DE3644176A1 - Verfahren zur uebertragung von daten mittels eines geostationaeren satelliten und wenigstens eines subsatelliten - Google Patents

Verfahren zur uebertragung von daten mittels eines geostationaeren satelliten und wenigstens eines subsatelliten

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten mittels eines geostationären Satelliten und wenigstens eines Subsatelliten, wo­ bei die Subsatelliten sich auf niedrigeren Umlaufbahnen befinden.
Nachrichtensatelliten beschreiben im allgemeinen eine geostationäre Kreisbahn in ca. 36 000 km Höhe über dem Äquator. Dort haben sie eine fest zugeteilte Orbitposition, so daß für jeden Satelliten die gleiche Übertragungsfrequenz aufgrund der Entfernung zwischen zwei benachbarten Satelliten benutzt werden kann. Da sich der geostationäre Orbit langsam füllt, werden andere Satellitenbahnen geplant, wie z. B. Subsatelliten­ bahnen mit einer Höhe von einigen hundert km oder sogenannte quasistati­ onäre Bahnen. Näheres dazu ist z. B. der Literaturstelle P. Dondl: "LOOPUS erschließt dem Satellitenfunk eine neue Dimen­ sion"; NTZ-Archiv Band 5 (1983), Heft 12, S. 327-335 zu entnehmen.
Der gravierendste Nachteil dabei ist, daß unterschiedliche Frequenzbe­ reiche verwendet werden müssen, um gegenseitige Störungen auszuschlie­ ßen. Mit herkömmlichen Übertragungsverfahren ist es nämlich nicht ohne weiteres möglich, die gleiche Frequenz für den geostationären Satelliten und den Subsatelliten zu verwenden, da dadurch der geostationäre Satel­ lit gestört würde, zumal da Satelliten mit niedrigeren Bahnen während ihrer Sichtbarkeit mehrere geostationäre Satelliten (bezogen auf die Abstrahlrichtung der Sende-Erdfunkstelle), die ggf. das gleiche Fre­ quenzband benutzen, passieren. Frequenzbereiche bzw. Übertragungs­ bandbreiten sind jedoch international streng reglementiert und auf­ geteilt, so daß sie nicht ohne weiteres verwendet werden können. Um den zukünftigen Bedarf an Kommunikation zu decken, müssen also zusätzliche Möglichkeiten geschaffen werden.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, mit den augenblicklichen (oder: vorgege­ benen) Frequenzbereichen auszukommen.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zur Nachrichten­ übertragung wenigstens zwei in ihrer Leistung/Hz unterschiedliche Daten­ ströme gleicher Frequenz verwendet werden, wobei der erste Datenstrom mit höherer Leistung/Hz zur Verbindung mit dem geostationären Satelliten dient und die weiteren Datenströme mittels PN(Pseudo-Noise)-Folgen über­ tragen werden und der Verbindung mit den Subsatelliten dienen.
Es finden somit zwei Datenübertragungen im gleichen Frequenzbereich statt, wobei jedoch unterschiedliche Satelliten bedient werden.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, in der anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel erör­ tert wird. Es zeigen
Fig. 1 schematisch die Anordnung der Satellitenbahnen und den Bereich der Störungen bei Übertragung mit der gleichen Frequenz f B,
Fig. 2 schematisch das Prinzip der Spreizung mittels PN-Folgen,
Fig. 3a die Verhältnisse im Transponder des geostationären Satelliten ohne Empfang der Störleistung und
Fig. 3b die Verhältnisse im Transponder des geostationären Satelliten mit Empfang der Störleistung.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung der Satellitenbahnen. Auf einer geostationären Bahn im Abstand von ca. 36 000 km Höhe befindet sich der Nachrichtensatellit S 1 und auf einer Subsatellitenbahn im Abstand von etwa 400 km Höhe der Subsatellit S 2. Der erstere empfängt Daten von einer Erdstation E 1, der letztere von einer weiteren Erdstation E 2. Wie der Figur zu entnehmen ist, ergibt sich ein Störungsbereich, in dem sich die beiden Kegel der Sendeantennen überschneiden. Aus diesem Grunde ist es, wie eingangs erwähnt, nicht ohne weiteres möglich, gleiche Frequenzen für die beiden Erdstationen zu verwenden.
Gemäß der Erfindung wird dies jedoch dadurch ermöglicht, daß zwei in ihrer Leistung/Hz unterschiedliche Datenströme gleicher Frequenz benutzt werden, wobei der erste Datenstrom mit höherer Leistung/Hz zur Verbin­ dung mit dem geostationären Satelliten (S 1) dient und die weiteren Datenströme mittels PN(Pseudo-Noise)-Folgen übertragen werden und der Verbindung mit den Subsatelliten (S 2) dienen.
Durch die leistungsmäßige Entkopplung beider Satellitensysteme kann der gleiche Frequenzbereich benutzt werden, ohne nennenswerte Störungen hervorzurufen.
