SISTEMA DE CODIFICACION Y MODULACION ADAPTATIVAS PARA LA TRANSMISION DE SEÑALES DVB/MPEG.

Sistema para la transmisión de señales DVB, que comprende una estación transmisora y una estación receptora,

comprendiendo la estación transmisora: uno o más codificadores (31) de velocidad binaria variable, un multiplexor (32), un eliminador (60) de paquetes nulos, un modulador (62) de codificación adaptativa y un circuito (72) de control de velocidad binaria;

mediante el cual el multiplexor (32) está adaptado para insertar paquetes nulos en flujos continuos MPEG que se originan en el codificador o codificadores (31) de velocidad binaria variable de manera que se consigue que sus velocidades binarias sean constantes, y para multiplexar los flujos continuos MPEG en un único flujo continuo de transporte;

estando adaptado el eliminador (60) de paquetes nulos para eliminar paquetes nulos de dicho flujo continuo de transporte recibido, y estando adaptado para introducir en la señal transmitida indicaciones del número y posiciones de los paquetes nulos eliminados;

siendo la entrada de dicho eliminador (60) de paquetes nulos la salida de dicho multiplexor (32); siendo la salida de dicho eliminador (60) de paquetes nulos la entrada de dicho modulador (62) de codificación adaptativa;

estando programado dicho modulador (62) de codificación adaptativa para codificar el flujo continuo con la máxima robustez permitida por la velocidad de los paquetes útiles entrantes, para su transmisión a través de un canal de propagación;

estando adaptado dicho circuito (72) de control de la velocidad binaria para controlar la velocidad binaria del codificador o codificadores (31) de velocidad binaria variable;

mediante lo cual la estación receptora comprende un reinsertador (66) de paquetes nulos y un desmodulador (64) de codificación adaptativa, un evaluador de calidad de servicio (68) y un demultiplexor, y está adaptada para recibir la señal que se transmite a través del canal, para reconstituir el flujo continuo de transporte y para aplicarlo a dicho demultiplexor,

estando conectado dicho reinsertador (66) de paquetes nulos a la salida del desmodulador (64) de codificación adaptativa para reinsertar paquetes nulos en el flujo continuo de transporte en las mismas posiciones de los paquetes nulos eliminados por el eliminador (60) de paquetes nulos, sobre la base de dichas indicaciones introducidas en el flujo continuo de transporte;

siendo accionado dicho evaluador de calidad de servicio (68) por el desmodulador (64) de codificación adaptativa, estando adaptado para notificar el nivel de calidad de la señal recibida a dicho circuito (72) de control de velocidad binaria en la estación transmisora a través de un canal (70) de retorno, estando programado dicho circuito (72) de control de velocidad binaria para cambiar la velocidad binaria del codificador o codificadores (31) de velocidad binaria variable dependiendo del nivel de calidad de servicio notificado por dicho evaluador (68)

Sistema de codificación y modulación adaptativas para la transmisión de señales DVB/MPEG.

La presente invención se refiere a un sistema para la transmisión de señales digitales DVB, particularmente para comunicaciones por satélite.

La transmisión de señales multimedia digitales de TV que usan el protocolo DVB/MPEG se utiliza no solamente para una transmisión de punto-a-multipunto, tal como la radiodifusión de programas de radio o TV por un territorio, sino también para una transmisión de punto-a-punto, tal como enlaces de radiocomunicaciones, descargas de datos, servicios IP. En ambos casos, la transmisión va dirigida a usuarios que están dispersados por un amplio territorio, sobre el cual las condiciones meteorológicas pueden variar tanto en el espacio como en el tiempo, induciendo de este modo cambios en la calidad de la propagación por el enlace satelital. Para garantizar una calidad de servicio (QoS) satisfactoria sustancialmente en todas las condiciones, la capacidad de corregir los errores del sistema de transmisión se debe diseñar para el peor caso, y, consecuentemente, resulta enormemente sobredimensionada en las condiciones de servicio típicas, acarreando de este modo un derroche general de la potencia del transpondedor, que puede llegar a ser del orden del 90%.

