DE2401604C3 - Satelliten-Nachrichtenübertragungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung berieht sich auf ein Satelliten-Nachriclitenübertragungsverfahren, bei dem die in zeitmultiplexer Anordnung zusammengefaßten, mit einer Präambel versehenen Signalkanäle (Burst) der einzelnen Bodenstationen satellitenseitig zeitlich gestaffelt zu einem Rahmen vereinigt und wiederum ausgesendet werden.

Elei Nachrichtenübertragungsverfahren dieser Art wie sie beispielsweise durch die DT-PS 20 20 094 bekannt sind, ist es beim Erst- oder Neuzugriff einer Bodenstation zu dem bereits bestehenden TDMA-Rahmen erforderlich, zunächst die Satellitenstrecke mit Hilfe eines Meßsignals zu vermessen. Die Vermessung geschieht dabei in der Weise, daß die zugreifende Bodenstation ein Erstzugriffssignal aussendet dessen Periodendauer im allgemeinen mit der Dauer des TDMA-Rahraens identisch ist Aus Gründen der Störsicherheit der eigentlichen Nutzsignale muß das Erstzugriffssignal in seinem Pegel wesentlich unter dem dieser Signale liegen. Wie die Praxis zeigt, ergibt ein Pegelunterschied von 25 dB einen brauchbaren Wert Beim Wiederempfang des ausgesendeten Erstzugriffssignals auf der zugreifenden Bodenstation wird die Lage des Erstzugriffssignals innerhalb des Rahmens festgestellt und daraus die Phasenablage von der Sollphase des später auszusendenden Bursts ermittelt Im allgemeinen wird mit der auf diese Weise gefundenen Sendephase zunächst nur die Burstpräaöibel ausgesendet und diese sodann mit Hilfe einer Burstsendephasenregeleinrichtung, in deren Regelkreis die Satellitenschleife einbezogen ist die Präambel in ihrer Phase auf die Sollphase feingeregelt An diese Feinregelung schließt sich dann die periodische Aussendung des gesamten Bursts an. Die Burstsendephasenregeleinrichtung stellt in diesem Zusammenhang keinen besonderen Aufwand dar, da sie auch im eingeschwungenen Zustand für die ständige Überwachung der Obereinstimmung der Burstistphasenlage mh der Burstsollphasenlage benötigt wird. Dies hat seinen Grund in der Tatsache, daß auch ein sich synchron mit der Erddrehung auf seiner Bahn bewegender Satellit nicht als stationär aufgefaßt werden kann, weil er ständig merkliche Bewegungen in allen drei Raumebenen ausführt

Bei mit TDMA-Technik arbeitenden Satelliten-Nachrichtenübertragungssystemen ist es wünschenswert nach erfolgter Phasenablagemessung des Erstzugriffssignals möglichst sicher und schnell die Bürstaussendung zu ermöglichen. Die Zeit die für die Durchführung eines Erstzugriffs benötigt wird, ist einmal von der Sendezeit des Erstzugriffssignals und zum anderen von der benötigte". Zeitdauer für die Phasenkorrektur bis zur vollen Burstaussendung abhängig.

Bei derzeit gängigen Systemen beträgt die Sendezeit des Erstzugriffssignals ungefähr 3 Sekunden. Diese Zeit läßt sich im Hinblick auf die relativ lange Zeit in der Größenordnung von einigen hundert Millisekunden, die vergeht bis das ausgesendete Erstzugriffssignal wieder von der sendenden Bodenstation empfangen wird, praktisch nicht weiter verkürzen. Die sich daran anschließende Zeit für die Phasenkorrektur bis zur vollen Burstaussendung ist dagegen abhängig von der erzielbaren Genauigkeit der empfangsseitigen Phasenablagemessung, bezogen auf die Sollphase. Diese Genauigkeit hängt ab von der Struktur des Erstzugriffssignals, von der für den Erstzugriffsvorgang zur Verfügung stehenden Zeit und vom Pegelunterschied zwischen den eigentlichen Nutzsignalen und dem ErstzugriffssignaL Beim Intelsat IV-Versuchssystem ist eine minimale MeßgenauigUeit von ± 4 us festgelegt worden.

