CN1656713A - 卫星通信系统中使能无线返回信道信号传输的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线接收的方法。将系统时间基准发送至多个用户，以建立基于该系统时间基准的精确频率基准。使用从根据系统时间基准建立的精确的频率基准所合成的载频，从多个用户无线地接收返回信道信号。

Description

卫星通信系统中使能无线返回信道信号 传输的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及卫星通信，更具体地，涉及不需要电话线连接而使能在诸如卫星电视广播系统的系统中的返回信道信号传输的方法和装置。
背景技术
使用对地同步卫星来分发电视信号在广播工业中是公知的，并且对于使电视分发系统发生巨大变化起到了帮助。如公知的，存在许多占用所谓的“对地同步轨道”环绕地球运行的通信卫星，这意味着相对于地球上的固定点卫星看起来是固定的。这些卫星接收源于地球的电视信号(即“上行链路”信号)，并将该信号转发回地球(即“下行链路”信号)。尽管这样的卫星一般使用定向天线来发送下行链路信号，但是卫星的高海拔高度使得地球的大部分能够接收下行链路信号。因此，信号卫星能够将电视信号分发至整个大陆或大陆的大部分，并且这样的大陆上的接收天线能够从多个这样的卫星接收信号。
卫星电视向用户提供大量频道，从这些频道中选择包括免费、收费和付费节目(PPV)频道。免费和收费频道一般被制作为关于固定的每月的收费对于用户是可用的，而付费节目(PPV)频道一般允许用户关于固定的观看收费观看希望的电影或视频。为了供应对于这样的频道观看的自动记账服务，用户的卫星信号接收机一般必须被连接到耦合至本地电话交换网的电话插孔。这一连接创建了一条“返回信道”，通过该信道用户记账信息能够被发送至用于帐单准备的预定地点。
使用电话线返回信道常常会给用户和服务供应商造成问题。对于用户，电话线返回信道是有问题的，由于它最好紧密接近电话插孔，它常常限制卫星信号接收机所能放置的地点。可选地，用户被迫使用较长的电话线连接导线，其常常会导致不美观的外表。对于服务供应商，电话线返回信道是有问题的，因为服务供应商们一般必须为与返回信号传输有关的任何长距离付费。因此，需要返回信道有不使用现有的电话线的能力。
尽管希望，但是使用无线返回信道存在许多挑战。例如，在卫星电视系统中有相当大量的地理上分散的用户，对于用户的返回信道传输不可避免的要建立时间规程，以确保适当地接收到这样的传输。
发明内容
通过本发明的用于使能在诸如卫星电视广播系统的卫星通信系统中的无线返回信道信号的传输的方法和装置，解决了上述的问题以及现有技术中其他的相关问题。有利地，发送和接收无线返回信道信号，而不需要电话线连接。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线接收的方法。将系统时间基准发送至多个用户，以建立基于该系统时间基准的精确频率基准。使用从根据系统时间基准建立的精确的频率基准所合成的载频，从多个用户无线地接收返回信道信号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线接收的方法。将系统时间基准发送至多个用户中的每一个，以分别根据该系统时间基准建立时基。每个时基分别特定于多个用户中的一个。根据多个用户的时基，分别从多个用户无线地接收返回信道信号。
根据本发明的又一个方面，提供了一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线发送的方法。从所述至少一个卫星接收系统时间基准，以建立基于该系统时间基准的精确频率基准。从根据系统时间基准建立的精确的频率基准合成载频。使用所述载频，将所述返回信道信号无线地发送至至少一个卫星。
根据本发明的再一个方面，提供了一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线发送的方法。从所述至少一个卫星接收系统时间基准。从系统时间基准建立特定于用户的时基。根据特定于用户的时基，将所述返回信道信号无线地发送至至少一个卫星。
根据将要结合附图阅读的、优选实施例的如下的详细描述，本发明的这些和其他方面、特征和优点将变得清楚。
附图说明
结合附图，参考下面对本发明实施例的描述，本发明的上述和其他特征和优点以及达到它们的方式将变得更加清楚，并且本发明将得到更好的理解，其中：
图1是适合于实现本发明的示例性系统的示意图；
图2是根据本发明原理、适合于产生系统时间基准信号的示例性电路结构的示意图；
图3是根据本发明原理、适合于使能无线返回信道信号的传输的示例性电路结构的示意图；
