ES2906381T3 - Satélite de alto rendimiento con cobertura de haz de usuario fijo dispersa - Google Patents

Abstract

Un método para proporcionar servicios de comunicaciones por satélite en áreas de cobertura de haz, comprendiendo el método: segmentar (804) un área de cobertura de un satélite (105) geoestacionario para dar una pluralidad de zonas de cobertura candidatas; determinar (808) una demanda de consumo asociada con cada una de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas; asignar (812) una pluralidad de haces (150) puntuales fijos del satélite geoestacionario a un primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas según las demandas de consumo asociadas más altas, de modo que cada haz puntual fijo de la pluralidad de haces puntuales fijos corresponde a al menos una zona de cobertura candidata del primer subconjunto para dar servicio a un área (160) de cobertura de haz de usuario asociada que no se superpone geográficamente con áreas de cobertura de haz de usuario de todos los demás haces puntuales fijos de la pluralidad de haces puntuales fijos, de modo que a cada haz puntual fijo de la pluralidad de haces puntuales fijos se le asigna uso completo de un mismo espectro de enlace de usuario; y asignar (816) un haz (155) puntual orientable para cubrir selectivamente un segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas, en donde: determinar la demanda de consumo comprende calcular una puntuación de certeza de demanda asociada con cada zona de cobertura candidata de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas; la asignación de la pluralidad de haces puntuales fijos se realiza al primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas que tienen puntuaciones de certeza de demanda asociadas que superan un umbral de puntuación; y el haz puntual orientable es uno de una pluralidad de haces puntuales orientables, cada uno asignado para cubrir selectivamente un subconjunto respectivo de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas que tienen puntuaciones de certeza de demanda asociadas por debajo del umbral de puntuación.

Description

DESCRIPCIÓN

Satélite de alto rendimiento con cobertura de haz de usuario fijo dispersa

Campo

Las realizaciones se refieren de manera general a sistemas de comunicaciones y, más particularmente, a proporcionar comunicaciones por satélite en estrella de alto rendimiento utilizando una cobertura de haz de usuario fijo dispersa y una reutilización de frecuencia completa.

Antecedentes

En sistemas de comunicación inalámbrica, tales como los sistemas de comunicación por satélite, pueden comunicarse datos de un lugar a otro mediante un relé inalámbrico. Por ejemplo, en un sistema de comunicaciones por satélite en estrella, pueden comunicarse datos entre terminales de puerta de enlace (p. ej., nodos de acceso por satélite y terminales de usuario a través de un satélite. De forma general es deseable aumentar el rendimiento del sistema de comunicación. Sin embargo, el rendimiento total de un satélite puede estar limitado en muchos casos por restricciones de diseño prácticas, tales como presupuesto de peso, presupuesto de tamaño, presupuesto de energía, etc. Por ejemplo, proporcionar alta capacidad puede implicar usar haces puntuales más estrechos, lo cual puede aumentar el número de haces necesarios para cubrir una gran región geográfica. Producir grandes números de haces con un satélite puede implicar añadir grandes números de elementos de antena, transpondedores y similares; y/o agregar hardware complejo de conmutación de haces y/o formación de haz. Además, producir haces estrechamente enfocados puede implicar normalmente el uso de reflectores más grandes. Las restricciones de peso, tamaño y potencia prácticas pueden limitar la cantidad de hardware a bordo, los tamaños de reflectores, etc.

Para proporcionar un alto rendimiento dentro de dichas restricciones de diseño, se han desarrollado diversas técnicas. Por ejemplo, algunos satélites usan hardware a bordo para saltar o cambiar entre patrones de haz, o similares, para asignar eficazmente la capacidad mediante multiplexación por división de tiempo (p. ej., usando el mismo número de elementos de antena y transpondedores para proporcionar un mayor número de haces, aunque solo algunos se iluminan en cualquier momento dado). Otros satélites usan múltiples patrones de color, o similares, para asignar eficazmente la capacidad mediante multiplexación por división de frecuencia. Todavía otros satélites usan orientación de haz (p. ej., apuntamiento mecánico, formación de haz, etc.) para proporcionar cobertura flexible con menos elementos. Y otros satélites pueden usar combinaciones de haces grandes y pequeños y/u otras técnicas para distribuir o asignar capacidad. Sin embargo, cada uno de los enfoques anteriores y otros tienden a implicar añadir hardware complejo (p. ej., formadores de haces, conmutadores, etc.), añadir reflectores y/o aumentar de otro modo la complejidad, el tamaño y/o el peso del satélite. Por estas y otras razones, los enfoques convencionales tienden a no ser prácticos para proporcionar cobertura a través de grandes áreas geográficas con un rendimiento muy alto (p. ej., del orden de un Terabit por segundo).

US4188578 A describe un sistema de comunicación por satélite que usa un haz puntual fijo de enlace ascendente y de enlace descendente separados para la comunicación con cada una de una pluralidad, por ejemplo, de áreas terrestres de alta demanda de tráfico separadas y un haz puntual de exploración de enlace ascendente y de enlace descendente para la comunicación con una pluralidad, por ejemplo, de áreas terrestres de baja demanda de tráfico separadas basándose en time division multiple access (acceso múltiple por división de tiempo - TDMA).

Breve resumen

En las reivindicaciones independientes se establecen aspectos de la invención.

Entre otras cosas, se describen sistemas y métodos para proporcionar comunicaciones por satélite en estrella de alto rendimiento con haces de usuario geográficamente no superpuestos y reutilización de frecuencia completa. Por ejemplo, se segmenta un área de cobertura de un satélite para dar múltiples zonas de cobertura candidatas y se determina una demanda de consumo asociada para cada zona de cobertura candidata. Se asignan haces puntuales fijos a un subconjunto de las zonas de cobertura candidatas de acuerdo con las demandas de consumo asociadas más altas, de manera que cada haz puntual fijo corresponde a al menos una zona de cobertura candidata para dar servicio a un área de cobertura de haz asociada que no se superpone geográficamente con áreas de cobertura de haz de todos los demás haces puntuales fijos, y a cada haz puntual fijo se le asigna el uso completo de un mismo espectro de enlace de usuario. Uno o más haces orientables (p. ej., usando una matriz en fase, orientación de haz mecánica, etc.) pueden cubrir selectivamente otras zonas de cobertura candidatas (p. ej., zonas de demanda de consumo más baja).

Breve descripción de los dibujos

La presente descripción se describe conjuntamente con las figuras adjuntas:

la Fig. 1 muestra un sistema de comunicación por satélite ilustrativo para proporcionar comunicaciones alto rendimiento, según diversas realizaciones;

la Fig.2 muestra un diagrama de bloques de un sistema de antena ilustrativo, según diversas realizaciones;

la Fig. 3 muestra un mapa de cobertura ilustrativo de los Estados Unidos continentales que tiene varias zonas de cobertura candidatas;

la Fig. 4 muestra una región de mapa de cobertura, como una porción del mapa de cobertura de la Fig. 3, que tiene un área de cobertura de haz de usuario orientable;

la Fig. 5 muestra una región de mapa de cobertura, como una porción del mapa de cobertura de la Fig. 3, que tiene un área de cobertura de haz contorneado;

la Fig. 6 muestra un mapa de cobertura ilustrativo de los Estados Unidos continentales que tiene áreas de cobertura de haz de diferentes tamaños;

la Fig. 7 muestra un mapa de cobertura ilustrativo de los Estados Unidos continentales que tiene varias zonas de cobertura candidatas que ya reciben servicio de la infraestructura existente; y

la Fig. 8 muestra un diagrama de flujo de un método ilustrativo para proporcionar servicios de comunicaciones por satélite en áreas de cobertura de haz geográficamente no superpuestas, según diversas realizaciones.

En las figuras adjuntas, los componentes y/o las características similares pueden tener la misma etiqueta de referencia. Además, pueden distinguirse diversos componentes del mismo tipo siguiendo la etiqueta de referencia por una segunda etiqueta que distingue entre los componentes similares. Si solo se usa la primera etiqueta de referencia en la memoria descriptiva, la descripción es aplicable a uno cualquiera de los componentes similares que tienen la misma primera etiqueta de referencia independientemente de la segunda etiqueta de referencia.

Descripción detallada

En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de la presente invención. Sin embargo, un experto en la técnica reconocerá que la invención puede ponerse en práctica sin estos detalles específicos. En algunos casos, no se han mostrado detalladamente circuitos, estructuras y técnicas para evitar el oscurecimiento de la presente invención.

En los sistemas de comunicaciones por satélite, generalmente es deseable aumentar la capacidad (p. ej., el ancho de banda). Los enfoques convencionales intentan proporcionar cobertura contigua a lo largo de grandes áreas mediante el uso de diversas técnicas, tales como aumento de potencia, aumento del número de haces, aumento de la reutilización de frecuencia, etc. Sin embargo, tales enfoques se vuelven normalmente poco prácticos para dar servicio a grandes regiones (p. ej., los Estados Unidos continentales, o CONUS) con un rendimiento muy alto (p. ej., alrededor de un Terabit). Por consiguiente, algunas realizaciones descritas en la presente memoria pretenden proporcionar cobertura de alto rendimiento (aunque posiblemente dispersa) en un área geográfica grande centrándose en centros de población. Por ejemplo, las implementaciones pueden sacrificar la cobertura, flexibilidad y otras características de otros sistemas de comunicaciones por satélite, a cambio de un mayor rendimiento para regiones que tienen una mayor demanda de consumo.

Pasando a la Fig. 1, se muestra un sistema 100 de comunicación por satélite ilustrativo para proporcionar comunicaciones de alto rendimiento, según diversas realizaciones. Como se muestra, el sistema 100 de comunicaciones incluye un satélite 105 geoestacionario. En algunas realizaciones, el satélite 105 es un satélite guiaondas acodado. Las realizaciones del satélite 105 proporcionan comunicaciones entre terminales 140 de tierra, que pueden incluir terminales de puerta de enlace y terminales de usuario. El satélite 105 y los terminales 140 de tierra pueden implementar una arquitectura de comunicaciones en estrella, donde los terminales de usuario se comunican entre sí y con otras redes de comunicaciones a través de terminales de puerta de enlace. Por ejemplo, las comunicaciones directas son de los terminales de puerta de enlace a los terminales de usuario mediante el satélite 105, y las comunicaciones de retorno son de los terminales de usuario a los terminales de puerta de enlace mediante el satélite 105.

El satélite 105 puede comunicarse con los terminales 140 de tierra iluminando áreas 160 de cobertura de haz con haces 150, 155 puntuales. Como se describe en la presente memoria, algunos o todos los haces puntuales pueden ser haces 150 puntuales fijos que iluminan áreas de cobertura de haz puntual fijo. Algunas realizaciones asignan los haces puntuales, de modo que cada haz 150 puntual fijo ilumina un área 160 de cobertura de haz correspondiente que no se superpone geográficamente con todas las demás áreas 160 de cobertura de haz de los haces 150 puntuales fijos. En algunas realizaciones, cada haz 150 puntual fijo que es un haz de usuario fijo (comentado a continuación) ilumina un área 160 de cobertura de haz de usuario correspondiente que no se superpone geográficamente con las áreas 160 de cobertura de haz de usuario de todos los demás haces de usuario fijos. En algunas realizaciones, cada haz 150 puntual fijo que es un haz de alimentador fijo (comentado a continuación) ilumina un área de cobertura de haz de alimentador correspondiente que no se superpone geográficamente con las áreas 160 de cobertura de haz de alimentador de todos los demás haces de alimentador fijos. Otras implementaciones pueden realizar ambas opciones anteriores. El área 160 de cobertura de haz puede definirse de cualquier manera adecuada. Generalmente, un área de cobertura de haz es elíptica (lo cual incluye el caso especial de circular que es una elipse con una excentricidad de cero), aunque pueden producirse otras formas dependiendo de factores tales como: centro de haz con respecto a la ranura de satélite, desviación de azimut y elevación de la antena de satélite, proximidad del área de cobertura de haz al borde del área de cobertura de satélite, forma en sección transversal del haz de antena de satélite, etc. En algunos casos, el área 160 de cobertura de haz se define como el área de superficie terrestre iluminada por el haz 150, 155 puntual con al menos 3 dB de intensidad de señal máxima. En algunas implementaciones, cada haz 150 puntual fijo tiene un ancho de haz de 3 dB entre aproximadamente 0,1 y 0,2 grados (según un sistema de coordenadas “Az/El” bidimensional proyectado en un área geográfica para representar ángulos de azimut y de elevación con respecto al satélite 105). En algunas realizaciones, el área de cobertura del satélite 105 puede iluminarse mediante de 80 a 100 haces 150 puntuales fijos no superpuestos (p. ej., algunas implementaciones pueden iluminar cada área 160 de cobertura de haz con dos orientaciones de polarización. Otras implementaciones pueden realizar ambas opciones anteriores de modo que habrá eficazmente de 160 - 200 haces puntuales fijos). En algunas realizaciones, se considera que dos áreas 160 de cobertura de haz no se superponen cuando sus respectivos anchos de haz de 3 dB no se superponen. En otras realizaciones, la superposición se considera de manera más conservativa. Por ejemplo, se considera que dos áreas 160 de cobertura de haz no se superponen solo cuando sus respectivos anchos de haz de 4 dB no se superponen, de modo que las anchos de haz de 3 dB están más separados. En algunas realizaciones, se considera que dos áreas 160 de cobertura de haz no se superponen cuando los haces no producen una interferencia inaceptable entre sí.

Sin superposición entre las áreas de cobertura del haz de los haces 150 puntuales fijos, a cada haz 150 puntual fijo se le puede asignar el uso completo de un mismo espectro de enlace de usuario (p. ej., una banda de frecuencia) hasta una misma potencia de transmisión completa sin provocar interferencia. En algunas implementaciones, asignar el uso completo del mismo espectro de enlace de usuario a cada uno de los haces 150 puntuales fijos se refiere a transmisiones de enlace descendente desde el satélite a terminales de usuario que usan el mismo espectro (p. ej., de 17,7 a 21,2 GHz) en cada haz 150 puntual fijo. En algunas implementaciones, asignar el uso completo del mismo espectro de enlace de usuario a cada uno de los haces 150 puntuales fijos se refiere a transmisiones de enlace ascendente desde terminales de usuario en cada haz 150 puntual fijo al satélite que usan el mismo espectro (p. ej., de 27,5 a 31,0 GHz) que terminales de usuario en los otros haces 150 puntuales fijos. Otras implementaciones pueden realizar ambas opciones anteriores. En algunas implementaciones, a cada haz 150 puntual fijo se le asigna un ancho de banda de enlace de usuario que es cualquiera de 500 MHz, 900 MHz, 1,4 GHz, 1,5 GHz, 1,9 GHz, 2,4 GHz, 2,5 GHz o 3,5 GHz. En otras implementaciones, a cada haz 150 puntual fijo se le asigna un mismo ancho de banda que es (o está en) la banda Ka. Como se describe en la presente memoria, las realizaciones pueden proporcionar una capacidad agregada a través de todos los haces 150 puntuales fijos de al menos 700 Gigabits por segundo para un formato de modulación que logra 2 bits por segundo por hercio. En algunas implementaciones, la capacidad agregada a través de todos los haces 150 puntuales fijos es de al menos un Terabit por segundo para un formato de modulación que logra 3 bits por segundo por hercio.

El satélite 105 incluye un sistema 110 de antena para producir los haces 150, 155 puntuales. Las realizaciones del sistema 110 de antena incluyen elementos 115 de antena de transmisión y recepción. Los elementos 115 de antena pueden incluir bocinas de alimentación o cualquier otro componente de antena adecuado. Por ejemplo, un único elemento 115 de antena puede implementarse como un grupo de alimentaciones (p. ej., para contornear un haz). Una única alimentación puede incluir múltiples puertos de alimentación (p. ej., para transmitir y recibir, para múltiples orientaciones de polarización, etc.). En algunas implementaciones, el sistema 110 de antena incluye uno o más reflectores, actuadores y/u otros elementos para la producción de haces (p. ej., para enfocar, apuntar, conformar, etc.). El sistema 110 de antena puede incluir múltiples transpondedores 120. En algunas implementaciones, los transpondedores 120 son transpondedores de tubo doblado (es decir, no desmodulan, procesan y remodulan las señales). Cada transpondedor 120 puede tener un lado de entrada acoplado con un elemento 115 de la antena de recepción y una salida acoplada con un elemento 115 de la antena de transmisión. Aunque no se muestra, cada transpondedor 120 puede incluir cualquier componente adecuado para comunicar señales entre los elementos 115 de la antena de recepción y transmisión. Por ejemplo, cada transpondedor 120 puede incluir un low-noise amplifier (amplificador de bajo ruido - LNA), convertidor de frecuencia y power amplifier (amplificador de potencia - PA). Algunas implementaciones pueden incluir además componentes para ajustar la orientación de polarización, fase, amplitud, etc.

