專利名稱：優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般涉及衛(wèi)星通信領域。本發(fā)明具體涉及優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡系統(tǒng)(又稱為多用途寬帶通信系統(tǒng)(MPWCS))和方法，用于以功率和帶寬的最大使用效率鏈接同一衛(wèi)星的相同或不同天線轉(zhuǎn)發(fā)器足跡中的多個地面站，從而消除根據(jù)希望的下行鏈路足跡重構(gòu)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的需要。
同步衛(wèi)星使用地面站和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器提供靈活的通信中繼服務，利用天線以支持地面站之間的點對多點中繼服務。衛(wèi)星運營商通常根據(jù)租戶希望的功率、帶寬、連接、和覆蓋區(qū)域出租轉(zhuǎn)發(fā)器容量。由于不同用戶網(wǎng)絡之間的共享造成的非最佳方式的衛(wèi)星功率、帶寬、連接、和覆蓋區(qū)域的出租導致了所使用的功率和帶寬達不到最大值。而且，在歷史上網(wǎng)絡一直是由負責空間部分和地面部分的獨立組織開發(fā)的，這導致接口的復雜定義而且由衛(wèi)星軌道得到的總?cè)萘恳约八峙涞念l譜也達不到最高效率。依賴于大量衛(wèi)星設計參數(shù)(例如上下行鏈路頻率，天線類型，天線瞄準線，天線尺寸和衛(wèi)星的發(fā)射機功率)，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的有效“地面足跡”有地理方面的限制。這種轉(zhuǎn)發(fā)器足跡的地理限制約束了可以提供的中繼服務類型。
對于在同一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器足跡中的兩個希望建立通信鏈路的用戶來說，一種普通并且簡單的單工服務需要發(fā)射用戶把他們的地面終端天線指向中繼衛(wèi)星并且以上行鏈路頻率進行發(fā)射。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器利用接收足跡包括發(fā)射用戶的地面站位置的衛(wèi)星天線來接收上行鏈路頻率，把該頻率轉(zhuǎn)化為下行鏈路頻率，進行信號放大然后把轉(zhuǎn)化并且放大的信號通過用于接收信號的同一個衛(wèi)星天線進行中繼發(fā)送。下行鏈路信號可以被衛(wèi)星天線足跡內(nèi)的任一個地面終端接收到。取決于下行鏈路頻率以及上述衛(wèi)星的物理特性，下行鏈路足跡可以小到直徑為幾百英里，也可以大到直徑為幾千英里。對于在同一個衛(wèi)星天線足跡中的兩個用戶而言，這種中繼服務形式非常有效。
對于不在同一個衛(wèi)星天線足跡內(nèi)但分別在同一個衛(wèi)星的不同天線足跡內(nèi)的兩個用戶而言，可以使用其它技術(shù)。其中一種技術(shù)需要在同一個衛(wèi)星的兩個天線/轉(zhuǎn)發(fā)器之間提供電子“跨接”。經(jīng)過這樣設置之后，其中的一個衛(wèi)星天線接收來自地面發(fā)射站的上行鏈路信號，另一個衛(wèi)星天線把該信號進行轉(zhuǎn)化放大以進行中繼發(fā)送，這后一個衛(wèi)星天線的足跡包括所希望的接收機。利用這種技術(shù)，彼此相距遙遠并且位于同一個衛(wèi)星的較小的不同衛(wèi)星天線足跡中的兩個用戶可以使用一個衛(wèi)星進行中繼服務。
各種各樣的發(fā)明致力于解決這些問題的不同方面。這其中的例子包括Barkats的美國專利No.5,615,407,Goodman等人的美國專利No.4,720,873,Esch等人的美國專利No.5,283,639,Lee的美國專利No.5,081,703,Mutzig等人的美國專利No.5,276,904,Noreen等人的美國專利No.5,455,823,Rebec等人的美國專利No.5,633,891,Schmelzer等人的美國專利No.5,424,770,Noreen等人的美國專利No.5,303,393。
因此本發(fā)明的目的之一是創(chuàng)建一種衛(wèi)星網(wǎng)絡，對其進行優(yōu)化以使用該組成衛(wèi)星的全功率和帶寬，由此提供運行數(shù)字中繼網(wǎng)絡的最高容量，該網(wǎng)絡是建立在綜合地面站和衛(wèi)星以達到最大發(fā)射效率的基礎之上的。
本發(fā)明更進一步的目的是創(chuàng)建高容量衛(wèi)星通信網(wǎng)絡，它的使用率用時間(使用的分鐘數(shù))衡量而不是用所租用的功率或帶寬衡量。
本發(fā)明的另一個目的是利用用于衛(wèi)星網(wǎng)絡的視域內(nèi)任何通信服務的多個組成衛(wèi)星的全功率和帶寬創(chuàng)建全球數(shù)字高容量電信網(wǎng)絡。
本發(fā)明的另一個目的是利用用于所有通信的組成衛(wèi)星的全功率和帶寬集成多服務衛(wèi)星電信。
