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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft satellitengestützte Kommunikationssysteme,
die Wetterinformation für
von den Satellitenstrahlen bediente Gebiete benutzen, um die äquivalente
isotrope Abstrahlleistung eines Teils der Strahlen einzustellen
und die Netto-HF-Leistung zu minimieren, die für die Übertragung erforderlich ist.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Satellitenbasierte
Kommunikationssysteme sind im Stand der Technik gut vertreten. Bei
einem typischen Satelliten-Kommunikationssystem werden Signale zwischen
einer oder mehreren Speisebodenstationen und einem Satelliten übertragen.
Der Satellit empfängt
die Signale und sendet sie dann nach unten zu Endbenutzerstationen,
wobei ein oder mehrere Zwischenverstärker benutzt werden.
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Aktuelle
Satelliten-Übertragungssysteme
umfassen Verstärker
mit fester Verstärkung,
deren Arbeitspunkte während
des Entwurfs des Kommunikationssystems bestimmt werden, um vorbestimmte
Systemleistungsziele zu erreichen. Die Übertragungssysteme sind zu
Beginn mit ausreichend Sendeleistung entworfen, um auch Niederschläge mit geringer
Wahrscheinlichkeit zu überwinden,
die ansonsten nachteilige Wirkung auf den Signalempfang an einem
bestimmten Ort innerhalb des Abdeckungsgebiets des Satelliten hätte. Bspw. wird
ein System, das eine 99,9%ige Verbindungsverfügbarkeit erfordert, bei einer
3 dB Dämpfung
durch Regen im Übertragungspfad
mit 3 dB zusätzlicher
Satelliten-Hochfrequenz (HF)-Sendeleistung entworfen, die dem vorhandenen
Antennenstrahl hinzugefügt
oder für
diesen verfügbar
sind. Diese HF-Sendeleistung ist konstant und kann während der
Lebensdauer des Satelliten nicht eingestellt werden. Ferner wird
die Sendeleistung auf Strahlen angewendet, die das gesamte Funkgebiet
abdecken, das mehrere Male größer sein
kann als der Ort des Niederschlagsereignisses. Folglich sind die
Satelliten-Leistungsanforderungen überdimensioniert,
um die gewünschte
Verbindungsverfügbarkeit
und die Kundenzufriedenheit während
der Worst-Case-Wetterbedingungen zu erfüllen. Das Dimensionieren und
Benutzen von HF-Sendeleistung ist extrem ineffizient, insbesondere
wenn der Satellit ein großes
Abdeckungsgebiet hat.
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Ein
früherer
Lösungsweg
benutzt einen Prüfstrahl
niederer Frequenz (englisch: beacon) oder ein Referenzstrahlsignal,
um einen Indikator für
die Signalverlustdämpfung
bereitzustellen. Der niederfrequente Referenzstrahl ist weniger
anfällig
hinsichtlich Dämpfung
und wird als Feedback-Signal eingesetzt, um die Leistung des Aufwärts- bzw.
Ablenksignals einzustellen. Der Verstärker mit fester Verstärkung empfängt ein
starkes Signal, das wiederum zu einem starken Abwärtsverbindungs(downlink)signal
führt. Ähnlich zu
dem zuvor erwähnten
Lösungsweg
stellt dieser Lösungsweg
eine erhöhte
Leistung für
das gesamte Funkgebiet bereit, statt die Leistung selektiv zu erhöhen nur
in dem Gebiet, das von dem Niederschlagsereignis betroffen ist.
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Ein
anderes bekanntes Beispiel ist in
EP
0 837 569 offenbart, wo eine Satellitendiversität verwendet wird,
um die Dämpfung
durch starken Regen zu überwinden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren
zum Einstellen der HF-Sendeleistung für einen Teil des Abdeckungsgebiets
abhängig
von der Signaldämpfung
bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System
und ein Verfahren bereitzustellen, um die Gesamt-HF-Leistung kontinuierlich
abzufragen, die auf alle Punktstrahlen angewendet wird, und um die
Sendeleistung entsprechend der lokalisierten Abwärtsverbindungssignaldämpfung neu
zu verteilen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System
und ein Verfahren zum Einstellen der Verstärkung des Antennenstrahlmusters
bereitzustellen, um die Signaldämpfung
auf Grund von Wetterveränderungen
zu kompensieren.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
System und ein Verfahren zum Reduzieren der Netto-HF-Sendeleistung
bereitzustellen, während
die gewünschte
Kommunikationsleistung erreicht wird, die durch die Datengeschwindigkeit
und die Verbindungsverfügbarkeit
gemessen wird.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System und
ein Verfahren zum Modifizieren der äquivalenten isotropen Abstrahlleistung
bereitzustellen, indem eine Kombination der HF-Leistungsdämpfungssteuerung
und der dynamischen Strahlformung des Sendeantennenstrahlmusters
verwendet wird, um die durch Niederschlag herbeigeführte Signaldämpfung zu
kompensieren.
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Beim
Ausführen
der zuvor erwähnten
Aufgaben und anderer Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung
erfasst ein System zum Steuern der Sendeleistung die Signalverlustinformation
basierend auf Wetterkarten und/oder aktuellen Abwärtsverbindungssignalmessungen,
um die Leistung innerhalb eines Bereichs eines Abdeckungsgebiets
zu erhöhen,.
Bei einer Ausführungsform
werden Radarreflexionsdaten erfasst und dann über eine Reihe von analytischen
Modellen in Regendämpfungswerte
umgesetzt. Diese analytischen Modelle können umfassen, sind aber darauf
nicht beschränkt:
1. die Satelliten-Erd-Geometrie (Elevation, Neigungs-Bereich); 2. Radarmessparameter,
wie bspw. Reflexionsvermögen,
Differenzreflexionsvermögen
und/oder Differenzphase; 3. Modelle zur Regentropfengröße und -ausrichtung;
und 4. ortsspezifische Information, wie bspw. geografische Breite,
Temperatur, Höhe
und Ähnliches.
Die Berechnungen werden auf einem Computer ausgeführt, der
entweder innerhalb einer Bodenstation oder auf dem Satelliten ist.
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Bei
einer Alternative können
die Abwärtsverbindungsleistungsmessungen
durch ein Netzwerkoperations- und -steuerungszentrum (NOCC) ausgeführt werden.
Das NOCC ist vorzugsweise in der Lage, die Anzahl der abzufragenden
Orte einzustellen und/oder die Überwachungs-
und/oder Abfragegeschwindigkeit abhängig von Wetterbedingungen
in den lokalisierten Bereichen innerhalb des Satellitenabdeckungsgebiets.
