ES3031005T3

ES3031005T3 - Broadband satellite communication system using optical feeder links

Info

Publication number: ES3031005T3
Application number: ES16829477T
Authority: ES
Inventors: Aaron Mendelsohn
Original assignee: Viasat Inc
Current assignee: Viasat Inc
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2025-07-03
Anticipated expiration: 2036-12-30
Also published as: JP7037485B2; US20210126705A1; AU2021215219A1; DK3398266T3; KR102665739B1; KR20220041235A; RU2018126660A3; SV2018005719A; MX2023000543A; DOP2020000254A; US20190379449A1; CN113726420A; AU2023263520A1; US20190123813A1; BR112018013347B1; IL278233A; AU2020201591A1; IL309575B2; BR112018013347A2; KR102665729B1

Abstract

Se describen sistemas de comunicaciones satelitales de banda ancha que utilizan enlaces de conexión ópticos. Se describen diversos esquemas de modulación óptica que pueden proporcionar una mayor capacidad para sistemas satelitales de banda ancha con haz puntual fijo, formación de haz a bordo y formación de haz terrestre. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de comunicación por satélite de banda ancha que utiliza enlaces ópticos

Campo técnico

Las técnicas divulgadas se refieren a los enlaces de comunicaciones por satélite de banda ancha y, más concretamente, a los satélites que utilizan enlaces ópticos para la comunicación de banda ancha entre los nodos de acceso por satélite y los satélites.

Antecedentes

Los sistemas de comunicación por satélite permiten transmitir datos de una localización a otra (audio, vídeo, etc.). El uso de este tipo de sistemas de comunicaciones por satélite ha ido ganando popularidad a medida que crecía la necesidad de comunicaciones de banda ancha. En consecuencia, la necesidad de mayor capacidad en cada satélite es cada vez mayor.

En los sistemas por satélite, la información se origina en una estación (que en algunos casos es terrestre, pero que puede aerotransportarse, marítima, etc.) que se refiere a un Nodo de Acceso a Satélite (SAN) y se transmite a un satélite. En algunas realizaciones, el satélite es un satélite geoestacionario. Los satélites geoestacionarios tienen órbitas sincronizadas con la rotación de la Tierra, lo que los mantiene esencialmente estacionarios con respecto a la Tierra. Alternativamente, el satélite se encuentra en una órbita alrededor de la Tierra que hace que la huella del satélite se mueva sobre la superficie de la Tierra a medida que el satélite atraviesa su ruta orbital.

La información recibida por el satélite se retransmite a un área de cobertura del haz de usuario en la Tierra, donde la recibe una segunda estación (tal como un terminal de usuario). La comunicación puede ser unidireccional (por ejemplo, de la SAN al terminal de usuario), o bidireccional (es decir, originándose tanto en la SAN como en el terminal de usuario y atravesando la ruta a través del satélite hasta el otro). Proporcionando un número relativamente grande de SANs y haces puntuales y estableciendo un plan de reutilización de frecuencias que permita a un satélite comunicarse en la misma frecuencia con varias SANs diferentes, puede ser posible aumentar la capacidad del sistema. Los haces puntuales de usuario son patrones de antena que dirigen las señales a un área de cobertura de usuario particular (por ejemplo, una antena multihaz en la que varios alimentadores iluminan un reflector común, en el que cada alimentador produce un haz puntual diferente). Sin embargo, cada SAN es cara de construir y mantener. Por lo tanto, es deseable encontrar técnicas que puedan proporcionar una gran capacidad con pocas SANs de este tipo.

Además, a medida que aumenta la capacidad de un sistema de comunicación por satélite, surgen diversos problemas. Por ejemplo, aunque los haces puntuales pueden permitir una mayor reutilización de frecuencias (y, por tanto, una mayor capacidad), es posible que no se ajusten bien a la necesidad real de capacidad, ya que algunos haces puntuales estarán saturados en exceso y otros en defecto. El aumento de la capacidad también suele traducirse en una mayor necesidad de ancho de banda de los enlaces de alimentación. Sin embargo, el ancho de banda asignado a los enlaces de alimentación puede reducir el disponible para los enlaces de usuario. En consecuencia, son deseables técnicas mejoradas para proporcionar sistemas de satélite de banda ancha de alta capacidad.

US 2005/100339 A1 divulga un sistema y método de comunicaciones ópticas por satélite en espacio libre que incluye una estación terrena y un transceptor para transmitir y recibir una señal óptica de comunicaciones.

US 6404398 B1 divulga un sistema de antena y un método para transmitir o recibir una pluralidad de haces de píxeles de señales de comunicación por satélite.

US 6 246 498 B1 divulga un método y un sistema de comunicación en el espacio libre utilizando un sistema de comunicación óptica, tal como para comunicaciones intersatélite y satélite-tierra.

EP 2723001 A1 divulga un sistema de telecomunicaciones por satélite con cobertura multihaz y reutilización de frecuencias.

Breve descripción de los dibujos

Las técnicas divulgadas, de acuerdo con una o más realizaciones diversas, se describen refiriéndose a las figuras siguientes. Los dibujos se proporcionan únicamente a título ilustrativo y se limitan a representar ejemplos de algunas realizaciones de las técnicas divulgadas. Estos dibujos se proporcionan para facilitar al lector la comprensión de las técnicas divulgadas. No debe considerarse que limitan la amplitud, el alcance o la aplicabilidad de la invención reivindicada. Cabe señalar que, para mayor claridad y facilidad de ilustración, estos dibujos no están necesariamente hechos a escala.

La FIG. 1 es una ilustración de un ejemplo de sistema de comunicaciones por satélite que utiliza señales de radiofrecuencia para comunicarse con el satélite y que tiene un número relativamente grande de nodos de acceso al satélite ("SANs", también conocidos como "pasarelas") para crear un sistema de alta capacidad.

La FIG. 2 es una ilustración de un satélite simplificado que utiliza señales de RF para comunicarse con las SANs según una realización útil para comprender la invención.

La FIG. 3 es una ilustración simplificada de un ejemplo de los repetidores utilizados en el enlace de ida.

La FIG. 4 es un esquema simplificado de un ejemplo de una primera de las tres arquitecturas del sistema en la que se utiliza un enlace óptico para la comunicación en el enlace de alimentación según la realización útil para comprender la invención.

La FIG. 5 muestra un ejemplo de la relación de señales IF, canales y bandas ópticos utilizadas por el sistema en algunas realizaciones.

La FIG. 6 muestra un ejemplo de transmisor óptico utilizado para realizar la modulación óptica del flujo de datos binarios en las señales ópticas.

La FIG. 7 es una ilustración de un ejemplo de la trayectoria de retorno para el sistema de la FIG. 4 según una realización útil para comprender la invención.

La FIG. 8 es un esquema simplificado de un ejemplo de una tercera arquitectura de sistema en la que se utiliza un enlace óptico para comunicarse en el enlace de alimentación según una realización útil para comprender la invención. La FIG. 9 es una ilustración de un ejemplo de relación entre subcanales, portadores y señales ópticas dentro del sistema de la FIG. 8.

La FIG. 10 es una ilustración simplificada de un ejemplo de SAN.

La FIG. 11 es una ilustración de un ejemplo de eslabón de retorno para el sistema de la FIG. 8 según una realización útil para comprender la invención.

La FIG. 12 es un esquema simplificado de un ejemplo de arquitectura de sistema en el que un satélite tiene formación de haz a bordo según una realización útil para comprender la invención.

La FIG. 13 es un diagrama de bloques simplificado de un ejemplo de módulo de peso/combinador.

La FIG. 14 es un esquema simplificado de un ejemplo de arquitectura de sistema en el que una señal óptica se modula por RF en una SAN y se envía a un satélite que tiene capacidad de formación de haces a bordo según una realización útil para comprender la invención.

La FIG. 15 es una ilustración de un ejemplo de enlace directo de un sistema de comunicaciones por satélite que utiliza formación de haces en tierra e incluye un enlace óptico ascendente y un enlace descendente de radiofrecuencia. La FIG. 16 es un ejemplo de un formador de haz hacia adelante utilizado en un sistema que realiza la formación de haz en tierra.

La FIG. 17 es una ilustración más detallada de un ejemplo de los componentes del enlace de retorno dentro del ejemplo La FIG. 18 es una ilustración simplificada de los componentes de un satélite utilizados para recibir y transmitir el enlace de ida de un sistema de ejemplo que utiliza formación de haces en tierra.

La FIG. 18 muestra con más detalle un ejemplo de los componentes de un satélite.

La FIG. 19 es una ilustración de un ejemplo de áreas de cobertura de haces de usuario formadas sobre el territorio continental de Estados Unidos.

La FIG. 20 es una ilustración de un ejemplo de transmisor óptico que tiene un módulo de temporización para ajustar la temporización de las señales de los elementos del haz y la señal piloto de temporización.

La FIG. 21 es un sistema en el que cada una de las señales de entrada de haz directoKcontiene S subcanales de 500 MHz de ancho.

La FIG. 22 es un diagrama de bloques simplificado de un ejemplo de formador de haz.

La FIG. 23 es una ilustración de un ejemplo de SAN.

La FIG. 24 es una ilustración de un ejemplo de enlace de retorno para un sistema con formación de haces en tierra. La FIG. 25 es una ilustración de un ejemplo de una de las SANs del enlace de retorno.

La FIG. 26 es un ejemplo de ilustración de un ejemplo de formador de haz de retorno

Las figuras no pretenden ser exhaustivas ni limitar la invención reivindicada a la forma precisa divulgada. Debe entenderse que las técnicas divulgadas pueden practicarse con modificaciones y alteraciones, y que la invención debe limitarse únicamente por las reivindicaciones y sus equivalentes.

Sumario

La invención se expone en la reivindicación 1.

Descripción detallada

Inicialmente, se analiza un sistema que utiliza enlaces de comunicación por radiofrecuencia (RF) entre nodos de acceso a satélites (SANs) y un satélite. Tras esta introducción se analizan varias técnicas de transmisión óptica para satélites de capacidad de banda ancha. Tras una introducción a los sistemas que tienen un enlace óptico de alimentación, se analizan tres técnicas para modular señales en un enlace óptico de alimentación. Además, se proporcionan tres arquitecturas para aplicar las técnicas.

La FIG. 1 es una ilustración de un sistema 100 de comunicaciones por satélite en el que un número relativamente grande de estaciones (a las que en el presente documento se hace referencia como "SANs", también denominadas "pasarelas") 102 se comunican con un satélite 104 utilizando señales de RF en los enlaces de alimentación y de usuario para crear un sistema 100 de capacidad relativamente grande. La información se transmite desde las SANs 102 a través del satélite 104 a un área de cobertura de haz de usuario en la que pueden residir una pluralidad de terminales 106 de usuario. En algunas realizaciones, el sistema 100 incluye miles de terminales 106 de usuario. En algunas realizaciones de este tipo, cada una de las SANs 102 es capaz de establecer un enlace ascendente 108 de alimentación hacia el satélite 104 y recibir un enlace descendente 110 de alimentación del satélite 104. En algunas realizaciones, los enlaces ascendentes 108 desde la SAN 102 al satélite 104 tienen un ancho de banda de 3.5 GHz. En algunas realizaciones, la señal de enlace ascendente de alimentación puede modularse utilizando 16 modulación de amplitud en cuadratura (QAM). El uso de la modulación 16 QAM produce unos 3 bits por segundo y por Hercio. Utilizando un ancho de banda de 3.5 GHz por haz puntual, cada haz puntual puede proporcionar unos 10-12 Gbps de capacidad. Al utilizar 88 SANs, cada una capaz de transmitir una señal de 3.5 GHz de ancho de banda, el sistema tiene aproximadamente un ancho de banda de 308 GHz o una capacidad de unos 1000 Gbps (es decir, 1 Tbps).

La FIG. 2 es una ilustración de un satélite simplificado, según realización útil para comprender la invención, que puede utilizarse en el sistema de la FIG. 1, en el que el satélite utiliza señales de RF para comunicarse con las SANs. La FIG. 3 es una ilustración simplificada de los repetidores 201 utilizados en el enlace directo (es decir, la recepción del enlace ascendente de RF del alimentador y la transmisión del enlace descendente de RF del usuario) en el satélite de la FIG. 2. Un alimentador 202 dentro de la antena de enlace de alimentación (no mostrada) del satélite 104 recibe una señal RF de una SAN 102. Aunque no se muestra en detalle, la antena de enlace con el usuario puede ser cualquiera de las siguientes: uno o más conjuntos de antenas multihaz (por ejemplo, múltiples alimentadores iluminan un reflector compartido), alimentadores de radiación directa u otras configuraciones adecuadas. Además, las antenas de enlace de usuario y de alimentador pueden compartir alimentadores (por ejemplo, utilizando transmisión y recepción combinadas de doble banda), reflectores o ambos. En una realización, el alimentador 202 puede recibir señales en dos polarizaciones ortogonales (es decir, polarización circular derecha (RHCP) y polarización circular izquierda (LHCP) o, alternativamente, polarizaciones horizontal y vertical). En una de tales realizaciones, la salida 203 de una polarización (por ejemplo, la RHCP) se suministra a un primer repetidor 201. La salida se acopla a la entrada de un amplificador de Bajo ruido (LNA) 304 (ver la FIG. 3). La salida del LNA 304 se acopla a la entrada de un diplexor 306. El diplexor divide la señal en una primera señal 308 de salida y una segunda señal 310 de salida. La primera señal 308 de salida está en una primera frecuencia RF. La segunda señal 310 de salida está en una segunda frecuencia RF. Cada una de las señales 308, 310 de salida se acopla a un convertidor 312, 314 de frecuencia. Un oscilador local (LO) 315 también está acoplado a cada uno de los convertidores 312, 314 de frecuencia. Los convertidores de frecuencia desplazan la frecuencia de las señales de salida a una frecuencia de transmisión de enlace descendente de usuario. En algunas realizaciones, la misma frecuencia LO se aplica a ambos convertidores 312, 314 de frecuencia. La salida de los convertidores 312, 314 de frecuencia se acopla a través de un filtro 316, 318 de canal a un híbrido 320. El híbrido 320 combina la salida de los dos filtros 316, 318 de canal y acopla la señal combinada a un amplificador 322 de canal linealizador.

La combinación de las señales dentro del híbrido 320 permite que las señales sean amplificadas por un amplificador de tubo de onda viajera (TWTA) 324. La salida del amplificador 322 de canal linealizador se acopla al TWTA 324. El TWTA 324 amplifica la señal y acopla la salida amplificada a la entrada de un filtro de paso alto y un diplexor 326. El filtro de paso alto y el diplexor 326 dividen la señal de vuelta en dos salidas con base en la frecuencia de las señales, con una porción de frecuencia más alta de la señal acoplada a una primera alimentación 328 de antena y una porción de frecuencia más baja de la señal acoplada a una segunda alimentación 330 de antena. La primera alimentación 328 de antena transmite un haz de enlace descendente de usuario a una primera área U1 de cobertura de haz de usuario. La segunda alimentación 330 de antena transmite un haz de enlace descendente de usuario a una segunda área U3 de cobertura de haz de usuario.

La salida 331 del alimentador 202 de la segunda polarización (por ejemplo, LHCP) se acopla a un segundo brazo 332 del repetidor. El segundo brazo 332 funciona de manera similar al primero 201, sin embargo, las frecuencias de salida transmitidas a las áreas U2 y U4 de cobertura del haz de usuario serán diferentes de las frecuencias transmitidas a las áreas U1 y U3 de cobertura del haz de usuario.

En las siguientes realizaciones, se utiliza un enlace óptico para aumentar el ancho de banda del enlace ascendente 108 desde cada SAN 102 al satélite 104 y del enlace descendente 110 desde el satélite a cada SAN 102. Esto puede aportar numerosas ventajas, como poner más espectro a disposición de los enlaces de usuario. Además, al aumentar el ancho de banda de los enlaces 108, 110 de alimentación, se puede reducir el número de SANs 102. La reducción del número de SANs 102 mediante el aumento del ancho de banda de cada enlace de alimentación hacia/desde cada SAN 102 reduce el coste global del sistema sin reducir la capacidad del mismo. Sin embargo, uno de los retos asociados al uso de señales de transmisión ópticas es que éstas están sujetas a atenuación al atravesar la atmósfera. En particular, si el cielo no está despejado a lo largo de la ruta desde el satélite hasta las SANs, la señal óptica experimentará importantes pérdidas de propagación debido a la atenuación de las señales.

Además de la atenuación debida a la visibilidad reducida, el centelleo se produce en condiciones atmosféricas adversas. Por lo tanto, se pueden utilizar técnicas para mitigar los efectos del desvanecimiento de la señal óptica debido a las condiciones atmosféricas. En particular, como se explicará con más detalle a continuación, las lentes a bordo del satélite utilizadas para recibir las señales ópticas y los láseres a bordo del satélite utilizados para transmitir señales ópticas pueden dirigirse a una de varias SANs. Las SANs están dispersas por la Tierra, de modo que tienden a experimentar malas condiciones atmosféricas en momentos diferentes (es decir, cuando el desvanecimiento es probable en la ruta entre el satélite y una SAN particular, será relativamente improbable en la ruta entre el satélite y cada una de las otras SANs).

Teniendo en cuenta las diferencias en las condiciones atmosféricas en las distintas partes del país, se puede tomar la decisión, cuando la atmósfera entre el satélite y una SAN particular es desfavorable para la transmisión de una señal óptica, de utilizar otra SAN a la que las condiciones atmosféricas sean más favorables. Por ejemplo, el suroeste del territorio continental de Estados Unidos tiene cielos relativamente despejados. En consecuencia, las SANs pueden localizarse en estas ubicaciones despejadas del país para proporcionar un portal para los datos que, de otro modo, se enviarían a través de SANs en otras partes del país cuando el cielo entre esas SANs y el satélite está obstruido.

Además de dirigir el satélite para comunicarse con aquellas SANs que tienen una ruta atmosférica favorable hacia/desde el satélite, las señales que son recibidas/transmitidas por el satélite a través de uno de varios receptores/transmisores ópticos pueden dirigirse a una de varias antenas para su transmisión a un área de cobertura de haz de usuario seleccionada. La combinación de flexibilidad a la hora de determinar la fuente de la que se pueden recibir señales ópticas en el enlace óptico ascendente y la capacidad de seleccionar la antena particular a través de la cual se transmitirán las señales recibidas de la fuente permite al sistema mitigar el impacto negativo de las condiciones atmosféricas variables entre las SANs y el satélite.

Según lo divulgado en el presente documento, al menos tres técnicas diferentes que se pueden utilizar para comunicar información de SANs a través de un satélite a las áreas de cobertura de haz de usuario en el que los terminales de usuario pueden residir. A continuación, se describen tres de estas técnicas. Se ofrece un breve resumen de cada una de ellas, seguido de una descripción más detallada de cada arquitectura.

Brevemente, la primera técnica utiliza una señal óptica modulada binaria en el enlace ascendente. Varias SANs reciben cada una información que se transmitirá a los terminales de usuario que residen dentro de las áreas de cobertura del haz de usuario. La señal óptica se modula con información digital. En algunas realizaciones, cada SAN transmite tal señal óptica modulada binaria al satélite. La información digital puede ser una representación de información destinada a ser transmitida a un área de cobertura de haz de usuario en la que pueden residir terminales de usuario. La señal se detecta en el satélite mediante un detector óptico, tal como un fotodiodo. En algunas realizaciones, la señal digital resultante se utiliza a continuación para proporcionar codificación binaria, tal como la modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK) modula una señal de frecuencia intermedia (IF). A continuación, la señal de IF se convierte a la frecuencia portadora de RF del satélite. La modulación de la señal RF con BPSK puede hacerse de forma relativamente sencilla cuando el tamaño, la potencia y el alojamiento térmico en el satélite son reducidos. Sin embargo, el uso de BPSK como modulación de banda base para la señal RF en el enlace descendente 114 de usuario puede no proporcionar la máxima capacidad del sistema. Es decir, todo el potencial del enlace descendente 114 de usuario de RF se reduce con respecto a lo que sería posible si se utilizara un esquema de modulación más denso, tal como 16 QAM en lugar de BPSK en el enlace descendente 114 de usuario de RF.

La segunda técnica también modula la señal óptica en el enlace ascendente mediante un esquema de modulación binaria. La señal óptica modulada es detectada por un fotodiodo. La señal digital resultante se acopla a un módem. El módem codifica la información digital en una señal IF utilizando un esquema de modulación relativamente eficiente en cuanto al ancho de banda, tal como la modulación de amplitud en cuadratura (QAM). QAM se utiliza en el presente documento a refiriéndose a formatos de modulación que codifican más de 2 bits por símbolo, incluyendo por ejemplo la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK), QPSK desfase, modulación por desplazamiento de fase 8-ary, QAM 16-ary, QAM 32-ary, modulación por desplazamiento de fase en amplitud (APSK), y formatos de modulación relacionados. Si bien el uso del esquema QAM más denso proporciona un uso más eficiente del enlace de usuario de RF, el uso de dicha codificación en el enlace descendente 114 de usuario de RF requiere un bloque de conversión de frecuencia digital/intermedio (IF) relativamente complejo (por ejemplo, un módem). Esta complejidad aumenta el tamaño, la masa, el coste, el consumo de energía y el calor que hay que disipar.

La tercera técnica utiliza una señal óptica modulada por RF (a diferencia de las señales ópticas moduladas en binario de las dos primeras técnicas). En esta realización, en lugar de modular la señal óptica con información digital para transmitirla al área de cobertura del haz del usuario, se modula directamente una señal de RF (es decir, se modula la intensidad) en el portador óptico. El satélite sólo tiene que detectar la señal de RF modulada a partir de la señal óptica (es decir, detectar la envolvente de intensidad de la señal óptica) y convertir dicha señal a la frecuencia de bajada del usuario, lo que libera al satélite de la necesidad de un complejo módem. El uso de una señal óptica modulada por RF aumenta la capacidad global del sistema de comunicaciones al permitir una modulación más densa de la señal de RF del enlace de usuario, al tiempo que reduce la complejidad del satélite. Gracias al ancho de banda disponible en la señal óptica, se pueden multiplexar muchas portadoras de RF en una portadora óptica. Sin embargo, las señales ópticas moduladas en intensidad con una señal de RF son susceptibles a errores debidos a varios factores, entre ellos el desvanecimiento de la señal óptica.

Cada una de estas tres técnicas adolece del hecho de que existe un canal óptico poco fiable desde las SANs hasta el satélite. Por lo tanto, se discuten tres arquitecturas de sistema para mitigar los problemas de los canales de enlace de alimentación ópticos no fiables. En cada configuración se utilizan SANs adicionales para compensar la falta de fiabilidad inherente a los enlaces ópticos con el satélite. Las señales pueden enrutarse desde cualquiera de las SANs a cualquiera de las áreas de cobertura del haz del usuario. El uso de SANs adicionales garantiza la disponibilidad de un número deseado de SANs que tienen un enlace óptico de alta calidad con el satélite. Además, la flexibilidad en el enrutamiento a través del satélite (es decir, se refiere a ella en el presente documento como "diversidad del enlace de alimentación") permite transmitir datos desde aquellas SANs que tienen el canal óptico de calidad deseada al satélite en el enlace de alimentación y a los haces puntuales de usuario en el enlace de usuario de forma flexible.

A continuación, analizaremos en detalle cada una de estas tres técnicas. Cada una de estas técnicas se analiza en el contexto de realizaciones que tienen un número particular de componentes (es decir, SANs, láseres por SAN, transpondedores dentro del satélite, etc.). Sin embargo, tales realizaciones específicas se proporcionan simplemente para mayor claridad y facilidad de la discusión. Además, las realizaciones divulgadas abarcan un amplio intervalo de frecuencias IF y/o r F, longitudes de onda ópticas, número de SANs, número de transpondedores en el satélite, etc. Por lo tanto, las frecuencias, longitudes de onda, elementos de conjuntos de antenas y números de canales paralelos similares, componentes, dispositivos, áreas de cobertura del haz del usuario, etc. particulares no deben tomarse como una limitación de la forma en que pueden implementarse los sistemas divulgados, excepto cuando estén expresamente limitados por las reivindicaciones adjuntas.

La FIG. 4 es un esquema simplificado de una primera de las tres técnicas señaladas según una realización útil para comprender la invención. Un sistema 600 para implementar la primera técnica incluye una pluralidad de SANs 602, un satélite 604 con al menos una antena 638, 640 de un solo haz y una pluralidad de terminales 606 de usuario dentro de las áreas 1801 de cobertura del haz de usuario (véase la FIG. 19). Alternativamente, puede utilizarse cualquier antena en la que la antena tenga múltiples entradas, cada una de las cuales pueda recibir una señal que pueda transmitirse en un haz puntual de usuario a un área de cobertura del haz de usuario, tales como antenas de radiación directa, etc. Las antenas 638, 640 pueden ser un conjunto de radiación directa o parte de un sistema reflector/antena. En algunas realizaciones, el sistema 600 tiene SANs 602M.En el sistema 600 de ejemplo y para cada uno de los sistemas de ejemplo discutidos a lo largo de esta divulgación,M= 8. Sin embargo, ninguno de los sistemas divulgados aquí debe limitarse a este número.M= 8 es simplemente un ejemplo conveniente, y en otras realizaciones,Mpuede ser igual a 2, 4, 10, 12, 16, 20, 32, 40, o cualquier otro valor adecuado. En algunas realizaciones, las SANs 602 reciben "tráfico de reenvío" para ser comunicado a través del sistema desde una fuente (tal como un nodo central, no mostrado), que puede recibir información de una red de información (por ejemplo, Internet). Los datos comunicados a una SAN 602 desde el nodo central pueden proporcionarse en cualquier forma que permita una comunicación eficiente de los datos a la SAN 602, incluso como un flujo de datos binarios. En algunas realizaciones, los datos se proporcionan como un flujo de datos binario modulado en una señal óptica y transmitido a la SAN en una fibra óptica. El tráfico de reenvío se recibe en flujos que se identifican con un área 1801 de cobertura de haz de usuario particular. En algunas realizaciones, los datos también pueden asociarse a un terminal de usuario particular o a un grupo de terminales de usuario a los que se van a transmitir los datos. En algunas realizaciones, los datos se asocian a un terminal con base en la frecuencia y/o temporización de la señal portadora de los datos. Alternativamente, puede proporcionarse un encabezamiento de datos u otro identificador con los datos o incluirse en los datos o en los datos.

Una vez recibido, el tráfico de reenvío es un flujo 601 de datos binarios. Es decir, en algunas realizaciones, el tráfico de avance es una representación binaria, tal como una señal óptica de intensidad modulada o de fase modulada. En realizaciones alternativas, el tráfico de reenvío puede descodificarse en cualquier otra representación binaria.

La FIG. 5 muestra la relación de señales 903 IF, canales 915 ópticos y bandas 907, 909, 911, 913 ópticas utilizadas por el sistema en algunas realizaciones. La selección particular de anchos de banda, frecuencias, cantidades de canales y longitudes de onda son meros ejemplos proporcionados para facilitar la divulgación de los conceptos. Pueden utilizarse esquemas de modulación alternativos, así como otras longitudes de onda ópticas, cantidades de canales y otros anchos de banda y frecuencias de RF y/o IF. El esquema mostrado se ofrece simplemente para ilustrar un esquema particular que podría utilizarse. Así, una pluralidad de señales IF moduladas en binario de 3.5 GHz de ancho (por ejemplo 64) 903 transportan datos binarios para transmitirse en un haz puntual de usuario. Ejemplos de otros anchos de banda que pueden utilizarse incluyen 500 MHz, 900 MHz, 1.4 GHz, 1.5 GHz, 1.9 GHz, 2.4 GHz, o cualquier otro ancho de banda adecuado.

El contenido binario (es decir, digital) modulado en cada señal 903 IF binaria modulada de 3.5 GHz de ancho se utiliza para realizar la modulación de intensidad binaria de uno de los 16 canales ópticos dentro de una de las 4 bandas 905 ópticas. En algunas realizaciones, las cuatro bandas 907, 909, 911, 913 del espectro óptico son 1100 nm, 1300 nm, 1550 nm y 2100 nm. No obstante, pueden seleccionarse bandas situadas en cualquier punto del espectro óptico útil (es decir, la porción del espectro óptico que está disponible al menos mínimamente sin una atenuación excesiva a través de la atmósfera). En general, se seleccionan bandas ópticas que no tienen más atenuación que las bandas no seleccionadas. Es decir, varias bandas ópticas pueden tener menos atenuación que el resto. En tales realizaciones, se selecciona un subconjunto de esas bandas ópticas. Varias de esas bandas seleccionadas pueden presentar una atenuación muy similar.

En un ejemplo, cada canal óptico se define por la longitud de onda en el centro del canal y cada canal óptico está espaciado aproximadamente 0.8 nm (es decir, 100 GHz de ancho). Aunque la señal 903 de RF que se modula en el canal óptico sólo tiene una anchura de 3.5 GHz, el espaciado permite demultiplexar eficientemente las señales ópticas. En algunas realizaciones, cada SAN 602 multiplexa por división de longitud de onda (WDM) varias (por ejemplo, 64) tales señales 903 ópticas de 3.5 GHz (es decir, 4 x 16) juntas en una señal óptica de salida. Por consiguiente, el contenido digital de 64 canales ópticos puede enviarse desde una SAN 602.

La FIG. 6 muestra un transmisor 607 óptico utilizado para realizar la modulación óptica del flujo 601 de datos binarios en las señales ópticas. De acuerdo con la realización que implementa el esquema mostrado en la FIG. 5, el transmisor 607 óptico incluye cuatro módulos 608a - 608d de banda óptica (dos mostrados por simplicidad) y un combinador 609 óptico. Cada uno de los 4 módulos 608 de banda óptica incluye 16 moduladores 611 ópticos (se muestran dos por simplicidad) para un total de 64 moduladores 611. Cada uno de los 64 moduladores 611 emite una señal óptica que reside en uno de los 64 canales 915 ópticos (véase la FIG. 5). Los canales se dividen en 4 bandas 907, 909, 911, 913 ópticas.

El modulador 611 determina el canal 915 óptico con base en la longitud de onda A 1 de una fuente 654 de luz que produce una señal óptica. Un MZM 652 modula la intensidad de la salida de la primera fuente 654 de luz con una intensidad proporcional a la amplitud del flujo 601 de datos binarios. El flujo 601 de datos binarios se suma con un sesgo de CC en un sumador 656. Dado que el flujo 610 de datos binarios es una señal digital (es decir, que tiene sólo dos amplitudes), la señal óptica resultante es una señal óptica binaria modulada. La salida óptica modulada del modulador 652 MZM se acopla a un combinador 609 óptico. Para un sistema que utiliza un esquema de modulación tal como el ilustrado en la FIG. 5, cada una de las 16 fuentes 654 de luz que residen dentro del mismo módulo 608 de banda óptica emite una señal óptica en una de las 16 diferentes longitudes de onda A1. Las 16 longitudes de onda corresponden a los 16 canales 915 ópticos dentro de la primera banda 907 óptica. Del mismo modo, las fuentes 654 de luz en los moduladores 611 ópticos en cada otro módulo 608 de banda óptica emiten una señal óptica que tiene una longitud de onda de A1 igual a la longitud de onda de los canales en la banda 909, 911, 913 óptica correspondiente. En consecuencia, las 64 salidas 915 ópticas de los cuatro módulos de bandas 608a - 608d ópticas tienen cada una longitud de onda diferente y caen dentro de los 16 canales ópticos de las cuatro bandas que están definidas por las longitudes de onda A1 de las señales generadas por la fuente 654 de 64 luces. El combinador 609 óptico da salida a una señal 660 óptica multiplexada por división de longitud de onda (WDM) que es el material compuesto de cada señal 915.

La SAN 602 envía la señal 660 óptica al satélite 604 a través de un enlace óptico ascendente 108 (véase la FIG. 4). La señal óptica emitida por el transmisor 607 óptico es recibida por una lente 610 del satélite 604. En algunas realizaciones, una lente 610 forma parte de un telescopio dentro del receptor 622 óptico. En algunas realizaciones, la lente 610 es direccionable (es decir, se puede dirigir para apuntar a cualquiera de varias SANs 602 dentro del sistema o a cualquiera dentro de un subconjunto). Al permitir que las lentes 610 apunten a más de una de las SANs 602, la lente 610 puede apuntar a una SAN 602 que tenga una ruta óptica hacia el satélite que no esté actualmente sujeta a desvanecimiento de señal. La lente 610 puede apuntarse utilizando mecanismos mecánicos de posicionamiento de 2 ejes. El apuntamiento de la lente puede realizarse midiendo la intensidad de la señal de recepción de una señal transmitida a través del canal óptico y utilizando la intensidad de la señal para identificar cuándo la lente está apuntando a una SAN con un enlace óptico de calidad suficiente (es decir, por encima de un umbral de calidad deseado). Tanto los comandos de tierra como el procesamiento a bordo pueden proporcionar instrucciones a los mecanismos de posicionamiento de la lente para apuntar correctamente la lente 610 a la SAN 602 deseada.

El receptor 622 óptico incluye además un demultiplexor 650 óptico, tal como un filtro o prisma. El receptor 622 óptico tiene una pluralidad de salidas, correspondiendo cada salida con una longitud de onda óptica. Como se muestra en la FIG. 4, el receptor 622 óptico tiene 64 salidas. Sin embargo, como se ha indicado anteriormente, la frecuencia particular, el número de bandas ópticas y la selección de longitud de onda, y por lo tanto el número de salidas del receptor 622 óptico, se proporcionan en el presente documento simplemente como un ejemplo y no se pretende limitar los sistemas, tales como el sistema 600, a un número particular.

En algunas realizaciones, cada longitud de onda reside dentro de una de las cuatro bandas 907, 909, 911, 913 ópticas. Cada longitud de onda óptica está en el centro de un canal óptico. Los canales ópticos de una banda están separados aproximadamente 0.8 nm (es decir, 100 GHz). Hacer que el espaciado de los canales ópticos sea amplio facilita la provisión de un demultiplexor 650 óptico que pueda demultiplexar la señal óptica para proporcionar cada uno de los 64 canales ópticos en una salida separada. En algunas realizaciones, se proporciona una lente 613 adicional para enfocar la salida del demultiplexor 650 óptico hacia la entrada de un detector óptico, tal como un fotodiodo 612. El fotodiodo 612 genera una señal eléctrica detectando la envolvente de intensidad de la señal 660 óptica presentada en una entrada óptica al fotodiodo. En algunas realizaciones en las que la señal 660 óptica se moduló en intensidad a uno de dos niveles de intensidad, el primer nivel de intensidad que representa un "1" lógico resulta en una señal eléctrica que tiene una primera amplitud que también representa un "1" lógico. Un segundo nivel de intensidad que representa un "0" lógico da lugar a una señal eléctrica cuya amplitud representa un "0" lógico. Por lo tanto, la señal eléctrica se coloca en un primer estado cuando la intensidad de la señal 660 óptica está en un estado que representa un "1" lógico y se coloca en un segundo estado cuando la intensidad de la señal 660 óptica está en un estado que representa un "0" lógico. En consecuencia, el receptor óptico tiene una pluralidad de salidas 615 digitales. La señal eléctrica de salida de la salida 615 digital del fotodiodo 612 se acopla a un modulador 614, tal como un modulador bifásico. En algunas realizaciones, tales como la realización de la FIG.4, un LNA 617 se proporciona entre el fotodiodo 612 y el modulador 614 bifásico. La salida del modulador 614 bifásico es una señal IF modulada BPSK (es decir, una señal analógica) que tiene dos fases. El modulador BPSK 614 emite una señal que tiene una primera fase que representa un "1" lógico en respuesta a la señal eléctrica de entrada en la primera amplitud (es decir, en el primer estado). Cuando la entrada al modulador 614 tiene una amplitud que representa un "0" lógico (es decir, el segundo estado), la fase de la salida del modulador BPSK 614 se desplaza a una segunda fase diferente de la primera. La salida del modulador 614 se acopla a la entrada de una matriz 616 de conmutación.

En el esquema simplificado de la FIG. 4, una segunda SAN 602, una lente 610, un receptor 622 óptico y una pluralidad de moduladores 614 bifásicos (es decir, 64) están acoplados a la matriz 616 de conmutación. Aunque en la FIG. 4 sólo se muestran dos SANs 602, debe entenderse que el satélite puede recibir señales ópticas de varias SANs 602 (por ejemplo, 8).

En algunas realizaciones, la matriz 616 de conmutación mostrada en la FIG. 4 tiene una pluralidad de (por ejemplo, 64) entradas para cada lente 610. Es decir, si el satélite 604 tiene 8 lentes 610, el conmutador 616 matricial tiene 512 entradas, cada una acoplada a uno de los moduladores 614. La matriz 616 de conmutación permite que las señales en las salidas de la matriz 616 de conmutación se acoplen selectivamente a las entradas de la matriz 616 de conmutación. En algunas realizaciones, cualquier entrada puede acoplarse a cualquier salida. Sin embargo, en algunas realizaciones, sólo puede acoplarse una entrada a una salida cualquiera. Alternativamente, las entradas y salidas se agrupan de tal manera que las entradas sólo pueden acoplarse a las salidas dentro del mismo grupo. La restricción del número de salidas a las que se puede acoplar una entrada reduce la complejidad de la matriz 616 de conmutación a costa de una menor flexibilidad del sistema.

Cada una de las salidas de la matriz 616 de conmutación está acoplada a un convertidor ascendente 626. El convertidor ascendente 626 convierte la señal a la frecuencia del portador de enlace descendente del usuario. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la señal de salida de la matriz 616 de conmutación es una señal IF de 3.5 GHz de ancho. La señal de FI de 3.5 GHz de ancho se convierte a una portadora de RF que tiene una frecuencia central de 20 GHz. La salida de cada convertidor ascendente 626 se acopla a su correspondiente amplificador 630 de potencia. La salida de cada amplificador 630 se acopla a una de una pluralidad de entradas de antena, tal como una entrada (por ejemplo, alimentadores de antena no mostrados) de una de las antenas 638, 640. Por consiguiente, cada una de las salidas de la matriz 616 de conmutación se acopla efectivamente a una de las entradas de antena correspondientes. En algunas realizaciones, cada entrada de cada antena 638, 640 transmite un haz puntual de usuario a un área 1801 de cobertura de haz de usuario (véase la FIG. 19). La matriz 616 de conmutación es capaz de seleccionar qué entrada (es decir, el modulador 614 bifásico) se acopla a qué salida (es decir, el convertidor ascendente 626). Por consiguiente, cuando (o antes de) la señal de una de las SANs 602 se desvanece y los errores se vuelven intolerables, la matriz 616 de conmutación puede acoplar la entrada del convertidor ascendente 626 (es decir, la alimentación de antena asociada) a una SAN 602 que esté enviando una señal óptica que no esté experimentando un desvanecimiento significativo. En algunas realizaciones, la matriz 616 de conmutación permite que el contenido que se suministra a las entradas de antena sea multiplexado por división en el tiempo, de modo que el contenido de una SAN particular pueda distribuirse a más de un haz puntual de usuario (es decir, alimentación de antena).

Es decir, cuando cada lente 610 está recibiendo una señal de la SAN 602 a la que está apuntando, cada una de las 64 salidas del receptor 622 óptico asociado a esa Lente 610 tendrá una señal. En la realización en la que cada entrada de antena a las antenas 638, 640 transmite un haz puntual de usuario a un área 1801 de cobertura de usuario particular, todas las áreas 1801 de cobertura de usuario recibirán una señal (suponiendo que la matriz 616 de conmutación esté mapeada para acoplar cada entrada a una salida). La matriz 616 de conmutación selecciona qué salida analógica del modulador 614 bifásico debe acoplarse a cada entrada de antena (por ejemplo, transmitida a cada alimentación de la antena 638, 640 de alimentación única por haz) (es decir, en cada haz puntual de usuario). Sin embargo, cuando la señal óptica de una SAN 602 particular se desvanece, se sigue proporcionando una señal a todas las entradas de antena para garantizar que ninguna de las áreas 1801 de cobertura del usuario pierda cobertura. La multiplexación temporal de las señales de una SAN a más de 64 entradas de antena permite que una SAN 602 proporcione señales a más de 64 áreas 1801 de cobertura de usuario. Aunque se reduce la capacidad total del sistema, aumenta su disponibilidad para proporcionar contenidos a cada área de cobertura de los usuarios. Esto es beneficioso en un sistema con un enlace de alimentación óptico. En algunas realizaciones, dicha multiplexación temporal se realiza durante un breve periodo de tiempo mientras la lente 610 que se dirige a una SAN 602 que tiene un enlace óptico débil se redirige a otra SAN con la que existe un enlace óptico más potente. De forma más general, la matriz 616 puede utilizarse para multiplexar temporalmente señales analógicas emitidas desde el receptor 622 óptico a más de un haz puntual de usuario, tal que durante un primer periodo de tiempo la señal analógica se acopla a una primera entrada de antena (por ejemplo, alimentación) transmitiendo un haz puntual de usuario dirigido a una primera área de cobertura del haz de usuario. Durante un segundo periodo de tiempo, la señal analógica se acopla a una segunda entrada de antena (por ejemplo, alimentación) que transmite un haz puntual de usuario dirigido a una segunda área de cobertura del haz de usuario.

Una vez que cada lente 610 recibe una señal óptica suficientemente fuerte, la matriz 616 de conmutación puede asignar de nuevo cada salida a una salida única en una correspondencia uno a uno de entrada a salida. En algunas realizaciones de este tipo, el control de la matriz 616 de conmutación se proporciona mediante una señal de telemetría procedente de una estación de control. En la mayoría de las realizaciones, dado que las 64 señales IF procedentes de la misma SAN 602 se degradarán juntas, la matriz 616 de conmutación sólo necesita poder seleccionar entre K/64 salidas, dondeKes el número de haces puntuales de usuario y 64 es el número de fotodiodos 612 en un receptor 622 óptico. Como se ha indicado anteriormente, el procedimiento de control del enrutamiento a través del satélite para asignar SANs 602 a haces puntuales de usuario se refiere en el presente documento a la diversidad de enlaces de alimentación. Como se verá más adelante, la diversidad de enlaces de alimentación puede proporcionarse de tres formas distintas.

En algunas realizaciones, el satélite 604 tiene más entradas de antena que transpondedores (es decir, rutas desde el receptor óptico hasta los conmutadores 634, 636). Es decir, se puede utilizar un número limitado de transpondedores, que incluyen amplificadores de potencia (PAs) 630, convertidores ascendentes 626, etc., para transmitir señales a un número relativamente mayor de áreas de cobertura de haces de usuario. Al compartir los transpondedores entre las entradas de antena, la salida de cada fotodiodo 612 puede multiplexarse en el tiempo para dar servicio a un número de áreas de cobertura de haz de usuario mayor que el número de transpondedores proporcionados en el satélite 604. En esta realización, los conmutadores de r F 634 se utilizan para dirigir la salida del PA630 a diferentes entradas de una o ambas antenas 638, 640 en diferentes momentos. Los tiempos se coordinan de modo que la información presente en la señal esté destinada a transmitirse al área de cobertura del haz del usuario al que se dirige la entrada (es decir, al que apunta la alimentación). Por consiguiente, un transpondedor puede utilizarse para proporcionar información a varias áreas de cobertura de haces de usuario de forma multiplexada en el tiempo. Ajustando los interruptores 634, 636 para dirigir la señal a una antena 638, 640 particular, la señal recibida por cada una de las lentes 610 puede dirigirse a un haz puntual particular. Esto proporciona flexibilidad en la asignación dinámica de la capacidad del sistema.

Los conmutadores 634, 636 dirigen la señal a las entradas de cualquiera de las antenas 638, 640 montadas en el satélite. En algunas realizaciones, la salida de los conmutadores 634, 636 puede dirigirse a un subconjunto de las antenas. Cada antena 638, 640 es una antena de un solo haz dirigida a un área particular de cobertura del haz de usuario, produciendo así un haz puntual. En realizaciones alternativas, los PAs 630 pueden estar conectados directamente a las entradas de antena, con el conmutador 616 matricial determinando cuál de las señales detectadas por cada fotodiodo 612 particular se transmitirá a cuál de las áreas de cobertura del haz de usuario. Además, incluso en realizaciones en las que hay un número igual de transpondedores de satélite y entradas de antena, el que tenga conmutadores 634, 636 puede reducir la complejidad de la matriz 616 de conmutación. Es decir, utilizando una combinación de la matriz 616 de conmutación y los conmutadores 634, 636, la matriz 616 de conmutación no necesita ser capaz de acoplar cada entrada a cada salida. Más bien, las entradas de matriz, las salidas y las entradas de antena pueden agruparse tal que cualquier entrada de un grupo pueda acoplarse sólo a cualquier salida de ese mismo grupo. Los conmutadores 634, 636 pueden conmutar entre entradas de antena (por ejemplo, alimentaciones) para permitir que las salidas de un grupo se acoplen a una entrada de antena de otro grupo.

La matriz 616 de conmutación puede funcionar de forma estática o en un modo dinámico de acceso múltiple por división de tiempo. En el modo de funcionamiento estático, la configuración de las rutas a través de la matriz 616 de conmutación permanece esencialmente establecida durante periodos de tiempo relativamente largos. La configuración de la matriz 616 de conmutación sólo se modifica para acomodar cambios relativamente a largo plazo en la cantidad de tráfico que se transmite, cambios a largo plazo en la calidad de un enlace particular, etc. Por el contrario, en un modo de acceso múltiple por división en el tiempo dinámico, la matriz 616 de conmutación se utiliza para multiplexar en el tiempo datos entre diferentes entradas de antena de enlace descendente. En consecuencia, la matriz 616 de conmutación selecciona qué entradas acoplar a la salida de la matriz 616 de conmutación. Esta selección se basa en si la señal de entrada es lo suficientemente fuerte como para garantizar que el número de errores encontrados durante la demodulación de la señal en el terminal 842, 844 de usuario sea tolerable. En algunas de tales realizaciones, la multiplexación temporal de las salidas analógicas del receptor 622 óptico a diferentes entradas de antena permite a una SAN 602 dar servicio a más de un área de cobertura de haz de usuario. Durante un primer periodo de tiempo, una o más señales de salida de un receptor 622 óptico pueden acoplarse a través de una única de un primer conjunto de entradas de antena (es decir, dirigidas a una única de un primer conjunto de áreas de cobertura de haz de usuario). Durante un segundo periodo de tiempo, una o más de esas mismas señales pueden acoplarse a través de diferentes entradas de antena (es decir, diferentes áreas de cobertura del haz de usuario). Dicha multiplexación temporal de las salidas 615 analógicas del receptor 622 óptico puede realizarse en respuesta a que una de las lentes 610 de un receptor 622 óptico apunte a una SAN 602 "débil" (es decir, una SAN 602 que tenga un enlace óptico por debajo de un umbral de calidad). En tal realización, un primer flujo de datos inicialmente fijado a la SAN 602 débil puede ser redirigido por el nodo central a una SAN 602 "fuerte" (es decir, una SAN 602 que tiene un enlace óptico que está por encima del umbral de calidad). La SAN 602 fuerte multiplexa en el tiempo esa información de forma que durante una parte del tiempo la SAN 602 fuerte transmite información dirigida a un primer conjunto de áreas de cobertura de haz de usuario a las que se pretende enviar el primer flujo de datos. Durante un segundo periodo de tiempo, la SAN 602 fuerte transmite un segundo flujo de datos dirigido a un segundo conjunto de áreas de cobertura de haz de usuario. En consecuencia, durante un período de tiempo, la información que habría sido bloqueada de llegar al satélite 604 por el enlace óptico deficiente entre la SAN 602 débil y el satélite 604 puede transmitirse al satélite 604 a través de la SAN 602 fuerte. Durante este tiempo, la lente 610 que está apuntando a la SAN 602 débil puede redirigirse para apuntar a una SAN 602 fuerte que aún no esté transmitiendo al satélite 604. Como ya se ha señalado, este procedimiento de redirigir información de una SAN débil a una SAN fuerte es un aspecto de la diversidad de enlaces de alimentación.

Al determinar cuándo una señal de enlace ascendente de alimentación está experimentando un desvanecimiento inaceptable, los datos pueden enrutarse fuera de la SAN 602 que está utilizando el enlace ascendente de alimentación que falla y a una SAN 602 que tiene una señal de enlace ascendente de alimentación que tiene un nivel de señal aceptable. Mediante el procedimiento de diversidad de enlaces de alimentación, la señal transmitida a través de la SAN 602 seleccionada puede enrutarse a través de la matriz 616 de conmutación hacia el haz puntual al que se pretende enviar los datos.

El sistema 600 tiene la ventaja de ser relativamente sencillo de implantar en el satélite 604. La conversión de datos ópticos modulados en binario a una señal IF modulada en BPSK utilizando fotodiodos 612 y moduladores 614 bifásicos es relativamente sencilla. Estos moduladores bifásicos son relativamente fáciles y baratos de construir, requieren relativamente poca energía y pueden hacerse relativamente pequeños y ligeros. Sin embargo, el uso de la modulación BPSK en el enlace descendente 114 de usuario de RF no es el uso más eficiente del limitado espectro de RF. Es decir, puede obtenerse una mayor capacidad del enlace descendente 114 de usuario de RF (véase la FIG. 1) utilizando un esquema de modulación más denso, tal como 16 QAM en lugar de BPSK en el enlace descendente 114 de usuario de RF.

Por ejemplo, en una realización alternativa del sistema 600 que implementa la segunda de las tres técnicas señaladas anteriormente, según una realización útil para comprender la invención, la señal 618 analógica que se va a transmitir en el enlace descendente de usuario se modula con un esquema de modulación más denso. Generar la modulación compleja en la señal 618 analógica requiere que el modulador sea un modulador muy complejo que tome el flujo de datos digitales y convierta el flujo de datos en una o más señales moduladas complejas. La señal 618 modulada compleja puede ser una modulación de alto orden tal como 64-QAM, 8psk, QPSK, por ejemplo. Alternativamente, puede utilizarse cualquier otro esquema de modulación capaz de modular símbolos en un portador IF, donde los símbolos representan más de dos estados lógicos. Es decir, la modulación de intensidad binaria de la señal óptica da lugar a que la salida 615 del receptor 622 óptico proporcione una señal electrónica que tiene una modulación binaria que representa el contenido subyacente. Para modular la señal 618 analógica con un esquema de modulación más complejo, tal como 16 QAM, el modulador 614 es un modulador QAM y así realizar la modulación QAM de la señal IF con base en la salida de contenido digital del fotodiodo 612.

Por consiguiente, en algunas realizaciones, el modulador 614 bifásico del sistema 600 se sustituye por un modulador 614 QAM (es decir, un modulador en el que cada símbolo representa más de 2 bits). En consecuencia, en lugar de limitar la modulación de las señales 618 de IF a un esquema de modulación binaria (es decir, dos estados lógicos), tal como BPSK, el modulador 614 permite modular las señales 618 de IF con un esquema de modulación más denso (es decir, esquemas en los que los símbolos son capaces de representar más de dos valores, tal como QAM). Aunque el modulador QAM más complejo proporciona una modulación más eficiente de las señales 618 IF (QAM frente a BPSK), es más complejo, requiere más potencia, es más pesado y caro que un modulador bifásico.

La FIG. 7 es una ilustración de la ruta de retorno del sistema 600. Los terminales 606 de usuario transmiten una señal binaria modulada al satélite 604. Los conmutadores 402 acoplados a cada elemento de la antena (por ejemplo, antenas 404, 406 de haz único por alimentación) seleccionan entre transpondedores de satélite que comprenden un amplificador de bajo ruido (LNA) 408, un convertidor 409 de frecuencia y un decodificador 410 digital. El convertidor 409 de frecuencia convierte la señal recibida de la frecuencia de subida del usuario a IF. Los descodificadores 410 descodifican la modulación binaria de la señal IF recibida. Por consiguiente, la salida de cada decodificador 410 es una señal digital. Los descodificadores 410 digitales están acoplados a entradas de una matriz 416 de conmutación. La matriz 416 de conmutación permite que las señales que se reciben a través de cada uno de los haces puntuales de usuario se modulen en diferentes enlaces ópticos (es decir, se transmitan a diferentes SANs 602) dependiendo de si existe un desvanecimiento significativo en el enlace óptico descendente hacia cada SAN 602. Las salidas de la matriz 416 de conmutación están acopladas a las entradas de los transmisores 607 ópticos. Cada transmisor 607 óptico es esencialmente idéntico al transmisor 607 óptico mostrado en la FIG. 6 y discutido anteriormente. En algunas realizaciones en las que el espectro óptico se utiliza esencialmente de la misma manera que en el enlace de alimentación de ida (véase la FIG. 5), cada uno de los cuatro módulos 608 de banda óptica recibe 16 salidas del conmutador 416 de matriz para un total de 64 entradas al transmisor 607 óptico. En algunas realizaciones en las que el satélite puede recibir señales ópticas de 8 SANs 602, hay 8 de estos transmisores 607 ópticos que pueden recibir un total de 512 salidas de la matriz 416 de conmutación. Cada transmisor 607 óptico emite una señal 660 óptica. La señal 660 óptica es recibida por una lente 412 dentro de un receptor 414 óptico en una SAN 602. El receptor 414 óptico y la lente 412 son esencialmente idénticos al receptor 622 óptico y la lente 610 dentro del satélite 604, tal y como se ha descrito anteriormente refiriéndose a la FIG. 4. Por consiguiente, la salida del receptor 414 óptico es un flujo de datos binarios. La salida del receptor óptico se envía a una red de información, tal como la red que proporcionó el tráfico de reenvío a la SAN 602.

En una realización alternativa, el enlace de retorno para el sistema 600, la modulación utilizada en el enlace ascendente de retorno desde los terminales 606 de usuario al satélite 604 es un esquema de modulación más eficiente que la modulación binaria. En consecuencia, el modulador 410 binario es un modulador 410 más complejo. La salida de datos binarios del demodulador 410 es el resultado de la decodificación de los símbolos modulados en la señal IF por el terminal 606 de usuario. Por ejemplo, si se utilizó QAM 16 en el enlace ascendente del usuario, la señal de salida del demodulador es un flujo digital de valores representados por 16 símbolos QAM. La señal binaria de salida del convertidor 502 se acopla a una entrada de la matriz 416 de conmutación. Tanto el demodulador binario como el demodulador complejo 410 dan salida a un flujo de datos digital que se utilizará para realizar la modulación binaria de la señal óptica transmitida en el enlace descendente del alimentador por el transmisor 607 óptico.

La FIG. 8 es un esquema simplificado de un sistema 800 para implementar la tercera técnica según una realización útil para comprender la invención. En algunas realizaciones del sistema 800, una SAN 802 recibe el tráfico de reenvío como señales 809 de "banda base" que se acoplan a las entradas de un convertidor 1605 de banda base a IF. En algunas realizaciones, siete subcanales 809 de banda base de 500 MHz de ancho se combinan en una señal 811 de FI de 3.5 GHz de ancho. Cada una de las señales 811 de 3.5 GHz de ancho se transmite a un área 1801 de cobertura de usuario. La FIG. 9 ilustra la relación entre los subcanales 809 de banda base, las señales 811 IF y las señales ópticas dentro del sistema 800.

Ejemplos de otros anchos de banda que pueden utilizarse incluyen 500 MHz (por ejemplo, un único subcanal de 500 MHz), 900 MHz, 1.4 GHz, 1.5 GHz, 1.9 GHz, 2.4 GHz, o cualquier otro ancho de banda adecuado.

La FIG. 10 es una ilustración simplificada de una SAN 802, tal como la SAN 802 mostrada en la FIG. 8. En algunas realizaciones, hay 64 convertidores 1605 de banda base a IF, que se muestran organizados en cuatro combinadores 1602 de IF, cada uno de los cuales comprende 16 convertidores 1605. La agrupación de los convertidores 1605 de banda base a IF dentro de los convertidores 1602 de IF no se muestra en la FIG. 8 para simplificar la figura. Cada uno de los 64 convertidores 1605 de banda base a IF tiene S entradas, donde S es el número de subcanales 809. En algunas realizaciones en las que el subcanal 809 tiene un ancho de banda de 500 MHz y la señal 811 tiene un ancho de banda de 3.5 GHz, S es igual a 7. Cada entrada acopla uno de los subcanales 809 a un convertidor 1606 de frecuencia correspondiente. Los convertidores 1606 de frecuencia proporcionan un desplazamiento de frecuencia para permitir que un subconjunto (por ejemplo, S = 7 en la FIG. 10) de los subcanales 809 se sumen en un sumador 1608. Por consiguiente, en algunas realizaciones, tal como la ilustrada en la FIG. 10, una SAN 802 prepara 64 canales, cada uno de 3.5 GHz de ancho. En algunas realizaciones, la señal de 3.5 GHz de ancho puede centrarse en DC (es decir, utilizando modulación de IF cero). Alternativamente, la señal 811 puede estar centrada en una frecuencia RF particular. En una realización particular, un portador 811 de RF está centrado en la frecuencia de enlace descendente de RF (en cuyo caso el satélite no necesitará convertidores ascendentes 626, como se describe más adelante). La salida 811 de cada circuito 1608 sumador es una señal 811 IF que se acopla a uno de los 64 moduladores 611 ópticos. Los 64 moduladores 611 ópticos se agrupan en 4 módulos 608 de banda óptica. Cada modulador 611 óptico opera esencialmente igual que el modulador 611 óptico mostrado en la FIG. 6 y discutido anteriormente. Sin embargo, dado que la entrada 811 a cada modulador 608 óptico es una señal analógica, la señal óptica de salida de cada modulador 611 óptico es una señal óptica modulada en intensidad que tiene una envolvente de amplitud que sigue la amplitud de la señal 811 IF.

Un combinador 609 óptico combina las salidas de cada uno de los 64 moduladores 611 ópticos para generar una señal 1624 óptica compuesta multiplexada por división de longitud de onda (WDM). El número de convertidores 1605 de banda base a IF y el número de moduladores 611 ópticos en el módulo 608 de banda óptica pueden variar. Como se muestra en la FIG. 9, los cuatro moduladores 611 ópticos pueden diseñarse para emitir señales ópticas con longitudes de onda centradas 1100 en nanómetros, 1300 nanómetros, 1550 nanómetros y 2100 nanómetros.

En el sistema 800, el transmisor 607 óptico (similar al transmisor 607 óptico de la FIG. 4) emite una señal 1624 óptica compuesta modulada por RF. La señal 1624 óptica compuesta modulada por RF es recibida dentro del satélite 804 por una lente 610 (véase la FIG. 8). La lente 610 puede dirigirse a cualquiera de una pluralidad de SANs 802 capaces de transmitir una señal óptica al satélite 804. La salida de la lente 610 se acopla a la entrada de un detector óptico, tal como un fotodiodo 612 (por ejemplo, un diodo PIN). El fotodiodo 612 detecta la envolvente (es decir, el contorno de la intensidad) de la señal óptica y convierte la envolvente de la señal óptica en una señal eléctrica. Dado que la señal óptica está modulada en intensidad con la señal 811 de IF, la señal eléctrica de salida resultante del fotodiodo 612 es esencialmente la misma que la señal 811 de IF que fue modulada por la SAN 802 en la señal 1624 óptica compuesta. El fotodiodo 612 está acoplado a un amplificador 808. La señal de salida del amplificador 808 se acopla entonces a una entrada de un conmutador 616 matricial. El interruptor de matriz 616 funciona de la misma manera que el interruptor de matriz 616 discutido con respecto a la FIG. 4 arriba. En consecuencia, la matriz 616 de conmutación selecciona qué entradas acoplar a la salida de la matriz 616 de conmutación. La salida del conmutador 616 matricial se maneja igual que en los sistemas 600 descritos anteriormente en realizaciones en las que la señal 811 está a IF cero. En realizaciones en las que la señal 811 de salida del módulo 607 de banda base a IF dentro de la SAN está a una frecuencia que se va a transmitir directamente desde el satélite 804, entonces el manejo será el mismo, pero por el hecho de que los convertidores ascendentes 626 no son necesarios.

La FIG. 11 es una ilustración del enlace de retorno del sistema 800. El enlace de retorno para el sistema 800 es esencialmente el mismo que se muestra en la FIG. 7. Sin embargo, en lugar de que los terminales 606 de usuario transmitan una señal que tiene modulación binaria, los terminales 606 de usuario transmiten una señal que tiene una modulación más eficiente (por ejemplo, 16 QAM en lugar de QPSK). En consecuencia, el decodificador 410 digital de salida no es necesario. El convertidor descendente 850 convierte la frecuencia RF utilizada en el enlace ascendente del usuario a una frecuencia IF adecuada. En algunas realizaciones, la señal de frecuencia IF es una señal IF cero de 3.5 GHz de ancho. La salida de cada convertidor descendente 850 se acopla a una entrada de la matriz 416 de conmutación. Por lo tanto, las entradas del modulador 652 MZM (véase la FIG. 6) reciben una señal analógica de la matriz 416 de conmutación. En consecuencia, la salida de cada modulador 611 óptico es una señal óptica de intensidad modulada en la que la envolvente de intensidad sigue la salida de señal del convertidor descendente 850. En algunas realizaciones, el modulador 611 óptico modula directamente la frecuencia RF de subida del usuario en la señal óptica. Por consiguiente, el convertidor 850 de frecuencia no es necesario. En las realizaciones en las que el convertidor descendente 850 reduce la frecuencia de enlace ascendente del usuario a una señal FI cero, la señal 660 óptica combinada se trata de la misma manera que se discutió con respecto a la FIG. 7. En realizaciones en las que la señal óptica se modula con la frecuencia de enlace ascendente del usuario, puede incluirse un convertidor descendente dentro del módem 418 o antes de acoplar la señal del receptor 414 óptico al módem 418.

Habiendo discutido las tres técnicas diferentes para modular señales en el enlace de alimentación, cada una de las cuales utiliza una primera arquitectura de sistema que tiene un satélite que utiliza un conmutador 616 de matriz para permitir una asignación flexible de portadores recibidos a haces puntuales de usuario, se discuten una segunda y tercera arquitecturas de sistema. La segunda arquitectura del sistema incluye un satélite que tiene formación de haz a bordo. La tercera arquitectura del sistema utiliza la formación de haz en tierra.

La FIG. 12 es un esquema simplificado de un sistema 1000 que utiliza la técnica mostrada en la FIG. 4 (es decir, modular el enlace ascendente del alimentador óptico con modulación binaria y utilizar ese contenido binario para modular un enlace descendente de usuario de r F). Sin embargo, el sistema 1000 utiliza la segunda arquitectura de sistema en la que un satélite 1004 es capaz de realizar la formación de haces a bordo. El sistema 1000 funciona de manera similar al sistema 600 descrito anteriormente. Sin embargo, la salida de IF de cada modulador 614 bifásico se acopla a un módulo 1006 de peso/combinador en lugar de a la matriz 616 de conmutación.

La FIG. 13 es un diagrama de bloques simplificado de un módulo 1006 de peso/combinador en el que las señales 1002 de haz en dirección descendenteKse reciben en el módulo 1006 de peso/combinador por un módulo 1052 de entrada de formador de haz. Las señales 1002Kson enrutadas por el módulo 1052 de entrada a un módulo 1054 de división de N vías. El módulo 1054 de división de N vías divide cada una de las señales 1002Ken N copias de cada señal de haz directo, donde N es el número de elementos del conjunto de antenas que se va a utilizar para formar haces puntuales de usuarioK.

En el ejemplo del sistema descrito anteriormente con respecto a la FIG. 4, hay 8 SANs activas, cada una de las cuales transmite una señal óptica que comprende 64 canales ópticos. Cada uno de los 64 canales ópticos transporta una señal IF de 3.5 GHz (es decir, una señal de haz directo). Por lo tanto, hay 512 señales de haz directo (es decir, 8 SANs x 64 señales IF). En consecuencia,K= 512. En algunas realizaciones, el satélite tiene un conjunto 1008 de antenas que tiene 512 elementos de conjunto. En consecuencia, N = 512.

Cada salida del módulo 1054 de división de N vías se acopla a una entrada correspondiente de uno de los 512 módulos 1056 de ponderación y suma. Cada uno de los 512 módulos 1056 de ponderación y suma comprende 512 circuitos 1058 de ponderación. Cada uno de los 512 circuitos 1058 de ponderación coloca un peso (es decir, amplifica y cambia de fase) sobre una correspondiente de las 512 señales de salida del módulo 1054 de división de N vías. Las salidas ponderadas de los circuitos 1058 de ponderación son sumadas por un sumador 1060 para formar 512 señales 1062 de elementos de haz. Cada una de las 512 señales 1062 de elementos de haz se emite a través de un módulo 1064 de salida de formador de haz. Volviendo a la FIG. 12, cada una de las 512 señales 1062 de elementos de haz emitidas por el módulo 1006 combinador/de peso se acopla a uno de los 512 convertidores ascendentes 626 correspondientes. Los convertidores ascendentes 626 están acoplados a PAs 630. Cada una de las salidas de los PAs 630 está acoplada a uno de los 512 elementos de antena correspondientes del conjunto 1008 de antenas. El conjunto de antenas puede ser cualquiera de los siguientes: un conjunto de radiación directa (en el que cada elemento de antena irradia directamente en la dirección deseada), un reflector alimentado por conjunto (en el que cada elemento de antena ilumina un reflector compartido por todos los elementos de antena), o cualquier otra configuración de antena adecuada. La combinación del conjunto de antenas 1008 y el módulo 1006 combinador de pesos también se refiere a una antena conjunto en fase.

Los pesos relativos de las señales que se aplican a los elementos en cada una de las localizaciones dentro de la antena 1008 de conjunto de fases darán lugar a que la pluralidad de señales ponderadas se superponga entre sí y, por tanto, se combinen coherentemente para formar un haz de usuario.

Por consiguiente, aplicando la ponderación deseada a la pluralidad de señales 1002 para generar las señales 1062 de elemento de haz emitidas desde el módulo 1006 ponderador/combinador, una señal 1002 aplicada a cada entrada del módulo 1006 ponderador/combinador puede dirigirse a una de la pluralidad de áreas de cobertura de haz de usuario. Dado que el satélite 1004 puede utilizar el módulo 1006 combinador de pesos y la antena 1008 de conjunto para dirigir cualquiera de las señales recibidas a cualquiera de las áreas de cobertura del haz de usuario, la información que de otro modo se transmitiría a través de un enlace ascendente de alimentación particular que está experimentando un desvanecimiento intolerable puede enrutarse a una de las otras SANs. En consecuencia, la información puede transmitirse al satélite 1004 a través de una SAN 602 que no esté experimentando un desvanecimiento intolerable para proporcionar diversidad de enlace de alimentación, como se ha descrito anteriormente en el contexto del conmutador 616 de matriz. Del mismo modo, puede realizarse una multiplexación por división en el tiempo para transmitir las señales recibidas por una de las lentes 610 en varios haces puntuales de usuario, tal como se ha descrito anteriormente.

El uso de un satélite 1004 que tiene formación de haces a bordo proporciona flexibilidad para permitir la diversidad de enlaces de alimentación con respecto a las señales recibidas de la pluralidad de SANs 602. El uso de la formación de haz a bordo elimina la necesidad de la matriz 616 de conmutación mostrada en la FIG. 4. Una arquitectura similar puede emplearse en las rutas de retorno (es decir, el enlace ascendente del usuario y el enlace descendente del alimentador). Es decir, los terminales 606 de tierra de usuario transmiten una señal RF hasta el satélite 1004 en el enlace ascendente de usuario. Los elementos receptores del conjunto 1008 de antenas reciben la señal de RF. El módulo 1006 ponderador/combinador pondera las señales recibidas por cada elemento de recepción de la antena 1008 para crear un haz de recepción. La salida del módulo 1006 combinador de pesos se convierte de RF a IF.

En algunas realizaciones, los convertidores ascendentes 626 se colocan en la entrada del módulo 1006 combinador de pesos, en lugar de en las salidas. Por lo tanto, las señales de RF (por ejemplo, señales de 20 GHz) se ponderan y se suman. A continuación, las señales de los elementos del haz se transmiten a través de cada uno de los elementos del conjunto de antenas.

En algunas realizaciones, el satélite tiene varios módulos de peso/combinador (no mostrados por simplicidad). Las entradas de cada módulo de peso/combinador están acopladas a uno o más receptores 622 ópticos. En algunas realizaciones, todas las salidas de un receptor 622 óptico están acopladas al mismo módulo de peso/combinador. Cada módulo de peso/combinador generaNsalidas. Las salidasNde cada módulo ponderador/combinador se acoplan uno a uno a los elementos de un conjunto de antenas de N elementos (sólo se muestra uno para simplificar). Por consiguiente, existe una relación de uno a uno entre los conjuntos 1008 de antenas y los módulos 1006 de peso/combinador.

En algunas realizaciones, la segunda arquitectura mostrada en la FIG. 12 (es decir, la formación de haz a bordo) se utiliza con un modulador 614 QAM, similar al sistema 600. Sin embargo, el satélite 1104 tiene formación de haz a bordo.

La FIG. 14 es un esquema simplificado de un sistema 1200 que utiliza la técnica discutida con respecto a la FIG. 8 en la que una señal óptica es modulada por RF en la SAN 802 según una realización útil para comprender la invención. Sin embargo, la arquitectura del satélite es similar a la de la FIG. 12 y 11 en las que un satélite 1204 tiene capacidad de formación de haces a bordo. Las SANs 802, lentes 810, detectores ópticos (tales como fotodiodos 812), amplificadores 613 y convertidores ascendentes 626 son todos similares a los descritos con respecto a FIG. 8. Sin embargo, el módulo 1006 de peso/combinador y la antena 1008 de conjunto son similares a los descritos con respecto a la FIG. 12. Del mismo modo que en la arquitectura descrita en la FIG. 12, el peso/combinador 1006 y la antena 1008 de conjunto permiten al satélite 1004 transmitir el contenido de las señales recibidas de una o más de las SANs 802 a cualquiera de las áreas de cobertura del haz de usuario, proporcionando así diversidad de enlaces de alimentación. Por lo tanto, si uno o más de los enlaces ascendentes de alimentación de las SANs 802 al satélite tienen un desvanecimiento intolerable, el contenido que de otro modo se enviaría en ese enlace ascendente de alimentación puede enviarse a través de una de las otras SANs 802 utilizando un enlace ascendente de alimentación que no esté experimentando un desvanecimiento intolerable.

La FIG. 15 es una ilustración de un enlace directo de un sistema 1400 de comunicaciones por satélite que utiliza la tercera arquitectura de sistema (es decir, formación de haces basada en tierra) que incluye un enlace ascendente 1402 óptico directo y un enlace descendente 1404 de radiofrecuencia directo. En algunas realizaciones, el sistema 1400 incluye un formador de haz 1406 terrestre de enlace directo, un satélite 1408 y un número relativamente grande(M)de SANs 1410 para crear un sistema de alta fiabilidad y capacidad relativamente grande para comunicarse con terminales 806 de usuario localizados dentro de 512 áreas 1801 de cobertura de haz de usuario (véase la FIG. 19 que se analiza en detalle más adelante). A lo largo de la discusión del sistema 1400,M= 8 SANs 1410 se muestran en el ejemplo. Sin embargo,M= 8 es meramente un ejemplo conveniente y no se pretende limitar el sistema divulgado, tal como el sistema 1400, a un número particular de SANs 1410. Del mismo modo, se muestran 64 canales ópticos en el ejemplo del sistema 1400. Asimismo, el conjunto de antenas tiene 512 elementos. Del mismo modo que se ha indicado anteriormente, las frecuencias, longitudes de onda, elementos de conjuntos de antenas y números de canales paralelos similares, componentes, dispositivos, áreas de cobertura del haz del usuario, etc. particulares no deben considerarse como una limitación de la forma en que pueden implementarse los sistemas divulgados, excepto cuando estén expresamente limitados por las reivindicaciones adjuntas.

El tráfico de reenvío (es decir, la señal 1407 de entrada de haz de reenvío) que se comunicará a través del sistema 1400 se proporciona inicialmente al formador de haz 1406 desde una fuente, tal como Internet, a través de un equipo de distribución, tal como un nodo central o una entidad similar (no mostrada). El equipo de distribución puede gestionar la asignación de frecuencias y/o intervalos de tiempo para transmisiones a terminales de usuario individuales y agrupar datos destinados a la transmisión a haces particulares, además de realizar otras funciones. Las señales 1407 de entrada al formador de haces 1406 (o alguna porción de la información transportada por la señal 1407 de entrada de haces en dirección descendente) pueden representar flujos de datos (o flujos de datos modulados) dirigidos a cada uno de los 512 haces de usuario. En una realización, cada una de las 512 señales 1407 de entrada de haz directo es una señal IF de 3.5 GHz de ancho. En algunas realizaciones, la señal 1407 de entrada de haces en dirección descendente es un portador compuesto de 3.5 GHz de ancho que se acopla a la entrada del formador de haces 1406.

Cada una de las señales 1407 de entrada de haz hacia adelante es "dirigida" a un área 1801 de cobertura de haz de usuario por el formador de haz 1406. El formador de haz 1406 dirige la señal 1407 de entrada de haz en dirección descendente a un área 1801 de cobertura de haz de usuario particular aplicando pesos de haz a las 512 señales 1407 de entrada de haz en dirección descendente para formar un conjunto de N señales 1409 de elemento de haz (como se describe más adelante con respecto a la FIG. 16). Generalmente,Nes mayor o igual queK.En algunas realizaciones,N= 512 yK= 512. Las señales 1409 de elementos de haz de 512 se amplifican y se convierten en frecuencia para formar señales 1411 de elementos de haz de RF. Cada uno se transmite desde un elemento de un conjunto 1416 de antenas de N elementos (es decir, 512 elementos). Las señales 1411 de los elementos del haz de RF se superponen entre sí dentro del área 1801 de cobertura del haz de usuario. La superposición de las señales de elementos de haz de RF transmitidas 1411 forman haces de usuario dentro de las áreas 1801 de cobertura de haces de usuario.

En algunas realizaciones, las 512 señales 1409 de elementos de haz se dividen entre varias SANs 1410. En consecuencia, un subconjunto de las señales 1409 de elementos de haz (por ejemplo, 512/8) se acopla a cada SAN 1410, donde 8 es el número de SANs 1410. Así, la combinación de 8 sA ns 1410 transmitirá 512 señales 1409 de elementos de haz desde el formador de haz 1406 al satélite 1408. En algunas realizaciones, el formador de haz 1406 está co-localizado con una de las SANs 1410. Alternativamente, el formador de haz 1406 está localizado en otra localización. Además, en algunas realizaciones, el formador de haz 1406 puede estar distribuido entre varios sitios. En una de tales realizaciones, una porción del formador de haz 1406 se co-localiza con cada SAN 1410. Cada una de tales porciones del formador de haz 1406 recibe todo el tráfico 1407 hacia adelante, pero sólo aplica pesos de haz a aquellas 64 (es decir, 512/8) señales 1409 que se transmitirán a la SAN 1410 que está co-localizada con esa porción del formador de haz 1406. En algunas realizaciones, se proporcionan varios formadores de haz (no mostrados por simplicidad). Cada formador de haz generaNsalidas (es decir, señales de elementos de haz). Las señales de los elementos del haz N se acoplarán uno a uno a los elementos de un conjunto de antenas de N elementos en el satélite 1408 (sólo se muestra uno por simplicidad). Por consiguiente, existe una relación de uno a uno entre los conjuntos 1416 de antenas y los formadores de haz 1406. En algunas realizaciones en las que todos los elementos de haz de un formador de haz 1406 se transmiten al satélite 1408 a través de una SAN 1410, no es necesario coordinar la sincronización de las transmisiones de diferentes SANs 1410. Alternativamente, en realizaciones en las que los elementos de haz emitidos desde el mismo formador de haz 1406 se transmiten al satélite 1408 a través de diferentes SANs, la temporización de las señales de los elementos de haz se tiene en cuenta utilizando controles de temporización, como se discute más adelante.

La relación de fase entre cada una de las señales 1411 de elementos de haz de RF transmitidas desde cada uno de los N elementos de un conjunto 1416 de antenas y la amplitud relativa de cada una, determina si las señales de elementos de haz se superpondrán adecuadamente para formar haces dentro de las áreas 1801 de cobertura de haz de usuario deseadas. En algunas realizaciones en las que hay 8 SANs 1410 (es decir,M= 8) cada SAN 1410 recibe 64 señales 1409 de elementos de haz.

Para mantener la relación de fase y amplitud de cada una de las 512 señales 1411 de elementos de haz de RF entre sí, el formador de haz 1406 emite 8 señales 1413 piloto de temporización, una a cada SAN 1410, además de las señales 1409 de elementos de hazN.Cada señal 1413 piloto de temporización se alinea con las demás señales piloto de temporización al transmitirse desde el formador de haz 1406 a cada SAN 1410. Además, la amplitud de cada señal 1413 piloto de temporización se hace igual.

La FIG. 16 es una ilustración detallada del formador de haces 1406 en dirección descendente. El formador de haces 1406 en dirección descendente recibe 512 señales 1407 de haces en dirección descendente que representan el tráfico en dirección descendente que se enviará a través del sistema 1400. Las señales 1407 son recibidas por un multiplicador 1501 matricial. El multiplicador 1501 matricial incluye un módulo 1502 de entrada formador de haz, un módulo 1504 y 512 de división de 512 vías módulos 1506 de ponderación y suma. Pueden utilizarse otras disposiciones, implementaciones o configuraciones de un multiplicador matricial. Cada una de las 512 señales 1407 de haz directo está destinada a recibirse dentro de una correspondiente de las 512 áreas 1801 de cobertura de haz de usuario. Por consiguiente, existe una relación de uno a uno entre las 512 áreas 1801 de cobertura de haz de usuario y las 512 señales 1407 de haz de reenvío. En algunas realizaciones, el equipo de distribución (por ejemplo, el nodo central) que proporciona el tráfico de reenvío al formador de haces 1406 garantiza que la información que se va a transmitir a un área 1801 de cobertura de haces de usuario particular se incluye dentro de la señal 1407 de entrada de haces de reenvío correspondiente a esa área 1801 de cobertura de haces de usuario.

El módulo 1504 de división de 512 vías divide cada una de las 512 señales 1407 de haz directo en 512 señales idénticas, resultando en 512 x 512 (es decir,NxK)señales que salen del módulo 1504 de división de 512 vías. Cuando N es igual a 512 yKes igual a 512, el módulo de división 1504 emite 512 x 512 = 524,288 señales. 512 señales únicas de salida del módulo 1504 de división están acopladas a cada uno de los 512 módulos 1506 de ponderación y suma. Las señales acopladas a cada uno de los módulos 1506 de ponderación y suma son ponderadas (es decir, desplazadas en fase y ajustadas en amplitud) de acuerdo con los pesos de haz calculados por un generador 1508 de pesos de haz delantero. Cada una de las 512 señales ponderadas correspondientes al mismo elemento N del array se suman en uno de los 512 sumadores 1512.

Dado que cada grupo de 64 salidas de los sumadores 1512 se acoplará a, y transmitirá por, una diferente de las 8 SANs 1410, se proporciona un módulo 1514 de temporización. El módulo 1514 de temporización ajusta cuándo se envían las señales de elementos de haz 1409 desde el formador de haz para garantizar que cada grupo de 64 señales 1409 de elementos de haz IF llega al área 1801 de cobertura del haz de usuario en el momento adecuado para garantizar que la superposición de las señales 1409 da como resultado la formación adecuada del haz de usuario. Alternativamente, los pesos del haz hacia adelante pueden generarse teniendo en cuenta las diferencias en longitudes y características de las rutas desde cada SAN 1410 al satélite 1408. En consecuencia, una señal 2122 se acoplaría al formador de haces 1406 en dirección descendente. En algunas realizaciones, el módulo 1514 de temporización genera la señal 1413 piloto de temporización transmitida desde el formador de haces 1406 en dirección descendente a cada SAN 1410. En algunas realizaciones, se genera una señal 1413 piloto de temporización y se divide en 8 copias de igual amplitud, enviándose una copia a cada SAN 1410. Alternativamente, la amplitud de las copias puede ser una relación predeterminada. Siempre que se conozca la relación entre las señales 1413 piloto de temporización, las señales 1411 de los elementos del haz de RF pueden ecualizarse para garantizar que se superpondrán entre sí para formar los haces puntuales de usuario deseados. En algunas realizaciones en las que las correcciones a la alineación se realizan en el módulo 1514 de temporización dentro del formador de haz 1406, cada SAN 1410 devuelve una señal 2122 derivada de la señal 1419 de corrección de temporización SAN a una entrada de control de temporización al formador de haz para permitir que el formador de haces 1406 en dirección descendente determine las correcciones a la alineación de las señales a cada SAN 1410. En algunas realizaciones, el módulo 1514 de temporización utiliza las señales 1419 de corrección de temporización SAN para ajustar la temporización de las señales 1409 de los elementos de haz. En otras realizaciones, la señal 1419 de corrección de temporización de la SAN es utilizada por el generador 1508 de pesos del haz en dirección descendente para ajustar los pesos del haz para tener en cuenta las diferencias en las rutas desde el formador de haz 1406 a través de cada una de las SANs 1410 hasta el satélite 1408. Como se ha indicado anteriormente, las correcciones de la alineación pueden realizarse alternativamente en cada SAN 1410.

Una vez que las señales 1409 de los elementos del haz se han ponderado adecuadamente y se han realizado los ajustes de temporización necesarios, cada una de las 512 señales 1409 se acopla a una de las SANs 1410. Es decir, cada una de las 8 SANs 1410 recibe 64 señales 1409 de elementos de haz (es decir, 512/8) del formador de haces 1406 en dirección descendente. Un transmisor 1401 óptico dentro de cada SAN 1410 recibe, multiplexa y modula esas 64 señales 1409 de elementos de haz que recibe en un portador óptico.

La FIG. 17 es una ilustración de un transmisor 1401 óptico utilizado en algunas realizaciones del sistema 1400. El transmisor 1401 óptico es similar al transmisor 607 óptico discutido anteriormente con respecto a la FIG. 10. Sin embargo, las señales 1409 de entrada difieren, ya que son ponderadas por haz por el formador de haz 1406. Además, la señal 1413 piloto de temporización proporcionada por el formador de haz 1406 se acopla a un modulador 611 óptico y se modula en un portador óptico dentro de la misma banda que la banda de otros moduladores 611 ópticos dentro del mismo módulo 1403 de banda óptica, según lo determinado por la longitud de onda de la fuente 654 de luz dentro de ese modulador 608 óptico. En algunas realizaciones, cada módulo 1403 de banda óptica es idéntico. Sin embargo, la modulación de la señal 1413 piloto de temporización sólo necesita realizarse en uno de dichos módulos 1403 de banda óptica. Alternativamente, como se muestra en la FIG. 17, sólo un módulo 1403 de banda óptica está configurado para modular una señal 1413 piloto de temporización. Los otros módulos 608 de banda óptica pueden ser similares al módulo 608 de banda óptica mostrado en la FIG. 6 y descrito anteriormente. En cualquiera de las dos realizaciones, en un sistema en el que 8 SANs 1410 reciben cada uno 64 señales 1409 de elementos de haz y las modulan en 16 canales ópticos dentro de 4 bandas ópticas diferentes, como se muestra en la FIG. 5, hay cuatro módulos de banda óptica dentro del transmisor 1401 óptico en cada SAN 1410.

La señal 1413 piloto de temporización sigue la misma ruta hacia el satélite que las señales 1409 de los elementos del haz de IF. Por lo tanto, comparando el tiempo de llegada de las señales piloto de temporización enviadas desde cada SAN 1410 al satélite 1408, se pueden determinar las diferencias en los tiempos de llegada de las señales de los elementos del haz de IF y se pueden generar y transmitir señales de corrección a cada SAN 1410. Del mismo modo que el transmisor 607 óptico, los canales 915 ópticos emitidos por cada modulador 611 óptico mostrado en la FIG. 17 se combinan en un combinador 609 óptico. La señal 1624 óptica compuesta se emite desde una lente 2002 óptica dentro del transmisor 1401 óptico. La lente 2002 óptica funciona como un transmisor de señal óptica capaz de transmitir una señal óptica al satélite 1408.

Una señal 1624 óptica compuesta procedente de cada una de las SANs 1410 con las señales 1409 de 64 elementos de haz y la señal 1413 piloto de temporización se transmite al satélite 1408 en el enlace óptico ascendente1402 delantero y es recibida por uno de los 8 receptores 1412 ópticos dentro del satélite 1408. Cada uno de los 8 receptores 1412 ópticos dentro del satélite 1408 demultiplexa los 64 canales 915 ópticos a partir de la señal 1624 óptica compuesta.

La FIG. 18 muestra los componentes de un satélite 1408 (ver la FIG. 15) en mayor detalle. El satélite 1408 recibe y transmite el enlace directo de acuerdo con algunas realizaciones de un sistema que utiliza la formación de haces rectificados, como se ha indicado anteriormente con referencia a la FIG. 15. Los componentes del enlace delantero del satélite 1408 incluyen 8 receptores 1412 ópticos, 8 módulos 1414 amplificadores/convertidores y un conjunto 1416 de antenas de 512-elementos. En algunas realizaciones del sistema 1400, similares a las realizaciones mostradas en las FIGs. 9, 13 y 16, en los que hay 8 SANs (es decir,M= 8), la señal 1624 compuesta recibida incluye 64 canales ópticos divididos en 4 bandas de 16 cada una, cada una de las cuales transporta un canal de IF de 3.5 GHz de ancho. Además, hayK= 512 áreas 1801 de cobertura del haz del usuario yN= 512 elementos en el conjunto de antenas. Como ya se ha indicado, estas cifras se ofrecen a modo de ejemplo y para facilitar el debate.

Cada receptor 1412 óptico está asociado a su correspondiente módulo 1414 amplificador/convertidor. Los receptores 1412 ópticos incluyen cada uno un módulo 1701 de lente, y una pluralidad de detectores ópticos, tales como fotodiodos 1703. El módulo 1701 de lente incluye una lente 1702 (que en algunas realizaciones puede ser similar a la lente 610 descrita anteriormente con respecto a la FIG. 4), un demultiplexor 1704 óptico, una pluralidad de demultiplexores 1706 ópticos y una pluralidad de lentes 1708 de salida.

En funcionamiento, la señal 1624 óptica compuesta se recibe de cada una de las 8 SANs 1410. Se proporciona una lente 1702 para recibir cada señal 1624 óptica compuesta. En algunas realizaciones, las lentes 1702 pueden enfocarse (en algunas realizaciones, apuntarse mecánicamente) hacia una SAN 1410 desde la que la lente 1702 va a recibir una señal 1624 óptica compuesta. La lente 1702 puede reenfocarse posteriormente para apuntar a una SAN 1410 diferente. Dado que las lentes 1702 pueden enfocarse para recibir la señal 1624 óptica compuesta de una de varias SANs 1410, el satélite 1408 puede recibir señales de 8 SANs 1410 seleccionadas de entre un número mayor 8 X SANs 1410. En algunas realizaciones X= 24. Por lo tanto, 32 SANs 1410 diferentes son capaces de recibir información destinada a ser comunicada a las áreas 1801 de cobertura de haz de usuario en el sistema. Sin embargo, sólo ocho de las 32 SANs 1410 son seleccionadas para que la información que se transmite sea recibida por el satélite 1408.

A continuación, se describe en detalle la ruta de la señal de una de las señales 1624 ópticas compuestas a través del enlace delantero del satélite 1408. Debe entenderse que cada una de las 8 rutas de señal tomadas por las 8 señales 1624 ópticas compuestas recibidas a través del enlace de avance del satélite 1408 operan de forma idéntica. La señal 1624 óptica compuesta que recibe la lente 1702 se dirige a un demultiplexor 1704 óptico. En un sistema que utiliza el esquema de modulación ilustrado en la FIG. 9, el demultiplexor 1704 óptico divide la señal 1624 óptica compuesta en las cuatro bandas 907, 909, 911, 913 (ver FIG. 9). Es decir, el demultiplexor 1704 óptico divide la señal 1624 óptica compuesta en las cuatro longitudes de onda ópticas en las que las señales 1407 del elemento de haz fueron moduladas por la SAN 1410 que envió la señal 1624 óptica compuesta. Cada una de las salidas ópticas del demultiplexor 1704 óptico se acopla a un demultiplexor 1706 óptico correspondiente. Cada uno de los cuatro demultiplexores 1706 ópticos emite 512/(4 x 8) señales ópticas para un total de 4 x (512/(4 x 8) = 512/8 = 64 señales ópticas. Cada una de las 16 señales ópticas de salida de los cuatro demultiplexores 1706 ópticos se dirige a una lente 1708 de salida. Cada una de las lentes 1708 de salida enfoca la señal óptica correspondiente sobre un fotodetector correspondiente, tal como un fotodiodo 1703. Cada fotodiodo 1703 detecta la envolvente de amplitud de la señal óptica en su entrada y emite una señal 1418 de elemento de haz de transmisión de RF correspondiente a la envolvente de amplitud detectada. Por consiguiente, las señales 1418 de elementos de haz de transmisión de RF emitidas por los receptores 1412 ópticos son esencialmente las señales 1409 de elementos de haz que fueron moduladas en las señales ópticas por las SANs 1410.

A continuación, las señales de salida de RF se acoplan al módulo 1414 amplificador/convertidor. El módulo 1414 amplificador/convertidor incluye 512/8 rutas de señal. En algunas realizaciones, cada ruta de señal incluye un amplificador de bajo ruido (LNA) 1710, un convertidor 1712 de frecuencia y un PA 1714. En otras realizaciones, la ruta de la señal incluye sólo el convertidor 1712 de frecuencia y el PA 1714. En otras realizaciones, la ruta de la señal sólo incluye el PA 1714 (el convertidor 1712 de frecuencia puede omitirse si las señales de alimentación producidas por las SANs ya están a la frecuencia de enlace descendente hacia adelante deseada). El convertidor 1712 de frecuencia convierte las señales 1418 del elemento de haz de transmisión de RF a la frecuencia portadora del enlace descendente. En algunas realizaciones, la salida de cada convertidor ascendente 1712 es un portador RF a una frecuencia central de 20 GHz. Cada una de las 512 salidas de los 8 módulos 1414 amplificadores/convertidores se acopla a uno de los 512 elementos del conjunto 1416 de antenas de 512 elementos. Por lo tanto, el conjunto 1416 de antenas transmite las 512 señales 1718 de elementos de haz de enlace descendente hacia adelante.

La FIG. 19 es una ilustración de las áreas 1801 de cobertura del haz de usuario formadas sobre los Estados Unidos continentales de acuerdo con algunas realizaciones. En otras realizaciones, las áreas de cobertura del haz del usuario pueden estar situadas en diferentes localizaciones y con diferentes espaciamientos y patrones. En algunas realizaciones, tales como las mostradas en las FIGs. 4, 8 y 12, cada alimentación de una antena se enfoca para dirigir un haz puntual de usuario a un área de cobertura del haz de usuario. En otras realizaciones, tal como se muestra en las FIGs. 10, 11, 12, 14 y 15, las 512 señales 1718 de elementos de haz de enlace descendente hacia adelante se superponen entre sí para formar haces de usuario dirigidos a las áreas 1801 de cobertura de haz de usuario. Como se muestra en la FIG. 19, las áreas de cobertura del haz de usuario se distribuyen en un área de servicio de satélite que es sustancialmente mayor que las áreas 1801 de cobertura del haz de usuario. El conjunto 1416 de antenas de 512 elementos transmite las señales 1411 de elementos de haz de RF a través del enlace descendente 1404 directo a cada una de las 512 áreas 1801 de cobertura de haz de usuario. Los terminales 806 de usuario dentro de cada área 1801 de cobertura del haz de usuario reciben el haz de usuario dirigido a esa área 1801 particular de cobertura del haz de usuario en virtud de la superposición de las señales 1411 de los elementos del haz de RF transmitidas desde cada uno de los 512 elementos del conjunto 1416 de antenas de 512 elementos.

Además de las señales 1418 de elementos de haz de IF emitidas por cada receptor 1412 óptico, cada receptor 1412 óptico demultiplexa una señal 1415 de temporización de satélite a partir de la señal 1624 óptica compuesta. Cada receptor 1412 emite una señal 1415 de temporización de satélite que se acopla al módulo 1414 amplificador/convertidor correspondiente. Un LNA 1710 dentro del módulo 1414 amplificador/convertidor amplifica la señal 1415 de temporización del satélite. La salida 1416 del LNA 1710 se acopla a un módulo 1417 de temporización de satélite. En algunas realizaciones, el módulo 1417 de temporización de satélites compara la señal 1415 de temporización de satélites recibida por cada receptor 1412 óptico para determinar si están alineados. El módulo 1417 de temporización de satélites emite 8 señales 1419 de corrección de temporización SAN, una para devolverse a cada una de las 8 SANs 1410. En algunas realizaciones, cada señal 1419 de corrección de temporización SAN se acopla a una entrada de un módulo 1904 amplificador/convertidor de retorno (véase la FIG. 24). Cada señal 1419 de corrección de temporización de SAN se amplifica, se convierte en frecuencia a la frecuencia de enlace descendente hacia adelante y se acopla a una entrada a uno de los 8 transmisores 1401 ópticos dentro del satélite 1408, de forma similar al transmisor 1401 óptico proporcionado en la SAN 1410. En algunas realizaciones, uno de los ocho es refiriéndose a los otros siete. Por consiguiente, no se realiza ninguna corrección en la temporización de las señales transmitidas desde la SAN 1410 desde la que se envió la señal de temporización del satélite de referencia. Por lo tanto, no se envía ninguna señal 1419 de corrección de temporización<s>A<n>para esa SAN 1410. La señal 1419 de corrección de temporización SAN se modula en cada señal óptica compuesta transmitida por el satélite 1408 a cada SAN 1410.

Cada señal 1419 de corrección de temporización de SAN proporciona información de alineación de temporización que indica lo desalineada que está la señal 1413 piloto de temporización con respecto a las otras señales piloto de temporización (por ejemplo, la señal 1415 de temporización del satélite de referencia). En algunas realizaciones, la información de temporización se transmite a través de las SANs 1410 a un módulo 1514 de temporización (véase la FIG. 16) en el formador de haz 1406. El módulo 1514 de temporización ajusta la alineación de los elementos del haz antes de enviarlos a cada SAN 1410. Alternativamente, la información de alineación de temporización es utilizada por cada SAN 1410 para ajustar la temporización de las transmisiones de la SAN 1410 para asegurar que las señales 1411 de elementos de haz de RF de cada SAN 1410 llegan al satélite 1408 alineadas. La FIG. 20 es una ilustración de un transmisor 1460 óptico que tiene un módulo 1462 de temporización para ajustar la temporización de las señales 1409 de los elementos del haz y la señal 1413 piloto de temporización. El módulo 1462 de temporización recibe una señal 1464 de corrección de temporización del satélite 1408 a través del enlace descendente de retorno (que se describe más adelante). El módulo de temporización aplica un retardo apropiado a las señales 1409, 1413 para alinear las señales transmitidas por la SAN 1410 con las señales transmitidas por las otras SANs 1410 del sistema 1400.

En una realización alternativa, se pueden realizar ajustes de temporización en las señales 1411 de los elementos del haz de RF dentro del satélite, con base en señales de control generadas por el módulo 1417 de temporización del satélite. En algunas de tales realizaciones, las señales de control controlan retardos programables colocados en la ruta de la señal entre el receptor 1412 óptico y el conjunto 1416 de antenas para cada señal 1411 de elemento de haz de RF.

En una realización alternativa, al menos dos de las señales de temporización del satélite 1415 se transmiten desde el satélite de vuelta a cada SAN 1410. La primera es una señal 1415 de sincronización de satélite común que se transmite a todas las SANs. Es decir, una de las señales 1415 de temporización de satélite recibidas se selecciona como el estándar al que se alinearán todas las demás. El segundo es un bucle de retorno de la señal 1415 de temporización del satélite. Comparando la señal 1415 de temporización de satélite común con la señal 1415 de temporización de satélite de bucle de retorno, cada SAN 1410 puede determinar la cantidad de ajuste necesaria para alinear las dos señales y, por tanto, para alinear las señales 1418 de elementos de haz de IF de cada SAN 1410 dentro del satélite 1410.

La FIG. 21 es un sistema 1450 en el que cada una de las señales 1452 de entrada de haz directoKcontiene subcanales S de 500 MHz de ancho. En algunas realizaciones,K= 512 y S = 7. Por ejemplo, en algunas realizaciones, se transmiten siete subcanales de 500 MHz de ancho a un área 1801 de cobertura de usuario. La FIG. 22 es una ilustración de un formador de haz 1300 en el que las señales 1452 de entrada de haz en dirección descendente comprenden siete subcanales de 500 MHz de anchura, cada uno acoplado a una entrada única al formador de haz 1300. Por consiguiente, como se ha señalado anteriormente, los subcanales pueden formarse en haz después de combinarse en un portador IF, como se muestra en las FIGs. 14, 15. Alternativamente, como se muestra en las FIGs.

21, 13, los subcanales 1452 pueden formarse en haz antes de combinarse mediante el formador de haz 1300. En consecuencia, el formador de haz 1300 produce S xNseñales de elemento de haz, enviándose (S xN)/Mtales señales de elemento de haz a cada SAN 1410. En el sistema 1450 de ejemplo, S = 7,N= 512 yM= 8. Como se señaló anteriormente, estos números se proporcionan como un ejemplo conveniente y no están destinados a limitar los sistemas, tales como el sistema 1450, a estos valores particulares.

La FIG. 22 es un diagrama de bloques simplificado de un formador de haz 1300 en el que cada portadora comprende S subcanales 1452, donde S = 7. Cada uno de los subcanales 1452 se proporciona como entrada independiente a un multiplicador 1301 matricial dentro del formador de haz 1300. Por lo tanto, 512 x 7 subcanales 1452 se introducen en el multiplicador 1301 matricial, donde hay 512 haces puntuales de usuario a formar y 7 es el número de subcanales en cada portador; es decir,K= 512 y S = 7. El divisor 1304 de 512 vías recibe cada uno de los 512 x 7 subcanales 1407, donde 512 es el número de elementos del conjunto 1416 de antenas. Alternativamente, N puede ser cualquier número de elementos de antena. Cada subcanal 1452 se divide en 512 partes. En consecuencia, 512 x 512 x 7 señales salen del divisor 1304 en una matriz tridimensional. Las señales 1, 1, 1 hasta 1, K, 1 (es decir, 1, 512, 1 dondeK= 512) se ponderan y suman en un módulo 1306 de ponderación y suma. Asimismo, las señales 1, 1, 7 a 1, 512, 7 se ponderan y suman en un módulo 1313 de ponderación y suma. Del mismo modo, cada uno de los otros módulos de ponderación y suma de peso reciben salidas del divisor 1304, y ponderan y suman las salidas. Las salidas 512 x 7 de los módulos 1306, 1313 de ponderación y suma se acoplan a las entradas de un módulo 1514 de temporización. El módulo de temporización funciona esencialmente igual que el módulo 1514 de temporización del formador de haz 1406 comentado anteriormente. El formador de haz 1300 envía señales 1454 de elementos de haz 512 x 7 a las SANs 1410. Cada una de las 8 SANs 1410 comprende un combinador 1602 IF.

La FIG. 23 es una ilustración de una SAN 1456 del sistema 1450. En algunas realizaciones, un primer convertidor 805 de banda base a IF opera de manera similar al convertidor 805 de banda base a IF discutido anteriormente con respecto a la FIG. 10. El convertidor 805 emite una señal 811 que es una combinación de siete señales 1454 de elementos de haz de 500 MHz. Además, en algunas realizaciones, al menos uno de los convertidores 1605 de banda base a IF incluye un convertidor 1607 de frecuencia adicional. El convertidor 1607 de frecuencia adicional recibe la señal 1413 piloto de temporización del formador de haz 1300. La señal 1413 piloto de temporización se combina con los subcanales de elementos de haz 1452 y se acopla al transmisor 607 óptico. Cada una de las señales 811 IF acopladas al transmisor 607 óptico se combinan en los combinadores 609 ópticos de cada SAN 1410 para formar la señal 1624 óptica compuesta transmitida. La señal 1413 piloto de temporización se acopla a la entrada de un convertidor 1607 de frecuencia. El convertidor 1607 de frecuencia coloca la señal piloto de temporización a una frecuencia que le permite ser sumada con las señales 1454 de los elementos del haz por el sumador 1608. Alternativamente, la señal 1413 piloto de temporización puede acoplarse directamente a un modulador 1610 óptico adicional dedicado a modular la señal 1413 piloto de temporización. La salida del modulador 1610 adicional se acopla al combinador 609 y se combina con las otras señales en un canal óptico único dedicado a la señal piloto de temporización.

La FIG. 24 es una ilustración de un enlace de retorno para el sistema 1400 con formación de haces en tierra. Los terminales 806 de usuario situados dentro de una pluralidad de 512 áreas 1801 de cobertura del haz de usuario transmiten señales RF al satélite 1408. Un conjunto 1902 de antenas de 512 elementos en el satélite 1408 (que puede o no ser el mismo que el conjunto 1416 de antenas) recibe las señales RF de los terminales 806 de usuario. Las salidas 512/8 del conjunto 1902 de antenas están acopladas a cada uno de los 8 módulos 1904 amplificadores/convertidores. Es decir, cada elemento del conjunto 1902 de antenas está acoplado a un LNA 1906 dentro de uno de los módulos 1904 amplificador/convertidor. La salida de cada LNA 1906 se acopla a la entrada de un convertidor 1908 de frecuencia y un pre-amplificador 1910. La salida amplificada del LNA 1906 baja la frecuencia de RF de la frecuencia de subida del usuario a IF. En algunas realizaciones, la señal IF tiene un ancho de banda de 3.5 GHz. En algunas realizaciones, el pre-amp 1910 proporciona una ganancia adicional antes de la modulación en un portador óptico. Las salidas de cada módulo 1904 amplificador/convertidor se acoplan a las entradas correspondientes de uno de los 8 transmisores 1401 ópticos, de forma similar al transmisor 607 óptico de la FIG. 4. Cada uno de los 8 transmisores 1401 ópticos emite y transmite una señal óptica a una SAN 1410 correspondiente. La SAN 1410 recibe la señal óptica. La SAN 1410 envía señales 1914 de elementos de haz de retorno 512/8 a un formador de haz 1916 de enlace descendente. El formador de haz 1916 de enlace descendente prepara las señales 1914 de elementos de haz de retorno y emite 512 señales 1918 de haz, cada una de las cuales corresponde a una de las 512 áreas 1801 de cobertura de haz de usuario.

Las señales IF proporcionadas al transmisor 607 óptico desde el módulo 1904 amplificador/convertidor están acopladas cada una a uno de los 512/8 moduladores 611 ópticos. Por ejemplo, si hay 512 elementos en el conjunto 1902 de antenas (es decir,N= 512) y hay 8 SANs 1410 en el sistema 1900, entonces 512/8 = 64. En un sistema en el que las señales de IF se modulan en longitudes de onda divididas en 4 bandas, tal como se muestra en la FIG. 9, los moduladores 611 ópticos se agrupan en el módulo 608 de banda óptica que tiene 512/(4 x 8) moduladores 611 ópticos.

Cada modulador 611 óptico es esencialmente el mismo que los módulos 611 ópticos de enlace ascendente de la SAN 1410 mostrada en la FIG. 10, descritos anteriormente. Cada modulador 611 óptico dentro del mismo módulo 608 de banda óptica tiene una fuente 654 de luz que produce una señal óptica que tiene una de 16 longitudes de onda A. En consecuencia, la salida de cada modulador 611 óptico estará en una longitud de onda diferente. Aquellas señales ópticas generadas dentro del mismo módulo 608 de banda óptica tendrán longitudes de onda que están en la misma banda óptica (es decir, en el caso mostrado en FIG. 9, por ejemplo, las bandas ópticas son 1100 nm, 1300 nm, 1550 nm y 2100 nm). Cada una de esas señales ópticas estará en uno de los 16 canales ópticos dentro de la banda con base en las longitudes de onda A 2. Las salidas ópticas de cada modulador 611 óptico se acoplan a un combinador 609 óptico. La salida del combinador 609 óptico es una señal óptica compuesta que se transmite a través de una lente 2016 óptica a una de las SANs 1410. La lente 2016 óptica puede dirigirse a una de varias SANs 1410. Por consiguiente, cada uno de los 8 transmisores ópticos transmite una de las 8 señales ópticas a una de las 8 SANs 1410. El conjunto particular de 8 SANs puede seleccionarse de entre un grupo mayor de SANs candidatas dependiendo de la calidad del enlace óptico entre el satélite y cada SAN candidata.

La FIG. 25 es una ilustración de una de las SANs 1410 en el enlace de retorno. Un receptor 622 óptico comprende la lente 2102 que recibe señales ópticas dirigidas a la SAN 1410 desde el satélite por la lente 2016. Un demultiplexor 2104 de banda óptica separa las señales ópticas en bandas ópticas. Por ejemplo, en algunas realizaciones en las que hay cuatro de dichas bandas, cada una de las cuatro salidas 2106 ópticas se acopla a un demultiplexor 2108 de canal óptico. El demultiplexor 2108 de canal óptico separa las 512/(4 x 8) señales que se combinaron en el satélite 1408. Cada una de las salidas de los cuatro demultiplexores 2108 de canal óptico se acopla a una lente 2110 correspondiente que enfoca la salida óptica de los demultiplexores 2108 de canal óptico sobre un detector óptico, tal como un fotodiodo 2112. Las señales 2116 de salida de los fotodiodos 2112 se acoplan cada una a uno de los 512/8 LNAs 2114. La salida de cada LNA 2114 se acopla al formador de haz 1916 del enlace de retorno (véase la FIG. 24). Además, un canal de salida del receptor 622 óptico emite una señal 1464 de corrección de temporización que es esencialmente la señal 1419 de corrección de temporización SAN (véase la FIG. 18) que fue proporcionada por el módulo de temporización de satélite al módulo 1414 amplificador/convertidor de retorno. En algunas realizaciones, la señal 1464 de corrección de temporización se acopla a un módem 2120 piloto de temporización. El módem piloto de temporización emite una señal 2122 que se envía al formador de haces 1406 en dirección descendente. En otras realizaciones, la señal 1464 de corrección de temporización se acopla a una entrada de control de temporización del módulo 1462 de temporización (véase la FIG. 20) discutido anteriormente.

La FIG. 26 ilustra con mayor detalle, un formador de haz 1916 de retorno de acuerdo con algunas realizaciones de las técnicas divulgadas. Cada una de las 512 señales 2116 de salida es recibida por el formador de haz 1916 de retorno desde cada una de las SANs 1410. El formador de haz de retorno comprende un módulo 2203 de entrada de formación de haz, un módulo 2201 de temporización, un multiplicador 2200 matricial y un módulo 2205 de salida de formación de haz. El multiplicador 2200 matricial incluye un módulo 2202 de división deKvías y 512 módulos 2204 de ponderación y suma. El multiplicador 2200 matricial multiplica un vector de señales de haz por una matriz de pesos. Pueden utilizarse otras disposiciones, implementaciones o configuraciones de un multiplicador 2200 matricial. Cada señal 2116 es recibida por el formador de haz 1916 en el módulo 2203 de entrada del formador de haz y acoplada al módulo 2201 de temporización. El módulo 2201 de temporización garantiza que se tiene en cuenta cualquier diferencia en la longitud y características de la ruta desde el satélite a la SAN 1410 y desde la SAN 1410 al formador de haz 1916 de retorno. En algunas realizaciones, esto puede hacerse transmitiendo una señal piloto desde el formador de haz 1916 de retorno a cada SAN 1410, hasta el satélite y retransmitiendo la señal piloto de vuelta a través de la SAN 1410 al formador de haz 1916 de retorno. Las diferencias en las rutas entre el formador de haz 1916 de retorno y el satélite pueden medirse y tenerse en cuenta.

La salida del módulo de temporización se acopla a un divisor 2202 deKvías que divide cada señal en 512 señales idénticas. Se aplican 512 señales únicas a cada uno de los 512 circuitos 2204 de ponderación y suma. Cada una de las 512 señales únicas se pondera (es decir, se ajustan la fase y la amplitud) dentro de un circuito 2206 de ponderación, tal que cuando se suman en un circuito 2208 sumador con cada una de las otras 512 señales ponderadas, se forma un haz de usuario de enlace de retorno a la salida del formador de haz de retorno.

Cada una de las arquitecturas descritas anteriormente se muestra para un enlace óptico ascendente al satélite. Además, un enlace óptico descendente desde el satélite a las SANs en la Tierra funciona esencialmente al revés que los enlaces ópticos ascendentes descritos. Por ejemplo, con respecto a la arquitectura mostrada en la FIG. 4, un enlace descendente óptico desde el satélite 602 a la SAN 604 proporciona un enlace descendente de banda ancha. En lugar de lentes 610 para recibir el enlace óptico ascendente, se proporcionan láseres para transmitir un enlace óptico descendente. Además, en lugar de que el modulador 614 bifásico genere una señal modulada BPSK para transmitirse en un portador RF, el modulador bifásico modula la señal óptica utilizando un esquema de modulación binaria óptica. Del mismo modo, puede proporcionarse un enlace descendente óptico utilizando una arquitectura similar a la mostrada en la FIG. 4. En esta realización, el modulador 614 sería en cambio un demodulador QAM que recibe una señal RF o IF modulada QAM y demodula los bits de cada símbolo y utilizando modulación óptica binaria de una señal óptica para su transmisión en el enlace descendente óptico. En la realización de la arquitectura mostrada en FIG. 8, puede utilizarse una arquitectura similar en la que el enlace descendente de alimentación desde el satélite a la SAN es óptico, las señales de RF recibidas de los terminales 842, 844 de usuario son dirigidas por un conmutador matricial a un láser apuntado a la SAN concreta seleccionada de recibir la señal. La señal de RF se modula por RF sobre la señal óptica de forma similar a como se modula por RF la señal óptica de enlace ascendente del alimentador mediante el módem 811 de banda base/RF en la SAN 802.

En algunas realizaciones, los láseres utilizados para transmitir una señal de enlace descendente de alimentador óptico apuntan a una de varias SANs. Las SANs se seleccionan en base a la cantidad de desvanecimiento de señal en la ruta óptica desde el satélite a cada SAN disponible, de forma similar a como se seleccionan las SANs de las FIGs. 4, 8 y 12.

Aunque las técnicas divulgadas se describen anteriormente en términos de varios ejemplos de realizaciones e implementaciones, debe entenderse que los rasgos, aspectos y funcionalidades particulares descritos en una o más de las realizaciones individuales no se limitan a su aplicabilidad a la realización particular con la que se describen. Por lo tanto, el alcance de la invención reivindicada no debe limitarse a ninguno de los ejemplos proporcionados al describir las realizaciones divulgadas anteriormente, sino al conjunto de reivindicaciones adjunto.

Los términos y frases utilizados en este documento, y sus variaciones, a menos que se indique expresamente lo contrario, deben interpretarse como abiertos y no como limitativos. Como ejemplos de lo anterior el término "incluido" debe entenderse como "incluido, sin limitación" o similar; el término "ejemplo" se utiliza para proporcionar ejemplos de casos del elemento en discusión, no una lista exhaustiva o limitativa del mismo; los términos "un" o "una" deben entenderse como "al menos uno", "uno o más" o similares; y adjetivos como "convencional", "tradicional", "normal", "estándar", "conocido" y términos de significado similar no deben interpretarse en el sentido de que limitan el artículo descrito a un período de tiempo determinado o a un artículo disponible en un momento dado, sino que deben entenderse como tecnologías convencionales, tradicionales, normales o estándar que pueden estar disponibles o ser conocidas ahora o en cualquier momento en el futuro. Del mismo modo, cuando el presente documento se refiera a tecnologías que serían evidentes o conocidas para un experto en la técnica, dichas tecnologías abarcan las que son evidentes o conocidas por el experto en la materia ahora o en cualquier momento en el futuro.

Un grupo de elementos unidos con la conjunción "y" no debe entenderse como que todos y cada uno de esos elementos deben estar presentes en la agrupación, sino que debe entenderse como "y/o" a menos que se indique expresamente lo contrario. Del mismo modo, un grupo de elementos ligados con la conjunción "o" no debe entenderse como si exigiera la exclusividad mutua entre ese grupo, sino que debe entenderse también como "y/o", a menos que se indique expresamente lo contrario. Además, aunque los artículos, elementos o componentes de las técnicas divulgadas puedan describirse o reivindicarse en singular, el plural se contempla dentro de su alcance a menos que se indique explícitamente la limitación al singular.

La presencia de palabras y frases más amplias, tales como "uno o más", "al menos", "pero no se limitan a" u otras frases similares en algunos casos, no debe interpretarse en el sentido de que se pretenda o exija el caso más restringido en los casos en que dichas frases más amplias puedan estar ausentes. El uso del término "módulo" no implica que los componentes o la funcionalidad descritos o reivindicados como parte del módulo estén todos configurados en un paquete común. De hecho, cualquiera o todos los diversos componentes de un módulo, ya sea lógica de control u otros componentes, pueden combinarse en un único paquete o mantenerse por separado y, además, pueden distribuirse en múltiples agrupaciones o paquetes o a través de múltiples localizaciones.

Además, las diversas realizaciones expuestas en el presente documento se describen con ayuda de diagramas de bloques, diagramas de flujo y otras ilustraciones. Como resultará evidente para un experto en la técnica tras la lectura de este documento, las realizaciones ilustradas y sus diversas alternativas pueden implementarse sin limitarse a los ejemplos ilustrados. Por ejemplo, los diagramas de bloques y la descripción que los acompaña no deben interpretarse como un mandato de una arquitectura o configuración particular.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un satélite (1408) que comprende:

un receptor (1412) óptico que tiene una pluralidad de salidas (1418) de radiofrecuencia "RF", el receptor óptico configurado para recibir una señal (1624) óptica compuesta que comprende una pluralidad de señales (1409) de elementos de haz ponderado, cada salida<r>F correspondiente a una respectiva de las señales de elementos de haz ponderado, el receptor óptico que comprende:

un demultiplexor (1706) óptico que tiene una entrada y una pluralidad de salidas, cada salida asociada a una longitud de onda óptica correspondiente; y

una pluralidad de detectores (1703) ópticos de receptor de satélite, cada uno de los cuales tiene una salida de RF acoplada a una salida de RF correspondiente del receptor óptico, en el que los detectores ópticos de receptor de satélite están configurados de tal manera que cada salida de señal de RF de los detectores ópticos de receptor de satélite tiene una amplitud que sigue la intensidad de una señal óptica correspondiente aplicada a una entrada de detector óptico de receptor de satélite correspondiente desde una salida correspondiente del demultiplexor óptico;

una pluralidad de amplificadores de bajo ruido "LNA" (1710), cada uno de los cuales tiene una entrada LNA y una salida LNA, cada entrada LNA acoplada a una correspondiente de las salidas RF del receptor óptico;

una pluralidad de amplificadores de potencia "PA" (1714), cada uno de los cuales tiene una entrada PAy una salida PA, cada entrada PA acoplada a una correspondiente de las salidas LNA, cada salida PA configurada para emitir una respectiva señal (1718) de elemento de haz de enlace descendente hacia adelante correspondiente a una respectiva de las señales de elemento de haz ponderadas; y

un conjunto (1416) de antenas que tiene una pluralidad de elementos de antena, cada uno de los cuales tiene una entrada de antena acoplada a una de las salidas PA correspondientes, en el que los patrones de antena de al menos algunos de los elementos de antena se superponen tal como para que las señales de elementos de haz de enlace descendente transmitidas desde los mismos se superpongan entre sí y se combinen así coherentemente para formar un haz puntual de usuario.

2. El satélite de la Reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de convertidores ascendentes (1712), cada uno de los cuales tiene una entrada de convertidor ascendente y una salida de convertidor ascendente, cada entrada de convertidor ascendente acoplada a una correspondiente de las salidas de LNA y cada salida de convertidor ascendente acoplada a una correspondiente de la pluralidad de elementos de antena.

3. El satélite de la Reivindicación 3, en el que los haces puntuales de usuario se dirigen a áreas de cobertura de haces de usuario distribuidas en un área de servicio de satélite que es sustancialmente mayor que las áreas de cobertura de haces de usuario.

4. El satélite de la Reivindicación 1, en el que las longitudes de onda asociadas a las salidas del demultiplexor óptico se agrupan en bandas ópticas.

5. El satélite de la Reivindicación 4, en el que las longitudes de onda de la misma banda óptica definen canales ópticos únicos.

6. El satélite de la Reivindicación 4, en el que las bandas ópticas seleccionadas tienen una atenuación que no es mayor que las bandas no seleccionadas.

7. El satélite de la Reivindicación 1, en el que cada receptor óptico comprende además una lente (1702) direccionable que tiene una salida acoplada a la entrada de al menos uno de los detectores ópticos de la pluralidad de receptores de satélite.

8. El satélite de la Reivindicación 7, en el que la lente direccionable puede posicionarse por rotación sobre al menos dos ejes en respuesta a comandos de tierra.

9. El satélite de la Reivindicación 7, en el que la lente direccionable puede posicionarse por rotación sobre al menos dos ejes en respuesta al procesamiento a bordo.

10. El satélite de la Reivindicación 1, en el que el detector óptico del receptor del satélite es un fotodiodo (612).

11. El satélite de la Reivindicación 1, en el que cada una de las señales de los elementos de haz de enlace descendente hacia adelante están en una frecuencia de portador de enlace descendente hacia adelante.