DE60225609T2

DE60225609T2 - Verfahren und Gerät zur Steuerung der Konfigurationen von Antennastrahlen in einem Kommunikationssatellit

Info

Publication number: DE60225609T2
Application number: DE60225609T
Authority: DE
Inventors: Garrick J. Newport Beach Harmon; Stuart T Rancho Palos Verdes Linsky; David L. Culver City Brundrett
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2022-01-12
Also published as: JP2002305473A; EP1223691A3; US6587669B2; US20020093451A1; US6452540B1; EP1223691B1; US20030001773A1; EP1223691A2; DE60225609D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein ein Satellitenkommunikationssystem und insbesondere Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern und Einstellen von Punktstrahlkonfigurationen, die mittels Kommunikationssatelliten gebildet werden, welche zwischen mehreren orbitalen Positionen verlegbar sind.
Es sind Kommunikationssatellitensysteme vorgeschlagen worden, die Satelliten verwendeten, welche sich in einer geostationären (GEO) Umlaufbahn an festen orbitalen Positionen über der Erde befinden. Die geostationären Satelliten werden in der Umlaufbahn an festen orbitalen Positionen platziert, um eine oder mehrere Landmassen abzudecken. Die geostationären Satelliten bleiben während der gesamten Lebensdauer des Satelliten allgemein an einer vorbestimmten orbitalen Position. Typischerweise umfassen geostationäre Satelliten Antennen, von denen jede einen Reflektor und einen oder mehrere Hornstrahler aufweist, die ein Muster von Punktstrahlen erzeugen, die dazu ausgestaltet sind, eine gesamte Ziel-Landmasse abzudecken. Jeder Punktstrahl empfängt und sendet Datensignale zum und vom Satelliten. Beispiele für vorgeschlagene Satellitensysteme umfassen das Direkt TV^TM Network, Space Way^TM, vorgeschlagen von Hughes, und AstroLink^TM, vorgeschlagen vom Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung.
In GEO-Satellitensystemen bleiben die Satelliten an einer festen Position bezüglich der Erdoberfläche, um einen gewünschten Teil der Erde beständig abzudecken. Somit dreht sich, wie sich die Erde dreht, ein geostationärer Satellit mit einer Geschwindigkeit, die nötig ist, um jederzeit eine feste Sichtlinie mit einem festgelegten Teil auf der Erde aufrechtzuerhalten.
Herkömmliche und vordem vorgeschlagene GEO-Satellitensysteme weisen gewisse Nachteile auf. Satelliten, die Reflektorantennen verwenden, umfassen einen oder mehrere Hornstrahler in einem Speisungsmuster an einer Antennenplattform. Es wird ein Punktstrahlmuster bestimmt, wenn das Satellitenkommunikationssystem ausgestaltet wird, und das Punktstrahlmuster definiert das Speisungsmuster, einschließlich der Anzahl und Anordnung von Speisungen bezüglich zueinander als auch in Bezug auf einen Referenzpunkt auf dem Satelliten. Herkömmlicherweise ist das Speisungsmuster für einen bestimmten Satelliten ausgestaltet. Beispielsweise sind geostationäre Satelliten, die für eine Verwendung über den Vereinigten Staaten ausgestaltet sind, mit einem Speisungsmuster konfiguriert, das dazu ausgestaltet ist, Punktstrah len zu erzeugen, welche eine lange rechteckige Landmasse, die sich von Kalifornien bis Maine erstreckt, abzudecken.
Jedoch ist der Satellit, sobald die Antenne hergestellt und am Satelliten installiert ist, am besten für eine Abdeckung nur über den Vereinigten Staaten geeignet. Der gleiche Satellit ist nicht mit einer Antenne konfiguriert, die zur Verwendung über einer anderen Landmassenform, wie beispielsweise Europa, Australien, Afrika oder dergleichen, ausgestaltet ist. Europa, die Vereinigten Staaten und andere Landmassen sind unterschiedlich geformt und umfassen riesige Metropolenflächen, die in unterschiedlichen Verhältnissen zueinander positioniert sind. Beispielsweise umfassen die Vereinigten Staaten größere Metropolenflächen in Los Angeles, Chicago und New York, die relativ zueinander auf andere Weise angeordnet sind als die größeren Metropolenflächen von Europa, wie London oder Paris. Somit werden beim Ausgestalten einer Satellitenantenne unterschiedliche Speisungsmuster an einem Satelliten verwendet, der dazu ausgestaltet ist, die Vereinigten Staaten abzudecken, im Gegensatz zu einem Satelliten, der dazu ausgestaltet ist, Europa abzudecken. Außerdem werden verschiedene Signaleigenschaften (z. B. Bandbreite, Leistung usw.) verschiedenen Speisungshornstrahlern zugeordnet, und zwar beruhend auf den entsprechende Punktstrahlen und geographischen Absatzgebieten. Hornstrahlern, die Chicago unterstützen wird mehr Bandbreite und/oder Leistung zugeteilt, als Hornstrahlern, die Montana unterstützen. Daher sind herkömmliche und vordem vorgeschlagene Antennen- und Satellitenausgestaltungen auf die Verwendung mit bestimmten Landmassen und Absatzgebieten beschränkt und sind nicht austauschbar oder bewegbar. Ein Nachteil von herkömmlichen und vordem vorgeschlagenen Satellitensystemen ist die nicht gegebene Austauschbarkeit.
Außerdem mögen die demographischen und/oder Kommunikationserfordernisse eines bestimmten Marktes sich auf eine unerwartete oder unvorhersehbare Weise ändern oder entwickeln. Beispielsweise mag sich der Bedarf im Mittleren Westen der Vereinigten Staaten ändern oder nicht mit einer vorhergesagten Rate ansteigen. Daher mag ein Satellit, der wie bisher ausgestaltet und hochgeschossen wurde, um eine bestimmte Anforderung im Mittleren Westen der USA zu erfüllen, nicht voll ausgenutzt werden. Ferner mag der Bedarf mit einer unerwartet hohen Rate im Südosten der USA ansteigen, wodurch die in diesem Gebiet verfügbaren Satellitenressourcen überlastet werden. Herkömmliche Ausgestaltungen würden es erfordern, dass ein neuer Satellit hergestellt und hochgeschossen wird, um optimal für einen niedrigeren Bedarf im Mittleren Westen und einen höheren Bedarf im Südosten zu arbeiten. Es ist unerwünscht, neue Satelliten hochzuschießen, um diese Anforderungen zu erfüllen.
Es besteht weiterhin ein Bedarf an einem Kommunikationssatellitensystem mit Satelliten, von denen jeder zu einem Betrieb über mehrere verschiedene Landmassen hinweg in der Lage ist. Es besteht auch weiterhin ein Bedarf an einem Kommunikationssatellitensystem, das in der Lage ist, seine Kapazität dynamisch zu ändern, um neue und unerwartete Marktanforderungen zu erfüllen und die stufenweise Einführung von neuen Satelliten zu erleichtern. Es ist eine Aufgabe der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, diese und andere Anforderungen, die aus der nachfolgend dargelegten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen hervorgehen, zu erfüllen.
Dokument EP1065806 offenbart einen zweckmäßigen universellen Austausch-C-Band/Ku-Band-Kommunikationssatelliten, der dazu ausgestaltet ist, die Erde in einer Parkumlaufbahn zu umkreisen, und ein Verfahren zu seiner Verwendung als ein Ersatz für einen ausgefallenen Satelliten. Der universelle Ersetzungssatellit kann mittels eines externen Steuersystems (z. B. einer Bodenstation) gesteuert werden und ist mittels eines Fernbefehls (z. B. von einer Bodenstation aus) erneut konfigurierbar. Der Satellit ist dazu ausgestaltet, verschiedene schnelle Bewegungen während seines Ausgestaltungslebens von seiner Parkposition zur geostationären Position durchzuführen, zu der er sich bewegen muss, wenn er als ein Ersatz für einen ausgefallenen Satelliten dienen soll. Die Fähigkeit, schnelle Bewegungen durchzuführen, trägt dazu bei, eine Ausfallzeit zu minimieren. Nachdem seine dann aktuelle Mission, einen bestimmten ausgefallenen Satelliten zu ersetzen, abgeschlossen ist, kann die Kommunikationsnutzlast abgeschaltet werden, und der Satellit kann zurück zu seiner Parkposition bewegt werden, wo er auf seine nächste Ersetzungsmission wartet. Verschiedene Ausgestaltungsmerkmale ermöglichen es ihm, in der Lage zu sein, die Kommunikationsfähigkeiten eines sehr hohen Prozentsatzes der existierenden geostationären C-Band- und Ku-Band-Satelliten zufriedenstellend nachzubilden (d. h., zu emulieren), während er trotzdem wirtschaftlich und anderweitig realisierbar ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Verfahren zum Steuern einer Konfiguration von Punktstrahlen, die mittels eines Kommunikationssatelliten erzeugt werden, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen einer ersten Vielzahl von Punktstrahlen von dem Kommunikationssatelliten, der an einer ersten orbitalen Position bezüglich eines ersten Teils auf der Erde gehalten wird. Die erste Mehrzahl von Punktstrahlen wird in einem ersten Strahlmuster konfiguriert, um einen ersten Teil der Erde im Wesentlichen zu umfassen. Der Satellit ist auf eine zweite orbitale Position bezüglich eines zweiten Teils der Erde bewegbar. Eine zweite Mehrzahl von Punktstrahlen wird in einem zweiten Strahlmuster konfiguriert, um den zweiten Teil der Erde im Wesentlichen zu umfassen. Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein gemeinsamer Punktstrahl in der ersten und der zweiten Mehrzahl von Punktstrahlen verwendet. Alternativ mögen die Punktstrahlen in der ersten und der zweiten Mehrzahl der Punktstrahlen sich gegenseitig ausschließen. Wenn ein Satellit zu einer zweiten orbitalen Position bewegt wird, wird typischerweise zumindest ein neuer Punktstrahl aktiviert und typischerweise zumindest ein alter Punktstrahl deaktiviert.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt, das ein Ändern zumindest einer Signaleigenschaft zumindest eines Punktstrahls umfasst, der in der ersten und der zweiten Mehrzahl von Punktstrahlen vorhanden ist. Die Signaleigenschaft mag Bandbreite, Leistung oder dergleichen sein. Wenn der Satellit von der ersten orbitalen Position zur zweiten orbitalen Position bewegt wird, mag ein Punktstrahl, der in beiden Konfigurationen verwendet wird, durch einen neuen Signalpfad im Satelliten umgeleitet werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationssatellit bereitgestellt, der zumindest eine Antenne zum Senden und Empfangen von Kommunikationssignalen aufweist. Die Antenne definiert ein erstes und ein zweites Erdzellenabdeckungsmuster, die einem ersten und einem zweiten Teil der Erde zugeordnet sind, wenn sich der Satellit an einer ersten bzw. einer zweiten orbitalen Position befindet. Der Satellit umfasst ein Schaltnetzwerk, das eine erste Gruppe von Punktstrahlen aktiviert, die ein erstes Erdzellenabdeckungsmuster bilden, wenn sich der Satellit in der ersten orbitalen Position befindet. Das Schaltnetzwerk aktiviert eine zweite Gruppe von Punktstrahlen, die das zweite Erdzellenabdeckungsmuster bilden, wenn sich der Satellit an der zweiten orbitalen Position befindet.
Die Antenne mag eine Mehrzahl von Hornspeisungen umfassen, von denen jede einen Punktstrahl erzeugt, wenn sie aktiviert ist. Eine Hornspeisung mag dazu verwendet werden, einen Punktstrahl in sowohl der ersten als auch der zweiten Gruppe von Punktstrahlen zu erzeugen, die auf verschiedene Teile der Erde gerichtet sind. Die Antenne mag ferner mehrere Hornspeisungen aufweisen, die in eine erste und eine zweite Gruppe aufgeteilt sind. Das Schaltnetzwerk aktiviert die erste und die zweite Gruppe von Hornspeisungen, um eine erste bzw. eine zweite Gruppe von Punktstrahlen zu erzeugen, wenn der Satellit zwischen der ersten bzw. der zweiten orbitalen Position bewegt wird. Die erste Hornspeisungsgruppe mag zumindest eine Hornspeisung umfassen, die nicht in einer zweiten Hornspeisungsgruppe ist.
Der Satellit mag ferner mehrere Signalprozessoren umfassen, von denen jeder einen anderen Typ oder Bereich von Signaleigenschaften unterstützt, wie beispielsweise Bandbreite und/oder Leistungsfähigkeiten. Das Schaltnetzwerk mag Gruppen von Punktstrahlen mit jedem Signalprozessor verbinden, und zwar abhängig von den Anforderungen des Punktstrahls. Beispielsweise benötigen Strahlen mit einer niedrigen Nachfrage bzw. Bedarf eine schmale Bandbreite und mögen somit einem Signalpfad zugewiesen werden, der einem oder mehreren Signalprozessoren mit einer niedrigen Bandbreitenkapazität zugehörig ist. Ebenso benötigen Strahlpunkte mit hohem Bedarf eine breite Bandbreite und mögen somit Signalpfaden zugewiesen werden, die Signalprozessoren zugehörig sind, welche in der Lage sind, eine breite Bandbreite zu unterstützen.
In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform ist der Kommunikationssatellit mit einer Antenne ausgestattet, die mehrere Hornspeisungen aufweist, die in der Lage sind, mehrere Punktstrahlen zu erzeugen. Die Hornstrahler sind in Teilmengen bzw. Untersätze aufgeteilt, die gemeinsame Speisungen enthalten mögen oder nicht. Die Speisungsteilmengen werden separat aktiviert, und zwar beruhend auf der orbitalen Position des Satelliten.
In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform wird ein Kommunikationssatellitensystem bereitgestellt, das Nutzerendgeräte zum Senden und Empfangen von Kommunikationssignalen umfasst. Die Endgeräte befinden sich um die Erde herum verteilt in verschiedenen Zellen. Das System umfasst zumindest einen Satelliten, der die Erde auf einer vordefinierten orbitalen Position umkreist. Der Satellit umfasst eine Antenne mit einem Array bzw. Feld von Hornspeisungen, die Punktstrahlen erzeugen, welche den Zellen auf der Erde zugeordnet sind. Der Satellit aktiviert unterschiedliche Gruppen von Hornspeisungen an der Antenne, um unterschiedliche Punktstrahlmuster, die unterschiedlichen vorbestimmten orbitalen Positionen zugeordnet sind, zu bilden. Die Nutzerendgeräte mögen ein Gateway zum Weiterleiten von Kommunikationssignalen zwischen einem Satelliten und einem bodengestützten Kommunikationsnetzwerk umfassen, wie beispielsweise einem Telefonsystem, dem Internet, einem Intranet, einem Weitverkehrsnetz, einem lokalen Netz und dergleichen.
