Capitolo 4
Lo Standard DVB-RCS
4.1 Scopo
In questo capitolo vengono approfondite le specifiche per la misura del canale interattivo nelle reti satellitari GEO con canali interattivi di ritorno.
Questo capitolo facilita l’utilizzo del canale di ritorno via satellite nelle installazioni individuali o collettive in ambiente domestico (SMATV: Satellite Master Antenna Television) supportando, inoltre, le connessioni già esistenti nelle istallazioni domiciliari.
Le soluzioni per le interazioni su queste reti satellitari sono una parte di un ampio set di alternative per implementare i servizi interattivi attraverso i sistemi Digital Video Broadcasting (DVB).
4.2 Modelli di riferimento per le reti satellitari interattive nel DVB
4.2.1 Protocollo a modello pila
Per i servizi interattivi supportati dai sistemi broadcasting verso l’utente finale, che dispone del canale di ritorno, il modello di comunicazione può essere schematizzato a strati:
strato fisico (physical layer): dove sono definiti tutti i parametri delle trasmissioni elettriche. strato di trasporto (transport layer): definisce tutte le strutture dati e protocolli di comunicazioni più importanti.
strato di applicazione (application layer): è l’ambiente dove vengono eseguiti i software di applicazioni interattive.
Strati Proprietari
Protocolli Indipendenti
Strati Medi e Superiori dalla Rete
Meccanismi di Accesso Struttura dei Pacchetti
Protocolli Dipendenti Sincronizzazioni dalla Rete Modulazioni Codifica di Canale Range di Freq. Filtraggio
Figura 4.1 - Struttura a Strati per un generico modello di sistema di riferimento
4.2.2 Modello di sistema
La figura 4.2 mostra il modello che deve essere utilizzato all’interno dei servizi interattivi del DVB. Broadcast Service Provider Interactive Service Provider Broadcast Network Adaptor Interactive Network Adaptor Broadcast Interface Module Interactive Interface Module (può essere esterno) Set Top Unit Broadcast Delivery Media Network Interattiva Canale Interattivo
Rete Indipendente Rete Indipendente Rete Indipendente
Percorso Interattivo di ritorno Percorso Interattivo di andata Utente finale
Return Channel Satellite T erminal (RCST )
Canale Broadcast Network Interface Unit Canali Interattivi Canale Broadcast (Sistema di T rasmissione DVB)
Figura 4.2 - Un modello generico di riferimento per i sistemi interattivi
Nel modello di sistema, ci sono due canali fra il fornitore di servizi (ISP) e l'utente:
• Broadcast Channel: è un canale broadcast a larga banda unidirezionale che include video, audio e dati. È utilizzato nella tratta che va dal provider all’utente. Esso include anche il percorso diretto interattivo (forward interaction path).
• Interaction Channel: è un canale interattivo bi-direzionale che è stabilito fra l’utente e il provider, e viceversa, utilizzato per gli scopi di interazione. Esso è formato da:
o Return Interaction Path (Return Channel): è il percorso interattivo di ritorno che parte dall’utente e arriva al provider. Esso è usato per fare le richieste al service provider, per rispondere alle domande, o per trasferire dati.
o Foward Interaction Path: è il percorso interattivo diretto. Esso è usato dal service provider per fornire informazioni agli utenti e per rispondere a qualsiasi altra richiesta che proviene dal canale interattivo. Esso potrebbe essere integrato nel Broadcast channel. È possibile che questo canale non sia utilizzato in alcune semplici implementazioni che utilizzano solamente il canale di broadcast per la trasmissione di dati all’utente.
L’ RCST è costituito dal Network Interface Unit (che comprende il Broadcast Interface Module e l’ Interactive Interface Module) e dal Set Top Unit.
L’ RCST fornisce un interfaccia sia per il canale di Broadcast sia per quello interattivo. L’interfaccia tra l’ RCST e la rete interattiva è fatta tramite l’Interactive Interface Module.
4.2.3 Il modello di riferimento della rete interattiva satellitare
In genere una rete interattiva satellitare opererà con un grande numero di terminali RCST (Return Channel Satellite Terminal). Ed il suo funzionamento conterrà un serie di blocchi funzionali mostrati in figura 4.3
Satellite di Andata Satellite di Ritorno Network 1 Network 2 Collegameto 1 Diretto DVB Collegameto 2 Diretto DVB Collegamenti di ritorno delle RCST STAZIONE
FEEDER 1 STAZIONEFEEDER 2
STAZIONE GATEWAY 1 STAZIONE GATEWAY 2 R C S T R C S T R C S T R C S T N C C Interactive Network Adapter Broadcast Network Adapter Interactive Service Provider Broadcast Service Provider
Figura 4.3 - Modello di riferimento per la Rete Interattiva Satellitare
• Network Control Center (NCC): fornisce il controllo e le funzioni di controllo (Control and Monitoring Functions CMF). Genera i segnali di controllo e di temporizzazione che vengono usati dalle Feeder Station delle vari reti interattive satellitari.
• Traffic Gateway: un traffic gateway riceve il segnale di ritorno, fornisce le funzioni di contabilità, i servizi interattivi e/o connessioni esterne pubbliche o di service provider privati (banche dati, pay-per-view TV, sorgenti video, download software, vendite, tele-banking, servizi finanziari, mercati finanziari, giochi interattivi ecc) e le connessioni con le altre reti (Internet, ISDN, PSTN. Ecc).
• Feeder: la stazione feeder trasmette il segnale nel collegamento diretto (forward link) il quale è definito nello standard DVB-S. All’interno di questo segnale diretto ci sono i dati degli utenti ed i segnali di controllo e di temporizzazione necessari per il funzionamento della rete satellitare interattiva.
Il collegamento di andata trasporta i messaggi di segnalazione provenienti dal NCC ed il traffico utente ai terminali RCST. La segnalazione dal NCC ai terminali RCST , che è necessaria per il funzionamento del collegamento di ritorno, è chiamata "Forward Link Signalling". Sia il traffico utente che il Forward Link Signalling possono essere trasmessi in maniera diversa all’interno del collegamento di andata.
Sono possibili differenti configurazioni dei terminali RCST in funzione del numero di ricevitori del collegamento diretto presenti sui terminali stessi.
4.3 Collegamento Diretto (Forward Link)
I terminali RCST sono progettati per ricevere i segnali conformi agli standard:
ETSI EN 300 421: “Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services”;
ETSI TR 101 202: “Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for Data Broadcasting”;
ETSI ETS 300 802: “Digital Video Broadcasting (DVB); Network-independent protocols for DVB interactive services”;
ETSI EN 300 468: “Digital Video Broadcasting (DVB); Specification for Services Information (SI) in DVB systems”;
ETSI EN 301 192: “Digital Video Broadcasting (DVB); DVB specification for data broadcasting”;
ETSI TR 101 154: “Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for the use of MPEG-2 Systems, Video and Audio in satellite, cable and terrestrial broadcasting applications”.
4.4 Specifica in banda-base dello strato fisico del canale di ritorno e
definizione di accesso multiplo.
Il questo paragrafo è possibile trovare le specifiche dello strato fisico in banda-base.
La figura 4.4 rappresenta la generica elaborazione numerica del segnale effettuata dal trasmettitore all’interno del terminale RCST, dalla formattazione del Burst alla modulazione digitale-analogica.
Formattazione
Burst Dispersione diEnergia Codifica diCanale ModulazioneBurst I/Q Sincronizzazione Dati Informazione Dati MAC Segnale Modulato
4.5 Sincronizzazione dell’ RCST
4.5.1 Controllo della Temporizzazione
La sincronizzazione del terminale RCST è una caratteristica importante nella rete interattiva satellitare.
Ci sono dei vincoli imposti ai terminali RCST per ottenere un sistema TDMA efficiente con interferenze minime fra gli utenti e la quantità di dati che possono essere trasmessi (maximun throughput). Queste interferenze possono essere minimizzate dal NCC effettuando delle correzioni sugli errori di traslazione di frequenza e delle compensazioni sull’ effetto Doppler di modo-comune sulle frequenze portanti degli RCST.
Per questo motivo, lo schema di sincronizzazione è basato sulle informazioni contenute all'interno del collegamento di andata:
o NCR (Network Clock Reference);
o Segnalazioni DVB/MPEG2-TS in sezioni private.
L’ NCR è distribuito con uno specifico PID all’interno del flusso di trasporto MPEG2 (MPEG2 - Transport Stream) che trasporta la segnalazione del link diretto.
La distribuzione dell’ NCR segue il meccanismo di distribuzione del PCR (Program Clock Reference) come definito in nella ISO/IEC 13818-1 (1996)1, il quale è usualmente derivato da un
codificatore video MPEG, considerando che l’ NCR è derivato dal clock di riferimento dell’ NCC. Il clock di riferimento dell’ NCC ha un accuratezza di 5 ppm (parti per milione).