Bei einer Ausführungsform
werden Daten von mehreren Orten innerhalb eines einzelnen Punktstrahlabdeckungsgebiets
verschmolzen, um einen einzelnen Übertragungsverlust oder eine
erforderliche minimale EIRP des Strahls zu erzeugen. Daten von Orten
innerhalb eines Abdeckungsgebiets des Strahls können eingesetzt werden, um
eine Dämpfungskarte
für eine
Musteroptimierung zu erzeugen. Das NOCC ist vorzugsweise in der Lage,
die Endgerätemessungen
auszuführen
und eine Niederschlagsdämpfungskarte ähnlich zu
jener zu bilden, die von einer Wetterdatenquelle bereitgestellt
würde.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet entweder die Wetterradarkarte, die
Abwärtsverbindungsleistungsmessstrategie
oder eine Kombination von beidem, um Befehle zu erzeugen, um das
Satelliten-Übertragungsteilsysstem
selektiv zu steuern, um die Strahldämpfung und die Strahlmuster
einzustellen, um die Signalsendeleistung innerhalb der lokalisierten
Gebiete zu erhöhen,
die eine Abwärtsverbindungsleistungsdämpfung erfahren,
während
die Sendeleistung für
andere lokalisierte Gebiete reduziert oder aufrechterhalten wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann in einem Satelliten-Sendeteilsystem implementiert
sein, das in der Lage ist, die HF-Sendeleistung und/oder Antennenverstärkungsmuster
einzustellen, um die EIRP für
ausgewählte
Gebiete auf der Erde zu variieren. Das EIRP-Einstellungserfordernis
für die Übertragungsverlustkompensation
wird abhängig
von dem jeweiligen Satellitensendeteilsystem variieren. Für eine Punktstrahl-Satellitenabdeckung
wird das Verstärkungsmuster
der Antenne für
jeden Punktstrahl fixiert und die EIRP wird eingestellt, indem die
HF-Sendeleistung geändert
wird. Im Falle eines breiten Abdeckungsgebiets wird das Verstärkungsmuster
der Antenne neu geformt.
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Die
Vorteile, die sich aus der vorliegenden Erfindung ergeben, sind
vielfältig.
Die vorliegende Erfindung vergrößert die
Verbindungsverfügbarkeit,
durch Neuzuordnung von HF-Sendeleistung auf lokalisierte Gebiete,
wenn dies erforderlich ist, um eine geringere Netto-Sendeleistung
unter normalen Wetterbedingungen zu ermöglichen. Die Gesamt-HF-Sendeleistung
wird eingegrenzt mit einer entsprechenden Reduzierung der DC-Leistung
und der thermischen Ableitungserfordernisse auf dem Satelliten.
Abhängig
von der jeweiligen Anwendung erlaubt dies entweder eine Erhöhung der
Satellitenfunktionalität
und/oder eine Erhöhung
der Gesamtkapazität
des Satelliten-Kommunikationssystems.
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Die
vorherigen Aufgaben und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich leichter für einen Fachmann durch die
nachfolgende detaillierte Beschreibung der besten Modi zur Ausführung der
Erfindung, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen zusammen betrachtet
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein repräsentatives
Satelliten-Kommunikationssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einer Mehrstrahlentenne mit einer
einzelnen Einspeisung pro Strahl, einem dedizierten Verstärker pro
Strahl, einstellbaren Dämpfungsgliedern
und einstellbaren Verstärkervorspannungen
darstellt;
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3 ist
ein Blockdiagramm, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt, die eine Mehrstrahlantenne mit steuerbaren Dämpfungsgliedern,
ein einfaches Strahlformungsnetzwerk und einen Matrixverstärker hat;
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4 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine phasengesteuerte Mehrstrahl-Sende-Gruppenantenne
mit steuerbaren Dämpfungsgliedern
aufweist, um den Eingangsstrahl, die Strahlausrichtung pro Element
und die einstellbare Verstärkervorspannung
einzustellen;
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5 ist
ein Blockdiagramm, das die Sendemodulelektronik für eine phasengesteuerte
Mehrstrahl-Gruppenantenne darstellt, wie sie in 4 gezeigt
ist;
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6 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem konfokalen Abbildungssystem
mit einer Mehrstrahl-Sendeanordnungseinspeisung;
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7 ist
eine repräsentative
Karte, die die Funkabdeckung für
verschiedene Punktstrahlen zusätzlich zu
der Wetterinformation für
die Verwendung in einem System oder einem Verfahren entsprechend
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das die Regendämpfung
relativ zu klarer Luft sortiert durch absteigende Dämpfungen
für 150
Zellen darstellt;
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9 ist
ein Diagramm, das die Verstärkerausgangsleistung
als Funktion der Eingangsleistung für ein HPA in einer Ausführungsform
entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist
eine repräsentative
Konturenkarte für
ein Abdeckungsstrahlgebiet für
klare Luft zur Verwendung in einem System oder einem Verfahren entsprechend
der vorliegenden Erfindung;
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11 ist
eine repräsentative
Konturkarte für
ein Gebiet eines Abdeckungsstrahls mit selektiven Verstärkungsmodifikationen,
um eine Regenabschwächung
entsprechend der vorliegenden Erfindung zu kompensieren; und
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12 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens
zur adaptiven Sendeverlustkompensation entsprechend der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Bester Modus(i) zur Ausführung der
Erfindung
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Es
wird nun auf 1 Bezug genommen. Ein Blockdiagramm
eines repräsentativen
Satelliten-Kommunikationssystems 20 ist gezeigt. Das Satellitensystem 20 benutzt
allgemein eines von zwei Verfahren, um eine Strahlabdeckung für ein bestimmtes
Gebiet bereitzustellen. Das erste Verfahren besteht darin, eine
Vielzahl von schmalen diskreten Strahlen, die allgemein durch das
Bezugszeichen 22 gekennzeichnet sind, auf unterschiedliche
Gebiete oder Zellen 24 der Erde zu richten. Das zweite
Verfahren besteht aus einem Broadcast-Strahl für ein breites Gebiet, der allgemein
durch das Bezugszeichen 26 gekennzeichnet ist und ein großes Gebiet 28 der
Erde abdeckt. Wenn ein Niederschlagsereignis, das durch Bezugszeichen 30 gekennzeichnet
ist, zwischen einem Satelliten 32 und einem Benutzer 34,
der von einem der Punktstrahlen 26 bedient wird, oder einem
Benutzer 36, der von einem Flächenabdeckungsstrahl 26 bedient
wird, auftritt, wird das Kommunikationssignal gedämpft. Unter
diesen Bedingungen kann der Benutzer eine schlechte Signalqualität oder den Gesamtverlust
des Signals erfahren.
