專利名稱：天基局域網(wǎng)(sblan)的制作方法
天基局域網(wǎng)$BLAN)相關(guān)申請的交叉引用本發(fā)明要求2008年10月觀日提交的美國臨時申請?zhí)枮?1/109，060的專利申請的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域與本發(fā)明相一致的設(shè)備，系統(tǒng)體系和方法涉及天基通信(space based communication)，更具體地況，涉及天基局域網(wǎng)(SbLAN)。2.相關(guān)技術(shù)的描述在傳統(tǒng)技術(shù)中，航天器例如衛(wèi)星，經(jīng)由空-地鏈路通信。航天器中傳統(tǒng)的通信子系統(tǒng)必須有利于實現(xiàn)空-地鏈路，傳統(tǒng)的通信子系統(tǒng)從尺寸，重量和功率(SWaP)方面來說是
昂貴的。傳統(tǒng)航天器中的傳統(tǒng)通信子系統(tǒng)的SWaP限制了用于航天器任務(wù)的性能。另外，為了適應(yīng)有利于實現(xiàn)空-地鏈路所需的通信子系統(tǒng)的SWaP，需要較大的和較昂貴的航天器。 由于需要有利于實現(xiàn)空-地鏈路的通信子系統(tǒng)，由此增加了運行成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明例舉的實施例可以克服上述缺點和其他未在上面陳述的缺點。本發(fā)明并不必須要克服上述的至少一些缺點，并且本發(fā)明例舉的實施例可能不能克服上述的至少一些問題。所附的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被認為用來確定本發(fā)明實質(zhì)的范圍。本發(fā)明例舉的實施例涉及天基局域網(wǎng)系統(tǒng)、天基局域網(wǎng)配套元件以及為地球同步軌道中的航天器提供動態(tài)分配的下行鏈路服務(wù)的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個例舉實施例，提供天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，所述天基局域網(wǎng)系統(tǒng)用來為地球同步軌道中的航天器提供動態(tài)分配的下行鏈路服務(wù)。所述系統(tǒng)包括至少兩個客戶衛(wèi)星，其承載衛(wèi)星間通信有效載荷；主站衛(wèi)星，其承載衛(wèi)星間的通信有效載荷、下行鏈路通信有效載荷以及集合器有效載荷；以及地面站，其將數(shù)據(jù)傳輸至主站衛(wèi)星并且接收來自主站衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。主站衛(wèi)星使用集合器有效載荷將從至少兩個客戶衛(wèi)星接收的至少兩個數(shù)據(jù)流集合為一個數(shù)據(jù)流，所述至少兩個數(shù)據(jù)流由衛(wèi)星間通信有效載荷經(jīng)由衛(wèi)星間鏈路從所述至少兩個客戶衛(wèi)星接收，通過使用下行鏈路通信有效載荷所述集合的數(shù)據(jù)流經(jīng)由空-地鏈路被下行鏈路至地面站。在另一個實施例中，地面站包括天基局域網(wǎng)配套元件，所述配套元件包括網(wǎng)關(guān)路由器，和軟件無線電。所述網(wǎng)關(guān)路由器通過軟件無線電來路由數(shù)據(jù)，所述軟件無線電經(jīng)由空-地鏈路將數(shù)據(jù)傳輸至主站衛(wèi)星或者接收來自主站衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。在另一個實施例中，所述主站衛(wèi)星是交換式數(shù)字主站，其包括天基局域網(wǎng)配套元件，所述配套元件包括軟件無線電以及因特網(wǎng)協(xié)議路由器。在主站衛(wèi)星處接收的信號被解調(diào)并且數(shù)據(jù)包被路由，并且數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)被重新調(diào)制到空-地鏈路或衛(wèi)星間鏈路上。在另一個實施例中，所述軟件無線電承載因特網(wǎng)協(xié)議路由器。在另一個實施例中，所述因特網(wǎng)協(xié)議路由器與所述軟件無線電分開。在另一個實施例中，該主站衛(wèi)星是彎管式主站，所述彎管式主站包括具有射頻交換網(wǎng)絡(luò)的天基局域網(wǎng)配套元件。在另一個實施例中，射頻交換網(wǎng)絡(luò)包括用于空-地鏈路的第一專用上行鏈路和第一專用下行鏈路RF信道；和用于主站-客戶鏈路的第二專用上行鏈路和第二專用下行鏈路Ka-波段信道。在另一個實施例中，所述射頻交換式網(wǎng)絡(luò)進一步包括用于客戶衛(wèi)星之間通信的 Ka-Ka波段轉(zhuǎn)換。在另一個實施例中，至少兩個客戶衛(wèi)星包天基局域網(wǎng)配套元件，所述配套元件包括軟件無線電；以及因特網(wǎng)協(xié)議路由器。在另一個實施例中，所述軟件無線電承載因特網(wǎng)協(xié)議路由器。在另一個實施例中，因特網(wǎng)協(xié)議路由器與軟件無線電分開。在另一個實施例中，使用22. 5GHz左右的頻帶在至少兩個客戶衛(wèi)星和主站衛(wèi)星之間的衛(wèi)星間鏈路上進行數(shù)據(jù)傳輸。在另一個實施例中，衛(wèi)星間鏈路使用802. 16物理層。在另一個實施例中，802. 16物理層使用8PSK調(diào)制和低密度奇偶校驗碼編碼方案。在另一個實施例中，主站衛(wèi)星進一步包括扇區(qū)波束天線，并且至少兩個客戶衛(wèi)星進一步包括易操縱的點波束天線。在另一個實施例中，至少兩個客戶衛(wèi)星位于距離主站衛(wèi)星300km內(nèi)。在另一個實施例中，軟件無線電包括第一 IF/RF數(shù)字切片以及第二 IF/RF數(shù)字切片。第一 IF/RF數(shù)字切片和第二 IF/RF數(shù)字切片的每一個包括多個現(xiàn)場可編程門陣列、特定用途集成電路、高速內(nèi)存以及I/O端口的集成包。在另一個實施例中，第一 IF/RF數(shù)字切片是Ka-波段IF/RF數(shù)字切片，并且第二 IF/RF數(shù)字切片是C-波段IF/RF數(shù)字切片。第一 IF/RF數(shù)字切片包括用于執(zhí)行Ka-波段信號傳輸?shù)能浖蛘吖碳⑶业诙?IF/RF數(shù)字切片包括用于執(zhí)行C-波段信號傳輸?shù)能浖蚬碳?。在另一個實施例中，所述軟件無線電包括Ka-波段IF/RF數(shù)字切片。Ka-波段IF/ RF數(shù)字切片包括多個現(xiàn)場可編程門陣列、特定用途集成電路、高速內(nèi)存以及I/O端口的集成包，并且，所述Ka-波段IF/RF數(shù)字切片包括用于執(zhí)行Ka-波段信號傳輸?shù)能浖蚬碳?br>

