PT1320949E - Sistema de comunicação de espectro alargado por satélite quase geostacionário - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"SISTEMA. DE COMUNICAÇÃO DE ESPECTRO ALARGADO POR SATÉLITE QUASE GEOSTACIONÁRIO" A invenção refere-se a um sistema de comunicações por satélite. Mais particularmente, a invenção refere-se a um processo para iluminar uma área de interesse em terra com um sinal de ligação descendente a ser recebido por um terminal móvel de utilizador.

Os satélites de comunicações, especialmente numa órbita geostacionária (GEO) proporcionam uma plataforma eficaz para a retransmissão de sinais de rádio de uma estação terrestre para uma pluralidade de antenas de satélite domésticas (DHT - Direct-to-Home) . Um sistema comercial de comunicações é composto pelo segmento espacial e pelo segmento terrestre. Em princípio, o sistema espacial de um GEO-sistema inclui o satélite, a operar numa órbita e uma instalação de rastreio, telemetria e comando (TT&C), que controla e gere a operação.

Para a recepção efectiva dos serviços da maior parte dos sistemas de satélites geostacionários existentes, o utilizador necessita de uma antena de satélite com um prato de 50 cm para obter uma recepção quase isenta de erros. Quando se utiliza este tipo de antena para um terminal móvel de utilizador é necessário um rastreio automático. O rastreio automático, no entanto, apenas pode ser conseguido por meio de um rastreio em circuito fechado de uma baliza de sinalização montada num satélite. Obviamente, tal rastreio em circuito fechado é muito caro e pode mesmo necessitar da utilização de uma plataforma controlada por inércia para a antena móvel. Outra possibilidade para se 2 conseguirem comunicações móveis com um satélite geostacionário é por meio de antenas controladas electronicamente. Em comparação com um rastreio mecânico, esta solução simplifica a montagem da antena, mas continua a necessitar de um sistema caro de rastreio em circuito fechado. Finalmente, no caso de um elevado ângulo de elevação do satélite, pode ser considerado o uso de antenas fixas viradas para o zénite, que possuem um feixe suficientemente grande de 3dB de largura de banda. No entanto isto apenas se aplica a poucas áreas de interesse na terra. A US 5.379.320 descreve um sistema de comunicações por satélite entre um terminal central e terminais remotos, por intermédio de dois ou mais satélites geostacionários de comunicações. Um caso especial de terminal remoto poderia ser um terminal móvel, para o qual fosse considerada uma antena com uma elevada direccionalidade. Uma rápida aquisição do sinal para o terminal móvel é conseguida por meio da incorporação de um receptor do sistema de posicionamento global destinado a estabelecer a frequência inicial e referências temporais. Com essa finalidade é proporcionada uma distribuição temporal de alta resolução, por meio da utilização de sinais codificados de espectro alargado. A fim de evitar a perda total de comunicação por causa de séries de perdas de sinal devidas ao trânsito solar, são proporcionados dois satélites redundantes em posições orbitais diferentes. O terminal central incorpora duas antenas de alta direccionalidade, iluminando cada uma delas um satélite geostacionário, que serve de repetidor, com um sinal codificado de espectro alargado. Os terminais remotos empregam uma antena com uma abertura 3 suficientemente pequena para permitir a recepção simultânea de ambos os sinais de espectro alargado do repetidor.

Da US 5 4 63 656 A é conhecido o uso de uma combinação de compressão de banda video, processamento de formas de onda de espectro alargado e um dispositivo de antena circular de abertura faseada electronicamente orientada, para proporcionar comunicações totais de qualidade video com um avião por intermédio de uma ligação através de satélite de comunicações. Um satélite geostacionário convencional na banda Ku ou na Banda C é assumido para esse fim.

Da US 6 075 969 A é conhecida a diminuição do tamanho das antenas receptoras da banda C ou da banda Ku dentro das configurações de satélite existentes. A fim de se evitarem interferências indesejadas com outros satélites, a antena receptora é desenhada com nulos em localizações orbitais onde se encontram localizados satélites potencialmente interferentes. Além disso, o alargamento da largura de banda reduz a densidade de energia para baixo do limiar FCC

Da US 3 836 969 A é conhecida a operação de um satélite de comunicações numa órbita quase geostacionária, que possui uma inclinação seleccionada em relação ao plano do equador da terra. A inclinação e orientação do satélite é tal, que a sua inclinação se mantém vinculada pelo valor inicial durante o tempo de vida do satélite, de maneira que é evitada a necessidade de manter a bordo meios de manutenção da posição norte-sul. Além disso, satélites adicionais são operados em órbitas inclinadas, em que cada uma das órbitas dos satélites é progressivamente inclinada em relação a qualquer uma das outras órbitas e em que meios de comutação 4 executam a comutação de um satélite para outro em alturas do ano predeterminadas. Esta descrição considera a operação de um satélite numa órbita inclinada em ligação com os limites dos propulsores de um satélite, mas não em ligação com as comunicações móveis.

Constitui um objecto da invenção proporcionar um sistema de comunicações por satélite, o qual permite a comunicação com um terminal móvel de utilizador por intermédio de satélites convencionais de comunicações em qualquer área de interesse na terra.

Esse objecto é atingido por meio de um processo de acordo com as Reivindicações 1 - 10 e um terminal de utilizador de acordo com as Reivindicações 11 - 14. O processo para enviar um sinal através da ligação descendente para uma antena móvel com uma baixa direccionalidade, dentro de uma área de interesse na terra, compreende os passos de operar um satélite quase geostacionário numa órbita inclinada e enviar um sinal de espectro alargado s' (t) através da ligação descendente, a partir do referido satélite quase geostacionário, com uma frequência superior a 2690 MHz, preferivelmente superior a 10 GHz, para a referida área de interesse na terra.

Um terminal móvel de utilizador de acordo com a invenção compreende uma antena móvel com uma baixa direccionalidade, adaptada para receber um sinal de espectro alargado descendente s'(t) com uma frequência superior à da banda L de 1,5/1,6 GHz, preferivelmente superior a 10 GHz, que é emitido por um satélite quase geostacionário operado numa órbita inclinada e uma unidade de processamento para 5 desmodular o referido sinal descendente de espectro alargado s' (t) por meio de desmodulação do espectro alargado.

