DE112020002717T5

DE112020002717T5 - Geneigte erdgebundene antennensysteme und verfahren zum neigen für die kommunikation mit einem satellitensystem

Info

Publication number: DE112020002717T5
Application number: DE112020002717.1T
Authority: DE
Inventors: Duncan Edwin Adams; David Milroy; Jonathan Francois Cornelis Herman; Jessica D. Johnson
Original assignee: Space Exploration Technologies Corp
Current assignee: Space Exploration Technologies Corp
Priority date: 2019-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2022-02-24
Also published as: US11611392B2; US11909506B2; WO2020247552A1; US20200382206A1; US20230246708A1

Abstract

In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Satellitenkommunikationssystem eine Satellitenkonstellation, die eine Vielzahl von Satelliten in einer nicht-geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO) umfasst, wobei zumindest einige der Vielzahl von Satelliten sich auf einer ersten Umlaufbahn mit einer ersten Inklination bewegen, und ein Endpunkt-Terminal mit einem erdgebundenen geografischen Standort, wobei das Endpunkt-Terminal ein Antennensystem hat, das ein Sichtfeld für die Kommunikation mit der Satellitenkonstellation definiert, wobei das Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist, wobei das Sichtfeld von einer nicht-geneigten Position in eine geneigte Position geneigt ist, und wobei der Neigungswinkel der geneigten Position eine Funktion des Breitengrads des geographischen Standorts ist.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der US-Provisional Anmeldungen Nr. 62/856730 , eingereicht am 3. Juni 2019, und Nr. 62/943,206 , eingereicht am 3. Dezember 2019, deren Offenlegungen hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen werden.
STAND DER TECHNIK
Kommunikationssatelliten empfangen und senden Funksignale von und zur Erdoberfläche, um Kommunikationsdienste anzubieten. Bei der herkömmlichen Satellitentechnologie waren zu einem bestimmten Zeitpunkt nur einige wenige Orte auf der Erde in Sichtweite eines Satelliten, um Signale an einen und/oder von einem Satelliten zu senden und/oder zu empfangen. Bei der moderneren Satellitentechnologie ist es wünschenswert, dass jeder Ort auf der Erde jederzeit mit Kommunikationsdiensten versorgt werden kann, eine Fähigkeit, die als universelle oder globale Abdeckung bezeichnet werden kann. Zusätzlich zur globalen Abdeckung benötigen einige Orte auf der Erde, z. B. dicht besiedelte Gebiete, mehr Kommunikationskapazität als andere.
Für eine globale Abdeckung mit geringerer Latenzzeit können Kommunikationssysteme nicht geostationäre Satelliten einsetzen. Geostationäre Satelliten (GEO-Satelliten) umkreisen den Äquator mit einer Umlaufzeit von genau einem Tag in großer Höhe, etwa 35 786 km über dem mittleren Meeresspiegel. Daher befinden sich GEO-Satelliten immer in demselben Himmelsbereich, der von einem bestimmten Standort auf der Erde aus gesehen wird. Im Gegensatz dazu befinden sich nicht geostationäre Satelliten in der Regel in einer erdnahen oder erdmittleren Umlaufbahn (LEO oder MEO) und bleiben nicht stationär in Bezug auf einen bestimmten Standort auf der Erde.
Es werden Satellitenkonstellationen mit verbesserter globaler Abdeckung und verbesserter Kommunikationskapazität benötigt, ohne bestehende Satellitenkommunikationssysteme zu stören. Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung sind auf die Erfüllung dieser und anderer Anforderungen ausgerichtet.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Zusammenfassung dient dazu, eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die weiter unten in der ausführlichen Beschreibung beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie als Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands dienen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Satellitenkommunikationssystem bereitgestellt. Das System umfasst: eine Satellitenkonstellation mit einer Vielzahl von Satelliten in einer nicht-geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO), wobei zumindest einige der Vielzahl von Satelliten sich auf einer ersten Umlaufbahn mit einer ersten Inklination bewegen; und ein Endpunkt-Terminal mit einem erdgebundenen geographischen Standort, wobei das Endpunkt-Terminal ein Antennensystem aufweist, das ein Sichtfeld für die Kommunikation mit der Satellitenkonstellation definiert, wobei das Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist, wobei das Sichtfeld von einer nicht-geneigten Position in eine geneigte Position geneigt ist, und wobei der Neigungswinkel der geneigten Position eine Funktion des Breitengrades des geographischen Standortes ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Ausrichtung eines Endpunkt-Terminals für die Kommunikation mit einer Nicht-GEO-Satellitenkonstellation bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Breitengrad-Standortes für ein erdbasiertes Endpunkt-Terminal mit einem geographischen Standort auf der Erde, wobei das Endpunkt-Terminal ein Antennensystem enthält, das ein Sichtfeld für die Kommunikation mit einer Satellitenkonstellation definiert, die eine Vielzahl von Satelliten in einer nicht geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO) enthält, wobei das Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist; Auswählen eines ersten Neigungswinkels für das Sichtfeld auf der Grundlage eines ersten Breitengrades des Endpunkt-Terminals, um das Sichtfeld von einer nicht geneigten Position auf eine erste geneigte Position einzustellen, wobei der erste Neigungswinkel eine Funktion des Breitengrades des geographischen Ortes ist; und Neigen des Sichtfeldes auf den ausgewählten ersten Neigungswinkel, um ein geneigtes Sichtfeld zu definieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Satellitenkommunikationssystem bereitgestellt. Das System umfasst: eine Satellitenkonstellation mit einer Vielzahl von Satelliten in einer nicht-geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO), wobei zumindest einige der Vielzahl von Satelliten sich auf einer ersten Umlaufbahn mit einer ersten Inklination bewegen; und eine Endpunkt-Terminal-Konstellation, die eine Vielzahl von erdgebundenen Endpunkt-Terminals umfasst, wobei jedes Endpunkt-Terminal einen unterschiedlichen geografischen Standort auf der Erde hat, wobei jedes Endpunkt-Terminal ein Antennensystem hat, das ein Sichtfeld für die Kommunikation mit der Satellitenkonstellation definiert, wobei das Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist, wobei das Sichtfeld von einer nicht geneigten Position in eine geneigte Position geneigt wird und wobei die geneigte Position eine Funktion des Breitengrads des geographischen Ortes ist, wobei ein erstes Endpunkt-Terminal an einem ersten geographischen Ort angeordnet ist und einen ersten Neigungswinkel und eine erste Neigungsrichtung aufweist und wobei ein zweites Endpunkt-Terminal an einem zweiten geographischen Ort angeordnet ist und einen zweiten Neigungswinkel und eine zweite Neigungsrichtung aufweist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Ausrichtung einer Endpunkt-Terminal-Konstellation zur Kommunikation mit einer Nicht-GEO-Satellitenkonstellation bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Breitengrad-Standortes für ein erstes erdbasiertes Endpunkt-Terminal mit einem ersten geographischen Standort auf der Erde, wobei das erste Endpunkt-Terminal ein erstes Antennensystem umfasst, das ein erstes Sichtfeld für die Kommunikation mit einer Satellitenkonstellation definiert, die eine Vielzahl von Satelliten in einer nicht-geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO) umfasst, wobei das erste Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist; Auswählen eines ersten Neigungswinkels für das erste Sichtfeld auf der Grundlage eines ersten Breitengrad-Standorts des ersten Endpunkt-Terminals, um das erste Sichtfeld von einer ersten nicht geneigten Position in eine erste geneigte Position einzustellen, wobei der erste Neigungswinkel eine Funktion des Breitengrads des geografischen Standorts ist; Neigen des Sichtfelds zu dem ausgewählten ersten Neigungswinkel, um ein erstes geneigtes Sichtfeld zu definieren; Bestimmen eines Breitengrad-Standorts für ein zweites erdbasiertes Endpunkt-Terminal mit einem zweiten geographischen Standort auf der Erde, der sich von dem ersten geographischen Standort des ersten Endpunkt-Terminals unterscheidet, wobei das zweite Endpunkt-Terminal ein zweites Antennensystem enthält, das ein zweites Sichtfeld für die Kommunikation mit einer Satellitenkonstellation definiert, die eine Vielzahl von Satelliten in einer nicht geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO) enthält, wobei das zweite Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist; basierend auf einem zweiten Breitengrad-Standort des zweiten Endpunkt-Terminals, Auswählen eines zweiten Neigungswinkels für das zweite Sichtfeld, um das zweite Sichtfeld von einer zweiten nicht-geneigten Position auf eine zweite geneigte Position einzustellen, wobei der zweite Neigungswinkel eine Funktion des Breitengrades des zweiten geographischen Standortes ist; und Neigen des zweiten Sichtfeldes auf den ausgewählten zweiten Neigungswinkel, um ein zweites geneigtes Sichtfeld zu definieren.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Satellitenkonstellation eine Vielzahl von Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) umfassen.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann sich das Endpunkt-Terminal an einem ersten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einem nördlichen Breitengrad befinden, der kleiner ist als der erste obere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und das Sichtfeld kann an dem ersten geografischen Ort auf der Nordhalbkugel der Erde nach Norden in eine erste geneigte Position geneigt werden.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann sich das Endpunkt-Terminal an einem zweiten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einem nördlichen Breitengrad befinden, der kleiner ist als der erste obere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und das Sichtfeld kann an dem zweiten geografischen Ort in der nördlichen Hemisphäre der Erde nach Norden in eine zweite geneigte Position geneigt werden, wobei sich die zweite geneigte Position von der ersten geneigten Position unterscheidet.
Gemäß einer beliebigen einer der hier beschriebenen Ausführungsformen kann sich das Endpunkt-Terminal an einem ersten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einem südlichen Breitengrad befinden, der kleiner ist als der erste untere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und das Sichtfeld kann an dem ersten geografischen Ort in der südlichen Hemisphäre der Erde nach Süden in eine erste geneigte Position geneigt werden.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann sich das Endpunkt-Terminal an einem zweiten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einem südlichen Breitengrad befinden, der kleiner ist als der erste untere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und das Sichtfeld kann an dem zweiten geografischen Ort in der südlichen Hemisphäre der Erde nach Süden in eine zweite geneigte Position geneigt werden, wobei sich die zweite geneigte Position von der ersten geneigten Position unterscheidet.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann die geneigte Position des Sichtfeldes so ausgebildet sein, dass das Sichtfeld eine geringere Überlappung mit einem GEO-Gürtel-Störfeld aufweist als das Sichtfeld eines Endpunkt-Terminals mit einer nicht geneigten Position.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann die geneigte Position des Sichtfeldes so ausgebildet werden, dass das Sichtfeld mehr Satelliten in der Ansicht umfasst als ein Sichtfeld eines Endpunkt-Terminals mit einer nicht geneigten Position.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann das GEO-Gürtel-Störfeld in einem Bereich von +/- 5 bis 30 Grad zum GEO-Gürtel liegen.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Neigungswinkel oder die Auswahl des Neigungswinkels eine Funktion eines Faktors sein, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus dem Breitengrad des Endpunkt-Terminals, einem Längengrad des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geografischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Neigungswinkel oder die Auswahl des Neigungswinkels den Neigungsgrad und die Neigungsrichtung umfassen, wobei die Neigungsrichtung in Nord- oder Süd- und Ost- oder Westrichtung liegt.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Satellitenkonstellation eine Vielzahl von Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) umfassen.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann das Neigen des Sichtfeldes die Überlappung des Sichtfeldes mit einem GEO-Gürtel-Störfeld im Vergleich zu einem Sichtfeld eines Endpunkt-Terminals mit einer nicht geneigten Position verringern.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann das Neigen des Sichtfeldes die Anzahl der Satelliten im Sichtfeld im Vergleich zu einem Sichtfeld eines Endpunkt-Terminals mit einer nicht geneigten Position erhöhen.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen können sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in derselben geografischen Zelle befinden, und das erste und das zweite Endpunkt-Terminal können denselben Neigungswinkel und dieselbe Neigungsrichtung haben.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen können sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in derselben geografischen Zelle befinden, und das erste und das zweite Endpunkt-Terminal können unterschiedliche Neigungswinkel und/oder Neigungsrichtungen haben.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen können sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in unterschiedlichen geografischen Zellen befinden, und das erste und das zweite Endpunkt-Terminal können denselben Neigungswinkel und dieselbe Neigungsrichtung haben.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen können sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in unterschiedlichen geografischen Zellen befinden, und das erste und das zweite Endpunkt-Terminal können unterschiedliche Neigungswinkel und/oder Neigungsrichtungen aufweisen.
