CN1262823A - 具有动态下行链路资源分配能力的通信卫星系统 - Google Patents

Abstract

通信卫星系统(58)将卫星(11)上额外的下行链路资源动态地分配给选定的下行链路信号,以补偿信号退化。此种退化的典型起因是下行链路站所在地区降雨。此种退化的另一起因是在特定的区域内通信业务或带宽需求的增长。

Description

具有动态下行链路资源分配能力的通信卫星系统

本发明涉及卫星下链(下行链路)通信，特别涉及依照局部化下链信号退化来动态改变区域之间的下链资源。

通信卫星系统具有有限的带宽及功率，用以传送下链通信信号。在一通信卫星系统中有效带宽的量直接地相应于它可以承载的通信量(亦即，卫星容量)。典型地，卫星下链通信被传送至一广泛区域上，它可以被一狭带光束或单元的阵列涵盖，以形成已分配的物理的或实际带宽的最大利用。此可让实际带宽的频带多次使用，因此为卫星通信增加有效的带宽。每一射束点与一个或多个转发器相关联，而每一转发器具有其本身的功率需求。这些转发器的功率需求必须与一通信卫星的有限功率资源相符合。

面对卫星通信，特别是在Ku带(11至12GHz)及在较高频率通信的一个信号退化问题，是因气候状况，如降雨时的通信信号的退化。雨天可造成下链信号衰减多至20分贝(雨量逾大则自卫星至地面接收者的信号的退化愈大)。此一极端衰减可戏剧性地降低接收者的信号探测，并因此而影响系统的可用性及能量。在某些地方，特别是具有大致上赤道气候的地方，冗长的大雨可造成卫星下链通信的不可接受的长期衰减。

另一通信信号退化效应是由增大的信号通信量所造成。当一饱和的转发器内的通信量增加(亦即，添加更多信号)时，每信号的可用电力即减小。同样地，当通信量由于有更多信号或增加其带宽而占用更多转发器的可用带宽时，每单位带宽的可用功率(亦即，功率通量密度)减小。即令以一补偿的或非饱和的转发器而言，新信号或带宽需求在某些环境下可降低所有信号。最终结果是，该接受者的信号探测被退化，或信号的可用率减小。

致力于此类通信信号退化的一种方法是为所有的转发器在卫星下链传输功率上提供一固定的增加。以此一常规解决方案有若干问题。首先是，该卫星设计是功率受限(例如15-20KW总功率)，因此，功率增加可能受到限制。另一问题是此一常规解决方法很浪费。即使有信号通信量负荷上持续很长的每日颠峰或一般的赤道气候的长期的雨季，但仍有大量的时间并不受此一退化影响。其结果，用于解决这些信号退化的固定功率能量往往被浪费(例如，低通信量需求期或相对干燥时期)。

常规解决方法的一变化是仅为那些相应于遭受此类下链通信信号退化的所选定的地方的转发器提供卫星下链传输功率的固定增加。例如，此选定的地方可以相应于卫星传送到人口密度最大的区域。一项缺点是此一解决方法也是永远地自其他转发器转移功率，否则，这些功率可以为高需求期或大雨时期使用。这是一严重问题，因为，例如，影响高密度人口区的大雨形态，也影响其他区域。将这些其他区域降为次标准的卫星通信服务大致上是一不可接受的解决方法。

美国专利第4,831,619号说明一卫星通信系统，它借在地面上一区域内互连多个终端场地而提供点对点通信。多个无线电频率上链通信信号，其各载有一接收信号，是从此区域内的上链终端场地发送至地球同步轨道上的卫星。此上链信号在卫星上被接收，并转换成相应的发送信号，用以传输至此区域内的下链终端场所。

所有这些发送信号使用卫星上一互连阵列的放大器而被集体地放大，因此，每一发送信号由所有这些放大器集体地放大。此卫星发送多个下链信号，其中每一下链信号被导向区域特定部分的下链终端场所。

美国专利第4,831,619号的卫星系统借增加相应的上链信号中的功率而对下链信号提供增加的功率。此卫星系统与一地面为基地的网路控制中心共同操作，以保持跟踪所有正降雨的区域的目标。此网路控制中心使所有正在降雨的下链区域与相应的上链使用者互相关，并指示每一上链使用者为发送到受雨影响区域的信号增大其上链功率。上链使用者信号的功率上的增加导致由卫星放大器对这些信号的更大集体放大。

