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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren, um Dopplerverschiebungs-, Mehrweg- und/oder Rauscheffekte für einen mobilen Empfänger zu verringern oder abzuschwächen, und insbesondere ein System und ein Verfahren, um die Dopplerverschiebungs-, Mehrweg- und/oder Rauscheffekte für einen Fernsehempfänger an einem Fahrzeug unter Verwendung einer Kartendatenbank, eines GPS-Empfängers und/oder einer verstellbaren Antenne zu verringern oder abzuschwächen.
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2. Diskussion der betreffenden Technik
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Ein herkömmliches Ausstrahlen von Daten, beispielsweise von Fernsehübertragungssignalen, verwendet typischerweise Analogsignale. In Nordamerika werden Fernsehstationen zu einem digitalen Format übergehen, bei dem die Fernsehübertragungssignale typischerweise unter Verwendung eines Datenrahmenprotokolls des Advanced Television Standards Committee (ATSC) erzeugt und übertragen werden, das Fachleuten wohlbekannt ist. Mit dem Aufkommen von Ausstrahlungstechniken mit digitalen Daten erfordert die gleiche Menge an Information, die ausgestrahlt werden soll, eine geringere Bandbreite im Vergleich zu einem Ausstrahlen von Analogsignalen. Daher erlaubt das Ausstrahlen von Daten unter Verwendung von digitalen Signalen, dass für eine gegebene Bandbreite zusätzliche Daten ausgestrahlt werden, während die Programme weiterhin mit hoher Qualität geliefert werden. Die zusätzlichen Daten können für viele Anwendungen verwendet werden, einschließlich einer alternativen Fernsehprogrammierung und anderer datenbezogener Dienste, welche die Übertragung von Wetterinformation, Verkehrsinformation sowie von Audio- und Videodateien umfassen. Ferner ermöglicht der Übergang zu einer digitalen Fernsehübertragung eine neue Empfängertechnologie.
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Die Daten werden allgemein in der Form von mehreren Datenrahmen übertragen. Jeder Datenrahmen, der an einen sich nicht bewegenden Empfänger übertragen wird, umfasst typischerweise einen Rahmensynchronisationsabschnitt und einen Datenabschnitt. Der Rahmensynchronisationsabschnitt ermöglicht es, den Empfänger derart mit dem empfangenen Signal abzustimmen, dass das übertragene Signal durch den Empfänger empfangen und entschlüsselt werden kann. Gemäß einer Technik stimmt der Rahmensynchronisationsabschnitt den Empfänger mit dem empfangenen Signal ab, indem Entzerrungskoeffizienten in dem Empfänger eingestellt werden.
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Nach einer bestimmten Zeitdauer verliert ein sich nicht bewegender Empfänger die Synchronisation mit dem ankommenden Signal. Dies geschieht infolge einer Datendispersion, die durch einen Mehrwegschwund während der Signalausbreitung verursacht wird. Der Mehrwegschwund verursacht Fehler, welche die Qualität des Empfangs beeinträchtigen. Die Fehler beruhen auf einer Nachbarsymbolinterferenz (ISI, von intersymbol interference). ISI ist eine Form einer Signalstörung, bei der ein Symbol mit einem nachfolgenden Symbol interferiert. Dies ist ein unerwünschtes Phänomen, da die vorhergehenden Symbole eine ähnliche Auswirkung auf das Rauschen aufweisen, wodurch die Kommunikation weniger zuverlässig gemacht wird. Es können Entzerrer verwendet werden, um die ISI zu korrigieren. Daher ist der Empfänger in dem Fall von sich nicht bewegenden Empfängern unter Verwendung der Rahmensynchronisation nach jedem vordefinierten Zeitintervall für einen kontinuierlichen Empfang der Daten ohne jeglichen signifikanten Verlust mit den empfangenen Signalen abgestimmt.
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Bei einem sich bewegenden Empfänger erleidet der Datenrahmen eine zusätzliche Dispersion, die durch die Dopplerverschiebung zusammen mit der Verzerrung verursacht wird, die durch die ISI aufgrund des Mehrwegschwunds verursacht wird. Daher muss ein Empfänger in einem sich bewegenden Fahrzeug für einen erfolgreichen Empfang der Daten ohne jeglichen signifikanten Verlust im Vergleich zu einem stationären oder sich nicht bewegenden Empfänger häufiger erneut mit den ankommenden Datenrahmen synchronisiert werden. Empfänger in einem sich bewegenden Fahrzeug sind jedoch aufgrund des Zeitintervalls zwischen der Übertragung der synchronisierten Daten nicht in der Lage, die Verzerrerkoeffizienten so schnell wie gewünscht einzustellen, was einen Verlust der Synchronisation und einen Verlust eines signifikanten Anteils der Daten verursacht.
