CN1240074A - 向用户提供位置指定数据的系统 - Google Patents

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Abstract

一种FDMA/TDM卫星载运的广播系统被用来向位于远距位置处的用户提供数字地图(120)和其他型式的数据。选择所希望数据的用户可借助依照一预定计划以监控广播系统的TDM下行线路步骤(30)，或是直到一特定识别码被检测到为止，而加以完成。用户终端机(22)配备有全球定位系统(GPS)接收机(84)，使得用户的位置可被判定。根据用户位置，用户终端机(22)可以将一般数据转换成为适合于用户需要的位置指定数据。一般数据可包含有一覆盖一广大地理区域的数字地图，而位置指定数据则可包含有一覆盖用户所位处的地理区域的一部分的地图(120)。

Description

向用户提供位置指定数据的系统
相关的主题公开于：S.Joseph Campanella于1995年12月8日递交的未决美国专利申请案第08/569，364号；S.Joseph Campanella于1996年11月5日递交的未决美国专利申请，其名称为“对分时多路传输提供帧同步化及相关联的无线电直播接收机”(代理人档案编号33877A)；S.Joseph Campanella于1996年11月5日递交的未决美国专利申请，其名称为“供分时多路传输所用的无线电直播接收机”(代理人档案编号33877B)；S.Joseph Campanella于1996年11月5日递交的未决美国专利申请，其名称为“供卫星传输和无线电接收所用的格式化广播数据系统”(代理人档案编号33877C)；S.Joseph Campanella等人于1996年11月5日递交的未决美国专利申请，其名称为“管理广播服务供应者之间的空间区段使用的系统”(代理人档案编号33877D)；S.Joseph Campanella于1996年11月5日递交的未决美国专利申请，其名称为“用以将上行线路信号切换成分时多路下行线路信号的卫星仪表装置处理系统”(代理人档案编号33877E)；S.Joseph Campanella于1996年11月5日递交的未决美国专利申请，其名称为“利用多相多路分解及四分相位移键控解调的卫星仪表装置处理系统”(代理人档案编号33877F)；以及S.Joseph Campanella于1996年11月5日递交的未决美国专利申请，其名称为“提供上机率对准的卫星仪表装置处理系统”(代理人档案编号33877G)；该等申请案将被采用以供参考。
本发明一般涉及数据的传输及接收，具体地涉及一种借助将一广播接收机与一地理位置决定单元相结合以向一远距离用户提供位置指定数据系统。
在许多场合中，一位于远距位置的用户常需要接收更新的信息，而该等信息是专门适合于用户的需要。例如，一个航空器驾驶员在开始飞行前会需要特定飞行路径的一份当时气象地图或航空图表，或是航海船舰的船员会需要一份显示出当地港口定锚点、入口、运河、通道等等的类的更新航行图。类似地，步行者、滑雪者及其他从事于户外运动活动的个人亦需要取得活动进行的当地区域的当时地形地图。
航行图和地形地图通常能以硬拷贝形式而获得，并较为不常更新。气象地图(其必须经常地更新)在某些情况中可借助传真机或数据机供给予驾驶员或其他人，但是取用传真机或电脑的需求会妨碍用户获取须经常使用的更新气象地图。再者，在所有的这些状况中，其地图通常被设计成覆盖一广大的地理区域，而且无法配合任意特定用户的需求。
现今有一种称为全球定位系统(GPS)的卫星载运位置确定系统，其中，数个位于地球表面上方的静止轨道中的卫星可广播出可由飞行器、船只和地面通信工具中的移动接收机所接收的准确定时信号，以提供利用三角测量技术的位置信息。除了提供纬度和经度信息的外，GPS接收机经常利用各种不同形式的机上数据储存装置(例如磁盘和磁带匣)，以提供与卫星导出的GPS位置数据相组合的地图显示。如此便使得用户的位置可被图示在例如一移动地图上。虽然此类接收机对导航而言非常有用，但是地图数据必须经常加以更新(通常地是借助经由一预约服务以获得新的磁盘或磁带匣)，以维持其可用。即使借助经常的更新，仍有某些型式的地图数据(例如气象地图数据)无法以此种方式有效地提供。
有鉴于前述缺点和限制，本发明的目的在于提供一种系统和方法，用以借助由一射频线路而将数据(特别是，但并非全然是，地图数据和其它型式的影像数据)分配予用户，以便可依需要经常地获取更新的数据。
本发明的另一目的在于可让用户获取特定于用户位置的数据，特别是地图数据。
本发明的另一目的在于可利用一卫星无线电直播系统以便依要求而提供地图数据和其他型式的数据予遍布于一广大地理区域内的用户。
本发明的又一目的在于可利用一位置确定单元，例如一GPS接收机，以便让一般的地图数据或其他数据对一特定用户变成为位置指定数据。
本发明的又一目的在于提供一种系统和方法，以便让远距用户可选择地获取数据，而不需要用户与数据来源之间的双向通信。
本发明的再一目的在于可让地图或其他型式的数据为已对此类数据付费的用户所获得，并防止未授权的用户取用此类数据。
本发明的这些及其他目的部分地可借助提供接收机终端机予远距用户而加以达成，而该接收机终端机是结合有广播接收机和位置确定单元二者。广播接收机从一广播站接收到一般的数据(亦即，本质上可由位于不同地理位置的用户所利用的数据)，而位置确定单元则可让此类一般数据被转换为配合用户需要的位置指定数据。一个中继卫星，例如一无线电直播卫星，可被用来将此类一般数据由该广播站中继传送至该接收终端机。