图4是图解说明根据本发明示例性实施例、在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中发送和接收无线返回信道信号的方法的流程图。
此处陈述的范例图解说明了本发明的优选实施例，并且这样的范例不应以任意方式解释为限制本发明的范围。
具体实施方式
现在参照附图，特别是参照图1，示出了适合于实现本发明的示例性系统的示意图。具体地，图1的示例性系统100代表卫星电视广播系统。但是，预期本发明的原理可以应用于其他类型的系统。在图1中，系统100包括一个或多个对地同步卫星10，每个对地同步卫星具有一个或多个发射机应答器，用于使能数字信号的接收和发送。多个地面站11，每一个具有一个或多个高功率传输天线，将诸如正交相移键控(QPSK)数据分组的数字信号作为上行链路信号发送至卫星10。卫星10将接收的上行链路信号作为下行链路信号进行转发，以便由多个在空间上分布的用户12来接收。根据示例性实施例，卫星10在一个频带内从地面站11接收上行链路信号，并在不同频带内将下行链路信号发送至用户12。在图1的示例性系统100中，下行链路信号代表数字电视信号。因此，每一个用户12配备有卫星电视信号接收机以及一个或多个能够以一种或多种数字信号格式接收和发送数字信号的天线。根据优选实施例，每一个用户12配备有一个或多个能够接收数字正交相移键控(QPSK)信号，并发送数字扩频信号的天线。通过使用具有信号传输能力的天线，本发明有利地提供了不需要电话线连接的用于各种功能的返回信道。所述的功能包括，但是不限于用户记账、因特网连接、用户到用户的通信(例如，电子邮件消息)、广告回馈(例如，即兴购买、对于额外信息的请求、关于广告观看/效力的回馈等等)、以及用户启动的数据下载(例如，游戏、应用、软件、系统调试工具等)。
现在参看图2，示出了根据本发明原理的适于产生系统时间基准信号的示例性电路结构的示意图。根据优选实施例，可以在如图1所示的地面站11的一个或多个地面站提供图2的示例性电路结构。在图2中，频率发生器20产生预定的频率标准。这一频率标准应当是高度精确的，并且不必与由地面站11使用的任何数字调制设备的位时钟有关。计数器21接收由频率发生器20提供的频率标准并根据接收频率执行计数功能。将计数器21的状态(即，它的计数)用作将通过卫星10分发至多个用户12的系统时间基准值。并行至串行转换器22从计数器21接收计数值，并响应于时钟信号(CLK)顺序输出计数值作为系统时间基准值。位流汇编器23从并行至串行转换器23接收系统时间基准值，还从卫星10接收卫星参数(SP)数据。卫星参数(SP)数据可以包括卫星位置信息(例如，海拔高度、纬度、经度等等)或者可以从其计算出卫星位置信息的轨道参数。在使用多个卫星的系统中，轨道参数可以充分地不同，以确保多组卫星参数(SP)数据。
位流汇编器23汇编其接收的输入以产生返回信道控制数据，该返回信道控制数据可以具体化为数字数据的一个或多个分组。如所指出的，返回信道控制数据包括系统时间基准值、卫星参数(SP)数据，还可以包括诸如全球或寻址消息的其他数据。返回信道控制数据由地面站11作为上行链路数据发送至卫星10，并由卫星10作为下行链路数据转发至多个用户12。如下文中将要解释的，卫星电视信号接收机利用返回信道控制数据，以便能够根据本发明的原理产生无线返回信道信号。
现在参见图3，示出了根据本发明原理的适于使能无线返回信道信号的传输的示例性电路结构的示意图。图3的示例性电路结构可以包括在用户12的卫星电视信号接收机中。
由于相当大量的地理上分散的用户，本发明有利地建立了用于用户的返回信道传输的时间规程，以确保适当地接收到这样的传输。为此并且根据本发明的实施例，可以使用诸如扩频信号的正交代码，以消除用户的返回信道传输中的串扰。但是，为了利用用于返回信道传输的这种正交代码，必须紧密地控制用户返回信道传输中的时间对准，如通过本发明所达到的那样。
在图3中，从卫星10接收包括返回信道控制数据的输入位流作为下行链路信号。分组状态机30解析输入位流，并产生使能返回信道控制数据或其一部分的识别和提取的第一和第二控制信号。
串行至并行转换器31从分组状态机30接收第一控制信号，该分组状态机30使能该串行至并行转换器31从数据位流中提取返回信道控制数据的系统时间基准值部分。减法锁存器32从串行至并行转换器312接收提取的系统时间基准值，还从自由运行的本地时间计数器33接收计数值。减法锁存器32计算并锁存系统时间基准值与从本地时间计数器33提供的计数值之间的差值。滤波器34从减法锁存器32接收差值，并执行循环处理以保持接收的差值作为一个常量。也就是，滤波器34进行操作以保持接收的系统时间基准值与从本地时间计数器33提供的计数值之间的恒定差值。压控振荡器(VCO)35产生具有基于由滤波器34提供的电压的频率的信号。如图3中所示，压控振荡器(VCO)35用它的输出来计时本地时钟计数器。这样，滤波器34将电压提供至压控振荡器(VCO)35以增大或减小其频率输出，从而增大或减小计数本地时钟计数器33的频率。这一电路的一部分可以使用数字或模拟技术来实现。例如，本领域的一个技术人员将会认识到可以使用数字式数值控制的采样的数据振荡器，来代替模拟压控振荡器(VCO)35。
