DE3854092T2 - Multiplexierte adressensteuer-schaltung in einem zeitmultiplex vermittlungssystem. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationssysteme und genauer auf Telekommunikationssysteme, die zentrale Nachrichtübertragungsstationen und erdumkreisende Relais- bzw. Kommunikationssatelliten verwenden, um Nachrichten zu mobilen Empfängern zu senden. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Nachrichten zu einem oder mehreren einer Vielzahl von Empfängern zu übertragen, und zwar unter Verwendung von schmalbandigen und gemultiplexten Empfängeradressen und Kanalzuordnungen, um die Signaldemodulationserfordernisse für jeden Empfänger zu verringern.
Hintergrund der Technik
• Es gibt eine immer wachsende Notwendigkeit für eine Vielzahl von Halbduplex- bzw. Wechselkommunikationssystemen, um eine Botschaft- bzw. Nachrichtlieferung oder Kurzübertragungen von Informationen vorzusehen, und zwar von einer zentralen Steuerstation zu einer Vielzahl von entfernten Systemanwendern. Es gibt eine wesentliche Anzahl von kommerziellen, staatlichen und privaten Anwendungen, die das Liefern von Nachrichten an eine große Anzahl von geographisch verstreuten Terminals oder mobilen Empfängern, und zwar oft auf einer irregulären Basis, erforderlich machen. Anwendungen für Nachrichtdienste schließen derartige verschiedene Anwendungen, wie zum Beispiel Regierungsdienste (Militär, Polizeidienst, Legislative) ein, bei denen sichere Verbindungen erwünscht sind, waldwirtschaftliche Dienste, Katastrophenschutz oder - koordination und kommerzieller Transport oder Nachrichtlieferungsdienste.
• Andere Beispiele schließen die zwischenstaatliche Fernlastverkehrindustrie ein, bei denen Verteiler (dispatcher) wünschen, kurze Mitteilungen an Lastwagen zu übermitteln, die sich irgendwo im Festland der Vereinigten Staaten befinden. Gegenwärtig ist eine derartige Kommunikation eingeschränkt auf periodische Telefonkommunikationen zwischen Fahrern und einem zentralen Verteiler bzw. Kontaktperson. Derzeit müssen Lastwagenfahrer Ferngespräche führen, und zwar von vielen entfernten geographischen Orten, um Nachrichten zu erhalten oder um Lieferungs- und Abholungszeitpläne auf den neuesten Stand zu bringen. Jedoch ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, für Fahrer ständig "anzurufen", und zwar zu festen geplanten Zeitpunkten, da Telefondienste nicht immer in vielen Gebieten leicht und schnell verfügbar sind. Der herkömmliche "Anruf"-Ansatz ruft ebenfalls Buchhaltungsprobleme hervor und größere Unbequemlichkeiten für das Personal, und zwar durch Fordern von den Fahrzeugfahrern Geld zu verwenden oder Karten zu belasten für Ferngespräche mit wesentlichen Kosten, sogar wenn keine aktualisierte Nachricht oder Information übertragen wird.
• Abgesehen von den herkömmlichen Telefonsystemen haben andere Kommunikationssysteme versucht, den mobilen Markt anzusprechen. Radiotelefon, Zellulartelefon und tragbare Radiotransceiver (CB) sind alle fähig, eine Form der Verbindung bzw. Kommunikation zwischen einem mobilen Empfänger und einer Basiseinheit vorzusehen. Jedoch leiden diese Kommunikationssysteme an einigen Nachteilen und haben sich als ungeeignet als Nachrichtkommunikationssysteme, um eine große Anzahl von weitverstreuten Anwendern zu bedienen, erwiesen.
• Laufende mobile Kommunikationsdienste werden auf einer beschränkten Anzahl von Hochfrequenz- und Niedrigdatenratenkanälen verwendet und besitzen viel mehr potentielle Anwender als Systemkapazität. Viele Systeme, wie Zellulartelefon, bedienen sich des Frequenzwiedergebrauchs über eine Anordnung von Zellen, um die Kapazität zu erhöhen, wobei jede Zelle einen kurzen Übertragungsbereich besitzt, um den Frequenzwiedergebrauch (frequency reuse) zu erhöhen und um Interferenz zu verringern. Jedoch sind diese Übertragungen niedriger Leistung mehr einem frequenzselektiven Abschwächen und Signalblockieren ausgesetzt und fordern von hochmobilen Anwendern häufig Kanäle zu wechseln, wenn neue Zellen überquert werden. Diese Systeme sind ebenfalls einem plötzlich Verbindungs- bzw. Kommunikationsverlust ausgesetzt, wenn keine Kanäle in einer neuen Zelle verfügbar sind.
• Zellularsysteme bzw. Zellensysteme bedienen ökonomisch große großstädtische Gebiete, aber lassen viele städtische und die meisten ländlichen Gebiete ohne jeden Service oder direkte Abdeckung. Nachrichten für diese Gebiete werden zu herkömmlichen Telefon- oder Satellitenträgern für Langstreckenübertragungen geschalten.
• Eine direkte Kommunikation, keine Zellularkommunikation, die traditionelle mobile Radio- bzw. HF-Sendeempfänger (radio transceiver) verwendet, macht ebenfalls ein konstantes Überwachen einer Vielzahl von Frequenzen erforderlich, von denen alle mit existierendem Verkehr gefüllt sind. Diese Dienste bzw. Dienstleistungen, wie ein Zellulartelefon, sind einer häufigen Systemüerlastung und Signalverschlechterung von einigen Interferenzquellen, die diese unfähig machen, ein großes Verkehrsvolumen handzuhaben, unterworfen. Diese Sendeempfänger (transceiver) besitzen ebenfalls eine niedrige Reichweite, die durch die Notwendigkeit des Verhinderns von Interferenz mit anderen Kommunikationssystemen auferlegt wird.
• Kommunikationssysteme auf der Grundlage von erdumkreisenden Relaissatelliten werden zunehmend vorgeschlagen als neuer Ansatz, die vielen Kommunikationsprobleme zu lösen, insbesondere die Abdeckung von geographisch diversen Gebieten oder Gebieten mit geringer Anwenderdichte oder ländliche Gebiete. Einige Systeme wurden entwickelt, um durch umkreisende Relaissatelliten und zentrale Kommunikationsstationen betrieben zu werden. Beispiele derartiger Systeme werden in den US-Patenten Nr. 4 455 651 und 4 504 946 gefunden.
• Jedoch machen die Erfordernisse hohet Verstärkung und geringer Interferenz, die derartigen Systemen auferlegt werden, besonders im Hinblick auf benachbarte erdumkreisende Relaissatelliten oder Satellitenmitanwendern bzw. konkurrierende Satellitenanwender, die Verwendung von großen Empfängerantennen in der Größenordnung von 4 Fuß oder größer im Durchmesser erforderlich, die mobile Anwendungen eliminieren. Zusätzlich müssen sich laufende Satellitensysteme mit niedrigen Datenübertragungsraten zufriedengeben, die die Anzahl der Anwender und die Menge der übertragenen Daten beschränkt. Sonst macht das Verfolgen bzw. Tracken und Demodulieren eines Satellitensignals mit hoher Datenrate bzw. - geschwindigkeit sehr schnelle komplexe und teure Empfänger erforderlich, die viel Leistung für das Signalabtasten bzw. Signalscannen und -verarbeiten verwenden, sogar wenn sie keine Nachrichten empfangen.
• Ein Kommunikationssystem ist erforderlich, das eine kontinuierliche Lieferung von Nachrichten ebenso wie verwandte Kommunikationsparameter oder Steuerinformation gestattet, und zwar zu einer großen Anzahl von Anwendern über ein großes geographisches Gebiet. Das System muß ebenfalls kostengünstig, einfach im Betrieb und in der Wartung und hinsichtlich der Installierung sein, und Antennenerfordernisse minimieren.
Zusammenfassung der Erfindung
• Im Hinblick auf die obigen Probleme der Technik ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wellenform oder Modulationsschema vorzusehen, das eine Leistung vorsieht, die vergleichbar mit einem vorbestimmten Signal zu Interferenz-Verhältnis in irgendeinem auftretenden Interferenzscenario ist.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Modulations- Codier- und Multiplexertechnik zu verwenden, die einen billigen mobilen Empfänger mit einer sehr kleinen Antenne erlaubt, und zwar geeignet für die Verwendung auf einem sich bewegenden Fahrzeug, um Daten verläßlich zu empfangen und zu übertragen unter Verwendung einer Satellitenwiederholeinrichtung.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Modulations- und Codierschema vorzusehen, das digital implementiert wird, und zwar vorzugsweise als Firmware in signalverarbeitenden Chips vom VLSI-Typ und in Mikrocomputern.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist eine Implementierung hoher Leistung, die kostengünstig und flexibel ist.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die vorliegende Erfindung ein Modulations- und Codierschema vorsieht, das eine Massenproduktion von Schaltungen und Modulen gestattet, die für die verbleibenden Analogfunktionen der mobilen Terminals verwendet werden sollen.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Flexibilität in der Datenübertragungsrate zu gestatten, so daß Empfänger von verschiedenen Übertragungsraten oder -fähigkeiten wirksam angepaßt werden.
