NO173720B - Digitalt overfoeringssystem med formidlende transmultiplekser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et digitalt overføringssystem ifølge innledningen til henholdsvis patentkrav 1 og patentkrav 4.

Et sådant overføringssystem er kjent, eksempelvis fra avhandlingene "On-Board Processing for Communication Satellite Systems: Technologies and Implementation" avBetaharonm.fi., 7th International Conference on Digital Satellite Communications, Munchen, Tyskland, mai 1986, s. 421 til 426, og "Baseband Switches and Transmultiplexers for Use in an On-Board Processing Mobile/Business Satellite System" av Evans m.fl., 7th International Conference on Digital Satellite Communications, Munchen, Tyskland, mai 1986, s. 587 til 592.

Anvendelsesområdet for et sådant overføringssystem med digital frekvensmultipleks- hhv. demultipleksdannelse og digital formidling er fordelaktig i såkalte intelligente satellitt-systemer med formidling og trafikkstyring. Ved denne kommende generasjon av signal- eller kommunikasjonssatellitter dreier det seg om å kople den totale, over satellittene løpende kommunika-sjonstrafikk, som kan komme fra én eller flere bakkestasjoner, på mest mulig fleksibel måte, altså i vidtgående grad vilkårlig foranderlig, til retningsantenner med forskjellige belysnings-soner (Ausleuchtzonen) på jorden. Den mest hovedsakelige anvendelse ligger vel i satellitt-mobilradio, eksempelvis for skip, lastebiler, fly osv. En sådan mobil abonnent beveger seg for en tid i loben til den ene antenne, og senere i området for en annen antenne. Forbindelsen i satellitten må da overføres til den andre antenne. I motsatt retning gjelder det samme. Til hver mobil abonnent er det tilordnet en egen individuell kanalfrekvens og en smal båndbredde B (eksempelvis av størrelsesorden mellom 8 og 20 kHz), idet trafikken fra den mobile abonnent til satellitten eller omvendt avvikles over frekvensmultiplekssignaler. For å kunne foreta en mest mulig fleksibel trafikkstyring i satellitten, må de av en antenne i satellitten mottatte frekvensmultiplekssignaler som skriver seg fra den mobile abonnent, føres via en frekvensdemultiplekser, for at de enkeltvis skal kunne stilles til disposisjon og formidles. Deretter kan de enkelte signaler koples via en koplingsmatrise til de enkelte multipleksere.

Teknikkens stand er fremstilt på fig. 1 for den ene overføringsretning og på fig. 2 for tilbake-overføringsretningen.

av mottatte frekvensmultiplekssignal analog/digital-omformet, tilført til en demultiplekser DEMUX i hvilken de L i frekvensmultipleks sammenbuntede kanaler atskilles, og disse således separerte L kanaler formidlet via en digital L x L-koplingsmatrise (L x L Switchmatrix). Grupper av disse L kanaler blir deretter sammenbuntet ved hjelp av M multipleksere hvis ut-gangssignaler etter digital/analog-omforming og via et fase-styringsnettverk BFN, som bestemmer retning og belysningsvinkel for belysningsstrålen, avgis til sendeantennen. Maksimal fleksibilitet av denne formidling (trafikkstyring) oppnås når alle M multipleksere MUX for de M antennelober (beams) kan frek-vensmultiplekse samtlige L kanaler på demultiplekser-utgangssiden DEMUX. I dette tilfelle kan hver lobe ved tilsvarende dimensjone-ring av L x L-koplingsmatrisen i overensstemmelse med kravene overføre hvert vilkårlig antall av kanaler, altså mellom 0 og L. For realisering av denne maksimalt mulige fleksibilitet er det nødvendig med en demultiplekser for L kanaler, en kostbar tid/rom/tid-multippelbasisbåndkoplingsanordning L x L-koplingsmatrise, og M multipleksere MUX for respektive L kanaler. Man snakker om begrenset fleksibilitet, og dette er i praksis tilfelle ved flertallet av systemene, når de M multipleksere MUX bare kan multiplekse L' < L kanaler, hvorved kanaltallene for de enkelte multipleksere MUX kan ha forskjellig størrelse.

