DE19632791B4

DE19632791B4 - Verfahren und System zur Rundfunkübertragung

Info

Publication number: DE19632791B4
Application number: DE19632791A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Prof. Dr.-Ing. Rudolph; Bernd Dr.-Ing. Bölike
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1996-08-15
Filing date: 1996-08-15
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2016-08-16
Also published as: JPH10126764A; FR2752501A1; DE19632791A1; GB2316582A; US6243866B1; FR2752501B1; GB2316582B; GB9716862D0

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen eines Rückkanals bei einer Rundfunkübertragung eines kontinuierlichen Datenstroms (D1) von einer Basisstation zu einer Vielzahl von Nutzereinrichtungen mit den folgenden Schritten:
– Bereitstellen eines kontinuierlichen Datenstroms (D1) von digitalisierten Fernseh-Bild-, Ton- und Datensignalen,
– Speichern des kontinuierlichen Datenstroms (D1) in einem Speicher (FIFO),
– Aussendung eines durch HF-Modulation in Abhängigkeit des gespeicherten Datenstroms (D1) generierten HF-Signals durch die Basisstation mittels einer Antenne,
– Unterbrechen der Aussendung für vorgegebene Zeiten, so dass zeitliche Lücken in der Aussendung – Sendelücken – entstehen,
– Umschalten der Basisstation vom Sende- in den Empfangsbetrieb während dieser Sendelücken,
– Empfangen der von der Basisstation ausgestrahlten HF-Signale durch die Nutzereinrichtungen,
– Demodulation der empfangenen HF-Signale,
– Speichern der durch Demodulation gewonnenen digitalen Daten in einem Speicher,
– Generieren eines Datenstroms durch Auslesen der gespeicherten digitalen Daten,
– Erkennen der Sendelücken durch die Nutzereinrichtungen, und...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bereitstellen eines Rückkanals bei einer Rundfunkübertragung und auf ein entsprechendes System. Ein derartiges Verfahren ist z. B. in DAVIC 1.1, Specification Part 08, Lower Layer Protocols And Physical Interfaces, LMDS Specifications, Revision 1.1 03/1996 beschrieben.
Es gestattet auf dem Gebiet der HF-Übertragung von interaktiven Fernsehanwendungen die Übertragung unsymmetrischer und auch einiger symmetrischer Datenströme, wie sie für die drahtlose Verlängerung des Kabels notwendig sind. ATM(Asynchronous Transfer Mode) und MPEG-Signale (Bild-, Ton- und Datensignale, die nach der Vorschrift der Motion Picture Expert Group kodiert sind) können mit diesem Prinzip in beide Richtungen gleichzeitig übertragen werden.
Gegenwärtig wird in vielen Ländern an der Realisierung von interaktiven breitbandigen Systemen gearbeitet. Die hohe Bandbreite wird für die Übertragung der Videosignale benötigt. Einzelne Systeme sind sogar drahtlos. Üblicherweise wird für den HF-Rückkanal ein Frequenzbereich in der Nähe des Hinkanals benutzt. Je dichter der Hinkanal und der Rückkanal beieinander liegen, um so besser stimmen die Ausbreitungseigenschaften beider Kanäle überein und um so eher kann für beide Kanäle die selbe Antenne benutzt werden.
Die Normungsvorschläge bei DAVIC (Digital Audio-Visual Council) gehen derzeit von einer solchen frequenzmäßigen Trennung beider Kanäle aus. 2 zeigt die Frequenzauf teilung bei der Übertragung zwischen STB (Set-Top Box) und Zweirichtungskonverter, der auf der Nutzerseite das gesendete und das empfangene Signal konvertiert.
Aus der DE 44 44 889 C1 ist ein Verfahren zur Realisierung eines Rückkanals in einem Gleichwellennetz bei einem Mehrkanal-Übertragungsverfahren, insbesondere für eine Datenübertragung nach dem DAB-Standard (Digital Audio Broadcast), bekannt. Auch bei diesem Verfahren werden für Hin- und Rückkanal unterschiedliche Frequenzbänder verwendet. Die Sendefrequenz im Rückübertragungskanal wird dazu im Empfänger durch Frequenzteilung und Frequenzvervielfachung aufgrund der im Hinkanal empfangenen Frequenzen erzeugt.
