專利名稱：具有主用和備用多波束衛(wèi)星的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信系統(tǒng)領域，更具體而言，涉及采用多波束衛(wèi)星并具有內(nèi)置冗余的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，隨著處理器以及相關技術(shù)的發(fā)展，無論是用于商業(yè)，還是用于娛樂的個人計算，已經(jīng)能夠廣泛為大多數(shù)人所使用。由于網(wǎng)絡互聯(lián)及相關技術(shù)的發(fā)展，如今，已有眾多計算設備連接到專用網(wǎng)和/或公用網(wǎng)絡，如互聯(lián)網(wǎng)或公司企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，并可訪問由諸如萬維網(wǎng)(WWW)的眾多內(nèi)容服務器提供的種類繁多的內(nèi)容。不過，由于許多家庭或非商業(yè)計算用戶還不能實現(xiàn)能夠支持日益豐富的多媒體內(nèi)容的寬帶接入，因而這些用戶依舊感到苦惱。
目前，基于有線或光纖的寬帶接入，如使用數(shù)字用戶線(DSL)或電纜調(diào)制解調(diào)器(Cable Modem)的系統(tǒng)，已經(jīng)非常普及。然而，基于有線的各種解決方案即便有可能實現(xiàn)的話，由于這些解決方案需要在遍及整個服務或部屬區(qū)域中安裝物理線纜，因而要實現(xiàn)遍布國家或大陸的大范圍部署，造價將十分昂貴，并且需花費很長時間。從而，除主要城市區(qū)域或最新發(fā)展的社區(qū)外，處在許多更小的城市區(qū)域或老社區(qū)的用戶，依舊無法實現(xiàn)對任何公共或商業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的足夠高速的接入。
若能高效、可靠且以低廉的價格提供無線寬帶接入，則寬帶接入將不會受到如上的限制。也就是說，不必在長距離上或在不適合接收的地區(qū)中安裝昂貴的線纜，從而可更容易或更為經(jīng)濟有效地覆蓋廣大區(qū)域中(包括全部國土)的每個地點。
同時，衛(wèi)星及相關技術(shù)的發(fā)展導致移動衛(wèi)星服務(MSS)廣泛用于通信。MSS已快速從提供簡單的尋呼功能轉(zhuǎn)移到提供語音，以及目前還可提供數(shù)據(jù)應用，如訪問用戶的電子郵件或訪問互聯(lián)網(wǎng)或公司的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。因此，需要向較大服務區(qū)域，如美國大陸本土(簡稱CONUS)，提供廉價而可靠的基于衛(wèi)星的數(shù)據(jù)通信服務。相信，在地球同步軌道中的衛(wèi)星將會為美國大陸本土面積大小的區(qū)域提供服務，并提供所需的數(shù)據(jù)和服務。通常認為，低地球軌道(LEO)衛(wèi)星適合于要求幾乎沒有信號傳輸延遲的語音通信。
若要對如此大的服務區(qū)域提供這樣廉價而可靠的基于衛(wèi)星的數(shù)據(jù)通信服務，則需克服大量困難。首先，盡管在對地靜止軌道中的單個多波束衛(wèi)星有可能覆蓋較大國土面積(如CONUS)的服務區(qū)域，但還是需要相對較多的波束(在數(shù)十到幾百的范圍)以實現(xiàn)所需的通信鏈路容量。這些波束形成緊密群集(tightly-packed)的“小區(qū)(cell)”圖形(pattern)以覆蓋服務區(qū)域，從而為眾多用戶提供服務。然而，由于商業(yè)通信系統(tǒng)還需要配備有備用衛(wèi)星，以提供適當?shù)娜哂嗪涂煽啃约墑e，所以這種方法具有成本較高的缺點，同時這一點，在將衛(wèi)星系統(tǒng)與陸地系統(tǒng)相媲美時，也是用戶越來越關注的問題。備用衛(wèi)星同樣需要能夠提供覆蓋整個大服務區(qū)域所需的大量波束。
此外，需要對采用流行反射器型天線系統(tǒng)的衛(wèi)星設計進行嚴格限制，這是由于，對這些反射器天線中的每個天線，都不得不采用大量饋電喇叭(feed horn)，并將它們緊密地群集在一起。這種緊密群集的結(jié)構(gòu)將進而影響這些饋電喇叭可提供的孔徑尺寸，并進而對諸如增益和波束質(zhì)量的波束特性產(chǎn)生負面影響。
此外，可將所形成的蜂窩圖形視為按照類似于陸地蜂窩圖形的方式進行處理。換而言之，將頻率再利用方案設計成使得處在不同但相鄰的“小區(qū)”的覆蓋區(qū)域中的眾多用戶能夠使用和共享有限數(shù)量的所分派或分配的頻率。
另外，考慮到并解決波束間干擾的問題也是存在的難題。不管是使用備用衛(wèi)星技術(shù)，還是使用主用波束成形通信衛(wèi)星，都需要將這種干擾保持到絕對最小。
利用本發(fā)明主旨制造或運行的衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及相關的終端或無線裝置，能夠有效地克服這些以及其他困難，從而提供與現(xiàn)有技術(shù)相比更低廉，更可靠的基于衛(wèi)星的數(shù)據(jù)通信服務。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明批露了一種具有網(wǎng)關和用戶終端的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以及操作方法。該衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常用于為用戶終端提供數(shù)據(jù)訪問，并且便于用戶終端接入通信網(wǎng)絡，如互聯(lián)網(wǎng)，或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。
