CN101043278A - 一种短距离无线数字广播的发射接收方法 - Google Patents

Abstract

使用小功率无线广播装置进行无线(无线电、光、声)数字信息广播，在广播覆盖范围内(几十米到几千米)广播与发射点位置相关的信息。发射装置对静态信息，准动态信息和实时动态信息进行封装，接收装置接收并解析此信息。发射信息中可以使用多种自然语言，接收装置人工或自动选择合适的语言显示给使用者。

Description

一种短距离无线数字广播的发射接收方法

技术领域

本发明涉及无线广播技术，特别涉及无线通讯广播发射和接收，数字数据处理。

背景技术

短距离无线数字广播是从无线数字广播、无线数字通讯、无线局域网等技术衍生出的一种应用技术。它针对特殊的应用环境，如接收时隙短，信息量小的环境。发布的信息具有较强位置相关性。

大范围的无线数字广播适合播放位置相关性小的信息。如果用此技术解决位置相关信息发布的需要，一般需要将信息按位置进行分时传送。这样会随着信息相关位置点的增加，会持续增加发送信息量；对接收机来说，需要增加新的软件和硬件判断当前位置，并按照当前位置分离当前位置的信息。此方法对带宽和接收机的要求增加的过多。

无线局域网和其他无线通讯方法(如蓝牙)通讯前需要首先建立连接。在特殊的应用环境中，接收机经过无线接入点有效信号范围的时间非常短，可能在接收机和无线接入点的连接没有建立就离开了此无线接入点信号范围。

本发明的一个应用领域是道路信息发布。现有的道路信息发布系统主要有路牌，电子路牌，广播等方式，路牌和电子路牌(LED等组成的显示器)都依靠人眼的视觉来观察，在恶劣天气条件下，能见度下降时候效果变差甚至失效；而且司机在陌生的环境下寻找路牌会严重分散司机注意力。专门的广播电台由于要负责很大区域的交通信息发布，很难对具体路段的信息进行连续发布。并且目前主要使用自然语言播报，会对异地人员带来语言理解的问题。对于在陌生环境中的人来说，接收到的道路信息和当前位置的匹配存在查找过程。

发明内容

本发明的技术方案是：整个装置包括两个组成部分，发射装置和接收装置。发射装置位于信息相关的地点，由向无线广播方式发布信息；发射装置由处理器、存储器，信息编码/调制器，功率放大器和换能器组成。存储器存储了要发布的信息内容，此信息经过编码调制器转换为可以发送的信号，经功率放大器放大后由换能器发射出去。

无线信号主要采用三种无线信号类型：声(典型为超声波)、光(典型为红外线)、电(典型采用超高频到微波频段)作为信号的传输载体。从传输距离来看，三种信号中，无线电信号的最好。声、光信号在恶劣天气(雾、雨、雪、沙尘等)情况下传输距离下降的很多，甚至不能保证道路信息要求的典型传输距离(100-250米)。声还存在的问题是，由于车辆的运动速度和音速差异在仅几十倍左右，会产生比较严重的多普勒效应，不利于信号的可靠接收。无线电信号中又以微波(指频率为300MHz～300GHz，相应波长为1m～1mm范围内的电磁波)为好，信号的波长短，所需的天线尺寸就更小，更方便指向性广播。但是，高频微波对雨、雾、灰尘的穿透能力下降，所以频率不宜过高。

针对信息广播需要，需要对发射的信息进行封装，以便接收方解读。信息的封装单位为包，包由包头、包描述、包信息，包尾组成。包头、包尾是包开始、结束的标志，包信息就是包所封装的信息的数字编码。包描述是对包信息一些特征的描述，为了处理方便，包描述信息一般和包头结合在一起。

若干有共同特征的包还可以再被封装在一个包中，如果若干包被封装在一个新的包中，则被封装的包称为外层包的子包。理论是可以有无限级子包，但实际应用中一般不超过2级子包。信息的封装层次为：包，一级子包、二级子包，……。信息的广播是以包为单位发出。

信息主要有三种基本状态，并且在信息包的包描述中包含状态描述：

1.静态信息，如当地位置信息，使用约定的静态信息标志标记

2.准动态信息，如天气预报等，使用约定的版本信息标志标记，如版本号或者时间戳作为标志

3.实时动态信息，如流媒体，使用约定的实时动态信息标志标记

准动态信息是在信息阅读者的接收周期中，信息是静态的，但是从信息发布者来看，信息是动态生成的，例如天气预报、新闻等；实时动态信息的信息都是实时生成，主要用于流媒体播放。针对不同状态的包接收端采用将不同的处理方法，如实时动态信息发生错误的时候，则收到的包被丢弃，而静态信息包则等待下一次广播。包描述中包含包信息的状态，可以方便接收方对信息的处理。

