EP2482477A2 - Verfahren zur Übertragung von Nutzdatensignalen in einem Broadcast-Kommunikationsnetz - Google Patents

Verfahren zur Übertragung von Nutzdatensignalen in einem Broadcast-Kommunikationsnetz Download PDF

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EP2482477A2
EP2482477A2 EP12152899A EP12152899A EP2482477A2 EP 2482477 A2 EP2482477 A2 EP 2482477A2 EP 12152899 A EP12152899 A EP 12152899A EP 12152899 A EP12152899 A EP 12152899A EP 2482477 A2 EP2482477 A2 EP 2482477A2
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EP
European Patent Office
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uplink
cgc
terminals
ground station
dvb
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EP2482477A3 (de
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Cristina Párraga Niebla
Francisco Lazaro Blasco
Francesco Rossetto
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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    • H04H2201/30—Aspects of broadcast communication characterised by the use of a return channel, e.g. for collecting users' opinions, for returning broadcast space/time information or for requesting data

Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting user data signals in a communication network.
  • This communication network may, for example, be the DVB-SH (Digital Video Broadcast Satellite Services to Handheld).
  • the invention will be described below with reference to this standard, but is not limited to this standard.
  • the new DVB-SH standard was developed to provide mobile subscribers with an efficient radio service in the frequency range below 3 GHz by means of an integrated communication system, which includes satellite and terrestrial components.
  • the satellite allows a wide coverage area to provide services for satellite terminals, but the shading effect of trees and tall buildings results in terminals located in such areas being unable to receive the satellite signal because there is no line of sight in those areas between satellites and terminals.
  • CGC Complementary Ground Components
  • ATC Ancillary Terrestrial Components
  • Integrated terminal receivers conforming to the DVB-SH standard are able to receive the signals transmitted by satellites and / or CGC ground stations, depending on what is available in the terminal's geographic environment, and if both signals can be received, the terminals are even able to combine the signals to improve the signal quality.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of such a system in which various types of terminals (outdoor use type, handheld type, vehicle type, professional type and type for use in buildings) can receive the satellite and the CGC signal to receive services from the service platform through the integrated system.
  • various types of terminals outdoor use type, handheld type, vehicle type, professional type and type for use in buildings
  • Satellites and CGC ground stations may transmit data using a Time Division Multiplexing (TDM) scheme or an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) scheme according to the DVB-SH specification.
  • TDM Time Division Multiplexing
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • satellites and CGC ground stations can operate in the single frequency network SFN (single frequency network), i. in the same frequency slot, while if they use different multiplexing schemes (e.g., satellite component TDM and CGC ground station OFDM), they should operate in the multi-frequency network (MFN); in different frequency slots.
  • SFN single frequency network
  • MFN multi-frequency network
  • CGC ground stations are installed to transmit the same data stream simultaneously and in the same frequency slot.
  • the satellite operates in a different frequency slot than the CGC ground stations, but all CGC ground stations operate in the common service area in an SFN network.
  • the problem to be solved with this invention is that of identifying individual CGC ground stations in a D.C. network compared to the rest of the CGC ground stations in the same SFN network have additional features, such as an uplink, which the terminals can access to send messages (instead of just receiving them).
  • the DVB-SH standard used in a broadcast service specifies the satellite hub and the CGC ground stations only for downlink operation, ie the CGC ground stations repeat the satellite signal to the user terminals. No precautions are taken to use the CGC ground stations in the uplink. Nevertheless, there is interest in extending the set of services to include not only broadcast / multicast, but also interactive broadcast / multicast services and messaging, which requires the availability of an uplink channel.
  • the identification of individual transmitters can be achieved by embedding in the transmitters a watermark sequence which uniquely identifies the transmitters in the network.
  • a watermark is added at the content level. This can be done because the transmitters can send different content without jeopardizing the performance of the network. For broadcast systems operating in an SFN network, this is not the case.
  • DVB-T2 terrestrial digital television
  • DVB-T2 also has several transmitters operating in an SFN network, and it is necessary for each test or commercial purpose to identify individual transmitters.
  • the CGC identification is only for specifying the availability (or unavailability) of an uplink in this CGC ground station
  • trial-and-error protocols are also possible.
  • the CGC ground station does not provide active any way to indicate the availability or unavailability of an uplink; it is rather the terminal trying to transmit messages in the frequency range assigned to the uplink in the system. If an ARQ mechanism is provided in the system that confirms the correct receipt of a message, after some attempts (in limited numbers) the terminal determines whether an uplink is available in the CGC ground station or not.
  • the DVB-T2 proposed method of embedding a watermark at the high frequency level poses a backward compatibility problem.
  • Embedding a watermark at the high frequency level in the DVB-T2 signal as shown in WO 2009/109883 proposed for DVB-T2 is in principle implementable, but also implies that the processing chain of the DVB-SH receiver chipset (hardware) must be updated, and this has an impact on costs.
  • a watermark may be embedded in an additional (independent) signal and superimposed in CDM fashion on the very high spreading factor DVB-SH signal to allow negligible interference with the DVB-SH receivers, and in DVB-SH Terminals with transmit function is implemented parallel to the DVB-SI-i-Bmpfangskette an additional chain of receipts, which can demodulate and interpret the Watermark. While this approach is backward compatible, it does have a cost implication, since in practice, transmitters must implement two receivers.
  • the trial-and-error approach does not affect the cost of the terminal because it can be implemented in software as a "detection" algorithm in a protocol layer.
  • this approach leads to an unnecessary Battery consumption (depending on the number of attempts made until an availability or unavailability of an uplink has been determined) and, finally, relatively long delays in successfully receiving a message in the uplink.
