CN1018505B - 互作用电视和数据传输系统 - Google Patents

Abstract

一种扩展频谱系统使用与主电视台某一邻近频道的水平和垂直同步脉冲同步的时分和频分多路信号，在一个供75000个以上的用户同时使用的空余电视频道上提供双向数字式通信。这个在操作上与雷达系统类似的系统包括：(1)一个主电视台，(2)为消除对电视观众的影响而仅在HBI检测这些信号和发送上行线路“回波”数据脉冲的多个用户“应答机”，(3)为检测这些上行线路数据脉冲也使用该主电视同步脉冲去触发小区选通信号的一个中心接收机。

Description

本发明涉及一种称之谓T-网络（T-NET）的新系统，该系统在与现存的主电视（TV）台邻接并且与之协同操作的空余TV信道上，向大量的固定的或流动的用户提供了数字信息双向通信。主TV信号的水平和垂直同步脉冲被用作为宽域时钟，用来协调用户应答机多路传输的分时和分频，并且为避免对电视观众的干扰仅在水平消隐期间（HBI）从中触发上行线路的反应。在HBI期间内，也向用户发送下行线路信号。在一个最佳实施例中，典型的用户至中心接收机的数据传输率是300或1200波特，并且借助于将其在5微秒脉冲流上调制，将信号频谱的宽度扩展到187.5KHz子信道内。这些32路子信道与标准的6MHz    TV信道相配合。在各个子信道上，可以有300个以上的应答机同时操作。若干相同的子信道可被用来进行上行线路和下行线路通信，甚至在同一子信道上可以同时地进行上下行线路通信。

在现有的TV信号上，在其水平或垂直消隐期间，向TV接收机多路传输信息的设备已投入使用或者即将被应用（例如当今的电视文字广播（Teletext））。但是，在同一或邻近的TV频道上，使用TV水平和/或垂直同步脉冲使上行线路和下行线路无线电信号两者同步的优点，致使它们仅在TV水平或垂直消隐期间才有效地存在，所以对于电视观众来说是看不见的，并且对于使很多信号能够多路传输的时分和频分的技术等，以前都从未有人揭示过。本发明则将教导这方面技术。

美国无线电频谱中大部分已经分配给广播服务，更确切地说是分配 给了电视播送。大多数城市因为电视接收机选择性不良所造成的实际限制，使相当多的电视频道没有被使用。其结果在给定的电视台和以前没有利用的那些频道之间，至少存在一个空余信道。实践中，互调干扰及其其它考虑进一步限制了可用电视频道的数目，致使在给定的范围内，分配给TV的频道中只有不足一半的频道被利用。没有被利用的那些频道，有时被叫做“taboo”频率。本发明的主要目的就是要实际利用这种目前还没有利用的无线电频谱。

换一种描述方法，可以看到由于一般的电视接收机（尤其是当其以UHF频率工作时）频率选择性相对地比较差，所以禁止在与TV信号相邻近的信道中进行无线电传输，因为这会造成不可接受的干扰。例如，既使一个发射功率为一瓦特的低功率无线电装置，也很容易地给居住在其以若干街区为半径的范围内的邻近频道上的电视观众造成难以接受的干扰，因为这一无线电装置的功率会淹没TV信号。显然，为了需要和使用，遍布城市内的许许多多普通发射机会产生不可接受的干扰。

由于一些电视广播频道按照政府规定划归“群众宣传工具”（“mass    media”）使用，无疑这些频道是不会用于诸如与点到点或地面上流动的无线电应用有关的低容量私人无线电通信之中。因此，前面所提到过的空余信道的使用，如果都可以被利用的话，那么这可望在未来的家庭信息系统、互作用电视、远程购物、银行事物处理、电子邮件、预定系统、安全报警通信等等本发明所期待的这些应用中对公众大有益处。

为了广泛的使用，安装容易和操作简单是重要的考虑因素。如这里所教导的那样，现存的用户公用电视天线是一个重要的特点。本发明与电视接收机结合，从而提供了由远方手持装置可遥控的、完全比得上今天用于远程TV频道转换开关的互作用TV，是这一说明书中所教导的另一种特点。

本发明的目的在于提供能精确地将用户按“无线电网格”（“radio    cells”）区分的设备，在网格内指定具体的用户应答机的子信道，并且与其它网格内的应答机隔离开来。这允许重复使用非邻近网格内的子信道频率，以便显著地扩大用户数量，使用户能够在给定城市中的以前空余TV频道上操作。这些所希望的频率再用特点通常是与今天的“网格单元式无线电”（“Cellular    Radio”）是等同的。

本发明还可以用于双路电缆TV系统（CATV），从而针对现有方法提供了上行线路和下行线路信号隔离度方面的改进。

本发明的进一步目的是提供为了对流动的或便携式的用户应答机的位置进行定位和跟踪的改进装置，以便提供有时称之为自动车辆定位或者自动车辆监测（AVM）的经济服务。

当今那些网格单元式自动“不动手”无线电话用户，当他们在城市里从网格到网格移动的时候，由于是基于不同时间、不同地点的信号幅度量测及其变化非常大，因而是一个问题。一种诸如用以定位用户的T-型网络的独立的设备能够构成代替“不动手”（“hand-off”）方法的基础，可以解决所存在的问题或者使之减轻到最小程度，并且这构成了T-网络的另一种应用。

该发明的另一个应用是所谓的“视频会议”（“video    conferen-cing”），这通常包括一个专用的TV网络，将一个中心局同许多远程分局连接起来，以便象由管理部门演示的空中教学那样使用，或者还可用于安全警报之目的对银行或其他行业事务进行TV监测。这样的T-网络应用将利用下行线路发送图象（视频），而上行线路则可以是数字或数字化的“慢声”（“Slow-voice”），所有这些都可同时与现有的TV节目一起进行多路传输。

很清楚，如本发明人所期望的那样同时地使T-网络系统与城市中的几个TV台同步可能会出现问题。本发明的进一步的目的在于传授一种操 作方法，其中几个架设在同一地点的电视发射机的水平同步脉冲被及时地锁定在一起，致使与一个或几个这种台协同工作的用户应答机将总是在所有电视信号同时水平消隐期间（HBI）发射信号，从而消除它们对电视观众的干扰。TV发射机同一定位，这在许多大城市（如洛杉机和纽约）中都是可行的，以便为所有TV观众确立公共的天线方向。

另一方面，本说明书还要讲到如果T-网络用户位于不在同地的电视台之间的服务区域的边界上（即在相邻城市的TV发射机之间），那么这些用户应答机则可以安排只是在垂直消隐期间（VBI，其持续时间比HBI长得多）发射，而对每个城市的TV观众都不干扰，所装设的这些电视台都被同步，以便使它们的垂直消隐期间如本发明所说的那样相互重叠。

为了向用户（下行线路）传输数字信息，本发明传授两个新的改进方法：（1）采用非干扰方式的主TV信号的同信道调制或（2）在邻近的上或下（或者两者）TV频道中调制新的“信道外”副载波的边带。

本发明涉及在与主电视发射机协同操作的现有空余TV频道上使用的双向无线电通信系统。在一个实施例中，主电视发射台利用前述方法向大量用户应答机提供下行线路数字信号。用户应答机装置检测这些信号，并且向中心接收地点仔细地发射同步化的上行线路数字信号，其中中心接收地点最好是沿着用户和主电视发射台之间的路径设置。本发明人称这样的系统为T-网络。

网络控制中心（NCC）将主电视发射台和中心接收机同利用普通干线通路的信息提供者相互沟通，以便向信息提供者提供与他们的用户通信的设备，或者提供用户间互相通信的虚拟电路。信息提供者可以是诸如银行、零售商店、车辆调度、数据库这类组织，以及诸如收费电视之类的娱乐中心部门等。

由主电视发射机正常发射出的水平和垂直同步脉冲，在本发明中被用作为协调用户接收机/发射机装置（这里被之为应答机）多路传输的 分时和分频的时钟计时脉冲。用户应答机由主TV信号的水平同步（以后简称H-同步）脉冲来触发，致使它们只是在水平消隐期间（HBI）或者垂直消隐期间（VBI）才发射信号。标准的HBI持续时间为11微秒，而围绕一个应答机其半径大约一英里范围内的电视接收机，在这一期间内同时地被抹除。所以，其观众看不到应答机的信号，也就受不到它的干扰，供应答机传输的时间大约是几微秒。

将T-网络系统的操作与雷达系统相比较地来描述T-网络，是最容易说明的。主TV的H-同步脉冲与输出的雷达脉冲类似，并且这些H-同步脉冲触发应答机回答脉冲（“回声”）。应答回声（每个都包含一位信息）经过输送延迟后被中心接收机收到，而这种延迟是一种至该用户的距离远近的量测。在美国，TV的H-同步脉冲重复频率（雷达系统中称为PRF）是15，734Hz，并且所提供的有效雷达“范围”大约为六英里，这是因为无线电波是以每英里约10.7微秒（双路）传播，而H-同步脉冲间的时间间隔是63.555微秒。

美国标准彩色电视是每帧包括525条水平“扫描线”，且每秒传输29.97帧，从而每秒输出15，734条带有H-同步脉冲的水平扫描线。于是，用户应答机的上行线路应答回声，可以被TV水平同步脉冲以每秒高达15，734个脉冲的速率来触发。不过，这一数据传输速率比典型应答机所要求的速率高得多，因为通常应答机都按与电话调制解调器相适配（每秒300至1200比特）的性能标准来设计的。在本发明的一个实施例中，当应答机被一个TV的H-同步脉冲询问时，应答机发射一个RF应答回声要送出一个逻辑“1”或无脉冲（无发射）表示一个逻辑“0”。所以，如果应答机被设计为传输速率300波特，那么这样的应答机将每隔52条TV    H-同步脉冲（15，734/300～52）便作出响应（即提供一个回声）。

因此，几个应答机可以被安排在不同的TV“扫描线”（即不同的H-同步脉冲）上开始并且是在其后每隔52条水平扫描线上（模数是52）发 送信号。例如，一个应答机可以使用TV的水平扫描线1、53、105……469的H-同步脉冲。而同一地点的另一个应答机，则可以被安排在水平扫描线2、54、106、158……470上发送信号，等等。这样，就可以有居住在同一区域内的多达52个不同的用户能够在同一个子信道上从一个区域“网络”位置（即一个选通区）上有效地发送信号。但是，其操作应该是在每TV帧的可利用的525条水平扫描线的52条不同的TV    H-同步脉冲上进行。这可允许52个用户应答机中的每一个在各TV帧上发送10比特的信号，因而导致每一应答机为300波特的传输速率。

本发明将这种多路传输方法叫做“粗略”（“coarse”）时分的多路传输过程，以便与“精细”（“fine”）时分（实际上是距离划分）的多路传输过程相区别，其后者是因为不同的用户居住在离开TV发射机不同距离的地点而以不同的发射时间（选通区域）间隔才出现的。

例如，一个使用六个选通小区（每一个选通小区的宽度为5微秒）的系统，将提供半径约为6英里的有效的T-网络服务范围。32路不同的无线电频率子信道，能够在一个空余6MHz宽的TV信道里产生。所以，可以有9984个不同的用户（52个H-同步行×6个小区网格×32个子信道）可以同时地在一个角形扇区内操作，而不会发生信号“碰撞”（“clashes”）或者小区含糊不清的问题。同样数量的用户可以在服务区域半径为12、18或24英里的范围内操作，至于在TV发射机与用户之间同时传输多于1个的H-同步脉冲时所出现的“雷达小区含糊不清”，则可以利用软件程序来消除。

