DE3202656A1

DE3202656A1 - Satelliten-relaisstation

Info

Publication number: DE3202656A1
Application number: DE19823202656
Authority: DE
Inventors: Yasuo Mitaka Hirata; Yukio Yokohama Nakagome; Akira Machida Ogawa; Toshio Tokyo Takahashi
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1981-01-29
Filing date: 1982-01-28
Publication date: 1982-08-12
Also published as: US4456988A; DE3202656C2

Description

SATELLITEN-RELAISSTATION

Die Erfindung betrifft eine Satelliten-Relaisstation für Satelliten-Nachrichtenverbindungen, insbesondere eine Satelliten-Relaisstation, die für die Verwendung in einem digitalen Satelliten-Nachrichtenverbindungs-System geeignet ist, welches die Vielfachzugriff-im-Zeitmultiplextechnik (TDMA) oder die Vielfachzugriff -im-Frequenzmultiplextechnik (FDMA) verwendet.

Das am meisten übliche traditionelle System für Satelliten-Nachrichtenverbindungen ist ein FDMA-FM-FDMA-System. Um aber der ansteigenden Zahl von Erdstationen in dem System und der Verbindungen zu begegnen, ist die Einführung von digitalen Satelliten-Nachrichtenverbindungs-Systemen studiert worden, die einen höheren Wirkungsgrad und eine größere Kapazität besitzen und die in der Lage sind, den Verkehrsänderungen flexibel zu folgen. Infolgedessen ist bereits ein System praktisch erprobt worden, das Satelliten-geschaltetes TDMA (SS/TDMA) genannt wird, in dem ein mehrfach scharf bündelnder Satellit und die TDMA-Techniken kombiniert werden, ein dynamischer Schalter auf dem Satelliten vorgesehen ist und die Richtstrahlen mit hoher Geschwindigkeit synchron mit den TDMA-Rahmen geschaltet werden. In dem üblichen System ist es für jede Erdstation notwendig, die Übertragungs-Zeitsteuerung ihrer Signale zu kontrollieren, um sie mit der Schaltungs-Zeitsteuerung der dynamischen Schaltermatrix zu synchronisieren, die an Bord des Satelliten vorgesehen ist. Um dies durchzuführen, benötigt die Erdstation ein Anfangs-Synchrordsiergerät und eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Synchronisation der Zeitsteuerung.

Im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik ist es Ziel der Erfindung, eine Satelliten-Relaisstation zu schaffen, die mit einer einfachen Synchronisationsfunktion ausgerüstet ist.

Gemäß der Erfindung ist eine Satelliten-Relaisstation für digitale Satelliten-Nachrichtenverbindungen vorgesehen, die mit wenigstens Empfangsantennen, Empfänger, einer Signalverarbeitungs-

schaltung zum Umschalten von von mehreren Erdstationen gesendeten Signalen oder zum Kombinieren oder Umwandeln bzw. Umformen der Signale, mit Sendern und Sendeantennen, ausgerüstet ist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Empfangs-Zeitsteuerdetektor für die Messung der Rahmen-Zeitsteuerung (frame timing) jedes Signals, durch eine Signal-Speicherschaltung zwischen einem der Empfänger und der Signalverarbeitungsschaltung zur Speicherung des Signals auf einen gewünschten Betrag, durch einen Taktgenerator zur Erzeugung der Zeitsteuerung für die Signalverarbeitung und durch eine Steuervorrichtung für die Steuerung der Speicheroperation der Signal-Speicherschaltung, so daß die Rahmen-Zeitsteuerung (frame timing) die Zeitsteuerung für die Signalverarbeitung eine gewünschte Beziehung aufweisen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Zeitmultiplex-Verbindungs-Systems, das gemäß der Erfindung angewendet wird,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Operation des in Fig. 1 gezeigten Zeitmultiplex-Nachrichtenverbindungssystems,

Fig. 3 Blockschaltbilder von Ausführungsbeispielen der Er-

^{bis 6} findung,

Fig. 7 eine Darstellung des Konzeptes eines Satelliten-Nachrichtenübertragungssystems, auf das die Erfindung anwendbar ist,

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 7 gezeigten Satelliten-Nachrichtenübertragungssystems, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel der Anordnung einer Satelliten-Relaisstation, wie sie in dem obengenannten SS/TDMA-System verwendet wird. Dieses Beispiel wird zuerst beschrieben, um die Erfindung verständlich zu machen. In Fig. 1 bezeichnen

die Bezugszeichen 1A, 1B und 1C Empfangsantennen. 2A, 2B und 2C bezeichnen Empfänger, die jeweils zu den Empfangsantennen 1A, 1B und 1C gehören. 3A, 3B und 3C sind Sender. 4A, 4B und 4C bezeichnen Sendeantennen, die jeweils den Sendern 3A, 3B und 3C zugehören. 5 bezeichnet eine dynamische Schaltmatrix zum Schalten der Verbindungen zwischen den Empfängern 2A, 2B und 2C und den Sendern 3A, 3B und 3C. 6 zeigt eine Schalter-Steuerschaltung für die Steuerung der Schaltoperation der dynamischen Schaltmatrix 5. Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels der Schaltoperation der dynamischen Schaltmatrix, wobei die Abszisse die Zeit t darstellt.