Wie schon ausgeführt worden ist wird nach der sendeseitigen Phasenkorrektur sinnvollerweise nur die Burstpräambel ausgesendet und dabei die Sendephasenregelung durchgeführt Es zeigt sich, daß es im Hinblick auf die bei Versuchssystemen ermittelten maximalen Phasenänderungsgeschwindigkeiten aus Sicherheitsgründen notwendig ist, die Phasenkorrekturgeschwindigkek im Rahmen der Sendephasenfeinregelung einzuschränken, und zwar auf eine zweifache Weise. Zum einen soll der Phasenkorrekturschritt eine Zeicheneinheit pro Rahmen nicht überschreiten. Zum anderen sollen unter Berücksichtigung der Laufzeit der Satellitenschleife höchstens sieben Korrekturschritte

msTotz

pro 300 ms Totzeit vorgenommen werden. Daraus ergibt sich unter Berücksichtigung einer minimalen MeB-genauigkeit bei der Messung der Phasenablage des Erstzugriffssignals von ±4 us für die Burstsendephasenfeinregelung eine Zeit bis zu i3sec. Dieser Wert juuin sich dabei noch dadurch vergrößern, daß unter Umständen die während dieser Zeit auf Grund der Generatordrift auflaufenden Phasenänderungen kompensiert werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Satelliten-Nachrichtenübertragungsverfahren der genannten Art für die Durchführung des Erstzugriffs eine weitere Lösung anzugeben, mit deren Hilfe es möglich ist, die Zeit für die Phasenkorrektur bis zur vollen Burstaussendung und damit die Zeit für den Erstzugriff selbst wesentlich zu verkürzen.

Ausgehend von einem Satelliten-Nachrichtenübertragungsverfahren, bei dem die in zeit.nultiplexer Anordnung zusammengefaßten, mit einer Präambel versehenen Signalkanäle (Burst) verschiedener Bodenstationen satellitenseitig zeitlich gestaffelt zu einem Rahmen vereinigt und wiederum ausgesendet werden (TDMA), bei dem ferner zur Durchführung eines Erstzugriffs einer Bodenstation von dieser ein Erstzugriffssignal ausgesendet und dessen Lage im Empfangsrahmen zur Einstellung der Sollphasenlage für den zu sendenden Burst der zugreifenden Bodenstation ausgewertet wird und bei dem die Istphasenlage des im Zyklus des Pulsrahmens gesendeten Bursts hinsichtlich seiner Sollphasenlage mittels einer Burstsendephasenregelung überwacht wird, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß nach Auswertung des Erstzugriffssignals die Sendephase um eine gegenüber der Sollphase verzögerte Sollzwischenphase festgelegt wird, daß anschließend die Burstpräambel mittels der stationseigenen Burstsendephasenregelung in einem ersten Schritt auf diese Sollzwischenphase feingeregelt und in einem zweiten Schritt vor Aussenden des gesamten Bursts programmgesteuert von der Sollzwischenphase in die Sollphase übergeführt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Einregelung der Sendephase auf eine gegenüber der Sollphase verzögerte Sollzwischenphase der Einfluß des Toleranzbereichs der Meßgenauigkeit bei der Ermittlung der Phasenablage mit Hilfe des Erstzugriffssignals auf die für die Durchführung der Phasenkorrektur bis zur vollen Burstaussendung benötigte Zeit eliminiert werden kann und daß die zusätzliche Zeit, die benötigt wird, um vor der Burstaussendung diese Phasenverzögerung wieder aufzuheben, dadurch in sehr engen Grenzen gehalten werden kann, daß die Phasenkorrektur programmgesteuert abläuft, d. h. für diesen Fall die Satellitenschleife nicht in den Regelkreis einbezogen wird.

Besonders günstig gestalten sich in diesem Zusammenhang die Verhältnisse, wenn die Phasenverzögerung der Sollzwischenphase gegenüber der Sollphase in etwa gleich der halben Toleranzbreite der Phasenmeßgenauigkeit des Erstzugriffssignals gewählt wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das sich an die beim Intelsat IV-Prototypsystem ermittelten Eigenschaften anlehnt, beträgt die Phasenverzögerung der Sollzwischenphase gegenüber der Sollphase 5 us bei einer. Toleranzbreite der Phasenmeßgenauigkeit des Erstzugriffssignals von 8 us, und zwar für einen auf die Sollphase bezogenen Toleranzbereich von +1 bis

