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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Überwachung
digitaler Multiprogammübertragungen.
Genauer bezieht sie sich auf die Überwachung gemultiplexter Paketdatenströme, die
aus digital codiertem Video, Audio und Daten bestehen.
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Fortschritte
in der Video- und Audio-Kompressionstechnologie, der Technologie
integrierter Schaltungen und der Kommunikationsinfrastruktur haben
ein neues gemultiplextes Rundfunkübertragungsformat zur effizienten
Verbreitung von hochqualitativen Video- und Audio-Programmgestaltungen an Endkunden
sowie die Verbreitung nützlicher
Datenservices ergeben. Genauer hat die Einführung von Hochleistungskommunikationssatelliten
in Kombination mit dem gemultiplexten Rundfunkübertragungsformat es erlaubt,
mehr als 100 Kanäle
digitaler Videos direkt an die Wohnstätte eines Fernsehzuschauers
zu übertragen.
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Zum
Beispiel kann digitale Videoinformation in einen gemultiplexten
Rundfunkübertragungsformat
in identifizierbaren Gruppen von Bytes oder Paketen übertragen
werden. Der digitale Videobytestrom ist in Pakete fixer Länge zerstückelt und
paketiert. Die Pakete einer Vielzahl verschiedener Videoquellen
können schnell
auf einer einzelnen Trägerfrequenz
zusammengesetzt (d. h. gemultiplext) werden. Alle Pakete einer einzelnen
Quelle bilden ein Programm oder Servicekanal. Eine einzelne Trägerfrequenz
kann so einen gemultiplexten Paketstrom empfangen und übertragen,
der eine Anzahl verschiedener Videoprogrammkanäle umfasst.
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In
einem Direct Broadcast Satellite (DBS-Direktrundfunksatellit) Übertragungssystem,
z. B. ist ein typischer Hochleistungssatellitentransponder in der
Lage ein einzelnes Trägersignal,
das vier Liveaktionsfernsehkanäle
oder bis zu acht aufgezeichnete Filmkanäle übertragen kann. Ein moderner
Satellit kann Dutzende von Transpondern beinhalten um mehr als 100
Videokanäle
zu liefern. Jeder Transponder richtet (downlinks) seinen gemultiplexten
oder Multiprogrammpaketstrom auf einen Empfänger, der den gemultiplex ten
Paketstrom in die originalen Videodatenkanäle zur Darstellung auflöst. Ähnliche
digitale Multi-Programmübertragungssysteme
sind für
die Benutzung in anderen Netzwerken wie Kabelnetzwerke, Computernetzwerke,
Glasfasemetzwerke und Ähnliche,
geplant.
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Die
Rundfunkübertragung
und das Senden von paketierten Daten erfordert jedoch eine neue Überwachungseinrichtung.
Zum Beispiel kann herkömmliches
Rundfunksfernsehen durch das Person im Studio einfach durch die
Betrachtung der Liveübertragung überwacht
werden. Durch die Anzahl von verfügbaren Programmkanälen und
die hohen Bitraten, die zur Übertragung
von digitalem Video benutzt werden ist ein fortschrittlicheres Testsystem
von Nöten.
Die gemultiplexte Natur des Übertragungsformats
erlaubt nicht den direkten Zugriff auf einen einzelnen Kanal um
das Signal zu überwachen.
Die Überwachung
im Studio des Rundfunkübertragungsbildes
von mehr als 100 Videokanälen
würde auch
mehr Personal benötigen.
Darüber
hinaus korrigiert und verbirgt die vorwärts gerichtete Fehlerkorrektur
(Forward Error Correction – FEC),
die zusammen mit dem übertragenen
Signal geliefert wird, Signalfehler bis diese einen Level erreichen,
der gravierend genug ist, um ein "Einfrieren" des empfangenen Videobildes oder den
kompletten Verlust des übertragenen
Bildes zu bewirken. Eine visuelle Überwachung des Videobildes
ermöglicht
so nur kleine Hinweise für
schlechter werdende Signalkonditionen bevor ein katastrophaler Fehler
der Bildqualität
eintritt.
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Die
Fehlersuche und Isolation von Fehlern in dem gemultiplexten Übertragungssystem
ist also aufgrund der komplexen Natur von Hochgeschwindigkeitsdigitalarchitekturen
schwieriger. Das digitale Übertragungssystem
führt die
digitale Konvertierung, Kompression, Codierung, Paketierung, Multiplexen
und Übertragung
einer großen
Anzahl von Signalen von verschiedenen Quellen bei extrem hohen Bitraten
aus. Elektronische Hochgeschwindigkeitsschaltungen müssen die
digitalen Daten paketieren und die notwendigen Transportkontrollinformationen
zur Verfügung
stellen. Bei hohen Bit-Übertragungsraten
können
Fehler im Zeitablauf (timing errors) zwischen den Schaltungen den
Verlust von Paketen im Paketstrom bewirken. Die hohen Datenraten
und die digitale Natur des paketierten Signals machen jedoch solche
Fehler für
das nicht unterstützte menschliche
Auge unerkennbar. Alle Videosignale werden digital komprimiert,
codiert und paketiert, so dass das Videosignal nicht betrachtet
werden kann, um die Störungsbehebung
von Fehlern zu unterstützen.
