Способ и устройство для повторного использования сетки частот спутникового вещания для сигналов наземного вещания

 

Изобретение относится к технике радиовещания и передачи данных. Технический результат состоит в осуществлении передачи наземных сигналов одновременно со спутниковыми сигналами на одной и той же частоте. Первая антенна в месторасположении пользователя принимает сигналы на первой частоте, причем эти сигналы распространяются только в первом секторе направленного приема, отсчитанном от оси первой антенны. Ось первой антенны направлена так, чтобы принимать сигналы прямого спутникового вещания, передаваемые со спутника на околоземной геосинхронной орбите. Вторая антенна в месторасположении пользования принимает сигналы на первой частоте, причем эти сигналы распространяются только во втором секторе направленного приема, отсчитанном от оси второй антенны. Вторая антенна настроена на прием сигналов, передаваемых на первой частоте из точки наземной передачи, удаленной от месторасположения пользователя. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам и способам для телерадиовещания и приема данных, включая цифровые телевизионные и речевые сигналы. В частности, это изобретение относится к устройствам и способам наземной передачи одновременно и на общей частоте с прямым спутниковым телерадиовещанием.

В настоящее время телевизионные сигналы могут быть получены со спутника, находящегося на геосинхронной орбите. Они передаются с наземного передатчика на спутник и затем ретранслируются со спутника так, что эти сигналы могут быть приняты наземными приемниками в пределах определенной географической зоны приема в секторе видимости спутника. Наряду с телевизионными сигналами через спутники на геостационарных орбитах потребителям могут передаваться и другие типы данных.

Служба прямого спутникового вещания (ПСВ) обращается к спутниковой передаче телевизионных сигналов непосредственно для использования отдельными группами людей или подписчиками, имеющими соответствующее оборудование для приема сигналов. Федеральная Комиссия США по связи назначила электромагнитный спектр от 12,2 ГГц до 12,7 ГГц для передач ПСВ. В пределах полосы частот ПСВ расположены шестнадцать несущих сигнала, каждая несущая содержит несколько телевизионных каналов. В зависимости от технологии уплотнения этих сигналов буквально сотни различных каналов могут быть доступны с помощью ПСВ. Большим преимуществом системы ПСВ, в противоположность предшествующим спутниковым системам, является то, что для получения сигналов ПСВ нужна лишь небольшая антенна в форме тарелки, а юстировка приемной тарелки не является критичной. Также система ПСВ обеспечивает высококачественный прием в любой точке географической зоны приема спутника, исключая расходы на наземные линии передач, такие как те, которые необходимы для кабельного телевидения.

Существующие правила требуют, чтобы спутники ПСВ были отделены друг от друга как минимум девятью (9) градусами геосинхронной дуги. Поэтому приемная антенна сигналов ПСВ должна быть ограничена приемом сигналов в диапазоне направлений, измеряющимся плюс или минус девятью (9) градусами от оси антенны. Прием сигналов в более широком секторе, чем интервал между спутниками, привел бы к наложению сигналов, передаваемых разными спутниками на одной и той же частоте.

В патенте США 5483663 предлагается система с приемным устройством, в котором сигналы ПСВ и наземные сигналы принимаются на близких полосах частот. Система, описанная в патенте 5483663, может быть реализована с несколькими антеннами или с одной передвижной антенной. При нескольких антеннах сигналы, полученные двумя отдельными антеннами, направляются в общий волновод для обработки так, как если бы они были получены одной антенной и переданы из одного и того же места. В случае одной антенны, она перемещается между одним положением для приема сигналов ПСВ и другим положением для приема наземных сигналов.

Преимущество системы, описанной в патенте США 5483663, состоит в том, что сигналы местного происхождения, будь то телевизионные сигналы или другие данные, могут быть получены одновременно с сигналами ПСВ и обработаны той же аппаратурой. Сигналы местного происхождения могут передавать местные программы, которые могут приниматься вместе с национальными или региональными программами.

Однако так как сигналы, полученные системой, описанной в патенте США 5483663, смешиваются или принимаются на ту же антенную структуру в различные моменты времени, наземные сигналы и сигналы ПСВ не могут быть приняты одновременно на общей частоте.

