專利名稱：用于級聯和分配無線信號的系統和裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及高帶寬信息信號的本地分配。
背景技術：
存在提供廉價且有效的方式以在指定的小地區內廣播多媒體內容的公認的要求。 這樣的小地區包括單個家庭居住的、多住處的單元、小的/家庭的辦公室、小生意、多租客 的建筑、及公共和私有校園，全部以帶有許多障礙的有限空間為特征，障礙如墻壁、家具、金 屬器具等。存在向在該市場中的用戶提供舒適的、容易使用并且對于消費者有吸引力定價 的結構的趨勢。當前硬線解決方案需要電纜硬件，帶有伴隨的物流開銷和美學問題。已知無線方 法，但是這種方法在本地分配以前典型地需要有效地壓縮，以及廣泛的、免干擾的帶寬的事 先保留。另外，為了出于成本考慮觀點而產生吸引人的無線解決方案，當前已知結構使用或 打算使用未授權的頻譜。更進一步地，例如由于在鄰近位置上的信號之間的干擾、與在地區 中呈現的其他服務的干擾、及各自地區的地理情況，在該類型環境中的該類型的信號的無 線分配不是普通任務。例如，高帶寬信息信號(如高清晰度電視(HDTV)信號)的當前本地地區分配必須 符合多種系統約束。作為一個說明性的例子，典型的HDTV家庭系統具有通過光纖、DSL鏈 路或衛星下行鏈路連接到服務提供商的機頂盒(STB)。STB接收運動圖像專家組(MPEG)信 號并將其解碼成和用戶顯示器相適合的信號格式。一種普通的信號格式使用高清晰度多媒 體接口(HDMI)技術。然后HDMI格式的信號必須被傳輸到用戶的視頻顯示器。硬線連接是 用于該連接的最普遍的選擇。然而，經常地，場所沒有或不適合高帶寬硬線系統。更進一步 地，與電纜有關的美學問題可能導致這種連接是不合需要的。一種可能的無線方法是無線HDTV。在這種結構中，機頂盒解碼MPEG數據并且然后 經由內置HDMI接口將它在60GHz頻帶上無線地傳輸到TV機。雖然該解決方案減少了用于 連接設備的電纜的需要，但是它具有嚴重的缺點。例如，因為在機頂和TV機之間的數據沒 有被壓縮，所以需要非常高的數據鏈路。同樣，其中可以接收具有合格質量的所期望的信號 的地區是非常小的(達到半徑為16km(10m))。打算處理該問題的一些解決方案涉及波束形 成技術的使用，但是這增加了成本并且減少了可用于全面的系統硬件的空間。另一用于在諸如住處或營業場所的區域內分配接收到的信息信號的已知解決方 案是傳統的中繼器(repeater)。傳統的中繼器接收信息信號、放大并轉發它。然而，傳統的 中繼器具有缺點。一個是，頻譜的官方或其他強制分配可能限制這種傳統的重傳。另一個 是，傳統的中繼器典型地放大并復制的不僅有所關心的信息信號，而且有各種噪聲和干擾 信號。結果可能是由最終用戶接收惡化的信號。又一種解決方案是用于內部傳輸的Wi-Fi技術的使用，其工作在未授權的2. 4和 5GHz頻帶。然而，傳統的Wi-Fi可能不能提供足夠連續的數據速率以令人滿意地支持HDTV 圖像質量。更近一步地，由于各種且常常無法控制的干擾，常常危及在Wi-Fi中的鏈路質量。

發明內容
可以在下述的概要中進行一些簡化和省略，其是用來突出并介紹各種示例性實施 方式的某些方面，但不是用來限制本發明的范圍。能夠允許本領域的那些普通技術人員作 出并使用本發明的概念的優選的示例性實施方式的詳細描述，通過整個公開來提供。同樣， 下述的含義將應用于以下標識的每個術語的所有實例，用其他方式清楚陳述的實例或在從 在其中術語出現不同含義的具體上下文被清楚陳述的具體實例除外。在一個方面，本發明可以提供用于通過在服務區內的無線連接重新分配信號而沒 有干擾或影響在該地區內可用的初級服務的遞送的系統和方法。在該說明書中，術語“初級 服務”用來作數字TV廣播和無線麥克風應用。術語“服務區”或“服務位置”用于指明單個 或多住處單元、小的辦公室/家庭的辦公室、小生意、多租客的建筑、及公共和私有校園，等 等。強制任何次級服務與初級服務共享頻譜以避免任何初級服務的干擾。在另一方面，本發明可以探測在確定的地區中沒有被初級服務使用的空白頻率空 間(white space)段，并且可以使用這樣的空白頻率空間段用于次級服務，如室內無線TV 廣播、或語音、視頻和/或數據信號的重新分配。