НОВАЯ АРХИТЕКТУРА FDMA/TDMA С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАНАЛЬНОГО ПРИЁМНИКА И МАТРИЧНОГО УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ
NEW FDMA/TDMA ARCHITECTURE USING CHANNEL RECEIVER AND MATRIX POWER AMPLIFIER

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычно в области телекоммуникации, передачу сообщения обеспечивают благодаря использованию информационных платформ (например, ретрансляционных станций). Данные информационные платформы включают в себя какое-либо транспортное средство, пилотируемое или беспилотное, проходящее над территориальной зоной обслуживания или зависающее над ней, в диапазоне от типичных высот пилотируемого или беспилотного летательного аппарата (unmanned aircraft, UAVs) и платформ легче воздуха (lighter than air, LTA), для связи спутников на любой орбите, не только земной, но и какого-либо небесного объекта, такого как Луна или Марс. Как правило, информационные платформы функционируют по принципу прямой ретрансляции, в котором информационная платформа принимает сигналы с земли посредством приемных антенных лучей и отправляет сигналы обратной связи на Землю посредством передающих антенных лучей только с усилением и изменением частоты канала связи Земля-борт на частоту канала связи борт-Земля. Однако поскольку мир начинает во все возрастающей степени требовать большей ширины полосы пропускания и большей пропускной способности вследствие распространения интернет-трафика, электронной коммерции, компьютеров и других цифровых технологий, существующие архитектуры становятся все более непрактичными или дорогими. Например, существующие примеры многолучевых информационных платформ с высокой пропускной способностью, работающих исключительно с частотным разделением каналов (frequency division multiple access, FDMA) являются повсеместно распространенными, но требования, предъявляемые к архитектурам, все в большей степени повышают стоимость и практичность архитектуры. В случае многолучевых информационных платформ с высокой пропускной способностью, работающих исключительно в режиме FDMA, архитектура требует большого числа антенных лучей для обеспечения многократного использования частот, необходимого для максимизации суммарной пропускной способности. Архитектура также имеет большое число усилителей высокой мощности, сложные сети коммутаторов высокой мощности и сложные сети фильтров, которые часто существуют на основе волновода и имеют большую массу и размеры. Все эти факторы вносят вклад в высокие требования к мощности, объему и массе, а на космическом аппарате мощность, объем и масса ограничены. Традиционная архитектура FDMA также вызывает высокую тепловую нагрузку вследствие, например, сложных систем рассеяния тепла для компонентов высокой мощности.
Другие примеры традиционных архитектур информационных платформ, которые могут включать в себя многоканальные системы усилителей, содержат регенеративные ретрансляторы, работающие в асинхронном режиме передачи (asynchronous transfer mode, ATM) с ATM-коммутатором для коммутации, маршрутизации и мультиплексирования. Однако в таких коммуникационных архитектурах, как правило, требуется демодуляция и повторная модуляция радиочастотных сигналов, создающая ограничение пропускной способности. Вследствие ограничений данные коммуникационные архитектуры подходят для осуществления низкой скорости передачи данных и не очень хорошо подходят для широкополосных архитектур. Данные системы ATM также включают в себя фиксированную маршрутизацию через ATM-коммутатор, и нагрузка маршрутизации радиочастотных сигналов, поступающих от приемного антенного луча к транслирующему антенному лучу, ложится на саму коммуникационную архитектуру, что весьма неэффективно и увеличивает сложность и потребление энергии спутника. Данные системы ATM, кроме того, часто используют фиксированное время задержки (например, фиксированные кадры временного разделения каналов (time division multiple access, TDMA) для каждого антенного луча), ограничивающие общую полосу пропускания, доступную для системы.
В системах переключения луча с коммутацией платформы с временным разделением каналов (platform switch time division multiple access, PS-TDMA) радиочастотные сигналы направляются к отдельным лучам последовательно во времени, а не одновременно на разных частотах, как в системах FDMA. Суммарная пропускная способность антенного луча зависит от времени задержки в дополнение к или вместо доли полосы пропускания частот, распределенной в луче. Архитектуры переключения луча PS-TDMA также замещают комплексный микроволновой входной мультиплексор и сети фильтров выходного мультиплексора, обычно используемые в системах FDMA. Однако архитектуры переключения луча PS-TDMA все еще сталкиваются с проблемами в обеспечении экономичного способа маршрутизации высокой радиочастотной мощности к антенным лучам только в течение времени задержки TDMA. Традиционные архитектуры переключения луча PS-TDMA выполнены с усилителями высокой мощности, выделенными для одиночных антенных лучей, которые создают значительную нагрузку на источники питания информационных платформ. Усилители высокой мощности, используемые в традиционных архитектурах переключения луча PS-TDMA, дополнительно усугубляют проблемы потребления энергии, поскольку источники питания для усилителей высокой мощности не могут включаться и выключаться при скоростях коммутации типичных кадров TDMA и, следовательно, должны оставаться включенными даже при отсутствии радиочастотного сигнала. В традиционных архитектурах переключения луча PS-TDMA, где усилители высокой мощности могут быть переключаемыми между антенными лучами, сети коммутаторов высокой мощности, связанных с усилителями высокой мощности, увеличивают массу, занимают объем и должны решать проблемы с учетом высокой радиочастотной мощности, такие как рассеяние тепла, «горячая» коммутация, активные потери и мультипакция.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, для решения вышеуказанных проблем найдут применение система и способ.
Один из примеров настоящего изобретения относится к системе связи, содержащей по меньшей мере один первый быстродействующий коммутатор с временным разделением каналов (time division multiple access, TDMA), имеющий выход первого коммутатора, канальный приемник с частотным разделением каналов (frequency division multiple access, FDMA), связанный с указанным выходом первого коммутатора и выполненный с возможностью приема входного радиочастотного сигнала от указанного по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA, указанный канальный приемник FDMA, дополнительно содержащий по меньшей мере один выход канального приемника, по меньшей мере один матричный усилитель мощности, имеющий по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход, и по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA, имеющий второй вход коммутатора, связанный с соответствующим одним из указанного по меньшей мере одного выхода канального приемника и по меньшей мере один выход второго коммутатора, связанный с соответствующим входом указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA, выполненный с возможностью приема выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA и передачи указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA к выбранному входу указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, причем каждый вход указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности поставлен в соответствие заданному выходу указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, а каждый заданный выход связан с соответствующим антенным лучом.
Один из примеров настоящего изобретения относится к системе связи, содержащей по меньшей мере один первый быстродействующий коммутатор с временным разделением каналов, имеющий выход первого коммутатора, канальный приемник с частотным разделением каналов, связанный с указанным выходом первого коммутатора и выполненный с возможностью приема входного радиочастотного сигнала от указанного по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA, указанный канальный приемник, дополнительно содержащий по меньшей мере один выход канального приемника, по меньшей мере один быстродействующий коммутатор TDMA, имеющий второй вход коммутатора, связанный с соответствующим одним из указанного по меньшей мере одного выхода канального приемника, и по меньшей мере один бескоммутаторный транслирующий модуль, содержащий по меньшей мере один матричный усилитель мощности, имеющий по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход, и по меньшей мере одну антенну, связанную с указанным по меньшей мере одним матричным усилителем мощности, причем указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA дополнительно имеет по меньшей мере один выход второго коммутатора, связанный с выбранным входом указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA, выполненный с возможностью приема выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA и передачи указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA к выбранному входу указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, и при этом каждый вход указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности поставлен в соответствие заданному выходу указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, а каждый заданный выход связан с соответствующей антенной.
