ES2311054T3 - Sistema y metodo para el uso eficiente de frecuencias en un sistema hibrida multihaz de radiodifusion por satelite. - Google Patents
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Abstract
Un sistema híbrido multihaz de radiodifusión por satélite que comprende al menos un satélite (S; S1; S2) capaz de radiodifusión multihaz de haces en anchos de banda de frecuencia diferentes y respectivos (F1; F2; F3), cada uno de dichos haces adaptado para ser emitido hacia un repetidor terrestre respectivo (R1; R2; R3) que tiene medios para recibir, procesar y retransmitir dicho haz en un ancho de banda de frecuencia que es diferente del ancho de banda del haz recibido, caracterizado porque dicha radiodifusión por satélite al menos un primer, un segundo y un tercer haz, cada haz dirigido respectivamente a un primer, segundo y tercer repetidor terrestre, en donde, dicho primer repetidor terrestre retransmite dicho primer haz usando un ancho de banda que es una combinación de los anchos de banda respectivos de dicho segundo y dicho tercer haz.
Description
Sistema y método para el uso eficiente de
frecuencias en un sistema híbrido multihaz de radiodifusión por
satélite.
La presente invención se refiere a un sistema y
un método para uso eficiente de frecuencias en un sistema híbrido
multihaz de radiodifusión por satélite. Más particularmente, la
presente invención se refiere a un sistema de radiodifusión por
satélite destinado a transmitir contenidos multimedia a usuarios
finales móviles. La solución propuesta por la presente invención
hace uso eficiente de los recursos de espectro de frecuencia del
sistema por medio de reutilización de la frecuencia del satélite
para repetición terrestre. La presente invención es aplicable pero
no limitada a los denominados sistemas de radiodifusión digital por
satélite, es decir DBS.
Los sistemas de satélite dirigidos a transmitir
hacia los receptores móviles terrestres generalmente funcionan en
la denominada banda L que cubre la gama de 1 a 2 GHz o en la
denominada banda S que cubre la gama de 2 a 3 GHz. Resulta que en
ambas bandas, el ancho de banda disponible está limitado debido al
limitado espectro de frecuencias. Además estos sistemas requieren
habitualmente el uso de repetidores terrestres para superar los
efectos de la degradación y el desvanecimiento en la transmisión
producida por efectos multitrayecto o/y obstrucción de la línea de
vista desde el satélite. Por ejemplo, en las áreas urbanas donde
existen edificios elevados el efecto de la obstrucción puede llega a
ser más considerable.
Por lo tanto, el uso se establece con
repetidores terrestres que habitualmente son instalados en
ubicaciones con alta visibilidad hacia el satélite. Estos
repetidores son capaces de recibir la señal del satélite y, después
de cierto procesado interno, de retransmitir la misma señal dentro
de las respectivas áreas de cobertura donde los usuarios pueden
recibir dicha señal con una calidad deseable.
Se puede encontrar un ejemplo en la EP 0 999 661
y US 5 864 579.
Como se muestra en la técnica relacionada, las
bandas de frecuencia usadas por dichos repetidores son diferentes
de aquéllas usadas por los satélites y, generalmente, funcionan
dentro de gamas de frecuencia donde los recursos del espectro
también son escasos.
Además, debido a la naturaleza misma de la
radiodifusión multimedia, habitualmente son necesarias grandes
cantidades de programas para ser transmitidos a los usuarios que a
su vez requieren capacidades del sistema relativamente grandes.
Este factor es más considerable incluso en los sistemas europeos
donde se requieren aplicaciones multimedia
multi-idioma, dando lugar, de esta manera, a una
necesidad de capacidades todavía más altas. Se debe notar que
requerir capacidades de sistema más grandes, en términos prácticos
debe ser interpretado como necesidad adicional de recursos de
frecuencia que el caso de uso de repetidores terrestres podría
provocar la necesidad de al menos dos veces más recursos de
frecuencia que los de un satélite autónomo.
No obstante, como ya se ha mencionado arriba que
los recursos de frecuencia son limitados en la práctica, la
consecuencia directa de una transacción a este respecto sería, de
esta manera, la pérdida de capacidad del sistema.
Además, los sistemas de radiodifusión móvil por
satélite existentes actualmente habitualmente son sistemas de
satélite de haz único. El satélite en tal sistema emite secuencias
de bits multiplexadas por división en el tiempo (TDM) bajo
modulación de codificación por desplazamiento de fase en cuadratura
(QPSK). Entonces la señal se repite por los repetidores arriba
mencionados, por ejemplo en áreas urbanas, usando - por ejemplo -
una forma de onda multiplexada por división de frecuencia ortogonal
(OFDM) en una banda separada.