Fig. 2 viser et overføringssystem for den omvendte retning, dvs. motretningen. Funksjonsmåtene for de enkelte blokker skjer på tilsvarende måte i motretningen og trenger her ikke noen ytterligere beskrivelse.

Formålet med oppfinnelsen er å redusere omkostningene og dermed volumet, massen og effektforbruket for ovennevnte overføringssystem med hensyn til basisbånd-koplingsanordning og frekvensmultipleksdannelse, selvsagt under bibeholdelse av den anordnede, planlagte eller prosjekterte fleksibilitet.

Ovennevnte formål oppnås ved hjelp av de karakterise-rende trekk som er angitt i henholdsvis krav 1 og krav 4.

Fordelen med overføringssystemet ifølge oppfinnelsen er den reduserte omkostning og dermed mindre effektbehov, mindre masse og mindre volum. Med dette er det forbundet ytterligere fordeler, såsom øket pålitelighet hhv. redusert redundans, hvilket er mål som har forrang med henblikk på satellittanvendel-ser.

Løsningen ifølge oppfinnelsen beror på en egnet for-tanning hhv. parallellbehandling av funksjonene koplingsmatrise og frekvensmultipleksdannelse, hvilket i det etterfølgende blir betegnet som fordelt hhv. hierarkisk trafikkstyring og multipleksdannelse.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 3 viser strukturen ifølge oppfinnelsen av den skiftevise gjennomkopling og f rek-vensmultipleksdannelse av kanaler, idet rammen av den på fig. 3 viste struktur nettopp omfatter funksjonene til blokkene med den digitale L x L-koplingsmatrise og de M multipleksere MUX på fig. 1, og fig. 4 og 5 viser en optimal utforming for multiplekser-strukturen.

Av fig. 3 fremgår at det formidles skiftevis, og nærmere bestemt i koplingsmatrisene SM, og multiplekses i del-frekvensmultiplekserne MUX. Det er anordnet x trinn, det første trinn med koplingsmatrisen SMI og den til denne tilkoplede MUX1 opp til trinn x med SMx og MUXx. Den første koplingsmatrise oppviser L = LO innganger og L = LO utganger, og multiplekseren MUX1 i det første trinn multiplekser L = LO innganger til LI utganger, idet LI < LO. I de følgende trinn blir antallet av utganger fra multiplekserne ved hjelp av multipleksdannelse løpende formins-ket, og i det siste trinn står M multipleksutgangssignaler med Lx multipleksede signaler til disposisjon for de M lober.

Ved anvendelse av den digitale signalbehandling for koplingsmatrisen i de enkelte trinn er inn- og utgangene tilordnet til en ganske bestemt tidsspalte eller tidsluke på en databuss. Koplingsmatrisens funksjon består da i å foreta til-ordningen av de L^ inngangstidsluker til de L^ utgangstidsluker i det x'te trinn for x = 0 opp til x = x svarende til den ønskede trafikkstyring. Hver utgangstidsluke i koplingsmatrisen SMX er fast tilordnet til en inngangskanal i den etterfølgende delfrek-vensmultiplekser MUXX. Hver koplingsmatrise er derfor realiserbar som lagerbrytere (memory switches) som arbeider i rent tidsmul-tiplum. Som sådanne brytere er koplingsmatrisene da vesentlig mer omkostningsgunstige enn den lukket realiserte koplingsmatrise ifølge fig. 1 hhv. fig. 2, se også kapittel 3 i ovennevnte avhandling "Baseband Switches..." av Evans m.fl. Lagerbryteren er i motsetning til den lukket realiserte koplingsmatrise ifølge fig. 1 hhv. 2 blokkeringsfri, hvilket er en ytterligere fordel ved løsningen ifølge oppfinnelsen. Ved løsningen ifølge oppfinnelsen trengs det riktignok omtrent ld L hhv. Id L'(ld = loga-rithmus dualis, x = f ld L'"] ) koplingsmatriser. Man kan derfor gå ut fra at totalomkostningen for trafikkstyringen ved løsningen ifølge oppfinnelsen bare er uvesentlig mindre enn omkostningen ifølge fig. 1 hhv. fig. 2.

Den vesentlige omkostningsfordel ved løsningen ifølge oppfinnelsen oppnås ved hjelp av innsparing av multipleksenheter, nemlig et antall separate multipleksere. Dette skal belyses i den etterfølgende beskrivelse.

Dersom fig. 1 betraktes, blir det klart at det til de M antenner skal leveres respektive, forskjellige signalstrømmer. I det ekstreme tilfelle at det til M-l antenner skal tilføres bare ett kanalsignal, og det til én antenne skal tilføres de resterende L-(M-l) hhv. L'-(M-1) kanalsignaler, må grupperingen på antenneinngangssiden avtegne seg allerede i multiplekseren MUX1 i det første trinn. I overensstemmelse med dette er det her nødvendig med [ H[ L-( M- 1)]"| enkeltmultipleksere som sammenfatter to respektive signaler, og M-l enkeltmultipleksere som bare forsynes med ett inngangssignal. Herved betyr [x] det nest største, hele tall i forhold til x. Den første multiplekser MUX1 trenger dermed LI = f%[L-(M-1)]"| + (M-l) enkeltfrekvensmulti-pleksere. En for dette formål direkte anvendelig, hierarkisk oppbygget multiplekser fremgår av fig. 4 som totalstruktur, og av fig. 5 som enkeltmultiplekser. For detaljert beskrivelse av disse henvises til den tyske patentsøknad P 36 10 195.

Generelt gjelder for det siste trinn x under den forutsetning at LO = L:

x ganger

I overensstemmelse med den hierarkiske oppbygning av trafikkstyringen og f rekvens-delmultipleksdannelsen øker avsøkningsfrek-vensen i de enkelte multipleksertrinn med faktoren 2. På tilsvarende måte reduseres avsøkningsfrekvensen i de enkelte demultipleksertrinn i motretningen med faktoren 2.

På grunnlag av et eksempel skal omkostningsfordelen med løsningen ifølge oppfinnelsen i forhold til en konsentrert løsning påvises i det følgende. Med M = 12 lober er det første tilfelle L' = L = 2<8> = 256, og i et andre tilfelle L' = 2<6> = 64. Ved løsningen ifølge den kjente teknikk trengs M = 12 komplette frekvensmultipleksere for L' kanaler. Med en trinnformet struktur av denne konsentrerte multiplekser er det da nødvendig med ld L' trinn, idet hvert trinn må oppvise nøyaktig samme regneytelse C, da antallet av enkeltmultipleksere halveres fra trinn til trinn, men avsøkningsfrekvensen samtidig fordobles. Dersom regneytelsen (omkostningen) for et trinn i en ifølge den kjente teknikk konsentrert realisert multiplekser fastsettes normert til 1, gjelder i tilfelle a) ld L = 8 trinn og en totalregneytelse CK = M • ld L • 1 = 96, og i tilfelle

b) ld L' = 6 og en regneytelse på CK = M • ld L' =72.

De tilsvarende regneytelser Cy for en fordelt multiplekserstruktur i overensstemmelse med løsningen ifølge oppfinnelsen fremkom-mer i relasjon til den konsentrerte multiplekser CK med følgende verdier:

Tilfelle a)

eller sammenliknet med regneytelsen til den konsentrerte multiplekserutførelse

CVCk = 29,8125/96 = 0,31.

Tilfelle b)

eller sammenliknet med den konsentrerte multiplekserutførelse CV/CK = 45,25/96 = 0,628.

Fig. 4 viser en trestruktur-realisering av en trinnvis fordelt demultiplekser av rene 1:2-enkeltdemultipleksere som under halvering av avsøkningshastigheten oppløser eller deler inngangssignalet i to halvdeler. Koplingsmatrisene, som må inn-koples mellom de enkelte trinn, er her ikke inntegnet. En sådan trestruktur kan på fordelaktig måte anvendes i transspondere

ifølge fig. 2.

For anordningen for overføring i tilbakeretningen ifølge fig. 1 er den samme struktur ifølge fig. 4 egnet, idet bare pilretningen for overføringsretningen må omvendes, slik at det oppstår en tilsvarende trestrukturert, fordelt multipleksanordning.

På fig. 5 er en særlig omkostningsgunstig anordning for en deldemultiplekser vist i detalj (for beskrivelse av denne henvises til ovennevnte tyske patentsøknad P 36 10 195).

Koplingsmatrisene kan på fordelaktig måte realiseres som lagerbrytere (memory switches). Sådanne lagerbrytere er eksempelvis beskrevet i avhandlingen "A Baseband Switch for Future Space Applications" av Berner og Grassmann i Space Communication and Broadcasting 5 (1987), s. 71 til 78 og i de to tyske patentsøknader P 36 41 561 og P 37 20 644.

Claims (7)

1. Digitalt overføringssystem ved hvilket L kanalsignaler ved hjelp av en digital koplingsmatrise formidles til inngangene til multipleksere som hver sammenfatter opptil L' < L kanalsignaler i frekvensmultipleks og som avgir sitt utgangssignal til én av M < L retninger, KARAKTERISERT VED - at multiplekserne alle er realisert ved hjelp av en kaskade av flere i trinn etter hverandre koplede enkeltmultipleksere (multipleksertrinn MUX1 ... MUXx), - at det foran de enkelte multipleksertrinn (MUX1 ... MUXx) er koplet en respektiv koplingsmatrise (SMI ... SMx), - at koplingsmatrisen (SMX) i det x'te trinn, for 1 < x < x, oppviser innganger og Lx.x utganger, og - at koplingsmatrisens utganger er forbundet med de innganger til multiplekserne i det etterkoplede multipleksertrinn (MUXX) som oppviser Lx utganger, og koplingsmatrisens innganger er forbundet med de Lx.x utganger fra det forankoplede multipleksertrinn (MUX^).

2. Digitalt overføringssystem ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at multiplekserne alle er realisert ved hjelp av en trestruktur av trinnvis forgrenende, etter hverandre anordnede 2:1-delmultipleksere, idet avsøkningsfrekvensen fordobles ved over-gangen fra det ene til det neste trinn.

3. Digitalt overføringssystem ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at 2:1-delmultiplekserne er realisert ved hjelp av digitale filterbanker.

4. Digitalt overføringssystem for overføring av L kanalsignaler, ved hvilket M < L signaler, som er dannet ved frekvensmultipleksdannelse av høyst L' < L kanalsignaler, mottas fra M retninger og ved hjelp av demultipleksere (DEMUX) oppløses i de L enkeltsignaler, idet disse L enkeltkanaler formidles ved hjelp av en koplingsmatrise, KARAKTERISERT VED - at demultiplekserne alle er realisert ved hjelp av en kaskade av flere i trinn etter hverandre koplede enkeltdemultipleksere, - at det etter de enkelte demultipleksertrinn er koplet en respektiv koplingsmatrise, - at koplingsmatrisen SMX i det x'te trinn, for 1 < x < x, oppviser Lx_x utganger og innganger, og - at koplingsmatrisens Lx.x innganger er forbundet med de utganger fra de forankoplede deldemultipleksere som oppviser Lx innganger, og koplingsmatrisens utganger er forbundet med de Lx.x innganger til den etterkoplede deldemultiplekser.

5. Digitalt overføringssystem ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at demultiplekserne alle er realisert ved hjelp av en trestruktur av trinnvis forgrenende, etter hverandre anordnede 1:2-deldemultipleksere, idet avsøkningsfrekvensen halveres ved over-gangen fra det ene til det neste trinn.

6. Digitalt overføringssystem ifølge krav 4 eller 5, KARAKTERISERT VED at 1:2-demultiplekserne er realisert ved hjelp av digitale filterbanker.

7. Digitalt overføringssystem ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at koplingsmatrisene er realisert ved hjelp av basisbåndbrytere.