DE3781397T2 - Satellitenuebertragungssystem mit frequenzwiedergebrauch. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden beliebiger aus einer Vielzahl von Anschlußstellen innerhalb eines geographischen Gebietes auf der Erde.
• Das Dokument SEE Proceedings, Band 133, Nr. 4, Abschnitt F, Juli 1986, H. Watt: Multi-beam SS-TDMA design considerations, Seiten 319-325, beschreibt eine geosynchrone Multistrahlsatellitenanordnung mit im Satelliten geschaltetem Vielfachzugriff mit Zeitmultiplex (TDMA), welche eine Vielstrahlbedeckung eines gegebenen Gebietes auf der Erde aufweist. Um für ein TDMA-System die volle Verbindung innerhalb des bedeckten Gebietes bereitzustellen, wird ein aktiver, an Bord befindlicher Schalter verwendet, um während verschiedener Zeitintervalle innerhalb des TDMA-Rahmens Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeulen mit einer Anzahl von Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen zu verbinden. Die Anordnung wird so diskutiert, daß Europa eine Bedeckung durch fünf Strahlungskeulen mit einer bestimmten Frequenz- Wiederverwendung aufweist, was in diesem System eine Trennung von dieselbe Frequenz verwendenden Strahlungskeulen durch eine weitere Strahlungskeule bedeutet. In dem gegebenen Beispiel teilen sich die fünf Strahlungskeulen drei oder vier Frequenzen.
• Das Schalten, um die Verbindung zwischen den Strahlungskeulen zu ermöglichen, wird entweder auf einer Zwischenfrequenz mit einem Verstärker mit doppelter Umsetzung oder im Basisband mit einem regenerativen Verstärker bewirkt, was einen Demodulator und einen Modulator erfordert. Die gemeinsame Zwischenfrequenz für jeden Kommunikationskanal ist erforderlich, damit jede Eingangs-Strahlungskeule zu jeder Ausgangs-Strahlungskeule geschaltet werden kann.
• Bei dem bekannten Satellitenkommunikationssystem ist also aktives Schalten erforderlich, das außerdem aus technischen Gründen bei einer Zwischenfrequenz durchgeführt werden muß.
• Darüberhinaus offenbart das Dokument US-A-4 381 562 eine Nachrichtensatellitenanordnung, bei der jede Aufwärtsverbindungseinheit an einer oder mehreren geographisch verteilten, abgelegenen Empfangsstellen empfangen werden soll. Die Aufwärtsverbindungs-Nachrichten werden empfangen und entweder vorübergehend während einer Empfangsrahmenperiode in einer Zeitmultiplex- Betriebsweise gespeichert und dann während der geeigneten Zeitsegmente in folgenden Rahmenperioden übertragen, oder in einer Frequenzmultiplex-Betriebsweise zu einem Transponder geführt und dann gleichzeitig über Abwärtsverbindungs-Antennenports zu den Empfangsstellen übertragen.
• Eine beschriebene beispielhafte TDMA-Satellitenanordnung verwendet mehrere unabhängig schwenkende Strahlungskeulen und Frequenzwiederverwendung. Die Signal der verschiedenen Zeitsegmente werden in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Rahmenformat in Speichern gespeichert und dann durch Multiplexer aus den Speichern ausgewählt. Die Multiplexer liefern die ausgewählten Signale zu Eingängen von Übertragern, deren Ausgänge separate Eingänge zu einem Matrixschalter darstellen, welcher unter der Kontrolle eines Controllers ist und die Signale von jedem der Transmitter über Endverstärker zu separaten Abwärtsverbindungs-Antennenports leitet.
• In dem Dokument ist weiter erwähnt, daß die Funktion des Matrixschalter und der Antennenports durch deren Austausch gegen eine phasengesteuerte Gruppenantenne erfüllt werden kann, und daß die Leistungsendverstärkung durch Verstärker bewirkt werden kann, von denen jeweils einer einem Element der Gruppenantenne vorgeschaltet ist.
• Mit dem diesem Dokument zu entnehmenden Verfahren erfordert die Bedeckung eines gegebenen Gebietes, z. B. Europas, insgesamt fünf Strahlungskeulen, welche eine Vielzahl von getrennten Transpondern erfordern.
• Die vorliegende Erfindung betrifft also allgemein Satellitenkommunikationssysteme, insbesondere von der Art, welche einen in geosynchronen Orbit oberhalb der Erde plazierten Satelliten einsetzen, um so eine Kommunikationsverbindung zwischen vielen auf der Erde befindlichen Anschlußstellen mit kleiner Appertur bereitzustellen. Genauer gesagt umfaßt die Erfindung einen Kommunikationssatelliten mit hybrider Kommunikationsfähigkeit, welcher sowohl Zweiweg- als auch Rundfunk-Kommunikationssysteme beherbergt. Zweiweg-Kommunikation zwischen Erdanschlußstellen mit kleiner Appertur wird durch vielfache Wiederverwendung eines festen Frequenzspektrums in aneinandergrenzenden Zonen eines Gebietes auf der Erde erreicht.
• In Kommunikationssatellitensystemen für den Privatgebrauch, welche eine große Anzahl von Erdanschlußstellen mit kleiner Appertur miteinander verbinden, sind die wichtigsten Parameter, welche die Systemkapazität beeinflussen, die bezogen auf den Kugelstrahler äquivalente Strahlungsleistung (EIRP) und die verfügbare Bandbreite. Die EIRP bezieht sich auf ein Maß für die Übertragungsleistung des Satelliten, welches den Antennengewinn berücksichtigt. EIRP ist die Leistung eines Transmitters und einer isotopen Antenne, welche zu demselben Ergebnis führen würde, wie der Transmitter und die Antenne, welche tatsächlich verwendet werden.
• In der Vergangenheit wurden hoher Antennengewinn und vielfache Frequenzwiederverwendung erreicht, indem eine Vielzahl von Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungsstrahlungskeulen verwendet wurden, welche die Gebiete eines Landes oder andere zu bedienende Gebiete der Erde bedecken. Sowohl Frequenzmultiplex- als auch Zeitmultiplex-Systeme sind verwendet oder vorgeschlagen worden, um eine große Anzahl von Signalen von vielen geographisch getrennten Erdstellen miteinander zu verbinden. Zeitmultiplex-Systeme erlauben es den Satellitentransmittern, effizient zu arbeiten. Dies ist so, weil nur ein Zeitmultiplexsignal z. Zt. in einem Transmitter verstärkt wird, so daß dieser bei oder nahe bei der Signalkanal-Sättigung betrieben werden kann, was dem effizientesten Arbeitspunkt entspricht. Die Zeitmultiplex-Systeme erfordern jedoch Erdsendestationen mit hoher Leistung und teure Signalverarbeitung und sind daher mit preiswerten Erdstationen nicht vereinbar. Frequenzmultiplex-Systeme sind besser für preiswerte Erdstationen geeignet, weisen aber eine geringere Effizienz des Satellitentransmitters auf, weil jeder Transmitter viele Träger weiterleitet. Da Verstärker für viele Träger unerwünschte Intermodulationsprodukte erzeugen, welche mit der Zunahme der Transmittereffizienz in der Leistung zunehmen, führt der optimale Kompromiß zwischen der Transmittereffizienz und der Erzeugung von Intermodulationsprodukten zu einer relativ geringen Transmittereffizienz.
• Im Ku-Band, dem am besten für Zweiweg-Dienste zwischen sehr kleinen Anschlußstellen geeigneten Satellitenkommunikationsband, ist die Abschwächung der Signale durch Regen ein wichtiger Gesichtspunkt bei dem Entwurf des Systems. In bisherigen Systemen wird diese Abschwächung bei der Abwärtsverbindung überwunden, indem eine höhere Satellitentransmitterleistung pro Kanal verwendet wird, als sie für den Dienst bei gutem Wetter nötig wäre, typischerweise eine viermal so hohe Leistung. Diese Berücksichtigung der Regendämpfung führt daher zu teureren Satelliten mit einer geringeren Zahl verfügbarer Kanäle.
• Die verfügbare Bandbreite eines Satellitensystems wird dadurch bestimmt, wie oft das zugeordnete Frequenzspektrum wiederverwendet werden kann. Polarisation und räumliche Isolation der Strahlungskeulen sind verwendet worden, um die Wiederverwendung des Frequenzspektrums zu erlauben. Wenn die Zahl der isolierten Strahlungskeulen erhöht wird, wird jedoch das Problem, all die Anwender miteinander zu verbinden, sehr kompliziert, und ist einer der Faktoren, der die Zahl der Wiederverwendungen des Frequenzspektrums begrenzt.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden beliebiger aus einer Vielzahl von Anschlußstellen innerhalb eines geographischen Gebietes auf der Erde bereitzustellen, welches jeden der oben erwähnten Nachteile beseitigt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden großer Zahlen von Anschlußstellen mit sehr kleiner Antennenappertur bereitzustellen, um die Zahl der Kommunikationskanäle merklich zu erhöhen, die für einen Punkt-zu-Punkt Kommunikationsdienst bereitgestellt werden können.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Verbinden beliebiger aus einer Vielzahl von Anschlußstellen innerhalb eines geographischen Gebietes der Erde für Zweiweg-Kommunikation bereitgestellt, welches einen einzigen erdumkreisenden Kommunikationssatelliten verwendet, und die Schritte aufweist:
• (A) Zuordnen eines Satzes von Aufwärtsverbindungs- Kommunikationskanälen, die sich über ein erstes vorausgewähltes Band von Kommunikationsfrequenzen erstrecken, zur Verwendung in jeder aus einer Vielzahl von Aufwärtsverbindungs-Zonen innerhalb des Gebietes, wobei die Aufwärtsverbindungs-Zonen der Reihe nach und in aneinandergrenzender Anordnung längs einer sich quer durch das Gebiet erstreckenden Achse derart angeordnet sind, daß sie das gesamte Gebiet bedecken, so daß dieselben Aufwärtsverbindungs-Kommunikationskanäle von allen Aufwärtsverbindungs-Zonen benutzt werden;
• (B) Übertragen einer Radiofrequenz-Aufwärtsverbindungs- Strahlungskeule elektromagnetischer Strahlung von jeder der Aufwärtsverbindungs-Zonen zu dem Satelliten, wobei die Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeule einer jeden der Aufwärtsverbindungs-Zonen über die Aufwärtsverbindungs-Kommunikationskanäle eine Vielzahl von Nachrichtensignalen transportiert;
• (V) Empfangen der Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeulen in dem Satelliten;
• (D) Zuordnen eines Satzes von Abwärtsverbindungs- Kommunikationskanälen, die sich über ein zweites vorausgewähltes Band von Frequenzen erstrecken, zur Verwendung in jeder aus einer Vielzahl von Abwärtsverbindungs-Zonen innerhalb des Gebietes, wobei die Abwärtsverbindungs-Zonen jeweils im wesentlichen von gleicher Ausdehnung sind wie die Aufwärtsverbindungs- Zonen, so daß dieselben Abwärtsverbindungs-Kanäle von allen Abwärtsverbindungs-Zonen benutzt werden;
• (E) Zuordnen der Abwärtsverbindungs-Kanäle in jeder der Abwärtsverbindungs-Zonen jeweils zu einer Vielzahl von geographischen Abschnitten innerhalb der zugeordneten Abwärtsverbindungs-Zone, wobei die geographischen Abschnitte der Reihe nach längs der Achse quer über die zugeordnete Abwärtsverbindungs-Zone angeordnet sind, so daß jeder der Abschnitte von einem jeweils zugeordneten der Abwärtsverbindungs-Kanäle bedient wird;
• (F) Übertragen einer Vielzahl von Radiofrequenz-Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen elektromagnetischer Strahlung von dem Satelliten zu jeder der Abwärtsverbindungs-Zonen, wobei die Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen eine Vielzahl von Nachrichtensignalen transportieren, die von Anschlußstellen in den Aufwärtsverbindungs-Zonen ausgehen, wobei die Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen derart übertragen werden, daß jeder der geographischen Abschnitte nur die Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen empfängt, welche Frequenzen innerhalb des Abwärtsverbindungs-Kanales haben, der in Schritt (E) einem geographischen Abschnitt zugeordnet ist;
• (G) Zuordnen der Frequenzen in dem ersten Band zu den Frequenzen in dem zweiten Band nach einem festen Muster, so daß die Frequenzen in dem ersten Band, die dazu ausgewählt sind, eine Nachricht von einer Anschlußstelle in einer Aufwärtsverbindungs-Zone zu transportieren, der Frequenz in dem zweiten Band zugeordnet ist, die in einem Abwärtsverbindungs-Kanal enthalten ist, die einem Ort in einem geographischen Abschnitt zugeordnet ist, der eine Anschlußstelle enthält, die dazu bestimmt ist, die Nachricht zu empfangen; und
• (H) Auswählen einer Frequenz in dem ersten Band in Abhängigkeit von dem Ort des geographischen Abschnittes, der die zum Empfang der Nachricht bestimmte Anschlußstelle enthält.
