改進的點波束衛(wèi)星系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：7708703閱讀：265來源：國知局

專利名稱：改進的點波束衛(wèi)星系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本申請總地涉及無線通信，特別涉及衛(wèi)星通信網絡。
背景技術：
隨著使用Ka波段衛(wèi)星的星際網絡業(yè)務的啟動，消費者寬帶衛(wèi)星業(yè)務在北美正在獲得吸引力。雖然這樣的第一代衛(wèi)星系統(tǒng)可以提供每衛(wèi)星每秒多個千兆比特(Gbps)的全部容量，但這樣的系統(tǒng)的設計固有地限制了可以被充分地服務的消費者的數量。此外，跨多個覆蓋區(qū)域分散容量的事實進一步限制了每個用戶(subscriber)的帶寬。
盡管現有的設計有多個容量限制，但對于這樣的寬帶業(yè)務的需求仍持續(xù)增長。過去若干年已經看到了通信和處理技術中的強大優(yōu)勢。結合選定的創(chuàng)新的系統(tǒng)和元件設計，該技術可以被利用來產生新的無線通信系統(tǒng)來解決這個需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種用于分配傳輸帶寬的方法。該方法包括在由中央單元分配在第一分配的發(fā)送頻道(first assigned frequency channel)中發(fā)送衛(wèi)星上行鏈路信號的用戶終端側，通過在第一分配的發(fā)送頻道中在時間分隔的傳輸周期中發(fā)送來間歇地發(fā)送衛(wèi)星上行鏈路信號。該方法進一步包括在用戶終端側，在傳輸來自于用戶終端的衛(wèi)星上行鏈路信號的時間分隔的傳輸周期之間監(jiān)視所述第一分配的發(fā)送頻道，以生成關于第一分配的發(fā)送頻道中可能存在另一信號的至少一個觀察結果，并且將所述至少一個觀察結果"t艮告給中央單元。該方法還包括在中央單元側，接收所述至少一個觀察結果，并且基于所述用戶終端報告的所述至少一個觀察結果來確定將用戶終端重新分配到第二分配的發(fā)送頻道，并且將傳送重新分配的結果的消息發(fā)送到用戶終端，以便指引用戶終端在第二分配的發(fā)送頻道中發(fā)送衛(wèi)星上行鏈路信號。
根據一個實施例，該方法進一步包括監(jiān)視與第一分配的發(fā)送頻道不同的至少一個帶外頻道以生成所述至少一個觀察結果的步驟，其中所述至少一個觀察結果進一步涉及在所述至少一個帶外頻道中可能存在的信號。所述至少一個帶外頻道可以包括與第一分配的發(fā)送頻道相鄰的鄰近頻道。
根據一個實施例，至少一個觀察結果指示作為主要頻譜許可持有者的外部源的存在，并且用戶終端是次要頻譜許可持有者。作為一個例子，所述至少一個觀察結果指示陸地移動數據業(yè)務(LMDS)用戶的存在。
根據一個實施例，用戶終端進一步能夠使用第一天線在第一分配的接收頻道中接收衛(wèi)星下行鏈路信號，并且使用第二天線監(jiān)視第一分配的發(fā)送頻道。例如，第一天線用于接收衛(wèi)星信號，并且第二天線用于接收地面信號。
根據一個實施例，在確定將用戶終端重新分配給第二分配的發(fā)送頻道時，除了用戶終端報告的所述至少一個觀察結果之外中央單元還考慮其他用戶終端報告的觀察結果。
本發(fā)明還涉及一種在利用頻率重用的多波束衛(wèi)星系統(tǒng)中通信數據的方法。
該方法包括在衛(wèi)星和多個用戶終端之間建立包括上行鏈^^業(yè)務波束和下行鏈路業(yè)務波束的業(yè)務波束以形成多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域，每個下行鏈路業(yè)務波束與不同的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關。通過重用至少一個公共上行鏈路頻道來將多個上行鏈^^業(yè)務波束發(fā)送給衛(wèi)星，并且通過重用至少一個公共下行鏈路頻道來從衛(wèi)星發(fā)送多個下行鏈路業(yè)務波束。
該方法進一步包括在衛(wèi)星和網關終端之間建立至少一個上行鏈路饋線波束和至少一個下行鏈路饋線波束，所述至少一個下行鏈路饋線波束與一個饋線波束覆蓋區(qū)域相關聯，所述饋線波束覆蓋區(qū)域和所述多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域分開，在衛(wèi)星側接收所述至少一個上行鏈路饋線波束以形成多個下行鏈路業(yè)務波束，在衛(wèi)星側接收多個上行鏈路業(yè)務波束以形成所述至少一個下行鏈路饋線波束。通過進一步重用所述至少一個公共上行鏈路頻道來向衛(wèi)星發(fā)送所述至少一個上行鏈路饋線波束，并且通過進一步重用所述至少一個公共下行鏈路頻道來從衛(wèi)星發(fā)送所述至少一個下行鏈路饋線波束。
根據本發(fā)明的實施例，所述至少一個上行鏈路饋線波束包括多個上行鏈路饋線波束，并且所述至少一個下行鏈路饋線波束包括多個下行鏈路饋線波束。通過再次進一步重用所述至少一個公共上行鏈路頻道來向衛(wèi)星發(fā)送多個上行鏈路饋線波束。此外，通過再次進一步重用所述至少一個^^共下行鏈i 各頻道來從衛(wèi)星發(fā)送多個下行鏈路饋線波束。
根據一個實施例，所述至少一個上行鏈路饋線波束包括4個載波，其中所
述至少一個公共上行鏈路頻道包括每一個能夠由右旋圓極化(RHCP)和左旋圓極化(LHCP)區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且其中4個載波的每一個使用頻率和極化的4個獨特組合的一個來發(fā)送。
根據一個實施例，所述至少一個下行鏈路^t線波束包括4個載波，其中所述至少一個公共下行鏈路頻道包括每一個能夠由右旋圓極化(RHCP)和左旋圓極化(LHCP)相區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且其中4個載波的每一個使用頻率和極化的4個獨特組合的一個來發(fā)送。
根據一個實施例，每個上行鏈路業(yè)務波束包括1個載波，其中所述至少一個公共上行鏈S各頻道包括每一個能夠由右旋圓極化(RHCP)和左旋圓極化 (LHCP)相區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且其中上行鏈路業(yè)務波束的每個載波使用頻率和極化的4個獨特組合的一個來發(fā)送。根據一個實施例，每個下行鏈路業(yè)務波束包括1個載波，其中所述至少一
個公共下行鏈路頻道包括每一個能夠由右旋圓極4匕(RHCP)和左旋圓才及化 (LHCP)相區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和才及化的4個獨特組合，并且其中下行鏈i 各業(yè)務波束的每個載波使用頻率和極化的4個獨特組合的一個來發(fā)送。所述至少一個公共上行鏈路頻道包括500MHz的頻道。所述至少一個7>共下4亍鏈;洛頻道包括500MHz的頻道。
本發(fā)明還涉及一種在具有多個點波束的衛(wèi)星系統(tǒng)中發(fā)送數據的方法，所述方法包括在從網關終端到通信衛(wèi)星的前向方向上發(fā)送寬帶信號以中繼到至少一個用戶終端。所述方法還包括在通信衛(wèi)星側接收所述寬帶信號，其中通信衛(wèi) 星包括一個彎管中繼器，所述彎管中繼器具有多個基于衛(wèi)星的傳輸放大器，每個基于衛(wèi)星的傳輸放大器能夠執(zhí)行放大以生成業(yè)務點波束。所述方法還包括使用多個基于衛(wèi)星的傳輸放大器的一個來放大所述寬帶信號以產生放大的寬帶信號，其中所述多個基于衛(wèi)星的傳輸放大器的一個傳輸放大器被用來僅放大所述寬帶信號而不放大來自網關終端的其他寬帶信號。所述方法還包括將所述放大的寬帶信號發(fā)送至所述至少一個用戶終端，所述;^丈大的寬帶信號被發(fā)送作為多個業(yè)務點波束的一個，所述多個業(yè)務點波束的一個業(yè)務點波束含蓋包括至少
—個用戶終端的地球表面覆蓋區(qū)域，其中所述放大的寬帶信號獨自占用所述多個業(yè)務點波束的一個。所述方法還包括在所述至少一個用戶終端側接收所述》丈大的寬帶信號并從所述;^大的寬帶信號恢復數據。
在一個實施例中，所述^:大的寬帶信號是單載波信號。所述放大的寬帶信號支持至少1千兆比特每秒(Gbps)的數據率。所述放大的寬帶信號具有至少500MHz的帶寬。
多個基于衛(wèi)星的傳輸放大器的每一個都包括行波管放大器(TWTA)。在一個實施例中，多個業(yè)務點波束包括60個業(yè)務點波束。從網關終端向通信衛(wèi)
星發(fā)送的寬帶信號被包含在從網關終端到通信衛(wèi)星發(fā)送的多個饋線波束的一個中。在一個實施例中，多個饋線波束包括15個饋線波束。多個饋線波束的每一個包含4個載波，每個載波表示在從網關終端到通信衛(wèi)星的前向方向上發(fā) 送的分離信號。
本發(fā)明還涉及一種利用過剩的衛(wèi)星巴氏功率的方法。該方法包括在從網關終端到彎管繼電器通信衛(wèi)星的前向方向上發(fā)送^f皮包含在至少一個饋線波束中的寬帶信號以中繼到至少一個用戶終端。通信衛(wèi)星可操作用于提供巴氏功率總量，其中通信衛(wèi)星的現有有效載荷消耗巴氏功率總量的占用部分，其中通信衛(wèi) 星的額外有效載荷消耗巴氏功率總量的其余部分，并且通信衛(wèi)星包括多個基于衛(wèi)星的傳輸放大器，每個基于衛(wèi)星的傳輸放大器能執(zhí)行放大以生成業(yè)務點波束。該方法還包括在通信衛(wèi)星側接收所述寬帶信號并且使用所述多個基于衛(wèi)星的傳輸放大器的一個來放大所述寬帶信號以產生放大的寬帶信號。該方法還包
括向所述至少一個用戶終端發(fā)送所述》丈大的寬帶信號，所述;^文大的寬帶信號浮皮
發(fā)送作為多個業(yè)務點波束的一個。該方法還包括在所述至少一個用戶終端側4妄收所述放大的寬帶信號從所述放大的寬帶信號恢復數據。
根據一個實施例，所述額外有效載荷支持完整的衛(wèi)星系統(tǒng)，完整的衛(wèi)星系
統(tǒng)包括M個饋線波束和N個業(yè)務波束。
根據可選實施例，額外有效載荷支持完整的衛(wèi)星系統(tǒng)的一部分，完整的衛(wèi) 星系統(tǒng)包括M個饋線波束和N個業(yè)務波束。作為例子，完整的衛(wèi)星系統(tǒng)包括 15個饋線波束(M=15 )和60的業(yè)務波束(N=60 )，并且所述額外有效載荷支持2個饋線波束和8個業(yè)務波束。
在一個實施例中，至少一個饋線波束的每一個包括4個信號，每個信號使用頻率和極化的四個不同組合的一個來發(fā)送。多個業(yè)務波束與不同地球表面覆蓋區(qū)i或相關，并且應用頻率重用來利用至少一個^^共頻道。與所述多個業(yè)務波束相關的鄰近的地球表面覆蓋區(qū)域使用交替的左右旋圓極化。
可以使用頻譜的不同部分。例如，所述至少一個饋線波束和所述多個業(yè)務波束利用Ka波^險的至少一個頻道。
本發(fā)明還涉及一種利用用戶終端和網關終端定位來操作多波束衛(wèi)星系統(tǒng) 的方法。