Allgemein ist in dem SS/TDMA-System das Zeitintervall entsprechend der TDMA-Rahmenlänge auf dem Satelliten in beispielsweise eine Mehrzahl von Perioden ΖΛ , V2 und "Γ3 aufgeteilt, wie es in Fig. gezeigt ist. In der Periode "£Ί wird ein Eingangssignal von der Empfangsantenne 1A mit der Sendeantenne 4A verbunden, und es werden Eingangssignale von den Empfangsantennen 1B und 1C mit den Sendeantennen 4C bzw. 4B verbunden. In der Periode 2 werden die Eingangssignale von den Empfangsantennen 1A, 1B und 1C mit den Sendeantennen 4B, 4A bzw. 4C verbunden. In der Periode T3 werden Eingangssignale von den Empfangsantennen 1A, 1B und 1C mit den Sendeantennen 4C, 4B bzw. 4A verbunden. Infolgedessen werden im Falle einer in einem Richtstrahl-Überdeckungsbereich der Empfangsantenne 1A liegenden Erdstation die Information für eine in dem Richtstrahl-Überdeckungsbereich der Sendeantenne 4A liegende Erdstation, die Information für eine in dem Richtstrahl-Übordeckungsbereich der Sendeantenne 4B liegende Erdstation und die Information für eine in dem Richtstrahl-Überdeckungsbereich der Sendeantenne 4C liegende Erdstation in den Perioden ΐΛ , t2 bzw. Ϊ3 übertragen/ wodurch es möglich ist, ein Nachrichten-Verbindungsglied zwischen der Erdstation in einem Richtstrahlüberdeckungsbereich und den Erdstationen in den Richtstrahlüberdeckungsbereich der jeweiligen Sendeantenne aufzubauen. Diese Schaltoperation wird durch die dynamische Schaltmatrix 5 durchgeführt, und zwar unter der Steuerung der Schalter-Steuerschaltung 6. Wichtig ist hier, daß die TDMA-Rahmen-Zeitsteuerung und die Schaltsteuerung der dynamischen Schaltmatrix 5 vollständig

miteinander synchronisiert sein müssen. Für diese Synchronisation wird eine der folgenden beiden Verfahren angewendet.

(1) Da ein von jeder Erdstation gesendetes Signal wenigstens einmal für jeden Rahmen bei der gleichen Zeitsteuerung dahin zurückgeschleift wird,mißt die Erdstation diese Zeitsteuerung, um dadurch unabhängig die Synchronisation zu erreichen, und

(2) nachdem eine Bezugsstation die Synchronisation durch das Verfahren (1) hergestellt hat, stellen alle anderen Erdstationen die Synchronisation her, und zwar durch Nachführen ihrer Impulsbündel zu einem von der Bezugsstation gesendeten Bezugs-Impulsbündel.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Satelliten-Relaisstation gemäß der Erfindung. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 Empfangsantennen· 2 sind Empfänger. Mit 3 sind Sender bezeichnet. 4 sind Sendeantennen. Mit 5 ist eine dynamische Schaltmatrix bezeichnet, während 6 eine Schalt-Steuerschaltung bezeichnet. Diese Komponenten sind in ihrer Funktion identisch mit derjenigen, die vorstehend in bezug auf Fig. 1 beschrieben worden ist. Die mit 7, 8 und 9 bezeichneten Komponenten sind gemäß der Erfindung vorgesehen. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Signal-Speicherschaltung. 8 bezeichnet eine Speicher-Steuerschaltung, während 9 einen Rahmen-Zeitsteuer-Detektor bezeichnet. Ein von jeder Erdstation gesendetes TDMA-Signal wird von dem Empfänger 2 über die Empfangsantenne 1 empfangen und dann der Signal-Speicherschaltung 7 zugeführt. Gleichzeitig wird das empfangene Signal dem Rahmen-Zeitsteuer-Detektor 9 zugeführt, in welchem die Rahmen-Start-Zeitsteuerung des TDMA-Signals festgestellt wird. In diesem Falle wird ein beispielsweise am Kopf des TDMA-Rahmens positioniertes einzigartiges Wort identifiziert, um die vordere Position des Rahmens (die Rahmen-Start-Zeitsteuerung) festzustellen. In -der Speicher-Steuerschaltung 8 wird das so erhaltene Rahmen-Start-Zeitsteuersignal in der Zeitsteuerung mit einem Schalt-Steuerungssignal verglichen, das durch die Schalt-Steuerschaltung 6 erzeugt ist, das ist ein Zeiitsteuersignal für die Signalverarbeitungs-Arbeitsweise in der dynamischen Schaltmatrix 5. Die Speicherung oder Zeitspeicherung der Signal-Speicherschaltung 7 wird so gesteuert, daß die oben er-