本發(fā)明的另一個目的是利用用于所有通信的組成衛(wèi)星的全功率和帶寬提供語音，數(shù)據(jù)，傳真，視頻和普通位流服務。
本發(fā)明的另一個目的是利用用于所有通信的組成衛(wèi)星的全功率和帶寬提供公用電話交換網(wǎng)絡服務。
本發(fā)明的另一個目的是利用用于所有通信的組成衛(wèi)星的全功率和帶寬為所選擇的用戶團體提供專用小交換機業(yè)務。
本發(fā)明的另一個目的是利用用于所有通信的組成衛(wèi)星的全功率和帶寬為所選擇的用戶團體提供覆蓋網(wǎng)絡服務。
本發(fā)明的另一個目的是利用用于所有通信的組成衛(wèi)星的全功率和帶寬提供國內(nèi)和國際電信服務。
本發(fā)明的另一個目的是把本發(fā)明的電信服務與其它的通信服務供應商和通信公司相連。
本發(fā)明的另一個目的是把本發(fā)明的電信服務與其它的地面電信供應商和通信公司相連。
本發(fā)明的另一個目的是當所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是標準或非標準電信協(xié)議如(但并不局限于)ATM、幀中繼、因特網(wǎng)、XDSL、IP、和/或移動電信協(xié)議時，利用用于所有通信的組成衛(wèi)星的全功率和帶寬提供電信服務。
本發(fā)明的另一個目的是在使用不同通信標準的國家之間和使用多個協(xié)議的一個國家內(nèi)提供協(xié)議轉(zhuǎn)換。
因此本發(fā)明的目的是允許一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星天線足跡中的用戶通過使用上行鏈路頻率在用戶和衛(wèi)星天線下行鏈路足跡之間進行選擇以靈活地與單個衛(wèi)星的相同或不同衛(wèi)星天線足跡中的其他用戶進行通信，而無需重構(gòu)天線轉(zhuǎn)發(fā)器。
本發(fā)明的另一個目的是提供這種靈活的通信能力用于寬帶高數(shù)據(jù)率通信。
本發(fā)明(又稱為MPWCS)通常包括三個航天器，每個航天器分別位于三個軌道位置中的一個對地同步軌道上。高容量數(shù)字地面站與這三個航天器相互作用。使用移相鍵控(PSK)技術(shù)進行數(shù)字調(diào)制，要達到最高帶寬效率需要8-PSK調(diào)制。PSK的使用極大地增加了可以由給定數(shù)量的帶寬傳輸?shù)拿亢掌澬诺辣忍厝萘俊?br> 使用相對大直徑的地面站天線以使衛(wèi)星功率的使用效率達到最大化，例如(但并非限制)目前使用9米的天線。另外，每個地面站有一個相對大的高功率放大器以確保通信鏈路不受上行鏈路功率的限制，例如(但并非限制)目前使用350瓦的放大器。數(shù)字調(diào)制解調(diào)器用于本發(fā)明的系統(tǒng)將要支持的所有服務。地面部分還使用壓縮技術(shù)以利用語音交談中的靜寂時間，多個語音信道之間語音活動性的統(tǒng)計利用率，單個語音信道中的冗余以在適當之處在保持高質(zhì)量并且符合國內(nèi)和國際標準的情況下把可利用的衛(wèi)星通信帶寬分配給最大數(shù)量的語音信道。
最終，在整個系統(tǒng)中執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換以使使用不同協(xié)議的通信之間可以互相轉(zhuǎn)換。這使得使用不同協(xié)議的國家或地區(qū)的通信可以以一種連續(xù)和無縫的方式進行。把所有這些特性聯(lián)系在一起就可以得到基于高容量衛(wèi)星的數(shù)字中繼網(wǎng)絡。
本發(fā)明通過以下方面克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點a)利用可利用的衛(wèi)星軌道和頻率分配集成地面和空間部分以獲得最大容量和效率，b)從一個交換中心到另一個交換中心在端對端基礎上把綜合數(shù)字服務提供給用戶。另外，同一個衛(wèi)星上多個天線和轉(zhuǎn)發(fā)器的組合被鏈接到衛(wèi)星的可以使用上下行鏈路頻譜的相鄰部分的混合信號組合器、寬帶接收機和混合信號分離器上。在一個實施例中，本發(fā)明使用了帶有寬帶接收機的兩個轉(zhuǎn)發(fā)器和頻譜中由64MHz分開的兩個80MHz帶寬的部分以使用戶在兩個衛(wèi)星天線足跡之間靈活地連接80MHz帶寬信號。
在本發(fā)明的另一個實施例中，還使用多路復用器把多個轉(zhuǎn)發(fā)器相互連接起來，以使用戶在上行鏈路頻率的基礎上選擇兩個以上轉(zhuǎn)發(fā)器的下行鏈路足跡。
本發(fā)明的這些和其它目的在本領域的普通技術(shù)人員審查了下面的詳細描述、附圖和權(quán)利要求書后都會是顯而易見的。


圖1A是本發(fā)明的概覽。
圖1B顯示了本發(fā)明衛(wèi)星的位置。
圖1C顯示了本發(fā)明的PSTN干線服務。
圖1D顯示了本發(fā)明提供的專用服務。
圖1E顯示出本發(fā)明的區(qū)域性設置。
圖1顯示了本發(fā)明的一個實施例中衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的信號流程圖。