Das Videobild kann nur betrachtet wer den, nachdem das digitale Signal
depaketiert, entschlüsselt,
dekomprimiert und am Empfänger
dargestellt wird.
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Die
paketierende Transportarchitektur des digitalen gemultiplexten Übertragungssystems
fügt auch eine
weitere Schicht von Komplexität
in das System ein. Die paketierte Transportarchitektur erfordert
Transportsystemkontrollinformationen um die erfolgreiche Depaketierung
des Paketstroms am Empfänger
sicherzustellen. Fehler in den Transportsystemkontrollinformationen
können
dazu führen,
dass der Empfänger
den digitalen Datenstrom nicht korrekt rekonstruieren kann.
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Entsprechend
besteht ein Bedarf an einem Instrument, dass die Integrität eines
Paketstroms von digitalen Signalen, der von einem digital gemultiplexten
Satellitenkommunikationssystem übertragen
wird, überwachen
und verifizieren kann.
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EP-A-0679030
offenbart eine Vorrichtung zum Erkennen eines Programmpakets in
einem Strom von Paketen und die Auswahl einer Anzahl von Datenpaketen
aus dem Strom von Paketen in denen Servicekanalidentifikatoren (SCIDs)
von solchen Kanälen
die denen in den Programmpaket identifizierten SCID entsprechen.
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WO
94 10775 offenbart ein System und Verfahren zum Übertragen und Empfangen eines
seriellen Bitstroms zum Transportieren eines Multiplexdatenstroms
dem eine Kombination von Daten von einer Vielzahl von digitalen
Services umfasst. Das Dokument offenbart einen Datenextraktor zum
Lokalisieren und Extrahieren eines gemultiplexten Kontrollpaketes
aus dem gemultiplexten Datenstrom und zum anschließenden Identifizieren
und Extrahieren von Datenpaketen aus dem gemultiplexten Datenstrom
basierend auf den Informationen, die in den gemultiplexten Kontrollpaketen
enthalten sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Paketstromanalysator
für digitale
Paketdatenströme. Der
Paketstromanalysator greift zuerst auf Serviceinformationen der
verschiedenen Kanäle
die in einem Multiprogrammpaketdatenstrom transportiert werden zu.
Diese Serviceinformationen sind in Serviceinformations- oder "Programmführer" Paketen in dem Multiprogrammpaketstrom
beinhaltet. Der Serviceinformations- /Programmführer-Kanal umfasst vorzugsweise
die grundlegenden Informationen, die von einem Empfänger benötigt werden,
um einen gewünschten
Kanal in dem Multiprogrammpaketstrom zu identifizieren und zu lokalisieren.
Die Serviceinformation kann eine Identifikation und Position aller übertragenen
Programm- und Servicekanäle,
Zuteilungen von Benutzerkanalnummern, Kanalnamen und Logos, eine
Identifikation von individuellen Programmnamen, Sendezeiten, Beschreibungen,
Leistungsinformationen und dergleichen, die Systemzeit, eine Identifikation
und Position von anderen Kontrollströmen und andere ähnliche
Funktionen beinhalten.
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Zum
Beispiel kann ein DBS-Fernsehsystem Programmführer-Pakete übertragen,
die Informationen über
die verschiedenen Video-, Audio- und Datenkanäle, die von seinem Multiprogrammpaketdatenstrom transportiert
werden umfassen. Der Paketstromanalysator liest den Header eines
jeden Pakets und identifiziert die Programmführer oder die Masterprogrammführer (Master
Program Guide, MPG)- Pakete. Der MPG enthält Informationen über die
verschiedenen Kanäle,
die in dem Multiprogrammpaketstrom vorhanden sind. Der Paketstromanalysator
verifiziert die Pakete und Kanäle,
die in dem MPG aufgelistet sind, anhand der Pakete und Kanäle, die
in dem Paketstrom vorhanden sind.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann der Paketstromanalysator auch die Integrität eines
Paketstroms entsprechend der Informationen in dem Header eines jedes
Pakets verifizieren. Zum Beispiel kann jeder Header bis zu drei
Bytes von je 8 Bit umfassen, die die korrekte Sequenzierung von
Paketen beinhalten und den Inhalt des Pakets identifizieren. Der
Paketstromanalysator benutzt die Header-Informationen, um den Inhalt
und die Sequenzierung der Pakete zu verifizieren.
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Die
verschiedenen Pakete, Kanäle
und Transponder in dem Paketstrom werden dargestellt, um einen elektronischen
Programmführer
des Paketdatenstroms zur Verfügung
zu stellen. Die Resultate der Verifikationstests können auch
dargestellt werden, um dem Benutzer zu erlauben, den Paketstrom
zu überwachen.