在一個實施例中，該通信系統(tǒng)具有一個或多個與衛(wèi)星或用戶終端通信的網(wǎng)關，所批露的系統(tǒng)具有m個主用多波束衛(wèi)星，且將每個主用多波束衛(wèi)星裝配或配置成使N/m個波束投射到一個所需的服務區(qū)域中，因而總共m×N/m個，即N個，波束一起覆蓋該服務區(qū)域，其中，m為大于1的整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，還提供n個備用多波束衛(wèi)星，并將每個備用多波束衛(wèi)星裝配成將N/m個波束投射到該區(qū)域上，n為等于或大于1的整數(shù)值。按照所需的要求，可有選擇地配置n個備用衛(wèi)星中的每一個，以取代在m個主用衛(wèi)星中的失效衛(wèi)星。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，除了僅必須提供N/m個波束(相對而言，在單個衛(wèi)星的方法中，要提供N個波束)外，將衛(wèi)星(主用衛(wèi)星或備用衛(wèi)星)的N/m個波束中的每個波束按照松散群集(loosely-packed)陣列的方式進行投射。更具體而言，在一個實施例中，將N/m個波束配置成使得N/m個波束點均彼此分開一個波束寬度。
在更多方面，一個衛(wèi)星包括多個收發(fā)器，和具有反射器和N/m個饋電喇叭的天線系統(tǒng)，該天線系統(tǒng)與收發(fā)器相連，以按照松散群集陣列方式將N/m個波束投射在一個區(qū)域上，從而覆蓋與m-1個其他衛(wèi)星一起覆蓋的整個區(qū)域中的N/m個子區(qū)域，且波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域相互隔開一個波束寬度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，將一個衛(wèi)星的N/m個波束投射到整個服務區(qū)域上，且在不同時期，在高峰需求下覆蓋服務區(qū)域的不同區(qū)。在一個實施例中，將m設置成等于3，將n設置成等于1。此外，衛(wèi)星通信系統(tǒng)所覆蓋的區(qū)域包括多個地區(qū)，每個地區(qū)在不同時期具有一高峰需求。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，對每個衛(wèi)星的N/m個波束進行分配，以便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信，m為大于1的整數(shù)。
在一個實施例中，該方法包括，對m個主用衛(wèi)星進行配置，以將N/m個波束投射到一個區(qū)域上，并遍及該區(qū)域；按照需求對n個備用衛(wèi)星中選出的一個備用衛(wèi)星進行配置，以將其N/m個波束投射到一個區(qū)域上并遍及該區(qū)域，該區(qū)域與對m個主用衛(wèi)星的其中之一進行配置以將其N/m個波束投射到并遍及的區(qū)域相符，從而利用n個備用衛(wèi)星中選出的一個備用衛(wèi)星取代這個主用衛(wèi)星。
在更多方面，該方法包括，對m個主用衛(wèi)星進行配置，以按照松散群集的方式將N/m個波束投射到一個區(qū)域上并遍及該區(qū)域，從而共同形成N個波束點來覆蓋該區(qū)域，由波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域之間以一個波束寬度相互隔開，其中，m為大于1的整數(shù)。另外，可對m個主用衛(wèi)星中的每一個進行配置，以便在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信。
在更多方面，該方法包括，按照需求，對n個備用衛(wèi)星中選出的一個備用衛(wèi)星進行配置，以按照松散群集陣列的方式將N/m個波束投射到并遍及該區(qū)域，由波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域之間以一個波束寬度相互隔開，從而用n個備用衛(wèi)星中選出的一個備用衛(wèi)星取代m個主用衛(wèi)星中的一個；以及對n個備用衛(wèi)星中選出的一個備用衛(wèi)星進行配置，以便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信，該m個頻帶中的1個頻帶為被替換的主用衛(wèi)星先前所采用的m個頻帶中的1個頻帶。
在更多方面，用于通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳送信號的網(wǎng)關包括，用于通過m個主用衛(wèi)星傳送信號的裝置，其中，每個主用衛(wèi)星被配置成將N/m個波束投射到區(qū)域上，m為大于1的整數(shù)；和用于通過n個備用衛(wèi)星傳送信號的裝置，其中，每個備用衛(wèi)星被配置成將N/m個波束投射到區(qū)域上，且使得n個備用衛(wèi)星中選出的一個備用衛(wèi)星可按照需求取代m個主用衛(wèi)星中的任何一個，n為等于或大于1的整數(shù)。用于通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)將信號傳送到至少一個網(wǎng)關的用戶終端包括用于通過m個主用衛(wèi)星傳送信號的裝置，和用于通過n個備用衛(wèi)星傳送信號的裝置，備用衛(wèi)星被配置成用于按照需求取代m個主用衛(wèi)星中的任何一個。


結(jié)合附圖，通過后面給出的詳細描述，將更清楚地理解本發(fā)明的特征，目的，和優(yōu)點，在附圖中，同樣的附圖標記表示相同或相似的元件，其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于衛(wèi)星通信的系統(tǒng)；圖2更詳細地表示圖1的多波束衛(wèi)星之一的波束投射情況；圖3A表示根據(jù)一個實施例，通過本發(fā)明的波束投射方案而產(chǎn)生的混合的“小區(qū)”圖形的一部分；圖3B示出，根據(jù)一個實施例，如何將圖3A的波束圖形投射到美國大陸(CONUS)上；圖4表示根據(jù)一個實施例的衛(wèi)星通信系統(tǒng)操作流程；圖5表示用于實現(xiàn)多個實施例的一種硬件系統(tǒng)實施例；以及圖6表示一種機器可讀介質(zhì)實施例，用于存儲實現(xiàn)多個實施例的可執(zhí)行指令。