因此，在一方面，本发明是关于一种用来向用户提供位置指定数据的系统。此系统包含：一广播站，用以传输本质上可由多个位于不同地理位置的用户所利用的一般数据；以及一中继卫星，用来将此类一般数据由该广播站中继传送至该多个用户。此系统亦包括一提供予每个用户的接收机终端机。此接收机终端机包括：一广播接收机，用以接收来自中继卫星的一般数据；一位置确定单元，用来判定用户的地理位置；以及一处理器，用以依照由该位置确定单元所判定的用户的地理位置而将一般数据转换为位置指定数据。
在另一方面，本发明是关于一种接收机终端机，用以向用户提供位置指定数据。此接收机终端机包含：一广播接收机，用来接收由一广播站所传输的一般数据；以及一位置确定单元，用来判定该接收机终端机的地理位置。此接收机终端机亦包含一处理器，用以依照该接收机终端机的地理位置而将一般数据转换为位置指定数据。
在又一方面，本发明是关于一种用来向用户提供位置指定数据的方法。此方法包含有下列步骤：传输在本质上可为位于不同地理位置的多个用户所利用的一般数据；在其中一个用户位置处接收一般数据；确定用户的地理位置；以及依照用户的地理位置而将一般数据转换为位置指定数据。
本发明的各种目的、优点及新颖特征将参照所附图并借助以下说明而更为明显，其中：
图1为本发明的优选实施例的一方法原理图，其中，位置指定数据是经由一卫星无线电直播系统而提供予用户；
图2是说明在图1所示型式的卫星无线电直播系统中将来自上行线路分类多路频道的信息重新分配至一下行线路分时多路频道；
图3是说明在图1所示型式的卫星无线电直播系统中执行机上卫星信号处理；
图4为一说明方块图，其中，影像数据可组合于广播站上的音频数据并被上行连接至图1至3的数字广播卫星；
图5为说明本发明的优选实施例的用户终端机的构造的方块图，该用户终端机包括一数字广播接收机和一地理位置接收机二者；
图6至8是说明由图1至3的数字广播卫星将影像数据下行连接的三种不同的方式；
图9和10是说明帐户卡的两种可能型式，该帐户卡可用来让已对数据付费的用户取用影像数据，并防止未授权的用户获取该等数据；
图11为一流程图，其概述当音频和影像数据被接收时由图5的用户终端机所执行的操作序列；以及
图12为用户终端机之前视图，说明一地图或其他位置指定数据可显示予用户的方法。
在所有图中，相同的参考编号表示相同的部分和组件。
本发明的提供位置指定数据予用户的系统最好参照前述于1995年12月8日申请的共同未决中的美国专利申请案第08/569,346号中的卫星无线电直播系统的型式而加以实施。此无线电直播系统最好包含：三个对地静止卫星(其中的一如图1中的元件编号20所表示)，低价无线电接收机或用户终端机22，以及相关的地面网路。针对位置确定的目的，现存的全球定位系统(GPS)卫星24的天体构象亦可利用于本发明的优选实施例中。GPS卫星24及其相关连的接收机运作的方式已属习知，故不需在此详述。
优选的无线电直播系统的卫星20是由下列对地静止轨道以覆盖非洲阿拉拍区域、亚洲区域及加勒比海和拉丁美洲区域：
◆21°E轨道位置，提供服务至非洲和中东。
◆95°W轨道位置，提供服务至中、南美洲。
◆105°W轨道位置，提供服务至东南亚和太平洋边缘。其他区域的覆盖，例如北美洲和欧洲，可被提供以额外的卫星。
此无线电直播系统最好为利用1467至1492MHz的频率波段，其是以WARC92而对广播卫星服务(BSS)直播音频广播(DAB)加以分配，亦即，依照ITU的解析度33和528。广播器26是利用7050至7075MHz的X波带中的馈送器上行线路。
此无线电直播系统利用数字音频编码技术。每个卫星是遍布其相应接收覆盖区域地直接传送具有等效于AM单声道、FM单声道、FM立体声和CD立体声的品质的数字无线电音频信号，连同诸如寻呼机、录影和文字传输的类的辅助数据，至无线电机。此系统亦可传送多媒体服务，诸如：供商业应用的对PC之大型数据库下载，供旅行者所用的地图和打印文字信息(如以下所详述)，甚至是供广告和娱乐所用的强化音频节目的颜色信号。
系统广播器是依照节目频道而组织其服务，而每个节目频道则由一个或多个每秒16千位(kbps)的主率频道所组成。每个节目频道的主率频道的数目可为由1至8的范围，因而以16kbps的增量产生出一个16至128kbps的节目频道位率。每个广播器依照广播器的指定应用而选择16kbps主率频道的数目。对于每个16kbps增量，亦具有一个每秒承载519位的服务控制信息索引，可将每个主频道的总位率变成为16.519Kbps。
为了保护广播器的节目频道，可采用一种前向误差校正(FEC)方法。其包含有一个与一交插器相串接的里德-索络蒙(255，233)编码器，以及一个传率1/2维特比常数长度7的编码器。此种误差校正编码(连同一同步信息索引的加入)将主率频道升高至19kbps。
每个卫星20最好配备有三个下行线路点波束，其具有大约6°的波束宽度。每一波束在由波束中心下降4dB的功率分布周线的内覆盖住大约1千4百万平方公里，而在下降8dB的周线的内覆盖住2千8百万平方公里。依照一-13dB/K的接收机增益对温度比率，波束中心边界可为14dB。
