Title:
Verfahren zur Datenübertragung in einem Satellitennetz und einem terrestrischen Netz
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Satellitennetz und einem terrestrischen Netz, wobei ein Satellit (14) Daten an Satellitenterminals (18) überträgt und terrestrische Basistationen (16a-16d) Daten an terrestrische Terminals (20) übertragen. Das Satellitennetz (10) und das terrestrische Netz (12) befinden sich zumindest teilweise im gleichen Gebiet. Bei einer wetterbedingten Abschattung des Signals vom Satelliten (14) zu den Satellitenterminals (18) oder umgekehrt können Frequenzen, die üblicherweise in der Satellitenkommunikation verwendet werden für die terrestrische Kommunikation genutzt werden. Weiterhin wird ein alternatives Verfahren zum Übertragen der Daten im Forward-Link und im Return-Link bei einer starken Regenabschattung bereitgestellt. embedded image




Inventors:
Recayte, Estefania (81373, München, DE)
Cocco, Giuseppe, Dr. Ing. (81373, München, DE)
Application Number:
DE102016226305A
Publication Date:
07/05/2018
Filing Date:
12/29/2016
Assignee:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., 51147 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE60114236T2N/A2006-07-27
DE69215435T2N/A1997-04-24



Foreign References:
200300548142003-03-20
WO2004056014A12004-07-01
Other References:
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GUIDOLIN, Francesco [u.a.]: A study on the coexistence of fixed satellite service and cellular networks in a mmWave scenario. In: Communications (ICC), 2015 IEEE International Conference on. 2015, S. 2444-2449. DOI: 10.1109/ICC.2015.7248691. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7248691 [abgerufen am 18.05.2017]. Bibliographieinformationen ermittelt über: http://ieeexplore.ieee.org/document/7248691/ [abgerufen am 18.05.2017].
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RACOM s.r.o.: Internetauftritt. URL: http://www.racom.eu/ [abgerufen am 18.05.2017]
SHARMA, Shree Krishna ; CHATZINOTAS, Symeon ; OTTERSTEN, Bjorn: Transmit beamforming for spectral coexistence of satellite and terrestrial networks. In: Cognitive Radio Oriented Wireless Networks (CROWNCOM), 2013 8th International Conference on. 2013, S. 275-281. DOI: 10.1109/CROWNCom.2013.6636830. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6636830 [abgerufen am 18.05.2017]. Bibliographieinformationen ermittelt über: http://ieeexplore.ieee.org/document/6636830/ [abgerufen am 18.05.2017].
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Attorney, Agent or Firm:
dompatent von Kreisler Selting Werner - Partnerschaft von Patentanwälten und Rechtsanwälten mbB, 50667, Köln, DE
Claims:
Verfahren zur Datenübertragung in einem Satellitennetz (10) und einem terrestrischen Netz (12a-12d),
wobei ein Satellit (14) Daten an Satellitenterminals (18) überträgt,
terrestrische Basisstationen (16a-16d) Daten an terrestrische Terminals (20) übertragen,
wobei das Satellitennetz (10) und das terrestrische Netz (12) zumindest teilweise das gleiche geografische Gebiet abdecken,
wobei Satellitenterminals (18) auch Daten mit den terrestrischen Basisstationen (16a-16d) austauschen können,
wobei bei einer wetterbedingten Abschattung des Signals des Satelliten (14) zu den Satellitenterminals (18) oder umgekehrt die WetterStörintensität bestimmt wird,
wobei die Datenkommunikation im Return-Link, das heißt von dem Satellitenterminal (18) zum Satelliten (14) wie folgt stattfindet:
wenn die Wetter-Störintensität kleiner als ist ein erster Schwellwert Th1a: direktes Übertragen der Daten von den Satellitenterminals (18) an den Satelliten (14),
wobei TH1a der maximal erlaubten Wetter-Störintensität entspricht, damit das bei den Satellitenterminals (18) ankommende Signal noch einen ausreichenden Signal-Rausch-Spannungsabstand aufweist,
wobei bei einer Wetter-Störintensität größer als TH2a Daten von den Satellitenterminals (18) direkt oder indirekt an eine zweite terrestrische Basisstation (16b) übertragen werden, die sich in einem Gebiet befindet, in dem die Wetter-Störintensität kleiner als TH1a ist,
diese terrestrische Basisstation (16b) diese Daten an den Satelliten (14) überträgt,
wobei TH2a die minimal erforderliche Wetter-Störintensität ist, damit die beim Satelliten (14) ankommenden Signale eine gegenseitige Interferenz erzeugen, die unter einem bestimmten Schwellwert ISAT liegt.
wobei Daten, die der Satellit im Forward-Link an ein Satellitenterminal (18) in einem Gebiet übertragen möchte, in dem die Wetter-Störintensität größer als TH2b ist, diese Daten vom Satelliten (14) zu einer terrestrischen Basisstation (16b) gesendet werden, die in einem Gebiet liegt, in dem die Wetter-Störintensität kleiner als TH1b ist,
diese terrestrische Basisstation (16b) diese Daten direkt oder indirekt an das Satellitenterminal (18) unter Verwendung einer Frequenz in der Satellitenbandbreite oder in der terrestrischen Bandbreite übermittelt,
wobei TH2b die minimal erforderliche Wetter-Störintensität ist, damit die Interferenz der von den terrestrischen Terminals (20) und den Satellitenterminals (18) in dem betreffenden Gebiet vom Satelliten (14) empfangenen Signale kleiner als ein definierter Schwellwert ist,
wobei im Forward-Link bei einer Wetter-Störintensität kleiner als TH1b Daten direkt vom Satelliten (14) zu den Satellitenterminals (18) übertragen werden,
wobei TH1b der maximal erlaubten Wetter-Störintensität entspricht, damit das beim Satelliten (14) ankommende Signal noch einen ausreichenden Signal-Rausch-Spannungsabstand aufweist.

