DE60118466T2 - Drahtlose Kommunikationstechniken mit asymmetrischer Bandbreite - Google Patents

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DE60118466T2
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B—TRANSMISSION
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    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service
    • H04B7/18532—Arrangements for managing transmission, i.e. for transporting data or a signalling message
    • H04B7/18534—Arrangements for managing transmission, i.e. for transporting data or a signalling message for enhancing link reliablility, e.g. satellites diversity

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft die drahtlose Kommunikation und insbesondere betrifft sie die Kommunikation über eine Strecke, bei der einer der zur Kommunikation verwendete Sender einen Leistungsübertragungsnachteil im Vergleich zu einem anderen zur Kommunikation über die Strecke verwendeten Sender aufweist.
  • Die Bandbreite für drahtlose Kommunikationssysteme ist eine begrenzte Ressource. Verfahren zur effizienten Nutzung der Bandbreite werden für Satellitenkommunikation und Zellulartelefon-Kommunikation benötigt. Diese Erfindung stellt eine Lösung für diesen Bedarf bereit.
  • Das Dokument US 5,790,601 betrifft ein VSAT-Satellitenkommunikationsnetz (VSAT: very small aperture terminal = Bodenstelle mit sehr kleinem Öffnungswinkel), in dem Daten zwischen einer zentralen Hubstation (Netzkontrollstation) und zahlreichen fernen Bodenendgeräten über einen Kommunikationssatelliten unter Verwendung von modulierten Datensignalen übertragen werden.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die bevorzugte Ausführungsform ist in einem drahtlosen Kommunikationssystem nützlich, das eine Verbindungsstrecke zwischen einem einen ersten Leistungsverstärker aufweisenden ersten Sender/Empfänger und einem einen zweiten Leistungsverstärker aufweisenden zweiten Sender/Empfänger verwendet. Der zweite Sender/Empfänger hat einen Leistungsübertragungsnachteil bezüglich des ersten Senders/Empfängers. In einer solchen Umgebung kann die Effizienz der Kommunikation durch Erzeugen erster Kommunikationssignale zur Übertra gung über die Verbindungsstrecke vom ersten Sender/Empfänger an den zweiten Sender/Empfänger verbessert werden. Der erste Leistungsverstärker arbeitet während der Übertragung der ersten Kommunikationssignale an den zweiten Sender/Empfänger auf der Verbindungsstrecke in einem nicht gesättigten Betriebsmodus. Zweite Kommunikationssignale werden zur Übertragung über die Verbindungsstrecke vom zweiten Sender/Empfänger an den ersten Sender/Empfänger erzeugt. Der zweite Leistungsverstärker arbeitet während der Übertragung der zweiten Kommunikationssignale auf der Verbindungsstrecke an den ersten Sender/Empfänger in einem gesättigten Betriebsmodus. Die vorgenannten Techniken können bei drahtlosen Kommunikationssystemen wie z.B. einem Satellitenkommunikationssystem oder einem Zellulartelefon-Kommunikationssystem vorteilhaft genutzt werden.
  • Durch Verwenden der vorgenannten Techniken in einem Satellitenkommunikationssystem benötigt die Satelliten-Aufwärtsstrecke weniger Bandbreite als symmetrische Systeme vom Stand der Technik. Die Bandbreite ist eine begrenzte Ressource, die international geregelt ist und zu deren Nutzung Lizenzen oft zu hohen Kosten vergeben werden. Folglich kann Einsparen von Bandbreite auf der Aufwärtsstrecke:
    • 1. den Bedarf an der begrenzten Bandbreitenressource verringern;
    • 2. die Kosten verringern;
    • 3. die Zuweisung von mehr Bandbreite zur Abwärtsstrecke ermöglichen (durch Verringern der Bandbreite der Aufwärtsstrecke), wodurch eine maximale Datenübertragung von der Anwenderendgerät-Aufwärtsstrecke zum Satelliten und von der Satelliten-Abwärtsstrecke an das Anwenderendgerät ermöglicht wird; und
    • 4. die möglichen Einnahmen von Satellitenkommunikationsbetreibern (gebührenpflichtige Bits) durch Verwendung der vorgenannten Techniken maximieren.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Form einer gemäß der Erfindung hergestellten Satellitenübertragungs- und Empfangsvorrichtung.
