專利名稱：混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中有效利用頻率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中有效利用頻率的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明特別涉及打算向移動終端用戶廣播多媒體內(nèi)容的衛(wèi)星廣播系統(tǒng)。本發(fā)明所提出的解決方案使得能夠通過重新利用用于地面中繼的衛(wèi)星頻率來有效地使用系統(tǒng)的頻譜資源。本發(fā)明適用于但是不限于所謂的衛(wèi)星數(shù)字廣播系統(tǒng)，即DBS系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
打算向移動地面接收機(jī)廣播的衛(wèi)星系統(tǒng)一般工作在1到2GHz范圍的所謂L波段或者在2到3GHz范圍的所謂S波段。結(jié)果是在這兩個波段中，由于頻譜有限，所以可用的帶寬也有限。而且，這些系統(tǒng)通常需要使用地面中繼器來克服由多徑效應(yīng)和/或衛(wèi)星的視線阻擋所引起的降級和衰落的影響。例如，在高樓聳立的城市地區(qū)，可能更加需要考慮阻擋的影響。
因此，所使用的地面中繼器通常被安置在對衛(wèi)星具有高能見度的地方。這些中繼器能夠接收衛(wèi)星的信號并且能夠經(jīng)過某些內(nèi)部處理后在所覆蓋的中繼區(qū)域內(nèi)重新傳送相同的信號，在所述覆蓋的中繼區(qū)域中，用戶能夠以理想的質(zhì)量接收所述信號。
如在相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，所述中繼器所使用的頻段不同于衛(wèi)星所使用的頻段，并且它們一般都工作在頻譜資源同樣匱乏的頻率范圍內(nèi)。
另外，由于多媒體廣播的特性，大量節(jié)目通常需要被傳送給用戶，用戶反過來又會請求相對大的系統(tǒng)容量。這個因素在歐洲的系統(tǒng)中更加需要考慮，在歐洲的系統(tǒng)中需要多語言的多媒體應(yīng)用，這樣引起了對更高容量的需求。需要注意，實(shí)際上需要更大系統(tǒng)容量將被解釋為對頻率資源的額外需求，在使用地面中繼器的情況下，這種對頻率資源的額外需求可能會導(dǎo)致至少兩倍于單個衛(wèi)星的頻率資源的需求。
然而，由于在上面已經(jīng)提及了頻率資源實(shí)際上是有限的，所以在這方面權(quán)衡的直接后果就會是系統(tǒng)容量的損失。
而且，現(xiàn)有的衛(wèi)星移動廣播系統(tǒng)通常是單波束衛(wèi)星系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中的衛(wèi)星以正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制來廣播時分復(fù)用(TDM)比特流。然后，信號例如，在城市地區(qū)，被上述中繼器在不同的波段中使用例如正交頻分復(fù)用(OFDM)波形所轉(zhuǎn)發(fā)。
DBS經(jīng)常利用時間分集。時間分集是為了增強(qiáng)衛(wèi)星信號傳輸?shù)牡孛娼邮斩褂玫奶卣?。根?jù)該特征，要利用另外的衛(wèi)星，所述另外的衛(wèi)星位于第一衛(wèi)星之外的合適的位置并且發(fā)送與第一衛(wèi)星的信號基本上一樣但卻具有預(yù)定延時的信號。
就資源利用而言，使用時間分集的直接結(jié)果就是廣播一個通常被適配在一個頻率塊中的TDM比特流將需要多于三個的頻率塊；即，第一衛(wèi)星的一個頻率塊，用于衛(wèi)星延遲復(fù)制的又一個頻率塊，以及用于地面中繼的不止一個的頻率塊，其中地面中繼需要更強(qiáng)壯的編碼。因此，即使時間分集有助于提高用戶終端的接收能力，但是它需要較高的資源使用水平。
為了在系統(tǒng)資源的使用中克服上述缺點(diǎn)，要求提供一種混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)，用于以相對高的運(yùn)行容量向移動用戶提供多媒體節(jié)目安排，所述系統(tǒng)在向用戶的下行鏈路信號的地面接收和重新傳輸期間內(nèi)能夠有效的利用系統(tǒng)資源。