De acordo com a invenção o sinal transmitido pelo satélite para a estação móvel de utilizador possui uma frequência superior à da banda L de 1,5/1,6 GHz, preferivelmente superior a 10 GHz. Geralmente, a maior parte das aplicações conhecidas para as comunicações móveis são baseadas na frequência de banda L de 1,5/1,6 GHz. De facto, de acordo com a técnica anterior, uma grande variedade de bandas de frequência, entre 1525 MHz e 2690 MHz, tem sido atribuída para fins de comunicações móveis por satélite pela International Telecommunication Union (ITU). O Regulamento Rádio WAR-92 (Málaga-Torremolinos, Janeiro-Março 1992) identificou as porções 1980-2010 MHz e 2170-2200 MHz como estando disponíveis a nível mundial para serem usadas pela componente de satélite dos sistemas 3G. A 3G, isto é a terceira geração, refere-se à geração dos sistemas móveis de telecomunicações submetidos ao regulamento da International Mobile Telecommunications-2000, IMT-2000. Adicionalmente, o Regulamento Rádio WRC-2000 (Istambul, 8 de Maio - 2 de Junho 2000) identificou diversas porções situadas entre 1525 e 2690 MHz para a IMT-2000. A vantagem dessas frequências é principalmente o facto de terem propriedades de transmissão aceitáveis e serem adequadas para transmissão por satélite. No entanto, dentro dessa banda de frequências não é aconselhável introduzirem-se quaisquer técnicas de espectro alargado, porque a largura de banda resultante é demasiadamente baixa para as finalidades de comunicação hodiernas. 6

No entanto a invenção ultrapassa o preconceito de que frequências superiores às da banda L de 1,5/1,6 GHz e em particular superiores a 10 GHz sejam inadequadas para as comunicações móveis devido às suas fracas propriedades de propagação, por meio da utilização de uma técnica de espectro alargado. O termo satélite quase geostacionário significa, no contexto da presente invenção, qualquer satélite que mantenha a sua posição geostacionária média em relação a um grau de longitude especifico na terra, mas que está sujeito a perturbações devido a uma inclinação escolhida relativamente ao plano equatorial da terra. A Fig.2 mostra o movimento de um satélite, conforme é observado a partir de estações terrestres devido a uma inclinação não zero, isto é operação numa órbita inclinada. O movimento resulta particularmente numa oscilação diária norte-sul do satélite. Tendo inclinações de alguns graus, este movimento não é aceitável para as transmissões convencionais de elevada largura de banda. À primeira vista a operação numa órbita inclinada não é aconselhável para os satélites geostacionários, porque a inclinação não zero provoca um movimento diário do satélite em forma de oito, o qual degrada as propriedades de recepção. No entanto, a combinação de uma operação numa órbita inclinada com comunicação de espectro alargado conduz à vantagem de o movimento aparente diário permitir o emprego de uma diversidade de conceitos. Mesmo durante as posições desfavoráveis do satélite em relação à área de interesse na terra, ainda é possível uma comunicação devido ao sinal aumentado em relação à proporção de ruído, que 7 pode ser conseguido por meio da modulação de espectro alargado. Outra vantagem devida à proporção do sinal aumentado relativamente ao ruido é o facto de a orientação da antena receptora do terminal móvel de utilizador ser mais tolerante, em relação à antena de ligação descendente, no que se refere ao mau alinhamento que possa ser provocado por um movimento do veiculo correspondente.

Uma outra vantagem da invenção é o facto de as limitadas fendas orbitais para o satélites geostacionários poderem ser utilizadas com maior eficácia. A modulação e a desmodulação do espectro alargado é uma técnica de comunicação, em que a modulação transmitida é alargada (aumentada) na largura de banda antes da transmissão através do canal e depois estreitada (reduzida) em largura de banda, pelo mesmo valor, no receptor. As mais populares técnicas de alargamento são, de longe, a modulação por sequência directa (DS) e a modulação por saltos de frequência (FH).

Uma sequência de modulação directa é formada por meio da modulação linear da sequência de saida de um gerador de números pseudo aleatórios numa cadeia de impulsos, tendo cada um deles uma duração chamada tempo de deriva. Este tipo de modulação é geralmente usado juntamente com sinais binários codificados de informação de comutação de fase (BPSK). Como tal o sinal modulado é formado, primeiro por meio da multiplicação (módulo 2) da corrente de bits de informação pura pela sequência de pseudo ruido e depois pela modulação da fase de uma portadora limpa com o sinal resultante. 8

No receptor, ou a forma de onda de pseudo ruído já se encontra disponível ou o receptor precisa de adquirir primeiro a forma de onda do pseudo ruído. Quer dizer, o gerador local de pseudo ruído aleatório, que gera a forma de onda do pseudo ruído no receptor usado para desfazer o alargamento tem de ser alinhado (sincronizado) no âmbito de um impulso da forma de onda de pseudo ruído do sinal recebido. Isso é executado por meio do emprego de qualquer forma de algoritmo de busca, a qual aumenta sequencialmente no tempo a forma de onda do pseudo ruído local por uma fracção de um chip (por exemplo meio chip) e em cada uma das posições procura um elevado grau de correlação entre as formas de onda de referência do pseudo ruído, recebido e local. A busca termina quando a correlação excede um determinado valor limite, o que é uma indicação de que o alinhamento foi conseguido. Depois de trazer as duas formas de onda de pseudo ruído para um alinhamento de curso, é usado um algoritmo de rastreio para manter o alinhamento fino. A forma mais popular de circuitos de rastreio são os circuitos fechados de retardamento de tempo e a sua versão multiplex temporal, o circuito tau oscilante.

Uma modulação por saltos de frequência é formada por meio da modulação não linear de uma cadeia de impulsos, com uma sequência de mudanças de frequência geradas pseudo aleatoriamente. Esse sinal de modulação é multiplicado por um sinal de informação de uma chave de comutação multifrequências complexa (MFSK). No receptor, a soma do sinal transmitido e da interferência do canal é complexamente multiplicada pela modulação do salto de frequência idêntica, a qual devolve o sinal transmitido à sua forma MFSK original. Analogamente ao caso da sequência directa, o receptor tem de adquirir e rastrear o sinal com 9 o salto de frequência de modo que a forma de onda de inversão do salto seja tão próxima quanto possível da forma de onda do salto.

Uma qualidade importante de uma comunicação de espectro alargado é o ganho de processamento do sistema, que é definido pela proporção da largura de banda do espectro alargado e pela largura de banda do sinal. 0 ganho de processamento é uma medida para a diminuição da influência sobre o desempenho do receptor. Desse modo, mesmo que o satélite execute um movimento de acordo com a Fig.2, quando visto das estações de terra e portanto não preencha os requisitos para uma recepção directa por meio dos pratos das antenas de satélite domésticas, que utilizam técnicas de modulação convencionais, é agora possível uma recepção através da utilização de técnicas de espectro alargado. A probabilidade de erro do sinal de tráfego pago recebido e com o alargamento invertido p' (t) pode ser conseguido, consequentemente, por meio do ajustamento do rácio do alargamento ou modulação do espectro alargado. Isso pode ser feito partindo-se do pressuposto de um determinado ganho da antena do referido terminal de utilizador, de maneira que para as antenas tipicamente utilizadas a probabilidade de erro será suficientemente baixa.

Geralmente a modulação de espectro alargado compreende os passos de geração de um sinal de pseudo ruído PN(t) e modulação de um sinal de tráfego pago p(t) com o referido sinal de pseudo ruído PN (t) para gerar o referido sinal de espectro alargado s(t) na ligação ascendente. Consequentemente, a desmodulação de espectro alargado compreende o passo de correlacionar o referido sinal 10 descendente de espectro alargado s'(t) com o referido sinal de pseudo ruído PN(t) para gerar o referido sinal de tráfego pago revertido quanto ao alargamento p'(t).

