專利名稱：互作用電視和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稱之謂T-網(wǎng)絡(luò)(T-NET)的新系統(tǒng)，該系統(tǒng)在與現(xiàn)存的主電視(TV)臺鄰接并且與之協(xié)同操作的空余TV信道上，向大量的固定的或流動的用戶提供了數(shù)字信息雙向通信。主TV信號的水平和垂直同步脈沖被用作為寬域時鐘，用來協(xié)調(diào)用戶應(yīng)答機(jī)多路傳輸?shù)姆謺r和分頻，并且為避免對電視觀眾的干擾僅在水平消隱期間(HBI)從中觸發(fā)上行線路的反應(yīng)。在HBI期間內(nèi)，也向用戶發(fā)送下行線路信號。在一個最佳實施例中，典型的用戶至中心接收機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸率是300或1200波特，并且借助于將其在5微秒脈沖流上調(diào)制，將信號頻譜的寬度擴(kuò)展到187.5KHz子信道內(nèi)。這些32路子信道與標(biāo)準(zhǔn)的6MHz TV信道相配合。在各個子信道上，可以有300個以上的應(yīng)答機(jī)同時操作。若干相同的子信道可被用來進(jìn)行上行線路和下行線路通信，甚至在同一子信道上可以同時地進(jìn)行上下行線路通信。
在現(xiàn)有的TV信號上，在其水平或垂直消隱期間，向TV接收機(jī)多路傳輸信息的設(shè)備已投入使用或者即將被應(yīng)用(例如當(dāng)今的電視文字廣播(Teletext))。但是，在同一或鄰近的TV頻道上，使用TV水平和/或垂直同步脈沖使上行線路和下行線路無線電信號兩者同步的優(yōu)點，致使它們僅在TV水平或垂直消隱期間才有效地存在，所以對于電視觀眾來說是看不見的，并且對于使很多信號能夠多路傳輸?shù)臅r分和頻分的技術(shù)等，以前都從未有人揭示過。本發(fā)明則將教導(dǎo)這方面技術(shù)。
美國無線電頻譜中大部分已經(jīng)分配給廣播服務(wù)，更確切地說是分配給了電視播送。大多數(shù)城市因為電視接收機(jī)選擇性不良所造成的實際限制，使相當(dāng)多的電視頻道沒有被使用。其結(jié)果在給定的電視臺和以前沒有利用的那些頻道之間，至少存在一個空余信道。實踐中，互調(diào)干擾及其其它考慮進(jìn)一步限制了可用電視頻道的數(shù)目，致使在給定的范圍內(nèi)，分配給TV的頻道中只有不足一半的頻道被利用。沒有被利用的那些頻道，有時被叫做“taboo”頻率。本發(fā)明的主要目的就是要實際利用這種目前還沒有利用的無線電頻譜。
換一種描述方法，可以看到由于一般的電視接收機(jī)(尤其是當(dāng)其以UHF頻率工作時)頻率選擇性相對地比較差，所以禁止在與TV信號相鄰近的信道中進(jìn)行無線電傳輸，因為這會造成不可接受的干擾。例如，既使一個發(fā)射功率為一瓦特的低功率無線電裝置，也很容易地給居住在其以若干街區(qū)為半徑的范圍內(nèi)的鄰近頻道上的電視觀眾造成難以接受的干擾，因為這一無線電裝置的功率會淹沒TV信號。顯然，為了需要和使用，遍布城市內(nèi)的許許多多普通發(fā)射機(jī)會產(chǎn)生不可接受的干擾。
由于一些電視廣播頻道按照政府規(guī)定劃歸“群眾宣傳工具”(“mass media”)使用，無疑這些頻道是不會用于諸如與點到點或地面上流動的無線電應(yīng)用有關(guān)的低容量私人無線電通信之中。因此，前面所提到過的空余信道的使用，如果都可以被利用的話，那么這可望在未來的家庭信息系統(tǒng)、互作用電視、遠(yuǎn)程購物、銀行事物處理、電子郵件、預(yù)定系統(tǒng)、安全報警通信等等本發(fā)明所期待的這些應(yīng)用中對公眾大有益處。
為了廣泛的使用，安裝容易和操作簡單是重要的考慮因素。如這里所教導(dǎo)的那樣，現(xiàn)存的用戶公用電視天線是一個重要的特點。本發(fā)明與電視接收機(jī)結(jié)合，從而提供了由遠(yuǎn)方手持裝置可遙控的、完全比得上今天用于遠(yuǎn)程TV頻道轉(zhuǎn)換開關(guān)的互作用TV，是這一說明書中所教導(dǎo)的另一種特點。
本發(fā)明的目的在于提供能精確地將用戶按“無線電網(wǎng)格”(“radio cells”)區(qū)分的設(shè)備，在網(wǎng)格內(nèi)指定具體的用戶應(yīng)答機(jī)的子信道，并且與其它網(wǎng)格內(nèi)的應(yīng)答機(jī)隔離開來。這允許重復(fù)使用非鄰近網(wǎng)格內(nèi)的子信道頻率，以便顯著地擴(kuò)大用戶數(shù)量，使用戶能夠在給定城市中的以前空余TV頻道上操作。這些所希望的頻率再用特點通常是與今天的“網(wǎng)格單元式無線電”(“Cellular Radio”)是等同的。
本發(fā)明還可以用于雙路電纜TV系統(tǒng)(CATV)，從而針對現(xiàn)有方法提供了上行線路和下行線路信號隔離度方面的改進(jìn)。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供為了對流動的或便攜式的用戶應(yīng)答機(jī)的位置進(jìn)行定位和跟蹤的改進(jìn)裝置，以便提供有時稱之為自動車輛定位或者自動車輛監(jiān)測(AVM)的經(jīng)濟(jì)服務(wù)。
當(dāng)今那些網(wǎng)格單元式自動“不動手”無線電話用戶，當(dāng)他們在城市里從網(wǎng)格到網(wǎng)格移動的時候，由于是基于不同時間、不同地點的信號幅度量測及其變化非常大，因而是一個問題。一種諸如用以定位用戶的T-型網(wǎng)絡(luò)的獨立的設(shè)備能夠構(gòu)成代替“不動手”(“hand-off”)方法的基礎(chǔ)，可以解決所存在的問題或者使之減輕到最小程度，并且這構(gòu)成了T-網(wǎng)絡(luò)的另一種應(yīng)用。
該發(fā)明的另一個應(yīng)用是所謂的“視頻會議”(“video conferen-cing”)，這通常包括一個專用的TV網(wǎng)絡(luò)，將一個中心局同許多遠(yuǎn)程分局連接起來，以便象由管理部門演示的空中教學(xué)那樣使用，或者還可用于安全警報之目的對銀行或其他行業(yè)事務(wù)進(jìn)行TV監(jiān)測。這樣的T-網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將利用下行線路發(fā)送圖象(視頻)，而上行線路則可以是數(shù)字或數(shù)字化的“慢聲”(“Slow-voice”)，所有這些都可同時與現(xiàn)有的TV節(jié)目一起進(jìn)行多路傳輸。
很清楚，如本發(fā)明人所期望的那樣同時地使T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與城市中的幾個TV臺同步可能會出現(xiàn)問題。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的在于傳授一種操作方法，其中幾個架設(shè)在同一地點的電視發(fā)射機(jī)的水平同步脈沖被及時地鎖定在一起，致使與一個或幾個這種臺協(xié)同工作的用戶應(yīng)答機(jī)將總是在所有電視信號同時水平消隱期間(HBI)發(fā)射信號，從而消除它們對電視觀眾的干擾。TV發(fā)射機(jī)同一定位，這在許多大城市(如洛杉機(jī)和紐約)中都是可行的，以便為所有TV觀眾確立公共的天線方向。
另一方面，本說明書還要講到如果T-網(wǎng)絡(luò)用戶位于不在同地的電視臺之間的服務(wù)區(qū)域的邊界上(即在相鄰城市的TV發(fā)射機(jī)之間)，那么這些用戶應(yīng)答機(jī)則可以安排只是在垂直消隱期間(VBI，其持續(xù)時間比HBI長得多)發(fā)射，而對每個城市的TV觀眾都不干擾，所裝設(shè)的這些電視臺都被同步，以便使它們的垂直消隱期間如本發(fā)明所說的那樣相互重疊。
為了向用戶(下行線路)傳輸數(shù)字信息，本發(fā)明傳授兩個新的改進(jìn)方法(1)采用非干擾方式的主TV信號的同信道調(diào)制或(2)在鄰近的上或下(或者兩者)TV頻道中調(diào)制新的“信道外”副載波的邊帶。
本發(fā)明涉及在與主電視發(fā)射機(jī)協(xié)同操作的現(xiàn)有空余TV頻道上使用的雙向無線電通信系統(tǒng)。在一個實施例中，主電視發(fā)射臺利用前述方法向大量用戶應(yīng)答機(jī)提供下行線路數(shù)字信號。用戶應(yīng)答機(jī)裝置檢測這些信號，并且向中心接收地點仔細(xì)地發(fā)射同步化的上行線路數(shù)字信號，其中中心接收地點最好是沿著用戶和主電視發(fā)射臺之間的路徑設(shè)置。本發(fā)明人稱這樣的系統(tǒng)為T-網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)將主電視發(fā)射臺和中心接收機(jī)同利用普通干線通路的信息提供者相互溝通，以便向信息提供者提供與他們的用戶通信的設(shè)備，或者提供用戶間互相通信的虛擬電路。信息提供者可以是諸如銀行、零售商店、車輛調(diào)度、數(shù)據(jù)庫這類組織，以及諸如收費(fèi)電視之類的娛樂中心部門等。
由主電視發(fā)射機(jī)正常發(fā)射出的水平和垂直同步脈沖，在本發(fā)明中被用作為協(xié)調(diào)用戶接收機(jī)/發(fā)射機(jī)裝置(以下稱之為應(yīng)答機(jī))多路傳輸?shù)姆謺r和分頻的時鐘計時脈沖。用戶應(yīng)答機(jī)由主TV信號的水平同步(以后簡稱H-同步)脈沖來觸發(fā)，致使它們只是在水平消隱期間(HBI)或者垂直消隱期間(VBI)才發(fā)射信號。標(biāo)準(zhǔn)的HBI持續(xù)時間為11微秒，而圍繞一個應(yīng)答機(jī)其半徑大約一英里范圍內(nèi)的電視接收機(jī)，在這一期間內(nèi)同時地被抹除。所以，其觀眾看不到應(yīng)答機(jī)的信號，也就受不到它的干擾，供應(yīng)答機(jī)傳輸?shù)臅r間大約是幾微秒。
將T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的操作與雷達(dá)系統(tǒng)相比較地來描述T-網(wǎng)絡(luò)，是最容易說明的。主TV的H-同步脈沖與輸出的雷達(dá)脈沖類似，并且這些H-同步脈沖觸發(fā)應(yīng)答機(jī)回答脈沖(“回聲”)。應(yīng)答回聲(每個都包含一位信息)經(jīng)過輸送延遲后被中心接收機(jī)收到，而這種延遲是一種至該用戶的距離遠(yuǎn)近的量測。在美國，TV的H-同步脈沖重復(fù)頻率(雷達(dá)系統(tǒng)中稱為PRF)是15，734Hz，并且所提供的有效雷達(dá)“范圍”大約為六英里，這是因為無線電波是以每英里約10.7微秒(雙路)傳播，而H-同步脈沖間的時間間隔是63.555微秒。
美國標(biāo)準(zhǔn)彩色電視是每幀包括525條水平“掃描線”，且每秒傳輸29.97幀，從而每秒輸出15，734條帶有H-同步脈沖的水平掃描線。于是，用戶應(yīng)答機(jī)的上行線路應(yīng)答回聲，可以被TV水平同步脈沖以每秒高達(dá)15，734個脈沖的速率來觸發(fā)。不過，這一數(shù)據(jù)傳輸速率比典型應(yīng)答機(jī)所要求的速率高得多，因為通常應(yīng)答機(jī)都按與電話調(diào)制解調(diào)器相適配(每秒300至1200比特)的性能標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計的。在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)應(yīng)答機(jī)被一個TV的H-同步脈沖詢問時，應(yīng)答機(jī)發(fā)射一個RF應(yīng)答回聲要送出一個邏輯“1”或無脈沖(無發(fā)射)表示一個邏輯“0”。所以，如果應(yīng)答機(jī)被設(shè)計為傳輸速率300波特，那么這樣的應(yīng)答機(jī)將每隔52條TV H-同步脈沖(15，734/300～52)便作出響應(yīng)(即提供一個回聲)。
因此，幾個應(yīng)答機(jī)可以被安排在不同的TV“掃描線”(即不同的H-同步脈沖)上開始并且是在其后每隔52條水平掃描線上(模數(shù)是52)發(fā)送信號。例如，一個應(yīng)答機(jī)可以使用TV的水平掃描線1、53、105……469的H-同步脈沖。而同一地點的另一個應(yīng)答機(jī)，則可以被安排在水平掃描線2、54、106、158……470上發(fā)送信號，等等。這樣，就可以有居住在同一區(qū)域內(nèi)的多達(dá)52個不同的用戶能夠在同一個子信道上從一個區(qū)域“網(wǎng)絡(luò)”位置(即一個選通區(qū))上有效地發(fā)送信號。但是，其操作應(yīng)該是在每TV幀的可利用的525條水平掃描線的52條不同的TV H-同步脈沖上進(jìn)行。這可允許52個用戶應(yīng)答機(jī)中的每一個在各TV幀上發(fā)送10比特的信號，因而導(dǎo)致每一應(yīng)答機(jī)為300波特的傳輸速率。
本發(fā)明將這種多路傳輸方法叫做“粗略”(“coarse”)時分的多路傳輸過程，以便與“精細(xì)”(“fine”)時分(實際上是距離劃分)的多路傳輸過程相區(qū)別，其后者是因為不同的用戶居住在離開TV發(fā)射機(jī)不同距離的地點而以不同的發(fā)射時間(選通區(qū)域)間隔才出現(xiàn)的。
例如，一個使用六個選通小區(qū)(每一個選通小區(qū)的寬度為5微秒)的系統(tǒng)，將提供半徑約為6英里的有效的T-網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍。32路不同的無線電頻率子信道，能夠在一個空余6MHz寬的TV信道里產(chǎn)生。所以，可以有9984個不同的用戶(52個H-同步行×6個小區(qū)網(wǎng)格×32個子信道)可以同時地在一個角形扇區(qū)內(nèi)操作，而不會發(fā)生信號“碰撞”(“clashes”)或者小區(qū)含糊不清的問題。同樣數(shù)量的用戶可以在服務(wù)區(qū)域半徑為12、18或24英里的范圍內(nèi)操作，至于在TV發(fā)射機(jī)與用戶之間同時傳輸多于1個的H-同步脈沖時所出現(xiàn)的“雷達(dá)小區(qū)含糊不清”，則可以利用軟件程序來消除。