• Die vorliegende Erfindung liefert ein Satellitenkommunikationssystem zum Verbinden großer Zahlen von Erdanschlußstellen mit sehr kleiner Appertur, welches sowohl die Satelliten-EIRP als auch die verfügbare Bandbreite maximiert. Das System verwendet hochdirektionale aneinandergrenzende Strahlungskeulen bei dem Abwärtsverbindungs- oder Sendesignal, was die EIRP merklich erhöht und vielfache Wiederverwendung des zugeordneten Frequenzspektrums erlaubt. Als ein Ergebnis ist die Zahl der Kommunikationsverbindungen, die für den Punkt-zu-Punkt Dienst bereitgestellt werden kann, maximiert. Hohe Vielfachträger-Transmittereffizienz wird als ein Ergebnis der Dispersion von Intermodulationsprodukten erreicht und die schädlichen Wirkungen von Regen auf die Abwärtsverbindungs-Kanäle werden durch die Verwendung von zusammengefaßter koordinierter Sendeleistung leicht überwunden. Die Verbindung zwischen den vielen Anwendern wird durch eine Kombination einer Filterverbindungsmatrix mit einer hochdirektional adressierbaren Abwärtsverbindungs-Strahlungskeule erreicht.
• Erfindungsgemäß wird ein System bereitgestellt, um beliebige aus einer Vielzahl von Erdanschlußstellen innerhalb eines Gebietes auf der Erde für Zweiweg-Kommunikation miteinander unter Verwendung eines Kommunikationssatelliten zu verbinden. Eine Vielzahl von Auswärtsverbindungs-Strahlungskeulen werden gebildet, welche jeweils von aneinandergrenzenden Zonen ausgehen, welche das durch den Satelliten zu bedienende Gebiet bedecken. Die Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeulen transportieren eine Vielzahl von Kanälen in einem erstem vorausgewählten Bereich von Aufwärtsverbindungsfrequenzen. Jede Aufwärtsverbindungs-Zone verwendet denselben vorgewählten Bereich von Frequenzen. Die Aufwärtsverbindungsfrequenzen werden daher von jeder Zone wiederverwendet, wodurch die Anzahl von Kommunikationskanälen wirksam vervielfacht wird, die von dem Satelliten gehandhabt werden kann. Eine Vielzahl von für die Abwärtsverbindungs-Zonen vorgesehenen Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen transportieren ebenfalls eine Vielzahl von Kanälen in einen zweiten vorbestimmten Bereich von Frequenzen. Die Strahlungskeulen für jede der Abwärtsverbindungs-Zonen verwenden ebenfalls denselben zweiten vorgewählten Bereich von Frequenzen, um für mehrfache Wiederverwendung dieser Frequenzen zu sorgen. Der Satellit umfaßt eine Filterverbindungsmatrix, um die Kanäle in den verschiedenen Zonen miteinander zu verbinden.
• Eine Fächerkeule, die in einer Richtung, z. B. in Ost-Westrichtung, schmal ist, und in der dazu senkrechten Richtung breit, wird durch ein strahlformendes Netzwerk erzeugt, das in Zusammenhang mit der Sendearrayantenne verwendet wird. Die Ost-West- Richtung der Strahlungskeule innerhalb des bedeckten Gebietes wird durch die Abwärtsverbindungs-Frequenz bestimmt, welche durch eine konstante Differenz der Aufwärtsverbindungs-Frequenz zugeordnet ist. Die Aufwärtsverbindungs-Frequenz bestimmt daher die Abwärtsverbindungs-Frequenz, welche durch die Wirkung des strahlformenden Netzwerkes und des Sendearrays die Richtung und daher den Bestimmungsort der Abwärtsverbindungs-Strahlungskeule bestimmt. Solch eine Anordnung wird als eine frequenzadressierbare Strahlungskeule bezeichnet. Die Nebenkeulen der Strahlungskeule sind so ausgelegt, daß sie klein genug sind, um die Wiederverwendung des Frequenzspektrums in den benachbarten Zonen zu erlauben.
• Die Transmitter, die vorzugsweise Festkörperleistungsverstärker sind, sind in der Sendearrayantenne eingebettet, wobei jeder Stufe des Arrays ein Transmitter zugeordnet ist. Jeder derartige Verstärker verstärkt alle die Zehntausende von Signalen, die von dem Satelliten bedient werden. Da die gesamte Abwärtsverbindungs-Leistung durch diesen einzigen Pool von Transmittern bereitgestellt wird, ist es einfach, für die relativ wenigen Signale, die auf von Regen beeinflußte Gebiete gerichtet sind, relativ hohe Leistung bereitzustellen, und zwar mit nur einer sehr geringen Reduzierung der Leistung, die für die viel größere Anzahl von nicht beeinträchtigten Signalen verfügbar ist.
• Da die Richtungen der Sendekeulen den Frequenzen ihrer Signale zugeordnet sind, und da die Frequenzen der in den Leistungsverstärkern erzeugten Intermodulationsprodukte von denen der Signale verschieden sind, welche diese hervorrufen, gehen die Intermodulationsprodukte in anderen Richtungen als die Signale nach unten. Dieser Prozeß führt zu der räumlichen Dispersion der Intermodulationsprodukte. Diese Verteilung wird durch die Verwendung von vielfachen Abwärtsverbindungs-Zonen verstärkt, und wird weiter durch die Verwendung von Zonen mit unterschiedlicher Breite verstärkt. Die führt zu einer geringen Intermodulationsproduktsdichte an allen Bodenstellen in den Frequenzbändern, auf die sie abgestimmt sind. Diese reduzierte Empfindlichkeit auf Intermodulationsprodukte erlaubt es den Leistungsverstärkern in dem Satelliten effektiver betrieben zu werden.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Kommunikationssatelliten zum Verbinden großer Zahlen von Anschlußstellen mit sehr kleiner Antennenappertur bereitzustellen, wobei ein hoher Satellitensendeantennengewinn verwendet wird und vielfache Wiederverwendung des zugeordneten Frequenzspektrums erlaubt wird, um die Zahl von Kommunikationskanälen merklich zu erhöhen, die für Punkt-zu-Punkt Kommunikationsdienst bereitgestellt werden können.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Abwärtsverbindungs-Leistung aus einem einzigen Pool von Transmittern bereitzustellen, so daß den durch Regen abgeschwächten Signalen leicht mehr Satellitensendeleistung zugeordnet werden kann.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kommunikationssatelliten bereitzustellen, welcher die Intermodulationsprodukte dispergiert, um die Transmittereffizienz zu erhöhen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen wie vorstehend beschriebenen Kommunikationssatelliten bereitzustellen, welcher sowohl Rundfunkdienste als auch Punkt-zu-Punkt Kommunikationsdienste bereitstellt.
• Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung deutlich gemacht oder sichtbar hervortreten.
• In den beigefügten Zeichnungen:
• Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Kommunikationssatelliten, welche das Antennensubsystem zeigt;
• Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Antennensubsystem;
• Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung längs der Linie 3-3 in Fig. 2;
• Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung längs der Linie 4-4 in Fig. 2;
• Fig. 5 ist eine Darstellung der Vereinigten Staaten und verdeutlicht mehrere, aneinandergrenzende Empfangszonen, welche von dem Satelliten der vorliegenden Erfindung bedeckt werden, wobei die primären Bedeckungsgebiete schraffiert und die Konkurrenzgebiete durch ein Punktmuster angedeutet sind;
• Fig. 6 ist ein Blockdiagramm der Kommunikationselektronik für den Kommunikationssatelliten;
• Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm eines Kopplungsnetzwerkes, welches die Versorgungshornantennen für den Punkt-Zu-Punkt-Empfang mit den Eingängen der in Fig. 6 gezeigten Kommunikationselektronik verbindet;
• Fig. 8 ist eine Referenztabelle der Verbindungskanäle, die eingesetzt wird, um die Empfangs- und Sendezonen für das Punkt-Zu-Punkt-System miteinander zu verbinden;
• Fig. 9 ist eine diagrammartige Darstellung der Vereinigten Staaten, welche mehrere von dem Satelliten abgedeckte aneinandergrenzende Sendezone sowie die geographische Verteilung der miteinander verbundenen Kanäle für jede Zone verdeutlicht und zwar quer über die Vereinigten Staaten;
• Fig. 9A ist eine Kurve, welche die Veränderung im Gewinn der Sendeantennenkeule für jede Zone in dem Punkt-Zu- Punkt-System in Abhängigkeit von dem Abstand zu der Mitte der Strahlungskeule in Ost-West-Richtung zeigt;
• Fig. 9B ist eine Kurve ähnlich zu Fig. 9A, die jedoch die Veränderung im Gewinn in Nord-Süd-Richtung zeigt;
• Fig. 10 ist ein detailliertes schematisches Diagramm der in dem Punkt-Zu-Punkt-System eingesetzten Filterverbindungsmatrix;
• Fig. 11 ist eine detaillierte Draufsicht auf das in dem Punkt- Zu-Punkt-System eingesetzte strahlformende Netzwerk;
• Fig. 12 ist eine vergrößerte Teildarstellung eines Teiles des in Fig. 11 gezeigten strahlformenden Netzwerkes;
• Fig. 13 ist eine Frontdarstellung des Sende-Arrays für das Punkt-Zu-Punkt-System, wobei aus Vereinfachungsgründen die horizontalen Schlitze in jedem Sendeelement nicht gezeigt sind;
• Fig. 14 ist eine Seitenansicht eines Sendeelementes aus dem in Fig. 13 gezeigten Array und verdeutlicht ein verbundenes Speisenetzwerk für das Element;
• Fig. 15 ist eine perspektivische Frontdarstellung eines der in dem Sende-Array aus Fig. 13 eingesetzten Sendeelemente;
• Fig. 16 ist eine Frontdarstellung der Empfangshornantennen für das Punkt-Zu-Punkt-System; und
• Fig. 17 ist eine diagrammartige Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer ausgesandten Welle und einem Teil des Sende-Arrays für das Punkt-Zu-Punkt-System zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Unter Bezugnahme zunächst auf die Fig. 1-4 ist ein Kommunikationssatellit 10 dargestellt, welcher in geosynchronem Orbit über der Erdoberfläche plaziert ist. Das Antennensystem des Satelliten, das weiter unten detaillierter beschrieben wird, wird typischerweise auf einer erdorientierten Plattform montiert sein, so daß das Antennensystem eine konstante Ausrichtung zu der Erde einhält.
