RU2158480C2 - Спутниковая сотовая система телефонной связи и передачи данных с наклонной орбитой - Google Patents

Спутниковая сотовая система телефонной связи и передачи данных с наклонной орбитой Download PDF

Info

Publication number
RU2158480C2
RU2158480C2 RU96120182/09A RU96120182A RU2158480C2 RU 2158480 C2 RU2158480 C2 RU 2158480C2 RU 96120182/09 A RU96120182/09 A RU 96120182/09A RU 96120182 A RU96120182 A RU 96120182A RU 2158480 C2 RU2158480 C2 RU 2158480C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
satellite
satellites
earth
communication system
cellular communication
Prior art date
Application number
RU96120182/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96120182A (ru
Inventor
Бартон Ватт Грегори
Original Assignee
Моторола, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Моторола, Инк. filed Critical Моторола, Инк.
Publication of RU96120182A publication Critical patent/RU96120182A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2158480C2 publication Critical patent/RU2158480C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1007—Communications satellites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1085—Swarms and constellations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/242—Orbits and trajectories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/244—Spacecraft control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/195—Non-synchronous stations
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18521—Systems of inter linked satellites, i.e. inter satellite service

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Спутниковая сотовая система телефонной связи и передачи данных обеспечивает двойное спутниковое перекрытие по меньшей мере 85% земной поверхности. Технический результат состоит в установлении связи с портативными и подвижными сотовыми телефонами. Система обеспечивает двустороннюю связь в любом месте на Земле и над Землей до определенной высоты над уровнем моря, составляющей несколько сотен километров. В системе используется несколько спутников на низких околоземных орбитах. Орбиты спутников имеют наклонение от 30 до 90o. Со спутников обеспечиваются линии связи непосредственно с абонентами и через телефонную сеть общего пользования с другими абонентами. Спутники взаимосвязаны посредством линий связи в кольцевую структуру, окружающую Землю. Коммутацию осуществляет каждый из спутников. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к подвижной связи, в частности, к усовершенствованной спутниковой сотовой системе телефонной связи и передачи данных.
В некоторых традиционных спутиковых системах связи спутники или узлы системы связи вращаются вокруг Земли на полярной орбите. Это значит, что спутники вращаются вокруг Земли по орбите, которая проходит через северный и южный полюса. Несмотря на то, что спутники, вращающиеся на полярной орбите, обеспечивают охват всей Земли, существует две проблемы.
Во-первых, спутники с полярной орбитой образуют след траектории с противовращением, создаваемый спутниками, движущимися в противоположных направлениях. Например, предположим, что спутники вращаются от южного полюса к северному. Миновав северный полюс, они начинают двигаться в обратном направлении. То есть, теперь спутники движутся от северного полюса к южному (т.е. по другой половине орбиты). После прохождения южного полюса спутники вновь движутся вверх к северному полюсу. Таким образом, спутники, движущиеся по одной половине орбиты, образуют след траектории с противовращением относительно тех спутников, которые движутся по другой половине орбиты. Этот след траектории с противовращением создает проблему установления и поддержки связи между спутниками, движущимися в противоположных направлениях.
Во-вторых, хотя движущиеся по полярной орбите спутники обеспечивают оптимальный охват для однолучевого спутникового охвата Земли, при двухлучевом охвате может потребоваться удвоение числа спутников или расширение функциональных возможностей самих спутников. Однако удвоение числа спутников и расширение их функциональных возможностей существенно удорожает систему. Кроме того, расширение функциональных возможностей спутника обычно ведет к увеличению его веса.
Задачей изобретения является создание низкоорбитальной многоспутниковой сотовой системы связи, в которой бы был исключен след траектории с противовращением и обеспечено непрерывное двойное перекрытие связью на большей части поверхности Земли.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием его конкретных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - упрощенная схема спутниковой системы связи, в части которой может быть реализовано изобретение;
фиг. 2 - упрощенная структурная схема, поясняющая взаимосвязь спутниковых коммутационных узлов со своими подвижными абонентами и взаимосвязь с телефонной системой общего пользования;
фиг. 3 - двухлучевое перекрытие областей, обслуживаемых спутниковым коммутационным комплексом вокруг Земли;