在中心接收位置上，各基本定時過程都從每TV幀開始。這要根據(jù)從電視臺接收一個垂直同步(V-同步)脈沖及其隨后525個H-同步脈沖(美國的NTSC格式)來進(jìn)行。在最佳實施例中，各H-同步脈沖觸發(fā)各中心接收機(jī)處的“小區(qū)地址發(fā)生器”起動，產(chǎn)生一連串的延遲接收機(jī)小區(qū)選通脈沖，其寬度都是5微秒。這一寬度調(diào)整得與各應(yīng)答機(jī)發(fā)射的脈沖信號的寬度相匹配。5微秒也與標(biāo)準(zhǔn)的TV H-同步脈沖寬度相接近。中心接收機(jī)內(nèi)事先已將各個用戶應(yīng)答機(jī)所處的小區(qū)存貯在其存儲器里，在所期望的各個應(yīng)答機(jī)數(shù)字脈沖到達(dá)的時刻，它打開選通小區(qū)以便探測是否該應(yīng)答機(jī)已發(fā)送出一個邏輯“1”(即發(fā)射出一個脈沖)或一個邏輯“0”(無發(fā)射脈沖)。一個服務(wù)半徑為24英里的T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如果TV發(fā)射機(jī)和中心接收機(jī)位于同一地點的話，則在接收一個TV H-同步脈沖和接收一個延遲的應(yīng)答機(jī)應(yīng)答脈沖之間的最大持續(xù)時間可望達(dá)到257微秒。
中心接收機(jī)處的電子計算機(jī)收集來自其許多用戶的“0”和“1”交替響應(yīng)的所有時間，存貯并將它們分組成分離的信息包內(nèi)，附加以適當(dāng)?shù)挠脩舻刂?。一種能夠用于本發(fā)明的最佳信息包結(jié)構(gòu)是所謂的X.25公用信息包轉(zhuǎn)接規(guī)程，這一規(guī)程有希望被廣泛采納。這些信息包通過普通的通信干線向前傳送給位于中心的網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)，然后從這里借助普通設(shè)備再將這些信息包發(fā)送給諸如數(shù)據(jù)總庫、電子郵件服務(wù)中心、金融機(jī)構(gòu)之類的各種信息提供者。他們的響應(yīng)如下面所描述的那樣要類似地傳送回來給各個用戶。
在本發(fā)明中，對那些應(yīng)答機(jī)的數(shù)字通信，既可以使用當(dāng)今已知的普通技術(shù)(電視文字廣播)也可以使用本發(fā)明說明書中公開的被加強(qiáng)了的新方法將其疊加在電視信號之上?，F(xiàn)有技術(shù)中，電視文字廣播的數(shù)字信號是在普通電視信號格式的垂直消隱期間(VBI)內(nèi)的21條TV水平掃描線中的多達(dá)8條掃描線上發(fā)送的。這種方法中的一種，被稱為北美基本電視文字廣播規(guī)范(NABTS)，并且這種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范允許大約288個信息位被組合成信息包放在位于TV垂直消隱期間內(nèi)的21條水平掃描線中的八條掃描線上。因為VBI以每秒60的次的速率重復(fù)著，所以這將使平均的下行線路信息量高達(dá)每秒138.000位(288位×8條掃描線×60Hz)。我們稱這些方法為同信道技術(shù)，這是因為它們位于主電視TV的頻道內(nèi)、并且公用主TV的頻道。
為了以更高的速度、更可靠地向用戶發(fā)送下行線路信息，本發(fā)明的說明書中講授幾種改進(jìn)的新方法。這些新方法分為兩類(1)在鄰近的上或下信道上(或者同時在上、下信道上)操作的方法，和(2)共享象主TV臺那樣同一頻道的同信道技術(shù)。本發(fā)明人的改進(jìn)可以綜述如下。
相鄰信道下行線路。本發(fā)明的一個最佳實施例，將4位信息組裝在每個多達(dá)32路時間選通副載波上。這些副載波被調(diào)諧到鄰近主TV臺頻道的頻道上，并且僅在TV水平消隱期間(HBI)它們才被選通。因為HBI以每秒15，734次的速率重復(fù)著，所以具有每秒2百萬比特的潛在容量(15，734Hz×4位×32子信道)，從而對現(xiàn)有電視文字廣播作了重大的改進(jìn)。當(dāng)這種方法要求利用與主TV臺鄰近的上空余頻道或下空余頻道(或者兩者)時，某些用作T-網(wǎng)絡(luò)上行線路的相同子信道也可以被用作下行線路，既使在同一時間在同一子信道上也可以。
同信道下行線路。為了增加被疊加在TV傳輸信號上的下行線路數(shù)據(jù)流的數(shù)字信息量，第二種改進(jìn)的方法，介紹如下。這種方法使用與TV信號同一信道(同信道)，并且在順次的TV幀的相應(yīng)電視像素上，對現(xiàn)有的視頻圖象信息依次加上和減去相同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。其過程如下第一幀的各個水平掃描線上的存在的TV視頻信息被存貯并且與隨后幀上的相對應(yīng)的掃描線的視頻信息相比較，以便確定每一情景中的不動(“凍結(jié)”)部分的位置。所希望傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，首先附加在第一幀的相應(yīng)掃描線上，然后再從第二幀的相對應(yīng)的掃描線上減去，最好是僅僅在凍結(jié)不動的情景部分進(jìn)行這種先加后減數(shù)字信息的操作。例如，因為在現(xiàn)有的電視文字廣播中每條掃描線上輸送288位，所以附加在各個掃描線上的每個數(shù)字位可以是持續(xù)時間約185毫微秒的脈沖。在隨后的下一幀上，相同的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被變換，并且實際上被從前面相應(yīng)的水平掃描線上凝住不動的視頻信號中減除和被發(fā)射出去。其結(jié)果是，在電視觀眾的屏幕上任何TV圖象點(像素)上，依次先被加上、后被減去的數(shù)字信息被刪除，并且變成不可見的。每一幀上的525條掃描線的每一條，都能夠按照這樣的方式運(yùn)載數(shù)據(jù)。應(yīng)注意的是，美國規(guī)范中，每幀包括525條掃描線，采取每261.5條掃描線為一場的交替的兩“場”形式來表現(xiàn)。
這種數(shù)據(jù)的不可見性，主要是由于眾所周知的人類視覺心理作用的緣故，還因為電視屏幕上的熒光物質(zhì)具有輕微的均化作用，從而使TV圖面平滑。這種刪除作用能夠被最佳地調(diào)整，使之適于從固定的電視畫面上附加/減去數(shù)據(jù)，同時也可以使由于數(shù)據(jù)與彩色TV的色度付載波一起出現(xiàn)所造成的“搏動”(“beat”)效應(yīng)減至最小。但是，對于被用電視播送的帶有活動的場面來說，在各個場面的活動部分中，視頻電平從一幀至下一幀變化時，情況就稍許有所不同，因而被疊加的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(其后跟隨有被變換的數(shù)據(jù))有可能不能完全刪除掉。幸運(yùn)的是，如果數(shù)據(jù)以本發(fā)明所建議的高速發(fā)射的話，那么人們可以利用這樣的事實，即人類眼睛對“高保真度噪音”(“high fidelity noise”)的頻率響應(yīng)，會被移動場面中的活動所掩蓋。換句話說，人類眼睛的辨別力低，看不到活動場面中的那些附加的高頻部分，因此人們可以使圖象畫面的質(zhì)量帶有些損失而與運(yùn)動場面一起發(fā)送數(shù)據(jù)。另一方面，在那些包含有運(yùn)動場面的片斷內(nèi)，可以如上面所建議的那樣，禁止傳輸數(shù)據(jù)。
上面剛剛描述過的附加和減除數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的技術(shù)，可以利用已知的數(shù)字TV景象存儲和發(fā)送的技術(shù)(store and forward techniques)來實現(xiàn)。這在黑白電視節(jié)目上是相當(dāng)簡單的，而這一新的過程如何在彩色電視傳輸中實現(xiàn)，雖然與黑白電視基本相似，但是其描述卻有些復(fù)雜，現(xiàn)在描述如下。
彩色電視基本上發(fā)送與主要顏色(紅、綠、藍(lán))有關(guān)的三種不同信號，并且這三種信號通被稱作為同相分量(I)、正交分量(Q)和亮度分量(M)。由于與人類視覺性能有關(guān)的原因，亮度分量“M”所需要的頻帶寬度要比其他兩種分量寬些。事實上，“I”和“Q”兩分量都被疊加在一個色度副載波信道上，該信道有用信息帶寬只有亮度分量所用帶寬的1/3至1/2。所以，本發(fā)明僅僅提供了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在亮度分量上的調(diào)制，并且其方法是使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的頻譜顯著高出“I”和“Q”頻譜從而使人們看不到它們，其方法還應(yīng)使由被疊加在后一幀上相對應(yīng)位置上的變換了的數(shù)據(jù)跟隨疊加的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，基本上如前面描述過的那樣從視覺中刪除掉。這樣，正常的TV視頻和級聯(lián)數(shù)據(jù)可以在同一TV頻道上被傳送。
這一過程，可以按照與當(dāng)今彩色TV接收機(jī)中用來選擇合適的TV色度信號振蕩器頻率所用方法完全相同的方式，以體現(xiàn)水平同步速率的適當(dāng)?shù)闹C波比率的數(shù)據(jù)速度來完成，從而使視覺刪除達(dá)到最佳化。
這種級聯(lián)式的下行線路同信道傳輸?shù)母倪M(jìn)方法，對于諸如視頻會議的應(yīng)用特別具有吸引力，在中心位置上的講話人可以向位于遠(yuǎn)方的一大批辦事機(jī)構(gòu)發(fā)表演講，并且可以使用一系列的圖表和圖形;這樣，TV圖象的一大部分能按照與本發(fā)明的能力相一致的方式包含有比正常TV慢些的固定電視的低數(shù)據(jù)內(nèi)容。在圖面上大多數(shù)的活動，主要是說話人嘴唇的動作。這種重疊在正常TV上的點到多點的視頻會議模式已經(jīng)是T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的另一個具有吸引力的應(yīng)用，另外還有一條返回通路的好處，致使聽眾能夠“回講”(“talk back”)。
角形扇區(qū)。本發(fā)明的一個最佳實施例將在各中心接收機(jī)位置上使用定向天線，例如，每個天線都具有大約20dB的增益和約18度的UHF波束寬。如果全部天線都安裝在一個中心位置上的話，那么20個這樣的天線就會構(gòu)成360度全方位覆蓋。各中心接收機(jī)可以位于主電視發(fā)射機(jī)附近，或者依據(jù)本地地形及其所欲覆蓋的范圍遍布城區(qū)。在前面描述過的一個最佳實施例中，每個用戶應(yīng)答機(jī)每當(dāng)隔52個H-同步脈沖被詢問時，就發(fā)射大約經(jīng)歷5微秒的信號。為傳輸這樣的信號，所需要的無線電頻率(RF)帶寬約為187KHz。于是，在一個典型的6MHz電視頻道之內(nèi)，可以安排32個不同的應(yīng)答機(jī)“子信道”。例如，十六個編號為偶數(shù)的應(yīng)答機(jī)子信道可以被分配給一個定向接收天線扇區(qū)，而鄰近的天線扇區(qū)則可以用于十六個編號為奇數(shù)的應(yīng)答機(jī)子信道。這樣的安排設(shè)置計劃，將會允許在一個城市范圍內(nèi)多次重復(fù)利用奇、偶編號的應(yīng)答機(jī)子信道，從而能顯著地增加整個系統(tǒng)的數(shù)字通信容量。
車輛定位。因為這一發(fā)明是按照類似于雷達(dá)系統(tǒng)的方式工作的，其中TV水平同步脈沖相當(dāng)于雷達(dá)的發(fā)射的輸出脈沖，并且被水平同步脈沖觸發(fā)的應(yīng)答機(jī)脈沖包含一個應(yīng)答回聲，所以，很清楚，至各個應(yīng)答機(jī)距離能夠被精確地測定出來。通常在兩個方面來利用這一有利條件對于固定不動的用戶，中心接收機(jī)能夠準(zhǔn)確預(yù)測出用戶輸送的脈沖將被收到的時間，因此，它可以按照間隔、時間和頻率分割方式最佳地安排用戶的響應(yīng)，從而使系統(tǒng)信息交通容量最佳化。另一方面，如果各個用戶的距離例如象便攜式或安裝在車輛內(nèi)的設(shè)備那樣是未知的，那么對這些流動的應(yīng)答機(jī)應(yīng)用，可指定專用的特定頻率子信道致使人們能夠測定每個車輛的位置，并且利用雷達(dá)系統(tǒng)中眾所周知的目標(biāo)搜索和跟蹤技術(shù)來自動地追蹤車輛的位置。這與運(yùn)動的車輛數(shù)據(jù)傳輸是同時進(jìn)行的。
在前面所描述的說明性的系統(tǒng)中，對未知的車輛位置的角度方位量測，因為射束寬度相對說來比較寬(即18度)，所以是相當(dāng)粗略的。另一方面，關(guān)于應(yīng)答機(jī)的距離，可以精確地被測量到一百英尺左右。因此，T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被最佳化以便提供精度更高的車輛位置，其辦法是使用兩個經(jīng)過適當(dāng)安排的獨立的中心接收機(jī)，分別對每個流動的應(yīng)答機(jī)的范圍進(jìn)行量測，從而能更準(zhǔn)確地測定車輛的位置(可望達(dá)到300英尺左右的精確度)。