Gemäß einer beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann die Neigungsrichtung jedes Endpunkt-Terminals in Nord- oder Südrichtung oder in Nord- oder Süd- und Ost- oder Westrichtung geneigt sein.
Figurenliste
Die vorgenannten Aspekte und viele der damit verbundenen Vorteile dieser Offenbarung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden, in denen die Offenbarung beschrieben wird:

1 ist eine nicht maßstabsgetreue schematische Darstellung, die ein einfaches Beispiel für die Kommunikation in einem Satellitenkommunikationssystem zeigt.
2A und 2B sind schematische Darstellungen eines ersten und eines zweiten Satellitensystems mit unterschiedlichen Inklinationen und ähnlichen Höhen, die in Übereinstimmung mit der zuvor entwickelten Satellitenkonstellationstechnologie zu driftenden Umlaufbahnebenen führen.
3 ist ein schematisches Diagramm, in dem ein erstes und ein zweites Satellitensystem mit unterschiedlichen Inklinationen und Höhen dargestellt sind, die in Übereinstimmung mit der zuvor entwickelten Satellitenkonstellationstechnologie zu nicht driftenden Umlaufbahnebenen führen.
4 ist ein schematisches Diagramm, das den aufsteigenden Knoten eines umlaufenden Körpers gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist eine schematische Darstellung der planaren Satellitenbahnmuster auf einer rotierenden Erde für zwei verschiedene Satelliten mit zwei verschiedenen Inklinationen (ohne Berücksichtigung der Driftdifferenz) gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die 6A, 6B und 6C sind schematische Darstellungen von Beispielen der Bodenabdeckung für verschiedene Satellitenkonstellationen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte phasengesteuerte Gruppenantenne gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
8 ist ein Diagramm einer Hauptkeule und unerwünschter Nebenkeulen eines beispielhaften Antennensignals von einer phasengesteuerten Gruppenantenne.
9 ist ein beispielhaftes schematisches Diagramm, das eine Anordnung mehrerer einzelner Antennenelemente einer phasengesteuerten Gruppenantenne in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
10 und 11 sind beispielhafte schematische Darstellungen der Himmelsansicht eines Nutzer- oder Endpunkt-Terminals, die die Satelliten der Konstellation und den GEO-Gürtel zeigen.
12 ist eine nicht maßstabsgetreue schematische Darstellung des GEO-Gürtels von geostationären Satelliten, die den Äquator mit einer Umlaufzeit von genau einem Tag umkreisen (und in einer Höhe von etwa 35 786 km über dem mittleren Meeresspiegel fliegen).
13A, 13B, 13C sind Seitenansichten eines beispielhaften Benutzer- oder Endpunkt-Terminals in verschiedenen Ausrichtungen.
14 ist ein nicht maßstabsgetreues schematisches Diagramm, das mehrere benachbarte Benutzer- oder Endpunkt-Terminals mit Kommunikationszonen zeigt.
15 ist eine nicht maßstabsgetreue schematische Darstellung von beispielhaften Neigungswinkeln bei verschiedenen Breitengraden für eine Satellitenkonstellation mit einem bestimmten Inklinationswinkel gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
16 ist eine nicht maßstabsgetreue schematische Darstellung eines Benutzer- oder Endpunkt-Terminals mit einer Kommunikationszone, die an störende Erscheinungen angrenzt.
17 ist eine nicht maßstabsgetreue schematische Darstellung von Satellitenkommunikations-Abdeckungszellen.
18 ist ein Blockdiagramm, das die Komponenten eines Endpunkt-Terminals gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung eines Neigungswinkels und einer Neigungsrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Derzeit werden Systeme eingesetzt, die über Satellitenkonstellationen in der erdnahen Umlaufbahn (LEO) Netzkommunikation mit hoher Bandbreite und geringer Latenz ermöglichen. 1 ist eine nicht maßstabsgetreue schematische Darstellung, die ein einfaches Beispiel für die Kommunikation in einem solchen System 100 veranschaulicht. Ein Endpunkt-Terminal 102 wird in einem Haus, einem Unternehmen, einem Fahrzeug oder an einem anderen Ort installiert, an dem ein Kommunikationszugang über ein Satellitennetz gewünscht wird. Zwischen dem Endpunkt-Terminal 102 und einem ersten Satelliten 104 wird eine Kommunikationsverbindung hergestellt. In der dargestellten Ausführungsform stellt der erste Satellit 104 seinerseits eine Kommunikationsverbindung mit einem Gateway-Terminal 106 her. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Satellit 104 vor der Kommunikation mit einem Gateway-Terminal 106 einen Kommunikationspfad mit einem anderen Satelliten aufbauen. Das Gateway-Terminal 106 ist physisch über Glasfaser, Ethernet oder eine andere physische Verbindung mit einem Bodennetzwerk 108 verbunden. Bei dem Bodennetzwerk 108 kann es sich um jede Art von Netzwerk handeln, auch um das Internet.
Die Latenz der Kommunikation zwischen dem Endpunkt-Terminal 102 und dem Bodennetz 108 wird zumindest teilweise durch die Entfernung zwischen dem Endpunkt-Terminal 102 und dem Satelliten 104 sowie durch die Entfernung zwischen dem Satelliten 104 und dem Gateway-Terminal 106 bestimmt. Bei früheren Satellitenkommunikationssystemen, die Satelliten in einer geosynchronen oder geostationären Erdumlaufbahn (GEO) verwendeten, führten die großen Entfernungen zu hohen Latenzzeiten. Daher ist es wünschenswert, für Kommunikationssysteme Konstellationen von Satelliten in einer Nicht-GEO-Umlaufbahn, z. B. einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO), zu verwenden.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Konfigurationen für Endpunkt-Terminals 102 (oder Benutzerterminals) zur Optimierung der Netzwerkkommunikation zum und vom Satelliten. Insbesondere beziehen sich die hier offengelegten beispielhaften Ausführungsformen auf Systeme und Verfahren zur Ausrichtung von Endpunkt-Terminals 102 auf der Grundlage der Breitengradposition oder anderer relevanter Daten, einschließlich der Nähe zu Bevölkerungszentren oder natürlichen Merkmalen, des erdgebundenen Endpunkt-Terminals.
Für Anwendungen mit globaler Satellitenabdeckung, z. B. für die weltweite Internetabdeckung, wird eine große Anzahl von Satelliten benötigt, die ein vorhersehbares Netz von Satellitenabdeckungen bilden. Wenn nicht genügend Satelliten in einem vorhersehbaren Raster vorhanden sind, kann es zu häufigen Ausfällen des Dienstes kommen. Die Gestaltung der Satellitenkonstellation, die den Anforderungen der Kommunikationsanwendung entspricht, hängt von der gewünschten Satellitenhöhe und der Inklinationspaarung, den Antenneneigenschaften und der Gestaltung der Satellitenbodenspuren ab, die im Folgenden ausführlicher beschrieben werden.
Ein erdgebundenes Endpunkt-Terminal 102 kann ein mit der Erde verbundenes Endpunkt-Terminal oder ein nicht in der Erdumlaufbahn befindlicher Körper sein, der sich in der Erdatmosphäre befindet, z. B. eine nicht bewegliche atmosphärische Plattform. Ein erdgebundenes Endpunkt-Terminal 102 kann sich beispielsweise in der Troposphäre der Erde befinden, etwa in einer Entfernung von etwa 10 Kilometern (ungefähr 6.2 Meilen) von der Erdoberfläche, und/oder in der Stratosphäre der Erde, etwa in einer Entfernung von etwa 50 Kilometern (ungefähr 31 Meilen) von der Erdoberfläche, zum Beispiel auf einem stationären Objekt, wie einem Ballon.
Während die Konzepte der vorliegenden Offenbarung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen empfänglich sind, sind spezifische Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass es nicht die Absicht ist, die Konzepte der vorliegenden Offenbarung auf die besonderen Formen zu beschränken, die offenbart sind, sondern im Gegenteil, die Absicht ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die mit der vorliegenden Offenbarung und den beigefügten Ansprüchen übereinstimmen.
Verweise in der Beschreibung auf „(genau) eine Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“, „eine anschauliche Ausführungsform“ usw. weisen darauf hin, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft enthalten kann, aber nicht jede Ausführungsform notwendigerweise dieses bestimmte Merkmal, diese Struktur oder diese Eigenschaft enthalten muss. Außerdem beziehen sich solche Ausdrücke nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform. Wenn ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, so liegt es im Wissen eines Fachmanns, dieses Merkmal, diese Struktur oder diese Eigenschaft in Verbindung mit anderen Ausführungsformen zu beeinflussen, unabhängig davon, ob diese ausdrücklich beschrieben sind oder nicht.
In den Zeichnungen können einige Struktur- oder Verfahrensmerkmale in bestimmten Anordnungen und/oder Reihenfolgen dargestellt sein. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass solche spezifischen Anordnungen und/oder Reihenfolgen nicht unbedingt erforderlich sind. Vielmehr können solche Merkmale in einigen Ausführungsformen in einer anderen Weise und/oder Reihenfolge angeordnet sein als in den illustrativen Figuren dargestellt. Darüber hinaus bedeutet die Erwähnung eines Struktur- oder Verfahrensmerkmals in einer bestimmten FIGUR nicht, dass dieses Merkmal in allen Ausführungsformen erforderlich ist, und in einigen Ausführungsformen kann es nicht enthalten sein oder mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Viele Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie können die Form von Computer- oder Controller-ausführbaren Anweisungen annehmen, einschließlich Routinen, die von einem programmierbaren Computer oder einer Steuerung ausgeführt werden. Fachleute wissen, dass die Technologie auch auf anderen als den oben gezeigten und beschriebenen Computer-/Controller-Systemen ausgeführt werden kann. Die Technologie kann in einem speziellen Computer, einem Steuergerät oder einem Datenprozessor verkörpert sein, der speziell programmiert, ausgebildet oder konstruiert ist, um eine oder mehrere der oben beschriebenen computerausführbaren Anweisungen auszuführen. Dementsprechend beziehen sich die Begriffe „Computer“ und „Steuergerät (Controller)“, wie sie hier allgemein verwendet werden, auf jeden Datenprozessor und können Internet-Geräte und Handheld-Geräte (einschließlich Palmtop-Computer, tragbare Computer, zellulare oder Mobiltelefone, -Multiprozessorsysteme, prozessorbasierte oder programmierbare Unterhaltungselektronik, Netzwerkcomputer, Minicomputer und dergleichen) umfassen. Die von diesen Computern verarbeiteten Informationen können auf jedem geeigneten Anzeigemedium dargestellt werden, z. B. auf einem CRT- oder LCD-Bildschirm.
SATELLITENKONSTELLATIONEN
Die Satellitenkonstellationen der vorliegenden Offenlegung befinden sich in nichtgeostationären Umlaufbahnen. Ein Satellit in einer geostationären Umlaufbahn befindet sich in einer Höhe von etwa 35 786 km über dem mittleren Meeresspiegel. Die Satellitenkonstellationen der vorliegenden Offenbarung befinden sich auf niedrigeren Höhen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung befindet sich die Satellitenkonstellation der vorliegenden Offenbarung in einer Höhe von weniger als 10.000 km. In einer anderen Ausführungsform befindet sich die Satellitenkonstellation der vorliegenden Offenbarung in einer niedrigen Erdumlaufbahn in einer Höhe von weniger als 2000 km. In einer anderen Ausführungsform befindet sich die Satellitenkonstellation der vorliegenden Offenbarung in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn in einer Höhe von weniger als 500 km.
