CN105007114A

CN105007114A - 带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统及传输方法

Info

Publication number: CN105007114A
Application number: CN201510373418.1A
Authority: CN
Inventors: 高素; 陈东; 梁宗闯; 王世波
Original assignee: China Academy of Space Technology CAST
Current assignee: China Academy of Space Technology CAST
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: CN105007114B

Abstract

本发明带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统及传输方法，在系统前向广播链路中的星地传输链路上根据控制信道反馈的终端状态对调制前信号进行判决，选择OFDM或TDM模式进行传输，保证传输能力与地面兼容性的同时，提高了卫星的功率利用率。系统前向广播链路采用单一形式地面增补站，简化了系统设计并缩短了建设周期。系统返向回传链路中，采用卫星和地面双通道。系统可通过地面通道传输数据量较大、实时性要求高、或与地面移动通信系统业务相关性强的业务；卫星通道为未来交互和采集业务向偏远地区扩展奠定基础。返向链路在充分考虑多业务兼容和与地面系统融合的基础上，提供了灵活性和可扩展性。

Description

带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统及传输方法

技术领域

本发明涉及带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统及传输方法，即：有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统及传输方法，属于微波电路技术领域。

背景技术

目前卫星移动广播系统存在的问题包括如下：

CMMB系统：卫星链路中，广播信道和分发信道采用同样的传输体制和方法，采用的OFDM调制是多载波传输，卫星需在功率回退状态下工作，功率利用率较低；另外，CMMB体制中未明确定义返向回传通道，返向传输能力较弱。

DVB-SH系统：地面增补转发方式复杂建设周期长，因此不利于快速部署建设且不利于兼容发展更新迅速的地面移动通信系统；另外，DVB-SH体制中不包括返向回传通道，不能适应未来交互广播和数据采集等业务的发展。

S-MIM：返向传输通道只能通过卫星回传，虽然针对地面多址接入系统进行了适应性改进，但卫星传输环境固有缺陷影响了返向业务向高数据率、高实时性和多样化发展；返向传输体制基于第三代移动通信系统，不适用于已逐步替代3G、且传输体制有较大区别的4G系统和未来5G系统。

S-DMB：系统基于第三代WCDMA移动通信体制进行适应性改进，不适用于未来基于第四代或第五代体制的天地一体化系统建设。回传链路通过地面网络实现，没有通过卫星的回传通道，不利于未来交互和采集业务向偏远地区扩展。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提出一种带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统及传输方法，以我国独立自主的卫星移动广播系统CMMB为基础进行改进，克服标准体制和其它现有系统的不足，提供一种具备OFDM和TDM双模式卫星广播链路、卫星和地面双通道回传链路、并与下一代地面移动通信系统一体化融合的卫星移动广播系统和方法。

本发明解决的技术方案为：带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统，包括信关站(1)、终端(2)、GEO移动广播卫星(3)、地面网络(4)和卫星增补站(5)；

信关站(1)包括信关站应用业务模块(11)、复用和数据处理模块(12)；

终端(2)包括数据处理和解复用模块(21)、终端应用业务模块(22)；

该带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统包括控制信道、广播业务的广播信道、回传业务的回传信道；

广播业务的广播信道中，信关站(1)的信关站应用业务模块(11)，产生多种应用业务，送至复用和数据处理模块(12)，复用和数据处理模块(12)对多种应用业务依次进行多业务复用、编码、交织、星座映射后形成调制前信号，再对该调制前信号进行判决如下：

a)当控制信道反馈的终端为只接收卫星广播用的终端时，采用TDM对该调制前信号进行调制；

b)当控制信道反馈的终端为既能够接收卫星广播又具有地面移动通信功能的终端时，采用OFDM对该调制前信号进行调制；

c)当控制信道未反馈终端类型时，默认采用OFDM对该调制前信号进行调制；

对TDM或OFDM调制后的信号，进行封装形成通信帧后、对通信帧上变频后、再功率放大，得到广播射频信号，送至卫星(3)；

卫星将射频信号广播，卫星增补站(5)接收到卫星广播的射频信号，进行地面增补，即信号滤波放大，然后发送至终端(2)的数据处理和解复用模块(21)，终端(2)的数据处理和解复用模块(21)也能够直接接收卫星广播的射频信号；

数据处理和解复用模块(21)，对直接接收的和卫星增补站(5)发来的卫星广播的射频信号，进行解调，当射频信号为TDM调制的信号，则采用TDM解调，当射频信号为OFDM调制的信号，则采用OFDM解调，再进行解复用后，将解复用后的信号分配到终端应用业务模块(22)中的相应应用业务中；