每个发射装置的标识由名字空间(name space)名称和在此名字空间中的唯一标识符组成。它可以包含在一独立的信息包中或者在其他信息包的包描述。这个数字化的电子标识，是实现收藏、路径记录、导航和信息检索等功能时，对发射装置的表示方法。最简单的实现是给每个发射装置分配一个唯一的数字来表示。由于信息量的存在大小差异，简单的信息可以封装在一个包中，而大的信息(如电子杂志)需要封装在多个包中。

多种自然语言信息的编码方法。数字广播需要同时为不同母语的使用者提供多种语言信息。将多种自然语言分别封装在不同的包中，每个包的包描述中加上其使用的自然语言和字符集名称的说明。一般的，这些包会封装在一个上级包中。为了减少接收方在处理含有多种语言编码的信息包由于缺少字符集而可能引起的问题，信息包中的文字可以做一次预编码，将信息转换到一个基础字符集，例如使用BASE64编码方法转换到ASCII编码。同时，信息包的包描述中增加预编码方法的描述。

发射装置的存储器中包含发射装置运行的程序和待发送的信息；在处理器的控制下，发射装置执行以下步骤：

1.生成一个或者多个静态信息包；

2.生成一个或者多个准静态信息包；

3.检测准静态信息包是否需要更新，是则更新；

4.如果有实时动态信息源，则生成实时动态信息包；

5.按照预订策略顺序将各个信息包顺序被送入编码/调制器(调制后的模拟信号经功率放大器和换能器产生无线信号广播出去)；

6.暂停一段时间；

7.跳转到3

发射装置使用以下方法中至少一种来生成动态信息：

1.读取实时时钟，计算出生成时间相关信息，生成动态信息；

2.接收上级节点传送的信息，生成动态信息；

3.读取本地流媒体文件，生成实时动态信息；

4.转换其他流媒体，生成实时动态信息；

第1种方法可以由发射装置独立完成，例如发射装置中安装实时时钟，发射装置运行的程序读取当前时间，将当前时间作为实时动态信息发出。时间相关的信息可以由程序生成准动态信息，例如道路交通信息中的按时间限制通行信息。

第2种方法是上级控制节点和发射装置进行通讯，由上级节点传送给发射装置信息。典型技术就是寻呼网络，每个发射装置有一个寻呼网唯一节点地址和若干组地址，上级控制节点可以使用组广播传送信息，如时间、新闻、天气预报，也可以向某个发射装置单独传送信息。

第3、4种方法是针对实时动态信息，特别是针对流媒体的播放。

发射装置接收上级节点发送的信息，则还需要有相应的通讯通道和相关设备。例如：

1.低速数字广播的接收机和接口，典型的技术是寻呼机使用数字广播技术；

2.高速数字广播接收机和接口，典型的技术是如DAB，DMB等数字广播技术；

3.短距离无线接入，如802.11协议族或蓝牙(BlueTooth)等；

4.有线网络，如有线局域网或串行通讯接口；

接收装置的基本部件为换能器、信号放大器、信号解调/解码器、接口控制器和电源、辅助电路组成，完整的接收装置还包括处理器、存储器、人机接口等。基本部件可以是现有计算机系统的硬件接口，信息的处理在现有计算机系统上运行，典型组合形式是，PDA为现有计算机系统，基本部件与PDA通过通讯接口连接。

当接收装置处于接收工作状态且处于发射装置的信号有效覆盖范围时，接收装置接收数字广播信号，接收装置执行以下描述的接收进程和解析输出进程实现信息的接收和输出：

接收进程(或线程)：

1.读取接收缓冲区，判断是否收到信息包起始标志；

2.收到起始标志后，在保存缓冲区(存储器区域1)保存接收信息，直到收到信息包结束标志；

3.如果信息包中包含校验信息，则按照约定算法计算信息包是否正确，不正确则废除此包，跳转到1

4.复制保存缓冲区(存储器区域1)中的信息到当前信息包(保存在存储器区域2)；

5.跳转到1

解析输出进程(或线程)：

1.检测当前信息包(保存在存储器区域2)是否为完整信息

a)不是则用此信息包组装信息，再次判断信息是否完整

i.未完整则退出

ii.信息完整则解析此信息，并保存到存储器区域3，跳转到3

b)是则跳转到2

2.解析当前信息包，如果包含子包则分离不同的信息子包，解析为原始信息，将所有信息复制到当前发射节点的全部信息(保存在存储器区域4)；

3.输出各个完整信息(存储器区域3或存储器区域4)，至少采用以下一种步骤：

a)将信息以人可以理解的方式通过人机接口传送给信息使用者；

b)将完整信息保存为文件，并调用相应的软件阅读

c)将实时信息传送给相应的软件，特别是将流媒体数据传送给流媒体播放器

4.退出

在单进程的计算机系统上，解析输出进程可插入接收进程的4、5之间。

由于信息可能被封装在多个包中，所以解析步骤1先判断信息的完整性，即当前信息包是否为一个(大)信息的多个包之一。封装在多个包的信息，需要接收到全部的包才能合成完整的信息。

