蜂窝式系统中的数字音频/视频广播

摘要

一种用于给多个无线移动通信设备提供信息的方法。该方法包含指定多个扩频数据信道(306)中的至少一个信道(3061)专用为广播信道。对于各个多个基站(134)的多个小区发送机(204)中的每一个，使载波信号的频率和相位与至少一个信道的码片速率时钟(206)的频率和相位同步。然后通过来自每个基站的至少一个专用信道来广播该信息。

说明书

相关申请的参照

本申请要求于2001年7月13日提交的序列号为60/305,243的美国临时专利申请的权益，其以引用方式全部包含在本文中。

技术领域

本发明涉及蜂窝式通信系统。更具体地说，本申请涉及经由蜂窝式通信系统来提供音频/视频信息。

背景技术

第一代(1G)无线通信始于20世纪70年代后期，以使用模拟语音信号的早期蜂窝式移动无线电话系统为特征。第二代(2G)无线通信始于20世纪90年代初期，以数字语音编码为特征，例如全球移动系统(Global System forMobile，GSM)业务和码分多址(CDMA)。

从第二代到当前的2.5G无线通信的无线技术和性能方面的发展与通用分组无线业务(GPRS)紧密相关。1G，2G和2.5G无线通信缺少提供例如视频信息的数字多媒体信息所需的带宽。特别是，当前的数据性能具有非常低的分配给每个用户的比特率(例如每秒10千比特)。以这样低的比特率，多媒体信息(即音频和视频)流是不现实的。例如，MP3需要至少每秒64千比特(kilobits)，而视频需要至少每秒几百千比特。

UMTS(通用移动通信业务)(即“第三代(3G)”)以高达每秒2兆比特的数据速率提供宽带的基于分组的文本、数字语音、视频和多媒体的传输，并且给移动计算机和电话用户提供一致的业务集(consistent set of service)，而无论他们位于世界何处。但是，问题是在发射塔的小区范围内只有一个用户可以以每秒2兆的速率接收信息。

而且，当用户正在远离发射塔时，信号的接收就会衰落。为了补偿衰落效应，提出了增强信号接收的技术。一般通过降低到移动设备的数据速率来达到增强信号的接收，以至于当用户更加远离小区发射塔时，依赖于与发射塔之间的距离，数据速率从每秒2兆愈加减小到例如每秒64千比特或每秒32千比特。因此，当前的系统就不能支持同时将多媒体信息发送到多个用户。

一个与蜂窝式系统有关的问题是来自相邻小区的干扰问题。对使用码分复用来分离小区内用户的所有3G蜂窝式系统来说，都存在干扰问题。如果用户位于两个相邻发射塔之间(即边缘区域)，移动设备必须调到其中一个信道，同时关闭(即过滤掉)另一个信道。一般地，因为小区发射塔以各种不同的功率水平进行发射，所以干扰来自于相邻发射塔之间的边缘区域中的相邻信道。也就是说，用户距离发射塔越近，所需的功率越少，而用户距离发射塔越远(例如边缘区域)，就需要越多的功率。所以，边缘区域可到达的比特率低于小区的中心，这就产生了给用户提供不一致业务的问题。

同样的，存在给移动蜂窝式设备的多个用户提供多媒体业务的需求。而且，需要给这种用户提供一致的多媒体业务，而无论用户的位置位于小区何处。

发明内容

本发明是一种用于给多个无线移动通信设备提供信息的方法。该方法包含将多个扩频数据信道中的至少一个信道专用为广播信道。对于各个多个基站的多个小区发射机的每一个，使载波信号的频率和相位与至少一个信道的码片速率时钟(chip rate clock)的频率和相位同步。然后经由该至少一个专用信道从每个基站广播多媒体信息。

附图说明

所以在该方式中达到了本发明的上述特性，并通过参考在附图中所说明的本发明的实施例，能够详细地理解在上面所概述的发明的更加具体的描述。但是，应该注意到，附图仅仅示出本发明的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本发明可以容许具有相同效果的其他实施例。