Verfahren zur Datenübertragung in einem Satellitennetz (10) und einem terrestrischen Netz (12a-12d), wobei bei einer Wetter-Störintensität größer als TH2a Daten von den Satellitenterminals (18) zu einer terrestrischen Basisstation (16a) übertragen werden, die das Gebiet abdeckt, in dem sich das Satellitenterminal (18) befindet,
diese terrestrische Basisstation (16a) diese Daten an eine zweite terrestrische Basisstation (16b) überträgt, die sich in einem Gebiet befindet, in dem die Wetter-Störintensität kleiner als TH1a ist,
diese zweite terrestrische Basisstation (16b) diese Daten an den Satelliten (14) überträgt
und/oder wobei Daten, die der Satellit im Forward-Link an ein Satellitenterminal (18) in einem Gebiet übertragen möchte, in dem die Wetter-Störintensität größer als TH2b ist,
diese erste terrestrische Basisstation (16a) diese Daten an das Satellitenterminal (18) unter Verwendung einer Frequenz in der Satellitenbandbreite oder in der terrestrischen Bandbreite übermittelt.

Verfahren zur Datenübertragung in einem Satellitennetz (10) und einem terrestrischen Netz (12a-12d),
wobei ein Satellit (14) Daten an Satellitenterminals (18) überträgt,
terrestrische Basisstationen (16a-16d) Daten an terrestrische Terminals (20) übertragen,
wobei das Satellitennetz (10) und das terrestrische Netz (12) zumindest teilweise das gleiche geografische Gebiet abdecken,
wobei Satellitenterminals (18) auch Daten mit den terrestrischen Basisstationen (16a-16d) austauschen können,
wobei bei einer wetterbedingten Abschattung des Signals des Satelliten (14) zu den Satellitenterminals (18) oder umgekehrt die Wetter-Störintensität bestimmt wird,
wobei ein Schwellwert TH2 definiert wird, der die minimal erforderliche Wetter-Störintensität ist, damit die beim Satelliten (14) ankommenden Signale eine gegenseitige Interferenz erzeugen, die unter einem bestimmten Schwellwert ISAT liegt.
wobei bei einer Wetter-Störintensität größer als TH2 in dem betreffenden Gebiet Frequenzen, die üblicherweise für die Kommunikation zwischen dem Satelliten (14) und den Satellitenterminals (18) verwendet werden, für die terrestrische Kommunikation zwischen den terrestrischen Basistationen (16a-d) und den terrestrischen Terminals (20) verwendet werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation vom Satelliten (14) und zum Satelliten (14) im Millimeter Wave Bereich stattfindet

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Satellitenterminals (18) Daten mit den terrestrischen Basisstationen (16a-16d) über ein terrestrisches Datenübertragungsverfahren austauschen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Satellitenterminals (18) Daten mit den terrestrischen Basisstationen (16a-16d) austauschen, indem die terrestrischen Basisstationen (16a-16d) ein Übertragungsverfahren emulieren, das üblicherweise für die Datenkommunikation zwischen dem Satelliten (14) und den Satellitenterminals (18) verwendet wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die terrestrischen Basisstationen (16a-16d) die Wetter-Störintensität durch Messen des vom Satelliten (14) empfangenen Signals ermitteln.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Satellit (14), die Satellitenterminals (18) und die terrestrischen Basisstationen (16a bis 16d) Kenntnis von TH1a und TH2a bzw. TH1b und TH2b haben.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ISAT von den terrestrischen Basisstationen (16a-16d) bestimmt wird auf Basis der Abschwächung des Signals durch den Regen und der Anzahl der terrestrischen Terminals (20) und der Satellitenterminals (18), die sich im terrestrischen Gebiet befinden und mit denen unter Verwendung der sonst zur Satellitenkommunikation verwendeten Bandbreite Daten ausgetauscht werden sollen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kommunikation im Forward-Link die erste terrestrische Basisstation (16a) entscheidet, ob sie die Daten an das Satellitenterminal (18) unter Verwendung einer Frequenz in der Satellitenbandbreite oder in der terrestrischen Bandbreite versendet.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Satellitennetz und einem terrestrischen Netz. Derzeit wird viel Forschungsarbeit in die Verwendung von sogenannten Millimeter Waves für die nächste Generation terrestrischer Netzwerke investiert. Dieses Interesse wird begründet durch die Verfügbarkeit eines großen Frequenzspektrums und ferner die Möglichkeit, die Zellgröße signifikant zu reduzieren. Ferner können die erforderlichen Antennengrößen reduziert werden und es können Antennen-Arrays verwendet werden, durch die die Leistungsfähigkeit von mobilen Kommunikationssystemen signifikant erhöht werden kann.