發(fā)明內(nèi)容
這一目的是通過本發(fā)明所提供的解決方案來實(shí)現(xiàn)的，在本發(fā)明所提供的解決方案中使用了多波束結(jié)構(gòu)，其中衛(wèi)星下行鏈路傳輸所占用的頻段根據(jù)一個準(zhǔn)則在地面重新傳輸中被重新使用，所述準(zhǔn)則是每個地面中繼器都適合于使用鄰近下行鏈路波束的頻率波段以用于所述中繼器所接收的信號的地面重新傳輸。
如下面還會討論的那樣，由本發(fā)明所提供的解決方案提供了衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的容量上的大幅增長。例如，如下面還會討論的那樣，當(dāng)前L波段的應(yīng)用規(guī)定了120個多媒體節(jié)目范圍的設(shè)計(jì)容量，而本發(fā)明所提出的解決方案可以使用甚至更少的帶寬來提供多達(dá)180個多媒體節(jié)目的設(shè)計(jì)容量。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)，所述混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)包括至少一個能在分別的頻率帶寬內(nèi)進(jìn)行波束的多波束廣播的衛(wèi)星，所述波束的每一個都適合于向地面中繼器進(jìn)行廣播，所述地面中繼器能夠接收、處理以及在不同于所接收的波束的帶寬的頻率帶寬內(nèi)重新傳輸所述波束，其特征在于從第一地面中繼器重新傳輸?shù)男盘柕膸捤ǖ念l率范圍基本上等于從所述衛(wèi)星向至少第二地面中繼器進(jìn)行廣播的波束所使用的帶寬。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述重新傳輸信號的帶寬的所述頻率范圍包括至少兩個互不相同的帶寬，所述帶寬基本上等于用于從所述衛(wèi)星向各個第二和第三地面中繼器廣播的各個波束所使用的帶寬。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述衛(wèi)星至少廣播第一、第二和第三波束，各波束分別指向第一、第二和第三地面中繼器，其中，所述第一地面中繼器使用所述第二波束和所述第三波束的各自帶寬的結(jié)合來重新傳輸所述第一波束。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于通過衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行混合多點(diǎn)廣播的方法，所述系統(tǒng)包括至少一個用于在分別的頻率帶寬內(nèi)進(jìn)行波束的多波束廣播的衛(wèi)星，所述波束的每一個都向地面中繼器進(jìn)行廣播，所述地面中繼器能夠接收、處理以及在不同于所接收的波束的帶寬的頻帶內(nèi)重新傳輸所述波束，其特征在于，所述第一地面中繼器在一帶寬內(nèi)重新傳輸所述信號，所述帶寬所包括的頻率范圍基本上等于從所述衛(wèi)星向至少第二地面中繼器進(jìn)行廣播的波束所使用的帶寬。
借助附圖的幫助，在下面的描述以及權(quán)利要求中詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它的特征以及其優(yōu)點(diǎn)。


圖1a是根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)在單波束安排下的衛(wèi)星系統(tǒng)廣播的示意性的表示；圖1b示出了根據(jù)圖1a的衛(wèi)星系統(tǒng)所廣播的波束的地面中繼所需的各種帶寬；圖2a是根據(jù)本發(fā)明提出的解決方案的實(shí)施例的在多波束安排下的衛(wèi)星系統(tǒng)廣播的示意性的表示；圖2b示出了根據(jù)圖2a的衛(wèi)星系統(tǒng)所廣播的波束的地面中繼所需的各種帶寬，其中表示了頻帶重新使用的概念；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個特定實(shí)施例的在多波束安排下的衛(wèi)星系統(tǒng)廣播的示意性的表示，其中就三個頻率帶寬示出了頻率帶寬重新使用的概念。
具體實(shí)施例方式
