DE10139066A1

DE10139066A1 - Improving reception characteristics of digital terrestrial television by mobile receiver, by interleaving MPEG transport stream prior to modulation and de-interleaving at receiver

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

The method involves generating DVB signals at the transmitter in MPEG-transport stream packets. At the transmitter, at least part of the MPEG transport stream packets are interleaved prior to modulation. At the receiver, the signals are de-interleaved after demodulation. The MPEG transport stream may be supplemented with an error correction coding, such as Reed-Solomon code, for error correction at the receiver. An Independent claim is also included for an apparatus for performing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Verbessern der Empfangseigenschaften von DVB-Signalen, insbesondere beim Empfang mit mobilen Empfängern. The invention relates to a method and an arrangement for Improving the reception properties of DVB signals, especially when receiving with mobile receivers.

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. The European standard for digital terrestrial television (DVB-T, standard no. EN300744) is originally only for stationary reception designed a roof antenna. Over the past few years proven that a whole range of the more robust Transmission modes also for reception with portable and is suitable for mobile devices. If during mobile reception in Transmission channel, however, so-called flat fading occurs or when the recipient is in an environment are operated in a relatively high degree is given pulse-like interference, burst-like occur Error patterns that occur in the channel coding of the Error correcting codes not applied to DVB signals can be corrected more. It therefore comes under difficult mobile reception conditions to dropouts and thus to loss of reception quality. The same applies to the Satellite reception based on the DVB standard (standard no. EN300421) works and also for stationary reception is designed and the same for mobile reception Disturbances occur.

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. It is therefore an object of the invention, a method and Arrangement to show that these disadvantages avoids undisturbed reception of such DVB- Allows signals with mobile receivers.

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. This object is achieved by the features of claim 1 and solved the features of claim 4. advantageous Further training, especially with regard to a simple one Arrangements for carrying out this method result from the subclaims.

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. The method according to the invention is based on the known one standardized MPEG transport stream principle (MPEG = Motion Pictures Experts Group, world standard for source coding of video and audio signals according to ISO IEC13818). This for DVB-T and also for satellite DVB reception standardized transmission chain with the MPEG-2 Transport stream remains in the method according to the invention unchanged. This is compatibility with existing ones Receiver populations and existing transmitter stations given. That according to the invention on the unchanged channel-coded MPEG transport stream applied interleaving The principle is inherent in digital audio broadcasting (DAB) or ISDB-T known, because these systems from the outset for mobile reception are designed. This interleaving The nesting principle, for example, is getting closer described in the DAB standard EN300401 or in the book by Ulrich Reimers, digital television technology, Springerverlag, 1996, Pages 130 and 131. With these known systems this is Interleaving principle already in the channel coding applied. Would this principle also apply to DVB at Channel coding introduced, so could the existing ones Receiver and transmitter systems are no longer used. This disadvantage is eliminated if in the sense of the invention Interleaving principle on the generated in the usual way MPEG transport stream before standardized channel coding is applied. In this case, it is only necessary a corresponding one in front of the modulator on the transmitter side Additional device to be provided and on the receiving side to the existing receivers on an externally accessible Interface after the demodulator a corresponding Additional device, for example in the form of a plug-in card to use without the actual demodulator of the To change the recipient.

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. The principle according to the invention is not only for DVB-T, but also for those working according to the DVB standard Satellite systems applicable, initially also only are designed for a stationary reception and by the Method according to the invention also for mobile reception become suitable. Also for so-called ATM systems (Asynchronous Transfer Mode), as in Telecommunications are applied and also with a comparable to the MPEG transport stream Working packet structure is the inventive method suitable. In all of these cases it is beneficial to have one provide additional error protection.

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. According to the invention, errors in the transmission system, the heavily clustered at irregular intervals occur (burst-like error accumulations) and that for the System in its currently defined form correct or balance over a variety of MPEG transport stream packets distributed so that they are from the error-correcting codes completely or almost can be completely corrected. This improvement is especially for mobile receivers (portable or car Recipient) interesting.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: The invention will now be described more schematically Drawings explained in more detail using an exemplary embodiment. In the drawing shows:

Fig. 1 den Prinzipaufbau einer DVB-T-Verbindung und Fig. 1 shows the basic structure of a DVB-T connection and

Fig. 2 das Schema der Umwandlung des MPEG- Transportstromes in den mit einem zusätzlichen fehlerkorrigierenden Code ergänzten verschachtelten MPEG-Transportstrom. Fig. 2 shows the scheme of converting the MPEG transport stream in the supplemented with an additional error correcting code interleaved MPEG transport stream.

