ES2339007T3 - Configuraciones de enlaces de conexion para soportar una modulacion por capas para señales digitales. - Google Patents
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Abstract
Sistema de señales del enlace ascendente, que comprende: un primer receptor (1304A) para recibir una primera señal (1302A) del enlace de conexión usando una primera antena (1304A) de haz puntual del enlace de conexión para un primer transpondedor de satélite, transmitiendo el primer transpondedor de satélite una señal (808A) de la capa superior de una señal de modulación por capas a al menos un receptor (802, 500); un segundo receptor (1310B) para recibir una segunda señal (1302B) del enlace de conexión usando una segunda antena (1304B) de haz puntual del enlace de conexión para un segundo transpondedor de satélite, transmitiendo el segundo transpondedor de satélite una señal (808B) de la capa inferior de la señal de modulación por capas a al menos un receptor (802, 500); en el que la primera antena (1304A) de haz puntual del enlace de conexión recibe la primera señal (1302A) del enlace de conexión desde una primera zona (1306A) de cobertura y la segunda antena (1304B) de haz puntual del enlace de conexión recibe la segunda señal (1302B) del enlace de conexión desde una segunda zona (1306B) de cobertura, distinta de la primera zona (1306A) de cobertura, y la segunda señal (1302B) del enlace de conexión reutiliza un espectro de frecuencias de la primera señal (1302A) del enlace de conexión.
Description
Configuraciones de enlaces de conexión para
soportar una modulación por capas para señales digitales.
La presente invención se refiere a sistemas y
procedimientos para enlaces de conexión para señales digitales,
particularmente señales que usan modulaciones por capas.
Los sistemas de comunicación de señales
digitales se han usado en varios campos, incluyendo la transmisión
de señal de TV digital, bien terrestre o por satélite. Conforme
evolucionan los diversos servicios y sistemas de comunicación de
señal digital, existe una creciente demanda de tasa de transferencia
de datos incrementada y servicios añadidos. Sin embargo, es más
difícil implementar una mejora en sistemas viejos o nuevos servicios
cuando es necesario remplazar el hardware heredado existente, tales
como transmisores y receptores. Se favorecen nuevos sistemas y
servicios cuando éstos pueden utilizar hardware heredado existente.
En el campo de las comunicaciones inalámbricas, este principio se
destaca adicionalmente debido a la disponibilidad limitada del
espectro electromagnético. De esta manera, no es posible (o al
menos no es práctico) transmitir meramente datos mejorados o
adicionales a una nueva frecuencia.
El procedimiento convencional de incremento de
la capacidad espectral es moverse a una modulación de orden
superior, tal como desde una modulación por desplazamiento de fase
en cuadratura (QPSK) a modulación por desplazamiento de fase de 8
fases (8PSK) o modulación de amplitud en cuadratura de dieciséis
estados (16QAM). Desafortunadamente, los receptores QPSK no pueden
desmodular señales 8PSK o 16QAM. Como resultado, los clientes
heredados con receptores QPSK deben actualizar sus receptores para
continuar recibiendo cualquier señal transmitida con una modulación
8PSK o 16QAM.
Es ventajoso para los sistemas y los
procedimientos de transmisión de señales acomodar una tasa de
transferencia de datos mejorada e incrementada sin la necesidad de
frecuencia adicional. Además, es ventajoso para la tasa de
transferencia de datos mejorada e incrementada que las señales para
los nuevos receptores sean compatibles retroactivamente con los
receptores heredados. Hay una ventaja adicional para los sistemas y
los procedimientos que permiten que las señales de transmisión sean
modernizadas desde una fuente separada del transmisor heredado.
Se ha propuesto que una señal de modulación por
capas, que transmite de manera no coherente (asíncronamente) ambas
señales de las capas superior e inferior, pueda ser empleada para
cumplir estas necesidades. Dichos sistemas de modulación por capas
permiten una tasa de transferencia de información más alta con
compatibilidad retroactiva. Aunque, incluso cuando no es necesaria
la compatibilidad retroactiva (tal como con un sistema
completamente nuevo), la modulación por capas todavía puede ser
ventajosa, ya que requiere una potencia pico del TWTA
considerablemente más baja que la de un formato de modulación 8PSK o
16QAM convencional para una tasa de transferencia determinada.
La modulación por capas usa eficientemente el
ancho de banda transmitiendo portadoras digitales interferentes en
un enlace descendente usando amplificadores de satélite de alta
potencia saturados. Sin embargo, si cada portadora fuese
transmitida mediante un enlace de conexión (es decir, enlace
ascendente) al satélite en su propia porción individual de ancho de
banda (es decir, no interferente), entonces el ancho de banda del
enlace de conexión sería mucho mayor que el ancho de banda
requerido del enlace descendente. Véase el documento US 2002/006795
(Norin et. al.).
Por consiguiente, existe una necesidad de
sistemas y procedimientos para configuraciones del enlace de
conexión para soportar modulación por capas. La presente invención
cumple estas necesidades.
La presente invención proporciona cuatro
técnicas distintas que pueden ser empleadas para soportar el uso de
modulación por capas en un enlace descendente de satélite. Las
bandas de comunicaciones de satélite son asignadas casi siempre en
pares de de anchos de banda sustancialmente iguales (un ancho de
banda del enlace de conexión (es decir, enlace ascendente) y un
ancho de banda del enlace descendente correspondiente). Por
ejemplo, en el caso del servicio de difusión por satélite (BSS) en
una región, el enlace de conexión es asignado a entre 17,3 y 17,8
GHz, y el enlace descendente correspondiente es asignado a entre
12,2 y 12,7 GHz.
La modulación por capas usa eficientemente el
ancho de banda transmitiendo portadoras digitales interferentes
usando amplificadores de satélite de alta potencia saturados. Si
cada portadora fuese transmitida al satélite en su propia porción
de ancho de banda individual (no interferente), entonces el ancho de
banda del enlace de conexión requerido sería mucho mayor que el
ancho de banda del enlace descendente. Por consiguiente, la
presente invención describe sistemas y procedimientos para enlaces
de conexión de satélite que utilizan sustancialmente un ancho de
banda del enlace de conexión igual o menor que el ancho de banda del
enlace descendente homólogo.
El uso de antenas de haz puntual del enlace de
conexión, el uso de un estrecho ancho de haz de antena del enlace
de conexión para iluminar satélites individuales y el uso de
modulación síncrona de orden superior en el enlace de conexión de
satélite, se han propuesto, todos ellos, en varios sitios como
mecanismos para suministrar señales de difusión a un satélite. En
estos casos, sin embargo, no se han propuesto antenas de haz
puntual del enlace de conexión en combinación con un enlace
descendente con modulación por capas, de manera no coherente, tal
como con las realizaciones de la presente invención.
En una realización de la invención, un sistema
de enlace de conexión incluye un primer receptor para recibir una
primera señal del enlace de conexión usando una primera antena de
haz puntual del enlace de conexión para un primer transpondedor de
satélite. El primer transpondedor de satélite es para transmitir una
señal de la capa superior de una señal de modulación por capas a al
menos un receptor/descodificador integrado (IRD). El sistema
incluye un segundo receptor para recibir una segunda señal del
enlace de conexión usando una segunda antena de haz puntual del
enlace de conexión para un segundo transpondedor de satélite. El
segundo transpondedor de satélite es para transmitir una señal de
la capa inferior de la señal de modulación por capas a el al menos
un IRD. La primera antena de haz puntual del enlace de conexión
transmite desde una primera zona de cobertura y la segunda antena
de haz puntual del enlace de conexión transmite desde una segunda
zona de cobertura, distinta de la primera zona de cobertura, y la
segunda señal del enlace de conexión reutiliza un espectro de
frecuencias de la primera señal del enlace de conexión.
En una segunda realización de la invención, un
sistema de enlace de conexión incluye un primer receptor para
recibir una primera señal del enlace de conexión para un primer
transpondedor de satélite en un primer satélite. El primer
transpondedor de satélite es para transmitir una señal de la capa
superior de una señal de modulación por capas a al menos un
receptor/descodificador integrado (IRD). El sistema incluye además
un segundo receptor para recibir una segunda señal del enlace de
conexión para un segundo transpondedor de satélite en un segundo
satélite. El segundo transpondedor de satélite transmitiendo una
señal de la capa inferior de la señal de modulación por capas a el
al menos un IRD. La segunda señal del enlace de conexión reutiliza
una banda de frecuencias de la primera señal del enlace de conexión
y el primer satélite y el segundo satélite tienen una separación
orbital suficiente para permitir la reutilización de la banda de
frecuencias.
En una tercera realización de la invención, un
sistema de enlace de conexión incluye un receptor/desmodulador de
modulación por capas para desmodular una señal del enlace de
conexión de la capa superior y una señal del enlace de conexión de
la capa inferior, ambas a partir de una señal del enlace de conexión
de modulación por capas. Un primer modulador modula la señal del
enlace de conexión de la capa superior para producir una señal de
la capa superior de una señal del enlace descendente de modulación
por capas a al menos un receptor/descodificador integrado (IRD). Un
segundo modulador modula la señal del enlace de conexión de la capa
inferior para producir una señal de la capa inferior de la señal
del enlace descendente de modulación por capas a el al menos un
IRD.
En una cuarta realización de la invención, un
sistema de enlace de conexión incluye un receptor/desmodulador de
modulación de orden superior para recibir y desmodular una señal del
enlace de conexión en una primera secuencia de bits y un
desmultiplexor para desmultiplexar la primera secuencia de bits en
una segunda secuencia de bits y una tercera secuencia de bits. Un
primer modulador de orden inferior modula la primera secuencia de
bits en una señal de la capa superior de una señal de modulación por
capas para la transmisión a al menos un receptor/descodificador
integrado (IRD). Un segundo modulador de orden inferior modula la
segunda secuencia de bits en una primera señal de la capa inferior
de la señal de modulación por capas para la transmisión a el al
menos un IRD. La señal del enlace de conexión comprende una
modulación de orden superior que una modulación de orden inferior
de la señal de la capa superior y la señal de la capa inferior, de
manera que una banda de frecuencias del enlace de conexión no es
mayor que una banda de frecuencias del enlace descendente de la
señal de la capa superior y la señal de la capa inferior.
Con referencia ahora a los dibujos, en los que
los números de referencia similares representan partes
correspondientes en todos los dibujos:
La Fig. 1 es un diagrama que ilustra una visión
de conjunto de un sistema de distribución de video con un solo
satélite;
La Fig. 2 es un diagrama de bloques que muestra
una configuración del enlace ascendente típica para un único
transpondedor de satélite;
La Fig. 3A es un diagrama de una secuencia de
datos representativa;
La Fig. 3B es un diagrama de un paquete de datos
representativo;
La Fig. 4 es un diagrama de bloques que muestra
una realización del modulador de la señal del enlace de
conexión;
La Fig. 5 es un diagrama de bloques de un
receptor/descodificador integrado (IRD);
Las Figs. 6A-6C son diagramas
que ilustran la relación básica de las capas de señales en una
transmisión de modulación por capas;
Las Figs. 7A-7C son diagramas
que ilustran una constelación de señales de una segunda capa de
transmisión sobre la primera capa de transmisión, después de la
desmodulación de la primera capa;
La Fig. 8A es un diagrama que muestra un sistema
para transmitir y recibir las señales de modulación por capas;
La Fig. 8B es un diagrama que muestra un
transpondedor de satélite ejemplar para recibir y transmitir señales
de modulación por capas;
La Fig. 9 es un diagrama de bloques que
representa una realización de un IRD mejorado capaz de recibir
señales de modulación por capas;
La Fig. 10A es un diagrama de bloques de una
realización del sintonizador/modulador mejorado y codificador
FEC;
La Fig. 10B representa otra realización del
sintonizador/modulador mejorado, en el que la sustracción de capas
es realizada sobre la señal por capas recibida;
Las Figs. 11A y 11B representan los niveles de
potencia relativos de las realizaciones de ejemplo de la presente
invención;
La Fig. 12 ilustra un sistema de ordenador
ejemplar que podría ser usado para implementar funciones o módulos
seleccionados de la presente invención;
La Fig. 13A ilustra una primera arquitectura del
enlace de conexión para una señal de modulación por capas;
La Fig. 13B es un diagrama de flujo de un
procedimiento ejemplar de la invención para la primera arquitectura
del enlace de conexión;
La Fig. 14A ilustra una segunda arquitectura del
enlace de conexión para una señal de modulación por capas;
La Fig. 14B es un diagrama de flujo de un
procedimiento ejemplar de la invención para la segunda arquitectura
del enlace de conexión;
La Fig. 15A ilustra una tercera arquitectura del
enlace de conexión para una señal de modulación por capas;
La Fig. 15B es un diagrama de flujo de un
procedimiento ejemplar de la invención para la tercera arquitectura
del enlace de conexión;
La Fig. 16A ilustra una cuarta arquitectura del
enlace de conexión para una señal de modulación por capas; y
La Fig. 16B es un diagrama de flujo de un
procedimiento ejemplar de la invención para la cuarta arquitectura
del enlace de conexión.
