專利名稱：用于提供無線通信系統中的魯棒性接收的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及通信系統，更具體地涉及無線系統，例如陸地 廣播、蜂窩、無線-高保真(Wi-Fi)、衛星等系統。
背景技術：
在許多無線通信系統中，關鍵問題是接收機可能接收到一些頻道 (或信號)的傳輸而不是所有頻道的傳輸。例如，在美國的陸地廣播 電視(TV)系統中， 一個城市可能典型地具有在地理位置上分離的5 至15個陸地發射機，每一個陸地發射機在特定頻道(或多個頻道)上 廣播內容。然而，山于電視機的地理位置的原因，電視機可能僅能夠 接收到特定地理區域內所廣播的頻道的子集。確實，對于像ATSC-DTV (高級電視系統委員會-數字電視)系統(例如，參見美國高級電視系 統委員會的"ATSC Digital Television Standard" 'Document A/53， S印tember 16， 1995以及"Guide to the Use of the ATSC Digital Television Standard" ， Document A/54, October 4， 1995)的現代數字通信系統來說，特定區域的覆蓋取決于電視機的位置是公知的。這 在圖l中進一步示出。地理區域包括陸地ATSC-DTV發射塔T,、 T2、 L和 T4，分別用于廣播與頻道l、 2、 3和4相關的內容。(對于這個例子，假 定每一個發射塔僅廣播單一頻道的節目。)在這個地理區域中存在兩個 電視機(電視機10和電視機20)。如圖l的點線箭頭所示，電視機10僅 能夠接收可用頻道的子集，即頻道2、 3和4。同樣，圖l中的虛線箭頭
示出電視機20僅能夠接收頻道1、 2和4。當今沒有能夠緩解該問題的解決方案。發明內容目前，ATSC-DTV系統提供了大約19Mbits/sec (百萬比特每秒) 來傳輸MPEG2壓縮的HDTV (高清TV)信號(MPEG2是指運動圖像專家組 (MPEG) -2系統標準(ISO/IEC 13818-1))。同樣，單一物理傳輸頻道 (PTC)中可以安全地支持約4至6個標準清晰度TV頻道而不會發生擁 塞。另外，這個傳輸流中保留了足夠的帶寬以提供若干附加的低帶寬 非常規服務，例如天氣播報、股票指數、頭條新聞、家庭采購等。事 實上，由于MPEG2編碼和高級codec (編碼器/解碼器)技術(例如H. 264 或VC工)的引入所帶來的改進，PTC中可用的附加多余容量變得越來越 大。已經觀察到，這個多余容量可以用于提供一種用于提供無線通信 系統中魯棒性接收的方法和裝置。具體地，根據本發明的原理， 一種 用于傳遞特定頻道的節R的傳輸流包括輔頻道，輔頻道傳遞與其它頻 道相關的多個較低分辨率的節目。因此，如果接收機由于位置關系而 難以接收特定頻道時，接收機可以調諧至與另一個頻道相關的更強的 信號，并從其中傳遞的輔頻道中恢復期望的節目的較低分辨率版本。在本發明的實施例中， 一種用于發射數字復用的TV提供者的 ATSC-DTV發射機包括主頻道和輔頻道。主頻道包括一個或更多個由TV 提供者提供的高清TV (HDTV)頻道；而輔頻道重播與其它ATSC-DTV發 射機廣播的頻道相關的多個較低分辨率的節目。在本發明的另一個實施例中， 一種ATSC-DTV接收機執行提供陸地 視頻信號的更加魯棒性接收的方法。示意性地，ATSC-DTV接收機最初 調諧至與期望頻道相關的PTC。如果ATSC-DTV接收機確定沒有可用信號 (例如相關的接收信號的強度指示符(RSSI)小于預定值)，則ATSC-DTV 接收機調諧至另一個PTC，并在檢測時從其中傳遞的輔頻道中恢復期望 的節目。在本發明的另一個實施例中，節目內容體現在一種數據承載信號