通過參考附圖對本發(fā)明例舉實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他方面將更加清楚，其中圖1示出SbLAN的一個例舉實施例的系統(tǒng)簡圖；圖2示出SbLAN的一個例舉實施例中的衛(wèi)星間鏈路，空-地鏈路，和地面-宇宙鏈路(ground-world link)。圖3是根據(jù)一個例舉實施例的用于地面站的SbLAN配套元件的簡圖4是根據(jù)SbLAN的一個例舉實施例的包括單獨的IP路由器的交換式衛(wèi)星數(shù)字主站的簡圖；圖5是根據(jù)SbLAN的另一個例舉實施例的交換式數(shù)字主站的簡圖，該交換式數(shù)字主站中，IP路由功能由軟件無線電(SDR)平臺承載(hosted)；圖6是根據(jù)SbLAN的一個例舉實施例的彎管式主站的簡圖；圖7示出彎管式主站的2-信道實施例；圖8示出彎管式主站的另一個2-信道實施例；圖9示出彎管式主站的4-信道實施例，其中兩個信道用作客戶衛(wèi)星的專用交叉鏈路路徑；圖10示出包括單獨的IP路由硬件的用于客戶衛(wèi)星的SbLAN配套元件的例舉實施例；圖11示出用于客戶衛(wèi)星的SbLAN配套元件的另一個例舉實施例，其中IP路由功能承載于SDR中。圖12示出根據(jù)一個例舉實施例的SDR數(shù)字切片(slice)簡圖；以及圖13示出根據(jù)一個例舉實施例的基于SDR的主站SbLAN配套元件的數(shù)字形式。本發(fā)明的
具體實施例方式下面將參考附圖詳細描述例舉的實施例，使其能被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易地實現(xiàn)。本發(fā)明可以以各種形式具體化而不受限于文中提出的例舉實施例。為了清楚明了，省略不相關(guān)部分的描述，并且相同的附圖標(biāo)記始終是指相同的元件。圖1示出SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例。該SbLAN系統(tǒng)是為地球同步軌道(GEO) 中多個客戶航天器提供動態(tài)分配的數(shù)據(jù)下行鏈路服務(wù)和互連(connectivity)的常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。商用的通信衛(wèi)星被用作主站10，該主站10承載短程衛(wèi)星間通信有效載荷來提供用于任務(wù)或客戶衛(wèi)星11的數(shù)據(jù)下行鏈路通信能力?？蛻粜l(wèi)星11配備有SbLAN衛(wèi)星間通信有效載荷并傳遞客戶數(shù)據(jù)到/從SbLAN主站衛(wèi)星10。該主站衛(wèi)星10包括更精密的SbLAN有效載荷，該SbLAN有效載荷在每個客戶衛(wèi)星 11和地面站12之間提供按需(on-demand)的多址接入中繼服務(wù)(multiple access relay service)。服務(wù)包括具有600m時延的彡IOOMbps的總中繼數(shù)據(jù)下行鏈路和具有600m時延的< IOOMbps中繼數(shù)據(jù)上行鏈路。該SbLAN中繼鏈路使用具有基于標(biāo)準(zhǔn)IP的ARQ機制的低密度的奇偶校驗檢查(LDPC)信道編碼來確保在下行鏈路和上行鏈路兩者中無誤差數(shù)據(jù)的傳送。根據(jù)一個例舉實施例，該SbLAN體系結(jié)構(gòu)較少了客戶通信子系統(tǒng)SWaP并且通過共享的按需服務(wù)降低了運行成本，能使客戶航天器11更小并且反應(yīng)更迅速。在一個例舉的實施例中，當(dāng)使用一體的(integrated)路由器時，客戶通信子系統(tǒng)的總重量是12. 8kg，當(dāng)使用獨立的路由器時，客戶通信子系統(tǒng)的總重量是22. Skgo客戶通信子系統(tǒng)包括具有尺寸為 4.0" (h)x 7.2" (w)x 8.6" (d)的 SDR，具有尺寸為 8. 0 〃 χ 8.2" χ 14.0"的可選的一體的路由器，四個固態(tài)功率放大器，每一個尺寸為1.0" χ16.1" χ 17.2"，以及易操縱的天線，該天線是直徑為11.0"、高度為17.0"的圓柱體。圖1中示出的SbLAN系統(tǒng)中，客戶航天器11在距離商用通信主站10150km和300km 之間飛行。如圖2中所示，衛(wèi)星間鏈路(ISL) 20在主站衛(wèi)星10和客戶航天器之間150km的范圍內(nèi)提供達到20Mbps的數(shù)據(jù)服務(wù)。主站衛(wèi)星10使來自一個或者多個客戶航天器的多個這些數(shù)據(jù)流集合為IOOMbps的數(shù)據(jù)流21，該數(shù)據(jù)流21向下鏈路至地面站12。在地面站12， 數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)關(guān)路由器并且通過hternet或者全球信息柵格(GIG) 22到達經(jīng)驗證的客戶。總結(jié)SbLAN系統(tǒng)的例舉實施例包括三個SbLAN配套元件，所述三個SbLAN配套元件是包括所有硬件，軟件和接口的總有效載荷包一配套元件用于地面SbLAN元件，一配套元件用于主站SbLAN元件，以及一配套元件用于客戶SbLAN元件。下面描述地面站12和主站10 之間以及主站與客戶衛(wèi)星11之間的信號鏈。地面站圖3中示出用于地面站12的SbLAN配套元件的一個例舉實施例。該配套元件包括網(wǎng)關(guān)路由器30，該網(wǎng)關(guān)路由器將網(wǎng)絡(luò)世界連接到SbLAN。該網(wǎng)關(guān)路由器30將數(shù)據(jù)路由經(jīng)過在地面上的SDR 31，該SDR31通過C波段天線32經(jīng)由空-地鏈路(SGL)傳送和接收數(shù)據(jù)至/從主站衛(wèi)星?？蛇x擇地，SDR31通過Ku-，Ka-, S-,或X-波段天線經(jīng)由SGL鏈路傳送和接收數(shù)據(jù)至/從主站衛(wèi)星10。使用模塊化的基于切片的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)SDR 31。典型的切片功能(function)是電源切片，數(shù)字切片，以及IF/Rf切片。下面進一步討論SDR31。地面站12的實現(xiàn)不需要空間受限的硬件，從而地面站12的SbLAN配套元件具有三個SbLAN配套元件中的最低的復(fù)雜度。另外，在任務(wù)壽命期間，能輕而易舉地修改，升級或者替換地面站部件。主站衛(wèi)星根據(jù)SbLAN系統(tǒng)的一個例舉的實施例，主站衛(wèi)星10是交換式數(shù)字主站(switched digital hub)。根據(jù)SbLAN系統(tǒng)的另一個例舉的實施例，主站衛(wèi)星10是彎管式主站。下面描述交換式數(shù)字主站和彎管式主站。主站衛(wèi)星10是交換式數(shù)字主站的實施例和主站衛(wèi)星10是彎管式主站的實施例在主站衛(wèi)星10的功能性上存在區(qū)別。交換式數(shù)字主站的實施例建立在數(shù)字處理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，該數(shù)字處理結(jié)構(gòu)在衛(wèi)星上執(zhí)行解調(diào)路由和再調(diào)制功能，作為中繼服務(wù)的部分。在模擬的彎管式主站的實施例中，在犧牲帶寬效率，聯(lián)網(wǎng)靈活性和發(fā)射后的可升級性的情況下，復(fù)雜性，SWaP和成本都降低了。交換式數(shù)字主站在SbLAN交換式數(shù)字主站的一個例舉實施例中，在主站10接收的所有信號被解調(diào)，并且數(shù)據(jù)包被路由。然后，如果數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)被下行鏈路，它們被重新調(diào)制到SGL 21上， 或者如果數(shù)據(jù)包被交叉鏈路，數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)被重新調(diào)制到ISL20上。根據(jù)為SGL 21和ISL 20 選用的物理層協(xié)議(例如，根據(jù)例舉實施例的802. 16和DVB-S》，當(dāng)數(shù)據(jù)通信被路由經(jīng)過 SGL 21時，在主站可能需要協(xié)議轉(zhuǎn)換。各種SbLAN交換式數(shù)字主站的實施例包括網(wǎng)絡(luò)路由功能的不同實現(xiàn)。圖4示出交換式數(shù)字主站40的實施例，該交換式數(shù)字主站40包括具有700Mbps數(shù)據(jù)傳輸速度的獨立的全功能的IP路由器(IPR)41。在這個實施例中，所有的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)經(jīng)過IPR 41。在這個實施例中，700Mbps的IP路由能力的獲得以獨立IPR的額外的SWaP作為代價。 通過空-地RF鏈路(例如C_波段天線42)，Ka-波段扇區(qū)1天線43以及Ka-波段扇區(qū)2天線44在主站40接收的所有信號通過SDR45解調(diào)，并且數(shù)據(jù)包通過IPR 41路由。然后，如果該數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)被下行鏈路，它們通過SDR 45被重新調(diào)制到SGL 21上，或者如果數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)被交叉鏈路，它們通過SDR 45被重新調(diào)制到ISL 20上。根據(jù)為SGL 21和ISL 20選擇的物理層協(xié)議(例如，根據(jù)本發(fā)明例舉實施例的802. 16和DVB-S》，當(dāng)數(shù)據(jù)通信被路由經(jīng)過SGL 21路由時，在主站可能需要協(xié)議轉(zhuǎn)換。圖5示出交換式數(shù)字主站50的另一個實施例，表示較低的SWaP的方案。在這個實施例中，以減少路由吞吐量為代價，SDR平臺51承載IP路由功能。通過空-地RF鏈路(例如C-波段天線42)，Ka-波段扇區(qū)1天線43和Ka-波段扇區(qū)2天線44在主站50接收的所有信號通過SDR51解調(diào)，并且由SDR51執(zhí)行路由功能。當(dāng)路由表保持在當(dāng)前SDR CPU的軟件棧中時，如果路由功能承載在SDR 51內(nèi)的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)中，則沒有增加質(zhì)量。 在這個實施例中，SDR 51的功率消耗(power draw)增加5-10W來提供路由功能。相比獨立的II3R實施例的Kibps吞吐量，基于SDR的路由器的吞吐量減少了，其吞吐量為120Mbps。 這兩個實施例都滿足用以控制IOOMbps的DL管的IOOMbps的總的主站傳輸速率。SDR路由器的120Mbps的吞吐量限制是由目前的SDR的存儲限制導(dǎo)致的。目前，SDR路由器吞吐量可以以每個額外的存儲芯片60Mbps的增量增長，這種增長的代價是每個芯片2W的功率消耗。期待未來對減少這種消耗并提高速度限制作出改進。模擬的彎管式主站圖6示出包括彎管式主站構(gòu)造60的SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例。在這個實施例中，主站60基于固定映射對通過空-地RF鏈路(例如C-波段天線42)，Ka-波段扇區(qū)1 天線43和Ka-波段扇區(qū)2天線44到達的所有到站信號執(zhí)行頻率轉(zhuǎn)化使成為輸出頻率。其效果是基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬RF元件產(chǎn)生較低的成本及較低的SWaP硬件實現(xiàn)。彎管式實施例60使用RF交換式網(wǎng)絡(luò)61，該RF交換式網(wǎng)絡(luò)61具有專用于SGL21 的上行鏈路(UL)地-空RF鏈路和下行鏈路(DL)空-地RF鏈路(例如C_波段天線)信道。還具有用于主站-客戶鏈路的相應(yīng)的在Ka-波段的UL和DL信道。圖7和8示出從 C-波段至Ka-波段70，以及Ka-波段至C-波段73的映射，該映射用于UL和DL信道，其中， Ful 71和！^ 72分別是UL和DL信道。然而，為了提供客戶-客戶通信，如圖7中所示，數(shù)據(jù)必須被下行鏈路至地面并被上行鏈路至目標(biāo)客戶衛(wèi)星，或者如圖8中所示，在主站60' 必須提供額外的Ka-Ka波段轉(zhuǎn)換80器。如圖8中所示，如果使用Ka-Ka波段轉(zhuǎn)換80器，效果是形成全雙工廣播信道，該全雙工廣播信道需要在地面控制的時分多址(TDMA)協(xié)議。對于TDMA系統(tǒng)，任何時候可以只存在一個客戶衛(wèi)星11在DL信道上傳送，而不管是否使用Ka-Ka轉(zhuǎn)換器80。如果使用Ka-Ka轉(zhuǎn)換器80，那么在任何時候，網(wǎng)絡(luò)中只有一個節(jié)點可以接入UL信道。在可選擇的實施例中，如圖9中所示，額外的兩個信道分配在Ka-波段，作為客戶衛(wèi)星11的專用的交叉鏈路路徑。信道71，72(F^ Fdl)完全地專門用于SGL 21UL/DL，并且新的一套Ka-波段信道(Fisu，F(xiàn)ia2) 73，74專門用于客戶-客戶ISL 20。在 2-信道實施例中，(Fisu，F(xiàn)ia2) 73，74信道需要多接入機制，然而，多接入機制未必需要由地面站12管理。而是，可以應(yīng)用時隙-ALOH A-型方案(slotted-ALOHA-type scheme)，但伴隨而來的是該方案固有的缺乏效率的吞吐量?？蛇x擇地，可以使用在地面控制的交叉鏈路 TDMA方案。在4-信道實施例中，當(dāng)使用Ka-Ka頻率轉(zhuǎn)換器80時，其硬件和2_信道實施例的硬件相同，但其不存在客戶交叉鏈路和SGL 21之間的沖突。然而，這兩個方案的代價，是對光譜資源的高度無效率的使用。對于這種類型的使用，大量的專用的UL信道將不被使用。 在4-信道的實施例中，假設(shè)這些鏈路只是很少被使用(但是在那些時候，可能接近最大的吞吐能力)也是合理的，此外，將存在大量的未使用資源?？蛻粜l(wèi)星圖10示出用于客戶衛(wèi)星11的SbLAN配套元件的一個例舉的實施例，該客戶衛(wèi)星 11包括單獨的IP路由硬件100，SDR 101以及Ka-波段天線102。圖11示出客戶衛(wèi)星11' 的SbLAN配套元件的另一個例舉的實施例，其中IP路由功能承載在SDR 110中?？蛻粜l(wèi)星的釙LAN的配套元件也包括Ka-波段天線102?？蛻襞涮自械腟WaP最大貢獻者是IPR 100，貢獻IOkg重量并消耗32W的功率。然而，如果主站10提供足夠的路由性能，則可以不需要客戶衛(wèi)星處的IPR 100。因此， 在例舉的實施例中，客戶SbLAN配套元件只在客戶衛(wèi)星11上提供從/到源/目的節(jié)點的切換(switching)。射頻的選擇用于ISL通信20的合適的RF頻率(或者多個頻率)的選擇對SbLAN系統(tǒng)例舉實施例的優(yōu)化是極其重要的。當(dāng)為SbLAN系統(tǒng)的例舉實施例選擇最合適的ISL頻帶時，要考慮諸如以下的要素如可用帶寬、現(xiàn)成可用的(COTS)構(gòu)件的可獲得性、控制干擾的需要以及與管理機構(gòu)的協(xié)調(diào)的便捷性。在仔細地考慮了所有的因素之后，ITU和其他國際管理機構(gòu)已經(jīng)分配了用于ISL 操作的Ka-波段中的所選頻率。在這些頻率中，以22. 5GHz為中心的頻帶是最理想的，這是由于該頻帶的商業(yè)可獲得性以及航天器技術(shù)的成熟性。此外，22. 5GHz是水蒸汽的吸收頻率并因此提供防止來自地面系統(tǒng)的干擾的自然保護。因此，在一個例舉的實施例中，選擇圍繞22. 5GHz的頻帶用于SbLAN系統(tǒng)中主站 (主站)衛(wèi)星和客戶(任務(wù))衛(wèi)星之間的ISL數(shù)據(jù)傳輸。調(diào)制方案在SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例中，影響到物理層(PHY)選擇的因素包括信道參數(shù)和硬件實施兩方面。在SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例中，因為客戶衛(wèi)星11將出現(xiàn)在主站 10的視野中，信道是基本的視距(L0Q信道，并且由于天線參數(shù)和放置的原因，將存在極小的散射/多徑源。進一步地，將存在弱的多普勒動態(tài)。結(jié)果，對多徑效應(yīng)和移動效應(yīng)的抑制不是問題，并因此正交頻分復(fù)用(OFDM)信號傳送方案的使用沒有帶來本質(zhì)上的好處?？紤]到SbLAN衛(wèi)星間RF環(huán)境，根據(jù)一個例舉的實施例，PHY優(yōu)選采用簡單的單載波調(diào)制方案。為此，802. 16結(jié)合特別為22-23GHZ操作頻率設(shè)計的單載波調(diào)制。使用單載波調(diào)制的802. 16中可用的調(diào)制是QPSK，16-QAM以及64-QAM。為了進一步改善提交到放大器的信號包絡(luò)，PHY可以被修正為使用8-ary PSK的信號星座而不是QAM星座。天線波束寬度全向(Omni-directional)服務(wù)對于跟蹤和尋位處于點對點(ad hoc)位置的相互協(xié)作的主站10和客戶衛(wèi)星11是有用的。可替代的方案是是更多的有向性的(directional) 天線波束的選擇，其性能在全向方案的基礎(chǔ)上上得到改善，但它需要確定位置。目前的 Ka-波段天線技術(shù)提供全向，扇區(qū)，或高度方向性的(點波束)的覆蓋范圍選擇。天線的覆蓋區(qū)域邊緣(EOC)增益被限定為其在_3dB (半功率)水平的增益。
SbLAN系統(tǒng)的例舉實施例采用用于主站10和任務(wù)衛(wèi)星11的全向天線，扇區(qū)覆蓋天線和/或高增益易操縱的點波束覆蓋天線。全向天線具有OdB的典型EOC增益。扇區(qū)覆蓋天線具有60°半功率波束寬度及5dB的EOC增益。高增益易操縱的點波束覆蓋天線具有 6°半功率波束寬度和24. 8dB的EOC增益。為商用通信衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器分配的帶寬通常為36MHz或54MHz?？蛻粜l(wèi)星11 需要30Mbps的最大數(shù)據(jù)傳輸率來游刃有余地傳輸3-D高清晰TV信號；所需要的計劃的 (nominal)衛(wèi)星間數(shù)據(jù)傳輸率(客戶衛(wèi)星11到主站10)在大多數(shù)應(yīng)用中為大約20Mbps。隨著最新成熟的編碼技術(shù)(例如LDPC)和高光譜效率調(diào)制(例如8PSK)的可用性，所需的操作帶寬是大約15MHz。因此，主站衛(wèi)星10中的單個轉(zhuǎn)發(fā)器將足以支持多個客戶衛(wèi)星11。評估放大器功率水平以獲得用于SbLAN系統(tǒng)的3dB的最小鏈路余量當(dāng)客戶衛(wèi)星11處于距離主站衛(wèi)星10 200km處且衛(wèi)星間數(shù)據(jù)傳輸率為30Mbps時， 評估HPA的功率需求；當(dāng)執(zhí)行鏈路計算時，不同天線的組合已經(jīng)被考慮。當(dāng)獲取功率水平時，使用所有天線的EOC增益值。下面討論SbLAN系統(tǒng)的各種實施例中采用的天線。主站和客戶衛(wèi)星上的高增益點波束天線在這個實施例中，由于天線產(chǎn)生高增益的窄光束，兩個天線都需要對目標(biāo)進行跟蹤，從而導(dǎo)致系統(tǒng)龐大。此外，主站衛(wèi)星10需要跟蹤多個客戶衛(wèi)星11，這只能通過復(fù)雜的相控陣天線來實現(xiàn)?？蛻粜l(wèi)星11在天線輸入處只需要大約0. 3W的RF功率來實現(xiàn)30Mbps的
吞吐量。高增益點波束主站天線和扇區(qū)波束客戶天線在這個實施例中，客戶衛(wèi)星11必須將其的位置披露給主站衛(wèi)星10。此外，主站衛(wèi)星10需要相控陣天線技術(shù)來跟蹤多個客戶衛(wèi)星11。每個衛(wèi)星在天線輸入處需要大約30W 的RF功率來實現(xiàn)30Mbps的吞吐量。扇區(qū)波束主站天線和高增益點波束客戶天線在這個實施例中，主站衛(wèi)星10上的兩個扇區(qū)波束天線，一個面向東方向并且一個面向西方向，覆蓋在200km距離內(nèi)的所有客戶衛(wèi)星11。此外，客戶衛(wèi)星11不須將其位置 (position)或者方位(location)披露給主站航天器。每一個衛(wèi)星在天線輸入處需要大約 30W的RF功率來實現(xiàn)30Mbps的吞吐量。在主站和客戶衛(wèi)星上的扇區(qū)波束天線在這個實施例中，任何一個航天器都不需要對目標(biāo)進行跟蹤。通過使用150W的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TWTA輸出RF功率，實現(xiàn)的吞吐量是大約1. 2Mbps。高增益點波束主站天線和全向客戶天線在這個實施例中，客戶衛(wèi)星11必須將其位置披露給主站衛(wèi)星10。此外，主站衛(wèi)星 10需要相控陣天線技術(shù)來跟蹤多個客戶衛(wèi)星11。每個衛(wèi)星在天線輸入處需要大約95W的 RF功率來實現(xiàn)30Mbps的吞吐量。全向主站天線和高增益點波束客戶天線在這個實施例中，主站衛(wèi)星10不需要對目標(biāo)進行跟蹤。每個衛(wèi)星在天線輸入處需要大約95W的RF功率來實現(xiàn)30Mbps的吞吐量。扇區(qū)波束主站天線和全向客戶天線
在這個實施例中，主站衛(wèi)星10上的兩個扇區(qū)波束天線，一個面向東方向并且一個面向西方向，覆蓋在200km距離內(nèi)的所有客戶衛(wèi)星11。通過使用具有150W輸出功率的實際的(practical) TWTA，實現(xiàn)的吞吐量大約會是 375Kbps。OMNI-DIRECTIONAL HUB ANTENNA AND SECTOR BEAM CLIENT ANTENNA全向主站天線和扇區(qū)波束客戶天線在這個實施例中，每一個衛(wèi)星需要150W的TWTA，吞吐量下降到大約375Kbps。主站和客戶衛(wèi)星上的全向天線在這個實施例中，天線結(jié)構(gòu)簡單，并具有產(chǎn)生150W輸出功率的TWTA，吞吐量下降到大約120Kbps。根據(jù)SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例a)數(shù)據(jù)吞吐率應(yīng)當(dāng)足夠大以維持HDTV傳輸， b)對客戶衛(wèi)星11優(yōu)選SSPA ；然而，要實現(xiàn)30W輸出功率，空間限制是必須的，c)客戶衛(wèi)星 11應(yīng)當(dāng)顯示LPI和LPD特性，并且d)與相控陣天線相比，反射面天線和孔徑型天線比較簡單并且具有較低的成本。在SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例中，通過對主站衛(wèi)星10使用扇區(qū)波束天線并且對客戶航天器11使用易控制的點波束天線來提供最佳的效果。對于主站扇區(qū)天線1 和客戶點波束天線120的實施例，所需的最小功率水平是 3. 2瓦特。在對目前的SSPA技術(shù)作出最小的修改的情況下，該功率輸出是可實現(xiàn)的，并且該功率輸出帶來裝置的功率和重量方面的巨大節(jié)省。通過將主站10和任一客戶衛(wèi)星11之間相隔的最小距離保持為150km，這些衛(wèi)星能被保持在兩個獨立的控制盒中，不需要主站10和客戶衛(wèi)星11之間的協(xié)調(diào)。因此，用于該 150km的主站和客戶衛(wèi)星之間距離的RF功率需求被確定。計劃的(nominal)數(shù)據(jù)吞吐率保持在20Mbps。對于主站扇區(qū)波束天線1 和客戶點波束天線120的實施例，所需的SSPA 功率水平是7. 1瓦特。干擾分析在主站衛(wèi)星10環(huán)境中，主要有兩類內(nèi)部系統(tǒng)散射源(1)裸露設(shè)備(例如天線饋電喇叭，地面?zhèn)鞲衅?，控制板邊緣等?會導(dǎo)致線散射效應(yīng)。在典型的情況下，來自這些源的散射的能量最少低于直接(direct)視距(LOS)信號 20dB ；以及(2)大的物體(例如反射面天線、太陽輔射陣列控制板(solar radiating array panels)等等)會導(dǎo)致鏡面反射效果。在一些情況下，該鏡面反射信號如LOS信號一樣強。在最差的情況下，會發(fā)生信道萊斯衰減并影響預(yù)期的LOS通信信號。由此導(dǎo)致的萊斯場是LOS元件和散射場元件的矢量和。對于具有低于LOS場20dB的散射場的線散射源，最大強度的萊斯衰減大約是0. 9dB。對于鏡面反射源，信道密度函數(shù)可以被模擬 (modeled)為瑞利分布。根據(jù)入射在這種類型的散射體上的信號的強度，瑞利分布干涉會導(dǎo)致極大的衰減或者徹底的信號消除。SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例中使用的天線減輕了這些干擾問題。在散射源的方向上，高增益的點波束和扇區(qū)波束天線顯示典型的旁瓣電平，遠低于20dB;這些低的旁瓣電平轉(zhuǎn)而導(dǎo)致極小的干擾效應(yīng)。SbLAN系統(tǒng)的可選實施例中包括的全向天線通常呈現(xiàn)方位角輻射圖樣。該天線在散射源方向上提供大約12dB的額外的干擾(rejection)。此鏡面反射的最差的情況的衰減水平是大約2.5dB。由于保持有足夠的整個系統(tǒng)的余量(最小為3dB)，充分地減輕了這些干擾效應(yīng)。而且，說明了在主站航天器10中使用扇區(qū)波束天線而不是全向天線的更多的好處。SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例的內(nèi)部系統(tǒng)的干擾源，主要是因為相同頻率下運轉(zhuǎn)的任何GE0，ME0和LEO衛(wèi)星以及地面系統(tǒng)而產(chǎn)生。ITU沒有將Ka-波段ISL頻率5GHz) 分配給GEO或者MEO位置中的任何通信衛(wèi)星。在LEO弧線中的銥星星座具有大約23. 2GHz 的ISL運行。由于釙LAN系統(tǒng)的一個例舉實施例具有被提議(proposed)的22. 5GHz的ISL 頻率，將不存在任何來自銥星星座的直接干擾。在銥星系統(tǒng)中使用的ISL天線是高度方向性的并且在GEO方向中具有低的旁瓣輻射；此外，當(dāng)干擾信號從LEO橫穿至GEO時，干擾信號遭受33dB的額外的路徑損失?？紤]到所有這些因素，來自銥星衛(wèi)星的最大的干擾信號水平將比一般的SbLAN載波電平低40dB多。由于非常的高的水蒸汽吸收水平，基于地面的系統(tǒng)在此頻帶上不運轉(zhuǎn)；因此，不存在來自基于地面的系統(tǒng)的已知的干擾源。通信系統(tǒng)容量SbLAN系統(tǒng)體系構(gòu)造有兩個關(guān)鍵方面，它們在系統(tǒng)中驅(qū)動路由功能。第一，與主站 10相聯(lián)系的客戶11的數(shù)量相對于基于地面的LAN是小的。特別地，目標(biāo)示范系統(tǒng)(target demonstration system)由主站10和兩個客戶11組成，而預(yù)想為計劃(nominal)運轉(zhuǎn)的客戶11的數(shù)量可能是5-10，并且預(yù)期不會逐漸超出另一個量級(order of magnitude)。其次，在SbLAN云中的客戶11將通過地面站12的網(wǎng)關(guān)路由器30與基于地面的全球信息柵格 (GIG)或者互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)22連接。因此，客戶數(shù)據(jù)包只需要被路由到SbLAN中的其他客戶 11或者網(wǎng)關(guān)路由器30，網(wǎng)關(guān)路由器30然后將數(shù)據(jù)包路由到GIG或者互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)22中。 結(jié)果，在一個例舉的實施例中，在客戶11和主站航天器10處的簡單的路由表就足夠了，并且用于這些路由表的內(nèi)存和處理能力是最小的。在具有數(shù)字主站40，50的SbLAN系統(tǒng)的一個實施例中，主站衛(wèi)星10需要天基網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的路由。為支持這個，可以使用獨立的IPR41，或者SDR 51可以承載路由功能。在任一一種情況下，可獲得的內(nèi)存資源遠遠多于在SbLAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)路由所需要的內(nèi)存資源。進一步地，802. 16和DVB-S2協(xié)議都包括IP和(在802. 16情形下)以太網(wǎng)匯聚子層以完美 (seamlessly)地結(jié)合IP層路由。吞吐量目標(biāo)SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例的關(guān)鍵輸入假設(shè)如下商用通信衛(wèi)星中分配的信道帶寬通常為36MHz或54MHz。由于被證實的壓縮技術(shù)的可用性，在典型的衛(wèi)星通信有效載荷中，即使高清晰的 TV節(jié)目也將僅需要IOMbps的吞吐量。30Mbps的最大的數(shù)據(jù)吞吐率將幫助SbLAN系統(tǒng)游刃有余地傳輸非常高質(zhì)量的3-D 信號。為了供應(yīng)100Mbps的吞吐量，做出與調(diào)制和編碼相關(guān)的一些改進的選擇，但是在可能的36MHz和54MHz信道中完全可能處理這樣的吞吐量。地面-主站鏈路容量中可用性的程度推動了這種特定選擇。換句話說，地面-主站-地面鏈路21已經(jīng)被商用通信占用，這是商用衛(wèi)星10存在的主要原因。為了提供地面通信到客戶衛(wèi)星11星座和從客戶衛(wèi)星11星座提供地面通信，特定百分比的地面-主站-地面容量必須被分配給客戶衛(wèi)星11。更深層次地說，假設(shè)上行鏈路和下行鏈路路徑之間的鏈路速度存在差別，計劃用于客戶衛(wèi)星11的多余的(雙向)地面-鏈路百分比容量在上行鏈路和下行鏈路之間必須不相等地被分配。 換一句話說，比起上行鏈路，下行鏈路可用性的更高的百分比是契約需要的。通過應(yīng)用高效的調(diào)制技術(shù)，例如8PSK和成熟的編碼方案，例如LDPC(低密度奇偶校驗碼)，30Mbps吞吐量的信號可以以15MHz的頻率帶寬被傳輸。DVB-S2 (例如16PSK和甚至是32PSK)提供其他可能的結(jié)果，DVB-S2可以使更高效率的數(shù)據(jù)傳輸速率成為可能，而不用擔(dān)心對可用信道帶寬的潛在干擾。8PSK需要轉(zhuǎn)發(fā)器在很大程度上是非線性的并且?guī)缀跻燥柡蜖顟B(tài)運轉(zhuǎn)，與8PSK不同，在更高階調(diào)制的情況下，轉(zhuǎn)發(fā)器的線性或者擬線線性可能成為問題。通常，這樣的調(diào)制方案需要地面站處更高的C/N(載噪比)比和最重要的特定預(yù)矯正方法的執(zhí)行來克服轉(zhuǎn)發(fā)器引起的線性效應(yīng)。不同的調(diào)制/編碼方案可以從VCM (可變編碼和調(diào)制)或者ACM (自適應(yīng)編碼和調(diào)制)的結(jié)構(gòu)方案(兩者都可以通過DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn))容易地獲得。明顯地，執(zhí)行SDR的 FPGA方法是確保實施的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例，使用軟件開發(fā)技術(shù)和方法，這樣技術(shù)和方法使能夠在“熱”系統(tǒng)(意思是實際運行的系統(tǒng))上下載軟件，而不一定要使系統(tǒng)離線或者關(guān)閉系統(tǒng)來升級或交換編碼。主站航天器10中的單個通信轉(zhuǎn)發(fā)器支持多個客戶衛(wèi)星11。SbLAN系統(tǒng)的一個例舉實施例中，最大的衛(wèi)星間數(shù)據(jù)傳輸速率是30Mbps ；而計劃的(nominal)數(shù)據(jù)傳輸速率被假定為20Mbps，因為這樣的計劃的(nominal)吞吐量對大部分SbLAN的應(yīng)用來說是足夠的。系統(tǒng)監(jiān)控SDR平臺可以包括自我監(jiān)控和安全模式控制能力?？捎玫南到y(tǒng)數(shù)據(jù)的類型包括多點溫度監(jiān)控，電源電壓水平，電流消耗，軟件/操作系統(tǒng)狀態(tài)，包括指令日志，指令序列執(zhí)行結(jié)果，系統(tǒng)狀態(tài)(例如待命，傳輸/接收)，協(xié)議堆信息(被發(fā)送的幀，比特/幀錯誤量)， 鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)，可察覺和可糾正/不可糾正的硬件錯誤量(由單粒子翻轉(zhuǎn)，SEU引起)等等。 此信息通過基于指令可挽救的內(nèi)部的系統(tǒng)日志和SDR的標(biāo)準(zhǔn)1553數(shù)字總線接口上的中心遙測技術(shù)(heartbeat telemetry)獲得。下面描述該系統(tǒng)的硬件設(shè)計，示出的是建立在SDR內(nèi)的抗輻射元件，抗輻射元件提供電力供應(yīng)開始運行的性能和模擬數(shù)字遙測匯集(digital telemetry gathering)功能。這些抗輻射元件還提供用于軍用標(biāo)準(zhǔn)1553數(shù)據(jù)總線的通信接口，并且即使任一抗輻射元件的部件存在故障，這些抗輻射元件也將起作用。結(jié)果是，帶來大范圍的(extensive)系統(tǒng)狀況監(jiān)控和日志記錄的魯棒性能，及用于錯誤校正的診斷和指令(包括重組系統(tǒng)軟件和固件)的魯棒性能。1553總線接口是具有幾十年被證明了的飛行遺產(chǎn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著 SbLAN SDR的傳輸，將產(chǎn)生完美(clear)和全面的(comprehensive)接口控制文檔(ICD)來確保與主航天器的完全的兼容性和互通性。軟件無線電有效載荷一個例舉實施例中的SDR平臺被設(shè)計為使用模塊的，基于切片的結(jié)構(gòu)。典型的切片功能(fimtion)是電源供給切片，數(shù)字切片，以及IF/RF切片。用于主站10和客戶11的SbLAN配套元件的SDR平臺設(shè)計是相類似的。主站10和客戶11的SDR 45，51，101，110之間硬件實現(xiàn)的不同之處是，除了 Ka-波段IF/RF切片，主站10還包括用于C-波段SGL21的第二 IF/RF切片。在數(shù)字切片中執(zhí)行的軟件/固件是主站/客戶功能的區(qū)別所在。具體地說，主站SDR 45，51包括點-多點拓撲中的典型基站性能，而客戶SDR101，110包括客戶站功能。如果實現(xiàn)彎管式主站SbLAN配套元件實施例60，由于仍需要充足的調(diào)制解調(diào)器，數(shù)字處理和路由功能，客戶SDR 101，110的硬件設(shè)計不改變。下面描述SDR 45，51，101，110硬件和軟件。SDR數(shù)字切片圖12示出根據(jù)一個例舉實施例的SDR數(shù)字切片結(jié)構(gòu)圖。數(shù)字切片提供SDR平臺強大的靈活性和容量。數(shù)字切片是多個FPGA、特定用途集成電路(ASIC)、高速存儲器以及 I/O端口的集成包。SDR平臺的可靠性和程序可重編性的設(shè)計原理在數(shù)字切片構(gòu)造的關(guān)鍵元件中得到反映。內(nèi)務(wù)處理(HK)FPGA120 抗輻射的ASIC提供實時時鐘、頻率參考、前終端設(shè)備或者無線電控制(也就是，能夠?qū)崿F(xiàn)放大器功能等等)、模擬監(jiān)控接口，F(xiàn)PGA和程序存儲擦除和錯誤檢測和校正(EDAC)、15531/0核和指令路徑、以及重置線路。當(dāng)單元首次被提供電力來啟動SDR操作系統(tǒng)和內(nèi)存保護以及為主站航天器提供指令和診斷遙測I/O時，這些所有的功能都必須是開啟的。中央處理器(CPU)、或者有效載荷微處理器121 承載SDR操作系統(tǒng)的耐輻射部件。 通過冗余電路提供的抗單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)緩解、電可擦寫可編程只讀存儲器(EEPROM)和存儲器的嵌入式的EDAC擦除、以及嵌入式檢驗和在裝載新程序和每次啟動時進行擦除。該 CPU處理來自航天器的指令和中斷，并保持SDR其余部分的配置參數(shù)。PROM(可編程只讀內(nèi)存)122 —次燒結(jié)的抗輻射芯片包括CPU啟動代碼、默認/安全模式配置、航天器接口驅(qū)動器(1 ,以及基礎(chǔ)指令和監(jiān)控性能。PROM 122包括將新的 CPU程序下載到EEPROM的能力?？芍匦戮幊痰腇PGA(—個或多個)123 耐輻射的可重新編程的FPGA 123執(zhí)行所有高速的專門的計算和數(shù)字處理，包括高速數(shù)字I/O。由HK做出的擦除提供的SEU緩解、 被保存在EEPROM中的其程序EDAC (每次對FPGA 123的進行加載時，其程序EDAC都受到檢查)、以及嵌入式校驗和在加載新程序時進行擦除。在SbLAN中，此FPGA塊123由兩個FPGA 構(gòu)成以提供充分的資源用于高速無線網(wǎng)絡(luò)所需的高級媒體接入控制(MAC)和PHY實現(xiàn)。所有重要的基于FPGA的功能通常設(shè)計為三模冗余形式，這種形式為防止單粒子翻轉(zhuǎn)對這些功能的影響提供特殊的保護。SDRAM 1 用于CPU121，HK，以及FPGA123處理器的處理功能的高速內(nèi)存。它是耐輻射，并且具有SEU緩解，該SEU緩解通過CPU指令以及在讀取期間由HK做出的EDAC擦除提供。I/O端口 125 高速LVDS端口和緩沖器，1553緩沖器和變壓器，ADC，DAC，以及多路
復(fù)用器都是抗輻射部件。主站衛(wèi)星無線電系統(tǒng)在數(shù)字式主站衛(wèi)星SbLAN配套元件40，50的一個例舉實施例中，系統(tǒng)中的每個Tx/ Rx鏈路都存在RF鏈，并且存在RF鏈至SDR 45，51和可選擇的IPR41的連接。航天器指令，控制和遙測通過標(biāo)準(zhǔn)1553接口提供。通過使用用于SDR 45，51的以切片為基礎(chǔ)的構(gòu)造，該平臺可以被容易地適用于新任務(wù)的應(yīng)用。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的一個例舉實施例的基于SDR的主站SbLAN配套元件的數(shù)字形式。SbLAN配套元件被動地在輸入多路器130和RF功率放大器的前終端冗余轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)131之間的某點處接入(tap into)通信有效載荷。傳送到有效載荷的指令通過通信天線132接收，為了獲得通過覆蓋航天器操作者指定的地理區(qū)域的高增益，該通信天線132已被最優(yōu)化。RF信號將被過濾并被傳送到寬帶接收器133用于放大和升頻轉(zhuǎn)換為下行鏈路頻率。該信號從接收器133被多路傳輸進入所形成的36MHz寬信道(典型的)，一個信道已經(jīng)被預(yù)先選為SbLAN專用信道。SbLAN信道與現(xiàn)有的商用通信信道的區(qū)別僅在于它具有設(shè)有放大器輸入冗余轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)131的兩個20dB無源串聯(lián)(inline)耦合器。無源耦合器將允許數(shù)據(jù)流從地面站被直接傳送到主站衛(wèi)星10上的SbLAN載荷，然后被傳送到任務(wù)衛(wèi)星11，繞過(bypass)經(jīng)過航天器指令和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)?？蛻粜l(wèi)星無線電系統(tǒng)在一例舉的實施例中，用于客戶衛(wèi)星11、1Γ的SbLAN配套元件的硬件設(shè)計與用于主站的設(shè)計相類似。然而，用于客戶的SbLAN配套元件只包括單個天線和RF I/O路徑。 因此，在SDR平臺中僅需要一個RF切片，而數(shù)字切片是相同的。SDR軟件操作環(huán)境在SDR軟件操作環(huán)境的一個例舉實施例中，選擇uCLinux作為SbLAN SDR有效載荷的操作系統(tǒng)/環(huán)境。考慮到SbLAN系統(tǒng)的屬性以及多個不同操作者/客戶并入總的系統(tǒng)中的可能性，結(jié)果是以在編碼大小和確定性行為方面的小的代價帶來更大的靈活性。雖然已經(jīng)示出和描述例舉的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，在不脫離本發(fā)明原則和精神的情況下，可以對這些例舉的實施例做出改變，本發(fā)明的保護范圍在附加的權(quán)利要求書和它們的等同物中限定。
權(quán)利要求
1.天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，用來為地球同步軌道中的航天器提供動態(tài)分配的下行鏈路服務(wù)， 所述系統(tǒng)包括至少兩個客戶衛(wèi)星，其承載衛(wèi)星間通信有效載荷；主站衛(wèi)星，其承載衛(wèi)星間通信有效載荷、下行鏈路通信有效載荷以及集合器有效載荷；以及地面站，其將數(shù)據(jù)傳輸至主站衛(wèi)星并且從主站衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)，其中，主站衛(wèi)星使用集合器有效載荷將從所述至少兩個客戶衛(wèi)星接收的至少兩個數(shù)據(jù)流集合為一個數(shù)據(jù)流，所述至少兩個數(shù)據(jù)流是由衛(wèi)星間通信有效載荷經(jīng)由衛(wèi)星間鏈路從所述至少兩個客戶衛(wèi)星接收的，通過使用下行鏈路通信有效載荷所述經(jīng)集合的數(shù)據(jù)流經(jīng)由空-地鏈路被下行鏈路至所述地面站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述地面站包括天基局域網(wǎng)配套元件，所述配套元件包括網(wǎng)關(guān)路由器；和軟件無線電，其中，所述網(wǎng)關(guān)路由器通過軟件無線電來路由數(shù)據(jù)，所述軟件無線電經(jīng)由空-地鏈路將數(shù)據(jù)傳輸至主站衛(wèi)星或者從主站衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述主站衛(wèi)星是交換式數(shù)字主站，其包括天基局域網(wǎng)配套元件，所述配套元件包括軟件無線電；以及因特網(wǎng)協(xié)議路由器，其中在主站衛(wèi)星接收的信號被解調(diào)并且數(shù)據(jù)包被路由，以及其中所述數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)被重新調(diào)制到空-地鏈路或衛(wèi)星間鏈路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中，所述軟件無線電承載因特網(wǎng)協(xié)議路由器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中因特網(wǎng)協(xié)議路由器與軟件無線電分開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中主站衛(wèi)星是彎管式主站，所述彎管式主站包括具有射頻交換網(wǎng)絡(luò)的天基局域網(wǎng)配套元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述射頻交換網(wǎng)絡(luò)包括 用于空-地鏈路的第一專用上行鏈路和第一專用下行鏈路RF信道；用于主站-客戶鏈路的第二專用上行鏈路和第二專用下行鏈路Ka-波段信道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述射頻交換式網(wǎng)絡(luò)進一步包括用于客戶衛(wèi)星之間通信的Ka-Ka波段轉(zhuǎn)換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述至少兩個客戶衛(wèi)星包括天基局域網(wǎng)配套元件，所述配套元件包括軟件無線電；以及因特網(wǎng)協(xié)議路由器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述軟件無線電承載因特網(wǎng)協(xié)議路由器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中因特網(wǎng)協(xié)議路由器與軟件無線電分開。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中使用22.5GHz左右的頻帶在至少兩個客戶衛(wèi)星和主站衛(wèi)星之間的衛(wèi)星間鏈路上進行數(shù)據(jù)傳輸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中衛(wèi)星間鏈路使用802.16物理層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中，802.16物理層使用8PSK調(diào)制和低密度奇偶校驗碼編碼方案。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中主站衛(wèi)星進一步包括扇區(qū)波束天線， 并且所述至少兩個客戶衛(wèi)星進一步包括易操縱的點波束天線。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述至少兩個客戶衛(wèi)星位于距離主站衛(wèi)星300km內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天基局域網(wǎng)，其中所述軟件無線電包括 第一 IF/RF數(shù)字切片；以及第二 IF/RF數(shù)字切片，其中第一 IF/RF數(shù)字切片和第二 IF/RF數(shù)字切片都包括多個現(xiàn)場可編程門陣列、特定用途集成電路、高速內(nèi)存以及I/O端口的集成包。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中第一 IR/RF數(shù)字切片是Ka-波段IF/RF數(shù)字切片，并且第二 IF/RF數(shù)字切片是 C-波段IF/RF數(shù)字切片，其中第一 IF/RF數(shù)字切片包括用于執(zhí)行Ka-波段信號傳輸?shù)能浖蛘吖碳?；并且其中，第?IF/RF數(shù)字切片包括用于執(zhí)行C-波段信號傳輸?shù)能浖蚬碳?br> 19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述軟件無線電包括Ka-波段IF/RF 數(shù)字切片，其中Ka-波段IF/RF數(shù)字切片包括多個現(xiàn)場可編程門陣列、特定用途集成電路、高速內(nèi)存以及I/O端口的集成包，并且其中，所述Ka-波段IF/RF數(shù)字切片包括用于執(zhí)行Ka-波段信號傳輸?shù)能浖蚬碳?br> 20.用于主站衛(wèi)星的天基局域網(wǎng)配套元件，所述天基局域網(wǎng)為地球同步軌道中的航天器提供動態(tài)分配的下行鏈路服務(wù)，所述天基局域網(wǎng)配套元件包括軟件無線電；以及因特網(wǎng)協(xié)議路由器，其中所述軟件無線電和因特網(wǎng)協(xié)議路由器被配置為解調(diào)在主站衛(wèi)星處接收的信號，所述信號經(jīng)由衛(wèi)星間鏈路接收自至少兩個客戶衛(wèi)星，或者經(jīng)由空-地鏈路接收自地面站，所述軟件無線電和因特網(wǎng)協(xié)議路由器還被配置為路由數(shù)據(jù)包，并且將數(shù)據(jù)包重新調(diào)制到衛(wèi)星間鏈路和空-地鏈路之一上。
21.一種用于為衛(wèi)星同步軌道中的航天器提供動態(tài)分配的下行鏈路服務(wù)的方法，所述方法包括在主站衛(wèi)星處從至少兩個客戶衛(wèi)星接收經(jīng)由衛(wèi)星間鏈路傳輸而來的數(shù)據(jù)； 集合從所述至少兩個客戶衛(wèi)星經(jīng)由所述衛(wèi)星間鏈路傳輸而來的數(shù)據(jù)；以及將所述集合的數(shù)據(jù)從主站衛(wèi)星經(jīng)由空-地鏈路傳輸?shù)降孛嬲尽?br> 22.權(quán)利要求21的所述方法，其中所述衛(wèi)星間鏈路和RF空-地鏈路使用C-波段信道、Ku-波段信道、Ka-波段信道、S-波段信道、或X-波段信道中的至少一個信道。
23.權(quán)利要求21的所述方法，其中使用22.5GHz左右的頻帶在所述至少兩個客戶衛(wèi)星和所述主站衛(wèi)星之間經(jīng)由衛(wèi)星間鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸。
24.權(quán)利要求21的所述方法，其中衛(wèi)星間鏈路使用802.16物理層。
25.權(quán)利要求M的所述方法，其中所述802.16物理層使用8PSK調(diào)制和低密度奇偶校驗碼編碼方案。
全文摘要
一種天基局域網(wǎng)系統(tǒng)，用來為地球同步軌道中的航天器提供動態(tài)分配的下行鏈路服務(wù)，所述系統(tǒng)包括至少兩個客戶衛(wèi)星，其承載衛(wèi)星間通信有效載荷；主站衛(wèi)星，其承載衛(wèi)星間的有效載荷，下行鏈路通信有效載荷，以及集合器有效載荷；以及地面站，其將數(shù)據(jù)傳輸至主站衛(wèi)星并且接收來自主站衛(wèi)星的數(shù)據(jù)；使用集合器有效載荷的主站衛(wèi)星，將從至少兩個客戶衛(wèi)星接收的至少兩個數(shù)據(jù)流集合為一個數(shù)據(jù)流，所述至少兩個數(shù)據(jù)流由衛(wèi)星間通信有效載荷經(jīng)由衛(wèi)星間鏈路從至少兩個客戶衛(wèi)星接收，通過使用下行鏈路通信有效載荷所述集合的數(shù)據(jù)流經(jīng)由空-地鏈路被下行鏈路至地面站。
文檔編號H04B7/185GK102273096SQ200980153266
公開日2011年12月7日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者杰勒德·楊松, 薩利姆·亞吉莫里 申請人:國際通信衛(wèi)星全球服務(wù)有限責(zé)任公司