CN107667487A - 全球通信网络 - Google Patents

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CN107667487A CN201680030391.9A CN201680030391A CN107667487A CN 107667487 A CN107667487 A CN 107667487A CN 201680030391 A CN201680030391 A CN 201680030391A CN 107667487 A CN107667487 A CN 107667487A
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Abstract

修改用于从源到目的地传输的通信信号(S1)的方法(500)包括：由数据处理硬件(118、118a、118b、118g)识别用于与通信装置(110、200)的通信的目标平台(200、300)。所述方法包括：建立目标平台和通信装置之间的通信连接以及识别用于在目标平台和通信装置之间通信数据的可用通信信道(22)。所述方法还包括：通过将通信信号与伪随机噪声扩频码(S2)相乘来修改通信信号(S1)。所述方法还包括：通过可用通信信道使得所修改的通信信号(S3)从通信装置传输到目标平台。所修改的通信信号低于可用通信信道的热噪声被传输。

Description

全球通信网络
技术领域
本公开涉及一种全球通信网络。
背景技术
通信网络是用于接收信息(信号)并且传输信息到目的地的大型分布式系统。在过去的几十年，对通信接入的需求已经急剧增加。虽然常规的有线和光纤陆地线路、蜂窝网络和地球静止卫星系统已经不断增加以适应需求的增长，但是现有的通信基础设施仍然不足够大以适应需求的增加。此外，世界上的一些区域没有连接到通信网络，因此不能成为全球社区(其中一切都连接到互联网)的一部分。
卫星被用于向有线电缆不能到达的地区提供通信服务。卫星可以是地球静止的或非地球静止的。从地球上特定位置观看地球静止卫星永远保持在天空的相同区域，因为卫星以恰好一天的轨道周期绕赤道轨道运行。非地球静止卫星通常在低-地球轨道或中-地球轨道上运行，并且不会相对于地球上的固定点保持静止；卫星的轨道路径可以部分地由与地球中心相交且包括该轨道的平面来描述。另外，通信装置显著增加建造、发射和运行每个卫星的成本；它们还大大地复杂化卫星通信系统以及相关联的天线和机制的设计和开发，以允许每个卫星获得并跟踪其相对位置正在变化的其它卫星。每个天线具有机械或电子操纵机制，其给卫星增加重量、成本、振动和复杂度，并增加故障的风险。对于被设计为与在不同平面中的卫星通信的卫星间链路，与(因为相对位置的变化很少)只与相同平面中的邻近卫星通信的链路相比，对这样的跟踪机制的要求更具挑战性。类似的考虑和增加的成本适用于具有气球间链路的高空通信气球系统。
发明内容
本公开的一方面提供一种修改通信信号用于从源到目的地的传输的方法。该方法包括：由数据处理硬件识别用于与通信装置通信的目标平台；建立目标平台和通信装置之间的通信连接；以及识别用于在目标平台和通信装置之间通信数据的可用通信信道。目标平台和通信装置可以均为空中平台(例如，无人机)、陆地平台(例如，汽车、卡车、火车等)或水上平台(例如，船)。该方法还包括通过将通信信号和伪随机噪声扩频码相乘来修改通信信号并使得修改的通信信号通过可用通信信道从通信装置传输到目标平台。修改的通信信号低于可用通信信道的热噪声被传输。
本公开的实施方式可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些实施方式中，该方法包括在修改通信信号之前由数据处理硬件生成通信信号。伪随机噪声扩频码可以将通信信号扩频128倍。在一些示例中，修改的通信信号通过在Ku波段中的可用通信信道被传输。其它波段也是可能的。
在一些实施方式中，识别目标平台包括：由数据处理硬件跟踪高空平台的全球位置，以及由数据处理硬件确定高空平台的集合和可用通信信道，用于在修改的通信信号的传输的通信时间从通信装置传输通信信号。识别目标平台还包括由数据处理硬件从高空平台的集合选择目标平台。
在一些示例中，识别目标平台包括查询存储在与数据处理硬件通信的存储器硬件中的数据源。该方法还可以包括数据源的查询，该数据源的查询是为了确定用于与通信装置通信的高空平台和用于在传输修改的通信信号的通信时间从通信装置传输通信信号的可用通信信道。
通信装置可以包括相控阵天线。在一些示例中，建立目标平台和通信装置之间的通信连接包括操纵相控阵天线的一个或多个阵列元件以移动相应的通信波束。在一些示例中，地面站或源高空平台包括数据处理装置。
本公开的另一方面提供一种通信系统。该通信系统包括调制解调器和相控阵天线系统。调制解调器被配置为接收通信信号，以及通过将通信信号与伪随机噪声扩频码相乘来修改通信信号。相控阵天线系统与调制解调器通信。相控阵天线系统包括相控阵天线系统和数据处理硬件。数据处理硬件被配置为执行操作。这些操作包括：识别用于与相控阵天线通信的目标平台；以及建立目标平台和相控阵天线之间的通信连接。操作还包括识别用于在目标平台和相控阵天线之间通信数据的可用通信信道。操作还包括通过可用通信信道从相控阵天线到目标平台传输修改的通信信号。修改的通信信号低于可用通信信道的热噪声被传输。目标平台和通信装置可以均为空中平台(例如，无人机)、陆地平台(例如，汽车、卡车、火车等)或水上平台(例如，船)。
操作可以进一步包括，在修改通信信号之前，生成通信信号。在一些示例中，操作包括，在修改通信信号之前，在数据处理硬件处接收通信信号。伪随机噪声扩频码可以将通信信号扩频128倍。其它扩频模式包括但不限于用于降低信噪比(SNR)至DVB-S2X(DVB-S2卫星数字广播标准的扩展)和RCS2(用于卫星(HLS)通信的更高层)的扩频模式。
在一些实施方式中，修改的通信信号通过Ku波段中的可用通信信道被传输。识别目标平台包括跟踪高空平台的全球位置以及确定高空平台的集合和用于在修改的通信信号的传输的通信时间从相控阵天线传输通信信号的可用通信信道。此外，识别目标平台可以包括从高空平台的集合中选择目标平台。
在一些示例中，识别目标平台包括：对存储在与数据处理硬件通信的存储器硬件中的数据源查询与相控阵天线通信的高空平台和用于在修改的通信信号的传输的通信时间从相控阵天线传输通信信号的可用通信信道。相控阵天线可包括布置在微带上的天线和连接到天线中的至少一个的移相器。
建立目标平台和相控阵天线之间的通信连接包括操纵相控阵天线的一个或多个阵列元件以移动相应的通信波束。在一些示例中，相控阵天线系统被设置在地面站或源高空平台上。
在附图和下面的描述中阐述了本公开的一个或多个实施方式的细节。其它方面、特征和优点将从描述和附图以及权利要求书中变得显而易见。
附图说明
图1A是示例性通信系统的示意图。
图1B是具有卫星和高空平台(HAP)的示例性全球规模的通信系统的示意图，其中卫星形成极地星座。
图1C是形成Walker星座的图1A中的示例性卫星组的示意图。
图2A和2B是示例HAP的透视图。
图3是示例卫星的透视图。
图4A和4B是用于在全球规模的通信系统中在第一用户和第二用户之间发送通信的HAP之间的示例性路径的示意图。
图5是用于在源和目的地之间通信的示例性的操作安排的示意图。
图6是执行本文所描述的任何系统或方法的示例计算装置的示意图。
各附图中的相似附图标记表示相似的元件。
具体实施方式
