CN101160750A - 卫星监视 - Google Patents
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Abstract
一种多波束卫星,被配置成在包含远距离监视站的另一个点波束中发送来自一个点波束的信道的复制。重新配置卫星,以便选择复制的信道,使得可以监视卫星的波束,而不需要在每一个波束中具有远距离监视站。
Description
技术领域
本发明涉及卫星监视,具体地但并不排它地,涉及一种多波束卫星的传输性能的地面监视的方法、设备、系统和计算机程序。
背景技术
卫星系统的运营商必须监视其卫星的各种传输属性,例如频率信道的中心频率、载波噪声比(C/No)、链路质量和有效各向同性辐射功率(EIRP)。通过接收用户终端并且报告回系统,可以直接或间接测量这些属性中的一些或者全部,以有助于例如功率控制、多普勒校正或可变数据率技术。然而,用户终端的可用性和地理伸展在卫星运营商的控制之外,因此运营商不能依赖用户终端来全面地监视卫星的传输属性。
因此,需要位于代表性地理位置中的持续活跃的卫星监视站。作为示例,现在参考图1来描述申请人的Inmarsat-3TM卫星当前所使用的卫星监视系统。
Inmarsat-3TM移动卫星通信系统包括多个地球同步Inmarsat-3TM卫星2,图1中示出了其中之一。卫星2产生全球波束6和落入全球波束6内的五个点波束8a-e,对于发送和接收,波束图样实质上是相连的(coterminous)。点波束8a-e主要用于通信业务,而全球波束6主要用于在点波束6的覆盖之外呼叫建立和通信业务。
对于每一个卫星2,多个陆地地球站(LES)4a-b用作地面网络的卫星基站和网关。每一个LES 4在C波段经过卫星2在双向馈电线连接(feeder link)10上进行通信,LES 4根据在卫星2上配置的可变信道映射,在遥测、跟踪和控制(TT&C)站(未示出)的控制之下,将馈电线连接10内的频率信道映射到相应波束和波束内的L波段信道。
为了监视点波束8,需要远距离监视站(RMS)12位于每一个点波束8内。RMS 12接收当前的频率分配计划、监视相关点波束8内的L波段信道并且记录信道测量,从信道测量中可以推导出卫星2所需的传输属性。必须尽可能地保持每一个RMS持续地工作,并且必须校准每一个RMS,使得测量结果可靠;因此,便于RMS 12a、12b与LES 4a、4b搭配,以便可以使用现有维护设备。
此外,RMS 12必须发送监视数据,使得可以由中央服务器来处理数据。可以在卫星网络上或在例如ISDN的有线网络上传输数据。因此,配置的RMS 12a、12b具有能够使用LES 4a、4b处的现有通信设施来传输该数据的优点。
如果LES 4b位于两个点波束8c、8d重叠之处,则配置的RMS 12b能够监视两个点波束8c、8d,因此减少了所需的RMS 12的数目。
对于不包含LES 4的点波束8,可以设置便携式(transportabl e)监视站(TMS)12c、12d。TMS 12c、12d可便利地位于适当的维护和/或地面通信设施可用之处。然而,向TMS 12c、12d提供必需的维护和通信设施比搭配RMS 12a、12b更难。
尽管以上系统可用于监视具有较少数目点波束的卫星,然而在对于点波束的数目非常大的卫星采用该系统时会出现问题。例如,提出的Inmarsat 4TM卫星会产生多达19个区域性波束和256个点波束,其中大多数不覆盖现有的LES 4。具有多种地理分布的大量TMS 12将需要确保每一个区域性和点波束包含至少一个监视站12。维持这么大量的TMS非常难,尤其是因为一些点波束仅覆盖海洋区域或山区。
此外,Inmarsat-4TM卫星具有可重新配置的波束图样,因此足以监视一种波束图样配置的监视站12的分布会不足以监视另一种配置。
上述问题并不是Inmarsat-4TM卫星通信系统特有的。随着对高带宽卫星通信的需求增加,所需的点波束的数目也增加,以便提供高带宽服务的必需增益和频率覆用(re-use)。这些问题并不是地球同步卫星特有的,而是对于产生移动波束图样的非地球同步卫星也许更严重。这些问题并不是中继卫星唯一特有的,而是对于具有更少的可用于卫星监视的地面网关的转接卫星也许更严重。
