CN110048764B - 传输卫星信号的方法和系统及其接收器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及传输卫星信号的方法和系统及其接收器。卫星信号包括由数据分组的序列构成的各数据流，所述方法包括步骤：通过分割装置将所述数据流的所述数据分组再分成第一和至少一个第二数据伪流；通过第一和至少一个第二调制器分别调制所述第一和所述至少一个第二数据伪流；通过各自的传输信道传输所述经调制的数据伪流，其中，为了生成所述数据伪流，所述分割装置将：选择所述数据流的每个数据分组；以顺序的方式询问所述调制器，以便识别所述调制器中可用于接受所述数据分组的那个调制器，并且将所述数据分组发送给调制器；将空数据分组发送到其余的调制器。

Description

传输卫星信号的方法和系统及其接收器
本申请是申请日为2014年9月2日、申请号为201480049347.3、题为“传输卫星信号的方法和系统及其接收器”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于卫星信号传输的传输方法和系统，以及涉及相关的接收器。
背景技术
众所周知，DVB-S2是由DVB在2003年定义的用于卫星传输的第二代标准。该标准针对以下来设计：各种宽带卫星传输应用，诸如标准清晰度电视(SDTV)和高清晰度电视(HDTV)广播、用于家庭和专业用户的交互应用(例如，因特网接入)、专业电视贡献和SNG(卫星新闻采集)服务、TV信号到VHF/UHF数字地面传输器的分发、数据和因特网站点分发(因特网中继)等。
基于DVB-S2标准的传输系统可以接收任何输入数据流格式(只要它是数字的)，诸如例如MPEG传送流(MPEG-TS)类型的数字流。
MPEG-TS数字流可以是单类型或多类型中的一种，亦即它们可以例如传送一个或多个电视/广播节目、交互式内容等。具体的调制参数可以分配给每个MPEG-TS流，例如通过使用可变编码&调制(VCM)技术，或者在点到点的应用中，通过使用自适应编码&调制(ACM)技术。对于每个新的基本数据块，ACM技术允许根据用户的接收条件改变调制方案并且从而改变错误保护等级，因此优化传输系统；这种条件实际上可以取决于天气条件而改变。
当调制器正在使用ACM技术时，传输延迟可以取决于自适应调制/编码方案而变化。为了解决这个问题，DVB-S2标准提供使用子系统来同步输入数据流(可选的并且不适用于单MPEG-TS流)，这通过定时参数从调制器的传输，保证分组传输的接收器处的恒定的传输比特率和延迟(根据例如MPEG-TS流的需求)。
根据DVB-S2标准，当基带报头BBHEADER中MATYPE字段的ISSYI比特的值为1时，22比特计数器在调制器中被激活，其以等于调制器的符号率Rs的频率计数。调制器将ISSY(输入流同步器)字段附加到每个分组的末尾，该分组为2或3字节长并且包括ISCR(输入流时钟参考)子字段，该子字段包含分组进入调制器的时刻的计数器值。ISCR子字段可以是长的(22比特)或者短的(15比特)；在后者的情况下，子字段ISCR将包含计数器的15个最低有效比特。当前使用中的卫星在具有33-36MHz的典型宽度的频带上操作，这在广播应用中允许数据以例如60Mbit/s的量级的比特率经由卫星转发器传输。
超高清晰度电视(UHDTV)服务(也称作4K或8K电视)的引入对于将被传输的每个电视服务已经需要17-20Mbit/s的范围内的传输比特率。这使得必须要提高由当前的卫星提供的传输/接收容量的利用，使每个单个转发器的未使用的传输/接收容量达到最小。
目前，DVB-S2技术允许在33-36MHz卫星信道上通过使用“统计多路复用”来传输包含三个UHDTV节目的MPEG-TS流。包含多个节目的MPEG-TS也称作“多路复用”。
