Модульная система цифровой обработки для полезных нагрузок спутников связи



Модульная система цифровой обработки для полезных нагрузок спутников связи
Модульная система цифровой обработки для полезных нагрузок спутников связи
Модульная система цифровой обработки для полезных нагрузок спутников связи
Модульная система цифровой обработки для полезных нагрузок спутников связи
Модульная система цифровой обработки для полезных нагрузок спутников связи

 


Владельцы патента RU 2494542:

АСТРИУМ ЛИМИТЕД (GB)

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системе цифровой обработки для полезных нагрузок спутников связи, и может быть использовано в системах спутниковой связи с множеством направленных лучей. Технический результат заключается в осуществлении модульного подхода к конструкции и воплощению интегрированного процессора для систем спутниковой связи с множеством направленных лучей таким образом, что общий интегрированный процессор содержит большое количество идентичных интегрированных модулей процессора, а также в обеспечении поддержки требований к системе и трафику в широком диапазоне задач. Для этого количество модулей интегрированного процессора выбрано в соответствии с характеристиками антенны и ширины полосы восходящей линии и нисходящей линии определенной миссии, в связи с характеристиками модуля интегрированного процессора, и каждый модуль интегрированного процессора содержит каскад цифровой обработки, содержащий множество входных и выходных портов, A/D и D/A преобразователи и средство цифровой обработки. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

1. Уровень техники

В системах спутниковой связи все более часто используются системы с множеством сфокусированных лучей, которые обеспечивают преимущества по усилению антенны, что снижает потребление энергии и способствует возможности работы с малогабаритными наземными терминалами, а также их возможности поддержки пространственного повторного использования частоты и, следовательно, повышения пропускной способности в системе с ограничением по ширине полосы. В связи с использованием систем с множеством сфокусированных лучей, необходимо обеспечить гибкость в маршрутизации из канала в луч, чтобы обеспечивать возможность изменения распределения трафика между лучами и обеспечения гибкости при отображении частот между восходящей линией и нисходящей линией, чтобы соответствовать ограничениям планирования частот. Учитывая множество существующих систем, в которых используется более чем одна сотня лучей, необходимо использовать сложные технологии цифровой обработки в основном канале данных полезной нагрузки для обеспечения требуемой гибкости. Цифровые процессоры, используемые в таких спутниковых системах с множеством направленных лучей, называются "прозрачными", в связи с тем, что сигналы канала данных дискретизируются в цифровой форме и обрабатываются, но не демодулируются в полезной нагрузке.

Системы, в которых в настоящее время используется прозрачная цифровая обработка, обычно относятся к категориям архитектуры систем прямой линии связи, обратной линии связи или ячеистой линии связи. В архитектурах прямой линии связи трафик передают в форме восходящей линии из одного или небольшого количества шлюзов в пределах одного или небольшого количества лучей к нисходящей линии к большому количеству пользовательских терминалов в пределах зоны охвата множества направленных лучей. В таких системах требуется обеспечить гибкость при маршрутизации данного канала восходящей линии шлюза в любой из лучей нисходящей линии и гибкость при отображении заданного канала восходящей линии в любой из доступных интервалов частот в пределах лучей нисходящей линии.

В архитектурах обратной линии связи трафик переносится в восходящей линии от большого количества пользовательских терминалов в пределах зоны охвата множества направленных лучей в нисходящую линию к одному или небольшому количеству терминалов шлюза, расположенных в пределах одного или небольшого количества лучей. Здесь существует требование обеспечения гибкости при маршрутизации каналов в любом частотном интервале в любом из восходящих лучей пользователя в любой доступный интервал в пределах луча или лучей нисходящей линии шлюза. Ячеистая архитектура отличается большим количеством направленных лучей, как в восходящей, так и в нисходящей линии, и при этом установлено требование обеспечения гибкости при маршрутизации из луча в луч, и отображении частот между восходящей и нисходящей линией для любого канала восходящей передачи данных.

Архитектуры цифрового процессора, используемые в настоящее время в системах с множеством направленных лучей, можно разделить на архитектуры с пространственным переключением или архитектуры с цифровым формированием луча. В архитектуре с пространственным переключением для сигналов восходящей линии из одного или множества лучей, выполняют цифровую выборку, используя аналогово-цифровые (А/D) преобразователи, и после этого их подвергают цифровому частотному демультиплексированию для изоляции отдельных каналов. Система переключения, работающая в отдельных каналах, обеспечивает гибкую маршрутизацию каждого канала восходящей линии в требуемый интервал частот в пределах требуемого луча нисходящей линии. Каналы, направленные в заданный луч нисходящей линии, частотно мультиплексируют и подвергают цифро-аналоговому (D/А) преобразованию для формирования требуемого аналогового сигнала луча. Такой подход можно применять для прямой, обратной или ячеистой архитектур, где интерфейсы антенной системы принимают форму портов лучей, например, используя антенну типа с одиночным возбуждением каждого луча (SFPB).

В архитектурах цифрового формирования луча обработка может использоваться в пределах архитектур полезной нагрузки, в которых используется множество фидеров или элементов в пределах антенны для синтеза заданного направленного луча, и, в частности, пригодной для антенны типа фазированной антенной решетки и антенны типа отражателя с облучателем в виде антенной решетки (AFR). Сложные взвешивающие функции в диаграммообразующей схеме для каждого канала используют для управления свойствами луча для этого канала. Например, весовые коэффициенты канала могут быть выбраны для определения направления заданного направленного луча в соответствии с распределением трафика наземного терминала, или управление размером и формой луча можно использовать для предоставления дополнительной гибкости. Цифровое формирование луча может применяться для линий связи с множеством направленных лучей, как для прямой, так и для обратной или ячеистой архитектур системы.

С центральным цифровым процессором ассоциированы, как соединенные через A/D и D/А преобразователи, аналоговые функции предварительной и последующей обработки, которые выполняют предварительную обработку сигналов, подаваемых в A/D преобразователи и выводимых из D/А преобразователей. Комбинация функций центральной цифровой обработки и функций аналоговой предварительной и последующей обработки составляет общий интегрированный процессор.

В настоящее время системы обработки, используемые в спутниковых системах, представляют собой специально разработанные системы в соответствии с требованиями конкретной задачи. Это обычно предполагает чрезвычайно сложное воплощение в форме одиночного модуля, размеры которого выбирают в соответствии с требованиями задачи, и для которого требуется модульная конструкция с множеством модулей более низкого уровня, большое количество разъемов высокой плотности и сложные объединительные платы. На разработку и испытания этих систем требуется много времени, что приводит к удлинению общего плана и повышению затрат. Высокие требования к локализованной массе и потреблению энергии могут сделать трудным размещение такой полезной нагрузки, что часто требует изощренного управления отбором тепла. Такой подход к проектированию в виде одиночного модуля имеет ограниченные возможности использования в других задачах, которые отличаются по размеру или масштабу.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить модульный подход к конструкции и воплощению интегрированного процессора для систем спутниковой связи с множеством направленных лучей таким образом, что общий интегрированный процессор содержит большое количество идентичных интегрированных модулей процессора. Интегрированный модуль процессора может содержать большое количество физически интегрированных компонентов или множество дискретных компонентов.

Дополнительная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить обобщенный модуль цифрового процессора, который можно использовать на поддержки требований к системе и трафику в широком диапазоне задач, отличающихся по типу и масштабу. Обобщенный цифровой модуль обеспечивает либо пространственное переключение, либо функцию цифрового формирования луча, как варианты выбора в пределах общей модульной конструкции. Хотя концепция центральной цифровой обработки является обобщенной, ожидается, что подробные параметры функций предварительной обработки и последующей обработки будут специфичными для задачи, например, в соответствии с частотами и полосами линий связи.

2. Сущность изобретения

Из первого аспекта следует, что настоящее изобретение относится к системе обработки полезной нагрузки спутника связи, содержащей один или более идентичных общих модулей интегрированного процессора, в которой количество модулей выбирается в соответствии с характеристиками антенны и ширины полосы восходящей линии и нисходящей линии конкретной задачи, в связи с характеристиками модуля интегрированного процессора.

В предпочтительном варианте воплощения каждый модуль интегрированного процессора содержит каскад предварительной обработки, причем каскад цифрового процессора содержит: множество входных портов, выполненных с возможностью приема сигналов, соответствующих восходящей линии, причем каждый входной порт имеет заданную ширину полосы; и множество выходных портов, выполненных с возможностью вывода сигналов, соответствующих нисходящей линии, причем каждый выходной порт имеет заданную ширину полосы; и каскад последующей обработки; и причем количество отдельных интегрированных модулей интегрированного процессора в системе обработки полезной нагрузки спутника связи является функцией портов антенны восходящей и нисходящей линии и соответствующей ширины полосы восходящей и нисходящей линии в отношении множества входных (N) и выходных (M) портов и соответствующей ширины полосы входного и выходного портов каскада цифрового процессора. Один или больше из входных портов и/или выходных портов могут обеспечивать избыточность.