文献US 5,710,971公开了一种卫星监视系统,用于呼叫拦截而不是监视传输性能。
发明内容
根据本发明的一个方案,控制多波束卫星,以便将信道的复制从一个点波束传送到包含远距离监视站的另一个点波束。代替在被监视的点波束中设置监视站,将被监视的点波束复制到监视站。不需要影响被监视的点波束本身和其中包含的业务。按照这种方式,可以克服对在每一个点波束内具有监视站的需要。
优选地,复制信道包含具有与原始信号相同的调制内容、调制方案和功率水平的复制信号,因此复制信道的监视属性代表了原始信道。复制信号在频率上可以偏离原始信号。这可以避免原始和复制信号之间的干扰,并且可以利于频率覆用图样中的频率协调。复制信道可以在保留用于监视的且原始信号未使用的频率处。可选地,复制信号可以在频率上局部地或完全地与原始信道重叠。在这种情况下,通过包含原始和复制信道的点波束之间的空间隔离,可以避免干扰。
被监视的信道可以是包含按照频率、时间、代码和/或其它多路接入方法来划分的用户信道的可变分配的频率信道。监视站可以接收用于向频率信道识别用户信道分配的频率分配计划,从频率分配计划中识别特定用户信道,并且监视特定用户信道的传输属性。优选地,监视站不对被监视信号的数据内容进行解码,并且并不用于呼叫拦截用途。
优选地,要复制的信道是可变的,因此不同时间处传输到远距离监视站的复制信道是不同信道的复制。可以从使用的经过任何干扰限制的任意信道中自由选择要复制的信道。
在中继或非转接(non-switching)卫星的情况下,可以由卫星从在馈电线连接中接收到的单个信道中产生原始和复制信道。
本发明与多播技术的不同在于在多个波束中传输相同的信道,以用于由多个用户接收。在多播技术中,到多个波束的信道分配不是可重新配置的,并且在多播传输中不可以重新配置。此外,多播通常被寻址到一组接收者并且仅在这些接收者所位于的波束中发送。
根据本发明,可以与传输内容无关地或与建立传输的信令无关地选择其中要复制传输的点波束。但是,可以选择点波束以覆盖要监视传输的远距离监视站。此外,本发明可应用于作为单播传输建立的传输,尽管也可应用于多播传输。
附图说明
下面参考附图来描述本发明的特定实施例,附图中:
图1是公知卫星监视系统的示意图;
图2是并入了根据本发明实施例的卫星监视系统的卫星通信系统的示意图;
图3是示出了频率分配相对于时间的图表,用以演示不同波束传输的周期复制;
图4是实施例中所用的卫星有效载荷的示意图;
图5是并入了实施例的卫星监视系统的网络体系的示意图;
图6是本发明第二实施例的第一示例中的卫星的点波束图;
图7是对第一示例中波束的频率波段的分配图;
图8是第二实施例的第二示例中的卫星的点波束图;
图9是对第二示例中波束的频率波段的分配图;以及
图10是并入了第二实施例的卫星监视系统的网络体系的示意图。
具体实施方式
概述
图2示意地示出了根据本发明实施例的多波束卫星通信系统。卫星2在其全球波束6的覆盖范围内产生大量点波束8。如图2所示,点波束8以覆盖卫星2的视野内的大部分陆地和海岸区域的近似六边形波束图样排列。为了简明,每一个波束表示为六边形,但是实际上可以是由于波束投影到地球表面而变形的近似圆形。可以应用频率覆用图样,以使在至少具有最小分离距离的点波束8之间可以覆用相同的频率信道。
点波束8载有由用户终端接收的用户业务和信令;图2中示出了代表性的用户终端5,但是系统能够给大量这种终端提供卫星通信服务。
LES 4提供与卫星的馈电线连接10;尽管馈电线连接是双向的,但是在本实施例中仅需要考虑正向。由卫星2将馈电线连接10中C波段的每一个频率信道映射到由卫星2上信道滤波器配置所确定的相应点波束8。注意,可以将馈电线连接10中的不同频率信道映射到由最小分离距离所分离的不同点波束中的相同频率上。
在该示例中,将考虑五个代表性点波束8i-8m,尽管可以将示例外推到所有点波束8。这些点波束8i-8m中没有一个覆盖RMS 12,但是需要监视所有这些点波束。
