改善数字广播的覆盖范围的系统和方法 【技术领域】
本发明涉及改善数字广播的覆盖范围的广播系统和广播方法，尤其是涉及通过主网络和次网络的协同传送，可以同时发送数字电视，高清晰度电视、数字声音广播，交互节目和宽带双向多媒体服务以改善数字广播的覆盖范围的广播系统和方法。
背景技术
未来的地面数字广播(音频、视频、数据等)将建立在一个统一的平台上，它可以同时发送数字电视，高清晰度电视、数字声音广播，交互节目和宽带双向多媒体服务。实现以上需求的挑战是多方面的。然而，多数挑战都与多径衰落、快速和阴影衰落导致地覆盖范围限制有关。编码和交织方法能够在一定程度上解决衰落问题，但除非接收到的信号强度达到终端接收阈值，否则，难以解决深度衰落的问题。在广播信号强度不能被保持在阈值上的一些区域，终端就不能再实施可靠的接收，从而导致盲区效应。在欧洲DVB-T系统中，对“盲区”的覆盖是通过“补点发射机”恢复的，它重新传送与主网络站相同的信号。这种“补点发射机”实质上是一种中继器，它生成与来自主站的信号组合起来的较强的多径信号。这样的设计确实可以增强平均信号强度，但人工产生的多径信号不能减轻多径或快速衰落，而且没有改变最坏情况下的衰落边界。事实上，由于信号抵消，在某些点上它们可能使信号强度变得更差。
在通讯界公认，如果适当地使用宏分集可以提供抗快速和阴影衰落的最有效的手段。特别地，通过组合从多个地点发射的无线电波信号，宏分集可能改善任意地点的无线电波质量。它与微分集相反，微分集利用同一地点的几个无线电波产生比较有限的增益。研究表明宏分集可以将系统的最差性能改善6到12分贝。然而，今天使用的几乎所有宏分集方法都是用于电信应用，只包含发送器间的切换。
【发明内容】
本发明的目的是通过主网络和次网络的协同传送，可以同时发送数字电视，高清晰度电视、数字声音广播，交互节目和宽带双向多媒体服务，以改善数字广播的覆盖范围。
根据本发明的第一方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的系统包括：
主网络，其包含主发射塔作为主发送器，用于在给定的市场区域内提供尽可能大的信号覆盖范围；次网络，包含多个分散的或成簇的微蜂窝次发送器，用于扩展广播信号以覆盖信号“盲区”；时-空编码器(STC)，用于对源信号编码，在两个或多个输出信号流之间注入固有的结构关系，分别从主网络的主发送器和次网络的次发送器传送，以引入宏分集；宏分集合并器和时空解码器，将来自主网络和次网络的两种信号实施时空解码。
根据本发明的第二方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的系统进一步包括：
集中式信号产生器，由信号源、时空编码器和多个调制器组成，其中，时空编码器的输出通过调制器，将数字信号转换为模拟信号；调制器，可以是单载波或多载波(OFDM)调制器，将时空编码器的输出通过调制器，将数字信号转换为模拟信号；分离的分配信道，用于将模拟信号分配给主发送器和次发送器，然后，由发送器和次发送器以预定频率和功率发送调制信号。
根据本发明的第三方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的系统进一步包括：
集中式信号产生器由信号源、时空编码器和定时标记位插入器组成，其中，空时编码的输出利用定时标记位插入器插入定时标记；分离的分配信道，用于将插入定时标记数字信号分配给主发送器和次发送器；在主发送器和次发送器端包括，一调制器，一外部同步源，再次处剥离定时标记，并利用在定时标记中的信息规定的时间和外部同步源规定的时间调制数字信号，然后，主发送器和次发送器以预定频率和功率发送调制信号。
根据本发明的第四方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的系统进一步包括：
信号源；定时标记插入器，用于在将信号分布给发送器之前插入定时标记位；分离的分布信道，包括光导纤维，无线微波链路，卫星，ATM网络；发送器，包括时空编码器，接收源信号并且产生两个相关信号流；外部同步源；本地调制器，可以是单一载波调制器或多载波(OFDM)调制器，用于调制嵌在定时标记中的信息和外部同步源的信息，输出模拟信号，然后，发送器以预定频率和功率播出调制的信号。
根据本发明的第五方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的系统包括：
主网络，包含主发射塔作为主发送器，用于在给定的市场区域内提供尽可能大的信号覆盖范围；次网络，包含多个分散的或成簇的微蜂窝次发送器，用于扩展广播信号以覆盖信号“盲区”；多输入/输出时-空编码器(STC)，用于两个或多个源信号的ST编码，输出分离的数据流；多输入/输出时空解码器，将来自主网络和次网络的两种信号分别实施时空解码。