视频节目的统计多路复用是允许在将被传输的各种节目之间，根据它们中每一个的瞬时视频编码要求来分割可用的比特率的技术。通过使用可变比特率(VBR)编码，并且考虑到为了从视频节目中获得给定的质量所需要的比特率不是随着时间恒定的而是根据将被编码的图像类型而改变，以及考虑到在统计上请求峰值对于包含在多路复用中的节目不是同时的，统计多路复用允许增加广播节目的数量，MPEG-TS流的总体比特率相等。实际上，由统计多路复用提供的增益(表现为可以包含在多路复用中的节目(或服务)的数量)随着MPEG-TS流的全局比特率与由单个节目所需要的平均比特率之间的比例而增加。这是因为MPEG-TS流的全局比特率越低，卫星多路复用内的未使用的容量越大。
参考上面的示例，如果产生120Mbit/s的MPEG-TS流，则可以合理地估计，7或8个UHDTV节目可以通过使用统计多路复用在同一多路复用内传输，亦即比使用两个60Mbit/sMPEG-TS流可以传输的多高达两个。
然而，现有技术不允许将传输中的MPEG-TS流分割成几个不同的流以在不同的卫星信道上传输、并且接着在接收器侧重构所述MPEG-TS流。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供用于卫星信号传输的方法和系统，其适于将高比特率MPEG-TS流再分成多个流，以经由卫星在多个频率信道上传输。
本发明的另一个目的在于提供用于卫星信号传输的方法和系统，其将卫星通信信道内的未使用的传输/接收容量达到最小。
简言之，本发明目的在于提供通过将多个卫星信道绑定在一起用于超高比特率卫星信号传输的传输系统、接收器以及方法。将即使不具有连续频率的多个信道绑定在一起的技术通常称作“信道绑定”。尤其，本发明目的在于提供将MPEG-TS传输流分割成多个伪流以在绑定在一起的多个信道上同时传输的方法。
本发明提供用于在传输器侧将MPEG-TS流分割成N个流或伪流以在许多卫星传输信道上传输、并且接着在接收到的N个信号已经适当地解调之后在接收器中重构原始的MPEG-TS流的方法。本发明还可以适用于由N个调制器传输的信号具有不同的传输参数(亦即不同的符号率Rs以及不同的调制和编码参数)的情况。
本发明的进一步的有利特征将在的权利要求书中陈述。
附图说明
本发明的这种特征以及另外的优点将通过下面如在附图中示出的其实施例的描述而变得更明晰，附图经由非限制性示例而提供，其中：
-图1是根据本发明的卫星信号传输系统的框图；
-图2例示一般调制器的内部分组流的一个；
-图3例示根据本发明的卫星信号解码器。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的卫星信号传输系统1包括至少一个第一调制器5(优选地与DVB-S2标准兼容)和一个第二调制器6，它们分别在第一传输信道Ch#1上传输第一数据流或第一伪流以及在第二传输信道Ch#N上传输第二数据流或第二伪流。信道Ch#1…Ch#N彼此不同，并且优选地为卫星类型。这些信道实际上占据不同(非重叠)的频率和/或不同的极性。而且，在这些传输信道Ch#1…Ch#N上传输的信号可以具有不同的特性，亦即不同的带宽B和/或不同的符号率Rs和/或不同的调制和编码参数。
本领域中的技术人员将能够使用多于两个调制器(并且因此多于两个传输信道以及接收器侧上各自的解调器)，然而不背离本发明的教导。
传输系统1还包括下面的元件：
-分割装置4，也称作SPLIT；
-参考时钟7，也称作时钟、参考时钟或符号时钟，其表示传输系统1的调制器5、6(例如调制器5)的符号时钟，其因此变成主用传输信道与其相关联的主用调制器；
-计数器块ISSY 2，其与调制器5、6信号通信。
速率适配器是通常包括在典型的数字调制器中的子系统，用于适配输入到所述子系统的MPEG-TS流3的比特率Ri，使得输出流将具有适合于在调制器5、6的输入处使用的比特率，其中所述比特率适配通过插入一些空的分组而执行。在MPEG2-TS流的情况下，速率适配器重新计算并且更新在音频/视频服务中所包括的所有时间戳。
在根据本发明的应用中，如果MPEG-TS流3的比特率的适配是必要的，那么这将必须在分割装置4的上游完成。
同样注意，传输速率适配功能可以在调制器5、6中禁用(如果调制器5、6具有这种功能性的话)，亦即禁用速率适配器子系统(该子系统原本会在各自的伪流上执行上述适配)。
