ШИРОКОПОЛОСНАЯ СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ, В КОТОРОЙ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ОПТИЧЕСКИЕ ФИДЕРНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ
BROADBAND SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM IN WHICH OPTICAL FEEDER COMMUNICATION LINES ARE USED

Область техники
[0001] Раскрытые технические решения относятся к широкополосным спутниковым линиям связи, а более конкретно к спутникам, в которых используются оптические линии связи для широкополосной связи между спутниковыми узлами доступа и спутниками.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Спутниковые системы связи обеспечивают средство, с помощью которого можно передавать данные, в том числе аудио, видео и различные другие типы данных, из одного места в другое. Использование таких спутниковых систем связи стало популярным вследствие растущей потребности в широкополосных видах связи. Соответственно, растет потребность в большей пропускной способности каждого спутника.
[0003] В спутниковых системах информацию, источником которой является станция (которая в некоторых случаях является наземной, но может быть и воздушного базирования, морского базирования и т.д.), называемая в настоящем документе спутниковым узлом доступа (SAN), передают в восходящем направлении на спутник. В некоторых вариантах осуществления спутник представляет собой геостационарный спутник. Орбиты геостационарных спутников синхронизированы с вращением Земли, благодаря чему спутник по существу неподвижен относительно Земли. Альтернативно спутник находится на орбите вокруг Земли, и это приводит к тому, что площадь основания спутника перемещается по поверхности Земли, когда спутник пересекает в поперечном направлении свою орбитальную траекторию.
[0004] Информацию, принимаемую спутником, ретранслируют в зону покрытия пользовательских лучей на Земле, где ее принимает вторая станция (такая как пользовательский терминал). Связь может быть однонаправленной (например, от SAN к пользовательскому терминалу) или двунаправленной (т.е. инициируемой как SAN, так и пользовательским терминалом и проходящей через спутник от одного из них к другому). Обеспечение относительного большого количества SAN и узких лучей и установление плана повторного использования частот, который позволяет спутнику поддерживать связь на одной частоте с несколькими разными SAN, может позволять повышать пропускную способность системы. Пользовательские узкие лучи представляют собою диаграммы направленности антенны, которые направляют сигналы в конкретную зону покрытия пользователя (например, многолучевая антенна, в которой несколько фидеров облучают общий отражатель, причем каждый фидер создает отличный от других узкий луч). Однако строительство и содержание каждого SAN обходится дорого. Поэтому желательно найти технические решения, которые могут обеспечивать высокую пропускную способность с использованием лишь нескольких таких SAN.
[0005] Более того, по мере повышения пропускной способности спутниковых систем связи возникают разнообразные проблемы. Например, хотя узкие лучи могут позволять увеличивать повторное использование частот (и, следовательно, повышать пропускную способность), они могут не в полной мере удовлетворять фактическую потребность в пропускной способности, причем некоторые узкие лучи будут перегружены абонентами, а другие узкие лучи будут недогружены абонентами. Повышенная пропускная способность также обычно приводит к повышению потребности в ширине полосы фидерной линии связи. Однако ширина полосы, выделяемая для фидерных линий связи, может сокращать ширину полосы, доступную для пользовательских линий связи. Соответственно, желательны улучшенные технические решения для обеспечения широкополосных спутниковых систем с высокой пропускной способностью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0006] Раскрытые технические решения в соответствии с одним или более различными вариантами осуществления описаны со ссылкой на следующие фигуры. Чертежи представлены только для целей иллюстрации и просто изображают примеры некоторых вариантов осуществления раскрытых технических решений. Эти чертежи представлены для облегчения понимания читателем раскрытых технических решений. Их не следует считать ограничивающими охват, объем или применимость заявленного изобретения. Следует отметить, что для ясности и простоты иллюстрации эти чертежи необязательно выполнены в масштабе.
[0007] На ФИГ. 1 представлена иллюстрация примера спутниковой системы связи, в которой используются радиочастотные сигналы для связи со спутником и которая имеет относительно большое количество спутниковых узлов доступа («SAN», также известных как «шлюзы») для создания системы с высокой пропускной способностью.
[0008] На ФИГ. 2 представлена иллюстрация упрощенного спутника, в котором используются РЧ-сигналы для связи с SAN.
[0009] На ФИГ. 3 представлена упрощенная иллюстрация примера повторителей, используемых в прямой линии связи.
[0010] На ФИГ. 4 представлено упрощенное схематическое изображение примера первой из трех архитектур системы, в которой оптическую линию связи используют для связи по фидерной линии связи.
[0011] На ФИГ. 5 представлен пример взаимосвязи сигналов промежуточной частоты (ПЧ), оптических каналов и полос частот оптического диапазона, используемых системой в некоторых вариантах осуществления.
[0012] На ФИГ. 6 представлен пример оптического передатчика, используемого для выполнения оптической модуляции потока двоичных данных на оптических сигналах.
[0013] На ФИГ. 7 представлена иллюстрация примера обратного тракта для системы, показанной на ФИГ. 4.
[0014] На ФИГ. 8 представлено упрощенное схематическое изображение примера третьей архитектуры системы, в которой оптическую линию связи используют для связи по фидерной линии связи.
[0015] На ФИГ. 9 представлена иллюстрация примера взаимосвязи между подканалами, несущими и оптическими сигналами в пределах системы, показанной на ФИГ. 8.
[0016] На ФИГ. 10 представлена упрощенная иллюстрация примера SAN.
[0017] На ФИГ. 11 представлена иллюстрация примера обратной линии связи для системы, показанной на ФИГ. 8.
[0018] На ФИГ. 12 представлено упрощенное схематическое изображение примера
архитектуры системы, в которой спутник имеет систему формирования лучей на борту.
[0019] На ФИГ. 13 представлена упрощенная блок-схема примера модуля присвоения весового коэффициента/объединителя.
[0020] На ФИГ. 14 представлено упрощенное схематическое изображение примера архитектуры системы, в которой оптический сигнал модулируют радиочастотой (РЧ) на SAN и направляют на спутник, имеющий возможность формирования лучей на борту.
[0021] На ФИГ. 15 представлена иллюстрация примера прямой линии связи спутниковой системы связи, использующей наземное формирование лучей и включающей в себя оптическую прямую восходящую линию связи и радиочастотную прямую нисходящую линию связи.
[0022] На ФИГ. 16 представлен пример формирователя прямых лучей, используемого в системе, осуществляющей наземное формирование лучей.
[0023] На ФИГ. 17 представлена более подробная иллюстрация примера компонентов обратной линии связи в рамках примера, показанного на ФИГ. 18, где представлена упрощенная иллюстрация компонентов спутника, используемых для приема и передачи по прямой линии связи из примера системы, в которой используется наземное формирование лучей.
[0024] На ФИГ. 18 более подробно показан пример компонентов спутника.
[0025] На ФИГ. 19 представлена иллюстрация примера зон покрытия пользовательских лучей, формируемых на континентальной части США.
[0026] На ФИГ. 20 представлена иллюстрация примера оптического передатчика, имеющего модуль синхронизации для регулировки синхронизации сигналов элемента луча и пилот-сигнала синхронизации.
[0027] На ФИГ. 21 представлена система, в которой каждый из K входных сигналов прямого луча содержит S подканалов шириной 500 МГц.
[0028] На ФИГ. 22 представлена упрощенная блок-схема примера формирователя лучей.
[0029] На ФИГ. 23 представлена иллюстрация примера SAN.
[0030] На ФИГ. 24 представлена иллюстрация примера обратной линии связи для системы, обеспечивающей наземное формирование лучей.
[0031] На ФИГ. 25 представлена иллюстрация примера одного из SAN в обратной линии связи.
[0032] На ФИГ. 26 представлен пример иллюстрации примера формирователя обратных лучей
[0033] Предполагается, что фигуры не являются исчерпывающими или ограничивающими заявленное изобретение точной раскрытой формой. Следует понимать, что раскрытые технические решения могут быть реализованы на практике с модификацией и изменением и что изобретение должно быть ограничено лишь пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0034] Сначала описана система, в которой используются радиочастотные (РЧ) линии связи между спутниковыми узлами доступа (SAN) и спутником. После этой вводной части описаны несколько технических решений для оптической передачи для спутников с возможностями широкополосной связи. После вводного описания систем, имеющих оптическую фидерную линию связи, описаны три технических решения для модуляции сигналов в оптической фидерной линии связи. Кроме того, предложены три архитектуры для реализации технических решений.
[0035] На ФИГ. 1 представлена иллюстрация спутниковой системы 100 связи, в которой относительно большое количество станций 102 (называемых в настоящем документе «SAN», которые также известны как «шлюзы») поддерживают связь со спутником 104 с помощью РЧ-сигналов как по фидерными, так и по пользовательским линиям связи для создания системы 100 с относительно высокой пропускной способностью. Информацию передают от SAN 102 по спутнику 104 в зону покрытия пользовательских лучей, в которой могут находиться множество пользовательских терминалов 106. В некоторых вариантах осуществления система 100 включает в себя тысячи пользовательских терминалов 106. В некоторых таких вариантах осуществления каждый из SAN 102 выполнен с возможность установления фидерной восходящей линии 108 связи со спутником 104 и приема по фидерной нисходящей линии 110 связи от спутника 104. В некоторых вариантах осуществления фидерные восходящие линии 108 связи от SAN 102 к спутнику 104 имеют ширину полосы 3,5 ГГц. В некоторых вариантах осуществления сигнал фидерной восходящей линии связи может быть модулирован с помощью 16-позиционной квадратурной амплитудной модуляции (QAM). Применение модуляции 16-QAM дает приблизительно 3 бита в секунду на герц. Благодаря использованию ширины полосы 3,5 ГГц на узкий луч каждый узкий луч может обеспечивать пропускную способность приблизительно 10-12 Гбит/с.За счет использования 88 SAN, каждый из которых может передавать сигнал с шириной полосы 3,5 ГГц, система имеет ширину полосы приблизительно 308 ГГц или пропускную способность около 1000 Гбит/с (т.е. 1 Тбит/с).
[0036] На ФИГ. 2 представлена иллюстрация упрощенного спутника, который может использоваться в системе, показанной на ФИГ. 1, причем спутник использует РЧ-сигналы для связи с SAN. На ФИГ. 3 представлена упрощенная иллюстрация повторителей 201, используемых в прямой линии связи (т.е. для приема по фидерной восходящей РЧ-линии связи и передачи по пользовательской нисходящей РЧ-линии связи) в спутнике, показанном на ФИГ. 2. Фидер 202 в пределах антенны фидерной линии связи (не показана) спутника 104 принимает РЧ-сигнал от SAN 102. Антенна пользовательской линии связи, хотя она не показана подробно, может быть любым из: одной или более многолучевых антенных решеток (например, множество фидеров облучают общий отражатель), фидеров непосредственного излучения или других подходящих конфигураций. Более того, антенны пользовательской и фидерной линии связи могут совместно использовать фидеры (например, с помощью двухполосной комбинированной передачи, приема), отражатели или оба типа устройств. В одном варианте осуществления фидер 202 может принимать сигналы в двух ортогональных поляризациях (т.е. в правой круговой поляризации (RHCP) и левой круговой поляризации (LHCP) или альтернативно в горизонтальной и вертикальной поляризациях). В одном таком варианте осуществления выход 203 с одной поляризации (например, RHCP) подают на первый повторитель 201. Выход соединен с входом малошумящего усилителя (МШУ) 304 (см. ФИГ. 3). Выход МШУ 304 соединен с входом диплексера 306. Диплексер разделяет сигнал на первый выходной сигнал 308 и второй выходной сигнал 310. Первый выходной сигнал 308 находится на первой РЧ-частоте. Второй выходной сигнал 310 находится на второй РЧ-частоте. Каждый из выходных сигналов 308, 310 соединен с преобразователем 312, 314 частоты. С каждым из преобразователей 312, 314 частоты также соединен локальный осциллятор (LO) 315. Преобразователи частоты сдвигают частоту выходных сигналов к частоте передачи пользовательской нисходящей линии связи. В некоторых вариантах осуществления к обоим преобразователям 312, 314 частоты применяют одну и ту же частоту LO. Выход преобразователей 312, 314 частоты соединен через канальный фильтр 316, 318 с гибридным соединителем 320. Гибридный соединитель 320 объединяет выход двух канальных фильтров 316, 318 и соединяет объединенный сигнал с линеаризующим канальным усилителем 322.
[0037] Объединение сигналов в пределах гибридного соединителя 320 позволяет усиливать сигналы с помощью усилителя на лампе бегущей волны (TWTA) 324. Выход линеаризующего канального усилителя 322 соединен с TWTA 324. TWTA 324 усиливает сигнал и соединяет усиленный выходной сигнал с входом фильтра верхних частот и диплексером 326. Фильтр верхних частот и диплексер 326 разделяют сигнал обратно на два выходных сигнала на основании частоты сигналов, причем часть верхней частоты сигнала соединяется с первым антенным фидером 328, а часть нижней частоты сигнала соединяется со вторым антенным фидером 330. Первый антенный фидер 328 передает пользовательский нисходящий луч в первую зону U1 покрытия пользовательских лучей. Второй антенный фидер 330 передает пользовательский нисходящий луч во вторую зону U3 покрытия пользовательских лучей.
[0038] Выход 331 фидера 202 из второй поляризации (например, LHCP) соединен со вторым плечом 332 повторителя. Второе плечо 332 функционирует аналогично первому 201, однако выходные частоты, передаваемые в зоны U2 и U4 покрытия пользовательских лучей, будут отличаться от частот, передаваемых в зоны U1 и U3 покрытия пользовательских лучей.
[0039] В некоторых вариантах осуществления для увеличения ширины полосы фидерной восходящей линии 108 связи от каждого SAN 102 до спутника 104 и фидерной нисходящей линии 110 связи от спутника к каждому SAN 102 может использоваться оптическая линия связи. Это может обеспечивать многочисленные преимущества, в том числе увеличение спектра, доступного для пользовательских линий связи. Более того, благодаря увеличению ширины полосы фидерных линий связи 108, 110 можно сократить количество SAN 102. Сокращение количества SAN 102 посредством увеличения ширины полосы каждой фидерной линии связи, идущей от SAN 102 или к нему, снижает общую стоимость системы без снижения ее пропускной способности. Однако одна из сложностей, связанных с использованием сигналов оптической передачи, заключается в том, что оптические сигналы подвержены ослаблению при прохождении через атмосферу. В частности, если небо на пути от спутника к SAN неясное, оптический сигнал будет испытывать значительные потери при распространении вследствие ослабления сигналов.