当收到的信息包中包含了多种语言信息的时候，接收方执行以下步骤：

1.分析各个信息包的包描述，列出所有语言种类供用户选择；或者根据用户预先设定，自动选择用户选择的语言；

2.选择语言后，保留此种(或几种)语言的信息包；其他语言的包则抛弃或按照预订策略处理。

3.检查各个信息包中是否有预编码方法，有则对信息包中的信息解码；没有则跳过此步骤；

4.输出此语言的(所有)信息包，传送给人机接口，用用户可以理解的方式传递给使用者；广播信息封装的时候，可以将信息的分类特征写在信息包的描述中。当接收装置具有语音合成功能时，运行以下步骤实现信息驱动的语音提醒：

1.预先设定需要语言提醒的信息分类特征；

2.检测收到的信息是否具有此分类特征，是则将解析完成的信息或者由此信息触发的信息传送给语音合成器合成为语言提醒使用者；

在相同位置的发射装置向不同方向广播的信息不同，称这些信息为指向性信息。为了更精确的接收指向性信息，信息封装时，增加信息的方向信息，在包描述中增加了相应的说明。接收装置上增加方向判断的设备，如地磁检测的硬件或者GPS接收机(可以在运动时测量运动方向)。接收装置得到当前(运动)方向后，为了过滤掉不必要的信息，接收装置执行以下步骤：

1.解析信息包中的信息的方向信息；

2.得到当前(运动)方向；

3.计算信息的指向和当前(运动)方向的夹角；

4.放弃夹角大于设定值的信息；保留夹角小于设定值的信息；

在道路信息发布应用中，信息使用者需要了解发射点的位置，以便及时做出相应反应(如根据指路信息控制车辆行驶方向)。车载的接收装置随着车辆的行驶，和车辆一起经过了发射点。由于接收装置采用单向天线接收信号，经过发射点后接收到的信号强度迅速衰减，这可以成为检测接收装置经过发射点的标志。在接收装置增加信号强度检测电路，执行以下步骤检测接收装置经过发射点：

1.使用一个触发器检测信号强度，当信号强度下降时触发器被触发

2.触发器直接驱动输出部件，如LED显示或驱动发声装置发声

或者：

1.触发器通过接口电路连接接收装置的处理器；

2.触发产生后，处理器响应触发，做出以下处理：

a)在处理器控制下，接收装置使用文字、图形、图像、声音等方式通知使用者通过当前信息发射点；

b)记录触发时刻，启动相关进程，如航迹保存等

c)退出

如果接收装置是现有计算机系统的附件形式，则检测信号强度的触发器、地磁检测装置和计算机系统比较难实现接口。为了方便处理，接收装置生成特殊的报告接收装置状态的信息包，插在接收广播信息包中间。这些特殊的信息包包含了由接收装置产生的特殊信息，如车辆当前方向，正在经过发射点等信息。这些信息的是动态信息，计算机系统按照预订策略处理此信息，如收到正在经过发射点等信息。

具体实施方案

实施方案一：使用专用无线电发射装置，在道路附近进行道路信息发布。道路交通管理部门使用发射装置作为传统道路信息牌的补充，发布道路交通信息。传送位置、道路等信息(静态信息)和时间、天气、路况、临时管制等信息(准静态信息)。使用专门的接收装置接收显示。车载的接收装置接收无线广播的道路信息，显示给司机或转换为声音提醒司机。

实施方案二：使用专用红外发射装置进行短距离无线广播，用于特定地点的信息发布，例如服务企业、旅游景点的信息发布。信息接收者使用手机、PDA配合相应的软件阅读这些信息。

Claims (8)

