專利名稱：從計算機(jī)到電視機(jī)的無線視頻傳送的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從計算機(jī)到電視機(jī)的合成視頻信息的高質(zhì)量無線傳送。本發(fā)明特別適用于因反射造成的嚴(yán)重多路傳播的情況，如在室內(nèi)傳播中常見的情況。
背景技術(shù)：
電視機(jī)是極其常見的，一般以幾種標(biāo)準(zhǔn)格式中的一種格式接收電視信號。接收可以通過例如電纜系統(tǒng)中的有線系統(tǒng)進(jìn)行，也可以經(jīng)室外天線通過無線信道來進(jìn)行，而室外天線是對準(zhǔn)發(fā)射天線的屋頂定向天線或圓盤式衛(wèi)星天線。在兩種情況中，信號質(zhì)量一般都很高，最重要的是不受室內(nèi)無線傳播的影響。另一個可能的選擇需要使用機(jī)頂天線，但這往往導(dǎo)致不良的接收質(zhì)量，在屏幕上出現(xiàn)“重影”等；這種配置明顯次于前兩種配置，一般僅在沒有更好的替代物情況下使用。
近年來，技術(shù)的進(jìn)步和計算機(jī)硬件和軟件價格的降低已導(dǎo)致家庭中計算機(jī)裝置的迅速增長。計算機(jī)的主要用途最初是字處理和計算。近來，因特網(wǎng)瀏覽變?yōu)榧彝ブ杏嬎銠C(jī)的主要用途(根據(jù)在計算機(jī)上花費(fèi)的時間來說)。目前，使用計算機(jī)來進(jìn)行實時(交互式)通信也有增加的趨勢，例如，因特網(wǎng)電話和電視會議。另一個新趨勢是作為新型存儲裝置的數(shù)字多功能盤(DVD)。DVD有很強(qiáng)的存儲能力，可以存儲整部電影，從而有可能取代盒式錄象機(jī)(VCR)。
家庭中計算機(jī)應(yīng)用的上述轉(zhuǎn)變自然伴隨有使用它的社會環(huán)境的改變，盡管字處理的固有設(shè)置位于書房的桌面上，但家庭電視會議、在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行游戲、通過因特網(wǎng)瀏覽尋找好餐館和用DVD觀看電影的固有設(shè)置則在休息室或起居室中。
遺憾的是，計算機(jī)在書房中。但是，在休息室或起居室中常有更大屏幕的電視機(jī)。問題在于如何開發(fā)全部或部分資源以在最便利的設(shè)置中將計算機(jī)用于新用途。
例如由美國加利福尼亞的Web TV公司制造的“WebTV”產(chǎn)品所例示的一種方法提供一用于特定目的的裝置，該裝置與電視機(jī)一起配置在相同的房間中，并把電視機(jī)作為監(jiān)視器和揚(yáng)聲器來使用。該特定的裝置為用戶提供鍵盤、鼠標(biāo)器等，但實際的“計算機(jī)”屬于服務(wù)提供者，并在家外。這種方法是可行的，但存在幾個重大缺點。
這種方法的一個重大缺點是，對于服務(wù)提供者來說，它僅是一個“前端”。具體地說，為了使該系統(tǒng)能真正使用，即使從電視機(jī)的位置，也需要外部通信。此外，服務(wù)提供者決定可在系統(tǒng)上得到的功能，但沒有局部存儲裝置。后一缺陷被這樣的事實最好地例示，即任何新的存儲裝置可以容易地附加在現(xiàn)有的計算機(jī)上，但這些裝置附加在客戶裝置例如WebTV上是不切實際或不可能的。
另一個缺點是在家用計算機(jī)和WebTV之間不能進(jìn)行通信，除了通過服務(wù)提供者，一般通過慢速鏈路并且由服務(wù)提供者自行處理。例如，將新發(fā)現(xiàn)的(在web上)餐館輸入家用主計算機(jī)的個人餐館數(shù)據(jù)庫或打印信息是不可能的。最后，該方法是非標(biāo)準(zhǔn)方法，使用戶成為其“TV計算機(jī)”賣主的被迷惑的消費(fèi)者。
鑒于以上缺點，優(yōu)選的方法是配合使用標(biāo)準(zhǔn)的計算機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)的電視機(jī)，從而對任何應(yīng)用都可按最期望的設(shè)置來利用計算機(jī)資源(這種方法不妨礙利用服務(wù)提供者的服務(wù)，其中從家用主計算機(jī)進(jìn)行連接。但是，這種服務(wù)不應(yīng)為強(qiáng)制性的，而應(yīng)該僅根據(jù)用戶的需要或期望來進(jìn)行)。為此，最大的問題是從計算機(jī)向電視機(jī)以及有可能的話在其它方向上傳送包括視頻和聲音信息的寬帶信號。
傳送期望信號的最簡單方式是用適當(dāng)?shù)碾娎|連接計算機(jī)和電視機(jī)。但是，考慮到在布置過的家中安裝電纜的美觀性效果，這種方法在許多情況下是行不通的。
另一方面，可以在兩個房間之間建立無線信道。這樣，在PC上產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的合成電視信號，其載波頻率被轉(zhuǎn)換到允許的范圍并發(fā)射所產(chǎn)生的信號。然后，在電視機(jī)上，將接收的信號頻率轉(zhuǎn)換成一個標(biāo)準(zhǔn)電視信道頻率并提供給電視機(jī)。由美國佛羅里達(dá)的Recoton公司的V900SX產(chǎn)品和臺灣臺北的RF鏈路系統(tǒng)公司的WaveCom例示的這種方法在范圍上被嚴(yán)格限定，并且很容易受到信號傳播環(huán)境中任何缺陷的影響。范圍限定部分地歸因于管理限制，該限制嚴(yán)格限制了發(fā)射功率，但這些限制和不穩(wěn)定的信號質(zhì)量均歸因于傳播現(xiàn)象，例如因在一般家庭中信號通路上眾多障礙物產(chǎn)生的反射、多路干擾和極化畸變。
由美國加利福尼亞的Dynapix公司制造的類似產(chǎn)品也對傳播問題敏感，事實上，制造廠家警告用戶接收對天線位置非常敏感。從大多數(shù)消費(fèi)者的觀點來看，這類問題很可能使整個方法變得不可行。