該方法包括在多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域內定位多個用戶終端，所述用戶終端能夠在用戶終端和衛(wèi)星之間建立上行鏈路業(yè)務波束和下行鏈路業(yè)務波束，下行鏈路業(yè)務波束與所述多個不同的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關。通過重用至少一個公共上行鏈路頻道向衛(wèi)星發(fā)送多個上行鏈路業(yè)務波束，并且通過重用至少一個公共下行鏈路頻道/人衛(wèi)星發(fā)送多個下4亍鏈路業(yè)務波束。該方法還包括在饋線波束覆蓋區(qū)域內定位網關終端，所述網關終端能夠在網關終端和衛(wèi)星之間建立上行鏈路饋線波束和下行鏈路饋線波束，下行鏈路饋線波束與所述饋線波束覆蓋區(qū)域相關，所述饋線波束覆蓋區(qū)域與所述多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域分開設置，在衛(wèi)星側接收上行鏈路饋線波束以形成多個下行鏈路業(yè)務波束，在衛(wèi)星側接收多個上行鏈路業(yè)務波束以形成下行鏈路饋線波束。通過進一步重用所述至少一個公共上行鏈路頻道向衛(wèi)星發(fā)送上行鏈路饋線波束，并且通過進一步重用所述至少一個公共下行鏈^各頻道從衛(wèi)星發(fā)送下行鏈路饋線波束。
網關終端可以是多個網關終端的一個，每個網關終端^^定位在多個饋線鏈路覆蓋區(qū)域的不同的一個饋線鏈路覆蓋區(qū)域內。根據一個實施例，所述多個網關終端的每一個與所述多個網關終端中的每個其他網關終端分隔的最小距離
為400公里。根據一個實施例所述多個網關終端的每一個被放置在距光纖網絡連接50公里的距離內。根據一個實施例，所述多個網關終端的每一個被放置在對于指定的時間百分比，所述至少一個公共上行鏈路頻道的全部雨衰(例如時間的99.99% )小于特定量的衰落(例如10dB的衰落)的位置上。

圖1A是根據本發(fā)明的不同實施例配置的示意性衛(wèi)星通信系統(tǒng)的框圖1B是表示無線通信系統(tǒng)的可選實施例的框圖2A是示出根據本發(fā)明的不同實施例配置的多波束系統(tǒng)的實例；
圖2B是示出根據本發(fā)明的不同實施例配置的多波束系統(tǒng)的另一個實例；
圖3表示框圖形式示出的網關的地面系統(tǒng)的實施例；
圖4表示框圖形式示出的SMTS的實施例；
圖5表示框圖形式示出的衛(wèi)星的實施例；
圖6A表示框圖形式示出的上行數據流轉發(fā)器(upstream translator)的實施例；
圖6B表示框圖形式示出的下行數據流轉發(fā)器(downstream translator)的實施例；
圖7是表示一組用戶設備的框圖，該組用戶設備可以位于用戶位置以接收和發(fā)送通信信號；圖8表示下行數據流信道的實施例；圖9表示上行數據流信道的實施例；圖IO表示網關發(fā)射器的實施例；圖ll表示網關接收器的實施例；
圖12A表示前向鏈路(forward link)分配系統(tǒng)的實施例；圖12B表示返向鏈路(return link)分配系統(tǒng)的實施例；圖13表示信道圖的實施例；
圖14表示根據本發(fā)明的一個實施例可采用的示例頻率重用(Frequency Re-use)計戈'J;
圖15表示根據本發(fā)明的一個實施例的說明性的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了衛(wèi)星上行鏈路頻帶的自適應使用。
具體實施例方式
本發(fā)明的各種實施例包括用于新的寬帶衛(wèi)星網絡的系統(tǒng)、方法、設備和軟件。
具體實施方式
中僅提供了示意性的實施例，不用于限制本發(fā)明的范圍、應用性或配置。相反的，實施例的隨后的描述將向本領域普通技術人員提供能夠實施本發(fā)明的實施例的具體實施方式
?？梢詫M件的功能和布置進行各種改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
由此，不同實施例可以恰當地省略、減去或增加各種過程或元件。例如，應該意識到，在可替換的實施例中，可以通過與所描述的方法不同順序來執(zhí)行方法，并且可以增加、省略或合并不同步驟。而且，針對某些實施例所描述的特征也可以被合并到不同的其他實施例中?？梢砸韵嗨频姆绞胶喜嵤├牟?同方面和組件。此外，可以在下面的實施例之前、之后或同時需要多個步驟。
還應該意識到，下面的系統(tǒng)、方法、設備和軟件可以是更大的系統(tǒng)的元件，其中其他過程可以優(yōu)先地進行或者修改它們的應用。
圖1A是^4居本發(fā)明的各種實施例配置的示意性的衛(wèi)星通信系統(tǒng)100的框圖。該衛(wèi)星通信系統(tǒng)100包括例如因特網的網絡120,網絡120與網關115相接口連接，網關115用于通過衛(wèi)星105與一個或多個用戶終端130通信。網關 115有時被稱為集線器或地面站。用戶終端130有時被稱為調制解調器、衛(wèi)星調制解調器或用戶終端。如上所述，雖然通信系統(tǒng)IO(H皮示例為基于乂于地靜止的衛(wèi)星105的通信系統(tǒng)，但應該注意到這里描述的各種實施例不局限于使用在
基于對地靜止的衛(wèi)星的系統(tǒng)中，例如某些實施例可以是基于近地軌道(Low Earth Orbit, LEO )衛(wèi)星的系統(tǒng)。
' 在不同實施例中，網絡120可以是任意類型的網絡，并且可以包4舌例如因特網、IP網、內聯網、廣域網(WAN)、局域網(LAN)、虛擬專用網、公共交換電話網(PSTN)和/或支持這里描述的設備之間的數據通信的任意其它類型的網絡。網絡120可以包括有線和無線連接，包括光鏈路。根據本公開，對于本領域的普通技術人員來說許多其他的例子是可能的和明顯的。如多個實施例所述，網絡可以通過也與衛(wèi)星105通信的其他網關(未圖示)來連接網關 115。
網關115提供網絡120和衛(wèi)星105之間的接口。網關115可以用于接收指向一個或多個用戶終端130的數據和信息，并且可以將該數據和信息進行格式化以通過衛(wèi)星105傳送到各個目的地設備。類似地，網關115可以用于從指向網絡120中的目的地的衛(wèi)星105 (從一個或多個用戶終端)接收信號，并且可以將接收的信號進行格式化以沿著網絡120傳輸。
連接至網絡120的設備(未圖示)可以通過網關115與一個或多個用戶終端通信。可以從網絡120中的設備向網關115發(fā)送數據和信息，例如IP數據報。網關115可以根據物理層定義將媒體接入控制(MAC)幀進行格式化以
技術，包括DVB-S2和WiMAX標準定義的那些技術。從網關115到衛(wèi)星105 的鏈路135可以在下文中被稱為下行數據流上行鏈路135。
網關115可以使用天線110來將信號發(fā)送至衛(wèi)星105。在一個實施例中，天線110包括拋物面反射器，該拋物面發(fā)射器在衛(wèi)星方向具有高定向性并且在其他方向具有低定向性。天線110可以包括各種可替換的配置和組件，該可替換的配置和組件包括操作特征，例如正交極化之間的高隔離性、操作頻帶的高效率和低噪聲。例如，在一個實施例中天線110可以包括組件陣列。
在一個實施例中，對地靜止的衛(wèi)星105用于從天線110的位置并且在發(fā)送的頻帶和特定極化中接收信號。諸如，衛(wèi)星105可以使用反射器天線、透鏡天線、陣列天線、有源天線或現有技術中已知的其他機制來接收這樣的信號。衛(wèi)
18星105可以處理從網關115接收的信號，并且將來自網關115的包含MAC幀的信號轉發(fā)到一個或多個用戶終端130。在一個實施例中，衛(wèi)星105以多波束模式操作，發(fā)送每個指向地球的不同區(qū)域的多個窄波束，允許頻率重用。通過
這樣的多波束衛(wèi)星105,對衛(wèi)星可以存在任意數目的不同信號切換配置，允許來自單個網關115的信號在不同點波束之間切換。在一個實施例中，衛(wèi)星105 可以被配置為"彎管(bent pipe)"衛(wèi)星，其中衛(wèi)星在將接收到的載波信號重新發(fā)送到它們的目的地之前將這些信號進行頻率變換，而對信號的內容幾乎不執(zhí)行或不執(zhí)行其他處理。根據本發(fā)明的某些實施例的衛(wèi)星105可以使用各種物理層傳輸調制和編碼技術，包括DVB-S2和WiMAX標準定義的那些纟支術。對于其他實施例，對本領域普通技術人員來說顯而易見的是，多個配置是可能的 (例如，使用LEO衛(wèi)星或使用代替星形網絡(star network)的網狀網絡(mesh network))。
一個或多個用戶終端130可以通過各自的用戶天線125來接收從衛(wèi)星105 發(fā)送的業(yè)務信號。在一個實施例中，天線125和終端130—起構成甚小孔徑終端(Very Small Apeture Terminal, VSAT )，天線125測量大約0.6米直徑并且具有大約2瓦功率。在其他實施例中，在用戶終端130可以使用各種其它類型的天線125來從衛(wèi)星105接收信號。從衛(wèi)星105到用戶終端130的鏈路150在下文中可以被稱為下行數據流下行鏈路150。每個用戶終端130可以包括單個用戶終端，或者可選地包括連接到多個用戶終端的集線器或路由器(未圖示)。每個用戶終端130可以連接至用戶端i殳備(Consumer Premises Equipment , CPE) 160, CPE 160包括例如計算機、局域網、因特網裝置、無線網絡等。
在一個實施例中，多頻時分多址(MF-TDMA)方案用于上^亍數據流鏈^各 140、 145,允許通信量的有效流動同時在每個用戶終端130之間維持分配容量的靈活性。在這個實施例中，可以分配多個頻道，該多個頻道是固定的或者被以更動態(tài)的方式分配。還可以在每個頻道中應用時分多址(TDMA)方案。在該方案中，每個頻道可以被劃分為可以被分配給連接(例如，用戶終端130) 的多個時隙。在其他實施例中，可以以其他方案配置一個或多個上行數據流鏈路140、 145,例如，頻分多址(FDMA)、正交頻分多址(OFDMA )、碼分多址(CDMA)或現有技術中已知的任意數目的混合或其他方案。用戶終端，例如130-a，可以通過衛(wèi)星105將數據和信息發(fā)送至網絡120
目的地。用戶終端130使用天線125-a通過上行數據流上行鏈路145-a將信號發(fā)送至衛(wèi)星105。用戶終端130可以根據各種物理層傳輸調制和編碼技術，包括DVB-S2和WiMAX標準中定義的技術來發(fā)送信號。在各種實施例中，對于每個鏈路135、 140、 145、 150，物理層技術可以相同或者可以不同。從衛(wèi)星
105到網關115的鏈路可以在下文中被稱為上行數據流下行鏈路140。
返回圖1B,框圖用于表示衛(wèi)星通信系統(tǒng)100的可選實施例。例如，該通信系統(tǒng)100可以包括圖IA的系統(tǒng)IOO，但是在這個例子中描述得更詳細。在該實施例中，網關115包4舌衛(wèi)星調制解調器端"t妻系統(tǒng)(Satellite Modem Termination System, SMTS),其至少部分地基于有線電纜數據服務接口規(guī)范
(Data-Over-Cable Service Interface Standard, DOCSIS )。在這個實施例中的 SMTS包括一系列的調制器和解調器，用于向用戶終端130發(fā)送信號和從用戶終端130接收信號。網關115中的SMTS通過衛(wèi)星105執(zhí)行信號通信量的實時調度，并且提供連接到網絡120的接口。
