JP2011082995A - 衛星放送システムにおける簡単化されたスクランブル方式 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多重化されたデータストリームはENCODE206において前方エラー訂正コードを使用してエンコードされる。FECエンコードの後、多数の送信機114の機能が動作する。エンコードされたデータストリームはMAP208において望みの配置、即ち、BPSK、QPSK、8PSK、16APSKまたは32APSKにマップされ、物理層(PL)のフレーム化がFRAME210において行われる。PLのフレーム化はフレームヘッダーの追加、パイロットシンボルの取捨選択の可能な挿入、およびフレームボディのスクランブル化またはランダム化を含む。PLフレームのデータストリームはMOD212においてアップリンク周波数に変調される。
【選択図】図2
Description
この出願は、Ernest C. Chen, Dennis Lai, Tung-Sheng Lin, William C. Lindsey, Shamik Maitra, Joseph Santoru およびGuangcai Zhou.により2003年8月29日に出願された名称“SIMPLIFIED SCRAMBLING SCHEME FOR SATELLITE BROADCASTING SYSTEMS(衛星放送システムにおける簡単化されたスクランブル方式)”、弁護士整理番号PD−203069、に係る米国仮特許出願(U,S.Provisional Patent Application)第60/498,824号に対する米国特許法第119条(e)による利益を要求し、この仮特許出願は引用によりここに組み込まれる。
本発明は、一般的に、伝送される情報をスクランブルする方法およびシステムに関するものであり、そして特に、共通の基準位相(common reference phase)を用いて総ての信号を統一する簡単化されたスクランブル方式(scrambling scheme)に関する。
本発明の譲受人によって提供されるDIRECTV(登録商標)のようなディジタル直接放送システム(DBS;Direct Broadcast Systems)が非常に好結果を得るようになってきている。しかしながら、かかるシステムが徐々に発展することにより、絶えず増加しつつあるオーディオ、ビデオ、そしてデータサービの集合を搬送するために帯域幅の追加の要求が増加している。
本発明は、共通の基準位相を有するフレームヘッダー、フレームボディー、およびパイロットシンボルを含み、直接放送衛星システム(direct broadcast satellite system)のようなデータ伝送システムにおいて全ての信号を統合する、簡単化されたスクランブル方式について記載する。このことは結果として全てのシステムの動作に影響することなく受信機の前端部の設計について簡単化と柔軟性の増加をもたらす。
図1は本発明の好ましい実施の形態に対応する典型的な直接放送衛星システム100を図示する図面である。システム100は、リンク106を経由してアップリンクセンター104と、そしてリンク110を経由して受信局108と通信する、サービス提供者により操作される制御センター102を含む。制御センター102は放送材料(broadcast material)をアップリンクセンター104に提供し、そして暗号化(encryption)および解読(decryption)のためのキー管理、その他を含む、種々のサービスを提供するために受信局108を調整する。
図2は本発明の好ましい実施の形態に対応する典型的な信号伝送システムについてさらに図示するブロック図である。制御センター102は、ビデオおよび/またはオーディオの原資料(source)をビデオ要素ストリーム(VES;video elementary stream)および/またはオーディオ要素ストリーム(AES;audio elementary stream)にそれぞれエンコード(encode)する複数のビデオおよび/またはオーディオ エンコーダ(encoder)200を含む。その結果生じたビデオおよび/またはオーディオ要素ストリーム(VES/AES)202は204において統計的に多重化される(statistically multiplexed)。多重化されたデータストリームは206において前方エラー訂正(FEC:forward error correcting)コードを使用してエンコードされる。FECエンコードの後、多数の送信機114の機能が動作する。