[0040] В дополнение к ослаблению, обусловленному пониженной видимостью, при неблагоприятных атмосферных условиях происходит мерцание. Поэтому могут использоваться технические решения для смягчения эффектов замирания оптического сигнала вследствие атмосферных условий. В частности, как будет более подробно описано ниже, линзы на борту спутника, используемые для приема оптических сигналов, и линзы на борту спутника, используемые для передачи оптического сигнала, могут быть направлены на один из нескольких SAN. SAN распределены по Земле так, чтобы они, как правило, были подвержены неблагоприятным атмосферным условиям в разное время (т.е. когда на пути между спутником и конкретным SAN возможно замирание, вероятность замирания на пути между спутником и каждым из остальных SAN будет относительно невелика).
[0041] Учитывая различия в атмосферных условиях в разных частях страны, в случае неблагоприятной для передачи оптического сигнала атмосферы между спутником и конкретным SAN можно принять решение использовать другой SAN с более благоприятными атмосферными условиями. Например, небо над юго-западной континентальной частью США довольно ясное. Соответственно, SAN могут быть расположены в этих открытых частях страны, чтобы обеспечить окно для данных, которые в противном случае будут отправляться через SAN в других частях страны, когда небо между этими SAN и спутником препятствует передаче.
[0042] Помимо направления спутника на поддержание связи с теми SAN, у которых имеются благоприятные атмосферные условия на пути к спутнику/от спутника, сигналы, принимаемые/передаваемые спутником с помощью одного из нескольких оптических приемников/передатчиков, могут направляться на одну из нескольких антенн для передачи в выбранную зону покрытия пользовательских лучей. Сочетание гибкости при определении источника, от которого можно принимать оптические сигналы по оптической восходящей линии связи, и возможности выбирать конкретную антенну, посредством которой сигналы, принимаемые от источника, будут передаваться, позволяет системе смягчать отрицательное воздействие переменных атмосферных условий между SAN и спутником.
[0043] Как раскрыто в настоящем документе, существуют по меньшей мере три технических решения, которые можно использовать для передачи информации от SAN через спутник в зоны покрытия пользовательских лучей, где могут находиться пользовательские терминалы. Ниже будут описаны три таких технических решения. По каждому из них приведена очень краткая сводка с последующим более подробным раскрытием каждой архитектуры.
[0044] Вкратце, в первом техническом решении используется двоично-модулированный оптический сигнал в восходящей линии связи. Каждый из нескольких SAN принимает информацию, подлежащую передаче на пользовательские терминалы, которые находятся в пределах зон покрытия пользовательских лучей. Оптический сигнал модулируют с помощью цифровой информации. В некоторых вариантах осуществления каждый SAN передает такой двоично-модулированный оптический сигнал на спутник. Цифровая информация может являться представлением информации, предназначенной для передачи в зону покрытия пользовательских лучей, в которой могут находиться пользовательские терминалы. Сигнал детектируют в спутнике с помощью оптического детектора, такого как фотодиод. В некоторых вариантах осуществления после этого полученный цифровой сигнал используют для обеспечения двоичного кодирования, такого как двоичная фазовая манипуляция (BPSK), для модуляции сигнала промежуточной частоты (ПЧ). После этого ПЧ-сигнал преобразуют с повышением частоты до несущей частоты нисходящей РЧ-линии связи спутника. Модуляция ПЧ-сигнала с помощью BPSK может осуществляться относительно просто, когда размер, мощность и термоаккомодация спутника малы. Однако использование BPSK в качестве модуляции основной полосы частот для РЧ-сигнала в пользовательской нисходящей линии 114 связи может не обеспечивать максимальной пропускной способности системы. Это означает, что полный потенциал пользовательской нисходящей РЧ-линии 114 связи снижается по сравнению с тем, который был бы возможен при использовании в пользовательской нисходящей РЧ-линии 114 связи более плотной схемы модуляции, такой как 16-QAM, вместо BPSK.
[0045] Во втором техническом решении оптический сигнал в восходящей линии связи также модулируют с помощью двоичной схемы модуляции. Модулированный оптический сигнал детектируют фотодиодом. Полученный цифровой сигнал соединяется с модемом. Модем кодирует цифровую информацию в ПЧ-сигнале с помощью схемы модуляции с относительно эффективным использованием ширины полосы, таким как квадратурная амплитудная модуляция (QAM). В настоящем документе QAM используется для ссылки на форматы модуляции, которые кодируют более 2 битов на символ, включая, например, квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK), QPSK со сдвигом, 8-позиционную фазовую манипуляцию, 16-позиционную QAM, 32-позиционную QAM, амплитудно-фазовую манипуляцию (APSK) и родственные форматы модуляции. Хотя использование более плотной схемы QAM позволяет более эффективно использовать пользовательскую РЧ-линию связи, применение такого кодирования в пользовательской нисходящей РЧ-линии 114 связи требует довольно сложного блока преобразования цифрового сигнала/промежуточной частоты (ПЧ) (например, модема). Такая сложность повышает размер, массу, стоимость, энергопотребление и объем тепла, которое необходимо отводить.
[0046] В третьем техническом решении используют РЧ-модулированный оптический сигнал (в отличие от двоично-модулированных оптических сигналов в первых двух технических решениях). В этом варианте осуществления вместо модуляции оптического сигнала с помощью цифровой информации, подлежащей передаче в зону покрытия пользовательских лучей, оптическую несущую модулируют непосредственно РЧ-сигналом (т.е. модулируют по интенсивности). Затем от спутника требуется лишь детектировать РЧ-модулированный сигнал в оптическом сигнале (т.е. детектировать огибающую интенсивности оптического сигнала) и преобразовывать этот сигнал с повышением частоты до частоты пользовательской нисходящей линии связи, что избавляет спутник от необходимости в сложном модеме. Использование РЧ-модулированного оптического сигнала повышает общую пропускную способность системы связи благодаря обеспечению более плотной модуляции РЧ-сигнала пользовательской линии связи при снижении сложности спутника. За счет доступной ширины полосы в оптическом сигнале на оптическую несущую могут быть мультиплексированы множество РЧ-несущих. Однако оптические сигналы, которые модулированы по интенсивности РЧ-сигнала, подвержены ошибкам, обусловленным несколькими факторами, включая замирание оптического сигнала.
[0047] Недостатком каждого из этих трех технических решений является ненадежный оптический канал от SAN к спутнику. Таким образом, для снижения выраженности проблем ненадежных каналов оптической фидерной линии связи описаны три архитектуры системы. В каждой конфигурации используются дополнительные SAN для компенсации ненадежности, присущей оптическим линиям связи со спутником. Сигналы могут направляться от любого из SAN в любую из зон покрытия пользовательских лучей. Использование дополнительных SAN гарантирует наличие высококачественной оптической линии связи со спутником у желательного количества SAN. Более того, гибкость маршрутизации через спутник (т.е. то, что в настоящем документе называют «диверсификацией фидерных линий связи») позволяет передавать данные с тех SAN, которые имеют оптический канал желательного качества со спутником по фидерной линии связи и с пользовательскими узкими лучами по пользовательской линии связи за счет гибкого подхода.
[0048] Ниже каждое из этих трех технических решений будет описано подробно. Каждое из этих технических решений описано в контексте вариантов осуществления, которые имеют конкретное количество компонентов (т.е. SAN, лазеров в расчете на SAN, транспондеров в пределах спутника и т.д.). Однако такие конкретные варианты осуществления представлены лишь для ясности и простоты описания. Более того, в объем раскрытых вариантов осуществления входит широкий диапазон ПЧ- и/или РЧ-частот, оптических длин волн, количества SAN, количества транспондеров на спутнике и т.д. Поэтому конкретные частоты, длины волн, элементы антенной решетки и количества аналогичных параллельных каналов, компонентов, устройств, зон покрытия пользовательских лучей и т.д. не следует воспринимать как ограничение того, каким образом могут быть реализованы раскрытые системы, за исключением тех случаев, когда такое ограничение явно указано в прилагаемой формуле изобретения.
[0049] На ФИГ. 4 представлено упрощенное схематическое изображение первого из трех технических решений, указанных выше. Система 600 для реализации первого технического решения содержит множество SAN 602, спутник 604 с по меньшей мере одной антенной 638, 640, имеющей один фидер на луч, и множество пользовательских терминалов 606 в пределах зон 1801 покрытия пользовательских лучей (см. ФИГ. 19). Альтернативно может использоваться любая антенна, имеющая множество входов, каждый из которых может принимать сигнал, который может передаваться в пользовательском узком луче в зону покрытия пользовательских лучей, такая как антенны прямого излучения и т.д. Антенны 638, 640 могут представлять собой решетку прямого излучения или часть системы отражателя/антенны. В некоторых вариантах осуществления система 600 имеет М SAN 602. В примере системы 600 и в каждом из примеров системы, представленных в настоящем раскрытии, М=8. Однако ни одну из систем, раскрытых в настоящем документе, не следует ограничивать этим количеством. М=8 всего лишь удобно использовать в качестве примера, и в других вариантах осуществления М может быть равно 2, 4, 10, 12, 16, 20, 32, 40 или любому другому подходящему значению. В некоторых вариантах осуществления SAN 602 принимают «прямой трафик», подлежащий передаче через систему от источника (такого как корневой узел, не показан), который может принимать информацию из информационной сети (например, Интернет). Данные, передаваемые на SAN 602 с корневого узла, могут быть представлены в любой форме, которая позволяет эффективно передавать данные на SAN 602, в том числе в виде потока двоичных данных. В некоторых вариантах осуществления данные представлены в виде потока двоичных данных, модулированного на оптическом сигнале и передаваемого на SAN по оптическому волокну. Прямой трафик принимается в потоках, которые идентифицируются конкретной зоной 1801 покрытия пользовательских лучей. В некоторых вариантах осуществления данные могут быть также связаны с конкретным пользовательским терминалом или группой пользовательских терминалов, на которые должны быть переданы данные. В некоторых вариантах осуществления данные связаны с терминалом на основании частоты и/или синхронизации сигнала, который переносит данные. Альтернативно с данными или в данных, или в данных может быть представлен заголовок данных или другой идентификатор.
[0050] Во время принятия прямой трафик представляет собой поток 601 двоичных данных. Это означает, что в некоторых вариантах осуществления прямой трафик является двоичным представлением, таким как оптический сигнал, модулированный по интенсивности или модулированный по фазе. В альтернативных вариантах осуществления прямой трафик может быть декодирован в любое другое двоичное представление.
[0051] На ФИГ. 5 представлена взаимосвязь ПЧ-сигналов 903, оптических каналов 915 и полос 907, 909, 911, 913 частот оптического диапазона, используемых системой в некоторых вариантах осуществления. Конкретный выбор значений ширины полосы, частот, количества каналов и длин волн приведен лишь в качестве примеров, представленных для облегчения раскрытия понятий. Могут быть использованы альтернативные схемы модуляции, а также другие оптические длины волн, количество каналов и другие значения ширины полосы и частоты ПЧ и/или РЧ. Показанная схема представлена только для иллюстрации одной конкретной схемы, которая может использоваться. Как показано, множество (например, 64) двоично-модулированных ПЧ-сигналов 903 шириной 3,5 ГГц переносят двоичные данные, подлежащие передаче в одном пользовательском узком луче. В число примеров других значений ширины полосы, которые могут использоваться, входят 500 МГц, 900 МГц, 1,4 ГГц, 1,5 ГГц, 1,9 ГГц, 2,4 ГГц или любая другая подходящая ширина полосы.
[0052] Двоичное (т.е. цифровое) содержимое, модулированное на каждом двоично-модулированном ПЧ-сигнале 903 шириной 3,5 ГГц, используют для выполнения двоичной модуляции по интенсивности одного из 16 оптических каналов в пределах одной из 4 полос 905 частот оптического диапазона. В некоторых вариантах осуществления четырьмя полосами 907, 909, 911, 913 оптического спектра являются 1100 нм, 1300 нм, 1550 нм и 2100 нм. Однако могут быть выбраны полосы, находящиеся в любом месте полезного оптического спектра (т.е. в той части оптического спектра, которая доступна по меньшей мере минимально без чрезмерного ослабления в атмосфере). В целом, выбирают полосы частот оптического диапазона, ослабление в которых не выше, чем в невыбранных полосах. Это означает, что ослабление в нескольких полосах частот оптического диапазона может быть меньше, чем в остальных. В таких вариантах осуществления выбирают подмножество этих полос частот оптического диапазона. Некоторые из этих выбранных полос могут демонстрировать очень похожее ослабление.
[0053] В одном примере каждый оптический канал определяется длиной волны в центре канала, и оптические каналы разнесены приблизительно на 0,8 нм (т.е. на 100 ГГц) друг от друга. Хотя РЧ-сигнал 903, который модулирован на оптическом канале, имеет ширину лишь 3,5 ГГц, разнесение позволяет эффективно демультиплексировать оптические сигналы. В некоторых вариантах осуществления на каждом SAN 602 выполняется мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) нескольких (например, 64) таких оптических сигналов 903 шириной 3,5 ГГц (т.е. 4×16) на оптическом выходном сигнале. Соответственно, цифровое содержимое 64 оптических каналов может быть направлено с одного SAN 602.
[0054] На ФИГ. 6 представлен оптический передатчик 607, используемый для выполнения оптической модуляции потока 601 двоичных данных на оптических сигналах. В соответствии с вариантом осуществления, в котором реализована схема, показанная на ФИГ. 5, оптический передатчик 607 включает в себя четыре модуля полосы частот оптического диапазона 608a-608d (для простоты показаны два) и оптический объединитель 609. Каждый из 4 модулей 608 полосы частот оптического диапазона содержит 16 оптических модуляторов 611 (для простоты показаны два), что в совокупности дает 64 модулятора 611. Каждый из 64 модуляторов 611 выводит оптический сигнал, который находится в одном из 64 оптических каналов 915 (см. ФИГ. 5). Каналы разделены на 4 полосы 907, 909, 911, 913 частот оптического диапазона.