另一種方法需要使用無線紅外鏈路。但是，這種鏈路需要視線(line ofsight)。因此，必須形成連續(xù)的直線鏈路，各直線鏈路是不受阻礙的。這可利用由帶有有源轉(zhuǎn)發(fā)器的導(dǎo)線段互連的一系列這種鏈路來實現(xiàn)。但是，這種方法很昂貴和復(fù)雜，需要向中間轉(zhuǎn)發(fā)器供電。另一種方法是使用一系列無源光學(xué)反射器(鏡)，沿從源至目的地的之字形路徑引導(dǎo)光信號。盡管反射器本身相當(dāng)便宜，但需要在特定的地方固定它們則是高代價的，并有使人感到不美觀。
還有一種方法是在室內(nèi)主(電源)線路上調(diào)制信號，從而到達(dá)期望的房間，為此目的，在各房間中的主要出口和各裝置(計算機(jī)或電視機(jī))之間使用很短范圍的無線鏈路或利用有線鏈路。這種方法努力克服布線問題，但其質(zhì)量不可靠，容易受到與主線路連接的裝置產(chǎn)生的影響。
美國專利5410735和5272525披露了上述的計算機(jī)與電視系統(tǒng)。
本發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的在于提供在不需要視線的情況下在室內(nèi)傳送寬帶信號例如視頻信號和聲音信號的無線鏈路。典型地，該鏈路應(yīng)該在(典型地)位于一個房間內(nèi)的計算機(jī)和(典型地)位于一不同房間內(nèi)的電視機(jī)之間使用，反之亦然。
因此，按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，提供一種在建筑物內(nèi)通過無線信道將計算機(jī)的輸出提供給電視機(jī)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)射天線單元、發(fā)射處理器、接收天線單元和接收處理器。發(fā)射處理器連接在計算機(jī)和發(fā)射天線單元之間，將計算機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換成合成視頻信號，然后將合成視頻信號升頻成不在電視機(jī)發(fā)射預(yù)定范圍內(nèi)的載波頻率，并將升頻的信號提供給發(fā)射天線以便在建筑物內(nèi)發(fā)射。接收天線單元具有至少一組兩個不同極化的接收天線，并接收發(fā)射信號。接收處理器處理和組合各組兩個天線的輸出，并根據(jù)輸出質(zhì)量調(diào)整處理。
接收處理器包括在非圖象周期期間測量質(zhì)量和需要時調(diào)整處理的裝置。
因此，按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，發(fā)射天線可以是多極化天線、單極化天線或可調(diào)極化天線。
此外，按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，可調(diào)極化天線包括直接發(fā)射升頻信號的在第一方向上極化的第一天線，對升頻信號進(jìn)行放大和相移中的至少一種處理的可控處理器，和發(fā)射處理器輸出的在非第一方向的第二方向上極化的第二天線?？梢愿淖兿鄬ο嘁坪拖鄬Ψ糯蟮牧?，從而改變由成對天線發(fā)射的組合信號的極化方向。
再有，按照本發(fā)明另一優(yōu)選實施例，可調(diào)極化天線包括位于第一平面的多個第一天線，位于第二平面的多個第二天線和選擇器。各第一天線在第一平面內(nèi)有不同的極化方向。各第二天線在第二平面內(nèi)有不同的極化方向。選擇器選擇其中一個第一天線和其中一個第二天線，從而限定極化方向。升頻信號通過選擇的第一天線和第二天線進(jìn)行發(fā)射。
此外，按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，接收處理器包括每組接收天線的一個可適應(yīng)的天線處理單元、降頻器和質(zhì)量反饋單元。各可適應(yīng)的天線處理單元有控制單元和組合器，該控制單元控制各接收天線的輸出之間的相對相移和相對衰減，該組合器組合天線組的經(jīng)處理的輸出。降頻器將至少一個組合器的輸出轉(zhuǎn)換成提供給電視機(jī)的電視信號。質(zhì)量反饋單元測量電視信號的質(zhì)量，并由此為控制單元選擇控制值。
最后，按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，質(zhì)量反饋單元包括從用戶接收質(zhì)量定義的輸入單元。
附圖的簡要說明根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，將更完整地明白和理解本發(fā)明，其中

圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例構(gòu)成和操作的在建筑物內(nèi)將視頻信號從計算機(jī)發(fā)射至電視機(jī)的系統(tǒng)示意圖；圖2是用于圖1系統(tǒng)中的發(fā)射系統(tǒng)的示意圖；圖3是用于圖1系統(tǒng)中的多極天線的示意圖；圖4A和圖4B是用于圖1系統(tǒng)中的接收系統(tǒng)的示意圖；圖5是用于圖1系統(tǒng)中的質(zhì)量控制環(huán)的操作流程圖；圖6是表示用于圖5所示方法中的測量信號質(zhì)量的一種方法的圖形描述；圖7是測量圖6中信號上升時間的單元的方框圖；圖8是無線輸入單元的示意圖；圖9是用于圖1系統(tǒng)中的另一發(fā)射系統(tǒng)的示意圖；圖10A和圖10B是用于圖1系統(tǒng)中的另一接收系統(tǒng)的示意圖；圖11是用于圖1系統(tǒng)中的可調(diào)極化天線的示意圖；圖12A是另一可調(diào)極化天線的示意圖；和圖12B是用于控制圖12A中的天線的選擇器的示意圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明涉及通過一般不在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間提供視線的介質(zhì)例如建筑物從計算機(jī)到電視機(jī)的模擬寬帶合成視頻信號的發(fā)射和接收。
