[其他]使用频率复用的卫星通信系统

说明书

本发明一般涉及卫星通信系统，特别是那种利用位于地球上空的同步轨道上的卫星在地面上的许多小孔径天线地面站间建立通信联络的那种卫星通信系统。更具体地说，本发明涉及一种具有能容纳双向通信和广播通信系统的混合通信能力的一种通信卫星。在小孔径天线地面站间的双向通讯是通过在地面上某个地区和邻近地区中多重复用一个给定的频谱来实现的。

在连接大量很小孔径天线地面站的国内通信卫星系统中，影响系统性能的最重要的两个参数是“各向同性有效辐射功率”（Effective    Isotropic    Raoliated    Power）（EIRP）和可用带宽。EIRP是指考虑了天线增益以后的卫星发射机功率的度量。EIRP是实现与实际使用的发射机和天线相同的结果的发射机和各向同性天线的功率。

以往，人们都使用覆盖一个国家的数个地区或服务于地球上的其他区域的多个上行和下行链路波束来实现高到天线增益和多重频率复用，频分系统及时分系统已经得到使用或提出在很多地理上分开的地面站间互连大量信号。时分系统能使卫星上的发射机以较高的效率工作，这是因为发射机在一个时刻只需放大一个时分信号，因此发射机可工作在或靠近信号通道饱和范围（即最高效率工作点）。然而，时分系统要求地面发射机且需进行昂贵的信号处理，因此它不能与廉价的地面站相兼容。颇分系统倒是更适合于低造价地面站，但这种系统的发射机效率较低，因为每个发射机要处理多个载波。由于当发射机效率增加时多载波放大器会产生不希望有的互调产物，增加了功率，发射机效率和产生互调产物这一矛盾的最佳折衷也会导致发射机效率较低。

在最适合于很小的地面站间进行双向业务的卫星通信波段Ku波段中，雨对信号的衰减在设计系统时是一个重要的考虑因素。在以往的系统中，这个衰减是在下行时使用比晴天服务时所需卫星的信道发射功率更高（典型为四倍）。因此，为适应降雨造成的衰减使卫星变得很昂贵，只有很少的可用信道。

卫星系统的有用带宽由分配的频谱复用次数来决定。波束的极化和空间隔离可用来允许复用频谱。然而当被隔离的波束数增加时，互连所有用户的问题就变得极为复杂，成为限制频谱复用次数的一个因素。

本发明旨在解决上面提到的各个缺点。

本发明提出一种互连大量很小孔径天线地面站的卫星通信系统，它可使卫星的EIRP和可用带宽最大化。这个系统采用方向性极高的邻接的下行链路波或者发射能充分提高EIRP和给这频谱允许多重复用的信号。这样，能提供点到点通信服务的数量达到最大化。多载波发射机的高效率通过互调产物的散布结果得到的。降雨对下行链路信道的有害影响可以很容易地用汇集发射功率的方法来解决，并用滤波器互连矩阵结合高方向性的可寻址下行波束来实现许多用户的互连。

根据本发明提供的系统使用一颗通讯卫星对地面上一个区域内的多个地面站进行互连，使它们之间能进行双向通信。卫星服务区域中的各地区各自发出上行链路波束，这样就形成了多个上行波束。上行波束传送了多个位于第一预置上行频段内的许多信道。每个上行区域使用相同的预置频段，这样上行频率在每个区域复用，从而有效地成倍增加了卫星可操作的通信信道数目。发向各个下行链路区域（zone）的多个下行波束传送了在第二预置频段的多个信道，每个下行区域的波束也使用同样的第二预置频段，从而使这些频率被多次复用。卫星采用滤波互连矩阵以互连在不同区域内的信道。

利用波束形成网络结合发射天线阵列产生一个方向窄（如东、西方向），而在其正交方向上宽的扇形波束，覆盖地区内波束的东西方向由下行频率决定，它与上行链路频率只有一个恒定的差值。因此，上行链路频率决定了下行链路频率，通过波束形成网络和发射阵列的作用决定了下行波束方向，因此也就决定了波束的目的地。这样的一种安排叫做频率寻址波束。波束的旁瓣设计得很低，因此在邻近区域内可进行频谱的复用。

发射机最好采用固态放大器装在发射天线阵列之中，每个发射机对应于阵列的每个侧板（staue）。每个这样的放大器都放大卫星所服务的全部上万个信号。由于全部的下行链路功率是由这种单一的集总发射机所提供的，为发向受雨影响区域数量较少的信号提供较高的功率，这对大量的未影响的信号的有用功率只有非常小的一点影响。