DE102011018975A1

DE102011018975A1 - Verfahren zum Anpassen der Ausgangsleistung eines nichtlinearen Signalverstärkers eines Senders in einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung für Mehrfachträgerfrequenz-Signale

Info

Publication number: DE102011018975A1
Application number: DE201110018975
Authority: DE
Inventors: Zoltán Katona
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: DE102010018944A1; DE102011018975B4

Abstract

Das Verfahren zum Anpassen der Ausgangsleistung eines nichtlinearen Signalverstärkers eines Senders zum Übertragen von Mehrfachträgerfrequenz-Signalen in einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zwischen dem Sender und einem Empfänger enthält folgende Schritte:
– Berechnen des optimalen Ausgangsleistungsvorhalts eines nichtlinearen Signalverstärkers des Senders für verschiedene Dämpfungspegel,
– Ermitteln eines Dämpfungspegels des Mehrfachträgerfrequenz-Signals, das durch den Sender der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung gesendet und von dem Empfänger der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung empfangen wird, und
– Anpassen der Ausgangsleistung des nichtlinearen Signalverstärkers des Senders entsprechend dem dem ermittelten Dämpfungspegel zugeordneten Ausgangsleistungsvorhalts, um die Dämpfung des Mehrfachträgerfrequenz-Signals und die Intermodulations-Interferenz mindestens teilweise zu kompensieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen der Ausgangsleistung eines nichtlinearen Signalverstärkers eines Senders zum Übertragen von Mehrfachträgerfrequenz-Signalen in einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zwischen dem Sender und einem Empfänger.
Die Erfindung befasst sich mit der Optimierung des Ausgangsleistungsvorhalts (OBO) nichtlinearer Verstärker, die in Kommunikationssystemen verwendet werden, wobei der nichtlineare Verstärker Mehrfachträgerfrequenz-Signale verstärkt (z. B. bei einem Frequenzteilungs-Mehrfachzugang – FDMA) und wobei sämtliche Trägersignale an einen einzigen Empfänger übertragen werden.
Bei Kommunikationssystemen des Standes der Technik werden Sender verwendet, die nichtlineare Hochleistungsverstärker für den Fall aufweisen, dass eine Hochleistungsverstärkung erforderlich ist. Eine typische Übertragungsfunktion eines nichtlinearen Verstärkers, wie er z. B. bei Satelliten und generell bei Sendern verwendet wird, ist in 1 gezeigt. Die Übertragungsfunktion ist umso linearer je weiter die Eingangs- und Ausgangsleistung abnimmt (d. h., je mehr der Ausgangsleitungsvorhalt zunimmt). Der Arbeitspunkt des nichtlinearen Verstärkers wird derart eingestellt, dass er innerhalb des ehesten linearen Abschnitts liegt. Das Verhältnis zwischen dem Ausgangsleistungswert an dem Arbeitspunkt Q und dem Wert der Ausgangsleistung bei Sättigung wird als Ausgangsleistungsvorhalt bezeichnet. In der Praxis wird der z. B. für einen Satellitenkanal vorgesehene Leistungsverstärker nicht immer bei Sättigung betrieben, und es ist zweckmäßig, den Arbeitspunkt Q des Satellitenkanalverstärkers durch die Eingangsleistung (P_in)_Q und die Ausgangsleistung (P_on)_Q, in beiden Fällen am Arbeitspunkt, zu bestimmen. Zweckmäßigerweise werden diese beiden Quantitäten in Bezug auf (P_I1)_sat bzw. (P_o1)_sat normalisiert. Dies definiert den Eingangs-(IBO-) und Ausgangs-(OBO-)Vorhalt. IBO = (P_in)_Q/(P_I1)_sat OBO = (P_on)_Q/(P₀₁)_sat
Bei den herkömmlichen Kommunikationssystemen wird eine konstante OBO für die nichtlinearen Verstärker verwendet.
US-A-4,896,369 offenbart ein Satelliten-Kommunikationssystem und beschreibt ein Steuerschema für die Leistungs-Zuordnung und die Eingabe von Verbindungen in ein Satelliten-Kommunikationsnetz, um die Verbindungs-Partizipation und Leistungsverfügbarkeit auf einem optimalen Niveau zu halten, und zwar ungeachtet Sende-Interferenzen (z. B. Schwund aufgrund von Regen) und Benutzeranforderungsbedingungen. Das bekannte Satelliten-Kommunikationssystem weist Punkt-zu-Mehr-Punkt-Verbindungen auf (z. B. von einem geostationären (GEO) Satelliten zu zahlreichen User-Terminals).