下面參照圖1，它表示建筑物內(nèi)本發(fā)明的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括計算機(jī)10，例如個人計算機(jī)(PC)，電視機(jī)12，在它們之間有阻擋墻壁14、反射墻壁16和折射墻壁17。該系統(tǒng)還包括PC天線信號處理器18和TV天線信號處理器20，用于控制其各自天線22和24的操作。最后，該系統(tǒng)包括無線輸入單元26，利用該單元，用戶將其輸入提供給計算機(jī)10。
應(yīng)該指出，在現(xiàn)有技術(shù)中已知傳送窄帶信息的無線信道，并且在建筑物中功能良好。因此，將不論述輸入信號的發(fā)射。這里討論的問題是，按照美國聯(lián)邦通信協(xié)會(FCC)的要求，在最小功率下發(fā)射寬帶視頻信號。
一般來說，建筑物的墻壁14、16和17嚴(yán)重影響標(biāo)號為30的發(fā)射信號，導(dǎo)致信號的多次復(fù)制。圖1表示標(biāo)號為32、34和36的三次復(fù)制，所有復(fù)制信號在到達(dá)接收天線24的極化、強(qiáng)度、相位和角度方面不同。
當(dāng)在室內(nèi)一個或多個方向上傳送的信號通過各種障礙和材料或因其改變方向時，該信號將經(jīng)受不可預(yù)測的一系列反射、折射、散射和衍射。例如，墻壁14造成衍射，墻壁16至少造成反射，而墻壁17造成折射。結(jié)果，達(dá)到接收天線的信號包括一組信號，其中一些信號可能通過不同的路徑并在不同的延遲后達(dá)到，一些信號的相位因反射或其它現(xiàn)象而改變，并且所有這些信號有不同的振幅。
例如，最初按垂直線性極化發(fā)射的信號可能通過一種根據(jù)信號的極化而不同地衰減信號的材料。如果該材料與初始信號的極化不匹配，其結(jié)果則是信號具有與初始信號的極化不同的線性極化。如果發(fā)射信號的不同成分有不同的相位變化，那么其結(jié)果一般是信號具有橢圓形極化，其特殊情況為圓形極化。兩種現(xiàn)象的組合可能產(chǎn)生線性極化成分和橢圓形極化成分。
遺憾的是，對信號的各種作用是建筑物中墻壁類型、它們在建筑物內(nèi)的位置尤其是計算機(jī)10和電視機(jī)12相對位置的函數(shù)。建筑物內(nèi)的某些相對位置比起其它因素來說對信號會造成更大的干擾。
由于天線一般具有單極化，所以如果在發(fā)射信號的極化上的改變使極化被完全地改變，那么在錯誤位置放置的天線就可能接收不到任何信號。
本發(fā)明力求無論發(fā)射天線和接收天線放置在哪里都保持有效。但是，如下所述，本發(fā)明采用發(fā)射天線和接收天線的組合，不管建筑物的發(fā)射條件怎樣差和/或不可預(yù)測，都試圖確保成功地接收某些信號。
下面參照展示本發(fā)明系統(tǒng)一個實施例的圖2、3、4A和4B。圖2詳細(xì)說明發(fā)射系統(tǒng)的元件，圖3表示示例性的發(fā)射天線22，而圖4A和圖4B詳細(xì)說明接收系統(tǒng)的元件。
下面特別參照圖2，其中，計算機(jī)10產(chǎn)生包括一般分別傳送至揚(yáng)聲器和計算機(jī)監(jiān)視器的聲音和視頻信號的輸出信號。PC天線信號處理器18準(zhǔn)備要通過天線22發(fā)射的輸出信號。該處理器18包括TV輸出發(fā)生器40、升頻器42和載波頻率設(shè)定器44。
TV輸出發(fā)生器40根據(jù)計算機(jī)10的輸出產(chǎn)生TV輸出信號。升頻器42將載波頻率轉(zhuǎn)換成由設(shè)定器44限定的頻率，其中，載波頻率由信號質(zhì)量和管理方面的限制條件來確定。對于美國來說，未許可的波段在約900MHz、2.4GHz、5GHz和24GHz。
TV輸出發(fā)生器40包括RGB至TV單元46和TV調(diào)制器48。不同顏色的計算機(jī)視頻信號被送入RGB至TV單元46，將其進(jìn)行組合以形成合成視頻信號，例如按NTSC或PAL的標(biāo)準(zhǔn)格式。合成的視頻信號和聲音信號被送入TV調(diào)制器48，將其進(jìn)行組合以形成合成電視信號。調(diào)制器48還提供稱為幀同步和行同步的同步脈沖。同步信號提供給頻率設(shè)定器44。
盡管這里的說明提到了標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制技術(shù)，但本發(fā)明可與許多其它技術(shù)一起結(jié)合使用。例如，為了增強(qiáng)接收或遵守規(guī)則，這些技術(shù)可限定信號的頻譜條件。
示例性的TV輸出發(fā)生器40為產(chǎn)自加拿大溫哥華的ATI的PC2TV芯片和產(chǎn)自美國加利福尼亞的Cirrus Logic of Fremont的CL-GD5425卡。另一方面，某些計算機(jī)有TV輸出端口。對于這類計算機(jī)來說，TV輸出發(fā)生器40是計算機(jī)自身的一部分。
合成信號被送入升頻器42，升頻器42的主要部件為壓控振蕩器(VCO)50、混頻器52和帶通濾波器54和56。升頻器在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，因此，僅簡要地說明升頻器42。VCO 50的振蕩頻率確定信號頻率被轉(zhuǎn)換的量?；祛l器52完成該頻率轉(zhuǎn)換，濾波器54在合成信號的頻率轉(zhuǎn)換之前濾波該合成信號，以便降低信號的不期望的頻譜旁瓣(sidelobes)。然后由濾波器56進(jìn)一步濾波該混合的信號。混頻器的濾波輸出被送入放大器58，其輸出與天線22連接。
頻率設(shè)定器44設(shè)定發(fā)射信號的當(dāng)前載波頻率。與無繩電話相類似，頻率范圍數(shù)是限定的，只有在建筑物中其它無線裝置對先前的頻率范圍有明顯的干擾時，才人為地或自動地選擇新的頻率范圍。
頻率設(shè)定器44包括編碼器60和頻率控制器62。編碼器60限定允許的頻率范圍，而頻率控制器62按照編碼器60的當(dāng)前設(shè)置激勵VCO 50。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如果必須改變頻率范圍，那么頻率控制器62一般在TV信號的“空載”周期期間，例如在一幀結(jié)束時的電子束返回時間期間或水平掃描線期間出現(xiàn)的“消隱周期”內(nèi)改變它。因此，可有利地利用電視信號的信號內(nèi)容中固有的時間間隙。為此，頻率控制器62接收TV調(diào)制器48的同步輸出。