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. Fig. 1 shows the basic structure of a DVB-T connection. The data to be transmitted (video, audio or other data) are usually converted in a multiplexer 1 in the studio according to the MPEG-2 principle to a transport stream TS, which is converted into a new one in an additional device 2 according to a known time-interleaving algorithm Transport stream TS * is nested. For this purpose, the additional device 2 has a time inleaver 2 b. An additional error-correcting coding is also added in the additional device 2 . This interleaved MPEG transport stream TS * with added correction data is then fed to the modulator 3 and emitted via the transmitter to the receiver. In the demodulator 4 of the receiver, the interleaved transport stream TS * is recovered again according to the MPEG reception principle and fed to an additional device 5 , in which the interleaving principle is reversed and the additional error-correcting code is decoded at the same time using the same time interleaving principle used by the transmitter , For this purpose, the additional device 5 has a time de-interleaver 5 b. The original MPEG-2 transport stream TS thus recovered is then further evaluated and processed in the receiver in the usual way.

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. The depth for time interleaving Depths) is determined according to the selected transmission mode (e.g. from 2k or 8k, the code rate or the guard interval) and the conditions in the transmission channel (RF channel Characteristic) selected. In the case of impulse disorders with a Periodicity of around 10 ms occur is a depth for time interleaving of approximately 20 ms in many cases sufficient. This number becomes the chosen one Transmission mode then the number of MPEG transport stream Packages determined. Flat fading can also be a problem Multiple of this length result.

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. The number can then be used as the base number for the nesting can be chosen which is a multiple of that in the corresponding frame contained MPEG transport stream packets equivalent. This way is an easy one Synchronization of the time interleaving algorithm possible.

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. To additionally protect the nesting, an additional error-correcting code can be used, for example a Reed-Solomon code with the corresponding code rate, such as the shortened Reed-Solomon code RS (188.204), as defined in the DVB standard and for which many implementations already exist. For this purpose, the additional device 2 has an FEC encoder 2 a and the additional device 5 has an FEC decoder 5 a.

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. For example, for the time interleaving algorithm a packet-wise delay via FIFO shift register with which the MPEG transport stream packets are used to be nested. It is not necessary that there is a delay for each individual packet, it is also possible to have multiple MPEG transport stream packets summarize and delay together or even parts of MPEG transport stream packages or even only single bytes. The packet stream generated in this way is then converted into a new MPEG transport stream in sections packed up. Sections of 184 bytes each can be used as User data and an MPEG transport stream frame structure be inserted. It is also possible that this principle is not on the entire original MPEG transport stream apply, but only to one or more Partial data streams or services, characterized by their respective packet identification PID or groups of PIDs. This creates a new MPEG transport stream, the can now be fed directly into a DVB transmission system can and from this to the recipient in a transparent manner is transported.

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. The additional device 5 provided for the regression of the nesting in the receiver can, for. B. be a PCMCIA card, which is inserted into the corresponding Common Interface (CI) slot and decodes the error-correcting code and undoes the interleaving of the original MPEG transport stream packets in time interleaving.

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. The transmitter-side additional device 2 can, for. B. locally attached to the multiplexer 1 , if this is arranged for example in the studio. This is particularly useful when feeding single-frequency networks. In the case of multi-frequency networks, it is advantageous to provide this additional device at the modulator input in the transmitter so that the data rates in the supply network (primary distribution network) remain the same and the overhead only arises at the transmitter site.

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. Fig. 2 shows the scheme of conversion of the original MPEG transport stream TS in the supplemented with an additional error correcting code interleaved MPEG transport stream TS *. The additional data D of the error-correcting code are added to the useful data of the individual MPEG transport stream packets in the transmitter-side additional device 2 , and then the resulting data stream is again translated into a new header * and a payload payload section in the sense of the last line in FIG. 2 * divided, the resulting new data transport stream TS * is again divided into packets as large as the original transport stream and can therefore be processed in the usual manner by the receiver's demodulator 4 .

Claims

1. A method for improving the reception properties of DVB signals, especially when receiving with mobile receivers, in which the DVB signals are generated on the transmitter side as MPEG transport stream packets, characterized in that at least some of the MPEG transport stream packets on the transmitter side the modulator ( 3 ) is interleaved according to the interleaving principle and on the receiving side after the demodulator ( 4 ) the interleaving principle is reversed again according to the same interleaving principle.

2. The method according to claim 1, characterized, that the MPEG transport stream has an additional one error correcting coding is supplied and thus an error correction is carried out at the receiving end.

3. The method according to claim 2, characterized, that as an additional error-correcting code a reed Solomon code is used.

4. Arrangement for performing a method according to claim 1, characterized in that an additional device ( 2 ) for the nesting of the MPEG multiplexer ( 1 ) supplied MPEG transport stream packets arranged according to the interleaving principle in front of the modulator ( 3 ) is and an additional device ( 5 ) which reverses the interleaving interleaving is arranged on the receiving side after the demodulator ( 4 ).

5. Arrangement according to claim 4 for carrying out a method according to claim 2, characterized in that in the transmitter-side additional device ( 2 ) an error-correcting coding device ( 2 a) and in the receiving-side additional device ( 5 ) a corresponding decoding device ( 5 a) is provided.