在中心接收位置上，各基本定时过程都从每TV帧开始。这要根据从电视台接收一个垂直同步（V-同步）脉冲及其随后525个H-同步脉冲（美国的NTSC格式）来进行。在最佳实施例中，各H-同步脉冲触发各中心接收机处的“小区地址发生器”起动，产生一连串的延迟接收机小区选通脉冲，其宽度都是5微秒。这一宽度调整得与各应答机发射的脉冲信 号的宽度相匹配。5微秒也与标准的TV    H-同步脉冲宽度相接近。中心接收机内事先已将各个用户应答机所处的小区存贮在其存储器里，在所期望的各个应答机数字脉冲到达的时刻，它打开选通小区以便探测是否该应答机已发送出一个逻辑“1”（即发射出一个脉冲）或一个逻辑“0”（无发射脉冲）。一个服务半径为24英里的T-网络系统，如果TV发射机和中心接收机位于同一地点的话，则在接收一个TV    H-同步脉冲和接收一个延迟的应答机应答脉冲之间的最大持续时间可望达到257微秒。

中心接收机处的电子计算机收集来自其许多用户的“0”和“1”交替响应的所有时间，存贮并将它们分组成分离的信息包内，附加以适当的用户地址。一种能够用于本发明的最佳信息包结构是所谓的X.25公用信息包转接规程，这一规程有希望被广泛采纳。这些信息包通过普通的通信干线向前传送给位于中心的网络控制中心（NCC），然后从这里借助普通设备再将这些信息包发送给诸如数据总库、电子邮件服务中心、金融机构之类的各种信息提供者。他们的响应如下面所描述的那样要类似地传送回来给各个用户。

在本发明中，对那些应答机的数字通信，既可以使用当今已知的普通技术（电视文字广播）也可以使用本发明说明书中公开的被加强了的新方法将其叠加在电视信号之上。现有技术中，电视文字广播的数字信号是在普通电视信号格式的垂直消隐期间（VBI）内的21条TV水平扫描线中的多达8条扫描线上发送的。这种方法中的一种，被称为北美基本电视文字广播规范（NABTS），并且这种标准规范允许大约288个信息位被组合成信息包放在位于TV垂直消隐期间内的21条水平扫描线中的八条扫描线上。因为VBI以每秒60的次的速率重复着，所以这将使平均的下行线路信息量高达每秒138.000位（288位×8条扫描线×60Hz）。我们称这些方法为同信道技术，这是因为它们位于主电视TV的频道内。并且公用 主TV的频道。

为了以更高的速度、更可靠地向用户发送下行线路信息，本发明的说明书中讲授几种改进的新方法。这些新方法分为两类：（1）在邻近的上或下信道上（或者同时在上、下信道上）操作的方法，和（2）共享象主TV台那样同一频道的同信道技术。本发明人的改进可以综述如下。

相邻信道下行线路。本发明的一个最佳实施例，将4位信息组装在每个多达32路时间选通副载波上。这些副载波被调谐到邻近主TV台频道的频道上，并且仅在TV水平消隐期间（HBI）它们才被选通。因为HBI以每秒15，734次的速率重复着，所以具有每秒2百万比特的潜在容量（15，734Hz×4位×32子信道），从而对现有电视文字广播作了重大的改进。当这种方法要求利用与主TV台邻近的上空余频道或下空余频道（或者两者）时，某些用作T-网络上行线路的相同子信道也可以被用作下行线路，即使在同一时间在同一子信道上也可以。

同信道下行线路。为了增加被叠加在TV传输信号上的下行线路数据流的数字信息量，第二种改进的方法，介绍如下。这种方法使用与TV信号同一信道（同信道），并且在顺次的TV帧的相应电视像素上，对现有的视频图象信息依次加上和减去相同的数字数据流。其过程如下：第一帧的各个水平扫描线上的存在的TV视频信息被存贮并且与随后帧上的相对应的扫描线的视频信息相比较，以便确定每一情景中的不动（“冻结”）部分的位置。所希望传送的数字数据，首先附加在第一帧的相应扫描线上，然后再从第二帧的相对应的扫描线上减去，最好是仅仅在冻结不动的情景部分进行这种先加后减数字信息的操作。例如，因为在现有的电视文字广播中每条扫描线上输送288位，所以附加在各个扫描线上的每个数字位可以是持续时间约185毫微秒的脉冲。在随后的下一帧上，相同的数字数据被变换，并且实际上被从前面相应的水平扫描线上凝住不动的视频信号中减除和被发射出去。其结果是，在电视观众的屏幕上 任何TV图象点（像素）上，依次先被加上、后被减去的数字信息被删除，并且变成不可见的。每一帧上的525条扫描线的每一条，都能够按照这样的方式运载数据。应注意的是，美国规范中，每帧包括525条扫描线，采取每261.5条扫描线为一场的交替的两“场”形式来表现。

这种数据的不可见性，主要是由于众所周知的人类视觉心理作用的缘故，还因为电视屏幕上的荧光物质具有轻微的均化作用，从而使TV图面平滑。这种删除作用能够被最佳地调整，使之适于从固定的电视画面上附加/减去数据，同时也可以使由于数据与彩色TV的色度付载波一起出现所造成的“搏动”（“beat”）效应减至最小。但是，对于被用电视播送的带有活动的场面来说，在各个场面的活动部分中，视频电平从一帧至下一帧变化时，情况就稍许有所不同，因而被叠加的数字数据（其后跟随有被变换的数据）有可能不能完全删除掉。幸运的是，如果数据以本发明所建议的高速发射的话，那么人们可以利用这样的事实，即人类眼睛对“高保真度噪音”（“high    fidelity    noise”）的频率响应，会被移动场面中的活动所掩盖。换句话说，人类眼睛的辩别力低，看不到活动场面中的那些附加的高频部分，因此人们可以使图象画面的质量带有些损失而与运动场面一起发送数据。另一方面，在那些包含有运动场面的片断内，可以如上面所建议的那样，禁止传输数据。

上面刚刚描述过的附加和减除数字数据的技术，可以利用已知的数字TV景象存储和发送的技术（store    and    forward    techniques）来实现。这在黑白电视节目上是相当简单的，而这一新的过程如何在彩色电视传输中实现，虽然与黑白电视基本相似，但是其描述却有些复杂，现在描述如下。

彩色电视基本上发送与主要颜色（红、绿、蓝）有关的三种不同信号，并且这三种信号通被称作为同相分量（I）、正交分量（Q）和亮度分量（M）。由于与人类视觉性能有关的原因，亮度分量“M”所需要的 频带宽度要比其他两种分量宽些。事实上，“I”和“Q”两分量都被叠加在一个色度副载波信道上，该信道有用信息带宽只有亮度分量所用带宽的1/3至1/2。所以，本发明仅仅提供了数字数据在亮度分量上的调制，并且其方法是使数字数据的频谱显有高出“I”和“Q”频谱从而使人们看不到它们，其方法还应使由被叠加在后一帧上相对应位置上的变换了的数据跟随叠加的数字数据，基本上如前面描述过的那样从视觉中删除掉。这样，正常的TV视频和级联数据可以在同一TV频道上被传送。

这一过程，可以按照与当今彩色TV接收机中用来选择合适的TV色度信号振荡器频率所用方法完全相同的方式，以体现水平同步速率的适当的谐波比率的数据速度来完成，从而使视觉删除达到最佳化。

这种级联式的下行线路同信道传输的改进方法，对于诸如视频会议的应用特别具有吸引力，在中心位置上的讲话人可以向位于远方的一大批办事机构发表演讲，并且可以使用一系列的图表和图形;这样，TV图象的一大部分能按照与本发明的能力相一致的方式包含有比正常TV慢些的固定电视的低数据内容。在图面上大多数的活动，主要是说话人嘴唇的动作。这种重叠在正常TV上的点到多点的视频会议模式已经是T-网络系统的另一个具有吸引力的应用，另外还有一条返回通路的好处，致使听众能够“回讲”（“talk    back”）。

角形扇区。本发明的一个最佳实施例将在各中心接收机位置上使用定向天线，例如，每个天线都具有大约20dB的增益和约18度的UHF波束宽。如果全部天线都安装在一个中心位置上的话，那么20个这样的天线就会构成360度全方位覆盖。各中心接收机可以位于主电视发射机附近，或者依据本地地形及其所欲覆盖的范围遍布城区。在前面描述过的一个最佳实施例中，每个用户应答机每当隔52个H-同步脉冲被询问时，就发射大约经历5微秒的信号。为传输这样的信号，所需要的无线电频率（RF）带宽约为187KHz。于是，在一个典型的6MHz电视频道之内， 可以安排32个不同的应答机“子信道”。例如，十六个编号为偶数的应答机子信道可以被分配给一个定向接收天线扇区，而邻近的天线扇区则可以用于十六个编号为奇数的应答机子信道。这样的安排设置计划，将会允许在一个城市范围内多次重复利用奇、偶编号的应答机子信道，从而能显著地增加整个系统的数字通信容量。

车辆定位。因为这一发明是按照类似于雷达系统的方式工作的，其中TV水平同步脉冲相当于雷达的发射的输出脉冲，并且被水平同步脉冲触发的应答机脉冲包含一个应答回声，所以，很清楚，至各个应答机距离能够被精确地测定出来。通常在两个方面来利用这一有利条件：对于固定不动的用户，中心接收机能够准确预测出用户输送的脉冲将被收到的时间，因此，它可以按照间隔、时间和频率分割方式最佳地安排用户的响应，从而使系统信息交通容量最佳化。另一方面，如果各个用户的距离例如象便携式或安装在车辆内的设备那样是未知的，那么对这些流动的应答机应用，可指定专用的特定频率子信道致使人们能够测定每个车辆的位置，并且利用雷达系统中众所周知的目标搜索和跟踪技术来自动地追踪车辆的位置。这与运动的车辆数据传输是同时进行的。

在前面所描述的说明性的系统中，对未知的车辆位置的角度方位量测，因为射束宽度相对说来比较宽（即18度），所以是相当粗略的。另一方面，关于应答机的距离，可以精确地被测量到一百英尺左右。因此，T-网络系统可以被最佳化以便提供精度更高的车辆位置，其办法是使用两个经过适当安排的独立的中心接收机，分别对每个流动的应答机的范围进行量测，从而能更准确地测定车辆的位置（可望达到300英尺左右的精确度）。

CATV应用。本发明的另一种应用是在电缆电视（CATV）领域。在当前的CATV系统中，已经发现发送给用户和来自用户的那些信号的分离是个问题，其部分原因是由于当许多用户发射机都与电视电缆连接时，每一 个都会产生不希望的噪音。由于这种噪音在当前是附加的连续波（CW）技术，所有双向CATV用户造成的累积噪音是个严重问题。本发明是采用与上述空中（over-the-air）应用中所描述的基本相同的方法来解决这个问题的。电缆电视节目的水平消隐期间如前面讨论过的例子中那样，传播距离大约是一英里。在本发明中，应答机的上、下行线路发送仅在HBI期间才出现，所以，这对居住一英里范围内的用户来说是不可见的。本发明的一个电缆TV应用实施例将在CATV增音器箱的范围内装设T-网络多路传输的主增音机，通常增音器箱是沿TV电缆每隔大约一英里安装一个，而且，一般说来应答机都装设在用户的家里。主增音机收集T-网络信号、并且将这些信号经空中传送给T-网络中心接收机，其信号处理的方法基本上与前面讨论过的方式相同。

刚刚描述过的各种技术包含一些基本结构单元，为实施本发明可能会根据这些结构单元设计出各种各样的系统结构。例如，显然每个应答机可以对所有H-同步脉冲作出响应，以便提供15，734波特的速率、从而更快地“猝发”（“burst”）它的上行线路信息;将其与应答机间的不同的分时电路相组合，可提供另外一种运行方式。只要象下面所描述的那样，根据对这些结构单元的操作进行详尽地细心研究，对熟练的通信系统设计人员来说，实现这里所述的和其他的各种应用则是显而易见的。

