FI61374C - Satellittelekommunikationssystem - Google Patents

Description

KUULUTUSJULKAISU ,Λ-ιΠΑ 4STa w (11) utlAggningsskrift 6 I 3 7 4 C (45) Patentti myönnetty 12 07 1932 ^Patent oeddelat 1 τ (51) K».ik.3/iot.a.3 H 04- B 7/185 SUOMI —FINLAND (21) PK«*ttlh.k*mu· — PatMUmBluUng 750081 (22) Hakemlapeirl —Anaakn<ngad«| 1^.01.75 ^ ^ (23) AlkupUvl—GIKIgh«tida| lt. 01.75 (41) Tullut JulklMlal — Bllvlt offantilg 15.07.75 F>tanttl. j· reki.terihallitu, (44) Nihtivik..,™™ j. ku«L|uik..Wn pvm. -

Patent- och regieterstyrelaen ' Ansökan utlagd och utUkrlfun publlund 31.03.82 (32)(33)(31) fyy4«ty Muolkwii —Begird priorltat ll+ . 01 . Jk

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2Hoi6ol+.t (71) Siemens Aktiengesellschaft, Berlin/Munchen, DE; D-8000 Munchen 2,

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken lyskland(DE) (72) Udo Reiner, Munchen, Jochen Zilg, Munchen, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7*0 Berggren Oy Ab (5*0 Satelliittien viestinsiirtomenetelmä - Satellittelekommunikations-system

Esillä oleva keksintö kohdistuu satelliittien viestinsiirtomenetelmään, jossa eri maa-asemien aikamultipleksijärjestelyssä yhteenkootut, johdannolla varustetut signaalikanavat (purstit) satelliitista käsin ajallisesti porrastettuina yhdistetään signaalikehykseksi ja lähetetään ulos.

Tämäntapaisissa viestinsiirtomenetelmissä, kuten on tunnettua esimerkiksi saksalaisesta patentista 2 020 09**, on tarpeen maa-aseman ottamisessa ensin mukaan jo olemassa olevaan TDMA-kehykseen ensin mitata satelliitin etäisyys mittaussignaalin avulla. Mittaus tapahtuu tällöin siten, että mukaantuleva maa-asema lähettää ensikosketussignaalin, jonka jakson pituus on yleensä sama kuin TDMA-kehyksen kesto. Johtuen varsinaisen hyötysignaalin häiriönestovarmistuksesta on ensikosketussignaalin oltava tasoltaan huomattavasti alle näiden signaalien tason. Käytännön mukaan on 25 dB:n tasoero käyttökelpoinen arvo. Kun uloslähe-tetty ensikosketussignaali taas vastaanotetaan mukaantulevalla maa-asemalla, määrätään ensikosketussignaalin asema kehyksessä ja sen perusteella saadaan myöhemmin lähetettävän purstin ohjevaiheen vaiheasen-to. Yleensä lähetetään täten saadulla lähetysvaiheella vain ensin purstin johdanto-osa ja sitten tämä hienosäädetään vaiheeltaan ohje- ) . . *v 2 61374 vaiheeseen purstin lähetysvaiheen säätölaitteen avulla, jonka säätöpiiriin satelliitin silmukka kuuluu. Tämän hienosäädön jälkeen tapahtuu sitten koko purstin jaksottainen lähetys. Purstin lähetysvaiheen säätölaite ei tässä yhteydessä vaadi erityisiä lisäpiirejä, koska sitä myös viritetyssä tilassa käytetään sen valvomiseksi, että purstin olo-vaiheasento koko ajan on sama kuin purstin ohjevaiheasento. Tämä johtuu siitä, ettei edes maapallon pyörimisen mukana synkronisesti liikkuvaa satelliittia voida käsittää kiinteänä, koska se jatkuvasti suorittaa huomattavia liikkeitä kaikissa avaruuden tasoissa.

TDMA-tekniikalla toimivissa satelliittien viestinsiirtojärjestelmissä on toivottavaa mahdollistaa purstin lähettäminen mahdollisimman varmasti ja nopeasti ensikosketussignaalin suoritetun vaiheasentomittauksen jälkeen. Ensikosketuksen aikaansaamiseksi tarvittava aika riippuu toisaalta ensikosketussignaalin lähetysajasta ja toisaalta ajasta, jota käytetään vaihekorjausta varten koko purstin lähettämiseen asti.

Aikaisemmin käytetyissä järjestelmissä on ensikosketussignaalin lähetysaika noin 3 sekuntia. Tätä aikaa ei juuri käytännössä kyetä lyhentämään ottaen huomioon se suhteellisen pitkä aika, suuruusluokkaa joitakin satoja millisekunteja, joka kuluu kunnes lähetetty ensikosketussig-naali jälleen vastaanotetaan lähettävällä maa-asemalla. Tähän liittyvä aika koko purstin lähettämiseen asti tarvittavalle vaihekorjauksel-le on sen sijaan riippuvainen saavutettavasta vastaanottopuolen vaiheasentomittauksen tarkkuudesta ohjevaiheen suhteen. Tarkkuus riippuu ensikosketussignaalin rakenteesta, ensikosketustapahtumaa varten käytettävissä olevasta ajasta sekä varsinaisten hyötysignaalien ja ensikosketussignaalin välisestä tasoerosta. Intelsat IV-koejärjestelmässä on määrätty minimitarkkuus mittaukselle _+ 4 ^us.

Kuten jo esitettiin lähetetään lähetyspuoleisen vaihekorjauksen jälkeen tarkoituksenmukaisesti vain purstin johdanto-osa ja siinä yhteydessä suoritetaan lähetysvaiheen säätö. On osoittautunut, että silmällä pitäen koejärjestelmissä saavutettuja maksimaalisia vaiheenmuutos-nopeuksia on varmuussyistä välttämätöntä rajoittaa vaiheenkorjausno-peutta lähetysvaiheen hienosäädön kehyksessä, ja erikoisesti kahdella tavalla. Ensiksi vaiheenkorjausaskeleen ei tulisi ylittää yhtä merkki-yksikköä kehystä kohti. Toiseksi on satelliitin silmukan kulkuaikaa silmällä pitäen suoritettava korkeintaan seitsemän korjausaskelta 300 ms:n kuollutta aikaa kohti. Edellyttäen, että ensikosketussig- 61374 naalin vaiheasennon mittauksessa minimitarkkuus on _+ M ^us, saadaan tällöin purstin lähetysvaiheen säätöajaksi 13 sek. Tämä arvo voi vielä kasvaa sen kautta, että tietyissä olosuhteissa on tämän ajan kuluessa generaattorin ryöminnän johdosta esiintyvät vaihemuutokset kompensoitava.

Keksinnön tarkoituksena on mainittua tyyppiä olevassa satelliittien viestinsiirtomenetelmässä antaa ensikosketuksen suorittamiseksi toinen ratkaisu, jonka avulla on mahdollista huomattavasti lyhentää vaihekor-jausaikaa koko purstin lähettämiseen saakka ja siten myös itse ensikosketusta varten tarvittavaa aikaa.

Lähtökohtana satelliittien viestinsiirtomenetelmä, jossa eri maa-asemien aikamultipleksijärjestelyssä yhteenkootut, johdannolla varustetut signaalikanavat (purstit) satelliitista käsin ajallisesti porrastettuina yhdistetään signaalikehykseksi ja lähetetään ulos (TDMA), jossa edelleen ensikosketuksen aikaansaamiseksi maa-asemaan siitä lähetetään ensikosketussignaali ja signaalin asemaa vastaanottokehyksessä tulkitaan mukaantulevan maa-aseman lähettämän purstin ohje-vaiheasennon asettelemiseksi ja jossa pulssikehyksen jaksossa lähetetyn purstin olo-vaiheasentoa valvotaan purstin lähetysvaihesäädön avulla, on edellä mainitun tavoitteen saavuttamiseksi keksinnölle tunnusomaista, että ensikosketussignaalin tulkinnan jälkeen kiinnitetään lähetysvaihe oh-jevaiheeseen nähden viivästettyyn ohjevälivaiheeseen, että sen jälkeen hienosäädetään purstijohdanto asemakohtaisen purstinvaihesäädön avulla ensimmäisessä askeleessa tähän ohjevälivaiheeseen ja toisessa askeleessa ennen koko purstin lähettämistä muutetaan se ohjelmaohjatus-ti ohjevälivaiheesta ohjevaiheeseen.

Keksintö perustuu siihen tietoon, että säädettäessä lähetysvaihetta ohjevaiheeseen nähden viivästettyyn ohjevälivaiheeseen voidaan eliminoida vaiheasennon määräämisessä ensikosketussignaalin avulla esiintyvän mittaustarkkuuden toleranssialueen vaikutus aikaan, joka tarvitaan vaihekorjauksen suorittamista varten ennen koko purstin uloslähet-tämistä,ja että lisäaika, jota käytetään tämän vaiheviivästyksen poistamiseen jälleen ennen purstin lähettämistä, voidaan pitää hyvin tiukoissa rajoissa sen kautta, että vaihekorjaus tapahtuu ohjelmaohja-tusti, ts. ettei satelliitin silmukka tässä tapauksessa kuulu säätöpiiriin.

61374 Tässä yhteydessä saadaan olosuhteet erikoisen edullisiksi jos ohje-välivaiheen vaiheviivästys valitaan suunnilleen puoleksi ensikosketus-signaalin vaihemittaustarkkuuden toleranssialueesta. Erään edullisen suoritusmuodon mukaan, joka liittyy Intelsat IV-prototyyppijärjestelmässä saavutettuihin ominaisuuksiin, ohjevälivaiheen vaiheviivästys ohjevaiheeseen nähden on 5 ^us ensikosketussignaalin vaihemittaustarkkuuden toleranssialueen ollessa 8 ^us, ja toleranssialueen ollessa ohjevaiheeseen nähden erikoisesti +1 ^us:sta +9 ^us:iin.

Ohjevälivaiheen ohjelmaohjattu korjaus ohjevaiheeseen tapahtuu sopivasti nopeudella, joka samalla merkitsee yhtä vaiheenkorjausaskelta purstin lähetysvaihesäädön kehystä kohti.

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin esimerkkien muodossa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on kaaviomainen esitys satelliittiviestinsiirrosta useamman maa-aseman ja yhden satelliitin välillä, kuvio 2 esittää kaaviomaisesti maa-aseman ensikosketus aikadiagrammi-na, ja kuvio 3 on ensikosketuksen suorittamista esittävä juoksukaavio.

Kuviossa 1 on maapallon pinnan yläpuolella radallaan synkronisesti maapallon pyörimisen mukana liikkuvaa satelliittia merkitty Sa. Se on varustettu releasemalla. Maa-asemat BStr, BStl...BSt4 ovat kaikki satelliitin Sa kautta yhteydessä toisiinsa. Jokainen maa-asema, mikäli se on käytössä, lähettää kehysjakson τ tahdissa johdannosta ja siihen liittyvistä signaalikanavista muodostuvan purstin satelliitille. Kehys-jakson sisällä lähettävät yksittäiset maa-asemat purstinsa toisiinsa nähden varmuusvälein erotetuilla aikaväleillä sen varmistamiseksi, että samaa kantoaaltoa käyttävät maa-aseman purstit eivät ajallisesti limitä toisiaan.

Mainitunlaista kehystä on esitetty kuvion 2 diagrammissa w. Maa-aseman BStr pursti r alkaa kehyksen aloituksella ja muodostaa siten refe-renssipurstin, johon muiden maa-asemien 1-4 purstit liittyvät. Diagrammin w mukaisessa kehyksessä merkitsee purstin 1 ja purstin 3 välinen aukko L, ettei maa-asema BSt2 ole vielä tullut mukaan muodostettuun kehykseen. Kuvion 2 muut diagrammit, jotka on merkitty x, y ja z, esittävät diagrammin w kehyksen osaa, kuitenkin suurennetulla aika-asteikolla t.

5 61 374 Näihin diagrammeihin viitaten tullaah seuraavassa kuvion 3 juoksu-kaavion yhteydessä lähemmin selostamaan ensikosketuksen suorittamista kuvion 1 maa-asemalta BSt2 käsin.

Kuviossa 3 on maa-asema BSt2 ja satelliitti Sa esitetty katkoviivoilla lohkoina. Kuvion 3 kohdassa a lähettää maa-asema ensikosketussignaalin ES ja mittaa kohdassa b, sen jälkeen kun ensikosketussignaali on kulkenut satelliitin silmukan läpi, vastaanotetun ensikosketussignaalin ES vaihepoikkeamaa ohjevaiheesta. Leveyden T toleranssialue, joka ilmaisee mittaustarkkuuden ensikosketussignaalin ES vaihepoikkeaman ohje-vaiheesta määräämiselle, on kuvion 2 diagrammissa x esitetty varjostettuna suorakulmiona. Toleranssialueen rajat ovat ohjevaiheeseen ts nähden +1 ^us ja +9 ^us.

Kuvion 3 juoksukaavion asemassa b mitattu ensikosketussignaalin ES vaiheasento arvostetaan nyt siten, että kohdassa c määrätään ohjevai-heeseen ts nähden 5 ^usilla viivästetyn ohjevälivaiheen lähetysvaihe. Tällöin on yhdentekevää osoitetaanko kohdalle c ohjevälivaihe vai oh-jevaihe välittömästi kohdasta b. Jälkimmäisessä tapauksessa on tällöin kohdassa c 5 ^usrlla viivästetty korjatun lähetysvaiheen vaihe lisättävä.

Kuvion 3 kohdan c jälkeen lähetetään sitten kohdassa d purstin johdanto Pr, ja sen vastaanottamisen jälkeen jälleen kohdassa e hienosääde-tään se purstin lähetysvaihesäädön avulla, kuten esitetään kuvion 2 diagrammissa y, ohjevälivaiheen tsz arvoon. Hienosäätö tapahtuu tällöin askelittain satelliittisilmukan kuuluessa säätöpiiriin.

Heti kun hienosäätö on lopetettu, saatetaan kohdan e kautta kohta f suorittamaan ohjelmaohjatusti johdanto-osan Pr siirto ohjevälivaiheesta tsz ohjevaiheeseen ts. Kuvion 2 diagrammissa z on tämä tulos esitetty. Kuten havaitaan kuviosta 3, niin tässä vaihesiirrossa 5 ^us:lla negatiiviseen suuntaan satelliittisilmukka ei kuulu säätöpiiriin. Tämä on mahdollista koska kohdassa e johdanto Pr on hienosäädetty 5 ^usrlla viivästettyyn vaihearvoon.

Ohjelmaohjattu vaihesiirto 5 ^us:lla tapahtuu tarkoituksenmukaisesti kehyskohtaisissa vaihekorjausaskelissa, jotka tämän vaihesiirron aikaansaava purstin lähetysvaihesäätö kykenee suorittamaan järjestelmän viritetyssäkin tilassa tapahtuvan, purstin olovaiheen ja ohje-

Claims (4)

6 61374 vaiheen yhtäpitävyyden jatkuvan valvonnan yhteydessä. Tällä tavalla ei tätä vaihesiirtoa varten tarvitse asettaa mitään erityisiä vaatimuksia purstin lähetysvaiheen säädölle. Heti kun siirto on tapahtunut, saatetaan kohdan f kautta kohta g lähettämään kehysjakson + tahdissa koko pursti, ja tarkemmin sanottuna purstin lähetysvaihesäädön ollessa päällekytkettynä, minkä kautta maa-aseman BSt2 ensikosketus on suoritettu. Käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää on mahdollista, kuten eräät Intelsat IV spesifikaatioon perustuneet tutkimukset ovat osoittaneet, lyhentää maksimiaikaa ensikosketustapahtuman suorittamiseksi noin 16 sekunnista 9 sekuntiin.

1. Satelliittien viestinsiirtomenetelmä, jossa eri maa-asemien aika-multipleksijärjestelyssä yhteenkootut, johdannolla varustetut signaa-likanavat (purstit) satelliitista käsin ajallisesti porrastettuina yhdistetään signaalikehykseksi ja lähetetään ulos (TDMA), jossa edelleen ensikosketuksen aikaansaamiseksi maa-asemaan siitä lähetetään ensikosketussignaali ja signaalin asemaa vastaanottokehyksessä tulkitaan mukaantulevan maa-aseman lähettämän purstin ohje-vaiheasennon asettelemiseksi ja jossa pulssikehyksen jaksossa lähetetyn purstin olo-vaiheasentoa valvotaan purstin lähetysvaihesäädön avulla, tunnet-t u siitä, että ensikosketussignaalin (ES) tulkinnan jälkeen kiinnitetään lähetysvaihe ohjevaiheeseen (ts) nähden viivästettyyn ohje-välivaiheeseen (tsz), että sen jälkeen hienosäädetään purstijohdanto (Pr) asemakohtaisen purstinvaihesäädön avulla ensimmäisessä askeleessa tähän ohjevälivaiheeseen ja toisessa askeleessa ennen koko purstin lähettämistä muutetaan se ohjelmaohjatusti ohjevälivaiheesta ohje-vaiheeseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen satelliittien viestinsiirtomenetelmä, tunnettu siitä, että ohjevälivaiheen (tsz) vaiheviivästys ohjevaiheeseen nähden valitaan suunnilleen puoleksi ensikosketussignaalin (ES) vaihemittaustarkkuuden toleranssialueesta (T).

3· Patenttivaatimuksen 1 mukainen satelliittien viestisiirtomenetelmä, tunnettu siitä, että ohjevälivaiheen (tsz) vaiheviivästys ohje-vaiheeseen (ts) nähden on 5 ^us ensikosketussignaalin vaihemittaustarkkuuden toleranssialueen ollessa 8 ^us, ja toleranssialueen ollessa 7 61374 ohjevaiheeseen nähden erikoisesti +1 ^us:sta +9 ^ustiin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen satelliittien viestinsiirtome-netelmä, tunnettu siitä, että ohjevälivaiheen (tsz) ohjel-maohjattu korjaus ohjevaiheeseen (ts) tapahtuu nopeudella, joka samalla merkitsee yhtä vaiheenkorjausaskelta purstin lähetysvaihe-säädön kehystä kohti.