4.5.2 Sincronizzazione di Portante
L’ MPEG2-TS che trasporta la segnalazione nel collegamento di andata contiene le informazioni dell' NCR con un clock di riferimento a 27 MHz per i terminali RCST.
4.5.3 Sincronizzazione del Burst
Il terminale RCST riceve la frequenza centrale, il tempo di inizio e la durata dei suoi burst esaminando la segnalazione del link diretto (per maggiori dettagli consultare le tabelle di SCT, nello standard ETSI EN 301 790).
I conflitti che avvengono tra i terminali RCST sul collegamento di ritorno sono esaminati in dettaglio nel paragrafo 4.10.
I burst sono trasmessi secondo il Burst Time Plan (BTP) ricevuto nella segnalazione di collegamento diretto (vedi 4.10.5).
Il BTP è espresso in termini di frequenza centrale e di tempo assoluto di inizio delle supertrame e dalle compensazioni (offsets in tempo e in frequenza) nelle allocazioni dei Burst con una descrizione delle proprietà dello slot temporale.
Una supertrama parte sempre da un valore dato dal contatore locale NCR dell’ RCST, il quale serve come riferimento per tutti i Burst allocati nella supertrama.
Per sincronizzarsi alla rete l’ RCST ricostruisce il clock di riferimento del NCC. Inoltre l’ RCST compara questo clock ricostruito con il valore proveniente dall’ NCR tramite il BTP.
Il tempo di riferimento per il conteggio degli slot temporali lo abbiamo quando questi due valori sono uguali.
La sincronizzazione del Burst avrà un accuratezza entro il 50% del periodo di simbolo. La risoluzione sarà di un intervallo di conteggio del NCR.
L’inizio previsto del tempo di burst viene stabilito quando l’ NCR ricostruito eguaglia il valore scritto nel TBTP per quel burst.
L’ NCR ricostruito è definito dal clock osservato all’uscita di un ricevitore ideale DVB-S senza ritardo (delay-less). La compensazione per il ritardo del ricevitore, se necessario per ottenere l’accuratezza voluta, sarà richiesta dal terminale RCST.
4.5.4 Sincronizzazione del clock di simbolo
L’accuratezza del clock di simbolo sarà contenuta entro 20 ppm dal valore del symbol rate nominale del TCT. La cadenza del clock di simbolo avrà una stabilità di breve durata che limita l'errore temporale su ogni simbolo all'interno di un burst di durata 1/20 di simbolo.
4.6 Formato del Burst
Ci sono quattro tipi di burst: di traffico (TRF), di acquisizione (ACQ), di sincronizzazione (SYNC) e di segnalazione a canale comune (CSC).
4.6.1 Burst di traffico (TRF: traffic burst format)
I burst di traffico sono usati per il trasporto dei dati utili, di informazione, dall’ RCST al terminale Gateway.
Verranno descritti 2 tipi di burst di traffico costituiti rispettivamente da celle ATM (Asynchronous Transfer Mode2) o pacchetti MPEG2-TS. La codifica di canale di questi burst è definita nel paragrafo 4.8. Un TRF è solitamente seguito da un tempo di guardia per compensare gli errori di time-offset descritti in 4.9.3
2 Asynchronous Transfer Mode (ATM): è un metodo ad alta velocità di multiplexing e switching che utilizza
4.6.2 ATM TRF Burst
Un Burst di traffico ATM è composto da N celle ATM di lunghezza 53 byte, concatenate l’una con l’altra, più un prefisso iniziale opzionale di N byte.
atm
atm p,
Le celle ATM seguono la struttura a cella ATM ma non necessariamente supportano le classi dei servizi ATM.
Nella figura 4.5 viene descritto il burst di traffico ATM.
atm
N Celle
Figura 4.5 - Composizione del Burst di Traffico ATM
4.6.3 MPEG2-TS TRF Burst (Opzionale)
I burst MPEG2-TS contengono Nmpegpacchetti MPG2-TS ciascuno di lunghezza 188 bytes. Il burst è composto da vari blocchi di canale codificati come descritto nel paragrafo 4.8. Nella figura 4.6 è descritta la struttura del burst MPEG2-TS di traffico.
…
53 Byte 53 Byte
Celle ATM Celle ATM
53 Byte Celle ATM … 53 Byte Celle ATM Prefix Opzionale …
Prefix Celle ATM Celle ATM
Casuali Casuale Casuali
Preambolo Burst Codificato
mpeg
N Pacchetti
Figura 4.6 - Composizione del Burst opzionale di traffico contenente pacchetti MPEG2-TS
I terminali RCST possono dedurre il numero di pacchetti, presenti in uno slot temporale del TRF, attraverso il campo time_slot_duration del TCT, dopo aver sottratto la durata temporale degli altri campi. La trasmissione del burst MPEG2-TS è opzionale. L’ RCST informerà il NCC se è stata adottata questa trasmissione tramite il CSC burst (vedi 4.6.7).
4.6.4 Burst di Sincronizzazione e di Acquisizione
I burst di sincronizzazione e di acquisizione sono richiesti per posizionare esattamente i burst RCST di trasmissione durante e dopo l’inizio dell’attività trasmissiva. In questo caso sono stati definiti due tipi di burst denominati: SYNC e ACQ.
… 188 Byte 188 Byte MPEG2-TS MPEG2-TS … 188 Byte 188 Byte MPEG2-TS MPEG2-TS … MPEG2-TS MPEG2-TS Casuali Casuali Codifica di Canale
4.6.5 Burst di Sincronizzazione (SYNC)
Il burst di SYNC è usato dal terminale RCST con lo scopo di mantenere la sincronizzazione e l’invio delle informazioni di controllo al sistema. Il SYNC burst è composto da un preambolo per la rivelazione del burst e da un campo opzionale SAC_lenght byte (Satellite Access Control). Dopo la randomizzazzione (descritta nel paragrafo 4.7) può essere aggiunta una codifica CRC (descritta nel paragrafo 4.8) raggiungendo cosi un totale di byte. Questo blocco è ulteriormente protetto con un appropriata codifica a controllo di errore descritta nel paragrafo 4.8.
sync p,
N
Come un TRF, un SYNC è solitamente seguito da un tempo di guardia per diminuire la potenza trasmessa e compensare l’offset temporale (vedi 4.9.3).
In figura 4.7 è descritto il SYNC burst. L’estensione con cui il burst di SYNC è usato dipende dalle capacità del NCC.
NOTA: Il burst di SYNC può essere usato in contention mode3.
SAC
SAC_lenghbytes
SAC Casuali
Burst Codificato
Figura 4.7 - composizione del Burst di sincronizzazione (SYNC)
3 Contention mode: Una situazione che si presenta quando due o i più stazioni di dati tentano di trasmettere nello
stesso istante su un canale di trasmissione condiviso, o quando due stazioni di dati tentano di trasmettere nello stesso tempo una comunicazione alternata bidirezionale. Può verificarsi un conflitto quando nessuna stazione è indicata come stazione principale. Nel conflitto, ogni stazione deve monitorare i segnali ed aspettare una condizione di quiete prima dell'inizio di una nuova trasmissione.
4.6.6 Burst di Acquisizione (ACQ)
Un burst di acquisizione deve essere usato dall’ RCST per realizzare la prima fase di sincronizzazione.
In figura 4.8 è mostrata la composizione di un burst di acquisizione:
Sequenza Frequenziale
Figura 4.8 - Composizione del Burst di Acquisizione (ACQ)
La lunghezza e il contenuto del preambolo (inclusa la sequenza frequenziale) sono trasmessi ai terminali RCST tramite la tabella TCT. Il burst di acquisizione è circondato da un intervallo di guardia descritto in 4.9.3.
4.6.7 Burst di Segnalazione a Canale Comune (CSC)
I burst CSC sono usati solamente dal terminale RCST per identificarsi durante la procedura di logon alla rete.
Essi sono composti da un preambolo per la rivelazione del burst, da un campo che descrive la capacità dell’ RCST, dal MAC address (indirizzo fisico) dell’ RCST, dal CSC_route_ID, dal Dynamic Connectivity, dal range di Frequency Hopping, da un campo riservato ed un identificatore del tipo di burst (figura 4.9).
La codifica di questi burst è definita nel paragrafo 4.8. La tabella 4.1 fornisce i contenuti del burst CSC.
Anche il CSC è circondato da un intervallo di guardia descritto in 4.9.3.