通信系统可以包括卫星和高空平台(HAP)。地面站可以传输通信到卫星，其转而将它传输到HAP。HAP可以发送或传输所接收的通信到一个或多个用户终端。也可能发生相反的情况，其中用户终端传输通信到HAP，HAP传输通信到卫星，并且卫星中继通信到地面站。每个卫星可以包括一个或多个转发器用于从地面站中继通信到(一个或多个)HAP，反之亦然。转发器具有可以被用于传输一个或多个通信的有限数目的带宽或信道。卫星通信可以包括电视广播、电话、无线电、互联网、数据和军事。因此，为了传输相当小的通信，例如，具有比转发器提供的小得多的数据速率(例如，10KB/秒)，在地面站或HAP的调制解调器可以在通过相控阵天线传输通信(例如，低于噪声阈值)之前使用直接序列扩频(DSSS)扩频较小的信号。此外，相控阵天线系统可以选择可使用的(即不正在被使用的)转发器的信道，以传输修改的扩频信号。然而，如果转发器不具有任何可用的信道，则发射器可以利用已经正在传输信号的信道，因为修改的扩频信号不干扰正在通过转发器信道被传输的任何信号。
参考图1A–1C，在一些实施方式中，全球规模的通信网络100包括一个或多个地面站110、一个或多个终端120、一个或多个高空平台(HAP)200和一个或多个卫星300。每个地面站110可以与一个或多个卫星300通信，每个卫星300可以与一个或多个HAP 200通信，并且每个HAP 200可以与一个或多个终端120、120a、120b通信。地面站110可以被连接到一个或多个服务提供商(未示出)，并且终端120可以是用户终端(例如，移动装置、住宅WiFi装置、家庭网络等)。地面站110可以是静止的平台、空中平台(例如，无人机)、陆地平台(例如，汽车、卡车、火车等)或水上平台(例如，船)。
在一些实施方式中，HAP 200是在高空(例如，17-22公里)运行的空中通信装置。HAP 200可以被释放到地球大气层中，例如，通过飞行器，或飞到所期望的高度。此外，HAP200可作为准静止飞行器运行。在一些示例中，HAP 200是飞行器200a，诸如无人驾驶飞行器(UAV)；而在其它示例中，HAP 200是通信气球200b。卫星300可以处于低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)或高地球轨道(HEO)，包括地球同步轨道(GEO)。
HAP 200可以沿路径、轨迹或者轨道202(也被称为平面，因为它们的轨道或轨迹可以大约形成几何平面)绕地球5移动。此外，一些HAP 200可以在相同或不同的轨道202内运行。例如，一些HAP 200可以在第一轨道202a中大约沿地球5的纬度(或在部分地由盛行风确定的轨迹中)移动，而其它HAP 200可以在第二轨道202b中沿不同的纬度或轨迹移动。HAP200可以被分组在几个绕地球5的不同的轨道202中和/或它们可以沿着其它路径202(例如，个体的路径)移动。类似地，卫星300可以沿不同的轨道302、302a-n移动。工作在一起的多个卫星300形成卫星星座。卫星星座内的卫星300可以以协调的方式运行，以在地面覆盖范围中重叠。在如图1B所示的示例中，通过让卫星300绕地球5的极地轨道运行，卫星300以极地星座运行；而在图1C所示的示例中，卫星300以Walker星座运行，其覆盖某些纬度以下的区域，并且就地面上的地面站110而言，同时提供更大数目的卫星300(导致更高的可用性、更少断开连接)。在一些示例中，在地球赤道的平面内的GEO轨道中的卫星300具有从地球5的中心测量的大约42,164公里或26,199英里的半径。
当建立全球通信网络100时，要考虑的困难之一是创建链路22，其允许例如美国的地面站110与日本的用户终端120通信。如果全球通信网络100包括HAP 200，则美国的地面站110可能没有与传输通信20到日本的用户终端120的HAP 200的直接视距。实现从与HAP200没有直接视距(例如，链路22)的地面站110的链路22的一种方法是使用卫星300，其与地面站110和HAP 200两者都有直接视距。因此，地面站110可以使用卫星300传输通信20到目的地终端120，例如，日本。卫星300的使用需要从卫星服务提供商购买或租用转发器312的带宽。
在一些示例中，卫星的转发器312通过一组上行链路频率从发射器(例如，一个或多个地面站110或一个或多个用户终端120)收集信号20，并且在一组不同的下行链路频率上重新传输信号20到接收器(例如，地球5上的一个或多个地面站110或一个或多个用户终端120)，而不改变(一个或多个)信号20的内容。在一些示例中，转发器312由一组卫星设备定义，其定义卫星容量的一个单位，通常为24兆赫(MHz)或36兆赫。因此，卫星的每个转发器312提供在通信服务提供商(例如，电视广播商，或虚拟网络运营商(VSAT)，或政府组织)之间划分的有限带宽。通信服务提供商可以从卫星服务提供商租用一个或多个卫星300的一个或多个转发器312，以广播它们的通信20。由于每个卫星300上可用的转发器312的有限数目，因此租用转发器312可能是极其昂贵的。当建立全球通信网络100时，最昂贵的考虑可能是带宽(即，信道)。由于此情况，服务可能是非常昂贵的，因为可以使用的信道的数目或带宽可能是有限的。因此，可能期望建立通信网络100，其允许通信服务提供商使用卫星300传输并接收通信20，同时维持从卫星服务提供商租用带宽的低成本。当通过卫星300和/或HAP200全球地或本地地从地面站110传输信号20到用户终端120时，直接序列扩频谱(DSSS)可以被实现为全球通信网络100的一部分(例如，调制解调器112)，以降低成本、功率密度以及提供安全通信。DSSS的使用允许通信服务提供商低于噪声水平传输信号20，而不干扰其它信号的传输，即，所传输的信号20可以和其它高于噪声水平被传输的信号共存。这允许全球通信网络100通过发送在噪声水平之内的信号或通信20(其通常不被用作通信)来增加带宽，由此导致全球通信网络100的低运营成本。
在一些实施方式中，地面站110是被配置为提供与一个或多个卫星300的额外行星通信的地面无线电台。在其它实施方式中，地面站110跨越陆地、空气或水移动。与卫星300通信的地面站110建立链路22。在一些示例中，如果地面站110正试图建立与卫星300(卫星300正相对于地面站110移动，或地面站110正相对于卫星300移动，或两者都相对于彼此移动)的链路22，则地面站110包括相控阵天线系统116(例如，跟踪天线)，以保持与卫星300的链路22。在其它示例中，当地面站110与卫星300(其具有相对于地面站110的固定位置)通信时，地面站110包括总是指向同一方向(即卫星300的方向)的相控阵天线117，以保持通信链路22。
地面站110可以是静止的或可移动的(例如，在船或移动物体上)。在一些示例中，地面站110包括数据处理装置，诸如调制解调器112、112g，其在发送通信20到卫星300之前处理所接收的通信20，或者处理所接收的来自卫星300的通信20。
直接序列扩频(DSSS)是电信中使用的扩频调制技术。扩频系统被配置为使用超出消息信号S1实际需要的带宽的带宽，传输包含通信20的修改的信号S3(图4A和图4B)，这导致宽带信号表现为噪声信号，其使所传输的修改的信号S3对有意和无意的干扰的产生更大的抵抗力。因此，相控阵天线系统116(在地面站110或HAP 200处)在接收到数据信号S1之后，低于热噪声传输修改的信号S3、20，其中修改的信号S3低于带宽的热噪声水平被传输。当发送修改的信号S3时，调制解调器112、112g将数据信号S1和唯一序列S2相乘，产生噪声信号，即，修改的信号S3。当接收到修改的信号S3时，在接收端的调制解调器112、112g通过将修改的信号S3与相同的唯一序列S2相乘来再生数据信号S1。
