ITTO20120242A1 - Metodo per generare un segnale di tipo vcm o acm a trama perfezionata - Google Patents

Description

-RRI014-

DESCRIZIONE dell’Invenzione Industriale avente per titolo: “METODO PER GENERARE UN SEGNALE DI TIPO VCM O ACM A TRAMA PERFEZIONATAâ€

a nome RAI Radiotelevisione Italiana S.p.A., di nazionalità italiana, con sede in Viale Mazzini 14, 00195 Roma (RM), ed elettivamente domiciliata presso i Mandatari Ing. Roberto Dini (No. Iscr. Albo 270 BM), Ing. Marco Camolese (No. Iscr. Albo 882 BM), Ing. Corrado Borsano (No. Iscr. Albo 446 BM) e Dott. Giancarlo Reposio (No. Iscr. Albo 1168 BM) c/o Metroconsult S.r.l., Via Sestriere 100, 10060 None (TO).

Inventori designati:

- MORELLO Alberto, Via Antonio Canova 47, 10126 Torino;

- MIGNONE Vittoria, Via Martiri della Libertà 2, 10040 Piobesi (TO).

Depositata il al No.

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DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per generare un segnale di tipo VCM o ACM a trama perfezionata rispetto a quella prevista dal protocollo DVB-S2.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un metodo per generare un segnale di tipo VCM o ACM avente una trama che permette di semplificare la procedura di sincronizzazione al ricevitore, riducendo contemporaneamente l’overhead di segnalazione.

L’invenzione à ̈ destinata ad essere applicata soprattutto, benché non esclusivamente, alla trasmissione ed alla ricezione di segnali audio e video digitali via satellite e nelle applicazioni interattive per l’utenza domestica e professionale, compreso l’accesso ad Internet.

È noto che il sistema DVB-S2 à ̈ stato progettato in base a due livelli di trama del segnale:

- il primo, a livello fisico (PL, Physical Layer), che trasporta pochi bit di segnalazione molto protetti;

- il secondo, a livello di banda base (BB, BaseBand), che trasporta molti bit di segnalazione, per consentire la massima flessibilità di adattamento del segnale di ingresso.

Il primo livello di trama, ossia quello fisico, à ̈ stato progettato in modo tale da consentire di rivelare la modulazione e i parametri di codifica prima della demodulazione e della decodifica FEC e garantire la possibilità di sincronizzare il ricevitore (recupero di portante e fase, sincronizzazione di trama) in condizioni di rapporto segnale/rumore molto critiche, dettate dalle alte prestazioni del FEC.

La trama di livello fisico del DVB-S2 Ã ̈ composta da una sequenza regolare di frame periodici denominati PLFRAME. Ogni PLFRAME Ã ̈ composto da:

- un carico utile FECFRAME corrispondente ad un blocco codificato, generato codificando i bit d’utente secondo lo schema FEC scelto;

- l’intestazione del PLFRAME denominata PLHEADER, contenente informazioni per la sincronizzazione e la decodifica, ossia: tipo di modulazione e tasso di codifica FEC, lunghezza del FECFRAME, presenza/assenza di simboli pilota per facilitare la sincronizzazione al ricevitore.

Per la protezione dei segnali dalle distorsioni del canale di trasmissione, il sistema DVB-S2 utilizza la codifica LDPC (Low Density Parity Check) associata alle modulazioni QPSK, 8PSK, 16APSK e 32APSK (Figura 1) le quali sono adatte alla trasmissione su canale non lineare, come quello satellitare.

Un’esposizione dello standard DVB-S2 e dei codici LDPC si trova per esempio in A. Morello, V. Mignone, “DVB-S2: The Second Generation Standard for Satellite Broad-band Services†, Proceedings of the IEEE, Volume 94, Numero 1, Gennaio 2006, Pagg. 210 – 227.

I codici LDPC dello standard DVB-S2 sono caratterizzati da una lunghezza di FECFRAME, o blocco FEC, pari a 16200 bit (blocco corto) o 64800 bit (blocco normale).

A seconda dello schema di modulazione utilizzato, il FECFRAME viene trasformato in un blocco di simboli XFECFRAME di lunghezza diversa, secondo quanto riportato in Figura 2.

