DE2156520B2 - Schaltungsanordnung zum Übertragen von Telecommand- und Telemetriesignalen in Codemultiplex-Übertragungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Übertragen von Telecommand- und Telemetriesignalen von einer Bodenstation zu dem für Nachrichtenübertragungen als Relaisstation dienenden Transponder eines Satelliten ,und umgekehrt in Codemultiplex-Übertragungsanlagen, bei der für die Signalübertragung die für den Nachrichtenaustausch vorgesehenen Übertragungsbänder ausgenutzt werden und bei der zur Kennzeichnung der Telecommandsignale ein sich periodisch wiederholender erster Binärcode und für die Telemetriesignale ein zweiter Binärcode benutzt werden, wobei im Transponder ein zum Summensignal zuaddierter Träger durch die Telemetriesignale phasenumgetastet wird.

In Codemultiplex-Übertragungsanlagen erfolgt der gleichzeitig«. Nachrichtenaustausch zwischen mehreren Sende- und Empfangsstationen gemeinsam in dem begrenzten Frequenzband einer Relaisstation, die beispielsweise der Transponder eines Satelliten ist, und die das empfangene Summensignal aller Sendestationen verstärkt und in einem anderen Frequenzband wieder aussendet. Das von den Sendestationen erzeugte hochfrequente Signal ist durch Phasenumtastung mit zwei unterschiedlichen Modulationsarten beaufschlagt. Durch die erste Modulation wird dem Träger ein Adreßcode überlagert. Diese Modulation erlaubt den Vielfachzugriff vieler Sendestationen im gleichen Frequenzbereich zum Übertragungsweg und stellt die codierte Adresse der gewünschten Empfangsstation dar, so daß bei jeder Empfangsstation der Empfang des für sie bestimmten Trägers durch Korrelation mit dem empfangsseitig erzeugten und mit dem Empfap.gssignal synchronisierten gleichen Adreßcode möglich ist. Durch die zweite Modulation wird die zu übertragende codierte Nachricht dem Adreßcode überlagert.

Für die Steuerung des Transponders eines Satelliten werden zwischen einer Bodenstation und dem Satelliten Telecommand- und Telemetriesignale ausgetauscht. Da für diese Signale eine hohe Störsicherheit notwendig ist, erfolgt der Austausch der Steuersignale im Codemultiplex-Verfahren. Die hohe Störsicherheit dieses Verfahrens ist darin begründet, daß bei der Korrelation des empfangenen, durch den Code gespreizten Trägersignals mit der Eigenadresse ein Gewinn entsteht, der gleich dem Quotienten aus der Spreizbandbreite und der Nachrichtenbandbreite ist. Dieses Steuersystem besteht aus einem Codemodulator in der sendenden Bodenstation und einem Codedemodulator im Satelliten. Es wird im Satelliten ein Teil der Leistung des ankommenden Summensignals mit dem für das Telecommandsignal vorgesehenen Code multipliziert. Es muß dabei der im Transponder zugesetzte Code mit dem empfangenen synchronisiert sein. Dazu werden die beiden Codes in einem Korrelations- und Synchronisiernetzwerk (Delay-Lock-

Loop) miteinander verglichen und tier Codegenerator im Transponder auf Synchronlauf eingeregelt. Die Anforderungen an diese Regelschleife sind sehr hoch Es entstehen besonders bei der Filterung des Empfungssignals große Unsicherheiten, da das Signal durch den Dopplereffekt der Aufwärtsstrecke und die Frequenzschwankungen des Umsetzoszillators Frequenzablagen bis zu einigen kHz erhalten haben kann, so daß neben der Phasenregelung auch eine Frequenzgrobregelung notwendig ist, um das Fangen der Synchronisierschleife überhaupt zu ermöglichen.

