DE60127037T2

DE60127037T2 - Kommunikationssystem mit Schaltung von selbstadressierten Paketen und Antennenstrahlsprung sowie Leistungsgate

Info

Publication number: DE60127037T2
Application number: DE60127037T
Authority: DE
Inventors: Stuart T. Rancho Palos Verdes Linsky; Mark E. Redondo Beach Bever; Fred C. Rancho Palos Verdes Tramm; Esmaell Manhattan Beach Yousefi; Reginald Manhattan Beach Jue; Scott A. Torrance Cooper
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: EP1168668A2; CA2351021A1; EP1168668B1; CA2351021C; JP2002050995A; DE60127037D1; US7068974B1; EP1168668A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Satellitenkommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Strahlsprungsatellitenkommunikationssystem, welches einen Umschalter für selbstadressierte Pakete umfasst, der einen abwärtsgerichteten Strahl bzw. Abwärtsstrahl leistungausblendet.
Satelliten werden seit langem verwendet, um Kommunikationsfähigkeiten auf globaler Ebene bereitzustellen. Seit dem Anfängen des modernen Kommunikationssatelliten ist jedoch ein Faktor konstant geblieben: die eingeschränkte Verfügbarkeit von Leistung an Bord des Satelliten. Die eingeschränkte Verfügbarkeit von Leistung besteht auch heute noch, sogar in Anbetracht der enormen Fortschritte in der Satellitentechnologie.
Die Kommunikationsempfangsausrüstung, die verwendet wird, um die aufwärtsgerichtete Verbindung bzw. Aufwärtsverbindung zu empfangen, und die Übertragungs- bzw. Sendeausrüstung, die verwendet wird, um die abwärtsgerichtete Verbindung bzw. Abwärtsverbindung zu erzeugen, stellen beträchtliche Belastungen für die Satellitenleistung dar. Insbesondere die Sendeausrüstung benötigt häufig 50% oder mehr der Gesamtleistung, die von einem Satelliten erzeugt wird. Außerdem sind Leistungsverstärker für Abwärtsverbindungen weit von einem Wirkungsgrad von 100% entfernt und verschwenden daher immer Leistung, wenn sie aktiv sind.
Jegliche unnötige Belastung der Satellitenleistung ist unerwünscht. Somit können beispielsweise Einschränkungen der Satellitenleistung verhindern, dass ein Satellit stärkere und robustere Kodierungsmethoden kodiert und dekodiert. Als ein weiteres Beispiel kann eine eingeschränkte Satellitenleistung die Anzahl und die Art von Beobachtungs- oder Abtastfunktionen, die ein Satellit ausführen kann, oder die Anzahl von Abwärts- und Aufwärtsverbindungen, die ein Satellit unterstützen kann, verringern.
Zusätzlich ist es mit dem Fortschreiten der Satellitentechnologie üblicher geworden, dass Satelliten ihre Aufwärtsverbindungen verarbeiten. Mit anderen Worten können die Satelliten Daten kodieren, dekodieren, verarbeiten, weiterleiten, in eine Warteschlange einreihen, und anderweitig handhaben, bevor sie die Daten umkodieren und in Abwärtsverbindungsrahmen packen. Somit hängt die Auslastung der Abwärtsverbindung von der Menge der Daten ab, die bereit sind und darauf warten, übertra gen zu werden. Das Übertragen von teilweise leeren Rahmen kann eine Verschwendung von Leistung darstellen und kann verschlechternde Auswirkungen auf die Satellitenleistung haben, beispielsweise durch die unnötige Bedienung von Warteschlagen.
GB 2 336 508 A betrifft das Verringern von Leistungsanforderungen in einem Satellitenkommunikationssystem. Das Dokument schlägt ein Deaktivieren, oder zumindest ein Verringern, des Leistungspegels eines Trägers in einem aufwärtsgerichteten Strahl bzw. Aufwärtsstrahl von einer Bodenstation vor, und zwar unter Bedingungen, bei denen keine Daten zur Übertragung verfügbar sind oder nur redundante Daten gesendet werden sollen. Falls die Bodenstation, deren Träger deaktiviert ist, eine landgestützte Bodenstation ist, kann der Leistungswirkungsgrad eines Satelliten des Kommunikationssystems verbessert werden, schlägt das Dokument vor.
EP 0 987 837 A2 offenbart ein Satellitenkommunikationssystem mit einem Paketumschalter, der selbstadressierte aufwärtsgerichtete Datenpakete zwischen einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen und einer Vielzahl von Ausgangsanschlüssen umschaltet. Der Schalter verbindet den Eingangsanschluss, an welchem ein Paket ankommt, mit dem Ausgangsanschluss, der verwendet wird, um den Abwärtsstrahl zu erzeugen, der das interessierende Gebiet abdeckt, wie durch Weiterleitungsinformation, die im Paket enthalten ist, angegeben.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kommunikationssystem bereitzustellen, welches die oben angemerkten und andere, schon früher beobachtete Probleme angeht. Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, den Leistungswirkungsgrad eines Satelliten, der an Satellitenkommunikationen beteiligt ist, zu verbessern.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Abwärtsstrahlrahmensignal-Verarbeitungssystem für einen Kommunikationssatelliten nach Anspruch 1 und auch für eines nach Anspruch 15 bereit. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten eines Abwärtsstrahlrahmensignals nach Anspruch 7 bereit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Abwärtsstrahlrahmensignal-Verarbeitungssystem für einen Kommunikationssatelliten einen Paketumschalter, der selbstadressierte aufwärtsgerichtete Daten zu einem Speicher weiterleitet, welcher Warteschlangen für zumindest einen ersten und einen zweiten Abwärtsstrahlsprungort speichert. Das Verarbeitungssystem umfasst ferner einen Leistungsverstärker, der eine Wellenform verstärkt, die unter Verwendung der aufwärtsgerichteten Daten gebildet wird. Eine mit dem Leistungsverstärker gekoppelte Leistungsausblendungsschaltung umfasst einen Leistungsausblendungseingang, welcher auf ein Leistungsausblendungssignal reagiert, um Leistung von zumindest einem Teil der Wellenform vor der Übertragung zu entfernen.
Das Leistungsausblendungssignal kann als Antwort auf eine Nichtverfügbarkeit von abwärtsgerichteten Daten im Speicher aktiviert werden. Als Beispiele kann das Leistungsausblendungssignal aktiviert werden, wenn es nicht genug Daten im Speicher gibt, um ein oder mehrere Nutzlastfelder in der Wellenform zu füllen, um die Satellitenleistungsanforderungen zu erfüllen, und zwar als Antwort auf statistische Multiplexabschätzungen, oder um gewünschte durchschnittliche Warteschlangentiefen zu erfüllen.
Ein Verfahren zum Verarbeiten eines Abwärtsstrahlrahmensignals gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt des Umschaltens von selbstadressierten aufwärtsgerichteten Daten in zumindest einen ersten und/oder einen zweiten Speicherbereich für einen Abwärtssprungort in einem Speicher, des Verstärkens einer Wellenform, die teilweise auf den aufwärtsgerichteten Daten für eine Übertragung beruht, und, vor der Übertragung des Rahmensignals, eines Leistungsausblendens zumindest eines Teils des Rahmensignals als Antwort auf ein Leistungsausblendungssignal.
Wie oben angemerkt, kann das Rahmensignal zu vielen verschiedenen Zeiten aus vielen verschiedenen Gründen leistungsausgeblendet werden. Jedoch wird vorzugsweise zumindest ein Synchronisationsfeld im Rahmensignal aufrechterhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Bandbreitenumschalters mit einer Wellenformverarbeitungskette.
2 zeigt ein genaues Blockdiagramm eines Bandbreitenumschalters mit einer Wellenformverarbeitungskette.
3 zeigt ein Strahlenabdeckungsmuster, welches sowohl gerade als auch ungerade Abwärtsverbindungssprungstrahl-Farbzuweisungen zeigt.
4 zeigt die geraden Abwärtsverbindungssprungverbindungsstrahlen aus dem Strahlenabdeckungsmuster aus 3.
5 bildet die ungeraden Abwärtsverbindungssprungverbindungsstrahlen aus dem Strahlenabdeckungsmuster aus 3 ab.
6 zeigt eine Implementierung eines Routers bzw. einer Weiterleitungseinheit.
7 zeigt eine Implementierung eines einwärts gerichteten Moduls.
8 zeigt eine Implementierung eines auswärts gerichteten Moduls.
9 zeigt einen Zellenverwurfsalgorithmus für Pufferspeicher mit fester Partition.
10 zeigt einen Zellenverwurfsalgorithmus für dynamisch gepufferte Warteschlangen.
11 zeigt ein Verfahren zum Weiterleiten von Daten durch einen Satelliten zu einem ausgewählten Abwärtssprungort.
12 zeigt eine Modulatorimplementierung, welche ein Leistungsausblenden unterstützt.
