混合多点卫星广播系统中有效利用频率的系统和方法

摘要

用于混合多点卫星广播系统的系统和方法，所述混合多点卫星广播系统包括至少一个用于在分别的频率带宽(F1；F2；F3)内进行波束的多波束广播的卫星(S；S1；S2)，系统还包括许多地面中继器(R1；R2；R3)，用于接收、处理以及在不同于所接收的波束的带宽的频率带宽内重新传输所述波束。为了地面重新传输，每个地面中继器(R1；R2；R3)都重新使用对应于从所述卫星向不同中继器进行广播的不同波束的带宽的结合。

说明书

技术领域

本发明涉及混合多点卫星广播系统中有效利用频率的系统和方法。本发明特别涉及打算向移动终端用户广播多媒体内容的卫星广播系统。本发明所提出的解决方案使得能够通过重新利用用于地面中继的卫星频率来有效地使用系统的频谱资源。本发明适用于但是不限于所谓的卫星数字广播系统，即DBS系统。

技术背景

打算向移动地面接收机广播的卫星系统一般工作在1到2GHz范围的所谓L波段或者在2到3GHz范围的所谓S波段。结果是在这两个波段中，由于频谱有限，所以可用的带宽也有限。而且，这些系统通常需要使用地面中继器来克服由多径效应和/或卫星的视线阻挡所引起的降级和衰落的影响。例如，在高楼耸立的城市地区，可能更加需要考虑阻挡的影响。

因此，所使用的地面中继器通常被安置在对卫星具有高能见度的地方。这些中继器能够接收卫星的信号并且能够经过某些内部处理后在所覆盖的中继区域内重新传送相同的信号，在所述覆盖的中继区域中，用户能够以理想的质量接收所述信号。

如在相关现有技术中已知的那样，所述中继器所使用的频段不同于卫星所使用的频段，并且它们一般都工作在频谱资源同样匮乏的频率范围内。

另外，由于多媒体广播的特性，大量节目通常需要被传送给用户，用户反过来又会请求相对大的系统容量。这个因素在欧洲的系统中更加需要考虑，在欧洲的系统中需要多语言的多媒体应用，这样引起了对更高容量的需求。需要注意，实际上需要更大系统容量将被解释为对频率资源的额外需求，在使用地面中继器的情况下，这种对频率资源的额外需求可能会导致至少两倍于单个卫星的频率资源的需求。

然而，由于在上面已经提及了频率资源实际上是有限的，所以在这方面权衡的直接后果就会是系统容量的损失。

而且，现有的卫星移动广播系统通常是单波束卫星系统。这种系统中的卫星以正交相移键控(QPSK)调制来广播时分复用(TDM)比特流。然后，信号例如，在城市地区，被上述中继器在不同的波段中使用例如正交频分复用(OFDM)波形所转发。

DBS经常利用时间分集。时间分集是为了增强卫星信号传输的地面接收而使用的特征。根据该特征，要利用另外的卫星，所述另外的卫星位于第一卫星之外的合适的位置并且发送与第一卫星的信号基本上一样但却具有预定延时的信号。

就资源利用而言，使用时间分集的直接结果就是广播一个通常被适配在一个频率块中的TDM比特流将需要多于三个的频率块；即，第一卫星的一个频率块，用于卫星延迟复制的又一个频率块，以及用于地面中继的不止一个的频率块，其中地面中继需要更强壮的编码。因此，即使时间分集有助于提高用户终端的接收能力，但是它需要较高的资源使用水平。

为了在系统资源的使用中克服上述缺点，要求提供一种混合多点卫星广播系统，用于以相对高的运行容量向移动用户提供多媒体节目安排，所述系统在向用户的下行链路信号的地面接收和重新传输期间内能够有效的利用系统资源。

发明内容

这一目的是通过本发明所提供的解决方案来实现的，在本发明所提供的解决方案中使用了多波束结构，其中卫星下行链路传输所占用的频段根据一个准则在地面重新传输中被重新使用，所述准则是每个地面中继器都适合于使用邻近下行链路波束的频率波段以用于所述中继器所接收的信号的地面重新传输。

如下面还会讨论的那样，由本发明所提供的解决方案提供了卫星广播系统的容量上的大幅增长。例如，如下面还会讨论的那样，当前L波段的应用规定了120个多媒体节目范围的设计容量，而本发明所提出的解决方案可以使用甚至更少的带宽来提供多达180个多媒体节目的设计容量。

因此，本发明的一个目的是提供混合多点卫星广播系统，所述混合多点卫星广播系统包括至少一个能在分别的频率带宽内进行波束的多波束广播的卫星，所述波束的每一个都适合于向地面中继器进行广播，所述地面中继器能够接收、处理以及在不同于所接收的波束的带宽的频率带宽内重新传输所述波束，其特征在于：从第一地面中继器重新传输的信号的带宽所包括的频率范围基本上等于从所述卫星向至少第二地面中继器进行广播的波束所使用的带宽。

