CN1685633A - 具有主用和备用多波束卫星的卫星通信系统 - Google Patents

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CN1685633A
CN1685633A CNA038226456A CN03822645A CN1685633A CN 1685633 A CN1685633 A CN 1685633A CN A038226456 A CNA038226456 A CN A038226456A CN 03822645 A CN03822645 A CN 03822645A CN 1685633 A CN1685633 A CN 1685633A
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Abstract

一种用于提供在用户终端与由m个主用卫星构成的网关之间通信的卫星通信系统。在一个实施例中，还提供n个备用卫星。此外，将每个卫星，主用或备用卫星，装配成使N/m个波束按照松散群集阵列的方式进行投射。m个主用卫星和n个备用卫星中的m个卫星总共产生N个波束点，以覆盖该区域。此外，波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域相互隔开一个波束宽度。还将每个卫星装配成便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信。从而，n个备用卫星中选出的一个卫星能够按照需要取代m个主用卫星中的任何一个。将网关和用户终端配置成通过或者利用主用卫星和备用卫星两者或其中任一者进行信号通信。

Description

具有主用和备用多波束卫星的卫星通信系统
相关申请
本申请要求2002年7月23日递交的临时申请60/398,272的优先权。
技术领域
本发明涉及卫星通信系统领域，更具体而言，涉及采用多波束卫星并具有内置冗余的卫星通信系统。
背景技术
目前，随着处理器以及相关技术的发展，无论是用于商业，还是用于娱乐的个人计算，已经能够广泛为大多数人所使用。由于网络互联及相关技术的发展，如今，已有众多计算设备连接到专用网和/或公用网络，如互联网或公司企业内部网，并可访问由诸如万维网(WWW)的众多内容服务器提供的种类繁多的内容。不过，由于许多家庭或非商业计算用户还不能实现能够支持日益丰富的多媒体内容的宽带接入，因而这些用户依旧感到苦恼。
目前，基于有线或光纤的宽带接入，如使用数字用户线(DSL)或电缆调制解调器(Cable Modem)的系统，已经非常普及。然而，基于有线的各种解决方案即便有可能实现的话，由于这些解决方案需要在遍及整个服务或部属区域中安装物理线缆，因而要实现遍布国家或大陆的大范围部署，造价将十分昂贵，并且需花费很长时间。从而，除主要城市区域或最新发展的社区外，处在许多更小的城市区域或老社区的用户，依旧无法实现对任何公共或商业数据网络的足够高速的接入。
若能高效、可靠且以低廉的价格提供无线宽带接入，则宽带接入将不会受到如上的限制。也就是说，不必在长距离上或在不适合接收的地区中安装昂贵的线缆，从而可更容易或更为经济有效地覆盖广大区域中(包括全部国土)的每个地点。
同时，卫星及相关技术的发展导致移动卫星服务(MSS)广泛用于通信。MSS已快速从提供简单的寻呼功能转移到提供语音，以及目前还可提供数据应用，如访问用户的电子邮件或访问互联网或公司的企业内部网。因此，需要向较大服务区域，如美国大陆本土(简称CONUS)，提供廉价而可靠的基于卫星的数据通信服务。相信，在地球同步轨道中的卫星将会为美国大陆本土面积大小的区域提供服务，并提供所需的数据和服务。通常认为，低地球轨道(LEO)卫星适合于要求几乎没有信号传输延迟的语音通信。
若要对如此大的服务区域提供这样廉价而可靠的基于卫星的数据通信服务，则需克服大量困难。首先，尽管在对地静止轨道中的单个多波束卫星有可能覆盖较大国土面积(如CONUS)的服务区域，但还是需要相对较多的波束(在数十到几百的范围)以实现所需的通信链路容量。这些波束形成紧密群集(tightly-packed)的“小区(cell)”图形(pattern)以覆盖服务区域，从而为众多用户提供服务。然而，由于商业通信系统还需要配备有备用卫星，以提供适当的冗余和可靠性级别，所以这种方法具有成本较高的缺点，同时这一点，在将卫星系统与陆地系统相媲美时，也是用户越来越关注的问题。备用卫星同样需要能够提供覆盖整个大服务区域所需的大量波束。
