ST - Kapitel 2 - Kommunikation

- SNR

•  Verhältnis der Signalleistung zur Rauschleistung

- CNR

• Verhältnis der gesamten Sendeleistung zu Rauschleistung

- Effective Isotropically Radiated Power
- Leistung eines isentropen Strahlers, um gleiche Leistungsdichte wie die Antenne zu erzielen

- Verhältnis von Hauptkeulengewinn zu Nebenkeulengewinn

- Bei der „C/I > 35 dB – Methode“ wird nicht bedacht, wie gut das gut das C/N der gestörten Antenne ist ; ist
diese empfindlich ist es sinnvoll den Wert einzuhalten, ist die Antenne weniger empfindlich ist es nicht sinnvoll
- Dieser Umstand wird bei der „ΔT/T < 6 % Methode“ berücksichtigt

- Hohe Datenrate
- Stark konzentrierte Keule
- Keine atmosphärische Dämpfung

- Vorteil kleinerer Frequenzen

• Weniger Leistungsbedarf
• Geringere Bitfehlerrate

- Nachteil kleinerer Frequenzen

• Geringere Datenrate
• Weniger konzentrierte Keule
• Untere Frequenzen werden für die Kommunikation zur Erde benutzt evtl. Störung

- Amplitudenmodulation (ASK- Amplitude Shift Keying)

• Änderung der Amplitude des Trägersignals durch das Nutzsignal

- Frequenzmodulation (FSK- Frequency Shift Keying)

• Änderung der Frequenz des Trägersignals durch das Nutzsignal

- Phasenmodulation (PSK- Phase Shift Keying)

• Verschiebung der Phase des Trägersignals durch das Nutzsignal

- TDMA – Time Division Multiple Access

• Sequentiell, nacheinander
  • Jeder Teilnehmer kurz Zugriff

- FDMA – Frequency Division Multiple Access

• Gleichzeitig auf verschidenen Frequenzen

- CDMA – Code Division Multiple Access

• Codierte Signale gleichzeitig auf gleicher Frequenz

- f_A > 2 f_S
- Bei zu geringer Abtastrate entstehen zu große Fehler, da das abgetastete Signal nicht gut abgebildet wird
- Faktor 50 wäre unnötig hoch unnötiger Aufwand und Leistung

- Aufteilung des gesamten Wertebereichs des Analogsignals in endliche Zahl von Intervallen

- 16 Amplitudenstufen

• 2^bit=2⁴=16

- 31,25μs Abtastimpulse (32Hz)

• 2^PAM=2⁵=32

- 3,125% Quantifizierungsfehler

• 1/2^bit+1=1/2⁵=0,03125

- Signalrate=Abtastfrequenz [Hz]*Codewortlänge[bit]

- NRZ – Non return to zero

• Fester Pegel
• Signalwechsel am Intervallgranzen

- RZ – Return to zero

• Rechtecksignal in der ersten Hälfte des Bitintervalls bei 1, danach, Rückkehr auf 0

- Differential Manchester

•  Änderung in Intervallmitte
• Bei 0 auch am Intervallanfang

a) Falsch
   Mehr bits -> genauere Darstelllung des analogen Signals ->geringerer Quantisierungsfehler

b) Falsch
 Höhere Abtastrate > genauere Abbildung des analogen Signals -> weniger Fehler

- BPSK – Binary Phase Shift Keying

• Phasenmodulation mit Umschaltung zwischen 2 Phasen (i.d.R. 180° verschoben)

- PCM – Pulse Code Modulation

• Erzeugung eines Digitalsignals mittels Codierung

- TDMA – Time Division Multiplexing Access

• Siehe 2.67.

