Beam-Hopping

Satellitenkapazität bedarfsorientiert einsetzen

Beam-Hopping ist ein Konzept mit dem die Datenübertragung via Satellit flexibel an das variable Datenaufkommen in etwaigen Gebieten angepasst werden kann. Statt statisch einen bestimmten Bereich mit Daten zu versorgen, schaltet der Satellit dabei zwischen verschiedenen Ausleuchtzonen hin und her. Das Umschalten der Satelliten-Beams richtet sich nach einem Zeitplan, der die aktuell benötigten Datenraten in den verschiedenen Versorgungsgebieten berücksichtigt. Insgesamt verbessert das Konzept die Effizienz eines Satellitensystems, weil die Übertragungskapazität in voller Bandbreite immer genau dort zur Verfügung steht, wo sie momentan benötigt wird. 

Ein Beam-Hopping-fähiges System gleicht Schwankungen in der Nutzernachfrage flexibel aus und ist auf eine bestmögliche Gesamtauslastung ausgerichtet:

  • Adaptiert sich an den veränderten Bedarf im Tagesverlauf
  • Erleichtert die Anpassung eines Satelliten an neue Services mit anderer Auslastung
  • Unterstützt die Versorgung bei lokal schwankendem Datenverkehr durch mobile Nutzer
Beam-Hopping
© Fraunhofer IIS

Die Herausforderungen eines Beam-Hopping-Systems

Der Einsatz von Beam-Hopping-Techniken erfordert eine Optimierung und Anpassung klassischer Modulations- und Demodulationsmethoden und Lösungen zur zuverlässigen und bedarfsangepassten Steuerung des Beam-Switchings.

Exakte Synchronisation 

Auf Senderseite sind besondere Scheduling-Algorithmen nötig, die die Ressourcenverteilung dem Datenbedarf der Empfänger entsprechend optimieren und neue Beam-Hopping-Zeitpläne berechnen. Denn gerade bei transparenten Beam-Hopping-Satelliten kommt es auf eine reibungslose Synchronisation zwischen der Uplink-Übertragung des Gateways und dem Beam-Switching am Satellit an. Verfügt ein Satellit über einen On-Board-Prozessor (regenerative Nutzlast), findet das Scheduling direkt im Satelliten statt, wodurch falsche Beam-Daten-Zuordnungen besser vermieden werden können. In beiden Fällen liegt die Herausforderung darin, insbesondere bei häufigen Änderungen des Beam-Hopping-Zeitplans, keine Datenpakete in den falschen Beam zu senden. 

Zuverlässige Signalverarbeitung auf Empfängerseite

Die stoßweise Datenübertragung im Downlink erfordert auf Empfängerseite spezielle Eigenschaften zur zuverlässigen Verarbeitung diskontinuierlicher Eingangsdaten. Dazu muss unter anderem die Regelung der Empfangssignalverstärkung robust gegenüber den stark schwankenden Empfangsleistungen sein. Außerdem ist eine exakte Synchronisation hinsichtlich Zeit und Frequenz nötig. Dabei können der Einsatz und die Auswertung einer starken Präambelsequenz helfen, wie sie zum Beispiel in der Super-Frame-Wellenform des DVB-S2X Standards enthalten ist.

 

 

Geeignetes Testequipment

Im Rahmen der Technologieentwicklung für Beam-Hopping-Systeme ist passendes Testequipment gefragt, mit dem Terminals und Übertragungsverfahren in den verschiedensten Beam-Hopping-Szenarien getestet und optimiert werden können. Am Fraunhofer IIS wurde dafür ein Beam-Hopping-Emulator entwickelt, mit dem das Beam-Switching variabel gesteuert werden kann:

  • Feingranulare Definition des Beam-Hopping-Zeitplans (auch Emulation des Ein-/Ausschaltverhaltens möglich)
  • Emulation von Übersprechen in »benachbarte« Beams
  • Einstellbares Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bzw. Rauschen aus interner oder externer Quelle
  • Signalpfad analog transparent und damit ohne Bandbreitenbegrenzung
  • Interner Oszillator oder externes Taktsignal

Entwicklungspartner für die Realisierung Beam-Hopping-fähiger Übertragungssysteme

Beratung

Wir beraten Satellitenbetreiber und Equipment-Hersteller in der Planungs- und Konzeptionierungsphase in allen Fragen der Systemauslegung und des Receiver-Designs. Dazu führen wir umfassende Machbarkeits- und Konzeptstudien durch.

Implementierung

Im Rahmen der Realisierung geeigneter Terminals kümmern wir uns um die Integration der Beam-Hopping-Funktionalität auf Testplattformen bis hin zur kundenspezifischen Entwicklung und Integration von IP-Cores für professionelles Equipment.

Test und Verifikation

Für Leistungs- und Verifikationstests steht am Fraunhofer IIS ein eigenes Beam-Hopping-Testbed zur Verfügung. Mit dem dazugehörigen Beam-Hopping-Emulator können die Tests sowohl im Labor als auch over-the-air durchgeführt werden.

Mehr Informationen

 

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