wähnten beiden Zeitsteuersignale am Eingang der dynamischen Schaltmatrix 5 zusammenfallen.

Die Signal-Speicherschaltung 7 kann durch ein Verzögerungsglied mit einer elastischen Oberflächenwelle oder dergleichen gebildet sein. Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf eine Satelliten-Relaisstation solcher Ausbildung , daß der Empfänger 2 und der Sender 3 eine Frequenzwandlungsfunktion haben, um ihre Richtstrahlen bei der Zwischenfrequenz zu schalten.

Die Erfindung ist auch anwendbar auf eine Satelliten-Relaisstation mit einer regenerativen Wiederholungsfunktion. Ein Beispiel der in diesem Falle verwendeten Anordnung ist als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. 4 gezeigt. In FIg. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 10 Dem-odulatoren, von denen jeder das empfangene Signal in ein Modulationsfrequenzbandsignal demoduliert. 11 bezeichnet Modulatoren, von denen jeder das Modulationsfrequenzbandsignal in ein Hochfrequenzsignal vorbestimmter Leistung moduliert. 12 bezeichnet eine Trägerversorgungsschaltung, während 13 eine Modulationsfrequenzband-Schaltmatrix bezeichnet, die eine Schaltoperation ausführt, die theoretisch identisch mit der dynamischen Schaltmatrix 5 ist, die/dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 verwendet ist. Die anderen Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Komponenten, wie sie auch in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 verwendet sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Signal-Speicherschaltung 7 durch ein Verzögerungsglied, wie ein CCD oder einen digitalen IC-Speicher dargestellt, und es kann für die Messung bzw. Feststellung des einzigartigen Wortes durch einen Empfangs-Zeitsteuer-Detektor 9 ein übliches Korrelationsverfahren oder eine ähnliche konventionelle Technik angewendet werden. Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispieüs ist im Prinzip identisch mit der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3. Deshalb soll eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt werden.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel· vorliegender Erfindung, und zwar ein Beispiel der Satelliten-Relaisstation-Anordnung in einem Falle, in welchem die vorliegende Erfindung auf das System des Vielfachzugriffs im Frequenzmultiplex (FDMA) angewendet ist. Den Erdstationen sind getrennte Frequenzen für die Signalübertragung individuell zugeteilt, jedoch werden in dem üblichen FDMA-System Vielfachsignale an der Erdstation zeitlich mehrfach ausgenutzt, um die Anzahl der zu übertragenden Träger zu verringern. Infolgedessen ist es für jede Erdstation erforderlich, Träger entsprechend der gleichen Anzahl von Fehlpunkten zu übertragen.

Dieses Ausführungsbeispiel ist dazu bestimmt, die Empfangseinrichtung der Erdstation zu vereinfachen, und zwar durch Umschalten des mehrfach ausgenutzten Signals auf dem Satelliten, um die Anzahl der durch die Erdstation zu empfangenen Träger zu verringern, in Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Demultiplexer, während 15 einen Multiplexer bezeichnet. Die anderen Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Komponenten wie diejenigen, die in dem ersten und in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet worden sind. FDMA-Signale der Träger f₁ bis f , die von entsprechenden Erdstationen gesendet werden, werden durch den Empfänger 2 verstärkt und dem Demultiplexer 14 zugeführt, in welchem sie durch Bandpaßfilter entsprechend den Trägern f.. bis f verzweigt werden, worauf jeder Ausgang dem Demodulator 10 zugeführt wird. Jedes so demodulierte Modulationsfrequenzbandsignal wird der Modulationsfrequenzband-Schaltmatrix 13 zugeführt, in welcher die Modulationsfrequenzbandanordnung reorganisiert wird, so daß die Information für die gleiche Erdstation zu einem Signal des gleichen Modulationsfrequenzbandes wird. Danach werden die jeweiligen Ausgänge der individuellen'.Scha ltmatrix 13 durch die Modulatoren 11 moduliert, um Signale mit vorbestimmten Frequenzen f^, bis f_n, zu erzeugen, und sie werden dann durch den Multiplexer 15 auf der Frequenzbasis gemu1tipiext, worauf sie über die einzelne Sendeantenne 5 zu den Erdstationen übertragen werden. Infolgedessen ist es für jede Erdstation ausreichend, den einen der Träger f₁, bis f , zu empfangen, welcher die zu der Erdstation gerichtete Information enthält.