Figura 4.9 - Composizione del Burst CSC
Tabella 4.1 - Parametri nei campi del burst CSC
Nella tabella 4.2 sono definite le posizioni dei bit all’interno del campo di capacità dell’ RCST. I 24 bit sono numerati dal LSB al MSB con la consueta notazione che va da b a b . 0 23
Nome campo Dimensione (bit) Descrizione/Contenuto
Preamble Variabile Preambolo per la rivelazione dell’inizio del burst. RCST Capability 24 Vedi la tabella 2.
RCST MAC Address 48 Indirizzo MAC RCST come stabilito per IEEE 802.3. CSC_Route_ID 16 Abilitato per definire la destinazione nel collegamento diretto
(ritorno) per il burst CSC in un sistema rigenerativo. Dynamic connectivity 1 “0” per l’ RCST che supporta la connettività dinamica, “1”
altrimenti.
Frequency Hopping 1 “1” per l RCST che supporta il frequency hopping su due slot adiacenti, “0” per l’ RCST che richiede uno slot di traffico tra diverse trasmissioni di portanti.
Reserved 21 Riservati.
Burst type Identifier 1 “1” (per l’identificazione del burst CSC)
Indirizzo
Capacità MAC CSC Connettività Frequency Hopping
Identificatore riservato
RCST RCST Route ID dinamica Tipo di Burst
Preambolo
Casuale Casuale Casuale Casuale Casuale Casuale Capacità Indirizzo CSC Connettività Frequency
Hopping
Casuale Identificatore MAC
RCST Route ID dinamica Tipo di Burst
RCST
Burst Codificato
Parametri Dimensione Bit Descrizione
Security mechanism 1 (b23) “1” per l RCST che implementa un meccanismo di sicurezza descritto nello standard. “0” altrimenti.
SNMP 1 (b22) “1” per l’ RCST che supporta l’ SNMP. “0” altrimenti. ATM connectivity 1 (b21) “1” per l’ RCST con connettività ATM (tipo B). “0”
altrimenti (tipo A).
MPEG2-TS TRF 1(b20) “1” per l’ RCST con burst TFR MPEG2-TS, “0” altrimenti. RCST boards 2 (b19-b18) Numero di ricevitori RSCT del collegamento diretto: “00” per
1 ricevitore, “01” per 2 ricevitori, “10” per più di 2 ricevitori, “11” riservato.
RCST ACQ 1 (b17) “0” per l’ RCST che non richiede il burst ACQ, “1” con ACQ richiesto.
Multi_IDU 1 b(16) “0” per la configurazione single indoor unit/single outdoor unit, “1” quando 2 o più IDU sono connessi al singolo ODU. S/W Version 8 (b15-b8) Sistema dipendente. Può essere usato per definire la versione
del software dell’ RCST
Freq Hopping Range 2 (b7-b6) Definisce il range di capacità di frequency hopping da burst a burst. “00” per 20MHz, “01” per 120MHz. Gli altri valori dipendono dal sistema.
MF-TDMA 1 (b5) “1” se l’RCST supporta l’MF-TDMA dinamico. “0” se supporta l’MF-TDMA fisso.
RCST Class 2 (b4-b3) Dipendente dal sistema.
Route_ID_capable 1 (b2) “1” indica che l’ RCST ha la possibilità di inserire il Route_ID nel campo SAC. “0” altrimenti.
RCST Mode 2 (b1-b0) “00” per il Modo di Installazione “01” per il Modo Operazionale
“10” per il modo di riferimento RCST (può essere usato per misurare l’offset di traslazione del satellite, D/L perdite per pioggia, ecc..)
“11” riservato.
Tabella 4.2 - Capacità RCST
4.6.8 Numerazione ed interpretazione dei Bit
Il termine “bit 0” si riferisce al bit meno significativo. Il bit più significativo invece è indicato con “bit k-1” con k che indica il numero totale di bit.
Mentre per dei campi con segno, il bit k-1 diventa il bit di segno e il k-2 sarà quello più significativo.
4.6.9 Ordine di Trasmissione
I campi presenti nella struttura dati verranno trasmessi con l’ordine con cui sono stati definiti. I valori senza segno verranno trasmessi partendo dal bit più significativo e termineranno con quello meno significativo.
I valori con segno saranno trasmessi partendo dal bit di segno, dal bit più significativo e termineranno con quello meno significativo.
Dunque i bit MSB saranno sempre processati per primi.
4.7 La randomizzazzione per la dispersione di energia
Il flusso dei dati nel collegamento di ritorno sarà organizzato in burst come descritto nel paragrafo 4.6.
Per aderire allo standard sulle Regolazioni Radiofoniche (ITU) e per assicurare transizioni binarie sufficienti, il flusso seriale di dati in un burst sarà ripartito con cadenza casuale.
Il polinomio usato nelle sequenze binarie pseudo casuali (PRBS) sarà quello definito nello standard EN 300 421, e mostrato in figura 4.10, cioè: 1+x14 +x15
I dati vengono casualizzati usando la sequenza di uscita di uno dei 15 Linear Feedback Shift Register (LFSR) per assicurare una distribuzione casuale di uni e di zeri. Il randomizzatore esegue un addizione modulo-2 dei dati con la sequenza pseudo casuale.
Nella Tabella 4.3 è possibile trovare il contenuto iniziale dei 15 registri cioè dal SR-1 al SR-15. Il primo bit della sequenza pseudo-casuale deve essere aggiunto nel primo bit del flusso seriale di dati, cioè il primo bit dopo il burst di preambolo. Il randomizzatore viene resettato al contenuto iniziale prima di procedere con il burst successivo.
Shift Register SR1 SR2 SR3 SR4 SR5 SR6 SR7 SR8 SR9 SR1 0 SR1 1 SR1 2 SR1 3 SR1 4 SR1 5 Bit Value 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0
Tabella 4.3 - Contenuto iniziale del registro di randomizzazzione
SR-1 SR-1 SR-1 SR-1 SR-1 SR-1 SR-1
time ... 111000000
al codificatore serial data bit stream
Figura 4.10 - Randomizzatore
4.8 Codifica
La codifica per la protezione degli errori di canale è applicata ai dati di traffico e di controllo i quali sono trasmessi con i tipi di burst descritti precedentemente nel paragrafo 4.6. Ci sono due tipi di codifiche usate: la codifica turbo (4.8.4) e le codifica concatenata. I terminali RCST implementano entrambe le codifiche. All'interno di una sessione, i terminali RCST non devono cambiare lo schema di codifica (cioè durante una sessione, un RCST può utilizzare o i Turbo codici o i codici concatenati).
Nel caso dei codici concatenati, il codice esterno è un Reed-Solomon (RS) by-passabile mentre quello interno è un codice convoluzionale by-passabile non-sistematico.
Per entrambi gli schemi di codifica, si può applicare una codifica CRC sia al burst CSC che al SYNC per permettere la rivelazione degli errori.
4.8.1 Codice a rilevazione di errori CRC
Un codice CRC-16, come precedentemente scritto, può essere applicato sia nel burst di SYNC che nel burst CSC per permettere la rivelazione degli errori. Il polinomio CRC è
1 x x
x16 + 15+ 2 + .
Tramite la tabella TCT, il NCC indica al terminale RCST se il CRC deve essere applicato.
Se viene usato, il CRC è aggiunto alla fine del burst prima di qualsiasi altra codifica. Il CRC è applicato sul flusso di dati randomizzato. Il CRC è il resto della divisione del burst caricato dal polinomio. Il codice CRC è obbligatorio nei burst CSC con codifica turbo.
Un CRC sarà equivalente a quello calcolato con il circuito di figura 4.11.
Le celle dello shift register saranno inizializzate a 0 prima di iniziare il calcolo. Inizialmente gli switches saranno in posizione “A” e i dati saranno traslati all’interno (e simultaneamente trasmessi). Dopo l’ultimo bit gli switches commuteranno nella posizione “B” e il contenuto dello shift register verrà trasmesso, iniziando dal bit alla fine del registro. In questo modo si ottiene la parola CRC. D D D 0 D13 Ingresso A B A B Uscita Figura 4.11 - Calcolo CRC
4.8.2 Codici di Reed-Solomon
Per alcuni tipi di burst è possibile utilizzare un codice ridotto di Reed-Solomon RS(N-B,K-B,T), definito nello standard EN 300 421, che deriva dal codice originale RS(255, 239, 8) ridotto di B bytes.