具體實施例方式
在以下說明中，將描述本發(fā)明的多個實施例，以及這些實施例的不同方面。不過，本領域技術(shù)人員應該理解，通過該多個實施例的僅僅某些方面或全部方面，均可實現(xiàn)本發(fā)明。出于解釋的目的，給出了具體的編號，材料和配置，以此用于全面理解多個實施例。然而，對于本領域技術(shù)人員還應理解，在不體現(xiàn)這些具體細節(jié)的條件下，也可實現(xiàn)多個實施例。在其他情形中，為了使本發(fā)明重點更為突出，省略或簡化了公知的特征。
以下將使用本領域技術(shù)人員通常使用的術(shù)語，如波束，頻率，天線，反射器，饋電喇叭，孔徑等，給出描述部分，從而向本領域其他技術(shù)人員傳達本發(fā)明的主旨。除非另有定義，否則這些術(shù)語將被定義為本領域普通技術(shù)人員所能理解的最廣泛的含義。
此處提到的“一個實施例”，“一實施例”，或類似表述形式，意味著結(jié)合該實施例所描述的具體特征，結(jié)構(gòu)，操作，或特性，并包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。這樣，此處這些短語或表述形式的出現(xiàn)，并非都指同樣的實施例。此外，可按任何合適的方式，將各種具體特征，結(jié)構(gòu)，操作，或特性組合成一個或多個實施例。
典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，使用在已知軌道模式中的數(shù)個衛(wèi)星，通過在一個或多個無線用戶終端與一個或多個網(wǎng)關，地面基站或集線器之間往復傳送信號，向這些無線用戶終端提供服務。這種系統(tǒng)可提供在大地域或區(qū)域上的通信能力或覆蓋范圍。典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)可使用位于一系列精確定義的軌道平面，例如，6個軌道平面中的48顆或更多顆衛(wèi)星，提供近乎全球的覆蓋范圍。
衛(wèi)星可使用TDMA或CDMA類型調(diào)制，或用于在前向或反向鏈路或二者組合鏈路上傳輸信號的空中接口。當前在衛(wèi)星中使用的擴頻(SS)碼分多址(CDMA)技術(shù)類似于TIA/EIA臨時標準，“Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-ModeWideband Spread Spectrum Cellular System”TIA/EIA/IS-95，1993年7月，稱作電信工業(yè)協(xié)會/電子工業(yè)協(xié)會(TIA/EIA)標準IS-95。不過，也可采用其他擴頻和CDMA的技術(shù)和協(xié)議，甚或使用某些類型的時分多址(TDMA)系統(tǒng)。在國際移動電信系統(tǒng)2000/通用移動電信系統(tǒng)或IMT-2000/UM標準中，描述了其他的通信系統(tǒng)，包括通常所指的寬帶CDMA(WCDMA)，cdma2000(如cdma2000 1x-rxttcdma2000 1x，3x，或MC標準)或TD-SCDMA?；谛l(wèi)星的通信系統(tǒng)也利用這些或類似的已知標準。
盡管在特定通信系統(tǒng)中，根據(jù)設計的約束條件和所需的操作特性，使用某種調(diào)制方案可能比另一方案更為有效，但是具體調(diào)制方案的使用不能視作對本發(fā)明實施例的限制。前向鏈路(FL)指從網(wǎng)關向用戶終端傳遞或傳播的通信信號或路徑，而反向鏈路(RL)指從用戶終端向網(wǎng)關傳播的通信信號。
此處所述的終端適于與衛(wèi)星進行通信，且各自具有或包括，例如，多個不同類型的固定和移動用戶終端，這些終端包括但不限于蜂窩電話、無線手機或其他裝置，無線調(diào)制解調(diào)器，數(shù)據(jù)收發(fā)器，或?qū)ず艋蛭恢么_定接收機，或移動無線電話。此外，根據(jù)需要，用戶終端可以是手持的、便攜式的，如同車載(例如包括汽車、卡車、輪船、火車和飛機)中的情形，或者也可以是固定的。根據(jù)偏好，在某些移動系統(tǒng)中，無線通信裝置有時也稱作用戶終端、移動臺、移動單元，訂戶單元，移動無線電或無線電話，無線單元，或簡單地稱為“用戶”，“訂戶”，“終端”，和“移動物體”。
此外，衛(wèi)星采用由波束成形天線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的預定或設計好的波束圖形，用于在給定地域或衛(wèi)星“覆蓋區(qū)域(footprint)”內(nèi)進行信號傳送。如本領域技術(shù)人員所知，波束圖形可從圓形變化到更加伸長的橢圓，或者具有多種不規(guī)則形狀或增益分布圖形。根據(jù)具體通信系統(tǒng)設計，可使用任何適當圖形或圖形集合，并且這些圖形并不作為對本發(fā)明的實施例的限制。根據(jù)所用信號的類型或容量、覆蓋的地域、可提供服務的終端數(shù)量、可用功率、可用頻率，以及系統(tǒng)設計人員所知的其他關于衛(wèi)星或系統(tǒng)設計的約束條件，可使用更多或更少數(shù)量的波束。
圖1示出用于實現(xiàn)本發(fā)明實施例的基于衛(wèi)星的通信系統(tǒng)。如圖所示，使用一系列主用多波束衛(wèi)星110構(gòu)成衛(wèi)星通信系統(tǒng)100，在該通信系統(tǒng)中，有“m”個這樣的衛(wèi)星，其中，m為大于1的整數(shù)。將系統(tǒng)中每個衛(wèi)星裝配或配置成使N/m個波束投射到覆蓋服務區(qū)域115的區(qū)域上，從而可通過在服務區(qū)域115中傳送數(shù)據(jù)和/或其他通信信號，或命令，而為用戶終端提供服務。若將m個衛(wèi)星(每個衛(wèi)星都產(chǎn)生N/m個波束)總計在一起，共產(chǎn)生或提供所需的N個波束，以覆蓋該服務區(qū)域。對于所示的實施例而言，m等于3，不過顯然可根據(jù)需要使用其他數(shù)值。根據(jù)所選擇的通信系統(tǒng)的服務區(qū)域的大小，在服務區(qū)域115中，N的范圍一般約在30至120個總波束。