在圖1a所示的方案中，示出了在單波束配置下進(jìn)行廣播的傳統(tǒng)的衛(wèi)星系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，衛(wèi)星S1向地面中繼器R1進(jìn)行廣播，所述地面中繼器R1能夠接收、處理和重新傳輸由衛(wèi)星S1廣播來的波束。
盡管隨后的實(shí)施例的描述是利用一個在TDM模式下進(jìn)行傳輸?shù)睦咏o出的，但是應(yīng)該注意，本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它的傳輸模式，特別是碼分復(fù)用，即CDM。
假設(shè)在來自衛(wèi)星的下行鏈路傳輸中廣播的每個波束所占用的帶寬是Bs。由于由中繼器R1進(jìn)行的相應(yīng)地面重新傳輸需要較大的編碼速率，所以所述地面中繼器R1傳輸同樣的信息所使用的帶寬假設(shè)為BT＝k×Bs；其中在使用TDM模式的情況下1≤k≤2。在使用CDM模式的情況下，k＝1。
如圖1b所示，在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，下行鏈路波束的接收以及實(shí)現(xiàn)其重新傳輸所需的總的頻率帶寬將包括一個用于下行鏈路的帶寬Bs和一個用于重新傳輸?shù)腂T。因此，所需的總帶寬將是Bs+BT。
如前面討論的那樣，為了在衛(wèi)星傳輸中獲得較高的接收質(zhì)量，可以利用使用額外衛(wèi)星S2的時間分集。在這種情況下，第二衛(wèi)星S2廣播一個另外的重疊的波束，這樣占用額外帶寬Bs，它將用于單個傳輸?shù)目値捲黾訛?Bs+BT。
如圖2a所示，衛(wèi)星系統(tǒng)工作在多波束配置下，其中衛(wèi)星S1向地面中繼器R1、R2和R3的每個發(fā)送一個分別的波束。與圖1a和1b的例子類似，所發(fā)送的每個波束占用帶寬Bs。地面中繼器R1、R2和R3能夠接收、處理和重新傳輸所述分別的波束。
在圖2a的例子中，描述了三個中繼器，所述三個中繼器又需要三個從衛(wèi)星進(jìn)行廣播的下行鏈路的TDM比特流，即3Bs。然而，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限于只有三個帶寬，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員將會懂得，這里所公開的發(fā)明還可以用于在整個系統(tǒng)中包括不止三個帶寬的具有更多數(shù)量中繼器的系統(tǒng)。
而且，應(yīng)該注意，為了本發(fā)明的目的，盡管同樣被稱作Bs，但是這些帶寬的每一個都具有不同的頻率范圍，因此，在中繼器側(cè)它們能夠被清楚的區(qū)分開來。
回到圖2a的例子，中繼器R1、R2和R3的每個都將在各自的帶寬內(nèi)進(jìn)行重新傳輸，與圖1中用于TDM模式傳輸?shù)睦宇愃?，該帶寬假設(shè)占用帶寬BT＝k×Bs；其中1≤k≤2。
由于每個中繼器都將需要一個具有最大值2Bs的帶寬BT，并且由于至少有三個帶寬Bs可用，其中一個用于從衛(wèi)星的廣播，所以每個所述中繼器都可以被允許使用其它兩個帶寬用于其重新傳輸需要。
參考圖2b，可以觀察到，在不使用時間分集的情況下，用于三個TDM下行鏈路的總的衛(wèi)星帶寬是3Bs，于是在地面中繼器所使用的頻帶總是不同于從衛(wèi)星到其的下行鏈路中所使用的頻率帶寬的條件下，每個地面中繼器可以使用三個波束中的兩個。
為了更好的理解，在圖3中說明了這種情況的一種假設(shè)的配置，其中為了提供六個廣播地理區(qū)域的覆蓋，假設(shè)衛(wèi)星S廣播在頻率范圍F1、F2、F3內(nèi)的三種波束。每個覆蓋區(qū)域還配備了一個中繼器。如在圖3中可以觀察到的那樣，對應(yīng)于每個區(qū)域的中繼器使用對應(yīng)于另外兩個覆蓋區(qū)域的頻帶。因此，位于在頻帶F1下接收衛(wèi)星下行鏈路波束的區(qū)域中的中繼器使用頻帶F2和F3以在所述地理區(qū)域內(nèi)將信號重新傳送給終端用戶。同樣地，在頻帶F2和F3下的覆蓋區(qū)域中的中繼器分別使用頻帶組F1；F3，F(xiàn)2；F1。為了更好的理解，下面的表總結(jié)了上面的描述。

