CN1426640A - 直接数字卫星广播系统中移动平台接收和同步的方法和装置 - Google Patents

直接数字卫星广播系统中移动平台接收和同步的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种使用时间分集和地面转发台单频网(SFN)的卫星系统，其中，每个地面转发台在地面信号中插入一个延时。该延时可使地面覆盖区域的中心上早时间分集信号的到达与相应的迟时间分集信号的到达在时间上一致，由此改善了接收机上地面和卫星信号之间的越区切换。同时，根据每个地面转发台与卫星之间的距离差以及每个转发台与覆盖区域中心之间的距离差调整该延时。这个调整通过在SFN中心上使SFN内各转发台转发的各MCM信号的相位同步而能做到TDM－MCM接收的最佳化。这个延时又为了补偿将卫星LOS TDM数据流变换成多载波(MCM)数据流中引入的处理延时，该变换用于使卫星LOS TDM数据流传输入多载波数据流以做到将卫星LOS TDM数据流传输给用户接收机；另外，这个延时为了补偿早信号与迟信号之间的分集延时。

Description

直接数字卫星广播系统中 移动平台接收和同步的方法和装置
发明领域
本发明涉及一种在使用仅依靠直视线(LOS)的卫星接收或者应用地面转发的LOS接收的直接数字卫星广播系统中的接收和同步方法及装置。
发明背景
在提供地面和/或卫星数字音频广播业务(DARS)的现有系统中，接收机主要受障碍、阴影和多径效应的影响，它们会使信号质量发生严重劣化，诸如由多径引起的信号衰落和符号间干扰(ISI)等。这些效应会使广播信道上的接收机对其位置和频率很敏感，尤其在市区环境或者具有高程面的地理区域中，那里对于卫星的直视线(LOS)造成阻碍最为普遍。
在发射机与接收机之间的物理障碍会使便携和移动接收机上发生信号被阻挡。例如，当穿过隧道或驶近大楼、树丛使卫星信号接收的直视线(LOS)受阻挡时，移动接收机将遇到物理障碍。当多径信号反射引起的抵消作用相对于所需信号来说足够高时，业务也会中断。
接收位置笔直地处于卫星正下方时(此后称之为子卫星点)，LOS仰角本性上将是最高的，位置偏离子卫星点时LOS仰角本性上将减小，并因而会增大障碍和阴影的可能性。靠近子卫星点的室外位置通常是LOS接收中实际上不受阻挡的良好地方，此时，LOS信号被阻挡可能性低，对地面转发需求最小。当对于卫星的LOS仰角变得小于大约85°时，由高楼或地理高程(30米量级)导致的阻碍将变得重大。需要由地面转发实现缝隙填充以达到对于移动接收以及静止和便携接收的满意覆盖。在大楼或地理障碍的高度比较低(小于10米量级)的区域，阻碍并不严重，一直到对于子卫星点的距离超过1400km时，其LOS仰角将变得低于75°。离开子卫星点6300km远时仰角将减小到25°之下，这时卫星信号的地面转发需求显著地增大。
因此，在一个或多个广播卫星的覆盖区域内中、高纬度地区，需要地面转发以满足合适的广播接收。对于接收直接LOS卫星信号的移动接收机来说，成功地实现接收时卫星信号要与它的地面转发信号组合在一起，这时接收地点上卫星直接LOS信号与它们通过地面网络的转发信号之间需要有相对的同步和组合。另外，在接收地点，在各个地面台转发的信号之间需要达到准同步。
发明概要
上述缺点的克服和多项优点的实现可借助于将卫星直接LOS时间分集信号或者卫星直接LOS时间和空间分集信号与转发的地面分集信号组合起来，地面分集信号是由地面台对接收的卫星直接LOS信号经过转发给出的，以地波形式辐射入市内地域及其郊区。这样，直接LOS卫星的时间分集或者时间和空间分集信号能够连同恰当延时的卫星直接LOS信号之地面转发信号一起被接收，形成卫星/地面分集接收。依靠这种措施，移动接收机可以在不同地区间穿行，也即在卫星直接LOS信号占优的地区接收、在地面转发信号占优的市内或其周围郊区接收、或者在两种类型的地区之间穿越接收而接收的连续性不发生中断。为了达到实质上完美的接收连续性，卫星直接LOS信号和地面转发信号它们的到达时间应该同步于10ms以内。
按照本发明的一个方面，将各个覆盖区域中心定义为地面转发台的组群。对许多地面转发台之每一个辐射的信号进行校正，以补偿有关的各个地面转发台和覆盖区域大致中心之间距离上的差别。
按照本发明的另一个方面，对地面台转发的诸卫星信号进行校正，以补偿有关各个地面转发台上卫星的早信号到达时间上的差别。
按照本发明的再一个方面，对地面转发台辐射的各个信号进行校正，以补偿在地面转发台上应用卫星信号产生地面信号中的延时。
按照本发明的再又一个方面，使到达一个地面转发台的时分复用数据流内的符号与多载波调制/时分复用波形中的多载波调制符号对准。
按照本发明的一个实施例，在地理上分隔开的所述地面转发台的选定数目中规定出至少一个覆盖区域大致中心。在选定数目地面转发台之每一个与覆盖区域大致中心之间按距离确定出有关的差别。然后，对于因选定数目的地面转发台中有关各台与覆盖区域大致中心之间的距离差别涉及的信号进行校正，以在用户端上补偿选定数目的地面转发台发射的地面信号不同的到达时间。
按照本发明的另一个实施例，在地面转发台上应用的一个装置接收一个包含有符号的时分复用数据流，所述符号之每一个对应于数据流中选定的比特数目。与接收装置连接的一个处理装置在数据流中定位出主帧前置码。处理装置将TDM数据流中的符号变换成有关的OFDM子载波，产生出包含多载波调制符号的时分复用/多载波调制(TDM-MCM)波形，每个波形中具有选定数目的子载波，它们传送出TDM波形的时间序列符号。该处理装置有时称为TDM到MCM的复用变换器。处理装置使用TDM主帧前置码或是分配在整个TDM帧中的一个独特代码使数据流中的符号与有关的多载波调制符号中的各个相应子载波同步。
按照本发明的另一个实施例，每个转发发射机利用地波传播来转发出高功率的TDM-MCM信号，发射塔上的天线高度足以使电波按需要到达1-20km的距离，电波在市内、从山顶上或者沿道路传播。
附图简要说明
结合附图阅读本说明，从下面详细的叙述中将易于理解本发明的各个方面、优点和新特性；附图中：
图1a和1b分别示明按照本发明实施例构成的一种广播系统，它们应用一颗卫星传送时间分集信号；
图2示明按照本发明实施例构成的一种广播系统，它应用两颗卫星传送时间和空间分集信号；
图3的曲线示明衰落时长与衰落深度间的关系，并标志出最佳时间分集接收的延时；
图4示明按照本发明实施例构成的一个地面TDM-MCM单频网(SFN)；
图5示明按照本发明实施例的TDM符号与MCM子载波的同步；
图6示明按照本发明实施例的TDM符号到MCM子载波的调制；
图7示明按照本发明实施例的卫星与地面转发台之间LOS延时差的计算以及地面转发台与SFN覆盖区中心之间的延时差；
图8示明水平距离与LOS距离的转换，它应用于图7中的TDM-MCM帧定时表述；
图9示明按照本发明实施例的将TDM帧划分成MCM帧；
图10示明按照本发明实施例使一个选定直径的SFN中多个转发台辐射的TDM-MCM帧对准；以及
图11示明按照本发明实施例在SFN中布置地面转发台的最大直径。
全部附图中，类同的参考号码应理解为是指类同的部件或成分。
优选实施例详细说明
卫星通信系统中可以使用时间分集方式或者时间和空间分集组合方式，以减轻不希望的障碍、阴影和多径衰落等效应。例如，时间分集通信系统可以在单个直接LOS数据流中传送出早和迟的卫星信号(也就是，一个信号相对于另一个信号延时一个选定的时段)。或者，时间分集通信系统可以通过有关的两个直接LOS数据流传送早信号和迟信号。早信号和迟信号之间的时间间隔长度决定于要避免的、由障碍引起的业务中断。这里提到的试验数据对所需延时的大小给出了指导。另外，两个直接LOS数据流可以由空间上分隔开的两颗有关的卫星传输，以实现空间分集和时间分集。上述两种场合下，可以使不延时的信道在地面转发发射机上和/或在接收机上延时，于是早信道和迟信道能够按照构成组合起来。
