CN109039433A - 一种高通量卫星的接入载荷系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，其包括宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统、动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统和管理控制子系统，其中低复杂度的宽波束信令发射子系统和宽波束信令接收子系统分别用于实时播发和实时接收卫星星下点整个服务区的低速信令信号，且其中动态指向窄波束发射子系统和动态指向窄波束接收子系统分别用于播发和接收卫星星下点范围内系统指定区域内的高速数据信号。本申请降低接入载荷系统的实现复杂度，实现轻量化、低功耗的高通量卫星载荷，降低对卫星平台的要求实现卫星轻量化设计，降低卫星系统的研制和发射成本，可以给高通量卫星系统的建设带来显著的经济效益。

Description

一种高通量卫星的接入载荷系统
技术领域
本申请属于卫星通信载荷技术领域，具体涉及一种高通量卫星的接入载荷系统。
背景技术
高通量卫星是指高吞吐量的通信卫星，单颗星容量可达几十Gbps到上百Gbps，多运行在地球静止同步轨道，可采用Ka频段或Ku频段。
随着卫星技术、电子技术和新材料技术的迅猛发展，全球卫星互联网信息网络在民用、商业领域的建设和应用快速发展，欧美国家纷纷提出高通量的卫星计划，典型代表如OneWeb、SpaceX和LeoSat等。OneWeb系统计划部署720颗低轨卫星组网，分布于18个轨道面，轨道高度1200km，采用Ku频段用户链路，单星传输能力大于8Gbps，用户接入速率可达50Mbps。美国SpaceX公司提出了Starlink互联网卫星计划，计划部署总计11943颗卫星，包括4425颗卫星分布在1100km高度轨道，工作在Ku、Ka频段的LEO星座；7518颗分布在340km高度轨道，工作在V频段的VLEO星座。卫星设计重量约386Kg，工作寿命5-7年，单星通信容量约20Gbps，单用户最大通信速率1Gbps。美国LeoSat公司提出了一个基于激光星间链路的宽带卫星通信系统，目前处于方案设计阶段。该系统由覆盖全球的78颗低轨卫星组成，每颗卫星搭载4台激光星间链路，星间通信速率达到5.2Gbps，采用星上处理转发体制，实现“空间路由器”功能，为用户提供高吞吐量、低时延和安全通信服务，而无需借助地面网络。
高通量卫星的接入载荷系统是高通量卫星的主载荷，高通量卫星的接入载荷系统功能配置、复杂度和性能将直接决定卫星的复杂度和系统的性能，高通量卫星的接入载荷系统的设计是高通量卫星系统设计的关键项目。
从某种角度上讲，一个国家的卫星通信星载载荷技术发展水平也代表其卫星通信的科技实力。为此，本领域迫切需要开发一种低实现复杂度、轻量化和低功耗的高通量卫星的接入载荷系统。
发明内容
本申请之目的在于提供一种低实现复杂度、轻量化和低功耗的高通量卫星的接入载荷系统，从而解决上述现有技术中的技术问题。具体来说，本申请的高通量卫星的接入载荷系统方案包括宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统、动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统和管理控制子系统，其中低复杂度的宽波束信令发射子系统和宽波束信令接收子系统分别用于实时播发和实时接收卫星星下点整个服务区的低速信令信号，且其中动态指向窄波束发射子系统和动态指向窄波束接收子系统分别用于播发和接收卫星星下点范围内系统指定区域内的高速数据信号。
为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案。
在第一方面中，本申请提供一种高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，其包括宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统、动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统和管理控制子系统；
其中，所述宽波束信令发射子系统用于实时播发卫星星下点整个服务区的低速信令信号；
其中，所述宽波束信令接收子系统用于实时接收卫星星下点整个服务区的低速信令信号；
其中，所述动态指向窄波束发射子系统用于播发卫星星下点范围内管理控制子系统指定区域内的高速数据信号；
其中，所述动态指向窄波束接收子系统用于接收卫星星下点范围内管理控制子系统指定区域内的高速数据信号；
其中，所述管理控制子系统用于协调管理与控制宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统、动态指向窄波束发射子系统、或动态指向窄波束接收子系统，实现信令引导业务数据的功能。
在一种具体实施方式中，由管理控制子系统来实现管理和控制指定区域内的高速数据信号，目标是实现指向地面用户所在区域。
在第一方面的一种实施方式中，所述宽波束信令发射子系统包括宽波束发射天线模块、射频通道模块和信令发射转发器模块。
在第一方面的一种实施方式中，所述宽波束信令发射子系统采用一个或多个波束、透明转发器或星上处理转发器来实时播发卫星星下点整个服务区的低速信令信号。
在第一方面的一种实施方式中，所述宽波束信令接收子系统包括宽波束接收天线模块、射频通道模块和信令接收转发器模块。
在第一方面的一种实施方式中，所述宽波束信令接收子系统采用一个或多个波束、采用透明转发器或星上处理转发器来实时接收卫星星下点整个服务区的低速信令信号。
在第一方面的一种实施方式中，所述动态指向窄波束发射子系统包括动态指向窄波束发射天线模块、射频通道模块、和高速发射转发器模块。
在第一方面的一种实施方式中，所述动态指向窄波束发射子系统采用一个或多个波束、采用透明转发器或星上处理转发器来播发卫星星下点范围内系统动态指定区域内的高速数据信号。
在第一方面的一种实施方式中，所述动态指向窄波束接收子系统包括动态指向窄波束接收天线模块、射频通道模块、高速接收转发器模块。
在第一方面的一种实施方式中，所述动态指向窄波束接收子系统采用一个或多个波束、采用透明转发器或星上处理转发器来接收卫星星下点范围内系统动态指定区域内的高速数据信号。
在第一方面的一种实施方式中，所述管理控制子系统首先通过宽波束信令发射子系统和宽波束信令接收子系统建立信令双向连接，然后在信令双向连接的基础上通过动态指向窄波束发射子系统和动态指向窄波束接收子系统实现高速数据双向收发。
常规的高通量卫星一般采用大量的波束(几十到几百个)的窄波束收发子系统实现，系统与常规的高通量卫星的接入载荷系统相比，本申请的高通量卫星的接入载荷系统方案，增加了低复杂度的宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统和管理控制子系统，使用少量(一个或若干个)波束的动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统，将大大降低接入载荷系统的实现复杂度，实现轻量化、低功耗的高通量卫星载荷，降低对卫星平台的要求实现卫星轻量化设计，降低卫星系统的研制和发射成本，可以给高通量卫星系统的建设带来显著的经济效益。
附图说明
图1为本申请高通量卫星的接入载荷系统的组成框图。
具体实施方式
下面将结合附图以及本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。
术语定义
如本文所使用，术语“宽波束”具有本领域所通常理解的含义。在一种具体实施方式中，宽波束需要覆盖整个卫星覆盖区域，具体波束宽度根据轨道高度不同而不同。
如本文所使用，术语“窄波束”具有本领域所通常理解的含义。在一种具体实施方式中，窄波束波束宽度只能覆盖卫星覆盖区域的一部分，具体波束宽度根据轨道高度不同而不同。
如本文所使用，术语“高速数据”和术语“低速信令”具有本领域所通常理解的含义。在一种具体实施方式中，高速数据和低速信令之间有一定的倍数关系，一般高速数据是低速信令数据的10倍以上。
在一种具体实施方式中，本申请提供一种高通量卫星的接入载荷系统，系统组成包括宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统、动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统和管理控制子系统。所述宽波束信令发射子系统用于实现对卫星星下点整个服务区的低速信令信号的实时播发；所述宽波束信令接收子系统用于实现对卫星星下点整个服务区的低速信令信号的实时接收；所述动态指向窄波束发射子系统用于实现对卫星星下点范围内系统指定区域内的高速数据信号的播发；所述动态指向窄波束接收子系统用于实现对卫星星下点范围内系统指定区域内的高速数据信号的接收；所述管理控制子系统实现各子系统的协调管理与控制，实现信令引导业务数据的功能。
在本申请的一种实施方式中，宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统、动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统和管理控制子系统组成一个有机的整体；由管理控制子系统完成管理与协调各个子系统的功能，首先通过宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统在星下点整个区域内与地面终端用户建立信令双向连接，再通过动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统来播发和接收高速数据信号，从而实现高速数据双向收发。
图1是本申请高通量卫星的接入载荷系统10的组成框图。在图1中，高通量卫星的接入载荷系统10包括宽波束信令发射子系统11、宽波束信令接收子系统12、动态指向窄波束发射子系统13、动态指向窄波束接收子系统14、以及管理控制子系统15。
宽波束信令发射子系统11可采用一个或若干个波束、采用透明转发器或星上处理转发器实现对卫星星下点整个服务区的低速信令信号的实时播发。宽波束信令接收子系统12可采用一个或若干个波束、采用透明转发器或星上处理转发器实现对卫星星下点整个服务区的低速信令信号的实时接收。动态指向窄波束发射子系统13可采用一个或若干个波束、采用透明转发器或星上处理转发器实现对卫星星下点范围内系统指定区域内的高速数据信号的播发。动态指向窄波束接收子系统14可采用一个或多个波束、采用透明转发器或星上处理转发器实现对卫星星下点范围内系统指定区域内的高速数据信号的接收。管理控制子系统15实现各子系统的协调管理与控制，首先通过宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统建立信令双向连接，在信令连接的基础上通过动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统实现高速数据双向收发。
本申请相比传统的高通量卫星的接入载荷系统具有以下特点：
(1)增加了低复杂度的宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统和管理控制子系统；
(2)使用少量的动态指向窄波束，实现业务数据发射子系统和业务数据接收子系统，使系统整体复杂度、研制成本降低。
总之，采用本申请实现高通量卫星的接入载荷系统，系统实现设备组成简单，开发快速、有效，开发成本低、风险小。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (10)

1.一种高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，其包括宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统、动态指向窄波束发射子系统、动态指向窄波束接收子系统和管理控制子系统；
其中，所述宽波束信令发射子系统用于实时播发卫星星下点整个服务区的低速信令信号；
其中，所述宽波束信令接收子系统用于实时接收卫星星下点整个服务区的低速信令信号；
其中，所述动态指向窄波束发射子系统用于播发卫星星下点范围内管理控制子系统指定区域内的高速数据信号；
其中，所述动态指向窄波束接收子系统用于接收卫星星下点范围内管理控制子系统指定区域内的高速数据信号；
其中，所述管理控制子系统用于协调管理与控制宽波束信令发射子系统、宽波束信令接收子系统、动态指向窄波束发射子系统、或动态指向窄波束接收子系统，实现信令引导业务数据的功能。
2.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述宽波束信令发射子系统包括宽波束发射天线模块、射频通道模块和信令发射转发器模块。
3.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述宽波束信令发射子系统采用一个或多个波束、透明转发器或星上处理转发器来实时播发卫星星下点整个服务区的低速信令信号。
4.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述宽波束信令接收子系统包括宽波束接收天线模块、射频通道模块和信令接收转发器模块。
5.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述宽波束信令接收子系统采用一个或多个波束、采用透明转发器或星上处理转发器来实时接收卫星星下点整个服务区的低速信令信号。
6.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述动态指向窄波束发射子系统包括动态指向窄波束发射天线模块、射频通道模块、和高速发射转发器模块。
7.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述动态指向窄波束发射子系统采用一个或多个波束、采用透明转发器或星上处理转发器来播发卫星星下点范围内系统动态指定区域内的高速数据信号。
8.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述动态指向窄波束接收子系统包括动态指向窄波束接收天线模块、射频通道模块、高速接收转发器模块。
9.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述动态指向窄波束接收子系统采用一个或多个波束、采用透明转发器或星上处理转发器来接收卫星星下点范围内系统动态指定区域内的高速数据信号。
10.如权利要求1所述的高通量卫星的接入载荷系统，其特征在于，所述管理控制子系统首先通过宽波束信令发射子系统和宽波束信令接收子系统建立信令双向连接，然后在信令双向连接的基础上通过动态指向窄波束发射子系统和动态指向窄波束接收子系统实现高速数据双向收发。
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