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Die
bevorzugteste Ausführungsform
der Erfindung umfasst einen Empfänger,
einen Demodulator, eine inverse vorwärts gerichtete Fehlerkorrektur-Logik
(FEC–1)
und eine Analysatorlogik zur Überwachung
und Verifikation des digitalen Paketstroms. Der Empfänger, der
Demodulator und die FEC–1 stellen den übertragenen Paketdatenstrom
wie der her. Die Analysatorlogik führt die Überwachungs- und Verifikationsfunktionen
für den Paketstrom
aus. Vorzugsweise verarbeitet die Analysatorlogik die Pakete in
Realzeit. Die Analysatorlogik besteht vorzugsweise aus einem dedizierten
logischen Prozessor (dedicated logic processor) oder einer Gatteranordnung
(gate array). Vorzugsweise ist eine Benutzeranzeige vorgesehen,
um die Resultate darzustellen und Benutzereingaben entgegenzunehmen.
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Der
Paketstromanalysator ermöglicht
so dem Benutzer den Status des gemultiplexten Paketdatenstroms anzuzeigen
und zu überwachen.
Der Paketstromanalysator führt
Verifikationstests aus und stellt jeden Fehler dar. Ein Benutzer
kann Fehler in dem Paketstrom durch Überprüfen der Statusanzeige nach
Resultaten, die ein Problem anzeigen, erkennen. Die Fehlertypen
und der Status der von dem Paketstromanalysator zur Verfügung gestellt
werden erlauben dem Benutzer Einblicke, die zur Identifikation von
Fehlern in dem gemultiplexten Rundfunkübertragungssystem führen können.
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Es
muss verstanden werden, dass beides, die vorherige allgemeine Beschreibung
und die nachfolgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und
beschreibend sind und darauf bedacht sind, weitere Erläuterungen
der beanspruchten Erfindung zu liefern. Die Erfindung zusammen mit
den weiteren Aufgaben und zugedachten Vorteilen werden sich am besten
mit Hilfe der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit
den begleitenden Zeichnungen verstehen lassen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Diagramm, das
ein digitales Satellitensystem, das in der Lage ist, die vorliegende
Erfindung zu benutzen, zeigt.
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2 zeigt ein Blockdiagramm
der Paketverarbeitung des Ablenksignalverarbeitungssystems aus 1.
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3 zeigt ein digitales Pakete
und den digitalen Paketstrom, der von dem Ablenksignalverarbeitungssystem
aus 2 übertragen
wird.
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4 zeigt den Transponderaufbau
von zwei Satelliten, die in einem System nach 1 benutzt werden können.
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5 zeigt ein Blockdiagramm
des Paketstromanalysators.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm
für eine Überwachungs-
und Verifikationsfunktion des Geräts nach 5.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, zeigt 1 ein digitales Satellitensystem 20,
das in der Lage ist, die vorliegende Erfindung zu benutzen. Das
System 20 umfasst vorzugsweise eine erdbasierende Uplink-Einrichtung 21,
ein Weltraumsegment 22, das die Satelliten 23a, 23b umfasst
und einen erdbasierenden Empfänger 24.
Obwohl die beschriebene Ausführungsform
sich auf ein digitales Satellitenvideoübertragungssystem bezieht sollte
es verstanden werden, dass der Paketanalysator auch dazu benutzt
werden kann, terrestrische Kabel oder andere Multiprogrammdatenströme zu überwachen.
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Die
erdbasierende Uplink-Einrichtung 21 sammelt Programmgestaltungsinformation über den
eingehenden Satelliten 25, terrestrische Glasfaserpfade 26 oder
vorab aufgezeichneter Programmabläufe, die auf dem Band 27 gespeichert
sind. Die Programmablaufsinformation besteht typischerweise aus
Video- und Audiodaten. Fernsehsignale 26 des eingehenden
Satelliten und im Faseroptik National Television Standards Committee
(NTSC) Format werden digitalisiert und in einen 270 Mbps seriellen
digitalen Videodatenstrom 28 konvertiert. Vorab abgezeichnetes
Material 27 wird der Qualität nach überprüft und in ein Standard-Aufzeichnungsformat
zur Speicherung bis zum Ausstrahlungszeitpunkt transferiert. Das
Material im Standard-Aufzeichnungsformat wird auch auf einen 270
Mbps seriellen Videostrom 28 zum Ausstrahlungszeitpunkt
digitalisiert. Audiomaterial wird gleichermaßen aufbewahrt und in einem
geeigneten digitalen Format 29 übertragen.
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Wie
aus 2 ersichtlich, werden
die digitalen Video- 28 und Audio-Signale 29 dem
Uplink Signal Processing System (USPS, Uplink-Signal-Verarbeitungssystem)
zur Videokompression 31, Verschlüsselung 32 und zum
Multiplexen 33 mit Kontrolldaten 35 zugeleitet.
