CN1308462A - 无线广播电视中层次多维频率的传输方法 - Google Patents
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Abstract
广播电视中层次多维频率的传输方法是一种多重频率叠加传输的方法,其方案是采用层次调制的方法将多个待传输的信号频率经过重复的逐层调制,分别调制到指定的频率轴、指定的频率层次和指定的频率上,再将被调制的载波直接或经过模/数转换后通过天线发射,无线电传输,在接收端直接或经过数/模转换后,利用“剥离器”,采用线性接收,带通滤波器,逐层将层次多维频率剥离出来,最后经检波滤波还原出原数据。
Description
本发明是一种利用层次多维频率在无线广播电视网中传输多路信号的方法，即将经过重复的层次调制将多个待调制的数据(信号频率)分别调制到指定的频率轴、频率层次和指定频率上，经过线性叠加，构成层次多维频率调制波，经过天线发送，无线电传输，再经过线性分支，带通滤波和检波滤波，将原信息还原出来的层次多维频率的传输方法。
广播电视卫星技术的发展，解决了微波和差转不易达到的边远地区和地形复杂地区广播电视覆盖和高质量广播电视节目提供的问题。而利用电缆/光纤将成千上万个用户连接起来的有线广播电视网，人们不仅可以收看利用公用天线接收无线电台、电视台和卫星转发的广播电视节目，而且可以收看本地自办的广播电视节目。采用有线广播电视网络进行信息传输，不仅解决了城市高层建筑接收信号由于反射而产生的图象重影问题，而且不会干扰其他信号，也不会被其他信号干扰，广播电视信号的质量比较高。因此，广播电视卫星技术和有线广播电视网的发展甚为人们所关注。然而，无线广播电视大都相对与移动通信系统而言，不需要移动控制和越区切换，设备投资少。这种系统无论从经济上、建设周期上、系统的维护和系统的可靠性等方面都优于有线方式。因此，无论是过去、现在，还是未来，无线电信息传输都会占据重要的位置，无线广播电视的发送、传输与接收的网络仍然在解决节目传输和信息覆盖方面发挥十分重要的作用。
无线广播电视信号在空中的传输，即电磁波在空间的传播主要是在视距范围内以直线形式传播，传播的距离与发射机的功率和天线的高度有直接的关系。由于发射机的功率和天线的高度总是受到一定条件的限制，因此，发射台的覆盖范围是有限的。再加上地形复杂，高山的阻挡，又进一步限制广播电视的服务范围。而在城市，由于钢筋混凝土结构的高大建筑，使得广播电视的场强衰减严重，电波的发射也尤为突出，造成电视图象严重重影。再者，由于空中无线电频率资源非常有限，各种信号之间常常是干扰严重，用户能够获得的广播电视节目也十分有限。按照我国广播电视发射频道的划分，用户最多只能接收到68个电视节目。
本发明的目的就是提供一种对当前一维和单一频道使用而言，开发和利用频率资源，在给定的使用波段的范围内，在保持一定带宽和传输速率的前提下，提高单频道的传输能力，使得在一个频道上能够传输多个节目，增加带宽，提高传输速度的无线广播电视中层次多维频率的传输方法。
本发明的方案是采用层次调制的方法，经过重复的层次调制将多个待调制的数据(信号频率)分别调制到指定的频率轴、频率层次和指定频率上。这个指定的频率就是一个载波，这样一个经过多层次调制的载波就不是一个频率的概念，而是层次多维频率的概念，即一个载波可以对应有很多层次多维的频率，它在频道一定和带宽一定的情况下，经过多层次和多维的频率利用，传输的信息量将是十分巨大的。将被调制的载波通过天线发射，无线电传输，在接收端通过线性分支器，带通滤波器和检波滤波器，将原来的信号还原出来。
本发明的具体方案是采用层次调制的方法将多个待传输的信号频率经过重复的逐层调制，分别调制到指定的频率轴、指定的频率层次和指定的频率上，再将被调制的载波直接或数字化后通过天线发送，无线电传输，在接收端，利用“剥离器”，采用线性接收，带通滤波器(如选频放大器)，逐层将层次多维频率剥离出来，最后经检波滤波还原出信号。采用层次调制方法是将许多待调制的频率分别调制到指定的调制层次和指定的频率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即将若干个待调制的频率f1(1)至f1(k1)用调制器将它们逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第一层调制的f2(1)至f2(k2)，再将分别调制后的频率f2(1)至f2(k2)经过调制器将它们再次逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第二层调制的f3(1)至f3(k3)，以此类推经过n-1次的层次调制形成第n层调制的fn(1)至fn(kn)。调制后的频率fn(jn)大于等于调制前被调制频率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。其中待调制的频率有“k”个，即f1(1)至f1(k)，在1至k个频率中的第j个频率是f1(j)。相对原频率第n层调制的频率即为fn(1)至fn(k)，第j个频率在n层的调制结果fn(j)。采用的调制器为调幅波调制器或调频波调制器或调相调制器或频率幅度兼调调制器。采用剥离器，即采用线性接收，带通滤波，检波滤波，分层剥离。本发明的优点在于：
这一方法使层次多维频率同时使用在一个给定的频率上，使传统的单频利用，变成了层次多维的多频使用。
这一方法完全不同于一般意义上的频分复用和扩频的概念，使用这一方法可以在保持一定带宽和一定传输速率的前提下，大幅度提高信息的传输能力，特别是在解决单频道中大幅度提高信息传输能力的前提下，可以使给定的一个传输通道传输很多路的信号，如多个广播电台的信号，多个电视台的信号。使得只需要有限的通道就可以满足人们对宽带、网络速度的需求。
采用调制(解调)、复用(解复用)技术，在目前的条件下，器件比较便宜，性能也可靠，电路简单。
由于本发明极大地增加了频率资源，在频率资源十分富裕的情况下，我们就可以修改现有频率的分配方案，扩大频段和频道的带宽，从而提高信息传输的速度，完全能够满足多媒体无线宽带网接入的要求，富余的频道可以安排足够的上行通道的频带宽度，使得交互式实时视频点播、可视电话、视频会议、远程教育等业务可以利用无线广播电视网络进行，从更高层次上提高无线广播电视网的使用效率。
这一技术对信息的双向传输需将原来的发射、接收的天线变为双向的，即既可以发射，也可以接收。实施这一技术，可以大大降低通信领域基础设施建设的强度和资金的投入，形成新的无线广播电视网的信息传输系统，对加速信息化进程和推进信息产业的发展将是一个重大的突破。
图1为利用多车道、立体交通和多层次车辆来说明层次多维频率中的无线广播电视网传输原理。
图1a为传统的无线广播电视网信息传输示意图。
图1b为利用层次多维频率技术，富余的通道用于上行通道。
图1c为利用层次多维频率技术构建的能级信息通道示意图。
图1d为利用层次多维频率技术构建的层次立体信息通道示意图。
图2为有无线广播电视系统构成原理框图。
图3为层次多维频率构造示意图。
图4为m条频率轴中第k一条频率轴上的载波fa、fb……fn同时对data1、data2、……datan进行处理和模拟传输的示意图之1。
图5为m条频率轴中第k一条频率轴上的载波fa、fb……fn同时对data1、data2、……datan进行处理和传输的示意图之2。
图6为m条频率轴中第k一条频率轴上的载波fa、fb……fn同时对datat1、data2、……datan进行处理和数字传输的示意图
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如果我们把无线电视网看成是一条高速公路，按照频谱的分配，在这条公路上有若干条通道。过去这些通道都是单向下行通道，每个通道对应一个电视台的频道，我们将这些频道用不同颜色的汽车表示。由于公路的宽度有限(48.5MHz-958MHz)，在这有限的频带内能够划分出来的通道就只有68个，而且87-108MHz供给调频广播使用，这一频带与5MHz电视频道重叠，容易造成干扰。
如图1所示，图1a表示传统的无线电视网的单向树型结构，网络中的所有用户分享这一相同树型网络及其带宽，用户可以通过调谐器调谐收到取得授权的任何频道，即无线电视网络可以保证所有用户没有任何障碍地接收其广播信号，在中心发射台、骨干转播台、差转台上的车辆类型数量可以是相同的。
图1b表示我们利用层次多维频率技术在使得频率资源大幅增加的情况下，留出部分频道用作上行通道。并可用于开展视频会议、可视电话和远程教育等业务。实施宽带网接入。
图1c表示在由用户到小功率差转台到骨干发射(接收)台到中心发射(接收)台的每上一个层次，通过调制和线性叠加，进入上一层次。上行时每个支线上的小汽车全部搭上运输小汽车的运输车上，这样在干线上就不会因为小汽车太多，造成拥挤和阻塞。由中心发射台到骨干发射台到小功率差转台到用户的每下一个层次，通过线性分支，将下行的搭载在运输车上的不同级别汽车放下自己行驶。
图1d表示原来单一的信息通道变成了立体信息通道，在一个信息通道的某一个频率上可以同时传输多个电台的节目、电视台的节目和数据中心的数据。
图2中的红框部分是本项发明的重点。
我们采用层次多维频率方法，即采用层次调制方法将许多待调制的频率分别调制到指定的调制层次和指定的频率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即将若干个待调制的频率f1(1)至f1(k1)用调制器将它们逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第一层调制的f2(1)至f2(k2)，再将分别调制后的频率f2(1)至f2(k2)经过调制器将它们再次逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第二层调制的f3(1)至f3(k3)，以此类推经过n-1次的层次调制形成第n层调制的fn(1)至fn(kn)。调制后的频率fn(jn)大于等于调制前被调制频率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。其中待调制的频率有“k”个，即f1(1)至f1(k)，在1至k个频率中的第j个频率是f1(j)。相对原频率第n层调制的频率即为fn(1)至fn(k)，第j个频率在n层的调制结果fn(j)(图3)。
在我国无线广播电视的频道资源的划分如下，在Ⅰ波段(米波)1-3频道的频段宽度为48.5MHz-72.5MHz，4-5频道的频段宽度为76MHz-92MHz。Ⅱ波段(米波)6-12频道的频段宽度为167MHz-223MHz，Ⅲ波段(米波)13-24频道的频段宽度为470MHz-566MHz，Ⅴ波段(分米波)25-68频道的频段宽度为606MHz-958MHz。
在48.5MHz-798MHz频带范围内，以每个节目频道占用8MHz带宽计算，目前安排48个电视节目频道。如果按照层次多维频率构造的技术，在二维上可以设置的8MHz带宽节目数为1449个频道，在三维上可以设置2911个频道，由此可见，频道数量大幅度增加。
如果在798MHz-958MHz上设置数字通道，设置频道宽度分别为100KHz、200KHz、300KHz、500KHz、1000KHz时数字频道的总量如表1。
表1在一维、二维和三维频率轴上支持的数字频道的对比
| 维数Δf | 100KHz | 200KHz | 300KHz | 500KHz | 1000KHz |
| 一维 | 1600 | 800 | 533 | 320 | 160 |
| 二维 | 4.68×106 | 1.17×106 | 5.17×105 | 1.88×105 | 4.73×104 |
| 三维 | 2.29×109 | 2.19×108 | 8.52×107 | 1.83×107 | 2.28×106 |
图4为我们方案的构架之示意1。
(1)振荡器A与隔离器1、隔离器2、……隔离器n组成了一个载波。
(2)振荡器1与视频信号或语音信号组成了调制器1，调制器1的输出与振荡器A又组成了调制器2，振荡器2与视频信号或语音信号组成了调制器3，调制器3的输出与振荡器A又组成了调制器4，……。
(3)将调制器2、调制器4、……，调制器n的输出频率进行线性叠加。
需要满足的条件为振荡器A的振荡频率应大于等于3倍的调制器1、调制器2、……，调制器n中输出的最高频率。
(4)将若干个载频经过线性叠加，通过天线发送，无线电传输，接收端进入与线性叠加相对应的线性分支器，将线性叠加的语音信号分路处理。
(5)选频放大器1、选频放大器3、……、选频放大器m，进行第一次选频，选频放大器2、选频放大器4、……选频放大器n进行第二次选频，两次选频放大的目的就是增加选频放大的效果。
(6)经过检波滤波器还原出视频信号或语音信号。
图5为我们方案的构架之示意2，表示了在m条频率轴中的某一频率轴上的某一个频率上的n个层次的频率资源层次的的复用方法。这样我们可以形象化地认为是利用一个载波同时传输data1、data2、……、datan，也可以利用其他频率的载波同时传输视频信号或语音信号1、视频信号或语音信号2、……视频信号或语音信号n。
上述方案主要是对模拟信号的传输而言的，由于数字传输有其独有的优势，如在噪声方面，只要噪声电平低于一定值，数字信号经过处理后就可以把噪声去除；在失真方面，通过选择频率、提高量化精度和改善误码率，失真问题也可以解决。电视信息数字化后，可以大大增加电视频道。广播电视数字化后还便于提供交互式业务，如电话、数据传输、视频点播、电子商务、远程教学等。本项专利同时提出利用层次多维频率方法实现数字传输的方法。
如图6所示，对于data1、data2、……、datan在可以是模拟信息，也可以是数字数据。如果data1、data2、……、datan是模拟信息，可以经过模数转换转换成数字数据。图示的虚框第一部分增加层次多维频率形成部分，将载波fa、fb……fk数字化，即经过模数转换，这种模数/数模转换方式有多种，技术比较成熟。再将经过模数转换得到的数字信息发送，经过光纤/同轴电缆传输，经过分支器进行层层剥离，或最后在用户处进行层层剥离。在虚框的第二部分，经过数模变换，再进行信息还原。当然，也可以对搭载多层信息(模拟/数字信息)的各层次的载波进行数字化、传输、数/模转换，到信息还原。
本发明的接收系统的关键点是在接收端利用“剥离器”，对层次多维频率调制波采用线性接收，带通滤波器(如选频放大器)，逐层将层次多维频率剥离出来，最后经检波滤波取出数据(信息)。以下是本发明的一个具体实施例：
为了证明上述的设计方案，我们进行了m条频率轴中第k一条频率轴上的载波fa同时对data1、data2、……、datan进行处理和传输样机研制。
振荡器产生的振荡频率为1.4MHz，振荡器1、振荡器2、振荡器3、振荡器4产生的振荡频率分别为100KHz、150KHz、200KHz、250KHz。data1、data2、data3、data4为可以为视频信号也可以为音频信号。
data1调制在100KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上；data2调制在150KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上；data3调制在200KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上；data4调制在250KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上；1.4MHz调制波都满足100KHz、150KHz、200KHz、250KHz调制波中的最大值的3倍。
再将data1调制在100KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上形成的调制波与data2调制在150KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上形成的调制波，data3调制在200KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上形成的调制波，以及data4调制在250KHz上形成的调制波再调制在1.4MHz上形成的调制波进行线性叠加。
将1.4MHz载波(1)直接，(2)数字化后通过天线发射，无线双向传输。
选频放大器1和选频放大器2分进行两次选频选出100KHz的频率；选频放大器3和选频放大器4分进行两次选频选出150KHz的频率，选频放大器5和选频放大器6分进行两次选频选出200KHz的频率；选频放大器7和选频放大器8分进行两次选频选出250KHz的频率。(6)经过100KHz的频率、150KHz的频率、200KHz的频率和250KHz的频率的检波滤波分别还原出data1、data2、data3和data4。
Claims (4)
1．一种无线广播电视网中层次多维频率的传输方法，其特征在于采用层次调制的方法将多个待传输的信号频率经过重复的逐层调制，分别调制到指定的频率轴、指定的频率层次和指定的频率上，再将被调制的载波直接或数字化后利用天线发射，无线电传输，利用“剥离器”，带通滤波器，逐层将层次多维频率剥离出来，最后经检波滤波还原出原信息。
2．根据权利要求1所述的无线广播电视网中层次多维频率的传输方法，其特征在于层次调制的方法，即采用层次调制方法将许多待调制的频率分别调制到指定的调制层次和指定的频率上形成(f1→f2→f3→……fn)，即将若干个待调制的频率f1(1)至f1(k1)用调制器将它们逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第一层调制的f2(1)至f2(k2)，再将分别调制后的频率f2(1)至f2(k2)经过调制器将它们再次逐个调制在分别对应指定的任一个频率上，形成第二层调制的f3(1)至f3(k3)，以此类推经过n-1次的层次调制形成第n层调制的fn(1)至fn(kn)，调制后的频率fn(jn)大于等于调制前被调制频率fn-1(jn-1)的3倍即fn(jn)≥3fn-1(jn-1)。
3．根据权利要求1或2所述的无线广播电视网中层次多维频率的传输方法，其特征在于采用的调制器为调幅波调制器或调频波调制器或调相调制器或频率幅度兼调调制器。
4．根据权利要求1所述的无线广播电视网中层次多维频率传输方法其特征在于采用剥离器，即采用线性接收，带通滤波，检波滤波，分层剥离。
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