ES2867930T3

ES2867930T3 - Arquitectura de carga útil de un satélite de telecomunicaciones

Info

Publication number: ES2867930T3
Application number: ES18700503T
Authority: ES
Inventors: Nicolas Jacquey
Original assignee: Airbus Defence and Space SAS
Current assignee: Airbus Defence and Space SAS
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2038-01-19
Also published as: EP3571786B1; WO2018134351A1; FR3062267B1; EP3571786A1; FR3062267A1

Abstract

Carga (50) útil de satélite de un sistema (10) de telecomunicaciones por satélite, comprendiendo la dicha carga (50) útil un módulo (51) de recepción de pasarela adaptado para recibir datos de una estación (30) de pasarela y un módulo (53) de emisión de usuario adaptado para emitir los dichos datos hacia los terminales (40) de usuarios terrestres, comprendiendo el dicho módulo (53) de emisión de usuario: - una matriz (54) asimétrica de conmutación que comprende N puertos de entrada y N-M puertos de salida, estando la dicha matriz asimétrica de conmutación adaptada para enrutar las señales recibidas en los dichos N puertos de entrada hacia un conjunto modificable de N puertos de salida entre los N-M puertos de salida, comprendiendo la dicha matriz asimétrica de conmutación L submatrices (540) asimétricas dispuestas en paralelo, comprendiendo cada submatriz (540) asimétrica N/L puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación y N-M/L puertos de salida de la dicha matriz (54) asimétrica de conmutación, - una antena (55) multihaz adaptada para formar N-M haces estáticos que comprenden N-M puertos de entrada asociados respectivamente a los dichos N-M haces estáticos, estando los dichos N-M puertos de entrada de la antena multihaz conectados respectivamente a los N-M puertos de salida de la matriz (54) asimétrica de conmutación, - amplificadores de potencia integrados en la antena (55) multihaz o dispuestos entre la dicha antena multihaz y la matriz (54) asimétrica de conmutación, comprendiendo además la carga útil un circuito (52) de procesamiento digital que comprende un puerto de entrada conectado al módulo (51) de recepción de pasarela y N puertos de salida conectados respectivamente a los N puertos de entrada de la matriz (54) asimétrica de conmutación, configurados para demultiplexar las señales recibidas multiplexadas por el módulo (51) de recepción de pasarela, y para distribuir las dichas señales en los diferentes puertos de entrada de la matriz (54) asimétrica de conmutación.

Description

DESCRIPCIÓN

Arquitectura de carga útil de un satélite de telecomunicaciones

Campo técnico

La presente invención pertenece al campo de los sistemas de telecomunicaciones por satélite, y se refiere a una carga útil de satélite, así como a un satélite que comprende una tal carga útil.

Estado de la técnica

De manera convencional, un satélite de telecomunicaciones incluye una carga útil equipada con medios adaptados para intercambiar datos con una o más estaciones de pasarela terrestres, y con uno o más terminales de usuarios terrestres. Por «terrestre», se entiende a la superficie de la Tierra, especialmente en el mismo suelo, en la parte alta de un edificio, un poste, etc., inmóvil o móvil (vehículo terrestre, marítimo o aeronáutico).

Cada estación de pasarela realiza, para el satélite, un punto de acceso a un núcleo de red terrestre. Por tanto, una estación de pasarela que recibe, a partir del núcleo de red, datos con destino a un terminal de usuario, los emite con destino al satélite que los retransmite con destino al dicho terminal de usuario. De manera semejante, el terminal de usuario puede emitir datos con destino al satélite, que los retransmite con destino a una estación de pasarela, que los retransmite hacia el núcleo de red.

Hoy en día, existe una necesidad importante de aumentar la capacidad de los sistemas de telecomunicaciones por satélite, especialmente para ofrecer servicios de alta velocidad, denominados de banda ancha («broadband» en la literatura anglosajona), y/o para servir a más terminales de usuarios, etc. Preferiblemente, un tal aumento de capacidad debe acompañarse de una gran flexibilidad y/o una gran cobertura geográfica. En efecto, hoy en día se puede colocar un satélite sin saber exactamente las zonas geográficas que deberá servir, zonas geográficas las cuales son además susceptibles de variar a lo largo de la vida del dicho satélite.

Sin embargo, un tal aumento de la capacidad y/o de la flexibilidad y/o de la cobertura geográfica se acompaña generalmente, con las arquitecturas convencionales de cargas útiles, de un fuerte aumento de la complejidad, de la masa y del volumen de la carga útil del satélite.

El documento US4381562 describe una carga útil de un satélite de telecomunicaciones según el estado de la técnica anterior.

Exposición de la invención

La presente invención tiene por objetivo remediar todas o parte de las limitaciones de las soluciones de la técnica anterior, especialmente, las expuestas anteriormente.

A este efecto, y según un primer aspecto, la invención se refiere a una carga útil de satélite de un sistema de telecomunicaciones por satélite, comprendiendo la dicha carga útil un módulo de recepción de pasarela adaptado para recibir los datos de una estación de pasarela y un módulo de emisión de usuario adaptado para emitir los dichos datos hacia los terminales de usuarios terrestres. El módulo de emisión de usuario incluye:

- una matriz asimétrica de conmutación que comprende N puertos de entrada y N M puertos de salida, estando la dicha matriz asimétrica de conmutación adaptada para enrutar las señales recibidas en los dichos N puertos de entrada hacia un conjunto modificable de N puertos de salida entre los N-M puertos de salida, comprendiendo la dicha matriz asimétrica de conmutación L submatrices asimétricas dispuestas en paralelo, comprendiendo cada submatriz asimétrica N/L puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación y N.M/L puertos de salida de la dicha matriz asimétrica de conmutación,

- una antena multihaz adaptada para formar NM haces estáticos que comprenden NM puertos de entrada asociados respectivamente a los dichos NM haces estáticos, estando los dichos n M puertos de entrada de la antena multihaz conectados respectivamente a los NM puertos de salida de la matriz asimétrica de conmutación,

- amplificadores de potencia integrados en la antena multihaz o dispuestos entre la dicha antena multihaz y la matriz asimétrica de conmutación.

