ES2346937T3 - Multiplexacion de frecuencias de un enlace ascendente. - Google Patents
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Abstract
Transpondedor embarcado a bordo de un satélite para dos o varias áreas de servicio de enlace ascendente, comprendiendo dos o varias cadenas de recepción (1a, 1b, 2, 3), comprendiendo cada una de ellas una antena de enlace ascendente (1a, 1b), un amplificador de poco ruido (2) y un convertidor (3), dos o varios filtros de entrada (4), por lo menos un multiplexor de entrada (10) que comprende por lo menos tantos filtros pasabanda como cadenas de recepción, una cadena de amplificación (5) que comprende un amplificador de canal (6) y un amplificador de alta potencia (7), y un filtro de salida consecutivo (8) y una antena de enlace descendente (9) para un área de servicio de enlace descendente asociada, caracterizado porque comprende medios (11, 12) para asociar respectivamente una o varias de las dos o varias cadenas de recepción (1a, 1b, 2, 3) a un filtro correspondiente (4) o al multiplexor (10) y de asociar en concordancia el filtro (4) o el multiplexor (10) con la cadena de amplificación (5), y porque cada uno de los filtros pasabanda del multiplexor (10) presentan una pasabanda ajustada al área de servicio de enlace ascendente asociado y una o varias bandas suprimidas asociadas a las otras áreas de servicio de enlace ascendente.
Description
Multiplexación de frecuencias de un enlace
ascendente.
La invención se refiere a un transpondedor de
satélite para dos o varias áreas de servicio de enlace ascendente y
a un sistema de comunicaciones por satélite que comprende dicho
transpondedor.
Para evitar cualquier malentendido, se
especifica que la presente invención se refiere a un transpondedor
embarcado a bordo de un satélite para dos o varias áreas de servicio
de enlace ascendente y a un sistema de comunicaciones por satélite
que comprende dicho transpondedor embarcado a bordo de un satélite,
aunque a veces se escriba solamente "transpondedor de
satélite" o "transpondedor".
Tradicionalmente, cada transpondedor se asocia a
una sola área de servicio de enlace ascendente y a una sola área de
servicio de enlace descendente. El inconveniente de dicho esquema es
que si hay tráfico desde dos o varias áreas de servicio a una
determinada área de servicio, se necesitan varios transpondedores
para los fines de conectividad, incluso cuando la capacidad total
requerida es compatible con la de un solo transpondedor. Esto no
representa un uso eficiente u óptimo de los recursos del satélite en
términos de recursos de radiofrecuencia (ancho de banda) y recursos
de potencia. Asimismo, una arquitectura convencional que asocia un
transpondedor con múltiples áreas de servicio degrada el factor de
mérito (también denominado G/T) que, en el presente caso, es la
relación entre la ganancia G de la antena y la temperatura de ruido
T en las áreas de servicio de enlace ascendente.
Además, a medida que aumenta la extensión del
área de servicio de enlace ascendente, decrece el factor de mérito
G/T.
Véase, por ejemplo, el documento
FR-A-2 783 377 (sistemas
espaciales).
El objetivo de la presente invención es
satisfacer las necesidades de conectividad manteniendo un uso
eficiente y óptimo de los recursos del satélite, en particular, de
la parte de alta potencia de la carga útil y la ocupación del ancho
de banda, y sin degradar el factor de mérito del satélite en las
áreas de servicio de enlace ascendente.
Un objetivo adicional de la presente invención
es permitir un aumento en la extensión del área de servicio de
enlace ascendente manteniendo la relación G/T.
La presente invención resuelve el problema
planteado mediante una disposición o combinación especificas de
equipos convencionales: un transpondedor embarcado a bordo de un
satélite para dos o varias áreas de servicio de enlace ascendente
que comprende dos o varias antenas de enlace ascendente, un
amplificador de poco ruido y un convertidor para cada antena de
enlace ascendente, un o varios filtros de entrada, una o varias
cadenas de amplificación que comprenden un amplificador de canales
y un amplificador de alta potencia, y un filtro de salida y una
antena de enlace descendente para un área de servicio de enlace
descendente asociada.
