EA004692B1 - Система спутниковой связи - Google Patents

Система спутниковой связи Download PDF

Info

Publication number
EA004692B1
EA004692B1 EA200300410A EA200300410A EA004692B1 EA 004692 B1 EA004692 B1 EA 004692B1 EA 200300410 A EA200300410 A EA 200300410A EA 200300410 A EA200300410 A EA 200300410A EA 004692 B1 EA004692 B1 EA 004692B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
satellite
signal
quasi
spread spectrum
spread
Prior art date
Application number
EA200300410A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200300410A1 (ru
Inventor
Герхард Бетшайдер
Ги Арль
Original Assignee
Сес Астра С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сес Астра С.А. filed Critical Сес Астра С.А.
Publication of EA200300410A1 publication Critical patent/EA200300410A1/ru
Publication of EA004692B1 publication Critical patent/EA004692B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/19—Earth-synchronous stations
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/204—Multiple access
    • H04B7/216—Code division or spread-spectrum multiple access [CDMA, SSMA]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service
    • H04B7/18569—Arrangements for system physical machines management, i.e. for construction operations control, administration, maintenance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к системе спутниковой связи, включающей в себя мобильный пользовательский терминал. Для создания системы спутниковой связи, обеспечивающей в любой заданной области земной поверхности связь с мобильным пользовательским терминалом через обычные спутники связи, на наклоненной орбите эксплуатируют квази-геостационарный спутник, передающий сигнал s'(t) нисходящей линии связи с расширенным спектром в заданную область земной поверхности, который принимается и сжимается по спектру мобильным пользовательским терминалом.

