DE60020242T2

DE60020242T2 - Steuerung einer adaptiven datenrate für ein netz mit gezieltem rundfunk

Info

Publication number: DE60020242T2
Application number: DE60020242T
Authority: DE
Inventors: J. Mark Miller; D. Mark DANKBERG
Original assignee: Viasat Inc
Current assignee: Viasat Inc
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: US20110141938A1; AU6778000A; US8208864B2; US8311491B2; IL148207A; WO2001013540A3; US20170118721A1; IL148207A0; US20130136010A1; ATE296003T1; EP1205048B1; CA2382211A1; US7215650B1; US20120225620A1; US20070206525A1; US7916680B2; CA2382211C; WO2001013540A2; US9462503B2; DE60020242D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Narrowcast-Kommunikationssysteme und insbesondere ein Verfahren zur Bereitstellung einer adaptiven Datenratenregelung für Narrowcast-Kommunikationssysteme.
Ein Satellitenkommunikations-Narrowcast-Netzwerk besteht in der Regel aus einem großen Erdendgerät, das als Verteiler bezeichnet wird, das eine Auswärtsstrecke zu einem Satellitenzwischenverstärker sendet. Der Satellitenzwischenverstärker empfängt und verstärkt das Signal und sendet es auf einer Abwärtsstrecke zu einer Vielzahl von Teilnehmerendgeräten weiter. Jedes der Teilnehmerendgeräte empfängt das Abwärtsstreckensignal von dem Satelliten. Bei vielen Anwendungen werden die Daten individuell an ein einziges Teilnehmerendgerät oder an eine kleine Gruppe von Teilnehmerendgeräten (Narrowcast) adressiert, bei der es sich um eine Teilmenge aller Endgeräte handelt, die die Übertragung empfangen. Bei einer typischen Anwendung multiplext der Verteiler die individuell adressierten Pakete zeitlich in einen einzigen Strom (TDM – Time Division Multiplex). Jedes Teilnehmerendgerät empfängt und demoduliert den Abwärtsstreckendatenstrom, verarbeitet aber nur die Daten, die individuell an dieses bestimmte Teilnehmerendgerät adressiert sind.
Um die größtmögliche Anzahl von Teilnehmerendgeräten zu versorgen, sollte das Verteilerendgerät den TDM-Datenstrom mit der höchstmöglichen Datenrate senden. Die empfangene Spektraldichte von Trigger zu rauschen C/No für jedes der Teilnehmerendgeräte kann aufgrund verschiedener Strecken- und Ausbreitungsbedingungen verschieden und zeitveränderlich sein. Solche Streckenbedingungen sind u.a. auf Schwankungen der Satelliten-EIRP zu spezifischen Teilnehmerendgeräten auf der Basis des Standorts zurückzuführen, wie durch die Satelliten sendeantennenkonturen in 2 gezeigt, oder auf Differenzen bei dem G/T der Teilnehmerendgeräte. Ausbreitungsbedingungen führen in der Regel zu zusätzlichen Wegverlusten aufgrund von Niederschlag oder anderen atmosphärischen Bedingungen. Verluste aufgrund von Niederschlag, die gewöhnlich als „Regen-Fading" bekannt sind, treten bei der kommerziellen Satellitenkommunikation häufig auf, und zwar insbesondere bei Übertragungen in dem Ku-Band (12–18 GHz) und dem Ka-Band (27–40 GHz). Da die Daten praktisch zu allen Zeiten von allen Teilnehmerendgeräten empfangen werden müssen, müssen die Datenrate, die Modulation und die Codierung zur Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC), die verwendet werden sollen, auf der Basis des schlechtesten erwarteten C/No unter allen Teilnehmerendgeräten in dem Netzwerk ausgewählt werden. Dieser Ansatz führt zu der Auswahl einer wesentlich niedrigeren Datenrate, als die meisten Teilnehmerendgeräte für den größten Teil der Zeit unterstützen könnten.
Es wurden mehrere Techniken entwickelt, um das Problem des Regen-Fading zu überwinden. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent Nr. 4,941,199 eine Methodologie zur Einstellung der Verteiler-EIRP dergestalt, daß ein konstantes von dem Satelliten gesehenes C/No aufrechterhalten wird. Die Einstellung wird dadurch bestimmt, daß das Verteilerendgerät die Abwärtsstrecke seiner eigenen Übertragung überwacht. Diese Technik ist nützlich bei der Kompensation des Regen-Fading bei Aufwärtsstreckenübertragungen, liefert aber keine Kompensation für Abwärtsstreckenübertragungen.