频率合成器36也接收来自压控振荡器(VCO)35的输出，并取决于那些输出而合成用于无线返回信道信号的载频。根据示例性实施例，由频率合成器36产生的载频大约是17GHz。这样，本发明有利地使用时间基准，来创建适合于使能返回信道信号的无线传输的频率基准。第二本地时间计数器37被用来提供用于调度返回信道传输和组帧返回信道信号的数据分组的稳定的时间基准。每当接收到系统时间基准值时启动第二本地时间计数器37，并通过来自压控振荡器(VCO)35的输出计时该第二本地时间计数器。
返回信道控制单元38接从分组状态机30接收第二控制信号，其使能返回信道控制单元38从输入位流提取返回信道控制数据。延迟计算单元39从返回信道控制单元38接收提取的返回信道控制数据，并使用该数据来计算对于特定用户12的另一个延迟值。特别的，由延迟计算单元39计算的延迟值等于：(从图2的计数器21到地面站11的发送天线的信号传播延迟时间)+(从地面站11的发送天线到卫星10的接收天线的信号传播延迟时间)+(卫星10的发射机应答器延迟时间)+(从卫星10的发送天线到用户12的接收天线的信号传播时间)+(从输入位流的接收到本地时间计数器37的载入的信号传播时间)。
除了从卫星10的发送天线到特定用户12的接收天线的信号传播延迟时间之外，前述延迟时间的每一个对于所有的用户12是相同的。因此，由于从卫星10的发送天线到特定用户12的接收天线的信号传播延迟时间的不同，由延迟计算单元39计算的延迟时间对于每个用户12是不同的。从卫星10的发送天线到特定用户12的接收天线的信号传播延迟时间可以从两个天线之间的距离来估计。这一距离可以从卫星10和特定用户12各自的三维位置来计算。对于卫星10的三维位置，可以从包括在返回信道控制数据中的卫星参数(SP)数据来计算。对于特定用户12的三维位置，可以从诸如峰值信号天线指示数据、安装时的卫星数据、地址、邮政区号、电话号码等用户信息来计算。
加法器40将由延迟计算单元39计算的延迟值与由本地时间计数器37提供的计数值相加，以产生总和值。这一加法操作起同步每个用户12的无线返回信道信号传输的作用。传输数据帧发生器41接收这一总和值，并根据由接收的总和值代表的时基、使用由频率合成器36产生的载频来使能无线返回信道信号的传输。根据优选实施例，传输数据帧发生器41根据对应于特定用户12的时基来使能无线返回信道信号的传输。这一时基使得如果系统100中所有的用户12根据时基发送他们的无线返回信道信号，则所有的返回信道信号将在相同的实时或在尽可能窄的时间窗口内到达卫星10。换句话说，从用户12的传输将在卫星10处被时间对准(例如，符号边界对准)至可能的程度。这一时基考虑了卫星10和各个用户12的每一个之间不同的传播延迟时间。根据优选的实施例，无线返回信道信号作为扩频信号从每个用户12发送至卫星10。卫星10将返回信道信号转发至地面，以通过预定的接收实体，诸如卫星电视记帐实体来接收。这一实体可以由图1中的地面站11来代表。由于来自用户12的传输在卫星10处被时间对准，因此返回信道信号同样以时间对准的方式被预定的接收实体所接收。
图4是图解说明根据本发明示例性实施例、在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中发送和接收无线返回信道信号的方法的流程图。为了图解说明，将关于在图1至3中所示的示例性实施例来描述图4的步骤。
地面站11产生包括系统时间基准值和卫星参数(SP)数据的数字位流，并在上行链路信号中将该数字位流发送至卫星10(步骤405)。地面站11可以使用诸如在图2中所示的电路结构。卫星10在下行链路信号中转发包括系统时间基准值和SP数据的数字位流，以便由一个或多个用户12接收(步骤410)。
用户12的卫星电视信号接收机从接收的系统时间基准产生精确的频率基准和精确的本地时钟(步骤415)。卫星电视信号接收机可以使用如图3中所示的电路结构。用户12的卫星电视信号接收机从精确的频率基准合成载频，以发送无线返回信道信号(步骤420)。用户12的卫星电视信号接收机计算精确本地时钟的偏移，以补偿对于每个用户12而变化的用户至卫星的距离(步骤425)。精确本地时钟的偏移可以从包括例如SP数据的多个数据来计算。从(更新的)精确本地时钟得到特别是对于给定的一个用户12的时基，用于控制对于该用户的传输时间(步骤430)。