Weiterhin werden im Stand der Technik Möglichkeiten für die Verwendung von Satelliten in terrestrischen Kommunikationsszenarios untersucht. Satellitensysteme bieten den Vorteil, dass sie eine globale Signalabdeckung und Konnektivität ermöglichen. Es existieren Veröffentlichungen, die vorschlagen, Satellitenfrequenzen in der terrestrischen Kommunikation zu verwenden, solange der Grad der Interferenz am Satelliten gering gehalten wird. Allerdings verbleibt ein Restinterferenz, so dass diese Technologien bisher keine große Anerkennung finden.

Informationen zum Stand der Technik können den folgenden Veröffentlichungen entnommen werden:

  • [1] Tang W., Thompson P., Evans B., „Frequency Sharing between Satellite and Terrestrial Systems in the Ka Band: A Database Approach“, IEEE ICC 2015 SAC - Satellite and Space Communications.
  • [2] Guilodin F., Nekovee M., Badia L., Zorzi M., „A cooperative Scheduling Algorithm for the Coexistence of Fixed Satellite Services and 5G Cellular Network, “ IEEE ICC 2015 SAC- Millimeter-wave Communications.
  • [3] Oh D., Lee S., Ahn D., Kim S., „A Study on the Separation Distance for Frequency Sharing between GSO Network and Terrestrial Network in Ka Band,“ Proc. IEEE VTC Spring, pp. 2967-2971, May 2008.
  • [4] Sharma S. K., Chatzinotas S., Ottersten B., „Transmit Beam Forming for Spectral Coexistence of Satellite and Terrestrial Networks,“ Proc. IEEE CROWNCOM, pp. 275-281, July 2013.
  • [5] Guidolin F., Nekovee M., Badia L., Zorzi M., „A Study on the Coexistence of Fixed Satellite Service and Cellular Networks in a mmWave Scenario,“ IEEE ICC 2015, pp 2444-2449, Wireless Communications Symposium.
  • [6] ITU-R P.452-15, „Prediction procedure for the evaluation of interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about 0.1 GHz,“ Sept. 2013.
  • [7] ITU-R S.465, „Reference radiation pattern for earth Station antennas in the fixed-satellite service for use in coordination and interference assessment in the frequency range from 2 to 31 GHz,“ Jan. 2010.
  • [8] ITU-R SF.558-2, „Maximum allowable values of interference from terrestrial radio links to systems in the fixed-satellite service employing 8-bit PCM encoded telephony and sharing the same frequency bands,“ July 1986.
  • [9] ITU-R F.758-5, „System parameters and considerations in the development of criteria for sharing or compatibility between digital fixed wireless systems in the fixed service and systems in other services and other sources of interference ,“ 2012.

Informationen bezüglich der Verwendung des Satellitenspektrums in der terrestrischen Kommunikation können den Veröffentlichungen 1 bis 5 entnommen werden.

Durch die Verwendung von Satellitenfrequenzen in terrestrischen Netzwerken können beispielsweise die strengen Anforderungen für 5G Netzwerke bezüglich der erforderlichen Datenrate, Energieeffizienz und Spektrumeffizienz erreicht werden.

Die in Veröffentlichung 1 vorgeschlagene Methode beruht auf Verwendung einer Datenbank, die Informationen über Stärke, Ausbreitung, Pfad und Position von potentiellen Kommunikationsteilnehmern, die miteinander interferieren, beinhaltet. Unter Verwendung dieser Informationen werden Satellitenträger terrestrischen Nutzern derart zugeordnet, dass die Interferenzen unter einem bestimmten Schwellwert gehalten werden.

In Veröffentlichung 2 wird ein Scheduling Algorithmus vorgeschlagen mit dem Ziel, eine Koexistenz von mobilen Diensten und Satellitendiensten in den gleichen Frequenzbändern zu erlauben. Ähnlich wie in Veröffentlichung 1 werden hier die Satellitenfrequenzen in der terrestrischen Kommunikation verwendet, indem der Grad der Interferenz beim Satelliten unter den vorgegebenen Grenzwerten gehalten wird.

In Veröffentlichung 3 wird ein minimal erforderlicher Abstand in den verwendeten Frequenzen untersucht, so dass ein akzeptabler Grad an Interferenz beim Satelliten erreicht werden kann. Das in Veröffentlichung 4 dargestellte Verfahren verwendet Beamforming-Techniken an den Basisstationen, so dass der SINR-Wert (signal to interference plus noise ratio) bei den terrestrischen Terminals maximiert werden kann.

Auch in Veröffentlichung 5 wird die gleichzeitige Verwendung von Frequenzen in der terrestrischen Kommunikation und der Satellitenkommunikation in einem gemeinsamen Gebiet untersucht.

Die oben beschriebenen Veröffentlichungen untersuchen die Verwendung des für Satelliten vorgesehenen Ka-Bandes über die terrestrische Kommunikation, so dass die vorgesehenen Anforderungen hinsichtlich der Interferenz (Veröffentlichungen 6 bis 9) erreicht werden können.

Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass von diesen lediglich die terrestrische Kommunikation profitiert, nicht jedoch die Satellitenkommunikation. Weiterhin muss satellitenseitig eine Erhöhung der Interferenz in Kauf genommen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Satellitennetz und einem terrestrischen Netz bereitzustellten, durch das die oben genannten Nachteile vermieden werden könnten.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden Daten in einem Satellitennetz und einem terrestrischen Netz übertragen. Ein Satellit überträgt Daten an Satellitenterminals. Terrestrische Basisstationen übertragen Daten an terrestrische Terminals. Das Satellitennetz und das terrestrische Netz decken zumindest teilweise das gleiche geographische Gebiet ab. Satellitenterminals können auch Daten mit den terrestrischen Basisstationen austauschen.

Bei einer wetterbedingten Abschattung des Signals des Satelliten 14 zu den Satellitenterminals 18 (oder umgekehrt von den Satellitenterminals 18 zum Satelliten 14) wird die Wetter-Störintensität bestimmt.

Die Datenkommunikation im Return-Link, das heißt von den Satellitenterminals zum Satelliten findet erfindungsgemäß wie folgt statt:

  • wenn die Wetter-Störintensität kleiner als ein erster Schwellwert Th1a: direktes Übertragen der Daten von den Satellitenterminals (18) an den Satelliten (14),
  • wobei TH1a der maximal erlaubten Wetter-Störintensität entspricht, damit das bei den Satellitenterminals (18) ankommende Signal noch einen ausreichenden Signal-Rausch-Spannungsabstand aufweist,
  • wobei bei einer Wetter-Störintensität größer als TH2a Daten von den Satellitenterminals (18) an eine zweite terrestrische Basisstation (16b) übertragen werden, die sich in einem Gebiet befindet, in dem die Wetter-Störintensität kleiner als TH1a ist,
  • diese terrestrische Basisstation (16b) diese Daten an den Satelliten (14) überträgt,
  • wobei TH2a die minimal erforderliche Wetter-Störintensität, damit die beim Satelliten (14) ankommenden Signale eine gegenseitige Interferenz erzeugen, die unter einem bestimmten Schwellwert ISAT liegt. Der Wert ISAT ist hierbei in allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gleich und bezeichnet denjenigen Interferenzwert beim Satelliten, der noch akzeptabel ist, damit die beim Satelliten ankommenden Signale noch unterscheidbar sind und somit verwertet werden können,
  • wobei Daten, die der Satellit im Forward-Link an ein Satellitenterminal (18) in einem Gebiet übertragen möchte, in dem die Wetter-Störintensität größer als TH2b ist, diese Daten vom Satelliten (14) zu einer terrestrischen Basisstation (16b) gesendet werden, die in einem Gebiet liegt, in dem die Wetter-Störintensität kleiner als TH1b ist,
  • diese terrestrische Basisstation (16b) diese Daten direkt oder indirekt an das Satellitenterminal (18) unter Verwendung einer Frequenz in der Satellitenbandbreite oder in der terrestrischen Bandbreite übermittelt.
  • wobei TH2b die minimal erforderliche Wetter-Störintensität ist, damit die Interferenz der von den terrestrischen Terminals (20) und den Satellitenterminals (18) in dem betreffenden Gebiet vom Satelliten (14) empfangenen Signale kleiner als ein definierter Schwellwert ist,
  • wobei im Forward-Link bei einer Wetter-Störintensität kleiner als TH1b Daten direkt vom Satelliten (14) zu den Satellitenterminals (18) übertragen werden,
  • wobei TH1b der maximal erlaubten Wetter-Störintensität entspricht, damit das beim Satelliten (14) ankommende Signal noch einen ausreichenden Signal-Rausch-Spannungsabstand aufweist.

Die wetterbedingte Abschattung des Signals kann beispielsweise durch Regen, Schnee, Nebel oder andere Vorkommnisse hervorgerufen werden. Bei der Wetter-Störintensität kann es sich somit beispielsweise um die Regenintensität, die Schneeintensität etc. handeln. Bei der wetterbedingten Abschwächung des Signals kann es sich somit um jedes atmosphärische Vorkommnis handeln, das in der Lage ist, das elektromagnetische Signal bei den verwendeten Frequenzen für eine ausreichend lange Zeit abzuschwächen, so dass in dieser Zeit ein Kommunikationskanal aufgebaut werden kann und zumindest einige Daten übertragen werden können.

Es ist bevorzugt, dass bei einer Wetter-Störintensität größer als TH2a Daten von den Satellitenterminals zu einer terrestrischen Basisstation übertragen werden, die das Gebiet abdeckt, in dem sich das Satellitenterminal befindet. Diese Übertragung kann unter Verwendung von Frequenzen in der Satellitenbandbreite oder in der terrestrischen Bandbreite erfolgen. Diese terrestrische Basisstation überträgt diese Daten an eine zweite terrestrische Basisstation, die sich in einem Gebiet befindet, in dem die Wetter-Störintensität kleiner als TH1a ist. Diese zweite terrestrische Basisstation überträgt sodann diese Daten an den Satelliten.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass Daten, die der Satellit im Forwardlink an ein Satellitenterminal in einem Gebiet übertragen möchte, in dem die Wetter-Störintensität größer als TH2b ist, vom Satelliten zu einer zweiten terrestrischen Basisstation gesendet werden, die in einem Gebiet liegt, in dem die Wetter-Störintensität kleiner als TH1b ist. Diese zweite terrestrische Basisstation überträgt diese Daten an eine erste terrestrische Basisstation, die in dem Gebiet liegt, in dem die Wetter-Störintensität größer als TH2b ist. Diese erste terrestrische Basisstation überträgt diese Daten an das Satellitenterminal und verwendet hierbei eine Frequenz in der Satellitenbandbreite oder in der terrestrischen Bandbreite.