CATV應(yīng)用。本發(fā)明的另一種應(yīng)用是在電纜電視(CATV)領(lǐng)域。在當(dāng)前的CATV系統(tǒng)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)發(fā)送給用戶和來自用戶的那些信號的分離是個問題，其部分原因是由于當(dāng)許多用戶發(fā)射機(jī)都與電視電纜連接時，每一個都會產(chǎn)生不希望的噪音。由于這種噪音在當(dāng)前是附加的連續(xù)波(CW)技術(shù)，所有雙向CATV用戶造成的累積噪音是個嚴(yán)重問題。本發(fā)明是采用與上述空中(over-the-air)應(yīng)用中所描述的基本相同的方法來解決這個問題的。電纜電視節(jié)目的水平消隱期間如前面討論過的例子中那樣，傳播距離大約是一英里。在本發(fā)明中，應(yīng)答機(jī)的上、下行線路發(fā)送僅在HBI期間才出現(xiàn)，所以，這對居住一英里范圍內(nèi)的用戶來說是不可見的。本發(fā)明的一個電纜TV應(yīng)用實施例將在CATV增音器箱的范圍內(nèi)裝設(shè)T-網(wǎng)絡(luò)多路傳輸?shù)闹髟鲆魴C(jī)，通常增音器箱是沿TV電纜每隔大約一英里安裝一個，而且，一般說來應(yīng)答機(jī)都裝設(shè)在用戶的家里。主增音機(jī)收集T-網(wǎng)絡(luò)信號、并且將這些信號經(jīng)空中傳送給T-網(wǎng)絡(luò)中心接收機(jī)，其信號處理的方法基本上與前面討論過的方式相同。
剛剛描述過的各種技術(shù)包含一些基本結(jié)構(gòu)單元，為實施本發(fā)明可能會根據(jù)這些結(jié)構(gòu)單元設(shè)計出各種各樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。例如，顯然每個應(yīng)答機(jī)可以對所有H-同步脈沖作出響應(yīng)，以便提供15，734波特的速率、從而更快地“猝發(fā)”(“burst”)它的上行線路信息;將其與應(yīng)答機(jī)間的不同的分時電路相組合，可提供另外一種運(yùn)行方式。只要象下面所描述的那樣，根據(jù)對這些結(jié)構(gòu)單元的操作進(jìn)行詳盡地細(xì)心研究，對熟練的通信系統(tǒng)設(shè)計人員來說，實現(xiàn)這里所述的和其他的各種應(yīng)用則是顯而易見的。
從下面的結(jié)合附圖的說明中，將會更清楚了解本發(fā)明的進(jìn)一步目的及其優(yōu)點，在不同的視圖中，相同的參考標(biāo)號表示功能相同的部件。


圖1是整個T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是本發(fā)明的使用定向天線以便將服務(wù)區(qū)域劃分成餅狀的覆蓋城區(qū)扇區(qū)，并且說明接收分站可能位置的示意圖。
圖3是說明TV水平同步脈沖用以觸發(fā)用戶應(yīng)答機(jī)響應(yīng)的方法的框圖及示意圖，和說明其后跟有用戶響應(yīng)標(biāo)志的TV同步脈沖的形狀，就如雷達(dá)中“A”型距離顯示器那樣。
圖4是一個中心接收機(jī)的定向天線覆蓋的被劃分成網(wǎng)格區(qū)域的扇形區(qū)。
圖5說明電視水平消隱期間(HBI)用以重疊并且遮蔽傳輸用戶應(yīng)答機(jī)脈沖的方法。
圖6是說明用戶應(yīng)答機(jī)信號脈沖的強(qiáng)度隨著傳播距離的增加迅速下降(衰減)的圖形。
圖7是TV臺和用戶應(yīng)答機(jī)之間一個典型通信路徑的頂視圖，說明HBI期間被遮蔽掉的范圍。
圖8是說明基于標(biāo)準(zhǔn)電視波形水平消隱期間的典型信號電平的另一種圖形。
圖9說明被選通的副載波下行線路鄰近的信道實施例。
圖10說明被選通的副載波下行線路中可以使用的兩種調(diào)制方法。
圖11是本發(fā)明在同一子信道上同時進(jìn)行上、下行線路的一個說明。
圖12是典型的用戶應(yīng)答機(jī)的一個實施例功能框圖。
圖13是說明一種方法的功能框圖，采用該方法可以構(gòu)成天線轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便允許應(yīng)答機(jī)和現(xiàn)有電視接收機(jī)之間公用現(xiàn)有的TV天線。
圖14是無線電總局的方框圖。
圖15是一個中心接收機(jī)實施例的方框圖。
圖16是中心接收機(jī)數(shù)字接口部分實施例的方框圖。
圖17是本發(fā)明用于雙向電纜電視的方框圖。
圖18是本發(fā)明用于自動車輛定位并且包含數(shù)字化的“慢聲”(“slow voice”)上行線路的方框圖。
圖19說明同信道下行線路數(shù)字視頻傳輸技術(shù)。
圖20說明網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的無線電通信的應(yīng)用。
現(xiàn)在參照附圖來說明，從頭至尾的各種附圖中，是凡相同或類似的元件都編以相同的參考標(biāo)號。
圖1說明可供三個方面廣泛應(yīng)用的本發(fā)明整體系統(tǒng)的主要部件，這三個方面是流動應(yīng)答機(jī)、與個人計算機(jī)(PC)相連接的無線電調(diào)制解調(diào)器、和帶手持遙控裝置的互作用電視的觀眾。圖1所示系統(tǒng)試圖為一些向其用戶發(fā)布信息的主計算機(jī)4提供通信條件，或者使起轉(zhuǎn)換中心作用的一個或幾個主計算機(jī)能夠建立有時被叫做虛擬線路的通信線路，從而使用戶彼此之間進(jìn)行通信。用戶用來在本發(fā)明系統(tǒng)上通信的主要裝置包括接收一發(fā)射機(jī)裝置，這種裝置在這里通常被稱為“應(yīng)答機(jī)”，但是有時也被叫做“無線電調(diào)制解調(diào)器”(“radio modem”)或“RF調(diào)制解調(diào)器”(當(dāng)與個人計算機(jī)一起應(yīng)用時)。
參見圖1，網(wǎng)絡(luò)控制中心2使用普通的計算機(jī)硬件、軟件和總線26來接收、臨時存貯、選定路線和在主計算機(jī)4、廣播站接口單元8和無線電總局6之間輸送數(shù)字報文。例如，備有個人計算機(jī)20的固定位置15上的一個用戶，可以將數(shù)字信息包通過無線電調(diào)制解調(diào)器14由天線12發(fā)射的無線電信號傳送給安裝中心位置上的天線28和無線電總局6，總局6檢測、將這些報文格式轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信息包、并且將其向前輸送給網(wǎng)絡(luò)控制中心2。網(wǎng)絡(luò)控制中心讀取這些信息包的目的地地址，并且將它們發(fā)送給適當(dāng)?shù)闹饔嬎銠C(jī)4(若干臺主計算機(jī)中的某一臺)。如果要求回答信號，那么該臺主計算機(jī)4產(chǎn)生回答報文，并將其送給網(wǎng)絡(luò)控制中心2，在這里回答報文被重新格式化和放在傳輸排隊之中，在適當(dāng)?shù)臅r候，廣播站接口單元8通過TV發(fā)射臺10將該報文無線地發(fā)射到空中，并且被天線12檢測出，再經(jīng)過無線電調(diào)制解調(diào)器14調(diào)制，送給個人計算機(jī)20，從而完成該報文的循環(huán)。
從功能上來講，應(yīng)答機(jī)裝置無論與若干個流動的用戶裝置25、無線電調(diào)制解調(diào)器14結(jié)合，還是集成在互作用電視16之中，其功能是一樣的。裝置25可以是一臺便攜計算機(jī)終端或是一個簡單的具有能夠應(yīng)答“嘟嘟聲”或甚至發(fā)送和接收文字-數(shù)字報文的功能的“Two Way Pager”。如果用戶應(yīng)答機(jī)被集成在電視16內(nèi)，那么它可以由手持遙控裝置18很方便地進(jìn)行操作，利用普通的諸如紅外線傳輸信號的無導(dǎo)線技術(shù)，遙控裝置18可以與電視16通信，從而提供“互作用電視TV”(“Interactive TV”)。與無線電總局6一起被使用的天線28，在設(shè)計中可以是定向的，從而使每個天線僅僅接收來自指定方向的信號，進(jìn)而將服務(wù)區(qū)域劃分成各個餅式扇區(qū)。與連接公共中心設(shè)備的各種部件的通信路徑26包括普通的諸如微波鏈路、專用電話線之類的通信干線，或者其它適合的設(shè)備。
圖2是一個示意圖，用以說明本發(fā)明利用若干定向天線由無線電總局6和接收分局7來覆蓋城市區(qū)域，分局與6是相同的，之所以分設(shè)分局，是為了將其可達(dá)范圍擴(kuò)展到那些因為高山或其它障礙物而接收不到無線電中央局6信號的區(qū)域。圖2還說明了無線電網(wǎng)格的定義，在本發(fā)明的說明書中，認(rèn)為網(wǎng)格包括由每個天線28的射束寬度和諸如R2與R3間的距離那樣的區(qū)段選通間隔所確定的地理區(qū)域。下面的討論中將會指出，R2與R3間的距離同用戶應(yīng)答機(jī)脈沖-寬度持續(xù)時間所復(fù)蓋的傳播距離成正比，在最佳實施例中，脈沖-寬度約5微秒。所以，R2與R3之間的距離大約是1英里。
圖2還說明了利用衛(wèi)星通信鏈路30、網(wǎng)絡(luò)控制中心可以怎樣來裝設(shè)城市間的通信設(shè)備。借助這些和其它眾所周知的方法，在各個城市之間可以進(jìn)行報文通信。
圖3是用來解釋本發(fā)明的基本特性。為說明方便起見，本發(fā)明的操作被認(rèn)為與雷達(dá)系統(tǒng)的操作相類似。通常一個雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射出短暫的無線電脈沖，在其傳輸路徑中碰擊“目標(biāo)”后反射回來脈沖能量(雷達(dá)系統(tǒng)中稱之為回聲)，經(jīng)過時間t被在接收點檢測出。這一經(jīng)歷時間t與到反射目標(biāo)的來回距離的遠(yuǎn)近成正比，所以到目標(biāo)(用戶)的距離可以通過量測t來測定。當(dāng)定向天線被用來發(fā)射信號或接收信號(或者兩者)時，則目標(biāo)的方向也可以被測定。
參見圖3，TV發(fā)射機(jī)10發(fā)射出包含有水平同步脈沖31的普通電視信號，由應(yīng)答機(jī)天線12檢測到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過天線轉(zhuǎn)換開關(guān)32被送到接收機(jī)34。接收機(jī)34自動跟蹤TV信號，并且從中抽檢出水平和垂直同步脈沖，然后水平和垂直脈沖被用來檢測伴隨TV信號、并被與之同步化了的T-網(wǎng)絡(luò)數(shù)字的下行線路信號、和調(diào)整無線電調(diào)制解調(diào)器的應(yīng)答機(jī)脈沖輸送時隙以便使應(yīng)答脈沖僅僅在HBI中出現(xiàn)。數(shù)字信息和同步化脈沖被送至微處理器36，在這里檢驗報文信息包的地址部分，以便確定它是否是給指定用戶的信息。如果是，則將該信息傳送相應(yīng)的個人計算機(jī)20。在微處理器36和計算機(jī)20之間的鏈路上，可以使用眾所周知的RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口。計算機(jī)20整理那個信息，并且如果必須應(yīng)答的話，則產(chǎn)生應(yīng)答信號，將其回送給微處理器36。在微處理器36這里，應(yīng)答信號臨時存貯在緩沖器中，以備在適當(dāng)?shù)臅r隙用發(fā)射機(jī)38發(fā)送出去。發(fā)射機(jī)38產(chǎn)生一個與由微處理器36所收到的水平同步信號時隙同步的RF脈沖，并且經(jīng)由天線轉(zhuǎn)換開關(guān)32和天線12將這個RF脈沖發(fā)射回來給中心接收天線28。天線28可以是一種多元定向天線，以便達(dá)到所希望的城市范圍。天線28與無線電中心局6連接，在無線電中心局6，上行線路信息被檢測出、重新格式化，然后發(fā)送給圖1所示的網(wǎng)絡(luò)控制中心2。無線電中心局的另一個天線27檢測出來自電視臺10的同步信號、并送至無線電中心局，在這里，這些同步信號被用來按照TV信號的水平和垂直同步脈沖啟動所期望的定時處理。
再參見圖3，圖面中心位置示出的“折疊的A型距離顯示”式(“folded A scope”)接收監(jiān)視器是為了按照與雷達(dá)系統(tǒng)相類比的方法來描述T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的操作。在雷達(dá)系統(tǒng)中，“A”型距離顯示器通常被用來顯示各種目標(biāo)的范圍。在這些實施例中，蹤跡被“折疊”成許多條線。該“A”型距離顯示監(jiān)視器表示出一系列水平掃描線(象TV光柵掃描那樣)，每當(dāng)被TV臺10發(fā)射出的水平同步脈沖觸發(fā)時，每條水平線掃描就開始。在說明中，這被稱為啟動脈沖，經(jīng)過一個短暫時間之后，來自用戶的回波脈沖才出現(xiàn);啟動脈沖與回波之間持續(xù)時間t則表明到那個用戶的距離。
折疊的“A”型距離顯示器中第一條線叫做H1，對于模52系統(tǒng)來說，H2等等一直到H52。因為每條線都是由來自TV臺10的H-同步脈沖來觸發(fā)，所以，在美國的TV規(guī)范中，每條線的持續(xù)時間是63.555微秒。而每條線的長度則大約對應(yīng)的距離為6英里。這種折疊“A”型距離顯示監(jiān)視器可以被視為與TV屏幕光柵掃描相等價，它不斷重復(fù)地掃描52條線。
在雷達(dá)術(shù)語中，每條水平掃描線被稱為一個“A”掃描，但是在本發(fā)明的說明中，因為有許多條水平掃描，所以稱之為折疊式“A”型距離顯示器，圖3中所示的折疊式A型距離顯示監(jiān)視器，可以在無線電中央局6內(nèi)使用，以便監(jiān)視無線電信號的功率，或者用于技術(shù)評價或故障診斷的目的，從而直觀展示各種各樣用戶應(yīng)答機(jī)的強(qiáng)度及其相距的距離。實際的實踐中，信號的探測、存貯和選定通路全都是由計算機(jī)自動完成的，而上述這些功能并不需要這樣的顯示裝置。
