DE10139066A1

DE10139066A1 - Verfahren und Anordnung zum Verbessern der Empfangseigenschaften von DVB-Signalen

Info

Publication number: DE10139066A1
Application number: DE2001139066
Authority: DE
Inventors: Juergen Lauterjung
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Zum Verbessern der Empfangseigenschaften von DVB-Signalen, insbesondere beim Empfang mit mobilen Empfängern, bei dem die DVB-Signale senderseitig als MPEG-Transportstrom-Pakete erzeugt werden, wird senderseitig mindestens ein Teil der MPEG-Transportstrom-Pakete vor dem Modulator (3) nach dem Interleaving-Prinzip verschachtelt werden und empfangsseitig wird nach dem Demodulator (4) nach dem gleichen Interleaving-Prinzip die Verschachtelung wieder rückgängig gemacht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Verbessern der Empfangseigenschaften von DVB-Signalen, insbesondere beim Empfang mit mobilen Empfängern.

Der seit 1997 existierende europäische Standard für digitales terrestrisches Fernsehen (DVB-T, Standard Nr. EN300744) ist ursprünglich nur für stationären Empfang über eine Dachantenne konzipiert. In den letzten Jahren konnte nachgewiesen werden, daß eine ganze Reihe der robusteren Übertragungs-Moden auch für den Empfang mit portablen und mobilen Geräten geeignet ist. Wenn beim Mobilempfang im Übertragungskanal allerdings sogenanntes Flat Fading auftritt, oder wenn die Empfänger in einer Umgebung betrieben werden, in der ein relativ hoher Grad an impulsartigen Störungen gegeben ist, treten burst-artige Fehlermuster auf, die vofl den bei der Kanalcodierung der DVB-Signale angewandten fehlerkorrigierenden Codes nicht mehr korrigiert werden können. Es kommt deshalb unter schwierigen mobilen Empfangsverhältnissen zu Aussetzern und damit zu Empfangsqualitätsverlusten. Gleiches gilt für den Satellitenempfang, der nach dem DVB-Standard (Standard Nr. EN300421) arbeitet und der ebenfalls für stationären Empfang konzipiert ist und bei dem beim mobilen Empfang die gleichen Störungen auftreten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und Anordnung aufzuzeigen, das bzw. die diese Nachteile vermeidet und das den ungestörten Empfang solcher DVB- Signale mit mobilen Empfängern ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen insbesondere auch bezüglich einer einfachen Anordnung zum Ausführen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem bekannten genormten MPEG-Transportstrom-Prinzip (MPEG = Motion Pictures Experts Group, Weltstandard für die Quellcodierung von Video- und Audiosignalen nach ISO IEC13818) auf. Diese für DVB-T und auch für den Satelliten-DVB-Empfang standardisierte Übertragungskette mit dem MPEG-2- Transportstrom bleibt beim erfindungsgemäßen Verfahren unverändert. Damit ist die Kompatibilität mit existierenden Empfänger-Populationen und existierenden Sendestationen gegeben. Das gemäß der Erfindung an dem unverändert kanalcodierten MPEG-Transportstrom angewandte Interleaving- Prinzip ist an sich beim digitalen Audio Broadcasting (DAB) bzw. ISDB-T bekannt, da diese Systeme von vornherein für einen Mobilempfang entworfen sind. Dieses Interleaving- Verschachtelungsprinzip wird beispielsweise näher beschrieben in der DAB-Norm EN300401 bzw. im Buch von Ulrich Reimers, digitale Fernsehtechnik, Springerverlag, 1996, Seiten 130 und 131. Bei diesen bekannten Systemen wird das Interleaving-Prinzip bereits bei der Kanalcodierung angewendet. Würde dieses Prinzip auch bei DVB bei der Kanalcodierung eingeführt, so könnten die existierenden Empfänger- und Senderanlagen nicht mehr benutzt werden. Dieser Nachteil entfällt, wenn im Sinn der Erfindung das Interleaving-Prinzip an dem in üblicher Weise erzeugten MPEG-Transportstrom vor der standardisierten Kanalcodierung angewendet wird. In diesem Fall ist es nur erforderlich, senderseitig vor dem Modulator eine entsprechende Zusatzeinrichtung vorzusehen und empfangsseitig an den bestehenden Empfängern an einer von außen zugänglichen Schnittstelle nach dem Demodulator eine entsprechende Zusatzeinrichtung beispielsweise in Form einer Steckkarte einzusetzen, ohne den eigentlichen Demodulator des Empfängers zu ändern.