Además, la dicha carga útil incluye un circuito de procesamiento digital configurado para demultiplexar las señales recibidas multiplexadas por el módulo de recepción de pasarela, y para distribuir las dichas señales en los diferentes puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación.

Cabe señalar que la expresión N M significa «N multiplicado por M», de modo que el número N M es M veces superior a N. Por tanto, la carga útil incluye una matriz asimétrica de conmutación dispuesta en la entrada de una antena multihaz. La antena multihaz está adaptada para formar haces estáticos, es decir, haces que no pueden ser modificados a lo largo del tiempo. Sin embargo, el número de haces que pueden ser formados es superior (de un factor M) al número N de haces que pueden estar activos simultáneamente. En otras palabras, aunque el número de haces estáticos disponibles sea igual a NM, solo un conjunto de como máximo N haces están activos simultáneamente. Sin embargo, el conjunto de haces activos es modificable a lo largo del tiempo gracias a la matriz asimétrica de conmutación.

El gran número de haces posibles permite tener una gran diversidad en términos de zonas geográficas que pueden servir a la superficie de la Tierra. Estas zonas geográficas no pueden servir todas al mismo tiempo, pero es posible servir si es necesario todas estas zonas geográficas modificando a lo largo del tiempo el conjunto de haces activos entre los N M haces posibles, realizando así un salto de haces activos (o «beam hopping» en la literatura anglosajona) hasta haber escaneado los N M haces posibles.

Debido a que los haces posibles son estáticos, la antena multihaz es poco compleja de realizar. Además, debido a que la amplificación de potencia se realiza después de la matriz asimétrica de conmutación, las señales por enrutar son de baja potencia y la dicha matriz asimétrica de conmutación puede ser realizada de manera más sencilla y compacta que en el caso de un enrutamiento de señales de fuerte potencia.

Finalmente, la flexibilidad de la carga útil también está asegurada por un circuito de procesamiento digital que realiza al mismo tiempo la demultiplexación de las señales recibidas por el módulo de recepción de pasarela, en particular la demultiplexación frecuencial en el caso de señales recibidas multiplexadas en frecuencias, y la distribución de dichas señales en los diferentes puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación. Debido a que estos procesamientos son efectuados en digital, la flexibilidad es importante desde un punto de vista de distribución en los puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación, el ancho de banda de las señales por distribuir, las respectivas frecuencias centrales de las señales distribuidas en los puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación, etc.

En los modos particulares de realización, la carga útil puede incluir además una o más de las siguientes características, tomadas de manera aislada o según todas las combinaciones técnicamente posibles.

En los modos particulares de realización, la antena multihaz es del tipo que comprende un reflector y una red de fuentes con amplificadores de potencia integrados, estando cada haz formado mediante varias fuentes, siendo las fuentes compartidas entre varios haces.

T ales disposiciones son ventajosas porque, aunque la antena multihaz puede incluir un número potencialmente grande de amplificadores de potencia (un amplificador de potencia por fuente), cada amplificador de potencia debe proporcionar una potencia inferior a la del haz por formar, ya que la potencia de un haz por formar es proporcionada por varios amplificadores de potencia. Por tanto, el volumen y la masa de cada amplificador de potencia es inferior a lo que se requeriría para un amplificador de potencia único que proporciona toda la potencia del haz. Además, estando los dichos amplificadores de potencia compartidos entre varios haces, da como resultado una mejor utilización de la potencia incorporada en la carga útil, con respecto especialmente al caso de una carga útil en la cual cada amplificador de potencia es utilizado para un solo haz. En efecto, debido a que solo N haces pueden estar activos simultáneamente, la utilización de un solo amplificador de potencia por haz provocaría en cualquier momento que, al menos (NM - N) amplificadores de potencia no sean utilizados. En el caso de compartir amplificadores de potencia, cada amplificador de potencia se utiliza con más frecuencia ya que es susceptible de ser utilizado para varios haces entre los N M haces posibles, o incluso para cada uno de dichos N m haces posibles.

En los modos particulares de realización, la matriz asimétrica de conmutación es constituida de conmutadores de semiconductores.

En efecto, debido a que las señales por enrutar sean de baja potencia, es posible utilizar conmutadores de semiconductores («solid state switch» en la literatura anglosajona) que presentan la ventaja de permitir una integración compacta, por ejemplo, en la forma de un circuito integrado monolítico de hiperfrecuencia («Monolithic Microwave Integrated Circuit» o MMIC en la literatura anglosajona), así como una modificación rápida y fácil de controlar el enrutamiento de las señales.

Tales disposiciones permiten simplificar el diseño de la matriz asimétrica de conmutación, reduciendo sin embargo la flexibilidad ofrecida por la dicha matriz asimétrica de conmutación, ya que una señal recibida en un puerto de entrada solo puede ser enrutada hacia NM/L puertos de salida, entre los N M puertos de salida de la dicha matriz asimétrica de conmutación, que dependen de la submatriz asimétrica a la cual pertenece el dicho puerto de entrada en el cual se recibe la señal por enrutar. Sin embargo, el circuito de procesamiento digital puede elegir enrutar una señal hacia cualquiera de los puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación, de modo que una señal recibida del módulo de recepción de pasarela siempre pueda ser enrutada hacia uno cualquiera de los NM haces posibles.

En los modos particulares de realización, la carga útil incluye al menos dos módulos de recepción de pasarela, adaptados para recibir datos emitidos por las diferentes estaciones de pasarela respectivas, conectados a los diferentes puertos de entrada respectivos del circuito de procesamiento digital.

Una tal carga útil permite una gran flexibilidad, ya que las señales recibidas de una cualquiera de las estaciones de pasarela puede ser enrutada hacia uno cualquiera de los N M haces posibles.

En los modos particulares de realización, al menos uno de los módulos de recepción de pasarela está adaptado para recibir datos en la forma de señales ópticas.

Por tanto, la carga útil está configurada para intercambiar datos, con estaciones de pasarela ópticas, en la forma de señales ópticas. Por «señal óptica», se entiende una onda electromagnética cuyas longitudes de ondas están comprendidas entre 0,4 micrómetros (pm) y 11 pm.