如上所述，不管建筑物的形狀和結(jié)構(gòu)如何，本發(fā)明都力圖對計算機(jī)10和電視機(jī)12的所有或大部分可能位置提供通信鏈路。因此，發(fā)射天線22可以是任何合適的天線類型。在一個實施例中，天線22是單極化天線。另一方面，天線22可以是有多極化方向的“多極化”天線。
對于單極化天線來說，發(fā)射信號有一個極化方向。如上所述，參照圖1，由接收天線24接收的信號是一組具有多個極化方向和相位彼此偏移的信號。如下所述，TV天線信號處理器20可以補(bǔ)償這些改變。但是，最終得到的信號可能沒有大的信噪比。
對于多極化天線來說，發(fā)射多個信號，各信號具有不同的極化方向。接收天線單元24仍接收一組多極化信號；但是，至少其中一個信號應(yīng)該具有相當(dāng)大的信噪比。多極化天線“下賭注”，即哪個極化對于計算機(jī)10和電視機(jī)12的各種相對位置最有效。利用多個發(fā)射信號和多個極化方向，計算機(jī)10和電視機(jī)12可以被放置在用戶決定的對他或她合適的任何位置，并且該位置可以改變。對于每個位置來說，多個信號中的一個信號最可能提供良好的發(fā)射。
可以按任何適合的方式產(chǎn)生多極化天線。例如，多極化天線可以是具有弱交叉極化的任何天線。另一方面，這種天線可以由兩個或三個正交線性極化天線組成。例如，具有線性、水平極化的一個天線和具有線性、垂直極化的一個天線。
下面特別參照的圖3展示多極化天線的另一個實施例。該天線包括圓錐形單極70，其尖端72與一個地電位平面74連接。擴(kuò)散角β應(yīng)該大于120°。地電位平面74相對于發(fā)射信號的波長應(yīng)該較小。圖3的天線在稱為和θ的兩個正交角方向上產(chǎn)生極化。
下面特別參照的圖4A和圖4B共同形成按照本發(fā)明實施例的與圖2的發(fā)射系統(tǒng)一起使用的接收系統(tǒng)的方框圖。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，接收天線單元24一般包括成對的多個天線，使各對天線至少包括具有第一極化的一個天線80和具有第二不同極化的另一個天線82。兩種類型的天線80和82提供極化多樣性，多組天線提供空間的多樣性和方向的適應(yīng)性。接收系統(tǒng)還包括每組天線的天線信號處理器84和相位控制器86、組合器88、降頻器90和質(zhì)量控制單元92。
天線信號處理器84、相位控制器86和組合器88受質(zhì)量控制單元92的控制，以適應(yīng)性地調(diào)諧接收信號。降頻器90將接收信號轉(zhuǎn)換成電視機(jī)12可以處理的信號，而質(zhì)量控制單元92確定接收的信號質(zhì)量，從而改變單元84、86和88的操作。
接收天線信號處理器84可以是任何適合的單元，該單元調(diào)整與其連接的天線的相對相移和/或相對衰減，并組合該結(jié)果。例如，如圖所示，各天線信號處理器84包括每個天線的放大器94和衰減器96、接收一個衰減器96的輸出的移相器98和接收移相器98和另一衰減器96的輸出的組合器100。衰減器96和移相器98接收來自質(zhì)量控制單元92的天線控制(ANTC)信號。
為了明白接收天線信號處理器84的操作，假設(shè)到達(dá)接收天線單元24的信號是具有未知極化的單個信號。例如，接收的信號可以是線性極化信號，其垂直和水平成分為Kv*sin(α)*cos(ωt+)和Kh*cos(α)*cos(ωt+)，其中，α為極化角度。如果一個具有垂直極化而另一個具有水平極化的兩個天線被用于接收信號，那么它們的輸出應(yīng)該等于(其中，相同的相乘常數(shù))上面剛剛列出的公式。只要cos(α)和sin(α)都為正或都為負(fù)，通過組合器100對兩個天線輸出的相加按相長的方式捕獲所有接收功率。同樣，如果α使信號的正弦和余弦的符號不同，那么天線的兩個輸出的相減捕獲所有的接收功率。通過提供負(fù)的衰減或放大給其中一個衰減器96或通過移相器98對其中一個輸出提供180°的相移來實施相減。不管在兩個輸出信號從各自天線發(fā)射之后，施加給兩個輸出信號的任何相乘因數(shù)(放大或衰減)如何，這都是成立的。
下面，考慮由多個信號形成接收信號的情況，其中一個信號是期望的信號，而一個或多個信號是不期望的信號。不期望的信號可以看成影響期望信號的干擾或噪聲。接收天線信號處理器84調(diào)整天線的輸出，以便降低不期望信號的影響。
各信號有按上面的公式定義的水平成分和垂直成分；但是，對于兩個信號來說，極化角度、振幅和相位不同。
在一種情況下，期望的信號有使信號的正弦和余弦的符號相等的極化角α，而不期望的信號的極化角α’使信號的正弦和余弦的符號彼此不同。如果兩個天線的輸出相加，那么由于對于最佳接收來說不期望的信號應(yīng)該相減，所以不期望的信號將被部分地消除。
此外，通過適當(dāng)選擇兩個天線輸出的相對衰減，可以使不期望信號的兩個(水平和垂直)成分在不影響期望信號的情況下有效地彼此抵消。因此，對于線性極化信號來說，可以選擇兩個天線輸出相加或相減來放大期望的信號；此外，如果線性極化干擾信號的極化角度在給定的180°內(nèi)，那么與變化的衰減相配合，還可以基本上消除帶來最大問題的線性極化干擾信號。
對于橢圓形極化的接收信號來說，兩個成分(H和V)異相。為了獲得最好的相長接收，使它們同相相加很重要。移相器98調(diào)整相對的相位，以抵消差別。可以再次采用振幅衰減，以降低不期望的到達(dá)信號的作用。
在質(zhì)量控制單元92的控制下，接收天線信號處理器84產(chǎn)生可調(diào)的接收天線，在橢圓形極化信號的情況下，該天線可以有效地獲得極化調(diào)節(jié)。天線信號處理器84可使圖4A和圖4B的接收系統(tǒng)努力與期望信號的極化匹配。對于線性極化到達(dá)信號來說，作用的微小差異在于是否相加或相減兩個信號的決定提供兩種狀態(tài)的極化調(diào)整，而可變的衰減可以用于降低不期望信號的不利作用，該不期望的信號的極化在與期望信號的極化不同的180°范圍內(nèi)。