Один из примеров настоящего изобретения относится к способу связи, включающему прием входного радиочастотного сигнала по меньшей мере от одного источника входного сигнала с помощью по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора с временным разделением каналов, передачу входного радиочастотного сигнала от указанного по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA к канальному приемнику с частотным разделением каналов, прием выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA, с помощью по меньшей мере одного второго быстродействующего коммутатора TDMA, передачу указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного по меньшей мере одного второго быстродействующего коммутатора TDMA к выбранному входу по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, постановку в соответствие указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного выбранного входа заданному выходу указанного матричного усилителя мощности и вывод указанного выходного радиочастотного сигнала к антенному лучу, соответствующему указанному заданному выходу указанного матричного усилителя мощности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описав, таким образом, примеры изобретения в общих чертах, далее описание представлено со ссылками на сопровождающие чертежи, не обязательно вычерченные в масштабе, на которых одинаковые номера позиций указывают на одинаковые или аналогичные детали на нескольких видах, на которых:
на фиг. 1 приведена структурная схема системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
на фиг. 1А приведено схематическое изображение канального приемника системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 1В приведено схематическое изображение матричного усилителя мощности системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 2 приведено схематическое изображение системы связи в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 3 приведена схематическая изображение системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 4 приведено схематическое изображение системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 5 и 5А приведены схематические изображения частей системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 6 и 6А приведены схематические изображения частей системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 7 приведено схематическое изображение части системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 8 приведено схематическое изображение части системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 9 приведено схематическое изображение части системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 10 приведена схематическое изображение системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 11 приведена схема последовательности операций системы связей в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения;
На фиг. 12 приведена схема последовательности операций изготовления и методология обслуживания космического летательного аппарата в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения и
На фиг. 13 приведено схематическое изображение космического летательного аппарата, включающего распределенные системы транспортного средства в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.
На структурной схеме (схемах), упомянутых выше, сплошные линии, если они имеются, соединяющие различные элементы и/или компоненты, могут представлять механические, электрические, жидкостные, оптические, электромагнитные и другие соединения и/или их сочетания. Используемый здесь термин «связанный» означает связанный непосредственно и опосредованно. Например, элемент А может быть непосредственно связан с элементом В, или может быть опосредованно связан с ним, например, через другой элемент С. Также могут существовать соединения, отличающиеся от изображенных на структурных схемах. Штриховые линии, при их наличии, связывающие различные элементы и/или компоненты, представляют соединения, аналогичные по функции и назначению тем, которые представлены сплошными линиями; однако соединения, представленные штриховыми линиями, могут быть либо предусмотрены по выбору, либо могут относиться к альтернативным или необязательным аспектам изобретения. Аналогично, элементы и/или компоненты, при их наличии, представленные штриховыми линиями, показывают альтернативные или необязательные аспекты изобретения. Элементы окружающей среды, при их наличии, представлены пунктирными линиями.
На структурной схеме (схемах), упомянутых выше, блоки также могут представлять операции и/или их части. Линии, соединяющие различные блоки, не подразумевают какого-либо конкретного порядка или зависимости операций, или их частей.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В дальнейшем описании изложены многочисленные конкретные особенности для обеспечения полного понимания раскрытых принципов, которые могут быть осуществлены без некоторых или всех этих частностей. В других случаях особенности известных устройств и/или процессов опущены во избежание излишней неясности изобретения. Хотя некоторые принципы были описаны в связи с конкретными примерами, должно быть понятно, что эти примеры не предназначены для ограничения изобретения.
Ссылка в настоящем документе на «один пример» или «один аспект» означает, что один или больше признаков, форм или характеристик, описанных в связи с примером или аспектом, включен по меньшей мере в один из вариантов осуществления. Фраза «один пример» или «один аспект» в различных местах в описании может быть или не быть ссылкой на тот же пример или аспект.
Если не указано иное, термины «первый», «второй», «третий» и т.п. использованы здесь только в качестве меток и не предназначены для установления порядковых, позиционных или иерархических требований к элементам, к которым относятся данные термины. Кроме того, ссылка, например, на «второй» элемент не требует или не исключает существование, например, «первого» элемента или элемента с меньшим порядковым номером, и/или, например, «третьего» элемента или элемента с большим порядковым номером.
Как показано на фиг. 1, описанные здесь аспекты настоящего изобретения предусмотрены для спутниковой системы 100 связи, имеющей комбинированную коммуникационную архитектуру переключения луча FDMA/TDMA. В то время как в одном аспекте настоящего изобретения спутниковая система 100 связи описана как часть архитектуры спутника, должно быть понятно, что в других аспектах спутниковая система 100 связи может быть частью какой-либо воздушной или орбитальной информационной платформы, например, долговременного беспилотного воздушного летательного аппарата или управляемого летательного аппарата легче воздуха. Спутниковая система 100 связи содержит приемный модуль 101 Земля-борт и передающий модуль 102 борт-Земля, которые связаны друг с другом через канальный приемник 111. Как показано на фиг. 1, спутниковое устройство 112 управления выполнено для управления аспектами операций спутниковой системы 100 связи. Спутниковое устройство 112 управления управляет действием приемного модуля 101 Земля-борт, передающего модуля 102 борт-Земля и канального приемника 111 и, более конкретно, спутниковое устройство 112 управления управляет тем, как радиочастотный сигнал (например, в одном аспекте, сигнал TDMA), полученный приемным модулем 101 Земля-борт, направляется к лучевым антеннам 110 передающего модуля 102 борт-Земля. В одном аспекте настоящего изобретения спутниковое устройство 112 управления включает модуль 112В синхронизации по времени и память 112А. В одном аспекте настоящего изобретения модуль 112В синхронизации по времени синхронизирует связь между приемным модулем 101 Земля-борт, передающим модулем 102 борт-Земля и канальным приемником 111. В одном аспекте модуль 112В синхронизации по времени создает сигнал синхронизации по времени приемному модулю 101 Земля-борт, передающему модулю 102 борт-Земля и канальному приемнику 111. В одном аспекте настоящего изобретения сигнал синхронизации по времени, создаваемый модулем 112В синхронизации по времени, получен от управляющего сигнала 198 от наземного (или другого базирующегося на земле) источника 199, который принимается спутниковым устройством 112 управления. В одном аспекте настоящего изобретения управляющий сигнал 198, полученный от наземного источника 199, дает указания спутниковому устройству 112 управления для направления радиочастотного сигнала 197 связи (например, сигнала TDMA) от лучевых антенн 103 приемного модуля 101 Земля-борт к лучевым антеннам 110 передающего модуля 102 борт-Земля и/или для управления длительностью времени задержки кадра TDMA при трансляции сигнала 197D связи от лучевых антенн 110. В одном аспекте настоящего изобретения управляющий сигнал 198 от наземного источника 199 переносится вместе (например, отправляется, по существу, одновременно) с радиочастотными сигналами 197 связи, полученными приемным модулем 101 Земля-борт, тогда как в других аспектах управляющий сигнал 198 и радиочастотные сигналы 197 связи отправляются последовательно, один за другим. В других аспектах управляющий сигнал 198 отправляется прежде каких-либо радиочастотных сигналов 197 связи, принятых спутником в пределах заданного периода времени. Например, в одном аспекте управляющий сигнал 198 принимается спутниковым устройством 112 управления, по существу, в реальном времени (например, управляющий сигнал 198 принимается для управления маршрутизацией через спутниковую систему 100 связи, по существу, в то же время, что и радиочастотные сигналы 197 связи), так что управляющий сигнал 198 соответствует данному процессу передачи. В других аспектах спутниковое устройство 112 управления принимает один или большее количество управляющих сигналов 198 заблаговременно и сохраняет данные, представленные управляющим сигналом 198, в памяти 112А спутникового устройства управления. В данном случае управляющий сигнал 198 соответствует процессам передачи, которые будут сделаны в течение заданного периода времени (например, минуты, часы, дни и т.п.), где маршрутизация для каждого процесса передачи по спутниковой системе 100 связи в течение заданного периода сохраняется в памяти 112А спутникового устройства управления, как, например, таблица маршрутизации или в любом другом формате, который позволяет устройству 112 управления коррелировать радиочастотный сигнал 197 связи с соответствующим временным окном и лучевой антенной 110. В одном аспекте управляющий сигнал 198 реконфигурирует спутниковое устройство 112 управления в зависимости от выполняемого процесса передачи.
