Digitale Signalverarbeitung an Bord von Satelliten

On-Board Processing

Icon On-board Processing
© Fraunhofer IIS

Flexible Satellitennutzlasten:
regenerativ und rekonfigurierbar


On-Board-Prozessoren sind das Herzstück flexibler Kommunikationsnutzlasten für die digitale Signalverarbeitung an Bord von Satelliten. Durch On-Board Processing können die Signale am Satelliten aufbereitet, neu generiert und bedarfsgerecht weitervermittelt werden. Diese regenerative Verarbeitung der Signale ermöglicht eine effizientere Auslastung der Satellitenkapazität. Darüber hinaus sind On-Board-Prozessoren im Orbit rekonfigurierbar, sodass die Satelliten jederzeit von der Erde aus für einen Einsatz in anderen Anwendungen oder mit veränderter regionaler Abdeckung umprogrammiert werden können.

Die Vorteile im Detail

On-Board Processing verbessert und flexibilisiert die Einsatzmöglichkeiten von Satelliten auf verschiedenste Weise.

Variabel konfigurierbare Anwendungen

Mittels On-Board-Prozessoren können Kommunikationsnutzlasten im Orbit für unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden. Durch die jederzeit realisierbare Neukonfiguration des Übertragungsverfahrens reichen mögliche Anwendungen von der Highspeed-Internet-Versorgung, zum Beispiel auf Kreuzfahrtschiffen, über die Anbindung von 5G-Terminals am Boden bis hin zu IoT-Satellitenkommunikationsdiensten mit geringem Datenaufkommen pro Sensorknoten.

Bedarfsgerechte regionale Abdeckung

On-Board Processing unterstützt eine flexible Strahlformung, sowohl durch die Konfiguration analoger Komponenten als auch durch digitales Beamforming. Auf diese Weise können die Ausleuchtbereiche eines Satelliten flexibel verändert werden. So kann die regionale Abdeckung durch einen Satelliten jederzeit an den aktuellen Bedarf in bestimmten Erdregionen angepasst werden. Das ermöglicht die flexible, bedarfsorientierte Nutzung der Satellitenkapazität, auch unterstützt durch effiziente Übertragungskonzepte wie Beam-Hopping.

Flexibles Management des Datenaufkommens

Switching und Routing (dezentrales bzw. zentrales Steuern von Datenströmen) ermöglichen ein flexibles Management des Datenaufkommens direkt am Satellit: Signale können zu einzelnen Beams weitergeschaltet oder zu mehreren Beams verteilt werden, sowohl auf Ebene der Frequenzen als auch auf Ebene der Einzelsignale. Damit können direkte Verbindungen zwischen einzelnen Terminals, optimierte Verbindungen zwischen Satelliten zur effizienten Weiterleitung von Daten und eine gleichmäßige Auslastung aller Satelliten in einer Konstellation erreicht werden.

Verbesserte Übertragungseffizienz

On-Board Processing befähigt die Kommunikationsnutzlast zur Modulation und Demodulation. Das heißt, die Verarbeitung ankommender Signale in repräsentative Symbole und die Neumodulation der Symbole zur Generierung eines neuen Sendesignals findet direkt am Satelliten statt. Durch Filterung der ankommenden Signale und Neuarrangement in einem oder mehreren Sendesignalen (Demultiplexing und Multiplexing) wird die Übertragungseffizienz zusätzlich verbessert.

Optimierte Signalqualität

Nach Demodulation der Signale können fehlerhafte Informationen im Fall einer gestörten Übertragung durch Fehlererkennung und -korrektur wiederhergestellt werden. Das verbessert die Signalqualität in der Übertragung deutlich. Auch schwache Signale können auf diese Weise wiederhergestellt werden. Damit lassen sich selbst kleinere Bodenterminals mit geringer Sendeleistung zuverlässig ohne Einbußen bei der Signalqualität verwenden.

Systemberatung für den Einsatz von On-Board Processing

Unsere Expertise liegt in der Systemberatung für die Verwendung regenerativer Nutzlasten in verschiedensten Satellitensystemen und Anwendungen. Damit unterstützen wir Sie bei der Definition, Auswahl und Umsetzung von On-Board-Prozessoren.

Grundlage jedes effizienten Systemdesigns bilden die überlegte Auswahl und die gründliche Definition der zu unterstützenden Anwendungsfälle. Darauf aufbauend führen wir Technologie- und Machbarkeitsstudien durch, entwickeln das passgenaue Prozessordesign und erarbeiten Konzepte für den wirkungsvollen und effizienten Einsatz von On-Board Processing im Gesamtsystem:

  • Use Case Assessment
  • Exakt zugeschnittenes Systemdesign für neue Satellitensysteme
  • Passgenaues Design für digitale Nutzlastarchitekturen
  • Technologieüberlegungen und -auswahl auf Basis der Nutzeranforderungen
  • Rekonfigurationskonzepte für FPGA-Lösungen
  • Methoden zur Minimierung der Folgen von Strahlungseinwirkungen
  • In-Band-Telemetrie und -Telecommand (TM/TC)
  • Monitoring- und Steuerungsoptionen für Bodenstationen

Mehr Informationen

 

Referenzprojekt
»Fraunhofer On-Board-Prozessor FOBP«

Rekonfigurierbare Kommunikationsnutzlast für den deutschen Heinrich-Hertz-Satelliten

 

Internet of Things (IoT) via Satellit

Globale Konnektivität

 

DVB-S2X-Technologie

Neue Effizienz in der Satellitenkommunikation