美国专利第4,831,619号的卫星系统宣称以一地面为基地的解决方法来致力于由降雨所造成的衰减，此方法使用地面基地来增加通信信号功率。虽然此一解决方法可以有对点至点通信的应用能力，其中上链站具有增加其发送功率的能力，但此一解决方法对广播通信极不适用，其中信号被广播于一广大区域上并至上链功率受限或被固定的点对点通信。因为它们没有一特定的与一相应的因雨而衰减的下链接收器直接相关的上链发送器，故此一解决方法对广播通信不适合。因此美国专利第4,831,619号中所说明的这种为点对点通信所提供的解决方法对甚多通信卫星用途是不适用的。

本发明借提供一种卫星通信系统，它动态地分配额外的下链资源至选定的下链通信信号，以补偿信号退化，来克服早期系统的缺点。此类退化的一典型起因是下链站所在的地方降雨。此类退化的另一起因是一特定区域内通信量或带宽需求的增长。

下链资源的动态分配提供增大的有效能量及可用率而不必要求增加卫星上的固定下链资源。资源被分配到所需要的地方，当它们被需要时，不会象在常规方法中那样一味地增加卫星的负荷。本发明可增加通信信号的可用率，即令是此发送使用者的上链功率被限制亦然。同时，除了点对点通信以外本发明可应用于广播通信。

当所有通信信号被发送至一区域而无局部化的退化时，此信号接受标准放大，以提供良好的信号强度至所有下链场所。在一实施例中，当退化在一特定下链区域处被测得时，可以在卫星上增大导向该区域的信号的放大，以补偿退化效应。以此一方法，功率被有效地分配，而下链信号强度被保持在一可确保接收的电平强度。

在信号退化探测的一实施例中，地面基地的传感器测得可能要退化的下链信号的状况(例如，在地面下链站降雨或增大的通信量负荷)。关于这些状况的信息被输送至一地面基地的控制中心，如用电话传输，在该处此信息经处理，以决定下链信号资源是否要被再分配。如果此下链信号资源要被再分配时，将适当的控制信号发送至卫星。

此卫星接收信号退化的信息，并动态地对选定的一个或多个信号通过增加放大功率来提升信号或多个信号。此卫星可在放大器之间分配功率，以便对相应于没有信号退化的区域的信号减少功率，并对相应于有信号退化的区域的信号增加功率，而勿须增加通信系统的总功率需求。在另一实施例中，一使用者的信号(编)码(速)率可能响应于信号退化状况的信息而变化。信号退化补偿的另一方法包括频率赋值变化及改变下链天线涵盖范围。

本发明的附加目的和优点自其优选实施例的详细说明将更为显明，对此将参照附图进行说明。

图1是依照本发明运用动态下链资源分配的一通信卫星系统的方块图。

图2是有多个分立的下链单元的一卫星通信区域的说明。

图3是一方块图，说明一卫星通信系统以一卫星与示范性地面站在通信中。

图4A和4B是依照本发明的一动态下链资源分配过程的一流程图。

图5是用于图4A及4B的方法的一实施例的下链功率分配过程的流程图。

图6A及6B示意性地说明具有不同相关数据成分和纠错成分的下链信号。

图7是一流程图，说明可能被用于图4A及4B的动态下链资源分配过程中的一码率分配过程。

图8是一示范性双带通信卫星系统的方块图，用以说明本发明的下链资源分配系统。

图9和10是一依照季节性降雨图具有各自的第一及第二区域性下链传输形态的卫星无线电通信区的说明。

图11和图12是显示一单元被划分成为多个单元以提供一下链资源分配的卫星无线电通信区的说明。

图1是一使用依照本发明的动态下链资源分配的示范性通信卫星系统10的方块图。卫星系统10被引介于一地球轨道中的卫星11(图3)内(例如，地球同步绕行)以接收来自一地面基地或大地传输站的上链信号，并发送相应的下链信号至地面接收站。此上链和下链信号，例如，可能出现无线电通信信号或视频或数据广播信号(亦即，通信信号)。此卫星包括电源，方位和位置控制系统，通信控制系统等，如本领域所熟知。

自卫星接收天线或喇叭13所获得的通信上链信号在一适当的卫星接收机系统14的输入端12被接收，它包括多个用以接收多个信号的单独接收机或上链通信信号的转发器。此上链信号例如，可能是一大约14GHz的Ku带信号。接收机系统14以及系统10内的其他系统(下文说明)，会典型地包括比待由系统10所处理的信号和信道的数目更多的单独接收机。此附加接收机或其他组件提供冗余度，并可能在任何单独组件失效时被使用。此类冗余度一般被用于在卫星设计中。

依此，接收机系统14包括开关阵列以选定上链信号至相应的有源接收机的各信道的路由，并随后选定信号至相应的低噪音放大器(LNA)和下变频器系统16内的放大器/变频器的路由。在所说明的实施例中，低噪音放大器和下变频器16提供上链通信信号的前置放大，并将它们变换成为一较低Ku带频率(例如，11-12GHz)。