+9 as. „

Zweckmäßig erfolgt die programmgesteuerte Kor

rektur der Solizwischenphase in die Soliphase mit einer Geschwindigkeit, die gleich einem Phasenkorrekturschritt pro Rahmen der Burstsendephasenregelung ist

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten

F i g. 1 die schematische Darstellung einer Satelliten-Nachrichtenübertragung zwischen mehreren Bodenstationen und einem Satelliten,

ίο F i g. 2 die scbematische Darstellung des Eistzugriffs einer Bodenstation in einem Zeitdiagramm,

F i g. 3 ein die Durchführung eines Erstzugriffs darstellenden Flußdiagramms.

In F i g. 1 ist der über der Erdoberfläche in seiner <S Umlaufbahn synchron mit der Erdumdrehung sich bewegende Satellit mit Sa bezeichnet Er ist mit einer Relaisstation ausgerüstet Die Bodenstationen BStr, BSt 1 ... BSt 4 stehen alle über den Satelliten 5a miteinander in Verbindung. Jede Bodenstation, sofern sie in Betrieb ist, sendet im Rhythmus der Rahmenperiode einen aus einer Präambel und sich daran anschließenden Signalkanälen bestehenden Burst zum Satelliten. Innerhalb einer Rahmenperiode senden die einzelnen Bodenstationen ihre Bursts in gegeneinander durch Schutzabstände getrennten Zeitintervallen, um sicherzustellen, daß die alle vom gleichen Träger Gebrauch machenden Bursts der Bodenstation sich zeitlich nicht überlappen.

Ein solcher Rahmen ist in Fig.2 im Diagramm w dargestellt Der Burst r Bodenstation BStr bildet den Rahmenanfang und stellt damit den Referenzburst dar, auf den sich die Bursts der übrigen Bodenstationen 1 bis 4 beziehen. Der Rahmen nach dem Diagramm w weist zwischen dem Burst 1 und dem Burst 3 die Lücke L auf, die angibt daß dje Bodenstation BSt 2 zum bereits bestehenden Rahmen noch nicht zugegriffen hat Die weiteren Diagramme in F i g. 2, die mit x. y und ζ bezeichnet sind, stellen einen Ausschnitt des Rahmens nach dem Diagramm w dar, jedoch mit einem vergrö-Berten Zeitmaßstab t

An Hand dieser weiteren Diagramme soll in Verbindung mit dem Flußdiagramm nach F i g. 3 nunmehr die Durchführung eines Erstzugriffs der Bodenstation BSt 2 nach F i g. 1 näher beschrieben werden. In F i g. 3 ist die Bodenstation BSt 2 und der Satellit 5a jeweils in einem durch unterbrochene Linien dargestellten Block angegeben. In der Position a nach F i g. 3 sendet die Bodenstation das Erstzugriffssignal ES und . mißt in der Position b, nachdem das Erstzugriffssignal die Satellitenschleife durchlaufen hat die Phasenablage des empfangenen Erstzugriffssignals ES von der Sollphase. Der Toleranzbereich der Breite T, der die Meßgenauigkeit für die Ermittlung der Phasenablage des Erstzugriffssignals ES von der Sollphase angibt ist im Diagramm χ nach F i g. 2 in einem schraffierten Rechteck dargestellt Die Grenzen des Toleranzbereichs betragen, bezogen auf die Soliphase fs +1 us und +9 μβ. Die in Position b des Flußdiagramms nach F i g. gemessene Phasenablage des Erstzugriffssignals ES wird nun so ausgewertet daß in Position c die Sendephase für die um 5 us gegenüber der Sollphase is zeitverzögerte Sollzwischenphase tsz festgelegt wird. Dabei ist es gleichbedeutend, ob von der Position b der Position c bereits unmittelbar die Solizwischenphase 65 oder die Sollphase angezeigt wird. Im zweiten Fall muß dann in Position c die um 5 μς verzögerte Phase der korrigierten Sendephase zugesetzt werden. Über Position c nach F i g. 3 wird sodann in Position

d die Burstpräambel Pr gesendet und nach ihrem Wiederempfang in Position e mit Hilfe der Burstsendephasenregelung, wie das F i g. 2 im Diagramm y zeigt, auf den Wert der Sollzwischenphase tsz feinnachgeregelt. Die Feinregelung erfolgt dabei schrittweise unter Einschluß der Satellitenschleife in den Regelkreis.