Un frame PLFRAME viene generato aggiungendo all’inizio di ogni frame un header PLHEADER costituito da 90 simboli modulati ed eventualmente 36 simboli pilota dopo ogni gruppo di 1440 simboli del blocco di simboli XFECFRAME.

Il PLHEADER contiene 26 simboli (SOF) per permettere di identificare l’inizio del PLFRAME e 64 ulteriori simboli (PLS-code) che trasportano le seguenti informazioni: la lunghezza del blocco FEC (normale o corto); il tipo di modulazione e codifica del blocco di simboli XFECFRAME; una segnalazione di presenza/assenza di simboli pilota per facilitare la sincronizzazione.

La tipica struttura di un frame PLFRAME Ã ̈ rappresentata in Figura 3.

Nelle applicazioni CCM (Constant Coding and Modulation) del DVB-S2, i parametri di modulazione sono costanti per tutta la durata della trasmissione, quindi il PLFRAME ha lunghezza costante e la sincronizzazione risulta semplice. Tuttavia, il sistema DVB-S2 prevede anche le modalità VCM (Variable Coding and Modulation) e ACM (Adaptive Coding and Modulation), che permettono di variare i parametri di modulazione ad ogni PLFRAME.

Ne risulta una sequenza di PLFRAME di lunghezza, e quindi durata, diversa che rende più complessa la sincronizzazione da parte di un ricevitore in quanto, per identificare la posizione del PLHEADER successivo, à ̈ necessario decodificare il PLHEADER attuale.

Questa complessità à ̈ maggiormente evidente nell’evoluzione del sistema DVB-S2 per transponder a banda larghissima (ad esempio da 250 o 500 MHz), dove tale decodifica deve essere effettuata ad altissima velocità.

La Figura 4 riporta la lunghezza del PLFRAME per le modulazioni QPSK, 8PSK, 16APSK e 32APSK sia in assenza che in presenza di simboli pilota, mentre la Figura 5 rappresenta l’efficienza del PLFRAME nelle medesime configurazioni.

Come si può vedere in Figura 4, sono 16 i valori possibili della lunghezza del PLFRAME. Gli algoritmi di ricerca del PLHEADER devono quindi considerare 16 possibili posizioni per il successivo PLHEADER.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di indicare un metodo per generare un segnale di tipo VCM o ACM a trama perfezionata ed atto a velocizzare e rendere più semplice e robusta la sincronizzazione da parte di un ricevitore che utilizza tale segnale.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un metodo per generare un segnale di tipo VCM o ACM a trama perfezionata atto a ridurre e rendere costante la perdita di efficienza dovuta al PLHEADER.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un segnale di tipo VCM o ACM segnale a trama perfezionata ed atto a migliorare l’efficienza di un sistema di ricezione che riceve tale segnale.

I suddetti scopi sono raggiunti attraverso un metodo per generare un segnale di tipo VCM o ACM a trama perfezionata avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni qui annesse che formano parte integrante della presente descrizione.

In sintesi, il metodo per generare un segnale a trama perfezionata in accordo alla presente invenzione ed utilizzabile con il protocollo DVB-S2 prevede di generare un segnale avente un frame PLFRAME a lunghezza costante in termini di simboli di modulazione trasmessi e in termini di durata temporale, indipendentemente dallo schema di modulazione adottato per trasmettere i blocchi di simboli del codice LDPC.

Ciò viene ottenuto realizzando un PLFRAME che comprende una sequenza di n blocchi di simboli XFECFRAME mantenendo costante la modulazione e il tasso della codifica LDPC, in cui n à ̈ pari al numero di bit per simbolo dello schema di modulazione adottata per codificare il blocco di simboli XFECFRAME.

