ES2343005T3 - Estimacion del punto de funcionamiento en un amplificador de tubo de ondas viajeras no lineal. - Google Patents
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Abstract
Un método para determinar un punto de funcionamiento de entrada y un punto de funcionamiento de salida en un amplificador de tubo de ondas viajeras (TWTA) (816) no lineal en un satélite que comprende: medir la no linealidad del TWTA (816), en un momento dado; calcular un valor de la raíz cuadrada media o valor cuadrático medio (RMS) de una señal de entrada utilizada para medir la no linealidad del TWTA (816), en el que el valor RMS de entrada identifica un punto de funcionamiento de entrada de la no linealidad del TWTA (816) medida, y en el que el valor RMS de entrada es calculado en el mismo momento dado que la medición de la no linealidad del TWTA; y obtener un punto de funcionamiento de salida.
Description
Estimación del punto de funcionamiento en un
amplificador de tubo de ondas viajeras no lineal.
La presente invención se refiere a sistemas y a
métodos para transmitir datos y, en particular, a un sistema y a un
método para estimar o calcular un punto de funcionamiento de un
amplificador de tubo de ondas viajeras para reproducir de manera
precisa o con exactitud señales transmitidas.
Los sistemas de comunicación de señales
digitales se han venido utilizando en diversos campos, incluyendo
la transmisión de señales de TV digitales, ya sean terrestres o vía
satélite. A medida que los diversos sistemas y servicios de
comunicación de señales digitales evolucionan, se da una creciente
demanda de aumento de capacidad de transferencia de datos y
servicios añadidos. Sin embargo, resulta más difícil implementar ya
sea mejoras en sistemas antiguos, ya sea nuevos servicios, cuando
es necesario el reemplazo de dispositivos físicos o hardware ya
existente heredado, tal como transmisores y receptores. Los nuevos
sistemas y servicios están en situación ventajosa cuando pueden
utilizar hardware ya existente heredado. En el dominio de las
comunicaciones inalámbricas, este principio se ve adicionalmente
acentuado por la disponibilidad limitada del espectro
electromagnético. Así, pues, no es posible (o al menos no es
práctico) transmitir meramente datos mejorados o adicionales a una
nueva frecuencia.
El método convencional de incrementar la
capacidad espectral consiste en trasladarse a una modulación de
orden más alto, tal como desde la manipulación o modulación con
desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK -"quadrature phase
shift keying") hasta la manipulación o modulación con
desplazamiento de fase de orden ocho (8PSK) o la modulación de
amplitud en cuadratura de orden dieciséis (16QAM -"sixteen
quadrature amplitude modulation"). Como resultado de ello, los
clientes heredados con receptores de QPSK deben actualizar sus
receptores con el fin de continuar recibiendo cualesquiera señales
transmitidas con una modulación de 8PSK o de 16QAM.
Resulta ventajoso para los sistemas y métodos de
transmitir señales, adaptarse a una capacidad de transferencia de
datos mejorada e incrementada sin requerir frecuencias adicionales.
Es, además, ventajoso para señales con capacidad de transferencia
mejorada e incrementada que los nuevos receptores sean
retrospectivamente compatibles con receptores heredados. Existe,
asimismo, una ventaja en el hecho de que los sistemas y los métodos
que permiten señales de transmisión sean actualizados desde una
fuente independiente del transmisor heredado.
Se ha propuesto la posibilidad de emplear, a fin
de satisfacer estas necesidades, una señal de modulación
estructurada en capas, que transmita de forma no coherente señales
tanto de la capa superior como de la inferior. Tales sistemas de
modulación estructurados en capas hacen posible una capacidad de
transferencia de información más elevada, con compatibilidad
retrospectiva. Sin embargo, incluso cuando no se requiere
compatibilidad retrospectiva (tal como con un sistema completamente
nuevo), la modulación por capas puede aún ser ventajosa debido a que
requiere una potencia de pico de amplificador de tubo de ondas
viajeras (TWTA -"travelling wave tube amplifier")
significativamente menor que la de un formato de modulación de 8PSK
o de 16QAM para una capacidad de transferencia dada.
A fin de proporcionar un esquema de modulación
en capas (tal y como se describe en detalle más adelante), se
sustrae o resta una señal de capa superior reconstruida de una señal
compuesta recibida, a fin de poner de manifiesto o revelar una
señal de capa inferior. Así, pues, el comportamiento de la señal
inferior se ve afectado por cuán estrechamente pueda ser
reconstruida la señal de capa superior con respecto a la señal
original. En otras palabras, el comportamiento de la señal de capa
inferior se ve afectado por la fidelidad de la señal reconstruida.
Por lo tanto, la modulación en capas requiere una cancelación limpia
de la señal de capa superior al objeto dejar al descubierto o
expuesta la señal de capa inferior para su ulterior tratamiento. Una
cancelación limpia requiere que la no linealidad/distorsión de TWTA
se reproduzca de manera precisa en la reconstrucción de la señal de
capa superior. La reproducción exacta de la no linealidad de TWTA
requiere, a su vez, conocimientos sobre el punto de funcionamiento
de TWTA. Sin embargo, tal reproducción y conocimiento precisos del
punto de funcionamiento presentan un obstáculo significativo.
Con un TWTA, existe una región de linealidad
aproximada en la que la potencia de salida es casi proporcional a
la potencia de entrada, seguida de una transición curva hasta un
punto en el que la potencia de salida se nivela o endereza y
alcanza un máximo. En este punto (es decir, cuando la curva de TWTA
se convierte en no lineal), se dice que el amplificador ha
alcanzado la saturación. Debido a esta no linealidad y para evitar
la intermodulación, la potencia de entrada es, a menudo,
"recortada" en una cantidad concreta (por ejemplo, 6 dB). Se
hace referencia al punto resultante de la curva una vez que se ha
"recortado" la potencia de entrada, como el punto de
funcionamiento del TWTA. A la hora de reconstruir subsiguientemente
la señal de capa superior, la magnitud de distorsión/no linealidad
que se utiliza para crear la señal original, sirve para aumentar la
fidelidad de la señal reconstruida. Así, para producir una señal de
capa superior reconstruida con alta fidelidad, es útil el
conocimiento de la no linealidad así como del punto de
funcionamiento. De acuerdo con ello, la inclusión (o la toma en
consideración) de no linealidad de TWTA puede mejorar la relación de
cancelación de señal de capa superior en 10 dB o más (es decir, se
mejora la relación entre el ruido inducido por la no linealidad
antes y después de la cancelación).
Los errores en la estimación del punto de
funcionamiento pueden tener un impacto significativo a la hora de
reconstruir la señal de capa superior. El impacto de la no
linealidad en la amplitud (AM-AM [modulación de
amplitud frente a modulación de amplitud]) y la fase
(AM-PM [modulación de amplitud frente a modulación
de fase]) debido a los errores en el punto de funcionamiento puede
ser analizado individualmente basándose en el análisis del
corrimiento o desplazamiento. Los impactos individuales pueden ser
entonces combinados para obtener un impacto o efecto total. Con el
fin de evaluar los impactos en el comportamiento, puede emplearse
la síntesis de una señal modulada por capas con no linealidad de
TWTA conocida y CNR (relación de portadora a ruido -"carrier to
noise ratio") de sistema/representativa. Puede calcularse
entonces el error de cancelación de capa superior para cada
magnitud de error de punto de funcionamiento simulado en el
procedimiento de reconstrucción de la señal. De esta forma, la
relación de cancelación de capa superior puede ser representada o
trazada gráficamente frente al desplazamiento del punto de
funcionamiento. El error de cancelación puede ser entonces
convertido en una cantidad de degradación de CNR de capa inferior,
lo que incrementa la CNR requerida para las señales tanto de la
capa superior como de la inferior. Tal CNR incrementada ilustra el
efecto de los errores de estimación del punto de
funcionamiento.
Las Figuras 16A y 16B ilustran el efecto de los
errores en el punto de funcionamiento en la reconstrucción de
señales. En las Figuras 16A y 16B, la sensibilidad en el error de
reconstrucción de la señal se ha trazado gráficamente frente al
error en el punto de funcionamiento de entrada de TWTA. El ruido
efectivo se calcula como una medición del error de reconstrucción
de la señal.
En la Figura 16A, se utiliza un conjunto de
curvas de no linealidad de TWTA genéricas. Se supone que el
procedimiento de reconstrucción de la señal dispone de un
conocimiento completo acerca de las curvas de no linealidad, pero
no tiene certeza, por lo demás, del punto de funcionamiento. Las
representaciones gráficas de comportamiento de la Figura 16A
indican que los errores de cancelación están por debajo de -25 dB
para un error en el punto de funcionamiento de entrada de hasta
aproximadamente +/-1 dB.
En la Figura 16B, las representaciones gráficas
de comportamiento están basadas en la misma no linealidad de TWTA,
pero con un recorte o atenuación de entrada de 8 dB. Con tal recorte
de entrada, la linealidad resulta mejorada y es menos susceptible
de error en el punto de funcionamiento de TWTA. Como resultado de
ello, los errores de reconstrucción y de cancelación se ven en gran
medida reducidos, tal como se indica en la Figura 16B. El ruido
efectivo se encuentra por debajo de -33 dB con el mismo error de
funcionamiento de entrada de hasta aproximadamente +/-1 dB.
De acuerdo con ello, existe la necesidad de
sistemas y de métodos para implementar sistemas de modulación
estructurados en capas que determinen con precisión la no linealidad
de TWTA y el punto de funcionamiento.
En la técnica anterior, el punto de
funcionamiento de TWTA se obtiene, entonces, a partir de órdenes de
seguimiento y control de telemetría (TT&C -"telemetry
tracking and control") que establecen el punto de funcionamiento
del TWTA (suponiendo que las características del TWTA han cambiado
poco desde que fue lanzado el satélite). En otras palabras, el
punto de funcionamiento establecido por las órdenes de TT&C
durante las mediciones previas al lanzamiento, se utiliza
posteriormente al lanzamiento, tras haber recibido las señales del
satélite. Sin embargo, ciertas características del TWTA, incluyendo
la no linealidad y el punto de funcionamiento efectivo, pueden
cambiar a lo largo del tiempo (incluyendo tras el lanzamiento del
satélite).
El documento EP 0929146 A describe la
determinación de un punto de funcionamiento para un TWTA en base a
las señales de entrada y salida en un punto después de que una no
linealidad sea medida en base a un traspaso o a una curva de
ganancia.
De acuerdo con ello, lo que se necesita es un
sistema y un método para determinar con precisión la no linealidad
y el punto de funcionamiento de un TWTA a medida que éste cambia con
el tiempo. La presente invención satisface esta necesidad y
proporciona ventajas adicionales según lo detallado aquí, más
adelante.
La presente invención se define por las
reivindicaciones que se acompañan.
A fin de satisfacer los requisitos anteriormente
descritos, la presente invención describe un método y un aparato
para medir y aplicar la no linealidad de un amplificador de tubo de
ondas viajeras, tal como en comunicaciones de satélites que implica
la modulación estructurada en capas, calculando el punto de
funcionamiento en un amplificador de tubo de ondas viajeras
(TWTA). A este respecto, la invención contribuye a la extracción
precisa de una señal de capa inferior dentro de un esquema de
modulación estructurada en capas. Dicha extracción precisa minimiza
las magnitudes de potencia requeridas para las dos capas de una
señal y también ayuda a supervisar el buen estado de un TWTA.