Следовательно, размер общего процессора определяют путем использования множества идентичных модулей интегрированного процессора в соответствии с требованиями к системе более высокого уровня и параметрами, в соответствии с определенной шириной полосы системы, количеством портов лучей в пространственной архитектуре переключения или количеством портов фидеров/элементов в архитектуре цифрового формирования луча. В предельном случае отдельный модуль интегрированного процессора можно использовать для малой миссии или комбинированной миссии, в то время, как относительно большое количество модулей (например, 6 или больше), можно использовать для поддержки широкомасштабной миссии (например, в случае, когда обрабатывается полная коммуникационная емкость). Такой модульный подход можно использовать либо в архитектурах пространственного переключения, либо в архитектуре цифрового процессора формирования луча, и они могут быть воплощены в прямой, обратной или в ячеистой архитектуре. Архитектуры цифрового формирования луча большого масштаба могут потребовать дополнительных аналоговых аппаратных средств для соединения множества модулей процессоров.

Модульный подход обеспечивает решение с малым риском, поскольку, после того, как модуль интегрированного процессора будет разработан и проверен, множество копий проверенного модуля можно использовать для построения общего интегрированного процессора для конкретной миссии. Кроме того модуль центрального процессора можно использовать как обобщенный структурный блок процессора в определенном диапазоне типов миссий, характеризуемых либо требованиями пространственного переключения, либо требованиями цифрового формирования луча, что, таким образом, дополнительно снижает риск и невозвратные затраты.

В предпочтительном варианте воплощения каждый каскад цифрового процессора дополнительно содержит A/D преобразователь, связанный с каждым входным портом и выполненный с возможностью преобразования сигнала восходящей линии заданной ширины полосы в форму цифровой выборки; D/A преобразователь, связанный с каждым из выходных портов и выполненный с возможностью преобразования обработанного цифрового сигнала заданной ширины полосы в аналоговый сигнал нисходящей линии; средство цифровой обработки, содержащее множество демультиплексоров частоты, каждый из которых соединен с одним или более из множества A/D преобразователей и выполнен с возможностью разделения дискретизированной ширины полосы одного или более дискретизированных сигналов восходящей линии в множество каналов; средство обработки уровня канала, ассоциированное с каждым из каналов и выполненное с возможностью маршрутизации обработанных каналов в любой из множества выходных портов; множество мультиплексоров частоты, каждый из которых соединен со средством обработки уровня канала и с одним или более из множества D/A преобразователей и выполнен с возможностью комбинирования множества маршрутизируемых каналов.

В одном варианте выполнения каскад обработки уровня канала содержит систему пространственного переключателя, выполненную с возможностью гибкой маршрутизации заданного входного канала в один или более мультиплексоров частоты, ассоциированных с выходными портами. В альтернативном варианте выполнения каскад обработки уровня канала содержит систему диаграммообразующей схемы. Каскад обработки уровня канала, предпочтительно, также содержит переключатель памяти, выполненный с возможностью предоставления гибкой маршрутизации между частотными интервалами восходящей и нисходящей линии.

Каскад предварительной обработки каждого модуля интегрированного процессора ассоциирован с множеством входных портов модуля цифрового процессора и выполнен с возможностью изоляции заданной полосы частот из восходящей линии для преобразования с понижением частоты изолированной полосы до промежуточной частоты и приложения сигнала, преобразованного с понижением частоты, к одному или более из множества входных портов. Каскад предварительной обработки может содержать цепь предварительной обработки, ассоциированную с каждым из входных портов, или множество цепей процессора предварительной обработки, выходы которых могут быть частотно мультиплексированы для предоставления заданных входных сигналов в один или более из входных портов.

Кроме того, каскад последующей обработки каждого модуля интегрированного процессора ассоциирован с множеством выходных портов каскада цифрового процессора и выполнен с возможностью фильтрации и преобразования с повышением частоты сигналов нисходящей линии на соответствующие частоты. Каскад последующей обработки может содержать цепь последующей обработки, ассоциированную с каждым из выходных портов, или множество цепей последующей обработки, характеризуемых различными преобразованиями с повышением частоты и фильтрацией.

Предпочтительно, модуль интегрированного процессора может быть воплощен в одной из архитектуры системы ячеистой линии связи, прямой линии связи или обратной линии связи, или в виде комбинации этих архитектур.

В одном варианте выполнения, содержащем пространственную систему переключения, интегрированный модуль процессора выполнен с возможностью работы с одиночным возбуждением каждой из антенн луча, как в восходящей, так и в нисходящей линии. В этом случае интерфейсы модулей с антеннами принимают форму портов лучей. В других вариантах выполнения, содержащих систему формирования луча, антенна канала пользователя представляет собой фазированную антенную решетку, содержащую множество антенных элементов, или отражатель с облучателем в виде антенной решетки (AFR), содержащий множество точечных облучателей, смещенных от плоскости фокусирования рефлектора.

В еще одном варианте выполнения, содержащем систему диаграммообразующей схемы, когда модуль интегрированного процессора воплощен в архитектуре системы прямой линии, заданный входной канал предпочтительно разделен, чтобы подавать сигналы в множество выходных портов каскада цифрового процессора, при этом выборки канала умножаются на комплексные коэффициенты для управления свойствами луча нисходящей линии для этого канала. Аналогично, когда модуль интегрированного процессора воплощен в архитектуре системы обратной линии, заданный входной канал формируется путем суммирования сигналов из множества входных портов каскада цифрового процессора, при этом выборки канала умножаются на комплексные коэффициенты для управления свойствами луча восходящей линии для этого канала.

Восходящая линия или нисходящая линия предпочтительно относятся к наземным терминалам, поддерживающим частотное мультиплексирование множества каналов. В модуле, содержащем систему диаграммообразующей схемы, каждый канал восходящей и нисходящей линии может быть ассоциирован с отдельной цифровой диаграммообразующей схемой, при этом дискретизированный канал разделяется в соответствии с числом элементов/фидеров на соответствующей антенне нисходящей или восходящей линии. В другом варианте выполнения ширина полосы восходящей или нисходящей линии разделена на множество сегментов ширины полосы, и каждый сегмент прикладывается к или выводится из одного входного и выходного порта каскада цифрового процессора.

В одном варианте выполнения сигнал, соответствующий каждому лучу восходящей линии или антенному элементу/фидеру, подается на один входной порт каскада цифрового процессора, и/или сигнал, соответствующий каждому лучу нисходящей линии, или антенному элементу/фидеру, выводится из одного выходного порта каскада цифрового процессора. В качестве альтернативы, сигнал, соответствующий множеству лучей восходящей линии или антенных элементов/фидеров, подается на один входной порт, и/или сигнал, соответствующий множеству лучей нисходящей линии или антенных элементов/фидеров, выводится из одного выходного порта. В этом случае каскад предварительной обработки может быть выполнен с возможностью избирательного преобразования с понижением частоты сигналов из множества лучей восходящей линии или антенных элементов/фидеров на разные центральные частоты и суммирования сигналов, преобразованных с понижением частоты лучей или элементов/фидеров перед подачей этих сигналов во входной порт каскада цифрового процессора. В любом из этих вариантов выполнения может быть предусмотрен каскад последующей обработки для избирательного преобразования с повышением частоты сигнала из выходного порта каскада цифрового процессора в множество лучей нисходящей лини или антенных элементов/фидеров.

В других вариантах выполнения можно использовать множество модулей интегрированного процессора. Сигналы, соответствующие поднабору множества лучей восходящей лини или антенных элементов или фидеров, могут прикладываться ко входным портам каскада цифрового процессора каждого модуля, и/или сигналы, соответствующие поднабору множества лучей нисходящей линии или антенных элементов или фидеров, могут выводиться из выходных портов каскада цифрового процессора каждого модуля. В качестве альтернативы, сигналы, соответствующие всему множеству лучей восходящей линии или антенных элементов или фидеров, прикладываются к входным портам каскада цифрового процессора каждого модуля, и/или сигналы, соответствующие всему множеству лучей нисходящей линии или антенных элементов или фидеров, выводятся из выходных портов каскада цифрового процессора каждого модуля, причем каждый модуль выполнен с возможностью обработки разного сегмента общей ширины полосы луча или антенного элемента или фидера.

3. Краткое описание чертежей

Варианты выполнения изобретения будут теперь описаны только в качестве примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

на фиг. 1 показано упрощенное схематичное представление обобщенного модуля интегрированного процессора в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 показано более подробное схематичное представление модуля интегрированного процессора по фиг. 1, включая в себя центральную пространственную функцию обработки пространственного переключения/переключения памяти, применяемую для архитектуры ячеистой системы, в которой используются антенны SFPB, как для восходящей, так и для нисходящей линии;

на фиг. 3 показано более подробное представление примера каскада цифрового процессора, который можно использовать как структурный блок модуля интегрированного процессора по фиг. 2;

на фиг. 4 показано упрощенное представление каскада цифрового процессора модуля интегрированного процессора по фиг. 1, в который встроена центральная функция обработки цифрового формирования луча, применяемая в архитектуре прямой системы, в которой используется антенна с фазированной антенной решеткой; и

на фиг. 5 показана схема архитектуры модуля с множеством интегрированных процессоров цифрового формирования луча, которая обеспечивает, функцию как прямой, так и обратной линии связи, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

4. Подробное описание изобретения

Перед описанием различных вариантов выполнения настоящего изобретения, которые выполнены в различных системных архитектурах, в которых используется, либо пространственный переключатель/переключатель памяти, или функция цифрового процессора формирования луча, вначале будет описана основная структура общего модуля процессора.

