МАТРИЧНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, ВЫПОЛНЕННЫЙ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ИЗМЕНЕНИЯ КОНФИГУРАЦИИ СО СКОРОСТЯМИ ДЛЯ ВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ, И СПОСОБ СВЯЗИ В АРХИТЕКТУРЕ С ЧАСТОТНЫМ И ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЯМИ КАНАЛОВ
MATRIX POWER AMPLIFIER, CONFIGURED TO CHANGE CONFIGURATION WITH SPEEDS FOR TIME SEPARATION OF CHANNELS, AND METHOD OF COMMUNICATION IN ARCHITECTURE WITH FREQUENCY AND TIME DIVISION OF CHANNELS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящее изобретение относится в целом к системам связи, и в частности, к передаче высокочастотной энергии через матричный усилитель мощности к антенным лучам со скоростями для временного разделения каналов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Обычно в области телекоммуникации, передачу сообщения обеспечивают благодаря использованию информационных платформ или платформ связи (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, UAV) 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, при которой 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 существующая в мире потребность в большей ширине пропускания и большей пропускной способности вследствие распространения интернет-трафика, электронной коммерции, компьютеров и других цифровых технологий все время возрастает, 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) распространены повсеместно, однако требования, предъявляемые к таким архитектурам, все в большей степени повышают стоимость и практичность такой архитектуры. В случае многолучевых информационных платформ с высокой пропускной способностью, работающих исключительно в режиме с частотным разделением каналов (FDMA), архитектура требует большого количества антенных лучей для обеспечения многократного использования частот, необходимого для максимизации суммарной пропускной способности. Такая архитектура также имеет большое количество усилителей высокой мощности, сложные сети коммутаторов высокой мощности и сложные сети фильтров, которые часто выполнены на основе волновода и имеют большую массу и размеры. Все эти факторы обуславливают высокие требования к мощности, объему и массе, а на космическом летательном аппарате мощность, объем и масса ограничены. Традиционная архитектура с частотным разделением каналов (FDMA) также вызывает высокую тепловую нагрузку, обусловленную, например, использованием сложных систем рассеяния тепла для компонентов высокой мощности.
[003] 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 архитектурах связи, как правило, требуется демодуляция и повторная модуляция радиочастотных сигналов, что создает ограничение пропускной способности. Вследствие указанных ограничений данные архитектуры связи подходят для передачи данных с низкой скоростью и не очень хорошо подходят для широкополосных архитектур. Данные системы, работающие в асинхронном режиме передачи (ATM), также включают в себя фиксированную маршрутизацию через АТМ-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, работающие в асинхронном режиме передачи (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.
[004] 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 с частотным разделением каналов (FDMA), где переключение луча осуществляется посредством коммутации между зеркальными антеннами с фиксированными облучателями подачи, зеркалами с многоэлементным расфокусированным облучателем или посредством изменения конфигурации фазированных решеток прямого излучения. Суммарная пропускная способность антенного луча зависит от времени задержки в дополнение к доле полосы пропускания частот, распределенной в луче, или вместо доли этой полосы. Архитектуры переключения луча с коммутацией платформы с временным разделением каналов (PS-TDMA) также замещают комплексный микроволновой входной мультиплексор и сети фильтров выходного мультиплексора, обычно используемые в системах с частотным разделением каналов (FDMA). Однако архитектуры переключения луча с коммутацией платформы с временным разделением каналов (PS-TDMA) все еще сталкиваются с проблемами в обеспечении экономичного способа маршрутизации высокой радиочастотной мощности к антенным лучам только в течение времени задержки с временным разделением каналов (TDMA). Традиционные архитектуры переключения луча с коммутацией платформы с временным разделением каналов (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 с коммутацией платформы с временным разделением каналов (PS-TDMA), дополнительно усугубляют проблемы потребления энергии, поскольку источники питания для усилителей высокой мощности не могут включаться и выключаться при скоростях коммутации типичных кадров с временным разделением каналов (TDMA) и, следовательно, должны оставаться включенными даже при отсутствии радиочастотного сигнала. В традиционных архитектурах переключения луча с коммутацией платформы с временным разделением каналов (PS-TDMA), где усилители высокой мощности могут быть переключаемыми между антенными лучами, сети коммутаторов высокой мощности, связанные 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.
РАСКРТЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[005] Соответственно, для решения вышеуказанных проблем полезными окажутся система и способ.
[006] Один из примеров настоящего изобретения относится к системе связи, содержащей:
передающий модуль борт-Земля, соединенный с информационной платформой и имеющий матричный усилитель мощности, при этом матричный усилитель мощности включает в себя входную гибридную матрицу, выходную гибридную матрицу, группу усилителей высокой мощности, расположенных между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и указанной выходной гибридной матрицей и выполненных с возможностью связи с ними, и группу регуляторов, расположенных между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и указанной выходной гибридной матрицей и выполненных с возможностью связи с ними; и
схему формирователя, связанную с каждым регулятором в указанной группе регуляторов и выполненную с возможностью подачи команд на каждый регулятор для изменения сигналов связи, проходящих через матричный усилитель мощности, со скоростями для временного разделения каналов.
[007] Один из примеров настоящего изобретения относится к матричному усилителю мощности, содержащему:
входную гибридную матрицу, имеющую более одного входа;
выходную гибридную матрицу, имеющую более одного выхода;
группу усилителей высокой мощности, расположенных между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и указанной выходной гибридной матрицей и выполненных с возможностью связи с ними;
группу регуляторов, расположенных между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и указанной выходной гибридной матрицей и выполненных с возможностью связи с ними; и
схему формирователя, связанную с каждым регулятором в указанной группе регуляторов и выполненную с возможностью подачи команд на каждый регулятор для изменения сигналов связи, проходящих через матричный усилитель мощности, со скоростями для временного разделения каналов.
[008] Один из примеров настоящего изобретения относится к способу связи, включающему:
ввод сигнала связи во входную гибридную матрицу матричного усилителя мощности и
выборочную перемаршрутизацию сигнала связи к заданному выходу выходной гибридной матрицы матричного усилителя мощности посредством изменения сигнала связи со скоростями для временного разделения каналов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[009] После описания, таким образом, примеров раскрытия в общих понятиях будет сделана ссылка на прилагаемые чертежи, которые необязательно выполнены в масштабе и на которых одинаковые ссылочные позиции на нескольких видах обозначают одинаковые или схожие части, и на которых:
[0010] на ФИГ. 1 приведена структурная схема системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0011] на ФИГ. 1А приведено схематическое изображение канального приемника системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0012] на ФИГ. 1В приведено схематическое изображение матричного усилителя мощности системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0013] на ФИГ. 1С приведено схематическое изображение части матричного усилителя мощности системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0014] на ФИГ. 2 приведено схематическое изображение системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0015] на ФИГ. 2А приведено схематическое изображение части системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0016] на ФИГ. 3 приведено схематическое изображение части системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0017] на ФИГ. 4 приведено схематическое изображение части системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0018] на ФИГ. 5 и 5А приведены схематические изображения частей системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0019] на ФИГ. 6 и 6А приведены схематические изображения частей системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0020] на ФИГ. 7 приведена блок-схема работы системы связи согласно одному аспекту настоящего раскрытия;
[0021] на ФИГ. 8 приведена структурная схема способа изготовления и обслуживания космического летательного аппарата согласно одному аспекту настоящего раскрытия; и
[0022] на ФИГ. 9 приведено схематическое изображение космического летательного аппарата, включающего в себя распределенные системы для транспортных средств, согласно одному аспекту настоящего раскрытия.