En el caso de radiodifusiones de radio y televisión, es decir, cuando la misma señal va dirigida a todos los usuarios en un territorio determinado, dicho sobredimensionamiento es inevitable, ya que la misma señal debe ser recibida simultáneamente en áreas del territorio en las que la calidad de recepción es potencialmente diferente. No obstante, cuando las señales están destinadas a usuarios individuales, en principio sería posible idear un sistema de transmisión cuya robustez se adapte a las condiciones de propagación en el nivel de la capa física, tal como es sabido en otros tipos de transmisión, por medio de la técnica denominada ACM (Codificación y Modulación Adaptativas). En la transmisión ACM, el modulador puede usar codificaciones que presentan una robustez diferente (QPSK, 8PSK, 16QAM, etcétera, junto con un código que presente una relación 1/2, 2/3, 3/4, etcétera), con lo cual la eficiencias espectrales disminuyen cuando aumenta la robustez; consecuentemente, la robustez se puede incrementar a solicitud del receptor sobre el canal de retorno, con la penalización de una reducción de la velocidad binaria útil (véase A. Goldsmith, Adaptive modulation and coding for fading channels, Proceedings of the 1999 IEEE, 1999).

La rigidez del protocolo DVB ha hecho que resulte imposible en el pasado usar la técnica adaptativa antes mencionada. Más particularmente, las normas de este protocolo especifican que, en la recepción, se deben conservar tanto el orden cronológico como la velocidad de los paquetes, y que la velocidad binaria global del flujo continuo de transporte se mantenga constante, ya que estos valores son usados por el receptor para restaurar el reloj de sincronización de programas: esta circunstancia, tal como resultará evidente para un experto en la materia, se ha considerado como irreconciliable con el cambio de velocidad binaria requerido para adaptar el sistema a diferentes condiciones de transmisión.

El documento WO-A-0209298 da a conocer varios esquemas para implementar un canal bidireccional interactivo, de banda ancha, que tiene un canal DVB de sentido descendente y un canal de sentido ascendente, con lo cual los abonados pueden solicitar servicios de una entidad de radiodifusión o proveedor. A cada abonado, basándose en su solicitud, se le asignan recursos de canales, tales como portadoras y modos de constelación.

Por lo tanto, el objetivo principal de la invención es proporcionar un sistema para la transmisión de señales digitales DVB/MPEG, particularmente para una comunicación por satélite, cuya robustez, o nivel de protección contra ruidos se pueda adaptar a las condiciones de los canales, al mismo tiempo que cumpliendo las normas DVB/MPEG.

La invención logra el objetivo anterior, así como otros objetivos y ventajas tales como los que se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción, con un sistema para la transmisión de señales digitales DVB/MPEG, particularmente para una comunicación por satélite, que presenta las características enumeradas en la reivindicación 1.

Las reivindicaciones subordinadas enumeran otras características ventajosas de la invención.

A continuación se darán a conocer algunas formas de realización preferidas de la invención, en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 es un diagrama de bloques que muestra un sistema de transmisión por satélite de DVB/MPEG según la técnica anterior;

la Figura 2 es un diagrama de bloques más detallado del sistema de la Figura 1;

la Figura 3 es un diagrama que representa una trama de una transmisión TDM;

la Figura 4 es un diagrama de bloques de un sistema DVB/MPEG similar al sistema de la Figura 2, después de haber sido mejorado según la invención;

la Figura 5 es un diagrama simbólico que muestra la eliminación de los paquetes nulos y su señalización en los bytes de sincronización de los paquetes útiles transmitidos; y

la Figura 6 es un diagrama de bloques más detallado de la estación transmisora de la Figura 4;

la Figura 7 es un diagrama simbólico similar a la Figura 5, que muestra un mecanismo diferente para señalizar los números y posiciones de los paquetes nulos eliminados, según la invención;

la Figura 8 es un diagrama de bloques parcial que muestra una modificación de la estación transmisora de la Figura 6; y

la Figura 9 es un diagrama de bloques parcial que muestra una modificación de la estación receptora de la invención.

La Figura 1 muestra esquemáticamente un sistema para la transmisión de señales digitales DVB/MPEG, en donde una estación transmisora 10 transmite hacia un transpondedor 12 de satélite una señal multiplexada por división en el tiempo (TDM) 14, que comprende paquetes que forman un Flujo Continuo de Transporte DVB/MPEG. La señal se transmite desde el satélite 12 hacia la tierra, tal como se muestra con las referencias 18, 20,..., en dirección a varias estaciones terrestres tales como 22, 24. Las señales transmitidas son típicamente servicios de televisión.