還在質(zhì)量控制單元92的控制下，與不同成對天線(各對包括天線80和82)的接收信號對應(yīng)的不同接收天線信號處理器84的輸出信號被各自提供給其對應(yīng)的相位控制器86。相位控制器86將接收天線信號處理器84的一個或兩個輸出信號的相位轉(zhuǎn)換成匹配的相位。然后，相位控制器86的輸出信號被送入組合器88，在質(zhì)量控制單元92的控制下，該組合器88合并信號，以獲得定向天線的效果。
在另一實施例中，由選擇其中一個信號的選擇器替代相位控制器86和隨后的組合器88。由于有兩組或多組天線，所以可以選擇當(dāng)前最好位置的天線組。這被稱為空間多樣性。
組合器88輸出端處的信號或另一實施例中選擇器輸出端的信號被送入降頻器90，該降頻器將信號的載波頻率轉(zhuǎn)換成可以被電視機(jī)12接收的頻道。如在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的那樣，降頻器包括混頻器102，用于確定頻率轉(zhuǎn)換的可調(diào)振蕩器例如壓控振蕩器104，和防止任何不期望頻譜污染的帶通濾波器106。
然后，降頻器90的“PCTV”信號輸出被送入信號分離器108，以允許大多數(shù)信號繼續(xù)進(jìn)入天線組合器110，天線組合器110將該信號與來自普通TV天線或電纜系統(tǒng)112的信號一起供給電視機(jī)12。由降頻器90產(chǎn)生的PCTV信號的載波頻率與普通天線112產(chǎn)生的信號載波頻率不同，以致PCTV信號不干擾普通的TV信號，如果需要，PCTV信號和普通的TV信號可以在電視機(jī)12的屏幕上同時看到。這與當(dāng)前某些電視機(jī)的“畫中畫”特性相同。
從信號分離器108的底部端口出來的信號部分被送入質(zhì)量控制單元92，以確定信號質(zhì)量和改變控制變量。如果信號質(zhì)量很低，那么也可以改變發(fā)射頻率。按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，質(zhì)量控制單元92在不傳送信息的信號消隱期間(即電視機(jī)的電子束的垂直和水平返回期間)測量信號的質(zhì)量。質(zhì)量控制單元92在消隱周期期間或在發(fā)射期間的任何其它合適時間都可以改變控制變量。
應(yīng)該理解，由于不同路徑的傳播延遲，對各路徑來說，消隱周期在稍微不同的時刻開始。對于建筑物中的傳播來說，這些差別非常微小，而對于標(biāo)準(zhǔn)的電視傳播來說，這些差別在很大的距離上產(chǎn)生，因而差別更加明顯。由于對于建筑物內(nèi)的傳播來說這些差別小，所以本發(fā)明利用目前提供給電視機(jī)12的信號的消隱周期。
質(zhì)量控制單元92包括移頻器120(在壓控振蕩器121的控制下)、低通濾波器122、同步分離器124、微控制器126和頻率編碼器128。
移頻器120消除PCTV信號的載波頻率，以便恢復(fù)基帶合成視頻信號。合成視頻信號由低通濾波器122濾波，然后被送入同步分離器124，該分離器恢復(fù)水平(行)同步信號和垂直(幀)同步信號，并將其提供給微控制器126。
只要收到同步分離器124的通知，微控制器126便通過參照圖5所示的以下說明的方法評定PCTV信號消隱周期的質(zhì)量。如果質(zhì)量低于期望的質(zhì)量，那么微控制器126按衰減值、移相值和天線輸出信號的組合/選擇的限定來改變極化方向。如果質(zhì)量很差，那么也可以改變發(fā)射頻率。微處理器126一般嘗試多種設(shè)置，評定其質(zhì)量并選擇相對于下一幀的當(dāng)前的最好設(shè)置。只要質(zhì)量保持在期望的水平之上，那么微控制器126就不再進(jìn)行改變。
微控制器126規(guī)定不同衰減器96的衰減等級、移相器98和86的相移，以及由選擇器所做的選擇(在相關(guān)實施例中)。微控制器126還根據(jù)編碼器128產(chǎn)生的頻率序列選擇降頻器90的頻移，將發(fā)射信號的載波頻率轉(zhuǎn)換成電視機(jī)12可以接收的頻率。如果信號質(zhì)量很差以致必須改變發(fā)射頻率，那么微控制器126通過適當(dāng)?shù)闹噶?未示出)將新的頻率范圍指示給壓控振蕩器50(圖2)和121(圖4A)。盡管未示出，微控制器126可通過無線信道將指令傳送至圖2的發(fā)射系統(tǒng)。
可以理解，在消隱周期期間改變控制變量時，觀察者不注意或很少注意該適應(yīng)性處理。其它時間上的改變是可能的并包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
可以理解，為了連續(xù)地測試接收信號的單獨(dú)目的，接收系統(tǒng)應(yīng)該包括額外的天線調(diào)諧機(jī)構(gòu)。在另一個實施例中，為了使信號質(zhì)量的評價容易，在消隱周期期間可以發(fā)射特定的信號。
下面參照圖5，說明由微控制器126完成自動選擇可接受圖象質(zhì)量的方法。
最初(步驟130)，由微控制器126評定圖象的質(zhì)量。這可以按多種方式來實現(xiàn)，所有這些方式都包括于本發(fā)明中。在一個實施例中，質(zhì)量由同步信號的強(qiáng)度來測量，與電視信號不同，該同步信號不攜帶信息，從而應(yīng)該有單一的強(qiáng)度等級。當(dāng)強(qiáng)度在預(yù)定閾值以下時，發(fā)射質(zhì)量差?？梢酝ㄟ^其輸出電壓反映接收信號強(qiáng)度的整流和均衡電路來測量該強(qiáng)度，或者可以由微控制器126數(shù)字地測量該強(qiáng)度。
在另一實施例中，由如圖6所示的同步脈沖的銳度來定義質(zhì)量。圖6表示兩個示例性同步脈沖132和134，其中，第一脈沖132僅沿一個路徑傳播，而第二脈沖134沿多條路徑傳播。實際上，第二脈沖134是在略微不同的時間到達(dá)的多個脈沖的集合。
第一脈沖132比第二脈沖134更尖，這可以通過其上升時間T1和T2來測量。第一脈沖132的上升時間T1比第二脈沖134的上升時間短得多。信號的銳度由其上升時間來測量。如果上升時間在預(yù)定值以下，那么信號質(zhì)量就高。