Der Eifindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Übertragung der Telecommand- und Telemetriesignale auch bei niedrigem Störabstand mit einer Bitrate von mindestens 100 Bit/s sicherzustellen und die bei Frequenzablagen entstehenden Synchronisationsschwierigkeiten im Satelliten zu umgehen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Transponder das im ersten Übertragungsband empfangene, aus Nachrichten- und Telecommandsignalen bestehende Summensignal mit dem ersten Binärcode demoduliert wird und gleichzeitig zu dem im anderen Übertragungsband abzustrahlenden Summensignal der einem Träger aufmodulierte zweite Binärcode zuaddiert wird, wobei der periodische Anfangszeitpunkt des zweiten Binärcodes mit dem Anfangszeitpunkt des für die Demodulation benutzten ersten Codes im Transponder exakt übereinstimmt, und daß sich die Bodenstation zunächst auf den Takt und die Phase des ersten und des zweiten Codes unabhängig voneinander synchronisiert und anschließend den ersten Code mit dem Codetakt des zweiten Codes einem Träger aufmoduliert, abstrahlt und so lange zeitlich verschiebt, bis im Empfänger der Bodenstation der Anfangszeitpunkt des zweiten Codes mit dem Anfangszeitpunkt des vom Satelliten zurückempfangenen ersten Codes übereinstimmt.

In der technischen Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind für die zeitliche Verschiebung des in der Bodenstation erzeugten ersten Codes sowohl eine auf den Phasenvergleich zwischen den in der Bodenstation empfangsseitig erzeugten beiden Codes ansprechende Grobregelschleife als auch eine auf einen Phasenvergleich der Steuertakte der beiden Codes ansprechende getaktete Feinregelschleife vorgesehen. Es ist die minimale Abtastperiode der Regeltastung gleich der doppelten Laufzeit der Signale zwischen der Bodenstation und dem Satelliten. Es beaufschlagt das verstärkte Abtastsignal der Feinregelschleife den spannungsregelbaren Steueroszillator des sendeseitigen Codegenerators sowohl über einen Integrator als auch unmittelbar. Es kann der erste Code aus dem zweiten Code durch eine vorgegebene zeitliche Verschiebung ableitbar sein, wobei die Synchronisationseinrichtungen der Bodenstation für die Synchronisierung beider Codes ausnutzbar sind. Es kann aber auch der zweite Code durch eine mod-2-Addition zweier Codes ableitbar sein.

Hierdurch werden die Vorteile erreicht, daß die Code- und Frequenzregelschleifen in die Bodenstation verlegt werden und daher im Satelliten entfallen. Es wird nämlich das gespreizte Telecommandsignal am Boden so ausgesendet, daß es im Transponder genau phasenrichtig mit dem dort erzeugten Code zusammenpaßt. Es wird das gesendete Telecommandsignal nach seiner Umsetzung im Transponder wieder in der Bodenstation empfangen, wobei die genaue Phasenlage des freilaufenden Codegenerators zu der

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des gespreizten Signals im Transponder in der Bodenstation erkennbar ist. Hierfür wird der zweite Code, der mit dem im Transponder erzeugten ersten Code phasenstarr verbunden ist, in das Nachrichtenband eingekoppelt. Es läßt sich nun die Phasenbeziehung am Boden durch Vergleich der beiden empfangenen Signale Cl und Cl ermitteln, weil beide Signale auf der Strecke zwischen dem Satelliten und der Bodenstation die gleichen Änderungen erfahren haben. Es sind zwar Abweichungen erst nach dei Laufzeit erkennbar und es wirkt sich die daran anschließende Änderung des Sendesignals im Satelliten wiederum erst nach der Laufzeit aus, es wird jedoch diese große Totzeit durch die Art der Tastung der Regelung und durch eine über die doppelte Laufzeit wirksame Taktstabüität überwunden.

Die Erfindung wird an Schaltbildern erklärt.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der Coderegelung;

In Fig. 2 sind Einzelheiten des Aufbaues der Codegrobregelschleife dargestellt;

Fig. 3 zeigt die getastet arbeitende Feinregelschleife.