фиг. 4 - геометрия спутникового комплекса для определения расстояния между спутниками в одной и той же орбитальной плоскости и между спутниками в разных орбитальных плоскостях;
фиг. 5-6 - подспутниковые точки и временная последовательность спутникового комплекса согласно предпочтительному варианту изобретения;
фиг. 7 - структурная схема системы базы данных для спутниковой сотовой системы связи.
Описание предпочтительных вариантов
На фиг. 1 изображена в очень упрощенном виде конфигурация усовершенствованной спутниковой сотовой системы телефонной связи. На нем показано несколько спутников на низкой околоземной орбите. Эти спутники расположены в каждой орбитальной плоскости, наклоненной приблизительно под углом 60o, и обеспечивают непрерывное двухспутниковое коммутированное обслуживание для большей части Земли, за исключением нескольких областей вокруг северного и южного полюсов. Спутники обеспечивают прямой интерфейс между множеством абонентов сотовой телефонной связи и системы передачи данных, а также интерфейс между этими абонентами и телефонной системой общего пользования (PSTN).
Эта спутниковая сотовая структура в некоторой степени аналогична современным сотовым системам подвижной телефонной связи. В современных наземных сотовых системах сотовые станции стационарные, а абоненты подвижные. По мере того, как абонент перемещается из одной ячейки в другую, его телефонный вызов передают с одного сотового коммутационного узла на другой.
Для настоящего изобретения абоненты являются относительно неподвижными в любой данный момент времени, тогда как спутники, которые являются ячейками, находятся в постоянном движении. С помощью портативного или подвижно установленного сотового телефона связь с одним из спутниковых коммутаторов, изображенных на фиг. 1, устанавливают непосредственно с этого портативного подвижного или стационарного дистанционного телефона с одним из ближайших спутниковых коммутаторов. Каждый спутник движется вокруг Земли. Когда спутник, который вначале служил коммутационным узлом для конкретного абонента, покидает ячейку этого коммутатора, вызов абонента "перебрасывается" в соответствующую соседнюю ячейку. Соседние ячейки могут быть ячейками в одном спутнике или ячейками разных спутников, расположенных либо в данной орбитальной плоскости, либо в соседней орбитальной плоскости. Абоненты могут перемещаться, но расстояние этого перемещения относительно мало по сравнению с расстоянием перемещения спутниковых коммутаторов.
Аналогично сотовой системе подвижной телефонной связи спутниковая сотовая система связи обеспечивает спектральную эффективность. Это значит, что можно одновременно использовать одну и ту же частоту разными спутниковыми коммутаторами. Спектральную эффективность обеспечивает пространственное разнесение между спутниковыми коммутаторами и абонентами.
Абоненты могут находиться в любом месте на суше, воде или в воздухе на высоте ниже низкоорбитальных околоземных спутников. Например, абонент на одном материке может вызвать абонента, находящегося на другом материке, на борту корабля или самолета.
В данной системе можно использовать маломощные портативные подвижные или стационарные радиотелефоны. При современном уровне техники достаточно мощности до 10 Вт.
В такой системе каждый изображенный спутник является коммутационным узлом. Большинство традиционных систем спутниковой связи действуют в основном как радиорелейная станция или проводящий канал. Это значит, что они обеспечивают стационарную связь между двумя пунктами или связь из одного пункта на Земле через спутник с другим пунктом на Земле. Обычные системы спутниковой связи не имеют возможности устанавливать связь с другим спутником, находящимся в той же самой или другой орбитальной плоскости. В данном изобретении функция коммутации предусмотрена в каждом орбитальном спутнике, так что спутники способны устанавливать связь со спутниками, находящимися в той же орбитальной плоскости или в других орбитальных плоскостях.
Как уже отмечалось выше, каждая орбитальная плоскость спутников предпочтительно наклонена приблизительно под углом 60o. Возможны и орбитальные плоскости спутников с большими или меньшими наклонениями. Непрерывное двойное спутниковое перекрытие большей части Земли можно гарантировать путем уменьшения или увеличения высоты орбитальной плоскости в зависимости от ее угла наклонения. Спутники, вращающиеся вокруг Земли с предпочтительным углом наклона 60o, обеспечивают непрерывное двойное перекрытие почти всей Земли. Это перекрытие носит случайный или нерегулярный характер на северном и южном полюсах или не гарантировано на широте выше 80 - 85o.
В предпочтительном варианте было обнаружено, что непрерывное двойное спутниковое перекрытие можно обеспечить с помощью спутников в количестве 81 на низких околоземных орбитах. Эти спутники могут находиться в 9 орбитальных плоскостях, наклоненных под углом 60o, по 9 спутников на каждую плоскость. Можно использовать и другие конфигурации, например 8 х 8 или 7 х 7. Однако необходимо соответственно изменять высоту спутников, чтобы учесть разные размеры ячеек для комплексов, состоящих из меньшего или большего числа спутников, отличающегося от предпочтительного спутникового комплекса с числом спутников 9 х 9.
Каждый спутник содержит спутниковый коммутационный узел, соответствующие антенны 11 (например, спиральные антенны для двусторонней связи и линзовые для перекрестной связи) и развертывающуюся панель солнечных батарей 12 вместе с батареями аккумуляторов (не показаны), соединенными с солнечными батареями для обеспечения питанием коммутационного узла. Сами по себе спутники являются низкоорбитальными околоземными спутниками, выпускаемыми серийно. Эти спутники запускают на орбиту ракетами-носителями. Оказавшись на орбите, панель солнечных батарей раскрывается и тем самым приводит в действие коммутационный узел. Затем спутники индивидуально подключают к системе с помощью стандартных каналов телеметрии, слежения и управления (TT & C) для формирования сети.
Как показано на фиг. 1 абонент А с портативным телефоном выходит на связь. Этот запрос канала связи принимает конкретный спутник 1, как показано на фиг. 1. Абоненту выделяют частотный канал и затем номер нужного ему абонента маршрутизируют через систему. Каждый спутник является распределенным локальным процессором и определяет, как следует произвести коммутацию вызова. Спутник 1 переключает вызов в соответствующую ячейку, находящуюся либо в его собственном комплекте ячеек, либо в комплекте соответствующего спутника. Этот путь определяется каждым спутниковым коммутационным узлом, пока вызов не будет принят спутником 2. Затем спутник 2 маршрутизирует данный вызов конкретному абоненту портативного телефона B, показанному на фиг. 1.
Хотя изображено два абонента с портативными телефонами, абоненты могут находиться на воде, в движущемся автомобиле, на борту самолета или быть частью телефонной системы общего пользования, где связь осуществляется через шлюз (межсетевой интерфейс). Каждый спутник является локальным процессором. Система определяет, на какой соответствующий спутник или ячейку следует переключить данный вызов. Каждый спутник определяет оптимальный путь между собой и следующим соответствующим спутником. Эти определения могут делаться на основании кодированной на станции части телефонного номера вызываемого абонента.
Каждый спутник обычно направляет как минимум 4 или более лепестков диаграммы направленности на Землю и содержит как минимум 4 или больше соответствующих ячеек для коммутации. Эти лепестки зоны перекрытия обеспечиваются антеннами (обычно спиральными) с фиксированной шириной диаграммы направленности, соответствующей числу лепестков. Перекрывающиеся ячейки могут различаться с помощью современных технологий сотовой связи. Каждый спутник определяет оптимальный путь от него к следующему спутнику, по которому маршрутизировать конкретный вызов или передачу данных. Спутниковые коммутаторы оперируют пакетами данных и, следовательно, могут передавать цифровой звуковой сигнал или данные. Восходящие и нисходящие данные/цифровой звуковой сигнал принимают демодулированными на основе частотного уплотнения (FDM) и затем пакетируют для передачи от одного спутника к другому.
Фиг. 2 иллюстрирует взаимосвязи для части одной плоскости спутников. Кроме того, показана связь между спутником и его соответствующими подвижными абонентами и телефонной сетью общего пользования. На фиг. 2 изображено три спутника: спутники 40, 50 и 60. Спутник 40 связан со спутником 50 линией связи i. Спутник 50 связан со спутником 60 линией связи i+1. Спутник 60 связан с последующим спутником в данной плоскости (не показан) линией связи i+2. Спутник 40 связан с предыдущим спутником (не показан) линией связи i-1.
Каждая плоскость спутников образует кольцо связанных спутников вокруг Земли.
Как уже отмечалось выше, на фиг. 2 показана одна плоскость спутников. Кроме того, каждый спутник связан через каналы радио или оптической связи с одним или несколькими спутниками в других орбитальных плоскостях. Таким образом, каждый спутник связан с предыдущим и последующим спутником в своей орбитальной плоскости и одним или несколькими спутниками в других орбитальных плоскостях.
Межспутниковые линии связи i-1, i и т.д. могут быть реализованы путем передачи данных посредством СВЧ-луча или лазерного луча. Современные технологии позволяют производить такую передачу данных.
Связь между спутниками и их подвижными абонентами обеспечивают, например, лучами j-1, j+1. Эти лучи соответствуют лепесткам, показанным на фиг. 3, и упомянутым выше коммутационным ячейкам. Лучи создаются спутниковыми антеннами двусторонней связи, которые обеспечивают связь с абонентами через абонентскую всенаправленную антенну. Предельное число абонентов, которое может обслужить конкретный спутник одновременно, зависит от выделенной ширины полосы и мощности, имеющейся на спутнике. Обычно, это число может составлять около 50 000 абонентов на спутник.