• Ein weiterer Vorteil des Systems, der aus diesem letzteren Ziel resultiert, besteht darin, daß mehr Energie pro Bit verwendet werden kann, um eine ungleiche Herabverbindungsleistungsdichte (down link-Leistungsdichte) über große geographische Gebiete zu kompensieren.
• Diese und andere Zwecke, Ziele und Vorteile werden in einem Nachrichtkommunikationssystem zum Senden von Nachrichten von zentralen Kommunikationsstationen an einen oder mehrere mobile Empfänger durch erdumkreisende Relaisstationen unter Verwendung von zeiteinteilungsgemultiplexten Kommunikationssignalen (TDM = Time Division Multiplexed) verwirklicht, und zwar durch Verwenden von mindestens einer zentralen Kommunikationsstation, die einen Übertrager bzw. Sender besitzt, der ein TDM-Kommunikationssignal erzeugt, das N serielle Kanäle aufweist, mit D Datenkanälen, für D < N, die ausschließlich für die Übertragung von Nachrichtdaten verwendet werden und A Adressenkanäle, wobei A = N - D, die für die Übertragung von Adresseninformation in der Form von Empfängeradressen verwendet werden, wo bzw. in denen Nachrichten bezeichnet bzw. designiert werden, die von der Station gesendet werden sollen und entsprechende Datenkanäle, auf denen die Nachricht übertragen wird. Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel verwendet 25 Kanäle mit vier Adressenkanälen und 21 Daten- oder Nachrichtenkanälen.
• Die zentrale Kommunikationsstation verwendet eine Empfängerzuordnungseinrichtung, die den Empfänger bestimmt, zu dem jede Nachricht geleitet wird, und eine Kanalzuordnungseinrichtung zum Zuordnen jeder Nachricht zu mindestens einem der Datenkanäle für die Übertragung. Eine Adressensteuervorrichtung überträgt eine Empfängeradresse und eine assoziierte Kanalzuordnung auf einen der Adresskanäle, und zwar ansprechend auf Eingangs- bzw. Eingabenachrichten, die für jeden Empfänger beabsichtigt sind. Alternativ wird eine Vielzahl von Empfängern bezeichnet, falls bzw. wo eine Nachricht für mehrere Empfänger in dem System beabsichtigt ist. Eine Nachrichteingangssteuereinrichtung ist mit der Kanalzuordnungseinrichtung verbunden und empfängt digitale Nachrichten und überträgt sie auf designierte bzw. bezeichnete Datenkanäle, und zwar ansprechend auf eine Zuordnung von der Kanalzuordnungseinrichtung mit einer Rate von einer Nachricht pro Kanal. Die Eingangsnachrichtdaten werden nominell bei einer Rate der Größenordnung von mindestens 5000 Bits pro Sekunde übertragen.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wendet das Kommunikationssystem ein Golay[24,12] Blockcodieren für die digitalen Nachrichten an, und zwar vor der Übertragung und wendet einen entsprechenden Golay[24,12] -Blockdecodierprozeß an, und zwar auf die resultierenden Symboldaten, wenn sie empfangen werden. Das Golay-Codieren erzeugt zwei digitale Symbole für jedes Datensyinbol, was eine Kanalübertragungsrate von der Größenordnung von 10 000 Symbolen pro Sekunde zur Folge hat. Zusätzlich wird eine Prüfsummenberechnung durchgeführt, und zwar auf den Eingangsdigitalnachrichten, wobei eine Reihe von Bits zu dem Ende der Nachricht addiert wird, zur Prüfsummenverifikation bzw. -überprüfung durch den Empfänger.
• Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung springt die Betriebsfrequenz des TDM-Komunikationssignals in der Frequenz ("frequency hopping"), und zwar auf einer vorbestimmten periodischen Grundlage über eine vorgewählte Anzahl von Frequenzen, um die Leistungsdichte des Kommunikationssignals zu verringern.
• Jede Nachricht besitzt eine vorbestimmte maximale Bitlänge. Das Verhältnis der Anzahl von Adressenkanälen zu Datenkanälen ist ungefähr gleich dem Verhältnis der Anzahl von digitalen Bits, die verwendet werden, um eine Empfängeradresse und Kanalbezeichnung zu definieren, zu der Anzahl von Bits, die verwendet werden, um jede der Nachrichten zu definieren. Digitale Nachrichtsignale werden im allgemeinen mit Nullen aufgefüllt, wenn es notwendig ist, vorbestimmte Übertragungslängen zu besitzen.
• Die zentrale Kommunikationsstation verwendet Wandlerbzw. Konversionsmittel, um die einkommende Nachrichtinformation in digitale Nachrichten mit einer vorbestimmten Übertragungsrate in der Größenordnung von 5000 Bits in 1 Sekunde zu wandeln. Die digitalen Nachrichten werden dann verwendet, um einen Träger zu modulieren, um das Kommunikationssignal zu bilden. Ein Sender bzw. Transmitter bzw. Übertrager ist mit mindestens einer Schmalstrahlantenne verbunden, die Kommunikationssignale zu einem vorgewählten umkreisenden Relaissatelliten leitet bzw. richtet.
• Das Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung verwendet mobile Empfänger, die kleine, tragbare, und ausrichtbare Antennen mit schmalen Strahl besitzen, die mit einem Demultiplexer und anderen Mitteln zum Detektieren, Demodulieren und Decodieren des TDM-Kommunikationssignals verbunden sind, um Nachrichtdaten zu empfangen. Der Empfänger demultiplext und demoduliert das Kommunikationssignal, und zwar mit einer Rate von nur 1/N-mal der Übertragungsrate, wenn er Daten empfängt. Adressenspeichermittel zeichnen auf und speichern eine zuvor zugeordnete Adresse, die ausschließlich für diesen Empfänger verwendet wird.
• Alternativ kann der Adressenspeicher Adressen vom Systemoder Klassentyp speichern, und zwar für erhaltene bzw. abgefragte (ge"poll"te) oder gesendete Nachrichten, und kann neuprogrammiert werden gemäß den neuen Adressenzuordnungen, die von der zentralen Kommunikationseinrichtung übertragen werden.
• Wenn eine Adressenzuordnung empfangen wird zusammen mit einer assoziierten Datenkanalbezeichnung, dann wird der Empfänger automatisch eingestellt durch eine Kanalauswahlvorrichtung, um nur den bezeichneten Datenkanalteil des Kommunikationssignals zu empfangen und zu demodulieren. Codierte Daten, die auf dem bezeichneten Kanal empfangen werden, werden demoduliert, wenn notwendig auch decodiert und an eine Nachrichtanzeigeeinrichtung übertragen, um die Nachricht in visueller Form anzuzeigen, und zwar als eine Serie von alphanumerischen Zeichen auf einen Anzeigeschirm bzw. -monitor. Alternativ kann ein kleiner Ausdruck, wie zum Beispiel durch einen kleinen Thermodrucker Hardcopies von Nachrichten für eine spätere Bezugnahme vorsehen.
• Falls der Empfang des Kommunikationssignals verloren geht, und zwar vor der Vollendung der Nachricht oder die Nachricht einen natürlichen Endpunkt erreicht,stellt die Kanalauswahlvorrichtung automatisch neu den Empfänger ein, um das Kommunikationssignal zu demultiplexen und die Adressenkanäle zu demodulieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung können besser aus Begleitbeschreibung in Zusammenhang mit der Begleitzeichnung verstanden werden. In der Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 ein Gesamtdiagramm eines Kommunikationssystems, das gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung betrieben wird;
• Fig. 2 einen Überblick über das Rahmen- und Kanalmultiplexen von Kommunikationssignalen, die in dem System der Fig. 1 verwendet werden;
• Fig. 3 einen Überblick über die Kanalzuordnungs-, Datenübertragungs-, Demultiplex- und Decodierschritte, die bei dem Betrieb des Systems der Fig. 1 verwendet werden; und
• Fig. 4 eine schematische Darstellung von beispielhaften Schaltungsfunktionen, die in einem Empfänger für das System der Fig. 1 verwendet werden.
Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, um Nachrichten oder andere Information zu einem oder mehreren entfernten mobilen Empfängern zu übertragen. Das Kommunikationssystem sieht diese Informationsübertragungen für eine große Anzahl von Teilnehmern vor, ohne daß jeder Empfänger ein Breitbandsignal auf einer kontinuierlichen Basis demodulieren oder decodieren muß. Dies wird erreicht durch Errichten eines Vielkanal-Zeiteinteilungsgemultiplexten (TDM) Kommunikationssignals und durch Widmen eines oder mehrerer der Kanäle Adresseninformation zu übertragen, das Nachrichtempfänger und Empfangskanäle für jede Nachricht bezeichnet. Die Adresseninformation wird von jedem Empfänger empfangen und demoduliert, und zwar mit einer Rate, die viel kleiner ist als erforderlich, um das gesamte TDM- Kommunikationssignal zu demodulieren. Die Adresseninformation wird demoduliert, und zwar von jedem Empfänger, bis eine Nachricht für den Empfänger und ihre entsprechende Kanalzuordnung, detektiert sind, wobei zu dieser Zeit dieser Empfänger zu dem bezeichneten Datenkanal für den Nachrichtempfang schaltet.
• Ein Überblick über ein Kommunikationssystem, das gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung betrieben wird, ist in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 1 ist ein Kommunikationssystem 10 dargestellt, das einen (nicht gezeigten) mobilen Empfänger besitzt, der auf einem Fahrzeug, wie zum Beispiel auf einem Lastwagen 12 befestigt ist. Der Lastwagen 12 stellt eines einer Vielzahl von Fahrzeugen dar, dessen Insassen mindestens gelegentlich auf den neuesten Stand gebrachte Information, Zustandsberichte oder Nachrichten von einer zentralen Kommunikationsquelle erhalten wollen. Wie zuvor diskutiert wurde, finden Fahrer oder anderes Transportpersonal oft automatischen Zugang zum periodischen Nachrichtensystem extrem nützlich für einen effizienteren Betrieb.
• Eine Nachricht wird an den Lastwagen 12 von einer zentralen Übertragungseinrichtung oder einem Terminal bzw. Anschluß 14 übertragen, auf das als "Nabeeinrichtung" Bezug genommen wird. Das zentrale Terminal (Zentralvermittlungseinrichtung) oder Nabe bzw. Mittelpunkt 14 kann an einem Ort plaziert werden, wie zum Beispiel an einem Truckingterminal oder an einem zentrales Verteilungsbüro, das geringere ortsbedingte Kosten und direkt einen Zugang zur Nachrichtübertragungsausrüstung gestattet.
• Alternativ ist die Nabe 14 an einem entfernten Ort angeordnet, der idealer für eine Niedriginterferenz-Erdezu-Satellitübertragung oder -Empfang geeignet ist. In diesem Fall sind eine oder mehrere Systemanwendereinrichtungen in der Form von zentralen Verteilungsbüros, Nachrichtenzentren oder Kommunikationsbüros 16 durch eine telefonische, optische oder eine andere Kommunikationsverbindung mit der Nabe 14 verknüpft. Zusätzlich für große Zahlen von entfernten Kundennachrichtenzentren kann ein Nachrichten- oder Netzwerkmanagementzentrum 18 verwendet werden, um effizienter die Priorität, den Zugang, die Buchhaltung und die Übertragungscharakteristiken von Nachrichtendaten zu steuern.
• Die Nabe 14 oder das Managementzentrum 18 können mit Schnittstellen versehen sein, und zwar zu existierenden Kommunikationssystemen, die bekannte Telefonschnittstellenausrüstung, die zum Beispiel Hochgeschwindigkeitmodems oder -codecs verwenden, die Nachrichtensignale in das Kommunikationssystem 10 einspeisen. Hochgeschwindigkeitsdatenmanagementcomputer können ebenfalls verwendet werden, um Nachrichtenprioritäten, Authorisierung und Buchhaltung zu bestimmen und sonst den Zugang zu dem Kommunikationssystem 10 zu steuern.
• Die Nabe 14 verwendet einen Sender bei einer extrem hohen Frequenz (EHF = Extremely High Frequency) bei 14 GHz, um einen Hinaufverbindungskommunikationspfad (uplink) mit einem geostationären erdumkreisenden Relaissatelliten 20 zu errichten. Die Heraufverbindung wird bei einer oder mehreren einer Anzahl von vorgewählten Frequenzen oder Frequenzbereichen aufrechterhalten. Ein typisches Satellitensystem verwendet eine Serie von Wiederholvorrichtungstranspondern zum Übertragen der 12 GHz-Frequenzsignale für TV- oder Datenübertragungen zu Bodenstationen.
• Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Kommunikationssystems 10 verwendet Heraufverbindungs- und Herabverbindungsträgerfrequenzen in dem EHF Ku-Band, um Zugang zu gestatten durch diese Transponder, und zwar zu existierenden oder neuen Kommunikationssatelliten, die bereits gestartet wurden oder geplant sind. Das Kommunikationssystem 10 kann einen Vorteil aus nicht verwendeter Satellitenkapazität erzielen, und zwar bei diesen Frequenzen und macht nicht das Starten von ihren eigenen gewidmeten Satelliten erforderlich.
• Das Nabentransmissions- bzw. Zentralsendesignal wird durch einen Diplexer bzw. eine Frequenzweiche 22 zu einer Antenne 26 übertragen. Jedoch wird der Diplexer nur benötigt, für Zweiwege-Kommunikationssysteme, wie zum Beispiel bei denen eine Rückbestätigung, Nachricht oder Ortsignale verwendet werden, oder zum Teilen der Antenne 26 mit anderen Übertragungssystemen.
• Ein Kommunikationssignal, bezeichnet mit 24, wird durch die Antenne 26 zu dem Kommunikationssatelliten 20 bei der vorgewählten Heraufverbindungsträgerfrequenz übertragen. Das Kommunikationssignal 24 wird durch den Relais- oder Wiederholersatelliten 20 empfangen, in dem es in eine zweite Frequenz für die Herabverbindungsübertragung 28 unter Verwendung von in der Technik bekannten Schaltungsanordnungen, wie zum Beispiel ein Transponder, übersetzt worden sein kann. Fachleute auf dem Gebiet der Kommunikation verstehen, daß die Vorrichtungen, die erforderlich sind, um diese Empfangs- und Umwandlungsfunktion durchzuführen in der Technik bekannt sind.
• Das übertragene Herabverbindungssignal 28 wird von einem mobilen Empfänger über eine kleine, im allgemeinen direktionale Antenne 30 empfangen. Die Antenne 30 ist aufgebaut, um etwa 15 dB an Verstärkung zu besitzen und um direktional zu sein, und zwar innerhalb einer 40-50º (15) azimuthalen Strahlbreite. Die Antenne 30 ist derart angeordnet kontinuierlich über einen 360º-Bogen gedreht werden zu können und ist mit einem Antennenricht- und - verfolgungssteuersystem 74 verbunden, um den Satelliten 20 zu verfolgen bzw. zu tracken, wenn das Fahrzeug 12 seine Position relativ zu dem Satelliten, der in einer geostationären Bahn positioniert ist, ändert. Ein beispielhafter Antennendrehmechanismus ist in der US- Patentanmeldung SN 145 790, die nun das US-Patent Nr. 4 876 554, erteilt am 24. Oktober 1989, ist, offenbart und ein beispielhaftes Verfahren des Satellitenverfolgens ist in der anhängigen US-Patentanmeldung SN 145 176, die am 18. Dezember 1990 als US-A-4 979 170 veröffentlicht wurde, offenbart, wobei beide dieser Patente auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurden.
• Nachrichten oder Nachrichtendaten werden an die Nabe 14 oder die Kontroll- bzw. Steuerstation 18 übertragen, wo sie in digitale Nachrichtensignale umgewandelt werden, die darauffolgend durch das Kommunikationssystem 10 bei einer Rate in der Größenordnung von 5000 Bits pro Sekunde übertragen werden. Fachleute verstehen ohne weiteres, daß die Lehren der vorliegenden Erfindung auch auf höhere oder geringere Datenübertragungsraten anwendbar sind, wenn Schaltungsanordnungen, die bei einer geeigneten Geschwindigkeit arbeiten, verwendet werden. Nachrichten können direkt als digitale Daten bei verschiedenen Bitraten empfangen werden und akkumuliert oder gespeichert werden, und zwar für eine Übersetzung in die gewünschte Systemübertragungsrate. Alternativ werden Nachrichten als Audionachrichtensignale empfangen, die von Systembedienungspersonen mit einer Tastatur eingegeben wurden, um die gewünschten bzw. erforderlichen Nachrichtsignale zu bilden.
• Jedes Nachrichtensignal kann einer Vielzahl von Codier-, Verschlüsselungs- oder Fehlerdetektions- und Korrektionsschemata vor der Übertragung unterworfen sein. Wenn es gewünscht wird, können einzelne Empfänger eindeutige Codes oder Chiffrierungen verwenden, um sichere Nachrichtenlieferungsmöglichkeiten vorzusehen. Jedoch, um Übertragungsfehler zu verringern und um eine Fehlerkorrektur vorzusehen für alle Nachrichten, die von dem Kommunikationssysstem 10 übertragen wurden, wird ein zweistufiger Codierprozeß für alle Digitalnachrichten oder Nachrichtdaten implementiert.
• Der erste Schritt bzw. Stufe weist das Anlegen eines Prüfsummenalgorithmus des Systems 10 auf die digitalen Daten auf. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet der Prüfsummenalgorithmus in der Größenordnung von 30 Bits von Information, um das richtige Ergebnis der Prüfsummenberechnungen anzuzeigen. Eine beispielhafte Prüfsummenformel würde die Berechnung des Polynoms: X³&sup0; + X²&sup9; + X³ + X² + X + 1 sein. Wenn diese Prüfsumme berechnet wird, wird das Adressenfeld (siehe unten) ignoriert, so daß Kanaladressen die Prüfsumme nicht ändern.
• Der zweite Schritt bzw. Stufe weist das Codieren von Daten auf, und zwar unter Verwendung eines Golay[24,12] Blockcodes, um jeden 12 Bit Block von Nachrichteninformation einschließlich der Prüfsummen-Typ- und Empfangsinformation zu codieren, und zwar in 24 binäre Symbole für die Übertragung. Diese 24 Bits werden dann mit der gewünschten Systemübertragungsrate übertragen. Das Verwenden des Golay[24,12] Blockcodierschemas bedeutet, daß 5000 Bits der Nachricht einen 10 000 Bit codierten Symbolstrom für die Übertragung bilden. Deshalb überträgt das System 10 ein Signal mit 10000 Binärsymbolen oder Bits pro Sekunde, um die 5000 Bit pro Sekunde Eingangsdatenrate unterzubringen. An dem Empfangsende werden die Codesymbole oder Blöcke decodiert, um die 12 Bit Blocks der Nachrichtdaten neu zu erzeugen. Wie in der Technik bekannt ist, wirkt der Betrieb eines Golay[24,12] Codes oder eines ähnlichen Codes dahingehend einen Übertragungsfehler zu minimieren, und zwar durch Verringern der Bedeutung von einzelnen Bitfehlern in einem Datenstrom durch Verbreiten bzw. Verschmieren bzw. Verteilen der Daten über Viel-Bitmuster (multi bit patterns). Jeder Bitfehler beeinträchtigt nur einen Bruchteil eines Bits in der Nachricht, der wirksam kompensiert wird, und zwar durch die verwendeten Fehlerkorrekturschemata bis sehr hohe Fehlerraten auftreten.