中，所述數據承載信號包括至少一個載波，而且所述數據承載信號表 示用于傳遞至少一個主頻道和輔頻道的節目內容的多個分組，其中， 輔頻道重播來自其它頻道的較低分辨率的節目內容。
圖1示出了陸地電視廣播區域中的接收問題；圖2示出了根據本發明原理的陸地廣播；圖3示出了體現本發明原理的發射機的示意性框圖；圖4示出了根據本發明原理用于圖3中的發射機的示意性流程圖；圖5示出了根據本發明原理的示意性信號格式的一部分；圖6示出了圖2所示的陸地廣播布置中的主頻道和輔頻道的示意圖；圖7示出了體現本發明原理的接收機的示意性高級框圖； 圖8示出了體現本發明原理的接收機的示意性部分；以及圖9示出了根據本發明原理用于接收機中的示意性流程圖。
具體實施方式
除了本發明的概念，附圖中所示的元件是公知的且不會詳細描 述。此外，采取所熟悉的電視廣播和接收機，而且這里不會詳細描述。例如，除了本發明的概念，采取所熟悉的當前和被提議推薦的TV標準， 例如NTSC (全國電視系統委員會)、PAL (逐行倒相)、SECAM (色康) 和ATSC (高級電視系統委員會)(ATSC)。同樣，除了本發明的概念， 采取例如8級退化邊帶(8-VSB)、正交幅度調制(QAM)的傳輸概念， 例如射頻(RF)前端的接收機組件，或例如低噪聲塊、調諧器、解調 器、相關器、漏積分器和平方器(squarer issassumed)的接收機部 分。類似地，用于產生傳輸比特流的格式化和編碼方法(例如運動圖 像專家組(MPEG) -2系統標準(IS0/IEC 13818-1))是公知的，且這 里不做描述。還應當注意的是，本發明的概念可以使用傳統的編程技 術來實現，這里不對其進行描述。最后，附圖上相似的數字表示相似 的元件。
圖2中示出了根據本發明原理的ATSC-DTV陸地廣播的示意性布 置。除了圖2所示的一個或更多個發射塔根據本發明的原理(下文描述) 來發射信號，這幅圖與圖l類似。在這個例子中，發射機100與發射塔 T2相關聯，用于根據本發明的原理而發射信號lll。其它的發射塔Ti、 T3和T4可能具有或不具有類似的根據本發明原理的發射機。類似地， 根據本發明原理對由電視機200和205所表示的接收機進行調整，以利 用所發射的信號提供魯棒性接收。從圖2中的點箭頭可以看出，電視機 200僅能夠接收可用頻道的子集，即頻道2、 3和4。頻道l的接收要么太 差要么不存在。同樣，圖2中的虛線箭頭示出電視機205僅能夠接收頻 道l、 2和4，以對其內容進行有效的觀看。電視機205與電視機200類似 (下文描述)，而且這里不做進一步的描述。對于這個例子，每一個發 射塔示意性地與在單一頻道上發送節目的特定的TV提供者相關聯。例 如，發射塔T,廣播頻道1.1的節目，發射塔L廣播頻道2. l的節目，發 射塔T3廣播頻道3. l的節目，而發射塔T4廣播頻道4， l的節目，其中每 一個頻道編號使用本領域中已知的ATSC主-副頻道編號格式。然而，本 發明不限于此。例如，發射塔L可以廣播多于一個頻道的節目，例如 頻道l.l、 1.2等。類似地，發射塔可以不與特定的TV提供者相關聯。現在轉到圖3，其示出了發射機100的示意性實施例。除了本發明 的概念，發射機100形成通過圖2中的發射塔TV進行發送的、本領域中 已知的用于發射的ATSC-DTV信號lll。發射機100包括調制器110、低分 辨率編碼器115、存儲器120和處理器105。處理器105代表一個或更多 個微處理器和/或數字信號處理器(DSP)，并可以包括用于執行程序和 存儲數據的額外的存儲器(未示出)。這一點上，存儲器120代表發射 機100中的存儲器，并包括例如處理器105和/或調制器110和/或低分辨 率編碼器115中的任意存儲器。此時應當參考圖4，其示出了根據本發 明原理用于發射機100中的示意性流程圖。根據本發明的原理，發射機100在步驟160處形成輔頻道。具體地， 發射機100通過信號114接收每一個其它頻道的節目內容，并通過低分 辨率編碼器115以低分辨率對該節目數據進行編碼。低分辨率編碼器 115提供了輔頻道數據116，該數據表示與其它頻道相關聯的低分辨率
