CN1355970A - 在一个有限带宽频道上的无线直接到家服务分配 - Google Patents

Abstract

一种用于将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的方法及系统。一个多用户发送器与一个地球卫星天线耦合以接收可选卫星转发器信号。该多用户发送器包括多个转发器选定器,各转发器选定器最好相应于或者甚至专用于一个相应的请求服务用户。为每个请求服务用户都提供一个用户可控频道选择器以接入这些可选卫星转发器信号。该用户可控频道选择器与一个相应的用户显示单元并与一个相应的用户接收单元相耦合。一个转发器,它可处于用户接收单元内,对于一个请求服务用户选定频道信号响应而将一个转发器选择信号发送到多用户发送器。该转发器选择信号包含指定所需卫星转发器信号的信息,被发送给与相应的(通常为用户选定)频道信号相关的请求服务用户。多用户发送器根据转发器选择信号,将选定卫星转发器信号发送给多个的请求服务用户,这可通过广播而完成。所需卫星转发器信号随后被耦合到请求服务用户接收器(它可包含用户可控频道选择器)以由相应的用户显示单元加以显示。

Description

在一个有限带宽频道上的无线直接到家服务分配

发明领域

本发明涉及无线电视频道传输领域，更具体地说，涉及对于在一个有限带宽频道上的多用户直接到家服务(DTH)的透明分配。

发明背景

卫星已使这个世界上的通信方式产生了重大变化。自二十世纪六十年代后期以来，电视业日渐增多地使用卫星来改进通信。电视频道传输的一种众所周知的方法即涉及使用卫星，这些卫星绕地球轨道运行，并被用于将信号从地球上一个地点转发到另一个地点。典型的卫星包括其上的多重转发器，它们是装在卫星上的接收—发送部件。一个典型的17千兆赫上行信号由转发器从地球上的一个广播中心卫星发送站所接收并转换为一个从卫星发送到地球的14千兆赫下行信号。这一方法提供了正在形成的、用于通信信号传输的直接到家系统的基础，包括从一个信号传输站到一个家庭或其它地点的用户接收器——例如一台电视接收器——的电视传输。

一个这样的DTH系统即为Hughes DirecTV(商标)(DTV)系统。虽然本描述集中说明本发明在DTV系统上的应用，本行业专家会理解，以下所描述的本发明可应用于任何DTH卫星广播系统。

DTV的下行信号由32个转发器信号组成，这些信号处于950到1450兆赫范围。每个转发器信号都来自于一个在某个广播卫星上的、120瓦或240瓦的行波管(TWT)功率放大器。每个转发器信号都为24兆赫宽，具有各转发器信号之间的、5.16兆赫的防护频带，并包含若干以专用格式编码的电视频道。这些转发器信号按从1到32编号。奇数号的转发器信号以右极化发送，而偶数号的则受到左极化。

如原有技术中已知的，可使用一个单地球站天线系统来接收、并对各用户使用有线电视网，而令DTH分配给多用户。然而，单地球站天线通常非常大并要求这一有线电视网的大量敷线。

还可选择令每个用户有一个接收天线，而使DTH分配给多用户。但是有许多地点并不希望竖立多个接收天线，例如公寓楼，教育机构，街道邻里，等等。

此外，对于电视频道接收的各个地点(例如在一所独家房子，或一套公寓单元)来说，还有商业上可行的无线系统，这些无线系统可将一个接收天线所接收的少量电视频道发送给这一区域内的电视机。在这些系统中，各单独的电视频道通常都被解调，然后经再调制及上转换以在该区域内播出。使用一个集成接收机解码器(IRD)以存取所需转发器信号并将频道信息解码为国家电视制式委员会(NTSC)制式以在电视上播放。但这一解调/再调制/上转换过程通常都以模拟方式进行，并且对噪音和干扰敏感，从而就降低了信号——并最终是图像——的质量。

另一可选方法是使用一个接收天线，将整个信号从950-1950兆赫作上转换以对用户进行本地无线传输，每个用户都有其自己的本地无线接收器及IRD。但这需要1000兆赫的本地无线带宽。

因此，需要有一个高效系统，用于具有有限带宽本地无线传输的、分配给大量独立用户的DTH，这些用户处于不可能有一个具有其相应有线电视连接敷线的大型天线、或不希望竖立大量大型DTH分配天线的环境中。另外，还需要有一种方法使DTH信号不必重新格式化和暴露于噪音退化之下，从而可向用户提供高质量数字信号。而且，在信号到达电视或工作站之前不对其加以解码，即可处理各种各样的调制格式(例如QPSK，FM，QAM)。甚至可使用混合的调制格式。

本发明对这些问题提供了一个解决方案。

发明概述

根据本发明提供了一种增强型方法及系统，用于无线直接到户卫星服务信号——这些信号分配给大量请求服务的用户。每个用户控制一个IRD，该IRD配属于一个用户显示接收器，比如一台电视机。当用户在其IRD上转换频道时，一个控制处理器即读出这一频道变化。该处理器使用这一信息以设定控制信号，这些信号通过无线联接而被送回到一个多用户传输器装置，该装置连接到一个地球站(卫星碟形天线)天线。多用户传输器装置处理这些控制信号并将它们发送给一个用户(最好是专用的)转发器选定器，该转发器选定器过滤出一个单一的转发器信号以发送给该用户。若干转发器选定器信号被发送出去，每个信号用于一个用户。本发明的一个典型实施方案有5到10个用户而本地无线频道容纳相应数量的转发器。每个用户都在其位置上有一个接收器，该接收器从用户所请求的转发器信号中过滤广播信号。这样就使带宽远小于从所有32个转发器向每个用户发送信号所需要的带宽。

本发明主要特点包括：

1.在用户和MUT之间有双向信息交换——最好在本地无线通信频道上进行。最好有一个专用带宽间隙，用于使来自用户的控制信号到达中央发送器。这些控制信号命令该发送器选择及中继DTH信号中、各用户请求收看所需节目的一小部分。

2.为对若干独立用户进行传输所需的频带宽度可远远小于为传输整个DTH信号所需的频率带宽。在以下所要描述的实施例中，5个用户可在5250兆赫上轻松容纳于——相比于为每个用户传送所有DTH转发器所必需的1000兆赫宽的频带——200兆赫宽的U-NII频带。

3.可用一个小型U-NII天线(仅为3″×3″)而将来自多用户发送器的信号播送给用户。

更特别的是，将多用户发送器耦合到地球卫星天线以接收可选择的卫星转发器信号。这一多用户发送器包括许多转发器选定器，每个转发器选定器都相配于各自的请求服务的用户。为每个请求服务的用户提供一个用户可控频道选择器(IRD)，以访问可选择的卫星转发器信号。这个用户可控频道选择器配属于一个相应的用户显示器单元以及一个相应的用户接收器单元。该用户接收器单元对于请求服务用户选定频道信号作出响应，向多用户发送器发送转发器选择信号。这一转发器选择信号与相应的用户选定频道信号一起、指明要发给请求服务用户的所要卫星转发器信号。多用户发送器对该转发器选择信号作出响应，向大量请求服务用户播送选定的卫星转发器信号。所需的卫星转发器信号随后即被耦合进提出请求的用户可控频道选择器，以通过相应的用户显示器单元而播放。

基本上，本发明会增强任何宽带DHT卫星系统的能力，并为国防和民用系统都提供了广阔的应用前景。

附图说明

图1为相应于本发明的DTH分配系统的框图。

图2为相应于本发明的一个用户接收器单元的框图。

图3为相应于本发明的一个多用户发送器的框图。

图4为一个频谱图，表示相应于本发明的三个转发器信号以及控制数据的组合。

详细描述

图1表示了一个将DTH信号分配给多个独立用户的本发明实施例的框图。表示了一个五用户系统。DTH信号10在卫星地球站天线14被接收并提供给多用户发送器(MUT)12。在这个MUT内，该DTH信号被分开给五个不同的转发器选定器16——每个用于一个用户——即该五用户实施例的TS1、TS2、TS3、TS4和TS5。转发器选定器由MUT12内部的转发器控制器18所控制。每个转发器控制器输出来自一个单一转发器的信号，并从频率上将其下转换，使得其集中于一个中频以进行进一步处理。每个用户都有一个专用中频。下表表明了一个对于该五用户实施例的频率分配示例，其中U-NII通信频带为5150到5350兆赫。不过，本发明的应用并不限于这一频带的使用。

用户	转发器选定器中心频率	MUT频率
			用户1	400兆赫	5165兆赫
用户2	430兆赫	5195兆赫
			用户3	460兆赫	5225兆赫
用户4	490兆赫	5255兆赫
			用户5	520兆赫	5285兆赫
控制	NA	5320兆赫

转发器控制器18由来自用户转发器单元——在用户地点上的每个用户有一个——的控制信号所控制，确定用户希望访问哪一个转发器。用户转发器单元将在此后予以更详细描述。

发送器22将转发器信号束于中频频带并将它们上转换为更高频率以播送给用户。循环器23连接于发送器22以及转发器控制器18和发送器/控制器天线26之间，每个用户都有一个接收器单元24，该单元通过用户天线28以及通过循环器27和接收器29、从发送器/控制器天线26拾取广播信号，每个用户都有各自的接收器29——即R1，R2…R5——将广播信号作下转换并为其滤出所需转发器信号。每个接收器29都连接于一个IRD 30，每个用户一个IRD 30——即IRD1，IRD2…IRD5，这些IRD 30又依次连接到相应的显示单元31，这些显示单元31可为电视或工作站监视器——即DU1，DU2…DU5。各接收单元24还有用户响应器20——即UR1，UR2…UR5——连接到其相应IRD。各用户响应器20查询其各自的IRD 30以确定用户所请求的转发器并将该信息编码，以向回发送到MUT 12中的转发器选定器。控制数据占据通信频道中邻近用户转发器信号的一个小频带。MUT 12必须在来自各个用户的控制信号中加以辨别并将它们导向到恰当的转发器选定器。它使用常规的或其它的多路访问技术来完成这一工作。

图2和3分别表示用户接收器24和MUT 12，尤其是本发明的五用户实施例。所述实施例使用了从5150到5350兆赫的U-NII通信频带。然而本发明并不局限于使用这一频带。

参见图2，典型的接收器单元24示于该图。每个用户都使用一个接收器单元24，该接收器单元从MUT 12接收广播信号并以其转发器信号提供给其IRD 30。每个接收器单元24都由两个主要集成单元组成，这两个单元连接到用户的IRD 30上，而该IRD 30又依次连接到一个相应的用户显示单元31。这两个单元都将在下面予以更详细描述。

1.接收器

每个用户都有一个接收单元24，该单元包括一个耦合于天线28(例如一个3″×3″角反射器U-NII用户天线或一个诸如Mobile Mark NSCR14-5150这样的全向天线)以及循环器27(例如Narda ModelNo.4914)的接收器29，该循环器将接收到的广播信号通过放大器52(例如JCA Technology Model No.JCA048-F01)馈送给一个变频器50。变换后，用户所要的转发器即集中于DTH频带中的适当位置。变频器50包括本机振荡器56(例如Luff Research Model No.SLSM2-38004300)，该振荡器连接到降频变频器/混频器54(例如Mini-Circuits Laboratoris Model No.ZMX-7GLHR)、低通滤波器58(例如K&L Microwave Model No.5IL41-1500/T3000)以及可调本机振荡器62(例如Luff Research Model No.SLSM2-5001500)，该本机振荡器连接到升频变频器/混频器60(例如Mini-CircuitsLaboratoris Model No.ZLW-186MH)。本机振荡器62通过来自用户响应器20的控制信号而调谐到适当频率。在这一实施例中，使用了具有标准串行接口、购自Luff Research的可调频信号源。通过将电压加到该串行接口的引线，可将频率输出以1兆赫增量加以调谐——无论在运行频带中何处。该接口可以一个数模接口卡(DAC)连接于一台标准个人计算机。显然，一旦转发器频率在处理器64(例如一个通用486个人计算机处理器)中得以确定，则其软件即可编程，以将加在可调本机振荡器接口上的电压定为正确的设置。

信号随后即从接收器29发送到用户IRD 30(例如一个Sony或HNS产品)以解码并显示于显示单元31(例如一台Sony电视)。IRD仅需要一个单一转发器信号来取得全部频道导向信息以及用户授权码。在使这个系统对用户透明时，这一能力很重要。

2.响应器

响应器20在用户转换频道时访问来自IRD 30的信息，并使用该信息来生成控制信号。一个控制信号被发送到用户接收器29中的变频器50。响应器20包括处理器64，该处理器连接到调制解调器66(例如BroadCom Corp.Model No.BCM 93133)。调制解调器66连接到变频器68，该变频器包括升频变频器/混频器70(例如Mini-CircuitsLaboratories Model No.ZLW-186MH)，该升频变频器/混频器连接到本机振荡器72(例如Luff Research Model No.SLSM2-3800-4300)以上转换到U-NII频带。变频器68通过带通滤波器80(例如K&LMicrowave 5IB32-5200/T100)而将经过上转换的信号送到放大器82(例如JCA Technology Model Number JCA048-F01)，该放大器将这一信号馈送给循环器27，以通过用户天线28而广播给MUT12。

仍然参见图2，为进一步理解用户选定转发器信息的访问和处理，应注意到选定转发器信息是从用户IRD 30发送给响应器20的。该信息可分为两部分，举例来说，第一部分包含转发器号码信息，而第二部分包含转发器极化信息。转发器号码信息可表示为一个电压。该电压可通过将一个标准频率—电压转换器加到IRD的内部频率合成本机振荡器(LO)而获得。另一方面，转发器极化信息可作为一个电压——它施加于典型IRD 30背部面板上的卫星电缆输入——而进行存取，当选择了一个偶数编号的转发器时，该电压处于16到19伏范围，而当选择了一个奇数编号的转发器时，该电压处于11到14伏范围。随用户在IRD上变换频道，其内部LO频率也随相应的转发器信号而调整。这一经调整的LO频率被发送到其频率—电压转换器，而来自该频率—电压转换器的电压即被发送到响应器20中的处理器64。类似地，相应于脉冲转换器极化的电压信号经一条独立的线(图中未示)而在处理器64加以接收。该处理器在一个两频道模数转换器上接收这些信号，使得这种电压可由处理器的软件程序(或嵌入式硬件编程)进行存取。该程序确定来自输入电压的转发器号码。

另外，在一个像Hughes DTV系统这样的系统中，如果转发器号码已知，则极化也为已知(例如奇数号码转发器为左旋极化；偶数号码转发器为右旋极化)，因此仅需将一个电压从IRD发送到用户转发器处理器。

一旦处理器64确定了选定转发器号码，它即对调制解调器66发送一个位流。该位流包含用户身份号以及编码的转发器号码。所发送的信息量非常之小，通常小于20位。

现在参看图3，图中更详细地表示了MUT 12。MUT 12可安装在任何其广播信号可为所有用户接入的中央位置。一个方便的位置可以是地球站天线14附近。MUT 12由三个主要集成单元——即转发器选定器16、发送器22和转发器控制器18——组成。下面更详细地描述其中各个单元。

i.转发器选定器

在MUT 12内装入了多个转发器选定器，每个都相应于分配网络中的一个用户。“转发器选定器”为“转发器信号选定器”的缩写术语，因为它从多个转发器信号——这些信号包括在从卫星所接收的DTH信号中——中，选择来自一个单一转发器的信号。这些转发器选定器各自从卫星天线14接收DTH信号10，并将其下转换到中频，以使所需转发器信号重新集中于一个专用于相应用户的固定中频。使DTH信号的不必要部分滤出而将该单一转发器信号发送到MUT发送器22。

每个转发器选定器16都包括一个LNB选择器36(一个电压控制L频带微波开关)，一个变频器37——它有一个连接到可调本机振荡器38的降频变频器/混频器40，以及一个带通滤波器41(例如K&LMicrowave Model 5TB32)。转发器选定器16由来自MUT转发器控制器18的信号所控制，该信号为每个用户确定哪个转发器信号应输出到MUT发送器。进入低噪声块(LNB)选择器36(一个电压控制L频带微波开关)和可调本机振荡器38(例如Luff Research的频率合成器PNSLSM2-5501050)的那些信号控制混频器40(例如Mini-CircuitsLaboratories Model ZMX-10G)中的频率偏移。在这个五用户实施例中——比如说——对于这五个用户的中频即可分别位于400兆赫、430兆赫、460兆赫、490兆赫以及520兆赫。然而本行业专家可以认识到，本发明可通过使用其它的频率设置并用于其它数目的用户而加以实施。

ii.发送器

发送器22经由多用户组合器43(例如Narda的四路组合器ModelNo.4311C-4)而将所有选择器信号束入一个在中频上的缩减的带宽包。随后它将这些信号上转换到U-NII频带，使信号带通滤波并放大以便传输，使用了变频器45，该变频器包括连接到本机振荡器48(例如LuffResearch Model No.SLSM2-38004300)上的升频变频器/混频器46(例如Mini-Circuits Laboratories Model ZMX-7GLHR)，带通滤波器47(例如K&L Microwave Model No.51B32-5275/T400)，放大器49(例如JCA Technology Model No.JCA048-F01)，循环器23(例如Narda三接口循环器Model No.4914)以及发送器/控制器天线26。在图4所表明的一个示例中，三个用户所选择的转发器信号在5150到5350兆赫上被包入U-NII频带。这远远小于为发送所有DTH转发器所必需的1000兆赫。发送器/控制器天线26可为一U-NII天线，该天线是小型的3″×3″角反射器或一个18″长、1.25″直径的全向天线(例如Mobile Mark N SCR14-5150)。

iii.转发器控制器

“转发器控制器”(18)为“转发器信号选定器控制器”的缩写术语，因为它控制一个转发器选定器，该转发器选定器又依次选择一个转发器信号。转发器控制器18包括一个放大器90(例如JCATechnology Model No.JCA048-F01)，一个变频器91——它包括一个连接到本机振荡器93(例如Luff Research Model No.SLSM2-38004300)的降频变频器/混频器92例如(Mini-Circuits Laboratoris Model No.ZLMX-7GLHR)，一个低通滤波器94(例如K&L Microwave Model No.5IB32)，一个解调器95(例如BroadCom Corp.Model No.BCM 93180)以及处理器96(例如一个通用486级个人计算机处理器)。转发器控制器18在一个狭窄频道上接收来自用户的控制信号，这一狭窄频道与该用户的转发器信号相邻(见图4)。这些信号经过下转换、解调、处理，作为信号34发送到转发器选定器16中的LNB选择器36和可调本机振荡器(频率合成器)38。

总之，可以看到，本发明为在有限带宽频道上将直接到家(DTH)服务透明分配给多个用户提供了条件。本发明的一个使用中的实施例主要特点如下：

1.可从一个DTH信号中选择多个转发器信号并经无线U-NII(5.15到5.35千兆赫)链接而发送。(图4表示了3个转发器信号的频谱。)

2.接收器可接收这些转发器信号，并将它们转换回DTH频带以作随后的信号观看，例如电视观看。

3.控制数据可在同一个U-NII频带上同时发送而不干扰DTH信号。类似地，控制数据也可完整地接收而不受来自DTH信号的干扰。(图4表示了3个转发器信号与控制信号组合在一起的频谱。)

4.所需转发器控制器可通过调谐在转发器选定器及接收器上的本机振荡器而加以选择以便传输。

5.在IRD仅接收到一个单一转发器信号时，用户即拥有对DTH节目指南和授权码的完全访问。这对这一分配系统的用户透明应用来说，是非常重要的。

本领域技术人员可以认识到，可将本处所述实施例加以各种变化而应用本发明然而仍处于以下所提出的权利要求书范围中。

Claims (13)

