NO333917B1 - Maksimalisering av effekt og spektraleffektiviteter for lagdelt og konvensjonelle modulasjoner. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen relaterer seg til systemer og fremgangsmåter for effekt og spektraleffekttransmisjon av signaler, spesielt signaler som bruker lagdelte modulasjoner.

Digitale signalkommunikasjonssystemer har blitt brukt på forskjellige områder, innbefattende digital TV-signaltransmisjon, enten terrestrielt eller via satellitt. Ettersom forskjellige digitale signalkommunikasjonssystemer og tjenester utvikler seg, er det et voksende behov for økt datagjennomløp og ytterligere tjenester. Det er imidlertid mer vanskelig å implementere enten forbedring av gamle systemer og nye tjenester når det er nødvendig å erstatte eksisterende nedarvet maskinvare, slik som sendere og mottakere. Nye systemer og tjenester er fordelaktige når de kan anvende eksisterende nedarvet maskinvare. På området trådløse kommunikasjoner blir dette prinsippet ytterligere belyst av den begrensede tilgjengeligheten til elektromagnetisk spekter. Det er således ikke mulig (eller i det minste ikke praktisk) å kun sende forsterkede eller tilleggsdata ved den nye frekvensen.

Den konvensjonelle fremgangsmåten for å øke spektral kapasitet er å flytte til en høyere ordens modulasjon, slik som fra kvadraturfaseskifttasting (QPSK) til åtte fase skift-tasting (8PSK) eller seksten kvadraturamplitudemodulasjon (16QAM). Uheldigvis kan ikke QPSK mottakere demodulere konvensjonelle 8PSK eller 16QAM signaler. Som et resultat må gamle kunder med QPSK mottakere oppgradere deres mottakere for å kunne fortsette å kunne motta signaler sendt med en 8PSK eller 16QAM modulasjon.

Det er fordelaktig for systemer og fremgangsmåter for å sende signaler å oppta forsterkede og økte datagjennomløp uten at det kreves tilleggsfrekvens. I tillegg er det fordelaktig for forsterkede og økt gjennomløp signaler for nye mottakere at disse er bakoverkompatible med nedarvede mottakere. Det er videre en fordel for systemer og fremgangsmåter som tillater transmisjonssignaler å bli oppgradert fra en kilde separat fira den nedarvede eller gamle senderen.

Det har blitt foreslått at et lagdelt modulasjonssignal, som sender ikke-koherent både øvre og nedre lagsignaler, kan bli brukt for å tilfredsstille disse behovene. Se Utility Application med serienr. 09/844.401. Slike lagdelte modulasjonssystemer tillater høyere informasjonsgjennomløp med bakoverkompatibilitet. Selv når bakoverkompatibilitet ikke er påkrevd (slik som med et fullstendig nytt system), kan imidlertid lagdelt modulasjon fremdeles være fordelaktig siden det krever en vandrebølgerørforsterker

(TWTA) toppeffekt som er betydelig lavere enn vekten for et konvensjonelt 8PSK eller 16QAM modulasjonsformat for et gitt gjennomløp.

I tilfellet med lagdelte modulasjonssystemer designet for å være bakoverkompatible med nedarvede eller gamle mottakere og signaler, slik som eksisterende satellitt-TV-mottakere for systemer slik som DIRECTTV, er effektkravene for å produsere ytterligere lagdelte signaler store. Noen systemer og fremgangsmåter har nylig blitt foreslått for å forenkle lagdelte modulasjonssignaler. Ingen av disse systemene foreslår imidlertid systemer eller fremgangsmåter som adresserer de høye effektkravene for å implementere bakoverkompatible lagdelte modulasjonssignaler, spesielt med hensyn på satellitt-TV-applikasj oner.

Arslan et al., "Co-channel interference cancellation with successive cancellation in narrowband TDMA systems" (IEEE, 2000, pgs. 1070 - 1074) beskriver bruken av koherente mottagere i et TDMA mobilradiosystem som bruker subtraksjon av mottatt signal for å redusere forstyrrelser fra samme kanal.

IWO 99/00957 Al beskrives et apparat for mottak samt dekoding av et modulert signal ved bruk av et hierarkisk kodingsskjema.

Følgelig er det et behov for systemer og fremgangsmåter som demper de høye effektkravene for å implementere bakoverkompatible lagdelte modulasjonssignaler, spesielt med hensyn på satellitt-TV-applikasjoner. Den foreliggende oppfinnelsen tilfredsstiller disse og andre behov som beskrevet i det etterfølgende.

Den foreliggende oppfinnelsen er definert i de vedlagte kravene.

Det refereres nå til tegningene hvori like henvisningstall representerer korresponderende deler: Fig. 1 er et diagram som illustrerer en oversikt over et enkelt satelittvideofordelings-system; Fig. 2 er et blokkdiagram som viser en typisk opplinkkonfigurasjon for en enkelt satellittransponder; Fig. 3A er et diagram over en representativ datastrøm; Fig. 3B er et diagram over en representativ datapakke; Fig. 4 er et blokkdiagram som viser en utførelse av modulatoren for opplinksignalet; Fig. 5 er et blokkdiagram over en integrert mottaker/dekoder (IRD); Fig. 6A-6C er diagrammer som illustrerer det grunnleggende forhold til signallag i en lagdelt modulasjonstransmisjon; Fig. 7A-7C er diagrammer som illustrerer en enkelt konstellasjon av et andre transmisjonslag over det første transmisjonslaget etter første lag demodulasjon; Fig. 8A er et diagram som viser et system for å sende og motta lagdelte modulasjonssignaler; Fig. 8B er et diagram som viser en eksempelsatellittransponder for å motta og sende lagdelte modulasjonssignaler; Fig. 9 er et blokkdiagram som viser en utførelse av en forsterket IRD som er i stand til å motta lagdelte modulasjonssignaler; Fig. 10A er et blokkdiagram over en utførelse av den forsterkede tuner/modulator og FEC koder; Fig. 10B viser en annen utførelse av den forsterkede tuner/modulatoren hvori lagsubtrahering blir utført på det mottatte lagdelte signalet; Fig. 11A viser de relative effektnivåene til eksempelutførelser av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 12 illustrerer et eksempeldatamaskinsystem som kan bli brukt for å implementere valgte moduler eller funksjoner av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 13 er et diagram som illustrerer eksempelfremgangsmåtetrinn som kan bli brukt for å utøve en utførelse av oppfinnelsen; Fig. 14A-14E illustrerer vernebåndet slik som blir brukt i en lagdelt modulasjons-applikasjon; Fig. 15 A og 15B illustrerer innvirkningen av overskuddsbåndbreddeforhold på symboltimingfeil;

Fig. 16A-16H illustrerer noen eksempellagdelte modulasjonsplåner; og

Fig. 17A-17E illustrerer en tre-faset implementeringsplan for oppgradering av et eksisterende satellitt-TV-system.

I den følgende beskrivelsen av den foreliggende oppfinnelsen refereres til de

medfølgende tegningene som danner en del av denne, og som er gitt som en illustrasjon av en spesifikk utførelse hvori oppfinnelsen kan bli utøvd. Det må forstås at andre utfør-elser kan bli benyttet og strukturelle endringer bli foretatt uten å forlate rammen for den foreliggende oppfinnelsen.

1. Oversikt

Som beskrevet mer detaljert i det etterfølgende, rekonstruerer lagdelt modulasjon (LM) det øvre lagsignalet og fjerner det fra det mottatte signalet for å etterlate et nedre lagsignal. Nedre lagsignaldemodulasjonsytelse krever god signalkansellering, hvilket i sin tur krever at det rekonstruerte signalet innbefatter nøyaktige amplitude og fase-effekter fra signalforplantingsbanen, filter og lavstøyblokk (LNB). Verdier på disse parametere endrer seg fra mottaker til mottaker og må derfor estimeres for hver mottaker.

En vanskelighet ved implementeringen av den lagdelte modulasjonsteknikken, slik som beskrevet i Utility Application med serienr. 09/844.401, inngitt 27. april 2001 av Ernest C. Chen, med tittel "LAYERED MODULATION FOR DIGITAL SIGNALS", er at øvre lagsignalet krever overdrevet satellitt TWTA effekt utover dagens nivåer for en typisk kontinental US (CONUS) dekning. Den foreliggende oppfinnelsen reduserer de nødvendige effektene til nivåer til dagens konvensjonelle TWTA effektgrenser. Det er derfor ikke noe behov for å vente på TWTA effektteknologien for å utvikle seg ytterligere før lagdelt modulasjon kan bli implementert. I tillegg øker de beskrevne signalplanene informasjonsgjennomløpet med lagdelt modulasjon siden hele båndbredden blir brukt mer effektivt.

Den lagdelte modulasjonsteknikken som tidligere beskrevet i Utility Application serienr. 09/844.401 etablerte at det øvre lagsignalet måtte føre en effekt vesentlig høyere enn effekten til nedre lagsignalet for at teknikken skulle virke. Typisk trenger slike bakoverkompatible (BWC) applikasjoner mer effekt enn ikke BWC applikasjoner for det øvre lagsignalet. Eksempelutsatte scenarier krever effektnivåer på øvre lagsignal som er betydelig utenfor satellitt TWTA effektteknologi for BWC applikasjoner.

Som et eksempel, har DIRECTTV og GALXY LATIN AMERICA systemer kombinert mer enn 10 millioner abonnenter som mottar QPSK signaler fira satellitter. Den konvensjonelle fremgangsmåten for å øke informasjonsgjennomløp over eksisterende transpondere vil direkte svitsje til en høyere ordens modulasjonsplan slik som 8PSL eller 16 QAM. Uheldigvis ville denne fremgangsmåte kreve en endring av alle IRDer på området for å være i stand til å motta det nye signalet. I motsetning til dette vil utsending med teknikker til denne oppfinnelsen (og Utility Application serienr. 09/844.401) i sammenhengen med lagdelt modulasjon, tillate eksisterende IRDer å fortsette å motta det nedarvede signalet uten modifikasjon. Nye og/eller oppgraderte abonnenter vil benytte en ny IRD for å motta det nye signalet i tillegg til det nedarvede signalet, som begge deler båndbredden. De potentielle besparelsene ved denne overgang er hundrer av millioner dollar som representerer kostnadene for nødvendig erstatning av alle eksisterende IRDer. I tillegg vil en endring av alle IRDer over en kort tidsperiode, som nødvendig med den konvensjonelle fremgangsmåten, være logististisk vanskelig.

I tillegg kan den lagdelte modulasjonsteknikken bli brukt i kommunikasjonssystemer utenfor et satellittelevisjonssystem slik som DIRECTV. For eksempel kan den svært lille åpningsterminalen (VSAT) gjennomløpet for nye kunder bli økt i en BWC modus uten å avbryte tjenesten til de titusener av eksisterende kunder. Et annet eksempel vil være gjennomløpsøkning for to-veis stemme- og datakommunikasjonssystemer som bruker geosynkrone og lav jordbanesatellitter (LEO). Nok andre muligheter innbefatter BWC og ikke-BWC applikasjoner av digital terrestrial kringkasting, digital kabel og kabelmodemtjenester.

I situasjoner hvor BWC ikke er påkrevd, kan lagdelt modulasjon også bli brukt for å tilveiebringe høyere gjennomløp enn konvensjonelle bølgeformer ved bruk av de samme effektnivåene. Ved bruk av QPSK og/eller 8PSK for modulasjonslag for et nytt tjenestesystem vil det ikke være noe behov for en høyst lineær transponder TWTAer og/elle spesielle fremgangmåter for adekvat å kompensere for TWTA ikke-linearitet. Lagdelt modulasjon kan derfor oppnå den høye spektrale effektiviteten til 16 QAM modulasjon med dens to-lagdelt QPSK modulasjon.