分别根据特定于每个用户的时基并使用从精确频率基准合成的载频从每个用户12向卫星10发送无线返回信道信号(步骤435)。
最好使用正交扩频码发送无线返回信道信号。由于用户12是地理上分散的，用户12不得不在不同的时间(根据他们的时基)将他们的传输启动至相同的时隙，以便时间对准地到达卫星。每个用户12在以相同的时隙发送时将使用不同的正交扩频码。
这样，所有的无线返回信道信号将以时间对准的序列到达卫星10。如果独立产生的上行链路载波的分布频率较窄，并且时间对准较近，则多用户干扰将被忽略，并且将实现扩频码的满处理增益。
如此处所述，本发明有利地使用系统时间基准数据来使能返回信道信号的传输而不需要电话线连接。此外，建立时基，其使得时分多路传输方案(即，不同的用户被分配了不同的传输时隙)足以支持使用正交码的来自地理上分散的用户的返回信道传输。
尽管已经关于电视信号接收机描述了本发明，但本发明适用于具有或不具有显示器的各种系统，此处使用的诸如“卫星电视信号接收机”或“电视信号接收机”的短语往往包含各种类型的装置和系统，所述各种类型的装置和系统包括但不限于包含显示器件的电视机或监视器，以及诸如机顶盒、录像机(VTR)、数字多用途盘(DVD)播放器、视频游戏盒、或可以包括显示器件的个人录像机(PVR)的系统或装置。
尽管已将本发明描述为具有优选的设计，但是可以在本发明的精神和范围内进行进一步的修改。因此本发明试图覆盖任何使用其总原则的变化、使用或适应修改。此外，本发明试图包括这样的从本公开的背离作为在本发明所属的领域中的已知或惯用的实践，并且其在附加权利要求的限定之内。

Claims (34)

1.一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线接收的方法，该方法包括步骤：
将系统时间基准发送至多个用户，以建立基于该系统时间基准的精确频率基准；和
使用从根据系统时间基准建立的所述精确频率基准所合成的载频，从多个用户无线地接收返回信道信号。
2.一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线接收的方法，该方法包括步骤：
将系统时间基准发送至多个用户中的每一个，以分别根据该系统时间基准建立时基，每个时基分别特定于多个用户中的一个；和
根据多个用户的时基，分别从多个用户无线地接收返回信道信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中以分别对应于多个用户的时基的时间对准序列从多个用户无线地接收返回信道信号。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述时基用于时间对准由多个用户在向至少一个卫星的传输中使用的扩频代码，以便建立时间同步的多用户正交扩频信号，并且从多个用户无线地接收返回信道信号作为时间同步的多用户正交扩频信号。
5.如权利要求2所述的方法，其中使用对应于全球时分多址方案的传输时隙从多个用户无线地接收返回信道信号。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述卫星通信系统还具有至少一个基于地面的站，并且所述方法进一步包括最初从该至少一个基于地面的站接收系统时间基准的步骤。
7.如权利要求2所述的方法，还包括将从多个用户接收的返回信道信号无线地发送至预定的基于地面的接收实体的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其中以时间对准序列将返回信道信号无线地发送至预定的基于地面的接收实体。
9.一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线发送的方法，该方法包括步骤：
从所述至少一个卫星接收系统时间基准，以建立基于该系统时间基准的精确频率基准，
从根据系统时间基准建立的精确频率基准合成载频；和
使用所述载频，将所述返回信道信号无线地发送至至少一个卫星。
10.一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线发送的方法，该方法包括步骤：
从所述至少一个卫星接收系统时间基准，
从系统时间基准建立特定于用户的时基；和
根据特定于用户的时基，将返回信道信号无线地发送到至少一个卫星。
11.如权利要求10所述的方法，其中将所述返回信道信号无线地发送至少一个卫星，以便形成与多个用户中的另一个的无线传输的时间对准序列。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述特定于用户的时基用于分别从由多个用户在向至少一个卫星传输时使用的多个扩频码中时间对准一个扩频码，以便建立时间同步的多用户正交扩频信号，并且将返回信道信号作为时间同步的多用户正交扩频信号无线地进行发送。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述无线发送步骤利用正交扩频代码来最小化多用户干扰。
