ITU-R BS 1194-2 FRENCH-1998 Systems for Multiplexing Frequency Modulation (FM) Sound Broadcasting with a Sub-Carrier Data Channel Having a Relatively Large Transmission Capacity fo.pdf

1、 Rec. UIT-R BS.1194-2 1 RECOMMANDATION UIT-R BS.1194-2 SYSTMES DE MULTIPLEXAGE DE SIGNAUX DE RADIODIFFUSION SONORE MODULATION DE FRQUENCE AVEC UNE VOIE DE DONNES SUR SOUS-PORTEUSE AYANT UNE GRANDE CAPACIT DE TRANSMISSION POUR RCEPTION FIXE ET MOBILE (Question UIT-R 71/10) (1995-1998) Rec. UIT-R BS.1

2、194-2 LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que de nombreux pays utilisent le systme de radiodiffusion de donnes (RDS) conforme la Recommandation UIT-R BS.643; b) que le systme RDS est en mesure dassurer la plupart des services de donnes demands, mais que sa capacit de transmissio

3、n de donnes est limite; c) quil est impratif que les nouveaux systmes sous-porteuse soient compatibles avec les services strophoniques MF incluant le systme RDS; d) quil sera peut-tre ncessaire pour certaines applications de prvoir de plus grandes capacits de transmission de donnes; e) que les systm

4、es de radiodiffusion voie de donnes sur sous-porteuses peuvent offrir une capacit de transmission de donnes suprieure celle du systme RDS, et peuvent respecter limpratif de compatibilit du paragraphe c) ci-dessus en qui concerne les rapports de protection et les niveaux de brouillage; f) que des sys

5、tmes de transmission rapide de donnes sont dj en exploitation; g) la diversit des applications dcrites dans le document UIT-R BS.1350 exclut la possibilit quun systme unique soit adapt toutes les applications, recommande 1 dutiliser un des trois systmes suivants pour le multiplexage des signaux de r

6、adiodiffusion sonore modulation de frquence avec une voie de donnes sur sous-porteuse ayant une grande capacit de transmission pour la rception fixe et mobile: le systme de voie de radiodiffusion de donnes (DARC) spcifi dans lAnnexe 1, qui est le plus intressant pour son niveau lev de compatibilit a

7、vec la voie principale de diffusion de signaux sonores et pour les services de transport intelligent; ou le systme de transmission rapide de donnes (HSDS) spcifi dans lAnnexe 2, qui est le plus intressant pour son facteur de forme minimal, pour les conomies dnergie et pour les services dappel unidir

8、ectionnel de personnes; ou le systme de voie de transmission dinformations sur sous-porteuse (STIC) dfini dans lAnnexe 3, qui est le plus intressant pour sa fiabilit en trajets multiples pour les messages longs et pour les services de transport intelligent, en particulier lorsquon utilise un traitem

9、ent audio de haut niveau de signaux sonores sur la voie de diffusion sonore principale. NOTE 1 La Recommandation UIT-R BS.1350 spcifiant les exigences du systme aidera les radiodiffuseurs valuer les besoins du service quand on utilise les systmes de transmission rapide de donnes disponibles. NOTE 2

10、LAppendice 1 prsente la comparaison entre les systmes. LAppendice 2 donne les rsultats de test de trois systmes tests en parallle par un organisme indpendant aux Etats-Unis. 2 Rec. UIT-R BS.1194-2 ANNEXE 1 Description du systme: systme A, voie de radiodiffusion de donnes (DARC) Le systme DARC assure

11、 un quilibre tout fait acceptable entre la robustesse de sortie et la bande passante occupe pour permettre de multiples applications dune sous-porteuse de donnes normalise. Le systme est conu pour minimiser les effets des trajets multiples et de lvanouissement sur la voie, en environnement fixe et m

12、obile. La correction/dtection derreur tridimensionnelle assure une rception des donnes pratiquement exempte derreur sur tous les types de rcepteur. Voici quelques applications multiplexes supportes par le systme DARC: informations affiches sur le rcepteur sous la forme de texte et de graphisme sur p