[0023] На структурных схемах, упомянутых выше, сплошные линии, при их наличии, соединяющие различные элементы и/или компоненты, могут представлять механические, электрические, жидкостные, оптические, электромагнитные и другие соединения и/или их комбинации. Используемый в настоящем документе термин "соединенный" означает связанный непосредственно и опосредованно. Например, элемент А может быть непосредственно соединен с элементом В или может быть опосредованно соединен с ним, например, через другой элемент С. Также могут существовать соединения, отличающиеся от изображенных на структурных схемах. Пунктирные 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 пунктирными 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 пунктирными линиями, показывают альтернативные или необязательные аспекты изобретения. Элементы окружающей среды, при их наличии, представлены штриховыми линиями.
[0024] На структурной схеме (структурных схемах), упомянутой (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
[0025] В дальнейшем описании изложены многочисленные конкретные особенности для обеспечения полного понимания раскрытых принципов, которые могут быть осуществлены без некоторых или всех из этих частностей. В других случаях особенности известных устройств и/или процессов опущены во избежание излишнего усложнения раскрытия изобретения. Хотя некоторые принципы были описаны в связи с конкретными примерами, следует понимать, что эти примеры не предназначены для ограничения изобретения.
[0026] Ссылка в настоящем документе на "один пример" или "один аспект" означает, что один или больше признаков, конструкций или характеристик, описанных в связи с примером или аспектом, включены по меньшей мере в один из вариантов осуществления. Выражение "один пример" или "один аспект" в различных местах в описании может являться или не являться ссылкой на один и тот же пример или аспект.
[0027] Если не указано иное, термины "первый", "второй", "третий" и т.п. использованы в настоящем документе только в качестве обозначений 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.
[0028] Как показано на ФИГ. 1, аспекты настоящего раскрытия, описанные в настоящем документе, предусмотрены для спутниковой системы 100 связи, имеющей комбинированную коммуникационную архитектуру переключения луча между режимами с частотным и временным разделениями каналов (FDMA/TDMA), которая включает в себя по меньшей мере один (high speed TDMA rate reconfigurable matrix power amplifier 109) быстродействующий матричный усилитель 109 мощности, выполненный с возможностью изменения конфигурации со скоростями с временным разделении каналов (см. также матричный усилитель 409 мощности по ФИГ. 4), в котором обеспечена возможность выбора выхода 127 матричного усилителя 109 мощности. Выходы 127 матричного усилителя 109 мощности направляют к соответствующим отдельным антенным лучам 110 без дальнейшей коммутации сигнала связи. Согласно описанному в настоящем документе доступ к каждому выходу 127 матричного усилителя мощности, который связан с соответствующим антенным лучом, осуществляется от одного входа 126 матричного усилителя 109 мощности посредством изменения угла перемещения фаз (phase progression) в усилителях матричного усилителя 109 мощности. Полную полосу пропускания порта 117 канального приемника 111 отправляют к одному лучу на протяжении кадра с временным разделением каналов (TDMA). Согласно аспектам раскрытой реализации изобретения обеспечивается максимальная гибкость разделения мощности матричного усилителя мощности во временной области, а не в частотной области, при этом время задержки на каждом пучке лучей основано на требовании к трафику для этого луча в виде доли от требования к общему трафику для данного кластера.
[0029] Согласно аспектам раскрытой реализации изобретения обеспечивается по существу исключение сложных сетей коммутации высокой мощности, осуществляющих маршрутизацию сигналов высокой мощности одного усилителя высокой мощности к множеству лучей после усиления. Согласно аспектам раскрытой реализации изобретения также обеспечивается по существу исключение матриц коммутаторов низкой мощности, таких как, например, матрицы микроволновых коммутаторов низкой мощности с временным разделением каналов (TDMA), которые выбирают вход матричного усилителя мощности для выбора выходного луча, и при этом усилители высокой мощности, например матричный усилитель мощности, назначают отдельным антенным лучам.
[0030] Хотя согласно одному аспекту настоящего раскрытия система 100 связи описана как часть архитектуры спутника (и упомянута в настоящем документе как спутниковая система 100 связи), следует понимать, что согласно другим аспектам, 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 включает в себя приемный модуль 101 Земля-борт и передающий модуль 102 борт-Земля, которые соединены друг с другом посредством канального приемника 111. Спутниковое устройство 112 управления выполнено для управления аспектами работы спутниковой системы 100 связи, как описано в настоящем документе. Спутниковое устройство 112 управления управляет работой приемного модуля 101 Земля-борт, передающего модуля 102 борт-Земля и канального приемника 111, а более конкретно, спутниковое устройство 112 управления управляет тем, как радиочастотный сигнал (например, согласно одному аспекту сигнал с временным разделением каналов (TDMA)) или оптический сигнал, принятый приемным модулем 101 Земля-борт, направляется к лучевым антеннам 110 передающего модуля 102 борт-Земля. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия спутниковое устройство 112 управления включает в себя модуль 112 В синхронизации по времени и память 112А. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия модуль 112 В синхронизации по времени синхронизирует связь между приемным модулем 101 Земля-борт, передающим модулем 102 борт-Земля и канальным приемником 111. Согласно одному аспекту модуль 112 В синхронизации по времени обеспечивает подачу сигнала синхронизации по времени приемному модулю 101 Земля-борт, передающему модулю 102 борт-Земля и канальному приемнику 111. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия сигнал синхронизации по времени, создаваемый модулем 112 В синхронизации по времени, получен от управляющего сигнала 198 от наземного (или другого базирующегося на земле) источника 199, который принимается спутниковым устройством 112 управления. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия управляющий сигнал 198, получаемый от наземного источника 199, дает указания спутниковому устройству 112 управления для направления радиочастотного сигнала 197 связи (например, сигнала с временным разделением каналов (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 с временным разделением каналов (TDMA) при трансляции сигнала 197D связи от лучевых антенн 110. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия управляющий сигнал 198 от наземного источника 199 переносится вместе (например, отправляется, по существу, одновременно) с радиочастотными сигналами 197 связи, принятыми приемным модулем 101 Земля-борт, хотя согласно другим аспектам, управляющий сигнал 198 и радиочастотные сигналы 197 связи отправляются последовательно, один за другим. Согласно еще одним аспектам управляющий сигнал 198 отправляется прежде каких-либо радиочастотных сигналов 197 связи, принятых спутником в пределах заданного периода времени. Например, согласно одному аспекту управляющий сигнал 198 принимается спутниковым устройством 112 управления по существу в режиме реального времени, (например, управляющий сигнал 198 принимается для управления маршрутизацией через спутниковую систему 100 связи по существу одновременно с приемом радиочастотных сигналов 197 связи), так что управляющий сигнал 198 соответствует данному процессу передачи. Согласно другим аспектам 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, микросекунд, минут, часов, дней 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 в виде, например, таблицы маршрутизации или в любом другом формате, который позволяет устройству 112 управления коррелировать радиочастотный сигнал 197 связи с соответствующим временным окном и лучевой антенной 110. Согласно одному аспекту управляющий сигнал 198 изменяет конфигурацию спутникового устройства 112 управления в зависимости от процессов передачи, подлежащих выполнению.