回传业务的回传信道中，终端(2)的终端应用业务模块(22)产生多种回传业务，依次经编码、调制后形成回传射频信号，将该回传射频信号射频发射至卫星(3)或地面网络(4)，卫星(3)或地面网络(4)接收到回传射频信号后，将该回传射频信号送至信关站(1)的复用和数据处理模块(12)；

信关站的复用和数据处理模块(12)对回传射频信号依次进行低噪声放大、下变频、解调、解码、分类、去冗余后，产生交互类数据，该交互类数据对信关站应用业务模块(11)产生的多种应用业务进行更新。

所述的信关站应用业务模块(11)产生多种应用业务，包括：音视频、数据广播和紧急广播业务；信关站应用业务模块(11)包括条件接收前端子系统(1110)和安全广播前端子系统(1111)，条件接收前端子系统(1110)生成条件接收信息，形成数据流，作为复用和数据处理模块(12)的输入；

安全广播前端子系统(1111)生成安全广播信息，形成数据流作为复用和数据处理模块(12)的输入。

所述的复用和数据处理模块(12)包含广播信道、回传信道、复用器(1201)和射频前端(1213)；以及应用于广播业务的广播信道和应用于回传业务的回传信道。

当发射广播数据流时，复用器(1201)将信关站应用业务(11)产生的数据流形成复用帧，送至广播信道，由广播信道依次进行编码、交织、星座映射、OFDM或TDM调制、成帧、上变频、功放后的广播数据流信号送至射频前端(1213)；射频前端(1213)实现广播广播数据流，即广播射频信号发射至卫星；

当接收回传数据流时，射频前端(1213)从GEO移动广播卫星(3)、地面网络(4)接收回传射频信号送至回传信道，由回传信道对回传射频信号依次进行低噪声放大、下变频、解调、解码、分类、去冗余后，得到交互类数据，送至复用器，该交互类数据对信关站应用业务模块(11)产生的多种应用业务进行更新。

所述的数据处理和解复用模块(21)能够应用于广播业务的广播信道和应用于回传业务的回传信道，当应用于广播信道时，数据处理和解复用模块(21)实现射频接收和解调解复用功能，当应用于回传信道时，数据处理和解复用模块(21)实现编码调制和射频发射功能。

所述的终端应用业务模块(22)将数据处理和解复用模块(21)输出的广播信道数据，包括音视频、数据广播和紧急广播业务，向终端用户进行展示；

终端应用业务模块(22)产生交互和采集业务，即通过终端(2)向信关站(1)反馈信息或和终端(2)采集数据形成返向回传数据流；

终端应用业务模块(22)包含条件接收终端子系统(2205)和安全广播终端子系统(2206)，条件接收终端子系统(2205)和条件接收前端子系统(1110)共同完成对终端(2)接收音视频、数据广播和紧急广播业务的授权许可；安全广播终端子系统(2206)和安全广播前端子系统(1111)共同判断终端(2)接收的音视频、数据广播和紧急广播业务是否来自GEO移动广播卫星(3)或卫星增补站(5)。

带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统的传输方法，包括：广播业务的广播信道传输阶段和回传业务的回传信道传输阶段；

广播业务的广播信道传输阶段步骤如下：

(1)广播业务的广播信道中，信关站(1)的信关站应用业务模块(11)，产生多种应用业务，送至复用和数据处理模块(12)，复用和数据处理模块(12)对多种应用业务依次进行多业务复用、编码、交织、星座映射后形成调制前信号，再对该调制前信号进行判决：

(2)对步骤(1)TDM或OFDM调制后的信号，进行封装形成通信帧后、对通信帧上变频后、再功率放大，得到广播射频信号，送至卫星(3)；

(3)数据处理和解复用模块(21)，对步骤(2)直接接收的和卫星增补站(5)发来的卫星广播的射频信号，进行解调，当射频信号为TDM调制的信号，则采用TDM解调，当射频信号为OFDM调制的信号，则采用OFDM解调，再进行解复用后，将解复用后的信号分配到终端应用业务模块(22)中的相应应用业务中；

回传业务的回传信道传输阶段步骤如下：

(4)回传业务的回传信道中，终端(2)的终端应用业务模块(22)产生多种回传业务，依次经编码、调制后形成回传射频信号，将该回传射频信号射频发射至卫星(3)或地面网络(4)，卫星(3)或地面网络(4)接收到回传射频信号后，将该回传射频信号送至信关站(1)的复用和数据处理模块(12)；