从下面的结合附图的说明中，将会更清楚了解本发明的进一步目的及其优点，在不同的视图中，相同的参考标号表示功能相同的部件。

图1是整个T-网络系统结构的方框图。

图2是本发明的使用定向天线以便将服务区域划分成饼状的覆盖城区扇区，并且说明接收分站可能位置的示意图。

图3是说明TV水平同步脉冲用以触发用户应答机响应的方法的框图及示意图，和说明其后跟有用户响应标志的TV同步脉冲的形状，就如雷 达中“A”型距离显示器那样。

图4是一个中心接收机的定向天线覆盖的被划分成网格区域的扇形区。

图5说明电视水平消隐期间（HBI）用以重叠并且遮蔽传输用户应答机脉冲的方法。

图6是说明用户应答机信号脉冲的强度随着传播距离的增加迅速下降（衰减）的图形。

图7是TV台和用户应答机之间一个典型通信路径的顶视图，说明HBI期间被遮蔽掉的范围。

图8是说明基于标准电视波形水平消隐期间的典型信号电平的另一种图形。

图9说明被选通的副载波下行线路邻近的信道实施例。

图10说明被选通的副载波下行线路中可以使用的两种调制方法。

图11是本发明在同一子信道上同时进行上、下行线路的一个说明。

图12是典型的用户应答机的一个实施例功能框图。

图13是说明一种方法的功能框图，采用该方法可以构成天线转换开关，以便允许应答机和现有电视接收机之间公用现有的TV天线。

图14是无线电总局的方框图。

图15是一个中心接收机实施例的方框图。

图16是中心接收机数字接口部分实施例的方框图。

图17是本发明用于双向电缆电视的方框图。

图18是本发明用于自动车辆定位并且包含数字化的“慢声”（“slow    voice”）上行线路的方框图。

图19说明同信道下行线路数字视频传输技术。

图20说明网格结构的无线电通信的应用。

现在参照附图来说明，从头至尾的各种附图中，是凡相同或类似的 元件都编以相同的参考标号。

图1说明可供三个方面广泛应用的本发明整体系统的主要部件，这三个方面是流动应答机、与个人计算机（PC）相连接的无线电调制解调器、和带手持遥控装置的互作用电视的观众。图1所示系统试图为一些向其用户发布信息的主计算机4提供通信条件，或者使起转换中心作用的一个或几个主计算机能够建立有时被叫做虚拟线路的通信线路，从而使用户彼此之间进行通信。用户用来在本发明系统上通信的主要装置包括接收一发射机装置，这种装置在这里通常被称为“应答机”，但是有时也被叫做“无线电调制解调器”（“radio    modem”）或“RF调制解调器”（当它与个人计算机一起应用时）。

参见图1，网络控制中心2使用普通的计算机硬件、软件和总线26来接收、临时存贮、选定路线和在主计算机4、广播站接口单元8和无线电总局6之间输送数字报文。例如，备有个人计算机20的固定位置15上的一个用户，可以将数字信息包通过无线电调制解调器14由天线12发射的无线电信号传送给安装中心位置上的天线28和无线电总局6，总局6检测、将这些报文格式转换为标准信息包、并且将其向前输送给网络控制中心2。网络控制中心读取这些信息包的目的地地址，并且将它们发送给适当的主计算机4（若干台主计算机中的某一台）。如果要求回答信号，那么该台主计算机4产生回答报文，并将其送给网络控制中心2，在这里回答报文被重新格式化和放在传输排除之中，在适当的时候，广播站接口单元8通过TV发射台10将该报文无线地发射到空中，并且被天线12检测出，再经过无线电调制解调器14调制，送给个人计算机20，从而完成该报文的循环。

从功能上来讲，应答机部件无论与若干个流动的用户部件25、无线电调制解调器14结合，还是集成在互作用电视16之中，其功能是一样的。装置25可以是一台便携计算机终端或是一个简单的具有能够应答“嘟嘟 声”或甚至发送和接收文字一数字报文的功能的“Two    Way    Pager”。如果用户应答机被集成在电视6内，那么它可以由手持遥控装置18很方便地进行操作，利用普通的诸如红外线传输信号的无导线技术，遥控装置18可以与电视16通信，从而提供“互作用电视TV”（“Interactive    TV”）。与无线电总局16一起被使用的天线28，在设计中可以是定向的，从而使每个天线仅仅接收来自指定方向的信号，进而将服务区域划分成各个饼式扇区。与连接公共中心设备的各种部件的通信路径26包括普通的诸如微波链路、专用电话线之类的通信干线，或者其它适合的设备。

图2是一个示意图，用以说明本发明利用若干定向天线由无线电总局6和接收分局7来覆盖城市区域，分局与6是相同的，之所以分设分局，是为了将其可达范围扩展到那些因为高山或其它障碍物而接收不到无线电中央局6信号的区域。图2还说明了无线电网格的定义，在本发明的说明书中，认为网格包括由每个天线28的射束宽度和诸如R2与R3间的距离那样的区段选通间隔所确定的地理区域。下面的讨论中将会指出，R2与R3间的距离同用户应答机脉冲-宽度持续时间所复盖的传播距离成正比，在最佳实施例中，脉冲-宽度约5微秒。所以，R2与R3之间的距离大约是1英里。

图2还说明了利用卫星通信链路30、网络控制中心可以怎样来装设城市间的通信设备。借助这些和其它众所周知的方法，在各个城市之间可以进行报文通信。

图3是用来解释本发明的基本特性。为说明方便起见，本发明的操作被认为与雷达系统的操作相类似。通常一个雷达系统发射出短暂的无线电脉冲，在其传输路径中碰击“目标”后反射回来脉冲能量（雷达系统中称之为回声），经过时间t被在接收点检测出。这一经历时间t与到反射目标的来回距离的远近成正比，所以到目标（用户）的距离可以通过量测t来测定。当定向天线被用来发射信号或接收信号（或者两者） 时，则目标的方向也可以被测定。

参见图3，TV发射机10发射出包含有水平同步脉冲31的普通电视信号，由应答机天线12检测到的数字数据经过天线转换开关32被送到接收机34。接收机34自动跟踪TV信号，并且从中抽检出水平和垂直同步脉冲，然后水平和垂直脉冲被用来检测伴随TV信号、并被与之同步化了的T-网络数字的下行线路信号、和调整无线电调制解调器的应答机脉冲输送时隙以便使应答脉冲仅仅在HBI中出现。数字信息和同步化脉冲被送至微处理器36，在这里检验报文信息包的地址部分，以便确定它是否是给指定用户的信息。如果是，则将该信息传送相应的个人计算机20。在微处理器36和计算机20之间的链路上，可以使用众所周知的RS-232标准接口。计算机20整理那个信息，并且如果必须应答的话，则产生应答信号，将其回送给微处理器36。在微处理器36这里，应答信号临时存贮在缓冲器中，以备在适当的时隙用发射机38发送出去。发射机38产生一个与由微处理器36所收到的水平同步信号时隙同步的RF脉冲，并且经由天线转换开关32和天线12将这个RF脉冲发射回来给中心接收天线28。天线28可以是一种多元定向天线，以便达到所希望的城市范围。天线28与无线电中心局6连接，在无线电中心局6，上行线路信息被检测出、重新格式化，然后发送给图1所示的网络控制中心2。无线电中心局的另一个天线27检测出来自电视台10的同步信号、并送至无线电中心局，在这里，这些同步信号被用来按照TV信号的水平和垂直同步脉冲启动所期望的定时处理。

再参见图3，图面中心位置示出的“折叠的A型距离显示”式（“folded    A    scope”）接收监视器是为了按照与雷达系统相类比的方法来描述T-网络系统的操作。在雷达系统中，“A”型距离显示器通常被用来显示各种目标的范围。在这些实施例中，踪迹被“折叠”成许多条线。该“A”型距离显示监视器表示出一系列水平扫描线（象TV 光栅扫描那样），每当被TV台10发射出的水平同步脉冲触发时，每条水平线扫描就开始。在说明中，这被称为启动脉冲，经过一个短暂时间之后，来自用户的回波脉冲才出现;启动脉冲与回波之间持续时间t则表明到那个用户的距离。

折叠的“A”型距离显示器中第一条线叫做H1，对于模52系统来说，H2等等一直到H52。因为每条线都是由来自TV台10的H-同步脉冲来触发，所以，在美国的TV规范中，每条线的持续时间是63.555微秒。而每条线的长度则大约对应的距离为6英里。这种折叠“A”型距离显示监视器可以被视为与TV屏幕光栅扫描相等价，它不断重复地扫描52条线。

在雷达术语中，每条水平扫描线被称为一个“A”扫描，但是在本发明的说明中，因为有许多条水平扫描，所以称之为折叠式“A”型距离显示器，图3中所示的折叠式A型距离显示监视器，可以在无线电中央局6内使用，以便监视无线电信号的功率，或者用于技术评价或故障诊断的目的，从而直观展示各种各样用户应答机的强度及其相距的距离。实际的实践中，信号的探测、存贮和选定通路全都是由计算机自动完成的，而上述这些功能并不需要这样的显示装置。

图4是无线电中央局6服务区域的一个角形扇区的顶视图。天线28保证了对宽度大约为18度的角形扇区内的信号的接收，而这个扇区内，在第一距离区段、第二距离区段、第三距离区段中又各再划分为编号从1至6的六个区域网格。每一区域网格的长度是一英里，而这对应于5微秒的持续时间（这也是每一个应答机应答脉冲的宽度）。

本说明书中早就曾指出过，T-网络系统的清晰距离的大小是与TV水平同步脉冲之间的持续时间成正比的，而其结果是63.555微秒大约相对应6英里。这被称为第一距离区段。其网格被从1至6编号的第二个距离区段从6英里扩展到12英里，而第三距离区段则12英里扩展到18英里。显然，所要求的距离区段的数目取决于城市的大小。

因为各条TV信号水平同步脉冲，从第一个垂直同步脉冲开始依次被从1至525编号（定义-TV帧），所以很清楚，中央接收机6以及各个用户应答机都具有清晰地计数、并保持全部525条水平同步脉冲数目的轨迹的能力。显然，可编制出一种软件算法去排除可能出现的任何多义性（如某用户是否居住在距离区段1、2、3等等，及它们已被指定在哪一个H-同步脉冲上带有应答机信号）。

前面也早就指出过，在一个6英里的距离区段内，大约可以有10，000个用户以300波特率同时操作。虽然可以有更多的区段用于产生12、18或24英里的服务区域，但是用户的最大数量应保持一样。不过，利用更多的角形扇区或更多的子信道，则可以增加用户的数量。例如，如果使用波束宽度为18度的天线复盖360度的区域，那么总共得需要20个天线，可同时为近200，000个用户服务。然而，实际上因为地形和服务区边界的缘故，用户并不是均匀遍布整个服务区域，所以在实际的系统中，可以同时地服务的用户数量比其最佳数量少。因为各个用户通常每天只利用系统几分钟，基于分时操作，显然，所服务的用户数量要多得多。

图5以一系列的微秒时一步来说明用户应答机脉冲被主电视信号的水平消隐期间掩蔽（即变得使TV观众看不见）的方法。假定电视台在图5的左侧，并假定电视信号从左向右传播。当该主电视信号H-同步脉冲撞击到用户的电视天线，并触发应答机产生应答脉冲（回波）;这个应答脉冲的上升边是如从图5a所示的标记为“HBI”的11微秒矩形脉冲的上升边开始的垂直线。这是在初始时间t发生的。

图5b说明在时刻t+4.5微秒所形成的几乎完整的应答脉冲。该用户的应答脉冲以斜阴影线表出（只要它在HBI脉冲之下就这么表示），从图5b中可以看出，这一应答脉冲分别向左、向右（上游和下游）两个方向传播。因为无线电波每微秒传播约一千英尺，所以用户应答脉冲在4.5 微秒内将传送0.9英里，如果从顶上向下看这个图的话，人们就会看到用户应答脉冲表现为以用户天线为中心、直径为1.8英里的圆圈。划有阴影线的用户脉冲上方的标有HBI的矩形脉冲是主电视水平消隐期间，可以看出它以与用户应答脉冲相同的速度向右传播，并且向右传播的用户应答脉冲功率全部出现在水平消隐期间之内。在下游方向上总是这样。