Para medir/aplicar la no linealidad del TWTA, se
determinan también los puntos de funcionamiento (entrada y salida)
para el TWTA. Inicialmente, la no linealidad de TWTA se mide (por
ejemplo, utilizando un módulo de medición). Por ejemplo, la no
linealidad de TWTA puede medirse en un receptor local, o en un
centro de emisión [en el caso del cual, la no linealidad es
descargada a un receptor local (por ejemplo, para la modulación
estructurada en capas u otras aplicaciones)]. Como parte de dicha
medición de no linealidad, se procesan varios valores/puntos de
entrada y salida para crear la curva de no linealidad. Se calcula un
valor de la raíz cuadrada media o valor cuadrático medio (RMS) de
entrada de las señales de entrada utilizadas para medir la no
linealidad. El valor RMS identifica un punto de funcionamiento de
entrada de la no linealidad de TWTA medida. Además, también puede
obtenerse un punto de funcionamiento de salida (por ejemplo,
mediante un módulo de medición). El punto de funcionamiento de
salida puede basarse en un valor RMS de los diversos valores/puntos
utilizados en la medición de la no linealidad de TWTA. De manera
alternativa, el punto de funcionamiento de salida puede basarse
simplemente en el punto correspondiente (al valor RMS de entrada)
sobre la curva de no linealidad de TWTA.
Una vez que la no linealidad ha sido medida y
los puntos de funcionamiento obtenidos/calculados, una señal de
capa superior (como parte del esquema de la modulación estructurada
en capas) puede ser reconstruida (por ejemplo, por el receptor).
Dicha reconstrucción es más precisa o exacta, ya que se calculan los
niveles apropiados de distorsión sometida a la no linealidad de
TWTA. Además, la no linealidad medida puede ser descentrada para
simplificar la reconstrucción de la señal superior. Semejante
descentramiento puede mantener en escala un valor de amplitud de
entrada y un valor de amplitud de salida de la no linealidad medida
para colocar el punto de funcionamiento de salida en un punto
deseado. Dicha regulación de escala puede ser conducida restando un
valor del punto de funcionamiento de entrada medido de todos los
valores de entrada en un dominio logarítmico. Por consiguiente, la
regulación de escala puede también ser conducida restando un valor
del punto de funcionamiento de salida medido de todos los valores
de funcionamiento en el dominio logarítmico. La regulación de escala
puede también ser conducida restando un valor de fase medido en el
punto de funcionamiento de salida de los valores de fase de todos
los puntos de salida utilizados para medir la no linealidad del
TWTA.
Además de lo anterior, cuando se descentra la no
linealidad medida, ciertos datos pueden caer fuera de la no
linealidad medida. Al explicar o representar dichos datos, pueden
colocarse algunos puntos de limitación más allá de los puntos
finales (que se utilizan para medir la no linealidad). Dichos puntos
de limitación pueden utilizarse luego para interpolar datos.
Además, el punto de funcionamiento de entrada y el punto de
funcionamiento de salida pueden también ser mapeados o
correlacionados a un nivel particular para evitar la profusión
excesiva fraccional.
Haciendo referencia, a continuación, a los
dibujos, en los cuales los mismos números de referencia representan
partes correspondientes en todos ellos:
la Figura 1 es un diagrama que una vista global
o de conjunto de un único sistema de distribución de vídeo vía
satélite;
la Figura 2 es un diagrama de bloques que
muestra una configuración típica de enlace ascendente para un único
transpondedor de satélite;
la Figura 3A es un diagrama de un flujo o
corriente de datos representativa;
la Figura 3B es un diagrama de un paquete de
datos representativo;
la Figura 4 es un diagrama de bloques que
muestra una realización del modulador de la señal de enlace
ascendente;
la Figura 5 es un diagrama de bloques de un
receptor/descodificador integrado;
las Figuras 6A-6C son diagramas
que ilustran la relación básica de las capas de señal en una
transmisión de modulación estructurada en capas;
las Figuras 7A-7C son diagramas
que ilustran una constelación de señal de una segunda capa de
transmisión sobre la primera capa de transmisión, después de una
primera desmodulación de capa;
la Figura 8A es un diagrama que muestra un
sistema para la transmisión y la recepción de señales de modulación
en capas;
la Figura 8B es un diagrama que muestra un
transpondedor de satélite proporcionado a modo de ejemplo, destinado
a recibir y transmitir señales de modulación en capas;
la Figura 9 es un diagrama de bloques que
representa una realización de un IRD [receptor/descodificador
integrado -"integrated receiver/decoder"] mejorado, capaz de
recibir señales de modulación estructuradas en capas;
la Figura 10A es un diagrama de bloques de una
realización del sintonizador/modulador y del codificador de FEC
mejorados;
la Figura 10B representa otra realización del
sintonizador/modulador mejorado, en la que la sustracción de capa
se lleva a cabo en la señal estructurada en capas recibida;
\newpage
las Figuras 11A y 11B representan los niveles o
magnitudes de potencia relativas de realizaciones proporcionadas a
modo de ejemplo de la presente invención;
la Figura 12 ilustra un sistema informático
proporcionado a modo de ejemplo, que puede utilizarse para
implementar módulos o funciones seleccionadas de la presente
invención;
la Figura 13 es un esquema de flujo u
organigrama que ilustra la determinación del punto de funcionamiento
según una o más realizaciones de la invención;
las Figuras 14A y 14B son diagramas de bloques
de un sistema básico para la medición de mapas, correlaciones o
relaciones de correspondencia de rendimiento o comportamiento, de
acuerdo con una o más realizaciones de la invención;
la Figura 14C es un esquema de flujo u
organigrama que ilustra un método para la medición de mapas,
correlaciones o relaciones de correspondencia de rendimiento o
comportamiento, de acuerdo con una o más realizaciones de la
invención;
la Figura 15A ilustra un algoritmo intuitivo
para obtener los componentes de salida en fase y de cuadratura de
acuerdo con una o más realizaciones de la invención.
la Figura 15B ilustra un algoritmo eficiente
computacionalmente para obtener los puntos de funcionamiento de
entrada y salida, de acuerdo con una o más realizaciones de la
invención; y
las Figuras 16A y 16B ilustran el impacto de
errores de puntos de funcionamiento en la reconstrucción de
señales.
En la siguiente descripción, se hace referencia
a los dibujos que se acompañan, los cuales constituyen una parte de
la misma, y en los que se muestran, a modo de ilustración, diversas
realizaciones de la presente invención. Se entiende que pueden
utilizarse otras realizaciones de y que es posible realizar cambios
estructurales sin apartarse del ámbito de la presente
invención.
La invención proporciona un método para
determinar/calcular el punto de funcionamiento de un TWTA. El punto
de funcionamiento es calculado a la misma vez que se mide la no
linealidad de TWTA. Por consiguiente, no se requiere ningún
procedimiento extra de medición para la determinación del punto de
funcionamiento, y la no linealidad medida está siempre actualizada,
permitiendo a la medición seguir cualquier cambio en las
características del TWTA a lo largo del tiempo.
La Figura 1 es un diagrama que ilustra una
visión global de un sistema de distribución de vídeo 100 por un
único satélite. El sistema de distribución de vídeo 100 comprende un
centro de control 102, en comunicación con un centro 104 de enlace
ascendente a través de un enlace terrestre u otro enlace 114, y con
una estación receptora 110 de abonado, a través de una red de
telefonía pública conmutada (PSTN -"public switched telephone
network") u otro enlace 120. El centro de control 102 proporciona
material de programa (por ejemplo, programas de vídeo, programas de
audio y datos) para el centro 104 de enlace ascendente y se coordina
con las estaciones receptoras 110 de abonado para ofrecer, por
ejemplo, servicios de programas de pago por visión (PPV
-"pay-per-view"), incluyendo
facturación y la descripción asociada de programas de vídeo.
El centro 104 de enlace ascendente recibe del
centro de control 102 material de programa e información de control
de programa, y, mediante el uso de una antena 106 y un transmisor
105 de enlace ascendente, transmite el material de programa y la
información de control de programa al satélite 108 por medio de una
señal 116 de enlace ascendente. El satélite recibe y trata esta
información, y transmite los programas de vídeo y la información de
control a la estación receptora 110 de abonado a través de una señal
118 de enlace descendente, utilizando un transmisor 107. La
estación receptora 110 de abonado recibe esta información utilizando
la unidad externa (ODU -"outdoor unit") 112, la cual incluye
una antena de abonado y un convertidor de bloque de bajo ruido (LNB
-"low noise block converter").
En una realización, la antena de la estación
receptora de abonado es una antena de banda Ku [banda por debajo de
la corta -"Kurz-unten"] con forma ligeramente
oval, de 45,72 cm (18 pulgadas). La forma ligeramente oval es
debida a la alimentación desviada o descentrada 22,5 grados del LNB
(convertidor de bloque de bajo ruido -"low noise block
converter") que se utiliza para recibir señales reflejadas en la
antena de abonado. La alimentación descentrada sitúa el LNB fuera
del camino o recorrido, de tal manera que no bloquea ninguna área
superficial de la antena, con lo que se minimiza la atenuación de
la señal de microondas entrante.
El sistema de distribución 100 de vídeo puede
comprender una pluralidad de satélites 108 para proporcionar una
cobertura terrestre más amplia, al objeto de proporcionar canales
adicionales, o para proporcionar una anchura 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 procedentes del centro 104 de
enlace descendente, y proporcionarlos a las estaciones receptoras
110 de abonado. Mediante el uso de técnicas de compresión y de
multiplexación de datos de las capacidades de los canales, dos
satélites 108 que trabajan juntos pueden recibir y radiodifundir
más de 150 canales de audio y de vídeo convencionales (no de HDTV
(televisión de alta definición -"high definition TV")) por
medio de 32 transpondedores.
Si bien la invención divulgada aquí se
describirá con referencia a un sistema 100 de distribución de vídeo
basado en satélite, la presente invención puede también llevarse a
la práctica con transmisión con base terrestre de información de
programa, ya sea por medios de emisión/transmisión, cable u otros
medios. Por otra parte, las diferentes funciones asignadas
colectivamente entre el centro de control 102 y el centro 104 de
enlace ascendente según se ha descrito en lo anterior, pueden ser
reasignadas según se desee sin apartarse del ámbito pretendido para
la presente invención.
Si bien lo anterior se ha descrito con respecto
a una realización en la que el material de programa suministrado al
abonado 122 es material de programa de vídeo (y de audio), tal como
una película, el método anterior puede ser utilizado para
suministrar material de programa que comprende información puramente
de audio, o también otros datos.
La Figura 2 es un diagrama de bloques que
muestra una configuración de enlace ascendente típica para un
transpondedor de un único satélite 108, que muestra el modo como se
transmite por enlace ascendente material de programa de vídeo al
satélite 108 por el centro de control 102 y el centro 104 de enlace
ascendente. La Figura 2 muestra tres canales de vídeo (que pueden
ser ampliados, respectivamente, con uno o más canales de audio para
música de alta fidelidad, información de banda sonora, o un
programa de audio secundario para transmitir idiomas extranjeros),
un canal de datos procedente de un subsistema 206 de guía de
programación, e información de datos informáticos procedente de una
fuente 208 de datos informáticos.
Los canales de vídeo son proporcionados por una
fuente 200A-200C de programa de material de vídeo (a
la que se hace aquí referencia, en conjunto, en lo que sigue como
fuente(s) 200 de programa). Los datos procedentes de cada
fuente 200 de programa son proporcionados a un codificador
202A-202C (al que se hace aquí referencia
colectivamente, en lo que sigue, como codificador(es) 202).
Cada uno de los codificadores acepta un sello temporal de programa
(PTS -"program time stamp") procedente del controlador 216. El
PTS es un sello temporal binario de encapsulado que se utiliza para
garantizar que la información de vídeo se sincroniza adecuadamente
con la información de audio después de la codificación y la
descodificación. Se envía un sello temporal PTS con cada trama I de
los datos codificados según MPEG.