而且，通常存在于调制器5、6中的用于控制输入MPEG-TS分组的连续性(基于“连续性计数器”字段的值)的功能同样优选地被禁用。
参考图1，分割装置4将由数据分组的序列构成的输入MPEG-TS流3分割成N个伪流3c、3d，这由调制器5、6通过来自相同调制器5、6的控制信号51、61来控制。当第i个分组进入第j个调制器时，第j个调制器将保持等待新的分组。分割装置4在等待调制器5、6之间以顺序的方式再分各调制器5、6的分组；如果调制器没有在等待，则它将被忽略。
在图1中，例如，MPEG-TS流3的第一分组由分割装置4转移向正在等待的第一调制器5。第二分组32由分割装置4转移向调制器6。第三分组33由分割装置4转移向调制器5，并且根据控制信号51、61中的请求，以此类推。
通过伴随着每个分组来自流3并且发送到伪流3d，将空分组(NP)插入到伪流3c中，这是可能的。同样地，伴随着每个分组来自流3并且发送到伪流3c，空分组被插入到伪流3d中。更一般地，如果分割装置4将要产生N个输出伪流，对于选自流3并且发送到一般的伪流3c、3d的每个分组，N-1个空分组将被发送到分别其它N-1个伪流。在多传送流和单/多一般流模式中，DVB-S2包括为了更好的传输效率而移除传输中的空分组，并且接着在接收时适当地重新插入它们的可能性。而且，DVB-S2标准提供添加DUMMY帧用于处理要被传输的数据缺失的可能性。在本发明中，与在单传送流模式中不包括移除空分组的可能性的DVB-S2标准不同，调制器5、6将激活DVB-S2空分组删除模式，并且相应的解调器10、11(其将在下面详细描述)将激活DVB-S2空分组重新插入模式，用于将空分组重新插入到它们原始的位置中。当这些模式活动时，哑(Dummy)帧插入模式也必须在调制器5、6中打开。
与由DVB-S2标准规定的不同(其不提供在单MPEG-TS模式中使用输入流同步器(ISSY))，根据本发明，通过将基带报头的MATYPE-1字节中的ISSYI参数设置为1，ISSY功能性在调制器5、6中激活。如已经示出的，当ISSYI为1时，DVB-S2标准需要在每个调制器中激活22比特计数器，其以等于调制器的符号率Rs的频率操作。
根据上面的描述，并且也参考图2，在一般的DVB-S2调制器内，每个MPEG-TS流3由分组81的序列构成，最终字段82附加到分组81中的每一个。在最终字段82中，输入计数器的整个当前值(在ISSY长模式中)或者所述当前值的15个最低有效比特(在ISSY短模式中)。根据DVB-S2标准，ISCR子字段的内容由接收器使用，以在调制器处重构MPEG-TS流的时钟，以便对于每个单流保证恒定的比特率和恒定的延迟。
在本发明的情况下，存在以主用调制器5的符号率Rs的节奏驱动的唯一计数器块ISSY 2。字段82包含计数器块ISSY 2的值，其在分组进入调制器5、6时被读取；这将由解调器10、11使用，以便重构MPEG-TS流3的分组的传输定时。
根据本发明的系统1实现用于数字信号的卫星传输的方法，其包括下面的步骤：
-通过分割装置4将数据流3的数据分组再分成第一3c和至少一个第二3d数据伪流；
-通过第一5和至少一个第二6调制器分别调制第一3c和至少一个第二3d数据伪流；
-通过各自的传输信道Ch#1…Ch#N传输经调制的数据伪流，其中为了生成数据伪流3c、3d，分割装置4将：
-选择数据流3的每个数据分组31、32、33；
-以顺序的方式询问调制器5、6，以便识别所述调制器5、6中可用于接受数据分组31、32、33的那个调制器，例如第一调制器5；
-将空数据分组35发送到其余的调制器，例如到至少一个第二调制器6。
同样参考图3，根据本发明的接收器包括至少下面的元件：
-第一解调器10；
-一个或多个第二解调器11，优选地类似于或等同于第一解调器10；
-合并装置13，也称作合并器，布置在第一解调器10和第二解调器11的下游并且与其信号通信。
合并装置13执行与分割装置4的功能相反的功能。在操作状态下，合并装置13在它们的输入处接收所有伪流9c、9d，基于在ISSY中传输的ISCR子字段重新排列它们，并且执行与由分割装置4执行的过程相反的过程，在伪流9c、9d之间逐个分组地选择包含非空分组的一个，其将用于重构原始MPEG-TS流9。