上升時間可以用圖7所示的測量單元135進(jìn)行數(shù)字測量。測量單元135一般接收同步分離器124的輸出，并將輸入提供給微控制器126。它包括自動增益控制(AGC)放大器180、高通濾波器182、整流和均衡器184和模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器186。自動增益控制放大器180的輸出為初始形狀的同步信號，但具有預(yù)定的強(qiáng)度。然后，AGC放大器180的輸出被送入高通濾波器182，產(chǎn)生其強(qiáng)度為同步信號的上升和下降時間的單調(diào)下降函數(shù)的信號。
濾波器182的輸出和AGC放大器180的輸出被送入整流和均衡電路184，該電路產(chǎn)生隨同步信號銳度增加而增加的電壓電平。該信號反饋給AGC放大器的增益控制輸入，以便控制其增益，使輸出時的信號電平保持基本恒定。由于這些方法在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，所以省略獲得基本恒定強(qiáng)度的信號的方法的細(xì)節(jié)。
由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)186對整流器和成象器184的輸出以及AGC放大器180的增益控制電壓采樣，并送入?yún)⒄請D4A所述的微控制器126，后者根據(jù)這些信號的電平來計算信號質(zhì)量數(shù)。
可以理解，也可以通過強(qiáng)度和銳度的組合來測量信號質(zhì)量。
返回圖5，如果信號質(zhì)量好(步驟136)，那么在該消隱周期將不進(jìn)行改變(步驟138)。此外，微控制器126對單組或多組天線選擇可接受的相移和衰減值。
對于本目的來說，術(shù)語“可接受的”可以有任何適合的意義。它可以通過上述的一些預(yù)定的閾值來進(jìn)行量度，或可以指整組數(shù)值的最佳值，或可以指從前一個值的某一量的改變。
具體地說，在步驟142中，通過微控制器126按小增量來改變當(dāng)前有源天線的相移，測量由各新的相移導(dǎo)致的質(zhì)量改變。如果對于任何相移值質(zhì)量足夠高(如步驟143中檢查的)，那么由微控制器126將設(shè)置(步驟148)改變?yōu)樾碌南嘁坪退p值。
否則，一旦發(fā)現(xiàn)相移的可接受值，對衰減值執(zhí)行類似的控制(步驟144)。
在步驟146中，觀察結(jié)果。如果它們在預(yù)定的質(zhì)量閾值以上，那么就將設(shè)置改變?yōu)樾碌南嘁坪退p值(步驟148)。否則，選擇新的頻率設(shè)置(步驟150)，在步驟142重復(fù)該處理。如果一旦觀察所有頻率設(shè)置，質(zhì)量沒有改善，那么維持初始設(shè)置。
如圖8所示，圖象質(zhì)量可以按其它方式進(jìn)行測量。在本實施例中，圖1所示的輸入單元26有在其上的多個按鈕190，利用這些按鈕，用戶指示他或她正在看的信號質(zhì)量。按鈕可以指示沒有“雪花”、清晰度等。在本實施例中，輸入單元26有兩個無線發(fā)射機(jī)192和194，其中，前者將輸入發(fā)射至計算機(jī)10，而后者將質(zhì)量信息發(fā)射至電視天線信號處理器20。在本實施例中，電視天線信號處理器20不需要分離出同步信號。
另一方面，輸入單元26可以有向計算機(jī)發(fā)射的單個無線發(fā)射機(jī)，而后者在消隱周期向電視天線信號處理器20發(fā)射用戶質(zhì)量信息。此外，輸入單元26可以對計算機(jī)10發(fā)射，而PC天線信號處理器18應(yīng)該包括圖4A所示的微控制器126。在本實施例中，PC天線信號處理器20對電視天線信號處理器20發(fā)射控制信號，后者不包括圖4A所示的單元120、121、124和126的反饋元件。
可以理解，計算機(jī)10和電視機(jī)12位置的每一種組合一般有一個提供從計算機(jī)10至電視機(jī)12的最好路徑的方向和極化。本發(fā)明的接收處理努力使接收天線的有效極化最佳化，但仍不能使用戶滿意。例如，如果建筑物使垂直極化信號穿過不允許垂直通過的障礙物，那么就不能接收到任何信號。
如果能夠發(fā)現(xiàn)最好的路徑，那么就能夠大大提高信號質(zhì)量。為了利用這一點，不僅要使接收天線的有效極化最佳，并且還必須調(diào)節(jié)發(fā)射信號的極化。
下面參照圖9、圖10A和圖10B，這些圖分別展示利用具有可調(diào)極化的發(fā)射天線150的發(fā)射和接收系統(tǒng)的另一實施例，并參照圖11、圖12A和圖12B，這些圖說明這類可調(diào)極化天線的兩個實施例。
如圖9所示，發(fā)射系統(tǒng)與前一實施例的發(fā)射系統(tǒng)類似。實際上，本實施例的PC天線信號處理器152與PC天線信號處理器18基本相同。但是，由于可調(diào)極化天線150是其極化方向可以作適應(yīng)性改變的天線，所以與圖4A和圖4B所示的處理器相比，圖10A和圖10B中標(biāo)號為153的電視天線信號處理器被簡化。圖10A和圖10B的接收系統(tǒng)僅需要一組天線，該天線的輸出被提供給降頻器90。電視天線信號處理器153包括質(zhì)量控制單元92，但也通過上述無線信道將控制信號發(fā)射至可調(diào)極化天線150。
圖11表示可調(diào)極化天線150的一個實施例。其輸入信號為由函數(shù)s(t)規(guī)定的初始信號(作為時間函數(shù))，并包括兩個天線154和156，每個天線的放大器158和159和可選的移相器160，其中，天線154為水平極化，而天線156為垂直極化。
由兩個天線154和156發(fā)射的信號的極化為兩個天線輸出的矢量和。當(dāng)輸入信號s(t)在放大器159中乘以常數(shù)Kv放大之后被送入垂直天線156，和輸入信號s(t)同樣在放大器158中乘以常數(shù)Kh放大之后被送入水平天線154時，作為兩個信號的矢量和的最終信號有(Kv2+Kh2)平方根的強(qiáng)度，并按相對于水平的(Kv/Kh)的反正切限定的角度極化。通過控制放大器158和159的放大值，可以調(diào)節(jié)極化方向。