Il polinomio generatore di codice è il seguente:
) λ )...(x λ )(x λ (x ) λ (x g(x)= + 0 + 1 + 2 + 15 dove HEX 02 λ=
Il polinomio generatore di campo è:
1 x x x x p(x)= 8 + 4 + 3 + 2 +
Questo codice è simile a quello usato nello standard DVB: EN 300 421
Per un burst di traffico ATM la lunghezza della parola codificata di informazione, K-B, è . Nel caso in cui il contenitore base è un MPEG2-TS si ottiene un pacchetto di K-B = 188.
atm p, atm 53 N
N × +
Il codice esterno può essere omesso. Specialmente quando si usano i Turbo codici, i codici esterni non verranno mai usati.
Se vengono usati entrambi i codici sia di RS che i CRC, il burst calcolato in primo luogo è quello CRC dopo verranno aggiunti i byte di parità di RS.
4.8.3 Codici convoluzionali
L’elaborazione della codifica convoluzionale sarà conforme con lo standard DVB, come viene specificato di seguito:
il collegamento di ritorno terrà conto di una gamma di codici convoluzionali perforati (punctured) basati su un codice convoluzionale madre di rate 1/2 con costante di lunghezza K=7 che corrisponde ai 64 stati del traliccio (vedi figura 4.12). I generatori polinomiali sono
e rappresentati in ottali. Questa scelta permetterà la selezione del livello più adatto della correzione di errore per un determinato servizio o data rate. Sono supportati rate di codice da 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 ed anche 7/8. I codici interni possono essere bypassati. In questo caso il bit più significativo (MSB) è influenzato nel canale in fase (I) mentre il bit successivo lo è nel canale in quadratura (Q) e così via. I codici convoluzionali interni sono sempre bypassati quando usiamo i Turbo codici.
171
G0 = G1=133
Il registro di codifica sarà inizializzato con tutti zeri prima di codificare il primo bit.
Alla fine di ciascun blocco di dati, il codificatore verrà azzerato su 6 bit. Questo blocco è chiamato “Postamble” (post-ambolo). L’uscita continuerà fino a che il codificatore avrà tutti i bit uguali a zero. Se i codici interni sono bypassati allora anche il post-ambolo può essere omesso.
Il contatore del periodo di perforatura sarà inizializzato prima di codificare il primo bit così che il primo simbolo codificato (C1,C2) corrisponderà sempre alla coppia (Y1,X1) nella tabella 4.4.
Dopo la codifica dell’ultimo bit 0 del post-ambolo, può rimanere un simbolo incompleto (##,C1) se la lunghezza del messaggio non è divisibile per il periodo di perforatura. In questo caso il C2 mancante sarà settato a 0 e il burst verrà così completato.
Ritardatore 1-bit Ritardatore 1-bit Ritardatore 1-bit Ritardatore 1-bit Ritardatore 1-bit Ritardatore 1-bit Sommatore Modulo-2 Uscita X (171 ottali) Uscita Y (133 ottali) Sommatore Modulo-2 Ingresso Seriale Bit- Stream
Figura 4.12 - Codice convoluzionale con rate 1/2
La perforatura della codifica convoluzionale sarà usata come indicato nella tabella 4.4, in accordo con lo standard EN 300 421.
Codice Originale Rate del Codice
1/2 2/3 3/4 5/6 7/8
K G1 (X)
G2 (Y)
P dfree P dfree P dfree P dfree P dfree
7 171OCT 133OCT X: 1 Y: 1 C1=X1 C2=Y1 10 X: 10Y: 11 C1=X1Y2Y3 C2=Y1X3Y4 6 X: 101Y: 110 C1=X1Y2 C2=Y1X3 5 X: 10101Y: 11010 C1=X1Y2Y4 C2=Y1X3Y5 4 X: 1000101Y: 1111010 C1=X1Y2Y4Y6 C2=Y1X3X7 3
NOTE: 1 = Bit trasmesso. 0 = Bit non trasmesso.
4.8.4 Turbo Codici
Il codificatore turbo è descritto nella figura 4.13. Esso utilizza un doppio codice Convoluzionale Sistematico Ricorsivo Circolare (CRSC: Circular Recursive Systematic Convolutional). Il bit più significativo del primo byte dopo il burst di preambolo è settato su “A”, il bit successivo su “B” e cosi via fino all’esaurimento dei bit del burst.
Il codificatore è alimentato da blocchi di k bit oppure da N coppie (k = 2 × N bit). Dove N è un multiplo di 4 (k è un multiplo di 8).
I polinomi che definiscono le connessioni sono descritti in ottali e le notazioni simboliche come segue:
- Per il ramo di ritorno (feedback): 15 (in ottali) equivalentemente a 1 + D + D³ (in notazione simbolica;
- Per i bit Y: 13, equivalentemente 1 + D² + D³; - Per i bit W: 11, equivalentemente 1 + D³.
L’ ingresso del bit A è connesso al connettore “1” dello shift register, mentre l’ingresso B è connesso ai connettori “1” , D e D².
Inizialmente, il codificatore (dopo l’inizializzazione dello stato di circolazione S ,vedi 4.8.6) è alimentato dalla sequenza nell’ordine naturale (il commutatore è nella posizione 1) con indirizzi incrementali i =0, …N-1. Questa prima codifica è chiamata codifica .
1 C
1
C
Successivamente, il codificatore (dopo l’inizializzazione dello stato di circolazione S ,vedi 4.8.6) è alimentato dalla sequenza interallacciata (commutatore nella posizione 2) con indirizzi incrementali j=0, …N-1. Questa seconda codifica è chiamata codifica .
2 C
2
C
Nel paragrafo 4.8.5 è descritta la funzione Π(j) che fornisce l’indirizzo naturale i delle coppie considerate quando viene letto al posto di j per la seconda codifica.
S1 S2 S3 B A W Y Parte Ridondante Parte Sistematica P ermut azione (k/2) Π P erforatura co dif ica d i p aro la W1 or 2 Y1 or 2 A B 1 2 N=k/2 Coppie di dat i
Figura 4.13 - Schema a blocchi del Codificatore (per i Turbo Codici)
4.8.5 Descrizione della permutazione dei turbo codici
La permutazione viene fatta su due livelli, il primo dentro la coppia (livello 1), la seconda tra le coppie (livello 2):
Vengono settati i parametri P0,P1,P2 e P3
J = 0, …N-1
Livello 1
If j mod 2 = 0, let(A,B) = (B,A) “Se j è divisibile per 2 vengono invertite le coppie”
Livello 2 - If j mod 4 = 0, then P=0; - If j mod 4 = 0, then P=N/2+P1; - If j mod 4 = 0, then P=P2; - If j mod 4 = 0, then P=N/2+P3; 1 0× + + =P j P i mod N
La tabella 4.5 fornisce la combinazione dei parametri di default da usare. Questi parametri possono essere aggiornati nella tabella TCT. le relazioni di interallacciatura soddisfano le regole dispari/pari (cioè quando j è pari, i è dispari e viceversa) che permette ai modelli di perforatura di essere identici per entrambe le codifiche.
Dimensione Frame in coppie P0 {P1,P2, P3}
N = 48 (12 bytes) 11 {24,0,24} N = 64 (16 bytes) 7 {34,32,2} N = 212 (53 bytes) 13 {106,108,2} N = 220 (55 bytes) 23 {112,4,116} N = 228 (57 bytes) 17 {116,72,188} N = 424 (106 bytes) 11 {6,8,2} N = 432 (108 bytes) 13 {0,4,8} N = 440 (110 bytes) 13 {10,4,2} N = 848 (212 bytes) 19 {2,16,6} N = 856 (214 bytes) 19 {428,224,652} N = 864 (216 bytes) 19 {2,16,6} N = 752 (188 bytes) 19 {376,224,600}
Tabella 4.5 - Parametri di permutazione dei Turbo codici
4.8.6 Determinazione degli stati di circolazione
Lo stato del codificatore è denominato S (0 ≤ S ≤ 7) con S=4×s1+2×s2+s3 (vedi figura 4.13). Gli stati di circolazione S e S sono determinati dalle seguenti operazioni:
1
C C2
1) Inizializzazione del codificatore con lo stato 0. Per determinare S occorre mettere la sequenza nell’ordine naturale, oppure nell’ordine interallacciata per la determinare S (senza produrre ridondanza). In entrambi i casi, i successivi stati del codificatore sono denominati , 0 ≤ k ≤ 7. Dove è lo stato di inizializzazione mentre lo stato finale (cioè lo stato finale del codificatore dopo che tutte le N coppie sono state codificate). 1 C 2 C k 0 S S00 S è0N
2) In base alla lunghezza N della sequenza, si usa la tabella 4.6 per determinare S o S . 1 C 2 C S0 N → ↓ N mod. 7 0 1 2 3 4 5 6 7 1 Sc= 0 Sc= 6 Sc= 4 Sc= 2 Sc= 7 Sc= 1 Sc= 3 Sc= 5 2 Sc= 0 Sc= 3 Sc=7 Sc= 4 Sc= 5 Sc= 6 Sc= 2 Sc= 1 3 Sc= 0 Sc= 5 Sc=3 Sc= 6 Sc= 2 Sc= 7 Sc= 1 Sc= 4 4 Sc= 0 Sc= 4 Sc=1 Sc= 5 Sc= 6 Sc= 2 Sc= 7 Sc= 3 5 Sc= 0 Sc= 2 Sc=5 Sc= 7 Sc= 1 Sc= 3 Sc= 4 Sc= 6 6 Sc= 0 Sc= 7 Sc=6 Sc= 1 Sc= 3 Sc= 4 Sc= 5 Sc= 2
Tabella 4.6 - Tabella di corrispondenza degli stati di circolazione
4.8.7 Rate e mappa di perforatura
Sono definiti sette rate di codice per le codifiche Turbo: R = 1/3, 2/5, 1/2, 2/3, 3/4, 4/5, 6/7. La codifica turbo si realizza attraverso la cancellazione selettiva (perforazione) dei bit di parità. I modelli di perforatura utilizzati sono indicati nella tabella 4.7. Questi modelli sono identici per entrambi i codici e (la cancellazione è sempre fatta a coppie) e sono ripetuti un numero intero o frazionario di volte. Il rate di perforazione viene indicato al terminale RCST attraverso la tabella TCT.