Как показано на фиг. 1, в одном аспекте приемный модуль 101 Земля-борт содержит одну или больше лучевых антенн 103, один или больше малошумящих усилителей (low noise amplifiers, LNA) 104, один или больше коммутаторов 105 TDMA и один или больше преобразователей 106 частоты. В одном аспекте настоящего изобретения лучевые антенны 103 являются спутниковыми антеннами для приема радиочастотного сигнала 197 связи от источника сигнала, такого как наземный источник 199. В одном аспекте настоящего изобретения лучевые антенны 103 являются узконаправленными антеннами, тогда как в других аспектах лучевые антенны 103 являются многолучевыми антеннами с возбуждением или антеннами с фазированной решеткой. В одном аспекте лучевые антенны 103 являются источником входного сигнала. В одном аспекте настоящего изобретения радиочастотные сигналы 197 связи, принятые лучевыми антеннами 103, являются сигналами TDMA. В одном аспекте настоящего изобретения сигналы TDMA, принятые лучевыми антеннами 103, передаются к одному или большему количеству малошумящих усилителей 104 через выход 129 лучевой антенны. Малошумящие усилители 104 принимают сигнал TDMA через вход 120 LNA и, в свою очередь, усиливают сигналы TDMA. В одном аспекте настоящего изобретения имеется один малошумящий усилитель 104 для каждой лучевой антенны 103. Однако в других аспектах один или большее количество малошумящих усилителей 104 совместно используются множеством лучевых антенн 103. В одном аспекте настоящего изобретения имеется множество малошумящих усилителей 104 для каждой лучевой антенны 103 Земля-борт, расположенных в кольцевой конфигурации с резервированием.
Приемный модуль 101 Земля-борт, кроме того, содержит один или большее количество коммутаторов 105 TDMA. В одном аспекте настоящего изобретения коммутаторы 105 TDMA имеют один выход 123 коммутатора и больше чем один входов 122 коммутатора для приема сигнала TDMA (например, от малошумящего усилителя 104). В одном аспекте раскрытого варианта осуществления изобретения входы 122 коммутатора принимают сигнал TDMA по меньшей мере от одного источника входного сигнала, содержащего множество входных лучей (например, лучевых антенн 103). В одном аспекте настоящего изобретения коммутаторы 105 TDMA являются быстродействующими коммутаторами TDMA малой мощности для радиочастотных приложений малой мощности с уровнем около 0 дБм или меньше. В других аспектах коммутаторы 105 TDMA являются, например, быстродействующими и коммутаторами TDMA большой мощности. В одном аспекте один или большее количество преобразователей 106 частоты расположены между малошумящим усилителем 104 и канальным приемником 111, как описано в настоящем описании. В одном аспекте настоящего изобретения один или большее количество преобразователей 106 частоты представляют собой гетеродины, но в других аспектах один или большее количество преобразователей 106 частоты представляют собой какой-либо механизм для изменения частоты сигнала TDMA. В другом аспекте настоящего изобретения коммутатор 105 TDMA постоянно подключен к одному каналу сигнала TDMA на протяжении кадра TDMA, так что, в действительности, приемный модуль 101 Земля-борт не имеет коммутатора 105 TDMA. В других аспектах коммутатор 105 TMDA опущен как часть приемного модуля 101 Земля-борт.
Как показано на фиг. 1, приемный модуль 101 Земля-борт соединен с канальным приемником 111 FDMA (как правило, называемым канальным приемником 111). В одном аспекте настоящего изобретения каждый коммутатор 105 TDMA соединен с соответствующим входом 116 канального приемника 111, при этом канальный приемник 111 принимает сигнал TDMA от каждого коммутатора 105 TDMA. В других аспектах канальный приемник 111 может иметь любое заданное число входов 116 канального приемника. В одном аспекте настоящего изобретения канальный приемник 111 обеспечивает фиксированное или динамическое изменение маршрута сигнала TDMA, полученного от коммутаторов 105 TDMA в соответствии, например, с сигналом синхронизации по времени от модуля 112В синхронизации по времени спутникового устройства 112 управления.
В одном аспекте канальный приемник 111 выполнен с возможностью обеспечивать частотное мультиплексирование для сигнала TDMA, полученного канальным приемником 111 от коммутатора 105 TDMA. В одном аспекте настоящего изобретения частотное мультиплексирование сигнала TDMA означает, что канальный приемник 111 разбивает сигнал TDMA, принятый канальным приемником 111, на полосы различной частоты (например, входные подканалы 118а-118k, фиг. 1А). Канальный приемник 111 выполнен с возможностью перетрансляции полос частот (например, выходные подканалы 119а-119k, фиг. 1А) на основе маршрутизации полос частот к заданной лучевой антенне 110 борт-Земля передающего модуля 102 борт-Земля.
Со ссылками на фиг. 1А показан пример схемы канального приемника 111. В одном аспекте канальный приемник 111 содержит N входов 116а-116n канального приемника and и М выходов 117а-117m канального приемника, где N и М - заданные числа больше единицы. Каждый из входов 116а-116n канального приемника соединен с соответствующим выходом 123 коммутаторов 105 TDMA (как описано в настоящем описании) и принимает сигнал TDMA от соответствующего коммутатора 105 TDMA. В одном аспекте канальный приемник 111 обеспечивает возможность связи между N входами 116а-116n канального приемника с каждым из М выходов 117а-117m канального приемника для K входных и K выходных подканалов для каждого из N входов 116а-116n канального приемника и М выходов 117а-117m канального приемника, где K - заданное число больше, единицы. В данном аспекте число входных подканалов 118а-118k и выходных подканалов 119а-119k является одинаковым, но в других аспектах число входных подканалов 118а-118k отличается от числа выходных подканалов 119а-119k. В одном аспекте каждый из входов 116а-116n канального приемника и каждый из выходов and 117а-117m канального приемника имеет заданную полосу пропускания BW. В одном аспекте канальный приемник 111 включает модуль 113 частотного разделения, коммутационную матрицу 114 и модуль 115 сумматора. Модуль 113 частотного разделения разделяет спектр входного поддиапазона сигнала (сигналов) TDMA от каждого входа 116а-116n на интервалы частот и подает интервалы частот к K входным подканалам 118а-118k. Коммутационная матрица 114 направляет интервалы частот от входных подканалов 118а-118k к заданному одному из K выходных каналов 119а-119k. В одном аспекте настоящего изобретения интервалы частот от входных подканалов 118а-118k отправляются к одному из выходных подканалов 119а-119k или транслируются к какому-либо из выходов 117а-117m канального приемника, по существу, одновременно. Как указано выше, в одном аспекте маршрутизация является фиксированной в том, что маршрутизация интервалов частот остается одинаковой, в зависимости, например, от входного сигнала. Однако в других аспектах маршрутизация интервалов частот выполнена с возможностью конфигурирования в зависимости, например, от управляющего сигнала 198 от спутникового устройства 112 управления, которое в одном аспекте включает в себя указания для маршрутизации интервалов частот от входных подканалов 118а-118k к выходным подканалам 119а-119k Модуль 115 сумматора объединяет (или мультиплексирует) интервалы частот в соответствующие выходные поддиапазоны (которые в одном аспекте отличаются от входных поддиапазонов) и направляет выходные поддиапазоны в соответствующие выходные подканалы 119а-119k. В одном аспекте возможность связи между входами 116а-116n канального приемника и выходами 117а-117m канального приемника существует на базе подканалов, которые меньше или равны полосе пропускания (BW) канального приемника, которая в одном аспекте измеряется мегагерцах (МГц). В одном аспекте каждый вход 116а-116n канального приемника 111 разделяет полосу пропускания входа 116а-116n канального приемника на K входных подканалов 118а-118k. В одном аспекте каждый из к K входов подканалов 118а-118k может быть отправлен к одному из М выходов 117а-117m канального приемника или транслирован на какое-либо число выходов 117а-117m канального приемника, по существу, одновременно. В одном аспекте K входных подканалов 118а-118k могут быть объединены, для образования смежных каналов какого-либо числа из K выходных подканалов 119а-119k. Выходные подканалы 119а-119k согласуются с соответствующими выходами 117а-117n канального приемника 111, где выходной сигнал от выхода 117а-117n канального приемника подают к лучевым антеннам 110 передающего модуля 102 борт-Земля. В одном аспекте каждый из выходов 117а-117n канального приемника объединяет K подканалов в полосу пропускания порта. В одном аспекте канальный приемник 111 имеет пропускную способность, равную суммарной пропускной способности полосы пропускания (N×BW, где N и М одинаковы), умноженной на число бит на герц, задаваемое выбором формы колебаний и пропускной способностью линии связи. В одном аспекте архитектура TDMA обеспечивает полную полосу пропускания выходных портов 117а-117n, отправляемую к одной лучевой антенне 110, на протяжении кадра TDMA с небольшими помехами от соседних лучей или интермодуляционным искажением, таким образом, доводя до максимума пропускную способность канала для данной полосы пропускания и мощности излучения. В одном аспекте канальный приемник 111 имеет «ячеистую», звездчатую» или смешанную конфигурацию, где какой-либо сигнал TDMA, принятый входами 116а-116n канального приемника, направляется к какому-либо выходу 117а-117n канального приемника на базе подканалов. В одном аспекте «звездчатая» архитектура формируется путем назначения некоторым лучам статуса шлюза и задержка на них в течение более длительных периодов времени и на более широких полосах пропускания, чем необходимо. В одном аспекте канальный приемник 111 представляет собой цифровой канальный приемник 111, тогда как в других аспектах канальный приемник 111 представляет собой аналоговый канальный приемник. В других аспектах части канального приемника 111 являются цифровыми, а другие части являются аналоговыми. В одном аспекте канальный приемник 111 принимает как сигналы TDMA, так и традиционные сигналы FDMA, в качестве входов 116 канального приемника. В одном аспекте канальный приемник 111 обеспечивает направление для выборки радиочастотной полосы, и все функции, включая усиление сигнала TDMA, объединяются в цифровой форме в цифровом процессоре.