節目統計上復用的數據流。在這個例子中，通過輔頻道數據116提供圖 2中頻道1、 2、 3和4的節目，盡管是以低分辨率而提供的。應當注意的 是，低分辨率編碼器115代表一個或更多個用于提供低分辨率節目內容 的編碼器。同樣，其它變體是可能的。例如，發射機100可以包括低分 辨率編碼器陣列，每個低分辨率編碼器從一個提供者接收接收節目內 容。此外，每一個低分辨率編碼器可以使用不同的編碼或壓縮格式。 備選地，輔頻道可以以其它方式而形成，并直接提供給用于重播的發 射機100作為PTC的一部分，等等。在步驟165，處理器105通過信號104 接收與每一個PTC (PTC (0)至PTC ri))有關的數據，其中K〉0，并 形成"主節目向導"(MPG或G) 123以存儲在存儲器120中。除了本發明 的概念，處理器105形成本領域中已知的MPG (例如，參見"ATSC Standard: Program and System Information Protocol for Terresrtial Broadcast and Cable ( Revision B ) ,，， Doc. A/65B， Advance Television Systems Committee,這里同樣不做描 述)。從圖3可以看出，MPG包括針對由與PTC (k-1)相關的MPG數據所 表示的每一個PTC的數據或信息。與每一個PTC相關的數據包括調制格 式等，以及與作為特定PTC—部分的M個節目頻道中每一個頻道有關的 數據。另外，根據木發明的原理，MPG包括輔節目頻道信息121，該信 息包括節目數據和PID數據，除了與傳遞低分辨率數據的分組有關并具 有在步驟160處形成的不同的PID，這些數據與M個節目頻道中每一個頻 道中發現的數據類似。應當注意的是，M的值對于每一個PTC可以不同。 還應當注意的是，MPG可以以其它方式形成，例如可通過處理器105從 外部源接收表示MPG的數據，從而發射機100不必一定形成MPG。最后，在步驟170，發射機100形成包括主頻道和輔頻道的傳輸流。 具體地，調制器110接收信號109、 114和106并形成由圖3中的PTC 111 所示的傳輸流(或數字多路復用)，以通過圖2中的發射塔T2進行發射。 信號109表示用于傳遞與發射塔T2相關的、由TV提供者提供的一個或 更多個高清TV (HDTV)頻道的數據流，這是本領域中已知的；信號116 是上述輔頻道，而信號106表示MPG123。調制器110提供具有適當載波 頻率的PTC 111，其中根據本發明的原理，傳輸流包括主頻道和輔頻道。 現在轉到圖5，其示出了根據本發明原理的PTC的示意性格式。PTC lll表示至少包括一個載波(未示出)的數據承載信號，該數據承載信 號表示用于傳遞至少一個主頻道和輔頻道的節目內容的多個分組，其中輔頻道從其它頻道傳遞低分辨率節目內容。具體地，PTC111表示分 組流70。該分組流包括至少一個MPG (G)分組75、至少一個內容(C) 分組80以及至少一個輔分組(A)分組90。每一個內容分組80包括分組 標識符(PID)和內容(視頻、音頻和/或數據)。例如，內容可以涉及 特定節目頻道的視頻和/或音頻，或表示被下載到接收機300的可執行 程序的數據。根據本發明的原理，輔分組90表示用于傳遞低分辨率節 目的低分辨率數據，其中這些節目中至少一些與其它ATSC-DTV發射機 所發射的頻道相關。示意性地，內容分組80傳遞HDTV信號。現在參考圖6，這幅圖示出了圖2所示陸地廣播布置的環境中的主 頻道和輔頻道的示意圖。從圖6中可以看出，PTC111的主頻道包括主-次頻道編號2. l的節目；而輔頻道包括主-副頻道編號l. 