L’invenzione verrà ora descritta nel dettaglio in alcune sue realizzazioni preferite, fornite a titolo d'esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 à ̈ una rappresentazione schematica delle costellazioni QPSK, 8PSK, 16APSK e 32APSK previste, tra l’altro, dallo standard DVB-S2;

- la Figura 2 Ã ̈ una tabella che illustra la lunghezza di un blocco FEC in una trama di un segnale DVB-S2 a seconda del tipo di modulazione utilizzato;

- la Figura 3 Ã ̈ una rappresentazione schematica di un PLFRAME secondo lo standard DVB-S2;

- la Figura 4 Ã ̈ una tabella che illustra la lunghezza di un PLFRAME secondo lo standard DVB-S2;

- la Figura 5 à ̈ una tabella che illustra l’efficienza del PLFRAME di Figura 4;

- la Figura 6 Ã ̈ una tabella che illustra la lunghezza di un PLFRAME generato in accordo al metodo secondo la presente invenzione;

- la Figura 7 à ̈ una tabella che illustra l’efficienza del PLFRAME di Figura 6;

- la Figura 8 illustra un PLFRAME generato in accordo al metodo secondo la presente invenzione rappresentato a seconda del tipo di modulazione utilizzato.

Il metodo per generare un segnale secondo l’invenzione prevede che un PLFRAME venga costruito come sequenza di n XFECFRAME, con n pari al numero di bit per simbolo della modulazione, ossia n = 1 per la modulazione BPSK, n = 2 per la modulazione QPSK, n = 3 per la modulazione 8PSK, n = 4 per la modulazione 16APSK, n = 5 per la modulazione 32APSK e n = 6 per la modulazione 64APSK (quest’ultima non ancora definita nel DVB-S2), preceduto da un PLHEADER.

A titolo di esempio si considera l’esempio del PLHEADER così come definito dallo standard DVB-S2; ovviamente lo schema proposto dall’invenzione si applica a qualunque caso di PLHEADER, inteso come sequenza di dati che precede la trasmissione di un frame di dati modulati, contenente informazioni utili alla sincronizzazione, demodulazione e decodifica. In modo particolare si applica al caso di un nuovo PLHEADER migliorato rispetto a quello dello standard DVB-S2, che comprenda un bit specifico (o una sequenza di simboli, ad esempio sequenze multiple SOF), per indicare al ricevitore che il segnale trasmesso si basa sulla trama perfezionata oggetto della presente invenzione, oppure su altri protocolli (ad esempio il protocollo DVB-S2 classico). Eventualmente possono essere inserite nel PLFRAME delle sequenze di simboli pilota per migliorare la sincronizzazione del sistema.

La Figura 6 illustra la durata del PLFRAME generato secondo il metodo oggetto della presente invenzione, sia nel caso in cui non siano presenti simboli pilota, che nel caso in cui siano inseriti simboli pilota con caratteristiche analoghe a quelli definiti dallo standard DVB-S2.

Come si può osservare, il metodo secondo l’invenzione permette vantaggiosamente di ridurre a 4 possibili casi (anziché i 16 casi di arte nota) le lunghezze, e quindi le durate, dei PLFRAME, permettendo pertanto di semplificare gli algoritmi di sincronizzazione in ricezione per ricercare il PLHEADER.

La Figura 7 illustra l’efficienza di trasmissione del PLFRAME generato in accordo al metodo secondo la presente invenzione. Come si può osservare da un confronto con Figura 4, il metodo secondo l’invenzione permette di ridurre l’overhead del PLHEADER, migliorando sensibilmente l’efficienza di trasmissione del sistema. La Figura 8 evidenzia come, indipendentemente dal tipo di modulazione, il metodo secondo l’invenzione permette di generare una trama costante di trasmissione, semplificando le procedure di sincronizzazione al ricevitore e riducendo l’overhead di segnalazione.

Il metodo secondo l’invenzione può essere facilmente esteso a costellazioni a n punti diverse che potrebbero essere eventualmente utilizzate, unendo n blocchi FEC a formare il PLFRAME.

Il metodo descritto in precedenza può vantaggiosamente essere utilizzato in un sistema di trasmissione di segnali digitali basato sugli schemi di codifica LDPC del DVB-S2.

Come à ̈ evidente per l’esperto del ramo, se si applica il metodo descritto in precedenza in fase di trasmissione, occorre applicare un metodo inverso in fase di ricezione.

Il maggiore vantaggio, in termini di procedure di sincronizzazione del ricevitore, si ottiene mantenendo costante per tutta la trasmissione la lunghezza del FRAME del codice LDPC (normale o corto) e la configurazione dei simboli pilota (presenti/assenti). Si osservi che la flessibilità di configurazione del DVB-S2 à ̈ principalmente data dalla possibilità di cambiare i parametri di modulazione e codifica; quindi, mantenere costanti per tutta la durata della trasmissione, la lunghezza del frame del codice LDPC e la configurazione dei simboli pilota, non impatta la flessibilità del sistema.