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Form des in 1 dargestellten Subsystems für Aufwärtsübertragung.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen Teil der in 1 dargestellten Satelliten-Abwärtsstreckenschaltung veranschaulicht.
  • 4 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Form einer gemäß der Erfindung hergestellten Zellulartelefon-Verbindungsstrecke.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine bevorzugte Form eines gemäß der Erfindung aufgebauten Satellitenkommunikationssystems einen oder mehr Satelliten wie z.B. einen Satelliten 100 in einer geostationären Umlaufbahn. Der Satellit 100 arbeitet als Empfänger/Sender und enthält einen Prozessor 102, der eine Zellenvermittlungsfunktion ausführt. Die Steuerung 114 des Prozessors konfiguriert eine Zellenvermittlung (cell switch) 104 basierend auf Befehlen, die von einem oder mehreren bodengestützten Netzbetriebszentralen (NOCs, network operations centers) wie z.B. einer NOC 300 empfangen werden. Die NOC 300 bietet eine Management-Funktionalität einer ATM-Vermittlung (ATM-Switch) einschließlich Steuerung der Anrufzugangskontrolle und Wartung der Signalisierung mit einer oder mehreren Anwender-Bodenstationen (UETs, user earth terminals) wie z.B. einem Empfänger/Sender UET 400, der zur Herstellung einer geschalteten virtuellen ATM-Verbindung erforderlich ist.
  • Die Nutzlast (payload) des Satelliten 100 wird durch die NOC 300 gesteuert, die mehrere Satelliten steuern kann.
  • ATM-Zellen übertragen Anwenderdaten über das System von der Quellen-UET 400 an eine Ziel-UET (nicht dargestellt aber mit der Quellen-UET 400 identisch). Dies ist der primäre Systemfluss, beginnend bei einer AAL/ATM-Komponente 402 im UET 400, durch eine HF-Schnittstelle 404 und Antenne 406 der UET, durch eine Aufwärtsstreckenantenne 106 und HF-Schnittstelle 108 der Satellitennutzlast fließend, durch den Prozessor 102 durch eine HF-Schnittstelle 110 und Antenne 112 der Nutzlast-Abwärtsstrecke vermittelt und schließlich durch die Antenne und HF-Schnittstelle der Ziel-UET zur ATM/AAL-Komponente der Ziel-UET, die ein Mobil- oder Zellulartelefon sein kann.
  • Anwenderdaten werden zwischen dem System und einem Anwendergerät 408 über den "externen Benutzerdaten"-Fluss übertragen. Dieser Datenfluss, der ein für das Anwendergerät spezifisches Format hat, aber dennoch auf Industrienormen basiert, wird durch eine Anwendergerätschnittstelle 410 in ein internes UET-Format (z.B. einen PCI-Bus) konvertiert und an die ATM/AAL-Komponente 402 übertragen, wo er in einen ATM-Zellenfluss umgebildet wird. Zusätzlich zum Transfer von Anwenderdaten werden ATM-Zellen zum Transport von Signalisierung verwendet. Dieser Datenfluss enthält die Signalisierung von Mitteilungen zwischen den in der NOC 300, dem Nutzlastprozessor 102 und der UET 400 angeordneten Steuerungen. ATM-Zellen werden in diesem Strom aus zwei Gründen verwendet. Erstens kann die Nutzlaststeuerung des Satelliten durch einfaches Senden einer ATM-Zelle mit der korrekten Adresse an die Zellenvermittlung 104 Mitteilungen mit jeder UET und NOC austauschen. Die Steuerung/Vermittlung-Schnittstelle ist dann genau wie jeder andere Schalter-Port (switch port). Zweitens muss das Mehrfachzugriffssystem in der UET und NOC die Einfügung von ATM-Zellen in das Übertragungs-Subsystem bereits ad ressieren, um Anwenderdaten zu befördern. Das Einfügen von Signalisierungsmitteilungen in diesen Datenstrom wird durch Verwenden desselben ATM-Zellenformats vereinfacht.