[0031] Кроме того, как показано на ФИГ. 1, согласно одному аспекту приемный модуль 101 Земля-борт содержит одну или больше лучевых антенн 103, один или больше малошумящих усилителей (low noise amplifiers, LNA) 104, один или более коммутаторов 105 с временным разделением каналов (TDMA) и один или более преобразователей 106 частоты. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия лучевые антенны 103 являются спутниковыми антеннами для приема радиочастотного сигнала 197 связи от источника сигнала, такого как наземный источник 199. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия лучевые антенны 103 являются узконаправленными антеннами, а согласно другим аспектам лучевые антенны 103 являются многолучевыми антеннами с возбуждением или антеннами с фазированной решеткой. Согласно одному аспекту лучевые антенны 103 являются источником входного сигнала для спутниковой системы 100 связи. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия радиочастотные сигналы 197 связи, принятые лучевыми антеннами 103, являются сигналами с временным разделением каналов (TDMA), а согласно другим аспектам сигналы связи, принятые антеннами, являются оптическими сигналами. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия сигналы с временным разделением каналов (TDMA), принятые лучевыми антеннами 103, передают к одному или большему количеству малошумящих усилителей 104 через выход 129 лучевой антенны. Малошумящие усилители 104 принимают сигнал с временным разделением каналов (TDMA) через вход 120 малошумящих усилителей и, в свою очередь, усиливают эти сигналы. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия используется один малошумящий усилитель 104 для каждой лучевой антенны 103. Однако согласно другим аспектам один или большее количество малошумящих усилителей 104 совместно используются множеством лучевых антенн 103. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия имеется множество малошумящих усилителей 104 для каждой лучевой антенны 103 Земля-борт, расположенных в кольцевой конфигурации с резервированием.
[0032] Приемный модуль 101 Земля-борт кроме того содержит один или больше коммутаторов 105 с временным разделением каналов (TDMA). Согласно одному аспекту настоящего раскрытия коммутаторы 105 с временным разделением каналов (TDMA) имеют один выход 123 коммутатора и больше чем один входов 122 коммутатора для приема сигнала с временным разделением каналов (TDMA) (например, от малошумящего усилителя 104). Согласно еще одному аспекту раскрытой реализации изобретения входы 122 коммутатора принимают сигнал с временным разделением каналов (TDMA) по меньшей мере от одного источника входного сигнала, содержащего множество входных лучей (например, лучевых антенн 103). Согласно одному аспекту настоящего раскрытия коммутаторы 105 с временным разделением каналов (TDMA) являются быстродействующими коммутаторами малой мощности с временным разделением каналов для радиочастотных приложений малой мощности с уровнем около 0 дБм или меньше. Согласно другим аспектам коммутаторы 105 с временным разделением каналов являются, например, быстродействующими коммутаторами и коммутаторами большой мощности с временным разделением каналов (TDMA). Согласно одному аспекту один или большее количество преобразователей 106 частоты расположены между малошумящим усилителем 104 и канальным приемником 111, как описано в настоящем документе. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия один или большее количество преобразователей 106 частоты представляют собой гетеродины, а согласно другим аспектам один или большее количество преобразователей 106 частоты представляют собой какой-либо механизм для сдвига частоты сигнала с временным разделением каналов (TDMA). Согласно еще одному аспекту настоящего раскрытия коммутатор 105 с временным разделением каналов постоянно связан с одним каналом сигнала с временным разделением каналов (TDMA) на протяжении кадра с временным разделением каналов (TDMA), так что, в действительности, приемный модуль 101 Земля-борт не имеет коммутатора 105 с временным разделением каналов. Согласно другим аспектам коммутатор 105 с временным разделением каналов опущен как часть приемного модуля 101 Земля-борт. Согласно одному аспекту малошумящие усилители 104 и коммутаторы 105 с временным разделением каналов заменены матричным усилителем 400 мощности (ФИГ. 4), как будет описано в настоящем документе.
[0033] Еще раз со ссылкой на ФИГ. 1 приемный модуль 101 Земля-борт связан с канальным приемником 111 с частотным разделением каналов (TDMA) (как правило, называемым канальным приемником 111). Согласно одному аспекту настоящего раскрытия каждый коммутатор 105 с временным разделением каналов (или каждый выход матричного усилителя 400 мощности) связан с соответствующим входом 116 канального приемника 111, при этом канальный приемник 111 принимает сигнал с временным разделением каналов (TDMA) от каждого коммутатора 105 с временным разделением каналов (или каждого выхода матричного усилителя 400 мощности). Согласно другим аспектам канальный приемник 111 может иметь любое заданное количество входов 116 канального приемника. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия канальный приемник 111 обеспечивает фиксированное или динамическое изменение маршрута сигнала с временным разделением каналов (TDMA), полученного от коммутаторов 105 с временным разделением каналов (или выходов матричного усилителя 400 мощности) согласно, например, сигналу синхронизации по времени от модуля 112 В синхронизации по времени спутникового устройства 112 управления.
[0034] Как показано на ФИГ. 1, согласно одному аспекту канальный приемник 111 выполнен с возможностью обеспечивать частотное мультиплексирование для сигнала с временным разделением каналов (TDMA), принятого канальным приемником 111 от коммутатора 105 с временным разделением каналов (или матричного усилителя 400 мощности). Согласно одному аспекту настоящего раскрытия частотное мультиплексирование сигнала с временным разделением каналов (TDMA) означает, что канальный приемник 111 разбивает сигнал с временным разделением каналов (TDMA), принятый канальным приемником 111, на полосы различной частоты (например, входные подканалы 118а-118k, ФИГ. 1А). Канальный приемник 111 выполнен с возможностью перетрансляции (reassemble) полос частот (например, выходных подканалов 119а-119k, ФИГ. 1А) на основе маршрутизации полос частот к заданной лучевой антенне 110 борт-Земля передающего модуля 102 борт-Земля.
