DE602004009332T2 - Kommunikationssystem und verfahren mit einer zeitlich gemultiplexten (tdm-)abwärtsstrecke - Google Patents

Description

• Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kommunikationssysteme und insbesondere auf Kommunikationssysteme, bei denen Information von einem Punkt zu einem anderen auf oder in der Nähe der Erdoberfläche über einen oder mehrere zwischenliegende Knoten oder Stationen gesendet wird. Ein zwischenliegender Knoten kann ein die Erde umkreisender Satellit, eine eine große Höhe aufweisende Plattform oder im Fall eines terrestrischen Systems, ein Aggregationsknoten sein, an dem Signale von mehrfachen Benutzern gesammelt und weitergeleitet werden. In dieser Beschreibung wird die Erfindung im Kontext eines Satelliten-Kommunikationssystems beschrieben, doch sollte es verständlich sein, dass die äquivalente Funktion eines Satelliten durch eine eine große Höhe aufweisende Plattform oder einen Aggregationsknoten auf dem Boden ausgeführt werden kann. Diese Beschreibung verwendet weiterhin die Ausdrücke „Aufwärtsstrecke" und „Abwärtsstrecke", um die Signalaussendung zu bzw. von einem Satelliten zu bezeichnen, doch sollte es auch verständlich sein, dass die Verwendung dieser Ausdrücke die Erfindung nicht auf ein Satelliten-Kommunikationssystem beschränken soll.
• In dem Kontext von Satelliten-Kommunikationen werden Systeme der allgemeinen vorstehend beschriebenen Art in manchen Fällen als „Knickrohr"-Systeme bezeichnet, bei denen ein sich auf einer Umlaufbahn befindender Satellit im Wesentlichen als ein Transponder wirkt, der Daten über mehrfache Aufwärtsstrecken-Kanäle empfängt und die Information über mehrfache Abwärtsstrecken-Kanäle zum Boden zurücksendet. In herkömmlicher Weise haben die mehrfachen Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken-Kanäle getrennte Hochfrequenz-(RF-) Träger, die für eine Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken-Aussendung frequenzmultiplexiert (FDM) sind. Die mehrfachen Aufwärtsstrecken-Träger werden üblicherweise von mehrfachen Aufwärtsstrecken-Quellen ausgesandt. Für den Aufwärtsstrecken-Empfang an dem Satelliten werden die empfangenen zusammengesetzten Aufwärtsstrecken-Signale durch eine Frequenzfilterung in mehrfache Träger getrennt, die getrennt verarbeitet und hinsichtlich ihrer Route geführt werden. Für Abwärtsstrecken-Aussendungen von dem Satellit werden die getrennten Signale in ein zusammengesetztes FDM-Signal kombiniert und nachfolgend ausgesandt.
• Obwohl diese FDM-Sendetechnik bekannte Vorteile hat, leidet der Abwärtsstrecken-Gesichtspunkt der FDM-Aussendung an einem wesentlichen Nachteil. In FDM-Sender verwendete Verstärker müssen in ihrer Leistung reduziert werden, um unterhalb des Sättigungspunktes ihrer Betriebsleistungs-Charakteristik zu arbeiten, um sicherzustellen, dass sie in einem linearen Bereich arbeiten, in dem unerwünschte intermodulations-Produkte zu einem Minimum gemacht werden. Diese unerwünschten Intermodulations-Produkte verringern das effektive Signal-/Störverhältnis des Abwärtsstrecken-Signals. Der Betrieb von Verstärkern, deren Leistung gegenüber ihren Spitzenleistungs-Pegeln reduziert ist, führt jedoch zu einem Leistungsverlust. Obwohl die gleichen Betrachtungen für die Aufwärtsstrecken gelten, können Verstärker in den Bodenstationen so ausgewählt werden, dass sie eine gewünschte Aufwärtsstrecken-Leistung liefern, wobei diese Leistungseinbuße nur eine minimale Rolle spielt. Für eine Abwärtsstrecken-Aussendung stellt der Betrieb der Verstärker erheblich unterhalb ihrer Spitzenleistung ein schwerwiegendes Satelliten-Effizienz- und Gleichspannungs-Leistungsproblem dar.
• Ein Beispiel eines direkten Audio-Rundsendesystems mit Satelliten wird von Campanella ( US-Patent 6 249 514 ) beschrieben. Das Satelliten-Rundsendesystem schließt eine Anzahl von eine feste Rate aufweisenden Frequenzvielfachzugriff-(„FDMA"-) Aufwärtsstrecken- und eine Zeitmultiplex-(„TDM"-) Abwärtsstrecke ein. Quellen-Audio-Kanäle können auf eine ausgewählte Anzahl von eine feste Rate aufweisenden Aufwärtsstrecken verteilt und auf diesen ausgesandt werden, damit sich eine auswählbare Audio-Qualität an dem Empfänger ergibt. Eine feste Rate aufweisende FDMA-Aufwärtsstrecken schließen Information ein, die zugehörige Kanäle so bezeichnet, dass sie verwandte Quellen-Information enthält. An Bord des Satelliten wählt eine Basisband-Verarbeitung Aufwärtsstrecken-Informations-Kanäle für die Einfügung in keine, eine oder mehrfache TDM-Abwärtsstrecken aus.
• In idealer Weise würde es wünschenswert sein, Abwärtsstrecken-Sender-Verstärker mit ihrer Spitzenleistung zu betreiben, wenn die Nachteile, die üblicherweise aus dieser Vorgehensweise ergeben, vermieden werden könnten. Die vorliegende Erfindung ist auf dieses Ziel gerichtet.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verwendung in einem Kommunikationssystem geschaffen, wie es im Anspruch 1 genannt ist.
• Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationssystem-Transponder mit verringertem Abwärtsstrecken-Leistungsbedarf geschaffen, wie er im Anspruch 9 angegeben ist.
• Die vorliegende Erfindung besteht in einer Technik zum Empfang von Aufwärtsstrecken-Daten, die in einer Frequenzmultiplex-Betriebsart ausgesandt wurden, und zur Rück-Aussendung der Daten über einen oder mehrere Abwärtsstrecken-Strahlen, die in einer Zeitmultiplex-Betriebsart arbeiten. Kurz gesagt und in allgemeinen Ausdrücken umfasst das Verfahren gemäß der Erfindung die Aussendung, in einem oder mehreren Aufwärtsstrecken-Strahlen, von Kommunikations-Signalen, die als getrennte Aufwärtsstrecken-Kanäle auf getrennte Träger moduliert sind, die frequenzmultiplexiert (FDM) sind; das Empfangen der FDM-Aufwärtsstrecken-Signalträger an einem Kommunikationsknoten; das Umwandeln der mehrfachen FDM-Aufwärtsstrecken-Signale auf zumindest eine Folge von zeitmultiplexierten (TDM-) Signalen; und das Senden der Folge von TDM-Signalen als Abwärtsstrecken-Strahlen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat der Abwärtsstrecken-TDM-Strahl eine wesentlich größere Bandbreite als irgendeiner der Aufwärtsstrecken-FDM-Kanäle. Der Sende-Schritt schließt den Betrieb der Abwärtsstrecken-Sender-Verstärker mit der Spitzenleistung ein.
• Im Einzelnen umfasst der Schritt des Umwandelns von FDM auf TDM die Trennung der empfangenen FDM-Aufwärtsstrecken-Signalträger gemäß ihrer Frequenz; die Umwandlung der abgetrennten Signale von einem Analog- auf ein Digitalformat mit einer ersten Abtastrate S1, das Speichern der abgetasteten digitalen Signale, die von den Aufwärtsstrecken-Signalträgern abgeleitet werden, in einem Pufferspeicher in Form von Blöcken von Daten, die jeweils einer ausgewählten Zeitdauer entsprechen; das Rückgewinnen der Blöcke von Daten aus dem Pufferspeicher in zumindest einer ausgewählten Folge, die eine Folge von TDM-Signalen wird; und die Umwandlung der zurückgewonnenen Folge von Blöcken von Daten zurück in ein Analogformat mit einer zweiten ausgewählten Abtastrate S2. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise ist S2 größer als S1. In einer speziell beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl der Aufwärtsstrecken-Kanäle gleich n; die Anzahl der Abwärtsstrecken-Strahlen ist eins; die zweite Abtastrate S2 ist gleich dem n-fachen der ersten Abtastrate S1; und die Bandbreite des Abwärtsstrecken-Strahls ist gleich dem n-fachen der Bandbreite eines der Aufwärtsstrecken-Strahlen.
• In einer beschriebenen Ausführungsform der Erfindung werden Datensignale, die von zumindest einem ausgewählten Aufwärtsstrecken-Kanal abgeleitet sind, von dem Pufferspeicher mit einer niedrigeren Rate als die anderen Kanäle zurückgewonnen, und sie belegen einen größeren Anteil der Zeit in dem TDM-Abwärtsstrecken-Strahl, als Datensignale, die von den anderen Kanälen abgeleitet werden. Der ausgewählte Kanal ist daher gegenüber Abwärtsstrecken-Sendestörungen weniger empfindlich, verwendet jedoch mehr Abwärtsstrecken-Kapazität als die anderen Kanäle.
• Die Erfindung kann außerdem so betrachtet werden, als ob sie die Form eines Kommunikationssystem-Transponders mit verringerten Abwärtsstrecken-Leistungsanforderungen aufweist. Der Transponder umfasst einen Empfänger zum Empfang und zur Trennung von frequenzmultiplexierten (FDM-) Signalen, die als getrennte FDM-Aufwärtsstrecken-Kanäle auf mehrfachen Aufwärtsstrecken-Strahlen ausgesandt wurden; und Einrichtungen zur Routenführung oder zum Lenken der mehrfachen frequenzmultiplexierten (FDM-) Aufwärtsstrecken-Signale an eine Anzahl von zeitmultiplexierten (TDM-) Abwärtsstrecken-Strahlen. Die Einrichtungen zum Umwandeln schließen Einrichtungen zur zeitlichen Komprimierung der Signale in den Aufwärtsstrecken-Kanälen ein, um sie in einem oder mehreren Abwärtsstrecken-Strahlen mit größerer Bandbreite unterzubringen. Der Transponder schließt weiterhin einen Sender zum Senden der zeitlich komprimierten Signale unter Verwendung einer Zeitmultiplexierung (TDM) ein. Die Aussendung von TDM-Signalen ermöglicht es, dass die Sender-Verstärker mit der Spitzenleistung betrieben werden. Im Einzelnen umfassen die Einrichtungen zur Umwandlung Analog-/Digital-Wandlereinrichtungen, die die empfangenen und getrennten FDM-Signale mit einer ersten Abtastrate S1 verarbeiten; einen Pufferspeicher zum Speichern der empfangenen und getrennten Signale in digitalem Format als Blöcke von Daten, die einer ausgewählten Zeitdauer entsprechen; Einrichtungen zur Rückgewinnung der gespeicherten Blöcke von Daten von dem Pufferspeicher in so vielen Folgen, wie es Abwärtsstrecken-Strahlen gibt; und Digital-/Analog-Wandlereinrichtungen, die die rückgewonnenen Folgen von Blöcken von Daten mit einer zweiten Abtastrate S2 verarbeiten, wobei S2 vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise größer als S1 ist. In einer speziell beschriebenen Ausführungsform ist die Anzahl von Aufwärtsstrecken-Kanälen gleich n; die Anzahl der Abwärtsstrecken-Strahlen ist eins; die zweite Abtastrate S2 ist gleich dem n-fachen der ersten Abtastrate S1; und die Bandbreite des Abwärtsstrecken-Strahls ist gleich dem n-fachen der Bandbreite irgendeines der Aufwärtsstrecken-Kanäle. Wie dies weiter oben unter Bezugnahme auf das Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben wurde, kann der Transponder auch so konfiguriert werden, dass nicht alle n Kanäle in gleicher Weise einen Anteil an der Abwärtsstrecken-Bandbreite erhalten. Beispielsweise kann zumindest ein ausgewählter Aufwärtsstrecken-Kanal mehr von der TDM-Abwärtsstrecken-Bandbreite verwenden, als die anderen Kanäle, wodurch sich ein vergrößerter Sicherheitsbereich (das heißt eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Sendestörungen) unter Inkaufnahme der Verwendung eines größeren Anteils der Abwärtsstrecken-Kapazität.
• Es dürfte aus der vorstehenden Zusammenfassung verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung einen erheblichen Fortschritt auf dem Gebiet von Kommunikationssystemen ergibt. Insbesondere ergibt die Erfindung Transponder-Leistungseinsparungen durch die Verwendung einer TDM-Abwärtsstrecke, die eine höhere Bandbreite als eine größere Anzahl der FDM-Aufwärtsstrecken haben kann. Andere Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 ist ein Blockschaltbild, das die Hauptkomponenten eines Kommunikationssystems unter Verwendung der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 2 ist ein ausführlicheres Schaltbild, das die Umwandlung von Daten von der Frequenzmultiplexierung (FDM) auf eine Zeitmultiplexierung (TDM) zeigt.
• 3 ist ein Blockschaltbild, das den Datenfluss in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung zeigt, die 40 FDM-Aufwärtsstrecken-Kanäle und einen einzigen Abwärtsstrecken-TDM-Strahl aufweist.
• 4 ist ein Blockschaltbild ähnlich der 3, bei der mehrfache Aufwärtsstrecken-Kanäle den TDM-Abwärtsstrecken-Zeitraum gemeinsam auf einer ungleichen Basis nutzen.
• Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Wie dies in den Zeichnungen für die Zwecke der Erläuterung gezeigt ist, betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zur Verwendung in einem Kommunikationssystem. Obwohl die Erfindung nachfolgend im Kontext von Satelliten-Kommunikationssystemen beschrieben wird, ist es verständlich, dass die Prinzipien der Erfindung in gleicher Weise auf Kommunikationssysteme, die eine hoch gelegene Plattform als einen gemeinsamen Kommunikationsknoten verwenden, und auf terrestrische Kommunikationssysteme anwendbar ist, die einen Aggregationsknoten verwenden. Der Ausdruck „Aufwärtsstrecke" bezieht sich auf Aussendungen zu einem Satelliten, und allgemeine auf irgendwelche Signale, die zu einem Kommunikationsknoten irgendeiner Art ausgesandt werden. In gleicher Weise bezieht sich der Ausdruck „Abwärtsstrecke" auf Aussendungen von einem Satelliten, und allgemeine auf irgendwelche Signale, die von einem Kommunikationsknoten empfangen werden.
• In konventionellen digitalen Satelliten-Kommunikationssystemen werden mehrfache Aufwärtsstrecken-Kommunikationssignale zu einem Satelliten auf mehrfachen Funkfrequenz-(RF-) Trägern in einer Frequenzmultiplex-(FDM-) Betriebsart ausgesandt. An dem Satelliten werden die mehrfachen Aufwärtsstrecken-Träger getrennt, und Datensignale werden aus den jeweiligen Trägern zur weiteren Verarbeitung zurückgewonnen. Schließlich werden die Datensignale zur Modulation mehrfacher Träger verwendet, und sie werden erneut auf mehrfachen Abwärtsstrecken-Kanälen ausgesandt, die ebenfalls FDM verwenden. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, erfordert die Verwendung von FDM für die Abwärtsstrecken-Kanäle, dass die Sender-Verstärker mit weniger als der Spitzenleistung arbeiten, um Eigenstörungen aufgrund von Intermodulationseffekten zu einem Minimum zu machen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt jeder Abwärtsstrecken-Strahl lediglich einen Träger ein, der mehrfachen Datensignalen in Zeitmultiplex (TDM) aufweist, die aus irgendeiner gewünschten Kombination von Aufwärtsstrecken-Kanälen abgeleitet sind. Kurz gesagt, und wie dies ausführlicher weiter unten erläutert wird, ist jedes Abwärtsstrecken-Signal aus seinen zusammengesetzten Aufwärtsstrecken-Signalen dadurch gebildet, dass Zeitsegmente jedes digitalisierten Aufwärtsstrecken-Signals genommen und ihre Rate zeitlich beschleunigt wird, während sie in Analogsignale für die Abwärtsstrecken-Aussendung in der TDM-Betriebsart umgewandelt werden. Ein wichtiges Schlüssel-Merkmal der Erfindung besteht darin, dass jeder TDM-Abwärtsstrecken-Strahl mit einer beträchtlich größeren Datenrate arbeiten kann, als irgendeines der FDM-Aufwärtsstrecken-Signale. Um einen kontinuierlichen Datenfluss für jeden Kommunikations-Kanal zu schaffen, sind die Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstrecken-Datenraten, die irgendeinem Kanal zuzuordnen sind, gleich. Wie dies anhand spezieller Beispiele erläutert wird, belegt bei einer Ausführungsform der Erfindung jeder Aufwärtsstrecken-Kanal einen gleichen Anteil eines gemeinsamen TDM-Abwärtsstrecken-Strahls. Dies schließt jedoch andere Konfigurationen der TDM-Abwärtsstrecke ein, bei denen beispielsweise Daten, die von einem bestimmten Aufwärtsstrecken-Kanal abgeleitet sind, einen größeren Anteil des Abwärtsstrecken-Zeitraumes belegen, als die anderen Kanäle. Dies heißt mit anderen Worten, dass ein ausgewählter Kanal auf der Abwärtsstrecke „verlangsamt" werden kann, um einen zusätzlichen Sicherheitsbereich (das heißt eine niedrigere Fehlerrate) unter Inkaufnahme einer größeren Nutzung der Abwärtsstrecken-Kapazität zu schaffen.
• Wie dies in 1 gezeigt ist, verarbeitet jede Bodenstation ein oder mehrere Aufwärtsstrecken-Signale und schließt einen FDM-Sender 10 und eine Antenne 12 ein. Typischerweise ist der Ursprung jedes FDM-Aufwärtsstrecken-Signals eine getrennte Bodenstation. 1 zeigt den allgemeineren Fall, bei dem jede Bodenstation als der Ursprung mehrfacher FDM-Aufwärtsstrecken-Signale dienen kann. In dem Sender 10 werden mehrfache Datenströme, die durch Linien 14 angedeutet sind, zur Modulation mehrfacher Träger mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet. Die resultierenden modulierten Träger werden zur Ansteuerung der Antenne 12 angewandt. Eine Antenne 20 auf einem sich auf einer Umlaufbahn befindenden Satelliten empfängt die FDM-Signale, und ein FDM-Empfänger 22 setzt die getrennten modulierten Träger auf eine gemeinsame Zwischenfrequenz um und wandelt sie dann in ein digitales Format mit einer ausgewählten Abtastrate um, jedoch ohne Demodulation der Daten. Wie dies allgemein in dem Block 24 gezeigt ist, werden diese digitalen Signale gepuffert, hinsichtlich ihrer Route gelenkt und in eine TDM-Betriebsart dadurch umgewandelt, dass sie auf ein analoges Format bei einer ausgewählten und üblicherweise schnelleren Rate in einer gewünschten Folge umgewandelt werden. Wie dies aus einem speziellen Beispiel ersichtlich wird, kann ein einzelner Abwärtsstrecken-Kanal verwendet werden, um Datensignale, die von einem oder mehreren ausgewählten Aufwärtsstrecken-Kanälen abgeleitet werden, in aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen des TDM-Abwärtsstrecken-Kanals zu übertragen. Für die Abwärtsstrecken-Aussendung werden die TDM-Signale von einem TDM-Sender 26 verarbeitet und von einer Antenne 20' ausgesandt. An jeder Bodenstation werden die TDM-Signale von einer Antenne 12' empfangen und in einem TDM-Empfänger 28 verarbeitet, um einen Datenstrom zurückzugewinnen, wie dies durch die Linie 30 gezeigt ist. Es ist natürlich verständlich, dass die Sende- und Empfangs-Antennen 12 und 12' an jeder Bodenstation als eine einzige körperliche Antenne an einem Bodenstandort oder als mehrfache Antennen an mehrfachen Bodenstandorten implementiert sein können. In gleicher Weise können die Empfangs- und Sende-Antennen 20 und 20' auf den Satelliten ebenfalls als eine einzige oder mehrere körperliche Antennen implementiert sein.
• 2 zeigt die Hauptkomponenten des FDM-Empfängers 22, der Umwandlung 24 der Signale auf TDM und des TDM-Senders 26. Als Beispiel zeigt 2 drei FDM-Aufwärtsstrecken-Kanäle 40. Als Teil der FDM-Empfänger-Verarbeitung werden die Aufwärtsstrecken-Kanäle jeweils auf eine gemeinsame Zwischenfrequenz (IF) umgesetzt, wie dies durch die drei Blöcke 42 dargestellt ist. Dann werden die IF-Signale getrennt in Analog-/Digital-Wandlern 44 mit einer ausgewählten Abtastrate abgetastet, und die resultierenden Ströme von digitalen Signalen werden in einem Pufferspeicher 46 gespeichert. Aus Gründen der Bequemlichkeit ist jeder digitale Datenstrom von einem FDM-Kanal in Blöcken von Daten organisiert, die über ein festes Zeitintervall abgetastet werden, wie z.B. 10 ms (Millisekunden).
• Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung werden die in dem Pufferspeicher 46 gespeicherten Datenblöcke aus dem Speicher in einer gewünschten Folge ausgewählt, die die Auswahl von Datenblöcken erfordern kann, die unterschiedlichen FDM-Eingangs-Datenströmen zugeordnet wurden. Die Steuerung der Auswahl der Speicheradressen zum Schreiben in den und zum Lesen aus dem Pufferspeicher 46 wird durch eine Schreib-/Lese-Adressierlogik 48 bewirkt, die so konfiguriert sein kann, dass unterschiedliche Kombinationen von Eingangs-Daten für die Einfügung in jeden Ausgangs-TDM-Abwärtsstrecken-Strahl ausgewählt werden. Wie dies als Beispiel dargestellt ist, werden Blöcke von Daten, die aus dem Pufferspeicher 46 ausgelesen werden, in mehrfache TDM-Abwärtsstrecken-Strahlen verarbeitet. Zwei derartige Strahlen sind in 2 gezeigt, doch sollte nicht angenommen werden, dass es irgendeine erforderliche Korrespondenz zwischen der Anzahl der Aufwärtsstrecken-Kanäle und den Abwärtsstrecken-Strahlen gibt. Im Gegenteil, die Signale von irgendeiner Kombination von Aufwärtsstrecken-Kanälen können mit irgendeiner Kombination von Abwärtsstrecken-Strahlen verbunden werden.
• Die für jeden der Abwärtsstrecken-Kanäle ausgewählten Datenblöcke werden in Digital-/Analog-Wandlern 50 auf ein Analogformat rückgewandelt und dann auf eine gewünschte Trägerfrequenz in Umsetzungseinrichtungen oder Aufwärts-Wandlern 52 zur Aussendung als mehrfache Abwärtsstrecken-Strahlen 54 umgesetzt.
• Als spezielleres Beispiel zeigt 3 die FDM-zu-TDM-Umwandlung für einen einzigen Aufwärtsstrecken-Strahl, der 40 Aufwärtsstrecken-Kanäle auf einer gleichen Anzahl von Frequenzmultiplex-Trägern hat, wie dies durch die Datenströme 60.1 bis 60.40 gezeigt ist. Lediglich zu Erläuterungszwecken sind Blöcke von Daten in dem Datenstrom 60.1 mit 1.1, 1.2, 1.3 und so weiter bis 1.k nummeriert, worin k die Anzahl der Abtastproben pro Block ist. In ähnlicher Weise sind die Blöcke von Daten in dem Datenstrom 60.2 mit 2.1, 2.2, 2.3 und so weiter bis 2.k bezeichnet. Blöcke von Daten in dem vierzigsten Datenstrom 60.40 sind mit 40.1, 40.2, 40.3 und so weiter bis 40.k bezeichnet. Zu Erläuterungszwecken wird angenommen, dass jeder der 40 Datenströme eine Bandbreite von 1 MHz (Megahertz) hat, und dass die Analog-/Digital-Wandlung in dem A/D-Wandlern 44 mit einer Rate von 2,5 Msps (Mega-Abstastproben pro Sekunde) arbeitet. In diesem Beispiel umfasst jede Abtastprobe 8 Bits an Daten. Somit führt jeder Block mit einer Länge von 10 ms zu 25.000 8-Bit-Abtastproben. Die Blöcke werden in dem Pufferspeicher 46 gespeichert und werden dann aus dem Pufferspeicher 46 mit einer Rate ausgelesen, die dem vierzigfachen der Eingangsrate eines einzelnen Aufwärtsstrecken-Kanals entspricht. In diesem Beispiel werden die Blöcke in einer Folge gelesen, die einen Block von jedem der Eingangs-Kanäle in einer Reihe auswählt. Somit schließt, wie dies durch den bei 62 gezeigten TDM-Datenstrom gezeigt ist, die Folge von Datenblöcken in diesem Strom den ersten Block von jeder aufeinanderfolgenden Aufwärtsstrecke ein; das heißt die Blöcke 1.1, 2.1, 3.1, ... 40.1, und dann den zweiten Block von jeder aufeinanderfolgenden Aufwärtsstrecke; das heißt 1.2, 2.2, 3.2, ... 40.2 usw. Die Abwärtsstrecken-Folge endet mit den Blöcken 1.k, 2.k, 3.k, ... 40.k.
• Dieser TDM-Strom von Datenblöcken wird mit einer Rate von 100 Msps in ein Analogformat in dem Digital-/Analog-Wandler 50 zurück-umgewandelt, um über einen einzigen Abwärtsstrecken-Strahl ausgesandt zu werden. Aufgrund der höheren Abwärtsstrecken-Abtastrate wird jeder Datenblock mit einer Dauer von 10 ms in einem Aufwärtsstrecken-Kanal um einen Faktor von 40 auf einen Datenblock mit einer Dauer von 250 μs (Mikrosekunden) komprimiert, und das Abwärtsstrecken-Signal hat eine Bandbreite von 40 MHz.
• In diesem Beispiel werden 40 gleichzeitige oder parallele FDM-Aufwärtsstrecken-Signale mit einer Bandbreite von 1 MHz in 40 aufeinanderfolgende TDM-Abwärtsstrecken-Signale in einem einzigen Abwärtsstrecken-Strahl mit einer Bandbreite von 40 MHz umgewandelt. Es ist jedoch zu erkennen, dass die Aufwärtsstrecken-Kanäle nicht identisch sein müssen. Beispielsweise wird ein eine geringere Bandbreite aufweisendes Aufwärtsstrecken-Signal in ein eine kürzere Zeitdauer aufweisendes Abwärtsstrecken-Signal umgewandelt. Weiterhin kann es mehrfache TDM-Abwärtsstrecken-Strahlen geben, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie Daten übertragen, die von irgendeiner ausgewählten Kombination von FDM-Aufwärtsstrecken-Kanäle abgeleitet sind.
• Der Hauptvorteil der beschriebenen Technik ist eine Einsparung der Abwärtsstrecken-Leistung. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, muss bei einem konventionellen „Knickrohr"-Transponder, der FDM für Aufwärtsstrecken und Abwärtsstrecken verwendet, der Abwärtsstrecken-Verstärker in seiner Leistung reduziert werden, um Intermodulations-Produkte zu einem Minimum zu machen, die mehrfache FDM-Kanäle beeinflussen. Ein typischer Leistungsreduzierungsfaktor ist 4 dB, was einem Leistungsverhältnis von 0,4 entspricht. Wenn beispielsweise die Abwärtsstrecken-Verstärker-Spitzenleistung 100W (Watt) betragen würde, so würde die reduzierte Leistung 40 W sein, und wenn die Abwärtsstrecke gemeinsam von 40 FDM-Signalen verwendet wurde, so würde die reduzierte Leistung in jedem FDM-Signal 1W sein.
• Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung können bei einer Komprimierung von 40 FDM-Aufwärtsstrecken-Strahlen in einem einzigen TDM-Abwärtsstrecken-Strahl die Abwärtsstrecken-Sender-Verstärker mit der Spitzenleistung (100W) betrieben werden, wenn die Signale von dem Typ sind, der als Signale mit konstanter Hüllkurve oder konstantem Modulus bekannt ist, das heißt die Typen von Signalen, die übliche Modulationstechniken verwenden, wie z.B. eine binäre Phasenumtastung (BPSK), eine Quadratur-Phasenumtastung (QPSK), oder Oktal-Phasenumtastung (8 PSK). Die resultierende Verbesserung, die unter Verwendung dieser Technik anstelle der konventionellen FDM-Abwärts-strecken-Lösung erzielt wird, kann als das Verhältnis der Leistungen dividiert durch das Verhältnis der Signalbandbreiten ausgedrückt werden. In diesem Beispiel ist das Leistungsverhältnis 100-fach, und das Bandbreiten-Verhältnis ist 40-fach, was zu einem Verbesserungs-Verhältnis von 2,5 oder 4 dB führt. Dies heißt mit anderen Worten, dass unter Verwendung der Technik der Erfindung die gleiche Abwärtsstrecken-Betriebsleistung mit 4 dB weniger Leistung als bei der konventionellen FDM-Abwärtsstrecken-Lösung erzielt werden kann. In einem System, das mehrfache Abwärtsstrecken-Strahlen verwendet, ist diese Leistungsreduzierung besonders bedeutungsvoll.
• Ein zusätzlicher Vorteil der TDM-Abwärtsstrecken-Lösung besteht darin, dass die mehrfachen Signale nicht erneut in ein FDM-Spektrum für eine Abwärtsstrecken-Aussendung synthetisiert werden müssen. Daher ergibt sich eine erhebliche Verringerung der Hardware, die für den Satelliten-Transponder benötigt wird.
• 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrfache Aufwärtsstrecken-Kanäle den Abwärtsstrecken-TDM-Zeitraum nicht auf einer gleichen Basis gemeinsam nutzen. 4 zeigt die FDM-zu-TDM-Umwandlung für einen einzigen Aufwärtsstrecken-Strahl, der neun Aufwärtsstrecken-Kanäle auf einer gleichen Anzahl von Frequenzmultiplex-Trägern hat, wie dies durch die Datenströme 60.1 bis 60.9 gezeigt ist. Lediglich zu Erläuterungszwecken werden Blöcke von Daten in dem Datenstrom 60.1 mit 1.1, 1.2, 1.3 usw. bis 1.k nummeriert, wobei k die Anzahl von Abtastproben pro Block ist. In gleicher Weise werden Blöcke von Daten in dem Datenstrom 60.2 mit 2.1, 2.2, 2.3 usw. bis 2.k nummeriert. Die Blöcke von Daten in dem neunten Datenstrom 60.9 sind mit 9.1, 9.2, 9.3 usw. bis 9.k nummeriert. Zu Erläuterungszwecken wird angenommen, dass wie in der Ausführungsform nach 3 jeder der neun Datenströme eine Bandbreite von 1 MHz (Megahertz) hat, und dass die Analog-/Digital-Umwandlung in dem A/D-Wandlern 44 mit einer Rate von 2,5 Msps (Mega-Abtastproben pro Sekunde) erfolgt. In diesem Beispiel umfasst jede Abtastprobe 8 Bits an Daten. Somit führt jeder Block mit einer Länge von 10 ms zu 25.000 8-Bit-Abtastproben. Die Blöcke werden in dem Pufferspeicher 46 gespeichert und dann aus dem Pufferspeicher 46 mit einer Rate ausgelesen, die ein Vielfaches der Eingangsrate eines einzelnen Aufwärtsstrecken-Kanals ist. In diesem Beispiel werden die Blöcke in einer Folge gelesen, die einen Block von jedem der Eingangskanäle der Reihe nach auswählt. Blöcke, die von dem ersten Kanal abgeleitet werden, werden jedoch mit der halben Rate der anderen acht Kanäle ausgelesen. Somit schließt, wie dies durch den bei 62' gezeigten TDM-Datenstrom gezeigt ist, die Folge von Datenblöcken in diesem Strom den ersten Block von jeder aufeinanderfolgenden Aufwärtsstrecke, das heißt die Blöcke 1.1, 2.1, 3.1 ... 9.1, dann den zweiten Block von jeder aufeinanderfolgenden Aufwärtsstrecke, das heißt 1.2, 2.2, 3.2 ... 9.2 usw. ein. Die Abwärtsstrecken-Folge endet mit den Blöcken 1.k, 2.k, 3.k ... 9.k. Es sei jedoch bemerkt, dass die von dem ersten Kanal abgeleiteten Daten zu einem Block 1.1 führen, der die doppelte Dauer der Blöcke von den anderen Kanälen 2.1, 3.1 usw. belegt. Somit belegt der ersten Kanal einen Bruchteil 2/10 der TDM-Abwärtsstrecken-Kapazität, während jeder der anderen Kanäle einen Bruchteil 1/10 der TDM-Abwärtsstrecken-Kapazität belegt. Der erste Kanal wurde in der Abwärtsstrecke „verlangsamt" und ist gegenüber Störungen weniger empfindlich, jedoch unter Inkaufnahme der Verwendung eines größeren Anteils der verfügbaren Abwärtsstrecken-Kapazität.
• Es ist verständlich, dass die Schreib-/Lese-Adressierlogik 48 (2) nach Wunsch gesteuert werden kann, um eine Routenführungs-Funktion auszuführen. Irgendeine ausgewählte Kombination von FDM-Aufwärtsstrecken-Kanälen kann an irgendeine Anzahl von ausgewählten Abwärtsstrecken-Kanälen gelenkt werden. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel wurden 40 FDM-Aufwärtsstrecken-Kanäle zu einem einzigen TDM-Abwärtsstrecken-Strahl gelenkt. Die Routenführungs- oder Lenkungs-Funktion des Pufferspeichers 46 in seiner Adressierlogik 48 ergibt die Flexibilität, FDM-Aufwärtsstrecken-Kanäle in TDM-Abwärtsstrecken-Kanäle in irgendeiner gewünschten Kombination zu kombinieren. Wie dies weiter oben erläutert wurde, kann es bei manchen Anwendungen wünschenswert sein, vorzusehen, dass ein ausgewählter Abwärtsstrecken-Kanal absichtlich „verlangsamt" wird, um einen zusätzlichen Sicherheitsabstand und eine geringere Fehlerrate für die Abwärtsstrecken-Aussendung des ausgewählten Kanals zu schaffen.
• Es ist aus dem Vorstehenden zu erkennen, dass die vorliegende Erfindung einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gebiet von Kommunikationssystemen ergibt. Insbesondere ergibt die Erfindung eine beträchtliche Einsparung an Abwärtsstrecken-Leistung durch die Verwendung einer kleineren Anzahl von TDM-Abwärtsstrecken-Strahlen, die mit einer Spitzenleistung betrieben werden können.

Claims (16)

1. Verfahren zur Verwendung in einem Kommunikationssystem, mit den folgenden Schritten: Empfangen mehrfacher Aufwärtsstrecken-Strahlen (40), die eine Anzahl von frequenzmultiplexierten (FDM-) Trägern umfassen, an einem Kommunikationsknoten; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Trennen der Anzahl der FDM-Träger nach Frequenz zur Gewinnung einer Anzahl von getrennten Trägern; Umsetzen (42) jedes getrennten Trägers der Anzahl der getrennten Träger auf eine gemeinsame Zwischenfrequenz und Umwandeln (44) jedes getrennten Trägers der Anzahl der getrennten Träger in ein digitales Signal ohne Demodulation der Anzahl der FDM-Träger; Speichern jedes digitalen Signals in einem Pufferspeicher (46), der in Datenblöcken angeordnet ist; Rückgewinnung eines oder mehrerer der Datenblöcke in einer ausgewählten Folge (62), um eine Folge von Datenblöcken als ein zeitmultiplexiertes (TDM-) digitales Signal zu gewinnen; Umwandeln (50) des digitalen TDM-Signals in ein analoges TDM-Signal; und Senden des analogen TDM-Signals als ein Abwärtsstrecken-Strahl (54).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Sende-Schritt den Betrieb von Abwärtsstrecken-Sender-Verstärkern (26) mit deren Spitzenleistung oder nahe an dieser umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Speicherns: das Speichern der Datenblöcke für jedes digitale Signal parallel in dem Pufferspeicher umfasst, wobei jeder Datenblock einer ausgewählten Zeitdauer entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Rückgewinnungsschritt weiterhin eine Routenführungs-Funktion durch Vereinigen ausgewählter Datenblöcke der mehrfachen getrennten Träger in einen oder mehrere TDM-Abwärtsstrecken-Strahlen ausführt, die den Abwärtsstrecken-Strahl bilden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem: die Anzahl der FDM-Träger gleich n ist; die Anzahl der Abwärtsstrecken-Strahlen gleich eins ist; wobei der Schritt des Umsetzens den Schritt des: Umwandelns jedes getrennten Trägers der Anzahl der getrennten Träger in das digitale Signal bei einer ersten Abtastrate S1 umfasst; wobei der Schritt des Umwandelns den Schritt des: Umwandelns des digitalen TDM-Signals in das analoge TDM-Signal mit einer zweiten Abtastrate S2 umfasst; wobei die zweite Abtastrate S2 dem n-fachen der ersten Abtastrate S1 entspricht; und die Bandbreite des Abwärtsstrecken-Strahls dem n-fachen der Bandbreite eines der Anzahl der FDM-Träger entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem: der Schritt des Sendens des analogen TDM-Signals das Umsetzen des analogen TDM-Signals auf eine ausgewählte Trägerfrequenz umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem: die Anzahl der FDM-Träger gleich n ist; die Anzahl der Abwärtsstrecken-Strahlen gleich eins ist; wobei der Schritt des Umsetzens dem Schritt des: Umwandelns jedes getrennten Trägers der Anzahl der getrennten Träger in das digitale Signal mit einer ersten Abtastrate S1 umfasst; wobei der Schritt des Umwandelns den Schritt des: Umwandelns des digitalen TDM-Signals in ein analoges TDM-Signal mit einer zweiten Abtastrate S2 umfasst; wobei die zweite Abtastrate S2 größer als das n-fache der Abtastrate S1 ist; wobei der Schritt des Rückgewinnens: das Rückgewinnen eines oder mehrerer der Datenblöcke mit einer langsameren Rate für verringerte Übertragungsstörungen umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem: es lediglich einen ausgewählten FDM-Träger gibt; die Datenblöcke, die zu dem ausgewählten FDM-Träger gehören, aus dem Pufferspeicher mit der halben Geschwindigkeit zurückgewonnen werden, mit der die Datenblöcke, die zu den anderen Aufwärtsstrecken-Kanälen gehören, zurückgewonnen werden; die Abtastrate S2 gleich dem (n + 1)-fachen der Abtastrate S1 ist; die Datenblöcke, die von dem ausgewählten FDM-Träger abgeleitet sind, in dem Abwärtsstrecken-Strahl den doppelten Anteil der Zeit und entsprechend eine Hälfte der Bandbreite der Datenblöcke belegen, die von irgendeinem der anderen FDM-Träger abgeleitet sind; und der Abwärtsstrecken-Strahl eine Bandbreite mit dem (n + 1) × 2-fachen der Bandbreite von Daten, die von dem ausgewählten FDM-Träger abgeleitet sind, und dem (n + 1)-fachen der Bandbreite von Daten hat, die von jedem der anderen FDM-Träger abgeleitet sind.
9. Kommunikationssystem-Transponder mit verringerten Abwärtsstrecken-Leistungsanforderungen, mit: einem Empfänger (22), der zum Empfang von frequenzmultiplexierten (FDM-) Signalen (40) als eine Anzahl von Aufwärtsstrecken-Kanälen konfiguriert ist, die auf einer Anzahl von Aufwärtsstrecken-Strahlen übertragen werden, wobei der Empfänger zur Trennung der FDM-Signale nach der Trägerfrequenz in eine Anzahl von getrennten Trägern konfiguriert ist; gekennzeichnet durch: Einrichtungen zum Umsetzen (42) jedes getrennten Trägers der Anzahl der getrennten Träger auf eine gemeinsame Zwischenfrequenz und Umwandeln (44) jedes getrennten Trägers der Anzahl der getrennten Träger in ein digitales Signal ohne Demodulation der Anzahl der FDM-Träger; Einrichtungen zum Speichern (48) jedes digitalen Signals in einem Pufferspeicher (46), der in Datenblöcken angeordnet ist; Einrichtungen zum Rückgewinnen (48) eines oder mehrerer der Datenblöcke in einer ausgewählten Folge zur Gewinnung einer Folge von Datenblöcken als ein zeitmultiplexiertes (TDM-) digitales Signal; Einrichtungen zum Umwandeln (50) des digitalen TDM-Signals in ein analoges TDM-Signal; einen Sender (26) zum Senden des analogen TDM-Signals als ein Abwärtsstrecken-Strahl (54); wobei es die Aussendung der TDM-Signale ermöglicht, dass die Sender-Verstärker bei deren Spitzenleistung oder nahe an dieser betrieben werden.
10. Kommunikationssystem-Transponder nach Anspruch 9, bei dem die Einrichtung zum Umsetzen: Analog-/Digital-Wandlereinrichtungen (44) umfasst, die an jedem getrennten Träger der Anzahl der getrennten Träger mit einer ersten Abtastrate S1 arbeiten; wobei die Einrichtung zum Speichern einen Pufferspeicher zum Speichern der Datenblöcke umfasst, die einer ausgewählten Zeitdauer entsprechen; wobei die Einrichtung zum Zurückgewinnen Einrichtungen zum Zurückgewinnen eines oder mehrerer der Datenblöcke aus dem Pufferspeicher in so vielen Folgen umfasst, wie es Abwärtsstrecken-Strahlen gibt; und wobei die Einrichtungen zur Umwandlung des digitalen TDM-Signals in das analoge TDM-Signal Digital-/Analog-Wandlereinrichtungen umfassen, die an den rückgewonnenen Folgen von Blöcken von Daten mit einer zweiten Abtastrate S2 arbeiten.
11. Kommunikationssystem-Transponder nach Anspruch 10, bei dem S2 größer als S1 ist.
12. Kommunikationssystem-Transponder nach Anspruch 10, bei dem: die Anzahl der Aufwärtsstrecken-Kanäle gleich n ist; die Anzahl der Abwärtsstrecken-Strahlen gleich eins ist; die zweite Abtastrate S2 dem n-fachen der ersten Abtastrate S1 entspricht; und die Bandbreite des Abwärtsstrecken-Strahls dem n-fachen der Bandbreite eines der Aufwärtsstrecken-Kanäle entspricht.
13. Kommunikationssystem-Transponder nach Anspruch 10, bei dem: der Sender Einrichtungen zur Umsetzung des analogen TDM-Signals auf eine ausgewählte Trägerfrequenz zur Aussendung umfasst.
14. Kommunikationssystem-Transponder nach Anspruch 10, bei dem: die Anzahl von Aufwärtsstrecken-Kanälen gleich n ist; die Anzahl der Abwärtsstrecken-Strahlen gleich eins ist; die zweite Abtastrate S2 größer als das n-fache der Abtastrate S1 ist; in den Einrichtungen zum Rückgewinnen der Datenblock, der zu zumindest einem ausgewählten Aufwärtsstrecken-Kanal gehört, mit einer niedrigeren Rate zurückgewonnen wird, als Datenblöcke, die zu den anderen Aufwärtsstrecken-Kanälen gehören; und Ausgangs-Datenblöcke von den Digital-/Analog-Wandlereinrichtungen, die zu dem zumindest einen ausgewählten Kanal gehören, einen größeren Anteil der Zeit und eine entsprechend kleinere Bandbreite in der Folge von TDM-Signalen belegen, wodurch die Datenblöcke, die zu dem zumindest einen ausgewählten Kanal gehören, einer geringeren Anfälligkeit gegenüber Störungen in dem Abwärtsstrecken-Strahl ausgesetzt sind.
15. Kommunikationssystem-Transponder nach Anspruch 14, bei dem: es lediglich einen ausgewählten Aufwärtsstrecken-Kanal gibt; Datenblöcke, die zu dem ausgewählten Aufwärtsstrecken-Kanal gehören, aus dem Pufferspeicher mit der halben Geschwindigkeit zurückgewonnen werden, mit der Blöcke, die zu den anderen Aufwärtsstrecken-Kanälen gehören, zurückgewonnen werden; die Abtastrate S2 gleich dem (n + 1)-fachen der Abtastrate S1 ist; Datenblöcke, die von dem ausgewählten Aufwärtsstrecken-Kanal abgeleitet werden, eine Hälfte der Bandbreite irgendwelcher der Datenblöcke belegen, die von irgendeinem der anderen Aufwärtsstrecken-Kanäle abgeleitet werden; und der Abwärtsstrecken-Strahl eine Bandbreite des (n + 1) × 2-fachen der Bandbreite von Datenblöcken hat, die von dem ausgewählten Aufwärtsstrecken-Kanal abgeleitet sind, und die (n + 1)-fache Bandbreite der Datenblöcke hat, die von irgendeinem anderen der anderen Aufwärtsstrecken-Kanäle abgeleitet sind.
16. Kommunikationssystem-Transponder nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfasst: Einrichtungen zur Steuerung (48) des Pufferspeichers und der Einrichtungen zur Rückgewinnung der Datenblöcke aus dem Pufferspeicher zur Durchführung einer Routenführungs-Funktion, wobei die von ausgewählten FDM-Aufwärtsstrecken-Kanälen (40) empfangenen Datenblöcke zu ausgewählten TDM-Abwärtsstrecken-Strahlen (54) gelenkt werden.