• Der Satellit 10 ist ein Satellitentyp mit Hybridkommunikation, welcher zwei verschiedene Arten von Kommunikationsdienst in einem bestimmten Frequenzband bereitstellt, z. B. dem festen Satellitendienstband Ku. Eine Art von nachstehend als Punkt-Zu- Punkt-Dienst bezeichnetem Kommunikationsdienst stellt Zweiweg Kommunikation zwischen Anschlußstellen mit sehr kleiner Antennenapertur für ein relativ schmales Sprachband und Datensignale bereit. Durch die Verwendung von Vielfachzugriff mit Frequenzmultiplex (FDMA) und die Wiederverwendung des zugeordneten Frequenzspektrums werden Zehntausende derartiger Kommunikationskanäle gleichzeitig in einer einzigen linearen Polarisation untergebracht. Die andere Art des von dem Satelliten 10 bereitgestellten Kommunikationstyps ist ein Rundfunkdienst und wird auf der anderen linearen Polarisation transportiert. Der Rundfunkdienst wird primär für die Einwegverteilung von Video und Daten über das von dem Satelliten 10 bediente geographische Gebiet verwendet. Die Antennensendekeule als solche bedeckt das gesamte geographische Gebiet. Zu Darstellungszwecken wird für diese Beschreibung angenommen, daß das sowohl durch den Punkt-Zu-Punkt- Dienst als auch den Rundfunkdienst zu bedienende geographische Gebiet die Vereinigten Staaten sind. Dementsprechend wird der Rundfunkdienst nachstehend als CONUS (Continentale Vereinigte Staaten) bezeichnet.
• Das Antennensystem des Satelliten 10 umfaßt eine konventionelle Rundstrahlantenne 13 und zwei Antennensubsysteme zum Bedienen des Punkt-Zu-Punkt-Systems bzw. des CONUS-Systems. Das Punkt-Zu- Punkt-Antennensubsystem liefert eine Zweiwegkommunikationsverbindung, um Erdstationen zur Zweiwegkommunikation miteinander zu verbinden. Das CONUS-Antennensystem funktioniert als ein Transponder, um über einen weiten, die gesamten Vereinigten Staaten bedeckenden Bereich Signale abzustrahlen, die von einem oder mehreren speziellen Orten auf der Erde empfangen werden. Das Punkt-Zu-Punkt-Übertragungssignal und das CONUS-Empfangssignal sind vertikal polarisiert. Das CONUS-Übertragungssignal und das Punkt-Zu-Punkt-Empfangssignal sind horizontal polarisiert. Das Antennensystem umfaßt eine große Reflektoranordnung 12 mit zwei Reflektoren 12a, 12b. Die beiden Reflektoren 12a, 12b sind bezogen aufeinander um eine gemeinsame Achse verdreht und schneiden sich an ihren Mittelpunkten. Der Reflektor 12a ist horizontal polarisiert und arbeitet mit horizontal polarisierten Signalen, während der Reflektor 12b vertikal polarisiert ist und deshalb mit vertikal polarisierten Signalen arbeitet. Dementsprechend reflektiert jeder der Reflektoren 12a, 12b Signale, welche der andere Reflektor 12a, 12b aussendet.
• Ein frequenzselektiver Schirm 18 ist vorgesehen, welcher zwei Hälften oder Abschnitte 18a, 18b umfaßt, und derart auf einem Träger 30 montiert ist, daß die Schirmhälften 18a, 18b auf gegenüberliegenden Seiten einer Mittellinie angeordnet sind, welche diametral durch den Satelliten 10 geht, wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist. Der frequenzselektive Schirm 18 arbeitet als Frequenzweiche zum Trennen unterschiedlicher Frequenzbänder und kann ein Array von getrennten, elektrisch leitenden Elementen umfassen, die aus jedem geeigneten Material, wie Kupfer, gebildet sind. Jeder von den verschiedenen Typen an bekannten frequenzselektiven Schirmen kann in diesem Antennensystem eingesetzt werden. Ein geeigneter frequenzselektiver Schirm jedoch, der scharfe Übergangscharakteristiken zeigt und dazu geeignet ist, zwei Frequenzbänder zu trennen, die relativ dicht beieinanderliegen, ist in der US-Patentanmeldung Nr. 896 534 beschrieben, die am 14. August 1986 im Namen der Hughes Aircraft Company eingereicht wurde. Der frequenzselektive Schirm 18 trennt effektiv die übertragenen und empfangenen Signale für das CONUS- und das Punkt-Zu-Punkt-Teilsystem. Es ist zu bedenken, daß die beiden Hälften 18a, 18b des Schirmes 18 jeweils dazu ausgelegt sind, individuelle Signale zu trennen, die horizontal und vertikal polarisiert sind.
• Das CONUS-Subsystem, das das gesamte Land mit einer einzigen Strahlungskeule bedient, hat in diesem Beispiel acht konventionelle Transponder, von denen jeder als Übertrager 82 (siehe Fig. 6) einen Hochleistungswanderfeldröhrenverstärker hat. Die CONUS-Empfangsantenne verwendet vertikale Polarisation, wobei sie den vertikal polarisierten Reflektor 12b mit dem Punkt-Zu- Punkt-Übertragungssystem teilt. CONUS-Empfangssignale passieren durch die frequenzselektive Schirmhälfte 18b und werden auf die in der Brennpunktebene 28 des Reflektors 12b angeordneten Empfangsspeisehornantennen 14 fokussiert. Das so gebildete Antennenmuster ist dazu geformt, CONUS zu überdecken. Die CONUS- Sendeantenne verwendet horizontale Polarisation und teilt den Reflektor 12a mit dem Punkt-Zu-Punkt-Empfangssystem. Von der Übertragungsspeisung 24 ausgestrahlte Signale werden von dem horizontal polarisierten, frequenzselektiven Schirm 18a zu dem Reflektor 12a reflektiert, dessen sekundäres Muster dazu geformt ist, CONUS zu bedecken.
• Das Punkt-Zu-Punkt-Subsystem umfaßt allgemein ein Sendearray 20, einen Subreflektor 22 und Empfangsspeisehörner 16. Das Sendearray 20, das später genauer beschrieben werden wird, ist unmittelbar unterhalb des Schirmes 18 auf dem Träger 30 montiert. Der Subreflektor 22 ist vor dem Sendearray 20 und leicht unterhalb von dem Schirm 18 montiert. Das von dem Sendearray 20 ausgehende Signal wird von dem Subreflektor 22 auf eine Hälfte 18b des Schirmes 18 reflektiert. Der Subreflektor 22 arbeitet im Zusammenwirken mit dem Hauptreflektor 12, um das Muster des von dem Sendearray 20 ausgehenden Signales wirksam zu verstärken und zu vergrößern. Das von dem Subreflektor 22 reflektierte Signal wird wiederum von einer Hälfte 18b des Schirmes 18 auf den großen Reflektor 12b reflektiert, welcher wiederum das Punkt- Zu-Punkt-Signal auf die Erde reflektiert. Durch diese Anordnung wird die Wirkung eines Phasenarrays mit großer Apertur erreicht. Die Empfangsspeisehörner 16 sind in der Brennpunktebene 26 des Reflektors 12a positioniert. Wie in Fig. 16 gezeigt, bestehen sie aus vier Haupthörnern 50, 54, 58, 62 und drei Hilfshörnern 52, 56, 60.
• Bezugnehmend auf die Fig. 13-15 umfaßt das Sendearray 20 eine Vielzahl, beispielsweise vierzig, von Wellenleitersendeelementen 106, die nebeneinander angeordnet sind, um ein Array zu bilden, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Jedes der Wellenleitersendeelemente enthält eine Vielzahl, z. B. sechsundzwanzig, von horizontalen, vertikal beabstandeten Schlitzen 106, was zu der Erzeugung eines vertikal polarisierten Signales führt. Wie in Fig. 14 gezeigt, wird das Sendearray 20 mittels eines verbundenen Speisenetzwerkes, das allgemein mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet ist, und das Arrayelement an vier Stellen 114 anregt, mit einem Übertragungssignal versorgt. Zweck des verbundenen Speisenetzwerkes 110 ist es, für eine Breitbandanpassung an das Wellenleitersendeelement 106 zu sorgen. In die Wellenleiteröffnung 112 eingegebene Signale regen die Array-Schlitze 108 an, so daß die Schlitzanregung dazu ausgelegt ist, ein flaches Muster in Nord-Süd-Richtung zu geben.
• Nun wird auf Fig. 5 Bezug genommen, welche eine im wesentlichen rechtwinklige Strahlbedeckung darstellt, die von dem horizontal polarisierten Punkt-Zu-Punkt-Empfangssystem bereitgestellt wird. In diesem speziellen Beispiel sind das von dem Punkt-Zu-Punkt- System bediente Gebiet die kontinentalen Vereinigten Staaten. Das Punkt-Zu-Punkt-Empfangssystem umfaßt vier Strahlungskeulen R1, R2, R3, R4, die jeweils von den vier Aufwärtsverbindungszonen 32, 34, 36, 38 in Richtung Satellit ausgehen, wobei jede der Strahlungskeulen R1-R4 aus einer Vielzahl von individuellen Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeulen besteht, die von individuellen Stellen in jeder Zone 32, 34, 36, 38 ausgehen und ein individuelles Signal von dieser Stelle transportieren. Die Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeulensignale von den einzelnen Stellen sind in einer Vielzahl von Kanälen für jede Zone angeordnet. Die Zone 32 kann z. B. eine Vielzahl, beispielsweise sechzehn, 27 MHz Kanäle umfassen, wobei jeder dieser Kanäle Hunderte von einzelnen Strahlungskeulensignalen von entsprechenden Auswärtsverbindungs-Stellen in der Zone 32 transportiert.
