DE3644175A1

DE3644175A1 - Verfahren zur uebertragung von daten mit satelliten

Info

Publication number: DE3644175A1
Application number: DE19863644175
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Schukat
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-07-14

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten mit Sa telliten.

Bisher werden die notwendigen Informationen, um eine Datenverbindung aufzubauen, entweder der Datenverbindung vorangestellt oder auf einem separaten Kanal (Dienstkanal) angemeldet.

Dies verringert die Effizienz eines Systems bzw. benötigt zusätzliche Bandbreite, die für die eigentliche Datenübertragung nicht genutzt wer den kann bzw. darf.

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem für die Zusatzinformationen keine zusätzliche Bandbreite benötigt wird.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß dem Datenstrom PN(Pseudo-Noise)-Folgen zum Zweck der Steuerung bzw. Regelung des Nach richtenkanals bzw. eines Nachrichtennetzes unterlagert werden.

Die Struktur von PN-Folgen ist so aufgebaut, daß sie pseudo-zufälligen Charakter haben und über ein ausgeprägtes Autokorrelationsmaximum verfü gen. Dabei wird u. a. jedes Datenbit mit einer PN-Folge gespreizt, d.h. die Leistung eines Datenbits auf n-Chips verteilt.

Das Verhältnis der Bandbreite von Datenbit/Chip beträgt in der Regel "1000". Ein Chip entspricht hier also 1/1000 der Leistung des Datenbits. Diese Leistung/Hz kann dem eigentlichen Datenstrom unterlagert werden, ohne die Übertragung nachhaltig zu stören.

Die Vorteile liegen u.a. darin, daß für den Dienstkanal die gleiche Fre quenz wie für die eigentliche Datenübertragung verwendet wird, ferner darin, daß der Dienstkanal permanent genutzt werden kann und daß keine Einbußen bezüglich Leistung, Frequenz, Bandbreite bei vorgegebenen nutz baren Werten für die eigentliche Datenübertragung vorliegen.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, in der sie anhand der Zeichnung erörtert wird. Es zeigen

Fig. 1 ein Nachrichtennetz mit einem Satelliten als Netzknoten,

Fig. 2 eine "Standard"-Belegung des Satellitenkanals mit frequenzmodu lierten Dienst- und Datenkanälen,

Fig. 3 die Struktur eines TDMA-Rahmens,

Fig. 4 das Prinzip der Unterlagerung von Dienst- und Datenkanal,

Fig. 5 das Prinzip der Spreizung mittels PN-Folgen,

Fig. 6 die Überlagerung von Daten- und Dienstkanal,

Fig. 7 die Steuerung des Netzes durch die Realisierung des Dienstkanals mit PN-Folgen.

Bisher werden die notwendigen Informationen, um eine Datenverbindung aufzubauen, entweder der Datenverbindung unmittelbar vorangestellt oder auf einem separaten Kanal (Dienstkanal) angemeldet.

Als Beispiel sei gemäß Fig. 1 ein Nachrichtennetz mit n Bodenstationen B _{1 . . . n} genannt, die Daten via Satellit S übertragen wollen.

Jede der sich im Netz befindlichen Stationen B _m muß bestimmte Parame ter, wie z.B. Frequenz, Bandbreite, Leistung etc. einhalten. Diese vor gegebenen Werte dürfen weder überschritten werden, damit die anderen Bodenstationen keine Störung erfahren, noch unterschritten werden, so daß die eigene Übertragung gewährleistet ist.

Damit der Betrieb des Nachrichtennetzes aufrecht erhalten bleibt, finden u. a. sogenannte Dienstkanäle Verwendung. Über sie können Sprache, Da ten, Befehle etc. an eine Bodenstation (z.B. an eine Referenz-Station) übermittelt werden. Damit kann die eigentliche Übertragung gesteuert, geregelt etc. werden, ohne sie im eigentlichen Sinne durch Steuerinfor mationen zu unterbrechen.

Der Dienstkanal soll anhand zweier in Fig. 2 und 3 dargestellter Bei spiele verdeutlicht werden.

In Fig. 2 werden FM(Frequenz-Modulierte)-Kanäle im Transponder verwen det. Je nach Frequenzlage wird z.B. die Adresse einer Bodenstation B _n signalisiert. Die Nachrichtenübertragung (Nutzdaten) erfolgt in den fre quenzmodulierten Datenströmen K ₁ ... K _n. In den separaten Kanälen (Dienstkanälen) D _1...n werden Informationen übertragen, die die Auf rechterhaltung des Netzes garantieren sollen.

In Fig. 3 ist ein TDMA-Rahmen dargestellt. Hier werden innerhalb des digitalen Datenstromes (Burst) mittels der Präambel die Datenblöcke übertragen, die den eigenen Empfang sowie die Synchronisation im Netz garantieren sollen. In der Figur ist mit

TR die Trägerrückgewinnung, mit BT die Bittakt-Rückgewinnung, mit BCW das Burst-Code-Wort, mit A die Adresse und mit S die Sprache bezeichnet.

Der TDMA-Rahmen wird u.a. nach bestimmten Reservierungsvorschriften un ter den Erdfunkstellen aufgeteilt. Diese Aufteilung muß mit hoher Genau igkeit eingehalten werden, da sonst keine korrekte Nachrichtenübertra gung stattfinden kann. Diese Einhaltung der Rahmenstruktur wird u.a. als TDMA-Synchronisation bezeichnet. Jede Erdfunkstelle überträgt also die ihr zugewiesene Datenrate/Zeit, die dem Burstinhalt entspricht, vermin dert um den Synchronisations-Overhead zu einem genau definierten Zeit punkt.

Näheres dazu ist beispielsweise folgenden Druckschriften zu entnehmen:

Spilker: Digital Communications by Satellite; Prentice Hall, INC., Englewood Cliffs; New Jersey, 1977; pp. 215-292 Pontano: THE INTELSAT TDMA/DSI SYSTEM - an overview of the special issue -; Int. Journal of Satellite Communication; Vol. 3; pp. 5-9.

Die Nachteile der bisherigen Verfahren liegen u.a. darin, daß für den Dienstkanal eine zusätzliche Frequenz mit entsprechender Bandbreite und Leistung zur Verfügung gestellt werden muß. Ferner wird die für die Übertragung von Nutzdaten notwendige Bandbreite verringert, ebenso die verfügbare Leistung im Satellitentransponder (vgl. Fig. 2). Nach Fig. 3 müssen für entsprechende Zeitdauer die Steuerdaten innerhalb des Bursts übertragen werden, was die Übertragungskapazität verringert. Schließlich kann der Dienstkanal nur zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine bestimm te Zeitdauer genutzt werden.

Fig. 4 zeigt das bekannte Prinzip der Überlagerung von Dienst- und In formationskanal, Fig. 5 das Prinzip der Spreizung mittels PN-Folgen.

Fig. 4 zeigt dabei schematisch die Überlagerung von Daten-Spektrum und PN-Spektrum. Dabei werden beide Spektren über einen geeigneten Koppler zusammengeführt, d.h. gegenseitig über- bzw. unterlagert.

Um die wechselseitige Störung zwischen dem Datenspektrum und dem PN-Spektrum gering zu halten, muß ein sog. "Überlagerungsverhältnis" Δ U definiert werden. Dieses Δ U kennzeichnet, um wieviel höher die Amplitude des Datenspektrums gegenüber dem PN-Spektrum sein muß. Ein anderer Wert für Δ U entsteht, wenn die Bandbreite des PN-Spektrums größer als die Bandbreite des Daten-Spektrums ist. Dann kann Δ U größer gewählt werden; d.h. die wechselseitige Störung beider Signale ist geringer.

Das Summenspektrum dieser überlagerten Spektren wird also übertragen. Dabei ist gut zu erkennen, daß für das PN-Signal die Bandbreite des Da tensignals mitbenutzt wird.

Fig. 5 zeigt das Prinzip der Spreizung mit einer PN-Folge der Länge ′L′. PN-Folgen haben neben einem quasi-zufälligen rauschähnlichen Charakter sehr gute Autokorrelationseigenschaften, die eine exakte Detektion der selben ermöglichen. Bei der Datenübertragung wird im allgemeinen jedes Datenbit auf die Länge einer PN-Folge gespreizt. Dadurch wird die Ener gie pro Datenbit auf die Bandbreite der gesamten PN-Folge verteilt. Das Verhältnis der Bandbreite von PN-Folge und Datenbit beträgt in der Regel ≧ ′1000′; d.h. die Energie eines Datenbits wird auf 1/1000 bezogen auf die Bandbreite des Datenbits verringert.

Nach Fig. 6 wird im folgenden Beispiel gemäß der Erfindung einem 2.048 MBps-Nutzsignal ein 2.5 MHz PN-Signal unterlagert und als Dienstkanal benutzt.

Mittels dieses Dienstkanals werden die eigenen Stationsparameter, wie z.B. Name der Bodenstation, Leistung, Frequenz, Signalart sowie Adresse an eine Referenzstation übertragen, die diese Werte bezüglich der zuläs sigen, innerhalb des Nachrichtennetzes gemäß Fig. 7 überprüft und evtl. notwendige Parameterkorrekturen der Sende-Station ebenfalls mittels PN-Folgen mitteilt. Der Verlauf der Datenströme ist Fig. 7 zu entneh men. Dabei ist mit S der Satellit, mit B _n die Bodenstation n, mit R die Referenzstation, mit N das Nutzsignal, mit DR der Dienstkanal der Referenzstation und mit DK₁ der Dienstkanal der Bodenstation B ₁ be zeichnet.

Vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind sowohl beim TDMA-Rahmen, als auch beim FDMA-Verfahren und bei ′TTC′ als Dienstkanal gegeben.

Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit besteht darin, daß im Datenkanal ein Fernsehbild und mittels der unterlagerten PN-Folgen dazu gehörige Tonkanäle übertragen werden. Somit ist die zusätzliche Aufnahme von mehreren Tonkanälen in bestehende Einrichtungen möglich.

Claims

1. Verfahren zur Übertragung von Daten mit Satelliten, wobei zusätz lich zu den Daten Hilfsinformationen zur Steuerung bzw. Regelung des Nachrichtenkanals bzw. des Nachrichtennetzes übertragen werden, da durch gekennzeichnet, daß die Hilfsinformationen dem Datenstrom als PN(Pseudo-Noise)-Folgen unterlagert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß mittels der unterlagerten PN-Folgen ein Dienstkanal gene riert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß im Datenkanal ein Fernsehbild und mittels der unterlagerten PN-Folgen dazugehörige Tonkanäle übertragen werden.