在本實施例中，用戶終端135也使用部分的基于DOCSIS的調制解調器電路。由此，SMTS可以使用基于DOCSIS的資源管理、協(xié)議和調度器以有效地提供消息。在不同的實施例中，可以修改基于DOCSIS的元件以適合于用于其中。由此，某些實施例可以利用DOCSIS規(guī)范的某些部分，同時定制其他部分。雖然上面概括地描述了能夠用于不同實施例的衛(wèi)星通信系統(tǒng)100,但現在將描述這樣的系統(tǒng)100的特定實施例。在該特定例子中要使用大約2千兆赫茲
(GHz)的帶寬，包括相鄰頻譜的四個500兆赫茲(MHz)的帶寬。雙圓極化的應用導致包括具有總可用頻帶4GHz的8個500MHz的不重疊頻帶的可用頻率。該特定實施例應用與網關115和用戶點波束物理分離的多波束衛(wèi)星105, 并且允許對在不同鏈路135、 140、 145、 150的頻率重用。對在下行數據流下行鏈路上的每個業(yè)務鏈路點波束使用單個行波管放大器(TWTA),并且每個 TWTA在完全飽和狀態(tài)操作以達到最大效率。單個寬帶載波信號，例如使用一個500MHz頻帶的全部，填充TWTA的整個帶寬，由此允許最小數目的空間硬件組件。點波束尺寸和TWTA功率可以被優(yōu)化以獲得地球表面上的最大通量密度-118分貝瓦每平方米每兆赫茲(dbW/m2/MHz )。由此，使用近似2比特每秒每赫茲(bits/s/Hz )，存在大約每點波束1Gbps的可用帶寬。
參考圖12A示出了前向鏈路分配系統(tǒng)1200的實施例。如圖所示，網關115 連接至天線110,這產生四個下行數據流信號。對四個下行數據流上4于鏈路135 的每一個使用具有500MHz頻譜的單個載波。在該實施例中，一共兩個頻率和兩個極化允許四個單獨的下行數據流上行鏈路135,而僅^使用lGHz的頻譜。例如，鏈路A135-A可以是具有左旋極化的FreqlU (27.5-28.0GHz)，鏈路B 135-B可以是具有右旋極化的Freq 1U ( 27.5-28.0GHz),鏈路C可以是具有左旋極化的Freq 2U ( 29.5-30GHz),以及鏈路D可以是具有右旋極化的Freq 2U (29.5-30GHz)。
衛(wèi)星105被功能化地描述為饋線鏈路(feeder link)和業(yè)務鏈路之間的四個"彎管，，連接。可以通過衛(wèi)星105 "彎管，，連接來改變載波信號和極化的方向。衛(wèi)星105將每個下行數據流上行鏈路135信號轉換為下行數據流下行鏈路信號150。
在本實施例中存在四個下行數據流下行鏈路150,每個下行數據流下行鏈路150為四個點波束205提供業(yè)務鏈路。下行數據流下行鏈路150可以如本實施例的情況中那樣在彎管中改變頻率。例如，下行數據流上行鏈路A135-A通過衛(wèi)星105從第一頻率(即，Freq 1U)改為第二頻率(即，Freq 1D)。其他實施例也可以改變給定的下行數據流信道的上行鏈路和下行鏈路之間的極化。某些實施例可以對給定的下行數據流信道的上行鏈路和下行鏈路使用相同的極化和/或頻率。
下面參考圖12B，示出了返向鏈路分配系統(tǒng)的實施例。該實施例表示來自四組用戶終端125的四個上行數據流上行鏈路145。"彎管"衛(wèi)星105采用上行數據流上行鏈路145,可選地改變載波頻率和/或極化(未圖示)，然后將它們作為上行數據流下行鏈路140重新導向到用于網關115的點波束。在該實施例中，載波頻率在上行鏈路145和下行《連路140之間改變，4旦是極化保持相同。由于至網關115的饋線點波束沒有處于業(yè)務波束的覆蓋區(qū)域內，因此可以對業(yè) 務鏈路和饋線鏈路二者重用相同的頻率對。
返回圖2A和2B,示出了根據本發(fā)明的不同實施例配置的多波束系統(tǒng)200 的例子。例如，該多波束系統(tǒng)200可以在圖1A和1B描述的網絡100中實現。圖中示出了多個饋線和業(yè)務點波束區(qū)域225、 205的覆蓋范圍。在該實施例中，衛(wèi)星215通過將天線的方向性隔離到國家(例如，美國、加拿大或巴西)的一定區(qū)域來重用頻帶。如圖2A所示，在饋線和業(yè)務點波束205、 225之間存在完全的地理排他性。但是對于圖2B并不是這樣的情況，圖2B中在某些例子中存在業(yè)務點波束重疊(例如205-c、 205-d、 205-e)，而在其4也區(qū)域不存在重疊。然而，通過重疊，存在某些干擾問題，從而可能禁止在重疊區(qū)域內的頻帶重用。四色圖樣(Four Color Pattern)即使在相鄰業(yè)務波束205之間存在某些重疊的情況下也提供了避免干擾的可能。
在該實施例中，還示出了網關終端210及其^t線波束225。如圖2B所示，網關終端210可以位于由業(yè)務點波束覆蓋的區(qū)域(例如，第一、第二和第四網關210-1、 210-2、 210-4)。然而，網關也可以位于業(yè)務點波束覆蓋的區(qū)域之外 (例如第三網關210-3 )。通過將網關終端210設置于業(yè)務點波束覆蓋的區(qū)域之外(例如第三網關210-3),實現地理的分離以允許重用分配的頻率。
在給定的^t線點波束225中通常存在備用網關終端210。如果主網關終端 210-4工作不正常，該備用網關終端210-5可以替代主網關終端210-4。此外，可以在主網關終端因天氣損壞時使用該備用網關終端。
下面參考圖8,示出了下行數據流信道800的實施例。下行數據流信道800 包括一系列連續(xù)的超幀804，每個超幀804可以具有相同的大小或大小不同。這個實施例將超幀804劃分為多個子信道808 ( l-n)。在每個超幀804中的子信道808 ( l-n)可以是相同大小或大小不同。可以在不同超幀804之間改變子信道808 (l-n)的大小?？梢詫Σ煌淖有诺?08 (l-n)可選地^使用不同編碼。在某些實施例中，子信道在持續(xù)時間上和一個符號一樣短。
參考圖9，示出了上行數據流信道卯0的實施例。本實施例使用 MF-TDMA, ^旦是其他實施例可以使用CDMA、 OFDM、 FDMA、 TDMA或其他接入方案。在一個實施例中，上行數據流信道900具有500MHz的整個帶寬。整個帶寬被劃分為m個頻率子信道，各頻率子信道在帶寬、調制、編碼等上可以不同并且在基于系統(tǒng)需要的時間上也可以不同。
在本實施例中，向每個用戶終端130給出二維(2D )地圖(two-dimetional (2D)map)用于它的上行數據流通信量。該2D地圖具有多個條目，每個條目指示頻率子信道912和時間^殳908 ( 1-5)。例如，一個用戶終端13(H皮分配了子信道m(xù)912-m、時間段一 908-1;子信道二 912-2、時間段二 908-2;子信道二 912-2、時間段三908-3等。根據SMTS中調度器的預先的需要來對每個用戶終端130動態(tài)地調整2D地圖。
參考圖13，示出了信道圖的實施例。僅示出了單個饋線點波束225和單個業(yè)務點波束205的信道，但是實施例可以包括許多點波束225、 205 (例如，不同實施例可以具有例如60、 80、 100、 120個每種類型的點波束225、 205 )。前向信道800包括從網關天線110行進到業(yè)務點波束205的n個子信道808。每個用戶終端130可以被分配一個或多個子信道808。 m個MF-TDMA信道 912組成用戶終端(ST)天線125和饋線點波束225之間的返向信道900。
下面參考圖3，以框圖形式示出了包括多個網關115的地面系統(tǒng)300的實施例。例如，一個實施例可以具有十五個有源網關115 (和可能的備用網關) 以生成六十個業(yè)務點波束。地面系統(tǒng)300包括分別連接至天線IIO的多個網關 115。所有的網關115連接至例如因特網的網絡120。網絡用于收集用戶終端的信息。此外，每個SMTS使用網絡120或其他未圖示的手段來與其他SMTS 以及因特網通信。
每個網關115包括收發(fā)器305、 SMTS310和路由器325。收發(fā)器305包括發(fā)射器和接收器二者。在該實施例中，發(fā)射器獲取基帶信號，并且對該基帶信號進行上變頻和放大，用于通過天線110的下行數據流上行鏈路135的傳輸。接收器與如下所述的其他處理一起對該上行數據流下行鏈路140進行下變頻和調諧。SMTS310處理信號以允許用戶終端請求和接收信息，并且SMTS310 為前向和返向信道800、 900調度帶寬。此外，SMTS 310提供配置信息并接收用戶終端130的狀態(tài)。任何請求的或返向的信息都通過路由器325轉發(fā)。
參考圖11，示出了網關接收器1100的實施例。該接收器1100的實施例處理四個不同業(yè)務點波束205的四個返向信道900?？梢允褂锰炀€極化和/或濾波1104在四個路徑中劃分返向信道900。每個返向信道連接至低噪放大器 (LNA)1108。下變頻1112將信號混頻降到它的中頻。多個調諧器1116將每個上行數據流子信道912從信號中分離。在SMTS 310中執(zhí)行進一步的處理。
下面參考圖10，示出了網關發(fā)射器IOOO的實施例。從SMTS310接收中
23頻的下行數據流信道800。通過分離的路徑，使用兩個不同載波頻率來對每個下行數據流信道800進行上變頻1004。功率放大器1008在連接到天線110之前增加前向信道900的幅度。天線110對分離的信號進行極化來保持四個前向信道800在將它們傳給衛(wèi)星105時不相同。
參考圖4，以框圖形式示出了 SMTS310的實施例。多個地理上分開的網關115對入站(inbound)和出站(outbound)鏈路135、 140完成基帶處理。每個SMTS310通常被劃分為兩個部分，具體為，發(fā)送信息至衛(wèi)星105的下行數據流部分305和從衛(wèi)星105接收信息的上行數據流部分315。
下行數據流部分305通過多個下行數據流(Downstream, DS )葉片(blade ) 412從開關結構(Switch Fabric) 416獲取信息。在多個下行數據流發(fā)生器408 中劃分DS葉片412。該實施例包括四個下行凄史據流發(fā)生器408,每個下4亍數據流信道800對應一個下行數據流發(fā)生器408。例如，該實施例使用具有不同頻率和/或極化的四個分離的500MHz頻譜范圍。四色調制器(Four Color Modulator) 436具有分別對于各DS發(fā)生器408的調制器。中頻的已調制的信號被耦合至收發(fā)器305的發(fā)射器部分1000。在該實施例的四個下行數據流發(fā) 生器408中的每一個具有J個虛擬DS葉片412。
SMTS 310的上行數據流部分315以基帶中頻從衛(wèi)星105接收和處理。在收發(fā)器305的4妄收器部1100對四個分離的基帶上行數據流信號產生所有子信道912之后，每個子信道912凈皮耦合至不同的解調器428。一些實施例可以在解調器428之前包括開關，從而允許將任一返向鏈路子信道912轉到任一解調器428以允許四個返向信道908之間的動態(tài)重新分配。多個解調器專門用于上行數據流(Upstream, US )葉片424。
US葉片424用來在將從衛(wèi)星105接收到的信息提供到開關結構416之前恢復該信息。在每個US葉片424上的US調度器430用于對每個用戶終端130 調度返向信道900的使用?？梢栽u估特定返向信道900的用戶終端130的進一步的需要，并且與資源管理器和負載均衡器(RM/LB)塊420協(xié)作根據需要相應地調整帶寬/等待時間。