圖2顯示了本發(fā)明的一個實施例中所使用的頻率分配的一個例子。
圖3顯示了本發(fā)明的一個實施例中衛(wèi)星天線足跡的一個例子。
圖4顯示了在相同衛(wèi)星天線足跡中的用戶的上下行鏈路信號的例子。
圖5顯示了在不同衛(wèi)星天線足跡中的用戶的上下行鏈路信號的例子。
圖6顯示了本發(fā)明另一個實施例中衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的信號流程圖。
圖7顯示了本發(fā)明另一個實施例中所使用的頻率分配的例子。
參照圖1A，圖中顯示了本發(fā)明的單個衛(wèi)星以及與之相關聯(lián)的地面站的概覽。衛(wèi)星10位于對地同步軌道上，因此便使得該衛(wèi)星可以相對于地球赤道上的某個地理位置靜止。衛(wèi)星與地面站12進行通信，該地面站有一個大直徑天線，它用于最大化衛(wèi)星通信效率。與天線12相連的是一個區(qū)域長途交換機14，它測量衛(wèi)星鏈路的使用情況并且還是與各個本地公用電話交換網(wǎng)絡、覆蓋網(wǎng)絡和專用網(wǎng)絡進行通信的交換機。各個本地接入交換機16,18,20與區(qū)域長途交換機14相連使得該本地接入?yún)^(qū)域的個人和組織都可以進行接入。
地面站12可以(舉例但并不是限制)與地面站22進行通信，地面站22也包括一個相對大直徑地面站天線用于最大化地面站對衛(wèi)星功率的使用效率。地面站22又進一步與另一個區(qū)域長途交換機24相連，而該交換機24通常又與另一個公用電話交換網(wǎng)絡區(qū)域相連。本地用戶再通過一連串本地接入交換機26,28,30進行接入。
參照圖1B，圖中顯示了本發(fā)明的三顆衛(wèi)星的視域區(qū)以及它們的軌道位置。按照一般概念(不是限制)本發(fā)明需要三顆衛(wèi)星以實際覆蓋整個地球。三顆衛(wèi)星分別固定在對應與西經(jīng)16度，東經(jīng)77度和東經(jīng)167度的赤道地面位置上方的對地同步軌道上。
參照圖1C，圖中顯示了公用電話交換網(wǎng)絡干線設施。按照一般概念(不是限制)顯示了四個地面站32,34,36,38。每個地面站都有一個相對大直徑天線以最大化與本發(fā)明的衛(wèi)星進行通信的效率。每個地面站又都有一個相關聯(lián)的區(qū)域長途交換機40,42,44和46。另外，中繼交換機48,50,52,54直接與每個地面站天線相連并為通過數(shù)字中繼網(wǎng)絡部分進行的交換以及發(fā)送和接收的通信提供基礎。
本發(fā)明的系統(tǒng)還可以與現(xiàn)有的地面干線56相互作用，因此便為現(xiàn)有的地面干線提供了另外一種可供選擇的通信方式。因此，可以在適當之處在干線56或在本發(fā)明的高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡上進行通信。另外還提供了轉(zhuǎn)接交換機58以允許與本發(fā)明覆蓋區(qū)域以外也就是說未被衛(wèi)星足跡覆蓋的區(qū)域的PSTN區(qū)60和62進行通信。
參照圖1D，圖中顯示了本發(fā)明其它的專用業(yè)務。衛(wèi)星地面站64,66,68和70與本發(fā)明的衛(wèi)星相互作用以提供高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡。地面站70通過它的相關聯(lián)中繼交換機72與各個其它網(wǎng)關74相連。這些網(wǎng)關為其它專用通信網(wǎng)絡76提供接入。轉(zhuǎn)接中樞78通過相關聯(lián)的轉(zhuǎn)接和終端設備82為各個其它國內(nèi)目的地提供接入。這些其它的國內(nèi)目的地80可以位于衛(wèi)星足跡之外或者不直接與本發(fā)明的單個地面站相連。
地面站68通過它的相關聯(lián)中繼交換機84與地面光纖或銅線傳輸網(wǎng)絡86相連。單獨的專用話音88，專用網(wǎng)絡90或?qū)Ｓ玫臄?shù)據(jù)存取92可以與該地面網(wǎng)絡86相連。
這種與地面光纖或銅線傳輸網(wǎng)絡的靈活的連接方式可以在任一個其它的地面站位置進行重復。因此第二個地面網(wǎng)絡94也可以有與之相連的專用語音96，專用網(wǎng)絡98，專用數(shù)據(jù)99。因此本發(fā)明允許數(shù)據(jù)，專用網(wǎng)絡或任何其它通信穿越廣闊的地理區(qū)域與其它的地面光纖或銅線傳輸網(wǎng)絡相連。
參照圖1E，圖中顯示了本發(fā)明一個任意給定通信區(qū)域的典型構(gòu)造。這是一種與本發(fā)明的衛(wèi)星進行通信的地面站相關聯(lián)的安裝方式。具有大直徑天線的地面站150與中繼交換機多路復用器152相連。該多路復用器允許多個不同來源的通信通過地面站進行多路復用和傳輸以最大化帶寬的使用率。專用網(wǎng)絡168可以直接與中繼交換機多路復用器相連。需要注意，在該例子中專用網(wǎng)絡或終端用戶與中繼交換機多路復用器之間不需進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。