Für eine solche Reorganisation des gemultiplexten Signals ist es erforderlich, daß die jeweiligen Modulationsfrequenzbandsignale am Eingang der Modulationsfrequenzband-Schaltmatrix 13 in der Rahmenzeitsteuerung miteinander zusammenfallen. Dies kann gemäß der Erfindung erreicht werden durch die Signal-Speicherschaltung 7, den Empfangs-Zeitsteuer-Detektor 9 und die Speicher-Steuerschaltung 8.

Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführung der Erfindung in Anwendung auf eine Satelliten-Relaisstation, die dazu bestimmt ist, nicht nur die Zeitmultiplex-Operation, sondern auch die Umwandlung der Signal-Übertragungsgeschwindigkeit auszuführen.

Das TDMA-System besitzt den Vorteil von (1) verringerter Anzahl von zu übertragenden und zu empfangenen Signalen und (2) einer Flexibilität in der Operation, die eine Änderung der verwendeten Schaltung ermöglicht, jedoch hat es auch einen Nachteil insoweit, daß jede· Erdstation wegen der so hohen Signal-übertragungsgeschwindigkeit bzw. Signal-Übertragungsrate einen Hochleistungssender/Γ'Andererseits hat ein SCPC (ein Einzelkanal pro Träger)-System, in welchem verschiedene Träger individuellen Kanälen zugeteilt sind, den Vorteil einer kleinen Übertragungsleistung, obwohl es insofern nachteilig ist, als die Anzahl der zu übertragenden Signale groß ist. Infolgedessen ist es übliche Praxis, das TDMA-System für eine Nachrichtenverbindungsschaltun<T großer Kapazität zu verwenden und das SCPC-Hystem für eine N.ichrichtenübertragungsschaltung kleiner Kapazität zu verwenden, und es sind in einem Satelliten-Nachrichtungsübertragungssystem beide in Kombination verwendet.

In Übereinstimmung mit dieser Ausführung wird eine Einrichtung ähnlich der vorgenannten Schaltmatrix auf einen Satelliten eingegeben, wodurch die von mehreren Erdstationen gesendeten fortlaufenden Signale einer Geschwindigkeitsumwandlung unterworfen werden und zeitlich gemultiplext werden, wodurch eine Mehrzahl von Niedergeschwindigkeitssignalen in eine Reihe von Hochgeschwindigkeitssignalen umgewandelt werden, die zur Erde zurückgesendet werden. Sie ermöglicht eine Einsparung der

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Ausrüstung für die Erdstation.

In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 16 eine Geschwindigkeitsumwandlungs- und Zeitmultiplex-Schaltung. Eine Mehrzahl von Signalen, die empfangen und in gleicher Weise wie gemäß Fig. 5 demoduliert werden, werden durch die Geschwindigkeitsumwandlungs- und Zeitmultiplox-Schaltung 16 in ein serielles Hochgeschwindigkeitssignal umgewandelt, das über die Sendeantenne 4 nach der Modulation zur Erdstation gesendet wird. In diesem Falle ist es auch erforderlich, daß die Rahmen-Phasen der jeweiligen Modulationsfrequenzband-Signale am Eingang der Geschwindigkeitsumwandlungs- und Zeitmultiplex-Schaltung 16 synchronisiert werden. Die Rahmen-Synchronisation kann ausgeführt werden durch den wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung, die die Signal-Speicherschaltung 7, die Speicher-Steuerschaltung 8 und den Empfangs-Zeitsteuer-Detektor 9 umfaßt. In der Anordnung nach dieser Ausführung können die Geschwindigkeitsumwandlungs- und Zeitmultiplexschaltung 16, die Signal-Speicherschaltung 7, die Speicher-Steuerschaltung 8 und der Empfangs-Zeitsteuer-Detektor 9 miteinander als Einheitsstruktur ausgebildet sein.

Vorstehend sind einige Ausführungen der Erfindung beschrieben worden. Im folgenden soll die Signalspeicherung der Signal-Speicherschaltung 7 und ihrer Steuerung, die allen vorher beschriebenen Beispielen gemeinsam sind, beschrieben werden.

Es wird angenommen, daß ein Nicht-Zusammenfallen zwischen der Rahmen-Zeitsteuerung des von jeder Erdstation gesendeten digitalen Signals und der Schalt-Zeitsteuerung der Schaltmatrix auf dem Satelliten aus folgenden Quellen auftritt.

(1) Ein Nichtzusammenfallen mit fester Phase zwischen der Rahmen-Zeitsteuerung des digitalen Signals und der Schalt-Zeitsteuerung der Schaltmatrix, was dadurch bewirkt wird, daß die Erdstation die Rahmen-Start-Zeitsteuerung des digitalen Signals nicht steuert;

(2) periodische Zeitsteuer-Änderungen, die Änderungen in der Position des Satelliten relativ zur Erde begleiten (was von der Satelliten-Stations-Haltetechnik für die Haltung

an seiner stationären Position abhängt);

(3) ein Gleiten der Zeitsteuerung zwischen einem Bezugsoszillator der Erdstation für die Erzeugung des digitalen Signals und einem Bezugsoszillator des Satelliten für die Erzeugung der Schaltmatrix-Schalt-Zeitsteuerung aufgrund der unabhängigen Operation beider Bezugsoszillatoren.

Es seien die Schalt-Periode der Schaltmatrix, die Rahmenlänge des digitalen Signals und der Maximalwert der periodischen Zeitsteuerung-Änderungen durch die Ursache (2) durch T , T^ bzw. T, see. dargestellt, und es sei angenommen, daß T und T_f gleich sind, so ist die für die Signal-Speicherschaltung erforderliche Signal-Speicherung im Hinblick auf die oben genannten Gründe der Informationsbetrag entsprechend (T_£ + Tj see. Wenn beispielsweise T = T, = 2 msec; T, ■= 0,5 msec, und die Übertragungsrate des digitalen Signals 60 Megabits/sec. sind, ist die in Form von Bits ausgedrückte Signalspeicherung (2+0,5) χ 10~³ χ 60 X 10⁶ = 150 χ 10³ Bits.

Der Schlupf oder das Gleiten zwischen der Rahmen-Zeitsteuerung des digitalen Signals und der Schalt-Zeitsteuerung der Schaltmatrix, was, wie oben unter (3) erwähnt, von der Verwendung unabhängiger Bezugsoszillatoren herrührt, wird gesteuert, um die beiden ZeitSteuerungen miteinander zu vergleichen durch Löschen oder Wiederholen des digitalen Signals in Einheiten von Rahmen zu der Zeit, wenn die Wechselbeziehung zwischen der Phase des Rahmens des digitalen Signals und der Phase der Schalt-Zeitsteuerung der Schaltmatrix einen voreingestellten Schwellwert überschreitet.

Wie vorher beschrieben, kann durch Hinzufügen einer einfachen Schaltung zu der Satelliten-Relaisschaltung gemäß der Erfindung eine Differenz in der Rahmen-Zeitsteuerung zwischen von den Erdstationen gesendeten Signalen auf dem Satelliten kompensiert werden, und es kann die Einrichtung jeder Erdstation wesentlich vereinfacht werden. Infolgedessen hat die vorliegende Erfindung einen weiten Anwendungsbereich, und sie ist von großem industriellen Wert.

Im folgenden wird eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Synchronisationssystem für ein Inter-Satelliten-Verbindungsglied beschrieben.

Einige der oben beschriebenen üblichen Systeme sind TDMA-Systeme, die einen einzigen Nachrichtenverbindungssatelliten verwenden. Für die Verbindung zu einer außerhalb des Sendebereiches eines Nachrichtenübertragungssatelliten liegenden Erdstation ist es kürzlich vorgeschlagen worden, ein InterSatelliten-Verbindungsglied vorzusehen, welches die TDMA-Techniken zwischen dem Nachrichtenverbindungssatelliten und einem anderen Nachrichtenverbindungssatelliten verwendet, der mit einer solchen Erdstation verbindbar ist. In diesem Falle treten neue Probleme auf bezüglich der Synchronisation der TDMA-Rahmen zwischen dem Inter-Satelliten-Verbindungsglied und dem Erdstation-Satelliten-Verbindungsglied. Die Prob leme sind (1) periodische Änderungen in der Weglänge des Inter-Satelliten-Verbindungsgliedes aufgrund der Drift jedes Satelliten, (2) fehlende Synchronisation der TDMA-Rahmen aufgrund von Operationen des Satelliten auf unabhängigen eigenen Taktgebern und (3) Nichtzusammenfallen von TDMA-Rahmen-Zeitsteuerung zwischen den beiden Systemen aufgrund eines unbekannten Wertes des Inter-Satelliten-Abstandes. Bisher sind keine zufriedenstellende Lösungen für diese technischen Probleme vorgeschlagen worden.