[0035] Со ссылкой на ФИГ. 1 и 1А показан пример схемы канального приемника 111. Согласно одному аспекту канальный приемник 111 содержит предварительно выполненные маршруты для прямой ретрансляции и/или элементы модуляции/ремодуляции, которые обеспечивают возможность высокоскоростной коммутации схем, коммутации пакетов и коммутации режимов асинхронной передачи. Согласно еще одному аспекту канальный приемник представляет собой оптический канальный приемник, так что там, где сигналы связи представляют собой оптические сигналы, эти сигналы проходят через канальный приемник на частоте/частотах световых волн. Согласно одному аспекту канальный приемник 111 содержит N входов 116а-116n канального приемника и М выходов 117а-117m канального приемника, где N и М - заданные числа больше единицы. Согласно одному аспекту входы 116а-116n и выходы 117а-117m канального приемника являются комбинацией портов для временного (TDMA) и частотного (FDMA) разделений каналов, а согласно другим аспектам входные и выходные порты реализованы с временным или частотным разделением каналов. Каждый из входов 116а-116n канального приемника соединен с соответствующим выходом 123 коммутаторов 105 с временным разделением каналов (или соответствующим выходом матричного усилителя 400 мощности) и принимает сигнал с временным разделением каналов (TDMA) от соответствующего коммутатора 105 с временным разделением каналов (TDMA) (или соответствующего выхода матричного усилителя 400 мощности). Согласно одному аспекту канальный приемник 111 обеспечивает возможность соединения 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. Согласно этому аспекту количество входных подканалов 118а-118k и выходных подканалов 119а-119k является одинаковым, а согласно другим аспектам количество входных подканалов 118а-118k отличается от количества выходных подканалов 119а-119k. Согласно одному аспекту каждый вход 116а-116n канального приемника и каждый выход 117а-117m канального приемника имеет заданную полосу пропускания BW. Согласно одному аспекту канальный приемник 111 содержит модуль 113 частотного разделения, коммутационную матрицу 114 и модуль 115 сумматора. Модуль 113 частотного разделения разделяет спектр входного поддиапазона сигнала (сигналов) с временным разделением каналов (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. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия 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 было упомянуто выше, согласно одному аспекту маршрутизация является фиксированной в том, что маршрутизация интервалов частот остается одинаковой, в зависимости, например, от входного сигнала. Однако согласно другим аспектам маршрутизация интервалов частот выполнена с возможностью конфигурирования в зависимости, например, от управляющего сигнала 198 от спутникового устройства 112 управления, которое согласно одному аспекту 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 согласно одному аспекту отличаются от входных поддиапазонов) и направляет выходные поддиапазоны в соответствующие выходные подканалы 119а-119k. Согласно одному аспекту возможность соединения 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 согласно одному аспекту измеряется мегагерцах (МГц). Согласно одному аспекту каждый вход 116а-116n канального приемника 111 разделяет полосу пропускания входа 116а-116n канального приемника на K входных подканалов 118а-118k. Согласно одному аспекту каждый из K входных подканалов 118а-118k может быть отправлен на один из М выходов 117а-117m канального приемника или транслирован на какое-либо количество выходов 117а-117m канального приемника по существу одновременно. Согласно одному аспекту K входных подканалов 118а-118k могут быть объединены, для образования смежных каналов какого-либо количества из K выходных подканалов 119а-119k. Выходные подканалы 119а-119k соответствуют соответствующим выходам 117а-117m канального приемника 111, где выходной сигнал от выхода 117а-117m канального приемника подают к лучевым антеннам 110 передающего модуля 102 борт-Земля. Согласно одному аспекту каждый из выходов 117а-117m канального приемника объединяет K подканалов в полосу пропускания порта. Согласно одному аспекту 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. Согласно одному аспекту архитектура с временным разделением каналов (TDMA) обеспечивает полную полосу пропускания выходных портов 117а-117m, отправляемую к одной лучевой антенне 110, на протяжении кадра с временным разделением каналов (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. Согласно одному аспекту канальный приемник 111 имеет "ячеистую", "звездчатую" или смешанную конфигурацию, в которой какой-либо сигнал с временным разделением каналов (TDMA), принятый входами 116а-116n канального приемника, направляется к какому-либо выходу 117а-117m канального приемника по подканалу на базе подканалов. Согласно одному аспекту "звездчатая" архитектура формируется путем назначения некоторым лучам статуса шлюза и задержки на них в течение более длительных периодов времени и на более широких полосах пропускания, чем необходимо. Согласно одному аспекту канальный приемник 111 представляет собой цифровой канальный приемник 111, хотя согласно другим аспектам канальный приемник 111 представляет собой аналоговый канальный приемник. Согласно другим аспектам части канального приемника 111 являются цифровыми, а другие части являются аналоговыми. Согласно одному аспекту канальный приемник 111 принимает сигналы как с временным разделением каналов (TDMA), так и с обычным частотным разделением каналов (FDMA) в качестве входов 116 канального приемника. Согласно одному аспекту канальный приемник 111 обеспечивает направление для выборки радиочастотной полосы, и все функции, включая усиление сигнала с временным разделением каналов (TDMA), объединяются в цифровой форме в цифровом процессоре.
[0036] Как показано на ФИГ. 1, выходы 117а-117m канального приемника передают результирующий (например, выходной) сигнал с временным разделением каналов (TDMA) к передающему модулю 102 борт-Земля. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия передающий модуль 102 борт-Земля включает в себя один или большее количество цифровых или аналоговых матричных усилителей 109 мощности, которые принимают соответствующий выходной сигнал с временным разделением каналов (TDMA) от выходов 117а-117m канального приемника, и одну или большее количество лучевых антенн 110, которые передают выходные сигналы матричных усилителей 109 мощности. Согласно другим аспектам 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 указанными одним или большим количеством матричных усилителей 109 мощности. Согласно одному аспекту каждый матричный усилитель 109 мощности содержит фазовращатели, обеспечивающие возможность маршрутизации заданного выхода 127 матричных усилителей 109 мощности к заданной лучевой антенне 110 без дополнительной коммутации в нисходящем направлении относительно матричного усилителя 109 мощности (например, коммутация высокой мощности) или согласно одному аспекту без дополнительной коммутации снаружи матричного усилителя 109 мощности в нисходящем направлении относительно канального приемника 111. Согласно одному аспекту обеспечивается максимальная гибкость разделения мощности матричного усилителя 109 мощности во временной области, а не в частотной области. Согласно одному аспекту 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.
[0037] Как было упомянуто выше, выходы 117а-117n канального приемника соответствуют выбранному входу 126 (например, заданному входу) матричного усилителя 109 мощности. Со ссылкой на ФИГ. 1В показан пример матричного усилителя 109 мощности. Согласно одному аспекту 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, группы регуляторов 109с настройки и группы усилителей 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 и сообщаются с ними. Согласно одному аспекту регуляторы 109с настройки расположены между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и усилителем 109d высокой мощности и сообщаются с ними. Согласно одному аспекту используется регулятор 109с настройки, расположенный в восходящем направлении относительно каждого усилителя 109d высокой мощности. Согласно еще одному аспекту, как показано на ФИГ. 1С, используется регулятор настройки, расположенный в нисходящем направлении относительно каждого усилителя 109d высокой мощности. Согласно одному аспекту используется регулятор 109с настройки, соответствующий каждому усилителю 109d высокой мощности, а согласно другим аспектам может быть выполнено больше регуляторов 109с настройки, чем усилителей 109d высокой мощности (где один усилитель высокой мощности является общим более чем для одного регулятора настройки). Согласно еще одним аспектам может быть выполнено меньше регуляторов 109с настройки, чем усилителей 109d высокой мощности (где один регулятор настройки является общим более чем для одного усилителя высокой мощности). Согласно одному аспекту матричный усилитель 109 мощности представляет собой гибридный матричный усилитель мощности, выполненный с возможностью изменения конфигурации, при котором каждый вход 126 матричного усилителя 109 мощности выборочно ставят в соответствие, например, изменяют во время работы с использованием команд, заданному выходу 127 матричного усилителя 109 мощности. Согласно одному аспекту любой из одного или более входов 126а-126n направляют к любому из одного или более выходов 127а-127n. Например, регуляторы 109с настройки включают в себя управляемые командами фазовращатели 109ср, которые связаны, например, со схемой 109р формирователя. Схема 109р формирователя связана с устройством 112 управления и принимает команды связи от устройства 112 управления относительно маршрутизации сигналов связи через матричный усилитель 109 мощности. Схема 109р формирователя выполнена с возможностью подачи команд на каждый регулятор 109с настройки для изменения сигналов связи, на основе команд связи, проходящих через матричный усилитель 109 мощности со скоростями для временного разделения каналов (TDMA). Управляемые командами фазовращатели 109ср регуляторов 109с настройки, под управлением схемы 109р формирователя, выбирают маршрут прохождения сигнала связи (например, луча) в матричном усилителе 109 мощности, например, повторно ставят в соответствие каждый вход 126а-126n заданному выходу 127а-127n, посредством изменения углов перемещения фаз между усилителями 109d высокой мощности, изменяющими выходной порт 127а-127n, к которому направлены сигналы связи. Согласно одному аспекту группа регуляторов 109с настройки выравнивает характеристики указанной группы усилителей 109d высокой мощности таким образом, что сигналы от одного или более усилителей 109d высокой мощности комбинируют в выходной гибридной матрице 109b и суммируют с подачей на один выход 127а-127n матричного усилителя 109 мощности. Согласно одному аспекту, в котором присутствует только один сигнал на одном входе, существует множество фазовых регулировок, которые обусловят маршрутизацию или направление сигнала к любому одному или более из выходов 127а-127n матричного усилителя 109 мощности. Согласно одному аспекту фазовые изменения, осуществляемые регуляторами 109с настройки, осуществляются со скоростями для временного разделения каналов (TDMA) для перемаршрутизации сигналов связи через матричный усилитель мощности, по существу исключая коммутацию высокой мощности, и обеспечивая возможность работы усилителей 109d высокой мощности по существу одновременно и с максимальной эффективностью, пока длится кадр с временным разделением каналов (TDMA). Согласно одному аспекту по меньшей мере часть матричного усилителя мощности является цифровой, при этом фазовые регулировки, описанные в настоящем документе и выполненные с сигналом (сигналами) связи посредством матричных усилителей мощности, реализуются в цифровой форме. Согласно другим аспектам по меньшей мере часть матричного усилителя мощности является аналоговой для реализации фазовых регулировок.