Efectivamente, tal correlação do referido sinal de espectro alargado da ligação descendente s' (t) e do referido sinal de pseudo ruído PN(t) é conseguida por meio do retardamento do referido primeiro sinal de pseudo ruído PN(t) e da multiplicação do referido sinal de pseudo ruído retardado PN(t) e do referido sinal de espectro alargado da ligação descendente s' (t) . O sinal de pseudo ruído PN(t) poderá ser uma sequência binária de pseudo ruído, a qual é gerada por meio de um registo de mudança de realimentação ou de um dispositivo de memória, em que uma sequência de valores de um sinal de pseudo ruído está armazenada. A modulação de espectro alargado pode ser efectuada na estação terrestre antes de transmitir o sinal de ligação ascendente ou por processamento a bordo do satélite. O primeiro caso compreende os passos de modular um sinal de ligação ascendente s(t), por meio de modulação de espectro alargado com um determinado rácio de alargamento para gerar um sinal ascendente de espectro alargado s(t), transmitir o referido sinal ascendente de espectro alargado s(t) para o referido satélite quase geostacionário e converter o referido sinal de ligação ascendente s(t) no referido sinal de ligação descendente s'(t). 0 segundo caso compreende os passos de transmitir um sinal de ligação ascendente para o referido satélite quase geostacionário, processamento do referido sinal de ligação ascendente, a bordo do referido satélite quase 11 geostacionário, por meio de modulação de espectro alargado com um determinado rácio de alargamento, para gerar o referido sinal de espectro alargado de ligação descendente s' (t) . 0 processamento digital a bordo suporta um encaminhamento flexivel do tráfego a bordo e exige uma capacidade de atribuição baseada. Os sinais são transmitidos para o satélite e são recebidos e processados por um ou mais módulos do satélite. Os processadores digitais de bordo incluem programas desmoduladores, desmultiplexadores, comutadores, moduladores e programas de controlo de tráfego, para regenerar, para comutar e para multiplexar os dados conforme são recebidos das diferentes localizações. Tais processadores de bordo são chamados "processadores regenerativos de bordo" ou, em conjunto com antenas transmissoras/receptoras de feixes múltiplos "processadores regenerativos multi-feixes de bordo" e proporcionam funcionalidade de encaminhamento inter-feixes e de comutação rápida por pacotes (como sejam ATM, IP ...) para suportar uma interconectividade de salto simples. Podem ser suportadas as seguintes funcionalidades:

Combinação de sinais de diferentes estações/localizações de ligação ascendente, os quais são recebidos por intermédio de antenas de feixes múltiplos ou antenas de feixes simples de um ou mais módulos de satélite do grupo de satélites.

Regeneração, comutação e multiplexação de dados.

Solicitar capacidade de atribuição baseada. Também a cobertura de recepção pode ser gerida dinamicamente. 0 12 processador de bordo suporta uma conectividade total de malhas, que permite comutar canais/tráfego de "qualquer local para qualquer local" (encaminhamento inter-feixes). A comutação de canais e de feixes é por isso feita numa base individual (encaminhamento flexível).

Gestão do tráfego a bordo e recolha de dados brutos de facturação. 0 processador de bordo suporta aplicações de surtos de dados e de velocidade de dados constante.

Formatação de dados compatível com as normas aceites de ligação descendente (MPEG, DVB...) .

Suporta a comutação por pacotes, a comutação por circuitos e comutação por quadros.

Outra família de processadores de bordo é a dos processadores DVB (Digital Vídeo Broadcast - Transmissão Vídeo Digital) de bordo, os quais remultiplexam diferentes canais de ligação ascendente numa ou mais correntes de transporte DVB de ligação descendente. Os sinais de ligação ascendente são recebidos e encaminhados para o processador de bordo para serem remultiplexados e as correntes de transporte são encaminhadas para um ou mais satélites de um grupo para a sua posterior ligação descendente.

De acordo com outro aspecto da invenção, a estação que mantém o controlo do referido satélite está restringida às correcções da deriva de longitude e às correcções da excentricidade. Esta característica permite operar um 13 satélite numa órbita inclinada com consumos substancialmente reduzidos dos propelentes limitados. Embora o equipamento de comunicação presente no satélite represente um investimento substancial, o tempo de vida operacional de um satélite é tipicamente apenas da ordem dos 12 anos e é principalmente limitada pela disponibilidade de propelentes.

Para uma utilização eficaz dos satélites, os propelentes são necessários para a manutenção e a estabilidade da posição. Idealmente, um satélite numa órbita geostacionária deveria manter-se numa posição fixa, porque as forças de gravidade e centrífuga exercidas sobre um satélite geostacionário são iguais. Infelizmente, no entanto, as forças gravitacionais exercidas sobre um satélite geostacionário não são constantes. As forças gravitacionais do sol e da lua, exercidas sobre um satélite geostacionário, provocam uma modificação do ângulo de inclinação do satélite. Os cálculos orbitais assumem também que a massa da terra se encontra distribuída numa esfera perfeita. De facto, a terra é ligeiramente ovoide. Esse erro provoca uma modificação na longitude dos satélites geostacionários.

Num satélite, o subsistema de manutenção da posição proporciona pequenos impulsores de foguete, os quais são periodicamente usados para movimentar o satélite de volta a um ângulo de inclinação de zero graus. Além disso, o subsistema de manutenção da posição é também usado para manter os satélites geostacionários nas longitudes que lhes foram atribuídas. Os foguetes impulsores usados para a manutenção da posição utilizam gás, o qual é armazenado em tanques, nos satélites. A hidrazina gasosa é frequentemente 14 usada para os foguetes impulsores nos satélites. A quantidade de gás armazenada nos tanques para os foguetes de impulsão é um dos principais limites à vida útil efectiva de um satélite geostacionário.

Por outro lado, satélites geostacionários equipados com antenas de feixe estreito apontadas para lados específicos da terra necessitam de uma maior e mais precisa manutenção da posição, à medida que os feixes se tornam mais estreitos. Essa precisão também permite a utilização de antenas da estação terrestre fixamente apontadas. Além disso, a adopção de uma tolerância estrita na manutenção da posição para os satélites permite uma melhor utilização da órbita dos satélites geostacionários e do espectro de radiofrequência. Por isso, para satélites que são portadores de repetidores de satélite de alto desempenho, pretende-se ter uma manutenção da posição o mais precisa possível. A Fig.l mostra uma janela de manutenção da posição com as dimensões comuns para um satélite geostacionário. Como na prática é impossível manter o satélite absolutamente imóvel em relação à terra, o volume disponível para a deslocação relativa do satélite em relação à sua posição central original recebeu especificações típicas de ±0,05° em longitude e latitude e uma variação de 4' 10“4 da excentricidade. A fim de manter o satélite geostacionário dentro da janela de manutenção do satélite, são aplicados aumentos de velocidade Δν ao satélite num ponto da órbita. Esses aumentos de velocidade são o resultado de forças que actuam em direcções particulares do centro da massa do satélite durante períodos suficientemente curtos em comparação com o período da órbita, de maneira que esses 15 aumentos podem ser considerados como impulsos. Pode demonstrar-se que um impulso na direcção φ modifica a inclinação, um impulso na direcção r modifica a longitude e a excentricidade e um impulso na direcção X modifica a deriva e a excentricidade. São por isso montados accionadores no satélite, os quais são capazes de produzir forças perpendiculares à órbita para controlar a inclinação e as forças tangenciais. Não há necessidade de gerar impulsos na direcção r, uma vez que a modificação da longitude é obtida a partir de uma deriva criada pelos impulsos X, os quais permitem também que a excentricidade seja controlada. Os accionadores permitem portanto um controlo independente dos movimentos fora do plano da órbita, a chamada manutenção da posição norte-sul e movimentos no plano da órbita, a chamada manutenção da posição este-oeste. A manutenção da posição este-oeste é proporcionada por meio de impulsos, que actuam tangencialmente à órbita, na direcção X de acordo com a Fig.l. Pode demonstrar-se que a manutenção da posição este-oeste é absolutamente necessária para a operação de um satélite de comunicações, porque de outro modo a deriva natural do satélite conduz a uma modificação da excentricidade, de maneira que o satélite já não se mantém geostacionário em referência a uma posição definida no equador. A manutenção da posição norte-sul é conseguida por impulsos, quem a sua inclinação. Pode demonstrar-se que apenas a deriva a longo prazo do vector de inclinação tem de ser corrigida, uma vez que a amplitude das perturbações periódicas se mantém inferior a 0,1° em latitude. O efeito 16 da deriva a longo prazo é uma deriva de inclinação de cerca de 0,8° - Io por ano. O custo total da manutenção da posição para o controlo norte-sul e este-oeste, tendo em consideração a janela de manutenção da posição de acordo com a Fig.l, é da ordem de: 43-48 m/s por ano para o controlo norte-sul (correcção da inclinação) e 1 - 5 m/s por ano para o controlo este-oeste (deriva de longitude e correcções de excentricidade).