Die digitalen 270 Mbps Datenströme
werden in einen 3,5–7,5
Mbps digital komprimierten Videostrom 28a unter Benutzung
eines MPEG-2 Kompressionsschemas komprimiert. Abhängig vom
Videoinhalt erlaubt die MPEG-2 Kompression eine mögliche Datenkompression von
36 : 1 oder 70 : 1. Das komprimierte Videosignal 28a wird
in Logik 32 verschlüsselt,
um unauthorisierten Zugriff auf das Signal zu verhindern. Audiosignale
werden entsprechend komprimiert 39 aber nicht herkömmlicherweise
verschlüsselt,
könnten
aber auch verschlüsselt
werden. Die bearbeiteten Video- und Audiodatenströme 28b, 29b werden
paketiert und zusammen mit einer Anzahl von Netzwerkkontrolldatenströme 35 zu einem
einzelnen Paketstrom 38 gemultiplext. Kontrollinformationen
werden vorzugsweise nicht verschlüsselt. Die Paketierung bricht
die Datenströme 28a, 29a, 35 in
Blöcke
fester Länge
oder Pakete auf. Muliplexen kombiniert die Pakete von den verschiedenen
Datenströmen 28a, 29a, 35 zu
einem Multiprogrammpaketdatenstrom 38. Der Paketstrom 38 wird
mit einem vorwärts
gerichtetem Fehlerschutz (FEC) 36 versehen, um Übertragungsfehler
am Empfänger
zu korrigieren.
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Wie
in 3 gezeigt umfasst
der gemultiplexte Paketstrom 38 Daten in Gruppen von Bytes
oder Pakete 50. In einer bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet jedes Paket 50 fester Länge mehr als 100 Bytes von je
acht Bits pro Byte. Die ersten paar Bytes eines Pakets 50 beinhalten
vorzugsweise einen Paket-Header 51. Der Paket-Header 51 beinhaltet
Bits 53, die den Pakettyp identifizieren und zusätzliche
Adress-Bits 52, die den Service, der von dem Paket transportiert
wird, identifizieren. Alle Pakete mit der gleichen Adresse oder
Servicekanal-ID formen ein Programm oder einen Servicekanal. Der
Paket-Header 51 kann auch Informationen, die eine Paketrahmenbildung
unterstützt,
anzeigt ob oder nicht ein Paket verschlüsselt ist und den Typ des Services
der von dem Paket transportiert wird (Video, Audio, Daten oder Überwachung)
anzeigt, beinhalten. Der Header 51 kann auch einen Kontinuitätszähler 54 umfassen,
der für
aufeinanderfolgende Pakete mit der gleichen Servicekanal-ID inkrementiert
wird.
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Die
restlichen Bytes des Pakets 50 umfassen die Daten oder
die Nutzlast 56. Die Nutzlast-Bytes 56 können einen
beliebigen Informationstyp umfassen. Vorzugsweise beinhaltet die
Nutzlast Benutzerservices (Video, Audio oder Daten) oder Systemkontrollinformationen.
In einem typischen System zum Beispiel, beinhalten die Nutzdatenbytes 56 eines
einfachen Videoservicepakets MPEG-2 komprimierte digitale Videodaten 57.
Alternativ kann die Nutzlast digital codierte Audiodaten 56,
die mit einer Frequenz von 48 KHz abgetastet worden sind oder das
44,1 KHz Compact Digital Disc Format (kompaktes digitales Plattenformat)
umfassen. Die Nutzlast 56 kann auch Systemkontrollinformationen 59 transportieren.
Zusätzlich
kann eine Anzahl von Bytes (nicht gezeigt) dem Paket 50 zur
vorwärts
gerichteten Fehlerkorrektur hinzugefügt werden um eine bessere Fehlerkorrektur
und ein robusteres Signal zur Verfügung zu stellen, eine große Anzahl
von FEC-Bytes kann hinzugefügt
werden. Das Hinzufügen
von FEC-Bytes reduziert jedoch die Datenrate des Paketstroms. Vorzugsweise
werden zwei Paketstromdatenraten benutzt, 30,3 Mbps oder 23,6 Mbps.
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Mit
dem gemultiplexten Paketschema ist ein einzelner 30,3 Mbps Multiprogrammpaketstrom 38 in
der Lage bis zu vier Fernsehkanäle
oder bis zu acht aufgezeichnete Filmkanäle, eine Vielzahl von Audiokanälen und
Systemkontrollinformationen zu transportieren. Bis zu 32 (oder mehr)
Multiprogrammpaketströme 38 können zur
Verfügung
gestellt werden um mehr als 100 Videokanäle auszusenden. Jeder der 32
Paketströme
hat einen Service-Informations- oder Master-Programmführer (MPG)-Kanal,
der die verschiedenen Video- 57, Audio- 58 und
Kontrollstrompakete 59, die in dem Paketstrom vorhanden
sind, identifiziert. Der MPG 59a listet die verfügbaren Kanäle nach
der Servicekanal-ID und der Programmgestaltung, die mit jeder Servicekanal-ID assoziiert
ist, auf. Der MPG 59a kann auch Systeminformationen wie
Netzwerkkonfigurationsdaten oder andere Systemparameter umfassen.
