DE1466138A1

DE1466138A1 - Narichtensystem mit einer Satelliten-Relaisstation

Info

Publication number: DE1466138A1
Application number: DE19651466138
Authority: DE
Inventors: Hultberg Richard M
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1964-09-08
Filing date: 1965-09-04
Publication date: 1969-07-24
Also published as: SE335372B; ES317200A1; GB1084876A; CH449721A; NL151866B; DE1466138B2; BE669318A; US3418579A; DK118897B; NL6511684A

Description

Die Priorität der Anmeldung Nr.394 776 vom 8.September 1964 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird in Anspruch genommen.

Nachdem erwiesen ist, dass über Satelliten als Relaisstationen, die aus Solarzellen oder anderen Spannungsquellen gespeist werden, Nachrichten zwischen voneinander entfernten Stationen übertragen werden können, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, bei dem die im Satelliten-Relaisverstärker vorhandene Leistung und Bandbreite optimal ausgenutzt werden und bei dem bei Zeitmultiplexbetrieb keine oder nur sehr geringe Interferenzen zwischen benachbarten Zeitlagen auftreten. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass von den Bodenstationen zu verschiedenen Zeitlagen gesendet wird, und dass die Zeitlagen so gewählt sind, dass die Informationen in der Satelliten-Relaisstation im Zeitmultiplex eintreffen.

Pur diese Übertragungsart soll dann ein SynchronisierBystem geschaffen werden, bei dem die Satelliten-Relaisstation sehr einfach aufgebaut ist und deshalb auch eine grosse Zuverlässigkeit hat. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zur Synchronisierung der einzelnen Bodenstationen auf die gewählte Zeitlage von einer Station ein Hauptsynehronisierungssignal ausgesendet wird, das von allen anderen Stationen empfangen wird und das von den einzelnen Stationen ein Stationssynchronisieraignal in Abhängigkeit vom Hauptsynchronisiersignal und von der bekannten Entfernung zur Satelliten-Relaisstation ausgesendet wird. G-emäss weiterer Ausbildung

3.9.1965
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der Erfindung wird das in den einzelnen Stationen von der Satelllten-Helaisstation wieder empfangene Stationssynchronisiersignal mit dem Hauptsynchronisiersignal verglichen und bei Abweichungen von der vorgegebenen Lage wird ein Steuersignal abgeleitet, das den Zeitpunkt für die Aussendung des Stationssynchronisiersignales entsprechend nachregelt.

Dieses erfindungsgemässe System kann sowohl bei Satelliten, die sich in mittlerer Höhe befinden, als auch bei Synchronsatelliten, die » zeltlich gleich zur Rotation der Erde umlaufen und so in etwa über der Erde bleiben, angewendet werden. Es ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass jede Station jede beliebige freie Zeitlage belegen kann und dass jede Station als Hauptstation eingesetzt werden kann, auf die sich dann die anderen Stationen synchronisieren.

Die Erfindung wird nun anhand des in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert:

Es zeigen:

lig.1 ein Blockdiagramm eines typischen Satelliten-Nachrichten-Systemes gemäss der Erfindung}

Sig.2 das Diagramm eines Pulsrahmens mit der Darstellung von : A der Zeitlage von mehreren Stationen; B einem typischen Stations-Informationsblock, der in die zugeordnete Zeitlage des Pulsrahmens passt; und 0 einer typischen Synchronisierfolge, die einen Teil des typischen Informationsblocks belegtj

fig.3 ein Diagramm, das die ursprüngliche und endgültige lage des Stations-Synchronismerungs-Signales zeigt, um anzudeuten, wie die zugehörige Zeitlage festgestellt wird und die Synclironisierfolge in Beziehung dazu festgelegt wird;

ffig.4 ein Blockdiagramm der Synchronisiereinrichtung einer Station zur Sendung und zum Empfang von synchronisierten Signalen über den Satellitenverstärker und

JFig.5 ein Zeit diagramm zur Darstellung der verschiedenen Signale, die im Synchronisiersystem auftreten.

