ПЕРЕДАТЧИК СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ
SATELLITE COMMUNICATION TRANSMITTER

Область техники
[0001]  Настоящее изобретение в целом относится к области систем спутниковой связи.
Уровень техники
[0002]  Службы спутниковой связи имеют важное значение в различных областях на протяжении многих десятилетий. Рассмотрим, например, спутниковый Интернет для потребителей, а также для предприятий (например, нефтяных установок) и применения в правительстве и обороне.
[0003]  Рассмотрим службы односторонней и двусторонней связи. В службах двусторонней спутниковой связи существует канал от концентратора к терминалу, называемый прямым (FWD) каналом, и канал от терминала к концентратору, называемый обратным (RTN) каналом. В односторонней службе используется только канал FWD. Типовая сеть двусторонней спутниковой связи проиллюстрирована на Фиг. 1. Концентратор или шлюз (1) осуществляет связь с терминалом (3) посредством по меньшей мере одного спутника (2). В такой системе покрытие множества терминалов может обеспечиваться посредством одного концентратора. В этом случае сеть называется звездообразной сетью. Служба спутниковой связи может содержать несколько концентраторов. Концентратор может содержать несколько передатчиков и/или приемников, если, например, ширина полосы, необходимая в прямом канале, больше ширины полосы, которая может передаваться от одного передатчика.
[0004]  Приемные терминалы, для которых трафик может потенциально комбинироваться в один кадр, группируются в спутниковую сеть или satnet. Эти терминалы декодируют одну и ту же несущую в одно и то же время в одном и том же контуре. Контроллер satnet, работающий на базе процессора или ASIC или FPGA, отвечает за обработку прямого и обратного (также называемого входящим и исходящим) трафика, связанного с satnet. Резюмируя, модулятор отправляет кадры последовательно в физическом носителе, которые демодулируются посредством множества терминалов, каждый из которых требует части или всего содержимого кадров.
[0005]  Рассматривается система спутниковой связи, в которой в прямом канале контроллер satnet (например, работающий на базе процессора на блейд-сервере или работающий на базе FPGA или ASIC) мультиплексирует данные (также называемые трафиком), идущие к группе терминалов в кадре, который затем отправляется модулятору (например, по каналу Ethernet, в случае если контроллер satnet работает на базе процессора на блейд-сервере, или по физическим линиям на FPGA, в случае если контроллер работает на базе FPGA). Такой кадр представляет собой, например, кадр основной полосы. Два ключевых компонента процессора satnet называются формирователь и инкапсулятор. Средняя скорость, при которой указанный кадр отправляется модулятору, зависит от средней скорости, при которой данные для этой satnet передаются беспроводным образом (обычно равна скорости передачи символов передаваемой несущей или ее части в случае с квантованием времени, см. DVB-S2, Приложение M).
[0006]  В настоящем описании приводится ссылка на скорость передачи символов передаваемой несущей. Такая несущая также, возможно, может предоставляться с механизмом деления, таким как, например, квантование времени, посредством которого скорость передачи символов несущей делится (квантуется) на множество долей, и каждая из долей используется для различных satnet.
[0007]  Данные для множества спутниковых сетей могут передаваться беспроводным образом от одного модулятора последовательным образом (например, посредством квантования времени в одном большом физическом носителе, см. DVB-S2, Приложение M), параллельным образом (например, посредством передачи множества несущих по ортогональным частотам, при этом такое множество несущих может присутствовать в одном луче или облучении контура) или в виде их комбинации. Таким образом, процессор satnet или множество процессоров satnet отправляют один или более потоков данных, относящихся ко множеству спутниковых сетей, последовательным или параллельным образом модулятору.
[0008]  Эти кадры основных частот затем буферизуются в средстве хранения в модуляторе (например, в случае с квантованием времени, чтобы гарантировать минимальное время между кадрами с одинаковым номером кванта), например, в программируемой пользователем вентильной матрице (FPGA) или специализированной интегральной схеме (ASIC или микросхема). Впоследствии каждый кадр кодируется посредством модулятора в кадр с поправкой на ошибку при прямой передаче (FEC) (называется кодированием), упаковывается в кадр символов (называется модуляцией), называемым кадром XFEC. Процесс кадрирования на физическом уровне вставляет известные символы (заголовок и потенциально относящиеся к PLFRAME символы пилот-сигнала) в кадры XFEC или вставляет фиктивные кадры, если кадры XFEC не доступны на момент запроса символов формированием основной полосы и квадратурной модуляцией. Кадры на выходе процесса кадрирования на физическом уровне называются PLFRAME. Для PLFRAME затем выполняется формирование импульсов в соответствии с формой волны основной частоты посредством формирования основной частоты и преобразование в РЧ-сигнал посредством квадратурной модуляции. Таким образом, каждый кадр основной частоты связан с модуляцией и кодированием (также называются modcod). В DVB-S2 и DVB-S2X число кодированных битов «нормального» кадра равно 64800 битов. Таким образом, число битов в кадре основной полосы, до кодирования, зависит от скорости кодирования, например, 2/3. Кроме того, число символов в кодированном упакованном кадре основной полосы зависит от числа битов, упакованных для одного символа, (например, 2 бита для QPSK, 3 бита для 8-PSK, 4 бита для созвездий 16-APSK и т. д.).
[0009]  Как упоминалось выше, кадрирование на физическом уровне вставляет заголовок и необязательно относящиеся к PLFRAME символы пилот-сигнала, которые представляют собой известные символы и могут использоваться для синхронизации на стороне приемника. В дополнение, символы заголовка сигнализируют о типе кадра, который идет за ними (например, используемая модуляция и кодирование).