• Die codierten Nachrichtensymbole werden verwendet, um einen Frequenzgenerator oder eine Frequenzquelle zu modulieren, wie zum Beispiel einen direkten digitalen Synthesizer, der einen phasen- und frequenzmodulierten Träger erzeugt, und zwar bei der vorgewählten Frequenz für die Übertragung zum Satelliten 20. Während der Modulation wird jedes Symbol in der Phase von dem vorhergehenden Symbol verschoben, entweder -90º um eine logische O oder +90º um eine logische 1 anzeigen. Dies wird differentielles Vorzurückverschlüsseln (Differential Advance Retard Keying) genannt und verbessert die Acquisition durch den Empfänger, weil jedes Symbol einen Phasenübergang (transition) enthält. Zusätzlich kann eine Direktsequenzverteilungssspektrummodulation (direct sequence spread spectrum modulation) der Daten verwendet werden, um die Bandbreite für die Übertragung zu verbreitern.
• Um sich der großen Anzahl von Empfängern bei möglicherweise verschiedenen Ausbruchsraten (burst rate) anzupassen, wird ein zeiteinteilungsgemultiplextes (TDM) Übertragungschema verwendet. Der TDM-Ansatz teilt das gesamte übertragene (oder empfangene) Spektrum in zeitliche Inkremente oder Rahmen (frames) von vorbestimmter Länge ein. Nachrichten oder Nachrichtensignale, die durch das Kommunikationssystem 10 oder den Relaissatelliten 20 übertragen wurden, sind zugeteilte Teile dieser zeitgesteuerten Sequenz, die als Kanäle bekannt sind und kein anderes Signal verwendet das System zu exakt derselben Zeit. Die zugeteilten Teile oder Kanäle sind sehr klein, und zwar zeitweise, und ihr (zyklisches) Alternieren (interleaving) über aufeinanderfolgende Rahmen ist sehr groß, so daß die Kommunikation gleichzeitig für alle Empfänger erscheint. Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen, Übertragen und Steuern von TDM-Signalen sind in der Kommunikationstechnik bekannt und können unter Verwendung einer Vielzahl von Signalmultiplex- und Steuereinrichtungen erreicht werden.
• Fig. 2 stellt eine graphische Darstellung des resultierenden Signalformats für das Kommunikationssignal 24 unter Verwendung der TDM-Rahmen dar. In Fig. 2 weist das TDM-Kommunikationssignal 24 eine Serie oder eine Reihe von aufeinanderfolgenden Rahmen fester Dauer auf, innerhalb der Nachrichten oder Daten übertragen werden. Jeder Rahmen besteht aus einer Anzahl von Kanälen, die im wesentlichen identische Unterrahmenlängenperioden darstellen, über die Daten übertragen werden. Das heißt, daß Nachrichten oder Nachrichtensignale übertragen werden, und zwar ein paar Bits zu einer Zeit, während jedes aufeinanderfolgenden Rahmens bis die Nachricht vollendet ist. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel teilt jeden Rahmen in 25 Unterrahmen oder Kanäle ein. Jedoch werden Fachleute ohne weiteres verstehen, daß die Anzahl der Kanäle von der Übertragungsgeschwindigkeit des Kommunikationssystems 10, der Anzahl der Anwender, die versorgt werden müssen, und den unten noch zu beschreibenden Frequenzsprungschemata abhängt.
• Wenn der TDM-Ansatz verwendet wird, wird Information allgemein über die Kommunikationssignale 24, 28 in diskreten Paketen versendet bzw. verschickt. Das Kommunikationssystem kann Pakete von verschiedenen Längen zwischen je 4 bis 256 Zeichen unterbringen bzw. bewältigen, und zwar abhängig von dem Typ der Nachrichten, wie zum Beispiel klein, codiert etc., die übertragen werden. Jedes Paket enthält Informationsfelder, wie zum Beispiel den Typ der Nachricht, typischerweise ein 6 Bit Eintrag, um zwischen möglichen alternativen Systemformaten zu unterscheiden, die Länge der Nachricht, um richtige Verfolgung bzw. Tracken zu gestatten, der Körper der Nachricht und die Prüfsummenbits. Es gibt ebenfalls ein Adressenfeld von 24 Bits, das mit jeder Nachricht assoziiert ist, wie im folgenden diskutiert werden wird. Fachleute werden ohne weiteres verstehen, daß etwas "Nullauffüllen" von Zeit zu Zeit verwendet werden kann, um eine einheitliche Rahmengröße sicherzustellen, unbhängig von sich überlappenden Nachrichtenlängen, variierenden Paketegrößen und Übertragungsraten oder leeren Kanälen. Jedoch werden nicht verwendete Kanäle im allgemeinen Zufallsdaten übertragen lassen, um das Verfolgen und die Acquisition von Kanälen durch Empfänger zu verbessern.
• Um sicherzustellen, daß jeder Empfänger einen spezifischen Kanal verfolgt und demoduliert, kann eine Reihe von Codes oder Codemasken mit den Daten verwendet werden, um Verfolgungs- bzw. Trackingfehler zu detektieren. Um weiter die Interferenz durch erhöhte Isolation zu verringern und dadurch die System 10 Nachrichtkapazität zu erhöhen, kann Frequenzspringen (FH = Frequency Hopping) der Trägerfrequenz verwendet werden. Eine FH-Technik verteilt die Leistungsdichte des Signals 24 über einen großen Teil der 48 MHz Bandbreite des Transponders, was die Herabverbindungsleistungsdichte verringert, die die Interferenz mit anderen Kommunikationsdiensten minimiert und eine Verarbeitungsverstärkung vorsieht, die die Empfänger bei einem Zurückweisen der Interferenz anderer Service verwenden. Die Grundtechniken der FH für Übertragungen sind in der Kommunikationstechnik bekannt, und sehen ebenfalls ein Fahrzeug bzw. Mittel vor, um ein Signal über eine gegebene Bandbreite zu verteilen bzw. verbreiten, so daß Übertragungsfehler, die durch frequenzselektives Abschwächen (fading) oder anderen Übertragungsaberrationen nur einen kleinen Teil des Signals beeinflussen. Zur selben Zeit erlaubt das Frequenzspringen gemäß einem vorgewählten Muster einen Grad von Sicherheit für einige Anwender des Systems 10.
• In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das FH- Schema das Teilen des geeigneten Transponders in 240 Frequenzen, die über ungefähr 24 MHz verteilt bzw. verbreitet sind, auf. Die Springrate für die interessierenden Frequenzen ist von der Größenordnung von 200 Frequenzen pro Sekunde, die jede der 240 diskreten Springfrequenzen abdeckt, bevor der Zyklus von neuem anfängt. Dies bedeutet, daß die Verweilzeit für jede Frequenz ungefähr 5 Millisekunden ist. Falls jeder TDM- Rahmen bei einer neuen Frequenz übertragen wird, dann ist jeder Rahmen 5 Millisekunden lang und die Größe jedes Kanals ist 0,20 Millisekunden in der Länge.
• Das Frequenzsprungmuster kann eine einfache lineare Progression von hoch nach tief oder umgekehrt aufweisen oder ein komplexeres Muster auf der Grundlage von einer pseudo-zufällig erzeugten Frquenzauswahlsequenz. Jedoch werden Fachleute verstehen, daß ein TDM-Signal ohne Frequenzspringen in großem Maß von dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung Nutzen ziehen wird.
• Wenn man zu der gewünschten Übertragungsrate von 10 000 Symbolen pro Sekunde oder ein Symbol alle 0,10 Millisekunden zurückkehrt, erkennt man, daß jede Rahmenperiode erlaubt, zwei Symbole pro Kanal zu übertragen. Dies würde eine Übertragungsrate von 48 Codesymbolen jeden Rahmen bedeuten. Jedoch um den Empfang zu verbessern, verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel eine fünfzig (50) Symbol-Übertragungsrate für jeden Rahmen, wobei die erste Symbolperiode als Einstellzeit bzw. Korrekturzeit (settling time) verwendet wird, um sicherzustellen, daß der Empfänger auf die ausgewählte Frequenz gelockt hat bzw. darauf verriegelt ist, und der Sender genau innerhalb von ihr ist und keine Nullpunktsverschiebung bzw. Offset besitzt, und zwar auf Grund der sich verändernden Charakteristika der Frequenzquelle.
• Die zweite Symbolperiode wird verwendet als eine Phasenreferenz für das dritte Symbol in dem Strom von fünfzig Symbolen, die das erste Nachrichtsymbol ist. Jedes sukzessive bzw. nachfolgende Symbol wird als eine Phasenreferenz für das nächste verwendet. Dies verläßt sich auf ein differentiel kohärentes Demodulationsschema im Gegensatz zu einer absoluten Phasenreferenz, da absolute Referenzansätze komplizierter sind und schwierig sind in diesem Typ von mobilen Kommunikationssystem erreicht zu werden.
• Die Codeblocks oder -symbole werden in alternierende Gruppen oder Sequenzen eingeteilt. Das heißt, jeder andere Codeblock wird ausgewählt und in eine 24-Symbolgruppe für die Übertragung plaziert. Dies trennt jedes andere Codesymbol von seinem benachbarten Symbol, was Codesymbole, die eng in dem Code zusammen sind, ausbreitet, um in der Zeit weit auseinander zu sein. Dies sorgt für eine Trennung bzw. ein (zyklisches) Alternieren der Codeblöcke, um ein Mittel vorzusehen die Signalfehler zu minimieren, die als ein Ausbruch (burst) von Fehlern in einer Sequenz erzeugt wurden, und zwar durch Verbreiten des Nachrichtssignals über eine breite Signalbandbreite.