ETSI Standard ETS 300 175-1: Radio Equipment and Systems; Digital European Cordless Telecommunications (DECT) Common Interface Part 1: Overview, October 1992, Seite 24, beschreibt den zur Datenübertragung eingesetzten DECT-Standard sowie dessen Protokollschichten nach dem OSI-Modell. Der DECT-Standard sieht einen Simplex-Betrieb zur Datenübertragung in nur eine Richtung und einen Duplex-Betrieb zur Datenübertragung in Hin- und Rückrichtung vor. Bei Duplex-Betrieb wird jeweils zumindest ein Zeitschlitz gleicher Länge zum Senden und zum Empfangen verwendet, es handelt sich somit um ein symmetrisches Übertragungsverfahren. Datenübertragungen nach dem DECT-Standard werden bei Telefoniesystemen zum schnurlosen Betrieb von mobilen Telefon-Endgeräten eingesetzt mit einer Reichweite von maximal einigen hundert Metern und zum Betrieb von maximal 120 mobilen Endgeräten.
Der ETSI Standard ETS 300 175-1 betrifft jedoch das Gebiet der Telefonie und insbesondere den Datenaustausch zwischen einer ortsfesten Einheit und einem mobilen Endgerät und insofern eine point-to-point Datenübertragung.
In „An AN-Radio System Using CDMA Air Interface to Establish Narrowband, Broadband and ATM Radio Links" von Bömer, L. u. a., in: AEÜ, Vol. 49, No. 3, 1995, S. 120–128 wird ein AN(Access Network)-Funksystem, insbesondere ein Mobilfunksystem, mit einer CDMA(Code Division Multiple Access)-Luftschnittstelle beschrieben.
In „Digitaler Rundfunk in den Startlöchern" von Thiele, Dr., M., in: Elektronik, Heft 11, 1995, Seiten 36 bis 50, werden allgemein digitale Rundfunksysteme beschrieben und insbesondere das DAB(Digital Audio Broadcast)-Verfahren. Außerdem beschreibt der Artikel, dass innerhalb eines herkömmlichen analogen TV-Kanals ähnlich zum DAB-Verfahren 4 digitale TV-Kanäle übertragen werden können.
In dem US Patent Nr. 4747160 und der EP 0282347 A2 wird zur Entkopplung die Verwendung unterschiedlicher Polarisationen der Feldvektoren vorgeschlagen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es nur im Funkfeld anwendbar ist und für die Speisung der Antennensysteme sind andere Verfahren zu verwenden.
Der Nachteil eines kleinen Kanalabstandes ist die Kopplung des gesendeten Signals auf die Empfangsseite. Deswegen wird von einigen Herstellern die Verwendung getrennter Antennen favorisiert. Der damit verbundene hohe Aufwand auf der Nutzerseite sollte jedoch vermieden werden. Mit der Erfindung soll der Aufwand auf der Nutzerseite, aber auch auf der Basisstationsseite verringert werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Antennen der Nutzer- und der Basisstationsseite doppelt zu nutzen, aufwendige Filter für die Trennung der Signalbereiche zu vermeiden und eine Lösung zu finden, die auch für die Speisewege nutzbar ist.
Diese Aufgabe löst die Erfindung durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren.
Verbesserungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.
Ein geeignetes System zur Lösung der Aufgabe beschreibt der Patentanspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Systems sind in den Unteransprüchen 8 bis 10 beschrieben.
Mit Hilfe der Erfindung gelingt es auf überraschend einfache Weise, den gleichen HF-Kanal zur Lieferung von Videosignalen, d. h. kontinuierlichen Datenströmen, für Hin- und Rückrichtung zu nutzen. Der Widerspruch, daß einerseits kontinuierliche Videodatenströme für den Hinweg notwendig sind und daß andererseits aber für die Nutzung als Rückkanal größere Lücken im Datenstrom notwendig sind, wird durch die Zwischenschaltung empfangsseitiger Speicher überwunden. Das Verfahren fügt logische Rückkanäle mit den logischen Hinkanälen in einem physischen Kanal zusammen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 je eine schematisch dargestellte Basis- und Nutzerstation,
2 die bekannte Frequenzaufteilung bei DAVIC,
3 einen Anwendungsbereich der Erfindung.
Gemäß der 1 wird zur Erzeugung der Lücken in dem von der Basisstation abzusendenden Datenstrom D1 ein FIFO-Speicher verwendet. Dieser Datenstrom D1 wird gleichzeitig in die Steuerschaltung St1 geleitet. Die Steuerschaltung St1 erzeugt, abhängig von den Daten und einer vorgegebenen Zeit, Steuersignale für den Lesevorgang aus dem FIFO und Aktivierungssignale für Modulator Mo bzw. Demodulator De und Aktivierungssignale für die entsprechende Konvertierung, aufwärts mittels UC oder abwärts mittels DC. Mit der Steuerschaltung St1 wird der Signalfluß im HF-Kanal und natürlich auch in den speisenden und empfangenden Einrichtungen festgelegt. Die Weiterleitung der Signale von der Konvertierung zur Signalaufbereitung kann nach dem gleichen Zeitregime erfolgen.
Die bei den Nutzern vorhandenen Steuerschaltungen St2 sind normalerweise immer auf Empfang geschaltet. Nur wenn die Steuerschaltung St1 eine Lücke im Datenstrom D1 erzeugt und auf Empfang umschaltet und der vorher gesendete Datenstrom D1 eine Umschaltung zuläßt und wenn eine Nutzeranforderung dieses Nutzers vorgesehen ist, schaltet die entsprechende Steuerschaltung St2 um.
Vorteilhafterweise werden die zeitlichen Lücken im Datenstrom D1 der Basisstation in Lücken für Erstanrufe und Nutzersignale, die periodisch wiederkehren, aber deren Zeiten in Abhängigkeit vom Verkehrsaufkommen und der Entfernung zur Basisstation definiert werden, und in Lücken für die digitalen Informationen der Nutzer unterteilt.
Nachdem von einer Nutzereinrichtung in den Lücken für Erstanrufe und Nutzersignale ein Anforderungssignal übertragen wurde und diese Anforderung von der Basisstation akzeptiert wurde, können von der Nutzereinrichtung digitalisierte Informationen in den dafür vorgesehenen Lücken des Datenstromes D1 der Basisstation übertragen werden.
Die Übertragung des Umschaltesignals von der Steuerschaltung St1 zur Konvertereinheit kann, wie bei der Umschaltung der empfangenen Polarisation von Satellitenanlagen, durch eine unterschiedliche Spannung über die HF-Versorgungsleitung erfolgen. Ebenso kann die Speisung der Konverter über diese Leitung erfolgen. Diese vorteilhaften Ausnutzungen der Speiseleitung für die Übertragung in beide Richtungen, für die Übertragung der Versorgungsspannung und der Umschaltspannung können natürlich auch auf der Nutzerseite erfolgen. Damit ist bei Anwendung dieses Verfahrens nur immer eine Leitung zur Konvertereinheit erforderlich.
3 zeigt den vorteilhaften Einsatz der Erfindung in einer Verbindung. Es ist eine Verbindung von einem Videoserver VS über die Basisstation BS, den Konverter (Up-Converter UC, Down-Converter DC), das Funkfeld und auf der Nutzerseite wieder über den Konverter (Up-Converter UC, Down-Converter DC) und das Zusatzgerät STB (Set-Top Box) gezeigt.
Die dargestellte Verbindung erlaubt den Signalfluß in beide Richtungen, wobei die Basisstation das Zeitregime, d. h. die Lücken vorgibt. Die Konverter bestehen auf beiden Seiten einer solchen Verbindung aus Einheiten zur Konvertierung zu höheren Frequenzen UC und Einheiten zur Konvertierung zu tieferen Frequenzen DC. Auf der Nutzerseite ist noch ein Personalcomputer PC mit der Tastatur Ta und ein Fernsehgerät ES gezeigt.
In Kabelverteilnetzen, die nicht rückwärtstauglich sind, kann der Rückkanal dadurch gebildet werden, daß jeder Teilnehmer über einen Sender im ISM-Band verfügt, der den Weg bis zur Kopfstation des Kabelverteilnetzes überbrückt. In der Kopfstation kann dann ein Umsetzen in das zuvor beschriebene Zeitschlitz- Verfahren für den (weiteren) Rückkanal zwischen Basisstation und Kopfstation stattfin den. Auf dem Rückweg zwischen Teilnehmer und Kopfstation kann ein Frequenzwechselverfahren angewendet werden.
Eine Übertragung von analogen Fernsehsignalen in Hin- und Rückrichtung ist ebenfalls möglich, wobei von den Steuerschaltungen nur die Synchronrahmen und externe Steuersignale zur Auswertung genutzt werden können. Die Nutzung des Verfahrens ist nicht auf den HF-Weg begrenzt. Es kann durchgängig auch auf den Speiseleitungen zu den Konvertern und sogar auf einem anschließenden Kabel genutzt werden.
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen und Fachbegriffe