MPG-Pakete 59a werden periodisch, vorzugsweise jede Sekunde,
gesendet.
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Jeder
der 32 Multiprogrammpaketströme 38 wird
auf eine Trägerfrequenz
mit einer Symbolrate von 20 Megasymbolen/Sekunde QPSK (Quadrature
Phase-Shift Key) moduliert, um eine Gesamtbitrate von 40 Mbps zur
Verfügung
zu stellen. Der 40 Mbps Träger
wird in seiner Frequenz auf eine von 32 zugeteilten Uplink-Frequenzen
zwischen 17,3 und 17,8 GHz gewandelt. Die Signale werden zu einem
Satelliten 23 gesendet.
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Wie
in 4 gezeigt sind die
Satelliten 23a, 23b gewöhnlicherweise ein geostationärer Satellit
wie z. B. ein HUGHES® HS-601TM Raumsonde.
Die Satelliten 23a, 23b sind vorzugsweise zwei
geostationäre
Satelliten, die sich in sehr nahen geostationären Orbiten befinden. Jeder
Satellit hat vorzugsweise 16 Hochleistungs- (120 Watt) Transponder 40.
Jeder Transponder 40 wird auf einer der 32 Uplink-Frequenzen
zwischen 17,3 und 17,8 betrieben, um eines der 32 gesendeten (uplinked)
Signale zu empfangen. Ein Transpon der 40 empfängt eines
der gesendeten (uplinked) Trägersignale
und konvertiert es auf eine der 32 zugeordneten Downlink-Frequenzen
zwischen 12,2 und 17,8 GHz.
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Wieder
Bezug nehmend auf 1 werden
die gesendeten (downlinked) Signale von dem erdbasierenden Empfänger 24 durch
Antenne 60 empfangen und zu einer Einspeisung 61 fokussiert.
Die Einspeisung 61 konvertiert die fokussierten Signale
in ein elektrisches Signal, das verstärkt und von einem Abwärtswandler mit
niedrigem Rauschpegel (LNB – low
noise block down converter) (nicht gezeigt) abwärts gewandelt (down-converted). Der LNB
wandelt die Signale auf 32 Trägerfrequenzen zwischen 950
MHz und 1450 MHz. Die verstärken
und abwärts
gewandelten Signale werden über
ein Koaxialkabel 62 zu dem Paketstromanalysator 63 übertragen.
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Wie
in 5 gezeigt, umfasst
der Paketstromanalysator 63 vorzugsweise einen Empfänger 64,
einen Demodulator 65, eine inverse vorwärts gerichtete Fehlerkorrektur-Logik 66 (Forward
Error Correction Logic – FEC–1),
eine Analysatorlogik 68 und einen Schnittstellencomputer 70.
Der Empfänger 64 stellt
sich auf eines der 32 Trägersignale
im Frequenzbereich zwischen 950 und 1450 MHz ein. Der Demodulator 65 demoduliert einen
gewählten
Träger
in einen digitalen Paketstrom. Die inserve vorwärts gerichtete Fehlerkorrektur (FEC–1)-Logik 66,
die einen Schaltkreis oder Software benutzt wird zur Verfügung gestellt
um die FEC-Bits zur Korrektur von Übertragungsbitfehlern anzuwenden.
Der Empfang, die Demodulation und die FEC–1 können mit konventionellen
Techniken ausgeführt
werden, wie sie in der Technik wohlbekannt sind. Nachdem die FEC–1 durchgeführt worden
ist, wird der ursprünglich übertragene
Paketstrom 38 (3)
wiederhergestellt.
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Die
Analysatorlogik 68 stellt eine Schaltung oder Software
zur Verfügung
um die Integrität
des empfangenen Paketstroms 38 zu überwachen und zu verifizieren.
Der Paketstrom 38 ist auch in der Uplink-Einrichtung 21 (1) vorhanden. Der Paketstrom
kann daher im Uplink analysiert werden. Das Testen des empfangenen
Paketstroms in dem erdbasierten Empfänger 24 erlaubt jedoch
eine Ende-zu-Ende-Überwachung
des Betriebs des Satellitenübertragungssystem,
das die Modulatoren in dem Uplink-Sender 21, den Satellit
und das Ausführen
der vorwärts
gerichteten Fehlerkorrektur beinhaltet. Das Testen des empfangenen
Paketstroms erlaubt es an von der Uplink-Einrichtung entfernten
Orten zu testen. Entsprechend wird es bevorzugt, dass die Integrität des Paketstroms 38 überprüft wird,
nachdem er Übertragen
und Empfangen worden ist.