此外，需要对采用流行反射器型天线系统的卫星设计进行严格限制，这是由于，对这些反射器天线中的每个天线，都不得不采用大量馈电喇叭(feed horn)，并将它们紧密地群集在一起。这种紧密群集的结构将进而影响这些馈电喇叭可提供的孔径尺寸，并进而对诸如增益和波束质量的波束特性产生负面影响。
此外，可将所形成的蜂窝图形视为按照类似于陆地蜂窝图形的方式进行处理。换而言之，将频率再利用方案设计成使得处在不同但相邻的“小区”的覆盖区域中的众多用户能够使用和共享有限数量的所分派或分配的频率。
另外，考虑到并解决波束间干扰的问题也是存在的难题。不管是使用备用卫星技术，还是使用主用波束成形通信卫星，都需要将这种干扰保持到绝对最小。
利用本发明主旨制造或运行的卫星通信系统以及相关的终端或无线装置，能够有效地克服这些以及其他困难，从而提供与现有技术相比更低廉，更可靠的基于卫星的数据通信服务。
发明内容
本发明批露了一种具有网关和用户终端的卫星通信系统，以及操作方法。该卫星通信系统通常用于为用户终端提供数据访问，并且便于用户终端接入通信网络，如互联网，或企业内部网。
在一个实施例中，该通信系统具有一个或多个与卫星或用户终端通信的网关，所批露的系统具有m个主用多波束卫星，且将每个主用多波束卫星装配或配置成使N/m个波束投射到一个所需的服务区域中，因而总共m×N/m个，即N个，波束一起覆盖该服务区域，其中，m为大于1的整数。根据本发明的一个方面，还提供n个备用多波束卫星，并将每个备用多波束卫星装配成将N/m个波束投射到该区域上，n为等于或大于1的整数值。按照所需的要求，可有选择地配置n个备用卫星中的每一个，以取代在m个主用卫星中的失效卫星。
根据本发明的另一方面，除了仅必须提供N/m个波束(相对而言，在单个卫星的方法中，要提供N个波束)外，将卫星(主用卫星或备用卫星)的N/m个波束中的每个波束按照松散群集(loosely-packed)阵列的方式进行投射。更具体而言，在一个实施例中，将N/m个波束配置成使得N/m个波束点均彼此分开一个波束宽度。
在更多方面，一个卫星包括多个收发器，和具有反射器和N/m个馈电喇叭的天线系统，该天线系统与收发器相连，以按照松散群集阵列方式将N/m个波束投射在一个区域上，从而覆盖与m-1个其他卫星一起覆盖的整个区域中的N/m个子区域，且波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域相互隔开一个波束宽度。
根据本发明的另一方面，将一个卫星的N/m个波束投射到整个服务区域上，且在不同时期，在高峰需求下覆盖服务区域的不同区。在一个实施例中，将m设置成等于3，将n设置成等于1。此外，卫星通信系统所覆盖的区域包括多个地区，每个地区在不同时期具有一高峰需求。
根据本发明的再一方面，对每个卫星的N/m个波束进行分配，以便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信，m为大于1的整数。
在一个实施例中，该方法包括，对m个主用卫星进行配置，以将N/m个波束投射到一个区域上，并遍及该区域；按照需求对n个备用卫星中选出的一个备用卫星进行配置，以将其N/m个波束投射到一个区域上并遍及该区域，该区域与对m个主用卫星的其中之一进行配置以将其N/m个波束投射到并遍及的区域相符，从而利用n个备用卫星中选出的一个备用卫星取代这个主用卫星。
在更多方面，该方法包括，对m个主用卫星进行配置，以按照松散群集的方式将N/m个波束投射到一个区域上并遍及该区域，从而共同形成N个波束点来覆盖该区域，由波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域之间以一个波束宽度相互隔开，其中，m为大于1的整数。另外，可对m个主用卫星中的每一个进行配置，以便在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信。
在更多方面，该方法包括，按照需求，对n个备用卫星中选出的一个备用卫星进行配置，以按照松散群集阵列的方式将N/m个波束投射到并遍及该区域，由波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域之间以一个波束宽度相互隔开，从而用n个备用卫星中选出的一个备用卫星取代m个主用卫星中的一个；以及对n个备用卫星中选出的一个备用卫星进行配置，以便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信，该m个频带中的1个频带为被替换的主用卫星先前所采用的m个频带中的1个频带。
