EIVE-T: Exploratory in-orbit verification of an E/W-band satellite communication link – Terrestrial mission

Abstract

Mit dem Projektvorhaben EIVE-T werden mehrere wissenschaftliche Experimente mit einer Datenübertragung von und zu einer hochgelegenen Bergspitze mit höchstem Produkt aus Datenrate und Übertragungsdistanz untersucht, ermöglicht durch eine im Rahmen von DLR-Vorgängerprojekten entwickelte Technologieplattform für die aktive Satellitenkommunikation in den nutzbaren E-Band Frequenzbereichen 71-76 GHz und 81-86 GHz. Die Experimente sind ausgelegt, um folgende wissenschaftliche und technische Zielsetzungen zu erreichen:

Eine statistisch belastbare Langzeitstudie zur Vermessung der atmosphärischen Effekte auf die Qualität breitbandig modulierter Funksignale unter verschiedenen Elevationswinkeln. Durch den Einsatz, der im laufenden Projekt EIVE entwickelten wissenschaftlichen Payload auf Basis eines modernen Multi-System-on-Chip (MSoC) inkl. der eigens entwickelten Protokolle und Verfahren zur Übertragung hochauflösender (4K) Kameradaten soll die EIVE-Nutzlast in realer Betriebsumgebung getestet werden. Rekordübertragung mit Polarisationsmultiplex

In zwei unterschiedlichen aufeinanderfolgenden Szenarios (Outdoor-Missionen) wurde versucht die Zielsetzungen zu erreichen. Dabei konnten Erkenntnisse, die im ersten Szenario gewonnen wurden, verwendet werden um das zweite Szenario zu optimieren. Szenario eins bestand aus einer Rekordübertragungslänge von ca. 60 km von der Zugspitze (TX) nach Kempten (RX). In Szenario zwei waren Sender und Empfänger nebeneinander auf selber Höhe in einem Tal in den Alpen. Gesendet wurde auf eine Bergspitze zu einem Reflektor, der das Signal zurück ins Tal strahlte. Damit konnte die Distanz verdoppelt werden und die Luftschichten wurden zweimal durchquert. Es konnte gezeigt werden, dass eine E-Band-Übertragung bei über 20 km Distanz mit einem Elevationswinkel von 7° möglich ist. Dabei konnten Datenraten bis 25 Gbit/s demonstriert werden. Außerdem wurde die Ergebnisse mit den ITU Modellen verglichen und für zukünftige Berechnungen angepasst. Weiter gab es Fortschritte bei der Antennenautomatisierung sowie dem Ausrichten mehrerer Antennen. The EIVE-T project investigates several scientific experiments with data transmission from and to a high-altitude mountain peak with the highest product of data rate and transmission distance, made possible by a technology platform for active satellite communication in the usable E-band frequency ranges 71-76 GHz and 81-86 GHz developed within the framework of DLR predecessor projects. The experiments are designed to achieve the following scientific and technical objectives:

A statistically robust long-term study to measure the atmospheric effects on the quality of broadband modulated radio signals at different elevation angles. By using the scientific payload developed in the ongoing EIVE project on the basis of a modern Multi-System-on-Chip (MSoC), including the specially developed protocols and procedures for transmitting high-resolution (4K) camera data, the EIVE payload is to be tested in a real operating environment. Record transmission with polarization multiplexing

In two different consecutive scenarios (outdoor missions), an attempt was made to achieve the objectives. The knowledge gained in the first scenario was used to optimize the second scenario. Scenario one consisted of a record transmission length of approx. 60 km from the Zugspitze (TX) to Kempten (RX). In scenario two, the transmitter and receiver were next to each other at the same altitude in a valley in the Alps. Transmission was made to a mountain peak to a reflector, which beamed the signal back down into the valley. This doubled the distance and the air layers were crossed twice. It was shown that E-band transmission is possible at a distance of over 20 km with an elevation angle of 7°. Data rates of up to 25 Gbit/s were demonstrated. The results were also compared with the ITU models and adapted for future calculations. There was also progress in antenna automation and the alignment of several antennas.