Das System mag ferner ein Steuerendgerät umfassen, welches den Satelliten so steuert, dass er sich von einer ersten orbitalen Position auf eine weitere bewegt, wie beispielsweise dann, wenn der Bedarf die Änderung rechtfertigt. Ein Satellit mag bewegt werden, wenn ein anderer Satellit ausfällt, um den ausgefallenen Satelliten zu ersetzen. Alternativ mag ein Satellit bewegt werden, wenn sich die Marktanforderungen ändern oder nicht die Erwartungen erreichen. Beispielsweise mag sich ein Satellit mit hoher Bandbreite direkt über einem Teil der Vereinigten Staaten befinden, von dem erwartet wird, dass dort ein hoher Bedarf benötigt wird. Jedoch mag es, nachdem der Satellit in Gebrauch war, bestimmt werden, dass die Fähigkeiten des Satelliten nicht voll ausgenutzt werden und dass er über einer anderen Landmasse besser geeignet sein mag. Als eine noch weitere Alternative mag der Satellit während der anfänglichen Einführung einer Konstellation von Satelliten bewegt werden. Alle Satelliten in einem System werden typischerweise nicht zum gleichen Zeitpunkt hochgeschossen. Somit mag es beispielsweise erwünscht sein, einen einzelnen Satelliten über dem Atlantischen Ozean zu platzieren, um gleichzeitig die östlichen Vereinigten Staaten und Westeuropa abzudecken. Sobald ein zweiter Satellit hochgeschossen wird, mag es erwünscht sein, den ersten Satelliten zu einer Position über den Vereinigten Staaten zu bewegen, während der zweite Satellit über Europa positioniert wird.
Als eine weitere alternative Ausführungsform mag das Satellitensystem einzelne Strahlpunkte zwischen verschiedenen Signalpfaden umschalten, wenn ein Satellit zwischen Positionen bewegt wird. Der Satellit schaltet Punktstrahlen um, um einen bestimmten Punktstrahlpunkt mit einem anderen Signalprozessor zu verbinden, der andere Signaleigenschaften bietet, wie beispielsweise mehr oder weniger Bandbreite, eine niedrigere oder höher Leistung und Ähnliches.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Satellitenkommunikationssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine bildhafte Ansicht eines Teils einer Antenne, einschließlich einer Vielzahl von Hornspeisungen, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet sind.
3 zeigt ein Signalpfadverbindungsdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein beispielhaftes Zellenmuster, das von einem Satelliten erzeugt wird, der über den Vereinigten Staaten in einer ersten orbitalen Position positioniert ist, und zwar gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein exemplarisches Zellenmuster, das von einem Satelliten erzeugt wird, der über den Vereinigten Staaten in einer zweiten orbitalen Position positioniert ist, und zwar gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Positionen von und Muster für die Zellen, die von einem Satelliten für mehrere diskrete, verschiedene Empfangsgebiete und orbitale Positionen zu bedienen sind, werden zu dem Zeitpunkt definiert, an dem die Satellitenantenne hergestellt wird. Beispielsweise mag eine Antenne einen Satz von Hornspeisungen umfassen, die Punktstrahlen erzeugen, und zwar mittels Erzeugens von abgestrahlter Energie in einen Reflektor und Empfangens von abgestrahlter Energie, die von einem Reflektor gesammelt wird. Die Richtung jedes Punktstrahls wird mittels der festen Position und Ausrichtung des Hornstrahlers bezüglich des Reflektors bestimmt. Die Position einer Zelle auf der Erde, die durch einen bestimmten Punktstrahl abgedeckt ist, ist durch die Position der Antennenhornspeisung bezüglich des Reflektors und durch die Position des Satelliten bezüglich der Erde bestimmt worden.
Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein einzelner Kommunikationssatellit bereitgestellt, der in der Lage ist, mehrere verschiedene Regionen auf der Erdoberfläche zu bedienen, und zwar abhängig davon, welche von verschiedenen orbitalen Positionen für den Satelliten gewählt wird. Um diese orbitalen Positionen zu berücksichtigen, werden alternative Hornspeisungskonfigurationen in eine einzige Antenne eingebaut, wodurch es ermöglicht wird, die Antenne herzustellen, bevor die endgültige Position für einen Satelliten bestimmt wird. Das Satellitensystem ermöglicht es dem Satelliten auch, anfänglich für einen Betrieb in einer orbitalen Position konfiguriert zu werden und einige Zeit nach dem Hochschießen für einen Betrieb in einer anderen orbitalen Position erneut konfiguriert zu werden. Mittels erneuten Konfigurierens mag er versetzt werden, um der Nutzergemeinschaft besser zu dienen, oder er mag als ein Ersatz in der Umlaufbahn aufrechterhalten werden, um als Reserve für andere, fehlerhafte Satelliten innerhalb einer Konstellation von Satelliten zu dienen, wodurch die Unterbrechung des Dienstes minimiert wird. Obwohl nachstehend bezüglich der Bewegung eines Satelliten von einer orbitalen Position zu einer zweiten orbitalen Position beschrieben, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt und auf die Verwendung eines Satelliten in einer einzigen orbitalen Position anwendbar. Diese Veränderung von Speisungen mag erwünscht sein, beispielsweise unter solchen Umständen, bei denen sich verändernde Anforderungen der Nutzergemeinschaft eine Modifizierung der Bandbreite oder der Leistungspegel bestimmter Zellen notwendig machen.
1 zeigt ein beispielhaftes Kommunikationssatellitensystem 1 mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Kommunikationssystem 10 stellt einer Region auf der Erde einen Dienst bereit, und zwar mittels Erzeugens einer Anzahl von Punktstrahlen 15. Jeder Punktstrahl 15 deckt eine Zelle 20 auf der Erdoberfläche ab. Die Zellen 20 definieren kollektiv ein Zellenmuster 25, das eine Region auf der Erde abdeckt. Zellen 20 mögen jeweils zueinander benachbart oder voneinander beabstandet angeordnet sein, um eine Abdeckung für isolierte Bevölkerungszentren, wie beispielsweise die hawaiianischen Inseln und dergleichen, bereitzustellen.
Der Satellit 10 umkreist die Erde auf einer von mehreren vorbestimmten orbitalen Positionen. Als ein Beispiel mag der Satellit 10 ein geostationärer Satellit sein, der sich über einem gewünschten Kontinent oder Landmasse befindet. Der Satellit 10 umfasst eine Antenne 12, die eine Vielzahl von Hornspeisungen 14 und einen Fokussierreflektor (nicht gezeigt) aufweist. Eine Teilmenge der Hornspeisungen 14 wird während des Betriebs aktiviert, und zwar beruhend auf der orbitalen Position des Satelliten 10. Die aktiven Hornspeisungen 14 erzeugen Punktstrahlen 15, welche die Zellen 20 auf der Erdoberfläche definieren. Die Zellen 20 bilden kollektiv ein Zellenmuster 25, das eine gewünschte Landmasse, wie beispielsweise die Vereinigten Staaten, Europa und dergleichen, komplett umschließt. Jeder Punktstrahl 15 unterstützt eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Satelliten 10 und einem oder mehreren Endgeräten 30. Die bidirektionale Kommunikationsverbindung umfasst ein Aufwärtsverbindungssignal 32 und ein Abwärtsverbindungssignal 34 zum Tragen von Kommunikationssignalen zum und vom Satelliten 10 und dem Endgerät 30. Optional mag ein Gateway 36 in einer oder mehreren Zellen 20 beinhaltet sein. Ein Gateway 36 unterstützt eine Verbindung zwischen dem Satelliten 10 und einem bodengestützten Kommunikationsnetzwerk, wie beispielsweise dem Internet, einem bodengestützten Telefonsystem, einem lokalen Netz, einem Weitverkehrsnetz und dergleichen. Endgeräte 30 mögen einzelne Nutzerendgeräte, die mobil oder fest sind, Bodenstationen und Ähnliches darstellen.
Punktstrahlen 15 bilden ein Muster auf der Erde, das von der Position des Satelliten 10 abhängt, die unter mehreren vorbestimmten orbitalen Positionen ausgewählt wird. Die Hornspeisungen 14 sind so angeordnet, dass sie die aktive Mehrzahl von Punktstrahlen 15 in einem Muster konfigurieren, um eine gewünschte Landmasse im Wesentlichen zu umfassen. Während der Lebensdauer des Satelliten 10 mag eine Kontrollstation 38 den Satelliten 10 leiten, damit er sich zu einer anderen der mehreren vorbestimmten orbitalen Positionen bewegt, um eine andere Landmasse abzudecken oder sich bezüglich Punktstrahlen neu auszurichten, die sich über anderen Märkten in einem Teil der Erde befinden. Als ein Beispiel mag ein Satellit von einer orbitalen Position über den Vereinigten Staaten zu einer orbitalen Position über Europa bewegt werden. Alternativ mag der Satellit 10 von einer orbitalen Position, die sich direkt über New York befindet, zu einer orbitalen Position bewegt werden, die sich direkt über Los Angeles befindet. Wenn der Satellit 10 zu der neuen orbitalen Position bewegt wird, aktiviert er eine neue Teilmenge bzw. Untersatz der insgesamt verfügbaren Hornspeisungen 14, wobei die aktive Speisungsteilmenge dazu ausgestaltet ist, eine Vielzahl von Punktstrahlen in einem neuen Muster zu erzeugen, das im Wesentlichen der neuen Landmasse, über welcher sich der Satellit 10 befindet, entspricht und sie umfasst.
2 zeigt das Speisungsmuster einer beispielhaften Antenne, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist. Die Antenne 12 umfasst mehrere Hornspeisungen 14, die fest an einer Plattform 40 angebracht sind. Die Hornspeisungen 14 sind an vorbestimmten Positionen bezüglich zueinander und zu ihrem Mutterreflektor angebracht. Im Beispiel aus 2 sind die Hornspeisungen 14 in drei Teilmengen bzw. Untersätze aufgeteilt, die durch eingeklammerte Speisungssätze 42–44 bezeichnet sind. Im Beispiel aus 2 umfasst der erste Speisungssatz 42 drei Hornspeisungen 14, während der zweite und der dritte Speisungssatz 43 und 44 sechzehn bzw. drei Speisungen 14 umfassen.
Die Position jeder Hornspeisung 14 auf einer Plattform 40 ist durch die Ausrichtungsrichtung ihres zugeordneten Punktstrahls definiert. Die Positionen der Hornspeisungen 14 beruhen auf den mehreren Landmassen, über welchen, und zwar über jeglicher davon, der Satellit 10 positioniert sein mag. Beispielsweise mag der Satellit 10 dazu ausgestaltet sein, drei bis fünf verschiedene Landmassenformen abzudecken, wie beispielsweise Landmassen, die horizontale rechteckige Formen (USA), quadratische Formen (Europa), dreieckige Formen (Mexico) oder dergleichen aufweisen. Eine Kombination von Hornstrahlern 14 in jedem der Speisungssätze 42–44 ist relativ zueinander und relativ zu Hornspeisungen 14 in den anderen Speisungssätzen 42–44 angeordnet, um jede erwartete Landmassenform abzudecken.
Beispielsweise mögen die Hornspeisungen 14 in den Speisungssätzen 42 und 43 bezüglich der Plattform 40 positioniert und ausgerichtet sein, um die Vereinigten Staaten, einschließlich Alaska und Hawaii, abzudecken, wenn sich der Satellit 10 direkt über Chicago befindet. Zusätzlich mögen die Hornspeisungen 14 im Speisungssatz 44 bezüglich der Plattform 40 und bezüglich des Speisungssatzes 43 positioniert und ausgerichtet sein, um die östlichen Vereinigten Staaten und Westeuropa zusammen abzudecken, wenn der Satellit 10 direkt über dem Atlantischen Ozean steht.
3 zeigt ein Signalpfadverbindungsdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine beispielhafte Gruppe von Hornspeisungen 50, die durch ein Schaltnetzwerk 52 kommunizieren, und einen Signalprozessorabschnitt 54. Die Speisungsgruppe 50 umfasst Speisungen #1, #14, #26, #3, #12, #4, #5 und #2, und zwar lediglich zum Zweck der Darstellung. Das Schaltnetzwerk 52 umfasst Signalpfade 55–64 und Schalter 65–70, um die Speisungsgruppe 50 mit dem Signalverarbeitungsabschnitt 54 zu verbinden. Der Signalverarbeitungsabschnitt 54 umfasst zumindest einen ersten und einen zweiten Signalprozessor 71 und 72, die als Prozessoren A und B angegeben sind.
Wenn sich der Satellit in einer ersten orbitalen Position befindet, werden die Schalter 65–70 so eingestellt, dass sie Signalverbindungen zwischen einer gewünschten Teilmenge von Speisungen in der Speisungsgruppe 50 und einem oder beiden der Signalprozessoren 71 und 72 herstellen. Im Beispiel aus 3 werden die Schalter 65–67, wenn sich der Satellit in einer ersten orbitalen Position befindet, so eingestellt, dass sie die Speisungen #5 und #12 mit dem Signalprozessor 73 verbinden, während die Schalter 68–70 so eingestellt werden, dass sie die Speisungen #3 und #14 mit dem Prozessor 71 verbinden. Die Speisungen #4 und #26 werden über Pfade 57 und 62 mit den Prozessoren 71 bzw. 73 fest verdrahtet. Die Speisungen #1 und #2 sind inaktiv, während sich der Satellit in der ersten orbitalen Position befindet.
Wenn der Satellit zu einer zweiten orbitalen Position bewegt wird, wird das Schaltnetzwerk 52 neu konfiguriert, um neue Signalverbindungen mit dem Signalverarbeitungsabschnitt 54 herzustellen. Beispielsweise mögen die Schalter 65–70 umgelegt werden, um die Speisungen #2 und #3 mit dem Prozessor 73 und die Speisungen #1 und #12 mit dem Prozessor 71 zu verbinden, während die Speisungen #14 und #5 inaktiv gemacht werden. Die Speisungen #4 und #26 bleiben fest verdrahtet und mit den Prozessoren 71 und 73 aktiv verbunden.