上面列举的直接LOS卫星分集实施法之任一个可以与一个地面转发台网络相组合，用以克服在市区中心或大都市地域等往往不能做到对卫星作直接LOS接收的地方所遇到的障碍，它们诸如是由高楼、大桥和隧道等引起的。地面网络根据需要能包含一个至任何数目的转发台，以达到所希望的覆盖。为了对直接卫星信号进行地面转发，本发明提供出卫星TDM信号到多载波调制波形的转换，对于中央商务区及其周围的都市区域中的地波传播来说，多载波调制波形在预期的多径类型环境中本性上具有抵御性和鲁棒性。当接收方行进在仅仅卫星覆盖的区域、在地面增强的市内覆盖区域、以及穿越两种类型的区域中时，本发明提供的装置可以使卫星直接LOS信号与通过地面转发网络重现的卫星信号同步和组合起来，达到连续不间断的接收。
为了产生地面信号，将接收自卫星的TDM数据符号转换成多载波调制波形。做到这一点是借助于IFFT变换，它将TDM流的数据符号同步地和精确地指配给各别的TDM-MCM子载波，在地面单频网内的所有地面转发台上按同样方式实施。众所周知，TDM-MCM波形能抵御多径干扰，在LOS接收被严重阻挡的地区它具有接收鲁棒性。
1.经由来自卫星的LOS的移动接收
利用卫星发射机与移动接收机之间直接的电磁波进行信号传输有如下的情况。如前面所述，接收机上的信号受阻可能是由于发射机与接收机之间存在物理障碍。此外，业务中断可能是由于信号衰落、抵消和载波相位扰动。例如，当移动接收机通过阻碍直视线(LOS)信号接收的隧道、高楼旁或者树丛群时，会遇到物理障碍导致的阻挡。另一方面，当造成干扰的多径信号反射相对于所需信号显得足够高时，会因信号抵消、衰落和载波相位扰动而导致业务中断。
卫星通信系统可以只使用时间分集、只使用空间分集、或者兼使用时间和空间分集，以减轻不希望的直接LOS障碍、阴影和多径衰落等效应。例如，如图1a中所示，仅仅时间分集的卫星通信系统10通过卫星14能够在单个直接LOS数据流12中传输同一信号的早信号和迟信号(也就是，迟信号是早信号的复制，但延时一个选定的时段)两者。另一种情况，如图1b中所示，仅仅时间分集的卫星通信系统10通过卫星14能够传输出携带早信号的LOS数据流18，并传输出携带迟信号的LOS数据流16。
组合空间和时间分集的卫星通信系统示于图2中。两个直接LOS数据流16和18由空间上相隔足够距离能实现空间分集的两颗有关卫星14和20进行传输。时间分集的实现中或是在每个数据流内都传输出早和迟相伴信号的混合，或是在一个数据流内传输出全部早信号、在另一个数据流内传输出全部迟信号。
对于图1a、图1b或图2中系统配置之每一个，使不延时信号(也即早的卫星信号)在接收机22中延时，从而能够与其迟的相伴信号同步地组合成一个信号。实现这种组合的最大可能的方法在下面讨论。
在图1a、图1b和图2中所指的信号最好是携载各别广播节目的广播信道(BC)信号。各个广播节目都指配到两个广播信道上。一个广播信道携载不延时的广播节目(因此称为早信号)，第二个信道携载延时的同一广播节目(因此称为迟信号)。这类早和迟的广播信道可认为携载着相伴信号，一个信道使用了两个传输载波中的一个载波，另一个信道同时地使用了两个传输载波中的另一个载波。
参考图1a中示明的卫星信号12，系统10中的接收机22只使用自一颗卫星14来的一个直接LOS数据流用于所需的时间分集，只接收一个时分复用(TDM)载波以实现此种工作模式。为了做到这一点，接收机应用单个RF部分来接收TDM载波。在此情况下，对于每个移动广播节目来说，是以同一TDM数据流传送出两个直接LOS移动接收广播信道。每个广播信道的各个符号是在一个TDM载波之各帧内时分复用信号33，并可与其它广播信道的TDM载波帧复用。一个广播信道携载早信号，另一个广播信道携载迟信号。这个处理在接收机22上提供出时间分集性，对于机动车的例如在公路上行驶时发生的动态阻碍，时间分集可增强连续不间断接收的可用性。
参考图1b中示明的卫星信号16和18，系统10据此恢复两个TDM数据流27，从这些TDM流中解复用和解码出合适的广播信道，配备的接收机22用以接收和处理两个TDM卫星载波。为了做到这一点，接收机22中有一个射频(RF)部分，它能够接收两个卫星TDM载波。可以应用具有足够带宽以接收两个RF TDM载波的单个RF部分。当两个TDM载波的频谱安排成相互接续时，这种单个RF部分的设计特别有用。然而，有的场合下两个载波不能够安排成接续地邻近而必须使它们的频谱位置分隔开，就不可能使用单个RF部分。在此情况下，要确切地设置两个分隔和独立的RF部分以便能够接收两个载波。单个RF部分的布置可称之为单臂卫星接收机，而两个RF部分的布置可称之为双臂卫星接收机。
早信号与迟信号之间时间间隔的长度决定于要避免业务中断的时长。业务中断的时长决定于障碍的分布和大小。城市内，障碍多半关联于各种高度的大楼及它们对于街道的缩进距离。在农村地区，障碍多半是公路或乡村通道两侧和上方的树群。在这两种情况下还须考虑到桥梁和隧道。下面，结合图3讨论由调查研究得到的资料，它们对于在城市和公路方面延时值的合适选择给出了指导。
早信号和迟信号之间的延时时间最好是一个系统参数，它是LOS障碍物理分布和机动车速度的一个函数。对于以通常速度(30-60kmph)、沿通常乡村公路行驶的机动车，该延时值的选定要选得足够长，能包覆所遇到的障碍的分布。延时值选择得最好有足够长度中最好能抑制97-99％的障碍，但也不要太长以免加重接收机的结构负担(例如，使接收机的复杂性和/或价格在商业上不被接受)。作为此种障碍时长的一个例子，考虑汽车以30kmph的速度在一个50ft宽的桥下通过。这时，对于卫星的LOS将被阻挡1.136s，迟信号的延时至少应等于这个数值。
在1986年5月12-16日的ICDSC-7国际数字卫星通信会议的会刊中，卢茨等人的文章“陆地移动卫星通信—信道模型、调制和误码控制”内已经对乡村公路讨论了障碍测量的实施方法，并应用其中的数据画出了混合障碍物下实测的障碍与可用衰落深度裕量之间的部分关系曲线，障碍物诸如是桥梁、路边构造、大楼和树丛等。图3中给出的该数据示明，对于12dB衰落深度裕量，延时时间处于2-8s间。衰落深度裕量是卫星上到来的信号电平与导致接收信号变为不能接受时的信号电平之差。因此，如果卫星信号足够强而达到衰落裕量12dB，则由图3可见，延时时间6-8s时能由时间分集接收提供出准最大得益。
移动状态下增强卫星信号接收的另一个措施是交织。交织的目的是抗御突发的比特误码或符号误码，它们来源于因多径平坦衰落和/或足够长的阻挡所导致的传输特性不稳，它会损伤由前向误码校正(FEC)编码器30及其互补的最大似然译码器28相组合下预定的误码校正作用。实现交织时，将发射机上比特或符号信息的出现时间重新安排，在长度等于交织时长的一个时间窗上随机和均匀地散布开比特或符号。交织使得输入信息中相邻的比特或符号互相间分隔开尽可能远。如果交织的信息比特或符号在它们传输给接收机时受到突发误码，则接收机中互补的去交织器的工作可恢复原来的数据次序，使误码的比特或符号分散在整个交织器时间窗上，从而它们在FEC解码器上出现时将是随机分布并且短暂突发的误码比特。FEC解码器对这种误码比特容易校正。将此类交织器与FEC编码器和解码器组合使用，可期望构成信息处理的一个部分，在所讨论的系统中它应用于所传送信息或信号的端到端传递上。在发射机24中，交织器本性上位于FEC编码器30之后，而在接收机22中，位于FEC解码器28之前。交织器和去交织器的时间窗长度可以是一个到多个TDM帧。