在更多方面，用于通过卫星通信系统传送信号的网关包括，用于通过m个主用卫星传送信号的装置，其中，每个主用卫星被配置成将N/m个波束投射到区域上，m为大于1的整数；和用于通过n个备用卫星传送信号的装置，其中，每个备用卫星被配置成将N/m个波束投射到区域上，且使得n个备用卫星中选出的一个备用卫星可按照需求取代m个主用卫星中的任何一个，n为等于或大于1的整数。用于通过卫星通信系统将信号传送到至少一个网关的用户终端包括：用于通过m个主用卫星传送信号的装置，和用于通过n个备用卫星传送信号的装置，备用卫星被配置成用于按照需求取代m个主用卫星中的任何一个。
附图说明
结合附图，通过后面给出的详细描述，将更清楚地理解本发明的特征，目的，和优点，在附图中，同样的附图标记表示相同或相似的元件，其中：
图1表示根据本发明的一个实施例的基于卫星通信的系统；
图2更详细地表示图1的多波束卫星之一的波束投射情况；
图3A表示根据一个实施例，通过本发明的波束投射方案而产生的混合的“小区”图形的一部分；
图3B示出，根据一个实施例，如何将图3A的波束图形投射到美国大陆(CONUS)上；
图4表示根据一个实施例的卫星通信系统操作流程；
图5表示用于实现多个实施例的一种硬件系统实施例；以及
图6表示一种机器可读介质实施例，用于存储实现多个实施例的可执行指令。
具体实施方式
在以下说明中，将描述本发明的多个实施例，以及这些实施例的不同方面。不过，本领域技术人员应该理解，通过该多个实施例的仅仅某些方面或全部方面，均可实现本发明。出于解释的目的，给出了具体的编号，材料和配置，以此用于全面理解多个实施例。然而，对于本领域技术人员还应理解，在不体现这些具体细节的条件下，也可实现多个实施例。在其他情形中，为了使本发明重点更为突出，省略或简化了公知的特征。
以下将使用本领域技术人员通常使用的术语，如波束，频率，天线，反射器，馈电喇叭，孔径等，给出描述部分，从而向本领域其他技术人员传达本发明的主旨。除非另有定义，否则这些术语将被定义为本领域普通技术人员所能理解的最广泛的含义。
此处提到的“一个实施例”，“一实施例”，或类似表述形式，意味着结合该实施例所描述的具体特征，结构，操作，或特性，并包括在本发明的至少一个实施例中。这样，此处这些短语或表述形式的出现，并非都指同样的实施例。此外，可按任何合适的方式，将各种具体特征，结构，操作，或特性组合成一个或多个实施例。
典型的卫星通信系统，使用在已知轨道模式中的数个卫星，通过在一个或多个无线用户终端与一个或多个网关，地面基站或集线器之间往复传送信号，向这些无线用户终端提供服务。这种系统可提供在大地域或区域上的通信能力或覆盖范围。典型的卫星通信系统可使用位于一系列精确定义的轨道平面，例如，6个轨道平面中的48颗或更多颗卫星，提供近乎全球的覆盖范围。
卫星可使用TDMA或CDMA类型调制，或用于在前向或反向链路或二者组合链路上传输信号的空中接口。当前在卫星中使用的扩频(SS)码分多址(CDMA)技术类似于TIA/EIA临时标准，“Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-ModeWideband Spread Spectrum Cellular System”TIA/EIA/IS-95，1993年7月，称作电信工业协会/电子工业协会(TIA/EIA)标准IS-95。不过，也可采用其他扩频和CDMA的技术和协议，甚或使用某些类型的时分多址(TDMA)系统。在国际移动电信系统2000/通用移动电信系统或IMT-2000/UM标准中，描述了其他的通信系统，包括通常所指的宽带CDMA(WCDMA)，cdma2000(如cdma2000 1x-rxttcdma2000 1x，3x，或MC标准)或TD-SCDMA。基于卫星的通信系统也利用这些或类似的已知标准。
尽管在特定通信系统中，根据设计的约束条件和所需的操作特性，使用某种调制方案可能比另一方案更为有效，但是具体调制方案的使用不能视作对本发明实施例的限制。前向链路(FL)指从网关向用户终端传递或传播的通信信号或路径，而反向链路(RL)指从用户终端向网关传播的通信信号。