.ü», f asten Punkt

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Das in Pig· 1 dargestellte, typische System hat eine Mehrzahl von Stationen 1 bia n, die über die Satelliten-Relais station 7 Nachricht ei im Zeitmultiplex austauschen. Die Satelliten-Relaisstation 7 enthält die folgenden Einzelteile, die so miteinander verbunden sind, dass sie eine verstärkende Relaisstation entsprechend dem Stand der !Technik bilden* eine Empfangsantenne 13» eine Empfangsmischstufe 8, einen Verstärker mit Begrenzer 9» einen örtlichen Oszillator 10, eine Sende-Mischstufe 11, eine Wanderwellenröhre 12 und eine Sende-Antenne 14· Die Sende- und Empfangsantenne 13 und 14 sind als getrennte Einheiten dargestellt. Sie können jedoch ohne weiteres als eine gemeinsame Einheit aufgebaut werden· Jede der Stationen 1 bis η überträgt einen kurzen Informationsblock, der zeitlich so gesendet (f wird, dass er im Satelliten 7 zu einer festgelegten Zeitlage eintrifft· Auf diese Weise trifft an der Empfangsantenne 13 eine Reihe von solchen Blöcken, die zeitlich hintereinander liegen, als ein einziger zu verstärkender und zu übertragende Impulszug ein.

Aus Fig.2A lässt sich entnehmen, dass jeder station 1 bis η eine bestimmte Zeitlage 16 innerhalb des Pulsrahmens 15 zugeordnet ist. Eine dieser Stationen wird als Hauptstation 1 bezeichnet und es wird ihr die Zeitlage 1 zugeordnet. Der Pulsrahmen ist periodisch und wird alle T Sekunden wiederholt, dabei ist

Ϊ = x&

Tf = länge einer Zeitlage in Sekunden

η = Zahl der Zeitlagen. M

Ih Fig.2Bist eine typische Zeitlage vergrössert dargestellt« Sie enthält eine kurze Sicherheitszeit 17 und einen Informationsblöok 21, der eine Synchronisiert alge 18, ein Steuerwort 19 und Sprach«- oder Datenkanäle 20 enthält. Mit der Sicherheitszeit 17 soll verhindert dass sich zwischen benachbarten Kanälen eine Interferenz oder eine Überlappung ergibt. Die Synchronisieyfolge 18, die in J?ig.2O »doh ausführlicher dargestellt ist, enthält eine Demodulator-Syachroat-" sier-Kombination 22, eine Bit-Synchronisier^Koaibinatioii 23 und eine' . " Rahmen-Synchronisier-Kombinatioh 24. Diese letztere be ζei ahnet die,.... bestimmte Zeitlage 16, die gerade verwendet wird. Die Hauptetation | sendet nur eine einzige Rahmensynchrbnisier-Kombination, 4ie von all den anderen Stationen 2 bis η erkannt wird und auf die sie eich bei

ihren SÄtiäun^eii.ßjrachronisieren. , ΡΠ0 '

^ ÖÄDORiOlNÄ^U9

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,Die Steuerkombination 19 ist für die Erläuterung des hier beschriebenen Synohronisier-Systerns nicht wiohtig und wird deshalb auch nioht ausftihrlioher beschrieben· Mit Hilfe der Demodulator-Synchronisier-Kombination 22 und der Bit-Synchroniaier-Kombination 23 können sich der Demodulator 29 und der Bit-Synchronisierer 30 (Pig.4) aus der ankommenden Information selbst synchronisieren.. Diese Erneuerung der Synchronisation wird jedesmal durchgeführt, wenn ein Stationsnachriehtenblock empfangen ist, da das System in BeBUg auf die einzelnen Haehrichtenblöcke der Stationen quasi-synohron arbeitet und nur synchron in Bezug auf die ETaehricht innerhalb jedes dieser Blöcke. Mit Quas!-Synchronismus ist gemeint, dass die lagen der einzelnen Blöcke in Abhängigkeit von dem Auflösungsvermögen der Fehlerfeststelleinrichtungen geringen Zeitänderungen untenrorfen sind.

In der Fig.3 ist die ursprüngliche lage 25 und die endgültige Lage 26 der Synohronisierfolge 18 dargestellt, die von einer beliebigen Station m gesendet wird. Während der Durchführung der Synchronisation wird ausser der Synohronieierfolge 18 keine Nachricht übertragen. Naohdem die Synchronisierung herbeigeführt und von dem Synchronisationsdetektor 40 (Pig.4) festgestellt ist< werden auch die restlichen Einrichtungen der Station freigegeben und es beginnt die nor-BaIe Arbeitsweise* ;

.4 zeigt das Blockdiagramm einer der Stationen 1 bis n. Diese Station hat die folgenden Punktionen«

1. Sie überträgt eine Yersuohs-Synchronisierfolge 18, um die Mitte der zugehörigen Zeitlage 16 zu erreichen,

2. sie beobachtet die Zeit der Bückkehr des Signales vom Satelliten

den
\ 3. legt eie/STeitpunkt für die Aussendung der Synchronisierfolge 18

- sehr genau neu fest, so dass dieser beim Beginn der zugehörigen Zeltlage 16 liegt.