DSSS用被称为码片的连续的伪-噪声码符号串对信号波进行伪随机相移；每个码片的持续时间比信息比特短得多。换句话说，数据信号S1的每个信息比特由快得多的码片的序列S2调制。因此，芯片速率远高于信息信号比特速率。此外，DSSS使用信号结构，其中由发射器(即，地面站110或HAP 200)产生的码片序列被接收端(即，地面站110或HAP 200)获知。这允许在接收端使用相同的伪-噪声序列S2来抵消伪-噪声序列S2对所接收的修改的信号S3的影响，以便重建信息信号S1。
在一些实施方式中，地面站110的调制解调器112、112g是DSSS调制解调器。调制解调器112、112g(调制器-解调器)是调制信号的装置，以编码数字信息和解调信号以解码所传输的信息。调制解调器112、112g产生容易被传输和被解码的信号以再生原始数据。调制解调器112、112g从通信服务提供商接收通信信号S1，并生成修改的信号S3或通信20以传输。调制解调器112、112g选择窄带信道并且通过将通信信号S1与伪随机噪声扩频码S2相乘来扩频通信信号S1。例如，DSSS调制解调器112、112g接收通信信号S1并通过将通信信号S1与PN序列S2(伪随机噪声扩频码)相乘来将通信信号S1转换成修改的信号S3，其独立于数据信号S1；因此产生用于传输的修改的信号S3。在一些示例中，PN序列将信息信号S1扩频128倍，但对扩频的量没有限制。伪随机噪声扩频码S2可以被实施为前向纠错(FEC)编码、重复编码、跳频和/或自适应扩频。其它技术也是可能的。其它的扩频模式包括，但不限于，用于降低信噪比(SNR)至DVB-S2X(DVB-S2卫星数字广播标准的扩展)和RCS2(用于卫星(HLS)通信的更高层)的扩频模式。
为了重新得到原数据信号S1，接收器调制解调器(例如，在HAP200上的)解扩所传输的修改信号S3，即，将所传输的修改信号S3与相同的PN序列S2相乘。如果不同的PN序列被使用，则在接收端的调制解调器112、112g无法解扩或重新得到原始数据信号S1。类似地，当DSSS调制解调器112、112g接收修改的信号S3时，DSSS调制解调器112、112g将所接收的修改信号S3与被用在传输调制解调器处的PN序列S2相乘。换句话说，当DSSS调制解调器112、112g接收信息信号S1时，其扩频信息信号S1得到修改的信号S3；并且当DSSS调制解调器112、112g接收修改的信号S3时，DSSS调制解调器112、112g解扩修改的信号S3得到信息信号S1。当调制解调器112、112g扩频信息信号S1时，信息信号S1的能量被扩展在一组宽范围的频率/信道，其中每个频率/信道具有该能量的一部分。DSSS调制解调器112、112g将信息信号S1的带宽BWS1扩展到大得多的带宽BWSS，其中BWSS>>BWS1。SS信号频谱是类白噪声。SS信号的幅度和功率与信息信号S1相同。
零均值高斯白噪声(WGN)对所有频率具有相同的功率频谱密度。使用“白”是因为白光在电磁辐射的可见光波段内包含等量的所有频率。伪-随机噪声(PN)码序列表现地像类噪声，但却是确定性的载波，用于在带宽(例如，转发器312的带宽)上扩展信号的能量。良好PN码S2的选择是重要的，因为码的长度和类型设置调制解调器112、112g的能力的界限。在一些示例中，PN码S2是1和0的伪噪声或伪随机序列。然而，PN码不是真正的随机序列，因为它是周期性的。随机信号无法被预测。因此，所传输的修改的信号S3是安全的，具有低功率(因为信号的能量被扩展在转发器的信道上)，并且能够被传输到任何全球终端，因为通信系统正在使用现有设备110、200、300。
如先前所讨论的，卫星300可以是地球同步卫星，意思是卫星300每天返回到地球5上的相同的位置，或地球静止卫星，意思是从地球5上的观察者的角度看卫星300似乎处于天空中的固定位置。当地面站110与地球同步卫星通信时，地面站110的相控阵天线系统116、116g可以包括跟踪装置114、114g，用于跟踪在地面站的视野内的绕地球5轨道运行的移动的卫星300。跟踪装置114、114g可以是地面站110的相控阵天线系统116的一部分或与其分离，其中相控阵天线系统116、116g被设计成与一个或多个卫星300通信。
在一些实施方式中，相控阵天线系统116、116g包括宽带有源相控阵天线117、117g和数据处理硬件118、118g。相控阵天线系统116、116g提供快速波束操纵，快速波束操纵是生成同时波束并动态地调整波束图案的特性的能力。相控阵天线117、117g包括传输和/或接收无线电波的一组的个体天线。个体天线以这样的方式被连接在一起：每个天线的个体电流具有特定的幅度和相位关系，允许个体天线充当单个天线。馈送相控阵天线的天线的各个信号的相对相位以阵列的有效辐射图案在期望的方向被加强并且在不希望的方向被抑制的方式被设置。个体天线之间的相位关系可以是固定的(例如，塔式阵天线)，或可调整的(例如，波束操纵天线)。在一些示例中，相控阵天线117、117g包括布置在微带上的天线和连接到天线中的至少一个的移相器。此外，宽带有源相控阵天线117、117g允许消息带宽的传输，其消息带宽显著超过信道的相干带宽，即允许全球通信网络100低于热噪声水平传输。在一些示例中，有源相控阵天线117、117g在每个天线元件或元件组中并入具有相移的传输放大。
相控阵天线系统116、116g的数据处理硬件118、118g可以包括跟踪装置114、114g或可以与跟踪装置114、114g通信。相控阵天线系统116、116g的数据处理硬件118、118g被配置为识别用于与相控阵天线117、117g(例如，具有与相控阵天线117、117g的视距)通信的目标HAP 200或卫星300并且建立目标HAP 200或卫星300和地面站110之间的通信连接或链路22。此外，相控阵天线系统116、116g的数据处理硬件118、118g被配置为识别用于目标HAP200或卫星300和地面站110之间的通信数据的可用通信信道。此外，相控阵天线系统116、116g的数据处理硬件118、118g被配置为通过可用通信信道或链路22、从相控阵天线117、117g向目标HAP 200或卫星300传输(从调制解调器112、112g接收的)修改的通信信号。修改的通信信号S3低于可用通信信道的热噪声被传输。相控阵天线系统116、116g的数据处理硬件118、118g通过跟踪HAP 200或卫星300的全球位置和确定用于与相控阵天线117、117g通信的HAP 200或卫星300的集合来识别目标HAP 200或卫星300。另外，相控阵天线系统116、116g的数据处理硬件118、118g识别可用通信信道，该可用通信信道用于在修改的信号S3的传输的通信时间从相控阵天线117、117g传输修改的信号S3，并且从HAP 200或卫星300的集合中选择目标HAP 200或卫星300。或者，识别目标HAP 200或卫星300可以包括查询存储在与目标HAP 200或卫星300的数据处理硬件220通信的存储器硬件119、119g(例如，目标HAP200或卫星300与相控阵天线117、117g具有或不具有视距)的数据源(未示出)，以及查询用于在修改的通信S3的传输的通信时间从相控阵天线117、117g传输修改的信号S3的可用通信信道。