同樣地，由于兩個分量在時間上大致是周期性的，所以當(dāng)包括移相器160時，在兩個分量之間有相移，最終的矢量和在空間上按周期方式旋轉(zhuǎn)。矢量的尖端形成橢圓形，因此稱為“橢圓形極化”。特定情況下，其中，兩個分量的強(qiáng)度相等而其相位相差90度，最終的極化為圓形。
微控制器126一般按小步長改變可調(diào)極化天線150的極化，以選擇提供最好發(fā)射信號的極化方向。
圖12A和圖12B展示標(biāo)號為150’的不同的可調(diào)極化天線。該天線包括第一平面171中的多個第一天線170、第二平面173中匹配的多個第二天線172和選擇器174。天線170和172在不同方向上發(fā)射。一個第一天線170和一個第二天線172的任何組合提供具有不同極化的天線，其中，極化是兩個極化的矢量和。
選擇器174接收輸入信號s(t)，并將它分別提供給當(dāng)前選擇的第一天線170和第二天線172。選擇器174根據(jù)來自微控制器126的指令選擇兩個天線。
對于可調(diào)極化天線150和150’的兩個類型來說，調(diào)整的順序包括首先設(shè)定發(fā)射的極化并發(fā)射信號。然后，參照圖5的以下說明調(diào)整接收天線，并記錄質(zhì)量等級。對各可能的極化重復(fù)該處理，其中，對于圖11的可調(diào)極化天線150來說，相移值和放大值是階躍的。微控制器126選擇產(chǎn)生最好結(jié)果的極化等級，并將適當(dāng)?shù)男盘柼峁┙o可調(diào)極化天線150或150’，還提供給天線信號處理器84。
可以理解，這里圖示的發(fā)射天線和接收天線的組合不是唯一可能的組合。例如，發(fā)射天線可以是可調(diào)極化天線，而接收天線可以是如圖2所示的多組天線。在另一實例中，接收機(jī)可以有多極化天線，或者，如果發(fā)射天線為可調(diào)極化天線，那么接收機(jī)可以有單個天線。上述圖示的所有組合都包括在本發(fā)明中。
在上述說明中可明了本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點，因此，所附權(quán)利要求欲覆蓋本發(fā)明的所有這些特征和優(yōu)點。此外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，由于容易作出許多改進(jìn)和變更，所以不應(yīng)將本發(fā)明僅限定于圖示和上述嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)和操作。因此，所有適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和等價物都應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。盡管通過實例，在將PC的屏幕(和聲音)內(nèi)容作為模擬合成視頻信號發(fā)射給電視機(jī)的環(huán)境中說明了本發(fā)明，但應(yīng)該認(rèn)識到，利用適當(dāng)?shù)奈⑿『惋@而易見的修改，本發(fā)明的元件也可以適用于其它信號類型。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于以上已經(jīng)特別圖示和說明的情況。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種在建筑物內(nèi)通過無線信道將計算機(jī)的輸出提供給電視機(jī)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射天線單元；連接在所述計算機(jī)和所述發(fā)射天線單元之間的發(fā)射處理器，用于將所述計算機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換成合成視頻信號，并使所述合成視頻信號升頻成不在電視發(fā)射預(yù)定范圍內(nèi)的載波頻率，并將所述升頻的信號提供給所述發(fā)射天線以便在所述建筑物內(nèi)發(fā)射；遠(yuǎn)離所述發(fā)射天線單元設(shè)置的接收天線單元，具有用于接收所述發(fā)射信號的至少一組兩個不同極化的接收天線；連接在所述接收天線單元和所述電視機(jī)之間的接收處理器，用于處理和組合所述至少一組中每組的所述兩個發(fā)射天線的輸出，并根據(jù)所述輸出的質(zhì)量調(diào)整所述處理。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述接收處理器包括用于在非圖象周期期間測量所述質(zhì)量和當(dāng)所述質(zhì)量低于預(yù)定閾值時調(diào)整所述處理的裝置。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射天線單元是多極化天線。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述接收天線單元是多極化天線。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射天線單元是具有可調(diào)極性的天線，所述發(fā)射天線包括在第一方向上極化的直接發(fā)射所述升頻信號的第一天線；可控處理器，對所述升頻信號提供放大和相移中的至少一種處理；和在不同于所述第一方向的第二方向上極化的發(fā)射所述處理器的輸出的第二天線，其中，可以改變所述相移和放大的量，從而改變用第一天線和第二天線同時發(fā)射的組合信號的極化方向。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射天線單元是具有可調(diào)極性的天線，所述發(fā)射天線包括位于第一平面的多個第一天線，其中各第一天線在所述第一平面內(nèi)有不同的極化方向；位于第二平面的多個第二天線，其中各第二天線在所述第二平面內(nèi)有不同的極化方向；和選擇器，用于選擇其中一個所述第一天線和其中一個所述第二天線，從而限定極化方向，并通過所述選擇的第一天線和第二天線發(fā)射所述升頻的信號。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述接收處理器包括每組接收天線的一個可適應(yīng)的天線處理單元，其中，各所述天線處理單元包括一個控制單元和一個組合器，該控制單元控制所述組接收天線的輸出之間的相對相移和相對衰減中的至少一個，該組合器組合所述組接收天線的經(jīng)處理的輸出；降頻器，將至少一個所述組合器的輸出轉(zhuǎn)換成提供給所述電視機(jī)的電視信號；和質(zhì)量反饋單元，用于測量所述電視信號的質(zhì)量，并由此為所述控制單元選擇控制值。