1一种短距离无线数字广播的发射接收方法，分别运行在发射装置和接收装置，其特征在于：发射装置执行以下步骤：

1)生成一个或者多个静态信息包；

2)生成一个或者多个准静态信息包；

3)检测准静态信息包是否需要更新，是则更新；

4)如果有实时动态信息源，则生成实时动态信息包；

5)按照预订策略顺序将各个信息包顺序被送入编码/调制器(调制后的模拟信号经功率放大器和换能器产生无线信号广播出去)；

6)暂停一段时间；

7)跳转到3

接收装置执行以下描述的接收进程和解析输出进程实现信息的接收和输出：

接收进程(或线程)：

1)读取接收缓冲区，判断是否收到信息包起始标志；

2)收到起始标志后，在保存缓冲区(存储器区域1)保存接收信息，直到收到信息包结束标志；

3)如果信息包中包含校验信息，则按照约定算法计算信息包是否正确，不正确则废除此包，跳转到1

4)复制保存缓冲区(存储器区域1)中的信息到当前信息包(保存在存储器区域2)；

5)跳转到1

解析输出进程(或线程)：

1).检测当前信息包(保存在存储器区域2)是否为完整信息

a)不是则用此信息包组装信息，再次判断信息是否完整

i.未完整则退出

ii.信息完整则解析此信息，并保存到存储器区域3，跳转到3

b)是则跳转到2

2).解析当前信息包，如果包含子包则分离不同的信息子包，解析为原始信息，将所有信息复制到当前发射节点的全部信息(保存在存储器区域4)；

3).输出各个完整信息(存储器区域3或存储器区域4)，至少采用以下一种步骤：

a)将信息以人可以理解的方式通过人机接口传送给信息使用者；

b)将完整信息保存为文件，并调用相应的软件阅读

c)将实时信息传送给相应的软件，特别是将流媒体数据传送给流媒体播放器

4).退出

在单进程的计算机系统上，解析输出进程可插入接收进程的4)、5)之间。

2由权利要求1中发射装置所生成的信息包，其特征在于：每个发射装置的标识由名字空间名称和在此名字空间中的唯一标识符组成。此发射装置的名字空间名和其标识符包括在至少一个信息包中，或包含在其他包的包描述中。

3由权利要求1中发射装置所生成的动态信息，其特征在于：使用以下步骤中至少一种生成动态信息：

1)读取实时时钟，计算出生成时间相关信息，生成动态信息；

2)接收上级节点传送的信息，生成动态信息；

3)读取本地流媒体文件，生成实时动态信息；

4)转换其他流媒体，生成实时动态信息；

4由权利要求1中发射装置所生成的信息包中包含多种语言信息时，接收方执行以下步骤解析信息：

1)分析各个信息包的包描述，列出所有语言种类供用户选择；或者根据用户预先设定，自动选择用户选择的语言；

2)选择语言后，保留此种(或几种)语言的信息包；其他语言的包则抛弃或按照预订策略处理。

3)检查各个信息包中是否有预编码方法，有则对信息包中的信息解码；没有则跳过此步骤；

4)输出此语言的(所有)信息包，传送给人机接口，用用户可以理解的方式传递给使用者；

5一种短距离无线数字广播的发射接收方法，其特征在于：广播信息封装的时候，将信息的分类特征写在信息包的描述中。当接收装置具有语音合成功能时，运行以下步骤实现由信息驱动的语音提醒：

1)预先设定需要语言提醒的信息分类特征；

2)检测收到的信息是否具有此分类特征，是则将解析完成的信息或者由此信息触发的信息传送给语音合成器合成为语言提醒使用者；

6一种短距离无线数字广播的接收方法，其特征在于：接收装置使用强指向性的天线接收定向信息，接收装置有信号强度检测电路，执行以下步骤检测经过发射点：

1)使用一个触发器检测信号强度，当信号强度下降时触发器被触发

2)触发器直接驱动输出部件，如LED显示或驱动发声装置发声或者：

1)触发器通过接口电路连接接收装置的处理器；

2)触发产生后，处理器响应触发，做出以下处理：

a)在处理器控制下，接收装置使用文字、图形、图像、声音等方式通知使用者通过当前信息发射点；

b)记录触发时刻，启动相关进程，如航迹保存等

c)退出

7一种短距离无线数字广播的接收方法，其特征在于：接收装置上增加判断方向的设备，如地磁检测的硬件或者GPS接收机(可以在运动时测量运动方向)，接收装置就可得到当前(运动)方向。接收装置执行以下步骤过滤不必要的信息：

1)解析信息包中的信息的方向信息；

2)得到当前(运动)方向；

3)计算信息的指向和当前(运动)方向的夹角；

4)放弃夹角大于设定值的信息；保留夹角小于设定值的信息；

8一种短距离无线数字广播的接收方法，其特征在于：当接收装置是现有计算机系统的附件形式，接收装置生成特殊的报告接收装置状态的信息包，插在接收广播信息包中间。这些特殊的信息包包含了由接收装置产生的特殊信息，如车辆当前方向，正在经过发射点等信息。接收装置连接的计算机系统解析后按照预订策略处理此信息。