DE2050718B2

DE2050718B2 - Verfahren zur Kommunikation über einen Erdsatelliten mittels Zeitmultiplex und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2050718B2
Application number: DE2050718A
Authority: DE
Inventors: William G. Rockville Schmidt, Md. (V.St.A.)
Original assignee: Comsat Corp
Current assignee: Comsat Corp
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1980-06-26
Also published as: NL170479B; FR2065738B1; FR2065738A1; JPS5149168B1; NL7015165A; US3654395A; SE356189B; DE2050718C3; CA932084A; GB1299705A; NL170479C; DE2050718A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation über einen Erdsatelliten mittels Zeitmultiplex, wobei mehrere zusammenarbeitende Erdstationen nacheinander Informationssignale über die Richtstrahlantennen des Satelliten senden, und in einer Station die zeitliche Zuordnung von Synchronisiersignalen mehrerer Stationen erfolgt und ferner in dieser einen Station die zeitliche Zuordnung der Synchronisiersignale der Erdstationen mit einem Bezugssynchronisiersignal verglichen wird, das ein Synchronisiersignal einer der Stationen sein kann und zur Berichtigung dienende Fehlersignale erzeugt werden, die den einzelnen Stationen übermittelt werden und die Zeit gesteuert wird, zu der die Stationen in Abhängigkeit von den Fehlersignalen senden.

Ein derartiges Kommunikationsverfahren ist aus der DE-AS 12 56 741bekannL

Alle Stationen arbeiten auf der gleichen Frequenz, und zwar während Zeitausschnitten, die sich im Zwischenverstärker oder Transponder oder der Relaisstation nicht überlappen. Dadurch kann jede Station während des Zeitausschnittes ihrer Sendung die ganze Frequenzbandbreite des Zwischenverstärkers beanspruchen, wodurch Intermodulationsprodukte im Transponder vermieden werden, da zu jedem Zeitpunkt nur ein Träger vorhanden ist

In einem digital codierten System sendet jede Station, die an dem Transponder teilhat, periodisch einen digitale Codeworte umfassenden Burst, der die Sendestation kennzeichnet und der im Empfänger die Demodulation der gesendeten, digitalen Information ermöglicht. Ein solches System kann beispielsweise Impulscodemodulation mit Tastung der Phasenverschiebung des Trägers (PCM/PSK) verwenden.

Die wirksame Funktion eines solchen Systems hängt offensichtlich davon ab, daß sich die ineinander geschachtelten Bursts im Transponder nicht überlappen. Das bedeutet, daß die ausgesendeten Bursts sämtlicher Stationen des Netzes sehr genau synchronisiert sein müssen. Bei bekannten Synchronisationssystemen für die TDM-Satellitenkommunikation ist es erforderlich, daß jede Station ihre eigenen Sendungen überwacht und unter Bezug auf die Bursts von einer Bezugs- oder Referenzstation Zeitmessungen und Einstellungen vornimmt. Wenn beispielsweise vier Stationen A, B. Cund Dan einem Transponder teilhaben, also eine Teilung in gleiche Zeitausschnitte erfolgt, und die Stationen in dieser Reihenfolge senden, so kann ein Synchronisationsimpuls, der ein Codewort im Sendeburst der Station A erzeugt als Bezug für die Stationen B, Cund D verwendet werden.

Die Station C weiß dann, daß ihr Zeitausschnitt eine bestimmte Zeitspanne nach der Station A ist. Indem die Station sowohl ihre eigene Sendung als auch diejenige der Station A empfängt und die Zeit zwischen ihrem Synchronisationsimpuls und dem Synchronisationsimpuls der Station A (dem Bezug) mißt, kann sie feststellen, ob sie synchronisiert ist oder ob die Anfangs- oder Einleitungszeit ihres Bursts reguliert werden soll.

Ein Faktor, der die Kommunikationskapazität eines Satelliten wesentlich beeinflußt bezieht sich auf die zu einer Bodenempfangsstation (dem unteren Verbindungsglied) ausgestrahlten Leistung. Soweit die Boden-