Quando os propelentes são consumidos, a manutenção da posição já não pode ser mais proporcionada e o satélite deriva sob o efeito das diversas perturbações. Adopta, particularmente, um movimento oscilatório na longitude, à volta do ponto de equilíbrio estável, o qual faz com que varra uma porção do espaço próxima da órbita de outros satélites geostacionários. Por isso, é adoptado um procedimento especial, o qual procura remover os satélites da órbita geostacionária no final da sua vida útil. Utilizando uma pequena quantidade de propelente, que é reservada com essa finalidade, o satélite é colocado numa órbita de maior altitude do que a dos satélites geostacionários. Por essa razão, depois dessa operação o satélite já não pode ser usado para fins de comunicação, de modo que todos os investimentos no equipamento de comunicações têm de ser proveitosos durante o limitado periodo de vida útil do satélite.

Dado que o lançamento de satélites começou a ser crescentemente importante há dez anos, dentro dos próximos 17 anos uma grande quantidade de repetidores de satélite deverá ser retirada devido a terem atingido o fim das suas vidas úteis. No entanto, os repetidores de comunicações poderiam ainda ser usados durante mais alguns anos, dado que a vida útil desses satélites é limitada em primeiro lugar pela disponibilidade cada vez menor de propelentes.

Por outro lado, as fendas orbitais disponíveis na órbita geostacionária são também limitadas, de maneira que é de crescente importância operar os satélites de modo a poupar-se tanto espaço quanto possível.

Além disso, um reconhecimento muito importante é o do facto de que o orçamento para a manutenção do controlo da posição norte-sul é muito mais elevado do que o orçamento para o controlo este-oeste. Por isso, é sugerido não se proporcionar mais nenhuma correcção de inclinação pelo controlo norte-sul, mas restringir o controlo de manutenção da posição do satélite à deriva da longitude e às correcções da excentricidade. Devido a esta restrição no controlo deposição dá-se uma deriva natural na direcção q> negativa, de modo que a inclinação do satélite diminui a cada ano de aproximadamente 0,8°.

Antes de se restringir o controlo de manutenção da posição do satélite à deriva de longitude e às correcções das excentricidade, o satélite pode ser posicionado numa inclinação máxima permitida, como seja aquela em que o vector de inclinação inicial é paralelo e oposto à direcção principal da deriva natural. O momento para o posicionamento do satélite na inclinação máxima permitida é particularmente escolhido no fim da sua vida útil, antes da completa exaustão dos reservatórios de propelente. Sem a 18 provisão da correcção de inclinação, a inclinação do satélite diminui então aproximadamente 0,8° por ano e depois alcança eventualmente, passados vários anos, um valor máximo, que finalmente determina o fim da vida operacional do satélite.

Enquanto durante a operação normal o satélite é mantido na sua janela de manutenção de posição acordo com a Fig. 1, é possível uma comunicação muito precisa e de elevada largura de banda para antenas da estação de terra com uma pontaria fixa. Durante esta fase, a utilização do canal de comunicações pode ser optimizada e o investimento no equipamento do satélite é amortizado num espaço de tempo relativamente curto.

No entanto, no final do tempo de vida útil do satélite conforme acima descrito, o satélite pode ser posicionado na inclinação máxima permitida, antes da completa exaustão dos propelentes, de tal modo que o vector de inclinação inicial seja paralelo a e oposto à direcção principal da deriva natural e a partir daí é aplicada a comunicação de espectro alargado. Portanto, no fim do seu tempo de vida útil o satélite pode ser eficazmente usado para serviços de comunicação móvel, que requeiram antenas pequenas e não direccionais no terminal do utilizador.

De acordo com outro aspecto da invenção, satélites adicionais são operados em co-localização com o referido satélite quase geostacionário, formando um grupo de satélites. Assim é possível proporcionar dois ou mais satélites sobre a órbita inclinada, os quais executam o mesmo movimento aparente com uma mudança temporal. Assim, a 19 mesma fenda orbital pode ser usada mais eficazmente por uma pluralidade de satélites.

Cada um dos satélites no referido grupo de satélites emite um sinal de espectro alargado pela ligação descendente. Se houver um repetidor transparente em todos os satélites todos os sinais de ligação descendente poderão ser simplesmente o mesmo, mas o qual poderá iluminar áreas de interesse diferentes na terra devido a posições diferentes na órbita inclinada. Se houver um processamento a bordo em todos os satélites, cada um dos satélites do referido grupo poderá enviar um sinal de espectro alargado de ligação descendente Si' (t) separado. Cada um dos sinais de espectro alargado da ligação descendente Si' (t) poderá ser separado pela sua própria sequência de alargamento de espectro, com baixa correlação cruzada emparelhada para acesso múltiplo por divisão de código (CDMA). Quando utiliza a CDMA, é fornecida a cada sinal do conjunto a sua própria sequência de alargamento de espectro. Por isso todos os sinais ocupam a mesma largura de banda e são transmitidos simultaneamente no tempo, mas são distinguidos uns dos outros no receptor pelo código especifico de alargamento que empregam. Vantajosamente, é usada a CDMA síncrona juntamente com sequências ortogonais de alargamento do espectro. Isso significa que o conjunto de sequências de espectro alargado tem uma correlação cruzada emparelhada relativamente baixa entre quaisquer duas sequências do conjunto. Se houver uma operação síncrona é possível permitir que sejam usadas sequências ortogonais como sequências de alargamento do espectro, que eliminam a interferência de um utilizador em relação a outro. Por isso, se os sinais da ligação descendente Si' (t) se sobrepuserem às suas pegadas em terra, a largura de banda disponível pode ser aumentada. 20

Alternativamente, se nenhum esforço for feito para alinhar as sequências, o sistema funciona assincronamente, o que provoca interferência de acesso múltiplo entre os canais, de maneira que a capacidade final do canal é limitada. No entanto, o modo assíncrono pode exibir mais flexibilidade no desenho do sistema.

De acordo com um aspecto da invenção, o terminal de utilizador compreende uma antena pequena e móvel. Outro efeito importante do ganho de processamento introduzido é o facto de essas interferências serem diminuídas no lado do receptor. Uma vez que a interferência é introduzida depois do sinal transmitido ser alargado no seu espectro, então, enquanto a operação de inversão do alargamento do espectro no receptor reduz o desejado sinal de regresso à sua largura de banda original, alarga ao mesmo tempo o espectro do sinal indesejado (interferência) na sua largura de banda pelo mesmo valor, reduzindo assim a sua densidade espectral de energia.

Por essa razão, é apresentada, de acordo com a invenção, uma aplicação completamente nova de um satélite de comunicação no fim da sua vida útil.

Em especial, a antena do lado do utilizador poderá ser uma antena plana não direccional, a qual poderá convenientemente estar construída em veículos ou poderá estar integrada em terminais de computador ou em computadores portáteis. Outra possibilidade é utilizar-se, do lado do utilizador, formações de antenas de fase adaptativa, baseadas numa tecnologia planar. Uma tal antena é capaz de formar um feixe adaptativo, de maneira que até é possível apontar o feixe principal do respectivo repetidor 21 de satélite durante o tempo em que um veículo se encontra em movimento, de forma que os sinais, que vêm de posições orbitais de satélites potencialmente interferentes, podem ser suprimidos. Isso reduzirá consideravelmente a quantidade de sinais interferentes, de maneira que o ganho de processamento pode ser reduzido e pode ser oferecida uma mais elevada largura de banda do sinal. Outra possibilidade é usar-se uma antena de prato pequeno, com um diâmetro inferior a 10 cm, a qual pode ser manualmente orientada para o satélite.

De acordo com outro aspecto da invenção, pelo menos um satélite adicional é operado em co-localização com o satélite quase geostacionário. Um outro reconhecimento da invenção é o facto de que essa constelação pode ser usada para fornecer dados de informação de GPS (Global Positioning System - Sistema de Posicionamento Global) ao receptor. Devido a técnicas aperfeiçoadas de rastreio, a posição de um satélite pode hoje em dia ser determinada com uma precisão inferior a um metro. Portanto, essas coordenadas dos satélites são conhecidas com a mesma precisão na estação de terra. Para se proporcionar informação de dados de GPS a um terminal móvel de utilizador, cada um dos pelo menos dois satélites envia um sinal de referência, em que cada um dos sinais de referência compreende uma informação de referência temporal e uma informação de referência orbital em relação ao satélite emissor. A unidade de processamento do terminal móvel de utilizador compreende um processador de localização destinado a determinar as coordenadas do terminal móvel do utilizador com base nos sinais de referência. 22

De acordo com um outro aspecto da invenção a proporção de alargamento do espectro é ajustada de tal modo que a probabilidade de erro, entre o sinal de tráfego pago revertido quanto ao alargamento de espectro p' (t) e o sinal de tráfego pago p(t) se situa abaixo de uma necessária probabilidade de erro, assumindo-se um determinado ganho de antena da antena do terminal do utilizador. Um valor razoável da probabilidade de erro necessária é da ordem dos IO'8. A fim de atingir com a maior eficácia a necessária probabilidade de erro de acordo com outro aspecto da presente invenção, a modulação e a desmodulação de espectro alargado são combinadas com a codificação e a descodificação de um canal. Uma abordagem comum da codificação e descodificação do canal é inserir periodicamente um bit ou um símbolo conhecido no sinal transmitido, o qual pode ser usado para detectar a ocorrência de deslizamentos de ciclo e então resolver a ambiguidade da fase portadora resultante. A codificação por controlo antecipado de erro (FEC) é uma outra ferramenta para se conseguir uma boa eficácia de energia e de largura de banda. A escolha da técnica de codificação FEC está dependente do número de bits que devem ser codificados como um grupo identificável. Considera-se, em primeiro lugar, o caso para o qual apenas várias dezenas de bits têm de ser codificados numa palavra de código. Naturalmente esta situação dá origem a um grande número de circunstâncias, que incluem pequenos pacotes de dados, que contêm informação de sinalização ou dados de utilizador e para transmissão digital de voz, para o que retardamentos adicionais (devidos à codificação) superiores a mais do que 23 dois quadros de voz são inaceitáveis e apenas os bits mais sensíveis do quadro são protegidos com a codificação FEC. Para tais casos pode ser usado o chamado código BCH. Outra possibilidade é usar-se codificação convolucional com puncturação para se conseguir a desejada velocidade de codificação. Geralmente, antes da codificação convolucional, um campo de bits ao mesmo nível é anexado ao fim do campo de bits de dados, de modo que os últimos bits de dados a ser descodificados tenham um nível de integridade semelhante ao do resto dos bits de dados. 0 campo de bits do mesmo nível pode representar um suplemento para a transmissão de blocos de dados muito pequenos. Por isso, a convolucional é preferível à codificação de blocos, porque é mais fácil de adaptar para utilização em decisões programáticas. Eventualmente, no caso da transmissão de uma corrente contínua de dados (por exemplo, voz digital) é usada a chamada codificação concatenada com um código convolucional como código interno e um código Read-Salomon como código exterior ou codificação turbo.

Uma combinação de parâmetros adequada poderia ser um código BCH, em que o ganho da antena do terminal de utilizador é de 20 dB, a probabilidade de erro requerida de 10~8, a velocidade de chip é de 55 Mchip/s num repetidor de 33MHz com uma modulação QPSK e uma frequência de portadora de 11 GHz na banda KU, o ganho de processamento é de 100, o ganho de codificação é de 3,5 e a velocidade de bits de informação é de 400 kbits/s. De acordo com estes parâmetros de sistema, programas de dados e/ou som podem ser transmitidos a partir da estação de terra para o terminal de utilizador. Se uma antena com um ganho de antena superior (por exemplo, uma antena adaptativa com relação de fase) for utilizada, podem ser mesmo conseguidas 24 velocidades de bits de informação para a transmissão de programas de televisão.