US-B-6,421,528 beschreibt ein Satelliten-Kommunikationssystem und -verfahren zum Anpassen der Satelliten-Kommunikationssignal-Übertragungsleistung für Signale, die in eine lokale Region innerhalb eines Satelliten-Abdeckungsbereichs gesendet werden, wobei Echtzeit-Information über die innerhalb der lokalen Region geltenden Wetterbedingungen und/oder die dort gegebenen tatsächlichen Pfadverluste verwendet wird, um die effektive isotrope Sendeleistung der Satellitenstrahlen dahingehend einzustellen, dass die für die Übertragung erforderliche Gesamt-Sendefrequenzleistung minimiert wird. Auch dieses bekannte System findet wiederum Anwendung bei Punkt-zu-Mehr-Punkt-Verbindungen.
Ein Verfahren zum Anpassen der Ausgangsleitung eines nichtlinearen Signalverstärkers eines Senders in einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung für Mehrfachträgerfrequenz-Signale ist allgemein in EP-A-1 049 269 beschrieben.
Auf Grund der Verwendung einer konstanten OBO bei nichtlinearen Leistungsverstärkern ergeben sich bei Kommunikationssystemen des Standes der Technik folgende Nachteile:

– Das gesamte Signal-zu-Rausch- und Interferenz-Verhältnis (SNIR) wird nur für einen bestimmten Dämpfungspegel optimiert.
– Falls die Gesamt-Dämpfung zeitlich variiert, dann wird bei anderen Dämpfungspegeln der Verbindungs-Spielraum entweder höher oder niedriger als gewünscht, was zu einem höheren DC-Energieverbrauch bzw. einer schlechteren Verbindungs-Leistung führt.
– Die OBO erfährt keine zeitliche Variation entsprechend der zeitlich variierenden Dämpfung des Kanals.

Obwohl zuvor und im folgenden Satelliten-Kommunikationssysteme erwähnt werden, ist die Erfindung der hier vorgeschlagenen Kanal-adaptiven OBO-Einstellung nicht nur auf derartige Kommunikationssysteme beschränkt, sondern ist für jeden Typ von Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen anwendbar, bei dem ein nichtlinearer Leistungsverstärker im Mehrfachträger-Modus verwendet wird.
Als Beispiel eines bekannten Kommunikationssystems mit Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindungen wird auf 2 verwiesen, welche die Rücklauf-Verbindung eines Satelliten-Kommunikationssystems zeigt, bei dem ein geostationärer Satellit als Relais-Satellit verwendet wird. Obwohl in dem Beispiel von einem Satelliten-Kommunikationssystem ausgegangen wird, ist der Anwendungsbereich der vorgeschlagenen Kanal-adaptiven OBO-Einstellung gemäß der Erfindung nicht auf Satelliten-Kommunikationssysteme beschränkt. Die Rücklauf-Verbindung ist hier als die Verbindung definiert, die von den End-User-Terminals – in diesem Beispiel den Low-Earth-Orbiting(LEO) Satelliten – über einen geostationären (GEO) Satelliten zu der Gateway-Station verläuft. Der GEO-Satellit kann entweder transparent oder regenerativ sein, was für die Erfindung irrelevant ist. Der nichtlineare Verstärker – der im Fokus der Erfindung steht – befindet sich in diesem Beispiel in dem GEO-Satelliten; er verstärkt die Trägersignale der LEO-Satelliten und sendet sie sämtlich an einen einzigen Empfänger, die Gateway-Station.
Selbstverständlich führt vor der Übertragung der Signale an den Gateway der Transponder an dem GEO-Satelliten mehrere Schritte durch, wie z. B. Frequenzumsetzung oder -filterung, jedoch haben diese Schritte für die Erfindung keine Bedeutung.
Die Leistungsverstärker, die heutzutage zur Hochleistungsverstärkung verwendet werden, haben nichtlineare Eigenschaften. Aufgrund der Nichtlinearität der Leistungsverstärker werden im Fall einer Mehrfachträgerfrequenzsignal-Operation Intermodulationsprodukte erzeugt. Ein Teil der Intermodulationsprodukte liegt außerhalb der Transponder-Bandbreite und kann somit herausgefiltert werden, während ein anderer Teil der Intermodulationsprodukte innerhalb der Transponder-Bandbreite liegt und nicht gefiltert werden kann, so dass diese Interferenzen mit den Trägerfrequenzsignalen verursachen. Auf Grund der nichtlinearen Eigenschaften der Leistungsverstärker besteht die Notwendigkeit, eine bestimmte OBO zu verwenden, die dazu verwendet wird, die Ausgangleistung relativ zu der Einzel-Trägerfrequenzsignal-Sättigungs-Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers zu reduzieren. Mit Hilfe dieser Reduktion kann das zu sendende Signal in einem stärker linearen Bereich des Verstärkers verstärkt werden, wodurch die Erzeugung von Intermodulationsprodukten minimiert werden kann.