但是本發(fā)明的系統(tǒng)在通信來自其它使用不同協(xié)議的國家或地區(qū)的情況下也能夠進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。例如，可以從給定的PSTN區(qū)160通過長途交換機162,164進行通信。這些通信可以通過區(qū)域交換機158傳輸?shù)降孛嬲净虻孛娓删€上。如果協(xié)議不相同，協(xié)議轉(zhuǎn)換器154就把具有不同協(xié)議的輸入通信進行轉(zhuǎn)換。此后把通信信號連接到中繼交換機多路復用器并通過本發(fā)明的高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡進行傳輸。
每個區(qū)域性地面站還包括一個冗余呼叫記錄器156，它允許把與網(wǎng)絡使用相關的計費信息傳輸給中樞站。這種計費信息可以隨時在不干擾的基礎上與網(wǎng)絡上傳輸?shù)耐ㄐ乓黄饌鬏敗?br> 參照圖1，圖中顯示了一個實施例中衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的信號流程圖。圖中提供了兩個可進行瞄準并且可以進行獨立轉(zhuǎn)向的衛(wèi)星天線101,103以提供不同的地面足跡。從每個衛(wèi)星天線接收到的信號在進入混合信號組合器109進行信號組合之前先由低噪聲放大器(LNA)105,107進行放大。然后把組合信號進行濾波110并輸入到寬帶接收機111，此處上行鏈路頻率被移位或轉(zhuǎn)化為下行鏈路頻率。然后混合信號分離器113把轉(zhuǎn)化后的頻率分離為兩個信號通路，之后大功率放大器(HPA)115,117把每個信號進行放大。再之后把每個信號進行濾波119,121并且傳輸?shù)较鄳男l(wèi)星天線101,103，以相對應的下行鏈路頻率進行轉(zhuǎn)發(fā)。
參照圖2，圖中顯示了對一個實施例進行頻率分配的例子。圖中示出兩個80MHz的上行鏈路頻帶201,203，它們之間有一個64MHz的分離頻帶205。另外還顯示出兩個80MHz的下行鏈路頻帶207,209，它們之間有一個相應的64MHz的分離頻帶211。圖1中天線101的下行鏈路頻率為較低的80MHz頻帶207(大約12.512至12.592GHz)而天線103的下行鏈路頻率為較高的80MHz頻帶209(大約12.656至12.736GHz)。
現(xiàn)在參照圖3，圖中顯示了不同轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星天線足跡的例子。其中一個天線(圖1中的101)的足跡覆蓋了一個地理區(qū)域301，而另一個天線(圖1中的103)的足跡覆蓋了另一個地理區(qū)域303。利用本發(fā)明的這個實施例，位于衛(wèi)星天線足跡301中的第一個用戶可以與同樣位于衛(wèi)星天線足跡301中第二個用戶通信。作為選擇，位于衛(wèi)星天線足跡301中的第一個用戶還可以與位于衛(wèi)星天線303中的第三個用戶通信。
現(xiàn)在參照圖4，圖中顯示了對于位于衛(wèi)星天線101(圖1)的足跡301(圖3)中的兩個用戶的上行鏈路和下行鏈路信號的例子。此處，上行鏈路信號位于兩個80MHz頻帶中較低的頻帶201中(大約14.744至14.824GHz)，下行鏈路信號也位于兩個80MHz頻帶中較低的頻帶207中(大約12.512至12.592GHz)。
參照圖5，圖中顯示了位于不同衛(wèi)星天線足跡中的用戶的上行鏈路和下行鏈路信號的例子。本例中，傳輸用戶位于天線101(圖1)的衛(wèi)星天線足跡301(圖3)中而接收用戶位于天線103(圖1)的衛(wèi)星天線足跡303(圖3)中。此處，上行鏈路信號位于兩個80MHz頻帶中的較高頻帶203(大約14.888至14.968GHz)中，下行鏈路信號位于兩個80MHz頻帶中的較高頻帶209(大約12.656至12.736GHz)中。
再回過來參照圖1和圖2，在本實施例中，天線(圖1中的101,103)和低噪聲放大器(圖1中105,107)都有足夠的帶寬把兩個80MHz的頻帶(圖2中的201,203)和一個64MHz的分離頻帶(圖2中的205)傳輸?shù)交旌闲盘柦M合器(圖1中的109)。混合信號組合器(圖1中的109)的大約224MHz帶寬的輸出由寬帶接收機(圖1中的111)處理，它執(zhí)行從上行鏈路頻率到下行鏈路頻率的頻率轉(zhuǎn)化。然后該寬帶接收機轉(zhuǎn)化的頻率輸出分解成兩個80MHz的下行鏈路信號(圖2中的207,209)，之后由兩個大功率放大器(圖1中的115,117)放大并通過兩個天線(圖1中的101,103)發(fā)射。本例中其中一個轉(zhuǎn)發(fā)器下行鏈路天線(圖1中的101)使用兩個80MHz頻帶中的較低頻帶(圖2中的207)，另一個轉(zhuǎn)發(fā)器下行鏈路天線(圖1中的103)使用兩個80MHz頻帶中的較高頻帶(圖2中的209)。這樣兩個轉(zhuǎn)發(fā)器就都能夠接收兩個80MHz的頻帶(圖2中的201,203)。