エンコードされたデータストリームは208において望みの配置、即ち、BPSK(2値位相シフト変調;binary phase shift keying)、QPSK(直角位相シフト変調;quadrature phase shift keying)、8PSK(8値位相シフト変調8 phase shift keying)、16APSK(16値振幅位相シフト変調;16 amplitude phase shift keying)または32APSK(32値振幅位相シフト変調;32 amplitude phase shift keying)にマップ(map)され、そして物理層(PL;physical layer)のフレーム化が210において行われる。ここで、PLのフレーム化はフレームヘッダーの追加、パイロットシンボルの取捨選択の可能な挿入、およびフレームボディのスクランブル化またはランダム化(randomization)を含む。PLフレームのデータストリームは212においてアップリンク周波数に変調されそして変換され、そしてアンテナ112を介して1つまたはそれより多い衛星118の1つまたはそれより多いトランスポンダ120にアップリンクされる。
図3は本発明の好ましい実施の形態に対応する典型的な信号受信システムについてさらに図示するブロック図である。受信局108において、PLフレームのデータストリームは衛星118のトランスポンダ120からアンテナ124および受信機126を介してダウンリンクされる。受信機126において、信号ストリームは周波数が低減するように変換され、そして300においてデータストリームは復調される。復調の後、302においてデータストリーム上のPLフレームの解除(de-framing)が行われ、この解除はフレームボディを回復させるための、スクランブルの解除(de-scrambling)および同期化、そしてフレームヘッダーおよび任意的なパイロットシンボルの除去を含む。データストリームは304においてFECエンコードデータストリーム(FEC encoded data stream)を回復するために逆マップ化(de-map)される。FECエンコードデータストリームは306において復号化される。その結果生じたデータストリームは、ビデオおよび/またはオーディオ要素ストリーム310を回復するために、308において統計的に多重分離(statistically demultiplex)される。ビデオおよび/またはオーディオ要素ストリーム310は信号の受信を完全なものとするためにビデオおよび/またはオーディオ復号器312によってそれぞれ復号化される。
図4は物理層(PL)フレーム400のフォーマットを図示する概略図である。すべてのPLフレーム400は、
・ 選択されたFEC方式に従う使用者ビットをエンコードすることにより生成された64,800ビット(長FECフレーム)または16,200ビット(短FECフレーム)のペイロード(payload)を有するPLボディ(PL Body)402と、そして
・ 同期シーケンス、変調の型式そしてFECレート、フレーム長、およびパイロットシンボルの有無を含むPLヘッダー404と、
を含む。
当初のDVB−S2の信号位相構造において、PLボディ402について実行される複素スクランブル操作は以下を含む。
ここで、Ik、Qkは当初のシンボルを示し、
IS,k、QS,kはスクランブルされたシンボルを示し、そして、
CI,k、CQ,kは値±1を有する複素スクランブルシーケンス412を示す。
CQ,k=(−1)dQ,k
ここでdI,kおよびdQ,kは、図5に示される複素スクランブルシーケンス生成回路500により生成された複素平方シーケンス(complex squaring sequence)412のk番目の要素(kth element)の実数(I)および虚数(Q)成分であり、そして以下により詳細に記載される。
CI,k CQ,k IS,k+jQS,k
1 1 (Ik−Qk)+j( Ik+Qk)
1 −1 (Ik−Qk)+j(−Ik+Qk)
−1 1 (−Ik−Qk)+j( Ik−Qk)
−1 −1 (−Ik+Qk)+j(−Ik−Qk)
上記規則の適用の後、結果として生じた信号位相調整構造は以下の通りである。
・ ±45°または±135°回転によりスクランブルされた変調されたデータ(即ち、PLボディ402)、
・ BPSKは対角線軸(±45°および±145°)
に関して回転され、
・ QPSKはI軸およびQ軸(0°、±90°、±180°)
に関して回転され、
・ 16APSKおよび32APSKはI軸およびQ軸の