一输入多工系统18接收此低噪音放大的及变频的上链信号并信道化，选定此信号至高功率放大器系统22的一个适当的冗余的高功率放大器的路由。放大器系统22，例如，可引用驱动器放大器21，其具有相关的行波电子管放大器23。驱动放大器21有两种操作模式：自动增益及地面可命令增益。行波电子管放大器23提供高可靠性的高功率输出放大。高功率放大器系统18的输出是通过一输出滤波系统24而连接至一个或多个发送喇叭30，用于作为一下链信号的传输。一控制单元32是以总线连接至这些组件的各不同组件，以控制其操作和相互作用。

图2是有多个单元52(由圆圈所表示)的一卫星无线电通信区50的说明，狭区通信信号是自一卫星，如自具有系统10在地球同步轨道的卫星发送至这些单元。单元52相对于区域50内不同的地理区。为说明的目的，一个选定的单元52被视为定期遭受造成下链信号显著退化的雨天。不同组的单元52接收载于系统10的不同信道上的下链信号。在某些应用中，载于一单一信道上的下链信号可能被导向至一单一单元52。不过，很显明，显示于图2的地理区仅为说明，而本发明的操作是可应用于其他地理区的。

图3是一方块图，说明一卫星通信系统58以卫星11与示范的地面基地或地面站60-64在通信联络。一卫星控制中心60发送并接收卫星控制信号，用以控制卫星11及其操作。一发送使用者站62发送或上连一通信信号至卫星11，予以广播或下连至一接收者站64，以及典型地甚多其他接收站。接收站64位于单元52之一内。在一实施例中，一本地集线器66为接收站64确定单元内的气候状况，要么由本地集经器66(例如，监控气候雷达)完成确定，或者自接收站或多个站通信至本地集线站66(例如，经由电话线，但其他通信方式亦可使用)。典型地，应包括多个使用者发送站62和本地集线站66，尽管站62和64，集线器66，以及控制中心60被置于不同单元和区域内。

控制中心60包括一通信量控制中心或与其通信联络(为说明的目的显示被包含)，它与发送使用者站62和本地集线站66通信联络，以获得并保持有关卫星通信量及每一单元内的降雨状况的信息。控制中心60亦保持有关卫星资源组态的信息。在一实施中，控制中心60可通知发送使用者站62根据可用资源(例如，带宽)要使用的码率，如在下文中所详细说明的。不过，很显明，即作为对一中央控制中心60的另一可供选择方式，此卫星和通信量控制操作可以分布于多个集线站之间或者在卫星11上实施。控制中心60、发送站62、接收站64和本地集线站66可经由地面或卫星通信链而通信联络。

图4A和图4B是一动态下链资源分配程序70的一流程图，用以在一包含卫星系统10的通信卫星中的信道之间动态地分配下链资源。程序70可以用于动态分配下链资源至由于降雨或其他大气状况，或由于过多通信量或带宽需求而经受过多下链信号退化的区域或单元52。下面对由降雨所造成的信号退化的补偿进行说明，但很显明，即程序70同样地也可应用于过多通信量负荷需求或其他起因所产生的退化。

程序方块72指示，该下链信号退化被测得。此下链信号退化可以各种方式被测得。作为下链信号退化的地面基地探测的一范例，下链信号退化可以在单独接收站处被测得，并将此退化信息由地面信道(例如，电话线)发送至一地面控制中心。在实施附加处理之前也可以对此下链信号退化按它是否超过可接受的退化的预定最高电平进行分类。此控制中心应包括编程的信息处理或用以处理此信息的计算机系统。作为另一范例，一控制中心可辨识经受显著降雨的地面区，并指定这些区域为可能要遭受显著下链信号退化的区域。

在一实现中一传输的接收者(亦即一终端使用者)可监控自卫星11所发送的卫星信标的信号强度，此解调的信标信号的比特误码率(BER)，天空温度等。当临界保护系统动作时，此终端使用者的设备将接触(联系)一本地集线站66、控制中心站60，或直接接触(联系)卫星11(视完成资源分配决定的地方而定)。此接触(联系)可以由使用者的设备自动地完成，或者由使用者手动地完成，并可以经由陆地线路，或经由卫星本身完成。

在另一实施中，集线站66监控此信标信号强度或结果的解调比特误码率，天空温度，供此单元用的气候雷达数据等。集线站66随后评估供其单元用的资源需求，并此将信息转发至控制中心60或卫星11(视完成此资源分配决定的地方而定)。此转播亦可由集线站66自动地达成，或者由集线器操作者以手动完成，并可以经由陆地线路或卫星本身完成。集线站可具有能评估单元通信量负荷的设备，在该情况下，此集线站可直接地为其单元要求额外资源分配。

