DE2908031A1

DE2908031A1 - Satellitenrelaisanlage

Info

Publication number: DE2908031A1
Application number: DE19792908031
Authority: DE
Inventors: Makoto Kawai; Toru Okajima
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1979-09-06
Also published as: FR2418984B1; DE2908031C2; FR2418984A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Satellitenrelaisanlage, und insbesondere eine solche Satellit/·enrelaisanlage, bei der die Nachrichtenübertragung auf der Basis der Mehrfachausnutzung durch Zeitteilung erfolgt (time divisional multiple access system = TDMA-System).

In dem TDMA-System haben eine Vielzahl von Erdstationen Zugriff zu einem einzigen Satelliten auf der Basis der Zeitteilung, indem ein bestimmter Zeitspalt (Zeitintervall) jeder Erdstation zugeordnet wird. Die Signale in jedem Zeitspalt werden in der Satellitenstation verarbeitet, und die Satellitenstation überträgt die verarbeiteten Signale an jede Erdstation, und jede Erdstation kann über die Satellitenstation jeder anderen Erdstation verbunden werden. Da die Größe der Antennen für Nachrichtensatelliten immer größer wird, ist man dazu übergegangen, eine Punktstrahlantenne mit Richtwirkung und effektiver Ausnutzung der vorhandenen Frequenzbänder zu verwenden. Die Verwendung einer Punktstrahlantenne erfordert die Verknüpfung der einzelnen Punktstrahlen in der Satellitenstation und ein Abtastsystem für die Punktstrahlen ist eine Möglichkeit, um diese Verknüpfung herzustellen.

Bei einer bekannten Satellitenrelaisanlage mit Abtastung des Punktstrahls wird eine sogenannte Phasenfeld-Antenne verwendet, siehe "a Scanning Spot-beam Satellite System" in dem Bell System Technical Journal, Band 56, Nr. 8, Oktober 1977, Seiten 1549-156O. Bei dieser Anlage sind die Punktstrahlen der einzelnen Antennen verhältnismäßig breit. Um einen schmalen Punktstrahl, d.h. einen hohen Äntennenverstärkungsfaktor, zu erhalten, werden eine Vielzahl von Antennen, denen jeweils ein Phasensteuersignal zugeführt wird, verwendet, und dann wird ein enger Punktstrahl dadurch erzielt, daß die breiten Punktstrahlen aller Antennen kombiniert werden. Die bekannte Satellitenrelaisanlage mit einer Phasenfeld-Antenne hat eine Reihe von Nachteilen. Da die Antennenverstärkung proportional zu der Zahl der Antennenelemente ist, sind viele Antennenelemente erforderlich, um einen engen Punktstrahl mit scharfer Richtungsabhängigkeit zu erhalten. Da die Richtwirkung jedes Antennenelementes nicht scharf sondern breit gestreut ist, hat die

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kombinierte Richtwirkung aller Antennenelemente eine Keulenauffiederung außerhalb des Versorgungsgebiets. Gewöhnlich wird ein digitaler Phasenschieber verwendet, um die Signale für jedes Antennenelement zu steuern. Solch ein digitaler Phasenschieber benötigt jedoch zu viele Bits, um einen scharfen Punktstrahl an die Erdstation zu realisieren, so daß die Struktur des Steuersystems kompliziert sein muß. Schließlich ist es bisher nicht möglich, eine Antenne mit engen Punktstrahlen in einer Sateliitenrelaisanlage mit Strahlabtastung zu verwenden, da die Hochgeschwindigkeit s-Umschaltung von Signalen mit hohem Signalniveau nahezu unmöglich ist, und da diese Umschaltung den Leistungsverstärker nicht belastet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Bekannten verbesserte Satellitenrelaisanlage anzugeben, die bei einem weniger komplexen Aufbau eine schärfere übertragung gestattet»

Dazu ist die erfindungsgemäße Satellitenrelaisanlage in der in dem Hauptanspruch gekennzeichneten Weise ausgeführt. Bei der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage werden eine Vielzahl von Antennen mit engen Punktstrahlen und scharfer Richtungsabhängigkeit zur Übertragung des TDMA-Signals verwendet, und die Umschaltung zwischen den einzelnen Erdstationen wird in dem System der Strahlabtastung durchgeführt. Die erfindungsgemäße Satellitenrelaisanlage hat eine Reihe von Vorteilen. Die Zahl der Antennenelemente der Antenne ist unabhängig von der Antennenverstärkung jedes Antennenelementes, und es ist daher ausreichend, dieselbe Zahl von Äntennenelementen vorzusehen wie Erdstationen angeschlossen sindο Daher kann die Zahl der Antennenelemente gegenüber den bekannten Anordnungen stark reduziert werden. Da ein Punktstrahl für jede Erdstation vorgesehen ist, ist der Leistungsverlust außerhalb des betreffenden Versorgungsgebietes sehr klein, so daß die Verstärkung verbessert und der Leistungsverlust in dem betreffenden Versorgunggebiet herabgesetzt wird. Ein Richtungskoppler mit 2n Anschlüssen kann aus 90°-Hybridschaltungen oder 180°-Hybridschaltungen aufgebaut sein, und in diesem Fall genügt ein variabler Phasenschieber, der eine Phasenverschiebung von 0°

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oder 180° durchführen kann. Mit anderen Worten kann die Strahlabtastung durch einen Phasenschieber mit nur einem Bit durchgeführt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage ergeben sich aus den ünteransprüehen.

Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage kann wie folgt zusammenfassend dargestellt werden. Es werden mehrere Antennenelemente in der Satellitenstation verwendet, die jeweils einer entsprechenden Erdstation zugeordnet sind und einen engen Punktstrahl mit scharfer Riehtungsabhängigkeit umfassen. Jeder Erd-Satellit-Signalimpuls (ein Signal, welches von einer Erdstation an den Satelliten gegeben wird) wird auf einfache Weise kombiniert, und es wird ein Einkanal-TDMA-Signal erhalten. Das TDMA-Signal wird dann nach der Frequenzumsetzung durch eine Leistungs-Teilungsschaltung in eine Vielzahl von Signalen aufgeteilt. Jedes dieser aufgeteilten Signale wird durch einen variablen Phasenschieber verarbeitet, dessen Ausgang an einen Leistungsverstärker gegeben wird. Ein Richtungskoppler mit η Eingängen und η Ausgängen ist vorgesehen, dessen Eingangsanschlüsse an den Ausgang des entsprechenden Abschnittes des Leistungsverstärkers angeschlossen sind. Die Ausgangssignale des Richtungskopplers liefern die Satellit-Erd-Signalimpulse (Signal von dem Satelliten zur Erdstation) und sind mit den entsprechenden Übertragungsantennen verbunden, die eine scharfe Richtungsabhängigkeit haben und jeweils nur eine einzige Erdstation abdecken. Der Richtungskoppler kann aus einer Vielzahl von Kopplungsabschnitten oder Hybridschaltungen zusammengesetzt sein. Der Richtungskoppler und die scharfe Richtungsabhängigkeit der Antennenelemente sind für die Satellitenrelaisanlage von großer Wichtigkeit. Es ist zu beachten, daß die Umschaltung oder Strahltastung eines TDMA-Signals im wesentlichen durch die Phasenschieber gesteuert wird, die auf einem geringen Signalniveau arbeiten.

Eine Satellitenrelaisanlage nach dem Stand der Technik sowie Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 Ein Blockdiagramm einer Satellitenrelaisanlage nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage;

Fig. 3 ein Zeitablaufbild der Satellitenrelaisanlage von Fig. 2; Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Hybridschaltung;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für einen Richtungskoppler mit 2n Anschlüssen, wie er in der Anlage von Fig. 2 verwendet wird;

Fig. 6(A), 6 (B) und 6(C) Beispiele für die Verschaltung der Hybridschaltung von Fig. 4;

Fig. 7 ein Blockdiagramm für eine Phasenschieber-Steuereinheit in Fig. 2;

die Arbeitsweise der Phasenschieber-Steuereinheit; ein Blockdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage; ein Zeitablaufbild für die Anlage von Fig. 9; ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage; ein Zeitablaufbild für die Anlage von Fig. 11; ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sateilitenrelaisanlage; ein Zeitablaufbild für die Anlage von Fig. 13; und den Zeitablauf bei der Strahlabtastung bei den erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlagen.

In Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer an sich bekannten Sateilitenrelaisanlage gezeigt. In der Figur bezeichnet E die Erde, S(#1) bis S(#n) sind Erdstationen, und der Kreis, der jede Erdstation umgibt, zeigt das Versorgungsgebiet jedes Punktstrahls. Die Antenne A ist in der Satellitenstation montiert. Bei der Sateilitenrelaisanlage von Fig. 1 wird das Signal, welches von der Erdstation zu der Satellitenstation gesendet wird, durch den Antennenmultiplexer MUX und einen rauscharmen Verstärker LNA an den Phasenschieber PH angelegt. Der Antennenmultiplexer MUX ist vorgesehen, um dem Multiplexbetrieb umfassend das Empfangen und Senden einer einzigen Antenne zu gestatten. Der Phasenschieber PH

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Fig.	8
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bewirkt, daß ein enger Punktstrahl geliefert wird, indem die Phase des Signals für jede Antenne verschoben wird. Die Ausgänge jedes Phasenschiebers werden in einem einzelnen Kanal durch einen Kombinator COM kombiniert, dessen Ausgang an den Frequenzmischer MIX angelegt wird. Der Frequenzmischer MIX setzt die Frequenz des Erd-Satellit-Signals (Signal von der Erde zum Satelliten) in die Frequenz des Satellit-Erd-Signals (Signal von dem Satelliten zur Erde) entsprechend der Frequenz des lokalen Oszillators LO um, und der Ausgang des Frequenzmischers MIX wird über den Verstärker AMP an die Teilungsschaltung DIV geliefert. Die Teilungsschaltung DIV liefert Signale in einer Vielzahl von Kanälen, indem das Ausgangssignal des Verstärkers AMP aufgeteilt wird. Jedes der Ausgangssignale der Teilerschaltung DIV wird über einen Phasenschieber PH und einen Leistungsverstärker PA an den Antennenmultiplexer MUX angelegt. Der Phasenschieber PH bewirkt, daß jedes Satellit-Erd-Signal in eine gewünschte Zeitrastereinheit geschaltet wird, und daß ein schmaler Punktstrahl für die Sendeantenne geliefert wird. Der Ausgang des Multiplexers wird an die Antenne angelegt, die den entsprechenden Bereich auf der Erde abdeckt. Es ist zu beachten, daß in der bekannten Anlage der Punktstrahl beim Senden von der Erde zum Satelliten nur von einer einzigen Erdstation kommt, während der Punktstrahl vom Satelliten zur Erde alle Erdstationen erfaßt, so daß eine Nachrichtenverbindung zwischen der bestimmten Erdstation und den anderen Erdstationen möglich ist. Mit anderen Worten gibt jede Erdstation an die Satellitenstation Signale auf der Basis der Zeitaufteilung ab, und die Umschaltung zwischen den einzelnen Erdstationen wird in der Satellitenstation selbst durchgeführt.