Кроме того, как показано на фиг. 1, выходы 117а-117n канального приемника передают результирующий (например, выходной) сигнал TDMA к передающему модулю 102 борт-Земля. В одном аспекте настоящего изобретения передающий модуль 102 борт-Земля включает в себя один или большее количество коммутаторов 108 TDMA, которые принимают соответствующий выходной сигнал TDMA от выходов 117а-117n канального приемника, один или большее количество матричных усилителей 109 мощности (matrix power amplifiers, MPA), которые принимают выходные сигналы коммутаторов 108 TDMA, и одну или большее количество лучевых антенн 110, которые передают выходные сигналы матричных усилителей 109 мощности. В других аспектах передающий модуль 102 борт-Земля также содержит один или большее количество преобразователей 107 частоты, по существу, аналогичных преобразователям 106 частоты приемного модуля 101 Земля-борт, расположенным между канальным приемником 111 и одним или большим количеством матричных усилителей 109 мощности. В одном аспекте коммутаторы 108 TDMA выбирают заданный вход 126 матричного усилителя 109 мощности, обеспечивающий возможность маршрутизации заданного выхода 127 матричного усилителя мощности 109 к заданной лучевой антенне 110 без дополнительной коммутации в нисходящем направлении матричного усилителя 109 мощности (например, коммутация высокой мощности). В одном аспекте гибкость разделения мощности матричного усилителя 109 мощности доводится до максимума во временной области, а не в частотной области. В одном аспекте передающий модуль 102 борт-Земля исключает громоздкие сети коммутации высокой мощности, необходимые для маршрутизации сигналов высокой мощности одного усилителя высокой мощности к множеству лучевых антенн 110 после усиления, или необходимость назначения усилителей высокой мощности каждой отдельной лучевой антенне 110.
В одном аспекте настоящего изобретения каждый из коммутаторов 108 TDMA включает вход 124 коммутатора, связанный с соответствующим выходом 117а-117n канального приемника, и принимает выходной сигнал TDMA от канального приемника 111. В одном аспекте настоящего изобретения коммутаторы 108 TDMA распределяют ресурсы спутника для размещения назначенных полос пропускания, определенных спутниковым устройством 112 управления. Каждый коммутатор 108 TDMA содержит один или больше выходов 125 коммутатора, связанных с одним или большим количеством матричных усилителей 109 мощности, как описано в настоящем описании. Каждый из одного или больше выходов 125 коммутатора соответствует выбранному входу 126 матричного усилителя 109 мощности. В одном аспекте настоящего изобретения коммутатор 108 TDMA представляет собой коммутатор малой мощности (например, около 0 дБм или меньше). В одном аспекте коммутатор 108 TDMA представляет собой быстродействующий коммутатор. В одном аспекте коммутатор 108 TDMA представляет собой быстродействующий коммутатор малой мощности. В одном аспекте настоящего изобретения коммутатор 108 TDMA определяет продолжительность отправки полосы частот к лучевой антенне 110 борт-Земля передающего модуля 102 борт-Земля на основании сигнала синхронизации по времени от модуля 112В синхронизации по времени.
Как указано выше, выходы 125 коммутатора 108 TDMA соответствуют выбранному входу 126 матричного усилителя 109 мощности (например, заданному входу). Со ссылками на фиг. 1В показан пример матричного усилителя 109 мощности. В одном аспекте матричный усилитель 109 мощности содержит входную гибридную матрицу 109а (также известную как разделительный фильтр входной мощности), выходную гибридную матрицу 109b, которая инвертирует способ обработки входной гибридной матрицы 109а, регуляторы 109с настройки и усилители 109d высокой мощности. Регуляторы 109с настройки и усилители 109d высокой мощности действуют параллельно и расположены между входной гибридной матрицей 109а и выходной гибридной матрицей 109b. В одном аспекте каждый вход 126 матричного усилителя 109 мощности поставлен в соответствие заданному выходу 127 матричного усилителя 109 мощности (как описано в настоящем описании). В одном аспекте множество сигналов TDMA может быть введено во множество входов 126 матричного усилителя мощности и направлено к соответствующим выходам 127 матричного усилителя мощности, по существу, одновременно. В одном аспекте частота сигнала TDMA, принятого на одном из входов 126 матричного усилителя мощности, является такой же, как частота сигнала TDMA, принятого на каком-либо из других входов 126 матричного усилителя мощности. Однако в других аспектах частоты сигнала TDMA, принятого каждым из входов 126 матричного усилителя мощности, являются различными, до тех пор, пока полоса пропускания усилителей 109с высокой мощности и всех других промежуточных компонентов (например, регулятора 109с настройки) охватывает полосу пропускания сигнала TDMA, принятого входами 126 матричного усилителя мощности. В одном аспекте входная гибридная матрица 109а реализована в цифровой форме в цифровом модуле. В одном аспекте матричный усилитель 109 мощности реализован в антенных решетках прямого излучения, а также в виде антенных решеток с фигурной апертурой, где функция выходной гибридной матрицы 109b выполняется антенной оптикой, а не схемой.
Каждый из соответствующих выходов 127а-127n матричного усилителя 109 мощности, кроме того, связан с соответствующей одной лучевой антенной 110. В одном аспекте лучевые антенны 110 являются узконаправленными антеннами. Однако в других аспектах лучевые антенны 110 представляют собой многолучевые антенны с возбуждением или антенны с фазированной решеткой. Каждая из лучевых антенн 110 выводит сигнал TDMA от соответствующих выходов 127а-127n матричного усилителя 109 мощности в течение заданного времени. В одном аспекте настоящего изобретения заданное время является временем задержки сигнала TDMA и управляется коммутатором 108 TDMA на основе сигнала синхронизации по времени от модуля 112А синхронизации по времени. В одном аспекте настоящего изобретения выходной сигнал TDMA от выходов 127а-127n матричного усилителя мощности имеет заданную частоту и амплитуду, основанную на сигнале синхронизации по времени от модуля 112А синхронизации по времени. В одном аспекте связь между канальным приемником 111 и коммутаторами 108 TDMA, и связь между коммутаторами 108 TDMA и матричными усилителями 109 мощности обеспечивает полную полосу пропускания выходного сигнала TDMA от канального приемника 111 к лучевой антенне 110 на протяжении кадра временного разделения каналов (например, время задержки). В одном аспекте модуль 112А синхронизации по времени выдает полную полосу пропускания сигнала канального приемника 111 на лучевую антенну 110 на протяжении кадра временного разделения каналов. В одном аспекте число пучков лучей и лучевых антенн 110 в передающем модуле 102 борт-Земля равно числу пучков лучей и лучевых антенн 103 в приемном модуле 101 Земля-борт. Однако в других аспектах число пучков лучей и лучевых антенн 110 в передающем модуле 102 борт-Земля отличается от числа пучков лучей и лучевых антенн 103 в приемном модуле 101 Земля-борт.
В одном аспекте настоящего изобретения один или большее количество преобразователей 107 частоты расположены между выходами 117 канального приемника и входами 124 коммутаторов 108 TDMA. В других аспектах один или большее количество преобразователей 107 частоты расположены между выходами 125 коммутатора 108 TDMA и выходами 126 матричного усилителя 109 мощности. В других аспектах один или большее количество преобразователей 107 частоты расположены между выходами 117 канального приемника и входами 124 коммутатора 108 TDMA, и между выходами 125 коммутатора 108 TDMA и входами 126 матричного усилителя 109 мощности. Преобразователи 107 частоты, по существу, аналогичны преобразователям 106 частоты, описанным в настоящем описании.
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-Z
1-P
1-P
1-P
1-P
1-Z
1-Z
1-P
1-P
1-Z
1-Z
1-P
1-P
Со ссылками на фиг. 2, показан пример спутниковой системы 100А связи. На фиг. 2. показано множество пучков 1-Х лучей, при этом каждый пучок 1-Х лучей соответствует лучевым антеннам 103A и 103B, где Z - любое заданное число больше 1. В одном аспекте показаны две группы лучевых антенн 103A и 103B, но в других аспектах существует какое-либо заданное число групп лучевых антенн 103, соответствующих пучкам 1-Х лучей. Каждая из лучевых антенн 103A и 103B связана с входом 120 кольцевой схемы резервирования 104А малошумящего усилителя (как описано в настоящем описании). В одном аспекте настоящего изобретения кольцевые схемы 104А резервирования малошумящего усилителя получают сигнал TDMA от каждой лучевой антенны 103A и 103B. В одном аспекте каждая кольцевая схема 104А резервирования малошумящего усилителя получает сигналы TDMA от лучевых антенн 103A и 103B, связанных с одним из пучков 1-Х лучей. Например, в одном аспекте одна из кольцевых схем 104А резервирования малошумящего усилителя принимает лучевые антенны 103A и 103B, связанные с пучком 1 лучей. В других аспектах кольцевые схемы 104А резервирования малошумящего усилителя получают сигналы TDMA от лучевых антенн 103A и 103B, связанных с множеством пучков 1-Х лучей. Кольцевые схемы 104А резервирования малошумящего усилителя имеют выходы 121 LNA, которые соединены с выходами 122 коммутаторов 105 TDMA. В одном аспекте один коммутатор 105 TDMA связан с каждой кольцевой схемой 104А резервирования малошумящего усилителя. Каждый из коммутаторов 105 TDMA, кроме того, имеет выход 123 коммутатора и переключает сигнал TDMA в соответствии с сигналом синхронизации по времени модуля 112В синхронизации по времени. В одном аспекте настоящего изобретения выходы 123 коммутаторов 105 TDMA связаны с преобразователями 106 частоты, расположенными между коммутатором 105 TDMA и канальным приемником 111, которые выполнены с возможностью изменения частоты выходного сигнала TDMA посредством коммутаторов 105 TDMA. Канальный приемник 111 имеет выходы 117 канального приемника, связанные с преобразователями 107 частоты. Канальный приемник 111 выводит результирующий сигнал TDMA (например, выходной сигнал TDMA) к преобразователям 107 частоты, расположенным между канальным приемником 111 и коммутатором 108 TDMA. Коммутатор 108 TDMA, на основании сигнала синхронизации по времени от модуля 112В синхронизации по времени, переключает сигнал TDMA на выход 125 коммутатора. Выход 125 коммутатора соединен с заданным входом 126 матричного усилителя 109 мощности. В одном аспекте настоящего изобретения заданный вход 126 матричного усилителя мощности 109 поставлен в соответствие заданному выходу 127 матричного усилителя мощности 109. Заданный выход 127 матричного усилителя 109 мощности связан с соответствующей лучевой антенной 110А и 110B борт-Земля, которая, в свою очередь, передает выходной сигнал TDMA как сигнал 197D TDMA. В одном аспекте показаны две группы лучевых антенн 110А и 110B, но в других аспектах существует любое заданное число групп лучевых антенн 110, соответствующих пучкам 1-Y лучей. В одном аспекте число лучевых антенн 103A, 103В такое же, как число лучевых антенн 110A, 110B (например, Р такое же, как Z), но в других аспектах число лучевых антенн 103A, 103B отличается от числа лучевых антенн 110А, 110B (например, Р отличается от Z).
Со ссылками на фиг. 3, показан другой пример спутниковой системы 100 В связи. Спутниковая система 100В связи, показанная на фиг. 3, по существу, аналогична примеру спутниковой связи 100А, показанной на фиг. 2, за исключением того, что преобразователи 106, 107 частоты, показанные на фиг. 3, расположены в других местах по сравнению с преобразователями 106, 107 частоты, показанными на фиг. 2. В аспекте настоящего изобретения, показанном на фиг. 3, преобразователи 106 частоты расположены между кольцевой схемой 104А резервирования малошумящего усилителя и коммутатором 105 TDMA. Кроме того, в аспекте, показанном на фиг. 3, преобразователи 107 частоты расположены между коммутатором 108 TDMA и матричным усилителем 109 мощности.
Со ссылками на фиг. 4, показан еще один пример спутниковой системы 100С связи. Пример спутниковой системы 100С связи, по существу, аналогичен примерам спутниковых систем 100А и 100В связи. В одном аспекте на фиг. 4 преобразователи 401 частоты расположены между кольцевыми схемами 104А резервирования малошумящих усилителей и коммутаторами 105 TDMA, а преобразователи 402 частоты расположены между коммутатором 105 TDMA и канальным приемником 111. В одном аспекте, показанном на фиг. 4, преобразователи 403 частоты расположены между канальным приемником 111 и коммутатором 108 TDMA, а преобразователи 404 частоты расположены между коммутатором 108 TDMA и матричным усилителем 109 мощности.
1-P
1-P
Со ссылками на фиг. 5-5А, показана часть спутниковой системы 100D связи. В одном аспекте настоящего изобретения множество выходов 117а, 117b канального приемника 111 объединены для формирования лучей с большей шириной полосы пропускания или множества полос частот. В одном аспекте выходы 117а, 117b канального приемника связаны с преобразователями 501, 502 частоты. Преобразователи 501, 502 частоты получают сигналы 130, 131 TDMA от выходов 117а, 117b канального приемника и выводят соответствующие сигналы 130, 131 TDMA к дуплексору/сумматору 503. В одном аспекте преобразователи 501, 502 частоты изменяют сигнал 130, 131 TDMA на различные частоты. Преобразователи 501, 502 частот, в сочетании с дуплексором/сумматором 503, мультиплексируют сигналы 130, 131 TDMA от выходов 117а, 117b канального приемника в смежные радиочастотные полосы, формируя лучи с более широкой полосой пропускания, множество полос частот или объединенную полосу 132 частот (см. фиг. 5А). Объединенная полоса 132 частот от дуплексора/сумматора 503 выводится к коммутатору 108 TDMA, который, в свою очередь, переключает объединенную полосу 132 частот на заданный вход 126 матричного усилителя 109 мощности. В одном аспекте матричный усилитель 127 мощности выводит сигнал к соответствующим лучевым антеннам 110А и 110B через соответствующий выход 127 матричного усилителя мощности. В одном аспекте, показанном на фиг. 5, два выхода 117а, 117b канального приемника объединены с помощью дуплексора/сумматора 503. Однако в других аспектах любое заданное число выходов 117 канального приемника может быть объединено с помощью дуплексора/сумматора 503.
1-P
1-P
Теперь, со ссылками на фиг. 6-6А, показана часть спутниковой системы 100Е связи. Множество выходов 117а, 117b канального приемника может быть направлено к общему матричному усилителю 109 мощности через распределенные коммутаторы 603, 604 TDMA. В одном аспекте канальный приемник 111 имеет выходы 117а, 117b канального приемника. Выходы 117а, 117b канального приемника соединены с преобразователями 601, 602 частоты. В одном аспекте настоящего изобретения преобразователи 601, 602 частоты получают сигналы 140, 141 TDMA от выходов 117а, 117b канального приемника и изменяют сигналы 140, 141 TDMA, по существу, до одинаковой частоты или перекрывающихся частот. Однако в других аспектах преобразователи 601, 602 частоты изменяют выходные сигналы 117а, 117b канального приемника до различных частот, расширяющих полосу пропускания матричного усилителя 109 мощности. В одном аспекте настоящего изобретения преобразователи 601, 602 частот связаны с входами 605, 606 коммутатора распределенных коммутаторов 603, 604 TDMA. Распределенные коммутаторы 603, 604 TDMA имеют выходы 607, 608 коммутатора, которые соединены с соответствующим входом 126 матричного усилителя мощности 109. Матричный усилитель 109 мощности, в свою очередь, выводит сигнал к соответствующей лучевой антенне 110А и 110B через выходы 127 матричного усилителя мощности. В одном аспекте выходы 117а, 117b канального приемника могут совместно использовать одну частоту с входом 126 матричного усилителя мощности, или могут расширять полосу пропускания матричного усилителя 109 мощности аналогично тому, что показано со ссылкой на фиг. 5-5А (т.е. преобразователи 601, 602 частоты могут быть одинаковой частоты или могут быть различных частот, и полоса пропускания канального приемника 111 имеет не такую ширину, как полоса пропускания матричного усилителя 109 мощности). В одном аспекте до М выходов 117 канального приемника (где М - заданное число, большее единицы) может быть направлено к общему матричному усилителю 109 мощности, при условии, что число выходов 607, 608 коммутатора распределенных коммутаторов 603, 604 TDMA добавляется к равному числу выходов 126 матричного усилителя мощности. В одном аспекте до М выходов 117 канального приемника может быть направлено к общему матричному усилителю 109 мощности при числе М усилителей 109с высокой мощности. В одном аспекте число выходов 607, 608 коммутаторов 603, 604 TDMA добавляется к числу входов 126 матричного усилителя 109 мощности. В аспекте, показанном на фиг. 6, показаны два распределенных коммутатора 603, 604 TDMA. Однако в других аспектах настоящего изобретения может быть использовано любое заданное число распределенных коммутаторов TDMA.
Со ссылками на фиг. 7 показана часть спутниковой системы 100F связи. Аспект, показанный на фиг. 7, по существу, аналогичен аспекту, показанному на фиг. 6. Однако в аспекте, показанном на фиг. 7, канальный приемник 111 выводит сигнал к множеству матричных усилителей 109 мощности через множество распределенных коммутаторов 704-706 TDMA. В одном аспекте каждый из множества распределенных коммутаторов 704-706 TDMA принимает сигнал TDMA от выходов 117а-117с канального приемника. В одном аспекте один или большее количество распределенных коммутаторов 704-706 TDMA является общим для большего чем один числа матричных усилителей 109 мощности. В других аспектах настоящего изобретения один или большее количество матричных усилителей 109 мощности является общим больше чем для одного распределенного коммутатора 704-706 TDMA. В одном аспекте настоящего изобретения преобразователи 701-703 частоты изменяют сигналы TDMA от выходов 117а-117с канального приемника до одинаковой частоты или перекрывающихся частот. Однако в других аспектах преобразователи 701-703 частоты изменяют выходные сигналы 117а-117с канального приемника до различных частот. В одном аспекте выходной сигнал 117а-117с канального приемника может быть направлен к множеству матричных усилителей 109 мощности, имеющих М входов 126 матричного усилителя мощности через распределенные быстродействующие коммутаторы 704-706. В одном аспекте выходы 117а-117с канального приемника могут совместно использовать одну частоту с входами 126 матричного усилителя мощности, или могут расширять полосу пропускания матричного усилителя 109 мощности, как показано со ссылкой на фиг. 5-5А (т.е. преобразователи 701-703 частоты могут быть одинаковой частоты или могут быть различных частот). В одном аспекте до М выходов 117а-117с канального приемника могут быть направлены к такому числу матричных усилителей 109 мощности, к которому необходимо. В одном аспекте сумма общего числа выходов 710-712 коммутаторов быстродействующих коммутаторов 704-706 добавляется к суммарному числу входов 126 матричного усилителя мощности суммы матричных усилителей 109 мощности.
Со ссылками на фиг. 8 показана часть спутниковой системы 100F связи. Аспект, показанный на фиг. 8, по существу, аналогичен аспекту, показанному на фиг. 7. Однако в одном аспекте вместо множества распределенных коммутаторов 703-705 TDMA существует одна коммутационная матрица 802, которая принимает любое заданное число выходов 117а-117n канального приемника и соединяет все из выходов 117а-117n канального приемника с каждым из входов 126 матричного усилителя мощности. В одном аспекте настоящего изобретения коммутационная матрица 802 имеет Н входов 803a-803h (по одному для каждого из выходов 117а-117n канального приемника 111) и I выходов 804a-804i, где I - число лучевых антенн 110 в пучке 1-Y лучей. Коммутационная матрица 802в одном аспекте настоящего изобретения связана с большим чем один матричных усилителей 109 мощности, которые, в свою очередь, соединены с соответствующими лучевыми антеннами 110 в пучке 1-Y лучей. В одном аспекте настоящего изобретения коммутационная матрица 802 имеет не блокирующую архитектуру коммутационной матрицы, и любой выход 117а-117n канального приемника может быть переключен на любые входы 126 матричных усилителей 109 мощности. В некоторых аспектах настоящего изобретения существует любое число преобразователей 801а-801n частоты, определяемое установленным планом многократного использования частоты, полосой пропускания канального приемника 111 и занимаемой полосой пропускания матричных усилителей 109 мощности. В одном аспекте коммутационная матрица 802 действует на радиочастоте матричного усилителя 109 мощности, чтобы свести к минимуму число преобразователей частоты. В других аспектах коммутационная матрица 802 действует на полосе частот канального приемника 111 и имеет выделенный преобразователь частоты для каждого входа 126 матричного усилителя мощности. В других аспектах коммутационная матрица 802 действует на промежуточной частоте, с преобразователями частоты, расположенными между коммутационной матрицей 802 и канальным приемником 111, и множеством преобразователей частоты, расположенных между коммутационной матрицей 802 и матричными усилителями 109 мощности. В одном аспекте коммутационная матрица 802 имеет больше чем один вход 803a-803h. В одном аспекте преобразователи 801а-801n частоты могут находиться на стороне входа 803a-803h коммутационной матрицы 802 или на стороне 804a-804i выхода коммутационной матрицы 802. В одном аспекте, в зависимости от полосы пропускания коммутационной матрицы 802, возможно выполнение одной коммутационной матрицы 802, которая соединяет все выходы 117а-117n канального приемника 111 со всеми входами 126 матричного усилителя 109 мощности. В одном аспекте, при использовании не блокирующей архитектуры коммутационной матрицы, любой выход 117а-117n канального приемника может быть направлен к любому входу 126 матричного усилителя мощности. В одном аспекте число частот преобразователей 801а-801n частоты определяется планом многократного использования частоты, полосой пропускания канального приемника 111 и занимаемой полосой пропускания матричных усилителей 109 мощности. В одном аспекте архитектура коммутационной матрицы 802 является коммутационной матрицей широкого применения с конкретной реализацией в зависимости от конкретных требований к системе.
Со ссылками на фиг. 9-10 показан еще один аспект настоящего изобретения. В одном аспекте канальный приемник 111, гибридная входная матрица 109а МРА и коммутатор 108 TDMA объединены в цифровом модуле 901. В других аспектах любой из малошумящих усилителей 104, преобразователей 106, 107 частоты, коммутаторов 105, 108 TDMA, канального приемника 111, матричных усилителей 109 мощности, спутниковых устройств 112 управления или любая их часть могут быть объединены и выполнены как часть цифрового модуля компьютерной обработки цифрового сигнала. В части примера спутниковой системы 100Н связи, показанной на фиг. 9, цифровой модуль 901 содержит канальный приемник 111, коммутатор 108 TDMA и гибридную входную матрицу 109а МРА матричного усилителя 109 мощности. В части примера спутниковой системы 1001 связи, показанной на фиг. 10, преобразователи 106 частоты, коммутатор 105 TDMA, канальный приемник 111, спутниковое устройство112 управления, коммутатор 108 TDMA и гибридная входная матрица 109а МРА матричного усилителя 109 мощности выполнены как цифровой модуль 1000.
Ссылкой на фиг. 11 показан пример схемы последовательности операций спутниковой системы 100 связи. На этапе 1101 в одном аспекте коммутаторы 105 TDMA принимают входной сигнал TDMA от лучевой антенны 103 с помощью входов 122 коммутатора. В одном аспекте настоящего изобретения коммутаторы 105 TDMA также принимают сигнал синхронизации по времени от модуля 112В синхронизации по времени спутникового устройства 112 управления. Сигнал синхронизации по времени определяет, каким образом сигналы TDMA, принятые коммутаторами 105 TDMA, переключаются на выходы 123 коммутатора 105 TDMA. На этапе 1102 коммутатор 105 TDMA передает входной сигнал TDMA к канальному приемнику 111. В одном аспекте канальный приемник 111 обеспечивает частотное мультиплексирование входного сигнала TDMA, принятого канальным приемником 111 от коммутатора 105 TDMA, и создает выходной сигнал TDMA в соответствии с управляющим сигналом спутникового устройства 112 управления. На этапе 1103 канальный приемник 111 передает выходной сигнал TDMA к коммутатору 108 TDMA. В одном аспекте коммутаторы 108 TDMA распределяют ресурсы спутника для размещения назначенных полос пропускания для выходного сигнала TDMA на основании управляющего сигнала спутникового устройства 112 управления. На этапе 1104 коммутатор 108 TDMA выводит выходной сигнал TDMA к выбранному входу 126 матричного усилителя 109 мощности. На этапе 1105, матричный усилитель 109 мощности ставит в соответствие выходной сигнал TDMA от выбранного входа 126 матричного усилителя 109 мощности заданному выходу 127 матричного усилителя 109 мощности. На этапе 1106, выход TDMA выводится к лучевой антенне 110 от заданного выхода 127 матричного усилителя 109 мощности как сигнал 197D связи.
Описание и чертежи, описывающие операции способа (способов), изложенных в настоящем описании, не следует интерпретировать как обязательно определяющие последовательность, в которой должны выполняться операции. Напротив, хотя указан один иллюстративный порядок, должно быть понятно, что, при необходимости, последовательность операций может быть изменена. Соответственно, некоторые операции могут быть выполнены в другом порядке или одновременно. Кроме того, в некоторых аспектах настоящего изобретения не все описанные здесь операции необходимо выполнять.
Примеры изобретения могут быть описаны в контексте производства и способа 1200 обслуживания космического летательного аппарата, как показано на фиг. 12, и космического летательного аппарата 1302, как показано на фиг. 13. В ходе подготовки к изготовлению иллюстративный способ 1200 может включать составление технических характеристик и проектирование 1204 космического летательного аппарата 1002, и материально-техническое обеспечение 1206. В ходе производства происходит изготовление 1208 компонентов и сборочных узлов, и интеграция 1210 систем космического летательного аппарата 1302. Затем космический летательный аппарат 1002 может подвергаться сертификации и доставке 1212 на место эксплуатации 1214. В процессе эксплуатации заказчиком планируют техническое обеспечение и обслуживание 1216 космического летательного аппарата 1302 (которое, кроме того, может включать модификацию, реконфигурацию, переоснащение и т.п.).
Каждый из процессов иллюстративного способа 1200 может быть выполнен или осуществлен системным интегратором, третьей стороной и/или оператором (например, заказчиком). Для целей настоящего описания системный интегратор может включать в себя, помимо прочего, любое число производителей космического летательного аппарата и субподрядчиков основных систем; третья сторона может включать в себя, помимо прочего, любое число поставщиков, субподрядчиков и поставщиков; и оператор может быть авиакомпанией, лизинговой компанией, военным предприятием, обслуживающей организацией и т.п.
Как показано на фиг. 13, космический летательный аппарат 1302, производимый с помощью иллюстративного способа 1200, может включать в себя корпус летательного аппарата 1318 с множеством систем высокого уровня и внутренней частью 1322. Примеры систем высокого уровня, распределенных в космическом аппарате, включают одну или больше движительных систем 1324, систему 1326 электроснабжения, гидравлическую систему 1328, систему 1330 регулирования атмосферы и систему 1331 связных спутников-ретрансляторов. Может быть включено любое число других систем. Хотя показан пример, относящийся к аэрокосмической отрасли, принципы изобретения могут быть применены к другим отраслям, например, морскому судоходству.
Система и способы, раскрытые в настоящем описании, могут быть применены в ходе какого-либо одного или больше этапов производства и способа 1200 обслуживания. Например, компоненты и узлы, соответствующие производству 1208 компонента и узла, могут быть изготовлены или произведены способом, аналогичным компонентам или узлам, произведенным во время эксплуатации космического летательного аппарата 1002. Кроме того, один или больше аспектов системы, способа или их сочетания могут быть использованы во время операций 1208 и 1210 производства, например, путем существенного ускорения сборки или снижения стоимости космического летательного аппарата 1302. Аналогично, может быть использован один или большее число аспектов системы или способов реализации, или их сочетание, например, помимо прочего, пока космический летательный аппарат 1302 находится в эксплуатации, например, работа, техническое обеспечение и обслуживание 1216.
В настоящем описании раскрыты различные примеры и аспекты системы и способов, включающие разнообразие компонентов, характеристик и функциональных особенностей. Должно быть понятно, что различные примеры и аспекты системы и способов, раскрытых в настоящем документе, могут включать в себя любые из компонентов, характеристик и функциональных особенностей любых других примеров и аспектов системы и способов, раскрытых в настоящем описании, в любом сочетании, и все из таких возможностей находятся в пределах сущности и объема настоящего изобретения.
Многие модификации и другие примеры изобретения, изложенного в настоящем описании, могут быть реализованы специалистом в данной области, использующим преимущества принципов, представленных в вышеприведенном описании и прилагаемых чертежах.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, система связи, содержащая по меньшей мере один первый быстродействующий коммутатор с временным разделением каналов, имеющий выход первого коммутатора, канальный приемник с частотным разделением каналов, связанный с указанным выходом первого коммутатора и выполненный с возможностью приема входного радиочастотного сигнала по меньшей мере от одного первого быстродействующего коммутатора TDMA, указанный канальный приемник FDMA, дополнительно имеющий по меньшей мере один выход канального приемника, по меньшей мере один матричный усилитель мощности, имеющий по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход, и по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA, имеющий второй вход коммутатора, связанный с соответствующим одним из указанного по меньшей мере одного выхода канального приемника и по меньшей мере один выход второго коммутатора, связанный с соответствующим входом указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA, выполненный с возможностью приема выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA и передачи указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA к выбранному входу указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, причем каждый вход указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности поставлен в соответствие заданному выходу указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, а каждый заданный выход связан с соответствующим антенным лучом.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, соединение между указанным канальным приемником FDMA и указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA, и соединение между указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA и указанным по меньшей мере одним матричным усилителем мощности выполнены с возможностью обеспечения полной полосы пропускания указанного по меньшей мере одного выхода канального приемника на указанном соответствующем антенном луче на протяжении кадра временного разделения каналов.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один матричный усилитель мощности является общим более чем для одного второго быстродействующего коммутатора TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA является общим более чем для одного матричного усилителя мощности.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один матричный усилитель мощности содержит входную матрицу и выходную матрицу, при этом указанный по меньшей мере канальный приемник FDMA, входная матрица и по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA объединены в цифровом модуле.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор представляет собой коммутатор малой мощности.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный коммутатор малой мощности выполнен для радиочастотных приложений малой мощности с уровнем около 0 дБм или меньше.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая модуль синхронизации по времени, связанный с указанным по меньшей мере одним первым быстродействующим коммутатором TDMA, указанным канальным приемником FDMA и указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA, и при этом указанный выходной радиочастотный сигнал выводится от указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности при заданной частоте и амплитуде на основании модуля синхронизации по времени.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, модуль синхронизации по времени выполнен с возможностью выдачи полной полосы пропускания сигнала канального приемника FDMA на антенный луч на протяжении кадра TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один первый быстродействующий коммутатор TDMA имеет по меньшей мере один первый вход коммутатора, выполненный с возможностью приема входного радиочастотного сигнала по меньшей мере от одного источника входного сигнала, содержащего множество входных лучей.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая первый преобразователь частоты, подключенный между указанным по меньшей мере одним источником входного сигнала и указанным по меньшей мере одним первым входом коммутатора указанного по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA, и второй преобразователь частоты, подключенный между указанным выходом первого коммутатора указанного по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA и указанным канальным приемником FDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая преобразователь частоты, подключенный между указанным выходом первого коммутатора указанного по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA и указанным канальным приемником FDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая преобразователь частоты, подключенный между указанным по меньшей мере одним выходом канального приемника FDMA и указанным вторым входом коммутатора указанного по меньшей мере одного второго быстродействующего коммутатора TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один матричный усилитель мощности содержит множество усилителей высокой мощности.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая первый преобразователь частоты, подключенный между указанным по меньшей мере одним выходом второго коммутатора указанного по меньшей мере одного второго быстродействующего коммутатора TDMA и указанным по меньшей мере одним матричным усилителем мощности, и второй преобразователь частоты, подключенный между указанным канальным приемником FDMA и указанным вторым входом коммутатора указанного по меньшей мере одного второго быстродействующего коммутатора TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, система связи, содержащая по меньшей мере один первый быстродействующий коммутатор с временным разделением каналов, имеющий выход первого коммутатора, канальный приемник с частотным разделением каналов, связанный с указанным выходом первого коммутатора и выполненный с возможностью приема входного радиочастотного сигнала по от указанного меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA, указанный канальный приемник, дополнительно имеющий по меньшей мере один выход канального приемника, по меньшей мере один быстродействующий коммутатор TDMA, имеющий второй вход коммутатора, связанный с соответствующим одним из указанного по меньшей мере одного выхода канального приемника, и по меньшей мере один бескоммутаторный транслирующий модуль, содержащий по меньшей мере один матричный усилитель мощности, имеющий по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход, и по меньшей мере одну антенну, соединенную по меньшей мере с указанным одним матричным усилителем мощности, причем указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA дополнительно имеет по меньшей мере один выход второго коммутатора, связанный с выбранным входом указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA, выполненный с возможностью приема выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA и передачи указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA к выбранному входу указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, и при этом каждый вход указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности поставлен в соответствие заданному выходу указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, а каждый заданный выход связан с соответствующей антенной.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, соединение между указанным канальным приемником FDMA и указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA, и соединение между указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA и указанным по меньшей мере одним матричным усилителем мощности выполнены с возможностью обеспечения полной полосы пропускания указанного по меньшей мере одного выхода канального приемника на соответствующей антенне на протяжении кадра временного разделения каналов.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один бескоммутаторный транслирующий модуль является общим более чем для одного второго быстродействующего коммутатора TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA является общим более чем для одного бескоммутаторного транслирующего модуля.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один матричный усилитель мощности содержит входную матрицу и выходную матрицу, при этом указанный по меньшей мере канальный приемник FDMA, входная матрица и по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA объединены в цифровом модуле.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один второй быстродействующий коммутатор TDMA представляет собой коммутатор малой мощности.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный коммутатор малой мощности выполнен для радиочастотных приложений малой мощности с уровнем около 0 дБм или меньше.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая модуль синхронизации по времени, соединенный с указанным по меньшей мере одним первым быстродействующим коммутатором TDMA, указанным канальным приемником FDMA и указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA, и при этом указанный выходной радиочастотный сигнал выводится по от указанного меньшей мере одного бескоммутаторного транслирующего модуля при заданной частоте и амплитуде на основании модуля синхронизации по времени.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный модуль синхронизации по времени выполнен с возможностью выдачи полной полосы пропускания сигнала канального приемника FDMA на антенный луч на протяжении кадра TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один первый быстродействующий коммутатор TDMA имеет по меньшей мере один первый вход коммутатора, выполненный с возможностью приема указанного входного радиочастотного сигнала по меньшей мере от одного источника входного сигнала, содержащего множество входных лучей.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая первый преобразователь частоты, подключенный между указанным по меньшей мере одним источником входного сигнала и указанным по меньшей мере одним первым быстродействующим коммутатором TDMA, и второй преобразователь частоты, подключенный между указанным по меньшей мере одним первым быстродействующим коммутатором TDMA и указанным по меньшей мере одним входом канального приемника FDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая преобразователь частоты, подключенный между указанным выходом первог коммутатора указанного по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA и указанным канальным приемником FDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая преобразователь частоты, подключенный между указанным по меньшей мере одним выходом канального приемника FDMA и указанным вторым входом коммутатора указанного по меньшей мере одного второго быстродействующего коммутатора TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, указанный по меньшей мере один матричный усилитель мощности содержит множество усилителей высокой мощности.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, содержащая первый преобразователь частоты, подключенный между указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA и указанным по меньшей мере одним матричным усилителем мощности, и второй преобразователь частоты, подключенный между указанным по меньшей мере одним выходом канального приемника FDMA и указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения способ связи, включающий прием входного радиочастотного сигнала по меньшей мере от одного источника входного сигнала по с помощью меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора с временным разделением каналов, передачу указанного входного радиочастотного сигнала от указанного по меньшей мере одного первого быстродействующего коммутатора TDMA к канальному приемнику с частотным разделением каналов, прием выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA, с помощью по меньшей мере одного второго быстродействующего коммутатора TDMA, передачу указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного по меньшей мере одного второго быстродействующего коммутатора TDMA к выбранному входу по меньшей мере одного матричного усилителя мощности, постановку в соответствие указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного выбранного входа заданному выходу указанного матричного усилителя мощности и вывод указанного выходного радиочастотного сигнала к антенному лучу, соответствующему указанному заданному выходу указанного матричного усилителя мощности.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, дополнительно включающий обеспечение полной полосы пропускания указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного канального приемника FDMA на антенном луче на протяжении кадра временного разделения каналов.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, включающий преобразование частоты указанного входного радиочастотного сигнала с помощью преобразователя частоты, подключенного между указанным по меньшей мере одним первым быстродействующим коммутатором TDMA и указанным канальным приемником FDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, включающий преобразование частоты указанного выходного радиочастотного сигнала с помощью преобразователя частоты, подключенного между указанным канальным приемником FDMA и указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, включающий преобразование частоты указанного входного радиочастотного сигнала с помощью первого преобразователя частоты, подключенного между указанным по меньшей мере одним источником входного сигнала и указанным по меньшей мере одним первым быстродействующим коммутатором TDMA, и преобразование указанного входного радиочастотного сигнала с помощью второго преобразователя частоты, подключенного между указанным по меньшей мере одним первым быстродействующим коммутатором TDMA и указанным канальным приемником FDMA.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, включающий преобразование частоты указанного выходного радиочастотного сигнала с помощью первого преобразователя частоты, подключенного между указанным канальным приемником FDMA и указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA, и преобразование указанного выходного радиочастотного сигнала с помощью второго преобразователя частоты, подключенного между указанным по меньшей мере одним вторым быстродействующим коммутатором TDMA и указанным по меньшей мере одним матричным усилителем мощности.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, включающий вывод указанного выходного радиочастотного сигнала от указанного по меньшей мере одного матричного усилителя мощности при заданной частоте и амплитуде на основании сигнала синхронизации от модуля синхронизации по времени.
В соответствии с одним или большим числом аспектов настоящего изобретения, кроме того, включающий выдачу полной полосы пропускания сигнала указанного канального приемника FDMA на антенный луч на протяжении кадра TDMA на основании сигнала синхронизации от модуля синхронизации по времени.
Таким образом, должно быть понятно, что изобретение не должно ограничиваться конкретными раскрытыми вариантами осуществления, и что модификации и другие варианты осуществления предназначены для включения в объем прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, хотя вышеприведенное описание и соответствующие чертежи описывают пример вариантов осуществления в контексте некоторых иллюстративных сочетаний элементов и/или функций, должно быть понятно, что различные сочетания элементов и/или функций могут быть выполнены с помощью альтернативных воплощений, не отступая от объема прилагаемой формулы изобретения.