Спутник 40, как показано, связан с магистральной линией или шлюзом (межсетевым интерфейсом) 10 через луч j-1. Любой спутник, такой как спутник 40, способен передавать и принимать данные из шлюза, такого как шлюз 10. Такая шлюзовая линия связи может быть реализована с использованием пакетированных данных, аналогично линиям связи между спутниками.
Шлюз 10 содержит блоки, обеспечивающие связь с телефонной сетью общего пользования (PSTN) 20. Все абоненты телефонной сети общего пользования 30 связаны с этой сетью 20. Благодаря связи спутника 40 через шлюз 10 с телефонной сетью общего пользования 20, подвижный абонент спутниковой сотовой системы, установивший непосредственную связь через луч со спутником, может передавать звуковой сигнал или данные через спутниковую структуру (межспутниковую связь через соответствующие линии связи) через шлюз 10, через телефонную сеть общего пользования 20 выбранным абонентам телефонной сети общего пользования 30 или наоборот.
Каждый спутник обеспечивает несколько лучей для передачи данных. Эти лучи передачи данных образуют лепестки зон перекрытия, показанные на фиг. 3, для орбитального комплекса 9х9 согласно предпочтительному варианту. Спутники вращаются на орбите, наклоненной под углом 60o, на высоте 1118 км с углом возвышения зоны обслуживания 10o.
Как показано на фиг. 2, спутник может использовать один или несколько своих лучей для обеспечения сопряжения со шлюзом. Необходим по меньшей мере один луч для установления линии связи между каждым шлюзом и спутником. Типично спутник связан только с одним шлюзом. Один шлюз обеспечивает достаточную магистраль для взаимосвязи многих подвижных абонентов с телефонной сетью общего пользования 20.
Каждый спутник выполняет внутреннюю коммутацию между своими лучами или ячейками. Эта функция аналогична внутристанционной коммутации в обычных системах телекоммуникации. Система двусторонней связи между спутниками и их подвижными абонентами или шлюзами через лучи может передавать и принимать данные в диапазоне, например, приблизительно 2.1 - 3.9 ГГц. Современный уровень техники и наличие полосы частот делает этот диапазон предпочтительным диапазоном для передачи данных. Однако объем данного изобретения не ограничен исключительно передачей данных в указанном диапазоне.
Как уже отмечалось выше, данные (цифровой звуковой сигнал или информационные данные) передают в пакетной форме. В результате, через спутниковую систему можно осуществлять высокоскоростную передачу данных и звуковых сигналов. Скорости передачи данных в современных применяемых диапазонах рабочих частот составляют как минимум 1200 бод. Однако при расширении диапазона рабочих частот с помощью данной системы можно обеспечивать значительно более высокие скорости передачи данных.
На фиг. 3 изображено двойное спутниковое перекрытие Земли комплексом спутников 9 х 9 согласно изобретению. В предпочтительном варианте спутники находятся на орбите с наклонением 60o на высоте 1118 км. Можно также использовать и другие углы наклонения орбиты, но для обеспечения двойного спутникового перекрытия нужно также изменить высоту спутников. Эти спутники также имеют зону обслуживания с минимальным углом возвышения 10o.
Как показано на фиг. 3, рассмотренные комбинации спутников свидетельствуют об отсутствии следа траектории с противовращением, в результате проблемы с установлением и сохранением радио- и оптической связи между спутниками, движущимися в разных направлениях, сведены к минимуму. Кроме того, можно заметить, что здесь больше переплетений между траекториями спутников.
Спутниковый комплекс построен на геометрических свойствах треугольника, который может быть, например, равносторонним. Четыре спутника взаимосвязаны друг с другом в соответствии с конфигурацией параллелограмма. Такая конфигурация позволяет группировать спутники для обеспечения необходимого перекрытия. Минимальный угол возвышения (10o в предпочтительном варианте) удовлетворяется в точке пересечения трех спутников, представленных треугольной геометрией.
На фиг. 4 изображена геометрия данного комплекса для расстояния между спутниками, находящимися в одной и той же плоскости, и спутников в другой орбитальной плоскости при угле наклонения спутников 30 - 90o (обращающихся в том же направлении, что и Земля) или 90 - 150o (обращающихся в направлении против вращения Земли), в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения. Спутники A1 и A2 находятся в одной и той же орбитальной плоскости, и спутники B1 и B2 также находятся в одной и той же плоскости. Расстояние между спутниками в одной и той же орбитальной плоскости определяют из следующего уравнения:
Ss = 360/Ns, (1)
где Ns - число спутников в данной плоскости;
Ss - расстояние между спутниками (в градусах).
Расстояние между спутниками в другой орбитальной плоскости получают из следующих уравнений:
Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