每个卫星20载置有两种型式的仪表装置。一种是一“处理”仪表装置，其可再产生上行线路信号并组合3个TDM下行线路载波；另一种是一“透射式”仪表装置，其可在3个TDM下行线路载波上重复上行线路信号。来自此二仪表装置的TDM信号各自以3个波束传输，使得每一波束中的处理和透射式的信号具有相反的圆形极化(LHCP和RHCP)。每个TDM下行线路信号在所指定的时隙中承载有96个主率频道。对一无线电接收机而言，所有的TDM下行线路信号表现相同，除了载波频率的外。每个卫星的总容量为2×3×96＝576个主率频道。
图1说明了本发明的一优选实施例的位置指定数据传送系统的整体操作。在卫星处理仪表装置的情况下，上行线路信号28是以高于10°的仰角，经由来自于位在卫星20的陆上可见度范围内任何处的广播站26的个别的分频多路连通(FDMA)频道，而由广播器所发出。每个广播器具有直接地由其本身的设备而上行连接至其中一个将一个或多个16kbps主率频道载于FDMA载波的卫星20中的一的上的能力。选代地，不具有直接连通至卫星20的能力的广播器亦可经由一枢汇站而连通。供上行线路用的FDMA的利用可在多个独立的广播站之间提供最高的可能灵活性。
图1的直播无线电广播系统中之上行线路FDMA与下行线路每一载波多频道、分时多路传输(MCPC/TDM)之间的转换可借助一机上处理器而在卫星20上完成。在卫星20上，每个由一广播站26所传的主率频道被多路分解及解调制成为个别的16kbps基波带信号。个别的频道是经由一切换器而被发送至一个或多个下行线路波束30，其每个皆为一单独的TDM信号。此种基波带处理是以上行线路频率分配和上行线路与下行线路之间的频道路由而提供一高位准的频率控制。上行线路信号是在X波带于卫星中被接收，并且借助机上处理器而被转换为L波带。送至用户终端机22的下行线路30是采用MCPC/IDM载波。每个这种载波是在每个卫星20上被利用于三个波束的每一个的中。
对透射式仪表装置而言，TDM信号在一广播站被组合，并且呈现出与借助处理仪表装置而在卫星20上被组合者精确地相同的结构。TDM信号是以X波带被送至卫星，并且在三个下行线路波束中的一个中以L波带而被重复。功率位准与由处理仪表装置所产生的下行线路TDM信号相同。
如同以下所述，来自GPS卫星24的信号亦可由用户终端机22所接收，并且借助终端机22而被用来判定其地理位置。如此可让每个用户终端机22将由广播器22所接收的一般数据转换成适合用户所需的位置指定数据。
图2说明了在图1的卫星20的处理仪表装置中，由上行线路分频多路连通频道至一下行线路MCPC/TDM频道的主率频道的机上再分配。整个上行线路容量最好为在288与384个每个为16.519kbps的主率上行线路频道32之间。96个主率频道34被选择并被多路传输以供每个下行线路波束36的中传输，分时多路传输于一大约2.5MHz波带宽度的载波上。每个上行线路频道可被路由发送至全部或一些下行线路波束，或者不被路由发送至下行线路波束。下行线路波束内的主率频道的次序及位址可完全经由一来自一遥测、对准及控制(TRC)设备38的指令线路而加以选择，如图1所示。
每个下行线路波束36中的载波频率不相同，以增进波束对波束的区隔。每个TDM下行线路频道是以余和态而被操作在卫星仪表装置中，在线路性能方面而提供最高的可能功率效率。每个转发器操作的单一载波的使用可借太阳能功率至射频功率之转换而在卫星通信仪表装置的操作中达成最大效率。如此便比需要多个FDM载波的同时放大的技术更具效率。此系统可产生适合于室内和室外的静止和移动接收的高接收边界值。
此系统利用MPEG 2.5层(Layer)3而执行音频源编码，其可分别地以16、32、64和128kbps之位率而达到所提到的品质，并且包括有执行8kbps编码的能力。影像编码是利用JPEG标准加以执行。整个系统的误差率小于10-10，并且因此而适合于多媒体服务所用的高品质数值影像及数据传输。MPEG2.5层3编码提供了较先前的相同音频品质所用的MPEG1层2(Musicam)或MPEG2标准为佳的位率效率。对音频广播而言，数字编码的源位率为：
◆8kbps，供实用单音语音所用；
◆16kbps，供非实用单音语音所用；
◆32kbps，供单音音乐所用，具有近乎FM的品质；
◆64kbps，供立体声音乐所用，具有近乎FM的品质；以及
◆128kbps，供立体声音乐所用，具有近乎CD的品质。
在此种卫星无线电直接系统的优选设备中，每个卫星具有传输每波束总数达3072kbps的容量(包括有2个分别对处理和透射式仪表装置的TDM载波)，其可为上述音频服务的任一种组合。每一波束所具备的对应容量为：
◆192个单音语音频道；或
◆96个单音音乐频道；或
◆48个立体声音乐频道；或
◆24个CD立体声音乐频道；或
◆上述信号品质的任何组合。
整个此种卫星无线电直播系统是以10-4或更佳的位误差率(BER)传送数字信号，提供各种先前界定的服务品质。对每个在L波带中由卫星所传输的下行线路波束而言，TDM载波的EIRP覆盖的边缘值为49.5dBW。此EIRP，连同指定之前向误差校正，是利用基线无线电接收机天线而确保对10-4BER的最小9dB边界值。此边界值有助于克服由于位在卫星与接收机间的路径中的阻碍物的信号而造成的损失，在所希望的覆盖区域中提供完全品质接收。
位于受阻碍位置上的无线电接收机可被连接至一高增益天线，或是一位于未受阻碍位置上的天线。例如，大型建筑物中的接收可能会需要一个具有对整个建筑物的室内再传输的共同屋顶天线，或是靠近窗户的个别接收天线。在地面覆盖的4dB以下的周线处，其频道具有一相对于传送10-4位误差率所需的功率密度的10dB的估计边界值。在波束中心，此边界估计值为14dB。