在該說明書中，術語“空白頻率空間”指的 是沒有被用于初級服務的頻譜段，即在服務區中可用的。它包括例如在VHF/UHF頻帶中可 用的頻譜，其沒有被初級服務使用。要強調的是，從TV市場到TV市場的空白頻率空間不 同，并且在同一 TV市場中從地區到地區也可以是不同的，這是由于無線麥克風應用的存在 或在各自的地區中工作的次級服務的競爭。在又一方面，本發明可以提供用于在服務區內通過無線連接分配信號的解決方 案，其需要對于現有設備的最小改變。例如，在此描述的結構使能TV信號的重新分配，帶有 對TV接收器的最小改變。根據本發明的一方面，這里提供一種用于在服務區內分配指定帶寬的信息信號的 網關，包括頻譜探測器，其用于識別足以包含所述信息信號的帶寬的k個空白頻率空間段； 以及發射器，其用于在k個空白頻率空間段上發射數據信號，其中k是整數，k > 1。根據本發明的另一方面，提供一種用于在服務區內分配指定帶寬的信息信號的方 法，包括a)識別足以包含所述信息信號的所述帶寬的k個空白頻率空間段；以及b)在k 個空白頻率空間段上廣播數據信號，其中k是整數，k ^ 1。根據本發明的更進一步的方面，提供一種用于在服務區內接收所發射的信息信號 的設備，包括天線，其用于捕獲在k個頻率載波上承載的k個RF信號分量，其中k是整數； k個解調器分支(branch)，每個用于將各自的RF信號分量解調成信息信號分量；以及組合 器，其用于將所述信息信號分量組合成所述信息信號。有利地，本發明提供低設備成本、實現較佳的性能、提高頻譜利用率，并且因此提 供信號且尤其是電視信號的特別有效的無線重新分配。本發明的前述的優點對于可以通過各種示例性實施方式被實現的那些是說明性 的，并且不意味著窮舉或限制可以被實現的可能的優點。從而，這些和其他目的和優點由 于在此的描述將是顯然的，或者可以根據實踐各種示例性實施方式被教導，兩者均作為在 此包含的或作為鑒于對于本領域那些技術人員可以是顯然的任何變化修改的。相應地，本發明在于在此在各種示例性的實施方式中所示的和描述的新穎的方法、配置、組合、以及改進。


緊接著關于下述附圖描述本發明，其中貫穿幾個視圖相同的參考數字指明相應的 部件。圖1示出根據本發明的實施方式用于對在服務區工作的用戶設備重新分配信號 的無線網關的實施方式的方框圖。圖2示出用于恢復由網關廣播的信號的設備的第一變型的方框圖。圖3示出用于恢復由網關廣播的信號的設備的第二變型的方框圖。圖4示出根據本發明的實施方式的小波頻譜分析器的方框圖。圖5示出被圖4的小波頻譜分析器使用的時間_頻率映射(map)的例子。圖6示出圖的時間頻率映射可如何被用于探測并選擇空閑的頻譜段的例子。圖7和8示出根據本發明的實施方式在空白頻率空間頻譜的不連續的段上重新分 配之前解析信號的例子，其中圖7示出如何將信號解析成k個段，以及圖8示出來自空白 頻率空間頻譜的不同部分的“最佳”頻譜段的選擇，目的在于獲得信號重新分配所需要的帶 覓ο圖9示出用于HDTV信號分配器的特定例子的控制機構。
具體實施例方式已知在世界各處的各種管理團體分配用于具體使用的頻譜，并且在大多數情況 下，對部分頻譜許可權利。在許多情況下，這些頻率分配方案由于技術的原因(舉例來說， 為了避免干擾)授權頻譜的指定部分在所分配的頻帶之間保持空閑(未被使用)。同樣，這 些管理團體提供未被使用的頻譜，其或者從未被許可，或者由于技術的改變而變成空閑的。 該有價值的資源的有效的使用是緊緊貼近于現代數據通信系統的發展的當前研究趨勢。存在由模擬到數字TV(DTV)轉變的全球趨勢，其被較高質量的數字信號驅動，產 生較佳的觀看者體驗、提供個性化的和交互式的服務的能力、以及頻譜的更有效的使用。例如，在北美洲，TV廣播裝置當前使用VHF (特高頻率)和/或在54MHz和698MHz 頻帶的UHF(超高頻率)頻譜的較低部分。每個TV臺當前被分配在VHF/UHF頻譜中占用 6MHz的信道，聯邦通信委員會(FCC)已授權在不遲于2009年2月17日，全部的全功率電視 廣播將使用用于數字TV的ATSC標準。轉換成DTV導致重要的帶寬在頻譜的該部分中變成 空閑的。這是因為在確定的地理區域/地區(通常所說的TV市場)中廣播DTV信號的每 個TV臺將使用有限數量的信道，以使在那個區域中沒有被分配給DTV廣播的頻譜在轉變成 數字TV廣播之后變成空閑的。該本地可用頻譜被稱作“空白頻率空間”；要注意的是，從TV市場到TV市場可用 在VHF/UHF頻譜中的空白頻率空間不同。另外，空閑頻譜可能還可用在2. 4GHz頻帶中的未 授權的頻譜，其目前被Wi-Fi、藍牙設備、業余無線電設備、無繩電話、微波爐等共享；或在 5GHz頻帶主要被Wi-Fi設備使用。FCC打算通過分配信道2到51給數字TV ；占用700MHz頻帶的下半區的信道52到