Forskjellige utførelser av denne oppfinnelsen som effektivt vil redusere effektkrav for lagdelt modulasjon, gjør den lagdelte modulasjonsteknikken enda mer attraktiv uttrykt ved effekt og båndbreddeeffektivitet i mange applikasjoner. I de etterfølgende avsnittene er et eksempel på satellittvideodistribusjonssystem og tilordnet maskinvare for å implementere lagdelt modulasjon beskrevet. System og maskinvaren kan anvende effekten og de spektrale effektive signalplanene til den foreliggende oppfinnelsen.

2. Videodistribusjonssystem

Fig. 1 er et diagram som illustrerer en oversikt over et enkelt satellittvideodistribusjons-eller fordelingssystem 100. Videofordelingssystemet 100 består av et kontrollsenter 102 i kommunikasjon med et opplinksenter 104 via en bakke eller annen link 114 og med en abonnentmottakerstasjon 110 via et offentlig telefonnettverk (PSTN) eller annen link

120. Kontrollsenteret 102 tilveiebringer programmateriale (for eksempel videoprogram-mer, audioprogrammer og data) til opplinksenteret 104 og koordinerer med abonnent-mottakerstasjonene 110 for å tilby, for eksempel, betalings-TV-programtjenester (pay-per-view, PPV), innbefattende fakturering og tilknyttet dekryptering av videopro-grammer.

Opplinksenteret 104 mottar programmateriale og programkontrollinformasjon fra kontrollsenteret 102 og ved bruk av en opplinkantenne 106 og sender 105 sendes programmaterialet og programkontrollinformasjon til satellitten 108 via opplinksignal 116. Satellitten mottar og behandler denne informasjonen og sender videoprogrammene og kontroll- eller styreinformasjon til abonnentmottakerstasjonen 110 via nedlinksignal 118 ved bruk av sender 107. Abonnentmottaksstasjonen 110 mottar denne informasjon ved bruk av utendørsenheten 112 (ODU), som innbefatter en abonnentantenne og en lavstøyblokkonverter (LNB).

I en utførelse er abonnentmottaksstasjonsantenne en 18" litt ovalformet Ku-båndantenne. Den litt ovalformen skyldes den 22,5 grader forskjøvne matingen av LNB (lavstøyblokkonverter) som ble brukt for å motta signaler reflektert fra abonnent-antennen. De forskjøvne mateposisjonene til LNB ut av veien slik at den blokkerer ikke noe overflateareal av antennen minimaliserer dempning av det innkomne mikrobølge-signalet.

Videofordelingssystemet 100 kan omfatte et mangfold satellitter 108 for å kunne tilveiebringe bredere terrestrial dekning, tilveiebringe tilleggskanaler, eller å tilveiebringe ytterligere båndbredde pr. kanal. I en utførelse av oppfinnelsen består hver satallitt av 16 transpondere for å motta og sende programmateriale og andre kontrolldata fra opplinksenteret 104 og tilveiebringe den med abonnentmottaksstasjoner 110. Ved bruk av datakompresjon og multipleksingsteknikker av kanalkapasitetene kan to satellitter 108 som arbeider sammen motta og kringkaste over 150 konvensjonelle (ikke-HDTV) audio- og videokanaler via 32 transpondere.

Mens oppfinnelsen beskrevet her vil bli omtalt med henvisning til et satellittbasert videodistribusjonssystem 100, kan den foreliggende oppfinnelsen også bli utøvd med terrestrialbasert transmisjon av programinformasjon, enten ved hjelp av kringkastings-innretning, kabel eller andre innretninger. Enn videre kan de forskjellige funksjonene som kollektivt allokeres blant kontrollsenteret 102 og opplinksenteret 104 som beskrevet ovenfor, bli reallokert etter ønske uten å forlate den tiltenkte rammen for den foreliggende oppfinenlsen.

Selv om det forutgående har blitt beskrevet med hensyn til en utførelse hvori programmaterialet levert til abonnenten 122 er video (og audio) programmateriale slik som en film, kan den forutgående fremgangsmåten bli brukt til å levere programmateriale som like gjerne består av ren audioinformasjon eller andre data.

2.1 Opplinkkonfigurasjon

Fig. 2 er et blokkdiagram som viser en typisk opplinkkonfigurasjon for en enkelt satellittransponder 108, og viser hvordan videoprogrammateriale blir opplinket til satellitten 108 av kontrollsenteret 102 og opplinksenteret 104. Fig. 2 viser tre videokanaler (som kan respektivt bli økt med en eller flere audiokanaler for highfi-musikk, lydsporinformasjon, eller et sekundært audioprogram for å sende fremmede språk), en datakanal fra et program-guidesubsystem 206 og datamaskindatainformasjon fra en datamaskindatakilde 208.

Typiske videokanaler er tilveiebrakt fra en programkilde 200A-200C av videomateriale (felles referert til i det etterfølgende som programkilde eller kilder 200). Dataene fira hver programkilde 200 blir tilveiebrakt til en koder 202A-202C (kollektivt referert til i det etterfølgende som koder eller kodere 202). Hver av koderne aksepterer et program- tidsstempel (PTS) fra kontrollinnretningen 216. PTS er en vikling rundt binært tidsstempel som blir brukt for å sikre av videoinformasjonen blir passende synkronisert med audioinformasjonen etter koding og dekoding. Et PTS tidsstempel blir sendt med hver I-ramme av de MPEG kodede dataene.

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er hver koder 202 en andre generasjons Motion Picture Experts Group (MPEG-2) koder, men andre dekoder som implementerer andre kodingsteknikker kan likeså gjerne bli brukt. Datakanalen kan være utsatt for en tilsvarende kompresjonsplan av en koder (ikke vist), men slik kompresjon er vanligvis enten unødvendig, eller blir utført av datamaskinprogrammer i datamaskindatakilden (for eksempel blir fotografiske data typisk komprimert i<*>.TIF filer eller<*>.JPG filer før transmisjon). Etter koding av koderne 202, blir signalene omformet til datapakker av en pakker 204A-204F (kollektivt referert til i det etterfølgende som pakker(e) 204) tilordnet med hver programkilde 200.

Utgangsdatapakkene blir satt sammen ved bruk av en referanse fra systemklokken 215 (SCR), og fra vilkårsaksesshåndtereren 210, som tilveiebringer tjenestekanalidentifika-toren (SCID) til pakkerne 204 for bruk for å generere datapakkene. Disse datapakker blir så multiplekset til seriedata og sendt.

2.2 Kringkastingsdatastrømformat og protokoll

Fig. 3A er et diagram over en representativ datastrøm. Den første pakken 302 består av informasjon fra videokanal 1 (data som kommer for eksempel fra den første videoprogramkilden 200A). Den neste pakken 304 består av datamaskindatainformasjon som ble tilveierbrakt, for eksempel fra datamaskindatakilden 208. Den neste pakken 306 består av informasjon fra videokanal 5 (fra en av videoprogramkilden 200). Den neste pakken 308 består av programguideinformasjon slik som informasjonen tilveiebrakt av programguidesubsystemet 206. Som vist på fig. 3 A, kan nullpakker 310 skapt av null-pakkemodulen 212 bli innsatt i datastrømmen etter ønske fulgt av ytterligere datapakker 312, 314, 316 fra programkildene 200.

Det refereres tilbake til fig. 2, hvor datastrømmen derfor består av en serie pakker (302-316) fra en hvilken som helst av datakildene (for eksempel programkilder 200, programguidesubsystem 206, datamaskindatakilde 208) i en orden bestemt av kontrollinnretningen 216. Datastrømmen blir kryptert av krypteringsmodulen 218, modulert av modulatoren 220 (som typisk bruker en QPSK modulasjonsplan), og tilveiebrakt til senderen 105, som kringkaster den modulerte datastrømmen på en frekvensbåndbredde til satellitten via antennen 106. Mottakeren 500 ved mottakerstasjonen 110 mottar disse signaler og ved bruk av SCID, gjenoppsettes pakkene til å regenerere programmaterialet for hver av kanalene. Fig. 3B er et diagram over en datapakke. Hver datapakken (for eksempel 302-316) er 147 bytes lang og består av et antall pakkesegmenter. Det første pakkesegmentet 320 består av to bytes informasjon som inneholder SCID og flagg. SCID er et unikt 12-bit tall som unikt identifiserer datapakkens datakanal. Flaggene innbefatter 4-bits som blir brukt for å styre andre trekk. Det andre pakkesegmentet 322 består av en 4-bits pakke-typeindikator og en 4-bit kontinuitetsteller. Pakketypen identifiserer generelt pakken som en av de 4 datatypene (video, audio, data eller null). Kombinert med SCID, bestemmer pakketypen hvordan datapakken skal bli brukt. Kontinuitetstelleren øker en gang for hver pakketype og SCID. Det neste pakkesegmentet 324 består av 127 bytes av nyttelastdata, som i tilfellene med pakker 302 eller 306 er en del av videoprogrammet tilveiebrakt av videoprogramkilden 200. Sluttpakkesegmentet 326 er data som er nødvendig for å utføre fremoverfeilkorreksjon. Fig. 4 er et blokkdiagram som viser en utførelse av modulatoren 220. Modulatoren 220 består etter valg av en fremoverfeilkorreksjonskoder 404 (FEC) som akspeterer de første signalsymbolene 402 og tilføyer redundant informasjon som blir brukt for å redusere transmisjonsfeil. De kodede symbolene 405 blir modulert av modulator 406 i samsvar med den første bærer 408 for å produsere et øvre lag modulert signal 410. Andre symboler 420 blir lekeledes tilveiebrakt i en valgfri andre FEC koder 422 for å produsere kodede andre symboler 424. De kodede andre symbolene 424 blir tilveiebrakt til en andre modulator 414, som modulerer de kodede andre signalene 424 i samsvar med en andre bærer 416 for å produsere et nedre lag modulert signal 418. Det øvre lag modulerte signalet 410 og det nedre lag modulerte signalet 418 er derfor ikke-korrelert. Det øvre lagsignalet 410 og det nedre lagssignalet 418 kan således bli sendt til separate transpondere på en eller flere satellitter 108 via separate opplinkssignaler 116. Det nedre lagsignalet 418 kan således bli implementert fra en separat satellitt 108 som mottar et separat opplinksignal 116.1 nedlinksignalet 118 må imidlertid øvre lagsignalet 410 ha tilstrekkelig større amplitude enn det nedre lagsignalet 418 for å opprettholde signalkon-stellasjonene vist på fig. 6 og 7.

En bør merke seg at det kan være mer effektivt å etterinstallere et eksisterende system ved bruk av en transponder på en separat satellitt 108 for å sende til det nedre laget nedlinksignalet over det eksisterende nedarvede nedlinksignalet snarere enn å erstatte den nedarvede satellitten med en som vil sende begge nedlinksignallagene. Oppmeksom-heten kan gis til å oppta nedlinks nedarvet signal ved implementering av en lagdelt nedlinkkringkasting.