In einer alternativen Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Merkmale aufweisen: Auch hierbei erfolgt eine Datenübertragung in einem Satellitennetz und einem terrestrischen Netz.

Ein Satellit überträgt Daten an Satellitenterminals. Terrestrische Basisstationen übertragen Daten an terrestrische Terminals. Das Satellitennetz und das terrestrische Netz decken zumindest teilweise das gleiche geographische Gebiet ab. Satellitenterminals können auch Daten mit den terrestrischen Basisstationen austauschen.

Bei einer wetterbedingten Abschattung des Signals des Satelliten 14 zu den Satellitenterminals 18 (oder umgekehrt von den Satellitenterminals 18 zum Satelliten 14) wird die Wetter-Störintensität bestimmt.

In dieser alternativen Ausführungsform wird ein Schwellwert TH2 definiert. Dieser bezeichnet die minimal erforderliche Wetter-Störintensität, damit die beim Satelliten ankommenden Signale eine gegenseitige Interferenz erzeugen, die unter einem bestimmten Schwellwert ISAT liegt. Bei einer Wetter-Störintensität, die größer als TH2 ist, werden in dem betreffenden Gebiet Frequenzen, die üblicherweise für die Kommunikation zwischen dem Satelliten und den Satellitenterminals verwendet werden, für die terrestrische Kommunikation zwischen den terrestrischen Basisstationen und den terrestrischen Terminals verwendet.

Erfindungsgemäß wird somit die durch Regen oder andere Wettervorkommnisse verursachte Abschwächung des Signals vom oder zum Satelliten dazu verwendet, die Interferenz, die ohne die wetterbedingte Abschwächung des Signals beim Satelliten oder bei den Terminals auftreten würde, derart zu verringern, dass sie einen gewissen Schwellwert (Th2a oder Th2b) nicht überschreitet. Somit ist es möglich, Frequenzen, die üblicherweise ausschließlich in der Satellitenkommunikation verwendet werden können, auch in der terrestrischen Kommunikation zu verwenden, da sie zum Beispiel durch die wetterbedingte Abschwächung beim Satelliten keine nennenswerten Interferenzen verursachen würden. Hierzu wird erfindungsgemäß geprüft, ob die Wetter-Störintensität diesen Schwellwert Th2 überschreitet, so dass nur für diesen Fall die genannten Frequenzen für die terrestrische Kommunikation verwendet werden. Wird der Schwellwert nicht überschritten, können diese Frequenzen nicht für die terrestrische Kommunikation verwendet werden.

In der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich trotz der wetterbedingten Abschwächung des Signals einen alternativen Übertragungsweg vom oder zum Satelliten bereitzustellen, so dass trotz des schlechten Wetters eine Kommunikation vom oder zum Satelliten möglich ist.

Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren leiden Verfahren zur Übertragung von Daten von oder zu einem Satelliten gemäß dem Stand der Technik unter einer starken Signalabschwächung bei starken Regenfällen. Wenn hohe Frequenzen (z.B. im Millimeter Wave Bereich) verwendet werden, weisen die Regentropfen eine ähnlich Größenordnung auf wie die Wellenlänge des Signals. Dies verursacht einen Verlust elektromagnetischer Energie. Die Abschwächung des Signals (die üblicherweise in Dezibel pro Kilometer gemessen wird) aufgrund des Regens ist für Frequenzen größer als 10 GHz besonders gravierend, insbesondere, wenn die Länge des Signalpfades, die durch Regen betroffen ist, größer als 1 km ist. Schlimmstenfalls kann der Kommunikationslink komplett ausfallen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren rechnen die Wahrscheinlichkeit einer Signalabschwächung aufgrund eines starken Regenfalls mit in die Planung des Verbindungskanals als Sicherheitspuffer ein und akzeptieren eine dann noch verbleibende Restwahrscheinlichkeit für einen Komplettausfall des Übertragungskanals. Diese Nachteile können durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden werden.

Es kann beispielsweise angenommen werden, dass das vom Satelliten verwendete Frequenzband zwischen den Frequenzen f1SAT und f2SAT liegt, wobei f1SAT < f2SAT. Die vom Satelliten üblicherweise verwendete Bandbreite wird somit definiert als Bsat = f2SAT - f1SAT. Üblicherweise werden die terrestrischen Basisstationen lediglich einen Teil der Bandbreite BSAT benötigen, um eine Ersatzkommunikation zu den Satellitenterminals gemäß der ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitzustellen, um einen wetterbedingten Ausfall der Satellitenkommunikationsstrecke zu ersetzen. Der verbleibende Teil von der Bandbreite BSAT kann somit für die terrestrische Kommunikation zwischen den terrestrischen Basisstationen und den terrestrischen Terminals verwendet werden, ohne dass hiervon die Satellitenkommunikation beeinflusst würde.

Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch verwendet werden, wenn in dem betreffenden Gebiet kein Satellitenterminal Daten zum Satelliten sendet oder von diesem empfängt. In diesem Fall ist es dennoch möglich, die üblicherweise für die Satellitenkommunikation verwendete Bandbreite BSAT für die terrestrische Kommunikation zu verwenden. Dies findet dann statt, wenn die Wetter-Störintensität den Grenzwert TH2a überschreitet, was bedeutet, dass die beim Satelliten ankommende Signalleistung innerhalb der Satellitenbandbreite im betreffenden Gebiet unter ISAT liegt. Die tatsächlich beim Satelliten ankommende Interferenz kann geschätzt werden und muss unter dem Wert ISAT liegen, damit die üblicherweise für die Satellitenkommunikation verwendete Bandbreite BSAT für die terrestrische Kommunikation verwendet werden kann. Diese Schätzung der tatsächlich beim Satelliten ankommenden Interferenz könnte beispielsweise einen Worst Case annehmen, in dem der Interferenzwert, der durch das terrestrische Netzwerk beim Satelliten verursacht wird, maximal ist. Hierbei wird die Gesamtzahl der terrestrischen Nutzer zuzüglich eventueller terrestrischer Basisstationen betrachtet, die zur selben Zeit Satelliten-Uplink Frequenzen verwenden. Hierbei wird von einer maximal möglichen Übertragungsleistung ausgegangen. Zusätzlich wird die wetterbedingte Abschwächung des Signals berücksichtigt. Sofern sich dieser geschätzte Wert für die Interferenz unter dem maximal erlaubten Interferenzwert ISAT befindet, kann die üblicherweise für die Satellitenkommunikation verwendete Bandbreite BSAT für die terrestrische Kommunikation verwendet werden.

Auch bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird somit die wetterbedingte Abschwächung des Signals dazu verwendet, die Interferenzen beim Satelliten derart gering zu halten, dass die Sequenzen, die üblicherweise für die Satellitenkommunikation verwendet werden, in dem betreffenden Gebiet für die terrestrische Kommunikation verwendet werden können.

Es ist bevorzugt, dass die Kommunikation von und zum Satelliten im Millimeter Wave Bereich stattfindet. Eine regenbedingte Abschwächung von Signalen kann beispielsweise für Frequenzen oberhalb von 10 GHz für Entfernungen > 1 km angenommen werden. Signifikante Signalabschwächungen können bei größeren Entfernungen oder größerer Wetter-Störintensität auch bei niedrigeren Frequenzen auftreten.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Satellitenterminals Daten mit den terrestrischen Basisstationen über ein terrestrisches Datenübertragungsverfahren austauschen. Alternativ ist es möglich, dass dieser Datenaustausch stattfindet, indem die terrestrischen Basisstationen ein Übertragungsverfahren emulieren, das üblicherweise für die Datenkommunikation zwischen den Satelliten und den Satellitenterminals verwendet wird. Die Satellitenterminals können somit dasselbe RF-Frontend für die Kommunikation im terrestrischen Band und im Satellitenband verwenden, sofern die beiden Bänder nah beieinander liegen. Alternativ können zwei RF-Frontends verwendet werden, die sich jedoch zum Teil überschneiden können, sofern die beiden Bänder zu weit auseinanderliegen.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die terrestrischen Basisstationen die Wetter-Störintensität durch Messen des vom Satelliten empfangenen Signals ermitteln. Es ist weiterhin bevorzugt, dass sowohl der Satellit, die Satellitenterminals, die terrestrischen Basisstationen und die terrestrischen Terminals, die durch den Regen verursachte Abschwächung sowie die Wetter-Störintensität selbst kennen.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Satellit, die Satellitenterminals, die terrestrischen Basisstationen und/oder die terrestrischen Terminals Kenntnis der Grenzwerte Th1a und Th2a bzw. Th1b und Th2b haben.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entscheidet in der Kommunikation im Forward-Link die erste terrestrische Basisstation, die die umgeleiteten Daten von der zweiten terrestrischen Basisstation, die sich außerhalb des vom Regen betroffenen Gebiets befindet, empfangen hat, ob sie die Daten an das Satellitenterminal unter Verwendung einer Frequenz in der Satellitenbandbreite oder in der terrestrischen Bandbreite übermittelt.

Allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemein, dass der Satellit seine Satellitenbandbreite BSAT wie üblich verwenden kann, so dass es außerhalb des vom Regen betroffenen Gebiets nicht notwendig ist, Maßnahmen zu treffen, um Interferenzen im vom Regen betroffenen Gebiet zu vermeiden. Dies erfolgt bereits durch den Regen selbst.

Zum Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es weiterhin wichtig zu berücksichtigen, dass, sofern die üblicherweise für die Satellitenkommunikation verwendete Bandbreite für die terrestrische Kommunikation auch verwendet würde, wenn die Wetter-Störintensität kleiner als TH2 ist, die terrestrischen Terminals in diesem Fall noch Satellitensignale empfangen würden, was Interferenzen verursachen würde. Daher ist es wichtig, die üblicherweise für die Satellitenkommunikation verwendete Bandbreite BSAT nur dann für die terrestrische Kommunikation zu verwenden, wenn die Wetter-Störintensität größer als TH2 ist.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.

