DE2445883B2

DE2445883B2 - PROCEDURE AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE INITIAL SYNCHRONIZATION OF THE GROUND STATIONS DURING THE TRANSMISSION OF MESSAGES VIA A REMOTE COMMUNICATION SATELLITE

Info

Publication number: DE2445883B2
Application number: DE19742445883
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7150 Backnang Steinen
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1976-11-04
Also published as: GB1528755A; FR2286561A1; IT1042351B; DE2445883A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verlahren und eine Schaltungsanordnung für die Anfangssynchronisation der Bodenstationen bei der Nachrichtenübertragung nach dem Zeitmultiplexverfahren über scharf bündelnde Antennen des Transponders eines Fernmeldesatelliten, bei welchem Verfahren jede Bodensation für ihren Erstzugriff eine PN-(Pseudo-noise-)Folge periodisch mit der Rahmenfrequenz aussendet und bei welchem über jede scharf bündelnde Antenne in jedem Impulsrahmen während eines Zeitfensters das von ihr in einem ersten Frequenzband empfangene Signal in einem zweiten Frequenzband wieder abgestrahlt wird.The invention relates to a method and a circuit arrangement for the initial synchronization of the ground stations in the transmission of messages according to the time division multiplex method via sharply bundling Antennas of the transponder of a telecommunication satellite, in which process each soil for their First access periodically sends out a PN (pseudo-noise) sequence at the frame frequency and at which via each sharply bundling antenna in each pulse frame during a time window that of it in A signal received in a first frequency band is re-emitted in a second frequency band.

Zwischen mehreren Bodenstationen kann bekanntlich ein gleichzeitiger Nachrichtenaustausch über eine Relaisstation, beispielsweise über den Transponder eines Nachrichtensatelliten, durchgeführt werden, der das über seine Antenne in einem begrenzten Frequenzband empfangene Summensignal aller gerade sendenden Bodenstationen verstärkt und in einem Frequenzband wieder abstrahlt (Schwartz, Aein, Kaiser· »Modulation Techniques for Multiple Access to a Hard Limiting Satellite Repeater«, Proc. IEEE, VoL54, May 1966, S. 763-777). Für diese Mehrfachübertragung kann das Zeitmultiplexverfahren (TDMA) angewendet werden, bei dem jeder Bodensation ein Impulsbündel, ein sogenannter Burst, in einem periodisch wiederholten Impulsrahmen zugeordnet ist Die Zeitpunkte der Aussendung dieser Bürste werden bei den Bodenstationen so eingeregelt, daß die Bürste unter Berücksichtigung der Laufzeiten beim Satelliten in einer vorgeschriebenen Reihenfolge aufeinander hinter einem von einer Referenzstation oder von dem Transponder selbst ausgesendeten Referenzburst, der sogenannten Codefolge SRUW (Synchronisation Reference Unique Word) folgend eintreffen. Für die Regelung der Lage der Sendeburste relativ zu dem durch das SRUW gebildeten Rahmenanfang ist Voraussetzung, daß alle Sendestatio nen sowohl die Codefolge SRUW als auch den eigenen Sendeburst vom Satelliten einwandfrei empfangen. Es kann dann jede Bodenstation die notwendige Phasenvermessung der Funkstrecke selbst vornehmen und ihren Sendeburst zeitlich an die richtige Stelle des Rahmens einordnen.As is known, a simultaneous exchange of messages can be carried out between several ground stations via a relay station, for example via the transponder of a communications satellite, which amplifies the summed signal received via its antenna in a limited frequency band from all the ground stations currently transmitting and emits it again in a frequency band (Schwartz, Aein, Kaiser · Modulation Techniques for Multiple Access to a Hard Limiting Satellite Repeater, Proc. IEEE, VoL54, May 1966, pp. 763-777). Time division multiplexing (TDMA) can be used for this multiple transmission, in which a pulse bundle, a so-called burst, is assigned to each ground sensation in a periodically repeated pulse frame arrive at the satellite in a prescribed sequence behind a reference burst transmitted by a reference station or by the transponder itself, following the so-called code sequence SRUW (Synchronization Reference Unique Word). To control the position of the transmit bursts relative to the start of the frame formed by the SRUW, it is a prerequisite that all transmit stations receive both the SRUW code sequence and their own transmit burst from the satellite properly. Each ground station can then undertake the necessary phase measurement of the radio link itself and place its transmit burst at the correct point in the frame in terms of time.

