ES2987937T3 - Sistema de satélites con capacidad de comunicaciones aumentada y métodos para aumentar la capacidad de los sistemas de satélites - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema satelital que tiene una capacidad de comunicaciones aumentada y métodos para aumentar la capacidad de los sistemas satelitales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de satélites con capacidad de comunicaciones aumentada y métodos para aumentar la capacidad de los sistemas de satélites

Declaración de casos relacionados

Este caso reivindica la prioridad de la solicitud de patente US 62/247.611 presentada el 28 de Octubre de 2015.

Campo de la Invención

La presente invención se refiere a sistemas de satélites.

Antecedentes de la Invención

Un sistema de satélites no geoestacionarios comprende un grupo o una constelación de satélites que orbitan la Tierra a altitudes distintas de la órbita geoestacionaria (aproximadamente 36.000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra). Los sistemas de satélites no geoestacionarios que se encuentran en una órbita terrestre baja (LEO) tienen menos pérdida de propagación y menos retardo de propagación que los sistemas de satélites geosíncronos debido a la órbita más baja de los satélites no geoestacionarios. Por lo tanto, dichos satélites son más adecuados que los satélites geoestacionarios para las comunicaciones interactivas, tales como servicios de Internet.

Los sistemas de satélites geoestacionarios tienen un período orbital igual al período de rotación de la Tierra y, por lo tanto, desde la Tierra, parecen estar en una posición fija en el cielo. Los satélites no geoestacionarios se mueven a velocidades relativamente más altas y, por lo tanto, para un observador terrestre, parecen pasar de horizonte a horizonte. Debido a este movimiento relativo entre los satélites no geoestacionarios y la Tierra, dichos satélites entran y salen del alcance de los terminales de usuario terrestres. Por lo tanto, dichos terminales deben conmutar su enlace de comunicaciones de un satélite al siguiente (es decir, realizar un traspaso) para conseguir comunicaciones continuas. En algunos sistemas, las transmisiones de radio desde el satélite al terminal de usuario adoptan la forma de múltiples haces independientes dirigidos en diferentes direcciones. Entonces, además de la gestión por parte de los terminales de usuario terrestres del traspaso entre satélites, hay un traspaso entre los haces individuales de un satélite individual, a medida que el área de cobertura de un satélite se mueve más allá de un usuario particular.

La capacidad de flujo de datos de dicho sistema de satélites, aparte de cualquier cuestión de EPFD (densidad de flujo de potencia equivalente) y forma de onda, es una función de la potencia y de los MHz/Km2 de cobertura. Aunque la potencia puede usarse para aumentar la eficiencia espectral, proporcionada como "bits/seg/Hz de ancho de banda (bps/Hz), de manera óptima se aplica suficiente potencia para operar en los bits/hz/seg más eficientes de QPSK (modulación por desplazamiento de fase en cuadratura). Si la potencia se establece algorítmicamente a un valor que consigue QPSK según el presupuesto del enlace, el siguiente parámetro a ajustar para obtener más bits de datos hacia Tierra es aumentar los MHz/Km2.

El documento GB 2521459 divulga la asignación dinámica de ancho de banda entre conjuntos de ancho de banda asociados con diferentes haces de usuario de un satélite. El documento WO 2009/021238 divulga una primera puerta de enlace configurada para usar un primer haz puntual asociado con una primera área de cobertura para proporcionar comunicaciones retransmitidas por satélite a una serie de primeros terminales de abonado en la primera área de cobertura, y una segunda puerta de enlace configurada para usar un segundo haz puntual asociado con una segunda área de cobertura para proporcionar comunicaciones retransmitidas por satélite a una serie de segundos terminales de abonado en la segunda área de cobertura. Tras el fallo del haz puntual, la segunda área de cobertura se expande para proporcionar comunicaciones retransmitidas por satélite a algunos de los primeros terminales de abonado sin usar el primer haz puntual.

Sumario

La presente invención proporciona maneras de aumentar la capacidad de comunicaciones de un sistema de satélites. Para una eficiencia espectral dada, determinada por la relación señal-ruido, la cantidad de datos que se transmiten a los terminales de usuario puede aumentarse añadiendo más ancho de banda. Según las presentes enseñanzas, el ancho de banda se aumenta usando uno o más de entre:

• Haces de puertas de enlace intersticiales

• Apilamiento de canales

• Plegado de capacidad

Haces de puertas de enlace intersticiales. En algunas realizaciones, cada satélite incluye dos antenas de puerta de enlace para comunicarse con los SNPs (es decir, antenas de puerta de enlace terrestres y equipos asociados). Se requieren dos antenas en un satélite para facilitar un traspaso a medida que el satélite se mueve entre las áreas de cobertura de SNPs vecinos. Por consiguiente, la mayor parte del tiempo solo una de las antenas de puerta de enlace de un satélite está en uso. El presente inventor ha reconocido que es posible duplicar la capacidad de datos sobre regiones geográficas específicas añadiendo otro SNP, un SNP intersticial, que puede comunicarse con la antena de puerta de enlace (normalmente) no usada en el satélite.

Apilamiento de canales. La capacidad utilizable de la antena de puerta de enlace de un satélite normalmente en uso se canaliza, tal como, por ejemplo, en 16 canales/señales que tienen diferentes intervalos discretos de frecuencias, dirigidos a transceptores apropiados para su transmisión como haces de "usuario" a terminales de usuario terrestres. Los términos "canal(es)" y "señal(es)" se usan indistintamente en la presente divulgación y en las reivindicaciones adjuntas.

Usando el haz de puerta de enlace intersticial (resultante de las comunicaciones entre el SNP intersticial y la antena de puerta de enlace no usada normalmente), la capacidad de comunicaciones entre el satélite y los terminales de usuario puede duplicarse "apilando" (es decir, sumando) los 16 canales adicionales de ancho de banda (recibidos a través del haz intersticial) a los 16 canales desde el haz de puerta de enlace normalmente en uso.