Description

Настоящее изобретение относится к системе спутниковой связи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу облучения заданной области земной поверхности сигналом, нисходящей линии связи, который должен приниматься мобильным пользовательским терминалом.
Спутники связи, особенно те из них, что находятся на геостационарной околоземной орбите (ГОО), обеспечивают эффективную платформу для ретрансляции радиосигналов с наземной станции на множество параболических антенн, предназначенных для непосредственного приема спутникового вещания. Коммерческая система спутниковой связи состоит из космического сегмента и наземного сегмента. В принципе, космическая система из состава ГООсистемы включает в себя спутник, функционирующий на орбите, и аппаратуру слежения, телеметрии и выдачи команд (СТиК), которая управляет функционированием спутника.
Для фактического приема услуг большинства из существующих геостационарных спутниковых систем пользователю требуется пятидесятисантиметровая параболическая антенна, предназначенная для практически безошибочного приема. При использовании этого типа антенны для мобильного пользовательского терминала необходимо автоматическое слежение. Однако, автоматическое слежение можно реализовать только посредством слежения за установленным на спутнике маяком в замкнутом контуре. Очевидно, что такое слежение в замкнутом контуре является очень дорогостоящим, и для него даже может потребоваться использование платформы с инерциальным управлением для мобильной антенны. Другая возможность реализации мобильной связи с геостационарным спутником состоит в использовании антенн с электронным управлением. По сравнению с механическим слежением это решение упрощает крепление антенны, но для него все равно требуется дорогостоящая система слежения в замкнутом контуре. Наконец, в случае большого угла места спутника можно рассмотреть использование направленных антенн с фиксированной ориентацией в направлении зенита, имеющих достаточно большую ширину луча на уровне 3 дБ. Однако это применимо лишь к небольшому числу заданных областей земной поверхности.
Известно несколько решений, содействующих использованию мобильного приемника в составе системы спутниковой связи.
Из патента США № 5463656А известно использование комбинации сжатия полосы пропускания видеосигнала, обработки сигналов с расширенным спектром и электронно управляемой фазированной антенной решетки с круговой апертурой для обеспечения качественной широковещательной видеосвязи с авиатранспортом по линии спутниковой связи. Для этой цели предполагается использование обычного геостационарного спутника С-диапазона или Кидиапазона.
Из патента США № 6075969А известно уменьшение размера приемных антенн Сдиапазона или Ки-диапазона из состава существующих спутниковых конфигураций. Во избежание нежелательных взаимных помех с другими спутниками приемная антенна сконструирована с провалами в диаграмме направленности в тех орбитальных положениях, в которых находятся спутники, являющиеся потенциальными источниками взаимных помех. Более того, расширение полосы частот уменьшает плотность энергии до уровня, находящегося ниже ограничения, установленного Федеральной Комиссией Связи США.
Из патента США № 3836969А известно использование спутника связи на квазигеостационарной орбите, имеющей заданное наклонение по отношению к экваториальной плоскости Земли. Наклонение и ориентация спутника таковы, что его угол наклонения остается ограниченным своим начальным значением в течение всего срока существования рассматриваемого спутника, так что отпадает необходимость в бортовом средстве коррекции орбитального положения по направлению север-юг. Более того, на наклоненных орбитах используют дополнительные спутники, причем наклонение спутниковых орбит по отношению к любым другим орбитам, и средство переключения выполняет переключение от одного спутника к другому в заданные моменты времени в течение года. В этом документе рассмотрено функционирование спутника на наклоненной орбите в связи с ограниченным запасом ракетного топлива на спутнике, но не в связи с мобильной связью.
Задачей настоящего изобретения является создание системы спутниковой связи, которая обеспечивает связь с мобильным пользовательским терминалом посредством обычных спутников связи в любой заданной области земной поверхности.
Эта задача решается посредством способа, соответствующего пп.1-8 формулы изобретения, и пользовательского терминала, соответствующего пп.9-11 формулы изобретения.
Способ облучения заданной области земной поверхности сигналом нисходящей линии связи включает в себя этапы функционирования квазигеостационарного спутника на наклоненной орбите и передачи сигнала §'(!) прямой линии связи с расширенным спектром от упомянутого квазигеостационарного спутника в заданную область земной поверхности.
Термин квазигеостационарный спутник в контексте настоящего изобретения означает любой спутник, который в среднем сохраняет свое геостационарное положение по отношению к заданному значению широты на земной по3 верхности, и в то же время подвержен возмущениям вследствие заданного наклонения по отношению к экваториальной плоскости Земли.
На фиг. 2 приведена траектория перемещения спутника, наблюдаемая с наземных станций вследствие ненулевого угла наклонения, то есть вследствие функционирования на наклоненной орбите. В частности, результатом такого перемещения являются суточные колебания спутника по направлению север-юг. При наличии угла наклонения в несколько градусов подобное перемещение становится неприемлемым для обычных передач с высокой шириной полосы.
На первый взгляд, функционирование на наклоненной орбите нежелательно для геостационарных спутников, так как ненулевой угол наклонения обуславливает суточное перемещение спутника по восьмерке, приводящее к ухудшению свойств приема. Однако, преимущество совмещения функционирования на наклоненной орбите со связью с расширенным спектром заключается в том, что видимое суточное перемещение спутника позволяет использовать концепцию разнесенного приема. Даже в те моменты, когда спутник находится в положениях, неблагоприятных по отношению к заданной области земной поверхности, связь попрежнему возможна благодаря увеличенному отношению сигнал-шум, которое достигается модуляцией с расширением спектра. Еще одно преимущество, обусловленное увеличенным отношением сигнал-шум, заключается в том, что ориентация принимающей антенны мобильного пользовательского терминала по отношению к антенне нисходящей линии связи оказывается более толерантной к рассогласованиям, которые могут быть обусловлены перемещением соответствующего транспортного средства.
Дополнительное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что ограниченные орбитальные сектора можно использовать более эффективно.
Модуляция с расширением спектра и соответствующая ей демодуляция представляют собой способ связи, в котором перед передачей по каналу спектр подлежащего передаче модулированного сигнала расширяют (увеличивают), а затем в приемнике сужают (уменьшают) на ту же величину. Наиболее популярными способами расширения спектра являются прямая модуляция последовательностью (ПМП) и модуляция со скачкообразным изменением частоты (СИЧ).
Прямая модуляция последовательностью формируется посредством линейного модулирования выходной последовательности генератора псевдослучайных чисел цепочкой импульсов, каждый из которых характеризуется длительностью, называемой временем дрейфа. Этот тип модуляции обычно используют совместно с информационными сигналами, модулирован ными посредством двухпозиционной фазовой манипуляции (ДПФМ). По существу, модулированный сигнал формируют сперва посредством умножения (по модулю 2) чисто информационного потока битов на псевдошумовую последовательность, а затем посредством модуляции фазы несущей результирующим сигналом.
В приемнике псевдошумовой сигнал либо уже имеется, либо данный приемник должен сначала получить этот псевдошумовой сигнал. То есть, локальный генератор псевдошумового сигнала, который формирует в приемнике псевдошумовой сигнал, используемый для сжатия спектра, должен быть выровнен (синхронизирован) в пределах одного кодового элемента псевдошумового сигнала, относящегося к принятому сигналу. Это выполняют посредством использования некоторого типа алгоритма поиска, с помощью которого обычно последовательно проходят локальный псевдошумовой сигнал с шагом по времени, равным доле кодового элемента (например, половине кодового элемента), и в каждой позиции отыскивают высокую степень корреляции между принятым псевдошумовым сигналом и эталонным локальным псевдошумовым сигналом. Поиск прекращают, когда корреляция превосходит заданное пороговое значение, что служит индикатором того, что выравнивание достигнуто. После грубого выравнивания двух псевдошумовых сигналов используют алгоритм отслеживания для поддержания точного выравнивания. Наиболее популярными видами контуров отслеживания являются контур непрерывного слежения за временной задержкой и его вариант с временным мультиплексированием, так называемый контур «1аобййег».
Модуляцию со скачкообразным изменением частоты формируют посредством нелинейного модулирования цепочки импульсов последовательностью сдвигов частоты, формируемых псевдослучайным образом. Этот сигнал модуляции умножают на комплексный информационный сигнал, модулированный посредством многоуровневой частотной манипуляции (МУЧМ). В приемнике сумму переданного сигнала и взаимных помех в канале комплексно умножают на сигнал с идентичной модуляцией со скачкообразным изменением частоты для восстановления переданного сигнала в его исходной форме МУЧМ. Как и в случае с прямой модуляцией последовательностью, приемник должен обнаруживать и отслеживать сигнал со скачкообразным изменением частоты, так чтобы сигнал демодуляции сигнала со скачкообразным изменением частоты, был максимально сходен с сигналом модуляции со скачкообразным изменением частоты.
Важной характеристикой связи с расширенным спектром является выигрыш, обеспечиваемый обработкой, рассматриваемой системы, который определяется как отношение ширины полосы частот расширенного спектра к ширине полосы частот сигнала.
Выигрыш за счет обработки является мерой уменьшения влияния взаимных помех на качество функционирования приемника. Таким образом, даже если спутник выполняет наблюдаемое с наземных станций перемещение по траектории, соответствующей фиг. 2, и, следовательно, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к приему, осуществляемому предназначенными для непосредственного приема спутникового вещания параболическими антеннами, с использованием обычных способов модуляции, прием в рассматриваемом случае становится возможным благодаря использованию способов расширения спектра.
Требуемая вероятность ошибок в принятом и сжатом по спектру полезном сигнале р'(1) может быть достигнута посредством соответствующей подстройки коэффициента расширения спектра или модулирования с расширением спектра. Это можно сделать в предположении о заданном коэффициенте усиления антенны упомянутого пользовательского терминала, так что для обычно используемых антенн вероятность ошибок будет достаточно низкой.
Обычно модуляция с расширением спектра включает в себя этапы формирования псевдошумового сигнала ΡΝ(1) и модуляции полезного сигнала ρ(1) упомянутым псевдошумовым сигналом ΡΝ(1) для формирования упомянутого сигнала 5(1) восходящей линии связи с расширенным спектром. Соответственно, демодуляция, соответствующая модуляции с расширением спектра, включает в себя этапы коррелирования упомянутого сигнала 5'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром с упомянутым псевдошумовым сигналом ΡΝ(1) для формирования упомянутого сжатого полезного сигнала р'(1).
Такое коррелирование упомянутого сигнала 5'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром и упомянутого псевдошумового сигнала ΡΝ(1) реализуется эффективным образом посредством задержки первого псевдошумового сигнала ΡΝ(1) и умножения задержанного первого псевдошумового сигнала ΡΝ(1) на сигнал 5'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром. Псевдошумовой сигнал ΡΝ(1) может представлять собой двоичную псевдошумовую последовательность, которую формируют посредством регистра сдвига с обратной связью или запоминающего устройства, в котором хранится последовательность значений псевдошумового сигнала.
Модуляцию с расширением спектра можно выполнить на наземной станции перед передачей сигнала восходящей линии связи или посредством бортовой обработки на спутнике.
Первый случай включает в себя этапы модулирования сигнала ρ(1) восходящей линии связи посредством модуляции с расширением спектра с определенным коэффициентом расширения для формирования сигнала 5(1) восходящей линии связи с расширенным спектром, передачи этого сигнала 5(1) восходящей линии связи с расширенным спектром на упомянутый квазигеостационарный спутник и преобразования сигнала 5(1) восходящей линии связи с расширенным спектром в упомянутый сигнал 5'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром.
Второй случай включает в себя этапы передачи сигнала восходящей линии связи на упомянутый квазигеостационарный спутник, бортовую обработку на этом квазигеостационарном спутнике сигнала восходящей линии связи посредством модуляции с расширением спектра с определенным коэффициентом расширения для формирования упомянутого сигнала 5'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром.
Цифровая бортовая обработка поддерживает гибкую маршрутизацию бортового трафика и распределение ресурсов на основе запроса. Сигналы передают на спутник, там они принимаются и обрабатываются одним или нескольким модулями спутника. Цифровые бортовые процессоры включают в себя демодуляторы, демультиплексоры, коммутаторы, мультиплексоры, модуляторы и программное обеспечение управления трафиком для регенерации, коммутации и мультиплексирования данных, принимаемых из разных мест. Такие бортовые процессоры называют регенеративными бортовыми процессорами или в сочетании с многолучевыми приемопередающими антеннами - регенеративными многолучевыми бортовыми процессорами, они обеспечивают функциональность межлучевой маршрутизации и быстрой коммутации пакетов (подобно асинхронному режиму передачи (АРП), интернетпротоколу (ИП) и т.д.) с целью поддержки взаимосвязанности с одним скачком частоты. При этом может поддерживаться следующая функциональность:
Объединение сигналов от различных станций/узлов восходящей линии связи, принимаемых через многолучевые или однолучевые антенны от одного или нескольких спутниковых модулей из кластера спутников.
Регенерация данных, коммутация и мультиплексирование.
Распределение ресурсов на основе запроса. Также можно динамически управлять радиопокрытием приема. Бортовой процессор поддерживает полную узловую топологию, позволяющую коммутировать каналы/трафик от любого узла в любой узел (межлучевая маршрутизация). Поэтому, коммутация каналов и лучей выполняется на индивидуальной основе (гибкая маршрутизация).
Бортовое управление трафиком и сбор исходных данных для выставления счетов за услуги связи.
Ί
Бортовой процессор поддерживает приложения с импульсно меняющейся и постоянной битовой скоростью.
Форматирование данных, совместимое с принятыми стандартами нисходящей линии связи (МРЕС, цифровое видеовещание (ЦВВ), и т.д.).
Поддерживает коммутацию пакетов, коммутацию цепей и коммутацию кадров.
Другим семейством бортовых процессоров являются бортовые процессоры ЦВВ, которые выполняют повторное мультиплексирование различных каналов восходящей линии связи в один или несколько транспортных потоков ЦВВ, передаваемых по нисходящей линии связи. Сигналы восходящей линии связи принимаются и перенаправляются на бортовой процессор с целью повторного мультиплексирования, а транспортные потоки перенаправляются на один или несколько спутников кластера для дальнейшей передачи по нисходящей линии связи.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения управление коррекцией орбитального положения упомянутого спутника ограничено коррекцией дрейфа по долготе и коррекцией эксцентриситета. Этот признак делает возможным функционирование спутника на наклоненной орбите при значительно сниженном потреблении ограниченного запаса ракетного топлива. Хотя оборудование системы связи на спутнике требует значительных капиталовложений, обычно время функционирования спутника по порядку величины составляет 12 лет и, в основном, ограничено имеющимся на его борту ракетным топливом.
Для эффективного использования спутников необходимы коррекция орбитального положения и стабилизация, что требует наличия ракетного топлива. В идеальном случае находящийся на геостационарной орбите спутник должен оставаться в фиксированном положении вследствие того, что действующие на него гравитационная и центробежная силы равны. К сожалению, действующие на спутник гравитационные силы непостоянны. Гравитационные силы, действующие на геостационарный спутник со стороны Солнца и Луны, обуславливают изменение угла наклонения спутника. При расчетах орбит также предполагается, что масса Земли распределена равномерно в идеальной сфере. На самом деле Земля имеет слегка яйцеобразную форму. Эта ошибка обуславливает изменение долготы геостационарных спутников.
На спутнике подсистема коррекции орбитального положения представляет собой небольшие ракеты с двигателями малой тяги, которые периодически используют для обратного перемещения спутника до достижения угла наклонения в ноль градусов. Более того, подсистема коррекции орбитального положения также используется для удержания геостационарных спутников на назначенных им долготах. В используемых для коррекции орбитального положения ракетах с двигателями малой тяги используется газ, который хранится в баках на спутниках. Для ракет с двигателями малой тяги часто используют гидразин. Объем газа, хранящегося в баках и предназначенного для ракет с двигателями малой тяги, является одним из основных ограничений для достижения эффективного срока службы геостационарного спутника. С другой стороны, для геостационарных спутников, оборудованных узконаправленными антеннами, ориентированными на конкретные области земной поверхности, требуется все более и более точная коррекция орбитального положения по мере сужения антенных лучей. Такая точность также позволяет использовать антенны наземных станций с фиксированной ориентацией. Более того, принятие для спутников жестких требований к допуску при коррекции орбитального положения обеспечивает лучшее использование орбит геостационарных спутников и радиочастотного спектра. Следовательно, для спутников, несущих высокоэффективные спутниковые приемопередатчики, необходимо выполнять коррекцию орбитального положения с наивысшей точностью.
На фиг. 1 приведено окно коррекции орбитального положения с обычными для геостационарного спутника размерами. Так как на практике невозможно поддерживать спутник в абсолютно неподвижном состоянии по отношению к Земле, типичные спецификации допустимой величины смещения спутника относительно его исходного центрального положения составляют ±0,5° по долготе и широте и 4-10-4 для отклонения эксцентриситета. Для удержания геостационарного спутника в пределах окна коррекции орбитального положения в точке орбиты применяется приращение Δν скорости спутника. Такие приращения скорости являются результатом сил, действующих на центр масс спутника в конкретных направлениях в течение периодов времени, достаточно коротких по сравнению с периодом орбиты, так что эти приращения скорости могут рассматриваться как импульсы. Можно показать, что импульс в φ-направлении изменяет угол наклонения, импульс в гнаправлении изменяет долготу и эксцентриситет, а импульс в λ-направлении изменяет дрейф и эксцентриситет. Поэтому, на спутнике устанавливаются силовые приводы, вырабатывающие силы, перпендикулярные орбите, для управления наклонением и касательные силы. Нет необходимости в формировании тяги в гнаправлении, так как изменение долготы обеспечивается за счет дрейфа, создаваемого λимпульсами дрейфа, которые также позволяют управлять эксцентриситетом. Таким образом, силовые приводы допускают независимое управление перемещениями вне плоскости ор9 биты, так называемая коррекция орбитального положения по направлению север-юг, а также перемещениями в плоскости орбиты, так называемая коррекция орбитального положения по направлению восток-запад.
Коррекция орбитального положения по направлению восток-запад обеспечивается силами тяги, действующими по касательной к орбите в λ-направлении в соответствии с фиг. 1. Можно показать, что коррекция орбитального положения по направлению восток-запад абсолютно необходима для функционирования спутника связи, так как в противном случае естественный дрейф спутника приведет к изменению эксцентриситета, в результате чего спутник перестанет быть геостационарным по отношению к определенному положению на экваторе.
Коррекция орбитального положения по направлению север-юг достигается посредством сил тяги, действующих перпендикулярно к плоскости орбиты, тем самым изменяя ее наклонение. Можно показать, что необходимо корректировать только длительный дрейф вектора наклонения, так как амплитуда периодических возмущений по широте остается меньше 0,1°. Эффект длительного дрейфа составляет дрейф угла наклонения, приблизительно равный 0,8-1° в год.
При рассмотрении окна коррекции орбитального положения, соответствующего фиг. 1, суммарные затраты на коррекцию орбитального положения с целью управления положением по направлению север-юг и управления положением по направлению восток-запад, по порядку величины составляют:
43-48 м/с за год для управления положением по направлению север-юг (коррекции угла наклонения)и
1-5 м/с за год для управления по направлению восток-запад (коррекция дрейфа по долготе и коррекция эксцентриситета).
Когда ракетное топливо оказывается полностью выработанным, коррекция орбитального положения больше не обеспечивается, и спутник дрейфует под воздействием различных возмущений. В частности, он приобретает колебательное движение по долготе относительно точки устойчивого равновесия, в результате чего он захватывает часть пространства вблизи орбиты других геостационарных спутников. В результате была принята специальная процедура, целью которой является удаление спутников с геостационарной орбиты в конце их срока существования. С помощью небольшого количества ракетного топлива, которое зарезервировано для этой цели, спутник помещают на орбиту, более высокую по сравнению с орбитой геостационарных спутников. Следовательно, после этой операции рассматриваемый спутник нельзя использовать для связи, так что все капиталовложения в оборудование связи должны принести прибыль в течение ограниченного срока существования спутника.
В силу того, что важность запуска спутников начала расти десять лет назад, в течение ближайших лет необходимо будет отсортировать множество спутниковых приемопередатчиков вследствие приближающего конца их срока службы. Однако, приемопередатчики связи можно было бы еще использовать в течение нескольких лет, так чтобы срок службы этих спутников в первую очередь ограничивался уменьшающимся запасом имеющегося в наличии ракетного топлива.
С другой стороны, доступные орбитальные сектора геостационарной орбиты также ограничены, в результате чего возрастает важность использования спутников с максимально компактным их расположением в пространстве.
Более того, важным фактором является тот факт, что бюджет коррекции орбитального положения для управления положением по направлению север-юг значительно больше бюджета для управления положением по направлению восток-запад. Следовательно, предлагается прекратить коррекцию угла наклонения посредством управления положением по направлению север-юг, а ограничить управление коррекцией орбитального положения спутника коррекцией дрейфа по долготе и коррекцией эксцентриситета. Вследствие такого ограничения управления положением имеется естественный дрейф в отрицательном направлении оси φ, в результате чего угол наклонения спутника уменьшается каждый год примерно на 0,8°.
Перед вводом ограничения на управление коррекцией орбитального положения спутника коррекцией дрейфа по долготе и коррекцией эксцентриситета спутник можно позиционировать с максимально доступным углом наклонения, так что начальный вектор наклонения оказывается параллельным и противоположно направленным основному направлению естественного дрейфа. В частности, момент для позиционирования спутника с максимально доступным углом наклонения выбирают в самом конце его срока существования перед полным опустошением резервуаров с ракетным топливом. При отсутствии коррекции угла наклонения угол наклонения спутника уменьшается впоследствии примерно на 0,8° в год, и через несколько лет, в конечном итоге, достигает максимального значения, которое определяет окончание функционирования рассматриваемого спутника.
Несмотря на то, что в течение нормального функционирования спутник удерживают в выделенном ему окне коррекции орбитального положения, соответствующем фиг. 1, возможна очень точная широкополосная связь с антеннами наземных станций, имеющими фиксированную ориентацию. Во время этой фазы можно оптимизировать использование канала связи, и амортизация капиталовложений в оборудование спутника произойдет за сравнительно короткое время.
Однако, в соответствии с вышеприведенным описанием в конце срока существования спутника перед полным истощением запаса ракетного топлива этот спутник можно позиционировать с максимально допустимым углом наклонения, так что начальный вектор наклонения оказывается параллельным и противоположно направленным основному направлению естественного дрейфа, и далее используют связь с расширенным спектром. Следовательно, в конце срока существования спутник можно эффективно использовать для служб мобильной связи, для которых требуются небольшие и ненаправленные антенны в составе пользовательского терминала.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, дополнительные спутники эксплуатируют вблизи упомянутого квазигеостационарного спутника, формируя тем самым кластер спутников. Следовательно, можно обеспечить функционирование двух или более спутников на наклоненной орбите, которые выполняют одно и то же видимое перемещение с некоторым сдвигом во времени. Таким образом, один и тот же орбитальный сектор может использоваться множеством спутников более эффективно.
Каждый спутник из упомянутого кластера спутников передает сигнал нисходящей линии связи с расширенным спектром. Если на всех спутниках имеются «прозрачные» (кодонезависимые) приемопередатчики, то все сигналы нисходящей линии связи могут быть одинаковыми, но они могут облучать различные заданные области земной поверхности вследствие разных положений на наклоненной орбите. Если на всех спутниках производится бортовая обработка, то каждый спутник из упомянутого кластера спутников может передать отдельный сигнал 81'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром. В случае множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) каждый передаваемый сигнал 81'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром можно отделить от других за счет использования его собственной последовательности, предназначенной для расширения спектра, с низкой попарной взаимной корреляцией. При использовании МДКР каждому сигналу из набора сигналов назначается его собственная последовательность, предназначенная для расширения спектра. Следовательно, все сигналы занимают одну и ту же полосу частот и передаются одновременно, но различаются приемником посредством используемого ими однозначно определенного кода, предназначенного для расширения спектра. Целесообразно, чтобы синхронный МДКР использовался совместно с ортогональ ными последовательностями, предназначенными для расширения спектра. Это означает, что данный набор последовательностей, предназначенных для расширения спектра, характеризуется сравнительно низкой попарной взаимной корреляцией между любыми двумя последовательностями из данного набора. Если имеет место синхронное функционирование, то можно допустить использование ортогональных последовательностей в качестве последовательностей, предназначенных для расширения спектра, в результате чего подавляются взаимные помехи между пользователями. Следовательно, если передаваемые сигналы 8;'(1) нисходящей линии связи перекрываются в зоне обслуживания на земной поверхности, то можно увеличить доступную ширину полосы. В качестве альтернативы, если не предпринимают мер для выравнивания последовательностей, то система функционирует асинхронно, что вносит взаимные помехи между каналами при множественном доступе, так что конечная пропускная способность канала оказывается ограниченной. Тем не менее, при конструировании системы асинхронный режим может обеспечить большую гибкость.