Durch den Erstzugriff einer neu in den Verkehr tretenden Bodenstation können störende Einflüsse auf die Nutzsignale anderer Bodenstationen nur durch eine Pegelabsenkung des Erstzugriffssignals gegenüber dem Nutzsignal vermieden werden. Als Erstzugriffssignal kann eine digital erzeugte Quasi-Zufalls-PN-Folge benutzt werden, deren Feinstruktur die gewünschte Phasenmessung ermöglicht. (J. ZiIg, »Die Probleme des Erstzugriffs von Erdefunkstellen in TDMA-Systemen und ihre Lösung«, Frequenz, 25 [1971], 11. S. 329-333.) Die Periode dieser PN-Folge wird gleich der TDMA-Rahmetilänge gewählt. Die empfangene Energie dieser von der Bodenstation selbst ausgesendeten Folge wird bei einer fortlaufenden Autokorrelation im Empfänger in ein schmales Frequenzband überführt. Es tritt ein Spannungsmaximum am Korrelatorausgang auf, sobald das empfangene und das empfangsseilig erzeugte Erstzugriffssignal phasengleich dem Korrelator zugeführt sind. Es ergibt sich dadurch ein günstiger Signal-Rausch-Abstand, der die sichere Phasenmessung und hieraus die zeitrichtige Aussendung des Eigenburst ermöglicht.The first access of a new ground station entering traffic can cause disruptive influences the useful signals from other ground stations only by lowering the level of the first access signal compared to the Useful signal can be avoided. A digitally generated quasi-random PN sequence can be used whose fine structure enables the desired phase measurement. (J. ZiIg, »The Problems the first access of earth stations in TDMA systems and their solution «, Frequency, 25 [1971], 11th p. 329-333.) The period of this PN sequence is chosen to be equal to the TDMA frame length. The received energy of this sequence sent out by the ground station itself, with a continuous autocorrelation im Receiver transferred to a narrow frequency band. A voltage maximum occurs at the correlator output on as soon as the received and the receiving cable generated first access signal in phase with the correlator are supplied. This results in a favorable signal-to-noise ratio that enables reliable phase measurement and from this enables the timely transmission of the self-burst.

Die Übertragungskapazität eines Satelliten hängt nicht nur von der Bandbreite des Übertragungssystems, sondern auch von der effektiven Sendeleistung der Antenne ab. Um die effektive Sendeleistung zu erhöhen, werden an Stelle von Antennen mit Erdausleuchtung sogenannte Spotbeam-Antennen verwendet, die nur sehr begrenzte Gebiete der Erdoberfläche ausleuchten und daher einen entsprechend hohen Gewinn haben. Für den Verkehr beliebiger Bodenstationen untereinander wird im Satelliten eine aus einer Schaltmatrix bestehende Vermittlungsstelle vorgesehen, die die von den einzelnen Spotbeam-Antennen kommenden Empfangssignale nach einem bestimmten Schema als Sendesignale auf andere Spotbeam-Antennen verteilt.The transmission capacity of a satellite not only depends on the bandwidth of the transmission system, but also on the effective transmission power of the antenna. To increase the effective transmission power, So-called spotbeam antennas are used instead of antennas with terrestrial illumination, which only illuminate very limited areas of the earth's surface and therefore have a correspondingly high profit. A switching matrix is used in the satellite for traffic between any earth stations existing exchange provided, which receives the incoming signals from the individual spot beam antennas distributed as transmission signals to other spot beam antennas according to a certain scheme.

Um trotzdem den einzelnen Bodenstationen den Erstzugriff und die Synchronisation ihrer Bürste zu ermöglichen, wird mindestens einmal pro Rahmen jede Spotbeam-Antenne zu sich selbst durchgeschaltet, so daß sich alle Bodenstationen während dieses Zeitfensters auf eine gemeinsame Systemfrequenz synchronisieren lassen. Neu zugreifende Stationen können so denIn order to still give the individual ground stations initial access and synchronization of their brushes enable, each spot beam antenna is switched through to itself at least once per frame, see above that all ground stations synchronize to a common system frequency during this time window permit. Newly accessing stations can thus

für sie vorgesehenen Zeitplatz im TDMA-Rahmen auffinden, ohne bereits sendende Stationen zu stören.Find the time slot provided for them in the TDMA frame without disturbing stations that are already transmitting.

Die zu der Erfindung führende Aufgabe war es, das Erstzugriffssignal derart auszuwerten, daß es möglich ist, seine Phasenlage gegenüber dem Referenzsignal 5 innerhalb der kurzen Zeitfensteröffnung in einem bestimmten Zeitraum, beispielsweise von 3 s, mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen.The task leading to the invention was to evaluate the first access signal in such a way that it is possible is, its phase position relative to the reference signal 5 within the short time window opening in one to determine a certain period of time, for example of 3 s, with sufficient accuracy.

Dieic Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst jqThe problem is solved by the claims marked measures solved jq

Es kann nun jedoch während der Zeitfensteröffnung nur ein kleiner Ausschnitt aus der langen PN-Folge empfangen werden, so daß keine fortlaufende Autokorrelation möglich istHowever, only a small section of the long PN sequence can now be used during the opening of the time window so that no continuous autocorrelation is possible

Während der restlichen Zeit des Rahmens wird mit einem Schalter verhindert, daß die zugreifende Station Nutzsignale von anderen Stationen empfängtDuring the remainder of the frame, a switch is used to prevent the accessing station Receives useful signals from other stations

Hierdurch werden die Vorteile erreicht, daß bei der Bodenstation sendeseitig für den Erstzugriff mit der Aussendung des aus dor PN-Folge mit der Rahmenperiode besiehenden Erstzugriffssignales genauso zu verfahren ist, wie bei den bekannten Anlagen mit unmittelbarem Zugriff zur Satellitenantenne. Da auf Grund des Bildungsgesetzes der PN-Folge in jeder Periode die Reihenfolge der einzelnen Bits dieselbe ist, wird ein Vergleich möglich. Die wenigen Bits, die während des Zeitfensters empfangen werden, treten immer zu gleicher Stelle auf.This has the advantages that at the ground station on the transmission side for the first access with the Transmission of the first access signal from the PN sequence with the frame period as well the procedure is the same as in the known systems with direct access to the satellite antenna. Up there Due to the law of formation of the PN sequence, the sequence of the individual bits is the same in each period, a comparison is possible. The few bits that are received during the time window occur always to the same place.

Zum Vergleich dient eine zweite PN-Folge mit demselben Bildungsgesetz, die in ihrer Phase solange verschoben wird, bis der Vergleichsausschnitt mit der Größe des Zeitfensters mit dem empfangenen Ausschnitt übereinstimmt.A second PN sequence with the same formation law, which is in its phase as long as, is used for comparison is moved until the comparison section with the size of the time window with the received section matches.

Empfangsseitig wird nach der erfolgten Träger- und Taktsynchronisation der Empfang einer kleinen Anzahl, mindestens k, Rahmen für die Bestimmung der Phasenlage benötigt. Der Geräteaufwand besteht vorzugsweise aus Integratoren und /V-stufigen Schieberegistern für die Speicherung der im Zeitfenster übertragenen yVPN-Bit.At the receiving end, after the carrier and clock synchronization, the reception of a small number, at least k, frames is required to determine the phase position. The equipment outlay preferably consists of integrators and / V-stage shift registers for storing the yVPN bits transmitted in the time window.

Die Erfindung wird an Schaltbildern erläutert.The invention is explained using circuit diagrams.

F i g. 1 zeigt schematisch die den Erstzugriff ermöglichende Anordnung; inF i g. 1 shows schematically the arrangement which enables the first access; in

F i g. 2 ist die Parallelauswertung der im Zeitfenster übertragenen Bits dargestellt; F i g. 3 zeigt einen Serienauswerter.F i g. 2 shows the parallel evaluation of the bits transmitted in the time window; F i g. 3 shows a series evaluator.

Bei der Anordnung der F i g. 1 wird durch ein Startsignal ß 1 die Sendesignalerzeugung im Generator SSG eingeschaltet. Der Sendesignalgenerator SSG sorgt dafür, daß zunächst nur der unmodulierte Träger Cgesendet wird. Hat die Trägersynchronisationsschleife CRL des Empfangsteiles eingerastet, so erhält der Sendesignalgenerator das Zeichen B 2, durch das der Träger mit dem PN-Takt PNT umgetastet wird. Anschließend wird dann die PN-Folge PN ausgesendet.In the arrangement of FIGS. 1, the transmission signal generation in the generator SSG is switched on by a start signal ß 1. The transmission signal generator SSG ensures that initially only the unmodulated carrier C is transmitted. If the carrier synchronization loop CRL of the receiving part has locked, the transmission signal generator receives the character B 2, by means of which the carrier is keyed with the PN clock PNT . Then the PN sequence PN is then sent out.

Da der Takt PNTein ganzes Vielfaches des Rahmentaktes RT ist, erscheinen immer die gleichen N Bits der PN-Folge im Synchronisations-Zeitfenster des Transponders. Since the clock PNT is a whole multiple of the frame clock RT , the same N bits of the PN sequence always appear in the synchronization time window of the transponder.

Empfangsseitig ist die in bekannten Anlagen übliche Taktsynchronisationsschleife DLL durch eine PN-Taktableitung PNRL ersetzt Es sind eine Träger-Synchronisationsschleife CRL, eine Kontrolleinheit K und ein Zeitfenstergenerator Sync vorgesehen. Der Zeitschalter S schaltet während des Erstzugriffs das Empfangssignal der Antenne A nur während der Dauer des Zeitfensters zum Empfänger REC durch. Die in das Synchronisations-Zeitfenster fallenden Bits der PN-Folge stehen zunächst in jedem Rahmen zur Verfügung und werden zur Verbesserung ihres Störabstandes unabhängig voneinander über eine bestimmte Anzahl k Rahmen integriert Die Integration kann entweder zeitlich parallel oder nacheinander durchgeführt werden.At the receiving end, the clock synchronization loop DLL , which is customary in known systems, is replaced by a PN clock derivative PNRL . A carrier synchronization loop CRL, a control unit K and a time window generator Sync are provided. The time switch S switches the received signal of the antenna A through to the receiver REC during the first access only during the duration of the time window. The bits of the PN sequence falling in the synchronization time window are initially available in each frame and are integrated independently of one another over a certain number of k frames in order to improve their signal-to-noise ratio. The integration can be carried out either in parallel or one after the other.

Für die Parallelauswenung F i g. 2 sind beim Empfänger ÄECeine der Anzahl Nder in das Synchronisationsfenster fallenden Bits entsprechende Anzahl Integratoren / t... Jn vorgesehen. Der Taktgeber C1 a aktiviert die einzelnen Integratoren für k Rahmen zeitlich deran, dali der Integrator J 1 über das im Zeitfenster als erstes liegende Bit, der Integrator /2 über das zweite Bit usw. über die Dauer der k Rahmen integriert. Nach k Rahmen stehen dann die /V-Bits bei verringertem Störpegel zur Verfügung und werden durch die Schalter Yi... Yn hier nicht dargestellten Schieberegistern zugeführt.For the parallel design F i g. 2, the receiver ÄEC is provided with a number of integrators / t ... Jn corresponding to the number N of bits falling in the synchronization window. The clock generator C 1 a activates the individual integrators for k frames in time, the integrator J 1 integrates over the first bit in the time window, the integrator / 2 over the second bit, etc. over the duration of the k frames. After k frames, the / V bits are then available with a reduced interference level and are fed to shift registers (not shown here ) through switches Yi ... Yn.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Serienauswerier ist nur das eine Integratorelement / vorgesehen, das gesteuert durch den Taktgeber C1 b während der ersten k Rahmen über das erste Bit, während der Rahmen k+ 1 bis 2k über das zweite Bit usw. integriert. Die N Bits, die in dem Synchronisations-Zeitfenster liegen, stehen dann nach Jt · NRahmen zur Verfügung.In the serial evaluator shown in FIG. 3, only one integrator element / is provided which, controlled by the clock C1 b, integrates during the first k frames via the first bit, while the frame k + 1 to 2k via the second bit and so on. The N bits that lie in the synchronization time window are then available after Jt * N frames.

Der in Fig. 3 dargestellte Serienauswerter hat zwar den Vorteil eines geringen technischen Aufwandes, die Anordnung mit den parallel gesteuerten Integratoren der F i g. 2 hat demgegenüber den Vorteil, daß nach der erfolgten Träger- und Taktsynchronisation nur k Rahmen zur Bestimmung der Phasenlage benötigt werden, was besonders bei Takt- und Trägerabweichungen, die durch Oszillator- und Dopplerverschiebungen hervorgerufen sein können, wichtig ist.The series evaluator shown in FIG. 3 has the advantage of low technical complexity, the arrangement with the integrators controlled in parallel in FIG. 2 has the advantage that after the carrier and clock synchronization, only k frames are required to determine the phase position, which is particularly important in the case of clock and carrier deviations that can be caused by oscillator and Doppler shifts.

Die von der Empfangsseite gelieferten N PN-Bits werden in einem hier nicht dargestellten Λ'-stufigcn Schieberegister gespeichert und mit der Folge des PN-Generators verglichen, beispielsweise durch eine bekannte Korrelation. Bei der richtigen Lage der /V-Bits relativ zur PN-Folge liefert der Vergleicher einen Impuls, der den Sendezeitpunkt des Synchronisierbursts markiert. The N PN bits supplied by the receiving end are stored in a Λ 'stage shift register (not shown here) and compared with the sequence of the PN generator, for example by means of a known correlation. If the / V bits are in the correct position relative to the PN sequence, the comparator delivers a pulse that marks the transmission time of the synchronization burst.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patentansprüche:Patent claims:

L Method and circuit arrangement for the initial synchronization of the ground stations in the S message transmission according to the time division multiplex method via sharply bundling antennas of the transponder of a telecommunications satellite, in which method each ground station periodically sends out a PN (pseudo-noise) sequence at the frame frequency for its first access and at which via each sharply bundling antenna in each pulse frame during a time window the signal received by it in a first frequency band is re-radiated in a second frequency band, characterized in that at the ground station (Fig. 1) the N bits transmitted periodically within the time window as Excerpt from the continuously transmitted PN sequence with a period length of 2 "-1 bit, the values of a number of bit positions with the same ordinal number are integrated on the receiving side within a certain number (k) of pulse frames, the integration results are stored and ve with the transmitted PN sequence The match marks the time of the burst transmission.

2. The method and circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the bits (n) of the PN sequence transmitted in the time window are fed in parallel to a number of integrators (Ji ... Jn) corresponding to the number of bits, such that each bit an integrator is assigned to the bit sequence, the contents of the integrators being able to be fed to the stages of a shift register assigned to the sequence of the bits after the specific number (k) of pulse frames.

3. The method and circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the bits (N) of the PN sequence transmitted in the time window can be fed to an integrator (J) bit by bit individually over a certain number (k) frames, each after the expiry the integration time extending over the specific number of frames can be supplied with the content of the integrator of a stage of a shift register assigned to the ordinal number of the bit.