DE3202656C2 - - Google Patents
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- DE3202656C2 DE3202656C2 DE3202656A DE3202656A DE3202656C2 DE 3202656 C2 DE3202656 C2 DE 3202656C2 DE 3202656 A DE3202656 A DE 3202656A DE 3202656 A DE3202656 A DE 3202656A DE 3202656 C2 DE3202656 C2 DE 3202656C2
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/204—Multiple access
- H04B7/2046—SS-TDMA, TDMA satellite switching
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Relais-Satelliten für digitale
Satelliten-Nachrichtenverbindungen zwischen verschiedenen
Erdstationen, der auch eine Verbindung zu einem weiteren mit
Erdstationen verbindbaren Satelliten aufweist, mit Empfängern
mit zugehörigen Empfangsantennen sowie Sendern mit zugehörigen
Sendeantennen, mit einer Verbindungen zwischen Empfängern
und Sendern herstellenden Schaltmatrix, mit einer Schaltsteuerschaltung
für die Schaltmatrix und eine Synchronisation
ermöglichenden zeitlich steuerbaren Mitteln für die
Steuerung der Signalverarbeitung in der Schaltmatrix.
Es ist ein Relais-Satellit der vorgenannten Art bekannt
(US-PS 40 04 098). Es handelt sich hier um ein System, bei
welchem bei einer Verbindung von einer Erdstation zum zugehörigen
Satelliten ein Kennsignal zum Satelliten und von
diesem zurück zur Erdstation gesendet und hier auf seine
richtige Phasenlage überprüft wird, worauf bei unrichtiger
Phasenlage die Phasenlage der gesendeten Impulse entsprechend verändert
wird. Um eine Synchronisation zwischen den Satelliten aufrechtzuerhalten,
werden von einer besonderen Erd-Bezugsstation
Synchronisationsimpulse zum ersten Satelliten, von
diesem zum zweiten Satelliten und über den ersten Satelliten
wieder zurück zur Erd-Bezugsstation übertragen, wo eine relative
Phasenabweichung gemessen wird und bei Auftreten einer
solchen Differenz mit Hilfe einer besonderen Telemetrieschaltung
eine Steuerung der zeitlich steuerbaren Mittel an
Bord des Satelliten derart bewirkt wird, daß der synchrone
Betrieb wieder hergestellt wird. Dieses bekannte System ist
aufwendig, und es ist für die Messung einer Phasenabweichung
und deren Korrektur eine verhältnismäßig lange Zeit erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Relais-Satelliten
der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei
vergleichsweise einfachem Aufbau eine schnelle Synchronisation
ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1
erreicht.
Hierdurch wird bei geringem Aufwand eine schnelle Synchronisation
ermöglicht. Dabei ist eine besondere Erd-Bezugsstation
nicht erforderlich. Auch ist eine Rückübertragung eines
Synchronisationssignals zur jeweiligen Sendestation nicht
erforderlich. Die Anordnung ist dadurch mit geringem Aufwand
herstellbar und es ist eine sehr schnelle Korrektur eines
Synchronisationsfehlers möglich.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen
beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Relais-Satelliten,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Operation der
in Fig. 1 gezeigten Anordnung,
Fig. 3 bis 6 Blockschaltbilder von Ausführungsbeispielen der Erfindung,
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 eines Relais-Satelliten,
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 1 A, 1 B und 1 C Empfangsantennen. 2 A, 2 B und
2 C Empfänger, die jeweils zu den Empfangsantennen
1 A, 1 B und 1 C gehören. 3 A, 3 B und 3 C sind Sender. 4 A, 4 B und
4 C bezeichnen Sendeantennen, die jeweils den Sendern 3 A, 3 B
und 3 C zugehören. 5 bezeichnet eine dynamische Schaltmatrix
zum Schalten der Verbindungen zwischen den Empfängern 2 A, 2 B
und 2 C und den Sendern 3 A, 3 B und 3 C. 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 τ 1, τ 2 und τ 3 aufgeteilt, wie es
in Fig. 2 gezeigt ist. In der Periode τ 1 wird ein Eingangssignal
von der Empfangsantenne 1 A mit der Sendeantenne 4 A verbunden,
und es werden Eingangssignale von den Empfangsantennen 1 B
und 1 C mit den Sendeantennen 4 C bzw. 4 B verbunden. In der Periode
τ 2 werden die Eingangssignale von den Empfangsantennen 1 A,
1 B und 1 C mit den Sendeantennen 4 B, 4 A bzw. 4 C verbunden. In
der Periode τ 3 werden Eingangssignale von den Empfangsantennen
1 A, 1 B und 1 C mit den Sendeantennen 4 C, 4 B bzw. 4 A verbunden.
Infolgedessen werden im Falle einer in einem Richtstrahl-Überdeckungsbereich
der Empfangsantenne 1 A liegenden Erdstation
die Information für eine in dem Richtstrahl-Überdeckungsbereich
der Sendeantenne 4 A liegende Erdstation, die Information
für eine in dem Richtstrahl-Überdeckungsbereich der Sendeantenne
4 B liegende Erdstation und die Information für eine in
dem Richtstrahl-Überdeckungsbereich der Sendeantenne 4 C liegende
Erdstation in den Perioden τ 1, τ 2 bzw. τ 3 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 Schalt-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.