[0055] Модулятор 611 определяет оптический канал 915 на основании длины волны λ1 источника 654 света, который создает оптический сигнал. Модулятор Маха - Цендера (MZM) 652 модулирует по интенсивности выход первого источника 654 света с помощью интенсивности, пропорциональной амплитуде потока 601 двоичных данных. Поток 601 двоичных данных суммируется со смещением постоянного тока (DC) в сумматоре 656. Так как поток 610 двоичных данных является цифровым сигналом (т.е. имеет только две амплитуды), полученный оптический сигнал представляет собой двоично-модулированный оптический сигнал. Модулированный оптический выходной сигнал из модулятора 652 MZM соединен с оптическим объединителем 609. В случае системы, в которой используется схема модуляции, такая как показанная на ФИГ. 5, каждый из 16 источников 654 света, находящихся в пределах одного модуля 608 полосы частот оптического диапазона, выводит оптический сигнал с одной из 16 разных длин волн λ1. 16 длин волн соответствуют 16 оптическим каналам 915 в пределах первой полосы 907 частот оптического диапазона. Аналогичным образом, источники 654 света в оптических модуляторах 611 в каждом из остальных модулей 608 полосы частот оптического диапазона выводят оптический сигнал, имеющий длину волны λ1, равную длине волны каналов в соответствующих полосах 909, 911, 913 частот оптического диапазона. Таким образом, каждый из 64 оптических выходных сигналов 915 четырех модулей 608a-608d полосы частот оптического диапазона имеет отличную от других длину волны и попадает в пределы 16 оптических каналов четырех полос, которые определяются длинами волн λ1 сигналов, формируемых 64 источниками 654 света. Оптический объединитель 609 выводит мультиплексированный с разделением по длине волны (WDM) оптический сигнал 660, который составляет каждый сигнал 915.
[0056] SAN 602 направляет оптический сигнал 660 на спутник 604 по оптической фидерной восходящей линии 108 связи (см. ФИГ. 4). Оптический сигнал, излучаемый оптическим передатчиком 607, принимается линзой 610 на спутнике 604. В некоторых вариантах осуществления линза 610 является частью телескопа в пределах оптического приемника 622. В некоторых вариантах осуществления линза 610 является управляемой (т.е. может быть направлена в точку, где находится любой один из нескольких SAN 602 в пределах системы или любой один в пределах подмножества). Благодаря возможности нацеливания линзы 610 на более чем один из SAN 602 линза 610 может быть нацелена на SAN 602, оптический тракт которого к спутнику в настоящее время не подвергается замиранию сигнала. Линза 610 может быть нацелена с помощью механических 2-осевых механизмов позиционирования. Нацеливание линзы может быть выполнено посредством измерения мощности принимаемого сигнала, передаваемого по оптическому каналу, и использования мощности сигнала для определения того, когда линза нацелена на SAN с оптической линией связи достаточного качества (т.е. выше желательного порога качества). Указания для механизмов позиционирования линзы для правильного нацеливания линзы 610 на желательный SAN 602 могут быть обеспечены командами с Земли или обработкой на борту.
[0057] Оптический приемник 622 дополнительно содержит оптический демультиплексор 650, такой как фильтр или призма. Оптический приемник 622 имеет множество выходов, причем каждый выход соответствует оптической длине волны. Как показано на ФИГ. 4, оптический приемник 622 имеет 64 выхода. Однако, как указано выше, выбор конкретной частоты, количества полос частот оптического диапазона, длины волны и, следовательно, количества выходов оптического приемника 622 предусмотрен в настоящем документе только в качестве примера и не предназначен для ограничения систем, таких как система 600, конкретным количеством.
[0058] В некоторых вариантах осуществления каждая длина волны находится в пределах одной из четырех полос 907, 909, 911, 913 частот оптического диапазона. Каждая оптическая длина волны находится в центре оптического канала. Оптические каналы в пределах одной полосы разнесены приблизительно на 0,8 нм (т.е. на 100 ГГц) друг от друга. Обеспечение разнесения оптических каналов упрощает использование оптического демультиплексора 650, который может демультиплексировать оптический сигнал для обеспечения каждого из 64 оптических каналов на отдельном выходе. В некоторых вариантах осуществления предусмотрена дополнительная линза 613 для фокусирования выхода оптического демультиплексора 650 на входе оптического детектора, такого как фотодиод 612. Фотодиод 612 формирует электрический сигнал посредством детектирования огибающей интенсивности оптического сигнала 660, подаваемого на оптический вход фотодиода. В некоторых вариантах осуществления, в которых оптический сигнал 660 был модулирован по интенсивности с одним из двух уровней интенсивности, первый уровень интенсивности, представляющий логическую «1», дает в результате электрический сигнал, имеющий первую амплитуду, которая также представляет логическую «1». Второй уровень интенсивности, представляющий логический «0», дает в результате электрический сигнал с амплитудой, представляющей логический «0». Таким образом, электрический сигнал приводится в первое состояние, когда интенсивность оптического сигнала 660 находится в состоянии, представляющем логическую «1», и приводится во второе состояние, когда интенсивность оптического сигнала 660 находится в состоянии, представляющем логический «0». Соответственно, оптический приемник имеет множество цифровых выходов 615. Выходной электрический сигнал из цифрового выхода 615 фотодиода 612 соединен с модулятором 614, таким как двухфазный модулятор. В некоторых вариантах осуществления, таких как вариант осуществления, показанный на ФИГ. 4, между фотодиодом 612 и двухфазным модулятором 614 предусмотрен малошумящий усилитель (МШУ) 617. Выход двухфазного модулятора 614 представляет собой модулированный BPSK ПЧ-сигнал (т.е. аналоговый сигнал), имеющий две фазы. Модулятор 614 BPSK выводит сигнал, который имеет первую фазу, представляющую логическую «1», в ответ на электрический входной сигнал с первой амплитудой (т.е. в первом состоянии). Когда на входе модулятор 614 имеется амплитуда, представляющая логический «0» (т.е. второе состояние), фаза выходного сигнала модулятора 614 BPSK сдвигается ко второй фазе, отличной от первой фазы. Выход модулятора 614 соединен с входом коммутационной матрицы 616.
[0059] На упрощенном схематическом изображении, показанном на ФИГ. 4, второй SAN 602, линза 610, оптический приемник 622 и множество двухфазных модуляторов 614 (т.е. 64) соединены с коммутационной матрицей 616. Хотя на ФИГ. 4 показаны только два SAN 602, следует понимать, что спутник может принимать оптические сигналы от нескольких SAN 602 (например, от 8).
[0060] В некоторых вариантах осуществления коммутационная матрица 616, показанная на ФИГ. 4, имеет множество (например, 64) входов для каждой линзы 610. Это означает, что если спутник 604 имеет 8 линз 610, то у коммутационной матрицы 616 будет 512 входов, каждый из которых соединен с одним из модуляторов 614. Коммутационная матрица 616 позволяет выборочно соединять сигналы на выходах коммутационной матрицы 616 с входами коммутационной матрицы 616. В некоторых вариантах осуществления любой вход может быть соединен с любым выходом. Однако в некоторых вариантах осуществления только один вход может быть соединен с любым одним выходом. Альтернативно входы и выходы сгруппированы вместе таким образом, чтобы выходы могли быть соединены только с выходами в пределах одной группы. Ограничение количества выходов, с которыми может быть соединен вход, снижает уровень сложности коммутационной матрицы 616 за счет снижения гибкости системы.
[0061] Каждый выход коммутационной матрицы 616 соединен с повышающим преобразователем 626. Повышающий преобразователь 626 преобразует сигнал с повышением частоты до частоты несущей пользовательской нисходящей линии связи. Например, в некоторых вариантах осуществления выход сигнала из коммутационной матрицы 616 представляет собою ПЧ-сигнал шириной 3,5 ГГц. ПЧ-сигнал шириной 3,5 ГГц преобразуют с повышением частоты до несущей РЧ, имеющей центральную частоту 20 ГГц. Выход каждого повышающего преобразователя 626 соединен с соответствующим усилителем 630 мощности. Выход каждого усилителя 630 соединен с одним из множества антенных входов, таких как входы (например, антенные фидеры, не показаны) одной из антенн 638, 640. Соответственно, каждый из выходов коммутационной матрицы 616 фактически соединен с соответствующим одним из входов антенны. В некоторых вариантах осуществления каждый вход каждой антенны 638, 640 передает пользовательский узкий луч в одну зону 1801 покрытия пользовательских лучей (см. ФИГ. 19). Коммутационная матрица 616 выполнена с возможностью выбора того, какой вход (т.е. двухфазный модулятор 614) с каким выходом (т.е. повышающим преобразователем 626) соединен. Соответственно, когда (или до того, как) сигнал с одного из SAN 602 замирает и ошибки становятся неприемлемыми, коммутационная матрица 616 может соединять вход повышающего преобразователя 626 (т.е. связанный антенный фидер) с SAN 602, который направляет оптический сигнал, не подверженный значительному замиранию. В некоторых вариантах осуществления коммутационная матрица 616 позволяет подавать на входы антенны содержимое, подлежащее мультиплексированию с временным разделением, так чтобы содержимое от конкретного SAN могло быть распределено на более чем один пользовательский узкий луч (т.е. антенный фидер).
[0062] Это означает, что, когда каждая линза 610 принимает сигнал от SAN 602, на который она нацелена, каждый из 64 выходов оптического приемника 622, связанного с этой линзой 610, будет иметь сигнал. В варианте осуществления, в котором каждый антенный вход на антенны 638, 640 передает пользовательский узкий луч в конкретную зону 1801 покрытия пользователя, все из зон 1801 покрытия пользователя будут принимать сигнал (предполагается, что коммутационная матрица 616 сопоставлена таким образом, чтобы соединять каждый вход с одним выходом). Коммутационная матрица 616 выбирает, какой аналоговый выход двухфазного модулятора 614 должен быть соединен с каждым антенным входом (например, передать на каждый фидер антенны 638, 640, имеющей по одному фидеру на луч) (т.е. в каждом пользовательском узком луче). Однако, когда оптический сигнал от конкретного SAN 602 замирает, на все из входов антенны продолжает подаваться сигнал для обеспечения того, чтобы ни одна зона 1801 покрытия пользователя не потеряла покрытие. Временное мультиплексирование сигналов от одного SAN на более чем 64 антенных входа позволяет одному SAN 602 подавать сигналы на более чем 64 зоны 1801 покрытия пользователя. Хотя общая пропускная способность системы снижена, доступность системы для обеспечения каждой зоны покрытия пользователя содержимым улучшена. В системе с оптической фидерной линией связи это является преимуществом. В некоторых вариантах осуществления такое временное мультиплексирование выполняется в течение короткого периода времени, пока линзу 610, которая направлена на SAN 602 со слабой оптической линией связи, перенаправляют на другой SAN, к которому имеется более мощная оптическая линия связи. В целом, матрица 616 может использоваться для временного мультиплексирования аналоговых сигналов с выхода оптического приемника 622 для нескольких пользовательских узких лучей, так чтобы в первый период времени аналоговый сигнал был соединен с первым антенным входом (например, с фидером), передающим пользовательский узкий луч, направленный на первую зону покрытия пользовательских лучей. Во второй период времени аналоговый сигнал соединен со вторым антенным входом (например, с фидером), передающим пользовательский узкий луч во вторую зону покрытия пользовательских лучей.
[0063] После того как линза 610 приняла достаточно мощный оптический сигнал, коммутационная матрица 616 может опять сопоставлять каждый выход с уникальным выходом, обеспечивая взаимно-однозначное соответствие входа и выхода. В некоторых таких вариантах осуществления управление коммутационной матрицей 616 обеспечивается с помощью телеметрического сигнала со станции управления. В большинстве вариантов осуществления, поскольку все 64 ПЧ-сигнала с одного SAN 602 ухудшаются вместе, коммутационная матрица 616 должна быть выполнена лишь с возможностью выбора среди K/64 выходов, где K - количество пользовательских узких лучей, а 64 - количество фотодиодов 612 в одном оптическом приемнике 622. Как указано выше, процесс управления маршрутизацией через спутник для сопоставления SAN 602 с пользовательскими узкими лучами в настоящем документе называется диверсификацией фидерных линий связи. Как будет описано ниже, диверсификация фидерных линий связи может быть достигнута тремя разными способами.
[0064] В некоторых вариантах осуществления спутник 604 имеет больше антенных входов, чем транспондеров (т.е. трактов от оптического приемника к переключателям 634, 636). Это означает, что ограниченное количество транспондеров, в число которых входят усилители 630 мощности (РА), повышающие преобразователи 626 и т.д., могут использоваться для передачи сигналов в относительно большее количество зон покрытия пользовательских лучей. За счет совместного использования транспондеров антенными входами выход с каждого фотодиода 612 может быть мультиплексирован по времени для обслуживания зон покрытия пользовательских лучей, количество которых превышает количество транспондеров, предусмотренных на спутнике 604. В этом варианте осуществления РЧ-переключатели 634 используются для направления выхода РА 630 на разные входы одной или обеих из антенн 638, 640 в разное время. Значения времени координируются таким образом, чтобы информация, присутствующая в сигнале, была предназначена для передачи в зону покрытия пользовательских лучей, на которую направлен вход (т.е. нацелен фидер). Соответственно, один транспондер может использоваться для подачи информации в несколько зон покрытия пользовательских лучей в режиме временного мультиплексирования. Путем настройки переключателей 634, 636 для направления сигнала на конкретную антенну 638, 640 сигнал, принимаемый каждой из линз 610, может быть направлен в конкретный узкий луч. Это обеспечивает гибкость при динамическом распределении пропускной способности системы.