根据本发明的第六方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的方法包括步骤：
利用时-空编码器(STC)首先对源信号编码，在两个(或多个)输出信号流之间注入固有的结构关系；将该两个(或多个)编码的信号流分别从主网络和次网络传送，以引入宏分集；将终端接收的来自主网络和次网络的两种信号，实施时空解码来达到更高的接收可靠性。
根据本发明的第七方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的方法进一步包括步骤：
时-空编码器STC可以在开环中运转，格状和块状类型的时空码都可以作为STC使用。
根据本发明的第八方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的方法进一步包括步骤：
在将时空信号分布到发送器之前，利用集中式产生器产生完整的模拟信号。
根据本发明的第九方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的方法进一步包括步骤：
信号源产生器产生数字源信号；时空编码器接受到源信号并且使用时-空编码算法中的一个产生两个相关信号源；时空编码器的输出通过两个调制器，将数字信号转换为模拟信号，调制器可以是单载波或多载波(OFDM)调制器；然后，调制信号利用两个分离的分配信道(I和II)分配给主发送器和次发送器；最后，主发送器和次发送器以预定频率和功率将接受的信号广播出去。
根据本发明的第十方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的方法进一步包括步骤：
利用集中式产生器在将时空信号分配给发送器之前只产生时空码的数字信号，该发送器具有自己的调制器，将时空编码数字信号调制成模拟信号；集中式信号产生器是由信号源，时空(或空间频率，或它们的组合)编码器。信号源产生器产生数字源信号S(n)(例如，视频，音频，数据)在广播网上发送；使用时空编码器接受源信号和利用空时编码算法中的一种算法产生两个相关的信号流；信号流通过分离的分配信道输送给发送器之前，在空时编码的输出中利用定时标记位插入定时标记；在主发送器和次发送器，ST编码数字信号首先剥离定时标记；然后，本地调制器再利用嵌压在定时标记中的信息规定的时间和一个外部同步源规定的时间调制数字信号，输出模拟信号；然后，主发送器和次发送器以预定频率和功率发调制信号。
根据本发明的第十一方面，本发明的改善数字广播的覆盖范围的方法进一步包括步骤：
将两个或更多的源信号用于ST编码器；通过在基站和终端使用多个天线，利用多输入多输出(MIMO)来增加数据传送速度，使分离的数据流可以在不同的天线同时传送，从而大大地增加数据率。
【附图说明】
图1是具有主和次广播网络的系统配置示意图；
图2是使用根据本发明的广播方法的分层网络中描述编码和宏分集操作的示意图；
图3是显示集中式宏分集模拟信号产生步骤的方框图；
图4是显示集中式宏分集数字信号产生步骤的方框图；
图5是显示分布式宏分集信号产生步骤的方框图。
图6是利用MIMO增加数据传送能力的示意图；
【具体实施方式】
图1是本发明的改善数字广播的覆盖范围的具有主广播网络和次广播网络的系统配置示意图；
本发明的改善数字广播的覆盖范围的系统利用了二层的结构系统，它包含一个宏覆盖主网络(典型情况下是具有较大覆盖范围的电视/广播站)和一个分布的次网络。主网络的中心是一个以极高的功率广播信号的高发送塔，作为主发射器，其目标是在给定的市场区域内提供尽可能大的覆盖范围。次网络包含如图1所示的多个分散的或成簇的微蜂窝，作为次发射器。它们的功能是扩展广播信号以覆盖“盲区”
图2是使用根据本发明的广播方法的分层网络中描述编码和宏分集操作的示意图。本发明的网络用一个包含编码和宏分集的更强有力的设计来解决衰落，而不是使用DVB-T中建议的“补点发射机”。
本发明的改善数字广播的覆盖范围的系统的最重要的创新是在这两个网络间明智的合作，以改善整个网络的性能，而不是简单地从主网络和次网络传送相同的广播信号。
如图2中显示的，本发明的方法有如下步骤：
(1)时-空编码器(STC)首先对源信号(视频、音频、数据等)编码，在两个(或在某些情况下是多个)输出信号流之间注入固有的结构关系。
(2)该两个(或多个)编码的信号流分别从主网络和次网络传送，以引入宏分集。
(3)终端接收来自主网络和次网络的两种信号，实施时空解码来达到更高的接收可靠性。
由于STC不要求传送器中的信道状态信息，所以它可以在开环中运转，这对单向的广播应用很理想。在其它的各种可能中，格状和块状类型的时空码都可以作为STC使用。