Entende-se que todos os aspectos da invenção acima descritos podem ser aplicados, não apenas na combinação descrita, mas também noutras combinações ou isolados. A invenção será agora descrita a título de exemplo e com referência aos desenhos juntos. A Fig.l mostra uma janela de manutenção de posição de dimensões comuns para um satélite geostacionário. A Fig.2 mostra o movimento do satélite devido a uma inclinação não zero, conforme visto a partir de estações em terra. A Fig.3 mostra a escolha entre uma transmissão de elevada largura de banda e uma transmissão de espectro alargado de acordo com a invenção, A Fig.4 mostra uma aplicação tipica da transmissão de espectro alargado durante o fim do ciclo de vida do satélite, A Fig.5 mostra a combinação de codificação de canal e transmissão de espectro alargado de acordo com a invenção. A Fig.6 mostra a taxa geral de redução devida à introdução da codificação de canal, dependente da eficácia do código n/k. 25 A Fig.7 mostra o efeito sobre a taxa de erros de bits devida à introdução de um código BCH dependente da proporção de ruido de sinal por bit de informação e A Fig.8 mostra uma pluralidade de satélites operados em órbitas com diferentes inclinações. A Fig.l e a Fig.2 já foram descritas acima. A Fig.3 mostra a escolha entre uma transmissão de elevada largura de banda e uma transmissão de espectro alargado de acordo com a invenção. Enquanto houver propelentes suficientes a bordo do satélite para manter o satélite dentro da janela de manutenção da posição de acordo coma Fig.l, pode ser executada pelo repetidor do satélite uma transmissão de elevada largura de banda. Tipicamente pode ser proporcionada uma largura de banda de 38 Mbits/s, de maneira que os diversos canais possam ser transmitidos em paralelo. Os canais vindos de diversas origens 300 são introduzidos num multiplexador 302. Opcionalmente, os sinais vindos de uma determinada fonte podem ser comprimidos por meio de um algoritmo de compressão apropriado, como seja o MPEG3, para o que é proporcionado um codificador 301. Depois disso é executada a codificação e modulação 303, antes do sinal ser enviado para a antena 304 da estação de terra. A escolha mais popular de técnica de modulação para serviços de alta velocidade tem sido a codificação por quadratura da mudança de fase (QPSK -Quadrature Phase-Shift Keying) .

No lado do receptor é proporcionado um prato com um diâmetro de 50 cms. Consequentemente, a descodificação e 26 desmodulação do canal 306 é executada antes do sinal ser introduzido num desmultiplexador 307 e é dividida por diversos sinais de recepção, os quais podem ser recebidos por receptores 309. No caso de técnicas de compressão é fornecido um descompressor 308.

Logo que o satélite chegue ao fim do seu tempo de vida útil, o satélite é posicionado, de acordo com a invenção, numa inclinação máxima permitida, de tal modo que o vector de inclinação inicial seja paralelo e oposto à direcção principal da deriva natural e seja omitido mais controlo norte-sul. Ao mesmo tempo a transmissão é comutada para uma modulação de espectro alargado 310, o que resulta numa largura de banda mais baixa de por exemplo 2 Mbits/s. Devido ao ganho de processamento apenas pode ser proporcionada uma largura de banda mais pequena. No entanto, por outro lado, as exigências de manutenção da posição do repetidor do satélite e do ganho de antena da antena receptora, são considerados mais baixos em proporção ao ganho de processamento introduzido. Consequentemente, pode ser proporcionada uma antena plana com uma abertura de por exemplo 10 cm2 311, para comunicações móveis. Em correspondência com isso tem lugar a inversão do alargamento do espectro 312 antes do sinal ser introduzido no desmultiplexador 307. A Fig.4 mostra uma aplicação típica da transmissão de espectro alargado, durante o fim da vida útil de um satélite. Esta transmissão corresponde às vias de transmissão 310, 311, 312 de acordo com a Fig.3. Uma antena adaptativa plana com relação de fase 400 poderá ser usada para aumentar o ganho de antena no lado do receptor. Por outro lado, no lado emissor podem ser usados algoritmos de 27 compressão altamente eficazes 401, como seja o MPEG4. Desse modo podem ser alcançadas velocidades de bits de até 5 Mbit/s antes do alargamento, da codificação do canal e da modulação 402. O sinal codificado é transmitido com 38 Mbit/s através do repetidor do satélite 403 e é recebido pela antena adaptativa com relação de fase 400, a qual poderá estar instalada, por exemplo, num veiculo 404. No lado da recepção tem lugar a inversão do alargamento, a descodificação do canal e a desmodulação 405 e se necessário, a compressão de acordo com o algoritmo de compressão 401.

De acordo com a aplicação da Fig.l é assim possível proporcionar-se uma transmissão de programas de TV para um receptor móvel, que poderá estar instalado num veículo. Embora a eficácia da largura de banda seja inaceitável, ainda pode ser alcançado o equilíbrio dos custos de investimento para o equipamento do satélite, porque a forma de transmissão proposta é proporcionada apenas no fim do tempo de vida útil do satélite. A Fig.5 mostra a combinação da codificação do canal e da transmissão de espectro alargado de acordo com a invenção. Além de adicionar o ganho de processamento por meio da técnica de espectro alargado, há a possibilidade de introduzir ganho de codificação por meio de codificação de canal. Neste contexto, têm de ser distinguidas as seguintes velocidades: A mais elevada velocidade possível é a velocidade de chips 502, a qual tem de ser distinguida da velocidade de bits codificada 501 depois da codificação do canal. A velocidade de bits de informação fornecida pela origem é simplesmente chamada velocidade de bits 500. 28

Para se adicionar o ganho de codificação ao ganho de processamento são possíveis os seguintes cenários:

Primeiro a informação é codificada por um código de bloco (ou convolução) com a velocidade n/k e apenas então cada um dos bits codificados é alargado no espectro pela sequência PN. Esta solução pode ser considerada como uma simples concatenação do alargamento do espectro, como código interno e da codificação de blocos, como código externo.

Outra possibilidade é codificar primeiro os bits de informação por meio de um código de bloco de muito grande velocidade. Os bits codificados podem ser então adicionados (módulo 2) aos chips da sequência PN. No entanto, neste caso, a sequência PN tem de ter exactamente a mesma velocidade que a velocidade de bits codificada.

De acordo com a Fig.5 é considerado o primeiro caso de concatenação de codificação de canal e espectro alargado. Uma origem 510 envia um sinal com uma velocidade de bits 500, que se assume como b. A codificação de canal (por exemplo, código BCH) fornece uma velocidade de bits 501, a qual resulta da velocidade de bits b multiplicada pela eficácia da codificação n/k, em que n representa o número de bits codificados e k o número de bits de informação por palavra de código. O alargamento 512 tem então lugar no sinal codificado por meio do ganho de processamento Gp. Durante a transmissão do sinal de espectro alargado através do repetidor do satélite o sinal de tráfego pago de espectro alargado s(t) é corrompido por ruído e interferência, à medida que o sinal de recepção s' (t) é 29 recebido no terminal do utilizador. 0 sinal de recepção s' (t) mostra naturalmente um rácio ruido/sinal Ec/No bastante fraco. No entanto, após a inversão do alargamento 513 o desejado sinal é reduzido para a sua largura de banda original, enquanto ao mesmo tempo sinais indesejados são alargados no espectro da largura de banda pelo mesmo valor, de modo a atingir-se um rácio ruido/sinal Ecb/No aumentado. Por meio da descodificação de canal 514 pode ser introduzido ainda mais ganho de descodificação, de modo que é recebido pelo receptor 515 um rácio ruido/sinal Eb/NO ainda mais melhorado. A Fig.6 mostra a redução geral de velocidade resultante, devida à introdução de descodificação de canal dependente da eficácia n/k. Deve observar-se que o ganho de codificação não pode ser aumentado conforme se deseje porque, com um número crescente de bits codificados por palavra de código n aumenta também a possibilidade de que haja distorções nos bits acabados de introduzir. Por isso deve haver uma largura máxima de banda atingível ou uma redução geral mínima de velocidade no que se refere à largura de banda do canal. A Fig.6 mostra que para um código BCH a redução de velocidade mínima pode ser atingida pela combinação n = 127 e k = 92, enquanto que para o caso de n = 31 o mínimo atingido é mais do dobro do do caso n = 127. Além disso pode ver-se que por meio da introdução de codificação de canal, se conseguirá um ganho de codificação adicional de quase 2. A Fig.7 mostra o efeito exercido sobre a taxa de erro de bits devido à introdução de um código BCH dependente do rácio sinal/ruído por bit de informação Eb/NO. Para valores baixos de Eb/NO, a melhoria não é muito significativa, 30 enquanto que para grandes valores Eb/NO a diferença entre codificação de canal e ausência de codificação de canal é significativa. Abaixo de um determinado limite de cerca de 4 dB a codificação de canal é ainda menos eficiente do que a total ausência de codificação. No entanto, este caso deverá ser evitado por meio da escolha de um ganho de processamento suficiente. A Fig.8 mostra uma pluralidade de satélites operados em órbitas com a mesma longitude mas com diferentes inclinações, φ, r , λ são as coordenadas estacionárias relativas a cada um dos satélites, em que φ é a latitude, r é a excentricidade e λ é a longitude do satélite correspondente. O satélite 801 é operado numa órbita normal. Os satélites 802, 803 são operados em órbitas inclinadas B e C com inclinação positiva, enquanto que o satélite 804 é operado numa órbita inclinada D com uma inclinação negativa. Com a ajuda da Fig.8 irão ser descritas algumas configurações possíveis de satélites de acordo coma a invenção.