  • Steuer- und Managementsignale werden in jeder Komponente intern bereitgestellt: Die Endgerätesteuereinheit 412 in der UET 400 muss z.B. der HF-Schnittstelle 404 signalisieren, sich auf eine bestimmte Frequenz abzustimmen. Die Nutzlaststeuerung 114 muss Verkehrsstatistiken von den Demodulatoren sammeln; Telemetriedaten werden innerhalb der TT&C 301 der NOCs gesammelt und an den Satelliten 100 übertragen; die Nutzlaststeuerung 114 muss die Vermittlung 104 konfigurieren, um den Weg virtueller Verbindungen festzulegen; Zeitsteuer- und Frequenzsignale müssen an zahlreiche Nutzlastkomponenten weitergegeben werden usw.
  • Die UET 400 liefert die Fähigkeit, Anwendergeräte mit dem Netz zu verbinden. Der Ausdruck "Anwendergerät" bezieht sich auf jede Kommunikationsausrüstung, die der Industrienorm entsprechenden Schnittstellen entspricht, einschließlich PCs, Telefone, Set-Top-Boxen (Beistellgeräte), ATM-Vermittlungen, IP-Router, UNIX-Arbeitsstationen usw.
  • Anwendergeräte kommunizieren mit anderen Anwendergeräten, die durch die Verwendung von geschalteten virtuellen ATM-Verbindungen (ATM switched virtual circuits, VCs) an andere UETs angeschlossen sind. Einzelne virtuelle Verbindungen werden durch zwischen der NOC 300 und der UET 400 ausgetauschte Signalisierungsmitteilungen errichtet und aufrechterhalten. Eine einzelne UET kann mehrere virtuelle Verbindungen und Anwendergeräte unterstützen.
  • Das Anwendergerät 408 kann die ATM-Protokolle unterstützen oder nicht unterstützen. Für Nicht-ATM-Anwendergeräte verkapselt die UET 400 den Anwenderdatenstrom in ATM-Zellen zur Ü bertragung über das Netz. Die Ziel-UET stellt dann den Benutzerdatenstrom, der dem Ziel-Anwendergerät übergeben wird, wieder her.
  • Das Anwendergerät 408 stellt verschiedene derzeitige Unterhaltungselektronikgeräte dar, einschließlich Personalcomputer, Set-Top-Boxen, interaktive Spiele-Spielgeräte (Garne Players) und Web-TV-Geräte. Diese Geräte werden über dem Industriestandard entsprechende Schnittstellen oder "Ports" (Anschlüsse) einschließlich RJ-11-Telefonbuchse; PC-Busse wie z.B. EISA, PCI und SCSI; LAN-Netze wie z.B. Ethernet und IEEE 802.3; und Video- und Audio-Ports mit der Netzschnittstelleneinheit (NIU, network interface unit) verbunden.
  • Die externen Schnittstellenkomponenten der NIU 414 stellen die mechanische und elektrische Schnittstelle zum Anwendergerät bereit. Funktional existiert für jeden Schnittstellentyp (RJ-11, PCI, 802.3) eine einzigartige Leitungsschnittstelle. Physisch kann eine einzige NIU mehrere Leitungsschnittstellen enthalten. Eine NIU kann z.B. als eine "Steckkarte" für einen PCI-Bus verpackt sein und RJ-11- und IEEE 802.3-Leitungsschnittstellen bereitstellen.
  • Die Komponente 402 innerhalb der NIU 414 ist für die Konvertierung eines von der Anwendergerätschnittstelle erzeugten Bitstroms in eine ATM-Zelle zuständig. Um ATM-Zellen zu erzeugen, implementiert diese Komponente verschiedene AAL-Protokolle (AAL: ATM adaption layer = ATM-Anpassungsschicht). Sie ist auch für das Einfügen von Mitteilungen, die von der Steuerung erzeugt werden, in den ATM-"Strom" und für das Entfernen von vom Netz empfangenen und für die Steuerung bestimmten ATM-Zellen zuständig.