La utilización de un enlace óptico para los intercambios de datos entre la carga útil del satélite y las estaciones de pasarela presenta un número de ventajas. Especialmente, un enlace óptico permite tener flujos de datos muy elevados, y la utilización de bandas de frecuencias ópticas no necesita requerir de una previa autorización administrativa.

En los modos particulares de realización, la carga útil incluye al menos un módulo de recepción de pasarela adaptado para recibir datos en la forma de señales ópticas y al menos un módulo de recepción de pasarela adaptado para recibir datos en la forma de señales radioeléctricas.

En los modos particulares de realización, al menos uno de los módulos de recepción de pasarela está adaptado para recibir datos en la forma de señales radioeléctricas e incluye una antena de recepción montada en los medios de apuntamiento mecánicos adaptados para modificar una dirección de apuntamiento de la dicha antena de recepción. Tales disposiciones son ventajosas porque, para un satélite de puesta en órbita terrestre que comprende una tal carga útil, es posible agregar una estación de pasarela terrestre para aumentar la capacidad del sistema de telecomunicaciones por satélite. Una tal estación de pasarela además puede ser agregada en una zona geográfica que no se conocía en principio durante la puesta del dicho satélite, ya que la dirección de apuntamiento de la antena de recepción puede ser modificada.

En los modos particulares de realización, el circuito de procesamiento digital está configurado para demultiplexar las señales recibidas multiplexadas en frecuencias por el módulo de recepción de pasarela, y para distribuir las dichas señales en los diferentes puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación.

En los modos particulares de realización, el circuito de procesamiento digital está configurado para adaptar filtros digitales de demultiplexación de las señales recibidas al ancho frecuencial de los espectros de dichas señales recibidas.

En los modos particulares de realización, N es igual o superior a 100 y M es igual o superior a 10.

En efecto, la presente invención presenta la ventaja de poder ofrecer un número importante de haces sin aumentar de manera muy importante la complejidad, la masa y el volumen de la carga útil. Sin embargo, la invención es aplicable a un número N M cualquiera de haces posibles, así como a un número N cualquiera de haces activos (N>1, M>1). Según un segundo aspecto, la invención se refiere a un satélite de un sistema de telecomunicaciones por satélite, que comprende una carga útil según uno cualquiera de los modos de realización de la invención.

Presentación de las figuras

La invención se comprenderá mejor con la lectura de la siguiente descripción, dada a título de ejemplo en ningún modo limitativo, y realizada con referencia a las figuras que representan:

- Figura 1: una representación esquemática de un ejemplo de sistema de telecomunicaciones por satélite,

- Figura 2: una representación esquemática de un ejemplo de realización de una carga útil multihaz de satélite, - Figura 3: una representación esquemática de un ejemplo de distribución de zonas geográficas en la superficie de la Tierra servidas por los diferentes haces respectivos de la carga útil multihaz de la Figura 2,

- Figura 4: una representación esquemática de un ejemplo de realización de una matriz asimétrica de conmutación de la carga útil multihaz de la Figura 2,

- Figuras 5 y 6: representaciones esquemáticas que ilustran ejemplos de la utilización de la carga útil multihaz, - Figura 7: una representación esquemática de una primera variante de realización de la carga útil multihaz de la Figura 2,

- Figura 8: una representación esquemática que ilustra un ejemplo de utilización de la carga útil multihaz de la Figura 7,

- Figura 9: una representación esquemática de una segunda variante de realización de la carga útil multihaz de la Figura 2.

En estas figuras, las referencias idénticas de una figura a otra denotan los elementos idénticos o similares. Por razones de claridad, los elementos representados no están a escala, a menos que se indique lo contrario.

Descripción detallada de los modos de realización

La Figura 1 representa esquemáticamente un ejemplo de realización de un sistema 10 de telecomunicaciones por satélite.

Tal como se ilustra en la Figura 1, el sistema 10 de telecomunicaciones por satélite incluye al menos un satélite 20, al menos una estación 30 de pasarela terrestre y al menos un terminal 40 de usuario terrestre.

En la continuación de la descripción, se ubica de manera no limitativa en el caso donde el satélite 20 está en órbita geoestacionaria («Geostationary Orbit» o GEO en la literatura anglosajona). Sin embargo, siguiendo otros ejemplos, nada excluye, considerar una órbita terrestre no geoestacionaria, tal como una órbita de baja altitud («Low Earth Orbit» o LEO), una órbita de media altitud («Médium Earth Orbit» o MEO), etc.

La Figura 2 representa esquemáticamente un ejemplo de realización de una carga 50 útil multihaz destinada a ser incorporada en el satélite 20 del sistema 10 de telecomunicaciones por satélite.

Tal como se ilustra en la Figura 2, la carga 50 útil incluye especialmente un módulo 51 de recepción de pasarela, un módulo 53 de emisión de usuario y un circuito 52 de procesamiento digital.

El módulo 51 de recepción de pasarela está adaptado para recibir los datos emitidos por la estación 30 de pasarela. El módulo 51 de recepción de pasarela incluye, por ejemplo, uno o más circuitos radioeléctricos adaptados para recibir datos en la forma de señales radioeléctricas, por ejemplo, en una o más bandas de frecuencias entre las bandas Q, V, Ka, Ku, L, etc. Alternativamente o en complemento, el módulo 51 de recepción de pasarela puede incluir un circuito óptico adaptado para recibir datos en la forma de señales ópticas. Cabe señalar que el módulo 51 de recepción de pasarela puede incluir varios circuitos ópticos que permiten establecer simultáneamente varios enlaces ópticos con las diferentes estaciones 30 de pasarela respectivas.

El módulo 53 de emisión de usuario está adaptado para emitir datos con destino a uno o más terminales 40 de usuarios. El módulo 53 de emisión de usuario incluye, por ejemplo, uno o más circuitos radioeléctricos adaptados para emitir datos en la forma de señales radioeléctricas, por ejemplo, en una o más bandas de frecuencias entre las bandas Q, V, Ka, Ku, L, etc.