En una realización de la presente invención,
cada codificador 202 es un codificador de acuerdo con el Grupo de
Expertos de Imagen en Movimiento de segunda generación
(MPEG-2 -"second generation Motion Picture Experts
Group"), pero es posible utilizar también otros descodificadores
que implementan otras técnicas de codificación. El canal de datos
puede ser sometido a un esquema de compresión similar por parte de
un codificador (no mostrado), pero tal compresión es, normalmente,
bien innecesaria, o bien llevada a cabo por programas informáticos
ubicados en la fuente de datos informáticos (por ejemplo, los datos
fotográficos son típicamente comprimidos en archivos *.TIF o en
archivos *.JPG antes de ser transmitidos). Después de la
codificación por medio de los codificadores 202, las señales son
convertidas en paquetes de datos por medio de un dispositivo
empaquetador 204A-204F (al que se hace referencia,
aquí, colectivamente o en conjunto como dispositivo(s)
empaquetador(es) 204) asociado con cada fuente 200 de
programa.
Los paquetes de datos son ensamblados utilizando
una referencia obtenida del reloj 214 del sistema (SCR -"system
clock reference") y del gestor de acceso condicional 210, el cual
proporciona el identificador de canal de servicio (SCID -"service
channel identifier") para su uso a la hora de generar los
paquetes de datos. Estos paquetes de datos son entonces
multiplexados hasta obtener datos en serie y transmitidos.
La Figura 3A es un diagrama de una corriente de
datos representativa. El primer segmento 302 de paquete comprende
información procedente del canal de vídeo 1 (datos entrantes
procedentes, por ejemplo, de la primera fuente 200A de programa de
vídeo). El siguiente segmento 304 de paquete comprende información
de datos informáticos que se obtuvo, por ejemplo, de la fuente 208
de datos informáticos. El siguiente segmento 306 de paquete
comprende información procedente del canal de vídeo 5 (obtenida de
una de las fuentes 200 de programa de vídeo). El siguiente segmento
308 de paquete comprende información de guía de programa, tal como
la información proporcionada por el subsistema 206 de guía de
programa. Según se muestra en la Figura 3A, unos paquetes vacíos o
nulos 310 creados por el módulo 212 de paquetes nulos, pueden ser
insertados en la corriente de datos según se desee, seguidos por
paquetes de datos adicionales 312, 314, 316 procedentes de las
fuentes 200 de programa.
La corriente de datos comprende, por lo tanto,
una serie de paquetes (302-316) procedentes de una
cualquiera de las fuentes de datos (por ejemplo, las fuentes 200 de
programa, los subsistemas 206 de guía de programa, la fuente 208 de
datos informáticos), en un orden determinado por el controlador 216.
La cadena de datos es encriptada o cifrada por medio del módulo de
cifrado 218, modulada por el modulador 220 (típicamente, utilizando
un esquema de modulación de QPSK), y proporcionada al transmisor
105/222, el cual emite o radiodifunde la corriente datos modulada
en forma de señales y, utilizando el SCID, reensambla los paquetes
para regenerar el material de programa para cada uno de los
canales.
La Figura 3B es un diagrama de un paquete de
datos. Cada paquete de datos (por ejemplo, 302-306)
tiene una longitud de 147 bytes y comprende un cierto número de
segmentos de paquete. El primer segmento 320 de paquete comprende
dos bytes de información que contienen el SCID y unos señalizadores.
El SCID es un número único o exclusivo de 12 bits que identifica
unívocamente el canal de datos del paquete de datos. Los
señalizadores incluyen 4 bits que se utilizan para controlar otras
características. El segundo segmento 322 de paquetes está
constituido por un indicador de tipo de paquete de 4 bits y por un
contador de continuidad de 4 bits. El tipo de paquete identifica el
paquete como uno de los cuatro tipos de datos (vídeo, audio, datos o
nulo). Cuando está en combinación con el SCID, el tipo de paquete
determina el modo como se utilizará el paquete de datos. El
contador de continuidad se incrementa en uno una vez por cada tipo
de paquete SCID. El siguiente segmento 342 de paquete comprende 127
bytes de datos de carga de información útil, los cuales, en los
casos de los paquetes 302 ó 306, constituyen una porción del
programa de vídeo proporcionado por la fuente 200 de programa de
vídeo. El segmento 326 de paquete final son datos requeridos para
llevar a cabo una corrección de errores en sentido hacia
delante.
La Figura 4 es un diagrama de bloques que
muestra una realización del modulador 220. El modulador 220
comprende, opcionalmente, un codificador 404 de corrección de
errores en sentido hacia delante (FEC -"forward error
correction") que acepta los primeros símbolos 402 de señal y
añade información redundante que se utiliza para reducir los
errores de transmisión. Los símbolos codificados 405 son modulados
por un modulador 406 de acuerdo con una primera portadora 408, a
fin de producir una señal modulada 410 de capa superior. Unos
segundos símbolos 420 son proporcionados de igual manera a un
segundo codificador de FEC opcional 422, a fin de producir segundos
símbolos codificados 424. Los segundos símbolos codificados 424 son
proporcionados a un segundo modulador 414, el cual modula los
segundos símbolos codificados 424 de acuerdo con una segunda
portadora 416 con el fin de producir una señal modulada 418 de capa
inferior. La señal modulada 410 de capa superior y la señal
modulada 418 de capa inferior se encuentran, por tanto, sin
correlacionar. De esta forma, la señal 410 de capa superior y la
señal 418 de capa inferior pueden ser transmitidas a transpondedores
independientes situados en uno o más satélites 108 por medio de
señales de enlace ascendente independientes 116. Así, pues, la señal
418 de capa inferior puede ser implementada desde un satélite
independiente 108 que recibe una señal de enlace ascendente
independiente 116. Sin embargo, en la señal 118 de enlace
descendente, la señal 410 de capa superior debe ser una señal de
una amplitud suficientemente mayor que la de la señal 418 de capa
inferior, a fin de mantener las constelaciones de señal que se
muestran en la Figura 6 y en la Figura 7.
Debe apreciarse que puede ser más eficaz ajustar
retrospectivamente un sistema ya existente mediante el uso de un
transpondedor dispuesto en una satélite independiente 108, con el
fin de transmitir la señal de enlace descendente de capa inferior
sobre la señal de enlace descendente existente, heredada, en vez de
reemplazar el satélite heredado por uno que transmita ambas capas
de señal de enlace descendente. Puede ponerse el énfasis en
acomodar la señal de enlace descendente heredada, a la hora de
implementar una emisión/transmisión de enlace descendente
estructurada en capas.
La Figura 5 es un diagrama de bloques de un
receptor/descodificador integrado (IRD -"integrated
receiver/deco- der") 500 (al que se hace referencia aquí,
alternativamente, en lo que sigue, como receptor 500). El receptor
500 comprende un sintonizador/desmodulador 504, acoplado en
comunicación con una ODU [unidad externa -"outdoor unit"] 112
que tiene uno o más bloques de bajo ruido (LNBs -"low noise
blocks") 502. El LNB 502 convierte la señal 118 de enlace
descendente de 12,2 GHz a 12,7 GHz procedente de los satélites 108,
en, por ejemplo, una señal de entre 950 MHz y 1.450 MHz que se
requiere por parte del sintonizador/desmodulador 504 del IRD 500.
Típicamente, el LNB 502 puede proporcionar una salida ya sea dual,
ya sea individual. El LNB 502 de salida individual tiene tan sólo
un único conectador de RF, en tanto que el LNB 502 de salida dual
tiene dos conectadores de salida de RF y puede ser utilizado para
alimentar un segundo sintonizador 504, un segundo receptor 500 ó
alguna otra forma de sistema de distribución.
El sintonizador/desmodulador 504 aísla una única
señal trasponedora de 24 MHZ y modulada digitalmente, y convierte
los datos modulados en una corriente de datos digitales. Siguen
detalles adicionales relativos a la desmodulación de la señal
recibida.
La corriente de datos digitales es entonces
suministrada a un descodificador 506 de corrección de errores en
sentido hacia delante (FEC). Esto permite al IRD 500 reensamblar los
datos transmitidos por el centro 104 de enlace ascendente (el cual
aplicó la corrección de errores en sentido hacia delante a la señal
deseada antes de su transmisión a la estación receptora 110 de
abonado), verificando que se ha recibido la señal de datos
correcta, y corrigiendo los errores, si los hay. Los datos,
corregidos en errores, pueden ser suministrados desde el módulo
descodificador 506 de FEC al módulo de transporte 508, por medio de
una interfaz en paralelo de 8 bits.
El módulo de transporte 508 lleva a cabo muchas
de las funciones de tratamiento de datos realizadas por el IRD 500.
El módulo de transporte 508 procesa o trata los datos recibidos
desde el módulo descodificador 506 de FEC, y proporciona los datos
tratados al descodificador de vídeo según MPEG 514 y al
descodificador de audio según MPEG 517. Según se necesite, el
módulo de transporte emplea la RAM 528 del sistema para tratar los
datos. En una realización de la presente invención, el módulo de
transporte 508, el descodificador de vídeo según MPEG 514 y el
descodificador de audio según MPEG 517 están, todos ellos,
implementados en circuitos integrados. Este diseño favorece la
eficiencia tanto espacial como de potencia, y aumenta la seguridad
de las funciones llevadas a cabo dentro del módulo de transporte
508. El módulo de transporte 508 también proporciona una vía de
paso para las comunicaciones entre el microcontrolador 510 y los
descodificadores de vídeo y de audio según MPEG, 514 y 517. Tal y
como se establece de una forma más completa más adelante, el módulo
de transporte también trabaja con el módulo de acceso condicional
(CAM -"conditional access module") 512 para determinar si a la
estación receptora 110 de abonado se le permite acceder a cierto
material de programa. Los datos procedentes del módulo de
transporte 508 pueden ser también suministrados al módulo de
comunicación externo 526.
El CAM 512 funciona en asociación con otros
elementos para descodificar una señal encriptada o cifrada
procedente del módulo de transporte 508. El CAM 512 puede ser
también utilizado para efectuar el seguimiento de estos servicios y
facturarlos. En una realización de la presente invención, el CAM 512
es una tarjeta inteligente extraíble que tiene contactos que
interactúan cooperativamente con unos contactos existentes en el IRD
para pasarse información. Con el fin de implementar el tratamiento
que se lleva a cabo en el CAM 512, el IRD 500 y, específicamente,
el módulo de transporte 508, proporciona una señal de reloj al CAM
512.
Los datos de vídeo son tratados por el
descodificador de vídeo según MPEG 514. Mediante el uso de la
memoria de acceso aleatorio (RAM -"random access memory") de
vídeo 536, el descodificador de vídeo según MPEG 514 descodifica
los datos de vídeo comprimidos y los envía a un codificador o
procesador de vídeo 516, el cual convierte la información de vídeo
digital que es recibida desde el módulo de vídeo según MPEG 514 en
una señal de salida utilizable por un dispositivo de presentación
visual u otro dispositivo de salida. A modo de ejemplo, el
procesador 516 puede comprender un codificador según el Comité
Nacional de Normas de Televisión (NTSC -"National TV Standards
Committee") o el Comité de Sistemas Avanzados de Televisión (ATSC
-"Advanced Television Systems Committee"). En una realización
de la invención, se proporcionan tanto señales de
Vídeo-S como de vídeo ordinarias (según NTSC o
ATSC). Pueden utilizarse también otras salidas, las cuales resultan
ventajosas si se está tratando programación de alta definición.
