DE69315776T2

DE69315776T2 - Rekonfigurationsverfahren des Bestrahlungsfeldes einer Antenne in einem Satellitennetz

Info

Publication number: DE69315776T2
Application number: DE69315776T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Cances; Bernard Coulomb; Regis Lenormand; Gerard Maral
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2013-09-08
Also published as: DE69315776D1; FR2695775A1; EP0587249B1; US5355138A; EP0587249A1; JPH06216817A; FR2695775B1; JP3409387B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fernmeldeverbindungen zwischen Sender-Empfänger-Bodenstationen über einen Satelliten.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Rekonfigurationsverfahren des radioelektrischen Bestrahlungsfeldes des Satelliten zum dynamischen Verwalten von Bestrahlungsfeldern in Abhängigkeit von Anfragen von Bodenstationen, wobei die Bestrahlungsfelder so klein wie möglich gehalten werden, um einer Leistungsbilanz im Satelliten zu genügen. Die radioelektrischen Bestrahlungsfelder des Satelliten werden in Abhängigkeit von Schwankungen des Verkehrsaufkommens und der Positionen von festen oder beweglichen Bodenstationen rekonfiguriert, die den Satelliten als radioelektrischen Übertrager benotigen. Diese Rekonfiguration paßt zu jedem Zeitpunkt die Nutzlastressourcen im Satelliten an die Eigenschaften des Verkehrs an. Die Erfindung ist besonders gut angepaßt an den Fall von sporadischem Verkehr, wie er etwa von VSAT (Very Small Aperture Terminal)- Stationen oder beweglichen Stationen erzeugt wird.
Ursprünglich wurden die Satelliten konstruiert, um Nachrichtenverbindungen von einem Punkt zum anderen wie mit einem Kabel zu leiten, und das weite Bestrahlungsfeld des Satelliten wurde genutzt, um Langstreckenverbindungen herzustellen. So verband der Satellit "Early Bird" zwei Stationen auf beiden Seiten des atlantischen Ozeans. Aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit dieser Satelliten mußten Bodenstationen benutzt werden, die mit großen Antennen ausgestattet und dementsprechend kostspielig waren. Die Zunahme der Größe und Leistung der Satelliten hat es später ermöglicht, die Größe der Bodenstationen und damit deren Kosten zu verringern und infolgedessen die Zahl dieser Stationen zu vergrößern. So wurde ein anderer, mit dem großen Bestrahlungsfeld des Satelliten und damit seiner Sende- und Empfangskapazität verbundener Vorzug des Satelliten ausgenutzt: anstatt Signale von einem Punkt zu einem anderen zu übertragen, kann ein Sender einer gegebenen Station über den Satelliten an Empfänger einer großen Anzahl von Stationen übertragen, oder umgekehrt können eine große Anzahl von Stationen an eine Zentralstation senden.
Die ersten Satelliten, die gebaut wurden, verwendeten Antennen vom Einstrahltyp, die bestimmte Nachteile haben: entweder deckt der Satellit eine große Erdoberfläche ab, doch die Verstärkung der Antenne des Satelliten ist durch den öffnungswinkel des Strahles begrenzt, oder der Satellit deckt eine kleine Erdoberfläche ab, wobei in diesem Fall die Verstärkung der Antenne höher ist, aber der Strahl geographisch zu weit entfernte Stationen nicht abdecken kann. Bei einem einstrahligen Satelliten muß daher gewählt werden unter entweder einem weiten Bestrahlungsfeld, aber einer geringen Antennenverstärkung und damit Verbindungen mit hoher Fehlerquote, oder einem verkleinerten Bestrahlungsfeld mit hoher Antennenverstärkung, das es aber nicht ermöglicht, zu weit voneinander entfernte Stationen miteinander zu verbinden.
Die Mehrstrahlantennentechniken verbinden die zwei Alternativen. Das Bestrahlungsfeld des Satelliten ist ausgedehnt, da es aus dem Nebeneinander von mehreren Strahlen resultiert, und jeder Strahl hat eine um so höhere Antennenverstärkung, je kleiner der Öffnungswinkel des Strahles ist. Typischerweise bestehen die Vielstrahlantennen an Bord eines Satelliten aus strahlenden Elementen und sind jeweils Strahlformungsnetzen zugeordnet. Ein Strahlformungsnetz, das die strahlenden Elemente einer Antenne versorgt, umfaßt unter anderem Phasenschieber und Leistungsteiler, mit denen die zugeordnete Antenne in bestimmter Weise konfiguriert werden kann. So wird beim Empfang wie auch beim Senden die Antenne auf bestimmte Strahlungsdiagramme programmiert. Ein Strahlungsdiagramm wird insbesondere ausgedrückt als Verstärkung in Abhängigkeit von einem Winkel in bezug auf die Achse der Antenne.
Gemäß der bisherigen Technik werden im Rahmen eines Vielstrahlensatelliten im wesentlichen zwei Verfahren eingesetzt.
Gemäß einem ersten, als Rasterstrahlverfahren bezeichneten Verfahren werden vorgegebene Bestrahlungsfeldabschnitte zyklisch von demselben Antennenstrahl bestrahlt, dessen Orientierung durch bestimmte Steuerwerte gesteuert wird, die ein Strahlformungsnetz programmieren. Die in einem gegebenen Bestrahlungs feldabschnitt liegenden Stationen senden oder empfangen Informationen nur, wenn dieser Abschnitt von dem Strahl bestrahlt wird. Wenn an Bord des Satelliten keine Speichereinheit vorhanden ist, sind wenigstens zwei Strahlen zu jedem Zeitpunkt notwendig: einer zum Herstellen einer Aufwärtsverbindung von den Sendern der Bodenstationen zum Satelliten und der andere zum Aufbauen einer Abwärtsverbindung vom Satelliten zu den Empfängern der Bodenstationen.
Gemäß einem zweiten bekannten Verfahren (siehe z.B. EP-A-0 395 239) wird vorgeschlagen, beim Empfangen und Senden jeweils eine bestimmte Anzahl von Strahlen einzusetzen und den Strahlen durch Veränderung des Durchgangsbandes eines jeden von ihnen veränderliche Kapazitäten zuzuweisen. Hierzu wird eine dynamische Zuordnung der Kanäle der Nutzlast zu den Strahlen in Abhängigkeit vom Verkehrsaufkommen in den Strahlen vorgenommen.
Nach dem bisherigen Stand der Technik gibt es kein Verfahren zum Rekonfigurieren der Bestrahlungsfelder, das den Anforderungen der Bodenstationen in Abhängigkeit von ihren geographischen Positionen und vom Verkehrsaufkommen genügt. Die Erfindung basiert nicht auf dem zuletzt zitierten bekannten Verfahren, das aus der Änderung der Kapazitäten für vorgegebene Bestrahlungsfelder besteht, sondern auf Veränderungen oder Rekonfigurationen der radioelektrischen Bestrahlungsfelder am Boden.
Zu diesem Zweck ist ein Verfahren zum Rekonfigurieren der radioelektrischen Bestrahlungsfelder eines Satelliten, der zwischen Sender-Empfänger-Bodenstationen ausgetauschte Fernmeldungen weiterleitet, durch Verändern von Steuerwerten der Phasenverschiebung und Leistung von Strahlformereinrichtungen, die jeweils strahlenden Einrichtungen besagter Strahlen im Satelliten zugeordnet sind, gleichzeitig beim Empfang bei von Bodenstationen zum Satelliten übertragenen Fernmeldungen und beim Senden bei vom Satelliten zu Bodenstationen weitergeleiteten Fernmeldungen, wobei Fernmeldekanäle in vorgegebener Anzahl jedem der besagten Bestrahlungsfelder zugeordnet sind,
zum Herstellen einer Fernmeldeverbindung zwischen einer anrufenden der Stationen und einer angerufenen der Stationen über den Satelliten,
wobei vor dem Verfahren eine Anfrage zum Herstellen der Verbindung von der anrufenden Station zu einer Steuerstation über einen Signalkanal des Satelliten übertragen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß es als Simulation in der Steuerstation eine erste und eine zweite Alternative getrennt für jede der angerufenen und anrufenden Stationen und dann einen Bndschritt umfaßt; wobei
(a&sub1;) die erste Alternative, derzufolge besagte jede Station in keinem der Bestrahlungsfelder liegt, folgende Schritte umfaßt:
(a&sub1;&sub0;) Bestimmen eines der Station am nächsten liegenden Bestrahlungsfeldes unter allen Bestrahlungsfeldern, und