1、 2.1、 3.1 和4. l的節目。如上文所述，本發明的概念不限于此，而且例如主頻道 可以包括其它節l簡，例如頻道2. 1、 2.2等的節目。此外，輔頻道不必 一定包括針對該發射機的主頻道的降低分辨率的形式(在這個例子中， 輔頻道不必一定包括2. 1)。根據上文，無線系統可以提供改進的地理區域覆蓋。如果假定城 市中存在N個發射機，可能由該區域內超過907。的接收機可靠地接收 (N-k; k〉0)。如果提供者同意在PTC上共享任意多余容量，則這個多 余容量被分配給上述輔頻道。同樣，輔頻道可以傳遞一個或更多個頻 道以提高覆蓋，盡管分辨率降低。例如，可以僅是與發射塔L和T2相 關的提供者同意共享容量。在這種情況下，上述由T2發射的輔頻道可 以僅包括L的降低分辨率的節目。對于上文所述的例子，如果PTC上有 3Mbits/sec的可用多余容量，'則可以選擇由輔頻道中承載的三個其它 站(T'、 T抓)基于互補的方式共享lMbit/sec (不論是恒定比特率 或平均為lMbit/sec的可變比特率，都達到了單獨信道的值)。在這種 情況下，余下的2Mbit/sec的多余容量可以用于提供其它服務。應當注 意的是，PTC中的多余容量可以通過限制主頻道的發射而創建，例如選
擇主頻道的數目，使得在PTC中創建必需數量的多余容量。極端的例子是圖6所示的僅有一個主頻道的發射。備選地，可以利用MPEG2編碼以 及引入高級codec (編碼器/解碼器)技術(例如H. 264，也被稱作AVC (高級視頻編碼X或MPEG-4部分10或VC工)所獲得的優點在PTC中創建圖7示出了根據本發明原理的示意性電視機200的高級框圖。電視 機200包括接收機300和顯示器220。示意性地，接收機300是ATSC-兼容 接收機。應當注意的是，接收機300還可以是NTSC (全國電視系統委員 會)-兼容的，即具有NTSC工作模式和ATSC工作模式，使得電視機200 能夠顯示來自NTSC廣播或ATSC廣播的視頻內容。為了簡明地描述本發 明的概念，這里僅描述ATSC工作模式。接收機300接收廣播信號111(例 如通過天線(未示出))，對其進行處理以從中恢復例如HDTV (高清TV) 視頻信號，該信號施加到用于觀看視頻內容的顯示器220。根據本發明的原理，如果所選頻道的接收過差或不存在，則接收 機300還能夠恢復低分辨率信號以便觀看。現在轉到接收機300，圖8 示出了根據本發明原理的接收機300的示意性部分。接收機300包括前 端濾波器305、模擬-數字(A/D)轉換器310、解調器390、前向糾錯(FEC) 解碼器、傳輸處理器350、控制器355和存儲器360。傳輸處理器350和 控制器355均代表一個或更多個微處理器和/或數字信號處理器(DSP)， 而且可以包括用于執行程序和存儲數據的存儲器。這一點上，存儲器 360代表接收機300中的存儲器，而且可以包括例如傳輸處理器350和/ 或控制器355的任意存儲器。示意性雙向數據和控制總線301把圖8中的 各個元件如圖所示地耦合到一起。控制總線301僅是代表性的，例如可 以使用單獨信號(以并行和/或串行的形式)，傳遞數據并控制圖8中的 元件之間的信令。前端濾波器305對接收的信號進行下變頻和濾波，從 而向A/D轉換器310提供接近基帶的信號，A/D轉換器310對下變頻后的 信號進行采樣，從而把信號轉換至數字域，并向解調器390提供采樣序 列311。解調器390執行信號311的解調并向FEC解碼器395提供解調后的 信號391，例如信號點序列。FEC解碼器395以符號率1/T來檢査解調后 的信號391中每一個信號點的同相(I)和正交(Q)分量，并把該信號 解碼為由解碼后的信號396所表示的可能的傳輸比特組。解碼后的信號396被提供給傳輸處理器350，傳輸處理器350把內容信號351所表示的 視頻、音頻和數據比特分發至適合的后續電路(未示出)。