此处所述的终端适于与卫星进行通信，且各自具有或包括，例如，多个不同类型的固定和移动用户终端，这些终端包括但不限于蜂窝电话、无线手机或其他装置，无线调制解调器，数据收发器，或寻呼或位置确定接收机，或移动无线电话。此外，根据需要，用户终端可以是手持的、便携式的，如同车载(例如包括汽车、卡车、轮船、火车和飞机)中的情形，或者也可以是固定的。根据偏好，在某些移动系统中，无线通信装置有时也称作用户终端、移动台、移动单元，订户单元，移动无线电或无线电话，无线单元，或简单地称为“用户”，“订户”，“终端”，和“移动物体”。
此外，卫星采用由波束成形天线结构产生的预定或设计好的波束图形，用于在给定地域或卫星“覆盖区域(footprint)”内进行信号传送。如本领域技术人员所知，波束图形可从圆形变化到更加伸长的椭圆，或者具有多种不规则形状或增益分布图形。根据具体通信系统设计，可使用任何适当图形或图形集合，并且这些图形并不作为对本发明的实施例的限制。根据所用信号的类型或容量、覆盖的地域、可提供服务的终端数量、可用功率、可用频率，以及系统设计人员所知的其他关于卫星或系统设计的约束条件，可使用更多或更少数量的波束。
图1示出用于实现本发明实施例的基于卫星的通信系统。如图所示，使用一系列主用多波束卫星110构成卫星通信系统100，在该通信系统中，有“m”个这样的卫星，其中，m为大于1的整数。将系统中每个卫星装配或配置成使N/m个波束投射到覆盖服务区域115的区域上，从而可通过在服务区域115中传送数据和/或其他通信信号，或命令，而为用户终端提供服务。若将m个卫星(每个卫星都产生N/m个波束)总计在一起，共产生或提供所需的N个波束，以覆盖该服务区域。对于所示的实施例而言，m等于3，不过显然可根据需要使用其他数值。根据所选择的通信系统的服务区域的大小，在服务区域115中，N的范围一般约在30至120个总波束。
对于不同的通信系统，所选择的N的数值将有所不同，且取决于许多众所周知的因素。例如，卫星覆盖区域或所覆盖的服务区域的总大小，所传送的业务或信号的量，和以什么样的数据速率传输，以及所期望的工作频率或重用模式，波束形状等，均是人们所熟知的。尽管可使某些波束相当大，但这样做会减小可以容纳或提供服务的终端总数，或者导致干扰其他波束或系统等。使用大量的小波束将会造成更加复杂且昂贵的天线结构，并对于卫星而言将引起在所用换能器数量、控制系统、可靠性和能耗方面的设计问题。
在FL和RL两个链路上，典型数值均为16个波束，不过，在数量上二者并非必须相等，且在该卫星的覆盖区域内，波束的大小不必相等，波束的形状和分布图形也不必对称。然而，使用不同频率和FDM技术，称作“子波束”的附加波束可覆盖相同的地域，例如可使用一个波束内的8-13个或更多子波束，从而每个卫星总共产生大约208个子波束。本发明的实施例并未对波束的具体数目进行限制，并且可证明本发明的实施例可用于各种配置和通信系统中。
根据本发明的一个方面，还提供n个备用多波束卫星112，其中n仍为等于或大于1的整数。仍然将每个备用多波束卫星112装配成将N/m个波束投射到所需表面区域上，或者投射到服务区域内。换而言之，主用多波束卫星和备用多波束卫星在形成的波束数量、波束形状、总的覆盖区域，以及频率和功率控制方面构造相似，但是并非所有这些特征都必须相同。对于所示实施例，n＝1。
从而，通过将给定波束的通信路径或链路激活或切换到一个或多个备用卫星，可将n个备用卫星112中的每一个有选择地配置成用于取代m个主用卫星110中失效的那一个。因而，与单个多波束卫星方法相比，只要n小于m，则本发明就能够有利于减少提供冗余的成本。这是由于这样的事实：即，提供能投射N/m个波束的备用卫星的成本，通常比提供能投射N个波束的备用卫星的成本要低得多。另外，由给定卫星提供更多数量的波束增加了物理和操作上的复杂性，这也加大了操作失效的风险。
可将卫星，如卫星110放置在各种轨道中的一个轨道中，例如，低地球轨道(LEO)，中地球轨道(MEO)，或地球同步轨道(GEO)，每种轨道都具有所熟知或了解的特性。地球同步轨道有时称为对地静止轨道。一个示例性地球同步轨道的轨道周期为23小时56分41秒，这致使卫星处在地球表面之上的静止位置中。
除了每个卫星110和112都属于多波束类型这一事实，以及利用这些卫星的方式，从而利于形成更低廉、更可靠的本发明的卫星通信系统之外，卫星110和112还可表示为其结构和操作为本领域所公知的广泛类型的通信卫星。这些公知的或将要开发出的卫星中的任何一个适合的卫星均可以用来实现本发明。不过，只要这些卫星能提供所需的波束覆盖范围，并在通信系统内提供所预期的相关功率和命令控制，则这些卫星不必在所有方面都相同。
