CN101729819A - 使用基于地图的导航对广播发射器及移动适配器的定位 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用基于地图的导航对广播发射器及移动适配器的定位。用于减轻诸如车辆等上的接收广播电视信号的移动接收器的多普勒频移效应、多路径效应和/或噪声的系统和方法。该车辆可包括地图数据库和GPS接收器，这两者结合以识别出车辆在路面上的位置。车辆上的接收器包括可转向天线，其能够以机械或者电子方式被引导朝向正在广播该车辆希望接收到的信号的广播塔。因此，通过将该天线更精确地引导朝向信号源，能够减轻或消除多路径效应和其它噪声条件。并且，车辆上的接收器能够使用车辆的前向速度和广播塔的方向来确定车辆相对于塔的运动，以便校正多普勒频移。

Description

使用基于地图的导航对广播发射器及移动适配器的定位
技术领域
本发明总体上涉及一种用于减小或减轻可移动接收器的多普勒频移效应、多路径效应和/或噪声的系统和方法，更具体地涉及一种使用地图数据库、GPS接收器和/或可转向天线来减小或减轻车辆上的电视信号接收器的多普勒频移效应、多路径效应和/或噪声的系统和方法。
背景技术
传统的数据广播-例如电视传输信号的广播通常使用模拟信号。在北美地区，电视台将过渡到通常使用本领域技术人员熟知的高级电视标准委员会(ATSC)数据帧协议来产生和传输电视传输信号的数字模式。随着数字数据广播技术的出现，与广播模拟信号相比，广播同等数量的信息所需要的带宽更小。因此，使用数字信号来广播数据使得在给定带宽下能够广播额外的数据，同时仍然能够传送高质量节目。这些额外的数据可以应用于许多方面，包括替代性电视节目和其它与数据相关的服务，这些服务包括传输天气信息、交通信息以及音频、视频文件。进一步来说，过渡到数字电视传输使得新的接收器技术成为可能。
数据通常以多个数据帧的形式被传输。每个被传输到非移动式接收器的数据帧通常包括帧同步部分和数据部分。帧同步部分允许接收器锁定接收到的信号，使得被传输的信号能够被接收器接收和译码。在一项技术中，通过在接收器中设定均衡系数(equalizationcoefficient)，帧同步部分将接收器与接收到的信号锁定。在经过一段时间以后，非移动式接收器可能会变得与到达的信号不同步。这发生的原因是在信号传播过程中由于多路径衰减导致的数据分散。多路径衰减引起影响接收质量的误差发生。这些误差是由于码间干扰(intersymbol interference)(ISI)所致。ISI是一种一个符号与后续符号相互干涉的信号失真形式。这是一种不期望的现象，因为前面的符号与噪声的效果类似，这使得通信变得不可靠。均衡器可以用来校正ISI。因此，对非移动式接收器而言，通过在每个预定时间间隔之后使用帧同步，接收器能锁定接收到的信号，以便连续接收数据而不会有任何明显丢失。
对移动式接收器来说，数据帧会被额外地分散，这是由多普勒频移和多路径衰减引起的ISI而产生的失真所导致的。因此，行驶中的车辆上的接收器与固定式或非移动式接收器相比需要更频繁地与到达的数据帧进行重新同步，以便成功接收数据而不会有任何明显丢失。然而，由于同步数据传输之间的时间间隔，行驶中的车辆上的接收器无法及时地调整均衡器系数，这导致同步的丧失和数据的相当大部分的丢失。
进一步地，接收质量由于多路径效应而降低。多路径效应的发生是由于接收器从多个方向接收来自广播塔的广播信号，这是由于广播信号被塔和接收器之间的诸如建筑物、地形等物体反射偏移导致的。因为数个信号在不同时间被接收器接收到，它们的相位彼此偏离，这直接影响接收器处理这些信号的能力。
当前和将来的车辆可能包括地图数据库、交通信息系统、娱乐系统等，这些系统需要连续或者近似连续的更新以保持有效。通常，这些类型的系统的更新技术要求低成本以适应市场化需要。使用ATSC数字电视的数据广播是一种能够提供这种低成本技术的潜在技术。进一步地，这在一些车辆或车辆系统中可能是期望的，从而可使用ATSC信号接收广播电视信号。
发明内容
根据本发明的教导，公开一种用于减轻诸如在车辆上接收广播电视信号的移动式接收器的多普勒频移效应、多路径效应和/或噪声的系统和方法。该车辆可包括地图数据库和GPS接收器，这二者结合起来以识别车辆在路面上的位置。地图数据库还包括车辆可能正在从其接收电视信号的广播塔的位置。车辆上的接收器包括可旋转或可转向天线，所述天线可以机械或电子方式被引导朝向正在广播车辆希望接收的信号的塔。因此，多路径效应和其它噪声条件可以通过更精确地将天线引导朝向信号源而被减轻或消除。进一步地，车辆上的接收器可使用车辆的前向速度和广播塔的方向来确定车辆相对于广播塔的运动，以校正多普勒频移。并且，地图数据库可以包括来自广播塔的信号的基于位置的频道特性，特别是在识别出的故障点的情况下，以帮助接收器适应信号。
通过结合附图参阅下面的描述和所附权利要求，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1为在路面上行驶的车辆相对于电视广播塔的平面图；
图2为图1所示车辆的简化平面图，该车辆包括用于确定广播塔相对于车辆运动的方向的电视接收器、地图数据库和GPS接收器。