如果在某个时刻，伪流9c、9d中的所有分组都是空的，那么合并装置13将插入空分组到流9中。
在优选实施例中，接收器12的合并装置13对于N个输入的每一个包括存储器块，使得它们可以适应在N个卫星传输信道上要补偿的差分延迟。
本领域中的技术人员还可以使用存储器块的不同配置，然而不背离本发明的教导。
传输信道Ch#1，…，Ch#N不一定必须占据相邻的频道位置，也不一定必须在同一卫星上或者在占据相同轨道位置的卫星上传输。
通常，地球同步卫星显示出在24小时中相对于地球的小运动，这是因为其并不完美的轨道位置。实际上，地球与卫星之间的距离、并且因此在无线电路由上信号传播中的延迟随着日周期性而变化。当使用经受不同的日变化的两个卫星时，可能发生在解调器10、11的输出处的两个信号的对齐经历这种变化使得更改分组到达的原始次序。然而，对于将被重构的原始的MPEG-TS，N个流之间的延迟与来自合并装置13的存储器块的最大可允许延迟兼容是必要的。
当然，到目前为止描述的示例可能经受许多变化。
根据本发明的一个变体，MPEG-TS流3由分割装置4以确定性的方式再分成N个伪流3c、3d，亦即不由调制器5、6控制。ηi是第i个调制器的频谱效率，并且mcd是频谱效率η1，…，ηN的最小公分母，分割装置4将根据时间周期性包装N个伪流，该时间周期性等于MPEG-TS流3的(η1+…+ηN)×mcd个分组。给定MPEG-TS流3的周期，N个伪流将具有相同的周期，第i个伪流在该周期内将包含从MPEG-TS流3中提取的ηi×mcd个MPEG-TS分组并且其余的分组将是空。MPEG-TS流3的分组的时间位置必须在伪流3c、3d中保持不变。
在合并装置13的一个变体中，基于包含在MPEG-TS流3中的每个服务的分组81的报头中所包括的字段(优选地连续性计数器字段)的值，执行接收到的MPEG-TS分组的再分类(re-sorting)。
根据第二变体，基于包含在MPEG-TS流中的每个服务的MPEG-TS音频/视频分组的第二字段(优选地分组81的报头的PCR(节目时钟参考)字段)的内容，执行接收到的MPEG-TS分组的再分类。
根据第三变体，基于前述方法的任意组合来执行接收到的MPEG-TS分组的再分类。
MPEG-TS流3包含包括所谓服务信息(SI)表格的分组，该表格传送关于正在传输的节目的信息以及传输参数。服务信息(SI)表格也可以在所有伪流3c、3d上传输，并且可以包含为了知道绑定在一起用于传输MPEG-TS流的信道的频率位置、以及它们中哪一个是主用信道所必要的信息。在这种情况下，当MPEG-TS流3的分组包含SI信息时(如由MPEG-TS分组的报头中的PID字段所指示的)，分组将同时被发送给所有伪流，造成上述机制的损害(没有流将包含空分组)。在接收器12的合并装置13在所有分支上接收到非空分组，其中PID指示SI信息，它们将选择N个分组(通常是相同的)的任何一个，同时还考虑到MPEG分组的报头的传输错误指示符(TEI)字段。
先验地定义绑定在一起用于传输MPEG-TS流的信道组中哪一个信道是主用信道也是可能的。
上述技术也可以用于DVB-S2多传送流模式中的多于一个的MPEG-TS流，从而使得未使用的频带达到最小，例如，当两个独立的MPEG-TS多路复用通过使用三个卫星转发器来传输时。
作为示例在这里描述的用于卫星信号传输的系统、接收器和方法可以经历许多可能的变化，而不背离本发明想法的新颖精神；还清楚的是，在本发明的实际实现方式中，所例示的细节可以具有不同的形状或者由其它技术上等同的元件取代。
因此可以容易地理解，本发明不局限于用于卫星信号传输的系统、接收器和方法，而是可以经历等同的部件和元件的许多修改、改进或取代，而不背离如在权利要求书中清晰地指定的本发明想法的新颖精神。

Claims (17)

1.一种传输器，包括：
分割器，被配置为接收包括数据分组的数据流并且被配置为将数据流再分为多个数据伪流，其中将数据流再分为所述多个数据伪流包括：