Im Hinblick auf die obengenannten technischen Probleme ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar auf ein Synchronisationssystem für ein Inter-Satelliten-Verbindungsglied, welches die Synchronisation zwischen dem Inter-Satelliten-Verbindungsglied und einem Erde-Zu-Satelliten-Bindeglied durch die zusätzliche Anordnung einer einfachen Ausrüstung auf der Satelliten-Relaisstation ermöglicht.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, welche das Konzept des Satelliten-Nachrichtenübertragungssystemimit einem InterSatelliten-Verbindungsglied darstellt, bei welchem die vorliegende Erfindung angewendet wird. In Fig. 7 bezeichnen die Bezugszeichen S. und S₂ Nachrichtungcnverbindungssatelliten

die je drei scliarf bündelnde Antennen A, B und C besitzen. 107 bis 112 bezeichnen Erdstationen. 113 bezeichnet ein Inter-Satelliten-Verbindungsglied für die Verbindung der Nachrichtenverbindungssatelliten S₁ und S^· Dies ist ein System, in welchem die Nachrichtenverbindungssatelliten S₁ und S₂ auf unabhängigen Taktgebern durch das SS/TDMA-System betätigt werden, wie es vorher in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben ist, und es ist das Inter-Satelliten-Verbindungsglied 13, welches die TDMA-Techniken verwendet, für die Verbindung der Nachrichtenverbindungssatelliten S₁ und S„ hinzugefügt.

Dieses Nachrichtenübertragungssystem umfaßt auch solche Probleme, wie sie vorher erwähnt sind, nämlich (1) periodische Änderungen in der Weglänge des Inter-Satelliten-Verbindungsgliedes 113 aufgrund der Drift der Nachrichtenverbindungssatelliten S₁ und S„, (2) fehlende Synchronisation der TDMA-Rahmen aufgrund von Operationen der Nachrichtenverbindungssatelliten S₁ und S« auf unabhängigen eigenen Taktgebern und (3) Nichtzusammenfallen der TDMA-Rahmen-Zeitsteuerung zwischen beiden SS/TDMA-Systeinen wegen eines unbekannten Wertes des Abstandes zwischen den Nachrichtenverbindungssatelliten S₁ und S₂- Ihre Zeit-Wechselbeziehungen sind so, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind.

Fig. 8 zeigt Zeitablaufdiagramme der jeweiligen TDMA-Rahmen an Empfangspunkten auf dem Nachrichtenübertragungssatelliten S₁- In Fig. 8 ist das Bezugszeichen 114 ein TDMA-Signal von der Richtstrahlantenne A. 115 ist ein TDMA-Signal von der Richtstrahlantenne B. 116 ist ein TDMA-Signal von der Richtstrahlantenne C. 117 ist ein TDMA-Signal von dem Inter-Satelliton-Verbindungsglied 113. T ist die TDMA-Rahmenlänge. 118 ist ein Bezugs-Impulsbündel des TDMA-Signals 117. Bezugszeichen t_Q und t₂ sind TDMA-Rahmen-Start-Zeitsteuerungen der TDMA-Signale 114, 115 und 116; sie sind auch die Schalt-Zeitsteuerungen der dynamischen Schaltmatrix, und es werden die TDMA-Signale 114, 115 und 116 vollständig miteinander synchronisiert. Andererseits sind t.. und t_ TDMA-Rahmen-Start-Zeitsteuerungen des Inter-Satelliten-Verbindungsgliedes, und sie sind nicht mit

den Schalt-Zeitsteuerungen t„ und t_ der dynamischen Schaltmatrix 5 synchronisiert. Dies erfolgt aus den oben erwähnten Gründen (1) bis (3), und ihr Einfluß erscheint als eine Zeitdifferenz zwischen t_Q und t. (was auch als eine Zeitdifferenz zwischen t^ und t~ ausgedrückt werden kann), es ändert sich diese Zeitdifferenz augenblicklich.

Die vorliegende Erfindung besitzt ihr Merkmal in der Kompensation der obengenannten Zeitdifferenz, um hierdurch eine Synchronisation zwischen der TDMA-Rahmen-Zeitsteuerung jedes Richtstrahles und dem Inter-Satelliten-Verbindungsglied und der Schaltzeitsteuerung der dynamischen Schaltmatrix 5 zu erreichen.