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Das
Satelliten-Kommunikationssystem 20 umfasst eine Bodenstation 38,
die sich auf der Erde befindet. Die Bodenstation 38 sendet
Kommunikationssignale über eine
Aufwärtsverbindung
oder einen Einspeisestrahl 40 zu dem Satelliten 32,
der vorzugsweise in einer geostationären Umlaufbahn ist. Wie der
Durchschnittsfachmann erkennen wird, kann die vorliegende Erfindung
auf Kommunikationssysteme mit Satelliten in irgendeiner einer Anzahl
von Umlaufbahnen angewendet werden, obgleich die Umsetzung dann
etwas komplexer sein kann. Erfindungsgemäß ist der Satellit 32 in
der Lage, seine äquivalente
isotrope Abstrahlleistung (EIRP) einzustellen, um Kommunikationssignal-Übertragungsverluste
zu kompensieren, die bspw. durch ein Niederschlagsereignis 30 verursacht
werden können.
Ein Netzwerksoperations- und
-steuerungszentrum (NOCC) 42, das bei einer der Bodenstationen 38 liegen
kann, kommuniziert mit dem Satelliten 32, um verschiedene
Steuerbefehle bereitzustellen, die von einem bordeigenen Prozessor 44 verarbeitet
werden. Ein am Boden innerhalb des NOCC 42 oder der Bodenstation 38 platzierter
Computer empfängt
in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit Daten, die den Verlust auf dem
Pfad anzeigen, und berechnet eine EIRP-Einstellung für die entsprechende
Kommunikationssignaldämpfung,
die die Regenzelle 30 verursacht. Alternativ kann der bordeigene
Prozessor 44 eine Signaldämpfungsverlustinformation empfangen
und eine entsprechende Sendeleistungssteuerung entsprechend der
vorliegenden Erfindung ausführen.
Pfadverlustinformation kann gemessen werden, indem Empfangssignalorte 34, 36 regelmäßig abgefragt
(polling) werden, oder abgeschätzt
werden, indem Wetterkarten verwendet werden, die von verschiedenen
regionalen und nationalen Wetterdiensten rund um die Welt erzeugt
werden. Wetterinformation oder Pfadverlustinformation kann zu dem
NOCC 42 über
ein alternatives Kommunikationsnetzwerk 46 kommuniziert
werden, das bspw. ein öffentliches
Telefonnetz sein kann. Alternativ kann Information über eine
Rückverbindung
von dem Benutzer 34, 36 zu dem bordeigenen Prozessor 44 oder
zu der NOCC 42 über
einen Satelliten 32 und die Bodenstation 38 gesendet
werden. Sobald der EIRP-Wert bestimmt ist, wird die entsprechende
HF-Sendeleistung
selektiv für
nur jene Gebiete eingestellt, die von dem Niederschlag betroffen
sind, um den Kommunikationssignal-Übertragungsverlust zu überwinden. Für Ausführungsformen,
bei denen die Berechnungen vom NOCC 42 ausgeführt werden,
werden passende Befehle über
die Bodenstation 38 zum Satelliten 32 gesendet.
Wo ein bordeigener Prozessor 44 die Sendeleistungssteuerungsberechnungen
ausführt,
können
passende Befehle zu dem Sendeleistungsteilsystem übertragen werden,
um das Verstärkungsmuster
der Antenne und/oder den Eingangspegel passend einzustellen, um
die gewünschte
HF-Sendeleistung zu erreichen.
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Die
vorliegende Erfindung ist in gleicher Weise anwendbar auf Satelliten-Kommunikationssysteme,
die eine Vielzahl von Antennentypen benutzen. Vier repräsentative
Satelliten-Teilsystemkonfigurationen für den Satelliten 32 sind
in den 2 bis 6 dargestellt und beschrieben.
Entsprechend umfasst eine erste Ausführungsform eines Satelliten-Kommunikationssystems 20 entsprechend
der vorliegenden Erfindung einen Satelliten 32, der ein
Satelliten-Sendeteilsystem 50 benutzt, das im Blockdiagramm
von 2 gezeigt ist. Das Satelliten-Teilsystem 50 ist
eine Punktstrahlantenne mit einzelner Einspeisung pro Punktstrahl
mit einem einzelnen Verstärker
pro Strahl. Das Satelliten-Teilsystem 50 sendet Punktstrahlen,
um mehrere Zellen innerhalb eines Sendegebiets oder eines Broadcast-Gebiets
abzudecken. Das Satelliten-Sendeteilsystem 50 umfasst eine
Vielzahl von steuerbaren Dämpfungsgliedern 52,
die Signale von Modulatoren und Aufwärtswandlern (nicht speziell
dargestellt) empfangen. Die Ausgänge
der steuerbaren Dämpfungsglieder 52 sind
elektrisch mit entsprechenden einer Vielzahl von Hochleistungsverstärkern (HPAs) 54 verbunden,
die ihrerseits mit entsprechenden einer Vielzahl von Antennenstrahlerelementen 56 verbunden
sind. Eine oder mehrere Aperturen, Linsen oder Reflektoren 58 werden
verwendet, um die verschiedenen Punktstrahlen zu ihrer jeweiligen
Abdeckungszelle zu richten.
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Im
Betrieb wird die EIRP durch Verändern
der Funkfrequenz(RF bzw. HF)-Sendeleistung
des Kommunikationssignals eingestellt. Für die in 2 dargestellte
Konfiguration wird die HF-Sendeleistung durch Steuern der steuerbaren
Dämpfungsglieder 52 eingestellt,
um die Eingangsleistung der HPAs 54 zu variieren. Die steuerbaren
Dämpfungsglieder 52 können von
dem bordeigenen Prozessor 44 oder über Befehle gesteuert werden,
die vom NOCC 42 erzeugt werden, um die gewünschte Ausgangsleistung
der HPAs 54 zu erzielen. Um die zugefügte DC(Gleichspannungs)-Leistung zu optimieren
(minimieren), wird die Anodenspannungssteuerung 60 vorzugsweise
in Verbindung mit den steuerbaren Dämpfungsgliedern 52 variiert.
Die Basis-Arbeitskurve der HPAs 54, die in 9 dargestellt
ist, wird verwendet, um die richtigen Dämpfungseinstellungen zu bestimmen,
um die Gesamtverstärkungseingangslast
und die richtige HF-Ausgangsleistung pro Strahl zu steuern. Diese
Konfiguration ist in der Lage, die HPA-Eingangs-/Ausgangsleistung
für einen
ausgewählten
des einen oder der mehreren HPAs zu erhöhen. Die Verfügbarkeit
der erhöhten
Leistung, um isolierte Niederschlagsereignisse zu überwinden,
ermöglicht
eine Reduzierung der Gesamt-Nettoleistung des Satelliten, um eine
vorbestimmte Verbindungsverfügbarkeit
bei Vorhandensein eines isolierten Dämpfungsverlustes bereitzustellen.