此系统的操作边界值并不因较高的位率而改变。在4dB周线内，大部分的无线电会以大于60°的仰角看到卫星，使得来自结构的干扰几乎为零。在一些波束中，在8dB周线内，对卫星的仰角会大于50°，如此将受到由于来自结构的反射或阻挡的偶然干扰。即使在低仰角(10°至50°)处的视接收线亦可在一些指向水平面的波束中采用小型的8dBi增益天线。
此种直播无线电广播系统包括有一位于卫星20内的基波带处理仪表装置。基波带处理可针对上行线路和下行线路连接预设、广播站的安排以及下行线路信号的控制提供改良的系统性能。
图3说明了在此优选卫星无线电直播系统中的卫星信号处理。编码的主率上行线路载波在一X波带接收机40中被接收。一个多相多路分解器及解调器42接收在6组传输天线48中的288个个别FDMA信号；产生6个模拟信号，在其中，该288个信号的数据被分为6个时间多路传输信号流；以及，在每个信号流上执行串列数据的解调。一个路由切换器及调制器44选择地将串列数据的个别频道路由发送至三个下行线路信号的全部或一些的中，或是不发送，而每个下行线路信号承载有96个频道，再将的调制在三个下行线路L波带TDM信号上。行波管放大器46增强三个下行线路信号的功率，而其由L波带传输天线48而被发射至地面。此卫星亦包括有一透射式仪表装置，其包含有一多路分解器/下行转换器50以及一放大器组群52，而其是以一习知的“弯管”信号路径加以配置，以便针对L波带的再传输而将上行路线TDM/MCPC信号进行频率转换。
太空航行器中的高冗余量、数字处理器以及高输出功率放大器可确保每个卫星20有12年的寿命。另外，有足够的位置保持燃料以维持每个卫星20于其指定轨道位置的±0.1°范围内的位置上达15年。
分时多路帧具有0.138秒的期间，每个皆被标示以一96符号同步化字码。下行线路MCPC/TDM载波具有每秒1.84百万QPSK符号的速率。
卫星20由一地面控制区段加以操作，并且依照通信上的需求而在轨道生命期过程内由一任务控制区段加以管理。位率以及後续的服务品质可在任一波束中加以混合以符合服务的所需。服务的位率/品质复合可由地面指令轻易地改变，并且可在一天中之不同时间予以变化。在优选实施例中，频道分配可依照在先前24小时所建立的节目计划而以一种以小时计的基准加以改变。无线电接收机依靠被包括于TDM帧中以及每个主率频道中的集合信息，将自动地选择这些需要的主率频道以产生用户选择的数字音频节目或其他数字服务节目。
图4是说明了可与本发明一起使用的广播站26的方块图。图示中显示有两个信号源，一信号源54提供音频节目制作信号，第二信号源56提供某些用户所需的影像数据。(可了解的是：此种配置仅是说明性，而且广播站26可视需求而仅传输音频节目制作信号，或仅传输影像数据，或是其他广播服务。再者，信号源的数目可大于2，而且在某些状况中音频和影像数据两者可由相同信号源所产生)。影像数据可由气象地图、地形地图、行政边界地图、道路地图、航海或航空图表、卫星或雷达所产生的影像，或其相似者所组成。不同形式的影像数据可在不同时间被送出(例如：航空图表可与航海图表相交替)，或者相同型式的影像数据可在连续更新的基准上被送出。针对本发明的目的，可以是(虽然并非绝对是)：连续的影像数据编块可以依照用户于先前所知悉的预定计划而被送出，以便让用户可以选择地取用所需的影像数据编块，而不需要与广播站间之双向通信连接。因此，例如说，如果相关于不同地理区域的气象地图在已知时刻被序列地传输，则一个位于特定地理区域中的用户只需要等候至指定的时刻(得自于一出版的计划或相似者)，便可获取对应于用户的指定地理区域的气象地图。
如同图4所示，来自于音频信号源54和来自于影像信号源56的数字数据的处理基本上相同。音频和影像信号源54和56首先执行方块58和60中的MPEG或JPEG信号编码。利用一种可借一解密键而被解密的加密方法，信号源编码影像数据然后在方块61中被加密。(选择地，信号源音频数据亦可被加密，但图4中未示)。信号源编码(以及，在影像数据情况下的加密)数字信号然后便在方块62和64中利用一串接的频道编码模式被前向误差校正编码，其包含有一里德-索络蒙(255，233)编块编码器，编块交插和传率1/2维特比卷积编码。
利用此种串接编码模式可让整个系统具有低的位误差率。频道编码将传输所需的位率乘一个2×255/233的参数。因此，经过误差编码的后，主率便被增加至每秒37.78千位。
视节目频道率的不同，编码节目频道的符号被分解成为一组编码主率传输频道。例如，一个128kbps频道可被分解成为八个主率频道，如下所示：
符号1成为具体频道1，
符号2成为具体频道2，
符号3成为具体频道3，
符号4成为具体频道4，
符号5成为具体频道5，
符号6成为具体频道6，
符号7成为具体频道7，
符号8成为具体频道8，
符号9成为具体频道1，
等等。
一个控制字码被插入每个编码主率频道的中，以识别其所属的节目频道，并且承载有使接收机重新组合编码主率频道以便重新建构编码节目频道的指令。一个说明的80位控制字码为：位数量              标示2      相关集合的数量
   (00＝无相关，最大为4个相关集合)，2      集合识别号码
   (00＝集合#1，11＝集合#4)，4      集合型式
   (0000＝音频，0001＝视频，0010＝数据，其他型式或保留者)，3      集合中16kbps主率频道的数量
   (000＝1个频道，001＝2个频道，…，111＝8个频道)，3      主率频道识别号码