Bei heutigen Kommunikationssystemen wird die OBO auf einen konstanten Wert gesetzt, ungeachtet der Beschaffenheit des Kommunikationskanals zwischen dem Sender und dem Empfänger. Es ergeben sich jedoch mehrere Vorteile, wenn die OBO an die jeweils geltenden Kanalbedingungen angepasst wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Qualität von Mehrfachträgerfrequenz-Signalen zu ermöglichen, die durch eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung übertragen werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Anpassen der Ausgangsleistung eines nichtlinearen Signalverstärkers eines Senders zum Übertragen von Mehrfachträgerfrequenz-Signalen in einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zwischen dem Sender und einem Empfänger bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:

– Ermitteln einer Referenz-Leistungsbilanz für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung (beispielsweise die Leistungsbilanz für eine Kommunikationsverbindung bei ”klarem” Himmel und wobei bereits ein bestimmter Ausgangsleistungsvorhalt für einen nichtlinearen Signalverstärker des Senders angenommen wird) und eines Referenz-Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältnisses (dies kann später verwendet werden, um die zeitlich variierende Dämpfung in dem von der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung gebildeten Kanal relativ zu der Referenz-Leistungsbilanz zu bestimmen),
– Berechnen von mehreren Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältniskurven, von denen jede eine Funktion des gleichen Satzes von verschiedenen Dämpfungspegeln ist, wobei jeder Kurve ein verschiedener Wert für einen Ausgangsleistungs-Vorhalt eines nichtlinearen Signalverstärkers des Senders zugeordnet ist und wobei eine (obere) Hüllkurve der bezüglich des Ausgangsleistungsvorhalts parametrisierten Kurvenschar, die aus einer Aneinanderreihung von Abschnitten von (gegebenenfalls verschiedenen) Kurven der Kurvenschar besteht, das maximale Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältnis auf der Empfängerseite der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung als Funktion von deren Dämpfung liefert (da jeder Kurve ein unterschiedlicher Ausgangsleistungsvorhalt zugeordnet ist, besteht somit die Möglichkeit, für jeden Dämpfungspegel den zugehörigen Wert des Ausgangsleistungsvorhalts zu ermitteln, der das empfangsseitige Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältnis maximiert),
– – für jeden Dämpfungspegel – Ermitteln desjenigen bezüglich einer Maximierung des empfangsseitigen Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältnisses optimalen Werts des Ausgangsleistungsvorhalts, und zwar anhand des Werts für denjenigen Ausgangsleistungsvorhalt, der derjenigen Kurve zugeordnet ist, die den in Abhängigkeit von dem Dämpfungspegel jeweils geltenden Abschnitt der Hüllkurve bildet,
– Ermitteln eines Dämpfungspegels des Mehrfachträgerfrequenz-Signals, das durch den Sender der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung gesendet und von dem Empfänger der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung empfangen wird, und
– nach der Ermittlung des Dämpfungspegels, Anpassen der Ausgangsleistung des nichtlinearen Signalverstärkers des Senders entsprechend der dem ermittelten Dämpfungspegel zugeordneten Wert des Ausgangsleistungsvorhalts, um die Dämpfung des Mehrfachträgerfrequenz-Signals und die Intermodulations-Interferenz mindestens teilweise zu kompensieren.