程序块74指示该下链信号退化是与一单元50互相关的。在一实施中的相关可以在控制中心站60处形成，但另一方式可以在集线站66处或卫星11上形成，如下文所述。

在一实施中，控制中心站60保持有关所有单元内通信量负荷的信息。例如，一发送使用者站62为用以发送一特定通信信号的一“电路”进行赋值(例如，频率和带宽分配)而接触(联系)控制中心60。因此，此一控制中心60会有来自所有单元的信息，以评估资源需求，并于需要时再分配资源。控制中心和发送使用者之间的接触(联系)方式可以是经由陆地线路或经由卫星本身。

在另一实施中，卫星11具有机载遥控感测设备，以测量在各单元内的降雨感应的退化状况。额外资源信息应包括每一转发器内的功率监控器，以评估目前通信量需求及带宽需求。此一信息随后可能被转接至控制中心，供资源分配决定形成用。另一可供选择方式，此卫星可自动地监控，评估并再分配单元资源。

询问方块75表示一项询问，有关于是否有未使用的资源可用于经受下链信号退化的单元52。此未使用的资源可特别地分配给单元52，或者可用于多个或所有单元。作为一特殊分配资料的范例，相应于单元52的放大器可以在其最大功率电平之下操作。当有未使用的可用资源可提供给遭受下链信号退化的单元52时，询问方块75行进至处理方块76。当没有未使用的资源可用于遭受下链信号退化的单元52时，询问方块75行进至处理方块77。

处理方块76指示遭受下链信号退化的该单元52使用此可用的未使用资源。例如，使用于经受下链信号退化的此单元52的工作在其最大输出功率电平之下的放大器的输出功率电平增大。

处理方块77指示，该遭受下链信号退化的单元52与例如在控制中心所保持的单元传输优先级互相关。每一单元被指定相对于其他单元的优先级。单元52的优先级有关典型地信号通信量，人口密度，服务费率或其他因素，以确定对各单元52保持下链信号品质的相对优先级。例如，涵盖主要都会区的单元一般会分配到比以人口密度较低的郊区为目标的单元更高的优先级。单元传输优先级表可以作为一表格或数据库保持在本地集线站或控制中心，或另一可选择方式保持在卫星上的信息处理或计算机系统内。

询问方块78表示一项询问，有关于遭受下链信号退化的单元52的优先级是否比其他单元52高。当遭受下链退化的单元52的优先级比其他单元高时，此询问方块78进行至处理方块80。当遭受下链退化的单元的优先级不比其他单元高时，此询问方块78行进至结束方块90。

处理方块80指示，该遭受下链信号退化的较高优先级单元52是在控制中心处与由卫星系统01所载的相应信道互相关。遭受下链信号退化的单元52与由卫星系统10所载的相应信道之间的互相关产生要求额外资源分配的信道的识别。

处理方块82指示，较低优先级的单元或多个单元52，一般为最低优先级的单元，亦在控制中心处与由卫星系统10所载的相应信道互相关。较低优先级的单元或多个单元52和由卫星系统10所载相应信道之间的互相关产生信道的识别、为较高优先级的单元或多个单元的利益而分配资源。

处理方块84指示，该卫星11在一控制信号传输中被指令，依照对要求额外资源分配的信道和资源将要被分配的信道的识别来再分配资源。

处理方块86指示该卫星11再分配下链信号资源。例如，卫星控制单元32于信道间再分配下链信号资源，以增强分配至要求额外资源分配的信道的下链资源，同时减少分配至经识别的较低优先级的单元或多个单元52的资源。资源的分配，首先自一个或多个单元移出资源(例如，为一个或多个单元减少转发器的输出功率)，然后将此资源施加至另一单元(例如，为该单元增加转发器的输出功率)。在一实施中，一需要额外资源的低优先级单元，只有在较高优先级单元过多时，才可获得资源。不过，单元优先级为一动态次序。一高优先级单元仅借其被分配资源的全部优点而保持之。

在另一实施中，要求额外资源的一单元可以依照下列优先级来分配资源：(1)如果额外带宽为可用时，发送使用者可减低码率，并使用额外带宽来保持总处理能力或数据速率；(2)如果没有额外带宽可用时，此发送使用者可减少码率(但伴随数据速率的减少)，或者额外功率可以分配至适当的单元，或者此通信信号可以选定路由至对雨天衰减可受较少影响，或有更多的带宽的不同频带，如下文中所详细说明的。