In dem US-Patent Nr. 4,228,538 wird eine Technik beschrieben, die eine Linderung des Aufwärts- und Abwärtsstrecken-Regen-Fading auf Punkt-zu-Punkt-Satelliten-Strecken bereitstellt. Dieser Ansatz verwendet Rückmeldung vom Empfangsendgerät bezüglich der Empfängersignalqualität. Das sendende Endgerät stellt seine Ausgangsleistung gemäß der durch das Empfangsendgerät bestimmten Signalqualitätsanzeige ein. Die Effektivität dieses Ansatzes wird im Fall des Abwärtsstrecken-Regen-Fading begrenzt, weil in vielen Fällen die Verteilerendgeräte-Aufwärtsstrecken-EIRP nicht ohne Beeinträchtigung des Transponderarbeitspunkts oder des Eingangssignalabstands beliebig erhöht werden kann. Ähnliche Verfahren wurden konzipiert, um diese Begrenzung zu überwinden, indem die Signalqualititätsanzeige zum Variieren der Coderate der Übertragung verwendet wird. Obwohl dadurch das oben erwähnte Problem beseitigt wird, ist dies immer noch kein akzeptabler Ansatz für ein Narrowcast-System, bei dem mehrere Teilnehmerendgeräte im allgemeinen verschiedene Signalqualitäten anzeigen. Außerdem kann eine Anpassung der Coderate alleine von Rate=1/2 bis Rate=7/8 in der Regel nur etwa 2 dB Einstellung in der Eb/No-Anforderung liefern. Wenn man die Symbolrate konstant hält, ändert sich die Informationsrate von einem Code mit Rate=1/2 zu Rate=7/8 um 2,4 dB. Der Gesamteinstellumfang bei der C/No-Anforderung beträgt also etwa 4,4 dB. Für hohe Streckenverfügbarkeit reicht dies für viele Regenregionen insbesondere in den höheren Frequenzbändern, wie zum Beispiel dem Ka-Band, nicht aus.
Eine anwendbare Technik findet sich in dem US-Patent Nr. 4,837,786. In diesem Patent beschreiben Gurantz und Wright ein Verfahren, bei dem zwei orthogonale BPSK-Träger unter Verwendung von QPSK-Modulation bereitgestellt werden. Ein BPSK-Träger enthält eine hohe Datenrate, wobei der andere eine niedrigere Datenrate benutzt. Bei einer alternativen Ausführungsform der genannten Erfindung wird eine individuelle Adressierung von Teilen des Rahmens beschrieben. Diese Ausführungsform eignet sich für Narrowcast-Anwendungen, bei denen die meisten Bodenstationen ihre Daten auf dem Kanal mit höherer Datenrate empfangen würden. Durch Niederschlag beeinträchtigte Bodenstationen würden ihre Daten auf dem Kanal mit niedrigerer Datenrate empfangen. Die Begrenzung dieses Verfahrens besteht darin, daß Teilnehmerendgeräte nur zwei Wahlmöglichtkeiten für ihre Dienstqualität haben, nämlich die höhere Datenrate oder die niedrigere Datenrate. Außerdem müssen 50 Prozent der Kanalbetriebsmittel fest der niedrigeren Kanalrate zugeordnet werden.
Es besteht eine Gelegenheit für ein Verfahren zur Datenratensteuerung, das: i) die Differenzen der Abwärtsstreckenbedingungen für ein Narrowcast-Netzwerk kompensiert; ii) einen großen Umfang von Einstellung für die C/No-Anforderung liefert; und iii) viele verschiedene Datenraten oder C/No-Optionen bereitstellt.
Aus US-Patent Nr. 5,612,948 ist ein zellulares Netzwerk bekannt, wonach Teilnehmerknoten über einen Basisknoten miteinander kommunizieren. Hierbei bestimmt jeder Teilnehmerknoten seine eigene Datenrate.