Gemäß der Erfindung ist die OBO des Signalverstärkers des Senders nicht mehr konstant, sondern wird in Abhängigkeit von dem Dämpfungspegel, der ermittelt worden ist, (durch Vergrößerung oder Verkleinerung) angepasst. Eine Dämpfung kann z. B. aufgrund von Regen oder anderen Wetterbedingungen oder aufgrund physischer Effekte in der Atmosphäre auftreten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schritt des Ermittelns des Dämpfungspegels des Mehrfachträgerfrequenz-Signals die Schritte des Schätzens des Status des Kanals, über den der Empfänger das Mehrfachträgerfrequenz-Signal empfängt, und des Ermittelns der Gesamt-Dämpfung auf. Grundsätzlich können die Sendekanal-Bedingungen zeitlich variieren, z. B. aufgrund von Regen, der einen Anstieg der System-Rauschtemperatur des Empfängers verursacht und den Gesamt-Ausbreitungsverlust in dem Kanal zwischen dem Sender und dem Empfänger erhöht. Der Pegel der Regen-Dämpfung und somit der Pegel des Anstiegs der Gesamt-System-Rauschtemperatur steigt mit zunehmender Frequenz an; so ist beispielsweise an dem Ka-Band der Effekt der Regen-Dämpfung signifikant. Die erfindungsgemäße Anpassung der OBO an die Kanalbedingungen wird insoweit optimiert, als das Gesamt-SNIR in dem Empfänger maximiert wird. Bei der Optimierung muss berücksichtigt werden, dass die Rauschleistung in dem Empfänger und der Ausbreitungsverlust in dem Kanal von der Regen-Dämpfung abhängig ist, während die Träger-Leistung an dem Empfänger und die Intermodulations-Interferenz direkt von der OBO abhängig sind, das an die Regen-Dämpfung angepasst wird. Das Gesamt-SNIR (ohne Berücksichtigung zusätzlicher Effekte wie z. B. externer System-Interferenzen, die als nicht kritisch, d. h. vernachlässigbar, angesehen werden) ist definiert als
wobei C/N das aus einer Dämpfung resultierende Träger-/Rausch-Verhältnis ist, während C/I_Intermod das Träger-/Intermodulations-Interferenz-Verhältnis ist, das sich aus der Nichtlinearität des Signalverstärkers des Senders aufgrund einer OBO-Anpassung ergibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Schritt des Ermittelns des Dämpfungspegels des Mehrfachträgerfrequenz-Signals die Schritte des Ermittelns der aktuellen Wetterbedingungen und des Ermittelns des mit den aktuellen Wetterbedingungen einhergehenden Dämpfungspegels auf.
Es ist zu beachten, dass die Kanal-adaptive OBO-Optimierung nicht nur auf Regen-Effekte beschränkt ist, sondern generell für jede Art zeitlich variierender Dämpfung geeignet ist.
Die erfindungsgemäße Verwendung einer adaptiven OBO durch Kommunikationssysteme bietet folgende Vorteile:

– Im Fall einer hohen Dämpfung wird das C/N im Vergleich zum C/I_Intermod zum Begrenzungsfaktor, so dass eine Reduktion der OBO die Trägerleistung, das C/N und schließlich das Gesamt-SNIR erhöhen würde.
– Im Fall einer geringen Dämpfung wird das C/I_Intermod im Vergleich zum C/N zum Begrenzungsfaktor, so dass ein Erhöhen der OBO die Intermodulations-Interferenz reduzieren würde und somit das C/I_Intermod und schließlich das gesamte SNIR erhöhen würde.
– Als Ergebnis wird also auf Grund der erfindungsgemäßen OBO-Adaptivität das gesamte SNIR für jeden Dämpfungspegel maximiert.
– Der DC-Energieverbrauch des Kommunikationssystems folgt der Kanalbedingung, was zu einer besseren Energieersparnis führt.
– Die Anwendung der Erfindung ist problemlos möglich, ohne dass Schwierigkeiten z. B. an der Zuleitungs-Abwärtsverbindung (Feeder Downlink) heutiger Kommunikationssatelliten auftreten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform muss die OBO des nichtlinearen Verstärkers auf den optimalen Wert eingestellt werden. Der nichtlineare Verstärker ist senderseitig an der Punkt-zu-Punkt-Verbindung angeordnet, und es sei angenommen, dass er im Mehrfachträger-Modus arbeitet. Der optimale OBO-Wert hängt von der Kanalbedingung ab. Die OBO wird von dem Steuermechanismus auf der Basis von auf dem Kanal befindlicher Zusatzinformation bestimmt. Der Steuermechanismus kann entweder auf der Sendeseite oder auf der Empfangsseite der Punkt-zu-Punkt-Verbindung angeordnet sein.
Steuer-Mechanismus für die adaptive OBO-Anpassung
Eingangsinformationen: Der Steuermechanismus muss Information über die Kanalbedingung haben. Diese kann dem Steuermechanismus mittels direkter Messungen des Kanals zur Verfügung gestellt werden, was an der Empfangsseite erfolgt, oder sie kann von einer externen Informationsquelle verfügbar gemacht werden (z. B. Wetterinformation). Diese Information muss dem Steuermechanismus zur Verfügung gestellt werden, wobei jedoch die Art, in welcher diese Information dem Steuermechanismus vorgelegt wird, von der Position des Steuermechanismus (entweder auf der Sende- oder auf der Empfangsseite) und von dem Kommunikationssystem abhängt, in dem er verwendet wird. Für die adaptive OBO-Einstellung selbst ist dies nicht wichtig.