應當注意的 是，傳輸處理器350示意性地包括高分辨率解碼器(H) 370和低分辨率 解碼器(L) 380。這一點上，接收機300可以額外地在施加到顯示器220 之前對內容進行處理，和/或銅鼓信號331直接把內容提供給顯示器 220。應當注意的是，不需要傳輸處理器350中的高分辨率和低分辨率 解碼器的定位。還應當注意的是，接收機300可以通過遙控裝置(未示 出)接收命令，例如節目選擇。為了理解本發明的概念的益處，現在應當關注圖9，其示出了接 收機中用于提供更具有魯棒性的無線信號接收的示意性流程圖。對于 這個例子，假定接收機300已經接收到上述MPG形式。除了本發明的概 念，接收機使用n個MPG調諧至其中的頻道在現有技術中是已知的。例 如，參見2002年4月2日授予0zkan等的美國專利No.6, 366, 326，和/或 1999年8月31日授予0zkan等的美國專利No. 5,946,052。同樣，這里不 對M P G的搜索和獲取進行描述。在步驟505，接收機300 (例如控制器355)通過上述遙控裝置接 收來自用戶(未示出)的頻道選擇。在步驟510，接收機300 (例如控 制器355)使用來自所獲取的MPG (通過存儲器360)的信息調諧至與該 頻道相關的PTC。具體地，通過控制總線301把前端濾波器305調諧至 PTC。在步驟515，接收機300 (例如控制器355)通過圖8中的信號356 檢查接收到的信號強度指示符(RSSI)。如果RSSI值等于或大于預定值 (例如-75dBm (參考一毫瓦的分貝))，則接收應當是良好的，而且在 步驟520，接收機300根據來自所獲取的MPG的PID信息從PTC主頻道中選 擇分組(例如通過控制器355、傳輸處理器350以及高分辨率解碼器 370)。然后，把來自所選分組的視頻內容提供至顯示器220 (這個步驟 沒有在圖9中示出)。然而，如果RSSI值小于預定值，則確定接收是較 差的。在這種情況下，根據本發明的原理的接收機300(例如控制器355) 嘗試定位用于恢復所選頻道內容的輔頻道。具體地，在步驟525，接收 機300調諧至另一個PTC，然后在步驟530再次檢查RSSI值。如果接收較
差，接收機300繼續檢查獲取的MPG中所指示的可用PTC。如果最終沒有 獲得PTC，則產生錯誤消息(圖9中未示出)。然而， 一旦找到具有良好 接收的PTC，則繼續執行到步驟535。在這個步驟，接收機300針對所選 頻道，根據來自步驟520中獲得的MPG的PID信息，從所獲取的PTC的輔 頻道中選擇分組(例如通過控制器355、傳輸處理器350以及低分辨率 解碼器380)。然后，把來自所選分組的視頻內容提供至顯示器220 (這 個步驟沒有在圖9中示出)，從而用戶能夠觀看期望的節目，盡管分辨 率較低。如上所述，根據本發明的概念，描述了一種針對具有多個發信源 和多個目的地(接收機或匯點)的系統的魯棒性發送和接收方法。確 實，能夠以空間分集的形式來描述上述本發明的概念。例如，在上文 的示意性實施例中，根據本發明的原理圖2中的TSC-DTV系統結合了空 間分集。根據上文，前文僅示出了本發明的原理，而且可以理解的是，本 領域的技術人員能夠設計多種備選布置(盡管這里沒有明確描述)來 體現本發明的原理，并處于本發明的精祌和范圍內。例如，盡管在分 立式功能元件的環境中進行描述，然而這些功能性元件也可以體現在 --個或更多個集成電路(工C)上。類似地，盡管以分立式元件而示出， 然而任意或全部元件可以在被已存儲程序控制的處理器上實現，例如 執行相關軟件的數字信號處理器，例如執行與圖4和/或9所示一個或更 多個步驟相對應的軟件，等等。此外，盡管以電視機200內捆綁的元件 而示出，然而其中的元件可以以任意的組合而分布在不同單元中。例 如，圖7中的接收機300可以是設備的一部分，或例如與設備物理上分 離的機頂盒的盒子，或包括顯示器220的盒子等。此外，應當注意的是， 盡管在陸地廣播(例如ATSC-DTV)的環境中進行描述，然而本發明的 原理還可應用于其它類型的通信系統，例如衛星、Wi-Fi、蜂窩等。確 實，盡管本發明的概念在靜態接收機的環境中示出，然而本發明的概 念還可以應用于移動接收機。因此可以理解的是，在不背離所附權利 要求限定的本發明的精神和范圍的前提下，可以對所示實施例進行多 種修改，并可以設計出其它的布置。