Abweichend von dem durch diesen Stand der Technik offengelegten Verfahren ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zwischen mehreren Empfangsstationen und einem Verteiler eine neue Trägerfrequenz einzurichten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Bereitstellung einer adaptiven Datenratensteuerung für Satelliten-Narrowcast-Übertragungen. Durch die vorliegende Erfindung kann die Datenrate für verschiedene Teilnehmerendgeräte verschieden sein, wodurch eine individualisierte Kompensation der Auswirkungen von Abwärtsstrecken-Regen-Fading und Streckenparametervariation ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Satellitenzwischenverstärker zur Bereitstellung einer Verbindung zwischen der Verteilerendgeräte-Aufwärtsstrecke und den Teilnehmerendgeräte-Abwärtsstrecken. Das Verteilerendgerät sendet individuell adressierte Pakete zu mehreren Teilnehmerendgeräten auf mehreren FDM-Trägern. Teilnehmerendgeräten werden spezifische Träger zum Empfangen von Informationen zugewiesen, die individuell an sie adressiert werden. Die Teilnehmerendgeräte sollen nur einen der mehreren von der Übertragung des Verteilerendgeräts ausgehenden FDM-Träger empfangen und demodulieren müssen. Den Teilnehmerendgeräten wird ein FDM-Träger auf der Basis ihrer empfangenen C/No zugewiesen. Teilnehmerendgeräten mit gleichem oder nahezu gleichem C/No wird derselbe Träger zugewiesen.
Bei einer konkreten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Anzahl der FDM-Träger und die Attribute jedes Trägers a priori auf der Basis einer anfänglichen Schätzung von C/No-Metriken innerhalb der erwarteten Teilnehmerpopulation bestimmt. Zu Attributen der FDM-Träger gehören Kenngrößen wie zum Beispiel Datenraten, das auf jedem der Träger verwendete Modulations- und Codierungsverfahren und der Anteil der Transponderbetriebsmittel, Leistung und Bandbreite, die von jedem Träger benutzt werden. Die Schätzung des C/No innerhalb der Teilnehmerpopulation ist hauptsächlich eine Funktion von Teilnehmerendgerätegrößen (G/T), Satelliten-EIRP-Variation über dem Standort des Abdeckungsgebiets und der Regen-Fading-Statistiken für die Versorgungsregion.
Jedes Teilnehmerendgerät bestimmt eine Signalqualitätsmetrik, wie zum Beispiel C/No, auf der Basis der Qualität seiner empfangenen Signale. Die Qualitätsmetriken werden von jedem der Teilnehmerendgeräte zu dem Verteilerendgerät übermittelt. Das Verteilerendgerät teilt Teilnehmerendgeräte auf der Basis der empfangenen Qualitätsmetriken Trägern neu zu. Auf diese Weise behält jedes Teilnehmerendgerät eine maximale Datenrate, während sich Umgebungsbedingungen mit der Zeit ändern, indem sie periodisch als Reaktion auf die sich ändernden Bedingungen neu einem anderen Träger zugewiesen werden. Der neu zugewiesene Träger würde dann von dem Teilnehmerendgerät zum Empfang seiner Datendienste verwendet werden. Wenn ein Abwärtsstrecken-Regen-Fading auftritt, würde ein bestimmtes Teilnehmerendgerät, das durch das Regen-Fading beeinträchtigt werden würde, also einem anderen Träger zugewiesen, der eine niedrigere Datenrate verwendet und daher eine niedrigere C/No-Anforderung aufweist.
Zum Übermitteln der Signalqualitätsmetriken von dem Teilnehmerendgerät zu dem Verteilerendgerät wird ein Rückkanal vorgesehen. Bei einer Ausführungsform verwendet der Rückkanal die existierenden Satellitenkommunikationsstrecken. Dies hat den Vorteil der Verwendung existierender Schaltkreise zur Implementierung des Rückkanals. Alternativ dazu kann der Rückkanal eine bodengestützte Kommunikationsstrecke sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Attribute jedes FDM-Trägers dynamisch verändert werden, um Änderungen der Verteilung des C/No unter den aktiven Teilnehmerendgeräten zu berücksichtigen. Anstatt einer Menge vordefinierter Träger bereitzustellen, werden die Attribute jeder FDM-Träger periodisch umdefiniert, um Netzwerkleistungsmetriken auf der Basis der empfangenen Signalqualitätsmetriken der Teilnehmerendgeräte zu optimieren. Zu Attributen der FDM-Träger, die umdefiniert werden können, gehören u.a. Kenngrößen wie zum Beispiel Datenraten, das Modulationsverfahren und ein Codierungsverfahren, das auf jedem der Träger verwendet wird. Unter Bedingungen mit klarem Himmel kann also jedem Teilnehmerendgerät ein bestimmter FDM-Träger auf der Basis der Datenrate, die jedes Endgerät unterstützen kann, und der aktuellen Verkehrsbelastungsbedingungen auf jedem der Träger zum Empfangen ihrer Informationen zugewiesen werden. Wenn in irgendeinem Teil des Abdeckungsgebiets Regen-Fading einsetzt, können die Zuweisung einzelner Teilnehmer zu FDM-Trägern sowie die Attribute der einzelnen Träger verändert werden, um die zusammengesetzte Netzwerkleistungsfähigkeit optimiert zu halten.