RM/LB塊420分配US和DS葉片之中的通信量。通過與其他SMTS 310 中的其他RM/LB塊420通信，每個RM/LB塊420可以將用戶終端130和信20
道800、 900重新分配給其他網關115?？梢杂捎谌我庠虬l(fā)生這樣的重新分配，例如，缺乏資源和/或負載考慮。在該實施例中，在多個RM/LB塊420中以分布式方式作出該決定，^旦是其他的實施例可以由一個主MR/LB塊或者在某個其他的中心決定機構作出該決定。例如，用戶終端130的重新分配可以使用重疊的業(yè)務點波束205。
下面參考圖5，以框圖形式示出了衛(wèi)星105的實施例。該實施例中的衛(wèi)星 105使用六十個饋線和業(yè)務點波束225、205來與十五個網關115和全部ST 130 通信。其他實施例可以使用或更多或更少的網關/點波束。使用例如化學燃料、核燃料和/或聲納能量的能源提供巴氏(buss)能量512。衛(wèi)星控制器516用于維持姿態(tài)(attitude)并且從其他方面控制衛(wèi)星105?？梢?人網關115上傳衛(wèi)星 105的軟件更新，并且由衛(wèi)星控制器506執(zhí)行該軟件更新。
信息通過衛(wèi)星105在兩個方向上傳遞。下行數據流轉發(fā)器508 /人十五個網關115接收信息，使用六十個業(yè)務點波束205來將信息中繼到用戶終端130。上行數據流轉發(fā)器504從占用該六十個點波束區(qū)域的用戶終端130接收信息，并且將該信息中繼到該十五個網關115。本實施例的衛(wèi)星可以以"彎管，，配置的方式切換下行數據流或上行數據流處理器508、 504中的載波頻率，但是其他實施例可以在不同的前向和返向信道800、 900之間進行基帶切換。每個點波束225、 205的頻率和極化可以是可編程的或預先配置的。
參考圖6A,以框圖形式示出了衛(wèi)星105的上行數據流轉發(fā)器504的實施例。接收器和下變頻器(Rx/DC)塊616接收對于由點波束205定義的區(qū)域的所有返向鏈路信息作為變換到中頻(IF)之前的模擬信號。對每個業(yè)務點波束區(qū)域205都存在Rx/DC塊616。 IF開關612將特定基帶信號從Rx/DC塊616 路由到特定上行數據流下行鏈路信道。使用上變頻器和行波管放大器 (UC/TWTA)塊620填充上4亍數據流下行鏈路信道。通過該處理可以改變頻率和/或極性，使得每個上行數據流信道都可以通過彎管形式的衛(wèi)星105。
在上行數據流轉發(fā)器504中對每個網關115分配四個專用UC/TWTA塊 620。在本實施例中，四個專用UC/TWTA塊620的兩個在第一頻率范圍搮:作，兩個在第二頻率范圍操作。另外，兩個使用右旋極化，兩個使用左旋極化。在兩個才及化和兩個頻率之間，衛(wèi)星105可以通過四個分離(separate)的上4亍數據流下行鏈路信道來與每個網關115通信。
下面參考圖6B,以框圖形式示出了下行數據流轉發(fā)器508的實施例。每個網關115通過使用兩個頻率范圍和兩種極化而具有至衛(wèi)星105的四個下行數據流上行鏈路信道。Rx/DC塊636獲取模擬信號并且將該信號變換為中頻。對來自十五個網關115的全部六十個下行數據流上行鏈路信道都存在Rx/DC塊 636。 IF開關612連接從網關115到特定業(yè)務點波束205的特定信道800。來自開關628的每個IF信號通過UC/TWTA塊632調制并》文大。天線^吏用點波束將信號廣播到占用點波束區(qū)域的用戶終端130。與上行數據流轉發(fā)器504相同，下行數據流轉發(fā)器508可以以彎管形式改變特定下行數據流信道的載波頻率和極化。
圖7包括表示一組用戶設備700的框圖，用戶設備700可以位于用戶位置以接收和發(fā)送通信信號。例如，該組用戶設備700的元件包4舌天線125、相關的用戶終端130和任何用戶端設備(CPE) 160，用戶端設備160可以是計算機、網絡等。
天線125可以從衛(wèi)星105接收信號。天線125可以包括VSAT天線、或者任意不同其他天線類型(例如，其他拋物面天線、微帶天線或螺旋天線)。在一些實施例中，天線125可以被配置以動態(tài)地修改其配置來在某個頻率范圍或從某個位置更好地接收信號。信號(可能在某種形式的處理之后)從天線125 轉發(fā)至用戶終端130。用戶終端130可以包括射頻(RF)前端705、控制器715、子信道濾波器702、調制器725、解調器710、濾波器706、下行數據流協(xié)議變換器718、上行數據流協(xié)議變換器722、接收(Rx)緩存712以及發(fā)送(Tx) 緩存716。
在本實施例中，RF前端705具有發(fā)送和接收功能。接收功能包括對接收的信號的放大(例如，通過低噪放大器(LNA))。然后下變頻該放大的信號(例如，使用混頻器將放大的信號和來自本地振蕩器(LO)的信號合并)。該下變頻的信號可以在通過子信道濾波器702進行超幀804的處理之前通過RF前端 705再次纟皮放大。通過子信道濾波器702從下行數據流信道800 4兆選每個超幀 804的子集，例如，一個或多個子信道808被濾除用于進一步處理。
可以在用戶終端130使用各種調制和編碼技術，用于從衛(wèi)星接收的信號和發(fā)送至衛(wèi)星的信號。在本實施例中，調制技術包括BPSK、 QPSK、 8PSK、 16APSK、 32PSK。在其他實施例中，額外的調制技術可以包括ASK、 FSK、 MFSK和QAM，以及各種模擬技術。解調器710可以解調下變頻的信號，將解調后的子信道808轉發(fā)到濾波器706以將打算送給特定用戶終端130的數據與子信道808的其他信息剝離。
一旦將去往特定用戶終端130的信息隔離，下行數據流協(xié)議變換器718 將用于衛(wèi)星鏈路的協(xié)議轉換成DOCSIS MAC塊726使用的協(xié)議?？蛇x的實施例可以使用WiMAX MAC塊或組合DOCSIS/WiMAC塊。Rx緩存712用于將
MAC塊726是接收DOCSIS數據流并管理該數據流以用于CPE 160的電路。 DOCSIS MAC塊726管理例如供應、帶寬管理、接入控制、業(yè)務質量等的任務。CPE通常可以使用以太網、WiFi、 USB和/或其他標準接口與DOCSIS MAC 塊726連接。在一些實施例中，可以使用WiMAX塊726來代替DOCSIS MAC 塊726以允許使用WiMAX協(xié)議。
同樣值得注意的是，雖然下行數據流協(xié)議變換器718和上行數據流協(xié)議變換器722可以用于將接收的數據包變換成DOCSIS或WiMAX可兼容的幀以由 MAC塊726處理，但這些變換器在許多實施例中不是必須的。例如，在不使用基于DOCSIS或WiMAX的元件的實施例中，用于衛(wèi)星鏈路的協(xié)議也可以與 MAC塊726兼容而不進行這樣的變換，并且由此可以排除變換器718、 722。
控制器715管理用戶終端130的各種功能?？刂破?15可以監(jiān)視現有技術中的各種解碼、交織、譯碼和解擾技術?？刂破鬟€可以管理可應用于4言號的和與一個或多個CPE 160交換處理的數據的功能。CPE 160可以包括一個或多個用戶終端，例如個人計算機、膝上型電腦或現有技術中的任意其他計算裝置。
控制器715與用戶終端130的其他元件一起在一個或多個特定用途集成電路(ASIC)中實現，或者在用于執(zhí)行可應用功能的通用目的處理器中實現。可選地，可以由一個或多個其他處理單元(或核)在一個或多個集成電路中執(zhí) 行用戶終端130的功能。在其他實施例中，可以使用其他類型的集成電路(例如，結構/平臺ASIC、現場可編程門陣列(FPGA)和其他半定制IC),其可以通過現有技術中已知的任意方式編程?？梢詫刂破骶幊桃栽L問存儲器單元
27(未圖示)。控制器可以從存儲器單元取指令和其他數據，或者將凄丈據寫入存儲器阜元。
如上所述，可以在各種通信信號中將數據從CPE 160通過用戶終端130 上行發(fā)送至衛(wèi)星105。由此，CPE 160可以將數據發(fā)送至DOCSIS MAC塊726，以在上行數據流協(xié)議轉換器722翻譯協(xié)議之前轉換為DOCSIS協(xié)議。低速數據在Tx緩存716中等待直到其通過衛(wèi)星鏈路脈沖發(fā)送。
然后處理的數據從Tx緩存716發(fā)送到調制器725,在這里使用如上所述的技術中的一種技術來調制處理的數據。在一些實施例中，可以在這些傳輸中使用自適應或可變的編碼和調制技術。具體地，根據從天線125到衛(wèi)星105 的信號質量規(guī)格，可以將不同調制和編碼的組合或"模碼(modcode)"用于不同數據包。例如網絡和衛(wèi)星擁堵問題的其他因素也可以是確定因素?？梢詮?衛(wèi)星或其他源接收信號質量信息，并且可以在控制器本地作出或遠程作出關于模碼應用性的各種決定。然后RF前端705可以放大和上變頻調制的信號以通過天線125傳輸至衛(wèi)星。衛(wèi)星架構
根據本發(fā)明的實施例，提出了用于建立具有連接網關和用戶終端的前向鏈路和返向鏈路的多波束衛(wèi)星通信系統(tǒng)的新穎架構。附圖示出了這樣的多波束衛(wèi) 星通信系統(tǒng)。例如，參考圖1A和圖1B，網關115通過衛(wèi)星105將前向鏈路信號發(fā)送至用戶終端130-a至130-n中的一個或多個用戶終端。這里，前向鏈路指的是信號^v網關發(fā)送至一個或多個用戶終端。這樣的網關至用戶的信號有時也稱為下行數據流信號。在相反方向，一個或多個用戶終端130-a到130-n向網關115發(fā)送一個或多個返向鏈路信號。這樣的用戶至網關的信號有時也被稱為上行數據流信號。
如圖1A和1B所示的系統(tǒng)的許多應用中的一個可以是向用戶終端提供網絡接入(例如因特網接入)。例如，用戶終端130-a可以通過衛(wèi)星105使用返向鏈路(上行數據流)信號(145-a, 140)向網關115發(fā)送網絡請求，從而請求在因特網上的網頁。網關115通過從網絡120搜索所請求的網頁來作出響應，網絡120可以直接地或間接地連接至因特網。然后網關115通過衛(wèi)星105使用前向鏈路(下行數據流)信號(135、 150)向用戶終端130-a發(fā)送所請求的網頁，由此完成網頁請求和響應。如本領域的普通技術人員已知的那^f,在該處理中可以執(zhí)行不同層的網絡協(xié)議操作。
根據本發(fā)明的實施例，衛(wèi)星105包括彎管中繼器，該彎管中繼器從地面接收一個或多個信號并可能在頻率轉換和極性修改之后將該信號發(fā)送回地面。例如，在衛(wèi)星105以特定頻率或極性接收的每個信號可以以不同頻率和/或極性
從衛(wèi)星105發(fā)出。該彎管中繼器也可以提供切換操作，使得不同的"饋線信號"
(即，發(fā)送到網關的信號或從網關發(fā)出的信號)可以被切換以連接至不同的"業(yè) 務信號"(即，發(fā)送到用戶終端的信號或從用戶終端發(fā)出的信號)。彎管繼電器不將在衛(wèi)星接收的信號解調為例如比特的數據并且不重新調制該數據用于傳輸。這與處理中繼器相反，處理中繼器能夠執(zhí)行這樣的解調和重新調制來獲得誤差校正性能的增加。即使處理中繼器是商業(yè)可用的，但根據本發(fā)明的實施例采用彎管中繼器可以獲得前向鏈路和返向鏈路通信中的最優(yōu)效率。