где i - наклон спутника (в градусах);
R - расстояние RAAN (в градусах) - небесная долгота точки, в которой восходящий спутник пересекает экватор,
Sp - фазирование спутника (в градусах);
L - расстояние по широте (в градусах).
При использовании уравнений (1) - (4) спутники в данном комплексе образуют треугольную конфигурацию друг с другом. Как показано на фиг. 4, спутники A1, A2 и B1 образуют треугольную конфигурацию друг с другом. Аналогично, спутники A2, B1 и B2 также имеют треугольную конфигурацию.
Двойное перекрытие также определяется геометрией треугольной формы. Для любого комплекса спутников оптимальным является проектирование на основе треугольной конфигурации. Двойное спутниковое перекрытие можно гарантировать ниже 60o широты путем увеличения числа спутников в комплексе (субоптимально) или запуска комплекса на большей высоте.
Все совместно вращающиеся спутники сохраняют постоянное относительное положение, так что перекрестные линии связи не подвергаются воздействию. Если сеть перекрестных линий связи основана на треугольной конфигурации, такая перекрестная связь не зависит от наклонения спутника. Иными словами, пока сохраняется закономерность геометрии, динамика не изменяется.
Вместо того, чтобы перекрестные линии связи с востока на запад проходили между разными орбитальными плоскостями и через след траектории для спутников с полярными орбитами, эти линии связи восток-запад остаются, в основном, в пределах одной и той же орбитальной плоскости. Это объясняется тем фактом, что спутники вращаются вокруг Земли с наклонением 60o (или каким-то другим углом). Более того, динамика шва перекрестной связи минимизирует или исключает связь через шов.
Согласно предпочтительному варианту на фиг. 5 и 6 показаны подспутниковые точки и временная последовательнсть шести этапов по 1 минуте, показывающая относительное движение каждого из 81 спутников в комплексе 9 х 9. Каждая орбита спутников имеет наклонение 60o на высоте 1118 км и имеет зону обслуживания с углом возвышения 10o.
На фиг. 7 изображен коммутационный узел 100 одного спутника, прямо связанный с подвижными абонентами 120 посредством луча 102. Спутник 100 связан с ЭВМ базы данных 110 посредством луча 104. Спутник 100 также связан с ЭВМ базы данных 130 посредством луча 106. Эта связь может осуществляться непосредственно по лучу 106, показанному на фиг. 7, или косвенно, через другие спутники с ЭВМ базы данных 130.
Подвижный абонент может перемещаться в своей исходной зоне. Исходной зоной может быть город, например, Нью-Йорк, Лос-Анжелес и т.п. ЭВМ базы данных 110 содержит всю информацию, относящуюся к каждому из ее подвижных абонентов. Пока конкретный подвижный абонент функционирует в рамках своей исходной зоны, вся касающаяся его имеющаяся информация находится в локальной ЭВМ данной исходной зоны.
Если, например, абонент исходной зоны в Лос-Анжелесе перемещается в Нью-Йорк и делает попытку использовать свой спутниковый сотовый телефон для связи, ЭВМ базы данных в новой зоне абонента, Нью-Йорке, не имеет информации о существовании этого абонента. Если ЭВМ базы данных 110 является ЭВМ исходной зоны абонента, эта ЭВМ содержит всю информацию о данном конкретном абоненте. В результате подвижный абонент не сможет размещать вызовы, так как он не был распознан посредством ЭВМ базы данных своей зоны.
Чтобы преодолеть эту проблему, система периодически запрашивает каждого подвижного абонента о его местонахождении, в результате чего, когда он выходит на связь, его запрос на обслуживание может быть опознан и маршрутизирован. Однако, поскольку база данных для конкретного абонента записана в ЭВМ его исходной зоны через спутниковую систему, спутниковая система сначала запрашивает исходную зону абонента, чтобы определить, что он в ней больше не находится, и получить информацию для коммутации в целях обслуживания абонента. После этого определения базу данных ЭВМ новой исходной зоны можно обновить, включив этого перемещающегося абонента. В результате данному абоненту будет разрешено делать и принимать вызовы в его новой зоне. Так как спутниковая система запрашивает базу данных ЭВМ исходной зоны абонента, чтобы определить его местонахождение, абонент может быть найден в любом месте всей спутниковой системы. Таким образом, система обеспечивает возможность нахождения перемещающихся абонентов и установления связи с ними.
Чтобы облегчить отслеживание каждого подвижного абонента, каждый подвижный телефон выдает контрольный сигнал, по которому периодически ведется мониторинг, так что когда абонент делает вызов, ближайший спутник может обнаружить его и через спутниковую сеть запросить ЭВМ его исходной зоны для получения информации о своем соответствующем клиенте. Подвижный телефон может автоматически информировать спутниковую сеть о новом местонахождении для обновления базы данных ЭВМ. Этот конкретный сигнал позволяет проверять входящие вызовы перемещающихся абонентов посредством межспутниковой связи с ЭВМ базы данных его исходной зоны.
Каждый спутник в системе спутниковой сотовой связи осуществляет автономную навигацию. Это значит, что он использует Глобальную спутниковую систему радиоопределения (GPS) или и данные времени и эфемерид, по которым он вычисляет данные своего местонахождения. Кроме того, по фиксированному положению Глобальной спутниковой системы радиоопределения или другого транспортного средства, каждый спутник может определить свое положение и изменить свой курс соответствующим образом, чтобы оставаться в пределах надлежащей орбиты, обеспечивая при этом обслуживание путем коммутации линий связи.
Каждый спутник может коммутировать вызов внутри спутника (в конкретном коммутационном узле или ячейке) или может передать связь через СВЧ или лазерные линии связи (линия i, i+1 и т.п.) на другой спутник в своей плоскости или за ее пределами (в соседней плоскости). Каждый спутник может различать конкретный телефонный номер и определять, находится этот номер в пределах его собственной зоны вызова или в зоне другого спутника. Если он находится в зоне другого спутника, вызов передается по перекрестной линии связи на следующий соответствующий спутник или ячейку, где делается такое же определение, пока не будет достигнут спутник, обслуживающий данный телефонный номер. Этот спутник устанавливает связь по нисходящей линии с конкретным подвижным абонентом, к которому обращен вызов. Благодаря такой структуре спутниковая сеть обеспечивает функциональные возможности распределенной узловой коммутации. Каждый спутник является локальным коммутатором для конкретной зоны, но эта зона постоянно изменяется. Поэтому, вызовы передаются по мере того, как спутники выходят из диапазона конкретного телефонного абонента.
Можно использовать разные технологии уплотнения (например, FDMA, TDM, CDMA и т.д.) для улучшения возможностей передачи между разными спутниками на линиях связи, показанных на фиг. 2.
Поскольку коммутационные узлы этой системы вращаются вокруг Земли и относительно защищены от нарушений, эта система обеспечивает возможность поддерживать секретную передачу речевых сигналов и данных посредством методов шифрования и дешифрования, известных в данной области. Так как надежность коммутационных узлов защищена их нахождением на расстоянии сотен километров над Землей, система также позволяет применять ее для связи военного назначения.
Как было сказано, спутниковый комплекс, с наклонением 60o, обеспечивает множество преимуществ по сравнению с полярными орбитами. Предложенный спутниковый комплекс исключает след траектории с противоположным направлением вращения и проблемы, связанные со связью через него. Он также гарантирует двойное спутниковое перекрытие как минимум для 85% земной поверхности. Благодаря двойному спутниковому перекрытию, уменьшены радиопомехи на шлюзовом горизонте. Спутниковый комплекс повышает надежность связи, улучшая также управление мощностью и конкретные характеристики. Кроме того, сокращено время задержки установления связи с абонентскими узлами в большинстве ячеек спутникового комплекса.