   (000＝频道1，…，111＝频道8)，3      次集合的数量
   (000＝1，…，111＝8)3      次集合中16kbps主率频道的数量
   (000＝1，…，111＝8)，2      次集合识别号码
   (000＝集合#1，…，111＝集合#8)，3      集合/次集合阻塞
   (000＝无阻塞，001＝型式1阻塞，…，111＝型式7阻塞)，11     保留40     CRC相关集合的数量所用的控制字码登录可在各组集合之间建立一种关系。例如，一广播器可提供相关的音频、视频和数据服务，诸如：具有音频内文的电子新闻，以及额外的信息。集合识别号码可识别以频道为其一部分的集合号码。集合中16kbps主率频道之数量定义了集合中主率频道的数目。次集合的数量和次集合中16kbps主率频道的数量定义了一集合的内的一种关系，诸如，在-CD品质立体声集合中，一“左立体声”信号的四个主率频道以及一“右立体声”信号的四个不同的主率频道的利用。另外，音乐可被结合于多个播音员用的语音信号，每个语音频道为不同的语音。次集合中16kbps主率频道的数量定义了次集合中主率频道的数目。次集合识别号码可识别以频道为其一部分的次集合。
集合/次集合阻塞位可让广播信息进行相配合的阻塞。例如，某些国家可能会禁止酒类广告。对该国家而制作的无线电信号可被预设以一编码，或是一编码可被另外地加以装载，使得无线电信号回应于阻塞信号并阻塞特定的信息。此种阻塞功能亦可被用来限制敏感信息(诸如军事或政府信息)的散布，或是对某些用户限制其收费广播服务。
每个主率频道可被组织成为至少具有一个可提供一广播站与卫星间的定时参考的频道前置的帧。此前置可包括有一独特的字码，用以识别每个帧所用的编块编码的起始。此前置亦可包括有一包含48个二位符号的定时位的编块(block)。当广播站和卫星被同步化时，此编块包含47个符号。如果由于卫星和广播站的振荡器中的差异而使得广播站延迟或前移了一个符号，则定时符号的编块便因此被相应地缩短或延长。所有的频道可采用相同之前置。当一信号源在多个主率频道间被分解时，所有相关频道之前置应呈一致，在分离的广播站之间并不存在主控时钟同步化。控制字码和前置编码的加入可将所传输的主频道率升高至每秒8千位。
每个编码节目源被分割成为个别的主率频道。例如，音频源54可包含有四个主率频道，其代表一FM品质立体声信号。选代地，音频源54可包含有六个主率频道，其可被用作为一“近CD”品质立体声信号，或是一被连接至一32位数据频道的FM品质立体声信号(例如，用来传输一显示在一无线电接收机液晶显示器(LCD)上的信号)。另一选代方案是，此六个主率频道可被用作为96kbps广播数据频道。影像源可以只包含有一个16kbps频道或数个频道。影像可以利用一个容纳1千两百万个高解析度地图的像素的格式而被传输。此影像可在大约20分钟内被传送至任一接收机。所需时间可在每次主率频道的数目被加倍时予以减半。JPEG影像编码可被用于此种影像。
继续参考图4，主率频道可借助频道分配方块66和68而分别被分配至QPSK调制方块70和72。在每个QPSK调制方块70和72的内，一分离的QPSK调制器(未图示)将每个主率频道调制成为一中介频率。一上行转换器74将分离的主率频道移至FDMA上行线路波带，而上行转换的频道则经由放大器76和天线78传输。上行线路广播站利用供基本的(16kbps)频道的传输所用的VSAT信号，其利用小型天线(直径2至3公尺)。
主率上行线路频道在个别的频分多路存取(FDMA)载波上被传输至卫星20。多至288个上行线路主率载波可在其全球上行线路波束中被传输至卫星20。配备有直径2.4公尺抛物线形X波带天线和25瓦特功率放大器的小型广播器的地面终端机可由产生节目的国家中的一地点轻易地传输一每秒128kbps的节目频道(包含有8个主率频道)至卫星20。选代地，节目频道可经由出租的PSTN地上连接线路而连接至共享的地面终端机。此系统具有足够的上行线路容量，使每个位于其世界覆盖区内的国家都能具有自己的无线电卫星广播频道。
图5为图1的一个用户终端机22的方块图。用户终端机22接收来自卫星20的L波带信号，由TDM信号流解调和选取有用的音频和影像信号，并且再产生所需的音频和影像信息。用户终端机可被配备有一个具有大约4至6dBi增益值的小型密集转配天线80，其在本质上不需要瞄准。此用户终端机22可自动地调谐至所选择的频道。另一个选代的较高端的用户终端机可配备有一可达成10至12dBi的增益的天线。由于此种天线具有相当的方向性，故其瞄准以连成最佳的接收。此种天线的一种型式可为一插接器的阵列。此阵列可被保形地埋置于用户终端机箱子的表面内，被附接成为一盖子，或是借助一几公尺长的细同轴电缆而可完全拆卸地被连接至此用户终端机。此天线的另一种型式可以是一种透射模式或端射模式的螺旋式操作法。瞄准是借助在仰角和方位角上转动天线而完成。一可拆卸的天线可被安装在一个地面上的小型三脚支架上，或是被安装至一窗户框上，并且被瞄准以达成最佳的接收。一10dBi的天线具有大约65°的波束宽度，并因此而容易将其瞄准于卫星20，以达成理想的接收。此种天线的定向性可更为增强在其中反射会导致干扰的位置中的接收。另一种选择则是一相位控制阵列杆形天线，其在一方向空间上具有宽的波带宽度，而在其他方向空间上具有窄者(亦即，一扇形波束)。然而，另一种天线则是一种用于室外接收和大部分室内接收的螺旋形天线。在某些环境中(屏蔽、水泥或金属建筑物)，室内接收可能需要连接至一外部天线。对行动的用户终端机的接收而言，具有小至4dB的增益值的天线可被安装在通信工具上。一个此种型式的单一天线能够以高仰角在一开放位置处极佳地操作，并无严重的多路径反射。然而，在一具有多路径反射的区域中，诸如：市中心，其处所的仰角小于60°，偶而要考虑到如何缓和其多路径反射。一种考虑则是利用二个或三个通信工具上的4dBi增益天线，其以一种空间分集式阵列而被安装在不同的位置。这些天线可动态地增加以达成定向或加以组合，以在一给定的瞬间取得最大的到达信号。另一种选择则是安装一个10dBi的可操纵方向性天线，并使其追踪卫星20。后一种概念较为昂贵，但较能自此系统所提供的高性能而获致最大的利益。一旦当行动式卫星系统在下一世纪在全世界通用时，可电子操纵的天线将可预期会降价，并可成为广泛应用者。