- PAM – Puls Amplitude Modulation

• Quantisierung durch Abtasten des Signals mit einer zeitlich konstanten Abtastrate

- NRZ-S – Non return to zero - Space

• Codierung mit Signalwechsel bei 0

- Reihenfolge

• Quantisierung -> Digitalisierung -> Codierung -> Modulation -> Multiplexing
• PAM -> PCM -> NRZ-S -> BPSK -> TDMA

- Quaterney Phase Shift Keying
- Vorteil

• Höhere Datenrate (2 bit gleichzeitig)

- Nachteil

• Aufwendiger, da 2 orthogonale Träger notwendig

- Verhältnis von fehlerhaft empfangenen Bits zu empfangenen Bits
- Abhängig von Codierverfahren und Rauschen

- Niedrige Bitfehlerwartscheinlichkeit
- niedriger Störabstand

- Geometrie der Funkstrecke

• Orbit
• Abdeckungsbereich
• Ausrichtung

- Antennensysteme

• Fokussierung des Datenstrahls

- Linkbudget

• Sende Leistung

- Datenhandling

• Sicherheit Codierung
• Fehlerfreiheit

- Lebensdauer

• Beständige Materialien

- Thermalkontrolle

• Effizientes Abführen von Wärme

- Energie

• Stromgewinn durch Solaranlagen

- Command and Data Handling System

• Umwandlung von empfangenen oder zu sendenden Daten

- Attitude and Orbit Control system

• Ausrichtung der Antenne

- Propulsion System

• Ausrichtung der Antenne

- Environment Control and Life Support System

• Senden der aktuellen Atmosphärenwerte oder Körperdaten an Mission Control

- Extra Vehicular Activity System

• Kommunikation mit Astronauten im Außenbordeinsatz

- Electrical Power System

• Strom für Sendeleistung

- Thermal Control System

• Abfuhr der Wärme durch Sendeleistungsverluste

- Structure and Mechanisms System

• Anbau der Antennen und gewährleistung deren Beweglickeit

- Payload

• Übertragung der Experimentendaten

- Fertig aufbereitete Datenpakete werden gesendet
- Ausnutzung der Bandbreite -> mehr Kanäle
- Auswirkung

• Mehr Energie/Rechenleistung benötigt
• Mehr Wärme entsteht durch Rechenleistung

- ISL – Inter Satellite Link
- Kommunikation über und zwischen verschiedenen Satelliten

- Fortführen der Kommunikation/einer Tätigkeit durch einen anderen Satelliten, wenn sich der ursprüngliche
Satellit aus dem Sichtbereich, des für die Aufgabe wichtigen Punktes bewegt

- Anteil einzelner Gebiete am gesamten Umsatz

• Raumsegment
• Start
• Betrieb
• Bodensegment
• Dienste

- Unterschiede LEO vs. GEO

a) In den USA entsteht die Innovationsfähigkeit zum größten Teil aus Regierungsprogrammen, währen in
Europa die Institutionellen Aufträge nur leicht überwiegen
b) Die Raumfahrt ist damit in den USA weniger empfindlich gegenüber Wirtschaftszyklen

- Erhebliche Störungen bei weniger als 2° Abstand

- Mobiler Einsatz
- Kommunikation ohne terrstrische Netze
- Sichere Kommunikationsleitung zwischen Satellitentelefonen
- Konferenzfähig
- Anschluss von Computern zwecks Datenübertragung
- Vielzahl von Nutzern ohne terrestrische Leitungsanbindung möglich

- Up- und Downlink arbeiten mit verschiedenen Frequenzen und Leistungen unterschiedlich optimierte Antennen

- Ab 15 GHz steigt das atmosphärische Rauschen stark an
- Erhebliche Störungen im 4/6 GHz Bereich bei 2° abstand
- 14GHz Uplink/12 GHz downlink weniger Energieaufwand auf Satellitenseite

- Höheres EIRP, besseres G/T
- Kleiner Erdfunkstellen
- Intelligentere Codierverfahren
- Höhere Quellsignalkomprimierung
- Höhere Frequenzbereiche
- Höheres Preprocessing der Daten
- Höherwertige Modulationsverfahren
- Dynamische Zugriffsmethoden
- Adaptive Transponderbandbreiten und Satellitenleitungen
- Kanalangepasste Übertragung
- Zeitgemäßes „Protocol Engineering“