图2表示根据一个实施例的每个卫星(主用或备用卫星)的波束投射示例。如图所示，根据本发明的这一方面，除了必须仅提供N/m个波束(不同于N个波束)，还要将卫星(主用或备用卫星)的N/m个波束的每个波束以称作松散群集的阵列方式120进行投射。也就是，按照以下方式从卫星投射波束，即形成相邻波束相互之间间隔或分隔一定预选距离的图形。
从而，本领域技术人员应该理解，同样可将这些卫星110和112的传送天线的馈电喇叭以松散群集结构进行设置，这将减少天线设计中所考虑的物理约束条件。在该结构中，也允许馈电喇叭使用相对更大的孔径。该结构导致波束质量更佳，特别是对于这些波束的增益特性更好。由于通常使用一般称为“收发器”的发送和/或接收元件，连接或形成卫星110或112的波束形成天线或结构，因而这还简化了收发器的设计和布置。
此外，对于各种实施例，可将每个卫星(主用或备用卫星)的N/m个波束配置成，使每个N/m个波束覆盖区域或点彼此之间或与每个相邻波束投射点或覆盖区域(在卫星点或覆盖区域内)之间以一个波束宽度相互隔开。因此，对于m＝3且n＝1的实施例，通过使其N/m个波束中的每个波束均改变一个波束宽度的位置或移动一个波束宽度，可有效地对备用卫星112重新进行配置，以取代主用卫星110中失效的卫星。也就是说，通常将卫星112的波束定位在主用卫星110的波束之间的分隔间隙或间隔内，且通常易于对该备用卫星的波束进行重新定向，以使其波束离开该间隙并到达所需的主用覆盖区域上，而无需大量的复杂操作或控制，同时延迟很小。重新调整波束形成天线，从而以相对于覆盖区表面稍有不同的角度投射波束。因此，当主用卫星或波束失效的情况下，可提供高效且快速响应的替换。
本发明实施例的这一后者的操作特性与典型通信系统形成鲜明对比，典型通信系统保留有“在轨道中”的备用或备用卫星，为了替换失效或不良功能的卫星，必须经历一定时期才能将备用卫星移动到新的轨道位置。利用新技术，可消除这种操作的大量延迟和成本，同时不会使系统“切断”很长时间，这一点在很大程度上影响着客户或用户的满意度，并且利用该新技术，可通过缩减任何给定区域的停机时间来增加收益。另外，在典型的通信系统中，即便仅仅几个波束的问题也会导致通信系统中出现故障，且解决该问题需要花费时间，因而必须替换被认为是失效卫星的整个卫星，与此形成鲜明对比的是本发明的系统消除了替换整个卫星的需要。
根据本发明的另一方面，在多个实施例中，易于将卫星110或112的N/m个波束投射到整个服务区域上。从而，当服务区域115由在不同时期具有高峰需求的不同地区组成时，该投射方式可有效地在运行的卫星110之间执行自动负载均衡。也就是说，能够利用备用卫星的波束吸收额外的瞬时负载，而无需更为昂贵的卫星全天候地驻扎，以覆盖这样的高峰使用区域，但在其他时期该区域仅具有有限的使用时间，这显然不能充分利用该昂贵卫星的容量。
例如，可采用图1的3卫星实施例来构成卫星通信系统，以向美国大陆本土，也称CONUS提供数据服务，如互联网访问。此外，许多公司可能想要提供对其各自公司或企业级企业内部网络的访问。通常，在正午时分，企业内部网访问趋于高峰，在傍晚时分，互联网访问趋于高峰，对于有些时区的傍晚时分来说，此处山区和美国西部时区要滞后于其他东部和中部时区。这种配置通过使每个运行的卫星分享高峰负载而自动实现负载均衡(与使得3颗卫星中的每一颗卫星都覆盖美国大陆的东部、中部和西部的可选配置相比)。
图3A表示根据一个实施例，通常通过波束投射和频带分配而产生的一般蜂窝图形的一部分。图3B表示根据一个实施例，如何将图3A的波束图形投射到美国大陆上。
如前面所述，每个卫星110将N/m个波束投射到服务区域115上，以便于进行通信。总共有m×N/m个波束覆盖整个服务区域，形成所示出的蜂窝图形。
根据本发明再一方面，将可用频率分成m个频带；其中对于m＝3将包括3个频带，此处标记为频带1(FB1)，频带2(FB2)和频带3(FB3)。将每个卫星110的N/m个波束分配为能够便于在m个频带中的一个频带上进行通信。即，对于m＝3的实施例而言，使卫星1的所有N/m个波束便于在FB1频率上通信，使卫星2的所有N/m个波束便于在FB2频率上通信，等等。从而，当与松散群集阵列投射方案相结合时，适当的频带分配可促使在相邻“小区”(波束)中以不同频率进行通信，而由此这将会减小不同“小区”内通信之间发生波束内干扰的可能性。