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Wie
in 5 gezeigt, beinhaltet
die Analysatorlogik 68 vorzugsweise einen Eingangspuffer
68a zum Speichern von Paketen des zu überwachenden Paketstroms. Die
Analysatorlogik 68 beinhaltet vorzugsweise einen dedizierten
digitalen Signalprozessor 68b um den Paketstrom in Echtzeit, wie
die Pakete ankommen, zu analysieren. Bei einer Datenrate von 30,3
Mbps kommen ca. 30000 Pakete pro Sekunde an, was sich auf die Ankunft
eines Paketes alle 34 ms übertragen
lässt.
Ein dedizierter Signalprozessor, wie z. B. ein Texas Instruments
TMS320C30 betrieben bei 20 MHz, zum Beispiel, kann entsprechend
der gewünschten
Funktionen programmiert werden, um Pakete in einem 34 ms Fenster
zu bearbeiten. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Logik- oder
Signalprozessoren oder andere äquivalente
Formen einer Logik wie z. B. ein Field Programmable Gate Array (FPGA)
oder ein Application Specific Integrated Circuit (ASIC) benutzt
werden können,
um die Analysatorlogik 68 zu implementieren.
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Der
Schnittstellencomputer 70 stellt die Überwachungs- und Verifikationsresultate
dar. Der Schnittstellencomputer 70 kann eine höherschichtige
Benutzerschnittstellen-Software
ausführen
und als Host-Maschine für
die Analysatorlogik 68 fungieren. Der Schnittstellencomputer 70 kann
ein beliebiges Gerät
sein, das in der Lage ist, Eingaben entgegenzunehmen und Resultate
einem Benutzer anzuzeigen. Zum Beispiel ein Mehrzweckcomputer wie
ein beliebiger IBM-kompatibler Personalcomputer, ein Apple Computer
oder leistungsfähigere
Arbeitsplatzsystemcomputer können
benutzt werden. Zusätzlich
kann ein dedizierter Paketstromanalysator mit integriertem Empfänger, Demodulator,
FEC–1,
Analysatorlogik und Benutzerdarstellungs-Hardware auch durch eine
Kombination des Empfängers 64,
des Demodulators 65, der FEC–1,
der Analysatorlogik 68 und dem Schnittstellencomputer 70 in
einer einzelne Einheit zusammengesetzt werden. Die integrierte Einheit ist
vorzugsweise robust, um einen transportfähigen Betrieb zu ermöglichen.
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Die
Analysatorlogik 68 führt
vorzugsweise vier verschiedene Funktionen mit dem Paketstrom aus: Überwachung,
Verifikation, Fehlersuche und Beseitigung (debug) und die Aufbewahrung
von Statistiken.
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Die Überwachungsfunktion
betrachtet den Fluss von Paketen und stellt die Servicekanal-IDs
und Kanäle,
die in dem Paketstrom 38 vorhanden sind, dar. Zum Beispiel
ist die Überwachungsfunktion
vorzugsweise den Paket-Header 51 eines jeden Pakets um
die Servicekanal-ID des Pakets zu identifizieren. MPG-Pakete 59a,
die Informationen über
die verschiedenen Kanäle
in dem Multiprogrammpaketstrom umfassen, haben vorzugsweise die
Servicekanal-ID Nummer 1. Der MPG 59a listet vorzugsweise
die Servicekanal-ID in den Paketstrom, die Kanalnummer einer jeden
Servicekanal-ID und den Programmablauf der von jeder Servicekanal-ID
transportiert wird, auf. Die Überwachungsfunktion
identifiziert jede Servicekanal-ID, die assoziierte Kanalnummer
und die vorhandenen Programmabläufe.
Zum Beispiel können
Pakete mit einer Servicekanal-ID Nummer 10 ein Programmkanal 200 sein,
der ESPN transportiert. Pakete mit Servicekanal-ID Nummer 20 können einen Kanal 201 der
C-SPAN transportiert sein. Die Überwachungsfunktion
kann die MPG-Informationen auf dem Schnittstellencomputer 70 darstellen,
um als ein elektronischer Programmführer zu Paketen und Kanälen, die
in dem Paketstrom vorhanden sind, zu dienen.
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Zusätzlich zu
den obengenannten Kanalparametern kann der MPG 59a auch
Gesamtnetzwerksparameter wie Zeitumstellungswechsel, Bewertungssysteminformationen,
etc. beinhalten. Die Überwachungsfunktion
kann auch diesen Informationstyp anzeigen.
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Die
Verifikationsfunktion testet die Paket-Header 51 und MPG-Pakete
59a um die Integrität
des Paketstroms 38 zu bestätigen. Zum Beispiel testet
die Verifikationsfunktion die Semantiken und die Sequenzierung des
Paketstroms. Jeder Paket-Header 51 kann Informationen bezüglich des
Inhalts und der Sequenzierung der Pakete beinhalten. Der Paketstromanalysator
verifiziert den Paket-Header 51 Informationen in Abhängigkeit
von den Inhalten der Pakete. Jegliche Fehler oder Verletzungen werden
erkannt, markiert und auf dem Schnittstellencomputer 70 dargestellt.