13 zeigt ein Mehrfachnutzlastrahmensignal mit beispielhaften Leistungsausblendungssteuersignalen.
14 zeigt Betriebsschritte, die vor und nach dem Leistungsausblenden eines Strahlsprung-Mehrfachnutzlastrahmensignals stattfinden.
15 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Abwärtsverbindungsrahmens, der für ein Leistungsausblenden geeignet ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun zu 1 kommend, zeigt diese Figur ein Blockdiagramm eines Abwärtsstrahlverarbeitungssystems oder Bandbreitenumschalters 100. Der Bandbreitenumschalter 100 umfasst eine Steuerung bzw. Controller 102 und eine Wellenformverarbeitungskette, welche mit Daten arbeitet, die von der Datenquelle 104 bereitgestellt werden. Insbesondere umfasst die Wellenformverarbeitungskette einen Wellenformgenerator 106, einen Verstärker 108 und einen Speisungsumschalter 110. Die Wellenformverarbeitungskette umfasst ferner einen ersten Speisungspfad 112 und einen zweiten Speisungspfad 114, die gekennzeichnet sein können durch einen Polarisationseffekt an der Wellenform, welche sich entlang den Speisungspfaden 112–114 ausbreitet. Der Polarisationseffekt kann beispielsweise eine Polarisation im Uhrzeigersinn (rechts herum) oder gegen den Uhrzeigersinn (links herum) in der Wellenform induzieren.
Der erste Speisungspfad 112 endet in einem ersten Abstrahlelement 116 (z. B. einem Speisungshornstrahler). Ebenso endet der zweite Speisungspfad in einem zweiten Abstrahlelement 118 (z. B. einem weiteren Speisungshornstrahler). Der erste und zweite Speisungshornstrahler 116, 118 beleuchten den Unterreflektor 120. Der Unterreflektor 120 wiederum beleuchtet den Hauptreflektor 122, welcher Abwärtsstrahlen auf erdgebundene Zellen projiziert. Somit bilden der erste und der zweite Speisungshornstrahler 116, 118, der Unterreflektor 120 und der Hauptreflektor 122 eine Mehrfachstrahlarrayantenne („Multiple Beam Array Antenna"; MBA), um eine Punktstrahldeckung auf unterschiedliche erdgebundene Zellen zu richten. Zusätzliche Speisungshornstrahler können mit der MBA verwendet werden, um zusätzliche Punktstrahlen zu erzeugen, und mehrfache unabhängige MBAs können bereitgestellt werden.
Der Wellenformgenerator 106 akzeptiert Basisbanddaten von der Datenquelle 104 und erzeugt eine zu übertragende Wellenform (nach Verstärkung durch den Verstärker 108). Der Umschalter 110 wählt den bestimmten Speisungspfad 112–114 aus, entlang wessen sich die Wellenform ausbreitet (und somit, in gewissen Ausführungsformen, die der Wellenform zugeordnete Polarisation und/oder Sprungort).
Der Controller 102 übt eine Farbsteuerung über die zu übertragende Wellenform aus. Somit kann der Controller 102 ein oder mehrere Steuersignale ausgeben (kollektiv als Farbauswahlsignal bezeichnet), die beispielsweise die Frequenz, die Polarisation oder den Sprungort der zu übertragenden Wellenform bestimmen. In der bevorzugten Ausführungsform umfassen die Strahlfarbkomponenten gerade und ungerade Sprungorte, Links- und Rechtspolarisation und erste und zweite Frequenzen. Acht unterschiedliche Farben sind somit verfügbar: 1EL, 1ER, 1OL, 1OR, 2EL, 2ER, 2OL, 2OR Bezüglich 2 ist eine genauere Ausführungsform eines Abwärtsstrahlverarbeitungssystem und Bandbreitenumschalters 200 gezeigt. Der Bandbreitenumschalter 200 umfasst eine Datenablaufsteuerung 202, einen Datenrouter 204 und eine Wellenformverarbeitungskette, die einen QPSK-Modulator 206, einen Aufwärtswandler 208 und einen Wanderwellenröhrenverstärker („travelling wave tube amplifier"; TWTA) 210 umfasst. Der Umschalter 110 ist in 2 gezeigt als ein Ferritumschalter 110, welcher die zu übertragende Wellenform durch entweder den ersten Speisungspfad 112 oder den zweiten Speisungspfad 114 leitet. Vorzugsweise stellen zusätzliche Ferritumschalter 212 und 214 in den Speisungspfaden 112–114 eine zusätzliche Signalisolierung bereit (z. B., ungefähr 20 db zwischen Eingabe und Ausgabe, wenn der Ferritumschalter ausgeschaltet ist). Die zusätzlichen Ferritumschalter 212–124 arbeiten unter der Steuerung der Farbauswahlausgabe, um eine durch die Speisungspfade 112–114 zu übertragende Wellenform zu übermitteln oder zu blockieren. Mit anderen Worten ist dann, wenn die zu übertragende Wellenform für die Speisung 112 bestimmt ist, der Ferritumschalter 214 durch die Last 228 mit Masse gekoppelt. Ebenso ist der Ferritumschalter 212 durch die Last 226 mit Masse gekoppelt, wenn die zu übertragende Wellenform für die Speisung 114 bestimmt ist.
Zusätzlich zeigt 2 einen Farbauswahlausgang 216, zwei Frequenzauswahleingänge 218 und 220, einen Speisungspfadeingang 222 und einen Zwischenwellenformausgang 224.
Während des Betriebs akzeptiert der Bandbreitenumschalter 200 Basisbanddaten vom Router 204 (z. B. einem ATM-Zellenrouter) und erzeugt eine Wellenform, die unter Verwendung der Wellenformverarbeitungskette übertragen werden soll. Die Wellenformverarbeitung beginnt mit dem direkten Wandeln von Basisband-I- und Q-Daten in eine Zwischenfrequenz von beispielsweise 750 MHz. Die Wellenformverarbeitung wählt dann F1 (z. B. 3,175 MHz) oder F2 (z. B. 3,425 MHz) und F3 (z. B. 16 GHz) oder F4 (z. B. 17,4 GHz) aus, um eine Wellenform zu erzeugen, die mit einer endgültigen Mittenfrequenz von 18,425 GHz, 18,675 GHz, 19,825 GHz oder 20,075 GHz übertragen werden soll. Die Ablaufsteuerung 202 überwacht die Ausbreitung von Daten durch die Wellenformverarbeitungskette und bestimmt die Farbe der zu übertragenden Wellenform. Zu diesem Zweck stellt die Ablaufsteuerung 202 die Farbauswahlausgabe 216 bereit, die beispielsweise die Frequenz, die Polarisation und den Sprungort für die zu übertragende Wellenform angibt.
Der TWTA 210 verstärkt die zu übertragende Wellenform, während der Umschalter 110 bestimmt, entlang welchen Speisungspfads 112–114 (oder zusätzlichen Speisungspfaden) sich die verstärkte Wellenform ausbreiten wird. Zu diesem Zweck umfasst der Umschalter 110 den Speisungspfadauswahleingang 222, der auf Information auf dem Farbauswahlausgang 216 (z. B. einem Sprungauswahlsignal) reagiert. Weil die Speisungspfade 112–114 allgemein (wenn auch nicht notwendigerweise) Speisungshornstrahlern zugeordnet sind, welche Punktstrahlen in unterschiedlichen Sprungorten erzeugen, reagiert das Sprungauswahlsignal, um den Sprungort der zu übertragenden Wellenform zu bestimmen. Die nachfolgenden Sprungorte werden als Gerade oder Ungerade bezeichnet, sind aber nicht auf gerade oder ungerade Rahmen beschränkt. Stattdessen bezeichnen Gerade und Ungerade allgemein sich gegenseitig ausschließende Zeitabschnitte.
Zusätzlich kann jeder der Speisungspfade 112–114 gekennzeichnet sein durch einen Polarisationseffekt auf der Wellenform, die sich entlang des Speisungspfades ausbreitet. Somit kann die Farbauswahlausgabe 216 auch die Polarisationsfarbkomponente der zu übertragenden Wellenform bestimmen. Optional können jedoch getrennte Speisungspfade für eine jedwede Anzahl von gewünschten Kombinationen von Polarisation und Sprungort bereitgestellt werden. Die übertragene Wellenform manifestiert sich als ein Punktstrahl, welcher typischerweise eine Abwärtsverbindungsbandbreite für eine erdgebundene Zelle bereitstellt.