8.如權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，每組接收天線的所述一個天線處理單元是兩個天線處理單元，所述接收處理器包括組合所述天線處理單元輸出的組合器。
9.如權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，每組接收天線的所述一個天線處理單元是兩個天線處理單元，所述接收處理器包括選擇所述天線處理單元的一個輸出的選擇器。
10.如權(quán)利要求6和7的系統(tǒng)，其中，所述質(zhì)量反饋單元還為所述選擇器選擇控制值，還包括無線控制單元，用于將所述選擇器控制值發(fā)射給所述發(fā)射處理器。
11.如權(quán)利要求5和7的系統(tǒng)，其中，所述質(zhì)量反饋單元還選擇用于所述可控處理器的控制值，還包括用于將所述處理器控制值發(fā)射給所述發(fā)射處理器的無線控制單元。
12.如權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，所述質(zhì)量反饋單元包括用于接收來自用戶的質(zhì)量定義的輸入單元。
13.一種用于在建筑物內(nèi)通過無線信道將計算機(jī)的輸出發(fā)射給電視機(jī)的系統(tǒng)的接收單元，該接收單元包括接收天線單元，具有至少一組兩個不同極化的接收天線，用于接收所述計算機(jī)的發(fā)射輸出；接收處理器，連接在所述接收天線單元和所述電視機(jī)之間，用于處理和組合所述至少一組中每組的所述兩個天線的輸出，并根據(jù)所述輸出的質(zhì)量調(diào)整所述處理。
14.如權(quán)利要求13的接收單元，其中，所述接收處理器包括在非圖象周期期間測量所述質(zhì)量和當(dāng)所述質(zhì)量低于預(yù)定閾值時調(diào)整所述處理的裝置。
15.如權(quán)利要求13的接收單元，其中，所述接收處理器包括每組接收天線的一個可適應(yīng)的天線處理單元，其中各所述天線處理單元包括一個控制單元和一個組合器，該控制單元控制所述組接收天線的輸出之間的相對相移和相對衰減中的至少一個，該組合器組合所述組接收天線的經(jīng)處理的輸出；降頻器，用于將至少一個所述組合器的輸出轉(zhuǎn)換成供給所述電視機(jī)的電視信號；和質(zhì)量反饋單元，用于測量所述電視信號的質(zhì)量，并由此為所述控制單元選擇控制值。
16.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，每組接收天線的所述一個天線處理單元是兩個天線處理單元，其中所述接收處理器包括用于組合所述天線處理單元輸出的組合器。
17.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，每組接收天線的所述一個天線處理單元是兩個天線處理單元，其中所述接收處理器包括用于選擇所述天線處理單元的一個輸出的選擇器。
18.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，所述質(zhì)量反饋單元包括用于接收來自用戶的質(zhì)量定義的輸入單元。
19.如權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述接收天線單元為多極化天線。
20.一種具有可調(diào)極化的發(fā)射天線，該天線包括在第一方向上極化的直接發(fā)射升頻信號的第一天線；可控處理器，向所述升頻信號提供放大和相移中的至少一種處理；和在不同于所述第一方向的第二方向上極化的發(fā)射所述處理器輸出的第二天線，其中，所述相移和放大的量可以改變，從而改變由第一和第二天線一起發(fā)射的組合信號的極化方向。
21.一種具有可調(diào)極化的發(fā)射天線，該天線包括位于第一平面的多個第一天線，其中，各第一天線在所述第一平面內(nèi)有不同的極化方向；位于第二平面的多個第二天線，其中，各第二天線在所述第二平面內(nèi)有不同的極化方向；和選擇器，用于選擇所述第一天線中的一個和所述第二天線中的一個，從而限定極化方向并通過所述選擇的第一和第二天線發(fā)射升頻的信號。
全文摘要
提供一種在建筑物內(nèi)通過無線信道(30)將計算機(jī)(10)的輸出提供給電視機(jī)(12)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)射天線單元(22)、發(fā)射處理器(18),接收天線單元(24)和接收處理器(20)。發(fā)射處理器連接在計算機(jī)和發(fā)射天線單元之間,將計算機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換成合成視頻信號,將該合成視頻信號升頻成不在建筑物內(nèi)電視機(jī)的發(fā)射預(yù)定范圍內(nèi)的載波頻率。該接收天線單元具有至少一組兩個不同極化的接收天線,并接收發(fā)射信號。接收處理器處理和組合各組兩個天線的輸出,并根據(jù)輸出質(zhì)量調(diào)整處理。
文檔編號H04N5/44GK1276945SQ98810374
公開日2000年12月13日 申請日期1998年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月26日
發(fā)明者伊扎克·比爾克, 紹尚·漢德勒 申請人:歐雷卡美國有限公司