[0010]  Спутник может представлять собой спутник с ретрансляцией типа «прямая дыра», спутник с цифровой прозрачной полезной нагрузкой или регенеративный спутник. Он также может представлять собой любое из указанного выше в комбинации со спутником с переключением луча. В спутнике с ретрансляцией типа «прямая дыра» принимаемый сигнал обрабатывается аналоговым образом (например, фильтрация, преобразование частоты, усиление), при этом основная цель состоит в том, чтобы усилить сигнал для передачи в нисходящем канале. В регенеративном спутнике принимаемый сигнал обрабатывается цифровым образом. В частности, принимаемый сигнал преобразуется с понижением частоты до основной частоты, выполняется синхронизация несущей и для формы волны выполняется согласованная фильтрация, что дает последовательность цифровых символов. В основном, символы распаковываются в кодированные биты, которые декодируются для получения (в случае успешного декодирования) кадра основной частоты.
[0011]  При статических полезных нагрузках спутников связи область покрытия постоянно облучается, даже во время, когда запрашивается меньший трафик связи, следовательно, доступные физические ресурсы не используются эффективным образом. Тогда как полезные нагрузки спутников с переключением луча (см. документы "Challenges of a flexible satellite payload on the payload and operational software tools", S. Amos et al., 3rd ESA Workshop on Advanced Flexible Telecom Payloads. March 2016, ESA/ESTEC, Noordwijk (NL) и "Eutelsat QUANTUM-class satellite: beam hopping", E. Feltrin et al., 3rd ESA Workshop on Advanced Flexible Telecom Payloads, March 2016, ESA/ESTEC, Noordwijk (NL)) обеспечивают гибкость динамического перенаправления в ходе работы ресурсов полезной нагрузки (например, мощность, частота, время) в географические местоположения, где приемники запрашивают трафик связи в определенный момент времени. Переключение луча в спутниковой связи направлено на повышение гибкости направления трафика связи приемникам (т. е. контурам на земле, где находятся приемники), когда это необходимо. Одно устройство переключения луча в спутнике с переключением луча облучает множество контуров на земле один за другим. Например, предположим, что имеется три контура C1, C2 и C3. Возможной последовательностью облучения тогда является, например, C1 C1 C2 C3 C2 C1 C3 C3 C1 C2. Последовательность периодически повторяется. В этом примере приемники в контуре C1 получают доступ к большему количеству спутниковых ресурсов, чем приемники в контуре C2 или C3. Таким образом, возможно гибкое распределение спутниковых ресурсов для контуров, что открывает целый ряд рыночных возможностей (например, отправки большего количества трафика в зоны высокой интенсивности).
[0012]  Параметры канала FWD спутниковой связи, наблюдаемые на стороне терминала, являются переменными, например, вследствие меняющихся погодных условий. Следовательно, определенный modcod может быть более не декодируемым, например, в случае если идет дождь. В этом случае может быть более оптимальна более низкая скорость кодирования, так как она позволяет декодировать большее количество ошибок. На основе выведенных параметров канала посредством принимающей наземной станции (называется мониторинг ACM) контроллер адаптивного кодирования и модуляции (ACM) предлагает modcod для последующих кадров, которые требуется отправить указанной принимающей наземной станции. Новый modcod может отличаться от предыдущего modcod, если изменились параметры канала. Контроллер ACM может находиться в принимающей наземной станции или возле передающей наземной станции и принимает в качестве входных данных выведенные параметры канала от принимающей наземной станции (например, посредством обратного канала сети спутниковой связи). Фактически, контроллер ACM выводит последовательность modcod, по одному для каждой принимающей наземной станции. Этот список modcod является входными данными для формирователя и инкапсулятора. При передаче посредством регенеративных спутников modcod для восходящего канала отличается от modcod для нисходящего канала, так как на борту спутника имеется также демодулятор. Канал, видимый спутниковым приемником, т. е. восходящий канал, отличается от канала, видимого приемником нисходящего канала, принимающей наземной станцией.
[0013]  Кадры физического уровня, отправляемые посредством модулятора, могут быть различных типов, включая нормальные кадры DVB-S2 или DVB-S2X или суперкадры DVB-S2X (см. DVB-S2X, Приложение E, и описание ниже). В случае со спутником с переключением луча, несколько документов из предшествующего уровня техники (см., например, EP18176340 и приведенные там ссылки) поясняют, что суперкадры должны использоваться в случае с переключением луча, при этом приемники могут немедленно фиксироваться на преамбуле, отправляемой при использовании суперкадров.
[0014]  Суперкадры DVB-S2X содержат постоянное число передаваемых символов, в частности, 612540 символов. Это больший контейнер, чем DVB-S2 и DVB-S2X PLFRAME. PLFRAME состоит из целого числа единиц емкости (CU), каждая из которых содержит 90 символов. Суперкадр DVB-S2X также переносит целое кратное число CU, но намного большее, чем PLFRAME. Суперкадр также добавляет в начало преамбулу и вставляет пилот-сигналы суперкадра. Суперкадр (SF) DVB-S2X предложен для следующих целей:
- повышение стойкости к помехам совмещенного канала посредством скремблирования по всей ширине суперкадра;
- поддержка алгоритмов синхронизации VL-SNR посредством регулярной вставки полей опорных данных;
- Синхронизация передачи по множеству лучей, которая, среди прочего, обеспечивает возможность переключения луча и предварительного кодирования.
[0015]  Предусмотрены различные виды суперкадров (SF) для охвата различных областей применения. Эти виды называются форматами SF. Пять различных форматов (называемых в стандарте DVB-S2X формат 0, 1, 2, 3 и 4 соответственно) уже были определены. Следует отметить, что в суперкадре не могут одновременно присутствовать символы пилот-сигнала, относящиеся к PLFRAME, и символы пилот-сигнала суперкадра. Настоящее изобретение ограничивается случаем, в котором вставляются символы пилот-сигнала суперкадра, следовательно, символы пилот-сигнала, относящиеся к PLFRAME, не вставляются.