Как показано на фиг. 1, общий модуль 10 интегрированного процессора содержит аналоговый каскад 12 предварительной обработки, предназначенный для предварительной обработки входных сигналов перед A/D преобразованием, каскад 11 цифрового процессора, содержащий множество входных портов 141-N, причем каждый входной порт имеет A/D преобразователь 16, который преобразует входную полосу, представляющую интерес, в форму цифровой выборки, и цифровой демультиплексор 18, который разделяет общую входную полосу на множество каналов. Каскад 11 цифрового процессора имеет множество выходных портов 221-М, каждый из которых содержит цифровой мультиплексор 24, который комбинирует узкополосные каналы, и D/A преобразователь 26 для преобразования комбинированного сигнала, чтобы обеспечить выходной сигнал аналогового порта. Аналоговый каскад 28 предварительной обработки ассоциирован с выходными портами каскада 11 цифрового процессора для преобразования с повышением частоты выходного сигнала до требуемой частоты и фильтрации нежелательных изображений. Хотя на фиг. 1 показан только один модуль интегрированного процессора, следует понимать, что в системе обработки полезной нагрузки спутника связи может содержаться один или больше таких идентичных модулей в зависимости от характеристик антенны и ширины полосы восходящей и нисходящей линии для конкретной миссии.

Как показано на фиг. 1, между входными демультиплексорами 18 и выходными мультиплексорами 24 каскада 11 цифрового процессора, каскад 20 уровня обработки центрального канала (обычно пространственный переключатель/переключатель памяти или система цифрового формирования луча) предусматривает механизм для гибкой маршрутизации каналов между входными и выходными портами, чтобы гибко отображать каналы между частотами входных и выходных портов и, в случае цифрового формирования луча, для предоставления гибкого комплексного взвешивания сигналов каналов для управления свойствами луча. Следует понимать, что термин "модуль интегрированного процессора" может относиться к физическому интегрированию различных компонентов модуля или к воплощению в виде дискретных компонентов.

4.1 Архитектура пространственного переключателя/переключателя памяти

На фиг. 2 представлена архитектура ячеистой системы, в которой используются антенны с одиночным возбуждением каждого луча (SFPB), в которых интегрирован модуль 10 интегрированного процессора, воплощающий архитектуру 30 пространственного переключателя и архитектуру 32 переключателя памяти, как функции 20 центрального процессора уровня канала каскада 11 цифрового процессора. Восходящая линия 34 включает в себя множество направленных лучей Nu 36, каждый из которых содержит ряд каналов, мультиплексированных с разделением частоты (FDM), расположенных в доступных частотных интервалах в пределах общей полосы 34 восходящей линии. При этом возможно повторное использование частоты между множеством наземных терминалов, которые совместно используют один и тот же частотный интервал, при условии, что лучи находятся достаточно далеко друг от друга для ограничения взаимных помех. Нисходящая линия 38 содержит Nd направленных лучей 40, при этом каждый луч 40 содержит ряд каналов FDM, расположенных в доступных частотных интервалах. В предельном случае может потребоваться возможность гибкой маршрутизации любого из каналов восходящей линии в любой частотный интервал в любых лучах нисходящей линии.

Как описано со ссылкой на фиг. 2, каскад 11 цифрового процессора модуля 10 интегрированного процессора содержит множество N входных портов 141-N, и множество М выходных портов 221-M, где N может представлять собой то же или другое число, чем М. Каждый из лучей восходящей линии 36 и нисходящей линии 40 обычно ассоциирован с одним входным портом 141-N и выходным портом 221-M, соответственно, в каскаде 11 цифрового процессора. Каждый луч 36 восходящей линии вначале подвергают функции аналоговой предварительной обработки в каскаде 12 аналоговой предварительной обработки, где представляющую интерес полосу частот изолируют для исключения наложения спектров при последующей A/D выборке (то есть, любые находящиеся вне полосы сигналы могут накладываться в полосу в результате обработки выборки), и преобразуют с понижением частоты до промежуточной частоты (IF), пригодной для последующей выборки. Каскад 12 предварительного процессора может быть физически интегрирован с каскадом 11 цифрового процессора или может представлять собой отдельный компонент, внешний для каскада 11 цифрового процессора.

Предварительно обработанный сигнал 36 луча восходящей линии подают во входные порты 141-N и выполняют их выборку в A/D преобразователе 16 для представления сигналов всего луча в виде последовательности цифровых слов. A/D преобразователь 16 должен работать с достаточной высокой частотой выборки для представления всей полосы частот, представляющей интерес (максимальная частота fin выборок в секунду), которая, в свою очередь, определяет максимальную ширину полосы, которая может дискретизироваться (по теореме Найквиста fin/2, предполагая действительную выборку) и с достаточной длиной слова для ограничения шумов квантования, связанных с преобразованием.

Для сигналов луча после выборки затем выполняют цифровое демультиплексирование в демультиплексоре 18 на K отдельных каналов, путем применения соответствующей архитектуры цифрового демультиплексирования. Она обычно включает в себя эффективный алгоритм на основе FFT и децимацию частоты выборки, соответствующую отдельным каналам. Каждый канал может содержать одну или множество несущих или, в случае заданной широкополосной несущей, может быть занято целое число каналов. В последнем случае следует понимать, что конструкция фильтра 18 демультиплексора такова, что свойство непрерывности позволяет реконструировать более широкополосные несущие в функции мультиплексирования частоты. На практике отдельные выборки каналов мультиплексируют с разделением по времени (TDM) на кадры, где заданный кадр содержит одну выборку для каждого канала.

Функция 30 центрального пространственного переключения работает с входными каналами после выборки, обеспечивая направление сигналов из любого входного порта 141-N в любой выходной порт 221-M. Заданный входной канал может быть направлен во множество выходных портов (возможность многоадресной передачи или широковещательной передачи), и любой входной канал может быть направлен в любой частотный интервал выбранного выходного порта 221-M. Гибкость при отображении частоты достигается путем управления функциями считывания - записи в архитектуре 32 переключателя памяти, ассоциированной с функцией 20 обработки уровня центрального канала. Как описано выше, выходы демультиплексоров (18) принимают форму кадров TDM, где заданный кадр содержит одиночную выборку для каждого канала, и упорядочивание выборок в пределах кадра соотносят с частотой канала. Отображением частоты можно управлять путем изменения порядка выборок в пределах этих кадров TDM путем записи входных кадров в память и считывания выходных кадров из памяти с другим порядком выборки перед подачей в мультиплексоры.

Каждый выходной порт 221-M имеет мультиплексор 24 частоты, который комбинирует каналы, направляемые в него, которые, как описано выше, теперь имеют форму кадров TDM с местами размещения выборок, в соответствии с требуемым частотным отображением. Каждый выходной порт 221-M имеет D/A преобразователь 26, который работает с частотой fout выборок в секунду, которая, в свою очередь, определяет максимальную ширину полосы выходного сигнала (в соответствии с теоремой Найквиста, fout/2, предполагая действительную выборку). fout обычно может быть такой же, как fin, но следует понимать, что это не обязательно. Преобразованный сигнал порта выходного луча преобразуют с повышением частоты до требуемой частоты в каскаде 28 последующей обработки, связанном с выходными портами 221-M каскада 11 цифрового процессора, и применяют фильтрацию для устранения нежелательных изображений D/A преобразователя. Каскад 28 последующего процессора может быть физически интегрирован с каскадом 1 цифрового процессора 11 или может быть реализован внешним образом.

На фиг. 3 показан пример каскада обобщенного цифрового процессора для модуля интегрированного процессора в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения, который можно использовать как структурный блок для процессора более крупного масштаба с архитектурой пространственного переключения. Каскад 11 цифрового процессора 11 содержит N входных портов 141-N, каждый с ассоциированным A/D преобразователем 161-N, и М выходных портов 221-M, каждый с ассоциированным D/A преобразователем 261-N. Из М входных и М выходных портов ряд из них будут обычно активны, а другие обеспечивают избыточность в системе. Цифровую обработку сигналов можно рассматривать как широкое разделение между тремя рангами функций 42, 44, 46, с множеством идентичных функциональных блоков в каждом ранге, между которыми обеспечивается возможность полного соединения. Первый ранг 42 обеспечивает демультиплексирование частоты входных сигналов, подвергаемых выборке. Третий ранг 46 аналогично обеспечивает формирование во время мультиплексирования частоты выходных сигналов после выборки. Второй центральный ранг 44 обеспечивает гибкую маршрутизацию между входными 141-N и выходными 221-M портами; в данном примере (фиг. 2) заданная функция 30 переключения принимает входные сигналы из каждого блока 18 демультиплексирования и обеспечивает выходы в каждый блок 24 мультиплексирования.