Beider in Fig. 1 dargestellten Code-Regeleinrichtung werden Steuerdaten aus den Eingang TC der für den Signalaustausch vorgesehenen Bodenstation BSTa angeliefert. Diese Telecommand-Steuerdaten, die eine niedrige Bitrate aufweisen, werden im Modulator IMl mit dem im Generator ICl erzeugten Spreizcode Cl modulo 2 zusammenaddiert. Es stimmt dabei jeweils eine Periode des Codes Cl mit der Dauer eines Bit des Signals TC überein. Mit dem erhaltenen Signal wird im Modulator IAf2 eine Frequenz ZFl in ihrer Phase umgetastet. Nach der Umsetzung der Frequenz ZFl im Modulator IMi in die Trägerfrequenz RFl wird das Signal ausgesendet. Es wird nach der Laufzeit rl im Transponder Tp des Satelliten empfangen. Das empfangene Summensignal wird nach seiner Umsetzung auf die satelliteneigene Frequenz ZFl auf die beiden Zweige Zl, Zl aufgeteilt. Der Zweig Zl bildet mit dem dargestellten Laufzeitglied τα den Nachrichtenübertragungsweg. Im Zweig Zl wird im Modulator IMl dem Summensignal der im Generator 2Cl erzeugte Code Cl zur Beseitigung der Spreizung des Signals TC zugesetzt. Es findet jedoch die Demodulation nur dann statt, wenn der empfangene und der im Generator 2Cl erzeugte Code genau synchronisiert sind. Ist diese Synchronisation vorhanden, so kann der TC-Takt direkt dem Codegenerator 2Cl entnommen werden. Das codemodulierte Telecommandsignal ist am Ausgang des multiplikativen Mischers IMl entnehmbar und kann einem nicht dargestellten Phasendemodulator zugeführt werden.

Phasenstarr mit dem Codegenerator 2Cl ist ein Generator für den Code Cl gekoppelt. Es können an sich die beiden Codes Cl und C2 durch eine vorgegebene gegenseitige zeitliche Verschiebung voneinander ableitbar sein. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung besteht der Codegenerator für den Code C2 aus den Generatoren 2C21 und 2C22, die die beiden Referenzcodes C21 und C22 erzeugen. Der aus diesen beiden Codes durch Multiplikation gebildete Code C2 wird für die hier beschriebene Synchronisierung zur Bodenstation zurückgesendet. Er wird vorzugsweise zur Übertragung der Telemetriedaten TM des Satelliten mit ausgenutzt. Nach der Phasenumtastung eines Zwischenträgers FM im Modulator IMS und gegebenenfalls nach einer weiteren

Urnsetzung auf eine Zwischenfrequenz ZF2 wird der gespreizte ΓΜ-Kanal in den Nachrichtenweg eingekoppelt. Das Laufzeitausgleichsglied τα im Nachrichtenweg Zl gleicht Unterschiede zwischen den Wegen 21 und Z2 bis auf einen kleinen Bruchteil eines Codeelementes aus. Nach der Umsetzung in das Ubertragungsband RFl wird das Summensignal vom Satelliten abgestrahlt und nach der Laufzeit r2 in der Bodenstation BSta empfangen und im Modulator 3Ml auf die Zwischenfrequenz ZF3 umgesetzt. i< >

Auf der Empfangsseite der Bodenstation sind zwei ' voneinander unabhängige Korrelationsnetzwerke 3/(Cl, 3KCl für den Code Cl und für den aus den Codes C21, C22 gebildeten Code C2 vorgesehen. Das Korrelationsnetzwerk 3KCl wird durch den i^r> Codegenerator 3Cl und das Korrelationsnetzwerk 3KCl durch den Codegenerator 3C2 gesteuert. Die Ausgangsspannungen der Korrelationsnetzwerke, die im Falle der Phasengleichheit des erzeugten Codes mit dem Empfangssignal 0 sind, werden jeweils über einen Tiefpaß TP einem spannungsregelbaren Oszillator VCO zugeführt, der den Steuertakt für den zugeordneten Codegenerator liefert. Diese Regelschleifen bewirken die getrennte Synchronisation der beiden Codegeneratoren mit dem Empfangssignal, also auf 2"> den Takt und die Phase des empfangenen ersten und zweiten Codes.

Die über den Satelliten verlaufende^Regelschleife selbst enthält eine Grobregelschleife St, die dann anspricht, wenn die beiden empfangenen Code um mehr w als ein Bit auseinandergelaufen sind, und eine getastete Taktphasen- und Taktfrequenz-Regelschlcife Reg, die beide den Takt des Sendecodegenerators 1 Cl so regeln, daß er auf der Empfangsseite mit dem vom Satelliten kommenden Codetakt C2 exakt in r> Frequenz und Phase übereinstimmt. Kleinere Laufzeitunterschiede sind dabei durch in die Code- bzw. Taktlcitungen eingeschaltete Laufzeitglieder or ausgleichbar.