Die Benutzer- oder Endpunkt-Terminals 102 der vorliegenden Systeme 100 sind gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung so konzipiert und ausgebildet, dass sie in Verbindung mit LEO-Satellitenkonstellationen arbeiten. Da LEO-Satellitenkonstellationen im Gegensatz zu GEO-Satellitenkonstellationen nicht stationär in Bezug auf einen bestimmten Standort auf der Erde bleiben, werden solche Änderungen im Design der Satellitenkonstellation und der Benutzerterminals 102 berücksichtigt. Der driftende Charakter von LEO-Satellitenkonstellationen wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
UNSYNCHRONISIERTE (DRIFTENDE) BAHNEBENEN
In 2A ist eine Satellitenkonstellation dargestellt. Die Konstellation zeigt vier Satellitenbahnen in vier verschiedenen Bahnebenen, einschließlich der Satellitenstränge A, B, C und D. Zur Vereinfachung in der dargestellten Ausführungsform umfassen die Satellitenstränge einen Satelliten. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung umfasst jedoch jeder Satellitenstrang eine Vielzahl von Satelliten, die einander auf der Bahn der Umlaufbahnebene folgen.
Die Satellitenstränge A, B, C und D befinden sich in ähnlicher Höhe, aber mit unterschiedlichen Inklinationswinkeln, Inklinationswinkel A und Inklinationswinkel B. Zum Beispiel befindet sich Strang A in einer Inklination α von etwa 55 Grad relativ zum Äquator E und Strang B in einer Inklination β von etwa 32 Grad relativ zum Äquator E. Die Satellitenstränge C und D spiegeln die Satellitenstränge A und B wider.
Die Höhen der Satellitenstränge sind nicht exakt gleich, um eine Kollision von Satelliten in verschiedenen Systemen zu vermeiden, aber sie befinden sich in geringer Entfernung voneinander, so dass die Höhe ein minimaler Faktor für die unterschiedlichen Betriebseigenschaften des ersten und des zweiten Satellitenstrangs A und B ist. So können sich beispielsweise Satellitenstrang A und Satellitenstrang B in einem Höhenbereich von wenigen Kilometern, weniger als 200 km, befinden.
Wie in 2B dargestellt, haben die beiden Satellitenstränge A und B aus 1A aufgrund ihrer unterschiedlichen Inklinationen A und B unterschiedliche Driftraten in Richtung Westen. Deshalb sind nach einer gewissen Zeit, in der sich die Erde in östlicher Richtung dreht (siehe Pfeil r), die beiden Satellitenstränge A und B nach Westen gedriftet. Der zweite Satellitenstrang B ist jedoch stärker nach Westen gedriftet als der erste Satellitenstrang A, wie die Driftdifferenz Δd zeigt.
Die Driftdifferenz Δd zwischen dem ersten und dem zweiten Satellitenstrang A und B kann unerwünscht sein, weil sie die Verflechtung zwischen den beiden Gebieten, die von den beiden Satellitensträngen A und B abgedeckt werden, unsicher macht. Eine Verflechtung oder Verschachtelung zwischen den Satellitensträngen kann in Kommunikationssystemen wünschenswert sein, die für eine vorhersehbare Satellitenabdeckung auf eine bekannte Satellitenkonstellation angewiesen sind.
SYNCHRONISIERTE (FIXIERTE DRIFT-) BAHNEBENEN
Wie in 3 dargestellt, besteht eine Lösung zur Verringerung des Unterschieds in der Driftrate zwischen zwei Satellitensystemen in Übereinstimmung mit der zuvor entwickelten Technologie darin, die beiden Satellitensysteme in zwei unterschiedlichen Höhen zu fliegen. Siehe Höhe h1 für Satellitenkette A und Höhe h2 für Satellitenkette B. Der Höhenunterschied zwischen den beiden Satellitensystemen A und B kann so festgelegt werden, dass die Präzession der Rektaszension des aufsteigenden Knotens (RAAN) für die Satelliten in beiden Satellitenbahnebenen identisch ist.
Wie in 4 dargestellt, ist für eine geozentrische Bahn eines Objekts, das die Erde umkreist, die Äquatorebene (E) der Erde die Bezugsebene und der Frühlingspunkt γ (der als himmlischer „Nullmeridian“ gilt) der Ursprung der Länge. In einem Inertialsystem, in dem sich die Erde dreht, ist die Länge der Umlaufbahn der Punkt, an dem die Umlaufbahn die Bezugsebene kreuzt, gemessen von der Bezugsrichtung γ, gemessen in östlicher Richtung (oder, von Norden aus gesehen, gegen den Uhrzeigersinn) vom Frühlingspunkt γ zum aufsteigenden Knoten Ω, und wird als Rektaszension des aufsteigenden Knotens (RAAN) bezeichnet. Zwei Zahlen orientieren die Bahnebene im Raum: Inklination und RAAN.
Die Länge des aufsteigenden Knotens (LAN) wird in Bezug auf den Nullmeridian (Greenwich-Linie) im geografischen Koordinatensystem gemessen, bei dem die Länge als 0° definiert ist, die die Erde in die östliche und die westliche Hemisphäre teilt (im Gegensatz zu RAAN, das in Bezug auf eine himmlische Bezugsebene gemessen wird).
Um auf 3 zurückzukommen: Strang A kann sich beispielsweise in einer Inklination α von etwa 55 Grad relativ zum Äquator E und einer Höhe von etwa 1150 km befinden, während sich Strang B in einer Inklination β von etwa 32 Grad relativ zum Äquator E und einer Höhe von etwa 2040 km befinden kann. Da die Präzession des RAAN für die beiden Satellitensysteme identisch ist, driften die Systeme in einer verriegelten Drift zusammen, so dass sie weiterhin ineinander greifen und verschachtelt sind.
Die RAAN-Präzession kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden: $\begin{matrix} \dot{Ω} = - \frac{3}{2} J_{2} {(\frac{R a d i u s_{E a r t h}}{p_{A}})}^{2} n_{A} & cos i_{A} = - \frac{3}{2} J_{2} {(\frac{R a d i u s_{E a r t h}}{p_{B}})}^{2} n_{B} & cos i_{B} \\ n = \sqrt{\frac{μ}{a^{3}}} & p = a (1 - e^{2}) \end{matrix}$
Darin ist Ω die RAAN-Präzession, J2 die Abplattung der Erde, [Radius] _Earth der mittlere Äquatorradius der Erde, i ist die Bahninklination, a ist die Halbachse der Umlaufbahn, e ist die Exzentrizität der Umlaufbahn, und µ ist der Gravitationsparameter der Erde.
Während eine verriegelte Drift für die Satellitenabdeckung wünschenswert ist, kann es schwierig sein, die für den Betrieb von zwei Satellitensträngen in zwei verschiedenen Höhen erforderlichen staatlichen Lizenzen zu erhalten. Darüber hinaus können Satelliten, die für den Betrieb auf Höhen ausgebildet sind, die innerhalb eines engen Höhenbereichs liegen (z. B. innerhalb eines Höhenbereichs von weniger als 200 km), mit ähnlichen (wenn nicht sogar denselben) Konstruktionsmerkmalen entworfen werden. Satelliten, die in sehr unterschiedlichen Höhen fliegen, stellen aufgrund der unterschiedlichen Flugbedingungen eine konstruktive Herausforderung dar.
Daher können die Benutzerterminals so ausgelegt werden, dass sie die Drift der Satellitenketten berücksichtigen, wenn alle Satelliten mit der gleichen Inklination fliegen, oder die unterschiedliche Drift der Satelliten, wenn diese mit unterschiedlichen Inklinationen fliegen, oder beides.
Wie in 5 dargestellt, befinden sich die Satelliten des ersten und zweiten Satellitenstrangs X1 und Y1 in einem Rahmen, der sich mit der Erde dreht, in diskreten Umlaufbahnen, die jeweils eine Bahn definieren, wobei jeder Satellitenstrang X1 und Y1 eine andere Inklination aufweist, ähnlich wie bei der Satellitenkonstellation. Das Satellitensystem kann mit der erforderlichen Anzahl von Schleifen ausgelegt werden, um sich wiederholende Bodenverfolgungssysteme zu sein, oder es kann ein Driftmuster relativ zur Erdrotationsrate aufweisen.
Die Vermaschung oder Verschachtelung von Satellitensträngen ist in Kommunikationssystemen wünschenswert, die von einer bekannten Satellitenkonstellation für eine vorhersehbare Satellitenabdeckung abhängen, wie in den Beispielen 1-3 dargestellt.
BEISPIEL 1:
EINE INKLINATION, EINE BODENSPUR
In 6A ist ein beispielhaftes Konturdiagramm der Satellitenkommunikationsabdeckung dargestellt. Das Konturdiagramm zeigt die durchschnittliche Anzahl von Satelliten in Sichtweite. Die Bodenspur umfasst 31 Satellitenumläufe alle 2 Tage. Die Anzahl der Satelliten beträgt 2549 in 345,6 km Höhe. Die Inklination des Satellitenstrangs liegt bei 53,0. Der Nadir-Winkel der Satellitenantenne beträgt 40,5 Grad, und der minimale Elevationswinkel des Benutzerterminals beträgt 46,8 Grad.
Die Linien der Konturdarstellung zeigen die Bodenspur der Satelliten. Die Bodenspuren können sich wiederholen oder nicht wiederholen (d. h. sie bewegen sich langsam über die Erdoberfläche, entweder nach Osten oder nach Westen). Das Konturdiagramm zeigt, dass die Kommunikationsabdeckung dort zunimmt, wo sich die Bodenspuren kreuzen. Das Konturdiagramm zeigt, dass in einem bestimmten Abstand zu den Bodenspuren keine Kommunikationsabdeckung besteht.
BEISPIEL 2:
ZWEI INKLINATIONEN, ZWEI BODENSPUREN
In 6B ist eine beispielhafte Konturdarstellung der Satellitenkommunikationsabdeckung dargestellt. Das Konturdiagramm zeigt die durchschnittliche Anzahl von Satelliten in Sichtweite. Die erste und zweite Bodenspur umfassen jeweils 31 Satellitenumläufe alle 2 Tage. Die Anzahl der Satelliten in den beiden Bodenspuren beträgt 5026 in den Höhen 345,6 und 340,8. Die Inklinationen der Satellitenstränge liegen bei 53,0 und 48,0. Der Nadir-Winkel der Satellitenantenne beträgt 40,5 Grad, und der minimale Elevationswinkel des Benutzerterminals beträgt 46,8 Grad.
Die Linien der Konturdarstellung zeigen die erste und zweite Bodenspur der Satelliten. Die Bodenspuren können sich wiederholen oder nicht wiederholen (d. h. sie bewegen sich langsam über die Erdoberfläche, entweder nach Osten oder nach Westen). Das Konturdiagramm zeigt, dass die Kommunikationsabdeckung im Vergleich zur Kommunikationsabdeckung in BEISPIEL 1 durch die Hinzufügung der zweiten Bodenspur mit einer zweiten Inklination zunimmt.
BEISPIEL 3:
DREI INKLINATIONEN, DREI BODENSPUREN
In 6C ist eine beispielhafte Konturdarstellung der Satellitenkommunikationsabdeckung dargestellt. Das Konturdiagramm zeigt die durchschnittliche Anzahl von Satelliten in Sichtweite. Die erste, zweite und dritte Bodenspur umfassen jeweils 31 Satellitenumläufe alle 2 Tage. Die Anzahl der Satelliten in den drei Bodenspuren beträgt 7518 in Höhen von 345,6, 340,8 und 335,9 km. Die Inklinationen der Satellitenstränge liegen bei 53,0, 48,0 und 42,0 Grad. Der Nadir-Winkel der Satellitenantenne beträgt 40,5 Grad, und der minimale Elevationswinkel des Benutzerterminals beträgt 46,8 Grad.
Die Linien der Konturdarstellung zeigen die erste, zweite und dritte Bodenspur der Satelliten. Die Bodenspuren können sich wiederholen oder nicht wiederholen (d. h. sie bewegen sich langsam über die Erdoberfläche, entweder nach Osten oder nach Westen). Das Konturdiagramm zeigt, dass sich die Kommunikationsabdeckung im Vergleich zu den Beispielen 1 und 2 durch die Hinzufügung der dritten Bodenspur mit einer dritten Inklination deutlich erhöht.