Der Bandbreitenumschalter 200 kann an Bord eines ersten Satelliten betrieben werden, welcher ein zelluläres Empfangsgebiet unterstützt, und zwar unter Verwendung eines Satzes von Punktstrahlen. Die Ablaufsteuerung 202 stellt sicher, dass die zu übertragenden Wellenformen die geeigneten Strahlfarben aufweisen, um eine Co-Kanal-, Nachbarkanal- und Kreuzpolarisation für das zelluläre Empfangsgebiet und die acht möglichen Strahlfarben zu minimieren. Wenn jedoch beispielsweise ein zweiter, nachfolgend gestarteter Satellit anfängt, eine Bandbreitenunterstützung für dasselbe zelluläre Empfangsgebiet bereitzustellen, erlaubt der Bandbreitenumschalter 200 es dem ersten Satelliten, seine Strahlfarben abzuändern, um den zweiten Satelliten aufzunehmen. Mit anderen Worten erlaubt der Bandbreitenumschalter 200 es der ersten und zweiten Zuweisung von Punktstrahlen auf das Empfangsgebiet, auf eine minimal interferierende Weise nebeneinander zu bestehen. Das sich daraus ergebende Strahlenabdeckungsmuster kann dann anfangs minimal interferierend für einen einzelnen Satelliten sein und später neu konfiguriert werden, um minimal interferierend zu sein bezüglich eines bestimmten Typs von Interferenz oder Interferenzen für zusätzliche Satelliten, welche eine Bandbreite für dasselbe Empfangsgebiet bereitstellen.
Nun zu 3 kommend, zeigt diese Figur ein Strahlenabdeckungsmuster 300, welches Sprungstrahlen verwendet. Das Empfangsgebiet ist allgemein in Zellen aufgeteilt, wie in idealisierter Form beispielsweise mittels der sechseckigen Zellen 302 und 304 gezeigt. Jeder der Zellen ist auch mit einer Strahlfarbe markiert. Zum Beispiel stellt ein Strahl der Farbe 1OL eine Bandbreite für die Zeile 302 bereit, während ein Strahl der Farbe 2EL eine Bandbreite für die Zelle 304 bereitstellt.
Das Abdeckungsmuster 300 ist dadurch gekennzeichnet, dass für sich gegenseitig ausschließende Sprungorte nur sechs Co-Kanalinterferierer („co-channel interferers"; CCI) (die von einem Strahl der gleichen Farbe verursacht werden), keine Nachbarkanalinterferierer („adjacent channel interferers"; ACI) (die von einem sich nur in einer Farbkomponente unterscheidenden Strahl verursacht werden) und keine Kreuzpolarisationinterferierer („cross polarization interterers"; XPI) (die von einem sich nur in der Polarisation unterscheidenden Strahl verursacht werden) für jegliche vorgegebene Zelle existieren. Mit anderen Worten sind, wenn man Zelle 306 (Farbe 1ER) als Beispiel nimmt, Zellen 308, 310, 312, 314, 316 und 318 die CCIs.
Es ist anzumerken, dass Zelle 320 keine CCI bereitstellt, weil sie eine ungerade Farbkomponente aufweist und nicht zur gleichen Zeit wie die Zelle 306 (Farbe 1ER) mit Punktstrahlenergie versorgt wird (d. h., die Sprungorte schließen sich gegenseitig aus). Das Abdeckungsmuster 300 stellt auch dann eine minimale Interferenz bereit, wenn Sprungorte sich nicht gegenseitig ausschließen. Im sich nicht gegenseitig ausschließenden Fall existieren nur 6 CCIs, 2 ACIs und 2 XPIs. Die ACIs sind Zellen 322 und 324, während die XPIs Zellen 320 und 326 sind. Man beachte, dass nicht alle Farben (z. B. 2OL) in einem Strahlsprungstrahlenabdeckungsmuster verwendet zu werden brauchen.
4 zeigt ebenfalls das Abdeckungsmuster 300. In 4 sind jedoch nur die geraden Sprungorte markiert. Ebenso zeigt 5 das Strahlenabdeckungsmuster 300, wobei nur die ungeraden Sprungorte markiert sind.
Nun zu 6 kommend, ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Routers 600 dargestellt. Der Router 600 umfasst fünfunddreißig einwärts gerichtete Module („inbound modules"; IBMs), von denen drei mit 602, 604, 606 bezeichnet sind. Die IBMs 602–606 sind mit Eingangsanschlüssen eines ATM-Zellenumschalters 608 gekoppelt.
Der ATM-Zellenumschalter 608 weist dreiunddreißig Ausgänge auf, die mit individuellen auswärts gerichteten Modulen („outbound modules"; OBMs) gekoppelt sind, von denen drei mit 610, 612, 614 bezeichnet sind. Paare von Aufwärtsverbindungsdemodulatoren speisen jedes IBM 602–606, während die OBMs 610–614 Abwärtsverbindungsmodulatoren speisen.
Der Router 600 stellt eine Umschaltfunktion für selbstadressierte Pakete bereit. Mit anderen Worten verwendet der Router 600 Adress- oder Zielinformation, welche sich in den aufwärtsgerichteten Daten (z. B. ATM-Zellen) befindet, um die Zellen zu einer bestimmten Datenwarteschlange zu liefern, die einen Abwärtsstrahl speist, welcher für das Ziel oder den nächsten Sprung der Zelle geeignet ist. Somit können die VPI/VCI-Felder in einer ATM-Zelle beispielsweise dazu verwendet werden, die Zelle in eine geeignete Abwärtsverbindungswarteschlange zu leiten. Zellen können jedoch erst verworfen werden, falls sie ihre Header- bzw. Kopfabschnittfehlerüberprüfung nicht bestehen.
Die Ausgabe der IBMs 602–606 umfasst eine Weiterleitungsmarkierung, einen Warteschlangenmarkierung und die (möglicherweise abgeänderte) Zelle selbst. Die Rolle der IBMs 602–606, der Weiterleitungsmarkierung und der Warteschlangenmarkierung werden nachstehend mit Bezug auf 7 genauer beschreiben. Allgemein verwendet der ATM-Zellenumschalter 608 die Bits in der Weiterleitungsmarkierung, um einen Zellenumschaltereingangsanschluss mit einem Zellenumschalterausgangsanschluss zu verbinden. Die Warteschlangenmarkierung, ein Teil der Weiterleitungsmarkierung und die Zelle selbst fließen dann durch den Umschalter zum OBM, welches mit dem ausgewählten Ausgangsanschluss verbunden ist. Wie nachstehend genauer beschrieben, umfasst jedes OBM 610–614 einen Satz von Abwärtsverbindungswarteschlangen, welche Abwärtsstrahlen speisen, die auf vorbestimmte erdgebundene Zellen gerichtet sind. Die Warteschlangenmarkierung bestimmt, in welcher Abwärtsverbindungswarteschlange die Zelle in das OBM eingefügt wird (und kann Zellenpriorität und Abwärtsverbindungskodierungsrate anzeigen). Somit arbeiten die IBMs 602–606, der ATM-Zellenumschalter 608 und die OBMs 610–614 zusammen, um Zellen auf eine selbstadressierte Weise zu einer geeigneten Abwärtsverbindungswarteschlange zu leiten.
7 zeigt eine Implementierung 700 der IBMs 602–606. Insbesondere umfasst die Implementierung 700 eine Nachschlage- oder Weiterleitungstabelle 702 und einen Ausgabepufferspeicher 704. Eine ankommende ATM-Zelle, die allgemein bei 706 angegeben ist, ist so gezeigt, dass sie (unter anderen Feldern) eine Nutzlast 708 und eine VPI/VCI-Adresse 710 umfasst. 7 zeigt auch eine bestimmte Weiterleitungsmarkierung 712, eine Warteschlangenmarkierung 714 und ein optionales Ersatz-VPI/VCI- 716 Feld für die Zelle unter solchen, die in der Weiterleitungstabelle 702 gespeichert sind. Falls die Zelle abgeändert ist (z. B. durch Verändern ihres VPI/VCI), wird das IBM auch die Zellenkopfabschnittsfehlerüberprüfung neu berechnen. Ein bodengestütztes Netzwerksteuerzentrum („Network Control Center"; NCC) kann die Weiterleitungstabelle 702 dynamisch aktualisieren, um das ordentliche Weiterleiten von Zellen vom aktuellen Netzwerkknoten (z. B. dem Satelliten) zum nächsten Netzwerkknoten (z. B. einem bodengestützten Endgerät) sicherzustellen.
Der VPI/VCI 710 der Zelle 706 adressiert die Weiterleitungstabelle 702. Als Antwort stellt die Weiterleitungstabelle 702 die Weiterleitungsmarkierung 712, die Warteschlangenmarkierung 714 und neue VPI/VCI-Adressen 716 (z. B. für den nächsten Sprung, den die Zelle machen wird) bereit. Ein Eintrag NULL in der Weiterleitungstabelle 702 kann anzeigen, dass die Zelle verworfen werden soll. Jegliche Abänderungen der Aufwärtsverbindungszelle führen dazu, dass das IBM eine Fehlerüberprüfung auch für die Aufwärtsverbindungszelle neu berechnet. Diese Information tritt in den Ausgabepufferspeicher 704 ein (der beispielsweise 8191 Zellen lang sein kann). Einmal im Ausgabepufferspeicher 704, wartet die Information auf eine Auswahl durch einen Entscheidungsalgorithmus, bevor sie in den Zellenumschalter 608 eintritt. Als Beispiele kann der Entscheidungsalgorithmus den ältesten Zellen Vorrang geben (z. B. durch Verwenden einer zwei-Bit-Quantisierung des Taktzykluszellenalters), der verbleibenden Kapazität des Ausgabepufferspeichers 704 (z. B. durch Verwenden einer drei-Bit-Quantisierung der Gesamteingabewarteschlangengröße) und Ähnlichem.