  • 1 zeigt ein Szenario, in dem das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann,
  • 2 eine Darstellung der Wetter-Störintensität in Abhängigkeit von der Zeit,

In 1 ist ein beispielhaftes Szenario dargestellt, in dem die erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden können. Es ist ein großes Gebiet dargestellt, das sowohl durch einen Satelliten 14 als auch durch mehrere terrestrische Basisstationen 16a bis 16d abdeckt wird. Es existieren somit ein Satellitennetz 10, sowie mehrere terrestrische Netze 12a bis 12d in diesem Gebiet. In dem betreffenden Gebiet befinden sich Satellitenterminals 18 sowie terrestrische Terminals 20. Hierbei ist es wichtig, dass die Satellitenterminals 18 Daten auch mit den terrestrischen Basisstationen 16a bis 16d austauschen können.

Wie in 1 erkennbar kann der Satellit 14 aufgrund von Wettereinflüssen nicht direkt mit einigen der Satellitenterminals 18 im Bereich des ersten terrestrischen Netzwerkes 12a kommunizieren. In 1 ist daher dargestellt, dass der Satellit 14 seine Daten zunächst an eine terrestrische Basisstation 16a übermittelt, die sich in einem Gebiet befindet, in dem die Wetter-Störintensität kleiner als TH1a ist, so dass diese direkt mit dem Satelliten 14 kommunizieren kann. Diese terrestrische Basisstation kann sich in demselben terrestrischen Netz 12a wie das terrestrische Satellitenterminal 18 befinden, an das die Daten übermittelt werden sollen oder aber in einem anderen terrestrischen Netz 12b bis 12d, das jedoch vom gleichen Satelliten 14 erreicht werden kann. Die terrestrische Basisstation 16a bis 16d, die die Daten vom Satelliten 14 empfängt, leitet diese an das betreffende Satellitenterminal 18 im Regengebiet weiter. Hierbei können Frequenzen verwendet werden, die üblicherweise in der terrestrischen Kommunikation oder aber auch in der Satellitenkommunikation verwendet werden. Bei Verwendung von Frequenzen, in der Bandbreite BSAT, die üblicherweise vom Satelliten verwendet wird, erfolgt keine Einschränkung der für die terrestrische Kommunikation verfügbaren Bandbreite. Dennoch können aufgrund des vorhandenen Regens Interferenzen trotz der Verwendung der Satellitenbandbreite für die terrestrische Kommunikation wirkungsvoll vermieden werden. Das Weiterleiten der Signale im terrestrischen Netzwerk kann unter Verwendung der Infrastruktur des terrestrischen Netzwerks erfolgen die beispielsweise Hochgeschwindigkeitsverbindungen wie z.B. Glasfaserkabel oder schnelle RF-Links aufweisen.

Um die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nachzuweisen, wurden unter Verwendung von statistischen Modellen Regenfälle simuliert. Hierzu wurden Modelle verwendet, die in einigen der folgenden Veröffentlichungen dargestellt sind:

  • [10] Available on: http://www.racom.eu/
  • [11] Rec. ITU-R P.837, „Characteristics of Precipitation for Propagation Modelling,“ 1992-1994.
  • [12] Rec. ITU-R P.618, „Propagation Data and Prediction Methods Required for the Design of Earth-space Telecommunication Systems“.
  • [13] Rec. ITU-R P.676,„Attenuation by Atmospheric Gases“.
  • [14] Rec. ITU-R P.836, „Water Vapor: Surface Density and total Columnar Content“.
  • [15] Rec. ITU-R P.838, „Specific Attenuation Model for Rain for use in Prediction Methods“.
  • [16] Rec. ITU-R P.839, „Rain Height Model for Prediction Methods“.
  • [17] Rec. ITU-R P.1144, „Guide to the Application of the Propagation Methods of Radio Communication“.
  • [18] Rec. ITU-R P.453, „The Radio Refractive index: its Formula and Refractivity Data“.

Basierend auf dem Modell der International Telecommunication Union (ITU) in der Empfehlung ITU-R P 837 (siehe Veröffentlichung 11) ist es möglich, 15 verschiedene Regenzonen auf der Erde zu unterscheiden.

In der folgenden Tabelle sind verschiedene Wetter-Störintensitäten dargestellt, sowie der Zeitanteil in Prozent, zu dem diese Wetter-Störintensitäten erreicht wurden. Die Wetter-Störintensitäten sind in mm/h angegeben. Die folgende Tabelle kann der Veröffentlichung 10 entnommen werden. Table 1: Rain rate R [mm/h] ITU-R P.837 [10].