• Die Signalstärke für jeden der vier mit den Bezugszeichen 32, 34, 36 und 38 bezeichneten Umrisse der Strahlungskeulenmuster liegt ungefähr 3 dB unterhalb von Spitzen der zugeordneten Strahlungskeulen. Die Antennenkeulen wurden dazu ausgelegt, hinreichende Isolierung zwischeneinander zu erreichen, um in den schraffierten Regionen 39, 41, 43, 45 eine vierfache Wiederverwendung des Frequenzspektrums möglich zu machen. In den gepunkteten Regionen 40, 42 und 44 ist die Isolation nicht ausreichend, um zwischen Signalen derselben Frequenz zu unterscheiden, die von benachbarten Zonen ausgehen. Jedes von diesen Regionen ausgehende Signal wird zwei Abwärtsverbindungs-Signale erzeugen, ein vorgesehenes und ein zusätzliches. Die Erzeugung von zusätzlichen Signalen in diesen Gebieten wird später genauer diskutiert werden.
• Der Fig. 5 kann entnommen werden, daß die vier von den Strahlen 32, 34, 36, 38 bedeckten Zonen unterschiedliche Breiten aufweisen. Die von der Strahlungskeule 32 bedeckte Ostküstenzone erstreckt sich ungefähr über 1,2º; die von der Strahlungskeule 34 bedeckte zentrale Zone erstreckt sich über ungefähr 1,2º; die von dem Strahlungskeulenmuster 36 überdeckte Zone des mittleren Westens erstreckt sich über ungefähr 2,0º, und die von dem Strahlungskeulenmuster 38 überdeckte Westküstenzone erstreckt sich über ungefähr 2,0º. Die Breite einer jeden der vier Empfangszonen 32, 34, 36 und 38 ist durch die Anzahl von Anschlußstellen und damit durch die Bevölkerungsdichte in den verschiedenen Regionen des Landes bestimmt. Deshalb ist das Strahlungskeulenmuster 32 relativ schmal, um die relativ hohe Bevölkerungsdichte in dem östlichen Teil der Vereinigten Staaten zu versorgen, während das Strahlungskeulenmuster 36 wegen der relativ geringen Bevölkerungsdichte in den Gebirgsstaaten relativ breit ist. Da jede Zone das gesamte Frequenzspektrum verwendet, sind die Zonenbreiten in Regionen, wo die Bevölkerungsdichte hoch ist, schmal, um der größeren Anforderung nach Kanalbenutzung gerecht zu werden.
• Wie in Fig. 9 gezeigt, umfaßt das Punkt-Zu-Punkt-Sendesystem vier Strahlungskeulen T1, T2, T3, T4, welche die vier Übertragungszonen 31, 33, 35 bzw. 37 bedecken, wobei jede der Strahlungskeulen T1-T4 aus einer Vielzahl von einzelnen Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen besteht, die für einzelne Abwärtsverbindungsstellen in jeder Zone, 31, 33, 35, 37 bestimmt sind und ein individuelles Signal zu der Stelle transportieren. Die Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulensignale, die dazu bestimmt sind, an den einzelnen Abwärtsverbindungsstellen empfangen zu werden, sind in einer Vielzahl von Kanälen für jede Zone angeordnet. Zum Beispiel kann Zone 31 eine Vielzahl, beispielsweise sechzehn, 27 MHz Kanäle umfassen, wobei jeder dieser Kanäle Hunderte von einzelnen Strahlungskeulensignale zu entsprechenden Abwärtsverbindungsstellen in Zone 32 transportiert.
• Die Verwendung von mehreren Abwärtsverbindungszonen und von Abwärtsverbindungszonen mit ungleicher Breite trägt dazu bei, daß bewirkt wird, daß die Intermodulationsprodukte, welche von den später diskutierten Festkörperleistungsverstärkern generiert werden, auf eine Weise geographisch gestreut werden, welche es verhindert, daß die meisten dieser Produkte von den Bodenstellen empfangen werden. Der Nutzeffekt liegt darin, daß die Verstärker effektiver betrieben werden können, weil das System mehr Intermodulationsprodukte tolerieren kann. Obwohl die Breiten der Sendezonen 31, 33, 35, 37 nahezu die gleichen sind wie die der Empfangszonen R1, R2, R3, R4, wurde gefunden, daß kleine Unterschiede zwischen diesen beiden Sätzen die Kapazität des Systemes optimieren.
• Die Leistungshalbwärtsbreite der einzelnen Sendekeulen 29 ist wesentlich schmaler als die der Sendezonen 31, 33, 35, 37. Dies führt zu dem gewünschten hohen Gewinn und vermeidet die für die Anordnung der Empfangszonen charakteristischen Konkurrenzbetriebzonen 40, 42, 44. Diese einzelnen Strahlungskeulen 25 müssen innerhalb der Zonen gesteuert werden, um die EIRP der Abwärtsverbindung in Richtung der einzelnen Bestimmungsanschlüsse zu maximieren. Die frequenzadressierbaren, schmalen Punkt-Zu-Punkt- Sendekeulen 29 werden von einem Array 20 erzeugt, dessen sichtbare Größe durch zwei konfokale Parabolspiegel verstärkt wird, welche einen Hauptreflektor 12b und einen Subreflektor 22 umfassen. Die Ost-West-Richtung jeder Strahlungskeule 29 wird durch die Phasenprogression seines Signales längs des Arrays 106 von Sendeelementen 20 (Fig. 13 und 15) bestimmt. Diese Phasenprogression wird durch ein später diskutiertes strahlformendes Netzwerk 98 begründet und ist eine Funktion der Signalfrequenz. Jedes der Sendearrayelemente 20 wird von einem später diskutierten Festkörperleistungsverstärker getrieben. Die an die Arrayelemente 106 gelieferte Leistung ist nicht gleichbleibend, sondern statt dessen allmählich abnehmend, wobei die Eckenelemente mehr als 10 dB tiefer liegen. Verjüngung der Strahlungskeulen 29 wird durch Einstellung des Sendegewinns entsprechend der Position der Sendearrayelemente 20 erreicht. Das Anregungsmuster bestimmt die Charakteristiken des in Fig. 9A gezeigten sekundären Sendemusters. Unter Bezug auf Fig. 9 liegt der geringste Abstand zwischen den Sendezonen 31, 33, 35, 37 zwischen den Zonen 31 und 33 und beträgt ungefähr 1,2º. Dies bedeutet, daß ein an die Zone 33 adressiertes Signal, das eine bestimmte Frequenz verwendet, mit einem Signal interferieren wird, welches die selbe Frequenz in Zone 31 verwendet, wobei seine Nebenkeule um 1,2º von seiner Keulenmitte abweicht. Die einzelnen Sendegewinne sind jedoch justiert worden, um für niedrige Nebenkeulenwerte zu sorgen und dadurch die Wiederverwendung der Frequenz in benachbarten Zonen zu erlauben. Unter Bezug auf Fig. 9A ist zu sehen, daß der Nebenkeulenwert bei diesem Winkel zu der Keulenmitte mehr als 30 dB tiefer liegt, so daß diese Interferenz vernachlässigbar klein ist. Die Verwendung derselben Frequenz in den Zonen 35 und 37 ist im Winkel noch weiter entfernt, so daß die Nebenkeuleninterferenz in diesen Zonen noch geringer ist.
• Fig. 9B ist eine Darstellung des Sendekeulenmusters in Nord-Süd- Richtung. Die siebenundzwanzig Schlitze 108 in jedem der Wellenleitersendeelemente 106 werden auf eine Weise angeregt, welche ein nahezu flaches Nord-Süd-Muster erzeugt, das sich über den bedeckten Bereich von plus und minus 1,5º bezogen auf die Nord-Süd-Richtung erstreckt.
• Sowohl das Punkt-Zu-Punkt-System als auch das CONUS-System können die selben Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Frequenzbänder benutzen, wobei das Punkt-Zu-Punkt-System horizontale Polarisation als seine Aufwärtsverbindungs-Polarisation und das CONUS-System vertikale Polarisation verwendet, wie dies vorstehend bereits erwähnt wurde. Zum Beispiel können beide Dienste gleichzeitig das gesamte 500 MHz Aufwärtsverbindungsfrequenzband zwischen 14 und 14,5 GHz sowie das gesamte 500 MHz Abwärtsverbindungs-Frequenzband zwischen 11,7 und 12,2 GHz benutzen. Jede der den Punkt-Zu-Punkt-Dienst benutzenden Empfangszonen 32, 34, 36, 38 und Sendezonen 31, 33, 35, 37 verwendet das gesamte Frequenzspektrum (d. h. 500 MHz). Weiterhin ist dieses gesamte Frequenzspektrum in eine Vielzahl von Kanälen, z. B. sechzehn Kanälen, aufgeteilt, von denen jeder eine nutzbare Bandbreite von 30 MHz und einen Abstand von 30 MHz aufweist. Jeder der sechzehn Kanäle wiederum kann ungefähr 800 Unterkanäle aufnehmen. Auf diese Weise können innerhalb jeder Zone ungefähr 12500 (16 Kanäle·800 Unterkanäle) Kanäle mit 32 Kilobit pro Sekunde zu einem gegebenen Moment untergebracht werden. Wie weiter unten noch diskutiert werden wird, erlaubt es die Kommunikationsarchitektur des Punkt-Zu-Punkt-Systems jeder Anschlußstelle direkt mit jeder anderen Anschlußstelle zu kommunizieren. Innerhalb einer einzigen Polarisation können also auf diese Weise insgesamt 50.000 Unterkanäle nationsweit untergebracht werden.
• Unter Bezugnahme insbesondere auf die Fig. 1, 2, 6, 7 und 16 verwendet das Punkt-Zu-Punkt-Empfangsspeisearray 16 sieben Empfangshornantennen 50-62. Die Hornantennen 50, 54, 58 und 62 empfangen Signale von den Zonen 32, 34, 36 bzw. 38. Die Hornantennen 52, 56 und 60 empfangen Signale von den Konkurrenzbetriebszonen 40, 42 bzw. 44. Unter Verwendung einer Serie von Hybridkopplern oder Leistungsteilern C&sub1;-C&sub9; werden die von den Hornantennen 50-62 empfangenen Signale zu vier Ausgängen 64- 70 zusammengefaßt. Beispielsweise wird ein von dem Konkurrenzbetriebsgebiet 44 herrührendes und von der Hornantenne 60 empfangenes Signal durch den Koppler C&sub2; geteilt und Teile des geteilten Signales werden zu dem Koppler C&sub1; bzw. dem Koppler C&sub2; geliefert, wodurch das geteilte Signal mit den ankommenden Signalen, die von den Hornantennen 58 bzw. 62 empfangen werden, kombiniert wird. Auf ähnliche Weise werden Signale, die von dem Konkurrenzbetriebsgebiet 42 herrühren und von der Hornantenne 56 empfangen werden, von dem Koppler C&sub5; aufgetrennt. Ein Teil des aufgetrennten Signales wird durch den Koppler C&sub3; mit dem Signalausgang des Kopplers C&sub4; kombiniert, während der verbleibende Teil des getrennten Signales durch den Koppler C&sub7; mit dem von der Hornantenne 54 empfangenen Signal kombiniert wird.