参考图2A和2B，在一些实施方式中，HAP 200、200a、200b包括天线210、210a、210b，其从用户终端120接收/传输通信20。HAP 200、200a、200b还包括相控阵天线系统116、116a、116b和调制解调器112、112a、112b，其类似于相对于地面站110所讨论的相控阵天线系统116g和调制解调器112g。相控阵天线系统116、116a、116b允许HAP 200和卫星300之间的通信。因此，阵天线系统116a、116b包括跟踪装置114a、114b、相控阵天线117、117a、117b和与地面站的数据处理硬件118g相同的数据处理硬件118、118a、118b。在一些示例中，并且如先前所讨论的，卫星300和/或HAP 200正在移动；因此，HAP 200的相控阵天线系统116、116a、116b需要跟踪一个或多个卫星300的位置，以保持HAP 200和卫星300之间的通信链路22。卫星300接收来自地面站110或HAP 200的相控阵天线系统116、116a、116b、116g的一个的通信，并且将其传送回地面站110或HAP 200的相控阵天线系统116、116a、116b、116g的另一个。HAP 200可以包括数据处理装置220，其处理所接收的通信20(即，修改的信号S3或从通信提供商或用户终端接收的信号)，并且确定到达目的地终端120(例如，用户终端)的通信20的路径。处理装置220可以包括调制解调器112、112a、220b。在一些实施方式中，地面上的用户终端120具有专门的天线，其向HAP200发送通信信号/从HAP 200接收通信信号。从用户终端120接收通信20的HAP 200发送通信20到一个或多个卫星300。HAP 200还包括用于接收和发送通信20到用户终端120的天线210。
图2A示出示例飞行器200a，诸如无人驾驶飞行器(UAV)。UAV，也称为无人机，是没有机载人类飞行员的飞行器。有两种类型的UAV：自主飞行器和远程驾驶飞行器。正如其名，自主飞行器被设计成自主飞行，而远程驾驶飞行器与驾驶飞行器的飞行员通信。在一些示例中，飞行器200a可以同时是远程驾驶和自主的。UAV通常包括：翼，其用来保持稳定；GPS系统，其用来引导UAV自主驾驶，和动力源(例如，内燃机或电池)，其用于维持长时间的飞行。在一些示例中，UAV被设计成最大化效率和降低飞行过程中的阻力。其它UAV的设计也可以被使用。
图2B示出了示例通信气球200b，其包括气球204(例如，尺寸约49英尺宽和39英尺高，并且充满氦气或氢气)、设备箱206和太阳能板208。设备箱206包括数据处理装置220，其执行算法以确定高空气球200a需要去哪里，然后每个高空气球200b移动到风在可以带高空气球200b去它应该去的地方的方向吹的风层。设备箱206还包括存储电力的电池和与其它装置(例如，其它HAP 200、卫星300、地面站110(诸如用户终端120)、地面上的互联网天线等等)通信的收发器(例如，天线210)。太阳能电池板208可以向设备箱206供电。
通信气球200b通常被释放到地球的平流层以达到11至23英里的高度，以及以与地面无线数据服务(诸如，3G或4G)可比的速度为直径为25英里的地面区域提供连接。通信气球200b浮在平流层中，在飞机和气象高度的两倍高度(例如，地球表面上方20公里)。高空气球200a由风携带围绕地球5移动，并且可以通过上升和下降到风在期望的方向移动的高度而被操控。平流层中的风通常稳定，并且以约5和20英里/每小时的速度缓慢移动，并且每一风层在方向和大小上变化。
参考图3，卫星300是被放入绕地球5的轨道302的对象，并且可以用于不同的目的，诸如军用或民用观测卫星、通信卫星、导航卫星、气象卫星和研究卫星。卫星300的轨道302部分地根据卫星300的目的而变化。卫星轨道302可以基于它们离地球30的表面的高度被分类为低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)和高地球轨道(HEO)。LEO是地心轨道(即，绕地球5轨道而行)，其高度范围从0到1,240英里。MEO也是地心轨道，其高度范围从1,200英里到22,236英里。HEO也是地心轨道并且具有高于22,236英里的高度。地球同步轨道(GEO)是HEO的特例。地球静止轨道(GSO，虽然有时也被称为GEO)是地球同步轨道的特例。放置在GEO轨道上的卫星300可以相对于地球5上的某个位置“静止”。因此，观看GEO轨道上的卫星300的地球5上的人会察觉到卫星300是不动的。因此，GEO轨道上的卫星300保持相对于地球上的一个位置的位置。因此，与GEO轨道上的卫星300通信的地面站110的天线116不需要随着其移动来跟踪卫星300，它仅需要指向在其相对于地面站110的静止位置处的卫星300的方向。
在一些实施方式中，卫星300包括具有有效载荷的卫星主体304，该有效载荷包括数据处理装置310，例如，类似于HAP 200的数据处理装置220。数据处理装置310执行算法以确定卫星300走向。卫星300还包括天线320用于接收和传输通信20。卫星300包括安装在卫星主体304上的太阳能电池板308用于给卫星300供电。在一些示例中，卫星300包括当太阳光没有到达时所使用的并且为太阳能电池板308充电的可充电电池。
在一些示例中，每个卫星300的有效载荷包括一个或多个转发器312。每个转发器312从地面站110接收通信20，对信号进行处理、编码、放大，以及在地球5的大面积表面上向一个或多个终端120重新广播信号。因此，转发器312是使用信号高功率放大链的信号处理单元。每个转发器312处理以特定频率为中心的特定频率范围(即，带宽或信道)。在一些示例中，每个卫星300包括至少一个转发器312(例如，60个或更多的转发器，每个转发器312能够传输多达10个数字电视信号)，每个转发器312能够支持一个或多个通信信道。
转发器312可以被用于广播电视信道。在一些示例中，在用户终端120接收的来自转发器312的通信20被编码，使得只有在用户终端120的付费的用户才能够接收通信20。在一些示例中，一个或多个卫星服务提供商拥有转发器312并出租转发器312的带宽或信道给通信服务提供商。通信服务提供商希望在地面站110向用户终端120传输通信20/从用户终端120接收通信20。
在一些示例中，转发器312在一组上行链路频率上从一个或多个地面站110收集信号并且在一组不同的下行链路频率上重新传输信号20到地球5上的接收器，而不改变(一个或多个)信号20的内容。在一些示例中，转发器312由一组卫星设备定义，其定义卫星容量的一个单位，通常为24兆赫或36兆赫。因此，卫星300的每个转发器312提供在通信服务提供商(例如，电视广播商，或虚拟网络运营商(VSAT)，或政府组织)之间被划分的有限带宽。通信服务提供商可以从卫星服务提供商租用一个或多个卫星300的一个或多个转发器312，以广播它们的通信20。由于每个卫星300上可用转发器312的有限数目，因此租用转发器312可能是极其昂贵的。当建立全球通信网络时，最昂贵的考虑是带宽(即，信道)。由于此情况，服务可能是非常昂贵的，因为可以使用的信道的数目或带宽是有限的。因此，可能期望建立通信网络100，其允许通信服务提供商使用卫星300传输并接收通信20，同时维持从卫星服务提供商租用带宽的低成本。因此，当通过卫星300和/或HAP 200全球地或本地地从地面站110传输信号20到用户终端120时，直接频谱调制解调器112被用在地面站110和HAP 200以降低成本、功率密度，并提供安全通信。
在一些实施方式中，卫星300包括跟踪、遥测、命令和测距(TT&R)，其提供在卫星300和地面设施(例如，地面站110或者HAP)之间的连接。TT&R确保卫星300建立通信或链路22以成功地接收/传输通信20。TT&R执行若干操作，包括，但不限于，通过收集、处理和传输数据，该数据从一个源(例如，地面站110)经过卫星300到目的地(例如，HAP 200)，或反之亦然，来监视卫星300的健康和状态。另一操作包括通过接收、处理和传输通信20来确定卫星的确切位置。TT&R的又一操作包括通过接收、处理和实施从地面站110传输的命令来适当地控制卫星300。在一些示例中，地面操作员控制卫星300；然而，操作员的这种干预只是极少的或者在紧急情况下，并且卫星300大都是自主的。
