專利名稱：蜂窩式系統中的數字音頻/視頻廣播的制作方法
技術領域：
本發明涉及蜂窩式通信系統。更具體地說，本申請涉及經由蜂窩式通信系統來提供音頻/視頻信息。
背景技術：
第一代(1G)無線通信始于20世紀70年代后期，以使用模擬語音信號的早期蜂窩式移動無線電話系統為特征。第二代(2G)無線通信始于20世紀90年代初期，以數字語音編碼為特征，例如全球移動系統(Global System forMobile，GSM)業務和碼分多址(CDMA)。
從第二代到當前的2.5G無線通信的無線技術和性能方面的發展與通用分組無線業務(GPRS)緊密相關。1G，2G和2.5G無線通信缺少提供例如視頻信息的數字多媒體信息所需的帶寬。特別是，當前的數據性能具有非常低的分配給每個用戶的比特率(例如每秒10千比特)。以這樣低的比特率，多媒體信息(即音頻和視頻)流是不現實的。例如，MP3需要至少每秒64千比特(kilobits)，而視頻需要至少每秒幾百千比特。
UMTS(通用移動通信業務)(即“第三代(3G)”)以高達每秒2兆比特的數據速率提供寬帶的基于分組的文本、數字語音、視頻和多媒體的傳輸，并且給移動計算機和電話用戶提供一致的業務集(consistent set of service)，而無論他們位于世界何處。但是，問題是在發射塔的小區范圍內只有一個用戶可以以每秒2兆的速率接收信息。
而且，當用戶正在遠離發射塔時，信號的接收就會衰落。為了補償衰落效應，提出了增強信號接收的技術。一般通過降低到移動設備的數據速率來達到增強信號的接收，以至于當用戶更加遠離小區發射塔時，依賴于與發射塔之間的距離，數據速率從每秒2兆愈加減小到例如每秒64千比特或每秒32千比特。因此，當前的系統就不能支持同時將多媒體信息發送到多個用戶。
一個與蜂窩式系統有關的問題是來自相鄰小區的干擾問題。對使用碼分復用來分離小區內用戶的所有3G蜂窩式系統來說，都存在干擾問題。如果用戶位于兩個相鄰發射塔之間(即邊緣區域)，移動設備必須調到其中一個信道，同時關閉(即過濾掉)另一個信道。一般地，因為小區發射塔以各種不同的功率水平進行發射，所以干擾來自于相鄰發射塔之間的邊緣區域中的相鄰信道。也就是說，用戶距離發射塔越近，所需的功率越少，而用戶距離發射塔越遠(例如邊緣區域)，就需要越多的功率。所以，邊緣區域可到達的比特率低于小區的中心，這就產生了給用戶提供不一致業務的問題。
同樣的，存在給移動蜂窩式設備的多個用戶提供多媒體業務的需求。而且，需要給這種用戶提供一致的多媒體業務，而無論用戶的位置位于小區何處。

發明內容
本發明是一種用于給多個無線移動通信設備提供信息的方法。該方法包含將多個擴頻數據信道中的至少一個信道專用為廣播信道。對于各個多個基站的多個小區發射機的每一個，使載波信號的頻率和相位與至少一個信道的碼片速率時鐘(chip rate clock)的頻率和相位同步。然后經由該至少一個專用信道從每個基站廣播多媒體信息。


所以在該方式中達到了本發明的上述特性，并通過參考在附圖中所說明的本發明的實施例，能夠詳細地理解在上面所概述的發明的更加具體的描述。但是，應該注意到，附圖僅僅示出本發明的典型實施例，因此不應被認為是對其范圍的限制，因為本發明可以容許具有相同效果的其他實施例。
圖1是本發明的蜂窩式通信系統的高層(high-level)方框圖；圖2描述圖1所示的蜂窩式通信系統的示例性小區的高層方框圖；圖3是表現對本發明的第三代蜂窩式通信系統的頻譜分配的示意圖；以及圖4是位于圖1所示的蜂窩式通信系統的兩個相鄰小區之間的移動站的透視圖。
為了便于理解，其中可能使用同樣的參考標號來表示附圖中所共有的同樣的元件。
具體實施例方式
本發明是一種給多個蜂窩式通信設備中的每一個提供信息的方法，例如廣播多媒體信息。該方法包含為廣播這種例如分組化音頻和視頻信息的信息，分配一部分蜂窩式通信頻譜。
圖1是本發明的蜂窩式通信系統100的高層方框圖。蜂窩式通信系統100包括蜂窩式通信業務提供者110、由各個小區發射塔130限定的多個小區、以及多個蜂窩式通信設備(即移動站(MS)150)。具體地說，業務提供者110包括多個數據源112(示為源S1到Sn)、處理電路包括音頻/視頻(A/V)壓縮電路114、分組交換連接116、以及無線電網絡控制器(RNC)118。