[0065] Переключатели 634, 636 направляют сигнал на входы любой из антенн 638, 640, установленных на спутнике. В некоторых вариантах осуществления выход с переключателей 634, 636 может быть направлен на подмножество антенн. Каждая антенна 638, 640 представляет собою антенну с одним фидером на луч, направленную на конкретную зону покрытия пользовательских лучей, создавая таким образом узкий луч. В альтернативных вариантах осуществления РА 630 могут быть напрямую подсоединены к антенным входам, причем коммутационная матрица 616 определяет, какие из сигналов, детектируемых каждым конкретным фотодиодом 612, в какие зоны покрытия пользовательских лучей будут переданы. Кроме того, даже в тех вариантах осуществления, в которых у спутника равное количество транспондеров и антенных входов, наличие переключателей 634, 636 может снижать уровень сложности коммутационной матрицы 616. Это означает, что при использовании сочетания коммутационной матрицы 616 и переключателей 634, 636 от коммутационной матрицы 616 не требуется соединения каждого входа с каждым выходом. Напротив, входы, выходы матрицы и антенные входы могут быть сгруппированы таким образом, чтобы любой вход группы мог быть соединен только с любым выходом этой же группы. Переключатели 634, 636 могут переключать между антенными входами (т.е. фидерами), чтобы позволить соединять выходы одной группы с антенным входом другой группы.
[0066] Коммутационная матрица 616 может работать статически или в динамическом режиме множественного доступа с временным разделением. В статическом режиме работы конфигурация трактов через коммутационную матрицу 616 по существу остается установленной на относительно длительные периоды времени. Конфигурацию коммутационной матрицы 616 изменяют только для того, чтобы приспособить к относительно долгосрочным изменениям в объеме передаваемого трафика, долгосрочным изменениям в качестве конкретной линии связи и т.д. В отличие от этого, в динамическом режиме множественного доступа с временным разделением коммутационная матрица 616 используется для временного мультиплексирования между разными входами антенны прямой нисходящей линии связи. Соответственно, коммутационная матрица 616 выбирает, какие входы соединять с выходом коммутационной матрицы 616. Этот выбор основан на достаточной мощности входного сигнала для обеспечения того, чтобы количество ошибок, возникающих во время демодуляции сигнала на пользовательском терминале 842, 844, было приемлемым. В некоторых таких вариантах осуществления временное мультиплексирование аналоговых выходных сигналов оптического приемника 622 для разных антенных входов позволяет одному SAN 602 обслуживать более одной зоны покрытия пользовательских лучей. В первый период времени каждый из одного или более сигналов, выводимых из оптического приемника 622, может быть соединен через матрицу с уникальным одним из первого множества антенных входов (т.е. направлен в уникальную одну из первого множества зон покрытия пользовательских лучей). Во второй период времени один или более из этих же сигналов могут быть соединены через матрицу с другими антенными входами (т.е. направлены в другие зоны покрытия пользовательских лучей). Такое временное мультиплексирование аналоговых выходных сигналов 615 из оптического приемника 622 может быть выполнено в ответ на нацеливание одной из линз 610 оптического приемника 622 на «слабый» SAN 602 (т.е. SAN 602, качество оптической линии связи которого ниже порога качества). В таком варианте реализации первый поток данных, первоначально установленный на слабый SAN 602, может быть перенаправлен на «мощный» SAN 602 (т.е. SAN 602, качество оптической линии связи которого выше порога качества). Мощный SAN 602 мультиплексирует по времени эту информацию таким образом, чтобы в течение части времени мощный SAN 602 передавал информацию, направленную в первое множество зон покрытия пользовательских лучей, для направления в которые предназначен первый поток данных. Во второй период времени мощный SAN 602 передает второй поток данных, направленный во второе множество зон покрытия пользовательских лучей. Соответственно, в один период времени информация, достижение которой спутника 604 было бы заблокировано плохой оптической линией связи между слабым SAN 602 и спутником 604, может быть передана на спутник 604 через мощный SAN 602. В течение этого времени линза 610, нацеленная на слабый SAN 602, может быть перенаправлена для нацеливания на мощный SAN 602, который еще не передает на спутник 604. Как указано выше, этот процесс перенаправления информации от слабого SAN к мощному SAN является одним из аспектов диверсификации фидерных линий связи.
[0067] Определяя, когда сигнал фидерной восходящей лини связи испытывает неприемлемое замирание, можно перенаправлять данные с SAN 602, который использует теряющую работоспособность фидерную восходящую линию связи, на SAN 602, у которого сигнал фидерной восходящей линии имеет приемлемый уровень. Благодаря процессу диверсификации фидерных линий связи сигнал, передаваемый через выбранный SAN 602, может быть после этого направлен через коммутационную матрицу 616 в узкий луч, для направления в который предназначены данные.
[0068] Преимущество системы 600 заключается в том, что она относительно проста для реализации в пределах спутника 604. Преобразование двоично-модулированных оптических данных в модулированный BPSK ПЧ-сигнал с помощью фотодиодов 612 и двухфазных модуляторов 614 относительно простое. Такие двухфазные модуляторы относительно простые и недорогие в производстве, требуют относительно мало энергии и могут быть выполнены относительно небольшими и легкими. Однако использование модуляции BPSK в пользовательской нисходящей РЧ-линии 114 связи - не самый эффективный способ использования ограниченного РЧ-спектра. Это означает, что более высокая пропускная способность пользовательской нисходящей РЧ-линии 114 связи (см. ФИГ. 1) может быть получена при использовании в пользовательской нисходящей РЧ-линии 114 связи более плотной схемы модуляции, такой как 16-QAM, вместо BPSK.
[0069] Например, в альтернативном варианте осуществления системы 600, в которой реализовано второе из трех вышеуказанных технических решений, аналоговый сигнал 618, который подлежит передаче по пользовательской нисходящей линии связи, модулируется с помощью более плотной схемы модуляции. Формирование сложной модуляции на аналоговом сигнале 618 требует, чтобы модулятор был очень сложным модулятором, который принимает поток цифровых данных и преобразует поток данных в один или более сложных модулированных сигналов. Сложный модулированный сигнал 618 может представлять собой модуляцию высокого порядка, такую как, например, 64-QAM, 8psk, QPSK. Альтернативно может быть использована любая другая схема модуляции, которая может модулировать символы на несущей ПЧ, где символы представляют более двух логических состояний. Это означает, что двоичная модуляция оптического сигнала по интенсивности дает выходной сигнал 615 оптического приемника 622, обеспечивая электрический сигнал, который имеет двоичную модуляцию, представляющую лежащее в основе содержимое. Чтобы модулировать аналоговый сигнал 618 с помощью более сложной схемы модуляции, такой как 16-QAM, модулятор 614 представляет собой модулятор QAM и, следовательно, выполняет модуляцию QAM ПЧ-сигнала на основании цифрового содержимого, выводимого из фотодиода 612.
[0070] Соответственно, в некоторых вариантах осуществления двухфазный модулятор 614 системы 600 заменяют на модулятор 614 QAM (т.е. модулятор, в котором каждый символ представляет более 2 битов). Соответственно, вместо того, чтобы ограничивать модуляцию ПЧ-сигналов 618 схемой двоичной модуляции (т.е. двумя логическими состояниями), такой как BPSK, модулятор 614 позволяет модулировать ПЧ-сигналы 618 с помощью более плотной схемы модуляции (т.е. схем, в которых символы могут представлять более двух значений, например QAM). Хотя более сложный модулятор QAM обеспечивает более эффективную модуляцию ПЧ-сигналов 618 (QAM по сравнению с BPSK), он сложнее, энергозатратнее, тяжелее и дороже двухфазного модулятора.
[0071] На ФИГ. 7 представлена иллюстрация обратного тракта для системы 600. Пользовательские терминалы 606 передают двоично-модулированный сигнал на спутник 604. Переключатели 402, соединенные с каждым элементом антенны (например, антенн 404, 406, имеющих по одному фидеру на луч), осуществляют выбор между транспондерами спутника, составляющими малошумящий усилитель (МШУ) 408, преобразователем 409 частоты и цифровым декодером 410. Преобразователь 409 частоты преобразует принимаемый из пользовательской восходящей линии связи сигнал, понижая его частоту до ПЧ. Декодер 410 декодирует двоичную модуляцию на принимаемом ПЧ-сигнале. Соответственно, на выходе каждого декодера 410 получается цифровой сигнал. Цифровые декодеры 410 соединены с входами коммутационной матрицы 416. Благодаря коммутационной матрице 416 сигналы, принимаемые по каждому из пользовательских узких лучей, должны быть модулированы на разных оптических линиях связи (т.е. переданы на разные SAN 602) в зависимости от значимости замирания в данный момент в оптической нисходящей линии связи с каждым SAN 602. Выходы коммутационной матрицы 416 соединены с входами оптических передатчиков 607. Каждый оптический передатчик 607 по существу идентичен оптическому передатчику 607, который показан на ФИГ. 6 и описан выше. В некоторых вариантах осуществления, в которых оптический спектр используется по существу таким же образом, как в прямой фидерной линии связи (см. ФИГ. 5), каждый из четырех модулей 608 полосы частот оптического диапазона принимает 16 выходных сигналов от коммутационной матрицы 416, что дает в общей сложности 64 входных сигналов на оптический передатчик 607. В некоторых вариантах осуществления, в которых спутник может принимать оптические сигналы от 8 SAN 602, имеются 8 оптических передатчиков 607, которые могут принимать в общей сложности 512 выходных сигналов от коммутационной матрицы 416. Каждый оптический передатчик 607 выводит оптический сигнал 660. Оптический сигнал 660 принимается линзой 412 в пределах оптического приемника 414 на SAN 602. Оптический приемник 414 и линза 412 по существу идентичны оптическому приемнику 622 и линзе 610 в пределах спутника 604, как описано выше со ссылкой на ФИГ. 4. Соответственно, выходом оптического приемника 414 является поток двоичных данных. Выходной сигнал оптического приемника направляют в информационную сеть, такую как сеть, которая обеспечивает прямой трафик на SAN 602.
[0072] В альтернативном варианте осуществления в обратной линии связи для системы 600 модуляция, используемая в обратной восходящей линии связи от пользовательских терминалов 606 к спутнику 604, является более эффективной схемой модуляции, чем двоичная модуляция. Соответственно, двоичный модулятор 410 представляет собой более сложный модулятор 410. Выходные двоичные данные из демодулятора 410 являются результатом декодирования модулированных символов, модулированных на ПЧ-сигнал пользовательским терминалом 606. Например, если в пользовательской восходящей линии связи использовалась 16-QAM, то выходным сигналом демодулятора будет цифровой поток значений, представленных 16 символами QAM. Двоичный сигнал с выхода преобразователя 502 соединен с входом коммутационной матрицы 416. Как двоичный демодулятор, так и комплексный демодулятор 410 выводят поток цифровых данных, который должен быть использован для выполнения двоичной демодуляции оптического сигнала, передаваемого по фидерной нисходящей линии связи оптическим передатчиком 607.
[0073] На ФИГ. 8 представлено упрощенное схематическое изображение системы 800 для реализации третьего технического решения. В некоторых вариантах осуществления системы 800 SAN 802 принимает прямой трафик в виде сигналов 809 «основной полосы частот», которые соединены с входами преобразователя 1605 основной полосы частот в ПЧ. В некоторых вариантах осуществления семь подканалов 809 основной полосы частот, имеющих ширину 500 МГц, объединяют в ПЧ-сигнал 811 шириной 3,5 ГГц. Каждый из сигналов 811 шириной 3,5 ГГц передают в одну зону 1801 покрытия пользователя. На ФИГ. 9 показана взаимосвязь между подканалами 809 основной полосы частот, ПЧ-сигналами 811 и оптическими сигналами в пределах системы 800.
В число примеров других значений ширины полосы, которые могут быть использованы, входят 500 МГц (т.е. один подканал шириной 500 МГц), 900 МГц, 1,4 ГГц, 1,5 ГГц, 1,9 ГГц, 2,4 ГГц или любая другая подходящая ширина полосы.
[0074] На ФИГ. 10 представлена упрощенная иллюстрация SAN 802, такого как SAN 802, показанный на ФИГ. 8. В некоторых вариантах осуществления имеются 64 преобразователя 1605 основной полосы частот в ПЧ, которые организованы в виде четырех объединителей 1602 ПЧ, каждый из которых содержит 16 преобразователей 1605. Группирование преобразователей 1605 основной полосы частот в ПЧ в пределах преобразователей 1602 ПЧ не показано на ФИГ. 8 для целей упрощения фигуры. Каждый из 64 преобразователей 1605 основной полосы частот в ПЧ имеет S входов, где S - количество подканалов 809. В некоторых вариантах осуществления, в которых подканалы 809 имеют ширину полосы 500 МГц, а сигнал 811 имеет ширину полосы 3,5 ГГц, S равно 7. Каждый вход соединяет один из подканалов 809 с соответствующим преобразователем 1606 частоты. Преобразователи 1606 частоты обеспечивают смещение частоты, позволяющее суммировать подмножество (например, S=7 на ФИГ. 10) подканалов 809 в сумматоре 1608. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления, таких как показанный на ФИГ. 10, SAN 802 обрабатывает 64 канала, каждый шириной 3,5 ГГц. В некоторых вариантах осуществления сигнал шириной 3,5 ГГц может быть центрирован по постоянному току (т.е. с помощью нулевой модуляции ПЧ). Альтернативно сигнал 811 может иметь центр на конкретной РЧ-частоте. В одном конкретном варианте осуществления РЧ-несущая 811 имеет центр на РЧ-частоте нисходящей линии связи (в таком случае на спутнике не понадобятся повышающие преобразователи 626, как дополнительно описано ниже). Выходом 811 каждой суммирующей цепи 1608 является ПЧ-сигнал 811, который соединен с одним из 64 оптических модуляторов 611. 64 оптических модулятора 611 сгруппированы в 4 модуля 608 полосы частот оптического диапазона. Каждый оптический модулятор 611 работает по существу так же, как оптический модулятор 611, который показан на ФИГ. 6 и описан выше. Однако, так как входной сигнал 811 на каждый оптический модулятор 608 является аналоговым сигналом, оптический выходной сигнал каждого оптического модулятора 611 представляет собой модулированный по интенсивности оптический сигнал, имеющий огибающую амплитуды, которая соответствует амплитуде ПЧ-сигнала 811.
[0075] Оптический объединитель 609 объединяет выходные сигналы каждого из 64 оптических модуляторов 611 для формирования мультиплексированного с разделением по длине волны (WDM) составного оптического сигнала 1624. Количество преобразователей 1605 основной полосы частот в ПЧ и количество оптических модуляторов 611 в модуле 608 полосы частот оптического диапазона могут различаться. Как показано на ФИГ. 9, четыре оптических модулятора 611 могут быть выполнены с возможностью вывода оптических сигналов, имеющих длины волн с центром на 1100 нанометрах, 1300 нанометрах, 1550 нанометрах и 2100 нанометрах.