Anstelle des Heraufsetzens der Gesamt-DC-Leistungsanforderungen,
in dem Worst-Case-Signaldämpfungswerte
für alle
HPAs verwendet werden, dimensioniert die vorliegende Erfindung die
gesamte DC-Leistung basierend auf den Pfadverlusten für eine abgeschätzte Teilmenge
der Zellen, die innerhalb des Satelliten-Ausleuchtungsgebiets (footprint)
bedient werden. Als solches stellt die vorliegende Erfindung ein
Abfragen der Sendeleistung bereit und eine Neuverteilung der Leistung
auf einen oder mehrere vorgegebene HPAs, die eine oder mehrere Zellen
bedienen, die die Signaldämpfung
erleiden. Die Reduzierung der HF-Leistungsanforderungen reduziert
die DC-Leistungs- und thermischen Abgabeanforderungen im Satelliten,
was entweder eine vergrößerte Satellitenfunktionalität und/oder
eine erhöhte
Gesamtkapazität
des Satelliten-Kommunikationssystems zulässt.
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Eine
zweite Ausführungsform
des Satelliten-Kommunikationssystems 20 umfasst den Satelliten 32 mit einem
Satelliten-Sendeteilsystem 70, wie in 3 dargestellt.
Das Satelliten-Sendeteilsystem 70 ist in der Lage, Punktstrahlen 22 (1)
sowie Großflächenabdeckungsstrahlen 26 (1)
zu senden. Das Sendeteilsystem 70 umfasst eine Mehrfachstrahlantenne
mit einer Mehrfacheinspeisung pro Strahlkonfiguration, die einen Matrixverstärker 72 aufweist,
der eine Leistungsteilung über
die Strahlen erreicht. Steuerbare Eingangsdämpfungsglieder 74 empfangen
Eingangssignale von herkömmlichen
Modulatoren und Aufwärtswandlern
(nicht speziell gezeigt). Steuerbare Eingangsdämpfungsglieder 74 sind
in elektrischer Verbindung mit einem einfachen (englisch: low-level)
Strahlformungsnetzwerk (BFN) 76, das steuerbare Dämpfungsglieder
und steuerbare Phasenschieber aufweist (nicht speziell dargestellt),
um den Strahl zu formen. BFN 76 ist in elektrischer Verbindung
mit einer Eingangshybridmatrix 78, die wählbare Verbindungen
zu Eingängen
der HPAs 80 bereitstellt. Die steuerbaren Eingangsdämpfungsglieder 74 können in
eine einzelne BFN-Einheit integriert werden zusammen mit den Dämpfungsgliedern
und Phasenschiebern für
die Strahlformung, und der Eingangshybridmatrix 78. Die
Ausgänge
der HPAs 80 sind selektiv über eine Ausgangshybridmatrix 82 mit
Antenneneinspeiseelementen 84 gekoppelt. Ein einzelner
Reflektor 86 oder Linse richtet die verschiedenen Strahlen
auf ihre jeweiligen Abdeckungsgebiete.
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Im
Betrieb wird die EIRP-Einstellung für die Übertragungsverlustkompensation
entsprechend der vorliegenden Erfindung für Punktstrahlen anders erreicht
als für
die Flächenabdeckungsstrahlen
der in 3 gezeigten Ausführungsform. Allerdings werden
bei beiden Strahltypen HPAs 80 in einem Mehrträgermodus
betrieben. Die Antennenkonfiguration ist vorzugsweise so gewählt, dass
die sich ergebenden Intermodulationsprodukte in den Raum abgestrahlt
werden mit unterschiedlichen Winkeln, um das Träger-zu-IM-Leistungsverhältnis für eine bestimmte
Zelle zu verbessern. Der Grad der räumlichen Spreizung und die
systeminternen erzeugten IM-Pegel hängen von der exakten Antenne
und abgestrahlten Strahlkonfiguration einschließlich der Anzahl der Strahlen,
der erzeugten Bandbreiten und Ähnlichem
ab. Für
Punktstrahlen wird das Antennenverstärkungsmuster für jeden
Punkstrahl fest. Die relative Eingangsleistung pro Strahl wird über die
steuerbaren Eingangsdämpfungsglieder 74 eingestellt.
Die Summe der gesamten Eingangsleistung aller Strahlen wird bei Matrixverstärkern 72 konstant
gehalten, indem die Einstellungen für die steuerbaren Eingangsdämpfungsglieder 74 normalisiert
werden. Für
die Flächenabdeckungsstrahlen
wird das Antennenverstärkungsmuster
neu geformt. Dies wird erreicht durch Neuoptimierung der Strahlgewichte
innerhalb des einfachen BFN 76 für jede Einspeisung, indem ein
Musteroptimierungsprogramm verwendet wird. Die passenden Strahlgewichte
können von
dem bordeigenen Prozessor 44 berechnet werden oder vom
Boden durch die NOCC 42 aufwärtsgeladen werden.
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Eine
dritte Ausführungsform
eines Satelliten-Kommunikationssystems 20 entsprechend
der vorliegenden Erfindung umfasst eine planare phasengesteuerte
Gruppenantenne mit mehreren gerichteten Strahlen, die eine SSPA-Leistung
auf jedem Strahlerelement teilen, wie in dem Blockdiagramm von 4 und 5 dargestellt.
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Ähnlich zu
dem in 3 dargestellten Teilsystem ist das Satelliten-Sendeteilsystem 90 in
der Lage, Punktstrahlen sowie Flächenabdeckungsstrahlen
zu senden. Das Satelliten-Sendeteilsystem 90 umfasst eine Vielzahl
von steuerbaren Eingangsdämpfungsgliedern 92,
die Eingänge
besitzen, die mit herkömmlichen
Modulatoren und Aufwärtswandlern
(nicht speziell dargestellt) verbunden sind und die Ausgänge haben,
die elektrisch mit einem Leistungsteilernetzwerk 94 verbunden
sind. Wie in 5 gezeigt, ist das Sendeelektronikmodul 96 mit
den Ausgängen
des Leistungsteilernetzwerks 94 verbunden, wobei jedes
der Strahlerelemente in der direkt strahlenden Gruppe 98 ein
zugeordnetes Sendeelektronikmodul 96 besitzt. Mehrere Strahleingänge von
parallelen Teilernetzwerken 94 können mit entsprechenden einer
Vielzahl von optionalen steuerbaren Amplitudeneinstellern 100 und
zugeordneten Phaseneinstellern 102 verbunden sein, die
eine Strahllenkung und Strahlformung bereitstellen. Die Ausgänge der
Phaseneinsteller 102 werden über einen Summierer 104 kombiniert,
der mit einer zugeordneten SSPA 106 mit einer Vorspannungseinstellungssteuerung 108 verbunden ist.