1
C C2
Rate di 1/3, 2/5, 1/2, 2/3, e 4/5 sono quelli esatti indipendentemente dalla dimensione del blocco. I Rate di 3/4 e 6/7 sono esatti solo se N è un multiplo di 3. Negli altri casi i rate sono leggermente più bassi di quelli nominali.
Lunghezza del blocco di codice in funzione del rate del codice: • 2N + M per R < 1/2 con: - M = N per R = 13 - M = N/2 per R = 2/5 • N + M per R ≥ 1/2 con: - M = N per R = ½ - M = N/2 per R = 2/3 - per R = ¾
• M = N/3 (if N mod 3 = 0) oppure
• M = (N-4)/3 + 2 (if N mod 3 = 1) oppure
• M = (N-8)/3 + 3 (if N mod 3 = 2) - M = N/4 per R = 4/5
- per R = 6/7
• M = N/6 (if N mod 3 = 0) oppure
• M = (N-4)/6 + 1 (if N mod 3 = 1) oppure
⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ 1 1 3 / 1 W Y ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ 0 1 1 1 5 / 2 W Y ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ 0 1 2 / 1 W Y ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ 0 0 0 1 3 / 2 W Y ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ 0 0 0 0 0 1 4 / 3 W Y ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ 0 0 0 0 0 0 0 1 5 / 4 W Y ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 7 / 6 W Y
Tabella 4.7 - Modi di Perforazione per i Turbo codici “1”= Mantenimento
4.8.8 Ordine di trasmissione e mappatura sulla costellazione QPSK Sono consentiti due ordini di trasmissione:
- Nell’ordine naturale, tutte le coppie (A,B) sono trasmesse per prime, seguite da tutte le coppie ( ) che rimangono dopo la perforazione e poi da tutte le coppie ( ) (vedi figura 4.14); 2 1,Y Y 2 1,W W
- Nell’ordine inverso, le coppie ( ) vengono trasmesse per prime, nel loro ordine naturale, seguite dalle coppie ( ), ed infine dalle coppie (A,B).
2 1,Y Y 2 1,W W
Ciascuna coppia è mappata come punti di una costellazione QPSK mostrata in figura 4.16. In figura 4.14, la riga con il simbolo A è mappata nel canale I (in fase, C1 in figura 4.16).
L’ordine di trasmissione è segnalato dal NCC come un parametro interno di codice nella Tabella che costituisce lo slot temporale (Time-slot Composition Table, TCT).
A A A A A Y1 Y1Y1 Y1 Y1 W1 W1W1 W1W1 B B B B B Y2 Y2Y2 Y2 Y2 W2 W2W2 W2W2 A A A A A Y1 Y1 Y1 Y1 Y1 B B B B B Y2 Y2 Y2 Y2 Y2 0 1 2 N-2 N N+2 2N-2 2N 2N+2 2N+M-2 2N+M-1 N-1 N+1 2N-1 2N+1 0 2 N-2 N N+2 N+M-2 1 N-1 N+1 N+M-1 n n
Figura 4.14 - Codifica a Blocchi (in ordine naturale)
4.9 Modulazioni
Il segnale trasmesso avrà una modulazione QPSK, con sagomatura in BandaBase come descritto successivamente.
4.9.1 Mappatura dei bit nella costellazione QPSK
Il preambolo sarà configurabile e indicato al terminale RCST attraverso la tabella TCT come specificato nello standard.
Immediatamente dopo l’inserzione del preambolo, le uscite e del codificatore saranno inviate al modulatore QPSK (vedi figura 4.15)
1
Inserzione del preambolo
Mappat ura bit nella cost ellazione QP SK Sagomat ore in Banda Base Modulazione in Quadratura C1 C2 I Q
Figura 4.15 - Elaborazione dopo la codifica
Per la modulazione QPSK verrà usato un codice Gray convenzionale con mappatura assoluta (senza codifiche differenziali). La mappatura dei bit nella costellazione QPSK è indicata nella figura 4.16. Se viene applicato il fattore di normalizzazione 1/√2 alle componenti I e Q della costellazione, l’energia media per simbolo sarà uguale a 1.
1 1 C2=0 C1=1 C2=1 C1=1 C2=1C1=0 C2=0 C1=0 Q I
Figura 4.16 - Mappatura dei bit nella costellazione QPSK
La codifica di canale dell’uscita C1 sarà mappata nel canale modulato I. La codifica di canale dell’uscita C2 sarà, invece, mappata nel canale modulato Q.
4.9.2 Sagomatura in BandaBase e Modulazione in Quadratura
Prima di modulare, i segnali I e Q (matematicamente rappresentati da un successione di delta di Dirac con ampiezze I e Q, spaziate dalla durata di simbolo TS = 1/RS) saranno filtrati a radice quadrata di coseno rialzato. Il fattore di roll-off sarà 35% come indicato nella tabella TCT. Il filtro in banda base a radice di coseno rialzato avrà una funzione teorica definita nella seguente espressione: ) 1 ( 0 ) ( ) 1 ( ) 1 ( 2 ) ( sin 2 1 2 1 ) ( ) 1 ( 1 ) ( α α α α π α − > = + ≤ ≤ − − + = − < = N N N N N N f f per f H f f f per f f f f H f f per f H Dove 2 2 1 s s N R T
f = = è la frequenza di Nyquist e α è il fattore di roll-off.
4.9.3 Tempo di Guardia
Ciascun Burst è circondato da un tempo di guardia il quale tiene conto degli errori di sincronizzazione e dei transitori di spegnimento dell’ RCST. Il tempo di guardia è assegnato dal NCC come un elemento implicito del TCT. Il tempo di guarda dipende dalla rete ed è determinato dai requisiti generali del sistema. Su di un burst di traffico opzionale MPEG2-TS, il tempo di guardia sarà più corto della metà di mezzo pacchetto MPEG2-TS.
4.10 Accesso Multiplo
La capacità di un accesso multiplo è uno slot MF-TDMA fisso o dinamico. I terminali RCST indicheranno la loro capacità usando il campo MF-TDMA presente nel Burst CSC (vedi 4.6.7)
4.10.1 MF-TDMA
Lo schema di accesso al satellite è Multi-Frequenziale con Accesso Multiplo a Suddivisione di Tempo (MF-TDMA: Multi-Frequency Time Division Multiple Access). L’ MF-TDMA permette ad un gruppo di terminali RCST di comunicare con un gateway usando una gamma di frequenze portanti, ciascuna delle quali è divisa in slot temporali. Il NCC assegnerà ad ogni terminale RCST attivo, una serie di burst, ciascuno definito da una frequenza, da una larghezza di banda, da un tempo di inizio e dalla durata.
4.10.2 MF-TDMA Fisso (fixed)
Nello Slot-Fisso MF-TDMA, la larghezza di banda e la durata del successivo slot di traffico usato da un RCST è fisso, come illustrato nella figura 4.17 dove le frecce indicano una tipica sequenza di assegnazione dello slot da parte dell’NCC all’ RCST.
In questo caso, i parametri nella tabella TCT (symbol_rate, inner_code_type, inner_code_ordering, outer_coding, inner_code_puncturing, modulation and baseband shaping) della supertrama sono fissi.
Con un MF-TDMA fisso è possibile spedire una combinazione tra un burst di SYNC e di un TRF a formato singolo, a condizione che i parametri dei burst soddisfino le precedenti condizioni. Se il NCC richiede un cambiamento in questi parametri, allora si applicheranno nella nuova e successiva supertrama, come specificato in 4.10.8.