一种分时多路传输、每载波多频道的技术已被利用于对用户终端机22的下行线路传输中。每个主率(每秒16.519千位)频道在分时信号流中占有其本身的时隙。这些主率频道被组合以便承载其范围由每秒16至128千位的节目频道。数字技术的使用可提供对无线电的辅助服务项目，其包括有：低传率录影、寻呼机、邮件、传真、平显示屏幕的使用或串列数据界面等。此类数据和信息可被多路传输于音频数字信号频道中。
每个用户终端机22可调谐至一个波束覆盖区中传输的一个TDM载波。如图5所示，用户终端机22包括有一数字广播接收机82和天线80、一GDS接收机84、一天线85、一系统控制器86，以及一用户界面88。在数字广播接收机82的内，一个低噪音放大器90增强了卫星信号，而此被增强的信号则由一RF前端和QPSK解调器92所接收。RF前端和QPSK解调器92的输出连接至一用于复原音频主率频道的第一分时多路分解器94，以及连接至一用于复原承载影像数据的主率频道的第二分时多路分解器96。前向误差校正(FEC)解码亦被执行于方块94和96中。方块94的输出为一承载音频信息的基波带数字信号，而方块96的输出则为一承载影像信息的基波带数字信号。
接收机22所需以控制将编码主率频道重新组合为编码节目频道的指令是包含于被编入每个编码主率频道和TDM帧中的控制字码的中。如此复原的重新组合编码节目频道被解码和解交插，以便复原在广播器地面终端机处进入此系统的原始基波带主率位信号流。在音频数据的情况下，复原的位信号流借助一音频解码器98和一数字类比转换器100而被转换回一类比音频信号。此音频信号由一放大器102增强，并且由一形成为用户界面88的一部分的扬声器而被重制。接收机依据节目位率而重制范围由AM单音至CD立体声的各种音频品质。
在影像数据的情况下，复原的位信号流由一影像解码器106转换成一可显示的格式。如果影像数据在广播站26上被加密，就如同通常要求用户对影像数据付费的情形一般，影像的解密在方块108中被执行。被解密的数据然后提供予系统控制器86。解密作业是借将一随机位模式增加至所接收的广播频道帧而加以执行。此模式是由一可借一解键码所启动的模式产生器所产生。此解键码可被送至整个系统，或者可由一智慧卡或帐户卡所提供。此解键码对每个用户而言皆不相同。
系统控制器86具有数种功能。其包括有：监控和控制数字广播接收机82的操作；(针对以下将予简述的目的)接收来自GPS接收机84的位置信息；控制显示器；打印和储存所接收的影像数据；管理解密键；以及，经由用户界面88的中介而处理用户输入和输出。此系统控制器86的基本组件包括有：一具有适当数量随机存取存储器(RAM)112和只读存储器(ROM)114的微处理器110；一实时时钟116；以及一显示器控制器118。显示器控制器118控制将影像数据(例如：地图数据)格式化于一形成为用户界面88的部分的LCD显示器120上。用户界面88亦包括有：一键盘122、一打印机/绘图机124、一读卡机126和一磁盘驱动器128。键盘122被用来选择广播节目、控制声音位准、制作菜单选择，以及类似功能。打印机/绘图机124可让用户在流览LCD显示器120上的影像的外接收一任何接收到的影像数据的硬拷贝输出(诸如：一更新的气象地图或航海图表)。读卡机126被用来连接一磁编码帐户卡或智慧卡，以便让用户取用加密的影像数据，如以下所详述。最后，磁盘驱动器128使数据或节目被加载至系统控制器86的中，亦可将所接收的影像数据被储存以供将来的流览或打印的用。又例如，此磁盘驱动器128的一种可能的功能为可让系统控制器86将由数字广播接收机82在实时中接收的影像数据，与储存在一磁盘上的预存数据合并在一起，如此便可用于让现存地图可仅传输新的或修改过的信息而被更新，并不需要将整份地图予以传输。
将可了解的是：图5中的一些或所有的组件可放入一单独的箱子，其被设计供固定地点式或行动式使用。在后者情况中，可以借助蓄电池、太阳能电池，或是一个由一弹簧动力机或手动曲柄所驱动的发电机而供应电力。如果用户终端机22是由诸如船只、飞行器或汽车的类的通信工具所载置，可借助该通信工具的电力供应而供应其电力。除了将用户终端机22的所有组件放入一单一的箱子的外，用户终端机22亦可被制作成为由适当电缆加以互相连接的分离组件的系统或网路。