En algunas implementaciones, hay una correspondencia de uno a uno, de modo que cada elemento 115 de antena de recepción está acoplado con un elemento 115 de antena de transmisión correspondiente (y solo uno) a través de un transpondedor 120 correspondiente (y solo uno). En algunas realizaciones, un elemento 115 de antena de recepción y un elemento 115 de antena de transmisión se pueden empaquetar juntos como un único elemento 115 de antena (p. ej., una única bocina de alimentación con múltiples puertos). Además, en algunas realizaciones, un único elemento 115 de antena puede incluir cuatro o más puertos (p. ej., un puerto de recepción de right hand circular polarization (polarización circular a la derecha - RHCP), un puerto de recepción de left hand circular polarization (polarización circular a la izquierda - LHCP), un puerto de transmisión de RHCP y un puerto de transmisión de LHCP). En estas y otras realizaciones, aunque se implementan como un único paquete físico, cada puerto puede considerarse como un elemento 115 de antena independiente. Por ejemplo, la correspondencia de uno a uno descrita anteriormente puede implementarse acoplando cada puerto de recepción de cada elemento 115 de antena con un único puerto de transmisión correspondiente de otro elemento 115 de antena a través de un único transpondedor 120.

A través de un área de cobertura de satélite (p. ej., los Estados Unidos contiguos), pueden asociarse diferentes regiones con diferentes cantidades de demanda para el consumo de recursos de comunicaciones por satélite, denominados generalmente en la presente memoria como “demanda de consumo” . Por ejemplo, es probable que áreas densamente pobladas consuman mayores cantidades de medios de transmisión, servicios de Internet y/u otros servicios que usan ancho de banda y otros recursos de infraestructura de comunicaciones. Como tal, satisfacer la demanda de consumo de una región geográfica particular puede implicar proporcionar suficiente capacidad de recursos a la región geográfica. En algunos casos, parte de la demanda de consumo de una región geográfica particular ya se está satisfaciendo por los recursos de uno o más proveedores de servicios de comunicaciones, y solo una porción de la demanda de consumo permanece actualmente sin servicio. En algunas realizaciones, el satélite 105 está diseñado de modo que los haces 150 puntuales fijos iluminan áreas 160 de cobertura que maximizan uno o más criterios predeterminados, tales como la demanda de consumo, o la demanda de consumo actualmente sin servicio. Por ejemplo, para un proveedor de infraestructura que ya proporciona cobertura a ciertas regiones usando infraestructura existente (o que planifica proporcionar cobertura a ciertas regiones usando una infraestructura futura diferente), el cálculo de demanda de consumo puede tener en cuenta tal cobertura existente y/o planificada como “actualmente con servicio” , de modo que los haces 150 puntuales fijos pueden dirigirse a las áreas actualmente sin servicio. Algunas implementaciones tienen en cuenta características adicionales en el cálculo de demanda de consumo. Por ejemplo, algunas implementaciones buscan seleccionar como objetivo regiones actualmente cubiertas (o no cubiertas) por uno o más competidores o servicios competidores particulares. Por ejemplo, puede ser instructivo determinar dónde un competidor particular ha dejado de publicitarse, lo cual puede indicar que el competidor no tiene capacidad adicional para vender en esa área; y seleccionar como objetivo tales áreas. Se puede incluir cualquier otra indicación adecuada de la demanda de consumo presente y/o futura en el cálculo, tal como cambios en el tamaño de la población, datos demográficos, densidad, etc. Algunas implementaciones incluyen métricas adicionales en el cálculo, tales como diversidad geográfica (p. ej., un haz 150 puntual puede fijarse en una región particular, aunque tiene una demanda de consumo predicha menor que otras regiones, porque la región está lejos de otras regiones cubiertas y soporta un aspecto de cobertura más amplia).

Las implementaciones pueden segmentar un área de cobertura (p. ej., CONUS) del satélite 105 para dar múltiples zonas de cobertura candidatas. Por ejemplo, las zonas de cobertura candidatas pueden definirse en un nivel de granularidad dictado, al menos en parte, por la granularidad en la que están disponibles los datos de demanda de consumo (por medición, datos de uso, análisis estadístico, datos de prospección, etc.). En algunos casos, cientos o miles de zonas de cobertura candidatas se definen a través de una gran área de cobertura geográfica del satélite, cada una definida por uno o más límites geográficos, límites políticos (p. ej., condado, distrito, municipio, país, etc.), límites de territorio de ventas, áreas de cobertura existentes (p. ej., de haces puntuales de satélite, células, etc.) y/o cualquier otro límite adecuado. En algunas implementaciones, parte o la totalidad del área de cobertura del satélite 105 se segmenta para dar zonas de cobertura candidatas de igual tamaño (p. ej., iguales con respecto al área geográfica, población, demanda de consumo predicha, demanda de consumo sin servicio, población de clientes potenciales, etc.). En algunas realizaciones, el área de cobertura del satélite 105 es sustancialmente coextensiva con una agregación de las zonas de cobertura candidatas (p. ej., la agregación de todas las zonas de cobertura candidatas cubre de manera precisa, o aproximada, la misma región que la del área de cobertura del satélite 105). Se puede determinar una demanda de consumo en asociación con cada zona de cobertura candidata (p. ej., algunas o todas). Por ejemplo, se pueden usar datos históricos, algoritmos predictivos y/o similares para determinar la demanda actual y/o futura para recursos de infraestructura de comunicaciones (p. ej., ancho de banda). En algunos casos, la determinación se corrige para tener en cuenta la demanda que ya tiene servicio. Por ejemplo, algunas determinaciones pueden tener únicamente en cuenta la demanda de consumo que actualmente no tiene servicio, actualmente no tiene servicio por satélite, actualmente no tiene servicio por uno o más proveedores particulares, que se predice que no va a tener servicio en algún momento en el futuro, etc. Como un ejemplo, el satélite 105 puede ser un primer satélite, y una o más de las zonas de cobertura candidatas ya pueden tener servicio (o se predice que tienen servicio) por un segundo satélite; y determinar la demanda de consumo asociada con la al menos una zona de cobertura candidata puede incluir determinar una demanda de consumo restante que no tiene ya servicio por el segundo satélite.

Los haces 150 puntuales fijos pueden asignarse a un subconjunto de las zonas de cobertura candidatas (también denominado en la presente memoria como un “primer subconjunto” ) de acuerdo con las demandas de consumo asociadas más altas, de modo que cada haz 150 puntual fijo corresponde a al menos una zona de cobertura candidata para dar servicio a un área 160 de cobertura de haz asociada. Por ejemplo, un área de cobertura del satélite 105 puede incluir unos pocos miles de zonas de cobertura candidatas y solo alrededor del 10 por ciento (p. ej., unos pocos cientos) de las zonas de cobertura candidatas pueden iluminarse con menos de 100 haces 150 puntuales no superpuestos geográficamente; pero el 10 por ciento iluminado puede dar servicio potencialmente a la gran mayoría (p. ej., 80-90 por ciento) de la demanda de consumo predicha del área de cobertura del satélite 105.

Como ejemplo, es habitual en regiones geográficas que la gran mayoría de las personas en la región vivan en sus principales áreas metropolitanas, y que las principales áreas metropolitanas representen una porción relativamente pequeña de la geografía total de la región. Por ejemplo, de acuerdo con los datos de censo de 2010 oficiales, más del 70 por ciento de la población de los contiguous United States (Estados Unidos contiguos - CONUS) viven en áreas “urbanizadas” (que tienen más de 50.000 personas) y esas áreas urbanizadas solo representan alrededor del 2,5 por ciento del área geográfica. En una implementación ilustrativa, como se describe más detalladamente a continuación, un satélite puede tener una antena que ilumina 85 haces puntuales fijos, teniendo cada uno un ancho de haz de 3 dB de entre aproximadamente 0,1 y 0,2 grados. Se necesitarán alrededor de 400 haces de este tipo para proporcionar una cobertura total, contigua, de la totalidad de CONUS, pero, en vez de eso, el satélite se implementa para proporcionar una cobertura geográficamente no superpuesta (p. ej., dispersa) únicamente de áreas seleccionadas (p. ej., las que se determinan con alta certeza que tienen una alta demanda de consumo). Debido a la separación geográfica entre los haces, a cada haz puntual se le puede asignar el uso completo de un mismo espectro (p. ej., 1,5 - 2 GHz de espectro de banda Ka). Usando una polaridad doble, el satélite puede iluminar eficazmente 170 haces puntuales, que tienen cada uno 1,5 - 2 GHz de espectro. Suponer un rendimiento de 3 bits por segundo por hercio produce aproximadamente 10 Gigabits por haz, que puede estar más cerca de 6 - 7 Gigabits por haz después de algunas pérdidas prácticas. A 6 Gigabits para cada uno de 170 haces, el rendimiento total del satélite puede ser de más de un Terabit.