Wie in den dreidimensionalen Satellitenbahnen von 5 und den Konturdiagrammen von 6A, 6B und 6C zu sehen ist, ergibt sich aus der Umlaufbahn von Satelliten, die sich unter einem bestimmten Inklinationswinkel bewegen, und der Geometrie der Erde eine höhere Dichte von Satelliten in der Nähe der nördlichsten und südlichsten Breitengrade im Vergleich zur Äquatomähe. Unter der Annahme, dass jeder Satellitenstrang X1 oder Y1 in 5 eine bekannte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten oder im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeten Satelliten aufweist, die sich auf einer ebenen Umlaufbahn um die Erde bewegen, erzeugen das Bahnmuster einer Satellitenkonstellation bei einem bestimmten Inklinationswinkel (vergleichen Sie die Bahnmuster von X1 und Y1 bei unterschiedlichen Inklinationswinkeln) und die Geometrie der Erde einen Schwarm von Satelliten in oder nahe den oberen und unteren begrenzenden Breitengraden der Bahn.
Bei einer prograden Umlaufbahn entsprechen die oberen und unteren begrenzenden Breitengrade der Umlaufbahn (in 5 als P und Q für den Satellitenstrang X1 oder als R und S für den Satellitenstrang Y1 angegeben) in der Regel dem Inklinationswinkel des Satelliten. Ein Satellitenstrang X1 mit einem Inklinationswinkel von 42 Grad hat beispielsweise einen oberen und einen unteren begrenzenden Breitengrad P und Q von 42 Grad nördlich des Äquators und 42 Grad südlich des Äquators. Bei einer retrograden Umlaufbahn entsprechen die oberen und unteren begrenzenden Breitengrade der Umlaufbahn 180 Grad minus dem Inklinationswinkel. Beispielsweise hat ein Satellit mit einem Inklinationswinkel von 138 Grad auch einen oberen und unteren begrenzenden Breitengrad von 42 Grad.
Ebenso hat ein Satellitenstrang Yl mit einem Inklinationswinkel von 53 Grad einen oberen und unteren begrenzenden Breitengrad R und S von 53 Grad nördlich des Äquators und 53 Grad südlich des Äquators.
BENUTZERTERMINAL MIT EINEM LENKBAREN STRAHL
UND EIN BEGRENZTES SICHTFELD
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Benutzerendgerät für die Kommunikation mit einer LEO-Satellitenkonstellation ausgebildet, die aus Satelliten besteht, die Hochfrequenzsignale (RF-Signale) aussenden oder empfangen.
Eine Antenne (z. B. eine Dipolantenne, eine Parabolantenne oder eine Patch-Antenne) erzeugt oder empfängt typischerweise Strahlung in einem Muster, das eine bevorzugte Richtung hat, die als Hauptstrahl bekannt ist. Die Signalqualität (z. B. das Signal-Rausch-Verhältnis oder SNR) kann sowohl beim Senden als auch beim Empfangen verbessert werden, indem der Hauptstrahl der Antenne auf die Richtung des Ziels oder der Signalquelle ausgerichtet bzw. gesteuert wird. Bei elektronisch gesteuerten Antennensystemen werden mehrere einzelne Antennenelemente zusammen eingesetzt, um den Hauptstrahl relativ zu diesen physisch festen Antennenelementen neu auszurichten oder zu steuern. Bei mechanisch gesteuerten Antennensystemen wird ein einzelnes oder mehrere Antennenelemente physisch bewegt, um den Hauptstrahl neu auszurichten.
Da LEO-Satellitenkonstellationen im Gegensatz zu GEO-Satellitenkonstellationen nicht ortsfest in Bezug auf einen bestimmten Standort auf der Erde bleiben, ist das Benutzerendgerät der vorliegenden Ausführungsform mit einem Antennensystem ausgebildet, das eine Antennenöffnung mit mindestens einem Freiheitsgrad aufweist, um diese bevorzugte Richtung der Übertragung oder des Empfangs elektromagnetischer Strahlung zu steuern. Diese Ausrichtung kann entweder auf elektronischem oder mechanischem Wege oder durch eine Kombination davon erfolgen.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung ist das Benutzerendgerät nicht in der Lage, seinen Hauptstrahl so zu lenken, dass er die gesamte Hemisphäre des Himmels, wie sie durch den lokalen Horizont des Standorts des Benutzerendgeräts auf der Erde definiert ist, erfasst. Diese Einschränkung der Steuerung ist das Ergebnis mechanischer, regulatorischer oder elektrischer Beschränkungen der im Benutzerendgerät verwendeten Strahlsteuerungstechnologie. Der Bereich, auf den diese Antenne für die Kommunikation ausgerichtet werden kann, wird als Sichtfeld oder auch als Kommunikationszone bezeichnet. Eine Antenne, die nicht in der Lage ist, ihren Strahl so zu lenken, dass sie jeden beliebigen Ort innerhalb ihrer lokalen Himmelshalbkugel anspricht, wird im Folgenden als Antenne mit begrenztem Sichtfeld bezeichnet.
BENUTZER-TERMINAL, DAS EINE PHASENGESTEUERTE ANTENNE HAT
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Benutzerendgerät mit einer phasengesteuerten Gruppenantenne ausgebildet werden, die elektronisch in eine oder zwei Richtungen gesteuert wird. Die phasengesteuerte Array-Antenne umfasst eine Array-Antennenöffnung, die durch ein Gitter aus einer Vielzahl von Antennenelementen definiert ist, die beispielsweise in M Spalten, die in der ersten Richtung ausgerichtet sind, und N Reihen, die sich in einer zweiten Richtung in einem Winkel relativ zur ersten Richtung erstrecken (z. B. ein 90-Grad-Winkel in einem rechteckigen Gitter oder ein 60-Grad-Winkel in einem dreieckigen Gitter), verteilt sind und so ausgebildet sind, dass sie Signale in einer bevorzugten Richtung senden und/oder empfangen.
Eine Antenne (z. B. eine Dipolantenne) erzeugt in der Regel ein Strahlungsmuster, das eine Vorzugsrichtung hat. Zum Beispiel ist das erzeugte Strahlungsmuster in einigen Richtungen stärker und in anderen Richtungen schwächer. Auch beim Empfang von elektromagnetischen Signalen hat die Antenne dieselbe Vorzugsrichtung. Die Signalqualität (z. B. das Signal-Rausch-Verhältnis oder SNR) kann sowohl bei Sende- als auch bei Empfangsszenarien verbessert werden, indem die Vorzugsrichtung der Antenne auf die Richtung des Ziels oder der Signalquelle ausgerichtet wird. Es ist jedoch oft unpraktisch, die Antenne in Bezug auf das Ziel oder die Signalquelle physisch neu auszurichten. Außerdem ist die genaue Position der Quelle/des Ziels möglicherweise nicht bekannt. Um einige der oben genannten Unzulänglichkeiten der Antenne zu überwinden, kann eine phasengesteuerte Gruppenantenne aus einem Satz von Antennenelementen gebildet werden, um eine große Richtantenne zu simulieren. Ein Vorteil der phasengesteuerten Gruppenantenne ist ihre Fähigkeit, Signale in einer bevorzugten Richtung zu senden und/oder zu empfangen (d. h. die Fähigkeit der Antenne zur Strahlformung), ohne das System physisch neu zu positionieren oder auszurichten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein phasengesteuertes Gruppenantennensystem für die Kommunikation mit einem Satelliten ausgebildet, der Hochfrequenzsignale (RF) aussendet oder empfängt. Das Antennensystem umfasst eine phasengesteuerte Gruppenantenne mit einer Vielzahl von Antennenelementen, die in einer Vielzahl von M Spalten verteilt sind, die in der ersten Richtung ausgerichtet sind, und einer Vielzahl von N Reihen, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstrecken, und einer Vielzahl von Phasenschiebern, die für Phasenverschiebungen zwischen Antennenelementen in der ersten und zweiten Richtung ausgerichtet sind.
7 ist eine schematische Darstellung eines phasengesteuerten Antennensystems 120 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das dargestellte System umfasst mehrere Antennenelemente 122i, die für die Übertragung eines Signals ausgebildet sind, das sich in der schematischen Darstellung von rechts nach links bewegt. Die ausgehenden Hochfrequenzsignale (HF-Signale) werden von einem Modulator 130 über einen Verteiler 128 zu einzelnen Phasenschiebern 126i geleitet. Das HF-Signal wird von den Phasenschiebern 126i um verschiedene Phasen verschoben, die von einem Phasenschieber zum anderen um einen vorgegebenen Betrag variieren. Die PAs 124i im Sendebetrieb (oder LNAs im Empfangsbetrieb) verstärken die phasenverschobenen HF-Signale, und die Antennenelemente 122i strahlen die HF-Signale als elektromagnetische Wellen ab. (In 8, die weiter unten beschrieben wird, ist ein beispielhaftes Strahlungsdiagramm einer phasengesteuerten Antenne dargestellt. )
An einer phasengesteuerten Empfangsantenne (in 7 von links nach rechts) können die Wellenfronten 132 von einer Reihe von einzelnen Antennenelementen 122i erfasst und von einer Reihe von LNAs 124i verstärkt werden. Die Wellenfronten 132 können die Antennenelemente 122i zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreichen. Daher enthält das empfangene Signal im Allgemeinen Phasenabweichungen von einem Antennenelement der Empfangsantenne (RX) zum anderen. Analog zum Fall der phasengesteuerten Sendeantenne können diese Phasenverschiebungen durch einen weiteren Satz von Phasenschiebern 126i ausgeglichen werden, die mit den entsprechenden Antennenelementen 122i verbunden sind. Beispielsweise kann jeder Phasenschieber 126i (z. B. ein Phasenschieber-Chip) so programmiert werden, dass er die Phase des Signals an dieselbe Referenz anpasst, so dass der Phasenversatz zwischen den einzelnen Antennenelementen aufgehoben wird, um die der gleichen Wellenfront 132 entsprechenden HF-Signale zu kombinieren. Durch diese konstruktive Kombination von Signalen kann ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) für das empfangene Signal erreicht werden, was zu einer erhöhten Kanalkapazität führt.
8 ist ein Diagramm der Haupt- und Nebenkeulen eines Antennensignals gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die horizontale Achse zeigt die abgestrahlte Leistung in dB. Die radiale Achse zeigt den Winkel des HF-Feldes in Grad. Die Hauptkeule oder der Hauptstrahl 140 stellt das stärkste HF-Feld dar, das von einer phasengesteuerten Gruppenantenne in einer bevorzugten Richtung erzeugt wird. Im dargestellten Fall entspricht eine gewünschte Richtwirkung 142 der Hauptkeule 140 etwa 20°. Typischerweise wird die Hauptkeule 140 von einer Reihe von Nebenkeulen 144 begleitet, die im Allgemeinen unerwünscht sind, weil die Nebenkeulen 144 ihre Leistung aus demselben Leistungsbudget beziehen und somit die verfügbare Leistung für die Hauptkeule 140 verringern. Darüber hinaus können die Nebenkeulen 144 in einigen Fällen das SNR an der Empfangsantenne verringern.
9 zeigt ein schematisches Layout oder Gitter 150 einzelner Antennenelemente 152i einer phasengesteuerten Gruppenantenne. Das dargestellte Phased-Array-Antennengitter 150 umfasst Antennenelemente 152i, die in einem 2D-Array aus M Spalten und N Zeilen angeordnet sind. Beispielsweise hat das Phased-Array-Antennengitter 150 eine allgemein kreisförmige oder polygonale Anordnung der Antennenelemente 152i. In anderen Ausführungsformen kann die phasengesteuerte Gruppenantenne eine andere Anordnung von Antennenelementen aufweisen, z. B. eine quadratische Anordnung oder eine andere polygonale Anordnung der Antennenelemente. Wie oben beschrieben, sind die Antennenelemente 152i in mehreren Reihen und Spalten angeordnet und können phasenversetzt sein, so dass die phasengesteuerte Gruppenantenne eine Wellenform in einer bevorzugten Richtung ausstrahlt. Wenn die Phasenverschiebungen der einzelnen Antennenelemente richtig angewendet werden, hat die kombinierte Wellenfront die gewünschte Richtwirkung der Hauptkeule.