Fig. 2 zeigt das Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage. In Fig. 2 bezeichnet E die Erde, S(#1), S (#2), S (#3) und S (#n) bezeichnen die Erdstationen. Der Kreis, der jede Erdstation umgibt, zeigt das Versorgungsgebiet jedes Punktstrahls. Die Antennenanordnung A ist eine Punktantennenanordnung mit einer scharfen

Richtcharakteristik und jede der Antennen A-, A_, A-, ... A deckt das entsprechende Versorgungsgebiet auf der Erde ab, wie in Fig. 2 · dargestellt ist. Es ist zu beachten, daß die Antennenanordnung A

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entweder aus einer Vielzahl von Antennenelementen oder aus einer Kombination aus einem einzelnen Reflexionsspiegel und einer Vielzahl von Primärprojektoren bestehen kann. Ein Multiplexer MUX mit mehreren Multi plexerstufen MUX. , MUX«, MUX₃ ... MUX_n ist vorgesehen, um die Antennenanordnung A sowohl als Sendeantenne als auch als Empfangsantenne ausnutzen zu können. Es ist auch möglich, eine Sendeantenne und eine davon getrennte Empfangsantenne ohne Multiplexer vorzusehen. Ein rauscharmer Verstärker 3 mit mehreren Verstärkerabschnitten LNA.., LNA₂, LNA₃ ... LNA_n ist mit den Empfangsausgängen des Multiplexers verbunden. Ein Frequenzmischer 4 ist vorgesehen, um die Frequenz des Erd-Satellit-Signals in die Frequenz des Satellit-Erd-Signals umzusetzen, wobei für diese Umsetzung ein lokaler Oszillator 4a vorgesehen ist. Ein Verstärker 4b ist an dem Ausgang des Frequenzmischers 4 angeschaltet. Ein variabler Phasenschieber 5 mit Phasenschieberabschnitten D., D„, D₃ ... D_n ist vorgesehen, um die Signalphase zur Abtastung der Sendestrahlen zu verschieben, und der Phasenschieber 5 wird durch eine Phasenschieber-Steuereinheit 10 gesteuert. 6 ist ein Leistungsverstärker mit mehreren Verstärkerabschnitten PA₁, PA₂, PA, ... PA_n= 7 ist ein Leistungskombinator, um die Ausgangssignale des rauscharmen Verstärkers 3 mit dem einzigen Eingang des Frequenzmischers 4 zu verbinden. 8 ist eine Leistungs-Teilungs- schaltung. 9 ist ein Richtungskoppler mit 2n Anschlüssen, der η Eingangsanschlüsse und η Ausgangsanschlüsse hat. In dem Richtungskoppler 9 wird jedes Leistungs-Eingangssignal an jedem der Eingangsanschlüsse auf η Ausgangsanschlüsse aufgeteilt. Wenn die Leistungs-Eingangssignale an den einzelnen Eingangsanschlüssen das Niveau P_Q, P^, P₂ ... P„ haben, hat daher jeder Ausgangsanschluß das Ausgangssignalniveau

Die wesentlichen Unterschiede der in Fig. 2 gezeigten Satelliten relaisanlage gegenüber dem Stand der Technik, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, bestehen darin, daß Ca) jede Antenne eine scharfe Richtwirkung oder einen engen Punktstrahl hat, daß (b) kein Phasenschieber auf der Empfangsseite, d.h. zwischen dem Ausgang des rauscharmen Verstärkers und dem Eingang der Teilungsschaltung, vorgesehen ist, und daß (c) der Richtungskoppler 9 vorgesehen ist.

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Fig. 3 zeigt, daß Zeitablaufschema der Signale, um die Wirkungsweise der Anlage von Fig. 2 zu erklären. In Fig. 3 sind in den Zeilen (a) , (b), (c) und (d) die Signalimpulse des Erd-Satellit-Signals gezeigt, die von den Erdstationen Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 respektive abgestrahlt werden, und diese Signalimpulse werden so gesteuert, daß sie sich auf der Zeitachse nicht überlappen. Diese Signale werden von den Antennen A₁ bis A empfangen und von dem Verstärker 3 verstärkt, dessen Ausgangssignal an den Kombinator 7 angelegt wird, um das kombinierte Signal in der Zeile (e) in Fig. 3 zu erzeugen. Jeder Signalimpuls in dem kombinierten Signal hat ein Einleitungssignal (X) für die Rückgewinnung des Trägers und des Zeittaktes. Eine Vielzahl von Signalen, die an die Erdstationen Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 gerichtet werden, sind in Fig. 3 in Zeile (f) gezeigt. Das kombinierte Signal in der Zeile (e) wird durch den Frequenzmischer 4, den Frequenzoszillator 4a und den Verstärker 4b verarbeitet bzw. in seiner Frequenz umgesetzt. Der Ausgang des Verstärkers 4b wird an die Antennenanlage A durch die Teilungsschaltung 8, den variablen Phasenschieber 5, den Leistungsverstärker 6, den Richtungs 9 und den Antennenmultiplexer 2 angelegt.