分組交換連接116包括經由GPRS主干IP網119連接到GPRS業務支持節點(SGSN)120的GPRS網關支持節點118。而且，在一個實施例中，分組交換連接116還可以包含公共或專用IP網絡115，該網115位于業務提供處理電路114的壓縮復用數據源和GGSN 118之間。
業務提供者110能夠給移動站150提供多種多媒體信息。具體地說，處理和音頻/視頻(A/V)壓縮電路114從多個源(例如源1到源n)112接收音頻和/或視頻信息，并且一般將A/V信息分組化并壓縮成分組，例如MPEG分組，以便進一步按規定路線發送到移動站150。應該注意到，分組化信息可以被存儲在業務提供者110的存儲設備上(未示出)，以便由流服務器(未示出)進行分配。
或者，在業務提供者110接收到對多媒體信息的請求之后，立即對A/V信息進行分組及壓縮。盡管是在關于廣播多媒體信息的方面來討論本發明的，也可以利用本發明來廣播被認為適合于許多個移動站150的用戶的其它任何類型的信息。
分組交換連接116是一個網絡，基于包含在每個分組中的目的地址，通過該網絡將信息分組按規定路線發送。將通信信息分解為分組，就允許利用各種多路復用接入技術(例如CDMA、時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA))來接入網絡中的很多用戶中所共享的相同數據路徑。發送者與接收者之間的這種通信類型稱為無連接型(connectionless)(而不是專用型(dedicated))。因特網上的大部分業務使用分組交換，所以因特網實質上是一種無連接型網絡。
分組交換連接116是通過GPRS網關支持節點(GGSN)網絡節點118和GPRS業務支持節點(SGSN)120提供的，這兩種節點構成核心的網絡元件。說明性地，GGSN 118通過基于IP的GPRS主干網(未示出)與SGSN 120連接。SGSN 120負責從在移動站的地理業務區域內的移動站150傳送數據，和將數據傳送到在移動站的地理業務區域內的移動站150。具體地說，SGSN 120提供分組傳送和路由、移動管理、邏輯鏈路管理、驗證和記費功能。SGSN 120位于與移動業務交換中心(MSC)相同的分層級別中，其中MSC位于電路交換網絡中。分組交換連接116將分組化信息發送到無線電網絡控制器(RNC)122，以便進一步按規定路線發送到多個小區130的一個或多個。
多個小區130中的每個小區(例如小區1301到130c(其中“c”是大于1的整數))包括與基站相關聯的小區發射塔132(例如小區發射塔1321到132c)，其中基站通常被稱為節點B(例如節點B11361到節點Bc136c)。每個節點B具有發送和接收設備(以下將參照圖2進行討論)。此外，每個小區130包括與節點B 134進行通信的GPS接收機(例如GPS接收機1341到134c)。
RNC 122負責控制在其區域內的無線電資源，包含連接到RNC 122的所有節點B 136。RC 122還用作提供給核心網絡的所有業務(例如連接管理，除了別的以外的)的業務接入點。具體地說，RNC 122將提供給特定移動站150的信息按規定路線發送到特定節點B 136，在特定節點B 136中分組化信息被調制并且被通過發射塔132發送到特定移動站150。
圖2描述圖1所示的蜂窩式通信系統的示例性小區130的高層方框圖。具體地說，示例性小區130包括節點B 136和小區發射塔132，它們正說明性地與全球定位系統(GPS)202進行通信。節點B 136包括具有時鐘206的發送機204、移動站接收機208和支持電路(例如電源和其他支持電路)。在一個實施例中，GPS接收機134從GPS 202接收時間信息，發送機204的時鐘206會利用該時間信息，以下將進一步討論。發送機204和接收機208通過蜂窩式發射塔132分別在業務提供者110和移動站150之間發送和接收信息。