Соответствующий настоящему изобретению мобильный пользовательский терминал включает в себя мобильную антенну с низкой направленностью, адаптированную для приема передаваемого сигнала §'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром, излученного квазигеостационарным спутником на наклоненной орбите, а также блок обработки, предназначенный для демодуляции упомянутого сигнала §'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром посредством демодуляции, соответствующей модуляции с расширением спектра.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения мобильная антенна адаптирована для приема сигналов с частотой свыше 10 ГГц. Обычно большая часть известных приложений мобильной связи основывается на полосе сверхвысоких частот, составляющей 1,5/1,6 ГГц. Преимущество этих частот в основном состоит в приемлемых свойствах передачи и пригодности для спутниковой передачи. Однако, в пределах этой полосы частот нежелательно задействовать какие-либо способы расширения спектра, так как результирующая ширина полосы оказывается слишком низкой для целей современной связи. Тем не менее, в настоящем изобретении использованием способов расширения спектра преодолено предубеждение о том, что частоты свыше 10 ГГц непригодны для мобильной связи вследствие неудовлетворительных свойств распространения.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, пользовательский терминал включает в себя малую мобильную антенну. Другой важный эффект вводимого выигрыша вследствие обработки состоит в том, что на принимающей стороне взаимные помехи уменьшены. В силу того, что взаимные помехи привносятся после расширения спектра передаваемого сигнала, впоследствии в то время, как выполняемая в приемнике операция сужения спектра сужает спектр полезного сигнала до его исходной ширины полосы частот, одновременно с этим она расширяет спектр нежелательного сигнала (взаимных помех) на ту же величину, тем самым снижая спектральную плотность энергии этого сигнала. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением представлен совершенно новый способ применения спутника связи в конце срока его службы.
В частности, антенна на стороне пользователя может представлять собой ненаправленную плоскую антенну, которую можно удобно встроить в транспортные средства или интегрировать в компьютерные терминалы или портативные компьютеры. Другой возможностью является использование на стороне пользователя адаптивных фазированных антенных решеток на основе планарной технологии. Подобная антенна способна выполнять адаптивное формирование луча таким образом, что оказывается возможным выполнить наведение на главный луч соответствующего спутникового приемопередатчика даже во время движения транспортного средства, так что становится возможным подавить сигналы, приходящие с орбитальных положений спутников, являющихся потенциальными источниками взаимных помех. Это значительно уменьшает количество сигналов, создающих друг другу помехи, так что можно уменьшить выигрыш вследствие обработки и обеспечить более высокую ширину полосы сигнала. Другая возможность заключается в использовании малой параболической антенны с диаметром менее 10 см, которую можно направлять на спутник вручную.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения используют по меньшей мере один дополнительный спутник вблизи рассматриваемого квазигеостационарного спутника. Дополнительным отличительным признаком настоящего изобретения является тот факт, что данную орбитальную группировку можно использовать для предоставления приемнику информационных данных СР8 (глобальной системы навигации и определения положения ГСНОП). Благодаря улучшенным способам измерения дальности в настоящее время положение спутника можно определять с погрешностью, не превышающей одного метра. Следовательно, наземная станция знает координаты спутников с такой же точностью. Для того, чтобы предоставить информационные данные ГСНОП мобильному пользовательскому терминалу, каждый по меньшей мере из двух спутников передает опорный сигнал, причем каждый опорный сигнал включает в себя информацию об эталонной точке отсчета времени и инфор мацию об эталонной орбите для передающего спутника. Обрабатывающее устройство мобильного пользовательского терминала включает в себя процессор определения положения, предназначенный для определения координат мобильного пользовательского терминала на основе опорных сигналов.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения коэффициент расширения регулируется таким образом, чтобы вероятность ошибок между сжатым полезным сигналом р'(1) и полезным сигналом р(1) была меньше требующейся вероятности ошибок в предположении о заданном коэффициенте усиления антенны пользовательского терминала. Разумное значение требующейся вероятности ошибок составляет величину порядка 10-8.
Для того, чтобы наиболее эффективным образом обеспечить требующуюся вероятность ошибок, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения модуляцию с расширением спектра и соответствующую ей демодуляцию совмещают с канальным кодированием и декодированием. Общепринятый подход к канальному кодированию и декодированию состоит в периодическом помещении в передаваемый сигнал известного бита или символа, который можно использовать для обнаружения случаев проскальзывания циклов и, впоследствии, для разрешения возникающих в результате этого неоднозначностей в фазе несущей.
Кодирование с прямым контролем ошибок (кодирование ПКО) является дополнительным инструментом для достижения высокой эффективности по мощности и ширине полосы. Выбор способа кодирования ПКО зависит от количества битов, подлежащих кодированию в виде идентифицируемой группы. Во-первых, рассмотрим случай, при котором в кодовое слово требуется закодировать только несколько десятков битов. Подобная ситуация естественным образом возникает в ряде случаев, включая короткие пакеты данных, содержащие информацию сигнализации или пользовательские данные, или при цифровой передаче речи, когда дополнительные задержки (возникающие вследствие кодирования), превышающие пару речевых кадров, являются неприемлемыми, и только наиболее важные биты кадра защищают с помощью кодирования ПКО. В таких случаях можно использовать так называемый код БоузаЧоудхури-Хоквенгема (БЧХ). Другая возможность состоит в использовании сверточного кодирования с «прокалыванием» (исключением) символов в целях получения желаемой кодовой скорости. Как правило, перед выполнением сверточного кодирования к концу поля битов данных присоединяют поле дополняющих битов таким образом, чтобы последние декодируемые биты обладали уровнем целостности, аналогичным уровню целостности остальных битов данных. При передаче в составе очень коротких блоков данных поле дополняющих битов может представлять собой существенный дополнительный объем данных. Следовательно, сверточное кодирование оказывается более предпочтительным, чем блочное кодирование, так как в нем легче использовать мягкие решения. Наконец, в случае передачи непрерывного потока данных (например, оцифрованной речи) используют так называемое каскадное кодирование со сверточным кодом в качестве внутреннего кода и кодом Рида-Соломона в качестве внешнего кода или турбокодирование.
Подходящая комбинация параметров может представлять собой код БЧХ, причем коэффициент усиления антенны пользовательского терминала составляет 20 дБ, требующаяся вероятность появления ошибок равна 10-8, скорость передачи кодовых элементов равна 55 Мэл./с для приемопередатчика, работающего с частотой 33 МГц и использующего квадратурную фазовую манипуляцию (КФМ) и частоту несущей 11 ГГц Ки-диапазона, выигрыш вследствие обработки равен 100, выигрыш вследствие кодирования равен 3,5, и скорость передачи информации составляет 400 кбит/с. В соответствии с указанными параметрами системы наземная станция может передавать данные и/или аудиопрограммы на пользовательский терминал. Если же использовать антенну с более высоким коэффициентом усиления (например, адаптивную фазированную антенную решетку), то можно достичь скоростей передачи информации, достаточных даже для передачи телевизионных программ.
Следует признать, что все вышеописанные аспекты настоящего изобретения можно применить не только в описанной комбинации, но также и в других комбинациях или раздельно.
Ниже настоящее изобретение описывается на примере со ссылкой на чертежи.
Фиг. 1 - окно коррекции орбитального положения с обычными для геостационарного спутника размерами;
фиг. 2 - наблюдаемая с наземных станций траектория перемещения спутника, обусловленная ненулевым углом наклонения;
фиг. 3 - соответствующий настоящему изобретению выбор между передачей с высокой шириной полосы и передачей с расширенным спектром;
фиг. 4 - типичный способ использования передачи с расширенным спектром в конце срока существования спутника;
фиг. 5 - соответствующая настоящему изобретению комбинация канального кодирования и передачи с расширенным спектром;
фиг. 6 - общее снижение скорости передачи данных вследствие введения канального кодирования в зависимости от эффективности п/к кода;
фиг. 7 - влияние частоты ошибочных битов вследствие введения кода БЧХ в зависимости от отношения сигнал-шум на один бит информации;
фиг. 8 - множество спутников на орбитах с различными углами наклонения.
Описание фиг. 1 и 2 уже было приведено выше.
На фиг. 3 показан соответствующий настоящему изобретению выбор между передачей с высокой шириной полосы и передачей с расширенным спектром. Пока на борту спутника имеется достаточный запас ракетного топлива для удержания спутника в пределах окна коррекции орбитального положения по фиг. 1, приемопередатчик спутника может выполнять передачу с высокой шириной полосы. Как правило, может быть предоставлена ширина полосы, соответствующая 38 Мбит/с, что позволяет передавать несколько каналов параллельно. Сигналы от нескольких источников 300 поступают на мультиплексор 302. В качестве дополнительной возможности, сигналы от одного источника можно сжимать с использованием подходящего алгоритма сжатия, подобного МРЕС2, для чего имеется соответствующий кодер 301. Затем выполняют операцию 303 канального кодирования и модуляции, после чего сигнал подают на антенну 304 наземной станции. Наиболее распространенным выбором способа модуляции для услуг с высокой скоростью передачи данных является квадратурная фазовая манипуляция (КФМ).
На стороне приемника имеется параболическая антенна диаметром 50 см. Соответственно, выполняют операцию 306 канального декодирования и демодуляции, после чего сигнал поступает на демультиплексор 307 и расщепляется на несколько принимаемых сигналов, которые могут приниматься приемниками 309. В случае использования способов сжатия имеется блок 308 сжатия.
Как только приближается конец срока службы спутника, в соответствии с настоящим изобретением спутник позиционируют с максимальным допустимым наклонением таким образом, что начальный вектор наклонения оказывается параллельным и противоположно направленным основному направлению естественного дрейфа, после чего прекращают дальнейшее управление его положением по направлению север-юг. В то же время передачу переключают в режим модуляции 310 с расширением спектра, что приводит к более низкой ширине полосы, соответствующей например, 2 Мбит/с. Ввиду выигрыша за счет обработки может быть обеспечена только меньшая ширина полосы. С другой стороны, требования, предъявляемые к коррекции орбитального положения спутникового приемопередатчика и к коэффициенту усиления приемной антенны, в пропорции оказываются значительно меньше, чем вводимый выигрыш за счет обработки. Как следствие, для мобильной связи можно использовать плоскую антенну 311 с апертурой, равной, например, 10 см2. Соответствующую операцию 312 сжатия спектра выполняют до того, как сигнал поступает на демультиплексор 307.
На фиг. 4 показан типичный способ использования передачи с расширенным спектром в конце срока службы спутника. Эта передача соответствует трассам 310, 311 и 312 передач по фиг. 3. Для увеличения коэффициента усиления антенны на принимающей стороне в качестве антенны 400 можно использовать плоскую адаптивную фазированную антенную решетку. С другой стороны, на передающей стороне могут использоваться высокоэффективные алгоритмы 401 сжатия, подобные МРЕС4. Тем самым, до операции 402 расширения спектра, канального кодирования и модуляции можно достичь скоростей передачи данных вплоть до 5 Мбит/с. Кодированный сигнал передают со скоростью 38 Мбит/с через спутниковый приемопередатчик 403 и принимают посредством адаптивной фазированной антенной решетки 400, которую можно расположить, например, на транспортном средстве. На принимающей стороне выполняют операцию 405 сжатия спектра, канального декодирования и демодуляции, после чего при необходимости выполняют сжатие в соответствии с алгоритмом 401 сжатия.
Таким образом, в соответствии с вариантом применения по фиг. 1 становится возможным обеспечить передачу телевизионных программ на мобильный приемник, который можно установить на транспортном средстве. Хотя эффективность использования ширины полосы и оказывается неприемлемой, тем не менее можно достичь рентабельности капиталовложений в спутниковое оборудование, так как предложенный способ передачи предназначен только для использования в конце срока службы спутника.