Es ist zu beachten, daß der Richtungskoppler 9 die Ausgangssignale liefert, die in Fig. 3 in den Zeilen (g) bis (j) gezeigt sind, wenn der Phasenschieber 5 den Betrag der Phasenverschiebung θ-, θ₂ , ©₃ und ©₄synchron mit jedem Signalimpuls steuert. Jedes der Signale, die in Fig. 3 in Zeilen (g) bis (j) gezeigt sind, wird an die entsprechende Erdstation übertragen. Wenn beispielsweise n=4 ist, und wenn die Phasen der jeweiligen Eingangssignale des Richtungskopplers 9 θ.., θ-, θ, bzw. θ. sind, sind die Aus gangs Signa Ie an den vier Ausgangsanschlüssen des Richtungskopplers 9 wie folgt gegeben:

P« ( 1 + sin α cos B + cos S sin γ + sin γ sin α ) /4

P_n ( 1 + sin α cos B - cos B sin γ - sin γ sin α ) /4

⁰ (1)

P-(I- sin α cos B + cos B sin γ - sin γ sin α ) /4

P_Q ( 1 - sin α cos B- cos B sin γ+ sin γ sin α) /4

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wobei α= ( S₁ - θ₂ + θ₃ - θ₄ ) /2, = ( θ_χ - θ₂ - θ₃ + O₄ 5 /2, γ= ( G₁ + O₂ - θ₃ - θ₄ ) /2.

Da die Werte &-, ß und ^ beliebig sein können, indem man den Betrag der Phasenverschiebung an dem variablen Phasenschieber 5 entsprechend wählt, kann die Ausgangsleistung an jedem Ausgangsanschluß des Richtungskopplers nach Wunsch eingestellt werden. Wenn beispielsweise sin oC = cos ß = sin V = 1 ist, gilt für jede Zeile der Formeln (1) der Wert (P_Q,0,0,0), so daß das Ausgangssignal erhalten wird, welches in Fig. 3 in Zeile (g) gezeigt ist. Wenn als nächstes Beispiel sin )f = 1, sin Cf = cos ß =1 gilt, dann ist der Wert jeder Zeile in der Formel (1) gleich (0,P_Q,0,0), so daß das Ausgangssignal erhalten wird, welches in Fig. 3 in Zeile (h) gezeigt ist. Wenn sinoi = -1, cos ß = sin ή =1 gewählt wird, dann ist der Wert jeder Zeile in der Formel (1) gleich (0,0,P_o,0), so daß das Ausgangssignal erhalten wird, welches in Fig. 3 in Zeile (i) gezeigt ist. Wenn schließlich cos ß = -1, sin σι = sin jf = 1 gewählt wird, dann ist der Wert jeder Zeile in der Formel {1) gleich (0,0,0,P₀), so daß das Ausgangssignal erhalten wird, welches in Fig. 3 in Zeile (j) gezeigt ist. Die Größe der Phasenverschiebung θ.,, θ-, θ~, Q. durch den Phasenschieber 5, um den Wert von <^, ß und )f zu erhalten, wird durch die Steuereinheit 10 gesteuert, die noch im einzelnen beschrieben wird.

Die Formel (1) kann wie folgt verallgemeinert werden:

P_nA Nm ₀

k~ —5~~ 1 ^{Σ ex}Pi 3τ ι ^σ r. Ws. + S. )] + i 6 m

wobei P, die Ausgangsleistung des k-ten Ausgangsanschlusses ist, N = 2^m,

k = 1, 2, 3 ... η

P- die Eingangsleistung an der Teilerschaltung

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A die Verstärkung des Leistungsverstärkers am Ausgang des Pha senschiebers ,
r. und S. wie folgt bestimmt werden:

k-1 = r₁+2{r₂+2(...))
h-1 = S.j+2(S₂+2 (...))

(+) eine Exklusiv- ODER -Logikschaltung darstellt und Θ, (r=1, 2 ... n) wie folgt definiert ist:

wobei X eine ganze Zahl ist.

Die Teilungsschaltung 8, der Phasenschieber 5, der Verstärker 6 und der Richtungskoppler 9 bilden eine Umschalt-Verstärkerschaltung. Wenn das Erd-Satellit-Signal von einer Erdstation mit der Umschaltung der Umschalt-Verstärkerschaltung synchronisiert ist, wird daher ein Satellit-Erd-Signal an jede entsprechende Erdstation übertragen, wie es in Fig. 3 in den Zeilen (g) bis (j) gezeigt ist. Die Umschaltung eines so übertragenen Signales wird im wesentlichen durch den Phasenschieber 5 durchgeführt, der am Eingang (nicht am Ausgang) des Verstärkers 6 vorgesehen ist. Mit anderen Worten wird die Umschaltung in einem Stadium durchgeführt, in dem das Signalniveau niedrig ist. Die Tatsache, daß die Umschaltung an einem Signal mit niedrigem Niveau durchgeführt ist, ist ein wesentlicher Gesichtspunkt.

Der Kombinator 7, die Teilungsschaltung 8 und der Richtungskoppler 9 (Fig. 2) können durch eine herkömmliche 90°-Hybridschaltung oder eine 180°-Hybridschaltung verwirklicht werden. Fig. 4 zeigt die Ausführung einer 90"-Hybridschaltung, bei denen die Wellenleiter G- und G_ einen gemeinsamen Schlitz SL haben. Die Eingangsleistung IN an dem ersten Wellenleiter G₁ wird durch den Schlitz SL aufgeteilt, und die Hälfte der Eingangsleistung wird als Ausgangsleistung von dem ersten Wellenleiter G^ als Ausgangs-

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signal OUT₁ und die andere Hälfte der Eingangsleistung wird an dem Ausgang des zweiten Wellenleiters G₂ als Ausgangssignal OUT₂ abgegebene

