СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СПУТНИКОВЫХ СИГНАЛОВ И ПРИЕМНИК ДЛЯ ЭТОГО
METHOD AND SYSTEM FOR TRANSMITTING SATELLITE SIGNALS AND RECEIVER THEREOF

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу передачи и системе для передачи спутникового сигнала, а также к соответствующему приемнику.
Как известно, DVB-S2 является стандартом второго поколения для спутниковых передач, который был определен DVB в 2003 г. Стандарт был разработан для различных применений широкополосной спутниковой передачи, таких как вещание в телевидении стандартной четкости (SDTV), интерактивных применений для дома и для профессиональных пользователей (например, для доступа в Интернет), профессиональных служб телевизионного сотрудничества и SNG (спутникового сбора новостей), распределения телевизионных сигналов к наземным передатчикам цифрового вещания VHF/UHF, распределения данных и Интернет-узлов (Интернет-транкинг) и т.д.
Передающая система, основанная на стандарте DVB-S2, может воспринимать любой формат входного потока данных (пока он является цифровым), такой, как, например, цифровые потоки типа транспортного потока MPEG (MPEG-TS).
Цифровые потоки MPEG-TS могут быть одиночного или множественного типа, т.е. они могут, например, транспортировать одну или более телевизионных или радиопрограмм, интерактивные контенты или т.п. Каждому потоку MPEG-TS могут быть присвоены определенные параметры модуляции, например, путем использования технологии переменного кодирования и модуляции (VCM) или, в приложениях «точка-точка», технологии адаптивного кодирования и модуляции (ACM). Для каждого нового элементарного блока данных последний способ позволяет изменять схему модуляции и соответственно уровни защиты от ошибок, таким образом оптимизируя систему передачи в соответствии с условиями приема пользователем; эти условия фактически могут изменяться в зависимости от погодных условий.
Когда модулятор использует технологию ACM, задержки при передаче могут изменяться в зависимости от адаптивной схемы модуляции/кодирования. Для решения этой проблемы стандарт DVB-S2 предусматривает использование подсистемы для синхронизации входного потока данных (дополнительной и не применяемой для одиночных потоков MPEG-TS), которая путем передачи временного параметра от модулятора гарантирует постоянную скорость передачи и задержку в приемнике пакетных передач (как требуется, например, для потоков MPEG-TS).
В соответствии со стандартом DVB-S2, когда значение бита ISSYI поля MATYPE в заголовке основной полосы BBHEADER равно 1, в модуляторе включается 22-разрядный счетчик, работающий на частоте, равной символьной скорости Rs модулятора. Модулятор добавляет поле ISSY (синхронизатор входного потока) к концу каждого пакета, имеющее длину 2 или 3 байта и включающее подполе ISCR (опорная частота входного потока), содержащее значение счетчика в момент, когда пакет поступает в модулятор. Подполе ISCR может быть как длинным (22 бита), так и коротким (15 бит); в последнем случае подполе ISCR будет содержать 15 наименьших значащих разрядов счетчика.
Спутники в настоящее время работают в диапазонах, имеющих типичную ширину 33-36 МГц, которая в широкополосных применениях позволяет передавать данные через спутниковый транспондер со скоростью передачи порядка, например, 60 Мбит/с.
Внедрение служб телевидения сверхвысокой четкости (UHDTV), также называемого телевидением 4K или 8K, потребовало передачи со скоростью в диапазоне 17-20 Мбит/с для каждой телевизионной службы, которую необходимо передать. Это делает необходимым улучшение использования емкости передачи/приема, обеспечиваемой современными спутниками, минимизируя неиспользуемую емкость передачи/приема каждого одиночного транспондера.
В настоящее время технология DVB-S2 позволяет передавать по спутниковому каналу 33-36 МГц поток MPEG-TS, содержащий три программы UHDTV, путем использования «статистического мультиплексирования». Поток MPEG-TS, содержащий несколько программ, также известен как «мультиплексный».