• Die Aufmerksamkeit wird insbesondere auf Fig. 6 gelenkt, welche in Blockdiagrammform die Elektronik zum Empfangen und Senden von Signalen sowohl für das CONUS als auch für das Punkt-Zu- Punkt-System darstellt. Die Punkt-Zu-Punkt-Empfangssignale 64- 70 (siehe ebenfalls Fig. 7) werden von dem Punkt-Zu-Punkt- Empfangsspeisenetzwerk in Fig. 7 abgeleitet, während das CONUS- Empfangssignal 72 von den CONUS-Empfangsspeisehörnern 40 (Fig. 1 und 3) herrührt. Sowohl das Punkt-Zu-Punkt als auch das CONUS- Empfangssignal werden in ein Schaltnetzwerk 76 eingegeben, welches die Eingangsleitungen 64-72 selektiv mit fünf entsprechenden Empfängern verbindet, wobei acht dieser Empfänger allgemein mit 74 bezeichnet sind. Die Empfänger 74 sind von konventionellem Aufbau, wobei drei von diesen zu Redundanzzwecken bereitgehalten werden und normalerweise nicht benutzt werden, bis eine Fehlfunktion in einem der Empfänger festgestellt wird. In dem Falle einer Fehlfunktion verbindet das Schaltnetzwerk 76 die entsprechende einkommende Leitung 64-72 erneut mit einem Reserveempfänger 74. Die Empfänger 74 arbeiten derart, daß sie Filter in einer Filterverbindungsmatrix 90 treiben. Die Ausgänge der Empfänger 74, die mit den Leitungen 64-70 verbunden sind, werden durch ein zweites Schaltnetzwerk 78 über vier Empfangsleitungen R1-R4 in eine Filterverbindungsmatrix 90 eingekoppelt. Wie später weiter unten diskutiert werden wird, sorgt die Filterverbindungsmatrix (FIM) für Verbindungen zwischen den Empfangszonen 32, 34, 36, 38 und den Sendezonen 31, 33, 35, 37. Wenn in dem oben erwähnten zugeordneten 500 MHz-Frequenzspektrum gearbeitet wird, das in sechzehn 27 MHz-Kanäle aufgeteilt ist, werden vier Sätze von sechzehn Filtern verwendet. Jeder Satz von den sechzehn Filtern verwendet das gesamte 500 MHz-Frequenzspektrum und jeder Filter hat eine Bandbreite von 27 MHz. Wie später diskutiert werden wird, sind die Filterausgänge T1-T4 in vier Gruppen angeordnet, wobei jede Gruppe für eine der vier Sendezonen 31, 33, 35, 37 bestimmt ist.
• Die Sendesignale T1-T4 sind jeweils über ein Schaltnetzwerk 94 mit vier von sechs Ansteuerverstärkern 92 verbunden, wobei zwei der Verstärker 92 für den Fehlerfall als Reserve vorgesehen sind. Für den Fall des Ausfalles eines der Verstärkers 92 wird einer der Reserveverstärker 92 über das Schaltnetzwerk 94 mit dem entsprechenden Sendesignal T1-T4 verbunden werden. Ein ähnliches Schaltnetzwerk 96 koppelt den verstärkten Ausgang des Verstärkers 92 in ein strahlformendes Netzwerk 98. Wie später im größeren Detail diskutiert werden wird, besteht das strahlformende Netzwerk 98 aus einer Vielzahl von Übertragungsverzögerungsleitungen, die in gleichen Abständen längs der vier Verzögerungsleitungen angeschlossen sind. Diese Abstände und die Breite der Verzögerungsleitungen sind so gewählt, daß die gewünschte Winkelabweichung des Mittenbandes der Strahlungskeule sowie die Abtastrate der Strahlungskeule mit der Frequenz für die zu bedienenden entsprechenden Sendezonen 31, 33, 35, 37 bereitgestellt werden. Wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt, werden die von den vier Verzögerungsleitungen gekoppelten Sendesignale in dem strahlformenden Netzwerk 98 aufsummiert, um Eingänge für Festkörperleistungsverstärker 100 bereitzustellen, welche in dem Sendearray 20 des Punkt-Zu-Punkt-Systems eingebettet sein können. In dem unten diskutierten, dargestellten Ausführungsbeispiel sind 40 Festkörperleistungsverstärker (SSPAs) 100 bereitgehalten. Jeder der SSPAs 100 verstärkt ein entsprechendes der 40 Signale, welche von dem strahlformenden Netzwerk (98) gebildet werden. Die SSPAs 100 besitzen verschiedene Leistungskapazitäten, um die früher erwähnte verjüngte Arrayanregung zu bewirken. Der Ausgang des SSPA 100 ist mit dem Eingang 112 (Fig. 14) an einem der Elemente des Sendearrays 20 verbunden.
• Das auf Leitung 72 anstehende Empfangssignal für CONUS ist über Schaltnetzwerke 76, 78 mit einem entsprechenden Empfänger 74 verbunden. Der Ausgang des mit dem CONUS-Signal verbundenen Empfängers wird an einen Eingangsmultiplexer 80 geliefert, der wie oben erwähnt für acht Kanäle sorgt. Der Zweck des Eingangsmultiplexers 80 ist es, das eine, einen niedrigen Wert aufweisende CONUS-Signal in Teil-Signale aufzuteilen, so daß die Teil-Signale auf individueller Basis verstärkt werden können. Die CONUS-Empfangssignale werden stark verstärkt, so daß das CONUS-Sendesignal an sehr kleine Erdanschlußstellen geliefert werden kann. Die Ausgänge des Eingangsmultiplexers 80 sind über ein Schaltnetzwerk 84 mit acht von zwölf Hochleistungswanderfeld röhrenverstärken (TWTAs) 82 verbunden, wobei vier dieser TWTAs 82 als Reserve für den Fehlerfall vorgesehen sind. Die Ausgänge der acht TWTAs 82 sind über ein anderes Schaltnetzwerk 86 mit einem Ausgangsmultiplexer 88 verbunden, welcher die acht verstärkten Signale rekombiniert, um ein CONUS-Sendesignal zu erzeugen. Der Ausgang des Multiplexers 88 wird über einen Wellenleiter an die Sendehornantennen des CONUS-Senders 24 (Fig. 2 und 3) geliefert.
• Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen, welche die Details des FIM 90 (Fig. 6) darstellt. Wie vorstehend diskutiert, verbindet die FIM 90 jede beliebige Anschlußstelle in jeder der Empfangszonen 32, 34, 36, 38 (Fig. 5) mit jeder beliebigen Anschlußstelle in jeder der Sendezonen 31, 33, 35, 37 auf wirksame Weise. Die FIM 90 umfaßt vier Wellenleitereingänge 120, 122, 124 und 126, um jeweils die Empfangssignale R1, R2, R3 bzw. R4 zu empfangen. Wie vorstehend erwähnt, enthalten die Empfangssignale R1-R4 die von einer entsprechenden Empfangszone 32, 34, 36, 38 (Fig. 5) ausgehen, jeweils das gesamte zugeordnete Frequenzspektrum (beispielsweise 500 MHz) und sind in eine Vielzahl von Kanälen (beispielsweise sechzehn Kanäle von 27 MHz) aufgetrennt. Die Kanäle sind weiter in eine Vielzahl von Teilkanälen aufgetrennt, wobei jeder der Teilkanäle ein Signal von einer entsprechenden Aufwärtsverbindungsstelle transportiert. Die FIM 90 umfaßt 64 Filter, von denen eines mit dem Bezugszeichen 102 gekennzeichnet ist. Jeder der Filter 102 hat ein einem der Kanäle (beispielsweise 1403-1430 MHz) entsprechendes Durchlaßband. Die Filter 102 sind in vier Gruppen angeordnet, eine für jede Empfangszone 32, 34, 36, 38, wobei jede Gruppe zwei Bänke oder Untergruppen mit acht Filtern pro Untergruppe umfaßt. Eine Untergruppe von Filtern 108 enthält die Filter für die geradzahligen Kanäle und die andere Untergruppe in jeder Gruppe enthält acht Filter für die ungeradzahligen Kanäle. So umfaßt z. B. die Filtergruppe für das Empfangssignal R1 die Untergruppe 104 von Filtern 102 für ungeradzahlige Kanäle und die Untergruppe 106 von Filtern 102 für geradezahlige Kanäle. Die folgende Tabelle ordnet die Empfangssignale und Zonen ihren Filteruntergruppen zu: Empfangszone Empfangssignal Filteruntergruppe ungerade Kanäle gerade Kanäle
• Die Filter sind auf eine einzigartige Weise derart gruppiert, daß, wenn die Empfangssignale R1-R4 gefiltert werden, die gefilterten Ausgänge zusammengefaßt werden, um die Sendesignale zu bilden. Die Sendesignale T1-T4 verwenden ebenfalls das gesamte zugeordnete Frequenzspektrum (beispielsweise 500 MHz).
• In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jedes der Sendesignale T1-T4 sechzehn 27 MHz breite Kanäle und umfaßt vier Kanäle aus jeder der vier Empfangszonen (Fig. 5).
• Die einkommenden Empfangssignale R1-R4 werden auf die entsprechenden Untergruppen mittels entsprechend zugeordneter Hybridkoppler 128-134 aufgeteilt, welche auf wirksame Weise 50% der Signalleistung auf jede Untergruppe aufteilen. So wird z. B. eine Hälfte des Signaleinganges von R1 an den Wellenleiter 120 auf die Übertragungsleitung 136 aufgeteilt, welche die Untergruppe 104 von Filtern 102 bedient, und die verbleibende Hälfte des R1-Signales wird auf die Übertragungsleitung 138 aufgeteilt, welche die Untergruppe 106 von Filtern 102 bedient. Auf gleiche Weise wird jede der Untergruppen 104-118 von Filtern 102 durch eine entsprechende Verteilungsleitung bedient, welche den Leitungen 136 und 138 ähnlich ist.