[0016]  Пять форматов SF можно вкратце описать следующим образом:
- Формат 0: DVB-S2X, но с выровненными по SF пилот-сигналами и включая новый кадр VLSNR для приема в режиме пульсирующего трафика VL-SNR
- Формат 1: поддержка устаревшего DVB-S2, но с выровненными по SF пилот-сигналами
- Формат 2 и 3: пакетные форматы PLFRAME, подходящие для применения с предварительным кодированием и переключением луча
- Формат 4: гибкий многоцелевой формат, оптимизированный для широкополосной передачи и большого диапазона SNR
[0017]  Формат 4 в стандарте DVB-S2X поддерживает четыре различные уровня защиты заголовка на физическом уровне, которые обеспечивают возможность поддержки сценариев для областей применения с очень низким SNR, но также высокоэффективную сигнализацию для высокого SNR и случая с высокой пропускной способностью. Уровень защиты может меняться на посуперкадровой основе. Например, для терминала, для которого наблюдается канал с очень низким SNR, заголовок PL в PLFRAMES может быть расширен в пять раз, что соответствует наивысшему уровню защиты, в результате чего заголовок PL будет охватывать 10 интервалов из 90 символов. Так как уровень защиты может быть указан только на посуперкадровой основе, в случае с наивысшим уровнем защиты всем PLFRAMES необходимо отправить заголовок PL, охватывающий 10 интервалов. Уровнями защиты являются:
- Уровень 0: стандартная защита (интервалы размером 2) с использованием модуляции BPSK и общей кодовой скоростью 1/10
- Уровень 1: надежная защита (интервалы размером 4) с использованием модуляции BPSK и расширения 2, вследствие чего общая кодовая скорость составляет 1/20
- Уровень 2: очень надежная защита (интервалы размером 10) с использованием модуляции BPSK и расширением 5, вследствие чего общая кодовая скорость составляет 1/50
- Уровень 3: высокоэффективный режим (интервал размером 1) с использованием модуляции QPSK и общей кодовой скоростью 1/8,75 вследствие выкалывания
[0018]  В некоторых случаях применения представляет интерес укорачивание суперкадров DVB-S2X. Например, при передаче прямой несущей для обслуживания множества терминалов в satnet, в которой по меньшей мере один терминал требует, вследствие того, что для него наблюдаются тяжелые условия в канале, modcod с очень низким SNR (такой терминал называется терминалом с очень низким SNR), и по меньшей мере один другой терминал имеет лучшие условия в канале. Таким образом, при использовании стандарта DVB-S2X, для отправки данных по меньшей мере указанному терминалу с очень низким SNR необходим весь суперкадр с наивысшим уровнем защиты, даже если от этого терминала запрашиваются лишь несколько битов, и даже если для всех других терминалов наблюдается прекрасный канал с возможностью демодуляции очень эффективных modcod. Недостаток заключается в том, что все кадры PL будут иметь заголовок, охватывающий 10 интервалов, в результате чего непроизводительная передача будет слишком большой для других терминалов с лучшими условиями в канале. Укорочение суперкадра до укороченного суперкадра, с тем чтобы оно затрагивало только терминалы с очень низким SNR в указанном укороченном суперкадре, предотвратило бы такую слишком большую непроизводительную передачу для других терминалов, которые можно обслуживать посредством нового суперкадра с более низким уровнем защиты. Однако в предшествующем уровне техники не указано, как следует производить такое укорочение.
[0019]  В качестве второго примера, в котором необходимо укорочение суперкадров, рассмотрим передачу посредством спутника с переключением канала. Передача для излучаемого луча должна отправляться спутнику в то время, когда спутник излучает данный луч. Продолжительность излучения конкретного луча называется временем облучения. Существует два варианта. В одном случае время облучения короче длительности суперкадра (например, для малых скоростей передачи символов, при которых отправка 612540 символов занимает дольше времени), в этом случае необходимость укорочения суперкадра ясна. В альтернативном варианте время облучения дольше длительности суперкадра. Время облучения, следовательно, не является целым кратным длительности суперкадра. В частности, можно рассмотреть следующий пример. Если предположить наличие как минимум одного суперкадра на интервал переключения (HS) и как минимум четырех контуров на устройство переключения и два интервала на контур для гранулярности распределения ресурсов, как пояснялось выше, минимальный кадр планирования будет иметь длину восемь интервалов. Чтобы гарантировать максимальный джиттер задержки, один луч должен появляться в каждом кадре. Худшее расстояние для повторного появления луча, следовательно, составляет 2*8 – 2 = 14 интервалов. Если предположить, что HS = 1,25 мс, и стремиться поддерживать джиттер задержки ниже 20 мс, скорость передачи символов должна быть равна 490 Мбод (= 612540 символов / 1,25 мс), что возможно при использовании транспондера 500 МГц и приемника, который может справляться с такой скоростью передачи символов. Однако некоторые случаи применения могут быть не совместимы с такой шириной полосы (например, текущие модемы беспроводной связи работают при 125 МГц). Кроме того, операторы спутников могут хотеть предоставлять в аренду клиентам меньшие части ширины полосы (например, 250 МГц). Следовательно, существует потребность в решении для таких случаев.
[0020]  Текущий стандарт DVB-S2X не предусматривает описание того, как укоротить суперкадр. Единственные способы укорочения, описанные в стандарте DVB-S2X, заключаются в укорочении modcod VL-SNR в разделе 5.5.2.6: когда укорачивается блок LDPC, перед кодированием для первых X битов информации будет задан 0, и они не будут переданы. В WO2014/091271 упоминаются как DVB-S2, так и укорочение, но укорочение применяется на приемнике при демодуляции формы волны.