圖4是無線電中央局6服務(wù)區(qū)域的一個角形扇區(qū)的頂視圖。天線28保證了對寬度大約為18度的角形扇區(qū)內(nèi)的信號的接收，而這個扇區(qū)內(nèi)，在第一距離區(qū)段、第二距離區(qū)段、第三距離區(qū)段中又各再劃分為編號從1至6的六個區(qū)域網(wǎng)格。每一區(qū)域網(wǎng)格的長度是一英里，而這對應(yīng)于5微秒的持續(xù)時間(這也是每一個應(yīng)答機(jī)應(yīng)答脈沖的寬度)。
本說明書中早就曾指出過，T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的清晰距離的大小是與TV水平同步脈沖之間的持續(xù)時間成正比的，而其結(jié)果是63.555微秒大約相對應(yīng)6英里。這被稱為第一距離區(qū)段。其網(wǎng)格被從1至6編號的第二個距離區(qū)段從6英里擴(kuò)展到12英里，而第三距離區(qū)段則12英里擴(kuò)展到18英里。顯然，所要求的距離區(qū)段的數(shù)目取決于城市的大小。
因為各條TV信號水平同步脈沖，從第一個垂直同步脈沖開始依次被從1至525編號(定義-TV幀)，所以很清楚，中央接收機(jī)6以及各個用戶應(yīng)答機(jī)都具有清晰地計數(shù)、并保持全部525條水平同步脈沖數(shù)目的軌跡的能力。顯然，可編制出一種軟件算法去排除可能出現(xiàn)的任何多義性(如某用戶是否居住在距離區(qū)段1、2、3等等，及它們已被指定在哪一個H-同步脈沖上帶有應(yīng)答機(jī)信號)。
前面也早就指出過，在一個6英里的距離區(qū)段內(nèi)，大約可以有10，000個用戶以300波特率同時操作。雖然可以有更多的區(qū)段用于產(chǎn)生12、18或24英里的服務(wù)區(qū)域，但是用戶的最大數(shù)量應(yīng)保持一樣。不過，利用更多的角形扇區(qū)或更多的子信道，則可以增加用戶的數(shù)量。例如，如果使用波束寬度為18度的天線復(fù)蓋360度的區(qū)域，那么總共得需要20個天線，可同時為近200，000個用戶服務(wù)。然而，實際上因為地形和服務(wù)區(qū)邊界的緣故，用戶并不是均勻遍布整個服務(wù)區(qū)域，所以在實際的系統(tǒng)中，可以同時地服務(wù)的用戶數(shù)量比其最佳數(shù)量少。因為各個用戶通常每天只利用系統(tǒng)幾分鐘，基于分時操作，顯然，所服務(wù)的用戶數(shù)量要多得多。
圖5以一系列的微秒時一步來說明用戶應(yīng)答機(jī)脈沖被主電視信號的水平消隱期間掩蔽(即變得使TV觀眾看不見)的方法。假定電視臺在圖5的左側(cè)，并假定電視信號從左向右傳播。當(dāng)該主電視信號H-同步脈沖撞擊到用戶的電視天線，并觸發(fā)應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖(回波);這個應(yīng)答脈沖的上升邊是如從圖5a所示的標(biāo)記為“HBI”的11微秒矩形脈沖的上升邊開始的垂直線。這是在初始時間t發(fā)生的。
圖5b說明在時刻t+4.5微秒所形成的幾乎完整的應(yīng)答脈沖。該用戶的應(yīng)答脈沖以斜陰影線表出(只要它在HBI脈沖之下就這么表示)，從圖5b中可以看出，這一應(yīng)答脈沖分別向左、向右(上游和下游)兩個方向傳播。因為無線電波每微秒傳播約一千英尺，所以用戶應(yīng)答脈沖在4.5微秒內(nèi)將傳送0.9英里，如果從頂上向下看這個圖的話，人們就會看到用戶應(yīng)答脈沖表現(xiàn)為以用戶天線為中心、直徑為1.8英里的圓圈。劃有陰影線的用戶脈沖上方的標(biāo)有HBI的矩形脈沖是主電視水平消隱期間，可以看出它以與用戶應(yīng)答脈沖相同的速度向右傳播，并且向右傳播的用戶應(yīng)答脈沖功率全部出現(xiàn)在水平消隱期間之內(nèi)。在下游方向上總是這樣。
圖5c說明在t+8微秒時出現(xiàn)的時間波形。因為用戶的脈沖僅有5微秒寬，所以可以看出用戶的應(yīng)答機(jī)已經(jīng)停止發(fā)射，而應(yīng)答脈沖下降邊沿也已經(jīng)離開用戶天線并且正向所有方向傳播。假如從頂部向下看這幅圖的話，應(yīng)答脈沖將會是一個以用戶天線為中心、其外徑約3.2英里、內(nèi)徑(空腔)稍大于1英里的圓環(huán)。值得指出的是，向右(下游)傳播的波仍然出現(xiàn)在主TV信號的水平消隱期間的下面，但是向左(上游朝著TV臺)傳播的波不再為HBI所遮蔽;換言之，居住在上游距離該用戶1.2英里以外的電視觀眾不能同時看不見應(yīng)答脈沖的干擾，若是該用戶應(yīng)答信號有足夠的強(qiáng)度的話，則這些電視觀眾就會看到該用戶的響應(yīng)脈沖。我們很快就會指出，等到用戶的脈沖達(dá)到這么遠(yuǎn)的距離的時候，其信號強(qiáng)度已經(jīng)很弱了。
圖5d所示的是在t+18微秒時刻的波形。此時，以畫陰影線表示的向下游傳播的用戶的脈沖波形仍然保持在HBI之下而被遮蔽，但是向上游(向左)傳播(以不畫陰影線表示)的響應(yīng)脈沖到達(dá)上游約3.4英里處，由于它已出現(xiàn)在HBI之外若是強(qiáng)度足夠大的話，就能被TV觀眾所看到。
圖6表示的是用戶傳輸脈沖的信號強(qiáng)度隨著離開用戶的距離的增加而變化的曲線。在無線電波傳播理論中，人們都知道在自由空間中無線電傳輸波的電場強(qiáng)度隨著傳播距離的增加而線性下降。其波的能量按與距離的平方成比例的關(guān)系下降(如圖6曲線所示);無線電波的能量在離開輻射天線的最初幾百英尺距離范圍內(nèi)，下降得非常迅速，而后則下降得越來越緩慢。待到無線電波到達(dá)約500英尺遠(yuǎn)時，其大小已下降了大約70dB。圖6中的曲線表示出，在最初的幾百英尺范圍內(nèi)，用戶發(fā)射出的脈沖的強(qiáng)度衰減得是如此的迅速，致使其量級與TV無線電波的強(qiáng)度相比較已變得不重要了，因此對電視信號不會有干擾。
所以，僅僅那些居住在距離該用戶應(yīng)答機(jī)天線幾百英尺范圍內(nèi)觀看主電視臺播放節(jié)目的電視觀眾，才必須予以保護(hù)，這是因為在這范圍內(nèi)應(yīng)答機(jī)信號較強(qiáng)并且具有對電視節(jié)目有潛在干擾的能力。幸運(yùn)的是，正如圖5中說明的那樣，可能被居住在離應(yīng)答機(jī)幾百英尺范圍內(nèi)的電視觀眾看到的應(yīng)答機(jī)信號被主電視信號的消隱期間同時掩沒，因此，雖然在這一范圍內(nèi)用戶應(yīng)答機(jī)信號相對說來強(qiáng)些且對鄰近信道的電視觀眾具有潛在干擾能力，但是所有那些觀眾的電視接收機(jī)在那段時間里全被遮蔽而看不到任何視頻節(jié)目。
等到該用戶的信號傳播到水平消隱期間以外的距離的時候，其強(qiáng)度已衰減了90dB(即大約減弱了十億倍)，從而對主電視信號沒有干擾。還因為用戶的應(yīng)答機(jī)是在鄰近主電視信號的信道上操作的，所以應(yīng)答機(jī)信號進(jìn)一步受到調(diào)諧到主電視信號而不是應(yīng)答機(jī)信號的射頻濾波器的抑制，而這抑制典型地說來有相當(dāng)于35dB或更大。換言之，電視接收機(jī)抑制鄰近信道的信號約35dB或更多。圖6中所示的信號傳播衰減和由于電視接收機(jī)調(diào)諧電路對鄰近信道上的應(yīng)答機(jī)信號的衰減的共同作用，結(jié)果使應(yīng)答機(jī)信號總共衰減115dB以上。所以，從所有應(yīng)用目的來看，用戶應(yīng)答機(jī)脈沖不能干擾調(diào)諧到主電視信號的電視觀眾。
在實際的環(huán)境中(不是如圖6中所示“自由空間”曲線那樣)，用戶應(yīng)答機(jī)脈沖衰減得還要迅速，因此信號衰減甚至超過115dB。因為電視機(jī)的調(diào)諧電路，使那些調(diào)諧到遠(yuǎn)離第一鄰近信道上的電視接收機(jī)，可以抑制應(yīng)答機(jī)脈沖50dB或50dB以上，正象許多現(xiàn)場測試中所表明的那樣，它們根本沒有干擾作用。
圖7是說明HBI遮蔽圖形的頂視圖，對應(yīng)于圖5所示的側(cè)視圖。水平消隱脈沖31被表示成以TV臺10為中心的向外傳播的環(huán)形波。圍繞用戶15畫陰影線的范圍是被主TV水平消隱期間(HBI)遮蔽的區(qū)域，因為其電視接收機(jī)屏幕在這一期間被HBI所遮蔽，所以居住在這畫陰影線區(qū)域內(nèi)的所有電視觀眾都看不到該用戶的應(yīng)答機(jī)脈沖。另一方面，那些居住在該用戶左邊沒有畫陰影線的區(qū)域內(nèi)的電視觀眾將得不到HBI遮蔽的保護(hù)，但是正如對圖6所作的討論那樣，由于用戶信號強(qiáng)度非常弱，他們也因此而受到另一方面的保護(hù)。
我們已經(jīng)表明了來自用戶應(yīng)答機(jī)的信號傳輸對觀看主電視信號的電視觀眾不會造成干擾，這或者是因為被其水平消隱期間所遮蔽(如果他們靠近該用戶居住地的話)或者是因為應(yīng)答機(jī)信號太弱而對TV信號造成不了干擾(如果他們居住在水平消隱期間對應(yīng)距離之外的話，因為他們在這種情況下，至少離該用戶一英里遠(yuǎn))。
但是，還有另一種可能的擔(dān)心，那就是是否用戶的應(yīng)答機(jī)信號或許會對某些電視接收機(jī)功能有干擾的問題，而這些功能又必須在水平消隱期間被完成。下面我們就來講述這個問題。
圖8表示一個由NTSC(國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會)所定義的水平消隱期間的標(biāo)準(zhǔn)電視波形。假定時間是從左邊開始且向右增加。那么HBI開始之后，人們看見的第一個特點是其前邊沿剛好先于水平同步脈沖。這個前邊沿被用來定義所謂黑色電平的基準(zhǔn);比位于TV屏幕的可見區(qū)內(nèi)的電平弱的信號和比黑色電平強(qiáng)的信號，都不能被看到。所以，比基準(zhǔn)電平強(qiáng)的水平同步脈沖不會被看到。由于用戶應(yīng)答機(jī)是從水平同步脈沖的起始點開始發(fā)送信號的，且出現(xiàn)在水平同步脈沖起點之前，因此很清楚它不會對基準(zhǔn)黑色電平的使用造成干擾。TV水平同步信號本身觸發(fā)該用戶的應(yīng)答機(jī)以及該用戶家里或其鄰居家里的電視接收機(jī)中的全部必需的電路。這樣，在這一時刻發(fā)生的用戶應(yīng)答機(jī)信號，只是象正規(guī)的水平同步脈沖一樣，因而對附近任何電視接收機(jī)的固有水平同步脈沖都不會造成干擾。
跟在水平同步脈沖之后(圖8)的“彩色同步信號”(“chroma-burst”)波形，就彩色TV信號來說，在消隱信號后邊沿上被傳送。那種彩色同步信號表示了以約3.56MHz頻率運(yùn)行的彩色副載波振蕩器的8個周期，其目的是使各電視接收機(jī)內(nèi)用于對彩色信號進(jìn)行解調(diào)的晶體可控制振蕩器同步。對這過程的干擾，能夠造成彩色電視節(jié)目的彩色均衡性降低。電視接收機(jī)通常都使用晶體可控制彩色同步振蕩器來緊緊鎖定色同步信號，其作用如同極度靈敏的調(diào)諧濾波器一樣。該濾波器的帶寬事實上是如此的窄，致使本發(fā)明中使用的用戶應(yīng)答機(jī)脈沖的寬頻帶能量密度，對它的影響減至最小。換言之，由用戶的應(yīng)答機(jī)脈沖(如本發(fā)明所使用的)所表示的頻譜功率密度(瓦/赫)的數(shù)值是如此的小，致使這非常小的能量(確實存在在電視接收機(jī)的非常窄的TV彩色帶通濾波器內(nèi))，不足以對它產(chǎn)生干擾。本發(fā)明人進(jìn)行的大量實驗已表明，即使應(yīng)答機(jī)和TV接收機(jī)公用同一天線，本發(fā)明說明書中所設(shè)想的信號傳輸對電視節(jié)目的彩色質(zhì)量也毫無影響。
我們已經(jīng)說明了為什么由按照前述方式所設(shè)計的用戶應(yīng)答機(jī)所傳輸?shù)男盘?，對左鄰右舍的電視觀眾不會有影響，既便公用象該用戶自己的電視接收機(jī)那樣的同一根天線，對觀看電視也不會產(chǎn)生有害影響。
但是人們可能會問，為了不干擾電視信號，應(yīng)答信號必須弱到什么程度。這些問題及其有關(guān)說明，由美國的聯(lián)邦通信委員會和其他國家的類似機(jī)構(gòu)來規(guī)定?，F(xiàn)在，F(xiàn)CC已經(jīng)限定鄰近信道上的信號必須等于或弱于電視信號，以便對其不發(fā)生干擾。所述的另一種方法，給予電視信號的唯一保護(hù)是由TV接收機(jī)調(diào)諧濾波器所提供的保護(hù)，如前所述，對鄰近信道的抑制可達(dá)35dB或35dB以上。另一方面，如果一個潛在的干擾信號位于與電視信號同一信道之內(nèi)，那么根據(jù)現(xiàn)有的FCC規(guī)定，它必須比電視信號至少弱50dB，而按已提出的新規(guī)定，則它僅僅需比電視信號弱40dB。利用現(xiàn)有的FCC規(guī)則作為標(biāo)準(zhǔn)的話，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)用戶應(yīng)答機(jī)可以使用其功率峰值約2瓦特而平均功率幾毫瓦的脈沖，以便滿足FCC標(biāo)準(zhǔn)，這一脈沖足以為超過20英里距離上的T-網(wǎng)絡(luò)無線電中心局提供可用的信號。因為這類用戶應(yīng)答機(jī)的平均功率低，所以在實際應(yīng)用中，出現(xiàn)了電池式應(yīng)答機(jī)。
至此為止，我們已經(jīng)描述了從用戶至無線電中央局的上行線路的運(yùn)行。我們指出了用戶的信號傳輸對電視觀眾并不構(gòu)成干擾的道理。我們還指出了主電視信號的水平和垂直同步脈沖如何對用戶應(yīng)答機(jī)的信號傳輸進(jìn)行協(xié)調(diào)，以及怎樣使多個用戶信號能在TV幀的不同水平掃描線上進(jìn)行多路傳輸?，F(xiàn)在我們將描述從主電視臺到各用戶的新的和改進(jìn)下行線路的理論和特殊優(yōu)點。