Cabe señalar que el módulo 51 de recepción de pasarela y el módulo 53 de emisión de usuario pueden funcionar en la misma banda de frecuencias, por ejemplo, la banda Ka. Sin embargo, en los modos preferidos de realización, el módulo 51 de recepción de pasarela y el módulo 53 de emisión de usuario utilizan diferentes bandas de frecuencias. En particular, es ventajoso en su caso considerar las bandas de frecuencias más elevadas para el módulo 51 de recepción de pasarela que para el módulo 53 de emisión de usuario, por ejemplo, las bandas Q/V y Ka respectivamente.

Más particularmente, y tal como se ilustra en la Figura 2, el módulo 53 de emisión de usuario incluye una matriz 54 asimétrica de conmutación y una antena 55 multihaz. El módulo 53 de emisión de usuario también incluye amplificadores de potencia (no representados en las figuras) que están integrados en la antena 55 multihaz y/o dispuestos entre la antena 55 multihaz y la matriz 54 asimétrica de conmutación. En la continuación de la descripción, se ubica de manera no limitativa en el caso donde los amplificadores de potencia están integrados en la antena 55 multihaz.

La matriz 54 asimétrica de conmutación incluye, por ejemplo, N puertos de entrada y N M puertos de salida (N>1, M>1). La dicha matriz 54 asimétrica de conmutación está adaptada para enrutar las señales recibidas en los dichos N puertos de entrada hacia un conjunto modificable de N puertos de salida entre los N M puertos de salida. Preferiblemente, la matriz 54 asimétrica de conmutación está constituida de conmutadores de semiconductores («solid state switch» en la literatura anglosajona), y se presenta, por ejemplo, en la forma de uno o más circuitos integrados monolíticos de hiperfrecuencias («Monolithic Microwave Integrated Circuit» o MMIC en la literatura anglosajona).

La antena 55 multihaz está adaptada para formar, en analógico, N M haces estáticos. Por «haz estático» se entiende que cada haz está congelado y no puede ser modificado a lo largo del tiempo, de modo que, especialmente, la dirección de apuntamiento de cada haz es invariante en referencia de satélite. Tal como se ilustra en la Figura 2, la antena 55 multihaz incluye N M puertos de entrada asociados respectivamente a los dichos N M haces estáticos. Los N M puertos de entrada de la antena 55 multihaz están conectados respectivamente a los NM puertos de salida de la matriz 54 asimétrica de conmutación, por ejemplo, a través de una red de formación de haces («Beam Forming Network») o BFN en la literatura anglosajona) estática y analógica. El hecho de tener haces estáticos hace que una tal carga 50 útil sea más sencilla de fabricar (calibración menos compleja que en el caso de haces variables) y de operar (la cantidad de datos de control por transmitir al satélite 20 es menos importante que en el caso de haces variables).

El circuito 52 de procesamiento digital está configurado para efectuar procesamientos digitales en las señales recibidas por el módulo 51 de recepción de pasarela, y especialmente para demultiplexar las señales recibidas multiplexadas por el módulo 51 de recepción de pasarela, por ejemplo multiplexadas en frecuencias, y para distribuir las dichas señales en los diferentes puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación, entre los N puertos de entrada de la dicha matriz asimétrica de conmutación. El circuito 52 de procesamiento digital incluye para este efecto un puerto de entrada conectado al módulo 51 de recepción de pasarela y N puertos de salida conectados respectivamente a los N puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación.

Preferiblemente, el circuito 52 de procesamiento digital también está configurado para controlar la dicha matriz 54 asimétrica de conmutación, es decir para seleccionar los N puertos de salida, entre los N M puertos de salida, hacia los cuales están enrutadas las señales recibidas en los N puertos de entrada de la dicha matriz 54 asimétrica de conmutación.

El circuito 52 de procesamiento digital incluye uno o más procesadores y medios de memorización (disco duro magnético, memoria electrónica, disco óptico, etc.) en los cuales está memorizado un producto de programa informático, en la forma de un conjunto de instrucciones de código de programa por ejecutar. Alternativamente o en complemento, el circuito 52 de procesamiento digital incluye uno o más circuitos lógicos programables (FPGA, PLD, etc.), y/o uno o más circuitos integrados especializados (ASIC, etc.), y/o un conjunto de componentes electrónicos discretos, etc.

El circuito 52 de procesamiento digital también incluye uno o más convertidores analógicos/digitales para la conversión de las señales recibidas del módulo 51 de recepción de pasarela, y uno o más convertidores digitales/analógicos para la conversión de las señales por emitir por el módulo 53 de emisión de usuario.

En otras palabras, el circuito 52 de procesamiento digital incluye un conjunto de medios configurados en forma de software (producto de programa informático específico) y/o hardware (FPGA, PLD, ASIC, componentes electrónicos discretos, etc.) para demultiplexar las señales recibidas por el módulo 51 de recepción de pasarela y para distribuir las dichas señales en los diferentes puertos de salida del dicho circuito 52 de procesamiento digital, es decir en los diferentes puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación y, en los modos particulares de realización, para controlar la matriz 54 asimétrica de conmutación.

La Figura 3 representa esquemáticamente un ejemplo de distribución, en la superficie T de la Tierra, de las N M zonas geográficas servidas por los NM haces estáticos de la antena 55 multihaz. En este ejemplo, varios círculos contiguos están representados en la superficie T de la Tierra, cada círculo representa una zona geográfica servida por un haz estático. En este ejemplo no limitativo, los haces tienen un ancho angular comprendido entre 0.2° y 0.5°, de modo que el número N M de haces estáticos posibles es del orden de algunos miles, por ejemplo, sustancialmente igual a 3000. El número M es, por ejemplo, igual a 10, de modo que el número N de haces estáticos que pueden ser activados simultáneamente es igual a 300.

En el ejemplo no limitativo ilustrado por la Figura 3, los NM haces que sirven sustancialmente toda la superficie de la Tierra visible desde el satélite 20 en órbita GEO, y las zonas geográficas respectivas son todos diferentes. Sin embargo, siguiendo otros ejemplos, nada excluye, servir una superficie inferior de la Tierra y/o tener varios haces que sirvan a una misma zona geográfica.