图4示出根据一个实施例的，如前面所述的，按照本发明的主旨构成的卫星通信系统的操作流程或操作方法。如图所示，在步骤或处理阶段402中，将主用多波束卫星110的N/m个波束配置成按照松散群集方式投射在整个服务区域上。然后，在步骤404中，将主用多波束卫星110的N/m个波束中的每一个波束配置成便于在m个频带中的一个频带上进行通信。
在步骤或处理406中，判断是否已经对所有主用卫星进行了如此配置。如果判断结果为否，则程序返回步骤402，并由此处继续执行，对另一主用卫星110进行配置。该程序继续执行，直到处理步骤406中最终判断结果为所有感兴趣的主用卫星110都已经按照需要进行了配置。此时，程序继续运行到处理或方法步骤408中，在该处判断是否其中一个主用卫星已失效。如果没有检测到失效，则系统继续运行，并且程序返回步骤408，以便周期性地检查主用卫星的失效情况。
最终，当检测到一颗主用卫星失效时，如前所述在步骤410中，将所选出的其中一个备用卫星的N/m个波束配置成，按照松散群集阵列方式进行投射，并覆盖该服务区域。此外，在步骤或处理阶段412中，将所选出的备用卫星112的N/m个波束中的每一个波束配置成，便于在先前分配给该失效的主用卫星的m个频带中的一个频带上进行通信。
最后，该备用卫星的N/m个波束中的每个波束被改变位置，从而使所选出的备用卫星取代该失效的主用卫星。回顾前面多个实施例中的描述，对备用卫星的N/m个波束中的每一个波束改变一个波束宽度的位置，从而使其位于能够取代失效的主用卫星的位置。
由上面的讨论可知，可将多个用户终端和网关配置成通过或者利用主用卫星和备用卫星两者或其中任一来进行信号通信。网关和终端，根据为感兴趣的给定通信系统而选择的调制方案，可采用多种通信电路或装置，用于利用所需的调制方案或技术，在适当频带内产生、发射和/或接收信号。然而，这种技术和决定要素，如天线结构、功率控制等，是本领域技术人员所熟知的，因而此处不再进一步详细解释其在网关和用户终端内的具体、详细的实现。
因此，从上面的描述可以看出，已经描述了一种价格更加低廉且更为可靠的卫星通信系统，该卫星通信系统适用于促成大服务区域的数据通信，特别是如互联网的网络访问。
本发明的多个实施例，特别是在网关中实现的实施例，需要计算资源来执行上述功能。图5表示意在代表计算机系统的较宽范畴，如个人计算机、工作站和/或嵌入式系统的硬件系统的一个实施例。在所述实施例中，硬件系统包括与高速总线505连接的处理器510，高速总线505通过总线桥530与输入/输出(I/O)总线515连接。临时存储器520与总线505连接。永久性存储器540与总线515连接。I/O装置550也与总线515连接。I/O装置550可包括显示装置、键盘、一个或多个外部网络接口等。
某些实施例还可包括附加元件，可能不需要所有上述元件，或者可以将一个或多个元件组合在一起。例如，临时存储器520与处理器510可以处于单芯片上。或者，可去除永久性存储器540，并用电可擦写的可编程只读存储器(EEPROM)取代临时存储器520，其中，在适当位置执行来自EEPROM的软件程序。有些实施方式可采用单个总线，所有元件都与之连接，或者采用与多个附加元件连接的一个或多个附加总线和总线桥。本领域技术人员熟知各种可供选择的内部网络，例如包括，基于具有存储器控制器集线器和I/O控制器集线器的高速系统总线的内部网络。附加元件可包括附加的处理器，CD ROM驱动器，附加存储器以及本领域中已知的其他外围元件。
在一个实施例中，如上所述，使用一个或多个硬件系统，如图5的硬件系统，来实现本发明。在使用多于一个计算机的情形中，可以将系统连接成在外部网络如局域网(LAN)、网际协议(IP)网络等上进行通信。在一个实施例中，本发明实现为由计算机内的一个或多个执行单元执行的软件程序。对于给定计算机，可将软件程序保存在存储装置中，如永久性存储器540上。
正如本领域技术人员显然可知的，也可以将电路元件中的各种功能实现为软件程序中的操作。这种软件可以用在，例如，数字信号处理器、微控制器或通用计算机中。如图6中所示，软件程序可以为利用任何适当的机器可读存储介质620，如磁盘、CD-ROM、磁带、数字视频或多功能盘(DVD)、激光光盘、ROM、闪存等保存的机器可执行指令610。该一系列的指令不必在本地保存，可从远程存储装置如网络上的服务器、CD ROM装置、软盘等，通过例如图5的I/O装置550来接收。
无论来源如何，都可以将该指令从存储装置拷贝到临时存储器520中，然后由处理器510访问和执行。在一个实施例中，用C编程语言编写这些软件程序。不过应该理解，可使用多种编程语言中的任何一种实现这些程序。
在可选实施例中，可使用分立的硬件或固件。例如，可以将本发明的多个方面具体实现为基于电路的解决方案，包括在编程有一种或多种本发明上述功能的一个或多个专用集成电路(ASIC)上实现的可能的实施方案。在另一示例中，可以将本发明的一个或多个功能实现为处于附加电路板上的一个或多个ASIC中，该附加电路板可以插入上述计算机中。在另一示例中，可使用现场可编程门阵列(FPGA)或静态可编程门阵列(SPGA)实现本发明的一个或多个功能。在再一示例中，可使用硬件与软件的组合来实现本发明的一个或多个功能。
应该理解本发明并不局限于上述实施例，而包含处于所附权利要求范围内的任何和所有实施方式。

Claims (30)

1、一种卫星通信系统，包括：
m个主用卫星，每个主用卫星被装配成使N/m个波束投射到区域上，从而总共产生N个波束点，以覆盖所述区域，m为大于1的整数；和
n个备用卫星，每个备用卫星被装配成使N/m个波束投射到所述区域上，并使得所述n个备用卫星中的每一个都能够按照需要取代所述m个主用卫星中的任何一个，n为等于或大于1的整数。
2、根据权利要求1的卫星通信系统，其中：
将所述m个主用卫星装配成使N/m个波束按照松散群集阵列的方式投射到区域上，并遍及该区域，且波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的其他子区域之间相互隔开一个波束宽度，每个主用卫星被配置成便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信；以及
将所述n个备用卫星也装配成使N/m个波束按照松散群集阵列的方式投射到所述区域上，并遍及所述区域，且波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域之间相互隔开一个波束宽度，每个备用卫星被配置成便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信。
3、根据权利要求1的卫星通信系统，其中，m等于3。
4、根据权利要求1的卫星通信系统，其中，n等于1。
5、根据权利要求1的卫星通信系统，其中，所述区域包括多个区，每个区在不同时期具有高峰需求。
6、根据权利要求1的卫星通信系统，其中，所述卫星通信系统便于用户终端进行数据访问。
7、一种卫星通信系统，包括：
m个主用卫星，每个主用卫星被装配成使N/m个波束按照松散群集阵列的方式投射到区域上，并遍及该区域，从而总共产生N个波束点，以覆盖所述区域，且波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的其他子区域之间相互隔开一个波束宽度，m为大于1的整数；和
n个备用卫星，每个备用卫星被装配成使N/m个波束按照松散群集阵列的方式投射到所述区域上，并遍及所述区域，且波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域之间相互隔开一个波束宽度，从而使得n个备用卫星中的所选出的一个卫星能够按照需要取代m个主用卫星中的任何一个，n为等于或大于1的整数。
8、根据权利要求7的卫星通信系统，其中，m等于3。
9、根据权利要求7的卫星通信系统，其中，n等于1。
10、根据权利要求7的卫星通信系统，其中，所述区域包括多个区，每个区在不同时期具有高峰需求。
11、根据权利要求7的卫星通信系统，其中，所述卫星通信系统便于用户终端进行互联网访问。
12、一种卫星通信系统，包括：
m个主用多波束卫星，每个主用多波束卫星被装配成便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信，m为大于1的整数；和
n个备用多波束卫星，每个备用多波束卫星被装配成便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信，n为等于或大于1的整数。
13、根据权利要求12的卫星通信系统，其中，m等于3。
14、根据权利要求12的卫星通信系统，其中，n等于1。
15、根据权利要求12的卫星通信系统，其中，所述卫星通信系统便于用户终端访问通信网络。
16、根据权利要求15的卫星通信系统，其中，所述通信网络包括互联网。
17、根据权利要求15的卫星通信系统，其中，所述通信网络包括企业内部网。
18、一种卫星通信系统，包括：
m个主用卫星，每个主用卫星被装配成使N/m个波束投射到区域上，m为大于1的整数；和