Los datos de audio son de la misma manera
descodificados por el descodificador de audio según MPEG 517. Los
datos de audio descodificados pueden ser entonces enviados a un
convertidor de digital a analógico (D/A) 518. En una realización de
la presente invención, el convertidor de D/A 518 es un convertidor
de D/A doble o dual: uno para cada uno de los canales izquierdo y
derecho. Si se desea, pueden añadirse canales adicionales para uso
en el tratamiento del sonido ambiental o de programas de audio
secundarios (SAPs -"secondary audio programs"). En una
realización de la invención, el convertidor de D/A dual 518 separa,
por sí mismo, la información de los canales izquierdo y derecho,
así como cualquier información de canales adicionales. Es posible
dar soporte, de forma similar, a otros formatos de audio. Por
ejemplo, puede darse soporte a otros formatos de audio tales como
el DOLBY DIGITAL AC-3 de múltiples canales.
Puede encontrarse una descripción de los
procedimientos llevados a cabo en la codificación y descodificación
de corrientes de vídeo, en particular, con respecto a la
codificación/descodificación de JPEG, en el Capítulo 8 de la
divulgación "Digital Television Fundamentals"
("Fundamentos de la televisión digital"), por Michael Robin y
Michel Poulin, McGraw-Hill, 1998, la cual se
incorpora aquí como referencia.
El microcontrolador 510 recibe y trata señales
de órdenes procedentes del mando a distancia 524, de un IRD 500, de
una interfaz de teclado y/o de otro dispositivo de introducción. El
microcontrolador 510 recibe órdenes para llevar a cabo sus
operaciones desde una memoria de programación de procesador, la cual
almacena permanentemente instrucciones destinadas a llevar a cabo
tales órdenes. La memoria de programación de procesador puede
comprender una memoria de sólo lectura (ROM -"read only
memory") 538, una memoria de sólo lectura, programable y
susceptible de ser borrada eléctricamente (EEPROM -"electrically
erasable programmable read only memory") o un dispositivo de
memoria similar. El microcontrolador 510 controla también los otros
dispositivos digitales del IRD 500 a través de líneas de
direcciones y de datos (denotadas, respectivamente, por "A" y
"D" en la Figura 5).
El módem
[modulador-desmodulador] 540 se conecta a la línea
telefónica del cliente a través de la puerta de PSTN 120. Llama,
por ejemplo, al proveedor de programas, y transmite la información
de compra del cliente para propósitos de facturación, y/u otra
información. El módem 540 es controlado por el microprocesador 510.
El módem 540 puede suministrar como salida datos a otros tipos de
puertas de E/S (Entrada/Salida -"I/O (Input/Output)"),
incluyendo puertas de E/S informáticas estándar en paralelo y en
serie.
La presente invención comprende también una
unidad de almacenamiento local, tal como el dispositivo de
almacenamiento de vídeo 532, para el almacenamiento de datos de
vídeo y/o de audio obtenidos del módulo de transporte 508. El
dispositivo de almacenamiento de vídeo 532 puede ser un dispositivo
de accionamiento de disco duro, un disco compacto de
lectura/inscribible de DVD, una RAM de estado sólido o cualquier
otro medio de almacenamiento adecuado. En una realización de la
presente invención, el dispositivo de almacenamiento de vídeo 532 es
un dispositivo de accionamiento de disco duro con capacidad
especializada de lectura/escritura o inscripción especializada, de
tal modo que los datos pueden ser leídos en el dispositivo de
almacenamiento de vídeo 532 e inscritos en el dispositivo 532 al
mismo tiempo. Con el fin de lograr esta característica, es posible
utilizar una memoria de almacenamiento intermedio adicional,
accesible por el dispositivo de almacenamiento de vídeo 532 ó por
su controlador. Opcionalmente, puede utilizarse un procesador de
almacenamiento de vídeo 530 para gestionar el almacenamiento y la
recuperación de los datos de vídeo desde el dispositivo de
almacenamiento de vídeo 532. El procesador de almacenamiento de
vídeo 530 puede también comprender memoria para el almacenamiento
intermedio de datos que pasan al interior del dispositivo de
almacenamiento de vídeo 532 y salen de éste. Alternativamente o en
combinación con lo anterior, es posible utilizar una pluralidad de
dispositivos de almacenamiento de vídeo 532. También
alternativamente o en combinación con lo anterior, el
microcontrolador 510 puede también llevar a cabo las operaciones
requeridas para almacenar y/o recuperar vídeo y otros datos en el
dispositivo de almacenamiento de vídeo 532.
El módulo de tratamiento de vídeo 516 puede ser
suministrado directamente como una salida de vídeo a un dispositivo
de visión tal como un monitor de vídeo o de computadora. Además de
ello, las salidas de vídeo y/o de audio pueden ser suministradas a
un modulador de RF 534 destinado a producir una salida de RF y/o un
vestigio de banda lateral (VSB -"vestigal side band") adecuado
como señal de entrada para un sintonizador de televisión
convencional. Esto permite al receptor 500 operar con televisiones
que no tienen salida de vídeo.
Cada uno de los satélites 108 comprende un
transpondedor, el cual acepta información de programa procedente
del centro 104 de enlace ascendente, y remite esta información para
la estación de recepción 110 de abonado. Se emplean técnicas de
multiplexación conocidas, de tal manera que es posible proporcionar
al usuario múltiples canales. Estas técnicas de multiplexación
incluyen, a modo de ejemplo, diversas técnicas de multiplexación
estadísticas u otras técnicas de multiplexación en el dominio del
tiempo, así como multiplexación por polarización. En una
realización de la invención, un único transpondedor que funciona en
una única banda de frecuencias, transporta una pluralidad de
canales identificados por una identificación de canal de servicio
(SCID -"service channel identification") respectiva.
Preferiblemente, el IRD 500 también recibe y
almacena una guía de programa en una memoria disponible para el
microcontrolador 510. Típicamente, la guía de programa se recibe en
uno o más paquetes de datos contenidos en la corriente de datos
proveniente del satélite 108. Es posible acceder a la guía de
programa y buscar en ella mediante la ejecución de etapas de
funcionamiento adecuadas, implementadas por el microcontrolador 510
y almacenadas en la ROM 538 de procesador. La guía de programa puede
incluir datos para establecer un mapa, correlación o relación de
correspondencia entre los números del canal de espectador y los
transpondedores de satélite e identificaciones de canal de servicio
(SCIDs), y también proporciona información de listado de programas
de TV al abonado 122, que identifica los acontecimientos del
programa.
La capacidad funcional implementada en el IRD
500 y que se ha ilustrado en la Figura 5, puede ser llevada a la
práctica por uno o más módulos de hardware, uno o más módulos de
software que definen instrucciones llevadas a cabo por un
procesador, o una combinación de ambas posibilidades.
La presente invención hace posible la modulación
de señales en diferentes niveles o magnitudes de potencia y,
ventajosamente, que las señales provenientes de cada capa sean no
coherentes. Es posible llevar a cabo, además, la modulación y la
codificación independiente de las señales. Se hace posible la
compatibilidad retrospectiva con receptores heredados, tal como un
receptor de manipulación o modulación con desplazamiento de fase en
cuadratura (QPSK -"quadrature phase shift keying"), y se
proporcionan nuevos servicios a nuevos receptores. Un nuevo
receptor típico de la presente invención se sirve de dos
desmoduladores y un remodulador, tal y como se describirá aquí en
detalle, en lo que sigue.
En una realización retrospectivamente compatible
típica de la presente invención, la señal de QPSK heredada es
reforzada en potencia hasta un nivel o magnitud de transmisión (y de
recepción) más elevado. Esto crea un dominio o "espacio" de
potencia en el que puede funcionar una nueva señal de capa inferior.
El receptor heredado no será capaz de distinguir la nueva señal de
capa inferior del ruido gaussiano blanco aditivo, y funciona, por
tanto, de la manera habitual. La selección óptima de los niveles de
potencia de capa se basa en la adecuación al equipo heredado, así
como en la nueva capacidad de transferencia y servicios
deseados.
La nueva señal de capa inferior se proporciona
con una relación entre portadora y ruido térmico suficiente para un
funcionamiento apropiado. La nueva señal de capa inferior y la señal
heredada reforzada son no coherentes una con respecto a la otra.
Por lo tanto, la nueva señal de capa inferior puede ser implementada
a partir de un TWTA diferente, e incluso a partir de un satélite
diferente. El nuevo formato de señal de capa inferior es también
independiente del formato heredado, ya sea éste QPSK u 8PSK, y
utiliza el código de FEC concatenado convencional o se sirve de un
nuevo código Turbo. La señal de capa inferior puede incluso ser una
señal analógica.
La señal en capas combinada es desmodulada y
descodificada al desmodular, en primer lugar, la capa superior para
suprimir la portadora superior. La señal en capas estabilizada puede
tener entonces la capa superior descodificada en FEC y los símbolos
de capa superior de salida comunicados al transporte de capa
superior. Los símbolos de capa superior se emplean también en un
remodulador, a fin de generar una señal de capa superior
idealizada. La señal de capa superior idealizada es entonces
sustraída o restada de la señal en capas estable, a fin de revelar
la señal de capa inferior. La señal de capa inferior es entonces
desmodulada y descodificada en FEC, y comunicada al transporte de
capa inferior.
Las señales, los sistemas y los métodos que se
sirven de la presente invención pueden ser utilizados como
suplemento de una transmisión ya existente compatible con hardware
de recepción heredado en una aplicación retrospectivamente
compatible, o como parte de una arquitectura de modulación
estructurada en capas y previamente planeada, que proporciona una o
más capas adicionales en el presente o en una fecha ulterior.
Las Figuras 6A a 6C ilustran la relación básica
entre las capas de señal en una transmisión con modulación
estructurada en capas recibida. La Figura 6A ilustra una
constelación de señal de capa superior, perteneciente a una señal
de transmisión, que muestra los puntos o símbolos de señal. La
Figura 6B ilustra la constelación de señal de capa inferior de
símbolos 604 sobre la constelación 600 de señal de capa superior, en
la que las capas son coherentes (o sincronizadas). La Figura 6C
ilustra una señal 606 de capa inferior, perteneciente a una segunda
capa de transmisión, sobre la constelación de capa superior, de tal
manera que las capas son no coherentes. La capa inferior 606 rota
alrededor de la constelación 602 de capa superior debido a las
frecuencias de modulación relativas de las dos capas en una
transmisión no coherente. Tanto la capa superior como la inferior
rotan alrededor del origen debido a la frecuencia de modulación de
la primera capa, según se ilustra por la trayectoria 608.
Las Figuras 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 Figura 7A muestra la
constelación 700 antes del primer bucle de recuperación de portadora
(CRL -"carrier recovery loop") de la capa superior, y los
anillos 702 de constelación rotan en torno al círculo de gran radio
indicado por la línea discontinua. La Figura 7B muestra la
constelación 704 después del CRL de la capa superior, donde se
detiene la rotación de los anillos 702 de constelación. Los anillos
702 de constelación son los puntos de señal de la capa inferior en
torno a los nodos 602 de la capa superior. La Figura 7C representa
una distribución de fases de la señal recibida con respecto a los
nodos 602.
Las frecuencias de modulación relativas de las
señales de capas superior e inferior, no coherentes, hacen que la
constelación de capa inferior rote en torno a los nodos 602 de la
constelación de capa superior para formar los anillos 702. Después
del CRL de capa inferior, esta rotación es suprimida y los nodos de
la capa inferior son revelados o puestos de manifiesto (tal como se
muestra en la Figura 6B). El radio de los anillos 702 de
constelación de capa inferior es indicativo del nivel de potencia de
la capa inferior. El espesor de los anillos 702 es indicativo de la
relación entre portadora y ruido (CNR -"carrier to noise
ratio") de la capa inferior. Como las dos capas son no
coherentes, la capa inferior puede ser utilizada para transmitir
señales analógicas o digitales diferenciadas.