■Die Punktion der einzelnen Elemente in der Station werden im- nachfolgenden ausführlicher erläutert.

die Beschreibung der Arbeltsweise wird angenommen, dass die Sta tion 1 die Hauptstation ist und eine einzige Synohronisierfolge

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aussendet, die von allen anderen Stationen identifiziert werden kann. Weiterhin ist der Station, deren Arbeitsweise jetzt beschrieben werden soll, die Zeitlage m zugeordnet und diese Station will eine Übertragung in Synchronismus mit der Station 1 über die Zeit·« lage m beginnen. Zuerst wird der Zeitlagenwähler 37 auf die gewünschte Zeitlage a eingestellt. Dadurch wird eine Verzögerungeinformation direkt zur Erapfangs-Verzögerungseinrichtung 32 und Über den Sender-Programmierer 47 srar Sende-Verzögerungseinrichtung 41 übertragen. Dadurch erhält die Empfange-Verzögerungseinrichtung 32 eine Verzögerung von ^r,

und die Sendeverzögerungs-Einriohtung 41 eine Verzögerung von

Bekannte Informationen R und R¹, die die Entfernung des Satelliten und seine Entfernungs-Änderung betrefffen, werden über die Steuersignal-Kombiniereinriohtung 39 ebenfalls zur Sende-Verzögerungseinrichtung 41 übertragen und ändern dort entsprechend die Einstellung. Es wird dabei versucht, die Sende-Verzögerungseinrichtung 41 auf einen solchen Verzögerungswert einzustellen, dass die erste Stations -Synchronisierkombination 25 (Pig⁷.3) den Satelliten zu einem Zeitpunkt erreicht, der so genau wie möglich in der Mitte der zugeordneten Zeitlage liegt. Der Grund für die Wahl dieser Lage für die erste Aussendung wird weiter unten erläutert.

Am Ausgang des Rahmen-Korrelators 31 der Station m erscheint ssu dem Zeitpunkt, zu dem das von der Hauptstation ausgesandte Synchronisiersignal 49 (Fig.5) empfangen wird, auf der'Leitung FS ein Impuls 53 (Fig.5). Dieser Impuls 53 wird an die Empfangsverzögerungseinrichtung 32 angelegt und um die Zeit (m-1 )V verzögert, so dass man einen Impuls 57 (Fig.5) erhält, der genau die Zeitlage einnimmt, die der Synchronisierimpuls 51 der Station m einnehmen soll. Deshalb wird der Impuls 57, der sich aus der Verzögerung des Impulses 53 ergibt, als Bezugsimpuls für die Synchronisation der Station verwendet. Der Impuls 53 wird weiterhin an die Sendeverzögerunge-Einrichtung 41 angelegt, damit diese ihre Arbeit beginnt und an die Verzögerungseinrichtung 35 innerhalb des Empfangs-Programmiererβ 46, dessen Arbeltsweise weiter unten noch beschrieben wird.

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Am Ausgang des Block-Korrelators 33 treten auf der Leitung B8 die * Impulse 54, 55 und 56 (Pig.5) entsprechend den Zeitpunkten auf, wennirgend eines der η Stations-Synchronisiersignale 50, 51 und 52 empfangen wird, wobei η die Gesamtzahl der Stationen bzw-· Zeitlagen dee Systemes ist. Die Impulse auf der Leitung BS werden zusammen mit dem Impuls 57 von der Empf angs-Verzögerungs einrichtung 32 auf den. Koinaidenzfeststellkreis 34 gegeben, der normalerweise gesperrt ist· Dieser Koinzidenzkreis 34 wird durch einen Impuls 58 freigegeben, der über die Verzögerungseinrichtung 35 und die Torschaltung 36 zu Beginn- der Zeitlage m erzeugt wird und die Dauer eine Zeitlage hat· Der Koinzidenzfeststellkreis 34 erzeugt ein Steuersignal (Impuls 59» Pig.5), das der Zeitdifferenz (plus oder minus) zwischen dem Synchronisations -Impuls 55 der Station m und dem verzögerten Hauptsynchronisations-Impuls 57 entspricht. Dieses Steuersignal 59 wird dann an d.ia Steuersignal-Kombiniereinrichtung 39 angelegt, um die Einstellung der Sende-Verzögerungseinrichtung in der Richtung zu ändern, dass die zu übertragende Synchronisierkombination mehr zu Beginn der Zeitlage übertragen wird.

Dadurch wiederum verringert sich die Dauer des Steuersignales 59· Man kann daraus entnehmen, dass das Steuersystem im Kreisverfahren arbeitet und dass Einflüsse, durch die das System deeynchronisiert werden kann, automatisch solange kompensiert werden, solange sie in dem vorgesehenen Bereich bleiben.

Es muss hier darauf hingewiesen werden, dass die Synchronisation nur für die Sendung von einer beliebigen Station in der zugeordneten Zeitlage vorgesehen ist. Der in den Empfangs-Programmierer 46 enthaltene Wähler 48 für Eingangsinformationen ermöglicht zusammen mit der Empfangseinrichtung 38, dass die Empfangsstation ausgewählte Informationen in einer Zeitlage oder in mehreren Zeitlagen unabhängig von der Zeitlage empfängt, zu der die Empfangsstation selbst sendet.

Von dem Wähler 48 für Eingangsinformationen werden Signale zu der Empfangseinrichtung 38 übertragen, die die Zeitlage bzw. die Zeitlagen angeben, in denen die gewünschten Informationen gesendet werden. In Abhängigkeit von diesen Angaben werden dann in der Empfangseinrichtung 38 die gewünschten Informationen aus dem Informationsfluss herauagezogen,

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Bine derartige Empfangseinrichtung kann mit bekannten Mitteln aufgebaut werden» so dass eine weitere Beschreibung nicht notwendig ereoheint.

Die richtige Arbeitsweise des Synehro.nisier-Systems hängt von der Vorhersage der Satellitenentfernung Tor der Übertragung duroh eine, Station ab, da diese Bntfernungs-Inforaation benötigt wird, um die Sendθverzögerung 41 einzustellen, die entsprechend die Sendezeitpunkte steuert, Biese Entfernungsvorherθage kann mit genügender Genauigkeit aus den Satellitendaten schon einige !Tage vorher mit einer Genauigkeit von + 50 MikroSekunden Übertragungezeit festgelegt werden· Unter anderem ist aus diesem Grund für die Zeitlage eine Länge von 125 MikroSekunden vorgesehen. Da, wie schon oben erwähnt, die erste Sendung 25 von einer Station in der Mitte der zugeordneten Zeltlage liegt, kann man sicher sein, dass diese erste Sendung den Satellitenveretärker innerhalb der zugeordneten Zeitlage erreicht, auch wenn der maximale Fehler von + 50 MikroSekunden vorliegt. Durch die Wahl dieser Dauer für eine Zeitlage wird verhindert, dass eine Station, die sich in das System einschaltet, eine andere Station stört. Bei einem System mit η Zeitlagen -entsprechend η Stationen -, bei dem jede Zeitlage 125 Mikrosekunden lang ist, werden von jeder Station Λ/rX Blöcke je Sekunde übertragen. Wenn n=100 ist, dann überträgt jede Station ihren Block von 125 Mikrosekunden alle 12,5 ms. Während des Intervaliee von 12,5 ms wird die eintreffende Information in einem Sendespeioher 43 gespeichert und dann in einem Block während der zugehörigen Zeitlage gesendet. Die Information wird also mit einer Geschwindigkeit erzeugt, gespeichert, dann mit höherer Geschwindigkeit Übertragen und im Empfanger wieder auf die normale Geschwindigkeit zurückgeführt. Die Information, die während eines Blockes übertragen wird, kann wiederum in Zeitmultiplex sein.

Zwischen den Informationsblöcken 21 benachbarter Zeitlagen 16 ist eine Sicherheitszeit 17 notwendig, um zu verhindern, dass Interferenzen zwischen benachbarten Kanälen auftreten, wenn die Übertragungszeit nicht genau ist.

Bei dem System mit 100 Zeitlagen und einer Länge einer Zeitlage von * ' " ■

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125 MikroSekunden überträgt jede Station alle 12,5 ms ihren Informations "block. Da die Synchronisieranordnung ständig arbeitet und geringe Fehler in der Synchronisation feststellt, wird das Steuersignal 59 alle 12,5 ms erzeugt. Die Steuersignale 59 werden für Korrekturzwecke jedoch nur in Intervallen verwendet, die zweimal der Wegeverzögerung von der Station zum Satelliten entspricht.

Auf diese Weise wird erreicht, dass das Resultat der vorhergehende: Zeitverbesserung geprüft werden kann, bevor eine weitere Korrektur der Sendezeit durchgeführt wird.

In der bekannten Entfernungßinformation ist ein Signal enthalten, das die doppelte Wegverzögerung von der Station zum Satelliten angibt, das dann die Steuersignal-Kombiniereinrichtung steuert, so dass deren Steuerausgangssignal zur Sende-Verzögerungseinrichtung nur in Intervallen ausgesendet wird, die der doppelten Verzögerung entsprechen. Man kann annehmen, dass diese periodische Verwendung des Steuersignales 59 die Ungenauigkeit in der Synchronisation auf weniger als 1 Mikrosekunde beschränkt. Es ist deshalb eine Sicherheitszeit 17 von 1 Mikrosekunde Dauer vorgesehen."Um einen hohen Wirkungsgrad bei der Übertragung über Satelliten zu erhalten, ist die Zeit innerhalb der Zeitlage 16, die für die Übertragung der Sprach- oder Dateninformationen verwendet wird, gross im Vergleich zur Summe der Dauer der Sicherheitszeit 17 der Synchronesier-Kombination 18 und des Steuerwortes 19· Man kann deshalb eine Sicherheii zeit von 1 Mikrosekunde wählen, da sie lang genug ist, um die erwaa tete Ungenauigkeit in der Synchronisation zu überdauern und sehr g€ ring im Vergleich zu Dauer einer Zeitlage von 125 MikroSekunden is1

Die Stationen arbeiten alle in digitaler Technik. Alle Steuerinfora tionen werden in digitaler Form abgegeben und auch alle Betätigunge sind von digitaler Art, gesteuert durch einen örtlichen Taktgeber. Dieser Taktgeber ist in der Fig.4 nicht dargestellt, da er für die Beschreibung der Arbeitsweise des Systemes nicht erforderlich ist.

6, Patentansprüche

4 Bl.Zeichn.m.5 Fig. · .. _q_

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Claims

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Patentansprüche

/Nachrichtensystem mit einer Satelliten-Relaisstation und mehreren Bodenstationen, die untereinander über die Satelliten-Relaisstation in Verbindung stehen, bei dem eine relative Bewegung zwischen der Satelliten-Relaisstation und wenigstens einer der Bodenstation auftritt und die Entfernung zwischen jeder der Bodenstationen und der Satelliten-Relaisstation bekannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass von den Bodenstationen zu verschiedenen Zeitlagen gesendet wird, und dass die Zeitlagen so gewählt sind, dass die Informationen in der Satelliten-Relaisstation im Zeitmultiplex·eintreffen. ^

Nachrichtensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Synchronisierung der einzelnen Bodenstationen auf die gewählte Zeitlage von einer Station ein Hauptsynchronisierungssignal ausgesendet wird, das von allen anderen Stationen empfangen wird und dass von den einzelnen Stationen ein Stationssynchronisiersignal in Abhängigkeit vom Hauptsynchronisiersignal und von der bekannten Entfernung zur Satelliten-Relaisstation ausgesendet wird.

Nachrichtensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den einzelnen Stationen das von der Satelliten-Relaisstation wieder empfangene Stationssynchronisiersignal mit dem Hauptsynchronisiersignal verglichen wird und dass bei Abweichungen von der vorgegebenen Lage ein Steuersignal abgeleitet wird, das den Zeitpunkt für die Aussendung- des ütationssynchronisiersignales entsprechend nachregelt.

Nachrichtensystem nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Station ein Stationssynchronisiersignal erzeugt wird, das über eine Verzögerungseinrichtung zum Sender gelangt und dass die Verzögerungseinrichtung durch Informationen, die die gewählte Zeitlage und die Entfernung angeben, und durch aus dem Vergleich von Haupt- und Stations-Synchronisiersignalen abgeleitete Steuersignale gesteuert wird.

Nachrichtensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergleich des Hauptsynchronisiersignales mit dem Stationssynchronisiersignal das Hauptsynchronisiersignal über eine weitere Verzögerungseinrichtung geführt wird, deren Verzögerungszeit entsprechend der gewählten Zeitlage einstellbar ist.

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6. Nachrichtensystem nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, zu Beginn einer Übertragung in einer Zeitlage das Stationssynchronisiersignal zu einem solchen Zeitpunkt ausgesendet wird, dass es etwa in der Mitte dieser Zeitlage "bei der Satellitenrelaisstation eintrif

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