图5c说明在t+8微秒时出现的时间波形。因为用户的脉冲仅有5微秒宽，所以可以看出用户的应答机已经停止发射，而应答脉冲下降边沿也已经离开用户天线并且正向所有方向传播。假如从顶部向下看这幅图的话，应答脉冲将会是一个以用户天线为中心、其外径约3.2英里、内径（空腔）稍大于1英里的圆环。值得指出的是，向右（下游）传播的波仍然出现在主TV信号的水平消隐期间的下面，但是向左（上游朝着TV台）传播的波不再为HBI所遮蔽;换言之，居住在上游距离该用户1.2英里以外的电视观众不能同时看不见应答脉冲的干扰，若是该用户应答信号有足够的强度的话，则这些电视观众就会看到该用户的响应脉冲。我们很快就会指出，等到用户的脉冲达到这么远的距离的时候，其信号强度已经很弱了。

图5d所示的是在t+18微秒时刻的波形。此时，以画阴影线表示的向下游传播的用户的脉冲波形仍然保持在HBI之下而被遮蔽，但是向上游（向左）传播（以不画阴影线表示）的响应脉冲到达上游约3.4英里处，由于它已出现在HBI之外若是强度足够大的话，就能被TV观众所看到。

图6表示的是用户传输脉冲的信号强度随着离开用户的距离的增加而变化的曲线。在无线电波传播理论中，人们都知道在自由空间中无线电传输波的电场强度随着传播距离的增加而线性下降。其波的能量按与距离的平方成比例的关系下降（如图6曲线所示）;无线电波的能量在离开辐射天线的最初几百英尺距离范围内，下降得非常迅速，而后则下降得越来越缓慢。待到无线电波到达约500英尺远时，其大小已下降了 大约70dB。图6中的曲线表示出，在最初的几百英尺范围内，用户发射出的脉冲的强度衰减得是如此的迅速，致使其量级与TV无线电波的强度相比较已变得不重要了，因此对电视信号不会有干扰。

所以，仅仅那些居住在距离该用户应答机天线几百英尺范围内观看主电视台播放节目的电视观众，才必须予以保护，这是因为在这范围内应答机信号较强并且具有对电视节目有潜在干扰的能力。幸运的是，正如图5中说明的那样，可能被居住在离应答机几百英尺范围内的电视观众看到的应答机信号被主电视信号的消隐期间同时掩没，因此，虽然在这一范围内用户应答机信号相对说来强些且对邻近信道的电视观众具有潜在干扰能力，但是所有那些观众的电视接收机在那段时间里全被遮蔽而看不到任何视频节目。

等到该用户的信号传播到水平消隐期间以外的距离的时候，其强度已衰减了90dB（即大约减弱了十亿倍），从而对主电视信号没有干扰。还因为用户的应答机是在邻近主电视信号的信道上操作的，所以应答机信号进一步受到调谐到主电视信号而不是应答机信号的射频滤波器的抑制，而这抑制典型地说来有相当于35dB或更大。换言之，电视接收机抑制邻近信道的信号约35dB或更多。图6中所示的信号传播衰减和由于电视接收机调谐电路对邻近信道上的应答机信号的衰减的共同作用，结果，使应答机信号总共衰减115dB以上。所以，从所有应用目的来看，用户应答机脉冲不能干扰调谐到主电视信号的电视观众。

在实际的环境中（不是如图6中所示“自由空间”曲线那样），用户应答机脉冲衰减得还要迅速，因此信号衰减甚至超过115dB。因为电视机的调谐电路，使那些调谐到远离第一邻近信道上的电视接收机，可以抑制应答机脉冲50dB或50dB以上，正象许多现场测试中所表明的那样，它们根本没有干扰作用。

图7是说明HBI遮蔽图形的顶视图，对应于图5所示的侧视图。水 平消隐脉冲31被表示成以TV台10为中心的向外传播的环形波。围绕用户15画阴影线的范围是被主TV水平消隐期间（HBI）遮蔽的区域，因为其电视接收机屏幕在这一期间被HBI所遮蔽，所以居住在这画阴影线区域内的所有电视观众都看不到该用户的应答机脉冲。另一方面，那些居住在该用户左边没有画阴影线的区域内的电视观众将得不到HBI遮蔽的保护，但是正如对图6所作的讨论那样，由于用户信号强度非常弱，他们也因此而受到另一方面的保护。

我们已经表明了来自用户应答机的信号传输对观看主电视信号的电视观众不会造成干扰，这或者是因为被其水平消隐期间所遮蔽（如果他们靠近该用户居住地的话）或者是因为应答机信号太弱而对TV信号造成不了干扰（如果他们居住在水平消隐期间对应距离之外的话，因为他们在这种情况下，至少离该用户一英里远）。

但是，还有另一种可能的担心，那就是是否用户的应答机信号或许会对某些电视接收机功能有干扰的问题，而这些功能又必须在水平消隐期间被完成。下面我们就来讲述这个问题。

图8表示一个由NTSC（国家电视标准委员会）所定义的水平消隐期间的标准电视波形。假定时间是从左边开始且向右增加。那么HBI开始之后，人们看见的第一个特点是其前边沿刚好先于水平同步脉冲。这个前边沿被用来定义所谓黑色电平的基准;比位于TV屏幕的可见区内的电平弱的信号和比黑色电平强的信号，都不能被看到。所以，比基准电平强的水平同步脉冲不会被看到。由于用户应答机是从水平同步脉冲的起 始点开始发送信号的，且出现在水平同步脉冲起点之前，因此很清楚它不会对基准黑色电平的使用造成干扰。TV水平同步信号本身触发该用户的应答机以及该用户家里或其邻居家里的电视接收机中的全部必需的电路。这样，在这一时刻发生的用户应答机信号，只是象正规的水平同步脉冲一样，因而对附近任何电视接收机的固有水平同步脉冲都不会造成干扰。

跟在水平同步脉冲之后（图8）的“彩色同步信号”（“chroma-burst”）波形，就彩色TV信号来说，在消隐信号后边沿上被传送。那种彩色同步信号表示了以约3.56MHz频率运行的彩色副载波振荡器的8个周期，其目的是使各电视接收机内用于对彩色信号进行解调的晶体可控制振荡器同步。对这过程的干扰，能够造成彩色电视节目的彩色均衡性降低。电视接收机通常都使用晶体可控制彩色同步振荡器来紧紧锁定色同步信号，其作用如同极度灵敏的调谐滤波器一样。该滤波器的带宽事实上是如此的窄，致使本发明中使用的用户应答机脉冲的宽频带能量密度，对它的影响减至最小。换言之，由用户的应答机脉冲（如本发明所使用的）所表示的频谱功率密度（瓦/赫）的数值是如此的小，致使这非常小的能量（确实存在在电视接收机的非常窄的TV彩色带通滤波器内），不足以对它产生干扰。本发明人进行的大量实验已表明，即使应答机和TV接收机公用同一天线，本发明说明书中所设想的信号传输对电视节目的彩色质量也毫无影响。

我们已经说明了为什么由按照前述方式所设计的用户应答机所传输的信号，对左邻右舍的电视观众不会有影响，既便公用象该用户自己的电视接收机那样的同一根天线，对观看电视也不会产生有害影响。

但是人们可能会问，为了不干扰电视信号，应答信号必须弱到什么程度。这些问题及其有关说明，由美国的联邦通信委员会和其他国家的类似机构来规定。现在，FCC已经限定邻近信道上的信号必须等于或弱 于电视信号，以便对其不发生干扰。所述的另一种方法，给予电视信号的唯一保护是由TV接收机调谐滤波器所提供的保护，如前所述，对邻近信道的抑制可达35dB或35dB以上。另一方面，如果一个潜在的干扰信号位于与电视信号同一信道之内，那么根据现有的FCC规定，它必须比电视信号至少弱50dB，而按已提出的新规定，则它仅仅需比电视信号弱40dB。利用现有的FCC规则作为标准的话，本发明者发现用户应答机可以使用其功率峰值约2瓦特而平均功率几毫瓦的脉冲，以便满足FCC标准，这一脉冲足以为超过20英里距离上的T-网络无线电中心局提供可用的信号。因为这类用户应答机的平均功率低，所以在实际应用中，出现了电池式应答机。

至此为止，我们已经描述了从用户至无线电中央局的上行线路的运行。我们指出了用户的信号传输对电视观众并不构成干扰的道理。我们还指出了主电视信号的水平和垂直同步脉冲如何对用户应答机的信号传输进行协调，以及怎样使多个用户信号能在TV帧的不同水平扫描线上进行多路传输。现在我们将描述从主电视台到各用户的新的和改进下行线路的理论和特殊优点。

图9a表示本发明的主电视信号和32个新的下行线路副载波的频谱图。本图中他们被表示存在于主电视台的低邻近频道之中。众所周知，电视信号使用称之为带小而低残留边带的高单边带（SSB）调制。主电视信号载波频率FC被表示在6兆赫电视信号频道之左侧，而大部分的视频能量则在高边带中表示。该信号能量包括视频图象信息，高于FC的4.5兆赫处的调频的音频载波和在3.57兆赫处的彩色副载波。还有若干可加的辅助载波（SCA′S）存在于电视频道之内，以便提供立体声传送和第二音频节目，但这些信号未在图9a中表示。电视频道的低缘为低于该音频载波频率FC的1.25兆赫。小于FC以下1.25兆赫的频率被认为处于下一个电视频道，该电视频道称之为低邻近频道。如前上述，该低邻近频道总是 空余的。本发明的32个副载波正是处于该低邻近频道（他们也可使用高邻近频道）。这32个副载波中的每一个的频带宽度约为187.5千赫芝，且每一个带宽足以运载来自用户应答机的独立的上行线路脉冲信号，和到用户的单独的下行线路信号，这即将予以说明。

图9b描述4个数字位如何在水平消隐期间的时间间隔内，即约11微秒（每位约2.8微秒）时间内被调制。图9b中所示的各个副载波都被选通，以致于他们仅在水平消隐期间内存在，因而他们不影响该主电视节目的视频部分。在这水平消隐期间内，4比特信息调制在各副载波上。为达到所述目的有各种可以采用的调制方法。一种优选的方法是调相技术，其中，每当要传送一个逻辑“1”时，在1比特间隔内，使该被选通的副载波的相位超前90度且返回到其起始的相位。如果要连续传送更多的逻辑“1”，在每1比特后该相位的方向则置反，也就是说，在1比特间隔内该波超前90度且回到起始相位，然后在第二个比特间隔内使该波滞后90度并回到其起始相位。这是以正弦波形式处理的，以便尽可能对该信号频谱进行限制，以使其大部分的能量尽可能保持在预定的子信道带宽范围内。如果要发送一个逻辑“0”，则不会发生相位超前或滞后。这一过程表示在将4比特的序列描述为1011的图9b之中。由于对每个副载波在每个水平消隐期间内传送4比特，又因为该水平消隐期间发生在15，734赫芝，结果产生每个子信道的下行线路数据率为62936波特。每个子信道能独立运载信息。

正交调幅（QAM）。在图9c中揭示了另一种调制方法，即正交调幅（QAM），它使每个副载波分解成若干正交分量，且其中每个分量被独立调制，以便形成更窄的发射频谱，由此使对邻近子信道信号的干扰减少到最低程度。本领域专业人员将清楚看出，所述的正交方法或可使用每个正交项的二进制（开-关）调制，或每一项可取多值（如正交调幅QAM），以便为每个预定的子信道更大的数据速率去确定多位 （Multiple    Symbols）。

现在将描述用以传送下行线路副载波的两种设备配置方案。图10a表示一种方法，其中接在倍频器42后面的副载波振荡器40产生预期的副载波无线电频率，该频率经44中数据调制，在46中得以放大并由天线48发射。这是被调谐到处于如图9a所示的低邻电视频道内部的32个副载波之一。这些副载波也被选通成仅存在于水平消隐期间11微秒内。图10a表示32个这样的副载波发生器的一种组合。所有这些副载波的输出可在50中累加在一起，由放大器46放大并通过天线48发射。天线48和图10a中的整套装置甚至可与主电视发射机/天线无关和截然不同。该方法具有：天线48可以是一个定向天线的优点。可设置若干个（其中每个）与图10a相同的副载波装置及其有关的天线，以产生进入其他角形扇区下行线路传送，进而复盖整个城市。

图10b和10c表示用以传送下行线路数字数据的两种方法。已处于适当射频的图10b的射频副载波装置在54中“加”到常规电视的视频载波上，并通过该电视发射天线发射。这是一种将T-网络数据信号载在现有的主电视发射机上而无干扰的级联方法，这是因为，如前所述该T-网络副载波存在于邻近通道上。不过，为了做到这一点，该主电视发射机也许不得不稍作重调。在图10c中这些副载波在基带频率上形成，而它们本身又在单边带调制器11中（用微残留低边带）调制现有的电视载波：在该低边带上的数据载波和该高边带上的视频。

现在描述在下行数据传送的水平消隐期间把4比特数据加到每个副载波上的另一种正交调制方法。被选通的副载波振荡器40（图9c）分解成两个正交分量，而其中每个分量在水平消隐期间用2比特数据加以调制。这与上述的方法相反，在上述方法中，一个副载波分量在该水平消隐期间用4比特数据予以调制。从使所需要的无线电频谱的频带宽度减少到最低限度的角度来看，这种使用二个正交副载波项的方法是有吸引力 的。廉价的（称为IC或Chip）的大规模集成电路现存在于彩色电视接收机中，在其内部含有为解调该彩色副载波所必需的，和可代之以适合于解调该数字副载波，以及检测水平和垂直同步脉冲和必要的控制信号（自动频率调谐AFT和自动增益控制AGC）的所有电路，因此使用两个正交副载波分量的方法也是有吸引力的。在下行线路发射机端正交调制该下行线路副载波的方式是比较简单的。参照图9c，副载波振荡器40的输出，由一信号线路在移相器41移相90度而分解成两个正交分量。在每个水平消隐期间该同相且正交的信号由43用2比特数据加以单独调幅。当然，正象以前所说明的那样，副载波振荡器40本身仅在水平消隐期间（11微秒）存在。如前所述为每一个天线射束扇区可设置32个与图9c完全相同的振荡器。

在本说明书中早已指出，甚至在同一时间也可使用相同的子信道，作上行和下行线路发送。使用单独的子信道或用于上行发送，或用于下行发送是显而易见的。然而，要理解在同一时间使用单个信道既作上行线路发送又作下行线路发送需要作些解释。已经指出，用于下行线路的这些被选通的副载波仅存在与每个主电视水平消隐期间一致的约11微秒。同步脉冲间的时间为63.555微秒，因此这些下行线路副载波的存在时间仅占这整段时间的17.3%（11/63.555＝.173）。所以，在这段时间的82.7%该下行子信道实际上是“关闭”和不用的。如上所述，这段水平消隐期间的时间间隔包含下行线路副载波以光速背离该电视台传播，掠过乡村，达到本系统服务区域的最大范围且超过如图11所示的范围。

既然这些被选通的副载波仅存在这段时间的17.3%，这就留给我们大约82.7%的时间随意等听应答“回声”。如早先论述所指出的那样，这些反射信号实际上是上行线路的数字数据。为使同时进行的上行线路和下行线路的发送共享子信道，必须谨慎地只允许固定的用户小区以这种方式运行，以便在一下行线路副载波发送的同时收不到来自禁区（图11） 的应答脉冲。检波来自禁区的在产生强的下行线路发射的同时达到的弱的“回声”，如果不是不可能的话也是困难的。这些禁区在图11中被示为画有截面线的年轮样环。这些环的宽度，约1英里，它表示约占总服务范围的17.3%并每隔5英里出现一个。处于这些禁区内部的用户不能使用同一信道同时进行发送和接收，不过，这些禁区里的用户，对发送和接收可使用不同的子信道，这种方法如同无线电发送的惯例。另一方面，可使接收分局7（图2）处于“下游”的位置，以使其禁区有效地移离无线电总局6的禁区，进而提供连续的复盖范围。

协同调制。现在对本发明的新颖性之特征加以说明。在对图9的论述中曾指出，32个副载波配置在低邻近主电视信号的频道中（或在高邻近频道上）。这些副载波实际上将到达该T-网络的应答接收机（图12b），虽然这些副载波可能是各自独立产生的，虽然他们可从与该电视发射机不同的地点发送，但他们似乎是电视载波频率FC的低边带。解释上述情况的另一种方法将要指出，在应答接收机34（图12b）的带通范围内既存在这些副载波又存在该电视主载频FC时会产生“差频”，且这些差频由检波器88进行处理，;结果包括与通过这些副载波对载频FC进行的单边带调制相差不大的包络调制（envelop-modulation）。如同简短说明过的那样，该包络是由检波器88解调的。

这种有效地将边带附加在某一现有信号（即该电视载波）上，以便利用其载波能量和/或该载波已运载的有些调制信号（如水平和垂直同步信号）的方法可视作独特的概念，所以这种方法已被称为“协同调制”（synergetic    modulation）。在这里协同调制被定义如下：在现有的无线电信号上，通过与该信号发生器无关的装置（其中所述的装置位于同一或遥远的位置）建立伪无线电边带，从而提高该伪边带发送的可靠性并使相互干扰为最小。

现在将详细说明特殊的T-网络设备和系统配置。熟练的通讯工作者 显然清楚，对各种应用来说这个T-网络系统设计构思可作许多变化，因此下述诸电路和有关的描述仅表示一个最佳实施例。

应答机/发射机。

图12表示可用于本发明的典型无线调制解调器（或应答机）的射频部分。图12A，发射机部分是一种相当普通的无线电发射机，它使用固定频率晶体振荡器60和包括鉴相器62、低通滤波器64、可变振荡器66及可变分频器74的子信道频率合成器;所有这些组合在通常称为锁相环（PLL）的电路之中。可变分频器74可由以前表示在图3中的微处理器36控制。因而该应答机的子信道频率便可由该微处理器控制，而微处理器本身又受远方网络控制中心2（图1）所控制，以便在不同的时间、动态地给诸应答机分配不同的子信道频率，从而使整个系统的通讯量管理最佳化。

可变振荡器66的输出在68中加以放大和倍频，并在70中通过余弦平方调制器76加以脉冲调制。调制器76实际上是产生具有平滑升降形状的脉冲波形（如余弦平方波形成）的信号波形发生器，而这样做的目的在于使所发送的脉冲的频谱分量最佳化，从而其大部分的无线电能量属于预期的子信道带宽度之列。另一方面，68的输出可分解成正交项，每项在每个水平消隐期间用1比特加以调制（与前述下行线路正交调副等效）。调制器70的脉冲输出在72中进一步放大到峰值大约为2瓦，并经由双工机32与发射它的天线12连接。所发送的该脉冲的宽度约为5微秒，这个占空因数是很低的;该发射机的最终的平均功率在300波特时约为1.5毫瓦。该平均功率极低，因而对电池供电运行来说是有吸引力的。

应答机/接收机。

该应答机的接收机部分如图12b所示。其意图是采用常规的为大批量生产的黑白电视接收机而设计的集成电路，因而使用相当便宜和可靠的零部件。另一方案即使用彩色电视线路以后予以论述。下行线路信号被天线12截取，并经过双工机32接到电视调谐器80上。这些信号在82中 加以放大，通过中频（IF）带通滤波/放大器（BPF）组件84被发送并接到电视接收机集成电路片86上。接收机86将控制信号87反馈到电视调谐器80上，以达到自动频率调谐（AFT）。这些都是常规的电视部件，例如84可包括用于电视接收机的IF陶瓷滤波器。检波器88解调这些下行线路信号并除去射频载波，以便向并联的低通滤波器90和高通滤波器92均提供电视同步和副载波基带信号。

调整图12B中该接收机的中频（IF）调谐电路，以便包罗T-网络所有的32个副载波以及该电视载波FC的频率。由于该电视信号包含在FC以下的低残留边带，这些低残留边带均在该接收机的频带宽度之内且被解调。因此，检波器88的输出信号包含所有的32个副载波及大部分主电视水平和垂直同步脉冲能量，这是因为同步脉冲能量存在于该电视信号的低频部分并通过低通滤波器90。所以同步脉冲能量在滤波器90的输出端表现为如图12B所示的水平和垂直同步（H    and    V    sync）。

另一方面，这些数据副载波存在于电视载波频率FC以下的1.25和7.25兆赫之间，而他们由高通滤波器92滤出并送到混频器94，在混频器中一组锁相环只对这32个副载波中的一个进行选择和解调。该锁相环的操作如下。由微处理器36（图3）动态控制的频率合成器98选择这32个中的一个将被解调的副载波。当该接收机在射频调制解调器的内部时，频率合成器98可由个人计算机之类的（伴侣）装置进行控制;或可由系统网络控制中心（NCC），按照其控制发射机部分的可变分频器74同样的方式加以控制。在任何情况下频率合成器98控制压控振荡器96，以便将其调整到精确地等于要被解调的那个副载波频率的某个特定的频率上;这个过程发生在混合器94、低通滤波器108、放大器110、频率控制变容二极管102和晶体振荡器100之中。其操作与公知的普通的锁相环（PLL）的操作是相同的。结果是压控振荡器VCO    96精确地保持与要被解调的这个副载波的平均相位协调和相位同步。低通滤波器108将消除该 被选择的副载波中的相位波动。然而将代表经预期相位调制的数字数据的快速相位波动则通过低通滤波器104和放大器106，并送到（在图3中表示的）微处理器36。我们记得，这些副载波每次选通仅存在11微秒，而且是与该电视信号的水平消隐期间一致的。在这个水平消隐期间，按照以前结合图9所作的说明的方式，对4比特的信息进行相位调制。因而图12B的接收机的输出便产生主电视信号的水平和垂直同步脉冲，以及该下行线路子系统的32个中任何一个副载波中的下行线路数字数据。

从滤波器90发出的主电视水平同步脉冲的强度表征在主电视和用户之间的无线电传播路径的衰减。该强度因而是返回（上行线路）途径中所需要功率的度量。根据这种可逆性原理，功率级控制器77（图12）对建立上行线路发射机的所希望的输出功率值的调制器76提供控制信号，以便不发射过量的功率，同时还保证足够的功率。

应答机/正交接收机。

为了描述针对检波另一种下行线路正交调制（图9C）的经济实用的设计，在以下论述中将说明对T-网络的应答机的图12C中彩色电视集成电路81之应用;但是应该强调，在以下论述中有意义的基本特征必然同以下事实有关，即价格低廉的集成电路片可用来解调T-网络下行线路副载波的两个正交项，因为他们看来象是经正交调制的电视色度信号。

一种典型的电视集成电路81包括IF前置放大器83和IF放大器85和检波器89，这些器件在设计方面是相当平常的，并包括提供自动频率调谐（AFT）电路87和自动增益控制（AGC）电路91。电路81还包括水平和垂直同步分离和检波电路93和95。本说明早先曾指出，在美国彩色电视制式中电视信号被编码和发射为三个分量：黑白图象亮度分量“M”和二个彩色分量“I”和“Q”，他们叠加在具有精确的固定频率为3.579545兆赫的色度副载波上。基本上按对T-网络选通的副载波的另一种调制（图9C）所使用的相同方法，对该色度副载波用I和Q彩色信号进行正 交调制。

在彩色电视发射的情况下，在每次消隐水平同步脉冲的后沿，该电视发射机便发射短暂的色同步信号，其目的在于要使压控振荡器96（图12C）和所有电视接收机相位同步。锁相的振荡器96因而可用作连续的基准相位，以便解调所发射的彩色电视信号的I和Q分量。在彩色电视接收机中，色同步检波器103通过使用取自水平同步检波器93的时间门，选通约8周期的色同步，从而完成同步过程;这8周期应用锁相环电路101，电路101控制VCO    96，因而使其与这8周期色同步精确地保持相位同步。精确地调到3.579545兆赫的石英晶体接到端子105上，这便使锁相环101和VCO    96与色同步振荡精确地保持相位同步，即使在色同步消失后亦是如此。在色同步之间的时间间隔VCO    96实际上作微不足道的漂移。现在说明使彩色电视集成电路81能代之以检波本发明的下行线路正交调制副载波数字信号的所合适的方式。对上述应用而言，目标是在使用色同步信号检波器103、I和Q检波器99、锁相环101和VCO    96。以前参照图12B说明过的副载波频率合成器98现取代色度振荡器的石英晶体，接在输入端105。早先曾指出，应答接收机的带通被调整，以使其只通过T-网络32个副载波和主电视载波频率。因而其不通过3.579545兆赫的色同步信号或该色度副载波。只在水平消隐期间的特定的时间，被选通而操作的色同步信号检波器必然将代之以遭遇到许多T-网络数据载波频率的组合，其组合取决于对下行线路数据发送所使用的那些副载波的频率。由于频率合成器98调到某一特定的副载波频率上并正在将信号加到锁相环101，因此可迫使合成器98和VCO    96只能锁定在该特定的下行线路副载波频率上。由VCO    96加到I和Q检波器99的该基准频率必然使检波器99只解调该特定副载波的同相和正交相（I和Q）的数字数据部分。

易得到和廉价的彩色电视集成电路81因而可用来解调用于本发明的 这许多正交调制的数据副载波中的任何一个数据载波。检波器99的输出接到综合和转储电路109，在那里一个以来自于93的水平同步信号为基础的同步信号用于精确地门控和最佳地检波已被选择的这个副载波的T-网络数字数据。该极强的主电视载波部分的信号和同步信号因而用于有效地“运载”并进而提高T-网络发送的可靠性;这便是协同调制的优点。在图3中所示的应答机的微处理器36适用于协调该应答机的射频部分的定时，以及在36及其伙伴装置（如个人计算机）之间的缓冲存储和转递信息。该微处理器36还执行诸如识别它要检验和传递的输入信息之类的某些辅助功能。微处理器36，通过动态地移到如同网络控制中心所指示的、或如同其伙伴装置所选派的分配给它的待发射和接收的子信道的频率上，还帮助网络控制中心协调整个T-网络系统的通信量。该微处理器在设计方面是通用的，且其编程是简单易懂的。

应答机/天线收发转换开关。

所述应答机的天线收发转换开关32（图12）允许同现有的电视接收机、所述应答机的接收机部分和其发射机部分共用该用户的现有电视天线。其主要任务是，把所述应答接收机和电视接收机同发射机部分隔离开，从而使它们在发射期间不致被损坏。图13表示一台用于把这些接收机同该发射机隔离开的、可能的天线收发转换开关。所述用户电视天线通过一段四分之一波长的同轴电缆114连接到应答接收机和电视接收机上，所述电缆114在其输出端有一个二极管开关116，后者通过一个射频扼流圈118由微处理器36控制。当需要应答机发送一个数据脉冲时，微处理器36使二极管116转变为低阻抗状态，这在事实上是短接了同轴电缆114的输出端，同时在其输入端（图13的左边）显现反射的开路阻抗。因此，由发射机38产生的射频脉冲视同轴电缆114的输入端为开路，所以信号被送至用户电视天线并被发射出去。

另方面，当发射机38不发射的时候，大部分时间是这种情况，这时进入用户电视天线12的信号通过同轴电缆114，并且进入信号分离器120， 从那里它们被送到现有的电视接收机上，从而可以接收通常的电视节目，它们也同时被送到作为所述应答机的一部分的接收机34上。在此种接收条件下，发射机38相当于开路，它阻止接收到的信号输入。

图13的应答机的天线收发转换开关32只是可用的若干方法之一。例如，被称作为微波循环器的一些装置包括一个可以实现比较功能并具有是宽频带这个附加优点的三端口无源网络。

现在我们要说明无线电总局的各主要部件，并将强调各种设计出来用于实施本发明的独特而新颖的电路。

无线电总局（RCO）

图14是一张典型的无线电总局的综合方框图。天线组28表示多套定向天线组中的一套，每一套都单独连接到一个分隔扇区的接收机122上。每个扇区的接收机122覆盖分配给所述T-网络系统的整个6兆赫的电视频道。例如，十套天线组28，每套具有18度波束宽度，连接到十台接收机122上，将提供180度的覆盖范围。如果每个角形扇区使用一个系统中三十二条子信道中的十六条，其中奇数编号的子信道用在一个扇区上，偶数编号的用在相邻的扇区上，而奇数编号的再用在下一个相邻扇区上……等等，那么所述配置将如图14所示。假如那样的话，每个扇区的接收机122将需要十六个滤波器124，后者被分成为两组，每组八个子信道滤波器来表示;示于图14上排的滤波器组覆盖9至16子信道，下排的八个滤波器则覆盖1至8子信道。每个子信道滤波器124连接到各自的数字接口电路板126上，并按相应的方式编号。

在一个最佳实施例中，可以从一台单板计算机128来控制这些子信道滤波器中的八个以及连带的数字接口电路。这就是图14中显示两组，连接到“B”单板计算机128的八个子信道滤波器/数字接口电路以及连接到“A”单板计算机128的另八个子信道滤波器/数字接口电路的原因。这样，1号扇区的接收机为十六个子信道滤波器124、十六块数 字接口电路板126以及两台单板计算机128馈给信号。如果T-网络系统有十套扇区天线组和连带的十台扇区接收机，那么总共将有三百二十个子信道滤波器124和数字接口板126以及二十台单板计算机128。

协议计算机130（图14）收集来自所有单板计算机128的数据，需要时将其重定格式并缓冲存贮，随后通过中继线26将其发送到网络控制中心2（示于图1上）。该中继线可以是多种常用链路中的一种，例如图14上画的微波链路。

图14上所示显示器和入/出133是一台可用于输入诸多签约承担此种通信服务义务的用户小区地址的计算机监视器和输入/输出装置。它也可用于实现一些辅助操作功能。诸如监视某些特定的数字接口电路126和单板计算机128的运行，或用于诊断故障。

无线电总局/扇区接收机。

图15出一典型扇区接收机子系统的方框图。天线28从各用户应答机检测出上行线路信号，把它们送到带通滤波器134和相邻频道带阻滤波器136去。这些滤波器抑制着主电视信号的大部视频成分以及其他对用户信号将不会被它们掩没的地方的干扰电平。应该指出，典型的电视发射机具有的有效发射功率定额是，从25，000至二百万瓦特或更大，因而是比用户信号强得多。输入信号接着在138中被放大，并在第一混频器140中作下降变频。中频滤波器142和放大器144具有大约6.0兆赫的带宽，它对所有位于它的带宽之外的信号都呈现陡削的衰减。

放大器144的输出端连接到第二下降变频混频器146上，其后接着是第二中频滤波器148和放大器150。所述第二中频是21兆赫，它也有6.0兆赫带宽。T-网络系统的所有这三十二个子信道都能包含在此带宽中。扇区接收机122的输出端并联接到一组滤波器124上，用于所述扇区的三十二个副载波的每一个都需要一个滤波器。包含在这些带通滤波器内的是一个检波器，所以每个滤波器的输出都是带着模拟数据的副 载波基频频带，即，它是由所述扇区内各应答机发送的所有数字脉冲的总和。已经提到过，用于一个扇区的带通滤波器/检波器组件中的每一个都可以由十六个子信道组成，所以一个扇区将只运行在奇数通道上，以便为所有各扇区都提供频率的重复使用。

无线电总局/数字接口。

每一个子信道滤波器124都在其输出端连接了一块数字接口电路板，该板的方框图示于图16上。所述数字接口板的作用是，以适当的时间延迟建立小区选通电路，（该时延代表着到诸多运行于所述子信道上的用户中的每一个的距离），以便从它们中检测出脉冲，并把数据转送到它的相邻的单板计算机128上（图14）。现在我们来说明图16中方框图的一些新颖的地方。数字接口板126的所有电路都通过标准的多总线156横向连接到其他组件上。例如，已经指出过，将有八块数字接口板用于每台单板计算机128，这些板将通过多总线156互相连接。显示和入/出装置133也可以通过该多总线连接。

在某一种运行方式下，显示和入/出装置133（图14）用于以已知的或计算出来的、及于该用户的小区为基础，输入新用户的小区地址，此信息将通过信道地址译码器158和数据总线157被“记录”到用户小区地址存储器160中。与此同时，该用户信号的强度将被测量或评估，而所述信息将以类似方式输入到用户幅值特征存储器166中。这样，每个用户应答机的小区和幅值都将分别存贮在存储器160和166中。来自子信道滤波器124的、代表从每台应答机输入的数据的模拟脉冲被送到积分和转储模拟电路164中。

数字接口板126的运行是重复的，并且在使用天线27的分隔接收机（图3）检出信号时，由所述主电视台的垂直和水平同步脉冲触发运行。这些同步脉冲被传送到地址发生器174和176中。根据这种触发，用户地址计数器176开始向上计数，以一连串阶跃的方式产生若干地址，每 一阶跃都正比于水平同步脉冲从电视台往外当它掠过乡村地区时已传播的距离。换句话说，用户地址计数器176已产生的计数，是等于从所述电视台到传播中的主电视水平消隐期间的即时位置的距离。

用户地址计数器176被连接到用户小区地址存储器160和幅值存储器166上，如果那些存储器单元保持着一个用户信息，那就导致触发选通发生器162和数/模转换器168。这样，经常由小区地址选通发生器162进行比较，以判定是否有用户存在于现时所产生的地址计数上;如果有，小区选通地址发生器162产生某小区选通脉冲，它使积分和转储模拟电路164能够从那特定小区地址处的那个特定应答机那儿接受所述脉冲并进行积分。到5微秒积分周期末，来自所述应答机的脉冲立即在比较器170中同已由数模拟转换器168建立的阈值电平比较，而这本身又同该用户所希望的信号强度有关。基于模拟比较器170的比较结果做出的判定是，是否有来自那个特定小区地址处所述应答机的逻辑“1”传输，或者是逻辑“0”（不传输）。可以理解的是，这些比较是由微秒时基以及根据预定的在一微秒时序上完成的，该时序取决于是哪些用户被记录到存储器中了，以及它们离开主电视发射机有多远。还可以理解的是，来自诸多用户的各脉冲都是时间交错的，必须分类拣出;这就是双重缓冲信号分离器172的任务。

所述双重缓冲的信号分离器172的电路把一个由主电视垂直和水平同步脉冲触发运行的地址发生器（计数器）174连接到它上面了，而且它先产生一个粗略的、用户地址的时间分割部分（即所述应答机被指定对其产生响应的特定的水平同步脉冲），接着是第二个基于每个用户小区的精细的时间分割地址。信号分离器172还有着作为输入量的比较器170的输出信号，它包含着来自被分配给该子信道的许多用户中的每一个的各数字脉冲。双重缓冲的信号分离器172分类拣出这些时间交错的应答机脉冲，把它们重新组织成为数据文件，该文件中来自每台应答机 的数据和该应答机的地址汇集一起，并被放入缓冲存储器单元中。该缓冲存储器的内容被周期地“倾倒”入所述多总线内，以便转移到单板计算机128中。该单板计算机128也接收来自图14中所示的七块其他的数字接口板的同类数据。该单板计算机聚集着所有此种信息并把它们发送给协议计算机130，在那里它们同许多其他的单板计算机的输出信息一起被适当地排队，并通过中继链路26被转送到如前所述的网络控制中心。

电缆电视设计。

我们现在要说明本T-网络系统应用于电缆电视的情况。电缆电视的设计工程师们已发现，在许多用户都连接到一条同轴电缆以便从用户往中心地点作反向传输时，存在着一个问题。该问题是由于每个用户添加入一定量的噪声，而所有这种噪声的累积效应就严重地降低了他们每个用户的信噪比这一事实造成的，并且所述下行线路的电视节目恐怕也是如此。该问题本身的致命点在于，增加每个用户的功率并不增添任何解决的希望，因为那样也增加他们累积的噪声。本发明解决了这个问题，因为所述T-网络应答机只发送脉冲，而这些脉冲只存在于对于每台应答机都是截然不同的和分离的时间间隔内。因此，它们的累积效应是微不足道的。

图17说明本T-网络系统在电缆电视中的应用。应答机14大体上按照如本说明书前几节中所述的同样方式运行。来自同轴电缆的电视和数据信号通过应答机14和电缆电视调谐器182被连接到电视接收机112上。应答机14的数据输出端直接连接到电视接收机112上，用以提供互作用电视的操作。所述对讲性能可通过手持式遥控器18实现。

应答机14（图17）检测出所述下行线路数据以及在电缆电视“始发端”177被注入的主电视台10信号的各同步脉冲，并且按已经说明过的同一方式接收。所述应答机14的上行线路回答脉冲通过同轴电缆183送出去，并且在可以置于现有电缆电视放大器盒181中的多路复用转发器 180上收集，该放大器盒通常的间隔距离小于一英里。所述多路复用转发器180可以设计得基本上像一台多路复用脉冲应答机（有点像14）那样起作用，以便收集和重新发送由179检测出来的上行线路各信号。这些都适应本地电视信号同步，并通过天线184发射出去。连接在电缆电视放大器盒之间的应答机14一般将不会多于几打。他们的“小区地址”由主电视至用户的迂回距离确定，该距离是电缆和越过空间传播的有效距离的合成距离。对于本领域内的技术人员，在研究了本说明书提供的一些图纸和论述并充分注意了对所述电缆电视信号的水平同步要求之后，这些多路复用应答机（转发器）的设计将是一目了然的，因为所述信号偏离越过空间传播的电视信号的水平同步脉冲的。

无线电总局用它已经在处理来自完全空间传播的各用户的应答机回答信号的差不多同样的方式，检测出来并且处理这些半电缆电视信号。多路复用转发器180的输出在事实上将出现像来自若干打应答机的交错脉冲那样的情况。这些特殊的电缆电视应答机部分地通过同轴电缆运行的事实对于无线电总局来说将是明明白白的。类似的方案可用于使用同轴电缆和公共天线的大型办公楼内。

用于车船场所的设计。

我们现在要讨论本T-网络系统（图18）在车船场所的应用。已经指出过，每个固定场所用户所在小区有它的“小区地址”，并且该信息存储在每个无线电总局内。另一方面，如果应答机是一种可携式装置或者装在车辆上，那么它的小区在一开始就将是不知道的。某些特定的子信道可只专用于此类移动式应答机。

当希望精确确定该应答机的位置时，可把所述T-网络系统设计为能保证用至少两台在图18中标记为＃1和＃2的中心接收机检测出上行线路信号。所述位置和此两中心接收机之间的距离将被精确测定，以建立一条固定的基线，基于对从该应答机到＃1、＃2中心接收机的所述小区的精 确测量，每台应答机的位置可以从所述基线精确计算出来。此种计算是众所周知的，常用于无线电导航中。图18示出此种作用原理，其中车辆186通过车辆天线188检测出主电视数据和同步信号，并把那些信号送到射频调制解调器14上。从调制解调器14解调出来的信号被接到声码器（自动语言合成仪）194和送到计算机/监视器196上。

来自调制解调器14的上行线路数据脉冲由＃1和＃2两台中心接收机通过它们的天线28检测出来。因为该应答机所在小区一开始是未知的，＃1和＃2中心接收机产生一连串顺序的小区选通脉冲，这些选通脉冲被逐一检验，以找出正在哪里脉冲被接收。当这一点被确定时，一对小区选通脉冲，用雷达术语来说称作为“前波”和“后波”选通脉冲，被置于被接收的各脉冲周围，以便在车辆移动时跟踪它。此种脉冲搜索和跟踪技术在雷达电路设计领域内是人所皆知的。如此测得的小区信息被从＃2中心接收机传送到＃1中心接收机，在那里可以把一个导航计算的算法程序装入到常规的计算机中去解决三角测量问题，以便对车辆186作精确定位和跟踪。可以把该位置信息发送到所述网络控制中心以及/或者像交通调度员这样的主人。实际上，所述导航计算机可以安装在主计算机那儿，如果那样做更方便的话。

所述声码器194（图18）被确定为一种话音变为数字和数字变为话音的变换器，它接受传声器190的输出并把它数字化，因而它可以通过射频调制解调制器14发送出去。同样，调制解调器14的数字化输出可被转换为话音信号，并通过扬声器192发送出去。这是通过射频调制解调器14提供的一种语言通信装置。如果射频调制解调器14以1200波特的速率运行，那么对于发送直接数字化的话音是太慢了，然而，射频调制解调器14中的微处理器36可以缓冲贮存，这样尽管由于时间延迟它可能使两个通话人之间不能有效的进行实时对话，但以如此方式在时间上展宽和压缩所述1200波特的数字化话音信息，致使其可以理解。这在此处称 为“慢话音”或“话传电报”。另一方面，如果需要的话，可以把射频调制解调器14设计成为能够以达到15，734波特的速率发送，这足以满足通过声码器194提供实时话音发射的速度要求。

下行线路同频道调制器。

我们现在要说明将数字数据同常规电视节目一起同频道同时发送而不干扰它的方法。这在图19中被称作为同频道多路复用数据和影象。已经说明过，此项技术的目的在于，把数字数据叠加到所述常规电视一帧图象525行中每一行的影象信号上，接着在下一帧图象上，叠加同样的但是反演的数字数据，从而在该电视图象的每一对应像素上，所述数据先被加上，接着又被减去，以便成为看不见的。曾经指出过，这可以通过在移动段落中牺牲图象质量而遍及整个电视画面，或者可把它限制在仅仅是播送固定场景的那部分画面上来实现。

图19表示本发明用于只在电视图象的所述固定场景部分发送数字数据的一个系统的方框图。要发送的所述数字资料缓冲存贮于数字存储器200中，在一些规定的时刻从该存储装置中读出，并且通过放大器202发送至一对分裂信道，以使数据和反演数据进入开关206。一帧常规电视影象的525行信号被送至模/数转换器208，它在那里被数字化并被贮存于存储器210中。来自下一帧的525行影象信号在214中同贮存的上一帧对应信息进行一个像素一个像素地比较，以便检测出哪里存在差异（移动）。在该第二和第一帧图象像素相同的地方，被认为是表示一段固定场景，在那种场合下，由214发送一个允许命令至缓冲存储器200，从该缓冲器中输出数字数据并送到加法电路212中。开关206利用电视垂直同步信号在电视的每一帧上都倒换它的位置，以使所述数据先是相加在一帧画面上，而后又在接着而来的下一帧上被减掉。

在效果比较器214中，不停地把现行电视帧输出同先前电视帧进行比较，以便找出固定场景的位置，从而可以在那些段落发送数据。214 的代表现行电视帧的输出在216中作数/模转换，以便复原被送往加法电路212并在那儿被加上数据的所述原始模拟影象。加法电路212的输出代表影象信号加减数据信号，并被发送给用于向电视观众和向专门设计成能够检测出电视信号的数据部分的各应答机器发射的常规电视发射机。此类数据接收机可以基本上像现今的用户电视电报接收机那样工作，不过它要包括一些利用冗余发射（即，数据+ 数据），以便更可靠地检测信号的电路。

T-网络/网格无线电设备的组合。

所述T-网络系统对车辆的定位能力可用于帮助开始和协调各网格无线电话用户的传送过程的完成。图20示意说明此种应用。针对网格系统218的情况设置两个标记为RCO＃1和RCO＃2的T-网络无线电总局，使得它们可以确定任何车辆222的位置。尽管定义各类网格界限的六角形220在通俗解释把网格化无线电设备分布到各个网格中去的想法是有用的，但是很显然，在现行实践中任何特定网格的几何图形可以取像224那样的任意形状。这是因为，所述网格无线电系统可用于确定车辆222的位置的唯一信息是它的信号强度。因为信号强度时刻在变化，还因为来自各建筑物和其他车辆的局部反射以及由于其他各种物理原因，它不是车辆位置的一个可靠指示量。另一方面，利用相对简单的无线电测量技术，可以找到像224那样的几何区域，在那里可以针对所有在该区域的车辆建立和保持可靠的发射。许多像224那样的区域都可以被找到，因而可以确信，所述整个服务区域218是被完全覆盖的。在现实世界上，是那些区域224构成了各真正的网格。

因此，如果拥有像T-网络系统的独立装置以确定一个用户位于哪个网格224内，那么，当车辆222它进行逐个网格移动时其传送信号过程的完成就成为相对简单的计算机功能问题了。这也就是去完成所述T-型网络的车辆定位模式的一种比较简单的过程。这也会占用它很少一点 通信量。此外，可以单独为此功能设计和制造专用的T-网络应答机，以降低其成本和提高其以这种模式运行的可靠性。

虽然本发明已参照其最佳实施例做了详尽展示和说明，但只要不违背本发明的精神、不越出范围，可能对其形式上和内容上作出各种各样的变更，这将是本领域内的技术人员所能理解的。

Claims (53)

1、一个双向无线数字通信系统，特征在于包括：

-一个用于发射至少包括在一种视频载波上的水平消隐期间和相关的水平同步信号的视频信号的电视广播台；

-用于可控地发射下行线路数字数据信号的广播设备；

-多个用户收发机，每个用户收发机具有一个用户接收装置，用于接收所述视频信号和检出所述水平同步信号，并用于接收和检出所述下行线路的数字数据信号，每个用户收发机还具有一个与所述用户接收装置相耦合的用户发射装置，用以仅在所接收的视频信号的至少若干个水平消隐期间内发射上行线路的数字数据信号；以及

-至少一个中心接收机，每个所述中心接收机是用于接收和检出由各用户发射装置所发送的所述上行线路的数字数据信号的装置。

2、根据权利要求1的系统，其特征在于其中所述广播设备包括用于将所述下行线路的数字数字数据调制在一个下行线路数据载波上的调制装置，该载波不同于发射所述下行线路数字数据信号前的所述视频载波并与其成一种基本上固定的关系。

3、根据权利要求2的系统，其特征在于其中所述视频载波是第一常规电视频道的视频载波。

4、根据权利要求3的系统，特征在于其中所述下行线路的数据载波是在指配给邻近所述第一常规电视频道的一个常规电视频道的频带内。

5、根据权利要求4的系统，特征在于其中所述广播设备包括用于将下行线路的数字数据调制在多种下行线路的数据载波上的调制装置，所述下行线路的数据载波都各不相同并在所指定的邻近所述第一常规电视频道的一个常规电视频道的频带范围内。

6、根据权利要求5的系统，其特征在于其中所述下行线路的数据载波在频率上是足以分开的，从而使每个下行线路的数据载波上所调制下行线路的数字数据至少部分地通过鉴频而可为一个用户接收机所接收和单值检出。

7、根据权利要求6的系统，特征在于其中所调制的下行线路的数字数据是被调制在所述下行线路的数据载波上的正交幅度。

8、根据权利要求5的系统，特征在于其中的多位下行线路数字数据在至少若干水平消隐期间内是载在各下行线路的数据载波上发送的，同时，其中水平消隐期间内的波特率是水平同步信号再现率的一个谐函数，从而使比特时钟脉冲可由水平同步信号合成。

9、根据权利要求1的系统，特征在于其中每个用户发射装置包括用于将上行线路数字数据调制在一个上行线路数据载波上的调制装置，而上行线路数据载波不同于发送上行线路数字数据信号的所述视频载波并与其成一种基本上固定不变的关系。