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Die
Fehlersuche- und Korrekturfunktion erlaubt einen Benutzer einzelne
Pakete zu speichern. Die Statistikfunktion unterhält Statistiken
um den Status der Paketströme
zu verfolgen. Vorzugsweise führt
die Analysatorlogik 68 die Überwachung, Verifikation, Fehler- und Statistikfunktionen
gleichzeitig aus.
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Die
vier grundlegenden Funktionen der Analysatorlogik 68, Überwachen,
Verifizieren, Fehlersuchen und Korrigieren und Statistiken werden
vorzugsweise in einen von zwei Modi, Haltezeitmodus (Überwachung eines
einzelnen Transponders) oder Suchmodus (Überwachung mehrerer Transponder)
benutzt.
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Wie
in 6 gezeigt analysiert
der Haltezeitmodus einen einzelnen Paketstrom 38, der von
einem einzelnen Satellitentransponder 40 übertragen
wird. Zum Beispiel überwacht
der Haltezeitmodus den Paketstrom 38 durch das Lesen von
Paket-Headem 51 (3)
und durch Identifikation 81 eines jeden Pakets. MPG-Pakete
werden als in dem Paketstrom vorhanden verifiziert 82.
Die MPG-Syntax und Informationen werden auch als korrekt verifiziert 83.
Zusätzlich
wird der Paketstrom anhand der Informationen in dem MPG verifiziert.
Zum Beispiel wird der Paketstrom überprüft um zu verifizieren 84,
dass keine zwei aufeinanderfolgenden Pakete die gleiche Servicekanal-ID
Nummer haben und dass alle Servicekanal-IDs, die in dem Paketstrom
vorhanden sind, in dem MPG aufgelistet 85 sind. Entdeckte Fehler
können
identifiziert und aufgezeichnet werden.
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Der
Haltezeitmodus überwacht
auch vorzugsweise die Datenrate eines jeden Kanals. Die Datenrate des
Gesamtdatenstroms entspricht vorzugsweise entweder 30,3 Mbps oder
23,6 Mbps. Die Datenrate eines beliebigen einzelnen Kanals wird
aus der Nummer der Pakete mit der speziellen Servicekanal-ID, die
in dem Datenstrom vorhanden ist, berechnet. Zum Beispiel, wenn die
Hälfte
der Pakete in einem 30,3 Mbps Paketstrom, die gleiche Servicekanal-ID
haben, entspricht die Datenrate des Kanals 30,3 Mbps/2 oder 15,15
Mbps. Wenn ein Zehntel der Pakete in einem 30,3 Mbps Paketstrom
die gleiche Servicekanal-ID haben entspricht die Datenrate des Kanals
30,3 Mbps/10 oder 3,03 Mbps. Die Statistikfunktionen des Haltezeitmodus
unterhält (maintain)
und stellt die Datenrate für
jede Servicekanal-ID dar.
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Die
Fehlersuch- und Korrekturfunktion erlaubt das Aufzeichnen und Speichern
von ausgewählten
Paketen im Speicher. Vorzugsweise erlaubt die Fehlersuch- und Korrekturfunktion
auch dem Benutzer Fehlertypen, die der Benutzer aufnehmen und speichern
will, zu programmieren und auszuwählen, ähnlich wie Software-Fehlersuch-
und Korrekturdienstprogramme, die Fachleuten bekannt sind. Der Benutzer
kann die gespeicherten Pakete zu einem späteren Zeitpunkt ansehen, um
Fehler noch einmal zu prüfen
und zu identifizieren.
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Fachleute
werden erkennen, dass beliebige der Verifikationstests weggelassen
werden können.
Natürlich
sind andere Tests des Paketstroms möglich. Zum Beispiel kann die
Analysatorlogik programmiert werden um zu verifizieren, dass der
Kontinuitätszähler 54 in
aufeinanderfolgenden Paketen mit der gleichen Servicekanal-ID 52 sequenziell
nummeriert ist. Zusätzlich
können
alle Servicekanal-IDs, die in dem MPG aufgelistet sind dahingehend
verifiziert werden als dass sie in dem Paketstrom auffindbar sind.
Es sollte verstanden werden, dass Fachleute die Analysatorlogik 68 so
programmieren können,
dass Verifikationsfunktionen wie gewünscht weggelassen oder hinzugefügt werden
können.
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Der
Schnittstellencomputer stellt 89 alle Servicekanal-IDs,
die in einen Paketstrom gefunden werden zusammen mit einer jeden
Servicekanal-ID Kanalnummer (SCID), Namen und Typ eines einzelnen
Kanals (Video, Audio, etc.) und seiner Datenrate dar. Die Liste
wird vorzugsweise elektronisch auf einen Darstellungsmonitor des
Schnittstellencomputers 70 (5)
dargestellt und kontinuierlich auf den neuesten Stand gebracht.