4.1.1. Примеры применения модульного подхода к архитектуре пространственного переключателя

При рассмотрении архитектур пространственного переключателя основные параметры, которые характеризуют общие требования процессору, представляют собой количество лучей восходящей и нисходящей линии, ширину полосы, занимаемую лучами, и ширину полосы, необходимую для удовлетворения требований гибкости. Аналогично, основные параметры, которые характеризуют заданный интегрированный модуль процессора, представляют собой количество входных и выходных портов его каскада цифрового процессора и ширину полосы цифровой обработки этих портов. Ряд ситуаций, характеризуемых разными требованиями к миссии, будут описаны ниже для иллюстрации гибкости модульного подхода в соответствии с настоящим изобретением.

Если количество лучей восходящей линии 36 и нисходящей линии 40 меньше, чем количество входных 141-N и выходных 221-M портов, соответственно, каскада цифрового процессора модуля 10, и если ширины полосы лучей восходящей линии 36 и нисходящей линии 40 меньше, чем у соответствующих входных 141-N и выходных 221-М портов, тогда будет достаточен один модуль 10 с прямым отображением лучей в порты модуля. В действительности, такая упрощенная ситуация, вероятно, может соответствовать малой миссии или комбинированной миссии.

Если количество лучей восходящей линии 36 и/или нисходящей линии 40 превышает количество входных портов 141-N и/или выходных портов 221-М каскада 11 цифрового процессора модуля 10, но ширина полосы лучей значительно меньше, чем соответствующая ширина полосы порта каскада цифрового процессора, тогда снова один модуль можно использовать при ассоциировании каждого порта каскада 11 цифрового процессора с множеством лучей. В таком случае каскад 12 предварительного процессора, ассоциированный с входными портами 141-N, имеет такую структуру, что группу сигналов 34 луча преобразуют с понижением частоты на разные центральные частоты (выбранные таким образом, чтобы исключить перекрытие) и суммируют перед выборкой A/D преобразователем 16 входного порта. Аналогично, каждый выходной порт 221-М каскада 11 цифрового процессора модуля 10 содержит сигналы, соответствующие множеству лучей 38, но снова избирательно смещенных по частоте таким образом, чтобы исключить перекрытие. После D/A преобразования выходного порта выходные сигналы подвергают различным видам преобразования с повышением частоты в каскаде 28 последующей обработки для установки сигналов луча на требуемых центральных частотах и выполняют фильтрацию полосы, чтобы отсечь нежелательные сигналы лучей и изображения D/A преобразователя.

Например, рассмотрим модуль 10 интегрированного процессора, содержащий каскад 11 цифрового процессора 11 с десятью входными портами 141-10 и десятью выходными портами 221-10, каждый из которых выполнен с возможностью размещения ширины полосы 200 МГц. Миссия спутника связи характеризуется двадцатью лучами восходящей линии 36 и двадцатью лучами нисходящей линии 40, каждый из которых имеет ширину полосы 100 МГц. В каскаде 12 предварительного процессора комбинируют десять пар сигналов 36 луча восходящей линии с их центральными частотами, смещенными на 100 МГц таким образом, что каждая пара сигналов луча занимает всю ширину полосы 200 МГц входного порта 141-10 каскада цифрового процессора. Обратное относится к отображению выходных портов 221-10 в лучи 40 нисходящей линии. Эта концепция составления поддиапазонов представляет собой предмет изобретения заявки на патент Великобритании № GB 0708940.2, поданной 10 мая 2007 г.

Если произведение лучей восходящей линии 36 или нисходящей линии 40 и соответствующей ширины полосы луча превышает произведение соответствующих чисел N входов 141-N и М выходных портов 221-M и соответствующей ширины полосы порта каскада 11 цифрового процессора модуля интегрированного процессора, тогда, очевидно, одного модуля недостаточно для поддержки требований миссии. Различные конфигурации могут быть воплощены в этой ситуации. В наименее сложной конфигурации предусмотрено множество модулей. Лучи восходящей линии 36 и нисходящей линии 40 разделяют на поднаборы, где каждый из поднаборов поддерживается одним из множества модулей 10 интегрированного процессора. И снова множество сигналов луча восходящей линии и поднабора луча может быть мультиплексировано в каждый входной порт 141-N каскада 11 цифрового процессора соответствующего модуля.

Например, для конкретной миссии, содержащей двадцать лучей восходящей линии 361-20 и двадцать лучей нисходящей линии 401-20, каждый из которых имеет ширину полосы 200 МГц, предусмотрены два модуля 10A и 10b интегрированного процессора. Каскад 11 цифрового процессора каждого из модулей 10а и 10b содержит десять входных каналов 141-10 и выходных каналов 221-10 портов и выполнен с возможностью поддержки поднабора из десяти лучей восходящей линии 361-10, 361-20 и лучей нисходящей линии 401-10, 401-20, при этом полную ширину полосы подвергают выборке в каждом входном порту 141-10. Однако такая конфигурация не позволяет обеспечить полную гибкость между всеми лучами восходящей и нисходящей линии, поскольку каналы в заданном поднаборе лучей 361-10 или 361-20 восходящей линии могут быть направлены только к лучам в пределах соответствующего поднабора 401-10, 401-20 нисходящей линии, соответственно. В некоторых случаях, этого может быть недостаточно для удовлетворения требований трафика в пределах определенной миссии.

В альтернативном подходе, который позволяет предоставить весь луч для обеспечения гибкости маршрутизации в луче в ситуации, когда требуется больше, чем один модуль интегрированного процессора, каждый модуль 10 выполнен с возможностью поддержки полного количества лучей восходящей линии 36 и лучей нисходящей линии 40, используя составление множества сегментов общей ширины полосы луча во входных портах 141-N каскада 11 цифрового процессора модуля. Количество требуемых модулей 10 тогда равно количеству сегментов полосы пропускания в общей ширине полосы луча. Рассмотрим снова предыдущий пример, в котором содержится двадцать лучей 361-20 восходящей линии и двадцать лучей 401-20 нисходящей линии, каждый из которых имеет ширину полосы 200 МГц. Два модуля 10a и 10B процессора, каждый из которых поддерживает все двадцать лучей восходящей линии 361-20 и лучей нисходящей линии 401-20 можно использовать, с двумя лучами восходящей и нисходящей линии, скомпонованными на каждый входной и выходной порт, соответственно, каскада 11 цифрового процессора каждого модуля и с сегментом ширины полосы 100 МГц в/из данного луча, дискретизируемого в каждом входном и выходном порту. Недостаток такого подхода состоит в том, что гибкость отображения частоты между восходящими и нисходящими лучами ограничивается на уровне сегмента ширины полосы, но на практике, это маловероятно представляет серьезное ограничение.

В ситуации, когда количество портов входных лучей 141-N и выходных лучей 221-M каскада 11 цифрового процессора модуля 10 интегрированного процессора превышает количество лучей, и ширины полосы луча превышает ширину полосы порта каскада цифрового процессора, можно использовать множество модулей, каждый из которых разделен в соответствии с сегментами ширины полосы. Например, требование к миссии, включающей в себя десять лучей по каждой из восходящей линии 36 и нисходящей линии 40, с шириной полосы 400 МГц, требует использование двух модулей, каждый из которых обрабатывает 200 МГц для всего количества портов лучей.

Если произведение количества ширины полосы нисходящих лучей и восходящих лучей превышает произведение количества выходных портов М и ширины полосы порта каскада 1 цифрового процессора модуля 10 интегрированного процессора, хотя произведение количества восходящих лучей и ширины полосы восходящего луча меньше, чем произведение количества N входных портов и ширины полосы порта, то снова требуется множество модулей. В этом случае, каждый из сигналов восходящего луча разделяют на множество идентичных путей, которые подают в соответствующие входные порты каскада 11 цифрового процессора для каждого из модулей. Каждый из модулей поддерживает часть выходной пропускной способности с поднабором нисходящих лучей, ассоциированных с заданным модулем. Такой подход обеспечивает полную гибкость при маршрутизации любого канала восходящей линии в любой из интервалов частоты нисходящего луча. Аналогичная ситуация существует, если емкость восходящей линии требует множества модулей, в то время как нисходящая линия совместима с емкостью выходного порта каскада 11 цифрового процессора одного модуля; в этом случае соответствующие выходы порта каскада цифрового процессора модулей суммируют.

4.2. Архитектура цифрового формирования луча

На фиг. 4 иллюстрируется упрощенный каскад 11 цифрового процессора интегрированного модуля 10 процессора в соответствии с настоящим изобретением, который включает в себя функцию обработки цифрового формирования луча, примененную к архитектуре системы прямой линии. Восходящая линия 50 луча одного шлюза содержит мультиплексированные по частоте K узкополосных каналов, в то время как нисходящая линия 52 обеспечивает покрытие множеством узконаправленных лучей, обеспечиваемых фазированной антенной решеткой 54, имеющей Ne антенных элементов 561…Ne. В соответствии с конкретными требованиями определенной миссии, необходимо обеспечить гибкость маршрутизации заданного канала восходящей линии в любой интервал частот в пределах любого местоположения луча нисходящего канала.