根据本发明的一个方面，所述重新传输信号的带宽的所述频率范围包括至少两个互不相同的带宽，所述带宽基本上等于用于从所述卫星向各个第二和第三地面中继器广播的各个波束所使用的带宽。

根据本发明的另一个方面，所述卫星至少广播第一、第二和第三波束，各波束分别指向第一、第二和第三地面中继器，其中，所述第一地面中继器使用所述第二波束和所述第三波束的各自带宽的结合来重新传输所述第一波束。

本发明的另一个目的是提供一种用于通过卫星系统进行混合多点广播的方法，所述系统包括至少一个用于在分别的频率带宽内进行波束的多波束广播的卫星，所述波束的每一个都向地面中继器进行广播，所述地面中继器能够接收、处理以及在不同于所接收的波束的带宽的频带内重新传输所述波束，其特征在于，所述第一地面中继器在一带宽内重新传输所述信号，所述带宽所包括的频率范围基本上等于从所述卫星向至少第二地面中继器进行广播的波束所使用的带宽。

借助附图的帮助，在下面的描述以及权利要求中详细地描述本发明的这些和其它的特征以及其优点。

附图说明

图1a是根据传统技术在单波束安排下的卫星系统广播的示意性的表示；

图1b示出了根据图1a的卫星系统所广播的波束的地面中继所需的各种带宽；

图2a是根据本发明提出的解决方案的实施例的在多波束安排下的卫星系统广播的示意性的表示；

图2b示出了根据图2a的卫星系统所广播的波束的地面中继所需的各种带宽，其中表示了频带重新使用的概念；

图3是根据本发明一个特定实施例的在多波束安排下的卫星系统广播的示意性的表示，其中就三个频率带宽示出了频率带宽重新使用的概念。

具体实施方式

在图1a所示的方案中，示出了在单波束配置下进行广播的传统的卫星系统。在这种系统中，卫星S1向地面中继器R1进行广播，所述地面中继器R1能够接收、处理和重新传输由卫星S1广播来的波束。

尽管随后的实施例的描述是利用一个在TDM模式下进行传输的例子给出的，但是应该注意，本发明还可以应用于其它的传输模式，特别是码分复用，即CDM。

假设在来自卫星的下行链路传输中广播的每个波束所占用的带宽是B_s。由于由中继器R1进行的相应地面重新传输需要较大的编码速率，所以所述地面中继器R1传输同样的信息所使用的带宽假设为B_T＝k×B_s；其中在使用TDM模式的情况下1≤k≤2。在使用CDM模式的情况下，k＝1。

如图1b所示，在传统的系统中，下行链路波束的接收以及实现其重新传输所需的总的频率带宽将包括一个用于下行链路的带宽B_s和一个用于重新传输的B_T。因此，所需的总带宽将是B_s+B_T。

如前面讨论的那样，为了在卫星传输中获得较高的接收质量，可以利用使用额外卫星S2的时间分集。在这种情况下，第二卫星S2广播一个另外的重叠的波束，这样占用额外带宽B_s，它将用于单个传输的总带宽增加为2B_s+B_T。

如图2a所示，卫星系统工作在多波束配置下，其中卫星S1向地面中继器R1、R2和R3的每个发送一个分别的波束。与图1a和1b的例子类似，所发送的每个波束占用带宽B_s。地面中继器R1、R2和R3能够接收、处理和重新传输所述分别的波束。

在图2a的例子中，描述了三个中继器，所述三个中继器又需要三个从卫星进行广播的下行链路的TDM比特流，即3B_s。然而，本发明不应该被解释为限于只有三个带宽，因为本领域技术人员将会懂得，这里所公开的发明还可以用于在整个系统中包括不止三个带宽的具有更多数量中继器的系统。

而且，应该注意，为了本发明的目的，尽管同样被称作B_s，但是这些带宽的每一个都具有不同的频率范围，因此，在中继器侧它们能够被清楚的区分开来。

回到图2a的例子，中继器R1、R2和R3的每个都将在各自的带宽内进行重新传输，与图1中用于TDM模式传输的例子类似，该带宽假设占用带宽B_T＝k×B_s；其中1≤k≤2。

由于每个中继器都将需要一个具有最大值2B_s的带宽B_T，并且由于至少有三个带宽B_s可用，其中一个用于从卫星的广播，所以每个所述中继器都可以被允许使用其它两个带宽用于其重新传输需要。