Ausgangsinformationen: Das Ausgangssignal des Steuermechanismus ist der gewählte OBO-Wert für die aktuelle Kanalbedingung. Falls der Steuermechanismus auf der Empfangsseite der Punkt-zu-Punkt-Verbindung angeordnet ist, muss der gewählte OBO-Wert von der Empfangsseite zurück zu der Sendeseite übertragen werden, wo eine weitere Steuer-Einheit die OBO des nichtlinearen Verstärkers einstellt. Falls der Steuermechanismus auf der Sendeseite angeordnet ist, kann die OBO direkt an dem nichtlinearen Verstärker eingestellt werden. Mit Hilfe empfehlenswerter Dämpfer an dem Signaleingang des nichtlinearen Verstärkers und einer Anodenspannungs-Einstellung können der Eingangsleistungspegel und der Arbeitspunkt so wie es notwendig ist, angepasst werden.
Der Steuermechanismus wählt die optimale OBO auf der Basis einer Lookup-Tabelle, die während der Design-Phase des Kommunikationssystems erstellt wird. Die Lookup-Tabelle enthält eine Reihe von Dämpfungspegeln in dem Kanal und die entsprechenden OBO-Pegel des zugehörigen nichtlinearen Verstärkers. Auf der Basis von Kanal-Messungen oder von externen Informationen und von a priori bekannten Referenz-Kanalbedingungen kann der Steuermechanismus die Dämpfung in dem Kanal bestimmen, und dann kann unter Verwendung der Lookup-Tabelle der entsprechende optimale OBO-Pegel gewählt werden.
Während der Design-Phase des Kommunikationssystems werden stets eine Referenz-Funkverbindungs-Bilanz und das Referenz-Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte berechnet (dies kann z. B. das Verbindungs-Budget für einen klaren Himmel sein), wobei bereits eine bestimmte Referenz-OBO angenommen wird. Im Vergleich zu diesem Referenz-Verbindungs-Budget und diesem Referenz-Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte kann eine Abfolge neuer Verhältnisse aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte für verschiedene OBO-Werte sowie für jeden OBO-Pegel für mehrere Dämpfungswerte berechnet werden. Somit können mehrere Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte-Verhältnis-Kurven als Funktion der Dämpfung in dem Kanal berechnet werden, und für jede Kurve wird ein unterschiedlicher OBO-Pegel angenommen. Die Gruppe von Kurven kann in der gleichen Darstellung abgebildet werden, und die Hüllkurve der Kurvenschar bietet das maximale Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte an der Empfangsseite der Punkt-zu-Punkt-Verbindung als Funktion der Dämpfung in dem Kanal. Da für jeden Dämpfungspegel eine andere Kurve der Kurvenschar das maximale Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte erzeugen könnte, besteht die Möglichkeit, den entsprechenden OBO-Wert zu ermitteln, der dieser Kurve zugeordnet ist, und folglich ist es möglich, für jeden Dämpfungswert den entsprechenden OBO-Pegel zu ermitteln, der das Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte maximiert. Dieses Verfahren bildet den Kern der Erfindung.
Indem der OBO-Pegel – wie oben beschrieben – als Funktion der Dämpfung in dem Kanal verändert wird, wird eine Kanal-adaptive OBO-Einstellung realisiert.
Vorteile
Die Verwendung der adaptiven OBO in Kommunikationssystemen bietet die oben beschriebenen Vorteile.
Wie oben beschrieben, betrifft die vorliegende Erfindung ein Kanal-adaptives OBO-Optimierungsverfahren für einen nichtlinearen Verstärker, der im Mehrfachträger-Modus in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung betrieben wird. Die Wahl der am besten geeigneten OBO erfolgt entsprechend den oben aufgeführten Erläuterungen und wird insbesondere durch einen Steuermechanismus auf der Basis einer Lookup-Tabelle durchgeführt, die eine Reihe von Dämpfungswerten für den Kanal und die entsprechenden optimalen OBO-Pegel des nichtlinearen Verstärkers enthält.

– Der Steuermechanismus kann auf entweder der Sendeseite oder der Empfangsseite der Verbindung angeordnet sein.