Der Ausgang des SSPA 106 ist mit einem OMT/Polarisierer 110 verbunden,
der seinerseits mit einem zugeordneten Strahlerelement 12 verbunden
ist.
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Wie
bei der mit Bezug auf die 2 und 3 beschriebenen
und dort dargestellten Konfiguration benutzt das Satelliten-Sendeteilsystem 90 von 4 eine
Basisverstärkerarbeitskurve,
wie bspw. die in 9 gezeigte Kurve, um die richtigen
Einstellungen für
die steuerbaren Eingangsdämpfungsglieder 92 zu
bestimmen, um die Gesamteingangslast für die SSPAs 106 und
die richtige HF-Ausgangsleistung pro Strahl zu steuern. SSPAs 106 werden
in einem Mehrträgermodus
betrieben, wobei die Antennenkonfigurationen ausgelegt sind, um
die sich ergebenden Intermodulationsprodukte in den Raum mit verschiedenen
Winkeln abzustrahlen. Der Grad der räumlichen Spreizung und die
systeminternen erzeugten Träger
zu Intermodulationspegeln hängen
von der speziellen Antenne und den Strahlkonfigurationen ab. Wenn
es in der Punktstrahlkonfiguration betrieben wird, ist das Antennenverstärkungsmuster
für jeden
Punktstrahl fest, und das Satelliten-Sendeteilsystem 90 stellt
die EIRP durch Einstellen der HF-Sendeleistung ein. Die HF-Sendeleistung
wird eingestellt, indem die relative Eingangsleistung pro Strahl
eingestellt wird, indem die steuerbaren Eingangsdämpfungsglieder 92 verwendet
werden. Die Summe der gesamten Eingangsleistung aller Strahlen wird
an dem SSPA 106-Eingang konstant gehalten, indem die Einstellungen
der steuerbaren Eingangsdämpfungsglieder 92 normalisiert
werden. Wenn der Betrieb in der Flächenabdeckungskonfiguration
stattfindet, stellt das Satelliten-Sendeteilsystem 90 die
EIRP ein, indem das Antennenverstärkungsmuster neu geformt wird.
Dies kann erreicht werden, indem eine Nur-Phasen-Strahlformungsoptimierung ausgeführt wird.
Die Optimierung erzeugt Phasengewichte, die auf die Phaseneinsteller 102 angewendet
werden. Die Optimierung der Strahlformung wird bei einem Taper mit
fester Amplituden angewendet, der die Sende-SSPA-Last und -Effizienz
aufrechterhält,
aber die Verstärkung
des zusammengesetzten Musters einstellt, um eine Anpassung an die
Regendämpfungskarte
vorzunehmen, die dargestellt ist und mit Bezug auf die 7 bis 12 beschrieben
ist.
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Eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die ein konfokales Abbildungssystem
mit einer Mehrstrahlsendegruppeneinspeisung verwendet, ist in 6 gezeigt.
Das Satelliten-Sendeteilsystem 120 umfasst eine planare
phasengesteuerte Gruppenantenne 122 ähnlich zu der phasengesteuerten
Mehrstrahlsendegruppe, die in 4 und 5 dargestellt
und mit Bezug darauf beschrieben ist. Im Vergleich zu der direkt
abstrahlenden Gruppe umfasst die phasengesteuerte Sendegruppe 122 eine
Vielzahl von Strahlerelementen 124, die einen reduzierten
Zwischenelement-Abstand
haben. Die phasengesteuerte Sendegruppe 122 ist in der
Lage, Punktstrahlen sowie Flächenabdeckungsstrahlen
zu senden, die über
das konfokale Abbildungssystem 126 übertragen werden, das Linsen
und Aperturen 128 und 130 aufweist.
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Im
Betrieb kompensiert das Satelliten-Sendeteilsystem 120 den
Kommunikationssignal-Sendeverlust, indem die EIRP eingestellt wird,
wenn in der Punkstrahlkonfiguration gearbeitet wird, indem die HF-Sendeleistung
eingestellt wird. Die HF-Sendeleistung
wird eingestellt, indem die relative Eingangsleistung pro Strahl
verändert
wird, indem die Einstellungen der steuerbaren Eingangsdämpfungsglieder
innerhalb der phasengesteuerten Sendegruppe 122 verändert werden.
Die Summe der Gesamteingangsleistung aller Strahlen bleibt konstant
an den SSPA-Eingängen,
indem die steuerbaren Dämpfungsgliedereinstellungen
normalisiert werden. Wenn das Satelliten-Sendeteilsystem 120 in
einer Flächenabdeckungsstrahlkonfiguration
betrieben wird, wird die EIRP durch Verändern des Antennenverstärkungsmusters
eingestellt. Eine Regendämpfungskarte
oder andere Pfadverlustinformationen können verwendet werden als relative
Verstärkungsformung
für Antennenmusteroptimierung.
Die Wetterdaten oder die Pfadverlustinformation wird bevorzugt verarbeitet,
um ein Dämpfungsnetz
mit einer Auflösung
zu entwickeln, die gleich oder feiner ist als die schmalste Bandbreite
der Antenne. Dies wird erreicht durch Ausführen einer Nur-Phasen-Strahlformungsoptimierung.
Die Optimierung erzeugt Phasengewichte, die vor dem Verstärker an
jedem Strahlerelement angewendet werden. Die Optimierung der Strahlformung
wird bei einem Taper mit fester Amplitude angewendet, der die Sende-SSPA-Last
und die -Effizienz aufrechterhält,
aber die Verstärkung
des zusammengesetzten Musters einstellt, um eine Anpassung an die
entwickelte Dämpfungskarte
vorzunehmen.
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Im
Fall der Punktstrahlen entspricht die EIRP direkt den HF-Sendeleistungswerten.
Diese Werte können
an Bord berechnet werden oder zu dem Satelliten gesendet werden
als Liste benötigter
Dämpfungsgliedereinstellungen
pro Punktstrahl. Ein Leistungsmanagementalgorithmus entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird gewährleisten, dass der Gesamtverstärkungseingangslastpegel
an einem Arbeitspunkt gehalten wird, der akzeptable Interferenz(Träger-zu-Intermodulationsprodukt)-Pegel bereitstellt,
um die Systemverbindungsfehlerratenleistung zu halten.
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Die
vorliegende Erfindung benutzt Echtzeit- oder Fastechtzeit-Übertragungsverlustinformation,
um die HF-Sendeleistung (oder EIRP, oder das Verstärkungsmuster
und die Sendeleistungkombination) des Satelliten einzustellen, um
die Gesamt-DC-Leistung
des Satelliten zu minimieren. Die Pfadverlustinformation kann erhalten
werden, indem Wetterkarten benutzt werden, oder über Downlink-Leistungsmessungen. 7 zeigt
eine repräsentative
Wetterkarte 140 mit einer Vielzahl von Zellen 142,
die jeweils von einem entsprechenden Punktstrahl abgedeckt sind.