Fig= 5 zeigt das Schaltungsdiagramm des Richtungskopplers 9 bei Verwendung der Hybridschaltung von Fig. A, wobei n=4 ist., In Fig. 5 sind vier Hybridschaltungen 9-1 bis 9-4 der in Fig. 4 gezeigten Art dargestellt, die die Eingänge a bis d und die Ausgänge a* bis d^! haben. Diese Hybridschaltungsanordnung wirkt als Koppler zwischen je zvrei Anschlüssen. Die Kopplungsstruktur der Schaltungsanordnung von Fig. 5 ist in Fig. 6(A) vereinfacht gezeigt. Fig. 6(B) zeigt die Struktur der Teilerschaltung mit einem einzigen Eingang und acht Ausgängen, während Fig. 6(C) einen weiteren Richtungskoppler mit n=8 zeigt. Eine vertikale Spalte in den Figuren 6(Bl und 6(C) ist jeweils eine Hybridschaltung der in Fig.4 gezeigten Art.

Der Wert η eines Richtungskopplers ist nicht auf Werte in Form von 2^m? beispielsweise 2_r 4, 8_f 16_f 32 ... beschränkt. Vielmehr ist ein beliebiger Wert möglich; indem ein bestimmter Richtungskoppler verwendet wird_t der die Eingangsleistung durch einen beliebigen Teiler teilt.

Die Struktur eines variablen Phasenschiebers 5 ist an sich bekannt. Beispielsweise kann ein verzweigter Stromkreis als variabler Phasenschieber verwendet werden, wobei einer der zwei Kreise durch eine Pin-Diode bestimmt ist. Die Vorspannung der Pin-Diode steuert die Impedanz der Pin-Diode und steuert dadurch das Reflexionsverhältnis der Zweigschaltung, um die gewünschte Phasenverschiebung zu erhalten.

Der rauscharme Verstärker 3, der Frequenzmischer 4, der lokale Oszillator 4a, der Verstärker 4b und der Leistungsverstärker 6 können ebenfalls in herkömmlicher Technologie ausgeführt sein. Beispielsiieise können GaAs-Feldeffekttransistoren für diese Schaltungen verwendet werden.

Eine Phasenschieber-Steuereinheit 10, wie sie in Fig. 2 gezeigt

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ist, ist ebenfalls an sich bekannt und kann beispielsweise so ausgeführt sein, wie in Fig. 2 der US-Patentschrift 3,928,804 gezeigt ist.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Phasenschieber-Steuereinheit. Die Daten für das Umschaltmuster des Phasenschiebers sind in dem Steuerspeicher gespeichert. Diese Daten werden in die jeweiligen befehlsabhängigen Umschaltmusterdaten entsprechend den Befehlssignalen umgesetzt, die durch die Befehlslogikschaltung eingegeben werden. Die umgesetzten Daten werden zeitweilig in dem Pufferspeicher und dann in dem Steuerspeicher gespeichert. Die Fernmeß-Logikeinheit ist vorgesehen/ um den Inhalt des Steuerspeichers an eine Erdstation zurückzusenden. Ein Taktgeber steuert die Fernmeß-Logikeinheit. Der Präzisionsoszillator und die digitalen Teilungsschaltungen liefern das grundlegende Zeittaktsignal zur Steuerung des variablen Phasenschiebers. Jeder Ubertragungsrahmen des TDMA-Signals hat beispielsweise 125 Untereinheiten, von denen jede eine Dauer von 6 Mikrosekunden hat. Während der ersten Untereinheit des ubertragungsrahmens werden die Steuerdaten für die anderen 124 Untereinheiten für jeden Phasenschieber von dem Steuerspeicher in den Haltespeicher übertragen. Das Datenwort hat drei Bits, wenn n=8 ist. Das Datenwort in dem Haltespeicher wird an den Dekoder durch jeweils aus drei Bits bestehende Bytes in Parallelbetrieb übertragen. Der Dekoder stellt die Größe der Phasenverschiebung jedes variablen Phasenschiebers {Fig. 8) entsprechend der bestimmungsgemäßen Erdstation definiert durch das betreffende Datenwort fest. In Fig. 8 entspricht "1" einer Phasenverschiebung von 180° und "0" einer Phasenverschiebung von 0°. Wenn beispielsweise das Datenwort "110" (in BinärSchreibweise) ist, ist die bestimmungsgemäße Erdstation die 6. Erdstation, wenn die variablen Phasenschieber D_n bis D₇ so gesteuert werden, daß die Größe der Phasenverschiebung gleich 180°, 180°, 0°, 0°, 180°, 180°, 0° bzw. 0° ist.

Im folgenden werden die weiteren Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage anhand der Figuren 9 bis 13 beschrieben.