對于不同的通信系統(tǒng)，所選擇的N的數(shù)值將有所不同，且取決于許多眾所周知的因素。例如，衛(wèi)星覆蓋區(qū)域或所覆蓋的服務區(qū)域的總大小，所傳送的業(yè)務或信號的量，和以什么樣的數(shù)據(jù)速率傳輸，以及所期望的工作頻率或重用模式，波束形狀等，均是人們所熟知的。盡管可使某些波束相當大，但這樣做會減小可以容納或提供服務的終端總數(shù)，或者導致干擾其他波束或系統(tǒng)等。使用大量的小波束將會造成更加復雜且昂貴的天線結(jié)構(gòu)，并對于衛(wèi)星而言將引起在所用換能器數(shù)量、控制系統(tǒng)、可靠性和能耗方面的設計問題。
在FL和RL兩個鏈路上，典型數(shù)值均為16個波束，不過，在數(shù)量上二者并非必須相等，且在該衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域內(nèi)，波束的大小不必相等，波束的形狀和分布圖形也不必對稱。然而，使用不同頻率和FDM技術(shù)，稱作“子波束”的附加波束可覆蓋相同的地域，例如可使用一個波束內(nèi)的8-13個或更多子波束，從而每個衛(wèi)星總共產(chǎn)生大約208個子波束。本發(fā)明的實施例并未對波束的具體數(shù)目進行限制，并且可證明本發(fā)明的實施例可用于各種配置和通信系統(tǒng)中。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，還提供n個備用多波束衛(wèi)星112，其中n仍為等于或大于1的整數(shù)。仍然將每個備用多波束衛(wèi)星112裝配成將N/m個波束投射到所需表面區(qū)域上，或者投射到服務區(qū)域內(nèi)。換而言之，主用多波束衛(wèi)星和備用多波束衛(wèi)星在形成的波束數(shù)量、波束形狀、總的覆蓋區(qū)域，以及頻率和功率控制方面構(gòu)造相似，但是并非所有這些特征都必須相同。對于所示實施例，n＝1。
從而，通過將給定波束的通信路徑或鏈路激活或切換到一個或多個備用衛(wèi)星，可將n個備用衛(wèi)星112中的每一個有選擇地配置成用于取代m個主用衛(wèi)星110中失效的那一個。因而，與單個多波束衛(wèi)星方法相比，只要n小于m，則本發(fā)明就能夠有利于減少提供冗余的成本。這是由于這樣的事實即，提供能投射N/m個波束的備用衛(wèi)星的成本，通常比提供能投射N個波束的備用衛(wèi)星的成本要低得多。另外，由給定衛(wèi)星提供更多數(shù)量的波束增加了物理和操作上的復雜性，這也加大了操作失效的風險。
可將衛(wèi)星，如衛(wèi)星110放置在各種軌道中的一個軌道中，例如，低地球軌道(LEO)，中地球軌道(MEO)，或地球同步軌道(GEO)，每種軌道都具有所熟知或了解的特性。地球同步軌道有時稱為對地靜止軌道。一個示例性地球同步軌道的軌道周期為23小時56分41秒，這致使衛(wèi)星處在地球表面之上的靜止位置中。
除了每個衛(wèi)星110和112都屬于多波束類型這一事實，以及利用這些衛(wèi)星的方式，從而利于形成更低廉、更可靠的本發(fā)明的衛(wèi)星通信系統(tǒng)之外，衛(wèi)星110和112還可表示為其結(jié)構(gòu)和操作為本領域所公知的廣泛類型的通信衛(wèi)星。這些公知的或?qū)⒁_發(fā)出的衛(wèi)星中的任何一個適合的衛(wèi)星均可以用來實現(xiàn)本發(fā)明。不過，只要這些衛(wèi)星能提供所需的波束覆蓋范圍，并在通信系統(tǒng)內(nèi)提供所預期的相關功率和命令控制，則這些衛(wèi)星不必在所有方面都相同。
圖2表示根據(jù)一個實施例的每個衛(wèi)星(主用或備用衛(wèi)星)的波束投射示例。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的這一方面，除了必須僅提供N/m個波束(不同于N個波束)，還要將衛(wèi)星(主用或備用衛(wèi)星)的N/m個波束的每個波束以稱作松散群集的陣列方式120進行投射。也就是，按照以下方式從衛(wèi)星投射波束，即形成相鄰波束相互之間間隔或分隔一定預選距離的圖形。
從而，本領域技術(shù)人員應該理解，同樣可將這些衛(wèi)星110和112的傳送天線的饋電喇叭以松散群集結(jié)構(gòu)進行設置，這將減少天線設計中所考慮的物理約束條件。在該結(jié)構(gòu)中，也允許饋電喇叭使用相對更大的孔徑。該結(jié)構(gòu)導致波束質(zhì)量更佳，特別是對于這些波束的增益特性更好。由于通常使用一般稱為“收發(fā)器”的發(fā)送和/或接收元件，連接或形成衛(wèi)星110或112的波束形成天線或結(jié)構(gòu)，因而這還簡化了收發(fā)器的設計和布置。
此外，對于各種實施例，可將每個衛(wèi)星(主用或備用衛(wèi)星)的N/m個波束配置成，使每個N/m個波束覆蓋區(qū)域或點彼此之間或與每個相鄰波束投射點或覆蓋區(qū)域(在衛(wèi)星點或覆蓋區(qū)域內(nèi))之間以一個波束寬度相互隔開。因此，對于m＝3且n＝1的實施例，通過使其N/m個波束中的每個波束均改變一個波束寬度的位置或移動一個波束寬度，可有效地對備用衛(wèi)星112重新進行配置，以取代主用衛(wèi)星110中失效的衛(wèi)星。也就是說，通常將衛(wèi)星112的波束定位在主用衛(wèi)星110的波束之間的分隔間隙或間隔內(nèi)，且通常易于對該備用衛(wèi)星的波束進行重新定向，以使其波束離開該間隙并到達所需的主用覆蓋區(qū)域上，而無需大量的復雜操作或控制，同時延遲很小。重新調(diào)整波束形成天線，從而以相對于覆蓋區(qū)表面稍有不同的角度投射波束。因此，當主用衛(wèi)星或波束失效的情況下，可提供高效且快速響應的替換。