• Das FH-TDM-Typkommunikationssignal 24 wird von der Nabe 14 über den Relaissatelliten 20 zu allen Empfängern innerhalb einer gegebenen geographischen Zone oder Region, die durch den Satellit bedient wird, übertragen. Diese Zone kann so groß wie ein ganzes Land sein oder so klein, wie ein kleiner Staat je nach Erfordernis der Anwendung. Jedoch unabhängig von der durch den Satelliten abgedeckten Zone muß jeder Empfänger in der Zone das Signal 28 detektieren, überwachen und demodulieren, um Nachrichten zu erhalten. Falls die Nachrichten einfach über alle Kanäle angelegt sind, dann muß jeder Empfänger kontinuierlich das gesamte Signal verfolgen, demodulieren und decodieren, um den Empfang einer relevanten Nachricht sicherzustellen. Dies ist erforderlich, weil jeder Nachrichtenkopf oder Nachrichteneinleitung in jedem Kanal von jedem Empfänger abgetastet bzw. gescannt werden müßte, um zu verifizieren, welcher Empfänger bezeichnet ist, die Nachricht zu empfangen. Für große Anzahlen von Anwendern macht dies erforderlich, hochschnelle komplexe Demodulationsschaltungsanordnungen zu erreichen. Da Geschwindigkeiten und Komplexität Systemkosten erhöhen und die Zuverlässigkeit verringern, ist dies unerwünscht.
• In der vorliegenden Erfindung wird die Empfängerauswahl erreicht unter Verwendung einer neuen Empfängeradressiertechnik für TDM-Kommunikationsignale, die ein zweiteiliges Adressierschema aufweisen.
• Bei dieser Technik wird jedem Empfänger eine spezifische Systemadresse zugeordnet, die allen Sendern der Nabe 14 oder Systemmanagementzentren 18, die von dem Kommunikationssystem 10 verwendet werden, bekannt ist. Die Empfängeradresse ist eine eindeutige Adresse, die eine individuelle bzw. einzelne Identität für jeden Empfänger in dem System errichtet. Die Adresse für jeden Empfänger wird im allgemeinen in der Fabrik gesetzt bzw. eingestellt und kann unveränderbar durch den Endanwender (an dem Einsatzort) gemacht werden, um Sicherheitsprobleme oder unkorrektes Überwachen und Ansprechen auf Nachrichten zu verhindern. Jedoch kann die Adresse dynamisch einstellbar gemacht werden, und zwar abhängig von dem Systemanforderungen oder -kosten. Im dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Empfängeradressen bezeichnet oder bestimmt durch einen 19 Bitadressenausdruck, der ungefähr 524288 (2¹&sup9;) Empfängeradressen verfügbar macht, was eine sehr große Anzahl von Anwendern für das Nachrichtkommunikationssystem 10 erlaubt.
• Der nächste Schritt ist es, die Gesamtzahl von Kanälen N (hier N=25) in den FH-TDM-Kommunikationssignalen 24 und 28 zu teilen, und zwar zwischen einem Adressteil von A Kanälen und einem Daten- oder Nachrichtteil von D= N-A Kanälen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist A gleich 4 und D ist 21. Jedoch können andere Zahlen für die Gesamtzahl der Kanäle und die Anzahl der Adresskanäle verwendet werden, und zwar abhängig von den spezifischen Systemanforderungen. Im allgeminen sollte das Verhältnis von A Adresskanälen zu D Datenkanälen ungefähr gleich dem Verhältnis der Anzahl von Datenbits in einer Nachricht zu der Gesamtzahl der übertragenen Bits (Nachricht plus Adresse) sein.
• Die A Adresskanäle werden verwendet, um Adressbezeichnungen für jene Empfänger zu übertragen, deren Nachrichten durch die Nabe 14 übertragen werden. Die D Datenkanäle werden verwendet, um die Nachrichten für die bezeichneten Empfänger zu übertragen. Die Übertragung einer Nachrichtenadresse geht jeder Nachricht um eine vorbestimmte Zeitperiode voraus, um einen Empfänger zu gestatten, seine Verfolgungsschaltungsanordnungen einzustellen und mit dem geeigneten Kanal vor der Ankunft der Nachricht zu synchronisieren.
• Die Adresskanäle werden typischerweise als Systemkanäle 1, 2, 3, ... etc. bezeichnet. Jedoch können diese Kanäle durch Datenkanäle getrennt werden, wo Kanalverfolgen entweder diesen Abstand für die Empfängerdemodulation erlaubt oder wünscht. Zusätzlich kann die Anzahl der Kanäle dynamisch eingestellt werden durch das System 10, um sich mehreren Problemsituationen anzupassen. Ein Problem tritt auf, wenn es eine große Anzahl von Nachrichten gibt, die die Adresskanäle sättigen bzw. saturieren, aber die Nachrichten kurz sind, wodurch somit eine Überschußdatenkanalkapazität übriggelassen wird. In dieser Situation könnte ein Datenkanal erneut zugeordnet werden, und zwar um ein Adress(en)kanal zu sein. Das entgegengesetzte Problem tritt auf, wenn es eine mittlere Anzahl von wenigen Nachrichten gibt, aber diese alle maximale Länge besitzen. Das System kann als vorteilhaft finden, einen der Adresskanäle für Daten zu verwenden, um die Anzahl der zurückgestauten Nachrichten zu verringern.
• Jede Nachricht besitzt ein Adressensegment von 24 Bits, das mit ihr assoziiert ist, das von der Nachricht getrennt ist, und das über die Adresskanäle übertragen wird, um einen geeigneten Empfänger anzuzeigen bzw. ein "flag" zu setzen. Während jedem Empfänger eine einzelne und eindeutige Systemadresse zugeordnet wird, können Empfänger ebenfalls auf spezialisierte "System"-Adressen ebenso ansprechen. Das heißt, jedem ist ebenfalls Zugriff vorgesehen, und zwar durch eine "Gruppen"-Adresse (falls anwendbar), eine "alle rufen(an)"-Adresse und andere "Bedingungs"-Adressen. Durch Vorsehen dieser abgewandelten bzw. alternativen Adressen, auf die ein Empfänger ansprechen kann, ist es möglich, sehr effizient einzelne Nachrichten an ein gesamtes System oder eine Gruppe von Empfängern zu übertragen, und zwar ohne dieselbe Nachricht an jeden bezeichneten bzw. designierten Empfänger über eine lange Übertragungsperiode zu senden. Dies sieht ebenfalls die Übertragung von Systemtypinformation, zum Beispiel die Tageszeit, Serviceänderungen etc. an alle Empfänger auf einer periodischen Basis vor, und zwar durch (zyklisches) Alternieren (interleave) dieser Typen von Nachrichten in sonst nicht verwendete Kanalkapazität.
• Da das Kommunikationssystem nur wenige A Kanäle von N möglichen Kanälen verwendet, wird die Adresseninformation bei eine Rate von A/N mal der Rahmenrate übertragen. Das heißt, daß die Adresse für Nachrichten bei einem Bruchteil der Kommunikationssignalrate übertragen wird, was jedem Empfänger gestattet, das Kommunikationssignal 28 bei dieser niedrigeren Rate zu überwachen, bis er seine Adresse detektiert. Wenn ein Empfänger seine Adresse detektiert, begleitet von einer Kanalzuordnung, schaltet der Empfänger zu dem geeigneten Kanal und beginnt das Demodulieren und Empfangen der Nachricht. Deshalb wird es einem Fachmann offensichtlich sein, daß die Empfänger weder das vollständige oder sogar einer Mehrheit oder Majorität der Kommunikationssignale, die von dem Kommunikationssystem 10 gesendet werden, demodulieren noch decodieren. Dies gestattet eine weniger komplexe und langsamere Empfangsschaltung, die Leistung und Kosten verringert, während sie die Zuverlässigkeit und die Mühelosigkeit der Konstruktion erhöht.
• Der Empfang und das Decodieren von Kommunikationssignalen ist in weiterem Detail in Fig. 3 dargestellt. In Fig. 3 wird ein einkommendes Kommunikationssignal, das zyklisch alternierende (interleave) Codesymbole 50 aufweist, von einem Empfänger auf einer Serie von Signalkanälen 52 empfangen, die in einer Sequenz von Sprüngen 54 in der Frequenz gesprungen werden. Die digitalen Codesymbole weisen die oben beschriebenen Codeblocksymbole auf und werden bei einer Rate von zwei Symbolen pro Kanal pro Frequenzsprung empfangen. Es gibt zwei Extrasymbole, die während jedes Sprungs empfangen werden, wobei das erste nicht beachtet wird oder verloren wird, und zwar auf Grund des Einstellens (settling) des Empfängers und das zweite verwendet wird, um die Phase zu erhalten, die erforderlich ist, um das nächste Symbol zu verfolgen. Deshalb gibt es 48 Symbole pro Rahmen bei jedem Sprung und 48 Symbole werden für jeden Kanal nach 24 Sprüngen empfangen. Nachdem 48 Symbole sich angehäuft haben, werden sie in eine erste und zweite Serie von Symbolen sortiert, die in Fig. 3 als "A" Symbole und "B" Symbole gezeigt sind. Dieser Prozeß entfernt das zyklische Alternieren, das zuvor den Codesymbolen auferlegt wurde, als sie übertragen wurden. Wie von einem Fachmann schnell verstanden werden kann, werden diejenigen Symbole, die nahe im Code waren, weit auseinander in der Zeit übertragen, was eine Isolation von Fehlern, wie zuvor diskutiert wurde, vorsieht.