图3至图5是本发明系统的实施例，如图3-5所示，系统中只包括一个次发送器，然而在实践中，次网络包括几个执行同样广播功能的发送器。为此，我们只需将注意力集中在一个次发送器而不用说明所有的次发送器。模拟信号的集中产生
图4说明了在中心点产生模拟时空信号的配置和方法，在将时空信号分布到发送器之前，集中式产生器产生完整的模拟信号。
集中式信号产生器是由信号源、时空编码器(或空间频率，或它们的组合)和两个调制器组成。
信号源产生器产生数字源信号s(n)，(例如，视频，音频，数据)通过广播网发放。
时空编码器接收到源信号并且使用时-空编码算法中的一个产生两个相关信号源，XI(n)，XII(n)，STC可以分成两类：格状码和块状码。在其它可能的选择中，时-空块状编码可以用于允许低复杂度，最大相似性的编码器。再和其它信道编码组合，例如LDPC码，该模式可以提供高多样性和适中复杂度的编码增益。
时空编码器的输出通过两个调制器，将数字信号转换为模拟信号，XI(t)，XII(t)。调制器可以是普通的单载波或多载波(OFDM)调制器。然后，调制信号利用两个分离的分配信道(I和II)分配给主发送器(发送器I)和次发送器(发送器II)，该两个分配信道可以相同也可以不同。可能的分配装置包括标准频率调制SHF链路或模拟卫星信道。其它的跨长距离的可靠的分配模拟信号的方法也是可能的。然后，主发送器(I)和次发送器(II)当预定频率和功率将接受信号广播出去。
数字信号的集中产生
图5说明了在中心点产生数字时空信号的方法。集中式产生器在将时空信号分配给传输塔之前只产生时空码的数字信号，该传输塔具有自己的调制器，将时空编码数字信号调制成模拟信号。
集中式信号产生器是由信号源，时空(或空间频率，或它们的组合)编码器。信号源产生器产生数字源信号S(n)(例如，视频，音频，数据)在广播网上发送。
时空编码器接受源信号和产生两个相关的信号流，XI(n)，XII(n)，使用空时编码算法中的一种算法。
空时编码的输出利用定时标记位插入定时标记，通过两个分离的分配信道I和II(发送器I)和次发送器(发送器II)之前。两个分配信道可以相同也可以不同。可能的分配设置包括：光导纤维，无线微波链路，卫星，ATM网络等。其它在长距离分配数字信号的可靠方式也是可能的。
在主发送器和次发送器，ST编码数字信号首先剥离定时标记。然后，本地调制器在利用嵌压在定时标记中的信息规定的时间和一个外部同步源(例如，GPS接受器)规定的时间调制数字信号。两个调制器的输出是模拟信号XI(t)，XII(t)，调制器可以是一个普通的单一载码调制器或多一载波(OFDM)调制器。
然后，主发送器(I)和次发送器(II)以预定频率和功率发调制信号。
信号的分布产生
图5说明数字源信号被分布到主发送器和次发送器。每一个发送器具有本身的ST编码器和调制器。
源信号在通过两个分离的分布信道(I和II)分布给主发送器(发送器I)和次发送器(发送器II)之前。先插入定时标记。该两个分布信道可以相同也可以不同。可能的分布装置包括，光导纤维，无线微波链路，卫星，ATM网络等，其它在长距离发布数字信号的可靠方法也是可能。
在主发送器，数字源信号首先剥离定时标记。在主发送器的时空编码器接收源信号并且产生两个相关信号流，XI(n)，XII(n)，使用预定的时空编码算法—相同的时空编码器用于整个工作中。在主发送器的本地调制器，然后调制XI(n)，在由嵌在定时标记中的信息和外部同步源(例如OTPS接收器)的信息。调制器的输出是一个模拟信号XI(t)。调制器可以是单一载波或多载波(OFDM)调制器。同样的调制器用于整个网络。然后，主发送器(I)以预定频率和功率播出调制的信号XI(t)。
在次发送器，数字源信号首先剥离定时标记。在次发送器的时空编码器接收源信号并产生两个相关信号流XI(n)和XII(n)，使用预定的时空编码算法—同样的编码器用于整个网络。
然后，在次发送器的本地调制器，利用嵌在定时标记和外部同步源(例如GPS播放器)中的信息规定的时间调制信号XII(n)，调制器的输出是一个模拟信号XII(t)。调制器可以是单一载波调制器或多载波(OFDM)调制器。同一个调制器用于整个网络，然后，次发送器(II)以预定频率的功率播出调制信号XII(t)。
图6是利用多输入多输出(MIMO)增加数据传送能力的示意图；该情况发生在一些区域中，在该区域中情况与盲区的情况相反，从主网络和次网络接收到的接收信号同样强。在这种情况下，通过在基站和终端使用多个天线，可以利用多输入多输出(MIMO)来增加数据传送速度。MIMI的目标是在最好的情况下改善容量增益，而不是改善最差情况。通过使用空间处理技术，多个输入/输出信道可以减少为若干并行的不相关信道。这样，分离的数据流可以在不同的天线同时传送，从而大大地增加数据率。
本发明的上述的所有的系统和方法使用于信号MIMO(多输入多输出)情况，唯一的差别是在于：两个或更多的源信号用于ST编码器。