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Ferner wird die Empfangsqualität durch Mehrwegeffekte verringert. Mehrwegeffekte treten dadurch auf, dass der Empfänger das ausgestrahlte Signal von dem Sendemast dadurch aus mehreren Richtungen empfängt, dass das ausgestrahlte Signal an Objekten zwischen dem Mast und dem Empfänger reflektiert wird, wie beispielsweise Gebäuden, dem Gelände, etc. Da die verschiedenen Signale zu unterschiedlichen Zeiten von dem Empfänger empfangen werden, sind sie bezogen aufeinander außer Phase, was die Fähigkeit des Empfängers beeinträchtigt, die Signale zu verarbeiten.
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Gegenwärtige und zukünftige Fahrzeuge können Kartendatenbanken, Verkehrsinformationssysteme, Unterhaltungssysteme usw. umfassen, die eine kontinuierliche oder nahezu kontinuierliche Aktualisierung erfordern, um effektiv zu sein. Typischerweise müssen die Aktualisierungstechniken für diese Typen von Systemen mit niedrigen Kosten verbunden sein, um marktfähig zu sein. Das Ausstrahlen von Daten unter Verwendung des ATSC-Digitalfernsehens ist eine mögliche Technik, um eine solche Technik mit niedrigen Kosten zu liefern. Ferner kann es bei einigen Fahrzeugen oder Fahrzeugsystemen wünschenswert sein, ausgestrahlte Fernsehsignale unter Verwendung von ATSC-Signalen zu empfangen.
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Aus der
DE 10 2008 010 126 A1 ist System bekannt, um den Empfang von Fernsehsignalen, die von einem Sendemast ausgestrahlt werden, an einer bewegbaren Plattform zu verbessern. Das System umfasst an der bewegbaren Plattform einen GPS-Empfänger, der Informationen liefert, die den Ort der bewegbaren Plattform identifizieren, eine Kartendatenbank, die den Ort von Merkmalen um die bewegbare Plattform herum, einschließlich des Orts des Sendemastes, identifiziert, einen Fernsehempfänger, der die ausgestrahlten Signale verarbeitet, die von dem Sendemast empfangen werden, und eine Antenne, welche die vom Sendemast ausgestrahlten Signale empfängt und an den Fernsehempfänger sendet, um sie zu verarbeiten. Der Fernsehempfänger korrigiert eine durch die Bewegung der bewegbaren Plattform relativ zum Sendemast verursachte Dopplerverschiebung, indem mittels eines Vorwärtsvektors, der auf der Geschwindigkeit und der Richtung der bewegbaren Plattform basiert, und eines Mastvektors, der auf der Geschwindigkeit und der Richtung der bewegbaren Plattform relativ zum Sendemast basiert, die relative Geschwindigkeit der bewegbaren Plattform bezüglich des Sendemastes ermittelt wird.
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Die
EP 1 460 780 B1 beschreibt ein ähnliches System, das allerdings keine Kartendatenbank, aber eine verstellbare Antenne umfasst.
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Auch in der
US 6,593,880 B2 ist ein ähnliches System mit verstellbarer Antenne beschrieben.
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Schließlich beschreibt die
JP H07-7682 A ebenfalls ein ähnliches System mit einer mechanisch verstellbaren Antenne.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zu schaffen, das den Empfang von ausgestrahlten Fernsehsignalen an einer bewegbaren Plattform auch bei starken ortsabhängigen Schwankungen der ausgestrahlten Fernsehsignale kostengünstig verbessert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung werden ein System und ein Verfahren offenbart, um die Dopplerverschiebungs-, Mehrweg- und/oder Rauscheffekte für einen mobilen Empfänger abzuschwächen, wie beispielsweise an einem Fahrzeug, das ausgestrahlte Fernsehsignale empfängt. Das Fahrzeug kann eine Kartendatenbank und einen GPS-Empfänger aufweisen, die kombiniert werden, um den Ort des Fahrzeugs auf der Straße zu identifizieren. Die Kartendatenbank umfasst auch den Ort von Sendemasten, von denen das Fahrzeug die Fernsehsignale empfangen kann. Der Empfänger an dem Fahrzeug umfasst eine rotierbare oder verstellbare Antenne, die entweder mechanisch oder elektronisch in Richtung auf einen Sendemast ausgerichtet werden kann, der das Signal ausstrahlt, welches das Fahrzeug zu empfangen wünscht. Daher können Mehrwegeffekte und andere Rauschbedingungen abgeschwächt oder beseitigt werden, indem die Antenne präziser in Richtung auf die Quelle eines Signals ausgerichtet wird. Ferner kann der Empfänger an dem Fahrzeug die Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und die Richtung des ausstrahlenden Mastes verwenden, um die Bewegung des Fahrzeugs relativ zu dem Mast zu ermitteln, um die Dopplerverschiebung zu korrigieren. Die Kartendatenbank kann auch ortsabhängige Kanaleigenschaften für das Signal von einem Sendemast umfassen, insbesondere in dem Fall von identifizierten Störungszentren, um die Anpassung des Empfängers an das Signal zu unterstützen.