在本实施例中,通过配置信道滤波器以将点波束8i-8m之一中的传输复制到由RMS 12监视的另一个点波束8n,来实现监视。周期性地重新配置信道滤波器,以依次选择点波束8i-8m中的每一个用于辅助传输。RMS 12监视复制传输,用以推导出当时被复制的相应传输的卫星传输属性。RMS 12或收集被监视数据的设施可以补偿被监视点波束8i-8m和包含复制传输的点波束8n之间的波束几何形状中的任意不同。
复制卫星信道分配
在本实施例中,点波束8i-8m中的每一个的复制传输被发送到保留用于复制传输的相同频率信道,以避免与意欲由用户终端接收的正常传输发生干扰。图3中以图表形式示出了该设置,其中频率信道F1至F5中并且与点波束8i-8m相对应的传输在连续时间周期t1至t5中被复制到点波束8n中的保留频率信道F0。
在可选实施例中,不存在保留频率信道F0,并且从经受任意干扰限制的任意可用信道中选出复制频率信道。这种选择方案具有优点:可以将频率信道F0用于用户业务,从而增加了系统的频率使用率。然而,它对频率覆用图样有限制,因为两个频率信道被同时分配到包含RMS 12的点波束8n,所以在最小覆用距离内不能覆用这两个频率信道。如果点波束8n位于点波束图样的边缘,则至少可以部分地克服该限制的作用。
可以以远低于原始传输的增益来传输复制传输,这是因为RMS 12具有远高于用户站或产生原始传输的站的天线增益。例如,增益可以降低至少3dB,优选地降低6dB。降低的增益减少了由复制传输所引起的干扰。增益可以很低,使得对频率覆用图样没有限制。
可以同时将选定的传输复制到多个不同点波束,以便由相应多个不同RMS 12监视。有利地,可以在监视设施处比较被监视的信号,并且可以抵消由于不同辅助传输所经过的不同路径而引起的大气效应。按照这种方式,可以更精确地确定卫星传输时原始信号的传输属性。
在可选实施例中,可以将已知测试信号发送到卫星和信道滤波器,所述信道滤波器配置用于在由不同RMS监视的至少两个不同点波束中传输相同测试信号。在监视设施处比较接收的测试信号,以便测量沿测试信号到不同RMS所经过的不同路径的大气属性。按照这种方式确定的大气属性可以包括依赖于频率的电离层时延。包括不同频率的分量的测试信号可以被用于确定沿每一个路径的电离层时延。
在另一个可选实施例中,可以使RMS 12与LES 4搭配。有利地,可以在LES 4和RMS 12之间本地地共享频率分配计划。该选择方案不会引起任何附加干扰问题,因为馈电线连接10处于C波段,而点波束传输位于L波段。
信道滤波器配置
现在参考图4来解释信道滤波器配置,图4是卫星2内转发器有效载荷的图。C波段天线14从LES 4接收到馈电线连接信道传输,所述馈电线连接信道传输由低噪声放大器(LNA)16放大并且由模数(A/D)转换器18进行数字转换。数字波束形成器和信道化器(channeliser)20执行馈电线连接信道和点波束8中的频率信道之间的映射,并输出一组模拟转换的信号,所述信号由一组高功率放大器(HPA)22放大并且被馈送到L波段天线中的相应组天线单元。由天线单元辐射的信号和产生点波束图样。
信道滤波器配置受由TT&C天线26从遥测、跟踪和控制(TT&C)站接收的命令控制,由TT&C接口28进行解调和解码,并且作为输入被提供给数字波束形成器和信道化器20。
可以利用差分调制方案在频率和时间上再细分每一个频率信道,用以定义各个用户信道。每一个频率信道的格式对于卫星有效载荷是透明的,其中卫星有效载荷提供200kHz传输信号信道,而RMS12必须能够区分各个用户信道,以便识别用户信道的不同属性,例如中心频率和C/No比。
网络体系
图5示出了远距离监视系统网络体系的简化版本,其中包括优选地与LES 4a和4b位于相同地点的代表性RMS 12a和12b。每一个RMS12包括光谱分析仪30,所述光谱分析仪30由校准设备32校准并且由RMS控制器34控制以执行所需监视功能。
全球资源管理器(GRM)38存储卫星滤波器配置的映射,并且通过有效载荷控制系统36来控制卫星2以修改卫星滤波器配置,其中有效载荷控制系统36经过RMS 12a或另一个TT&C站将修改通信到卫星2。GRM 38将映射拷贝到每一个RMS 12,并且在分配或者重新分配了复制信道时告知RMS 12。