2.3 Integrert mottaker/dekoder

Fig. 5 er et blokkdiagram over en integrert mottaker/dekoder (IRD) 500 (også i det etterfølgende alternativt referert til som mottaker 500). Mottakeren 500 består av en tuner/demodulator 504 som på kommuniserbar måte er koblet til en ODU 112 som har en eller flere lavstøyblokker (LNBer) 502. LNB 502 omformer 12,2 til 12,7 GHz ned-link 118 signalet fira satellittene 108 til for eksempel et 950-1450 MHz signal som er nødvendig for IRD 500 tuner/demodulatoren 504. Det er typisk at LND 502 kan tilveiebringe enten en dual eller en enkel utgang. Den enkle utgangen LNB 502 har bare en RF konnektor, mens den duale utgangen LNB 502 har to RF utgangskonnektorer og kan bli brukt for å mate en andre tuner 500, en andre mottaker 500, eller et annet fordelingssystem.

Tuner/demodulatoren 504 isolerer et enkelt, digitalt modulert 24 MHz transponder-signal, og omformer de modulerte dataene til en digital datastrøm. Den digitale data- strømmen blir så levert til en fremoverfeilkorreksjonsdekoder 506 (FEC). Dette tillater at IRD 500 setter sammen igjen dataene sendt av opplinksenteret 104 (som påtrykt fremoverfeilkorreksjon til det ønskede signalet før transmisjon til abonnentmottaksstasjonen 110) verifiserer at det korrekte datasignalet ble mottatt, og korrigerer feil dersom det er noen. De feilkorrigerte dataene kan bli matet fra FEC kodermodulen 506 til transportmodulen 508 via et 8-bit parallellgrensesnitt.

Transportmodulen 508 utfører mange av databehandlingsfunksjonene utført av IRD 500. Transportmodulen 508 behandler data mottatt fra FEC dekodermodulen 506 og tilveiebringer de behandlede dataene til video MPEG koderen 514 og audio MPEG dekoderen 517. Etter behov anvender transportmodulen system RAM 528 til å behandle dataene. I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er transportmodulen 508, video-MPEG dekoderen 514 og audio-MPEG dekoderen 517 alle implementert på integrerte kretser. Denne design fremmer både rom og krafteffektivitet, og øker sikker-heten til funksjoner utført innen tranportmodulen 508. Transportmodulen 508 tilveiebringer også en passasje for kommunikasjoner mellom mikrokontrollinnretningen 510 og video- og audio-MPEG dekoderne 514, 517. Slik det er angitt mer fullstendig i det etterfølgende, arbeider også transportmodulen med vilkårsaksessmodulen (CAM) 512 for å bestemme hvorvidt mottakeren 500 er tillatt å aksessere visse programmateriale. Data fra transportmodulen 508 kan også bli levert til ekstern kommunikasjonsmodul 526.

CAM 512 fungerer i tilknyting med andre elementer til å dekode et kryptert signal fra transportmodulen 508. CAM 512 kan også bli brukt for å spore og fakturere disse tjenester. I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er CAM 512 et fjernbart smartkort som har kontakter som samvirker med kontakter i IRD 500 for å sende informasjon. For å kunne implementere behandlingen utført i CAM 512, IRD 500 og spesielt transportmodulen 508 tilveiebringes et klokkesignal til CAM 512.

Videodata blir behandlet av MPEG videodekoderen 514. Ved bruk av videodirekte-aksesslageret (RAM) 536, dekoder MPEG videodekoderen 514 de komprimerte videodataene og sender disse til en koder eller videoprosessor 516, som omformer den digitale videoinformasjonen mottatt fra video MPEG modulen 514 til et utgangssignal som kan brukes av et display eller annen utgangsanordning. Som eksempel kan prosessoren 516 omfatte en National TV Standards Committee (NTSC) eller Advanced Televison Systems Committee (ATSC) koder. I en utførelse av oppfinnelsen er både S- video og vanlig video (NTSC eller ATSC) signaler tilveiebrakt. Andre utganger kan også bli brukt og er fordelaktig dersom høyoppløsningsprogrammering blir behandlet.

Audiodata blir likeleded dekodet av MPEG audiodekoderen 517. De dekodede audio-dataene kan så bli sendt til en digital til analog (D/A) omformer 518.1 en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er D/A omformeren 518 en dual D/A omformer, en for de høyre og venstre kanalene. Dersom det er ønskelig, kan ytterligere kanaler bli tilføyd for bruk i omgivelseslydbehandling eller sekundære audioprogrammer (SAPer). I en utførelse av oppfinnelsen separeres selve den duale D/A omformeren 518 den venstre og høyre kanalinformasjonen så vel som eventuell tilleggskanalinformasjon. Andre audioformater kan tilsvarende bli støttet. For eksempel kan andre audioformater slik som multi-kanal DOLBY DIGITAL AC-3 bli støttet.

En beskrivelse av prosessene utført i kodingen og dekodingen av videostrømmer, spesielt med hensyn på MPEG og JPEG koding/dekoding, kan finnes i kapittel 8 av "Digital Television Fundamentals" av Michale Robin og Michel Poulin, McGraw-Hill, 1998, som herved er innlemmet som referanse.

Mikrokontrollinnretningen 510 mottar og behandler kommandosignaler fra en fjern-kontroll, et IRD 500 tastaturgrensesnitt og/eller annen egnet innmatingsanordning 524. mikrokontrollinnretningen 510 mottar kommandoer for å utføre dens operasjoner fra et prosessorprogrammeringslager, som permanent lagrer slike instruksjoner for å utføre slike kommandoer. Prosessorprogrammeringslageret kan omfatte et leselager l(ROM) 538, et elektrisk slettbart programmerbart leselager (EEPROM) 522 eller tilsvarende lageranordning. Mikrokontrollinnretningen 510 styrer også de andre digitale anordningene til IRD 500 via adresse og datalinjer (angitt med henholdsvis "A" og "D" på fig. 5).

Modemet 540 forbinder kundens telefonledning via PSTN porten 120. Den anroper, for eksempel programleverandøren, og sender kundens kjøpsinformasjon for fakturerings-formål, og/eller annen informasjon. Modemet 540 blir styrt av mikroprosessoren 510. Modemet 540 kan sende ut data til andre I/O porttyper innbefattende standard parallell og serie datamaskin I/O porter.

Den foreliggende oppfinnelsen består også av en lokal lagringsenhet slik som videolagringsanordningen 532 for å lagre video og/eller audiodata tilveibrakt fra transportmodulen 508. Videolageranordningen 532 kan være et harddiskdrev, en les/skrivbar kompaktdisk av DVD, en fast RAM, eller et annet egnet lagringsmedium. I en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er videolagringsanordningenn 532 et harddiskdrev med spesialisert parallell lese/skrivekapasitet slik at data kan bli lest fra videolagringsanordningen 532 og skrevet til anordningen 532 samtidig. For å besørge dette trekket, kan det brukes tilleggsbufferlagre som kan aksesseres av videolageret 532 eller dets kontrollinnretning. Etter valg kan en videolagerprosessor 532 bli brukt for å håndtere lagring og gjenvinning av videodataene fra videolagringsanordningen 532. Videolag-ringsprosessoren 530 kan også omfatte lager for bufring av data som sendes inn og ut av videolageranordningen 532. Alternativt eller i kombinasjon med det forutgående kan et mangfold av videolagringsanordninger 532 bli brukt. Også alternativt eller i kombinasjaon med det forutgående, kan mikrokontrollinnretningen 510 også utføre operasjonene som er nødvendige for å lagre og/eller gjenhente video og andre data i videolageranordningen 532.

Videobehandlingsmodulens 516 inngang kan bli direkte matet som en videoutgang til en observasjonsanordning slik som en video eller datamaskinmonitor. I tillegg kan video- og/eller audioutganger bli matet til en RF modulator 534 for å produsere et RF utgangs- og/eller 8 vestigale sidebånd (VSB) som er egnet som et inngangssignal for en konvensjonell TV-tuner. Dette tillater at mottakeren 500 kan arbeide med televisjon uten en videoutgang.

Hver av satellittene 108 består av en transponder som aksepterer programinformasjon fra opplinksenteret 504, og videresender denne informasjon til abonnentmottaksstasjonen 110. Kjente multipleksingsteknikker blir brukt slik at multiple kanaler kan bli tilveiebrakt til brukeren. Disse multipleksingsteknikkene innbefatter som eksempel forskjellige statistiske eller andre domaine multipleksingsteknikker og polarisasjons-multipleksing. I en utførelse av oppfinnelsen bærer en enkelt transponder som opererer på et enkelt frekvens et mangfold av kanaler identifisert av respektiv tjenestekanal-identifikasjon (SCID).

IRD 500 mottar fortrinnsvis også og lagrer en programguide i et lager tilgjengelig for mikrokontrollinnretningen 510. Det er typisk at programguiden blir mottatt i en eller flere datapakker i datastrømmen fra satellitten 108. Programguiden kan bli aksessert og søkt ved utførelsen av egnede operasjonstrinn implementert av mikrokontrollinnretningen og lagret i prosessor ROM 538. Programguiden kan innbefatte data for å kart-legge seerkanalnumre til satellittranspondere og tjenestekanalidentifikasjoner (SCIDer, og også tilveiebringe TV-programopplistingsinformasjon til abonnenten 122 som identifiserer programhendelser.

Funksjonaliteten implementert i IRD 500 vist på fig. 5 kan bli implementert av en eller flere maskinvaremoduler, en eller flere softwaremoduler som definerer instruksjoner utført av en prosessor, eller en kombinasjon av begge deler.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer modulasjon av signaler ved forskjellige effektnivåer og med for signaler som er ikke-koherente fra hvert lag. I tillegg kan uavhengig modulasjon og koding av signalene bli utført. Bakoverkompatibilitet med nedarvede mottakere, slik som en kvadraturfaseskifttasting (QPSK) mottaker er mulig-gjort og nye tjenester blir tilveiebrakt til nye mottakere. En typisk ny mottaker til den foreliggende oppfinnelsen bruker to demodulatorer og en remodulator, hvilket skal beskrives detaljert i det etterfølgende.

I en typisk bakoverkompatibel utførelse av den foreliggende oppfinnelsen blir det nedarvede QPSK signalet forsterket i effekt til et høyere transmisjons- (og mottaks) nivå. Dette skaper et kraft-"rom" hvori et nytt nedre lagsignal kan operere. Den nedarvede eller gamle mottakeren vil ikke være i stand til å skille det nye nedre lagsignalet fra tilføyd hvit Gaussisk støy, og arbeider således på vanlig måte. Det optimale valget av laveffektnivåer er basert på å oppta det nedarvede eller gamle utstyret, så vel nye ønskede gjennomløp og tjenester.

Det nye nedre lagsignalet er tilveiebrakt med et tilstrekkelig bærer til termisk støy-forhold til å fungere riktig. Det nye nedre lagsignalet og det forsterkede gamle signalet er ikke-koherent i forhold til hverandre. Det nye nedre lagfrekvenssignalet kan derfor bli implementert fra en forskjellig TWTA og til og med fra en forskjellig satellitt. Det nye nedre lagsignalformatet er også implementert av det gamle formatet, for eksempel kan det være QPSK eller 8PSK, ved bruk av den konvensjonelle sammenkjedede FEC koden eller ved bruk av ny Turbo-kode. Det nedre lagsignalet kan til og med være et analogt signal.

Det kombinerte lagdelte signalet blir demodulert og dekodet ved først å demodulere det øvre laget for å fjerne den øvre bæreren. Det stabiliserte lagdelte signalet kan så ha det øvre lag FEC dekodet og de utsendte øver lagsymbolene kommunisert til den øvre lager-transporten. De øvre lagsymbolene blir også brukt i remodulator for å generere et idealisert øver lagsignal. Det idealiserte øvre lagsignalet blir så subtrahert fira stabile lagdelte signalet for å avdekke det nedre lagsignalet. Det nedre lagsignalet blir deretter demodulert og FEC kodet og kommunisert til den nedrelagtransporten.