本發(fā)明實施例的這一后者的操作特性與典型通信系統(tǒng)形成鮮明對比，典型通信系統(tǒng)保留有“在軌道中”的備用或備用衛(wèi)星，為了替換失效或不良功能的衛(wèi)星，必須經(jīng)歷一定時期才能將備用衛(wèi)星移動到新的軌道位置。利用新技術(shù)，可消除這種操作的大量延遲和成本，同時不會使系統(tǒng)“切斷”很長時間，這一點在很大程度上影響著客戶或用戶的滿意度，并且利用該新技術(shù)，可通過縮減任何給定區(qū)域的停機時間來增加收益。另外，在典型的通信系統(tǒng)中，即便僅僅幾個波束的問題也會導致通信系統(tǒng)中出現(xiàn)故障，且解決該問題需要花費時間，因而必須替換被認為是失效衛(wèi)星的整個衛(wèi)星，與此形成鮮明對比的是本發(fā)明的系統(tǒng)消除了替換整個衛(wèi)星的需要。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在多個實施例中，易于將衛(wèi)星110或112的N/m個波束投射到整個服務區(qū)域上。從而，當服務區(qū)域115由在不同時期具有高峰需求的不同地區(qū)組成時，該投射方式可有效地在運行的衛(wèi)星110之間執(zhí)行自動負載均衡。也就是說，能夠利用備用衛(wèi)星的波束吸收額外的瞬時負載，而無需更為昂貴的衛(wèi)星全天候地駐扎，以覆蓋這樣的高峰使用區(qū)域，但在其他時期該區(qū)域僅具有有限的使用時間，這顯然不能充分利用該昂貴衛(wèi)星的容量。
例如，可采用圖1的3衛(wèi)星實施例來構(gòu)成衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以向美國大陸本土，也稱CONUS提供數(shù)據(jù)服務，如互聯(lián)網(wǎng)訪問。此外，許多公司可能想要提供對其各自公司或企業(yè)級企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡的訪問。通常，在正午時分，企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)訪問趨于高峰，在傍晚時分，互聯(lián)網(wǎng)訪問趨于高峰，對于有些時區(qū)的傍晚時分來說，此處山區(qū)和美國西部時區(qū)要滯后于其他東部和中部時區(qū)。這種配置通過使每個運行的衛(wèi)星分享高峰負載而自動實現(xiàn)負載均衡(與使得3顆衛(wèi)星中的每一顆衛(wèi)星都覆蓋美國大陸的東部、中部和西部的可選配置相比)。
圖3A表示根據(jù)一個實施例，通常通過波束投射和頻帶分配而產(chǎn)生的一般蜂窩圖形的一部分。圖3B表示根據(jù)一個實施例，如何將圖3A的波束圖形投射到美國大陸上。
如前面所述，每個衛(wèi)星110將N/m個波束投射到服務區(qū)域115上，以便于進行通信?？偣灿衜×N/m個波束覆蓋整個服務區(qū)域，形成所示出的蜂窩圖形。
根據(jù)本發(fā)明再一方面，將可用頻率分成m個頻帶；其中對于m＝3將包括3個頻帶，此處標記為頻帶1(FB1)，頻帶2(FB2)和頻帶3(FB3)。將每個衛(wèi)星110的N/m個波束分配為能夠便于在m個頻帶中的一個頻帶上進行通信。即，對于m＝3的實施例而言，使衛(wèi)星1的所有N/m個波束便于在FB1頻率上通信，使衛(wèi)星2的所有N/m個波束便于在FB2頻率上通信，等等。從而，當與松散群集陣列投射方案相結(jié)合時，適當?shù)念l帶分配可促使在相鄰“小區(qū)”(波束)中以不同頻率進行通信，而由此這將會減小不同“小區(qū)”內(nèi)通信之間發(fā)生波束內(nèi)干擾的可能性。
圖4示出根據(jù)一個實施例的，如前面所述的，按照本發(fā)明的主旨構(gòu)成的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的操作流程或操作方法。如圖所示，在步驟或處理階段402中，將主用多波束衛(wèi)星110的N/m個波束配置成按照松散群集方式投射在整個服務區(qū)域上。然后，在步驟404中，將主用多波束衛(wèi)星110的N/m個波束中的每一個波束配置成便于在m個頻帶中的一個頻帶上進行通信。
在步驟或處理406中，判斷是否已經(jīng)對所有主用衛(wèi)星進行了如此配置。如果判斷結(jié)果為否，則程序返回步驟402，并由此處繼續(xù)執(zhí)行，對另一主用衛(wèi)星110進行配置。該程序繼續(xù)執(zhí)行，直到處理步驟406中最終判斷結(jié)果為所有感興趣的主用衛(wèi)星110都已經(jīng)按照需要進行了配置。此時，程序繼續(xù)運行到處理或方法步驟408中，在該處判斷是否其中一個主用衛(wèi)星已失效。如果沒有檢測到失效，則系統(tǒng)繼續(xù)運行，并且程序返回步驟408，以便周期性地檢查主用衛(wèi)星的失效情況。
最終，當檢測到一顆主用衛(wèi)星失效時，如前所述在步驟410中，將所選出的其中一個備用衛(wèi)星的N/m個波束配置成，按照松散群集陣列方式進行投射，并覆蓋該服務區(qū)域。此外，在步驟或處理階段412中，將所選出的備用衛(wèi)星112的N/m個波束中的每一個波束配置成，便于在先前分配給該失效的主用衛(wèi)星的m個頻帶中的一個頻帶上進行通信。
最后，該備用衛(wèi)星的N/m個波束中的每個波束被改變位置，從而使所選出的備用衛(wèi)星取代該失效的主用衛(wèi)星。回顧前面多個實施例中的描述，對備用衛(wèi)星的N/m個波束中的每一個波束改變一個波束寬度的位置，從而使其位于能夠取代失效的主用衛(wèi)星的位置。
由上面的討論可知，可將多個用戶終端和網(wǎng)關配置成通過或者利用主用衛(wèi)星和備用衛(wèi)星兩者或其中任一來進行信號通信。網(wǎng)關和終端，根據(jù)為感興趣的給定通信系統(tǒng)而選擇的調(diào)制方案，可采用多種通信電路或裝置，用于利用所需的調(diào)制方案或技術(shù)，在適當頻帶內(nèi)產(chǎn)生、發(fā)射和/或接收信號。然而，這種技術(shù)和決定要素，如天線結(jié)構(gòu)、功率控制等，是本領域技術(shù)人員所熟知的，因而此處不再進一步詳細解釋其在網(wǎng)關和用戶終端內(nèi)的具體、詳細的實現(xiàn)。