Stationen etwa in dem gleichen Gebiet liegen, kann die Satellitenkapözität dadurch erhöht werden, indem man stark bündelnde Antennen im Satelliten einsetzt, deren Richtstrahlen auf die Bodenstationen gerichtet sind. Ein derartiges System kann man zwischen Nordamerika und Europa einsetzen, zwischen zwei Gebieten mit sehr starker Verkehrsanforderung. Eine Satelliten-Richtstrahlanordnung könnte in diesem Fall mit einem Satelliten mit zwei Transpondern über dem Atlantischen Ozean aroeiten. Der erste wäre mit einem nach ι ο Osten gerichteten Richtstrahl verbunden für die von den europäischen Stationen ankommenden TDM-Bursts und mit einer westwärts nach unten gerichteten Verbindung, die die Bursts nach den Stationen in den Vereinigten Staaten und Kanada richtet. Der zweite is Transponder des Satelliten könnte init den nach Westen und Osten gerichteten Richtfunkstrecken für den Rückweg verbunden sein. Alternativ ist es auch möglich Empfangsantennen auf der Erde zu verwenden, wobei die erwähnten Richtfunkantennen durch Empfangsan- >u tennen auf der Erde ersetzt werden.

Ein derartiges, mit Richtstrahlen arbeitendes Satellitenkommunikationssystem kann offensichtlich nicht mit den bekannten Synchronisationsverfahren arbeiten, da die Sendestationen ihre eigenen Signale nicht empfan- r> gen können: Ein ausgesendetes Signal wird nur von denjenigen Stationen empfangen, die in dem von dem nach unten gerichteten Richtstrahl erfaßten Gebiet liegen.

Aus diesem Grund können bekannte Synchronisationsverfahren gemäß der eingangs genannten DE-AS 12 56 741 oder gemäß der DE-OS 14 66 138, bei denen ebenfalls jede Station ihre eigenen Signale empfangen kann, nicht in Verbindung mit Richtstrahlantennen arbeiten, da in diesem Fall ein ausgesandtes Signal von r> jenen Stationen erfaßt wild, die in dem vom Lichtstrahl iiberstrichenen Bereich liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie die zugehörige Vorrichtung derart auszubilden, daß im Satelliten Richtstrahlenantennen verwendet werden können, wobei jede Station ihre eigenen Signale nicht empfangen kann, und dennoch eine Synchronisation alier Stationen erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des -r. Anspruchs 1 gelöst..

Beim erfindungsgemäßen Verfahren senden eine Anzahl Erdstationen Informations-bursts über den Satelliten, der Sende- und Empfangsrichtantennen enthält, die jeweils nur gewisse Bodenstationen des ^r> <> Kommunikationssystems bestreichen.

Die Erfindung wird ;<nschließend anhand der Zeichnung erläutert. In Fig. I ist ein die Erde umkreisender Satellit mit zwei Transpondern gezeigt. Ein erster Transponder 3 von konventioneller Bauart ist v% mit einer stark richtungsabhängigen Antenne 3 verbunden und empfängt elektromagnetische Signale der Erdstationen A, B und C, die nach dem Zeitmultiplexverfahren (TDM) auf der gleichen Frequenz arbeiten. Die Antenne 5 ist so gebaut und on ausgerichtet, daß sie nur die Stationen A. B und Γ empfängt. Derartige Antennen sind an sich bekannt, z. Ii. die Horn-, die Scheiben- oder die Yagiantenne. Die Wahl der Antenne gehört nicht mehr zur Erfindung. Signale der Erdstationen I). ti und Fliegen außerhalb >'"· des EmpfangsbercicKs der Antenne 5 und gelangen somit nicht zum F.ingang des ersten Transponders 3. Der Transponder 3 verstärkt die von ilen Stationen A. Bund C aufgenommenen Signale und sendet sie über die Antenne 7 aus, deren Strahl auf die Erdstationen D, E und F gerichtet ist Auf die gleiche Weise werdert Signale der Stationen P, E und F von einer Richtantenne 9 aufgenommen, von einem zweiten Transponder 13 verarbeitet und über eine Richtantenne 15 auf die Stationen A, B und C ausgestrahlt Die vier Antennen können von gleicher Bauart sein und sind auf die einzelnen Erdstationen ausgerichtet

F i g. 2 zeigt Details der von den Stationen A, B und C gesendeten Signalbursts. Fig.2a stellt das Bildformat im ersten Transponder 3 dar. Ein Bild ist eine komplette Folge sämtlicher einen Transponder benutzenden Stationen. Ein Bild oder Impulszug über den Transponder 3 besteht somit aus dem Burst der Station A, der Station B und der Station C. Ebenso setzt sich ein Bild über den Transponder 13 aus den aufeinanderfolgenden Bursts der Stationen D, E und F gemäß F i g. 2b zusammen.

Fig.2c zeigt das typische Burstformat einer einzelnen Station. Eine Sicherheitszeit G r.*mmt Synchronisationsschwankungen auf. Die Restitutionszeit b_c besteht aus einer unmodulierten Trägerperiode und ermöglicht der Empfangsanlage das Einrasten auf die eimpfargene Trägerfrequenz. Die Restitutionszeit bb für das Bittiming, bc.spielsweise eine Folge 101010 usw. ermöglicht die Synchronisation der Empfangsstation im Takt mit dem empfangenen Signal, damit die richtige Demodulation der digital codierten Signale erreicht wird. Der Stationscode bzw. das Definitionswort b_u kennzeichnet die Sendestation und bewirkt einen Synchronisierimpuls, der, wie noch beschrieben, verwendet wird. Die die Information tragenden Bits V_m übermitteln Sprach-, Daten- und andere Information des Kommunikationssystems.

Gemäß der Erfindung wird eine der über jeden Transponder sendenden Stationen zum Überwachen der Empfangssignale der Stationen, die den anderen Transponder verwenden, ausgewählt, um eine Synchronisationsmessung der letzteren Signale zu erzielen. Wenn die Station B beispielsweise gewählt ist, muß sie die Stationen D. E und F mit Information versorgen über ihre Synchronisation oder den gegenseitigen Zeitabstand. Auf die gleiche Weise muß die Station D₁ E oder F die gleiche Information für die Stationen A, B und C liefern. Wie bereits erwähnt können die Messungen nicht auf die bekannte Weise erfolgen, da eine bestimmte Station ihr eigenes Signal nicht empfangen kann und damit auch nicht ihre eigene Synchronisationskorrektur errechnen und bewirken kann. Fig. 2d zeigt das Burstformat für die Station B. mit einer zusätzlichen Zeitspanne b_s zwischen ihrer. Definitionswort b_u und ihrer Information Vm- Wie noch au'Jüh. licher erläutert wird bewirkt die Zeitspanne b_s die Versorgung jeder Station, die über den anderen Transponder sendet, mit Daten für ihre Synchronisation, damit sie Synchronisationsfehler korrigieren oder im Fall eines vollständigen Versagens der Synchronisation das Senden beenden kann. Das erfindungsgemäße System bewirkt somit die Synchronisation nachdem diese einmal erfolgt ist, führt diese aber nicht herbei.

F i g. 3 zeigt die Synchronisationsanlage iür die Stationen D. E und F die sich in der Station B befindet. Selbstverständlich könnten auch die Stationen A oder C Messungen für eine ■ der mehrere der Stationen D. E und Fausfiihrcn, durch Wahl einer einzigen Station zur Übernahme der Funktionen für die anderen Stationen kann man solche Anlagen iednrh einsnnrrn Rhcnsn

könnte eine der Stationen D. Coder FaIs Bildbezug dienen oder die Station B könnte einen äußerst exakten lokalen Takt als Bildbezug verwenden. Für die Beschreibung sei angenommen, daß die Station D als Bildbezug oder -standard dient. Es muß deshalb keine Synchronisationsinformation von der Station B zur Station Dübertragen werden, da die Stationen Eund F auf die Sendungen der Station D synchronisiert sind und die Sendezeit der Station Dnicht variiert wird.

Die Synchronisationsimpulse des Definitions- oder Codewortes der Bezugsstation D gelangen auf der Leitung 19 auf eine Logikschaltung 17 für die Korrekturrate und die Synchronisationsimpulse der Definitionsworte der Station E und F werden auf der Leitung 21 auf die Logikschaltung 17 für die Korrekturrate gegeben. Die Definitions- oder Codeworte werden auf an sich bekannte Weise erfaßt und eehören nicht mehr zur Erfindung. Wenn die gesamte Burstzeit für jede Station gleich T_b ist. dann folgt bei richtiger Arbeitsweise der Definitionswortsynchronisierimpuls von Station E auf den Referenzimpuls der Station D nach 7* Sekunden und der Impuls der Station F folgt nach 2 T_b Sekunden. Der Impuls der /V-ten Station folgt auf die Referenz nach NT_h Sekunden. Schwankungen der Satellitenposition, Parameter der Anlage und dergleichen führen zu Fehlern die bewirken, daß der Burst nach (NTh+ c) Sekunden erfolgt.

Die Information zur Berücksichtigung von e muß deshalb zur SendeMation übermittelt werden, damit diese den Beginn ihrer Burstzeit gegenüber dem Bezug zur Einhaltung der Synchronisation verstellen kann. Diese Korrektur kann während einer Signalumlaufzeit Td zum Satelliten nur zweimal erfolgen, da der Einfluß einer vorhergehenden Fehlerkorrektur nicht häufiger erfaßbar ist. Bei einem synchronen Satelliten beträgt die Zeit 300 Millisekunden (300 msec), ist also erheblich größer als die Bildlänge von 125 MikroSekunden. Die Korrekturratenlogikschaltung 17 bewirkt, daß nur diejenigen Impulspaare passieren, die in gleichem Bild alle (2 Tj+ a) Sekunden auftreten (a ist ein Kompensationswert für die Satellitenbewegung und die Anlagenlaufzeit). Deshalb erscheint alle (2Td+a) Sekunden ein Paar Impulse getrennt um (NTb+e) Sekunden, auf den Leitungen 23 und 25. Der Referenzstationsimpuls auf der Leitung 23 wird durch die digitale Verzögerung 27 um NTt, Sekunden verzögert. Beispielsweise wird der Impuls der Station D um 7* Sekunden verzögert, wenn der erste Burst nach dem Burst der Bezugsstation (d) von der Station £ stammt. Wenn die Station E richtig synchronisiert ist. liegt der verzögerte Impuls der Station D auf der Leitung 29 zeitlich genau in Phase mit dem Impuls der Station E auf der Leitung 25. Der Phasenkomparator 33 erhält die Impulse auf den Leitungen 29 und 25 und bewirkt dann Ausgänge auf zwei der drei Leitungen 35, 37 bzw. 39. die die Zuordnung der Impulse beschreiben. Die Leitung 35 gibt die Größe der Zeitdifferenz an. fails vorhanden, zwischen zwei verglichenen Synchronisationsimpulsen. Auf der Leitung 37 entsteht ein Ausgang, wenn der Impuls auf der Leitung 25 vom Phasenkomparator 33 vor dem verzögerten Impuls der Bezugsstation auf der Leitung 29 aufgenommen wurde.

Auf der Leitung 39 erscheint ein Ausgang, wenn der Impuls auf der Leitung 25 danach aufgenommen wurde.

Die Information auf den I .eitungen 35,37 und 39 gelangt /u einer Speiehcrcodiereinheit 41. die die Information speicher! und zur Einfügung in den Zeitausschnitt £>< des Bursts der Station B codiert. Hierzu geeignete ι Schaltungen sind bekannt. Eine Erfassungslogikschal-Hing 43 für Synchronisalionsausfall überwacht Hie Impulse auf den Leitungen 23 und 25 und ermittelt, ob ein Impulspaar während eines bestimmten Bildes empfangen wurde. Wurde ein Impulspaar während

κι dieses Bildes nicht empfangen, so schaltet die Schaltung 43 die Arbeitsweise der Korrekturratelogikschaltung 17 so, daß ein Impulspaar für jedes Bild statt (2 Td+ n) Sekunden alle (Tt) Sekunden erwartet wird. Wenn nach einer vorgegebenen Zeit 7* ein Impulspaar im gleichen

ti Bild nicht ermittelt wurde, gilt die Synchronisation als ausgefallen und die Information geht auf die Leitung 47 zum Speichercodierer 41 zur Sendung zur Station E im Zeitaiissrhnitt h_:.

Die Vorrichtung in der Station Czur Verwendung der Synchronisationsinformation, gesendet im Zeitausschnitt b, der Station B. bestimmt für die Station E, ist in Fig. 4 gezeigt. Die Information b_% wird in einem normalen Dekodierer 49 dekodiert, der Ausgänge auf vier Leitungen 51,53,55 und 57 hat und bewirkt, daß die

.ί Synchronisationsfehlergröße, ihr positiver oder negativer Wert und der Ausfall der Synchronisation angezeigt wird. Z"igt ein Ausgang auf der Leitung 57 den Synchronisationsausfall an, so wird der Sender der Station E ausgeschaltet. Die Fehlerspeichereinheit 59

i» erhält die Synchronisationsfehlerinformation auf den Leitungen 53,55 und 57. Der Burf tpositionssteuerzähler 61 steuert sämtliche Timingfunktionen für die Sendcbursts der Station E Normalerweise sendet Station E einen Burst alle 125 MikroSekunden. Wenn der

s, Oszillator 63 mit 6,176 MHz arbeitet so wird ein Impuls alle 125 Mikrosekunden erzeugt, wenn BPCC 61 durch N- 772 dividiert (772 ist die Anzahl der Bits in einem Bild; ein Bit = 160 Nanosekunden). Zum Verstellen der Bursteinleitungszeit muß BPCC durch eine andere Zahl

w als 772 dividieren. Deshalb bewirkt die Fehlerspeichereinheit 59 ein Signal auf der Leitung 65 oder 67, das anzeigt, daß BPCC 61 durch (W-I) oder (W+1) dividieren soll. Bei Division durch (N+1) wird die Bursteinleitung um ein Bit verzögert, während bei

4"i Division durch (N-1) der Burst um ein Bit früher eingeleitet wird. Die Burstzeiteinleitung läßt sich somit in kleinen Stufen verstellen, damit ein plötzlicher Synchronisationsausfall vermieden wird. Die Division durch (N- 1) oder durch (N+ I) geht so lange weiter, bis

v> das Größensignal auf der Leitung 51 den Wert Null erreicht.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden somit Synchronisiersignale von einer ersten Gruppe Erdstationen über einen Kommunikationssatelliten nach einer zweiten Gruppe von Erdstationen übermittelt. Der Kommunikationssatellit arbeitet mit Richtstrahlsendeantennen, die so ausgerichtet sind, daß die Erdstationen ihre eigenen Sendesignale nicht überwachen können. Eine Erdstation jeder Gruppe der

«ι Stationen empfängt alle Signale der anderen Gruppe Erdstationen, führt die entsprechenden Synchronisationsberechnungen aus und übermittelt die Synchronisationsinformation wieder der anderen Gruppe der Erdstationen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kommunikation über einen Erdsatelliten mittels Zeitmultiplex, wobei mehrere zusammenarbeitende Erdstationen nacheinander Informationssignale über die Antennen des Satelliten senden, und in einer Station die zeitliche Zuordnung von Synchronisiersignalen mehrerer Stationen erfolgt und ferner in dieser einen Station die zeitliche Zuordnung der Synchronisiersignale der Erdstationen mit einem Bezugssynchronisiersignal verglichen wird, das ein Synchronisiersignal einer der Stationen sein kann und zur Berichtigung is dienende Fehlersignale erzeugt werden, die den einzelnen Stationen übermittelt werden und die Zeit gesteuert wird, zu der die Stationen in Abhängigkeit von den Fehlersignalen senden, dadurch gekennzeichnet, daß in der genannten einen Station (A; B; C) die Synchronisiersignale erfaßt werden, die während der gleichen Biidzeit (Tf) von zwei oder mehr anderen Erdstationen (D. E, F) auftreten, wobei jede Erdstation ihre eigenen Signale nicht empfangen kann, und in dieser Station 2> Fehlersignale erzeugt werden, die die Abweichungen der zeitlichen Zuordnung zwischen dem Bezugssynchronisiersignal und den Synchronisiersignalen der Stationen gegenüber einer vorgegebenen zeitlichen Zuordnung darstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß -las Erfassen der Synchronisiersignale in dieser einen Station alle (2Td+a) sek erfolgt, wobei Td gleich der Umlaufzeit für eine Satellitenübertragung ist, während a eine-Konstante darstellt, i^r, die größer ist als die durch Sateiiitenbewegung und Laufzeit der Anlage verursachten Zeitschwankungen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen der Synchronisiersignale 4n alle Tf Sekunden erfolgt, wenn ein Impulspaar während eines Bildes nicht empfangen wurde, wobei Tf die Zeitspanne für eine komplette Folge vor Signalen von den anderen Stationen ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 4^r> nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer in einer Station vorhandenen Einrichtung zum Erfassen eines Synchronisiersignals, und mit einer in dieser Station vorhandenen Einrichtung zur Erzeugung von Fehlersignalen, die den einzelnen Stationen w übermittelt werden sowie einer in jeder dieser anderen Stationen vorhandenen Einrichtung zum Steuern der Zeit, in der diese Stationen in Abhängigkeit von den Fehlersignalen senden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (17) v> zum Erfassen der Synchronisiersignale bezüglich Größe, Vorzeichen und Ausfall von zwei oder mehreren anderen Erdstationen (DEF) während eines einzigen Zeitbilds (Tt) dient und mit einer Einrichtung (33) zur Ermittlung der zeitlichen 6n Zuordnung der Synchronisiersignale jeder der anderen Stationen (D, Ξ, F) gegenüber einem Bezugssynchronisiersignal verbunden ist und ferner eine Einrichtung (41) in dieser Station (B) zur Erzeugung von Fehlcrsignalen dient, die die hi Abweichungen zwischen der entsprechenden zeitlichen Zuordnung zwischen dem Bezugssignal und den Synchronisiersignalen von zwei oder mehreren anderen Stationen (P, E, F)\md einer vorgegebenen zeitlichen Zuordnung repräsentieren.