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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung
von Signalen an einen Satelliten, der mindestens zwei Antennen aufweist, deren
Antennendiagramme sich zumindest teilweise überlagern; sie bezieht sich
auch auf ein Verfahren zur Übertragung
von Signalen von diesem Satelliten aus oder an einen solchen Satelliten.
Sie bezieht sich auch auf einen Satelliten, der mindestens zwei
Antennen aufweist, deren Diagramme sich zumindest teilweise überlagern.
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Die
Erfindung bezieht sich auf Satelliten und genauer gesagt die Fernmessungs-,
Fernlenkungs- und Entfernungsmessungsverbindung zwischen den Bodenstationen
und einem Satelliten. Diese Verbindung wird üblicherweise als TTC-Verbindung
bezeichnet, wobei es sich bei TTC um das Akronym für das englische
Telemetry, Tracking and Command handelt, in Französisch "Télémétrie, poursuite et télécommande" (Telemetrie, Verfolgung
und Fernlenkung); oder TCR-Verbindung für das englische Telemetry,
Command und Ranging, auf Französisch „Télémétr, télécommande
et mesure de distance" (Telemetrie,
Fernlenkung und Entfernungsmessung). Eine solche Verbindung muss
während
aller Phasen des Lebens eines Satelliten sehr zuverlässig erstellt
sein; man kann pauschal vier Phasen unterscheiden:
- – eine
Phase des In-Stellung-Bringens, die dem Zeitraum ab Einschuss durch
die Trägerrakete
bis zum Erreichen der endgültigen
Position des Satelliten entspricht;
- – eine
Phase des In-Stellung-Bleibens, die der Nennbetriebsphase des Satelliten
entspricht;
- – gegebenenfalls
eine Behelfsphase, die einer Störung
entspricht, während
derer die Höhe
des Satelliten abgeändert
werden kann; und
- – eine
Phase der Deaktivierung oder des Umlaufbahnverlassens, während derer
der Satellit auf eine so genannte Friedhofsbahn geschickt wird.
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Während all
dieser Phasen ist es wichtig, dass die TTC-Verbindung erhalten bleibt;
hierfür wäre es ratsam
einen möglichst
breiten Satellitenversorgungsbereich sicherzustellen, insbesondere
für die
kritischen Phasen, nämlich
Behelfsphase, In-Stellung-Bringen und Umlaufbahnverlassen.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines bekannten Satelliten; der Satellit 1 beinhaltet eine
Rundstrahlantenne 3, die so genannte Erde-Antenne, und
eine Rundstrahlantenne 5, die auf der anderen Seite des
Satelliten liegt, die so genannte Gegen-Erde-Antenne. Die beiden Antennen sind
mit einem Koppler 7 verbunden, der es ermöglicht, die
Signale der Antenne zu addieren und der die Summe der Signale an
den einen oder anderen der beiden Empfänger Rx 9 und 11 überträgt; man
sieht zwei Empfänger
in warmer Redundanz vor, so dass der Satellit weiter betrieben werden
kann, falls einer der Empfänger
den Betrieb einstellt. Die Summierung der Signale der beiden Antennen
ermöglicht
es, einen Versorgungsbereich auf der Erde- und der Gegenerde-Seite
des Satelliten zu erzielen. Diese Art von Vorrichtung weist die
folgenden Nachteile auf. In dem Bereich, wo die Diagramme der Antennen
sich überlagern,
werden die vom Satelliten auf der Erde- und der Gegenerde-Antenne empfangenen
Signale addiert; dabei kommt es zum Mehrfachwege-Phänomen, das
den Empfang des Signals stört.
Ein symmetrisch entsprechendes Problem tritt bei der Fernmessung
auf, d.h. bei der Sendung von Signalen von einem Satelliten aus:
man verfügt
dann über
zwei Sender Tx 10 und 12 in kalter Redundanz mit
einem Koppler 8; die vom aktiven Sender gelieferten Signale
werden an die Erde- und die Gegenerde-Antenne übertragen. Obschon dieses nicht
in der Figur dargestellt ist, können
die Antennen beim Senden und Empfangen getrennt sein.