13、lusieurs pages, y compris, sans y tre limit, les informations sur les programmes sonores, les nouvelles, le sport, la mtorologie, des donnes pour la navigation et les informations routires; rafrachissement des bases de donnes informatiques et transfert de fichiers; appel unidirectionnel de personnes

14、/messagerie portable et accs conditionnel (adressabilit du rcepteur); correction de donnes DGPS pour rcepteurs portables et mobiles. La mthode de modulation par dplacement minimal avec asservissement de niveau (MDMAN) du systme DARC permet de raliser facilement des rcepteurs peu coteux. Les spcifica

15、tions des sous-porteuses du systme de modulation de frquence DARC font lobjet de la norme ETSI ETS 300 751. 1 Caractristiques de la modulation (couche physique) 1.1 Frquence de la sous-porteuse La frquence de 76 kHz de la sous-porteuse est verrouille en phase sur le quatrime harmonique et, dans le c

16、as des services strophoniques, appartient au signal pilote. La tolrance sur cette frquence doit tre infrieure 0,01% ( 7,6 Hz) et le dphasage avec le signal pilote ne doit pas dpasser 5. 1.2 Mthode de modulation On utilise MDMAN avec un spectre conforme la Figure 1. Cette modulation est une variante

17、de la modulation MDM, lamplitude tant asservie sur les signaux strophoniques gauche-droite (G-D). La frquence 76 kHz + 4 kHz correspond une donne dentre 1, et la frquence 76 kHz-4 kHz une donne dentre 0. 1.3 Dbit binaire 16 kbit/s 1,6 bit/s. 1.4 Niveau de la sous-porteuse Le niveau de la sous-porteu

18、se varie en fonction des signaux strophoniques G-D (voir la Figure 2). Lorsque la dviation de la porteuse principale MF produite par les signaux strophoniques G-D est infrieure 2,5%, la sous-porteuse introduit une dviation de 4% ( 3 kHz) de la porteuse principale. Lorsque la dviation de la porteuse

19、principale MF produite par les signaux strophoniques G-D est suprieure 5%, la sous-porteuse introduit une dviation de 10% ( 7,5 kHz) de la porteuse principale. Entre ces limites, la dviation varie linairement. Rec. UIT-R BS.1194-2 3 1194-01 80 60 40 2002050 60 70 80 90 10056 58 64 88 94 970,5 0,5FIG

20、URE 1Filtre de mise en forme du spectreFrquence en bande de base (kHz)Amplitude relative(dB)Limite infrieureLimite suprieure1194-020510012345678FIGURE 2Dviation de la sous-porteuseNiveaudinjection (%)Dviation strophoniquegauche-droite (%)2 Structure de la trame (couche liaison de donnes) 2.1 Caractr

21、istiques gnrales Le plus grand des lments de la structure est appel trame et comporte en gnral 78 336 bits au total, organiss en 190 blocs dinformation de 288 bits chacun, auxquels sajoutent 82 blocs de parit de 288 bits chacun. Un bloc dinformation comprend un code didentification de blocs (CIB) de

22、 16 bits, 176 bits dinformation, un code CRC de contrle de redondance cyclique (CRC) de 14 bits et 82 bits de parit. 4 Rec. UIT-R BS.1194-2 Le bloc de parit comporte un CIB de 16 bits et 272 bits de parit. Il existe quatre types diffrents de CIB (voir Tableau 1) pour assurer la synchronisation de bl

23、ocs et de trames. On dispose de trois mthodes dorganisation des donnes, les mthodes A et B, qui utilisent toutes deux un code produit (272,190) (272,190) et la mthode C qui fait appel un simple codage de blocs (272,190). Ces trois mthodes diffrent par la squence des codes CIB. TABLEAU 1 Code didenti

24、fication de blocs (CIB) 2.2 Mthode A Cette mthode limite le temps de transmission du ct metteur. La trame (appele Trame A) contient en principe 190 blocs dinformation suivis de 82 blocs de parit (voir Figure 3), mais pour les services en temps rel, il est possible dinsrer 12 blocs additionnels dinfo