[0021]  Подводя итог, существует явная потребность в укороченных суперкадрах при сохранении преимущества суперкадров, например, для применения предварительного кодирования и для надежной синхронизации.
Сущность изобретения
[0022]  Цель вариантов осуществления настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство-передатчик наземной станции, способное генерировать укороченные суперкадры. Кроме того, цель состоит в том, чтобы предусмотреть систему спутниковой связи, содержащую такое устройство-передатчик наземной станции.
[0023]  Вышеупомянутая цель достигается посредством решения в соответствии с настоящим изобретением.
[0024]  В первом аспекте изобретение относится к устройству-передатчику наземной станции, выполненному с возможностью генерирования набора данных для передачи устройству-приемнику наземной станции системы спутниковой связи. Устройство-передатчик наземной станции содержит:
- средство кодирования и модуляции для упаковки множества кадров основной полосы, каждый из которых связан с типом модуляции и кодирования, во множество кадров кодированных и модулированных символов,
- средство кадрирования на физическом уровне, выполненное с возможностью вставки перед каждым кадром кодированных и модулированных символов, заголовка кадра физического уровня, вследствие чего получается множество кадров физического уровня,
- преобразовательное средство для преобразования преамбулы суперкадра, при этом указанная преамбула суперкадра содержит начало суперкадра и индикатор формата, и такое множество кадров физического уровня во множестве единиц емкости, при этом каждая единица емкости имеет длину 90 символов,
- средство генерирования суперкадров, выполненное с возможностью добавления первого подмножества единиц емкости, соответствующих указанной преамбуле суперкадра, ко второму подмножеству последовательных единиц емкости указанного множества, соответствующего указанному множеству кадров физического уровня, и вставки поля пилот-сигнала из 36 символов пилот-сигнала суперкадра типа A между каждой парой последовательных блоков из 16 единиц емкости указанного первого и второго подмножеств, получая таким образом сегмент пилот-сигнала, и выполненные с возможностью генерирования суперкадра посредством сбора числа из указанного сегмента пилот-сигнала, причем указанное число меньше 415.
[0025]  Предлагаемое решение действительно обеспечивает возможность укорочения длины суперкадров таким образом, чтобы поля пилот-сигналов равномерно распределялись как внутри одного суперкадра, так и между последовательными суперкадрами. Преамбула суперкадра и кадры физического уровня преобразуются в набор единиц емкости, длина каждой из которых составляет 90 символов. Поле пилот-сигнала из 36 символов затем вставляется между каждыми двумя последовательными группами из 16 единиц емкости. Таким образом получается конкатенация наборов из 16*90+36 = 1476 символов, формирующих сегмент пилот-сигнала, в котором присутствует одно поле пилот-сигнала. Суперкадр, имеющий длину, определенную в DVB-S2X, содержит 612540 символов, т. е. 415 сегментов пилот-сигналов из 1476 символов. Посредством включения в суперкадр менее 415 сегментов пилот-сигналов реализуется суперкадр укороченной длины. Использование укороченных суперкадров позволяет, в числе прочего, более эффективно использовать уровни защиты, доступные в формате 4 суперкадра.
[0026]  В предпочтительном варианте осуществления преамбула суперкадра содержит заголовок суперкадра, содержащий указатель на полный первый кадр физического уровня, рассчитываемый в единицах емкости, и селектор уровня защиты. Преимущественно заголовок суперкадра дополнительно содержит селектор включения/выключения пилот-сигнала суперкадра.
[0027]  В одном варианте осуществления устройство-передатчик наземной станции выполнено с возможностью добавления самое большее 16 единиц емкости из второго подмножества в конце суперкадра, если суперкадр должен быть передан последним во время облучения.
[0028]  Преимущественно число полей пилот-сигналов в суперкадре кратно 5. Это позволяет избегать необходимости заполнения символами для поддержания постоянного размера суперкадра.
[0029]  В вариантах осуществления устройство-передатчик наземной станции содержит средство инкапсуляции для генерирования множества кадров основной полосы.
[0030]  В вариантах осуществления устройство-передатчик наземной станции содержит средство формирования основной полосы и квадратурной модуляции, выполненное с возможностью приема суперкадра и модуляции символов суперкадра на форме волны со скоростью передачи символов, получая таким образом сигнал для передачи.
[0031]  В другом аспекте изобретение относится к системе спутниковой связи, содержащей устройство-передатчик наземной станции, как описывалось ранее, и множество устройств-приемников наземной станции.
[0032]  Предпочтительно устройства-приемники наземной станции выполнены с возможностью обнаружения указанных полей пилот-сигналов в указанном суперкадре и осуществления отслеживания пилот-сигналов на основе указанных обнаруженных полей пилот-сигналов.
[0033]  Устройства-приемники наземной станции предпочтительно выполнены с возможностью обнаружения начала суперкадра на основе обнаруженных полей пилот-сигналов.
[0034]  Для целей изложения сущности изобретения и преимуществ, достигнутых по сравнению с предшествующим уровнем техники, определенные цели и преимущества изобретения описаны в настоящем документе выше. Конечно, следует понимать, что не обязательно все такие цели или преимущества могут быть достигнуты в соответствии с любым конкретным вариантом осуществления изобретения. Таким образом, например, специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение может быть осуществлено или выполнено таким образом, при котором достигается или оптимизируется одно преимущество или группа преимуществ, описываемых в настоящем документе, при этом не обязательно достигаются другие цели или преимущества, которые могут описываться или предлагаться в настоящем документе.