Las realizaciones del sistema 110 de antena incluyen, o están en comunicación con, un sistema 130 de potencia. El sistema 130 de potencia puede incluir cualquier elemento adecuado para alimentar potencia a componentes del satélite 105, tales como componentes de almacenamiento de potencia (p. ej., baterías), componentes de generación o recolección de potencia (p. ej., paneles solares), etc. El sistema 130 de potencia puede usarse para proporcionar potencia a los LNA acoplados con elementos 115 de antena de recepción, PA acoplados con elementos 115 de antena de transmisión, control de actitud y/u otros componentes de propulsión para el satélite 105, etc. En general, los satélites están diseñados con un presupuesto de potencia particular, y el sistema 130 de potencia está diseñado para suministrar al menos el presupuesto de potencia diseñado del satélite 105. El presupuesto de potencia se puede limitar típicamente por restricciones de diseño, tales como presupuesto de peso (p. ej., el peso máximo permitido para el satélite 105, por ejemplo, restringido por la capacidad de vehículo de lanzamiento y/u otros factores), las especificaciones reguladoras (p. ej., la potencia de transmisión máxima permitida en ciertas bandas de frecuencia por el gobierno y/u otra regulación), las calificaciones de potencia de los componentes (p. ej., incluyendo las calificaciones de potencia y/o térmicas), etc.

En algunas implementaciones, cada haz 150 puntual fijo está asociado con una potencia de salida de haz para dar servicio al área 160 de cobertura de haz asociada, de modo que una agregación de todas las potencias de haz asociadas puede soportarse por una potencia total predeterminada del satélite 105. Por ejemplo, como se describió anteriormente, el sistema 130 de potencia puede suministrar una cierta cantidad máxima de potencia, y alguna porción de esa potencia puede asignarse a la producción (p. ej., iluminación) de haces 150 puntuales. Generalmente, una cierta cantidad de potencia de salida de haz se ajusta a escala, de acuerdo con la eficiencia y/u otros factores, con respecto a un uso de potencia de satélite 105 sin procesar (p. ej., potencia de CC). Por ejemplo, el consumo de potencia total del satélite 105 puede incluir la potencia consumida por las operaciones de sobrecarga del satélite 105 (p. ej., la potencia utilizada para funciones de telemetry, tracking, and command (telemetría, seguimiento y control ^{T t & C ) ,} el control de actitud, etc.), la potencia consumida por los transpondedores (p. ej., una agregación de la potencia consumida por cada transpondedor, que es normalmente independiente de la potencia de salida del haz) y la potencia consumida a los haces de salida (p. ej., normalmente, generar un vatio de potencia de salida de haz puede consumir más de un vatio de potencia de ^{C c ,} debido a una eficiencia de amplificador no ideal). Por consiguiente, la potencia total del satélite 105, después de tener en cuenta la potencia de sobrecarga, la potencia del transpondedor, la eficiencia del amplificador y/u otras consideraciones, puede corresponder a una cantidad máxima soportable de potencia de salida de haz. La cantidad soportable de potencia de salida de haz puede distribuirse de cualquier manera adecuada para proporcionar al menos un número particular de haces, cada uno con al menos una potencia de salida de haz particular. Por ejemplo, la distribución puede proporcionar un mayor número de haces, cada uno con una potencia de salida de haz asociada más pequeña; un número menor de haces, cada uno con una potencia de salida de haz asociada más grande; diferentes haces, cada uno con una potencia de salida de haz respectiva diferente; etc.

Como se describe en la presente memoria, las realizaciones pueden enfocar la cobertura de haz puntual fijo solo en aquellas regiones que maximizan uno o más criterios predeterminados, tales como la demanda de consumo con servicio (o demanda de consumo con servicio que actualmente no tiene servicio). Algunas realizaciones asignan haces puntuales fijos para maximizar una demanda de consumo con servicio por potencia de servicio. A cada haz 150 puntual se le puede asignar una cantidad de potencia (p. ej., una misma potencia por haz), y la potencia se distribuye sobre el área 160 de cobertura iluminada del haz 150 puntual para dar servicio a la una o más zonas de cobertura candidatas cubiertas por el área 160 de cobertura. Por ejemplo, una misma potencia de haz puede dar servicio a diferentes cantidades de demanda de consumo basándose en las demandas de consumo respectivas de las zonas de cobertura candidatas en el área 160 de cobertura de haz, debido a posibles diferencias entre tamaños y/o densidades de áreas 160 de cobertura (p. ej., las áreas 160 de cobertura pueden tener inherentemente diferentes tamaños y formas debido a su posición terrestre en relación con el satélite y/o las áreas 160 de cobertura pueden conformarse usando una o más técnicas) y zonas de cobertura candidatas (p. ej., las zonas pueden definirse para tener los mismos o diferentes tamaños y/o formas) y/o por otras razones. En algunos casos, la demanda de consumo con servicio por potencia de servicio puede calcularse en bits de servicio por segundo por vatio. Por ejemplo, pueden evaluarse diferentes asignaciones de haces 150 puntuales posibles para maximizar la demanda de consumo con servicio por potencia de servicio calculando, para cada disposición, el número predicho de bits de servicio por segundo de demanda por los consumidores en el área 160 de cobertura para cada vatio de potencia usado por el satélite 105 para iluminar el área 160 de cobertura.

Algunas realizaciones del sistema 110 de antena incluyen además, o están en comunicación con, un sistema 135 de orientación de haz. El sistema 135 de orientación de haz puede usarse para orientar uno o más de los haces puntuales como un haz 155 puntual orientable. Por ejemplo, algunas implementaciones orientan uno o más haces 155 puntuales reapuntando mecánicamente elementos de antena que producen el/los haz/haces 155 puntual(es) orientable(s), y otras implementaciones orientan uno o más haces 155 puntuales utilizando formación de haz, o similar, para reapuntar digitalmente el haz. El uno o más haces 155 puntuales orientables iluminan eficazmente un área 160 de cobertura reposicionable para cubrir selectivamente un subconjunto de las zonas de cobertura candidatas (también denominado en la presente memoria como un “ segundo subconjunto” ). El segundo subconjunto de las zonas de cobertura candidatas cubiertas por el uno o más haces 155 puntuales orientables, en comparación con el primer subconjunto de las zonas de cobertura candidatas cubiertas por los haces 150 puntuales fijos, puede variar de una realización a otra. En algunas realizaciones, uno o más haces 155 puntuales orientables pueden apuntarse para cubrir al menos una zona de cobertura candidata cubierta también por un haz 150 puntual fijo. En otras palabras, al menos una de las zonas de cobertura candidatas está dentro del primer subconjunto y dentro del segundo subconjunto. Haciendo esto, el/los haz/haces 155 puntual(es) orientable(s) puede(n) usarse selectivamente para añadir capacidad a una o más zonas de cobertura candidatas que pueden tener una demanda de consumo altamente dinámica (p. ej., el sitio de un gran evento deportivo). En algunas realizaciones, el uno o más haces 155 puntuales orientables pueden apuntarse solo para cubrir las zonas de cobertura candidatas no cubiertas por ninguno de los haces 150 puntuales fijos. En otras palabras, el primer subconjunto y el segundo subconjunto son disjuntos. Haciendo esto, el uno o más haces 155 puntuales orientables pueden añadir flexibilidad para cubrir áreas que no se prevé originalmente que tengan una alta demanda de consumo. Esto puede lograrse, por ejemplo, teniendo la totalidad del uno o más haces 155 puntuales orientables áreas 160 de cobertura de haz no superpuestas con las áreas 160 de cobertura de haz de todos los haces 150 puntuales fijos. En algunas implementaciones, uno o más haces 155 puntuales orientables pueden apuntarse solo para cubrir zonas de cobertura candidatas que también están cubiertas por los haces 150 puntuales fijos. Por ejemplo, el uno o más haces 155 puntuales orientables pueden cubrir solo algunas de las zonas de cobertura candidatas también cubiertas por los haces 150 puntuales fijos, y no cubren ninguna de las zonas de cobertura candidatas no cubiertas por los haces 150 puntuales fijos. En tal caso, el segundo subconjunto cubierto por el uno o más haces 155 puntuales orientables es un subconjunto del primer subconjunto cubierto por los haces 150 puntuales fijos. En algunas implementaciones, determinar la demanda de consumo incluye calcular una puntuación de certeza de demanda asociada con cada zona de cobertura candidata. Por ejemplo, para cada zona de cobertura candidata, se predice la demanda de consumo, junto con una puntuación que indica la magnitud de la demanda de consumo prevista y la certeza de la predicción (p. ej., basándose en fluctuaciones a lo largo del tiempo, cambios en el tamaño de la población y/o datos demográficos en la región, etc.). En tales implementaciones, algunos o todos los haces 150 puntuales fijos pueden asignarse al primer subconjunto de las zonas de cobertura candidatas que tienen puntuaciones de certeza de demanda asociadas que superan un umbral de puntuación, el/los haz/haces 155 puntual(es) orientable(s) se asigna(n) para cubrir selectivamente el segundo subconjunto de las zonas de cobertura candidatas que tienen puntuaciones de certeza de demanda asociadas por debajo del umbral de puntuación. Por ejemplo, algunas regiones pueden tener puntuaciones altas que indican una alta demanda con alta certeza; otras regiones pueden tener puntuaciones bajas que indican baja demanda y/o baja certeza; y otras regiones pueden tener puntuaciones que indican baja certeza de alta demanda, certeza insuficiente de demanda alta o baja, etc. En algunas realizaciones, el umbral de puntuación se establece para producir un número particular de haces 150 puntuales fijos. En otras realizaciones, el umbral de puntuación se establece para dar como resultado la asignación de una razón predeterminada de haces 150 puntuales fijos con respecto a haces 155 puntuales orientables.

En algunas realizaciones, uno o más haces 150 puntuales fijos se configuran como un haz de bucle de retorno. Por ejemplo, un terminal de puerta de enlace puede estar dentro de un área 160 de cobertura del terminal de usuario, de manera que el haz 150 puntual fijo es tanto un haz de alimentador como de usuario, y el terminal de puerta de enlace puede dar servicio a terminales de usuario en su propio haz a través del satélite 105. Algunas implementaciones usan técnicas de mitigación de interferencia para evitar la interferencia entre comunicaciones de terminal de puerta de enlace y comunicaciones de terminal de usuario en la misma área 160 de cobertura de haz. En algunas implementaciones, el terminal de puerta de enlace en el haz de bucle de retorno se comunica en una primera banda de frecuencia y los terminales de usuario en la misma área de cobertura de haz se comunican en una segunda banda de frecuencia (es decir, un mismo espectro de enlace de usuario reutilizado en cada haz puntual). Por ejemplo, la primera banda de frecuencia puede estar en la banda V y la segunda banda de frecuencia puede estar en la banda Ka. En otras implementaciones, el terminal de puerta de enlace y los terminales de usuario en una misma área 160 de cobertura de haz pueden usar diferentes orientaciones de polarización, diferente temporización de comunicación y/u otras técnicas de mitigación de interferencias. Por ejemplo, en una implementación, el terminal de puerta de enlace y los múltiples terminales de usuario en la misma área 160 de cobertura de haz se comunican en una misma banda de frecuencia de acuerdo con un protocolo de acceso múltiple de portadora emparejada; y en otra implementación, el terminal de puerta de enlace y los múltiples terminales de usuario en la misma área 160 de cobertura de haz se comunican en una misma banda de frecuencia de acuerdo con un protocolo de compartición de canal multiplexado.

La Fig. 2 muestra un diagrama de bloques de un sistema 200 de antena ilustrativo, según diversas realizaciones. El sistema 200 de antena puede ser una implementación del sistema 110 de antena de la Fig. 1. Como se ilustra, el sistema 200 de antena incluye varias alimentaciones que pueden funcionar para producir haces 210 de alimentador fijos y haces 220 de usuario fijos, que pueden ser los haces 150 puntuales fijos de la Fig. 1. Algunas realizaciones pueden producir además uno o más haces 225 de usuario orientables, que pueden ser el/los haz/haces 155 orientable(s) de la Fig. 1. Algunas realizaciones pueden producir además uno o más haces 250 de bucle de retorno, de modo que el haz puntual fijo es tanto un haz de alimentador como de usuario, y el terminal de puerta de enlace puede dar servicio a terminales de usuario en su propio haz a través del satélite.

El sistema 200 de antena puede incluir múltiples transpondedores 120, que pueden ser implementaciones de los transpondedores 120 de la Fig. 1. En algunas realizaciones, un haz 210 de alimentador fijo puede estar en comunicación de enlace directo con un haz 220 de usuario fijo a través de un transpondedor 120a directo, y un haz 220 de usuario fijo puede estar en comunicación de enlace de retorno con un haz 210 de alimentador fijo a través de un transpondedor 120b de retorno. Por ejemplo, en comunicaciones de enlace directo, un terminal de puerta de enlace iluminado por el haz 210a de alimentador fijo puede transmitir una señal directa en un enlace ascendente directo a un puerto de recepción del elemento 115a de antena. La señal directa puede comunicarse a través del transpondedor 120aa directo (p. ej., amplificarse, convertirse en frecuencia, etc.) a un puerto de transmisión del elemento 115b de antena para la transmisión de enlace descendente a uno o más terminales de usuario en el área de cobertura del haz 220a de usuario fijo. En comunicaciones de enlace de retorno, los terminales de usuario iluminados por el haz 210b de usuario fijo pueden transmitir una señal de retorno en un enlace ascendente de retorno a un puerto de recepción del elemento 115b de antena. La señal de retorno puede comunicarse a través del transpondedor 120ba de retorno (p. ej., amplificarse, convertirse en frecuencia, etc.) a un puerto de transmisión del elemento 115a de antena para la transmisión de enlace descendente a un terminal de puerta de enlace en el área de cobertura del haz 210a de alimentador fijo. En algunas implementaciones, a cada haz 210 de alimentador fijo se le puede asignar el uso completo de un mismo espectro de enlace de alimentador (p. ej., una banda de frecuencia) hasta una misma potencia de transmisión completa sin provocar interferencia. En algunas implementaciones, asignar el uso completo del mismo espectro de enlace de alimentador a cada uno de los haces 210 de alimentador fijos se refiere a transmisiones de enlace descendente desde el satélite que usan el mismo espectro (p. ej., de 17,7 a 21,2 GHz) en cada haz 210 de alimentador fijo. En algunas implementaciones, asignar el uso completo del mismo espectro de enlace de alimentador a cada uno de los haces 210 de alimentador fijos se refiere a transmisiones de enlace ascendente desde terminales de puerta de enlace asociados con cada haz 210 de alimentador fijo que usan el mismo espectro (p. ej., de 27,5 a 31,0 GHz) que los otros haces 210 de alimentador fijos. Otras implementaciones pueden realizar ambas opciones anteriores.

En algunas realizaciones, uno o más conjuntos de transpondedores 120 pueden acoplarse con una o más antenas 230 orientables. La(s) antena(s) 230 orientable(s) puede(n) apuntarse de manera controlable por el subsistema 135 de orientación de haz a un número asociado de áreas de cobertura de haz de usuario. Por ejemplo, las áreas de cobertura de haz de usuario asociadas pueden incluir al menos una zona de cobertura candidata que está segmentada a partir del área de cobertura del satélite y está fuera de las áreas de cobertura de haz de todos los elementos de antena de haz puntual fijo. Algunas realizaciones de la(s) antena(s) 230 orientable(s) incluyen una matriz en fase de elementos 115 de antena. Por ejemplo, el subsistema 135 de orientación de haz puede incluir una salida de ponderaciones de haz, y la matriz en fase de elementos de antena puede apuntarse de manera controlable de acuerdo con la salida de ponderaciones de haz. En algunas implementaciones, las ponderaciones de haz pueden comunicarse desde uno o más terminales de puerta de enlace y recibirse (p. ej., a través de un transpondedor 120na directo) por el subsistema 135 de orientación de haz. Las ponderaciones de haz pueden aplicarse a señales directas y/o de retorno para permitir la formación de haz mediante la matriz en fase. En otras realizaciones, la(s) antena(s) 230 orientable(s) puede(n) incluir uno o más elementos 115 de antena orientables mecánicamente. Por ejemplo, el subsistema 135 de orientación de haz puede incluir una salida de accionador de orientación, y el al menos un elemento 115 de antena orientable mecánicamente puede apuntarse de manera controlable de acuerdo con la salida del accionador de dirección. Las realizaciones pueden permitir que la salida de accionador de orientación pueda controlarse por uno o más terminales de tierra, por ejemplo, recibiendo comandos de accionador de orientación a través de uno o más haces 210 de alimentador fijos. Otras realizaciones pueden proporcionar una funcionalidad de orientación de haz de cualquier manera adecuada. Aunque se muestra que el sistema 200 de antena tiene una funcionalidad de haz orientable solo en el lado de haz de usuario, algunas realizaciones pueden proporcionar, de forma alternativa o adicional, haces de alimentador orientables. Por ejemplo, pueden implementarse haces de alimentador orientables de manera similar y pueden usarse para equilibrar la carga dirigiendo selectivamente tráfico de haz de usuario particular a través de terminales de puerta de enlace particulares, para desplazar la capacidad a nuevos terminales de puerta de enlace a medida que se despliegan en una red en expansión, para proporcionar cobertura de puerta de enlace alternativa durante interrupciones de puerta de enlace y/o por otras razones.

En algunas realizaciones, uno o más transpondedores pueden ser transpondedores 240 de bucle de retorno para permitir comunicaciones de bucle de retorno a través de uno o más haces 250 de bucle de retorno. Por ejemplo, el/los haz/haces 250 de bucle de retorno puede(n) ser uno o más de los haces puntuales fijos que tienen tanto un terminal de puerta de enlace como terminales de usuario, donde el terminal de puerta de enlace da servicio a los terminales de usuario en su propio haz puntual. Por ejemplo, puede transmitirse una señal directa por un terminal de puerta de enlace iluminado por el haz 250 de bucle de retorno a un puerto de recepción de un elemento 115 de antena, comunicarse a través del transpondedor 240 de bucle de retorno a un puerto de transmisión del mismo elemento 115 de antena (o un elemento de antena diferente que ilumina la misma área de cobertura de haz 250 de bucle de retorno) y transmitirse a uno o más terminales de usuario en el área de cobertura de haz 250 de bucle de retorno. Las comunicaciones de enlace de retorno pueden gestionarse de manera similar. Como se describió anteriormente, la separación geográfica de los haces de usuario fijos puede permitir la asignación completa de un mismo espectro de enlace de usuario a cada haz sin interferencia sustancial (p. ej., degradación de señal con respecto a ruido de menos de 1 dB, menos de 0,5 dB, menos de 0,1 dB, etc.). Sin embargo, cuando se despliegan terminales de puerta de enlace en áreas de cobertura de haz de usuario (p. ej., para comunicaciones de bucle de retorno y/o para comunicaciones sin bucle de retorno), las realizaciones pueden incluir diversas técnicas de mitigación de interferencias. En algunas implementaciones, la interferencia entre puerta de enlace y terminales de usuario se mitiga o elimina usando diferentes bandas de frecuencia para comunicaciones de enlace de alimentador y enlace de usuario. Los terminales de puerta de enlace en un haz 250 de bucle de retorno (p. ej. o todos los terminales de puerta de enlace en todos los haces) pueden comunicarse en la banda V, mientras que los terminales de usuario en el haz 250 de bucle de retorno (p. ej., o todos los terminales de usuario) pueden comunicarse en la banda Ka. En otras implementaciones, los terminales de puerta de enlace y los terminales de usuario que comparten un área 160 de cobertura de haz pueden usar diferentes orientaciones de polarización, diferente temporización de comunicación (p. ej., dúplex por división de tiempo), diferentes subbandas de frecuencia (p. ej., dúplex por división de frecuencia) y/u otras técnicas para evitar o mitigar la interferencia (p. ej., comunicarse en una misma banda de frecuencia de acuerdo con un protocolo de acceso múltiple de portadora emparejada, un protocolo de compartición de canal multiplexado u otro protocolo de mitigación de interferencia).

La Fig. 3 muestra un mapa 300 de cobertura ilustrativo de los Estados Unidos continentales que tiene varias zonas 310 de cobertura candidatas. Las zonas 310 de cobertura candidatas están sombreadas para representar puntuaciones de demanda de consumo respectivas. Como se describió anteriormente, las puntuaciones de demanda de consumo se pueden calcular para indicar una demanda de consumo estimada, una demanda de consumo actualmente sin servicio estimada, etc. Como se ilustra, haces puntuales fijos iluminan ochenta áreas 160 de cobertura, cubriendo, cada una, una o más de las zonas 310 de cobertura candidatas. Se pretende que las áreas 160 de cobertura de haz puntual no se superpongan geográficamente. En el mapa 300 de cobertura ilustrado, a un gran porcentaje de la población del área de cobertura de satélite total se le puede dar servicio mediante haces puntuales fijos (p. ej., haces puntuales con un ancho de haz de 0,15 grados), aunque solo una porción muy pequeña del área de cobertura de satélite total está dentro de cualquier área 160 de cobertura de haz puntual.

El mapa 300 de cobertura de la Fig. 3 solo muestra haces puntuales fijos que iluminan áreas 160 de cobertura de forma generalmente elíptica. La Fig. 4 muestra una región 400 de mapa de cobertura, como una porción del mapa 300 de cobertura de la Fig. 3, que tiene un área 410 de cobertura de haz de usuario orientable. Como se ilustra, la región 400 de mapa de cobertura incluye varias zonas 310 de cobertura candidatas, algunas de las cuales están cubiertas por áreas 160 de cobertura de haz puntual fijo. De forma adicional, se puede apuntar un área 410 de cobertura de haz de usuario orientable (mecánicamente, mediante formación de haz, etc.) para cubrir porciones de la región 400 de mapa de cobertura. Como se muestra, el área 410 de cobertura de haz de usuario orientable puede apuntarse para superponerse con zonas 310 de cobertura candidatas también cubiertas por un haz puntual fijo, o el área 410 de cobertura de haz de usuario orientable puede apuntarse para cubrir zonas 310 de cobertura candidatas no cubiertas por ningún haz puntual fijo. Por ejemplo, el área 410 de cobertura de haz de usuario orientable puede usarse para proporcionar cobertura a regiones no cubiertas de otro modo, para añadir capacidad a regiones de manera temporal o permanente y/o para cualquier otro propósito adecuado. En la Fig. 4, en cualquier posición particular, se muestra que el área 410 de cobertura de haz de usuario orientable es mayor que cualquiera de las áreas 160 de cobertura de haz de usuario fijo. En otras implementaciones, las áreas 410 de cobertura de haz de usuario orientable pueden ser de cualquier tamaño adecuado (p. ej., el mismo tamaño, o más pequeño, que las áreas 160 de cobertura de haz de usuario fijo). En determinadas implementaciones, se pueden usar formación de haz y/u otras técnicas para ajustar el tamaño de las áreas 410 de cobertura de haz de usuario orientable, según se desee.

Además de orientar los haces, algunas realizaciones pueden incluir características para contornear (p. ej., conformar) haces. La Fig. 5 muestra una región 500 de mapa de cobertura, como una porción del mapa 300 de cobertura de la Fig. 3, que tiene un área 510 de cobertura de haz contorneado. El área 510 de cobertura de haz contorneado puede ser una de las áreas 160 de cobertura de haz puntual fijo. Por ejemplo, puede configurarse una matriz de alimentaciones para actuar como un único elemento de antena para producir un haz puntual fijo que está conformado para cubrir múltiples zonas 310 de cobertura candidatas. Dicha técnica puede usarse para dar forma a un área de cobertura, por ejemplo, para seguir un límite natural (p. ej., una línea costera o cordillera de montañas), un límite político (p. ej., línea estatal, frontera de país, etc.), límite regulatorio, etc., o para cualquier otro propósito adecuado.

Las Figs. 3 - 5 describen diversas implementaciones de haces, incluyendo implementaciones que tienen haces fijos, todo del mismo tamaño (p. ej., que tienen todos el mismo ancho de haz), implementaciones que tienen haces fijos y orientables, implementaciones que tienen haces contorneados, etc. La Fig. 6 muestra un mapa 600 de cobertura ilustrativo de los Estados Unidos continentales que tiene haces fijos con diferentes tamaños. Por ejemplo, pueden usarse uno o más haces más grandes (tales como área 160a de cobertura de haz puntual fijo) en áreas donde la población está más extendida (p. ej., menos concentrada geográficamente), y cada haz más grande puede estar suficientemente separado de otros haces, para evitar la interferencia de haces adyacentes. Pueden usarse haces más pequeños (tales como el área 160b de cobertura de haz puntual fijo) en áreas donde la población es más densa (p. ej., más concentrada geográficamente) y/o donde otros haces más pequeños están en estrecha proximidad. El mapa de haces ilustrado muestra haces puntuales que tienen anchos de haz de 0,15, 0,2 y 0,25 grados, aunque pueden usarse) otros anchos de haz (y/o más o menos de tres anchos de haz). Aunque es un efecto de segundo orden, la capacidad es algo más alta cuando disminuye el tamaño del haz (debido a un aumento de ganancia de antena). Por lo tanto, en algunas situaciones, puede ser preferible usar un pequeño haz en un área de población densa (que puede dar como resultado una alta demanda), aunque algunas porciones de la población no recibirán servicio por el sistema dado que la alta demanda probablemente dará como resultado el llenado del haz de todos modos (p. ej., para un haz que cubre la totalidad o parte de Nueva York o Los Ángeles). En otras situaciones, un haz más grande, aunque tiene una capacidad más baja, puede ser más preferible, debido a la demanda relativamente extendida (p. ej., para un haz que cubre Springfield, Ilinois o Evansville, Indiana). Se pueden producir diferentes tamaños de haz a partir del reflector de tamaño mismo ajustando el ahusamiento de iluminación proporcionado por las alimentaciones individuales. Alternativamente, se pueden usar diferentes reflectores u otras técnicas para producir haces de diferentes tamaños.

Como se describió anteriormente, en algunos casos, se pueden desplegar realizaciones en regiones que ya tienen servicio por otra infraestructura. La Fig. 7 muestra un mapa 700 de cobertura ilustrativo de los Estados Unidos continentales que tiene varias zonas 310 de cobertura candidatas que ya reciben servicio de la infraestructura existente. Las grandes áreas 710 de cobertura de haz (líneas discontinuas) son ilustrativas de grandes haces puntuales de satélite que proporcionan cobertura contigua a través de toda la región del mapa 700 de cobertura, y las áreas de cobertura más pequeñas (líneas continuas) son las áreas 160 de cobertura de haz puntual fijo de las realizaciones descritas en la presente memoria. Como ejemplo, las grandes áreas 710 de cobertura de haz pueden proporcionar cobertura amplia y contigua con menor rendimiento (p. ej., 100 Gigabits por segundo); mientras que las áreas 160 de cobertura de haz puntual fijo más pequeñas pueden proporcionar una cobertura dispersa (no contigua) con un rendimiento apreciablemente más alto (p. ej., un Terabit por segundo).

La Fig. 8 muestra un diagrama de flujo de un método 800 ilustrativo para proporcionar servicios de comunicaciones por satélite en áreas de cobertura de haz geográficamente no superpuestas, según diversas realizaciones. Las realizaciones del método 800 comienzan en la etapa 804 segmentando un área de cobertura de un satélite geoestacionario para dar múltiples zonas de cobertura candidatas. En la etapa 808, las realizaciones pueden determinar una demanda de consumo asociada con cada zona de cobertura candidata. En la etapa 812, las realizaciones pueden asignar múltiples haces puntuales fijos a un primer subconjunto de las zonas de cobertura candidatas de acuerdo con las demandas de consumo asociadas más altas. La asignación en la etapa 812 puede realizarse de manera que cada haz puntual fijo corresponde a al menos una zona de cobertura candidata del primer subconjunto para dar servicio a un área de cobertura de haz de usuario asociada que no se superpone geográficamente con áreas de cobertura de haz de usuario de todos los demás haces puntuales fijos. La asignación en la etapa 812 también puede realizarse de modo que a cada haz puntual fijo se le asigna el uso completo de un mismo espectro de enlace de usuario. En la etapa 816, se pueden asignar uno o más haces puntuales orientables para cubrir selectivamente un segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas.

Los métodos descritos en la presente memoria incluyen una o más acciones para lograr el método descrito. El método y/o las acciones pueden intercambiarse entre sí sin apartarse del alcance de las reivindicaciones. Dicho de otro modo, a menos que se especifique un orden específico de las acciones, puede modificarse el orden y/o el uso de acciones específicas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.

Al describir la presente invención, se usará la siguiente terminología: Las formas en singular “un” , “una” y “el/la” abarcan referentes plurales a menos que el contexto dicte claramente otra cosa. Así, por ejemplo, la referencia a un artículo incluye la referencia a uno o más artículos. El término “ unos” hace referencia a uno, dos o más y, por lo general, se aplica a la selección de algunos o todos de una cantidad. El término “ pluralidad” hace referencia a dos o más de un artículo. El término “aproximadamente” significa cantidades, dimensiones, tamaños, formulaciones, parámetros, formas y otras características que no necesitan ser exactas, pero que pueden aproximarse y/o ser mayores o menores, según se desee, reflejando tolerancias aceptables, factores de conversión, redondeo, error de medición y similares y otros factores conocidos por los expertos en la técnica. El término “sustancialmente” significa que la característica, parámetro o valor mencionado no se consigue exactamente, sino que pueden tener lugar desviaciones o variaciones que incluyen, por ejemplo, tolerancias, error de medición, limitaciones de exactitud de medición y otros factores conocidos para los expertos en la técnica, en cantidades que no excluyen el efecto para el que se pretendió proporcionar la característica. Los datos numéricos pueden expresarse o presentarse en la presente memoria en un formato de intervalo. Debe entenderse que un formato de intervalo de este tipo se usa simplemente con fines de conveniencia y brevedad y, por tanto, deberá interpretarse de manera flexible que incluye no solo los valores numéricos mencionados de manera explícita como los límites del intervalo, sino también debe interpretarse que incluye todos los valores numéricos individuales o subintervalos comprendidos dentro de ese intervalo, como si cada valor numérico y subintervalo se mencionaran de manera explícita. Como ilustración, debe interpretarse que un intervalo numérico de “aproximadamente 1 a 5” que incluye no solo los valores explícitamente mencionados de aproximadamente 1 a aproximadamente 5, sino que también incluye valores individuales y subintervalos dentro del intervalo indicado. Por lo tanto, en este intervalo numérico se incluyen valores individuales, tales como 2, 3 y 4 y subintervalos, tales como 1-3, 2-4 y 3-5, etc. Este mismo principio se aplica a intervalos que enumeran solamente un valor numérico (p. ej., “ mayor que aproximadamente 1” ) y debe aplicarse independientemente de la amplitud del intervalo o de las características que se describen. Una pluralidad de artículos puede presentarse en una lista común por comodidad de uso. Sin embargo, estas listas deben interpretarse como si cada miembro de la lista se identificara individualmente como un miembro independiente y único. Por tanto, ningún miembro individual de esta lista debe interpretarse como un equivalente de facto de cualquier otro miembro de la misma lista basándose únicamente en su presentación en un grupo común sin indicaciones de lo contrario. Además, cuando se usan los términos “y” y “o” en conjunto con una lista de artículos, deben interpretarse ampliamente en cuanto a que uno o más de los artículos mencionados se pueden usar solos o en combinación con otros artículos enumerados. La expresión “como alternativa” se refiere a la selección de uno de entre dos o más alternativas, y no pretende limitar la selección a solo aquellas alternativas enumeradas o solo a una de las alternativas listadas a la vez, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. El término “ acoplado” en la presente memoria no requiere que los componentes estén conectados directamente entre sí. En lugar de ello, el término pretende incluir también configuraciones con conexiones indirectas en las que pueden incluirse uno o más de otros componentes entre componentes acoplados. Por ejemplo, tales otros componentes pueden incluir amplificadores, atenuadores, aisladores, acopladores direccionales, interruptores redundantes, y similares. También, como se usa en la presente memoria, incluyendo en las reivindicaciones, “o” como se utiliza en una lista de artículos precedidos de “al menos uno de” indica una lista disyuntiva de manera que, por ejemplo, una lista de “al menos uno de A, B o C” significa A o B o C o AB o AC o BC o ABC (es decir, A y B y C). Además, el término “ejemplarmente” no significa que el ejemplo descrito sea preferido o mejor que otros ejemplos. Como se utiliza en la presente memoria, un “conjunto” de elementos se pretende que signifique “ uno o más” de esos elementos, salvo donde el conjunto se requiera de forma explícita que tenga más de uno o esté permitido explícitamente a ser un conjunto nulo.

Claims (18)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un método para proporcionar servicios de comunicaciones por satélite en áreas de cobertura de haz, comprendiendo el método:

   segmentar (804) un área de cobertura de un satélite (105) geoestacionario para dar una pluralidad de zonas de cobertura candidatas;

   determinar (808) una demanda de consumo asociada con cada una de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas;

   asignar (812) una pluralidad de haces (150) puntuales fijos del satélite geoestacionario a un primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas según las demandas de consumo asociadas más altas,

   de modo que cada haz puntual fijo de la pluralidad de haces puntuales fijos corresponde a al menos una zona de cobertura candidata del primer subconjunto para dar servicio a un área (160) de cobertura de haz de usuario asociada que no se superpone geográficamente con áreas de cobertura de haz de usuario de todos los demás haces puntuales fijos de la pluralidad de haces puntuales fijos,

   de modo que a cada haz puntual fijo de la pluralidad de haces puntuales fijos se le asigna uso completo de un mismo espectro de enlace de usuario; y

   asignar (816) un haz (155) puntual orientable para cubrir selectivamente un segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas,

   en donde:

   determinar la demanda de consumo comprende calcular una puntuación de certeza de demanda asociada con cada zona de cobertura candidata de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas;

   la asignación de la pluralidad de haces puntuales fijos se realiza al primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas que tienen puntuaciones de certeza de demanda asociadas que superan un umbral de puntuación; y

   el haz puntual orientable es uno de una pluralidad de haces puntuales orientables, cada uno asignado para cubrir selectivamente un subconjunto respectivo de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas que tienen puntuaciones de certeza de demanda asociadas por debajo del umbral de puntuación.
2. 2. El método de la reivindicación 1, en donde la asignación de la pluralidad de haces puntuales fijos es tal que cada haz puntual fijo está asociado con una potencia de haz para dar servicio al área de cobertura de haz asociada, una agregación de todas las potencias de haz asociadas soportables por una potencia total predeterminada del satélite.
3. 3. El método de la reivindicación 2, en donde la asignación de la pluralidad de haces puntuales fijos comprende maximizar una demanda de consumo de servicio por potencia de servicio, calculándose la demanda de consumo de servicio de acuerdo con las demandas de consumo determinadas y calculándose la potencia de servicio de acuerdo con las potencias de haz asociadas.
4. 4. El método de la reivindicación 1, en donde el área de cobertura del satélite es sustancialmente coextensiva con una agregación de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas.
5. 5. El método de la reivindicación 1, en donde cada área de cobertura de haz de usuario está asociada con una misma potencia de haz.
6. 6. El método de la reivindicación 1, en donde cada haz puntual fijo de la pluralidad de haces puntuales fijos se asocia con una potencia de haz respectiva calculada para dar servicio a la demanda de consumo de haz asociada con la al menos una zona de cobertura candidata correspondiente del haz puntual fijo.
7. 7. El método de la reivindicación 1, en donde asignar la pluralidad de haces puntuales fijos comprende conformar al menos una de las áreas de cobertura de haz de usuario para dar servicio a múltiples zonas de cobertura candidatas correspondientes de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas.
8. 8. El método de la reivindicación 1, que comprende además:

   establecer el umbral de puntuación para dar como resultado la asignación de una razón predeterminada de haces puntuales fijos con respecto a haces puntuales orientables.
9. 9. El método de la reivindicación 1, en donde el primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas y el segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas son disjuntos.
10. 10. El método de la reivindicación 1, en donde al menos una de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas está dentro del primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas y dentro del segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas.
11. 11. El método de la reivindicación 1, en donde la totalidad del segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas está dentro del primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas.
12. 12. Un satélite (105) geoestacionario para proporcionar servicios de comunicaciones en estrella, comprendiendo el satélite:

    un sistema (110) de antena que comprende una pluralidad de elementos (115) de antena de haz puntual fijo, asignándose a cada elemento de antena de haz puntual fijo un mismo espectro de enlace de usuario y apuntado según un área de cobertura de haz de usuario asociada de una red de comunicaciones en estrella,

    no superponiéndose geográficamente ningún área (160) de cobertura de haz de usuario con áreas de cobertura de haz de usuario de todos los demás elementos de antena de haz puntual fijo, y comprendiendo cada área de cobertura de haz de usuario al menos uno de un primer subconjunto de una pluralidad de zonas de cobertura candidatas segmentadas a partir de un área de cobertura del satélite, seleccionado el primer subconjunto de las zonas de cobertura candidatas como que tiene las mayores demandas de consumo entre la pluralidad de zonas de cobertura candidatas, determinadas las demandas de consumo calculando una puntuación de certeza de demanda asociada con cada zona de cobertura candidata de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas, teniendo el primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas puntuaciones de certeza de demanda asociadas que superan un umbral de puntuación; y un subsistema (135) de orientación de haz,

    en donde el sistema de antena comprende además una antena orientable que puede apuntarse de manera controlable por el subsistema de orientación de haz a un segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas, en donde la antena orientable se asigna para cubrir selectivamente un subconjunto respectivo de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas que tienen puntuaciones de certeza de demanda asociadas por debajo del umbral de puntuación.
13. 13. El satélite de la reivindicación 12, en donde el sistema de antena comprende además:

    una pluralidad de elementos de antena de haz de alimentador apuntados según áreas de cobertura de haz de alimentador asociadas, asociadas con terminales de puerta de enlace; y una pluralidad de transpondedores (120),

    en donde cada transpondedor acopla uno respectivo de los elementos de antena de haz de alimentador con uno respectivo de los elementos de antena de haz puntual fijo.
14. 14. El satélite de la reivindicación 12, en donde:

    la antena orientable es una matriz en fase de elementos de antena; y

    el subsistema de orientación de haz comprende una salida de ponderaciones de haz, de tal manera que la matriz en fase de elementos de antena puede apuntarse de manera controlable de acuerdo con la salida de ponderaciones de haz.
15. 15. El satélite de la reivindicación 12, en donde:

    la antena orientable comprende al menos un elemento de antena orientable mecánicamente; y el subsistema de orientación de haz comprende una salida de accionador de orientación, de tal manera que el al menos un elemento de antena orientable mecánicamente puede apuntarse de manera controlable de acuerdo con la salida de accionador de orientación.
16. 16. El satélite de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en donde cada una de la pluralidad de áreas de cobertura de haz de usuario corresponde a un haz de bucle de retorno para acoplar un terminal de puerta de enlace a una pluralidad de terminales de usuario en el área de cobertura de haz de usuario asociada.
17. 17. El satélite de la reivindicación 12, en donde el primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas y el segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas son disjuntos.
18. 18. El satélite de la reivindicación 12, en donde al menos una de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas está dentro del primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas y dentro del segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas.

    El satélite de la reivindicación 12, en donde la totalidad del segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas está dentro del primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas.

    Un sistema de comunicación por satélite en estrella, comprendiendo el sistema:

    una pluralidad de terminales de usuario dispuestos en una pluralidad de áreas (160) de cobertura de haz de usuario, no superponiéndose geográficamente ningún área de cobertura de haz de usuario de la pluralidad de áreas de cobertura de haz de usuario con todas las demás áreas de cobertura de haz de usuario, comprendiendo la pluralidad de áreas de cobertura de haz de usuario un primer subconjunto de una pluralidad de zonas de cobertura candidatas segmentadas a partir de un área de cobertura, y teniendo una demanda de consumo asociada;

    una pluralidad de terminales de puerta de enlace dispuestos en una pluralidad de áreas de cobertura de haz de alimentador, no superponiéndose geográficamente ningún área de cobertura de haz de alimentador de la pluralidad de áreas de cobertura de haz de alimentador con todas las demás áreas de cobertura de haz de alimentador;

    un satélite (105) geoestacionario que tiene el área de cobertura, y que además tiene un sistema (110) de antena que comprende:

    una pluralidad de elementos de antena de haz de alimentador fijo, cada uno asignado a un mismo espectro de enlace de alimentador y apuntado para iluminar una asociada de las áreas de cobertura de haz de alimentador; y

    una pluralidad de elementos (115) de antena de haz de usuario fijo, cada uno asignado a un mismo espectro de enlace de usuario y apuntado para iluminar una asociada de las áreas de cobertura de haz de usuario seleccionadas como que tienen las mayores demandas de consumo entre la pluralidad de áreas de cobertura de haz de usuario, determinadas las demandas de consumo calculando una puntuación de certeza de demanda asociada con cada zona de cobertura candidata de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas, teniendo el primer subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas puntuaciones de certeza de demanda asociadas que superan un umbral de puntuación; y

    un subsistema (135) de orientación de haz,

    en donde el sistema de antena comprende además una antena orientable que puede apuntarse de manera controlable por el subsistema de orientación de haz a un segundo subconjunto de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas, en donde la antena orientable se asigna para cubrir selectivamente un subconjunto respectivo de la pluralidad de zonas de cobertura candidatas que tienen puntuaciones de certeza de demanda asociadas por debajo del umbral de puntuación.