Fig. 9 zeigt beispielsweise eine Satelliten-Relaisstation, welche die Erfindung enthält. In Fig. 9 bezeichnen die Bezugszeichen 121 bis 123 Erd-Richtstrahl-Empfangsantennen. 124 ist eine Empfangsantenne für ein Inter-Satelliten-Verbindungsglied. 131 bis 134 bezeichnen Empfänger. 141 bis 144 bezeichnen Sender. 151 bis 153 stellen Erd-Richtstrahl-Sendeantennen dar. ist eine Sendeantenne für das Inter-Satelliten-Verbindungsglied. 161 bezeichnet eine dynamische Schaltmatrix, während 162 eine Schalt-Steuerschaltung bezeichnet. Diese Komponenten sind grundsätzlich identisch mit den vorher in Verbindung mit Fig.1 beschriebenen Komponenten. Die Bezugszeichen 163 bis 165 sind Komponenten, die gemäß der Erfindung vorgesehen sind: 163 ist eine Verzögerungsschaltung, die durch eine Verzögerungsleitung mit elastischer Oberflächenwelle gebildet ist, wenn ein zu verzögerndes Signal eine Mikrowelle oder eine Grenzfrequenzwelle ist. Die Verzögerungsschaltung- wird gebildet durch ein CCD (Ladungsverschiebe-Element) im Falle eines demodulierten Signals. 164 ist eire Verzögerungs-Steuerschaltung. 165 ist ein Rahmen-Zeitsteuer-Detektor, welcher die Verzögerungs-Meßtechniken verwendet.

Die Cypcration der Anordnung wird im folgenden im einzelnen mit Hilfe der Fig. 8 und 9 beschrieben.

Ein TDMA-Signal von einem anderen Satelliten wird durch die

32Q2656-^:-"-"

Empfanysantonne 124 für das Inter-Satelliten-Verbindungsglied und den Empfänger 134 empfangen und dann der Verzögerungsschaltung 163 zugeführt. Gleichzeitig wird das empfangene Signal dem Rahmen-Zeitsteuer-Detektor 165 zugeleitet, in welchem die TDMA-Rahmen-Start-Zeitsteuerung t.. durch Messung festgestellt wird, beispielsweise ein einzigartiges Wort, das in der Bezugsimpulsgruppe 118 enthalten ist und am Beginn des TDMA-Rahmens positioniert ist. Die TDMA-Rahmen-Start-Zeitsteuerung t₁ , die so gemessen worden ist, wird der Verzögerungs-Steuerschaltung 164 zugeführt, wo sie mit der Schalt-Zeitsteuerung t„ oder t„ verglichen wird, die durch die Schalt-Steuerschaltung 162 geschaffen ist, die als Bezugs-Zeitsteuergenerator zur Erzeugung der Bezugszeitsteuerung des Satelliten dient.

Ferner wird die Verzögerung der Verzögerungsschaltung 163 durch die Verzögerungs-Steuerschaltung 165 kontrolliert, so daß die TDMA-Rahmen-Start-Zeitsteuerung t.. mit der Schalt-Zeitsteuerung t~ am Ausgang der Verzögerungsschaltung 163 zusammenfällt, das ist am Eingang der dynamischen Schaltmatrix 161.

Es erfolgt nun eine Beschreibung des Gesamtwertes der Verzögerung, die in der Verzögerungsschaltung 163 erforderlich ist und eine Beschreibung eines Verfahrens zu deren Steuerung.

Da die Änderungen in der Weglänge aufgrund der Drift des Satelliten periodisch sind, ist es ausreichend, die Verzögerung entsprechend der periodischen Änderung vorzusehen. Dies hängt von der Satellitenstation-Haltetechnik ab. Da zusätzlich die Nichtübereinstimmung in der Rahmen-Zeitsteuerung, die sich auf den absoluten Wert des Inter-Satelliten-Abstandes bezieht, in Form einer im wesentlichen konstanten Phasendifferenz auftritt, kann die vorzusehende Verzögerung die maximale TDMA-Rahmeηlänge T sein. Infolgedessen können durch Herstellen der Summe der TDMA-Rahmenlänge T und der Weglängenänderung als die Verzögerung und durch ihre richtige Steuerung die vorgenannten Probleme (1) und (3) vollständig erledigt werden. Ferner bewirkt eine Differenz in dem Bezugstaktgeber zwischen den Satelliten (eine Frequenzdifferenz) die Zeitdifferenz zwischen der TDMA-Rahmen-Zeitsteuerung des