– Dämpfungswert:
– Der Dämpfungswert des Kanals wird von dem Steuermechanismus basierend auf einer vom Empfänger durchgeführten Kanalmessung oder externen Informationen (wie z. B. Wetterinformationen) und von a priori bekannten Referenz-Kanalbedingungen berechnet.
– Optimaler OBO-Wert für den Dämpfungswert
– In der Design-Phase des Kommunikationssystems werden stets ein Referenz-Verbindungs-Budget und das Referenz-Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte berechnet (dies kann das Verbindungs-Budget für einen klaren Himmel sein), wobei bereits eine bestimmte Referenz-OBO angenommen wird. Dies kann später verwendet werden, um die zeitlich variierende Dämpfung in dem Kanal relativ zu dem Referenz-Verbindungs-Budget zu berechnen.
– Eine Abfolge neuer Träger-/Rausch- und Interferenzenergiedichte-Verhältnis-Kurven kann als Funktion der Dämpfung berechnet werden. Jede Kurve hat verschiedene OBO-Werte.
– Die Hüllkurve der Kurven bietet das maximale Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte auf der Empfangsseite der Punkt-zu-Punkt-Verbindung als Funktion der Dämpfung in dem Kanal.
– Da jeder Kurve eine unterschiedliche OBO zugeordnet ist, ist es möglich, für jeden Dämpfungswert den entsprechenden OBO-Pegel zu ermitteln, der das Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte auf der Empfängerseite maximiert.
– Mit diesem Verfahren wird der insoweit optimale OBO-Wert für jeden Dämpfungspegel bestimmt.

Der Steuermechanismus signalisiert einer Steuereinheit auf der Sendeseite, die OBO für den nichtlinearen Verstärker auf den neuen Wert einzustellen.
Die Erfindung ist also in ihrer allgemeinsten Form in einem Verfahren zum anpassen der Ausgangsleistung eines nichtlinearen Signalverstärkers eines Senders zum Übertragen von Mehrfachträgerfrequenz-Signalen in einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zwischen dem Sender und einem Empfänger zu sehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Berechnen des optimalen Ausgangsleistungsvorhalts eines nichtlinearen Signalverstärkers des Senders für verschiedene Dämpfungspegel,
– Ermitteln eines Dämpfungspegels des Mehrfachträgerfrequenz-Signals, das durch den Sender der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung gesendet und von dem Empfänger der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung empfangen wird, und
– Anpassen der Ausgangsleistung des nichtlinearen Signalverstärkers des Senders entsprechend dem dem ermittelten Dämpfungspegel zugeordneten ausgangsleistungsvorhalts, um die Dämpfung des Mehrfachträgerfrequenz-Signals und die Intermodulations-Interferenz mindestens teilweise zu kompensieren.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen detaillierter beschrieben. Dabei zeigt:
1 ein Schaubild einer typischen nichtlinearen Transferfunktion eines Signalverstärkers zur Verwendung in einem Telekommunikationssystem,
2 zeigt ein Beispiel der Architektur eines Satelliten-Kommunikationsnetzwerks,
3 eine Tabelle mit den Parametern eines Beispiels eines vereinfachten Verbindungs-Budgets einer Satelliten-Zuleitungs-Abwärtsverbindung bei einem Ka-Band für klaren Himmel,
4 eine Tabelle mit den Parametern eines Beispiels eines vereinfachten Verbindungs-Budgets einer Satelliten-Zuleitungs-Abwärtsverbindung bei einem Ka-Band für Regen,
5 eine typische TWTA-Leistung mit einem und ohne einen Linearisierer (Quelle: Thales Alenia Space, "CAMP – LINEARIZER – SSPA", http://www.thalesgroup.com/assets/0/93/238/c266c207-c138-4164-b88a-9cf099a6597a.pdf?LangType=2057),
6 ES/(N₀ + I₀)-Kurven für verschiedene OBO-Werte bei Verwendung eines TWTA ohne Linearisierer, und
7 optimale OBO-Werte für verschiedene Regen-Dämpfungen bei Verwendung eines TWTA mit einem und ohne einen Linearisierer.
Im Folgenden wird gezeigt, wie die Lookup-Tabelle für den Steuermechanismus gebildet wird, auf deren Basis dieser das SNIR während der Kanal-Anpassung maximieren kann. Die Lookup-Tabelle und die Erstellung der Lookup-Tabelle zählen zu den relevanten Aspekten der Erfindung.