La Figura 8A es un diagrama que muestra un
sistema para transmitir y recibir señales de modulación
estructuradas en capas. Unos transmisores independientes 107A, 107B
(que incluyen TWTAs para amplificar las señales), puesto que pueden
ser ubicados en cualquier plataforma adecuada, tal como en los
satélites 108A, 108B, son utilizados para transmitir de forma no
coherente diferentes capas de una señal de la presente invención.
Las señales 116 de enlace ascendente son, típicamente, transmitidas
a cada satélite 108A, 108B desde uno o más centros 104 de enlace
ascendente con uno o más transmisores 105, por medio de una antena
106.
La Figura 8B es un diagrama que ilustra un
transpondedor 107 de satélite proporcionado a modo de ejemplo para
recibir y transmitir señales de modulación estructuradas en capas,
en un satélite 108. La señal 116 de enlace ascendente es recibida
por el satélite 108 y se hace pasar a través de un multiplexador de
entrada (IMUX -"input multiplexer") 814. Después de esto, la
señal es amplificada con un amplificador de tubo de ondas viajeras
(TWTA -"travelling wave tube amplifier") 816 y hecha pasar, a
continuación, por un multiplexador de salida (OMUX -"output
multiplexer") 818, antes de que la señal 118 de enlace
descendente sea transmitida a los receptores 802, 500.
Las señales 808A, 808B estructuradas en capas
(por ejemplo, múltiples señales 118 de enlace descendente) son
recibidas en unas antenas 812A, 812B, tales como platos de satélite,
cada una de las cuales tiene un bloque de bajo ruido (LNB -"low
noise block") 810A, 810B por el que son entonces acopladas a
receptores/descodificadores integrados (IRDs -"integrated
receiver/decoders") 500, 502. Por ejemplo, los primeros satélite
108A y transmisor 107A pueden transmitir una señal 808A heredada de
capa superior, y los segundos satélite 108B y transmisor 107B
pueden transmitir una señal 808B de capa inferior. Si bien ambas
señales, 808A y 808B, llegan a cada antena 812A, 812B y a los LNBs
810A y 810B, únicamente el IRD 802 de modulación en capas es capaz
de descodificar ambas señales 808A, 808B. El receptor heredado 500
únicamente es capaz de descodificar la señal heredada 808A de capa
superior; la señal 808B de capa inferior tiene el aspecto únicamente
de ruido para el receptor heredado 500.
Debido a que las capas de señal pueden ser
transmitidas de forma no coherente, es posible añadir capas de
transmisión independientes en cualquier momento, utilizando
diferentes satélites 108A, 108B u otras plataformas adecuadas,
tales como plataformas basadas en tierra o de una gran altitud. Así,
pues, cualquier señal compuesta, incluyendo nuevas capas de señal
adicionales, será compatible retrospectivamente con los receptores
heredados 500, que no tendrán en consideración las nuevas capas de
señal. Al objeto de garantizar que las señales no interfieren, la
señal y el nivel o grado de ruido combinados para la capa inferior
deben encontrarse en, o por debajo de, el suelo de ruido permitido
par la capa superior en la antena de recepción particular 812A,
812B.
Las aplicaciones de modulación estructurada en
capas incluyen aplicaciones retrospectivamente compatibles y
aplicaciones retrospectivamente no compatibles. La expresión
"retrospectivamente compatible" describe, en este sentido,
sistemas en los que receptores heredados 500 no se han quedado
obsoletos por la(s) capa(s) de señal
adicional(es). Antes bien, incluso si los receptores
heredados 500 son incapaces de descodificar la(s)
capa(s) de señal adicional(es), son capaces de recibir
la señal modulada estructurada en capas y descodificar la señal
original. En estas aplicaciones, la arquitectura de sistema
preexistente es acomodada por la arquitectura de las capas de señal
adicionales. La expresión "retrospectivamente no compatible"
describe una arquitectura de sistema que hace uso de modulación
estructurada en capas, pero el esquema de modulación empleado es
tal, que el equipo preexistente en incapaz de recibir y
descodificar la información contenida en la(s) capa(s)
de señal adicional(es).
Los IRDs heredados preexistentes 500
descodifican y hacen uso de datos únicamente a partir de la capa (o
capas) para cuya recepción están diseñados, sin verse afectados por
las capas adicionales. Sin embargo, tal y como se describirá aquí,
más adelante, las señales heredadas pueden ser modificadas para
implementar óptimamente las nuevas capas. La presente invención
puede ser aplicada a servicios directos por satélite ya existentes,
los cuales son radiodifundidos a usuarios individuales con el fin de
hacer posibles características y servicios adicionales con nuevos
receptores, sin que ello afecte adversamente a los receptores
heredados y sin requerir frecuencia de señal adicional.
La Figura 9 es un diagrama de bloques que
ilustra una realización de un IRD mejorado 802, capaz de recibir
señales de modulación estructuradas en capas. El IRD mejorado 802
incluye un camino de realimentación 902 en el que los símbolos
descodificados en FEC son suministrados de vuelta a un
sintonizador/desmodulador modificado y mejorado 904 y a un módulo
de transporte 908 para la descodificación de ambas capas de señal,
tal como se detalla más adelante.
La Figura 10A es un diagrama de bloques de una
realización del sintonizador/modulador mejorado 904 y del
codificador de FEC 506. La Figura 10A ilustra una recepción en la
que se lleva a cabo la sustracción de capa en una señal en la que
la portadora de capa superior ha sido ya desmodulada. La capa
superior de la señal recibida, combinada, 1016 procedente del LNB
502, que puede contener formato de modulación heredado, se
proporciona a, y es tratada por, un desmodulador 1004 de capa
superior con el fin de producir la señal desmodulada estable 1020.
La señal desmodulada 1010 está acoplada comunicativamente a un
descodificador de FEC 1002, el cual descodifica la capa superior
con el fin de producir los símbolos de capa superior que son
suministrados como salida a un módulo 908 de transporte de capa
superior. Los símbolos de capa superior son también utilizados para
generar una señal de capa superior idealizada. Los símbolos de capa
superior pueden ser producidos desde el descodificador 402 tras una
descodificación de Viterbi (BER < 10^{-3} aproximadamente) o
después de una descodificación de Reed-Solomon (RS)
(BER < 10^{-9} aproximadamente), en operaciones de
descodificación típicas conocidas por los expertos de la técnica.
Los símbolos de capa superior son proporcionados a través de un
camino de realimentación 902, desde el descodificador 402 de capa
superior hasta un remodulador 406, el cual produce, efectivamente,
una señal de capa superior idealizada. La señal de nivel superior
idealizada es sustraída de la señal 1020 de capa superior
desmodulada.
Con el fin de que la resta o sustracción dé como
resultado una señal de capa inferior limpia pequeña, la señal de
capa superior debe ser reproducida con precisión. La señal modulada
puede haber sido distorsionada, por ejemplo, por la no linealidad
del amplificador de tubo de ondas viajeras (TWTA) o por otras
distorsiones, no lineales o lineales, en el canal de transmisión.
Los efectos de la distorsión pueden ser calculados o estimados a
partir de la señal recibida por el hecho, o por las características
del TWTA, que pueden descargarse en mapas, correlaciones o
relaciones de correspondencia 1014 de AM-AM y/o de
AM-PM, que se utilizan para eliminar la distorsión
(por ejemplo, utilizando el módulo de mapa, correlación o relación
de correspondencia 108 de distorsión no lineal) (véase la
descripción detallada que se proporciona más adelante).
Un restador 1012 sustrae o resta, a
continuación, la señal de capa superior idealizada de la señal
desmodulada estable 1020. Esto deja la señal de la segunda capa, de
potencia inferior. El restador 1012 puede incluir un registro de
almacenamiento intermedio o una función de retardo para retener la
señal desmodulada estable 1012 mientras se construye la señal de
capa superior idealizada. La señal de segunda capa es desmodulada
por el desmodulador 1010 de nivel inferior y descodificada en FEC
por el descodificador 1008 de acuerdo con su formato de señal, al
objeto de producir los símbolos de capa inferior, los cuales son
proporcionados al módulo de transporte 908.
La Figura 10B ilustra otra realización en la que
la sustracción de capa se realiza en la señal estructurada en capas
recibida (antes de la desmodulación de capa superior). En este caso,
el desmodulador 1004 de capa superior produce la señal portadora
superior 1022 (así como la salida de señal desmodulada estable
1020). Se proporciona una señal portadora superior 1022 al
recodificador/remodulador 1006. El recodificador/remodulador 1006
proporciona la señal recodificada/remodulada al dispositivos
mapeador, correlacionador o relacionador de correspondencia 1018 de
distorsión no lineal, el cual produce, efectivamente, una señal de
capa superior idealizada. A diferencia de la realización mostrada
en la Figura 10A, en esta realización, la señal de capa superior
idealizada incluye la portadora de capa superior para su sustracción
de la señal combinada recibida 808A, 808B.
A los expertos de la técnica se les ocurrirán
otros métodos equivalentes de sustracción de capa, de manera que la
presente invención no debe estar limitada por los ejemplos que se
proporcionan aquí. Por otra parte, los expertos de la técnica
comprenderán que la presente invención no se limita a dos capas;
pueden estar incluidas capas adicionales. Las capas superiores
idealizadas se producen a través de una remodulación, a partir de
sus símbolos de capa respectivos, y se restan. La sustracción puede
llevarse a cabo ya sea en la señal combinada recibida, ya sea en
una señal desmodulada. Por último, no es necesario que todas las
capas de señal sean transmisiones digitales; la capa más baja puede
ser una transmisión analógica.
El siguiente análisis describe la desmodulación
y la descodificación de dos capas, proporcionadas a modo de
ejemplo. Resultará evidente para los expertos de la técnica que es
posible desmodular y descodificar capas adicionales de un modo
similar. La señal combinada entrante se representa como:
donde M_{U} es la magnitud
de la señal de QPSK de capa superior y M_{L} es la magnitud
de la señal de QPSK de capa inferior, y, en general, M_{L}
<< M_{U}. Las frecuencias y la fase de señal para
las señales de las capas superior e inferior son, respectivamente,
\omega_{U}, \theta_{U} y
\omega_{L}, \theta_{L}. La desalineación
temporal de los símbolos entre las capas superior e inferior es
\DeltaT_{m}. p(t - mT) representa la
versión descentrada o desplazada en el tiempo del filtro de
conformación de impulsos, p(t) 414, empleado en la
modulación de la señal. Los símbolos de QPSK S_{Um} y
S_{Lm} son elementos de 2
f_{U}(\cdot) y f_{L}(\cdot) denotan la función
de distorsión de los TWTAs para las respectivas
señales.
Ignorando f_{U}(\cdot) y
f_{L}(\cdot), así como el ruido n(t), lo
que sigue representa la señal combinada tras la extracción de la
portadora superior:
Debido a la diferencia de magnitudes entre
M_{U} y M_{L}, el desmodulador 1004 de capa
superior y el descodificador 1002 no tienen en cuenta la componente
M_{L} del s'_{UL}(t).
Después de sustraer la capa superior de
s_{UL}(t) en el restador 1012, queda lo
siguiente:
Cualesquiera efectos de distorsión, tales como
los efectos de la no linealidad de TWTA, son estimados para la
sustracción de señal. En una realización típica de la presente
invención, las frecuencias de las capas superior e inferior son
sustancialmente iguales. Es posible obtener mejoras significativas
en la eficiencia del sistema mediante el uso de un desplazamiento o
descentramiento de frecuencias entre capas.