769已經通過拍賣被重新分配給消費者的各種先進的商業無線服務。當轉變成DTV在2009 年初期結束時，在美國的210個TV市場的每一個可以具有達到40個未被分配且空白的、保 留用于廣播的信道，但是沒在使用中。空白的TV信道完全地適合于其他未授權的無線互聯 網服務。接入到空白的TV信道促進市場用于低成本、高容量、移動無線寬帶網絡，包括顯現 的內置網絡。使用該空白頻率空間，無線寬帶產業能夠遞送互聯網訪問到每個家庭，通過一 些估計僅僅$10 —個月。術語“TV信道”這里指的是當前由DTV標準定義的頻率信道，例如，為了說明性的 例子并且沒有限制地，“信道2”或“信道6”由在VHF頻帶內的北美洲NTSC標準指定。術語 “頻譜段”用作頻率頻譜的一部分，并且術語“空白頻率空間信道”用作由分配給確定設備用 于各自的次級服務的一個或多個小波信道形成的邏輯信道；它可以包括小波信道或小波信 道的組合，連續的或不連續的。雖然本發明在已經經歷了一級分配的信號的重新分配中是 特別有用的，但是將被理解的是，本發明也可應用于在來自初級源的服務區中的信號的初 級分配。例如，建筑物可能包括作為信號的源的服務器。本發明的實施方式提供用于在服務區中的一般被稱作“信息信號”的視頻、數據和 /或語音信號的重新分配的方法和系統，并且更特別地，提供用于使用在設備所位于的地區 內可用的空白頻率空間級聯這樣的信號的系統。本發明被描述用于對于DTV的北美洲高級 電視業務顧問委員會(ATSC)的特定的例子，其為每個TV信道授權6MHz的帶寬。然而，本發 明不受限于識別并使用6MHz寬的頻譜段；應用這里所描述的技術，較窄或較大的頻譜段可 以被探測并使用。例如，本發明還可應用于DTV信道寬度如8MHz (日本)和/或7MHz (歐 洲)。作為另一例子，如果在6MHz頻譜段內沒有被在確定市場中的DTV信道占用的一個或多 個空白頻率空間段被無限麥克風或/和其他服務占用，那么該頻譜的剩余部分還可以根據 本發明被使用。更進一步地，關聯在沒有被DTV廣播和其他初級服務使用的頻譜上的本地 無線TV廣播描述本發明，但是相同的原理可應用于在頻譜的其他部分中的空白頻率空間， 如在未授權的2. 4或5GHz頻帶。還要注意的是，被重新分配的信號不需要必須是TV信號， 而在這樣情況下，對于這樣的信號所需要的空白頻率空間頻帶可以比DTV信道的寬度或多 或少。為了重申，雖然下面的描述特別指的是北美洲DTV標準的例子和在家庭內部的 HDTV信號的重新分配，但是本發明可應用于其他DTV標準，不限于H/DTV信號的重新分配， 并且不僅僅指的是通過從模擬到數字TV的轉變而釋放的空白頻率空間。更確切地，它可應 用于關心的任何視頻、語音和/或數據信號的無線重新分配，其使用在頻譜的任何部分中 所識別的空白頻率空間。圖1示出根據本發明的實施方式的網關100的方框圖。網關10與一個或多個設備 20以主-從關系通信。術語“設備”指明，在廣泛的術語中，在服務區(舉例來說，家庭)內 使用的無線使能設備的任何部件。例如，設備可以是TV機(具有分離的或內置的機頂盒)、 個人計算機、膝上型電腦、筆記本、黑莓(Blackberry )設備或等效設備、PDA等。網關10包括發射器100、頻譜分析器101和控制信道處理器102。圖1還示出用 戶設備20，其與網關10在無線鏈路上通信，如所示的通過天線12、14。頻譜分析器和探測 器101通過掃描指定的頻譜部分或無線通信頻譜的部分來識別在各自的地區可用的空白 頻率空間，并且提供該信息到發射器100。術語“指定的頻譜部分”，在其上空白頻率空間被感測，更可取地被預置為已知在確定區域中沒有被充分利用的頻譜的確定的一部分(或多 部分)，如，例如，通過從模擬到數字TV的轉變釋放的頻譜。頻譜的所選擇的部分還可包括 未授權的頻譜的部分，并且當安裝系統時更可取地被指定。頻譜分析器101使用天線120感測在掃描的頻譜部分呈現的無線信號。Rx信號可 以是HDTV信號，被無線麥克風應用或被在地區中活動的次級服務所使用的信號。—般而言，頻譜分析器101可以是任何頻譜探測器/分析器；更可取地在該發明中 使用小波頻譜分析器。小波頻譜分析器101掃描頻譜的所選擇的部分；小波頻譜分析器可 使用預定的掃描序列，或者，作為一個備選方案，可使用動態更新序列。從而，掃描序列可包 括完整的VHF/UHF頻譜，該頻譜沒有被在各自的地區中(已知)的DTV廣播占用或者該頻 譜僅僅被已知沒有用于TV廣播的信道(舉例來說，信道2、3、5和7)占用。同樣，掃描序列 可包括這些信道的一個或多個的僅僅部分。總之，掃描序列可以考慮到在各自的TV市場中 可用的已知頻譜占用，并且還可以考慮除VHF/UHF頻帶以外的頻譜的其他部分。繼續以圖1的說明性的例子，假定搜索到的總帶寬是6MHz，以使能HDTV信道的轉 發，其包括例如視頻內容、短標題、以及聲音環繞音頻。HDTV信號的具體的多媒體內容對于 本發明不是特定的。作為從讀該公開將被理解的，這種質量閾值的設置可通過應用標準通 信系統設計實踐和對于在數字通信技術中普通技術人員眾所周知的技能進行。小波頻譜分析器101通過產生小波函數來操作，并且關于圖4-7更進一步詳細地 被描述。原則上，通信頻譜被設計作為具有多個頻率-時間單元的頻率和時間映射。在頻 率和時間映射內的每個頻率-時間單元組成至少一個頻譜段，其可以被利用于通信目的。 使用小波信號分析，對照閾值，測量在每個頻率_時間單元內的信號能量，這是為了識別帶 有很少或沒有可探測的信號活動性的頻率_時間單元。這樣識別的頻率_時間單元提供時 機用于在這些頻率-時間單元內通信不活動周期期間的信號傳輸和接收。頻譜分析器然后 提供頻率和時間信息到發射器100 ；該信息在方塊101和方塊100之間的箭頭上示出，{fk， Bff}，其中fk是在各自的頻譜段內所選擇的載頻，且BW是可用的帶寬。更可取地，頻譜分析器掃描從預先確定的頻譜表格開始的TV頻譜，頻譜表格提供 指示被在該區域(TV市場)中的TV廣播裝置使用的信道的區域性的頻譜占用表格。一旦被 各自的次級服務的傳輸所需要的空白頻率空間基于信息信號的帶寬被識別，收發器將其保 留并指示到設備20，其使用舉例來說下行鏈路頻譜分配圖、在接收信息信號的地方的頻率、 當接收信息信號時的時間。發射器天線12用于發射信息信號到設備20 ；設備20使用設備 天線14捕獲該信號。控制信道處理器102用于使能設備20以通過控制信道30與網關10通信。例如， 這可以是雙向控制信道，其中上行鏈路帶寬被由網關10提供服務的全部設備共享，用于連 接設置(作為集合信道)，用于將控制消息以接入請求、帶寬請求的形式傳達到發射器，并 且一般地用于使能用于設置、維持以及拆毀連接的信令，如本領域技術人員所已知的。分配 到該信道的下行鏈路帶寬被網關10使用以控制設備的操作。可選地，下行鏈路控制數據可 以在帶內被發送，并且信道30可以被用作為單向信道，用于使能設備發送上行鏈路消息到 網關。在圖1的例子中，發射器100包括接口單元111、基帶處理器109和分配器單元 110。發射器適合于處理通過接口單元111從各種源接收到的信息信號，并且通過由單元101識別的空閑空間將信號轉發到設備20。在圖1中所示的變型中，接口單元111包括多個所示的接口 103-108以說明收發 器100適合于接收、處理和/或重新分配信息信號給它提供服務的用戶。這些接口包括傳統 設備，其用于將通過各種媒體(舉例來說，電纜、空氣、導線)從各種源接收的各種格式的信 號轉換成基帶信號。要注意的是，在圖1上圖解的接口 103-108并非窮舉的，并且還要注意 的是收發器單元100不需要裝備全部這些接口。作為例子，圖1示出正交相移鍵控/前向 糾錯(QPSK/FEC)解碼器103、正交頻分復用/前向糾錯(0FDM/FEC)解碼器104、正交幅度 調制/前向糾錯(QAM/FEC)解碼器105、數字用戶線路(xDSL)單元106、光纖到家庭(FTTH) 單元107、以及數字通用光盤(DVD)單元108。