Несмотря на преимущества ПСВ и системы, описанной в патенте США 5483663, система ПСВ связывает часть электромагнитного спектра, которая в противном случае была бы доступна для передачи наземных сигналов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Целью изобретения является осуществление передачи наземных сигналов одновременно со спутниковыми сигналами на одной и той же частоте. Изобретение включает в себя устройство и способ передачи наземных и спутниковых сигналов одновременно на общей частоте.

Цель изобретения достигается использованием приемных антенн с ограниченным сектором приема и передачей наземных сигналов в секторе направлений, отличном от того, в котором передаются спутниковые сигналы. По изобретению необходимы две раздельных приемных антенны, подающих сигналы на два комплекта аппаратуры декодирования и демодуляции для обработки полученных сигналов. Обе приемные антенны настроены на прием сигналов только в пределах заданного сектора направлений. Раствор сектора отсчитывается от оси выделенной антенны.

Чтобы исключить наложение наземных и спутниковых сигналов, наземные сигналы передаются в направлениях внутри наземного азимутального сектора, который находится вне азимутального сектора передачи спутниковых сигналов, будь то одиночный спутник или несколько спутников. Азимутальный сектор наземных передач выбирается так, чтобы он не содержал направлений, в которых должна быть направлена приемная спутниковая антенна для получения сигналов с любого спутника. Чтобы расширить зону местного приема, множество наземных передатчиков с перекрывающимися секторами передачи распределяются по территории, обеспечивая отчетливый прием наземных сигналов в любой точке внутри требуемой области обслуживания.

Указанные и другие цели, преимущества и особенности изобретения будут ясны из последующего описания предпочтительных вариантов применения, обсуждаемых с использованием сопроводительных чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ Фиг. 1 - схема положений множества спутников относительно отдельного наземного передатчика и приемника или местоположения пользователя.

Фиг. 2 - схематичное представление конструкции приемной антенны для приема спутниковых и наземных сигналов на общей частоте.

Фиг. 3 - схема размещения многочисленных наземных передатчиков, необходимых для обеспечения приема в обширной географической зоне.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ПРИМЕНЕНИЯ Устройство по данному изобретению для передачи спутниковых и наземных сигналов одновременно на общей частоте изображено на фиг.1 и 2. Как показано на фиг. 1, система 10 может использоваться с одним или более спутниками, находящимися на геосинхронной орбите относительно земли. Фиг.1 показывает 4 спутника 12а, 12b, 12с и 12d, разнесенных в пространстве в четырех различных направлениях от местоположения пользователя 14. На геосинхронной орбите каждый спутник остается в фиксированном положении относительно земной поверхности, и, тем самым, относительно местоположения пользователя 14. Первая и вторая антенны 16 и 18, соответственно, которые будут обсуждаться подробнее при описании фиг.2, расположены в местоположении пользователя 14.

Каждый из этих спутников 12a-d расположен на геосинхронной орбите относительно центра земли и находится на определенной долготе и широте над земной поверхностью. Как известно специалистам, приемная антенна может быть установлена на определенный угол возвышения и по определенному направлению или азимуту и нацелена на заданный спутник для получения сигналов именно с него.

В настоящее время все спутники прямой трансляции в пределах видимости Северной Америки расположены на долготах и широтах, требующих, чтобы приемная антенна была развернута в южном направлении от Северной Америки для приема сигналов. Хотя при описании изобретения на фиг.1 показаны 4 спутника 12a-d, большее или меньшее количества спутников могут располагаться по отдельности в пределах зоны видимости определенной географической области. В зоне 15 видимости Северной Америки в настоящее время находятся восемь спутников. Таблица 1 показывает расположение каждого спутника по долготе и, в качестве примера, азимут и возвышение, на которые должна быть установлена приемная антенна в г. Остине (штат Техас) для получения сигналов от каждого из спутников. Все азимутальные направления и углы возвышения отсчитываются от оси антенны, которая будет обсуждаться ниже при описании фиг.2. Термин "азимут" означает направление относительно условленного направления, например строго на север, принимаемого обычно за 0 градусов. "Возвышение" - это угол подъема оси антенны над горизонтом.

Спутники ПСВ передают различные сигналы в одной и той же полосе частот. Федеральная Комиссия США по связи зарезервировала электромагнитный спектр от 12,2 ГГц до 12,7 ГГц для передач ПСВ. Чтобы гарантировать отсутствие взаимных помех сигналов двух соседних спутников, необходимо выполнить два условия. Во-первых, прием сигналов приемной антенной должен быть ограничен определенным сектором приема вокруг оси антенны. Во-вторых, спутники должны быть разнесены по дуге геосинхронной орбиты так, чтобы приемная антенна могла быть расположена таким образом, что в секторе приема находился бы только один спутник.

Согласно действующим правилам спутники ПСВ должны быть разнесены как минимум на девять (9) градусов геосинхронной дуги. Таким образом, каждая антенна для приема ПСВ должна иметь сектор приема или апертуру плюс-минус девять (9) градусов или меньше относительно оси антенны. Хотя действующие правила требуют разнесения не менее чем на девять (9) градусов, данное изобретение не ограничено этой величиной разнесения. Однако, согласно изобретению, эффективный сектор приема каждой первой антенны или спутниковой приемной антенны должен быть меньше или равен минимальному углу разнесения спутников.

Фиг. 1 показывает также наземный передатчик 20, способный передавать на одной или нескольких частотах, идентичных частоте передач одного из спутников ПСВ. Наземный передатчик 20 осуществляет направленную передачу в определенном секторе передачи Т. Сектор передачи Т, изображенный на фиг.1, равен 180 градусам, хотя сектор может быть шире или уже.

Конструкция антенны 22 по данному изобретению, размещенной в месторасположении пользователя 14 на фиг.1, проиллюстрирована с помощью примера на фиг.2. Первая антенна 16 сконструирована для приема сигналов прямого спутникового вещания. Первая антенна 16 содержит собирающую тарелку 24 и приемное рупорное устройство 26 для приема сигналов, отраженных и сфокусированных тарелкой. Специалисты представляют, что приемное рупорное устройство 26 содержит штырь, не показанный на фиг.2, для съема сигналов, принятых антенной. Штырь вводит сигнал в аппаратуру обработки сигналов для извлечения информации из принятого сигнала. Аппаратура обработки сигналов хорошо известна в технике и не составляет предмета настоящего изобретения. Специалисты представляют также, что вместо приемного рупора 26 для сбора сигналов, отраженных тарелкой 24, могут использоваться устройства других типов.

Первая антенна 16 имеет ось 28 антенны. Первая антенна 16 имеет максимальный сектор направленности приема d_max., отсчитанный от оси 28 антенны, который задается частотой принимаемого сигнала. Сигналы, распространяющиеся в направлениях вне этого сектора приема или апертуры относительно оси 28 антенны, не могут быть приняты первой антенной 16.

Обратимся вновь к фиг.2. Конструкция антенны 22 в месторасположении пользователя 14 дополнительно содержит отдельную вторую антенну 18 для приема наземных сигналов. Вторая антенна 18 показана как антенна рупорного типа, однако для специалистов очевидно, что вторая антенна может быть круговой рамочной, плоской пластинчатой, щелевой, одно- или многовибраторной антенной. Безотносительно к типу антенны, она содержит соответствующее устройство съема сигнала, принятого антенной, и ввода его в соответствующую аппаратуру обработки сигналов. Эта аппаратура обработки сигналов является отдельной от аппаратуры обработки сигналов, полученных первой антенной 16. Кроме того, хотя вторая антенна 18 показана включенной в ту же конструкцию, что и первая антенна 16, первая и вторая антенны могут быть совершенно отдельными. В любом случае предпочтительней, чтобы вторая антенна 18 являлась вращающейся вокруг вертикальной оси, как показано на вставке В на фиг.2, чтобы направить антенну для оптимального приема сигналов наземной передачи.