Die Niederschlagsinformation, die allgemein durch das Bezugszeichen 144 gekennzeichnet
ist, liefert ein Kennzeichen über
den Typ (Regen, Schnee oder eine Mischung davon) und die Intensität (leicht
bis schwer) des Niederschlags für
ein bestimmtes geografisches Gebiet. Solche elektronischen Wetterkarten
werden von vielen regionalen und nationalen Diensten weltweit erzeugt.
Diese Karten sind das Ergebnis eines großen Netzwerks von Wetterradaranlagen.
Die Daten können
mit Satellitenabbildungsdaten oder Regenmessungsdaten zusammengeführt werden,
um die Genauigkeit und die Verlässlichkeit
der Daten zu verbessern. In den Vereinigten Staaten sind Daten über das
Internet von verschiedenen Quellen verfügbar, die vom Nationalen Wetterdienst
lizenziert sind. Die Quelldaten für dieses Broadcast sind die
NEXRAD- und NOWrad-Doppler-Radaranlagen,
die über
die gesamten Vereinigten Staaten verteilt sind. Eine repräsentative Wetterkarte
besitzt eine Auflösung
von etwa 4 km2 und wird jede Stunde aktualisiert.
Zum Zwecke der Beschreibung der vorliegenden Erfindung umfasst Fastechtzeit
auch Daten, die im Bereich von Stunden aktualisiert werden, wohingegen
Echtzeit Daten angibt die im Bereich von Sekunden oder weniger als
etwa 5 Minuten aktualisiert werden. Die Radarreflexionsdaten an
der Quelle dieser Karten kann über
eine Reihe von analytischen Modellen in einen Regendämpfungswert
für die
System-Downlink-Übertragungsfrequenz
umgesetzt werden. Diese analytischen Modelle können die Satelliten-Erde-Geometrie
(Elevationswinkel, Neigungsbereich) umfassen; Radarmessparameter,
wie bspw. Reflexionsgrad, Differenzreflexionsgrad, und Differenzphase;
Modelle für
die Regentropfengröße und -ausrichtung;
und ortsspezifische Information, wie bspw. geografische Breite,
Temperatur, Höhe
und Ähnliches.
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Als
Alternative oder in Kombination kann Pfadverlustinformation erhalten
werden, indem die Empfangsleistungsmessungen benutzt werden, die
von den systemeigenen Endgeräten
ausgeführt
werden, die dann zu der NOCC 42 über den Satelliten 32 oder
ein alternatives Kommunikationsnetzwerk 46 übertragen werden.
Alternativ kann der Satellit 32 die Information benutzen,
um geeignete Dämpfungskarten
zu erzeugen und entsprechende Steuerungsbefehle, da Satellitenverarbeitungsleistung
kontinuierlich verbessert wird und kostengünstiger wird. Bestimmte Plätze können vom
NOCC 42 für
die Downlink-Leistungsüberwachung
bestimmt werden und werden periodisch Empfangssignalqualitätsmessungen
(Leistung oder Bitfehlerrate(BER)-Messungen) an den NOCC 42,
wie zuvor beschrieben, senden. Verschiedene Orte können aktiv
vom NOCC 42 abgefragt werden und können die Downlink- Signalqualität, die in
dem Abfragetestpaket gemessen wurde, zurücksenden. NOCC 42 stellt
vorzugsweise die Anzahl der abgefragten Orte ein und stellt die Überwachungs-
oder Abfragegeschwindigkeit abhängig
von den Wetterbedingungen in dem Gebiet ein. Es ist ebenfalls bevorzugt,
die Ortswahl so auszuführen,
dass eine ausreichende Anzahl von Orten innerhalb jedes der geografischen
Gebiete, die von den Satelliten-Downlink-Abdeckungsstrahlen abgedeckt
werden, auszuwählen.
Daten von mehreren Orten innerhalb einer einzelnen Punktstrahlabdeckung
können
verschmolzen werden, um einen einzelnen Übertragungsverlust zu erzeugen
oder die geforderte minimale EIRP des Strahls. Daten von Orten innerhalb
eines geformten Flächenabdeckungsstrahls
können
verwendet werden, um eine Dämpfungskarte
zu Optimierungszwecken zu erzeugen, wie mit Bezug auf 10 und 11 dargestellt
und beschrieben. Das Signal, das zur Pfadverlustüberwachung verwendet wird,
kann entweder Inband sein oder ein anderes Frequenzband haben, das
getrennt ist von dem zu überwachenden
Band. NOCC 42 verarbeitet die Endgerätemessungen, um eine Regendämpfungskarte ähnlich zu
der zu bilden, die von den Wetterradardatenquellen bereitgestellt
wird. Die Dämpfungskarte,
die durch aktuelle Pfadverlustdaten erzeugt wird, wird dann verarbeitet,
indem der gleiche Algorithmus verwendet wird, wie er für die Wetterinformation
verwendet wird, um das geforderte EIRP für die Antennenstrahlen zu erzeugen.
Dämpfungskarten,
die durch Pfadverlustüberwachung
erzeugt werden, werden allgemein genauer und zeitnah sein, da sie
von aktuellen Orten erhalten werden, die ein Downlink-Signal von
dem Satelliten benutzen.
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Die
Daten, die zum Erzeugen der Dämpfungskarten
verwendet werden, sind vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit abgetastet,
die eine passende Abschätzung
des Verlustes durch Regen innerhalb der Antennenstrahlabdeckung
eines bestimmten Satelliten erlaubt. Typischerweise sind die Bewegungsgeschwindigkeiten
der Niederschlagsereignisse geringer als 75 km/h. Die Auflösung der
Antennenstrahlabdeckung in Kilometern wird die erforderliche Abtastrate
bestimmen. Bspw. würde
eine 300 km Antennenstrahlauflösung
eine Abtastung alle 48 Minuten notwendig machen, um 5 Aktualisierungen
pro Strahldurchmesser (300/75/5 Stunden = 4/5 Stunden = 48 Minuten)
zu erreichen. Falls die externe Wetterradarkarteninformation nicht
in einer geeigneten Geschwindigkeit verfügbar ist, können andere Pfadverlustdaten
verwendet werden, wie bspw. jene, die durch Abfragen oder Abtasten
der Empfangs-Downlink-Leistung
erfasst wurden. Die Dämpfungsinformation kann
in Verbindung mit den Wetterradardaten verwendet werden, um einen
geografischen Nachführalgorithmus
einer Regenzelle innerhalb des NOCCs zu implementieren. Die sich
daraus ergebende Regendämpfungskarte
wird weiter verarbeitet, um Dämpfungs-
und Antennensteuerungsbefehle für
das Sendeteilsystem zu erzeugen, wie mit Bezug auf 2 bis 6 dargestellt
und beschrieben.