Forma de realização 1: Um satélite em órbita inclinada É considerado, em primeiro lugar, apenas um satélite em órbita inclinada, por exemplo o satélite 802 na órbita B. Tendo essa inclinação, o satélite, conforme é visto da terra, executa um movimento conforme mostrado na Fig.2. O movimento resulta particularmente numa oscilação norte-sul do satélite, por dia. Geralmente esse movimento diário em forma de oito do satélite degrada as propriedades de recepção de um terminal móvel de utilizador. No entanto a invenção torna possível utilizar totalmente o satélite 802 31 para fins de comunicações móveis, ao fornecer um sinal de espectro alargado através da ligação descendente.

Uma qualidade importante neste contexto é o ganho de processamento do sistema, o qual é definido pela proporção do espectro alargado da largura de banda e pela largura de banda do sinal. 0 ganho de processamento é uma medida para a diminuição da influência da interferência no desempenho do receptor. Por essa razão, mesmo que o satélite execute um movimento de acordo com a Fig.2, quando visto de estações em terra e portanto não preencha as exigências para uma recepção por meio de antenas de satélite circulares domésticas, utilizando-se técnicas de modulação convencional, é agora possível uma recepção por meio da utilização de técnicas de alargamento do espectro. A probabilidade de erro do sinal de tráfego pago recebido e submetido a inversão de alargamento espectral p' (t) pode consequentemente ser conseguida por meio do ajustamento da proporção de alargamento do espectro ou modulação do espectro alargado. Isso pode ser feito partindo-se do princípio de um determinado ganho de antena do referido terminal de utilizador, de modo que para as antenas tipicamente usadas a probabilidade de erro será suficientemente baixa.

No entanto, mesmo quando se usa um elevado ganho de processamento, nunca se pode garantir que tenha lugar a transmissão completa, porque se supõe que o receptor seja um terminal móvel de utilizador. Em especial, tem de ser considerado o desvanecimento devido a edifícios elevados, túneis e montanhas elevadas. Além do efeito de diversidade devido ao movimento aparente do satélite na órbita 32 inclinada, é possível diminuir os efeitos de desvanecimento por meio de intercalação e afectação dinâmica de memória.

Uma vez iniciada uma corrente de dados em tempo real (por exemplo, vídeo) no monitor do consumidor, os dados têm de ser fornecidos a uma velocidade constante. No entanto, o sistema pode controlar quando é que o primeiro bloco da corrente é entregue ao monitor do consumidor (latência). A afectação dinâmica da memória pode ser eficazmente usada para controlar a latência da entrega em aplicações de vídeo a pedido. Quanto mais dados forem submetidos à memória dinâmica, maior a latência de arranque da corrente e mais longo o tempo para servir um bloco de pedido no servidor. Vantajosamente, o efeito de diversidade devido ao movimento aparente do satélite na órbita inclinada pode ser combinado com uma repetição da transmissão das mesmas correntes de dados.

Outra possibilidade para lidar com os efeitos do desvanecimento é proporcionar-se um sinal intercalado de espectro alargado na ligação descendente s'(t), o qual é desintercalado antes da desmodulação. A intercalação separa erros de impulso e fá-los aparecer mais aleatoriamente, de modo que a probabilidade de uma descodificação precisa é aumentada. Geralmente é suficiente intercalar diversas extensões de blocos de um sinal codificado por blocos ou de diversas extensões constritas de um sinal codificado convolucionalmente. A intercalação de blocos é a abordagem mais directa, mas as necessidades de retardamento e de memória são reduzidas a metade com as técnicas de intercalação convolucional e helicoidal . A periodicidade, na forma como as sequências são combinadas é evitada com a intercalação pseudo aleatória. 0 princípio da intercalação 33 em combinação com a modulação de espectro alargado permite as comunicações móveis por intermédio de satélites geostacionários, mesmo com uma largura de banda muito elevada. É mesmo possível transmitir programas vídeo se um determinado tempo de retardamento for aceitável e se for aplicado armazenamento prévio.

As vantagens da invenção tornar-se-ão agora completamente evidentes através das formas de realização que se seguem, as quais mostram combinações preferidas com a primeira forma de realização.

Forma de realização 2: Satélite geostacionário em combinação com a forma de realização 1

Além do satélite 802 operado na órbita B é agora assumido que o satélite geostacionário 801, com uma posição fixa e uma antena fixa apontada opera na órbita A. É evidente que o satélite 801 pode ser operado de uma forma convencional com transmissões de elevada largura de banda. A vantagem de acordo com a invenção é o facto de, além do satélite 801, o satélite 802 poder ser fornecido para comunicações móveis, conforme descrito acima sob a designação de forma de realização 1. Isso significa que o espaço limitado da órbita pode ser melhor utilizado.

Forma de realização 3: Diversos satélites em órbitas inclinadas para GPS O sistema GPS (Global Positioning System) tem sido coordenado pelo Departamento de Defesa dos EEUU e fornece aos utilizadores informação precisa de temporização e 34 rastreio. 0 sistema está disponível com uma precisão reduzida para os utilizadores civis.

Para aplicações específicas pode ser útil ter-se disponível um sistema GPS alternativo, por exemplo por razões de redundância. Um tal sistema pode ser facilmente realizado tendo-se diversos satélites em órbitas inclinadas. A técnica básica para a determinação das coordenadas do GPS de um receptor baseia-se numa solução de trilateralidade conforme descrita abaixo. Por exemplo, são localizados três satélites, em que as posições de cada um dos satélites são conhecidas. Se as distâncias dl, d2 e d3, de cada um dos satélites para o receptor puderem ser medidas, então a posição desconhecida do receptor pode ser determinada. Deixemos que di indique a distância da medição correspondente de cada satélite e deixemos que (x, y, z) e (xi, y±, Zi) indiquem respectivamente as coordenadas cartesianas do receptor e de cada um dos satélites Pi. Portanto obtém-se a seguinte relação:

íl)

receptor. 0 vector das medidas da distância é medido como:

Um método vulgarmente usado para resolver q nesta equação não linear é o método iterativo de Gauss-Newton. 35 0 melhor cálculo de

iterativamente aproximado como: Λ £ Λ» f γΛ Y\ 5k+] ?) ft d - "d *** \ J l )) (3) onde

F é a matriz Jacobiana: 3% Bu ôx 3y δζ df __ ?k Êk dq ôx 3y dz Êl ?k ôx 3y õz (4) Não obstante, na prática não apenas uma trilateralidade de configuração, mas qualquer outra configuração, como por exemplo uma configuração de bilateralidade ou de quadrilateralidade, podem ser usadas.