Plegado de capacidad. Si se aumenta el número de satélites por plano, se reduce el área de cobertura proporcionada por cada satélite. A medida que se reduce el área de cobertura, hay una superposición en la cobertura de los haces periféricos desde los satélites adyacentes. Por ejemplo, cuando el número de satélites por plano aumenta de 36 a 39, dos de los (16) haces de los satélites adyacentes se superponen, de manera que solo se necesitan 14 haces activos por satélite. El ancho de banda asociado con los 2 haces inactivos puede añadirse o "plegarse" a algunos de los canales activos.

Supóngase, a modo de ejemplo, que una de las antenas de puerta de enlace proporciona un ancho de banda de aproximadamente 4.000 MHz y que el ancho de banda se canaliza en dieciséis canales de 250 MHz. Usando un haz de puerta de enlace intersticial (tal como se proporciona junto con un SNP intersticial), se proporciona un ancho de banda adicional de 4.000 MHz, para un total de 8.000 MHz. El aumento del número de satélites por plano de 36 a 39 libera 2 canales por cada antena de puerta de enlace para un total de 1.000 MHz desde las dos antenas de puerta de enlace. Este ancho de banda extra puede proporcionar capacidad adicional a las regiones de tráfico elevado. De esta manera, los métodos divulgados en el presente documento pueden (en este ejemplo) aumentar el ancho de banda proporcionado a la huella de enlace de usuario de un satélite desde 4.000 MHz a 9.000 MHz.

Breve Descripción de las figuras

La Fig. 1 representa un sistema 100 de satélites para proporcionar servicio de Internet a hogares, etc.

La Fig. 2 representa los haces transmitidos desde un satélite del sistema 100.

La Fig. 3 muestra tres SNPs y sus áreas de cobertura asociadas, así como el movimiento de un satélite sobre dichas áreas.

La Fig. 4A representa una región del área de cobertura de un SNP en la que solo una antena de puerta de enlace basada en satélite está nominalmente en uso para las comunicaciones de SNP a satélite.

Las Figs. 4B-4C representan el uso de un SNP intersticial para aumentar el ancho de banda según una realización ilustrativa de la presente invención.

Las Figs. 5A-5B representan un apilamiento de canales según una realización ilustrativa de la presente invención.

La Fig. 5C representa una ilustración adicional del apilamiento según una realización ilustrativa de la invención.

Las Figs. 6A-6C representan la superposición creciente en la huella del enlace de usuario a medida que se aumenta el número de satélites en un plano.

La Fig. 7A representa un ejemplo del ancho de banda proporcionado a la huella de enlace de usuario de un satélite cuando hay 36 satélites por plano.

La Fig. 7B representa una duplicación de ancho de banda usando apilamiento de canales.

La Fig. 7C representa un aumento, con respecto a la Fig. 7B, del ancho de banda, como resultado del aumento del número de satélites por plano.

Las Figs. 8A-8C representan la manera en la que los canales en exceso, resultantes de un aumento en el número de satélites por plano, se pliegan y enrollan de manera que permanezcan sobre un área física particular en el suelo a medida que un satélite se mueve según una realización ilustrativa de la invención.

Las Figs. 8D-8E representan una ilustración adicional del plegado y enrollado de canales según una realización ilustrativa de la invención.

La Fig. 9 representa un diagrama de flujo de un método para situar un SNP intersticial según una realización ilustrativa de la invención.

La Fig. 10 representa un diagrama de flujo de un método para aumentar el ancho de banda disponible mediante la utilización de un SNP intersticial según una realización ilustrativa de la invención.

La Fig. 11 representa un diagrama de flujo de un método para aumentar el ancho de banda mediante apilamiento de canales según una realización de la presente invención.

La Fig. 12 representa un diagrama de flujo de un método para aumentar el ancho de banda mediante la desactivación de haces de antena redundantes y la reasignación de los canales asociados con los mismos a otros haces de antena según una realización de la presente invención.

Descripción detallada

Definiciones. Los términos que aparecen a continuación se definen para su uso en la presente divulgación y en las reivindicaciones adjuntas de la siguiente manera:

• "SNP" es un acrónimo de "portal de red de satélites". El SNP se refiere al sitio físico que incluye una serie de SAPs (puntos de acceso de satélite), que incluye la antena de puerta de enlace más la electrónica de RF y el módem, así como una fuente de alimentación, cables y hardware de enrutamiento y control. La expresión "antena de puerta de enlace terrestre" se usará indistintamente con "SNP", entendiéndose que la antena de puerta de enlace es solo parte del equipo incluido en un SNP.

• "Haces de antena" se refiere a las transmisiones entre los transceptores en el satélite y los terminales de usuario terrestres, a los que se hace referencia también como "haces de antena de satélite" o "haces de usuario", o a las transmisiones entre las antenas de puerta de enlace en el satélite y los SNPs terrestres, a los que se hace referencia también como "haces de puerta de enlace".

• "Huella de enlace de usuario" se refiere al área de cobertura en el suelo de los haces de las antenas del satélite.

• "Sustancialmente" y "aproximadamente", cuando se usan para modificar un valor/cantidad/número o similar (por ejemplo, sustancialmente igual, aproximadamente igual, etc.), significa "más o menos 15%" del valor/cantidad/número.

Se proporcionan definiciones adicionales a lo largo de la presente divulgación, en contexto.

La realización ilustrativa de la invención se refiere a un sistema 100 de satélites del solicitante para proporcionar un servicio de Internet de banda ancha y bajo coste a cualquier ubicación en la Tierra. Las realizaciones de la invención son generalmente aplicables a satélites no geoestacionarios que generan haces de radiación (por ejemplo, ópticos, de RF o de otro tipo) medibles en Tierra, con cualquier cantidad de satélites (es decir, uno o más).