图1是本发明的蜂窝式通信系统的高层(high-level)方框图；

图2描述图1所示的蜂窝式通信系统的示例性小区的高层方框图；

图3是表现对本发明的第三代蜂窝式通信系统的频谱分配的示意图；以及

图4是位于图1所示的蜂窝式通信系统的两个相邻小区之间的移动站的透视图。

为了便于理解，其中可能使用同样的参考标号来表示附图中所共有的同样的元件。

具体实施方式

本发明是一种给多个蜂窝式通信设备中的每一个提供信息的方法，例如广播多媒体信息。该方法包含为广播这种例如分组化音频和视频信息的信息，分配一部分蜂窝式通信频谱。

图1是本发明的蜂窝式通信系统100的高层方框图。蜂窝式通信系统100包括：蜂窝式通信业务提供者110、由各个小区发射塔130限定的多个小区、以及多个蜂窝式通信设备(即移动站(MS)150)。具体地说，业务提供者110包括多个数据源112(示为源S1到Sn)、处理电路包括音频/视频(A/V)压缩电路114、分组交换连接116、以及无线电网络控制器(RNC)118。

分组交换连接116包括经由GPRS主干IP网119连接到GPRS业务支持节点(SGSN)120的GPRS网关支持节点118。而且，在一个实施例中，分组交换连接116还可以包含公共或专用IP网络115，该网115位于业务提供处理电路114的压缩复用数据源和GGSN 118之间。

业务提供者110能够给移动站150提供多种多媒体信息。具体地说，处理和音频/视频(A/V)压缩电路114从多个源(例如源1到源n)112接收音频和/或视频信息，并且一般将A/V信息分组化并压缩成分组，例如MPEG分组，以便进一步按规定路线发送到移动站150。应该注意到，分组化信息可以被存储在业务提供者110的存储设备上(未示出)，以便由流服务器(未示出)进行分配。

或者，在业务提供者110接收到对多媒体信息的请求之后，立即对A/V信息进行分组及压缩。尽管是在关于广播多媒体信息的方面来讨论本发明的，也可以利用本发明来广播被认为适合于许多个移动站150的用户的其它任何类型的信息。

分组交换连接116是一个网络，基于包含在每个分组中的目的地址，通过该网络将信息分组按规定路线发送。将通信信息分解为分组，就允许利用各种多路复用接入技术(例如CDMA、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA))来接入网络中的很多用户中所共享的相同数据路径。发送者与接收者之间的这种通信类型称为无连接型(connectionless)(而不是专用型(dedicated))。因特网上的大部分业务使用分组交换，所以因特网实质上是一种无连接型网络。

分组交换连接116是通过GPRS网关支持节点(GGSN)网络节点118和GPRS业务支持节点(SGSN)120提供的，这两种节点构成核心的网络元件。说明性地，GGSN 118通过基于IP的GPRS主干网(未示出)与SGSN 120连接。SGSN 120负责从在移动站的地理业务区域内的移动站150传送数据，和将数据传送到在移动站的地理业务区域内的移动站150。具体地说，SGSN 120提供：分组传送和路由、移动管理、逻辑链路管理、验证和记费功能。SGSN 120位于与移动业务交换中心(MSC)相同的分层级别中，其中MSC位于电路交换网络中。分组交换连接116将分组化信息发送到无线电网络控制器(RNC)122，以便进一步按规定路线发送到多个小区130的一个或多个。

多个小区130中的每个小区(例如小区130₁到130_c(其中“c”是大于1的整数))包括与基站相关联的小区发射塔132(例如小区发射塔132₁到132_c)，其中基站通常被称为节点B(例如节点B₁ 136₁到节点B_c 136_c)。每个节点B具有发送和接收设备(以下将参照图2进行讨论)。此外，每个小区130包括与节点B 134进行通信的GPS接收机(例如GPS接收机134₁到134_c)。

RNC 122负责控制在其区域内的无线电资源，包含连接到RNC 122的所有节点B 136。RC 122还用作提供给核心网络的所有业务(例如连接管理，除了别的以外的)的业务接入点。具体地说，RNC 122将提供给特定移动站150的信息按规定路线发送到特定节点B 136，在特定节点B 136中分组化信息被调制并且被通过发射塔132发送到特定移动站150。

图2描述图1所示的蜂窝式通信系统的示例性小区130的高层方框图。具体地说，示例性小区130包括节点B 136和小区发射塔132，它们正说明性地与全球定位系统(GPS)202进行通信。节点B 136包括具有时钟206的发送机204、移动站接收机208和支持电路(例如电源和其他支持电路)。在一个实施例中，GPS接收机134从GPS 202接收时间信息，发送机204的时钟206会利用该时间信息，以下将进一步讨论。发送机204和接收机208通过蜂窝式发射塔132分别在业务提供者110和移动站150之间发送和接收信息。