Статистическое мультиплексирование видеопрограмм – это технология, которая позволяет разделять доступную скорость передачи между различными программами, которые надо передать, в соответствии с мгновенными требованиями видеокодирования каждой из них. Путем использования кодирования с переменной скоростью (VBR) и принимая во внимание, что требуемая скорость передачи для получения заданного качества видеопрограммы не является постоянной во времени, но изменяется в соответствии с типом кодируемого изображения, и что статистически требуемые пики не одновременны для программ, содержащихся в пакете каналов, статистическое мультиплексирование позволяет увеличить число транслируемых программ, общая скорость передачи потока MPEG-TS остается неизменной. Фактически выгода, предлагаемая статистическим мультиплексированием, выраженная как число программ (или служб), которые могут быть включены в пакет каналов, растет с отношением общей скорости передачи потока MPEG-TS к средней скорости, необходимой для одной программы. Это происходит потому, что чем ниже общая скорость передачи потока MPEG-TS, тем больше неиспользованная емкость в спутниковом пакете каналов.
В отношении приведенного выше примера, если генерируется скорость 120 Мбит/с для потока MPEG-TS, можно разумно оценить, что внутри одного и того же пакета каналов при использовании статистического мультиплексирования могут быть переданы 7 или 8 программ UHDTV, т.е. до двух раз больше, чем может быть передано при использовании в двух потоках MPEG-TS при 60 Мбит/с.
Уровень техники однако не позволяет в процессе передачи разделять поток MPEG-TS на несколько различных потоков для передачи по нескольким спутниковым каналам и затем реконструировать указанный поток MPEG-TS на стороне приемника.
Поэтому целью настоящего изобретения является обеспечить способ и систему для передачи спутникового сигнала, которая приспособлена для разделения высокоскоростного потока MPEG-TS на несколько потоков для передачи через спутник по множеству частотных каналов.
Дополнительной целью настоящего изобретения является предоставить способ и систему для передачи спутникового сигнала, которые минимизируют неиспользованную емкость передачи/приема в спутниковом канале связи.
Кратко, настоящее изобретение направлено на то, чтобы предоставить систему передачи, приемник и способ для ультраскоростной передачи спутникового сигнала путем соединения вместе нескольких спутниковых каналов. Эту технология соединения вместе нескольких спутниковых каналов, даже без последовательных частот, обычно называют «соединением каналов». Настоящее изобретение направлено, в частности, на то, чтобы предоставить способ разделения потока передачи MPEG-TS на множество псевдопотоков для одновременной передачи по множеству соединенных вместе каналов.
Настоящее изобретение предоставляет способ разделения потока MPEG-TS на стороне передатчика на N каналов, или псевдопотоков, для передачи по многим спутниковым каналам передачи, и затем реконструкции исходного потока MPEG-TS в приемнике после того, как N принятых сигналов были должным образом демодулированы. Настоящее изобретение также применимо в случае, где сигналы, переданные N модуляторами, имеют разные параметры передачи, т.е. различную символьную скорость Rs и различные параметры модуляции и кодирования.
Дополнительные выгодные характеристики настоящего изобретения будут изложены в формуле изобретения.
Такие характеристики, а также дополнительные преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего описания его вариантов осуществления, как показано в прилагаемых чертежах, которые приведены путем неограничивающего примера, в котором:
- Фиг. 1 является блок-схемой системы передачи спутникового сигнала в соответствии с настоящим изобретением;
- Фиг. 2 иллюстрирует один из внутренних потоков пакетов универсального модулятора;
- Фиг. 3 иллюстрирует декодер спутникового сигнала в соответствии с настоящим изобретением.
В отношении Фиг. 1 система 1 передачи спутникового сигнала содержит как минимум один первый модулятор 5, предпочтительно совместимый со стандартом DVB-S2, один второй модулятор 6, который соответственно передает первый поток данных, или первый псевдопоток, по первому каналу передачи Ch#1, и второй поток данных, или второй псевдопоток, по второму каналу передачи Ch#N. Каналы Ch#1 … Ch#N отличаются друг от друга и предпочтительно типом спутника. Эти каналы фактически занимают различные (неперекрывающиеся) частоты и/или имеют различные поляризации. Также сигналы, передаваемые по этим каналам передачи Ch#1... Ch#N, могут иметь разные характеристики, т.е. различную полосу частот B и/или различную символьную скорость Rs и/или различные параметры модуляции и кодирования.
Однако специалист в данной области сможет использовать более двух модуляторов (и, следовательно, более двух каналов передачи и соответствующих демодуляторов на стороне приемника) без уклонения от положений настоящего изобретения.