Los sistemas DBS frecuentemente hacen uso de
diversidad en tiempo. La diversidad en tiempo es una característica
usada para mejorar la recepción terrestre de la transmisión de señal
por satélite. De acuerdo con esta característica, se hace uso de un
satélite adicional situado en una posición separada adecuadamente
del primer satélite y transmitiendo substancialmente la misma señal
que el primero pero dentro de un retardo de tiempo predeterminado
comparado con la señal transmitida desde el primer satélite.
En términos de uso del recurso, la consecuencia
directa de usar diversidad en tiempo es que emitir una secuencia de
bits TDM que cabría normalmente en un bloque de frecuencia
requeriría más de tres bloques de frecuencia; a saber, un bloque de
frecuencia del primer satélite, además un bloque de frecuencia para
el satélite réplica retardado y más de uno para repetición
terrestre que requiere una codificación más robusta. Por lo tanto,
mientras la diversidad en tiempo ayuda a mejorar la capacidad de
recepción en el extremo del terminal de usuario, se requiere un
nivel más alto de uso de los recursos.
Para superar la desventajas de arriba en el uso
de los recursos del sistema, se desea proporcionar un sistema
híbrido multihaz de radiodifusión por satélite para proporcionar
programación multimedia a usuarios móviles con una capacidad de
funcionamiento relativamente alta mientras dicho sistema es capaz de
hacer uso eficiente de los recursos del sistema durante la
recepción terrestre y la retransmisión de la señal de enlace
descendente hacia el usuario.
La meta es alcanzar por medio de la solución
provista por la presente invención en que se usa una arquitectura
multihaz en donde las bandas de frecuencia ocupadas por las
transmisiones de enlace descendente del satélite son reutilizadas
durante la retransmisión terrestre de acuerdo con un criterio de que
cada repetidor terrestre se adapte a usar las bandas de frecuencia
de haces de enlace descendente adyacentes para una retransmisión
terrestre de la señal recibida por dicho repetidor.
Como se reflexionará más abajo, la solución
provista por la presente invención proporciona incremento
substancial en la capacidad del sistema de radiodifusión por
satélite. Por ejemplo, como se reflexionará más abajo, mientras las
aplicaciones actuales en la banda L proporcionan una capacidad de
programación en el entorno de 120 programas multimedia, la solución
propuesta por la presente invención puede proporcionar una capacidad
de programación de hasta 180 programas multimedia usando incluso
menos ancho de banda.
Por consiguiente un objeto de la presente
invención es aquél de proporcionar un sistema híbrido multihaz de
radiodifusión como en la reivindicación 1.
Otro objeto de la presente invención es aquél de
proporcionar un método para una radiodifusión híbrida multihaz a
través de un sistema por satélite como en la reivindicación 3.
Estas y otras características de la presente
invención así como las ventajas de la misma son explicadas en más
detalle en la siguiente descripción así como en las reivindicaciones
con la ayuda de los dibujos anexos.
La Figura 1a es una representación esquemática
de un sistema por satélite emitiendo en adaptación de haz único de
acuerdo a las técnicas tradicionales.
La Figura 1b muestra varios anchos de banda
requeridos para repetición terrestre de una emisión de haz de
acuerdo al sistema de satélite de la figura 1a.
La Figura 2a es una representación esquemática
de un sistema por satélite transmitiendo en adaptación multihaz de
acuerdo a una realización de la solución propuesta por la presente
invención.
La Figure 2b muestra varios anchos de banda
requeridos para repetición terrestre de radiodifusión de haces de
acuerdo al sistema por satélite de la figura 2a en donde se
representa el concepto de reutilización de los anchos de banda de
frecuencia.
La Figura 3 es una representación esquemática de
un sistema por satélite transmitiendo en adaptación multihaz de
acuerdo a una realización específica de la presente invención en
donde el concepto de reutilización de los anchos de banda se
muestra para tres anchos de banda de frecuencia.
En el esquema mostrado en la figura 1a, se
muestra un sistema por satélite tradicional que emite en
configuración de haz único. En tales sistemas, el satélite S1 emite
hacia un repetidor terrestre R1 que es capaz de recibir, procesar y
retransmitir una emisión de haz desde el satélite S1.