因此，從上面的描述可以看出，已經(jīng)描述了一種價格更加低廉且更為可靠的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該衛(wèi)星通信系統(tǒng)適用于促成大服務區(qū)域的數(shù)據(jù)通信，特別是如互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡訪問。
本發(fā)明的多個實施例，特別是在網(wǎng)關中實現(xiàn)的實施例，需要計算資源來執(zhí)行上述功能。圖5表示意在代表計算機系統(tǒng)的較寬范疇，如個人計算機、工作站和/或嵌入式系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的一個實施例。在所述實施例中，硬件系統(tǒng)包括與高速總線505連接的處理器510，高速總線505通過總線橋530與輸入/輸出(I/O)總線515連接。臨時存儲器520與總線505連接。永久性存儲器540與總線515連接。I/O裝置550也與總線515連接。I/O裝置550可包括顯示裝置、鍵盤、一個或多個外部網(wǎng)絡接口等。
某些實施例還可包括附加元件，可能不需要所有上述元件，或者可以將一個或多個元件組合在一起。例如，臨時存儲器520與處理器510可以處于單芯片上?；蛘?，可去除永久性存儲器540，并用電可擦寫的可編程只讀存儲器(EEPROM)取代臨時存儲器520，其中，在適當位置執(zhí)行來自EEPROM的軟件程序。有些實施方式可采用單個總線，所有元件都與之連接，或者采用與多個附加元件連接的一個或多個附加總線和總線橋。本領域技術(shù)人員熟知各種可供選擇的內(nèi)部網(wǎng)絡，例如包括，基于具有存儲器控制器集線器和I/O控制器集線器的高速系統(tǒng)總線的內(nèi)部網(wǎng)絡。附加元件可包括附加的處理器，CD ROM驅(qū)動器，附加存儲器以及本領域中已知的其他外圍元件。
在一個實施例中，如上所述，使用一個或多個硬件系統(tǒng)，如圖5的硬件系統(tǒng)，來實現(xiàn)本發(fā)明。在使用多于一個計算機的情形中，可以將系統(tǒng)連接成在外部網(wǎng)絡如局域網(wǎng)(LAN)、網(wǎng)際協(xié)議(IP)網(wǎng)絡等上進行通信。在一個實施例中，本發(fā)明實現(xiàn)為由計算機內(nèi)的一個或多個執(zhí)行單元執(zhí)行的軟件程序。對于給定計算機，可將軟件程序保存在存儲裝置中，如永久性存儲器540上。
正如本領域技術(shù)人員顯然可知的，也可以將電路元件中的各種功能實現(xiàn)為軟件程序中的操作。這種軟件可以用在，例如，數(shù)字信號處理器、微控制器或通用計算機中。如圖6中所示，軟件程序可以為利用任何適當?shù)臋C器可讀存儲介質(zhì)620，如磁盤、CD-ROM、磁帶、數(shù)字視頻或多功能盤(DVD)、激光光盤、ROM、閃存等保存的機器可執(zhí)行指令610。該一系列的指令不必在本地保存，可從遠程存儲裝置如網(wǎng)絡上的服務器、CD ROM裝置、軟盤等，通過例如圖5的I/O裝置550來接收。
無論來源如何，都可以將該指令從存儲裝置拷貝到臨時存儲器520中，然后由處理器510訪問和執(zhí)行。在一個實施例中，用C編程語言編寫這些軟件程序。不過應該理解，可使用多種編程語言中的任何一種實現(xiàn)這些程序。
在可選實施例中，可使用分立的硬件或固件。例如，可以將本發(fā)明的多個方面具體實現(xiàn)為基于電路的解決方案，包括在編程有一種或多種本發(fā)明上述功能的一個或多個專用集成電路(ASIC)上實現(xiàn)的可能的實施方案。在另一示例中，可以將本發(fā)明的一個或多個功能實現(xiàn)為處于附加電路板上的一個或多個ASIC中，該附加電路板可以插入上述計算機中。在另一示例中，可使用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或靜態(tài)可編程門陣列(SPGA)實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個功能。在再一示例中，可使用硬件與軟件的組合來實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個功能。
應該理解本發(fā)明并不局限于上述實施例，而包含處于所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的任何和所有實施方式。
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包括m個主用衛(wèi)星，每個主用衛(wèi)星被裝配成使N/m個波束投射到區(qū)域上，從而總共產(chǎn)生N個波束點，以覆蓋所述區(qū)域，m為大于1的整數(shù)；和n個備用衛(wèi)星，每個備用衛(wèi)星被裝配成使N/m個波束投射到所述區(qū)域上，并使得所述n個備用衛(wèi)星中的每一個都能夠按照需要取代所述m個主用衛(wèi)星中的任何一個，n為等于或大于1的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中將所述m個主用衛(wèi)星裝配成使N/m個波束按照松散群集陣列的方式投射到區(qū)域上，并遍及該區(qū)域，且波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的其他子區(qū)域之間相互隔開一個波束寬度，每個主用衛(wèi)星被配置成便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信；以及將所述n個備用衛(wèi)星也裝配成使N/m個波束按照松散群集陣列的方式投射到所述區(qū)域上，并遍及所述區(qū)域，且波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域之間相互隔開一個波束寬度，每個備用衛(wèi)星被配置成便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，m等于3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，n等于1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述區(qū)域包括多個區(qū)，每個區(qū)在不同時期具有高峰需求。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)便于用戶終端進行數(shù)據(jù)訪問。