[0035]  Вышеупомянутые и другие аспекты изобретения будут очевидны из варианта(-ов) осуществления, описываемого(-ых) ниже, и будут разъяснены со ссылкой на него (них).
Краткое описание графических материалов
[0036]  Далее изобретение будет описано посредством примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых аналогичные ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы на различных фигурах.
[0037]  На Фиг. 1 проиллюстрирована система спутниковой связи, в которой концентратор или шлюз (1) осуществляет связь со множеством терминалов (3) посредством спутника (2).
[0038]  На Фиг. 2 проиллюстрирована последовательность единиц емкости CU с одним полем пилот-сигнала P.
[0039]  На Фиг.3 проиллюстрирована структура (укороченного) суперкадра, построенного с сегментами пилот-сигналов, и размещение полей SOSF и SFFI.
[0040]  На Фиг. 4 проиллюстрировано продолжение сетки пилот-сигналов.
[0041]  На Фиг.5 проиллюстрирована более высокая гибкость распределения ресурсов, полученная для вида формата 4 посредством модификаций структуры суперкадра DVB-S2X.
[0042]  На Фиг.6 проиллюстрирована высокоуровневая блок-схема варианта осуществления устройства-передатчика наземной станции в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления изобретения
[0043]  Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления и со ссылкой на определенные графические материалы, причем изобретение не ограничено этим, а только формулой изобретения.
[0044]  Кроме того, термины «первый», «второй» и т. п. в описании и в формуле изобретения используются для различения схожих элементов и не обязательно для описания последовательности, временной, пространственной, ранговой или любой другой. Следует понимать, что термины, используемые таким образом, взаимозаменяемы в соответствующих обстоятельствах, и что описываемые в настоящем документе варианты осуществления изобретения пригодны к применению в последовательности, отличной от той, которая описана или проиллюстрирована настоящем документе.
[0045]  Следует отметить, что термин «содержащий», используемый в формуле изобретения, не следует интерпретировать как ограничивающийся средствами, перечисленными после него; он не исключает другие элементы или шаги. Таким образом, его следует интерпретировать как указание на присутствие заявленных признаков, целых чисел, шагов или компонентов, на которые приводится ссылка, но не как исключение присутствия или добавления одного или более других признаков, целых чисел, шагов или компонентов или их групп. Таким образом, объем выражения «устройство, содержащее средства A и B» не должен ограничиваться устройствами, состоящими только из компонентов A и B. Это означает, что, применительно к настоящему изобретению, A и B являются единственными релевантными компонентами устройства.
[0046]  Ссылка во всем описании на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описываемая в связи с вариантом осуществления, включена в по меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, присутствие фраз «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» в различных местах в данном описании может, но не обязательно, относиться к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут комбинироваться любым подходящим образом, как это было бы очевидно среднему специалисту в данной области техники на основе настоящего описания, в одном или более вариантах осуществления.
[0047]  Аналогичным образом, следует понимать, что в описании примеров осуществления изобретения различные признаки изобретения иногда группируются вместе в одном варианте осуществления, фигуре или его описании с целью упрощения раскрытия и способствования пониманию одного или более различных аспектов изобретения. Однако этот способ описания не должен быть интерпретирован как отражающий намерение, согласно которому заявленное изобретение требует больше признаков, чем явно указано в каждом пункте формулы изобретения. Напротив, как отражено в нижеследующей формуле изобретения, аспекты изобретения заключаются меньше чем во всех признаках одного из вариантов осуществления, раскрытого выше. Таким образом, формула изобретения, приведенная после подробного описания настоящего изобретения прямо включена в это подробное описание, причем каждый пункт формулы сам по себе является отдельным вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0048]  Кроме того, тогда как некоторые описываемые здесь варианты осуществления включают в себя некоторые, но не другие признаки, включенные в другие варианты осуществления, комбинации признаков различных вариантов осуществления входят в объем изобретения и формируют различные варианты осуществления, как было бы понятно специалистам в данной области техники. Например, в нижеследующей формуле изобретения любой из заявленных вариантов осуществления может использоваться в любой комбинации.
[0049]  Следует отметить, что использование конкретной терминологии при описании определенных признаков или аспектов изобретения не подразумевает того, что терминология переопределяется в настоящем документе и ограничивается включением любых конкретных характеристик признаков или аспектов изобретения, с которыми связана эта терминология.
[0050]  В приведенном здесь описании изложены многочисленные конкретные подробности. Однако, следует понимать, что варианты осуществления изобретения могут быть осуществлены на практике без этих конкретных подробностей. В других случаях известные способы, структуры и методики не показаны подробно, чтобы не затруднять понимание настоящего описания.
[0051]  Стандартизация DVB-S2X нацелена на достижение более высокой эффективности при использовании устаревшей структуры кадрирования на физическом уровне (PLFRAME) без внесения фундаментальных изменений в сложность и структуру DVB-S2. Более подробно, PLFRAME состоит из PLHEADER из 90 символов (или 180 в случае применения квантования времени), предназначенных для синхронизации приемника и сигнализации на физическом уровне, необязательно множества блоков пилот-сигналов, относящихся к 36 PLFRAME, и один FEC. Посредством фиксации числа кодированных битов на значении 64800 для нормальных кадров, 32400 для средних кадров и 16200 битов для коротких кадров, PLFRAME характеризуется длительностью, которая зависит от присутствия пилот-сигналов, относящихся к PLFRAME, при выбранном формате модуляции и при скорости передачи символов. Так как передача символов пилот-сигнала, относящихся к PLFRAME, не регулярна по времени для различных PLFRAME, приемнику необходимо поддерживать непрерывную обработку кадров (т. е. непрерывно декодировать каждый заголовок PL (PLH), обнаруживать число символов, переносимых посредством текущего кадра, а затем искать следующий заголовок за полученным числом символов) для поддержания фиксации на кадре. На практике, это означает, что посредством декодирования одного заголовка PLFRAME, приемник ищет следующий заголовок кадра PL за числом символов, определяемым длиной символов текущего кадра. Несмотря на эффективность такого подхода в режиме непрерывной работы, при потере кадра и необходимости выполнения повторного получения возникают сложности. Как уже упоминалось в разделе уровня техники, такие условия возникают, например, в условиях очень низкого SNR (например, терминалы с малой апертурой, такие как мобильные терминалы и т. д.) и в спутниках с переключением луча, где лучи не излучаются непрерывно.