In dem folgenden Beispiel wird eine in 2 gezeigte Satelliten-Zuleitungs-Abwärtsverbindung für einen Service mit stationärem Satelliten im K-Band angenommen. Es wird eine 20-GHz-Trägerfrequenz mit vertikaler Polarisierung angenommen. Angenommen wird ein an Bord des Satelliten befindlicher Wanderfeldröhren-Verstärker (TWTA), der 600 Trägerfrequenzsignale mit einer Bandbreite von jeweils 0,75 MHz verstärkt. Die Regen-Dämpfung erzeugt an dem Ka-Band die signifikanteste zeitlich variierende Dämpfung in dem Kanal zwischen dem Sender und dem Empfänger. 3 und 4 zeigen sehr einfache Verbindungs-Budgets für die Fälle eines klaren Himmels und von Regen. Die Verbindungs-Budgets gemäß 3 und 4 enthalten nur die für die Erfindung wesentlichen Parameter.
Es ist ersichtlich, dass eine Target-Verfügbarkeit von 99,9%, was einer Regen-Dämpfung von 22,06 dB entspricht, die Voraussetzung für diese Verbindung im Fall der vertikalen Polarisierung ist. Die OBO wird auf den relativ hohen Wert von 8 dB gesetzt, und zwar aufgrund der hohen Anzahl von Trägern, die eine signifikante Intermodulations-Interferenz verursachen würde, falls die OBO niedriger wäre. Wie bereits erwähnt wurde, zeigt 3, dass im Fall eines klaren Himmels die Intermodulations-Interferenz einen sehr viel größeren Einfluss auf das Gesamt-Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte (C/(N₀ + I₀)) dieser Verbindung hat als in dem in 4 gezeigten Fall von Regen. Diese Eigenschaft der Intermodulations-Interferenz kann genutzt werden, um die Kanal-adaptive OBO-Optimierung durchzuführen.
5 zeigt die typischen Rausch-/Leistungs-Verhältnis-(NPR) Werte als Funktion der OBO bei einem typischen TWTA und bei einem TWTA mit einem Linearisierer. Die 5 dient zum Bestimmen des Träger-/Intermodulations-Interferenzenergiedichte-Verhältnisses.
Im Fall nichtlinearer Verstärker, die im Mehrfachträgerfrequenzsignal-Modus (zahlreiche Träger) arbeiten, kann das Träger-/Intermodulations-Interferenzenergiedichte-Verhältnis bestimmt werden mit Hilfe des NPR und der Träger-Bandbreite (Quelle: D. I. Dalgleish, "An Introduction to Satellite Communications", IET, 1989):
Mit Hilfe der Verbindungs-Budget-Tabelle für klaren Himmel ist es möglich, das Verhältnis aus Signal- und Rausch-/Interferenzenergiedichte pro Symbol (Es/(N₀ + I₀)) für zahlreiche OBO-Werte sowie als Funktion für die Regen-Dämpfung zu bestimmen. In 6 sind einige dieser Kurven für einige OBO-Werte gezeigt. Die obenliegende dicke, durchgezogene, schwarze Kurve oberhalb der Gruppe von Kurven ist die Hüllkurve, die das Verhältnis aus Signal- und Rausch-/Interferenzenergiedichte pro Symbol und somit das Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte für jeden Regen-Dämpfungspegel maximiert.
Die 7 zeigt die optimalen OBO-Pegel als Funktion der Regen-Dämpfung – für einen TWTA mit und ohne Linearisierer –, was auf der Basis von Kurven wie z. B. derjenigen in 6 bestimmt wird. Es ist ersichtlich, dass die gewählte 8-d6-OBO für das Verbindungs-Budget in 3 geringfügig niedriger als der optimale Wert ist. 7 zeigt ferner, dass die optimale OBO nie weniger als 0,5 dB beträgt. Der Grund liegt darin, dass während des Optimierungsvorgangs ein minimaler Grenzwert von 0,5 dB OBO manuell eingestellt wurde, um eine Sättigung zu vermeiden. Die optimale OBO mit dem Linearisierer in 7 ist fast immer geringer als die optimale OBO ohne Linearisierer. Dies ist offensichtlich, da der Zweck eines Linearisierers darin besteht, in der Lage zu sein, den nichtlinearen Verstärker so nahe wie möglich am Sättigungspunkt zu betreiben, was einen reduzierten OBO-Pegel impliziert. Die optimale OBO-Kurve des TWTA ohne Linearisierer weist einige Sprünge auf (z. B. bei einer Regen-Dämpfung von ungefähr 5,2 dB), wo ein Set von OBO-Pegeln existiert, die überhaupt nicht verwendet werden, da sie das Verhältnis aus Träger- und Rausch-/Interferenzenergiedichte nicht maximieren.