在一些示例中，卫星300包括电池以在卫星300的太阳能电池板208对太阳是隐藏(由于地球5、月亮，或任何其它对象)时操作卫星300。在一些示例中，卫星300还包括反应控制系统(RCS)，其使用推进器以调整卫星300的高度和平移，确保卫星300留在它的轨道202。RCS可以提供在一个或多个方向上的少量的推力和转矩以允许对卫星300旋转的控制(即，滚动、俯仰和偏航)。
参照回图1A，在一些实施方式中，当使用HAP和卫星300构建全球规模的通信网络100时，“弯管”架构被使用。弯管架构，如图1A所示，其中，卫星300从地面站110接收通信20，并在这种情况下通过HAP 200将通信20发送到用户终端120。另一个示例是其中卫星300通过HAP 200从终端120接收通信20并将通信20发送到地面站110。卫星300接收到通信20并将通信20传送到其目的地，像个弯管。在这种情况下，卫星300作为中继器并且没有卫星300到卫星300的通信发生，即，在将通信20传输到其目的地之前，卫星300不将通信20传递到另一个卫星300。
参照回图1B，在一些实施方式中，有时期望通过链接HAP 200到卫星300和/或链接一个HAP 200到另一个来通过全球通信网络100远距离路由流量。例如，两个卫星300可以经由装置间链路通信，并且两个HAP 200可经由装置间的链路通信。装置间链路(IDL)消除或减少HAP 200或卫星300与地面站110跳动的数目，这降低延迟和增加总体网络能力。装置间链路允许通信流量从覆盖特定区域的一个HAP 200或卫星300无缝地被切换到覆盖同一区域的另一个HAP 200或卫星300，其中第一HAP 200或卫星300正在离开第一区域，并且第二HAP 200或卫星300正在进入该区域。这样的装置间链路是有用的，以提供通信服务到远离地面站110和终端120的区域，并且还可以减少延迟和提高安全性(光纤电缆12可能会被拦截并且通过电缆的数据可能被重新得到)。因此，当使用IDL时，传输链中的第一装置(例如，调制通信信号S1，即，将其与序列S2相乘)和传输链中的最后一个装置(例如，接收修改的信号S3的HAP 200)在传输通信数据S1到用户终端120之前解扩修改的信号S3。
IDL模型的使用与“弯管”模型不同，其中所有的信号流量从源地面站110上行到卫星300，然后直接下行到目的地，例如，用户终端120，或者反之亦然。“弯管”模型不包括任何装置间的通信。反而，卫星300充当中继器。在“弯管”模型的一些示例中，由卫星300接收的信号在其被重新传输之前被放大。然而，没有发生信号处理。在“弯管”模型的其它示例中，部分或全部的信号可以被处理和解码，以允许路由到不同波束、误差校正或服务质量控制中的一个或多个；然而没有装置间的通信发生。
在一些实施方式中，大规模通信星座100在多个轨道202、302，和每个轨道202、302的HAP 200或卫星300的数目的方面被描述。在相同的轨道202、302内的HAP 200或卫星300相对于它们的轨道内的HAP 200或卫星300的邻居保持在相同的位置。然而，HAP 200或卫星300相对于在相邻轨道202、302的邻居的位置可能会随着时间的推移发生变化。例如，在具有近极地轨道的大规模卫星星座中，相同的轨道202(其在给定时间点大致对应于特定的纬度)内的卫星300相对于它们轨道内的邻居(即，前向和后向的卫星300)保持大致恒定的位置，但是它们相对于相邻轨道302的邻居的位置随时间变化。类似的概念适用于HAP 200；然而，HAP 200绕地球5沿着横向平面移动并且相对于邻居HAP 200大致保持恒定的位置。
在传输之前使用DSSS调制解调器112来扩频通信信号S1的优点之一是地面站110或HAP 200不需要大的天线117，这导致天线117的功耗的减少、天线117的尺寸和地面站110和HAP 200的有效载荷的重量的减少、地面站110和HAP 200的更简化的机械设计。
如先前所描述的，通信服务提供商可以租用信道用于经由转发器传输信号。可供租用的带宽可能是36兆赫或24兆赫。然而，通信服务提供商可能仅需要相对较小的带宽以传输他/她的通信20(例如，10千比特/每秒)。在这种情况下，租用36兆赫或24兆赫可能是非常昂贵的，因为仅需要10千比特/每秒，因此为了仅使用可用带宽的一小部分而租用提供36兆赫或24兆赫的转发器312是浪费的。在任何给定时间，在卫星300上，不是所有的转发器312都在被使用。对于每个转发器312，它的可用信道的一小部分在给定时间可能在使用中。另外，每个转发器312的信道的这种使用可以在任何给定时间改变。为了节省运行成本，系统利用DSSS调制解调器112并低于正在被使用的信道噪声水平传输，并且在必要时能够跳到未被使用的信道，允许信号在噪声范围内与其它信号一起传输，而不在信号之间产生干扰。
在这样的情况下，通信服务提供商和卫星服务提供商可以商定通信服务提供商通过卫星上的转发器312的方式来发送上述噪声信号，而不租用转发器312的整个带宽并且仅租用所需要的带宽。这显著减少发送通信20(其所需带宽比转发器312的可用带宽相对较小，不必租用转发器312的整个带宽)的运行成本。此外，为了增加防止干扰的机会，相控阵天线系统116可以通过移动噪声信号的中心到任何可用的未使用的信道来确定哪些信道是可用的并将噪声信号跳频到可用的信道，这进一步地最小化干扰。
确定通信20的路径所使用的算法(例如，在数据处理装置220处)可包括用于分配得分或权重值给每个链路(地面站110、HAP 200和/或卫星300之间的通信)的得分函数。这些得分在使用的算法中被考虑。例如，算法可以尝试最小化路径的累计权重(即，构成路径的所有链路的权重之和)。在一些实施方式中，系统数据处理器考虑以下因素：地面站110、HAP 200和/或卫星300之间的物理距离(以及密切相关的延迟)；相比于地面站110、HAP 200和/或卫星300之间的链路的容量的当前链路负载；地面站110、HAP 200和/或卫星300的健康或它的运行状态(活跃或不活跃，其中活跃指示装置是运行的和健康的，而不活跃指示装置是不运行的)；地面站110、HAP 200和/或卫星300的电池(例如，装置的电力将支撑多久)；和在用户终端(用于用户终端到卫星的链路)的信号强度。
图4A-B示出用于源和目的地之间通信的操作的安排。图4A示出源为地面站110和目的地为用户终端120，其中通信20从地面站110行进到卫星300，接着到HAP 200，最后到用户终端120。图4B示出图4A中相同的元件。然而，在图4B中通信20的源是用户终端120，其在到达目的地地面站110之前行进到HAP 200，然后到卫星300。在一些示例中，图4A和4B的通信20同时发生，因为地面站110和HAP200两者都包括：调制解调器112，其应用伪随机码S2；以及天线系统116，其包括相控阵天线117和数据处理硬件118。在一些示例中，数据处理硬件118还可以指跟踪装置114或调制解调器112。伪随机码S2可以被实施为前向纠错(FEC)编码、重复编码、跳频和/或自适应扩频。其它技术也是可能的。
图5示出用于修改通信信号S1以用于从源(例如，地面站110或HAP 200)到目的地(例如，地面站110或HAP 200)的传输的方法500。在框502，方法500包括由数据处理硬件118识别目标平台(例如，HAP 200或目标卫星300)，用于与通信装置(例如，地面站110或HAP200的相控阵天线117)的通信。在一些示例中，目标平台200、300具有与通信装置117的视距；而在其它示例中，目标平台200、300不具有与通信装置117的视距。在一些示例中，通信网络100仅包括地面站110和HAP 200，因此，HAP 200可以充当卫星300，并且将通信20中继到另一目的地或另一HAP 200。在框504处，方法500包括建立目标卫星300(或HAP 200)和通信装置117之间的通信连接，并且在框506，识别可用通信信道用于目标卫星300(或HAP200)和通信装置117之间通信数据(即，修改的信号S3)。在框508处，方法500还包括通过将通信信号S1与伪随机噪声扩频码S2相乘来修改通信信号S1从而导致修改的信号S3。在框510处，方法500还包括使得修改的通信信号S3通过可用通信信道从通信装置117传输到目标卫星300(或HAP 200)。在一些示例中，修改的通信信号S3可以低于可用通信信道的热噪声被传输。在其它示例中，修改的通信信号S3处于、接近或高于可用通信信道的热噪声被传输。
在一些实施方式中，方法500还包括在修改通信信号S1之前，在从通信服务提供商接收数据之后，由调制解调器112生成通信信号S1。伪随机噪声扩频码S2可以将通信信号S1扩频128倍。在一些示例中，修改的通信信号S3是通过在Ku波段中的可用通信信道被传输。Ku波段是在微波的频率范围内的电磁波谱的12-18千兆赫的部分。Ku波段主要用于卫星通信，大多是固定的和广播服务。其它波段也是可能的。
在一些实施方式中，在框502处，识别目标卫星300(或HAP 200)包括：由数据处理硬件(例如，跟踪装置114)跟踪卫星300(或者HAP 200)的全球位置；以及由数据处理硬件(例如，天线系统116)确定卫星300(或者HAP 200)的集合，用于与相控阵天线117的通信，以及可用通信信道，用于将通信信号S1修改为通信信号S3之后，在修改的通信信号S3的传输的通信时间，从通信装置(即，地面站110或HAP 200)，传输通信信号S1。在框502处，识别目标卫星300还可以包括由数据处理硬件(例如，天线系统116)从卫星300(或者HAP 200)的集合中选择目标卫星300(或HAP 200)。
在一些示例中，识别目标卫星300包括：查询存储在与数据处理硬件(即，天线系统116)通信的存储器硬件中的数据源，并且数据源的查询是为了确定用于与通信装置110、200通信的高空平台200或卫星300(例如，用于具有与通信装置110、200的视距的高空平台200或卫星300)和用于在修改的通信信号S3的传输的通信时间从通信装置110、200传输通信信号(即，修改的信号S3)的可用通信信道。
在一些示例中，在目标卫星300和通信装置110、200之间建立通信连接包括操纵相控阵天线117的一个或多个阵列元件以移动相应的通信波束。在一些示例中，地面站110或源高空平台200包括数据处理装置118。
图6是可以用于实施在本文中描述的系统和方法的示例计算装置600的示意图。计算装置600旨在表示各种形式的数字计算机，诸如膝上型计算机、台式机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机和其它适当的计算机。这里示出的组件，其连接和关系以及它们的功能仅仅意在是示例性的，并且不意在限制在本文中描述和/或要求保护的发明的实施方式。
计算装置600包括处理器610、存储器620、存储装置630、连接到存储器620和高速扩展端口650的高速接口/控制器640，以及连接到低速总线670和存储装置630的低速接口/控制器660。组件610、620、630、640、650和660的每一个使用各种总线互连，并且可以安装在公共主板上或以其它适当的方式安装。处理器610可以处理用于在计算装置600内执行的指令，包括存储在存储器620中或存储装置630上的指令以在外部输入/输出装置(诸如耦合到高速接口640的显示器680)上显示用于在图形用户界面(GUI)的图形信息。在其它实施方式中，多个处理器和/或多个总线在适当时可与多个存储器和存储器类型一起使用。而且，多个计算装置600可以被连接，其中每一个装置提供部分必需操作(例如，作为服务器阵列，刀片服务器组或多处理器系统)。
存储器620非暂时性地将信息存储在计算装置600内。存储器620可以是计算机可读介质、(一个或多个)易失性存储器单元或(一个或多个)非易失性存储器单元。非暂时性存储器620可以是用于在临时或永久的基础上存储由计算装置600使用的程序(例如，指令序列)或数据(例如，程序状态信息)的物理装置。非易失性存储器的示例包括，但不限于，闪速存储器和只读存储器(ROM)/可编程只读存储器(PROM)/可擦除可编程只读存储器(EPROM)/电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)(例如，通常用于固件，诸如引导程序)。易失性存储器的示例包括，但不限于，随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、相变存储器(PCM)以及磁盘或磁带。
存储装置630能够为计算装置600提供大容量存储。在一些实施方式中，存储装置630是计算机可读介质。在各种不同实施方式中，存储装置630可以是软盘装置、硬盘装置、光盘装置或磁带装置、闪存或其它相似的固态存储器装置或装置阵列，包括在存储区域网络或其它配置中的装置。在附加的实施方式中，计算机程序产品有形地体现在信息载体中。计算机程序产品包括指令，当指令被执行时，其执行一个或多个诸如上文描述的那些方法。信息载体是计算机或机器可读介质，诸如存储器620、存储装置630或处理器610上的存储器。
高速控制器640管理用于计算装置600的带宽密集型操作，而低速控制器660管理较低带宽密集型操作。这样的职责分配仅是示例性的。在一些实施方式中，高速控制器640被耦合到存储器620、显示器680(例如，通过图形处理器或加速器)和可以接受各种扩展卡(未示出)的高速扩展端口650。在一些实施方式中，低速控制器660被耦合到存储装置630和低速扩展端口670。低速扩展端口670，其可以包括各种通信端口(例如，USB、蓝牙、以太网、无线以太网)，可以被耦合到一个或多个输入/输出装置，诸如键盘、指点装置、扫描仪或例如通过网络适配器耦合到网络装置(诸如交换机或路由器)。
计算装置600如图中所示可以以多种不同的形式被实施。例如，它可以被实施为标准服务器600a或多次实施在这样的服务器600a组中，作为膝上型计算机600b，或为机架服务器系统600c的一部分。
这里所描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)、计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中被实现。这些各种实施方式可以包括一个或多个计算机程序中的实施，所述计算机程序在可编程系统上是可执行的和/或可解释的，可编程系统包括至少一个可编程处理器，其可以是专用或通用的目的，被耦合以从存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令，以及向其传输数据和指令。
这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，和可以以高级程序和/或面向对象的编程语言，和/或以汇编/机器语言来实施。如本文中所使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”是指任何计算机程序产品、设备和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑器件(PLDs))，用于提供机器指令和/或数据给可编程处理器，包括接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于提供机器指令和/或数据给可编程处理器的任何信号。
在本说明书中描述的主题和功能操作的实施方式可以在数字电子电路中，或者在计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构及它们的结构等同物)或它们的一个或多个的组合中实施。此外，在本说明书中描述的主题可以被实施为一个或多个计算机程序产品，即编码在计算机可读介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理装置执行或控制它的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储基片、存储器装置、影响机器可读传播信号的物质组合物或它们的一种或多种的组合。术语“数据处理装置”、“计算装置”和“计算处理器”涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件，装置可以包括创建用于所讨论的计算机程序的执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们的一种或更多的组合的代码。传播信号是人工生成的信号，例如，机器生成的电、光或电磁信号，其被生成以编码用于传输到适当接收器设备的信息。
计算机程序(也被称为应用、程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且它可以以任何形式(包括作为单机程序或作为模块、组件、子程序或适合于在计算环境中使用的其它单元)被部署。计算机程序并不一定对应于文件系统中的文件。可以将程序存储在保持其它程序或数据的文件的一部分(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)中，存储在专用于所讨论的程序的个体文件中，或者存储在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署为在一台计算机上或者在位于一个地点或跨多个地点分布并且由通信网络互连的多台计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流可以由一个或多个可编程处理器(其执行一个或多个计算机程序以通过操作输入数据并生成输出来执行功能)执行。过程和逻辑流还可以通过专用逻辑电路执行并且设备也可以被实施为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路应用)，或特别设计以承受空间的高辐射环境(称为“辐射硬化”或“抗辐射”)的ASIC。
适合于计算机程序执行的处理器包括例如通用和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般地，处理器将接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和一个或多个用于存储指令和数据的存储器装置。一般地，计算机还将包括，或者可操作地被耦合以接收来自一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)的数据，或传输数据到该大容量存储装置，或两者。然而，计算机不需要有这样的装置。此外，计算机能够被嵌入到另一装置(例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频播放器、全球定位系统(GPS)接收器，等等)中。适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置，包括例如半导体存储器装置(例如EPROM，EEPROM和闪速存储器装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动盘)；磁光盘；以及CDROM和DVD-ROM光盘。处理器和存储器可以被专用逻辑电路补充，或并入在专用逻辑电路中。
本公开的一个或多个方面可以在计算系统中被实施，该计算系统包括后端组件(例如，作为数据服务器)，或者包括中间件组件(例如，应用服务器)，或者包括前端组件(例如，具有图形用户界面或Web浏览器(通过其用户可以与本说明书中描述的主题的实施方式互动)的客户端电脑)，或者一个或多个这样的后端、中间件或前端组件的任何组合。系统的组件可以通过任何形式或数字数据通信媒介(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、网间网络(例如，互联网)和点对点网络(例如，ad hoc点对点网络)。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远程，并且通常通过通信网络交互。客户端和服务器的关系借助于在相应计算机上运行且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序产生。在一些实施方式中，服务器传输数据(例如，HTML页面)到客户端装置(例如，用于显示数据给与客户端装置进行交互的用户和从其接收用户输入)。在客户端装置处生成的数据(例如，用户交互的结果)可以从服务器处的客户端装置来接收。
虽然本说明书包括许多细节，但是这些不应被解释为对本公开的范围或所要求保护的限制，而是作为对特定于本发明的特定实施方式的特征的描述。在本说明书中的在单独实施方式的场境中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合地实施。相反，在单个实施方式的场境中描述的各种特征也可以在多个实施方式中分开地或以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可以在上面被描述为以特定组合起作用并且甚至最初要求保护如此，但来自要求保护的组合的一个或多个特征可以在某些情况下从该组合中被去除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。
类似地，虽然操作在附图中以特定的次序被描绘，但是这不应被理解为要求这样的操作以所示的特定次序或以顺序的次序被执行，或者要求所有示出的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应被理解为要求所有的实施例有这样的分离，并且应当理解所描述的程序组件和系统一般可以一起被集成在单个软件产品或被封装进多个软件产品。
多个实施方式已经被描述。然而，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，其它实施方式在以下权利要求的范围之内。例如，权利要求中记载的动作可以以不同次序被执行并且仍然实现期望的结果。

Claims (20)

1.一种方法(500)，包括：
由数据处理硬件(118、118a、118b、118g)识别用于与通信装置(110、200)通信的目标平台(200、300)；
建立所述目标平台(200、300)和所述通信装置(110、200)之间的通信连接；
由所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)识别用于在所述目标平台(200、300)和所述通信装置(110、200)之间通信数据的可用通信信道(22)；
由所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)通过将通信信号(S1)与伪随机噪声扩频码(S2)相乘来修改所述通信信号(S1)；以及
由所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)通过所述可用通信信道(22)使得所修改的通信信号(S3)从所述通信装置(110、200)传输到所述目标平台(200、300)，所修改的通信信号(S3)低于所述可用通信信道(22)的热噪声被传输。