Claims (7)

1. Спутниковая сотовая система связи, содержащая множество спутниковых коммутационных узлов и связные антенны для обеспечения связи абонентов по меньшей мере с одним из спутниковых коммутационных узлов, причем каждый спутниковый коммутационный узел выполнен с возможностью установления связи с соседними спутниковыми коммутационными узлами, отличающаяся тем, что спутниковые коммутационные узлы расположены вокруг Земли на низкой околоземной орбите с углом наклонения от 30 до 90o, при этом расстояние (Ss) между спутниковыми коммутационными узлами в одной и той же орбитальной плоскости определяется как 360o, деленные на число спутниковых коммутационных узлов, а расстояние между первым спутниковым коммутационным узлом в первой орбитальной плоскости и вторым коммутационным узлом в другой орбитальной плоскости определяется на основе следующих соотношений:
Figure 00000005

Figure 00000006

Figure 00000007

где i - наклон спутника, град.;
R - расстояние RAAN, град. - небесная долгота точки, в которой восходящий спутник пересекает экватор;
Sp - фазирование спутника, град.;
L - расстояние по широте, град.
2. Спутниковая сотовая система связи по п.1, отличающаяся тем, что расположение спутниковых коммутационных узлов относительно друг друга соответствует треугольной конфигурации.
3. Спутниковая сотовая система связи по п.2, отличающаяся тем, что упомянутая треугольная конфигурация имеет вид равностороннего треугольника.
4. Спутниковая сотовая система связи по п.1, отличающаяся тем, что расположение спутниковых коммутационных узлов относительно друг друга соответствует конфигурации параллелограмма.
5. Спутниковая сотовая система связи по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что спутниковые коммутационные узлы размещены в орбитальных плоскостях, обеспечивающих непрерывное двойное спутниковое перекрытие по меньшей мере 85% земной поверхности.
6. Спутниковая сотовая система связи по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что спутниковые коммутационные узлы расположены с углом наклонения примерно 60o и на высоте примерно 1118 км.
7. Спутниковая сотовая система связи по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что спутниковые коммутационные узлы расположены так, чтобы в спутниковой сотовой системе связи был исключен след траектории с противоположным вращением.
RU96120182/09A 1994-12-27 1995-11-13 Спутниковая сотовая система телефонной связи и передачи данных с наклонной орбитой RU2158480C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/363797 1994-12-27
US08/363,797 US5641134A (en) 1994-12-27 1994-12-27 Satellite cellular telephone and data communication system at an inclined orbit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96120182A RU96120182A (ru) 1999-01-27
RU2158480C2 true RU2158480C2 (ru) 2000-10-27

Family

ID=23431775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96120182/09A RU2158480C2 (ru) 1994-12-27 1995-11-13 Спутниковая сотовая система телефонной связи и передачи данных с наклонной орбитой

Country Status (12)