在监视方法的一个示例中,RMS 12之一请求GRM 38为要监视的信道建立复制滤波器。PCS 36建立复制信道,并且向GRM 38证实建立的信道。GRM 38将该证实通信到RMS 12,RMS 12然后执行测量、存储结果并且请求GRM 38建立下一个复制信道。因此,不同信道的测量的定时和次序是灵活的,并且可用由RMS 12根据需要来建立,而不是固定时序。
每一个RMS 12通过广域网(WAN)40与监视服务器42相连,监视服务器42命令RMS 12请求并测量复制信道,并且从RMS 12接收结果监视数据。监视服务器40还访问当前频率分配计划44,并且将关于信道目的格式的信息分发给相关的RMS 12。
第二实施例
在第二实施例中,卫星2是具有相对较少数目点波束的Inmarsat-3TM卫星。本实施例的目的是降低或消除对便携式监视站(TMS)12c、12d的需求。与本实施例相关联的问题是因为每一个波束的大小较大,并且定义用于频率覆用的不同信道组的数目较小,所以更难以避免复制信道组和正常信道组之间的干扰。复制波束必须与使用相同频谱的正常波束充分地空间隔离。
信道滤波器配置
Inmarsat-3TM卫星包括如果主滤波器发生故障则可切换到传输路径作为备份的备用滤波器。然而,也可以与主滤波器同时使用备用滤波器。备用滤波器由与主滤波器不同的本地振荡器驱动,可以在不同频率处驱动备用滤波器,以便在不同频率处传输复制信道。在本实施例中,备用滤波器被用于将要监视的信道组复制到RMS 12之一所位于的点波束中。与第一实施例相同,复制信道的增益可以远低于原始信道的增益。图6示出了Inmarsat-3TM印度海域(IOR)卫星的点波束覆盖的示例,而图7示出了主滤波器PF和备用滤波器RF。可以利用足够的空间隔离来使用特定频率信道两次,因此为了简明,利用上边带和下边带RFa、RFb、PFa、PFb来示出每一个滤波器的频率分配。然而,应该认识到,每一个波段与相同的频谱相对应。
参考数字8a至8e分别指示西南、西北、正北、东北和东南波束,并且在图7中被用于指示分配给每一个波束的频谱部分。
在该示例中,希望监视西南波束8a(图6中的阴影)。东北波束8d或东南波束8e具有必需的波束隔离条件(>15dB)。因为频谱协调的原因,从图7中可见,不能使用正北波束8c。RMS 12位于东北波束8d和东南波束8e(图7中的粗线条)中,因此8d或8e可以被用于复制西南波束8a的信道组。
在第二示例中,希望监视大西洋东部区域(AOR-E)Inmarsat-3TM卫星的正北波束8c,图8中示出了所述卫星的波束覆盖图样,其中希望的波束8c以阴影表示,并且在图9中示出了主和备用滤波器分配方案。西南波束8a或者东南波束8e具有差分的波束隔离。由于频谱协调限制,不能使用东南波束8e或东北波束8d,如图9所示。因此,仅仅西南波束8a可以被用于执行正北波束信道的复制。
作为隔离和频谱协调限制的结果,优选地对于每一个卫星2,有至少两个RMS 12可用,并且优选地这些RMS与LES 4搭配以使得可以覆用现有设施。
网络体系
图10示出了本实施例中的远距离监视系统的网络配置。由与图5相同的参考数字表示与第一实施例类似的组件。与第一实施例的配置相比,不存在GRM 38或PCS 36。但是,每一个RMS 12监视卫星网络上的信道分配信令,用以确定要监视的频谱内的信道分配。由来自TT&C站的传输来配置备用滤波器,其中TT&C站可以与RMS 12或LES 4搭配。
可以设想落入权利要求所限定的本发明范围内的可选实施例。如上所述,本发明所解决的问题不局限于InmarsatTM卫星、地球同步卫星或中继卫星。
Claims (27)
1.一种配置多波束卫星以便能够远距离监视其传输的方法,其中,卫星在第一波束中将信号发送到用于接收信号的用户终端,所述方法包括:将卫星配置成在第二波束中发送信号的拷贝,选择所述第二波束以使其包含用于监视拷贝的远距离监视站。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,以实质上低于信号的增益来发送拷贝。