(5)信关站的复用和数据处理模块(12)对步骤(4)回传射频信号依次进行低噪声放大、下变频、解调、解码、分类、去冗余后，产生交互类数据，该交互类数据对信关站应用业务模块(11)产生的多种应用业务进行更新。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)系统前向广播链路中，在卫星广播系统设计中普遍采用的直接终端广播和通过地面增补站转发两条通道的基础上，在星地传输链路上采用OFDM/TDM双模式，在保证传输能力与地面兼容性的同时，提高了卫星的功率利用率。OFDM/TDM双模式不是二者简单叠加，在通信帧结构设计上应根据用户要求在二者之间实现切换。

(2)系统前向广播链路中，采用单一形式地面增补站，简化了系统设计，缩短了建设周期，降低了后期维护成本。

(3)系统返向回传链路中，采用卫星和地面双通道。系统可通过地面通道传输数据量较大、实时性要求高、或与地面移动通信系统业务相关性强的业务；卫星通道为未来交互和采集业务向偏远地区扩展奠定基础。因此，返向链路在充分考虑多业务兼容和与地面系统融合的基础上，提供了灵活性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明系统和方法架构图；

图2为本发明系统组成各部分关系和实现方法示意图；

图3为本发明中信关站组成和实现方法示意图；

图4为本发明中终端组成和实现方法示意图。

具体实施方式

本发明提供带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统及传输方法，下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，为本发明系统和方法架构图，其中包括信关站1、终端(2、GEO卫星3、地面网络4和卫星增补站5。传输方法包括广播方法和回传方法。广播内容由信关站1通过GEO卫星3向地面发送，可以直接对终端2广播，也可以由卫星增补站5接收广播信号后向终端2转发。卫星广播链路，即GEO卫星3到终端2的链路、和GEO卫星3到卫星增补站5的链路，可以采用OFDM或TDM的双模式；卫星增补站5到终端2的转发链路采用OFDM模式。终端2发送的回传内容可以通过GEO卫星3转发至信关站1，也可以通过地面网络4转发至信关站1。

如图2所示，为本发明系统组成各部分关系和实现方法示意图，其中各组成部分信关站1、终端2、GEO卫星3、地面网络4和卫星增补站5与图1中相对应。传输方法与图1中相同。图2增加了信关站1和终端2的实现方法。

信关站1由两大部分组成：

1、信关站应用业务11，用于上层业务产生、控制和相关安全性保障。

2、复用和数据处理12。对于广播业务，将上层业务流复用后进行物理层广播信道处理后变换到射频发射；对于回传业务，接收回传信号后进行数据处理，其中交互业务针对终端反馈的内容对广播信息进行相应更新，并与其它信息复用后通过广播信道传输。

终端2由两大部分组成：

1、数据处理和解复用21，对于广播业务，进行射频到基带的变换并解复用后；对于回传业务，将回传信息进行基带处理后变到射频发射。

2、终端应用业务22，将解复用后的数据分到相应的业务单元向终端用户展示、产生交互和采集业务、并进行相关安全性保障。

本发明中，GEO卫星3、地面网络4和卫星增补站5具备信号转发功能，不再详述。业务产生、接收和数据处理功能主要由信关站1和终端2完成。下面对本发明中信关站1和终端2的组成和实现方法进行进一步说明。

如图3所示，为本发明中信关站1组成和实现方法示意图。

信关站1包括信关站应用业务11、复用和数据处理12两部分。

信关站应用业务11用于上层业务产生、控制和相关安全性保障。包括节目源1101、视频压缩1102、音频压缩1103、ESG编辑器1104、ESG数据生成器1105、数据广播业务服务器1106、数据广播XPE封装机1107、紧急广播信息编辑1108、紧急广播数据生成器1109、条件接收前端子系统1110、和安全广播前端子系统1111。实现方法包括：

1、节目源1101产生音视频节目后，输入视频压缩1102和音频压缩1103进行信源编码，形成的压缩编码数据流作为复用器的输入；

2、ESG编辑器1104和ESG数据生成器1105共同组成电子业务指南模块，编辑和生成用户所用的电子业务指南，形成的数据流作为复用器的输入；

3、数据广播业务服务器1106和数据广播XPE封装机1107共同组成数据广播业务模块，产生和封装数据业务，形成的数据流作为复用器的输入；

4、紧急广播信息编辑1108和紧急广播数据生成器1109共同组成紧急广播模块，接收应急中心传输的紧急广播信息，并形成高优先级的数据流作为复用器的输入；

5、条件接收前端子系统1110和安全广播前端子系统1111共同组成信息安全的前端模块，二者分别生成条件接收信息和安全广播信息，并分别形成数据流作为复用器的输入。

信关站应用业务模块11的优点为，在保证各种应用业务(包括音视频、数据广播和紧急广播业务)有效传输的前提下，提供条件接收和安全广播相关模块，生成条件接收和安全广播信息，复用到发送端数据流中与业务信息一同传输，为信息广播的安全性提供保障。