Country Link
US (1) US5641134A (ru)
EP (1) EP0746498B1 (ru)
CN (1) CN1083374C (ru)
AR (1) AR000353A1 (ru)
BR (1) BR9506890A (ru)
CA (1) CA2180142A1 (ru)
DE (1) DE19581504T1 (ru)
GB (1) GB2301511B (ru)
MX (1) MX9603047A (ru)
MY (1) MY115455A (ru)
RU (1) RU2158480C2 (ru)
WO (1) WO1996020112A1 (ru)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5894590A (en) * 1995-07-31 1999-04-13 Motorola, Inc. Independent satellite-based communications systems sharing common frequency spectrum and method of operation thereof
US6223019B1 (en) 1996-03-14 2001-04-24 Sirius Satellite Radio Inc. Efficient high latitude service area satellite mobile broadcasting systems
US5926758A (en) * 1996-08-26 1999-07-20 Leo One Ip, L.L.C. Radio frequency sharing methods for satellite systems
US5822680A (en) * 1996-11-07 1998-10-13 Teledesic Llc Frequency sharing for satellite communication system
US5911389A (en) * 1996-12-20 1999-06-15 Lockheed Martin Corp. Wave based satellite constellation
US6023616A (en) * 1998-03-10 2000-02-08 Cd Radio Inc. Satellite broadcast receiver system
US6695259B1 (en) * 1997-05-21 2004-02-24 Hitachi, Ltd. Communication system, communication receiving device and communication terminal in the system
JP3153496B2 (ja) 1997-05-21 2001-04-09 株式会社日立製作所 天頂方向での滞在時間が長い人工衛星を用いた通信サービス提供方法
US5982323A (en) * 1997-05-24 1999-11-09 Oerlikon Contraves Ag Satellite navigation system
US6019318A (en) * 1997-06-16 2000-02-01 Hugehs Electronics Corporation Coordinatable system of inclined geosynchronous satellite orbits
US6118998A (en) * 1997-09-17 2000-09-12 Lockheed Martin Corporation Spacecraft cellular communication system with spot beam pairing for reduced updates
US6007027A (en) * 1997-11-14 1999-12-28 Motorola, Inc. Method and apparatus for early service using phased satellite depolyment
US20030189136A1 (en) * 1998-05-20 2003-10-09 Toshihide Maeda Communication system, communication receiving device and communication terminal in the system
US6257526B1 (en) 1998-11-09 2001-07-10 Hughes Electronics Corporation Satellite system and method of deploying same
US6327523B2 (en) 1999-01-21 2001-12-04 Hughes Electronics Corporation Overhead system of inclined eccentric geosynchronous orbitting satellites
US6511020B2 (en) * 2000-01-07 2003-01-28 The Boeing Company Method for limiting interference between satellite communications systems
US7184761B1 (en) * 2000-03-27 2007-02-27 The Directv Group, Inc. Satellite communications system
US6603957B1 (en) * 2000-03-31 2003-08-05 Motorola, Inc. Static and dynamic partnering schemes for satellite cross-links
US6546259B1 (en) 2000-06-20 2003-04-08 Lockheed Martin Corporation Method and system for autonomous two-way radio frequency communication
FR2818056A1 (fr) * 2000-07-27 2002-06-14 Cit Alcatel Procede et systeme de telecommunication par satellites et terminal pour un tel systeme
US6859652B2 (en) 2000-08-02 2005-02-22 Mobile Satellite Ventures, Lp Integrated or autonomous system and method of satellite-terrestrial frequency reuse using signal attenuation and/or blockage, dynamic assignment of frequencies and/or hysteresis
MXPA02001964A (es) 2000-08-02 2003-07-21 Mobile Satellite Ventures Lp Reutilizacion de frecuencia satelital-terrestre coordinada.
US7369809B1 (en) 2000-10-30 2008-05-06 The Directv Group, Inc. System and method for continuous broadcast service from non-geostationary orbits
US7792488B2 (en) 2000-12-04 2010-09-07 Atc Technologies, Llc Systems and methods for transmitting electromagnetic energy over a wireless channel having sufficiently weak measured signal strength
US6502790B1 (en) 2001-11-20 2003-01-07 Northrop Grumman Corporation Inclined non-uniform planar spaced constellation of satellites
US7454272B1 (en) * 2005-08-25 2008-11-18 Raytheon Company Geostationary stationkeeping method
US8090312B2 (en) * 2006-10-03 2012-01-03 Raytheon Company System and method for observing a satellite using a satellite in retrograde orbit
US8800932B2 (en) * 2010-07-26 2014-08-12 Lockheed Martin Corporation Medium earth orbit constellation with simple satellite network topology
US9048927B2 (en) * 2011-10-04 2015-06-02 Glynntech, Inc. Solar powered mobile phone
US9847828B2 (en) * 2013-12-18 2017-12-19 X Development Llc Adjusting beam width of air-to-ground communications based on distance to neighbor balloon(s) in order to maintain contiguous service
RU2591006C2 (ru) * 2014-09-04 2016-07-10 Открытое акционерное общество "Спутниковая система "Гонец" Способ управления космической системой связи
US9647749B2 (en) * 2014-09-30 2017-05-09 Google Inc. Satellite constellation
DE102016121919B4 (de) 2016-11-15 2018-10-31 Tesat-Spacecom Gmbh & Co.Kg Kommunikationssatellit für eine Satellitenkonstellation
US11075689B1 (en) 2020-01-27 2021-07-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Satellite data transmission clustering with dynamic clusters

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3340531A (en) * 1964-10-05 1967-09-05 Martin Marietta Corp Satellite communication system
US3497807A (en) * 1966-08-31 1970-02-24 Us Navy Multipurpose satellite system
DE3145207A1 (de) * 1981-02-28 1982-09-23 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Fernmeldesatellitensystem mit geostationaeren positionsschleifen
US4854527A (en) * 1985-07-19 1989-08-08 Draim John E Tetrahedral multi-satellite continuous-coverage constellation
US4809935A (en) * 1985-07-31 1989-03-07 Analytic Services, Inc. Satellite continuous coverage constellations
FR2628274B1 (fr) * 1988-03-02 1990-08-10 Centre Nat Etd Spatiales Systeme de communications avec des mobiles a l'aide de satellites
IL91529A0 (en) * 1988-10-28 1990-04-29 Motorola Inc Satellite cellular telephone and data communication system
US5365520A (en) * 1992-03-27 1994-11-15 Motorola, Inc. Dynamic signal routing
US5343512A (en) * 1992-03-27 1994-08-30 Motorola, Inc. Call setup method for use with a network having mobile end users
FR2695774B1 (fr) * 1992-09-15 1994-10-28 France Telecom Réseau de télécommunications.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Системы связи с использованием ИСЗ/ Под ред.КАРТЕРА Л. - М.: Мир, 1964, с.6-8, 20-23. Космическая радиосвязь/ Под ред.ПЕТРОВИЧА Н.Т. - М.: Советское радио, 1979, с.50-52. *

Also Published As

Publication number Publication date
DE19581504T1 (de) 1997-12-11
WO1996020112A1 (en) 1996-07-04
EP0746498A1 (en) 1996-12-11
EP0746498A4 (en) 1997-05-07
MX9603047A (es) 1997-08-30
GB2301511A (en) 1996-12-04
MY115455A (en) 2003-06-30
EP0746498B1 (en) 1999-10-06
GB9617584D0 (en) 1996-10-02
AR000353A1 (es) 1997-06-18
BR9506890A (pt) 1997-08-19
CN1083374C (zh) 2002-04-24
CA2180142A1 (en) 1996-07-04
US5641134A (en) 1997-06-24
GB2301511B (en) 1999-07-14
AU4153296A (en) 1996-07-19
CN1141617A (zh) 1997-01-29
AU690395B2 (en) 1998-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2158480C2 (ru) Спутниковая сотовая система телефонной связи и передачи данных с наклонной орбитой
US5410728A (en) Satellite cellular telephone and data communication system
US5604920A (en) Satellite cellular telephone and data communication system
Werner et al. Analysis of system parameters for LEO/ICO-satellite communication networks
US5765098A (en) Method and system for transmitting radio signals between a fixed terrestrial station and user mobile terminals via a network of satellites
US5408237A (en) Earth-fixed cell beam management for satellite communication system
Fossa et al. An overview of the IRIDIUM (R) low Earth orbit (LEO) satellite system
US6157621A (en) Satellite communication system
EP0611500B1 (en) Satellite communication system
CN115085789A (zh) 一种基于星间通信系统的星间链路管理单元
KR20010012194A (ko) 고위도 정지궤도 위성 시스템
JPH07162351A (ja) 中間地球高度のサテライトをベースとするセル式遠隔通信方法
JP2706600B2 (ja) 中間地球高度のサテライトをベースとするセル式遠隔通信システム
US6047161A (en) Satellite communication system and method thereof
RU2223205C2 (ru) Система спутников на эллиптических орбитах, эмулирующая характеристики системы спутников на геостационарной орбите
AU690395C (en) Satellite communication system at an inclined orbit
US20030114102A1 (en) System and method for providing trans-polar satellite communications
CA1340967C (en) Satellite cellular telephone and data communication system
RU2619582C2 (ru) Многофункциональная система спутниковой связи
WO2005083903A1 (ja) 低軌道衛星によるマンハッタンストリートネットワークの構成方法
CA2306526A1 (en) Satellite communication system
JPH08331033A (ja) 衛星及び地上通信回線の設定方法、移動局の位置決定と登録方法
SI8912082A (sl) Satelitski celični telefon in komunikacijski sistem podatkov

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071114