在另一实施中，昼间和季节性气象图和通信量负荷的历史资料可以用于预测资源需求。资源可以再分配给已被预测需要增加资源的单元(例如，选通信信号路由至一较高功率的行波电子管放大器(TWTA)或再构形此天线涵盖区)。此一预测资源变化可以单独地用作分配系统资源的基础。另一可供选择方式，实时通信量负荷及雨天衰减信息可用于以实时方式来分配额外资源。

处理方块88指示，该下链资源再分配已完成。其结果，此通信信号以额外资源被发送至单元52，其下链信号退化被测得的接收站。

动态资源分配程序70使用下链信号探测与单元优先级一起的组合，以完成卫星为基地的下链传输资源的分配。程序70可让一卫星的固定资源，依照如因降雨所造成的退化，以相对于将发送传递至一特定区域的重要性，而予以分配。下链信号退化的测定和信道或单元之间的功率分配可以用若干方式来实施。

图5是被使用到卫星系统10的一卫星上的功率分配程序100的流程图。程序100作用增加下链信号强度，与经由转发器或天线增益的上链信号强度无关。作一比较，美国专利第4,831,619号增加上链信号强度并因此而增大了下链信号强度，当转发器已饱和时，它就比较无效用。程序100可能是一种以处理方块86为准的下链信号资源的再分配的实施。

处理方块102指示，此卫星接收依照处理方块84所发送的控制信号。

处理方块106指示，该控制单元32降低载有相应于较低优先级单元的通信信号的高功率放大器系统22内驱动放大器的放大。很显明，在此放大中的降低可以是逐渐地或者可能包括完全地消除放大以及一下链信号至较低优先级单元的传输，由是而减少由系统10承载的信道数量。

如果行波管式放大器(TWTA)23工作在被补偿形态时，为增加放大功率，此驱动器增益可以增加，因此增加行波管式放大器23的输出功率电平。如果TWTA23工作在饱和形态，为增加放大功率，TWTA23可以有更多它可工作的输出功率电平，并因此可以被命令按要求而工作在一较高或较低输出功率。在另一实施中，高及低功率的TWTA23可以选择性地指定至不同区域或单元，以达成功率分配。此一实施对工作在比全功率低的功率电平的某些放大器的利益，与工作在全能量的低功率放大器相比，其效果甚微。因此，在高和低功率TWTA23之间的选择可提供比高功率的TWTA的低功率使用更有效的操作。参看图1，不同功率的一TWTA23或多个TWTA23的功率电平之间的选择可以由一酬载构形控制装置107(图1)与控制单元32通信联络来控制。

处理方块108指示，控制单元32在载有相应于较高优先级单元的通信信号的一高功率放大器系统22内增加驱动放大器的放大。

一下链资源可以依照资源分配程序70再分配，以补偿在一较高优先级单元中的下链信号退化的另一范例为不同单元所使用的数据码率。下链信号可以按一数字数据格式以选择的频率发送，它包括一数据成份和一纠错成份。图6A示意性地说明一数字数据格式120a具有一数据成份122a和一纠错成份124a(成份124a和124b之相关部分为说明而被夸大)。此纠错成份124a由数据成份122a测定，并确保该数据成份122a在传输中的错误经识别并被纠正，如本领域所熟知。

此典型的纠错成份124a组成此整个数字数据格式120a的预先测定分数，以提供适合于正常传输状况的纠错能力。例如说，当因当地降雨所造成的过多下链信号退化，此典型的纠错成份124a是不足以改正所发生的大量传输错误的。典型的结果是下链信号退化。不过，依照本发明，至下链信号的纠错成份所分配的下链信号的增大分数可补偿此过多下链信号退化。图6B示意性地说明一下链信号120b具有一增强的纠错成份124b和一相应的数据成份122b。

码率(R)由R＝k/n所界定，并可以解释为每发送的比特的信息比特数，此处K为信息比特122的数量，以及n为所发送比特的总数(亦即比特122和124的总和)。纠错编码产生架空，因此n＞k以及R＜1。由于减小码率，则需要更多比特，以发送同量的信息，但此传输对信号退化更坚定。要获得同一信息总处理能力，当码率下降时带宽必须增大。

图7为一流程图，说明码率分配程序110，它可以使用于图4A及4B的动态下链资源分配程序70。

处理方块112指示，该信号退化如在处理方块72内所讨论地被测得。

询问方块114表示一项询问，有关于额外通信信号带宽是否可获得。当额外信号带宽可获得时，询问方块114进行至处理方块116。当额外信号带宽不可获得时，询问方块114进行至处理方块118。额外带宽的可获率可表示，在当时未被使用的带宽，或者使用者之间的带宽的分配，经此分配，将起初分配给一低优先级使用者的带宽重新分配给一较高优先级的使用者。