(a&sub1;&sub1;) iteratives Verringern der Ausdehnung jedes der Bestrahlungsfelder mit Ausnahme des am nächsten liegenden Bestrahlungsfeldes, bis das am nächsten liegende Bestrahlungsfeld so verändert ist, daß die jede Station mit einer ersten Antennenverstärkung darin liegt, und
(a&sub1;&sub2;) Erzeugen einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen einer Verbindung für die Station, wenn einer der dem am nächsten liegenden Bestrahlungsfeld zugeordneten Kanäle frei ist, und
(a&sub2;) die zweite Alternative, derzufolge besagte jede Station in einem gegebenen Bestrahlungsfeld liegt, einen der zwei folgenden Schritte umfaßt:
(a&sub2;&sub0;) wenn wenigstens einer der dem gegebenen Bestrahlungsfeld zugeordneten Kanäle frei ist, Erzeugen einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen einer Verbindung für die Station,
(a&sub2;&sub1;) wenn alle dem gegebenen Bestrahlungsfeld zugeordneten Kanäle besetzt sind, Suchen eines Bestrahlungsfeldes, das der Station benachbart ist und einen freien zugeordneten Kanal bietet, und, bei erfolgreicher Suche, Stationslastaustausch zwischen dem gegebenen Bestrahlungsfeld und dem benachbartem Bestrahlungsfeld durch Verkleinern des gegebenen Bestrahlungsfeldes und Vergrößern des benachbarten Bestrahlungsfeldes, so daß die Station in dem benachbarten Bestrahlungsfeld liegt, und Erzeugen einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen der Verbindung für die Station, und
(b) besagter Endschritt, wenn simulierte Erlaubnisse zum Herstellen der Verbindung für die anrufende und die angerufene Station erzeugt sind, Übertragen einer Sendeerlaubnis für die anrufende Station und von Steuerwerten der Phasenverschiebung und Leistung durch die Steuerstation zum Satelliten umfaßt, um die strahlenden Einrichtungen im Satelliten gemäß der durchgeführten Simulation der Verkleinerungen, Vergrößerungen und Veränderungen der Bestrahlungsfelder zu rekonfigurieren.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfahrung umfaßt die erste Alternative parallel zu den ersten Schritten:
(a10') Bestimmen eines Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche unter allen Bestrahlungsfeldern, und
(a11') iteratives Verkleinern der Ausdehnung jedes Bestrahlungsfeldes mit Ausnahme des Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche unter Beibehaltung in denjenigen der Stationen, die vor der Anfrage aktiv sind, bis das Bestrahlungsfeld mit kleinster Oberfläche so vergrößert ist, daß die Station mit einer zweiten Antennenverstärkung darin liegt, anschließend
(a12') Auswählen von einem unter dem Bestrahlungsfeld mit kleinster Oberfläche und dem am nächsten liegenden Bestrahlungsfeld in Abhängigkeit von der höheren von der ersten und der zweiten Verstärkung, so daß die Station in dem ausgewählten Bestrahlungsfeld liegt, und
(a13') Erzeugen einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen einer Verbindung für die Station, wenn einer der dem ausgewählten Bestrahlungsfeld zugeordneten Kanäle frei ist.
Als Variante können die zwei ersten Schritte der ersten Alternative ersetzt werden durch die oben angegebenen Bestimmungsund Verkleinerungsschritte (a10') und (a11').
Die Steuerstation umfaßt Einrichtungen zur numerischen Simulationsverarbeitung, die es ermöglichen, sämtliche auf die vorgenannten Schritte bezogenen Rechnungen durchzuführen. Um das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar zu machen, insbesondere hinsichtlich der Dauer der Simulation durch die Steuerstation, sind die Bestrahlungsfelder zu jedem Zeitpunkt in der Steuerstation in Form von diskreten, Umrißpunkten der Bestrahlungsfelder zugeordneten Punkten in einem transformierten Koordinatensystem gespeichert, das definiert ist durch:
u = sin θ cos Φ
v = sin θ sin Φ,
wobei θ und Φ jeweils Zenit- und Azimutwinkel-Koordinaten in einem sphärischen Koordinatensystem bezeichnen, das auf die strahlenden Einrichtungen, d.h. die Antenne des Satelliten, zentriert ist.
Diese Näherung der tatsächlichen Umrisse der Bestrahlungsfelder durch vieleckige Umrisse ermöglicht vorteilhafte Verfahren der Berechnung durch die Steuerstation.
So umfaßt gemäß einem ersten Aspekt dieser Berechnungsverfahren die Bestimmung eines besagter jeder Station am nächsten liegenden Bestrahlungsfeldes ferner eine Inkrementierung eines Richtkoeffizienten zum Definieren eines Geradenbündels, das durch einen der Station zugeordneten Punkt verläuft und Seiten von Bestrahlungsfeld-Vielecken schneidet, eine Berechnung der Abstände zwischen dem der Station zugeordneten Punkt und den Schnittpunkten der Geraden mit den Seiten der Vielecke und ein Auswählen des kleinsten Abstandes unter den berechneten Abständen, um das Bestrahlungsfeld zu bestimmen, das eine dem zugeordneten Punkt am nächsten liegende Seite hat.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Berechnungsverfahren kann die Ausdehnungsverkleinerung eines der besagten anderen Bestrahlungsfelder ferner für jede Seite eines dem anderem Bestrahlungsfeld in dem transformierten Koordinatensystem zugeordneten Vieleckes die in Anspruch 7 oder 8 genannten Unterschritte umfassen.
Der in Schritt (a&sub2;&sub1;) vorgesehene Stationslastaustausch zwischen dem gegebenen Bestrahlungsfeld und dem benachbarten Bestrahlungsfeld umfaßt vorzugsweise die in Anspruch 9 genannten Unterschritte.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung von mehreren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezug auf entsprechende beigefügte Zeichnungen:
- Fig. 1 zeigt eine Satellitennetzanlage, die u.a. einen Satelliten und eine Mehrzahl von Bodenstationen umfaßt;
- Fig. 2 zeigt schematisch eine Antenne mit strahlenden Elementen an Bord des Satelliten, die von einem Strahlkonfigurationsnetz versorgt wird;
- Fig. 3 zeigt ein mit der Antenne des Satelliten verknüpftes sphärisches Koordinatensystem, das für eine im Rahmen der Erfindung durchgeführte Koordinatentransformation nützlich ist;
- Fig. 4 zeigt ein Diagramm von Bestrahlungsfeldern in einem transformierten Koordinatensystem;
- Fig. 5 ist ein Hauptalgorithmus für die Konfiguration von Satellitenstrahlen gemäß der Erfindung;
- Fig. 6 bzw. 7 sind zwei Algorithmen, die auf Unterschritte des in Fig. 5 gezeigten Hauptalgorithmus bezogen sind;
- Fig. 8 und 9 sind Diagramme von Bestrahlungsfeldern im transformierten Koordinatensystem, bezogen auf die Verkleinerung eines Bestrahlungsfeldes bzw. die Einfügung einer Bodenstation in ein Bestrahlungsfeld;
- Fig. 10 ist ein Diagramm von Bestrahlungsfeldern in Beziehung zum Algorithmus aus Fig. 6;
- Fig. 11 ist ein vom in Fig. 5 gezeigten Hauptalgorithmus abhängiger Algorithmus, der den Kapazitätsaustausch zwischen benachbarten Strahlen verwaltet; und
- Fig. 12 ist ein Diagramm von zwei Bestrahlungsfeldern bezogen auf den Algorithmus aus Fig. 10.
Bezogen auf Fig. 1 umfaßt eine Satellitennetzanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Satelliten 1, eine Mehrzahl von Bodenstationen S&sub1; bis S&sub8; und eine Steuerstation SC. Beim Empfang ist eine Antenne des Satelliten 1 so konfiguriert, daß sie ein konstantes Gesamtbestrahlungsfeld CG einer gegebenen Erdoberfläche sicherstellt, das aufgrund eines sehr großen Strahlöffnungswinkels FC alle Bodenstationen S&sub1; bis S&sub8; und die Steuerstation SC umfaßt. Eine beliebige Bodenstation S&sub1; bis S8, die über das Satellitennetz eine Verbindung herstellen will, um Informationen zu einer anderen Bodenstation zu übertragen, sendet über den Satelliten 1 eine Anfrage zum Herstellen einer Verbindung zur Steuerstation SC. Diese Anfrage wird in Richtung auf den Satelliten 1 von einem Signalkanal des Empfangsstrahles mit dem globalen Bestrahlungsfeld FC unterstützt, um an die Steuerstation SC weitergeleitet zu werden. In Reaktion auf die Anfrage erzeugt die Steuerstation SC durch Simulation neue Bestrahlungsfelder des Satelliten 1 sowohl für das Senden wie für den Empfang und überträgt über eine spezifische Verbindung Steuerwerte für Strahlformungsnetze, um die Bestrahlungsfelder der Strahlen mehrerer Antennen mit variablem Bestrahlungsfeld des Satelliten 1 zu programmieren.