• Der Aufbau der Untergruppe 104 wird nun mehr im einzelnen beschrieben werden, wobei zu verstehen ist, daß die verbleibenden Untergruppen 104-118 in ihrer Architektur identisch zu der Untergruppe 104 sind. In Intervallen längs der Übertragungsleitung 136 gibt es acht Ferritzirkulatoren 140, von denen jeder einem der Filter 102 für die ungeradzahligen Kanäle zugeordnet ist. Die Funktion des Zirkulators 140 ist es, die Übertragungsleitung 136 auf verlustlose Weise mit jedem der Filter 102 für die ungeraden Kanäle zu verbinden. So gelangt zum Beispiel das R1-Signal in den ersten Zirkulator 140a und durchläuft diesen im Gegenuhrzeigersinn, wobei das 27 MHz-Signalband, das dem Kanal 1 entspricht, durch diesen Zirkulator hindurch zu dem Zirkulator 142 gelangt. Alle anderen Frequenzen werden reflektiert. Diese reflektierten Signale wandern durch den Zirkulator weiter zu dem nächsten Filter, wo der Prozeß wiederholt wird. Durch diesen Prozeß wird das R1-Empfangssignal durch die sechzehn, den R1-Signalen entsprechenden Filter 104-108 in sechzehn Kanäle gefiltert. Folglich wird das R1-Signal mit Frequenzen im Bereich von Kanal 1 durch den ersten Ferrit- Zirkulator 140a hindurchgehen und durch Filter 1 der Gruppe 104 gefiltert werden.
• Die Ausgänge der Filteruntergruppen 104-118 sind selektiv über einen zweiten Satz von Ferrit-Zirkulatoren 142 gekoppelt, der in einem sich kreuzenden Muster die Ausgänge benachbarter Gruppen von Filtern 102 aufsummiert. Zum Beispiel werden die Ausgänge der Kanalfilter 1, 5, 9 und 13 der Gruppe 104 mit den Ausgängen der Kanalfilter 3, 7, 11 und 15 der Filtergruppe 112 aufsummiert. Diese Summe erscheint an dem Ausgangsanschluß 144 für T1. Unter Bezug auf Fig. 8 entsprechen diese Signale den Verbindungen zwischen den Empfangszonen R1 und R3 sowie der Sendezone T1.
• Es wird nun auf die Fig. 8 und 9 Bezug genommen, welche zeigen, wie die Sende- und Empfangssignale über die FIM 90 miteinander verbunden sind, um zwischen beliebigen Anschlußstellen Zweiwegkommunikation zu erlauben. Insbesondere liefert Fig. 8 eine Tabelle, welche zeigt, wie die Empfangs- und Sendezonen über die Verbindungskanäle miteinander verbunden sind, während die Fig. 9 darstellt, wie diese Verbindungskanäle geographisch quer über die Sendezonen 31, 33, 35, 37 verteilt sind. In Fig. 8 sind die Empfangssignale R1-R4 in Reihen von Verbindungskanälen quer und die Sendesignale T1-T4 in Spalten von Verbindungskanälen zu lesen. Aus Fig. 8 kann vollständig entnommen werden, daß jedes der Sendesignale T1-T4 aus sechzehn Kanälen aufgebaut ist, die jeweils in vier Gruppen angeordnet sind, wobei jede Gruppe einem der Sendesignale R1-R4 zugeordnet ist. Das Satellitenkommunikationssystem der vorliegenden Erfindung ist dazu vorgesehen, im Zusammenhang mit einer Bodenstation verwendet zu werden, welche als ein Netzwerkkontrollzentrum für den Satelliten bezeichnet wird, das die Kommunikation zwischen den Bodenanschlußstellen über im Paket geschaltete Signale koordiniert. Das Netzwerkkontrollzentrum ordnet einem Benutzer einer Aufwärtsverbindung eine Aufwärtsverbindungsfrequenz zu, die auf dem Ort der gewünschten Abwärtsverbindung basiert, wobei die verfügbare Frequenz zugeordnet wird, deren Abwärtsverbindungslänge am nächsten zu der des Bestimmungsortes ist. Die frequenzadressierbaren Abwärtsverbindungssendekeulen 29 werden folglich durch die Frequenzen der Aufwärtsverbindungssignale adressiert. Diese Strategie maximiert den Gewinn des Abwärtsverbindungssignales.
• Wie in Fig. 9 gezeigt, sind die kontinentalen Vereinigten Staaten in vier primäre Zonen 31, 33, 35, 37 aufgeteilt. Zone 31 kann als die Ostküstenzone bezeichnet werden, Zone 33 ist die Zentralzone, Zone 35 ist die Gebirgszone und Zone 37 ist die Westküstenzone. Wie früher bereits erwähnt wurde, verwendet jede der Zonen 31, 33, 35, 37 das gesamte zugeordnete Frequenzspektrum (beispielsweise 500 MHz). Für den Fall eines zugeordneten 500 MHz Frequenzbandes existieren sechzehn 27 MHz Kanäle plus Schutzbändern in jeder der Zonen 31, 33, 35, 37.
• Die oberhalb der Strahlungskeule 29 in Fig. 9 vier mal wiederholten Zahlen 1-16 deuten die Länge der Strahlungskeulen an, welche den Mittenfrequenzen der so numerierten Kanäle entsprechen. Wegen der Frequenzempfindlichkeit der Strahlungskeulen beträgt die Spannweite in der Länge zwischen dem schmalbandigen Signal mit der niedrigsten und der höchsten Frequenz in einen Kanal ungefähr eine Kanalbreite. Jede Strahlungskeule ist zwischen seinem Leistungshalbwertspunkt ungefähr 0,6º breit, was ungefähr die Hälfte der Zonenbreite in der Ostküstenzone und der Zentralzone sowie ungefähr ein Drittel der Zonenbreite in der Gebirgszone und der Westküstenzone entspricht. Die Antennenkeulen 29 überlappen einander, um eine hohe Signaldichte sicherzustellen; je mehr sich die Strahlungskeulen überlappen, desto größer ist die Kanalkapazität in einem gegebenen Gebiet. Folglich gibt es in der Ostküstenzone 31 eine größere Überlappung als in der Gebirgszone 35, weil der Signalverkehr in der Ostküstenzone 31 merklich größer ist als in der Gebirgszone 35.
• Das oben beschriebene Verbindungsschema wird nun im Wege einer typischen Verbindung zwischen Anschlußstellen in verschiedenen Zonen erklärt werden. In diesem Beispiel wird angenommen, daß ein Anrufer in Detroit, Michigan ein Gespräch mit einer Anschlußstelle in Los Angeles, Kalifornien aufbauen will. Dementsprechend ist Detroit, Michigan, das in der Zentralzone 34 gelegen ist, die Auswärtsverbindungsstelle, und Los Angeles, Kalifornien, das in der Westküstenzone 37 gelegen ist, der Bestimmungsort für die Abwärtsverbindung. Wie in Fig. 9 gezeigt, kann jeder geographische Ort in den kontinentalen Vereinigten Staaten einem spezifischen Kanal in einer spezifischen Zone zugeordnet werden. Dementsprechend ist Los Angeles zwischen den Kanälen 14 und 15 in der Übertragungszone 37 positioniert.
• Unter gleichzeitigem Bezug auf die Fig. 5, 8 und 9 liegen die Empfangs- und Sendezonen R1 und T1 innerhalb der Ostküstenzone 32 und 31, R2 und T2 liegen innerhalb der Zentralzone 34 und 33, R3 und T3 liegen innerhalb der Gebirgszone 36 und 37 und R4 und T4 liegen innerhalb der Westküstenzone 38 und 37. Da Detroit in der Zentral- oder R2-Zone 34 liegt, kann man sehen, daß die einzigen Kanäle, über welche Signale zu der Westküstenoder T4-Zone 37 übertragen werden können, die Kanäle 1, 5, 9 und 13 sind. Dies ist in der Tabelle aus Fig. 8 durch den Schnitt der Reihe R2 und der Spalte T4 bestimmt. Deshalb würde von Detroit aus der Anwender der Aufwärtsverbindung über einen der Kanäle 1, 5, 9 und 13 nach oben verbunden werden, je nachdem, welcher dieser Kanäle zu dem Bestimmungsort der Abwärtsverbindung am nächsten liegt. Da Los Angeles zwischen den Kanälen 14 und 15 gelegen ist, würde das Netzwerkkontrollcenter die Signale auf Kanal 13 nach oben verbinden, weil Kanal 13 am nächsten zu Kanal 14 ist. Die Breite der Abwärtsverbindungsstrahlungskeule ist breit genug, um hohen Gewinn in Los Angeles bereitzustellen.
• Im umgekehrten Fall, wenn die Aufwärtsverbindungsstelle in Los Angeles ist und der Bestimmungsort der Abwärtsverbindung in Detroit liegt, muß die Schnittstelle der Reihe R4 und der Spalte T2 in Fig. 8 konsultiert werden. Dieser Schnitt ergibt, daß das Signal über die Kanäle 1, 5, 9 oder 13 übermittelt werden kann, je nachdem, welcher Kanal näher zu dem Bestimmungsort der Abwärtsverbindung ist. Das Netzwerkkontrollzentrum würde das Signal von Los Angeles auf Kanal 9 nach oben verbinden, da Kanal 9 am nächsten zu Kanal 11 ist, welcher wiederum am nächsten zu Detroit liegt.
• Zurückkehrend zu Fig. 10 wird die Umsetzung eines Empfangssignales in ein Sendesignal im Zusammenhang mit dem oben erwähnten Beispiel beschrieben, in welchem die Aufwärtsverbindungsstelle in Detroit ist und die Abwärtsverbindungsstelle in Los Angeles ist. Das von Detroit übertragene Aufwärtsverbindungssignal würde in Kanal 13 übertragen, welcher von dem Empfangssignal R2 transportiert wird. Das R2 Empfangssignal wird in die Übertragungsleitung 122 eingegeben und ein Teil dieser Signaleingabe wird durch den Hybridkoppler 130 auf die Eingangsleitung der Untergruppe 108 von Filtern 102 aufgeteilt. Die Untergruppe 108 umfaßt eine Bank von acht Filtern für die ungeradzahligen Kanäle einschließlich Kanal 13. Folglich wird das einkommende Signal durch den Filter 13 durchgefiltert und wird auf einer Leitung 164 zusammen mit anderen Signalen der Untergruppen 108 und 116 ausgegeben. Das auf Leitung 164 präsente Signal des Kanales 13 wird durch den Hybridkoppler 158 mit Signalen kombiniert, welche von den Untergruppen 106 und 114 herrühren, und bildet das T4-Signal auf der Ausgangsleitung 150. Das Sendesignal T4 wird dann nach Los Angeles herunterverbunden.
• Es muß verstanden werden, daß das obige Beispiel insofern etwas vereinfacht ist, als das Netzwerkkontrollzentrum einen spezifischeren Kanal als einen Kanal mit 27 MHz Bandbreite zuordnen würde, da der 27 MHz breite Kanal tatsächlich eine Vielzahl von schmäleren Kanälen umfassen kann, z. B. 800 Unterkanäle mit 32 kHz Bandbreite.
• Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 5, 8 und 9 wird für den Fall, daß ein Aufwärtsverbindungssignal aus einem der Gebiete 40, 42, 44 (Fig. 5) mit Konkurrenzbetrieb stammt, ein derartiges Signal nicht nur zu seinem gewünschten Bestimmungsort in der Abwärtsverbindung übertragen, sondern ein nicht vernachlässigbares Signal wird in ein anderes geographisches Gebiet übertragen werden. Es sei z. B. angenommen, daß das Aufwärtsverbindungssignal aus Chicago, Illinois stammt, das in dem Konkurrenzbetriebsgebiet 42 liegt, und daß das Signal für Los Angeles, Kalifornien bestimmt ist. Das Konkurrenzbetriebsgebiet 42 wird durch die Überlappung der Strahlungskeulen erzeugt, welche die Zonen 34 und 36 formen. Dementsprechend kann das Aufwärtsverbindungssignal als Empfangssignal R2 oder R3 übertragen werden. Das Netzwerkkontrollzentrum bestimmt, ob die Aufwärtsverbindungskommunikation über das Empfangssignal R2 oder R3 transportiert wird. Da Chicago näher zur Zone 36 liegt, wird in dem vorliegenden Beispiel die Aufwärtsverbindungskommunikation über das Empfangssignal R3 transportiert.
• Wie bereits diskutiert, ist der Bestimmungsort für die Aufwärtsverbindung, Los Angeles, in Zone 37 gelegen und liegt zwischen den Kanälen 14 und 15. Wie in Fig. 8 gezeigt, liefert der Schnitt von R3 mit Spalte T4 die möglichen Kanäle, über welche die Kommunikation geleitet werden kann. Dementsprechend wird der Aufwärtsverbindungskanal aus Chicago über einen der Kanäle 2, 6, 10 oder 14 übertragen werden. Da Los Angeles näher zu Kanal 14 liegt, wird Kanal 14 von dem Netzwerkkontrollzentrum als Aufwärtsverbindungskanal ausgewählt. Man bemerke jedoch, daß ein unerwünschtes Signal aus Zone 34 ebenfalls über Kanal 14 übertragen wird. Um zu bestimmen, wo das ungewünschte Signal herunterverbunden werden wird, wird die Tabelle aus Fig. 8 konsultiert. Die Tabelle aus Fig. 8 ergibt, daß Aufwärtsverbindungssignale, die über Kanal 14 in der R2-Zone 34 transportiert werden, in die T1-Sendezone 31 herunterverbunden werden. Das gewünschte Signal wird nach Los Angeles übertragen und das unerwünschte Signal (d. h. ein zusätzliches Signal) wird in die Ostküstenzone (d. h. Zone 31) übertragen. Das Netzwerkkontrollzentrum verfolgt diese zusätzlichen Signale, wenn es die Frequenzzuordnungen trifft. Die Wirkung dieser zusätzliche Signale liegt darin, daß die Kapazität des Systems leicht reduziert wird.
• Mit erneutem Bezug auf Fig. 6 empfängt das strahlformende Netzwerk 98 die Sendesignale T1-T4 und arbeitet in dem Sinne, daß es all die individuellen Kommunikationssignale in diesen Sendesignalen zusammenkoppelt, so daß eine Sendeantennenkeule für jedes Signal gebildet wird. In dem oben diskutierten Beispiel, in welchem das zugeordnete Frequenzspektrum 500 MHz beträgt, werden insgesamt ungefähr 50.000 überlappende Antennenkeulen durch das strahlformende Netzwerk 98 geformt, wenn das System völlig mit schmalbandigen Signalen geladen ist. Jede Antennenkeule wird auf eine derartige Weise geformt, daß sie in eine Richtung gelenkt werden kann, welche die Leistung des Systemes optimiert. Die zunehmende Phasenshift zwischen benachbarten Elementen bestimmt die Richtung der Antennenkeule. Da diese Phasenshift durch die Signalfrequenz bestimmt ist, wird das System als frequenzadressiert bezeichnet.
• Es wird nun auf die Fig. 11 und 12 Bezug genommen, welche die Einzelheiten des strahlformenden Netzwerkes 98 darstellen. Das in Fig. 11 insgesamt mit dem Bezugszeichen 98 bezeichnete strahlformende Netzwerk ist in der allgemeinen Form eines Bogens angeordnet und kann in geeigneter Weise auf dem Kommunikationsgestell (nicht gezeigt) des Satelliten montiert sein. Die Bogenform des strahlformenden Netzwerkes 98 begünstigt eine Anordnung, welche sicherstellt, daß die Pfade der hindurchgehenden Signale von der richtigen Länge sind.
• Das strahlformende Netzwerk 98 umfaßt einen ersten Satz an sich kreisförmig erstreckenden Übertragungsverzögerungsleitungen 168, 170, einen zweiten Satz an Übertragungsverzögerungsleitungen 172, 174, die radial zu den Verzögerungsleitungen 168 und 170 beabstandet sind, sowie eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Wellenleiteranordnungen 176. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind 40 Wellenleiteranordnungen 176 vorgesehen, eine für jedes der Elemente 106 aus dem Sendearray 20 (Fig. 13). Die Wellenleiteranordnungen 176 schneiden jede der Verzögerungsleitungen 164-174 und sind im Winkel gleich beabstandet.
• Jede der Wellenleiteranordnungen 176 stellt einen radialen Leitungssummierer dar und schneidet jede der Verzögerungsleitungen 168-174. Wie in Fig. 12 gezeigt, ist an den Schnittpunkten zwischen den radialen Leitungssummierern 176 und den Übertragungsverzögerungsleitungen 168-174 jeweils ein Kreuzleitungskoppler 180 vorgesehen. Die Kreuzleitungskoppler 180 verbinden die Verzögerungsleitungen 168-174 mit dem radialen Leitungssummierer 176. Die Funktion der Kreuzleitungskoppler 180 wird später noch genauer diskutiert werden.
• Vier Verzögerungsleitungen 168-174 sind für die vier jeweiligen Sendezonen T1-T4 (Fig. 9) vorgesehen. Dementsprechend ist das Sendesignal T1 für den Eingang der Verzögerungsleitung 170, T2 für den Eingang der Verzögerungsleitung 168, T3 für den Eingang der Verzögerungsleitung 174 und T4 für den Eingang der Verzögerungsleitung 172 vorgesehen. Wie in Fig. 12 gezeigt, ist der Abstand zwischen den radialen Leitungssummierern durch den Buchstaben "1" angedeutet und die Breite einer jeden der radialen Verzögerungsleitungen durch den Buchstaben "w" gekennzeichnet. Obwohl die radialen Leitungssummierer 176 in gleichen Winkelintervallen längs der Verzögerungsleitungen 168-174 zueinander beabstandet sind, variiert der Abstand zwischen ihnen von Verzögerungsleitung zu Verzögerungsleitung, da die Verzögerungsleitungen 168-174 radial zueinander beabstandet sind. Je weiter sie also von der Mitte des Bogens entfernt sind, welcher durch die radialen Leitungssummierer 176 gebildet ist, desto größer ist der Abstand zwischen den radialen Leitungssummierern 176 an dem Punkt, wo sie die Verzögerungsleitungen 168-174 schneiden. Mit anderen Worten ist der Abstand "l" zwischen radialen Leitungssummierern 176 für die Verzögerungsleitung 168 geringer als der Abstand zwischen benachbarten radialen Leitungssummierern 176 für die Verzögerungsleitung 174. Typische Werte für die Abmaße "l" und "w" sind die folgenden: Verzögerungsleitung Signal l in Zoll (mm) w in Zoll (mm)
• Die Breite der Verzögerungsleitungen 168-174, "w", und der Abstand "l" zwischen benachbarten radialen Leitungssummierern sind ausgewählt, um den gewünschten Winkelfehler zur Strahlungskeulenmitte und die Abtastrate der Strahlungskeule so bereitzustellen, daß die Strahlungskeule für jeden Kanal in die richtige Richtung zeigt. Dies führt zu den gewünschten Start- und Stoppunkten für jede der Sendezonen T1-T4.
• Insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 12 wandert das Sendesignal T2 die Verzögerungsleitung 168 um einen bestimmten Abstand herunter, an welchem Punkt es den ersten radialen Leitungssummierer 176 erreicht. Ein Teil des T2-Signales gelangt durch den Kreuzleitungskoppler 180, welcher beispielsweise ein 20 dB-Koppler sein kann, so daß ein Prozent der übertragenen Leistung des Sendesignales T2 auf den radialen Leitungssummierer 176 aufgeteilt wird. Diese aufgeteilte Energie wandert dann längs des Wellenleiters 176 zu einem zugeordneten Festkörperleistungsverstärker 100 (Fig. 6 und 11). Dieser Prozeß wird für das Signal T1 wiederholt, das sich längs der Verzögerungsleitung 170 ausbreitet. Die Anteile der Signale T1 und T2, die durch die Kreuzleitungskoppler 180 abgetrennt werden (d. h. 0,01 T1 und 0,01 T2), werden in dem radialen Leitungssummierer 176 aufsummiert und das kombinierte Signal 0,01 (T1 + T2) wandert radial auswärts Richtung des nächsten Satzes an Verzögerungsleitungen 172, 174. Der selbe Kopplungsprozeß wird für die Signale T3 und T4 in den Verzögerungsleitungen 174 bzw. 172 wiederholt. Das bedeutet, daß das 0,01-fache der Signale T3 und T4 über die Kreuzleitungskoppler 180 in die radialen Leitungssummierer 176 eingekoppelt wird. Das resultierende kombinierte Signal 0,01 (T1 + T2 + T3 + T4) wandert radial auswärts zu einem zugeordneten Festkörperleistungsverstärker 100, wo es zur Vorbereitung auf die Aussendung verstärkt wird.
• Nach dem Zusammentreffen mit dem ersten radialen Leitungssummierer 176 wandern die verbleibenden 0,99 Anteile der Signale T1-T4 zu dem zweiten radialen Leitungssummierer, wo ein zusätzliches Prozent der Signale auf den Summierer 176 aufgeteilt wird. Dieser Prozeß des Abteilens von einem Prozent der Signale T1-T4 wird für jeden der radialen Leitungssummierer 176 wiederholt.
• Die Signale, welche längs der radialen Leitungssummierer 176 in Richtung auf die SSPAs 100 zuwandern, sind eine Mischung aller vier Punkt-Zu-Punkt-Sendesignale T1-T4. Jedes der Sendesignale T1-T4 kann jedoch 12.500 Teil-Signale umfassen. Dementsprechend können die 40 durch die radialen Leitungssummierer 176 wandernden Signale eine Mischung aller 50.000 Signale sein, und zwar im Falle des oben erwähnten Ausführungsbeispieles, wo das zugeordnete Frequenzspektrum 500 MHz breit ist. Dementsprechend verstärkt jeder der SSPAs 100 alle 50.000 Signale, welche von jeder aus der Vielzahl von Wellenleiteranordnungen 176 austreten.