參考圖6B，如根據本發(fā)明的一個實施例所示可以實現在從網關到用戶終端的下行數據流方向用于處理前向鏈路的衛(wèi)星元件。這里，15個網關一起向衛(wèi)星發(fā)送60個前向鏈路信號。具體地，每個網關利用天線發(fā)送包括四個不同的前向鏈路信號的上行鏈路饋線波束。使用頻帶和極化的不同組合來發(fā)送四個前向鏈路信號的每一個。如前所述，每個獨特的組合被稱為特定"顏色"。在衛(wèi)星在特定接收器模塊636接收每個前向鏈路信號。每個接收器模塊636可以包括接收器，例如低噪放大器(LNA),下變頻器(DC)被安排在低噪放大器 (LNA)之后，該下變頻器將前向鏈路信號變換為例如中頻(IF)的方便的頻率。
根據本發(fā)明的實施例，每個前向鏈路信號是寬帶信號。這里，術語"寬帶" 用于衛(wèi)星通信的情境，并且具體指的是具有至少250MHz帶寬的信號。例如，在本實施例中，每個前向鏈路信號是寬帶信號并且具有500MHz的帶寬。
然后前向鏈路信號通過開關628連接至恰當的發(fā)送模塊632。發(fā)送模塊可以包括上變頻器(UC)，基于衛(wèi)星的傳輸放大器被安排在上變頻器(UC)之后，上變頻器將IF前向鏈路信號上變頻至適于傳輸的頻率。根據本發(fā)明的實施例，基于衛(wèi)星的傳輸放大器可以是行波管放大器(TWTA),其有效地將信號放大作為單載波信號。這里，每個基于衛(wèi)星的傳輸放大器被應用來僅放大一個單載波信號，這允許放大器被更有效地操作。這個設計允許基于衛(wèi)星的傳輸放大器的非常有效的使用。
由此，每個基于衛(wèi)星的傳輸;故大器產生放大的單載波信號，然后^f吏用天線來發(fā)出該放大的單載波信號以形成到達地球的點波束。由此，該點波束具有地球表面覆蓋區(qū)域。處于特定地球表面覆蓋區(qū)域內的用戶終端能夠接收前向鏈路信號。這里，通過單個基于衛(wèi)星的傳輸放大器的輸出來形成每個點波束。換句話說，不需要合并多個傳輸放大器的輸出來形成每個點波束。這排除了功率損失并且允許更有效地操作基于衛(wèi)星的傳輸放大器。
每個基于衛(wèi)星的傳輸放大器的單載波信號的新穎使用和在彎管中繼器上每個點波束的單個基于衛(wèi)星的傳輸放大器的使用優(yōu)化了在衛(wèi)星數據容量與功率消耗的比率，以從衛(wèi)星設備獲得性能的顯著改進。業(yè)務和網關波束的頻率重用
根據本發(fā)明的實施例，提出了衛(wèi)星系統(tǒng)采用多級的頻率重用來最大化可用頻率帶寬的使用。除了在多個業(yè)務波束中應用頻率重用Y吏得不同的業(yè)務波束可以占用公共頻帶外，系統(tǒng)進一步通過將網關定位在與業(yè)務波束的覆蓋區(qū)域相分開的區(qū)域中來在業(yè)務波束和饋線波束之間應用頻率重用。此外，也可以在多個饋線波束中應用頻率重用以允許頻譜效率的進一步增加。下面在以下討論的示例的系統(tǒng)中將更詳細地解釋這樣的多級的頻率重用。
參考圖6A和6B所示的示例的系統(tǒng)，星型網絡包括15個獨立的饋線波束以支持60個業(yè)務波束。由此，每個饋線波束對應于四個業(yè)務波束。這里，在上行鏈路和下行鏈^各方向均維持該比率。在前向方向上，衛(wèi)星中繼每個上行鏈路饋線波束以生成四個下行鏈路業(yè)務波束。在返向方向上，衛(wèi)星中繼每四個上行鏈路業(yè)務波束以生成一個下行鏈路饋線波束。由此，星型網絡可以被看作具有15組信號，每組包括一個上行鏈路饋線波束、一個下行鏈路饋線波束、四個上行鏈路業(yè)務波束和四個下行鏈路業(yè)務波束。
圖14表示根據本發(fā)明的實施例采用的示例的頻率重用計劃400。圖14表示僅對上面討論的15組信號中的1組重用頻率。然而，根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，相同的頻率重用計劃400可以應用到15組信號的每一組。圖14所示的特定值，例如指定頻道被選擇作為示例。其他的值也可以在本發(fā)明的范圍內使用。
首先，包括4個載波的上行鏈路饋線波束4002通過利用如前所述的頻率
和極化的四個不同組合(4個"顏色，，)而被從網關終端115發(fā)送至衛(wèi)星105。這里，使用兩個不同的500MHz上行鏈^各頻道，27.5GHz-28GHz和 29.5GHz-30GHz，以及兩個不同的極化，右旋圓才及化(RHCP )和左3走圓才及4b (LHCP)來形成這4個顏色。
下面示出四個下行鏈路業(yè)務波束4004被從衛(wèi)星105發(fā)送至用戶終端130。存在所示的四個顏色，使用兩個不同的500MHz下行鏈路頻道， 17.7GHz-18.2GHz和19.7GHz-20.2GHz，以及兩個不同的極化RHCP和LHCP 來形成這四個顏色。這里，因為四個下行鏈路業(yè)務波束4004在彼此之間具有空間分集(spatial diversity),這有利于頻率重用，對于可以如何4吏用4個顏色存在不同的選項。在一個實施方式中，使用全部四個顏色，每個顏色用于不同的下行鏈路業(yè)務波束4004。在另一個實施方式中，僅使用兩個顏色用于四個下行鏈路業(yè)務波束4004。例如，表示(1) 17.7GHz-18.2GHz及LHCP和(2) 17.7GHz-18.2GHz及RHCP的這兩個顏色可以用于發(fā)送全部四個下行鏈路業(yè)務波束4004。由此，可以使用相同的500MHz帶寬發(fā)送下行鏈路業(yè)務波束4004，但將極性(LHCP和RHCP)交替分配給物理相鄰的下行鏈路業(yè)務波束4004，允許將彼此緊密間隔的波束區(qū)別開來。其他變化是可能的并且處于本發(fā)明的范圍。
下面示出四個上行鏈路業(yè)務波束4006被從用戶終端130發(fā)送至衛(wèi)星105。這里，用于發(fā)送上行鏈路饋線波束4002的相同四個顏色可以被重用來發(fā)送四個上行鏈路業(yè)務波束4008。具體地，使用兩個不同的500MHz上行鏈路頻道， 27.5GHz-28GHz和29.5GHz-30GHz,以及兩個不同的極化RHCP和LHCP來形成這四個顏色。這種方案是可行的，因為發(fā)送上行鏈路饋線波束4002的網關115位于地球上與發(fā)送上行鏈路業(yè)務波束4006的用戶終端130不同的位置。由此，即使可以使用相同的上行鏈路頻率和極化來發(fā)送上行鏈路^t線波束 4002和上行鏈路業(yè)務波束4008，衛(wèi)星105上的定向天線也能夠分開的接收上行鏈路饋線波束4002和上行鏈路業(yè)務波束4008。此外，因為四個上行鏈路業(yè) 務波束4006在彼此之間具有空間分集，這^_于頻率重用，對于可以如何4吏用這四個顏色來發(fā)送上行鏈路業(yè)務波束4006存在不同的選項。例如，可以使用全部四個顏色，或者可以仫J吏用2個，或者可以采用一些變化。這個情況類似于上面對四個下行鏈3各業(yè)務波束4004的描述。
最后示出包括四個載波的下行鏈路饋線波束4008被從衛(wèi)星發(fā)送至網關終端。這里，用于發(fā)送下行鏈路業(yè)務波束4004的相同四個顏色可以被重用來發(fā) 送下行鏈路饋線波束4008。具體地，使用兩個不同的500MHz上行鏈路頻道， 17.7GHz-18.2GHz和19.7GHz-20.2GHz,以及兩個不同的極化RHCP和LHCP 來形成這四個顏色。這種方案是可行的，因為接收下行鏈路饋線波束4008的網關位于地球上與接收下行鏈路業(yè)務波束4004的用戶終端不同的位置。即，網關位于可以接收下行鏈路饋線波束4008的饋線波束覆蓋區(qū)域中。用戶終端 130分開地位于可以接收下行鏈路業(yè)務波束4004的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域中。由此，下行鏈路饋線波束4008和下行鏈路業(yè)務波束4004可以重用相同的下行鏈路頻率和極化，仍然由預期的接收者分開接收。
如前所述，可以對15組信號的每一組應用相同的頻率重用計劃400。即，包括15個上行鏈路饋線波束4002、 60個下行鏈路業(yè)務波束4004、 60個上行鏈路業(yè)務波束4006和15個下行鏈路饋線波束4008的整個系統(tǒng)可以同時采用相同的頻率重用計劃400。這是通過利用60個業(yè)務波束205覆蓋區(qū)域中可能存在的空間分集、通過將15個饋線波束225覆蓋區(qū)域定位得離60個業(yè)務波束 205覆蓋區(qū)域足夠遠以及通過將15個饋線波束225覆蓋區(qū)域定位得彼此足夠遠而獲得的。由此，實現三個不同級別的頻率重用。首先，在業(yè)務波束之間實現頻率重用。其次，在業(yè)務波束和饋線波束之間實現頻率重用。再次，在饋線波束之間實現頻率重用。將網關遠離業(yè)務波束布置
根據本發(fā)明的實施例，提出了具有網關終端115的有效布置的衛(wèi)星系統(tǒng) 100。如前所述，網關和用戶終端之間的空間分集有利于業(yè)務波束205和饋線波束225之間的頻率重用。同樣，網關之間的空間分集也有利于饋線波束225 之間的頻率重用。網關的布置可以考慮這些和其他因素。
在一個實施例中，可以將多個不同業(yè)務波束205覆蓋區(qū)域(例如60個業(yè) 務波束覆蓋區(qū)域)設計為對覆蓋區(qū)域僅提供策略性選定的部分覆蓋?？偟膩碚f，對地理區(qū)域提供通信的典型衛(wèi)星系統(tǒng)試圖獲得全部覆蓋，使得業(yè)務對整個區(qū)域可用。然而，根據本發(fā)明的本實施例，衛(wèi)星系統(tǒng)可以被設計為對特定區(qū)域僅提供策略性選定的部分覆蓋。例如，覆蓋區(qū)域可以包括包含美國的西部、東部和
南部的地域?？梢砸圆煌绞竭x定業(yè)務波束205支持的指定覆蓋區(qū)域。例如，覆蓋區(qū)域可以對應于"服務不足"("underserve")的位置，在這樣的位置可能存在大量人口但是高帶寬網絡接入還不可用。
根據本發(fā)明的實施例，一個或多個網關遠離業(yè)務波束205的覆蓋區(qū)域放置，以便于業(yè)務波束205和饋線波束225之間的頻率重用。在如上所述的示意性的系統(tǒng)中，假設60個上行鏈路和下行鏈路業(yè)務波束具有跨越美國的西部、東部和南部的地域中的覆蓋區(qū)域。然后將15個網關放置在遠離業(yè)務波束的覆蓋地域的地域，例如美國的中部。
此外，可能需要將多個網關115 (例如15個網關)放置得彼此足夠遠，使得可以在不同饋線波束225之間進一步采用頻率重用。例如，每個網關115 與其任何相鄰網關間的最小距離可能需要被放置成400公里。由此，相鄰網關可以使用相同的頻道而不彼此干擾。
對網關115的布置的進一步可能的限制涉及與更高頻帶網絡入口的物理接近度。例如，可以靠近光纖網絡連接放置網關115。這允許網關具有快速和魯棒(Robust)的網絡接入，使得需要接入網絡的數據通信不被打擾。根據本發(fā)明的一個實施例，除了其他的需要之外，每個網關被放置在距光纖網絡連接 50公里距離內。
對網關115的布置的另一個可能的限制涉及區(qū)域天氣形態(tài)。網關可能需要被放置在經歷最小雨衰(rain fade)的區(qū)域。舉例說明，每個網關115可能需要被放置在在上行鏈路頻率上的全部雨衰對于99.99%的時間小于10dB的衰落的位置上。這進一步限制了網關終端的可能位置的選擇。