[0076] В системе 800 оптический передатчик 607 (аналогичный оптическому передатчику 607 на ФИГ. 4) излучает РЧ-модулированный составной оптический сигнал 1624. РЧ-модулированный составной оптический сигнал 1624 принимается в пределах спутника 804 линзой 610 (см. ФИГ. 8). Линза 610 может быть направлена на любой из множества SAN 802, выполненных с возможностью передачи оптического сигнала на спутник 804. Выход линзы 610 соединен с входом оптического детектора, такого как фотодиод 612 (например, PIN-диод). Фотодиод 612 детектирует огибающую (т.е. контур интенсивности) оптического сигнала и преобразует огибающую оптического сигнала в электрический сигнал. Так как оптический сигнал модулирован по интенсивности с помощью ПЧ-сигнала 811, получаемый электрический сигнал на выходе фотодиода 612 по существу такой же, как ПЧ-сигнал 811, который был модулирован SAN 802 на составном оптическом сигнале 1624. Фотодиод 612 соединен с усилителем 808. Сигнал с выхода усилителя 808 соединен с входом коммутационной матрицы 616. Коммутационная матрица 616 действует таким же образом, как коммутационная матрица 616, описанная со ссылкой на ФИГ. 4 выше. Соответственно, коммутационная матрица 616 выбирает, какие входы соединять с выходом коммутационной матрицы 616. Выходной сигнал коммутационной матрицы 616 обрабатывается так же, как в системах 600, описанных выше в вариантах осуществления, в которых сигнал 811 находится на нулевой ПЧ. В вариантах осуществления, в которых сигнал 811, выводимый из модуля 607 преобразования основной полосы частот в ПЧ в пределах SAN, находится на частоте, которая будет непосредственно передаваться со спутника 804, поэтому обработка будет такой же, за исключением того, что повышающие преобразователи 626 не требуются.
[0077] На ФИГ. 11 представлена иллюстрация обратной линии связи для системы 800. Обратная линия связи для системы 800 по существу такая же, как показанная на ФИГ. 7. Однако вместо передачи пользовательскими терминалами 606 сигнала, имеющего двоичную модуляцию, пользовательские терминалы 606 передают сигнал, имеющий более эффективную модуляцию (например, 16-QAM, а не QPSK). Соответственно, на выходе не требуется цифровой декодер 410. Понижающий преобразователь 850 преобразует РЧ-частоту, используемую в пользовательской восходящей линии связи, с понижением до соответствующей ПЧ-частоты. В некоторых вариантах осуществления сигнал ПЧ-частоты является нулевым ПЧ-сигналом, который имеет ширину 3,5 ГГц. Выход каждого понижающего преобразователя 850 соединен с входом коммутационной матрицы 416. Следовательно, входы модулятора 652 MZM (см. ФИГ. 6) принимают аналоговый сигнал от коммутационной матрицы 416. Соответственно, выходной сигнал каждого оптического модулятора 611 является модулированным по интенсивности оптическим сигналом, в котором огибающая интенсивности отслеживает сигнал на выходе понижающего преобразователя 850. В некоторых вариантах осуществления оптический модулятор 611 непосредственно модулирует частоты пользовательской восходящей РЧ-линии связи на оптическом сигнале. Соответственно, преобразователь 850 частоты не требуется. В вариантах осуществления, в которых понижающий преобразователь 850 снижает частоту пользовательской восходящей линии связи до нулевого ПЧ-сигнала, объединенный оптический сигнал 660 обрабатывается таким же образом, который описан в отношении ФИГ. 7. В вариантах осуществления, в которых оптический сигнал модулируют частотой пользовательской восходящей линии связи, понижающий преобразователь может быть включен в пределах модема 418 или до соединения сигнала от оптического приемника 414 с модемом 418.
[0078] После описания трех разных технических решений для модуляции сигналов на фидерной линии связи, в каждом из которых используется первая архитектура системы, имеющая спутник, в котором используется коммутационная матрица 616 для обеспечения возможности гибкого назначения принимаемых несущих пользовательским узким лучам, будет представлено описание второй и третей архитектур системы. Вторая архитектура системы содержит спутник с формированием лучей на борту. В третьей архитектуре системы используется наземное формирование лучей.
[0079] На ФИГ. 12 представлено упрощенное схематическое изображение системы 1000, в которой используется техническое решение, показанное на ФИГ. 4 (т.е. модуляция оптической фидерной восходящей линии связи двоичной модуляцией и использование этого двоичного содержимого для модуляции пользовательской нисходящей РЧ-линии связи). Однако в системе 1000 используется вторая архитектура системы, в которой спутник 1004 может выполнять формирование лучей на борту. Система 1000 работает аналогично системе 600, описанной выше. Однако ПЧ-выход каждого двухфазного модулятора 614 соединен с модулем 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя, а не с коммутационной матрицей 616.
[0080] На ФИГ. 13 представлена упрощенная блок-схема модуля 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя, в которой K сигналов 1002 прямого луча принимаются в модуле 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя входным модулем 1052 формирователя лучей. K сигналов 1002 направляются входным модулем 1052 в N-канальный модуль 1054 разделения. N-канальный модуль 1054 разделения разделяет каждый из K сигналов 1002 на N экземпляров каждого сигнала прямого луча, где N - количество элементов в антенной решетке, которая будет использоваться для формирования K пользовательских узких лучей.
[0081] В примере системы, описанном выше в отношении ФИГ. 4, имеются 8 активных SAN, каждый из которых передает оптический сигнал, содержащий 64 оптических канала. Каждый из 64 оптических каналов переносит ПЧ-сигнал шириной 3,5 ГГц (т.е. сигнал прямого луча). Следовательно, имеются 512 сигналов прямого луча (т.е. 8 SAN × 64 ПЧ-сигнала). Соответственно, K=512. В некоторых вариантах осуществления спутник имеет антенную решетку 1008 из 512 элементов решетки. Соответственно, N=512.
[0082] Каждый выход N-канального модуля 1054 разделения соединен с соответствующим входом одного из 512 модулей 1056 присвоения весового коэффициента и суммирования. Каждый из 512 модулей 1056 присвоения весового коэффициента и суммирования содержит 512 цепей 1058 присвоения весового коэффициента. Каждая из 512 цепей 1058 присвоения весового коэффициента присваивает вес (т.е. усиливает и сдвигает по фазе) соответствующему одному из 512 сигналов, выводимых из N-канального модуля 1054 разделения. Взвешенные выходные сигналы из цепей 1058 присвоения весового коэффициента суммируются сумматором 1060 с формированием 512 сигналов 1062 элемента луча. Каждый из 512 сигналов 1062 элемента луча выводится через выходной модуль 1064 формирователя лучей. Как показано на ФИГ. 12, каждый из 512 сигналов 1062 элемента луча из выхода модуля 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя соединен с соответствующим одним из 512 повышающих преобразователей 626. Повышающие преобразователи 626 соединены с РА 630. Каждый выход РА 630 соединен с соответствующим одним из 512 антенных элементов антенной решетки 1008. Антенная решетка может быть любой из: решетки прямого излучения (где каждый антенный элемент непосредственно излучает в желательном направлении), отражателя с многоэлементным облучателем (где каждый антенный элемент облучает отражатель, общий для всех антенных элементов) или антенны любой другой подходящей конфигурации. Сочетание антенной решетки 1008 и модуля 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя также называют антенной с фазированной решеткой.
[0083] Значения относительного веса сигналов, применяемые к элементам в каждом из мест в пределах антенны 1008 с фазированной решеткой, позволят получить множество взвешенных сигналов, накладывающихся друг на друга и, таким образом, согласованно объединяющихся с образованием пользовательского луча.
[0084] Соответственно, посредством применения желательного весового коэффициента ко множеству сигналов 1002 для формирования сигналов 1062 элемента луча на выходе из модуля 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя сигнал 1002, подаваемый к каждому входному сигналу модуля 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя, может быть направлен в одну из множества зон покрытия пользовательских лучей. Так как спутник 1004 может использовать модуль 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя и решетчатую антенну 1008 для направления любого из принимаемых сигналов в любую из зон покрытия пользовательских лучей, информация, которая в противном случае была бы передана по конкретной фидерной восходящей линии связи, испытывающей неприемлемое замирание, может быть направлена на один из других SAN. Соответственно, информация может быть передана на спутник 1004 через SAN 602, который не испытывает неприемлемого замирания, чтобы обеспечить диверсификацию фидерных линий связи, как описано выше в контексте коммутационной матрицы 616. Аналогичное мультиплексирование с временным разделением может быть проведено для передачи сигналов, принимаемых одной из линз 610 в нескольких пользовательских узких лучах, как описано выше.
[0085] Использование спутника 1004 с формированием лучей на борту обеспечивает гибкость, которая допускает диверсификацию фидерных линий связи в отношении сигналов, принимаемых от множества SAN 602. Использование формирования лучей на борту избавляет от необходимости в коммутационной матрице 616, показанной на ФИГ. 4. Аналогичная архитектура может использоваться на обратных трактах (т.е. в пользовательской восходящей линии связи и фидерной нисходящей линии связи). Это означает, что наземные пользовательские терминалы 606 передают РЧ-сигнал в восходящем направлении на спутник 1004 по пользовательской восходящей линии связи. Приемные элементы в антенной решетке 1008 принимают РЧ-сигнал. Модуль 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя присваивает весовые коэффициенты принятым сигналам, принимаемым каждым приемным элементом антенны 1008, для создания приемного луча. Выходной сигнал модуля 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя преобразуют с понижением частоты от РЧ до ПЧ.
[0086] В некоторых вариантах осуществления повышающие преобразователи 626 размещены на входе модуля 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя, а не на выходах. Таким образом, РЧ-сигналы (например, сигналы 20 ГГц) получают весовые коэффициенты и суммируются. После этого сигналы элемента луча передают через каждый из элементов антенной решетки.
[0087] В некоторых вариантах осуществления спутник имеет несколько модулей присвоения весового коэффициента/объединителя (не показаны для простоты). Входы каждого модуля присвоения весового коэффициента/объединителя соединены с одним или более оптическими приемниками 622. В некоторых вариантах осуществления все из выходов одного оптического приемника 622 соединены с одним модулем присвоения весового коэффициента/объединителя. Каждый модуль присвоения весового коэффициента/объединителя формирует N выходных сигналов. N выходных сигналов от каждого модуля присвоения весового коэффициента/объединителя взаимно-однозначно соединены с элементами одной N-элементной антенной решетки (для простоты показана только одна). Соответственно, между антенными решетками 1008 и модулями 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя существует взаимно-однозначное соответствие.
[0088] В некоторых вариантах осуществления вторая архитектура, показанная на ФИГ. 12 (т.е. формирование лучей на борту), используется с модулятором 614 QAM аналогично системе 600. Однако спутник 1104 формирует лучи на борту.
[0089] На ФИГ. 14 представлено упрощенное схематическое изображение системы 1200, в которой используется техническое решение, описанной со ссылкой на ФИГ. 8, в котором оптический сигнал РЧ-модулируется на SAN 802. Однако архитектура спутника аналогична архитектуре, показанной на ФИГ. 12 и 11, в том, что спутник 1204 имеет возможность формирования лучей на борту. SAN 802, линзы 810, оптические детекторы (такие как фотодиоды 812), усилители 613 и повышающие преобразователи 626 - все аналогичны описанным в отношении ФИГ. 8. Однако модуль 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя и решетчатая антенна 1008 аналогичны описанным в отношении ФИГ. 10, 10А и 11. Аналогично архитектуре, описанной на ФИГ. 12, модуль 1006 присвоения весового коэффициента/объединителя и решетчатая антенна 1008 позволяют спутнику 1004 передавать содержимое сигналов, принимаемых от одного или более из SAN 802, в любую из зон покрытия пользовательских лучей, таким образом обеспечивая диверсификацию фидерных линий связи. Следовательно, если одна или более из фидерных восходящих линий связи от SAN 802 имеет неприемлемое замирание, содержимое, которое в противном случае было бы направлено по этой фидерной восходящей линии связи, вместо этого может быть направлено через один из других SAN 802 с помощью фидерной восходящей линии связи, которая не испытывает неприемлемого замирания.
[0090] На ФИГ. 15 представлена иллюстрация прямой линии связи спутниковой системы 1400 связи, в которой используется третья архитектура системы (т.е. наземное формирование лучей), включающая в себя оптическую прямую восходящую линию 1402 связи и радиочастотную прямую нисходящую линию 1404 связи. В некоторых вариантах осуществления система 1400 включает в себя наземный формирователь 1406 лучей прямой линии связи, спутник 1408 и относительно большое количество (М) SAN 1410 для создания обладающей относительно высокой пропускной способностью высоконадежной системы для связи с пользовательскими терминалами 806, расположенными в пределах 512 зон 1801 покрытия пользовательских лучей (см. ФИГ. 19, которая подробно описана ниже). На протяжении всего описания системы 1400 количество SAN 1410, показанных в примере, М=8. Однако М=8 является лишь удобным примером и не предназначено для ограничения раскрытой системы, такой как система 1400, конкретным количеством SAN 1410. Аналогичным образом, в примере системы 1400 показаны 64 оптических канала. Точно так же антенная решетка показана с 512 элементами. Как указано выше, конкретные частоты, длины волн, элементы антенной решетки и количества аналогичных параллельных каналов, компонентов, устройств, зон покрытия пользовательских лучей и т.д. не следует воспринимать как ограничение того, каким образом могут быть реализованы раскрытые системы, за исключением тех случаев, когда такое ограничение явно указано в прилагаемой формуле изобретения.
[0091] Прямой трафик (т.е. входной сигнал 1407 прямого луча), подлежащий передаче через систему 1400, первоначально подается из источника, такого как Интернет, в формирователь 1406 лучей через распределительное оборудование, такое как корневой узел или аналогичный объект (не показан). Помимо выполнения других функций распределительное оборудование может управлять назначением частотных и/или временных интервалов для передач на отдельные пользовательские терминалы и группировать вместе данные, предназначенные для передачи в конкретные лучи. Входные сигналы 1407 на формирователе 1406 лучей (или некоторая часть информации, переносимой входным сигналом 1407 прямого луча) могут представлять потоки данных (или модулированные потоки данных), направляемые в каждый из 512 пользовательских лучей. В одном варианте осуществления каждый из 512 входных сигналов 1407 прямого луча представляет собой ПЧ-сигнал шириной 3,5 ГГц. В некоторых вариантах осуществления входной сигнал 1407 прямого луча является составной несущей шириной 3,5 ГГц, которая соединена с входом формирователя 1406 лучей.
[0092] Каждый из входных сигналов 1407 прямого луча «направляется» в зону 1801 покрытия пользовательских лучей формирователем 1406 лучей. Формирователь 1406 лучей направляет входной сигнал 1407 прямого луча в конкретную зону 1801 покрытия пользовательских лучей, применяя весовые коэффициенты лучей к 512 входным сигналам 1407 прямого луча для формирования множества из сигналов 1409 элемента луча (как дополнительно описано ниже в отношении ФИГ. 16). Как правило, N больше или равно K. В некоторых вариантах осуществления N=512 и K=512. 512 сигналов 1409 элемента луча усиливают и преобразуют по частоте для образования сигналов 1411 элемента РЧ-луча. Каждый передается от элемента N-элементной (т.е. 512-элементной) антенной решетки 1416. Сигналы 1411 элемента РЧ-луча накладываются друг на друга в пределах зоны 1801 покрытия пользовательских лучей. В результате наложения передаваемых сигналов 1411 элемента РЧ-луча образуются пользовательские лучи в пределах зон 1801 покрытия пользовательских лучей.
[0093] В некоторых вариантах осуществления 512 сигналов 1409 элемента луча делят между несколькими SAN 1410. Соответственно, подмножество сигналов 1409 элемента луча (например, 512/8) соединяют с каждым SAN 1410, где 8 - количество SAN 1410. Таким образом, сочетание из 8 SAN 1410 будет передавать 512 сигналов 1409 элемента луча от формирователя 1406 лучей на спутник 1408. В некоторых вариантах осуществления формирователь 1406 лучей находится в одном месте с одним из SAN 1410. Альтернативно формирователь 1406 лучей находится в другом месте. Более того, в некоторых вариантах осуществления формирователь 1406 лучей может быть распределен по нескольким местам. В одном таком варианте осуществления часть формирователя 1406 лучей находится в одном месте с каждым SAN 1410. Каждая такая часть формирователя 1406 лучей принимает весь прямой трафик 1407, но применяет весовые коэффициенты лучей только к тем 64 (т.е. 512/8) сигналам 1409, которые подлежат передаче на SAN 1410, который находится в одном месте с этой частью формирователя 1406 лучей. В некоторых вариантах осуществления предусмотрены несколько формирователей лучей (не показаны для простоты). Каждый формирователь лучей формирует N выходных сигналов (т.е. сигналов элемента луча). N сигналов элемента луча будут взаимно-однозначно соединены с элементами одной N-элементной антенной решетки на спутнике 1408 (для простоты показана только одна). Соответственно, между антенными решетками 1416 и формирователями 1406 лучей существует взаимно-однозначное соответствие. В некоторых вариантах осуществления, в которых все из элементов луча от одного формирователя 1406 лучей передают на спутник 1408 через один SAN 1410, нет потребности в координировании синхронизации передач с других SAN 1410. Альтернативно в вариантах осуществления, в которых элементы луча с выходов одного формирователя 1406 лучей передают на спутник 1408 через разные SAN, синхронизация сигналов элемента луча учитывается с помощью средств управления синхронизацией, которые дополнительно описаны ниже.
[0094] Фазовое соотношение между каждым из сигналов 1411 элемента РЧ-луча, передаваемых с каждого из N элементов антенной решетки 1416, и относительная амплитуда каждого из них определяют, будут ли сигналы элемента луча правильно наложены для формирования лучей в пределах желательных зон 1801 покрытия пользовательских лучей. В некоторых вариантах осуществления, где имеются 8 SAN 1410 (т.е. М=8), каждый SAN 1410 принимает 64 сигнала 1409 элемента луча.
[0095] Чтобы поддерживать фазовое и амплитудное соотношение каждого из 512 сигналов 1411 элемента РЧ-луча друг с другом, формирователь 1406 лучей в дополнение к N сигналам 1409 элемента луча выводит 8 пилот-сигналов 1413 синхронизации, по одному на каждый SAN 1410. Каждый пилот-сигнал 1413 синхронизации совмещается с другими пилот-сигналами синхронизации при передаче из формирователя 1406 лучей на каждый SAN 1410. Кроме того, амплитуду каждого пилот-сигнала 1413 синхронизации делают одинаковой.
[0096] На ФИГ. 16 представлена подробная иллюстрация формирователя 1406 прямых лучей. Формирователь 1406 прямых лучей принимает 512 сигналов 1407 прямого луча, представляющих прямой трафик, подлежащий направлению через систему 1400. Сигналы 1407 принимаются матричным умножителем 1501. Матричный умножитель 1501 содержит входной модуль 1502 формирователя лучей, 512-канальный модуль 1504 разделения и 512 модулей 1506 присвоения весового коэффициента и суммирования. Могут использоваться другие компоновки, реализации или конфигурации матричного умножителя. Каждый из 512 сигналов 1407 прямого луча предназначен для приема в пределах соответствующей одной из 512 зон 1801 покрытия пользовательских лучей. Соответственно, между 512 зонами 1801 покрытия пользовательских лучей и 512 сигналами 1407 прямого луча существует взаимно-однозначное соответствие. В некоторых вариантах осуществления распределительное оборудование (например, корневой узел), которое обеспечивает прямой трафик на формирователь 1406 лучей, гарантирует, что информация, подлежащая передаче в конкретную зону 1801 покрытия пользовательских лучей, включена в пределах входного сигнала 1407 прямого луча, соответствующего зоне 1801 покрытия пользовательских лучей.
[0097] 512-канальный модуль 1504 разделения делит каждый из 512 сигналов 1407 прямого луча на 512 идентичные сигналов, что дает 512×512 (т.е. N×K) сигналов на выходе 512-канального модуля 1504 разделения. Когда N равно 512 и Нравно 512, на выходе модуля 1504 разделения 512×512=524 288 сигналов. 512 уникальных сигналов с выхода модуля 1504 разделения соединяют с каждым из 512 модулей 1506 присвоения весового коэффициента и суммирования. Сигналам, соединенным с каждым из модулей 1506 присвоения весового коэффициента и суммирования, присваивают весовые коэффициенты (т.е. сдвигают по фазе и регулируют амплитуду) в соответствии с весовыми коэффициентами луча, рассчитанными генератором 1508 весовых коэффициентов прямого луча. Все из 512 сигналов с присвоенным весовым коэффициентом, соответствующих одному элементу N решетки, суммируют в одном из 512 сумматоров 1512.
[0098] Так как каждая группа из 64 выходных сигналов из сумматоров 1512 будет соединена с разным одним из 8 SAN 1410 и передана им, предусмотрен модуль 1514 синхронизации. Модуль 1514 синхронизации регулирует время направления сигналов 1409 элемента луча из формирователя лучей, чтобы гарантировать поступление каждой группы из 64 сигналов 1409 элемента ПЧ-луча в зону 1801 покрытия пользовательских лучей в надлежащее время, гарантируя, таким образом, что наложение сигналов 1409 приведет к надлежащему образованию пользовательского луча. Альтернативно весовые коэффициенты прямого луча могут быть сформированы с учетом различий длин и характеристик трактов от каждого SAN 1410 на спутник 1408. Соответственно, сигнал 2122 будет соединен с генератором 1508 весовых коэффициентов прямого луча. В некоторых вариантах осуществления модуль 1514 синхронизации формирует пилот-сигнал 1413 синхронизации, передаваемый из формирователя 1406 прямых лучей на каждый SAN 1410. В некоторых вариантах осуществления формируют один пилот-сигнал 1413 синхронизации, разделяют его на 8 экземпляров равной амплитуды и направляют по одному экземпляру на каждый SAN 1410. Альтернативно амплитуда экземпляров может представлять собой заданное соотношение. При условии что соотношение пилот-сигналов 1413 синхронизации известно, сигналы 1411 элемента РЧ-луча могут быть уравнены так, чтобы гарантировать, что они наложатся друг на друга с образованием желательных пользовательских узких лучей. В некоторых вариантах осуществления, в которых коррекции совмещения выполняются в модуле 1514 синхронизации в пределах формирователя 1406 лучей, каждый SAN 1410 возвращает сигнал 2122, полученный из сигнала 1419 коррекции синхронизации SAN, на вход управления синхронизацией формирователя лучей, чтобы обеспечивать для формирователя 1406 обратных лучей возможность определять поправки на совмещение сигналов на каждый SAN 1410. В некоторых вариантах осуществления затем сигналы 1419 коррекции синхронизации SAN используются модулем 1514 синхронизации для регулировки синхронизации сигналов 1409 элемента луча. В других вариантах осуществления сигнал 1419 коррекции синхронизации SAN используется генератором 1508 весовых коэффициентов прямого луча для регулировки весовых коэффициентов луча с целью учета различий в трактах от формирователя 1406 лучей через каждый из SAN 1410 на спутник 1408. Как указано выше, альтернативно поправки на совмещение могут быть выполнены в каждом SAN 1410.
[0099] После того как сигналам 1409 элемента луча были присвоены надлежащие весовые коэффициенты и выполнены любые необходимые регулировки синхронизации, каждый из 512 сигналов 1409 соединяют с одним из SAN 1410. Это означает, что каждый из 8 SAN 1410 принимает 64 сигнала 1409 элемента луча (т.е. 512/8) от формирователя 1406 прямых лучей. Оптический передатчик 1401 в пределах каждого SAN 1410 принимает, мультиплексирует и модулирует эти 64 сигнала 1409 элемента луча, которые он принимает, на оптическую несущую.
[00100] На ФИГ. 17 представлена иллюстрация оптического передатчика 1401, используемого в некоторых вариантах осуществления системы 1400. Оптический передатчик 1401 аналогичен оптическому передатчику 607, описанному выше в отношении ФИГ. 10. Однако входные сигналы 1409 различаются, так как формирователь 1406 лучей присвоил им весовые коэффициента луча. Более того, пилот-сигнал 1413 синхронизации, обеспечиваемый формирователем 1406 лучей, соединен с оптическим модулятором 611 и модулируется на оптическую несущую в пределах той же полосы, что и полоса других оптических модуляторов 611 в пределах одного модуля 1403 полосы частот оптического диапазона, который определяется длиной волны источника 654 света в пределах этого оптического модулятора 608. В некоторых вариантах осуществления каждый модуль 1403 полосы частот оптического диапазона идентичен. Однако модуляцию пилот-сигнала 1413 синхронизации требуется выполнять в одном таком модуле 1403 полосы частот оптического диапазона. Альтернативно, как показано на ФИГ. 17, только один модуль 1403 полосы частот оптического диапазона выполнен с возможностью модуляции пилот-сигнала 1413 синхронизации. Другие модули 608 полосы частот оптического диапазона могут быть аналогичны модулю 608 полосы частот оптического диапазона, показанному на ФИГ. 6 и описанному выше. В любом варианте осуществления в системе, в которой каждый из 8 SAN 1410 принимает 64 сигнала 1409 элемента луча и модулирует их на 16 оптических каналах в пределах 4 разных полос частот оптического диапазона, как показано на ФИГ. 5, в пределах оптического передатчика 1401 в каждом SAN 1410 имеются четыре модуля полосы частот оптического диапазона.
[00101] Пилот-сигнал 1413 синхронизации следует по тому же тракту к спутнику, что и сигналы 1409 элемента ПЧ-луча. Следовательно, путем сравнения времени прибытия на спутник 1408 пилот-сигналов синхронизации, направленных с каждого SAN 1410, можно определить разницы во времени прибытия сигналов элементов ПЧ-луча, сформировать поправки на сигналы и передать их на каждый SAN 1410. Как и в оптическом передатчике 607, оптические каналы 915 с выхода каждого оптического модулятора 611, показанные на ФИГ. 17, объединяют в оптическом объединителе 609. Составной оптический сигнал 1624 излучается из оптической линзы 2002 в пределах оптического передатчика 1401. Оптическая линза 2002 работает как передатчик оптического сигнала, выполненный с возможностью передачи оптического сигнала на спутник 1408.
[00102] Составной оптический сигнал 1624 с каждого из SAN 1410, состоящий из 64 сигналов 1409 элемента луча и пилот-сигнала 1413 синхронизации, передают на спутник 1408 по оптической прямой восходящей линии 1402 связи и принимают одним из 8 оптических приемников 1412 в пределах спутника 1408. Каждый из 8 оптических приемников 1412 в пределах спутника 1408 демультиплексирует 64 оптических канала 915 из составного оптического сигнала 1624.
[00103] Компоненты спутника 1408 (см. ФИГ. 15) более подробно показаны на ФИГ. 18. Спутник 1408 принимает и передает по прямой линии связи в соответствии с некоторыми вариантами осуществления системы, в которой используется наземное формирование лучей, как указано выше со ссылкой на ФИГ. 15. В число компонентов прямой линии связи спутника 1408 входят 8 оптических приемников 1412, 8 модулей 1414 усилителя/преобразователя и 512-элементная антенная решетка 1416. В некоторых вариантах осуществления системы 1400, аналогичных вариантам осуществления, показанным на ФИГ. 9, 13 и 16, в которых имеются 8 SAN (т.е. М=8), принятый составной сигнал 1624 содержит 64 оптических канала, каждый из которых разделен на 4 полосы по 16 каналов, каждая из которых несет ПЧ-канал шириной 3,5 ГГц. Более того, имеются K=512 зон 1801 покрытия пользовательских лучей и N=512 элементов в антенной решетке. Как уже было указано в настоящем описании, эти количества представлены только для примера и для простоты описания.
[00104] Каждый оптический приемник 1412 связан с соответствующим модулем 1414 усилителя/преобразователя. Каждый оптический приемник 1412 содержит модуль 1701 линзы и множество оптических детекторов, таких как фотодиоды 1703. Модуль линзы 1701 содержит линзу 1702 (которая в некоторых вариантах осуществления может быть аналогична линзе 610, описанной выше в отношении ФИГ. 4), оптический демультиплексор 1704, множество оптических демультиплексоров 1706 и множество выходных линз 1708.
[00105] Во время работы составной оптический сигнал 1624 принимают с каждого из 8 SAN 1410. Для приема каждого составного оптического сигнала 1624 предусмотрена линза 1702. В некоторых вариантах осуществления линзы 1702 могут быть сфокусированы (в некоторых вариантах осуществления - механически нацелены) на SAN 1410, с которого линза 1702 должна принимать составной оптический сигнал 1624. Позднее линза 1702 может быть перефокусирована для нацеливания на другой SAN 1410. Так как линзы 1702 могут быть сфокусированы для приема составного оптического сигнала 1624 с одного из нескольких SAN 1410, спутник 1408 может принимать сигналы с 8 SAN 1410, выбираемых среди большего количества 8 + XSAN 1410. В некоторых вариантах осуществления Х=24. Следовательно, информацию, предназначенную для передачи в зоны 1801 покрытия пользовательских лучей, в системе могут принимать 32 разных SAN 1410. Однако из 32 SAN 1410 выбирают только восемь, чтобы иметь передаваемую информацию, которую будет принимать спутник 1408.
[00106] Ниже будет подробно описан тракт сигнала одного из составных оптических сигналов 1624 через прямую линию связи спутника 1408. Следует понимать, что каждый из 8 трактов сигнала, преодолеваемых 8 принимаемыми составными оптическими сигналами 1624 через прямую линию связи спутника 1408, работают идентично. Составной оптический сигнал 1624, который принимает линза 1702, направляют в оптический демультиплексор 1704. В системе, в которой используется схема модуляции, показанная на ФИГ. 9, оптический демультиплексор 1702 разделяет составной оптический сигнал 1624 на четыре полосы 907, 909, 911, 913 (см. ФИГ. 9). Это означает, что оптический демультиплексор 1704 разделяет составной оптический сигнал 1624 на четыре длины оптической волны, на которых сигналы 1407 элемента луча были модулированы SAN 1410, направившим составной оптический сигнал 1624. Каждый из оптических выходов оптического демультиплексора 1704 соединен с соответствующим оптическим демультиплексором 1706. Каждый из четырех оптических демультиплексоров 1706 выводит 512/(4×8) оптических сигналов, что дает в общей сложности 4×(512/(4×8)=512/8=64 оптических сигналов. Каждый из 16 оптических сигналов с выхода четырех мультиплексоров 1706 направляют на выходную линзу 1708. Каждая из выходных линз 1708 фокусирует соответствующий оптический сигнала на соответствующем фотодетекторе, таком как фотодиод 1703. Каждый фотодиод 1703 детектирует огибающую амплитуды оптического сигнала, подаваемого на его вход, и выводит сигнал 1418 элемента луча РЧ-передачи, соответствующий детектированной огибающей амплитуды. Соответственно, сигналы 1418 элемента луча РЧ-передачи на выходе из оптических приемников 1412 являются по существу сигналами 1409 элемента луча, которые были модулированы на оптических сигналах SAN 1410.
[00107] Затем выходные РЧ-сигналы соединяются с модулем 1414 усилителя/преобразователя. Модуль 1414 усилителя/преобразователя содержит 512/8 трактов сигнала. В некоторых вариантах осуществления каждый тракт сигнала содержит малошумящий усилитель (МШУ) 1710, преобразователь 1712 частоты и РА 1714. В других вариантах осуществления тракт сигнала содержит только преобразователь 1712 частоты и РА 1714. В других вариантах осуществления тракт сигнала содержит только РА 1714 (преобразователь 1712 частоты может быть опущен, если сигналы фидера, создаваемые SAN, уже находятся на желательной частоте прямой нисходящей линии связи). Преобразователь 1712 частоты преобразует по частоте сигналы 1418 элемента луча РЧ-передачи до частоты несущей прямой нисходящей линии связи. В некоторых вариантах осуществления выходом каждого повышающего преобразователя 1712 является РЧ-несущая с центральной частотой 20 ГГц. Каждый из 512 выходов 8 модулей 1414 усилителя/преобразователя соединен с соответствующим одним из 512 элементов 512-элементной антенной решетки 1416. Таким образом, антенная решетка 1416 передает 512 сигналов 1718 элемента луча прямой нисходящей линии связи.
[00108] На ФИГ. 19 представлена иллюстрация зон 1801 покрытия пользовательских лучей, сформированных на континентальной части США в соответствии с некоторыми вариантами осуществления. В других вариантах осуществления зоны покрытия пользовательских лучей могут находиться в других местах, с другим расстоянием между ними и схемами расположения. В некоторых вариантах осуществления, таких как варианты осуществления, показанные на ФИГ. 4, 8 и 12, каждый фидер антенны сфокусирован для направления пользовательского узкого луча на одну зону покрытия пользовательских лучей. В других вариантах осуществления, таких как показанные на ФИГ. 10, 11, 12, 14 и 14А, 512 сигналов 1718 элемента луча прямой нисходящей линии связи наложены друг на друга с образованием пользовательских лучей, направленных на зоны 1801 покрытия пользовательских лучей. Как показано на ФИГ. 19, зоны покрытия пользовательских лучей распределены по зоне обслуживания спутника, которая по существу больше зон 1801 покрытия пользовательских лучей. 512-элементная антенная решетка 1416 передает сигналы 1411 элемента РЧ-луча по прямой нисходящей линии связи 1404 в каждую из 512 зон 1801 покрытия пользовательских лучей. Пользовательские терминалы 806 в пределах каждой зоны 1801 покрытия пользовательских лучей принимают пользовательский луч, направленный в эту конкретную зону 1801 покрытия пользовательских лучей, посредством наложения сигналов 1411 элемента РЧ-луча, передаваемых от каждого из 512 элементов 512-элементной антенной решетки 1416.
[00109] В дополнение к сигналам 1418 элемента ПЧ-луча с выхода каждого оптического приемника 1412 каждый оптический приемник 1412 демультиплексирует сигнал 1415 синхронизации спутниковой связи из составного оптического сигнала 1624. Сигнал 1415 синхронизации спутниковой связи получают на выходе каждого приемника 1412 и соединяют с соответствующим модулем 1414 усилителя/преобразователя. МШУ 1710 в пределах модуля 1414 усилителя/преобразователя усиливает сигнал 1415 синхронизации спутниковой связи. Выход 1416 МШУ 1710 соединен с соответствующим модулем 1417 синхронизации спутниковой связи. В некоторых вариантах осуществления модуль 1417 синхронизации спутниковой связи сравнивает сигнал 1415 синхронизации спутниковой связи, принимаемый каждым оптическим приемником 1412, чтобы определить, согласованы ли они. Модуль 1417 синхронизации спутниковой связи выводит 8 сигналов 1419 коррекции синхронизации SAN для возврата по одному сигналу на каждый из 8 SAN 1410. В некоторых вариантах осуществления каждый сигнал 1419 коррекции синхронизации SAN соединен с входом обратного модуля 1904 усилителя/преобразователя (см. ФИГ. 24). Каждый сигнал 1419 коррекции синхронизации SAN усиливают, преобразуют по частоте до частоты прямой нисходящей линии связи и соединяют с входом одного из 8 оптических передатчиков 1401 в пределах спутника 1408, аналогичных оптическому передатчику 1401, предусмотренному в SAN 1410. В некоторых вариантах осуществления «один из восьми» является ссылкой на остальные семь. Соответственно, коррекцию не применяют к синхронизации сигналов, передаваемых с SAN 1410, с которого был направлен опорный сигнал синхронизации спутниковой связи. Поэтому сигнал 1419 коррекции синхронизации SAN на этот SAN 1410 не направляют. Сигнал 1419 коррекции синхронизации SAN модулируют на каждом составном оптическом сигнале, передаваемом спутником 1408 на каждый SAN 1410.
[00110] Каждый сигнал 1419 коррекции синхронизации SAN обеспечивает информацию о тактовой синхронизации, указывающую, насколько рассогласован пилот-сигнал 1413 синхронизации относительно других пилот-сигналов синхронизации (например, опорного сигнала 1415 синхронизации спутниковой связи). В некоторых вариантах осуществления информацию о синхронизации передают через SAN 1410 на модуль 1514 синхронизации (см. ФИГ. 16) в формирователе 1406 лучей. Модуль 1514 синхронизации регулирует согласованность элементов луча перед их направлением на каждый SAN 1410. Альтернативно информация о тактовой синхронизации используется каждым SAN 1410 для регулировки синхронизации передач от SAN 1410 с целью гарантии согласованного поступления на спутник 1408 сигналов 1411 элемента РЧ-луча с каждого SAN 1410. На ФИГ. 20 представлена иллюстрация оптического передатчика 1460, имеющего модуль 1462 синхронизации для регулировки синхронизации сигналов 1409 элемента луча и пилот-сигнала 1413 синхронизации. Модуль 1462 синхронизации принимает сигнал 1464 управления синхронизацией со спутника 1408 по обратной нисходящей линии связи (дополнительно описанной ниже). Модуль синхронизации применяет соответствующую задержку к сигналам 1409, 1413 для приведения сигналов, передаваемых SAN 1410, в согласование с сигналами, передаваемыми другими SAN 1410 системы 1400.
[00111] В альтернативном варианте осуществления регулировки синхронизации могут быть применены к сигналам 1411 элемента РЧ-луча в пределах спутника на основании сигналов управления, формируемых модулем 1417 синхронизации спутника. В некоторых таких вариантах осуществления сигналы управления управляют программируемыми задержками, которые применяются в тракте сигнала между оптическим приемником 1412 и антенной решеткой 1416 к каждому сигналу 1411 элемента РЧ-луча.
[00112] В альтернативном варианте осуществления по меньшей мере два из сигналов 1415 синхронизации спутниковой связи передают со спутника обратно на каждый SAM 1410. Первый является обычным сигналом 1415 синхронизации спутниковой связи, который передают обратно на все из SAN. Это означает, что один из принятых сигналов 1415 синхронизации спутниковой связи выбирают в качестве стандартного, с которым согласовывают все остальные. Второй является закольцованным сигналом 1415 синхронизации спутниковой связи. Посредством сравнения обычного сигнала 1415 синхронизации спутниковой связи с закольцованным сигналом 1415 синхронизации спутниковой связи каждый SAN 1410 может определять величину регулировки, необходимую для согласования двух сигналов и, следовательно, для согласования сигналов 1418 элементов ПЧ-луча с каждого SAN 1410 в пределах спутника 1408.
[00113] На ФИГ. 21 представлена система 1450, в которой каждый из K входных сигналов 1452 прямого луча содержит 5 подканалов шириной 500 МГц. В некоторых вариантах осуществления K=512 и S=7. Например, в некоторых вариантах осуществления в одну зону 1801 покрытия пользователя передают семь подканалов шириной 500 МГц. На ФИГ. 22 показан формирователь 1300 лучей, в котором входные сигналы 1452 прямого луча содержат семь подканалов шириной 500 МГц, каждый из которых соединен с уникальным входом формирователя 1300 лучей. Соответственно, как указано выше, подканалы могут быть сформированы в лучи после объединения в ПЧ-несущую, как показано на ФИГ. 14, 15. Альтернативно, как показано на ФИГ, 14А, 13, подканалы 1452 могут быть сформированы в лучи с помощью формирователя 1300 лучей до объединения. Соответственно, формирователь 1300 лучей выводит 5×N сигналов элемента луча, причем (5×N)/M таких сигналов элемента луча направляются на каждый SAN 1410. В примере системы 1450 S=7, N=512 и М=8. Как указано выше, эти количества представлены в качестве удобного примера и не предназначены для ограничения систем, таких как система 1450, данными конкретными значениями.
[00114] На ФИГ. 22 представлена упрощенная блок-схема формирователя 1300 лучей, в которой каждая несущая содержит 5 подканалов 1452, где S=7. Каждый из подканалов 1452 представлен в виде независимого входа матричного умножителя 1301 в пределах формирователя 1300 лучей. Следовательно, 512×7 подканалов 1452 являются входами матричного умножителя 1301, где формируются 512 пользовательских узких лучей, а 7 - количество подканалов в каждой несущей; то есть K=512 и S=7. 512-канальный разделитель 1304 принимает каждый из 512×7 подканалов 1407, где 512 -количество элементов в антенной решетке 1416. Альтернативно N может быть любым количеством антенных элементов. Каждый подканал 1452 разделяют на 512. Соответственно, 512×512×7 сигналов выводят из разделителя 1304 в трехмерную матрицу. Сигналам с 1, 1, 1 по 1, K, 1 (т.е. 1, 512, 1, где K=512) присваивают весовые коэффициенты и суммируют их в модуле 1306 присвоения весового коэффициента и суммирования. Аналогичным образом сигналам с 1, 1, 7 по 1, 512, 7 присваивают весовые коэффициенты и суммируют их в модуле 1313 присвоения весового коэффициента и суммирования. Точно так же каждый из остальных модулей присвоения весового коэффициента и суммирования принимает выходные сигналы из разделителя 1304, присваивает им весовые коэффициенты и суммирует их. 512×7 выходов модулей 1306, 1313 присвоения весового коэффициента и суммирования соединены с входами модуля 1514 синхронизации. Модуль синхронизации функционирует по существу точно так же, как модуль 1514 синхронизации формирователя 1406 лучей, описанный выше. Формирователь 1300 лучей выводит 512×7 сигналов 1454 элемента луча на SAN 1410. Каждый из 8 SAN 1410 содержит ПЧ-объединитель 1602.
[00115] На ФИГ. 23 представлена иллюстрация SAN 1456 системы 1450. В некоторых вариантах осуществления первый преобразователь 805 основной полосы частот в ПЧ работает аналогично преобразователю 805 основной полосы частот в ПЧ, описанному выше в отношении ФИГ. 10. Преобразователь 805 выводит сигнал 811, который представляет собой объединение семи сигналов 1454 элемента луча шириной 500 МГц. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из преобразователей 1605 основной полосы частот в ПЧ содержит дополнительный преобразователь 1607 частоты. Дополнительный преобразователь 1607 частоты принимает пилот-сигнал 1413 синхронизации из формирователя 1300 лучей. Пилот-сигнал 1413 синхронизации объединяют вместе с подканалами 1452 элемента луча и соединяют с оптическим передатчиком 607. Каждый из ПЧ-сигналов 811, соединенный с оптическим передатчиком 607, объединяют в оптическом объединителе 609 каждого SAN 1410 с образованием передаваемого составного оптического сигнала 1624. Пилот-сигнал 1413 синхронизации соединен с входом преобразователя 1607 частоты. Преобразователь 1607 частоты помещает пилот-сигнал синхронизации на частоту, которая позволяет суммировать его с сигналами 1454 элемента луча с помощью сумматора 1608. Альтернативно пилот-сигнал 1413 синхронизации может быть непосредственно соединен с дополнительным оптическим модулятором 1610, предназначенным для модуляции пилот-сигнала 1413 синхронизации. Выходной сигнал дополнительного модулятора 1610 соединяют с объединителем 609 и объединяют с другими сигналами в уникальном оптическом канале, предназначенном для пилот-сигнала синхронизации.
[00116] На ФИГ. 24 представлена иллюстрация обратной линии связи для системы 1400 с наземным формированием лучей. Пользовательские терминалы 806, находящиеся в пределах множества из 512 зон 1801 покрытия пользовательских лучей, передают РЧ-сигналы на спутник 1408. 512-элементная антенная решетка 1902 на спутнике 1408 (которая может быть или не быть такой же, как антенная решетка 1416) принимает РЧ-сигналы с пользовательских терминалов 806. 512/8 выходов 512-элементной антенной решетки 1902 соединены с каждым из 8 модулей 1904 усилителя/преобразователя. Это означает, что каждый элемент антенной решетки 1902 соединен с одним МШУ 1906 в пределах одного из модулей 1904 усилителя/преобразователя. Выход каждого МШУ 1906 соединен с входом преобразователя 1908 частоты и предусилителя 1910. Усиленный выходной сигнал МШУ 1906 преобразуют с понижением частоты от частоты пользовательской восходящей РЧ-линии связи до ПЧ. В некоторых вариантах осуществления ПЧ-сигнал имеет ширину полосы 3,5 ГГц. В некоторых вариантах осуществления предусилитель 1910 обеспечивает дополнительное усиление перед модуляцией на оптическую несущую. Выходы каждого модуля 1904 усилителя/преобразователя соединены с соответствующими входами одного из 8 оптических передатчиков 1401, аналогичных передатчику 607 на ФИГ. 4. Каждый из 8 оптических передатчиков 1401 выводит и передает оптический сигнал на соответствующий SAN 1410. SAN 1410 принимает оптический сигнал. SAN 1410 выводит 512/8 сигналов 1914 элемента обратного луча в формирователь 1916 лучей нисходящей линии связи. Формирователь 1916 лучей нисходящей линии связи обрабатывает обратные сигналы 1914 элемента обратного луча и выводит 512 сигналов 1918 луча, каждый из которых соответствует одной из 512 зон 1801 покрытия пользовательских лучей.
[00117] Каждый ПЧ-сигнал, подаваемый в оптический передатчик 607 из модуля 1904 усилителя/преобразователя, соединен с одним из 512/8 оптических модуляторов 611. Например, если в антенной решетке 1902 имеются 512 элементов (т.е. N=512), а в системе 1900 имеются 8 SAN 1410, то 512/8=64. В системе, в которой ПЧ-сигналы модулируют на длинах волны, разделенных на 4 полосы, например, как показано на ФИГ. 9, оптические модуляторы 611 сгруппированы вместе в модуле 608 полосы частот оптического диапазона, имеющем 512/(4×8) оптических модуляторов 611.
[00118] Каждый оптический модулятор 611 по существу такой же, как оптические модули 611 восходящей линии связи SAN 1410, показанных на ФИГ. 10 и описанных выше. Каждый оптический модулятор 611 в пределах одного модуля 608 полосы частот оптического диапазона имеет источник 654 света, который создает оптический сигнал с одной из 16 длин волн λ. Соответственно, выход каждого оптического модулятора 611 будет на разных длинах волн. Эти оптические сигналы, формируемые в пределах одного модуля 608 полосы частот оптического диапазона, будут иметь длины волн, которые находятся в одной полосе частот оптического диапазона (т.е., например, в случае, показанном на ФИГ. 9, будут полосы частот оптического диапазона 1100 нм, 1300 нм, 1550 нм и 2100 нм). Каждый из этих оптических сигналов будет в одном из 16 оптических каналов в пределах полосы, основанной на длине волны λ2. Оптические выходы каждого оптического модулятора 611 соединены с оптическим объединителем 609. Выход оптического объединителя 609 представляет собой составной оптический сигнал, который передают через оптическую линзу 2016 на один из SAN 1410. Оптическая линза 2016 может быть направлена на один из нескольких SAN 1410. Соответственно, каждый из 8 оптических передатчиков передает 8 оптических сигналов на один из 8 SAN 1410. Конкретное множество из 8 SAN может быть выбрано из более многочисленной группы потенциальных SAN в зависимости от качества оптической линии связи между спутником и каждым потенциальным SAN.
[00119] На ФИГ. 25 представлена иллюстрация одного из SAN 1410 в обратной линии связи. Оптический приемник 622 содержит линзу 2102, которая принимает оптические сигналы, направляемые на SAN 1410 со спутника линзой 2016. Демультиплексор 2104 полосы частот оптического диапазона разделяет оптические сигналы на полосы частот оптического диапазона. Например, в некоторых вариантах осуществления, в которых имеются четыре таких полосы, каждый из четырех оптических выходов 2106 соединен с демультиплексором 2108 оптического канала. Демультиплексор 2108 оптического канала разделяет 512/(4×8) сигналов, которые были объединены на спутнике 1408. Каждый из выходов четырех демультиплексоров 2108 оптического канала соединен с соответствующей линзой 2110, которая фокусирует оптический выходной сигнал демультиплексоров 2108 оптического канала на оптическом детекторе, таком как фотодиод 2112. Каждый из выходных сигналов 2116 фотодиодов 2112 соединен с одним из 512/8 МШУ 2114. Выход каждого МШУ 2114 соединен с формирователем 1916 лучей обратной линии связи (см. ФИГ. 24). Кроме того, выход одного канала оптического приемника 622 выводит сигнал 1464 коррекции синхронизации, который по существу является сигналом 1419 коррекции синхронизации SAN (см. ФИГ. 18), который был предоставлен модулем синхронизации спутника в обратный модуль 1414 усилителя/преобразователя. В некоторых вариантах осуществления сигнал 1464 коррекции синхронизации соединен с модемом 2120 пилот-сигнала синхронизации. Модем пилот-сигнала синхронизации выводит сигнал 2122, который направляют в формирователь 1406 прямых лучей. В других вариантах осуществления сигнал 1464 коррекции синхронизации соединен с входом управления синхронизацией модуля 1462 синхронизации (см. ФИГ. 20), описанного выше.
[00120] На ФИГ. 26 представлена более подробная иллюстрация формирователя 1916 обратных лучей в соответствии с некоторыми вариантами осуществления раскрытых технических решений. Каждый из 512 выходных сигналов 2116 принимается формирователем 1916 обратных лучей с каждого из SAN 1410. Формирователь обратных лучей содержит входной модуль 2203 формирования лучей, модуль 2201 синхронизации, матричный умножитель 2200 и выходной модуль 2205 формирователя лучей. Матричный умножитель 2200 содержит K-канальный модуль 2202 разделения и 512 модулей 2204 присвоения весового коэффициента и суммирования. Матричный умножитель 2200 умножает вектор сигналов луча на матрицу весовых коэффициентов луча. Могут использоваться другие компоновки, реализации или конфигурации матричного умножителя 2200. Каждый сигнал 2116 принимается формирователем 1916 лучей через входной модуль 2203 формирователя лучей и соединен с модулем 2201 синхронизации. Модуль 2201 синхронизации обеспечивает учет любых различий в длине и характеристиках тракта от спутника до SAN 1410 и от SAN 1410 до формирователя 1916 обратных лучей. В некоторых вариантах осуществления это может осуществляться посредством передачи одного пилот-сигнала из формирователя 1916 обратных лучей на каждый SAN 1410 и на спутник и ретрансляцией пилот-сигнала обратно через SAN 1410 на формирователь 1916 обратных лучей. Различия в трактах между формирователем 1916 обратных лучей и спутником могут быть измерены и учтены.
[00121] Выход модуля синхронизации соединен с K-канальным разделителем 2202, который разделяет каждый сигнал на 512 идентичных сигналов. 512 уникальных сигналов применяют к каждой из 512 цепей 2204 присвоения весового коэффициента и суммирования. Каждому из 512 уникальных сигналов присваивают весовой коэффициент (т.е. регулируют фазу и амплитуду) в пределах цепи 2206 взвешивания таким образом, чтобы при суммировании в цепи 2208 суммирования всех 512 взвешенных сигналов на выходе формирователя лучей получать пользовательский луч обратной линии связи.
[00122] Каждая из архитектур, описанных выше, показана для оптической восходящей линии связи к спутнику. Кроме того, оптическая нисходящая линия связи от спутника к SAN на Земле работает по существу в обратном порядке по сравнению с описанными оптическими восходящими линиями связи. Например, что касается архитектуры, показанной на ФИГ. 4, оптическая нисходящая линия связи от спутника 602 к SAN 604 обеспечивает широкополосную нисходящую линию связи. Вместо линз 610 для приема по оптической восходящей линии связи предусмотрены лазеры для передачи по оптической нисходящей линии связи. Более того, вместо двухфазного модулятора 614, формирующего модулированный BPSK сигнал для передачи на РЧ-несущей, двухфазный модулятор модулирует оптический сигнал с помощью схемы оптической двоичной модуляции. Аналогичным образом оптическая нисходящая линия связи может быть обеспечена с помощью архитектуры, аналогичной показанной на ФИГ. 4. В данном варианте осуществления вместо модулятора 614 будет QAM-демодулятор, который принимает QAM-модулированный РЧ- или ПЧ-сигнал, демодулирует биты каждого символа и использует двоичную оптическую модуляцию оптического сигнала для передачи по оптической нисходящей линии связи. В варианте осуществления архитектуры, показанной на ФИГ. 8, может использоваться аналогичная архитектура, в которой фидерная нисходящая линия связи от спутника к SAN является оптической, принимаемые РЧ-сигналы с пользовательских терминалов 842, 844 направляются коммутационной матрицей на лазер, нацеленный на конкретный SAN, выбранный для приема сигнала. РЧ-сигнал представляет собою РЧ, модулированную на оптическом сигнале аналогично тому, как оптический сигнал фидерной восходящей линии связи модулируют РЧ с помощью модема 811 основной полосы частот/РЧ на SAN 802.
[00123] В некоторых вариантах осуществления лазеры, используемые для передачи сигнала оптической фидерной нисходящей линии связи, нацелены на один из нескольких SAN. SAN выбирают на основании величины замирания сигнала в оптическом тракте от спутника к каждому доступному SAN аналогично выбору SAN, показанных на ФИГ. 4, 8 и 12.
[00124] Хотя раскрытые технические решения описаны выше с точки зрения различных примеров осуществления и реализации, следует понимать, что возможность применения конкретных признаков, аспектов и функциональной возможности, описанных в одном или более отдельных вариантах осуществления, не ограничена конкретным вариантом осуществления, в связи с которым они описаны. Таким образом, охват и объем заявленного изобретения не следует ограничивать ни одним из примеров, приведенных в описании раскрытых выше вариантов осуществления.
[00125] Использованные в настоящем документе термины и фразы, а также их вариации, если явно не указано иное, следует считать не имеющими ограничительного характера, а не ограничивающими. В качестве примеров вышеуказанного: термин «включающий в себя» следует читать в значении «включающий в себя, без ограничений» или т.п.; термин «пример» используется для обеспечения примеров реализации элемента описания, но не исчерпывающего или ограничивающего их перечня; термины в единственном числе следует читать в значении «по меньшей мере один», «один или более» или т.п.; прилагательные, такие как «общепринятый», «традиционный», «обычный», «стандартный», «известный» и термины, имеющие аналогичное значение, не следует считать ограничивающими описываемый объект данным периодом времени или объектом, имеющимся в данное время, а следует интерпретировать как охватывающие общепринятые, традиционные, обычные или стандартные технологии, которые могут быть доступны или известны сейчас или в любое время в будущем. Точно так же при упоминании в настоящем документе технологий, которые были бы очевидны или известны специалисту в данной области, такие технологии охватывают те технологии, которые очевидны или известны квалифицированному специалисту в настоящее время или будут известны в любое время в будущем.
[00126] Группу элементов, связанных союзом «и», не следует интерпретировать как требующую обязательного присутствия в группе всех и каждого из элементов, но при отсутствии специальных указаний следует интерпретировать как «и/или». Аналогичным образом группу элементов, связанных союзом «или», не следует интерпретировать как требующую взаимной исключительности элементов в группе, но при отсутствии специальных указаний также следует интерпретировать как «и/или». Более того, хотя объекты, элементы или компоненты раскрытых технических решений могут быть описаны или заявлены в единственном числе, предполагается, что множественное число входит в их объем, если явно не указано ограничение единственным числом.
[00127] Присутствие расширяющих слов и фраз, таких как «один или более», «по меньшей мере», «без ограничений» или других подобных фраз в некоторых случаях не означает, что в тех случаях, когда такие расширяющие фразы могут отсутствовать, предполагается или требуется более узкое значение. Использование термина «модуль» не означает, что компоненты или функциональная возможность, описанные или заявленные как часть модуля, выполнены в общем корпусе. В действительности любой или все из различных компонентов модуля, будь то логическая схема управления или другие компоненты, могут быть объединены в одном корпусе или поддерживаться по отдельности и могут быть дополнительно распределены по множеству групп или корпусов либо находиться во множестве мест.
[00128] Кроме того, различные варианты осуществления, представленные в настоящем документе, описаны с помощью блок-схем, принципиальных схем и других иллюстраций. Как будет очевидно специалистам в данной области после прочтения настоящего документа, проиллюстрированные варианты осуществления и их различные альтернативные варианты могут быть реализованы без ограничения проиллюстрированными примерами. Например, блок-схемы и их сопроводительные описания не следует понимать как делающие конкретную архитектуру или конфигурацию обязательными.