圖9a表示本發(fā)明的主電視信號和32個新的下行線路副載波的頻譜圖。本圖中他們被表示存在于主電視臺的低鄰近頻道之中。眾所周知，電視信號使用稱之為帶小而低殘留邊帶的高單邊帶(SSB)調(diào)制。主電視信號載波頻率FC被表示在6兆赫電視信號頻道之左側(cè)，而大部分的視頻能量則在高邊帶中表示。該信號能量包括視頻圖象信息，高于FC的4.5兆赫處的調(diào)頻的音頻載波和在3.57兆赫處的彩色副載波。還有若干可加的輔助載波(SCA′S)存在于電視頻道之內(nèi)，以便提供立體聲傳送和第二音頻節(jié)目，但這些信號未在圖9a中表示。電視頻道的低緣為低于該音頻載波頻率FC的1.25兆赫。小于FC以下1.25兆赫的頻率被認(rèn)為處于下一個電視頻道，該電視頻道稱之為低鄰近頻道。如前上述，該低鄰近頻道總是空余的。本發(fā)明的32個副載波正是處于該低鄰近頻道(他們也可使用高鄰近頻道)。這32個副載波中的每一個的頻帶寬度約為187.5千赫芝，且每一個帶寬足以運(yùn)載來自用戶應(yīng)答機(jī)的獨立的上行線路脈沖信號，和到用戶的單獨的下行線路信號，這即將予以說明。
圖9b描述4個數(shù)字位如何在水平消隱期間的時間間隔內(nèi)，即約11微秒(每位約2.8微秒)時間內(nèi)被調(diào)制。圖9b中所示的各個副載波都被選通，以致于他們僅在水平消隱期間內(nèi)存在，因而他們不影響該主電視節(jié)目的視頻部分。在這水平消隱期間內(nèi)，4比特信息調(diào)制在各副載波上。為達(dá)到所述目的有各種可以采用的調(diào)制方法。一種優(yōu)選的方法是調(diào)相技術(shù)，其中，每當(dāng)要傳送一個邏輯“1”時，在1比特間隔內(nèi)，使該被選通的副載波的相位超前90度且返回到其起始的相位。如果要連續(xù)傳送更多的邏輯“1”，在每1比特后該相位的方向則置反，也就是說，在1比特間隔內(nèi)該波超前90度且回到起始相位，然后在第二個比特間隔內(nèi)使該波滯后90度并回到其起始相位。這是以正弦波形式處理的，以便盡可能對該信號頻譜進(jìn)行限制，以使其大部分的能量盡可能保持在預(yù)定的子信道帶寬范圍內(nèi)。如果要發(fā)送一個邏輯“0”，則不會發(fā)生相位超前或滯后。這一過程表示在將4比特的序列描述為1011的圖9b之中。由于對每個副載波在每個水平消隱期間內(nèi)傳送4比特，又因為該水平消隱期間發(fā)生在15，734赫芝，結(jié)果產(chǎn)生每個子信道的下行線路數(shù)據(jù)率為62936波特。每個子信道能獨立運(yùn)載信息。
正交調(diào)幅(QAM)。在圖9c中揭示了另一種調(diào)制方法，即正交調(diào)幅(QAM)，它使每個副載波分解成若干正交分量，且其中每個分量被獨立調(diào)制，以便形成更窄的發(fā)射頻譜，由此使對鄰近子信道信號的干擾減少到最低程度。本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員將清楚看出，所述的正交方法或可使用每個正交項的二進(jìn)制(開-關(guān))調(diào)制，或每一項可取多值(如正交調(diào)幅QAM)，以便為每個預(yù)定的子信道更大的數(shù)據(jù)速率去確定多位(Multiple Symbols)。
現(xiàn)在將描述用以傳送下行線路副載波的兩種設(shè)備配置方案。圖10a表示一種方法，其中接在倍頻器42后面的副載波振蕩器40產(chǎn)生預(yù)期的副載波無線電頻率，該頻率經(jīng)44中數(shù)據(jù)調(diào)制，在46中得以放大并由天線48發(fā)射。這是被調(diào)諧到處于如圖9a所示的低鄰電視頻道內(nèi)部的32個副載波之一。這些副載波也被選通成僅存在于水平消隱期間11微秒內(nèi)。圖10a表示32個這樣的副載波發(fā)生器的一種組合。所有這些副載波的輸出可在50中累加在一起，由放大器46放大并通過天線48發(fā)射。天線48和圖10a中的整套裝置甚至可與主電視發(fā)射機(jī)/天線無關(guān)和截然不同。該方法具有天線48可以是一個定向天線的優(yōu)點。可設(shè)置若干個(其中每個)與圖10a相同的副載波裝置及其有關(guān)的天線，以產(chǎn)生進(jìn)入其他角形扇區(qū)下行線路傳送，進(jìn)而復(fù)蓋整個城市。
圖10b和10c表示用以傳送下行線路數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的兩種方法。已處于適當(dāng)射頻的圖10b的射頻副載波裝置在54中“加”到常規(guī)電視的視頻載波上，并通過該電視發(fā)射天線發(fā)射。這是一種將T-網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信號載在現(xiàn)有的主電視發(fā)射機(jī)上而無干擾的級聯(lián)方法，這是因為，如前所述該T-網(wǎng)絡(luò)副載波存在于鄰近通道上。不過，為了做到這一點，該主電視發(fā)射機(jī)也許不得不稍作重調(diào)。在圖10c中這些副載波在基帶頻率上形成，而它們本身又在單邊帶調(diào)制器11中(用微殘留低邊帶)調(diào)制現(xiàn)有的電視載波在該低邊帶上的數(shù)據(jù)載波和該高邊帶上的視頻。
現(xiàn)在描述在下行數(shù)據(jù)傳送的水平消隱期間把4比特數(shù)據(jù)加到每個副載波上的另一種正交調(diào)制方法。被選通的副載波振蕩器40(圖9c)分解成兩個正交分量，而其中每個分量在水平消隱期間用2比特數(shù)據(jù)加以調(diào)制。這與上述的方法相反，在上述方法中，一個副載波分量在該水平消隱期間用4比特數(shù)據(jù)予以調(diào)制。從使所需要的無線電頻譜的頻帶寬度減少到最低限度的角度來看，這種使用二個正交副載波項的方法是有吸引力的。廉價的(稱為IC或Chip)的大規(guī)模集成電路現(xiàn)存在于彩色電視接收機(jī)中，在其內(nèi)部含有為解調(diào)該彩色副載波所必需的，和可代之以適合于解調(diào)該數(shù)字副載波，以及檢測水平和垂直同步脈沖和必要的控制信號(自動頻率調(diào)諧AFT和自動增益控制AGC)的所有電路，因此使用兩個正交副載波分量的方法也是有吸引力的。在下行線路發(fā)射機(jī)端正交調(diào)制該下行線路副載波的方式是比較簡單的。參照圖9c，副載波振蕩器40的輸出，由一信號線路在移相器41移相90度而分解成兩個正交分量。在每個水平消隱期間該同相且正交的信號由43用2比特數(shù)據(jù)加以單獨調(diào)幅。當(dāng)然，正象以前所說明的那樣，副載波振蕩器40本身僅在水平消隱期間(11微秒)存在。如前所述為每一個天線射束扇區(qū)可設(shè)置32個與圖9c完全相同的振蕩器。
在本說明書中早已指出，甚至在同一時間也可使用相同的子信道，作上行和下行線路發(fā)送。使用單獨的子信道或用于上行發(fā)送，或用于下行發(fā)送是顯而易見的。然而，要理解在同一時間使用單個信道既作上行線路發(fā)送又作下行線路發(fā)送需要作些解釋。已經(jīng)指出，用于下行線路的這些被選通的副載波僅存在與每個主電視水平消隱期間一致的約11微秒。同步脈沖間的時間為63.555微秒，因此這些下行線路副載波的存在時間僅占這整段時間的17.3%(11/63.555＝ .173)。所以，在這段時間的82.7%該下行子信道實際上是“關(guān)閉”和不用的。如上所述，這段水平消隱期間的時間間隔包含下行線路副載波以光速背離該電視臺傳播，掠過鄉(xiāng)村，達(dá)到本系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域的最大范圍且超過如圖11所示的范圍。
既然這些被選通的副載波僅存在這段時間的17.3%，這就留給我們大約82.7%的時間隨意等聽?wèi)?yīng)答“回聲”。如早先論述所指出的那樣，這些反射信號實際上是上行線路的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為使同時進(jìn)行的上行線路和下行線路的發(fā)送共享子信道，必須謹(jǐn)慎地只允許固定的用戶小區(qū)以這種方式運(yùn)行，以便在一下行線路副載波發(fā)送的同時收不到來自禁區(qū)(圖11)的應(yīng)答脈沖。檢波來自禁區(qū)的在產(chǎn)生強(qiáng)的下行線路發(fā)射的同時達(dá)到的弱的“回聲”，如果不是不可能的話也是困難的。這些禁區(qū)在圖11中被示為畫有截面線的年輪樣環(huán)。這些環(huán)的寬度，約1英里，它表示約占總服務(wù)范圍的17.3%并每隔5英里出現(xiàn)一個。處于這些禁區(qū)內(nèi)部的用戶不能使用同一信道同時進(jìn)行發(fā)送和接收，不過，這些禁區(qū)里的用戶，對發(fā)送和接收可使用不同的子信道，這種方法如同無線電發(fā)送的慣例。另一方面，可使接收分局7(圖2)處于“下游”的位置，以使其禁區(qū)有效地移離無線電總局6的禁區(qū)，進(jìn)而提供連續(xù)的復(fù)蓋范圍。
協(xié)同調(diào)制。現(xiàn)在對本發(fā)明的新穎性之特征加以說明。在對圖9的論述中曾指出，32個副載波配置在低鄰近主電視信號的頻道中(或在高鄰近頻道上)。這些副載波實際上將到達(dá)該T-網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)答接收機(jī)(圖12b)，雖然這些副載波可能是各自獨立產(chǎn)生的，雖然他們可從與該電視發(fā)射機(jī)不同的地點發(fā)送，但他們似乎是電視載波頻率FC的低邊帶。解釋上述情況的另一種方法將要指出，在應(yīng)答接收機(jī)34(圖12b)的帶通范圍內(nèi)既存在這些副載波又存在該電視主載頻FC時會產(chǎn)生“差頻”，且這些差頻由檢波器88進(jìn)行處理，;結(jié)果包括與通過這些副載波對載頻FC進(jìn)行的單邊帶調(diào)制相差不大的包絡(luò)調(diào)制(envelop-modulation)。如同簡短說明過的那樣，該包絡(luò)是由檢波器88解調(diào)的。
這種有效地將邊帶附加在某一現(xiàn)有信號(即該電視載波)上，以便利用其載波能量和/或該載波已運(yùn)載的有些調(diào)制信號(如水平和垂直同步信號)的方法可視作獨特的概念，所以這種方法已被稱為“協(xié)同調(diào)制”(synergetic modulation)。在這里協(xié)同調(diào)制被定義如下在現(xiàn)有的無線電信號上，通過與該信號發(fā)生器無關(guān)的裝置(其中所述的裝置位于同一或遙遠(yuǎn)的位置)建立偽無線電邊帶，從而提高該偽邊帶發(fā)送的可靠性并使相互干擾為最小。
現(xiàn)在將詳細(xì)說明特殊的T-網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和系統(tǒng)配置。熟練的通訊工作者顯然清楚，對各種應(yīng)用來說這個T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思可作許多變化，因此下述諸電路和有關(guān)的描述僅表示一個最佳實施例。
應(yīng)答機(jī)/發(fā)射機(jī)。
圖12表示可用于本發(fā)明的典型無線調(diào)制解調(diào)器(或應(yīng)答機(jī))的射頻部分。圖12A，發(fā)射機(jī)部分是一種相當(dāng)普通的無線電發(fā)射機(jī)，它使用固定頻率晶體振蕩器60和包括鑒相器62、低通濾波器64、可變振蕩器66及可變分頻器74的子信道頻率合成器;所有這些組合在通常稱為鎖相環(huán)(PLL)的電路之中?？勺兎诸l器74可由以前表示在圖3中的微處理器36控制。因而該應(yīng)答機(jī)的子信道頻率便可由該微處理器控制，而微處理器本身又受遠(yuǎn)方網(wǎng)絡(luò)控制中心2(圖1)所控制，以便在不同的時間、動態(tài)地給諸應(yīng)答機(jī)分配不同的子信道頻率，從而使整個系統(tǒng)的通訊量管理最佳化。
可變振蕩器66的輸出在68中加以放大和倍頻，并在70中通過余弦平方調(diào)制器76加以脈沖調(diào)制。調(diào)制器76實際上是產(chǎn)生具有平滑升降形狀的脈沖波形(如余弦平方波形成)的信號波形發(fā)生器，而這樣做的目的在于使所發(fā)送的脈沖的頻譜分量最佳化，從而其大部分的無線電能量屬于預(yù)期的子信道帶寬度之列。另一方面，68的輸出可分解成正交項，每項在每個水平消隱期間用1比特加以調(diào)制(與前述下行線路正交調(diào)副等效)。調(diào)制器70的脈沖輸出在72中進(jìn)一步放大到峰值大約為2瓦，并經(jīng)由雙工機(jī)32與發(fā)射它的天線12連接。所發(fā)送的該脈沖的寬度約為5微秒，這個占空因數(shù)是很低的;該發(fā)射機(jī)的最終的平均功率在300波特時約為1.5毫瓦。該平均功率極低，因而對電池供電運(yùn)行來說是有吸引力的。
應(yīng)答機(jī)/接收機(jī)。
該應(yīng)答機(jī)的接收機(jī)部分如圖12b所示。其意圖是采用常規(guī)的為大批量生產(chǎn)的黑白電視接收機(jī)而設(shè)計的集成電路，因而使用相當(dāng)便宜和可靠的零部件。另一方案即使用彩色電視線路以后予以論述。下行線路信號被天線12截取，并經(jīng)過雙工機(jī)32接到電視調(diào)諧器80上。這些信號在82中加以放大，通過中頻(IF)帶通濾波/放大器(BPF)組件84被發(fā)送并接到電視接收機(jī)集成電路片86上。接收機(jī)86將控制信號87反饋到電視調(diào)諧器80上，以達(dá)到自動頻率調(diào)諧(AFT)。這些都是常規(guī)的電視部件，例如84可包括用于電視接收機(jī)的IF陶瓷濾波器。檢波器88解調(diào)這些下行線路信號并除去射頻載波，以便向并聯(lián)的低通濾波器90和高通濾波器92均提供電視同步和副載波基帶信號。
調(diào)整圖12B中該接收機(jī)的中頻(IF)調(diào)諧電路，以便包羅T-網(wǎng)絡(luò)所有的32個副載波以及該電視載波FC的頻率。由于該電視信號包含在FC以下的低殘留邊帶，這些低殘留邊帶均在該接收機(jī)的頻帶寬度之內(nèi)且被解調(diào)。因此，檢波器88的輸出信號包含所有的32個副載波及大部分主電視水平和垂直同步脈沖能量，這是因為同步脈沖能量存在于該電視信號的低頻部分并通過低通濾波器90。所以同步脈沖能量在濾波器90的輸出端表現(xiàn)為如圖12B所示的水平和垂直同步(H and V sync)。