由此，根據本發(fā)明的實施例，網關115的布置可能考慮例如如上所述的多個因素。雖然滿足這樣的多個限制可能使得網關115的放置更具有挑戰(zhàn)性，但是采用這樣的限制的系統(tǒng)更容易獲得卓越的整體性能。背馱衛(wèi)星有效載荷
根據一個實施例，通信衛(wèi)星上的總巴氏功率(buss power)的一部分被用
33于支持本發(fā)明版本的衛(wèi)星通信系統(tǒng)100。這個技術被稱作"背馱(piggy-back)" 模式，允許如上所述的整體衛(wèi)星通信系統(tǒng)或其一部分由還承載其他通信有效載荷的衛(wèi)星支持。例如，如果特定衛(wèi)星具有可用的15千瓦(KW)的總巴氏功率，并且該衛(wèi)星已經具有現有的消耗13KW巴氏功率的有效載荷，那么在衛(wèi) 星上還剩余2KW的多余巴氏功率。根據本發(fā)明的一個實施例，可以通過使用剩余的2KW巴氏功率來實現如上所述的衛(wèi)星系統(tǒng)或其一部分。由此，使用如上所述的通信衛(wèi)星上的過剩的2KW巴氏功率來配置在前向和返向鏈路方向上有8個業(yè)務波束和2個相應的饋線波束的示例系統(tǒng)。
附加的有效載荷可以構建獨立的衛(wèi)星通信系統(tǒng)?？蛇x地，附加的有效栽荷可以構建一部分衛(wèi)星系統(tǒng)。例如，如上所述，整個衛(wèi)星系統(tǒng)在前向鏈路和返向鏈^各方向可以應用60個業(yè)務波束205和15個對應的々貴線波束。這樣的系統(tǒng)的一部分可以對應于在前述前向和返向鏈路方向上的8個業(yè)務波束和2個對應的饋線波束。全部衛(wèi)星系統(tǒng)的特征可以實質上在這部分系統(tǒng)中表現。
附加的有效載荷可以采用類似于如上所述的實施例中描述的獨立衛(wèi)星架構的結構。例如，在前向鏈路方向，從網關115向衛(wèi)星105發(fā)送的每個饋線波束225可以包括四個信號(例如，由四個"顏色，，表示)，該四個信號產生從衛(wèi)星作為分離業(yè)務點波束發(fā)送的4個分離的單載波信號以到達用戶終端?？梢?類似地采用其他衛(wèi)星架構特征用于在作為附加的有效載荷實現的系統(tǒng)中使用。
不同的實施方式是可能的。下面作為示例的目的簡要描述一個實施方式。這里，附加的有效載荷包括可以被加入到現有的衛(wèi)星采購的Ka數據包。這樣的系統(tǒng)可以以一個非常高的水平來平衡設計，使得數據包對整個衛(wèi)星設計的物理設計、布局、重量和功率的影響最小化。這種附加的有效載荷的示例市場可以是消費者寬帶市場。該數據包能夠具有IO個點波束，每個點波束在發(fā)送和接收時為近似0.35度的半功率波束寬度(Half Power Beam Width, HPBW)。 TWTA冗余應當與軌道壽命相同。該系統(tǒng)可以利用用于饋線鏈路的IO個點波束中的兩個進行四色重用。數據包的有效全向輻射功率(Effective Isotropic Radiated Power， EIRP )可以是70dBW每點波束，并且G/T可以是27 dB/。K每點波束。單個收發(fā)器(transponder)可以是500MHz量級的寬帶。極性可以是圓形的，并且交替點可以交替地使用左旋和右旋極化。輸入SFD可以以ldB步階從-105dB到-85dB設置。
根據本發(fā)明，通過使用"背馱，，模式，由此加入不同大小的有效載荷，以允許衛(wèi)星上的多余巴氏功率的有效使用。例如實施的點波束的數目的指定參數可以根據系統(tǒng)的需要而不同。衛(wèi)星上行鏈路波段的自適應使用
沖艮據本發(fā)明的實施例，應用衛(wèi)星上行鏈路波段的自適應使用。這樣的技術的一個示意性的實施方式允許作為次要頻譜許可持有者的用戶終端靈活使用頻道。次要頻譜許可持有者的在指定頻帶上發(fā)送的權利相對于主要頻譜許可持有者來說是次要的。即，無論何時主要頻譜許可持有者能夠在它選定的頻帶上發(fā)送信號，而不關心其他用戶。相反地，僅在主要頻譜許可持有者不在指定波段上發(fā)送的時候，允許次要頻譜許可持有者在該指定的頻帶上發(fā)送。作為次要
波段的自適應使用，以確保當檢測到另一個信號，例如主要許可持有者的信號時，執(zhí)行發(fā)送頻道的重新分配來將衛(wèi)星上行鏈路傳輸移動到不同頻率/人而不與主要頻譜許可持有者相干擾。
圖15表示根據本發(fā)明的一個實施例應用衛(wèi)星上行鏈路波段的自適應使用的示例系統(tǒng)。這里，中央單元(遠程處理器，或遠程終端)121控制發(fā)送頻道的分配，并且接收用戶終端(例如130-a-l和130-a-2)使用的頻道。中央單元 121可以通過網絡120連接至網關115。中央單元121由此也可以連4妄至其他網關，以控制更大的衛(wèi)星系統(tǒng)。在可選實施例中，中央單元121可以凈皮包含在例如網關115的網關中。
中央單元121向用戶終端130-a-l分配發(fā)送衛(wèi)星上行鏈路信號145-a-l的發(fā)送頻道和接收衛(wèi)星下行鏈路信號150的接收頻道。類似地，中央單元121 向用戶終端130-a-2分配發(fā)送衛(wèi)星上行鏈路信號145-a-2的發(fā)送頻道和接收衛(wèi) 星下行鏈路信號150的接收頻道。根據本發(fā)明的實施例，如下所述，基于用戶終端對發(fā)送頻譜的本地觀察并將本地觀察報告回中央單元121,中央單元121 可以采用自適應方案來將發(fā)送頻道分配給一個或多個用戶終端。
在分配的發(fā)送頻道中用戶終端130-a-l的衛(wèi)星上行鏈路信號145-a-l的傳輸可以實際上是間歇的。例如，上行鏈路信號可以傳遞僅請求短脈沖lt據的網
35頁請求。由此，可以在傳輸的時間分隔周期中發(fā)送衛(wèi)星上行鏈路信號。即，可以在持續(xù)時間上限制每個傳輸的周期。傳輸的周期可以通過不從用戶終端
130-a-l發(fā)送傳輸的時間來分隔。
用戶終端130-a-l可以在衛(wèi)星上行鏈路信號的這些傳輸的時間分隔周期之間監(jiān)視分配的發(fā)送頻道。即，當用戶終端131-a-l沒有在發(fā)送時，它可以監(jiān)一見分配的發(fā)送頻道可能存在的來自外部源的其他信號。可以具有不同類型的這樣的外部源，例如陸地移動凝:據業(yè)務(LMDS)用戶127。其中可能引起這樣的場景的情境是當中央單元121分配利用了 LMDS用戶127是主要頻譜許可持有者而用戶終端130-a-l是次要頻譜許可持有者的帶寬的發(fā)送頻道時。由此，如果LMDS用戶127正在使用分配的發(fā)送頻道時，用戶終端130-a-l不使用該信道。
除了監(jiān)視分配的發(fā)送頻道之外，用戶終端130-a-l還監(jiān)視與分配的發(fā)送頻道不同的至少一個帶外頻道。例如，用戶終端130-a-l還可以監(jiān)視一個或多個鄰近頻道。鄰近頻道可以包括在分配的發(fā)送頻道周圍的多個信道。這些信道可以包括與當前分配的發(fā)送頻道緊鄰的信道，以及其他信道。帶外頻道的監(jiān)視有助于檢測更寬的頻率范圍內的其他信號，例如信號128。有關于可被用戶終端 130-a-l潛在使用于信號傳輸的頻譜，這個信息允許形成更完整的畫面。
在一個實施例中，用戶終端130-a-l使用第一天線125-a-l來發(fā)送和接收衛(wèi)星信號，并且使用第二天線126-a-1執(zhí)行頻道的監(jiān)視。這里，該雙天線布置允許更容易地實施。第一天線125-a-l可以是指向衛(wèi)星150的拋物面反射天線。由此，第一天線適于發(fā)送和接收衛(wèi)星信號。第二天線126-a-2可以是為地面信號設計的雙極天線。第二信號可以很好地適于檢測沿著地平線的方向行進的地面信號，例如從LMDS用戶127發(fā)送的信號128。這僅是一個實例布置。在本發(fā)明的范圍內可以進行變型。
當檢測到例如來自LMDS用戶127的例如信號128的信號時，用戶終端 130-a-l通知中央單元121 。這可以使用報告回中央單元121的觀察結果來完成。該觀察結果可以以不同方式生成。作為一個例子，用戶終端130-a-l可以周期性地自動生成觀察結果。作為另一個例子，中央單元121可以在恰當的時期,人用戶終端130-a-l請求觀察結果。此外，根據實施方式可以以不同格式報告觀察結果。格式可以是布爾值、數值等。在一個實施方式中，不管是否4全測到另一個信號的存在，都發(fā)送觀察結果。在可選的實施方式中，只有檢測到另一個信號的存在時才發(fā)送觀察結果。
作為響應，中央單元121可以將用戶終端130-a-l重新分配到不同的發(fā)送頻道，以避免與檢測的信號的源相干擾。在這種情況下，頻率重新分配用于防止干擾可能是主要頻錯許可持有者的LMDS用戶127發(fā)送的信號128。中央單元121可以以不同方式為用戶終端130-a-l確定新的發(fā)送頻道。在某些實施例中，該確定^f艮簡單，并不考慮在其他用戶終端上執(zhí)行的監(jiān)^L。例如，可以存在被分配的缺省頻道。
在其他實施例中，該確定考慮了在其他用戶終端上執(zhí)行的監(jiān)視。一些或全部用戶終端可以執(zhí)行頻道監(jiān)視并且將觀察結果報告回中央單元121 。然后中央單元121可以決定考慮了多個用戶終端的需要的整體頻率分配。由此，可以將對每個用戶終端確定新分配的發(fā)送頻道作為整體頻率分配的一部分。下面描述簡單的例子作為示例。
假設用戶終端130-a-l當前被分配在頻道X上發(fā)送衛(wèi)星上行鏈^各信號，并且報告了它觀察到頻道X和絕大多數其他頻道正在被其他信號(例如來自 LMDS用戶的信號128 )使用并且僅有一個特定頻道Y沒有被其他信號使用。進一步j叚設用戶終端130-a-2當前被分配在頻道Y上發(fā)送衛(wèi)星上行鏈3各信號，并且報告了它觀察到頻道Y和絕大多數其他頻道沒有被其他信號使用。作為響應，中央單元121可以確定最優(yōu)整體頻率分配包括將用戶終端B0-a-2重新分配到除了 Y之外的發(fā)送頻道，從而信道Y可以一皮分配到用戶終端130-a-l。例如，用戶終端132-a-2可以被重新分配到頻道X,而用戶終端130-a-l可以被重新分配到頻道Y。通過考慮在兩個用戶終端作出的觀察以對用戶終端達到聯合頻率計劃，允許兩個用戶終端操作而不干擾其他代表了主要頻譜許可持有者的信號。當然，這僅是涉及兩個用戶終端的簡單例子。涉及更多用戶終端的頻率分配也包含在本發(fā)明的范圍內。
應該注意的是上面討論的系統(tǒng)、方法和軟件實質上僅作為示例。必須強調不同實施例可以'除當地省略、替代或增加不同的處理或元件。例如，應該意識到在可選實施例中，可以以不同于上述的順序執(zhí)行方法，可以加上、省略或合并不同的步驟。同樣，對于某個實施例描述的特征也可以與不同的其他實施例結合。可以以相似的方式合并實施例的不同的方面和組件。此外，應該強調的是，技術在發(fā)展，由此許多組件僅用于示例而不應被解釋為限制本發(fā)明的范圍。在說明書中給出了特定細節(jié)以提供實施例的完整理解。然而，本領域的普通技術人員應該理解到實施例可以不需要這些特定細節(jié)而被實施。例如，示出了公知的電路、處理、算法、結果和技術而沒有不必要的細節(jié)，以避免難以理解實施例。
此外，還應該注意到，實施例可以被描述為由流程圖、結構圖、或框圖表述的處理。雖然它們可以將操作描述為時序過程，但許多操作可以并行或同時發(fā)生。此外，操作的順序可以被重新排列。處理在完成操作時終止，但是處理可能有額外的沒有包括在圖中的步驟。
此外，在此術語"存儲介質，，或"存儲裝置"可以表示一個或多個用于存
