DE3644168C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H04B7/216—Code division or spread-spectrum multiple access [CDMA, SSMA]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J13/00—Code division multiplex systems
- H04J13/0007—Code type
- H04J13/0022—PN, e.g. Kronecker
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Signal Processing (AREA)
- Radio Relay Systems (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines Datenstromes
über Sattelliten mittels gespreizten Spektren nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
Im Tagungsbericht "Schukat, M.: Spread Spectrum-Based Synchronisation
of digital Satellite Transmissions, AIAA 11th Communication Satellite
Systems Conference, March 17-20, 1986/San Diego, CA" wurde vorgeschla
gen, in derartigen Nachrichtennetzen den Nutzsignalen PN-Folgen zu
überlagern und damit nicht näher spezifizierte zusätzliche Informationen
zu übertragen.
Die Struktur von PN-Folgen ist nämlich so aufgebaut, daß sie pseudo-zu
fälligen Charakter haben und über ein ausgeprägtes Autokorrelations
maximum verfügen. Dabei wird u. a. jedes Datenbit mit einer PN-Folge
gespreizt, d. h. die Leistung eines Datenbits auf n-Chips verteilt. Das
Verhältnis der Bandbreite von Datenbit/Chip beträgt in der Regel "1000".
Ein Chip entspricht hier als 1/1000 der Leistung des Datenbits. Diese
Leistung/Hz kann dem eigentlichen Datenstrom überlagert werden, ohne die
Übertragung nachhaltig zu stören.
Aus der DE-AS 22 03 287 ist es ferner bekannt, mehrere Frequenzbänder
einander derart zu überlappen, daß insgesamt eine annähernd konstante
Leistungsbelegung erreicht wird. Dabei werden unterschiedliche
Leistungsspektren und damit unterschiedliche Bandbreien verwendet.
Beim bisherigen Stand der Technik müssen Erdefunkstellen mit großen
Antennendurchmessern (3-30 m) verwendet werden. Der Grund liegt im
Öffnungswinkel der Sendeantenne. Je größer der Antennendurchmesser,
desto geringer der Öffnungswinkel der Antenne. Mit anderen Worten, je
größer der Durchmesser der Sendeantenne, desto besser die Richtcharak
teristik der Antenne und damit die Ausrichtegenauigkeit auf den Satel
liten. Dies ist notwendig, um im relativ dichtgedrängten Orbit nur einen
bestimmten Satelliten mit der Sendeantenne zu erreichen. Bei größerem
Öffnungswinkel könnten evtl. mehr Satelliten bedeckt werden, so daß es
zu Störungen von deren Nachrichtenübertragung käme. Nachteile liegen
also in der vorgegebenen Mindest-Antennengröße, den damit verbundenen
Kosten und der notwendigen Aufstellfläche.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei dem es möglich ist, Erdfunkstellen mit kleinen Anten
nendurchmessern zu verwenden, weil die abgestrahlten Signale trotz des
großen Öffnungswinkels kleiner Antennen die Nachrichtenübertragung
anderer Satelliten nicht stören können. Durch geeignete Auslegung soll
ferner eine hohe Ausnutzung der Hardware erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1
genannten Merkmale gelöst.
Besondere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß Antennen mit
einem Durchmesser kleiner/gleich 1,8 Meter verwendet werden können, die
sowohl als Sende- als auch als Empfangsantennen benutzbar sind. Aufgrund
der niedrigen Datenraten (kleiner/gleich 64 KBps) und der Spreizung
mittels PN-Folgen kann die notwendige Sendeleistung durch Transistorver
stärkung aufgebracht und eine geringe Leistung/Hz erreicht werden. Der
Vorteil liegt darin, daß sowohl die notwendige Primärleistung, das
Volumen des Senders als auch die Probleme der Kühlung gegenüber herkömm
lichen Wanderfeldröhren-Verstärkern und damit auch die Kosten wesentlich
verringert werden können. Durch die Überlagerung von Signalen gleicher
Übertragungsbreite wird es ermöglicht, die gleichen Ausgangs- und
Eingangsfilter zu verwenden.