25、rmation (cods au niveau bloc seulement) dans les blocs de parit de la trame code en produit. 1194-03CRCParit verticaleFIGURE 3Organisation de la trame dans le cas de la mthode A,sans insertion de blocs pour applications en temps relCIB3CIB2CIB1CIB460blocs70blocs82blocs60blocsInformationInformationIn

26、formationParithorizontaleLes 12 blocs ainsi insrs ne font pas partie de la trame code en produit. Ils sont placs des positions fixes, raison de quatre blocs dans chacune des trois positions (voir la Figure 4). Les quatre premiers blocs sont placs aprs 20 blocs de parit, les quatre suivants aprs 21 a

27、utres blocs de parit et les quatre derniers aprs 21 autres nouveaux blocs de parit. Le code CIB des blocs insrs est CIB2. Le rcepteur extrait ces blocs et les dcode immdiatement. CIB1 0001 0011 0101 1110 CIB2 0111 0100 1010 0110 CIB3 1010 0111 1001 0001 CIB4 1100 1000 0111 0101 Rec. UIT-R BS.1194-2

28、5 1194-04CRCCRCCRCCRCFIGURE 4Organisation de la trame dans le cas de la mthode A,avec insertion statique de blocs pour applications en temps rel60blocs70blocs82+12blocs60blocsCIB3CIB2CIB1InformationInformationInformationParithorizontaleCIB2 ParitBlocs dinformation en temps relCIB4CIB2 ParitBlocs din

29、formation en temps relCIB4CIB2 ParitBlocs dinformation en temps relCIB4Parit verticaleCIB4Parit verticaleParit verticaleParit verticale2.3 Mthode B Afin dobtenir une transmission quasi-uniforme de la trame (appele Trame B), les blocs de parit sont intercals avec les blocs dinformation (voir la Figur

30、e 5). Cette mthode introduit un retard de 5 s environ du ct metteur. 2.4 Mthode C La mthode C fait intervenir uniquement des blocs de 288 bits. Le code CIB associ cette mthode est CIB3. Cette mthode est cense rpondre aux besoins des services en temps rel, mais avec un niveau infrieur de protection c

31、ontre les erreurs (exemple: services temps rel, rception fixe ou information rptitive). 2.5 Code de correction derreur Dans le cas des mthodes A et B, on utilise un code produit (272,190) (272,190) pour le codage des trames afin de permettre au rcepteur/dcodeur de dtecter et corriger les erreurs app

32、araissant en cours de rception. Un codage de bloc (272,190) est utilis avec la mthode C. Le code (272,190) est un code cyclique diffrentiel simplifi, dcodable par logique majoritaire. Le polynme gnrateur du code (272,190) est: g(x) = x82+ x77+ x76+ x71+ x67+ x66+ x56+ x52+ x48+ x40+ x36+ x34+ x24+ x

33、22+ x18+ x10+ x4+ 1 2.6 Dtection derreur Les 14 bits du code CRC (contrle de redondance cyclique) sont utiliss pour permettre au rcepteur/dcodeur de dtecter les erreurs. A partir des 176 bits dinformation, le code CRC est calcul au moyen du polynme gnrateur: g(x) = x14+ x11+ x2+ 1 6 Rec. UIT-R BS.11

34、94-2 2.7 Embrouillage Pour viter dimposer des restrictions au format dentre des donnes et taler le spectre de modulation, les donnes doivent tre embrouilles par la squence de pseudo-bruit spcifie par: g(x) = x9 + x4+ 1 1194-05CRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCCRCParitFIGURE 5O

35、rganisation de la trame dans le cas de la mthode B,avec blocs intercals13blocs123blocs123blocs13blocsInformation 1Information 2Information 12Information 13Information 14Information 15Parit 1Information 16Information 17Parit 2Information 95Information 96Parit 41Information 97Information 98Information

36、 108Information 109Information 110Information 111Parit 42Information 112Information 113Parit 43Information 189Information 190Parit 82CIB1CIB1CIB1CIB1CIB3CIB3CIB4CIB3CIB3CIB4CIB3CIB3CIB4CIB2CIB2CIB2CIB2CIB3CIB3CIB4CIB3CIB3CIB4CIB3CIB3CIB4ParitParitritParitrit1194-06CRCFIGURE 6Organisation de la trame