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Deshalb
beschränken
sich bei den Plattformen herkömmlicherweise
die garantierten Versorgungsbereiche für jede Antenne auf einen Reichweitenkegel,
der eine typische Größe von ±75° aufweist. Der
entsprechende Reichweitenkegel 13 und 15 der Antennen 3 und 5,
der in der Mitte einen Winkel von 150° aufweist, wird in 1 schematisch
dargestellt. Diese Werte werden beispielhaft angegeben, jedoch sind
die Versorgungsbereiche in jedem Fall zwangsläufig beschränkt. Außerhalb dieses Kegels, d.h.
im Überlagerungsbereich
des Diagramms der Antennen, ist die Versorgung nicht gewährleistet.
Diese Lösung
ist keine zufrieden stellende Lösung,
insofern als für
die kritischen Phasen, wie die Behelfsphase oder die Phase des In-Stellung-Bringens
die Versorgung nicht garantiert wird.
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Es
wurden verschiedene Lösungen
für dieses
Problem vorgeschlagen. ESA- oder CNES-Programme schlagen vor, Zirkular-Kreuz-Polarisationen für die Erde-
und Gegenerde-Antenne
zu verwenden. Eine Polarisation, beispielsweise eine rechte Zirkularpolarisation
ist für
die Erde-Antenne dediziert und die Kreuzpolarisation, beispielsweise
die linke Zirkularpolarisation ist für die Gegenerde-Antenne dediziert.
Die Funktionsweise des Satelliten ist vergleichbar mit derjenigen,
die unter Bezugnahme auf 1 außerhalb des Überlagerungsbereichs
der Diagramme der Antennen beschrieben wurde, abgesehen davon, dass
die Bodenstationen eine Welle senden müssen, deren Polarisation von
der Position des Satelliten abhängig
ist. Im Überlagerungsbereich
der Antennen begrenzt bei einer in Zirkularpolarisation einfallenden
Welle die Polarisationsisolation die Auswirkung der Mehrfachwege
auf die Rekombination der Signale, die von den beiden Antennen herkommen.
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Bei
einer Polarisationsisolation in der Größenordnung von 10 dB ist es möglich, eine zufrieden stellende
Versorgung im Überlagerungsbereich
der Antennen zu erzielen. Im Bereich der Fernmessung ist die Lösung wiederum
symmetrisch entsprechend.
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Diese
Lösung
hat den Nachteil, einen leichten Verlust in der Verbindungsbilanz
zu bewirken; bei dieser Lösung
ist es insbesondere erforderlich, über eine einfallende Kreiswelle
zu verfügen,
was bei einigen Stationen auf dem Ku-Band nicht der Fall ist, beispielsweise
dem TELESAT-Netz mit linearer Polarisation; außerdem ist es schwierig, die
Position des Satelliten zu kennen, um die geeignete Polarisation zu
wählen,
insbesondere bei den Behelfsmodi.
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2 zeigt
einen weiteren bekannten Satelliten. Der Satellit aus 2 ist
identisch mit demjenigen aus 1, abgesehen
davon, dass er keinen Koppler 7 und zwei Empfänger 9 und 11 beinhaltet, die
die Signale von den beiden Antennen empfangen, sondern für die Erde-Antenne 3 einen
Koppler 19 und zwei Empfänger 21 und 23 in
warmer Redundanz und für
die Gegenerde-Antenne einen Koppler 25 und zwei Empfänger 27 und 29 in
warmer Redundanz. Die Empfänger 21 und 23 zum
einen, und 27 und 29 zum anderen werden in warmer
Redundanz verwendet, so dass das Summierungsproblem und somit das
Mehrfachwegeproblem zwischen den auf der Erde- und der Gegenerde-Antenne
empfangenen Signalen nicht auftritt. Es empfiehlt sich jedoch, anschließend das
verwendete Signal auszuwählen,
wobei es sich um dasjenige handeln kann, das von der Erde-Antenne
kommt genau so wie um dasjenige, das von der Gegenerde-Antenne kommt.
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Bei
der Fernmessung verwendet man für
die Erde-Antenne zwei Sender 31 und 33 mit einer
ersten Frequenz, mit einem Koppler 35, und für die Gegenerde-Antenne
zwei Sender 37 und 39 mit einer zweiten Frequenz
mit einem Koppler 41. Auf jedem Kanal sind die beiden Sender
in kalter Redundanz. Das Senden auf verschiedenen Frequenzen begrenzt
das Problem der Mehrfachwege im Überlagerungsbereich
der Erde- und der Gegenerde-Antenne.