如這里所描述的“級聯HDTV信號”指的是當沒有整體的6MHz頻譜段可用時的情 況。如上面所表明的，用于級聯6MHz信道到設備20的帶寬可在VHF/UHF頻譜中找到 ’然 而，識別并使用來自其他頻率頻帶的空白頻率空間同樣是可能的。級聯可橋接信號到另一 未管理頻譜如2. 4GHz中，或結合在2. 4,5GHz和VHF/UHF頻帶兩者中所識別的空閑頻譜。為了級聯信號到設備20，基帶處理器109首先格式化從接口 103-108中的一個接 收到的基帶信號，如通過識別的空白頻率空間傳輸所需要的。在用于描述本發明的例子中， 基帶信號在處理器109中依照ATSC標準被格式化。如本領域技術人員所理解的，該操作需 要預先存在的符合ATSC的設備。如果使識別的空白頻率空間頻譜被分段，基帶處理器還解 析信號，如稍后將更進一步詳細地被描述的。術語“解析”這里用作為選擇的操作的功能描 述符以將信息信號分離成塊，并且關于該功能的實現沒有限制。分配器單元110通過由頻譜分析器識別的k個空閑頻譜段調制信息信號。作為例 子在圖1中示出單元110帶有4個分支(k = 4)；更多或更少的分支可以被使用。為了通 過k個空閑頻譜段分配多媒體信號，來自接口 111的信息信號被解析(反向多路的)成確 定數量比特的k個數據塊，并且每個數據塊調制載波fk。還將被理解的是，k = 4個段實現 僅僅是一個例子，其被選擇以描述一種解析方案。然而顯然的是，本發明不限于掃描并識別 空白頻率空間段的這種粒度，以使分配器110的分支的數量可以不同于四個。雖然如此，非 常可能的是，用于在家庭中的信息信號的重新分配的必須的帶寬可以從等于四個空白頻率 空間段獲得。分配器110的每個分支處理信息信號的分量中的一個，其使用各自的低通濾波器 11、用于調制通過各自的載頻fk(這里是n-f4)從信息信號解析的塊的調制器13、用于成 形調制信號的RF濾波器15、放大器17以及在通過天線12分配這些到設備20之前用于組 合來自所有分支的信息信號的RF分量的組合器40。濾波器、調制器、放大器以及組合器可 以是通常已知的設計，并且因此沒有更進一步詳細地描述。例如，1由單元101識別的空白頻率空間頻譜由四個段組成，信息信號由BB處理器 109解析成每個M比特的四個塊；例如，信息信號可以分開成16-比特塊(M = 6)，并且每個 16-比特塊將調制載波fl_f4中的一個。術語“信號分量”用于識別在分配器110的每個 分支上提供的信息信號的部分。如將被理解的，根據數據速率、信號調制方案及其他設計參 數選擇M ;M的選擇是在本發明的范圍之外的。同樣，全部四個空白頻率空間段具有相同的 大小是可能的，但是具有不同大小也同樣可能，其也對M的選擇產生影響。例如，調制方案 可以是正交幅度調制(QAM)；在該情況下，每個分支單元110具有QAM調制器14。如另一例子，在1920 X 1080分辨率下，假定每像素十(比特)和60幀每秒(fps)，ATSC信號的原始 數據速率是1. 244Gbps。在該假定的說明性例子之下，關聯的壓縮數據速率大致是30Mbps。還可能的是，識別對來自η個空白頻率空間段的確定信號的重新分配所需要的空 白頻率空間，其中η < k。例如，僅3MHz的空白頻率空間頻譜段可以在對于信道5用其他方 式所分配的頻譜內是可用的(當在該頻帶中的例如3MHz被其他初級服務如無線麥克風等 占用時)。3MHz的第二空白頻率空間頻譜段能夠在信道7中是可用的。在該例子中僅需要 兩個小波信道以形成6MHz的空白頻率空間信道，并且分支的剩余可以被用于重新分配數 據信號到其他設備，或用于實現空間分集。如另一例子，如果識別四個6MHz的空白頻率空 間段，那么每個可以用于重新分配整個TV信道到一個設備20，以使四個設備203可以接收 截然不同的多媒體內容。根據本發明的又一實施方式，在當由頻譜分析器識別的空白頻率空間由6MHz寬 的段組成的情況下，分配器110可以通過在分支上的多個載波調制信號以獲得空間分集。 在該情況下，在每個分支中的信號是信息信號的拷貝而不是信息信號的分量，并且接收器 將選擇接收到的最佳質量的拷貝或將拷貝結合。