图6至8说明可在图1的下行线路TDM频道30将地图数据或其他型式的影像数据传输的三种不同的方式。在图6中，影像数据是在“空载时间”被传输于音频节目之间，而前置或识别码则被用来分辨音频数据与影像数据。例如，音频节目可在日间被传输于一个给定的TMD下行线路频道上(或是一组TDM下行线路频道)，但是相同频道(或多个频道)可以在对音频节目需求较少的深夜或清晨时承载影像数据。在图7中，音频节目和影像数据占用了不同的TDM下行线路频道，并因此可以连续地传输。在影像数据是由例如气象地图所组成的情况下，此种选择为所希望的，是因为此种地图必须昼夜不停地取得，并且必须极经常地更新。图8类似于图7，其中，分离的TDM频道被用于音频节目和数据，但是在此实例中，不同型式的影像是在不同时间传输于影像频道上，并且由前置或识别码将的彼此分离。因此，例如，一广播器可在第一时段传输航海图表，而在第二时段传输航空图表。借助在适当时间调谐至影像频道(该时间可被表列于一出版的计划中)，或是借助将用户终端机22编程以自动地检测一特定编码，用户可选择所希望的影像数据以供显示、打印及/或储存。
图9和10说明磁编码帐户卡或智能卡的两种可能的形式，其可连接于图5的用户终端机22而被使用。在图9中，帐户卡130包含有一以一预付金额数量加以编码的磁条132，其可被用来购买地图或其他型式的影像。磁条132亦包含有一为图5的系统控制器86所使用的解密键，用以控制以加密型式而由一广播站所传输的影像数据的解密作业。当帐户卡130上的预付数量用完时，解密键不再被提供予系统控制器86，而用户必须由影像数据的供应者处获得新的帐户卡。
图10说明一修改过的帐户卡130，其包含有类似于图9所示者的磁条132’。然而，在图10的情况中，磁条132’不仅被编码有一预付数量和一解密键，亦被编码有可让无线电接收机22自动地选择为用户所预先要求的影像的信息(诸如：影像编码、节目频道及/或广播计划)。例如，如果用户具有与地图贩售者间的预订协定，让用户只对选择的地理区域获得更新的地图，则影像编码和广播计划将会使无线电接收机22只自动地接收此类地图，而不需有用户的任何动作。相反地，图9的帐户卡130要求用户所希望的影像编码、节目频道及/或广播计划输入无线电接收机22中(经由键盘122)，或是在所希望的影像被传输的时刻人工地调谐至所希望的节目频道。
图11为一流程图，其概述当音频和影像数据被接收时由图5的用户终端机所执行的基本操作序列。将了解的是：由于下行线路频道的TDM格式，接收机22能够同时接收和重制音频和影像数据。因此，除去在所选择的音频节目和所希望的影像数据在相同的TDM下行线路频道上变更的情况下(如图6中所说明)，用户不需要中断收听音频节目以求接收到地图或其他型式的影像。结果，一个希望获取例如气象地图的用户可以如此操作，同时还能继续在一音频节目频道上收听到气象预报。
现在特别地参考图11中所示的逻辑序列，此程序中的第一步骤为一通电和初始化步骤，执行于方块134中。在此步骤的后，此程序进行至方块136，其中，接收机22解码并播放一个已由用户所选择的音频节目。在方块138中，此程序进行检查以判定影像数据是否为用户所要求。通常用户会借助利用图5的键盘122而做此种要求，以便选出被LCD显示器120所显示的菜单选择。如果没有任何影像数据被要求，则程序回到方块136，并继续插放所选择的音频节目。然而，如果影像数据已被要求，则程序进行至判定方块140，并检查以判定用户是否被授权接收所要求的影像数据。此种判定通常包括有：检查用户的帐户卡130或130’(其已被用户插入于读卡机126中)上的预付余额，以及检查用户的解密键是否仍有效。如果此类检查任何的一失败，则一用户信息会被显示在方块142中的LCD显示器120的上，以告知该用户正确的授权已不复存在。
假设接收机在判定方块140中被发现是被正确地授权，则程序便进行至方块144，并开始监控TDM载波及所希望的影像数据会出现于其上的频道。此项监控作业可利用自帐户卡130’输入的影像编码和广播计划而自动地由图5的系统控制器86所执行。选代地，用户可借助由观察LCD显示器120上的频道输出，然后再于所希望的影像出现时启动一数据储存或打印作业，而人工地监控影像频道。在判定方块146中，进行一项检查(自动地或人工地)，以判定所希望的影像是否已出现。如果不是，监控作业会持续进行于方块144中，直到接收影像为止。在影像被检测的后，程序进行至方块148，并利用用户的帐户卡130或130’上的解密键以执行影像数据的任何必要的解密作业。一旦影像被解密，程序便进行至方块150，并执行对由用户终端机22所接收的一般影像数据的任何必要的转换，以便产生适用于用户需要的位置指定影像数据。此项作业是利用由GPS接收机84所确定的用户的地理位置而由图5的系统控制器86所完成。此转换步骤能够以不同方式被执行，并且可以包含影像的区隔或分段、数个可能影像中的一个的选择、将影像与其他影像或非影像数据合并，或影像的任何其他处理、修改或重格式化。因此，例如，如果影像数据是由一覆盖一广大地理区域的气象或地形地图所组成，则执行于方块150中的转换步骤可包含将影像限制于一位于一预定的用户的GPS确定位置之半径范围内的较小地理区域。选代地，或者除形成受限制影像的外，用户位置坐标(例如：纬度和经度)、方向和速度(对移动用户而言)，以及其他信息可根据所接收到的GPS信息而借助系统控制器86将的叠加在影像上。执行这些类型的影像转换的方式对熟悉此项技术者而言是容易明了的，是因为所涉及的原理类似于在提供GPS接收机以移动地图显示中所利用者。又如同另一类型的影像转换的实例，两个或更多个不同的地图(诸如：一地表地图和一航海图表)可合并以形成一复合地图，合并时利用GPS位置数据以供对准的用，及/或在此复合地图上制作用户位置坐标或其类似者的叠加画面。