14.如权利要求10所述的方法，其中使用对应于全球时分多址方案的传输时隙无线地发送返回信道信号。
15.如权利要求10所述的方法，还包括从系统时间基准得到特定于用户的本地时钟的步骤，其中所述建立步骤利用特定于用户的本地时钟建立特定于用户的时基。
16.如权利要求15所述的方法，还包括步骤：计算特定于用户的本地时钟的偏移，以补偿到至少一个卫星的、各不相同的用户距离。
17.如权利要求16所述的方法，还包括从至少一个卫星接收卫星参数数据的步骤，其中所述计算步骤包括使用至少SP数据计算特定于用户的本地时钟的偏移的步骤。
18.一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线接收的装置，该装置包括：
发射机，用于将系统时间基准发送至多个用户，以建立基于该系统时间基准的精确频率基准；和
接收机，使用从根据系统时间基准建立的精确频率基准所合成的载频，从多个用户无线地接收返回信道信号。
19.一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线接收的装置，该装置包括：
发射机，将系统时间基准发送至多个用户中的每一个，以分别根据该系统时间基准建立时基，每个时基分别特定于多个用户中的一个；和
接收机，根据多个用户的时基，分别从多个用户无线地接收返回信道信号。
20.如权利要求19所述的装置，其中以分别对应于多个用户的时基的时间对准序列从多个用户无线地接收返回信道信号。
21.如权利要求19所述的装置，其中所述时基用于时间对准由多个用户在向至少一个卫星的传输中使用的扩频代码，以便建立时间同步的多用户正交扩频信号，并且所述接收机从多个用户无线地接收返回信道信号作为时间同步的多用户正交扩频信号。
22.如权利要求19所述的装置，其中所述接收机使用对应于全球时分多址方案的传输时隙从多个用户无线地接收返回信道信号。
23.如权利要求19所述的装置，其中所述卫星通信系统还具有至少一个基于地面的站，并且所述接收机最初从该至少一个基于地面的站接收系统时间基准。
24.如权利要求19所述的装置，其中所述发射机将从多个用户接收的返回信道信号无线地发送至预定的基于地面的接收实体。
25.如权利要求24所述的装置，其中所述发射机以时间对准序列将返回信道信号无线地发送至预定的基于地面的接收实体。
26.一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线发送的装置，该装置包括：
接收机，用于从所述至少一个卫星接收系统时间基准，以建立基于该系统时间基准的精确频率基准，
频率合成器，用于从根据系统时间基准建立的精确频率基准合成载频；和
发射机，用于使用所述载频，将所述返回信道信号无线地发送至至少一个卫星。
27.一种用于使能在具有至少一个卫星和多个用户的卫星通信系统中的返回信道信号的无线发送的装置，该装置包括：
接收机，用于从所述至少一个卫星接收系统时间基准，
时基电路，用于从系统时间基准建立特定于用户的时基；和
发射机，用于根据特定于用户的时基，将所述返回信道信号无线地发送到至少一个卫星。
28.如权利要求27所述的装置，其中所述接收机将所述返回信道信号无线地发送到至少一个卫星，以便形成与多个用户中的另一个的无线传输的时间对准的序列。
29.如权利要求28所述的装置，其中所述特定于用户的时基用于分别从由多个用户在向至少一个卫星传输时使用的多个扩频码中时间对准一个扩频码，以便于建立时间同步的多用户正交扩频信号，并且所述发射机将返回信道信号作为时间同步的多用户正交扩频信号无线地进行发送。
30.如权利要求28所述的装置，其中所述发射机利用正交扩频代码来最小化多用户干扰。
31.如权利要求27所述的装置，其中所述发射机使用对应于全球时分多址方案的传输时隙无线地发送返回信道信号。
32.如权利要求27所述的装置，还包括特定于用户的本地时钟，其中所述时基电路使用特定于用户的本地时钟来建立特定于用户的时基。
33.如权利要求32所述的装置，还包括偏移计算器，用于计算特定于用户的本地时钟的偏移，以补偿到至少一个卫星的、各不相同的用户距离。
34.如权利要求33所述的装置，其中所述接收机还从至少一个卫星接收卫星参数数据，其中所述偏移计算器使用至少SP数据计算特定于用户的本地时钟的偏移。
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