Con el uso de la presente invención, la
modulación retrospectivamente compatible, estructurada en dos capas,
con QPSK dobla una capacidad actual de 6/7 de velocidad de
transmisión al añadir una potencia de TWTA aproximadamente 6,2 dB
por encima de una potencia de TWTA ya existente. Pueden transmitirse
nuevas señales de QPSK desde un transmisor independiente, por
ejemplo, desde un satélite diferente. Además, no hay necesidad de
amplificadores de tubo de ondas viajeras (TWTAs) lineales, como con
la 16QAM [modulación de amplitud en cuadratura de orden 16].
Asimismo, no se impone ninguna penalización por error de fase en las
modulaciones de orden superior, tales como la 8PSK y la 16QAM.
En un sistema de modulación estructurada en
capas, la relación existente entre las capas de modulación
individuales puede ser estructurada para facilitar aplicaciones
retrospectivamente compatibles. Alternativamente, es posible
diseñar una nueva estructura de capas con el fin de optimizar la
eficiencia y/o el comportamiento combinados del sistema de
modulación estructurada en capas.
La presente invención puede ser utilizada en
Aplicaciones Retrospectivamente Compatibles. En tales aplicaciones,
una señal de capa inferior puede aprovecharse de técnicas de
codificación avanzadas para la corrección de errores en sentido
hacia delante (FEC -"forward error correction"), a fin de
disminuir la potencia de transmisión total requerida por el
sistema.
La Figura 11A ilustra las magnitudes o niveles
de potencia relativos 110 de realizaciones proporcionadas a modo de
ejemplo de la presente invención. La Figura 11A no es un dibujo a
escala. Esta realización duplica la capacidad de 6/7 de velocidad
de transmisión preexistente mediante el uso de un TWTA 6,2 dB por
encima de una potencia radiada isótropa equivalente (EIRP
-"equivalent isotropic radiated power") de TWTA preexistente,
y un segundo TWTA 2 dB por debajo de la potencia de TWTA
preexistente. Esta realización utiliza capas de QPSK superior e
inferior que son no coherentes. Se utiliza también una velocidad de
transmisión de código de 6/7 para ambas capas. En esta realización,
se utiliza la señal correspondiente a la señal de QPSK heredada 1102
para generar la capa superior 1104, y una nueva capa de QPSK es la
capa inferior 1110. La CNR de la señal de QPSK heredada 1102 es
aproximadamente 7 dB. En la presente invención, la señal de QPSK
heredada 1102 es reforzada en su potencia en aproximadamente 6,2
dB, lo que lleva el nuevo nivel de potencia aproximadamente 13,2 dB
por encima del ruido térmico, a modo de capa superior 1104. El suelo
de ruido 1106 de la capa superior es aproximadamente 6,2 dB. La
nueva capa de QPSK inferior 1110 tiene una CNR de aproximadamente 5
dB, con una FEC avanzada, tal como un código turbo. La señal y el
ruido totales de la capa inferior se mantienen en, o por debajo de,
el suelo de ruido tolerable 1106 de la capa superior. La capa
superior reforzada en potencia 1104 de la presente invención es
también muy robusta, lo que la hace resistente al desvanecimiento
por lluvia. Debe apreciarse que la invención puede ser extendida a
múltiples capas con modulaciones, codificación y velocidades de
transmisión de código mezcladas.
En una realización alternativa de esta
aplicación retrospectivamente compatible, puede utilizarse una
velocidad de transmisión de código de 2/3 para ambas capas,
superior e inferior 1104, 1110. En este caso, la CNR de la señal de
QPSK heredada 1102 (con una velocidad de transmisión de código de
2/3) es aproximadamente 5,8 dB. La señal heredada 1102 es reforzada
en entre aproximadamente 5,3 dB y aproximadamente 11,1 dB (4,1 dB
por encima de la señal de QPSK heredada 1102, con una velocidad de
transmisión de código de 2/3), a fin de formar la capa de QPAK
superior 1104. La nueva capa de QPSK inferior 1110 tiene una CNR de
aproximadamente 3,8 dB. La señal y el ruido totales de la capa
inferior 1110 se mantienen en, o por debajo de, en aproximadamente
5,3 dB, el suelo de ruido tolerable 1106 de la capa de QPSK
superior. En este caso, la capacidad global se mejora en 1,55 y la
velocidad de transmisión efectiva para los IRDs heredados será 7/9
de la que había antes de implementar la modulación estructurada en
capas.
En una realización adicional de una aplicación
retrospectivamente compatible de la presente invención, las
velocidades de transmisión de código entre las capas superior e
inferior, 1104 y 1110, pueden ser mezcladas. Por ejemplo, la señal
de QPSK heredada 502 puede ser reforzada en entre aproximadamente
5,3 dB y aproximadamente 12,3 dB sin que se altere la velocidad de
transmisión de código de 6/7, a fin de crear la capa de QPSK
superior 1104. La nueva capa de QPSK inferior 1110 puede utilizar
una velocidad de transmisión de código de 2/3 con una CNR de
aproximadamente 3,8 dB. En este caso, la capacidad total en relación
con la señal heredada 1102 es aproximadamente 1,78. Además de ello,
los IRDs de herencia no sufrirán ninguna reducción significativa en
la velocidad de
transmisión.
transmisión.
Tal y como se ha explicado anteriormente, la
presente invención puede también ser utilizada en aplicaciones
"retrospectivamente no compatibles". En tales aplicaciones, las
señales tanto de capa superior como de capa inferior pueden
aprovecharse de técnicas avanzadas de codificación con corrección de
errores en sentido hacia delante (FEC -"forward error
correction") para reducir la potencia de transmisión global
requerida por el sistema. En una primera realización proporcionada
a modo de ejemplo, se utilizan dos capas de QPSK 1104, 1110, cada
de ellas a una velocidad de transmisión de código de 2/3. La capa de
QPSK superior 504 tiene una CNR aproximadamente 4,1 dB por encima
de su suelo de ruido 1106, y la capa de QPSK inferior 1110 también
tiene una CNR de aproximadamente 4,1 dB. El nivel total de código y
de ruido de la capa de QPSK inferior 1110 es aproximadamente 5,5
dB. La CNR total para la señal de QPSK superior 1104 es
aproximadamente 9,4 dB, tan sólo 2,4 dB por encima de la velocidad
de transmisión de señal de QPSK heredada de 6/7. La capacidad es
aproximadamente 1,74, en comparación con la velocidad de
transmisión heredada de 6/7.
La Figura 11B ilustra los niveles de potencia
relativos de una realización alternativa en la que las capas tanto
superior como inferior, 1104 y 1110, se encuentran por debajo de la
magnitud o nivel de señal heredada 1102. Las dos capas de QPSK
1104, 1110 utilizan una velocidad de transmisión de código de 1/2.
En este ejemplo, la capa de QPSK superior 1104 se encuentra
aproximadamente 2,0 dB por encima de su suelo de ruido 1106, de
aproximadamente 4,1 dB. La capa de QPSK inferior presenta una CNR de
aproximadamente 2,0 dB y un nivel de código y de ruido total de 4,1
dB o inferior. La capacidad de esta realización es aproximadamente
1,31, en comparación con la velocidad de transmisión heredada de
6/7.
La Figura 12 ilustra un sistema informático 1200
a modo de ejemplo que puede ser utilizado para implementar módulos
y/o funciones seleccionados de la presente invención. La computadora
1202 comprende un procesador 1204 y una memoria 1206, tales como
una memoria de acceso aleatorio (RAM -"random access memory").
La computadora 1202 está conectada operativamente a un dispositivo
de presentación visual 1222, el cual presenta al usuario imágenes
tales como ventanas en una interfaz de usuario gráfica 1218B. La
computadora 1202 puede estar conectada a otros dispositivos, tales
como un teclado 1214, un dispositivo de ratón 1216, una impresora,
etc. Por supuesto, los expertos de la técnica constatarán que es
posible utilizar cualquier combinación de los componentes
anteriores, o cualquier número de componentes diferentes,
periféricos y otros dispositivos, conjuntamente con la
computadora
1202.
1202.
Generalmente, la computadora 1202 funciona bajo
el control de un sistema operativo 1208 almacenado en la memoria
1206, y actúa como interfaz con el usuario para aceptar entradas y
órdenes y para presentar resultados por medio de un módulo 1218A de
interfaz de usuario gráfica (GUI -"graphical user interface").
Si bien el módulo 1218A de GUI se ha representado como un módulo
independiente, las instrucciones que llevan a cabo las funciones de
GUI pueden ser residentes o distribuidas dentro del sistema
operativo 1208, el programa informático 1210, ó bien implementarse
con memoria y procesadores de propósito especial. La computadora
1202 también implementa un compilador 1212 que permite que un
programa de aplicación 1210 escrito en un lenguaje de programación
tal como el COBOL, el C++, el FORTRAN u otro lenguaje, sea
traducido a código legible por el procesador 1204. Tras la
ultimación, la aplicación 1210 accede a, y maneja, datos almacenados
en la memoria 1206 de la computadora 1202 utilizando las relaciones
y la lógica que se generaron utilizando el compilador 1212. La
computadora 1202 comprende también, opcionalmente, un dispositivo
de comunicación externo tal como un módem, un enlace vía satélite,
una tarjeta de Ethernet u otro dispositivo para la comunicación con
otras computadoras.
En una realización, las instrucciones que
implementan el sistema operativo 1208, el programa informático 1210
y el compilador 1212 se llevan a la práctica de un modo tangible en
un medio legible por computadora, por ejemplo, un dispositivo 1220
de almacenamiento de datos, que puede incluir uno o más dispositivos
de almacenamiento de datos, fijos o extraíbles, tales como un
dispositivo de accionamiento de disco zip [disco extraíble
de mediana capacidad], un dispositivo de accionamiento 1224 de
disquete o disco flexible, un dispositivo de accionamiento de disco
duro, un dispositivo de accionamiento de CD-ROM, un
dispositivo de accionamiento de cinta, etc. Por otra parte, el
sistema operativo 1208 y el programa informático 1210 están
compuestos por instrucciones que, cuando son leídas y ejecutadas
por la computadora 1202, provocan que la computadora 1202 lleve a
cabo las etapas necesarias para implementar y/o utilizar la presente
invención. El programa informático 1210 y/o unas instrucciones
operativas pueden también llevarse a la práctica de un modo tangible
en la memoria 1206 y/o en los dispositivos 1230 de comunicaciones
de datos, con lo que se hace un producto de programa informático o
artículo de manufactura con arreglo a la presente invención. Así,
pues, las expresiones "artículo de manufactura",
"dispositivo de almacenamiento de programa" y "producto de
programa informático", tal y como se utilizan aquí, están
destinadas a abarcar un programa informático accesible desde
cualquier dispositivo o medio legible por computadora.
Los expertos de la técnica constatarán que es
posible realizar muchas modificaciones en esta configuración sin
apartarse del ámbito de la presente invención. Por ejemplo, los
expertos de la técnica constatarán que puede utilizarse con la
presente invención cualquier combinación de los componentes
anteriores, o de cualquier número de componentes diferentes, de
periféricos, así como de otros dispositivos.