La Fig. 1 representa una realización ilustrativa del sistema 100 de satélites y su entorno operativo. El sistema 100, divulgado en solicitudes de patente presentadas anteriormente, incluye una red 102 central, una antena o unas antenas 104 de puerta de enlace, un satélite o unos satélites 106 LEO y terminales 112 de usuario. El sistema 100 transmite datos desde Internet 50 al dispositivo 70 de usuario (por ejemplo, televisión, ordenador, tableta, teléfono inteligente u otro dispositivo capaz de recibir y/o transmitir datos) y viceversa.

La red 102 central recibe/transmite datos desde/a Internet 50. Entre otras funciones, la red 102 central enruta los paquetes de datos a múltiples antenas 104 de puerta de enlace para su transmisión a múltiples satélites 106 LEO. De manera similar, la red 102 central recibe paquetes de datos desde los múltiples satélites LEO a través de las múltiples antenas de puerta de enlace. Además de contener contenido de Internet, etc., los paquetes de datos contienen información relacionada con el sistema, tal como se analizará adicionalmente más adelante.

En aras de la simplicidad, la Fig. 1 representa un único satélite 106 LEO; sin embargo, debe entenderse que el sistema 100 incluye una pluralidad de dichos satélites LEO, a los que se hace referencia como una "constelación". Por ejemplo, en algunas realizaciones, la constelación incluye una cantidad muy grande de satélites, tal como 600 a 700 satélites. En algunas realizaciones, la constelación de satélites está organizada en múltiples "planos" orbitales, en el que cada plano orbital se encuentra a una altitud diferente. Típicamente, aunque no necesariamente, hay el mismo número de satélites en cada plano orbital.

En la realización representada en la Fig. 1, el dispositivo 70 de usuario recibe y/o transmite datos, a través del terminal 112 de usuario, desde o hacia el satélite 106. El dispositivo 70 de usuario se representa como situado en el interior de la estructura 60. En algunas otras realizaciones, el dispositivo 70 de usuario se usa al aire libre, con el soporte de la conectividad de telecomunicaciones extendida apropiada entre el terminal 112 de usuario y el dispositivo de usuario.

En la realización ilustrativa, el terminal 112 de usuario se representa montado en la estructura 60, que es una residencia. En algunas otras realizaciones, la estructura 60 es un edificio distinto de una residencia, tal como un negocio (por ejemplo, edificio de oficinas, restaurante, almacén, etc.), un cobertizo o incluso un buque que se mueve lentamente, tal como un crucero, etc. Típicamente, un terminal 112 de usuario está situado en cada ubicación (por ejemplo, residencia, negocio, etc.) para proporcionar conectividad a Internet a los mismos. Una realización del terminal 112 de usuario se proporciona en la solicitud US con N° de serie 14/627.577, presentada el 20 de Febrero de 2015 y titulada "User Terminal Having A Linear Array Antenna With Electronic And Mechanical Actuation System".

El satélite 106 LEO está equipado con múltiples instancias de al menos dos tipos de antenas diferentes. Las antenas 108A y 108B son para las comunicaciones con los SNPs, que incluyen antena o antenas 104 de puerta de enlace terrestres. Cada una de dichas antenas se comunica con un SNP a la vez.

Las antenas 110 son para las comunicaciones con los terminales 112 de usuario. En la realización ilustrativa, las antenas 110 son antenas de radio (y transceptores asociados) para transmitir señales de radio hacia (o recibir las mismas desde) la superficie de la Tierra. Dichas transmisiones se representan en la Fig. 2 como haces 210, cada uno de los cuales proporciona una huella 212 sobre la superficie de la Tierra. Cuando el terminal 112 de usuario está en el interior de la huella 212 de uno de los haces 210, ese terminal de usuario recibe datos desde esa transmisión de radio. En la realización ilustrativa, el satélite 106 LEO tiene dieciséis antenas para transmitir (o recibir) dieciséis haces.

Haces de puerta de enlace y SNPs intersticiales. Las Figs. 3A a 3C representan SNPs adyacentes y el movimiento de un satélite a lo largo de su órbita sobre las áreas de cobertura de los SNPs. Cada una de estas figuras representa tres SNPs 314A, 314B y 314C y sus regiones 316 de cobertura idealizadas asociadas. En el presente documento, se hace referencia a los SNPs 314A, 314B y 314C como "SNPs de conjunto mínimo". Los SNPs de conjunto mínimo representan aquellos SNPs que son necesarios para proporcionar la cobertura de comunicaciones deseada para el sistema 100. Los SNPs de conjunto mínimo se distinguen de los "SNPs intersticiales", estos últimos se usan para aumentar el ancho de banda/la capacidad del sistema en regiones de cobertura seleccionadas, tal como se analizará más detalladamente a continuación. Se apreciará que se requieren muchos más que los tres SNPs de conjunto mínimo representados en las Figs. 3A a 3C para proporcionar cobertura de comunicaciones en todo el mundo.

Cada una de las Figs. 3A a 3C representa un satélite 318 y su huella 320 de enlace de usuario idealizada asociada (es decir, la cobertura terrestre de los haces de satélite). En algunas realizaciones, el diámetro del área 316 de cobertura de SNP es de aproximadamente 4.200 kilómetros. La huella 320 de enlace de usuario se idealiza como un cuadrado con lados que tienen una longitud de aproximadamente 1.000 kilómetros.

Las Figs. 3A a 3C indican que, durante la mayor parte del tiempo, el satélite 318 se comunica a través de un único haz de puerta de enlace con un único SNP de conjunto mínimo, de manera que solo una de las (al menos) dos antenas de puerta de enlace del satélite está en uso (véase, por ejemplo, la Fig. 1, antenas 108A y 108B de puerta de enlace). Por ejemplo, en la Fig. 3A, el satélite 318 usa una de sus antenas de puerta de enlace para comunicarse con el SNP 314A de conjunto mínimo a través del haz 3222 de puerta de enlace.

Para operaciones convencionales, el único momento en el que se usa la segunda antena de puerta de enlace del satélite es durante un traspaso, tal como se representa en la Fig. 3B. En particular, una de las antenas de puerta de enlace del satélite se está comunicando con un primer SNP de conjunto mínimo, tal como el SNP 314A a través del haz 3222 de puerta de enlace, y la segunda de las antenas de puerta de enlace del satélite se está comunicando con el SNP 314B de conjunto mínimo adyacente a través del haz 3221 de puerta de enlace. La Fig. 3C representa la situación después del traspaso, en el que, una vez más, solo una de las antenas de puerta de enlace del satélite está en uso; es decir, el satélite 318 se comunica con el SNP 314B de conjunto mínimo a través del haz 3221 de puerta de enlace.

La Fig. 4A representa la región 422, que muestra un área en la región de cobertura asociada con el SNP 314B de conjunto mínimo en el que solo una de las antenas de puerta de enlace del satélite estará en uso (es decir, sin traspaso). Tal como se apreciará a partir de las figuras, la región 422 representa una parte significativa de la región de cobertura de SNP.

Con referencia ahora a la Fig. 4B, la colocación de uno o más SNPs adicionales, un "SNP intersticial", en la región 422 según una realización de la presente invención permite que la segunda antena de puerta de enlace normalmente inactiva del satélite se use para duplicar efectivamente el ancho de banda disponible en al menos parte de la región 422. Esa parte, la sección 424, es donde se superponen la zona 316 de cobertura del SNP 314B y la zona 416 de cobertura del SNP 4148 intersticial.

Las Figs. 4C y 4D representan el satélite 318 moviéndose a través de la sección 424. Tal como se representa en estas figuras, una de las dos antenas de puerta de enlace del satélite se comunica con el SNP 314B de conjunto mínimo a través del haz 3221 de puerta de enlace y la otra de las antenas de puerta de enlace del satélite se comunica con el SNP 414B intersticial a través del haz 3222 de puerta de enlace.

El uso de la segunda antena de puerta de enlace de esta manera proporciona la capacidad de duplicar la cantidad de información que se transmite al satélite desde Tierra (enlace ascendente) o viceversa (enlace descendente). En un caso de uso real, los SNPs intersticiales se colocan estratégicamente en regiones, tales como núcleos de población, en las que existe una gran demanda de ancho de banda. De esta manera, a diferencia de los "SNPs de conjunto mínimo", un "SNP intersticial", tal como se define para su uso en la presente divulgación y en las reivindicaciones adjuntas, significa: un SNP que proporciona (a una parte de la zona de cobertura del SNP de conjunto mínimo más cercano) un aumento en el ancho de banda/capacidad con relación al ancho de banda/capacidad proporcionados nominalmente por el único enlace de comunicaciones entre el SNP de conjunto mínimo y una de las antenas de puerta de enlace del satélite.

Tal como se representa en las Figs. 4C y 4D, un SNP intersticial se situará típicamente más cerca de al menos un SNP de conjunto mínimo que cualquier SNP de conjunto mínimo de otro SNP de conjunto mínimo. Por ejemplo, en las Figs.

4C y 4D, el SNP 414B intersticial está más cerca del SNP 314B de conjunto mínimo que cualquiera de los SNPs 314A, 314B y 314C de conjunto mínimo entre sí.

Las figuras ilustran el uso de un único SNP intersticial para proporcionar ancho de banda adicional, ya que, en la realización ilustrativa, el satélite tiene solo dos antenas de puerta de enlace. Hay otros escenarios en los que puede usarse más de un único SNP intersticial para aumentar el ancho de banda para una región particular. Por ejemplo, si un satélite tiene tres antenas de puerta de enlace, entonces es posible que el satélite se comunique simultáneamente con tres SNPs.

La Fig. 9 representa un diagrama de flujo del método 900 para situar un SNP intersticial según una realización ilustrativa de la invención. En la tarea 901, se identifica una región geográfica, situada en el área de cobertura de un SNP de conjunto mínimo y que tiene una demanda de ancho de banda relativamente mayor que la nominal. En la tarea 902, se instala un SNP intersticial en una ubicación de manera que la región geográfica de mayor demanda está abarcada por el área de cobertura del SNP intersticial. Esta ubicación estará típicamente más cerca del SNP de conjunto mínimo más cercano de lo que está el SNP de conjunto mínimo de cualquier otro SNP de conjunto mínimo.

La Fig. 10 representa un diagrama de flujo del método 1000 para aumentar el ancho de banda disponible mediante la utilización de un SNP intersticial según una realización ilustrativa de la invención. En la tarea 1001, se establece un primer enlace de comunicaciones entre un SNP de conjunto mínimo y una primera antena de entre al menos dos antenas de puerta de enlace en un satélite. De esta manera, un primer haz de puerta de enlace que tiene cierta cantidad de ancho de banda (por ejemplo, 4.000 MHz, etc.) transmite datos hacia y desde el satélite. En la tarea 1002, se establece un segundo enlace de comunicaciones entre un SNP intersticial y una segunda antena de entre las al menos dos antenas de puerta de enlace en el satélite.

Apilamiento de canales. La Fig. 5A representa el haz 3221 de puerta de enlace de banda Ka, tal como se recibe en el satélite durante la operación convencional del sistema 100 de satélites en el que el satélite 318 se comunica con un único SNP 314B de conjunto mínimo, tal como se muestra en la Fig. 3C. De esta manera, el satélite recibe el haz 3221 de puerta de enlace de banda Ka, que se representa en la Fig. 5A canalizado en 16 canales (es decir, señales) Ai, donde i=1, 16. Estos canales se convierten de manera descendente en señales Ui de banda Ku, donde i=1, 16 y se aplican a los haces 210 del satélite (Fig. 2) para su transmisión a los terminales 112 de usuario (Fig. 1). Más particularmente, las señales se alimentan a transceptores (no representados) asociados con las diversas antenas de satélite para su transmisión a los terminales de usuario.

La Fig. 5B representa el haz 3221 de puerta de enlace de banda Ka y el haz 3222 de puerta de enlace de banda Ka, tal como se reciben en el satélite durante la operación del sistema 100 de satélites según una realización de las presentes enseñanzas, en el que el satélite 318 se comunica con dos SNPs; el SNP 314B de conjunto mínimo y el SNP 418B intersticial, tal como se muestra en las Figs. 4C y 4D.

De esta manera, el satélite recibe el haz 3221 de puerta de enlace de banda Ka y el haz 3222 de puerta de enlace de banda Ka. Ambos haces se canalizan en 16 canales; el haz 3221 de puerta de enlace de banda Ka en los canales Ai, donde i=1, 16 y el haz 3222 de puerta de enlace de banda Ka en los canales Bi, donde i=1, 16. Los canales/señales Ai de banda Ka se convierten de manera descendente a canales Ui de banda Ku, donde i=1, 16 y los canales/señales Bi de banda Ka se convierten de manera descendente a canales Ui de banda Ku, donde i=17, 32. Los dos conjuntos de canales se "apilan"; es decir, se aplican dos canales a cada uno de los haces de satélite para su transmisión a los terminales 112 de usuario.

La Fig. 5C representa un diagrama de la carga útil del satélite para ilustrar adicionalmente la técnica de apilamiento. La figura representa los dos haces de puerta de enlace de banda Ka (uno recibido en la antena "A" del satélite y el otro recibido en la antena "B" del satélite). La señal de banda Ka se amplifica mediante un amplificador o unos amplificadores 526, se canaliza (se muestran seis canales para cada una de las dos señales entrantes), se convierte de manera descendente a la banda Ku mediante un convertidor o unos convertidores 528 descendentes y, a continuación, los canales de frecuencia similares procedentes de los dos haces entrantes se suman en un combinador o unos combinadores 530.

De esta manera, con la disponibilidad de un SNP intersticial, el ancho de banda desde el haz de puerta de enlace intersticial puede "apilarse" sobre el ancho de banda del primer haz de puerta de enlace. Esto duplica efectivamente el ancho de banda disponible en la región cubierta tanto por el SNP de conjunto mínimo como por el SNP intersticial.

Plegado de canales. Las Figs. 6A a 6C representan la superposición creciente, identificada como la región 632, en la huella de enlace de usuario de los satélites 318 a medida que se aumenta el número de satélites en un plano. Como consecuencia de la superposición de la huella de enlace de usuario de los satélites adyacentes, algunos de los haces pueden desactivarse. Por ejemplo, para un diseño de sistema nominal de 36 satélites por plano, la TABLA I muestra la reducción de haces activos para diseños de satélites nominales que tienen 16 y 20 haces activos a medida que aumenta el número de satélites en el plano.

TABLA I

La Fig. 11 representa un diagrama de flujo de un método para aumentar el ancho de banda mediante apilamiento de canales según una realización de la presente invención. En la tarea 1101, el ancho de banda de un primer haz de puerta de enlace (transmitido a través de un primer enlace de comunicaciones entre un SNP de conjunto mínimo y una primera antena de puerta de enlace en el satélite) se canaliza en múltiples canales. En la tarea 1102, el ancho de banda de un haz de puerta de enlace intersticial (tal como se transmite a través de un segundo enlace de comunicaciones entre un SNP intersticial y una segunda antena de puerta de enlace en el satélite) se canaliza en múltiples canales. En algunas realizaciones, cada pluralidad contiene 16 canales, teniendo cada uno un ancho de banda de 250 MHz. En algunas otras realizaciones, cada pluralidad 20 contiene canales, teniendo cada uno un ancho de banda de 200 MHz.

En la tarea 1103, los dos grupos de canales se "apilan" y, en la tarea 1104, se asignan a múltiples transceptores de radio en el satélite, para su transmisión hacia y desde terminales de usuario terrestres. El "apilamiento" no es una operación física; simplemente indica que se identificarán los canales que tienen el mismo intervalo de frecuencias de entre los dos haces de puerta de enlace diferentes y, a continuación, en la tarea 1104, se asignarán al mismo transceptor de radio en el satélite como una función de su intervalo de frecuencias.

Plegado de capacidad. Según la TABLA I, a medida que se aumenta el número de satélites por plano, se reduce el número de haces activos por satélite. Esta reducción resulta en canales extra que, en efecto, pueden plegarse sobre los canales activos usando, por ejemplo, una matriz de conmutación interna apropiada.

Una realización de plegado de capacidad se representa en las Figs. 7A a 7C. Con referencia a la Fig. 7A, supóngase, a modo de ejemplo, una constelación de satélites con 36 satélites por plano. Supóngase que el enlace de comunicaciones entre un SNP de conjunto mínimo y una de las antenas de puerta de enlace en uno de los satélites proporciona un ancho de banda de aproximadamente 4.000 MHz. Y supóngase que el ancho de banda se canaliza y se convierte hacia abajo en dieciséis canales Ui; i= 1, 16, de 250 MHz de banda K.

La Fig. 7B representa una duplicación de ancho de banda mediante el uso de un SNP intersticial, en el que el SNP intersticial se vincula a la segunda antena de puerta de enlace normalmente no usada del satélite, y en el que el ancho de banda extra se "apila", proporcionando de esta manera 8.000 MHz de ancho de banda como Ui; i= 1, 16 y Ui; i= 17, 32.

La Fig. 7C representa un aumento en el ancho de banda, con respecto a la Fig. 7B, como resultado del aumento del número de satélites por plano desde 36 a 39. Tal como se representa en la TABLA I, este aumento resulta en la desactivación de 2 haces de antena. Con el apilamiento de canales, esto equivale a 4 canales (de 250 MHz cada uno) para un total de 1.000 MHz adicionales que pueden reasignarse a otros de los haces activos restantes. En la Fig. 7C, los canales Ui; i= 29, 32 se reasignan. De esta manera, los métodos divulgados en el presente documento son capaces (en este ejemplo) de aumentar el ancho de banda proporcionado a la huella de enlace de usuario de un satélite desde 4.000 MHz a 9.000 MHz.

La capacidad adicional representada por los canales "extra" puede asignarse a varios de los haces activos. Cuando esos haces de ancho de banda mejorado se enlazan con terminales de usuario en ubicaciones geográficas que tienen una demanda de ancho de banda relativamente alta, se hace buen uso del ancho de banda extra. Sin embargo, a medida que el satélite se mueve, dichos haces perderán su enlace con esos terminales de usuario.

Según algunas realizaciones de la invención, este problema se aborda "rodando" o reasignando canales a diferentes haces activos, de manera que los canales extra permanezcan fijos sobre un área física en el suelo mientras el satélite se mueve. Este concepto se ilustra en las Figs. 8A a 8C.

La Fig. 8A representa las huellas 812, sobre la Tierra, de dieciséis haces de antena transmitidos desde un satélite. Para facilitar la explicación, cada huella se representa como un rectángulo. Cada haz se asigna para transmitir en un canal de frecuencia particular, en el intervalo de A (frecuencia más baja) a H (frecuencia más alta). En algunas realizaciones, la asignación particular procede con los canales A-D en los haces interiores y los canales E-H en los haces exteriores. Este patrón de asignación coloca las frecuencias más altas, que resultan en mayores ganancias de antena, en los haces que recorren la mayor distancia (desde el satélite hasta el suelo), con el fin de compensar parcialmente las pérdidas de espacio libre. En aras de la simplicidad, solo se muestran los canales procedentes de una antena de puerta de enlace.

En la Fig. 8B, la región 832 representa un área fija sobre el suelo que tiene una demanda de ancho de banda relativamente mayor que las regiones circundantes y debe ser cubierta por los canales extra. El ancho de banda para estos canales extra proviene de la desactivación de los tres haces 14-16 inferiores (es decir, indicados por la "x" a través de las huellas que transmiten las frecuencias F-G-H). Las regiones que cubrirían estos haces ahora desactivados si no estuvieran desactivados están cubiertas por el siguiente satélite en el mismo plano orbital. Por supuesto, esto supone que la constelación de satélites ha crecido hasta el punto en el que hay suficiente superposición de la huella de enlace de usuario de los satélites adyacentes para permitir que se desactiven tres haces en todos los satélites. La elección de qué canales de frecuencia usar en la región 832 es arbitraria, siempre y cuando cada haz en esa región no use el mismo canal de frecuencia dos veces. Una vez más, en aras de la simplicidad, solo se muestra el tráfico desde una sola antena de puerta de enlace.

La Fig. 8C representa la misma huella de satélite, pero en un momento posterior en el tiempo, de manera que el satélite se ha movido exactamente una distancia igual a un ancho de haz. La región 832 en el suelo que va a recibir el ancho de banda extra se ha movido con relación al satélite (por supuesto, la región en el suelo no se ha movido; más bien, el satélite se ha movido). En cualquier caso, es necesario desplazar el ancho de banda extra para "seguir" la región 832. Esto se hace eliminando la conexión de ancho de banda extra al haz 9 y aplicando simultáneamente el ancho de banda extra al haz 6. Este proceso se repite hasta que la región de capacidad extra esté fuera de la huella de enlace de usuario del satélite.

Las Figs. 8D y 8E representan un diagrama de la carga útil de un satélite para ilustrar adicionalmente la técnica de plegado de canales. Estas figuras amplían lo que se representa en la Fig. 5C, pero las uniones de suma (Fig. 8E) ahora aceptan más de dos entradas según la Fig. 5C.

La Fig. 8D representa los dos haces de puerta de enlace de banda Ka (uno recibido en la antena "A" del satélite y el otro recibido en la antena "B" del satélite). La señal de banda Ka recibida en la antena "A" se canaliza en seis canales 1A a 6A y la señal recibida en la antena "B" se canaliza en seis canales 1B a 6B. Los canales identificados con un "asterisco" (es decir, 1,2, 5 y 6) representan canales que se enviarían normalmente a haces que pueden desactivarse (dependiendo de la manera en la que esté volando el satélite). En cualquier caso, son haces exteriores. Como tales, estos canales están disponibles para su reasignación. De esta manera, tal como se indica en la Fig. 8E, cada haz es capaz de recibir los canales extra que habrían sido dirigidos a los haces exteriores. La selección y el control se realizan activando o desactivando los amplificadores en cada línea. En algunas otras realizaciones, la selección y el control se realizan mediante conmutadores (no representados). En todavía algunas realizaciones adicionales, la conmutación/suma puede realizarse digitalmente en un procesador. A continuación, las señales sumadas se envían a los transceptores apropiados en el satélite para su transmisión a los terminales de usuario terrestres.

La Fig. 12 representa un diagrama de flujo del método 1200 para aumentar el ancho de banda mediante la desactivación de haces de antena redundantes y la reasignación de los canales asociados con los mismos a otros haces de antena, tal como se presenta en las Fig. 8A a 8C.

Tal como se ha descrito anteriormente, a medida que satélites adicionales se mueven a un plano, se produce una superposición entre los haces de antenas de satélite desde los satélites adyacentes. Por consiguiente, pueden desactivarse varios de los transceptores (que generan dichos haces) en cada satélite. La tarea 1201 realiza la desactivación de al menos un transceptor de radio (es decir, haz de antena de satélite) en el satélite.

La tarea 1202 realiza la asignación del canal o canales asociados con los uno o más transceptores de radio desactivados a un transceptor de radio activo, de manera que el transceptor activo transmita a una región geográfica en la que existe una demanda de ancho de banda relativamente mayor que la nominal. Debido a que el satélite se está moviendo, los haces de antena de satélite que tienen el ancho de banda extra (debido a la reasignación de los canales) se moverán fuera del alcance de la región geográfica de interés, perdiendo conectividad con la misma. La cantidad de tiempo durante la cual un haz de antena de satélite particular mantendrá la conectividad es una función de una diversidad de factores, pero típicamente estará comprendida en el intervalo de aproximadamente 8-15 segundos. De esta manera, antes de la pregunta en la tarea 1204 de si el haz de antena de satélite tiene o no todavía conectividad con la región de interés, hay un "tiempo de espera" durante un período de tiempo en la tarea 1203. El periodo de tiempo de espera debería ser significativamente menor que 8-15 segundos (aproximadamente < 0,25 segundos). Si la respuesta a la pregunta en la tarea 1204 es "sí", lo que significa que el haz de antena que tiene el ancho de banda extra todavía está transmitiendo a la región de interés, entonces se espera un período de tiempo antes de repetir la pregunta en la tarea 1204.

Si la respuesta a la pregunta en la tarea 1204 es "no", entonces se pregunta en la tarea 1205 si algún transceptor de radio activo tiene conectividad con la región de interés. Si la respuesta a la pregunta en la tarea 1205 es "no", significa que todos los haces del satélite están fuera del alcance de la región de interés y el procesamiento (para esa región) termina en la tarea 1207.

Si la respuesta a la pregunta en la tarea 1205 es "sí", entonces, en la tarea 1206, se reasigna el canal previamente asignado a otro transceptor de radio activo que transmitirá a la región geográfica de interés. A continuación, se vuelve a la tarea 1203 para permanecer durante un tiempo de espera. La secuencia de tareas 1203 -> 1204 (no) -> 1205 (sí) -> 1206 -> 1203, etc., se repite hasta que el satélite esté fuera del alcance de la región de interés.

Debe entenderse que la divulgación describe unas pocas realizaciones y que las personas expertas en la técnica pueden idear fácilmente muchas variaciones de la invención tras la lectura de la presente divulgación y que el alcance de la presente invención está determinado por las siguientes reivindicaciones.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Método para aumentar el ancho de banda de un sistema de satélites, comprendiendo el sistema de satélites múltiples satélites (106) no geoestacionarios, en el que los múltiples satélites están dispuestos en múltiples planos, con un número nominal de satélites en cada plano, en el que un primer enlace (3221) de comunicaciones que tiene un primer ancho de banda se establece entre un primer portal (314B) de red de satélites de conjunto mínimo, SNP, que tiene una primera área (316) de cobertura y una primera antena de entre al menos dos antenas (108A, 108B) de puerta de enlace dispuestas en al menos uno de los satélites de entre los múltiples satélites,

caracterizado porque el aparato comprende, además:

establecer, entre un SNP (414B) intersticial que tiene una segunda área (416) de cobertura y una segunda antena de entre las al menos dos antenas de puerta de enlace dispuestas en el satélite, un segundo enlace (3222) de comunicaciones que tiene un segundo ancho de banda,

en el que el SNP intersticial complementa el ancho de banda proporcionado por el primer SNP de conjunto mínimo, y

en el que la segunda área de cobertura se superpone a al menos una parte de la primera área de cobertura, en el que el segundo ancho de banda proporcionado por el segundo enlace de comunicaciones aumenta de esta manera el ancho de banda del área de cobertura superpuesta del sistema de satélites.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el segundo ancho de banda está en un intervalo del 85 al 115 por ciento del primer ancho de banda.

3. Método según la reivindicación 1 y que comprende, además, a bordo del satélite de entre los múltiples satélites no geoestacionarios:

canalizar, en un primer grupo de canales, cada uno de cuyos canales está asociado con un intervalo de frecuencias diferente al de los otros canales en el primer grupo, un primer haz de puerta de enlace recibido por el satélite a través del primer enlace de comunicaciones;

canalizar, en un segundo grupo de canales, cada uno de cuyos canales está asociado con un intervalo de frecuencias diferente al de los otros canales en el primer grupo, un segundo haz de puerta de enlace recibido por el satélite a través del segundo enlace de comunicaciones, en el que:

(a) los grupos primero y segundo tienen el mismo número de canales,

(b) para cada canal que tiene un intervalo de frecuencias particular en el primer grupo, hay un canal en el segundo grupo que tiene el mismo intervalo de frecuencias; y

sumar los canales del primer grupo y del segundo grupo que tienen el mismo intervalo de frecuencias.

4. Método según la reivindicación 3 y que comprende además dirigir los canales sumados a los respectivos transceptores de radio en un satélite para su transmisión a los terminales de usuario terrestres.

5. Método según la reivindicación 3, en el que se aumenta el número nominal de satélites por plano, comprendiendo además el método:

desactivar un primer transceptor de radio de entre los múltiples transceptores de radio en un satélite, teniendo el primer transceptor de radio al menos un primer canal del primer grupo de canales asignados al mismo; y reasignar el primer canal a un segundo transceptor de radio de entre los múltiples transceptores de radio, en el que el segundo transceptor de radio transmite un haz a una primera región geográfica.

6. Método según la reivindicación 5, en el que el primer transceptor de radio tiene un primer canal del segundo grupo de canales asignado al mismo, en el que el método comprende además reasignar el primer canal del segundo grupo de canales al segundo transceptor de radio.

7. Método según la reivindicación 6 y que comprende además reasignar, desde el segundo transceptor de radio a un tercer transceptor de radio, el primer canal del primer grupo de canales y el segundo canal del segundo grupo de canales, en el que, cuando se produce la reasignación:

(a) el tercer transceptor de radio es capaz de transmitir a la primera región geográfica y,

(b) el segundo transceptor de radio no es capaz de transmitir a la primera región geográfica.

8. Método según la reivindicación 1, en el que el método comprende:

disponer dicho portal (414B) de red de satélites intersticial, SNP, que tiene dicha segunda área (416) de cobertura, relativamente más cerca del primer SNP (314B) de conjunto mínimo de lo que el primer SNP de conjunto mínimo está de cualquier otro SNP (314A, 314C) de conjunto mínimo,

en el que el segundo enlace (3222) de comunicación transmite un haz de puerta de enlace intersticial que aumenta el ancho de banda proporcionado nominalmente al satélite por el primer enlace (3221) de comunicaciones establecido entre el primer SNP (314B) de conjunto mínimo y la primera de las al menos dos antenas de puerta de enlace dispuestas en el satélite.

9. Método según la reivindicación 8, en el que el haz de puerta de enlace intersticial aumenta el ancho de banda proporcionado al satélite en una cantidad en el intervalo del 170 al 230 por ciento.

10. Método según la reivindicación 8 y que comprende, además, a bordo de un satélite de entre los múltiples satélites no geoestacionarios:

formar un primer grupo de canales a partir de un haz de puerta de enlace recibido a través del enlace de comunicaciones entre el primer SNP (314B) de conjunto mínimo y la primera antena de puerta de enlace.

11. Método según la reivindicación 10 y que comprende, además:

formar un segundo grupo de canales a partir del haz de puerta de enlace intersticial; y

sumar los canales del primer grupo y del segundo grupo que tienen intervalos de frecuencia similares.

12. Método según la reivindicación 11 y que comprende además dirigir los canales sumados a los respectivos transceptores de radio en un satélite para la generación de haces de antena.

13. Método según la reivindicación 10, en el que se aumenta el número nominal de satélites por plano, en el que el método comprende, además:

desactivar un primer transceptor de radio de entre los múltiples transceptores de radio en un satélite; reasignar, a un segundo transceptor de radio de entre los múltiples transceptores de radio, un primer canal del primer grupo de canales que se asignó anteriormente al primer transceptor de radio, en el que el segundo transceptor de radio transmite un haz a una primera región geográfica.

14. Método según la reivindicación 13 y que comprende además reasignar, desde el segundo transceptor de radio a un tercer transceptor de radio, el primer canal del primer grupo de canales, en el que, cuando se produce la reasignación:

(a) el tercer transceptor de radio es capaz de transmitir a la primera región geográfica y,

(b) el segundo transceptor de radio no es capaz de transmitir a la primera región geográfica.

15. Método según la reivindicación 11, en el que se aumenta el número nominal de satélites por plano, en el que el método comprende, además:

desactivar un primer transceptor de radio de entre los múltiples transceptores de radio en un satélite; reasignar, a un segundo transceptor de radio de entre los múltiples transceptores de radio, un primer canal del primer grupo de canales y un primer canal del segundo grupo de canales, habiendo sido ambos canales asignados anteriormente al primer transceptor de radio, en el que el segundo transceptor de radio transmite un haz a una primera región geográfica.

16. Método según la reivindicación 15 y que comprende además reasignar, desde el segundo transceptor de radio a un tercer transceptor de radio, el primer canal del primer grupo de canales y el segundo canal del segundo grupo de canales, en el que, cuando se produce la reasignación:

(a) el tercer transceptor de radio es capaz de transmitir a la primera región geográfica y,

(b) el segundo transceptor de radio no es capaz de transmitir a la primera región geográfica.

17. Sistema de satélites que tiene múltiples satélites (106) no geoestacionarios, en el que los múltiples satélites están dispuestos en múltiples planos, con un número nominal de satélites en cada plano, incluyendo el sistema al menos un portal (314A, 314B, 314C) de red de satélites de conjunto mínimo, SNP, estando destinado el al menos un SNP de conjunto mínimo a transmitir información entre Internet y los satélites, en el que el al menos un SNP de conjunto mínimo está configurado para proporcionar cobertura a todos los usuarios del sistema de satélites, en el que se establece un primer enlace (3221) de comunicaciones que tiene un primer ancho de banda entre (a) el al menos un SNP (314B) que tiene una primera área (316) de cobertura y (b) una primera antena de entre al menos dos antenas (108A, 108B) de puerta de enlace dispuestas en al menos uno de los satélites de entre los múltiples satélites,

en el que el sistema está caracterizado por al menos un SNP (414B) intersticial, en el que el al menos un SNP intersticial está destinado a complementar el ancho de banda proporcionado por al menos un SNP de conjunto mínimo,

en el que dicho al menos un SNP (414B) intersticial tiene una segunda área (416) de cobertura y está configurado para establecer un segundo enlace (3222) de comunicaciones que tiene un segundo ancho de banda con una segunda antena de entre las al menos dos antenas de puerta de enlace dispuestas en el satélite, y

en el que la segunda área de cobertura se superpone al menos a una parte de la primera área de cobertura, en el que el segundo ancho de banda proporcionado por el segundo enlace de comunicaciones aumenta de esta manera el ancho de banda del área de cobertura superpuesta del sistema de satélites.

18. Sistema de satélites según la reivindicación 17, en el que hay múltiples SNPs intersticiales y al menos algunos de los SNPs intersticiales están más cerca de un SNP de conjunto mínimo respectivo de lo que el SNP de conjunto mínimo respectivo está de los SNPs de conjunto mínimo vecinos más cercanos.

19. Sistema de satélites según la reivindicación 17, en el que hay múltiples SNPs de conjunto mínimo y un enlace de comunicaciones entre cada uno de al menos algunos de los SNPs de conjunto mínimo y una primera antena de puerta de enlace en cada uno de al menos algunos de los satélites está configurado para proporcionar aproximadamente 4.000 Mhz de ancho de banda y en el que un enlace de comunicaciones entre cada uno de al menos algunos de los SNPs intersticiales y una segunda antena de puerta de enlace en cada uno de dichos algunos de los satélites está configurado para proporcionar aproximadamente 4.000 Mhz de ancho de banda.