Zum Beispiel wird mit Bezug auf Fig. 1 angenommen, daß die Bodenstation S&sub5; Informationen zur angerufenen Station S&sub1; übertragen soll; dazu ist es notwendig, gleichzeitig beim Senden den Abwärtsstrahl FD, dessen Bestrahlungsfeld CD die Station S&sub5; nicht umfaßt, und beim Empfang den Aufwärtsstrahl FM, dessen Bestrahlungsfeld CM die Station S&sub1; nicht umfaßt, zu rekonfigurieren.
Wie später gezeigt wird&sub1; steuern die von der Steuerstation SC übertragenen Steuerwerte der Strahlformungsnetze im Satelliten Phasenschieber und Leistungsteiler, die Signale an ein oder mehrere strahlende Elemente von Sendeantennen des Satelliten 1 senden bzw. von ein oder mehreren strahlenden Elementen von Empfangsantennen des Satelliten 1 empfangen.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das Einfügen von Bodenstationen in neue Bestrahlungsfelder, sondern umfaßt auch die Verkleinerung von Bestrahlungsfeldern, um eine hohe Antennenverstärkung und damit Verbindungen hoher Qualität hinsichtlich der Fehlerrate aufrechtzuerhalten, den Austausch von Kapazität zwischen benachbarten Bestrahlungsfeldern, um die Sättigung der Kapazität eines Strahles zu beheben, etc.
Wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, umfaßt eine Antenne mit strahlenden Elementen, zum Beispiel vom Plattentyp, eine Anzahl von strahlenden Elementen ER&sub1; bis ERN von möglicherweise sehr hoher Zahl, die auf der Oberfläche der Antenne verteilt sind. Der Antenne, von der hier angenommen wird, daß sie im Sendebetrieb arbeitet, ist ein Strahlformungsnetz (nicht dargestellt) vorgeschaltet. Dieses Strahlformungsnetz umfaßt u.a. variable Leistungsteiler und variable Mikrowellen-Phasenschieber, die jeweils den strahlenden Elementen zugeordnet sind und durch Einrichtungen zur Veränderung der Strahlorientierung gesteuert werden. Durch geeignete Auswahl von Phasenverschiebungen in den Phasenschiebern und von Leistungsverteilungen durch die Leistungsteiler werden diverse Strahlungsdiagramme der Antenne erzeugt. Die Anderungen dieser Phasenverschiebungen und Leistungsverteilungen verändern die Neigung der Phasenfläche in bezug auf die Oberfläche der strahlenden Elemente und die Antennenverstärkung und dadurch die Orientierung des von der Antenne erzeugten Strahles und den Öffnungswinkel des Strahles. So werden verschiedene Strahlungsdiagramme als Verstärkung in Abhängigkeit vom Winkel β zwischen der Richtung der Strahlung und der Achse z'z der Antenne erhalten.
Für eine optimale Kopplung sind die strahlenden Elemente untereinander sehr gering beanstandet, und an jedem Punkt M in gegebenem Abstand von der Antenne resultiert die Strahlung aus dem jeweiligen Beitrag jedes einzelnen strahlenden Elementes.
Beim Empfang ist das Funktionsprinzip der Antenne identisch: Phasenschieber und Leistungsteiler werden geeignet gesteuert, um der Antenne für einen gegebenen Raumwinkel der Antenne des Satelliten 1, der einen Empfangsstrahl definiert, eine optimale Verstärkung zu verleihen.
Das Funktionsprinzip von Antennen mit strahlenden Elementen wird nicht genauer behandelt und wird als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt.
Genauso wird auch die Berechnung der Phasen- und Amplitudensteuerwerte der strahlenden Elemente der Sende- und Empfangsantennen durch die Steuerstation SC in Abhängigkeit von den durch Simulation im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen optimalen Bestrahlungsfelder nicht genauer erläutert. Es sei jedoch bemerkt, daß die Steuerstation SC Recheneinrichtungen enthält, um diese Steuerwerte zu gewinnen, die über die spezifische Verbindung an die Strahlformungsnetze im Satelliten 1 übertragen werden. Numerische Verfahren zum Berechnen dieser Steuerwerte anhand von gewünschten Bestrahlungsfeldern sind z.B. das Minimum-Maximum-Verfahren und das Verfahren der kleinsten Quadrate.
Mit Bezug auf Fig. 3 wird nun auf ein Verfahren zum Speichern der Umrisse der Bestrahlungsfelder durch die Steuerstation SC eingegangen. Diese Steuerstation SC soll nach Empfang einer Anfrage und der simulierten Veränderung von Strahlumrissen, wie nachfolgend beschrieben wird, überprüfen, daß die minimale Verstärkung für jeden Umriß eines Bestrahlungsfeldes größer ein Minimalwert ist, der einer minimalen Qualität der Verbindungen für diesen Strahl entspricht. Es ist nicht denkbar, daß eine solche Berechnung der minimalen Verstärkung kontinuierlich für einen gesamten Umriß eines Bestrahlungsfeldes durchgeführt wird. Diese Lösung würde nämlich zur Verwendung von komplizierten Algorithmen und damit zu sehr langen Rechenzeiten führen.
In der Praxis und analog zu Verfahren zur Darstellung von Erdoberflächen durch Digitalrechner speichert die Steuerstation SC die Umrisse von Bestrahlungsfeldern in einer diskreten Form. So werden die Verstärkungsberechnungen am Umriß des Bestrahlungsfeldes jedes Strahles nur für eine bestimmte Anzahl diskreter Punkte dieses Umrisses durchgeführt.
Zu diesem Zweck wird ein Winkelabstand ausgewählt, um eine "Schrittweite" zwischen jedem diskreten Punkt der Darstellung des Bestrahlungsfeldes zu definieren. Dieser Winkelabstand resultiert aus einem Kompromiß zwischen der Genauigkeit der an den Bestrahlungsfeldumrissen durchgeführten Verarbeitungen oder Rechnungen und der Schnelligkeit dieser Verarbeitungen durch die digitalen Verarbeitungseinrichtungen in der Steuerstation SC.
Außerdem kann ausgehend von dieser diskreten Darstellung eines Bestrahlungsfeldes das tatsächliche Bestrahlungsfeld durch Verwendung von Algorithmen vom Minimum-Maximum-Typ oder vom Typ der kleinsten Quadrate erhalten werden. Das tatsächliche Bestrahlungsfeld erlaubt es, Steuerwerte für die Strahlformungsnetze abzuleiten. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein beliebiger Punkt P eines auf eine Antenne mit strahlenden Elementen des Satelliten 1 zentrierten dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems (0, x, y, z) mit sphärischen Koordinaten (θ, Φ, r) bezeichnet. Um einen Strahl und damit einen Raumwinkel zu charakterisieren, sind nur die Winkelkoordinaten, Zenit θ und Azimut Φ, notwendig. Für die Speicherung von Bestrahlungsfeldern durch die zentrale Station SC ist es jedoch vorteilhafter, in einem transformierten kartesischen Koordinatensystem (u, v) zu arbeiten.
In diesem transformierten Koordinatensystem (u, v) sind die zur Parametrisierung eines Raumwinkels, hier eines Strahles, notwendigen sphärischen Koordinaten in Koordinaten (u, v) in die Form
u = sin θ cos Φ
v = sin θ cos Φ
umgewandelt.
Aufgrund der Bijektivität dieser Transformation ist jedes Ergebnis einer im transformierten Koordinatensystem (u, v) durchgeführten Rechnung in das Koordinatensystem mit sphärischen Koordinaten umsetzbar.
So ist in der Steuerstation SC jeder Bestrahlungsfeldumriß in Form einer Anzahl diskreter Punkte dieses Umrisses im transformierten Abtastkoordinatensystem (u, v) gespeichert. Ergänzende Elemente zu den oben genannten Begriffen sind in dem Artikel "Spacecraft multi-beam and contoured-beam antennas" von P. Balling, erschienen in Agard Lecture Series LS-151, Seiten 4-1 bis 4-23, 1987 offenbart.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist jedes am Boden im wesentlichen kreisförmige Bestrahlungsfeld im transformierten Koordinatensystem (u, v) in einer diskreten Form durch einen geschlossenen, durch Geradenstücke dargestellten Polygonzug C&sub1;, C&sub2;, C&sub3; dargestellt. Jeder Umriß bildet eine Linie gleicher Verstärkung, in deren Innerem die Verstärkung größer als eine garantierte Minimalverstärkung ist, die einer bestimmten Fehlerrate oder Verbindungsqualität entspricht.