На фиг. 5 показана соответствующая настоящему изобретению комбинация канального кодирования и передачи с расширенным спектром. Помимо введения выигрыша за счет обработки посредством способа расширения спектра, также имеется возможность ввести выигрыш за счет кодирования посредством канального кодирования. В данном контексте выделяют следующие скорости передачи данных: наивысшая возможная скорость - это скорость 502 передачи кодовых элементов, которую следует отличать от скорости 501 передачи кодированных битов после канального кодирования. Скорость передачи битов информации, поступающих от источника называют просто скоростью 500 передачи битов.
Для добавления выигрыша за счет кодирования к выигрышу за счет обработки возможны следующие сценарии:
Сначала информацию кодируют посредством блочного (или сверточного) кода со скоростью η/к, и только после этого каждый кодированный бит кодируют с расширением спектра посредством псевдошумовой (ПШ) последовательности. Такое решение можно рассматривать как простую конкатенацию расширения спектра в качестве внутреннего кода и блочного кодирования в качестве внешнего кода.
Другая возможность заключается в том, что сначала биты информации кодируют блочным кодом с очень большой скоростью. Затем кодированные биты можно суммировать (по модулю 2) с кодовыми элементами ПШпоследовательности. Однако, в данном случае скорость ПШ-последовательности должна быть в точности равной скорости передачи кодированных битов.
Рассмотрим первый случай каскадного канального кодирования и расширения спектра по фиг. 5. Источник 510 подает сигнал со скоростью 500 передачи битов, значение которой полагается равным Ь. Канальное кодирование (например, код БЧХ) дает скорость 501, которая является результатом умножения скорости Ь передачи битов на эффективность η/к кодирования, где η обозначает количество кодированных битов в кодовом слове, а к обозначает количество битов информации в кодовом слове. Затем к кодированному сигналу применяют операцию 512 расширения спектра, характеризующуюся коэффициентом Ср расширения спектра. В процессе передачи сигнала с расширенным спектром через спутниковый приемопередатчик полезный сигнал 8(1) с расширенным спектром искажается вследствие шумов и взаимных помех, так что пользовательский терминал принимает сигнал 8'(1). Естественно, что принимаемый сигнал 8'(1) демонстрирует достаточно низкое отношение Ес/Νθ сигнал-шум. Однако, после выполнения операции 513 сжатия спектра спектр полезного сигнала сжимается до своей исходной ширины полосы частот, в то время как спектр нежелательных сигналов расширяется на ту же величину, чем достигается более высокое отношение Ес/Ν) сигнал-шум. Посредством канального декодирования 514 можно ввести дополнительный выигрыш за счет декодирования, так что приемник 514 принимает сигнал с еще большим отношением Ес/М) сигнал-шум.
На фиг. 6 показано общее результирующее снижение скорости передачи данных вследствие введения канального кодирования в зависимости от эффективности η/к кодирования. Необходимо отметить, что выигрыш за счет кодирования нельзя увеличивать произвольно, так как при увеличении количества η кодированных битов в кодовом слове также возрастает вероятность появления искажений в этих новых битах. Следовательно, по отношению к ширине полосы канала должна существовать максимальная достижимая ширина полосы, либо минимальное общее снижение скорости передачи данных. Как показано на фиг. 6, для кода БЧХ минимальное снижение скорости передачи можно получить для комбинации η=127 и к=92, в то время как для η=31 достижимый минимум более чем в два раза превышает то значение, что мы имеем в случае η=127. Более того, можно видеть, что при введении канального кодирования можно достичь выигрыша за счет кодирования, равного 2.
На фиг. 7 показано влияние частоты ошибочных битов вследствие введения кода БЧХ в зависимости от отношения ЕЬ/ΝΟ сигнал-шум на один бит информации. В случае малых значений ЕЬ/ΝΟ выигрыш не слишком существенен, в то время как для больших значений ЕЬ/ΝΟ разница между канальным кодированием и его отсутствием существенна. Ниже определенного порогового значения, примерно равного 4 дБ, канальное кодирование оказывается даже менее эффективным, чем отсутствие какого-либо кодирования вообще. Тем не менее, таких случаев следует избегать посредством выбора достаточного выигрыша за счет обработки.
На фиг. 8 показано множество спутников на орбитах с одной и той же долготой, но с различными наклонениями, φ, г и λ, - это стационарные координаты каждого из спутников, φ это широта, г - эксцентриситет, а λ - долгота соответствующего спутника. Спутник 801 эксплуатируют на нормальной орбите А с нулевым наклонением. Спутники 802 и 803 эксплуатируют на наклоненных орбитах В и С с положительными углами наклонения, а спутник 804 эксплуатируют на наклоненной орбите И с отрицательным углом наклонения. С помощью фиг. 8 приведем описания некоторых возможных конфигураций спутников, соответствующих настоящему изобретению.
Вариант осуществления 1. Один спутник на наклоненной орбите.
Сперва рассмотрим случай одного спутника на наклоненной орбите, например спутника 802 на орбите В. При наблюдении с земли траектория перемещения спутника, имеющего такой угол наклонения, имеет вид, приведенный на фиг. 2. В частности, это перемещение приводит к суточному колебанию спутника по направлению север-юг. Обычно, такое суточное перемещение спутника по восьмерке ухудшает свойства приема на мобильном пользовательском терминале. Однако, настоящее изобретение позволяет полностью использовать спутник 802 для целей мобильной связи посредством передачи сигнала нисходящей линии связи с расширенным спектром.
В этой связи важной характеристикой становится выигрыш за счет обработки рассматриваемой системы, который определяется как отношение ширины полосы частот расширенного спектра к ширине полосы частот сигнала. Выигрыш за счет обработки является мерой уменьшения влияния взаимных помех на качество функционирования приемника. Таким образом, даже если спутник выполняет наблюдаемое с наземных станций перемещение по траектории, соответствующей фиг. 2, и, следовательно, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к приему, осуществляемому предназначенными для непосредственного приема спутникового вещания параболическими антеннами, с использованием обычных способов модуляции, прием в рассматриваемом случае становится возможным благодаря использованию способов модуляции с расширением спектра.
Требуемая вероятность ошибок в принятом и сжатом полезном сигнале р'(1) может быть достигнута посредством соответствующей подстройки коэффициента расширения спектра или модуляции с расширением спектра. Это можно сделать в предположении заданного коэффициента усиления антенны упомянутого пользовательского терминала, так что для обычно используемых антенн вероятность ошибок будет достаточно низкой.
Однако даже при использовании высокого выигрыша за счет обработки нельзя гарантировать, что имеет место завершенная передача, так как в качестве приемника предполагается мобильный пользовательский терминал. В частности, необходимо учитывать замирание вследствие наличия высоких строений, туннелей и высоких гор. Помимо эффекта разнесенного приема, возникающего вследствие видимого перемещения спутника по наклоненной орбите, посредством перемежения и буферизации можно уменьшить влияние замирания.
Как только поток данных в реальном времени (например, видео) начинает отображаться на мониторе потребителя, данные необходимо предоставлять с постоянной скоростью. Однако, система может контролировать момент времени, в который первый блок потока доставляется на монитор потребителя (латентность). Для управления латентностью доставки в приложениях видео по запросу можно эффективно использовать буферизацию. Чем больший объем данных буферизован, тем больше стартовая латентность потока, и тем больше времени имеется у сервера на обслуживание блока запроса. Целесообразно, чтобы эффект разнесенного приема, возникающий вследствие видимого перемещения спутника по наклоненной орбите, можно было скомбинировать с повторными передачами одних и тех же потоков данных.
Другая возможность снижения влияния эффектов замирания состоит в использовании передаваемого перемеженного сигнала §'(1) нисходящей линии связи с расширенным спектром, который перед демодуляцией подвергают обращенному перемежению. Перемежение приводит к разнесению пакетных ошибок и делает их появление более случайным, что повышает вероятность точного декодирования. В общем случае оказывается достаточно выполнить перемежение на уровне нескольких длин блоков сигнала с блочным кодированием или на уровне не21 скольких длин кодового ограничения сигнала со сверточным кодированием. Поблочное перемежение представляет собой наиболее прямолинейный подход, но требования по задержкам и объему памяти сокращаются вдвое по сравнению со способами сверточного и геликоидального перемежения. При используемом способе комбинирования последовательностей периодичность устраняют с помощью псевдослучайного перемежения. Принцип использования перемежения в комбинации с модуляцией с расширением спектра позволяет осуществить мобильную связь с очень высокой шириной полосы через геостационарные спутники. Если некоторая временная задержка допустима и если может быть применено опережающее хранение, то оказывается возможным транслировать даже видеопрограммы.
Преимущества настоящего изобретения поясняются на примере нижеследующих вариантов осуществления, которые демонстрируют предпочтительные комбинации с первым вариантом осуществления.
Вариант осуществления 2. Геостационарный спутник в комбинации с вариантом осуществления 1.
Предположим, что помимо спутника 802, эксплуатируемого на орбите В, на орбите А эксплуатируют геостационарный спутник 801 с фиксированным положением и фиксированной ориентацией антенны. Очевидно, что спутник 801 можно эксплуатировать обычным способом в режиме передач с высокой шириной полосы. Согласно настоящему изобретению, преимущество состоит в том, что для обеспечения мобильной связи в соответствии с вышеприведенным описанием варианта осуществления 1, в дополнение к спутнику 801 можно использовать спутник 802. Это означает, что можно более эффективно использовать ограниченное орбитальное пространство.
Вариант осуществления 3. Несколько спутников, расположенных на наклоненных орбитах, предназначенные для ГСНОП.
ГСНОП (глобальная система навигации и определения положения) координируется Министерством Обороны США и предоставляет пользователям точную информацию о времени и местоположении. В режиме с уменьшенной точностью данная система доступна для гражданского использования.
Для специальных приложений, например, из соображений обеспечения избыточности, может оказаться полезным иметь альтернативную систему ГСНОП. Подобную систему можно легко реализовать, имея несколько спутников на наклоненных орбитах.
Основополагающий способ определения ГСНОП координат приемника основывается на трилатерации, описание которой приводится ниже. Например, имеются три спутника, положения которых известны. Если можно измерить расстояния 61, 62 и 63 от каждого из спутников до приемника, то можно определить неизвестное положение приемника. Пусть 6( обозначает измеренное расстояние до соответствующего спутника, а (х, у, ζ) и (хь уь ζβ обозначают декартовы координаты приемника и каждого из спутников, соответственно. Тогда имеет место следующая взаимосвязь:
< = “ ^х-ХоУ + Чу-Уо)2 + ^~^)2 = ЯЧ), ‘ = 1.2,3 , (1) где ч = это неизвестный вектор координат приемника.
Вектор измеренного расстояния имеет следующий вид:
= £(Ч) (2) _
Общепринятый способ нахождения Я в этом нелинейном уравнении - это итерационный метод Гаусса-Ньютона. Итерационная аппроксимация Я выполняется следующим образом:
^,=4к + (ртЁ)чРт(а-^к)) (3), где Р - это матрица Якоби:
2Е 2С 2Е
Эх Эу δζ
2Д
Эх Эу δζ
Э^
Эх Эу δζ
Однако, на практике можно использовать не только конфигурацию для трилатерации, но и любую другую конфигурацию, например, конфигурацию для билатерации или квадролатерации.
Если, кроме того, неизвестен сдвиг часов приемника, то необходимо использовать конфигурацию для квадролатерации. Следовательно, из положения приемника должны наблюдаться все четыре спутника. В случае, если каким-либо способом можно устранить сдвиг часов, то достаточно использовать конфигурацию для трилатерации. Если же дополнительно известна одна из координат приемника, каковой может являться, например, его высота над уровнем моря, то можно применить конфигурацию для билатерации.
Для того, чтобы провести измерение расстояния 6(, соответствующий спутник, входящий в конфигурацию ГСНОП, должен отправить опорный сигнал, содержащий информацию об эталонной точке отсчета времени. На основании этого можно вычислить время прохождения сигнала и, таким образом, расстояние 6Р В принципе, имеются две возможности предоставления такого опорного сигнала, а именно посредством прозрачного спутникового приемопередатчика или с помощью бортовой обработки.
Если каждый из спутников, входящих в конфигурацию ГСНОП, имеет прозрачный приемопередатчик, то соответствующий сигнал, передаваемый по восходящей линии связи и содержащий опорные сигналы, будет одновременно ретранслироваться всеми приемопередатчиками. Разделение в приемнике может быть достигнуто, если, например, приемопередатчики вносят различные частотные сдвиги в нисходящей линии связи.
Как описывалось ранее, бортовая обработка обеспечивает множество возможностей для передачи опорных сигналов приемнику. Поскольку сложно реализовать синхронизацию по времени на основе общего сигнала восходящей линии связи, то достичь синхронизации всех входящих в конфигурацию ГСНОП спутников по времени можно с помощью межспутниковой связи. Как только синхронизация всех спутников достигнута, каждый из спутников по отдельности может сам передавать опорные сигналы, например, посредством использования схемы МДКР, подробное описание которой было приведено выше.