处理方块116指示，该发送使用者经指令要降低上链或发送码率，并保持信息传输速率。此将导致分配给发送使用者及由其所使用的带宽的增加。对发送使用者的指令可以自控制中心60或卫星11或本地集线站66依照资源分配决定所达成的地方而送出。

处理方块118指示，该发送使用者经指令要降低上链或发送码率，并保持通信信号带宽。此将导致信息传输速率上的降低。对发送使用者的指令可以依照资源分配决定所达成的地方自控制中心60或卫星11或本地集线站66而送出。对两个处理方块116和118言，降低码率产生一更坚定的信息的传输。

下链资源可以再分配，以补偿较高优先级单元之中的下链信号退化的另一范例是下链信号频率赋值。甚多通信卫星包括多频率操作带。例如，某些卫星通信系统借包括平行Ku-带和C-带中继器组件而支承Ku带(例如，14/12 GHz)通信和低频率C-带(例如，6/4 GHz)通信两者。不过，很明显，以C和Ku带频率为基准是说明性的，而本发明同样地也可应用于其他频带。

由于下链信号的降雨感应的退化对Ku-带以及较高频率通信最有问题，故C-带下链资源可以使用，以取代因降雨而衰减的Ku-带下链信号。(因为Ku-带中有相当大的带宽可获得，故Ku-带在甚多通信应用中较C带更适当)。相反地，因通信量负荷的退化，由于频率相关的带宽差异，故对较低频率通信比对较高频率通信更有问题。当一较低频率下链资源因为通信量负荷而退化时，可用较高频率资源替代。下列参照降雨感应的退化进行说明，但同样地可应用于通信量负荷感应的退化。

要使用此类频率赋值分配，系统10应改变其一般传统式设计。图8是一使用依照本发明的动态通信信号频率分配的示范性双带卫星通信系统150的方块图。卫星系统150包括Ku-带系统10和一普通的传统式C-带系统152。

C-带系统152包括一宽频带接收机154，它在一输入端155从接收天线或喇叭153接收C-带上链信号，并将它们传送至一输入多工器156，此多工器将此通信信号分开至各信道。经信道化的信号被输送至输入环式交换器158，并随后至一组高功率放大器，优选为固态功率放大器(SSPA)160。为自SSPA160放大的信号选定至输出环式交换器162，并随后至一输出多工器164的路由，此多工器再组合此信道化的信号并它们输送至一发送喇叭或多个喇叭166，用以发送下链信号。

卫星系统150亦包括一Ku-至C-带下变频器168，借适当的联接开关，被联接于系统10的LNA和下转换器系统16的输出和输入环式转换器158的输入之间。下变频器168用作将Ku-带信号下变频为下链信号，同时也将下变频的Ku-带信号传送至C带系统152。下变频器168可以被占用，使用C-带下链资源以取代降雨衰减的Ku-带下链信号，很明显，即在一C带信道或多信道上的前者Ku带信号的此种取代将分裂相应的原始C带信号的传输。此一分裂可以依照原始Ku带和C-带通信的相对优先级而完成。

当甚多先前说明业已针对在下链接收站因降雨所造成的下链信号退化时，很明显，即本发明同样地也可应用于自其他起因所产生下链信号退化。例如，本发明可以为响应在一区域或单元内由过多通信量或带宽需求所造成的信号退化而被使用。然而由降雨所造成的信号退化是Ku带及高频率操作的特性，由通信量或带宽所造成的信号退化可在任何频率发生。依此，响应于过多通信量或带宽需求的下链资源分配可适用所有通信卫星下链频率。

图4A的资源分配程序70，用以动态地分配下链资源，是参照地面控制中心而说明，此中心获得下链信号退化信息，并使此信息与一单元传输优先级表互相关。很明显，作为在控制中心处的所说明的编程的信息处理或计算机系统可以以选择方式搭载在带有系统10或150的卫星上。

在一实施例中，下链信号强度在一地面基地的下链接收机被监控。当此下链信号遭受退化时，自该单元的一上链信号将此信号状况直接通信至卫星，此卫星随后完成适当的资源分配，以为此信号退化作补偿。在另一实施例中，此卫星可包括感测器，用以探测地面上的天候状况，并依照探测的状况而分配下链资源，或者可将资料贮存于卫星处，同时此卫星处理此资料，以补偿预测的信号退化。

上文所说明的下链资源分配处理，包括功率分配程序100和码率分配程序130，同样地也可应用于利用此类区域广阔的下链传输模式的卫星。可以利用一可构形的相控阵列，反射镜的机械式变形，“可调谐”的馈给网路等而动态地塑造服务于一较大区域的天线模式，以给常降雨地区或高通信量地域提供更多辐射的功率。