圖2示出與網關10的分配器單元201通信的接收單元202的實施方式。它從分 配器201接收信息信號(或信號，根據可能的情況)的分量，并且將這些重新格式化為ATSC 信號。接收單元202還具有分支結構，分支中的一個說明當信息信號在單個載波上被調制 時的情況，如上部的分支所示出。該上部的分支包括濾波器21和放大器23。剩余的分支的 每個具有各自的RF濾波器21、放大器23、解調器25以及低通濾波器27，RF濾波器用于根 據載頻分離通過天線接收到的分量并且修整各自的分量。當使用兩個或多個空白頻率空間 段重新分配ATSC信號時，各自的分支被調諧到各自的頻率f2-f4。在空間分集情況下，所有 的分支依賴由這些變型中的每個所經歷的通路衰減接收相同的信息信號的不同衰減的拷 貝。在該情況下，所有解調器將接收到的信號與一個頻率(在圖2的實施方式中的fl)混 合。為了重申，接收單元202的分支的數量是設計參數，并且它可以不同于四個；同樣在這 里使用的變量k用于一般情況。對于當ATSC信號之前已被解析的情況，來自k個分支的信號在組合器50中被組 合以重建ATSC信號。在空間分集的實施方式的情況下，組合器50還可以包括選擇最佳變 型的線路。使用信令，接收關于接收到的信號(已分解或未分解)狀態的信息。下行鏈路 信令還提供關于在每個塊中比特的數量M以及當塊被發射時的頻率和時間的信息，如稍后 關于圖8所見。圖3示出使用與網關10的分配器單元301通信的分離的接收單元302、303的更 進一步的實施方式的例子。每個接收單元302、303包括適合于當每個接收截然不同的多媒 體信道的情況的獨立的接收器。然而，在該實施方式中，空白頻率空間頻譜段是每個6MHz， 用于使不同的TV信道能夠重新分配到多個用戶。雖然兩個接收器302和303被示出，但是 接收器的數量可以變化以相應于相等數量的設備304、305，并且允許各自的信號傳輸到相 等數量的設備304、305。例如，可以存在四個接收器302，每個與設備304(在該例子中的 HDTV機)耦合。如對于本領域技術人員明顯的，圖3的多個接收器系統的一個益處是能夠 發射多個節目到多個用戶，每個節目使用一載波fl-fk。圖4、5及6示出圖1的小波頻譜分析器和探測器101的操作。圖4示出根據本發
11明的實施方式的小波頻譜分析器的方塊圖，這里表示為400。圖5示出時間-頻率映射的例 子，并且圖6示出在圖5的時間頻率映射上的頻譜分配的例子。圖4中所示的小波頻譜分析器400確定在無線通信頻譜的預先選擇的部分內的無 線信號的信號能量。例如，在蜂窩系統中，無線頻譜的預先選擇的部分包括蜂窩系統在其上 工作的頻譜。對于在上面的例子中提供的TV頻譜，分析器400識別在VHF/UHF頻譜中的空 白頻率空間段。如果分析器400探測具有低的或沒有信號能量的指定的無線通信頻譜的一 個或多個區域，那么分析器相應地識別這些低信號能量區域或任何沒有可探測的信號能量 的其他區域的頻率位置和帶寬。小波頻譜分析器400配備有在掃描的頻譜中收集信號的天線401。可調諧RF模 塊402被調諧，以預置粒度連續掃描關心的頻譜。在模塊402接收到的信號通過模數轉換 器(ADO)403被轉換成數字信號；ADC 403還包括用于修整信號的濾波器。小波分析器還包 括小波系數計算器404和小波信道選擇器/分類器405。小波系數計算器404生成各自的 小波，用于確定在圖5中所示的頻率-時間映射的單元中探測到的信號的小波系數，并且 然后連同關聯的單元坐標(時間和頻率)輸出小波系數到分類單元405。選擇器或分類器 405將能量與能量閾值相比較，這是為了選擇帶有閾值以下的能量的單元，限定空白頻率空 間段。下面提供在該說明書中使用的小波函數的基本背景。圖5示出用于小波函數Ψ (t)的頻率時間映射500。頻率和時間映射500包括一 般標記為502的多個頻率和時間單元，其中每個頻率和時間單元表示可以被用在該發明中 的無線通信頻譜的部分，用于信號的轉發。單元502的不同的例子被標記為504、506以及 508，如下面更加詳細地描述。小波函數被表示為Ψα, τ (t)，并且相應的頻域表達式被表示為Ψμ( ；)，其中α 表示小波波形的縮放參數，而τ表示小波波形的位移或平移參數。用在該發明中的小波函 數ψα,τα)被選擇成使99%的小波能量被集中在時域和頻域二者中的有限區間內。在時 域中，小波函數的該特性可以被公式1表示f Ψ α τ (t) dt = 0 公式 1另外，小波函數Ψα,τ (t)被選擇以便使能它的集中中心的整體位移(平移)，以使 鄰近的位移波形Ψ (t_ τ )可以被生成，以形成用于能量限制的信號間隔的正交基。公式2 表示時域表達式Ψ α, τ (t)的該特性，并且公式3由(ω)表示頻域表達式