另一方面，這些數(shù)據(jù)副載波存在于電視載波頻率FC以下的1.25和7.25兆赫之間，而他們由高通濾波器92濾出并送到混頻器94，在混頻器中一組鎖相環(huán)只對這32個副載波中的一個進(jìn)行選擇和解調(diào)。該鎖相環(huán)的操作如下。由微處理器36(圖3)動態(tài)控制的頻率合成器98選擇這32個中的一個將被解調(diào)的副載波。當(dāng)該接收機(jī)在射頻調(diào)制解調(diào)器的內(nèi)部時，頻率合成器98可由個人計算機(jī)之類的(伴侶)裝置進(jìn)行控制;或可由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制中心(NCC)，按照其控制發(fā)射機(jī)部分的可變分頻器74同樣的方式加以控制。在任何情況下頻率合成器98控制壓控振蕩器96，以便將其調(diào)整到精確地等于要被解調(diào)的那個副載波頻率的某個特定的頻率上;這個過程發(fā)生在混合器94、低通濾波器108、放大器110、頻率控制變?nèi)荻O管102和晶體振蕩器100之中。其操作與公知的普通的鎖相環(huán)(PLL)的操作是相同的。結(jié)果是壓控振蕩器VCO 96精確地保持與要被解調(diào)的這個副載波的平均相位協(xié)調(diào)和相位同步。低通濾波器108將消除該被選擇的副載波中的相位波動。然而將代表經(jīng)預(yù)期相位調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的快速相位波動則通過低通濾波器104和放大器106，并送到(在圖3中表示的)微處理器36。我們記得，這些副載波每次選通僅存在11微秒，而且是與該電視信號的水平消隱期間一致的。在這個水平消隱期間，按照以前結(jié)合圖9所作的說明的方式，對4比特的信息進(jìn)行相位調(diào)制。因而圖12B的接收機(jī)的輸出便產(chǎn)生主電視信號的水平和垂直同步脈沖，以及該下行線路子系統(tǒng)的32個中任何一個副載波中的下行線路數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
從濾波器90發(fā)出的主電視水平同步脈沖的強(qiáng)度表征在主電視和用戶之間的無線電傳播路徑的衰減。該強(qiáng)度因而是返回(上行線路)途徑中所需要功率的度量。根據(jù)這種可逆性原理，功率級控制器77(圖12)對建立上行線路發(fā)射機(jī)的所希望的輸出功率值的調(diào)制器76提供控制信號，以便不發(fā)射過量的功率，同時還保證足夠的功率。
應(yīng)答機(jī)/正交接收機(jī)。
為了描述針對檢波另一種下行線路正交調(diào)制(圖9C)的經(jīng)濟(jì)實用的設(shè)計，在以下論述中將說明對T-網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)答機(jī)的圖12C中彩色電視集成電路81之應(yīng)用;但是應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，在以下論述中有意義的基本特征必然同以下事實有關(guān)，即價格低廉的集成電路片可用來解調(diào)T-網(wǎng)絡(luò)下行線路副載波的兩個正交項，因為他們看來象是經(jīng)正交調(diào)制的電視色度信號。
一種典型的電視集成電路81包括IF前置放大器83和IF放大器85和檢波器89，這些器件在設(shè)計方面是相當(dāng)平常的，并包括提供自動頻率調(diào)諧(AFT)電路87和自動增益控制(AGC)電路91。電路81還包括水平和垂直同步分離和檢波電路93和95。本說明早先曾指出，在美國彩色電視制式中電視信號被編碼和發(fā)射為三個分量黑白圖象亮度分量“M”和二個彩色分量“I”和“Q”，他們疊加在具有精確的固定頻率為3.579545兆赫的色度副載波上?；旧习磳-網(wǎng)絡(luò)選通的副載波的另一種調(diào)制(圖9C)所使用的相同方法，對該色度副載波用I和Q彩色信號進(jìn)行正交調(diào)制。
在彩色電視發(fā)射的情況下，在每次消隱水平同步脈沖的后沿，該電視發(fā)射機(jī)便發(fā)射短暫的色同步信號，其目的在于要使壓控振蕩器96(圖12C)和所有電視接收機(jī)相位同步。鎖相的振蕩器96因而可用作連續(xù)的基準(zhǔn)相位，以便解調(diào)所發(fā)射的彩色電視信號的I和Q分量。在彩色電視接收機(jī)中，色同步檢波器103通過使用取自水平同步檢波器93的時間門，選通約8周期的色同步，從而完成同步過程;這8周期應(yīng)用鎖相環(huán)電路101，電路101控制VCO 96，因而使其與這8周期色同步精確地保持相位同步。精確地調(diào)到3.579545兆赫的石英晶體接到端子105上，這便使鎖相環(huán)101和VCO 96與色同步振蕩精確地保持相位同步，即使在色同步消失后亦是如此。在色同步之間的時間間隔VCO 96實際上作微不足道的漂移?，F(xiàn)在說明使彩色電視集成電路81能代之以檢波本發(fā)明的下行線路正交調(diào)制副載波數(shù)字信號的所合適的方式。對上述應(yīng)用而言，目標(biāo)是在使用色同步信號檢波器103、I和Q檢波器99、鎖相環(huán)101和VCO 96。以前參照圖12B說明過的副載波頻率合成器98現(xiàn)取代色度振蕩器的石英晶體，接在輸入端105。早先曾指出，應(yīng)答接收機(jī)的帶通被調(diào)整，以使其只通過T-網(wǎng)絡(luò)32個副載波和主電視載波頻率。因而其不通過3.579545兆赫的色同步信號或該色度副載波。只在水平消隱期間的特定的時間被選通而操作的色同步信號檢波器必然將代之以遭遇到許多T-網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)載波頻率的組合，其組合取決于對下行線路數(shù)據(jù)發(fā)送所使用的那些副載波的頻率。由于頻率合成器98調(diào)到某一特定的副載波頻率上并正在將信號加到鎖相環(huán)101，因此可迫使合成器98和VCO 96只能鎖定在該特定的下行線路副載波頻率上。由VCO 96加到I和Q檢波器99的該基準(zhǔn)頻率必然使檢波器99只解調(diào)該特定副載波的同相和正交相(I和Q)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)部分。
易得到和廉價的彩色電視集成電路81因而可用來解調(diào)用于本發(fā)明的這許多正交調(diào)制的數(shù)據(jù)副載波中的任何一個數(shù)據(jù)載波。檢波器99的輸出接到綜合和轉(zhuǎn)儲電路109，在那里一個以來自于93的水平同步信號為基礎(chǔ)的同步信號用于精確地門控和最佳地檢波已被選擇的這個副載波的T-網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。該極強(qiáng)的主電視載波部分的信號和同步信號因而用于有效地“運(yùn)載”并進(jìn)而提高T-網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的可靠性;這便是協(xié)同調(diào)制的優(yōu)點。在圖3中所示的應(yīng)答機(jī)的微處理器36適用于協(xié)調(diào)該應(yīng)答機(jī)的射頻部分的定時，以及在36及其伙伴裝置(如個人計算機(jī))之間的緩沖存儲和轉(zhuǎn)遞信息。該微處理器36還執(zhí)行諸如識別它要檢驗和傳遞的輸入信息之類的某些輔助功能。微處理器36，通過動態(tài)地移到如同網(wǎng)絡(luò)控制中心所指示的、或如同其伙伴裝置所選派的分配給它的待發(fā)射和接收的子信道的頻率上，還幫助網(wǎng)絡(luò)控制中心協(xié)調(diào)整個T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信量。該微處理器在設(shè)計方面是通用的，且其編程是簡單易懂的。
應(yīng)答機(jī)/天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)。
所述應(yīng)答機(jī)的天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)32(圖12)允許同現(xiàn)有的電視接收機(jī)、所述應(yīng)答機(jī)的接收機(jī)部分和其發(fā)射機(jī)部分共用該用戶的現(xiàn)有電視天線。其主要任務(wù)是，把所述應(yīng)答接收機(jī)和電視接收機(jī)同發(fā)射機(jī)部分隔離開，從而使它們在發(fā)射期間不致被損壞。圖13表示一臺用于把這些接收機(jī)同該發(fā)射機(jī)隔離開的、可能的天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)。所述用戶電視天線通過一段四分之一波長的同軸電纜114連接到應(yīng)答接收機(jī)和電視接收機(jī)上，所述電纜114在其輸出端有一個二極管開關(guān)116，后者通過一個射頻扼流圈118由微處理器36控制。當(dāng)需要應(yīng)答機(jī)發(fā)送一個數(shù)據(jù)脈沖時，微處理器36使二極管116轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)，這在事實上是短接了同軸電纜114的輸出端，同時在其輸入端(圖13的左邊)顯現(xiàn)反射的開路阻抗。因此，由發(fā)射機(jī)38產(chǎn)生的射頻脈沖視同軸電纜114的輸入端為開路，所以信號被送至用戶電視天線并被發(fā)射出去。
另方面，當(dāng)發(fā)射機(jī)38不發(fā)射的時侯，大部分時間是這種情況，這時進(jìn)入用戶電視天線12的信號通過同軸電纜114，并且進(jìn)入信號分離器120，從那里它們被送到現(xiàn)有的電視接收機(jī)上，從而可以接收通常的電視節(jié)目，它們也同時被送到作為所述應(yīng)答機(jī)的一部分的接收機(jī)34上。在此種接收條件下，發(fā)射機(jī)38相當(dāng)于開路，它阻止接收到的信號輸入。
圖13的應(yīng)答機(jī)的天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)32只是可用的若干方法之一。例如，被稱作為微波循環(huán)器的一些裝置包括一個可以實現(xiàn)比較功能并具有是寬頻帶這個附加優(yōu)點的三端口無源網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)在我們要說明無線電總局的各主要部件，并將強(qiáng)調(diào)各種設(shè)計出來用于實施本發(fā)明的獨特而新穎的電路。
無線電總局(RCO)圖14是一張典型的無線電總局的綜合方框圖。天線組28表示多套定向天線組中的一套，每一套都單獨連接到一個分隔扇區(qū)的接收機(jī)122上。每個扇區(qū)的接收機(jī)122覆蓋分配給所述T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整個6兆赫的電視頻道。例如，十套天線組28，每套具有18度波束寬度，連接到十臺接收機(jī)122上，將提供180度的覆蓋范圍。如果每個角形扇區(qū)使用一個系統(tǒng)中三十二條子信道中的十六條，其中奇數(shù)編號的子信道用在一個扇區(qū)上，偶數(shù)編號的用在相鄰的扇區(qū)上，而奇數(shù)編號的再用在下一個相鄰扇區(qū)上……等等，那么所述配置將如圖14所示。假如那樣的話，每個扇區(qū)的接收機(jī)122將需要十六個濾波器124，后者被分成為兩組，每組八個子信道濾波器來表示;示于圖14上排的濾波器組覆蓋9至16子信道，下排的八個濾波器則覆蓋1至8子信道。每個子信道濾波器124連接到各自的數(shù)字接口電路板126上，并按相應(yīng)的方式編號。
在一個最佳實施例中，可以從一臺單板計算機(jī)128來控制這些子信道濾波器中的八個以及連帶的數(shù)字接口電路。這就是圖14中顯示兩組，連接到“B”單板計算機(jī)128的八個子信道濾波器/數(shù)字接口電路以及連接到“A”單板計算機(jī)128的另八個子信道濾波器/數(shù)字接口電路的原因。這樣，1號扇區(qū)的接收機(jī)為十六個子信道濾波器124、十六塊數(shù)字接口電路板126以及兩臺單板計算機(jī)128饋給信號。如果T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有十套扇區(qū)天線組和連帶的十臺扇區(qū)接收機(jī)，那么總共將有三百二十個子信道濾波器124和數(shù)字接口板126以及二十臺單板計算機(jī)128。
協(xié)議計算機(jī)130(圖14)收集來自所有單板計算機(jī)128的數(shù)據(jù)，需要時將其重定格式并緩沖存貯，隨后通過中繼線26將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)控制中心2(示于圖1上)。該中繼線可以是多種常用鏈路中的一種，例如圖14上畫的微波鏈路。
圖14上所示顯示器和入/出133是一臺可用于輸入諸多簽約承擔(dān)此種通信服務(wù)義務(wù)的用戶小區(qū)地址的計算機(jī)監(jiān)視器和輸入/輸出裝置。它也可用于實現(xiàn)一些輔助操作功能，諸如監(jiān)視某些特定的數(shù)字接口電路126和單板計算機(jī)128的運(yùn)行，或用于診斷故障。
無線電總局/扇區(qū)接收機(jī)。