具体实施方式
下文对本发明的实施例-涉及用于减轻接收电视广播信号的移动接收器的多普勒频移效应、多路径效应和/或噪声的系统和方法的讨论实际上仅为示例性的，并非旨在限制本发明或其应用或用途。例如，本发明具有用于车辆中的电视接收器的特定应用。但是，本领域技术人员应该认识到，本发明的系统和方法可应用于除了车辆接收器之外的其它移动式接收器。
图1为用于与车辆12连接的系统10的平面图，系统10通过减少或减轻由于车辆12的运动而发生的多普勒频移效应和减少或减轻多路径效应而允许车辆12更有效地接收广播电视信号。车辆12被示出为沿路面14行进。
图2为车辆12的平面图，示出了车上的各种系统，包括导航系统16、娱乐系统18、地图数据库20、接收广播信号的电视接收器22和GPS接收器24，所有这些都已为本领域技术人员所熟知。车辆12包括可旋转或可转向天线26，该天线能够被转向朝向正在广播该车辆中的乘员希望接收的电视信号的特定广播塔28。多个广播塔28示出为可广播接收器22能够接收的数个不同电视频道的信号。塔矢量30表示车辆12相对于塔28的位置的方向和速度，前向矢量32表示车辆12沿其在路面14上的行进方向的速度和方向。
地图数据库20包括这样的信息，所述信息示出路面14、广播塔28和车辆数据库可能包括的其它感兴趣的点，例如餐馆、加油站、医院等。GPS接收器24标识出车辆12的位置，该位置与路面14相关联，使得导航系统16能够以本领域熟知的方式在车辆12内的地图上显示出车辆12的位置。来自塔28的广播信号包括与塔28正在广播的特定频道相关的视频和音频信号。
来自广播塔28的信号还可包括这样的数据，所述数据是电视接收器不使用的数字广播信号中的帧集合的一部分，但可被用于其它目的，例如更新娱乐系统18和地图数据库20。进一步地，接收器22允许娱乐系统18使用塔28广播的视频和音频信号，使得车辆12中的乘员能够观看广播电视频道。然而，为了允许接收器22在存在如上所述的诸如多普勒频移、多路径效应、噪声等各种有害效应的情况下有效地接收广播信号，需要在车辆12中采取某些措施。
为了克服多普勒频移效应，接收器22从车辆12上的GPS接收器24、车辆速度传感器(未示出)、或者识别车辆12的速度的其它合适技术设备接收车辆速度信号。接收器22还从罗盘航向仪或其它装置获知车辆12的方向，因此能够计算出前向矢量32。接收器22还从地图数据库和GPS信息获知特定塔28的方向，因此能够使用车辆速度、车辆方向和塔28的方向计算出塔矢量30。根据该信息，接收器22通过由矢量32和30形成的三角形能够计算出车辆12相对于塔28的速度。因此，接收器22能够补偿车辆12相对于塔28的运动，因此抵消多普勒频移。因此，接收器22随着其移动能够保持被调谐到塔28的广播信号。
进一步地，因为天线26是可转向的，其能够被引导朝向塔28，因为接收器22从地图数据库和GPS信息能够获知塔28的精确方向。通过将天线26引导朝向塔28，能够提供聚焦效应，在这种聚焦效应中，不是来自塔28方向的其它信号将不会产生显著影响或被天线26接收到。这些其它效应可包括作为诸如建筑物等各种结构的信号偏移反射结果的其它噪声和多路径效应，特别是在车辆12正在运行的环境中。可采用任何用于使天线26转向的合适技术，无论其为机械转向机构或电子转向机构，例如数字波束成型(digital beamforming)。通过向天线26提供窄的角度，可以消除其它干扰噪声。
另外，地图数据库20能够在地图数据库20中保存与从广播塔28接收信号相关的死区的位置。这些死区可由任意数量的特征引起，例如峡谷、高层建筑物、树木等。通过获知这些死区相对于特定广播塔28的位置，天线26的方向性可相应地被改变，使得天线26从广播塔28接收各种结构的反射偏移信号，而不是进行直接信号接收。进一步地，天线26的获取量(gain)可增加，使得信号更容易被接收。
并且，地图数据库20能够包括来自广播塔28的信号的基于位置的频道特性，特别是在识别出故障点的情况下，以帮助接收器22适应信号。
前面的讨论仅仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域技术人员将从该讨论和附图及权利要求中容易地认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对这些实施例进行各种改变、改型和变型。

Claims (20)

1.一种用于改进在可移动平台处从广播塔接收广播电视信号的系统，所述系统包括：
设置在所述可移动平台上的GPS接收器，所述GPS接收器提供识别所述可移动平台的位置的信息；
设置在所述可移动平台上的地图数据库，所述地图数据库标识所述可移动平台周围的特征的位置，包括所述广播塔的位置；
设置在所述可移动平台上的电视接收器，所述电视接收器处理从所述广播塔接收到的广播信号；和