權利要求
一種用于在服務區內分配指定帶寬的信息信號的網關，包括頻譜探測器，其用于識別足以包含所述信息信號的所述指定帶寬的k個空白頻率空間段，其中k是整數，k≥1，以及發射器，其用于在所識別的k個空白頻率空間段上發射所述信息信號。
2.如權利要求1所述的網關，其中所述頻譜探測器配置為基于對于所述服務區的信道 的給定的當前分配掃描頻譜。
3.如權利要求1或2中所述的網關，其中所述頻譜探測器是小波頻譜分析器。
4.如權利要求1-3中的任一項所述的網關，還包括控制處理器，該處理器用于處理在 專用控制信道上至少從遠程設備接收的控制消息。
5.如權利要求5所述的網關，其中所述專用控制信道是雙向控制信道。
6.如權利要求4所述的網關，其被配置使得上行鏈路控制消息在所述專用控制信道上 被發送，而下行鏈路控制消息在帶內被發送。
7.如權利要求4-6中的任一項所述的網關，其被設置成使得頻譜分配圖在下行鏈路控 制消息中被發送到遠程設備。
8.如權利要求1-7中的任一項所述的網關，其中所述頻譜探測器包括可調諧RF模塊， 該可調諧RF模塊用于掃描指定的頻譜部分并捕獲在所述頻譜部分呈現的任何無線信號； 模數轉換器，該模數轉換器用于將捕獲的無線信號轉換成數字信號；處理單元，該處理單元 用于確定在形成在所述指定的頻譜部分內的多個頻率-時間單元的每個中的所述數字信 號的能量；以及分類單元，該分類單元用于從其中所述數字信號的能量低于閾值的所述頻 率_時間單元中選擇所述k個空白頻率空間段。
9.如權利要求7所述的網關，其中所述處理單元是小波系數計算器。
10.如權利要求8或9中所述的網關，其中所述頻譜探測器基于所述信息信號的帶寬和 在所述服務區探測的當前無線活動性選擇所述頻率_時間單元的大小。
11.如權利要求9所述的網關，其中所述小波系數計算器使用小波函數ψα,τα)，按照 公式/ ψα,τ (t)dt = 0，在有限區間內的時間和頻率二者中，提供所述頻率-時間單元的能 量的集中。
12.如權利要求9所述的網關，其中所述小波系數計算器配置為通過為在各自的頻 率_時間單元中探測的所述數字信號計算小波系數，確定在每個頻率_時間單元中的所述 數字信號的能量。
13.如權利要求12所述的網關，其中所述小波系數計算器使用小波函數Ψα,τ (t)的 位移變型來確定每個單元中的所述數字信號的能量，并且其中所述小波系數計算器通過進 行所述小波函數的能量集中中心的整體移動來獲得所述位移變型，以使鄰近的位移波形 {ψα-τ)}形成正交基。
14.如權利要求1-13中任一項所述的網關，其中所述發射器包括基帶處理器，該基帶 處理器用于將所述信息信號轉換成基帶信號并且將所述基帶信號解析成η個信號分量，其 中η是整數，η e [1 ；k]；以及分配器單元，該分配器單元帶有k個分支，用于利用信號分量 調制相應于各自的空白頻率空間段的每個載頻，并且用于在所述各自的空白頻率空間段上 廣播k個RF信號分量。
15.如權利要求14所述的網關，其中當承載所述基帶信號的足夠寬度的頻譜段已經被所述頻譜探測器識別時，所述分配器單元的每個分支利用它的所分配的信號分量的調制它 的載頻。
16.如權利要求14或15中所述的網關，其中對于η= 1，所有載頻用相同的基帶信號 被調制，用于獲得空間分集。
17.如權利要求16所述的網關，其中當TV信道的寬度的頻譜段已經被識別時，所述載 頻用相同的基帶信號被調制。
18.如權利要求14或15中所述的網關，其中對于η= 1，所有載頻用不同的基帶信號 被調制，用于傳輸到各自的不同的遠程設備。
19.如權利要求15-18中任一項所述的網關，其中所述發射器還包括接口，用于將通過 多種媒體從多種信號源接收到的源信號轉換成所述信息信號。