Según la presente invención, el transpondedor
embarcado a bordo de un satélite comprende medios para asociar una
o varias de las dos o varias antenas de enlace ascendente a un área
de servicio de enlace ascendente, estando el número preciso
determinado por un factor de mérito preestablecido para cada área de
servicio de enlace ascendente asociada, comprendiendo además el
transpondedor por lo menos un multiplexor de entrada que comprende
por lo menos tantos filtros pasabanda como cadenas de recepción que
comprenden una antena de enlace ascendente y un amplificador
consecutivo de poco ruido y un convertidor enlazados con dicho
multiplexor de entrada, teniendo cada uno de los filtros la
pasabanda ajustada al área de servicio de enlace ascendente asociada
y una o varias bandas suprimidas asociadas a las otras áreas de
servicio.
La presente invención utiliza componentes
pasivos y no aumenta significativamente el consumo de energía ni la
disipación a bordo del satélite con respecto a una carga útil
convencional. La presente invención requiere alguna adaptación en
la sección de entrada, pero ésta no implica ningún desarrollo
significativo debido a que puede llevarse a cabo utilizando equipos
convencionales.
El transpondedor de satélite ofrece por tanto la
posibilidad de multiplexar en un solo transpondedor señales
enlazadas ascendentemente desde distintas áreas de servicio,
utilizando una técnica sencilla con la que no se degrada el factor
de mérito correspondiente a cada área de servicio de enlace
ascendente.
En particular, la presente invención permite que
se amplíe el sistema con distintas combinaciones de filtros en el
multiplexor de entrada de tal forma que la pasabanda asociada a cada
área de servicio de enlace ascendente pueda ajustarse a los
variables requisitos comerciales y de marketing a lo largo de la
vida de servicio del satélite.
El sistema puede utilizarse también para
segmentar una determinada área de servicio de enlace ascendente en
varias subáreas, beneficiándose entonces cada subárea de una mayor
ganancia en la antena y, por consiguiente, de un mejor factor de
mérito G/T. El factor de mérito G/T puede ajustarse a las
necesidades reales que tengan las distintas partes de una
determinada área, sin detrimento de los recursos de energía y
frecuencia.
\newpage
La invención se describe a continuación con más
detalle haciendo referencia a los dibujos, ilustrándose en las
figuras presentadas un ejemplo de una forma de realización de la
presente invención. Estas figuras ilustran:
- en la figura 1, un diagrama funcional en
bloques de un transpondedor para un satélite de comunicaciones;
- en la figura 2, la arquitectura de la carga
útil de un satélite de comunicaciones;
- en la figura 3, un diagrama funcional
convencional de una combinación de dos áreas de servicio de enlace
ascendente en una sola área de servicio de enlace descendente,
utilizando combinación de potencia;
- en la figura 4, un diagrama funcional, según
la presente invención, de una combinación de dos áreas de servicio
de enlace ascendente en una sola área de servicio de enlace
descendente;
- en la figura 5, un diagrama funcional, según
la presente invención, de una combinación de dos áreas de servicio
de enlace ascendente en una sola área de servicio de enlace
descendente, permitiendo este diagrama una asignación flexible del
ancho de banda a cada área de servicio de enlace ascendente, estando
el diagrama configurado de tal forma que asigna todo el ancho de
banda y la potencia al área de servicio de enlace ascendente
servido por la antena la;
- en la figura 6, un diagrama funcional, según
la presente invención, de una combinación de dos áreas de servicio
de enlace ascendente en una sola área de servicio de enlace
descendente, permitiendo una asignación flexible del ancho de banda
a cada área de servicio de enlace ascendente, estando el diagrama
configurado de tal forma que asigna todo el ancho de banda y la
potencia al área de servicio de enlace ascendente servido por la
antena 1b;
- en la figura 7, un diagrama funcional, según
la presente invención, de una combinación de dos áreas de servicio
de enlace ascendente en una sola área de servicio de enlace
descendente, permitiendo una asignación flexible del ancho de banda
a cada área de servicio de enlace ascendente, estando el diagrama
configurado de tal forma que asigna una parte del ancho de banda y
de la potencia disponibles al área de servicio de enlace ascendente
servido por la antena la y asigna la parte restante del ancho de
banda y de la potencia disponibles al área de servicio de enlace
ascendente servido por la antena 1b;
- en la figura 8 y en la figura 9, los espectros
de las señales del componente (antes de la combinación, A y B) y de
la señal compuesta (tras la combinación, C) cuando se utiliza y
cuando no se utiliza la presente invención, respectivamente; y
- en la figura 10, las características de
filtrado de la presente invención en el caso de la combinación de
dos áreas de servicio de enlace ascendente.