Как и первая антенна 16, вторая антенна 18 имеет ось 30 и может принимать сигналы, распространяющиеся только в пределах сектора направленного приема r_max. относительно оси 30 антенны. Сигналы, распространяющиеся в направлениях вне этого сектора, не могут быть приняты второй антенной 18.

Обращаясь снова к фиг.1, первая антенна 16, согласно изобретению, настроена для приема сигналов от одного из спутников, например спутника 12d. Азимут и возвышение, на которые должна быть установлена первая антенна 16 для оптимального приема сигналов со спутника 12d, могут иметь, например, значения 247.3 и 25.7 соответственно. Вторая антенна 18 направлена осью 30 в сторону точки наземной передачи наземного передатчика 20 и практически горизонтально. Если не принимать во внимание различие в возвышении между первой и второй антеннами 16 и 18, соответственно, то различие в азимутах осей 28 и 30 этих двух антенн в данном примере составляет приблизительно 67.7 градусов.

При ориентации, показанной на фиг.1, первая антенна 16 не может принимать сигналы наземного передатчика 20. Причиной этого является то, что все направленные сигналы, передаваемые наземным передатчиком 20, распространяются в направлениях вне сектора приема первой антенны 16. Аналогично, направление, в котором происходит передача со спутника 12d относительно местоположения пользователя 14, находится вне сектора приема второй антенны 18. Таким образом, вторая антенна 18 не может принимать сигналы, передаваемые спутником 12d. Более того, в этом примере вторая антенна 18 не может принимать любые сигналы, передаваемые любым из спутников 12a-d. Таким образом, при такой ориентации первой и второй антенны 16 и 18, как показано на фиг.1, и с таким расположением спутников 12a-d и наземного передатчика, наземный передатчик может передавать на частоте, идентичной частоте сигналов, передаваемых спутниками, без всякого наложения сигналов, принимаемых двумя антеннами.

Специалисты хорошо представляют, что возвышение первой антенны 16 может быть достаточно большим относительно горизонта, и вторая антенна 18 может быть выставлена на тот же самый азимут, что и первая антенна, без какого-либо наложения сигналов, принимаемых двумя антеннами на одной и той же частоте. Однако если имеются многочисленные спутники на различных азимутах и на разных возвышениях относительно местоположения пользователя 14, то, как изображено на фиг.1, для предотвращения наложения может потребоваться установка первой и второй антенн 16 и 18 по различным азимутам.

Что касается фиг. 3, для приема в обширной зоне, чтобы обеспечить достаточно сильный сигнал, требуется множество наземных передатчиков 32. Каждый передатчик 32 на фиг. 3 осуществляет направленную передачу в азимутальном диапазоне А приблизительно 180 градусов и покрывает зону эффективного приема R. При таком разнесении передатчиков и такой зоне передачи сигналы от наземных передатчиков могут приниматься в любой точке внутри географической зоны G. Хотя в качестве примера показан сектор направлений в 180 градусов, наземные передачи могут осуществляться и в других секторах, что также охватывается настоящим изобретением.

Способ по данному изобретению включает в себя прием спутниковых сигналов на первой частоте первой антенной 16. Первая антенна 16 отрегулирована на прием сигналов только в первом секторе направленного приема относительно оси 28 антенны. Способ также включает в себя направленную передачу сигналов на первой частоте в секторе за пределами сектора направленного приема первой антенны 16. Сигналы, передаваемые наземным передатчиком, принимаются второй антенной 18 в месторасположении пользователя 14. Вторая антенна 18 также отрегулирована на прием сигналов только в пределах сектора направленного приема вокруг оси 30 антенны.

Эта комбинация направленных приемных антенн 16 и 18 и направленной наземной передачи позволяет осуществлять наземные передачи на частоте, идентичной той, которую используют спутники, в частности, ПСВ без наложения одной передачи на другую. Это позволяет дополнительно использовать спектральный диапазон ПСВ и, возможно, другие спутниковые спектральные диапазоны для наземных передач. Наземной трансляцией могут передаваться телевизионные сигналы или любые другие данные, включая глобальную компьютерную связь (Интернет), аудио, видео или иные типы данных.