Claims (11)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ облучения заданной области земной поверхности сигналом нисходящей линии связи, заключающийся в том, что используют квазигеостационарный спутник на наклоненной орбите и передают сигнал 5'(ΐ) нисходящей линии связи с расширенным спектром от упомянутого квазигеостационарного спутника в заданную область земной поверхности.
  2. 2. Способ по п.1, дополнительно включающий этапы модуляции сигнала ρ(ΐ) восходящей линии связи посредством модуляции с расширением спектра с определенным коэффициентом расширения спектра для формирования сигнала восходящей линии связи 5(1) с расширенным спектром, передачи этого сигнала 5(1) восходящей линии связи с расширенным спектром к упомянутому квазигеостационарному спутнику и преобразования упомянутого сигнала 5(ΐ) восходящей линии связи с расширенным спектром в упомянутый сигнал 5'(ΐ) нисходящей линии связи с расширенным спектром.
  3. 3. Способ по п.1, включающий в себя этапы передачи сигнала восходящей линии связи к упомянутому квазигеостационарному спутнику, бортовой обработки данного сигнала на квазигеостационарном спутнике посредством модуляции с расширением спектра с определенным коэффициентом расширения спектра для формирования сигнала 5'(ΐ) нисходящей линии связи с расширенным спектром.
  4. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором коррекция орбитального положения упомянуто го спутника ограничена коррекцией дрейфа по долготе и коррекцией эксцентриситета.
  5. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором используют дополнительные спутники, находящиеся вблизи упомянутого спутника для формирования кластера спутников.
  6. 6. Способ по п.5, в котором каждый спутник из кластера спутников передает отдельный сигнал 51'(ΐ) нисходящей линии связи с расширенным спектром.
  7. 7. Способ по п.6, в котором для осуществления множественного доступа с кодовым разделением (МДКР) каждый из передаваемых сигналов 51'(ΐ) нисходящей линии связи с расширенным спектром имеет свою собственную последовательность, предназначенную для расширения спектра, с низкой попарной взаимной корреляцией.
  8. 8. Способ по любому из пп.5-7, в котором по меньшей мере два спутника из упомянутого кластера спутников передают опорный сигнал, причем каждый опорный сигнал содержит информацию об эталонной точке отсчета времени и информацию об эталонной орбите передающего спутника.
  9. 9. Мобильный пользовательский терминал, содержащий мобильную антенну с низкой направленностью, выполненную с возможностью приема сигнала 5'(ΐ) нисходящей линии связи с расширенным спектром, излучаемого квазигеостационарным спутником на наклоненной орбите, и процессорное устройство, предназначенное для демодуляции упомянутого сигнала 5'(ΐ) нисходящей линии связи с расширенным спектром.
  10. 10. Мобильный пользовательский терминал по п.9, в котором мобильная антенна выполнена с возможностью приема сигналов на частотах выше 10 ГГц.
  11. 11. Мобильный пользовательский терминал по любому из пп.9-10, в котором мобильная антенна выполнена с возможностью приема опорных сигналов, передаваемых квазигеостационарным спутником и по меньшей мере еще одним спутником, находящимся вблизи упомянутого квазигеостационарного спутника, причем каждый опорный сигнал содержит информацию об эталонной точке отсчета времени и информацию об эталонной орбите передающего спутника, а процессорное устройство включает в себя процессор определения положения, предназначенный для определения координат мобильного пользовательского терминала на основе опорных сигналов.
EA200300410A 2000-09-28 2001-09-27 Система спутниковой связи EA004692B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2000/009520 WO2002027974A2 (en) 2000-09-28 2000-09-28 Satellite communications system
PCT/EP2001/011206 WO2002027976A1 (en) 2000-09-28 2001-09-27 Spread spectrum communication system using a quasi-geostationary satellite