ノードの集中点(node concentration)について回転され、
そして
・ 8PSK配置(8PSK constellation)は変化しない。
本発明は、変調された場合、PLヘッダー402およびパイロットシンボル408の位相を、PLボディ402の配置のいくつかの点に対し整列させることを意図する。このことは進歩した複素スクランブル操作410をPLボディ402およびパイロットシンボル408に関して行うことによって達成することができる。
ここで
Ik、Qkは当初のシンボルを示し、
IS,k、QS,kはスクランブルされたシンボルを示し、
nkは、nk=2dI,k+dQ,kのような、スクランブル位相乗数(scrambling phase multiplier)を示し、
dI,kおよびdQ,kは、回路500によって生成された複素スクランブルシーケンス412のk番目の要素の実数成分(I)および虚数成分(Q)である。
dI,k dQ,k nk 回転 IS,k+jQS,k
0 0 0 0° Ik+jQk
0 1 1 90° −Qk+jIk
1 0 2 180° −Ik−jQk
1 1 3 270° Qk−jIk
リスケーリングは必要としないこと注意されたい。
− スクランブルされたシンボル位相={±45°、±135°}
・ 8PSKペイロードシンボル位相={0°、±90°、180°、
±45°、±135°}
− スクランブルされたシンボル位相={0°、±90°、180°、
±45°、±135°}
(同一セット)
・ PLヘッダー402シンボル位相={45°、−135°}(BPSK
と同じ)
− π/2−変調されたデータ位相={±45°、±135°}
・ パイロットシンボル408の位相={45°}
− スクランブルされたシンボル位相={±45°、±135°}
・複素スクランブル操作410が行われた後と同様前において、BPSK、QPSK、8PSK、16APSKおよび32APSK変調に関して全ての信号は45°の共通の位相を有する。
図5は本発明の好ましい実施の形態において使用される複素スクランブルシーケンス生成回路500を含むブロック図である。一般に、複素スクランブルシーケンス生成回路500の機能は、送信機114のフレーム化ブロック210および受信機126のフレーム解除ブロック(de-framing block)302において実行されるであろう。
X(0)=1、X(1)=X(2)=…=X(17)=0
Y(0)=Y(1)=Y(2)=…=Y(17)=1
を含む。
X(0)=X(1)=X(2)=…=X(17)
Y(0)=Y(1)=Y(2)=…=Y(17)
となる。
dI,k=X(0)+Y(0)
なる出力値を生成する。
CI,k=(−1)dI,k
を生成するために使用される。
X(4)+X(6)+X(14)
の出力値を生成する。
X(17)=X(0)+X(7)
を生成する。
Y(17)=Y(0)+Y(5)+Y(7)+Y(10)
を生成する。
Y(5)+Y(6)+Y(8)+Y(9)+Y(10)+Y(11)+Y(12)+Y(13)+Y(14)+Y(15)
の出力値を生成する。
dQ,k=XOR516+dI,k
の出力値を生成する。
CQ,k=(−1)dQ,k
を生成するために使用される。
図6は現在のDVB−S2スクランブル方式を使用する信号の配置を示す。上段の配置600は各異なる変調に関するスクランブル前の信号を示し、一方下段の配置602は各異なる変調に関する同様のPLヘッダー404に対するスクランブル後の信号を示す。矢印604はパイロットシンボル408の回転を特定する。
図7は本発明に係る進歩したスクランブル方式を使用する信号の配置を示す。上段の配置700は各異なる変調に関するスクランブル前の信号を示し、一方下段の配置702は各異なる変調に関する同様のPLヘッダー404に対するスクランブル後の信号を示す。矢印704はパイロットシンボル408の回転を特定する。
図8は本発明の好ましい実施の形態において行われる論理について示すフローチャートである。特に、この論理は、実数のシンボルIkおよび虚数のシンボルQk有する信号から、実数のシンボルIS,kおよび虚数の信号QS,kを有するスクランブルされた信号を生成する方法を含む。
nk=2dI,k+dQ,k
に従いスクランブルされた位相乗数(phase multiplier)nkを生成するステップを示す。
IS,k+jQS,k=(Ik+jQk)・ej((2πnk)/4)
を生成するステップを示す。