[0038] Согласно одному аспекту множество сигналов с временным разделением каналов (TDMA) может быть введено в множество входов 126 матричного усилителя мощности и направлено к соответствующим выходам 127 матричного усилителя мощности по существу одновременно. Согласно одному аспекту частота сигнала с временным разделением каналов (TDMA), принятого на одном из входов 126 матричного усилителя мощности, является такой же, как частота сигнала передачи с временным разделением каналов, принятого на каком-либо из других входов 126 матричного усилителя мощности. Однако согласно другим аспектам частоты сигнала с временным разделением каналов (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 с временным разделением каналов (TDMA), принятого входами 126 матричного усилителя мощности. Согласно одному аспекту входная гибридная матрица 109а реализована в цифровой форме в цифровом модуле. Согласно одному аспекту матричный усилитель 109 мощности реализован в антенных решетках прямого излучения, а также в виде антенных решеток с фигурной апертурой, при этом функция выходной гибридной матрицы 109b выполняется антенной оптикой, а не схемой.
[0039] Каждый из соответствующих выходов 127а-127n матричного усилителя 109 мощности кроме того соединен с соответствующей антенной из лучевых антенн 110. Согласно одному аспекту лучевые антенны 110 являются узконаправленными антеннами. Однако согласно другим аспектам лучевые антенны 110 представляют собой многолучевые антенны с возбуждением или антенны с фазированной решеткой. Каждая из лучевых антенн 110 выдает сигнал с временным разделением каналов (TDMA) из соответствующих выходов 127а-127n матричного усилителя 109 мощности в течение заданного времени. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия заданное время является временем задержки сигнала с временным разделением каналов (TDMA), которым управляют на основе сигнала синхронизации по времени от модуля 112 В синхронизации по времени. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия выходной сигнал с временным разделением каналов (TDMA) от выходов 127а-127n матричного усилителя мощности имеет заданную частоту и амплитуду, основанную на сигнале синхронизации по времени от модуля 112В синхронизации по времени. Согласно одному аспекту связь между канальным приемником 111 и матричными усилителями 109 мощности обеспечивает полную полосу пропускания выходного сигнала с временным разделением каналов (TDMA) от канального приемника 111 к лучевой антенне 110 на протяжении кадра временного разделения каналов (например, время задержки). Согласно одному аспекту модуль 112 В синхронизации по времени выдает полную полосу пропускания сигнала канального приемника 111 на лучевую антенну 110 на протяжении кадра временного разделения каналов. Например, при частотной эффективности около 3 бит/Гц, полезная нагрузка канального приемника 111 с около 40 выходными портами с использованием около 500 МГц на каждый порт может иметь пропускную способность около 60 Гбайт, с обеспечением полной гибкости по частотам и пропускной способности. Согласно одному аспекту количество 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 согласно другим аспектам количество пучков лучей и лучевых антенн 110 в передающем модуле 102 борт-Земля отличается от количества пучков лучей и лучевых антенн 103 в приемном модуле 101 Земля-борт.
[0040] Согласно одному аспекту настоящего раскрытия один или большее количество преобразователей 107 частоты расположены между выходами 117 канального приемника и входами 126 матричного усилителя 109 мощности (матричных усилителей мощности) 109. Преобразователи 107 частоты по существу аналогичны преобразователям 106 частоты, описанным в настоящем документе.
[0041] Со ссылкой 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 103A1-Z и 103В1-Z, где Z - любое заданное число больше 1. Согласно одному аспекту показано две группы лучевых антенн 103A1-Z и 103В1-Z, но согласно другим аспектам существует любое заданное количество групп лучевых антенн 103, соответствующих пучкам 1-Х лучей. Каждая из лучевых антенн 103A1-Z и 103В1-Z соединена с входом 120 кольцевой схемы резервирования 104А малошумящего усилителя (как описано в настоящем документе). Согласно одному аспекту настоящего раскрытия кольцевые схемы 104А резервирования малошумящего усилителя принимают сигнал с временным разделением каналов (TDMA) от каждой лучевой антенны 103A1-Z и 103B1-Z. Согласно одному аспекту каждая кольцевая схема 104А резервирования малошумящего усилителя принимает сигналы с временным разделением каналов (TDMA) от лучевых антенн 103A1-Z и 103В1-Z, связанных с одним из пучков 1-Х лучей. Например, согласно одному аспекту одна из кольцевых схем 104А резервирования малошумящего усилителя принимает лучевые антенны 103A1-Z и 103В1-Z, связанные с пучком 1 лучей. Согласно другим аспектам кольцевые схемы 104А резервирования малошумящего усилителя принимают сигнал с временным разделением каналов (TDMA) от лучевых антенн 103A1-Z и 103В1-Z, связанных с множеством пучков 1-Х лучей. Кольцевые схемы 104А резервирования малошумящего усилителя имеют выходы 121 LNA, которые связаны с выходами 122 коммутаторов 105 с временным разделением каналов. Согласно одному аспекту один коммутатор 105 с временным разделением каналов соединен с каждой кольцевой схемой 104А резервирования малошумящего усилителя. Каждый из коммутаторов 105 с временным разделением каналов также имеет выход 123 коммутатора и переключает сигнал с временным разделением каналов (TDMA) в соответствии с сигналом синхронизации по времени модуля 112 В синхронизации по времени. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия выходы 123 коммутаторов 105 с временным разделением каналов соединены с преобразователями 106 частоты, расположенными между коммутатором 105 с временным разделением каналов и канальным приемником 111, которые выполнены с возможностью изменения частоты выходного сигнала с временным разделением каналов (TDMA) посредством коммутаторов 105 с временным разделением каналов. Канальный приемник 111 имеет выходы 117 канального приемника, связанные с преобразователями 107 частоты. Канальный приемник 111 выдает результирующий сигнал с временным разделением каналов (TDMA) (например, выходной сигнал с временным разделением каналов (TDMA)) к преобразователям 107 частоты, расположенным между канальным приемником 111 и матричным усилителем 109 мощности. Следует отметить, что каждый выход 117 канального приемника 111 показан на ФИГ. 2 как соединенный с одним матричным усилителем 109 мощности. Однако, согласно другим аспектам, как показано на ФИГ. 2А, каждый выход 117 канального приемника соединен более чем с одним матричным усилителем 109 мощности через соответствующий коммутатор 276, имеющий один или более входов 277 и один или более выходов 278. Согласно одному аспекту используется один коммутатор 276 для каждого выхода 117 канального приемника, хотя согласно другим аспектам коммутатор 276 является общим более чем для одного выхода 117 канального приемника. Согласно одному аспекту коммутатор 276 может быть встроен в канальный приемник, например посредством цифрового или аналогового встраивания. Этот коммутатор согласно одному аспекту связан с устройством 112 управления и принимает команды от устройства управления для направления выходных сигналов канального приемника к одному или большему количеству матричных усилителей 109 мощности, связанных с соответствующим коммутатором 276.