交织器也可以按交叉交织器的形式应用。交叉交织器中包含一对交织器，它们工作在一对信息比特流上，因而每个交织器携载每个信息流的大约一半比特。信息流比特被伪随机地和均匀地分解和安排。例如，交织器的输入端接收一对信息流。交叉交织器对比特起作用，产生两路交叉交织流输出。交织器使每个输入信息流的比特以伪随机方式在两个输出的交叉交织流之间分解。另外，在一对交叉交织流之每一个内，使各比特互相间分隔得尽可能远。每个交叉交织流传输出每一输入信息的一半内容。每个流在不同的或各样的通路中传送。当与一个卷积编码器结合地应用时，其输出收缩入两个信息流，组成交叉交织器的输入，由一个维特比译码器(例如，应用作与母编码器相匹配的卷积解码器)以最大似然方式在维特比译码器输出端上恢复出输入给母卷积编码器的信息比特流。这个过程可以消除移动接收机在直接LOS卫星接收通路中遇到的由障碍、阴影和多径衰落等造成的突发传输比特误码。
为了使移动接收最佳化，尽可能地使迟广播信号与延时的早广播信号对准，以做到它们的相应符号时间一致。使接收的早广播信号延时的量值做到等于发射机24上的迟广播信号的延时34，便能达到这种对准。图1a和图1b各别示明了有关的端到端工作原理。在接收机22上，两个广播信号间逐个符号对准的尽可能精确实现中应用了固定延时26以及后随的一个可变延时，固定延时26使早信号对准到误差小于半个广播信号帧周期，可变延时的调整使业务控制头(SCH)前置码同步于早和迟两个广播信号中的一个符号上。SCH说明于1998年7月8日提出的、常规指配的美国专利申请系列号No.09/112,349中，该专利整个地引入于此作为参考。依靠早和迟广播信号的此种符号对准，能够使接收机22中维特比译码器28上到达的早和迟信号的符号最大似然地组合起来。
发射机24上的可能做到早和迟信号间最大似然组合是在卷积编码器30上导出的，即是将卷积编码器30的输出分解成早和迟时间分集信号。如图中32所指明，由一种称为收缩的处理来实现分解。最好，收缩处理中选择母卷积编码比特的一半用于早信号，比特的另一半用于迟信号。构成每一半的精确比特的选择方式中是使系统总体的端到端抗比特误码的性能最佳化。在接收机上，应用软判决维特比译码器使正确地同步的广播流中的早和迟两部分进行软判决再组合，以得到最佳的最大似然组合。这种再组合中对每个组合比特应用信噪比估值以使得产生最大似然组合效果。
另一种情况，可以应用相对地简单的切换来取代早和迟广播信号的最大似然组合。此种场合下，接收机22在早和迟广播信号间切换。接收机22最好输出迟广播信号，除非迟广播信号被阻断。当阻断时，接收机22切换到延时的早广播信号上。应用正确延时下的对准，可以确保当接收机22在迟和早广播信号间切换时不会发生时间不连续性。对准精度应在10ms或者更小值之内，以避免有可闻的中断。只当早和迟广播信号两者同时被阻断时，信号才会丢失。这种情况只当同时阻断的时长超过了早和迟信号之间的延时时间时才会发生。然而，维特比最大似然组合与简单切换相比较，具有明显的约4.5dB的信噪比利益。
1.1用来自一颗卫星的两个直接LOS TDM流实施只时间分集
预定用于移动接收的两个TDM流发送自同一卫星14。一个TDM流携载早广播信号符号，另一个TDM流携载迟广播信号符号。广播信号最好包括多个广播信道(BC)。预定用于移动分集接收的BC的数目可以在一个BC到全部可用BC之间变化。不用于移动分集接收的那些BC可应用于通常的非分集式LOS业务，提供给非移动的固定和便携接收机。早和迟的BC在移动接收机上提供出时间分集，使接收机在移动的机动车上发生动态障碍的环境下提高连续接收的可用性。在两个TDM流中携载的早和迟BC之间的延时时间34是一个系统参数，其确定的方法与上面对于同一TDM流中携载早和迟BC的说明相同。
在接收机22上，来自迟TDM流的一个BC和来自延时的早TDM流的另一个BC它们这对BC的处理方法与上面联系图1a说明的迟和早广播信号的处理方法相同。接收机22接收两个TDM载波的实现这种工作模式。
1.2使用分别来自两个空间分隔卫星之每一个的两个直接LOSTDM流实施时间和空间分集
传送出预定用于直接卫星LOS移动接收的两个TDM流，也就是，一个流16传送迟信号，另一个流18传送早信号。如图2中所示，TDM流16和18分别来自两个空间分隔开的卫星20和14。这样，可实现空间分集和时间分集接收。两颗卫星14和20空间上分隔得足够远，以对TDM流的到达提供出两条不同的路径。因此，给出了空间分集接收的可能性，因为如果一条路径被阻断，另一条路径多半不会也被阻断。另外，一个TDM流16携载迟的BC，另一个TDM流18携载早的BC，对接收机22可提供出时间分集，在移动的机动车内发生动态障碍的环境下提高了连续接收的可用性。早和迟TDM流之间的延时时间34是一个系统参数，其确定与上面关于从一个TDM信号中解复用出早和迟广播信号的说明相同。
1.3使用分别来自两个空间分隔卫星之每一个的两个直接LOS广播信道实施时间和空间分集
传送出预定用于直接卫星LOS移动接收的两个广播信道(也即一个BC传送迟信号信息，另一个BC传送早信号信息)。如图2中所示，两个广播信道分别来自两个空间分隔开的卫星20和14。TDM流16和18不需要分别专用于所有的迟信号和所有的早信号，而是每个流可以传送出早和迟信号的组合。这样，可实现空间分集和时间分集接收。两颗卫星14和20空间上分隔得足够远，以使TDM流的到达存在有两条不同的路径。因此，提供出空间分集接收的可能性，因为如果一条路径被阻断，另一条路径多半不会也被阻断。另外，早和迟的BC在接收机22上提供出时间分集，使移动的机动车内发生动态障碍的环境下可提高连续接收的可用性。早和迟TDM流之间的延时时间34是一个系统参数，其确定与上面关于从一个TDM信号中解复用出早和迟广播信号的说明相同。
在接收机22上，一对广播信号(也就是，一个携载迟信号，另一个携载早信号)的处理方法与上面联系图1a和图1b说明的迟长早广播信号的处理方法相同。接收机22接收两个TDM载波以实现这种工作模式。空间分集的实现与前面所述时间分集的实现本性上有相同的处理电路，也就是，最大似然维特比组合处理器28可同时实现时间分集和空间分集两者。另一种情况，可以应用简单切换方式来选择具有最好接收质量的信号。
如前面所述，空间分集的效果是由于早广播信号来自卫星14、迟广播信号来自卫星20，或者来自相反的卫星，而如图2中所示的卫星14和20处在不同的空间位置上。应用沿地球同步轨道不同的位置布置卫星能够得到不同的空间位置，或者，两颗卫星相对于赤道有不同倾斜角度的椭圆轨道、并且正确地定时好它们的恒星日相，也可以在一个目标地区内给出连续的空间和时间分集覆盖。后一种情况下，在不同程度倾斜的椭圆轨道上例如可以有3或4颗卫星，同时使用两颗以实现高纬度上的空间分集。
2.卫星LOS被阻断的接收机用的地面转发
上面任一种直接LOS卫星分集实施方法可以与地面转发发射机的网络36(图4)组合一起，以克服在市区中心和乡村地方两种场合下遇到的因大楼、桥梁和隧道造成的障碍使那里可能得不到对卫星的直接LOS接收而不能维持移动接收机无中断地接收广播节目的问题。地面网络36按需要可以包括一个至任意数目的转发台，以覆盖例如是城市或公路。
应当知道，移动接收也可以可选地存在于没有时间和空间分集而仅仅应用与地面转发网相连接的卫星直接广播传输系统中。此种可选的做法在这样的卫星波束覆盖区域内是有效的，例如，对于卫星的LOS仰角为85°或更高并且障碍物造成阻断的情况很少时。此种环境下，只需在少量的、比较小的孤立障碍区域有地面转发。关于卫星与地面接收之间的切换阈值在下面讨论。
为了使地面网络上重现的直接卫星信号的地面转发最为有效，它们需要在移动接收机上与卫星直接LOS信号同步和组合一起。按照本发明，现在说明应用一个或多个直接卫星LOS流实现移动分集接收的同步方法，它可以具有或不具有经由地面转发器网络36的地面转发。在讨论中假定，信号应用时分复用进行传输。这并不意味着排除应用其它传输方案，诸如频分复用、码分复用或这些复用方法的任何组合。
