[其他]具有汇集发射机发送的多个下行波束的卫星通讯系统

说明书

本发明广泛地涉及各类卫星通讯系统;特别是采用位于几何同步轨道上的卫星来建立地面众多小形孔径终端之间通讯联系的系统。更确切地说，本发明所涉及的是一种具有多个发射机，并且在利用汇集卫星上发射机全部功率时，可同时发出上万个窄带高益的天线波束的系统;它可以使工作条件差的用户获得较高的功率，而不需减少卫星整个信道的容量。

在一个典型的卫星系统中，用于通讯的波束可以是宽域天线波束也可以是窄域天线波束。在Ku波段中（一种最适于小型终端双向通讯的卫星通讯波段），由于降雨造成的信号衰减是一个非常重要的设计因素。赋予下行波束的每一信道比晴天通讯时所需功率高许多倍的传输功率来克服降雨造成的衰减;一般为四倍。降雨衰减的补偿导致了仅有少数可供利用的信道而使卫星造价昂贵。

通常，将卫星所覆盖的地理范围划分为若干区域。并给每一区域提供一个下行天线波束。当采用区域下行波束时，每一个发射器一般只能为一个区域服务，而不能同时用于其他的区域，虽然区域波束的应用具有天线增益高的优点，但这类系统不能充分补偿工作多件变差的下行的用户，如果一个下行用户处于降暴雨的范围内，为了补偿降雨造成的衰减，上行信号不得不非常之大。由于每一区域波束只具有有限的功率（即，其发射机的功率量值），需要补偿降雨衰减的额外功率来自原供给该区域内的下行用户的余额功率减少部分。由于该区域中末衰减的用户收到的功率较少，所以在这一区域内的有效信道数目也减少了。因为没有足够的功率提供给所有的用户。

与此相反，采用全国范围天线波束的系统使功率有效地作全国范围的汇集。因为，利用了全部发射机服务于全国。为了补偿降雨衰减，可以增加上行波束的功率，而不必加重遍布于全国的其他用户的负担。这是因为出现降大雨的区域相对于全国来说是很小的。由于这些用户的损失分摊给绝大多数末受损失的用户，因而有损失的用户的平均困难减少。尽管有一个有效的功率汇集区，但宽的天线波束意味着低的天线增益。因此，全国范围的波束对双向通讯是不理想的。与一个非常小的地面站进行通讯的话，高增益的无线波束才是所期望的。

本发明的卫星通讯系统把发射机功率全国范围汇集的有效性与窄波束且高能量下行EIRP相结合，从而轻而易举地克服了由于降雨等因素造成的信号衰减。因为用来补偿降雨衰减的附加功率来自为全国服务的一个大量汇集发射机功率，所以本发明的系统可用来克服降雨造成的衰减而不降低卫星的全部信道容量。由于有效功率的减少均于成千上万的用户头上，则对未损失的用户的平均负担得以减少。

本发明的一个方面是所给出的方法可用来在使用一个通讯卫星的范围内进行任一地面站间的通讯联系。多个射频上行波束每个都载有一个接收信号从该区域的上行地面站发射到卫星上。该卫星建议置于地面上空的几何同步轨道上。卫星接收到上行波束。接收信号便被转换成相应的发射信号。此信号指定射向这一区域中的下行链路地面站。所有发射信号用卫星上多个放大器进行集中放大，即每一发射信号都由全部放大器来放大。卫星分别向所应覆盖的区域发射多个下行波束，其中每个下行波束均载有一个将由位于相应区域中的下行链路地面站所接收的发射信号，为了克服降雨造成的衰减效应，通过增加载有相应接收信号的上行波束的功率来增加一个或多个下行波束的功率。

本发明的另一方面是提供一种设备提供位于地面某一区域内的多个地面站之间的通讯联系。这一设备包括建议置于地球几何同步轨道上的一个卫星。该卫星装有分别接收从位于该区域的上行链路地面站发出的多个上行射频波束的装置，该波束载有每个接收信号卫星还有将接收信号转换成发射信号的装置，每一发射信号包含多个指定为该区域内下行链路地面站所接收的相应的子信号。这一转换是通过变换接收信号频率完成的。卫星上的多个放大器将所有发射信号集中放大。这样每一发射信号都由全部的放大器来放大。该卫星还包括波束成形装置以形成多个下行射频波束，每一波束载有指定为所覆盖区域中的一个地区下行地面站所接收的发射子信号。卫星上还备有向区域的相应地区分别发射下行波束的装置。每个发射子信号是一个频分多路信号。每个下行波束是频率可寻址的，发射装置包括一个辐射电磁能的天线阵列，该天线阵有多个输入发射阵列元件分别与发射信号的放大器耦合。每一上行波束的接收信号的功率基本上与每一下行波束中的相应子信号的功率成正比。

本发明的主要目标是给出一种卫星通讯系统，为了克服由降雨等造成区域性信号的衰减而不降低系统的信道容量，利用汇集各个发射机集中发动以提供多个窄带、高增益下行波束。