Signaler, systemer og fremgangsmåter som benytter den foreliggende oppfinnelsen kan bli brukt til å supplementere en forhåndseksisterende transmisjon som er kompatibel med nedarvet eller gammel mottaksmaskinvare i en bakoverkompatibel applikasjon eller som en del av en forhåndsplanlagt lagret modulasjonsarkitektur som tilveiebringer et eller flere tilleggslag i øyeblikket eller ved en senere dato.

2.4 Lagdelte signaler

Fig. 6A-6C illustrerer det grunnleggende forholdet mellom signallag i en mottatt lagdelt modulasjonstransisjon. Fig. 6A illustrerer en øvre lagsignalkonstellasjon 600 til et transmisjonssignal og viser signalpunkter eller symboler 602. Fig. 6B illustrerer den nedre lagsignalkonstellasjonen av symboler 604 over den øvre lagsignalkonstellasjonen 600 hvor lagene er koherente (eller synkroniserte). Fig. 6C illustrerer et nedre lagsignal 606 til et andre transmisjonslag over den øvre lagkonstellasjonen hvor lagene er ikke-koherente. Det nedre laget 606 roterer om den øvre lagkonstellasjonen 602 på grunn av de relative modulasjonsfrekvensene til de to lagene i en ikke-koherent transmisjon. Både det øvre og det nedre laget roterer om opprinnelsen på grunn av den første lag-modulasjonsfrekvenen som beskrevet av banen 608. Fig. 7A-7C er diagrammer som illustrerer et ikke-koherent forhold mellom et nedre transmisjonslag over det øvre transmisjonslaget etter øvre lagdemodulasjon. Fig. 7A viser konstellasjonen 700 før den første bærergjenvinningssløyfen (CRL) til det øvre laget og konstellasjonsringene 702 roterer rundt radisussirkelen indikert med den brutte linjen. Fig. 7B viser konstellasjonen 704 etter CRL av det øvre laget hvor rotasjonen av konstellasjonsringene 702 er stoppet. Konstellasjonsringene 702 er signalpunktene til det nedre laget rundt nodene 602 til det øvre laget. Fig. 7C viser en fasefordeling til det mottatte signalet med hensyn til nodene 602.

Relative modulasjonsfrekvenser til de ikke-koherente øvre og nedre lagsignalene tvinger den nedre lagkonstellasjonen til å rotere rundt nodene 602 til den øvre lagkonstellasjonen for å danne ringer 702. Etter den nedre lag CRL blir denne rotasjonen eliminert og nodene til det nedre laget blir avdekket (som vist på fig. 6B). Radius til de nedre lagerkonstellasjonsringene 702 er indikerende for det lavere lageffektnivået. Tykkelsen til ringene 702 er indikerende for bærer til støyforholdetl (CNR) til det nedre laget. Siden de to lagene er ikke-koherente, kan det nedre laget bli brukt til å sende distinkte digitale eller analoge signaler. Fig. 8A er et diagram som viser et system for å sende og motta lagdelte modulasjonssignaler. Separate sendere 107A, 107B (som innbefatter TWTAer for å forsterke signalene), som kan befinne på en hvilken som helst egnet plattform slik som satellitter 108A, 108B, blir brukt for ikke-koherent å sende forskjellige lag av et signal til den foreliggende oppfinnelsen. Hver satellitt innbefatter tilleggssendere 107C, 107D som kan bli brukt til å sende tilleggssignaler (fra tilleggsmottatt opplinkssignaler) for å brukes i sekvensbåndbredden til det lagdelte signalet som detaljbeskrevet i det følgende. Opplinkssignaler 116 blir typisk sendt til hver satellitt 108A, 108B fra et eller flere opp-linkssentre 104 med en eller flere sendere 105 via en antenne 106. Fig. 8B er et diagram som viser en eksempelsatellitt transponder 107 for å motta og sende lagdelte modulasjonssignaler på en satellitt 108. Opplinkssignalet 116 blir mottatt av satellitten 108 og sendt gjennom en inngangsmultiplekser (IMUX) 814. Etter dette blir signalet forsterket med en vandrebølgerørforsterker (TWTA) 816 og så gjennom en utgangsmultiplekser (OMUX) 816 før nedlinkssignalet 118 blir sendt til mottakerne 802, 500.

De lagdelte signalene 808A, 808B (for eksempel multiple nedlinkssignaler 118) blir mottatt på mottakerantenner 812A, 812B, slik som satellittallerkner, hver med en lav støyblokk (LNB) 81 OA, 81 OB, hvor de så blir koblet til integrert mottaker/dekoder (IRDer) 500, 802. For eksempel kan første satellitt 108A og sender 107A sende et øvre lag nedarvet/gammelt signal 808A og en andre satellitt 108B og sender 107B kan sende et nedre lagsignal 808B. Selv om begge signalene 808A, 808B ankommer på hver antenne 812A, 812B og LNB 810A, 810B, er bare lagmodulasjonen IRD 802 i stand til å dekode begge signaler 808A, 808B. Den gamle mottakeren 500 er bare i stand til å dekode det øvre lag nedarvede signalet 808A; det nedre lagsignalet 808B opptrer bare som støy ovenfor den gamle nedarvede mottakeren 500.

Siden signallagene kan bli sendt ikke-koherent, kan separate transmisjonslag bli tilføyd ved enhver tid ved bruk av forskjellige satellitter 108A, 108B eller andre egnede plattformer, slik som bakkebaserte eller plattformer i stor høyde. Et hvilket som helst sammensatt signal innbefattende nye tilleggssignallag vil således være bakoverkompatible med gamle mottakere 500, som vil forkaste de nye signallagene. For å sikre at signalene ikke interfererer, må det kombinerte signal- og støynivået til det nedre laget være ved eller under det tillatte støygulvet for det øvre laget ved den bestemte mottaker-antennen 812A, 812B.

Lagdelte modulasjonsapplikasjoner innbefatter bakoverkompatible og ikke-bakoverkompatible applikasjoner. "Bakoverkompatibel" beskriver i denne forstand systemer med gamle eller nedarvede mottakere 500 som ikke er blitt utdaterte av de ytterligere signallagene. I stedet, selv om de gamle mottakerne 500 ikke er i stand til å dekode tilleggssignalet eller signalene, er de i stand til å motta det lagdelte modulerte signalet og dekode det opprinnelige signallaget. I disse applikasjoner blir den forhåndseksisterende systemarkitekturen opptatt av arkitekturen til de ytterligere signallagene. "Ikke-bakoverkompatibel" beskriver en systemarkitektur som gjør bruk av lagdelt modulasjon, men modulasjonsplanen som anvendes er slik at forhåndseksisterende utstyr ikke er i stand til å motta og dekode informasjonen på tilleggsignallag.

Den forhåndseksisterende nedarvede IRD 500 dekoder og gjør bruk av data bare fra laget eller lagene som de var designet til å motta, upåvirket av de ytterligere lagene. Slik det vil bli beskrevet i det etterfølgende, kan imidlertid de nedarvede signalene bli modifisert til etter valg å implementere de nye lagene. Den foreliggende oppfinnelsen kan anvendes på eksisterende direkte satellittjenester som blir kringkastet til individuelle brukere for å muliggjøre ytterligere trekk og tjenester med nye mottakere uten på negativ måte å påvirke nedarvede/gamle mottakere og uten at det kreves ytterligere signalfrekvens.

2.5 Demodulator og dekoder

Fig. 9 er et blokkdiagram som viser en utførelse av en forsterket IRD 802 som er i stand til å motta lagdelte modulasjonssignaler. IRD innbefatter mange tilsvarende komponenter som den gamle IRD 500 på fig. 5. Den forsterked IRD 802 innbefatter imidlertid en tilbakekoblingsbane 902 i hvilken de FEC dekodede symbolene blir matet tilbake til en forsterket modifisert tuner/demodulator 904 og transportmodul 908 for dekoding av begge signallag som angitt detaljert i det etterfølgende. Fig. 10A er et blokkdiagram over en utførelse av den forsterkede tuner/modulator 904 og FEC koder 506. Fig. 10A viser mottak hvor lagsubtrahering blir utført på et signal hvor den øvre lagbæreren allerede har blitt demodulert. Det øvre laget til det mottatte kombinerte signalet 1016 fra LNB 502, som kan inneholde gammelt modulasjonsformat, blir tilveiebrakt til og behandlet av en øvre lag demodulator 1004 for å produsere det stabile demodulerte signalet 1020. Det demodulerte signalet 420 er på kommuniserbar måte koblet til en FEC dekoder 402 som dekoder det øvre laget for å produsere de øvre lagsymbolene som blir utsendt til en øvre lagtransportmodul 908. De øvre lagsymbolene blir også brukt til å generere et idealisert øvre lagsignal. De øvre lagsymbolene kan bli produsert fra dekoderen 402 etter Viterbi dekoder (BER < IO<3>eller så) eller etter Reed-Solomon (RS) dekode (BER < IO"<9>eller så), i typiske dekodings-operasjoner som er kjent for fagkyndige på området. De øvre lagsymbolene blir tilveiebrakt via tilbakekoblingsbanen 902 fra øvre lagdekoder 402 til en remodulator 406 som effektivt produserer et idealisert øvre lagsignal. Det idealiserte øvre nivåsignal blir subtrahert fra det demodulerte øvre lagsignal 1020.

For at subtraksjonen skal gi et rent nedre lagsignal, må det øvre lagsignalet være nøyaktig reprodusert. Det modulerte signalet kan ha bli forstyrret, for eksempel av vandrebølgerørforsterker (TWTA) ikke-linearitet eller andre ikke-lineære eller lineære forstyrrelser i transmisjonskanalen. Forstyrrelseseffektene blir estimert fra det mottatte signalet etter det faktum eller fra TWTA karakteristika som kan bli nedlastet i IRD i AM - AM og/eller AM - PM kart 1014, brukt for å eliminere forstyrrelsen.

En subtraherer 1012 subtraherer så det idealiserte øvre lagsignalet fra det stabile demodulerte signalet 1020. Dette etterlater nedre effekt andre lagsignal. Subtrahereren 1012 kan innbefatte en buffer eller forsinkelsesfunksjon for å holde det stabile demodulerte signalet 1020 når det idealiserte øvre lagsignalet blir konstruert. Det andre lagsignalet blir demodulert av den nedre nivådemodulatoren 1010 og FEC dekodet av dekoder 1008 i samsvar med dets signalformat for å produsere de nedre lagsymbolene, som blir tilveiebrakt til transportmodulen 908.

Fig. 10B viser en annen utførelse hvori lagsubtrahering blir utført på det mottatte lagdelte signalet (før øvre lagdemodulasjon). I dette tilfellet produserer øvre lagdemodula-toren 1004 det øvre bærersignalet 1022 (så vel som det stabile utsendte demodulerte signalet 1020). Et øvre bærersignal 1022 blir tilveiebrakt til remodulatoren 1006. Remodulatoren 1006 tilveiebringer det remodulerte signalet til den ikke-lineære forstyrrelseskartleggeren 1018 som effektivt produserer et idealisert øvre lagsignal. Til forskjell for utførelsen vist på fig. 10A, innbefatter i denne utførelsen det idealiserte øvre lagsignalet den øvre lagbæreren for subtrahering fra det mottatte kombinerte signalet 808A, 808B.