应用上面说明的方法，配备空间和时间分集的直接LOS卫星载波能够以高的可用性在不阻挡或部分阻挡的乡村地区向移动单元通信。然而，在城市内普遍见到的低、中和高层建筑物会严重阻挡LOS卫星接收。因此，需要有地面转发系统以扩展LOS卫星接收，使得在城市和乡村中都达到高可用性的接收。
为了克服LOS障碍，如图4中所示，在城市内给出了由不同地方地面转发台38组成的网络36。每个地面转发台38传输的信号波形设计成能够抗多径干扰，重发出直接LOS卫星信号TDM流或是该TDM流的选定成分(例如，广播信道)。全部地面转发台38最好在实质上相同的载波频率上传输。它们的波形的带宽相互一致，这通常称之为单频网。可以应用的波形例如是：1)时分复用/多载波调制(TDM-MCM)，它应用了周知的正交频分复用(OFDM)的抗多径技术来传送TDM信号；2)自适应TDM，它传输出包含有一个特定的周期性数字训练序列的TDM波形，能够做成多径自适应均衡器，其方法是借助一个相关器、一个用以训练均衡器诸抽头的延时线和附加的信号处理电路，从结构上重新组合各个来到的多径干扰以恢复新传输的波形；以及3)码分多址(CDMA)，其中，将卫星TDM波形划分成诸如基本码率信道(PRC)的各组成部分，这些组成部分利用许多同时的CMA信号再广播，它们都占有共同的带宽，在接收机上借助于独特地指配给每个PRC的数字代码来各别地识别和区分它们。PRC的说明参见上面提到的1998年7月8日提出的、常规指配的美国专利申请No.09/112,349，它引入于此作为参考。TDM广播波形中的BC例如可以划分成各个PRC，各个PRC能够运载于CDMA编码的各个载波上。接收机可以集合一个BC中各个CDMA编码的PRC，重新组合出该BC。
下面，选定一个实施例，它应用TDM-MCM波形作为地面转发。术语TDM-MCM波形是指将直接接收自卫星的TDM波形的数字符号调制成MCM(多载波调制)符号。这个实施例的一个重要特性是TDM-MCM地面转发波形与接收自卫星的TDM流同步。应当知道，经由卫星传送的TDM波形与地面转发应用的其它波形之间的这种同步须考虑到卫星与地面转发台之间的传播延时差以及地面转发台与接收机之间的延时差。
2.1应用TDM-MCM实施地面转发
可以有不同的卫星传输方案，它们是：1)来自同一卫星、携载广播信号的单个直接LOS卫星TDM流，它没有时间或空间分集；2)来自同一卫星、携载早和迟广播信号两者的单个直接LOS卫星TDM流；3)来自同一卫星的两个直接LOS卫星TDM流(也就是，一个流携载迟的BC，另一个流携载早的BC)；以及4)来自不同卫星的两个直接LOS卫星TDM流(也就是，一个TDM流携载迟的BC，另一个TDM流携载早的BC，或者，每个流携载迟和早BC的组合，并在其它TDM流中每个迟的BC有一个伴随的早的BC)。
第一种情况里没有应用时间或空间分集，携载BC的TDM流由地面转发台38接收并应用TDM-MCM波形直接重发。在此场合中，接收机在其LOS卫星TDM接收中引入一个延时以所及地面转发路径中出现的处理和传播延时。在其它三种情况里，携载早的BC的TDM流由地面转发台38予以延时，并应用TDM-MCM波形予以重发。
在TDM-MCM上选定并携载的TDM比特流中最好携载有象来自卫星那样的全同的内容。另一种情况，TDM-MCM可以从卫星TDM流中仅仅选择那些预定用于移动接收的BC。后一种场合下，本地注入的预定用于移动业务接收机的广播信道内容可以取代其余的TDM流容量。
按照本发明，对于涉及时间分集接收的配置，在每个地面台中插入一个延时，它的调整使得在地面覆盖区中心处早的BC到达时间与卫星上其伴随的迟的BC到达时间相一致。这个延时中包括下列调整：每个转发台38与卫星之间的距离差；每个转发台38与地面覆盖区域40之中心42间的距离差；以及将LOS TDM流转换成TDM-MCM流所关联的处理延时。
通过做到在地面覆盖区域中心42上地面转发信号和迟的卫星信号到达时间一致，在地面覆盖区域40之内和周边上它们的到达时间只会发生最小的差异。因此，当离开或进入地面覆盖区域40时，地面信号与卫星信号间发生“越区切换”中在接收的例如音频信号内不会有听得到的中断。当应用于各个地面转发台之间时，这种同样的校准准则能使到达地面覆盖区域中心的每个地面台的MCM符号在时间和相位上一致，使得移动平台上的接收质量最佳化。当移动接收机离开地面覆盖区域中心时，MCM信号的到达将在时间和相位上散布开。通过设计，可使这种散布至多达到插入在MCM符号周期内的保护间隔那样大，典型值是60微秒，这容许接收机离开覆盖区域中心的距离大到9公里。
按照本发明，每个转发发射机以高的功率通过地波传播辐射出其TDM-MCM信号。对于很少障碍的小覆盖区域，辐射功率电平可以低到0dBW，对于诸如大城市中央商务区内那样的大覆盖区域，可以高到40dBW。信号从发射塔上辐射出来，塔的高度应在考虑到诸如小山和高楼的地貌特性下高到足以克服环境造成的障碍。另外，电波从塔上合适地聚焦的窄波束天线上沿道路辐射出来时，应做到塔的高度足以使地波传播到2至16公里的距离上。
2.2卫星LOS地面转发信号之间的越区切换
越区切换是指参与移动接收的机动车在对卫星的LOS TDM接收与对地面SFN的地面TDM-MCM接收之间进行过渡时所发生的一种事件。有两种方法可实现越区切换，它们在前面的节段中都已述及过。一种越区切换技术的实现是将地面BC和卫星BC的BC业务控制头(SCH)前置码对准(例如，对准它们的相关尖峰信号)。这种处理精确地使地面和卫星的BC符号同步，并实现维特比译码器28对它们进行最大似然组合。这样的实施方法可产生透明、无冲撞的越区切换。
越区切换技术的另一种方法应用了地面和卫星导出信号之间的切换，而不是最大似然组合。移动接收机调谐于并倾听LOS卫星TDM载波和地面SFN转发的TDM-MCM载波之一或是两者，两种类型的载波传送出相同的BC。在任一给定时刻，接收机22最好选择能提供最好BC质量的信号(也即LOS TDM或TDM-MCM)。接收质量的测量可针对每个接收比特流中的误比特率(BER)，并如下地依据BER差别来完成切换：
当TDM-MCM BER≤LOS TDM BER-Δ1BER时，从LOSTDM切换至TDM-MCM；以及
当LOS TDM BER≤TDM-MCM BER-Δ2BER时，从TDM-MCM切换至LOS TDM。
应用如上面指出的Δ1BER和Δ2BER，可防止在LOS TDM与TDM-MCM之间切换的颤抖。通过使Δ2BER＞Δ1BER，从TDM-MCM切换至LOS TDM比之从LOS TDM切换至TDM-MCM要困难。这样做是由于当进入城市覆盖区时，接收机22一旦被TDM-MCM捕捉到后最好应留在TDM-MCM上。作为这种工作的一个例子，假定在增强区域40内LOS TDM BER＝10-1，又Δ1BER＝Δ2BER＝10-2。从LOSTDM切换至TDM-MCM发生于0.01-0.001＝0.009上，而从TDM-MCM再切换至LOS TDM发生于TDM-MCM发生一个＝0.1＝.001＝.011。因此，从LOS TDM切换至TDM-MCM比之从TDM-MCM切换回LOS TDM容易。通过使Δ2BER＝4×10-2，则从TDM-MCM切换回到LOS TDM将发生于TDM-MCM BER＝0.15时，使得在已经选择地面MCM后回到LOS TDM较为困难。也可以应用其它等效的测量诸如信噪比测量取代BER。
2.3地面TDM-MCM传送的实现