Sobald die Zelle erstmal ausgewählt ist, wird ihre Weiterleitungsmarkierung dazu verwendet, die Zelle an einen zugeordneten Ausgangsanschluss des Zellenumschalters 608 zu senden. Insbesondere ist die Weiterleitungsmarkierung 712 vorzugsweise sieben Bit lang. Der ATM-Zellenumschalter 608 verwendet sechs der sieben Bits intern, um einen Eingangsanschluss mit einem Ausgangsanschluss zu verbinden, der durch die sechs Bit bestimmt ist. Für weitere Erweiterbarkeit kann das siebte Bit verwendet werden, um beispielsweise größere Umschalter mit zusätzlichen Ausgangsanschlüssen zu unterstützen.
Nun zu 8 kommend zeigt diese Figur eine Implementierung eines OBM 800. Das OBM 800 umfasst eine OBM-Steuerung 802, die mit einem externen Zellenspeicher 804 gekoppelt ist. Die OBM-Steuerung 802 integriert sich vorzugsweise in eine ASIC-Logik, die eine Umschaltschnittstellensteuerung („switch interface controller"; SIC) 806 und eine Umschaltschnittstellendatenhandhabungseinheit („switch interface data handler"; SID) 808 durchführt. Die SIC 806 ist mit einer Abwärtsverbindungsablaufsteuerungstabelle 810, einem Warteschlangenstatistikspeicher 812, einem Verbindungslistenspeicher 814 und einem Zeigerspeicher 816 gekoppelt. Zusätzlich umfasst das OBM 800 einen ersten Reed-Solomon-Kodierer („Reed-Solomon encoder"; RSE) 818, einen zweiten RSE 820, eine mit einem Verschachtelungsspeicher 824 gekoppelte Schnittstellenelektronik („interface electronics"; IEA) 822 und einen Abwärtsverbindungsrahmenformatierer („downlink frame formatter"; DLF) 826.
Der externe Zellenspeicher 804 ist vorzugsweise in zahlreiche Warteschlangen organisiert. Die Warteschlangen können durch Merkmale wie etwa Sprungort, Priorität und Coderate oder andere Kriterien unterschieden werden. Allgemein kann es für jeden Sprungort eine oder mehrere Coderaten geben, von denen jede eine oder mehrere Prioritätswarteschlangen aufweist. In einer Ausführungsform gibt es 16 Abwärtssprungorte (die als eine Unterklasse bezeichnet werden), wobei der externe Zellenspeicher 804 16 Warteschlangen für eine leichte Kodierung und 16 Warteschlangen für eine starke Kodierung umfasst (d. h., insgesamt 512 Warteschlangen). Jeder der 16 Warteschlangen für eine leichte Kodierung und 16 Warteschlangen für eine starke Kodierung stellt eine vorbestimmte Priorität dar. Eine Warteschlange (z. B. Priorität 15, Unterklasse 15, leichte Kodierung) kann für einen Systemsteuerungsverkehr reserviert sein. Die Warteschlangenmarkierung bestimmt die Unterklasse und die Warteschlange, für welche eine Zelle bestimmt ist. Der externe Zellenspeicher 804 ist vorzugsweise ein Mehrfachanschlussspeicher, den sich Ausgangsanschlüsse des Zellenumschalters 608 teilen. Die Mehrfachanschlussnatur des externen Zellenspeichers 804 liegt in ihrer Rolle als ein gemeinsamer Speicher für mehrfache Sprungorte (d. h., Strahl A und Strahl B, die sich einen einzigen physikalischen Zellenumschalter- 608 Ausgangsanschluss teilen), die von der einzelnen OBM-Steuerung 802 bedient werden.
Der Speicher, der vom externen Zellenspeicher 804 bereitgestellt wird, kann auf mehrere verschiedene Wege auf eine feste oder dynamische Weise zugewiesen sein. Als ein Beispiel kann einer oder mehreren Warteschlangen ein fester Menge Speicherplatz zugewiesen werden, um die erwarteten langfristigen Bedürfnisse der Unterklasse und Priorität, die der Warteschlange zugeordnet sind, zu erfüllen. Der verbleibende Speicher kann dann von den verbleibenden Warteschlangen gemeinsam genutzt werden. Um ein Minimum an Bandbreite für jede Warteschlange zu gewährleisten, kann eine minimale Schwellwertmenge an Speicher für jede Warteschlange reserviert werden. Somit erlaubt der externe Zellenspeicher 804 eine Paarbildung der Zielbandbreitenbedürfnisse für ein bestimmtes Ziel zu einer bestimmten Zeit mit Zuweisungen von Warteschlangenspeicher. Zu diesem Zweck kann das NCC Änderungen in der Weise, in welcher Speicher zugewiesen wird, dynamisch aufwärts zum Satelliten schicken. Die Schwellwerte, die maximale Warteschlangengröße, die minimale Warteschlangengröße und Ähnliches werden im Zeigerspeicher 816 gespeichert.
Die SIC 806 umfasst eine Logik, welche die Aktivitäten der OBM-Steuerung 802 lenkt, einschließlich des Erhaltens von Zellen vom Zellenumschalter 608 durch den SID 808. Wie nachstehend genauer beschrieben, macht die SIC 806 eine Bestimmung bezüglich dessen, ob die Zelle akzeptiert oder abgewiesen werden soll, und zwar unter Verwendung von Parametern für jede Warteschlange, die im Zeigerspeicher 816 gespeichert ist. Falls eine Zelle akzeptiert wird, speichert der SID 808 die Zelle in einer Warteschlange im externen Zellenspeicher 804. Die SIC aktualisiert dann den Verbindungslistenspeicher 814, um aufzeichnen, wo die Zelle im externen Zellenspeicher 804 gespeichert war. Die SIC 806 aktualisiert auch den Warteschlangenstatistikspeicher 812, um die Anzahl von Zellen in jeder Warteschlange im externen Zellenspeicher 804, die Anzahl von für jede Warteschlange akzeptierten oder abgewiesenen Zellen, Spitzenwarteschlangenbelegungen, die Anzahl von Zellen, die zur Übertragung aus jeder Warteschlange herausgezogen wurden, und die Anzahl von Schwellwertfehlerzellen wiederzugeben.
Die SIC 806 und SID 808 bearbeiten ein Wiedergewinnen von Zellen aus dem externen Zellenspeicher 804 in Übereinstimmung mit einem Ablaufplan, der in der Abwärtsverbindungsablauftabelle 810 gespeichert ist. Insbesondere bestimmt die Abwärtsverbindungsablauftabelle für jeden Rahmen Parameter wie etwa Codeauswahl, Leistungsausblendung, Zellenauswahl und Ähnliches.
Die RSEs 818 und 820 wenden einen Reed-Solomon-Blockcode (z. B. einen (236, 2212)-Blockcode) auf Zellen an, die zur Übertragung wiedergewonnen werden. Die IEA 822 verschachtelt, zerwürfelt und faltungskodiert nachfolgend die blockkodierten Zellen. Zu diesem Zweck kann der Faltungscode beispielsweise ein punktierter Faltungcode der Beschränkungslänge 7 und Rate ¾ für leicht kodierte Zellen, und ein punktierter Faltungcode der Beschränkungslänge 7 und Rate 3/8 für stark kodierte Zellen sein. Der DLF 826 bildet dann vorzugsweise einen 2-Nutzlast-Abwärtsverbindungsrahmen für die Abwärtsverbindung, umfassend Overheadinformation (z. B. Synchronisationscodes, Codeidentifizierer, sendefreie Schutzzeit und Ähnliches). Jede Nutzlast kann unabhängig 12 stark kodierte Zellen oder 24 leicht kodierte Zellen tragen.