Frequenza
Tempo
Figura 4.17 - Slot Fisso MF-TDMA
4.10.3 MF-TDMA Dinamico (opzionale)
Lo slot-dinamico MF-TDMA usa la flessibilità supplementare dell’ RCST per variare la larghezza di banda e la durata degli slot successivi. Oltre che cambiare la frequenza della portante e la durata del burst, l’ RCST può anche cambiare il rate di trasmissione, e il rate di codifica tra due burst successivi. Il vantaggio di un RCST più flessibile è il maggior adattamento all’ ampia variazione richiesta nelle tipiche trasmissioni multimediali. Il principio base è illustrato nella figura 4.18, dove le frecce mostrano un RCST che usa slot con differenze larghezze di banda e durata.
Frequenza
Tempo
Figura 4.18 - Slot dinamico opzionale MF-TDMA, usando un RCST flessibile
4.10.4 Range di Frequenza
I terminali RCST hanno un range di frequenza specifico per i salti di frequenza (frequency hopping) da uno slot temporale all’altro. Questo range di frequency hopping è comunicato dall’ RCST al NCC tramite il burst CSC durante la procedura di logon (vedi 4.6.7). Il range del frequency hopping di ogni RCST sarà a discrezione del costruttore e solitamente sarà di almeno 20MHz (cioè ± 10MHz attorno alla frequenza centrale).
Il frequency hopping copre i cambiamenti di frequenza tra gli slot adiacenti temporalmente. Il tempo tra i burst adiacenti (settling time) non dovrà superare l’intervallo di guardia definito in 4.9.3. Questo intervallo di tempo è il periodo richiesto per realizzare la tolleranza definita in 4.5.2. Come opzione, un costruttore può dichiarare che il terminale ha bisogno di uno slot TRF pieno, tra le trasmissioni su differenti portati entro quel range.
4.10.5 Segmentazione della capacità del collegamento di ritorno
In una rete satellitare interattiva, i time-slot del collegamento di ritorno sono organizzati e numerati cosi che la rete possa assegnarli correttamente ai diversi RCST a cui sono destinati.
4.10.6 SuperTrama
Un supertrama è una porzione di tempo e di frequenza del collegamento di ritorno.
All’interno di una rete interattiva satellitare, il Superframe_ID identifica le risorse del collegamento di ritorno a cui hanno accesso un certo numero di RCST. La figura 4.18 mostra un tipico esempio in cui i Superframe_ID sono effettivamente un insieme di frequenze portanti separate. Superfram e Count er 14 Superfram e Count er 15 Superframe Count er 16 Superfram e Count er 236 Superfram e Count er 237 Superframe Counter 238 Superframe Count er 239 Frequenza Tempo Superframe_id 1 Superframe_id 2
In una rete interattiva satellitare, la capacità del collegamento di ritorno globale può essere suddivisa tra i terminali RCST, e la rete allora controllerà solamente i Superframe_ID. Di seguito consideriamo solamente un Superframe_ID.
Come mostrato nella figura 4.19, le supertrame contenute in un certo Superframe_ID sono continue temporalmente. Ciascun evento di una supertrama, nell’asse temporale, è nominato con un numero chiamato “superframe_counter”.
Per ciascuna supertrama (di un dato Superframe_ID), l’allocamento degli slot temporali è comunicato ai terminali RCST attraverso la tabella TBTP. Ad un RCST è consentito trasmettere burst soltanto nello slot temporale che gli è stato assegnato (“accesso dedicato”), oppure può usare degli slot temporali ad accesso casuale (“accesso con conflitto”).
Nota 1: alcuni slot temporali (come l’ ACQ e il SYNC burst) possono essere assegnati all’RCST in base ad un periodo che è molto più lungo rispetto alla supertrama, attraverso i messaggi individuali TIM (Terminal Information Messages). Il periodo per questi slot temporali sarà dipendente dal sistema, ma tipicamente nell’ordine di un secondo.
La durata della supertrama è quindi il periodo elementare di tempo per l’assegnazione delle risorse ai terminali.
Nota2: alcuni slot temporali (come il SYNC burst) possono essere assegnati all’RCST sulla base di un periodo il quale è molto più lungo, di circa un secondo, rispetto alla durata della supertrama (sistema-dipendete).
4.10.7 Trama
Una supertrama è composta da trame, che a sua volta sono composte da slot temporali. La trama è un livello intermedio tra la supertrama e lo slot temporale. Essa è stata introdotta per ragioni di efficienza di segnalazione (sul collegamento diretto di segnalazione).
La durata della trama non è usata come la base di alcun processo di assegnazione degli slot temporali. F_nb 5 F_nb 8 F_nb 7 F_nb 6 F_nb 0 F_nb 3 F_nb 4 F_nb 1 F_nb 2 Superframe_counter 237 Frequenza Tempo
Figura 4.20 - Esempio della composizione della Supertrama
In una supertrama, le trame sono numerate da 0 (a frequenza più bassa, e prima temporalmente) fino a N (frequenza più alta, ultima temporalmente), ordinate nel tempo e poi in frequenza come mostrato nella figura 4.20. N potrà essere minore o uguale a 31.
Le trame all’interno della supertrama possono non avere tutte la stessa composizione in durata, larghezza di banda e slot temporali.
Le trame e le supertrama possono avere tutte la stessa durata, in questo caso le trame possono essere viste come sottobande frequenziali della supertrama. A ogni modo questa proprietà non è obbligatoria, e la figura 4.20 mostra un esempio di una supertrama che ha una durata 3 volte maggiore di ciascuna delle sue trame.
4.10.8 Slot Temporali
Una trama è composta da slot temporali. Il “frame_id” identifica una particolare sistemazione di slot temporali. Per esempio, frame_id = 1 può identificare una sequenza di 10 slot temporali di “traffico utente” sulla stessa portante, e frame_id = 2 una sequenza di 4 slot temporali di “controllo” seguiti da 8 slot di “traffico utente”, tutti sulla stessa portante.
T S_nb 7 TS_nb8 T S_nb9 TS_nb 3 TS nb 4 TS nb 5 T S_nb 6 TS_nb 0 TS_nb1 T S_nb2 Frame_id 4 Frequenza Tempo
Figura 4.21 - Esempio della composizione della Trama
Una trama può contenere diverse frequenze portanti. In una trama, gli slot temporali sono numerati da 0 (frequenza più bassa, e prima temporalmente) fino a M (frequenza più alta, e ultima temporalmente) ordinati prima temporalmente e poi in frequenza come mostrato nella figura 4.21. M potrà essere minore o uguale a 2047.
Per essere allocati, ciascuno slot temporale sarà univocamente identificato dai relativi Superframe_ID, Superframe_counter, Frame_number e Timeslot_number.
L’ RCST processerà il messaggio TBTP proveniente dal NCC per determinare la sua area di allocazione, per estrarre il numero di assegnazione e l’allocazione degli slot temporali per il
del messaggio TBTP all’ RCST fino al che lo stesso RCST non è pronto per trasmettere i burst assegnatoli dal quel TBTP non supererà i 90 ms.
4.10.9 Categorie di capacità richieste
L’allocazione degli slot temporali può supportare cinque categorie di capacità:
• Continuos Rate Assignment (CRA):
È una capacità di rate che sarà fornita sempre per ogni supertrama richiesta. Questa capacità sarà negoziata direttamente tra l’ RCST e l’ NCC.
• Rate Based Dynamic Capacity (RBDC):
È una capacità di rate che viene richiesta dinamicamente dall’ RCST. La RBDC sarà fornita in risposta ad un esplicita richiesta dall’ RCST all’ NCC, tali richieste sono assolute (cioè corrispondono al massimo rate correntemente richiesto). Ogni richiesta RBDC escluderà tutte quelle precedenti provenienti dallo stesso RCST, e sarà conforme al limite massimo di rate negoziato direttamente tra l’ RCST e il NCC. Per impedire un anomalia al terminale, risultante da un assegnazione di capacità aggiunta, l’ultima richiesta RBCD ricevuta dall’NCC proveniente da un determinato terminale espirerà automaticamente dopo un periodo di time-out il cui valore è di 2 supertrame. Il time-out può essere configurato tra 1 e 15 supertrame (se viene settato a 0, il time-out risulta disabilitato).
CRA e RBCD possono essere usati in combinazione, con CRA si ha una capacità fissa minima per ogni supertrama, mentre l’ RBCD fornisce una componente variabile dinamica al di sopra del minimo.
• Volume Based Dynamic Capacity (VBDC):
È una capacità di volume che viene richiesta dinamicamente dall’ RCST. La capacità VBDC sarà fornita in risposta ad un esplicita richiesta dall’ RCST all’NCC, tali richieste sono cumulative (cioè ogni richiesta andrà a sommarsi alle precedenti
richieste fatte alla stessa RCST). Il totale delle richieste cumulate saranno ridotte alla capacita di categoria assegnata in ogni supertrama.
• Absolute Volume Based Dynamic Capacity (AVBDC):
È una capacità di volume che viene richiesta dinamicamente dall’ RCST. Questa capacità sarà fornita in risposta ad una esplicita richiesta dall’ RCST all’NCC, tali richieste sono assolute (cioè ogni richiesta sostituisce quelle precedentemente fatta dallo stesso RCST). L’ AVBDC viene utilizzata al posto della VBDC quando l’ RCST percepisce che la richiesta VBDC potrebbe essere persa (per esempio nel caso di conflitto di minislot).
• Free Capacity Assignment (FCA):
È una capacità di volume che sarà assegnata ai vari RCST, determinata da quella capacità che sarebbe al contrario inutilizzata. Questa capacità sarà assegnata automaticamente e non dipenderà dallo scambio di segnalazioni tra l’ RCST e il NCC. Per il NCC sarà possibile inibire questa FCA per ogni RCST.
L’ FCA non dovrebbe essere mappata in alcuna categoria di traffico, poiché la disponibilità è altamente variabile. La capacità assegnata in questa categoria è intesa come un bonus di capacità che può essere usata per ridurre i ritardi sui traffici che possono tollerare i ritardi di distorsione (delay jitter).
4.11 Procedure di Sincronizzazione
Questo paragrafo definisce le procedure che permettono ad un terminale RCST di fare il logon alla rete interattiva satellitare ed anche la procedura di logoff.
Il periodo di tempo che va dal momento in cui il terminale fa il logon fino a che non avviene il logoff viene definito sessione.
4.11.1 Ordine generale degli eventi di sincronizzazione
Per poter procedere nella procedura di logon, un terminale RCST sarà nello stato di Ricezione di Sincronizzazione che viene raggiunto seguendo la Procedura Iniziale di Sincronizzazione descritta nel paragrafo successivo.
L’entrata di un RCST nel sistema è quindi realizzata con le seguenti quattro fasi:
• Procedura di Logon: L’ RCST richiede l’accesso iniziale alla rete e prende le informazioni iniziali di logon dalla stessa (o alternativamente la richiesta di logon può essere rifiutata);
• Acquisizione grezza della procedura di sincronizzazione (opzionale): L’ RCST migliora la sincronizzazione fisica (regolazioni in frequenza, tempo, e potenza);
• Procedura di sincronizzazione fine (opzionale): L’ RCST completa la sincronizzazione fisica alla rete;
• Procedura di mantenimento delle sincronizzazione: L’ RCST mantiene la sincronizzazione fisica durante tutto il tempo di sessione.
L’ RCST in base alle procedure sopra elencate può trovarsi in uno dei seguenti stati:
• Hold: L’ RCST è nello stato Hold. Il campo stato dell’ RCST nel messaggio TIM contiene un flag chiamato Trasmit_Disable. Un terminale che riceve un TIM con
questo flag settato ad 1 cesserà la trasmissione e rilascerà tutti i parametri di sessione che gli erano stati assegnati durante il logon (cioè logon_id, group_id, e l’allocazione degli slot temporali) ed entra nello stato Hold. Questo può accedere quando è nello stato di ricezione della sincronizzazione, quando è pronto per la sincronizzazione grezza, quando è pronto per la sincronizzazione fine oppure quando è pronto per terminare la procedura di sincronizzazione. Un terminale che si trova nello stato Hold può rimanerci anche dopo uno spegnimento o un reset. Un terminale va dallo stato Hold allo stato di Ricezione sincronizzazione quando riceve un TIM con il flag Trasmit_Disable settato a 0;
• Inattività / Stand-by: L’ RCST o non è alimentata, o si trova in stand-by oppure ha perso la sincronizzazione;
• Ricezione Sincronizzazione: L’ RCST ha acquisito il collegamento diretto;
• Pronta per la sincronizzazione grezza: L’ RCST è stato riconosciuto dal NCC e può iniziare la procedura di sincronizzazione grezza;
• Pronta per la sincronizzazione fine: L’ RCST è stato riconosciuto dal NCC e può iniziare la procedura di sincronizzazione fine;
• Mantenimento della sincronizzazione: L’ RCST è sincronizzato e può spedire i propri burst di traffico.
La procedura di logoff descritta nel paragrafo 4.11.8 permette alla RCST di scollegarsi dalla rete.
Le figure 4.22 - 4.27 forniscono una descrizione grafica della sequenza di queste procedure di sincronizzazione, in queste figure i simboli rappresentano gli stati, mentre i simboli
N S S / N ? Off / Stand-by
Inizio Sync Ricezione Sync Logon
Figura 4.22 - Diagramma degli stati di sincronizzazione della RCST
Tutti gli stati, gli eventi, le condizioni e le procedure saranno descritte successivamente in questo paragrafo.
Al terminale RCST non è permesso trasmettere i burst TRF finché non ha raggiunto lo stato di “Fine Sincronizzazione”. 4.11.2 Messaggi di Segnalazione N N 1 0 S S Trasmit_Disable Trasmit_Disable Trasmit_Disable Trasmit_Disable S N S/ N ? Pronto per Sync grezza
ACQ
assegnato ? Sync grezza
Hold
S N
S / N ? Pronto per Sync fine
Errori sotto
soglia ? Sync fine
S N
S / N ?
logoff Stato Fine Sync Flag Fine Sync = 1
Mantenimento della Sincronizzazione
N S
Y / N ? Trasmit_disable?
Lo scambio dei messaggi di segnalazione tra l’ RCST e il NCC, inclusi i messaggi opzionali, sono illustrati nella figura 4.23. In questa figura viene illustrato il normale flusso degli eventi comprese le procedure opzionali di sincronizzazione grezza e fine.
Procedura Iniziale Ricezione NCR, SPT, Di Sincronizzazione SCT, FCT, TCT. Richiesta logon tramite burst CSC Procedura Autorizzazione Logon di Logon TIM Assegnamento (ACQ, SYNC, ecc) ACQ burst Procedura di Sincronizzazione grezza (acquisizione) CMT . . . SYNC burst Procedura di Sincronizzazione fine CMT . . . SYNC burst + flag set CMT . Procedura . . SYNC burst [+ rqst] CMT . . RCST . NCC
Figura 4.23 - Esempio del flusso di segnalazione nell’entrata di un RCST nella rete di mantenimento
Dopo l’accensione il terminale RCST procederà eseguendo le operazioni sotto elencate:
• L’ RCST eseguirà come prima cosa delle procedure che gli permettono di trovare tutte le informazioni necessarie relative al funzionamento della rete RCS. Queste includono anche la sincronizzazione dell’NCR, con cui l’ RCST può inizializzare il suo clock interno, inseguendo l’NCR che viene trasmesso dall’NCC sul collegamento di andata;
• Dopo l’ RCST calcolerà l’allineamento dei satelliti per entrambi i collegamenti di andata e ritorno utilizzando i dati contenuti all’interno della tabella di posizionamento del satellite (SPT, Satellite Position Table). Inoltre determinerà la propria posizione (latitudine, longitudine e altezza sul livello del mare). L’ RCST utilizzerà questi allineamenti per determinare il suo satellite corrispondente e il ritardo di propagazione. La posizione nominale del satellite, che può essere trovata nel NIT (Network Information Table), sarà usata nel caso in cui il NCC non trasmetta l’SPT.
• L’ RCST continuerà a ricevere l’NCR per tutta la sessione. Nel caso in cui la sincronizzazione dell’ NCR venga persa, l’ RCST cesserà la trasmissione e ripartirà con la procedura di inizio sincronizzazione. Allo stesso modo, ogni fallimento di sincronizzazione dell’ RCST durante queste o altre procedure porterà l’ RCST a ripetere la procedura iniziale di sincronizzazione.
• L’ RCST riceverà il BTP (Burst Time Plan) trasmesso dal NCC ad intervalli regolari. Il BTP è contenuto nel collegamento di segnalazione diretto ed è costituito dalla Supertrama, dalla Trama e dalla tabella di composizione degli slot temporali TCT. L’ RCST riceverà anche il broadcast TIM.
Dopo tutti questi passaggi, l’ RSCT entrerà nello stato di Ricezione Sincronizzazione.