在本例最后，位于其中一個轉(zhuǎn)發(fā)器(圖3中的301)的衛(wèi)星天線足跡中的傳輸用戶若想與同一個轉(zhuǎn)發(fā)器(圖3中的301)的衛(wèi)星天線足跡中的另一個接收用戶進行通信的話，他需要在兩個80MHz上行鏈路頻帶中的較低頻帶(圖4中的201)中向上傳輸。當上行鏈路頻率被轉(zhuǎn)化為下行鏈路頻率時，下行鏈路頻率也同樣位于兩個80MHz下行鏈路頻帶中的較低頻帶(圖2和圖4中的207)中。作為選擇，位于第一個轉(zhuǎn)發(fā)器(圖3中的301)的衛(wèi)星天線足跡中的傳輸用戶若想與位于第二個轉(zhuǎn)發(fā)器(圖3中的303)的衛(wèi)星天線足跡中第二個接收用戶進行通信的話，他需要在兩個80MHz上行鏈路頻帶中的較高頻帶(圖2和圖5中的203)中向上傳輸。當上行鏈路頻率被轉(zhuǎn)化為下行鏈路頻率時，下行鏈路頻率將位于兩個80MHz下行鏈路頻帶中的較高的頻帶(圖2和圖5中的209)中。這將具有與傳統(tǒng)操作方法中的兩個轉(zhuǎn)接器所具有的“跨接”同樣的效果。
現(xiàn)在參照圖6，圖中描述了本發(fā)明另一個實施例的信號流程圖。該裝置使用第一個實施例的轉(zhuǎn)接器對600并且增加了另一個轉(zhuǎn)接器對602而且進一步允許用戶在轉(zhuǎn)接器對604之間進行信號交叉。在此結(jié)構(gòu)中，把多路復用器，IMUX601,603置于天線103,605與低噪聲放大器107,607之間的信號通路上。IMUX提供替代的信號通路以使信號在轉(zhuǎn)接器對600,602之間交叉。在IMUX601,603把頻率進行分離之后，信號通路就與第一個實施例相類似了。具體地，信號由低噪聲放大器609,611放大，接下去接收機613,615把上行鏈路頻率轉(zhuǎn)化為下行鏈路頻率。然后被轉(zhuǎn)化頻率的信號由大功率放大器617,619在另一個多路復用操作OMUX621,623之前進行放大，并最終由各自的天線103,605進行發(fā)射。
圖7描述了與此實施例相對應的頻率分配實例。除了第一個實施例的技術(shù)外，利用正交極化技術(shù)，上行鏈路天線(圖6中的103)能夠接收和傳輸兩個80MHz的頻帶701,703并且還帶有一個64MHz的分離頻帶705。如第一個實施例一樣這兩個80MHz的頻帶被接收并轉(zhuǎn)化為下行鏈路頻帶707,709。但是，通過上行鏈路天線(圖6中的103)傳輸?shù)絀MUX(圖6中的601,603)的帶寬除了一個10MHz的分離頻帶713外還包括一個34MHz的頻帶711。該例子中，這個268MHz(34+10+80+64+80MHz)的寬帶信號被IMUX(圖6中的601,603)劃分為兩個信號通路。一個信號通路，較高的224MHz象第一個實施例那樣進行處理。另一個信號通路，較低的34MHz711被傳輸?shù)搅硪粋€轉(zhuǎn)發(fā)器對(圖6中的602)。這個34MHz的信號711(14.700至14.734GHz)由低噪聲放大器(圖6中的611)處理并且由接收機(圖6中的615)把頻率轉(zhuǎn)化為下行鏈路頻率。在該例子中，34MHz的上行鏈路頻率711被轉(zhuǎn)化為34MHz的下行鏈路頻率715(11.057至11.091GHz)，然后由大功率放大器(圖6中的617)放大并由OMUX(圖6中的621)與其它信號一起進行多路復用，最終通過天線(圖6中的605)進行發(fā)射。
從衛(wèi)星天線605的衛(wèi)星天線足跡發(fā)射到衛(wèi)星天線103的衛(wèi)星天線足跡的信號流與從衛(wèi)星天線103到衛(wèi)星天線605的類似。但是實例中的頻率分配卻是不同的。參照圖7，上行鏈路頻率717(大約15.216至15.247GHz)和下行鏈路頻率719(大約12.769至12.803GHz)寬度為34MHz。
對于位于衛(wèi)星天線605的衛(wèi)星天線足跡中的傳輸用戶，他若想把信號傳輸?shù)轿挥谛l(wèi)星天線625的衛(wèi)星天線足跡中的接收用戶的話，上行鏈路頻率將為721(大約15.130至15.180GHz)，下行鏈路頻率將為723(大約10.977至11.027GHz)。對于位于衛(wèi)星天線625的衛(wèi)星天線足跡中的傳輸用戶，他若想把信號傳輸?shù)轿挥谛l(wèi)星天線605的衛(wèi)星天線足跡中的接收用戶的話，上行鏈路頻率將為725(大約15.271至15.321GHz)，下行鏈路頻率將為727(大約11.121至11.171GHz)。
再次參照圖1，用于完成本發(fā)明的硬件必須具有確定的性能。獨立可轉(zhuǎn)向的衛(wèi)星天線101,103必須具有足夠的指向精度以足夠的增益跟蹤并保持瞄準線從而提供所要求的性能。低噪聲放大器105,107在所希望的頻譜上必須具有平坦響應曲線和足夠的增益從而提供所要求的性能?；旌闲盘柦M合器109必須能夠接收兩個信號源并且可以把它們適當?shù)亟M合為一個復合信號(沒有不利的噪音，衰減或非自然信號)從而提供所要求的性能。濾波器110必須有合適的截止點和選擇性從而提供所要求的性能。寬帶接收機111必須能夠以足夠的增益把輸入信號頻率轉(zhuǎn)化為所希望的輸出信號頻率從而提供所要求的性能。混合信號分離器113必須能夠把具有特定帶寬的單個信號分離為多個具有指定帶寬的信號而沒有不利的衰減或非自然信號。大功率放大器115,117必須能夠以平坦響應曲線對輸入頻譜進行放大。最后，濾波器119,121必須有合適的截止點和選擇性從而提供所要求的性能。
再次參照圖6，用于實現(xiàn)本發(fā)明另一個實施例的硬件必須具有確定的性能。附加的獨立可轉(zhuǎn)向的衛(wèi)星天線625,605必須具有足夠的指向精度以足夠的增益跟蹤并保持瞄準線從而提供所要求的性能。輸入多路復用器IMUX601,603置于天線103,605之后的信號通路上，它們必須具有足夠的帶寬以提供所要求的性能。低噪聲放大器107，607,609和611在所希望的頻譜上必須具有平坦響應曲線和足夠增益從而提供所要求的性能。寬帶接收機613,615必須能夠以足夠的增益把輸入信號頻率轉(zhuǎn)化為所希望的輸出信號頻率從而提供所要求的性能。大功率放大器617,619必須能夠以平坦響應曲線對輸入頻譜進行放大。最后，輸出多路復用器OMUX612,623必須具有能提供所要求性能的帶寬。
以上描述了優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡。本領域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍基礎上可以對以上所描述的系統(tǒng)進行一些小變動。
權(quán)利要求
1．優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，包括(a)衛(wèi)星，具有一定功率和帶寬并且具有多個轉(zhuǎn)發(fā)器；(b)多個地面站，多個轉(zhuǎn)發(fā)器和多個地面站構(gòu)成通信網(wǎng)絡；(c)每個地面終端中用于把上行鏈路信號以上行鏈路頻率傳輸?shù)叫l(wèi)星上多個轉(zhuǎn)發(fā)器中之一的裝置；(d)每個地面終端中用于從多個轉(zhuǎn)發(fā)器中之一以下行鏈路頻率接收下行鏈路信號的裝置；(e)其中每個轉(zhuǎn)發(fā)器把上行鏈路信號轉(zhuǎn)化為下行鏈路信號；(f)其中上行鏈路信號可以通過使用特定的上行鏈路頻率轉(zhuǎn)化為任何的下行鏈路信號而不需修改或重構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)器裝置；其中衛(wèi)星的全帶寬和功率被用于通信網(wǎng)絡。
2．權(quán)利要求1中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中上下行鏈路信號和頻率進一步包括(a)上行鏈路信號，它具有第一中心頻率；(b)下行鏈路信號，它具有第二中心頻率；(c)其中第二中心頻率大約比第一上行鏈路中心頻率小2.232GHz。
3．權(quán)利要求2中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中把上行鏈路信號轉(zhuǎn)化為下行鏈路信號的裝置進一步包括(a)衛(wèi)星上的信號組合器裝置；(b)衛(wèi)星上的寬帶接收機裝置，它具有一個運轉(zhuǎn)在信號組合器裝置輸出之上的接收機帶寬；(c)衛(wèi)星上的信號分離器，它運轉(zhuǎn)在寬帶接收機裝置的輸出之上；(d)其中多個具有第二中心頻率的上行鏈路信號被信號組合器裝置組合產(chǎn)生具有第二中心頻率的混合信號；(e)其中寬帶接收機裝置的帶寬至少要與接收機帶寬一樣寬；(f)其中信號分離器裝置把寬帶接收機裝置的具有第二中心頻率的輸出信號分離為多個具有第一帶寬的下行鏈路信號。
4．權(quán)利要求1中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中把衛(wèi)星的總功率和帶寬分配給通信網(wǎng)絡。
5．權(quán)利要求1中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中上下行鏈路信號包括多種服務電信。
6．權(quán)利要求5中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中多種服務電信從包括傳真，語音，數(shù)據(jù)和視頻電信的組中選取。
7．權(quán)利要求6中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中語音電信為公用電話交換網(wǎng)絡通信。
8．權(quán)利要求6中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中語音通信為專用小交換機電話通信。
9．權(quán)利要求6中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中語音通信為覆蓋網(wǎng)絡服務通信。
10．權(quán)利要求1中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中上下行鏈路信號在一個國家內(nèi)產(chǎn)生和接收。
11．權(quán)利要求1中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中上行鏈路信號在第一個國家中產(chǎn)生而下行鏈路信號在第二個國家中接收。