圖15示出一典型扇區(qū)接收機(jī)子系統(tǒng)的方框圖。天線28從各用戶應(yīng)答機(jī)檢測出上行線路信號，把它們送到帶通濾波器134和相鄰頻道帶阻濾波器136去。這些濾波器抑制著主電視信號的大部視頻成分以及其他對用戶信號將不會被它們掩沒的地方的干擾電平。應(yīng)該指出，典型的電視發(fā)射機(jī)具有的有效發(fā)射功率定額是，從25，000至二百萬瓦特或更大，因而是比用戶信號強(qiáng)得多。輸入信號接著在138中被放大，并在第一混頻器140中作下降變頻。中頻濾波器142和放大器144具有大約6.0兆赫的帶寬，它對所有位于它的帶寬之外的信號都呈現(xiàn)陡削的衰減。
放大器144的輸出端連接到第二下降變頻混頻器146上，其后接著是第二中頻濾波器148和放大器150。所述第二中頻是21兆赫，它也有6.0兆赫帶寬。T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有這三十二個子信道都能包含在此帶寬中。扇區(qū)接收機(jī)122的輸出端并聯(lián)接到一組濾波器124上，用于所述扇區(qū)的三十二個副載波的每一個都需要一個濾波器。包含在這些帶通濾波器內(nèi)的是一個檢波器，所以每個濾波器的輸出都是帶著模擬數(shù)據(jù)的副載波基頻頻帶，即，它是由所述扇區(qū)內(nèi)各應(yīng)答機(jī)發(fā)送的所有數(shù)字脈沖的總和。已經(jīng)提到過，用于一個扇區(qū)的帶通濾波器/檢波器組件中的每一個都可以由十六個子信道組成，所以一個扇區(qū)將只運(yùn)行在奇數(shù)通道上，以便為所有各扇區(qū)都提供頻率的重復(fù)使用。
無線電總局/數(shù)字接口。
每一個子信道濾波器124都在其輸出端連接了一塊數(shù)字接口電路板，該板的方框圖示于圖16上。所述數(shù)字接口板的作用是，以適當(dāng)?shù)臅r間延遲建立小區(qū)選通電路，(該時延代表著到諸多運(yùn)行于所述子信道上的用戶中的每一個的距離)，以便從它們中檢測出脈沖，并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到它的相鄰的單板計算機(jī)128上(圖14)?，F(xiàn)在我們來說明圖16中方框圖的一些新穎的地方。數(shù)字接口板126的所有電路都通過標(biāo)準(zhǔn)的多總線156橫向連接到其他組件上。例如，已經(jīng)指出過，將有八塊數(shù)字接口板用于每臺單板計算機(jī)128，這些板將通過多總線156互相連接。顯示和入/出裝置133也可以通過該多總線連接。
在某一種運(yùn)行方式下，顯示和入/出裝置133(圖14)用于以已知的或計算出來的、及于該用戶的小區(qū)為基礎(chǔ)，輸入新用戶的小區(qū)地址，此信息將通過信道地址譯碼器158和數(shù)據(jù)總線157被“記錄”到用戶小區(qū)地址存儲器160中。與此同時，該用戶信號的強(qiáng)度將被測量或評估，而所述信息將以類似方式輸入到用戶幅值特征存儲器166中。這樣，每個用戶應(yīng)答機(jī)的小區(qū)和幅值都將分別存貯在存儲器160和166中。來自子信道濾波器124的、代表從每臺應(yīng)答機(jī)輸入的數(shù)據(jù)的模擬脈沖被送到積分和轉(zhuǎn)儲模擬電路164中。
數(shù)字接口板126的運(yùn)行是重復(fù)的，并且在使用天線27的分隔接收機(jī)(圖3)檢出信號時，由所述主電視臺的垂直和水平同步脈沖觸發(fā)運(yùn)行。這些同步脈沖被傳送到地址發(fā)生器174和176中。根據(jù)這種觸發(fā)，用戶地址計數(shù)器176開始向上計數(shù)，以一連串階躍的方式產(chǎn)生若干地址，每一階躍都正比于水平同步脈沖從電視臺往外當(dāng)它掠過鄉(xiāng)村地區(qū)時已傳播的距離。換句話說，用戶地址計數(shù)器176已產(chǎn)生的計數(shù)，是等于從所述電視臺到傳播中的主電視水平消隱期間的即時位置的距離。
用戶地址計數(shù)器176被連接到用戶小區(qū)地址存儲器160和幅值存儲器166上，如果那些存儲器單元保持著一個用戶信息，那就導(dǎo)致觸發(fā)選通發(fā)生器162和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器168。這樣，經(jīng)常由小區(qū)地址選通發(fā)生器162進(jìn)行比較，以判定是否有用戶存在于現(xiàn)時所產(chǎn)生的地址計數(shù)上;如果有，小區(qū)選通地址發(fā)生器162產(chǎn)生某小區(qū)選通脈沖，它使積分和轉(zhuǎn)儲模擬電路164能夠從那特定小區(qū)地址處的那個特定應(yīng)答機(jī)那兒接受所述脈沖并進(jìn)行積分。到5微秒積分周期末，來自所述應(yīng)答機(jī)的脈沖立即在比較器170中同已由數(shù)模擬轉(zhuǎn)換器168建立的閾值電平比較，而這本身又同該用戶所希望的信號強(qiáng)度有關(guān)?；谀M比較器170的比較結(jié)果做出的判定是，是否有來自那個特定小區(qū)地址處所述應(yīng)答機(jī)的邏輯“1”傳輸，或者是邏輯“0”(不傳輸)?？梢岳斫獾氖?，這些比較是由微秒時基以及根據(jù)預(yù)定的在一微秒時序上完成的，該時序取決于是哪些用戶被記錄到存儲器中了，以及它們離開主電視發(fā)射機(jī)有多遠(yuǎn)。還可以理解的是，來自諸多用戶的各脈沖都是時間交錯的，必須分類揀出;這就是雙重緩沖信號分離器172的任務(wù)。
所述雙重緩沖的信號分離器172的電路把一個由主電視垂直和水平同步脈沖觸發(fā)運(yùn)行的地址發(fā)生器(計數(shù)器)174連接到它上面了，而且它先產(chǎn)生一個粗略的、用戶地址的時間分割部分(即所述應(yīng)答機(jī)被指定對其產(chǎn)生響應(yīng)的特定的水平同步脈沖)，接著是第二個基于每個用戶小區(qū)的精細(xì)的時間分割地址。信號分離器172還有著作為輸入量的比較器170的輸出信號，它包含著來自被分配給該子信道的許多用戶中的每一個的各數(shù)字脈沖。雙重緩沖的信號分離器172分類揀出這些時間交錯的應(yīng)答機(jī)脈沖，把它們重新組織成為數(shù)據(jù)文件，該文件中來自每臺應(yīng)答機(jī)的數(shù)據(jù)和該應(yīng)答機(jī)的地址匯集一起，并被放入緩沖存儲器單元中。該緩沖存儲器的內(nèi)容被周期地“傾倒”入所述多總線內(nèi)，以便轉(zhuǎn)移到單板計算機(jī)128中。該單板計算機(jī)128也接收來自圖14中所示的七塊其他的數(shù)字接口板的同類數(shù)據(jù)。該單板計算機(jī)聚集著所有此種信息并把它們發(fā)送給協(xié)議計算機(jī)130，在那里它們同許多其他的單板計算機(jī)的輸出信息一起被適當(dāng)?shù)嘏抨?，并通過中繼鏈路26被轉(zhuǎn)送到如前所述的網(wǎng)絡(luò)控制中心。
電纜電視設(shè)計。
我們現(xiàn)在要說明本T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用于電纜電視的情況。電纜電視的設(shè)計工程師們已發(fā)現(xiàn)，在許多用戶都連接到一條同軸電纜以便從用戶往中心地點作反向傳輸時，存在著一個問題。該問題是由于每個用戶添加入一定量的噪聲，而所有這種噪聲的累積效應(yīng)就嚴(yán)重地降低了他們每個用戶的信噪比這一事實造成的，并且所述下行線路的電視節(jié)目恐怕也是如此。該問題本身的致命點在于，增加每個用戶的功率并不增添任何解決的希望，因為那樣也增加他們累積的噪聲。本發(fā)明解決了這個問題，因為所述T-網(wǎng)絡(luò)應(yīng)答機(jī)只發(fā)送脈沖，而這些脈沖只存在于對于每臺應(yīng)答機(jī)都是截然不同的和分離的時間間隔內(nèi)。因此，它們的累積效應(yīng)是微不足道的。
圖17說明本T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在電纜電視中的應(yīng)用。應(yīng)答機(jī)14大體上按照如本說明書前幾節(jié)中所述的同樣方式運(yùn)行。來自同軸電纜的電視和數(shù)據(jù)信號通過應(yīng)答機(jī)14和電纜電視調(diào)諧器182被連接到電視接收機(jī)112上。應(yīng)答機(jī)14的數(shù)據(jù)輸出端直接連接到電視接收機(jī)112上，用以提供互作用電視的操作。所述對講性能可通過手持式遙控器18實現(xiàn)。
應(yīng)答機(jī)14(圖17)檢測出所述下行線路數(shù)據(jù)以及在電纜電視“始發(fā)端”177被注入的主電視臺10信號的各同步脈沖，并且按已經(jīng)說明過的同一方式接收。所述應(yīng)答機(jī)14的上行線路回答脈沖通過同軸電纜183送出去，并且在可以置于現(xiàn)有電纜電視放大器盒181中的多路復(fù)用轉(zhuǎn)發(fā)器180上收集，該放大器盒通常的間隔距離小于一英里。所述多路復(fù)用轉(zhuǎn)發(fā)器180可以設(shè)計得基本上像一臺多路復(fù)用脈沖應(yīng)答機(jī)(有點像14)那樣起作用，以便收集和重新發(fā)送由179檢測出來的上行線路各信號。這些都適應(yīng)本地電視信號同步，并通過天線184發(fā)射出去。連接在電纜電視放大器盒之間的應(yīng)答機(jī)14一般將不會多于幾打。他們的“小區(qū)地址”由主電視至用戶的迂回距離確定，該距離是電纜和越過空間傳播的有效距離的合成距離。對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在研究了本說明書提供的一些圖紙和論述并充分注意了對所述電纜電視信號的水平同步要求之后，這些多路復(fù)用應(yīng)答機(jī)(轉(zhuǎn)發(fā)器)的設(shè)計將是一目了然的，因為所述信號偏離越過空間傳播的電視信號的水平同步脈沖的。
無線電總局用它已經(jīng)在處理來自完全空間傳播的各用戶的應(yīng)答機(jī)回答信號的差不多同樣的方式，檢測出來并且處理這些半電纜電視信號。多路復(fù)用轉(zhuǎn)發(fā)器180的輸出在事實上將出現(xiàn)像來自若干打應(yīng)答機(jī)的交錯脈沖那樣的情況。這些特殊的電纜電視應(yīng)答機(jī)部分地通過同軸電纜運(yùn)行的事實對于無線電總局來說將是明明白白的。類似的方案可用于使用同軸電纜和公共天線的大型辦公樓內(nèi)。
用于車船場所的設(shè)計。
我們現(xiàn)在要討論本T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(圖18)在車船場所的應(yīng)用。已經(jīng)指出過，每個固定場所用戶所在小區(qū)有它的“小區(qū)地址”，并且該信息存儲在每個無線電總局內(nèi)。另一方面，如果應(yīng)答機(jī)是一種可攜式裝置或者裝在車輛上，那么它的小區(qū)在一開始就將是不知道的。某些特定的子信道可只專用于此類移動式應(yīng)答機(jī)。
當(dāng)希望精確確定該應(yīng)答機(jī)的位置時，可把所述T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計為能保證用至少兩臺在圖18中標(biāo)記為＃1和＃2的中心接收機(jī)檢測出上行線路信號。所述位置和此兩中心接收機(jī)之間的距離將被精確測定，以建立一條固定的基線，基于對從該應(yīng)答機(jī)到＃1、＃2中心接收機(jī)的所述小區(qū)的精確測量，每臺應(yīng)答機(jī)的位置可以從所述基線精確計算出來。此種計算是眾所周知的，常用于無線電導(dǎo)航中。圖18示出此種作用原理，其中車輛186通過車輛天線188檢測出主電視數(shù)據(jù)和同步信號，并把那些信號送到射頻調(diào)制解調(diào)器14上。從調(diào)制解調(diào)器14解調(diào)出來的信號被接到聲碼器(自動語言合成儀)194和送到計算機(jī)/監(jiān)視器196上。
來自調(diào)制解調(diào)器14的上行線路數(shù)據(jù)脈沖由＃1和＃2兩臺中心接收機(jī)通過它們的天線28檢測出來。因為該應(yīng)答機(jī)所在小區(qū)一開始是未知的，＃1和＃2中心接收機(jī)產(chǎn)生一連串順序的小區(qū)選通脈沖，這些選通脈沖被逐一檢驗，以找出正在哪里脈沖被接收。當(dāng)這一點被確定時，一對小區(qū)選通脈沖，用雷達(dá)術(shù)語來說稱作為“前波”和“后波”選通脈沖，被置于被接收的各脈沖周圍，以便在車輛移動時跟蹤它。此種脈沖搜索和跟蹤技術(shù)在雷達(dá)電路設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)是人所皆知的。如此測得的小區(qū)信息被從＃2中心接收機(jī)傳送到＃1中心接收機(jī)，在那里可以把一個導(dǎo)航計算的算法程序裝入到常規(guī)的計算機(jī)中去解決三角測量問題，以便對車輛186作精確定位和跟蹤?？梢园言撐恢眯畔l(fā)送到所述網(wǎng)絡(luò)控制中心以及/或者像交通調(diào)度員這樣的主人。實際上，所述導(dǎo)航計算機(jī)可以安裝在主計算機(jī)那兒，如果那樣做更方便的話。
所述聲碼器194(圖18)被確定為一種話音變?yōu)閿?shù)字和數(shù)字變?yōu)樵捯舻淖儞Q器，它接受傳聲器190的輸出并把它數(shù)字化，因而它可以通過射頻調(diào)制解調(diào)器14發(fā)送出去。同樣，調(diào)制解調(diào)器14的數(shù)字化輸出可被轉(zhuǎn)換為話音信號，并通過揚(yáng)聲器192發(fā)送出去。這是通過射頻調(diào)制解調(diào)器14提供的一種語言通信裝置。如果射頻調(diào)制解調(diào)器14以1200波特的速率運(yùn)行，那么對于發(fā)送直接數(shù)字化的話音是太慢了，然而，射頻調(diào)制解調(diào)器14中的微處理器36可以緩沖貯存，這樣盡管由于時間延遲它可能使兩個通話人之間不能有效的進(jìn)行實時對話，但以如此方式在時間上展寬和壓縮所述1200波特的數(shù)字化話音信息，致使其可以理解。這在此處稱為“慢話音”或“話傳電報”。另一方面，如果需要的話，可以把射頻調(diào)制解調(diào)器14設(shè)計成為能夠以達(dá)到15，734波特的速率發(fā)送，這足以滿足通過聲碼器194提供實時話音發(fā)射的速度要求。