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8 ist
ein Diagramm, das die Regendämpfung
relativ zu klarer Luft für
150 Punktstrahlabdeckungszellen zeigt, wie jene, die in 7 dargestellt
sind. Die Zellen wurden nach abfallender Dämpfung sortiert. Diese Information
wird von einem geeigneten Prozessor erzeugt, dessen Steuerungslogik
in Software, Hardware, oder einer Kombination von Software oder
Hardware implementiert ist, basierend auf den aktuellen Pfadverlustdaten,
den Wetterinformationen oder einer Kombination von Quellen, die
ein oder beide der zuvor Diskutierten umfasst. Als solches wird
der Regendämpfungswert
für jeden
Punktstrahl bestimmt und in Verbindung mit anderen Verbindungsparametern
benutzt, wie bspw. der Elevationswinkel, der Neigungsbereich, die
Datengeschwindigkeit und Ähnliches,
um die erforderliche Satelliten-EIRP
für die Übertragung
zu dimensionieren. Im Falle von Punktstrahlen entspricht das EIRP
direkt den HF-Sendeleistungswerten. Diese Werte können von
einem bordeigenen Prozessor berechnet werden, oder können zu
dem Satelliten von der NOCC als Liste der erforderlichen Sendeleistung
(oder Dämpfungseinstellung)
pro Punktstrahl gesendet werden. Ein Beispiel der Punktstrahldämpfungseinstellungen
für acht
gleichzeitige Punktstrahlen wird in der nachfolgenden Tabelle bereitgestellt.
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Wie
in 9 dargestellt, wird die Verstärkerarbeitskurve 150 erzeugt,
indem die Verstärkerausgangsleistung
(Pout) als Funktion der Eingangsleistung
(Pin) aufgetragen wird. Die Arbeitskurve 150 wird
verwendet, um die einzelnen Strahl/Trägerpegel 152 zu bestimmen,
die für
die Punktstrahlen erforderlich sind, so dass die richtigen relativen
Strahlerleistungen am Ausgang erreicht werden, während eine relativ konstante
Gesamtverstärkerlast
aufrechterhalten bleibt. Die positioniert den Verstärkerarbeitspunkt 154 nahe
der Sättigung,
die allgemein durch das Bezugszeichen 156 gekennzeichnet
ist, wobei die Verstärkerleistungseffizienz
am größten ist,
während
eine akzeptable Interferenz (Träger-zu-Intermodulationsprodukt-Verhältnis) gewährleistet
wird, um die geforderte System-BER-Leistung aufrechtzuerhalten.
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Im
Falle eines Flächenabdeckungs-
oder Broadcast-Strahls wird die Dämpfungskarte verwendet, um die
relative Verstärkungsform
für die
Antennenmusteroptimierung zu bestimmen. Die Quelldaten, ob von Endgeräteempfangsleistungsmes sungen
oder Wetterinformation, werden verarbeitet, um ein Dämpfungsgitter
zu erzeugen, das vorzugsweise eine Auflösung hat, die gleich oder feiner
ist als die schmalste Bandbreite der Antenne. Im Falle einer phasengesteuerten
Gruppenantennenimplementierung kann die Musteroptimierung eine Strahlformung
nur der Phase verwenden, um die Strahlform zu formen. Eine repräsentative
Verstärkungs-
oder Dämpfungskonturkarte
für einen
Flächenabdeckungsstrahl
(CONUS) in Klarluft ist in 10 mit
einer Randstrahl(EOB)-Verstärkung
von 31,7 dBi gezeigt. Indem Pfadverlustdaten oder Wetterdaten verwendet
werden, kann eine eingestellte Dämpfungs- oder Verstärkungskarte
erzeugt werden, entsprechend der vorliegenden Erfindung, wie durch
die Konturkarte von 11 dargestellt. Die eingestellte
Dämpfung
(Verstärkung)
wird dann verwendet, um das Antennenverstärkungsmuster zu steuern.
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Erfindungsgemäß wird die
Strahlverstärkung
um einige dB an spezifischen Punkten in dem Abdeckungsgebiet erhöht, während die
EOB-Verstärkung
nur um einen kleinen Betrag reduziert wird, so dass es dem Kommunikationssystem
ermöglicht
wird, seine Sendeleistung zu sammeln und sie basierend auf dem Übertragungssignaldämpfungsverlust
innerhalb eines vorgegebenen Bereichs neu zu verteilen, der kleiner
ist als das Broadcast-Gebiet oder die Satellitenausleuchtzone. Die
Dämpfungs- oder Verstärkungskonturkarte von 11 zeigt
ein einzelnes Gebiet 160 mit einer 7 dB Spitzenverstärkung, das
eine Verstärkung
von 38,1 dBi mit einer Randstrahl(EOB)-Verstärkung von 31,22 dBi aufweist,
was eine Reduzierung von nur 0,5 dB der EOB-Verstärkung im
Vergleich zu der Klarluftkarte von 10 ist.
Somit liegt die Netto-HF-Leistung, die zur Überwindung einer lokalen 7
dB Regendämpfung
erforderlich ist, bei diesem Beispiel bei nur 0,5 dB gegenüber der
HF-Leistung, die in klarer Luft erforderlich ist. Ein herkömmlicher
Satelliten-Broadcast-Strahl mit festem Antennenmuster würde es erforderlich
machen, die vollen 7 dB zusätzlicher
Sendeleistung hinzuzufügen,
um die kleinen Gebiete des Strahls zu bedienen, die den Regenausfall
erfahren. Im Gegensatz dazu benutzt die vorliegende Erfindung einen
viel kleineren Betrag zusätzlicher
HF-Sendeleistung für
lokale Verstärkungserhöhungen (über das,
was bei Klarer-Luft-Bedingung erforderlich wäre), was eine Funktion des
Teils der Gebietsabdeckung ist, die eine Regendämpfung erfährt und des Dämpfungspegels.
Dies ermöglicht,
den Satelliten mit geringerer Signalsendeleistung zu entwerfen,
was eine kostengünstigere
Implementierung und Betrieb des Satelliten-Kommunikationssystems zur Folge hat.
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Der
Leistungsverwaltungsalgorithmus gewährleistet, dass der gesamte
Verstärkereingangslastpegel am
Arbeitspunkt gehalten wird, was akzeptable Interferenz(Träger-zu-Intermodulationsprodukt)-Pegel
liefert, um die Systemverbindungsfehlerratenleistung zu halten.