多个蜂窝式通信设备150包括能够发送和接收蜂窝式通信的任何通信设备。正如以下将详细讨论的，多个蜂窝式通信设备150可以是具有用户标识模块(SIM)的蜂窝式移动设备，例如蜂窝式电话、PDA等。或者，多个蜂窝式通信设备150还可以包含以下设备并且/或者与之协同操作，例如便携式计算机或非移动设备，例如能够接收分组化信息的台式计算机和电视机。

图3是表示本发明的第三代蜂窝式通信系统100的频谱分配300的示意图。该图具有表示功率增加(例如瓦特)的纵坐标302和表示频率增加(例如MHz)的横坐标304。图3描述经过频域304分布的多个5MHz的信道306₁到306_M(集体信道306)，其中多个防护频带308₁到308_p(防护频带308)分别将各个信道306分离开。

3G蜂窝式通信系统利用扩频技术，其中用于从所有移动站150向节点B136的上行链路传输的频谱被共享。在节点B 136处，利用分配给每个移动站150的惟一的扩频码，来分解来自每移动站150的信号。同样的，图3表示多个信道306的瞬时状态，其中频率的一个频带(例如信道306₂)用作频分双工(FDD)下行链路信道，频率的第二频带(例如信道306₃)用作语音和数据信号的FDD上行链路信道。

例如，蜂窝式业务提供者(例如Verizon Inc.)可以使用5个或更多的不同频带(信道)来支持小区内的用户。所利用的信道的数量依赖于业务提供者110必须支持的小区130内的用户数量。当特定用户进行无线电话呼叫时，节点B 136给移动站150分配惟一的上行链路和下行链路的扩频码，以便建立双向通信。

本发明的一个方面是提供专用信道作为所广播的信息的A/V分组的下行链路。图3示例性地描述第一信道306₁专用于广播信息。特别是，由业务提供者110以同步方式给所有小区130提供广播A/V信息。也就是说，所有小区发射塔132在频率的专用频带(例如信道306₁)之内同时给所有用户广播相同的信息。

特别是，载波信号的频率和相位和经过无线系统的码片速率时钟的频率和相位需要通过所有的小区发射塔132进行同步。具体地说，每个GPS接收机134从公用GPS系统202接收时间信息。GPS接收机134给每个节点B 136的发送机204提供载波参考信号207和时钟参考信号209。

特定移动站150可以从两个分开的小区发射塔132接收广播信号，并且产生合成信号，其中两个小区发射塔132已经使用GPS参考进行同步，以下将参考图3进行详细讨论。给定蜂窝式系统100的操作频率和GPS系统202及GPS接收机134的精度，就可能将移动站150的参考误差限制在很小的程度内。因此，在任何小区130中的任何用户能够将他们的移动站150调到专用信道(例如信道306₁)，并且接收广播信息。

应该注意，不再将专用信道(例如信道306₁)的频率包含为给移动站提供语音和其他数据的扩频技术的可用信道。而且，由所有蜂窝式基站136和小区130的发射塔132通过专用A/V信道306₁同步发送信息广播。相反，在普通操作下，多个语音和数据信道(例如306₂和306₃)是在小区发射塔132之间被异步发送的。

图4描述图1所示的蜂窝式通信系统100的两个相邻小区130的透视图。具体地说，示出包含它们各自的小区发射塔132₁和132₂的两个示例性的相邻小区130₁和130₂。将靠近每个小区130的边缘定义为边缘区域402。边缘区域402包含相邻小区130₁和130₂之间的重叠区域。每个小区130的大小(覆盖面积)依赖于各种因素，例如陆地地形(例如山地、高大建筑物等)以及基站节点136所输出的功率和小区发射塔132的高度。

基站节点136和小区发射塔132所输出的功率随移动站150与小区发射塔132之间的距离而不同。移动站150距离发射塔132越近，接收信号就需要越少的功率。相反地，移动站150距离发射塔132越远，信号强度越大。在一个实施例中，基站136通过以指定间隔插入特定分组来控制到给定移动站150的信号强度，该特定分组用作移动站150的“信标”(beacon)。移动站150接收信标分组，并且利用它们来确定移动站150的接收信号的质量，该信号是由小区发射塔132所发送的。然后，移动站150给基站136提供反馈，以便使基站基于例如移动站150的接收信号的质量来调整信号功率，该信号是由小区发射塔132所发送的。