Wie oben angemerkt, führt die SIC 806 eine Bestimmung bezüglich dessen durch, ob eine vom Zellenumschalter 608 abgefragte Zelle akzeptiert oder abgewiesen werden soll, und zwar unter Verwendung von Parametern für jede Warteschlange, die im Zeigerspeicher 816 gespeichert sind. Nun zu 9 kommend, präsentiert ein Ablaufdiagramm 900 eine Reihe von Bestimmungen, die vom SIC 806 durchgeführt werden, wenn Warteschlangen eine feste Größe aufweisen. In Schritt 902 bestimmt die SIC 806, ob es noch freien Speicher gibt, um die Zelle darin zu speichern. Falls der Freie-Zellen-Zähler („free cell counter"; FCC, d. h., die Gesamtpufferspeichergröße abzüglich der Anzahl der in einer Warteschlange eingereihten Zellen) Null beträgt, wird die Zelle verworfen (Schritt 904). Ansonsten bestimmt die SIC 806, ob die Zelle eine Steuerungszelle ist (Schritt 906). Eine Steuerungszelle kann beispielsweise eine Zelle sein, die Befehls-, Konfigurations-, oder Statusinformation vom NCC zum Satelliten trägt (z. B., um die Weiterleitungstabelle 702 oder die Abwärtsverbindungsablauftabelle zu aktualisieren). Falls die Zelle eine Steuerungszelle ist und falls die zugeordnete Warteschlangentiefe („queue depth"; QD) weniger als ihre maximale Größe (d. h., die All_Thr) beträgt, dann wird die Zelle akzeptiert, ansonsten wird sie verworfen (Schritt 908).
Fortfahrend mit Schritt 910 wird die Zelle dann, falls die Warteschlangentiefe kleiner als oder gleich der minimalen Schwellwertwarteschlangengröße (Min_Thr) ist, akzeptiert (Schritt 912). Schritt 914 überprüft, ob die Warteschlangentiefe größer als die maximal erlaubte Warteschlangentiefe (Max_Thr) ist, und falls ja, wird die Zelle verworfen (Schritt 916). Beginnend bei Schritt 918 kann die SIC 806 die Zelle akzeptieren oder verwerfen, und zwar auf Grundlage des Zellenverlustprioritäts („cell loss priority"; CLP) -Felds, welches man beispielsweise in einer ATM-Zelle findet.
Eine CLP von Null gibt an, dass die Zelle eine hohe Priorität besitzt und nicht während Zeiten hohen Andrangs fallengelassen werden sollte. Eine CLP von eins gibt an, dass die Zelle eine niedrige Priorität besitzt und während Zeiten hohen Andrangs, falls nötig, fallengelassen werden sollte. Falls in Schritt 918 die Zelle eine niedrige Priorität besitzt, und die Warteschlangentiefe größer als der Zellenverlustprioritätsschwellwert (CLP_Thr) ist, wird dann die Zelle verworfen (Schritt 920). Falls (Schritt 922) die Warteschlangentiefe größer als All_Thr ist, wird dann die Zelle verworfen (Schritt 924). Ansonsten wird die Zelle akzeptiert (Schritt 926).
Wenn Warteschlangen Speicher dynamisch zugewiesen wird, folgt die SIC 806 den in 10 angegebenen Schritten, um zu bestimmen, ob eine Zelle akzeptiert werden soll. Insbesondere bestimmt die SIC 806 in Schritt 1002, ob es noch freien Speicher gibt, der verfügbar ist um, die Zelle zu speichern. Falls der Freie-Zellen-Zähler („free cell counter"; FCC) Null beträgt, wird die Zelle verworfen (Schritt 1004). Ansonsten bestimmt die SIC 806, ob die Zelle eine Steuerungszelle ist (Schritt 1006). Falls ja, dann wird die Zelle, falls die Warteschlangentiefe („queue depth"; QD) kleiner als All_Thr ist, akzeptiert, ansonsten verworfen (Schritt 1008).
Mit Schritt 1010 fortfahrend, wird dann, falls die Warteschlangentiefe kleiner als oder gleich der minimalen Schwellwertwarteschlangengröße (Min_Thr) ist, die Zelle akzeptiert (Schritt 1012). Schritt 1014 überprüft, ob die Warteschlangentiefe größer als die maximal erlaubte Warteschlangengröße (Max_Thr), ist und falls ja, wird die Zelle verworfen (Schritt 1016). In Schritt 1018 kann die SIC 806 die Zelle akzeptieren oder verwerfen, und zwar auf Grundlage des CLP. Falls die Zelle eine niedrige Priorität besitzt und die Menge an freiern Speicher kleiner als oder gleich dem Zellenverlustprioritätsschwellwert (CLP_Thr) ist, wird dann die Zelle verworfen (Schritt 1020). Falls (Schritt 1022) die Menge an freiem Speicher kleiner als All-Thr ist, wird dann die Zelle verworfen (Schritt 1024). Ansonsten wird die Zelle akzeptiert (Schritt 1026).
Der Zeigerspeicher 816 speichert die oben angeführten Schwellwerte, welche die All_Thr, Min_Thr, Max_Thr, CLP_Thr und den FCC für jede Warteschlange umfassen.
Nun wieder zum externen Zellenspeicher 804 zurückkehrend, erlaubt seine gemeinsame Natur es einer Warteschlange, in der Größe zu wachsen, um Verkehrsbursts zu verarbeiten. Zusätzlich erlauben dynamische Pufferspeicher es dem NCC, Verbindungen zu akzeptieren, wann immer gemeinsamer Speicher verfügbar ist, um es einer Warteschlange zu erlauben, zu wachsen. Andererseits muss ein Pufferspeicher mit fester Teilung überprüft werden, um zu bestimmen, ob er noch Platz für Zellen hat, die durch die neue Verbindung erzeugt wurden. Bandbreite, die nur auf einem anderen Prioritätsniveau verfügbar ist, verweigert nichtsdestotrotz die Verbindung. Der Ansatz des gemeinsamen Speichers jedoch erlaubt es der geeigneten Prioritätsniveauwarteschlange, in der Größe zu wachsen, um die Verbindung zu verarbeiten. Netzwerk- und Warteschlangenmanagementfunktionen neigen deshalb dazu, weniger komplex und effizienter zu sein.
Es wird auch angemerkt, dass der externe Zellenspeicher 804 auch eine Warteschlange umfassen kann, welche für Steuerungszellen bestimmt ist. Die Abwärtsver bindungsablauftabelle bedient die Steuerungszellen, indem sie sie in einen Steuerpufferspeicher einbringt (im Gegensatz zum Vorbereiten der Steuerungszellen zur Übertragung in einem Abwärtsverbindungsrahmen), der beispielsweise 32 oder 64 Zellen groß ist. Ein oder mehrere Steuerelemente können dann auf den Steuerungspufferspeicher zugreifen, Befehle in der Zelle dekodieren und diese Befehle ausführen. Als ein Beispiel kann eine Steuerungszelle ein einwärts gerichtetes Modul so lenken, dass es Einträge in der Weiterleitungstabelle 702 ersetzt.
11 fasst ein Verfahren 1100 zum Weiterleiten von Daten durch einen Satelliten zu einem ausgewählten Abwärtssprungort zusammen. In Schritt 1102 schlägt der Satellit eine Sprungortzielwarteschlange nach, und zwar unter Verwendung einer Adresse, die in den aufwärtsgerichteten Daten getragen wird. Als Nächstes schaltet der Satellit in Schritt 1104 die aufwärtsgerichteten Daten durch einen Umschalter und speichert (Schritt 1106) die Daten in der geeigneten Warteschlange.
Beim Bilden von Rahmen zur Übertragung, ruft der Satellit in Schritt 1108 zuerst Daten aus der Warteschlange ab, um die Abwärtsverbindungswellenform zu bilden. Der Satellit wählt dann einen Speisungspfad für die Wellenform gemäß seinem Zielsprungort aus (Schritt 1110). Die Wellenform wird übertragen (Schritt 1112), vorzugsweise unter Verwendung einer Mehrfachstrahlarrayantenne mit Speisungselementen, die den Sprungorten zugewiesen sind.
Wie oben angemerkt, kann der Abwärtsstrahl auf mehrere Arten leistungsausgeblendet werden, um Leistung zu sparen oder um andere Ziele zu erreichen. Nun zu 12 kommend, zeigt diese Figur eine Implementierung 1200 des Modulators 206, welcher ein Leistungsausblenden unterstützt. Inphase-Daten werden an das Inphase-Gate 1202 geliefert, während Quadraturdaten an das Quadraturgate 1204 geliefert werden. Wie gezeigt, sind die Inphase- und Quadraturgates 1202, 1204 D-Flipflops mit Rücksetzeingängen. Die Inphase- und Quadraturgates 1202, 1204 speisen einen Digitalmodulatorkern 1206, der eine modulierte Wellenform an einer Modulatorausgabe 1208 erzeugt. Ein Lokaloszillator („local oscillator"; LO) -Signal (vorzugsweise 750 MHz) stellt ein Zwischenfrequenzträgersignal bereit. Der Verstärker 1210 verstärkt die modulierte Wellenform, wonach sie mittels des Bandpassfilters 1212 gefiltert wird. Der Bandpassfilter weist vorzugsweise ein Durchlassband mit einer Mittenfrequenz von 750 MHz auf, beispielsweise eines von 625 bis 875 MHz.