Die Struktur der PN-Folgen ist gemäß Fig. 2 so aufgebaut, daß sie gute Korrelationseigenschaften besitzen, was eine exakte Detektion des Sig­ nals ermöglicht. Jedes Datenbit wird dabei auf die Länge einer PN-Folge gespreizt. Beträgt die Länge der PN-Folge z. B. 1000 Chips, so wird ein Datenbit durch eben diese 1000 Chips dargestellt. Die so aufzubringende Leistung pro Hz beträgt demnach nur 1/1000 der Leistung, die bei konven­ tionellen Verfahren erforderlich ist. Beide Datenströme sind also bezüg­ lich ihrer Leistung um den Faktor 1000 voneinander entkoppelt.
Werden gleiche Bandbreiten benutzt, so reduziert sich durch Spreizung des Sendespektrums, d. h. durch Verwendung von PN-Folgen die übertragbare Nutzbitrate um den Faktor der Spreizung gegenüber dem konventionellen Datenstrom.
Im folgenden wird davon ausgegangen, daß eine Nachrichtenverbindung zwi­ schen Bodenstationen und einem geostationären Satelliten S 1 (z. B. ECS) im 14-GHz-Bereich besteht.
Jetzt soll zusätzlich eine Nachrichtenverbindung mit der gleichen Sende­ frequenz von 14 GHz über einen Satelliten S 2 aufgebaut werden, der sich in einer anderen Bahn befindet, z. B. in einer Kreisbahn geringerer Höhe oder einer elliptischen Bahn.
Aufgrund der niedrigeren Höhe des Subsatelliten S 2 ist sein Sichtbar­ keitsbereich für eine Bodenstation E 2 beschränkt; d. h. pro Umlauf sieht ihn die Bodenstation E 2 für "n" Minuten. Sie muß den Satelliten S 2 mit ihrer Antenne am aufgehenden Horizont erfassen und bis zum un­ tergehenden Horizont verfolgen. Dadurch überstreicht die Antenne unter Umständen einen bestimmten Bereich der geostationären Bahn, auf dem sich der andere Satellit S 1 befindet und stört dessen Nachrichtenüber­ tragungen.
Die Bodenstation E 1 sendet nun gemäß Fig. 3a mit einer Bandbreite von 10 MHz zum geostationären Satelliten S 1 und die Bodenstation E 2 mit der gleichen Bandbreite zum Subsatelliten S 2. Zur Übertragung verwen­ det sie aber PN-Folgen mit einem Spreizfaktor von "1000".
Da der Spreizfaktor das Verhältnis von Länge der PN-Folge zur Dauer ei­ nes Datenbits angibt, kann die Bodenstation E 2 nur eine Nutzbitrate von ca. 10 KBits gegenüber den 10 MBits der Bodenstation E 1 übertra­ gen. Die notwendige Übertragungsleistung für die 10 KBits wird aber auf 10 MHz verteilt, so daß innerhalb der 10 MHz Bandbreite des geostationä­ ren Satelliten S 1 dessen eigenes Signal nur um den Faktor 1/1000 gestört wird. Es wird also gemäß Fig. 3b lediglich das Grundrauschen des Transponders erhöht.
Es finden somit zwei Datenübertragungen im gleichen Frequenzbereich statt, wobei jedoch unterschiedliche Satelliten bedient werden, die sich beide im Sichtbarkeitsbereich der Erdstation E 2 befinden.
Die in Fig. 3 gezeigten Leistungsverhältnisse würden nur dann gelten, wenn beide Satelliten die gleiche Höhe hätten. Da der Subsatellit S 2 aber eine geringere Höhe benutzt, muß auch entsprechend weniger Leistung abgestrahlt werden. Das reduziert die in Fig. 3b dargestellte vom geo­ stationären Satelliten empfangene Störleistung noch weiter, zumal diese Störleistung aufgrund der Strahlenreduktion generell um den Faktor von ca. 10+20 gedämpft wird.
Besonders zweckmäßige Anwendungen der Erfindung bestehen darin, daß mit­ tels der zusätzlichen Datenströme Informationen zum Steuern und/oder Regeln des Nachrichtenverkehrs zwischen Satellit-Satellit und/oder Erde-Satellit-Erde bzw. zum Steuern und/oder Regeln der Satelliten bezüglich ihrer Bahn übertragen werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Übertragung von Daten mittels eines geostationären Satelliten und wenigstens eines Subsatelliten, wobei die Subsatelliten sich auf niedrigeren Umlaufbahnen befinden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Nachrichtenübertragung wenigstens zwei in ihrer Leistung/Hz unterschiedliche Datenströme gleicher Frequenz verwendet werden, wobei der erste Datenstrom mit höherer Leistung/Hz zur Verbindung mit dem geostationären Satelliten (S 1) dient und die weite­ ren Datenströme mittels PN(Pseudo-Noise)-Folgen übertragen werden und der Verbindung mit den Subsatelliten (S 2) dienen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels der weiteren Datenströme Informationen zum Steuern und/oder Regeln des Nachrichtenverkehrs zwischen Satellit- Satellit und/oder Erde-Satellit-Erde übertragen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels der weiteren Datenströme Informationen zum Steuern und/oder Regeln der Satelliten bezüglich ihrer Bahn über­ tragen werden.
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