本発明は、キャリアおよび位相の追跡と同様、キャリアおよび位相の捕捉の観点から、当初のDVB−S2方式において見られるものに決して劣らないレベルの性能を提供する。実際、本発明は当初のDVB−S2方式を超える特有の効果を提供し、これはPLヘッダー404とPLボディ402間、パイロットシンボル408とPLボディ402間、および異なる変調におけるノード間、即ち異なるPLボディ402間、におけるπ/4およびπ/8の不必要な位相ジャンプを取除く。かかる位相ジャンプはN番目の乗数の処理性能(Nth power processing performance)、その他、に影響を及ぼすので、性能の観点から望ましくないであろう。さらに、本発明は、I/Q成分のスワッピングおよび記号変換のみが必要とされ、そしてリスケーリングは要求されないので、必要とされる処理は少ない。最後に、本発明は、設計および実施上の複雑性そして関連する試験を低減するのでDVB−S2の規格を簡単化し、そして送信機および受信機の双方に関する価格を低減する。
本発明に関する好ましい実施の形態の前述の記載が、図面と説明とを目的として提供された。開示された正確な形態に関して、本発明が全てであるとし、若しくは本発明を限定させることを意図するものではない。上記教示に鑑みて、多くの修正と変更とが可能である。
Claims (11)
- 実数のシンボルIkおよび虚数の信号Qkを有する信号から、実数のシンボルIS,kおよび虚数の信号QS,kを有するスクランブルされた信号を生成する方法であって、
複素スクランブルシーケンス(dI,k)のk番目の要素の実数部を生成し、
複素スクランブルシーケンス(dQ,k)のk番目の要素の虚数部を生成し、
nk=2dI,k+dQ,kに従い
スクランブル位相乗数nkを生成し、そして
スクランブルされた信号
IS,k+jQS,k=(Ik+jQk)・ej((2πnk)/4) を生成する
ステップを含む方法。 - データ伝送システムにおいてシンボルをスクランブルする方法であって、
システムによるフレームの伝送の前に、全ての要素が共通の基準位相を持つようにフレームのすべての要素をスクランブルすることを含む方法。 - フレームの要素はフレームヘッダーまたはフレームボディを含む請求項2に記載の方法。
- フレームの要素はさらに1つまたはそれより多いパイロットシンボルを含む請求項2に記載の方法。
- スクランブルするステップは
IS,k+jQS,k=(Ik+jQk)・exp{j ((2πnk)/4)}
に従い複素スクランブル操作を実行することを含み、ここで
Ik、Qkは当初のシンボルを示し、
IS,k、QS,kはスクランブルされたシンボルを示し、
nkは、nk=2dI,k+dQ,kのようなスクランブル位相乗数を示し、そして
dI,kおよびdQ,kは、複素スクランブルシーケンスのk番目の要素の実数(I)および虚数(Q)成分である
請求項2に記載の方法。 - 複素スクランブル操作は
dI,k dQ,k nk 回転 IS,k+jQS,k
0 0 0 0° Ik+jQk
0 1 1 90° −Qk+jIk
1 0 2 180° −Ik−jQk
1 1 3 270° Qk−jIk
に従って簡単な構成要素のスワッピングおよび信号変換することを含む
請求項5記載の方法。 - データ伝送システムにおいてシンボルをスクランブルする装置であって、
全ての要素が共通の基準位相を持つように、システムによるフレームの伝送の前にフレームのすべての要素をスクランブルする手段を含む装置。 - フレームの要素はフレームヘッダーまたはフレームボディを含む
請求項7に記載の装置。 - フレームの要素はさらに1つまたはそれより多いパイロットシンボルを含む請求項7に記載の装置。
- スクランブルする手段は
IS,k+jQS,k=(Ik+jQk)・exp{j ((2πnk)/4))
に従い複素スクランブル操作を実行する手段を含み、ここで
Ik、Qkは当初のシンボルを示し、
IS,k、QS,kはスクランブルされたシンボルを示し、
nkは、nk=2dI,k+dQ,kのようなスクランブル位相乗数を示し、そして
dI,kおよびdQ,kは、複素スクランブルシーケンスのk番目の要素の実数(I)および虚数(Q)成分である
請求項7に記載の装置。 - 複素スクランブル操作は
dI,k dQ,k nk 回転 IS,k+jQS,k
0 0 0 0° Ik+jQk
0 1 1 90° −Qk+jIk
1 0 2 180° −Ik−jQk
1 1 3 270° Qk−jIk
に従う簡単な加算および減算を含む
請求項10に記載の装置。
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