Die vorliegende Erfindung ist insofern vorteilhaft, als sie die Abwärtsstreckendatenrate verbessert, ohne eine Zunahme der Satellitenbetriebsmittel zu erfordern, wie zum Beispiel der Bandbreite und der Leistung, und sie erfordert auch keine Bereitstellung zusätzlicher EIRP in dem Verteilerendgerät.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein bildliches Diagramm eines Verteilerendgeräts, das eine Narrowcast-Übertragung zu mehreren Teilnehmerendgeräten bereitstellt, wobei über bestimmten, aber nicht allen Teilnehmerendgeräten Regen-Fading-Bedingungen auftreten.
2 ist ein Diagramm von Konturen verschiedener Streckenbedingungen mit klarem Himmel aufgrund der Antennenkonturen der Satellitensendeantenne.
3 zeigt mehrere FDM-Träger zum Übermitteln der Narrowcast-Informationen.
4 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild des Verteilerendgeräts, das die Fähigkeit zum Zuteilen unterschiedlicher Sendeleistungen zu verschiedenen FDM- Trägern veranschaulicht.
5 ist eine beispielhafte Gruppierung der Teilnehmerendgeräte und der FDM-Trägerattribute, die mit jeder Gruppe assoziiert sind.
6 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Teilnehmerendgeräts, das die erforderlichen Verarbeitungselemente zur Bereitstellung der Streckenqualitätsrückmeldung zu dem Verteilerendgerät zeigt.
BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Satellitenkommunikationsnetz, das für Narrowcast von einem Verteilersender 100 durch einen Satellitenzwischenverstärker 102 und herab zu mehreren Teilnehmerendgeräten 104 eingerichtet ist. Obwohl nur vier Endgeräte gezeigt sind, könnte das Netzwerk aus viel mehr Endgeräten bestehen. Das Verteilerendgerät 100 sendet eine Übertragung, die zumindest teilweise von allen Teilnehmerendgeräten in dem Netzwerk demoduliert werden soll. Auf den Abwärtsstrecken zu bestimmten, aber nicht allen der Teilnehmerendgeräten liegt Regen-Fading 112 vor. Es ist nicht ungewöhnlich, das Regen-Fading im Ku-Band für viele Regenregionen für die Welt mehr als 3 dB betragen. Außerdem bewirken an der Sendeantenne auf dem Satellitenzwischenverstärker 102 entsprechende Antennenverstärkungskonturen, daß das empfangene Abwärtsstrecken-C/No unter Teilnehmerendgeräten variiert. Solche Antennenverstärkungskonturen sind in 2 dargestellt. Teilnehmer, die sich an der -3-dB-Kontur oder in der Nähe davon befinden, sehen ein Abwärtsstrecken-C/No, das 3 dB niedriger als bei den in der Nähe der Mitte der Spot-Abdeckung angeordneten Teilnehmerendgeräten ist. Um eine Versorgung aller Teilnehmer sicherzustellen, wobei Versorgung ein resultierendes C/No an dem Teilnehmerendgerät dergestalt impliziert, daß die BER kleiner als die als akzeptabel betrachtete Schwelle ist, muß eine mit dem minimalen erwarteten C/No vereinbare Datenrate gewählt werden. Beispielsweise führt die Verwendung der -3-dB-Antennenkontur mit einem 3-dB-Regen-Fading zu einer Variation des Abwärtsstrecken-C/No von 6 dB. Um eine Versorgung für alle Teilnehmerendgeräte innerhalb der -3-dB-Kontur zu allen Zeiten sicherzustellen, wenn das Regen-Fading kleiner als 3 dB ist, muß die Datenrate auf der Basis eines C/No gewählt werden, das 6 dB niedriger als das C/No vieler der Teilnehmerendgeräte ist. Diese Ineffizienz führt zu einer Verringerung der Systemkapazität.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Systemkapazität durch Verwendung mehrerer FDM-Träger (Frequenz Multiplex) zum Übermitteln der Informationen erhöht. Es wird angemerkt, daß die Erfindung nicht auf irgendeine bestimmte Art von Übertragungsverfahren beschränkt ist. Die Erfindung wird lediglich als Beispiel im Hinblick auf FDM-Zeichengabe beschrieben.
3 zeigt nun eine Signalkonfiguration, die sechs Träger umfaßt. Für die Besprechung nehme man an, daß der Narrowcast-Verkehr in N-Träger mit den Nummern 1, 2,...N aufgeteilt wird. Ferner nehme man an, daß das Narrowcast-Netzwerk Transponder-Betriebsmittel in Anspruch nimmt, die aus einer Gesamt-Transponderbandbreite von W Hz und einer Gesamt-Transpondersendeausgangsleistung von P Watt bestehen. Dem n-ten FDM-Träger wird ein Anteil der Gesamt-Transponderbandbreite gleich α_nW Hz und ein Anteil der Gesamt-Transponderleistung gleich α_nP Watt zugeteilt. Die Parameter α_n werden unter der Einschränkung gewählt, daß alle α_n sich zu eins summieren. Für Fachleute ist erkennbar, daß der einzelnen FDM-Trägern gegebene Anteil der Transponderleistung leicht durch Einstellen der Sendeleistung der einzelnen Träger relativ zueinander in dem Verteilerendgerät eingestellt werden kann.
4 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild der Verteilerendgerätevorrichtungen, mit denen die mehreren FDM-Träger jeweils mit individualisierten Sendeleistungseinstellungen bereitgestellt werden. Die Vorrichtung enthält eine Datenquelle 200, die paketierte Daten 224 erzeugt, die individuell adressiert werden, sowie die spezifischen Adressen 226 des Teilnehmers, für den das Datenpaket bzw. die Datenpakete bestimmt sind. Ein Demultiplexer 202 dient zum Schalten der Daten in eine der N FDM-Trägermodulationsschaltungen 204. Die flexiblen Modulatoren 204 stellen die Modulation und FEC-Codierung für jeden der N Träger bereit. Jeder Modulator ist programmierbar, um die bestmögliche Wahl der Datenrate und Codierung für jeden der FDM-Träger zu ermöglichen. Nach der Modulation wird jeder der FDM-Träger durch die Verstärkungsregeleinrichtungen 206 bezüglich des Signalpegels eingestellt. Es sind nur 2 Modulatoren und Verstärkungsregeleinrichtungen in 4 abgebildet, obwohl es sich versteht, daß für jeden FDM-Träger ein Modulator und eine Verstärkungsregeleinrichtung vorliegt. Die Summiereinrichtung 208 liefert ein Mittel zum Summieren der FDM-Träger zu einem elektronischen Signal. Die HF-Schaltkreise 210 ermöglichen eine Aufwärtsumsetzung in HF und eine Hochleistungsverstärkung, bevor das Signal zur Übertragung an die Antenne 212 angelegt wird. Vorzugsweise erhalten die HF-Schaltkreise 210 ein Aufwärtsstreckenleistungsregelsystem zum Vermindern der Effekte variierender Wetterbedingungen auf dem Aufwärtsstreckenweg. Das Aufwärtsstreckenleistungsregelsystem variiert die Sendeleistung des Verteilers, um an dem Satelliten ein gewünschtes C/No aufrechtzuerhalten.
Das Verteilerendgerät muß außerdem Übertragungen von jedem der Teilnehmerendgeräte empfangen. Diese Übertragungen bestehen aus Teilnehmerendgerätedaten sowie empfangenen Signalqualitätsmetriken, wie zum Beispiel empfangenen C/No-Schätzungen. Die Übertragungen des Teilnehmerendgeräts werden durch die Antenne 212 an dem Verteilerendgerät empfangen. Die HF-Schaltkreise 210 stellen eine rauscharme Verstärkung und Abwärtsumsetzung bereit. Das Signal wird in dem Demodulator 216 demoduliert, der Datendetektion und FEC-Decodierung bereitstellt. Die demodulierten Bit werden dann durch den Demultiplexer 218 in Datenbit 220 und Signalqualitätsmetrikbit 222 aufgeteilt. Die FDM-Trägersteuerung 214 liefert die Steuersignale für die Zuweisung von Datenpaketen zu spezifischem FDM-Träger sowie FDM-Trägerattributen wie etwa Datenrate, Coderate und Leistungspegel. Die Grundlage für die Steuerung sind die empfangenen Signalqualitätsmetriken 222 von jedem der Teilnehmerendgeräte.
Das Verteilerendgerät übermittelt die Zuweisung der Teilnehmerendgeräte zu einem der FDM-Träger über einen Vorwärtssteuerkanal. Dieser Steuerkanal enthält Zuweisungsinformationen und wird mit den Datendiensten, die das Teilnehmerendgerät empfängt, eingemultiplext. Die Multiplextechnik ist am logischsten ein Zeitmultiplexansatz (TDM), könnte aber eine beliebige mehrerer anderer bekannter Techniken sein, wie etwa Frequenzmultiplex (FDM) oder Codemultiplex (CDM).
Teilnehmerendgeräte werden gemäß einer Anfangssignalqualitätsmetrik in eine von N Gruppen eingeteilt. Zum Beispiel wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die aktuelle Abwärtsstrecken-C/No-Messung jedes Teilnehmerendgeräts verwendet. Jeder Gruppe von Teilnehmerendgeräten wird ein bestimmter FDM-Träger für Teilnehmer in dieser Gruppe zum Empfangen ihrer individuell adressierten Informationspakete zugewiesen. FDM-Träger werden auf der Basis des minimalen C/No eines Teilnehmerendgeräts in einer Gruppe jeder der Gruppen von Teilnehmerendgeräten zugewiesen. Die Attribute dieses Trägers, wie zum Beispiel seine Datenrate, sein Modulationsverfahren, sein Codierungsverfahren und der Anteil der Netzwerkbetriebsmittel (α_n) werden so eingestellt, daß alle Teilnehmerend geräte in dieser Gruppe den FDM-Träger mit einem akzeptablen Grad an Datenfehlern demodulieren können, der zum Beispiel durch die Bitfehlerrate bestimmt wird. 5 zeigt ein Beispiel für die Gruppierung für N = 4 Träger. Dieses Beispiel liefert Dienst für Teilnehmerendgeräte mit bis zu 6 dB Variation ihres empfangenen C/No, während immer noch Teilnehmerendgeräten die größtmögliche Datenrate gewährt wird.
Teilnehmerendgeräte überwachen andauernd ihre eigene Signalqualität und erkennen Änderungen ihres empfangenen C/No aufgrund von Regen-Fading oder anderer zeitveränderlicher Phänomene. Diese nachfolgenden C/No's oder andere Streckenqualitätsmetriken wie zum Beispiel (aber nicht unbedingt nur) Bitfehlerrate, werden über einen Rückkanal dem Verteilerendgerät zurückgemeldet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Rückkanal gemeinsam mit der Satellitenkommunikationsstrecke benutzt. Die Informationen können durch eine beliebige von mehreren bekannten Mehrfachzugriffstechniken übermittelt werden, wie zum Beispiel Zeitmultiplex (TDMA), Frequenzmulitplex (FDMA) oder Codemulitplex (CDMA). Natürlich kann der Rückkanal durch ein anderes Kommunikationsmedium als die Satellitenstrecke bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein landgestütztes Medium verwendet werden, wie zum Beispiel eine Landleitung, eine drahtlose Sichtverbindung und dergleichen.
Ein Beispiel für die Vorrichtung, die das Teilnehmerendgerät zur Bestimmung seines empfangenen C/No und zum Rückmelden dieses Werts zu dem Verteilerendgerät verwendet, ist durch das vereinfachte Blockschaltbild von 6 dargestellt. Der Empfang des von dem Verteiler gesendeten Signals wird durch die Antenne 300, die HF-Geräte 302, die eine rauscharme Verstärkung und Abwärtsumsetzung bereitstellen, den Demodulator 304 und den FEC-Decoder 306 erreicht. Die Schätzung des Eb/No wird unter Verwendung von durch den Demodulator 304 und/oder den FEC-Decoder 306 gelieferten Informationen unter Verwendung einer oder mehrerer von mehreren weithin bekannten Techniken bereitgestellt. Besonders effektiv sind Techniken, die das Eb/No auf der Basis von Decoder-Bitfehlerkorrekturstatistiken oder Blockfehler-Detektionsstatistiken schätzen. Anhand der Schätzung des Eb/No kann das C/No leicht durch Kenntnis der Informationsdatenrate berechnet werden. Diese Berechnung wird in 308 durchgeführt. Häufig ist es erwünscht, eine kleine Fehlerreserve in die C/No-Berechnung aufzunehmen. Man erreicht dies durch Subtrahieren 312 einer kleinen Größe in Dezibel von der C/No-Schätzung. Der Zweck einer solchen Reserve besteht darin, während dynamischer C/No-Bedingungen unter Verwendung des Rückkopplungs-Regelsystems mit von Null verschiedener Ansprechzeit eine bestimmte Dienstqualität sicherzustellen. Vorzugsweise werden die C/No-Daten in den Rückkanaldatenstrom gemultiplext 316 und über den Satelliten 102 unter Verwendung des Modulators 314 des Teilnehmerendgeräts, der HF-Geräte 302 und der Antenne 300 zu dem Verteilerendgerät zurückgesendet. Dies hat den Vorteil der Verwendung existierender Hardware zur Bereitstellung eines Rückkanals. Der Rückkanal kann aber auch durch eine Landleitung oder durch eine drahtlose Sichtverbindung oder dergleichen bereitgestellt werden.
Das Teilnehmerendgerät empfängt Trägerzuweisungen und Neuzuweisungen durch den Vorwärtssteuerkanal. Dabei handelt es sich in der Regel um Steuerdaten, die zusammen mit den Dienstdaten zeitlich gemultiplext werden (TDM). Als Reaktion auf eine Trägerneuzuweisungsnachricht in dem Vorwärtssteuerkanal stimmt das Teilnehmerendgerät seine HF-Geräte 302 neu auf die neue FDM-Trägerfrequenz ab.
Bei alternativen Ausführungsformen könnten Funktionen wie etwa die Systemreservesubstraktion oder die C/No-Schätzung in dem Verteilerendgerät durchgeführt werden.
Bei einer solchen Ausführungsform würde das Teilnehmerendgerät Signalqualitätsmetriken, wie zum Beispiel (ohne Einschränkung) Eb/No, Bitfehlerrate oder Blockfehlerrate, zu dem Verteilerendgerät senden. Bei dieser Ausführungsform würde die FDM-Trägersteuerung 214 geeignet konfiguriert werden, um die C/No-Qualitätsmetrik zu produzieren, auf deren Grundlage dann die Trägerneuzuweisung erfolgt.
Das Verteilerendgerät verwendet die Rückmeldung von allen Teilnehmerendgeräten, um Änderungen an den Zuweisungen von Teilnehmerendgeräten zu bestimmten FDM-Trägern vorzunehmen. Die Zuweisungsinformationen werden über den Vorwärtssteuerkanal übermittelt. Die Teilnehmerendgeräte stellen dann ihre Empfängerschaltkreise entsprechend ein, um nachfolgende Daten über den neuen FDM-Träger wie oben besprochen zu empfangen.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verteilerendgerät verschiedene FDM-Trägerattribute spezifizieren, anstatt neue Zuweisungen von Teilnehmerendgeräten zu vordefinierten FDM-Trägern vorzunehmen. Zu Attributen eines FDM-Trägers gehören Kenngrößen wie etwa Datenraten, die Modulations- und Codierungsverfahren und der Anteil der Transponderbetriebsmittel, wie zum Beispiel Leistung und Bandbreite. Bei dieser Ausführungsform kann das Verteilerendgerät die Attribute der Träger umdefinieren und die umdefinierten Träger den Teilnehmerendgeräten zuweisen. Durch diesen Ansatz wird es überflüssig, eine a-priori-Menge von Trägern zu definieren.
Es werden Varianten in Betracht gezogen, die beide Ansätze kombinieren. Zum Beispiel kann eine Anfangsmenge von Trägern definiert und den Teilnehmerendgeräten zugewiesen werden. Wenn sich die Abwärtsstreckenbedingungen ändern, kann das Verteilerendgerät die Attribute entsprechend umdefinieren und neue Zuweisungen der Teilnehmer zu den Trägern vornehmen. Im allgemeinen besteht das Prinzip darin, die Abwärtsstreckensignalqualität eines Teilnehmerendgeräts zu überwachen und seine Trägerzuweisung zu ändern, um einen zuverlässigen Datentransfer mit einer hohen Datenrate bereitzustellen.
Bei der obigen Ausführungsform der Erfindung verwendet der Satellit eine einzige Transponderschaltung zum Schalten mehrerer FDM-Träger; d.h. alle Träger werden in einem Signal übertragen, das einen einzigen Frequenzbereich einnimmt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung könnte jeder FDM-Träger einen gesamten Transponder einnehmen. Für jeden FDM-Träger enthält der Satellitenzwischenverstärker also eine Transponderschaltung zum Senden des Trägers. Jeder Träger nimmt deshalb einen verschiedenen Frequenzbereich ein.
Bei dieser Ausführungsform können die Vorrichtungen von 4 und 6 weiterverwendet werden. Die Einstellung der elektronischen Dämpfungsglieder 206 in 4 würde jedoch durch die Kenngrößen jedes der Transponder bestimmt, wie zum Beispiel die gesättigte Ausgangsleistung des Transponders und die Verstärkung des Transponders sowie den gewünschten Transponderarbeitspunkt, wie zum Beispiel den Eingangssignalabstand vom Sättigungspunkt.
Regen-Fading auf der Verteileraufwärtsstrecke wirkt sich auf das auf jeder der Teilnehmerendgeräte-Abwärtsstrecken gemessene C/No aus. Die Antwort der vorliegenden Erfindung auf ein 3-dB-Regen-Fading auf der Verteilerendgeräte-Aufwärtsstrecke besteht dann für alle Teilnehmerendgeräte darin, eine Verringerung ihres gemessenen C/No von 3 dB zu melden. Die in der Verteilerendgerätesteuerung verankerten Zuweisungsalgorithmen weisen Teilnehmerendgeräte neu FDM-Trägern zu, die 3 dB weniger C/No erfordern. Alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung könnten auch als Reaktion auf dieses Fading-Ereignis Trägerattribute und die Anzahl der Träger einstellen. Um den Verlust an C/No zu verhindern, der durch die Teilnehmerendgeräte aufgrund des Aufwärtsstrecken-Regen-Fading an dem Verteilerendgerät gemessen wird, kann man die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem Aufwärtsstreckenleistungsregelsystem verwenden. In 4 wären die HF-Schaltkreise 210 mit einer Aufwärtsstreckenleistungsregelschaltung ausgestattet. Die Schaltung würde den Leistungspegel des gesendeten Signals als Reaktion auf Anzeigen von Aufwärtsstrecken-Regen-Fading-Bedingungen variieren. Solche Anzeigen können gewöhnlich in dem Verteilerendgerät selbst durch Überwachung der Satellitenabwärtsstrecke erzeugt werden.
Vorbekannte Techniken, wie zum Beispiel in dem US-Patent Nr. 4,941,199 beschriebene, versuchen, das C/No am Satelliten konstant zu halten. Man erreicht dies durch Bereitstellung von Kompensation von Aufwärtsstrecken-Fading am Verteilerendgerät. Die vorliegende Erfindung enthält eine Aufwärtsstreckenleistungsregelschaltung zur Kompensation von Aufwärtsstrecken-Fading. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die vorliegende Erfindung jedoch vorteilhaft bei der Bereitstellung von Kompensation von Bedingungen, die zu Abwärtsstrecken-Fading an den Teilnehmerendgeräten führen. Die vorliegende Erfindung ist insgesamt also weniger empfindlich gegenüber den Signalverschlechterungseffekten von Umgebungsphänomen wie zum Beispiel Regen-Fading.

Claims

Verfahren zum Senden von Informationen zu Empfangsstationen in einem Narrowcast-Netzwerk mit mehreren Empfangsstationen, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen mehrerer Träger zum Senden von Daten von einem Satelliten mit einer Verstärkungseinrichtung zu den Empfangsstationen; Zuweisen jeder der Empfangsstationen zu einem der Träger; in jeder Empfangsstation, Bestimmen einer Signalqualitätsmetrik; auf der Basis einer oder mehrerer Signalqualitätsmetriken der Empfangsstationen, neues Zuweisen mindestens einer der Empfangsstationen zu einem anderen der Träger; und nachfolgendes Senden von Daten von dem Satelliten zu dieser mindestens einen der Empfangsstationen unter Verwendung des anderen Trägers, wobei die Schritte des Sendens von Daten zu den Empfangsstationen das Senden von Daten von einer Verteilerstation zu dem Satelliten umfassen, wodurch die Daten durch die Empfangsstationen empfangen werden, und das Verfahren ferner die Übermittlung der Signalqualitätsmetriken von einer oder mehreren Empfangsstationen zu der Verteilerstation umfaßt, wobei die Verteilerstation als Reaktion darauf mindestens einer der Empfangsstationen signalisiert, sie zu einem anderen der Träger zuzuweisen, wobei die Träger FDM-Träger sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Bereitstellung von bodengestützten Kommunikationsstrecken zwischen der Verteilerstation und jeder der Empfangsstationen, wobei die Schritte des Übermittelns und des Signalisierens über die bodengestützten Kommunikationsstrecken ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Zuweisens auf einer anfänglichen Signalqualitätsmetrik basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die FDM-Träger im Hinblick auf ihre Bandbreite und Leistung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei sich die FDM-Träger ferner im Hinblick auf ihre Datenrate, ein Modulationsverfahren und ein Codierungsverfahren unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den folgenden Schritten: Senden von Daten zu den Empfangsstationen unter Verwendung eines oder mehrerer Träger, wobei die Träger mindestens durch eine Frequenzbandbreite, einen Leistungspegel, ein Codierungsverfahren, ein Modulationsverfahren und eine Datenrate gekennzeichnet sind; Produzieren umdefinierter Träger durch Umdefinieren einer oder mehrerer Kenngrößen mindestens eines der Träger; und Senden nachfolgender Daten zu einer Teilmenge der Empfangsstationen unter Verwendung eines oder mehrerer der umdefinierten Träger.