7.一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包括m個主用衛(wèi)星，每個主用衛(wèi)星被裝配成使N/m個波束按照松散群集陣列的方式投射到區(qū)域上，并遍及該區(qū)域，從而總共產(chǎn)生N個波束點，以覆蓋所述區(qū)域，且波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的其他子區(qū)域之間相互隔開一個波束寬度，m為大于1的整數(shù)；和n個備用衛(wèi)星，每個備用衛(wèi)星被裝配成使N/m個波束按照松散群集陣列的方式投射到所述區(qū)域上，并遍及所述區(qū)域，且波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域之間相互隔開一個波束寬度，從而使得n個備用衛(wèi)星中的所選出的一個衛(wèi)星能夠按照需要取代m個主用衛(wèi)星中的任何一個，n為等于或大于1的整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，m等于3。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，n等于1。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述區(qū)域包括多個區(qū)，每個區(qū)在不同時期具有高峰需求。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)便于用戶終端進行互聯(lián)網(wǎng)訪問。
12.一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包括m個主用多波束衛(wèi)星，每個主用多波束衛(wèi)星被裝配成便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信，m為大于1的整數(shù)；和n個備用多波束衛(wèi)星，每個備用多波束衛(wèi)星被裝配成便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信，n為等于或大于1的整數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，m等于3。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，n等于1。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述衛(wèi)星通信系統(tǒng)便于用戶終端訪問通信網(wǎng)絡。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述通信網(wǎng)絡包括互聯(lián)網(wǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述通信網(wǎng)絡包括企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。
18.一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包括m個主用衛(wèi)星，每個主用衛(wèi)星被裝配成使N/m個波束投射到區(qū)域上，m為大于1的整數(shù)；和n個備用衛(wèi)星，每個備用衛(wèi)星被裝配成使N/m個波束投射到所述區(qū)域上，從而使得所述n個備用衛(wèi)星中所選出的一個衛(wèi)星能夠按照需要取代m個主用衛(wèi)星中的任何一個，n為等于或大于1的整數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，m等于3。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，n等于1。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述區(qū)域包括多個區(qū)，每個區(qū)在不同時期具有高峰需求。
22.一種衛(wèi)星，包括至少一個收發(fā)器；和具有反射器和N/m個饋電喇叭的天線系統(tǒng)，該天線系統(tǒng)與收發(fā)器相連，以按照松散群集陣列方式將N/m個波束投射到區(qū)域上，從而覆蓋與m-1個其他衛(wèi)星一起覆蓋的所述區(qū)域中的N/m個子區(qū)域，且波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域相互隔開一個波束寬度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其中，所述區(qū)域包括多個區(qū)，每個區(qū)在不同時期具有高峰需求。