權利要求
1.一種數據承載信號，傳遞傳輸流并包括至少一個載波，所述傳輸流包括用于傳遞至少一個主頻道和輔頻道的節目內容的多個分組，其中，輔頻道重播來自至少一個其它頻道的較低分辨率的節目內容。
2. 根據權利要求1所述的數據承載信號，其中，主頻道傳遞至少 一個高清TV頻道。
3. 根據權利要求l所述的數據承載信號，其中，主頻道表示高級 電視系統委員會-數字電視ATSC-DTV信號。
4. 一種發射機，包括調制器，用于形成用于廣播的物理傳輸信道PTC;其中，PTC表示 包括主頻道和輔頻道的數字復用，以及主頻道包括一個或多個高分辨 率視頻頻道；而輔頻道重播與其它發射機廣播的頻道相關的一個或多 個較低分辨率的視頻節目。
5. 根據權利要求4所述的發射機，其中，高分辨率視頻頻道是高 清TV頻道。
6. 根據權利要求4所述的發射機，其中，PTC的主頻道表示高級電 視系統委員會-數字電視ATSC-DTV信號。
7. —種接收機，包括用于接收傳輸流的解調器，所述傳輸流傳遞主頻道和輔頻道；以及處理器，其中，所述處理器從輔頻道中選擇內容以觀看所選頻道。
8. 根據權利要求7所述的接收機，其中，主頻道傳遞至少一個高 清TV頻道。
9. 根據權利要求7所述的接收機，其中，主頻道表示高級電視系 統委員會-數字電視ATSC-DTV信號。
10. 根據權利要求7所述的接收機，其中，所述處理器選擇用于觀 看的輔頻道，而不是選擇與具有較差或不存在的主頻道接收的觀看區 域的所選頻道相對應的主頻道。
11. 一種用于發射機的方法，包括形成用于廣播的物理傳輸信道PTC;其中，PTC表示包括主頻道和 輔頻道的數字復用，以及主頻道包括一個或多個高分辨率視頻頻道； 而輔頻道重播與其它發射機廣播的頻道相關的一個或多個較低分辨率 的視頻節目。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中，高分辨率視頻頻道是高 清TV頻道。
13. 根據權利要求11所述的方法，其中，PTC的主頻道表示高級電 視系統委員會-數字電視ATSC-DTV信號。
14. 一種用于接收機的方法，包括 調諧至與所選頻道不相關的物理傳輸頻道PTC;以及 從PTC中傳遞的輔頻道中恢復所選頻道，其中，輔頻道傳遞較低分辨率的節目。
15. 根據權利要求14所述的接收機，其中，所述調諧步驟包括如下步驟確定接收機是否處于具有與所選頻道相關的PTC的較差接收或無接收的區域中；以及如果接收機處于與所選頻道相關的PTC的較差接收或無接收的區 域中，則調諧至與所選頻道不相關的PTC。
16. 根據權利要求14所述的方法，其中，所述中頻道傳遞至少一 個高清TV頻道。
17. 根據權利要求14所述的方法，其中，主頻道表示高級電視系統 委員會-數字電視ATSC-DTV信號。
全文摘要
一種傳遞特定頻道的節目的傳輸流包括輔頻道，輔頻道傳遞與其它頻道相關的多個較低分辨率的節目。當接收機由于地理位置而難以接收特定頻道時，接收機調諧至與另一個頻道相關的更強的信號，并從其中傳遞的輔頻道中恢復期望的節目的較低分辨率版本。
文檔編號H04H60/11GK101156438SQ200580049382
公開日2008年4月2日 申請日期2005年10月19日 優先權日2005年3月29日
發明者庫馬爾·拉馬斯瓦米 申請人:湯姆森許可貿易公司