  • Die Steuerung 412 stellt netzspezifische Signalisierungsfunktionen bereit. Dies beinhaltet Anwenderregistrierung, die Herstellung von Verbindungen zwischen der UET 400 und dem Netz und Netzmanagementfunktionen.
  • Die Funkschnittstelle 404 der UET 400 übernimmt eine Codierung zur Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC, forward error coding) und Modulation für an das Netz gesandte Daten und Demodulation, Entschachtelung (de-interleaving) und Decodierung für vom Netz empfangene Daten. Dies beinhaltet Rahmung (framing) von durch die Protokollanpasssungskomponente erzeugten ATM-Zellen in Mehrfrequenz-TDMA-Kanalschlitze auf der Aufwärtsstrecke. Die Modulation nimmt die Form einer Hochmodulation wie z.B. Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM-Modulation) oder Orthogonal-Frequenzmultiplex-Modulation (OFDM-Modulation) an.
  • Die Antenne 406 ist für die Ausstrahlung von Energie zum Satelliten 100 und Sammeln von Energie von der Abwärtsstrecke des Satelliten zuständig.
  • Die UET 400 kann zahlreiche verschiedene physische Formen annehmen. Zur Unterstützung des Unterhaltungselektronik-Endgeräts kann eine PC-Steckkarte die NIU 414 und Abschnitte der Funkschnittstelle 404 enthalten, wobei ein Kabel die Karte mit einem Außengerät verbindet, in dem der Rest der Funkschnittstelle 404 und die Antenne 406 untergebracht sind.
  • Zur Unterstützung des Gateways (Überleitungseinrichtung) eines Internetdienst-Anbieters kann die UET 400 aus einer oder mehreren 10baseT-Anwendergeräte-Schnittstellenkarten (von denen jede mit einem Port an einem Router verbunden ist), einem als Steuerung 412 dienenden Einplatinen-Computer, einer AAL/ATM-Karte 402 zur Bereitstellung von ATM-Funktionen und einer separaten Karte zur Bereitstellung der Funkschnittstelle 404 bestehen. Diese Karten könnten sich alle im VME-Gehäuse (VME: versatile modular e-bus) befinden und am selben Einbaugestell wie der Router and andere Ausrüstung des Internetdienst-Anbieters befestigt sein.
  • In jedem dieser Beispiele bleibt die Architektur des UET unverändert. Jedes enthält eine NIU 414, die mit einem oder mehreren Benutzergeräten, einer Funkschnittstelle 404 und einer Antenne 406 verbindet. Diese gleiche Philosophie bzgl. der Architektur ist auf die Netzbetriebszentrale 300 ausgedehnt. Die NOC 300 enthält auch eine NIU 314, wo genau dieselben in der NIU 414 vorhandenen Funktionen ausgeführt werden. Die entsprechenden Geräte in der NOC 300 sind mit den gleiche Bezugszeichen versehen wie in der UET 400, mit der Ausnahme, dass sie aus der Reihe 300 und nicht der Reihe 400 stammen.
  • Die zentrale Rolle der Nutzlast des Satelliten 100 besteht in der Vermittlung von ATM-Zellen von der Quelle zum Ziel. Zum Vermitteln von ATM-Zellen müssen Datenbündel einer Aufwärtsstrecke, die die Zellen befördern, zurückgewonnen (demoduliert und decodiert), in Zellen aufgeteilt und durch die Vermittlung 104 geleitet werden. Diese Funktionen bilden im allgemeinen Sprachgebrauch der Branche eine "verarbeitete Nutzlast" und werden durch den Prozessor 102 in der Systemarchitektur bereitgestellt.
  • Der Prozessor enthält die folgenden Komponenten:
    Ein Demodulator 116 stellt einen A/D-Wandler, Kanalisierer und Demodulator für jedes Band zur Verfügung. Der Demodulator unterstützt zwei Codierungsraten: einen leichten Code für normalen Dienst und einen schweren Code zum Ausgleich von Verlust durch Regen. Jeder Aufwärtsstreckenkanal oder -subkanal wird als schwer codiert oder leicht codiert bezeichnet.
    Die Vermittlung 102 führt Decodierung, ATM-Zellenvermittlung und Codierung aus. Die Vermittlung ist darauf ausgelegt, zahlreiche eingehende und viele ausgehende Ports zu unterstützen, die jeweils bis zur maximalen Zellrate arbeiten, die auf der Aufwärtsstrecke bzw. Abwärtsstrecke aufrechterhalten werden kann. Eine Vermittlung kann typischerweise 64 eingehende und 64 ausgehende Ports haben. Die 64 Ports sind auf 48 zur Unterstützung der Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenstrahlen, 2 mit jeder Querverbindung verbundene Ports, 10 Ports, die mit Rundsendemodulen verbunden sind und die Zellenduplizierung ausführen und 2 mit der Steuerung verbundene Ports aufgeteilt.
    Die Steuerung 114 stellt netzspezifische Signalisierungsfunktionen bereit. Hierzu gehört die Errichtung virtueller Verbindungen durch die ATM-Vermittlung und Netzmanagementfunktionen.
    Ein Modulator 118 führt Codierung, Modulation und Signalformung aus. Die Modulation nimmt die Form einer konstanten Envelopemodulation wie z.B. QPSK oder GMSK-Modulation an. Den Demodulator spiegelnd unterstützt der Modulator zwei Codierungsraten: schwer und leicht. Jeder Aufwärtsstreckenrahmen kann entweder schwer codiert oder leicht codiert sein. Von der Vermittlung empfangene Zellen werden entweder als schwer oder leicht bezeichnet und entsprechend in einem Abwärtsstreckenrahmen des passenden Code-Typs platziert.
    Die Aufwärtsstreckenantenne 106 empfängt 48 Richtstrahlen über mindestens einen Abschnitt eines Spektrums von 1.000 MHz im 30 GHz-Band mittels eines 1-in-4-Frequenzwiederbelegungsmusters.
    Die Aufwärtsstrecken-HF-Schnittstelle 108 weist einen Bandpassfilter zur Auswahl eines Frequenzbands, das einem von 48 Strahlen zugewiesen ist, auf. Für jedes Band stellt die Aufwärtsstrecken-HF-Schnittstelle 108 einen rauscharmen Verstärker und einen Abwärtsumsetzer bereit.
    Die Abwärtsstrecken-HF-Schnittstelle 110 weist einen Aufwärtsumsetzer, einen Wanderfeldröhrenverstärker (TWTA) und einen Lichtwellenleiter auf, die jeweils ein 125 MHz-Band speisen.
    Die Abwärtsstreckenantenne 112 sendet 48 Richtstrahlen über ein Spektrum von 1.000 MHz im 20 GHz-Band mittels eines 1-in-4-Frequenzwiederbelegungsmusters.
    Die Netzbetriebszentrale (NOC) 300 dient als der "Vermittlungs-Manager" für die Zellenvermittlung (cell switch) der Satelliten-Nutzlast. Die NOC 300 steuert die Errichtung jeder virtuellen ATM-Verbindung durch einen Austausch von Signalisierungsmitteilungen mit den Quellen- und Ziel-UETs.
    In ihrer Rolle als Vermittlungs-Manager führt die NOC 300 verschiedene Funktionen aus, darunter: Rufaufbausignalisierung; Zellenvermittlungs-Konfiguration; Rufannahmekontrolle; Anwenderauthentifizierung; Anwenderdienstauthentifizierung; Adressauflösung; Leitwegbestimmung; Sammlung von Verbindungsstatistiken; Netzüberladungssteuerung; und Prioritätszugriffssteuerung.
  • Die in 1 erscheinenden Komponenten in der NOC sind nachfolgend zusammengefasst:
    Eine Antenne 306 ist Funktional die gleiche wie die Antenne 406 der UET und hat zusätzlich die Fähigkeit, TT&C-Signale zu senden und zu empfangen. Das Ka-Band kann für TT&C verwendet werden, oder ein anderes Band, das eine andere Antenne erforderlich macht, könnte verwendet werden. Typischerweise hat eine NOC eine größere Antenne 306 als das Äquivalent für eine UET 400.
    Eine HF-Schnittstelle 304 ist funktional die gleiche wie die HF-Schnittstelle 404 der UET und besitzt eine höhere Leistungsfähigkeit.
    Die Netzschnittstelleneinheit 314 ist funktional die gleiche wie die NIU 414 der UET und besitzt eine höhere Leistungsfähigkeit.
  • Wie in 2 dargestellt ist, weist die HF-Schnittstelle 404 eine Aufwärtsstrecken-Basisbandeinheit 416 auf, die eine Codierschaltung 418, einen Modulator 420 und einen Hochleistungsverstärker (HPA, high Power amplifier) 422 enthält. Die Einheit 416 enthält eine Rahmenbildungseinheit. Während der Übertragung von Kommunikationssignalen an den Satelliten 100 arbeitet der Hochleistungsverstärker 422 in einem nicht gesättigten Betriebsmodus, vorzugsweise in einem linearen Betriebsmodus. Der Betrieb des Hochleistungsverstärkers 422 in einem linearen Bereich seiner Betriebskennlinie ermöglicht eine bandbreiteneffiziente Übertragung auf der Aufwärtsstrecke. Dies ist sinnvoll, da die Station 400 auf ein terrestrisches Spannungsnetz zugreifen oder Leistung von einer Batterie mit beträchtlicher Kapazität erhalten kann.
  • 3 ist ein Blockdiagramm der Abwärtsstrecken-Übertragungskomponenten des Satelliten 100 einschließlich eines Abwärtsstrecken-Codierungs- und Formatierungsmoduls 160, das Abwärtsstrecken-Datenrahmen erzeugt. Solche Module sind dem in der Satellitenkommunikation Erfahrenen hinreichend bekannt. Ein gesamter Abwärtsstreckenrahmen wird den Abwärtsstrecken-Modulatorschaltungen 182 und 184 bei einer Rate von 98,35 MHz (196,7 Megachips/Sekunde) in einer ununterbrochenen Kette von einem Abwärtsstreckenrahmen zum nächsten präsentiert.
  • Der vom Modul 160 erzeugte Dibit-Strom wird den Abwärtsstrecken-Modulatoren 182 und 184 als ein kontinuierlicher Strom übergeben, der einen Takt von 98,35 MHz, d.h. die Abwärtsstrecken-Basisrate, aufweist. Wie vorher beschrieben, führen die Modulatoren eine konstante Envelopemodulation wie z.B. QPSK oder GMSK-Modulation durch. Dieser modulierte Strom wird in ein Paar Transversalfilter geleitet, die zwei Formungsfunktionen erzeugen, die aus einem Satz von 293,4 MHz-Abtastproben bestehen. Diese definieren das Envelope spektral kompakter geformter Symbole, die durch 25%-Formung durch erhöhten Kosinus (raised cosine 25% shaping) einer Versatz-QPSK (staggered QPSK) gebildet werden. Diese Abtastproben werden mittels eines Paars Hochgeschwindigkeits-Digital-zu-Analog-Geräte in die analoge Sphäre konvertiert. Nach dem Passieren von Bandfiltern bilden die resultierenden Wellenformen die Modulationswellenformen für die I- und Q-Komponenten der Abwärtsstrecke. Diese Wellenformen werden an eine Gegentaktmischerschaltung geleitet, die auch durch den lokalen Oszillator für die Abwärtsstrecken-ZF gespeist wird.
  • Die resultierende Abwärtsstrecken-ZF wird dann zu einem bestimmten Band im 20 GHz-Bereich aufwärtskonvertiert, wobei eine von 8 verschiedenen Mischfrequenzen verwendet wird, je nachdem, welches Abwärtsstreckenband geschaffen wird, um das Treibersignal für die Hochleistungsverstärker des Satelliten 100 zu bilden.
  • Der Satellit 100 kann zwei Typen von Hochleistungsverstärkern (HPA, high power amplifiers) aufweisen Wanderfeldröhrenverstärker (TWTA) 186 und 188 mit einer niedrigeren Leistung oder höheren Leistung. Im Allgemeinen ist der kleinere Verstärker zur Bedienung von Bodenstationen für Großvolumen- Anwender vorgesehen: Es kann davon ausgegangen werden, dass solche Stationen viel größere Antennen haben als die für die Anwender mit kleinem Volumen und niedriger Verfügbarkeit.
  • Die Treibersignale zu den Hochleistungsverstärkern werden kalibriert, um den Betriebspunkt der TWTAs auf eine Ebene zu setzen, die die Leistungsfähigkeit der Abwärtsstrecke optimiert, einschließlich des Demodulators der UET 400. Die Hochleistungsverstärker arbeiten während der Übertragung von Kommunikationssignalen auf der Abwärtsstrecke zur UET 400 in einem gesättigten Betriebsmodus. Der gesättigte Betrieb der Hochleistungsverstärker (wie es gegenwärtige Praxis ist) mit konstanter Envelopemodulation wie z.B. QPSK oder GMSK ist ein leistungseffizienter Betriebsmodus, was für die begrenzte Leistungsverfügbarkeit auf dem Satelliten wichtig ist. Ein Satellit ist für Leistung typischerweise auf Batterien und Solarzellenträger angewiesen.
  • Die Ausgänge der Hochleistungsverstärker werden von den Lichtwellenleitern zu der Abwärtsstreckenspeisung geleitet, die dem speziellen Strahl zugeordnet ist, für den die Signale bestimmt sind. Diese Speisung beleuchtet eine Parabolantenne 112, die das Signal in einen schmalen Strahl (etwa 0,4 Bogengrade von der Strahlmitte zur Abdeckungskante) reflektiert, was in einer effektiven Verstärkung von etwa 48,0 dB (60.000 Mal) und einer äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (EIRP) für das vom Wanderfeldröhrenverstärker mit der höheren Leistung bediente Band von nahezu 61 dBW (oder 1,25 Megawatt) resultiert. Als Folge der während des Modulationsprozesses durchgeführten spektralen Formung hat das übertragene Spektrum jedes Abwärtsstreckenbands mit 98,35 Megasymbolen/Sekunde ein gutes Roll-Off und ist überwiegend innerhalb der 125 MHz enthalten.
  • Die zirkular polarisierten Signale der zwei Bänder im Strahl breiten sich nach unten aus, wobei sie Streuverlust, Absorption und Schwinden durch Regen unterliegen.
  • 4 ist ein schematisches Blockdiagramm der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für ein Zellulartelefon-Kommunikationssystem. Eine Zellularempfänger-/-sender-Basisstation 502 verwendet eine Verbindungsstrecke 504, um mit einem Zellulartelefon 520 zu kommunizieren. Die Basisstation 502 enthält einen Leistungsverstärker 506, der in einem nicht gesättigten Betriebsmodus arbeitet, vorzugsweise in einem linearen Betriebsmodus im linearen Abschnitt seiner Betriebskennlinie. Eine Sende-/Empfangsantenne 508 sendet verstärkte Zellularkommunikationssignale über die Strecke 504 an das Telefon 520, das einen Leistungsverstärker 522 enthält, der während der Übertragung von Zellulartelefonsignalen über die Strecke 504 zur Basisstation 502 in einem gesättigten Betriebsmodus arbeitet. Die Signale werden über eine Antenne 524 gesendet und empfangen.
  • Der Leistungsverstärker 506 im nicht gesättigten Modus und der Verstärker 522 im gesättigten Modus habe die gleichen Vorteile wie vorstehend in Verbindung mit dem HPA 422 und den HPAs 185 und 187 beschrieben.
  • Für den Fachmann liegt es auf der Hand, dass die bevorzugten Ausführungsformen geändert und modifiziert werden können, ohne vom Gültigkeitsbereich der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims (11)

  1. Drahtloses Kommunikationssystem, das eine Verbindungsstrecke (504) zwischen einem ersten Sender/Empfänger (502) und einem zweiten Sender/Empfänger (520) verwendet, wobei der zweite Sender/Empfänger (520) einen Leistungsübertragungsnachteil bezüglich des ersten Senders/Empfängers hat, wobei das System aufweist: einen ersten Leistungsverstärker (506) im ersten Sender/Empfänger (502); und einen zweiten Leistungsverstärker (522) im zweiten Sender/Empfänger (520), der in einem gesättigten Betriebsmodus während der Übertragung zweiter Kommunikationssignale auf der Verbindungsstrecke (504) an den ersten Sender/Empfänger (502) arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leistungsverstärker (506) in einem nicht gesättigten Betriebsmodus während der Übertragung erster Kommunikationssignale an den zweiten Sender/Empfänger (520) auf der Verbindungsstrecke (504) arbeitet; und dass Bandbreitenzuweisungen zwischen den ersten Kommunikationssignalen und den zweiten Kommunikationssignalen asymmetrisch sind, so dass eine den zweiten Kommunikationssignalen zugewiesene Bandbreite größer ist als eine den ersten Kommunikationssignalen zugewiesene Bandbreite.
  2. System nach Anspruch 1, bei dem der erste Leistungsverstärker in einem linearen Betriebsmodus arbeitet.
  3. System nach Anspruch 1, bei dem das Kommunikationssystem ein Satellitenkommunikationssystem ist und bei dem der erste Sender/Empfänger eine Satellitenkommunikations-Bodenstation (300, 400) ist.
  4. System nach Anspruch 3, bei dem der zweite Sender/Empfänger Bestandteil eines Kommunikationssatelliten (100) ist.
  5. System nach Anspruch 4, bei dem die Bodenstation (300, 400) einen hochmodulierenden Modulator aufweist.
  6. System nach Anspruch 5, bei dem der Satellit (100) einen Modulator (118) mit konstanter Envelopemodulation aufweist.
  7. System nach Anspruch 1, bei dem das Kommunikationssystem ein zellulares Kommunikationssystem ist und bei dem der erste Sender/Empfänger eine zellulare Basisstation (502) ist.
  8. System nach Anspruch 7, bei dem der zweiten Sender/Empfänger ein Zellulartelefon (520) ist.
  9. Übertragungsverfahren zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationssystem, das eine Verbindungsstrecke zwischen einem ersten Sender/Empfänger, der einen ersten Leistungsverstärker aufweist, und einem zweiten Sender/Empfänger, der einen zweiten Leistungsverstärker aufweist, verwendet, wobei der zweite Sender/Empfänger einen Leistungsübertragungsnachteil bezüglich des ersten Senders/Empfängers hat, wobei das Übertragungsverfahren über die Verbindungsstrecke aufweist: Erzeugen erster Kommunikationssignale zur Übertragung über die Verbindungsstrecke vom ersten Sender/Empfänger an den zweiten Sender/Empfänger; Erzeugen zweiter Kommunikationssignale zur Übertragung über die Verbindungsstrecke vom zweiten Sender/Empfänger an den ersten Sender/Empfänger; Betreiben des zweiten Leistungsverstärkers in einem gesättigten Betriebsmodus während der Übertragung der zweiten Kommunikationssignale an den ersten Sender/Empfänger auf der Verbindungsstrecke, gekennzeichnet durch Betreiben des ersten Leistungsverstärkers in einem nicht gesättigten linearen Betriebsmodus während der Übertragung der ersten Kommunikationssignale an den zweiten Sender/Empfänger auf der Verbindungsstrecke; und dadurch dass Bandbreitenzuweisungen zwischen den ersten Kommunikationssignalen und den zweiten Kommunikationssignalen asymmetrisch sind, so dass eine den zweiten Kommunikationssignalen zugewiesene Bandbreite größer ist als eine den ersten Kommunikationssignalen zugewiesene Bandbreite.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner die hochmodulierte Modulierung der ersten Kommunikationssignale aufweisend.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner die Modulierung der zweiten Kommunikationssignale mit konstanter Envelopemodulation aufweisend.
DE60118466T 2000-07-14 2001-07-06 Drahtlose Kommunikationstechniken mit asymmetrischer Bandbreite Expired - Lifetime DE60118466T2 (de)

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US09/616,584 US6498937B1 (en) 2000-07-14 2000-07-14 Asymmetric bandwidth wireless communication techniques
US616584 2000-07-14

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DE60118466D1 DE60118466D1 (de) 2006-05-18
DE60118466T2 true DE60118466T2 (de) 2006-09-07

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