Haciendo referencia, de nuevo, a las Figuras 10A
y 10B, es posible utilizar mapas, correlaciones o relaciones de
correspondencia 1018 de distorsión no lineal que ilustran la no
linealidad del TWTA, por parte de un módulo de mapa, correlación o
relación de correspondencia de distorsión no lineal, durante el
procedimiento de reconstrucción de señal de modulación estructurada
en capas. Sin embargo, puede ser difícil determinar de manera
precisa la no linealidad y el punto de funcionamiento del TWTA (por
ejemplo, de los datos recibidos en la comunicación por satélite)
para producir una señal reconstruida de alta fidelidad, en especial
para aplicaciones de modulación por capas. En este aspecto, tal
como se ha descrito anteriormente, en un receptor 802 proporcionado
a modo de ejemplo, se aplican mapas, correlaciones o relaciones de
correspondencia de AM-AM y AM-PM de
TWTA (por ejemplo, utilizando un punto de funcionamiento estimado)
para una señal recodificada y remodulada, a fin de reconstruir con
mayor precisión la señal de capa superior.
Si bien la Figura 10 ilustra el uso de los
mapas, correlaciones o relaciones de correspondencia de distorsión
no lineal, el conocimiento de los mapas, correlaciones o relaciones
de correspondencia de distorsión no lineal y del punto de
funcionamiento deben ser determinados. La figura 13 es un esquema de
flujo u organigrama que ilustra la determinación del punto de
funcionamiento según una o más realizaciones de la invención. En la
etapa 1302, la no linealidad de TWTA (es decir, las curvas
AM-AM y AM-PM) es medida (por
ejemplo, en línea). La no linealidad de TWTA puede medirse de
varias maneras tal como se describe en detalle más adelante.
Sin tener en cuenta la técnica utilizada para
medir la no linealidad de TWTA, el valor de la raíz cuadrada media
o valor cuadrático medio (RMS) de la señal de entrada en el momento
de la medición de la no linealidad (utilizado para medir las
curvas) se calcula en la etapa 1304. La señal de entrada se refiere
a la señal limpia reconstruida antes de la imposición de la no
linealidad de TWTA. El valor RMS identifica el punto de
funcionamiento de entrada en las curvas de no linealidad
medidas.
El punto de funcionamiento de salida se obtiene
luego en la etapa 1306 (por ejemplo, como un subproducto de los
datos de medición de la no linealidad). El punto de funcionamiento
de salida puede obtenerse utilizando varios métodos. Por ejemplo,
el punto de funcionamiento de salida puede ser calculado a partir
del valor RMS de los valores de salidas (recibidos) utilizados para
determinar la curva de no linealidad de TWTA (por ejemplo, al
ajustarse la curva como se describe más adelante) menos el valor de
la potencia de ruido estimado. El punto de funcionamiento de salida
puede también ser obtenido a partir del punto correspondiente en las
curvas de no linealidad de TWTA medidas. Con los puntos de
funcionamiento de entrada y salida obtenidos, la señal de la capa
superior (de una modulación estructurada en capas) puede
reconstruirse con más precisión como parte del esquema de
modulación en capas.
Ha de apreciarse que la medición de la no
linealidad (es decir, la etapa 1302) puede ser realizada o conducida
de varias maneras como parte del esquema de modulación estructurada
en capas. No obstante, sin tener en cuenta la técnica utilizada
para medir la no linealidad, se calcula el punto de funcionamiento a
lo largo de la medición para las curvas de no linealidad. La no
linealidad de TWTA puede ser medida en el IRD local 500, en cuyo
caso el punto de funcionamiento puede ser calculado de forma
automática a partir de las mediciones de no linealidad. La no
linealidad de TWTA puede ser también realizada en un centro 104 de
emisión/transmisión por enlace ascendente, con el punto de
funcionamiento similarmente obtenido, en cuyo caso la información
acerca de la no linealidad de TWTA y del punto de funcionamiento
puede ser descargada a IRDs individuales 500, tal como por medio de
la señal 118 de enlace descendente, a fin de dar soporte al
procedimiento de recepción de señal de modulación estructurada en
capas.
Tal y como se ha descrito anteriormente, la
medición de la no linealidad (es decir, la etapa 1302) puede
llevarse a cabo de varias maneras como parte del esquema de
modulación estructurado en capas. Un primer mecanismo para las
mediciones de no linealidad de TWTA se describe exhaustivamente en
la Solicitud de Patente estadounidense de serie Nº 10/165.710,
titulada "Medición de la no linealidad en línea de TWTA de
satélite" ("SATELLITE TWTA ON-LINE
NON-LINEARITY MEASUREMENT"), depositada el 7 de
junio de 2002, por Ernest C. Chen. Un segundo mecanismo de medición
es exhaustivamente descrito en la Solicitud Provisional de Patente
estadounidense de serie Nº 60/510.368, titulada "Medición
mejorada de AM-AM y AM-PM de
TWTA" ("IMPROVING TWTA AM-AM AND
AM-PM MEASUREMENT"), depositada el 10 de octubre
de 2003, por Ernest C. Chen. El segundo mecanismo representa una
mejora con respecto al primer mecanismo. La no linealidad puede ser
medida en cada IRD local 500 (por ejemplo, utilizando una técnica
de promediado coherente que maximice ganancias de tratamiento).
La no linealidad de TWTA puede medirse
localmente dentro de los IRDs individuales. Esto puede eliminar la
necesidad de transmitir las curvas de no linealidad desde el centro
104 de emisión transmisión de enlace ascendente. La no linealidad
de TWTA puede medirse también en el centro 104 de
emisión/transmisión de enlace ascendente utilizando un
procedimiento de estimación o cálculo similar al que se ha descrito
con anterioridad, pero posiblemente con una antena de receptor más
grande para incrementar el CNR tanto como se desee. El IRD 802 que
recibe la señal 118 de enlace descendente (por ejemplo, desde el
LNB 502) puede también incluir un procesador de señal que extrae de
la señal entrante la corriente de símbolos y la frecuencia de
portadora, y genera una señal ideal, es decir, una señal sin los
efectos del TWTA y del ruido. La señal ideal es entonces utilizada
en un procesador de comparación con el fin de producir mapas,
correlaciones o relaciones de correspondencia de características de
TWTA (que proporcionan las mediciones para la no linealidad de
TWTA). Tal y como se ha descrito aquí, el procesador de señal y el
procesador de comparación pueden ser incorporados en un IRD 802,
dentro del sintonizador/desmodulador 904 y de la FEC 506. En lo que
sigue se describirán, en la exposición de las Figuras
14A-14C.
Típicamente, los mapas, correlaciones o
relaciones de correspondencia de características de TWTA comprenden
mediciones de la modulación en amplitud de salida frente a la
modulación en amplitud de entrada (el mapa, correlación o relación
de correspondencia de AM-AM), y la modulación en
fase de salida frente a la modulación en amplitud de entrada (el
mapa, correlación o relación de correspondencia de
AM-PM). La señal recibida representa la salida del
amplificador TWTA (más ruido) y la señal ideal generada representa
la entrada al amplificador. Además de diagnosticar y supervisar el
amplificador, estos mapas, correlaciones o relaciones de
correspondencia de características pueden ser utilizadas entonces
para facilitar y/o mejorar la recepción de señales de capa inferior
de un sistema que utiliza un esquema de transmisión con modulación
estructurada en capas.
Las Figuras 14A y 14B son diagramas de bloques
del sistema básico 1400 para la medición de los mapas, correlaciones
o relaciones de correspondencia de características. Todas las
funciones descritas pueden llevarse a cabo dentro de un receptor
802 utilizado en un sistema de satélite de emisión/transmisión
directa que tiene una arquitectura básica según se ha descrito
anteriormente. La sección de señal apropiada es captada y
desmodulada por un desmodulador 1402, el cual alinea la secuencia
temporal de símbolos y extrae cualesquiera frecuencia y fase de
portadora residuales contenidas en la señal. La señal desmodulada
es utilizada en un generador 1404 de señal para generar una señal
ideal, es decir, una que representa la señal previamente
transmitida. En el caso de una señal digital, la señal será
descodificada adicionalmente para obtener los símbolos de señal que
se utilizarán para generar la señal ideal. La diferencia entre la
señal ideal y la señal recibida será utilizada por unos procesadores
1406, 1410, 1408, 1412 para estimar una característica de no
linealidad de transmisión. Puede necesitarse tan sólo una pequeña
sección de la señal recibida, del orden de unos pocos miles de
símbolos, para obtener una estimación.
La Figura 14A ilustra una realización en la que
la característica de no linealidad es estimada a partir de una
diferencia entre la señal ideal generada (carente de ruido y sin no
linealidad de TWTA) y la señal recibida después de la
desmodulación. Debido a que la señal ideal es generada a partir
únicamente de los símbolos y de la secuencia temporal de símbolos,
la obtención de la estimación a partir de la señal recibida tras la
desmodulación simplifica el tratamiento.
La Figura 14B ilustra una realización en la que
la característica de comportamiento es estimada a partir de una
diferencia entre la señal ideal y la señal recibida antes de la
desmodulación. En este caso, la señal ideal debe ser también
generada con la frecuencia de portadora de la señal recibida. Esto
puede hacerse añadiendo la secuencia temporal de símbolos
desmodulados y la frecuencia y fase de portadora a la señal
ideal.
Si es necesario, la corrección de errores en
sentido hacia delante (FEC) puede ser aplicada a la señal
desmodulada como parte de la descodificación para asegurar que
todos los símbolos recuperados están libres de error.
En cualquier realización (Figuras 14A ó 14B), la
señal ideal y la señal recibida son utilizadas, seguidamente, en
los procesadores 1406, 1408 para emparejar y clasificar los puntos
de datos de las dos señales en un diagrama de dispersión
bidimensional (un diagrama de dispersión consiste, para los
presentes propósitos, en una colección de puntos emparejados con
los valores de entrada y de salida representados a lo largo,
respectivamente, de los ejes X e Y). Estos procesadores 1406, 1408
caracterizan una relación existente entre una señal de entrada y
una señal de salida del amplificador, más el ruido. En este caso, la
señal de entrada está representada por la señal ideal generada 1420
(remodulada o tratada de otra manera) y la señal de salida está
representada por la señal recibida. El eje X de un diagrama de
dispersión de AM-AM representa gráficamente las
magnitudes de las muestras de señal ideal con linealidad perfecta
de TWTA, y el eje Y consiste en las magnitudes de las muestras de
la señal recibida, incluyendo la no linealidad de TWTA (y el ruido).
Análogamente, se forma un diagrama de dispersión de
AM-PM. El eje X es el mismo que el del diagrama de
dispersión de AM-AM, y el eje Y consiste en todas
las diferencias de fase entre las muestras correspondientes con y
sin no linealidad de TWTA. Por último, los puntos de datos de la
señal ideal y los puntos de datos correspondientes de la señal
recibida son procesados o tratados por un procesador 1410, 1412 para
formar una línea mediante el ajuste de curvas, tal como con un
polinomio. El procesador 1410, 1412 de ajuste de curvas puede ser
independiente o formar parte del procesador 1406, 1408 que emparejó
y clasificó los puntos de datos. El resultado es una estimación de
la característica de comportamiento deseada para el TWTA 1414,
1416.
La Figura 14C esboza el diagrama de flujo de un
método de la presente invención. Se recibe una señal en el bloque
1422. La señal es desmodulada en el bloque 1424. A continuación, se
genera una señal ideal a partir de la señal desmodulada en el
bloque 1426. Por último, se estima una característica de
comportamiento (es decir, una curva de no linealidad de TWTA) a
partir de una diferencia entre la señal ideal y la señal recibida
en el bloque 1336.