Für die Durchführung einer Anfangssynchronisa- 4ii tion sendet die Bodenstation BSTa ihr Codesignal Cl mit beliebiger Phasenlage ab und versucht nach der Laufzeil Δτ = rl + τα + τΐ auf das eigene vom Satelliten zurückgesendete Signal zu synchronisieren. Hierzu muß sie maximal At- fpn Bit absuchen, wobei fpn die Taktfrequenz des Codes Cl ist. Die ausnutzharc Suchrate ist dabei desto kleiner, je schlechter der Störabstand ist. Gleichzeitig versucht die Bodenstation auf den TM-Sprcizcode C2 des Satelliten zu synchronisieren. Ist in beiden Korrclationsnetzwerken >o die Synchronisation erfolgt, so wird im Code-Vergleicher CKl die Phasenverschiebung der beiden Codes gemessen und durch ein Stellsignal über die Leitung 5/ der Sendecodegenerator 1 Cl um diese Differenz bis auf ein Bit genau weitergeschaltet.

Die Schaltungseinzelheiten dieser Codegrobregeiung sind in Fig. 2 dargestellt. Die einzelnen Stufen der Codcgencratoren 3Cl und 3C2 sind über Konjunktionsschaltungcn Gl, G2 so miteinander verknüpft, daß an ihrem Ausgang jeweils zu Beginn einer wi Codeperiode ein Impuls erscheint. Diese Impulse werden jedoch so lange unterdrückt, bis an beiden Eingängen der Schaltung G3 das Synchronisierzcichender beiden Korrelationsnetzwcrkc 3/(Cl, 3KCl anliegt. Es setzt dann der Ausgangsimpuls der Schal- hi lung Gl, der den Beginn einer Codeperiode Cl markiert, das Flip-Flop FF. Das jetzt an dessen Ausgang anstehende Signal sperrt die beiden Codegeneratoren 1 Cl und 3 Cl so lange, bis der Ausgang der Schaltung G2 das Flip-Flop FF wieder in seine Ausgangslage zurücksetzt, so daß beide Generatoren Cl weiterlaufen. Während der Sperrzeit werden in den Sendefiuß Füllbit eingeblendet, um den Bitfluß nicht zu unterbrechen.

Zugleich mit dem Flip-Flop FF wird ein monostabiler Multivibrator MF angestoßen, der die Synchronisierschleife des Codes Cl für eine die doppelte Laufzeit um mindestens eine Periodendauer übersteigende Zeitspanne abschaltet, um einen Einfluß von Störsignalen zu unterbinden. Allerdings können nach der Wiedereinschaltung nach Verstreichen dieser Zeitspanne der empfangene und der zugesetzte Code wegen des Dopplereffektes und infolge von Instabilitäten der Taktgeneratoren etwas auseinandergelaufen sein. Das Korrelationsnetzwerk für Cl kann aber schnell wieder synchronisieren, da die Abweichung meist noch innerhalb des Regelbereichs liegt.

Durch diese Grobregelung sind die Codes Cl und C2 annähernd aufeinander synchronisiert. Die in Fig. 1 mit Reg bezeichnete Feinregeleinrichtung hat die Aufgabe, die Taktfrequenz und die Phase des rC-Signalssendeseitigso nachzuregeln, daß sie in der Bodenstation phasengenau mit dem empfangenen ΓΜ-Signal übereinstimmt. Da jedoch eine stetige Regelung wegen der Laufzeit Δτ bedingten Totzeit des Systems nicht durchführbar ist, ist eine getaktete Regelung vorgesehen, deren Schaltungseinzelheiten in Fig. 3 besonders dargestellt sind.

Die Takte der beiden Codes Cl, C2, die aus dem Empfangssignal in je einer Phasen-Synchronisierschleife PLH, PLLl, die über die Korrelationsnetzwerke 3KCl, 3KCl (Fig. 1) verlaufen, nach Frequenz und Phase zurückgewonnen sind, werden einem Vergleicher V zugeführt, dessen Ausgangssignal der jeweiligen Phasendifferenz der beiden Steuertaklc entspricht. Das durch das Filter TP von höheren Frequcnzantcilcn gereinigte Signal wird durch den Schalter Sa abgetastet. Die Abtastpcriode ist mindestens gleich der Laufzeit Ar des Signais. Größe und Vorzeichen des Abtastwertes sind ein Maß für die Phascndifferenz der beiden Signale im Abtastzeitpunkt. Nach dem Durchlaufen des Verstärkers Vl wird mit diesem Wert während der Abtastzeit der spannungsregelbare Steuertaktgenerator VCO des Codegenerators ICl angesteuert und dadurch während dieser Zeit dessen Frequenz derart verändert, daß die Phasendifferenz ausgeglichen ist.