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Diese
Lösung
weist den Nachteil auf, das die Anzahl der Empfänger verdoppelt wird; außerdem macht
sie die Auswahllogik zwischen der Erde- und der Gegenerde-Antenne
komplexer. Bei der Fernmessung verdoppelt man auch die Anzahl der
Sender; außerdem
ist es noch notwendig, die Position des Satelliten zu kennen, um
die geeignete Frequenz zu wählen.
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US-A-3 761 813 beschreibt
ein System zur Übertragung
hin zu Flugzeugen mit einem geostationären Satelliten. In diesem Dokument
wird das Problem der Mehrfachwege auf Grund der Reflexionen der
vom Satelliten übertragenen
Signale auf den Boden angesprochen. Die vorgeschlagene Lösung besteht
darin, ein Zeitmultiplex der für
die verschiedenen Flugzeuge bestimmten Signale zu verwenden; die
Periode des Multiplex wird so gewählt, dass die auf die Oberfläche der
Erde reflektierten Signale nicht gleichzeitig mit den für das Flugzeug
bestimmten Signalen zu selbigem gelangen. Außerdem wird vorgeschlagen,
unterschiedliche Frequenzen auf den unterschiedlichen Kanälen des
Zeitmultiplex zu verwenden.
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US-A-5 450 448 beschreibt
ein Positionierungssystem per Satellit, und bietet eine Lösung für das Problem
der Mehrfachwege an. Dieses Dokument schlägt eine auf Berechnung basierende
Behandlung der Differenzen von zeitlich versetzten Signalen vor,
um die Interferenz auf Grund von Mehrfachwegen zu verringern. Dieses
Dokument nennt andere Lösungen
des vorherigen Stands der Technik, um die Interferenz auf Grund
von Mehrfachwegen zu verringern.
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WO98/56123
beschreibt die Charakteristika der Oberbegriffe der selbständigen Ansprüche.
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Außerdem sind
die Techniken der Spektrumsspreizung an sich bekannt, und ermöglichen es,
mehrere logische Kanäle
auf einem einzigen physischen Kanal zu definieren, der einer bestimmten Trägerfrequenz
und einem bestimmten Durchlassbereich entspricht. Die bekanntesten
sind:
- – die
Spektrumsspreizung durch Direktsequenz, auf Englisch Direct Sequence
Spread Spectrum, die AMRC oder Mehrfachzugang mit Codeteilung, auf
Englisch CDMA oder Code Division Multiple Access einschließt;
- – die
Spektrumsspreizung durch Frequenzsprung, oder FH für das englische
Frequency Hopping, die ebenfalls CDMA einschließt;
- – die
Spektrumsspreizung durch Mehrfachzugang mit Trägerdetektion oder CSMA vom
englischen Carrier Sense Multiple Access.
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In
den Systemen mit Spektrumsspreizung wird die auf einem Kanal übertragene
Binärinformation
als „Bit" bezeichnet, und
die mit der pseudostochastischen Sequenz zusammenhängende Binärinformation
als „bribe" /wörtlich:
Bruchstück/
oder auf Englisch als „chip".
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Im
Rahmen des Mehrfachzugangs, den die Sequenzen mit Spektrumsspreizung
gestatten, können
mehrere Nutzer gleichzeitig auf ein und demselben physischen Kanal
auf verschiedenen logischen Kanälen
kommunizieren. Diese Techniken verwenden pseudostochastische Codes,
die meistens als PN-Codes (Akronym für das englische Pseudonoise) bezeichnet
werden. Die PN-Codes werden anhand von Kriterien ausgewählt, die
mit ihren Autokorrelations- oder Interkorrelationsfunktionen zusammenhängen, damit
ein Empfänger
nur dasjenige Signal decodiert, das für ihn bestimmt ist, mit außerdem einem etwaigen
Interferenzsignal, das von der Anzahl der Nutzer und den Eigenschaften
der Codes abhängt.
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Man
kann insbesondere folgendes wählen:
- – Familien
orthogonaler Codes, beispielsweise Hadamard-Codes oder Walsh-Codes;
in diesem Fall verwendet man dann für jeden logischen Kanal einen
Code, der orthogonal zu allen anderen ist;
- – Codes
mit begrenzter Interkorrelationsfunktion, wie beispielsweise die
Gold-Codes; der Pegel des weiter oben genannten Interferenzsignals
hängt dann
von den gewählten
Codes und ihrer Länge ab;
- – ein
und derselbe Code für
alle Nutzer, beispielsweise im Fall der Familie der Codes mit maximaler Länge; jeder
Sender muss eine spezifische Phase des Codes einsetzen, die sich
von den anderen verwendeten Phasen unterscheidet. In diesem Fall
verwendet man die Autokorrelationseigenschaften des Codes, um einen
Korrelationspeak zu erfassen, wenn die Codes sich überlagern,
wobei die Korrelation bei anderen Verhältnissen minimal ist.
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Für weitere
Einzelheiten zu diesen Techniken kann man die Werke von J.H. Holmes,
Coherent Spread Spectrum Systems, oder von Kamilo Feher, Wireless
Digital Communications (Modulation and Spread Spectrum Applications)
heranziehen.
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Die
Erfindung schlägt
eine Lösung
für das Problem
der Antennenversorgung der Satelliten vor; sie bietet eine Lösung an,
die es ermöglicht,
eine komplette Antennenversorgung der Satelliten zu erzielen, ohne
dass eine Verdoppelung der Sender oder Empfänger impliziert wird.
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Genauer
gesagt schlägt
die Erfindung ein Verfahren vor zum Übertragen von CDMA-Signalen an einen
Satelliten, der mindestens zwei Antennen aufweist, deren Diagramme
sich zumindest teilweise überlagern,
und Mittel zum Empfangen von Signalen, die von verschiedenen Antennen
kommen, beinhaltend:
- – das Senden von Signalen,
die durch Spektrumsspreizung moduliert sind;
- – das
Empfangen von Signalen durch die Antennen;
- – die
Summierung der von den Antennen empfangenen Signale, wobei mindestens
eins der empfangenen Signale verzögert wird, so dass die Differenz
zwischen den Wegezeiten der summierten Signale mindestens ein „bribe" von der Modulation
durch Spektrumsspreizung ist;
- – die
Demodulation der summierten Signale.
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Sie
schlägt
außerdem
ein Verfahren zur Übertragung
von CDMA-Signalen von einem Satelliten aus vor, der mindestens zwei
Antennen aufweist, deren Diagramme sich zumindest teilweise überlagern,
und Mittel zum Senden der Signale an die verschiedenen Antennen,
beinhaltend:
- – die Modulation der Signale,
die übertragen
werden sollen, durch Spektrumsspreizung;
- – die Übertragung
der modulierten Signale an die Antennen,
- – das
Senden der Signale durch die Antennen,
wobei die durch
die Antennen gesendeten Signale um mindestens ein „bribe" von der Modulation
per Spektrumsspreizung versetzt sind.
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In
diesem Fall beinhaltet der Modulationsschritt vorzugsweise die Modulation
der Signale, die für
diese Antennen bestimmt sind, durch Spreizungssequenzen, die um
mindestens ein „bribe" versetzt sind.
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Vorteilhafterweise
beinhaltet der Übertragungsschritt
die Anwendung einer Verzögerung
auf die Signale, die für
mindestens eine der Antennen bestimmt sind. Die Erfindung schlägt weiterhin
ein Verfahren vor zum Übertragen
von CDMA-Signalen von
einem Satelliten aus, der mindestens zwei Antennen aufweist, deren
Diagramme sich zumindest teilweise überlagern, und Mittel zum Senden
von Signalen an die verschiedenen Antennen, beinhaltend:
- – die
Modulation der zu übertragenden
Signale per Spektrumsspreizung,
- – die Übertragung
der modulierten Signale an die Antennen,
- – das
Senden der Signale durch die Antennen,
wobei die für die verschiedenen
Antennen bestimmten Signale durch Spektrumsspreizung mit unterschiedlichen
Sequenzen moduliert werden.
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Die
Erfindung bietet auch einen Satelliten an, der mindestens zwei Antennen
aufweist, deren Diagramme sich zumindest teilweise überlagern,
und Mittel zum Empfangen der Summe der CDMA-Signale, die von den
verschiedenen Antennen herkommen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Mittel zum Empfangen Mittel zur Demodulation eines Signals mit gespreiztem
Spektrum beinhalten, und dadurch, dass die Differenz zwischen den
jeweiligen Übertragungszeiten
eines durch zwei Antennen an Empfangsmittel übertragenen Signals in absoluten
Werten größer ist
als ein „bribe" der Modulation mit
Spektrumsspreizung.
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Vorteilhafterweise
beinhalten die Mittel zum Empfangen einen Koppler der Signale, die
von den Antennen kommen und mindestens zwei Empfänger, die mit dem Koppler verbunden
sind.
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Vorzugsweise
beinhaltet der Satellit Mittel zur Verzögerung zwischen mindestens
einer Antenne und den Mitteln zum Empfangen.
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Die
Mittel zur Verzögerung
beinhalten vorteilhafterweise ein Element, das ausgewählt wird
zwischen einer koaxialen Verbindung, einer Verzögerungsleitung, einem Oberflächenwellenfilter.
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Die
Erfindung bietet weiterhin einen Satelliten an, der mindesten zwei
Antennen aufweist, deren Diagramme sich zumindest teilweise überlagern,
und Mittel zum Senden von CDMA-Signalen an die verschiedenen Antennen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Senden Mittel zur Modulation
des zu sendenden Signals durch Spektrumsspreizung beinhalten, und
dadurch, dass die Differenz zwischen den jeweiligen Übertragungszeiten
eines durch zwei Antennen durch die Sendemittel übertragenen Signals in absoluten
Werten größer ist
als ein „bribe" der Modulation mit
Spektrumsspreizung.
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Die
Erfindung bietet schließlich
einen Satelliten an, der mindestens zwei Antennen aufweist, deren
Diagramme sich zumindest teilweise überlagern, und Mittel zum Senden
von CDMA-Signalen an die verschiedenen Antennen, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel zum Senden, Mittel zur Modulation des zu übertragenden
Signals durch Spektrumsspreizung beinhalten, wobei die für die verschiedenen
Antennen bestimmten Signale durch Spektrumsspreizung mit verschiedenen
Sequenzen moduliert sind.
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Vorzugsweise
beinhalten die Mittel zum Senden mindestens zwei Sender in kalter
Redundanz und einen Koppler, um die von den Sendern kommenden Signale
an die Antennen zu schicken.
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In
einer Ausführungsart
beinhaltet der Satellit Mittel zur Verzögerung zwischen den Mitteln
zum Senden und mindestens einer Antenne.
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Diese
Mittel zur Verzögerung
können
ein Element enthalten, das ausgewählt wird zwischen einer koaxialen
Verbindung, einer Verzögerungsleitung,
einem Oberflächenwellenfilter.
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Weitere
Kennzeichen und Vorteile der Erfindung treten beim Lesen der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsarten
der Erfindung zutage, die lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren angegeben werden, die folgendes zeigen:
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1,
ein Schema eines bekannten Satelliten;
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2,
ein Schema eines weiteren bekannten Satelliten;
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3,
ein Schema eines Satelliten, bei dem die Erfindung zum Einsatz kommt.
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Zwecks
Gewährleistung
einer Antennenversorgung in den Überlagerungsbereichen
der Diagramme der Antennen schlägt
die Erfindung vor, eine Modulation mit Spektrumsspreizung zu verwenden, und
die Antennen so anzuordnen oder zu verdrahten, dass der Unterschied
zwischen den Übertragungszeiten
der Signale via zwei Antennen größer ist
als ein „bribe" der Modulation mit
Spektrumsspreizung. Sie findet sowohl beim Empfangen als auch beim Senden
Anwendung und ermöglicht
es, die Probleme im Zusammenhang mit den Mehrfachwegen zu verhindern
oder zumindest zu begrenzen.
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Bei
einer anderen Ausführungsart
und insbesondere im Falle der Fernmessung schlägt die Erfindung zwecks Begrenzung
oder Vermeidung der Probleme im Überlagerungsbereich
der Antennen vor, für
die verschiedenen Antennen verschiedene Spreizungssequenzen zu verwenden.
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Beim
Empfang stellt man sicher, dass die Mittel zum Empfangen, wenn sie
sich an ein von einer Antenne übertragenes
Signal anhängen,
die Signale, welche von einer anderen Antenne übertragen werden, ignorieren,
sofern diese Signale um mehr als ein „bribe" versetzt sind oder von einer anderen
Sequenz gespreizt werden.
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Beim
Senden stellt man sicher, dass die in den Überlagerungsbereich der Antennen
gesendeten Signale ausreichend versetzt sind, um gar nicht oder
nur wenig zu interferieren. 3 zeigt
einen Satelliten gemäß der Erfindung.
Wie der Satellit aus dem vorherigen Stand der Technik beinhaltet
der Satellit aus 3 eine rund strahlende Erde-Antenne 3 und
eine rund strahlende Gegenerde-Antenne 5, die Rücken an
Rücken
zu beiden Seiten des Satelliten angeordnet sind. Die beiden Antennen
sind mit Mitteln zum Empfangen 45 verbunden. Diese Mittel
zum Empfangen können
einen Koppler 47 beinhalten, der es ermöglicht, die Signale der Antennen
zu addieren und der die addierten Signale an den einen oder den anderen
der beiden Empfänger 49 und 51 in
kalter Redundanz überträgt. Die
Empfänger
weisen Mittel zur Demodulation eines Signals mit durch direkte Sequenz
gespreiztem Spektrum auf.
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Gemäß der Erfindung
werden die Antennen und die Mittel zum Empfangen so angeordnet,
dass sichergestellt wird, dass die Differenz zwischen den Übertragungszeiten
der Signale, die von der Bodenstation aus via die eine Antenne und
die andere Antenne empfangen werden, größer ist als ein „bribe" der Modulation mit
Spektrumsspreizung. Dieses kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.
Zum einen kann man die Länge
der Verbindung zwischen den Antennen und den Empfängern (beziehungsweise
den Sendern) berücksichtigen,
die zu beiden Seiten des Satelliten angeordnet sind; diese Länge kann für sich allein
eine Differenz zwischen den Erde- und Gegenerdewegen induzieren;
diese Differenz kann größer als
ein „bribe" sein, und für sich allein
genommen einen ausreichenden Unterschied zwischen den Übertragungszeiten
gewährleisten.
So ist ein Entfernungsunterschied von 4 oder 5 m zwischen den Antennenwegen,
der eine entsprechende Differenz zwischen den Erde- und Gegenerdewegen
herbeiführt, ausreichend
für einen
Code mit 60 Mega-„bribe"/Sekunde. Der Unterschied
zwischen den Wegezeiten liegt dann in der Größenordnung von 1 bis 1,25 „bribe".
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Um
eine ausreichende Wegedifferenz in allen möglichen Positionen des Satelliten
bezogen auf die Sendestation zu gewährleisten, kann man auch Verzögerungselemente
zwischen der einen oder der anderen der Antennen und den Mitteln
zum Empfang vorsehen; diese Verzögerungselemente
können
eine zusätzliche
Koaxialverbindungslänge 53 beinhalten oder
aber aktive oder passive Verzögerungselemente
wie beispielsweise Verzögerungsleitungen
oder Oberflächenwellenfilter.
Die Verwendung dieser letzten Elemente kann dann Frequenzwechsel
erforderlich machen, bevor die von den Antennen kommenden Signale
summiert werden. Erforderlichenfalls kann man auch einen rauscharmen
Verstärker 54 den
Verzögerungselementen
vorgeschaltet vorsehen. Das Einfügen
von Verzögerungselementen
zwischen mindestens eine der Antennen und die Mittel zum Empfangen
ermöglicht
es, die Differenz zwischen den Erde- und Gegenerdewegen zu verlängern; dann
kann man einen geringeren „bribe"-Takt verwenden.
So ermöglicht
die Einfügung
eines Verzögerungselementes
von 100 ns den Mehrfachweg mit einem Signal mit gespreiztem Spektrum
größer 10 M-„bribe"/s spürbar zu
unterdrücken.
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Nachfolgend
geben wir ein Rechenbeispiel für
den Fall von Codes mit maximaler Länge. Bei diesen Codes weist
die Autokorrelationsfunktion ein Maximum auf, wenn die Codes sich überlagern,
die Autokorrelation ist minimal, wenn die Codes sich nicht überlagern.
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Beim
Senden durch die Bodenstation werden die Daten durch einen PN-Code
multipliziert; beim Empfangen ermöglicht die Multiplikation durch einen
synchronen PN-Code
die Wiedergabe der Daten. Beim Empfangen nutzt man an sich bekannte Mittel,
um das Anhängen
an ein empfangenes Signal zu gewährleisten.
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Das
vom Satelliten empfangene Signal ist ein Signal, das durch D(t)·PN(t)
moduliert wird; D(t) ist die zu übertragende
Datensequenz, die beispielsweise den Wert ±1 hat und PN(t) ist die Sequenz
des Codes, die ebenfalls Werte ±1 annimmt. Bei einer BPSK-Modulation (Akronym
für das
englische binary phase shift keying, auf Französisch modulation par décalage
de phase á deux états =
Modulation durch Zwei-Zustands-Phasenverschiebung),
die beispielhaft angegeben wird, ist das Signal proportional zu: D(t)·PN(t)·cos(ω0·t
+ θ0), wobei wo die Schwingung der Trägerfrequenz
ist. Im Überlagerungsbereich
der Diagramme der Antennen T1 und T2 stellt man die Wegedifferenzen zwischen der
Erde-Antenne und
den Mitteln zum Empfang einerseits und zwischen der Gegenerde-Antenne
und den Mittel zum Empfang andererseits fest. Für die Zwecke der Erläuterung
nimmt man an, dass die Erde-Antenne und die Gegenerde-Antenne die
Signale gleichzeitig empfangen. Das von den Mitteln zum Empfang über die
Erde-Antenne empfangene Signal ist proportional zu: D(t – T1)·PN(t – T1)·cos(ω0·(t – T1) + θ0)während
das Signal, das über
die Gegenerde-Antenne von den Mitteln zum Empfang empfangen wird, proportional
ist zu: D(t – T2)·PN(t – T2)·cos(ω0·(t – T2) + θ0)
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Die
Mittel zum Empfang empfangen die Summe der beiden Signale und versuchen
sich an das eine oder das andere anzuhängen. Wenn die Signale von
vergleichbarer Leistung sind, kann der Empfänger sich an das eine oder
das andere der Signale anhängen.
Wenn man annimmt, dass die Mittel zum Empfang sich an das Erde-Signal
anhängen,
erhält
man nach Demodulation und Multiplikation mit dem Code PN(t – T1) das folgende Signal S(t): S(t)
= [D(t – T1)·PN(t – T1) + D(t – T2)·PN(t – T2)]·PN(t – T1) = D(t – T1)
+ D(t – T2)·PN(t – T2)·PN(t – T1)Falls die Zeit [T2 – T1] größer ist
als die Dauer eines „bribe" der pseudostochastischen
Rauschsequenz PN und auf Grund der Autokorrelationseigenschaften dieser
Sequenz gelangt man nach Integration bezogen auf die Dauer eines
Symbols zu: S(t) = D(t – T1)
+ I0 wobei I0 ein
eingeschränkter
Term ist, der durch vernünftige
Wahl des Codes und des „bribe"-Takts minimiert
werden kann.
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Am
Auasgang der Mittel zum Empfang und nach Demodulation des Signals
mit gespreiztem Spektrum erhält
man somit das übertragene
Signal, ohne dass die Summierung der Signale der Antennen Probleme
im Zusammenhang mit einem Mehrfachweg erzeugt. So kann man weiterhin
einen einzigen Empfänger
oder zwei Empfänger
in warmer Redundanz verwenden und einen korrekten Empfang der Signale
auch im Überlagerungsbereich
der Diagramme der Antennen sicherstellen. Verglichen mit einer herkömmlichen
Nutzung einer Spektrumsspreizungstechnik für die Übertragung von verschiedenen Kanälen nutzt
die Erfindung die Spektrumsspreizung für die Übertragung desselben Signals;
dadurch können die
Probleme im Zusammenhang mit den Mehrfachwegen und der Überlagerung
der Empfangsdiagramme der Antennen vermieden oder begrenzt werden.
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Die
Erfindung wurde für
den Empfangsfall detailliert beschrieben. Sie gilt ebenso für das Senden
durch den Satelliten entsprechend den gleichen Grundsätzen. Man
sieht dann beispielsweise zwei Sender 55 und 56 in
kalter Redundanz vor, die ein Signal mit durch Direktsequenz gespreiztem
Spektrum liefern; ein Koppler 57 schickt das von dem einen oder
dem anderen Sender gelieferte Signal an die zwei Antennen. Man sieht
Elemente zur Verzögerung 58 zwischen
dem Koppler und einer der Antennen vor, so dass die Differenz des
Erde- und des Gegenerde-Wegs größer ist
als ein „bribe", und zwar unabhängig von
der Position der Boden-Empfangsstation im Überlagerungsbereich der Sendediagramme
der Antennen.
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In
diesem Fall stellt man sicher, dass, falls sich die Bodenstation
zum Empfangen der Signale im Überlagerungsbereich
von zwei Antennen des Satelliten befindet, sie Signale empfängt, die
um mehr als ein „bribe" der Modulation durch
Spektrumsspreizung versetzt sind. Auf diese Art und Weise hängt sich
die Bodenstation an eines der Signale an und ignoriert das andere.
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Andere
Lösungen
sind möglich.
So könnte man
anstatt wie oben erläutert
eines der Signale nach der Spreizung zu verzögern, die Spreizung der Signale,
die für
die Antennen bestimmt sind, in zwei unterschiedlichen Spreizungsvorrichtungen
vornehmen. Jede der Spreizungsvorrichtungen kann denselben PN-Code
verwenden, wobei der Code der einen Vorrichtung bezogen auf den
Code der anderen Vorrichtung versetzt ist.
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Man
könnte
auch in den Spreizungsvorrichtungen jeweils unterschiedliche Codes
verwenden; in diesem Fall werden die von den beiden Antennen gesendeten
Signale mit orthogonalen Codes oder Codes, die eine eingeschränkte Interkorrelationsfunktion
aufweisen, gespreizt. Der Empfänger
kann sich, selbst wenn er sich im Überlagerungsbereich der Antennen
befindet, an das Signal einer der Antennen anhängen, ohne dass das Signal
der anderen Antenne ein Empfangsproblem aufwirft.
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In
jedem Fall werden die gleichen Signale durch die Antennen übertragen,
entweder mit einem Versatz von mehr als einem „bribe" der Modulation durch Spektrumsspreizung
oder auf unterschiedlichen Spreizungssequenzen. Man verhindert oder
begrenzt zumindest die Probleme beim Empfang im Überlagerungsbereich der Diagramme
der Antennen.
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Beim
Empfang ebenso wie beim Senden stellt man sicher, dass im Überlagerungsbereich
der Diagramme der Antennen die Phasendifferenzen zwischen den Signalen
die Qualität
des Empfangs nicht beeinträchtigen;
es muss festgehalten werden, dass die Erfindung es ermöglicht,
einen einzigen Empfänger
einzusetzen, der die Summe der Signale der Antennen empfängt, ohne
dass es erforderlich ist, das empfangene Signal auszuwählen. So
ist es so, dass, falls der Satellit sich an das Gegenerde-Signal
im Überlagerungsbereich
der Diagramme der Antennen anhängt,
und die Leistung dieses Signals abnimmt, da der Satellit die Erde-Antenne
gegen die Sendestation präsentiert,
die Mittel zum Empfang das Gegenerde-Signal, an das sie sich angehängt haben,
verlieren werden und sich anschließend an das Erde-Signal anhängen werden.
Dieses erfolgt ohne dass es notwendig ist, es speziell vorzusehen. Die
Erfindung ermöglicht
also ein Empfangen oder ein Senden in allen Phasen, ohne Notwendigkeit,
die Position des Satelliten zu kennen.
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Natürlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten
Beispiele und Ausführungsarten
beschränkt,
sondern es sind zahlreiche Varianten möglich, die dem Fachmann zugänglich sind.
So wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren, mit dem
einfachsten Fall zweier Antennen, nämlich einer Erde- und einer Gegenerde-Antenne
beschrieben. Sie gilt ebenfalls im Fall von Mehrfachantennen, die
Diagramme aufweisen, die sich jeweils paarweise, in Dreiergruppen oder
mehr oder alle zusammen überlagern.
In einer solchen Konfiguration genügt es, sicherzustellen, dass
die Wegedifferenz zwischen zwei im Überlagerungsbereich empfangenen
Signalen größer ist
als ein „bribe". Außerdem wurde
die Erfindung für
eine BPSK-Modulation beschrieben; sie gilt für jegliche andere An von Modulation.
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Sie
gilt nicht nur für
die beispielhaft angegebene Technik der Spreizung per Direktsequenz,
sondern auch für
andere Techniken zur Spektrumsspreizung.
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Die
Erfindung ist besonders günstig
auf der TTC- oder TRC-Verbindung eines Satelliten einzusetzen, und
zwar auf Grund der Bedeutung der Aufrechterhaltung dieser Verbindung.
Sie kann auch auf Verbindungen eines anderen Typs angewandt werden.
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In
der Beschreibung ist der Versatz zwischen den Signalen der Antennen
mindestens ein „bribe". In der Tat hängt der
Versatz von der verwendeten Spreizung ab und kann über diesem
Wert liegen, in Abhängigkeit
von der Autokorrelation der verwendeten Spreizungssequenz oder von
der Interkorrelation zwischen den verwendeten Sequenzen.