参照图4，示出移动站150靠近两个相邻小区130₁和130₂之间的边缘区域。移动站150包括瑞克接收机404、处理电路406和一个或多个音频/视频接口408，例如显示器和扬声器(未示出)。

瑞克接收机404用于提高在移动站150的信号接收。具体地说，瑞克接收机404具有多个耙指410，它们能够从发射塔132所发送的信号中接收常规多径反射。每个耙指410包括差异相关器(distinct correlator)和延迟均衡器(未示出)，它们恢复每个多径分量的惟一信号。瑞克接收机404对多径分量求和，以便形成具有同相(I)和正交(Q)分量的合成信号。然后，将合成信号发送到处理电路406，以便将分组进行拆分组，并且通常将信息处理成(转换成)基带信息以分布到A/V接口408(例如显示器和扬声器)。

请回忆一下，节点B 136和小区发射塔132通过下行链路和上行链路信道306₂和306₃异步发送信号(例如语音信号)。当移动站150位于边缘区域402并且通过语音信道(例如图3的下行链路和上行链路信道306₂和306₃)进行通信时，移动站150必须对来自一个小区发射塔132的输入信号进行过滤。具体地说，必须阻塞较弱(干扰)信号，而瑞克接收机404的耙指410接收较强信号的多径分量。

当小区发射塔132所发送的信号是通过专用信道(例如图3的信道306₁)广播的A/V信息时，所有小区发射塔132借助于例如GPS系统202来同步发送广播信号。此外，来自每个专用信道(例如图3的信道306₁)的信号在所有小区发射塔132中是相同的。在该示例中，瑞克接收机404用于从蜂窝式发射塔132接收的任何信号来形成合成信号。

参照图4，瑞克接收机404的耙指410从两个相邻小区130接收信号和反射。每个耙指410利用相关器和延迟均衡器来恢复来自相邻小区的多径信号。由于两个示例性小区同时广播分组化A/V信息，任何信号延迟都只是由始发信号的反射以及移动站150和每个小区发射塔132之间距离的不同而引起的。

例如，移动站150可以距离小区发射塔A 132₁5英里而距离小区发射塔B 132₂ 6英里。在相同的地形条件下，始发于小区发射塔B 132₂的广播信号将略微迟于始发于小区发射塔A 132₁的广播信号到达移动站150。而且，由于距离不同以及地形差别，始发于小区发射塔B 132₂的广播信号的强度可以小于始发于小区发射塔A 132₁的广播信号，反之亦然。同样的，瑞克接收机404使用来自示例性小区发射塔B 132₂的较高功率的信号和来自示例性小区发射塔A 132₁的较低功率的信号，来增加移动站150的总增益。

还应该注意，小区发射塔132在不改变功率输出的情况下，通过专用信道306₁广播示例性A/V信息，这与不经过同步的下行链路和上行链路信道306₂和306₃相反。而且，相邻小区之间的功率控制和干扰就与通过专用信道306₁广播的信号无关。因此，对于给定小区发射塔132和小区130之间的边缘区域402，实现了较宽的覆盖区域。

业务提供者110给广播多媒体信息提供专用信道306这一发明特征还带来其他优点。例如，使用移动站150进行广播多媒体信息的实时交互成为可能。具体地说，移动站150可以通过经由一个或多个小区发射塔132的专用信道306来接收广播多媒体信息，以及通过FDD上行链路路径(例如上行链路信道306₃)来接入传统蜂窝式网络的数据信道。

这样，用户可以响应问题、广告，进行选择，以及有关广播A/V业务的其他操作等。蜂窝式通信系统100的具有创造性的A/V广播系统，不需要给当前移动站150添加任何附加硬件。而且，交互类型的业务实质上具有较低的启动成本，由于业务提供者的用户自动具有与A/V内容交互的能力。A/V业务可以被多路复用到一个到节点B站136的流中，接着被从小区发射塔132发送，以便以2Mbps的速率发送广播内容。在一个实施例中，可以以128Kbps/频道的速率广播大约16个电视频道。

虽然以上内容针对本发明的一个实施例，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设计出本发明的更多其他实施例，本发明的范围由所附权利要求所限定。