In questo caso, a differenza del ricevitore DVB-S2, che deve decodificare il PLHEADER attuale per sapere dove trovare quello successivo o effettuare tentativi di ricerca su 16 possibili configurazioni, o in alternativa demodulare il PLHEADER, un ricevitore che riceve un segnale secondo l’invenzione, data la posizione del PLHEADER attuale, saprà trovare il PLHEADER successivo, essendo fissa la lunghezza del PLFRAME.

Questa tecnica à ̈ tanto più vantaggiosa per l’evoluzione dello standard DVB-S2 in via di definizione, per permettere il funzionamento del ricevitore a velocità di trasmissione molto elevate su transponder a banda larghissima. In questo caso, il ricevitore, per conoscere la trama del segnale, dovrà semplicemente identificare un PLHEADER: decodificandolo, ricaverà la trama completa.

Dalla descrizione effettuata risultano pertanto chiare le caratteristiche della presente invenzione, così come chiari risultano i suoi vantaggi.

Numerose sono le varianti possibili al metodo per generare un segnale di tipo VCM o ACM a trama perfezionata descritto come esempio, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell'idea inventiva, così come à ̈ chiaro che nella sua attuazione pratica le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti.

Dunque à ̈ facilmente comprensibile che la presente invenzione non à ̈ limitata ad un metodo per generare un segnale di tipo VCM o ACM a trama perfezionata, ma à ̈ passibile di varie modificazioni, perfezionamenti, sostituzioni di parti ed elementi equivalenti senza però allontanarsi dall’idea dell’invenzione, così come à ̈ precisato meglio nelle seguenti rivendicazioni.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per generare un segnale di tipo VCM o ACM comprendente una pluralità di frame (PLFRAME), ogni frame (PLFRAME) comprendendo almeno un blocco di simboli (XFECFRAME) di un codice LDPC modulato, caratterizzato dal fatto che la lunghezza di detto frame (PLFRAME) à ̈ costante ed indipendente dallo schema di modulazione adottato da detto almeno un blocco di simboli (XFECFRAME).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto frame (PLFRAME) comprende una sequenza di n blocchi di simboli (XFECFRAME), in cui n à ̈ pari al numero di bit per simbolo di detto schema di modulazione adottato da detto almeno un blocco di simboli (XFECFRAME).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui n assume il valore 1 se detto schema di modulazione à ̈ di tipo BPSK, n assume il valore 2 se detto schema di modulazione à ̈ di tipo QPSK, n assume il valore 3 se detto schema di modulazione à ̈ di tipo 8PSK, n assume il valore 4 se detto schema di modulazione à ̈ di tipo 16APSK, n assume il valore 5 se detto schema di modulazione à ̈ di tipo 32APSK e n assume il valore 6 se detto schema di modulazione à ̈ di tipo 64APSK.
4. 4. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto frame (PLFRAME) comprende un header (PLHEADER)che trasporta informazione relativa allo schema di modulazione ed alla codifica di detto frame (PLFRAME).
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui detta informazione comprende un bit specifico oppure una sequenza di simboli atti ad indicare che detto segnale à ̈ generato in accordo ad una o più delle rivendicazioni da 1 a 3.
6. 6. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto frame (PLFRAME) comprende simboli pilota aventi caratteristiche corrispondenti a quelle definite nel protocollo DVB-S2.
7. 7. Sistema per generare un segnale di tipo VCM o ACM generato secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 6.
8. 8. Sistema per ricevere un segnale di tipo VCM o ACM generato secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 6.
9. 9. Segnale di tipo VCM o ACM comprendente una pluralità di frame (PLFRAME), ogni frame (PLFRAME) comprendendo almeno un blocco di simboli (XFECFRAME) di un codice LDPC modulato, caratterizzato dal fatto che la lunghezza di detto frame (PLFRAME) à ̈ costante ed indipendente dallo schema di modulazione adottato da detto almeno un blocco di simboli (XFECFRAME).