Das erfindungsgemäße Prinzip ist nicht nur bei DVB-T, sondern auch bei nach dem DVB-Standard arbeitenden Satelliten-Systemen anwendbar, die zunächst ebenfalls nur für einen stationären Empfang konzipiert sind und durch das erfindungsgemäße Verfahren auch für den mobilen Empfang geeignet werden. Auch für sogenannte ATM-Systeme (Asynchronous Transfer Mode), wie sie im Telekommunikationsbereich angewendet werden und ebenfalls mit einer dem MPEG-Transportstrom vergleichbaren Paketstruktur arbeiten, ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. In allen diesen Fällen ist es vorteilhaft, einen zusätzlichen Fehlerschutz vorzusehen.

Gemäß der Erfindung werden Fehler im Übertragungssystem, die in unregelmäßigen zeitlichen Abständen stark gehäuft auftreten (burst-artige Fehlerhäufungen) und die für das System in seiner gegenwärtig definierten Form nicht zu korrigieren oder auszugleichen sind, über eine Vielzahl von MPEG-Transportstrom-Pakete verteilt, so daß sie von den fehlerkorrigierenden Codes vollständig oder nahezu vollständig korrigiert werden können. Diese Verbesserung ist besonders bei mobilen Empfängern (portable oder PKW- Empfänger) interessant.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 den Prinzipaufbau einer DVB-T-Verbindung und
Fig. 2 das Schema der Umwandlung des MPEG- Transportstromes in den mit einem zusätzlichen fehlerkorrigierenden Code ergänzten verschachtelten MPEG-Transportstrom.
Fig. 1 zeigt den Prinzipaufbau einer DVB-T-Verbindung. Die zu übertragenden Daten (Video, Audio oder andere Daten) werden in einem Multiplexer 1 meist noch im Studio nach dem MPEG-2-Prinzip zu einem Transportstrom TS umgesetzt, der in einer Zusatzeinrichtung 2 nach einem bekannten Zeit- Interleaving-Algorithmus zu einem neuen Transportstrom TS* verschachtelt wird. Dazu weist die Zusatzeinrichtung 2 einen Zeit-Inleaver 2b auf. In der Zusatzeinrichtung 2 wird außerdem noch eine zusätzliche fehlerkorrigierende Codierung zugesetzt. Dieser verschachtelte MPEG-Transportstrom TS* mit zugesetzten Korrekturdaten, wird dann dem Modulator 3 zugeführt und über den Sender zum Empfänger abgestrahlt. Im Demodulator 4 des Empfängers wird nach dem MPEG- Empfangsprinzip der verschachtelte Transportstrom TS* wieder rückgewonnen und einer Zusatzeinrichtung 5 zugeführt, in welcher nach dem gleichen senderseitig angewandten Zeit- Interleaving-Prinzip die Verschachtelung wieder rückgängig gemacht und gleichzeitig auch der zusätzliche fehlerkorrigierende Code decodiert wird. Dazu weist die Zusatzeinrichtung 5 einen Zeit-De-Interleaver 5b auf. Der so rückgewonnene ursprüngliche MPEG-2-Transportstrom TS wird dann im Empfänger in üblicher Weise weiter ausgewertet und aufbereitet.
Die Tiefe für das Zeit-Interleaving (Time Interleaver Depths) wird entsprechend dem gewählten Übertragungsmode (z. B. von 2k oder 8k, der Coderate bzw. dem Guard Intervall) und den Verhältnissen im Übertragungskanal (RF-Channel- Characteristic) gewählt. Bei Impulsstörungen, die mit einer Periodizität von ungefähr 10 ms auftreten, ist eine Tiefe für das Zeit-Interleaving von ungefähr 20 ms in vielen Fällen ausreichend. Aus dieser Zahl wird für den gewählten Übertragungsmode dann die Anzahl der MPEG-Transportstrom- Pakete bestimmt. Bei Flat Fading kann sich auch ein Mehrfaches dieser Länge ergeben.
Als Basis-Anzahl für die Verschachtelung kann dann die Zahl gewählt werden, die einem Vielfachen der in dem entsprechenden Rahmen enthaltenen MPEG-Transportstrom-Pakete entspricht. Auf diese Weise ist eine einfache Synchronisation des Zeit-Interleaving-Algorithmus möglich.
Um die Verschachtelung zusätzlich zu schützen, kann noch ein zusätzlicher fehlerkorrigierender Code benutzt werden, beispielsweise ein Reed-Solomon-Code mit entsprechender Coderate wie der verkürzte Reed-Solomon-Code RS(188,204), wie er im DVB-Standard definiert ist und für den bereits viele Implementierungen existieren. Dazu weist die Zusatzeinrichtung 2 einen FEC-Encoder 2a und die Zusatzeinrichtung 5 einen FEC-Decoder 5a auf.
Für den Zeit-Interleaving-Algorithmus kann beispielsweise eine paketweise Verzögerung über FIFO-Schieberegister benutzt werden, mit der die MPEG-Transportstrom-Pakete verschachtelt werden. Dabei ist es nicht erforderlich, daß für jedes einzelne Paket eine Verzögerung vorgenommen wird, es ist auch möglich, mehrere MPEG-Transportstrom-Pakete jeweils zusammenzufassen und gemeinsam zu verzögern oder auch nur Teile von MPEG-Transportstrom-Paketen oder sogar nur einzelne Bytes. Der auf diese Weise erzeugte Paket-Strom wird dann abschnittsweise in einen neuen MPEG-Transportstrom verpackt. Dazu können Abschnitte von jeweils 184 Byte als Nutzdaten und eine MPEG-Transportstrom-Rahmenstruktur eingefügt werden. Es ist auch möglich, dieses Prinzip nicht auf den gesamten ursprünglichen MPEG-Transportstrom anzuwenden, sondern nur auf einen oder mehrere Teildatenströme oder Services, charakterisiert durch ihre jeweilige Paketidentifizierung PID oder Gruppen von PIDs. Auf diese Weise entsteht ein neuer MPEG-Transportstrom, der nun direkt in ein DVB-Übertragungssystem eingespeist werden kann und von diesem in transparenter Weise zum Empfänger transportiert wird.
Das für die Rückbildung der Verschachtelung im Empfänger vorgesehene Zusatzgerät 5 kann z. B. eine PCMCIA-Karte sein, die in den entsprechenden Common Interface (CI)-Schlitz eingeführt wird und die Decodierung des fehlerkorrigierenden Codes vornimmt und die Verschachtelung der ursprünglichen MPEG-Transportstrom-Pakete im Zeit-Interleaving wieder rückgängig macht.
Die senderseitige Zusatzeinrichtung 2 kann z. B. örtlich am Multiplexer 1 angebracht werden, wenn dieser beispielsweise im Studio angeordnet ist. Dies bietet sich vor allem bei der Speisung von Gleichwellennetzen an. Bei Mehrfrequenznetzen ist es vorteilhaft, diese Zusatzeinrichtung am Modulatoreingang im Sender vorzusehen, so daß die Datenraten im Zuführungsnetz (Primary Distribution Network) gleichbleiben und der Overhead erst am Sendestandort entsteht.
Fig. 2 zeigt das Schema der Umwandlung des ursprünglichen MPEG-Transportstromes TS in den mit einem zusätzlichen fehlerkorrigierenden Code ergänzten verschachtelten MPEG- Transportstrom-TS*. Die zusätzlichen Daten D des fehlerkorrigierenden Codes werden in der senderseitigen Zusatzeinrichtung 2 den Nutzdaten der einzelnen MPEG- Transportstrom-Pakete hinzugefügt, anschließend wird der so entstehende Datenstrom erneut im Sinne der letzten Zeile von Fig. 2 in einen neuen Header* und einen Nutzdatenabschnitt Pay load* unterteilt, der so entstehende neue Datentransportstrom TS* ist damit wieder in genauso große Pakete unterteilt wie der ursprüngliche Transportstrom und kann daher vom Demodulator 4 des Empfängers in üblicher Weise verarbeitet werden.