Der Algorithmus überwacht
den gesamten DC-Leistungsverbrauch und die Wärmeabgabe über eine Zeitperiode, um zu
gewährleisten,
dass das Sendeteilsystem innerhalb der Grenzen arbeitet, die von
dem Satelliten-Steuerungssystem für elektrische Leistung und
Wärme vorgegeben
werden.
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Es
wird nun auf die 12 Bezug genommen. Ein Flussdiagramm,
das ein Verfahren zum Einstellen der Kommunikationssignal-Sendeleistung
zur Kompensation der Kommunikationssignaldämpfung entsprechend der vorliegenden
Erfindung zeigt, ist dargestellt. Ein Fachmann wird erkennen, dass
verschiedene dargestellte Schritte mit Software, Hardware oder einer
Kombination von beiden ausgeführt
werden können.
In gleicher Weise überschreitet
die vorliegende Erfindung eine bestimmte Implementierung im Hinblick
auf Verarbeitungshardware, -software und den Ort, d.h. ob am Boden
oder auf dem Satelliten platziert. 12 zeigt die
sequenziellen Operationen nur zur Erläuterungszwecken. Verschiedene
Schritte oder Funktionen können in
unterschiedlicher Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden,
basierend auf der jeweiligen Implementierung, ohne den Geist oder
den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Signaldämpfung innerhalb
zumindest eines lokalisierten Bereichs der Satellitenstrahlabdeckung
wird bestimmt, wie durch Block 170 dargestellt. Dies kann
den Empfang oder das Sammeln von Echtzeit- oder Fastechtzeitwetterdaten
von einer oder mehreren Wetterinformationsquellen umfassen, wie
in Block 172 dargestellt. Alternativ oder in Kombination
können
die Signaldämpfung
oder die Pfadverluste abgeschätzt
werden, indem Empfangsleistung, Bitfehlerrate (BER) oder andere äquivalente
Messungen an einem oder mehreren Empfangsendgeräten ausgeführt werden, wie durch Block 174 dargestellt
und in größerem Detail
zuvor beschrieben. Die Signalinformation, die durch Verwendung von
Wetterdaten oder Pfadverlustdaten erhalten wird, wird zur Erzeugung
einer Dämpfungs-
oder Verstärkungskarte
genutzt, wie durch Block 176 gezeigt. Bei Wetterdaten können die
Radarreflexionsdaten in Dämpfungsdaten übersetzt
werden, indem analytische Modelle verwendet werden, wie in Block 178 dargestellt.
Die analytischen Modelle können
Modelle für
die Regentropfengröße und -orientierung
umfassen, wie durch Block 180 dargestellt, ortsspezifische
Information, wie geografische Breite, Temperatur und Höhe, wie
in Block 182 dargestellt, die Satelliten-Erde-Geometrie
einschließlich
der Elevationswinkel und dem Neigungsbereich, wie in Block 184 dargestellt,
und/oder Radarparameter, wie bspw. Reflexionsvermögen, Differenzialphase
und Differenzreflexionsvermögen,
wie in Block 186 dargestellt.
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Die
Dämpfungs-
oder Verstärkungskarte,
die durch Verwendung von Wetterdaten und/oder Pfadverlustinformation
erzeugt wird, wird dann verwendet, um die Kommunikations-Signalsendeleistung
des Satelliten einzustellen, um die Empfangssignalleistung innerhalb
des zumindest einen lokalisierten Gebiets der Satellitenstrahlabdeckung
zu erhöhen,
wie in Block 188 dargestellt. Dies kann das Ausführen einer
Nur-Phasen-Musteroptimierung mit einem Taper fester Amplitude für phasengesteuerte
Gruppenantennenflächenabdeckungsimplementierungen
umfassen, wie in Block 190 dargestellt, oder das Erzeugen
einer Liste erforderlicher Sendeleistungs- oder -dämpfungseinstellungen für Punktstrahlanwendungen,
wie in Block 192 dargestellt.
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Als
solches benutzt die vorliegende Erfindung Echtzeitinformation über Wetterbedingungen
und Pfadverluste innerhalb lokalisierter Bereiche des Gebiets, das
von den Satellitenstrahlen bedient wird, um die EIRP der Satellitenstrahlen
einzustellen, um die Gesamt-HF-Leistung zu minimieren, die für die Übertragung
erforderlich ist. Das Übertragungssystem
kann realisiert werden, indem eine Vielzahl von Antennentypen benutzt wird.
Die vorliegende Erfindung benutzt eine Reduzierung der HF-Sendeleistung, um
das gleiche Kommunikationsleistungsvermögen zu erreichen, das entweder
die Satellitenfunktionalität
erhöht
und/oder die gesamte Kapazität
des Satelliten-Kommunikationssystems erhöht.
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Zusammenfassend
betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren
zum Einstellen der Satelliten-Kommunikationssignal-Sendeleistung
für Signale,
die zu einem lokalisierten Gebiet innerhalb einer Satellitenabdeckungsfläche gesendet
werden, wobei Echtzeitinformation über Wetterbedingungen 172 und/oder
aktuelle Pfadverluste 174 innerhalb der lokalisierten Gebiete
verwendet werden, um die äquivalente isotrope
Abstrahlleistung (EIRP) der Satellitenstrahlen 188 einzustellen,
um die Hochfrequenz(HF)-Gesamtleistung zu minimieren, die für die Übertragung
erforderlich ist. Das Übertragungssystem
kann realisiert werden, indem eine Vielzahl von Antennentypen zum
Senden der Punktstrahlen und/oder Flächenabdeckungsstrahlen benutzt
wird. Repräsentative
Antennenimplementierungen umfassen Mehrstrahlantennen mit einfachen
Strahlformungsnetzwerk- und Hybridmatrixverstärkersystemen, phasengesteuerte
Gruppenantennen mit unabhängigen
Eingangsamplitudensteuerungen und Strahlausrichtungen für jeden
Strahl, und eine phasengesteuerte Gruppenantenne, die ein konfokales
Abbildungssystem für
einen einzelnen Broadcast-Strahl pro Polarisation speist. Die vorliegende
Erfindung ermöglicht
die Reduzierung der HF-Sendeleistung, um das gleiche Kommunikationsleistungsvermögen zu erreichen,
das entweder die Satellitenfunktionalität erhöht und/oder die Gesamtkapazität des Satelliten-Kommunikationssystems
erhöhen
kann.
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Während der
beste Modus, der zur Ausführung
der Erfindung in Betracht gezogen wird, im Detail beschrieben wurde,
wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene alternative Entwürfe und
Ausführungsformen
zur Ausführung
der Erfindung möglich
sind, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.