使卫星LOS TDM流的数据符号最好精确对准TDM-MCM数据符号内的OFDM子载波，以实现最佳的SFN工作。所示例的实施例中，每个TDM数据符号包含2比特。按照本发明，精确地将同一个2比特指配给在SFN40的每个地面转发中产生的TDM-MCM波形内相同OFDM子载波。在每个地面转发台38上同样地实现这种校准，因为在网络内任一个地面转发台上对这一校准的任何偏离都会将其TDM-MCM转变成干扰源，从而使接收质量劣化。
TDM数据符号对TDM-MCM波形中每个MCM符号的校准应用了图5中所示的处理。首先，将接收自卫星、携载早的BC的TDM流内各个TDM数据符号按时间连续块的序列进行排列。每个TDM符号携载2比特。TDM数据符号的每个块44包含有M列和N行，M和N参数的设计决定于TDM-MCM复用变换器的设计细节。最早的TDM符号填入阵列中最先的行，次早的填入其次的行，依此进行，直至最后的行被填以该帧的最后TDM符号。每个块44供给至快速傅里叶反变换(IFFT)46的输入端。IFFT的作用是形成一个MCM符号48，它包含N个OFDM载波，也就是，一个载波用于一行内每个TDM数据符号。相对于一个附加的相位基准载波，每个OFDM载波采用差分QPSK调制，因此，每个MCM符号包含N+1个载波。这一处理对TDM数据符号块内的全部M列顺序地重复进行，以形成一个完整的MCM符号帧50。TDM块44的M列组成M个MCM时间序列的符号48，每个符号48具有N个载波加一个相位基准载波。这样，构成一个TDM-MCM帧50。由每个TDM-MCM帧50携载的TDM数据符号的总数据为M×N个。应当知道，图5中示明的数值M＝8和N＝6目的只是为了示例。例如，这些值典型的量级是M＝960和N＝116。
对于TDM-MCM单频网的最佳运行，自网络36中每个地面转发台38传输出的每个TDM-MCM符号48在每个MCM符号的相同载波上携载块内相同的TDM数据符号；否则，自SFN36内各个地面转发台38来到接收机22上的诸多TDM-MCM符号48之间不会发生结构上的重新组合。TDM到MCM符号的同步和校准处理是独立地实现的，但在每个地面转发台上有精确相同的方法。
MCM符号48的形成TDM-MCM帧50进一步示明于图6中。以每符号传送2比特的符号率R(例如，比特率BR＝2×R)的TDM流在52上的NTDM符号集合中提供给IFFT的输入端。各个符号都最好存储为复数值I和Q，并在输入给IFFT之前按列排列。如图6中的54上指明，大小为2n的IFFT46使NTDM个TDM符号52变换成NTDM个正交相移键控(QPSK)载波以产生出每个TDM-MCM符号。I和Q值相对于先前的值直接确定每个QPSK调制的MCM OFDM载波的相位。所以，每个TDM-MCM符号具有NTDM个OFDM载波，它们占用的周期其长度为Tsym＝NTDM/R。结果，MCM符号率＝R/NTDM。每周期内时域样本数目为2n个。因此，从IFFT46输出的时域MCM符号的样本率为2nR/NTDM。如56上指明地产生一个保护间隔，它是符号周期的一个分数n。保护间隔的作用导致IFFT输出有时间压缩(1-η)-1。为了组合成TDM-MCM帧，每MMCM个MCM符号加入一个帧同步字49，X 如58上指明，由此进一步乘上时间压缩系数(MMCM+1)/MMCM。所以，TDM-MCM波形的带宽为R(R/S)/((1-η)-1)(MMCM+1)/MMCM。
对TDM到MCM符号调制中应用的参数做出选择(例如，TDM流的符号率R，每个MCM符号中TDM符号的数目NTDM，IFFT系数的数目2n，保护间隔分数η，以及TDM-MCM帧长MMCM)，以做到每个TDM帧64内有整数个TDM-MCM帧50(图9)。这种选择可以使用一个TDM主帧前置码(MFP)作为TDM-MCM帧同步。IFFT同时接收2n个输入系数，数目2n必须等于或大于NTDM。因此，仅仅NTDM个OFDM子载波非零频谱系数54能够作为IFFT46的输入。所选择的那些NTDM值在IFFT频谱窗口的中央都为1，对IFFT频谱窗口边缘未应用的IFFT系数都指配为零值。
2.4 TDM数据符号对TDM-MCM数据符号的同步
如上面所述，TDM-MCM地面转发台38最好工作于单频网(SFN)36中。SFN36中包含多个地面转发台38，它们至少转发出早卫星LOS TDM波形的一部分。所有地面转发台以相同的载频带宽发送。每个地面转发台再广播同样的TDM-MCM波形，就象它的所有伴侣转发台一样。每个地面转发台接收相同的、携载早的BC的卫星LOSTDM信号，并将它延时一个量值，使得SFN覆盖区域中心处在TDM-MCM载波上携载的解调TDM流与携载迟的BC的卫星LOS TDM到达时刻相同步。如下面联系图5和图6所述，携载早的BC的卫星LOSTDM符号精确地并恒定地指配给TDM-MCM数据符号中相同的OFDM载波。
SFN36中各转发台38的定位要做到用最小数目的转发台最佳地覆盖一个城市及其郊区。按照本发明，在地面转发台38上引入时间延时校正，使携载相同卫星TDM数据符号的各MCM符号在中心42或覆盖区域内几个中心上有近乎同步的到达时间。需要有三种类型的时间延时校正。两种时间延时校正涉及距离校正，其一种是校正各个地面转发台与卫星之间的距离差，第二种是校正每个地面转发台与SFN覆盖区域中心之间的距离差。这两种延时校正的计算在下面叙述。
引入第三种延时校正是使TDM-MCM信号到达位于SFN覆盖区域中心的移动接收机时具有卫星LOS迟信号的时间相位，必须做到这一点是因为来自卫星的早OLS BC TDM信号是用来产生TDM-MCM地面转发信号的。该转发信号到达覆盖区域中心时必须与卫星来的迟LOS BC TDM信号的到达有近乎相同的时间。为了实现这一点，必须使卫星来的早LOS BC TDM信号延时，延时量等于早和迟信号之间的延时差。这个延时中的某一项是由于在TDM到TDM-MCM的复用变换处理中存在处理延时。其余的延时是在TDM到TDM-MCM复用变换处理之前由施加在TDM流上的数字延时线引入的。
在一个SFN内可以置入多个“覆盖区域中心”以优化城市及其郊区内的总体接收质量。由于距离、组群和障碍等特性，可以使SFN36内地面转发台38的一些子集聚焦于城市及其郊区内覆盖区域的不同中心上。
3.对于自卫星的距离及到SFN覆盖中心的距离做出转发台定时校正
如前面所述，定时校正是要使各转发台38来的转发的TDM-MCM信号在到达SFN覆盖中心时同步，以适应：
a)卫星14或者卫星14和20来的、在各转发台38上到达的卫星TDM信号有不同的时间；以及
b)由于转发台38与SFN覆盖中心42之间的距离差造成的不同传输时间。
通过使TDM流内的TDM数据符号在输入至IFFT46之前在存储装置内延时一个合适的时间，可以在每个转发台上引入定时差。
3.1 卫星对转发台的TDM定时差
考虑从卫星上接收TDM信号的各地面转发台38组成的网络36。仰角不是90°、也即卫星不是直接在头顶上的地方，每个地面转发台与卫星之间的距离是不同的。因此，在每个地面转发台地点上对卫星的倾斜角各有差异，所以TDM信号的到达时间有差别。另外，每个地面转发台38与覆盖中心42之间的距离是不同的。下面的内容示明由距离差造成的时间差的大小。
为了示例目的现考虑SFN转发网络36，它包含多个地面转发台38，它们的地理位置选择得充分地覆盖城市及其关联的都市区域。在此较简单、小而有限的障碍地形中，少数的地面转发台已足够。在大的、较复杂的障碍地形中，需要有数目多的地面转发台。