设置在所述可移动平台上的天线，所述天线从所述广播塔接收广播信号并将广播信号发送给所述电视接收器以便处理，所述电视接收器通过下述方式校正由于所述可移动平台相对于所述广播塔的运动而引起的多普勒频移：基于所述可移动平台的速度和方向确定前向矢量、基于所述可移动平台相对于所述广播塔的速度和方向确定塔矢量、并使用所述前向矢量和所述塔矢量来确定所述可移动平台与所述广播塔的相对速度。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述天线为可转向天线，所述电视接收器通过使用所述地图数据库和GPS信息使所述可转向天线转向为朝向所述广播塔。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述可转向天线为机械转向天线。
4.如权利要求2所述的系统，其中，所述可转向天线为电子转向天线。
5.如权利要求1所述的系统，进一步包括设置在所述可移动平台上的娱乐系统。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述娱乐系统使用广播信号中的数据来下载更新的娱乐信息。
7.如权利要求5所述的系统，其中，所述娱乐系统使用广播信号中的视频和音频信息来提供电视娱乐。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述可移动平台为车辆。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述地图数据库保存与来自所述广播塔的广播信号的死区和/或频道特性有关的信息，如果所述可移动平台位于死区中或者受到频道特性的不利影响，则所述电视接收器采取防护措施。
10.一种用于改进在车辆上从广播塔接收广播电视信号的系统，所述系统包括：
设置在所述车辆上的GPS接收器，所述GPS接收器提供识别所述车辆的位置的信号；
设置在所述车辆上的地图数据库，所述地图数据库标识所述车辆周围的特征的位置，包括所述广播塔的位置；
设置在所述车辆上的电视接收器，所述电视接收器处理从所述塔接收到的广播信号；和
设置在所述车辆上的可转向天线，所述可转向天线从所述广播塔接收广播信号并将广播信号发送给所述电视接收器以便处理，所述电视接收器通过下述方式校正由于所述车辆相对于所述广播塔的运动而引起的多普勒频移：基于所述车辆的速度和方向确定前向矢量、基于所述车辆相对于所述广播塔的速度和方向确定塔矢量、并使用所述前向矢量和所述塔矢量来确定所述车辆与所述广播塔的相对速度，所述电视接收器还通过使用所述地图数据库和GPS信息来使所述可转向天线转向为朝向所述广播塔。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述可转向天线为机械转向天线。
12.如权利要求10所述的系统，其中，所述可转向天线为电子转向天线。
13.如权利要求10所述的系统，进一步包括设置在所述车辆上的娱乐系统。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述娱乐系统使用广播信号中的数据来下载更新的娱乐信息。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述娱乐系统使用广播信号中的视频和音频信息来提供电视娱乐。
16.如权利要求10所述的系统，其中，所述地图数据库使用广播信号中的数据来更新所述地图数据库。
17.如权利要求10所述的系统，其中，所述地图数据库保存与来自所述广播塔的广播信号的死区和/或频道特性有关的信息，如果所述车辆位于死区中或者受到频道特性的不利影响，则所述电视接收器采取防护措施。
18.一种用于改进在车辆上从广播塔接收广播电视信号的系统，所述系统包括：
设置在所述车辆上的GPS接收器，所述GPS接收器提供识别所述车辆的位置的信息；
设置在所述车辆上的地图数据库，所述地图数据库标识所述车辆周围的特征的位置，包括所述广播塔的位置；
设置在所述车辆上的娱乐系统，所述娱乐系统使用广播信号中的视频和音频信息来提供电视娱乐；
设置在所述车辆上的电视接收器，所述电视接收器处理从所述广播塔接收到的广播信号；和
设置在所述车辆上的可转向天线，所述可转向天线从所述广播塔接收广播信号并将广播信号发送给所述电视接收器以便处理，所述电视接收器通过下述方式校正由于所述车辆相对于所述广播塔的运动而引起的多普勒频移：基于所述车辆的速度和方向确定前向矢量、基于所述车辆相对于所述广播塔的速度和方向确定塔矢量、并使用所述前向矢量和所述塔矢量来确定所述车辆与所述广播塔的相对速度，所述电视接收器通过使用所述地图数据库和GPS信息使所述可转向天线转向为朝向所述广播塔，所述电视接收器使用广播信号中的数据来为所述娱乐系统下载和更新娱乐信息，并且使用广播信号中的数据来更新所述地图数据库。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述地图数据库保存与来自所述广播塔的广播信号的死区和/或频道特性有关的信息，如果所述车辆位于死区中或者受到频道特性的不利影响，则所述电视接收器采取防护措施。
20.如权利要求18所述的系统，其中，所述可转向天线为机械转向天线或电子转向天线。
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