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Fig. 9 zeigt das Blockdiagrairan des zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem Empfangsantennen 1-1 bis 1-n, Sendeantennen 2-1 bis 2-n, ein rauscharmer Verstärker 3, ein Freguenzübersetzer-Verstärker 4, ein variabler Phasenschieber 5, ein Leistungsverstärker 6, Leistungskombinatoren 7(A) und 7(B), Leistungs-Teilungsschaltungen 8(A) und 8(B), Richtungskoppler 9(A) und 9(B) mit 2n Anschlüssen, eine Phasenschieber-Steuereinheit 10 und ein Multiplexer 11 für polarisierte Signale vorgesehen sind. Fig. 10 zeigt die Signalstruktur des Erd-Satellit-Signals und die Signalstruktur des Satellit- Erd-Signals in jedem Signalimpuls des Erd-Satellit-Signals. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 9 ist zu beachten, daß der Betrieb der Empfangsantennen und der Sendeantennen dadurch vereinheitlicht werden kann, daß man einen Antennenmultiplexer verwendet, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt das Zeitablaufbild für die Satellitenrelaisanlage von Fig. 9. Die erste Gruppe der Antennen, nämlich die Empfangsantennen 1-1 bis 1-L entsprechend den L Erdstationen, die eine vertikal polarisierte Welle senden, und die andere Gruppe der Antennen,, nämlich die Empfangsantennen 1-(L+1) bis 1-N, wobei L<N ist, entspricht den N-L Erdstationen, die eine horizontal polarisierte Welle senden. Die Signalimpulse des Erd-Satellit-Signals jeder Erdstation werden von den Empfangsantennen 1-1 bis 1-N empfangen und von den rauscharmen Verstärkern 3 verstärkt. Die Ausgangssignale der Verstärker 3 jeder Gruppe werden von den Kombinatoren 7(A) und 7(B) kombiniert, deren Äusgangssignale auf der Zeitachse so liegen, wie in Fig. 10 gezeigt ist (Erd-Satellit-Signal (A) der ersten Gruppe der Empfangsantennen (vertikal polarisierte Welle) und Erd-Satellit-Signal (B) der zweiten Gruppe der Empfangsantennen (horizontal polarisierte Welle)). Die Ausgänge der Kombinatoren 7(A) und 7(B) werden an den Frequenzübersetzer-Verstärker 4 angelegt, der die Frequenz auf die Frequenz der Satellit-Erd-Signale umsetzt. Das Satellit-Erd-Signal wird entsprechend der Bestimmung für jeden Signalimpuls durch die Umschalt-Verstärkerschaltung geschaltet,die dieTeilungungsschaltungen 8(A) und 8(B), die variablen Phasenschieber 5, den Verstärker 6 und die Richtungskoppler 9(A) und 9(B) aufweist. Der Ausgang des Richtungskoppler 9(A) ist eine vertikal polarisierte Welle,

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und der Ausgang des Richtungskopplers 9 (B) ist eine horizontale Welle. Die beiden polarisierten Wellen werden von dem Polarisationsmultiplexer 11 verarbeitet/ dessen Ausgang über die Sendeantennen 2-1 bis 2-N an die Erdstationen gesendet wird. Die Umschalt-Steuereinheit oder die Phasenschieber-Steuereinheit 10 ist an alle Phasenschieber 5 angeschlossen und steuert ,die Größe der Phasenverschiebung aller Phasenschieber derart, daß das gewünschte Ausgangssignal für jede bestimmungsgemäße Erdstation an den Ausgängen der Richtungskoppler erhalten wird. In diesem Fall sind die Ausgänge der Richtungskoppler nicht gleichzeitig an eine einzige Antenne angeschlossen. Wenn die Erd-Satellit-Signale mit der Umschaltung der Umschaltverstärkerschaltung der Satellitenstation synchronisiert sind, werden Satellit-Erd-Signale für jede bestimmungsgemäße Erdstation erhalten, wie in Fig. 10 gezeigt ist (Satellit-Erd-Signal (B) der ersten vertikal polarisierten Wellengruppe und Satellit-Erd-Signal (B) der zweiten horizontal polarisierten Wellengruppe).

Fig. 11 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage, in der die Teile mit den Bezugszeichen 1-1 bis 1-N, 2-1 bis 2-N und 3 bis 10 mit den entsprechenden Teilen in Fig. 9 übereinstimmen. Die Bezugszeichen 1-1' bis 1-N¹ sind PunktStrahl-Empfangsantennen, von denen jede denselben Bereich wie die Antennen 1-1 bis 1-N abdeckt, und 2-1' bis 2-N¹ sind Punktstrahl-Sendeantennen, von denen jede denselben Bereich wie die Antennen 2-1 bis' 2-N überdeckt. Die Signalstruktur des Erd-Satellit-Signals und des Satellit-Erd-Signals ist so wie in Fig. 12 gezeigt ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Satellitenrelaisanlage von Fig. 11 anhand von Fig. 12 beschrieben. Die N Versorgungsgebiete auf der Erde werden in L Versorgungsgebiete der ersten Gruppe und N-L Gebiete der zweiten Gruppe unterteilt. Das Erd-Satellit-Signal der ersten Gruppe benutzt eine vertikal polarisierte Welle, während das Erd-Satellit-Signal der zweiten Gruppe eine horizontal polarisierte Welle benutzt. Die Signalimpulse des Erd-Satellit-Signals von jeder Erdstation werden von den Antennen 1-1 bis 1-N und den Antennen 1-1' bis 1-N¹ empfangen, de-