Se o desvio de relógio do receptor for também de certo modo eliminado, uma configuração de trilateralidade é suficiente. Uma configuração de bilateralidade poderia mesmo aplicar-se se uma outra coordenada do receptor já se encontrasse disponível, o que poderia por exemplo ser a altura acima do nível do mar. A fim de executar as medições da distância di, os satélites correspondentes, envolvidos na configuração do GPS, têm de enviar um sinal de referência com a informação do tempo de referência. Depois disso o tempo de propagação e portanto as distâncias di podem ser calculados. Em princípio existem duas possibilidades para proporcionar o sinal de referência, nomeadamente seja por meio de um repetidor de 36 satélite transparente, seja por meio de processamento a bordo.

Tendo-se um repetidor transparente em todos os satélites envolvidos na configuração do GPS, um sinal correspondente através da ligação ascendente, que contém os sinais de referência, será retransmitido simultaneamente por todos os repetidores. Uma separação no receptor pode ser executada, por exemplo, se o repetidor apresentar uma mutação de frequência diferente na ligação descendente 0 processamento a bordo, conforme descrito acima, deixa em aberto uma pluralidade de opções para a transmissão dos sinais de referência para o receptor. Uma vez que uma sincronização temporal com base no sinal de ligação descendente comum é difícil de realizar, é também possível conseguir-se uma sincronização temporal entre todos os satélites envolvidos na configuração GPS por meio de uma comunicação entre satélites. Uma vez que uma sincronização temporal entre os satélites seja assim conseguida, os sinais de referência podem ser enviados separadamente para cada um dos satélites, por exemplo fazendo-se uso de um esquema CDMA conforme pormenorizadamente descrito acima.

Lisboa, 8 de Maio 2007.

Claims (14)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para o envio de um sinal através da ligação descendente para uma antena móvel com uma baixa direccionalidade, no interior de uma área de interesse na terra, que compreende os passos de: operar um satélite quase geostacionário (802) numa órbita inclinada (B) e enviar um sinal de espectro alargado s' (t) através da ligação descendente a partir do referido satélite quase geostacionário (802), com uma frequência superior à da banda L de 1,5/1,6 Ghz, preferivelmente superior a 10 Ghz, para a referida área de interesse na terra.

2. Processo de acordo com a Reivindicação 1, que compreende ainda os passos de modular um sinal pela ligação ascendente p(t) por meio da modulação de espectro alargado, com um determinado rácio de alargamento do espectro, para gerar um sinal de espectro alargado s(t) na ligação ascendente, transmitir o referido sinal de espectro alargado s (t) pela ligação ascendente para o referido satélite quase geostacionário (802) e conversão do referido sinal de espectro alargado s(t) através da ligação ascendente no referido sinal de espectro alargado s' (t) através da ligação descendente.

3. Processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender os passos de transmissão de um sinal através da ligação ascendente para o referido satélite quase geostacionário (802), processamento a bordo do referido satélite quase geostacionário (802) 2 do sinal de ligação ascendente por meio de modulação de espectro alargado com um determinado rácio de alargamento para gerar o referido sinal de espectro alargado s' (t) na ligação descendente.

4. Processo de acordo com uma das Reivindicações 1-3, caracterizado pelo facto de o controlo de manutenção da posição do referido satélite estar restringido a correcções de deriva (λ) e a correcções de excentricidade (r).

5. Processo de acordo com uma das Reivindicações 1-4, caracterizado pelo facto de satélites adicionais (801, 803, 804) serem operados em co-localização com o referido satélite quase geostacionário (802) formando um grupo de satélites.

6. Processo de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado pelo facto de cada uma dos satélites (801, 802, 803, 804) do referido grupo de satélites emitir um sinal de espectro alargado separado s'(t) através da ligação descendente.

7. Processo de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado pelo facto de a cada um dos sinais de espectro alargado Si' (t) através da ligação descendente ser fornecida a sua própria sequência com baixa correlação cruzada emparelhada de acesso múltiplo por divisão de código (CDMA).

8. Processo de acordo com uma das Reivindicações 5 - 7, caracterizado pelo facto de pelo menos dois satélites do referido grupo de satélites enviarem um sinal de 3 referência, em que cada sinal de referência compreende um informação de referência temporal e uma informação de referência orbital no que se refere ao satélite emissor.

9. Processo de acordo com uma das Reivindicações 1 - 8, caracterizado pelo facto de o sinal de espectro alargado da ligação descendente s' (t) ter um rácio de alargamento de espectro que é ajustado em combinação com uma codificação de canal, de tal modo que a probabilidade de erro do sinal de ligação descendente revertido quanto ao alargamento do espectro e descodificado será suficientemente baixo, partindo-se do principio de um determinado ganho de antena da matriz de antena adaptativa com relação de fase (400) .

10. Processo de acordo com a Reivindicação 9, caracterizado pelo facto de a probabilidade de erro a ser conseguida o ser da ordem dos 10" .

11. Terminal móvel de utilizador, que compreende: uma antena móvel (400) com uma baixa direccionalidade, adaptada para receber um sinal de espectro alargado s' (t) da ligação descendente com uma frequência mais elevada do que a banda L de 1,5/1,6 Ghz, preferivelmente acima de 10 Ghz, o qual é emitido por um satélite quase geostacionário (802) operado numa órbita inclinada (B) e uma unidade de processamento (405) para a desmodulação do referido sinal de ligação descendente de espectro 4 alargado s' (t) por meio de desmodulação de espectro alargado.

12. Terminal móvel de utilizador de acordo com a Reivindicação 11, caracterizado pelo facto de a antena móvel com uma baixa direccionalidade ser uma antena plana não direccional.

13. Terminal móvel de utilizador de acordo com a Reivindicação 11, caracterizado pelo facto de a antena móvel com uma baixa direccionalidade ser uma matriz de antena adaptativa de relação de fase baseada numa tecnologia plana e capaz de formação de um feixe adaptativo.

14. Terminal móvel de utilizador de acordo com uma das Reivindicações 11 - 13, caracterizado pelo facto de a antena móvel (400) estar adaptada para receber sinais de referência enviados de um satélite quase geostacionário (802) e de pelo menos um outro satélite (801, 803, 804) operados em co-localização com o satélite quase geostacionário (802), em que cada sinal de referência compreende uma informação de referência de tempo e uma informação de referência de órbita em relação ao satélite emissor e em que a unidade de processamento (405) compreende um processador de localização, destinado a determinar as coordenadas do terminal móvel de utilizador com base nos sinais de referência. Lisboa, 8 de Maio de 2007.