儲數據的裝置，包括只讀存儲器(ROM)、隨機讀寫存儲器(RAM)、磁性RAM、核心存儲器、磁盤存儲介質、光存儲介質、閃存裝置或其他用于存儲信息的計算機可讀介質。術語"計算機可讀介質"包括但不局限于便攜或固定存儲裝置、光存儲裝置、無線信道、SIM卡、其他智能卡，以及能夠存儲、包含或承載指令或數據的各種其他介質。
此外，可以由硬件、軟件、固件、中間件、微代碼、硬件描迷語言或其組合來實現實施例。當以軟件、固件、中間件或微代碼實現時，執(zhí)行必要任務的程序代碼或代碼段可以被存儲在例如存儲介質的機器可讀介質中。處理器可以執(zhí)行必要的任務。
已經描述了一些實施例，本領域的普通技術人員應該意識到可以使用各種修改、可選結構或等效替換而不偏離本發(fā)明的精神。例如，上面的組件可以僅是更大系統(tǒng)的元件，其中其他規(guī)則可以替換原來的^>則或者修改本發(fā)明的應用。此外，可以在考慮上述組件之前需要多個步驟。由此，上面的描述不應當被認為是限制由權利要求定義的本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種用于在對地靜止的衛(wèi)星系統(tǒng)中通信數據的方法，所述方法包括使用公共上行鏈路頻道在對地靜止的衛(wèi)星處接收多個上行鏈路業(yè)務波束，所述多個上行鏈路業(yè)務波束的每一個與不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關聯，所述不同的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域一起形成組合的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域；通過對地靜止的衛(wèi)星使用公共下行鏈路頻道發(fā)送多個下行鏈路業(yè)務波束；在對地靜止的衛(wèi)星處從位于至少部分與組合業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊的饋線波束覆蓋區(qū)域內的網關接收在公共上行鏈路頻道中的上行鏈路饋線波束，并且響應于接收上行鏈路饋線波束，形成多個下行鏈路業(yè)務波束；以及形成響應于所述多個上行鏈路業(yè)務波束的下行鏈路饋線波束，并且由對地靜止的衛(wèi)星在公共下行鏈路頻道中發(fā)送下行鏈路饋線波束。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，至少一個上行鏈路饋線波束包括多個上行鏈路饋線波束，并且至少一個下行鏈路饋線波束包括多個下行鏈路饋線波束，其中，通過再進一步重用至少一個7>共上^"鏈路頻道來向衛(wèi)星發(fā)送多個上行鏈路饋線波束，并且通過再進一步重用至少一個公共下行鏈路頻道來從衛(wèi)星發(fā)送多個下行鏈路饋線波束。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，至少一個上行鏈路饋線波束包括4 個載波，至少一個公共上行鏈路頻道包括每一個都能夠由右旋圓極化和左旋圓極化區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且所述4個栽波的每一個使用頻率和極化的4個獨特組合中的一個來發(fā)送。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，至少一個下行鏈路饋線波束包括4 個載波，至少一個公共下行鏈路頻道包括每一個都能夠由右旋圓極化和左旋圓極化區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且所述4個載波的每一個使用頻率和極化的4個獨特組合中的一個來發(fā)送。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，每個上行鏈路業(yè)務波束包括1個載波，至少一個公共上行鏈路頻道包括每一個都能夠由右旋圓極化和左旋圓極化區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且上行鏈3各業(yè)務波束的每個載波使用頻率和極化的4個獨特組合中的一個來發(fā)送。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，每個下行鏈路業(yè)務波束包括1個載波，至少一個公共下行鏈路頻道包括每一個都能夠由右旋圓極化和左旋圓極化區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和才及化的4個獨特組合，并且下行《連3各業(yè)務波束的每個載波使用頻率和極化的4個獨特組合中的一個來發(fā)送。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中，至少一個公共上行鏈路頻道包括 500MHz的頻道。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個公共下行鏈路頻道包括500MHz的頻道。
9. 一種用于通信數據的對地靜止的衛(wèi)星，所述對地靜止的衛(wèi)星包括第一接收器，用于使用公共上行鏈路頻道接收多個上行鏈路業(yè)務波束，所述多個上行鏈路業(yè)務波束的每一個與不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關聯，所述不同的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域一起形成組合的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域；第一發(fā)射器，用于使用公共下行鏈路頻道發(fā)送多個下行鏈路業(yè)務波束；第二接收器，用于從位于至少部分與組合業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊的饋線波束覆蓋區(qū)域內的網關接收在公共上行鏈路頻道中的上行鏈路饋線波束；處理器，與第一接收器和第二接收器以及第一發(fā)射器連接，用于響應于接收上行鏈路饋線波束而形成多個下行鏈路業(yè)務波束和響應于接收多個上行鏈路業(yè)務波束而形成下行鏈路饋線波束；以及 -第二發(fā)射器，與處理器連接，用于在公共下行鏈路頻道中發(fā)送下行鏈路々貴線波束。
10. 根據權利要求9所述的對地靜止的衛(wèi)星，其中，至少一個上行鏈路饋線波束包括多個上行鏈路饋線波束，并且至少一個下行鏈路饋線波束包括多個下行鏈路饋線波束，其中，通過再進一步重用至少一個公共上行鏈路頻道來向衛(wèi)星發(fā)送多個上行鏈路饋線波束，并且通過再進一步重用至少一個公共下行鏈路頻道來從衛(wèi)星發(fā)送多個下行鏈路饋線波束。
11. 根據權利要求9所述的對地靜止的衛(wèi)星，其中，至少一個上行鏈路饋線波束包括4個載波，至少一個公共上行鏈路頻道包括每一個都能夠由右旋圓極化和左旋圓極化區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且所述4個載波的每一個使用頻率和極化的4個獨特組合中的一個來發(fā)送。
12. 根據權利要求9所述的對地靜止的衛(wèi)星，其中，至少一個下行鏈鴻4貴線波束包括4個載波，至少一個公共下行鏈路頻道包括每一個都能夠由右旋圓極化和左旋圓才及化區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和才及化的4個獨特組合，并且所述4個載波的每一個使用頻率和極化的4個獨特組合中的一個來發(fā)送。
13. 根據權利要求9所述的對地靜止的衛(wèi)星，其中，每個上行鏈路業(yè)務波束包括1個載波，至少一個公共上行鏈路頻道包括每一個都能夠由右旋圓極化和左旋圓極化區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且上行鏈路業(yè)務波束的每個載波使用頻率和極化的4個獨特組合中的一個來發(fā)送。
14. 根據權利要求9所述的對地靜止的衛(wèi)星，其中，每個下行鏈路業(yè)務波束包括1個載波，至少一個公共下行鏈路頻道包括每一個都能夠由右旋圓極化和左旋圓極化區(qū)分的兩個頻道，以形成頻率和極化的4個獨特組合，并且下行鏈路業(yè)務波束的每個載波使用頻率和極化的4個獨特組合中的一個來發(fā)送。
15. 根據權利要求9所述的對地靜止的衛(wèi)星，其中，至少一個公共上行鏈路頻道包括500MHz的頻道。
16. 根據權利要求9所述的對地靜止的衛(wèi)星，其中，所述至少一個公共下行鏈路頻道包4舌500MHz的頻道。
17. —種用于通信數據的對地靜止的衛(wèi)星，所述對地靜止的衛(wèi)星包括第一接收裝置，用于使用公共上行鏈路頻道接收多個上行鏈路業(yè)務波束，所述多個上行鏈路業(yè)務波束的每一個與不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關聯，所述不同的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域一起形成組合的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域；用于使用公共下行鏈路頻道發(fā)送多個下行鏈路業(yè)務波束的裝置；第二接收裝置，連接至發(fā)送裝置，用于從位于至少部分與組合業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊的饋線波束覆蓋區(qū)域內的網關接收在公共上行鏈路頻道中的上行鏈路饋線波束，并且響應于接收上行鏈路饋線波束而形成多個下行鏈路業(yè)務波束；連接至第一接收裝置的裝置，響應于所述多個上行鏈路業(yè)務波束而形成下行鏈路饋線波束，并且在公共下行鏈路頻道中發(fā)送下行鏈路饋線波束。
18. —種對地靜止的衛(wèi)星，包括多個用戶終端，用于建立復合業(yè)務波束，所述復合業(yè)務波束包括使用公共上行鏈^各頻道的上行鏈^各業(yè)務波束和使用公共下行4連^各頻道的用戶終端和對地靜止的衛(wèi)星之間的下行鏈路業(yè)務波束，每個下行鏈路業(yè)務波束與不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關聯，所述不同的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域一起形成組合的業(yè)務波束覆蓋區(qū)域；網關，用于在公共上行鏈路頻道上建立與下行鏈路業(yè)務波束相對應的上行鏈路饋線波束，以及在^^共下^f亍鏈路頻道上建立與網關和對地靜止的衛(wèi)星之間的上行鏈路業(yè)務波束相對應的下行鏈路饋線波束，下行鏈路饋線波束與至少部分與組合業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊的饋線波束覆蓋區(qū)域相關聯。