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200300410A1 EA200300410A1 (ru) 2003-10-30
EA004692B1 true EA004692B1 (ru) 2004-06-24

Family

ID=8164111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200300410A EA004692B1 (ru) 2000-09-28 2001-09-27 Система спутниковой связи

Country Status (15)

Country Link
US (1) US7539456B2 (ru)
EP (1) EP1320949B1 (ru)
JP (1) JP2004510393A (ru)
CN (1) CN1220342C (ru)
AR (1) AR042581A1 (ru)
AT (1) ATE354214T1 (ru)
AU (3) AU2000279094A1 (ru)
BR (1) BRPI0114174B1 (ru)
CA (1) CA2422601C (ru)
DE (1) DE60126627T2 (ru)
EA (1) EA004692B1 (ru)
ES (1) ES2283444T3 (ru)
HK (1) HK1054280B (ru)
PT (1) PT1320949E (ru)
WO (2) WO2002027974A2 (ru)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2000279094A1 (en) * 2000-09-28 2002-04-08 Ses Astra S.A. Satellite communications system
EP1245967A1 (en) 2001-03-29 2002-10-02 Société Européenne des Satellites S.A. Ranging system for determining ranging information of a spacecraft
US7705793B2 (en) * 2004-06-10 2010-04-27 Raysat Antenna Systems Applications for low profile two way satellite antenna system
US7379707B2 (en) * 2004-08-26 2008-05-27 Raysat Antenna Systems, L.L.C. System for concurrent mobile two-way data communications and TV reception
US7911400B2 (en) * 2004-01-07 2011-03-22 Raysat Antenna Systems, L.L.C. Applications for low profile two-way satellite antenna system
US8761663B2 (en) * 2004-01-07 2014-06-24 Gilat Satellite Networks, Ltd Antenna system
US20110215985A1 (en) * 2004-06-10 2011-09-08 Raysat Antenna Systems, L.L.C. Applications for Low Profile Two Way Satellite Antenna System
US7342538B2 (en) * 2004-07-30 2008-03-11 Novariant, Inc. Asynchronous local position determination system and method
US7315278B1 (en) * 2004-07-30 2008-01-01 Novariant, Inc. Multiple frequency antenna structures and methods for receiving navigation or ranging signals
US7271766B2 (en) * 2004-07-30 2007-09-18 Novariant, Inc. Satellite and local system position determination
US7339526B2 (en) * 2004-07-30 2008-03-04 Novariant, Inc. Synchronizing ranging signals in an asynchronous ranging or position system
US7339525B2 (en) * 2004-07-30 2008-03-04 Novariant, Inc. Land-based local ranging signal methods and systems
US7205939B2 (en) * 2004-07-30 2007-04-17 Novariant, Inc. Land-based transmitter position determination
US7532160B1 (en) * 2004-07-30 2009-05-12 Novariant, Inc. Distributed radio frequency ranging signal receiver for navigation or position determination
US7339524B2 (en) * 2004-07-30 2008-03-04 Novariant, Inc. Analog decorrelation of ranging signals
US20070053314A1 (en) * 2004-08-26 2007-03-08 Yoel Gat Method and apparatus for providing satellite television and other data to mobile antennas
US20060273967A1 (en) * 2004-08-26 2006-12-07 Raysat, Inc. System and method for low cost mobile TV
CN100411476C (zh) * 2004-09-20 2008-08-13 华为技术有限公司 一种宽带码分多址系统中上行增强链路信令编码方法
US20100183050A1 (en) * 2005-02-07 2010-07-22 Raysat Inc Method and Apparatus for Providing Satellite Television and Other Data to Mobile Antennas
US20100218224A1 (en) * 2005-02-07 2010-08-26 Raysat, Inc. System and Method for Low Cost Mobile TV
EP1739450A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-03 SES Astra S.A. Method and apparatus for determining the location of a stationary satellite receiver
MX2008001707A (es) * 2005-08-09 2008-11-10 Atc Tech Llc Sistemas y metodos de comunicaciones por satelite utilizando antenas de enlace alimentador substancialmente co-localizadas.
ES2628288T3 (es) * 2006-01-18 2017-08-02 Overhorizon Ab Sistemas y métodos para recoger and procesar información de uso de la red de comunicaciones por satélite
US8713324B2 (en) 2006-01-18 2014-04-29 Overhorizon (Cyprus) Plc Systems and methods for tracking mobile terrestrial terminals for satellite communications
WO2007082719A2 (en) * 2006-01-18 2007-07-26 Overhorizon (Cyprus) Plc Systems and methods for satellite communications with mobile terrestrial terminals
US8326217B2 (en) 2006-01-18 2012-12-04 Overhorizon (Cyprus) Plc Systems and methods for satellite communications with mobile terrestrial terminals
US7962134B2 (en) 2006-01-18 2011-06-14 M.N.C. Microsat Networks (Cyprus) Limited Systems and methods for communicating with satellites via non-compliant antennas
US8078141B2 (en) 2006-01-18 2011-12-13 Overhorizon (Cyprus) Plc Systems and methods for collecting and processing satellite communications network usage information
US7965232B2 (en) * 2007-03-21 2011-06-21 Nokia Corporation Assistance data provision
US8948080B2 (en) 2007-07-17 2015-02-03 Overhorizon (Cyprus) Plc Methods comprising satellites having a regenerative payload, onboard computer, payload interface and interference elimination system
US8050628B2 (en) 2007-07-17 2011-11-01 M.N.C. Microsat Networks (Cyprus) Limited Systems and methods for mitigating radio relay link interference in mobile satellite communications
US8755425B2 (en) * 2010-06-30 2014-06-17 Comtech Ef Data Corp. Method and system for transmission of identification via metadata for repeating relays using spread-spectrum technology
US8699545B2 (en) 2010-04-08 2014-04-15 Comtech Ef Data Corp. Embedded meta-carrier with code progression message reassembly
US9088346B2 (en) 2010-06-30 2015-07-21 Comtech Ef Data Corp. System and method for a broadcast recovery carrier channel for static and dynamic carrier systems
US8885558B2 (en) * 2011-09-28 2014-11-11 Robert Bosch Gmbh System and method for multiple access sensor networks
US9571194B2 (en) * 2013-12-05 2017-02-14 The Boeing Company Near-field connectivity for hosted payloads
CN104301025B (zh) * 2014-09-12 2018-01-12 上海卫星工程研究所 利用时间标签实现多目标用户支持的卫星中继方法
US10135520B2 (en) * 2015-03-13 2018-11-20 Peter Lemme System and method for communicating via a satellite in an inclined geosynchronous orbit
US10743141B2 (en) 2018-06-05 2020-08-11 Kenmar Corporation Systems and methods for determining a location of an electronic device using bilateration
CN110493864B (zh) * 2019-07-30 2020-07-10 北京大学 一种基于时钟导引同步条件下的准同步码分多址方法
CN117762022B (zh) * 2024-02-22 2024-05-14 南京航空航天大学 一种基于离散时间强化学习的卫星智能鲁棒近似最优轨道控制方法