\vskip1.000000\baselineskip
Es un hecho conocido que los satélites incluyen
dos subsistemas, la plataforma y la carga útil. La plataforma
soporta a la carga útil con las funciones de constituir la
estructura que comprende los mecanismos de desarrollo para la
antena y el conjunto de elementos solares, el sistema de control a
bordo que asegura la autonomía del satélite, el sistema de energía
eléctrica, el telecomando, el sistema de telemetría y de manejo de
datos, el sistema de control de temperaturas y el sistema de
control de altitud y orbital que incluye el subsistema de
propulsión.
La carga útil se define por su misión, siendo
ésta generalmente, dentro del alcance del presente documento, una
misión de comunicaciones. Una carga útil para comunicaciones consta
típicamente de varios transpondedores cuyo diagrama funcional en
bloques se ha ilustrado en la figura 1.
Según esta figura, un transpondedor comprende
una antena de enlace ascendente 1 con su área de servicio asociada,
un amplificador de poco ruido (LNA) 2, un convertidor 3, un filtro
de entrada o desmultiplexador 4, una cadena de amplificación 5 que
comprende un amplificador de canal 6 y un amplificador de alta
potencia (HPA) 7, un filtro de salida o multiplexor 8 y una antena
de enlace descendente 9 con el área de servicio de enlace
descendente que tiene asociada. No es necesario que todas las
funciones se centren en un solo transpondedor, pueden ser
compartidas por varios transpondedores.
La figura 2 ilustra la arquitectura de una carga
útil a la que puede aplicarse específicamente la presente
invención. En este caso, el sistema ilustrado utiliza dos áreas de
servicio de enlace ascendente con las antenas de enlace ascendente
1a y 1b que tienen asociadas. El que se consideren dos áreas de
servicio de enlace ascendente es sólo un ejemplo, y el principio
puede ampliarse indefinidamente. Los amplificadores de poco ruido 2
y los convertidores 3 se comparten entre varios transpondedores (en
este ejemplo, tres transpondedores por área de servicio). El filtro
de entrada o desmultiplexador 4 divide en este ejemplo la entrada en
tres canales de transpondedor, dedicándose el ancho de banda a cada
canal y procesándose cada uno de ellos con una cadena de
amplificación 5 que incluye típicamente el amplificador de canal 6 y
el amplificador de alta potencia (HPA) 7. Las señales amplificadas
se suministran seguidamente a los filtros de salida 8 de un
multiplexador de salida (OMUX) y a una antena de enlace descendente
9. De este modo, el área de servicio de enlace ascendente por medio
de la antena de enlace ascendente la es común a un conjunto de
transpondedores (tres en este ejemplo), mientras que el área de
servicio de enlace ascentente por medio de la antena de enlace
ascendente 1b es común al otro conjunto de tres transpondedores. En
este ejemplo, el área de servicio de enlace descendente es común a
todos los transpondedores.
En las comunicaciones por satélite, el
amplificador de alta potencia (HPA) 7 representa un recurso
importante que es pesado y que consume la mayor parte de energía de
corriente continua en la carga útil. Constituye por tanto un factor
que determina el dimensionamiento del satélite. Es importante
utilizar eficientemente estos recursos. Esto es el objetivo de la
presente invención. Si hay un poco de tráfico desde cada área de
servicio, este esquema necesita dos transpondedores incluso si la
capacidad de un solo transpondedor fuese suficiente. La figura 3
ilustra el diagrama funcional en bloques de la configuración que
soporta la conectividad con las áreas de servicio de enlace
ascendente (dos en el ejemplo considerado). Como podrá apreciarse,
hay que utilizar dos cadenas de amplificación incluso cuando la
capacidad total es compatible con la de una sola cadena de
amplificación.
La presente invención elimina este inconveniente
de manera que el número de amplificadores de alta potencia
necesarios depende únicamente de la capacidad total requerida y no
de la capacidad total requerida y de los requisitos de
conectividad.