IS

-V6-

Inter-Satelliten-Verbindungsgliedes und der Schalt-Zeitsteuerung mit der Zeit entweder in Plusrichtung oder in Minusrichtung zuzunehmen. Im Falle daß die Differenz zwischen der festgestellten TDMA-Rahmen-Zeitsteuerung und der Schalt-Steuerung die Verzögerung der Verzögerungsschaltung 163 überschreitet, wird die Verzögerungs-Steuerschaltung 164 veranlaßt, beispielsweise eine Schlußopejabion für die Auslöschung oder Wiederholung der Information in Einheiten von Rahmen durchzuführen und dadurch den Synchronismus aufrechtzuerhalten. Für die Schlupfoperation in Einheiten von Rahmen ist die Verzögerung in Einheiten von Schlupfmengen entsprechend der einen TDMA-Rahmenlänge T oder ihres Vielfachen präpariert. ;. Wenn beispielsweise eine TDMA-Rahmenlänge 125 \is ist und wenn die Verzögerung dieses Wertes präpariert ist, wenn die Fre-

-11 quenzdifferenz zwischen den Bezugstaktgebern 10 ist. Ein Rahmenschlupf tritt einmal in 72 Tagen auf, und dies bewirkt keine schwerwiegenden Probleme bezüglich der Signalqualität.

Wie vorher beschrieben, kann gemäß der Erfindung die relative Abweichung in der TDMA-Rahmen-Zeitsteuerung, die ein schwerwiegendes Problem in dem SS/TDMA-System einschließlich des Inter-Satelliten-Verbindungsgliedes darstellt, durch Hinzufügen einer einfachen Schaltungsanordnung zu der Satelliten-Relaisstation kompensiert werden. Deshalb ist die vorliegende Erfindung von großer Nützlichkeit.

Während die vorliegende Erfindung oben in Verbindung mit den Beispielen beschrieben worden ist, die drei Erd-Richtstrahlen und ein Inter-Satelliten-Verbindungsglied verwenden, wie es in den Fig. I₁ 8 und 9 gezeigt ist, ist dies lediglich ein Ausführungsbeispiel·· Insbesondere in bezug auf Fig.. 7 ist ausgeführt, daß nur eine Erdstation einen Richtstrahl auffängt, jedoch ist es natürlich auch möglich, daß mehrere Erdstationen einen Richtstrahl auffangen. Dies ist die normale TDMA-Technik. Obwohl die vorliegende Erfindung in bezug auf den Fall beschrieben worden ist, in welchem das Nachrichtenübertragungsverbindungsglied zwischen zw<ii Nach r Ich 1 cn-i!;i I <·1 1 i t on vorqrsehen ist, ist es selbstverständlich, daß auch Nachrichtenübertragungs-Verbindungsglieder in Form eines Sternes oder ei-

-Vf-

nes Netzwerkes zwischen benachbarten Satelliten vorgesehen sein können. Die vorliegende Erfindung ist für jedes Nachrichtenverbindungsglied zwischen zwei Nachrichtensatelliten anwendbar.

Abkürzungsverzeichnis:

FDMA (frequency division multiple access) = Vielfachzugriff im Frequenzmultiplex

TDMA (time division multiple access) = Vielfachzugriff im Zeitmultiplex

SS/TDMA (satellite switched TDMA) .= Satellitengeschaltotcr TDMA

CGD (charge-coupled device) = Ladungsverschiebe-Element

SCPC-System (single channel per carrier) =

System mit einem einzigen Kanal pro Träger

Claims

320265

PATENTANSPRÜCHE

\χ/ Satelliten-Relaisstation für digitale Satelliten-Nachrichtenverbindungen mit wenigstens Empfangsantennen, Empfängern, einer Sxgnalverabeitungsschaltung zum Umschalten von von mehreren Erdstationen gesendeten Signalen oder zum Kombinieren oder Umwandeln bzw. Umformen der Signale, mit Sendern und Sendeantennen, gekennzeichnet durch einen Empfangs-Zeitsteuer-Detektor (9) für die Messung der Rahmen-Zeitsteuerung (frame timing) jedes Signals, durch eine Signal-Speicherschaltung (7) zwischen einem der Empfänger (2) und der Signalverarbeitungsschaltung zur Speicherung des Signals auf einen gewünschten Betrag, durch einen Taktgenerator zur Erzeugung der Zeitsteuerung für die Signalverarbeitung und durch eine Steuervorrichtung (8) für die Steuerung der Speicheroperation der Signal-Speicherschaltung, so daß die Rahmen-Zeitsteuerung (frame timing) und die Zeitsteuerung für die Signalverarbeitung eine gewünschte Beziehung aufweisen.

2, Satelliten-Relaisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem System verwendet ist, in welchem zwei digitale Satelliten-Nachrichtenverbindungssysteme, die durch unabhängige eigene Taktgeber individuoll betätigt wcrdo.n, durch das; Zwischen-Satelliten-Link miteinander verbunden sind.