Independientemente de la estimación del punto de
funcionamiento que se ha descrito anteriormente, las curvas de
AM-AM y de AM-PM medidas pueden ser
descentradas o desplazadas deliberadamente para simplificar la
reconstrucción de la señal de capa superior durante el
procedimiento de reconstrucción y cancelación de señal. Tal
descentramiento no altera el comportamiento del tratamiento de la
modulación estructurada en capas (o el comportamiento de la
compensación de la no linealidad). De hecho, el descentramiento del
punto de funcionamiento puede dar lugar a una representación simple
y consistente de la no linealidad de TWTA, independientemente de la
saturación de entrada, del recorte de entrada, etc.
A fin de descentrar las curvas de medición, los
valores de amplitud de entrada y de salida (es decir, los
utilizados durante la medición de la curva de no linealidad) pueden
ser remarcados de tal manera que el punto de funcionamiento se
encuentre en un punto de referencia deseado (por ejemplo, en 0 dB),
tanto para la entrada como para la salida (por ejemplo,
proporcionado, con ello, valores de punto de funcionamiento
referenciados). En el dominio logarítmico, dicho remarcado puede
llevarse a cabo restando el valor (en dB) del punto de
funcionamiento de entrada medido (AM) de todos los valores de
entrada (en dB). De la misma manera, el valor (en dB) del punto de
funcionamiento de salida medido (AM) puede ser restado de los
valores de todos los puntos de salida (en dB). De esta forma,
mediante el descentramiento de las curvas medidas, las curvas pueden
ser más fácilmente referenciadas. Sin embargo, en implementaciones
de silicio y en otras implementaciones de hardware, puede ser
deseable reducir la escala de los puntos de funcionamiento o señales
de entrada y de salida (por ejemplo, a -3 dB o -5 dB), a fin de
evitar la saturación de la señal o una profusión excesiva en la
representación de los valores fraccionales para las señales
entrantes (ideales) y salientes (recibidas). El procedimiento de
desplazamiento puede realizarse de una forma similar a la que se ha
descrito anteriormente.
Con una escala de AM desplazada según se desee,
el valor de PM de salida puede también regularse en escala
sustrayendo el valor de fase (angular) medido en el punto de
funcionamiento de salida, del valor de fase de todos los puntos de
salida.
Los resultados de la regulación de escala
anterior son que el punto de funcionamiento proporcionará valores
de referencia convenientes, tales como (0 dB, 0 dB) para el mapa,
correlación o relación de correspondencia de AM-AM
y (0 dB, 0º) para el mapa, correlación o relación de correspondencia
de AM-PM. En este caso la señal de entrada debe ser
regulada en escala en 0 dB para que coincida con el punto de
funcionamiento. Con fines de protección frente a errores de
saturación de señal (y para evitar la necesidad de una extrapolación
por tabla de consulta [LUT
-"look-up-table"]), los puntos
de unión pueden ser situados más allá del intervalo de señales
medidas para permitir la interpolación de los datos de entrada (o
datos de muestreo de salida) en el proceso de muestreo que cae
fuera del rango de un tabla de medición de TWTA. Los valores para
los puntos de unión pueden ser obtenidos extrapolando o
reproduciendo valores a partir de los puntos extremos de los
valores de la tabla de medición de TWTA.
La reconstrucción de señal con la no linealidad
de TWTA, tal como se ha descrito anteriormente, puede lograrse
eficazmente con las multiplicaciones de número complejos. La Fig.
15A ilustra un algoritmo intuitivo para obtener los componentes de
salida en fase y de cuadratura (I_{o}, Q_{o}) (que puede
lograrse con la amplitud 1502 independiente y correcciones 1504 de
fase tal como se indica) a partir de los componentes de entrada en
fase y de cuadratura (I_{i}, Q_{i}). En las Fig. 15A, el efecto
de no linealidad de TWTA se emula con una multiplicación en los
datos de entrada. Tal como se ilustra, los componentes de entrada en
fase y de cuadratura son procesados a través de transformaciones
1506 rectangulares a polares computacionalmente intensivas (y la
inversa 1508). La no linealidad se representa primero por dos
tablas 1502 y 1504:
Tabla 1502 = AM-AM : M_{i}
\rightarrow M_{o};
Tabla 1504 = AM-PM : M_{i}
\rightarrow \Delta\ominus de manera que
Así, la tabla 1502 de búsqueda de amplitud se
usa para producir una magnitud de salida M_{o}. La ecuación
anterior puede igualarse con la expresión de salida deseada:
M_{o} exp(j(\ominus_{i} +
\Delta\ominus)) = M_{i}
exp(j\ominus_{i})M_{w}
exp(j\ominus_{w}) (donde M_{w}
exp(j\ominus_{w}) es el multiplicador para la
distorsión), donde
(Igualmente, se lograría la
distorsión previa mediante exp(-J\ominus_{w})/M_{w}). Por
consiguiente, la tabla 1504 de búsqueda de fase se utiliza para
producir el cambio en la fase de salida \Delta\ominus. El
cambio en la fase de salida \Delta\ominus se agrega entonces a
la fase de entrada \ominus_{i} para producir la fase de salida
\ominus_{o}. La magnitud de salida M_{o} y la fase de salida
\ominus_{o} son entonces procesados mediante una
transformación 1508 rectangular a polar para producir los
componentes (I_{o}, Q_{o}) de salida en fase y de
cuadratura.
La Fig. 15 B ilustra un algoritmo eficiente
computacionalmente para obtener los puntos (I_{o}, Q_{o}) de
funcionamiento de entrada y salida. En la Fig. 15B, los LUTs (en (M,
\ominus)) 1502 y 1504 (en Fig. 15A) son reemplazados por un LUT
1510 de multiplicador complejo (en (I, Q)). Las entradas de LUT se
calculan a partir de:
El algoritmo eficiente comienza en la etapa 1512
con un cálculo de la potencia de señal. El cálculo 1512 de la
potencia de señal es seguido por una tabla de búsqueda 1510 que
utiliza la potencia de señal de entrada para indexar el
multiplicador complejo (I_{w}, Q_{w}) apropiado. Dicho
multiplicador complejo (I_{w}, Q_{w}) se multiplica entonces
por los datos complejos estimados entrantes para efectuar la
distorsión de la distorsión de TWTA:
Por consiguiente, el esquema de eficiencia de la
Fig. 15B evita las transformaciones 1506 rectangulares a polares
computacionalmente intensivas y la inversa 1508, y requiere la
formación 1512 de potencia simple y una multiplicación de números
complejos mediante un LUT 1510. Además, el esquema de eficiencia
puede incluir un factor de ajuste complejo en la tabla 1510 de
multiplicador complejo, siendo el factor de ajuste la diferencia de
magnitud y fase entre los componentes de la capa superior e inferior
de una señal de modulación estructurada en capas, si así se
desea.
Con esto se concluye la descripción de las
realizaciones preferidas de la presente invención. La anterior
descripción de la realización preferida de la invención se ha
presentado con propósitos de ilustración y de descripción. No se
pretende que sea exhaustiva ni que limite la invención a la forma
precisa divulgada. Son posibles muchas modificaciones y variaciones
a la luz de las enseñanzas anteriores. Por ejemplo, se aprecia que
las configuraciones de enlace ascendente divulgadas y descritas en
la anterior divulgación pueden ser implementadas por uno o más
módulos de hardware, uno o más módulos de software que definen
instrucciones llevadas a cabo por un procesador, o una combinación
de ambas posibilidades.
Se pretende que el ámbito de la invención esté
limitado, no por esta descripción detallada, sino, en cambio, por
las reivindicaciones que se anexan a la misma. La memoria, ejemplos
y datos anteriores proporcionan una descripción completa de la
fabricación y del uso del aparato y del método de la invención. Como
pueden llevarse a cabo muchas realizaciones de la invención sin
apartarse del ámbito de la invención, la invención radica en las
reivindicaciones que se acompañan en lo que sigue.
Claims (13)
1. Un método para determinar un punto de
funcionamiento de entrada y un punto de funcionamiento de salida en
un amplificador de tubo de ondas viajeras (TWTA) (816) no lineal en
un satélite que comprende:
- medir la no linealidad del TWTA (816), en un momento dado;
- calcular un valor de la raíz cuadrada media o valor cuadrático medio (RMS) de una señal de entrada utilizada para medir la no linealidad del TWTA (816), en el que el valor RMS de entrada identifica un punto de funcionamiento de entrada de la no linealidad del TWTA (816) medida, y en el que el valor RMS de entrada es calculado en el mismo momento dado que la medición de la no linealidad del TWTA; y
- obtener un punto de funcionamiento de salida.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual la medición de la no linealidad del TWTA (816) comprende
medir la no linealidad en un receptor local terrestre (802, 500) que
está configurado para recibir datos transmitidos desde el
satélite.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual la medición de la no linealidad del TWTA (816) comprende
medir la no linealidad en un centro (104) de emisión/transmisión, en
el que dicho centro (104) de emisión/transmisión está configurado
para transmitir datos al satélite (108).
4. El método de acuerdo con la reivindicación 3,
que además comprende descargar la no linealidad medida y el punto
de funcionamiento de salida, desde el centro (104) de
emisión/transmisión a un receptor individual (802, 500), en el que
dicho receptor individual (802/500) está configurado para recibir
datos transmitidos desde el satélite (108).
5. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual obtener el punto de funcionamiento de salida comprende
calcular un valor RMS de salida de las señales de salida utilizadas
en la medición de la no linealidad del TWTA (816).
6. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual obtener el punto de funcionamiento de salida comprende
obtener un punto correspondiente en la no linealidad del TWTA (816)
medida basándose en el valor RMS de entrada.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
que además comprende reconstruir una señal (808A) de la capa
superior de una modulación estructurada en capas basándose en el
punto de funcionamiento de salida.
8. Un sistema para determinar un punto de
funcionamiento de entrada y un punto de funcionamiento de salida en
un amplificador de tubo de ondas viajeras (TWTA) (816) no lineal,
que comprende:
- (a)
- un módulo de medición configurado para:
- (1)
- medir la no linealidad del TWTA (816) en un momento dado; y
- (2)
- obtener un punto de funcionamiento de salida; y
- (b)
- un módulo de mapa, correlación o relación de correspondencia de distorsión no lineal (1018) configurada para calcular un valor de la raíz cuadrada media o valor cuadrático medio (RMS) de una señal de entrada utilizada para medir la no linealidad del TWTA (816), en el que el valor RMS de entrada identifica un punto de funcionamiento de entrada de la no linealidad del TWTA (816) medida, y en el que el valor RMS de entrada es calculado en el mismo momento dado que la medición de la no linealidad del TWTA.
\vskip1.000000\baselineskip
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación
8, en el cual el módulo de medición está colocado en un receptor
local (802, 500) que está configurado para recibir los datos
transmitidos desde el satélite.
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación
8, en el que el módulo de medición está colocado en un centro (104)
de emisión/transmisión, en el que dicho centro (104) de
emisión/transmisión está configurado para transmitir datos al
satélite (108).
11. El sistema de acuerdo con la reivindicación
10, que además comprende un receptor (802, 500) configurado para
descargar la no linealidad medida y el punto de funcionamiento de
salida desde el centro (104) de emisión/transmisión, en el que el
receptor (802, 500) está configurado para recibir los datos
transmitidos desde el satélite (108).
12. El sistema de acuerdo con la reivindicación
8, en el cual el módulo de medición está configurado para obtener
el punto de funcionamiento de salida calculando un valor RMS de
salida de las señales de salida utilizadas en la medición de la no
linealidad del TWTA (816).
13. El sistema de acuerdo con la reivindicación
8, en el que el módulo de medición está configurado para obtener el
punto de funcionamiento de salida obteniendo un punto
correspondiente en la no linealidad del TWTA (816) medida basándose
en el valor RMS de entrada.
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