Aunque la descripción de una realización que
sigue se da usando un ejemplo de una transmisión en modo TDM, se
debe notar que la invención también es aplicable a otros modos de
transmisión, en particular en muliplexación por división de código,
es decir CDM.
Se asume que el ancho de banda ocupado por cada
emisión de haz en transmisión del enlace descendente desde el
satélite sea B_{S}. Como la retransmisión terrestre
correspondiente por el repetidor R1 requiere una tasa de
codificación más grande, el ancho de banda usado por dicho repetidor
terrestre R1 para transmitir la misma información se asume que sea
B_{T} = k \times B_{S}; donde 1 \leq k \leq 2 en caso de
que se use modo TDM. En caso de usar modo CDM, k = 1.
Como se muestra en la figura 1b, el ancho de
banda de frecuencia total requerido para la recepción del haz de
enlace descendente y realizar la retransmisión del mismo, en los
sistemas tradicionales, implicaría un ancho de banda B_{S} para
el enlace descendente y uno B_{T} para la retransmisión. Por lo
tanto, el ancho de banda total requerido sería
B_{S} + B_{T}.
B_{S} + B_{T}.
Como se reflexionó más arriba, para obtener una
calidad de recepción más alta en la transmisión por satélite, puede
usarse diversidad en tiempo que implica el uso de un satélite
adicional S2. En tal caso el segundo satélite S2 además transmite
un haz superpuesto, de esta manera, que ocupa un ancho de banda
adicional B_{S} que a su vez incrementa el ancho de banda total
usado para una transmisión única hasta 2B_{S} + B_{T}.
\newpage
Como se muestra en la figura 2a, se usa un
sistema por satélite funcionando en la configuración multihaz en
donde el satélite S1 transmite un haz a cada repetidor terrestre R1,
R2 y R3 respectivamente. Cada haz transmitido ocupa un ancho de
banda de B_{S} en analogía al ejemplo de las figuras 1 a y 1b. Los
repetidores terrestres R1, R2 y R3 son capaces de recibir, procesar
y retransmitir dichos respectivos haces.
En el ejemplo de la figura 2a, se representan
tres repetidores que a su vez requerirían tres secuencias de bits
TDM de la radiodifusión del haz de enlace descendente desde el
satélite, a saber 3B_{S}. Sin embargo, la invención no debe ser
interpretada como limitada a tres anchos de banda solamente como una
persona experta en la técnica apreciaría que la invención como se
expone aquí también es aplicable a sistemas con un número de
repetidores más alto que implica más de tres anchos de banda
disponibles en el sistema total.
Adicionalmente, se debe notar que para el
propósito de la presente invención, aunque se denomina igualmente
como B_{S}, cada uno de estos anchos de banda tienen diferentes
gamas de frecuencias y, de esta manera, en el lado del repetidor
son claramente distinguibles.
Con referencia al ejemplo de la figura 2a, cada
repetidor R1, R2 y R3 retransmitiría en un ancho de banda
respectivo que, en analogía al ejemplo de la figura 1 para
transmisión en modo TDM, se asume que ocupa un ancho de banda de
B_{T}=k\timesB_{S}; donde 1 \leq k \leq 2.
Como cada repetidor requeriría un ancho de banda
B_{T} que tiene un valor máximo de 2 B_{s} y como hay al menos
3 anchos de banda B_{S} disponibles de los que uno se usa para
radiodifusión desde el satélite, cada uno de dichos repetidores se
podría permitir que use los otros dos anchos de banda para sus
necesidades de retransmisión.
Con referencia ahora a la figura 2b, se puede
observar que el ancho de banda total del satélite usado para tres
transmisiones de enlace descendente TDM - en el caso de no usar
diversidad en tiempo - es 3B_{S}, y que cada repetidor terrestre
puede usar, de esta manera, dos de los tres haces disponibles con la
condición de que siempre se use un ancho de banda de frecuencia que
sea diferente del usado para la radiodifusión del enlace descendente
desde el satélite a él.