- Sehr hohe Übertragungsweiten
- Sehr hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Sender und Empfänger
- Eingeschränkte Abdeckung
- Teilweise kurze Überflugzeiten
- Lebenszeit
- Missmatch der Datenraten: Datenerfassung vs. Downlink
- Dämpfung/Streuung/Reflektion der Signale beim Atmosphärendurchgang
- Einschränkungen in Leistung, Masse und Volumen
- Extreme Temperaturschwankungen an den Antennen
- Belastung der Antennennahen Elektronik

• Temperaturschwankungen
• Startbelastungen

- Lebenszeit des Kommunikationssystems
- Sicherheit

• Vermeidung von Interferenzen
• Schutz vor illegalen Telecommandos
• Schutz vor illegalem Decodieren

- Latenzzeiten

- Fernsehen
- Radio
- Navigation
- Mobilfunk
- Internet

- C&DH – Command and Data Handling System

• Aufbereitung der Daten
• Verwertung der empfangenen Informationen

- CS – Communication System

• Senden und Empfangen von Daten
• Modulierung und Demodulierung

- Mehr Daten pro Zeit modulierbar
- Satelliten in GEO enger platzierbar
- Untere Frequenzen besetz und genutzt
- Auswirkungen/Engpässe an Verschiedenen Stellen

• Größere atmosphärische Dämpfung
  • höhere Sendeleistung erforderlich (Wetterabhängig -> adaptiv)
• lokales Netz zwischen Receiver-Antenne und Endnutzer oder terrestrisches Netz zwischen Receiver-Antenne und Endnutzer
  • Messung der Bitfehlerrate am Streckenausgang in Echtzeit
  • Bei Überladung eines Knotens: Reduktion der Datenrate oder adaptives Multiplexing (Variable Bit Rate – VBR)
  • Verkehrsangepasste Bandbreite mit „Tunable Transponders“

- Systemkontrollzentren
- Nutzerkontrollzentren
- Endeanlagen
- Empfangsanlagen

- Bandbreite: Intervall im Frequenzspektrum, in dem die dominanten Frequenzanteile eines zu übertragenden
oder zu speichernden Signals liegen
- Trägerfrequenz: Frequenz mit der ein Signal übertragen wird
- Gütefaktor: Verhältnis von Trägerfrequenz zu Bandbreite (Q=f/B)

• 3dB-Methode
  • Grenzfrequenzen (obere und untere) nurnoch bei 50% der maximalen Leistung
• Belegte Bandbreite
  • oBandbreite des Senders festgelegt: 99,5% der Leistung in diesem Bereich

- Antennen und Software müssen angepasst sein
- Vermeidung von Überlagerung mit anderen Sendern/Empfängern

- Radiokommunikationssystem, bei dem Hardwarefunktionen teilweise oder komplett in Software umgesetzt sind
- Vorteile

• Flexibler (Feineinstellungen/Justierungen)
• Softwareseitiges Umschalten der Modulationsart umsetzbar

- Nachteile

• Teilweise hohe Rechenleistung des DSP (Digitaler Signal Prozessor)
• DSP getriebene hohe Leistungsaufnahme möglich
• Bei Großserien oft speziell zugeschnittene Sende- und Empfangshardware kostengünstiger

- Direkte Digitalisierung

•  Sender: DSP -> digitaler Datenstrom ->   DAC (Digital-Analog-Converter) -> Antenne
• Empfänger: Eingangssignal: wenige analoge Elemente (Filter, Verstärker) -> digitale Abtastung -> DSP

- Digitalisierung auf Zwischenfrequenzen

• Herabsetzung der Eingangsfrequenz auf erheblich geringere Zwischenfrequenz
• Filterung/Verstärkung, Demodulieren mit geringerer Abtastfrequenz

- Direktmischer nach I/Q-Verfahren

•  Eingangssignal und Oszillatorsignal mit gleicher Trägerfrequenz -> demoduliert