Первоначально предполагается, что один A/D преобразователь 16 связан с восходящей линией 50 шлюза, и один D/A преобразователь 26 связан с каждым из 561…Ne элементов фазированной антенной решетки антенны 54 нисходящей линии пользователя.

В аналоговом каскаде 12 предварительной обработки, сигнал 50 антенны восходящей линии, содержащий K узкополосных каналов 501…k, фильтруют для выделения полосы, представляющей интерес, и преобразуют с понижением частоты для размещения центральной частоты близко к нулю. Сигнал 50 восходящей линии дискретизируется в A/D преобразователе 16 с частотой, достаточной для дискретизации всей полосы восходящей линии, представляющей интерес (то есть, по меньшей мере, дважды на ширину полосы, предполагая использование реальной выборки). Дискретизированный сигнал 50 восходящей линии подвергается цифровому демультиплексированию в демультиплексоре 18 для разделения K отдельных каналов 501…k, при этом выходы дискретизированных каналов подвергают децимации в соответствии с шириной полосы канала. Выходы демультиплексора 18 обычно имеют форму кадров TDM, причем каждый кадр содержит одну комплексную выборку для каждого из K каналов 501…k, и упорядочивание выборок в пределах кадра соотносят с частотой каналов. Что касается вариантов выполнения с архитектурой пространственного переключения, описанных выше, демультиплексированный выход подают в переключатель 58 памяти, который выполнен с возможностью предоставления гибкости при отображении частоты между восходящей линией 50 и нисходящей линией 52. Выборки в пределах каждого кадра TDM считывают в память 58 и затем считывают в последовательном порядке для отражения требуемого отображения.

Каждый из каналов 501…k имеет отдельную функциональную цифровую диаграммообразующую схему 601…k (DBFN), при этом дискретизированный сигнал канала разделяется на Ne путей, соответствующих количеству элементов 56 в фазированной решетке 54. Выборки каждого выходного пути умножают на заданный комплексный вес, который эквивалентен управлению амплитудой и фазой. Выбор комплексных взвешивающих функций определяет свойства луча, ассоциированного с этим каналом. Например, если набор взвешивающих функций выбирают таким образом, чтобы получить однородный градиент фазы по апертуре решетки, тогда направленный луч будет сформирован в направлении, где отдельные элементы суммируются когерентно. В результате этого канал направляется в требуемое место размещения луча. Другие наборы взвешивающих функций можно использовать для управления размером и формой луча.

Одна фазовая решетка 54 формирует лучи 52 нисходящей линии и, следовательно, сигналы канала должны комбинироваться для каждого из элементов 561…Ne в решетке. Обычно происходит пространственное многократное использование частоты в нисходящем канале 52 и, таким образом, существует множество цифровых диаграммообразующих схем 60, соответствующих данному интервалу частоты, и соответствующие сигналы канала суммируют для каждого из элементов 561…Ne решетки. В выходных портах 221…Ne функция 24 мультиплексирования частоты комбинирует сигналы интервала частот для каждого из элементов 561…Ne, и D/A преобразователь 26 преобразует каждый из дискретизированных сигналов элемента в аналоговую форму. В каскаде 28 последующей обработки 28, ассоциированном с выходными портами 221…Ne, каждый сигнал элемента преобразуется с повышением частоты до требуемой частоты, и выполняется фильтрация канала, чтобы удалить изображения D/A преобразователя. Каждый сигнал затем усиливается перед подачей в соответствующий элемент 561…Ne антенны фазированной решетки 54.

Следует понимать, что конструкция фильтра цифрового демультиплексора 18 и мультиплексора 24 в вариантах выполнения, описанных выше, поддерживают свойство непрерывности, в результате чего несущая частота, которая шире, чем канал, будет реконструирована с такими же функциями взвешивания при формировании луча, приложенными к разным составляющим частям после демультиплексирования.

Обратная архитектура может быть воплощена для поддержки обратного канала с множеством приемных цифровых диаграммообразующих схем для восходящих каналов пользователя. Аналогичное цифровое формирование луча может применяться, как в восходящих, так и в нисходящих лучах в пределах ячеистой архитектуры.

Следует также понимать, что та же основная архитектура в равной степени применима, когда антенна связи с пользователем представляет собой антенну типа отражателя с облучателем в виде антенной решетки (AFR), в которой кластер облучателей произвольно смещен от фокальной плоскости рефлектора, и заданный луч формируют путем взвешенного суммирования набора облучателей. В случае обратной линии, входные порты 141-N процессора на стороне линии связи пользователя, поэтому, соответствуют облучателям AFR. В случае прямой линии, AFR могут быть скомбинированы с компоновкой многопортового усилителя (MPA) таким образом, что усиление заданного сигнала возбуждения распределяется по множеству усилителей, благодаря использованию аналоговых входных и выходных схем с обеих сторон усилителей. Однако требование все еще состоит в том, чтобы цифровой процессор обеспечивал сигналы возбуждения. В дополнительном варианте архитектуры распределение заданного сигнала возбуждения по набору усилителей (то есть, функция входной схемы) может быть введено в функцию цифрового формирования луча, которая устраняет необходимость использования аналоговой входной схемы.

В случае архитектуры системы прямой линии связи входные порты каскада 11 цифрового процессора модуля 10 интегрированного процессора соответствуют восходящей линии шлюза, и количество доступных входных портов 141-N, вероятно, будет больше, чем количество лучей шлюза. Однако если ширина полосы восходящей линии превышает ширину полосы порта каскада 11 цифрового процессора, то потребуется разделить общую ширину полосы восходящей лини на множество сегментов ширины полосы в каскаде предварительного процессора, ассоциированном с каждым входным портом. Выходные порты 221-M каскада 11 цифрового процессора модуля интегрированного процессора соответствуют элементам фазированной решетки или облучателям AFR. Аналогично, для архитектуры системы обратной линии связи, входные порты относятся к элементам/облучателям, и выходные порты относятся к нисходящей линии шлюза.

4.2.1 Примеры применения модульного подхода к цифровым архитектурам формирования луча

И вновь, конфигурация с учетом структуры модуля будет зависеть от специфичных требований к миссии. Множество различных сценариев миссии теперь будут кратко описаны для иллюстрации того, как модульный подход может применяться в разных ситуациях. В этом случае, центральный диапазон функций, содержащих переключатели в пределах архитектуры модуля, описанной со ссылкой на фиг. 3, заменяют цифровой взвешивающей функцией формирования луча.

Например, если количество элементов фазированной решетки или облучателей AFR меньше, чем количество портов в каскаде 11 цифрового процессора интегрированного модуля 10 процессора, и ширина полосы антенных элементов или облучателей меньше, чем ширина полосы порта, то достаточен один модуль. Учитывая архитектуру системы прямой линии связи, рассмотрим случай, когда восходящая линия шлюза имеет 400 МГц, и фазированная решетка линии связи пользователя содержит десять антенных элементов, каждый с шириной полосы 200 МГц. Снова учитываем пример модуля, описанный со ссылкой на фиг. 3, где один модуль содержит каскад 11 цифрового процессора с десятью активными входными портами 141-N и десятью активными выходными портами 221-М, каждый с шириной полосы порта 200 МГц. Восходящая линия 50 шлюза разделена на два сегмента ширины полосы 200 МГц в каскаде 12 предварительного процессора. Каждый сегмент ширины полосы обрабатывается отдельным входным портом 141 и 142, при этом остающиеся восемь входных портов 143-10 не используются или обеспечивают избыточность. Эти десять выходных портов 221-10 предоставляют сигналы в каждый из десяти элементов фазированной решетки. Поскольку ширина полосы нисходящей линии составляет половину ширины полосы восходящей линии, подразумевается, что в нисходящей линии коэффициент повторного использования частоты составляет 2. Следовательно, следует понимать, что общее количество входных и выходных портов может использоваться или может не использоваться для всех архитектур.

На практике количество антенных элементов или облучателей, вероятно, превышает количество выходных портов 221-M каскада 11 цифрового процессора модуля 10 интегрированного процессора. Если ширина полосы антенного элемента существенно меньше, чем ширина полосы выходного порта каскада 11 цифрового процессора модуля 10 интегрированного процессора, то сигналы элементов, количество которых кратно 10, могут быть скомпонованы по частоте для заданного выходного порта 221-M каскада 11 цифрового процессора. Например, рассмотрим архитектуру системы прямой линии фазированной решетки, содержащей двадцать антенных элементов, каждый с шириной полосы элемента 100 МГц. При этом можно использовать один модуль, у которого каждый выходной порт каскада 11 цифрового процессора имеет ширину полосы 200 МГц и выполнен с возможностью предоставления сигналов в два антенных элемента, смещенных по частоте на 100 МГц. Каскад последующей обработки включает различные преобразования с повышением частоты для размещения сигналов элементов на той же центральной частоте для нисходящей линии 52.