Ein Datentaktgeber 1214, welcher vorzugsweise mit 196,7 MHz läuft, betreibt die Inphase- und Quadraturgates 1202, 1204. Man beachte, dass ein Leistungsausblen dungseingang 1216 mit den Inphase- und Quadraturgates 1202, 1204 sowie mit dem Ausblendungssteuereingang 1218 des Digitalmodulatorkerns 1206 verbunden ist. Wenn ein aktives Leistungsausblendungssignal auf dem Leistungsausblendungseingang 1216 vorhanden ist, werden die Ausgänge der Inphase- und Quadraturgates 1202, 1204 in einem bekannten Zustand gehalten (z. B. beide null). Ferner gibt der Digitalmodulatorkern 1206 ein Signal aus mit einem Frequenzinhalt außerhalb des Durchlassbands des Bandpassfilters 1212.
Zum Beispiel kann der Digitalmodulatorkern 1206 ein Gleichstromsignal als Antwort auf das aktive Leistungsausblendungssignal ausgeben. Als ein Ergebnis beseitigt der Bandpassfilter das Gleichstromsignal. Das führt zu einem leistungsausgeblendeten Signal.
Zu 2 zurückkehrend gibt der Aufwärtswandler 208 (z. B. ein 20-GHz-Mischer) normalerweise ein vollständig aufwärtsgewandeltes Signal zur Verstärkung und Übertragung aus. Jedoch bewirkt die Abwesenheit von Energie im leistungsausgeblendeten Signal, dass der Aufwärtswandler im Wesentlichen kein Signal an seinem Ausgang während des Leistungsausblendens erzeugt. Als ein Ergebnis verbraucht der TWTA 210 keine Verstärkungsenergie, und im Wesentlichen ist keine Abwärtsverbindungsenergie im Abwärtsstrahl vorhanden, während das Leistungsausblendungssignal aktiv ist. Mit anderen Worten wird der Gleichstromleistungsverbrauch des TWTA 210 verringert mittels im Wesentlichen Beseitigen von Strahlungsleistung.
Nun zu 13 kommend, stellt diese Figur ein Taktdiagramm 1300 dar, welches ein Mehrfachnutzlastrahmensignal 1302 und Leistungsausblendungssignale 1304, 1306, 1308, 1310, 1312, 1314, 1316 (von denen angenommen wird, dass sie aktiv sind, wenn sie auf „hoch" liegen) zeigt. Als ein Beispiel kann das Rahmensignal 1302 ein erstes Kopfabschnittssignal 1318 mit 368 Symbolen, ein erstes Nutzlastsignal 1320 mit 7552 Symbolen, ein erstes Flushsignal 1322 mit 16 Symbolen, ein zweites Kopfabschnittssignal 1324 mit 96 Symbolen, ein zweites Nutzlastsignal 1326 mit 7552 Symbolen und ein zweites Flushsignal 1328 mit 16 Symbolen umfassen. Allgemein jedoch kann das Rahmensignal 1302 N Kopfabschnitte und N Nutzlasten umfassen, die unabhängig einem Leistungsausblenden unterliegen.
Das Leistungsausblendungssignal 1304 wird nie während des Rahmensignals 1302 aktiv. Somit werden keine der Rahmensignale 1318–1328 leistungsausgeblendet. Als ein Ergebnis werden sowohl die ersten als auch die zweiten Kopfabschnittssignale 1318, 1324 und sowohl die ersten als auch die zweiten Nutzlastsignale 1320, 1326 zur Erde geliefert. Im Gegensatz dazu ist anzumerken, dass das Leistungsausblendungssignal 1316 über das gesamte Rahmensignal 1302 hinweg aktiv ist. Somit wird während der Zeit, in welcher das Rahmensignal 1302 übertragen werden würde, im Wesentlichen keine Energie im Abwärtsstrahl bereitgestellt.
Andererseits wird das Leistungsausblendungssignal 1306 während des zweiten Nutzlastsignals 1326 und des zweiten Flushsignals 1328 aktiv. Somit trägt das Rahmensignal 1302 weiterhin wichtige Overheadinformation in den ersten und zweiten Kopfabschnittssignalen 1318, 1324. Die Overheadinformation kann beispielsweise Synchronisationsbits, Strahlsprungortidentifizierer, Rahmenkodierungsidentifizierer, Rahmenszahlen und Ähnliches umfassen.
Die Overheadinformation kann ferner Leistungsausblendungsbitmuster umfassen, welche einem Bodenempfänger anzeigen, welche Rahmensignale leistungsausgeblendet sind. Als ein Beispiel kann das erste Kopfabschnittssignal 1318 oder das zweite Kopfabschnittssignal 1324 ein Rahmentypfeld umfassen, welches Wiederholungen des Bitmusters 10100101 trägt, um ein Leistungsausblenden des ersten Nutzlastsignals 1320 oder des zweiten Nutzlastsignals 1326 anzuzeigen, oder welches Wiederholungen des Bitmusters 11110000 trägt, um ein Leistungsausblenden des gesamten Rahmensignals 1302 anzuzeigen. Insbesondere können Bitmuster zugewiesen werden, um jegliche Kombination aus Kopfabschnitts-, Nutzlast- und Flushsignalleistungsausblendung zu identifizieren. Man beachte auch, dass ein Bodenempfänger als Antwort auf die Bitmuster seine eigenen Empfänger deaktivieren kann, um während der leistungsausgeblendeten Abschnitte des Rahmensignals Leistung zu sparen.
Immer noch bezüglich 13, führt das Leistungsausblendungssignal 1310 zu einem Leistungsausblenden der ersten und zweiten Nutzlast- und Flushsignale 1320, 1322, 1326, 1328. Ebenso führt das Leistungsausblendungssignal 1312 zu einem Leistungsausblenden des ersten Nutzlastsignals 1320 und des ersten Flushsignals 1322.
Da das Mehrfachnutzlastrahmensignal 1302 mehrfache Kopfabschnitte umfasst, von denen vorzugsweise jeder Synchronisationsinformation trägt, sind zusätzliche Leistungsausblendungsoptionen verfügbar. Somit blendet das Leistungsausblendungssignal 1302 beispielsweise die Leistung des zweiten Kopfabschnittssignals 1324, des zweiten Nutzlastsignals 1326 und des zweiten Flushsignals 1328 aus. Nichtsdestotrotz wird eine Synchronisation durch das erste Kopfabschnittssignal 1318 bereitge stellt. Ebenso blendet das Leistungsausblendungssignal 1314 die Leistung aller Rahmensignale außer dem ersten Kopfabschnittssignal 1318 aus.
Die Ablaufsteuerung 202 kann eine Logik, um das Leistungsausblendungssignal während vieler Szenarien auszuüben, umfassen. Beispielsweise kann die Ablaufsteuerung 202, wenn der Satellit sich in die Eklipse bewegt und weniger Leistung verfügbar ist, jeden N-ten vollständigen Rahmen, jede andere Nutzlast oder jegliche Kombination von Rahmensignalen leistungsausblenden, um eine gewünschte Leistungsverringerung zu erreichen. Als ein anderes Beispiel kann die Ablaufsteuerung 202 das Leistungsausblendungssignal aktivieren als Antwort auf eine statistische Multiplexabschätzung einer Abwärtsstrahlauslastung. Falls beispielsweise der Abwärtsstrahl während einer bestimmten Zeitdauer zu geschätzten 90% ausgelastet ist, dann kann die Ablaufsteuerung 202 1–10% der Rahmen oder Nutzlasten leistungsausblenden. Solche Abschätzungen können zum Satelliten aufwärts gesandt werden oder an Bord erzeugt werden.
Als ein anderes Beispiel kann die Ablaufsteuerung 202 bestimmen, wann ein Leistungsausblenden aktiviert werden soll, und zwar auf Grundlage des aktuellen erdegebundenen Zellensprungorts des Abwärtsstrahls. Somit kann die Ablaufsteuerung 202 das zweite Nutzlastsignal 1326 leistungsausblenden, falls die Bandbreitenanforderungen der aktuellen erdgebundenen Zelle allein durch das erste Nutzlastsignal 1320 erfüllt werden. Als noch ein weiteres Beispiel kann die Ablaufsteuerung 202 auf Grundlage von Datenwarteschlangen, die im Router 204 vorhanden sind, leistungsausblenden. Beispielsweise kann eine Datenwarteschlange, von welcher ATM-Datenzellen extrahiert werden, um das zweite Nutzlastsignal 1326 zu füllen, gleichbleibend zu wenige Zellen aufweisen, um das zweite Nutzlastsignal vollständig zu füllen. Als Antwort kann die Ablaufsteuerung 202 das zweite Nutzlastsignal 1326 periodisch leistungsausblenden, um die Datenwarteschlange im Durchschnitt ungefähr auf dem vorausgewählten Belegungsniveau zu halten.
Noch ein weiteres Beispiel von Bedingungen, die ein Leistungsausblenden bedingen, umfasst ein Fehlen von Zellen in den Datenwarteschlangen. Falls es beispielsweise keine Zellen in den Datenwarteschlangen gibt, welche einen Abwärtsstrahl speisen, dann kann der Abwärtsverbindungsrahmen leistungsausgeblendet werden, bis Zellen verfügbar sind. Zusätzlich kann, wenn zu wenige Zellen verfügbar sind, um die erste Nutzlast zu füllen, die erste Nutzlast leistungsausgeblendet werden. Ebenso kann, wenn zu wenige Zellen verfügbar sind, um die zweite Nutzlast zu füllen, die zweite Nutzlast leistungsausgeblendet werden. Alternativ kann der gesamte Rahmen leis tungsausgeblendet werden, bis genug Zellen verfügbar sind, um beide Nutzlasten eines Rahmens zu füllen. Zu diesem Zweck können Leistungsausblendungsschwellwerte, die vom NCC festgesetzt werden, zum Satelliten aufwärts gesandt werden. Die Leistungsausblendungsschwellwerte geben an, wie viele Zellen für jede Nutzlast, oder den Rahmen im Allgemeinen, verfügbar sein müssen, bevor die Nutzlast ohne Leistungsausblenden übertragen wird. Der verbleibende Raum in der Nutzlast kann dann beispielsweise mit NULL Zellen oder anderen Platzhalterdaten gefüllt werden.
Nun zu 14 kommend, zeigt diese Figur ein Ablaufdiagramm 1400 der Betriebsschritte, die vor und nach einem Leistungsausblenden stattfinden. Die Betriebsschritte umfassen das Springen eines Abwärtsstrahls zwischen zumindest zwei erdgebundenen Zellen (Schritt 1402). In Schritt 1404 werden Warteschlangentiefen überwacht, und statistische Multiplexabschätzungen der Abwärtsverbindungsauslastung werden erlangt. In Schritt 1406 wird ein Leistungsausblenden aktiviert, und zwar beispielsweise auf Grundlage von Strahlsprungorten, Leistungssparzielen, Warteschlangentiefen, der Anzahl von in den Warteschlangen verfügbaren Zellen und Ähnlichem, wie oben genau besprochen.
Mit Schritt 1408 fortfahrend werden ein oder mehrere Kopfabschnittssignale, Nutzlastsignale und Flushsignale leistungsausgeblendet. Somit wird in Schritt 1410 ein Rahmensignal übertragen, in welchem zumindest ein Kopfabschnittssignal, Nutzlastsignal und/oder Flushsignal im Wesentlichen keine Energie im Abwärtsstrahl aufweist.
15 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Abwärtsverbindungsrahmensignals 1500, welches für ein Leistungsausblenden geeignet ist, wie oben besprochen. Das Rahmensignal 1500 umfasst ein erstes Kopfabschnittsfeld 1502, gefolgt von einem ersten Nutzlastfeld 1504 und einem ersten Flushfeld 1506. Zusätzlich umfasst das Rahmensignal 1500 eine zweites Kopfabschnittsfeld 1508, gefolgt von einem zweiten Nutzlastfeld 1510 und einem weiteren Flushfeld 1512. Das erste Kopfabschnittsfeld 1502, das erste Nutzlastfeld 1504, das erste Flushfeld 1506, das zweite Kopfabschnittsfeld 1508, das zweite Nutzlastfeld 1510 und das zweite Flushfeld 1512 sind alle in dem einzelnen Rahmen 1500 eingeschlossen.
Fortfahrend mit Bezug auf 15 besteht das erste Kopfabschnittsfeld 1502 aus mehreren Unterfeldern. Insbesondere umfasst das erste Kopfabschnittsfeld 1502 ein Sprungstrahlschutzband 1514, ein erstes Nutzlast-Pseudozufallsrauschen („pseudorandom noise"; PN) -Synchronisationsfeld 1516 und ein Ersatzfeld 1518. Das erste Kopfabschnittsfeld 1502 umfasst auch ein erstes Rahmentypfeld 1520, ein Masterrahmenzahlfeld 1522 und ein Unterrahmenzahlfeld 1524.
Der zweite Kopfabschnittsabschnitt umfasst einen kleineren Satz von Unterfeldern, und zwar das zweite PN-Synchronisationsfeld 1526 und das zweite Rahmentypfeld 1528.
Tabelle 1 zeigt nachstehend die bevorzugte Länge und Modulation jedes Felds. Symbole werden vorzugsweise mit 196,7 Megasymbolen pro Sekunde übertragen.
Das Sprungstrahlschutzband 1514 stellt in der bevorzugten Ausführungsform ungefähr 580 ns sendefreie Schutzzeit bereit. Allgemein wird jedoch die Länge des Sprungstrahlschutzbands 1514 ausgewählt, um eine erwartete Leistungsumschaltungsabwärtsverbindungsstrahlsprungverzögerung einzuschließen. Die Abwärtsstrahlsprungverzögerung stellt eine Worst-Case-Abschätzung der Menge an Zeit dar, die der Satellit benötigt, um einen Abwärtsstrahl neu auf ein anderes geographisches Gebiet zu richten (d. h., den Strahl „springen" zu lassen).
Das erste PN-Synchronisationsfeld 1516 und das zweites PN-Synchronisationsfeld stellen Synchronisationsbits für bodengestützte Endgeräte bereit. Wie nachstehend noch genauer erklärt, wird ein einzelner PN-Synchronisationssequenzgenerator verwendet, um eine identische PN-Sequenz für die beiden PN-Synchronisationsfelder 1516, 1526 bereitzustellen. Das Unterrahmenzahlfeld 1524 zählt individuelle Rahmen, während sie übertragen werden. Vorzugsweise umfasst das Unterrahmenzahlfeld 1524 eine 16-Bit-Abwärtsverbindungsrahmenzahl, an die 8 Nullen angehängt sind und die mit einem relativ starken (z. B. mit Rate 3/8) Code faltungskodiert ist. Das Masterrahmenzahlfeld 1522 wächst beim Start jedes Masterrahmens (z. B. alle 9328 Rahmen). Die Masterrahmenzahl revolviert sich, nachdem sie ihren maximalen Wert (0xFFFFFFFF) erreicht hat, obwohl sie jederzeit zurückgesetzt oder vorprogrammiert werden kann.
Das Ersatzfeld 1518 kann gezogen werden, um nachfolgende Verbesserungen am Rahmen 1500 bereitzustellen (z. B. zusätzliche Synchronisationsbits). Vorzugsweise sind das Ersatzfeld 1518, das Sprungstrahlschutzband 1514 und das erste PN-Synchronisationsfeld 1516 mit PN-Bits gefüllt, welche mittels eines unten besprochenen PN-Synchronisationssequenzgenerators erzeugt werden.
Das erste Rahmentypfeld 1520 gibt allgemein Merkmale des ersten Nutzlastfelds 1504 an, während das zweite Rahmentypfeld 1528 allgemein Merkmale des zweiten Nutzlastfelds 1510 angibt. Einige Beispiele von Codes für die ersten und zweiten Rahmentypfelder 1520, 1528 sind nachstehend in Tabelle 2 gezeigt,
wo die kodierten Werte sich aus der Anwendung eines (8, 4) Reed-Muller-Blockcodes ergeben können.
Obwohl sich die Leichtkodierungs-, Starkkodierungs- und Leistungsausblendungsoptionen auf eine Nutzlast selbst beziehen, zeigt die Rahmenausblendungsoption ein Leistungsausblenden eines ganzen Rahmens (d. h., aller 15600 Symbole) an. Jeder kodierte Wert wird vorzugsweise viermal im Rahmentypfeld wiederholt. Beispielsweise zeigt ein Rahmentyp von 00111100 00111100 00111100 00111100 im ersten Rahmentypfeld 1520 an, dass das erste Nutzlastfeld 1504 leicht kodiert ist. Als ein anderes Beispiel zeigt ein Rahmentyp von 11110000 11110000 11110000 11110000 im zweiten Rahmentypfeld 1528 an, dass das zweite Nutzlastfeld 1510 leistungsausgeblendet werden wird. Wenn ein Rahmen- oder Nutzlastfeld leistungsausgeblendet wird, wird nur ein kleiner Bruchteil der gewöhnlichen Ausgabeleistung im Abwärtsstrahl während des gesamten Rahmens oder während der identifizierten Nutzlasten) erzeugt werden.
Mit Bezug auf das starke Kodieren und das leichte Kodieren, kann beispielsweise eine leicht kodierte Nutzlast eine punktierte Faltungskodierung mit Rate von ¾ und Beschränkungslänge 7 von 1416 Reed-Solomon-blockkodierten Bytes anzeigen. Eine stark kodierte Nutzlast kann eine Rate von 3/8, eine eingeschränkte Länge 7, eine Loch-Faltungskodierung von 708 Reed-Solomon-blockkodierten Bytes angeben. Somit bleiben die ersten und zweiten Nutzlastfelder unter beiden Kodierungsraten gleich groß (7552 Symbole).
Die ersten und zweiten Nutzlastfelder 1504, 1510 tragen die abrechenbaren Daten zu den bodengestützten Endgeräten. Die ersten und zweiten Nutzlastfelder 1504, 1510 sind typischerweise verkettet kodiert, und zwar unter Verwendung eines inneren Faltungscodes. Die ersten und zweiten Flushfelder 1506, 1512 werden für die Faltungsdekodierer für bodengestützte Endgeräte bereitgestellt, und zwar als eine bequeme Art, um ihren Zustand in Vorbereitung für die nächste Nutzlast zurückzusetzen.
Das Rahmensignal 1500 liefert mehrfache Nutzlasten (zwei Nutzlasten in der bevorzugten Ausführungsform) in einem einzelnen Rahmen. Obwohl sowohl ein erstes Kopfabschnittsfeld 1502 als auch ein zweites Kopfabschnittsfeld 1508 bereitgestellt werden, ist das zweite Kopfabschnittsfeld 1508 kleiner als das erste Kopfabschnittsfeld 1502. Insbesondere wiederholt das zweite Kopfabschnittsfeld nicht das Sprungstrahlschutzband 1514 (da sich der (die) Empfänger für die ersten und zweiten Nutzlastfelder 1504, 1510 im selben Strahlpunkt für den aktuellen Sprungort befindet (n)), das Ersatzfeld 1518, die Masterrahmenzahl 1522 und die Unterrahmenzahl 1524 (da nur eine Zahl für den einzelnen Mehrfachnutzlastrahmen benötigt wird).
Als ein Ergebnis liefert der Rahmen 1500 zwei Nutzlasten in einem einzelnen Rahmen mit weniger Overhead, als durch ein Übertragen von zwei einzelnen Nutzlastrahmen entstehen würde. Der Durchsatz ist deshalb höher. Der in 1 gezeigte bestimmte Rahmen 1500 kann auf einen einzelnen N-Nutzlast-N-Kopfabschnittsrahmen verallgemeinert werden, und zwar unter der allgemeinen Bedingung, dass die Summe des Overhead, welcher durch die N Kopfabschnitte verursacht wird, keiner ist, als die Summe des Overheads, welcher durch die N individuellen einzelnen Nutzlastrahmen verursacht wird.
Somit stellt die vorliegende Erfindung ein strahlspringendes selbstadressiertes paketvermitteltes Kommunikationssystem mit Leistungsausblenden bereit. Insbesondere verringert das Kommunikationssystem einen Leistungsverbrauch durch Leistungsausblendungsabwärtsstrahlrahmen in verschiedenen Situationen. Als Beispiele kann das Kommunikationssystem leistungsausblenden, wenn es keine Daten gibt, die im Abwärtsstrahl gesendet werden können, wo es nicht genug Daten gibt, um eine vollständige Nutzlast zu bilden, oder wenn es nicht genug Daten gibt, um einen vollständigen Rahmen zu bilden. Als zusätzliche Beispiele kann das Kommunikationssystem leistungsausblenden, um eine gewünschte durchschnittliche Warteschlangetiefe zu erreichen, oder gemäß einer statistischen Multiplexabschätzung der Abwärtsverbindungsauslastung.
Während die Erfindung bezüglich einer bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedenen Änderungen durchgeführt werden können und Äquivalente ersetzt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich könne viele Abänderungen vorgenommen werden, um einen bestimmten Schritt, Struktur oder Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Umfang anzuweichen. Deshalb ist es vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte offenbarte Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen, die in den Umfang der angehängten Ansprüche fallen, umfassen soll.

Claims

Verarbeitungssystem (100) für einen Kommunikationssatellit zur Verarbeitung von Abwärtsstrahl-Rahmensignalen, umfassend: eine Paketkoppeleinrichtung (608), welche selbstadressierte Aufwärtsdaten zu einem Speicher (804) leitet, wobei der Speicher (804) zumindest einen ersten sowie einen zweiten Abwärtsstrahl-Sprungort-Speicherbereich enthält, einen Leistungsverstärker (108) zur Verstärkung einer teilweise auf den Aufwärtsdaten basierenden Wellenform zur Übertragung sowie eine Leistungsaustastschaltung (1200), welche mit dem Leistungsverstärker (108) gekoppelt ist und einen Leistungsaustasteingang (1216) aufweist, welcher auf ein Leistungsaustastsignal anspricht, um HF-Energie aus wenigstens einem Teil der Wellenform zu entfernen und hierdurch die Gleichleistungsaufnahme des Leistungsverstärkers (108) zu senken.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei das Leistungsaustastsignal die fehlende Verfügbarkeit von Aufwärtsdaten im Speicher (804) anzeigt.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 2, wobei die fehlende Verfügbarkeit von Aufwärtsdaten zu wenige Aufwärtsdaten für das Füllen eines Nutzinformationsfelds der Wellenform beinhaltet.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 2, wobei die fehlende Verfügbarkeit von Aufwärtsdaten das Fehlen von Aufwärtsdaten im Speicher (804) beinhaltet.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 2, wobei das Leistungsaustastsignal eine statistische Multiplexabschätzung der Auslastung der Abwärtsstrecke repräsentiert.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 2, wobei das Leistungsaustastsignal eine gewünschte durchschnittliche Länge einer im Speicher (804) gebildeten Warteschlange für einen ersten Sprungort angibt.
Verfahren zur Verarbeitung eines Abwärtsstrahl-Rahmensignals, wobei das Verfahren umfasst: Schalten selbstadressierter Aufwärtsdaten auf einen ersten oder/und einen zweiten Abwärtssprungort-Speicherbereich in einem Speicher (804), Verstärken eines teilweise auf den Aufwärtsdaten basierenden Rahmensignals zur Übertragung, und Austasten der Leistung wenigstens eines Teils des Rahmensignals in Antwort auf ein Leistungsaustastsignal vor der Übertragung.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Leistungsaustasten ein Leistungsaustasten zumindest eines Nutzinformationsteils des Rahmensignals in Antwort darauf umfasst, dass zu wenige Aufwärtsdaten im Speicher (804) vorhanden sind, um den Nutzinformationsteil des Rahmensignals vollständig zu füllen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Leistungsaustasten ein Leistungsaustasten zumindest eines Nutzinformationsteils des Rahmensignals in Antwort darauf umfasst, dass in dem Speicher (804) zu wenige Aufwärtsdaten vorhanden sind, um den Nutzinformationsteil des Rahmensignals über eine vorbestimmte Schwefle hinaus zu füllen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Leistungsaustasten ein Leistungsaustasten zumindest eines Nutzinformationsteils des Rahmensignals in Antwort darauf umfasst, dass zu wenige Daten in dem Speicher (804) vorhanden sind, um wenigstens zwei Nutzinformationsfelder des Rahmensignals vollständig zu füllen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Leistungsaustasten ein Leistungsaustasten zumindest eines Nutzinformationsteils des Rahmensignals in Antwort auf Leistungsanforderungen des Satellits beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Leistungsaustasten ein Leistungsaustasten zumindest eines Nutzinformationsteils des Rahmensignals in Antwort auf eklipsenbezogene Leistungsanforderungen des Satellits beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Leistungsaustasten ein Leistungsaustasten zumindest eines Nutzinformationsteils des Rahmensignals in Antwort auf eine statistische Multiplexabschätzung der Auslastung der Abwärtsstrecke beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Leistungsaustasten ferner das Beibehalten wenigstens eines Synchronisationsfelds des Rahmensignals beinhaltet.
Verarbeitungssystem (100) für einen Kommunikationssatellit zur Verarbeitung von Abwärtsstrahl-Rahmensignalen, wobei das Verarbeitungssystem (100) umfasst: eine Paketkoppeleinrichtung (608), welche selbstadressierte Aufwärtsdaten zu einem Speicher (804) leitet, wobei der Speicher (804) zumindest einen ersten und einen zweiten Abwärtsstrahl-Sprungort-Speicherbereich aufweist, sowie einen mit der Paketkoppeleinrichtung (608) gekoppelten Wellenformgenerator (106), wobei der Wellenformgenerator (106) einen Modulator (1206) zur Erzeugung einer zu übertragenden Wellenform sowie einen Leistungsaustasteingang zur Bereitstellung eines Leistungsaustastsignals umfasst, um Leistung aus zumindest einem Teil der Wellenform vor der Übertragung zu entfernen.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Filter (1212), welches mit einem die Wellenform abführenden Modulatorausgang gekoppelt ist.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 16, wobei in Antwort auf das Leistungsaustastsignal ein spektraler Gehalt der Wellenform in einem Durchlassbereich des Filters (1212) entfernt wird.
Verarbeitungssystem nach Anspruch 16, wobei in Antwort auf das Leistungsaustastsignal ein spektraler Gehalt in einem Durchlassbereich des Filters (1212) aus einem ersten Nutzinformationsbereich der Wellenform entfernt wird.