Die 4 und 5 zeigen typische Zellenmuster, die mittels Projizierens einer Anzahl von Punktstrahlen auf die Erdoberfläche von einem Satelliten in der ersten bzw. zweiten orbitalen Position aus erzeugt werden. Die Zellenmuster sind so ausgestaltet, dass sie bestimmten Regionen auf der Erde Kommunikationsdienste bereitstellen. Jeder Punktstrahl wird mittels genauen Positionierens einer Antennenspeisung relativ zu einem Reflektor an Bord des Satelliten gebildet. Jeder Zelle wird eine Zahl zugewiesen, welche die spezifische Antennenspeisung identifiziert, die verwendet wird, um den entsprechende Punktstrahl zu bilden, sowie ein Buchstabe, der die Signalbandbreite/-leistung oder eine andere Signaleigenschaft identifiziert, die für eine bestimmte Zelle benötigt wird. In den Beispielen aus den 4 und 5 sind 36 Zellen gezeigt, die 36 verschiedenen Antennenspeisungen entsprechen.
Der Satellit ist so ausgestaltet, dass er Strahlpunkte nur für diejenigen Zellen erzeugt, welche die gewünschten Regionen von den definierten orbitalen Positionen aus abdecken. Zellen, die dazu gebraucht werden, die gewünschten Empfangsregionen zu bedienen, sind als aktiv bezeichnet und durch dicke schwarze Kreise angezeigt. Jede der Speisungen, die dazu verwendet wird, eine aktive Zelle zu erzeugen, ist durch einen Signalpfad mit einem Signalprozessor verbunden, der die benötigte Bandbreite für die jeweilige Zelle unterstützt. Von den 36 lokalisierten Zellen sind 24 in 4 als aktiv. Zwölf der aktiven Zellen sind mit der Signaleigenschaft A versehen gezeigt, während die restlichen 12 als mit der Signaleigenschaft B versehen gezeigt sind. Jegliche Anzahl von möglichen Signaleigenschaften mag bis zur Gesamtanzahl von aktiven Zellen unterstützt werden, und die Anzahl von Zellen, die einer bestimmten Eigenschaft zugeordnet sind, mag schwanken.
4 zeigt ein exemplarisches Zellenmuster 75, das von einem Satelliten erzeugt wird, der sich in einer ersten orbitalen Position über den Vereinigten Staaten, wie beispielsweise direkt über Los Angeles, befindet. Das gesamte Zellenmuster 75 ist durch diskrete Punktstrahlen definiert, die mit #1 bis #36 nummeriert sind. Die Punktstrahlen #1–#36 sind so angeordnet, dass eine erste Strahlgruppe 74 zusammenhängend angeordnet ist, um eine rechteckige Konfiguration zu bilden, welche die Vereinigten Staaten umfasst, wobei inaktive Punktstrahlen vor der Westküste der Vereinigten Staaten positioniert sind. Das Zellenmuster 75 umfasst ferner einzelne Punktstrahlen #31–#36, die so ausgerichtet sind, dass sie Inseln wie Hawaii, Puerto Rico und dergleichen abdecken.
Im Beispiel aus 4 ist jedem Punktstrahl eine Zahl 1–36 und ein Buchstabe A, B oder N zugeordnet. Die Bezugsbuchstaben A, B und N bezeichnen den Signalprozessor, welchem der Punktstrahl #1–#36 zugeordnet ist. Beispielsweise umfassen Punktstrahlen #35 und #34 ein Bezugszeichen A, das eine Verbindung über das Schaltnetzwerk 52 zum Signalprozessor 71 anzeigt. Die Punktstrahlen #31, #33 und #36 umfassen ein Bezugszeichen N, das die dazu zugeordneten Speisungen, die nicht aktiv sind, anzeigt.
Nach einem Hochschießen des Satelliten mag er zu einer zweiten definierten orbitalen Position bewegt werden, was das Strahlmuster 74 relativ zu den Vereinigten Staaten verschieben würde, wie in 5 gezeigt. Sobald die Satellitenbewegung abgeschlossen ist, sendet eine Steuerstation 38 ein Signal zum Satelliten, mit dem Zweck, den Satelliten anzuweisen, sich selbst für einen Betrieb in der neuen orbitalen Position neu zu konfigurieren. Der Satellit konfiguriert sich selbst neu mit einem Netzwerk von bordgestützten Schaltern, die dazu verwendet werden, Antennespeisungen wieder mit neuen Signalpfaden zu verbinden, die dazu geeignet sind, einem zweiten Satz von gewünschten Regionen auf der Erdoberfläche, welche ganz oder teilweise mit den Regionen überlappen, die von der ersten orbitalen Position aus bedient werden, einen Dienst bereitzustellen. Die Anzahl von orbitalen Positionen und Konfigurationen, die durch einen vorgegebenen Satelliten unterstützt werden, ist nicht auf zwei begrenzt und kann erhöht werden, indem die nötige Schalterschaltung und Signalprozessoren mit umfasst werden, um die Anforderungen zu berücksichtigen, die jeder Speisung auferlegt sind, während sich der Satellit in jeglicher gewünschten orbitalen Position befindet.
5 zeigt ein Zellenmuster, das erzeugt werden mag, indem die Punktstrahlen vom Satelliten auf die Erdoberfläche projiziert werden, wenn er sich in einer zweiten orbitalen Position befindet. Die der zweiten definierten orbitalen Position zugeordnete Nadir-Ausrichtungsrichtung befindet sich an einem östlicheren Längengrad, als die der ersten definierten orbitalen Position zugeordnete Nadir-Ausrichtungsrichtung. Die Regionen, die von der ersten orbitalen Position aus bedient werden, haben sich daher relativ zu der Position des Satelliten nach Westen verschoben. Wiederum mögen Zellen 24 dazu verwendet werden, eine Abdeckung bereitzustellen, jedoch unterscheiden sich die Zellen, die als aktiv bezeichnet worden sind, von denen im vorherigen Beispiel. Die aktiven Zellen unterscheiden sich, da sich der Empfangsbereich bzw. die Ausleuchtzone für die Punktstrahlen verschoben hat, als sich die relative Position des Satelliten verschoben hat.
Obwohl viele der Speisungen, die in 5 als aktiv dargestellt sind, auch in 4 als aktiv dargestellt waren, mögen sich die benötigten Signalpfadverbindungen für viele der Speisungen ändern. Die Speisungssignalpfadverbindungen mögen sich ändern, da jede Zelle nun einen anderen Bereich auf der Erdoberfläche abdeckt als während der vorherigen orbitalen Positionen. Einige Zellen, die zuvor inaktiv waren, wie beispielsweise Zelle #1, sind nun mit einem Prozessor verbunden, der eine Bandbreite A unterstützt. Andere Zellen, die zuvor Bandbreite A unterstützten, wie beispielsweise Zelle #3, sind nun mit einem Prozessor verbunden, der Bandbreite B unterstützt.
5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, in welcher sich der Satellit 10 zu einer zweiten orbitalen Position bewegt hat, bei welcher die Strahlgruppe 74 immer noch die Vereinigten Staaten umfasst, sich aber über die Ostküste der Vereinigten Staaten hinaus erstreckt. Das Schaltnetzwerk 52 wird bei der Einführung des Satelliten 10 und/oder der Steuerzentrale 38 geändert, wenn der Satellit 10 zur zweiten orbitalen Position bewegt wird. Das Schaltnetzwerk 52 wird umgeschaltet, um vorbestimmte Speisungen 14, wenn nötig, zu anderen Signalprozessoren 71, 73 umzuleiten und um vorbestimmte Speisungen 14 zu deaktivieren, die Punktstrahlen zugeordnet sind, die nicht länger ein gewünschtes Gebiet, Landmasse, Wasserfläche oder sonstiges abdecken. Beispielsweise befindet sich in 5 eine Gruppe von inaktiven Punktstrahlen 86 vor der Ostküste der Vereinigten Staaten und ist abgeschaltet worden, da sie nicht länger eine gewünschte Marktfläche abdeckt. Die Punktstrahlen #32, #34 und #35 sind deaktiviert, während die Punktstrahlen #31, #33 und #36 aktiviert sind.
In den Beispielen aus den 4 und 5 ist erkennbar, dass die Signalpfade für die Speisungen #3 und #12, die den Punktstrahlen #3 und #12 zugeordnet sind, geändert werden, wenn der Satellit von der ersten orbitalen Position zur zweiten orbitalen Position bewegt wird. Beispielsweise ist die Speisung #12, die dem Punktstrahl #12 zugeordnet ist, dem Signalprozessor 73 in der in 4 gezeigten Konfiguration zugeordnet, während der Punktstrahl #12 dem in 5 gezeigten Konfiguration Signalprozessor 71 zugeordnet ist.
Es mag erwünscht sein, den Signalpfad, der einer bestimmten Speisung zugeordnet ist, zu ändern, wenn ein Satellit zu einer orbitalen Position bewegt wird, die einen bestimmten Punktstrahl mit einem geographische Gebiet ausrichtet, das eine andere Nachfrage bzw. Bedarf aufweist als zuvor vom Punktstrahl benötigt. Beispielsweise befand sich der Punktstrahl #12 in Beispiel aus 4 anfänglich über den westlichen Staaten Utah, Idaho und Montana. Der Punktstrahl #12 mag keine übermäßig hohe Bandbreite oder Leistungsanforderung benötigen, wenn er sich über Utah, Idaho und Montana befindet. Somit mag ein Signalpfad mit schmaler Bandbreite und/oder niedriger Leistung der Speisung #12 durch den Prozessor 73 zugeordnet sein.
Jedoch wird der Punktstrahl #12, wenn sich der Satellit 10 zu der in 5 gezeigten zweiten orbitalen Position bewegt, über dem großstädtischen Gebiet von Chicago und den umliegenden Staaten neu ausgerichtet. Daher mag es erforderlich sein, dass der Punktstrahl #12 bedeutend mehr Nutzernachfrage und somit eine höhere Bandbreite und/oder Leistung unterstützt. Dementsprechend wird die Speisung #12 mittels des Schaltnetzwerks 52 einem Signalpfad neu zugeordnet, der mit dem Signalprozessor 71 verbunden ist, welcher der Speisung #12 eine höhere Bandbreite und/oder Leistung bieten mag.
Ebenso mag der Punktstrahl #3 vom Prozessor 71 in 4 zum Prozessor 73 in 5 umgeleitet werden, da der Punktstrahl #3 von der Westküste zu einem Gebiet bewegt wird, das im Wesentlichen den oberen Teil von Montana und North Dakota abdeckt. Mehrere Schaltkonfigurationen und Signalpfade mögen bestimmten Speisungen zugeordnet sein, und zwar beruhend auf der Anzahl von potenziellen Positionen und Märkten, bei welchen der der Speisung zugeordnete Punktstrahl positioniert sein mag.
In den Beispielen aus den 4 und 5 unterstützt ein Satellit zwei verschiedene orbitale Positionen und zwei verschiedene Signalbandbreiten. Speisung #1 ist in der Konfiguration aus 4 inaktiv und in der Konfiguration aus 5 mit Bandbreite A aktiv. Speisung #14 ist in der Konfiguration aus 4 mit Bandbreite A aktiv und in der Konfiguration aus 5 inaktiv. Die Speisungen #1 und #14 mögen zu einem Paar zusammengefasst sein, um sich einen Signalpfad mit Bandbreite A zu teilen, und zwar mittels eines Schalters mit zwei Eingängen und einem Ausgang, der in einer Konfiguration die Speisung #14 mit dem Prozessor und in der anderen Konfiguration die Speisung #1 mit dem Prozessor verbindet.
Ebenso ist Speisung #2 in der Konfiguration aus 4 inaktiv und in der Konfiguration aus 5 mit Bandbreite B inaktiv, während Speisung #5 in der Konfiguration aus 4 mit Bandbreite B aktiv und in der Konfiguration aus 5 inaktiv ist. Die Speisungen #2 und #5 mögen sich eine Verbindung zu einem Signalpfad mit Bandbreite B unter Verwendung eines ähnlichen Schalters teilen. Speisung #26 ist in beiden Konfigurationen mit Bandbreite A aktiv, während Speisung #4 in beiden Konfi gurationen mit Bandbreite B aktiv ist. Jeder der Speisungen #4 und #26 mag ein dedizierter Signalpfad ohne Umschaltanforderungen zugeteilt sein. Speisung #3 ist in der Konfiguration aus 4 mit Bandbreite A aktiv und in der Konfiguration aus 5 mit Bandbreite B inaktiv, während Speisung #12 in der Konfiguration aus 4 mit Bandbreite B aktiv und in der Konfiguration aus 2 mit Bandbreite A inaktiv ist. Die Speisungen #3 und #12 sind zu einem Paar zusammengefasst, und zwar unter Verwendung eines Satzes von vier Schaltern, um jede Speisung mit einer von zwei möglichen Signalpfadverbindungen zu versorgen.
Die Schalter werden en masse geändert, so dass zu jedem Zeitpunkt jede Speisung mit einem Signalpfad verbunden ist und jeder Signalpfad mit einer Speisung verbunden ist. Die gleichen grundlegenden Prinzipien mögen auf ein Aufbauen eines Netzwerks von Schaltern angewandt werden, das jegliche Anzahl von Speisungskonfigurationen und Signalprozessoreigenschaften unterstützt. Das Netzwerk von Schaltern, das dazu verwendet wird, den Satelliten für einen Betrieb in verschiedenen orbitalen Positionen neu zu konfigurieren, mag genauso gut verwendet werden zum Ändern der Signalpfadbandbreitenzuteilungen der verschiedenen Bodenzellen, die vom Satelliten von einer orbitalen Position aus bedient werden, und zwar als Antwort auf die sich ändernden Anforderungen einer bestimmten Nutzergemeinschaft. Beispielsweise mag sich eine Zelle über einem Vorstadtgebiet befinden, das eine niedrige Anforderung benötigt. Jedoch mögen sich die Vorstadtgebiet über die Jahre ausbreiten und eine höhere Bandbreite von der Zelle benötigen. In diesem Beispiel mag der Signalpfad für die Zelle zu einem Prozessor mit höherer Bandbreite umgeleitet werden, während der Satellit nicht von seiner anfänglichen orbitalen Position wegbewegt wird.
Es ist zu beachten, dass die bevorzugten Ausführungsformen nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten bestimmten Konfigurationen und Signalpfadverbindungen beschränkt sind. Beispielsweise mögen mehrere Signalprozessoren dazu verwendet werden, eine höhere Bandbreite und/oder Leistung zu bieten oder einen breiteren Bereich von Auswahlmöglichkeiten zwischen bestimmten Bandbreiten- und Leistungsanforderungen zu bieten. Zusätzlich mögen die Signalprozessoren 71 und 73 andere Signaleigenschaften variieren, und zwar abgesehen von und/oder zusätzlich zu Bandbreite und Leistung. Die Signalprozessoren 71 und 73 mögen einfach oder komplex sein. Beispielsweise mag eine einfache Konfiguration für die Signalprozessoren 71 und 73 einfach Schaltungen darstellen, einschließlich einer Verstärkungssteuerung und Filterkomponenten, wie beispielsweise dann, wenn der Satellit in einer sog. Bent-Pipe-Konfiguration arbeitet. In einer Bent-Pipe-Konfiguration analysiert der Satellit nicht die Substanz eingehender Nachrichten, sondern leitet stattdessen eingehende Nachrichten einfach an ein vorbestimmtes nach Außen gerichtetes Trägersignal und/oder Punktstrahl weiter.
Alternativ mögen die Signalprozessoren 71 und 73 halbintelligent sein, wobei sie Aufwärtsverbindungssignale teilweise dekodieren, um eines von verschiedenen Abwärtsverbindungssignalen und/oder Punktstrahlen auszuwählen. Beispielsweise mögen die Signalprozessoren alle eingehenden Kommunikationssignale von Chicago zu einer Abwärtsverbindung leiten, die zu einem Gateway oder einer Bodenstation in Minnesota führt. Als eine weitere Alternative mögen die Signalprozessoren 71 und 73 sehr hochentwickelt sein, wie mittels Unterstützens der Demodulation, Fehlererkennung und Fehlerkorrektur von eingehenden Aufwärtsverbindungssignalen und mittels Codierens und Modulation von Abwärtsverbindungssignalen. Der Satellit mag die Aufwärtsverbindungssignale demodulieren und jedes einzelne Kommunikationssignal zu einem bestimmten Punktstrahl und einem Abwärtsverbindungssignal leiten, das einem Zielendgerät zugeordnet ist.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mögen in einer Vielzahl von Signalprotokollen implementiert sein, wie beispielsweise Frequenzmultiplexverfahren ("frequency division multiple access"; FDMA), Zeitmultiplexverfahren ("time division multiple access"; TDMA) und/oder Codemultiplexverfahren ("code division multiple access"; CDMA). Eines oder mehrere der vorangegangenen Protokolle oder jedes andere herkömmliche Signalprotokoll (ATM usw.) mag verwendet werden, um die Kommunikationssignale, die über die Punktstrahlen getragen werden, zu unterstützen.
Die Signalprozessoren 71 und 73 mögen mit einem digitalen oder einer analogen Schaltung oder einer Kombination davon konfiguriert sein. Die Antenne mag Trägerfrequenzen in jeglichem Frequenzbereich unterstützen.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen es einem Satelliten, eine Abdeckung von einer oder mehreren orbitalen Positionen aus bereitzustellen. Der Satellit umfasst Antennen, die mit mehreren Speisungen ausgestattet sind, als benötigt werden, um die Zellen abzudecken, die einer bestimmten orbitalen Position zugeordnet sind. Eine Gruppe von Speisungen ist so positioniert, dass sie Punktstrahlen erzeugt, welche einen Satz von gewünschten Zellen von einer vorbestimmten orbitalen Position aus abdecken, während zusätzliche Speisungen so positioniert sind, dass andere Zellen (welche einige oder alle der gleichen Regionen auf der Erde wie der erste Satz umfassen mögen) von alternativen vorbestimmten orbitalen Positionen aus abgedeckt werden. Eine unterschiedliche Gruppe von Speisungen mag verwendet werden, um die Punktstrahlen zu erzeugen, die für jede separate orbitale Position relevant sind, welche durch die Antennenausgestaltung unterstützt wird. Es wird erwartet, dass eine große Anzahl an Speisungen in mehr als einer orbitalen Position verwendet werden kann, und zwar ungeachtet dessen, dass sie in jedem Fall unterschiedliche einzelne Bodenzellen abdeckt.
Das Schaltnetzwerk ermöglicht es der Antenne für einen Betrieb von einer bestimmten orbitalen Position aus konfiguriert zu werden. Die Schalter werden dazu verwendet, spezifische Speisungen zu aktivieren, die benötigt werden, um die Punktstrahlen zu erzeugen, die zum Bereitstellen einer Abdeckung für Zellen von einer aktuellen orbitalen Position aus benötigt werden. Für ein System, in welchem jeder Punktstrahl einer aus einer Anzahl von möglichen Verarbeitungsgruppen zugeordnet sein mag, und zwar beruhend auf einer Signaleigenschaft wie Bandbreite oder Leistung, mag dasselbe Schaltnetzwerk auch dazu dienen, das Signal von jeder Speisung entlang eines Signalpfads zu einem geeigneten Signalprozessor zu leiten.
Die vorangegangenen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen ein flexibles Kommunikationssystem bereit, das auf eine Weise ausgestaltet ist, die nicht an eine einzelne orbitale Position gebunden ist. Die bevorzugten Ausführungsformen verbessern die Vorlaufzeit für das System, da die Herstellung der Antennen der endgültigen Auswahl einer orbitalen Position für den Satelliten vorausgehen mag. Die bevorzugten Ausführungsformen ermöglichen es, dass eine On-Board-Neukonfiguration von Satellitenpunktstrahlen von einer Steuerzentrale auf der Erde aus gesteuert wird und ermöglichen eine Neukonfiguration des Signalpfads für jeden Strahl. Dieselben Antennenspeisungen mögen in verschiedenen orbitalen Positionen zum Bereitstellen einer Abdeckung für verschiedene Bodenzellen verwendet werden. Die bevorzugten Ausführungsformen ermöglichen es einem Satelliten, sich zu einer anderen orbitalen Position zu bewegen, um einer bestimmten Nutzergemeinschaft besser zu dienen, und erlauben es einem Satelliten als eine Reserve hochgeschossen zu werden, die sofort zum Ersatz für jegliches nicht funktionierende Element einer Satellitenkonstellation wird.
Es ist zu beachten, dass Punktstrahlen auf Gebiete gerichtet werden mögen, die nicht notwendigerweise Landmassen zugeordnet sind. Beispielsweise mag es erwünscht sein, einen oder mehrere Punkstrahlen auf Flächen oder Körper von Wasser, wie beispielsweise Seewege oder Meere, und beispielsweise auf verkehrsreiche Luftver kehrsgebiete zu richten. Während bestimmte Elemente, Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist zu beachten, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, da Modifikationen vom Fachmann vorgenommen werden mögen, insbesondere im Licht der vorangegangenen Lehren. Es ist daher beabsichtigt, dass die beiliegenden Ansprüche solche Modifikationen abdecken, um jene Merkmale einzuschließen, die in den Umfang der Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Konfiguration von Punktstrahlen (15), die mittels eines Kommunikationssatelliten (10) erzeugt werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Positionieren eines Satelliten (10) an einer ersten diskreten orbitalen Position bezüglich eines ersten Teils der Erde; Konfigurieren einer ersten Mehrzahl von aktiven Punktstrahlen (15) in einem ersten Strahlmuster, um den ersten Teil der Erde im Wesentlichen zu umfassen; Bewegen des Satelliten (10) auf eine zweite diskrete orbitale Position bezüglich eines zweiten Teils der Erde; und Konfigurieren einer zweiten Mehrzahl von Punktstrahlen (15) in einem zweiten Strahlmuster, um den zweiten Teil der Erde im Wesentlichen zu umfassen; gekennzeichnet durch den Schritt des Einstellens einer Signaleigenschaft zumindest eines Punktstrahls (15), der in sowohl der ersten als auch der zweiten Mehrzahl von Punktstrahlen (15) konfiguriert ist, wobei die Signaleigenschaft eine Bandbreite und/oder Leistung des Punktstrahls (15) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Bewegen des Satelliten (10) auf eine zweite diskrete orbitale Position bezüglich eines zweiten Teils der Erde; und Aufteilen der ersten und der zweiten Mehrzahl von aktiven Punktstrahlen (15) in eine erste, eine zweite und eine gemeinsame Teilmenge von Punktstrahlen, wobei der erste Konfigurationsschritt die erste und die gemeinsame Teilmenge aktiviert und die zweite Teilmenge deaktiviert, und wobei der zweite Konfigurationsschritt die erste Teilmenge deaktiviert und die zweite und die gemeinsame Teilmenge aktiviert.
Kommunikationssatellit (10), aufweisend: zumindest eine Antenne (12) zum Senden und Empfangen von Kommunikationssignalen (32, 34), wobei die Antenne (12) erste und zweite Punktstrahl(15)-muster definiert; und ein Schalternetzwerk (52), das eine erste Gruppe von Punktstrahlen (15) aktiviert, welche das erste Punktstrahlmuster bilden, und eine zweite Gruppe von Punktstrahlen (15) aktiviert, welche das zweite Punktstrahlmuster bilden, und wobei die Antenne ferner eine Mehrzahl von Speisungshornstrahlern (14) aufweist, wobei jeder Speisungshornstrahler (14) einen entsprechenden Punktstrahl (15) erzeugt, wenn er aktiviert ist; und wobei ein gemeinsamer Speisungshornstrahler (14) einen Punktstrahl (15) in jeder der ersten und zweiten Gruppe von Punktstrahlen (15) erzeugt; dadurch gekennzeichnet, dass eine Signaleigenschaft zumindest eines Punktstrahls (15), der in sowohl der ersten als auch der zweiten Mehrzahl von Punktstrahlen (15) konfiguriert ist, einstellbar ist, wobei die Signaleigenschaft eine Bandbreite und/oder Leistung des Punktstrahls (15) umfasst.
Kommunikationssatellit (10) nach Anspruch 3, ferner aufweisend: einen ersten und einen zweiten Signalprozessor (71, 73), welche die ersten und zweiten unterschiedlichen Signaleigenschaften unterstützen, wobei das Schalternetzwerk (52) die erste und die zweite Gruppe von Punktstrahlen (15) mit dem ersten bzw. dem zweiten Prozessor (71, 73) verbindet, ferner aufweisend: ein Array von Speisungshornstrahlern (14) in der Antenne (12), wobei das Schalternetzwerk (52) einen Speisungshornstrahler (14) mit einem Signalpfad verbindet, der eine schmale Bandbreite aufweist, wenn sich der Satellit (10) in der ersten orbitalen Position befindet, und den Speisungshornstrahler (14) mit einem Signalpfad verbindet, der eine breite Bandbreite aufweist, wenn sich der Satellit (10) in der zweiten orbitalen Position befindet.
Kommunikationssatellit (10) nach Anspruch 3, ferner aufweisend: Signalprozessoren (71, 73), die Kommunikationssignale (32, 34) verarbeiten, welche über die Punktstrahlen (15) zum Satelliten (10) hin und davon weg transportiert werden, wobei das Schalternetzwerk (52) Signalpfade zwischen den Signalprozessoren (71, 73) und Speisungen (14) definiert, wobei das Schalternetzwerk (52) zumindest eine Speisung (14) aktiviert, wenn sich der Satellit (10) an einer ersten diskreten orbitalen Position befindet, und die zumindest eine Speisung (14) deaktiviert, wenn sich der Satellit (10) an einer zweiten diskreten orbitalen Position befindet, wobei das Schaltersystem (52) eine gemeinsame Teilmenge von Speisungen (14) aktiviert hält, die sowohl an der ersten als auch der zweiten orbitalen Position verwendet werden, wenn der Satellit (10) von der ersten orbitalen Position auf die zweite orbitale Position bewegt wird; wobei die Speisungen (14) in einen ersten und einen zweiten Satz von Speisungen aufgeteilt sind, wobei das Schalternetzwerk (52) den ersten und den zweiten Satz von Speisungen zum ersten bzw. zweiten Signalprozessor (71, 73) leitet, wenn der Satellit von der ersten auf die zweite orbitale Position bewegt wird.
Kommunikationssatellitensystem, aufweisend den Satelliten (10) nach Anspruch 3, aufweisend: Endgeräte (30) zum Senden und Empfangen von Kommunikationssignalen, wobei die Endgeräte (30) auf der Erde in Zellen (20) angeordnet sind; ein Gateway (36), das Kommunikationssignale (32, 34) zwischen dem Satelliten (10) und einem bodengestützten Kommunikationsnetzwerk weiterleitet; und ein Steuerendgerät (30), welches den Satelliten (10) so steuert, dass er sich von einer ersten orbitalen Position auf eine zweite orbitale Position bewegt; wobei der Satellit (10) verschiedene Gruppen von Speisungen (14) an der Antenne (12) aktiviert, um unterschiedliche Punktstrahl(15)-muster zu bilden, die jeder der ersten und zweiten orbitalen Position zugeordnet sind; wobei das Schalternetzwerk (52) Kombinationen von Speisungen (14) verbindet und trennt, um das Punktstrahl(15)-muster zu verändern, das mittels einer aktiven Gruppe von Speisungen (14) gebildet wird, und wobei der Satellit (10) Signalprozessoren (71, 72, 73) aufweist, die einen Leistungspegel steuern, der jedem Punktstrahl (15) zugeordnet ist, wobei der Satellit (10) zumindest eine Speisung (14) von einem Niedrigleistungssignalprozessor (71, 72, 73) zu einem Hochleistungssignalprozessor (71, 72, 73) umschaltet, wenn sich der Satellit (10) von der ersten orbitalen Position, bei welcher eine niedrige Leistung von der Speisung (14) benötigt wird, auf die zweite orbitale Position bewegt, bei welcher eine hohe Leistung von der Speisung (14) benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner ein Aktivieren zumindest eines neuen Punktstrahls (15) aufweist, wenn die zweite Mehrzahl von Punktstrahlen (15) aktiviert ist, wobei der aktivierte neue Punktstrahl (15) inaktiv war, als die erste Mehrzahl von Strahlen (15) aktiv war, und ferner ein Deaktivieren zumindest eines Punktstrahls (15) aufweist, wenn die zweiten Mehrzahl von Punktstrahlen (15) aktiviert ist, wobei der deaktivierte Punktstrahl (15) aktiv war, als die erste Mehrzahl von Punktstrahlen (15) aktiv war.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: ein Aktivieren der zweiten Mehrzahl von Punktstrahlen (15) dem zweiten Teil der Erde eine erste Serviceebene bereitstellt, wobei die zweite Mehrzahl von Punktstrahlen (15) weniger beträgt als die erste Mehrzahl von Punktstrahlen; und ferner aufweisend eine dritte Mehrzahl von Punktstrahlen (15) in einem dritten Strahlmuster, um dem zweiten Teil der Erde eine zweite Serviceebene bereitzustellen, wobei sich die Punktstrahlen (15) im zweiten Strahlmuster von den Punktstrahlen (15) im dritten Strahlmuster unterscheiden.