12．權(quán)利要求11中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中網(wǎng)絡把第一個國家的電信協(xié)議轉(zhuǎn)換為第二個國家的電信協(xié)議。
13．權(quán)利要求1中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中上下行鏈路信號從包括標準和非標準電信協(xié)議的組中選取。
14．用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，包括(a)把多個地面站中第一個地面站發(fā)出的上行鏈路信號以上行鏈路頻率傳輸?shù)叫l(wèi)星上的多個轉(zhuǎn)發(fā)器中的一個，該衛(wèi)星具有一定功率和帶寬特性，多個地面站和多個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器構(gòu)成通信網(wǎng)絡；(b)在多個地面站中第二個地面站上從衛(wèi)星上的多個轉(zhuǎn)發(fā)器之一以下行鏈路頻率接收下行鏈路信號；(c)使用多個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中的至少一個把上行鏈路信號轉(zhuǎn)化為下行鏈路信號；(d)其中通過使用特定的上行鏈路頻率可以把上行鏈路信號轉(zhuǎn)化為下行鏈路信號而不需修改或重構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)器；(e)其中通信網(wǎng)絡使用衛(wèi)星的全功率和帶寬。
15．權(quán)利要求14中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，進一步包括把具有第一中心頻率的上行鏈路信號轉(zhuǎn)化為具有第二中心頻率的下行鏈路信號，其中第一中心頻率大約為第二中心頻率的除了1以外的正整數(shù)倍。
16．權(quán)利要求14中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，其中把上行鏈路信號轉(zhuǎn)化為下行鏈路信號進一步包括(a)用衛(wèi)星上的信號組合器裝置把多個上行鏈路信號組合；(b)用寬帶接收機裝置接收信號組合器的輸出；(c)把寬帶接收機的輸出分離為多個信號；(d)其中上行鏈路信號具有第一中心頻率，把它與同樣的第一中心頻率組合產(chǎn)生一個混合信號；(e)其中寬帶接收機的帶寬至少要與第一中心頻率一樣寬；(f)其中把寬帶接收機裝置的輸出分離為多個具有第二中心頻率的下行鏈路信號，第二中心頻率要比第一中心頻率小。
17．權(quán)利要求14中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，進一步包括把全功率和帶寬用到通信網(wǎng)絡上。
18．權(quán)利要求14中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，其中上下行鏈路信號包括多種服務電信。
19．權(quán)利要求18中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，其中多種服務電信從包括傳真、語音、數(shù)據(jù)和視頻的組中選取。
20．權(quán)利要求19中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，其中語音電信為公用電話交換網(wǎng)絡通信。
21．權(quán)利要求19中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，其中語音電信為專用小交換機電話通信。
22．權(quán)利要求19中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，其中語音電信為覆蓋網(wǎng)絡服務通信。
23．權(quán)利要求14中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，進一步包括從第一個國家或第一個國家中第一個地區(qū)發(fā)送上行鏈路信號，在第一個國家或第一個國家中第一個地區(qū)中接收下行鏈路信號。
24．權(quán)利要求14中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，進一步包括從第一個國家或第一個國家中第一個地區(qū)發(fā)送上行鏈路信號，在第二個國家或第二個國家中的地區(qū)接收下行鏈路信號。
25．權(quán)利要求24中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，進一步包括把第一發(fā)送協(xié)議的電信轉(zhuǎn)換為第二接收協(xié)議的電信。
