CN102934372A - 用于传输数据的卫星通信系统和方法 - Google Patents

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CN102934372A CN2011800173787A CN201180017378A CN102934372A CN 102934372 A CN102934372 A CN 102934372A CN 2011800173787 A CN2011800173787 A CN 2011800173787A CN 201180017378 A CN201180017378 A CN 201180017378A CN 102934372 A CN102934372 A CN 102934372A
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C·梁
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Abstract

一种卫星通信系统包括:至少一个基站(1);至少一个卫星(2),其可以与基站(1)建立通信连接用于数据传输;以及多个接收器(32),适于接收从卫星(2)传输的信号;其中设计通信系统利用第一数据传输速率在从基站(1)到卫星(2)的至少一个上行链路数据流(U)中传输数据,并且利用第二数据传输速率在从卫星(2)到接收器(32)的至少一个下行链路数据流(D)中传输数据;其中第一数据传输速率低于第二数据传输速率,并且其中卫星(2)配备有数据存储装置(22),其适于存储从基站(1)向卫星(2)传输的数据并且向接收器(32)供应为传输提供的数据。

Description

用于传输数据的卫星通信系统和方法
技术领域
本发明涉及卫星通信系统并且涉及用于经由至少一个卫星从至少一个基站向多个接收器传输数据的方法。
新娱乐技术使用户不仅能够经由陆地通信系统还能够经由卫星通信系统访问娱乐数据点播,例如电影、计算机游戏、音乐或电子书。
背景技术
图2示出了现有技术卫星通信系统,该卫星通信系统允许来自基站或地面站101中提供的数据存储装置的数据经由卫星通信连接分发到最终用户团体103。地面站101包括数据存储装置110(例如音乐或电影旋转木马(carrousel))作为数据存储器。数据管理器112处理从各自用户终端130发送的请求并且确保向用户终端130发送正确的数据。调制器装置114也是地面站101的部分。调制器装置114从数据存储装置110接收数据、将数据调制为通常被加密的合适的数据传输格式并且在上行链路数据流U’中经由地基卫星天线116向卫星102发送这些经调制的数据。
上行链路数据流U’由卫星102的板载接收器121通过卫星102的第一天线120接收并且被发送到卫星102的板载转发器装置122。转发器装置122通常放大接收的信号并且将它们发送到连接至卫星102的第二天线124的发射器123,该发射器123向多个用户终端130传输放大的数据作为下行链路数据流D’。被寻址的用户终端130通常解密接收的数据流并且处理获得的信号,以便为用户提供适当的娱乐,例如显示在视频屏幕上的电影。
该已知卫星通信系统要求上行链路数据流U’与下行链路数据流D’具有相同的数据传输速率。因而,用于上行链路数据流U’的带宽必须与用于下行链路数据流D’的带宽相同。
该已知技术浪费了上行链路路径的通信带宽并且将访问时间至少延长了上行链路信号传播时间。用于约200个 HDTV电影频道的视频点播应用将分别要求580 Mbps上行链路速率和下行链路速率的数据传输速率。
US 6697850 B1公开了基于卫星的通信系统,该基于卫星的通信系统具有板载因特网web代理高速缓存。从标准终端或增强终端向卫星传输针对所选web页面的请求。卫星初始确定传输来自标准用户还是来自增强终端。如果请求来自标准终端,则卫星直接向地面站中继针对web页面的请求,地面站从本地高速缓存或因特网取回请求的web页面,并且向卫星传输请求的web页面,其中卫星继而向用户终端重传它。如果从增强终端传输原始请求,则卫星确定其是否已经在其板载存储器高速缓存中具有所请求web页面的副本。如果卫星在其他存储器高速缓存中具有副本,则从其存储器高速缓存取回所请求的web页面并且将所请求的web页面传输到增强终端。如果卫星不具有所请求的web页面的副本,则其从地面站请求该页面。该已知系统涉及其中卫星仅配备有高速缓存存储器的因特网,在该高速缓存存储器中高速缓存了已经传输的页面。由于这些高速缓存的页面不覆盖所有可能的用户请求,所以上行链路数据连接必须与下行链路数据连接具有相同的数据传输速率,使得也可以向用户快速传输非高速缓存的页面。