  • An object of the invention is the provision of a signaling infrastructure, which allows the bidirectional use of a broadcast ground station.
  • the invention relates to a broadcast communication system in which all terrestrial components (CGC ground stations) can transmit in the same frequency or transmit in the same frequency, and does not relate to a mobile radio network.
  • each unicast-mode terrestrial component transmits to each user terminal data (or signaling) intended for a particular user, or in broadcast mode, data or signaling data common to all users in the coverage area of that terrestrial component are provided.
  • those terrestrial components that are located close to each other, ie have overlapping coverage areas transmit in different frequency slots or in different time slots or using different spreading codes, so that the transmission data consisting of different terrestrial components with overlapping Supply areas are sent, do not interfere with each other.
  • the disadvantage of using watermarking is the high cost of the terminal as it requires two receivers.
  • a more cost effective solution is proposed (without the need for a second receiver on the terminal, thus allowing for very low cost terminals) based on an intelligent position of the capability information of the terrestrial components in the data frame structure of the signal.
  • Solutions that are used in terrestrial cellular mobile networks, such as out-of-band signaling, are currently not possible in the system according to the invention (which works in the DVB-SH system or S-band), since this additional Band is not available and the user terminal should be kept as cost-effective as possible, so that the cost of installing additional receivers should be avoided.
  • Essential feature of the invention is thus to transfer the reservation of certain data structures in the broadcast signal, for example "codewords" to configuration data that identifies a ground station as uplink capable.
  • codewords reserved for this purpose are not used by the non-pluggable ground station, ie non-uplink ground stations do not transmit any payload or signaling data in this reserved codeword, but known "dummy" sequences.
  • To transmit a dummy sequence in this context means that no (useful) data is transmitted, but any known sequence among the participants is transmitted, which can be relatively easily identified and thus deleted. This minimizes the effects of interference.
  • an uplink may be provided by the satellite, by the CGC ground station, or by both.
  • both satellite and CGC ground station uplinks are available, it is desirable that terminals located in the coverage area of a CGC ground station with uplink capability (ie, in the coverage area of a second ground station), Use the CGC uplink as the first option even when in line with the satellite.
  • This operational requirement serves the purpose of distributing the uplink traffic such that the satellite link does not become a bottleneck and is only used if there is no uplink terrestrial component available, provided that the capacity of the satellite is Satellite uplink is comparable to the capacity of the CGC uplink.
  • DVB-SH terminals must be operable in a DVB-SH network, which also has an uplink capability; in other words, the installation of a backward link must ensure backward compatibility with DVB-SH terminals implemented according to the DVB-SH specification.
  • the present invention is based on relaxing the condition that all transmitters in an SFN network must send identical signals. If different transmitters of the same SFN network send different signals, they will interfere with each other and degrade network performance. However, the effect of such interference can be reduced such that the implied performance degradation takes on an acceptable (or even negligible) measure.
  • Fig. 2 shows an example of a possible periodic assignment of a DVB-SH code word to indicate the existence of an uplink.
  • the effect of interference in the effective coverage area of the uplink CGC ground station can be limited by imposing requirements on the installation of the SFN network (eg minimum distance between CGC ground stations, assigned EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) for each Downlink CGC ground station, etc.) to guarantee the uplink service area in the desired geographic area.
  • the SFN network eg minimum distance between CGC ground stations, assigned EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) for each Downlink CGC ground station, etc.
  • EIRP Equivalent Isotropically Radiated Power
  • High power transmitters are installed to cover large areas while medium and low power transmitters are installed to cover the gaps left by the high power transmitters; this type of approach is called broadcasting care.
  • the design of a transmitter network to power a particular area will depend significantly on the landscape. In broadcast type coverage, the entire coverage area of some CGC ground stations may overlap, as in FIG Fig. 4 in which the CGC ground station has an available uplink.
  • the CGC ground station "A” is a high performance CGC ground station, and the remaining CGC ground stations are those of medium or low power used to fill the CGC ground station “A” supply gaps ,
  • the CGC ground stations "B” to “D” are located in areas where, for example due to the landscape, the CGC ground station “A” signal is weak and thus it can be assumed that the CGC ground stations " A “to” C "caused interference in the code word carrying various information is small in most of the coverage area of the CGC ground station” C ".
  • the disadvantage of this solution is that a full code word must be reserved to perform signaling with respect to the uplinked CGC ground stations, and this code word can not be used to transmit user data or cues that are common to the entire SFN network. Given that a code word can carry up to eight MPG TS, this causes a not insignificant loss of capacity. However, the impact on capacity utilization is marginal if additional signaling related to the uplink CGC ground stations is also transmitted in the assigned uplink availability code word rather than this information Examples of this information include the currently applicable uplink configuration (frequency range, channels, etc.) and information related to the access scheme, eg, the spreading factor in the case of CDMA-based systems, etc.
  • the invention can be used in interactive DVB-SH networks with terrestrial components (and satellite components) designed as return channel.

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Abstract

Das Verfahren zur Übertragung von Nutzdatensignalen in einem Kommunikationsnetz ist insbesondere für ein Kommunikationsnetzwerk geeignet, das versehen ist mit mindestens einer ersten Bodenstation sowie mindestens einer zweiten Bodenstation und mehreren Terminals, wobei die ersten und zweiten Bodenstationen empfangene Nutzdaten an die Terminals übertragen und die mindestens eine zweite Bodenstation in der Lage ist, von einem Terminal Nutzdaten zu empfangen und diese weiterzuübertragen (d. h., dass die zweite Bodenstation Uplink-fähig ist). Bei dem Verfahren empfangen die ersten und zweiten Bodenstationen im Wesentlichen zeitgleich identische Nutzdaten und übertragen diese an die Terminals. Dabei überträgt ausschließlich die mindestens eine zweite Bodenstation an die von ihr mit Nutzdaten versorgten Terminals neben diesen Nutzdaten auch von diesen Terminals verarbeitbare Konfigurationsdaten, die einem Terminal, das von der mindestens einen zweiten Bodenstation Nutzdaten empfängt, signalisieren, dass die mindestens eine zweite Bodenstation potentiell von diesem Terminal gesendete Nutzdaten empfangen und weiterübertragen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Nutzdatensignalen in einem Kommunikationsnetz. Bei diesem Kommunikationsnetz kann es sich beispielsweise um den DVB-SH (digital video broadcast satellite services to handheld) handeln. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf diesen Standard beschrieben, ist aber auf diesen Standard nicht beschränkt. Zum Stand der Technik auf dem Gebiet der mobilen Kommunikationssysteme, bei denen es sich also nicht um Broadcast-Kommunikationsnetze handelt, sei auf US-A-2010/0304668 verwiesen,
  • Der neue DVB-SH-Standard wurde entwickelt, um Mobilfunkteilnehmern mittels eines integrierten Kommunikationssystems, das Satelliten- und terrestrische Komponenten aufweist, einen effizienten Funk-Service im Frequenzbereich unterhalb von 3 GHz zu bieten. Insbesondere ermöglicht der Satellit einen weiten Versorgungsbereich zum Erbringen von Diensten für Satelliten-Terminals, wobei jedoch der Verschattungseffekt von Bäumen und hohen Gebäuden dazu führt, dass Terminals, die in derartigen Bereichen angeordnet sind, das Satellitensignal nicht empfangen können, da in diesen Bereichen keine Sichtlinie zwischen Satelliten und Terminals besteht. Um eine hohe Service-Verfügbarkeit zu ermöglichen, sind gemäß dem DVB-SH-Standard terrestrische Komponenten vorgesehen, auch als CGC-Bodenstation (Complementary Ground Components) oder ATC-Bodenstation (Ancillary Terrestrial Components) bezeichnet, die den gleichen Inhalt wie der Satellit übertragen, Derartige CGC-Bodenstationen können in Bereichen installiert werden, in denen Lücken in dem Satelliten-Versorgungsbereich bestehen, z.B. in Städten. Integrierte Terminalempfänger, die dem DVB-SH-Standard entsprechen, sind in der Lage, die Signale zu empfangen, die von Satelliten und/oder CGC-Bodenstationen - je nachdem, was in der geographischen Umgebung des Terminals verfügbar ist - gesendet werden, und falls beide Signale empfangen werden können, sind die Terminals sogar in der Lage, die Signale zu kombinieren, um die Signalqualität zu verbessern.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines derartigen Systems, bei dem verschiedene Typen von Terminals (Typ zur Benutzung im Freien, Handheld-Typ, Typ zur Benutzung in Fahrzeugen, professioneller Typ und Typ zur Benutzung in Gebäuden) das Satelliten- und das CGC-Signal empfangen können, um Dienste von der Service-Plattform über das integrierte System zu empfangen.
  • Satelliten und CGC-Bodenstationen können Daten unter Verwendung eines Zeitmultiplex-Schemas TDM (Time Division Multiplex) oder eines Orthogonal-Frequenzmultiplex-Schemas OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) entsprechend der DVB-SH-Spezifikation übertragen. Falls an beiden Komponenten das gleiche Multiplexschema (OFDM) angewendet wird, können Satelliten und CGC-Bodenstationen im Einfrequenznetz SFN (single frequency network) arbeiten, d.h. in dem gleichen Frequenz-Slot, während sie, falls sie verschiedene Multiplexschemata verwenden (z.B. TDM für die Satelliten-Komponente und OFDM für die CGC-Bodenstationen), im Mehrfrequenz-Netz MFN (multi-frequency network) arbeiten sollen, d.h. in verschiedenen Frequenz-Slots.
  • Generell werden zur Service-Bereitstellung in einem zusammenhängenden geographischen Bereich (z.B. einer Stadt oder Region) mehrere CGC-Bodenstationen installiert, um den gleichen Datenstrom gleichzeitig und in dem gleichen Frequenz-Slot zu übertragen. Insgesamt betrachtet arbeitet der Satellit in einem anderen Frequenz-Slot als die CGC-Bodenstationen, jedoch arbeiten sämtliche CGC-Bodenstationen in dem gemeinsamen Service-Bereich in einem SFN-Netz.
  • In diesem Kontext besteht das Problem, das mit dieser Erfindung gelöst wird, in dem Identifizieren einzelner CGC-Bodenstationen in einem Gleichfrequenznetz, die im Vergleich zu dem Rest der CGC-Bodenstationen in dem gleichen SFN-Netz zusätzliche Features aufweisen, z.B. einen Uplink, auf den die Terminals zugreifen können, um Nachrichten zu senden (statt sie nur zu empfangen). Der DVB-SH-Standard, der in einem Broadcast-Service verwendet wird, spezifiziert den Satelliten-Hub und die CGC-Bodenstationen nur für den Betrieb im Downlink, d.h. die CGC-Bodenstationen wiederholen das Satellitensignal an die User-Terminals. Es sind keine Vorkehrungen getroffen, um die CGC-Bodenstationen im Uplink zu verwenden. Dessen ungeachtet besteht Interesse daran, den Satz von Diensten dahingehend auszuweiten, dass er nicht nur Brodcast/Multicast-, sondern auch interaktive Broadcast/Multicast-Dienste und -Messaging enthält, was die Verfügbarkeit eines Uplink-Kanals erfordert.
  • Generell kann die Identifikation einzelner Sender erzielt werden, indem in die Sender eine Watermark-Sequenz eingebettet wird, der die Sender in dem Netz unverwechselbar identifiziert. In zellularen Systemen wird ein Watermark auf der Inhaltsebene hinzugefügt. Dies kann deshalb vorgenommen werden, weil die Sender verschiedene Inhalte senden können, ohne die Leistung des Netzes zu gefährden, Bei Broadcast-Systemen, die in einem SFN-Netz arbeiten, ist dies nicht der Fall. Ein ähnliches Problem wird auf dem Gebiet des terrestrischen Digitalfernsehens (insbesondere DVB-T2) angesprochen, bei dem ebenfalls mehrere Sender installiert sind, die in einem SFN-Netz arbeiten, und es für sämtliche Testzwecke oder kommerziellen Zwecke erforderlich ist, einzelne Sender zu identifizieren. Im Kontext des terrestrischen Digitalfernsehens ist allgemein akzeptiert, dass die von jedem der Sender in dem gleichen SFN-Netz gesendeten Signale identisch sein müssen (siehe z.B. WO-A-2009/ 109883 ), und somit besteht keine Möglichkeit, ein Watermark auf der Inhaltsebene zu applizieren. In WO-A-2009/109883 sind mehrere Verfahren zur Watermark-Einbettung vorgeschlagen, bei denen ein Watermark auf der Hochfrequenzebene (Physical Layer) appliziert wird, indem die Watermark-Sequenz auf die Unterträger (anwendbar für OFDM) oder die Zeitpositionen, oder auf Zeitzellen mittels Zeitmultiplexens, oder auf beide verteilt wird: auf die Unterträger und die Zeitzellen mittels Zeit- und Frequenzmultiplexens,
  • Für den speziellen Fall, dass die CGC-Identifikation nur zum Spezifizieren der Verfügbarkeit (oder Nichtverfügbarkeit) eines Uplinks in dieser CGC-Bodenstation vorgesehen ist, sind auch Trial-and-Error-Protokolle möglich, In diesem Fall bietet die CGC-Bodenstation nicht aktiv irgendeine Möglichkeit zum Anzeigen der Verfügbarkeit oder Nichtverfügbarkeit eines Uplinks; es ist vielmehr das Terminal, das versucht, Meldungen in dem Frequenzbereich zu übertragen, welcher dem Uplink in dem System zugewiesen ist. Falls in dem System ein ARQ-Mechanismus vorgesehen ist, der den korrekten Empfang einer Nachricht bestätigt, stellt das Terminal nach einigen Versuchen (in beschränkter Anzahl) fest, ob ein Uplink in der CGC-Bodenstation verfügbar ist oder nicht.
  • Bei den für DVB-T2 vorgeschlagenen Verfahren zur Einbettung eines Watermark auf der Hochfrequenzebene ergibt sich ein Problem der Abwärtskompatibilität. Das Einbetten eines Watermark auf der Hochfrequenzebene in dem DVB-T2-Signal, wie es in WO-A-2009/109883 für DVB-T2 vorgeschlagen wird, ist im Prinzip implementierbar, impliziert jedoch auch, dass die Verarbeitungskette des DVB-SH-Empfänger-Chipset (Hardware) aktualisiert werden muss, und dies wirkt sich auf die Kosten aus. Alternativ kann ein Watermark in ein zusätzliches (unabhängiges) Signal eingebettet werden und nach CDM-Art dem DVB-SH-Signal mit sehr hohem Spreizfaktor übergelegt werden, um eine vernachlässigbare Interferenz gegenüber den DVB-SH-Empfängern zu ermöglichen, und bei DVB-SH-Terminals mit Sendefunktion ist parallel zu der DVB-SI-i-Bmpfangskette eine zusätzliche Empfangskette implementiert, die das Watermark demodulieren und interpretieren kann. Dieser Lösungsansatz ist zwar abwärtskompatibel, hat jedoch Auswirkungen auf die Kosten, da die Terminals mit Sendefunktion in der Praxis zwei Empfänger implementieren müssen.
  • Der Trial-and-error-Ansatz wirkt sich nicht auf die Kosten für das Terminal aus, da er in Software als "Detektions"-Algorithmus in einer Protocol Layer implementiert werden kann. Jedoch führt dieser Ansatz zu einem unnötigen Batterieverbrauch (je nach der Anzahl von Versuchen, bis ein Rückschluss auf die Verfugbarkeit oder Nichtverfügbarkeit eines Uplink erfolgt ist) und schließlich zu relativ langen Verzögerungen beim erfolgreichen Empfang einer Nachricht in dem Uplink.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eine Signalisierungsinfrastruktur, welches die bidirektionale Nutzung einer Broadcast Bodenstation ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Über-tragung von Nutzdatensignalen in einem Kommunikationsnetz vorgeschlagen, das aufweist
    • mindestens eine erste Bodenstation sowie mindestens eine zweite Bodenstation und mehrere Terminals,
    • mindestens eine erste Bodenstation sowie mindestens eine zweite Bodenstation und mehrere Terminals,
    • wobei die ersten und zweiten Bodenstationen empfangene Nutzdaten an die Terminals übertragen und
    • wobei die mindestens eine zweite Bodenstation in der Lage ist, von einem Terminal Nutzdaten zu empfangen und diese weiterzuübertragen,
      wobei bei dem Verfahren
    • die ersten und zweiten Bodenstationen zeitgleich bzw. im Wesentlichen zeitgleich identische Nutzdaten empfangen und diese an die Terminals zeitgleich bzw, im Wesentlichen zeitgleich übertragen und
    • die ersten und zweiten Bodenstationen neben den Nutzdaten und von den Terminals verarbeitbare Konfigurationsdaten übertragen,
    • wobei die von einer ersten Bodenstation übertragenen Konfigurationsdaten den Terminals, die diese Konfigurationsdaten empfangen, signalisieren, dass die erste Bodenstation nicht in der Lage ist, potentiell von diesen Terminals gesendete Nutzdaten zu empfangen und/oder weiter zu übertragen (d.h. nicht uplinkfähig sind), und
    • wobei ausschließlich die von der mindestens einen zweiten Bodenstation übertragenen Konfigurationsdaten den Terminals, die diese Kommunikationsdaten empfangen, signalisieren, dass die mindestens eine zweite Bodenstation potentiell von diesen Terminals gesendete Nutzdaten empfangen und weiterübertragen kann (d.h. uplinkfähig ist).
  • Die Erfindung betrifft ein Broadcast-Kommunikationssystem, bei dem sämtliche terrestrischen Komponenten (CGC-Bodenstationen) in der gleichen Frequenz senden oder in der gleichen Frequenz senden können, und bezieht sich nicht auf ein Mobilfunknetz. In einem zellularen Netz überträgt jede terrestrische Komponente im Unicast-Modus an jedes User-Terminal Daten (oder Signalisierungen), die für einen bestimmten User vorgesehen sind, oder im Broadcast-Modus Daten oder Signalisierungsdaten, die für sämtliche User in dem Versorgungsbereich dieser terrestrischen Komponente vorgesehen sind. In einem zellularen Netz senden diejenigen terrestrischen Komponenten, die nahe benachbart angeordnet sind, d.h. einander überlappende Versorgungsbereiche haben, in verschiedenen Frequenz-Slots oder in verschiedenen Zeit-Slots oder unter Verwendung verschiedener Spreizcodes, so dass die Übertragungsdaten, die aus verschiedenen terrestrischen Komponenten mit überlappenden Versorgungsbereichen her gesendet werden, nicht miteinander interferieren. Für diese Systeme existieren im Stand der Technik gute Lösungen, um den Usern zu signalisieren, welche Fähigkeiten die terrestrischen Komponenten haben. Bei einem Broadcast-Kommunikationsnetz, mit dem sich die Erfindung befasst, ist dies schwierig, da sämtliche terrestrischen Komponenten, auch diejenigen mit überlappenden Versorgungsbereichen, in dem gleichen Frequenzband und dem gleichen Zeit-Slot sowie unter Verwendung des gleichen Spreizcodes senden können. Dies ist typisch für Broadcast-Systeme, da normalerweise sämtliche terrestrischen Komponenten die gleiche Information zur gleichen Zeit senden und somit die Interferenz tatsächlich eine konstruktionsbedingte Interferenz wird. Das Problem, mit dem sich die Erfindung befasst, besteht darin, wie erreicht werden kann, dass verschiedene terrestrische Komponenten in einem Broadcast-System verschiedene Konfigurations- oder Fähigkeits-Informationen an die User-Terminals senden können, während sie das gleiche Frequenzband, den gleichen Zeit-Slot und den gleichen Spreizcode verwenden, d.h. während sie miteinander interferieren. Für dieses Problem besteht im Stand der Technik derzeit nur ein einziger Lösungsansatz, und zwar die Verwendung von Watermarking. Der Nachteil des Einsatzes von Watermarking besteht in dem hohen Kostenaufwand am Terminal, da dieser zwei Empfänger benötigt. Mit der der Erfindung wird eine kostengünstigere Lösung vorgeschlagen (ohne Erfordernis eines zweiten Empfängers an dem Terminal und somit unter Ermöglichung sehr kostengünstiger Terminals), die auf einer intelligenten Position der Fähigkeits-Information der terrestrischen Komponenten in der Datenrahmenstruktur des Signals basiert. Lösungsansätze, die bei terrestrischen zellularen Mobilfunknetzen angewandt werden, wie z.B. Out-of-Band-Signalisierung, sind gerade in dem gemäß der Erfindung avisierten System (das im DVB-SH-System bzw. S-Band arbeitet) nicht möglich, da dieses zusätzliche Band nicht verfügbar ist und das User-Terminal so kostengünstig wie möglich gehalten werden soll, so dass die Kosten zur Installierung weiterer Empfänger vermieden werden sollten.
  • Wesensmerkmal der Erfindung ist also, die Reservierung von bestimmten Datenstrukturen im Broadcast Signal, beispielsweise "Codewords" um Konfigurationsdaten zu übertragen, die eine Bodenstation als uplinkfähig identifiziert. Die für diesen Zweck reservierten Codewords werden von der nichtuplinkfähigen Bodenstation nicht genutzt, d.h. nicht-uplinkfähige Bodenstationen übertragen in diesem reservierten Codewords keine Nutz- oder Signalisierungsdaten, sondern bekannte "Dummy"-Sequenzen. Eine Dummy-Sequenz zu übertragen, heißt in diesem Zusammenhang, dass keine (Nutz-) Daten übertragen werden, sondern irgendeine unter den Teilnehmern bekannte Sequenz übertragen wird, die man relativ einfach identifizieren und somit löschen kann. Damit werden die Wirkungen von Interferenzen minimiert. Derartige Interferenzen entstehen notgedrungen, da nun die Terminals, die sowohl von einer ersten als auch von einer zweiten Bodenstation (und ggf. auch von einem Satelliten) die Nutzdaten empfangen, um das Codewort verschiedene Daten erhalten und empfangen. Diese Interferenzen sind, wie zuvor erwähnt, extrem gering und werden in Kauf genommen, um innerhalb des Kommunikationsnetzes den zweiten Bodenstationen die Möglichkeit zu geben, ihre Uplinkfähigkeit gegenüber den Terminals kundtun zu können.
  • Um interaktive und Messaging-Dienste durchzuführen, kann ein Uplink durch den Satelliten, durch die CGC-Bodenstation oder durch beide vorgesehen sein. In dem Fall, dass über sowohl die Satelliten- als auch die CGC-Bodenstationen-Uplinks verfügbar sind, ist es zweckmäßig, dass Terminals, die sich in dem Versorgungsbereich einer CGC-Bodenstation mit UplinkFähigkeit (d. h. in dem Versorgungsbereich einer zweiten Bodenstation) befinden, das CGC-Uplink selbst dann als erste Option verwenden, wenn sie sich in Sichtlinie mit dem Satelliten befinden. Dieses betriebsmäßige Erfordernis dient dem Zweck, den Uplink-Verkehr derart zu verteilen, dass der Satelliten-Link nicht zu einem Flaschenhals wird und nur dann verwendet wird, falls keine terrestrische Komponente mit Uplink verfügbar ist, was unter der Voraussetzung erfolgt, dass die Kapazität des Satelliten-Uplink mit der Kapazität des CGC-Uplink vergleichbar ist.
  • Ferner ist erforderlich, dass das Uplink-Feature als Erweiterungs-Feature zusätzlich zu der DVB-SH-Spezifikation verwendet wird. Somit müssen DVB-SH-Terminals in einem DVB-SH-Netz betreibbar sein, das auch eine UplinkFähigkeit aufweist; anders ausgedrückt muss die Installierung eines Rückwärts-Link eine Rückwärtskompatibilität mit DVB-SH-Terminals gewährleisten, die gemäß der DVB-SH-Spezifikation implementiert sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines DVB-SH-Systems,
    Fig. 2
    eine Darstellung einer periodischen Code-Wort-Zuweisung in dem DVB-SH-Strom zum Anzeigen der Existenz eines Uplink,
    Fig. 3
    die Darstellung einer Reduzierung des Uplink-Versorgungsbereichs aufgrund von Interferenzen in einem Versorgungsbereich zellularen Typs und
    Fig. 4
    die Darstellung eines Uplink-Versorgungsbereichs bei rundfunkartiger (Broadcast-)Versorgung.
  • Die hier vorliegende Erfindung basiert darauf, die Bedingung zu lockern, dass sämtliche Sender in einem SFN-Netz identische Signale senden müssen. Falls verschiedene Sender des gleiche SFN-Netzes verschiedene Signale senden, interferieren sie miteinander und verschlechtern die Netz-Leistung. Die Auswirkung einer derartigen Interferenz kann jedoch derart reduziert werden, dass die implizierte Leistungsverschlechterung ein akzeptables (oder sogar vernachlässigbares) Maß annimmt.
  • Der DVB-SH-Frame besteht aus einem Strom kodierter E-Frame, die im weiteren Verlauf dieser Beschreibung als Code-Wörter (CW) bezeichnet werden. In einem E-Frame können maximal acht MPEG-Transportströme transportiert werden. Das hier vorgeschlagene Verfahren des Signalisierens, dass eine bestimmte CGC-Bodenstation ein verfügbares Uplink hat, umfasst folgendes:
    • In dem DVB-SH-Strom erfolgt eine periodische Zuordnung eines bestimmten Code-Worts, um die Existenz eines Uplink anzuzeigen.
    • Die CGC-Bodenstationen mit verfügbarem Uplink verwenden diese periodische Zuordnung, um eine (für sämtliche CGC-Bodenstationen mit Uplink identische) Signalisierungsmeldung zu übermitteln, die spezifiziert, dass in dem von dieser CGC-Bodenstation abgedeckten Versorgungsbereich ein Uplink existiert. Diese Meldung kann an jeder Protocol Layer implementiert werden, und der Empfänger (Terminal) muss in der Lage sein, sie zu interpretieren, d.h. er muss das Protokoll kennen.
    • Die CGC-Bodenstationen ohne einen verfügbaren Uplink machen keinen Gebrauch von dieser periodischen Zuordnung zwecks Sendens von Signalisierungs- oder User-Daten. (Sie können möglicherweise irgendeinen Pseudo-Inhalt senden.) Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass das Code-Wort, dass zur Anzeige der Existenz eines Uplink zugewiesen ist, nur von denjenigen CGC-Bodenstationen verwendet wird, die ein verfügbares Uplink aufweisen.
    • In diesem Code-Wort, das zum Signalisieren der Uplink-Verfügbarkeit zugewiesen ist, soll nur Information enthalten sein, die auf die CGC-Bodenstation mit Uplink bezogen ist. Signalisier-Daten, die sämtlichen CGC-Bodenstationen gemeinsam ist, oder User Daten dürfen nicht in diesem Code-Wort enthalten sein.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft eine mögliche periodische Zuordnung eines DVB-SH-Code-Worts zum Hinweis auf die Existenz eines Uplink.
  • In Zonen, in denen sich die Versorgungsbereiche von CGC-Bodenstationen mit und ohne Uplink überlappen, tritt Interferenz auf, jedoch beeinträchtigt die Interferenz nur das Code-Wort des DVB-SH-Frames, das zur Ubermittlung des Hinweises auf die Uplink-Verfügbarkeit zugeordnet ist. Der Rest des Stroms wird nicht beeinträchtigt, da das interferierende Signal auf das zugewiesene Code-Wort beschränkt ist und dieses Code-Wort keine User-Daten oder Signalisier-Daten führt, die sämtlichen CGC-Bodenstationen mit und ohne Link gemeinsam ist.
  • Die Auswirkung der Interferenz in den Überlappungsbereichen lässt sich wie folgt beschreiben:
    • Das in dem zugewiesenen Code-Wort gesendete Signal zum Signalisieren der Uplink-Verfügbarkeit wird von CGC-Bodenstationen ohne Uplink im Wesentlichen nicht verwendet. In den Nutzdaten des E-Frames können bekannte Sequenzen, die leicht detektierbar sind, verwendet werden, so dass die Interferenz gegenüber dem Signal von CGC-Bodenstationen mit Uplink leicht gelöscht werden kann.
    • Falls die Interferenz, die von den CGC-Bodenstationen ohne Uplink bei den CGC-Bodenstationen mit Uplink verursacht wird, nicht gelöscht werden kann, resultiert dies in einer Reduzierung des Uplink-Versorgungsbereichs der CGC-Bodenstation mit Uplink, da die Terminals in dem Überlappungsbereich nicht in der Lage sind, die eingebettete Information in diesem Code-Wort zu "verstehen" und die Existenz eines Uplinks in diesem Bereich nicht realisieren. Dies ist in Fig. 3 gezeigt, in der die Versorgungsbereiche von fünf CGC-Bodenstationen in dem Downlink in einer typischen zellularen Verteilung dargestellt sind, wobei die CGC-Bodenstation "C" einen Uplink aufweist. Die Schraffur markiert den effektiven Versorgungsbereich des Uplink der CGC-Bodenstation "C" als Ergebnis der Interferenz in den Bereichen der Überlappung mit den übrigen CGC-Bodenstationen,
    • Die Interferenz, die von den CGC-Bodenstationen mit Uplink bei den CGC-Bodenstationen ohne Uplink verursacht wird, kann hoch sein, wobei die Auswirkung jedoch vernachlässigbar ist, da die CGC-Bodenstationen ohne Uplink keine in dem zugeordneten Code-Wort enthaltene Information senden.
  • Bei einem Versorgungsbereich entsprechend der zellularen Art, der typischerweise in Mobilfunknetzen wie z.B. GSM oder UMTS verwendet wird, wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 3 gezeigt, kann die Auswirkung der Interferenz in dem effektiven Versorgungsbereich der Uplink-CGC-Bodenstation in Grenzen gehalten werden, indem der Installierung des SFN-Netzes Anforderungen auferlegt werden (z.B. Mindestabstand zwischen CGC-Bodenstationen, zugewiesenes EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) für jede Downlink-CGC-Bodenstation etc.), um den Uplink-Versorgungsbereich in dem gewünschten geographischen Gebiet zu garantieren. Bei einem Kommunikationssystem, das hauptsächlich Broadcast-Dienste übernimmt, wie z.B. DVB-T, DVB-S oder DVB-SH, ist die Versorgung anders konzipiert als bei zellularen Systemen, wie Fig. 4 zeigt; bei solchen Systemen ist es übliche Praxis, Sender mit verschiedenen Leistungsniveaus zu installieren: hohe, mittlere und niedrige Leistung. Hochleistungs-Sender werden installiert, um große Bereiche abzudecken, während Sender mit mittlerer und niedriger Leistung installiert werden, um die von den Hochleistungs-Sendern belassenen Lücken abzudecken; dieser Typ von Ansatz wird als rundfunkartige Versorgung bezeichnet. Die Ausgestaltung einer Sender-Netzes zur Versorgung eines bestimmten Bereichs hängt beträchtlich von der Landschaft ab, Bei der rundfunkartigen Versorgung kann sich der gesamte Versorgungsbereich einiger CGC-Bodenstationen überlappen, wie in Fig. 4 gezeigt ist, in der die CGC-Bodenstation einen verfügbaren Uplink aufweist. In diesem Beispiel ist die CGC-Bodenstation "A" ein Hochleistungs-CGC-Bodenstation, und bei den übrigen CGC-Bodenstationen handelt es sich um solche mittlerer oder niedriger Leistung, die dazu dienen, die Versorgungslücken der CGC-Bodenstation "A" zu füllen. Somit sind die CGC-Bodenstationen "B" bis "D" in Bereichen angeordnet, in denen, z.B. aufgrund der Landschaft, das Signal der CGC-Bodenstation "A" schwach ist und somit angenommen werden kann, dass die von den CGC-Bodenstationen "A" bis "C" verursachte Interferenz in dem Code-Wort, das verschiedene Information mitführt, im Großteil des Versorgungsbereichs der CGC-Bodenstation "C" klein ist.
  • Dieser Ansatz bietet im Vergleich zum Stand der Technik folgende Vorteile:
    • Er ist sehr einfach.
    • Er erlaubt Abwärtskompatibilität: Die Leistungsfähigkeit bei dem Empfang reiner DVB-SH-geeigneter Terminals ohne Uplink-Fähigkeiten würde nicht beeinträchtigt.
    • Es minimiert die erforderliche Komplexität an den User-Terminals.
    • Updates, die an DVB-SH-Terminals erforderlich sind, um das Signalisieren des Vorhandenseins eines Uplink zu interpretieren, können vollständig in Software implementiert werden, wodurch kostenaufwendige Updates in dem DVB-SH-Chipset vermieden werden. Dies bedeutetet, dass der Kostenaufwand zum Implementieren der erforderlichen Updates minimal ist.
  • Mit der hier vorgeschlagenen Lösung zum Hinweis auf das Vorhandensein eines Uplink werden die vorstehend genannten Vorteile erzielt. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass ein volles Code-Wort reserviert sein muss, um das Signalisieren in Bezug auf die mit Uplink versehenen CGC-Bodenstationen durchzuführen, und dieses Code-Wort nicht dazu verwendet werden kann, User-Daten oder Hinweise zu übertragen, die dem gesamten SFN-Netz gemeinsam sind. Angesichts dessen, dass ein Code-Wort bis zu acht MPG-TS transportieren kann, verursacht dies eine nicht vernachlässigbare Einbuße an Kapazität. Die Auswirkung für die Kapazitäts-Nutzung ist jedoch marginal, falls eine zusätzliche Signalisierung, die sich auf die CGC-Bodenstationen mit Uplink bezieht, auch in dem zugewiesenen Code-Wort für den Hinweis auf die Uplink-Verfügbarkeit übertragen wird, statt diese Information an das ganze SFN zu senden, Zu den Beispielen für diese Information zählen die derzeit applizierbare Uplink-Konfiguration (Frequenzbereich, Kanäle etc.) und Information, die sich auf das Zugriffsschema bezieht, z.B, der Spreizfaktor im Fall CDMA-basierter Systeme, etc.
  • Die Merkmale des vorgeschlagenen Verfahrens zum Anzeigen der Verfügbarkeit eines CGC-Bodenstation-Uplinks, aufgrund derer das Verfahren als neuartig anzusehen ist, sind folgende:
    • Das Verfahren nutzt auf intelligente Weise den Datenstrom dazu, das Vorhandensein einer Uplink-CGC-Bodenstation anzuzeigen, wobei Interferenzen zwischen CGC-Bodenstationen zulässig sind, Updates in Hardware-Implementierungen oder duplizierte Empfangsketten vermieden werden (wie im Fall des in WO-A-2009/109883 vorgeschlagenen Watermarking).
    • Die erzeugte Interferenz von CGC-Bodenstationen ohne Uplink zu CGC-Bodenstationen mit Uplink wird in dem Netz als eine Reduzierung des Versorgungsbereichs der CGC-Bodenstationen mit Uplink wahrgenommen. Je nach der für den Uplink angewandten Wellenform ist jedoch, falls der Uplink-Versorgungsbereich ohnehin kleiner ist als der Downlink-Versorgungsbereich, die Auswirkung dieser Interferenz vernachlässigbar.
    • Die erzeugte Interferenz von CGC-Bodenstationen mit Uplink zu CGC-Bodenstationen ohne Uplink verursacht keine Verschlechterung des Leistung des SFN-Netzes, da das Code-Wort, das von den CGC-Bodenstationen mit Uplink zum Hinweis auf einen Uplink verwendet wird, nicht von dem Rest der CGC-Bodenstationen verwendet wird, um irgendwelche Daten zu transportieren.
  • Die Erfindung kann in interaktiven DVB-SH-Netzen mit als Rückkanal ausgelegten terrestrischen Komponenten (und Satellitenkomponenten) verwendet werden.
  • Abkürzungen
    • ARQ
    Automatic Repeat reQuest
    ATC
    Ancillary Terrestrial Component
    CDM
    Code-Division Multiplex - Code-Multiplex
    CDMA
    Code-Division Multiple Access - Code-Teilungs-Mehrfachzugriff
    CGC
    Complementary Ground Component - komplementäre Bodenkomponente
    CW
    Codeword
    DVB-SH
    Digital Video Broadcasting Satellite Services to Handheld
    DVB-T2
    Digital Video Broadcasting second generation digital terrestrial television broadcasting system
    EIRP
    Equivalent isotropically radiated power
    GSM
    Global System for Mobile communications - Globalsystem für Mobilkommunikation
    MFN
    Multiple Frequency Network - Mehrfrequenz-Netz
    MPEG-TS
    Moving Picture Expert Group - Transport Stream
    SFN
    Single Frequency Network - Gleichfrequenznetz
    OFDM
    Orthogonal Frequency Division Multiplex - Orthogonal-Frequenzmultiplex-Schema
    TDM
    Time Division Multiplex - Zeitmultiplex-Schema
    UMTS
    Universal Mobile Telecommunications System

Claims (2)

  1. Verfahren zur Übertragung von Nutzdatensignalen in einem Broadcast-Kommunikationsnetz, das aufweist
    - mindestens eine erste Bodenstation sowie mindestens eine zweite Bodenstation und mehrere Terminals,
    - mindestens eine erste Bodenstation sowie mindestens eine zweite Bodenstation und mehrere Terminals,
    - wobei die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Bodenstation empfangene Nutzdaten an die Terminals übertragen und
    - wobei die mindestens eine zweite Bodenstation in der Lage ist, von einem Terminal Nutzdaten zu empfangen und diese weiter zu übertragen,
    wobei bei dem Verfahren
    - die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Bodenstation zeitgleich oder im Wesentlichen zeitgleich identische Nutzdaten empfangen und diese an die Terminals zeitgleich oder im Wesentlichen zeitgleich übertragen und
    - die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Bodenstation neben den Nutzdaten und von den Terminals verarbeitbare Konfigurationsdaten übertragen,
    - wobei die von einer ersten Bodenstation übertragenen Konfigurationsdaten denjenigen Terminals, die diese Konfigurationsdaten empfangen, signalisieren, dass die erste Bodenstation nicht in der Lage ist, potentiell von diesen Terminals gesendete Nutzdaten zu empfangen und/oder weiter zu übertragen (d.h. nicht uplinkfähig sind), und
    - wobei ausschließlich die von der mindestens einen zweiten Bodenstation übertragenen Konfigurationsdaten denjenigen Terminals, die diese Kommunikationsdaten empfangen, signalisieren, dass die mindestens eine zweite Bodenstation potentiell von diesen Terminals gesendete Nutzdaten empfangen und weiterübertragen kann (d.h. uplinkfähig ist).
  2. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 für ein terrestrisches und/oder ein Satelliten-Kommunikationssystem.
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