n个备用卫星，每个备用卫星被装配成使N/m个波束投射到所述区域上，从而使得所述n个备用卫星中所选出的一个卫星能够按照需要取代m个主用卫星中的任何一个，n为等于或大于1的整数。
19、根据权利要求18的卫星通信系统，其中，m等于3。
20、根据权利要求18的卫星通信系统，其中，n等于1。
21、根据权利要求18的卫星通信系统，其中，所述区域包括多个区，每个区在不同时期具有高峰需求。
22、一种卫星，包括：
至少一个收发器；和
具有反射器和N/m个馈电喇叭的天线系统，该天线系统与收发器相连，以按照松散群集阵列方式将N/m个波束投射到区域上，从而覆盖与m-1个其他卫星一起覆盖的所述区域中的N/m个子区域，且波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域相互隔开一个波束宽度。
23、根据权利要求22的卫星通信系统，其中，所述区域包括多个区，每个区在不同时期具有高峰需求。
24.一种方法，包括：
将m个主用卫星配置成使N/m个波束按照松散群集阵列的方式投射到区域上，并遍及该区域，从而总共产生N个波束点，以覆盖所述区域，且波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域之间相互隔开一个波束宽度，m为大于1的整数；以及
对m个主用卫星的每一个进行配置，以使其便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信。
25、根据权利要求24的方法，其中，所述方法还包括：
按照需要将n个备用卫星中选出的一个卫星配置成使N/m个波束按照松散群集阵列的方式投射到区域上，并遍及该区域，且波束点所覆盖的每个子区域与另一波束点所覆盖的另一子区域相互隔开一个波束宽度，以便由所述n个备用卫星中选出一个卫星能够取代所述m个主用卫星之一，n为等于或大于1的整数；以及
对所述n个备用卫星中选出的一个卫星进行配置，以使其便于在一个波束上以m个频带中的1个频带进行通信，所述m个频带中的1个频带为所述被替代的主用卫星先前所采用的m个频带中的1个频带，n为等于或大于1的整数。
26.一种方法，包括：
对m个主用多波束卫星的每个进行配置，以使其便于在每个波束上以m个频带中的1个频带进行通信；以及
对n个备用多波束卫星中选出的一个卫星进行配置，以使其便于在每个波束上以m个频带中的1个频带进行通信，所述m个频带中的1个频带为所述被替代的主用多波束卫星先前所采用的m个频带中的1个频带，n为等于或大于1的整数。
27.一种方法，包括：
将m个主用卫星配置成将N/m个波束投射到区域上，并遍及该区域；以及
按照需要对n个备用卫星中选出的一个卫星进行配置，以将N/m个波束投射到所述区域上，并遍及所述区域，所述区域与对m个主用卫星的其中一个进行配置以将其N/m个波束投射到并遍及的区域相符，从而利用所述n个备用卫星中选出的一个取代所述其中一个主用卫星。
28.一种用于通过卫星通信系统传送信号的网关，所述网关包括：
用于通过m个主用卫星传送信号的装置，每个主用卫星被配置成将N/m个波束投射到区域上，m为大于1的整数；和
用于通过n个备用卫星传递信号的装置，每个备用卫星被配置成将N/m个波束投射到所述区域上，以使得所述n个备用卫星中选出的一个卫星可按照需要取代所述m个主用卫星中的任何一个，n为等于或大于1的整数。
29.一种用于通过卫星通信系统向至少一个网关传送信号的用户终端，所述终端包括：
用于通过m个主用卫星传送信号的装置，每个主用卫星被配置成将N/m个波束投射到区域上，m为大于1的整数；和
用于通过n个备用卫星传送信号的装置，每个备用卫星被配置成将N/m个波束投射到所述区域上，以使得所述n个备用卫星中选出的一个卫星可按照需要取代所述m个主用卫星中的任何一个，n为等于或大于1的整数。
30.一种用于在卫星通信系统中的设备，所述设备包括：
用于配置m个主用多波束卫星的装置，该装置将所述m个主用多波束卫星配置成使N/m个波束投射到区域上，从而总共产生N个波束点，以覆盖所述区域，其中，m为大于1的整数；和
用于对n个备用多波束卫星中选出的一个卫星进行配置的装置，该装置将该选出的卫星配置成将N/m个波束投射到所述区域上，以便利用所述n个备用卫星中选出的一个卫星取代一个主用卫星，n为等于或大于1的整数。
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