复用和数据处理12对广播和回传业务进行复用和信道处理操作。包括复用器1201和射频前端1213两个公用模块，以及应用于广播业务的广播信道和应用于回传业务的回传信道。广播信道包括编码1202、交织1203、星座映射1204、OFDM/TDM调制1205、成帧1206、上变频1207、功放1208。回传信道包括LNA1209、下变频1210、回传数据处理1211、和前向数据生成1212。

两个公用模块的实现方法为：

1.复用器1201将信关站应用业务11产生的数据流形成复用帧；

2.射频前端1213实现广播射频信号的发射和回传射频信号的接收。

广播信道的实现方法包括：

1、编码1202和交织1203对数据进行信道编码和交织操作。编码可选择外码加内码两次编码方式，交织可选择字节交织、比特交织、时间交织等多种交织方式；

2、星座映射1204将比特流映射为BPSK、QPSK或16QAM等符号流。各种符号映射加入功率归一化因子，使各种符号映射的平均功率趋同；

3、OFDM/TDM调制1205根据传输需求对符号进行调制。提高传输的频率效率用OFDM调制，通过OFDM频域符号生成、扰码后形成OFDM调制符号；提高传输的功率效率用TDM调制；

4、成帧1206将调制后的信号形成物理层帧结构；

5、上变频1207将基带信号流上变频到射频信号；

6、功放1208将射频信号进行放大。

回传信道的实现方法包括：

1、低噪声放大器LNA1209将接收到的回传信号进行低噪声放大；

2、下变频1210将射频信号变换到基带信号；

3、回传数据处理1211将回传信号进行解调、解码、分类、去冗余等操作；

4、前向数据生成1212将交互类数据进行进一步处理，并生成与前向复用帧匹配的前向数据，针对终端反馈的内容对广播信息进行相应更新，并形成数据流作为复用器的输入。

复用和数据处理12的优点为：第一，广播信道中，通过控制信道反馈控制，在频率效率高的OFDM和功率效率高的TDM调制方式之间切换，为系统提供灵活性；第二，回传信道中，通过对回传的交互类数据进行处理、并复用至复用帧的前向传输数据流中，按用户反馈更改传输内容，为用户提供了节目接收的灵活性。

如图4所示，为本发明中终端组成和实现方法示意图。

终端包括数据处理和解复用21、终端应用业务22两部分。

数据处理和解复用21对广播和回传业务进行解复用和信道处理操作。包括应用于广播业务的广播信道和应用于回传业务的回传信道。广播信道包括射频接收2101、解调2102、解复用2103。回传信道包括编码2104、调制2105、和射频发射2106。

广播信道的实现方法包括：

1、射频接收2101将GEO卫星3广播或卫星增补站5转发的射频信号接收并变换成基带信号；

2、解调2102进行对广播信号进行解调、解码操作；

3、解复用2103将解码后的信号按业务分成数据流。

回传信道的实现方法包括：

1、编码2104对交互业务信息和采集到待回传的数据进行信道编码；

2、调制2105对回传信息进行调制；

3、射频发射2106将基带信号变换到射频信号并通过天线发射。

数据处理和解复用21的优点为：第一，广播信道部分可同时接收卫星3广播或卫星增补站5转发的射频信号，在卫星广播接收条件较差的环境下(如城市、地面遮挡密集区域)，能够通过卫星增补站5提供信号增强；在建设地面站花费较大的空旷地区，能够通过卫星3保证对移动终端在地域上的无缝覆盖。第二，回传信道部分可传输用户反馈给信关站的交互信息和终端采集到的数据(具体数据类型如温度、压力、湿度等，可根据需求灵活配置)，提供业务灵活性和终端用户需求实时向信关站1的反馈。

终端应用业务22将解复用后的数据分到相应的业务单元向终端用户展示、产生交互和采集业务、并进行相关安全性保障。包括音视频节目2201、电子业务指南2202、数据广播业务2203、紧急广播信息2204、条件接收终端子系统2205、安全广播终端子系统2206、和交互/采集2207。实现方法包括：

1、音视频节目2201、电子业务指南2202、数据广播业务2203共同实现向用户的业务输出；

2、紧急广播信息2204向用户发送应急信息；

3、条件接收终端子系统2205和安全广播终端子系统2206共同组成信息安全的终端模块。条件接收终端子系统2205和条件接收前端子系统1110共同完成对用户接收相关业务的授权许可。安全广播终端子系统2206和安全广播前端子系统1111共同实现用户接收的业务的合法性鉴定。