[0052]  Потребность в недорогих приемниках для пакетного режима передачи, способных выполнять фиксацию на одном кадре, с одной стороны, а, с другой стороны, внедрение переключения луча, при котором приемник не всегда облучается и при котором требуется выполнять фиксацию на первом кадре, когда начинается облучение, повлекла за собой определение более жесткой структуры передачи. Такая более жесткая структура нацелена на снижение сложности реализации системы прерывистой фиксации на стороне передачи. Для фиксации только на одном кадре, даже в условиях с низким SNR, требовался заголовок с большей длиной. Чтобы не создавать риски для эффективности уровня PHY, необходимо убедиться, что эти длинные заголовки не передаются слишком частым образом (чтобы не создавать слишком большие заголовки). В результате был определен больший контейнер, а именно суперкадр (SF).
[0053]  Вкратце, структура суперкадра привносит следующие усовершенствования. Суперкадры состоят из постоянного числа передаваемых символов, в частности 612540 символов, которое улучшает синхронизацию и отслеживание. Это, например, позволяет «выравнивать» различные суперкадры и, следовательно, последовательности пилот-сигналов по множеству несущих при одной скорости передачи символов, что может быть полезно, например, для предварительного кодирования. В частности, такое выравнивание обеспечивает возможность управления помехами либо посредством корреляции на стороне приемника с использованием ортогональных последовательностей, включенных в качестве символов пилот-сигнала суперкадра, например, последовательностей Уолша-Адамара, либо посредством предварительного кодирования на стороне передатчика.
[0054]  SF имеет длинный (720 символов) заголовок, который значительно упрощает повторное получение в случае потери SF. Кроме того, предусмотрено равномерное распределение полей пилот-сигналов суперкадра. Точнее, каждый SF состоит в точности из 612540 символов физического уровня, которые разделяются среди следующих полей:
• начало SF (SOSF), состоящее из 270 символов, содержащих известную последовательность, выбранную из набора ортогональных последовательностей Уолша-Адамара, используемое для обнаружения SF и маркировки начала SF; SOSF — это эквивалент начала кадра (SOF) для кадра PL
• индикатор формата SF (SFFI), который состоит из 450 символов, включающих в себя четыре бита сигнальной информации (имеющих высокую степень кодирования и распределенных в общей сложности по 450 символам), которая используется для идентификации 16 различных форматов SF;
• общее поле данных/сигнализации из 611820 символов данных и символов пилот-сигнала суперкадра, которое может выделяться несколькими различными способами для фактических кадров DVB-S2(X) PL в соответствии с SFFI;
SOSF и SFFI для SF представляют эквивалент заголовка кадра PL для кадра PL. В формате 4 заголовок SF для конкретного формата указывает положение первого заголовка PL внутри SF. Оставшиеся PLH необходимо вычислить. Поэтому необходимо постоянное отслеживание внутри SF. SOSF и SFFI всегда декодируются. Однако на основе SOSF и/или SFFI приемник может выбирать: декодировать остальную часть SF или нет. При отбрасывании SF, которые не были выбраны для декодирования, приемник может сохранять фиксацию, не расходуя ценные ресурсы на декодирование ненужной информации.
[0055]  DVB-S2X поясняет, как, с учетом фиксированной длины суперкадра, составляющей в общей сложности 612540 символов, могут быть определены пилот-сигналы, выровненные по суперкадрам, (пилот-сигналы SF), которые размещаются со ссылкой на структуру суперкадра, тогда как, например, в DVB-S2, определяются пилот-сигналы, относящиеся к PLFRAME, со ссылкой на PLFrame. Шаблоны и положения пилот-сигналов SF могут быть выбраны таким образом, чтобы выполнялось следующее условие 1 и условие 2:
• Условие 1: пилот-сигналы суперкадра вставляются через равные промежутки в суперкадр. Это также относится к последовательным суперкадрам, т. е. поля пилот-сигналов суперкадров будут периодически повторяться по всем суперкадрам (в частности, между двумя последовательными полями по всей несущей имеется постоянное расстояние в символах)
• Условие 2: для поддержания постоянного размера суперкадров не требуется заполнение символами, независимо от присутствия или отсутствия пилот-сигналов SF (включены или выключены).
SF
SF
SF
[0056]  В стандарте приводится несколько предложений по выполнению этих условий с использованием таких параметров, как расстояние между полями пилот-сигналов SF d и длина поля пилот-сигнала SF P, где поле пилот-сигнала SF представляет собой последовательность символов пилот-сигнала. Расстояние между полями пилот-сигналов SF d — это количество символов не пилот-сигнала между
• началом суперкадра и началом первого поля пилот-сигнала SF
• концом поля пилот-сигнала SF и началом следующего поля пилот-сигнала SF.
SF
Длина поля пилот-сигнала SF P — это число символов пилот-сигнала SF в поле пилот-сигнала SF.
SF
SF
DVB-S2X определяет конкретный экземпляр выровненных по суперкадрам пилот-сигналов (пилот-сигналов SF), называемых пилот-сигналами SF типа A. В частности, в контексте настоящего изобретения важны следующие аспекты пилот-сигналов SF типа A. Единица длиной 90 символов называется «единицей емкости» (CU). Стандарт DVB-S2X определяет расстояние между полями пилот-сигнала SF d как 16 CU, что, следовательно, равняется 1440 символам. Далее, пилот-сигналы SF типа A имеют размер поля пилот-сигнала P= 36 символов. Следовательно, поля пилот-сигнала SF длиной, равной 36 символов, равномерно вставляются между двумя блоками из 16 CU, содержащими другие символы, считая от начала суперкадра, включающего в себя подмножество CU, сформированное CU для SOSF/SFFI (в общей сложности 8 CU). Равномерность сетки пилот-сигналов SF также сохраняется от суперкадру к суперкадру, в случае если пилот-сигналы остаются включенными посредством выбора формата или сигналов, относящихся к формату. На Фиг.2 показана последовательность таких 16CU и одно поле пилот-сигнала P, формирующие так называемый сегмент пилот-сигнала. Далее на Фиг. 3 показано, как сегменты пилот-сигнала комбинируются в суперкадр и как в этом суперкадре размещаются SOSF/SFFI. Другие CU должны быть заполнены в соответствии со спецификацией формата суперкадра.
[0057]  В DVB-S2X, в зависимости от спецификации формата суперкадра используется несколько способов для сигнализации о том, используются ли пилот-сигналы SF. В случае со спецификацией 0, 1 и 4 формата суперкадра пилот-сигналы SF типа A используются, когда передается сигнал о том, что используются пилот-сигналы SF.
[0058]  В настоящем изобретении предлагается альтернативный способ укорочения суперкадра. При этом суперкадр выбирается таким образом, чтобы вставка пилот-сигналов SF типа A все еще соответствовала условию 1 и, необязательно, условию 2.
[0059]  Для соответствия условию 1 укорочение выполняется посредством генерирования суперкадра с длиной суперкадра в символах, равной N*(16*90+36), при этом N представляет собой целое число в диапазоне 1 ≤ N < 415. Когда N составляет 415, длина суперкадра соответствует длине суперкадра в стандарте DVB-S2X, следовательно, она не предусматривает укорочения. Следует напомнить, что идея условия 1 состоит в том, чтобы вставлять поле пилот-сигнала SF между двумя блоками из 16 CU для поддержания хорошей синхронизации для улучшения обнаружения символов полезной нагрузки второго блока из 16 CU. В частном случае с переключением луча облучение приемника прекращается в конце времени облучения. Следовательно, за последним блоком из 16 CU поле пилот-сигнала SF не требуется, так как нет необходимости улучшать обнаружение поступающих символов полезной нагрузки, так как поступающих символов полезной нагрузки нет. Вместо этого, как упоминалось, например, в EP18176340, может быть выбран интеллектуальный шаблон известных символов для упрощения обнаружения конца облучения приемником. Более того, длина последнего блока полезной нагрузки не обязательно должна составлять 16 CU, она может составлять любое целое число CU, меньшее или равное 16 CU. Следовательно, длина суперкадра, отправленного последним во время облучения, может быть равна M*(90) + целая часть (M/16)*36, где M — целое число в диапазоне 1≤M<6640, или M*(90) + целая часть ((M-1)/16)*36.
[0060]  Для соответствия не только условию 1, но и условию 2, укорочение осуществляется посредством выбора длины суперкадра в символах, равной 5*N*(16*90+36), где N — целое число в диапазоне 1≤N<83, за исключением последнего отправленного суперкадра во время облучения, который может иметь длину, равную M*(90) + целая часть (M/16)*36, где M — целое число в диапазоне 1≤M<6640, или M*(90) + целая часть ((M-1)/16)*36. Это обусловлено тем, что наименьшее целое кратное 36, которое также является целым кратным 90, равно 180, следовательно, для получения 180 символов пилот-сигнала, эквивалентных двум CU, необходимо пять пилотных полей из 36 символов. Таким образом, суперкадр может быть целым кратным CU без заполнения. На Фиг. 4 показано, как сетка пилот-сигналов продолжается от укороченного суперкадра к следующему (укороченному суперкадру), если соблюдается условие 1.
[0061]  Далее будет проиллюстрировано, что использование суперкадров с укороченной длиной, как предлагается в настоящем изобретении, обеспечивает преимущества для гранулярности скорости передачи символов в примере с переключением луча, приведенном в конце раздела уровня техники. В случае с укороченными суперкадрами спутник с переключением луча с интервалом переключения HS = 1,25 мс может выбирать целое число укорочения N = 98 и включать пилот-сигналы суперкадров (пилот-сигналы PLFRAME, относящиеся к DVB-S2X, отключены). Таким образом, короткий SF имеет длину N*(16*90+36)=144648 символов, что дает более низкую скорость передачи символов = 144648 символов /1,25 мсек = 115718 Мбод. Более мелкая гранулярность несущей достигается, как показано на Фиг. 5 для вида формата 4 SF.
[0062]  На Фиг. 5 проиллюстрировано использование заголовка суперкадра (SFH) и SFH-концевика (ST), прикрепленного к блокам SOSF и SFFI. Кроме того, SFH и ST делятся на CU. SFH содержит 7 CU с указателем для кадрирования, селектор включения/выключения пилот-сигналов суперкадров и селектор уровня защиты. ST имеет длину в одну CU. За восемью CU SOSF и SFFI и восемью CU SFH и ST затем следует поле пилот-сигнала. Следует отметить, что в конце суперкадра есть поле пилот-сигнала.
[0063]  Текущий стандарт DVB-S2X уже поясняет, что можно делать в случае отсутствия целого числа PLFRAMES, которое подходит для суперкадра. В частности, последний PLFRAME можно разделить по двум суперкадрам, где первая часть (целое число CU) включается в конец первого суперкадра, а вторая часть (также целое число CU) включается в начало следующего суперкадра для satnet.
[0064]  В дополнение к предложенному структурированному способу укорочения предлагается система, в которой контроллер satnet максимизирует эффективность путем минимизации непроизводительной передачи. Например, при наличии терминалов в satnet, которые требуют различного уровня защиты, представляет интерес укорочение суперкадра с наивысшим уровнем защиты, с тем чтобы была включена полезная нагрузка терминала, требующего данного уровня защиты, но не более. Полезная нагрузка для других терминалов может затем отправляться посредством других суперкадров с другим уровнем защиты.
[0065]  В качестве другого примера, рассмотрим контекст со спутником с переключением луча. В этом случае контроллер, который синхронизируется со временем коммутации для переключения луча (например, см. EP18176340 для ознакомления с пояснениями того, как достичь такой синхронизации), может укорачивать суперкадры таким образом, чтобы они оптимально подходили для времени облучения, в комбинации с любым известным шаблоном символов, передаваемым после этого, требуемым для обнаружения конца облучения для поддержания синхронизации.
[0066]  На Фиг. 6 проиллюстрирован вариант осуществления передатчика в соответствии с настоящим изобретением. Устройство-передатчик наземной станции содержит:
- средство (10) кодирования и модуляции, при этом набор кадров основной полосы, каждый из которых связан с типом модуляции и кодирования, представляет собой упакованные кадры кодированных и модулированных символов,
- средство (20) кадрирования для вставки перед каждым кадром кодированных и модулированных символов, заголовка кадра физического уровня, вследствие чего получается множество кадров физического уровня,
- преобразовательное средство (30) для преобразования преамбулы суперкадра, которая содержит начало суперкадра (SOSF) и индикатор формата суперкадра (SFFI), и такое множество кадров физического уровня во множество единиц емкости, при этом каждая из них имеет длину 90 символов,
- средство (40) генерирования суперкадров для добавления первого подмножества единиц емкости, соответствующих преамбуле суперкадра, ко второму подмножеству единиц емкости указанного множества, соответствующего кадрам физического уровня, и для вставки поля пилот-сигнала из 36 символов пилот-сигнала суперкадра типа A между каждой парой последовательных блоков из 16 единиц емкости подмножеств, получая таким образом сегмент пилот-сигнала, и для генерирования суперкадра посредством сбора числа из сегментов пилот-сигнала, причем указанное число меньше 415.
[0067]  В другом аспекте изобретением раскрывается система спутниковой связи, содержащей передающее устройство наземной станции и множество устройств-приемников наземной станции. Устройство-приемник необходимо адаптировать для обработки укороченных суперкадров, передаваемых посредством передающего устройства наземной станции.
[0068]  Устройству-приемнику сначала необходимо обнаружить передачу суперкадра. Это может быть достигнуто посредством идентификации SOSF. Далее необходимо найти индикатор длины суперкадра. Устройство-приемник затем проверяет за каждым обнаруженным полем пилот-сигнала наличие индикатора начала суперкадра (SOSF). Если он имеется, то начало следующего суперкадра действительно найдено или достигнут конец предыдущего суперкадра; если нет, то начальная точка SF должна появиться дальше по потоку. Когда 415 пилотных сегментов найдены, приемник знает, что текущий суперкадр имеет длину, указанную в стандарте DVB-S2X (см., например, ETSI EN 302 307-2 v1.1.1). Если перед появлением следующего SOSF найдено менее 415 пилотных сегментов, используется укороченный суперкадр, как предлагается в настоящем изобретении.
[0069]  Если переключение луча активно, последние CU суперкадра в конце облучения заполняются фиктивными кадрами типа B до достижения конца облучения. Облучению позволяют завершиться после PLH фиктивного кадра типа B. Если отправляется несколько фиктивных кадров B, облучению позволяют завершиться после PLH первого фиктивного кадра типа B.
[0070]  Если переключение луча активно, устройство-приемник проверяет в каждой CU наличие заголовка PL фиктивного кадра типа B. Если он имеется, предполагается, что суперкадр заканчивается за заголовком PL первого фиктивного кадра типа B и, следовательно, длина суперкадра известна.
[0071]  В определенных вариантах осуществления устройства-приемника системы спутниковой связи приемник использует знание сетки полей пилотных сигналов для улучшения синхронизации. Периодическая сетка полей пилот-сигналов обеспечивает возможность менее сложного отслеживания пилот-сигналов.
[0072]  Хотя изобретение проиллюстрировано и подробно описано на графических материалах и в вышеприведенном описании, такая иллюстрация и описание носят иллюстративный характер или характер примеров и не являются ограничивающими. Вышеприведенное описание подробно описывает определенные варианты осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, однако, что невзирая на то, насколько подробен вышеприведенный текст, настоящее изобретение может быть осуществлено на практике многими способами. Настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.
[0073]  Специалистами в данной области техники, осуществляющими на практике заявленное изобретение, могут быть поняты и реализованы другие вариации раскрытых вариантов осуществления, исходя из изучения графических материалов, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие элементы или шаги, а форма единственного числа не исключает множественности. Один процессор или другое устройство может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Сам факт того, что определенные средства упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может использоваться для обеспечения преимущества. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптическое запоминающее устройство или твердотельный носитель, поставляемый с другим оборудованием или как его часть, но также может распространяться в других формах, например, через Интернет или посредством других проводных или беспроводных телекоммуникационных систем. Никакие позиционные обозначения в формуле изобретения не следует интерпретировать как ограничивающие его объем.