• Für jeden Block der 24 Symbole "A" oder "B" wird ein Golay[24,12] Decodierschritt durchgeführt, um 12 Bit Blöcke von übertragenen Daten zu ergeben. Diese Daten werden erzeugt oder empfangen, und zwar bei ungefähr 5000 Bits pro Sekunde, wie sie ursprünglich übertragen wurden. Die 12 Bitblöcke von Information weisen nun eine Serie von Adresszuordnungen oder Nachrichten auf, und zwar abhängig auf welchem Kanal sie empfangen wurden.
• Die Nachrichten werden auf den Datenkanälen 56 empfangen, während Adresseninformation auf den Adresskanälen 58 empfangen wird. Sowohl Nachricht- als auch Adresscodesymbole werden in 24 Bit Codeblöcke 60 sortiert unter Verwendung eines Sortierschrittes und einer Sortiervorrichtung und in aufeinanderfolgende 12 Bit Blöcke 62 decodiert unter Verwendung eines Golay[24,12]-Decoders.
• Die Ausgangsgröße der Adresskanäle 56 weist Informationssequenzen 64 von 24 Bit Länge auf, die 19 Bits verwenden, um die Empfängeradresse innerhalb des Kommunikationssystems 10 zu spezifizieren, und 5 Bits, um eine Kanalauswahl zum Empfangen einer Nachricht anzuzeigen. Die Ausgangsgröße der Nachrichten- oder Datenkanäle 58 weisen eine Serie von aufeinanderfolgenden 12 Bit-Blöcken 68 auf, die einen Kopf aufweisen, der den Typ der Nachricht, einschließlich ihrer Länge, einen Hauptkörper der Nachricht und eine Serie von Prüfsummenbits zur Fehlerdetektion anzeigt. Die Länge der einkommenden Nachricht ist wichtig, so daß der Empfänger die gesamte Nachricht geeignet verfolgen bzw. tracken kann oder eine Fehl anzeige vorsieht, falls nicht die gesamte Nachricht empfangen wird.
• Wie zuvor diskutiert wurde, wird klar verstanden, daß die Adresseninformation für einen Empfänger gesendet wird, bevor die Nachricht auf einen Datenkanal übertragen wird. Der Betrag von "Führungszeit" ("lead time") für das Übertragen von Adresseninformation hängt von der Kanalschaltgeschwindigkeit der Empfänger ab, wie von einem Fachmann verstanden wird. Die Adresse muß vorgesehen sein, und zwar vor der Nachricht, um eine Zeitperiode, die gleich dieser Schaltzeit (settling time) ist plus etwas Einstellzeit für den Empfänger, um geeignet und genau den bezeichneten Kanal zu verfolgen.
• Ein beispielhafter Empfänger zum Empfangen der Kommunikationssignale und zum Vorsehenen einer Nachrichtenausgangsgröße ist in schematischer Form in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4 ist ein Empfänger 70 gezeigt zum Empfangen und Demodulieren von Kommunikationssignalen von der Nabe 14. Der Empfänger 70 ist mit der Antenne 30 durch einen Diplexer bzw. eine Frequenzweiche 32 verbunden, um das Satellitenherabverbindungssignal zu empfangen, das in einen Demodulator 78 übertragen wird für die Demodulation in ein codiertes Digitalnachrichtsignal. Der Demodulator 78 ist mit dem Modulator, der in der Nabe 14 oder dem Satelliten 20 verwendet wird, synchronisiert.
• Wie zuvor diskutiert wurde, muß der Empfänger 70 nicht das gesamte Kommunikationssignal 28 demodulieren. Eine Synchronisation für den Empfänger 70 wird erreicht durch Verfolgen und Synchronisieren mit dem Frequenzsprungmuster der Kommunikationssignale. Wurde einmal ein Empfänger mit dem Frequenzspringen der TDM-Signalrahmen synchronisiert, dann wird die interne Rahmenzeitsteuerung (frame timing) automatisch ebenso detektiert.
• Der mobile Empfänger oder das Terminal 70 inkorporiert einen Mikroprozessor oder eine ähnliche Steuervorrichtung 72 zum Implementieren von Signalverarbeitungs-, -acquisitions- und -demodulationsfunktionen. Ein Verstärker 76 mit niedrigem Rauschen und eine herkömmliche Herabkonversionkette sehen ein Signal zu dem Mikroprozessor zur Signalacquisition, -verfolgen und -demodulation vor.
• Die Antenne 30 wird allgemein durch eine Serie von 360º Bögen gesweept bzw. überstrichen, bis ein Signal von dem Satelliten 20 in dem Frequenzbereich des Empfängers oberhalb einer vorbestimmten Schwelle detektiert wird. In diesem Grenzzeitpunkt werden ein oder mehrere Verfolgungs- und Signalverarbeitungsalgorithmen verwendet, um die Richtung der höchsten Signalstärke zu bestimmen und die Antenne verfolgt diese Richtung relativ zu der darauffolgenden Bewegung des Empfängers oder des Fahrzeugs 12.
• Viele der einzelnen Funktionen, die von dem Mikroprozessor 72 durchgeführt werden, werden als separate Elemente in Fig. 4 zu Zwecken der Klarheit dargestellt. Jedoch werden Fachleute schnell verstehen, daß viele der Funktionen, die von der gestrichelten Linie 73 umgeben sind, in einer einzelnen miniaturisierten Schaltung oder einem auf einer integrierten Schaltung basierenden Mikroprozessor und verwandten Unterstützungschips durchgeführt werden können.
• Ein Empfängeradressenspeicherelement 82 ist mit dem Demodulator 78 verbunden, um die dem Empfänger 70 zugeordnete Adresse zu speichern und wird verwendet, um die Anwesenheit einer Nachricht von dem Satelliten 20 oder der Nabe 14 zu bestimmen. Das Adressenspeicherelement 82 weist typischerweise ein kleines ROM oder eine ähnliche Speichereinrichtung auf, die mit dem Mikroprozessor 72 verbunden ist. Die Adresse kann in der Mikroprozessorstruktur selbst verdrahtet sein, wie zum Beispiel in dem Fall eines scratch memory (schneller Zwischenspeicher) oder einem internen RAM, obwohl dies nicht passend oder kostengünstig in vielen Anwendungen sein kann. Zusätzlich erlaubt die Verwendung eines separaten Speicherelements eine Auswechslung durch Wartungspersonal zu einem zukünftigen Zeitpunkt, wenn es erforderlich ist.
• Es ist ebenfalls möglich, die Empfängeradresse auf einem tragbaren Speicherelement, wie zum Beispiel ein Magnetstreifen oder einer Patrone, die von einem (nicht gezeigten) Kartenleser, der mit dem Mikroprozessor 72 verbunden ist, gelesen werden kann. Dies würde einzelnen Anwendern des Kommunikationssystems 10 erlauben, sich zwischen den Empfängern zu bewegen, die permanent in einer Vielfalt von Fahrzeugen installiert sind und automatisch Nachrichten empfangen, ohne einen zentralen Verteiler (dispatcher) von dem neuen Empfängerort zu informieren.
• Ist einmal eine Empfängeradresse, die zu der in dem Adressenspeicher 82 gespeicherten Adresse paßt, detektiert, wird ebenfalls der Kanal, der durch die entsprechende Adresseninformation bezeichnet wird, empfangen und durch den Empfänger 70 registriert. Der Empfänger 70 schaltet automatisch, um den Empfang auf diesem Kanal zu synchronisieren und beginnt das Demodulieren eines Nachrichtensignals.
• Falls die Antenne versagt, das Kommunikationssignal 28 zu irgendeiner Zeit während des Empfangs der Nachricht zu verfolgen oder eine Art von Signalversagen oder -blockieren auftritt, werden ein oder mehrere Fehler in der Signaldemodulierung detektiert und keine Nachricht wird angezeigt. Derartige Fehler könnten ein vorzeitiges Beenden der Nachricht vor der Länge, Zeit, die in dem Nachrichtenkopf spezifiziert ist oder das Versagen des Prüfsummenüberprüfungsprozesses aufweisen.
• Das demodulierte Kommunikationssignal wird zu einem Decoder 80 übertragen, in dem das Golay-Decodieren durchgeführt wird. Zu derselben Zeit sieht eine PN-Codequelle oder ein anderes verwandtes stehendes Codespeicherelement 84 irgendwelche notwendigen Codesequenzen vor, die erforderlich sind, um weiter eine empfangene Nachricht zu decodieren.
• Die decodierten Nachrichtbits können zeitweise in einem Speicherelement 86 gespeichert werden, bevor sie visuell durch ein Anzeigeelement 88 angezeigt werden. Alternativ kann die Nachricht an andere Verarbeitungselemente durch die Schnittstelle 92 übermittel werden oder durch die Hardcopyeinrichtung 90 ausgedruckt werden.
• Was beschrieben wurde, ist dann ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Nachrichten von zentralen Kommuniktionstationen zu einem oder mehreren entfernten, mobilen Empfängern, die eine Massenproduktion mit geringen Kosten von Terminalausrüstung, die ein Hochleistungsniveau in einer Vielzahl von Interferenzumgebungen erreicht.
• Die vorige Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen wurde zum zwecke der Illustration und der Beschreibung gegeben. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarte Form zu beschränken und viele Modifikationen und Variationen sind möglich im Licht der obigen Lehre. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um am besten die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, um es dadurch anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung am besten in verschiedenen Ausführungsbeispielen mit verschiedenen Modifikationen zu verwenden, die der besonderen beabsichtigten Verwendung angepaßt sind. Es ist beabsichtigt, daß der Schutzumfang der Erfindung durch die Patentansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.