Además, en el ejemplo no limitativo ilustrado por la Figura 3, los NM haces tienen todos sustancialmente el mismo ancho angular. Sin embargo, siguiendo otros ejemplos, nada excluye, tener haces con anchos angulares respectivos que no sean todos sustancialmente iguales.

En los modos preferidos de realización, la antena 55 multihaz es del tipo que comprende un reflector 551 y una red 550 de fuentes con amplificadores de potencia integrados, en la cual cada haz está formado a través de varias fuentes («Múltiple Feeds Per Beam» o MFPB en la literatura anglosajona), y en la cual las fuentes son compartidas entre varios haces. Por ejemplo, la antena 55 multihaz incluye una lente de Rotman, de modo que cada fuente 550 contribuya a la formación de cada uno de los NM haces estáticos posibles.

Sin embargo, siguiendo otros ejemplos, nada excluye, tener una antena 55 multihaz en la cual cada haz está formado a través de una sola fuente («Single Feed Per Beam» o SFPB en la literatura anglosajona), en particular si el número N M de haces posibles es inferior a mil (<1000), por ejemplo, del orden de algunos cientos.

En el caso donde se desea una cobertura de toda la superficie visible de la Tierra, la red 550 de fuentes está preferiblemente desplazada con respecto a un foco del reflector 551 («Defocused Array Fed Reflector» o DAFR en la literatura anglosajona).

La Figura 4 representa esquemáticamente una matriz 54 asimétrica de conmutación según un modo preferido de realización. Tal como se ilustra en la Figura 4, en este modo de realización, la matriz 54 asimétrica de conmutación está constituida de L submatrices 540 asimétricas dispuestas en paralelo (L>1), preferiblemente idénticas entre sí. Cada submatriz 540 asimétrica incluye N/L puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación y NM/L puertos de salida de la dicha matriz asimétrica de conmutación. Por ejemplo, cada submatriz 540 asimétrica se presenta en la forma de un circuito integrado monolítico de hiperfrecuencia. El número L de submatrices 540 asimétricas es, por ejemplo, del orden de algunas decenas.

Una tal arquitectura es ventajosa porque permite simplificar el diseño de la matriz 54 asimétrica de conmutación, reduciendo, sin embargo, la flexibilidad ofrecida por la dicha matriz asimétrica de conmutación. En efecto, con una tal arquitectura no es posible enrutar una señal recibida en un puerto de entrada hacia un puerto de salida cualquiera entre los NM puertos de salida de la matriz 54 asimétrica de conmutación. Una señal recibida en un puerto de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación sólo se puede enrutar a los NM /L puertos de salida entre los NM puertos de salida, que dependen de la submatriz 540 asimétrica a la cual pertenece el dicho puerto de entrada en el cual se recibe la señal por enrutar. En efecto, las submatrices 540 asimétricas están dispuestas en paralelo, cada uno de los N puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación solo pertenece a una submatriz 540 asimétrica y cada uno de los NM puertos de salida de la dicha matriz 54 asimétrica de conmutación pertenece solo a una submatriz 540 asimétrica. Sin embargo, el circuito 52 de procesamiento digital siempre puede elegir enrutar una señal hacia cualquiera de los puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación (y por lo tanto hacia cualquiera de las submatrices 540 asimétricas), eligiendo el puerto de salida correspondiente del circuito 52 de procesamiento digital, de modo que una señal recibida del módulo 51 de recepción de pasarela todavía pueda ser enrutada hacia cualquiera de los n M haces posibles, y esto con una gran flexibilidad.

Las Figuras 5 y 6 representan esquemáticamente ejemplos de utilización de la carga útil de la Figura 2, considerando de manera no limitativa la matriz 54 asimétrica de conmutación de la Figura 4.

Tal como se ilustra en la Figura 5, el módulo 51 de recepción de pasarela recibe desde una estación 30 de pasarela cuatro señales multiplexadas en frecuencias, destinadas a cuatro terminales 40 de usuarios, respectivamente TE1 a TE4, que se encuentran en las zonas geográficas respectivas servidas por los diferentes haces. Estas cuatro señales son recibidas en una banda de frecuencias dedicada (es decir, diferente de las bandas de frecuencia utilizadas para emitir datos con los terminales 40 de usuarios), por ejemplo, en banda V. Estas cuatro señales ocupan un espectro frecuencial de ancho AF.

Estas cuatro señales son digitalizadas por el circuito 52 de procesamiento digital, opcionalmente después de la traducción frecuencial hacia una banda de frecuencias compatible del dicho circuito 52 de procesamiento digital. El circuito 52 de procesamiento digital configura la matriz 54 asimétrica de conmutación de modo que asocie los haces que sirven las zonas geográficas en las cuales se encuentran los terminales TE1 a TE4 de usuarios de cuatro puertos de entrada de la dicha matriz 54 asimétrica de conmutación. El circuito 52 de procesamiento digital demultiplexa las cuatro señales recibidas y las distribuye en los puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación que permite emitir las señales por los haces que sirven los terminales TE1 a TE4 de usuarios a los cuales están destinadas las dichas señales. Antes de distribuirlos en los puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación, el circuito 52 de procesamiento digital también puede aplicar las diferentes traducciones frecuenciales a las dichas señales, con el fin de, por ejemplo, adaptar las señales a las restricciones reglamentarias en las zonas geográficas en las cuales se encuentran los terminales TE1 a TE4 de usuarios.

La Figura 5 representa un ejemplo de utilización en un intervalo temporal dado, para una demultiplexación y una distribución dada de las señales por el circuito 52 de procesamiento digital y un enrutamiento dado de las dichas señales por la matriz 54 asimétrica de conmutación.