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3836969A (en) * 1971-10-26 1974-09-17 Rca Corp Geo-synchronous satellites in quasi-equatorial orbits
JPS536807B2 (ru) * 1972-02-10 1978-03-11
US4375697A (en) * 1980-09-04 1983-03-01 Hughes Aircraft Company Satellite arrangement providing effective use of the geostationary orbit
US5124925A (en) * 1990-01-16 1992-06-23 Space Systems/Loral, Inc. Method for controlling east/west motion of a geostationary satellite
US5073900A (en) * 1990-03-19 1991-12-17 Mallinckrodt Albert J Integrated cellular communications system
US5379320A (en) * 1993-03-11 1995-01-03 Southern California Edison Company Hitless ultra small aperture terminal satellite communication network
US5463656A (en) * 1993-10-29 1995-10-31 Harris Corporation System for conducting video communications over satellite communication link with aircraft having physically compact, effectively conformal, phased array antenna
US5859874A (en) * 1994-05-09 1999-01-12 Globalstar L.P. Multipath communication system optimizer
TW274170B (en) * 1994-06-17 1996-04-11 Terrastar Inc Satellite communication system, receiving antenna & components for use therein
US5625556A (en) * 1995-04-28 1997-04-29 Trimble Navigation Limited Accurate time standard for vehicle operation
US5896368A (en) * 1995-05-01 1999-04-20 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Multi-code compressed mode DS-CDMA systems and methods
US6801516B1 (en) * 1995-06-30 2004-10-05 Interdigital Technology Corporation Spread-spectrum system for assigning information signals having different data rates
ES2133806T3 (es) * 1995-09-20 1999-09-16 Secr Defence Localizacion de la fuente de una señal desconocida.
US7590083B2 (en) * 1995-12-07 2009-09-15 Transcore Link Logistics Corp. Wireless packet data distributed communications system
US5959592A (en) * 1996-03-18 1999-09-28 Echostar Engineering Corporation "IF" bandstacked low noise block converter combined with diplexer
US5810297A (en) * 1996-04-29 1998-09-22 Basuthakur; Sibnath Satellite cluster attitude/orbit determination and control system and method
US6226493B1 (en) * 1996-05-31 2001-05-01 Motorola, Inc. Geosynchronous satellite communication system and method
US5864579A (en) * 1996-07-25 1999-01-26 Cd Radio Inc. Digital radio satellite and terrestrial ubiquitous broadcasting system using spread spectrum modulation
US5956619A (en) * 1996-12-12 1999-09-21 Globalstar L.P. Satellite controlled power control for personal communication user terminals
JP3880632B2 (ja) * 1997-03-21 2007-02-14 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ リーランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティー センチメートルレベルでのナビゲーションのためのｌｅｏ衛星を用いたシステム
US6212360B1 (en) * 1997-04-09 2001-04-03 Ge Capital Spacenet Services, Inc. Methods and apparatus for controlling earth-station transmitted power in a VSAT network
FR2762936B1 (fr) * 1997-04-30 1999-06-11 Alsthom Cge Alcatel Dispositif terminal-antenne pour constellation de satellites defilants
GB2325347B (en) * 1997-05-14 2002-07-17 Internat Mobile Satellite Orga Satellite communications apparatus and method
US6243366B1 (en) * 1997-06-20 2001-06-05 At&T Corp. Method and apparatus for providing interactive two-way communications using a single one-way channel in satellite systems
CA2241128A1 (en) * 1997-06-30 1998-12-30 Sony International (Europe) Gmbh Wide band printed phase array antenna for microwave and mm-wave applications
CN1536800B (zh) * 1997-07-03 2010-04-28 株式会社东芝 卫星广播系统
US6396819B1 (en) * 1998-03-21 2002-05-28 Richard D. Fleeter Low-cost satellite communication system
US6944139B1 (en) * 1998-03-27 2005-09-13 Worldspace Management Corporation Digital broadcast system using satellite direct broadcast and terrestrial repeater
US6324159B1 (en) * 1998-05-06 2001-11-27 Sirius Communications N.V. Method and apparatus for code division multiple access communication with increased capacity through self-noise reduction
US6661996B1 (en) * 1998-07-14 2003-12-09 Globalstar L.P. Satellite communication system providing multi-gateway diversity to a mobile user terminal
US6257526B1 (en) * 1998-11-09 2001-07-10 Hughes Electronics Corporation Satellite system and method of deploying same
US6728202B1 (en) * 1998-12-24 2004-04-27 Agere Systems Inc. Code division multiplex satellite broadcasting system
US6678520B1 (en) * 1999-01-07 2004-01-13 Hughes Electronics Corporation Method and apparatus for providing wideband services using medium and low earth orbit satellites
US6327523B2 (en) * 1999-01-21 2001-12-04 Hughes Electronics Corporation Overhead system of inclined eccentric geosynchronous orbitting satellites
US6430391B1 (en) * 1999-11-29 2002-08-06 Ericsson Inc. Duplex satellite communication using a single frequency or pair
AU2000279094A1 (en) * 2000-09-28 2002-04-08 Ses Astra S.A. Satellite communications system

Also Published As

Publication number Publication date
AU1499402A (en) 2002-04-08
EA200300410A1 (ru) 2003-10-30
WO2002027974A3 (en) 2007-11-29
CN1220342C (zh) 2005-09-21
US20030181161A1 (en) 2003-09-25
WO2002027974A2 (en) 2002-04-04
HK1054280B (zh) 2007-06-22
EP1320949A2 (en) 2003-06-25
BRPI0114174B1 (pt) 2016-05-31
ATE354214T1 (de) 2007-03-15
ES2283444T3 (es) 2007-11-01
EP1320949B1 (en) 2007-02-14
CA2422601A1 (en) 2002-04-04
AR042581A1 (es) 2005-06-29
HK1054280A1 (en) 2003-11-21
WO2002027976A1 (en) 2002-04-04
CN1455992A (zh) 2003-11-12
BR0114174A (pt) 2003-07-22
DE60126627D1 (de) 2007-03-29
AU2000279094A1 (en) 2002-04-08
WO2002027976A8 (en) 2002-06-06
CA2422601C (en) 2011-11-08
US7539456B2 (en) 2009-05-26
PT1320949E (pt) 2007-05-31
AU2002214994B2 (en) 2005-04-21
JP2004510393A (ja) 2004-04-02
DE60126627T2 (de) 2007-12-06
AU2000279094A8 (en) 2008-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7539456B2 (en) Spread spectrum communication system using a quasi-geostationary satellite
AU2002214994A1 (en) Spread spectrum communication system using a quasi-geostationary satellite
US6304609B1 (en) Communication system for broadcasting to mobile users
US6654357B1 (en) Satellite repeater diversity resource management system
US6956814B1 (en) Method and apparatus for mobile platform reception and synchronization in direct digital satellite broadcast system
US5812538A (en) Multiple satellite repeater capacity loading with multiple spread spectrum gateway antennas
ES2233966T3 (es) Metodo y aparato para proporcionar datos a velocidad variable en un sistema de comunicaciones usando los canales no ortogonales de rebosamiento.
ES2225975T3 (es) Unidad de abonado para el sistema de comunicacion inalambrica cdma.
US6519262B1 (en) Time division multiplex approach for multiple transmitter broadcasting
JP2002530005A (ja) 通信システムにおける交差偏波分離方法及び装置
US6975600B1 (en) Multimode transmission system using TDMA
US8717963B2 (en) Synchronized wireless communication network method and apparatus
EP1205040B1 (en) Method for deep paging
WO2000014903A1 (en) System and method for user terminal clock error measurement and correction
RU2249300C2 (ru) Устройство и способ для передачи общей информации по каналам передачи общих данных
CN116094579B (zh) 一种高低速协同的低轨卫星通信系统和方法
RU2787582C1 (ru) Способ предоставления пилот-сигнала посредством обхода в сети на основе спутниковой платформы с полезной нагрузкой
Birnbaum et al. Range Applications Joint Program Office GPS Range System Data Link
Ilčev et al. Space Communication Segment
Tetley et al. Satellite orbital parameters and outline satellite communication principles
ZA200206847B (en) Method and apparatus for mobile platform reception and synchronization in direct digital satellite broadcast system.

Legal Events

Date Code Title Description
MK4A Patent expired

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU