the LR channel.
The channel is unaffected. ), Or 23-69 KHz, or 23-75
If you are extending KHz or using a higher frequency limit
Uses "LXS1" type variable width code and direct encoding format
Thus, data broadcasting can be performed. Information stream characters "0" and "1"
Are equal or K is 2, so the broadcast data rate and signal
The ability to eliminate interference can be calculated. The speeds are 53. 3K
bps, 61. 7 Kbps, 66. 7Kbps or more
Thus, the performance may reach 23-16 dB.
Mode 6: For example, such as S symbol pulse width TS = 2Δ, such as 1: 2. 0: 2. 5
: 3. A four element variable width code with an "L1S1" pulse width of 0 is used. three
Are 4Δ, 5Δ, and 6Δ, respectively, and T4
, T5 and T6 codes. The effective frequency band of this variable width code is 22.2.
928-75 KHz. After converting the binary information to a mirror code, for example
, A direct coding format can be used and one T4 symbol is
One T5 symbol can be used as the M3 code.
One T6 symbol can be used as the M4 code.
Each S symbol that follows can be used as a symbol type identifier for
Mirror symbol can be displayed. In this case, the symbol rate B is 107. 14
2 kHz, which is much faster than the data rate of the above-mentioned use mode.
No.
Data broadcasting mode 1, mode 2, mode 3 and mode 4 are all subordinate.
It conforms to the upcoming FM broadcast standard. Data broadcast modes 5 and 6 have data rates
High performance, high interference rejection performance and low error code / interference
) Has the advantage that the system is stable. Mode 1, Mode 5 and Mode
6
Is interrupted when a stereo program is broadcast. FM broadcast
Depending on the station, multiple broadcast modes can be sampled simultaneously and the corresponding data
The receiving device is installed in the data receiver, and the received data stream is
And then sent to the computer. One effective cycle of data broadcasting mode
If the waveband is not compatible with the stereo signal, data transmission and
And reception are controlled by a mode control signal (mode).
As shown in FIG. 7, when the FM station is broadcasting a stereo program,
In the transmission section, the mode control signal (mode) includes the DSB-SC signal,
Through the KS1 switch, the signal is sent to the adder.
The signal is sent to the adder. At the same time, the signal is transmitted as in mode 4.
Put the device in the low-speed data transmission state. In this case, the pilot section of the receiving section
The mode control signal (mode) output from another device is transmitted through the KR switch to the low-speed band.
Command the low pass filter to connect the data receiving device, and
It is instructed to be in a fast decryption operation state. When an FM station broadcasts a program
Indicates that the mode control signal (mode) of the transmission section is set to D by the KS1 switch.
The BS-SC signal is removed, and the pilot signal is removed by the KS2 switch. same
Sometimes, the signal indicates that the data transmission device is in the high-speed data transmission state as in mode 6.
To In this case, the mode control signal (mode) of the receiving section is a high-speed band signal.
Command the filter to connect a data receiver, and
Set to the reading operation state.
Variable width code and waveform synthesis techniques also apply to other frequency bands of the broadcast.
It can also be used for other data communication channels.
The upper diagram of FIG. 8 shows a signal waveform of a two-element variable width code. In this case,
The width of the symbol window is 15, Lmax is 1, Smin is 1,
The pulse width ratio is 2. The figure below shows the frequency spectrum of the variable width code.
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