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Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche offensichtlich werden, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gesetzt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs, das sich relativ zu Fernsehsendemasten auf einer Straße bewegt; und
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2 ist eine vereinfachte Draufsicht des in 1 gezeigten Fahrzeugs, das einen Fernsehempfänger, eine Kartendatenbank und einen GPS-Empfänger aufweist, die verwendet werden, um die Richtung der Sendemasten relativ zu der Bewegung des Fahrzeugs zu ermitteln.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die nachfolgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein System und ein Verfahren gerichtet ist, um die Dopplerverschiebungs-, Mehrweg- und/oder Rauscheffekte für einen bewegbaren Empfänger abzuschwächen, der ausgestrahlte Fernsehsignale empfängt, ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungsmöglichkeiten oder Verwendungen einzuschränken. Die vorliegende Erfindung weist beispielsweise eine spezielle Anwendung für einen Fernsehempfänger an einem Fahrzeug auf. Wie Fachleute einsehen werden, können das System und das Verfahren der Erfindung jedoch eine Anwendung bei anderen mobilen Empfängern als Fahrzeugempfängern aufweisen.
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1 ist eine Draufsicht eines in Verbindung mit einem Fahrzeug 12 verwendeten Systems 10, das dem Fahrzeug 12 erlaubt, ausgestrahlte Fernsehsignale effektiver zu empfangen, indem die Effekte der Dopplerverschiebung verringert oder abgeschwächt werden, die aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs 12 auftritt, und indem Mehrwegeffekte verringert oder abgeschwächt werden. Das Fahrzeug 12 ist derart gezeigt, dass es entlang einer Straße 14 fährt.
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2 ist eine Draufsicht des Fahrzeugs 12, die verschiedene Systeme an diesem zeigt, einschließlich eines Navigationssystems 16, eines Unterhaltungssystems 18, einer Kartendatenbank 20, eines Fernsehempfängers 22, der die ausgestrahlten Signale empfängt, und eines GPS-Empfängers 24, die alle Fachleuten wohlbekannt sind. Das Fahrzeug 12 weist eine rotierbare oder verstellbare Antenne 26 auf, die in Richtung auf einen speziellen Sendemast 28 gesteuert werden kann, der Fernsehsignale ausstrahlt, welche die Fahrzeuginsassen gegenwärtig zu empfangen wünschen. Mehrere Sendemasten 28 sind gezeigt, welche die Signale für mehrere unterschiedliche Fernsehkanäle ausstrahlen können, die der Empfänger 22 empfangen kann. Ein Mastvektor 30 repräsentiert die Richtung und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 relativ zu der Position des Mastes 28, und ein Vorwärtsvektor 32 repräsentiert die Geschwindigkeit und die Richtung des Fahrzeugs 12 entlang seiner Bewegungsrichtung auf der Straße 14.
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Die Kartendatenbank 20 umfasst Information, welche die Straße 14, die Sendemasten 28 und andere Punkte von Interesse zeigt, die eine Fahrzeugdatenbank umfassen kann, wie beispielsweise Restaurants, Tankstellen, Krankenhäuser usw. Der GPS-Empfänger 24 identifiziert den Ort des Fahrzeugs 12, der mit der Straße 14 derart korreliert ist, dass das Navigationssystem 16 den Ort des Fahrzeugs 12 auf einer Karte in dem Fahrzeug 12 auf eine Weise anzeigen kann, die in der Technik gut verstanden wird. Die ausgestrahlten Signale von dem Mast 28 umfassen Video- und Audiosignale, die einem speziellen Kanal zugeordnet sind, den der Mast 28 ausstrahlt.