\vskip1.000000\baselineskip
En la descripción siguiente de la realización
preferente, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman
parte de la misma, y en los que se muestra, a modo de ilustración,
una realización específica en la que la invención puede ser
practicada. Debe entenderse que pueden utilizarse otras
realizaciones y pueden realizarse cambios estructurales sin
alejarse del alcance de la presente invención.
La solicitud de modelo de utilidad US No de
serie 09/844.401 describe una técnica para transmitir información
digital usando múltiples portadoras no coherentes que ocupan
porciones superpuestas de un canal o banda de RF. Esta técnica es
más eficiente en un entorno de transmisión por satélite en el que
cada una de las portadoras interferentes pasa a través de un
amplificador de tubos de ondas progresivas (TWTA) separado. Cada
amplificador (dependiendo del tipo de modulación usado para esa
portadora) puede ser operado normalmente en saturación,
generalmente el uso más eficiente de dichos TWTAs basados en
satélite.
Los sofisticados receptores terrestres que
emplean la técnica descrita en la solicitud de modelo de utilidad
US con No de serie 09/844.401 pueden desmodular cada una de estas
portadoras, en las que el espectro de frecuencias de una portadora
puede superponerse sustancial o completamente sobre el espectro de
frecuencias usado para transmitir la otra.
La técnica convencional para transmitir cada
portadora a su TWTA de satélite respectivo es transmitir cada
portadora en su propia porción dedicada (no interferente) del ancho
de banda del enlace de conexión. Sin embargo, debido a que la
técnica de modulación por capas usa portadoras del enlace
descendente interferentes para ganar una eficiencia de ancho de
banda considerable, la cantidad de ancho de banda del enlace
descendente usada es considerablemente menor que la que necesitan
los enlaces de conexión si se emplea esta técnica convencional.
Sin embargo, en prácticamente todas las bandas
de comunicaciones por satélite asignadas por el Sector
Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicación
(ITU-R), la asignación de ancho de banda al enlace
de conexión es igual a la asignada al enlace descendente
correspondiente. Sin algunos esquemas para llevar las portadoras al
satélite en la misma cantidad de ancho de banda usada por el enlace
descendente correspondiente, la asignación del enlace descendente
no podría ser usada completamente.
Esta invención describe una serie de técnicas
que pueden ser empleadas para reducir las necesidades de ancho de
banda del enlace de conexión a un valor no superior a las
necesidades de ancho de banda del enlace descendente.
La Fig. 1 es un diagrama que ilustra una visión
de conjunto de un sistema 100 de distribución de video mediante un
único satélite. El sistema 100 de distribución de video comprende un
centro 102 de control en comunicación con un centro 104 del enlace
ascendente mediante una enlace terrestre u otro enlace 114 y con una
estación 110 receptora suscriptora mediante una red telefónica
conmutada pública (PSTN) u otro enlace 120. El centro 102 de
control proporciona material de programa (por ejemplo, programas de
video, programas de audio y datos) al centro 104 del enlace
ascendente y coordina con las estaciones 110 receptoras suscriptoras
para ofrecer, por ejemplo, servicios de programas pago por visión
(PPV), incluyendo la facturación y la desencriptación asociados de
los programas de video.
El centro 104 del enlace ascendente recibe
material de programa e información de control de programa desde el
centro 102 de control, y usando una antena 106 del enlace ascendente
y un transmisor 105, transmite el material de programa y la
información de control de programa al satélite 108 mediante una
señal 116 del enlace de conexión. El satélite 108 recibe y procesa
esta información, y transmite los programas de video y la
información de control a la estación 110 receptora suscriptora
mediante una señal 118 del enlace descendente usando un transmisor
o un transpondedor 107. La estación 110 receptora suscriptora recibe
esta información usando la unidad (ODU) 112 de exterior, que
incluye una antena suscriptora y un convertidor de bloque de bajo
nivel de ruido (LNB).
En una realización, la antena de la estación
receptora suscriptora es una antena de banda Ku con forma
ligeramente oval de 45,72 cm (18 pulgadas). La forma ligeramente
oval es debida a la alimentación desfasada de 22,5 grados del LNB
(convertidor de bloque de bajo nivel de ruido) que es usado para
recibir las señales reflejadas desde la antena suscriptora. La
alimentación desplazada posiciona el LNB fuera del camino, de manera
que no bloquea ningún área superficial de la antena, minimizando la
atenuación de la señal de microondas entrante.
El sistema 100 de distribución de video puede
comprender una pluralidad de satélites 108 con el fin de
proporcionar una cobertura terrestre más amplia, de proporcionar
canales adicionales, o de proporcionar ancho de banda adicional por
cada canal. En una realización de la invención, cada satélite
comprende 16 transpondedores para recibir y transmitir material de
programa y otros datos de control desde el centro 104 del enlace
ascendente y proporcionarlos a las estaciones 110 receptoras
suscriptoras. Usando técnicas de multiplexación y compresión de
datos, las capacidades de los canales, dos satélites 108 trabajando
conjuntamente pueden recibir y difundir más de 150 canales de video
y audio convencionales (no HDTV) mediante 32 transpondedores.
Aunque la invención descrita en la presente
memoria se describirá con referencia a un sistema 100 de
distribución de video basado en satélites, la presente invención
puede ser practicada también con transmisión con base en tierra de
la información de programa, bien por medios de difusión, por cable o
por otros medios. Además, las diferentes funciones asignadas
colectivamente entre el centro 102 de control y el centro 104 del
enlace ascendente, tal como se ha descrito anteriormente, pueden
ser reasignadas como se desee sin alejarse del alcance deseado de
la presente invención.
Aunque lo expuesto anteriormente ha sido
descrito con respecto a una realización en la que el material de
programa suministrado al suscriptor 122 es un material de programa
de video (y audio), tal como una película, el procedimiento
anterior puede ser usado también para suministrar material de
programa que comprende puramente información de audio u otros
datos.
La Fig. 2 es un diagrama de bloques que muestra
una configuración del enlace ascendente típica para un transpondedor
108 de satélite único, que muestra como un material de programa de
video es enlazado ascendentemente al satélite 108 mediante el
centro 102 de control y el centro 104 del enlace ascendente. La Fig.
2 muestra tres canales de video (que pueden aumentarse
respectivamente con uno o más canales de audio para música de alta
fidelidad, información de pista de sonido, o un programa de audio
secundario para transmitir lenguajes extranjeros), un canal de
datos de un subsistema 206 de guía de programas e información de
datos de ordenador de una fuente 208 de datos de ordenador.
\newpage
Los canales de video típicos son proporcionados
por una fuente de programas 200A-200C de material de
video (denominada colectivamente, en adelante en la presente
memoria, como fuente(s) de programas 200). Los datos de cada
fuente 200 de programas son proporcionados a un codificador
202A-202C (denominado colectivamente, en adelante
en la presente memoria, como codificador(es) 202). Cada uno
de los codificadores acepta una etiqueta temporal de programa (PTS)
del controlador 216. El PTS es una etiqueta temporal binaria
envolvente que se usa para asegurar que la información de video
está sincronizada apropiadamente con la información de audio
después de la codificación y la descodificación. Se envía una
etiqueta temporal PTS con cada trama-I de datos
codificados con MPEG.
En una realización de la presente invención,
cada codificador 202 es un codificador de tipo Motion Picture
Experts Group (MPEG-2) de segunda generación, pero
pueden usarse también otros descodificadores que implementan otras
técnicas de codificación. El canal de datos puede ser sometido a un
esquema de compresión similar mediante un codificador (no
mostrado), pero dicha compresión es normalmente o bien innecesaria o
bien es realizada por programas de ordenador en la fuente de datos
de ordenador (por ejemplo, los datos fotográficos son comprimidos
típicamente en ficheros *.TIF o *.JPG antes de la transmisión).
Después de la codificación mediante los codificadores 202, las
señales son convertidas en paquetes de datos mediante un
empaquetador 204A-204F (denominado colectivamente,
en adelante en la presente memoria, como empaquetador(es)
204) asociado con cada fuente 200 de programas.
Los paquetes de datos de salida son ensamblados
usando una referencia del reloj 214 del sistema (SCR), y del gestor
210 de acceso condicional, que proporciona el identificador de canal
de servicios (SCID) a los empaquetadores 204 para su uso en la
generación de paquetes de datos. A continuación, estos paquetes de
datos son multiplexados en datos en serie y son transmitidos.
La Fig. 3 es un diagrama de una secuencia de
datos representativa. El primer paquete 302 comprende información
del canal 1 de video (datos provenientes, por ejemplo, de la primera
fuente 200A de programas de video). El siguiente paquete 304
comprende información de datos de ordenador que fue obtenida, por
ejemplo, de la fuente 208 de datos de ordenador. El siguiente
paquete 306 comprende información del canal 5 de video (de una de
las fuentes 200 de programas de video). El siguiente paquete 308
comprende información de guía de programas, tal como la información
proporcionada por el subsistema 206 de guía de programas. Tal como
se muestra en la Fig. 3A, paquetes nulos 310 creados por el módulo
212 de paquetes nulos pueden ser insertados en la secuencia de
datos como se desee, seguido por paquetes de datos 312, 314, 316
adicionales de las fuentes 200 de programas.
Por lo tanto, con referencia de nuevo a la Fig.
2, la secuencia de datos comprende una serie de paquetes
(302-316) de una cualquiera de las fuentes de datos
(por ejemplo, fuentes 200 de programas, subsistema 206 de guía de
programas, fuente 208 de datos de ordenador) en un orden determinado
por el controlador 216. La secuencia de datos es encriptada por el
módulo 218 de encriptación, es modulada por el modulador 220
(típicamente usando un esquema de modulación QPSK), y es
proporcionada al transmisor 105, que difunde la secuencia de datos
modulada en un ancho de banda de frecuencias al satélite mediante
la antena 106. El receptor 500 en la estación 110 receptora recibe
estas señales, y usando el SCID, re-ensambla los
paquetes para regenerar el material de programa para cada uno de
los canales.
La Fig. 3B es un diagrama de un paquete de
datos. Cada paquete de datos (por ejemplo 302-316)
es de 147 bytes de longitud y comprende un número de segmentos de
paquete. El primer segmento 320 de paquete comprende dos bytes de
información, que contienen el SCID y los indicadores. El SCID es un
número único de 12 bits que identifica, de manera única, el canal
de datos del paquete de datos. Los indicadores incluyen 4 bits que
son usados para controlar otras características. El segundo
segmento 322 de paquete comprende un indicador de tipo paquete de 4
bits y un contador de continuidad de 4 bits. El tipo de paquete
identifica generalmente el paquete como uno de los cuatro tipos de
datos (video, audio, datos o null). Cuando se combina con el SCID,
el tipo de paquete determina como se usará el paquete de datos. El
contador de continuidad se incrementa una vez por cada tipo de
paquete y SCID. El siguiente segmento 324 de paquete comprende 127
bytes de datos de carga útil, los cuales en los casos de los
paquetes 302 ó 306, son una parte del programa de video
proporcionado por la fuente 200 de programas de video. El segmento
326 de paquete final son datos requeridos para realizar una
corrección de errores sin canal de retorno.
La Fig. 4 es un diagrama de bloques que muestra
una realización del modulador 220. Opcionalmente, el modulador 220
comprende un codificador 404 con corrección de errores sin canal de
retorno (FEC), que acepta los símbolos 402 de la primera señal y
añade información redundante que es usada para reducir los errores
en la transmisión. Los símbolos 405 codificados son modulados por
el modulador 406 según una primera portadora 408 para producir una
señal 410 modulada en la capa superior. Los segundos símbolos 420
son igualmente proporcionados a un segundo codificador 422 FEC
opcional para producir los segundos símbolos 422 codificados. Los
segundos símbolos 422 codificados son proporcionados a un segundo
modulador 414, que modula las segundas señales codificadas según
una segunda portadora 416 para producir una señal 418 modulada de la
capa inferior. A continuación, las señales resultantes son
transmitidas mediante uno o más transmisores 420, 422. Por lo tanto,
la señal 410 modulada de la capa superior y la señal 418 modulada
de la capa inferior no están correlacionadas, y el intervalo de
frecuencias usado para transmitir cada capa puede superponerse
sustancial o completamente al espectro de frecuencias usado para
trasmitir la otra. Por ejemplo, tal como se muestra en la Fig. 4, el
espectro de frecuencias f_{1} \rightarrow f_{3}
432 de la señal 410 de la capa superior puede superponerse al
espectro de frecuencias f_{2} \rightarrow f_{4}
434 de la señal 418 de la capa inferior en la banda de frecuencias
f_{2} - f_{3} 436. Sin embargo, la señal 410 de la
capa superior debe ser una señal de amplitud suficientemente mayor
que la señal 418 de la capa inferior, con el fin de mantener las
constelaciones de señales mostradas en la Fig. 6 y la Fig. 7. El
modulador 220 puede emplear también técnicas de conformación de
impulsos (ilustrada por el impulso p(t) 430) para
tener en cuenta el ancho de banda limitado de canal. Aunque la Fig.
4 ilustra la aplicación de la misma conformación de impulsos
p(t) 430 a ambas capas, puede aplicarse también una
conformación de impulsos diferente a cada capa.
Debería notarse que puede ser mas eficiente
retroalimentar un sistema existente usando un transpondedor en una
satélite 108 separado para transmitir la señal del enlace
descendente de la capa inferior sobre la señal del enlace
descendente heredada existente en vez de remplazar el satélite
heredado por uno que transmita ambas capas de señales del enlace
descendente. Puede enfatizarse la acomodación de la señal heredada
del enlace descendente al implementar una difusión del enlace
descendente por capas.
\vskip1.000000\baselineskip
La Fig. 5 es un diagrama de bloques de un
receptor/descodificador integrado (IRD) 500 (denominado
alternativamente también, en adelante en la presente memoria, como
receptor 500). El receptor 500 comprende un
sintonizador/desmodulador 504 acoplado comunicativamente a un ODU
112 que tiene uno o más bloques de bajo nivel de ruido (LNBs) 502.
El LNB 502 convierte la señal 118 del enlace descendente de 12,2 a
12,7 GHz de los satélites 108 a, por ejemplo, una señal de
950-1450 MHz requerida por el
sintonizador/desmodulador 504 del IRD. Típicamente, el LNB 502
puede proporcionar una salida dual o una salida única. El LNB 502 de
salida única tiene solo un conector de RF, mientras que el LNB 502
de salida dual tiene dos conectores de salida de RF y puede ser
usado para alimentar un segundo sintonizador 504, un segundo
receptor 500 o alguna otra forma de sistema de distribución.
El sintonizador/desmodulador 504 aísla una única
señal de transpondedor de 24 MHz, modulada digitalmente, y
convierte los datos modulados en una secuencia de datos digital. A
continuación, la secuencia de datos digital es suministrada a un
descodificador 506 de corrección de errores sin canal de retorno
(FEC). Esto permite que el IRD 500 re-ensamble los
datos transmitidos por el centro 104 del enlace ascendente (que
aplicó la corrección de errores sin canal de retorno a la señal
deseada antes de la transmisión a la estación 110 receptora
suscriptora) verificando que se recibió la señal de datos correcta,
y corrigiendo errores, si existe alguno. Los datos corregidos de
errores pueden ser suministrados desde el módulo 506 descodificador
FEC al módulo 508 de transporte mediante un interfaz paralelo de 8
bits.
El módulo 508 de transporte realiza muchas de
las funciones de procesamiento de datos realizadas por el IRD 500.
El módulo 508 de transporte procesa los datos recibidos del módulo
506 descodificador FEC y proporciona los datos procesados al
descodificador 514 de video MPEG y el descodificador 517 de audio
MPEG. Según se necesario, el módulo de transporte emplea una RAM
528 para procesar los datos. En una realización de la presente
invención, el módulo 508 de transporte, el descodificador 514 de
video MPEG y el descodificador 517 de audio MPEG son implementados,
todos ellos, en circuitos integrados. Este diseño promueve la
eficiencia de espacio y potencia, e incrementa la seguridad de las
funciones realizadas dentro del módulo 508 de transporte. El módulo
508 de transporte proporciona también un paso para las
comunicaciones entre el microcontrolador 510 y los descodificadores
514, 517 de audio MPEG. Tal como se expone completamente más
adelante en la presente memoria, el módulo de transporte trabaja
también con el módulo de acceso condicional (CAM) 512 para
determinar si el receptor 500 tiene permiso o no para acceder a
cierto material de programa. Los datos del módulo 508 de transporte
pueden ser suministrados también a un módulo 526 de comunicación
exterior.
El CAM 512 funciona en asociación con otros
elementos para descodificar una señal encriptada del módulo 508 de
transporte. El CAM 512 puede ser usado también para realizar un
seguimiento y una facturación de estos servicios. En una
realización de la presente invención, el CAM 512 es una tarjeta
inteligente retirable, que tiene contactos que interactúan
cooperativamente con los contactos en el IRD 500 para pasar
información. Con el fin de implementar el procesamiento realizado
en el CAM 512, el IRD 500, y específicamente el módulo 508 de
transporte proporciona una señal de reloj al CAM 512.
Los datos de video son procesados por el
descodificador 514 de video MPEG. Usando la memoria de acceso
aleatorio (RAM) 535 de video, el descodificador 514 de video MPEG
descodifica los datos de video comprimidos y los envía a un
codificador o procesador 516 de video, que convierte la información
de video digital recibida desde el módulo 514 de video MPEG en una
señal de salida usable por un monitor u otro dispositivo de salida.
A modo de ejemplo, el procesador 516 puede comprender un
codificador según el Comité Nacional de Estándares de TV (NTSC) o
según el Comité de Sistemas Avanzados de Televisión (ATSC). En una
realización de la invención, se proporcionan señales tanto de
S-video como de video ordinario (NTSC o ATSC).
También pueden utilizarse otras salidas, y son ventajosas si se
procesa una programación en alta definición.
Los datos de audio son descodificados igualmente
mediante el descodificador 517 de audio MPEG. A continuación, los
datos de audio descodificados pueden ser enviados a un convertidor
518 digital a analógico (D/A). En una realización de la presente
invención, el convertidor 518 D/A es un convertidor D/A dual, uno
para los canales derecho e izquierdo. Si se desea, pueden añadirse
canales adicionales para su uso en programas de audio secundarios
(SAPs) o procesamiento de sonido envolvente. En una realización de
la invención, el propio convertidor 518 D/A separa la información
de los canales izquierdo y derecho, así como cualquier información
de canal adicional. De manera similar, pueden soportarse otros
formatos de audio. Por ejemplo, pueden soportarse otros formatos de
audio, tales como DOLBY DIGITAL AC-3
multi-canal.
Una descripción de los procedimientos realizados
en la codificación y la descodificación de secuencias de video,
particularmente con respecto a la codificación/descodificación MPEG
y JPEG, puede encontrarse en el Capítulo 8 de "Digital Televisión
Fundamentals", de Michael Robin y Michel Poulin,
McGraw-Hill, 1998, que se incorpora a la presente
memoria por referencia.
El microcontrolador 510 recibe y procesa señales
de comando desde un control remoto, un interfaz de teclado IRD 500
y/u otro dispositivo 524 de entrada adecuado. El microcontrolador
510 recibe comandos para realizar sus operaciones desde una memoria
de programación de procesador, que almacena permanentemente dichas
instrucciones para realizar dichos comandos. La memoria de
programación de procesador puede comprender una memoria 538 de solo
lectura (ROM), una memoria 522 de solo lectura programable y
borrable eléctricamente (EEPROM) o un dispositivo de memoria
similar. El microcontrolador 510 controla también los otros
dispositivos digitales del IRD 500 mediante direcciones y líneas de
datos (denominadas "A" y "D", respectivamente, en la Fig.
5).
El módem 540 se conecta a la línea telefónica
del cliente mediante el puerto PSTN 120. Este llama, por ejemplo al
proveedor de programa, y transmite la información de la compra del
cliente con propósitos de facturación y/u otra información. El
módem 540 es controlado por el microprocesador 510. El módem 540
puede enviar datos a otros tipos de puertos de I/O, incluyendo
puertos de I/O paralelos y serie estándares.
La presente invención comprende también una
unidad de almacenamiento local, tal como el dispositivo 532 de
almacenamiento de video para almacenar datos de video y/o audio
obtenidos del módulo 508 de transporte. El dispositivo 532 de
almacenamiento de video puede ser una unidad de disco duro, un disco
compacto o DVD de lectura/escritura, una RAM de estado sólido o
cualquier otro medio de almacenamiento adecuado. En una realización
de la presente invención, el dispositivo 532 de almacenamiento de
video es una unidad de disco duro con capacidad de
lectura/escritura paralela especializada, de manera que los datos
pueden ser leídos del dispositivo 532 de almacenamiento de video y
escritos al dispositivo 532 al mismo tiempo. Para conseguir esa
proeza, puede usarse memoria de almacenamiento temporal adicional
accesible por el almacenamiento 532 de video o su controlador.
Opcionalmente, puede usarse un procesador 530 de almacenamiento de
video para gestionar el almacenamiento y la recuperación de los
datos de video desde el dispositivo 532 de almacenamiento de video.
El procesador 530 de almacenamiento de video puede comprender
también memoria para mantener temporalmente en memoria los datos
que entran y salen del dispositivo 532 de almacenamiento de video.
Como alternativa, o en combinación con lo indicado anteriormente,
puede usarse una pluralidad de dispositivos 532 de almacenamiento de
video. También como alternativa o en combinación con lo indicado
anteriormente, el microcontrolador 510 puede realizar también las
operaciones requeridas para almacenar y/o recuperar datos de video y
otros datos en el dispositivo 532 de almacenamiento de video.
La entrada del módulo 516 de procesamiento de
video puede ser alimentada directamente como una salida de video a
un dispositivo visualizador, tal como un video o una pantalla de
ordenador. Además, las salidas de video y/o audio pueden ser
alimentadas a un modulador 534 de RF para producir una salida de RF
y/o banda lateral vestigal de 8 niveles (VSB) adecuada como señal
de entrada a un sintonizador de televisión convencional. Esto
permite que el receptor 500 opere con las televisiones sin una
salida de video.
Cada uno de los satélites 108 comprende un
transpondedor, que acepta información de programa desde el centro
104 del enlace ascendente, y retransmite esta información a la
estación 110 receptora suscriptora. Se usan técnicas de
multiplexación conocidas de manera que pueden proporcionarse
múltiples canales al usuario. Estas técnicas de multiplexación
incluyen, a modo de ejemplo, varias técnicas estadísticas u otras
técnicas de multiplexación en el dominio temporal y multiplexación
mediante polarización. En una realización de la invención, un único
transpondedor que opera en una única banda de frecuencias transporta
una pluralidad de canales identificados por la identificación de
canal de servicio (SCID) respectiva.
Preferentemente, el IRD 500 recibe y almacena
también una guía de programa en una memoria disponible al
microcontrolador 510. Típicamente, la guía de programa es recibida
en uno o más paquetes de datos en la secuencia de datos desde el
satélite 108. La guía de programa puede ser accedida y consultada
mediante la ejecución de etapas operativas adecuadas implementadas
por el microcontrolador 510 y almacenadas en la ROM 538 del
procesador. La guía de programa puede incluir datos para mapear los
números de canal del espectador a transpondedores de satélite e
identificaciones de canal de servicio (SCIDs), y puede proporcionar
también información de listado de programas de TV al suscriptor 122
identificando eventos de programa.
La funcionalidad implementada en el IRD 500
representado en la Fig. 5 puede ser implementada mediante uno o más
módulos hardware, uno o más módulos software que definen
instrucciones realizadas por un procesador, o una combinación de
ambos.
La presente invención prevé la modulación de
señales a diferentes niveles de potencia y, ventajosamente, para
las señales que no son coherentes para cada capa. Además, puede
realizarse una codificación y una modulación independientes de las
señales. Se permite la compatibilidad retroactiva con receptores
heredados, tales como receptores de modulación por desplazamiento
de fase en cuadratura (QPSK) y se proporcionan nuevos servicios a
los receptores nuevos. Un receptor nuevo típico de la presente
invención usa dos desmoduladores y un remodulador (que pueden
combinarse en uno o más procesadores), tal como se describirá más
adelante, en la presente memoria.
En una realización típica, compatible
retroactivamente, de la presente invención, la señal QPSK heredada
es amplificada en potencia a un nivel de transmisión (y recepción)
más alto. El receptor heredado no será capaz de distinguir la nueva
señal de la capa inferior del ruido Gaussiano aditivo blanco y, de
esta manera, opera en la manera normal. La selección óptima de los
niveles de potencia de las capas se basa en acomodar el equipo
heredado, así como la nueva tasa de transferencia y los servicios
deseados.
La nueva señal de la capa inferior está provista
con una relación portadora a ruido térmico suficiente para
funcionar apropiadamente. La nueva señal de la capa inferior y la
señal heredada amplificada son no-coherentes, una
respecto a la otra. Por lo tanto, la nueva señal de la capa inferior
puede ser implementada desde un TWTA diferente e incluso desde un
satélite diferente. El formato de la nueva señal de la capa inferior
depende también del formato heredado, por ejemplo, puede ser QPSK ú
8PSK, usando el código FEC concatenado convencional o usando un
nuevo código Turbo. La señal de la capa inferior puede ser incluso
una señal analógica.
La señal por capas combinada es desmodulada y
descodificada primero desmodulando la capa superior para retirar la
portadora superior. A continuación, se aplica una descodificación
FEC a la capa superior de la señal por capas estabilizada y los
símbolos de la capa superior de salida son comunicados al transporte
de la capa superior. Los símbolos de la capa superior son empleados
también en un remodulador, para generar una señal ideal de la capa
superior. A continuación, la señal ideal de la capa superior es
sustraída de la señal por capas estable para revelar la señal de la
capa inferior. A continuación, la señal de la capa inferior es
desmodulada y se le aplica una descodificación FEC y es comunicada
al transporte de la capa inferior.
Las señales, sistemas y procedimientos que usan
la presente invención pueden ser usados para suplementar un
transmisión pre-existente con hardware receptor
heredado en una aplicación compatible retroactivamente o como parte
de una arquitectura de modulación por capas
pre-planificada que proporciona una o más capas
adicionales en un presente o en una fecha futura.
Las Figs. 6A-6C ilustran la
relación básica de las capas de señal en una transmisión de
modulación por capas recibida. La Fig. 6A ilustra una constelación
600 de la señal de la capa superior de una señal de transmisión que
muestra los puntos de señales o símbolos 602. La Fig. 6B ilustra la
constelación de símbolos 604 de la señal de la capa inferior sobre
la constelación 600 de la señal de la capa superior, donde las capas
son coherentes (o sincronizadas). La Fig. 6C ilustra una señal 606
de la capa inferior de una segunda capa de transmisión sobre la
constelación de la capa superior, donde las capas son
no-coherentes. La capa 606 inferior gira alrededor
de la constelación 602 de la capa superior debido a las frecuencias
moduladoras relativas de las dos capas en una transmisión no
coherente. Tanto la capa superior como la capa inferior giran
alrededor del origen debido a la primera frecuencia de modulación
de capa, tal como se describe mediante la trayectoria 608.
Las Figs. 7A-7C son diagramas
que ilustran una relación no-coherente entre una
capa de transmisión inferior sobre la capa de transmisión superior
después de la desmodulación de la capa superior. La Fig. 7A muestra
la constelación 700 antes del primer bucle de recuperación de
portadora (CRL) de la capa superior. Los anillos 702 de la
constelación giran alrededor del círculo de radio grande, indicado
por la línea a trazos. La Fig. 7B muestra la constelación 704
después del CRL de la capa superior, donde el giro de los anillos
702 de la constelación está detenido. Los anillos 702 de la
constelación son los puntos de señal de la capa inferior alrededor
de los nodos 602 de la capa superior. La Fig. 7C representa una
distribución de fase de la señal recibida con respecto a los nodos
602.
Las frecuencias moduladoras relativas de las
señales no coherentes de la capa superior y de la capa inferior
hacen que la constelación de la capa inferior gire alrededor de los
nodos 602 de la constelación de la capa superior para formar los
anillos 702. Después del CRL de la capa inferior, este giro es
eliminado y los nodos de la capa inferior son revelados (tal como
se muestra en la Fig. 6B). El radio de los anillos 702 de la
constelación de la capa inferior es indicativo del nivel de
potencia de la capa inferior. El grosor de los anillos 702 es
indicativo de la relación portadora a ruido (CNR) de la capa
inferior. Debido a que las dos capas son
no-coherentes, la capa inferior debe ser usada para
transmitir señales digitales o analógicas distintas.
La Fig. 8A es un diagrama que muestra un sistema
para transmitir y recibir señales de modulación por capas.
Transpondedores 107A, 107B separados (que incluyen TWTAs para
amplificar las señales), que pueden estar localizados en cualquier
plataforma adecuada, tal como satélites 108A, 108B, son usados para
transmitir no-coherentemente capas diferentes de
una señal de la presente invención. Una o más señales 116 del enlace
de conexión son transmitidas típicamente a cada satélite 108A, 108B
desde uno o más centros 104 del enlace ascendente con uno o más
transmisores 105 mediante una antena 106. La presente invención
describe arquitecturas del enlace de conexión particulares para su
uso en un sistema de modulación por capas.
La Fig. 8B es un diagrama que ilustra un
transpondedor 107 de satélite ejemplar para recibir y transmitir
señales de modulación por capas en un satélite 108. La señal 116 del
enlace de conexión es recibida por el satélite 108 y es pasada a
través de un multiplexador de entrada (IMUX) 814. A continuación, la
señal es amplificada con uno o más amplificadores de tubos de onda
progresiva (TWTAs) 816 y a continuación es pasada a través de un
multiplexador de salida (OMUX) 818 antes de que la señal 118 del
enlace descendente sea transmitida a los receptores 82, 500. Tal
como es conocido en la materia, el bloque 816 TWTA puede ser
múltiples TWTAs en un combinador de potencia, particularmente en el
caso de la señal de la capa superior. Las realizaciones de la
presente invención se refieren a arquitecturas específicas del
enlace de conexión y de los transpondedores 107, tal como se
detalla, más adelante, en la sección 5.
Las señales 808A, 808B por capas (por ejemplo,
múltiples señales 118 del enlace descendente) son recibidas en las
antenas 812A, 812B receptoras, tales como antenas parabólicas, cada
una con un bloque de bajo nivel de ruido (LNB) 810A, 810B, donde
son acopladas, a continuación, a los receptores/descodificadores
integrados (IRDs) 500, 802. Por ejemplo, el primer satélite 108 y
el transpondedor 107A pueden transmitir una señal 808A de la capa
superior heredada y el segundo satélite 108B y el transpondedor 107B
pueden transmitir una señal 808B de la capa inferior. Aunque ambas
señales 808A, 808B llegan a cada antena 812A, 812B y LNB 810A, 810B,
solo el IRD 802 de modulación por capas es capaz de descodificar
ambas señales 808A, 808B. El receptor 500 heredado es solo capaz de
descodificar la señal 808A de la capa superior heredada; la señal
808B de la capa inferior aparece solo como ruido al receptor 500
heredado.
Debido a que las capas de señales pueden ser
transmitidas no-coherentemente, pueden añadirse
capas de transmisión separadas en cualquier momento usando
satélites 108A, 108B diferentes o cualquier otra plataforma, tal
como plataformas basadas en tierra o a gran altitud. De esta
manera, cualquier señal compuesta, incluyendo nuevas capas de
señales adicionales serán compatibles retroactivamente con los
receptores 500 heredados, los cuales ignorarán las nuevas capas de
señales. Para garantizar que las señales no se interfieran, la señal
combinada y el nivel de ruido para la capa inferior deben estar en,
o por debajo del umbral de ruido permitido para la capa superior en
la antena 812A, 812B receptora particular.
Las aplicaciones de modulación por capas
incluyen aplicaciones compatibles retroactivamente y aplicaciones
no compatibles retroactivamente. En este sentido, "compatible
retroactivamente", describe sistemas en los que los receptores
500 heredados no se convierten en obsoletos debido a la capa o las
capas de señales adicionales. Por el contrario, incluso si los
receptores 500 heredados son incapaces de descodificar la capa o las
capas de señales adicionales, son capaces de recibir la señal
modulada por capas y descodificar la capa de señal original. En
estas aplicaciones, la arquitectura del sistema
pre-existente es acomodada mediante la arquitectura
de capas de señales adicionales. La expresión "no compatible
retroactivamente" describe una arquitectura de sistema que hace
uso de la modulación por capas, pero el esquema de modulación
empleada es tal que un equipo pre-existente es
incapaz de recibir y descodificar la información en la capa o las
capas de señal adicionales.
Los IRDs 500 pre-existentes
heredados descodifican y hacen uso de los datos solo de la capa (o
capas) para las que fueron diseñados para recibir, sin verse
afectados por las capas adicionales. Sin embargo, tal como se
describirá más adelante, las señales heredadas pueden ser
modificadas para implementar óptimamente las nuevas capas. La
presente invención puede ser aplicada a servicios de satélite
directos que son difundidos a usuarios individuales para permitir
características y servicios adicionales con nuevos receptores, sin
afectar de manera adversa a los receptores heredados y sin requerir
frecuencia de señal adicional.
La Fig. 9 es un diagrama de bloques que
representa una realización de un IRD 802 mejorado capaz de recibir
señales de modulación por capas. El IRD incluye muchos componentes
similares a los del IRD 500 heredado de la Fig. 5. Sin embargo, el
IRD 802 mejorado incluye una trayectoria 902 de
retro-alimentación en la que los símbolos
descodificados mediante descodificación FEC son
retro-alimentados a un sintonizador/desmodulador
904 modificado mejorado y a un módulo 908 de transporte para
descodificar ambas capas de señales, tal como se detalla más
adelante.
La Fig. 10A es un diagrama de bloques de una
realización del sintonizador/modulador 904 mejorado y del
codificador 506 FEC. La Fig. 10A representa la recepción en la que
se realiza la sustracción de capa sobre una señal, donde la
portadora de la capa superior ya ha sido desmodulada. La capa
superior de la señal 1016 combinada recibida del LNB 502, que puede
contener un formato de modulación heredado, es proporcionada y
procesada mediante un desmodulador 1004 de la capa superior para
producir la señal 102 desmodulada estable. La señal 1020 desmodulada
es acoplada, de manera comunicativa, a un descodificador 1002 FEC
que descodifica la capa superior para producir los símbolos de la
capa superior que son sacados a un módulo 908 de transporte de la
capa superior. Los símbolos de la capa superior son usados también
para generar una señal ideal de la capa superior. Los símbolos de la
capa superior pueden ser producidos partiendo del descodificador
1002 tras una descodificación Viterbi (BER<10^{-3}, más o
menos) o tras una descodificación Reed-Solomon (RS)
(VER<10^{-9}, más o menos), en operaciones de descodificación
típicas conocidas por las personas con conocimientos en la materia.
Los símbolos de la capa superior son proporcionados mediante una
trayectoria 902 de retro-alimentación desde el
descodificador 1002 de la capa superior a un
re-codificador/remodulador 1006, que produce
efectivamente una señal ideal de la capa superior. La señal ideal
del nivel superior es sustraída de la señal 1020 de la capa superior
desmodulada.
Con el objetivo de que la sustracción
proporcione una señal de la capa inferior adecuada, la señal de la
capa superior debe ser reproducida de manera precisa. La señal
modulada puede haber sido distorsionada, por ejemplo, por una
no-linealidad del amplificador de tubos de onda
progresiva (TWTA) u otras distorsiones lineales o no lineales en el
canal de transmisión. Los efectos de la distorsión se estiman a
partir de la señal recibida después del hecho o a partir de las
características del TWTA, que pueden ser descargadas al IRD en mapas
1014 AM-AM y/o AM-PM, usados para
eliminar la distorsión usando un módulo 1018 de mapa de distorsión
no lineal.
A continuación, un sustractor 1012 sustrae la
señal ideal de la capa superior de la señal 1020 desmodulada
estable. Esto deja la señal de la segunda capa de potencia inferior.
El sustractor 1012 puede incluir una memoria de almacenamiento
temporal o una función de retardo para retener la señal 1020
desmodulada estable mientras se construye la señal ideal de la capa
superior. La señal de la segunda capa es desmodulada mediante el
desmodulador 1010 del nivel inferior y se le aplica una
descodificación FEC mediante el descodificador 1008, según su
formato de señal para producir los símbolos de la capa inferior, que
son proporcionados al módulo 908 de transporte.
La Fig. 10B representa otra realización, en la
que la sustracción de capas es realizada sobre la señal por capas
recibida (previamente a la desmodulación de la capa superior). En
este caso, el desmodulador 1004 de la capa superior produce la
señal 1022 portadora superior (así como la salida 1020 de señal
desmodulada estable). Una señal 1022 de la portadora superior es
proporcionada al re-codificador/remodulador 1006. El
recodificador/re-modulador 1006 proporciona la
señal re-codificada y re-modulada al
mapeador 1018 de distorsión no lineal, que produce efectivamente
una señal ideal de la capa superior. A diferencia de la realización
mostrada en la Fig. 10A, en esta realización la señal ideal de la
capa superior incluye la portadora de la capa superior para la
sustracción de la señal 808A, 808B combinada recibida.
Las personas con conocimientos en la materia
idearán otros procedimientos equivalentes de sustracción de capas y
la presente invención no debería limitarse a los ejemplos
proporcionados en la presente memoria. Además, las personas con
conocimientos en la materia entenderán que la presente invención no
está limitada a dos capas; pueden incluirse capas adicionales. Las
capas superiores ideales son producidas mediante
re-modulación a partir de sus símbolos de la capa
respectiva y son sustraídas. La sustracción puede realizarse o bien
sobre la señal combinada recibida o sobre una señal desmodulada.
Finalmente, no es necesario que todas las capas de señales sean
transmisiones digitales; la capa inferior puede ser una transmisión
analógica.
El análisis siguiente describe la desmodulación
y descodificación de dos capas ejemplar. Será evidente para las
personas con conocimientos en la materia que pueden desmodularse y
descodificarse capas adicionales en una manera similar. La señal
combinada de entrada se representa como:
donde, M_{U} es la
magnitud de la señal QPSK de la capa superior y M_{L} es la
magnitud de la señal QPSK de la capa inferior y M_{L}
<< M_{U}. Las frecuencias y la fase de las señales
para las señales de la capa superior e inferior son,
respectivamente, \omega_{U}, \theta_{U} y
\omega_{U}, \theta_{U}. El desalineamiento
temporal de símbolos entre las capas superior e inferior es
\DeltaT_{m}, p(t-mT)
representa la versión desplazada en el tiempo del filtro
conformador de impulsos p(t) 414, empleado en la
modulación de señal. Los símbolos QPSK S_{Um} y
S_{Lm} son elementos de 2
f_{U}(^{.}) y f_{L}(^{.}) denotan la función
de distorsión de los TWTAs para las señales
respectivas.
Ignorando f_{U}(^{.}) y
f_{L}(^{.}) y el ruido n(t), la fórmula
siguiente representa la salida del desmodulador 1004 al
descodificador 1002 FEC después de eliminar la portadora
superior:
Debido a la diferencia de magnitud entre
M_{U} y M_{L}, el descodificador 402 de la capa
superior ignora el componente M_{L} de
s'_{UL}(t).
\newpage
Después de sustraer la capa superior de
s_{UL}(t) en el sustractor 1012, permanece lo
siguiente:
Cualquier efecto de distorsión, tal como efectos
debidos a la no-linealidad del TWTA, es estimado
para la sustracción de señal. En una realización típica de la
invención, las frecuencias de la capa superior e inferior son
sustancialmente iguales. Pueden obtenerse mejoras considerables en
la eficiencia del sistema usando un desfase de frecuencia entre las
capas.
Usando la presente invención, una modulación de
dos capas, compatible retroactivamente, con QPSK dobla una
capacidad de una tasa actual de 6/7 añadiendo un TWTA
aproximadamente 6,2 dB superior a una potencia del TWTA existente.
Las nuevas señales QPSK pueden ser transmitidas desde un transmisor
separado, por ejemplo, desde un satélite diferente. Además, no se
necesitan amplificadores de tubos de onda progresiva lineal (TWTAs)
como con 16QAM. También, no se impone una penalización de error de
fase sobre las modulaciones de orden superior, tales como 8PSK y
16QAM.
\vskip1.000000\baselineskip
En un sistema de modulación por capas, la
relación entre las capas de modulación individuales puede ser
estructurada para facilitar aplicaciones compatibles
retroactivamente. Como alternativa, puede diseñarse una nueva
estructura de capas para optimizar la eficiencia y/o el rendimiento
combinado del sistema de modulación por capas.
La Fig. 11A representa los niveles de 1100 de
potencia relativos de las realizaciones de ejemplo de la presente
invención, sin tener en cuenta los efectos de la lluvia. La
acomodación de los efectos de desvanecimiento por la lluvia se
realiza mediante la inclusión de un margen con cielo claro en el
cálculo de los niveles de potencia de transmisión, y esto se trata
en una sección posterior. La Fig. 11A no es un dibujo a escala. Esta
realización dobla la capacidad de una tasa 6/7
pre-existente usando un TWTA cuyo nivel de potencia
es 6,2 dB superior a un TWTA pre-existente
(heredado), y un segundo TWTA cuyo nivel de potencia es 2 dB
inferior al de un TWTA pre-existente (heredado).
Esta realización usa capas QPSK superior e inferior que no son
coherentes. También se usa una tasa de código FEC de 6/7 en ambas
capas. En esta realización, la señal de la señal 1102 QPSK heredada
es usada para generar la capa 1104 superior y una nueva capa QPSK es
la capa 1110 inferior. La señal QPSK 1102 heredada tiene un umbral
CNR (es decir, la relación portadora a ruido requerida para
conseguir un rendimiento aceptable) de aproximadamente 7 dB. La
nueva capa 1110 QPSK inferior tiene un umbral CNR de
aproximadamente 5 dB. A continuación, en la presente invención, el
nivel 1110 de potencia de transmisión de la capa QPSK inferior es
fijado primero de manera que la potencia de la capa inferior
recibida es 5 dB superior al nivel 1108 de potencia del ruido
térmico de referencia. Tanto el ruido térmico como la señal de la
capa inferior aparecerán como ruido para la señal QPSK de la capa
superior heredada, y esta potencia de ruido combinado debe tenerse
en cuenta cuando se fija el nivel de potencia de transmisión de la
capa superior. La potencia combinada de estas dos fuentes 1106 de
ruido es 6,2 dB superior al umbral 1108 de ruido térmico de
referencia. A continuación, la señal QPSK heredada debe ser
amplificada en potencia en aproximadamente 6,2 dB sobre el nivel
1102 de potencia de la señal heredada, llevando el nuevo nivel de
potencia a aproximadamente 13,2 dB, como la capa 1104 superior. De
esta manera, la potencia de la señal de la capa inferior y la
potencia del ruido térmico combinadas es mantenida en o por debajo
del umbral 1106 de ruido tolerable de la capa superior. Debe
observarse que la invención puede extenderse a múltiples capas con
modulaciones, codificaciones y tasas de código mixtas.
En una realización alternativa de esta
aplicación compatible retroactivamente, puede usarse una tasa de
código FEC de 2/3 para ambas capas superior e inferior, 1104, 1110.
En este caso, el CNR umbral de la señal 1102 QPSK heredada (con una
tasa de código FEC de 2/3) es aproximadamente de 5,8 dB. La señal
1102 heredada es amplificada en aproximadamente 5,3 dB a
aproximadamente 11,1 dB (4,1 dB sobre la señal 1102 QPSK heredada
con una tasa de código FEC de 2/3) para formar la capa 1104 QPSK
superior. La nueva capa 1110 QPSK inferior tiene un CNR umbral de
aproximadamente 3,8 dB. La señal y el ruido total de la capa 1110
inferior se mantiene en o por debajo de aproximadamente 5,3 dB, el
umbral 1106 de ruido tolerable de la capa QPSK superior. En este
caso, la capacidad total es 1,55 veces la de la señal 1102
heredada.
En una realización adicional de una aplicación
compatible retroactivamente de la presente invención, las tasas de
código entre las capas superior e inferior, 1104, 1110 pueden ser
mixtas. Por ejemplo, la señal 502 QPSK heredada puede ser
amplificada en aproximadamente 5,3 dB a aproximadamente 12,3 dB con
la tasa de código FEC inalterada a 6/7 para crear la capa 1104 QPSK
superior. La nueva capa 1110 QPSK inferior puede usar una tasa de
código FEC de 2/3 con un CNR umbral de aproximadamente 3,8 dB. En
este caso, la capacidad total es de 1,78 veces la de la señal 1102
heredada.
Tal como se ha expuesto anteriormente, la
presente invención puede ser usada también en aplicaciones "no
compatibles retroactivamente". En una primera realización de
ejemplo, se usan dos capas QPSK 1104, 1110, cada una de ellas a una
tasa de código de 2/3. La capa 504 QPSK superior tiene un CNR de
aproximadamente 4,1 dB superior a su umbral 1106 de ruido y la capa
1110 QPSK inferior tiene también un CNR de aproximadamente 4,1 dB.
El nivel de ruido y código total de la capa 1110 QPSK inferior es
aproximadamente de 5,5, dB. El CNR total para la señal 1104 QPSK
superior es aproximadamente de 9,4 dB, meramente 2,4 dB sobre la
tasa 6/7 de la señal QPSK heredada. La capacidad es aproximadamente
1,74 comparada con la tasa 6/7 heredada.
La Fig. 11B representa los niveles de potencia
relativos de una realización alternativa, en la que ambas capas
superior e inferior 1104, 1110, están por debajo del nivel 1102 de
la señal heredada. Las dos capas 1104, 1110 QPSK usan una tasa de
código de 1/2. En este ejemplo, la capa 1104 QPSK superior está
aproximadamente 2,0 dB por encima de su umbral 1106 de ruido de
aproximadamente 4,1 dB. La capa QPSK inferior tiene un CNR de
aproximadamente 2,0 dB y un nivel de código y ruido total de 4,1 dB,
o inferior. La capacidad de esta realización es aproximadamente
1,31, comparada con la tasa 6/7 heredada.
La Fig. 12 ilustra un sistema 1200 de ordenador
ejemplar que podría ser usado para implementar las funciones y/o
los módulos seleccionados de la presente invención. El ordenador
1202 comprende un procesador 1204 y una memoria 1206, tal como una
memoria de acceso aleatorio (RAM). El ordenador 1202 está acoplado
operativamente a una pantalla 1222, que presenta imágenes, tales
como ventanas, al usuario en un interfaz 1218B gráfico de usuario.
El ordenador 1202 puede estar acoplado a otros dispositivos, tales
como un teclado 1214, un dispositivo ratón 1216, una impresora,
etc. Por supuesto, las personas con conocimientos en la materia
reconocerán que puede usarse cualquier combinación de los
componentes anteriores, o cualquier número de componentes,
periféricos y otros dispositivos diferentes, con el ordenador
1202.
Generalmente, el ordenador 1202 opera bajo
control de un sistema operativo 1208 almacenado en la memoria 1206,
e interacciona con el usuario para aceptar entradas y comandos y
para presentar resultados a través de un módulo 1281A de interfaz
gráfico de usuario (GUI). Aunque el módulo 1218A de GUI es
representado como un módulo separado, las instrucciones que
realizan las funciones de GUI pueden ser residentes o pueden estar
distribuidas en el sistema operativo 1208, el programa 1210 de
ordenador, o pueden ser implementadas con procesadores y memorias
de propósito especial. El ordenador 1202 implementa también un
compilador 1212 que permite un programa 1210 de aplicación, escrito
en un lenguaje de programación, tal como COBOL, C++, FORTRAN u otro
lenguaje a traducir a código 1204 leíble por el procesador. Tras la
terminación, la aplicación 1210 accede y manipula los datos
almacenados en la memoria 1206 del ordenador 1202, usando las
relaciones y la lógica generada usando el compilador 1212. El
ordenador 1202 comprende también, opcionalmente, un dispositivo de
comunicación externa, tal como un módem, un enlace de satélite, una
tarjeta Ethernet u otro dispositivo para comunicarse con otros
ordenadores.
En una realización, las instrucciones que
implementan el sistema operativo 1208, el programa 1210 de
ordenador, y el compilador 1212 se plasman tangiblemente en un
medio legible por ordenador, por ejemplo, un dispositivo 1220 de
almacenamiento de datos, que podría incluir uno o más dispositivos
de almacenamiento de datos fijos o desmontables, tales como una
unidad zip, una unidad 1224 de disco flexible, un disco duro, una
unidad de CD-ROM, una unidad de cinta, etc. Además,
el sistema operativo 1208 y el programa 1210 de ordenador están
comprendidos por instrucciones que, cuando son leídas y ejecutadas
por el ordenador 1202, hacen que el ordenador 1202 realice las
etapas necesarias para implementar y/o usar la presente invención.
El programa 1210 de ordenador y/o las instrucciones operativas
pueden plasmarse tangiblemente también en una memoria 1206 y/o
dispositivos 1230 de comunicaciones de datos, conformando, de esta
manera, un producto de programa de ordenador o un artículo de
fabricación según la invención. Como tal, las expresiones
"artículo de fabricación", "dispositivo de almacenamiento de
programa" y "producto de programa de ordenador", tal como se
usan en la presente memoria, pretenden abarcar un programa de
ordenador accesible desde cualquier medio o dispositivo legible por
ordenador.
Las personas con conocimientos en la materia
reconocerán que pueden realizarse muchas modificaciones a esta
configuración sin alejarse del alcance de la presente invención. Por
ejemplo, las personas con conocimientos en la materia reconocerán
que puede usarse cualquier combinación de los componentes
anteriores, o cualquier número de componentes, periféricos u otros
dispositivos diferentes, con la presente invención.
Cuatro configuraciones de arquitectura del
enlace de conexión, que requieren solo tanto espectro del enlace de
conexión como el espectro de modulación por capas del enlace
descendente, se exponen a continuación. Estas realizaciones de la
presente invención comprenden arquitecturas del enlace de conexión
representadas por los ejemplos mostrados en las Figs. 13A, 14A, 15A
y 16A, más adelante. Tal como se detalla más adelante, estas
realizaciones pueden incluir alteraciones y/o elaboración del
modulador 220 y del transpondedor 108 básicos del sistema ejemplar
de las Figs. 4 y 8B, descritas previamente. Por ejemplo, las
arquitecturas del enlace de conexión de la presente invención no
están limitadas a aplicaciones en las que la señal de la capa
superior es una señal heredada.
En cada una de las configuraciones de las Figs.
13A, 14A, 15A y 16A, si las señales de la capa superior y de la
capa inferior 808A, 808B son diseñadas apropiadamente, la señal 808A
de la capa superior puede ser una señal heredada. Por consiguiente,
un IRD 500 heredado puede desmodular directamente la señal 808A de
la capa superior de la señal por capas. La señal 808B de la capa
inferior es ignorada como ruido en el IRD 500 heredado. Como
alternativa, en un IRD 802 de modulación por capas, se desmodulan
ambas señales de la capa superior y de la capa inferior 808A,
808B.
La Fig. 13A ilustra un primer sistema 1300 del
enlace de conexión para una señal de modulación por capas. En este
sistema 1300, las señales 116 del enlace ascendente comprenden dos
señales 1302A, 1302B del enlace de conexión distintas. Las antenas
1304A, 1304B de haces puntuales del enlace de conexión pueden ser
empleadas en el satélite 108 para reutilizar el espectro del enlace
de conexión para no exceder el ancho de banda de la modulación por
capas en el enlace descendente. El sistema 1300 del enlace de
conexión incluye una primera antena 1306A del enlace de conexión
localizada dentro de una primera zona 1308A de cobertura de la
primera antena 1304A de haz puntual del enlace de conexión. Una
segunda antena 1304A del enlace de conexión está localizada dentro
de una segunda zona 1308B de cobertura de la segunda antena 1304B de
haz puntual del enlace de conexión. La primera zona y la segunda
zona 1308A, 1308B de cobertura son distintas una de la otra y no se
superponen. Estas señales 1302A, 1302B se forman a bordo del
satélite 108 mediante cada antena 1304A, 1304B de haz puntual del
enlace de conexión.
En esta realización, la primera antena 1306A del
enlace de conexión transmite la primera señal 1302A del enlace de
conexión a una primera frecuencia. La primera señal 1302A del enlace
de conexión comprende la información que será transportada en la
señal 808A del enlace descendente de la capa superior. La segunda
antena 1306B del enlace de conexión transmite la segunda señal
1302B del enlace de conexión a una segunda frecuencia. Esta señal
1302B del enlace de conexión comprende la información que será
transportada en la señal 808B del enlace descendente de la capa
inferior. Aunque las dos frecuencias del enlace de conexión están en
sustancialmente la misma banda de frecuencias, el uso de antenas
1304A, 1304B de haz puntual con zonas 1308A, 1308B de cobertura
distinta previene que las señales primera y segunda 1302A, 1302B del
enlace de conexión se interfieran. Este sistema 1300 del enlace de
conexión requiere que las dos señales 1302A, 1302B del enlace de
conexión tengan un aislamiento suficiente entre las mismas. Esto
puede ser más difícil de conseguir cuando se aplica a regiones más
pequeñas (países más pequeños en los que puede no haber espacio
suficiente para la formación de dos haces puntuales del enlace de
conexión).
Los transpondedores 107A, 107B (que pueden
incluir receptores 1310A, 1310B de satélite convencionales) reciben
cada uno una de las señales 1302A, 1302B del enlace de conexión. Las
señales 808A, 808B por capas del enlace descendente se forman
mediante filtración, traducción apropiadas de cada capa a su
frecuencia del enlace descendente asignada, y el ajuste del nivel
de potencia de la capa en los receptores 1310A, 1310B respectivos.
Se entiende que las frecuencias del enlace descendente asignadas
resultan en una superposición parcial o completa del ancho de banda
de la señal entre las capas. A continuación, cada señal 808A, 808B
por capas es enviada al amplificador 1312A, 1312B del enlace
descendente respectivo (que incluye uno o más TWTAs que pueden estar
dispuestos en un combinador de potencia, particularmente para la
señal 808A de la capa superior). En este ejemplo, se usan antenas
1314A, 1314B de satélites separadas para transmitir la señal 808A
del enlace descendente de la capa superior y la señal 808B del
enlace descendente de la capa inferior, respectivamente, a
sustancialmente la misma zona de cobertura. La señal 808A del
enlace descendente de la capa superior y la señal 808B del enlace
descendente de la capa inferior son combinadas en el espacio para
formar una señal de modulación por capas. El IRD 500 802 del
usuario recibe las dos señales superpuestas mediante la técnica
descrita en la solicitud de modelo de utilidad con No. de serie
08/844.401, y es capaz de desmodular una o ambas señales 808A, 808B
por capas.
En este ejemplo, la cantidad de espectro del
enlace de conexión requerida para soportar la transmisión de la
señal 808 del enlace descendente de modulación por capas no es mayor
que el espectro del enlace descendente requerido. Este sistema 1300
del enlace de conexión retiene la ventaja de una relación asíncrona
entre las señales 808A, 808B por capas del enlace descendente y
también retiene la ventaja de los amplificadores 1312A, 1312B de
satélite saturados separados del enlace descendente para cada capa.
La relación asíncrona (no-coherente) entre las dos
señales 808A, 808B por capas les permite operar a tasas de símbolos
diferentes y usar formatos de modulación independientes y usar
técnicas de corrección de errores sin canal de retorno
independientes. El uso de amplificadores 1312A, 1312B saturados
separados del enlace descendente permite que el amplificador 1312A
de la capa superior estar considerablemente más bajo en potencia de
salida saturada de lo que se requeriría de otra manera. Esto reduce
considerablemente los requerimientos de linealidad en estos
amplificadores 1312A, 1312B. Debería observarse también que los dos
transpondedores 107A, 107B del sistema 1300 del enlace de conexión
pueden estar en un satélite común 108, tal como se muestra, o pueden
estar en satélites 108A, 108B diferentes, aunque el control de
nivel de las señales se consigue más fácilmente si los
transpondedores 107A, 107B están en el mismo satélite 108.
La Fig. 13B es un diagrama de flujo de un
procedimiento 1340 ejemplar de la invención para la primera
arquitectura del enlace de conexión. En la etapa 1342, una primera
señal del enlace de conexión es recibida usando una primera antena
de haz puntual del enlace de conexión para un primer transpondedor
de satélite, en el que la primera antena de haz puntual del enlace
de conexión transmite desde una primera zona de cobertura. El primer
transpondedor de satélite es para transmitir una señal de la capa
superior de una señal modulada por capas a al menos un
receptor/descodificador integrado (IRD). A continuación, en la etapa
1344, una segunda señal del enlace de conexión es recibida usando
una segunda antena de haz puntual del enlace de conexión para un
segundo transpondedor de satélite, en el que la segunda antena de
haz puntual del enlace de conexión transmite desde una segunda zona
de cobertura, distinta de la primera zona de cobertura, y la segunda
señal del enlace de conexión reutiliza un espectro de frecuencias
de la primera señal del enlace de conexión. El segundo transpondedor
de satélite es para transmitir una señal de la capa inferior de la
señal de modulación por capas a al menos un IRD. El procedimiento
1340 puede ser modificado adicionalmente de manera consistente con
el sistema 1300 del enlace de conexión descrito anteriormente.
La Fig. 14A ilustra un segundo sistema 1400 del
enlace de conexión para una señal de modulación por capas. Este
sistema 1400 emplea discriminación de señal del enlace de conexión
para reutilizar el espectro del enlace de conexión para soportar la
modulación por capas en la señal 808A, 808B en el enlace
descendente. En este caso, las señales 808A, 808B por capas en el
enlace descendente deben ser generadas desde dos satélites 108A,
108B, de manera que una separación 1408 orbital proporciona una
discriminación de señal del enlace de conexión adecuada. Por
ejemplo, los dos satélites 108A, 108B pueden estar en órbita
geosincrónica, separados por una separación 1408 orbital de
nominalmente 0,4 grados de longitud. Se usan antenas 1406A, 1406B
del enlace de conexión muy grandes para proporcionar haces muy
estrechos y altamente enfocados para la transmisión a los satélites
108A, 108B. Las grandes antenas 1406A, 1406B son típicas de antenas
de conexión convencionales, por ejemplo, en el intervalo de
aproximadamente 7 a 10 metros de diámetro para la banda del enlace
de conexión de 17 Ghz. Cada una de las señales 1402A, 1402B del
enlace de conexión puede ser enfocada en la antena 1404A, 1404B
receptora de su satélite 108A, 108B respectivo, tal como se muestra,
y aún así, la separación 1408 orbital proporciona un aislamiento
adecuado de la señal 1402A, 1402B del enlace de conexión al otro
satélite 108A, 108B para permitir la reutilización de la
frecuencia. Esto permite que ambas antenas 1406A, 1406B del enlace
de conexión transmitan en la misma porción de la banda de frecuencia
y no se interfieran una con la otra. Las realizaciones de la
presente invención pueden aplicar las técnicas empleadas en la
solicitud de modelo de utilidad U.S. No de serie 10/305.490, que se
refiere a una discriminación del haz de la antena del enlace de
conexión para implementar señales 808A, 808B del enlace descendente
de modulación por capas.
En este ejemplo, una primera antena 1406A del
enlace de conexión transmite una primera señal 1402A del enlace de
conexión a una primera frecuencia a un primer transpondedor 107A de
un primer satélite 108A. Una segunda antena 1406B del enlace de
conexión transmite una segunda señal 1402B del enlace de conexión a
una segunda frecuencia a un segundo transpondedor 107B de un
segundo satélite 108B. Como con el sistema 1300 del enlace de
conexión anterior de la Fig. 13, se considera que estas dos
frecuencias del enlace de conexión están muy cerca, una de la otra,
de manera que la una señal del enlace de conexión, por ejemplo
1402A, está en la misma porción de la banda de frecuencia del
enlace de conexión que está ocupada por la otra señal del enlace de
conexión, por ejemplo, 1402B. Sin embargo, la separación 1408
orbital es adecuada para permitir la reutilización en la banda de
frecuencias del enlace de conexión.
Cada receptor 1410A, 1410B de satélite recibe
una señal 1402A, 1402B del enlace de conexión. Las señales 808A,
808B por capas del enlace descendente se forman mediante filtración
y traducción apropiados de cada capa a su frecuencia del enlace
descendente asignada y el ajuste del nivel de potencia de la capa en
los receptores 1410A, 1410B respectivos. Se entiende que las
frecuencias del enlace descendente asignadas resultan en una
superposición parcial o completa de ancho de banda de la señal entre
las capas. A continuación, cada una de las señales 808A, 808B por
capas es enviada al amplificador 1412A, 1412B del enlace descendente
respectivo (que incluye uno o más TWTAs que pueden estar dispuestos
en un combinador de potencia, particularmente para la señal 808A de
la capa superior). En este ejemplo, las antenas 1414A, 1414B de
satélite separadas son usadas para transmitir la señal 808A del
enlace descendente de la capa superior y la señal 808B del enlace
descendente de la capa inferior, respectivamente, a sustancialmente
la misma zona de cobertura. La señal 808A del enlace descendente de
la capa superior y la señal 808B del enlace descendente de la capa
inferior son combinadas en el espacio para formar la señal 808 de
modulación por capas. El IRD 500 802 del usuario recibe las dos
señales superpuestas mediante la técnica descrita en la solicitud de
modelo de utilidad No de serie 09/844.401, y es capaz de desmodular
una o ambas señales 808A, 808B por capas.
También en este ejemplo, la cantidad de espectro
del enlace de conexión requerida para soportar la transmisión de la
señal 808 del enlace descendente modulada por capas no es mayor que
el espectro del enlace descendente requerido. Como en el primer
sistema 1300 del enlace de conexión, este sistema 1400 del enlace de
conexión retiene la ventaja de una relación asíncrona
(no-coherente) entre las señales 808A, 808B por
capas, y retiene la ventaja de amplificadores 1412A, 1412B de
satélite saturados separados para cada señal 808a, 808B del enlace
descendente. La relación no-coherente entre las dos
señales 808A, 808B por capas les permite operar a tasas de símbolos
diferentes y usar formatos de modulación independientes y usar
técnicas de corrección de errores sin canal de retorno
independientes. El uso de amplificadores 1412A, 1412B saturados
separados del enlace descendente permite que el amplificador 1412A
de la capa superior sea considerablemente más bajo en potencia de
salida saturada de lo que se requeriría de otra manera. Esto reduce
considerablemente los requerimientos de linealidad en estos
amplificadores 1412A, 1412B.
Aunque este sistema 1400 del enlace de conexión
requiere la presencia de dos satélites 107A, 107B separados para
recibir claramente las señales 1402A, 1402B del enlace de conexión y
producir la señal 808 del enlace descendente de modulación por
capas, pueden usarse antenas 1406A, 1406B del enlace de conexión
convencionales sin antenas receptoras de haz puntual en los
satélites 108A, 108B.
La Fig. 14B es un diagrama de flujo de un
procedimiento 1440 ejemplar de la invención para la primera
arquitectura del enlace de conexión. En la etapa 1442, se recibe
una primera señal del enlace de conexión para un primer
transpondedor de satélite en un primer satélite. El primer
transpondedor de satélite es para transmitir una señal de la capa
superior de una señal modulada por capas a al menos un
receptor/descodificador integrado (IRD). A continuación, en la
etapa 1444, se recibe una segunda señal del enlace de conexión para
un segundo transpondedor de satélite en un segundo satélite, en la
que la segunda señal del enlace de conexión reutiliza una banda de
frecuencias de la primera señal de conexión y el primer satélite y
el segundo satélite tienen una separación orbital suficiente para
permitir reutilizar la banda de frecuencias. El segundo
transpondedor de satélite es para transmitir la señal de la capa
inferior de la señal de modulación por capas a al menos un IRD. El
procedimiento 1440 puede ser modificado adicionalmente de manera
consistente con el sistema 1400 del enlace de conexión descrito
anteriormente.
La Fig. 15A ilustra un tercer sistema 1500 del
enlace de conexión para una señal de modulación por capas. En este
caso, una señal de modulación por capas del enlace de conexión, que
comprende una señal 1502A del enlace de conexión de la capa
superior y una señal 1502B del enlace de conexión de la capa
inferior, es generada en la estación del enlace de conexión (centro
104 del enlace ascendente) y a continuación, es transmitida al
satélite 108. La combinación de las dos señales 1502A, 1502B del
enlace de conexión puede realizarse en el espacio, tal como se
muestra en la Fig 15A, con una cadena separada de modulador,
convertidor elevador y amplificador de alta potencia para cada
antena 1506A, 1506B del enlace de conexión para cada señal 1502A,
1502B del enlace ascendente en el centro 104 del enlace ascendente.
Como alternativa, las dos señales 1502A, 1502B del enlace de
conexión pueden ser combinadas en un único modulador del enlace
ascendente y pueden ser procesadas mediante una combinación
convertidor elevador altamente lineal/amplificador de alta potencia
en el centro 104 del enlace ascendente a una única antena 1506 del
enlace de conexión (no mostrada).
Un receptor/desmodulador 1510 de modulación por
capas a bordo del satélite recibe y separa las dos señales 1502A,
1502B del enlace de conexión por capas en sus secuencias de bits
individuales. Las secuencias de bits de salida del
receptor/desmodulador 1510 son acopladas a moduladores 1516A, 1516B
(que pueden estar combinados en una única unidad). Un primer
modulador 1516A genera una señal 808A de la capa superior que es
filtrada y traducida apropiadamente a su frecuencia del enlace
descendente asignada y el nivel de potencia es ajustado antes de
ser acoplada a un primer amplificador 1512A del enlace descendente y
a la antena 1514A de satélite para la transmisión a un IRD 500,
802. Un segundo modulador 1516B genera una señal 808B de la capa
inferior que es también filtrada y traducida apropiadamente a su
frecuencia del enlace descendente asignada y el nivel de potencia
es ajustado antes de ser acoplada a un segundo amplificador 1512B
del enlace descendente y a la antena 1514B de satélite para la
transmisión al IRD 500, 802. Las señales 808A, 808B de la capa
superior e inferior son combinadas en el espacio para formar la
señal del enlace descendente de modulación por capas. Se entiende
que las frecuencias del enlace descendente asignadas resultan en una
superposición parcial o completa del ancho de banda de la señal
entre las capas. El receptor 802 de modulación por capas del usuario
puede recibir las dos señales 808A, 808B y, mediante la técnica
descrita en la solicitud de modelo de utilidad No. de serie
09/844.401, es capaz de desmodular cada capa.
Como con los sistemas 1300, 1400 del enlace de
conexión anteriores, en el presente sistema 1500 del enlace de
conexión, la cantidad de espectro del enlace de conexión requerida
para soportar la transmisión de la señal 808 del enlace descendente
de modulación por capas no es mayor que el espectro requerido para
el enlace descendente. Este sistema 1500 del enlace de conexión
retiene la ventaja de una relación asíncrona entre las señales 808A,
808B por capas del enlace descendente y retiene también la ventaja
de amplificadores 1512A, 1512B de satélite saturados separados del
enlace descendente para cada capa. La relación asíncrona
(no-coherente) entre las dos señales 808A, 808B por
capas les permite operar a tasas de símbolos diferentes y usar
formatos de modulación independientes y usar técnicas de corrección
de errores sin canal de retorno independientes. El uso de
amplificadores 1512A, 1512B saturados separados del enlace
descendente permite que el amplificador 1512A de la capa superior
sea considerablemente más bajo en potencia de salida saturada de lo
que se requeriría de otra manera. Esto reduce considerablemente los
requerimientos de linealidad en estos amplificadores 1512A,
1512B.
Aunque el sistema 1500 del enlace de conexión
requiere un desmodulador de modulación por capas y un modulador de
modulación por capas a bordo de un único satélite, no hay
requerimientos acerca de las localizaciones relativas de la antena
1506A, 1506B del enlace de conexión (mientras cada una transmita al
satélite 108, por ejemplo, cobertura CONUS y mientras exista un
control adecuado sobre los niveles de potencia relativos recibidos
de las dos señales por capas en el satélite 108). La función de
desmodulación y remodulación a bordo del satélite 108 puede ser
eliminada si puede encontrarse un amplificador de satélite altamente
lineal con potencia de salida suficiente. En este caso, podría usar
un satélite repetidor "bent pipe".
La Fig. 15B es un diagrama de flujo de un
procedimiento 1540 ejemplar de la invención para el tercer sistema
1500 del enlace de conexión. En la etapa 1542, se recibe una señal
del enlace de conexión de modulación por capas, comprendiendo la
señal del enlace de conexión de modulación por capas una señal del
enlace de conexión de la capa superior y una señal del enlace de
conexión de la capa inferior. A continuación, en la etapa 1544, la
señal del enlace de conexión de la capa superior es desmodulada de
la señal del enlace de conexión de modulación por capas. En la
etapa 1546, la señal del enlace de conexión de la capa inferior es
desmodulada de la señal del enlace de conexión de modulación por
capas. En la etapa 1548, la señal del enlace de conexión de la capa
superior es modulada para transmitir una señal del enlace
descendente de la capa superior de una señal del enlace descendente
de modulación por capas a al menos un receptor/descodificador
integrado (IRD). Finalmente, en la etapa 1550, la segunda señal del
enlace de conexión es modulada para transmitir una señal del enlace
descendente de la capa inferior de la señal del enlace descendente
de modulación por capas a al menos un IRD. El procedimiento 1540
puede ser modificado adicionalmente de manera consistente con el
sistema 1500 del enlace de conexión, descrito anteriormente.
La Fig. 16A ilustra un cuarto sistema 1600 del
enlace de conexión para una señal 808 de modulación por capas. En
este caso, una modulación síncrona convencional de alto orden, tal
como 16QAM, es usada para la señal 1602 del enlace de conexión. La
señal 1602 del enlace de conexión comprende una modulación síncrona
de orden superior que cualquiera de entre la señal 808A de la capa
superior y la señal 808B de la capa inferior del enlace descendente.
De esta manera, la tasa de transferencia de la secuencia de bits de
la señal del enlace de conexión es al menos tal alta como la tasa
de transferencia de la secuencia combinada de bits de las señales
808A, 808B del enlace descendente de la capa superior e inferior.
Puede usarse un combinador de alta potencia en el transpondedor 107
para combinar la salida de más de un amplificador de potencia, si es
necesario proporcionar niveles de potencia mayores de los que
pueden conseguirse usando un único amplificador de potencia.
Un receptor/desmodulador 1610 16QAM (en este
ejemplo) es usado a bordo del satélite 108 para recibir y desmodular
la secuencia de datos de la señal 1602 del enlace de conexión. A
continuación, se usa un desmultiplexor 1616 para separar la
secuencia de bits del enlace de conexión de mayor velocidad en dos
secuencias de bits más lentas. Cada una de estas dos secuencias es
comunicada a un modulador 1618A, 1618 B de señal por capas de orden
inferior (mostrados en el ejemplo de la Fig. 16A como dos
moduladores QPSK). El primer modulador 1618A de orden inferior
aplica la primera secuencia de bits a una frecuencia portadora y la
filtra y traduce apropiadamente a su frecuencia del enlace
descendente asignada y ajusta el nivel de potencia de la capa para
producir la señal 808A de la capa superior para el enlace
descendente. De manera similar, el segundo modulador 1618B de orden
inferior aplica la segunda secuencia de bits a una frecuencia
portadora y la filtra y traduce apropiadamente a su frecuencia del
enlace descendente asignada y ajusta el nivel de potencia de la capa
para producir la señal 808B de la capa inferior para el enlace
descendente. Se entiende que las frecuencias del enlace descendente
asignadas resultan en una superposición parcial o completa del ancho
de banda de la señal entre las capas. A continuación, cada señal
808A, 808B es enviada a un amplificador 1612A, 1612B del enlace
descendente correspondiente y las dos señales 808A, 808B por capas
con combinadas, a continuación, en el espacio. El receptor 802 de
modulación por capas del usuario puede recibir las dos señales
808A, 808B por capas, y, mediante la técnica descrita en la
solicitud de modelo de utilidad con No de serie 09/844.401, es capaz
de desmodular cada capa.
Como con todos los sistemas 1300, 1400, 1500 del
enlace de conexión anteriores, en el presente sistema 1600 del
enlace de conexión, la cantidad de espectro del enlace de conexión
requerida para soportar la transmisión de la señal 808 del enlace
descendente de modulación por capas no es mayor que el espectro
requerido para el enlace descendente. Sin embargo, este sistema
1600 del enlace de conexión resulta en una relación síncrona entre
las señales 808A, 808B por capas del enlace descendente y las
señales 808A, 808B son transmitidas a la misma tasa de símbolos.
Sin embargo, el sistema 1600 permite el uso de amplificadores 1612A,
1612B saturados del enlace descendente. El uso de amplificadores
1612A, 1612B saturados separados del enlace descendente permite que
el amplificador 1612A de la capa superior sea considerablemente más
bajo en potencia de salida saturada de lo que se requeriría de otra
manera. Esto reduce considerablemente los requerimientos de
linealidad en estos amplificadores 1612A, 1612B.
Aunque este sistema 1600 del enlace de conexión
requiere que las señales 808A, 808B de la capa superior e inferior
sean síncronas, el sistema 1600 puede proporcionar un canal del
enlace descendente correspondiente con una tasa de transferencia al
nivel de 16QAM. Las técnicas convencionales para proporcionar la
tasa de transferencia de 16QAM requieren una potencia muy alta y
amplificadores de satélite altamente lineales para transmitir una
señal 16QAM convencional desde un satélite a un receptor en tierra.
Este sistema 1600 permite el uso de múltiples amplificadores de
potencia más baja funcionando en una manera no lineal para conseguir
la misma tasa de transferencia.
La Fig. 16B es un diagrama de flujo de un
procedimiento 1640 ejemplar de la invención para el cuarto sistema
1600 del enlace de conexión. Primero en la etapa 1642, se recibe una
señal del enlace de conexión que comprende una modulación de alto
orden y es desmodulada en una primera secuencia de bits. En la etapa
1644, la primera secuencia de bits es desmultiplexada en una
segunda secuencia de bits y una tercera secuencia de bits. En la
etapa 1406, la segunda secuencia de bits es modulada en una señal de
la capa superior de una señal de modulación por capas para la
transmisión a al menos un receptor/descodificador integrado (IRD),
en la que la señal de la capa superior tiene una modulación de
orden inferior a la modulación de orden superior de la señal del
enlace de conexión, de manera que una banda de frecuencias del
enlace de conexión no es mayor que una banda de frecuencias del
enlace descendente de la señal de la capa superior y la señal de la
capa inferior. Finalmente en la etapa 1648, la tercera secuencia de
bits es modulada en una señal de la capa inferior de la señal de
modulación por capas para la transmisión a al menos un IRD, en la
que la señal de la capa inferior tiene la modulación de orden
inferior de la señal de la capa superior. El procedimiento 1640
puede ser modificado adicionalmente de manera consistente con el
sistema 1600 del enlace de conexión, descrito anteriormente.
Esto concluye la descripción que incluye las
realizaciones preferentes de la presente invención. La descripción
anterior de las realizaciones preferentes de la invención ha sido
presentada con propósitos ilustrativos y descriptivos. No pretende
ser exhaustiva o limitar la invención a la forma precisa descrita.
Muchas modificaciones y variaciones son posibles a la luz de las
enseñanzas anteriores.
Se pretende que el alcance de la invención no
esté limitado por esta descripción detallada, si no por las
reivindicaciones adjuntas a la misma. La memoria, los ejemplos y los
datos anteriores proporcionan una descripción completa de la
fabricación y el uso del aparato y el procedimiento de la invención.
Debido a que muchas realizaciones de la invención pueden ser
llevadas a cabo sin alejarse del alcance de la invención, la
invención reside en las reivindicaciones adjuntadas a la presente
memoria.
Claims (10)
1. Sistema de señales del enlace ascendente, que
comprende:
- \quad
- un primer receptor (1304A) para recibir una primera señal (1302A) del enlace de conexión usando una primera antena (1304A) de haz puntual del enlace de conexión para un primer transpondedor de satélite, transmitiendo el primer transpondedor de satélite una señal (808A) de la capa superior de una señal de modulación por capas a al menos un receptor (802, 500);
- \quad
- un segundo receptor (1310B) para recibir una segunda señal (1302B) del enlace de conexión usando una segunda antena (1304B) de haz puntual del enlace de conexión para un segundo transpondedor de satélite, transmitiendo el segundo transpondedor de satélite una señal (808B) de la capa inferior de la señal de modulación por capas a al menos un receptor (802, 500);
- \quad
- en el que la primera antena (1304A) de haz puntual del enlace de conexión recibe la primera señal (1302A) del enlace de conexión desde una primera zona (1306A) de cobertura y la segunda antena (1304B) de haz puntual del enlace de conexión recibe la segunda señal (1302B) del enlace de conexión desde una segunda zona (1306B) de cobertura, distinta de la primera zona (1306A) de cobertura, y la segunda señal (1302B) del enlace de conexión reutiliza un espectro de frecuencias de la primera señal (1302A) del enlace de conexión.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
un primer ancho de banda de frecuencias de la señal de la capa
superior se superpone parcialmente a un segundo ancho de banda de
frecuencias de la señal de la capa inferior.
3. Sistema según la reivindicación 1, en el que
un primer ancho de banda de frecuencias de la señal de la capa
superior se superpone completamente a un segundo ancho de banda de
frecuencias de la señal de la capa inferior.
4. Sistema según la reivindicación 1, en el que
la señal de la capa superior comprende una señal heredada.
5. Procedimiento de enlazar ascendentemente
señales, que comprende:
- \quad
- recibir una primera señal (1302A) del enlace de conexión usando una primera antena (1304A) de haz puntual del enlace de conexión para un primer transpondedor de satélite, transmitiendo el primer transpondedor de satélite una señal (808A) de la capa superior de una señal de modulación por capas a al menos un receptor (802, 500);
- \quad
- recibir una segunda señal (1302B) del enlace de conexión usando una segunda antena (1304B) de haz puntual del enlace de conexión para un segundo transpondedor de satélite, transmitiendo el segundo transpondedor de satélite una señal (808B) de la capa inferior de la señal de modulación por capas a al menos un receptor (802, 500);
- \quad
- en el que la primera antena (1304A) de haz puntual del enlace de conexión recibe la primera señal (1302A) del enlace de conexión desde una primera zona (1308A) de cobertura y la segunda antena (1304B) de haz puntual del enlace de conexión recibe la segunda señal (1302B) del enlace de conexión desde una segunda zona (1308B) de cobertura, distinta de la primera zona (1308A) de cobertura, y la segunda señal (1302B) del enlace de conexión reutiliza un espectro de frecuencias de la primera señal (1302A) del enlace de conexión.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que un primer ancho de banda de frecuencias de la señal de la
capa superior se superpone parcialmente a un segundo ancho de banda
de frecuencias de la señal de la capa inferior.
7. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que un primer ancho de banda de frecuencias de la señal de la
capa superior se superpone completamente a un segundo ancho de banda
de frecuencias de la señal de la capa inferior.
8. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que la señal de la capa superior comprende una señal
heredada.
9. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que el primer transpondedor y el segundo transpondedor están
ambos en un satélite común.
10. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que el primer transpondedor y el segundo transpondedor están cada
uno en un satélite diferente.
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