37、 dans le cas de la mthode C,avec codage de bloc seulementCIB3 ParitInformationRec. UIT-R BS.1194-2 7 3 Caractristiques oprationnelles du systme DARC 3.1 Caractristiques de la transmission 3.1.1 Tests de transmission en laboratoire Des expriences de transmission ont t effectues en laboratoire pour ca

38、ractriser le taux derreur binaire (TEB) en fonction du bruit alatoire et des vanouissements dus la propagation par trajets multiples. La Figure 7 reprsente le TEB en fonction de la tension dentre du rcepteur. On constate, daprs la figure, que la correction derreur limine les erreurs sur les bits lor

39、sque la tension dentre du rcepteur est suprieure ou gale 16 dBV. 1194-0715 20 2510125252525252102103104105106Tension lentre du rcepteur (dBV)FIGURE 7Caractristique derreur sur les bits dans le cas dun bruit alatoireTEBAvant correction derreurAprs correction derreurLa Figure 8 montre la variation du

40、TEB en prsence de distorsions dues aux vanouissements. Sans correction, le TEB reste suprieur denviron 7 104mme si la tension dentre est augmente. La correction derreur permet nanmoins dabaisser le taux derreur lorsque la tension dentre est suprieure ou gale 27 dBV. 3.1.2 Tests de transmission sur l

41、e terrain La Figure 9 montre les pourcentages de temps de rception correcte en rception mobile. Lorsquune page est constitue dun paquet, une valeur de 90% ou plus peut tre obtenue en utilisant la trame C du systme DARC dcrite la Figure 6. Pour une page forme de 250 paquets (8 500 octets), les trames

42、 A et B du systme DARC devraient permettre dobtenir un pourcentage de 85%. 8 Rec. UIT-R BS.1194-2 1194-0820 30 40 501012510210310425253,3 Hz10 dB5 sFrquence des vanouissements:Rapport D/U (trajets multiples):Retard:FIGURE 8Caractristique derreur sur les bits en prsencede distorsions dues aux vanouis

43、sementsTEBTension dentre du rcepteur (dBV)Avant correction derreurAprs correction derreur1194-0902040608010011021025 2 5 2FIGURE 9Effets de lutilisation des codes de correction derreurdans la zone de service MFTemps derception correcte(%)Nombre de paquets par pagePas de codageTrame CTrames A et BRec

44、. UIT-R BS.1194-2 9 3.2 Compatibilit avec la radiodiffusion strophonique 3.2.1 Etude par questionnaire La compatibilit avec la radiodiffusion sonore strophonique est un lment dcisif dans le choix du niveau de multiplexage appliquer aux signaux multiplex. Un questionnaire a t adress plus de 2 000 per

45、sonnes auxquelles il tait demand dindiquer toute altration de la qualit de rception lorsquon changeait le niveau de multiplexage de signaux MDMAN multiplexs avec des signaux strophoniques. Des sons vocaux et des sons de piano ont t utiliss comme signaux sonores strophoniques. Le Tableau 2 prsente le

46、s rsultats de ltude en termes de pourcentage de rcepteurs, par rapport au nombre total des rponses, qui montrent une dgradation de la qualit de deux notes en fonction de six niveaux de multiplexage. TABLEAU 2 Nombre de rcepteurs pour lesquels on a constat une dgradation de la qualit de rception en f

47、onction du niveau de multiplexage et pourcentages correspondants Cette tude montre que le pourcentage pouvait tre ramen moins de 0,5% condition que le niveau de multiplexage minimum MDMAN soit infrieur 4%. 3.2.2 Evaluation subjective de qualit sonore La procdure de test utilise est celle dcrite dans

48、 la Recommandation UIT-R BS.562. Trois types de programmes ont t utiliss: piano, musique pop et voix fminines. Un peu plus de cent personnes, plus ou moins expertes, ont particip aux essais de diffusion leur domicile, et elles devaient remplir un formulaire spcial. La Figure 10 prsente les principaux r