[0042] Матричный усилитель 109 мощности выдает сигнал с временным разделением каналов (TDMA), основанный на сигнале синхронизации по времени от модуля 112 В синхронизации по времени, на выход 127 матричного усилителя 109 мощности, который связан с соответствующей лучевой антенной 110А1-Р и 110В1-Р борт-Земля. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия заданный вход 126 матричного усилителя 109 мощности выборочно ставят в соответствие заданному выходу 127 матричного усилителя 109 мощности, как описано в настоящем документе. Заданный выход 127 матричного усилителя 109 мощности соединен с соответствующей лучевой антенной 110А1-Р и 110В1-Р борт-Земля, которая, в свою очередь, передает выходной сигнал с временным разделением каналов (TDMA) в виде сигнала 197D с временным разделением каналов (TDMA). Согласно одному аспекту показано две группы лучевых антенн 110А1-Р и 110В1-Р, однако согласно другим аспектам существует любое заданное количество лучевых антенн 110, соответствующих пучкам 1-Y лучей. Согласно одному аспекту количество лучевых антенн 103A1-Z, 103В1-Z такое же, как количество лучевых антенн 110А1-Р, 110В1-Р (например, Р такое же, как Z), а согласно другим аспектам количество лучевых антенн 103A1-Z, 103В1-Z отличается от количества лучевых антенн 110А1-Р, 110В1-Р (например, Р отличается от Z).
[0043] Со ссылкой на ФИГ. 3 показана часть спутниковой системы связи, такой как спутниковая система 100, 100А связи. Согласно этому аспекту матричным усилителем 109 мощности управляют посредством устройства 112 управления для изменения формы антенных лучей борт-Земля. Например, фазовращатели 109ср регуляторов 109с настройки получают команды для выбора отдельных выходных портов 127а-127n с их соответствующими облучателями выходных антенн, при этом значения фазовращателя 109ср выбраны так, чтобы отправить заданную долю энергии из сигнала S1 связи к соответствующим выходным портам 127а-127n. Доли энергии, отправляемые к выходным портам 127а-127n фазовращателем (фазовращателями) 109ср, питают различные антенны для формирования отдельных фракционированных сигналов s1a, s1b, s1c, s1d связи. Энергия по меньшей мере двух из фракционированных сигналов связи снова комбинируется в дальнем поле для формирования объединенной диаграммы S1' направленности антенны. Согласно одному аспекту объединенная диаграмма направленности антенны или луча S1' регулируется посредством получившего команду фазовращателя (фазовращателей) 109ср для согласования с множеством заданных диаграмм направленности со скоростями для временного разделения каналов (TDMA). Согласно одному аспекту объединенный антенный луч S1' имеет переменные ширины лучей, которые имеют пики (например, направлены в направлении, отличающемся от направления необъединенного или фракционированного сигнала от одной антенны) в новых направлениях, не доступных при использовании одиночных выходных портов матричного усилителя 109 мощности и в действительности направляя сигнал связи в направлении, в котором антенны не направлены. Согласно одному аспекту значения сдвига фазы для фазовращателей 109ср регуляторов 109с настройки, описанных в настоящем документе, вычисляют на борту информационной платформы, такой как спутниковая система 100, 100А связи, устройством 112 управления и/или схемой 109р формирователя согласно заданному алгоритму. Согласно одному аспекту значения сдвига фазы выгружают из наземного (или имеющего иное наземное базирование) источника 199 таким образом, который по существу схож с управляющим сигналом 198 и сохраняют в памяти 112А и вызывают, например устройством 112 управления, по необходимости или при использовании в режиме реального времени.
[0044] Согласно одному аспекту со ссылкой на ФИГ. 4 кольцевые схемы 104А резервирования малошумящего усилителя и быстродействующие коммутаторы 105 приемного модуля 101 Земля-борт заменены матричным усилителем мощности или приемной матрицей 400. Приемная матрица 400 по существу схожа с матричным усилителем 109 мощности, но согласно этому аспекту приемная матрица 400 изменяет форму входящих сигналов связи, а не выходящих сигналов связи, и усилители высокой мощности заменены малошумящими усилителями (LNA) 409d. Например, сигнал S1 передают в спутниковую систему 100 связи в виде объединенного антенного луча. Объединенный антенный луч S1 составлен из фракционированных сигналов связи, разделенных для формирования двух или более отдельных антенных лучей S1a, S1b, S1c, S1d, которые принимают антеннами, связанными с входами 426а-426n входной гибридной матрицы 409а. Регуляторы 409с настройки получают команды для выбора отдельных выходных портов 427а-427n выходной гибридной матрицы 409b, причем значения фазовращателя 409ср выбирают для отправки заданной доли энергии из сигнала S1 связи к соответствующим выходным портам 427а-427n, при этом сигнал связи, сформированный антенными лучами S1a, S1b, S1c, S1d, восстанавливает форму путем объединения или деления указанных долей энергии для формирования сигнала S" связи. Согласно одному аспекту доли энергии, отправленные к выходным портам 427а-427n, фазовращателем (фазовращателями) 409ср, питают различные входы 116 канального приемника 111 (ФИГ. 1 и 2), так что эти доли энергии передаются через канальный приемник 111 к заданному матричному усилителю 109 мощности передающего модуля 102 борт-Земля. Способом, аналогичным способу, описанному в настоящем документе, управляемые командами фазовращатели 409ср регуляторов 409с настройки, под управлением схемы 409р формирователя, выбирают маршрут прохождения сигнала связи (например, луча) в матричном усилителе 409 мощности, например, повторно ставят в соответствие каждый вход 426а-426n заданному выходу 427а-427n, посредством изменения углов перемещения фаз между малошумящими усилителями 409d, что приводит к изменению выходного порта 427а-427n, к которому направлены сигналы связи. Согласно одному аспекту группа регуляторов 409с настройки выравнивает характеристики указанной группы малошумящих усилителей 409d таким образом, что сигналы от одного или более малошумящих усилителей 409d комбинируют в выходной гибридной матрице 409b и суммируют с подачей на один выход 427а-427n матричного усилителя 409 мощности. Согласно одному аспекту, в котором присутствует только один сигнал на одном входе, существует множество фазовых регулировок, которые обусловят маршрутизацию или направление сигнала к любому одному или более из указанных выходов 427а-427n матричного усилителя 409 мощности. Согласно одному аспекту фазовые изменения, осуществляемые регуляторами 409с настройки, осуществляются со скоростями для временного разделения каналов (TDMA) для перемаршрутизации сигналов связи через матричный усилитель мощности, по существу исключая коммутацию высокой мощности и обеспечивая возможность работы малошумящих усилителей 409d по существу одновременно и с максимальной эффективностью.