20.一種用于在服務區內分配指定帶寬的信息信號的方法，包括識別足以包含所述信息信號的所述帶寬的k個空白頻率空間段，其中k是整數，1 ；以及在所識別的k個空白頻率空間段上發射所述信息信號。
21.如權利要求20所述的方法，還包括在專用控制信道上從遠程設備接收控制消息。
22.如權利要求21所述的方法，其中所述控制信道是雙向控制信道。
23.如權利要求20所述的方法，其中上行鏈路控制消息在所述專用控制信道上被發 送，而下行鏈路控制消息利用所述信息信號在帶內被發射。
24.如權利要求20-22中任一項所述的方法，其中頻譜分配圖在下行鏈路控制消息中 被發射到遠程設備。
25.如權利要求20-23中任一項所述的方法，其中通過基于對于在所述服務區的TV廣 播的信道的給定的當前分配來掃描頻譜，識別所述k個段。
26.如權利要求20-25中任一項所述的方法，其中通過以下步驟識別所述k個段掃描指定的頻譜部分并捕獲在所述指定的頻譜部分中呈現的任何無線信號(Rx)；將所捕獲的無線信號轉換成數字信號；測量在所述指定的頻譜部分內形成的多個頻率-時間單元的每個中的所述數字信號 的能量；從其中所述數字信號的能量低于閾值的所述頻率-時間單元選擇所述k個空白頻率空 間段。
27.如權利要求26所述的方法，其中通過在所述服務區探測當前無線活動性來識別所 述k個空白頻率空間段，并且其中基于所述信息信號的帶寬和在所述服務區所探測的當前 無線活動性，所述頻率_時間單元的大小是可選擇的。
28.如權利要求26所述的方法，其中通過為在各自的頻率_時間單元中探測的所述數 字信號計算小波系數，確定在每個頻率_時間單元中的所述數字信號的能量。
29.如權利要求28所述的方法，其中使用小波函數Ψα,τ (t)來掃描所述指定的頻譜 部分，所述小波函數Ψ α, τ (t)選擇成根據公式/ Ψα, τ (t)dt = 0，在有限區間內的時間 和頻率二者中，集中所述頻率-時間單元的能量。
30.如權利要求27所述的方法，其中使用所述小波函數的位移變型{Ψα-τ)}計算 所述小波系數，并且通過進行所述小波函數的能量集中中心的整體移動來獲得所述位移變型，以使鄰近的位移波形{Ψ (t_ τ )}形成正交基。
31.如權利要求20-30中任一項所述的方法，其中所述信息信號通過以下步驟被發射 將所述信息信號轉換成基帶信號；將所述基帶信號解析成η個信號分量，其中η是整數，η e [1 ；k]； 為所述k個空白頻率空間段中的每一個選擇載頻； 利用信號分量調制k個載頻中的每個，以及 在各自的空白頻率空間段上發射所述η個信號分量。
32.如權利要求31所述的方法，其中對于η= k，每個分量信號調制載頻。
33.如權利要求31所述的方法，其中對于η= 1，所有載頻用相同的基帶信號被調制， 用于獲得空間分集。
34.如權利要求31所述的方法，其中對于η= 1，所述載頻用不同的基帶信號被調制， 用于傳輸到不同的遠程設備。
35.如權利要求31所述的方法，還包括將通過多種媒體從多種信號源接收到的源信號 轉換成所述信息信號。
36.一種用于接收在服務區內發射的信息信號的設備，包括天線，其用于捕獲在k個頻率載波上承載的k個RF信號分量，其中k是整數； 接收器單元，其具有k個解調器分支，每個分支用于將各自的RF信號分量解調成信息 信號分量；以及組合器，其用于將所述信息信號分量組合成所述信息信號。
37.如權利要求36所述的設備，其中所述接收器單元還包括附加的分支，用于在單個 載波上承載所述信息信號的情況下將RF信號解調成所述信息信號。
全文摘要
通過識別在VHF/UHF頻譜中的一個或多個空白頻率空間段、選擇用于每段空白頻率空間頻譜的載頻、將信號解析成同樣數量的分量并在載頻之上調制每個分量，執行在服務區內的多媒體信號或類似物的重新分配。接收設備執行相反操作用于重新形成信號。
文檔編號H04B7/005GK101971513SQ200980108581
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月2日 優先權日2008年3月17日
發明者J·葉, S·吳, T·D·克林斯 申請人:Wi-Lan有限公司