一旦所希望的影像转换被执行于方块150中，程序便进行至方块152，并且依照用户所提供的输入命令，或是在LCD显示器120上显示影像，或是利用打印机/绘图机124以硬拷贝形式打印出影像，或是两者都进行。影像亦可被储存起来以供接下来利用磁盘驱动器128而在一磁盘片上浏览，而且一移动地图显示亦可在用户终端机22为一行动终端机的情况下被产生。在方块154中，对已接收影像的付费自用户的帐户卡130或130’中减除。如果足够的余额留在用户的帐户卡上，则图11的流程可被重复以便获得不同的影像。如果用户的帐户卡余额已达到零值，或是一个不足以让另外的影像被下载的数量，则用户可以购买另一张帐户卡，或者在银行或其他机构中对现存的卡片再存入足够的余额。
图12为一个用户终端机22的放大前视图，其说明一种可在LCD显示器120上提供予一用户的影像型式。一覆盖一广大地理区域的地图156经由卫星20而以数字形式被下载至用户终端机22，而用户终端机的内的软件将影像156限制于一较小部分158，在其中，用户可得知所处的位置(依照来自于GPS接收机84的位置数据)。用户的位置被标注以一叉号160，而用户的路径(由持续的GPS位置测量所确定的)则被标注以一虚线。如果需要的话，用户的纬度、经度、速度和方向亦可显示在LCD显示器120上。
将予了解的是：图5所示的GPS接收机84仅是可用于本发明的地理位置接收机的一种形式。其他形式的地理位置接收机，诸如LORAN接收机，亦可使用。为了改进地理位置接收机的精确度，一个高度计可被设置于用户终端机内，以对用户的仰角进行校正。在某些应用中，亦可以借助不同于地理位置接收机的装置以追踪用户的位置，诸如：一惯性导航单元。
虽本发明已参考其优选实施例加以说明，但可了解的是：本发明并非受限于其中的细节。各种替代和修改已被提出于之前的说明中，而其他部分对熟悉此项技术者而言属属可完成者。所有此类替代和修改皆被包含于所附权利要求书所界定的发明范围内。

Claims (20)

1.  一种向用户提供位置指定数据的系统，包括：
一广播站，其用来传输本质上可供位于不同地理位置上的多个用户所利用的一般数据；
一中继卫星，其用来将所述一般数据由所述广播站中继传送至所述多个用户；以及
一接收机终端机，其提供给每个所述用户，接收机终端机包含：一广播接收机，其用来接收来自所述中继卫星的所述一般数据；一位置确定单元，其用来确定用户的地理位置；以及一处理器，其依据由所述位置确定单元所确定的所述用户的地理位置而将所述一般数据转换成为位置指定数据。
2.  如权利要求1的系统，其中所述位置确定单元包括一地理位置无线电接收机。
3.  如权利要求1的系统，其中所述接收机终端机还包括一输出装置，用以将所述位置指定数据可视地呈现给所述用户。
4.  如权利要求1的系统，其中由广播站所传输的所述一般数据被加密，以及其中所述接收机终端机适合于利用一解密键以对所述数据解密。
5.  如权利要求4的系统，其中所述接收机终端机另包括一输入装置，用以接收来自于一外部信号源的所述解密键。
6.  如权利要求5的系统，其中所述外部信号源包括有一磁性编码卡，而且所述输入装置包含有一磁卡读卡机。
7.  如权利要求1的系统，其中所述一般数据包含用于一地理区域的地图数据，以及其中所述位置指定数据包括用于所述用户所位处的所述地理区域的一部分的地图数据。
8.  一种向用户提供位置指定数据接收机的终端机，包括：
一广播接收机，用来接收由一广播站所传输的一般数据；
一位置确定单元，用来确定接收机终端机的地理位置；以及
一处理器，其根据接收机终端机的地理位置而将一般影像数据转换成为位置指定影像数据。
9.  如权利要求8的接收机终端机，其中所述位置确定单元包括一地理位置无线电接收机。
10.  如权利要求8的接收机终端机，其中所述接收机终端机还包含一输出装置，用以将所述位置指定数据可视信地呈现于所述用户。
11.  如权利要求8的接收机终端机，其中由所述广播站所传输的所述一般数据是被加密，以及其中所述接收机终端机适合于利用一解密键以对所述影像数据解密。
12.  如权利要求11的接收机终端机，其中所述接收机终端机还包含有一输入装置，用以接收来自于一外部信号源的所述解密键。
13.  如权利要求12的接收机终端机，其中所述外部信号源包括一磁性编码卡，而所述输入装置包括一磁卡读卡机。
14.  如权利要求8的接收机终端机，其中所述一般数据包括用于一地理区域的地图数据，以及其中所述位置指定数据包括用于所述用户所位处的所述地理区域的一部分的地图数据。
15.  一种向用户提供位置指定数据的方法，包括：向用户传输本质上可供位于不同地理位置上的多个用户所利用的一般数据；
在其中一个所述用户位置处接收所述一般数据；
确定所述用户的地理位置；以及
根据所述用户的地理位置而将所述一般数据转换成为位置指定数据。
16.  如权利要求15的方法，还包括经由一卫星而中继传送所述被传输的一般数据的步骤。
17.  如权利要求15的方法，其中所述确定所述用户的地理位置的步骤包括接收地理位置无线电信号。
18.  如权利要求15的方法，还包括将所述位置指定数据显示予所述用户的步骤。
19.  如权利要求15的方法，其中所述被传输的一般数据被加密，以及其中所述方法还包含在所述用户位置处对所述影像数据解密的步骤。
20.  如权利要求15的方法，其中所述一般数据包括用于一地理区域的地图数据，以及其中所述位置指定数据包括用于所述用户所位处的所述地理区域的一部分的地图数据。
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