[0045] Со ссылкой на ФИГ. 5-5А показана часть спутниковой системы 100D связи. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия множество выходов 117а, 117b канального приемника 111 объединены для формирования лучей с большей шириной полосы пропускания или множества полос частот. Согласно одному аспекту выходы 117а, 117b канального приемника связаны с преобразователями 501, 502 частоты. Преобразователи 501, 502 частоты принимают сигналы передачи 130, 131 с временным разделением каналов от выходов 117а, 117b канального приемника и выдают соответствующие сигналы 130, 131 передачи с временным разделением каналов на дуплексор/сумматор 503. Согласно одному аспекту преобразователи 501, 502 частоты изменяют сигнал 130, 131 передачи с временным разделением каналов на различные частоты. Преобразователи 501, 502 частот в сочетании с дуплексором/сумматором 503 мультиплексируют сигналы передачи 130, 131 с временным разделением каналов от выходов 117а, 117b канального приемника, которые принимают частоты LO1, LO2 соответствующих локальных генераторов 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 на заданный вход 126 матричного усилителя 109 мощности. Согласно одному аспекту матричный усилитель 127 мощности выводит сигнал к соответствующим лучевым антеннам 110А1-Р и 110В1-Р (см. также ФИГ. 2) через соответствующий выход 127 матричного усилителя мощности. Согласно аспекту, показанному на ФИГ. 5, два выхода 117а, 117b канального приемника объединены с помощью дуплексора/сумматора 503. Однако согласно другим аспектам любое заданное количество выходов 117 канального приемника может быть объединено с помощью дуплексора/сумматора 503.
[0046] Со ссылкой на ФИГ. 6 и 6А показан еще один аспект настоящего раскрытия. Согласно одному аспекту канальный приемник 111, гибридная входная матрица 109а матричного усилителя мощности и по меньшей мере регуляторы 109с настройки, фазовращатели 109ср и схема 109р формирователя встроены в цифровой модуль 901. Согласно другим аспектам любой из малошумящих усилителей 104, преобразователей 106, 107 частоты, коммутаторов 105 с временным разделением каналов, канального приемника 111, матричных усилителей 109 мощности, спутникового устройства 112 управления или любая их часть могут быть объединены и выполнены в виде части цифрового модуля компьютерной обработки цифрового сигнала. В части примера спутниковой системы 100Е связи, показанной на ФИГ. 6, цифровой модуль 901 включает в себя канальный приемник 111, гибридную входную матрицу 109а матричного усилителя 109 мощности, группу регуляторов 109с настройки (включая управляемые командами фазовращатели 109ср) и схему 109р формирователя. В части примера спутниковой системы связи 100F, показанной на ФИГ. 6А, преобразователи 106 частоты, коммутатор 105 с временным разделением каналов, канальный приемник 111, спутниковое устройство 112 управления, гибридная входная матрица 109а матричного усилителя 109 мощности, указанная группа регуляторов 109с настройки (включая управляемые командами фазовращатели 109ср) и схема 109р формирователя выполнены в виде цифрового модуля 1000.
[0047] Со ссылкой на ФИГ. 1, 1В, 2 и 7 показана блок-схема примера работы спутниковой системы 100 связи. На этапе 700 входной сигнал связи принимают по меньшей мере от одной лучевой антенны спутниковой системы 100 связи. Например, согласно одному аспекту коммутаторы 105 с временным разделением каналов принимают входной сигнал с временным разделением каналов (TDMA) от лучевой антенны 103 с помощью входов 122 коммутатора. Согласно одному аспекту настоящего раскрытия коммутаторы 105 с временным разделением каналов также принимают сигнал синхронизации по времени от модуля 112 В синхронизации по времени спутникового устройства 112 управления. Сигнал синхронизации по времени определяет, каким образом сигналы с временным разделением каналов (TDMA), принятые коммутаторами 105 с временным разделением каналов, переключаются на выходы 123 коммутатора 105 с временным разделением каналов. На этапе 701 коммутатор 105 с временным разделением каналов передает входной сигнал с временным разделением каналов (TDMA) к канальному приемнику 111. Согласно одному аспекту канальный приемник 111 обеспечивает частотное мультиплексирование входного сигнала с временным разделением каналов (TDMA), принятого канальным приемником 111 от коммутатора 105 с временным разделением каналов, и создает выходной сигнал с временным разделением каналов (TDMA) в соответствии с управляющим сигналом от спутникового устройства 112 управления. На этапе 702 канальный приемник 111 передает выходной сигнал с временным разделением каналов (TDMA) на входную гибридную матрицу 109а матричного усилителя 109 мощности (например, выходной сигнал связи принимают от канального приемника 111 с помощью входной гибридной матрицы 109а). На этапе 703 выходной сигнал связи выборочно направляют/осуществляют перемаршрутизацию к заданному выходу выходной гибридной матрицы 109b матричного усилителя мощности таким образом, как описано выше, посредством изменения фазы выходного сигнала связи.
[0048] Настоящее раскрытие и фигуры чертежей, описывающие этапы способа (способов), представленные в настоящем документе, не следует толковать как обязательное определение последовательности, в которой указанные этапы должны быть выполнены. Наоборот, хотя показан один пример порядка, следует понимать, что порядок выполнения этапов может быть изменен, если это необходимо. Соответственно, определенные этапы могут быть выполнены в порядке, отличающемся от показанного, или одновременно. Дополнительно, согласно некоторым аспектам раскрытия, не все этапы, описанные в настоящем документе, необходимо выполнить.
[0049] Примеры согласно настоящему раскрытию могут быть описаны в контексте способа изготовления и обслуживания космического летательного аппарата 800, как показано на ФИГ. 8, и космического летательного аппарата 902, как показано на ФИГ. 9. Во время подготовки к производству показанный в качестве примера способ 800 может включать в себя разработку спецификации и проектирование 804 космического летательного аппарата 902 и материальное снабжение 806. Во время производства осуществляют изготовление 808 компонентов и сборочных узлов и интеграцию 810 систем космического летательного аппарата 902. После этого космический летательный аппарат 902 может проходить этапы сертификации и доставки 812 для ввода в эксплуатацию 814. В процессе эксплуатации заказчиком космический летательный аппарат 902 подпадает под регламентное техобслуживание и текущий ремонт 816 (которые также могут включать в себя модернизацию, перенастройку, переоборудование и так далее).
[0050] Каждый из процессов иллюстративного способа 800 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 количество производителей космических летательных аппаратов и субподрядчиков по основным системам; третья сторона может включать в себя, помимо прочего, любое количество поставщиков, субподрядчиков и поставщиков; а оператор может представлять собой авиакомпанию, лизинговую компанию, военную организацию, обслуживающую организацию и т.д.
[0051] Как показано на ФИГ. 9, космический летательный аппарат 902, изготовленный согласно приведенному в качестве примера способу 800, может включать в себя корпус 918 с множеством высокоуровневых систем и внутреннюю часть 922. Примеры высокоуровневых систем, распределенных в космическом летательном аппарате, включают в себя одну или больше движительных систем 924, систему 926 электроснабжения, гидравлическую систему 928, систему 930 управления окружающей средой и систему 931 спутников-ретрансляторов для обеспечения связи. Может быть включено любое количество других систем. Хотя показан пример, относящийся к аэрокосмической отрасли, принципы изобретения могут быть применены к другим отраслям, например, морскому судоходству.
[0052] Системы и способы, показанные или описанные в настоящем документе, могут быть использованы во время любых одного или более этапов способа 800 изготовления и обслуживания. Например, компоненты или сборочные узлы, относящиеся к изготовлению компонентов и сборочных узлов 808, могут быть изготовлены или произведены аналогично компонентам или сборочным узлам, изготовленным во время эксплуатации космического летательного аппарата 902. Также, один или более аспектов системы, способа или их комбинаций могут быть использованы во время этапов 808 и 810 производства, например, с существенным ускорением сборки или снижением стоимости космического летательного аппарата 902. Аналогично, один или более аспектов системы или способов реализации, или их комбинаций могут быть использованы, например, помимо прочего, во время эксплуатации космического летательного аппарата 902, например, во время его эксплуатации, регламентного техобслуживания и ремонта 816.
[0053] В настоящем документе раскрыты различные примеры и аспекты системы и способов, которые включают в себя разнообразные компоненты, признаки и функциональные особенности. Следует отметить, что различные примеры и аспекты системы и способов, раскрытых в настоящем документе, могут включать в себя любые из компонентов, признаков и функциональных особенностей любых других примеров и аспектов устройств и способов, раскрытых в настоящем документе, в любой комбинации, и такие возможности предназначены для включения в пределы сущности и объема настоящего изобретения.
[0054] Многие модификации и другие примеры изобретения, изложенного в настоящем документе, будут очевидными для специалистов в области техники, к которой относится настоящее изобретение, с получением преимущества согласно теоретическим положениям, представленным в вышеприведенных описаниях и соответствующих чертежах.
[0055] Согласно описанному в настоящем документе, аспекты раскрытой реализации изобретения уменьшают сложность и стоимость имеющей высокую мощность части, например, спутниковой системы 100 связи, при максимальном обеспечении гибкости маршрутизации доступной высокочастотной мощности к антенным лучам 110, численность которых постоянно возрастает, с различными требованиями к пропускной способности. Аспекты раскрытой реализации изобретения обеспечивают большую пропускную способность, эффективное использование полосы частот, уменьшение веса, уменьшение потребления мощности и гибкость при распределении лучей. Матричный усилитель (матричные усилители) 109, 409 мощности, описанный (описанные) в настоящем документе, заменяют необходимые для цифрового коммутирования сложные сети из фильтров с мультиплексорами для ввода и вывода микроволновых сигналов. Аспекты раскрытой реализации изобретения также упрощают обеспечение высокой пропускной способности, а также упрощают полезные нагрузки обеспечения пропускной способности спутника и увеличивают пропускную способность, что, в свою очередь, уменьшает затраты и время изготовления спутника и минимизирует затраты на один бит и затраты конечного пользователя.
[0056] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия система связи включает в себя:
информационную платформу и
передающий модуль борт-Земля, соединенный с информационной платформой и имеющий матричный усилитель мощности,
при этом матричный усилитель мощности включает в себя входную гибридную матрицу, выходную гибридную матрицу, группу усилителей высокой мощности, расположенных между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и указанной выходной гибридной матрицей и выполненных с возможностью связи с ними, и группу регуляторов, расположенных между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и указанной выходной гибридной матрицей и выполненных с возможностью связи с ними; и
схему формирователя, связанную с каждым регулятором в указанной группе регуляторов и выполненную с возможностью подачи команд на каждый регулятор для изменения сигналов связи, проходящих через матричный усилитель мощности, со скоростями для временного разделения каналов.
[0057] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия используется регулятор, соответствующий каждому усилителю высокой мощности.
[0058] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия регулятор размещен в восходящем направлении относительно соответствующего усилителя высокой мощности.
[0059] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия регулятор размещен в нисходящем направлении относительно соответствующего усилителя высокой мощности.
[0060] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия указанная группа регуляторов выполнена с возможностью выравнивания характеристик указанной группы усилителей высокой мощности с объединением сигналов связи, в заданном сочетании, в выходной гибридной матрице, причем объединенные сигналы связи суммированы и поданы на один выход матричного усилителя мощности.
[0061] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия каждый регулятор выполнен с возможностью изменения фазы сигналов связи при повторной постановке в соответствие каждого входа указанной входной гибридной матрицы заданному выходу указанной выходной гибридной матрицы.
[0062] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия система связи дополнительно включает в себя по меньшей мере один антенный луч борт-Земля, причем каждый выход указанной выходной гибридной матрицы соединен с соответствующим антенным лучом борт-Земля.
[0063] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия указанная группа регуляторов выполнена с возможностью вызывать повторную постановку в соответствие по меньшей мере одного выхода указанной выходной гибридной матрицы по меньшей мере одному входу указанной входной гибридной матрицы со скоростями для временного разделения каналов и без коммутации высокой мощности на выходе.
[0064] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия каждый усилитель высокой мощности указанной группы усилителей высокой мощности выполнен с возможностью одновременной работы.
[0065] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия сигналы связи представляют собой радиочастотные сигналы или оптические сигналы.
[0066] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия матричный усилитель мощности включает в себя:
входную гибридную матрицу, имеющую более одного входа;
выходную гибридную матрицу, имеющую более одного выхода;
группу усилителей высокой мощности, расположенных между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и указанной выходной гибридной матрицей и выполненных с возможностью связи с ними;
группу регуляторов, расположенных между по меньшей мере указанной входной гибридной матрицей и указанной выходной гибридной матрицей и выполненных с возможностью связи с ними; и
схему формирователя, связанную с каждым регулятором в указанной группе регуляторов и выполненную с возможностью подачи команд на каждый регулятор для изменения сигналов связи, проходящих через матричный усилитель мощности, со скоростями для временного разделения каналов.
[0067] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия используется регулятор, соответствующий каждому усилителю высокой мощности.
[0068] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия регулятор размещен в восходящем направлении относительно соответствующего усилителя высокой мощности.
[0069] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия регулятор размещен в нисходящем направлении относительно соответствующего усилителя высокой мощности.
[0070] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия указанная группа регуляторов выполнена с возможностью выравнивания характеристик указанной группы усилителей высокой мощности с объединением сигналов связи, в заданном сочетании, в выходной гибридной матрице, причем объединенные сигналы связи суммированы и поданы на один выход матричного усилителя мощности.
[0071] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия каждый регулятор выполнен с возможностью изменения фазы сигналов связи при повторной постановке в соответствие каждого входа указанной входной гибридной матрицы заданному выходу указанной выходной гибридной матрицы.
[0072] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия указанная группа регуляторов выполнена с возможностью вызывать повторную постановку в соответствие по меньшей мере одного выхода указанной выходной гибридной матрицы по меньшей мере одному входу указанной входной гибридной матрицы со скоростями для временного разделения каналов и без коммутации высокой мощности на выходе.
[0073] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия каждый усилитель высокой мощности указанной группы усилителей высокой мощности выполнен с возможностью одновременной работы.
[0074] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия сигналы связи представляют собой радиочастотные сигналы или оптические сигналы.
[0075] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия способ связи включает:
ввод сигнала связи во входную гибридную матрицу матричного усилителя мощности и
выборочную перемаршрутизацию сигнала связи к заданному выходу выходной гибридной матрицы матричного усилителя мощности посредством изменения сигнала связи со скоростями для временного разделения каналов.
[0076] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия сигналы связи представляют собой радиочастотные сигналы или оптические сигналы.
[0077] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия сигнал связи изменяют перед его поступлением в усилитель высокой мощности матричного усилителя мощности.
[0078] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия изменение сигнала связи включает изменение угла перемещения фаз сигнала связи.
[0079] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия способ дополнительно включает формирование объединенной диаграммы направленности антенны посредством сдвига фазы сигнала связи, чтобы отправить заданные доли энергии к заданному числу выходных портов матричного усилителя мощности для питания различных лучевых антенн, причем заданные доли энергии снова комбинируют для формирования объединенной диаграммы направленности антенны.
[0080] В соответствии с одним или большим количеством аспектов настоящего раскрытия изменение сигнала связи является цифровым изменением.
[0081] Таким образом, следует понимать, 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, следует понимать, что различные сочетания элементов и/или функций могут быть выполнены с помощью альтернативных вариантов осуществления без отхода от объема прилагаемой формулы изобретения.