发明内容
本发明的目的是经济地提供卫星通信系统和经由至少一个卫星从至少一个基站向多个接收器传输数据的方法,其允许向接收器传输高数据容量,特别是多媒体数据。
涉及卫星通信系统的该目的由具有权利要求1的特征的卫星通信系统实现。
该新的和发明性卫星通信系统包括至少一个基站;至少一个卫星,其可以与基站建立通信连接用于数据传输;以及多个接收器,适于接收从卫星传输的信号。设计通信系统以利用第一数据传输速率在从基站到卫星的至少一个上行链路数据流中传输数据,并且利用第二数据传输速率在从卫星到接收器的至少一个下行链路数据流中传输数据。第一数据传输速率低于第二数据传输速率,并且卫星配备有数据存储装置,其适于存储从基站向卫星传输的数据并且向接收器供应为传输提供的数据。
提供卫星板载的数据存储装置实现了提供具有较低数据传输速率的基站与卫星之间的上行链路数据连接,这相对于其中上行链路具有与下行链路相同的数据传输速率的通信系统可观地减少了成本。
本创新提出了提供卫星的板载存储能力,即在用户本身之前的最后实例处,并且不是如现有技术的情况那样在基站中。存储专用于所有数据,这要求重复分发。
在本发明的优选实施例中,上行链路数据流的带宽低于下行链路数据流的带宽。
如果上行链路数据流的数据传输协议不同于下行链路数据流的数据传输协议,则也是有利的。这允许服务于多种不同的最终用户终端和设备,比如静止或移动终端。
优选地,数据存储装置包括闪存芯片。闪存技术的使用实现了太空中的大数据容量的存储和对数据的快速访问。
在本发明的其他优选实施例中,卫星包括至少一个解调器,用于解调从基站接收的上行链路数据,和至少一个调制器,用于调制将向接收器传输的数据,并且在解调器与调制器之间提供数据存储装置。从而,数据可以以解调状态存储在基于卫星的存储装置中,这允许卫星板载的数据组织,例如,用于重复分发。
优选地,解调器和/或调制器配备有可再编程处理器。可再编程解调和/或调制以及还有编码处理硬件的使用使得系统能够应付用于下行链路的不同传输协议以服务于多种最终用户终端。这包括利用未来的新传输协议软件在太空中更新系统的能力。
涉及方法的本发明的目的由具有权利要求9的特征的方法实现。
经由至少一个卫星从至少一个基站向多个接收器传输数据的该新的和发明性方法包括以下步骤
a)利用第一数据传输速率经由从基站到卫星的至少一个上行链路数据流传输数据;
b)在卫星的板载数据存储装置中存储从基站向卫星传输的数据;以及
c)利用第二数据传输速率在从卫星到一个或多个接收器的至少一个下行链路数据流中传输数据;
其中第一数据传输速率低于第二数据传输速率。
优选地,上行链路数据流的带宽低于下行链路数据流的带宽。
在单束的情况中对上行链路的减少的带宽要求的优势允许单个上行链路网关服务于比根据现有技术的情况多得多的下行链路束。
该方法允许以减少的成本向具有低容量上行链路、优选地具有小带宽的卫星缓慢地上传数据库(data stock),比如电影或音乐的旋转木马,并且在卫星的存储装置中提供更接近用户的该数据库,从卫星的存储装置,可以使用更快的高容量下行链路、优选地具有更大的带宽向最终用户终端传输数据库。
还有优势在于允许提供从卫星到接收器或用户的多重组的下行链路数据流的多重束,其中每个组位于从卫星服务的不同束中。
在优选的实施例中,卫星包括如下装置,该装置包括用于存储装置的数据内容的板载加密以促进用于点播内容的支付方案。
如果上行链路数据流的数据传输协议不同于下行链路数据流的数据传输协议,则可以增强该方法的有效性。这允许在上行链路侧使用高效上传协议并且在下行链路侧向不同技术的终端派发数据,即利用多种不同的数据分发协议。
如果卫星接收的数据存储在至少一个闪存芯片中,则方法非常有效。
如已经关于卫星通信系统解释的那样,如果在卫星从基站接收的上行链路数据流的数据被存储在存储装置之前在卫星的板载解调器中对被解调并且如果在存储装置为下行链路数据流提供的数据向一个或多个接收器传输之前在卫星的板载调制器中被调制,则是特别有优势的。
当下行链路数据流是传输点播数据流时,比如视频点播或音乐点播或当其是数据推送服务时,即在服务提供商的控制之下传输数据,优选地使用本发明的方法。