19. 一種對地靜止的衛(wèi)星，包括下行數據流轉發(fā)器，用于在對地靜止的衛(wèi)星和多個用戶終端之間建立多個復合業(yè)務波束，每個復合業(yè)務波束包括上行鏈路業(yè)務波束和下行鏈路業(yè)務波束，每個下行鏈路業(yè)務波束與不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關聯，所述不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域一起形成復合業(yè)務波束覆蓋區(qū)域，在公共下行鏈路頻道上從對地靜止的衛(wèi)星發(fā)送下行鏈路業(yè)務波束，在公共上行鏈路頻道上在對地靜止的衛(wèi)星處接收上行鏈路業(yè)務波束；以及上行數據流轉發(fā)器，用于在對地靜止的衛(wèi)星和網關之間建立上行鏈路饋線波束和下行鏈路饋線波束，下行鏈路饋線波束與至少部分與組合業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊的分離的饋線波束覆蓋區(qū)域相關聯，在公共上行鏈路頻道上接收上行鏈路饋線波束，從上行鏈路饋線波束形成多個下行鏈路業(yè)務波束，從多個上行鏈路業(yè)務波束形成下行鏈路饋線波束，和在公共下行鏈路頻道上發(fā)送下行鏈路饋線波束。
20. —種對地靜止的衛(wèi)星，包括用于在對地靜止的衛(wèi)星和多個用戶終端之間建立復合業(yè)務波束的裝置，每個復合業(yè)務波束包括上行鏈路業(yè)務波束和下行鏈路業(yè)務波束，每個下行鏈路業(yè) 務波束與不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關聯，所述不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域一起形成復合業(yè)務波束覆蓋區(qū)域；用于在公共下行鏈路頻道上從對地靜止的衛(wèi)星發(fā)送下行鏈路業(yè)務波束的第一發(fā)送裝置；用于在公共上行鏈路頻道上在對地靜止的衛(wèi)星處接收上行鏈路業(yè)務波束的裝置；用于在對地靜止的衛(wèi)星和網關之間建立上行鏈路饋線波束和下^f亍鏈路饋線波束的裝置，下行鏈路饋線波束與至少部分與組合業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊的分離的饋線波束覆蓋區(qū)域相關聯；用于在公共上行鏈路頻道上接收上行鏈路饋線波束的裝置；連接至第一發(fā)送裝置、用于從上行鏈路饋線波束形成多個下行鏈路業(yè)務波束的裝置；用于從多個上行鏈路業(yè)務波束形成下行鏈路饋線波束的裝置；以及第二發(fā)送裝置，連接至用于形成下行鏈路饋線波束的裝置，用于在公共下行鏈路頻道上發(fā)送下行鏈路饋線波束。
21. —種對地靜止的衛(wèi)星，包括第一天線，用于在衛(wèi)星和多個用戶終端之間建立多個復合業(yè)務波束，每個復合業(yè)務波束包括上行鏈路業(yè)務波束和下行鏈路業(yè)務波束，每個下行鏈路業(yè)務波束與不同業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關聯，以形成多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域；在公共下行鏈路頻道上從衛(wèi)星發(fā)送下行鏈路業(yè)務波束；在公共上行鏈路頻道上在衛(wèi)星處接收上行鏈路業(yè)務波束，第二天線，用于在衛(wèi)星和網關之間建立上行鏈路饋線波束和下行鏈路4赍線波束，下行鏈路饋線波束與至少部分與多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域分離的饋線波束^f隻蓋區(qū)域相關聯；在公共上行鏈路頻道上接收上行鏈路饋線波束；在公共下行鏈路頻道上發(fā)送下行鏈路饋線波束，以及，連接至第一和第二天線的多個頻率轉發(fā)器，用于從上行鏈路饋線波束形成多個下行鏈路業(yè)務波束；從多個上行鏈路業(yè)務波束形成下行鏈路饋線波束；頻率轉發(fā)上行鏈路4赍線波束和多個上行鏈路業(yè)務波束的一個或多個。
22. —種用于操作對地靜止的衛(wèi)星系統(tǒng)的方法，包括在多個業(yè)務波束覆蓋范圍內定位多個用戶終端；通過使用公共上行鏈路頻道從多個用戶終端發(fā)送多個上行鏈路業(yè)務波束至對地靜止的衛(wèi)星；通過使用公共下行鏈路頻道從對地靜止的衛(wèi)星發(fā)送多個下行鏈^各業(yè)務波束，多個下行鏈路業(yè)務波束的每一個與多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域的一個相關；在饋線波束覆蓋區(qū)域內定位網關，饋線波束覆蓋區(qū)域實質上與多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊；在公共上行鏈路頻道中從網關向對地靜止的衛(wèi)星發(fā)送上行鏈路饋線波束；在網關處接收下行鏈路饋線波束；在對地靜止的衛(wèi)星處接收上行鏈路饋線波束，并且響應于所述上4于鏈路饋線波束形成多個下行鏈路業(yè)務波束；以及在對地靜止的衛(wèi)星處接收所述多個上行鏈路業(yè)務波束，并且響應于所述多個上行鏈路業(yè)務波束形成下行鏈路饋線波束。
23. 根據權利要求22所述的方法，所述網關是多個網關中的一個，每個網關被定位在多個饋線鏈路覆蓋區(qū)域中不同的一個內。
24. 根據權利要求23所述的方法，其中，所述多個網關的每一個都與所述多個網關終端中的每個其他網關分隔的最小距離為400公里。
25. 根據權利要求24所述的方法，其中，所述多個網關終端的每一個都被放置在與光纖網絡連接相距50公里的距離內。
26. 根據權利要求25所述的方法，其中，所述多個網關終端的每一個都被放置在對于指定的時間百分比，公共上行鏈路頻道的全部雨衰小于特定量的衰落的位置上。
27. 根據權利要求26所述的方法，其中，特定量的衰落是10dB的衰落，并且指定的時間百分比是時間的99.99%。
28. —種用于衛(wèi)星通信的系統(tǒng)，包括在多個業(yè)務波束覆蓋范圍內定位的多個用戶終端，所述多個用戶終端用于通過使用公共上行鏈路頻道發(fā)送多個上行鏈路業(yè)務波束至對地靜止的衛(wèi)星；和通過使用公共下行鏈路頻道從對地靜止的衛(wèi)星接收多個下行鏈路業(yè) 務波束，多個下行鏈路業(yè)務波束與多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域相關；以及在饋線波束覆蓋區(qū)域內定位的網關，饋線波束覆蓋區(qū)域實質上與多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊，所述網關用于通過使用公共上行鏈路頻道向對地靜止的衛(wèi)星發(fā)送上行鏈路饋線波束，用于形成下行鏈路業(yè)務波束；和通過使用公共下行鏈路頻道接收從上行鏈路業(yè)務波束形成的下行鏈路饋線波束，所述下行鏈路饋線波束與饋線波束覆蓋區(qū)域相關。
29. 根據權利要求28所述的系統(tǒng)，所述網關是多個網關的一個，每個網關被定位在多個々貴線鏈路覆蓋區(qū)域中不同的一個內。
30. 根據權利要求29所述的系統(tǒng)，所述多個網關終端的每一個都與所述多個網關中的每個其他網關分隔的最小距離為400公里。
31. 根據權利要求30所述的系統(tǒng)，所迷多個網關的每一個都被放置在與光纖網絡連接相距50公里的距離內。
32. 根據權利要求31所述的系統(tǒng)，所述多個網關的每一個都被放置在對于指定的時間百分比，所述至少一個公共上行鏈路頻道的全部雨衰小于特定量的衰落的位置。
33. 根據權利要求32所述的系統(tǒng)，其中，特定量的衰落是10dB的衰落，并且指定的時間百分比是時間的99.99% 。
34. —種用于操作對地靜止的衛(wèi)星的系統(tǒng)，多個用戶終端定位在對地靜止的衛(wèi)星的多個業(yè)務波束覆蓋范圍內，以及網關定位在對地靜止的衛(wèi)星的饋線波束覆蓋區(qū)域內，所述系統(tǒng)包括第一發(fā)送裝置，用于通過使用公共上行鏈路頻道從所述多個用戶終端將多個上行鏈路業(yè)務波束發(fā)送至對地靜止的衛(wèi)星；第二發(fā)送裝置，用于通過使用公共下行鏈路頻道從對地靜止的衛(wèi)星發(fā)送多個下行鏈路業(yè)務波束，所述多個下行鏈路業(yè)務波束的每一個與所述多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域的一個相關；第三發(fā)送裝置，用于在公共上行鏈路頻道中從網關向對地靜止的衛(wèi)星發(fā)送上行鏈路饋線波束，饋線波束覆蓋區(qū)域實質上與多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊；用于在網關處接收下行鏈路饋線波束的裝置；連接至第二發(fā)送裝置，用于在對地靜止的衛(wèi)星處4妄收上行鏈路々貴線波束，并且響應于所述上行鏈路饋線波束形成多個下行鏈^^業(yè)務波束的裝置；以及用于在對地靜止的衛(wèi)星處接收所述多個上行鏈路業(yè)務波束，并且響應于所述多個上行鏈路業(yè)務波束形成下行鏈路饋線波束的裝置。
35. —種對地靜止的衛(wèi)星，包括第一天線，用于通過使用公共上行鏈路頻道從多個用戶終端接收多個上行鏈路業(yè)務波束，所述多個用戶終端被定位在多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域內；通過使用公共下行鏈路頻道發(fā)送多個下行鏈路業(yè)務波束，所述多個下行鏈路業(yè)務波束的每一個與所述多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域的一個相關；第二天線，用于在公共上行鏈路頻道中從網關接收上行鏈路饋線波束，網關被定位在饋線波束覆蓋區(qū)域內，所述饋線波束覆蓋區(qū)域實質上與多個業(yè)務波束覆蓋區(qū)域不重疊；和發(fā)送下行鏈路饋線波束至網關；以及頻率轉發(fā)器，用于響應于上行鏈路饋線波束形成多個下行鏈路業(yè)務波束，和響應于上行鏈路業(yè)務波束形成下行鏈路饋線波束。
全文摘要
本發(fā)明涉及改進的點波束衛(wèi)星系統(tǒng)。提出了一種在具有多個點波束的衛(wèi)星系統(tǒng)中發(fā)送數據的方法，包括在從網關終端到通信衛(wèi)星的前向方向上發(fā)送寬帶信號以中繼到至少一個用戶終端；在通信衛(wèi)星側接收寬帶信號，其中通信衛(wèi)星包括彎管中繼器，所述彎管中繼器具有多個基于衛(wèi)星的傳輸放大器；使用多個基于衛(wèi)星的傳輸放大器的一個來放大所述寬帶信號而不放大其他來自網關終端的寬帶信號以產生放大的寬帶信號；向所述至少一個用戶終端發(fā)送所述放大的寬帶信號作為多個業(yè)務點波束的一個；以及在所述至少一個用戶終端接收所述放大的寬帶信號并從所述放大的寬帶信號恢復數據。
文檔編號H04B7/185GK101588200SQ20091014609
公開日2009年11月25日申請日期2007年9月26日優(yōu)先權日2006年9月26日
發(fā)明者克里斯蒂·安·賈斯卡, 斯蒂文·R.·哈特, 羅伯特·威爾森, 馬克·D.·丹克伯格, 馬克·J.·米勒申請人:維爾塞特公司

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