对于因地面转发台38与卫星14之间倾斜角不同由距离差引起延时差，其计算方法示明于图7中。距离差是依据对卫星之直视线在地球表面上每一个转发台位置处相交的垂线之间的距离进行测量得到的。这里规定，网络36中对卫星距离最近的转发台标记为1，距离最远的转发台标记为m，任一中间距离的转发台标记为k。令任一转发台k与最远转发台m之间在朝向子卫星点方位角方向上沿地球表面对LOS形成的两条垂线，它们之间的距离差为dkm，于是，最远台m与最近台1之间的距离为d1m＝dmax。图7中指出，最远台编号为3，最近台编码为1，它们之间的一个台编号为2。令各别的LOS倾斜角距离差对应的时间差为ΔTslantk和ΔTslantmax，并令所有台对卫星的仰角为elv，也即认为，所有台对子卫星点的方位角假定很接近于相同。于是，可应用图8中所示的几何关系用以计算转发台k与m之间倾斜的直视线距离。下面的关系式适用于卫星上来的信号到达时间的差别：
      0＜ΔTslantk＜ΔTslantmax式中，
     ΔTslantmax＝(d1m÷c)×cos(elv)
     ΔTslantk＝(dkm÷c)×cos(elv)
     c＝光速，m/s
可以看到，计及卫星TDM信号到达接收机的时间差时加到任一转发台k上的定时校正分量ΔTcorrectk为
     ΔTcorrectk＝ΔTslantmax-ΔTslantk
因此，网络36中对卫星距离越远的转发台定时校正量越小。例如，考虑一种情况，其中d1m＝dmax＝18km，elv＝30°。这种情况下，ΔTslantmax＝52μs。对于距离卫星最近的转发台1，校正量为ΔTcorrect1＝ΔTslantmax＝52μs。对于最大距离的转发台，ΔTcorrectm＝0。对于它们之间任何其它的转发台k，ΔTcorrectk由上式给出。
对于靠近子卫星点的SFN覆盖，每个转发台38对卫星的方位角是逐个转发台各不相同的，显然，对上面的公式须做出合适的修正。例如，转发台与卫星之间有恒定传播延时的轮廓线实际上是地球表面上的圆周，它们的中心在子卫星点上，时间差在圆周之间测量。当对于子卫星点距离大并且在SFN覆盖的有限区域内时，可以认为圆周将成为直线。
现在，考虑卫星移动时的时间差变动。上面给出的计算作用于与卫星、地球中心和所考虑的每个地面转发台相交的方位角平面内。对于对地静止的轨道卫星，卫星轨道位置会稍微变化。一般实践中，维持卫星的位置在所指定卫星轨道位置为中心的每边50英里的立方体内。在21,300到25,600英里的距离下，因对地静止轨道卫星位置的变动引起的方位角和仰角的合成偏离对于上面给定的时间校正计算的影响可以忽略。时间偏差量不超过峰-峰值135纳秒。类似地，还有网络36内地面台位置差别引起的时间差。但是，它们不超过峰-峰值31纳秒。两者相加时，净结果不超过峰-峰值166纳秒。
然而，对于非对地静止轨道卫星，诸如在绕行的Tundra、Molnya、ICO(中间圆轨道)和LEO(低地球轨道)轨道上面所实施的计算，最好要计及卫星对于转发台38有连续改变的方位角和仰角。对于卫星通信技术而言，其计算处理是上面所给定方法的扩展。另外，对于此种非对地静止轨道，计算必需以一定的速率重复进行，使LOS倾斜路径定时误差维持在±500纳秒内。
3.2 SFN覆盖的保护时间和直径
自SFN36内各个地面转发台38上传输出的TDM-MCM信号中包含有上面根据图5和图6所叙述方式中产生的诸TDM-MCM帧50。对于在预定覆盖区域40内的接收机22来说，能得到由各个转发台来的、包含TDM-MCM帧的多个信号。它们到达的时间会按图10示例的情况相互重叠。重叠的扩散程度取决于卫星-地面转发台的距离差别以及转发台-接收机的距离差别，使各个TDM-MCM帧从结构上组合起来，只要它们到达接收机22的时间差不超过所用的保护间隔ΔTG的宽度，就可以组合产生TDM-MCM波形。如果该保护间隔的宽度为ΔTG，则SFN中所有转发台信号复合的到达时间差最好不应超过ΔTG，而距离差最好不可超过c×ΔTG，这里，c为光速。因此，SFN36内各个地面转发台38布置的最大直径的几何关系如图11中所示，其中，在距离D＝c×ΔTG的直径两端，地面转发台发射机38a与38b相对地设置。于是，如果全部地面转发台都界限于直径D＝c×ΔTG的区域内，则在该区域内部或外部的任一接收机上各TDM-MCM帧的到达时间差ΔTR为ΔTR≤ΔTG。例如，若ΔTG＝60微秒，则该直径是18km。
上面的说明中假定，使SFN36内每个台38来的TDM-MCM帧传输的时间这样调整，使得在覆盖区域40的几何中心42上所有帧的到达实质上完全对准，也就是，所有TDM-MCM帧50到达时的时间差实质上为0。为了做到这一点，按照本发明，对每个地面转发台来的传输信号时间按两种距离类型进行补偿。如前面所述，第一种校正类型是每个台38与卫星14之间的距离差，第二种校正类型是转发台38的位置与覆盖区域40的中心42之间的距离差。
3.3 TDM-MCM帧定时校正用的计算过程
现在，讨论在地面转发覆盖区域中心上实现所需的TDM-MCM帧50校准的过程。这个过程在SFN36内每个地面转发台38上最好是独立进行的。图7示例出SFN36内地面转发台38的布置、在计算中涉及的距离、以及所用的公式。过程的各步骤下面由实例示明。
回顾一下前面关于图7引入的名称，每个地面转发台38以指数“i”进行标识，i＝1是指对卫星的LOS距离最远的转发台，i＝m是指对卫星的LOS距离最远的转发台。覆盖区域内的其余转发台以1至m之间随着LOS距离增加的升序编号。然后，确定出通过每个转发台i和通过转发台m的平行线之间的水平距离差dim。可以看出，平行线在每个台上是垂直于对卫星的LOS直线的。又可以看到，按图7上所示实例，m对应于转发台3。
如图8中示明，通过乘以仰角的余弦项，水平距离差dim转换成LOS距离差。于是，可测量每个台i与覆盖区域中心42的c之间的距离Dic。应用下式确定每个台i的未校正定时Δti：
     Δti＝(Dic+dim×cos(elv))/s式中，elv是对卫星的仰角，s是光速。
用上面的公式对SFN的每个转发台进行计算。然后，确定最小Δti，标记为Δtimin。于是，按下式确定每个地面转发台的校正定时ΔTi：
     ΔTi＝Δti-Δtimin
将校正定时ΔTi施加到每个地面转发台i上以校准到达时间，在SFN覆盖区域中心上做到全部TDM-MCM帧之间具有零偏移。应用这种定时校正可使TDM-MCM地面转发SFN的总体工作最佳化。在m＝3场合下的样本计算示明了本发明的原理，这里，dn3是转发台n沿卫星方位角对最远转发台的水平距离，Dcn是转发台n与覆盖区域中心c的距离。
               施加于每个转发台的定时校正
                        ∠Elv＝30°
 d13＝18km  D1c＝15km  Δt1＝102μs  ΔT1＝32μs
 d23＝15km  D2c＝10km  Δt2＝76.6μs  ΔT2＝6.6μs
 d33＝0km  D3c＝21km  Δt3＝70μs  ΔT3＝0μs
上面给出的定时校正补偿了卫星与每个转发台之间的距离差，以及每个转发台与SFN覆盖区域中心之间的距离差。此外，还必须在每个转发台上引入延时，以补偿卫星来的早和迟信号之间的时间偏差，以及TDM-MCM复用变换器中的处理延时。每个转发台上引入的总延时应该这样，使来自卫星的迟信号与经由每个地面转发台传输的信号精确地时间一致。因此，如果早和迟信号之间的延时标记为TEL，处理延时标记为ΔTP，则每个转发台上的总延时∑Ti为：
      ∑Ti＝TEL-ΔTP-ΔTi
对于上面考虑的例子，假定TEL＝5秒，ΔTP＝0.2秒，则每个转发台上的总延时为：
∑T1＝5.0-0.2-32.0×10-6
∑T2＝5.0-0.2-6.6×10-6
∑T3＝5.0-0.2
尽管参照这里的优选实施例已经说明了本发明，但应当知道，本发明不限制于那些细节。本技术领域内的一般熟练人员可以做出各种修改和替代。所有这类替代都意味着包罗于所附权利要求书中规定的本发明的范围之内。

Claims (51)

1.一种使一个TDM数据流内的选定数目的时分复用或TDM符号与一个TDM-MCM波形中的时分复用/多载波调制或TDM-MCM符号内同等数目的子载波同步的方法，包括步骤：
在所述TDM数据流中定位出主帧前置码(MFP)和分配的同步序列，所述TDM数据流具有至少一个TDM帧，它包含所述的一个MFP码和一个分配的同步序列以及多个所述的符号，所述的MFP码和分配的同步序列可用来定位出所述TDM数据流内的所述TDM帧；
应用所述TDM帧内的所述符号产生一个阵列，所述阵列中包含有标记列的第一数目和标记行的第二数目；以及
应用IFFT(快速傅里叶反变换)对所述阵列产生出在数目上对应于所述第一数目的TDM-MCM符号，所述TDM-MCM符号之每一个具有所述第二数目的所述子载波数目，用于相应的所述各行中各别的所述TDM符号，所述第一数目的所述TDM-MCM符号对应于一个TDM-MCM符号帧。
2.权利要求1的方法，其中，所述产生阵列的步骤中包括对所述阵列填充的步骤，将所述TDM帧中最早到达的TDM符号提供给所述阵列中最早产生的一个所述行，并继续顺序地对各所述行填充，直至以所述TDM帧中最后的所述TDM符号提供给最后的所述行。
3.权利要求1的方法，其中，所述TDM数据流中包括多个TDM帧，所述TDM-MCM符号帧具有象所述TDM帧那样实质上相同的时长。
4.权利要求1的方法，其中，所述产生TDM-MCM符号的步骤中包括这样的步骤，使所述TDM-MCM符号帧中各所述TDM-MCM符号同步到所述TDM数据流中各所述符号之一的一个分数值内。
5.权利要求4的方法，其中，所述TDM-MCM符号帧内的所述TDM-MCM符号数目是一个整数。
6.权利要求1的方法，还包括这样的步骤，对所述TDM-MCM帧中的每个所述TDM-MCM符号提供一个保护间隔，将对应于所述第二数目的TDM-MCM符号周期除以每秒内所述TDM符号的数目，所述保护间隔小于所述TDM-MCM符号周期。
7.权利要求1的方法，还包括这样的步骤，对所述TDM-MCM波形中的每个所述TDM-MCM符号帧提供一个同步字。
8.权利要求1的方法，还包括步骤：
对所述TDM-MCM帧中的每个所述TDM-MCM符号提供一个保护间隔，将对应于所述第二数目的TDM-MCM符号周期除以每秒内所述TDM符号的数目，所述保护间隔小于所述TDM-MCM符号周期；
对所述TDM-MCM波形中的每个所述TDM-MCM符号帧提供一个同步字；以及
压缩每个所述TDM-MCM符号，以补偿在每个所述TDM-MCM符号帧中插入进所述保护间隔和所述同步字，使得具有所述保护间隔以及为相应的所述TDM-MCM帧分配以所述同步字之相应时间的各所述TDM-MCM符号都占用一个TDM帧周期。
9.权利要求1的方法，其中，所述IFFT中使用多个系数，其数目大于所述第二数目的所述符号数。
10.权利要求1的方法，其中，所述TDM数据流中包括多个TDM帧，所述产生TDM-MCM符号的步骤中还包括这样的步骤，将所述TDM数据流内各个所述TDM帧中的各个所述符号指配给相应的所述TDM-MCM帧内各个所述TDM-MCM符号中的各个所述子载波。
11.一种在地面转发台上应用的装置，包括：
接收装置，用以接收包含有符号的TDM(时分复用)数据流，所述符号之每一个对应于所述数据流中选定数目的比特数；以及
处理装置，连接于所述接收装置上，可操作在所述TDM数据流中定位出主帧前置码(MFP)和分配的同步序列之，所述TDM数据流具有至少一个TDM帧，它包含所述的一个MFP码和一个分配的同步序列以及多个所述的比特，所述的MFP码和分配的同步序列可用来定位出所述TDM数据流内的所述TDM帧；
其中，所述处理装置将所述TDM数据流中的各个所述符号变换成有关的子载波，以产生出包含TDM-MCM(时分复用/多载波调制)符号的波形，每个所述TDM-MCM符号具有选定数目的子载波，所述处理装置使用所述MFP码和分配的同步序列使所述TDM数据流中的各个所述符号与有关的所述TDM-MCM符号中相应的各个所述子载波同步。
12.权利要求11的装置，其中，所述处理装置使用IFFT(快速傅里叶反变换)将所述TDM数据流中的各个所述符号变换成有关的各个所述子载波。
13.权利要求12的装置，其中，TDM-MCM帧中包含有选定数目的所述TDM-MCM符号，所述处理装置可操作对于所述TDM数据流中的所述TDM帧产生出整数个所述TDM-MCM符号。
14.权利要求13的装置，其中，所述处理装置可操作对每个所述TDM-MCM符号帧提供以相应的所述TDM帧中同样的所述符号。
15.权利要求14的装置，其中，所述处理装置可操作将相应的所述TDM帧中的各个所述符号指配给所述TDM-MCM符号帧内各个所述TDM-MCM符号的各有关载波。
16.权利要求15的装置，其中，所述装置使用于地面转发台中，可操作接收所述TDM数据流，并将那里的所述符号变换成有关的子载波，产生出包含TDM-MCM符号的TDM-MCM帧，所述处理装置可操作将所述TDM数据流中有关的所述TDM帧内的所述符号指配给相应的所述TDM-MCM帧内所述TDM-MCM符号中的所述子载波。
17.一种在地面转发台上应用的系统，包括：
接收机，用于接收来自卫星的TDM(时分复用)数据流；
变换编码器，连接于所述接收机上，用于将所述TDM数据流变换成MCM(多载波调制)波形的产生出TDM-MCM(时分复用/多载波调制)信号，它对于地面路径传输的多径、障碍和干扰具有鲁棒性；以及
以射机，连接于所述变换编码器上，用以发射TDM-MCM信号。
18.权利要求17的系统，其中，所述发射机配置成通过地面路径转发所述TDM-MCM信号，转发至卫星接收被阻挡、大约2至10公里远的地方。
19.权利要求17的系统，其中，所述发射机在城市内至少一个、并沿道路通过地面路径转发所述TDM-MCM信号，转发至卫星接收被大楼和树丛分别阻挡的选定距离上。
20.权利要求17的系统，其中，在一个单频网(SFN)内有多个所述系统位于各别的地面转发台上，所述各系统利用互相间的时间协调和同步实质上同时工作，以在所述单频网关联的区域内达到对所述TDM-MCM信号实质上的无缝接收。
21.权利要求20的系统，其中，所述各地面转发台在地理位置上做到可服务于一个城市及其周围郊区。
22.一种以时间分集通信系统传送广播信道的方法，其中，早信号和迟信号经由至少一颗卫星传送，早信号中包含至少一部分广播信道，迟信号中包含另一部分广播信道，迟信号与早信号相对应，但比之早信号延时一个选定的时段，通信系统中包含一个地面转发台网络，用以接收和处理早信号，传输出地面转发信号，该方法包括步骤：
确定出在所述卫星与所述网络内每个所述地面转发台之间距离上的各别差别；以及
校正所述地面转发信号，以在所述各个地面转发台上补偿所述早信号到达时间的差异。
23.权利要求22的方法，其中，所述网络是单频网(SFN)。
24.权利要求22的方法，还包括步骤：
在选定数目的所述地面转发台中规定出至少一个覆盖区域的大致中心；
在每一个所述选定数目的所述地面转发台与所述覆盖区域的大致中心之间确定出距离上的各别差异；以及
校正所述地面转发信号，以补偿自所述选定数目的所述地面转发台传输出的所述地面转发信号在接收机上到达时间的不同，它们是由于各别的所述选定数目的所述地面转发台与所述覆盖区域大致中心之间距离上的差别造成的。
25.权利要求22的方法，其中，所述校正步骤中包括这样的步骤，它补偿将所述卫星信号变换成所述地面转发信号中引入的延时。