2.根据权利要求1所述的方法(500)，进一步包括在修改所述通信信号(S1)之前，由所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)生成所述通信信号(S1)。
3.根据权利要求1所述的方法(500)，进一步包括在修改所述通信信号(S1)之前，在所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)处接收所述通信信号(S1)。
4.根据权利要求1–3中的任何一个所述的方法(500)，其中，所述伪随机噪声扩频码(S2)将所述通信信号(S1)扩频128倍。
5.根据权利要求1–4中的任何一个所述的方法(500)，其中，所修改的通信信号(S3)通过在Ku波段中的所述可用通信信道(22)被传输。
6.根据权利要求1–5中的任何一个所述的方法(500)，其中，识别所述目标平台(200、300)包括：
由所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)跟踪高空平台(200、300)的全球位置；
由所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)确定高空平台(200、300)的集合和可用通信信道(22)，所述可用通信信道(22)用于在所修改的通信信号(S3)的所述传输的通信时间从所述通信装置(110、200)传输所述通信信号(S1)；以及
由所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)从所述高空平台(200、300)的集合选择所述目标平台(200、300)。
7.根据权利要求1–6中的任何一个所述的方法(500)，其中，识别所述目标平台(200、300)包括对存储在与所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)通信的存储器硬件(119、119a、119b、119g)中的数据源查询用于与所述通信装置(110、200)通信的高空平台和用于在所修改的通信信号(S3)的所述传输的通信时间从所述通信装置(110、200)传输所述通信信号(S1)的可用通信信道(22)。
8.根据权利要求1–7中的任何一个所述的方法(500)，其中，所述通信装置(110、200)包括相控阵天线(117、117a、117b、117g)。
9.根据权利要求8所述的方法(500)，其中，建立所述目标平台(200、300)和所述通信装置(110、200)之间的所述通信连接包括操纵所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)的一个或多个阵列元件以移动相应的通信波束。
10.根据权利要求1–9中的任何一个所述的方法(500)，其中，地面站(110)或源高空平台(200、200a、200b)包括所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)。
11.一种通信系统(110、200)，包括：
调制解调器(112、112a、112b、112g)，所述调制解调器(112、112a、112b、112g)被配置成：
接收通信信号(S1)；以及
通过将所述通信信号(S1)与伪随机噪声扩频码(S2)相乘来修改所述通信信号(S1)；以及
与所述调制解调器(112、112a、112b、112g)通信的相控阵天线系统(116、116a、116b、116g)，所述相控阵天线系统(116、116a、116b、116g)包括：
相控阵天线(117、117a、117b、117g)；以及
数据处理硬件(118、118a、118b、118g)，所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)被配置成执行包括以下的操作：
识别用于与所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)通信的目标平台(200、300)；
建立所述目标平台(200、300)和所述通信系统(110、200)之间的通信连接；
识别用于在所述目标平台(200、300)和所述通信系统(110、200)之间通信数据的可用通信信道(22)；以及
通过所述可用通信信道(22)将所修改的通信信号(S3)从所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)传输到所述目标平台(200、300)，所修改的通信信号(S3)低于可用通信信道(22)的热噪声被传输。
12.根据权利要求11所述的通信系统(110、200)，其中，所述操作还包括：在修改所述通信信号(S1)之前，生成所述通信信号(S1)。
13.根据权利要求11所述的通信系统(110、200)，其中，所述操作还包括：在修改所述通信信号(S1)之前，接收所述通信信号(S1)。
14.根据权利要求11–13中的任何一个所述的通信系统(110、200)，其中，所述伪随机噪声扩频码(S2)将所述通信信号(S1)扩频128倍。
15.根据权利要求11–14中的任何一个所述的通信系统(110、200)，其中，所修改的通信信号(S3)通过在Ku波段中的所述可用通信信道(22)被传输。
16.根据权利要求11–15中的任何一个所述的通信系统(110、200)，其中，识别所述目标平台(200、300)包括：
跟踪高空平台(200、300)的全球位置；
确定高空平台(200、300)的集合和用于在所修改的通信信号(S3)的所述传输的通信时间从所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)传输所述通信信号(S1)的可用通信信道(22)；以及
从所述高空平台(200、300)的集合选择所述目标平台(200、300)。
17.根据权利要求11–16中的任何一个所述的通信系统(110、200)，其中，识别所述目标平台(200、300)包括对存储在与所述数据处理硬件(118、118a、118b、118g)通信的存储器硬件(119、119a、119b、119g)中的数据源查询用于与所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)通信的高空平台(200、300)和用于在所修改的通信信号(S3)的所述传输的通信时间从所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)传输所述通信信号(S1)的可用通信信道(22)。
18.根据权利要求11–17中的任何一个所述的通信系统(110、200)，其中，所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)包括：
布置在微带上的天线；以及
连接到所述天线的至少一个天线的移相器。
19.根据权利要求11–18中的任何一个所述的通信系统(110、200)，其中，建立所述目标平台(200、300)和所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)之间的所述通信连接包括操纵所述相控阵天线(117、117a、117b、117g)的一个或多个阵列元件以移动相应的通信波束。
20.根据权利要求11–19中的任何一个所述的通信系统(110、200)，其中，所述相控阵天线系统(116、116a、116b、116g)被布置在地面站(110)或源高空平台(200)上。
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