下行線路同頻道調(diào)制器。
我們現(xiàn)在要說明將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)同常規(guī)電視節(jié)目一起同頻道同時發(fā)送而不干擾它的方法。這在圖19中被稱作為同頻道多路復(fù)用數(shù)據(jù)和影象。已經(jīng)說明過，此項技術(shù)的目的在于，把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)疊加到所述常規(guī)電視一幀圖象525行中每一行的影象信號上，接著在下一幀圖象上，疊加同樣的但是反演的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而在該電視圖象的每一對應(yīng)像素上，所述數(shù)據(jù)先被加上，接著又被減去，以便成為看不見的。曾經(jīng)指出過，這可以通過在移動段落中犧牲圖象質(zhì)量而遍及整個電視畫面，或者可把它限制在僅僅是播送固定場景的那部分畫面上來實現(xiàn)。
圖19表示本發(fā)明用于只在電視圖象的所述固定場景部分發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一個系統(tǒng)的方框圖。要發(fā)送的所述數(shù)字資料緩沖存貯于數(shù)字存儲器200中，在一些規(guī)定的時刻從該存儲裝置中讀出，并且通過放大器202發(fā)送至一對分裂信道，以使數(shù)據(jù)和反演數(shù)據(jù)進(jìn)入開關(guān)206。一幀常規(guī)電視影象的525行信號被送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器208，它在那里被數(shù)字化并被貯存于存儲器210中。來自下一幀的525行影象信號在214中同貯存的上一幀對應(yīng)信息進(jìn)行一個像素一個像素地比較，以便檢測出哪里存在差異(移動)。在該第二和第一幀圖象像素相同的地方，被認(rèn)為是表示一段固定場景，在那種場合下，由214發(fā)送一個允許命令至緩沖存儲器200，從該緩沖器中輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并送到加法電路212中。開關(guān)206利用電視垂直同步信號在電視的每一幀上都倒換它的位置，以使所述數(shù)據(jù)先是相加在一幀畫面上，而后又在接著而來的下一幀上被減掉。
在效果比較器214中，不停地把現(xiàn)行電視幀輸出同先前電視幀進(jìn)行比較，以便找出固定場景的位置，從而可以在那些段落發(fā)送數(shù)據(jù)。214的代表現(xiàn)行電視幀的輸出在216中作數(shù)/模轉(zhuǎn)換，以便復(fù)原被送往加法電路212并在那兒被加上數(shù)據(jù)的所述原始模擬影象。加法電路212的輸出代表影象信號加減數(shù)據(jù)信號，并被發(fā)送給用于向電視觀眾和向?qū)ｉT設(shè)計成能夠檢測出電視信號的數(shù)據(jù)部分的各應(yīng)答機(jī)器發(fā)射的常規(guī)電視發(fā)射機(jī)。此類數(shù)據(jù)接收機(jī)可以基本上像現(xiàn)今的用戶電視電報接收機(jī)那樣工作，不過它要包括一些利用冗余發(fā)射(即，數(shù)據(jù)+數(shù)據(jù))，以便更可靠地檢測信號的電路。
T-網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格無線電設(shè)備的組合。
所述T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對車輛的定位能力可用于幫助開始和協(xié)調(diào)各網(wǎng)格無線電話用戶的傳送過程的完成。圖20示意說明此種應(yīng)用。針對網(wǎng)格系統(tǒng)218的情況設(shè)置兩個標(biāo)記為RCO＃1和RCO＃2的T-網(wǎng)絡(luò)無線電總局，使得它們可以確定任何車輛222的位置。盡管定義各類網(wǎng)格界限的六角形220在通俗解釋把網(wǎng)格化無線電設(shè)備分布到各個網(wǎng)格中去的想法是有用的，但是很顯然，在現(xiàn)行實踐中任何特定網(wǎng)格的幾何圖形可以取像224那樣的任意形狀。這是因為，所述網(wǎng)格無線電系統(tǒng)可用于確定車輛222的位置的唯一信息是它的信號強(qiáng)度。因為信號強(qiáng)度時刻在變化，還因為來自各建筑物和其他車輛的局部反射以及由于其他各種物理原因，它不是車輛位置的一個可靠指示量。另一方面，利用相對簡單的無線電測量技術(shù)，可以找到像224那樣的幾何區(qū)域，在那里可以針對所有在該區(qū)域的車輛建立和保持可靠的發(fā)射。許多像224那樣的區(qū)域都可以被找到，因而可以確信，所述整個服務(wù)區(qū)域218是被完全覆蓋的。在現(xiàn)實世界上，是那些區(qū)域224構(gòu)成了各真正的網(wǎng)格。
因此，如果擁有像T-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的獨立裝置以確定一個用戶位于哪個網(wǎng)格224內(nèi)，那么，當(dāng)車輛222它進(jìn)行逐個網(wǎng)格移動時其傳送信號過程的完成就成為相對簡單的計算機(jī)功能問題了。這也就是去完成所述T-型網(wǎng)絡(luò)的車輛定位模式的一種比較簡單的過程。這也會占用它很少一點通信量。此外，可以單獨為此功能設(shè)計和制造專用的T-網(wǎng)絡(luò)應(yīng)答機(jī)，以降低其成本和提高其以這種模式運(yùn)行的可靠性。
雖然本發(fā)明已參照其最佳實施例做了詳盡展示和說明，但只要不違背本發(fā)明的精神、不越出范圍，可能對其形式上和內(nèi)容上作出各種各樣的變更，這將是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所能理解的。
權(quán)利要求
1.一種信息通信的方法，特征在于包括如下步驟a)至少接收一個廣播臺的載波；b)將信息調(diào)制在步驟(a)所接收的載波上；c)至少發(fā)送一個步驟(b)的調(diào)制邊帶；d)接收所述廣播臺的載波和步驟(c)所發(fā)送的至少一個邊帶；及e)利用所接收的所述廣播臺的載波作為一個基準(zhǔn)，對所述至少一個邊帶進(jìn)行解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于，其中步驟(c)的發(fā)送是從某個遠(yuǎn)方點發(fā)送至所述廣播臺。
3.一種以廣播臺載波和在廣播臺頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行廣播臺廣播的服務(wù)地區(qū)內(nèi)的信息通信的方法，特征在于該方法包括以下步驟a)利用一個不同于廣播臺載波的載波調(diào)制欲通信的信息;b)至少發(fā)送一個步驟(a)的調(diào)制邊帶;c)在一個遠(yuǎn)方點接收包含廣播臺載波的一個信號和至少一個在步驟(b)中發(fā)送的邊帶;d)用廣播臺的載波作為一個基準(zhǔn)對步驟(c)中接收的信號進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)相應(yīng)于步驟(b)中發(fā)送信號的一個信號;和e)對步驟(d)中恢復(fù)的信號進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)欲通信的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，特征在于，其中步驟(a)中所用的載波具有鄰近廣播臺頻帶的頻帶中的一個頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，特征在于，其中步驟(a)中所用的載波是不依賴于廣播臺載波頻率而產(chǎn)生的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，特征在于，其中廣播臺和步驟(b)中發(fā)送的信號，都是以電纜發(fā)送的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，特征在于，其中廣播臺和步驟(b)中發(fā)送的信號，都是用同一天線經(jīng)空中發(fā)送的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，特征在于，其中廣播臺和步驟(b)中發(fā)送的信號，二者是用不同天線經(jīng)空中發(fā)送的。
9.一種以廣播臺載波和在廣播臺頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行廣播臺廣播的服務(wù)地區(qū)內(nèi)接收和恢復(fù)所發(fā)送信息的方法，其中所述發(fā)送的信息是利用一個不同于廣播臺載波的載波而被調(diào)制的，以形成一個調(diào)制了的信息信號，特征在于該方法包括以下步驟a)在遠(yuǎn)方點接收一個含有廣播臺載波的信號和已調(diào)制的信息信號;b)用廣播的載波作為一個基準(zhǔn)對步驟(a)中接收的信號進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)被調(diào)制的信息信號;和c)對步驟(b)中已恢復(fù)的調(diào)制信息信號進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)該信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，特征在于，其中所述不同于廣播臺載波的載波具有鄰近廣播臺頻帶的頻帶中的一個頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，特征在于，其中所述不同于廣播臺載波的載波是不依賴于廣播臺載波頻率而產(chǎn)生的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，特征在于，在步驟(a)中，接收到的構(gòu)成由不同于廣播臺載波的載波調(diào)制的發(fā)送信息的信號的那一部分是從不同于包含廣播臺載波的信號的那一部分的發(fā)送地點發(fā)送出來的。
13.一種以廣播臺載波和在廣播臺頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行廣播臺廣播的服務(wù)地區(qū)內(nèi)的信息通信的設(shè)備，特征在于該設(shè)備包括調(diào)制裝置，用于調(diào)制欲由一個不同于廣播臺載波的載波進(jìn)行通信的信息，并提供反映該信息的輸出;與所述調(diào)制裝置耦合的發(fā)射裝置，用于將所述調(diào)制裝置的輸出發(fā)送出去;與所述發(fā)射裝置配用的遠(yuǎn)方點的接收機(jī)，用于接收作為接收機(jī)信號的一個信號，該信號包含了由廣播臺發(fā)送的載波和由所述發(fā)射裝置發(fā)送的信號，所述接收機(jī)裝有第一解調(diào)器，該解調(diào)器用廣播臺的載波作為一個基準(zhǔn)對所述接收機(jī)的信號進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)相應(yīng)于所述發(fā)射裝置發(fā)送信號的信號;和與所述第一解調(diào)器耦合的第二解調(diào)器，用于使被第一解調(diào)器恢復(fù)的信號進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)所述欲通信的信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，特征在于，其中所述調(diào)制裝置的載波具有鄰近廣播臺頻帶的頻帶中的一個頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，特征在于，其中所述調(diào)制裝置的載波是不依賴于廣播臺載波頻率而產(chǎn)生的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，特征在于，其中廣播臺和所述發(fā)射裝置都是以電纜發(fā)送的。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，特征在于，其中廣播臺和所述發(fā)射裝置都是用同一天線經(jīng)空中進(jìn)行發(fā)送的。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，特征在于，其中廣播臺和所述發(fā)射裝置二者是用不同天線經(jīng)空中發(fā)送的。
全文摘要
一種擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)使用與主電視臺某一鄰近頻道的水平和垂直同步脈沖同步的時分和頻分多路信號，在一個供75000個以上的用戶同時使用的空余電視頻道上提供雙向數(shù)字式通信。這個在操作上與雷達(dá)系統(tǒng)類似的系統(tǒng)包括(1)一個主電視臺，(2)為消除對電視觀眾的影響而僅在HBI檢測這些信號和發(fā)送上行線路“回波”數(shù)據(jù)脈沖的多個用戶“應(yīng)答機(jī)”，(3)為檢測這些上行線路數(shù)據(jù)脈沖也使用該主電視同步脈沖去觸發(fā)小區(qū)選通信號的一個中心接收機(jī)。
文檔編號H04N7/08GK1064581SQ9210139
公開日1992年9月16日 申請日期1987年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1986年5月14日
發(fā)明者路易斯·馬丁內(nèi)斯 申請人:無線電電信及技術(shù)公司