对于数据流中的每个数据分组，所述分割器从数据流转移所述数据分组，使得所述数据分组被添加到相应数据伪流，以及
当所述分割器将所述数据分组转移到所述相应数据伪流时，所述分割器还将空数据分组发送到所述多个数据伪流中的任何其余数据伪流；
多个调制器，每个调制器均被配置为调制数据伪流之一；
所述传输器还被配置为通过相应的传输信道传输经调制的数据伪流。
2.根据权利要求1所述的传输器，其中，所述多个调制器中的一个调制器是主用调制器，所述主用调制器包括以等于所述主用调制器的符号率的频率操作的计数器块，其中所述传输器被配置为将所述计数器块的值添加到被发送到调制器的数据伪流的每个数据分组。
3.根据权利要求2所述的传输器，其中，所述值被插入每个数据分组的ISSY字段中。
4.根据权利要求1所述的传输器，其中，所述分割器被配置为询问每个调制器以便识别哪个调制器可用于接收要传输的数据分组，并且将要传输的数据分组发送到所识别出的调制器。
5.根据权利要求1所述的传输器，其中，每个调制器被配置为通过控制信号向所述分割器发送分组请求。
6.根据权利要求1所述的传输器，其中，ηi是第i个调制器的频谱效率，mcd是一组频谱效率η1，…，ηN的最小公分母，并且其中所述分割器被布置为根据等于数据流的(η1+……+ηN)×mcd个分组的时间周期来打包每个数据伪流，使得给定数据流的周期，数据伪流将具有相同的周期，第i个数据伪流在该周期内将包含从数据流中提取的ηi×mcd个数据分组并且任何其余分组将为空，并且其中数据流的数据分组的时间位置在数据伪流中保持不变。
7.根据权利要求1所述的传输器，其中，数据流是单类型MPEG-TS流，其中在所述调制器中激活空分组删除模式和/或哑帧插入模式。
8.根据权利要求1所述的传输器，其中，在所述调制器中禁用传输速率适配器系统。
9.根据权利要求1所述的传输器，其中，在数据伪流上传输服务信息表格，所述表格包含为了知道绑定在一起用于传输数据流的信道的频率位置以及为了识别主用信道所必要的信息。
10.根据权利要求9所述的传输器，其中，当数据流的数据分组包含第一服务信息表格的信息段时，该数据分组将同时被发送到所有数据伪流使得没有数据伪流将包含空分组，其中所述信息段的存在由该数据分组的报头中的PID字段指示。
11.一种用于接收通过多个传输信道发送的卫星信号的接收器，包括：
多个解调器，每个解调器均被配置为解调从所述多个传输信道中的一个传输信道接收到的信号并且输出数据伪流，
布置在解调器下游的合并器，被配置为接收数据伪流并合并数据伪流以获得包括数据分组的序列的重构的数据流，
其中，所述合并器被配置为：
基于数据分组的字段的值重新对齐数据伪流；
对于重新对齐的伪流的每个数据分组，选择包含非空分组的数据分组；以及
将所述非空分组插入重构的数据流中。
12.根据权利要求11所述的接收器，其中，如果在某个时刻数据伪流的所有数据分组都是空分组，则所述合并器被配置为将空分组插入重构的数据流中。
13.根据权利要求11所述的接收器，其中，所述数据分组的字段是ISSY字段。
14.根据权利要求11所述的接收器，其中，在解调器中激活空分组重新插入模式。
15.根据权利要求11所述的接收器，其中，基于在ISSY(输入流同步器)字段中传输的ISCR(输入流时钟参考)子字段来重新对齐数据伪流。
16.一种用于管理输入数据流的方法，所述方法包括：
接收由数据分组组成的数据流；
通过执行以下操作将数据流再分为多个数据伪流：
对于数据流中的每个数据分组，从数据流转移所述数据分组，使得所述数据分组被添加到相应数据伪流，和
当所述数据分组被转移到所述相应数据伪流时，向所述多个数据伪流中的任何其余数据伪流发送空数据分组；
调制所述多个数据伪流中的每个数据伪流；以及
通过相应的传输信道传输所述多个经调制的数据伪流中的每个经调制的数据伪流。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述数据流是MPEG-TG传输流。
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