Sin embargo, la demultiplexación, la distribución y el enrutamiento pueden variar a lo largo del tiempo, posiblemente con una frecuencia elevada, del orden de kilohercios, permitida especialmente por el hecho de que:

- numerosos procesamientos son efectuados en digital por el circuito 52 de procesamiento digital, y

- las señales enrutadas por la matriz 54 asimétrica de conmutación son de baja potencia, lo que permite la utilización de conmutadores que conmuten rápidamente, tales como los conmutadores de semiconductores que pueden conmutar mucho más rápido, y esto durante toda la vida útil del satélite, comparado, por ejemplo, con los conmutadores mecánicos utilizados para las señales de fuerte potencia,

- las matrices de conmutadores de semiconductores N hacia N.M son más sencillas de realizar y de implementar que las matrices con base en conmutadores de ferrita.

La Figura 6 representa otro ejemplo de utilización de la misma carga 50 útil. Tal como se ilustra en la Figura 6, el módulo 51 de recepción de pasarela recibe ahora ocho señales multiplexadas en frecuencias, de las cuales cuatro señales están destinadas a los mismos cuatro terminales TE1 a TE4 de usuarios de la Figura 5, y cuatro señales están destinadas a otros cuatro terminales TE5 a TE8 de usuarios. Los terminales TE1 a TE8 de usuarios se encuentran en las zonas geográficas respectivas servidas por los diferentes haces. Estas ocho señales ocupan un espectro frecuencial del mismo ancho AF que en la Figura 5, de modo que especialmente los espectros de las señales destinadas a los terminales TE1 a TE4 de usuarios presentan un ancho frecuencial reducido con respecto a la Figura 5.

Estas ocho señales son digitalizadas por el circuito 52 de procesamiento digital, opcionalmente después de la traducción frecuencial hacia una banda de frecuencias compatible del dicho circuito 52 de procesamiento digital. El circuito 52 de procesamiento digital configura la matriz 54 asimétrica de conmutación de modo que asocie los haces que sirven las zonas geográficas en las cuales se encuentran los terminales TE1 a TE8 de usuarios con ocho puertos de entrada de la dicha matriz 54 asimétrica de conmutación. El circuito 52 de procesamiento digital demultiplexa las ocho señales recibidas y las distribuye en los puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación permitiendo emitir las señales por los haces que sirven los terminales TE1 a TE8 de usuarios a los cuales están destinadas las dichas señales.

Por tanto, en el ejemplo ilustrado en la Figura 6:

- las señales destinadas a los terminales TE1 a TE4 de usuarios son enrutadas de la misma manera al nivel de la matriz 54 asimétrica de conmutación como en el ejemplo ilustrado en la Figura 5; por lo tanto, no hay interrupción de tráfico para estos terminales TE1 a TE4 de usuarios,

- se han activado cuatro nuevos haces con respecto al ejemplo ilustrado en la Figura 5, con el fin de servir cuatro nuevos terminales TE5 a TE8 de usuarios,

- el circuito 52 de procesamiento digital ha adaptado los filtros digitales de demultiplexación de las señales recibidas al ancho frecuencial de los espectros de dichas señales, que se ha reducido con respecto al ejemplo ilustrado en la Figura 5,

- gracias a la flexibilidad ofrecida por la presente invención, la misma estación de pasarela es capaz de gestionar las informaciones para todos los haces y destinada a todos los usuarios TE1 a TE8.

De manera más general, debido al hecho de que los procesamientos son efectuados digitalmente por el circuito 52 de procesamiento digital, estos ofrecen una gran flexibilidad. En particular, considerando que la banda de frecuencia utilizada en el enlace de pasarela con la estación 30 de pasarela se divide en subbandas atribuibles a los diferentes terminales de usuarios, denominados «canales de pasarela», y considerando que la o las bandas de frecuencias (por ejemplo, la banda Ka y/o la banda L) utilizadas en el enlace de usuarios con los terminales 40 de usuarios se dividen en subbandas atribuibles a los diferentes terminales 40 de usuarios, denominados «canales de usuarios», luego el circuito 52 de procesamiento digital está adaptado para transferir cada canal de pasarela hacia uno cualquiera de los canales de usuarios, y además hacia uno cualquiera de los puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación.

Esta transferencia realizada por el circuito 52 de procesamiento digital además puede ser modificada total o parcialmente de un intervalo temporal a otro, al igual que el enrutamiento realizado por la matriz 54 asimétrica de conmutación. En efecto, siguiendo la dimensión temporal, la carga 50 útil hace posible la realización:

- de una cobertura geográfica fija, continua o discontinua en la superficie de la Tierra, manteniendo el mismo conjunto de N haces activos de un intervalo temporal a otro (es decir, sin realizar saltos de haces o «beam hopping»),

- de una cobertura geográfica fija, continua o discontinua en la superficie de la Tierra, asociada a una cobertura geográfica variable, manteniendo por ejemplo K (K<N) los mismos haces activos de un intervalo temporal a otro y realizando un salto de haces para (N-K) haces, que por lo tanto pueden variar de un intervalo temporal a otro,

- de una cobertura geográfica totalmente variable, autorizando un salto de haces en cada uno de los N haces por formar.

Cabe señalar que, tan pronto como se realiza un salto de haces en al menos una parte de los N haces, es posible servir, a lo largo del tiempo, todas las zonas geográficas servidas por la antena 55 multihaz del módulo 53 de emisión de usuario.

El circuito 52 de procesamiento digital permite modificar el espectro asignado a los diferentes haces y excluir una parte del espectro en un haz determinado, por ejemplo, para satisfacer las restricciones reglamentarias.

La flexibilidad ofrecida por la presente invención permite al sistema 10 de telecomunicaciones por satélite adaptarse a las variaciones de tráfico y asignar fácilmente más o menos capacidad a tal haz durante un conjunto de intervalos temporales.

La Figura 7 representa esquemáticamente una primera variante de realización de la carga 50 útil de la Figura 2.

Tal como se ilustra en la Figura 7, la carga 50 útil incluye en este modo de realización dos módulos 51 de recepción de pasarela, adaptados para recibir los datos emitidos por las diferentes estaciones 30 de pasarela respectivas, conectados a los diferentes puertos de entrada respectivos del circuito 52 de procesamiento digital.

Nada excluye, siguiendo, otros ejemplos, considerar un número de módulos 51 de recepción de pasarela superior a dos, por ejemplo, del orden de algunas decenas, con el fin de permitir la recepción de datos emitidos por un gran número de estaciones 30 de pasarela y así maximizar la capacidad del sistema 10 de telecomunicaciones por satélite.

El circuito 52 de procesamiento digital está configurado para demultiplexar las señales recibidas multiplexadas en cada puerto de entrada, es decir, recibidas de módulos 51 de recepción de pasarela y de las diferentes estaciones 30 de pasarela, y para distribuir las dichas señales en los diferentes puertos de entrada de la matriz 54 asimétrica de conmutación.

Por tanto, el circuito 52 de procesamiento digital está adaptado para transferir cada canal de pasarela en uno cualquiera de los puertos de entrada del dicho circuito 52 de procesamiento digital (es decir, recibido de una cualquiera de las estaciones 30 de pasarela) hacia uno cualquiera de los canales de usuarios y uno cualquiera de los N puertos de salida del dicho circuito 52 de procesamiento digital, y por lo tanto hacia uno cualquiera de los haces, gracias a la matriz 54 asimétrica de conmutación.

La Figura 8 representa esquemáticamente un ejemplo de utilización de la carga útil de la Figura 7, considerando de manera no limitativa la matriz 54 asimétrica de conmutación de la Figura 4.

Tal como se ilustra en la Figura 8, un primer módulo 51 de recepción de pasarela recibe de una primera estación 30 de pasarela, designada por GW1, cuatro señales multiplexadas en frecuencias, destinadas a cuatro terminales 40 de usuarios, TE1 a TE4 respectivamente. Además, un segundo módulo 51 de recepción de pasarela recibe de una segunda estación 30 de pasarela, designada por GW2, cuatro señales destinadas a otros cuatro terminales TE5 a TE8 de usuarios. Los terminales TE1 a TE8 de usuarios se encuentran en las zonas geográficas respectivas servidas por los diferentes haces.

Una tal flexibilidad es particularmente ventajosa porque permite especialmente, realizar un despliegue progresivo de estaciones 30 de pasarela, es decir, agregar una o más estaciones 30 de pasarela a un satélite 20 ya puesto en órbita terrestre, con el fin de aumentar la capacidad del sistema 10 de telecomunicaciones por satélite. Típicamente, un módulo 51 de recepción de pasarela destinado a intercambiar datos con una estación 30 de pasarela cuya posición se conoce con anterioridad puede incluir una antena de recepción cuya dirección de apuntamiento está fija en referencia de satélite. Un módulo 51 de recepción de pasarela destinado a intercambiar datos con una estación 30 de pasarela cuya posición no se conoce con anterioridad debe incluir una antena de recepción cuya dirección de apuntamiento pueda ser modificada. La dirección de apuntamiento de una tal antena de recepción es, por ejemplo, modificada a través de una red de formación de haz variable, por medios de apuntamiento mecánicos que llevan la dicha antena de recepción, etc.

En los modos preferidos de realización, al menos uno de los módulos 51 de recepción de pasarela está adaptado para recibir datos en forma de señales ópticas, emitidas por una estación 30 de pasarela óptica. La utilización de un enlace óptico para los intercambios de datos entre la carga 50 útil del satélite 20 y al menos una estación 30 de pasarela óptica presenta numerosas ventajas. Especialmente, un enlace óptico permite tener flujos de datos muy elevados, y la utilización de bandas de frecuencias ópticas no requiere una previa autorización administrativa.

Preferiblemente, la carga 50 útil incluye al menos un módulo 51 de recepción de pasarela radioeléctrica y al menos un módulo 51 de recepción de pasarela óptica. En caso de ausencia de una ruta óptica entre el satélite 20 que incorpora la carga 50 útil y la estación 30 de pasarela óptica (por ejemplo, debido a la presencia de nubes entre el satélite 20 y la dicha estación 30 de pasarela óptica), no es posible intercambiar datos con la estación 30 de pasarela óptica en forma de señales ópticas. En un tal caso, los intercambios de datos sin embargo pueden, hacerse en forma de señales radioeléctricas con destino a una estación 30 de pasarela radioeléctrica, sin embargo, con una capacidad reducida con respecto a la capacidad posible en un enlace óptico.

La presente invención se ha descrito considerando principalmente una vía a seguir («forward link» en la literatura anglosajona), es decir, un intercambio de datos desde una o más estaciones 30 de pasarela hacia uno o más terminales 40 de usuarios, a través del satélite 20. Todo lo que se ha descrito anteriormente es de igual manera aplicable, alternativamente o en complemento, en una vía de retorno («return link» en la literatura anglosajona), es decir, un intercambio de datos desde uno o más terminales 40 de usuarios hacia una o más estaciones 30 de pasarela, a través del satélite 20.

La Figura 9 representa esquemáticamente una segunda variante de realización de la carga 50 útil de la Figura 2, compatible con uno cualquiera de los modos de realización descritos anteriormente. Tal como se ilustra en la Figura 9, la carga 50 útil incluye al menos, además de los elementos descritos anteriormente con referencia a la Figura 2:

- un módulo 57 de emisión de pasarela adaptado para emitir datos con destino a una estación 30 de pasarela,

- un módulo 56 de recepción de usuario adaptado para recibir datos emitidos por uno o más terminales 40 de usuarios.

El módulo 57 de emisión de pasarela y el módulo 56 de recepción de usuario pueden tomar cualquier forma adaptada y, preferiblemente, presentarse en formas similares a las, del módulo 51 de recepción de pasarela y del módulo 53 de emisión de usuario, respectivamente, y pueden compartir algunos equipos con ellos. Por ejemplo, el módulo 56 de recepción de usuarios incluye preferiblemente:

- una matriz 58 asimétrica de conmutación que comprende N M puertos de entrada y N puertos de salida, estando la dicha matriz asimétrica de conmutación adaptada para conectar los dichos N puertos de salida a un conjunto modificable de N puertos de entrada entre los N m puertos de entrada,

- una antena 59 multihaz adaptada para formar NM haces estáticos que comprende N M puertos de salida asociados respectivamente a los dichos NM haces estáticos, estando los dichos N M puertos de salida de la antena multihaz conectados respectivamente a los NM puertos de entrada de la matriz 58 asimétrica de conmutación,

- amplificadores de bajo ruido (no representados en las figuras) integrados en la antena 59 multihaz.