多個蜂窩式通信設備150包括能夠發送和接收蜂窩式通信的任何通信設備。正如以下將詳細討論的，多個蜂窩式通信設備150可以是具有用戶標識模塊(SIM)的蜂窩式移動設備，例如蜂窩式電話、PDA等。或者，多個蜂窩式通信設備150還可以包含以下設備并且/或者與之協同操作，例如便攜式計算機或非移動設備，例如能夠接收分組化信息的臺式計算機和電視機。
圖3是表示本發明的第三代蜂窩式通信系統100的頻譜分配300的示意圖。該圖具有表示功率增加(例如瓦特)的縱坐標302和表示頻率增加(例如MHz)的橫坐標304。圖3描述經過頻域304分布的多個5MHz的信道3061到306M(集體信道306)，其中多個防護頻帶3081到308p(防護頻帶308)分別將各個信道306分離開。
3G蜂窩式通信系統利用擴頻技術，其中用于從所有移動站150向節點B136的上行鏈路傳輸的頻譜被共享。在節點B 136處，利用分配給每個移動站150的惟一的擴頻碼，來分解來自每移動站150的信號。同樣的，圖3表示多個信道306的瞬時狀態，其中頻率的一個頻帶(例如信道3062)用作頻分雙工(FDD)下行鏈路信道，頻率的第二頻帶(例如信道3063)用作語音和數據信號的FDD上行鏈路信道。
例如，蜂窩式業務提供者(例如Verizon Inc.)可以使用5個或更多的不同頻帶(信道)來支持小區內的用戶。所利用的信道的數量依賴于業務提供者110必須支持的小區130內的用戶數量。當特定用戶進行無線電話呼叫時，節點B 136給移動站150分配惟一的上行鏈路和下行鏈路的擴頻碼，以便建立雙向通信。
本發明的一個方面是提供專用信道作為所廣播的信息的A/V分組的下行鏈路。圖3示例性地描述第一信道3061專用于廣播信息。特別是，由業務提供者110以同步方式給所有小區130提供廣播A/V信息。也就是說，所有小區發射塔132在頻率的專用頻帶(例如信道3061)之內同時給所有用戶廣播相同的信息。
特別是，載波信號的頻率和相位和經過無線系統的碼片速率時鐘的頻率和相位需要通過所有的小區發射塔132進行同步。具體地說，每個GPS接收機134從公用GPS系統202接收時間信息。GPS接收機134給每個節點B 136的發送機204提供載波參考信號207和時鐘參考信號209。
特定移動站150可以從兩個分開的小區發射塔132接收廣播信號，并且產生合成信號，其中兩個小區發射塔132已經使用GPS參考進行同步，以下將參考圖3進行詳細討論。給定蜂窩式系統100的操作頻率和GPS系統202及GPS接收機134的精度，就可能將移動站150的參考誤差限制在很小的程度內。因此，在任何小區130中的任何用戶能夠將他們的移動站150調到專用信道(例如信道3061)，并且接收廣播信息。
應該注意，不再將專用信道(例如信道3061)的頻率包含為給移動站提供語音和其他數據的擴頻技術的可用信道。而且，由所有蜂窩式基站136和小區130的發射塔132通過專用A/V信道3061同步發送信息廣播。相反，在普通操作下，多個語音和數據信道(例如3062和3063)是在小區發射塔132之間被異步發送的。
圖4描述圖1所示的蜂窩式通信系統100的兩個相鄰小區130的透視圖。具體地說，示出包含它們各自的小區發射塔1321和1322的兩個示例性的相鄰小區1301和1302。將靠近每個小區130的邊緣定義為邊緣區域402。邊緣區域402包含相鄰小區1301和1302之間的重疊區域。每個小區130的大小(覆蓋面積)依賴于各種因素，例如陸地地形(例如山地、高大建筑物等)以及基站節點136所輸出的功率和小區發射塔132的高度。
基站節點136和小區發射塔132所輸出的功率隨移動站150與小區發射塔132之間的距離而不同。移動站150距離發射塔132越近，接收信號就需要越少的功率。相反地，移動站150距離發射塔132越遠，信號強度越大。在一個實施例中，基站136通過以指定間隔插入特定分組來控制到給定移動站150的信號強度，該特定分組用作移動站150的“信標”(beacon)。移動站150接收信標分組，并且利用它們來確定移動站150的接收信號的質量，該信號是由小區發射塔132所發送的。然后，移動站150給基站136提供反饋，以便使基站基于例如移動站150的接收信號的質量來調整信號功率，該信號是由小區發射塔132所發送的。
參照圖4，示出移動站150靠近兩個相鄰小區1301和1302之間的邊緣區域。移動站150包括瑞克接收機404、處理電路406和一個或多個音頻/視頻接口408，例如顯示器和揚聲器(未示出)。
瑞克接收機404用于提高在移動站150的信號接收。具體地說，瑞克接收機404具有多個耙指410，它們能夠從發射塔132所發送的信號中接收常規多徑反射。每個耙指410包括差異相關器(distinct correlator)和延遲均衡器(未示出)，它們恢復每個多徑分量的惟一信號。瑞克接收機404對多徑分量求和，以便形成具有同相(I)和正交(Q)分量的合成信號。然后，將合成信號發送到處理電路406，以便將分組進行拆分組，并且通常將信息處理成(轉換成)基帶信息以分布到A/V接口408(例如顯示器和揚聲器)。
請回憶一下，節點B 136和小區發射塔132通過下行鏈路和上行鏈路信道3062和3063異步發送信號(例如語音信號)。當移動站150位于邊緣區域402并且通過語音信道(例如圖3的下行鏈路和上行鏈路信道3062和3063)進行通信時，移動站150必須對來自一個小區發射塔132的輸入信號進行過濾。具體地說，必須阻塞較弱(干擾)信號，而瑞克接收機404的耙指410接收較強信號的多徑分量。
當小區發射塔132所發送的信號是通過專用信道(例如圖3的信道3061)廣播的A/V信息時，所有小區發射塔132借助于例如GPS系統202來同步發送廣播信號。此外，來自每個專用信道(例如圖3的信道3061)的信號在所有小區發射塔132中是相同的。在該示例中，瑞克接收機404用于從蜂窩式發射塔132接收的任何信號來形成合成信號。
參照圖4，瑞克接收機404的耙指410從兩個相鄰小區130接收信號和反射。每個耙指410利用相關器和延遲均衡器來恢復來自相鄰小區的多徑信號。由于兩個示例性小區同時廣播分組化A/V信息，任何信號延遲都只是由始發信號的反射以及移動站150和每個小區發射塔132之間距離的不同而引起的。
例如，移動站150可以距離小區發射塔A 13215英里而距離小區發射塔B 13226英里。在相同的地形條件下，始發于小區發射塔B 1322的廣播信號將略微遲于始發于小區發射塔A 1321的廣播信號到達移動站150。而且，由于距離不同以及地形差別，始發于小區發射塔B 1322的廣播信號的強度可以小于始發于小區發射塔A 1321的廣播信號，反之亦然。同樣的，瑞克接收機404使用來自示例性小區發射塔B 1322的較高功率的信號和來自示例性小區發射塔A 1321的較低功率的信號，來增加移動站150的總增益。
還應該注意，小區發射塔132在不改變功率輸出的情況下，通過專用信道3061廣播示例性A/V信息，這與不經過同步的下行鏈路和上行鏈路信道3062和3063相反。而且，相鄰小區之間的功率控制和干擾就與通過專用信道3061廣播的信號無關。因此，對于給定小區發射塔132和小區130之間的邊緣區域402，實現了較寬的覆蓋區域。
業務提供者110給廣播多媒體信息提供專用信道306這一發明特征還帶來其他優點。例如，使用移動站150進行廣播多媒體信息的實時交互成為可能。具體地說，移動站150可以通過經由一個或多個小區發射塔132的專用信道306來接收廣播多媒體信息，以及通過FDD上行鏈路路徑(例如上行鏈路信道3063)來接入傳統蜂窩式網絡的數據信道。
這樣，用戶可以響應問題、廣告，進行選擇，以及有關廣播A/V業務的其他操作等。蜂窩式通信系統100的具有創造性的A/V廣播系統，不需要給當前移動站150添加任何附加硬件。而且，交互類型的業務實質上具有較低的啟動成本，由于業務提供者的用戶自動具有與A/V內容交互的能力。A/V業務可以被多路復用到一個到節點B站136的流中，接著被從小區發射塔132發送，以便以2Mbps的速率發送廣播內容。在一個實施例中，可以以128Kbps/頻道的速率廣播大約16個電視頻道。
雖然以上內容針對本發明的一個實施例，在不脫離本發明的基本范圍的情況下，可以設計出本發明的更多其他實施例，本發明的范圍由所附權利要求所限定。
權利要求
1.一種方法，所述方法包括指定多個擴頻數據信道(306)中的至少一個信道(3061)專用為廣播信道；對于各個多個基站(134)的多個小區發射機(204)中的每一個，使載波信號的頻率和相位與至少一個信道的碼片速率時鐘(206)的頻率和相位同步；以及通過來自每個基站的所述至少一個專用信道來廣播該信息。
2.如權利要求1所述的方法，其中該信息是經過所有的所述多個小區發射機在所述專用信道上以相同的功率水平廣播的。
3.如權利要求1所述的方法，還包括在移動站(150)接收多個廣播信號；對所述多個廣播信號進行關聯及求和，使其成為合成信號；以及將所述合成信號處理成用于人類界面的格式。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述多個廣播信號包括來自至少兩個所述多個基站的信息。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述接收步驟還包括從相鄰基站接收廣播信號。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述關聯及求和步驟還包括從相鄰基站接收廣播信號。
7.如權利要求4所述的方法，還包括通過所述專用廣播信道提供多個音頻和視頻信道。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述多個音頻和視頻信道步驟包括將所述信道多路復用到一個分組化流中；以及從每個基站發送所述分組化流。
9.如權利要求1所述的方法，還包括由業務提供者通過所述多個擴頻數據信道的非廣播專用信道提供交互業務。
10.如權利要求9所述的方法，還包括使用戶能夠通過分離的上行鏈路信道(3063)進行這種交互業務。
11.在一個提供無線信息的通信系統中，一種通用計算機系統中的計算機可讀介質，當執行用于廣播所述信息的至少一個程序時，該計算機系統作為特定目的的控制器進行操作，包括指定多個擴頻數據信道(306)中的至少一個信道(3061)專用為廣播信道；對于各個多個基站(134)的多個小區發射機(204)中的每一個，使載波信號的頻率和相位與至少一個信道的碼片速率時鐘(206)的頻率和相位同步；以及通過來自每個基站的所述至少一個專用信道來廣播該信息。
12.如權利要求11所述的計算機可讀介質，其中該信息是通過所有的所述多個小區發射機在所述專用信道上以相同的功率水平廣播的。
13.如權利要求11所述的計算機可讀介質，還包括在移動站(150)接收多個廣播信號；對所述多個廣播信號進行關聯及求和，使其成為合成信號；以及將所述合成信號處理成用于人類界面的格式。
14.如權利要求13所述的計算機可讀介質，其中所述多個廣播信號包括來自至少兩個所述多個基站的信息。
15.如權利要求14所述的計算機可讀介質，其中所述接收步驟還包括從相鄰基站接收廣播信號。
16.如權利要求15所述的計算機可讀介質，其中所述關聯及求和步驟還包括從相鄰基站接收廣播信號。
17.如權利要求14所述的計算機可讀介質，還包括通過所述專用廣播信道提供多個音頻和視頻信道。
18.如權利要求15所述的計算機可讀介質，其中所述多個音頻和視頻信道步驟包括將所述信道多路復用到一個分組化流中；以及從每個基站發送所述分組化流。
19.如權利要求11所述的計算機可讀介質，還包括由業務提供者通過所述多個擴頻數據信道的非廣播專用信道提供交互業務。
20.如權利要求19所述的計算機可讀介質，還包括使用戶能夠通過分離的上行鏈路信道(3063)進行這種交互業務。
全文摘要
一種用于給多個無線移動通信設備提供信息的方法。該方法包含指定多個擴頻數據信道(306)中的至少一個信道(30文檔編號H04Q7/36GK1529949SQ02814107
公開日2004年9月15日 申請日期2002年7月12日 優先權日2001年7月13日
發明者杰弗里·A·庫珀, 杰弗里 A 庫珀, 庫馬·拉馬斯沃米, 拉馬斯沃米 申請人:湯姆森特許公司