4、交互/采集2207实现回传业务产生，通过用户交互功能和传感器采集数据形成返向回传数据流。

终端应用业务22的优点为，实现多业务(包括音视频、数据广播、紧急广播)向用户展示的同时，与信关站1中相关模块共同完成信息传输的安全性保障，并能够提供用户提供交互信息的反馈界面和采集数据的采集器(如传感器等)。

基于上述系统的一种带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统的传输方法，包括：广播业务的广播信道传输阶段和回传业务的回传信道传输阶段；

广播业务的广播信道传输阶段步骤如下：

(1)广播业务的广播信道中，信关站1的信关站应用业务模块11，产生多种应用业务，送至复用和数据处理模块12，复用和数据处理模块12对多种应用业务依次进行多业务复用、编码、交织、星座映射后形成调制前信号，再对该调制前信号进行判决：

(2)对步骤(1)TDM或OFDM调制后的信号，进行封装形成通信帧后、对通信帧上变频后、再功率放大，得到广播射频信号，送至卫星3；

卫星将射频信号广播，卫星增补站5接收到卫星广播的射频信号，进行地面增补，即信号滤波放大，然后发送至终端2的数据处理和解复用模块21，终端2的数据处理和解复用模块21也能够直接接收卫星广播的射频信号；

(3)数据处理和解复用模块21，对步骤(2)直接接收的和卫星增补站(5)发来的卫星广播的射频信号，进行解调，当射频信号为TDM调制的信号，则采用TDM解调，当射频信号为OFDM调制的信号，则采用OFDM解调，再进行解复用后，将解复用后的信号分配到终端应用业务模块22中的相应应用业务中；

回传业务的回传信道传输阶段步骤如下：

(4)回传业务的回传信道中，终端2的终端应用业务模块22产生多种回传业务，依次经编码、调制后形成回传射频信号，将该回传射频信号射频发射至卫星3或地面网络4，卫星3或地面网络4接收到回传射频信号后，将该回传射频信号送至信关站1的复用和数据处理模块12；

(5)信关站的复用和数据处理模块12对步骤(4)回传射频信号依次进行低噪声放大、下变频、解调、解码、分类、去冗余后，产生交互类数据，该交互类数据对信关站应用业务模块11产生的多种应用业务进行更新。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims

1.带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统，其特征在于：包括信关站(1)、终端(2)、GEO移动广播卫星(3)、地面网络(4)和卫星增补站(5)；

2.根据权利要求1所述的带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统，其特征在于：所述的信关站应用业务模块(11)产生多种应用业务，包括：音视频、数据广播和紧急广播业务；信关站应用业务模块(11)包括条件接收前端子系统(1110)和安全广播前端子系统(1111)，条件接收前端子系统(1110)生成条件接收信息，形成数据流，作为复用和数据处理模块(12)的输入；

3.根据权利要求1所述的带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统，其特征在于：所述的复用和数据处理模块(12)包含广播信道、回传信道、复用器(1201)和射频前端(1213)；以及应用于广播业务的广播信道和应用于回传业务的回传信道；

4.根据权利要求1所述的带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统，其特征在于：所述的数据处理和解复用模块(21)能够应用于广播业务的广播信道和应用于回传业务的回传信道，当应用于广播信道时，数据处理和解复用模块(21)实现射频接收和解调解复用功能，当应用于回传信道时，数据处理和解复用模块(21)实现编码调制和射频发射功能。

5.根据权利要求2所述的带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统，其特征在于：所述的终端应用业务模块(22)将数据处理和解复用模块(21)输出的广播信道数据，包括音视频、数据广播和紧急广播业务，向终端用户进行展示；

终端应用业务模块(22)产生交互和采集业务，即通过终端(2)向信关站(1)反馈信息或终端(2)采集数据形成返向回传数据流；

6.带有双通道回传链路的双模式卫星移动广播系统的传输方法，其特征在于包括广播业务的广播信道传输阶段和回传业务的回传信道传输阶段；

广播业务的广播信道传输阶段步骤如下：

(1)广播业务的广播信道中，信关站(1)的信关站应用业务模块(11)，产生多种应用业务，送至复用和数据处理模块(12)，复用和数据处理模块(12)对多种应用业务依次进行多业务复用、编码、交织、星座映射后形成调制前信号，再对该调制前信号进行判决如下：

回传业务的回传信道传输阶段步骤如下：