而且,根据本发明的方法的优选实施例的部分是多种算法,该多种算法允许对顺序观看的内容(诸如电影)高效分割以最小化在上行链路数据流和/或下行链路数据流中消耗的带宽,同时允许新观看者以短延迟开始观看。这些算法可以包括谐波广播(harmonic broadcasting)、修改的谐波广播、模糊广播(fuzzy broadcasting)等,并且这些在Boris Nikolaus的论文“Improving Efficiency and Enhanced Utilizability of Media-on-Demand System”, Dem Fachbereich 3-Mathematik/informatik-der Universit?t Bremen, 2008/07/01中被很好地评论。这些算法是众所周知的并且它们的使用将增强这里提出的系统的性能,尤其是移动应用的交易质量和即时性。
附图说明
现在关于附图详细描述本发明的优选实施例,在附图中
图1示出了根据本发明的卫星通信系统的一个示例的示意性描述,以及
图2示出了现有技术卫星通信系统的图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的卫星通信系统的示意图。该系统包括基站1、卫星2和最终用户团体3,它们经由无线数据传输通路U、D连接在一起。基站1配备有地基调制器和发射器设备14,经由数据输入线10从数据源(未示出)向其递送数据。以第一数据传输速率在上行链路数据流U中经由卫星天线16从地基调制器和发射器设备14向卫星2发送经调制的数据。
卫星2配备有拾取上行链路数据流U的第一天线20。从第一天线20向接收器和解调器设备21引导这些数据,在设备21中对经调制的数据流进行解调。然后,向数据存储设备22传送解调的数据,其中数据存储在板载存储器中,例如,存储在闪存硬件中。
在例如任意时间点,需求从用户团体3的用户终端30或从服务提供商向卫星2发送时,数据管理设备25选择请求的数据并且控制数据存储装置22,使得请求的数据从数据存储装置22的存储器向调制器和发射器设备23传送,在调制器和发射器设备23中,数据被调制并且被转换为适当的上行链路数据传输协议。经调制的数据从那里向卫星2的第二天线24传送并且在下行链路数据流D中向指定的一个或多个用户终端30的接收器32传输。在寻址的(一个或多个)用户终端30中解调经调制的下行链路数据流D并且获得的信号用于为各自用户提供请求的信息,例如,电影、音乐、电子书、计算机游戏或其他娱乐或其他应用。
基于卫星的接收器和解调器设备21、存储装置22、调制器和发射器设备23以及数据管理设备25共同限定存储和流单元26,其是通信系统的本示例的卫星侧核心元件。基于卫星的存储和流单元26的接收器和解调器设备21中的解调器以及还有调制器和发射器设备23中的调制器被设计为可再编程设备。
上行链路数据流U的数据传输速率显著低于下行链路数据流D的数据传输速率。由于提供卫星2板载的存储装置22,所以下行链路数据流D独立于上行链路数据流U。因而,对上行链路数据传输速率的要求相比于下行链路数据传输速率而言相对低。例如,对于视频点播应用的电影旋转木马,针对200个HDTV电影的下行链路速率是约580Mbps。以每4个星期的更新速率的旋转木马的上行链路数据速率要求仅是6Mbps,其将卫星的上行链路带宽要求减少到100分之一。
利用板载再调制并且特别是利用可再编程调制器,可以独立于卫星上行链路传输协议生成不同的下行链路传输协议。这是有利的,因为上行链路由一个或多个大地面站与卫星之间的链路限定,并且下行链路由卫星与大量小用户设备之间的链路限定,并且因此,相同协议对于两个通信路径不是都有益处。
在优选实施例中,卫星包括如下装置,该装置包括用于存储装置的数据内容的板载加密以促进用于点播内容的支付方案。
利用本发明系统并且根据本发明方法用于转发数据广播的实际示例是:
·使用电影旋转木马和连续的谐波广播的视频点播,其中可以以某个回放开始延迟在任何时间观看一组电影;
·利用相同原理的其他多媒体数据点播,比如例如电子书、游戏、音乐等;
·用于例如汽车等中的移动设备的软件或配置更新,由于关闭时间或阴影这有时不可用(示例,导航设备);
·具有数百万玩家的无穷游戏的游戏状态信息;
·卫星星座网络内的数据(示例:存储数据直到卫星可见;在重新建立链路的情况中的数据的重传);
·用于最终用户、非GEO静止卫星板载存储的、将在地球的不同位置处广播的多媒体数据。
权利要求书、说明书和附图中的参考标号仅提供用于更好地理解本发明并且不应限制保护范围,保护范围由权利要求书的表述和含义限定。
参考标号的列表
1 基站
2 卫星
3 最终用户团体
10 数据输入线
14 地基调制器和发射器设备