26．權(quán)利要求14中用于提供優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡的方法，其中上下行鏈路信號從包括ATM、幀中繼、因特網(wǎng)、XDSL、IP、和移動通信信號的組中選取。
27．優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，包括第一組地面站，對其進行優(yōu)化以以第一帶寬傳輸通信；至少一顆通信衛(wèi)星，對其優(yōu)化以以第一帶寬從第一組地面站接收通信；該至少一顆通信衛(wèi)星還以第二帶寬從第一組地面站傳輸通信；第二組地面站，對其進行優(yōu)化以以第二帶寬接收至少一顆通信衛(wèi)星的通信，第一組地面站，第二組地面站和該至少一顆通信衛(wèi)星構(gòu)成了通信網(wǎng)絡；該至少一顆通信衛(wèi)星僅用第一帶寬接收通信并且僅用第二帶寬傳輸通信以優(yōu)化該至少一顆通信衛(wèi)星的功率使用；其中通信網(wǎng)絡使用該至少一顆通信衛(wèi)星的全功率和帶寬。
28．權(quán)利要求27中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中通信為語音通信。
29．權(quán)利要求27中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中通信為數(shù)據(jù)通信。
30．權(quán)利要求27中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中通信為傳真通信。
31．權(quán)利要求27中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中通信為視頻通信。
32．權(quán)利要求27中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中第二組地面站進一步包括天線，對其進行優(yōu)化使其以第二帶寬從該至少一顆通信衛(wèi)星接收通信。
33．權(quán)利要求27中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中第一組地面站進一步包括天線，對其進行優(yōu)化使其以第一帶寬把通信傳輸?shù)皆撝辽僖活w通信衛(wèi)星。
34．權(quán)利要求33中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中第一組地面站是數(shù)字地面通信網(wǎng)絡的一部分。
35．權(quán)利要求33中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中第二組地面站是數(shù)字地面通信網(wǎng)絡的一部分。
36．權(quán)利要求27中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中該至少一顆通信衛(wèi)星包括三顆位于對地同步軌道上的通信衛(wèi)星。
37．權(quán)利要求36中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中第一顆衛(wèi)星位于大約西經(jīng)16度，第二顆衛(wèi)星大約位于東經(jīng)77度，第三顆衛(wèi)星大約位于東經(jīng)167度。
38．權(quán)利要求13中的優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡，其中標準電信協(xié)議從包括ATM、幀中繼、因特網(wǎng)、XDSL、IP、和移動通信協(xié)議的組中選取。
全文摘要
一種優(yōu)化的綜合高容量數(shù)字衛(wèi)星中繼網(wǎng)絡(又稱為多用途寬帶通信系統(tǒng)(MPWCS)和方法,用于使用上行鏈路頻率鏈接相同或不同衛(wèi)星天線轉(zhuǎn)發(fā)器足跡中的多個地面站,以便選擇下行鏈路足跡。該網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)消除了根據(jù)希望的下行鏈路足跡重構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)器的需要。本發(fā)明將衛(wèi)星上的寬帶接收機(111)和混合信號組合器(109)與適當?shù)纳闲墟溌泛拖滦墟溌奉l率方案相結(jié)合,以根據(jù)上行鏈路頻率選擇來提供重構(gòu)上行鏈路和下行鏈路足跡之間的連接的能力。特定的結(jié)構(gòu)允許同步衛(wèi)星的足跡中所有用戶的所有轉(zhuǎn)發(fā)器天線足跡之間的單跳連接。該系統(tǒng)使用用于所有業(yè)務的組成部分的通信衛(wèi)星的全功率和帶寬,而不在多個網(wǎng)絡中劃分功率或帶寬。
文檔編號H04J1/00GK1298586SQ99805342
公開日2001年6月6日 申請日期1999年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月23日
發(fā)明者理查德M·米爾曼 申請人:特蘭斯沃爾德電信公司