El sistema de la Figura 1 se muestra más detalladamente en la Figura 2. La estación transmisora 10 comprende una pluralidad de fuentes 30 de señales de audio/vídeo, que accionan respectivamente codificadores 31 de MPEG a una velocidad binaria variable (VBR). Los flujos continuos de paquetes de DVB/MPEG generados por los codificadores 31 se aplican a entradas respectivas de un multiplexor 32, el cual inserta paquetes nulos dentro de los flujos continuos individuales, según una manera conocida de por sí, al nivel necesario para producir una velocidad binaria constante, antes de multiplexar los flujos continuos individuales en un único flujo continuo de transporte TS, que a continuación se aplica a una cadena de modulación que comprende en cascada, tal como es conocido de por sí:

- un codificador 34 de FEC (Corrección Directa de Errores), que introduce el nivel deseado de corrección de errores en la señal;

- un asignador 36 de correspondencias (mapper) para establecer correspondencias de las señales con una constelación de símbolos tal como la QPSK, 8PSK, 16QAM, etcétera.

- un modulador 38 de cuadratura para modular la señal sobre una portadora de radiofrecuencia y para radiarla hacia el transpondedor 12 del satélite.

La estación receptora 22, que recibe la señal de radiofrecuencia del satélite 12, comprende esencialmente (de forma complementaria con respecto a la estación 10) una cadena de desmodulación que tiene un desmodulador 42 de cuadratura que acciona un desasignador 44 de correspondencias (demapper) y un descodificador 46 de FEC, que da salida al flujo continuo de transporte regenerado, formateado por paquetes, tal como es sabido por aquellos expertos en la materia. El flujo continuo de transporte reconstituido se demultiplexa en un demultiplexor 51, para un procesado posterior (no mostrado).

Tal como se ha mencionado en la introducción, los flujos continuos de transporte DVB cumplen las siguientes reglas, entre otras:

- la longitud de los paquetes es fija (188 bytes);

- el encabezamiento del paquete comprende un campo PID, con capacidad limitada de direcciones (destinada a identificar servicios dentro del multiplexado,...

1. Sistema para la transmisión de señales DVB, que comprende una estación transmisora y una estación receptora, comprendiendo la estación transmisora: uno o más codificadores (31) de velocidad binaria variable, un multiplexor (32), un eliminador (60) de paquetes nulos, un modulador (62) de codificación adaptativa y un circuito (72) de control de velocidad binaria;

mediante el cual el multiplexor (32) está adaptado para insertar paquetes nulos en flujos continuos MPEG que se originan en el codificador o codificadores (31) de velocidad binaria variable de manera que se consigue que sus velocidades binarias sean constantes, y para multiplexar los flujos continuos MPEG en un único flujo continuo de transporte;

estando adaptado el eliminador (60) de paquetes nulos para eliminar paquetes nulos de dicho flujo continuo de transporte recibido, y estando adaptado para introducir en la señal transmitida indicaciones del número y posiciones de los paquetes nulos eliminados;

siendo la entrada de dicho eliminador (60) de paquetes nulos la salida de dicho multiplexor (32); siendo la salida de dicho eliminador (60) de paquetes nulos la entrada de dicho modulador (62) de codificación adaptativa;

estando programado dicho modulador (62) de codificación adaptativa para codificar el flujo continuo con la máxima robustez permitida por la velocidad de los paquetes útiles entrantes, para su transmisión a través de un canal de propagación;

estando adaptado dicho circuito (72) de control de la velocidad binaria para controlar la velocidad binaria del codificador o codificadores (31) de velocidad binaria variable;

mediante lo cual la estación receptora comprende un reinsertador (66) de paquetes nulos y un desmodulador (64) de codificación adaptativa, un evaluador de calidad de servicio (68) y un demultiplexor, y está adaptada para recibir la señal que se transmite a través del canal, para reconstituir el flujo continuo de transporte y para aplicarlo a dicho demultiplexor,

estando conectado dicho reinsertador (66) de paquetes nulos a la salida del desmodulador (64) de codificación adaptativa para reinsertar paquetes nulos en el flujo continuo de transporte en las mismas posiciones de los paquetes nulos eliminados por el eliminador (60) de paquetes nulos, sobre la base de dichas indicaciones introducidas en el flujo continuo de transporte;

siendo accionado dicho evaluador de calidad de servicio (68) por el desmodulador (64) de codificación adaptativa, estando adaptado para notificar el nivel de calidad de la señal recibida a dicho circuito (72) de control de velocidad binaria en la estación transmisora a través de un canal (70) de retorno, estando programado dicho circuito (72) de control de velocidad binaria para cambiar la velocidad binaria del codificador o codificadores (31) de velocidad binaria variable dependiendo del nivel de calidad de servicio notificado por dicho evaluador (68).

2. Sistema de la reivindicación 1, en el que cada paquete del Flujo Continuo de Transporte DVB está provisto de un byte de sincronización, caracterizado porque dichas indicaciones de número y posición de los paquetes nulos eliminados constan de un valor incorporado en uno de los cuartetos del byte de sincronización de cada paquete DVB aplicado al modulador (64) de codificación adaptativa, representando dicho valor el número de paquetes nulos que han sido eliminados por el eliminador (60) de paquetes nulos antes de dicho paquete DVB aplicado al modulador de codificación adaptativa y después del paquete DVB previo aplicado.

3. Sistema de la reivindicación 2, caracterizado porque dicho valor incorporado en uno de los cuartetos del byte de sincronización de cada paquete DVB está en el intervalo de 0 a 15.

4. Sistema de la reivindicación 1, caracterizado porque dichas indicaciones de número y posición de los paquetes nulos eliminados constan de por lo menos un byte añadido a cada paquete DVB aplicado al modulador (64) de codificación adaptativa, representando dicho valor el número de paquetes nulos que han sido eliminados por el eliminador (60) de paquetes nulos antes de dicho paquete DVB aplicado al modulador de codificación adaptativa y después del paquete DVB previo aplicado.

5. Sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la estación transmisora comprende además un insertador (80) de tramas de relleno controlado para insertar tramas de relleno en el flujo continuo aguas abajo del eliminador (60) de paquetes nulos cuando los paquetes útiles no son suficientes para alimentar el modulador de codificación adaptativa.

6. Sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el eliminador (60) de paquetes nulos comprende una memoria intermedia FIFO (72) alimentada por el multiplexor (32) a través de un conmutador (70) que es conmutable a una posición de desvío por un detector (76) de PID cuando el PID del paquete en tránsito se corresponde con un paquete nulo, y porque el conmutador en la posición de desvío dirige los paquetes a un contador (74) de paquetes que tiene una salida que controla la memoria intermedia FIFO (72) para modificar el encabezamiento de un paquete seleccionado en la memoria intermedia con el fin de incorporar el recuento de paquetes alcanzado por el contador de paquetes cuando el conmutador vuelve a la posición no de desvío.

7. Sistema de la reivindicación 6, caracterizado porque, en la memoria intermedia FIFO, se escribe a la velocidad binaria del multiplexor (CK_TS) y se lee a la velocidad binaria del modulador de codificación adaptativa (CK_MOD).

8. Sistema de la reivindicación 1, caracterizado porque la estación transmisora incluye un primer contador (92) activado mediante impulsos de reloj por la velocidad (R_S) de símbolos del modulador, y medios (90) para añadir a cada paquete transmitido un campo de sincronización de flujo continuo de entrada (ISCR) que contiene el recuento alcanzado por el primer contador en el instante en el que se procesa cada paquete, y la estación receptora incluye un segundo contador (100) activado mediante impulsos de reloj por dicha velocidad de símbolos recuperada, un comparador (98) para comparar sucesivamente el valor contenido en el campo de sincronización de flujo continuo de entrada (ISCR) de cada paquete recibido con el recuento instantáneo alcanzado por dicho segundo contador, y medios (94, 96, 102) de control accionados por la salida del comparador para ajustar la velocidad binaria de los paquetes a entregar al demultiplexor de TS.

9. Sistema de la reivindicación 8, caracterizado porque dichos medios (94, 96, 102) de control comprenden una memoria intermedia FIFO (94) para almacenar temporalmente los paquetes recibidos, y medios (96) de lectura de paquetes nulos insertados para recuperar los paquetes de la memoria intermedia FIFO, y medios (102) de oscilador para generar la velocidad de recuperación de paquetes de dichos medios de lectura.