Unter Bezugnahme auf die beispielhafte Ausführungsform in 14 kann eine phasengesteuerte Gruppenantennenöffnung 154 eine allgemein konisch geformte Kommunikationszone 176 erzeugen, die einen Peilvektor (dargestellt als zentrale Längsachse 178 der konisch geformten Kommunikationszone 176) und ein Sichtfeld 160 aufweist. Das Sichtfeld 160 ist eine Funktion des Winkels, den die phasengesteuerte Gruppenantenne von ihrem Peilvektor 178 aus steuern kann. Im Fall einer elektrisch gesteuerten phasengesteuerten Gruppenantenne ist das Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld, das kleiner ist als die Gesamtsicht auf den Himmel bei einer bestimmten Verwendung an einem bestimmten Ort. Die phasengesteuerte Gruppenantenne kann so ausgebildet werden, dass sie je nach dem geografischen Standort des Benutzerendgeräts in einer bestimmten Richtung ausgerichtet wird. In diesem Zusammenhang kann das Benutzerendgerät oder die phasengesteuerte Gruppenantenne nicht nur geneigt, sondern auch geschwenkt werden, um die phasengesteuerte Gruppenantenne entsprechend dem geografischen Standort des Benutzerendgeräts zu positionieren.
SICHTFELD EINER PHASENGESTEUERTEN GRUPPENANTENNE
In 10 ist eine Ansicht des Himmels von oben für ein beispielhaftes Benutzerterminal in Los Angeles, Kalifornien, USA, dargestellt, die ein Sichtfeld 160 für eine beispielhafte zweidimensionale phasengesteuerte Antenne zeigt. Da das Benutzerterminal nach oben in den Himmel blickt, sind die Richtungsanzeigen Ost und West vertauscht. In 11 ist an einem anderen Standort mit derselben zweidimensionalen phasengesteuerten Gruppenantenne eine Ansicht des Himmels nach oben für ein Benutzerendgerät in Seattle, Washington, USA, dargestellt, die ein ähnliches Sichtfeld 260 zeigt.
In den dargestellten Sichtfeldern 160 und 260 von 10 und 11 sind Aufwärtsansichten von sichtbaren Satelliten 166 (10) und 266 (11) in der Satellitenkonstellation (z. B. eine der beispielhaften Konstellationen von 5 oder 6A, 6B oder 6C) dargestellt. Die sichtbaren Satelliten 166 und 266 in den jeweiligen Sichtfeldern 160 (10) und 260 (11) sind für die Kommunikation verfügbar.
Die beispielhaften Sichtfelder 160 und 260 in den jeweiligen dargestellten Ausführungsformen der 10 und 11 sind so gestaltet, dass sie im Allgemeinen kreisförmig sind und den größten Winkel beschreiben, in den das Antennensystem, gemessen vom Achsenvektor des Antennensystems, lenken kann (oder dafür ausgebildet ist). Je nach Design und Konfiguration der phasengesteuerten Gruppenantenne und der Antennenöffnung im Benutzerendgerät kann das Sichtfeld jedoch auch andere Formen haben (z. B. eine quadratische Form, eine polygonale Form oder eine andere geeignete Form).
GESTALTUNG DES BENUTZERTERMINALS
Wie in den 13A, 13B und 13C dargestellt, ist ein beispielhaftes Benutzerterminal 180 so konstruiert und ausgebildet, dass das Gehäuse 182 für eine phasengesteuerte Gruppenantennenöffnung 154 (siehe 9) relativ zu seiner Halterung neigbar ist, z. B. durch einen Montagefuß 184. Eine solche Neigbarkeit der phasengesteuerten Gruppenantennenöffnung 154 ermöglicht nicht nur die Beseitigung von Regen und Schnee und die Wärmeableitung, sondern auch die Ausrichtung des Sichtfelds 160a zum Himmel für eine verbesserte Hochfrequenzkommunikation mit einem oder mehreren Satelliten in Abhängigkeit von der geografischen Lage der phasengesteuerten Gruppenantennenöffnung 154 und der Umlaufbahn der Satellitenkonstellation.
Die FIGURen 13A, 13B und 13C zeigen die Grenzen der Neigbarkeit eines beispielhaften phasengesteuerten Antennensystems mit einem beispielhaften Montagesystem der dargestellten Ausführungsform, wobei 13A eine Antennenöffnung 154 zeigt, die relativ zu einem Montagefuß 184 vollständig vertikal geneigt ist, 13C die Antennenöffnung 154 zeigt, die relativ zum Montagefuß 184 nahezu horizontal geneigt ist, und 13B eine mittlere Neigungsposition zeigt. Andere Neigungsstellungen und Neigungskonfigurationen sind jedoch im Rahmen der vorliegenden Offenbarung möglich. Das Benutzerterminal 180 der 13A-13C ist lediglich eine beispielhafte Darstellung eines Benutzerterminals 180 mit einer neigbaren Antennenöffnung 154. In anderen, nicht einschränkenden Ausführungsformen kann das Benutzerendgerät beispielsweise andere Neigungsmechanismen aufweisen, oder das Gehäuse kann fest bleiben und die Antennenöffnung kann neigbar sein.
GEO-GÜRTEL
In den 10 und 11 zeigen die schattierten Bereiche 170 und 270 in den Himmelsansichten den GEO-Gürtel von Satelliten in einer geosynchronen äquatorialen Umlaufbahn (GEO). Siehe auch 12 für eine Darstellung des GEO-Satellitengürtels 172. Eine GEO-Umlaufbahn ist eine kreisförmige Umlaufbahn 35.786 km (22.236 Meilen) über dem Erdäquator, die der Richtung der Erdrotation folgt. Ein Objekt in einer GEO-Umlaufbahn hat eine Umlaufzeit, die der Rotationsperiode der Erde entspricht. Daher erscheint der Satellit für Beobachter am Boden unbeweglich an einer festen Position am Himmel.
Im GEO-Gürtel existieren viele Satelliten nebeneinander. So werden z. B. Kommunikationssatelliten häufig in einer GEO-Umlaufbahn platziert, damit erdgebundene Satellitenantennen dauerhaft auf die Position am Himmel ausgerichtet werden können, in der sich die Satelliten befinden, und nicht zur Verfolgung gedreht werden müssen. Darüber hinaus werden Wettersatelliten in einer GEO-Umlaufbahn zur Echtzeitüberwachung und Datenerfassung sowie Navigationssatelliten in einer GEO-Umlaufbahn zur Bereitstellung eines bekannten Kalibrierungspunkts zur Verbesserung der GPS-Genauigkeit eingesetzt.
Innerhalb des GEO-Gürtels stören Wetter- oder Erdbeobachtungssatelliten möglicherweise nicht die Kommunikationssatelliten des GEO-Gürtels. Rundfunk- oder Kommunikationssatelliten sind jedoch in der Regel so angeordnet, dass Frequenzstörungen oder Überschneidungen vermieden werden. Zusätzlich zu einem angemessenen Abstand zwischen Satelliten innerhalb des GEO-Gürtels können Kommunikationssatelliten in anderen Umlaufbahnen, z. B. in LEO- und MEO-Umlaufbahnen, so konzipiert und ausgebildet werden, dass Interferenzen mit bereits bestehenden GEO-Kommunikationssatelliten vermieden werden.
In 12 ist eine nicht maßstabsgetreue, vereinfachte Darstellung der Erde und ihrer Satelliten zu sehen, die die vom GEO-Gürtel 172 der Satelliten gebildete Linie zeigt. Zurück zu den 10 und 11: Die schattierten Bereiche 170 und 270 zeigen, wie das potenzielle Störfeld für den GEO-Gürtel 172 von Satelliten in der geosynchronen äquatorialen Umlaufbahn (GEO) in den Sichtfeldern (z. B. 160 in 10 und 260 in 11) eines Benutzerendgeräts mit einer phasengesteuerten Antenne aussieht.
Je nach Breitengrad des Benutzerendgeräts kann sich die Ansicht des GEO-Gürtel-Störfelds 170 oder 270 in Bezug auf das Sichtfeld 160 oder 260 ändern. In 10 ist beispielsweise eine Himmelsansicht für ein Benutzerendgerät in Los Angeles, Kalifornien, bei einem Breitengrad von 34,0522° N dargestellt (siehe L1 in 5). Im Gegensatz dazu ist in 11 eine Himmelsansicht für ein Benutzerterminal in Seattle, Washington, bei einem Breitengrad von 47,6062° N dargestellt (siehe L2 in 5).
Obwohl der in 12 dargestellte GEO-Gürtel 172 im Allgemeinen aus einem Band von Satelliten besteht, die sich im Weltraum in einer bestimmten Höhe über dem Erdäquator befinden und der Richtung der Erdrotation folgen, ist das GEO-Gürtel-Störfeld 170 oder 270 ein größerer Bereich von Kommunikationsstörungen, der auf der Leistung eines Antennensystems basiert, um Störungen mit dem GEO-Gürtel zu vermeiden. Beispielsweise kann das GEO-Gürtel-Störfeld in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung in einem Bereich von +/- 5 bis 30 Grad des GEO-Gürtels liegen.
In der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Anwendung ist das GEO-Gürtel-Störfeld 170 oder 270 als +/- 18 Grad des GEO-Gürtels 172 definiert. Daher sind die schattierten Bereiche 170 und 270, die die GEO-Gürtel-Störfelder 170 und 270 in den jeweiligen 10 und 11 darstellen, so bemessen, dass sie die Kommunikations-Interferenzzone von +/- 18 Grad des GEO-Gürtels 172 darstellen.
Wie in den Beispielen von 10 und 11 zu sehen ist, ist das GEO-Gürtel-Störfeld 170 oder 270 in der Himmelsansicht von Benutzerendgeräten, die näher am Äquator positioniert sind, stärker zentriert. Da Los Angeles L1 näher am Äquator E liegt als Seattle L2 (siehe 5), hat das GEO-Belt-Störfeld 170 einen größeren Überlappungsgrad mit dem Sichtfeld 160 für ein Antennensystem mit einem im Wesentlichen vertikalen Zentralvektor (siehe zentraler Boresight-Vektor 178 in 14 für das Sichtfeld 160) in Los Angeles in 10 als im Sichtfeld 260 für ein Antennensystem mit einem im Wesentlichen vertikalen Zentralvektor in Seattle in 11. Daher wird im Allgemeinen ein größerer Neigungswinkel für das Benutzerendgerät verwendet, wenn das Benutzerendgerät näher am Äquator innerhalb der oberen und unteren Grenzen der Satellitenbahn positioniert ist (siehe 5), um die Überlappung zwischen dem Sichtfeld und dem GEO-Gürtel-Störfeld zu verringern.
Als nicht einschränkendes Beispiel zeigt 15, dass das Benutzerterminal in der nördlichen Hemisphäre in einem Bereich von -10 bis 43 Grad geneigt ist, abhängig von der Breitenposition des Benutzerterminals und dem Inklinationswinkel der Umlaufbahn des Satellitenstrangs (zum Beispiel 42 Grad, wie für die Umlaufbahn X1 in 5 zu sehen). So kann das Benutzerterminal in Seattle um 22 Grad, in Los Angeles um 27 Grad und in Südflorida um mehr als 30 Grad geneigt sein.