在一上文说明的实施中，白昼和季节性气象图及通信量负荷的历史数据可以用来预估资源需要。资源可以再分配给经预估需要增加资源的单元。此一预估的资源变化可以单独地用来作为分配系统资源的基础。另一可供选择方式，为实时通信量负荷和雨天衰减信息可被用于按实时方式来分配额外资源。

图9和图10说明一范例，其中区域之间的功率分配是以季节的气象图为基础来完成。图9说明一卫星无线电通信区域180有一连续的区域广阔的广播区182，在该区内下链功率等量线显示局部化的增大的下链功率所指向的区域184(例如，SEUSA)。此一示范性功率分配可被形成，以补偿在夏季月份中有规律地发生的季节性的雨天。图10说明卫星无线电通信区180有连续的区域广阔的广播区180，在此区域内下链功率等量线显示局部化的增大的下链功率所指向的区域186(例如，NW USA)。此一功率分配可被形成，以补偿在冬季月份中有规律发生的季节性的雨天。功率可以分配至为遭受雨天衰弱或增加通信量负荷的区域服务的转发器组。资源可能来自为有过多资源的区域服务的转发器组。

资源分配的另一形态可以划分一单元成为多个单元，以便能增加选定的单元内的有效带宽和信号强度。图11是有示范性单元192(由圆圈代表)的一卫星无线电通信区域190的说明。图12是区域190的说明，其中图11的单元192之一被分成多个单元194。如果若干局部化的单元有过多资源，它们可以组合成为一大单元，因此减少其带宽和功率分配(它因此可以再分配)。此一资源分配的单元划分方法可以白昼和季节性气象图，正常通信量负荷，或由于实时降雨或通信量负荷的退化为基础，如上文所述。

可将服务于一区域的天线模式或构型上的变化动态地具体化，如图9至图12中所显示，来分划单元或给常降雨地区或高通信量负荷地区提供更多的辐射功率。参看图1，这些变化，如本领域所熟知，借利用一可构形的相控阵列，反射镜的机构变形，可调谐的馈给网路等可以达成，它们是以一天线构形控制装置108(图1)与控制单元32通信联络而受到控制。

有鉴于本发明的原理可应用于甚多可能的实施例，故应予了解，即此详细实施例仅为说明性质而不应视为对本发明的范围的限制。例如，当所说明的实施例主要地针对下链通信信号上的退化时，本发明同样地也可应用于其他类型的下链信号(例如，控制信号)。依此，本发明包括所有此类可能落入所附权利要求和等同于它的精神和范围内的实施例。

元件标号对照

10  通信卫星系统            120a    数位数据格式

11  卫星                    120b    下链信号

12  输入                    122     信息比特

13  天线                    122a，b 数据成份

14  接收机系统              124a，b 纠错成份

16  下变频器系统            150     双带卫星系统

18  多工系统                150     C带系统

21  驱动放大器              153     天线、喇叭

22  高功率放大器系统        154     宽频带接收机

23  行波电子管放大器        155     输入

24  输出滤波系统            156     多工器

30  发送喇叭                158     环式交换器(输入)

32  控制单元                160     固态功率放大器

50  卫星无线电通信区        162     输出环式交换器

52  单元                    164     多工器

58  卫星通信系统            166     喇叭

60-64地面站                 168     下变频器

60  卫星控制中心            180，190卫星无线电通信区

62  发送使用者站            182，184广播区

64  接收站                  186     局部化区域

66  本地集线器              192     示范单元

107  酬载构形控制装置       194     次区域

Claims (32)

1.一种用以在多个区域间分配下链资源的动态下链资源分配方法，在一有地球轨道卫星的通信卫星系统中，该卫星具有至少一个上链及对多个区域的多个下链，对该多个区域的下链利用卫星上的多个下链信号资源，该方法包含：

探测一退化的下链信号，该信号被导向该区域中的至少一个；以及

将卫星上额外的下链信号资源自选择的其他下链信号分配给退化的下链信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中下链载有广播信号至多个区域内的多个站。

3.如权利要求1所述的方法，还包含建立一优先级表，列出多个区域的相对优先级，使退化的下链信号所导向的一个或多个区域与此优先级表互相关，决定额外下链信号资源至退化的下链信号的分配是否会负面地影响较高优先级区，以及将卫星上额外的下链资源分配给退化的下链信号，勿论何时，此信号相应的区域不应负面地影响较高优先级区。

4.如权利要求3所述的方法，其中此优先级表包括一与人口密度有关的优先级标准。

5.如权利要求3所述的方法，其中此优先级表包括一与通信负荷有关的优先级标准。

6.如权利要求3所述的方法，其中此优先级表包括一与服务费率有关的优先级标准。

7.如权利要求1所述的方法，其中卫星上额外的下链信号资源至退化的下链信号的分配，包括将卫星上额外的放大资源分配给退化的下链信号。

8.如权利要求7所述的方法，其中卫星上额外的下链信号资源至退化的下链信号的分配，包括自选定的区域撤回卫星上的放大资源，该被选定的区域不属于退化的下链信号所导向的至少一个区域。

9.如权利要求7所述的方法，其中此卫星包括较低及较高功率放大器，而卫星上额外的下链信号资源至退化的下链信号的分配包括卫星上较低和较高功率的放大器之间的切换。

10.如权利要求1所述的方法，其中卫星上额外的下链信号资源至退化的下链信号的分配，包括将卫星上额外的带宽资源分配给退化的下链信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中卫星上额外的下链信号资源至退化的下链信号的分配，包括从选定区域撤回卫星上的带宽资源，而被选定的区域不属于退化的下链信号所导向的至少一个区域。

12.如权利要求1所述的方法，其中此退化的下链信号被载于一第一下链频带内，而卫星上额外的下链信号资源至此退化的下链信号的分配包括将一第二下链频带分配给退化的下链信号。

13.如权利要求12所述的方法，其中第二下链频带是比第一下链频带还低的频率。

14.如权利要求12所述的方法，其中第二下链频带是比第一下链频带还高的频率。

15.如权利要求1所述的方法，其中额外下链资源的分配与上链中的资源分配无关。

16.如权利要求1所述的方法，其中此下链信号退化是雨天诱发的下链信号退化。

17.如权利要求1所述的方法，其中此下链信号退化是通信负荷诱发的下链信号退化。

18.如权利要求1所述的方法，其中卫星上额外的下链信号资源仅在退化的下链信号大于预定阈值信号退化时才分配给该退化的下链信号。

19.如权利要求1所述的方法，其中此卫星包括一具有下链天线构形的下链天线，而卫星上额外的下链信号资源至退化的下链信号的分配包括改变此下链天线构形。

20.如权利要求1所述的方法，其中此退化的下链信号是一通信下链信号。

21.一种用以在多个区域间分配下链资源的动态下链资源分配系统，在一有地球轨道卫星的通信卫星系统中，该卫星具有至少一个上链及对多个区域的多个下链，对该多个区域的下链利用卫星上的多个下链信号资源，该系统包含：

探测装置，用以探测一退化的下链信号，该信号被导向该区域中的至少一个；以及

分配装置，用以将卫星上额外的下链信号资源分配给与上链信号功率无关的退化的下链信号。

22.如权利要求21的系统，其中的探测装置被装载于卫星上。

23.如权利要求21的系统，其中的分配装置被装载于卫星上。

24.如权利要求23的系统，其中此分配装置包括可变增益放大器，用以将下链传输功率选择性地分配给退化的下链信号。

25.如权利要求23的系统，其中此卫星通信系统工作在一对频带内，一第一带，在大约Ku带的一频率或一较高频率，以及一第二带，在比Ku带为低的频率，而此分配装置包括频率分配装置，用以将第二带内的下链信号分配给第一带内的上链信号。

26.如权利要求21的系统，其中此分配装置包括一优先级表，列出多个区域的相对优先级，以及用以将卫星上额外的下链信号资源分配给退化的下链信号的装置，无论何时，与此信号相应的区域不应负面地影响较高优先级的区域。

27.如权利要求21的系统，其中此分配装置包括用以将码率能量选择性地分配给退化的下链信号的装置。

28.一种用以在多个区域间分配下链资源的动态下链资源分配方法，在一有地球轨道卫星的通信卫星系统中，该卫星具有至少一个上链及对多个区域的多个下链，对该多个区域的下链利用卫星上的多个下链信号资源，该方法包含：

预测被导向至少一个区域的退化下链信号；以及

将卫星上额外的下链信号资源自选定的其它下链信号分配给被预测为退化的下链信号。

29.如权利要求28的方法，其中退化的下链信号的预测是以季节性的降雨图为根据的。

30.如权利要求28的方法，其中退化的下链信号的预测是以白昼降雨图为根据的。

31.如权利要求28的方法，其中退化的下链信号的预测是以正常通信量负荷为根据的。

32.如权利要求28的方法，还包括：

探测被导向至少一个区域的退化的下链信号；以及

将卫星上额外的下链信号资源自选定的其它下链信号分配给被探测为退化的下链信号。

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