Anteil der Zeit (%)ABCDEFGHJKLMNPQ1.0<0.10.50.72.10.61.73281524512140.30.822.84.52.44.57413427111534490.12358681210201215223565720.0356913121520182823334065105960.0181215192228303235426063951451150.00314212629415445554570105951402001420.001223242427078658355100150120180250170

Die Anmelderin hat das im Folgenden beschriebene Szenario simuliert. Es wurde der Rückkanal eines Satellitendienstes, beispielsweise des TV-Dienstes eines Satelliten, betrachtet. Hierbei wurde ein Satellitenbeam betrachtet, der einen Teil des Vereinigten Königreiches abdeckt und im Ka-Band operiert. Dieser Satellitenbeam gehört zu Regenzonen, die in den genannten Veröffentlichungen mit F und H bezeichnet werden und die die folgenden Regenraten aufweisen: Ro,o1=28mm/h bzwR0,01=32mm/h.embedded image

Gemäß dem statistischen Modell, das in den ITU-R Empfehlungen gemäß Veröffentlichung 11 bis 18 vorgeschlagen wird, wurden Karten von tatsächlichen Regenfällen erstellt, die nach Raum und Zeit korreliert wurden. Dies bedeutet, dass ein Satellitenterminal abhängig von seiner Position unterschiedliche wetterbedingte Abschwächungen erfahren wird. Ferner wird die wetterbedingte Abschwächung zeitabhängig sein.

Es wurden vier Stellen innerhalb des Satellitenbeams im Vereinigten Königreichs ausgewählt. In 2 ist die Veränderung der Wetter-Störintensität über eine Zeitdauer von 100 s simuliert worden. Hierbei wurden die folgenden zwei Grenzwerte verwendet: 1. Grenzwert TH1: die minimal erforderliche Wetter-Störintensität, so dass ein Paket p, das durch den Satelliten innerhalb der Satellitenbandbreite mit maximaler Leistung Pmax gesendet wird, bei seiner Ankunft am Satellitenterminal den minimal erforderlichen Signal-Rausch-Spannungsabstand Es/No nicht erreicht. Zweiter Grenzwert TH2: die minimal erforderliche Wetter-Störintensität, so dass die Leistung, die beim Satellit innerhalb der Satellitenbandbreite ankommt, unter ISAT liegt, wobei ISAT durch das terrestrische Netzwerk geschätzt wird auf Basis der Anzahl der terrestrischen und/oder der Satellitenterminals, die dieser Bandbreite im Regengebiet zugeordnet werden, und ferner unter Berücksichtigung der wetterbedingten Abschwächung des Signals.

In der der Simulation gemäß 2 wurden vier Terminals an vier unterschiedlichen Koordinatenpositionen platziert. Diese sind in 2 mit U1, U2, U3 und U4 bezeichnet.

Nutzer U1 erfährt keine wetterbedingte Signalabschwächung. Er kann somit direkt mit dem Satelliten 14 kommunizieren.

Dagegen erfahren Nutzer U3 und U4 starke wetterbedingte Signalabschwächungen, so dass ihre Datenübertragung den geforderten Signal-Rausch-Spannungsabstand nicht erreichen wird. In diesem Fall werden diese Nutzer mit dem terrestrischen Netzwerk kommunizieren und die Übertragung zum Satelliten wird in einem anderen geographischen Gebiet unter Zwischenschaltung einer terrestrischen Basisstation erfolgen. In den Regengebieten, in denen sich Nutzer U3 und U4 befinden, wird das terrestrische Netzwerk die Satellitenbandbreite BSAT für die terrestrische Kommunikation verwenden.

Nutzer U2 bedarf einer genaueren Betrachtung, da in einigen Zeitintervallen die wetterbedingte Abschwächung des Signals zwischen Grenzwert Th1 und Th2 liegt. Dies bedeutet, dass, sofern dieser Nutzer U2 Daten direkt zum Satelliten 14 sendet, diese Datenübertragung nicht erfolgreich sein wird, weil der vom Satellitensystem geforderte minimale Signal-Rausch-Spannungsabstand nicht erreicht werden kann. Andererseits kann das terrestrische Netz innerhalb der Satellitenbandbreite keine Ersatzkommunikation zum Satelliten bereitstellen, da sonst Interferenzen beim Satelliten entstehen würden. Derartige Satellitenterminals können somit zu dieser Zeit weder mit dem Satelliten noch mit dem terrestrischen Netz kommunizieren.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit die Kommunikation zwischen den Satellitenterminals und dem Satelliten lediglich dann unterbrochen, wenn die Wetter-Störintensität zwischen Th1 und Th2 liegt. Diese Grenzwerte müssen in Abhängigkeit von den Anforderungen des Systems kalkuliert werden und hängen von der Frequenz und der Position des Satellitenterminals ab.

Wenn man davon ausgeht, dass in einem Gebiet mit dem Radius R nSAT Satellitennutzer existieren, sowie nterrNutzer gilt üblicherweise nSAT << nterr. Wenn die Wetter-Störintensität über Th2 liegt, können die Satellitenterminals nicht direkt mit dem Satelliten kommunizieren. Wenn man annimmt, dass die gesamte Bandbreite, die durch die nSAT Terminals benötigt wird, BSAT, x% < BSAT ist, wobei x% der prozentuale Anteil der Satellitenbandbreite ist, gewinnt das terrestrische Netzwerk eine zusätzlich Bandbreite von BSAT, 100-%-x% für seine eigenen terrestrischen Terminals. Wenn beispielsweise BSAT = 5MHz ist und in dem Regengebiet sich ein Nutzer U4 befindet, der BSAT, 20% = 1MHz benötigt, dann beträgt die Bandbreite, die durch das terrestrische Netzwerk verwendet werden kann, BSAT, 80% = 4MHz. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit große Vorteile für geographische Gebiete, die häufig durch schwere Regenfälle betroffen sind.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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