Claims (21)

1. Kommunikationssystem zum Senden von Nachrichten bzw. Botschaften von zentralen Kommunikationsstationen zu einem oder mehreren von einer Vielzahl von mobilen Empfängern durch erdumkreisende Relaisstationen, und zwar unter Verwendung von Zeiteinteilungsmultiplexer-Kommunikationssignalen (TDM = Time Division Multiplexed), das folgendes aufweist:

mindestens eine zentrale Kommunikationsstation, die Sende- bzw. Übertragungsmittel zum Übertragen eines TDM-Kommunikationssignals besitzt, das eine Serie von

N Kanälen aufweist mit D Datenkanälen, für D < N, die ausschließlich für die Übertragung von Nachrichtdaten verwendet werden und A Adresskanälen, wobei A = N - D, die für die Übertragung von Adressinformationen in der Form von Empfängeradressen für Empfänger, die designiert sind, Nachrichten von der Station und entsprechenden der D Kanäle, auf denen die Empfängernachricht übertragen wird, zu empfangen, verwendet werden.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die zentrale Kommunikationsstation weiter folgendes aufweist:

Empfängerzuordnungsmittel zum Detektieren an welchen der Vielzahl von Empfängern jede Nachricht gerichtet ist;

Kanalzuordnungsmittel zum Zuordnen von mindestens einem Kanal zu jeder Nachricht zu einer Zeit, und zwar von den D Kanälen;

Adressteuermittel zum Übertragen einer Empfängeradresse und einer assoziierten Kanalzuordnung auf einen der A Kanäle, und zwar ansprechend auf Eingangsnachrichten, die für einen Empfänger beabsichtigt sind; und

Nachrichteingabe- bzw. -eingangsmittel, die mit den Kanalzuordnungsmitteln verbunden sind, um digitale Nachrichten zu empfangen und die Nachrichten auf die D Kanäle zu übertragen, und zwar ansprechend auf eine Zuordnung von den Kanalzuordnungsmitteln bei einer Rate von einer Nachricht pro Kanal.

3. Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei die Zentrale Kommunikationstation weiter folgendes aufweist:

mindestens eine Schmalbündelantenne (narrow beam antenna); und

Konversions- bzw. Wandlermittel zum Umwandeln von Information, die an einem Empfänger übertragen bzw. gesendet werden soll, in eine digitale Nachricht mit einer vorbestimmten Übertragungsrate.

4. Kommunikationssystem nach Anspruch 3, wobei die Übertragungsrate mindestens 5000 Bit pro Sekunde beträgt.

5. Kommuniktionssystem nach Anspruch 3, wobei die digitalen Nachrichtensignale vorbestimmte Sendebzw. Übertragungsperioden besitzen.

6. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, das weiter folgendes aufweist:

mindestens eine mobile Empfängerstation, die Empfängermittel aufweist zum Detektieren Demodulieren und Decodieren des TDM-Kommunikationssignals, wobei die Empfängermittel eingestellt sind, um mindestens einen der A Adresskanäle zu empfangen, wenn sie nicht eine Nachricht empfängen; und

Kanalauswahlmittel, die mit den Empfängermitteln verbunden sind zum Einstellen der Empfängermittel, um nur einen designierten der D Nachrichtenkanäle des TDM-Kommunikationssignals zu demodulieren, und zwar gemäß eine Kanalzuordnung, die für den mobilen Empfänger auf dem mindestens einen der A Adresskanäle empfangen wurde.

7. System nach Anspruch 6, wobei der mobile Empfänger folgendes aufweist:

eine Schmalbündelantenne,

Empfängermittel zum Empfangen des

Kommunikationssignals;

einen Demmultiplexer, der folgendes aufweist:

Adresspeichermittel zum Aufzeichnen und Speichern einer zuvor zugeordneten Adresse für den Empfänger; und

Mittel zum Demultiplexen des TDM-Kommunikationssignals über ein Zeitinterval, das gleich mindestens einem Zeitinterval für Kanäle in einem Signalrahmen ist, und zwar abhängig von dem Auftreten der zuvor zugeordneten Adresse für den Empfänger.

8. System nach Anspruch 7, wobei der mobile Empfänger weiter eine Nachrichtanzeigeeinrichtung aufweist, und zwar verbunden mit dem Demultiplexer zum Anzeigen, und zwar in einer visuellen Form, von einer Serie von alpahnumerischen Zeichen entsprechend einer jeweiligen Nachricht.

9. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei jede der Nachrichten eine vorbestimmte Maximale Länge M besitzt und ein Verhälntis von A zu D ungefähr gleich dem Verhältnis einer Summe von digitalen Bits ist, die verwendet wird um eine Empfängeradresse und eine Kanaldesignation zu definieren zu einer Summe von Bits, die verwendet werden, um jede der Nachrichten zu definieren.

10. Verfahren zum Senden von Nachrichten von Zentralen Kommunikationsstationen zu mobilen Empfängern durch erdumkreisende Relaisstationen, das folgendes aufweist:

Erzeugen eines TDM-Kommunikationssignals, das in eine Serie von N Übertragungskanälen geteilt ist;

Vorsehen von digitalen Nachrichten, die auf den Kanälen übertragen werden sollen;

Zuordnen von mindestens einer Empfängeradresse zu jeder Nachricht;

Zuordnen von mindestens einem der D Datenkanälen zu jeder der Nachrichten, wobei D < N gilt;

Übertragen von jeder der Nachrichten auf mindestens einem der D Kanäle;

Übertragen der Adressenzuordnungen auf entsprechenden der A Adresskanäle, wobei A = N - D gilt;

Detektieren, Demodulieren und Decodieren des TDM- Kommunikationssignals durch mindestens einen mobilen Empfänger;

Einstellen des Empfängers, um nur einen der D Datenkanäle des TDM-Kommunikationssignals zu detektieren, und zwar ansprechend auf die Adresszuordnungen, die auf den A Adresskanälen übertragen wurden; und Demodulieren des einen Datenkanals und zwar gemäß der Zuordnung.

11. Verfahren nach Anspruch 10, das weiter folgende Schritte aufweist: Anwenden eines Golay[24,12]- Blockcodierprozesses an die digitale Nachricht vor der Übertragung und Anwenden eines Golay[24,12]- Blockdecodierprozesses auf Symboldaten, die in dem einen demodulierten Datenkanal für jeden Empfänger empfangen wurden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Golay-Codierschritt digitale Symboldaten bei einer Rate in der Größenordnung von 10 000 Bits pro Sekunde erzeugt.

13. Verfahren nach Anspruch 10, das weiter folgende Schritte aufweist: Durchführen einer Prüfsummenberechnung auf Eingangsdigitalnachrichten in den Übertragungsmitteln und auf entsprechenden demodulierten Symboldaten in dem Empfänger.

14. Verfahren nach Anspruch 10, das weiter den Schritt des Hüpfens einer Übertragungs- bzw. Sendefrequenz des TDM-Kommunikationssignals auf eine vorbestimmte periodischen Basis über eine vorgewählte Anzahl von Frequenzen aufweist.

15. Kommunikationssystem zum Senden von Nachrichten von mindestens einer zentralen Kommunikationsstation zu einem oder mehreren von einer Vielzahl von mobilen Empfängern durch erdumkreisende Relaisstationen unter Verwendung von Zeiteinteilungsmultiplexkommunikationssignalen (TDM = Time Division Multiplexed), wobei das System folgendes aufweist:

mindestens eine zentrale Kommunikationsstation, die folgendes aufweist:

Sende- bzw. Übertragungsmittel zum Übertragen eines TDM-Kommunikationssignals, das eine Serie von N Kanälen aufweist, mit D Datenkanälen, wobei D < N gilt, wobei die D Datenkanäle verwendet werden für die Übertragung von Nachrichtdaten, und mit A Adresskanälen, wobei A = N - D und wobei die A Adresskanäle für die Übertragung von Adressinformation in einer Form von Empfängeradressen verwendet werden, und zwar für Empfänger, die designiert sind, Nachrichten von jeder Station und entsprechenden der D Kanäle zu empfangen, auf denen die Empfängernachricht übertragen wird,

Empfängerzuordnungsmittel zum Detektieren, an welchen der Vielzahl von Empfängern jede Nachricht gerichtet ist;

Kanalzuordnungsmittel zum Zuordnen von mindestens einem Kanal zu jeder der Nachrichten zu einer Zeit bzw. nacheinander von den D Kanälen;

Adressteuermittel zum Übertagen einer Empfängeradresse und einer assoziierten Kanalzuordnung auf einen der A Kanäle, und zwar ansprechend auf Eingangsnachrichten, die für einen Empfänger bestimmt sind;

Nachrichteingangsmittel, die mit den Kanalzuordnungsmitteln verbunden sind, um digitale Nachrichten zu empfangen und die Nachrichten auf die D Kanäle zu übertragen, und zwar ansprechend auf eine Zuordnung von den Kanalzuordnungsmitteln, bei einer Rate von einer Nachricht pro Kanal; und

mindestens eine mobile Empfängerstation, die folgendes aufweist:

Empfängermittel zum Detektieren, Demodulieren und Decodieren des TDM-Kommunikationssignals dabei einer Rate von ungefähr 1/N mal der Übertragungsrate des Kommunikationssignals, wobei die Empfängermittel eingestellt sind, um einen ausgewählten der A Adresskanäle zu empfangen, wenn sie nicht eine Nachricht empfangen; und

Kanalauswahlmittel, die mit den Empfängermitteln verbunden sind zum Einstellen der Empfängermittel, um nur einen designierten der D Nachrichtkanäle des TDM-Kommunikationssignals zu demodulieren, und zwar gemäß einer Kanalzuordnung, die für den mobilen Empfänger auf dem ausgewählten der A Adresskanäle empfangen wurde.

16. Kommunikationsystem nach Anspruch 15, wobei die zentrale Kommunikationsstation weiter folgendes aufweist:

mindestens eine Schmalbündelantenne, und

Konversionsmittel zum Konvertieren bzw. Wandeln von Information, die an mobile Empfängerstationen übertragen werden soll, und zwar in eine digitale Nachricht bei einer vorbestimmten Übertragungsrate.

17. Kommunikationssystem nach Anspruch 15, wobei die Übertragungsrate mindestens 5000 Bits pro Sekunde beträgt.

18. Kommunikationsystem nach Anspruch 15, wobei die digitalen Nachrichtsignale vorbestimmte Sende- bzw. Übertragungsperioden besitzt.

19. System nach Anspruch 15, wobei der mobile Empfänger folgendes aufweist:

eine Schmalbündelantenne (narrow beam antenna);

Empfängermittel zum Empfangen des Kommunikationssignals;

einen Demultiplexer, der folgendes aufweist:

Adresspeichermittel zum Aufzeichnen und Speichern einer zuvor zugeordneten Adresse für den Empfänger; und

Mittel zum Demultiplexen des TDM-Kommunikationssignals über ein Zeitintervall, das gleich mindestens einem Zeitintervall für Kanäle in einem Signalrahmen ist, und zwar abhängig von dem Auftreten der zuvor zugeordneten Adresse für den Empfänger.

20. System nach Anspruch 19, das weiter eine Nachrichtanzeigeeinrichtung aufweist, verbunden mit dem Demultiplexer zum Anzeigen, und zwar in visueller Form, einer Serie von alphanumerischen Zeichen zum Anzeigen einer Nachricht.

21. Kommunikationssystem nach Anspruch 15, wobei jede der Nachrichten eine vorbestimmte maximale Länge M besitzt und ein Verhältnis von A zu D ungefähr gleich dem Verhälntis von einer Summe von digitalen Bits, die verwendet werden, um eine Empfängeradresse und eine Kanaldesignation zu definieren, zu einer Summe von Bits, die verwendet wird, um jede der Nachrichten zu definieren, ist.