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 Zeitsteuersignal
für die Signalverarbeitungs-Arbeitsweise in der dynamischen
Schaltmatrix 5. Die Signal-Speicherschaltung
7 wird so gesteuert, daß die oben erwähnten
beiden Zeitsteuersignale am Eingang der dynamischen
Schaltmatrix 5 synchron auftreten.
Die Signal-Speicherschaltung 7 kann durch ein Verzögerungsglied
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 Demodulatoren,
von denen jeder das empfangene Signal in ein Modulationsfrequenzbandsignal
demoduliert. 11 bezeichnet Modulatoren,
von denen jeder das Modulationsfrequenzbandsignal in
ein Hochfrequenzsignal vorbestimmter Frequenz 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 in dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 verwendet ist. Die anderen Bezugszeichen bezeichnen
die gleichen Komponenten, wie sie auch in dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 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 Ausführungsbeispiels 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
muß jede Erdstation Träger entsprechend der
Anzahl von Bestimmungsorten empfangen.
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 empfangenden 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 n , 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 f₁ bis f n 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 Schaltmatrix 13 durch die Modulatoren 11 moduliert,
um Signale mit vorbestimmten Frequenzen f₁ bis f n , zu
erzeugen, und sie werden dann durch den Multiplexer 15 auf
der Frequenzbasis gemultiplext, worauf sie über die einzelne
Sendeantenne 4 zu den Erdstationen übertragen werden. Infolgedessen
ist es für jede Erdstation ausreichend, den einen der
Träger f₁ bis f n , 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 synchron auftreten.
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 empfangenden 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 benötigt. 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
Nachrichtenverbindungsschaltung großer Kapazität zu verwenden
und das SCPC-System für eine Nachrichtenübertragungsschaltung
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
unterworden 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
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 Zeitmultiplex-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 gemeisam 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 Gründen 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 s , T f
bzw. T d sec dargestellt, und es sei angenommen, daß T s 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 f + T d )
sec. Wenn beispielsweise T s =T f =2 msec; T d =0,5 msec und
die Übertragungsrate des digitalen Signals 60 Megabits/sec
sind, ist die in Form von Bits ausgedrückte Signalspeicherung
(2+0,5) × 10-3 × 60 × 10⁶=150 × 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
Schwellenwert 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 Inter-Satelliten-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 Probleme
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-Nachrichtenübertragungssystems mit einem Inter-Satelliten-Verbindungsglied
darstellt, bei welchem die vorliegende
Erfindung angewendet wird. In Fig. 7 bezeichnen die
Bezugszeichen S₁ und S₂ Nachrichtenverbindungssatelliten
die je drei scharf 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 S₂. 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
113, welches die TDMA-Techniken verwendet, für
die Verbindung der Nachrichtenverbindungssatelliten S₁ und
S₂ 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 S₂, (2) fehlende Synchronisation der TDMA-Rahmen
aufgrund von Operationen der Nachrichtenverbindungssatelliten
S₁ und S₂ auf unabhängigen eigenen Taktgebern und
(3) Nichtzusammenfallen der TDMA-Rahmen-Zeitsteuerung zwischen
beiden SS/TDMA-Systemen 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 Nachrichtenübertragssatelliten
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-Satelliten-Verbindungsglied
113. T ist die TDMA-Rahmenlänge. 118
ist ein Bezugs-Impulsbündel des TDMA-Signals 117. Bezugszeichen
t₀ und t₂ sind TDMA-Rahmen-Start-Zeiten 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 t₁ und t₃ TDMA-Rahmen-Start-Zeiten
des Inter-Satelliten-Verbindungsgliedes, und sie sind nicht mit
den Schalt-Zeiten t₀ und t₂ der dynamischen Schaltmatrix
5 synchronisiert. Dies erfolgt aus den oben erwähnten
Gründen (1) bis (3), und ihr Einfluß erscheint als eine Zeitdifferenz
zwischen t₀ und t₁ (was auch als eine Zeitdifferenz
zwischen t₁ und t₂ ausgedrückt werden kann), es ändert sich
diese Zeitdifferenz augenblicklich.
Die vorliegende Erfindung bewirkt eine 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. 154
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
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 eine Verzögerungs-Steuerschaltung. 165 ist
ein Rahmen-Zeitsteuer-Detektor, welcher die Verzögerungs-Meßtechniken
verwendet.
Die Operation 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
Empfangsantenne 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-Zeit t₁ 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-Zeit
t₁, die so gemessen worden ist, wird der Verzögerungs-Steuerschaltung
164 zugeführt, wo sie mit der Schalt-Zeit
t₀ oder t₂ 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-Zeit t₁ mit der Schalt-Zeit
t₂ 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-Rahmenlänge 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
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 Schlußoperation 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 vorgesehen ist.
Wenn beispielsweise eine TDMA-Rahmenlänge 125 µs beträgt, und wenn
nun dieser Wert verzögert wird, dann beträgt die Frequenzdifferenz
zwischen den Bezugstaktgebern 10-11. Ein
Rahmenschlupf tritt einmal in 72 Tagen auf, und dies bewirkt
keine schwerwigenden 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. 7, 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 zwei Nachrichten-Satelliten vorgesehen
ist, ist es selbstverständlich, daß auch Nachrichtenübertragungs-Verbindungsglieder
in Form eines Sternes oder eines
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)=Satellitengeschalteter TDMA
CCD (charge-coupled device)=Ladungsverschiebe-Element
SCPC-System (single channel per carrier)=System mit einem einzigen Kanal pro Träger
TDMA (time division multiple access)=Vielfachzugriff im Zeitmultiplex
SS/TDMA (satellite switched TDMA)=Satellitengeschalteter TDMA
CCD (charge-coupled device)=Ladungsverschiebe-Element
SCPC-System (single channel per carrier)=System mit einem einzigen Kanal pro Träger
Claims (4)
1. Relais-Satellit für digitale Satelliten-Nachrichtenverbindungen
zwischen verschiedenen Erdstationen, der auch
eine Verbindung zu einem weiteren mit Erdstationen verbindbaren
Satelliten aufweist, mit Empfängern (2) mit zugehörigen
Empfangsantennen (1) sowie Sendern (3) mit zugehörigen
Sendeantennen (4), mit einer Verbindungen zwischen Empfängern
und Sendern herstellenden Schaltmatrix (5), mit
einer Schaltsteuerschaltung (6) für die Schaltmatrix und mit
einer Synchronisation ermöglichenden zeitlich steuerbaren
Mitteln für die Steuerung der Signalverarbeitung in der
Schaltmatrix, dadurch gekennzeichnet, daß als zeitlich steuerbare
Mittel zwischen Empfänger (2) und Schaltmatrix
(5) eine Signal-Speicherschaltung (7) vorgesehen
ist, welche die vom Empfänger aufgenommenen TDMA-Signale
um eine gewünschte Verzögerungszeit verzögert, daß ein mit
dem Empfänger (2) verbundener Rahmen-Zeitsteuerdetektor
(9) vorgesehen ist, welcher die Phasenlage des
Rahmen-Synchronisiersignals des TDMA-Signals feststellt, und daß eine
Speicher-Steuerschaltung (8) vorgesehen ist, welche die
Phasenlage des Rahmen-Synchronisiersignals und der Taktgebung in der
Schaltsteuerschaltung (6) vergleicht, ein der Differenz dieser
Phasenlagen entsprechendes Phasendifferenz-Signal erzeugt
und dieses der Signal-Speicherschaltung (7) zuführt, um die
Verzögerungszeit innerhalb eines Verzögerungsbereiches, der
kleiner ist als die zeitliche Länge des TDMA-Signals, so zu
steuern, daß die Phasenlagen des Rahmen-Synchronisiersignals und der
Taktgebung in der Schaltsteuerschaltung (6) in einem vorbestimmten
Verhältnis zueinander stehen.
2. Relais-Satellit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Empfänger (2) für den
Empfang der Erdstationen vorgesehen sind und daß ein Demodulator (10)
zwischen einen entsprechenden Empfänger (2) und eine entsprechende
Signal-Speicherschaltung (7) geschaltet ist.
3. Relais-Satellit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mit der Empfangsantenne (1) verbundener
Demultiplexer (14) für das Demultiplexen der empfangenen hochfrequenten
Multiplexsignale vorgesehen ist, um die verschiedenen TDMA-Signale
zu erzeugen, die der Schaltmatrix in dem demodulierten
Basisband-Signalformat zugeführt werden.
4. Relais-Satellit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein wirkungsmäßig mit der Schaltmatrix verbundener
Mulitplexer (16) vorgesehen ist, welcher ein der Sendeantenne
zugeführtes hochfrequentes Multiplex-Signal erzeugt.
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