Claims

1. Verfahren zum Verbessern der Empfangseigenschaften von DVB-Signalen, insbesondere beim Empfang mit mobilen Empfängern, bei dem die DVB-Signale senderseitig als MPEG- Transportstrom-Pakete erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig mindestens ein Teil der MPEG- Transportstrom-Pakete vor dem Modulator (3) nach dem Interleaving-Prinzip verschachtelt wird und empfangsseitig nach dem Demodulator (4) nach dem gleichen Interleaving- Prinzip die Verschachtelung wieder rückgängig gemacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig dem MPEG-Transportstrom zusätzlich eine fehlerkorrigierende Codierung zugeführt wird und damit empfangsseitig eine Fehlerkorrektur durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher fehlerkorrigierender Code ein Reed- Solomon-Code benutzt wird.

4. Anordnung zum Ausführen eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig vor dem Modulator (3) eine Zusatzeinrichtung (2) für die Verschachtelung der vom MPEG- Multiplexer (1) zugeführten MPEG-Transportstrom-Pakete nach dem Interleaving-Prinzip angeordnet ist und empfangsseitig nach dem Demodulator (4) eine die Interleaving- Verschachtelung rückgängig machende Zusatzeinrichtung (5) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4 zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruchs 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der senderseitigen Zusatzeinrichtung (2) eine fehlerkorrigierende Codiereinrichtung (2a) und in der empfangsseitigen Zusatzeinrichtung (5) eine entsprechende Decodiereinrichtung (5a) vorgesehen ist.