So kann eine Erdefunkstelle realisiert werden, die bezüglich Abmesun
gen, Volumen, Gewicht und Kosten gegenüber herkömmlichen Erdefunkstellen
wesentlich verringert werden kann, was den Preis und damit dem Interesse
des Nutzers zugute kommt. Durch die Verwendung einer Erdefunkstelle mit
kleiner Sendeantenne - d. h. großem Öffnungswinkel der Antenne - kann bei
Bedarf eine bestimmte Anzahl von Satelliten gleichzeitig bedient werden
und somit mittels einer Erdefunkstelle und n-Satelliten eine wesentlich
größere flächendeckende Nachrichtenübertragung gewährleistet werden.
Durch die Unterlagerung der gespreizten Spektren kann somit die vorhan
dene Transponderkapazität wesentlich effektiver ausgenutzt werden. Es
bedarf keiner zusätzlichen Bandbreite im Transponder, obwohl die Über
tragungskapazität erhöht wird. Durch Verwendung der Bitraten kleiner
/gleich 64 KBps können also völlig neue Satellitendienste preiswert
generiert werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung, worin anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
erläutert wird. Es zeigt
Fig. 1 schematisch die Standard-Zugriffsverfahren zum Satelliten,
Fig. 2 eine Darstellung zur Definition der Spreizung von digitalen
Signalen mit PN-Folgen,
Fig. 3 die Datenübertragung via Satellit mit einer Sendestation und
n-Empfangsstationen;
Fig. 4 die Belegung des Satellitentransponders mit einem TV-Signal,
Fig. 5 die Unterlagerung des TV-Signals mit einem gespreizten Spektrum,
Fig. 6 das Spektrum eines TV-Signals,
Fig. 7 das Spektrum eines TV-Signals, dem ein PN-Signal unterlagert
ist, und
Fig. 8 das Spektrum eines 2048 MBps - QPSK (Quadrature Phase Shift
Keying) - Signals, dem ein PN-Signal unterlagert ist.
Die im Augenblick existierenden Erdefunkstellen sind dafür ausgelegt,
breitbandige Signale mit hohen Datenraten (größer/gleich 64 KBps) und
der dafür notwendigen Sendeleistung zu übertragen. Das erfordert ein
hohes Volumen an Geräten, die normalerweise in einem extra Gebäude bzw.
Container untergebracht werden müssen. Die Sende-/Empfangsantenne muß
möglichst nahe an den Sende-/Empfangseinrichtungen stehen, um Übertra
gungsverluste so gering wie möglich zu halten.
Ein Nutzer, der nur kleine Datenraten (kleiner/gleich 64 KBps) übertra
gen will, muß dafür bisher auf eine Erdefunkstelle zurückgreifen, die in
keinem Verhältnis zur Übertragungsrate steht.
Bei den bisherigen Signalbelegungen im Satellitentransponder erfolgt
gemäß Fig. 1 entweder der Zugriff im Zeit-, Frequenz- oder Codemulti
plex. So wird jeder Station, die zum Satelliten zugreifen will, im Zeit
multiplex ein bestimmter Sendezeitpunkt zugewiesen mit bestimmter Länge
auf der Zeitachse.
Beim Zugriff im Frequenzmultiplex erhält jeder Nutzer eine bestimmte
Sendefrequenz mit definierter Bandbreite zugewiesen bzw. im Codemulti
plex eine Leistung. So wird im allgemeinen der Satellitentransponder
entweder im Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplex genutzt. Diese Zu
griffsverfahren erfordern einen hohen Aufwand an Hard- und Software und
können die Nachrichtenkapazität des Satteliten bezüglich der Bandbreite
nicht voll ausnutzen.
So wird z. B. im DFS-Sattelliten, dessen Transponder u. a. 36 MHz Bandbrei
te hat, nur ein TV-Signal mit 25 bzw. 27 MHz Bandbreite übertragen wer
den. Würden noch andere Signale im gleichen Transponder zusätzlich über
tragen, käme es zu Intermodulationen und Signalkompression, die als
unerwünschte Störungen zu betrachten sind. Damit bleiben dann 11 bzw. 9
MHz Bandbreite ungenutzt.
Auch bei Verwendung von Frequenzmultiplex müssen aufgrund von möglichen
Intermodulationsstörungen Signalabstände gewahrt bleiben, so daß auch
hier keine volle Ausnutzung des Satellitenkanals stattfindet.
Die gestellte Aufgabe wird nach Fig. 2 erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die verwendeten Datenraten (kleiner/gleich 64 KBps) mittels PN-Fol
gen gespreizt werden.
Durch die Verbreiterung des Spektrums der Datenrate durch Spreizung
mittels der PN-Folge (Spreizungsfaktor z. B. 1000) wird die nowendige
Sendeleistung/Hz um den Faktor 1000 reduziert.
Wird dieses gespreizte Spektrum jetzt mit einer kleinen Antenne übertra
gen, so ist zwar der Öffnungswinkel der Antenne groß und gegebenenfalls
werden mehrere Satelliten im Orbit damit bedeckt.
Da aber die empfangene Leistung/Hz am Satelliten lediglich rauschähnli
chen Charakter hat, wird die Übertragung der anderen Satelliten nicht
gestört.
Außerdem kann dieses gespreizte Signal anderen, z. B. bereits im Trans
ponder befindlichen Signalen unterlagert werden. Die sich bereits im
Transponder befindlichen Signale können gegenüber dem gespreizten Signal
die gleiche Bandbreite, eine geringere oder wie beim TV-Signal eine
größere Bandbreite besitzen.
Ausgegangen wird in diesem Beispiel von der in Fig. 3 gezeigten Struk
tur.
Dabei wird von der Sendestation, z. B. ein 9,6 KBps - Datenstrom via
Satellit zu n-Empfangsstationen übertragen. Dabei beträgt z. B. der An
tennendurchmesser der Sendestation 1,8 m, der der Empfangsstationen
0,6 m.
Das 9,6 KBps-Signal wird mittels PN-Folgen auf 10 MHz gespreizt. Das
entspricht einem Spreizungsfaktor von ca. 1000.
Es sei angenommen, daß die Sendeleistung für die 9,6 KBps-Datenrate
aufgrund der Übertragungsverhältnisse 10 Watt beträgt. Eine Sendeanten
ne, deren Parabolspiegel einen Durchmesser von 1,8 m hat, hat bei einer
Frequenz von 14 GHz einen Antennengewinn von ca. 40 dBi. Unter diesen
Bedingungen beträgt die abgestrahlte Leistung pro Hz Übertragungsband
breite 10-6 W · 104 = 10-2 W = 10 mW.
Diese Leistung wird bei einer Sendefrequenz von z. B. 14 GHz noch um 207
dB gedämpft, d. h. aufgrund der Flächenreduktion empfängt der Satellit
z. B. bei der Frequenz der Aufwärtsstrecke von 14 GHz ein um 207 dB ge
dämpftes Signal. An der Empfangsantenne des Satelliten liegt dann eine
Leistung von ca. 10-18 W/Hz. So kann durchaus sendeseitig (und damit
auch empfangsseitig) eine Erdefunkstelle mit kleinem Antennendurchmes
ser verwendet werden, ohne daß andere Satelliten gestört werden.
Als eine evtl. Belegung des Satellitentransponders sei angenommen, daß
der 36 MHz-Transponder des Satelliten mit einem TV-Signal (25 MHz) be
legt ist (Fig. 4).
Die eigene Datenrate von 9,6 KBps wird jetzt im gespreizten Zustand dem
TV-Signal unterlagert (Fig. 5) und somit via Satellit übertragen.
Messungen und Versuche haben gezeigt, daß die wechselseitigen Störungen
beider Signale so gering sind, daß eine sinnvolle Datenübertragung mög
lich ist.
Fig. 6 zeigt das via Satellit empfangene Spektrum eines analogen
25 MHz-TV-Signals. Diesem TV-Signal wird jetzt an geeigneter Stelle auf
der Frequenzachse ein PN-Signal unterlagert, dessen Bandbreite 5 MHz
beträgt.
Fig. 7 zeigt das Ergebnis. Das TV-Spektrum hat sich dabei nur unwesent
lich verändert. Das unterlagerte PN-Signal übt auf das TV-Signal bezüg
lich dessen Qualität keine nachhaltige Minderung aus, wie Messungen ge
zeigt haben.
In Fig. 8 ist ein Beispiel dargestellt, in dem ein auf ca. 4 MHz ge
spreiztes PN-Signal einem digitalen 2,1 MHz-QPSK-Signal unterlagert wird.
Hierbei ist darauf zu achten, daß ein bestimmtes Überlagerungsverhältnis
ΔU (Verhältnis von z. B. QPSK-Signal zu PN-Signal) eingehalten wird.
Bei einem, optimierten ΔU kann die wechselseitige Störung beider Signa
le so geringe gehalten werden, daß eine sinnvolle Datenübertragung bezüg
lich der Bitfehlerrate möglich ist.
Da PN-Folgen über gute Auto- und Kreuzkorrelationseigenschaften verfü
gen, können sie empfangsseitig einwandfrei detektiert und anschließend
die Datensequenz von 9,6 KBps regeniert werden.
Weiteres zu PN-Folgen bzw. zur Unterlagerung von PN-Folgen unterhalb von
Nutzsignalen ist u. a. der Literaturstelle
- DIXON, R.: Spread Spectrum Systems, John Wiley and Sons, N. Y. 1984
und dem Tagungsbericht
- Schukat, M.: Spread Spectrum-Based Synchronisation of Digital Sa tellite Transmissions, AIAA 11th Communication Satellite Systems Conference, March 17-20, 1986/San Diego, CA
zu entnehmen.
Als Beispiel sei der Datenverteildienst von Presseagenturen genannt. Die
Sendestation stehe auf dem Gelände der jeweiligen Presseagentur und
n-Empfangsstationen bei beliebig vielen Zeitungsverlagen. Übertragen
wird mittels gespreizten Spektren, die Sendeantenne hat einen Durchmes
ser kleiner/gleich 1,8 m, der der Empfangsantenne sei 0,3 m-0,6 m. Die
Datenrate von z. B. 9,6 KBps werde einem TV-Signal unterlagert.
Claims (1)
- Verfahren zur Übertragung von Daten über Satelliten mittels gespreizten Spektren, wobei gespreizte Spektren anderen Signalen direkt oder in einem Transponder überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gespreizte Spektren gleicher Leistung und damit gleicher Bandbreite mit Datenraten kleiner/gleich 64 KBps einander gegenseitig überlagert werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863644168 DE3644168A1 (de) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | Verfahren zur datenuebertragung ueber satelliten mittels gespreizten spektren und kleinen erdefunkstellen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863644168 DE3644168A1 (de) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | Verfahren zur datenuebertragung ueber satelliten mittels gespreizten spektren und kleinen erdefunkstellen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3644168A1 DE3644168A1 (de) | 1988-07-14 |
DE3644168C2 true DE3644168C2 (de) | 1989-03-02 |
Family
ID=6317050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863644168 Granted DE3644168A1 (de) | 1986-12-23 | 1986-12-23 | Verfahren zur datenuebertragung ueber satelliten mittels gespreizten spektren und kleinen erdefunkstellen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3644168A1 (de) |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
JP2554219B2 (ja) * | 1991-11-26 | 1996-11-13 | 日本電信電話株式会社 | ディジタル信号の重畳伝送方式 |
EP0584617A3 (en) * | 1992-08-26 | 1994-09-21 | Siemens Ag | Data transmission system by satellite |
ZA963264B (en) * | 1995-10-12 | 1996-11-04 | Alcatel Altech Telecoms Propri | Low rate telemetry channel |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2203287C3 (de) * | 1972-01-25 | 1980-05-14 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Fernmeldeanlagen mit Relaisstation und ortsfesten und/oder beweglichen Teilnehmerstationen |
-
1986
- 1986-12-23 DE DE19863644168 patent/DE3644168A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3644168A1 (de) | 1988-07-14 |
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