Basierend auf 7 ist es möglich, eine Lookup-Tabelle für den Steuermechanismus zu erstellen, welche die Dämpfungspegel und den entsprechenden optimalen OBO-Wert in Abhängigkeit von dem Typ des TWTA enthält (NPR hängt von dem Typ des TWTA ab) und angibt, ob ein Linearisierer verwendet wird oder nicht. Auf der Basis dieser Lookup-Tabelle kann der Steuermechanismus seine Aufgabe, wie oben beschrieben, erfüllen. Selbstverständlich ist die optimale OBO-Kurve unterschiedlich, falls ein anderes Szenario angenommen wird oder der TWTA anders beschaffen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4896369 A [0005]
US 6421528 B [0006]
EP 1049269 A [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Quelle: Thales Alenia Space, ”CAMP – LINEARIZER – SSPA”, http://www.thalesgroup.com/assets/0/93/238/c266c207-c138-4164-b88a-9cf099a6597a.pdf?LangType=2057 [0036]
Quelle: D. I. Dalgleish, ”An Introduction to Satellite Communications”, IET, 1989 [0043]

Claims

Verfahren zum Anpassen der Ausgangsleistung eines nichtlinearen Signalverstärkers eines Senders zum Übertragen von Mehrfachträgerfrequenz-Signalen in einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zwischen dem Sender und einem Empfänger, mit den folgenden Schritten: – Ermitteln einer Referenz-Leistungsbilanz für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung und eines Referenz-Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältnisses, – Berechnen von mehreren Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältniskurven, von denen jede eine Funktion des gleichen Satzes von verschiedenen Dämpfungspegeln ist, wobei jeder Kurve ein verschiedener Wert für einen Ausgangsleistungs-Vorhalt eines nichtlinearen Signalverstärkers des Senders zugeordnet ist und wobei eine Hüllkurve der bezüglich des Ausgangsleistungsvorhalts parametrisierten Kurvenschar, die aus einer Aneinanderreihung von Abschnitten von Kurven der Kurvenschar besteht, das maximale Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältnis auf der Empfängerseite der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung als Funktion von deren Dämpfung liefert, – für jeden Dämpfungspegel – Ermitteln desjenigen bezüglich einer Maximierung des empfangsseitigen Träger/Rausch-zu-Interferenzenergiedichte-Verhältnisses optimalen Werts des Ausgangsleistungsvorhalts, und zwar anhand des Werts für denjenigen Ausgangsleistungsvorhalt, der derjenigen Kurve zugeordnet ist, die den in Abhängigkeit von dem Dämpfungspegel jeweils geltenden Abschnitt der Hüllkurve bildet, – Ermitteln eines Dämpfungspegels des Mehrfachträgerfrequenz-Signals, das durch den Sender der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung gesendet und von dem Empfänger der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung empfangen wird, und – nach der Ermittlung des Dämpfungspegels, Anpassen der Ausgangsleistung des nichtlinearen Signalverstärkers des Senders entsprechend der dem ermittelten Dämpfungspegel zugeordneten Wert des Ausgangsleistungsvorhalts, um die Dämpfung des Mehrfachträgerfrequenz-Signals und die Intermodulations-Interferenz mindestens teilweise zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns des Dämpfungspegels des Mehrfachträgerfrequenz-Signals die Schritte des Schätzens des Kanal-Status der Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung für das von dem Empfänger empfangene Mehrfachträgerfrequenz-Signal und des Ermittelns der Gesamt-Dämpfung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ermittelns des Dämpfungspegels des Mehrfachträgerfrequenz-Signals die Schritte des Ermittelns der aktuellen Wetterbedingungen und des Ermittelns des mit den aktuellen Wetterbedingungen einhergehenden Dämpfungspegels aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Dämpfungspegels im Empfänger erfolgt und dass der Empfänger entweder eine den Wert für den entsprechenden Ausgangsleistungsvorhalt repräsentierende Information an den Sender überträgt oder dass der Empfänger eine den ermittelten Dämpfungspegel repräsentierende Information an den Sender überträgt, in dem daraufhin der Wert des Ausgangsleistungsvorhalts ermittelt wird, der derjenigen Kurve zugeordnet ist, deren Abschnitt bei dem ermittelten Dämpfungspegel die Hüllkurve bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Dämpfungspegels im Sender erfolgt.