26.一种以时间分集通信系统传送广播节目的方法，其中，早信号和迟信号经由至少一颗卫星传送，早信号中包含至少一部分广播节目，迟信号与早信号相对应，但比之早信号延时一个选定的时段，通信系统中包含一个地面转发台网络，用以接收和处理早信号，传输出一个地面转发信号，该方法包括步骤：
在地理上分隔开的选定数目的所述地面转发台中规定出至少一个覆盖区域的大致中心；
确定出在每个所述选定数目的所述地面转发台与所述覆盖区域的大致中心之间距离上的各别差别；以及
校正所述地面转发信号，以补偿自所述选定数目的所述地面转发台传输出的所述地面转发信号在接收机上到达时间的不同，它们是由于各别的所述选定数目的所述地面转发台与所述覆盖区域大致中心之间距离上的差别造成的。
27.权利要求26的方法，其中，所述校正步骤中包括这样的步骤，它补偿将所述卫星信号变换成所述地面转发信号中引入的延时。
28.一种向接收机提供广播节目的方法，包括步骤：
接收卫星信号，它们是应用仅仅时间分集或是时间和空间分集传输出的，在对所述卫星信号进行最大似然组合时将包含所述广播节目；
接收一个传输自地面转发台、包含有所述广播节目的地面转发信号；
确定出所述最大似然组合的卫星信号和所述地面转发信号中哪一个有最好的信号质量；
选择出具有最好输出信号质量的或是所述最大似然组合的卫星信号、或是所述地面转发信号；以及
除非满足一个选定的条件，抑制住从所述选定的信号到另一个信号的切换，该另一个信号为所述最大似然组合的卫星信号和所述地面转发信号之一。
29.权利要求28的方法，其中，所述选定的信号质量条件对应于接收地面转发信号时对于误比特率的一个选定阈值。
30.权利要求29的方法，其中，当所述地面转发信号被选定而所述最大似然组合的卫星信号被抑制时的所述选定误比特率阈值，大于当所述最大似然组合的卫星信号被选定而所述地面转发信号被抑制时的所述选定误比特率阈值。
31.权利要求28的方法，其中，所述最大似然组合的卫星信号和所述地面转发信号并不实施时间分集或时间和空间分集。
32.权利要求28的方法，其中，接收所述卫星信号的所述接收步骤中还包括这样的步骤，它延时所述卫星信号以补偿从所述卫星信号中产生所述地面转发信号时在所述地面转发台上引入的延时。
33.权利要求32的方法，其中，所述卫星信号是时分复用信号，并应用时分复用/多载波调制变换成所述地面转发信号。
34.权利要求33的方法，其中，在所述地面转发台上引入的所述延时对应于处理所述卫星信号的时间，其间将所述卫星信号从所述时分复用信号变换成在所述地面转发台上的时分复用/多载波调制波形。
35.权利要求28的方法，其中，所述卫星信号是时分复用信号，并应用时分复用/多载波调制在所述地面转发信号中变换成时分复用/多载波调制波形，以产生出所述地面转发信号，由移动接收机接收和恢复出所述时分复用信号和所述时分复用/多载波调制波形两者。
36.权利要求28的方法，其中，所述卫星信号是应用第一频率经由卫星传输的，所述地面转发信号是由至少一个地面转发台通过第二频率传输的，对于所述卫星信号的所述接收步骤和对于所述地面转发信号的所述接收步骤，由所述接收机中的至少一个装置分别以第一射频接收机部分和第二射频接收机部分予以实现。
37.权利要求28的方法，其中，所述卫星信号应用第一频率经由第一卫星传输，所述卫星信号又应用第二频率经由第二卫星传输，所述地面转发信号由至少一个地面转发台通过第三频率进行传输，对于所述卫星信号的所述接收步骤分别由工作于所述第一频率和所述第二频率上的第一接收机部分和第二接收机部分予以实现，又对于所述地面转发信号的所述接收步骤由所述接收机中的至少一个工作在所述第三频率上的第三接收机部分予以实现。
38.一种向接收机提供广播节目的方法，包括步骤：
接收包含有所述广播节目的卫星信号，所述卫星信号的特征是给出单个广播数据流，包含有与所述广播节目相对应的一个早信道，以及带有至少一部分所述广播节目的一个迟信道，后者在传输之前延时一个选定的时段，所述早信道和所述迟信道各有一个同步码，所述广播数据流是由工作在一个选定码率上的母卷积编码器已经编码的；
使所述早信道延时所述选定的时段；以及
在工作于所述码率上的最大似然维特比译码器内将所述迟信道与所述早信道组合起来以恢复所述广播节目信号，其中并无接收所述早信道和所述迟信道中因不相关的障碍引起的任何信号中断。
39.权利要求38的方法，其中，所述广播数据流中包括用于移动接收的广播节目和用于固定接收的广播节目，而所述早信道中只包括用于移动接收的所述广播节目。
40.权利要求38的方法，还包括这样的步骤，从地面转发台上接收地面转发信号，又接收第二卫星信号，它包含有所述广播节目并相对于所述卫星信号提供出空间分集，所述地面转发信号和所述第二卫星信号每一个包含至少一部分所述广播节目和所述同步码，又，其中所述组合步骤包括步骤：
应用所述同步码使所述卫星信号，所述第二卫星信号和所述地面转发信号对准；以及
应用所述卫星信号、所述第二卫星信号和所述地面转发信号中的至少一个组合产生输出信号。
41.权利要求40的方法，其中，所述早信道和所述迟信道分别只指配给所述卫星信号和所述第二卫星信号。
42.权利要求40的方法，还包括这样的步骤，接收包含有所述广播节目并相对于所述卫星信号提供空间分集的第二卫星信号，其中，所述卫星信号和所述第二卫星信号是从地球同步轨道上不同轨道位置的卫星传输出的。
43.权利要求40的方法，还包括这样的步骤，接收包含有所述广播节目并相对于所述卫星信号提供空间分集的第二卫星信号，其中，所述卫星信号和所述第二卫星信号是从3个或4个不同的椭圆轨道卫星上传输出的，这些轨道相对于地球赤道以一个恒星日周期倾斜大约63°。
44.一种在发射机上实施的准备方法，它为接收机上维特比卷积译码器的最大似然接收提供准备，包括步骤：
应用终卷积编码器以选定的编码率对广播节目进行编码，在传输站上产生母卷积输出比特；
通过对母卷积编码输出比特的收缩在所述传输站上产生两个较高码率的卷积编码流，得到收缩编码比特的第一集合和收缩编码比特的第二集合；
将收缩编码比特的所述第一集合指配给不延时的早信道；
将收缩编码比特的所述第二集合指配给迟信道；
使所述迟信道相对于所述早信道延时一个选定的时段；以及
传输出所述早信道和所述迟信道，所述选定的延时时段使得在移动接收机上业务阻断时所述迟信号与所述早信号具有不相关性，阻断的发生是由于在所述移动接收机与所述发射机之间的物理障碍损害了所述移动接收机的接收。
45.权利要求44的方法，其中，所述编码率为R＝1/3。
46.权利要求45的方法，其中，所述较高码率卷积编码流是以编码率R＝3/4产生出的。
47.权利要求46的方法，其中，所述产生步骤中包括这样的步骤，对于所述第一广播信道的编码比特来说每18比特使用8个，对于所述互补集的所述18比特使用另外8个以构成第二广播信道的编码比特。
48.权利要求44的方法，其中，所述早信道和所述迟信道在接收机上组合一起以重现所述广播节目，它并无所述业务阻断那样的不相关中断。
49.权利要求48的方法，其中，所述早信道和所述迟信道各包含至少一个同步码，并进一步包括步骤：
使接收的所述早信道延时所述选定的时段；
使接收的所述早信道和所述迟信道每一个中的所述同步码相关联；
相对于接收到的所述迟信道，对所述早信道作出的延时进行细化的校准，校准到一个符号之宽度的一个分数值之内，以及通过使所述相关步骤得到的关联尖峰相符合而校准到所述广播节目内的一个比特上；以及
在软判决维特比译码器上使接收的所述早信道中的比特最大似然地与所述迟信道组合，其产生的输出信号中没有因所述物理障碍引起的非相关的业务中断。
50.权利要求49的方法，其中，所述软判决维特比译码器工作在所述母卷积编码器的所述选定编码率上。
51.权利要求49的方法，其中，所述选定的编码率为R＝1/3。
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