Además, el circuito 52 de procesamiento digital está configurado para multiplexar las señales recibidas en los puertos de salida de la matriz 58 asimétrica de conmutación, y distribuirlas en uno o más módulos 57 de emisión de pasarela de la carga 50 útil.

De manera más general, cabe señalar que los modos de aplicación y de realización considerados anteriormente se han descrito a título de ejemplos no limitativos, y que otras variantes son en consecuencia posibles.

Especialmente, la invención descrita anteriormente se puede utilizar en cualquier banda de frecuencias, se pueden citar a título de ejemplos las bandas de frecuencias utilizadas convencionalmente por los sistemas de telecomunicaciones por satélite, tales como: C, L, S, X, Ku, Ka, Q/V. La invención es igualmente utilizable en cualquier banda de longitudes de ondas ópticas, y no se limita a un tipo particular de órbita terrestre.

Además, la invención se ha descrito considerando un módulo 51 de recepción de pasarela (y, en su caso, un módulo 57 de emisión de pasarela) adaptado para intercambiar datos con las estaciones 30 de pasarela terrestres. Sin embargo, siguiendo otros ejemplos, nada excluye considerar una o más estaciones de pasarela incorporadas en los satélites, comprendiendo entonces la carga 50 útil al menos un módulo 51 de recepción de pasarela (y, en su caso, al menos un módulo 57 de emisión de pasarela) adaptado para intercambiar datos en un enlace inter-satélite.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Carga (50) útil de satélite de un sistema (10) de telecomunicaciones por satélite, comprendiendo la dicha carga (50) útil un módulo (51) de recepción de pasarela adaptado para recibir datos de una estación (30) de pasarela y un módulo (53) de emisión de usuario adaptado para emitir los dichos datos hacia los terminales (40) de usuarios terrestres, comprendiendo el dicho módulo (53) de emisión de usuario:

- una matriz (54) asimétrica de conmutación que comprende N puertos de entrada y NM puertos de salida, estando la dicha matriz asimétrica de conmutación adaptada para enrutar las señales recibidas en los dichos N puertos de entrada hacia un conjunto modificable de N puertos de salida entre los N M puertos de salida, comprendiendo la dicha matriz asimétrica de conmutación L submatrices (540) asimétricas dispuestas en paralelo, comprendiendo cada submatriz (540) asimétrica N/L puertos de entrada de la matriz asimétrica de conmutación y NM/L puertos de salida de la dicha matriz (54) asimétrica de conmutación,

- una antena (55) multihaz adaptada para formar N M haces estáticos que comprenden N M puertos de entrada asociados respectivamente a los dichos NM haces estáticos, estando los dichos NM puertos de entrada de la antena multihaz conectados respectivamente a los NM puertos de salida de la matriz (54) asimétrica de conmutación, - amplificadores de potencia integrados en la antena (55) multihaz o dispuestos entre la dicha antena multihaz y la matriz (54) asimétrica de conmutación,

comprendiendo además la carga útil un circuito (52) de procesamiento digital que comprende un puerto de entrada conectado al módulo (51) de recepción de pasarela y N puertos de salida conectados respectivamente a los N puertos de entrada de la matriz (54) asimétrica de conmutación, configurados para demultiplexar las señales recibidas multiplexadas por el módulo (51) de recepción de pasarela, y para distribuir las dichas señales en los diferentes puertos de entrada de la matriz (54) asimétrica de conmutación.

2. Carga (50) útil según la reivindicación 1, en la cual la antena (55) multihaz es del tipo que comprende un reflector (551) y una red (550) de fuentes con amplificadores de potencia integrados, estando cada haz formado a través de varias fuentes, estando las fuentes compartidas entre varios haces.

3. Carga (50) útil según la reivindicación 2, en la cual la antena (55) multihaz incluye una lente Rotman.

4. Carga (50) útil según una de las reivindicaciones anteriores, en la cual la matriz (54) asimétrica de conmutación está constituida de conmutadores de semiconductores.

5. Carga (50) útil según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos dos módulos (51) de recepción de pasarela, adaptados para recibir los datos emitidos por las diferentes estaciones de pasarela respectivas, conectados a los diferentes puertos de entrada respectivos del circuito (52) de procesamiento digital.

6. Carga (50) útil según la reivindicación 5, en la cual al menos uno de los módulos (51) de recepción de pasarela está adaptado para recibir datos en forma de señales ópticas.

7. Carga (50) útil según la reivindicación 5, que comprende al menos un módulo de recepción de pasarela adaptado para recibir datos en la forma de señales ópticas y al menos un módulo de recepción de pasarela adaptado para recibir datos en la forma de señales radioeléctricas.

8. Carga (50) útil según la reivindicación 5, en la cual al menos uno de los módulos (51) de recepción de pasarela está adaptado para recibir datos en la forma de señales radioeléctricas e incluye una antena de recepción montada en los medios de apuntamiento mecánicos adaptados para modificar una dirección de apuntamiento de la dicha antena receptora.

9. Carga (50) útil según una de las reivindicaciones anteriores, en la cual el circuito (52) de procesamiento digital está configurado para demultiplexar las señales recibidas multiplexadas en frecuencias por el módulo (51) de recepción de pasarela, y para distribuir las dichas señales en los diferentes puertos de entrada de la matriz (54) asimétrica de conmutación.

10. Carga (50) útil según una de las reivindicaciones anteriores, en la cual el circuito (52) de procesamiento digital está configurado para adaptar filtros digitales de demultiplexación de las señales recibidas al ancho frecuencial de los espectros de dichas señales recibidas.

11. Carga (50) útil según una de las reivindicaciones anteriores, en la cual N es igual o superior a 100 y M es igual o superior a 10.

12. Satélite (20) de un sistema de telecomunicaciones por satélite, que comprende una carga (50) útil según una de las reivindicaciones anteriores.