Система 1 передачи также содержит следующие элементы:
- средства 4 разделения, также упоминаемые как SPLIT;
- опорный тактовый генератор 7, также упоминаемый как тактовый генератор, опорный тактовый генератор или генератор символов, который представляет генератор символов модуляторов 5,6 системы 1 передачи, например, модулятора 5, который таким образом становится ведущим модулятором, с которым ассоциируется ведущий канал передачи;
- блок счетчика ISSY 2, который находится на связи с возможностью передачи сигналов с модуляторами 5,6.
Адаптер скорости является подсистемой, обычно входящей в цифровой модулятор для адаптации скорости передачи Ri потока 3 MPEG-TS, поступающего в указанную подсистему, для того, чтобы выходной поток имел скорость передачи, подходящую для использования на входе модуляторов 5,6, где указанная адаптация скорости передачи осуществляется путем вставки некоторого количества нулевых пакетов. В случае потока MPEG2-TS адаптер скорости перевычисляет и обновляет все временные метки, входящие в аудио/видео службы.
В применении в соответствии с настоящим изобретением адаптация скорости передачи потока 3 MPEG-TS необходима, это следует сделать до средств 4 разделения.
Обратите внимание, что функция адаптации скорости передачи в модуляторах 5,6 может быть отключена (если модуляторы 5,6 имеют такую функцию), т.е. отключена система адаптации скорости, которая в противном случае выполняет вышеописанную адаптацию соответствующего псевдопотока.
Кроме того, предпочтительно отключается функция целостности входных пакетов MPEG-TS (основанная на значении поля «счетчик целостности»), которая обычно присутствует в модуляторах 5,6.
Применительно к Фиг. 1, средства 4 разделения разделяют входной поток 3 MPEG-TS, состоящий из последовательности пакетов данных, на N псевдопотоков 3c,3d, контролируемых модуляторами 5,6 через управляющие сигналы 51, 61, поступающие от этих же модуляторов 5,6.
Когда i-й пакет поступает в j-й модулятор, j-й модулятор продолжит ждать новый пакет. Средства 4 разделения разделяют пакеты для различных модуляторов 5,6 последовательно между ожидающими модуляторами 5,6; если модулятор не ждет, он будет проигнорирован.
На Фиг. 1, например, первый пакет потока 3 MPEG-TS направлен средствами 4 разделения на первый модулятор 5, который ждет. Второй пакет 32 направлен средствами 4 разделения на второй модулятор 6. Третий пакет 33 направлен средствами 4 разделения на модулятор 5 и т.д. в соответствии с требованиями в управляющих сигналах 51,61.
Это возможно путем вставки нулевых пакетов (NP) в псевдопоток 3c одновременно с каждым пакетом, поступающим из потока 3 и посылаемым в псевдопоток 3d. Аналогично нулевой поток вставляется в псевдопоток 3d одновременно с каждым пакетом, поступающим из потока 3 и посылаемым в псевдопоток 3c. В более общем виде, если средства 4 разделения должны генерировать N псевдопотоков, для каждого пакета, выбранного из потока 3 и посланного в наследуемый псевдопоток 3c, 3d, в соответствующие другие N-1 псевдопотоков будут посланы N-1 нулевых псевдо-пакетов. DVB-S2 содержит возможность в мультиплексном транспортном потоке и в режимах одиночного/множественных наследуемых потоков удалять нулевые пакеты при передаче для лучшей эффективности передачи и затем соответственно вставлять их повторно при приеме. Более того, стандарт DVB-S2 предоставляет возможность добавления фиктивных (DUMMY) кадров для борьбы с отсутствием передаваемых данных. В настоящем изобретении в отличие от стандарта DVB-S2, который не содержит возможности удаления нулевых пакетов в режиме одиночного транспортного потока, модуляторы 5,6 активируют режим DVB-S2 удаления нулевых пакетов и соответствующие демодуляторы 10, 11 (которые подробно будут описаны ниже) активируют режим DVB-S2 повторной вставки нулевых пакетов для повторной вставки нулевых пакетов в их изначальные положения. Когда эти режимы активны, в модуляторах 5,6 должен быть также включен режим вставки фиктивных кадров.