NEIGUNG JE NACH BREITENGRAD
Zurück zu den 10 und 11: Die Neigung des Antennensystems 154 des Benutzerterminals kann auf der Grundlage des Breitengrads des Benutzerterminals ausgewählt werden, siehe z. B. L1 für Los Angeles und L2 für Seattle in 5. Unter Bezugnahme auf 10 kann das Sichtfeld von einem nicht geneigten Sichtfeld 160 auf ein erstes beispielhaftes geneigtes Sichtfeld 162 bei einem ersten Neigungswinkel nach Norden weg vom Erdäquator oder ein zweites beispielhaftes geneigtes Sichtfeld 164 bei einem zweiten Neigungswinkel nach Norden weg vom Erdäquator eingestellt werden. Vergleiche auch in 14 ein nicht geneigtes Sichtfeld 160 mit einem geneigten Sichtfeld 162.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist ein Antennensystem eine Antenne mit einer Antennenöffnung mit einem definierten begrenzten Sichtfeld. In einigen hier beschriebenen Ausführungsformen kann ein Antennensystem (z. B. eine phasengesteuerte Gruppenantennenöffnung) elektronisch gesteuert werden, um seinen Strahl in eine ausgewählte nicht vertikale Richtung zu lenken. Eine solche Strahlsteuerung (wie in 8 dargestellt, die einen gesteuerten Hauptstrahl 140 zeigt) ist von einer physischen Neigung der Antennenöffnung und des von ihr erzeugten Sichtfeldes (wie in 14 dargestellt) zu unterscheiden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist eine nicht geneigte Antenne eine Antenne mit einem begrenzten Sichtfeld, die einen zentralen Vektor (oder Peil-/Boresight-Vektor) aufweist, der im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Der zentrale Vektor ist definiert als der Vektor zwischen dem Standort der Antennenöffnung und dem geometrischen Schwerpunkt des Sichtfeldes des Antennensystems, projiziert auf die Himmelshalbkugel, die durch den lokalen Horizont um den Standort der Antennenöffnung definiert ist. Eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung ist so konzipiert, dass sie im Wesentlichen senkrecht zu einer Tangentialebene an die mittlere Erdoberfläche verläuft (ohne Berücksichtigung geologischer Merkmale wie Gebirgs- oder Talabhänge, die je nach Höhe den vorgeschriebenen Neigungswinkel weiter beeinflussen können).
In einem nicht einschränkenden Beispiel einer planaren phasengesteuerten Gruppenantenne kann ein nicht geneigtes flaches phasengesteuertes Antennensystem eine Antennenöffnungsfläche aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu einer Tangentialebene an die mittlere Erdoberfläche ausgerichtet ist (ohne Berücksichtigung geologischer Merkmale wie Gebirgssteigungen oder Talabfälle, die je nach Höhe den vorgeschriebenen Neigungswinkel weiter beeinflussen können). Bei anderen nichtplanaren Antennensystemen, wie z. B. konformen phasengesteuerten Gruppenantennen, kann eine nicht geneigte Antenne jedoch nicht im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein, sondern einen im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Boresight-Vektor haben.
In Abhängigkeit von der Vernetzung der Satellitenkonstellation im Sichtfeld 160, 162 und/oder 164 des Benutzerendgerätes können auch andere beispielhafte geneigte Sichtfelder bestimmt werden. In der dargestellten Ausführungsform weisen das erste und das zweite geneigte Sichtfeld 162 und 164 eine geringere Überlappung mit dem GEO-Gürtel-Störfeld 170 und eine erhöhte Anzahl von Satelliten auf, die innerhalb dieses Sichtfeldes sichtbar sind, wobei das zweite geneigte Sichtfeld 164 keine Überlappung mit dem GEO-Gürtel-Störfeld 170 und eine erhöhte Anzahl von Satelliten aufweist, die innerhalb dieses Sichtfeldes sichtbar sind.
Ebenso kann das Sichtfeld, wie in 11 dargestellt, von einem ersten, nicht geneigten Sichtfeld 260 auf ein erstes, beispielhaftes geneigtes Sichtfeld 262 mit einem ersten Neigungswinkel nach Norden vom Erdäquator weg oder ein zweites, beispielhaftes geneigtes Sichtfeld 264 mit einem zweiten Neigungswinkel nach Norden vom Erdäquator weg eingestellt werden. Das erste und das zweite geneigte Sichtfeld 262 und 264 weisen eine geringere Überlappung mit dem GEO-Gürtel-Störfeld 270 und eine größere Anzahl von Satelliten auf, die innerhalb dieses Sichtfeldes sichtbar sind, wobei das zweite geneigte Sichtfeld 264 eine geringere Überlappung als das erste geneigte Sichtfeld 262 und eine größere Anzahl von Satelliten aufweist, die innerhalb dieses Sichtfeldes sichtbar sind.
Bei den in den 10 und 11 dargestellten Ausführungsformen für die Neigung des Sichtfelds kann die Neigung für die dargestellten Breitengrade in Richtung Norden, weg vom Erdäquator, erfolgen. An anderen Orten, wie z. B. den gleichen Breitengraden wie in 10 und 11 auf der Südhalbkugel, kann die Neigung des Sichtfelds vom Erdäquator weg nach Süden gerichtet sein.
An anderen Orten auf der Nordhalbkugel kann die Neigung in Richtung Süden erfolgen, um dieselben Parameter zu optimieren. Ebenso kann es Orte auf der Südhalbkugel geben, an denen eine Neigung in Richtung Norden vorzuziehen ist, um dieselben Parameter zu optimieren. Zum Beispiel entsprechen, wie oben beschrieben, der obere und untere begrenzende Breitengrad der Umlaufbahn typischerweise dem Inklinationswinkel des Satelliten. Wie in 5 zu sehen ist, hat beispielsweise die Umlaufbahn eines Satellitenstrangs X1 mit einem Inklinationswinkel von 42 Grad einen oberen und unteren begrenzenden Breitengrad P und Q von 42 Grad nördlich des Äquators und 42 Grad südlich des Äquators. Ebenso hat die Umlaufbahn eines Satellitenstrangs Y2 mit einem Inklinationswinkel von 53 Grad einen oberen und unteren begrenzenden Breitengrad von 53 Grad nördlich des Äquators und 53 Grad südlich des Äquators. Oberhalb oder unterhalb des oberen und unteren begrenzenden Breitengrads einer Satellitenbahn kann die Neigung in die entgegengesetzte Richtung erfolgen, um sich in Richtung des Satellitenschwarms an oder in der Nähe des oberen und unteren begrenzenden Breitengrads der Bahn zu neigen. Siehe z. B. 15.
Dementsprechend umfasst ein Verfahren zur Ausrichtung eines Benutzers oder Endpunkts an einem erdgebundenen Standort die Bestimmung eines Breitengrads des erdgebundenen Standorts für eine Antenne mit begrenztem Sichtfeld für die Kommunikation mit einer Nicht-GEO-Satellitenkonstellation.
Auf der Grundlage eines ersten Breitengrades des Benutzers oder des Endpunkt-Terminals kann der Benutzer oder das automatisierte System einen ersten Neigungswinkel auswählen, um das Sichtfeld von einem nicht geneigten Sichtfeld auf ein erstes geneigtes Sichtfeld für eine erste geneigte Antennenöffnung einzustellen.
Auf der Grundlage eines zweiten Breitengrades des Benutzers oder des Endpunkt-Terminals kann der Benutzer oder das automatisierte System einen zweiten Neigungswinkel auswählen, um das Sichtfeld von einem nicht geneigten Sichtfeld auf ein zweites geneigtes Sichtfeld für eine zweite geneigte Antennenöffnung einzustellen usw.
Nach Auswahl des Neigungswinkels kann der Benutzer oder ein automatisiertes System das Benutzer- oder Endpunkt-Terminal auf den entsprechenden Neigungswinkel neigen. Eine solche Neigung verringert das Störfeld mit dem GEO-Gürtel und erhöht die Anzahl der in diesem Sichtfeld sichtbaren Satelliten (wie in den 5 und 6A-6C zu sehen).
Unter Bezugnahme auf die 14 und 15 kann ein Verfahren zur Ausrichtung eines Benutzerterminals an einem erdgebundenen Standort auch eine Bewertung benachbarter geneigter Sichtfelder und der das Benutzerterminal 102 umgebenden Landschaft umfassen, wie z. B. Bäume, Gebäude und andere Hindernisse, die die Kommunikation zwischen einem bestimmten Benutzerterminal und der Satellitenkonstellation 166, mit der es kommuniziert, beeinträchtigen könnten. In den 14 und 15 ist die Richtung nach Norden in Richtung der rechten Seite des Bildes.
In 14 ist eine Reihe von nebeneinander liegenden Häusern in der nördlichen Hemisphäre der Erde dargestellt, die jeweils ein Benutzerendgerät 102 haben. Die Antennensysteme der Benutzerendgeräte 102 haben konisch geformte Sichtfelder 176, die sich aus dem maximalen Winkel ergeben, den das Benutzerendgerät vom Boresight-Vektor 178 zum konischen Sichtfeld 176 steuern kann. Darüber hinaus sind die Antennensysteme der Benutzerendgeräte 102 so ausgerichtet, dass der Boresight-Vektor im Wesentlichen vertikal (oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Tangente an die mittlere Erdoberfläche) verläuft.
Wie in 14 dargestellt, können die Benutzerterminals 102 nach Norden geneigt werden, um geneigte Sichtfelder zu erzeugen, die jeweils einen geneigten kegelförmigen Kommunikationsbereich 186 mit einem geneigten Peilvektor und einem geneigten Sichtfeld 162 erzeugen.
Wie in 14 zu sehen ist, kommunizieren die geneigten Sichtfelder 162 von zumindest einer Untergruppe von Nutzerendgeräten in einem bestimmten geografischen Gebiet (oder einer Zelle) auf der Erde mit demselben Satelliten, um eine zuverlässige Kommunikation zu gewährleisten, wenn die Nutzer ihre Antennensysteme mit demselben oder ähnlichen Neigungswinkeln ausrichten. Wenn beispielsweise alle Nutzerendgeräte in einer geografischen Zelle, z. B. einer Zelle mit einem Durchmesser von 30 km, ihre Antennensysteme in die gleiche Richtung und mit dem gleichen Neigungswinkel ausrichten, überschneiden sich die Sichtfelder ihrer Antennensysteme in einer LEO-Entfernung, z. B. in einer Entfernung von 500 km von der Erde.
Wenn die Nutzer ihr Antennensystem in beliebig unterschiedliche Richtungen ausrichten, kann dies dazu führen, dass sich die Kommunikationszonen nicht ausreichend überschneiden, um alle Nutzer in einer Teilmenge oder geografischen Region mit demselben Satelliten zu versorgen, und die Zuverlässigkeit der Kommunikation in einem bestimmten geografischen Gebiet auf der Erde nimmt ab.
In einigen Fällen können mehrere Satelliten für die Kommunikation mit einer bestimmten geografischen Zelle verfügbar sein. In diesem Fall kann eine erste Untergruppe von Benutzerendgeräten innerhalb der geografischen Zelle um einen ersten Neigungswinkel geneigt werden, um mit einem ersten Satelliten zu kommunizieren, und eine zweite Untergruppe von Benutzerendgeräten innerhalb der geografischen Zelle kann um einen zweiten Neigungswinkel geneigt werden, um mit einem zweiten Satelliten zu kommunizieren, usw. Je nach Verfügbarkeit der Satelliten in der Satellitenkonstellation kann es innerhalb der geografischen Zelle weitere vorgeschriebene Neigungswinkel geben.
Dabei ist zu beachten, dass die Kommunikationssignale bei geneigter Kommunikation eine längere Strecke zurücklegen müssen als bei direkter Überkopfkommunikation. Obwohl die Entfernung für die Kommunikation zwischen geneigten Benutzerterminals und Satelliten größer ist, können die vorteilhaften Effekte des Neigens weg vom GEO-Gürtel und des Neigens hin zum Satellitenschwarm in der Nähe der oberen und unteren begrenzenden Breitengrade der Umlaufbahn des Satellitenstrangs eine verbesserte Kommunikationsleistung bieten.
Unter Bezugnahme auf 15 umfasst ein Verfahren zur Ausrichtung eines Benutzer- oder Endpunkt-Terminals an einem erdgebundenen Standort ferner die Bestimmung der oberen und unteren begrenzenden Breitengrade einer Umlaufbahn für eine Satellitenfolge, die durch den Inklinationswinkel der Satellitenfolge definiert ist. Beispielsweise kann ein Benutzerterminal für eine Umlaufbahn Y1 in 5 mit einem Inklinationswinkel von 53 Grad so ausgerichtet werden, dass es bei dem oberen begrenzenden Breitengrad für die Umlaufbahn bei 53 Grad geografischer Breite oder bei dem entsprechenden unteren begrenzenden Breitengrad für die Umlaufbahn -53 Grad geografischer Breite keine Neigung aufweist.
In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt 15 eine Reihe von Benutzerterminals, die sich auf verschiedenen Breitengraden befinden und eingestellte Nord- und Südneigungswinkel auf der Grundlage des Breitengrads und des oberen begrenzenden Breitengrads der Umlaufbahn für den Satellitenstrang aufweisen. Am Äquator ist der Neigungswinkel mit 43 Grad nach Norden am größten. Wenn die Benutzerendgeräte weiter nördlich auf der Erdoberfläche positioniert werden, bleibt der Neigungswinkel in nördlicher Richtung und verringert sich schrittweise auf 35 Grad bei 15°N, auf 27 Grad bei 32°N, auf 22 Grad bei 42°N und dann wieder auf 27 Grad bei 48N. Bei 53°N wird das Benutzerterminal um 10 Grad nach Süden geneigt, um sich dem Satellitenschwarm auf dem oberen begrenzenden Breitengrad der Umlaufbahn des Satellitenstrangs zu nähern.
NEIGUNG JE NACH GEOGRAFISCHEN GEGEBENHEITEN
Wie in 16 dargestellt, können andere Hindernisse eine effektive Neigung des Sichtfelds 162 für ein Benutzerendgerät 102 verhindern. Zum Beispiel kann ein geneigtes Sichtfeld 162 nicht durch einen benachbarten Baum T, sondern durch ein benachbartes Gebäude B behindert werden. Daher kann ein Verfahren zur Konfiguration eines Benutzerendgeräts 102 die Bewertung störender Hindernisse in der Nähe der geneigten Kommunikationszone 186 des Benutzerendgeräts umfassen und bestimmen, ob ein Benutzerendgerät tatsächlich an einem bestimmten Ort platziert werden kann oder ob ein neuer Standort für dieses Benutzerendgerät bestimmt werden muss. Solche Hindernisse können durch Vermessungen der Landbesitzer oder durch GNSS- und Geodaten ermittelt werden. Wenn innerhalb der Zelle mehrere vorgeschriebene Neigungswinkel zur Verfügung stehen, kann die Entscheidung eines Benutzerendgeräts, ob ein erster oder ein zweiter Neigungswinkel verwendet werden soll, von einer Hindernisanalyse abhängen.
Neben der Neigung nach Norden oder Süden, um sich vom Geogürtel zu entfernen, und der Neigung, um die Anzahl der sichtbaren Satelliten im Sichtfeld zu erhöhen, kann das Benutzerendgerät auch nach Norden oder Süden und nach Osten oder Westen geneigt werden, um die Satelliten in der Satellitenkonstellation je nach Bevölkerungsdichte der Benutzerendgeräte oder geografischen Merkmalen auszugleichen. Wenn beispielsweise ein bestimmtes geografisches Gebiet keine hohe Dichte an Benutzerendgeräten aufweist, kann ein angrenzendes geografisches Gebiet die Vorteile der im ersten geografischen Gebiet verfügbaren Satellitenabdeckung nutzen.
Befindet sich eine geografische Zelle von Benutzerendgeräten östlich eines großen Gewässers, z. B. des Pazifischen Ozeans, können einige oder alle Benutzerendgeräte in der geografischen Zelle nach Westen geneigt werden, um einen zweiten nahegelegenen Satelliten zu nutzen, der weiter vom Benutzerendgerät entfernt ist als ein erster Satellit, wobei der zweite nahegelegene Satellit eine geringere Kommunikationslast aufweist. Ebenso kann eine Zelle mit Benutzerendgeräten westlich des Atlantischen Ozeans nach Osten geneigt werden, um einen zweiten nahegelegenen Satelliten zu nutzen, der weiter von dem Benutzerendgerät entfernt ist als ein erster Satellit, wobei der zweite nahegelegene Satellit jedoch eine geringere Kommunikationslast aufweist.
In 17 sind drei Satelliten SAT1, SAT2 und SAT3 dargestellt, die jeweils eine geografische Abdeckungszelle C1, C2 oder C3 für die Kommunikationsabdeckung definieren. Innerhalb jeder Zelle befindet sich eine Vielzahl von Benutzerendgeräten UT1-UT5. In der dargestellten Ausführungsform sind UT1 und UT2 für die Kommunikation mit SAT1 ausgebildet, da sich beide innerhalb der SAT 1-Versorgungszelle C1 befinden. UT2 befindet sich jedoch auch in der Versorgungszelle C2 von SAT2 und kann elektronisch so gesteuert werden, dass es entweder mit SAT1 oder SAT2 kommuniziert. In der Versorgungszelle von SAT2 befinden sich drei weitere Nutzerendgeräte UT3, UT4 und UT5. Zum Lastausgleich können UT4 und/oder UT5 nach Osten geneigt werden, um mit SAT3 zu kommunizieren, der sich derzeit über dem Atlantischen Ozean befindet und keine Nutzerendgeräte in seiner Versorgungszelle C3 hat.
Wie bereits erwähnt, ist die Entfernung, die die Kommunikationssignale bei der geneigten Kommunikation zurücklegen müssen, im Vergleich zur direkten Kommunikation über Kopf länger. Auch wenn die Übertragungsstrecke für die Kommunikation zwischen UT4 oder UT5 und SAT3 im Vergleich zur Übertragungsstrecke für die Kommunikation zu SAT2 länger ist, können die vorteilhaften Auswirkungen des Lastausgleichs zu einer verbesserten Kommunikationsleistung führen.
Ein weiteres, nicht einschränkendes Beispiel: Das geografische Gebiet ist kein Gewässer, sondern kann dünn besiedelt oder ein Land sein, das den von der Satellitenkonstellation angebotenen Dienst nicht abonniert hat.
Die Neigungskonfiguration für eine Zelle von Benutzerendgeräten oder einen Teil der Zelle von Benutzerendgeräten kann eine Kombination aus Nord- oder Süd- und Ost- oder Westneigung umfassen. Zusätzlich zu den oben erörterten Faktoren können weitere Faktoren den Neigungswinkel eines Benutzerendgeräts beeinflussen, wie z. B. der Breitengrad des Endpunkt-Terminals, der Längengrad des Endpunkt-Terminals, Hindernisse, geologische Merkmale, die Bevölkerungsdichte, die Höhe des Endpunkt-Terminals, eine Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, ein oder mehrere Inklinationswinkel der Satellitenkonstellation, eine geografische Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon.
METHODEN ZUR BESTIMMUNG VON NEIGUNGSWINKELN
18 zeigt Komponenten im Blockdiagramm einer nicht einschränkenden beispielhaften Ausführungsform eines Endpunkt-Terminals 102 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen ist das Endpunkt-Terminal 102 ein Gerät, das in den Räumlichkeiten eines Endbenutzers installiert wird, um dem Endbenutzer Zugang zum Kommunikationsnetz zu verschaffen. Wie dargestellt, umfasst das Endpunkt-Terminal 102 eine Endpunkt-Kommunikationsinterface 202. Die Endpunkt-Kommunikationsinterface 202 ermöglicht es dem Endpunkt-Terminal 102, mit einem Satelliten, wie dem ersten Satelliten 104 (siehe 1), zu kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann die Endpunkt-Kommunikationsinterface 202 eine phasengesteuerte Antenne enthalten, die so ausgebildet ist, dass sie mit dem ersten Satelliten 104 kommunizieren kann, zum Beispiel über das Ku-Band. In einigen Ausführungsformen kann das Endpunkt-Terminal 102 auch ein lokales Kommunikationsinterface enthalten, wie z. B. eine Ethernet-Schnittstelle, eine Wi-Fi-Schnittstelle oder eine andere Schnittstelle, die es anderen Geräten in den Räumlichkeiten des Endpunkts ermöglicht, sich über das Endpunkt-Terminal 102 mit dem Netzwerk zu verbinden.
Das Endpunkt-Terminal 102 umfasst außerdem ein System zur Bestimmung des Neigungswinkels des Antennensystems (204). Die Neigungswinkelbestimmungs-System kann Informationen über den Breitengrad des Endpunkt-Terminals, einen Längengrad des Endpunkt-Terminals, Hindernisse, geologische Merkmale, die Bevölkerungsdichte, eine Höhe des Endpunkt-Terminals, eine Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einen oder mehrere Inklinationswinkel der Satellitenkonstellation, eine geografische Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon empfangen.
Tatsächliche Ausführungsformen der dargestellten Geräte werden weitere Komponenten enthalten, die einem Fachmann bekannt sind. So verfügt beispielsweise jede der dargestellten Vorrichtungen über eine Stromquelle, einen oder mehrere Prozessoren, computerlesbare Medien zum Speichern von computerausführbaren Befehlen und so weiter. Diese zusätzlichen Komponenten sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
19 ist ein Flussdiagramm, das eine nicht einschränkende Beispielsausführungsform eines Verfahrens 300 zur Bestimmung eines Neigungswinkels und einer Neigungsrichtung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Die Prozedur 300 ist ein Beispiel für eine Prozedur, die für die Verwendung mit dem in 17 gezeigten Endpunkt-Terminal 102 geeignet ist, um ein Endpunkt-Terminal für die Kommunikation mit einer Nicht-GEO-Satellitenkonstellation auszurichten. In einigen Ausführungsformen wird die Prozedur 300 rekursiv ausgeführt, um Änderungen der Satellitenkonstellation, der Satellitenkommunikationslasten, des Endpunkt-Terminals 202 oder der Endpunkt-Terminalzelle zu berücksichtigen.
In Block 301 umfasst die Prozedur die Bestimmung der Kommunikationsfaktoren für das Endpunkt-Terminal, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus dem Breitengrad-Standort für das Endpunkt-Terminal, einem Längengrad-Standort des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geografischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.
In Block 302, basierend auf den Faktoren der Kommunikation für das Endpunkt-Terminal, Auswahl eines Neigungswinkels und einer Neigungsrichtung für das Antennensystem, um das Sichtfeld von einem nicht geneigten Sichtfeld für ein nicht geneigtes Antennensystem auf ein geneigtes Sichtfeld für ein geneigtes Antennensystem einzustellen.
In Block 303 wird die Antennenöffnung auf den ausgewählten Neigungswinkel und die Neigungsrichtung geneigt.