Tabelle 1 zeigt eine typische Darstellung.
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TABELLE
1
TRANSPONDER 04 GEFUNDENE SERVICEKANAL-IDs
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VORHANDENE
SCIDs: 00, 01, 10, 11, 12, 20, 21, 30, 31
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FEHLENDE
SCIDs: --keine--, UNERWARTETE SCIDs: --keine--
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FEHLER:
--keine--
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt wird die Transponder Nummer (04) des überwachten
Paketstroms am Anfang der Darstellung identifiziert. Unter jeder
Transponder Nummer wird eine Tabelle dargestellt, die eine jede
SCID und Informationen über
die SCID auflistet. Solche Informationen können die Kanalnummer, den Namen
und die Kanaldatenrate umfassen. Zum Beispiel SCID 10 in Tabelle
1 ist der Kanal 200-v, der ESPN transportiert bei einer Datenrate
von 7,80 Mbps. Das "v" zeigt an, dass SCID
10 ein Videokanal ist. SCIDs 11 und 12 sind zwei Audiokanäle, 200-a1
und 200-a2, die mit Kanal 200-v assoziiert sind. Da die Anzahl der
SCIDs auf dem Transponder das übersteigen
kann was auf einem Bildschirm dargestellt werden kann, kann die
Liste der SCIDs nach oben und unter gescrollt werden.
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Unter
der SCID-Tabelle in Tabelle 1, stellt VORHANDENE SCIDs eine Liste
von allen SCIDs in dem Paketstrom dar. FEHLENDE SCIDs listet SCIDs,
die von dem MGP identifiziert werden aber nicht im Paketstrom gefunden
wurden auf. UNERWARTETE SCIDs listet die SCIDs auf, die in dem Paketstrom
gefunden wurden, aber nicht in dem MPG aufgelistet sind. Gewöhnlicherweise
sind NICHT VORHANDENE SCIDs und NICHT ERWARTETE SCIDs nicht vorhanden.
Jegliche Fehler, die durch die Verifikationstests gefunden werden
können
auch unter FEHLER aufgelistet werden.
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Der Überwachungsmodus
erlaubt den automatischen Ablauf der Überwachungs- und Verifikationsfunktionen
unter den verschiedenen Satellitentranspondern 40. Der Überwachungsmodus
durchschleift (mode loops) alle oder eine Anzahl von Satellitentranspondern 40 (4) um den Paketstrom eines
jeden Transponders zum überwachen
und zu verifizieren. Der Überwachungsmodus
stellt sich auf einen Transponder 40 ein und führt die Überwachungs-,
Verifikations-, Statistik- und Fehlersuch- und Korrekturfunktionen
durch. Die Überwachungs-,
Verifikations-, Fehlersuch- und Korrektur- und Statistikfunktionen,
die von dem Überwachungsmodus
ausgeführt
werden sind gleich den Funktionen, die in dem Haltezeitmodus (6) ausgeführt werden.
Nachdem die Funktionen für
einen Transponder ausgeführt
worden sind wird auf einen anderen Transponder eingestellt und die
Funktionen werden für
den nächsten
Transponder durchgeführt.
Der Überwachungsmodus
erlaubt so eine sequenzielle Überwachung
aller Satellitentransponder 40.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
einem Betreiber einen digitalen Multiprogrammdatenstrom zu überwachen.
Der Status des gemultiplexten digitalen Signals kann angezeigt und
Fehler können
dem Betreiben identifiziert werden. Jeder Paketstrom wird verifiziert
und jegliche Fehler werden berichtet. Die Datenrate eines jeden
SCID-Kanals wird erhalten und dargestellt. Die Störungsverfolgung
von Fehlern wird durch die Identifikation fehlerhafter Kanäle durch
die SCID-Nummer gestützt.
Die Ausrüstung,
die mit einer fehlerhaften SCID assoziiert ist, kann so identifiziert
und repariert werden.
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Entsprechend überwacht
und verifiziert der Paketstromanalysator die korrekte Paketierung
und das Multiplexen des Paketstroms.
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Natürlich sollte
es verstanden werden, dass ein weites Feld von Änderungen und Modifikationen
der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen gemacht werden
kann. Andere alternative Ausführungsformen
der Erfindung können
verschiedene Empfangs-, Demodulations- oder FEC–1-Funktionen
benutzen. Andere Verifikationstests und Darstellungsmodi befinden
sich ebenfalls im Schutzumfang der hierin beschriebenen Erfindung.
Es ist daher beabsichtigt, dass die vorherige detaillierte Beschreibung
eher als beispielhaft als beschränkend
angesehen wird und dass es verstanden wird, dass es die nachfolgenden
Ansprüche
die alle Äquivalente
umfassen sind, die beabsichtigen, den Schutzbereich dieser Erfindung
zu definieren.