Sobald der Feinregelvorgang abgeschlossen ist, wird über Position e die Position / dazu veranlaßt, programmgesteuert die Verschiebung der Präambel Pr von der Sollzwischenphase tsz in die Sollphase ts vorzunehmen. In Fig.2, Diagramm ζ ist dieses Ergebnis dargestellt Wie Fig.3 erkennen läßt, ist bei dieser Phasenverschiebung um 5 μ5 in negativer Richtung die Satellitenschleife nicht in den Regelkreis einbezogen. Das ist deshalb möglich, weil in Position edie Präambel Pr auf den um 5 μ5 verzögerten Phasenwert feingeregelt worden ist

Zweckmäßig erfolgt die programmgesteuerte Phasenverschiebung um 5 με in den Phasenkorrekturschritten pro Rahmen, die die Burstsendephasenregelung, die diese Phasenverschiebung durchführt, auch im einge schwungenen Zustand des Systems bei der kontinuierli chen Überwachung der Übereinstimmung der Burstist phase mit der Burstsollphase auszuführen vermag. Aul diese Weise brauchen für diese Phasenverschiebung keine besonderen Anforderungen an die Burstsende phasenregelung gestellt zu werden. Sobald die Ver· Schiebung ausgeführt ist, wird über die Position f die Position ^ veranlaßt, im Rhythmus der Rahmenperiode r den vollen Burst zu senden, und zwar bei eingeschalteter Burstsendephasenregelung, womit der Erstzugrifl der Bodenstation BSt 2 abgeschlossen ist.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Ver fahrens läßt sich, wie einschlägige Untersuchungen au der Basis der Intelsat IV Spezifikation ergeben haben die maximale Zeit für die Durchführung der Erstzu griffsoperation von etwa 16 see auf 9 see reduzieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Satelfiten-Nachrichtenübertragungsverfahren, bei dem die in zeitmultiplexer Anordnung zusammengefaßten, mit einer Präambel versehenen Signalkanäle (Burst) verschiedener Bodenstationen satellitenseitig zeitlich gestaffelt zu einem Rahmen vereinigt und wiederum ausgesendet werden (TDMA), bei dem ferner zur Durchführung eines Erstzugriffs einer Bodenstation von dieser ein Erstzugriffssignal ausgesendet- und dessen. Lage im Ernpfangsrahri5en zur iansfeJhimj der Soilphasenla-

ge für den zu sendenden Burst der zugreifenden Bodenstation ausgewertet wird und bei dem die Istphasenlage des im Zyklus des Pulsrahmens gesendeten Bursts hinsichtlich seiner Sollphasenlage mittels einer Burstsendephasenregelung überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Auswertung des Erstzugriffssignals (ES) die Sendephase um eine gegenüber der Sollphase (ts) verzögerte Sollzwischenphase (tsz) festgelegt wird, daß anschließend die Burstpräambel (Pr) mittels der stationseigenen Burstsendephasenregelung in einem ersten Schritt auf diese Sollzwischenphase feingeregelt und in einem zweiten Schritt vor Aussenden des gesamten Bursts programmgesteuert von der Sollzwischenphase in die Sollphase übergeführt wird.

2. Satelliten-Nachrichtenübertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadutch gekennzeichnet daß die Phasenverzögerung der Sollzwischenphase (tsz) gegenüber der Sollphase (ts) in etwa gleich der halben Toleranzbreite (T) der Phasenmeßgenauigkeit des Erstzugriffssignals (ES) gewählt ist

3 Satelliten-Nachrichtenübertragungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Phasenverzögerung der Sollzwischenphase (tsz) gegenüber der Sollphase (ts) 5 us bei einer Toleranzbreite der Phasenmeßgenauigkeit des Erst-Zugriffssignals von 8 ps beträgt und zwar bei einem auf die Sollphase bezogenen Toleranzbereich von +1 us bis + 9 μ5.

4. Satelliten-Nachrichtenübertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die programmgesteuerte Korrektur der Sollzwischenphase (tsz) in die Sollphase (ts) mit einer Geschwindigkeit erfolgt die gleich einem Phasenkorrekturschritt pro Rahmen der Burstsendephasenregelung ist