[其他]使用頻率復用的衛星通信系統

無效

• 申請號: 87105620
• 申請日: 1987-08-14
• 公開（公告）號: CN87105620A
• 公開（公告）日: 1988-05-11
• 發明（設計）人: 羅森·哈羅德·A
• 申請（專利權）人: 休斯航空公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 范本國

本發明一般涉及衛星通信系統，特別是那種利用位于地球上空的同步軌道上的衛星在地面上的許多小孔徑天線地面站間建立通信聯絡的那種衛星通信系統。更具體地說，本發明涉及一種具有能容納雙向通信和廣播通信系統的混合通信能力的一種通信衛星。在小孔徑天線地面站間的雙向通訊是通過在地面上某個地區和鄰近地區中多重復用一個給定的頻譜來實現的。

在連接大量很小孔徑天線地面站的國內通信衛星系統中，影響系統性能的最重要的兩個參數是“各向同性有效輻射功率”（Effective????Isotropic????Raoliated????Power）（EIRP）和可用帶寬。EIRP是指考慮了天線增益以后的衛星發射機功率的度量。EIRP是實現與實際使用的發射機和天線相同的結果的發射機和各向同性天線的功率。

以往，人們都使用覆蓋一個國家的數個地區或服務于地球上的其他區域的多個上行和下行鏈路波束來實現高到天線增益和多重頻率復用，頻分系統及時分系統已經得到使用或提出在很多地理上分開的地面站間互連大量信號。時分系統能使衛星上的發射機以較高的效率工作，這是因為發射機在一個時刻只需放大一個時分信號，因此發射機可工作在或靠近信號通道飽和范圍（即最高效率工作點）。然而，時分系統要求地面發射機且需進行昂貴的信號處理，因此它不能與廉價的地面站相兼容。頗分系統倒是更適合于低造價地面站，但這種系統的發射機效率較低，因為每個發射機要處理多個載波。由于當發射機效率增加時多載波放大器會產生不希望有的互調產物，增加了功率，發射機效率和產生互調產物這一矛盾的最佳折衷也會導致發射機效率較低。

在最適合于很小的地面站間進行雙向業務的衛星通信波段Ku波段中，雨對信號的衰減在設計系統時是一個重要的考慮因素。在以往的系統中，這個衰減是在下行時使用比晴天服務時所需衛星的信道發射功率更高（典型為四倍）。因此，為適應降雨造成的衰減使衛星變得很昂貴，只有很少的可用信道。

衛星系統的有用帶寬由分配的頻譜復用次數來決定。波束的極化和空間隔離可用來允許復用頻譜。然而當被隔離的波束數增加時，互連所有用戶的問題就變得極為復雜，成為限制頻譜復用次數的一個因素。

本發明旨在解決上面提到的各個缺點。

本發明提出一種互連大量很小孔徑天線地面站的衛星通信系統，它可使衛星的EIRP和可用帶寬最大化。這個系統采用方向性極高的鄰接的下行鏈路波或者發射能充分提高EIRP和給這頻譜允許多重復用的信號。這樣，能提供點到點通信服務的數量達到最大化。多載波發射機的高效率通過互調產物的散布結果得到的。降雨對下行鏈路信道的有害影響可以很容易地用匯集發射功率的方法來解決，并用濾波器互連矩陣結合高方向性的可尋址下行波束來實現許多用戶的互連。

根據本發明提供的系統使用一顆通訊衛星對地面上一個區域內的多個地面站進行互連，使它們之間能進行雙向通信。衛星服務區域中的各地區各自發出上行鏈路波束，這樣就形成了多個上行波束。上行波束傳送了多個位于第一預置上行頻段內的許多信道。每個上行區域使用相同的預置頻段，這樣上行頻率在每個區域復用，從而有效地成倍增加了衛星可操作的通信信道數目。發向各個下行鏈路區域（zone）的多個下行波束傳送了在第二預置頻段的多個信道，每個下行區域的波束也使用同樣的第二預置頻段，從而使這些頻率被多次復用。衛星采用濾波互連矩陣以互連在不同區域內的信道。

利用波束形成網絡結合發射天線陣列產生一個方向窄（如東、西方向），而在其正交方向上寬的扇形波束，覆蓋地區內波束的東西方向由下行頻率決定，它與上行鏈路頻率只有一個恒定的差值。因此，上行鏈路頻率決定了下行鏈路頻率，通過波束形成網絡和發射陣列的作用決定了下行波束方向，因此也就決定了波束的目的地。這樣的一種安排叫做頻率尋址波束。波束的旁瓣設計得很低，因此在鄰近區域內可進行頻譜的復用。

發射機最好采用固態放大器裝在發射天線陣列之中，每個發射機對應于陣列的每個側板（staue）。每個這樣的放大器都放大衛星所服務的全部上萬個信號。由于全部的下行鏈路功率是由這種單一的集總發射機所提供的，為發向受雨影響區域數量較少的信號提供較高的功率，這對大量的未影響的信號的有用功率只有非常小的一點影響。