La figura 4 ilustra el diagrama funcional
propuesto para un transpondedor capaz de recibir señales procedentes
de varias áreas de servicio (dos en este ejemplo), multiplexando
las señales en el dominio de frecuencias para presentar una señal
multiplexada a la cadena de amplificación. A este respecto, la
sección de entrada hasta el convertidor, es decir, las cadenas de
recepción que comprenden respectivamente las antenas de enlace
ascendente 1a o 1b, el amplificador de poco ruido (LAN 2)
correspondiente y el convertidor 3, es idéntica a la del caso
convencional ilustrado en la figura 3. Sin embargo, se utilizan
solamente una cadena de amplificación 5 y un filtro de salida en
lugar de tantos como áreas de servicio de enlace ascendente haya
asociadas. Esto representa una ventaja considerable como ya se
explicó anteriormente.
La diferencia fundamental es el uso de un
multiplexor de entrada 10. En su configuración básica, el
multiplexor de entrada podría consistir en un combinador de
potencia en el que se suman las potencias de todas las áreas de
servicio de enlace ascendente. La ortogonalidad de las señales se
asegura funcionalmente asignando una parte del espectro a un área
de servicio y la otra parte del espectro a la(s)
otra(s) área(s) de servicio de enlace ascendente. Los
problemas que presenta este caso son dos:
- 1.
- Errores operativos implican interferencias entre un área de servicio y otra, reduciéndose por tanto la integridad del sistema y
- 2.
- el factor de mérito (también denominado G/T) del enlace ascendente se degrada en todas las áreas de servicio, reduciéndose el rendimiento, lo que implica tener que utilizar estaciones terrestres de enlace ascendente de mayor tamaño. Mejorar la relación G/T es difícil.
La suma de potencias implica sumar los espectros
de todas las áreas de servicio de enlace ascendente. La
ortogonalidad de las señales se asegura mediante la segregación
funcional de señales, por lo que al bloquearse así los errores
operativos, se impiden las interferencias mutuas.
Las figuras 5, 6 y 7 ilustran el diagrama
funcional propuesto para un transpondedor capaz de recibir señales
de varias áreas de servicio (dos en el ejemplo considerado),
transmitiéndose señales procedentes de una de las dos áreas de
servicio de enlace ascendente o de las dos áreas de servicio, y para
la distribución de dichas señales en el lado de enlace descendente
según las necesidades efectivas que son variables, utilizándose en
dicho diagrama la presente invención. Este diagrama funcional saca
partido de las ventajas que ofrece el multiplexor de entrada 10,
mientras mantiene la posibilidad de asignar todo el ancho de banda y
potencia disponibles a cualquiera de las dos áreas de servicio de
enlace ascendente. Se dispone así de una flexibilidad adicional
para los casos en los que los diseñadores de satélites no saben con
anterioridad si una de las dos áreas de servicio de enlace
ascendente requerirá todos los recursos disponibles. Para este fin,
los filtros 4a y 4b presentan las mismas características de ancho
de banda; el espectro asociado a la pasabanda de los filtros 4a y 4b
corresponde a la envolvente del espectro asociado a la pasabanda
que cubre el multiplexor 10.
En la figura 5, los conmutadores 11a y 11b en la
entrada de los filtros 4a y 4b y el multiplexor 10, y los
conmutadores 12a y 12b en la salida de los filtros 4a y 4b y el
multiplexor 10 se han configurado de tal forma que las señales
transmitidas provienen únicamente de la antena la. Todo el espectro
y potencia disponibles se asignan por consiguiente al área de
servicio correspondiente a la antena 1a.
En la figura 6, los conmutadores 11a y 11b en la
entrada de los filtros 4a y 4b y el multiplexor 10, y los
conmutadores 12a y 12b en la salida de los filtros 4a y 4b y el
multiplexor 10 se han configurado de tal forma que las señales
transmitidas provienen únicamente de la antena 1b. Todo el espectro
y potencia disponibles se asignan por consiguiente al área de
servicio correspondiente a la antena 1b.
En la figura 7, los conmutadores 11a y 11b en la
entrada de los filtros 4a y 4b y el multiplexor 10, y los
conmutadores 12a y 12b en la salida de los filtros 4a y 4b y el
multiplexor 10 se han configurado de tal forma que las señales
transmitidas proceden de las dos antenas 1a y 1b y se combinan en el
multiplexor 10. El espectro y la potencia se asignan de este modo
al área de servicio correspondiente a la antena 1b. Parte del
espectro se asigna al área de servicio asociada a la antena la y
otra parte del espectro se asigna a la otra área de servicio de
enlace ascendente asociada a la antena 1a.
Se puede desde luego ampliar este diagrama
funcional para incluir otras asignaciones del espectro a otras
áreas de servicio (repartiendo la mitad del espectro a cada área de
servicio, o un tercio a una y dos tercios a otra, o una cuarta
parte a una y tres cuartas partes a otra, según las necesidades
operativas y comerciales). Se puede ampliar también la invención
propuesta a más de dos áreas de servicio de enlace ascendente.
Sumar potencias implica también sumar el ruido
de todos los enlaces ascendentes, lo que implica una disminución en
la razón de señal de enlace ascendente a ruido. Por ejemplo, si la
relación G/T es similar para cada área de servicio, la combinación
de potencias de dos áreas de servicio degrada típicamente la
relación G/T en 3 dB. Esto puede apreciarse en la figura 8, en la
que A representa el espectro de la señal procedente de un área de
servicio, B, la de otra, y C, el espectro que se obtiene tras sumar
la potencia de las dos señales. Los componentes se señal ascendente
se representan mediante S1 y S2, el ruido, mediante N y la razón de
señal a ruido, como SNR. Obsérvese que la SNR en C es más pequeña
que la SNR en A y B.
En el mismo ejemplo, si la relación G/T es
distinta para cada una de las dos áreas de servicio, la combinación
de potencias de las dos áreas de servicio implica una degradación
significativa (> 3 dB) en la relación G/T del área de servicio de
mejores características funcionales y una degradación menos
importante (< 3 dB) en la relación G/T del área de servicio con
peores características funcionales. Esto es frecuentemente
inadmisible a nivel operativo.
La presente invención utiliza la multiplexación
de frecuencias utilizando filtros, de aquí la denominación
"Multiplexación de frecuencias de enlace ascendente". Esto se
ilustra en la figura 9 y figura 10. El espectro SA asignado a un
área de servicio A corresponde a la pasabanda pb del filtro de
entrada FA utilizado con el área de servicio A, mientras que el
espectro SB asignado a la otra área de servicio B corresponde a la
banda suprimida sb del mismo filtro de entrada FA. El filtro de
entrada FB para el área de servicio B se especifica de forma
análoga. Este esquema elimina las dos desventajas señaladas
anteriormente.
El hecho de utilizar filtros significa que los
errores operativos no reducirán la integridad del sistema. Una
señal de enlace ascendente procedente de un área de servicio que
tenga una frecuencia que corresponde a la asignada a la(s)
otra(s) área(s) de servicio no originará ninguna
interferencia debido a que caerá dentro de la banda suprimida del
filtro asociado.
Además, sólo podrá pasar al sistema el ruido
asociado al espectro asignado a un área de servicio. No se genera
ningún ruido adicional como en el caso del combinador de potencia y,
por consiguiente, no se produce ninguna degradación significativa
en la relación G/T. En la figura 9, la SNR en C es del mismo orden
de magnitud que la SNR en A y B.
El sistema de comunicaciones según la presente
invención presenta ventajas importantes:
- -
- La conectividad de enlace ascendente es ahora una característica independiente con respecto a la asignación del transpondedor. Esto permite utilizar la cadena de amplificación con toda su potencia y capacidad potenciales, lo que implica un mejor uso óptimo de los recursos del satélite.
- -
- El multiplexor de frecuencias de enlace ascendente que utiliza filtros según lo descrito anteriormente asegura la robustez e integridad del sistema. Las señales de enlace ascendente de una determinada área de servicio que caen fuera del espectro asignado a dicha área de servicio se rechazan y no pueden por tanto originar interferencias con la otra área de servicio.
- -
- De forma similar, los filtros de una determinada área de servicio rechazan el ruido procedente de otra área de servicio, por lo que no se produce ninguna degradación en la relación G/T. No tienen que aumentarse por tanto los requisitos que debe cumplir la estación terrestre de enlace ascendente, por lo que tampoco se modifican los costes ni la viabilidad comercial del sistema.