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ren Ausgänge von den Verstärkern 3 verstärkt werden. Die Kombinatoren 7(A) und 7(B) kombinieren die Ausgänge der Verstärker 3, und die kombinierten Erd-Satellit-Signale jeder Gruppe sind in Fig. 12 gezeigt. Wenn die Erd-Satellit-Signale durch die Kombinatoren kombiniert werden, kann die Verstärkung verdoppelt werden, wenn nur zwei Punktstrahlen desselben Versorgungsgebiets gleichphasig kombiniert werden. Selbst wenn ein einzelner Verstärker 3 nicht ordnungsgemäß funktioniert, ist die Schaltung nicht insgesamt unbrauchbar, da jedes Versorgungsgebiet von zwei Punktstrahlantennen ausgeleuchtet wird. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der in Fig. 11 gezeigten Satellitenrelaisanlage verbessert. Die Ausgänge der Kombinatoren 7(A) und 7(B) werden an die Frequenzübersetzer-Verstärker 4 angelegt, die eine Frequenz für das Satellit-Erd-Signal liefern. Die Ausgänge der Frequenzübersetzer-Verstärker 4 werden von der Umschaltverstärkerschaltung umgeschaltet, die aus den Teilungsschaltungen 8(A) und 8(B), den variablen Phasenschiebern 5, den Leistungsverstärkern 6 und den Richtungskopplern 9(A) und 9(B) zusammengesetzt ist. Jeder Signalimpuls, der an eine Erdstation abgerichtet wird, wird durch die Antennen 2-1 bis 2-N und die Antennen 2-1' bis 2-N¹ übertragen. Die Umschalt-Steuereinheit 10 steuert alle Phasenschieber 5 derart, daß das Eingangssignal der Teilungsschaltungen 8(A) und 8(B) auf die Ausgänge des Richtungskopplers 9 je nach der Bestimmung jedes Signalimpulses verteilt werden. Wenn die Umschaltung des Erd-Satellit-Signals in der Satellitenstation mit den Signalimpulsen synchronisiert ist, werden die in Fig. 12 gezeigten Satellit-Erd-Signale an den jeweiligen Bestimmungsort auf der Erde übertragen.

Fig. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage, und die Bezugszeichen 1-1 bis 1-N, 1-1· bis 1-N¹, 2-1 bis 2-N, 2-1« bis 2-N¹ und 3 bis 11 zeigen dieselben Teile wie die entsprechenden Bezugszeichen in den Figuren 9 bzw. 11. Fig. 14 zeigt die Signalstruktur der Erd-Satellit-Signale und den Inhalt jedes Signalimpulses des Erd-Satellit-Signals in der Anlage von Fig. 13. Zwischen jedem Signalimpuls Erd-Satellit-Signals sind Satellit-Erd-Signale.

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Die Funktionsweise der Anlage von Fig. 13 wird nun anhand von Fig. 14 beschrieben. Die Antennen 1-1 bis 1-N und 1-1' bis 1-N¹ unterteilen die N Versorgungsgebiete in vier Gruppen, von denen jede Gruppe L-, L₃-L₁, L₃ ^-L₂ ^^zw· ^N~^L3 Versorungsgebiete umfaßt, wobei gilt N > L₃ > L- > L₁. Die Polarisation der Erd-Satellit-Signale ist unterschiedlich zwischen nebeneinander liegenden Erdstationen, und die polarisierten Signale jeder Erdstation sind vertikal polarisierte Wellen für zwei Gruppen der Antennen in der Satellitenstation sowie zwei horizontal polarisierte Wellen für die anderen beiden Gruppen der Antennen in den Satellitenstationen. Die Signalimpulse der Erd-Satellit-Signale von jeder Erdstation werden von den Antennen 1-1 bis 1-N und 1-1' und 1-N¹ empfangen, deren Ausgangssignale an die Leistungskombinatoren 7 durch die rauscharmen Verstärker 3 angelegt werden. Der Ausgang des Kombinators ist das Zeitsequenzsignal, wie es in Fig. gezeigt ist. In diesem Fall werden die Punktstrahlen desselben Versorgungsgebiets gleichphasig kombiniert, so daß die Zuverlässigkeit der Anlage wiederum verbessert wird. Die Ausgangssignale der Kombinatoren 7 werden an den Frequenzübersetzer-Verstärker angelegt, dessen Ausgangssignale an die ümschaltverstärkerschaltung angelegt werden, die aus den Leistungs-Teilungsschaltungen 8, den variablen Phasenschiebern 5, den Leistungsverstärkern und den Richtungskopplern 9 mit 2n Anschlüssen besteht. Daher werden die Signalimpulse des Satellit-Erd-Signals an jeden Bestimmungsort auf der Erde gerichtet. Von den vier Richtungskopplern sind die Ausgänge von zwei Richtungskopplern vertikal polarisiert und die Ausgänge von den anderen beiden Richtungskopplern horizontal polarisiert. Der Polarisationsmultiplexer 11 verarbeitet die beiden Ausgangssignale und überträgt das im Multiplexer verarbeitete Signal über die Sendeantennen 2-1 bis 2-N und 2-1 ' bis 2-N¹ zur Erde. Die Umschalt-Steuereinheit 10 steuert alle Phasenschieber 5 und steuert die Größe der Phasenverschiebung in den Phasenschiebern derart, daß die ankommenden Signalimpulse der Teilerschaltung 8 auf die Ausgänge der Richtungskoppler 9 entsprechend dem Bestimmungsort jedes Signalimpulses verteilt werden. In diesem Fall sei angenommen, daß die Ausgangssignale von zwei Richtungskopplern an eine Antenne durch einen Polarisationsmultiplexer 11 angekoppelt sind. Wenn die Erd-Satellit-

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Signale von jeder Erdstation mit der Umschaltung in der Satellitenrelaisanlage synchronisiert sind, werden die in Fig. 14 gezeigten Satellit-Erd-Signale für jeden Bestimmungsort auf der
Erde geliefert.

Obwohl ein einziger Strahl in jedem System die Erdstation in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen abtastet, kann die Kapazität der Nachrichtenübertragung der Satellitenrelaisanlage dadurch vergrößert werden, daß eine Vielzahl von Sendepunktstrahlen und eine Vielzahl von Empfangspunktstrahlen vorgesehen werden,
die gleichzeitig arbeiten. In diesem Fall wird vorzugsweise eine vertikal polarisierte Welle gleichzeitig mit einer horizontal polarisierten Welle übertragen oder empfangen. Ferner ist angenommen, daß jede Erdstation nicht von zwei Strahlen gleichzeitig
abgedeckt wird.

Fig. 15 zeigt ein Beispiel für die Abtastung mit mehreren Punktstrahlen, die vorstehend erwähnt wurde. In Fig. 15 zeigt die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse den Bestimmungsort. Der erste Strahl deckt die Erdstationen Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 in dieser Reihenfolge ab (Fig. 15), und der zweite
Strahl tastet die Erdstationen Nr. 3, Nr. 4, Nr. 1 und Nr. 2 in
dieser Reihenfolge ab. Folglich werden die Erdstationen Nr. 1
und Nr. 3 sowie die Erdstationen Nr. 2 und Nr. 4 gleichzeitig abgetastet, so daß die Nachrichtenübertragungskapazität der Satellitenrelaisanlage verdoppelt wird.

Aus der vorhergehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Satellitenrelaisanlage ist ersichtlich, daß
mehrstrahlige Antennen verwendet werden, daß die Erdsatellitsignale von den Stationen lediglich über die Signalniveaus miteinander kombiniert werden, und daß die Satellit-Erd-Signale an die Erdstationen durch Strahlabtastung verarbeitet werden, so daß
eine Umschaltung zwischen den Erdstationen möglich ist. Folglich kann eine Punktstrahlantenne mit hoher Verstärkung verwendet werden, und eine Hochleistungsübertragung von der Satellitenstation wird durch die Leistungskombinatoren ermöglicht. Auch kann die

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Übertragungskapazität dadurch erhöht werden, daß mehrere Abtaststrahlen gleichzeitig verwendet werden. Wenn der zweite Strahl und dessen Anlage als Reserveanlage verwendet wird, wird die Zuverlässigkeit der Satellitenrelaisanlage erheblich vergrößert.

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-S.A-

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE
KLAUS D. KIRSCHNER WOLFGANG GROSSE

DIPL.-PHYSIKER

^D1PLHNGEN'^EUR2908031

Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation Tokyo/ Japan

HERZOG-WILHELM-STR. 17 D-8 MÜNCHEN 2

IHRZEICHEN:
VOUR REFERENCE:

UNSERZEICHEN: y 34OO K/UK

OUR REFERENCE:

DATUM: 1 · März 1979

Satellitenrelaisanlage

Patentansprüche
1.1 Satellitenrelaisanlage, gekennzeichnet durch

(a) eine Leistungs-Teilungsschaltung (8) mit einem einzigen Eingang und η Ausgängen, wobei η eine ganze Zahl ist, um die Eingangsleistung gleichmäßig auf jeden der Ausgangsanschlüsse zu verteilen, wobei das Eingangssignal an dem Eingangsanschluß ein TDMA-Signal mit einer Vielzahl von sich nicht überlappenden, je einer Erdstation zugeordneten Signalimpulsen ist,

(b) η Phasenschiebern (5), von denen jeder mit dem entsprechenden Ausgang der Teilungsschaltung (8) verbunden ist,

(c) η Leistungsverstärkern (6), die an die entsprechenden Ausgänge der Phasenschieber (5) angeschlossen sind, Cd) einen Richtungskoppler (9) mit 2n Anschlüssen, d.h. η Eingängen und η Ausgängen, wobei jeder Eingang mit dem Ausgang des entsprechenden Leistungsverstärkers verbunden ist und der Richtungskoppler (9} eine Vielzahl Kopplungsglieder zwischen den Eingangsanschlüssen und den Äusgangsanschlüssen aufweist, so daß die Eingangsleistung an einem beliebigen Eingang gleichmäßig auf alle Ausgänge verteilt wird,
(e) η übertragungsantennen (A), die jeweils mit dem entsprechen-

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den Ausgang des Richtungskopplers (9) verbunden sind, wobei jede Antenne einen engen Punktstrahl umfaßt, der eine einzige Erdstation abdeckt, und

(f) eine Phasenschieber-Steuereinheit (10) zur Steuerung der Phasenschieber derart, daß jeder Signalimpuls in dem TDMA-Signal mit der entsprechenden Antenne auf der Basis einer Zeitaufteilung durch den Richtungskoppler (9) verbunden ist, wobei die Steuerung der Phasenschieber synchron mit den Signalimpulsen durchgeführt wird.
2. Satellitenrelaisanlage nach Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch

(g) η Empfangsantennen, die jeweils einen engen Punktstrahl umfassen, der eine einzige Erdstation abdeckt,

(h) η Verstärker (3), die jeweils an die entsprechende Empfangsantenne angeschlossen sind,

(i) einen Leistungs-Kombinator (7) zum Kombinieren aller Ausgänge des Verstärkers (3),

(k) einen Frequenzmischer (4, 4a, 4b), um die Frequenz des Kombinators (7) umzusetzen und ein umgesetztes Signal an den Eingang der Teilerschaltung (8) zu liefern.
3. Satellitenrelaisanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antennenmultiplexer (2) vorgesehen ist, um die Antennen in doppelter Ausnutzung als Sendeantennen und als Empfangsantennen zu verwenden.
4. Satellitenrelaisanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Reflexionsspiegel gemeinsam für eine Antenne vorgesehen ist.
5. Satellitenrelaisanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungskoppler (9) η 90°-Hybridschaltungen aufweist.
6. Satellitenrelaisanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die η Sendeantennen einer vertikal polarisierten Welle und einer horizontal polarisierten Welle zugeordnet sind,

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und daß diese beiden Wellen so eingesetzt werden, daß sie eine bestimmte Erdstation nicht zur gleichen Zeit abdecken.

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