以這種方式，整個系統(tǒng)所使用的總頻率帶寬只是3Bs。如上面所討論的那樣，在與傳統(tǒng)系統(tǒng)的類似的情況下，但這次是關(guān)于三個TDM下行鏈路比特流和由中繼器進(jìn)行的它們各自的重新傳輸?shù)牡那樾危鼘⑿枰?×(Bs+BT)。由于BT＝k×Bs，于是傳統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)中所需的總帶寬將是3×Bs×(1+k)。
因此，它表明通過采用本發(fā)明所提出的解決方案，達(dá)到了簡約因子(1+k)。注意到k可以在1至2之間變化，那么簡約因子就可以表示2至3之間的值。
在使用時間分集的情況下，參考圖1a、1b、2a和2b，情況如下在如圖1a和1b所示的傳統(tǒng)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中，從兩個衛(wèi)星進(jìn)行廣播的下行鏈路中的3個TDM比特流和它們各自的地面重新傳輸將需要占用3×(2Bs+BT)的帶寬。
在應(yīng)用本發(fā)明解決方案的情況下，同樣的廣播容量，即3個TDM將僅僅需要2×3×Bs。
因此，很容易知道，帶寬被約減了一個因子(1+k/2)，即1.5至2。
應(yīng)該注意，由地面中繼器接收衛(wèi)星下行鏈路波束的過程以及它們各自的信號處理和重新傳輸是通過使用在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中通常已知的裝置和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。
此外，這種類型的典型的中繼器會利用包括適當(dāng)濾波和放大功能塊的輸入RF級、包括用于調(diào)制的裝置的基帶級和包括混頻器和用于信號放大及濾波的裝置的輸出級，所述信號之后被傳遞到天線用于到終端用戶的地面?zhèn)鬏敗?br> 在濾波級進(jìn)行帶寬選擇。盡管也可以使用相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中已知的任何其它的裝置，但是典型的帶寬選擇裝置可以是帶通SAW濾波器。
應(yīng)該注意，所有這些步驟在現(xiàn)有技術(shù)中都是已知的，于是其進(jìn)一步的描述對于理解本發(fā)明所提出的解決方案來說沒有必要。
本發(fā)明提供了在帶寬使用上提供大幅節(jié)省的優(yōu)點(diǎn)并從而提高了系統(tǒng)容量。
下面的例子根據(jù)對容量的規(guī)劃來說明了上述的優(yōu)點(diǎn)在BT＝kBs的關(guān)系中，k的典型值可以是1.5，其中如上面所討論的那樣，k對應(yīng)于例如是3/4的衛(wèi)星信道編碼速率與例如是1/2的地面信道編碼速率之間相比較的差異。
在傳統(tǒng)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中，通常使用下面的頻率塊來用于傳輸2Bs用于傳送“有用的”內(nèi)容，2Bs用于時間分集以及2BT用于地面中繼。由于2BT＝3Bs，因而這種傳輸所使用的總的頻率塊將是7Bs。然而，有效的吞吐量僅是2Bs，所述有效的吞吐量包含傳送例如多媒體節(jié)目的“有用的”內(nèi)容。
根據(jù)當(dāng)前信源編碼的實(shí)際情況，在每個Bs塊中用于TDM比特流的典型容量是60個節(jié)目。因此，對于2Bs，總?cè)萘烤褪?20個節(jié)目。
現(xiàn)在，如果由本發(fā)明所提供解決方案應(yīng)用于三個被廣播的波束，那么將總共有6Bs被使用，其中3Bs被用于傳送“有用的”內(nèi)容，例如，多媒體節(jié)目，以及3Bs被用于時間分集。由于每個Bs都具有60個節(jié)目的有效容量，因而很容易知道，總共有180個節(jié)目被廣播，這樣提高了整個系統(tǒng)的容量，而且如前面所提及的那樣，使用了更少的頻率塊，即，根據(jù)本發(fā)明的6個頻率塊代替了根據(jù)傳統(tǒng)系統(tǒng)的7個頻率塊。
還應(yīng)該注意，如上面給出的例子那樣，假設(shè)地面中繼器需要BT＝1.5Bs的頻率范圍，并且有2Bs可用于重新傳輸(這些帶寬所對應(yīng)的頻率范圍不同于從衛(wèi)星接收的頻率范圍)于是還有0.5Bs沒有被用于衛(wèi)星波束的地面中繼。于是該剩余的帶寬可以根據(jù)系統(tǒng)資源使用的確實(shí)需要而被自由地用于任何其它的目的。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是多波束的方法使得供方能夠根據(jù)人口的多樣性為人們提供服務(wù)；例如使用減少了的系統(tǒng)資源而向多語言地區(qū)提供更加有效的業(yè)務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)，所述混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)包括至少一個能夠在分別的頻率帶寬(F1；F2；F3)內(nèi)進(jìn)行波束的多波束廣播的衛(wèi)星(S；S1；S2)，所述波束的每一個都適合于向一個地面中繼器(R1；R2；R3)進(jìn)行廣播，所述地面中繼器(R1；R2；R3)能夠接收、處理以及在不同于所接收的波束的帶寬的頻率帶寬內(nèi)重新傳輸所述波束，其特征在于，從一第一地面中繼器重新傳輸?shù)男盘柕膸捤ǖ念l率范圍基本上等于從所述衛(wèi)星向至少一個第二地面中繼器進(jìn)行廣播的波束所使用的帶寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的衛(wèi)星系統(tǒng)，其中所述重新傳輸信號的帶寬的所述頻率范圍包括至少兩個互不相同的帶寬，所述帶寬基本上等于用于從所述衛(wèi)星至少向各第二和第三地面中繼器進(jìn)行廣播的各個波束所使用的帶寬。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一個的衛(wèi)星系統(tǒng)，其中所述衛(wèi)星至少廣播第一、第二和第三波束，各波束分別指向第一、第二和第三地面中繼器，其中，所述第一地面中繼器使用所述第二波束和所述第三波束各自帶寬的結(jié)合來重新傳輸所述第一波束。
4.一種用于通過衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行混合多點(diǎn)廣播的方法，所述系統(tǒng)包括至少一個用于在分別的頻率帶寬(F1；F2；F3)內(nèi)進(jìn)行波束的多波束廣播的衛(wèi)星(S；S1；S2)，所述波束的每一個都向一個地面中繼器(R1；R2；R3)進(jìn)行廣播，所述地面中繼器(R1；R2；R3)能夠接收、處理以及在不同于所接收的波束的帶寬的頻帶內(nèi)重新傳輸所述波束，其特征在于，一第一地面中繼器在一帶寬內(nèi)重新傳輸所述信號，所述帶寬所包括的頻率范圍基本上等于從所述衛(wèi)星向至少一第二地面中繼器進(jìn)行廣播的波束所使用的帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述重新傳輸信號的帶寬的所述頻率范圍包括至少兩個互不相同的帶寬，所述帶寬基本上等于用于從所述衛(wèi)星至少向分別的第二和分別的第三地面中繼器進(jìn)行廣播的各個波束所使用的帶寬。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其中所述衛(wèi)星至少廣播第一、第二和第三波束，各波束分別指向第一、第二和第三地面中繼器，其中，所述第一地面中繼器使用所述第二波束和所述第三波束各自帶寬的結(jié)合來重新傳輸所述第一波束。
全文摘要
用于混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，所述混合多點(diǎn)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)包括至少一個用于在分別的頻率帶寬(F1；F2；F3)內(nèi)進(jìn)行波束的多波束廣播的衛(wèi)星(S；S1；S2)，系統(tǒng)還包括許多地面中繼器(R1；R2；R3)，用于接收、處理以及在不同于所接收的波束的帶寬的頻率帶寬內(nèi)重新傳輸所述波束。為了地面重新傳輸，每個地面中繼器(R1；R2；R3)都重新使用對應(yīng)于從所述衛(wèi)星向不同中繼器進(jìn)行廣播的不同波束的帶寬的結(jié)合。
文檔編號H04B7/208GK1615599SQ02827456
公開日2005年5月11日 申請日期2002年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月1日
發(fā)明者S·布希爾德, C·孔布, O·庫爾塞勒, M-G·弗朗孔, C·努斯利 申請人:阿爾卡特公司