- -
- La implementación de la invención puede realizarse utilizando tecnología convencional, sin tener que invertirse en desarrollos significativos, y además con un coste, riesgo e inversión en tiempo mínimos. Representa asimismo un riesgo mínimo de impacto sobre el programa establecido para un satélite.
- -
- El sistema puede ampliarse con distintas combinaciones de filtros en el multiplexor de entrada a fin de ajustar la pasabanda asociada a cada área de servicio de enlace ascendente según las necesidades comerciales y de marketing que se puedan dar a lo largo de la vida de servicio del satélite.
- -
- El sistema puede utilizarse también para segmentar una determinada área de servicio de enlace ascendente en varias subáreas, beneficiándose entonces cada subárea de una mayor ganancia en la antena y, por consiguiente, de una mejor relación G/T. La relación G/T puede ajustarse a las necesidades reales de las distintas partes de una determinada área, sin detrimento a los recursos de potencia y frecuencia.
\newpage
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se presenta únicamente para el provecho del lector. No
forma parte del documento de patente europea. Aunque se haya puesto
mucho cuidado en la compilación de las referencias, no puede
excluirse la posibilidad de errores u omisiones y la Oficina de
Patentes Europeas no asume ninguna responsabilidad a este
respecto.
\bullet FR 2783377 A [0005]
Claims (5)
1. Transpondedor embarcado a bordo de un
satélite para dos o varias áreas de servicio de enlace ascendente,
comprendiendo dos o varias cadenas de recepción (1a, 1b, 2, 3),
comprendiendo cada una de ellas una antena de enlace ascendente
(1a, 1b), un amplificador de poco ruido (2) y un convertidor (3),
dos o varios filtros de entrada (4), por lo menos un multiplexor de
entrada (10) que comprende por lo menos tantos filtros pasabanda
como cadenas de recepción, una cadena de amplificación (5) que
comprende un amplificador de canal (6) y un amplificador de alta
potencia (7), y un filtro de salida consecutivo (8) y una antena de
enlace descendente (9) para un área de servicio de enlace
descendente asociada, caracterizado porque comprende medios
(11, 12) para asociar respectivamente una o varias de las dos o
varias cadenas de recepción (1a, 1b, 2, 3) a un filtro
correspondiente (4) o al multiplexor (10) y de asociar en
concordancia el filtro (4) o el multiplexor (10) con la cadena de
amplificación (5), y porque cada uno de los filtros pasabanda del
multiplexor (10) presentan una pasabanda ajustada al área de
servicio de enlace ascendente asociado y una o varias bandas
suprimidas asociadas a las otras áreas de servicio de enlace
ascendente.
2. Transpondedor embarcado a bordo de un
satélite según la reivindicación 1, caracterizado porque el
espectro del multiplexor de entrada (10) está dividido en por lo
menos tantos espectros parciales como antenas de enlace ascendente
(p. ej., 1a, 1b) hay enlazadas con el multiplexor (10),
correspondiendo el conjunto de bandas pasantes de todos los filtros
juntos al espectro del multiplexor de entrada (10), estando dicho
multiplexor de entrada conectado a un amplificador de alta potencia
(7).
3. Transpondedor embarcado a bordo de un
satélite según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado
porque comprende tantos filtros de entrada (4) y tantos
conmutadores (11 y 12) como cadenas de recepción (1a, 1b, 2, 3).
4. Transpondedor embarcado a bordo de un
satélite según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque los filtros (4) para cada área de
servicio de enlace ascendente presentan características de ancho de
banda idénticas; correspondiendo el espectro asociado a la pasabanda
de los filtros (4a, 4b) a la envolvente de los espectros asociados
a la pasabanda cubierta por el multiplexor (10).
5. Sistema de comunicaciones por satélite para
dos o varias áreas de servicio de enlace ascendente,
caracterizado porque comprende un transpondedor embarcado a
bordo de un satélite según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
4.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP07290256 | 2007-02-28 | ||
EP07290256A EP1965511A1 (en) | 2007-02-28 | 2007-02-28 | Uplink frequency multiplexing |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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2008
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