Liegt eine Frequenzabweichung vor, so würde jedoch trotz Phasenkorrektur der nächste Abtastwerl wieder das gleiche Vorzeichen haben wie der vorhergehende Wert. Es müssen daher neben der Phase auch kleine Frequenzdifferenzen ausgeregelt werden. Dazu werden die Abtastwerte über das Integrierglied / und einen Verstärker Vl zugeführt, so daß zwischen zwei Abtastwerten am Eingang des spannungsregelbarcr Takt-Oszillators VCO die konstante Ausgangsspannung des Inlcgricrgliedcs anliegt.

Nach dem Erreichen der Anfangssynchronisatior können die Codes Cl, C2 für die Übertragung dci Telecommand- und Telcmctriesignale zur Vcrbesscrung des Störabstandes auf größere Codelängen umgeschaltet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Übertragen von Telecommand- und Telemetriesignalen von einer ■> Bodenstation zu dem für Nachrichtenübertragungen als Relaisstation dienenden Transponder eines Satelliten und umgekehrt in Codemultiplex-Übertragungsanlagen, bei der für die Signalübertragung die für den Nachrichtenaustausch vorge- iu sehenen Ubertragungsbänder ausgenutzt werden und bei der zur Kennzeichnung der Telecommandsignale ein sich periodisch wiederholender erster Binärcode und für die Telemetriesignale ein zweiter Binärcode benutzt werden, wobei im r> Transponder ein zum Summensignal zuaddierter Träger durch die Telemetriesigüale phasenumgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Transponder (Tp) das im ersten Übertragungsband (RFl) empfangene, aus Nachrichten- und Telecommandsignalen bestehenden Summensignal mit dem ersten Binärcode (Cl) demoduliert wird und gleichzeitig zu dem im anderen Übertragungsband (RFl) abzustrahlenden Summensignal der einem Träger (FM) aufmodulierte zweite Bi- >> närcode (Cl) zuaddiert wird, wobei der periodische Anfangszeitpunkt des zweiten Binärcodes mit dem Anfangszeitpunkt des für die Demodulation benutzten ersten Codes im Transponder exakt übereinstimmt, und daß sich die Bodenstation j« (BSta) zunächst auf den Takt und die Phase des ersten und des zweiten Codes (Cl und Cl) unabhängig voneinander synchronisiert und anschließend den ersten Code mit dem Codetakt des zweiten Codes einem Träger (RFl) aufmoduliert, j^ri abstrahlt und so lange zeitlich verschiebt, bis im Empfänger der Bodenstation der Anfangszeitpunkt des zweiten Codes mit dem Anfangszeitpunkt des vom Satelliten zurückempfangenen ersten Codes übereinstimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zeitliche Verschiebung des in der Bodenstation (BSta) erzeugten ersten Codes (Cl) sowohl eine auf einen Phasenvergleich (CKl) zwischen den in der Bo- 4^r> denstationempfangsseitig erzeugten beiden Codes (Cl, Cl) ansprechende Grobregelschleife (S/) als auch eine auf einen Phasenvergleich ( K) der Steuertakte der beiden Codes ansprechende getastete Feinregelschleife (Reg) vorgesehen sind. >o

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Abtastperiode der Regeltastung gleich der Summe der Laufzeiten (τΐ + τΐ 4- τα) der Signale zwischen der Bodenstation (BSta) und dem Satelliten (Tp) ist.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkte ( Kl bzw. Vl) Abtastsignal der Feinregelschleife (Reg) den spannungsregelbaren Steu- «) eroszillator ( VCO) des sendeseitigen Codegenerators (ICl) sowohl über einen Integrator (/) als auch unmittelbar beaufschlagt.

5. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Code (Cl) aus dem zweiten Code (Cl) durch eine vorgegebene zeitliche Verschiebung ableitbar ist, wobei die Synchronisationseinrichtungen der Bodenstation (BSta) für die Synchronisierung beider Codes ausnutzbar sind.

6. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Code (Cl) durch eine mod-2-Addition zweier Referenzcodes (C21, CIl) ableitbar ist.