ATM

Asynchronous Transfer Mode, paketierter unsynchroner Übertragungsbetrieb

BS

Basisstation

D1

Datenstrom, Sendedatenstrom der Basisstation

D2

Datenstrom, Empfangsdatenstrom des Nutzers

D3

Datenstrom, Sendedatenstrom des Nutzers

D4

Datenstrom, Empfangsdatenstrom der Basisstation

FS

Fernsehgerät

St1

Steuerschaltung der Basisstation

St2

Steuerschaltung des Nutzers

DC

Down converter, Konvertierung zur niedrigen Frequenz

De

Demodulator

FIFO

First in first out, Datenspeicher

LMDS

Local Multipoint Distribution Service System, Lokales Mikrowellen System (f = 10 GHz–60 GHz)

MAC

Medium Access Control, Zugriffssteuerung,

MMDS

Multichannel Multipoint Distribution Service System, Multipunkt Mikrowellen Verteilsystem (f = 2–10 GHz)

Mo

Modulator

NIU

Network Interface Unit, Übergangseinheit zum Netz PC Personalcomputer

Sp

Speicher

STB

Set-Top Box, Zusatzgerät beim Teilnehmer

Ta

Tastatur

TDMA

Time Division Multiple Access, Zeitteilung für gleichzeitigen Zugriff verschiedener Teilnehmer

UC

Up converter, Konvertierung zur höheren Frequenz

VOD

Video-On-Demand, Videobeitrag auf Anforderung

VS

Videoserver, Rechenstation zur Lieferung vieler gleichzeitiger aber zeitlich unterschiedlich laufender Fernsehbeiträge

MPEG-Signale

Bild-, Ton- und Datensignale, die nach der Vorschrift MPEG (Mution Picture Expert Group) kodiert sind.

Random access

zufälliger Zugriff

Frequency hopping

Frequenzwechselverfahren

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines Rückkanals bei einer Rundfunkübertragung eines kontinuierlichen Datenstroms (D1) von einer Basisstation zu einer Vielzahl von Nutzereinrichtungen mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines kontinuierlichen Datenstroms (D1) von digitalisierten Fernseh-Bild-, Ton- und Datensignalen, – Speichern des kontinuierlichen Datenstroms (D1) in einem Speicher (FIFO), – Aussendung eines durch HF-Modulation in Abhängigkeit des gespeicherten Datenstroms (D1) generierten HF-Signals durch die Basisstation mittels einer Antenne, – Unterbrechen der Aussendung für vorgegebene Zeiten, so dass zeitliche Lücken in der Aussendung – Sendelücken – entstehen, – Umschalten der Basisstation vom Sende- in den Empfangsbetrieb während dieser Sendelücken, – Empfangen der von der Basisstation ausgestrahlten HF-Signale durch die Nutzereinrichtungen, – Demodulation der empfangenen HF-Signale, – Speichern der durch Demodulation gewonnenen digitalen Daten in einem Speicher, – Generieren eines Datenstroms durch Auslesen der gespeicherten digitalen Daten, – Erkennen der Sendelücken durch die Nutzereinrichtungen, und – Umschalten während der Sendelücken mindestens einer der Nutzereinrichtungen vom Empfangs- in den Sendebetrieb und Übertragen von Informationen zur Basisstation mittels eines durch HF-Modulation generierten HF-Signals im gleichen Frequenzband, in dem die Aussendung durch die Basisstation erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die HF-Modulation in der Basisstation und/oder in der Nutzereinrichtung ein orthogonales Mehrträgerverfahren verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Modulation des Rückkanals, für dessen gleichzeitige Benutzung durch viele Nutzer, ein Code-Multiplex-Verfahren angewendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Basisstation Lücken für die Übertragung von digitalen Informationen und Lücken für Erstanrufe und Nutzersignale gebildet und in den Datenstrom eingefügt werden, und daß die Lücken für Erstanrufe und Nutzersignale nach einem Zeitraster als periodisch wiederkehrende Lücken vorgegeben werden, wobei die Periodendauer in Abhängigkeit vom Verkehrsaufkommen und von der Entfernung zur Basisstation festgelegt wird und die Lücken für Erstanrufe und Nutzersignale zur Übertragung eines Anforderungssignals dienen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Übertragen von Anforderungssignalen in den Lücken für Erstanrufe und Nutzersignale einer Nutzereinrichtung, dessen Anforderungssignal von der Basisstation akzeptiert wurde, ein eigener Code zugewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei Ausbleiben des Übertragens von digitalen Information von der Nutzereinrichtung zur Basisstation für eine festgelegte Zeitdauer, die vorzugsweise von der Verkehrsdichte abhängig ist, der der Nutzereinrichtung zugewiesene Code gelöscht und anderweitig vergeben wird.
System zum Bereitstellen eines Rückkanals bei einer Rundfunkübertragung eines kontinuierlichen Datenstroms (D1) von einer Basisstation zu einer Vielzahl von Nutzereinrichtungen, umfassend a) eine Basisstation mit – einem Speicher (FIFO) zur Speicherung des kontinuierlichen Datenstroms (D1) – einem HF-Modulator (Mo), – einem Konverter (UC) zur Konvertierung eines Signals zu höheren Frequenzen, – einer Antenne zum Senden und zum Empfangen von HF-Signalen, – einem Konverter (DC) zur Konvertierung eines Signals zu niedrigeren Frequenzen, – einem HF-Demodulator (De), und – einer Steuereinrichtung (St1) zum Erzeugen von Steuersignalen zum Aus- und Einlesen des Speichers (FIFO), zum Erzeugen von Steuersignalen für den HF-Modulator (Mo) und den HF-Demodulator (De) und zum Erzeugen von Aktivierungssignalen für die beiden Konverter (UC, DC) in Abhängigkeit von dem kontinuierlichen Datenstrom (D1) und einer vorgegebenen Zeit, wobei die Steuereinrichtung (St1) zum Erzeugen von Sendelücken und zum Umschalten der Basisstation vom Sende- in den Empfangsbetrieb während dieser Sendelücken ausgebildet ist und b) eine Vielzahl von Nutzereinrichtungen, die jeweils aufweisen: – eine Antenne zum Empfangen und zum Senden von HF-Signalen, – einen Konverter (DC) zur Konvertierung eines Signals zu niedrigeren Frequenzen, – einen HF-Demodulator (De), – einen Speicher (FIFO), – einen HF-Modulator (Mo), – einen Konverter (UC) zur Konvertierung eines Signals zu höheren Frequenzen, und – eine Steuereinrichtung (St2) zum Umschalten der Nutzereinrichtung vom Empfangs- in den Sendebetrieb in Abhängigkeit von dem vorher gesendeten Datenstrom der Basisstation und von vorgegebenen Zeiten, wobei die Nutzereinrichtung für den Rückwärtskanal das gleiche Frequenzband benutzt wie die Basisstation für die Rundfunkübertragung und wobei die Nutzereinrichtung Informationen zur Basisstation in den Sendelücken der Basisstation überträgt.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Konverter der Basisstation und der Nutzereinrichtungen jeweils für Sendung und Empfang der gleiche Oszillator eingesetzt ist.
System nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei bei zwischengeschalteten, nur für eine Richtung geeigneten Kabelverteilnetzen mit einer Kopfstation an der Empfangsantenne und einer Mehrzahl von Nutzern die Antennenumschaltung in der Kopfstation und die Speicherung beim Nutzer und der Kopfstation erfolgt, und wobei die Rückwärtsrichtung mittels zusätzlicher drahtloser Verbindungen, vorzugsweise im ISM-Band, überbrückt ist.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Konvertern über die HF-Speiseleitung ein Schaltsignal für die Aktivierung der Umschaltung zugeführt ist.