Описанные выше примеры предпочтительных реализаций предназначены для иллюстрации принципов изобретения, но не ограничивают область изобретения. Различные другие варианты и модификации к преимущественным применениям могут быть осуществлены специалистами, не выходя за рамки следующей ниже формулы.

Формула изобретения

1. Устройство для одновременного осуществления передачи наземных сигналов на общей частоте с сигналами прямого спутникового вещания, передаваемыми со спутника в первом положении на геосинхронной околоземной орбите, отличающееся тем, что содержит (а) первую антенну в месторасположении пользователя для приема сигналов на первой частоте только в первом секторе направленного приема, отсчитанном от оси первой антенны, причем ось первой антенны отъюстирована на прием сигналов прямого спутникового вещания, передаваемых со спутника; (b) вторую антенну в месторасположении пользователя для приема сигналов на первой частоте только во втором секторе направленного приема, отсчитанном от оси второй антенны, причем ось второй антенны отъюстирована на прием сигналов, передаваемых на первой частоте наземным передатчиком, удаленным от месторасположения пользователя, а сигналы прямого спутникового вещания передаются в направлениях вне второго сектора направленного приема; и наземный передатчик для передачи сигналов на первой частоте и направлено в наземном азимутальном секторе от местонахождения наземного передатчика, причем наземный передатчик расположен относительно месторасположения пользователя так, что наземный передатчик осуществляет передачу в направлениях только вне сектора направленного приема первой антенны.

2. Устройство по п. 1, в котором сигналы прямого спутникового вещания передаются от множества спутников на геосинхронной орбите, каждый спутник разнесен от другого по геосинхронной дуге на угол больший, чем сектор направленного приема первой антенны, и каждый спутник находится в спутниковом азимутальном секторе, в котором первая антенна может быть позиционирована для приема сигналов от любого из спутников, и отличающееся тем, что (а) наземный азимутальный сектор отделен от спутникового азимутального сектора углом, большим приблизительной суммы сектора направленного приема первой антенны и сектора направленного приема второй антенны.

3. Устройство по п. 2, дополнительно содержащее (а) множество наземных передатчиков, каждый из которых осуществляет передачу из отдельной наземной точки передачи и в практически общем азимутальном секторе.

4. Устройство по п. 1, в котором первая частота находится в диапазоне 12,2 - 12,7 ГГц.

5. Устройство по п. 1, в котором первая частота превышает 12,2 ГГц.

6. Устройство по п. 1, в котором вторая антенна выбирается из группы, состоящей из круговых рамочных, рупорных, плоских пластинчатых, щелевых, одно- и многовибраторных антенн.

7. Устройство по п. 1, в котором сектор направленного приема первой антенны составляет приблизительно 9^o.

8. Способ осуществления местных сигналов одновременно и на общей частоте с сигналами прямого спутникового вещания, передаваемыми со спутника, где спутник находится в первой точке геосинхронной орбиты около земли, а способ включает в себя (а) в месторасположении пользователя - прием сигналов прямого спутникового вещания на первой частоте на первую антенну, настроенную на прием сигналов на первой частоте только в первом секторе направленного приема, отсчитанном от оси первой антенны; (b) передачу наземных сигналов на первой частоте и в наземном азимутальном секторе наземным передатчиком, причем наземный азимутальный сектор находится вне сектора направленного приема первой антенны, позиционированной на прием сигналов прямого спутникового вещания со спутника; (с) в месторасположении пользователя, удаленном от наземного передатчика, - прием наземных сигналов на вторую антенну, настроенную на прием сигналов на первой частоте только в пределах второго сектора направленного приема, отсчитанного от оси второй антенны, причем вторая антенна развернута так, что сигналы прямого спутникового вещания, передаваемые спутником, не передаются в секторе направленного приема второй антенны.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий в себя (а) передачу наземных сигналов на первой частоте и в наземном азимутальном секторе множеством наземных передатчиков.

10. Способ по п. 8, в котором первая частота находится в диапазоне 12,2 - 12,7 ГГц.

11. Способ по п. 8, в котором первая частота превышает 12,2 ГГц.

12. Способ по п. 8, в котором сектор направленного приема первой антенны равен приблизительно 9^o от оси антенны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4