10、根据权利要求9的系统，特征在于其中所述视频载波是第一常规电视频道的视频载波。

11、根据权利要求10的系统，特征在于其中所述上行线路数据载波是在邻近所述第一常规电视频道的一个所给定的常规电视频道的频带内，而且其中所调制的上行线路数字数据是由一个用户发射装置仅在至少若干个由相应的所述用户接收装置所接收的所述视频信号的水平消隐期间内发送的。

12、根据权利要求1的系统，特征在于其中所述视频载波是第一常规频道的视频载波，而且其中至少有若干个所述用户发射装置包括用于将上行线路数字数据调制在多个上行线路数据载波的一个不同载波上的调制装置，所述多个上行线路数据载波的频率各不相同并在指配给邻近所述第一常规电视频道的一个常规电视频道的频带范围内。

13、根据权利要求12的系统，特征在于其中所述上行线路数据载波在频率上是足以分开的，从而使调制在各上行线路数据载波上的上行线路数字数据可至少部分地通过鉴频而被所述中心接收机接收和单值检出。

14、根据权利要求13的系统，特征在于其中所调制的上行线路数字数据是由所述上行线路数据载波所调制的正交幅度。

15、根据权利要求12的系统，特征在于其中上行线路数字数据的多比特在至少若干水平消隐期间是靠各上行线路的数据载波发送的，同时其中水平消隐期间内的波特率是水平同步信号再现率的一个谐函数，由此比特时钟脉冲可由水平同步信号合成。

16、根据权利要求12的系统，特征在于其中所述广播设备包括用于将下行线路数字数据调制在多个下行线路数据载波上的调制装置，所述下行线路数据载波的频率各不相同并在指配给邻近所述第一常规电视频道的一个常规电视频道的频带内。

17、根据权利要求16的系统，特征在于其中至少若干所述下行线路的数据载波和至少若干所述上行线路的数据载波具有相同的载波频率。

18、根据权利要求17的系统，特征在于其中所述广播设备在一个水平消隐期间靠一个下行线路数据载波发送下行线路的数字数据，其间，一个用户发射装置发送与命名为最后下行线路数据载波频率相同的一个上行线路数据载波上的上行线路数字数据，所述下行线路和上行线路数据信号可由所述至少一个中心接收机至少部分地通过所发送信号在到达时间上的不同而加以辨别。

19、根据权利要求1的系统，特征在于其中所述广播设备实际上与所述电视台无关，且包括用于接收来自所述电视台的所述视频信号，并检测所述水平同步信号以确定所述广播设备要发送数字数据信号的时间的接收装置。

20、根据权利要求1的系统，特征在于其中所述广播设备被耦合到所述电视台，从而所述电视台通过其天线播送视频信号，该信号至少包括水平消隐期间和相关的水平同步信号，而至少有一些所述消隐期间包括一个数字数据信号。

21、根据权利要求1的系统，特征在于其中所述至少一个中心接收机大约被置于所述电视台和所述多个用户收发机之间。

22、根据权利要求1的系统，特征在于其中所述电视台发射的视频信号包括常规的电视广播节目，所述广播设备被耦合到所述电视台，以使所述电视台可通过其天线播送常规电视广播节目和下行线路数字数据，所述下行线路数字数据通过将其加到一帧图象期间的至少部分视频信号上和在下一帧图象期间将其从该视频信号的该相应部分除掉的方式作为视频信息而被发送。

23、根据权利要求22的系统，特征在于其中被加有和被减去下行线路数字数据的视频信号部分是两帧连续图象播放期间基本上未变的电视信号部分。

24、根据权利要求1的系统，特征在于其中所述电视台天线基本上与至少一个以上电视频道的广播天线置于同一地点，而且各所述基本处于同一地点的频道的视频信号是同步的，以使其水平消隐信号同时发生。

25、根据权利要求1的用于双向呼叫的系统，特征在于其中所述用户收发机是移动式收发机。

26、一个双向无线数字通信系统，特征在于包括：

-个电视台，用于发送包括垂直同步和水平同步信号，和在预先给定电视频道上的相关消隐期间及相关视频载波的普通电视广播节目;

-用于可控地发送下行线路数字数据信号的广播装置;

-多个分布在所述电视台和所述广播装置的广播范围内的一个区域范围的用户收发机，每个用户收发机具有一个用于接收所述视频信号和检出同步信号的用户接收装置，该装置还用于接收和检出所述下行线路数字数据信号，每个用户收发机拥有用于将上行线路数字数据信号调制在频率在邻近所述预先给定的电视频道的一个电视频道的频带范围内的一个上行线路载波上的调制装置，每个用户发送装置与所述用户接收装置相耦合，用以至少在所接收视频信号的若干消隐期间发送调制的上行线路数字数据信号;和

-多个中心接收机，各中心接收机被定位并具有定向天线，以便支配地接收来自所述地区范围内的各个子区的调制的上行线路数字数据信号，每个所述中心接收机是用于接收和检测由各个子区范围内的各用户发送装置所发送的所述上行线路数字数据信号。

27、根据权利要求26的系统，特征在于其中每个用户发射装置包括用于将上行线路数字数据调制在某个上行线路数据载波上的调制装置而该上行数据载波不同于发射上行线路数字数据信号前的所述视频载波并与其有一种基本上固定的关系。

28、根据权利要求27的系统，特征在于其中所述上行线路数据载波是在指配给邻近所述第一通用电视频道的一个通用电视频道的频带内，而且其中所述调制的上行线路数字数据是由用户发送装置仅在至少若干个由各自所述用户接收装置所接收的所述普通电视播送节目的消隐期间内发送的。

29、根据权利要求26的系统，特征在于其中至少若干所述用户发送装置包括用于将上行线路数字数据调制在不同的若干上行线路数据载波之一上的装置，所述若干上行线路数据载波的频率各不相同而且在指配给邻近所述预指定电视频道的一个通用电视频道的频带范围内。

30、根据权利要求29系统，特征在于其中所述上行线路数据载波在频率上是足以分开的，从而使各上行线路数据载波上的所调制的上行线路数字数据至少可部分地通过鉴频而被所述中心接收机接收和单值检出。

31、根据权利要求30的系统，特征在于其中所调制的上行线路数字数据是由所述上行线路数据载波经90°移相调制而成的。

32、根据权利要求30的系统，特征在于其中的多比特上行线路数字数据在至少若干水平消隐期间是靠各个上行线路数据载波来发送的，而且其中在水平消隐期间的波特率是水平同步信号再现率的一个谐函数，从而使比特时钟脉冲可由水平同步信号合成。

33、根据权利要求30的系统，特征在于其中所述广播装置包括用于将下行线路数字数据调制在多个下行线路数据载波上的装置，每个所述下行线路的数据载波的频率各不相同并在指配给邻近所述第一通用电视频道的一个通用电视频道的频带范围内。

34、根据权利要求33的系统，特征在于其中至少若干所述下行线路数据载波和至少若干所述上行线路数据载波具有相同的载波频率。

35、根据权利要求34的系统，特征在于其中所述广播装置在一个水平消隐期间靠一个下行线路数据载波发送下行线路的数字数据，其间，一个用户发送装置发送与命名为最后下行线路数据载波频率相同的一个上行线路数据载波上的上行线路数字数据，所述上行线路和下行线路数据信号可由所述至少一个中心接收机至少部分地通过时间信号在到达时间上的差别而加以辨别。

36、根据权利要求1用于双向呼叫的系统，特征在于其中所述用户收发机是移动式的。

37、根据权利要求26用于双向呼叫的系统，特征在于其中所述用户收发机被耦合到电视接收机，以便在显示屏上显示普通电视广播节目同时也显示下行线路的信息，所述用户收发机包括在各自的用户收发机处用作上行线路数字数据的用户入口装置。

38、根据权利要求26的系统，特征在于其中所述用户接收装置和所述用户发送装置两者共享一个电视天线和至少一台普通电视接收机。

39、在一个地区范围内利用邻近服务于该同一地区的某一电视频道频带一个电视频道的频带并播送包括水平和垂直同步信号和相关消隐期间的普通电视节目的信息通信的方法，其特征在于包括如下步骤：

a）将信息调制在邻近于播送普通电视节目的电视频道频带的那个电视频道的频带范围内的一个载波上;

b）仅仅在普通电视节目播送的水平消隐期间发送上述调制信息;

c）在一个远距位置接收和检测所发送的调制信息。

40、根据权利要求39的方法，特征在于其中步骤（c）还部分地通过检测普通电视播送节目的水平同步信号并根据其结果来检出被发送的调制信息的。

41、根据权利要求40的方法，特征在于其中步骤（c）的检测是参考了普通电视播送节目的水平同步信号及步骤（b）的发送位置和步骤（c）的接收位置之间的已知距离两方面。

42、根据权利要求39的方法，特征在于其中步骤（b）是由播送普通节目内容的这一电视频道所采用的同样的天线所发送的。

43、根据权利要求39的方法，特征在于其中步骤（b）的发送是由不同于广播普通节目内容的电视频道的天线发出的。

44、根据权利要求43的方法，特征在于其中步骤（c）中被发送的调制信息是采用约位于普通电视节目的广播地点和步骤（b）的发送地点之间的一个定向天线来接收的。

45、根据权利要求39的方法，特征在于，其中所述信息是从多个远方点向一个中心点通信的，而其中步骤（a）和（b）以及接收普通电视节目和检测其水平同步信号的步骤是在各远方点中完成的，其中步骤（c）则是在中心点完成的。

46、根据权利要求45的方法，特征在于，其中步骤（c）的检测是参照普通电视节目的水平同步信号进行的。

47、根据权利要求46的方法，特征在于，其中所述信息是以数字形式提供的，从而步骤（a）中所述的载波为数据载波。

48、根据权利要求47的方法，特征在于，其中使用了多个数据载波，每个数据载波都具有邻近第一个预先指配的电视频道的频带的一个预先指配的电视频道的频带中的一个频率，而每个远方点都将步骤（a）中的数据调制在所指配的各数据载波的一个特定的载波上。

49、根据权利要求48的方法，特征在于，其中所述的这些数据载波是分布在各自的电视频道的整个频带上。

50、根据权利要求48的方法，特征在于，在步骤（a）中，被调制的信息仅在特定的水平消隐期间向指配的那个远方点发送，从而使来自各不同的远方点的发送过程可以落在不同的水平消隐期间，以便提供多个数据频道。

51、根据权利要求50的方法，特征在于，其中所述用于每个远方点进行发送的各特定水平消隐的间隔是参照普通电视节目的垂直同步脉冲的重现率而确定的。

52、根据权利要求51的方法，特征在于，其中步骤（c）的检测还及时参照了已知的发送距离，从而使数据可以在步骤（a）中的各不同远方点处的相同数据载波上被调制，并且在步骤（b）中的相同水平消隐期间发送，以及在步骤（c）中通过在检测器处进行范围选通而精确地被检测出，从而提供不同于范围中的附加数据频道。

53、在一个互作用电视系统中，从各自连到一电缆电视系统的多个远方接收机点到某个中心地点进行信息通信的方法，该电缆电视系统接收空中的普通电视节目并在一根沿线各点具有放大器的电缆上提供同样的电视节目，每个中心点服务于多个远程点，该方法的特征在于包括如下步骤：

（1）在每个远程点

a）将每个远程点待通信的信息调制到具有一个未用的电缆电视频道频带内频率的一个载波上;

b）仅仅在载有普通电视节目的一个相邻电缆电视频道的至少若干水平消隐期间，在该电缆上发送上述调制信息;

（2）邻近各电缆放大器

c）对正在越过空间播送的普通电视节目的一个电视频道的水平同步信号进行检测;

d）仅在与所检测步骤（c）中所指频道的水平同步信号有关的至少若干水平消隐期间，发送调制信息，该信息在越过空间的电缆上被接收并在邻近步骤（c）所指频道的一个电视频道的频带内;及

（3）在至少一个中心点

e）接收步骤（d）的发送并检测其内信息。

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