16 卫星天线
20 第一天线
21 接收器和解调器设备
22 存储装置
23 调制器和发射器设备
24 第二天线
25 数据管理设备
26 存储和流单元
30 用户终端
32 接收器
101 地面站
102 卫星
103 最终用户团体
110 数据存储装置
112 数据管理器
114 调制器装置
116 卫星天线
120 第一天线
121 接收器
122 转发器装置
123 发射器
124 第二天线
130 用户终端
D、D’ 下行链路数据流
U、U’ 上行链路数据流

Claims (15)

1. 一种卫星通信系统,包括:
-至少一个基站(1);
-至少一个卫星(2),其可以与所述基站(1)建立通信连接用于数据传输;以及
-多个接收器(32),适于接收从所述卫星(2)传输的信号;
-其中设计所述通信系统以
·利用第一数据传输速率在从所述基站(1)到所述卫星(2)的至少一个上行链路数据流(U)中传输数据,并且
·利用第二数据传输速率在从所述卫星(2)到所述接收器(32)的至少一个下行链路数据流(D)中传输数据;
-其中所述第一数据传输速率低于所述第二数据传输速率,并且
-其中所述卫星(2)配备有数据存储装置(22),其适于存储从所述基站(1)向所述卫星(2)传输的数据并且向所述接收器(32)供应为传输提供的数据。
2. 根据权利要求1的卫星通信系统,
其特征
在于所述上行链路数据流(U)的带宽低于所述下行链路数据流(D)的带宽。
3. 根据权利要求1或2的卫星通信系统,
其特征
在于提供从所述卫星(2)到接收器(32)的多重组的下行链路数据流(D)的多重束,其中每个组位于从所述卫星(2)服务的不同束中。
4. 根据权利要求1、2或3的卫星通信系统,
其特征
在于所述上行链路数据流的数据传输协议不同于所述下行链路数据流的数据传输协议。
5. 根据前述权利要求之一的卫星通信系统,
其特征
在于所述数据存储装置(22)包括闪存芯片。
6. 根据前述权利要求之一的卫星通信系统,
其特征
在于所述卫星包括至少一个解调器(21),其用于解调从所述基站(1)接收的上行链路数据,和至少一个调制器(23),其用于调制将向所述接收器(32)传输的数据,并且
在于在所述解调器与所述调制器之间提供所述数据存储装置。
7. 根据前述权利要求之一的卫星通信系统,
其特征
在于所述解调器和/或调制器配备有可再编程处理器。
8. 根据前述权利要求之一的卫星通信系统,
其特征
在于所述卫星包括如下装置,所述装置包括用于所述存储装置(22)的数据内容的板载加密以促进用于点播内容的支付方案。
9. 一种利用以下步骤经由至少一个卫星(2)从至少一个基站(1)向多个接收器(32)传输数据的方法
a)利用第一数据传输速率经由从所述基站(1)到所述卫星(2)的至少一个上行链路数据流(U)传输数据;
b)在所述卫星(2)的板载数据存储装置(22)中存储从所述基站(1)向所述卫星(2)传输的数据;
c)利用第二数据传输速率在从所述卫星(2)到一个或多个接收器(32)的至少一个下行链路数据流(D)中传输数据;
其中所述第一数据传输速率低于所述第二数据传输速率。
10. 根据权利要求9的方法,
其特征
在于所述上行链路数据流(U)的带宽低于所述下行链路数据流(D)的带宽。
11. 根据权利要求9或10的方法,
其特征
在于所述上行链路数据流的数据传输协议不同于所述下行链路数据流的数据传输协议。
12. 根据权利要求9、10或11的方法,
其特征
在于所述卫星(2)接收的数据存储在至少一个闪存芯片中。
13. 根据权利要求9至12之一的方法,
其特征
在于在所述卫星从所述基站(1)接收的所述上行链路数据流(U)的数据被存储在所述存储装置(22)之前在所述卫星(2)的板载解调器(21)中对其进行解调,并且
在于在所述存储装置(22)为所述下行链路数据流(D)提供的数据向所述一个或多个接收器(32)传输之前在所述卫星(2)的板载调制器(23)中对其进行调制。
14. 根据权利要求9至13之一的方法,
其特征
在于所述下行链路数据流(D)是传输点播数据流。
15. 根据权利要求9至14之一的方法,
其特征
在于至少一个算法,所述至少一个算法允许提供对诸如电影的顺序观看的内容的高效分割用于对所述上行链路数据流和/或所述下行链路数据流的压缩以最小化消耗的带宽,同时允许新观看者以短延迟开始观看,其中所述至少一个算法包括谐波广播、修改的谐波广播或模糊广播。
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