Para el propósito de una mejor comprensión, se
ilustra una hipotética configuración de esta situación en la figura
3 en donde se asume que el satélite S emite tres haces en gamas de
frecuencia F1, F2, F3 para proporcionar cobertura en seis áreas
geográficas bajo emisión. Cada área de cobertura también está
equipada con un repetidor. Como puede observarse en dicha figura,
el repetidor correspondiente a cada área usa los anchos de banda de
frecuencia que corresponden a otras dos áreas de cobertura. Por lo
tanto, el repetidor situado en el área que recibe el haz de enlace
descendente del satélite bajo el ancho de banda de frecuencia F1 se
hace que utilice los anchos de banda de frecuencia F2 y F3 para
retransmitir la señal a los usuarios finales dentro de dicho área
geográfica. De la misma manera, los repetidores en áreas de
cobertura bajo anchos de banda de frecuencia F2 y F3 usan los
conjuntos de ancho de banda de frecuencia F1; F3, y F2; F1
respectivamente. La siguiente tabla resume la descripción de arriba
para una mejor compresión de ello.
De esta manera, el ancho de banda de frecuencia
total usado por el sistema entero es solamente 3B_{S}. Una
situación similar en el caso de sistemas tradicionales, como se
reflexionó arriba, pero esta vez en relación a tres secuencias de
bits de enlace descendente TDM y sus retransmisiones respectivas por
repetidor requerirían 3 x (B_{S} + B_{T}). Como B_{T} = k x
B_{S}, entonces el ancho de banda total requerido en el sistema
por satélite tradicional sería 3 x B_{S} x (1+k).
Por lo tanto, se muestra que aplicando la
solución propuesta por la presente invención se alcanza un factor
de reducción de (1 + k). Teniendo en cuenta que k puede variar de 1
a 2, entonces el factor de reducción puede representar valores entre
2 y 3.
En caso de que sea usada la diversidad en
tiempo, y con relación a las figuras 1a, 1b, 2a y 2b, la situación
sería como sigue:
En un sistema de radiodifusión por satélite
tradicional como se muestra en las figuras 1 a y 1 b, tres
secuencias de bits TDM en una emisión de enlace descendente desde
dos satélites y sus respectivas retransmisiones terrestres
requerirían 3 x (2B_{S} + B_{T}) de ocupación de ancho de
banda.
Esta misma capacidad de radiodifusión, es decir
3 TDM_{S}, en el caso de aplicar la solución de la presente
invención requeriría solamente 2 x 3 x B_{S}.
Por lo tanto se aprecia fácilmente que la
reducción de ancho de banda alcanzada de esta manera es de un factor
de (1+k/2), a saber de 1,5 a 2.
Se debe notar que el procedimiento de recepción
del haz de enlace descendente del satélite por los repetidores
terrestres y su respectivo procesado y retransmisión de señales se
lleva a cabo usando medios y equipos conocidos generalmente en la
técnica referida.
Un repetidor típico de este tipo hace uso, entre
otras cosas, de una etapa de entrada RF que comprende
bloques de filtrado y amplificación adecuados, una etapa de banda
base que comprende medios para modulación y una etapa de salida que
comprende un mezclador de frecuencia y medios para amplificar y
mezclar la señal que entonces se pasa a una antena para transmisión
terrestre a los usuarios finales.
La selección del ancho de banda se hace en la
etapa de filtrado. Un medio típico de selección de ancho de banda
podría ser el filtro paso banda SAW aunque puede ser usado cualquier
otro medio conocido en la técnica relacionada.
Se debe notar que todos estos pasos son
conocidos en la técnica y, de esta manera, la descripción adicional
de ello no parece ser necesaria para la comprensión de la solución
propuesta por la presente invención.
La presente invención provee la ventaja de
proporcionar ahorros substanciales en el uso de ancho de banda y,
de esta manera, incrementar la capacidad del sistema.
El siguiente ejemplo ilustra la ventaja de
arriba en términos de programación en función de la capacidad:
En la relación B_{T} = k B_{S}, un valor
típico para k podría ser 1,5, donde k como se habló más arriba,
corresponde a la diferencia entre una tasa de codificación de canal
de satélite de, por ejemplo, ¾ comparado con una tasa de
codificación de canal terrestre de, por ejemplo, ½.
En un sistema tradicional de radiodifusión por
satélite habitualmente se usan los siguientes bloques de frecuencias
para transmisión: 2B_{S} para transportar el contenido
"útil", 2B_{S} para diversidad de tiempo y 2B_{T} para
repetición terrestre. Como 2B_{T} = 3B_{S}, entonces los bloques
de frecuencia totales usados para cada transmisión serían 7B_{S}.
No obstante, el caudal es solamente 2B_{S} que contiene el
contenido "útil" que transporta, por ejemplo, programas
multimedia.
Una capacidad típica para una secuencia de bits
TDM en cada bloque B_{S} es de 60 programas de acuerdo con la
práctica actual en codificación de la fuente. Por lo tanto, para
2B_{S} la capacidad total es 120 programas.
Ahora si se aplica la solución proporcionada
por la presente invención para tres haces que son emitidos, un
total de 6B_{S} se usarán de los cuales 3B_{S} es usado para
transportar contenido "útil", por ejemplo programas multimedia
y 3B_{S} para diversidad en tiempo. Como cada B_{S} tiene una
capacidad útil de 60 programas, entonces se aprecia en seguida que
pueden ser emitidos 180 programas en total, incrementando, de esta
manera, la capacidad del sistema total mientras, como se mencionó
antes, han de ser usados menos bloques de frecuencia, a saber 6 de
acuerdo a la invención en lugar de 7 de acuerdo a los sistemas
tradicionales.
También se debe notar que como en el ejemplo
dado arriba se asume que el repetidor terrestre requeriría una gama
de frecuencias de B_{T} = 1,5B_{S}, y tiene disponible 2B_{S}
para retransmisión - estos que son anchos de banda correspondientes
a las gamas de frecuencias diferentes del recibido desde el satélite
- entonces 0,5B_{S} está disponible sin que sea usado para
repetición terrestre del haz de satélite. Este exceso de ancho de
banda entonces podría ser usado libremente para cualesquiera otros
propósitos de acuerdo a las mismas necesidades sobre el uso de los
recursos del sistema.
Otra ventaja de la presente invención es que el
planteamiento multihaz permite al suministrador proporcionar a la
población servicios con diversidad en sus perfiles; por ejemplo
pueden ser proporcionados servicios más eficientes a áreas
multilinguísticas con un uso reducido de recursos del sistema.
Claims (4)
1. Un sistema híbrido multihaz de radiodifusión
por satélite que comprende al menos un satélite (S; S1; S2) capaz
de radiodifusión multihaz de haces en anchos de banda de frecuencia
diferentes y respectivos (F1; F2; F3), cada uno de dichos haces
adaptado para ser emitido hacia un repetidor terrestre respectivo
(R1; R2; R3) que tiene medios para recibir, procesar y retransmitir
dicho haz en un ancho de banda de frecuencia que es diferente del
ancho de banda del haz recibido, caracterizado porque dicha
radiodifusión por satélite al menos un primer, un segundo y un
tercer haz, cada haz dirigido respectivamente a un primer, segundo y
tercer repetidor terrestre, en donde, dicho primer repetidor
terrestre retransmite dicho primer haz usando un ancho de banda que
es una combinación de los anchos de banda respectivos de dicho
segundo y dicho tercer haz.
2. Un sistema por satélite, de acuerdo con la
reivindicación 1, en donde el ancho de banda de dicho haz
retransmitido contiene al menos dos anchos de banda, uno que es
diferente del otro, dichos anchos de banda que son substancialmente
iguales a los anchos de banda usados para la radiodifusión de haces
respectivos desde dicho satélite a al menos un respectivo segundo y
un respectivo tercer repetidor terrestre.
3. Un método para una radiodifusión híbrida
multihaz a través de un sistema por satélite, dicho sistema que
comprende al menos un satélite (S; S1; S2) para radiodifusión
multihaz de haces en anchos de banda de frecuencia diferentes y
respectivos (F1; F2 F3), cada uno de dichos haces que es emitido
hacia un repetidor terrestre respectivo (R1; R2; R3) que tiene
medios para recibir, procesar y retransmitir dicho haz en un ancho
de banda de frecuencia que es diferente del ancho de banda del haz
recibido, caracterizado porque dicha radiodifusión por
satélite al menos un primer, un segundo y un tercer haz, cada haz
dirigido respectivamente a un primer, segundo y tercer repetidor
terrestre, en donde, dicho primer repetidor terrestre retransmite
dicho primer haz usando un ancho de banda que es una combinación de
los anchos de banda respectivos de dicho segundo y dicho tercer
haz.
4. El método de la reivindicación 3, en donde el
ancho de banda de dicho haz retransmitido contiene al menos dos
anchos de banda, uno que es diferente del otro, dichos anchos de
banda que son substancialmente iguales a los anchos de banda usados
para la radiodifusión de haces respectivos desde dicho satélite a al
menos un respectivo segundo y un respectivo tercer repetidor
terrestre.
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