• Da jeder der SSPAs 100 alle 50.000 Signale verstärkt, welche für alle Gebiete des Landes bestimmt sind, kann verstanden werden, daß alle die schmalen Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen mit hohem Gewinn von einem gemeinsamen Pool an Übertragern, d. h. von allen SSPAs 100, gebildet werden. Man kann diese Anordnung so ansehen, daß sie auf wirksame Weise einen nationsweiten Leistungspool bereitstellt, da jede der das gesamte Land überdeckenden Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen unter Verwendung aller SSPAs 100 erzeugt wird. Dementsprechend ist es möglich, einen Teil dieses nationsweiten Leistungspools abzuspalten, um spezifisch benachteiligte Anwender einer Abwärtsverbindung auf einer individuellen Basis zufriedenzustellen, ohne die Signalleistung der anderen Strahlungskeulen merklich zu reduzieren. Beispielsweise kann ein Anwender einer Abwärtsverbindung durch Regen an den Bestimmungsort der Abwärtsverbindung "benachteiligt" sein, was die Signalstärke der Strahlungskeule abschwächt. Solch ein durch Regen benachteiligter Anwender kann individuell bevorzugt werden, indem die Signalstärke der entsprechenden Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeule erhöht wird. Dies wird bewirkt, indem der benachteiligten Abwärtsverbindungs-Strahlungskeule ein kleiner Teil der Leistung aus dem Pool der nationsweiten Sendeleistung (d. h. ein Teil der von allen SSPAs 100 gelieferten Leistung) zugeteilt wird. Die Leistung einer individuellen Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeule ist proportional zu der der entsprechenden Abwärtsverbindungs-Strahlungskeule. Um die Leistung der Abwärtsverbindungs- Strahlungskeule zu erhöhen, ist es dementsprechend lediglich erforderlich, die Leistung der Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeule zu erhöhen.
• In der Praxis verfolgt das vorstehend erwähnte Netzwerkkontrollzentrum alle die Gebiete des Landes, in denen es regnet und bestimmt, wer von den Anwendern der Aufwärtsverbindung eine Kommunikation zu Bestimmungsstellen der Abwärtsverbindung in von Regen betroffenen Gebieten aufbaut. Unter Verwendung von paketgeschalteten Signalen instruiert dann das Netzwerkkontrollzentrum jeden dieser Anwender der Aufwärtsverbindung, seine Aufwärtsverbindungsleistung für die Signale zu erhöhen, die für ein von Regen betroffenes Gebiet vorgesehen sind. Die Erhöhung der Leistung der Signale des Anwenders der Aufwärtsverbindung führt zu einer größeren kollektiven Verstärkung dieser Signale durch die SSPAs 100, um entsprechende Abwärtsverbindungs- Strahlungskeulen zu den von Regen betroffenen Gebieten zu erzeugen, deren Leistungswerte hinreichend erhöht wurden, um die Regendämpfung zu kompensieren. Typischerweise ist die Zahl der Signale, die für von Regen betroffene Gebiete bestimmt ist, relativ gering bezogen auf die gesamte Anzahl von Signalen, welche von dem gesamten Pool an SSPAs 100 gehandhabt werden. Dementsprechend erleiden andere Anwender der Aufwärtsverbindung in nicht vom Regen betroffenen Zonen keinen merklichen Signalverlust, da der geringe Verlust, der in ihren Signalen auftreten kann, über die vielen tausend Anwender verteilt ist.
• Die SSPAs 100 (Fig. 8 und 11) können beispielsweise auf der Felge des Kommunikationsgestells (nicht gezeigt) des Satelliten montiert sein. Die durch die SSPAs 100 verstärkten Signale werden in die entsprechenden Elemente 106 des Sendearrays 20 (Fig. 13 und 14) eingespeist.
• Wie vorstehend diskutiert, wird zwischen den Signalen, die in die 40 radialen Leitungssummierer 176 angekoppelt sind, eine inkrementale Phasenshift erreicht. Dementsprechend erlaubt es das strahlformende Netzwerk 98, daß die von dem Sendearray 20 (Fig. 1, 2 und 13) ausgehenden Antennenkeulen durch Frequenzzuordnung gesteuert werden können. Die inkrementale Phasenverschiebung ist der Zeitverzögerung zwischen den Wellenleitern 176 sowie der Frequenz zugeordnet. Es wird nun auf Fig. 17 Bezug genommen, welche eine diagrammartige Darstellung von vieren der vierzig Sendearray-Elemente 106 (Fig. 13) ist und die von diesen ausgehende Wellenfront zeigt, wobei "d" dem Abstand zwischen Sendearray-Elementen 106 entspricht. Die resultierende Antennenkeule hat eine Winkelneigung von R, wobei R als der Abtastwinkel der Strahlungskeule definiert ist. Das bedeutet, daß R der Winkel zu der Normalen der Mitte der Sendekeule ist. Die inkrementale Phasenverschiebung, welche durch die Anordnung der Verzögerungsleitungen erzeugt wird, beträgt Δ Φ. Die Beziehung zwischen Δ Φ und R ist gegeben durch Δ Φ = 2 π d/λ sin R
• wobei:
• λ = Signalwellenlänge
• R = Abtastwinkel der Strahlungskeule
• d = Abstand zwischen Array-Elementen.
• Dementsprechend ist die Ost-West-Ausrichtung der Antennenkeule durch die inkrementale Phasenverschiebung bestimmt, welche für die vier Verzögerungsleitungen 168-174 des strahlformenden Netzwerkes 98 verschieden ist, was zu den vier vorstehend erwähnten Sendezonen T1-T4 führt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Verbinden beliebiger aus einer Vielzahl von Anschlußstellen innerhalb eines geographischen Gebietes (31-37; 32-38) auf der Erde für Zweiweg-Kommunikation, unter Verwendung eines einzigen erdumkreisenden Kommunikationssatelliten (10), mit den Schritten:

(A) Zuordnen eines Satzes von Aufwärtsverbindungs- Kommunikationskanälen (R1-R4), die sich über ein erstes vorausgewähltes Band von Kommunikationsfrequenzen erstrecken, zur Verwendung in jeder aus einer Vielzahl von Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) innerhalb des Gebietes (31-37; 32-38), wobei die Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) der Reihe nach und in aneinandergrenzender Anordnung längs einer sich quer durch das Gebiet (31-37; 32-38) erstreckenden Achse derart angeordnet sind, daß sie das gesamte Gebiet (31-37; 32-38) bedecken, so daß dieselben Aufwärtsverbindungs-Kommunikationskanäle (R1-R4) von allen Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) benutzt werden;

(B) Übertragen einer Radiofrequenz-Aufwärtsverbindungs- Strahlungskeule (R1-R4) elektromagnetischer Strahlung von jeder der Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) zu dem Satelliten (10), wobei die Aufwärtsverbindungs- Strahlungskeule (R1-R4) einer jeden der Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) über die Aufwärtsverbindungs- Kommunikationskanäle eine Vielzahl von Nachrichtensignalen transportiert;

(C) Empfangen der Aufwärtsverbindungs-Strahlungskeulen (R1-R4) in dem Satelliten (10);

(D) Zuordnen eines Satzes von Abwärtsverbindungs- Kommunikationskanälen (T1-T4), die sich über ein zweites vorausgewähltes Band von Frequenzen erstrecken, zur Verwendung in jeder aus einer Vielzahl von Abwärtsverbindungs-Zonen (31-37) innerhalb des Gebietes (31-37; 32-38), wobei die Abwärtsverbindungs- Zonen (31-37) jeweils im wesentlichen von gleicher Ausdehnung sind wie die Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38), so daß dieselben Abwärtsverbindungs-Kanäle von allen Abwärtsverbindungs-Zonen (31-37) benutzt werden;

(E) Zuordnen der Abwärtsverbindungs-Kanäle in jeder der Abwärtsverbindungs-Zonen (31-37) jeweils zu einer Vielzahl von geographischen Abschnitten innerhalb der zugeordneten Abwärtsverbindungs-Zone (31-37), wobei die geographischen Abschnitte der Reihe nach längs der Achse quer über die zugeordnete Abwärtsverbindungs-Zone (31-37) angeordnet sind, so daß jeder der Abschnitte von einem jeweils zugeordneten der Abwärtsverbindungs-Kanäle (T1-T4) bedient wird;

(F) Übertragen einer Vielzahl von Radiofrequenz-Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen (T1-T4) elektromagnetischer Strahlung von dem Satelliten (10) zu jeder der Abwärtsverbindungs-Zonen (31-37), wobei die Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen (T1-T4) eine Vielzahl von Nachrichtensignalen transportieren, die von Anschlußstellen in den Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) ausgehen, wobei die Abwärtsverbindungs- Strahlungskeulen (T1-T4) derart übertragen werden, daß jeder der geographischen Abschnitte nur die Abwärtsverbindungs-Strahlungskeulen (T1-T4) empfängt, welche Frequenzen innerhalb des Abwärtsverbindungs- Kanales haben, der in Schritt (E) einem geographischen Abschnitt zugeordnet ist;

(G) Zuordnen der Frequenzen in dem ersten Band zu den Frequenzen in dem zweiten Band nach einem festen Muster, so daß die Frequenzen in dem ersten Band, die dazu ausgewählt sind, eine Nachricht von einer Anschlußstelle in einer Aufwärtsverbindungs-Zone (32- 38) zu transportieren, der Frequenz in dem zweiten Band zugeordnet ist, die in einem Abwärtsverbindungs- Kanal (T1-T4) enthalten ist, die einem Ort in einem geographischen Abschnitt zugeordnet ist, der eine Anschlußstelle enthält, die dazu bestimmt ist, die Nachricht zu empfangen; und

(H) Auswählen einer Frequenz in dem ersten Band in Abhängigkeit von dem Ort des geographischen Abschnittes, der die zum Empfang der Nachricht bestimmte Anschlußstelle enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt des Auswählens des von den Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) bedeckten geographischen Gebietes, so daß die Aufwärtsverbindungs- Zonen (32-38) längs der Achse gemessen eine unterschiedliche Breite aufweisen, und daß die Breite der Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) jeweils eine Funktion der Dichte der Anschlußstellen innerhalb der Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt (D) derart durchgeführt wird, daß zwei benachbarte Abschnitte in zwei jeweils zugeordneten Abwärtsverbindungs-Zonen (31-37) durch Kanäle unterschiedlicher Frequenz bedient werden, um zwischen Anschlußstellen in benachbarten Abschnitten Nachrichten-Überlagerungen zu verhindern.

4. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt des Auswählens der von den Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- Zonen (32-38; 31-37) bedeckten geographischen Gebiete, wobei der Auswahlschritt derart durchgeführt wird, daß die von den Aufwärtsverbindungs-Zonen (32-38) bedeckten geographischen Gebiete in der Größe leicht unterschiedlich zu dem von den Abwärtsverbindungs-Zonen (31-37) bedeckten Gebiet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt der Auswahl der längs der Achse gemessenen Breite der Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Zonen (32-38; 31-37), wobei der Auswahlschritt derart ausgeführt wird, daß wenigstens ein gewisser Unterschied in der Breite der Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Zonen (32-38; 31-37) vorhanden ist.