Dopo che l’ RCST ha ricevuto tutte le tabelle di informazione del servizio (SI, Service Information) relative alla struttura della rete interattiva satellitare, è pronto per iniziare la procedura di logon, per essere autorizzato a spedire e ricevere dati. L’ RCST può decidere di muoversi dallo stato di “Ricezione Sincronizzazione” per esempio perché si trova nello stato di inizializzazione oppure perché vuole trasmettere dati e non si trova più loggato dopo un periodo lungo di inattività. Alternativamente, la rete può far partire la procedura di logon spedendo un segnale di “risveglio” (Wake Up) al relativo RCST mediante un messaggio unicast TIM.
La procedura di logon è illustrata nella figura 4.24.
Ricezione Sync
Aspetta lo slot CSC Trasmetti Burst CSC Aspetta un tempo casuale
tra Zero e max_time_before_retry
Figura 4.24 - Procedura di logon
L’ RCST spedisce la richiesta di logon in uno slot temporale CSC usando un accesso casuale (Slotted-Aloha). Questa richiesta contiene l’indirizzo fisico (MAC Address) dell’ RCST ed un campo che indica la capacità del terminale. Se è ricevuto correttamente, il NCC procederà con la
Aspetta n²_max_time_before_retry
Ricevuti correttamente: Frequenza, Potenza e Tempo
Ricezione Sync N Più di N TIM S ricevuto durante CSC_max_losses volte? CSC response timeout? S
interpreterà che ci sono state delle collisioni dovute ad altre simultanee richieste e riproverà a fare il logon dopo un tempo massimo selezionato in un intervallo casuale.
Il NCC verifica che le risorse della trasmissione siano disponibili (burst ACQ e SYNC) e controlla se le condizioni amministrative sono soddisfatte (per esempio se l’account è valido se l’account è stato pagato, ecc). Se tutte le condizioni sono state riscontrate, il NCC procede con la procedura successiva. Come mostrato nella figura 4.24 l’ RCST aspetterà un tempo pari a n² volte il valore massimo in cui può riprovare la procedura: n² × _max_time_before_retry
Con n che rappresenta il numero di passaggi attraverso questo ciclo.
Dopo che la procedura di logon è andata a buon fine il NCC spedisce il messaggio TIM all’ RCST come riconoscimento.
Successivamente l’ RCST userà un ATM VPI/VCI per spedire un burst TRF ATM. Per i terminali RCST che trasmettono i pacchetti opzionali MPEG nel burst di traffico sarà assegnato un PID. I valori VPI/VCI saranno assegnati nel messaggio TIM di inizializzazione del logon.
Nota: Sotto alcuni casi eccezionali come un guasto della rete, l’accesso al burst CSC potrà essere fatto in maniera dedicata piuttosto che in maniera casuale.
4.11.5 Procedura di sincronizzazione grezza (opzionale)
In una rete dove tutti i terminali RCST sono allineati all’ NCR del collegamento di ritorno, l’NCC può correggere tutti gli errori di frequenza e temporizzazione tranne che la differenza Doppler tra l’ RCST e NCC. Gli errori temporali dei burst possono essere bassi quando le posizioni del satellite e delle RCST sono perfettamente conosciute.
Anche se i ricevitori NCC/gateway possono manipolare questi errori residui, che sono piccoli per un satellite che viene mantenuto fermo in una porzione di spazio stretta, non c’è necessità per un RCST di effettuare il processo di allineamento della sincronizzazione grezza. In questo caso il TIM non contiene il descrittore d’assegnamento ACQ e l’ RCST può entrare direttamente nello
stato “Pronto per la sincronizzazione fine”. Altrimenti se il descrittore è contenuto allora l’ RCST eseguirà la procedura di sincronizzazione grezza.
Dopo che l’ RCST si è loggato ed è stata autorizzato a procedere, potrà cominciare la fase di acquisizione per effettuare la sincronizzazione temporale, frequenziale e l’adattamento di potenza. Questa procedura è illustrata nella figura 4.25.
ACQ Assegnato? Pronto per la
sincronizzazione grezza sincronizzazione fine Pronto per la
Figura 4.25 - Procedura di sincronizzazione grezza (opzionale)
L’ RCST riceve il burst di assegnamento ACQ attraverso il TIM. Quindi l’ RCST spedisce un burst ACQ nel suo slot di tempo assegnato. Il NCC misura gli errori di tempo, frequenza e di
Aspetta il prossimo assegnamento slot ACQ
Ricevuti correttamente: Frequenza, Potenza e Tempo
Off / Standby
Correzione ricevuta nel tempo? Perdite
massime superate?
Trasmetti burst ACQ
Errori sopra la soglia di sincronizzazione grezza? Tentativi Massimi superati? S N N S S S N S N N
sua volta allinea i suoi parametri di trasmissione. Questo processo continua fino a che l’accuratezza risulta all’interno della “soglia di sincronizzazione grezza” indicata all’ RCST nel burst ACQ. Lo stesso burst fornisce il numero massimo di cicli consentiti in questa procedura di sincronizzazione (“Max tries exceeded”). I parametri di questa procedura sono contenuti all’interno del correction_control_descriptor.
4.11.6 Procedura di Sincronizzazione fine (opzionale)
Questa procedura è abbastanza simile in linea di principio con quella grezza descritta nel paragrafo precedente, ma utilizza lo slot dedicato di SYNC invece del burst ACQ. Questa procedura è effettuata soltanto se gli errori indicati nell'ultimo messaggio di correzione (incluso nel messaggio TIM di “logon” ricevuto dopo il CSC, oppure in un CMT durante la procedura opzionale per l’ACQ) sono più grandi della “soglia di sincronizzazione fine” indicata nel descrittore di assegnamento SYNC del messaggio TIM di “logon”.
La procedura di sincronizzazione fine è mostrata nella figura 4.26. Anche in questo caso i parametri di queste procedure sono contenuti nel correction_control_descriptor.
Figura 4.26 - Procedura di sincronizzazione fine (opzionale)
Nota: può essere necessario fare una media sugli errori misurati per avere un accuratezza sufficiente.
4.11.7 Procedura di mantenimento della Sincronizzazione
Subito dopo aver superato la procedura di sincronizzazione, l’ RCST può trasmettere i propri burst di traffico. Parallelamente continuerà a mantenere la sua sincronizzazione con la rete. Infatti questa procedura andrà avanti per tutta la durata della sessione come è mostrato nella figura 4.27. Nel caso in cui la rete richieda un messaggio di sign-on per sicurezza indicato dall’NCC, l’ RCST spedirà ed aspetterà che il messaggio venga riconosciuto mediante un
Pronto per la sincronizzazione fine
Aspetta il prossimo assegnamento slot SYNC
Ricevuti correttamente: Frequenza, Potenza e Tempo
Off / Standby
Correzione ricevuta nel tempo? Perdite
massime superate?
Stato Fine Sincronizzazione
Trasmetti burst SYNC
Errori N
sulla soglia di Setta a 1 il flag di Fine sincronizzazione fine? Numero S N N S S S N tentativi superato? Sincronizzazione
Il conteggio dei cicli, i timeout e le soglie sono indicati all’ RCST attraverso il YNC_Assign_descriptor presente nel messaggio TIM.
tion_control_descriptor.
.27 - Procedura di Mantenimento della sincronizzazione
S
I parametri di queste procedure sono contenute nel correc
Stato Fine Sincronizzazione
A
assegnamento slot SYNspetta il prossimoC
Figura 4
Ricevuti correttamente: Frequenza, Potenza e Tempo
Off / Standby
Correzione ricevuta nel tempo? Perdite
massime superate?
Trasmetti burst SYNC
Errori sulla soglia di sincronizzazione fine? S S S N N S N
4.11.8 Procedura di Logoff
Quando l’ RCST effettua o si trova nello stato di logoff, cesserà tutte le trasmissioni e il suo indirizzo logico insieme al suo slot temporale saranno rimossi dalla lista e resi disponibili per gli altri RCST che vorranno loggarsi alla rete. La procedura di logoff può avvenire quando si verifica il termine di una sessione (caso normale) oppure quando si verifica un guasto (caso inconsueto):
Caso normale:
un caso normale di logoff si verifica sia automaticamente sia manualmente da un utente che arriva alla fine della sessione. Per terminare la sessione è richiesto un messaggio di logoff che deve essere trasmesso nel MandC (Monitoring and Control). Il NCC che deve acconsentire alla richiesta di logoff manderà all’ RCST un messaggio di logoff trasportato all’interno del Terminal Information Message (TIM).
Caso inconsueto:
in questo caso un RCST può effettuare il logoff a causa di una perdita di sincronizzazione dovuta a:
o Alla mancata ricezione, per diversi secondi consecutivi, del NCR; o Alla mancata ricezione del burst CMT per diversi messaggi di SYNC.