Während illustrative Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne dass der Geist und der Umfang der Offenbarung beeinträchtigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/856730 [0001]
US 62/943206 [0001]

Claims

Ein Satellitenkommunikationssystem, bestehend aus: einer Satellitenkonstellation mit einer Vielzahl von Satelliten in einer nicht-geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO), wobei sich mindestens einige der Vielzahl von Satelliten auf einer ersten Umlaufbahn mit einer ersten Inklination bewegen; und einem Endpunkt-Terminal mit einem erdgebundenen geographischen Standort, wobei das Endpunkt-Terminal ein Antennensystem aufweist, das ein Sichtfeld für die Kommunikation mit der Satellitenkonstellation definiert, wobei das Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist, wobei das Sichtfeld von einer nicht-geneigten Position in eine geneigte Position geneigt wird und wobei der Neigungswinkel der geneigten Position eine Funktion des Breitengrads des geographischen Standorts ist.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die Satellitenkonstellation eine Vielzahl von Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) umfasst.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei sich das Endpunkt-Terminal an einem ersten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einem nördlichen Breitengrad befindet, der kleiner ist als der erste obere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und wobei das Sichtfeld nach Norden zu einer ersten geneigten Position am ersten geografischen Ort in der nördlichen Hemisphäre der Erde geneigt ist.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 3, wobei sich das Endpunkt-Terminal an einem zweiten geographischen Ort zwischen dem Äquator und einem nördlichen Breitengrad befindet, der kleiner ist als der erste obere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und wobei das Sichtfeld am zweiten geographischen Ort in der nördlichen Hemisphäre der Erde nach Norden in eine zweite geneigte Position geneigt ist, wobei sich die zweite geneigte Position von der ersten geneigten Position.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei sich das Endpunkt-Terminal an einem ersten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einem südlichen Breitengrad befindet, der kleiner ist als der erste untere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und wobei das Sichtfeld am ersten geografischen Ort in der südlichen Hemisphäre der Erde nach Süden in eine erste geneigte Position geneigt ist.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei sich das Endpunkt-Terminal an einem zweiten geographischen Ort zwischen dem Äquator und einem südlichen Breitengrad befindet, der kleiner ist als der erste untere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und wobei das Sichtfeld an dem zweiten geographischen Ort in der südlichen Hemisphäre der Erde nach Süden in eine zweite geneigte Position geneigt ist, wobei sich die zweite geneigte Position von der ersten geneigten Position unterscheidet.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die geneigte Position des Sichtfeldes so ausgebildet ist, dass das Sichtfeld im Vergleich zu einem Sichtfeld eines Endpunkt-Terminals mit einer nicht geneigten Position eine geringere Überlappung mit einem GEO-Gürtel-Störfeld aufweist.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die geneigte Position des Sichtfeldes so ausgebildet ist, dass das Sichtfeld mehr Satelliten in der Ansicht umfasst als ein Sichtfeld eines Endpunkt-Terminals mit einer nicht geneigten Position.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei das GEO-Gürtel-Störfeld in einem Bereich von +/- 5 bis 30 Grad vom GEO-Gürtel liegt.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel eine Funktion eines Faktors ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Breitengradstandort des Endpunkt-Terminals, einem Längengradstandort des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geografischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel den Neigungsgrad und die Neigungsrichtung umfasst und die Neigungsrichtung in Nord- oder Süd- und Ost- oder Westrichtung liegt.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 11, wobei der Neigungswinkel eine Funktion eines Faktors ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Breitengradstandort des Endpunkt-Terminals, einem Längengradstandort des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geografischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.
Ein Verfahren zum Ausrichten eines Endpunkt-Terminals für die Kommunikation mit einer Nicht-GEO-Satellitenkonstellation, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Breitengrades für ein erdgebundenes Endpunkt-Terminal mit einem geografischen Standort auf der Erde, wobei das Endpunkt-Terminal ein Antennensystem umfasst, das ein Sichtfeld für die Kommunikation mit einer Satellitenkonstellation definiert, die eine Vielzahl von Satelliten in einer nicht geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO) umfasst, wobei das Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist, basierend auf einem ersten Breitengrad-Standort des Endpunkt-Terminals, Auswählen eines ersten Neigungswinkels für das Sichtfeld, um das Sichtfeld von einer nicht-geneigten Position in eine erste geneigte Position einzustellen, wobei der erste Neigungswinkel eine Funktion des Breitengrades des geographischen Standortes ist, und Neigen des Sichtfeldes um den gewählten ersten Neigungswinkel, um ein geneigtes Sichtfeld zu definieren.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Satellitenkonstellation eine Vielzahl von Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich das Endpunkt-Terminal an einem ersten geographischen Ort zwischen dem Äquator und einem nördlichen Breitengrad befindet, der kleiner ist als der erste obere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und wobei das Sichtfeld am ersten geographischen Ort in der nördlichen Hemisphäre der Erde nach Norden in eine erste geneigte Position geneigt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich das Endpunkt-Terminal an einem zweiten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einem nördlichen Breitengrad befindet, der kleiner ist als der erste obere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und wobei das Sichtfeld am zweiten geografischen Ort in der nördlichen Hemisphäre der Erde nach Norden in eine zweite geneigte Position geneigt wird, wobei sich die zweite geneigte Position von der ersten geneigten Position unterscheidet.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich das Endpunkt-Terminal an einem ersten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einem südlichen Breitengrad befindet, der kleiner ist als der erste untere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und wobei das Sichtfeld am ersten geografischen Ort in der südlichen Hemisphäre der Erde nach Süden in eine erste geneigte Position geneigt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich das Endpunkt-Terminal an einem zweiten geografischen Ort zwischen dem Äquator und einer südlichen Breite befindet, die kleiner ist als der erste untere begrenzende Breitengrad einer inklinierten Umlaufbahn, und wobei das Sichtfeld am zweiten geografischen Ort in der südlichen Hemisphäre der Erde nach Süden in eine zweite geneigte Position geneigt wird, wobei sich die zweite geneigte Position von der ersten geneigten Position unterscheidet.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Neigen des Sichtfeldes die Überlappung mit dem Sichtfeldes eines GEO-Gürtel-Störfelds im Vergleich zu einem Sichtfeld eines Endpunkt-Terminals mit einer nicht geneigten Position verringert.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Neigen des Sichtfeldes die Anzahl der Satelliten im Sichtfeld des Sichtfeldes gegenüber einem Sichtfeld eines Endpunkt-Terminals mit einer nicht geneigten Position erhöht.
Das Verfahren nach Anspruch 20, wobei das GEO-Gürtel-Störfeld in einem Bereich von +/- 5 bis 30 Grad vom GEO-Gürtel liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Auswahl des ersten Neigungswinkels eine Funktion eines Faktors ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Breitengradstandort des Endpunkt-Terminals, einem Längengradstandort des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geographischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Auswahl des ersten Neigungswinkels die Auswahl einer ersten Neigungsrichtung für jedes Endpunkt-Terminal in Nord- oder Süd- und Ost- oder West-Neigungsrichtung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Auswählen einer ersten Neigungsrichtung eine Funktion eines Faktors ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Breitengrad-Standort für das Endpunkt-Terminal, einem Längengrad-Standort des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geografischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.
Ein Satellitenkommunikationssystem, bestehend aus: einer Satellitenkonstellation mit einer Vielzahl von Satelliten in einer nicht-geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO), wobei sich mindestens einige der Vielzahl von Satelliten auf einer ersten Umlaufbahn mit einer ersten Inklination bewegen; und eine Endpunkt-Terminal-Konstellation, die eine Vielzahl von erdgebundenen Endpunkt-Terminals umfasst, wobei jedes Endpunkt-Terminal einen unterschiedlichen geografischen Standort auf der Erde hat, wobei jedes Endpunkt-Terminal ein Antennensystem hat, das ein Sichtfeld für die Kommunikation mit der Satellitenkonstellation definiert, wobei das Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist, wobei das Sichtfeld von einer nicht-geneigten Position zu einer geneigten Position geneigt wird, und wobei die geneigte Position eine Funktion des Breitengrads des geographischen Ortes ist, wobei ein erstes Endpunkt-Terminal an einem ersten geographischen Ort angeordnet ist und einen ersten Neigungswinkel und eine erste Neigungsrichtung aufweist und wobei ein zweites Endpunkt-Terminal an einem zweiten geographischen Ort angeordnet ist und einen zweiten Neigungswinkel und eine zweite Neigungsrichtung aufweist.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 25, wobei die Satellitenkonstellation eine Vielzahl von Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) umfasst.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 25, wobei sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in der gleichen geografischen Zelle befinden und wobei das erste und das zweite Endpunkt-Terminal den gleichen Neigungswinkel und die gleiche Neigungsrichtung haben.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 25, wobei sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in der gleichen geografischen Zelle befinden und wobei das erste und das zweite Endpunkt-Terminal unterschiedliche Neigungswinkel und/oder Neigungsrichtungen aufweisen.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 25, wobei sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in unterschiedlichen geografischen Zellen befinden und wobei das erste und das zweite Endpunkt-Terminal denselben Neigungswinkel und dieselbe Neigungsrichtung haben.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 25, wobei sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in unterschiedlichen geografischen Zellen befinden und wobei das erste und das zweite Endpunkt-Terminal unterschiedliche Neigungswinkel und/oder Neigungsrichtungen aufweisen.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 25, wobei der Neigungswinkel und/oder die Neigungsrichtung für jedes Endpunkt-Terminal eine Funktion eines Faktors ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Breitengrad-Standort für das Endpunkt-Terminal, einem Längengrad-Standort des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geografischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.
Das Satellitenkommunikationssystem nach Anspruch 25, wobei die Neigungsrichtung jedes Endpunkt-Terminals in Nord- oder Südrichtung oder in Nord- oder Süd- und Ost- oder Westrichtung geneigt ist.
Ein Verfahren zum Ausrichten einer Endpunkt-Terminal-Konstellation für die Kommunikation mit einer Nicht-GEO-Satellitenkonstellation, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Breitengrades für ein erstes erdgebundenes Endpunkt-Terminal mit einem ersten geografischen Standort auf der Erde, wobei das erste Endpunkt-Terminal ein erstes Antennensystem umfasst, das ein erstes Sichtfeld für die Kommunikation mit einer Satellitenkonstellation definiert, die eine Vielzahl von Satelliten in einer nicht geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO) umfasst, wobei das erste Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist, Auswählen eines ersten Neigungswinkels für das erste Sichtfeld auf der Grundlage eines ersten Breitengrades des ersten Endpunkt-Terminals, um das erste Sichtfeld von einer ersten ungeneigten Position in eine erste geneigte Position einzustellen, wobei der erste Neigungswinkel eine Funktion des Breitengrades des geografischen Standortes ist, Neigen des Sichtfeldes um den ausgewählten ersten Neigungswinkel, um ein erstes geneigtes Sichtfeld zu definieren; Bestimmen eines Breitengrades für ein zweites erdgestütztes Endpunkt-Terminal mit einem zweiten geografischen Standort auf der Erde, der sich von dem ersten geografischen Standort des ersten Endpunkt-Terminals unterscheidet, wobei das zweite Endpunkt-Terminal ein zweites Antennensystem umfasst, das ein zweites Sichtfeld für die Kommunikation mit einer Satellitenkonstellation definiert, die eine Vielzahl von Satelliten in einer nicht geosynchronen Umlaufbahn (non-GEO) umfasst, wobei das zweite Sichtfeld ein begrenztes Sichtfeld ist, Auswählen eines zweiten Neigungswinkels für das zweite Sichtfeld auf der Grundlage eines zweiten Breitengrades des zweiten Endpunkt-Terminals, um das zweite Sichtfeld von einer zweiten nicht geneigten Position in eine zweite geneigte Position einzustellen, wobei der zweite Neigungswinkel eine Funktion des Breitengrades des zweiten geographischen Ortes ist, und Neigen des zweiten Sichtfeldes um den gewählten zweiten Neigungswinkel, um ein zweites geneigtes Sichtfeld zu definieren.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Satellitenkonstellation eine Vielzahl von Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in derselben geografischen Zelle befinden und wobei das erste und das zweite Endpunkt-Terminal denselben Neigungswinkel und dieselbe Neigungsrichtung haben.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in derselben geografischen Zelle befinden und wobei das erste und das zweite Endpunkt-Terminal unterschiedliche Neigungswinkel und/oder Neigungsrichtungen aufweisen.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in unterschiedlichen geografischen Zellen befinden und wobei das erste und das zweite Endpunkt-Terminal den gleichen Neigungswinkel und die gleiche Neigungsrichtung haben.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei sich das erste und das zweite Endpunkt-Terminal in unterschiedlichen geografischen Zellen befinden und wobei das erste und das zweite Endpunkt-Terminal unterschiedliche Neigungswinkel und/oder Neigungsrichtungen aufweisen.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Auswahl des ersten Neigungswinkels eine Funktion eines Faktors ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Breitengrad-Standort für das Endpunkt-Terminal, einem Längengrad-Standort des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geografischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Auswahl des ersten Neigungswinkels die Auswahl einer ersten Neigungsrichtung für jedes Endpunkt-Terminal in Nord- oder Süd- und Ost- oder West-Neigungsrichtung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 40, wobei das Auswählen einer ersten Neigungsrichtung eine Funktion eines Faktors ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Breitengrad-Standort für das Endpunkt-Terminal, einem Längengrad-Standort des Endpunkt-Terminals, Hindernissen, geologischen Merkmalen, der Bevölkerungsdichte, einer Höhe des Endpunkt-Terminals, einer Lastausgleichsanalyse der Satellitenkonstellation, einem oder mehreren Inklinationswinkeln der Satellitenkonstellation, einer geografischen Zelle, zu der das Endpunkt-Terminal gehört, und Kombinationen davon besteht.