Andre ekvivalente fremgangsmåter for lagsubtrahering vil være åpenbare for fagkyndige på området og den foreliggende oppfinnelsen skal ikke være begrenset til eksemplene som er gitt her. Enn videre vil fagkyndige på området forstå at den foreliggende oppfinnelsen ikke er begrenset til to lag; ytterligere lag kan være inkludert. Idealiserte øvre lag blir produsert ved remodulasjon fra deres respektive lagsymboler og subtrahert. Subtrahering kan bli utført på enten det mottatte kombinerte signalet eller et demodulert signal. Sluttlig er det ikke nødvendig at alle signallagene er digitale transmi-sjoner; det laveste laget kan være en analog transmisjon.

Den følgende analysen beskriver eksempel på to lag demodulasjon og dekoding. Det vil være åpenbart for fagkyndige på området at ytterligere lag kan bli demodulert og dekodet på en tilsvarende måte. Det innkommende kombinerte signalet er representert som:

hvor Mu er størrelsen til det øvre lag QPSK signalet og Ml er størrelsen til det nedre lag QPSK signalet og Ml « Mu. Signalfrekensene og faser til det øvre og nedre lagsignalet er henholdsvis ( Ou, 6U og æu, 6U. Symboltimingfeilinnretningen mellom det øvre og nedre laget er ATm. p( t - mT) representerer den tidsforskjøvne versjonen av pulsformingsfilteret p( t) 414 brukt i signalmodulasjon. QPSK symboler Sum og 5z,OTer elementer av jexp(y^), w=0,1,2,3 j- fu(') o8Å0) angir forstyrrelsesfunksjonen til TWTAer for de respektive signalene.

Ved å ignorere fu(-) ogfL(-) og støy m( t), representerer det følgende utgangen fra demodulatoren 1004 til FEC dekoderen 1002 etter fjerning av den øvre bæreren:

På grunn av størrelses forskjellen mellom Mu og Ml, forkaster den øvre lagdekoderen 402 Ml komponenten til s ' ul ( t).

Etter subtrahering av det øvre laget fra sul ( 0 i subtrahereren 1012, har det følgende igjen:

Eventuelle forstyrrelseseffekter slik som TWTA ikke-linearitetseffekter blir estimert for signalsubstrahering. I enn typisk utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er den øvre og nedre lagfrekvensen hovedsakelig lik. Betydelige forbedringer av systemeffektivitet kan bli tilveiebrakt ved å bruke en frekvensforskyvning mellom lag.

Ved bruk av den foreliggende oppfinnelsen dobler to-lagdelt bakoverkompatibel modulasjon med QPSK en løpende 6/7 ratekapasitet ved å tilføye en TWTA på omtrent 6,2 dB over en eksisterende TWTA effekt. Nye QPSK signaler kan bli sendt fra en separat sender, fra for eksempel en forskjellig satellitt. I tillegg er det ikke noe behov for lineære vandrebølgerørforsterkere (TWTAer) som med 16QAM. Det innføres heller ingen fasefeilstraff på høyere ordens modulasjoner slik som 8PSK og 16QAM.

3.0 Effektnivåer på modulasjonslag

I et lagdelt modulasjonssystem kan forholdet mellom de individuelle modulasjonslagene bli konstruert for å forenkle bakoverkompatible applikasjoner. Alternativt kan en ny lag-struktur være designet til å optimalisere den kombinerte effekten og/eller ytelse til det lagdelte modulasjonssystemet.

3.1 Bakoverkompatible applikasjoner

Fig. 1 IA viser de relative effektnivåene 1100 for eksempelutførelser av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 1 IA er ikke i målestokk. Denne utførelse dobler den forhåndseksisterende raten 6/7 kapasiteten ved å bruke en TWTA 6,2 dB over en forhåndseksisterende TWTA ekvivalent isotropisk strålt effekt (EIRP) og andre TWTA 2 dB under den forhåndseksisterende TWTA effekten. Denne utførelse bruker øvre og nedre QPSK lag som er ikke-koherente. En koderate på 6/7 blir også brukt for begge lag. I denne utførelse blir signalet til det nedarvede eller gamle QPSK 1102 signalet brukt til å generere det øvre laget 1104 og et nytt QPSK lag er det nedre laget 1110. CNR til det gamle QPSK signalet 1102 er omtrent 7 dB. I den foreliggende oppfinnelsen blir det gamle QPSK signalet 1102 forsterket i effekt ved omtrent 6,2 dB hvilket bringer det nye effektnivået til omtrent 13,2 dB som det øvre laget 1104. Støy-gulvet 1102 til det øvre laget er omtrent 6,2 dB. Det nye nedre QPSK laget 1110 har en CNR på omtrent 5 dB. Det totale signalet og støyen til det nedre laget holdes ved eller

under det tolererbare støygulvet 1106 til det øvre laget. Det effektforsterkede øvre laget 1104 til den foreliggende oppfinnelsen er også svært robust, hvilket gjør det motstands-dyktig ovenfor regnfading. En bør merke seg at oppfinnelsen kan utvides til multiple lag med blandede modulasjoner, koding og koderater.

I en alternativ utførelse av denne bakoverkompatible applikasjonen kan en koderate på 2/3 bli brukt for både det øvre og nedre laget 1104,1110.1 dette tilfellet er CNR til det

nedarvede QPSK signalet 1102 (med en koderate på 2/3) omtrent 5,8 dB. Det nedarvede eller gamle signalet 1102 blir forsterket med omtrent 5,3 dB til omtrent 11,1 dB (4,1 dB over det gamle QPSK signalet 1102 med en koderate på 2/3) for å danne det øvre QPSK laget 1104. Det nye nedre QPSK laget 1110 har en CNR på omtrent 3,8 dB. Det totale signal og støy til det nedre laget 1110 blir holdt ved eller under omtrent 5,3 dB, det tolererbare støygulvet 1106 til det øvre QPSK laget. I dette tilfellet blir den totale kapasiteten forbedret med 1,55 og den effektive raten for nedarvede IRDer vil være 7/9 av den før implementering av den lagdelte modulasjonen.

I en ytterligere utførelse av en bakoverkompatibel applikasjon av den foreliggende oppfinnelsen kan koderatene mellom det øvre og nedre laget 1104, 1110 bli blandet. For eksempel kan det nedarvede QPSK signalet 502 bli forsterket med omtrent 5,3 dB til omtrent 12,3 dB med koderaten uendret ved 6/7 for å skape det øvre QPSK laget 1104. Det nye nedre QPSK laget 1110 kan bruke en koderate på 2/3 med en CNR på omtrent 3,8 dB. I dette tilfellet er den totale kapasiteten i forhold til det gamle signalet 1102 omtrent 1,78.1 tillegg vil de gamle IRDene ikke lide av noen betydelig rateminskning.

3.2 Ikke-bakover kompatible applikasjoner

Som tidligere beskrevet, kan den foreliggende oppfinnelsen også bli brukt i "ikke-bakover kompatible" applikasjoner. I en første eksempelutførelse blir to QPSK lag 1104,1110 brukt, hver med en koderate på 2/3. Det øvre QPSK laget 504 har en CNR på omtrent 4,1 dB over dets støygulv 1106 og det nedre QPSK laget 1110 har også en CNR på omtrent 4,1 dB. Det totale kode- og støynivået til det nedre QPSK laget 1110 er omtrent 5,5 dB. Den totale CNR for det øvre QPSK signalet 1104 er omtrent 9,4 dB, kun 2,4 dB over den gamle QPSK signalraten 6/7. Kapasiteten er omtrent 1,74 sammenlignet med den gamle raten 6/7.

Fig. 1 IB viser de relative effektniåene til en alternativ utførelse hvori både det øvre og nedre laget 11104,1110 er under det gamle signalnivået 1102. De to QPSK lagene 1104,1110 bruker en koderate på 1/2.1 dette eksempelet er det øvre QPSK laget 1104 omtrent 2,0 dB over dets støygulv 1106 på omtrent 4,1 dB. Det nedre QPSK laget har en CNR på omtrent 2,0 dB og et totalt kode- og støynivå ved eller under 4,1 dB. Kapasiteten til denne utførelse er omtrent 1,31 sammenlignet med den gamle raten 6/7.

4. Maskinvaremiljø

Fig. 12 illustrerer et eksempeldatamaskinsystem 1200 som kan bli brukt for å implementere valgte moduler og/eller funksjoner til den foreliggende oppfinnelsen. Datamaskinen 1202 består av en prosesser 1204 og et lager 1206, slik som direktelager (RAM). Datamaskinen 1202 er operativt koblet til et display 1222 som presenterer bilder slik som vinduer til brukeren på et grafisk brukergrensesnitt 1218B. Datamaskinen 1202 kan være koblet til andre anordninger, slik som et tastatur 1214, en museanordning 1216, en printer etc. Fagkyndige på området vil selvsagt erkjenne at en hvilken som helst kombinasjon av komponentene ovenfor, eller et hvilket som helst antall forskjellige komponenter, periferieneheter, og andre anordninger kan bli brukt med datamaskinen 1202.

Generelt arbeider datamaskinen 1202 under kontroll av et operativsystem 1208 lagret i lageret 1206, og har grensesnitt med brukeren for å akseptere innmatinger og kommandoer og presenterer resultater via et grafisk brukergrensesnitt (GUI) modul 1218A. Selv om GUI modulen 1218A er vist som en separat modul, kan instruksjonene som utfører GUI funksjonene være iboende eller fordelt i operativsystemet 1208, data-maskinprogrammet 1210, eller implementert med spesielt formållager og prosessorer. Datamaskinen 1202 implementerer også kompilator 1212 som tillater et applikasjons-program 1210 skrevet i et programmeringsspråk slik som COBOL, C++, FORTRAN, eller annet språk å bli oversatt i prosessoren 1204 lesbar kode. Etter komplettering aksesserer applikasjonen 1210 og manipulerer data lagret i lageret 1206 til datamaskinen 1202 ved bruk av forholdene og logikk som ble generert ved bruk av kompilatoren 1212. Datamaskinen 1202 består etter valg også av en ekstern kommu- nikasjonsanordning slik som et modem, satellittlink, Eternettkort, eller annen anordning for å kommunisere med andre datamaskiner.

I en utførelse er instruksjoner for å implementere operativsystemet 1208, datamaskin-programmet 1210 og kompilatoren 1212 virkeliggjort i et datamaskinlesbart medium, for eksempel datalageranordning 1220, som kan innbefatte en eller flere faste eller fjernbare datalagringsanordninger, slik som et zipdrev, floppy disk 1224, harddisk, CD-ROM drev, tapedrev etc. Videre består operativsystemet 1208 og datamaskin-programmet 1210 av instruksjoner som når de leses og utføres av datamaskinen 1202, bringer datamaskinen 1202 til å utføre trinnene som er nødvendig for å implementere og/eller bruke den foreliggende oppfinnelsen. Datamaskinprogram 1210 og/eller operasjonsinstruksjoner kan også være virkeliggjort i lageret 1206 og/eller datakommu-nikasjonsanordninger 1230, og derved utgjøre et datamaskinprogramprodukt eller produksjonsartikkel i samsvar med oppfinnelsen. Som sådan er uttrykkene "produksjonsartikkel", "programlageranordning" og "datamaskinprogramprodukt" slik det brukes her, ment å omfatte et datamaskinprogram som kan aksesseres fra en hvilken som helst datamaskinlesbar anordning eller medium.

Fagkyndige på området vil erkjenne at mange modifikasjoner kan bli gjort med denne konfigurasjonen uten å forlate rammen for den foreliggende oppfinnelsen. For eksempel vil fagkyndige på området erkjenne at en hvilken som helst kombinasjon av komponentene ovenfor, eller et hvilket som helst antall av forskjellige komponenter, periferienheter og andre anordninger, kan bli brukt med den foreliggende oppfinnelsen.

5. Modulasjonsplåner for maksimalisering av effekt og spektral effektivitet

Den lagdelte modulasjonsteknikken (LM) beskrevet ovenfor krever typisk bruken av sendere av transpondere i satellitter 108A,108B, med den øvre lagtransponderen med større effektutgang enn de som er tilordnet med ordinære modulasjonsteknikker. Typisk må det øvre signallaget 808A bli modulert med en bærer med vesentlig høyere effekt enn det nedre signallaget 808B. Bakoverkompatible (BWC) applikasjoner krever også typisk mer effekt enn ikke-BWC applikasjoner for det øvre signallaget 808A.

Utførelser av den foreliggende oppfinnelsen anvender en eller flere av fire definerte signalplaner for å forbedre effekten og spektral effektivitet til systemet. Slike forbedringer tillater lagdelte modulasjonssystemer å arbeide ved konvensjonelle TWTA effektnivåer. De fire signalplanene er beskrevet detaljert nedenfor. Signalplanene kan bli brukt separat eller i kombinasjon for å oppnå forbedret ytelse. I den første signalplanen er symbolraten til det nedre lagsignalet redusert under symbolraten til det øvre lagsignalet (eller omvendt ved ikke-kompatilibitet). I den andre signalplanen er vernebåndet som er tilveiebrakt mot nabokanalinterferens redusert eller eliminert. I den tredje signalplanen er overskuddsignalbåndbredden båndbreddeforholdet, a, redusert. I den siste signalplanen kan multiple signallag bli brukt for å tilveiebringe en ny datastrøm i vernebåndet til det gamle eller nedarvede signalet.

Fig. 13 er et diagram som illustrerer en eksempelfremgangsmåte 1300 som kan bli brukt for å utøve en utførelse av oppfinnelsen. I trinn 1302 blir et øvre lagsignal forsterket med et første overskuddsbåndbreddeforhold ved et første effektnivå innen et frekvensbånd. I trinn 1304 blir et nedre lagsignal forsterket med et andre overskuddsbåndbreddeforhold med et andre effektnivå innen frekvensbåndet, hvor det andre effektnivået blir overskredet av det første effektnivået. Sluttlig blir i trinn 1306 et lagdelt modulasjonssignal sendt for minst en mottaker, og det lagdelte modulasjonssignalet omfatter både det øvre lagsignalet som det nedre lagsignalet som interfererer med hverandre innen frekvensbåndet slik at det øvre lagsignalet kan bli demodulert direkte fra det lagdelte modulasjonssignalet og det nedre lagsignalet kan bli demodulert etter subtrahering av det øvre lagsignalet fira det lagdelte modulasjonssignalet, hvori hovedsakelig ikke noe vernebånd blir brukt innen frekvensbåndet. Den forutgående fremgangsmåten kan bli brukt for å implementere signalplanene beskrevet i det etterfølgende i systemarkitekturen som er detaljangitt ovenfor.

Det er typisk at det øvre lagsignalet omfatter et gammelt eller nedarvet signal i et satellitt-TV-system som har et redusert overskuddsbåndbreddeforhold over det opprinnelig gamle signalet. For eksempel kan det opprinnelig gamle signalet ha et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2. Følgelig vil hvert nytt lagdelt signal ha et uavhengig båndbreddeforhold som ikke overskrider 0,2. Overskuddsbåndbreddeforholdet for et hvilket som helst av de lagrede signalene kan bli ytterligere redusert til ikke å overskride 0,1.1 tillegg kan det øvre og nedre lagdelte signalet bli forsterket og sendt fra en felles satellitt og/eller antenne eller fira forskjellige satellitter og/eller antenner.

5.1 Symbolratevariasjon

Den første modulasjonsplanen involverer å redusere symbolraten til det nedre lagsignalet, for eksempel det nye nedre lagsignalet 808B som arbeider over det øvre lag nedarvet signalet 808A. Symbolraten i et digitalt signal relaterer seg til signaleffekten konsentrert over liten båndbredde; og en dobling av symbolraten dobler gjennomløpet og bærereffekt (hvilket krever den adekvate tilgjengelige båndbredde). Ved å redusere symbolraten under den til det øvre lagsignalet 808A, opptar det nedre lagsignalet 808B en smalere båndbredde. Dette betyr at en mindre mengde interferens vil vise seg i det gamle eller nedarvede signalet. Det gamle signalet 808A kan således bli drevet ved et lavere effektnivå enn det som ellers ville vært nødvendig for å bli mottatt av en gammel mottaker 500. En redusert symbolrate vil imidlertid også redusere gjennomløpet for det lavere lagsignalet 808B.

I motsetning til dette vil kun redusering av koderaten til det nedre lagsignal 808B ikke redusere signalbåndbredde. Spekteret til et digitalt signal relaterer seg til signaleffekten spredt over signalbåndbredden uten hensyn til koderaten. En koderatereduksjon vil redusere den påkrevde CNR. I virkeligheten vil fortsatt reduksjon av koderaten sluttlig drive bærer-til-støyforholdene (CNR) under en akseptabel terskel som er nødvendig for å sikre bærelås for signaldemodulasjon. I tillegg øker dobling av bærereffekten bare Shannon-kapasiteten med omtrent 1 bps/Hz ved høy CNR; den nødvendige effekt øker mer enn lineært med gjennomløp. Av disse grunnene kan endring av symbolraten være mer attraktiv enn endring av koderaten i mange tilfeller.

5.2 Vernebåndreduksjon

En andre modulasjonsplan krever reduksjon eller eliminering av vernebåndet. I dagens DIRECTV kringkastingsatellittfrekvensplan, er det er vernebånd på 5,16 MHz mellom tilstøtende transpondere med den samme polarisasjonen. Dette er en nedarvet eller gammel konfigurasjon fira tidligere satellittkommunikasjonsstandarder for analog FM transmisjon. FM kommunikasjonsstandarden krever en relativt høy CNR (i størrelse-orden 14 dB), og er derfor mer utsatt for spektral gjenveksteffekter fira satellitt TWTA ikke-linearitet og andre feil. I virkeligheten har det designede vernebåndet tilveiebrakt mer enn tilstrekkelig margin for FM signalet til å forkaste spredesignalenergi på grunn av tilstøtende kanalinterferens (ACI).

Til sammenligning krever dagens digitale direkte kringkastingssystemer (DBS) signal en CNR i størrelsesorden 7,6 dB med fremherskende QPSK modulasjon og kjedet fremoverfeilkorreksjons (FEC) koder. Med påventingen av turbolignende koder, slik som turboproduktkoder, serie/parallellkjedede omsluttende koder og lavtetthets paritets-sjekkoder, som tilveiebringer høyere kodingsforsterkinger enn de konvensjonelle kodingene, faller den nødvendige CNR enda lavere (til rundt 5,4 dB for den samme modulasjon og en tilsvarende koderate). I det følgende blir turbolignende koder referert til som avanserte FEC koder i motsetning til konvensjonelle koder. Igjen er andre faktorer lik signaler med mindre CNR mindre utsatt for støy og interferenseffekter. For eksempel gir en datamaskinsimulering av ute-av-bånd (OOB) signaleffektforhold til en typisk TWTA ikke-linearitet et OOB forhold på omtrent -20 dB ± 12 MHz med en a på 0,2, og et OOB forhold på omtrent -20 dB ved ±11 MHz med a på 0,1. Begge disse simuleringer antar lineariserte TWTAer og er konservative, basert på et "murvegg"-filter for det uønskede signalet.

Fig. 14A-14E illustrerer spektrale utveksteffekter i vernebåndet. Fig. 14A er et eksempeldatamaskinsimulert signalspekter uten TWTA ikke-linearitet og med en a på 0,2. Fig. 14B illustrerer amplituden og fasekarakteristika til en eksempel-"linearisert" satellitt TWTA. Fig. 14C illustrerer eksempelsignalspektrum etter behandling gjennom en utgangsmultiplekser (OMUX) på en satellitt med a lik 0,1. Signalet har således blitt behandlet gjennom en inngangsmultiplekser (IMUX), den lineariserte TWTA og OMUX. Fig. 14D illustrerer ute-av-båndsignaleffektforholdet mot avskjæringsfrekvensen med en a på 0,2. Spektral gjenvekst skyldes mest TWTA ikke-linearitet. Med et 5,16 MHz vernebånd er 00B forholdet omtrent -23 dB ved maksimalfrekvensen fmakSved ±17,2 MHz. Uten vernebåndet er OOB forholdet omtrent -20 dB ved fmakspå ± 12 MHz. Fig. 14E illustrerer ut-av-signalbåndeffektforholdet mot avskjæringsfrekvensen med en a på 0,1. Her med vernebåndet er fraak ± 18,2 MHz og OOB forholdet er omtrent -24 dB. Uten vernebåndet, fraakser ± 11 MHz og OOB forholdet er omtrent -20 dB (litt endret fra a = 0,2 tilfellet).

Følgelig kan det eksisterende vernebåndet for DIRECTV (og andre DBS systemer) bli redusert eller til og med eliminert ved bare en liten innvirkning på kommunikasjons-ytelsen. For eksempel kan eliminering av DIRECTV vernebåndet øke den spektrale effektiviteten ved en faktor på omtrent 22% (fra forholdet på 29,16/24). Gjennomløps-økningen ble oppnådd ved å øke symbolraten med dette forhold uten behovet for å øke koderaten hvilket ville kreve mer effekt.

5.2 Overskudd signalbåndbreddeforholdreduksjon

Overskuddsbåndbredde reduserer inter-symbolinterferens (ISI) som kommer fra symboltiminggj en vinning og andre feil fra demodulatoren. ISI er en form for "selv-interferens", degradering på CNR økninger med CNR verdien. Et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2 blir brukt i dagens DIRECTV systemer. Av tilsvarende grunner beskrevet ovenfor brukt på vernebåndreduksjon, er degradering fra ISI på CNR ikke så alvorlig for lavere CNRer. Analyse og simulering viser at a for digital satellitt-kommunikasjon kan gå så lavt som 0,1 uten signifikant ytelsesdegradering. For referanse krever den avanserte televisjonssystemkomitteen (ATSC) terrestrielt digitale TV standarder en mye høyere CNR (og er således mer utsatt for ISI effekter), men standarden stipulerer bare et overskuddsbåndbreddeforhold på omtrent 0,1.

Reduksjon av overskuddsbåndbreddeforholdet fra 0,2 til 0,1 for DIRECTV øker lett den spektrale effektiviteten med så my som 9% (fra forholdet 1,2/1,1). Konsistent med vernebåndreduksjonsplanet øker gjennomløp fra et redusert overskuddsbåndbreddeforhold ved å øke symbolraten med det ovenfor angitte forholdet. Den kombinerte gjennomløpsøkningen fra en vernebåndreduksjon og en overskuddsbåndbreddeforhold-reduksjon er omtrent 32%. Selv om en nedre CNR fra bruk av en avansert FEC kode vil resultere i større timinggjenvinningsfeil, viser datamaskinsimuleringer at dagens overskuddsbåndbredde tilveiebringer en adekvat margin. En litt øket innvirkning på CNR blir observert med en pessimistisk midlere kvadratrot (RMS) timingfeil på omtrent 0,075 ganger symbolintervallet (TWTA ikke-linearitet ikke inkludert). Et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,1 reduserer signal CNR med omtrent 0,151 dB. Til sammenligning reduserer et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2 signal CNR med omtrent 0,148 dB og et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,35 reduserer signal CNR med omtrent 0,136 dB. TWTA ikke-linearitet gjør signalbølgeformen flatere og øker derfor sporede timingfeil. Dette kan kompenseres for ved å innføre litt høyere linearitetskrav på nye TWTAer. Den mindre nedre lagsignaleffekten som er nødvendig tillater at TWTA arbeider nærmere dens lineære område.

Fig. 15 A og 15B illustrerer innvirkningen av overskuddsbåndbreddeforhold på symboltimingfeil ved datamaskinsimuleringer. Fig. 15A illustrerer symboltimingfeilen med et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,1 for et rothevet cosinusfilter. ISI blir beregnet ved å sample fra tilstøtende symboler av null-passasjepunkter. CNR reduksjon blir beregnet ved å sample signalav-topp. Fig. 15B illustrerer symboltimingfeil med et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2. Resultatene er svært like de som på fig. 15A.

5.4 Lagdelt modulasjon i vernebåndet

Dersom to nye lagdelte signaler blir tilføyd hovedsakelig i vernebåndet til det øvre eller nedarvede øvre lagsignalet, kan spektral effektivitet bli doblet med en liten økning av støygulvet fra det til det gamle signalet. Dette betyr at det er mulig å tilføye tilleggs- gjennomløp med bakoverkompatibilitet og med en liten økning av gammel signaleffekt. Det vil være noe gjensidig innvirkning mellom signaler i vernebånd og gamle bånd på grunn av spektral gjenvekst, spesielt når vernebåndet og/eller overskuddsbåndbreddeforholdet blir redusert fra deres opprinnelige verdier som foreslått av denne oppfinnelse. Det verste tilfellescenariet med hensyn til innvirkninger er på det nye nedre lagsignalet i vernebåndet fira det gamle signalet (for eksempel desensitasjon på omtrent 0,9 dB), en konsekvens av den betydelig høyere effekten til det gamle eller nedarvede signalet. En løsning for å minske denne effekten er å øke effektnivåene til de lagte signalene til å overkomme degraderingen fra det nedarvede signal. Innvirkningen på det nedarvede signalet fra det nye lavere lagsignalet er mindre alvorlig (for eksempel mottakerdesensi-tasjon på omtrent 0,2 dB). Begge nye signallag kan innbefatte en avansert FEC kode. I tillegg vil implementering av denne modulasjonsplanen tilveiebringe infrastrukturen som senere kan brukes til å omforme systemet til en ikke-bakoverkompatibel modulasjonsplan med maksimalisert spektral effektivitet.

5.5 Eksempelapplikasjoner på modulasjonsplåner

Når modulasjonsplanene beskrevet i avsnittene 5.1 til 5.4 blir kombinert, kan den spektrale effektiviteten til det gamle systemet bli økt med så mye som 50% samtidig som den forblir bakoverkompatibel med det gamle systemet. Når modulsjonsplanene ovenfor blir selektivt brukt på ikke-BWC applikasjoner, følger også bedre effekt og spektrale effektiviteter. Som et eksempel, kan bruk av lagdelt modulasjon øke spektral effektivitet med så mye som 184% med bare omtrent 4,3 dB av økningen i forhold til den gamle signaleffekten. Til sammenligning ville 8-PSK systemet (med en avansert FEC kode) bare omtrent 72% økning av spektraleffektivitet og kreve en 1,2 dB effekt-økning. Fig. 16A-15H illustrerer noen eksempler på lagdelte modulasjonsimplementeringer. Fig. 16A illustrerer en grunnleggende lagdelt modulasjonsimplementering som benytter en enkelt bærerfrekvens for begge lagene med et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2 for både det øvre og nedre lagsignalet. Koderaten er 6/7 for begge signaler og den spektrale effektiviteten er 200% i forhold til det nedarvede signalet. Både det øvre lagsignalet 1600 og det nedre lagsignal 1602 opptar samme frekvensbåndet 1604.1 dette tilfellet er et vernebånd 1606A, 1606B indikert ved fraværet av signal på begge sider av frekvensbåndet 1604. Fig. 16B illustrerer spektral effektivitet for modulasjonsplaner til den foreliggende oppfinnelse sammenlignet med den grunnleggende lagdelte modulasjonsimplementeringen. Den horisontale aksen er spektral effektivitet i forhold til den til det nedarvede signalet, og den vertikale aksen er det effektive støygulvet slik det ses av det øvre lagsignalet (dess lavere støygulv, dess mindre effekt krever det øvre lagsignalet). I dette tilfellet er bærerlåskravet ignorert. Både det øvre og nedre lagsignalet har et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2. Spektral effektivitet forbedres til et maksimum på 222% av det nedarvede gjennomløpet ettersom det nedre lagsignalet innbefatter vernebåndet sammenlignet med den grunnleggende lagdelte modulasjonsimplementeringen. Opptegningen viser en kurve for å variere symbolraten så vel som å variere koderaten. Variasjon av koderaten er vist å være mer effekteffektiv enn variasjon av symbolraten for det øvre lagsignalet. Fig. 16C illustrerer spektral effektivitet til modulasjonsplaner i henhold til den foreliggende oppfinnelsen sammenlignet med den grunnleggende lagdelte modulasjonsimplementeringen, men med tatt hensyn til bærerlåskravet. Her har også både det øvre og det nedre lagsignalet et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2. Igjen forbedres den spektrale effektiviteten til et maksimum på 222%, mens det nedre lagsignalet innbefatter vernebåndet sammenlignet med den grunnleggende lagdelte modulasjonsimplementeringen. Det øvre lagbærersignalet arbeider ved omtrent 1080 W med en symbolrate på 20 MHz. Det nedre lagbærersignalet arbeider ved omtrent 176 W med en symbolrate på 24,3 MHz. Tilsvarende til fig. 16B, viser opptegningen en kurve for variasjon av symbolraten så vel som varierende koderate. Å variere koderaten er mer effektivt enn å variere symbolraten ned til omtrent 50% når bæreren blir et problem. Den maksimale øvre lageffektøkningen er omtrent 6,5 dB.

Siden reduksjon av koderaten og symbolraten resulterer i de minste spektrale effektivi-tetene, kan en lagdelt modulasjonsimplementering begynne med både koderaten og symbolraten maksimalisert. I dette tilfellet bør en CNR på minst 6,5 dB bli brukt for det øvre lagsignalet. Så kan den spektrale effektiviteten bli redusert til et ønsket eller til-latelig nivå uttrykt ved effektkrav. Som symbolraten blir redusert, minsker den totale støyen innført av det nedre laget lineært. Den nedre lagsignalfrekvensen bør være posisjonert for å minimalisere spektral overlapping med den øvre lagsignalfrekvensen. Som koderaten blir redusert, minsker den totale støyen innført av det nedre lagsignalet med større enn lineær rate. Reduksjon av koderaten er også begrenset av det nødvendige CNR gulvet for bærerlåsen til det nedre lagsignalet, for eksempel omtrent 1,2 dB for QPSK uten piloter. Krysninger i spektral effektivitet eksisterer generelt mellom frem- gangsmåtene for å redusere koderaten og redusere symbolraten. Følgelig kan koderaten bli valgt over krysningsspektraleffektiviteten og symbolraten valgt under krysningsspektraleffektiviteten. Fig. 16D illustrerer en eksempellagdelt modulasjonssignalplan hvor det nedre lagsignalet er anordnet i vernebåndet til det øvre lagsignalet. Det nedre lagsignalet begynner ved kanten av frekvensbåndet for å minimalisere interferens inn i det øvre lagsignalet. I dette eksempel har det nedre lagsignal (vernebåndsignal) et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2 og et effektnivå på omtrent 72 W. Det øvre lagsignalet (nedarvet signal) har et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2 og et effektnivå på 398 W. Koderaten er 6/7 for det nedarvede øvre lagsignalet og det ny-tjeneste nedre lagsignalet. Dette eksempelet gir en spektral effektivitet på omtrent 150% sammenlignet med et nedarvet eller gammelt signal. Som vist, blir i hovedsaken intet vernebånd brukt innenfor frekvensbåndet 1604. Fig. 16E illustrerer spektral effektivitet til den eksempellagdelte modulasjonssignalplanen på fig. 16D. Ingen interferens er vist med den nedre lagsignalbåndbredden opp til 5,2 MHz. Koderaten er fast ved 6/7 for det nedre lagsignalet. Spektral effektivitet forbedres til omtrent 150% over et nedarvet signal med en +2, 2 dB over gammel signaleffekt. Spektraleffektivitet på 222% blir imidlertid tilveiebrakt med et +6,5 dB effektnivå over den gamle signaleffekten. Spektral gjenvekst er ignorert her. Det er å merke seg at ved å variere symbolraten er dette er mer effektivt enn å variere koderaten opp til en 180% spektral effektivitetsfaktor. Den maksimale effektøkningen til det øvre lagsignalet er omtrent 6,5 dB. Fig. 16F illustrerer en annen eksemplagdelt modulasjonssignalplan hvor det nedre lagsignalet er anordnet i vernebåndet til det øvre lagsignalet. I dette tilfellet har det nedre lagsignalet et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,1 og et effektnivå på omtrent 72 W. Her begynner også det nedre lagsignalet ved kanten av frekvensbåndet å minimalisere interferens inn i det øvre lagsignalet. Det øvre lagsignalet (gammelt signal) har et overdrevet båndbreddeforhold på 0,2 og et effektnivå på 380 W. Koderaten er 6/7. Igjen blir, som vist, hovedsakelig intet vernebånd brukt innen frekvensbåndet 1604. Fig. 16G illustrerer spektral effektivitet til eksempellagdelt modulasjonssignalplanen på fig. 16F. Mindre interferens inn i det øvre lagsignalet av det nedre lagsignale er vist sammenlignet med fig. 16E. I dette eksempel forbedres spektral effektivitet omtrent 150% med en +2,0 dB over den gamle signaleffekten. Spektral effektivitet på 232% blir

oppnådd med et +6,5 dB effektnivå over den gamle signaleffekten. Økningen i spektraleffektivitet skyldes at en høyere symbolrate er tilgjengelig enn med det tidligere eksempel (selv om det nedre lagsignalet krever omtrent 0,4 dB). Spektral gjenvekst er igjen ignorert her. Det er å merke seg at å variere symbolraten er mer effektivt enn å variere koderaten for opp til en 185% spektral effektivitet. Den maksimale effekt-økningen til det øvre lagsignalet er omtrent 6,5 dB.

Fig. 16H illustrerer spektral effektivitet for den eksempellagdelte modulasjonssignalplanen hvor et to-lag signal blir påtrykt i vernebåndet. Her utøves en bratt kurve med varierende symbolrate. Symbolplanen er mest effektiv ved nedre symbolrater og det er liten spektral overlapping med det gamle signalet. Spektral effektivitet er omtrent 150% uten at det kreves noen effektøkning sammenlignet med den gamle signaleffekten. Spektral effektivitet på 172% blir oppnådd med bare et +2 dB effektnivå over den gamle signaleffekten.

Fra det foregående ses det at effekt kan bli optimalisert i et lagdelt modulasjonssystem ved å variere symbol- og/eller koderaten for bakoverkompatible applikasjoner. Den passende endringen av symbol- og/eller koderate avhenger av den ønskede spektrale effektivitetsforbedringen og hvorvidt det nye signalet er bakoverkompatibelt. Nedre spektral effektivitetsforbedring (for eksempel opp til +80%) bør anvende to-lags modulasjon av det nedre lagsignalet (for eksempel i vernebåndet). Moderat spektral effektivitetsforbedring bør anvende et enkelt nedre lagsignal med en variert symbolrate. Høy spektral effektivitetsforbedring bør anvende et enkelt nedre lagsignal med en variert koderate.

Fig. 17A-17C illustrerer en eksempel tre-faset implementeringsplan for oppgradering av et eksisterende satellitt-TV-kringkastingssystem. Fig. 17A illustrerer en første fase hvor et to-lagdelt signal er tilføyd til vernebåndet. Tre transpondere er nødvendig, en for det gamle signalet og to nye transpondere for hvert lag av vernebåndsignalet. Hvert lagdelt vernebåndsignal kan ha et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,1, mens det gamle signalet beholder et overskuddsbåndbreddeforhold på 0,2. CNR for det øvre og nedre lagsignalet til vernebåndet er henholdsvis 11,9 dB og 5,4 dB. Det gamle signalet anvender en CNR på 7,6 dB. Følgelig trenger ikke transponderen for det gamle signalet å bli oppgradert for å implementere den første fasen selv om de lagdelte signalene kan bli drevet fra en interimsatellitt. Spektral effektivitet forbedres til 150% over den gamle. I dette tilfellet deler det øvre lagsignalet 1600 og det nedre lagsignalet 1602 frekvensbånd 1604 med et tredje signal 1608, det nedarvede eller gamle signalet, som opptar en majoritet av frekvensbåndet. I denne fase er det øvre lagsignalet 1600 og det nedre lagsignalet 1602 distinkte fra det tredje signalet, dvs. de lagdelte signalene interfererer ikke med det tredje signalet 1608. På effektiv måte blir det øvre lagsignalet og det nedre lagsignalet brukt innen vernebåndet til det gamle nedarvede signalet. I det nye signalet blir således hovedsakelig hele vernebåndet brukt innen frekvensbåndet 1604.

Fig. 17B illustrerer en andre fase hvor de to øvre lagsignalene blir spredt av et nedre lagsignal. Et av de øvre signalene er det nedarvede signalet som må ha et økt effektnivå for å overkomme "støyen" til det nedre lagsignalet. Følgelig må transponderen til det nedarvede signalet bli oppgradert, for eksempel migrert til en ny satellitt. I tillegg kan det nedre lagsignalet også bli migrert til en annen transponder, for eksempel på den samme satellitten. CNR for det øvre og nedre lagsignalet til vernebåndet er henholdsvis 11,9 dB og 5,4 dB, mens det nedarvede signalet anvender en CNR på 13,1 dB. Ved denne fase øker spektral effektivitet til 230%. Som ved den første fasen, deler det øvre

lagsignalet 1600 og det nedre lagsignalet 1602 frekvensbåndet 1604 med et tredje signal 1608, det nedarvede signalet, som dominerer frekvensbåndet. Her interfererer det nedre lagsignalet 1602 med det nedarvede signalet så vel som det øvre lagsignalet 1600. Igjen blir hovedsakelig hele vernebåndet brukt innen frekvensbåndet 1604.

Fig. 17C illustrerer en tredje fase hvor lagdelt modulasjon av hele spekteret er implementert med nye signaler. Det øvre lagsignalet tar hovedsakelig plassen til det nedarvede signalet, mens det nedre lagsignalet hovedsakelig tar plassen til signalet som tidligere var lagdelt med det øvre lagvernebåndsignalet. CNR for det nye øvre og nedre lagsignalet er henholdsvis 11,9 dB og 5,4 dB. Overskuddsbåndbreddeforholdet er 0,1 for begge signaler. Ved denne sluttfase øker spektral effektivitet til 264%. Her blir det tredje signalet til den andre fasen det øvre lagsignalet 1600 over det nedre lagsignalet 1602. Hovedsakelig hele vernebåndet blir brukt innen frekvensområdet 1604.

Dette konkluderer beskrivelsen innbefattende de foretrukne utførelsene av den foreliggende oppfinnelsen. Den forutgående beskrivelsen av de foretrukne utførelsene av oppfinnelsen er blitt presentert for illustrasjonsformål og beskrivelse. Den er ikke ment å være uttømmende eller å begrense oppfinnelsen til nøyaktig den viste formen. Mange modifikasjoner og variasjoner er mulige i lys av læren ovenfor.

Det er meningen at rammen for oppfinnelsen er begrenset ikke bare til den detaljerte beskrivelsen, men snarere til de vedheftede patentkravene. Spesifikasjonen ovenfor, eksempler og data tilveiebringer en fullstendig beskrivelse av produksjon og bruk av apparatet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Siden mange utførelser av oppfinnelsen kan utføres uten å forlate rammen for oppfinnelsen, beror oppfinnelsen på de vedheftede patentkravene.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for å sende signaler og motta signaler i en nedarvet eller gammel mottaker (500) og en lagdelt modulasjonsmottaker (802),karakterisert vedat den omfatter: å forsterke et øvre lagsignal (410) del av et nedlinkssignal med et første overskuddsbåndbreddeforhold ved et første effektnivå innen et frekvensbånd til nedlinkssignalet, hvor det øvre lagsignalet er modulert i samsvar med en første bærer; å forsterke et nedre lagsignal (418) del av nedlinksignalet med et andre overskuddsbåndbreddeforhold ved et andre effektnivå innen frekvensbåndet til nedlinksignalet, hvor det andre effektnivået blir overskredet av det første effektnivået, hvor det nedre lagsignalet blir modulert i samsvar med en andre bærer; og sende et lagdelt modulasjonssignal (1016), hvilket lagdelte modulasjonssignal (1016) omfatter både det forsterkede øvre lagsignaldelen (410) og det forsterkede nedre lagsignaldelen (418) som interfererer med hverandre innen frekvensbåndet, hvor den forsterkede øvre lagsignaldelen (410) sendes av en første transponder og den forsterkede nedre lagsignaldelen er sendt med en andre transponder og sendt med den samme polarisasjonen; demodulere det øvre lagsignalet (410) direkte fra det lagdelte modulasjonssignalet i samsvar med den første bæreren i en nedarvet eller gammel mottaker og i en lagdelt modulasjonsmottager (802); og demodulere det nedre lagsignalet (418) i samsvar med den andre bæreren etter subtrahering av et remodulert øvre lagsignal (410) fra det lagdelte modulasjonssignalet(1016) i den lagdelte modulasjonsmottageren og ikke i den nedarvede eller gamle mottakeren; hvori det øvre lagsignalet og det nedre lagsignalet er ikke-koherent.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat den nedre lagsignaldelen (418) innbefatter en nedre lagkoderate, den øvre lagsignaldelen (410) innbefatter en øvre lagkoderate, og at den nedre lagkoderaten er lavere enn den øvre lagkoderaten.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller krav 2,karakterisertv e d at hovedsakelig intet vernebånd blir brukt innen frekvensbåndet.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1,2 og 3,karakterisertved at i det minste et av det første overskuddsbåndbreddeforhold og det andre overskuddsbåndbreddeforhold ikke overskrider 0,1.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat den øvre lagsignaldelen er modulert med et første modulasjonsformat og den nedre lagsignaldelen er modulert med et andre modulasjonsformat forskjellig fra det første modulasj onsformatet.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1,2 og 3,karakterisertv e d at ytterligere omfatter trinnene å: forsterke en tredje lagsignaldel, hvor den tredje lagsignaldel har et tredje overskuddsbåndbreddeforhold og blir sendt av den minst ene antennen for å oppta en majoritet av frekvensbåndet til nedlinkssignalet; hvori det øvre lagsignalet og det nedre lagsignalet blir sendt i en gjenværende del av frekvensbåndet til nedlinkssignalet, og en tredje signaldel som omfatter et nedarvet eller gammelt signal og det tredje overskuddsbåndbreddeforholdet ikke overskrider 0,2 og det første overskuddsbåndbreddeforholdet og det andre overskuddsbåndbreddeforholdet ikke overskrider 0,1.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1,2 og 3,karakterisertv e d at det øvre lagsignalet omfatter et nedarvet eller gammelt signal i et satellitt-TV-system.

8. Satellitt-TV-system for å sende signaler og motta signaler,karakterisert vedat det omfatter: en første forsterker (816) for å forsterke en øvre lagsignaldel (410) av et nedlinksignal med et første overskuddsbåndbreddeforhold ved et første effektnivå innen et frekvensbånd til et nedlinksignal, hvori det øvre lagsignalet er modulert i samsvar med en første bærer og omfatter et nedarvet eller gammelt signal i satellitt-TV-systemet; en andre forsterker (816) for å forsterke en nedre lagsignaldel (418) av nedlinksignalet med et andre overskuddsbåndbreddeforhold ved et andre effektnivå innen frekvensbåndet til et nedlinksignalet, hvor det andre effektnivået blir overskredet av det første effektnivået, hvori det nedre lagsignalet er modulert i samsvar med en andre bærer og omfatter et ikke-nedarvet signal i satellitt-TV-syste,et og hvori det øvre lagsignalet og det nedre lagsignalet er ikke-koherent; og minst én antenne for å sende et lagdelt modulasjonssignal (802, 500), hvilket lagdelte modulasjonssignalet omfatter både den øvre lagsignaldelen (410) og den nedre lagsignaldelen (418) som interfererer med hverandre innen frekvensbåndet, hvori den forsterkede øvre lagsignaldelen (410) blir sendt av en første transponder og det forsterkede øvre lagsignalet blir sendt av en andre transponder tilstøtende den første transponderen og sendt med den samme polarisasjonen; og en nedarvet eller gammel mottager konfigurert til å demodulere den øvre lagsignaldelen (410) direkte fra det lagdelte modulasjonssignalet i samsvar med den første bæreren og ikke konfigurert til å demodulere den nedre lagsignaldelen; en ikke-nedarvet mottager konfigurert til å demodulere den øvre lagsignaldelen (410) direkte fira det lagdelte modulasjonssignalet i samsvar med den første bæreren og konfigurert til å demodulere det nedre lagsignalet (418) i samsvar med en andre bærer ved subtraksjon av et remodulert øvre lagsignal (418) fira det lagdelte modulasj onssignalet.

9. System ifølge krav 8,karakterisert vedat den nedre lagsignaldelen (418) innbefatter en nedre lagkoderate, den øvre lagsignaldelen (410) innbefatter en øvre lagkoderate, og hvori den nedre lagkoderaten er lavere enn den øvre lagkoderaten.

10. System ifølge krav 8 eller krav 9,karakterisert vedat hovedsakelig intet vernebånd blir brukt innen frekvensbåndet.

11. System ifølge et av kravene 8, 9 og 10,karakterisertv e d at den øvre lagsignaldelen er modulert med et første modulasjonsformat og den nedre lagsignaldelen er modulert med et andre modulasjonsformat forskjellig fra det første modulasj onsformatet.

12. System ifølge et av kravene 8, 9,10 og 11,karakterisertved at i det minste et av det første overskuddsbåndbreddeforhold og det andre overskuddsbåndbreddeforhold ikke overskrider 0,1.