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Die Signale von dem Sendemast 28 können auch Daten umfassen, die ein Teil der Rahmensätze in der ausgestrahlten digitalen Information sind, der von dem Fernsehempfänger nicht verwendet wird, aber zu anderen Zwecken verwendet werden kann, wie beispielsweise zum Aktualisieren des Unterhaltungssystems 18 und der Kartendatenbank 20. Ferner ermöglicht der Empfänger 22, dass das Unterhaltungssystem 18 die Video- und Audiosignale verwendet, die von dem Mast 28 ausgestrahlt werden, so dass die Insassen in dem Fahrzeug 12 die ausgestrahlten Fernsehkanäle ansehen können. Um jedoch dem Empfänger 22 zu erlauben, die ausgestrahlten Signale bei Anwesenheit verschiedener schädlicher Effekte effektiv zu empfangen, wie beispielsweise der Dopplerverschiebung, der Mehrwegeffekte, des Rauschens usw., wie oben diskutiert, müssen bestimmte Maßnahmen an dem Fahrzeug 12 ergriffen werden.
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Um die Effekte der Dopplerverschiebung zu überwinden, empfängt der Empfänger 22 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal entweder von dem GPS-Empfänger 24, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht gezeigt) an dem Fahrzeug 12 oder mittels einer anderen geeigneten Technik, welche die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 identifiziert. Der Empfänger 22 kennt durch eine Kompassrichtung oder auf eine andere Weise auch die Richtung des Fahrzeugs 12 und kann daher den Vorwärtsvektor 32 berechnen. Der Empfänger 22 kennt auch die Richtung eines speziellen Mastes 28 anhand der Kartendatenbank und der GPS-Information und kann daher den Mastvektor 30 unter Verwendung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugrichtung und der Richtung des Mastes 28 berechnen. Anhand dieser Information kann der Empfänger 22 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 12 relativ zu dem Mast 28 mittels des Dreiecks berechnen, das durch die Vektoren 32 und 30 gebildet wird. Dadurch kann der Empfänger 22 die Bewegung des Fahrzeugs 12 relativ zu dem Mast 28 kompensieren und dadurch die Dopplerverschiebung ausgleichen. Folglich kann der Empfänger 22 mit den ausgestrahlten Signalen von dem Mast 28 abgestimmt bleiben, wenn er sich bewegt.
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Da die Antenne 26 verstellbar ist, kann sie ferner in Richtung auf den Mast 28 ausgerichtet werden, da der Empfänger 22 die exakte Richtung des Mastes 28 anhand der Kartendatenbank und der GPS-Information kennt. Indem die Antenne 26 in Richtung auf den Mast 28 ausgerichtet wird, kann ein Fokussierungseffekt geschaffen werden, bei dem andere Signale, die nicht aus der Richtung des Mastes 28 stammen, die Antenne 26 nicht signifikant beeinflussen oder von dieser empfangen werden. Diese anderen Effekte können Rausch- und Mehrwegeffekte infolge von Reflexionen des Signals an verschiedenen Strukturen, wie beispielsweise Gebäuden, in der speziellen Umgebung umfassen, in der das Fahrzeug 12 fährt. Eine beliebige geeignete Technik zum Steuern der Antenne 26 kann verwendet werden, ganz gleich, ob es sich um einen mechanischen Steuermechanismus oder einen elektronischen Steuermechanismus handelt, wie beispielsweise eine digitale Strahlformung. Indem ein kleiner Winkel für die Antenne 26 vorgesehen wird, kann anderes interferierendes Rauschen beseitigt werden.
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Zusätzlich kann die Kartendatenbank den Ort von Totzonen in der Kartendatenbank 20 speichern, die mit dem Empfang der Signale von dem Sendemast 28 verbunden sind. Diese Totzonen können durch eine beliebige Anzahl von Merkmalen verursacht werden, wie beispielsweise Tälern, großen Gebäuden, Bäumen, usw. Durch die Kenntnis, wo die Totzonen relativ zu einem speziellen Sendemast 28 angeordnet sind, kann die Ausrichtung der Antenne 26 dementsprechend derart geändert werden, dass die Antenne 26 anstelle des direkten Signalempfangs Reflexionen an verschiedenen Strukturen von dem Sendemast 28 empfängt. Ferner kann die Verstärkung der Antenne 26 erhöht werden, so dass das Signal leichter empfangen wird.
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Die Kartendatenbank 20 kann auch ortsabhängige Kanaleigenschaften für das Signal von einem Sendemast 28 umfassen, insbesondere in dem Fall von identifizierten Störungszentren, um die Anpassung des Empfängers 22 an das Signal zu unterstützen.
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Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt nur beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird anhand einer solchen Diskussion und anhand der begleitenden Zeichnungen und Ansprüche leicht erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Abwandlungen darin durchgeführt werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird.