Die Hauptschritte des Verfahrens zum Rekonfigurieren von Bestrahlungsfeldern eines Satelliten werden nun mit Bezug auf Fig. 5 dargestellt.
Zu Beginn eines Anfangsschrittes E&sub0;&sub0; sendet eine Station Sk, die eine Verbindung mit einer Station Sl herstellen soll, um Informationen an sie zu übertragen, vorab eine Anfrage zum Herstellen einer Verbindung aus, die u.a. ihre Adresse k und die Adresse l der angerufenen Bodenstation Sl umfaßt. Diese Anfrage, die vom Signalkanal des Empfangsstrahles mit globalem Bestrahlungsfeld CG unterstützt wird, wird vom Satelliten 1 empfangen und an die Steuerstation SC weitergeleitet. Die Steuerstation SC umfaßt Simulationseinrichtungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere Einrichtungen zum Speichern des digitalisierten diskreten Bildes des vom Satelliten gesehenen globalen Bestrahlungsfeldes am Boden im Koordinatensystem (u, v). In Reaktion auf diese Anfrage erzeugt die Station SC eine Sendeerlaubnis oder auch eine Verweigerung, d.h. einen Antrag zum Aufschieben der Anfrage.
Diese Reaktion wird über den Signalkanal an die Bodenstation Sk weitergeleitet.
Wie zuvor angegeben, werden die den Antennen des Satelliten 1 zugeordneten Strahlformungsnetze sowohl beim Empfang rekonfiguriert, damit die anrufende Bodenstation Sk in einem Bestrahlungsfeld mit minimaler Verstärkung einer Antenne des Satelliten 1 liegt als auch beim Senden rekonfiguriert, damit das Bestrahlungsfeld des Sendestrahles einer Antenne des Satelliten 1 die angerufene Station mit einer minimalen Antennenverstärkung abdeckt. Letzterer Punkt ist in Schritt E&sub0;&sub1; des Algorithmus aus Fig. 5 betont. So wird eine von zwei Folgen von nachfolgenden Schritten E&sub1; und E&sub2; als Simulation durch die Station SC für die anrufende Station Sk bzw. für die angerufene Station Sl durchgeführt und die Erlaubnis zum Senden oder die Ablehnung der Anfrage wird von der Station SC in Abhängigkeit davon erzeugt, ob die Simulation nach dem Algorithmus aus Fig. 5 zu einer simulierten Erlaubnis für die anrufende Station Sk und die angerufene Station Sl oder zu einer simulierten Ablehnung für wenigstens eine der zwei Stationen Sk und Sl führt. In der nachfolgenden Beschreibung werden die zwei Stationen Sk und Sl als Station S bezeichnet, wohl wissend, daß die zwei Folgen von nachfolgenden Unterschritten für beide Stationen Sk und Sl durchgeführt werden müssen und als Ergebnis eine simulierte Erlaubnis jeweils für die zwei Stationen Sk und Sl ergeben müssen, damit die Sendeerlaubnis von der Steuerstation SC zur Station Sk übertragen wird.
In der Steuerstation SC sind die Bestrahlungsfelder aller Strahlen sowohl für das Senden wie den Empfang des Satelliten 1 in diskreter Form wie in Fig. 4 dargestellt, d. h. in Form von Vielecken im transformierten Koordinatensystem (u, v) gespeichert. Die "geographische" Position im Koordinatensystem (u, v) und die zugeordnete Adresse jeder Station sind ebenfalls in der Station SC gespeichert.
Ein letzter Anfangs-Unterschritt der Verarbeitung E&sub0;&sub2; des Algorithmus besteht darin, die Zugehörigkeit der Station S zu einem Sendebestrahlungsfeld (wenn S anrufende Station ist) oder zu einem Empfangsbestrahlungsfeld (wenn S angerufene Station ist) bei der gegebenen Konfiguration der Strahlformungsnetze bei Empfang der Verbindungsanfrage zu untersuchen.
Gemäß einer ersten Alternative (Schritt E1) gehört die Station S nicht zu einem Bestrahlungsfeld Ci, die andere Alternative wird später mit Bezug auf Fig. 11 dargestellt. Die Station S liegt wie die Station S&sub1; oder S&sub5; in Fig. 1 außerhalb eines Bestrahlungsfeldes. Eine Veränderung des Bestrahlungsfeldes eines der Strahlen ist daher notwendig, um die Station S darin unterzubringen. Die Bestrahlungs felder begrenzen geographische Abschnitte der Erdoberfläche, deren Umrisse Grenzen definieren, an denen Verbindungen mit dem Satelliten 1 mit einer minimalen Qualität hinsichtlich der Antennenverstärkung oder der Übertragungsfehler garantiert ist. Diese Grenzen definieren ebenfalls geographische Punkte, an denen eine minimale Qualität der Verbindung zum Satelliten 1 garantiert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei Fälle für die Auswahl des Bestrahlungsfeldes betrachtet, das verändert werden soll, um die Station S darin unterzubringen: Entweder ist gemäß einem ersten Fall dieses Bestrahlungsfeld dasjenige, das unter allen Bestrahlungsfeldern des Satelliten am Erdboden die kleinste Oberfläche hat, oder gemäß einem zweiten Fall ist dieses Bestrahlungsfeld dasjenige, das der Station S am nächsten liegt. Die zwei Fälle werden von der Steuerstation getrennt verarbeitet, und die Lösung, die die höchste Antennenverstärkung bei der Simulation für die Station S ergibt, wird ausgewählt (Unterschritt E&sub1;&sub5;).
Gemäß dem ersten Fall ergibt sich die Auswahl des Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche aus folgender Feststellung: Das Bestrahlungsfeld mit kleinster Oberfläche bietet die höchste Antennenverstärkung und ist daher am besten geeignet, um zu "wachsen", um die Station S darin unterzubringen und dennoch eine ausreichende Antennenverstärkung aufrechtzuerhalten. Es wird daran erinnert, daß jeder Strahl eine um so höhere Antennenverstärkung bietet, je kleiner der Öffnungswinkel des Strahles ist. Die Bestimmung des Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche findet in der Steuerstation SC statt, indem in einer Darstellung von der in Fig. 4 gezeigt Art das Bestrahlungsfeld mit minimaler geographischer Überdeckung durch Flächenberechnung bestimmt wird.
Nachdem durch Berechnen das Bestrahlungsfeld mit kleinster Oberfläche Cd bestimmt worden ist (Unterschritt E11a), wird iterativ jedes Ci der Bestrahlungsfelder, wobei 1< i< I ist und I die Zahl der zum Zeitpunkt der Verbindungsanfrage existierenden Bestrahlungsfelder bezeichnet, gemäß einem Verfahren (Unterschritt E12a) verkleinert, das mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben wird, und eine Veränderung eines bestimmten Bestrahlungsfeldes Cd wird so simuliert, daß die Station S in Höhe von dessen Grenze darin liegt (Unterschritt E13a) Verkleinerungen von Bestrah lungsfeldern werden simuliert, bis bei einer Veränderung des Bestrahlungsfeldes Cd zum darin Unterbringen der Station S eine ausreichende Antennenverstärkung an seiner veränderten Grenze und somit an der Station S erreicht werden kann. Sobald eine ausreichende Antennenverstärkung für die Station S an der veränderten Grenze des Bestrahlungsfeldes Cd nach i=L Bestrahlungsfeldverkleinerungen erreicht werden kann, wird ein simuliertes Verstärkungsergebnis aufgezeichnet.
Gemäß dem zweiten Fall wird zunächst das der Station S am nächsten liegende Bestrahlungsfeld Cd bestimmt (Unterschritt E11b). Anschließend wird in derselben Weise wie im vorhergehenden ersten Fall jedes Ci der Bestrahlungsfelder mit 1< i> I, wobei I die Gesamtanzahl der Bestrahlungsfelder ist, verkleinert (Unterschritt E12b), und eine Einfügung der Station S in das bestimmte Bestrahlungsfeld Cd wird simuliert (Unterschritt E13b). In Abhängigkeit von der Verstärkung, die für die Station S an der Grenze des Bestrahlungsfeldes erhalten wird, das verändert wurde, um sie darin unterzubringen, werden andere Bestrahlungsfelder verkleinert, und die theoretischen Verstärkungsergebnisse für die Station S in den jeweiligen veränderten Bestrahlungsfeldern werden aufgezeichnet. Es ist zu beachten, daß die Verkleinerung eines Bestrahlungsfeldes des Satelliten beim Senden oder beim Empfangen den Effekt hat, daß die vom Satelliten für dieses Bestrahlungsfeld verwendete Leistung verringert wird. Unter Berücksichtigung der am Satelliten verfügbaren Gesamtleistung ermöglicht die Verkleinerung eines Bestrahlungsfeldes Ci die Vergrößerung eines anderen Bestrahlungsfeldes, hier Cd. Es können Prioritäten für die Reihenfolge der Auswahl der zu verkleinernden Bestrahlungsfelder Ci definiert werden. So kann es interessant erscheinen, anfangs das Bestrahlungsfeld Cd zu verkleinern.
Wie in Unterschritt E&sub1;&sub5; in Fig. 5 angegeben, wird in Abhängigkeit von den Antennenverstärkungsergebnissen, die in den zwei Fällen, nämlich der Auswahl des Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche und der Auswahl des der Station S am nächsten liegenden Bestrahlungsfeldes, der Fall ausgewählt, der die höchste theoretische Antennenverstärkung für die Station S in der Nähe der Grenze des Bestrahlungsfeldes Cd bietet. Eine simulierte Sendeerlaubnis für die Station S wird für die Station Sk erzeugt, wohl wissend, daß simulierte Erlaubnisse zum Senden und zum Empfangen gleichzeitig für die Stationen Sk und Sl erhalten werden müssen, damit die tatsächliche Sendeerlaubnis von der Steuerstation SC übertragen wird.
Die Unterschritte E11a bis E14a und E11b bis E14b, die jeweils die parallelen Verarbeitungen der zwei Fälle der Bestimmung des Bestrahlungsfeldes Cd betreffen, werden nun detailliert beschrieben, wobei insbesondere die Darstellung der Bestrahlungsfelder im transformierten Koordinatensystem (u, v) eingeführt wird.
Die den ersten Fall betreffenden Unterschritte E11a bis E14a werden zunächst untersucht.
Es wird daran erinnert, daß der Schritt Eiia der Bestimmung des Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche im transformierten Koordinatensystem (u, v) durch Flächenberechnung stattfindet.
Die Verkleinerung eines beliebigen Bestrahlungsfeldes Ci im Unterschritt E12a wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben. Im transformierten Koordinatensystem (u, v) ist jedes Bestrahlungsfeld durch ein Vieleck dargestellt, und zum Beispiel das in Fig. 8 dargestellte Bestrahlungsfeld ist durch ein Vieleck mit sechs Ecken I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, I&sub4;, I&sub5; und I&sub6; begrenzt. Für jede Seite (I&sub1;, I&sub2;) , (I&sub2;, I&sub3;) , ... (I&sub5;, I&sub6;) und (I&sub6;, I&sub1;) des Vieleckes wird ein Bündel von zu dieser Seite parallelen parametrisierten Geraden (Δ&sub0;) bis (Δn) bestimmt. Diese parametrisierten Geraden haben den gleichen Richtkoeffizienten tan α4,5 und sind durch die Gleichungen (Fig. 7):
u = (tan α4,5) v + BN
bestimmt, wobei BN ein um einen vorgegebenen Abstand 6 inkrementierter Parameter ist, so daß die Geraden das Vieleck in Richtung des Inneren der Bestrahlungsfeldoberfläche schneiden. Ausgehend von jeder Seite des Vieleckes wählt die Steuerstation SC die erste der parametrisierten Geraden, die eine aktive Bodenstation Si einschließt, indem sie die in der Steuerstation SC gespeicherte diskrete Darstellung des Bestrahlungsfeldes Q. verwendet. In Fig. 8 sind die aktiven Stationen, Sendestationen, wenn S = Sk oder Empfängerstationen, wenn S = Sl, durch Kreise bezeichnet, wohingegen die inaktiven Stationen, d.h. Stationen, die nicht senden oder empfangen, durch Kreuze bezeichnet sind.
Es sei zum Beispiel Sj eine erste aktive Station, die zu einer der Seite (I&sub4;, I&sub5;) am nächsten liegenden Geraden eines Bündels paralleler Geraden gehört. Zwei Varianten werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung für die Verkleinerung des Bestrahlungsfeldes Ci in bezug auf die Seite (I&sub4;, I&sub5;) betrachtet.
Gemäß einer ersten Variante wird das Bestrahlungsfeld (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, I&sub4;, I&sub5;, I&sub6;) transformiert in (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, I&sub4;, Sj, I&sub5;, I&sub6;) für die Seite (I&sub4;, I&sub5;). Bei dieser diskreten Darstellung der Bestrahlungsfelder ist es möglich, daß mehrere Stationen Sj wie etwa zwei Stationen Sj1 und Sj2 gleichzeitig zu einer ersten parametrisierten Geraden des wenigstens eine Station enthaltenden Geradenbündeis gehören. Um das Vieleck (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, I&sub4;, Sj = (Sj1 oder Sj&sub2;) , I&sub5;, I&sub6;) zu bilden, wird diejenige Station Sj1 oder Sj2 ausgewählt, für die Summe der Abstände
(d(Sj, I&sub4;) + d(Sj, I&sub5;))
minimal ist, wobei d den Abstandsoperator bezeichnet. Dieses verkleinerte Vieleck entspricht einer Oberfläche, für die die Verkleinerung des Bestrahlungsfeldes minimal ist.
Gemäß einer zweiten Variante wird das Bestrahlungsfeld (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, I&sub4;, I&sub5;, I&sub6;) bezogen auf die Seite (I&sub4;, I&sub5;) transformiert in (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, P, Q, I&sub6;), wobei P und Q jeweils zwei Schnittpunkte einer ersten Geraden des Bündels paralleler Geraden, die wenigstens eine aktive Bodenstation enthält, mit den Seiten (I&sub3;, I&sub4;) und (I&sub5;, I&sub6;) bezeichnet, die der betrachteten Seite (I&sub4;, I&sub5;) benachbart sind.
Die zwei Unterschritte E12a und E12b der Verkleinerung des Bestrahlungsfeldes des Hauptalgorithmus aus Fig. 5 gemäß den zwei Varianten sind zusammengefaßt im Algorithmus aus Fig. 7. Es ist zu beachten, daß eine Verkleinerung des Bestrahlungsfeldes eines Strahles Ci nicht nur bezogen auf eine Seite wie etwa die Seite (I&sub4;, I&sub6;) des dem Bestrahlungsfeld in dem transformierten Koordinatensystem (u, v) zugeordneten Vieleckes, sondern auch bezogen auf sämtliche Seiten des Vieleckes durchgeführt wird. Nach diesen diversen Verkleinerungen des Vieleckes, deren Anzahl höchstens gleich der Anzahl der Seiten des Vieleckes ist, wird die Verkleinerung des Bestrahlungsfeldes des entsprechendes Strahles beim Senden oder Empfangen im Satelliten 1 durch die Steuerstation SC gesteuert, indem die der entsprechenden Antenne des Satelliten zugeordneten Strahlformungsnetze programmiert werden. Diese Programmierung wird durchgeführt, nachdem simulierte Sende-/Empfangserlaubnisse für die anrufende Station Sk und die angerufene Station S&sub1; erhalten worden sind.
Mit Bezug auf Fig. 9 wird nun der Unterschritt E13a des Einfügens der Station S in das bestimmte Bestrahlungsfeld Cd, hier das Bestrahlungsfeld mit kleinster Oberfläche, durch Simulation in der Steuerstation SC beschrieben. Im Diagramm aus Fig. 9 umfaßt das einem Bestrahlungsfeld Ci zugeordnete Vieleck z.B. vier Ecken I&sub1;, I&sub2;, I&sub3; und I&sub4;. Der Beginn dieses Einfüge-Unterschrittes besteht darin, die der Station S am nächsten liegende Seite (Ip, Ip+1) zu bestimmen, hier (I&sub2;, I&sub3;). Anschließend wird das Bestrahlungsfeld (I&sub1;, I&sub2;, I&sub3;, I&sub4;) in das Bestrahlungsfeld (I&sub1;, I&sub2;, S, I&sub3;, I&sub4;) umgeformt, dessen Oberfläche durch Hinzufügen des Dreieckes (I&sub2;, S, I&sub3;) vergrößert ist, wobei die Station S die in das Bestrahlungsfeld einzufügende anrufende Station Sk oder angerufene Station Sl beim Senden oder Empfangen durch eine Antenne des Satelliten 1 ist.
Da es sich um die Unterschritte E11b des E14b des Hauptalgorithmus handelt, sind die Unterschritte E12b und E13b identisch mit den Unterschritten E12a und E13a, die oben beschrieben worden sind1 und der Unterschritt E11b besteht darin1 durch Sirnulation in der Steuerstation SC das Bestrahlungsfeld Cd zu bestimmen, das der Station S, d.h. der Station Sk oder Sl, am nächsten liegt.
Bezogen auf Fig. 10, die den Unterschritt E11b betrifft, sei Ci mit i = 1,3 oder 4 das der Station S, d. h. der anrufenden Station Sk oder der angerufenen Station Sl, am nächsten liegende Bestrahlungsfeld, das umgeformt werden soll, um diese Station darin unterzubringen. Ein Bündel von durch S verlaufenden Geraden (Δt) mit Koordinaten us und vs ist bestimmt durch die Gleichungen (Fig. 6):
u = (tan αt) v + [us - (tan αt) vs]
durch diskretes Inkrementieren eines Richtkoeffizienten tan αt ausgehend von demjenigen einer vorgegebenen Geraden Δ&sub0; dieses Bündels. Für jede Gerade (Δt) werden ein oder mehrere Schnittpunkte der Geraden (Δt) mit der Seite/den Seiten des Vielecks / der Vielecke berechnet, die der Station S am nächsten liegen. So besitzt beispielsweise in Fig. 10 die Gerade (Δt) zwei Schnittpunkte Mt1 und Mt4 mit zwei entsprechenden Seiten wie etwa (Ip, Ip+1) der den Bestrahlungsfeldern C&sub1; und C&sub4; zugeordneten Vielecke. Durch sukzessive Iterationen der Inkrementierung des das Geradenbündel parametrisierenden Richtkoeffizienten tan αt und des Suchens der Schnittpunkte wird eine Menge von Punkten
Mt = {Mt. Δk (Ip, Ip+1) ≠ {∅}} erhalten.
Anschließend wird der minimale Abstand zwischen dem der Station S zugeordneten Punkt und einem beliebigen der Punkte Mt bestimmt. Die Seite, zu der der Schnittpunkt Mt mit minimalem Abstand von der Station S gehört, ist die des als der Station S am nächsten liegend bestimmten Bestrahlungsfeldes.
Der Algorithmus aus Fig. 6 weist diverse Unterschritte der Bestimmung des der Station S am nächsten liegenden Bestrahlungsfeldes auf (E11b). Bei diesem Algorithmus wird der minimale Abstand iterativ für jede neue pararnetrisierte Gerade (Δt) durch Vergleichen des Abstandes des Punktes Mt dieser Geraden (Δt), der zu einem beliebigen Segment eines Bestrahlungsfeldes gehört, und dem kleinsten bislang gemessenen Abstand bestimmt.
Bislang ist nur die erste Alternative behandelt worden, dergemäß die Station S, Sk oder Sl nicht in einem Sende- oder Empfangsbestrahlungsfeld einer Antenne des Satelliten 1 liegt. Wie durch den Schritt E&sub2; der Hauptalgorithmus (Fig. 5) angegeben, wird nun mit Bezug auf Fig. 11 die zweite Alternative behandelt, dergemäß die Station S in einem Bestrahlungsfeld Ci. liegt.
Es wird angenommen, daß Frequenzbänder jeweils den Strahlen des Satelliten 1 zugeordnet sind, und daß jeder der Strahlen Kanäle in vorgegebener Anzahl NC unterstützt, die zum Beispiel aus Frequenzmultiplex oder einer beliebigen anderen Art von Multiplex resultieren.
Wie im Unterschritt E&sub2;&sub1; in Fig. 11 angegeben, überprüft die Steuerstation SC die Verfügbarkeit der NC Kanäle des Bestrahlungsfeldes Ci, das die Station S abdeckt. Wenn wenigstens einer der NC Kanäle für das Bestrahlungsfeld Ci frei ist, d.h., wenn eine dem Bestrahlungsfeld Ci zugeordnete Modulationsträgerfrequenz von der Station S zum Empfangen oder zum Senden benutzt werden kann, wird der Station S eine simulierte Erlaubnis erteilt. Es wird daran erinnert, daß die tatsächliche Sende/Empfangserlaubnis in der Steuerstation SC simulierte Erlaubnisse sowohl betreffend die anrufende Station Sk als auch die angerufene Station Sl erfordert.
Wenn alle NC Kanäle des Bestrahlungsfeldes Ci belegt sind, sucht die Steuerstation unter den dem die Station S enthaltenden Bestrahlungsfeld Ci benachbarten Bestrahlungsfeldern eines, dessen Strahl einen freien Kanal unterstützt. Diese Suche wird gemäß einer vorgegebenen Prioritätsreihenfolge der benachbarten Bestrahlungsfelder und/oder vorzugsweise durch Auswählen des Bestrahlungsfeldes mit der geringsten Zahl an belegten Kanälen ausgeführt. Zwei Bestrahlungsfelder werden als benachbart bezeichnet, wenn ihr Winkelabstand derart ist, daß zwischen ihnen kein eingeschobenes Bestrahlungsfeld existiert.
Wenn keines der untersuchten, dem Bestrahlungsfeld Ci benachbarten Bestrahlungsfelder wenigstens einen freien Kanal hat, wird die Verbindungsanfrage der Station S abgelehnt oder in eine Stationswarteschlange in der Station SC eingereiht. Unabhängig davon, ob die Station S die anrufende Station Sk oder die angerufene Station Sl ist, wird die Verbindung zwischen den zwei Stationen Sk und Sl dann nicht hergestellt.
Wenn ein erstes, dem Bestrahlungsfeld Ci benachbartes Bestrahlungsfeld, das wenigstens einen freien Kanal hat, erkannt wird, wird ein Unterschritt des Lastaustausches der Strahlen dieser Bestrahlungsfelder durchgeführt, wie bei E&sub2;&sub4; in Fig. 11 angegeben.
Dieser Unterschritt des Lastaustausches zwischen Strahlen ist in Fig. 12 graphisch dargestellt. Gemäß dieser Fig. 12 sei Ci das Bestrahlungsfeld, das ursprünglich die Station 5 enthält und dessen Kanäle alle belegt sind, und Ci+1 sei ein dem Bestrahlungsfeld Ci benachbartes Bestrahlungsfeld mit wenigstens einem freien Kanal, wobei diese zwei Bestrahlungsfelder ursprünglich durch durchgezogene Polygonzüge begrenzt sind.
Zunächst wird im transformierten Koordinatensystem (u, v) die Seite (Ip, Ip+1) des Vieleckes des Bestrahlungsfeldes Ci bestimmt, die der Station S am nächsten liegt. Diese Seite wird vorzugsweise in derselben Weise bestimmt, wie im Unterschritt Elib, in dem ein Bündel von Geraden mit inkrementiertem Richtkoeffizienten verwendet wird. In Fig. 12 ist (12, 13) diese Seite des Bestrahlungsfeldes Ci Anschließend wird das Bestrahlungsfeld Ci verkleinert, indem die zwei Ecken I&sub2; und I&sub3; dieser Seite mit dem Punkt der Station S verbunden werden, so daß die Seite (I&sub2;, I&sub3;) durch die zwei Seiten (I&sub2;, S) und (S, I&sub3;) ersetzt wird, wie in Fig. 12 gestrichelt dargestellt. Die Verkleinerung des Bestrahlungsfeldes Ci kann auch gemäß der in Fig. 8 gezeigten zweiten Variante durchgeführt werden, bei der die Seite (I&sub2;, I&sub3;) durch eine zu dieser parallele Seite (P, Q) ersetzt wird, die durch den Punkt S verläuft.
Anschließend werden für das dem Bestrahlungsfeld Ci benachbarte Bestrahlungsfeld Ci+1, das wenigstens einen freien Kanal besitzt, die zwei Seiten des das Bestrahlungsfeld Ci+1 begrenzenden Vieleckes bestimmt, die der Station S am nächsten sind. Wie zuvor im Unterschritt E11b wird diese Bestimmung mit Hilfe eines Bündels von durch S verlaufenden Geraden mit inkrementiertern Richtkoeffizient durchgeführt. In Fig. 12 sind (I'&sub4;, I'&sub5;) und (I'&sub5;, I'&sub1;) diese zwei Seiten des Bestrahlungsfeldes Ci+1. Anschließend wird das Bestrahlungsfeld Ci+1 vergrößert, um die Station S darin unterzubringen, indem die zwei äußeren Ecken I'&sub1; und I'&sub4; dieser zwei Seiten (I'&sub4;, I'&sub5;) und (I'&sub5;, I'&sub1;) mit dem Punkt der Station 5 verbunden werden, so daß zwei Seiten (I'&sub4;, S) und (S, I'&sub1;) gebildet werden, wie in Fig. 12 gestrichelt dargestellt. So wird die Station S in dem veränderten Bestrahlungsfeld Ci+1 untergebracht, und ein freier Kanal des Strahles dieses Bestrahlungsfeldes Ci+1 wird von der Steuerstation SC der Station S zum Senden oder Empfangen zugewiesen.
Gleichzeitig wird die Adresse der Station S aus den dem Bestrahlungsfeld Ci, zugeordneten Kanalzuordnungsspeicher in der Station SC gestrichen und dieses Bestrahlungsfeld Ci, das ursprünglich die Station S abgedeckt hat, wird verkleinert, indem durch Verändern der Steuerkoeffizienten der Phasenschieber und Leistungsteiler des Konfigurationsnetzes der Antenne des Satelliten 1, die das Bestrahlungsfeld C&sub1; bedient, eine Verringerung der Sende- oder Empfangsleistung dieser Antenne gemäß dem so definierten Bestrahlungsfeld Ci angeordnet wird.
So schafft die Erfindung ein grundlegendes Verfahren zum Rekonfigurieren von Strahlen des Satelliten unter Berücksichtigung der begrenzten Sende- und Empfangsleistung des Satelliten unter Verwendung von diskreten Punkten für jeden Strahlumriß im transformierten Koordinatensystem (u, v), wodurch bestimmte Schritte oder Unterschritte des Verfahrens beträchtlich vereinfacht werden.

Claims

1. Verfahren zum Rekonf igurieren von Bestrahlungsfeldern radioelektrischer Strahlen eines Satelliten (1), der zwischen Sender-Empfänger-Bodenstat ionen ausgetauschte Femmeldungen weiterleitet,

durch Verändern von Steuerwerten der Phasenverschiebung und Leistung von Strahlforrnereinrichtungen, die jeweils strahlenden Einrichtungen besagter Strahlen im Satelliten (1) zugeordnet sind, sowohl beim Empfang bei von Bodenstationen zum Satelliten übertragenen Femmeldungen als auch beim Senden bei vom Satelliten zu Bodenstationen weitergeleiteten Femmeldungen, wobei Femmeldekanäle in vorgegebener Anzahl jedem der besagten Bestrahlungsfelder zugeordnet sind,

zum Herstellen einer Femmeldeverbindung zwischen einer anrufenden (Sk) der Stationen und einer anderen, angerufenen (Sl)der Stationen über den Satelliten (1),

wobei vor dem Verfahren eine Anfrage zum Herstellen der Verbindung von der anrufenden Station (Sk) zu einer Steuerstation (SC) über einen Signalkanal des Satelliten übertragen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß es als Simulation in der Steuerstation (SC) eine erste und eine zweite Alternative getrennt für jede der anrufenden und angerufenen Stationen (Sk, Sl) und dann einen Endschritt umfaßt; wobei

(a&sub1;) - die erste Alternative (E&sub1;), bei der besagte jede Station (S) in keinem der Bestrahlungsfelder liegt, folgende Schritte umfaßt:

(a&sub1;&sub0;) - Bestimmen (E11b), unter allen Bestrahlungsfeldern, eines der Station (S) am nächsten liegenden Bestrahlungsfeldes (Cd),

(a&sub1;&sub1;) - iteratives Verringern der Ausdehnung (E12b, E13b) jedes Bestrahlungsfeldes (Ci) mit Ausnahme des am nächsten liegenden Bestrahlungsfeldes (Ci), bis das am nächsten liegende Bestrahlungsfeld (Cd) so verändert ist, daß die Station (S) mit einer ersten Antennenverstärkung darin liegt, und

(a&sub1;&sub2;) - Erzeugen (E&sub1;&sub6;) einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen einer Verbindung für die Station (S), wenn einer der dem am nächsten liegendem Bestrahlungsfeld zugeordneten Kanäle frei ist, und

(a&sub2;) - die zweite Alternative (E&sub2;), bei der besagte jede Station (S) in einem gegebenen Bestrahlungsfeld (Ci) liegt, einen der zwei folgenden Schritte umfaßt:

(a&sub2;&sub0;) - wenn wenigstens einer der dem gegebenen Bestrahlungsfeld zugeordneten Kanäle frei ist, Erzeugen (E&sub2;&sub2;) einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen einer Verbindung für die Station (S),

(a&sub2;&sub1;) - wenn alle dem gegebenen Bestrahlungsfeld (Ci) zugeordneten Kanäle belegt sind (E&sub2;&sub3;), Suchen (E&sub2;&sub5;) eines Bestrahlungsfeldes, das der Station (S) benachbart ist und einen freien zugeordneten Kanal bietet, und, bei erfolgreicher Suche, Stationslastaustausch zwischen dem gegebenen Bestrahlungsfeld (Ci) und dem benachbarten Bestrahlungsfeld (Ci+1) durch Verkleinern des gegebenen Bestrahlungsfeldes und Vergrößern des benachbarten Bestrahlungsfeldes, so daß die Station in dem benachbarten Bestrahlungsfeld liegt, und Erzeugen einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen der Verbindung für die Station (S), und

(b) - der Endschritt, wenn simulierte Erlaubnisse zum Herstellen einer Verbindung sowohl für die anrufende Station (Sk) als auch die angerufene Station (Sl) erzeugt sind, Übertragen einer Sendeerlaubnis für die anrufende Station (Sk) und von Phasenverschiebungs- und Leistungssteuerwerten durch die Steuerstation (SC) zum Satelliten (1) umfaßt, um die strahlenden Einrichtungen im Satelliten (1) gemäß der durchgeführten Simulation der Verkleinerungen, Vergrößerungen und Veränderungen der Bestrahlungsfelder zu rekonfigurieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Alternative parallel zu den ersten Schritten umfaßt:

(a10') - Bestimmen (Eiia), unter allen Bestrahlungsfeldern, eines Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche

(a11') - iteratives Verkleinern der Ausdehnung (E12a, E13a) jedes Bestrahlungsfeldes (Ci) mit Ausnahme des Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche unter Beibehaltung in denjenigen der Stationen, die vor der Anfrage aktiv sind, bis das Bestrahlungsfeld mit kleinster Oberfläche (Cd) so vergrößert ist, daß jede Station (5) mit einer zweiten Antennenverstärkung darin liegt, dann

(a12') - Auswählen (E&sub1;&sub5;) eines der Bestrahlungsfelder mit kleinster Oberfläche und dem am nächsten liegenden Bestrahlungsfeld in Abhängigkeit von der höheren von der ersten und der zweiten Verstärkung, so daß die Station (S) in dem ausgewählten Bestrahlungsfeld liegt, und

(a13') - Erzeugen (E&sub1;&sub6;) einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen einer Verbindung für jede Station (S), wenn einer der dem ausgewählten Bestrahlungsfeld zugeordneten Kanäle frei ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Alternative als Ersatz für die ersten Schritte umfaßt:

(a10') - Bestimmen (E11a), unter allen Bestrahlungsfeldern, eines Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche (Cd),

(a11') - iteratives Verringern der Ausdehnung (E12a, E13a) jedes Bestrahlungsfeldes (Ci) mit Ausnahme des Bestrahlungsfeldes mit kleinster Oberfläche unter Beibehaltung in diesen der Stationen, die vor der Anfrage aktiv sind, bis das Bestrahlungsfeld mit kleinster Oberfläche (Cd) vergrößert ist, daß jede Station (S) mit einer zweiten Antennenverstärkung darin liegt, und

(a&sub1;&sub3;) - Erzeugen (E&sub1;&sub6;) einer simulierten Erlaubnis zum Herstellen einer Verbindung für jede Station (S), wenn einer der dem Bestrahlungsfeld mit kleinster Oberfläche zugeordneten Kanäle frei ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleinerungen der Bestrahlungsfelder bei der ersten Alternative gemäß einer vorbestimmten Prioritätsreihenfolge stattfinden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Zeitpunkt die Bestrahlungsfelder in der Steuerstation (SC) in Form von diskreten, Umrißpunkten der Bestrahlungsfelder zugeordneten Punkten in einem transformierten Koordinatensystem (u, v) gespeichert sind, das definiert ist durch:

u = sin θ cos Φ

v = sin θ sin Φ,

wobei θ und Φ jeweils Zenit- und Azimut-Winkelkoordinaten in einem sphärischen Koordinatensystem bezeichnen, das auf die strahlenden Einrichtungen des Satelliten (1) zentriert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung (E11b) eines jeden Station (S) am nächsten liegenden Bestrahlungsfelds Cd) ferner umfaßt: eine Inkrementierung eines Richtkoeffizienten (tan αt zum Definieren eines Geradenbündels (Δt), das durch einen jeder Station (S) zugeordneten Punkt verläuft und Seiten von Bestrahlungsfeld-Vielecken schneidet, eine Berechnung der Abstände zwischen dem der Station (S) zugeordneten Punkt und den Schnittpunkten der Geraden mit den Seiten der Vielecke und ein Auswählen des kleinsten Abstands unter den berechneten Abständen, um das Bestrahlungsfeld zu bestimmen, das eine dem zugeordneten Punkt am nächsten liegende Seite hat.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungsverkleinerung (E&sub1;&sub2;) eines der anderen Strahlungsfelder ferner für jede Seite (I&sub4;, I&sub5;) eines dem anderen Bestrahlungsfeld in dem transformierten Koordinatensystem (u, v) zugeordneten Vielecks umfaßt: eine Inkrementierung eines Parameters (Bn) zum Definieren eines zu der Seite parallelen Geradenbündels (Δn) und die Bestimmung eines einer in dem anderen Bestrahlungsfeld liegenden ersten aktiven Station (Sj) mit einem Geradenstück des Bündels zugeordneten Schnittpunkts, so daß das Geradenstück (PQ) eine Seite des Vielecks des verkleinerten anderen Bestrahlungsfeldes bildet.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungsverkleinerung (E&sub1;&sub2;) eines der anderen Bestrahlungsfelder ferner für jede Seite (I&sub4;, I&sub5;) eines dem anderen Bestrahlungsfeld in dem transformierten Koordinatensystem (u, v) zugeordneten Vielecks umfaßt: eine Inkrementierung eines Parameters (Bn) zum Definieren eines zu der Seite parallelen Geradenbündels (Δn) die Bestimmung wenigstens eines wenigstens einer ersten in dem anderen Bestrahlungsfeld liegenden aktiven Station (Sj) mit einer Geraden des Bündels zugeordneten Schnittpunkts und das Verbinden des einer ersten aktiven Station zugeordneten Schnittpunkts mit den zwei Enden der Seite, um zwei Seiten (I&sub4;Sj, SjI&sub5;) des verkleinerten Bestrahlungsfeldes zu bilden, wobei der bestimmte Schnittpunkt einen Punkt bezeichnet, für den die Summe der Abstände zu den zwei Enden der Seite im wesentlichen minimal ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stationszuständigkeitsaustausch zwischen dem gegebenen Bestrahlungsfeld (Ci) und dem benachbarten Bestrahlungsfeld (Ci+1) umfaßt: das Bestimmen einer ersten Seite (I&sub2; I&sub3;) eines dem gegebenen, der Station (S) am nächsten liegenden Bestrahlungsfeld zugeordneten Vielecks, das Verkleinern des gegebenen Bestrahlungsfeldes durch Ersetzen der ersten Seite (I&sub2; I&sub3;) durch zwei Seiten (I&sub2; S; S I&sub3;), die die Enden der ersten Seite mit einem der Station zugeordneten Punkt verbinden, das Bestimmen von zwei der Station (S) am nächsten liegenden zweiten Seiten (I'&sub1; I'&sub5;, I'&sub5; I'&sub4;) des benachbarten Bestrahlungsfeldes und das Vergrößern des benachbarten Bestrahlungsfeldes durch Ersetzen der zwei zweiten Seiten durch zwei Seiten (I'&sub1; S, S I'&sub4;), die die gegenüberliegenden Enden der zwei zweiten Seiten mit dem der Station (S) zugeordneten Punkt verbinden.