24.一種方法，包括將m個主用衛(wèi)星配置成使N/m個波束按照松散群集陣列的方式投射到區(qū)域上，并遍及該區(qū)域，從而總共產(chǎn)生N個波束點，以覆蓋所述區(qū)域，且波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域之間相互隔開一個波束寬度，m為大于1的整數(shù)；以及對m個主用衛(wèi)星的每一個進行配置，以使其便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中，所述方法還包括按照需要將n個備用衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星配置成使N/m個波束按照松散群集陣列的方式投射到區(qū)域上，并遍及該區(qū)域，且波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域相互隔開一個波束寬度，以便由所述n個備用衛(wèi)星中選出一個衛(wèi)星能夠取代所述m個主用衛(wèi)星之一，n為等于或大于1的整數(shù)；以及對所述n個備用衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星進行配置，以使其便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信，所述m個頻帶中的1個頻帶為所述被替代的主用衛(wèi)星先前所采用的m個頻帶中的1個頻帶，n為等于或大于1的整數(shù)。
26.一種方法，包括對m個主用多波束衛(wèi)星的每個進行配置，以使其便于在每個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信；以及對n個備用多波束衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星進行配置，以使其便于在每個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信，所述m個頻帶中的1個頻帶為所述被替代的主用多波束衛(wèi)星先前所采用的m個頻帶中的1個頻帶，n為等于或大于1的整數(shù)。
27.一種方法，包括將m個主用衛(wèi)星配置成將N/m個波束投射到區(qū)域上，并遍及該區(qū)域；以及按照需要對n個備用衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星進行配置，以將N/m個波束投射到所述區(qū)域上，并遍及所述區(qū)域，所述區(qū)域與對m個主用衛(wèi)星的其中一個進行配置以將其N/m個波束投射到并遍及的區(qū)域相符，從而利用所述n個備用衛(wèi)星中選出的一個取代所述其中一個主用衛(wèi)星。
28.一種用于通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳送信號的網(wǎng)關，所述網(wǎng)關包括用于通過m個主用衛(wèi)星傳送信號的裝置，每個主用衛(wèi)星被配置成將N/m個波束投射到區(qū)域上，m為大于1的整數(shù)；和用于通過n個備用衛(wèi)星傳遞信號的裝置，每個備用衛(wèi)星被配置成將N/m個波束投射到所述區(qū)域上，以使得所述n個備用衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星可按照需要取代所述m個主用衛(wèi)星中的任何一個，n為等于或大于1的整數(shù)。
29.一種用于通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)向至少一個網(wǎng)關傳送信號的用戶終端，所述終端包括用于通過m個主用衛(wèi)星傳送信號的裝置，每個主用衛(wèi)星被配置成將N/m個波束投射到區(qū)域上，m為大于1的整數(shù)；和用于通過n個備用衛(wèi)星傳送信號的裝置，每個備用衛(wèi)星被配置成將N/m個波束投射到所述區(qū)域上，以使得所述n個備用衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星可按照需要取代所述m個主用衛(wèi)星中的任何一個，n為等于或大于1的整數(shù)。
30.一種用于在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的設備，所述設備包括用于配置m個主用多波束衛(wèi)星的裝置，該裝置將所述m個主用多波束衛(wèi)星配置成使N/m個波束投射到區(qū)域上，從而總共產(chǎn)生N個波束點，以覆蓋所述區(qū)域，其中，m為大于1的整數(shù)；和用于對n個備用多波束衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星進行配置的裝置，該裝置將該選出的衛(wèi)星配置成將N/m個波束投射到所述區(qū)域上，以便利用所述n個備用衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星取代一個主用衛(wèi)星，n為等于或大于1的整數(shù)。
全文摘要
一種用于提供在用戶終端與由m個主用衛(wèi)星構(gòu)成的網(wǎng)關之間通信的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。在一個實施例中，還提供n個備用衛(wèi)星。此外，將每個衛(wèi)星，主用或備用衛(wèi)星，裝配成使N/m個波束按照松散群集陣列的方式進行投射。m個主用衛(wèi)星和n個備用衛(wèi)星中的m個衛(wèi)星總共產(chǎn)生N個波束點，以覆蓋該區(qū)域。此外，波束點所覆蓋的每個子區(qū)域與另一波束點所覆蓋的另一子區(qū)域相互隔開一個波束寬度。還將每個衛(wèi)星裝配成便于在一個波束上以m個頻帶中的1個頻帶進行通信。從而，n個備用衛(wèi)星中選出的一個衛(wèi)星能夠按照需要取代m個主用衛(wèi)星中的任何一個。將網(wǎng)關和用戶終端配置成通過或者利用主用衛(wèi)星和備用衛(wèi)星兩者或其中任一者進行信號通信。
文檔編號H04B7/185GK1685633SQ03822645
公開日2005年10月19日 申請日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月23日
發(fā)明者倫納德·N·希夫, 戴維·S·米勒 申請人:高通股份有限公司