В отличие от того, что указано в стандарте DVB-S2, который не предусматривает использования синхронизатора входного потока (ISSY) в одиночном режиме MPEG-TS, в соответствии с настоящим изобретением функциональность ISSY активируется в модуляторах 5,6 путем установки в 1 параметра ISSYI в байте MATYPE-1 в заголовке основной полосы. Как уже было показано, если ISSYI равен 1, стандарт DVB-S2 требует, чтобы активировался 22-разрядный счетчик в каждом модуляторе, который работает на частоте, равной символьной скорости Rs модулятора.
В соответствии с приведенным выше описанием и со ссылкой на Фиг. 2 внутри универсального модулятора DVB-S2 каждый поток 3 MPEG-TS состоит из последовательности пакетов 81, к каждому из которых добавляется конечное поле 82. В последний входит или полное текущее значение счетчика (в длинном режиме ISSY) или 15 младших значащих разрядов указанного текущего значения (в коротком режиме ISSY). В соответствии со стандартом DVB-S2, содержимое подполя ISCR используется для реконструкции тактового сигнала потока MPEG-TS в модуляторе таким образом, чтобы обеспечить постоянную скорость передачи и постоянную задержку для каждого одиночного потока.
В случае настоящего изобретения существует уникальный блок счетчика ISSY 2, приводимый в действие в такт с символьной скоростью Rs ведущего модулятора 5. Поле 82 содержит значение блока счетчика ISSY 2, который считывается, как только пакет попадает в модуляторы 5,6, оно будет использовано демодуляторами 10,11 для восстановления синхронизации передачи пакетов потока 3 MPEG-TS.
Система 1 в соответствии с настоящим изобретением реализует способ передачи цифровых сигналов, содержащий следующие этапы:
- разделение пакетов данных потока 3 данных при помощи средств 4 разделения на первый 3c и по меньшей мере один второй 3d псевдопотоки данных;
- модуляцию первого 3c и по меньшей мере одного второго 3d псевдопотоков данных при помощи первого 5 и по меньшей мере одного второго 6 модуляторов соответственно;
- передачу модулированных псевдопотоков данных через соответствующие передающие каналы Ch#1 … Ch#N, где для генерации псевдопотоков 3c,3d средства 4 разделения данных будут:
- выбирать каждый пакет данных 31,32,33 из потока 3 данных;
- последовательно опрашивать модуляторы 5,6 для идентификации модулятора, например, первого модулятора 5 из указанных модуляторов 5,6, который доступен для приема пакетов 31,32,33 данных;
- посылать нулевой пакет 35 данных остальным модуляторам, например, по меньшей мере одному второму модулятору 6.
Также со ссылкой на Фиг. 3 приемник в соответствии с настоящим изобретением включает по меньшей мере следующие элементы:
- первый демодулятор 10;
- один или более вторых демодуляторов 11, предпочтительно похожих или равнозначных первому демодулятору 10;
- средства 13 объединения, также называемые объединителями, расположенные после первого демодулятора 10 и вторых демодуляторов 11, при этом находящиеся с ними на связи с возможностью передачи сигналов.
Средства 13 объединения выполняют функцию, обратную средствам 4 разделения. В условиях работы средства 13 объединения перенастраивают все псевдопотоки 9c,9d на их входе на основе поля ISCR, передаваемого в ISSY, и выполняют процесс, обратный тому, который выполняется средствами 4 разделения, которые выбирают из псевдопотоков 9c,9d пакет за пакетом тот, который содержит ненулевой пакет, который будет использоваться для реконструкции исходного потока 9 MPEG-TS.
Если в некоторый момент времени все пакеты псевдопотоков 9c, 9d будут нулевыми, тогда средства 13 объединения вставят нулевой пакет в поток 9.
В предпочтительном варианте осуществления средства 13 объединения приемника 12 содержат блок памяти для каждого из N входов, которые могут обеспечить компенсацию дифференциальной задержки для N спутниковых каналов передачи.
Специалист в данной области может также использовать различную конфигурацию блоков памяти, однако без уклонения от описания настоящего изобретения.
Каналы передачи Ch#1, …, Ch#N не обязательно должны занимать соседние положения по частоте и не обязательно должны передаваться тем же спутником или спутниками, занимающими то же орбитальное положение.
В общем, геостационарный спутник демонстрирует малое перемещение за 24 часа относительно земли, что происходит из-за его несовершенного орбитального положения. Фактически расстояние между землей и спутником и, следовательно, задержка распространения сигнала по радиоканалу, изменяется с дневной периодичностью. Когда используются два спутника, подверженных различным дневным колебаниям, может случиться так, что выравнивание двух сигналов на выходах демодуляторов 10,11 подвергается такому разбросу, что может изменить исходный порядок поступления пакетов. Для исходного потока MPEG-TS, который надо реконструировать, однако необходимо, чтобы задержки между этими N потоками были совместимы с максимально разрешенными задержками в блоке памяти средств 13 объединения.
Конечно, описанный пример в дальнейшем может быть подвергнут многим изменениям.
i
1
N
1+
N
i
В соответствии с одним вариантом изобретения поток 3 MPEG-TS разделяется на N псевдопотоков 3c,3d при помощи средств 4 разделения детерминированным образом, т.е. не контролируемым модуляторами 5,6. Если η– спектральная эффективность i-го модулятора и mcd – наименьший общий знаменатель спектральных эффективностей η, …,η, средства 4 разделения упакуют N псевдопотоков в соответствии с временной периодичностью, равной (η … +η)×mcd пакетов потока 3 MPEG-TS. Учитывая период потока 3 MPEG-TS, N псевдопотоков будут иметь один и тот же период, в пределах которого i-й псевдопоток будет содержать η×mcd пакетов, выделенных из потока 3 MPEG-TS, и остальные пакеты будут нулевыми. Временное положение пакетов потока 3 MPEG-TS должно сохраняться неизменным в псевдопотоках 3c,3d.
В одном варианте средств 13 объединения пересортировка принятых пакетов MPEG-TS производится на основе значения некоторого поля, предпочтительно поля счетчика непрерывности, входящего в заголовок пакета 81 каждой службы, содержащейся в потоке 3 MPEG-TS.
Согласно второму варианту, пересортировка принятых пакетов MPEG-TS производится на основе содержимого второго поля, предпочтительно поля PCR (программной опорной частоты) заголовка пакета 81 аудио/видео- пакетов MPEG-TS каждой службы, содержащейся в потоке MPEG-TS.
Согласно третьему варианту, пересортировка принятых пакетов MPEG-TS производится на основе любой комбинации предыдущих способов.
Поток 3 MPEG-TS содержит пакеты, содержащие так называемые таблицы информации о службах (SI), которые переносят информацию о передаваемых программах и параметрах передачи. Таблицы информации о службах (SI) могут также передаваться по всем псевдопоткам 3c,3d и могут содержать информацию, необходимую для понимания частотного расположения каналов, соединенных вместе для передачи потока MPEG-TS, и того, какой из них является ведущим каналом. В таком случае, когда пакет 3 MPEG-TS содержит SI-информацию (на что указывает поле PID в заголовке пакета MPEG-TS), этот пакет будет одновременно послан во все псевдопотоки в нарушение вышеописанного механизма (ни один поток не будет содержать нулевого пакета). Средства 13 объединения приемника 12 при приеме ненулевых пакетов по всем ветвям с PID, указывающим на SI-информацию, выберут любой из этих N пакетов (которые вообще идентичны), также принимая во внимание поле индикатора ошибки передачи (TEI) в заголовке пакета MPEG.
Также возможно априори определять, какой канал из группы каналов, соединенных вместе для передачи потока MPEG-TS, является ведущим каналом.
Описанная выше технология может быть использована более чем для одного потока MPEG-TS в режиме множественного транспортного потока DVB-S2, тем самым минимизируя неиспользуемую полосу, например, когда два независимых пакета каналов MPEG-TS передаются с использованием трех спутниковых транспондеров.
Система, приемник и способ передачи спутникового сигнала, описанные здесь для примера, могут подвергаться многим возможным изменениям без уклонения от духа новизны этой идеи изобретения; также ясно, что в практической реализации проиллюстрированные детали могут иметь разные формы или могут быть заменены другими технически эквивалентными элементами.
Поэтому можно легко понять, что настоящее изобретение не ограничено системой, приемником и способом передачи спутникового сигнала, но может подвергаться многим модификациям, улучшениям или заменам эквивалентных частей и элементов без уклонения от духа новизны этой идеи изобретения, четко указанной в следующей формуле изобретения.