1.一种将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的方法，包括：

提供一个耦合到一个地球卫星天线以接收多个卫星转发器信号的多用户发送器，该多用户发送器包括多个转发器信号选定器；

为每个请求服务用户提供了一个用户可控频道选择器以接入卫星转发器信号，该用户可控频道选择器与一个相应的用户显示单元并与一个相应的用户接收单元相耦合；

响应频道选择，向多用户发送器发送转发器信号选择信息，该信息指定所需转发器信号；

将根据转发器信号选择信息而选定的转发器信号，从多用户发送器发送给与频道选择相关的相应的请求服务用户；

将每个选定的卫星转发器信号耦合到作出请求的用户可控频道选择器以由相应的用户显示单元显示。

2.如权利要求1所述的无线直接到家卫星服务信号分配方法，其中每个转发器信号选定器均与一个相应的请求服务用户相联系。

3.如权利要求1所述的无线直接到家卫星服务信号分配方法，其中每个转发器信号选定器均为一个相应的请求服务用户所专用。

4.如权利要求1到3中任何一项所述的无线直接到家卫星服务信号分配方法，其中将转发器选择信号发送到多用户发送器的步骤由用户接收单元完成。

5.如权利要求1到4中任何一项所述的无线直接到家卫星服务信号分配方法，其中为多用户发送器进行提供的步骤包括了将一个转发器信号选定器控制器连接到每个转发器信号选定器的步骤以进行控制，根据转发器信号选定器信息而将所需转发器信号发送给请求服务用户。

6.如权利要求1到5中任何一项所述的无线直接到家卫星服务信号分配方法，其中每个接收器单元都包括：

一个连接到用户可控频道选择器上的响应器，用于识别所需卫星转发器信号并将转发器信号选择信息发送到多用户发送器，该响应器包括一个控制信号处理器；

一个连接到用户可控频道选择器以及控制信号处理器上的接收器，用于对用户可控频道选择器，提供由转发器信号选定器信息所指定的卫星转发器信号，该转发器信号选定器信息则得自该特定的用户可控频道选择器的频道选择。

7.一个用于将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的系统，包括：

一个耦合到一个地球卫星天线，以接收可选卫星转发器信号的多用户发送器，该多用户发送器包括多个转发器信号选定器，每个转发器信号选定器都与一个相应的用户相联系；以及

一个用于每个用户的用户可控频道选择器，用以接入可选卫星转发器信号，该用户可控频道选择器配属于耦合其上的一个相应的用户显示单元以及一个相应的用户接收器单元；

一个转发器信号选择发送器，对一个频道选择信号响应，用于将转发器信号选择信息发送到多用户发送器，该转发器信号选择信息指定要发送给与相应的频道选择相关联的用户接收器单元的所需卫星转发器信号；

其中多用户发送器根据转发器信号选择信息，将选定卫星转发器信号发送给多个请求服务用户，并且所需卫星转发器信号被耦合到提出请求的用户可控接收器，以由相应的用户显示单元加以播放。

8.如权利要求7中用于将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的系统，其中所述用户接收器单元与所述频道选择器一起，组成一个集成单元。

9.如权利要求7或8中用于将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的系统，其中每个转发器信号选定器均为一个用户所专用。

10.如权利要求7到9中任何一项所述的用于将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的系统，其中的多用户发送器包括一个连接到每个转发器选定器的转发器选定器控制器，用于根据转发器信号选择信息，来控制要从一个相应的卫星转发器播送给多个请求服务用户的所需卫星信号。

11.如权利要求7到10中任何一项所述的用于将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的系统，其中的所述转发器信号选择发送器组合到所述用户接收单元中，作为一个集成单元。

12.如权利要求7到11中任何一项所述的、用于将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的系统，其中的每个用户接收器单元都包括：

一个耦合到用户可控频道选择器的响应器，用于识别所需卫星转发器信号并将转发器选择信息发送到多用户发送器，该响应器包括一个控制信号处理器；

一个连接到用户可控频道选择器以及控制信号处理器的接收器，用于根据来自控制信号处理器的控制信号，将所需卫星转发器信号提供给该用户可控频道选择器，该控制信号得自于请求服务用户选定频道信号。

13.如权利要求7到12中任何一项所述的用于将无线直接到家卫星服务信号分配给多个请求服务用户的系统，其中的多用户发送器包括一个耦合到各个转发器信号选定器的发送器，用于组合并广播各个所需卫星信号，这些信号由这些转发器信号选定器从耦合到该发送器的发送器/控制器天线所接收。

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