3.一种配置多波束卫星以便能够远距离监视其传输的方法,其中,卫星在第一波束中发送信号,所述方法包括:将卫星配置成在第二波束中以实质上低于信号传输的增益来发送信号的拷贝。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,以实质上相同的频率来发送信号和拷贝。
5.根据权利要求1至3之一所述的方法,其中,在第一频率处发送信号,并且在与第一频率不同的第二频率处发送拷贝。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,在保留用于由远距离监视站进行监视的信道中,发送所述信号的拷贝和其它信号的拷贝。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法,其中,在包括所述第二波束的多个不同波束中发送所述信号的拷贝。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,选择所述多个波束,使得每一个波束包含用于监视拷贝的远距离监视站。
9.根据前述权利要求之一所述的方法,其中,周期性地重新配置卫星,以便在所述第二波束中发送不同所述信号的拷贝。
10.根据前述权利要求之一所述的方法,其中,卫星是中继卫星,被配置成将从陆地网关发送到卫星的馈电线连接信号转换为所述信号和所述信号拷贝。
11.根据前述权利要求之一所述的方法,其中,信号包含寻址到用户终端的用户数据。
12.根据前述权利要之一所述的方法,其中,配置步骤包括:将配置命令直接或间接地发送到卫星。
13.根据前述权利要求之一所述的方法,还包括将用于识别信号中一个或多个用户信道的分配的分配数据直接或间接发送到远距离监视站,以便远距离监视站监视所述一个或多个用户信道。
14.一种配置多波束卫星以便能够远距离监视其传输的方法,其中,卫星在各个多个波束中发送多个信号,所述方法包括:卫星被配置成在由远距离监视站所监视的波束中发送所述多个信号中一个选定信号的拷贝,其中,周期性地重新配置卫星,以便选择用于在所述波束中发送其拷贝的所述多个信号中不同的多个信号。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,周期性地重新配置卫星,以便依次监视所述多个信号中的每一个。
16.一种监视多波束卫星在第一波束中信号的发送的方法,所述方法包括在卫星的第二波束中接收信号的拷贝并且监视信号的拷贝。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,在与信号的频率不同的频率处接收信号的拷贝。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,在保留用于监视的信道中接收信号的拷贝。
19.根据权利要求16所述的方法,其中,在与信号的频率相同的频率处接收信号的拷贝,并且第二波束与第一波束不相邻。
20.根据权利要求16至19之一所述的方法,其中,拷贝的增益实质上低于信号的增益。
21.根据权利要求16至20之一所述的方法,其中,信号包括寻址到用户终端的用户数据。
22.根据权利要求16至21之一所述的方法,还包括接收识别信号中一个或多个用户信道的分配的信道分配数据,并且监视所述一个或多个用户信道。
23.一种用于监视地球大气的属性的方法,包括:将多波束卫星配置成在其不同的波束中发送预定信号的多个拷贝;在对应的空间相异监视站处接收每一个所述拷贝;以及从接收的拷贝中推导出所述属性。
24.一种计算机程序,设置用于执行根据前述权利要求之一所述的方法。
25.一种计算机产品,具有根据权利要求24所述的计算机程序。
26.一种设备,被设置成执行根据权利要求1至23之一所述的方法。
27.一种方法,实质上与这里参考附图所述的相同。
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