参考图2b，可以观察到，在不使用时间分集的情况下，用于三个TDM下行链路的总的卫星带宽是3B_s，于是在地面中继器所使用的频带总是不同于从卫星到其的下行链路中所使用的频率带宽的条件下，每个地面中继器可以使用三个波束中的两个。

为了更好的理解，在图3中说明了这种情况的一种假设的配置，其中为了提供六个广播地理区域的覆盖，假设卫星S广播在频率范围F1、F2、F3内的三种波束。每个覆盖区域还配备了一个中继器。如在图3中可以观察到的那样，对应于每个区域的中继器使用对应于另外两个覆盖区域的频带。因此，位于在频带F1下接收卫星下行链路波束的区域中的中继器使用频带F2和F3以在所述地理区域内将信号重新传送给终端用户。同样地，在频带F2和F3下的覆盖区域中的中继器分别使用频带组F1；F3，F2；F1。为了更好的理解，下面的表总结了上面的描述。

    波束1    波束2    波束3卫星频率    F1    F2    F3地面中继器频率    F2；F3    F1；F3    F1；F2

以这种方式，整个系统所使用的总频率带宽只是3B_s。如上面所讨论的那样，在与传统系统的类似的情况下，但这次是关于三个TDM下行链路比特流和由中继器进行的它们各自的重新传输的的情形，它将需要3×(B_s+B_T)。由于B_T＝k×B_s，于是传统卫星系统中所需的总带宽将是3×B_s×(1+k)。

因此，它表明通过采用本发明所提出的解决方案，达到了简约因子(1+k)。注意到k可以在1至2之间变化，那么简约因子就可以表示2至3之间的值。

在使用时间分集的情况下，参考图1a、1b、2a和2b，情况如下：

在如图1a和1b所示的传统卫星广播系统中，从两个卫星进行广播的下行链路中的3个TDM比特流和它们各自的地面重新传输将需要占用3×(2B_s+B_T)的带宽。

在应用本发明解决方案的情况下，同样的广播容量，即3个TDM将仅仅需要2×3×B_s。

因此，很容易知道，带宽被约减了一个因子(1+k/2)，即1.5至2。

应该注意，由地面中继器接收卫星下行链路波束的过程以及它们各自的信号处理和重新传输是通过使用在相关技术领域中通常已知的装置和设备来实现的。

此外，这种类型的典型的中继器会利用包括适当滤波和放大功能块的输入RF级、包括用于调制的装置的基带级和包括混频器和用于信号放大及滤波的装置的输出级，所述信号之后被传递到天线用于到终端用户的地面传输。

在滤波级进行带宽选择。尽管也可以使用相关技术领域中已知的任何其它的装置，但是典型的带宽选择装置可以是带通SAW滤波器。

应该注意，所有这些步骤在现有技术中都是已知的，于是其进一步的描述对于理解本发明所提出的解决方案来说没有必要。

本发明提供了在带宽使用上提供大幅节省的优点并从而提高了系统容量。

下面的例子根据对容量的规划来说明了上述的优点：

在B_T＝kB_s的关系中，k的典型值可以是1.5，其中如上面所讨论的那样，k对应于例如是3/4的卫星信道编码速率与例如是1/2的地面信道编码速率之间相比较的差异。

在传统卫星广播系统中，通常使用下面的频率块来用于传输：2B_s用于传送“有用的”内容，2B_s用于时间分集以及2B_T用于地面中继。由于2B_T＝3B_s，因而这种传输所使用的总的频率块将是7B_s。然而，有效的吞吐量仅是2B_s，所述有效的吞吐量包含传送例如多媒体节目的“有用的”内容。

根据当前信源编码的实际情况，在每个B_s块中用于TDM比特流的典型容量是60个节目。因此，对于2B_s，总容量就是120个节目。

现在，如果由本发明所提供解决方案应用于三个被广播的波束，那么将总共有6B_s被使用，其中3B_s被用于传送“有用的”内容，例如，多媒体节目，以及3B_s被用于时间分集。由于每个B_s都具有60个节目的有效容量，因而很容易知道，总共有180个节目被广播，这样提高了整个系统的容量，而且如前面所提及的那样，使用了更少的频率块，即，根据本发明的6个频率块代替了根据传统系统的7个频率块。

还应该注意，如上面给出的例子那样，假设地面中继器需要B_T＝1.5B_s的频率范围，并且有2B_s可用于重新传输(这些带宽所对应的频率范围不同于从卫星接收的频率范围)于是还有0.5B_s没有被用于卫星波束的地面中继。于是该剩余的带宽可以根据系统资源使用的确实需要而被自由地用于任何其它的目的。

本发明的另一个优点是多波束的方法使得供方能够根据人口的多样性为人们提供服务；例如使用减少了的系统资源而向多语言地区提供更加有效的业务。