Во многих практических случаях произведение количества элементов Ne и ширины полосы элемента превышает произведение количества выходных портов Nout и ширины полосы порта каскада 11 цифрового процессора модуля 10 интегрированного процессора. Следовательно, одного модуля не достаточно для удовлетворения требований системы. В этом случае, антенные элементы могут быть разделены между множеством модулей, при этом сигнал 50 восходящей линии шлюза подают в каждый модуль (пример прямой линии связи). Например, рассмотрим архитектуру системы прямой связи с фазированной решеткой 54, содержащей сорок антенных элементов 561-40, каждый с шириной полосы элемента 100 МГц. Как и в предыдущем примере, заданный выходной порт 221-10 может поддерживать сигналы двух элементов, но два модуля 10a и 10b процессора требуются для поддержания сорока элементов 561-40. Тот же сигнал 50 входного канала шлюза подают в каскад 12 предварительного процессора обоих модулей 10A и 10b, где этот сигнал разделяют по каналам на два сегмента по 200 МГц. Эти два сигнала канала подают в два входных порта 141 и 142 каскада 11 цифрового процессора каждого модуля 10a и 10b процессора, при этом каждый модуль обеспечивает взвешивание для формирования луча на уровне канала для двадцати элементов антенны с сигналами для двух отдельных антенных элементов, скомпонованными по частоте в каждом выходном порту 221-10. Следует понимать, что, в то время как обработку во входных каскадах, составляющую предварительную обработку 12 A/D преобразования 16 и цифровое демультиплексирование 18, дублируют для каждого модуля 10, в общей обработке доминирует выходная сторона, и, следовательно, такое дублирование представляет минимальные потери. Следует также понимать, что такая архитектура не обязательно должна иметь ограничения гибкости в том, что касается канала, для маршрутизации луча или отображения частоты, связанных с описанными выше архитектурами пространственного переключения множества модулей.

Аналогично, обратная архитектура может применяться для обратной линии связи. Для ситуации, где требуется множество модулей, необходимо использовать функцию аналогового суммирования для комбинирования вкладов канала из поднаборов элементов, ассоциированных с каждым из модулей. Например, рассмотрим архитектуру системы обратной связи с фазированной решеткой 54, содержащей сорок элементов 561…40, каждый с шириной полосы элемента 100 МГц. Требуются два модуля 10a и 10b, каждый из которых обрабатывает двадцать антенных элементов 561…20 и 5621…40. При этом два антенных элемента, скомпонованы по частоте в каждом из десяти входных портов 141-10 каскада 11 цифрового процессора каждого модуля 10a и 10b. Ширина полосы 400 МГц сигнала 52 нисходящей линии шлюза разделена между двумя выходными портами 221 и 222 каскада 11 цифрового процессора каждого из этих двух модулей 10a и 10b. Каждый выходной порт 221 и 222 каскада 11 цифрового процессора 11 каждого модуля 10a и 10b обеспечивает вклад в сегмент 200 МГц нисходящей линии 52 шлюза, соответствующего двадцати антенным элементам 561…20, 5621…40 восходящей линии, назначенных для этого модуля 10A и 10B. Поэтому необходимо суммировать соответствующие сигналы выходных портов для двух модулей 10A и 10B для генерирования сегментов с общей шириной полосы шлюза для всех сорока антенных элементов 561…40 фазированной решетки 54. После такого суммирования каждый соответствующий сегмент подвергают аналоговому мультиплексированию частоты для формирования полной нисходящей линии шлюза на 400 МГц.

Из-за несимметричного использования входных и выходных портов в архитектурах прямой и обратной связи, описанных выше, один модуль процессора может поддерживать комбинацию, как прямой, так и обратной связи. Выходные порты 221-M каскада 11 цифрового процессора модуля 10 интегрированного процессора, в основном, используют для сигналов нисходящей линии элемента пользователя и при этом некоторые порты используют для сигналов нисходящей линии шлюза, в то время как в обратной ситуации это справедливо для входных портов 141-N. Например, рассмотрим спецификацию миссии, содержащей как прямые, так и обратные линии связи, причем связь шлюза использует один луч с шириной полосы 200 МГц, и связь пользователя имеет фазированную антенную решетку с тридцатью шестью элементами 561…36, каждый с шириной полосы элемента 50 МГц. Один из этих десяти входных портов 141 каскада 11 цифрового процессора модуля 10 процессора используется для восходящей линии шлюза, в то время как другие девять входных портов 142…10 используются для сигналов восходящей линии элемента, при этом четыре сигнала антенных элементов скомпонованы по частоте в каждом из этих девяти входных портов 142…10. Аналогично, один выходной порт 221 используется для нисходящей линии шлюза, девять других выходных портов 142…10 используются сигналами нисходящей линии элемента, при этом четыре сигнала антенных элементов, скомпонованных по частоте, выделяют для каждого из этих девяти портов 142…10.

В дополнительном варианте модуль 10 интегрированного процессора может использоваться для поддержки архитектуры системы, в которой используется фазированная антенная решетка или AFR с цифровым формированием луча, как для восходящей, так и для нисходящей линии.

Такой модульный подход к архитектуре формирования луча дополнительно иллюстрируется со ссылкой на фиг. 5. Комбинированная архитектура системы прямой связи 64 и обратной связи 62 требуется в AFR, который содержит Nf отдельных используемых облучателей. Как правило, двадцать облучателей используют для формирования заданного направленного луча. Ширина полосы облучателя линии связи пользователя такова, что малое количество облучателей могут быть скомпонованы по частоте для каждого из входных портов 141-N каскада 11 цифрового процессора каждого модуля. Всего имеется Np модулей 101…10p интегрированного процессора для обратной линии связи 62 и дополнительные Np модули 101…10p интегрированного процессора для прямой линии связи 64, где каждый модуль 10 интегрированного процессора содержит каскад 12 предварительной обработки, каскад 11 центрального цифрового процессора (DSP) и каскад 28 последующей обработки. Ширина полосы на стороне шлюза требует использования Ng портов модуля таким образом, что для обратной линии связи 62 Ng внешних Np-канальных объединителя 66 предусмотрены для объединения обработанных выходных сигналов, в то время как для прямой линии связи 64, Ng предусмотрены Np-канальных разделителей 68 для разделения обработанных входных сигналов.

1. Система обработки полезной нагрузки спутника связи, содержащая один или более идентичных общих модулей (10) интегрированного процессора, в которой количество модулей (10) интегрированного процессора выбрано в соответствии с характеристиками антенны и ширины полосы восходящей линии (36, 50) и нисходящей линии (40, 52) определенной миссии в связи с характеристиками модуля (10) интегрированного процессора, и в которой каждый модуль интегрированного процессора содержит каскад (11) цифровой обработки, содержащий:
множество входных портов (141-N), выполненных с возможностью приема сигналов, соответствующих восходящей линии (36, 50), причем каждый входной порт (141-N) имеет заданную ширину полосы; и
множество выходных портов (221-M), выполненных с возможностью вывода сигналов, соответствующих нисходящей линии (40, 52), причем каждый выходной порт (221-M) имеет заданную ширину полосы;
A/D преобразователь (16), связанный с каждым входным портом (141-N) и выполненный с возможностью преобразования сигнала восходящей линии заданной ширины полосы (36, 50) в форму цифровой выборки;
D/A преобразователь (26), связанный с каждым из выходных портов (221-M) и выполненный с возможностью преобразования обработанного цифрового сигнала заданной ширины полосы в аналоговый сигнал (40, 52) нисходящей линии; и
средство (42, 44, 46) цифровой обработки, содержащее
множество демультиплексоров (18) частоты, каждый из которых соединен с одним или более из множества A/D преобразователей (16) и выполнен с возможностью разделения дискретизированной ширины полосы одного или более из дискретизированных сигналов (36, 50) восходящей линии в множество каналов;
средство (20) обработки уровня канала, ассоциированное с каждым из каналов и выполненное с возможностью маршрутизации обработанных каналов в любой из множества выходных портов (221-M); и
множество мультиплексоров (24) частоты, каждый из которых соединен со средством (20) обработки уровня канала и с одним или более из множества D/A преобразователей (26) и выполнен с возможностью объединения множества маршрутизируемых каналов.

2. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой количество отдельных модулей (10) интегрированного процессора в системе обработки полезной нагрузки спутника связи представляет собой функцию портов антенны восходящей линии (36, 50) и нисходящей линии (40, 52) и соответствующей ширины полосы восходящей линии и нисходящей линии относительно количества входных (N) и выходных (M) портов (141-N, 221-M) и соответствующей ширины полосы входного и выходного порта каскада (11) цифрового процессора.

3. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой каждый интегрированный модуль обработки содержит по меньшей мере один из каскада (12) предварительной обработки и каскада (28) последующей обработки.

4. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой каскад (20) обработки уровня канала каскада (11) цифрового процессора содержит систему (30) пространственного переключателя, выполненную с возможностью гибкой маршрутизации заданного входного канала в один или более из мультиплексоров (24) частоты, ассоциированных с выходными портами (221-M).

5. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой каскад (20) обработки уровня канала каскада (11) цифрового процессора содержит систему (60) диаграммообразующей схемы.

6. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой каскад (20) обработки уровня канала каскада (11) цифрового процессора дополнительно содержит переключатель (32) памяти, выполненный с возможностью обеспечения гибкой маршрутизации между частотными интервалами восходящей линии и нисходящей линии.

7. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой каждый модуль (10) интегрированного процессора содержит каскад (12) предварительной обработки, и каскад предварительной обработки ассоциирован с множеством входных портов (141-N) модуля (11) цифрового процессора и выполнен с возможностью изоляции заданной полосы частот из восходящей линии (36, 50) для преобразования с понижением частоты изолированной полосы до промежуточной частоты и приложения сигнала, преобразованного с понижением частоты, к одному или более из множества входных портов (141-N).

8. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.7, в которой каскад (12) предварительной обработки содержит цепь предварительной обработки, ассоциированную с каждым из входных портов (141-N).

9. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.7, в которой каскад (12) предварительной обработки содержит множество цепей предварительного процессора, выходы которых могут быть мультиплексированы по частоте для обеспечения заданных входных сигналов в один или более из входных портов (141-N).

10. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой каждый модуль (10) интегрированного процессора содержит каскад (28) последующей обработки, и каскад последующей обработки ассоциирован с множеством выходов (221-n) модуля (11) цифрового процессора и выполнен с возможностью фильтрации и преобразования с повышением частоты сигналов (40, 52) нисходящей линии до соответствующих частот.

11. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.10, в которой каскад (28) последующей обработки модуля (10) интегрированного процессора содержит цепь последующей обработки, ассоциированную с каждым из выходных портов (221-n).

12. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.10, в которой каскад (28) последующей обработки модуля (10) интегрированного процессора содержит множество цепей последующей обработки, характеризуемых отличающимися преобразованиями с повышением частоты и фильтрацией.

13. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой каждый модуль интегрированного процессора содержит как каскад (12) предварительной обработки, так и каскад (28) последующей обработки.

14. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой модуль (10) интегрированного процессора воплощен в одной из архитектуры системы ячеистой связи, прямой линии связи, или обратной линии связи, или комбинации этих архитектур.

15. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.4, в которой модуль (10) интегрированного процессора выполнен с возможностью работы с антеннами с одиночным возбуждением каждого луча (SFPB), как в восходящей линии (34), так и в нисходящей линии (38), причем интерфейсы модуля интегрированного процессора с антеннами принимают форму портов лучей.

16. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.5, в которой антенна (54) линии связи пользователя представляет собой фазированную антенную решетку, состоящую из множества антенных элементов (561-Ne).

17. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.5, в которой антенна (54) линии связи пользователя представляет собой рефлектор с облучателями в виде антенной решетки (AFR), содержащий множество облучателей (581-Nf), смещенных из фокальной плоскости рефлектора.

18. Система цифровой обработки полезной нагрузки спутника связи по п.5, в которой каскад (11) цифрового процессора воплощен в архитектуре системы прямой связи, и в которой заданный входной канал разделяется для предоставления сигналов в множество выходных портов (221-M), при этом выборки канала умножаются на комплексные коэффициенты для управления свойствами нисходящего луча для этого канала.

19. Система цифровой обработки полезной нагрузки спутника связи по п.5, в которой модуль (10) интегрированного процессора воплощен в архитектуре системы обратной линии, и в которой заданный входной канал сформирован путем суммирования сигналов из множества входных портов (141-N), при этом выборки канала умножаются на комплексные коэффициенты для управления свойствами восходящего луча для этого канала.

20. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.5, в которой восходящая линия (36, 50) или нисходящая линия (40, 52) относится к наземным терминалам, поддерживающим мультиплексирование по частоте множества каналов.

21. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.20, в которой каждый из каналов (501…k) восходящей линии или нисходящей линии ассоциирован с отдельной цифровой диаграммообразующей системой (601…k), причем дискретизированный канал разделяется на Ne или Nf путей, соответствующих количеству элементов/облучателей (561-Ne, 581-Nf) соответствующей антенны (54) нисходящей или восходящей линии.

22. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.20, в которой ширина полосы восходящей линии (36, 50) или нисходящей линии (40, 52) разделена на множество сегментов ширины полосы, каждый сегмент применяется к или выводится из одного входного (141-N) или выходного порта (221-M) каскада (11) цифрового процессора.

23. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по. 4, в которой сигнал, соответствующий каждому восходящему лучу (361-Nu) или антенному элементу/облучателю (561-Ne, 581-Nf) прикладывается к одному входному порту (141-Nf) каскада (11) цифрового процессора, и/или сигнал, соответствующий каждому нисходящему лучу (401-Nd) или антенному элементу/облучателю (561-Ne, 581-Nf), выводится из одного выходного порта (221-M) каскада (11) цифрового процессора.

24. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.4, в которой сигнал, соответствующий множеству восходящих лучей (361-Nu) или антенных элементов/облучателей (561-Ne, 581-Nf), прикладывается к одному входному порту (141-N) каскада (11) цифрового процессора, и/или сигнал, соответствующий множеству нисходящих лучей (401-Nd) или антенных элементов/облучателей (561-Ne, 581-Nf), выводится из одного выходного порта (221-M) каскада (11) цифрового процессора.

25. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.24, в которой каждый модуль (10) интегрированного процессора содержит как каскад (12) предварительной обработки, так и каскад (28) последующей обработки, и каскад (12) предварительной обработки выполнен с возможностью избирательного преобразования с понижением частоты сигналов из множества восходящих лучей (361-Nu) или антенных элементов/облучателей (561-Ne, 581-Nf) до разных центральных частот и суммирования лучей, преобразованных с понижением частоты, или сигналов элемента/облучателя перед приложением сигнала к входному порту (141-N) каскада (11) цифрового процессора.

26. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.25, в которой каскад (28) последующей обработки модуля (10) интегрированного процессора выполнен с возможностью избирательного преобразования с повышением частоты сигнала из выходного порта (221-M) каскада (11) цифрового процессора в множество нисходящих лучей (401-Nd) или антенных элементов/облучателей (561-Ne, 581-Nf).

27. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по любому из пп.4, 5 и 14-26, содержащая множество модулей (10A, 10B) интегрированного процессора, в которой сигналы, соответствующие поднабору множества восходящих лучей (361-10, 3610-20), или антенных элементов (561-10, 5610-20), или облучателей (581-10, 5810-20), прикладываются к входным портам (141-10) каскада (11) цифрового процессора каждого модуля (10A, 10B), и/или сигналы, соответствующие поднабору множества нисходящих лучей (401-10, 4010-20), или антенных элементов (561-10, 5610-20), или облучателей (581-10, 5810-20), выводятся с выходных портов (221-10) каскада (11) цифрового процессора каждого модуля (10A, 10B).

28. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по любому из пп.4, 5 и 14-26, содержащая множество модулей (10A, 10B) интегрированного процессора, в которой сигналы, соответствующие всему множеству восходящих лучей (361-20), или антенных элементов (561-20), или облучателей (581-20), прикладываются к входным портам каскада (11) цифрового процессора каждого модуля (10A, 10B), и/или сигналы, соответствующие всему множеству нисходящих лучей (401-20), или антенных элементов (561-20), или облучателей (581-20), выводятся из выходных портов каскада (11) цифрового процессора каждого модуля (10A, 10B), при этом каждый модуль (10A, 10B) выполнен с возможностью обработки разных сегментов общего луча, или антенного элемента, или ширины полосы облучателя.

29. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по любому из пп.4, 5 и 14-26, содержащая множество модулей (10A, 10B) интегрированного процессора, в которой сигналы, соответствующие заданным сегментам частоты ширины полосы восходящих лучей (361-20), или антенных элементов (561-20), или облучателей (581-20), прикладываются к входным портам (141-10) каскада (11) цифрового процессора каждого модуля (10A, 10B), и/или сигналы, соответствующие всему множеству нисходящих лучей (401-20), или антенных элементов (561-20), или облучателей (581-20), выводятся из выходных портов каскада (11) цифрового процессора каждого модуля (10A, 10B), при этом каждый модуль (10A, 10B) выполнен с возможностью обработки разных сегментов общей ширины полосы луча, или антенного элемента, или облучателя.

30. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по любому из пп.4, 5 и 14-26, содержащая множество модулей (10A, 10B) процессора, в которой каждый из сигналов восходящего луча разделяется на множество идентичных путей, которые подаются в соответствующие входные порты (141-10) каскада (11) цифрового процессора каждого модуля, и при этом поднабор нисходящих лучей ассоциирован с каждым модулем (10A, 10B).

31. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по любому из пп.4, 5 и 14-26, содержащая множество модулей (10A, 10B) процессора, в которой поднабор сигналов восходящего луча ассоциирован с каждым модулем, и в которой сигналы нисходящего луча из соответствующих выходных портов (221-10) каскада (11) цифрового процессора каждого модуля (10A, 10B) суммированы вместе.

32. Система обработки полезной нагрузки спутника связи по п.1, в которой один или более из входных портов (141-N) и/или выходных портов (221-M) каскада (11) цифрового процессора модуля (10) интегрированного процессора являются резервированными.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области дистанционного управления бортовой регистрирующей аппаратурой (БРА) космических аппаратов (КА). Техническим результатом является повышение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения возможности подключать различные детекторы.

Изобретение относится к средствам связи, а именно к организации радиолинии связи, и может быть использовано для постановки ретранслятора при организации радиолинии связи.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам и способам спутниковой связи, и может быть использовано для обеспечения связи низкоорбитальных космических аппаратов с наземной станцией.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной связи. .

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам спутникового наземного позиционирования, и может быть использовано для определения местоположения и навигации потребителя.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области связи в авиации, и может быть использовано, в частности, для обеспечения несинхронных обменов цифровыми сообщениями между информационной системой самолета и информационной системой авиационной компании на земле.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к осуществлению связи между мобильным аппаратом и множеством приемопередатчиков, и может быть использовано в системе мобильной спутниковой связи.

Изобретение относится к радиотехнике, к экранированию сигналов для системы мобильной связи, в частности, на воздушном судне. .

Изобретение относится к системам спутниковой связи, в частности к низкоорбитальной системе спутниковой связи, использующей легкие спутники, функционирующие на низких околоземных орбитах. Технический результат заключается в обеспечении глобальной непрерывной связи между абонентами, возможности реализации мобильной телефонии и высокоскоростной передачи данных в любых точках земного шара при использовании минимально необходимого (оптимального) количества легких спутников в системе и минимальной стоимости создания системы спутниковой связи. Для этого искусственные спутники Земли сформированы в две группировки спутников связи, одна из которых состоит из N спутников связи, где N - целое число, и расположена на n околоземных орбитах высотой менее 2000 км с наклоном 0°…30°, по N/n спутников на каждой орбите, другая группировка состоит из M спутников связи, где M - целое число, и расположена на m околоземных орбитах высотой менее 2000 км с наклоном 60°…90°, по M/m спутников на каждой орбите, при этом долготы восходящих узлов орбит внутри каждой группировки отличаются соответственно на 360/n и 360/m градусов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к сбору и передаче спутниковых данных, и может быть использовано для передачи изображений на Землю и наблюдений Земли. Технический результат заключается в обеспечении возможности сбора и передачи больших объемов данных, а также отсутствии необходимости использования центрального сервера для обработки и хранения данных. Для этого изобретение, касающееся системы для сбора и передачи спутниковых данных, содержащей спутники (1, 100) и наземные приемные станции (50, 51, 52, 53, 54), отличается тем, что содержит для каждых данных, получаемых одной из приемных станций (50, 51, 52, 53, 54), называемой принимающей станцией, с орбитального уровня: средства определения приемной станции (50, 51, 52, 53, 54), называемой станцией, предназначенной для таких данных, которая должна сохранить такие данные, и наземную цифровую сеть для передачи таких данных от принимающей станции к приемной станции, предназначенной для таких данных. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области дистанционного управления бортовой регистрирующей аппаратурой (БРА) космических аппаратов (КА). Техническим результатом является повышение удобства и надежности одновременного подключения к устройству различной бортовой регистрирующей аппаратуры. Предлагаемая система управления, сбора и обработки данных с БРА КА включает, по меньшей мере, один блок БРА, связанный, по меньшей мере, двумя каналами связи с блоком управления и обработки данных (БУОД), который связан с бортовой аппаратурой КА по, по меньшей мере, одному каналу связи для последующего сброса информации на Землю. БУОД включает: устройство сопряжения, автономное таймерное устройство, одноплатный компьютер, систему принудительного охлаждения, систему термодатчиков, блок запоминающего устройства, блок синхронной передачи данных, блок вторичного питания и систему трансляции команд и распределения питания. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области телекоммуникаций в авиации и, более конкретно, к системе маршрутизации сообщений адресно-отчетной системы авиационной связи (ACARS) в направлении множества передающих сред, предназначенной для установки на борту летательного аппарата, содержащей: базу данных, содержащую множество профилей маршрутизации, при этом каждый профиль представляет собой список, указывающий уровень приоритета для каждой передающей среды; средства выбора для извлечения из запроса на отправку сообщения ACARS идентификатора профиля маршрутизации и для выбора в профиле маршрутизации, хранящемся в базе данных и соответствующем указанному идентификатору, передающей среды в зависимости от уровня приоритета, после чего выбранную таким образом указанную передающую среду используют для передачи указанного сообщения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в спутниковых системах связи и наблюдения. Спутниковая система связи и наблюдения содержит от 1 до 7 спутников с аппаратурой связи и наблюдения. Спутники размещены на эллиптических орбитах с критическим наклонением и апогеем орбиты в полушарии с областью наблюдения с орбитальным периодом, зависящим от длительности солнечных суток и количества спутников в системе. Изобретение позволяет уменьшить количество спутников для периодического обзора географических областей в заданное местное время. 10 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи с применением спутников-ретрансляторов на высокой, например, геостационарной орбите и предназначено для преимущественного использования в глобальных космических системах ретрансляции и связи, осуществляющих информационный обмен с космическими и наземными абонентами. Технический результат состоит в повышении оперативности доставки информации от космических абонентов, а также обеспечении централизованного управления каналами ретрансляции и связи космической системы ретрансляции. Для этого система построена с возможностью передачи информации с космического абонента через спутники-ретрансляторы, для чего спутники-ретрансляторы содержат бортовую ретрансляционную аппаратуру для передачи информации между космическими абонентами и наземными пунктами приема и передачи информации, космические абоненты содержат аппаратуру для передачи и приема информации через спутники-ретрансляторы, наземные пункты приема и передачи информации содержат аппаратуру для информационного обмена с космическими абонентами через спутники-ретрансляторы, система построена с возможностью централизованного контроля и управления каналами ретрансляции и связи. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к космической межспутниковой связи, и может быть использовано в космической спутниковой навигационной группировке ГЛОНАСС. Технический результат заключается в увеличении объема и достоверности передаваемой и принимаемой информации. Для этого бортовая аппаратура межспутниковых измерений (БАМИ) состоит из радиопередающего устройства, циркулятора, приемо-передающей антенны, входного усилителя приемника, радиоприемного устройства, модульного контроллера управления, формирователя радиосигнала, блока логики и коммутации, что также позволяет обеспечить автономность функционирования космической спутниковой группировки, повысить точность эфемеридного и частотно-временного обеспечения системы, оперативную доставку информации со всех навигационных космических аппаратов (НКА), передачу командно-программной и прием телеметрической информации, оперативный контроль целостности космической системы, передачу данных на НКА единой космической системы, снижение нагрузки на вычислительные средства наземного комплекса управления. 1 ил.

Изобретение относится к беспроводной связи, а именно к способу предоставления услуги факсимильной связи. Техническим результатом является обеспечение корректного использования услуги факсимильной связи в спутниковой линии связи. Указанный технический результат достигается тем, что после передачи сообщения "многостраничный сигнал" в вызываемый терминал, если уровень услуг блока функции межсетевого взаимодействия (IWF) вызываемой стороны не принимает подтверждение сообщения от вызываемого терминала до наступления первого временного порога, уровень услуг блока IWF вызываемой стороны формирует подтверждение сообщения и передает это сформированное подтверждение сообщения в модем блока IWF вызываемой стороны; после приема сообщения CONNECT от модема вызываемой стороны уровень услуг блока IWF вызываемой стороны принимает факсимильные данные, передаваемые модемом блока IWF вызываемой стороны, и сохраняет эти факсимильные данные следующей страницы в буфере; и если уровень услуг блока IWF вызываемой стороны принимает подтверждение сообщения от вызываемого терминала до переполнения буфера, уровень услуг блока IWF вызываемой стороны передает принятое сообщение CONNECT и факсимильные данные, находящиеся в буфере, в вызываемый терминал. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области систем связи для вызова служб неотложного реагирования с борта самолета. Техническим результатом является обеспечение оперативной связи со службами неотложного реагирования устройства связи, расположенного на борту самолета. Система содержит бортовую сеть для беспроводного обмена сигналами связи с устройствами связи экипажа самолета и/или пассажиров самолета; наземную сеть доступа для одновременного обмена сигналами связи с авиакомпанией, к которой относится упомянутый самолет, и точкой доступа общественной безопасности; сеть воздух-земля для передачи упомянутых сигналов связи между бортовой сетью и наземной сетью доступа для установления связи между упомянутыми устройствами связи и наземной сетью связи; и систему связи служб неотложного реагирования, выполненную с возможностью реагировать на вызов служб неотложного реагирования с устройства связи экипажа самолета и/или пассажира самолета, для одновременного взаимного соединения упомянутого устройства связи с членом экипажа самолета через бортовую сеть и с точкой доступа общественной безопасности, и/или авиакомпанией, которой принадлежит самолет, и/или государственным агентством через бортовую сеть, сеть воздух-земля и наземную сеть доступа. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах направленной передачи цифровых данных между воздушным судном и наземными станциями. Технический результат состоит в повышении качества передачи данных между воздушным судном и наземной станцией. Для этого в схеме расположения производят обмен данными в цифровом виде и непосредственно, а другими словами непосредственно при помощи направленных антенн, между воздушным судном и наземными станциями. Более того, лепестки передачи адаптируют во время полета, так что направленные антенны на воздушном судне облучают только те зоны на земле, которые расположены на минимальном расстоянии в поперечном направлении от линии полета воздушного судна. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх