DE19629744A1

DE19629744A1 - Unabhängige satellitenbasierte Kommunikationssysteme, die ein gemeinsames Frequenzspektrum teilen und Verfahren zum Betrieb derselben

Info

Publication number: DE19629744A1
Application number: DE19629744A
Authority: DE
Inventors: Gregory Barton Vatt; Dennis Paul Diekelman; John E Major
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1997-02-06
Also published as: CA2178897A1; GB2304003A; US5894590A; US6088572A; FR2737625A1; FR2737625B1; GB9615331D0; CN1148296A; GB2304003B

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf Satellitenkommunikationen und insbesondere auf ein Verfahren zum Teilen eines Teils eines gemeinsamen Frequenzspektrums (typischerweise ein gemeinsames Frequenzband oder eine Trägerfrequenz) durch viele, unabhän gige Konstellationen oder Konfigurationen von Satelliten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Satellitenkommunikationssysteme senden Information zu Benut zern und erhalten von diesen Information, entweder direkt durch von den Benutzern gehaltene Einheiten oder über erdge bundene oder fahrzeuggebundene Stationen (beispielsweise in Automobilen, Lastwagen, Flugzeugen, Schiffen usw.).

Solche Informationen können Sprache, Paginginformation, au diovisuelle Information, FAX-Daten und dergleichen enthalten.

Eine zunehmende Zahl von unabhängigen Satellitenkommunika tionssystemen sind in der Planung, der Finanzierung, der Im plementierung oder schon im Betriebszustand und jedes System steht im Wettbewerb mit anderen Systemen, um Betriebslizenzen von den entsprechenden geopolitischen Zuständigkeitsbereichen für einen sehr begrenzten Betrag des Radiofrequenzspektrums zu erhalten.

Somit besteht ein substantielles Bedürfnis, einen Weg für zwei oder mehr unabhängige satellitenbasierte Kommunikations systeme anzugeben, so daß sie ein gemeinsames Frequenzspek trum teilen können.

Es besteht auch ein grundlegendes Bedürfnis, eine Verfahren zu schaffen, mit dem zwei oder mehr unabhängige, satelliten basierte Kommunikationssysteme, die ein gemeinsames Frequenz spektrum teilen, wie beispielsweise eine gemeinsames Fre quenzband oder eine Trägerfrequenz, arbeiten können.

Es besteht auch ein grundlegendes Bedürfnis nach einer Erd station in einem Satellitenkommunikationssystem, die Überla gerungen bei den Übertragungen zwischen ihr und zwei oder mehr unterschiedlichen Satelliten oder mindestens zwischen einer anderen Erdstation und zwei oder mehr unterschiedlichen Satelliten vorhersagen oder erkennen kann und die entspre chende Maßnahmen ergreift, um diese Überlagerung mitzuteilen oder zu mildern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Überblicksdiagramm zweiter verschiedener, unabhängiger Konstellationen der Kommunikationssatelliten ge mäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zellularer Muster, die einen typi schen Fall darstellen, der durch benachbarte Satelliten einer gegebenen Konstellation von Satelliten ausgebildet wird, die Kommunikationsstrahlen auf die Erdoberfläche projizieren, ge mäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm von Komponenten einer Satelli ten- oder Erdstation eines Kommunikationssystems der vorlie genden Erfindung.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das Satelliten in zwei unter schiedlichen Höhen darstellt, wobei eine Vielzahl von Satel liten in einer ersten Höhe mit einer Bodenstation kommunizie ren, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das Satelliten in zwei unter schiedlichen Höhen darstellt, wobei Sendungen von einem Sa telliten aus einer Vielzahl von Satelliten, die in einer er sten Höhe arbeiten, sich zeitweilig überlagern mit Sendungen von einem Satelliten aus einer Vielzahl von Satelliten, die in einer zweiten Höhe arbeiten, gemäß einem Aspekt der vor liegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Durchfüh rung einer Off-line Berechnung eines Satzes von Regeln oder eines Programms zur Vorhersage einer Überlagerung bei Kommu nikationen in einer Mehrfachkonstellations-Kommunikationsum gebung, bei der ein gemeinsames Frequenzspektrum geteilt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Durchfüh rung von Berechnungen in Echtzeit zum Betimmen des Auftretens von Überlagerungen bei Kommunikationen in einer Mehrfachkon stellations-Kommunikationsumgebung, bei der ein gemeinsames Frequenzspektrum geteilt wird, gemäß der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung und Abschwächung von Überlagerungen in einer Mehrfachkonstel lations-Kommunikationsumgebung, bei der ein gemeinsames Fre quenzspektrum geteilt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahren zur Erkennung und zum Mitteilen von Überlagerungen in einer Mehrfachkon stellations-Kommunikationsumgebung, bei der ein gemeinsames Frequenzspektrum geteilt wird, gemäß der vorliegenden Erfin dung.

GENAUE BESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt ein Überblicksdiagramm von zwei verschiedenen unabhängigen Konstellationen von Kommunikationssatelliten ge mäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt zwei getrennte Konstellationen 10 und 20, wobei jede durch eine Vielzahl von Satelliten gekennzeichnet ist, die die Erde umkreisen. Jede vorgegebene Konstellation 20 unterscheidet sich sehr wahr scheinlich von der anderen Konstellation 10, beispielsweise durch die Höhe der Satelliten oder ihre Kreisbahnneigung (das ist der Winkel, den ihre Kreisbahnen mit dem Erdäquator ein schließen).

Ein Fachmann wird erkennen, daß die vorliegende Erfindung leichter implementiert werden kann, wenn alle Satelliten in der gleichen Höhe und der gleichen Kreisbahnneigung positio niert sind und wenn die Erdumlaufbahnen 3-8 der Satelliten in Phase gebracht sind bezüglich dem Äquator, um eine genügende räumliche Vielfalt zu liefern, um die Überlagerung von be nachbarten Satelliten anderer Konstellationen zu minimieren.

Die Konstellationen 10 und 20 sind nur beispielhaft, um Sa telliten in einer Polarumlaufbahn (90 Grad Neigung) zu zei gen, wobei die Satelliten der Konstellation 20 sich in einer größeren Höhe befinden als die der Konstellation 10. Die Sa telliten der Konstellation 10 können die gleiche oder eine andere Information übertragen als die, die durch die Konstel lation 20 übertragen wird.

In Fig. 1 projizieren die Satelliten Mehrfachstrahlantennen muster auf die Oberfläche der Erde. Die Antennen der erdge bundenen Stationen 13 und 14 sind in einer Richtung wirkend, so daß wenn ein Satellit vorüberfliegt, die Antenne der Bo denstation den gewünschten Satellit verfolgt. Dies ist in Fig. 4 gezeigt, wo die Antenne 16 der Bodenstation 15 den Sa telliten 31 verfolgt, wenn er sich in seiner Erdumlaufbahn relativ zur Erde 9 in der durch den Pfeil 33 gezeigten Rich tung bewegt. Wenn der Satellit 31 sich innerhalb eines vorge gebenen Horizontwinkels der Bodenstation 15 bewegt, dann wird die Bodenstation 15 umschalten, um den Satelliten 32 zu ver folgen, der eine andere oder die gleiche Information wie der Satellit 31 übertragen kann. Dies kann beispielsweise durch geführt werden, indem man auf die Antenne 17 umschaltet oder eine andere passende Technik verwendet, wie beispielsweise das Umschalten auf ein anderes Segment eines Mehrsegmentan tennenfeldes.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zellularer Muster, die einen typi schen Fall darstellen, der von benachbarten Satelliten einer vorgegebenen Konstellation von Satelliten ausgebildet wird, die Kommunikationsstrahlen auf die Oberfläche der Erde proji zieren, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Es ist klar, daß benachbarte Satelliten nicht notwendigerweise Mu ster benachbarter Zellen auf die Erde projizieren müssen; das heißt, die durch einen Satelliten projizierten Zellen können mit denen eines benachbarten Satelliten gemischt sein.

Die Satelliten 1 und 2 (die mit dem Satellit 1 identisch sein können) verwenden Frequenzspektrumswiedernutzungstechniken. Diese Techniken umfassen eine zellulare Unterteilung der Pro jektionsstrahlbreiten. Die Satelliten 1 und 2 erzeugen Strahlsatzprojektionen 18 beziehungsweise 18′. Die Strahl satzprojektionen 18 und 18′ sind bidirektionale Zielgebiete (Zellen), die mit Antennen oder Satelliten 1 und 2 verbunden sind. Diese Antennen können individuelle gerichtete Antennen oder eine phasengesteuerte Antenne, die eine kohärente Strahlprojektion liefern kann, sein.

Die Zellen 110-128 können viele Formen annehmen, abhängig vom Verstärkungsverlauf der Antennen. In Fig. 2 sind die Zellen 110-128 aus Gründen der Darstellung als Sechsecke gezeigt.

Das spezielle Schema zur Schaffung einer Kanalvielfalt inner halb den Zellen 110-128, wie sie durch irgend eine gegebenen Konstellation von Satelliten verwendet werden, ist für die vorliegende Erfindung nicht kritisch, und es können Mehrfach zugriff im Zeitmultiplex (TDMA), Mehrfachzugriff im Frequenz multiplex (FDMA), Mehrfachzugriff im Kodemultiplex (CDMA), schmale Strahlen, gerichtete Antennenmuster und andere Diver sitätsschemata oder Kombinationen davon verwendet werden.

Es sollte klar sein, daß sich die Zellen 110-128 in der Um laufbahnrichtung 19 voran bewegen, wenn die Satelliten 1 und 2 in der Richtung 19 kreisen, oder daß die Satellitenanten nenstrahlen zeitweilig auf spezifische geographische Gebiete der Erde fixiert werden können, wenn die Satelliten vorbei laufen.

Bei der vorliegenden Erfindung können, bezugnehmend auf Fig. 1, die Satelliten 1 mit Bodenstationen 13 und 14 über Verbin dungen kommunizieren, die mehrere Frequenzkanäle verwenden. Mit anderen Worten, während das gesamte Spektrum in jeder Zelle vorhanden ist, so werden benachbarten Zellen verschie dene Zeitschlitze zugewiesen, während denen das Spektrum ver wendet werden kann. In einer Ausführungsform werden Rahmen definiert, damit sie mindestens sieben Zeitschlitze umfassen, um dem Siebenzellenwiedernutzungsmuster zu entsprechen. Die Zellen, die mit "110" in Fig. 2 bezeichnet sind, sind einem Zeitschlitz zugeordnet, die Zellen, die mit "111" bezeichnet sind, sind einem anderen Zeitschlitz zugeordnet, usw. Auf diese Weise sind Zellen, die das gleiche Spektrum zur glei chen Zeit nutzen, geographisch voneinander entfernt.

Während Fig. 2 eine Siebenzellen/Siebenzeitschlitz-Anordnung zeigt, werden Fachleuten verstehen, daß auch ein größeres oder kleiner Wiedernutzungsmuster verwendet werden kann. Fachleute werden erkennen, das ein solches TDMA-Kommunika tionsschema im Satelliten 1 errichtet ist. Darüberhinaus wechseln, wenn die Satelliten 1 sich mit Geschwindigkeiten bis zu 30 000 km/h bewegen, die Dopplerverschiebungs- und Zeitschlitzsynchronisationsparameter zwischen den Bodensta tionen 13 und 14 und einem Satelliten 1 ständig.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm von Komponenten eines Satelli ten 1 oder einer Bodenstation 13-15 eines Kommunikationssy stems der vorliegenden Erfindung.

Jeder Satellit umfaßt beispielsweise eine Steuerung 25, einen Speicher 26, einen Timer 29 und Erdstationsverbindungstrans ceiver 28, die über Antennen 27 oder 27′ mit einer Erdstation kommunizieren.

Ebenso kann eine Bodenstation eine Ausrüstung umfassen, die der Ausrüstung, die in einem Satelliten verwendet wird, ähn lich ist, in Form von einer oder mehreren geeigneten Antennen 27, 27′, einem Überlagerungsdetektor 24, einer Steuerung 25, einem Speicher 26, einem Timer 29 und einem Antennenwähler 34. Eine Bodenstation 13 umfaßt auch Bodenstationsverbin dungstransceiver 28, die mit einem Satelliten über Antenne 27 oder Antenne 27′ kommunizieren, abhängig davon welche für die Kommunikation ausgewählt wurde.

Es wird verständlich, daß bodengebundene Stationen mehrere unterschiedliche Konfigurationen annehmen können, mit einer wechselenden Kombination der Ausrüstung und der Leistungspe gel. Beispielsweise wird eine Bodensteuerbodenstation übli cherweise leistungsfähigere Prozessoren in der Steuerung 25 und eine größere Speicherkapazität im Speicher 26 aufweisen, als eine Systembenutzerbodenstation.

Fachleute werden erkennen, daß die Antennen 27, 27′ entweder als eine einzige mehrstrahlige, phasengesteuerte Antenne oder als eine Bank von diskreten einseitig gerichteten Antennen implementiert werden können.

Eine Steuerung 25 ist mit den Transceivern 28 als auch mit einem verbunden Speicher 26 und einem Timer 29 verbunden. Die Steuerung 25 kann unter Verwendung eines oder mehrere Prozes soren implementiert werden. Die Steuerung 25 verwendet einen Timer 29, um das aktuelle Datum und von Zeit zu Zeit statt findende Ereignisse festzuhalten. Der Speicher 26 speichert Daten und Befehle für die Steuerung 25. Die Befehle veranlas sen, wenn sie durch die Steuerung 25 ausgeführt werden, den Satelliten 1, Prozeduren auszuführen, die weiter unten be schrieben werden. Zusätzlich enthält der Speicher 26 Varia blen, Tabellen und Datenbasen, die durch den Betrieb des Sa telliten 1 manipuliert werden.

Die Ausrüstung des Satelliten oder der Bodenstation, die in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt auch einen Überlagerungsdetektor 24, der mit Erdverbindungstransceivern 28 und der Steuerung 25 verbunden ist. Der Überlagerungsdetektor 24 kann durch je de geeignete wohlbekannten elektronische Schaltung oder jeden Softwarealgorithmus zur Erkennung des Vorhandenseins von sich überlagernden Radiofrequenzsignalen gekennzeichnet sein. Wenn der Überlagerungsdetektor 24 eine solche Überlagerung er kennt, gibt er ein Signal an die Steuerung 25 aus, die eine geeignete Maßnahme zur Milderung oder zur Eliminierung der Überlagerung ergreift, wie das beispielsweise in den Flußdia grammen der Fig. 7 und 8 gezeigt ist, die weiter unten be schrieben werden.

Eine Form der Abmilderung besteht darin, eine andere Antenne 27, 27′ auszuwählen, um mit einem anderen Satelliten im Kom munikationssystem zu kommunizieren. In Erwiderung auf geeig nete Steuersignale von der Steuerung 25 wählt der Antennenwäh ler 34 entweder die Antenne 27 oder die Antenne 27′ für das Ausführungen weiterer Kommunikationen mit einem entsprechen den Satelliten.

Eine Form der Abmilderung besteht im Hinblick auf ein System benutzerbodenstation darin, das Vorhandensein einer Überlage rung und welches der Antennenelemente 27, 27′ aktiv ist über Bodenverbindungstransceiver 28 dem Satelliten, mit dem die Bodenstation aktuell kommuniziert, mitzuteilen. Der Überlage rungsstatus kann dann durch einen solchen Satelliten einer Bodensteuerungsbodenstation mitgeteilt werden, die den Status unter Berücksichtigung des Satelliten und der Systembenutzer bodenstation aufzeichnet. In Erwiderung auf eine solche Über lagerungsbedingung kann die Bodensteuerstation ein geeignetes Milderungsverfahren initiieren, das weiter unten im Hinblick auf Fig. 7 beschrieben wird.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das Satelliten auf zwei unter schiedlichen Höhen zeigt, wobei ein Satellit aus der Vielzahl von Satelliten auf der ersten Höhe, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einer Bodenstation kommuniziert. In Fig. 4 erzeugt die Anwesenheit eines anderen Satelliten 41 der Konstellation, der eine andere Information auf derselben Frequenz überträgt, in der Kreisbahn 40 keine Überlagerung mit der Information, die durch die Satelliten 31 und 32 der Konstellation übertragen wird, wobei diese Satelliten sich in der Kreisbahn 30 bewegen, da der Satellit 41 sich außerhalb des empfangen Strahlungswinkels 35 (typischerweise 2 bis 5 Grad) der in einer Richtung wirkenden Antennen 16 und 17 be findet.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das Satelliten in zwei unter schiedlichen Höhen zeigt, wobei Übertragungen von einem Sa telliten einer Vielzahl von Satelliten, die in einer ersten Höhe arbeiten, sich zeitweilig überlagern mit den Übertragun gen eines Satelliten einer Vielzahl von Satelliten, die auf einer zweiten Höhe arbeiten, gemäß einem Aspekt der vorlie genden Erindung.

In Fig. 5 können Übertragungen vom Satelliten 41 der Konstel lation, deren Satelliten sich in der Erdumlaufbahn 40 bewe gen, sich in größerem oder geringerem Maße für einige Zeit mit solchen überlappen, die durch den Satelliten 31 zur An tenne 16 übertragen werden, so daß eine Überlagerung auftritt zwischen der Information, die durch die Satelliten 31 und 41 auf derselben Frequenz übertragen wird. Wenn eine Überlage rung auftritt, schaltet die Bodenstation zu Antenne 17 und hört auf den Satelliten 32. Es ist klar, daß die Antennen 16 und 17 keine diskreten Antennen sein müssen, und daß sie die Form von verschiedenen Feldern in einem phasengesteuerten An tennensubsystem annehmen können.

Wie unten beschrieben wird, kann das Kommunikationssystem, wenn es aktuelle Kenntnisse über die Erdumlaufbahnen der Sa telliten für Satelliten beider Konstellationen hat, vorhersa gen, wann eine Überlagerung auftreten wird und kann geeignete Maßnahmen ergreifen, um diese zu vermeiden, bevor sie auf tritt, beispielsweise indem es auf einen anderen Satelliten umschaltet. Dies stellt die bevorzugte Lösung dar, da eine Überlagerung vermieden werden kann, ohne den Systembenutzer zu beeinträchtigen.

Die Chance für das Auftreten einer Überlagerung zwischen Sa telliten verschiedener Konstellationen kann berechnet werden, da die Positionen der Satelliten jeder Konstellation zu jeder Zeit unter Verwendung bekannter Techniken berechnet werden können; die Zahl der Bodenstationen 15 ist bekannt; und der Antennenstrahlwinkel der Bodenstationsantennen ist bekannt.

Fachleute werden erkennen, daß die vorliegende Erfindung und das Betriebsverfahren einen wesentlich besseren Erfolg haben, wenn man Konstellationen betrachtet, bei denen jedes vorgege bene Gebiet der Erde durch mehrere Satelliten der Konstella tion bedeckt ist, so daß eine Übergabe an einen anderen Sa telliten erfolgen kann, um eine Überlagerung zu vermeiden.

Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Durchfüh rung einer Off-line Berechnung eines Satzes von Regeln oder eines Programms zur Vorhersage einer Kommunikationsüberlage rung in einer Mehrfachkonstellationskommunikationsumgebung, in welcher ein gemeinsames Frequenzspektrum geteilt wird, ge mäß der vorliegenden Erfindung.

Als erstes beginnt das Verfahren im Kasten 36. Dann führt das System im Kasten 37 Berechnungen durch, die Fachleuten wohl bekannt sind, unter teilweiser Verwendung aktuell bekannter Information die die Erdumlaufbahnen der Satelliten, die Loka lisierung aller Bodenstationen und anderer Bedingungen in der Konstellation betreffen, um vorherzusagen, wann eine Überla gerung zwischen den Sendungen verschiedener Satelliten erfol gen wird. Als Ergebnis dieser Berechnungen werden für jeden Satelliten im System die Überlagerungszeiten berechnet.

Im Kasten 38 wird unter Verwendungen der im vorigen Schritt durchgeführten Berechnungen eine Satz von Regeln für program mierte Übergaben erzeugt. Dieses Programm enthält Einträge für jeden Satelliten bezüglich den Beginn- und Endezeiten der Überlagerungen und über die Identität eines Übergabesatelli tenkandidaten, an den der Satellit am wahrscheinlichsten die Übertragungen übergeben kann, um eine Überlagerung zu vermei den.

Als nächstes wird im Kasten 39 das Programm, das im vorigen Schritt geschaffen wurde, in den Speicher verschiedener Sy stemknoten gegeben. Als Systemknoten wird ein Satellit oder eine Erdstation bezeichnet. Somit wird das Programm bei spielsweise zu den Satellitenprozessorenspeichern, wie bei spielsweise Speicher 26 (Fig. 3) und/oder anderen Prozesso renspeichern im System, wie beispielsweise in den Bodensta tionen 13 und 14 verteilt.

Schließlich endet das Verfahren im Kasten 43.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Durchfüh rungen von Berechnungen in Echtzeit, um das Auftreten einer Überlagerung von Übertragungen in einer Mehrfachkonstella tions-Kommunikationsumgebung, bei der ein gemeinsames Fre quenzspektrum geteilt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung, zu bestimmen. Das in Fig. 7 dargestellte Verfahren kann bei spielsweise durch einen vorgegebenen Satelliten oder eine Bo denstation verwendet werden, um Überlagerungen mit anderen nahen Satelliten oder Bodenstationen vorherzusagen und zu vermeiden.

Als erstes beginnt das Verfahren im Kasten 44. Dann führt die Steuerung des Satelliten oder der Bodenstation im Kasten 45 Berechnungen durch, unter teilweiser Verwendung aktuell be kannter Information, die die Erdumlaufbahnen der Satelliten, die Lokalisierung aller Bodenstationen und anderer Bedingun gen in der Konstellation betreffen, um vorherzusagen, wann eine Überlagerung zwischen den Sendungen verschiedener Satel liten erfolgen wird, in der Art, wie das oben bezüglich des Kasten 37 der Fig. 6 beschrieben wurde. Als Ergebnis dieser Berechnungen werden für diesen speziellen Satelliten oder die Erdstation die vorhergesagten Überlagerungszeiten bestimmt, wie das in Schritt 45 gezeigt ist.

Als nächstes werden in Schritt 46 Möglichkeiten bestimmt und ausgewertet und es wird eine passende Möglichkeiten für die sen Satelliten oder diese Bodenstation gewählt, um den Effekt der vorhergesagten Überlagerung zu mildern. Wie in Fig. 7 nur beispielhaft und nicht einschränkend gezeigt ist, enthalten die verschiedenen Möglichkeiten die Übergabe an einen anderen Satelliten (Möglichkeit 47), das zeitweilige Einstellen von Kommunikationen (48) oder eine andere passende Maßnahme (49), wie beispielsweise das Wechseln zu einem anderen Kanal (das heißt, das Umschalten auf eine Frequenz außerhalb des verwen deten Frequenzspektrums), die Verwendung einer niedrigeren Informationsrate bei höherer Kodierung, usw.

Schließlich endet das Verfahren im Kasten 50.

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung und zur Milderung von Überlagerungen in einer Mehrfachkon stellations-Kommunikationsumgebung, in welcher ein gemeinsa mes Frequenzspektrum gemäß der vorliegenden Erfindung ge teilt wird.

Zunächst beginnt das Verfahren in Kasten 51. Als nächstes prüft das System in Kasten 53, um zu bestimmen, ob eine Über lagerung zwischen den Übertragungen zweier Satelliten ver schiedener Konstellationen erkannt wurde. Im Entscheidungska sten 55 setzt sich das Verfahren, wenn eine solche Überlage rung erkannt wurde, fort zum Entscheidungskasten 57; anson sten kehrt es zum Kasten 53 zurück.

Im Entscheidungskasten 57 bestimmt das System ob es brauchbar ist, die Bodenstationsantenne umzuschalten, um Übertragungen von einem anderen Satelliten der gleichen Konstellation zu empfangen. Wenn dem so ist, geht das Verfahren weiter zum Ka sten 59, wo eine solche Umschaltung stattfindet, und das Ver fahren endet beim Kasten 65. Ansonsten geht das Verfahren zum Kasten 61, wo das System die Kommunikation mit dem Satelli ten, der überlagert wird, sperrt. Obwohl in Fig. 8 das Ver fahren nach dem Ausgangskasten 59 endet, ist es klar, daß in der tatsächlichen Praxis sich das Verfahren endlos wieder holt, und daß das Verfahren zum Kasten 53 über die gestri chelte Linie 66 zurückkehrt, nachdem es den Ausgangskasten 59 verlassen hat.

Vom Kasten 61 setzt sich das Verfahren zum Entscheidungska sten 63 fort, wo eine Überprüfung stattfindet, um festzustel len, ob die Überlagerung nachgelassen hat. Wenn dem so ist, so geht das Verfahren zum Kasten 64 weiter, wo die Kommunika tion mit dem gleichen Satelliten wieder aufgenommen wird, und das Verfahren kehrt dann zum Kasten 53 zurück; ansonsten kehrt es zum Kasten 57 zurück.

Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung und zur Meldung einer Überlagerung in einer Mehrfachkonfi gurations-Kommunikationsumgebung, in welcher ein gemeinsames Spektrum geteilt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.

Zunächst beginnt das Verfahren in Kasten 90. In Kasten 91 er kennt eine Systemnutzerbodenstation eine Überlagerung mit der Kommunikation zu einem Satelliten innerhalb der eigenen Kon stellation des Benutzers durch einen Satelliten einer anderen Konstellation. Im Kasten 92 meldet die Systembenutzerboden station die Überlagerung an einen Knoten in ihrer eigenen Konstellation oder zu einem Überwachungsknoten, der mit jeder Konstellation verbunden ist, wobei der Knoten verantwortlich ist für das Durchführen und das Ändern der Satellitenkommuni kationszuordnungen. Basierend auf einer solchen Information, kann der Überwachungsknoten einen Übergabeanforderung zwi schen Satelliten durchführen, um den Effekt der Überlagerung zu mildern.

SCHLUSSFOLGERUNG

Zusammengefaßt ermöglicht die vorliegende Erfindung es, daß unabhängige satellitenbasierte Kommunikationssysteme ein ge meinsames Frequenzspektrum teilen und sie bietet ein verbes sertes Verfahren zu dessen Betrieb.

Fachleute werden erkennen, daß die beschriebene Erfindung auf verschiedenen Arten modifiziert werden kann und andere Aus führungsformen annehmen kann, als die der oben spezifisch dargestellten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform.

Beispielsweise erkennt ein Fachmann, daß die Übertragungen von den Satelliten in alle Richtungen gehen können oder in einem schmalen Strahl erfolgen, wobei sie in diesen Fällen nicht in dem in Fig. 2 gezeigten Mehrstrahlmuster übertragen werden.

Die vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden, um eine Überlagerung in einer einzigen Satellitenkonstellation zu vermeiden, worin sich die Satelliten auf unterschiedlichen Höhen und in unterschiedlichen Neigungswinkeln befinden, bei spielsweise in einer Konstellation, der Ersatzsatelliten oder zusätzliche Satelliten hinzugefügt werden.

Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß keine spezielle Koordination zwischen zwei unterschiedli chen, unabhängigen Kommunikationssystemen erforderlich ist, von denen jedes eine Konstellation von Satelliten verwendet, die in verschiedenen Höhen und Umlaufbahnneigungen angeordnet sein können. Die Systeme können die Kommunikation unter Ver wendung verschiedenen Kanalverteilungsschemata durchführen, wobei aber angenommen wird, daß sie den gleichen Teil des Frequenzspektrums nutzen.

Es kann angenommen werden, daß die Zellmuster eines Systems zumindest gelegentlich eine Überlagerung mit denen eines an deren Systems auf irgendeinem aus der Vielzahl der verschie denen Wege herstellen, wobei aber die vorliegende Erfindung eine Lösung bietet, den Effekt einer solchen Überlagerung zu mildern, während sie das Radiofrequenzspektrum aufrecht er hält.

Es ist somit beabsichtig, durch die angefügten Ansprüche alle Modifikationen der Erfindung abzudecken, die unter die wahre Idee und den Umfang der Erfindung fallen.

Claims

1. Verfahren zur Milderung einer Überlagerung, die zwischen zwei verschiedenen Kommunikationssystemen (10 und 20) auf tritt, wobei jedes System gekennzeichnet ist durch eine Kon stellation von Kommunikationssatelliten (1, 2, 21 und 22), die die Erde (9) umkreisen, wobei jeder der Satelliten ge kennzeichnet ist durch eine Satellitenantenne (11) zum Senden und Empfangen von Information und eine Vielzahl von erdgebun denen Stationen (13, 14 und 15)), wobei jede der erdgebunde nen Stationen gekennzeichnet ist durch mindestens eine erdge bundene Antenne (16 und 17) zum Senden von Information zu einem oder mehreren der Satelliten und zum Empfangen von In formation von dort, wobei der Satellit und die erdgebundenen Antennen Information übermitteln unter Verwendung des glei chen Frequenzspektrums, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeich net ist:

(a) Positionierung der Satelliten in derselben Höhe über der Erde; und
(b) Positionierung der Satelliten in derselben Erdum laufbahnneigung bezüglich dem Erdäquator.

2. Verfahren zur Milderung einer Überlagerung, die zwischen mindestens zwei verschiedenen Kommunikationssystemen (10 und 20) auftritt, wobei jedes System gekennzeichnet ist durch ei ne Konstellation von Kommunikationssatelliten (1, 2, 21 und 22), die die Erde (9) umkreisen, wobei jeder der Satelliten gekennzeichnet ist durch eine Satellitenantenne (11) zum Sen den und Empfangen von Information, wobei
jede Konstellation (10 oder 20) durch mindestens eine erdgebundene Station (15) gekennzeichnet ist, wobei jede der erdgebundenen Stationen gekennzeichnet ist durch mindestens eine erdgebundene Antenne (16 und 17) zum Senden von Infor mation zu einem oder mehreren der Satelliten seiner Konstel lation und zum Empfangen von Information von dort,
der Satellit und die erdgebundenen Antennen Information übermitteln unter Verwendung des gleichen Frequenzspektrums, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeich net ist:

(a) Vorhersagen (45) wenn eine Bedingung eine Kommunika tionsüberlagerung zwischen den Satelliten und den erdgebunde nen Stationen verursacht; und
(b) Ergreifen der passenden Maßnahme (46) zur Milderung der vorhergesagten Überlagerung bis sich die Bedingung än dert.

3. Verfahren zur Milderung einer Überlagerung, die zwischen mindestens zwei verschiedenen Kommunikationssystemen (10 und 20) auftritt, wobei jedes System gekennzeichnet ist durch ei ne Konstellation von Kommunikationssatelliten (1, 2, 21 und 22), die die Erde (9) umkreisen, wobei jeder der Satelliten gekennzeichnet ist durch eine Satellitenantenne (11) zum Sen den und Empfangen von Information, wobei
jede Konstellation (10 oder 20) durch mindestens eine erdgebundene Station (15) gekennzeichnet ist, wobei jede der erdgebundenen Stationen gekennzeichnet ist durch mindestens eine erdgebundene Antenne (16 und 17) zum Senden von Infor mation zu einem oder mehreren der Satelliten seiner Konstel lation und zum Empfangen von Information von dort,
der Satellit und die erdgebundenen Antennen Information übermitteln, unter Verwendung des gleichen Frequenzspektrums,
wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeich net ist:

(a) Erkennen, wenn eine Bedingung eine Kommunikations überlagerung zwischen den Satelliten und den erdgebundenen Stationen verursacht; und
(b) Ergreifen einer passenden Maßnahme zur Milderung der vorhergesagten Überlagerung, bis sich die Bedingung ändert.

4. Verfahren zur Vorhersage einer Überlagerung, deren Auftre ten wahrscheinlich ist zwischen mindestens zwei unterschied lichen Kommunikationssystemen (10 und 20), wobei jedes System gekennzeichnet ist durch eine Konstellation von Kommunika tionssatelliten (1, 2, 21 und 22), die die Erde (9) umkrei sen, wobei jeder der Satelliten gekennzeichnet ist durch eine Satellitenantenne (11) zum Senden und Empfangen von Informa tion,
wobei das System weiter gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl erdgebundenen Stationen (15), wobei jede der erdge bundenen Stationen gekennzeichnet ist durch mindestens eine erdgebundene Antenne (16 oder 17) zur Senden von Information zu und zum Empfangen von Information von einem oder mehreren der Satelliten,
wobei das System gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl von Steuerungen (25) zur Verarbeitung von Information und ei ne Vielzahl von verbundenen Speichern (26), wobei mindestens einer der Satelliten gekennzeichnet ist durch eine Steuerung (25) und einen Speicher (26) und mindestens ein Speicher in dem System aktuelle Kenntnisse über die Erdumlaufbahnen (3-8) aller Satelliten in diesem System speichert,
wobei der Satellit und die erdgebundenen Antennen Infor mation auf demselben Teil des Frequenzspektrums senden,
wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeich net ist:

(a) eine der Steuerungen berechnet unter Verwendung die ser Kenntnisse einen Satz von Regeln zur Vorhersage von Zei ten der Überlagerung bezüglich jedes Satelliten im System; und
(b) diese eine Steuerung sendet diesen Satz von Regeln mindestens zu einem der anderen Speicher.

5. Verfahren nach Anspruch 4, weiter gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:

(c) die Steuerung, die mit mindestens dem einen Speicher verbunden ist, verwendet den Satz von Regeln, um das Auftre ten einer Überlagerungen bei der Kommunikation zwischen die sem Satelliten und einem anderen Satelliten im System zu mil dern.

6. Verfahren zur Vorhersage und Milderung einer Überlagerung, die zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Kommunikati onssystemen (10 und 20) auftritt, wobei jedes System gekenn zeichnet ist durch eine Konstellation von Kommunikationssa telliten (1, 2, 21 und 22), die die Erde umkreisen, wobei je der der Satelliten gekennzeichnet ist durch eine Satelliten antenne (11) zum Übertragen von Information, eine Steuerung (25) zur Verarbeitung von Information und einen Speicher (26) zur Speicherung der aktuellen Kenntnisse über die Erdumlauf bahnen aller Satelliten in jenem System,
wobei das System weiter gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl erdgebundenen Stationen (15), wobei jede der erdge bundenen Stationen gekennzeichnet ist durch mindestens eine erdgebundene Antenne (16 oder 17) zur Kommunikation mit einem oder mehreren der Satelliten,
wobei der Satellit und die erdgebundenen Antennen Infor mation auf demselben Teil des Frequenzspektrums senden,
wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeich net ist:

(a) mindestens eine der Steuerungen berechnet unter Ver wendung dieser Kenntnisse eine Vorhersage der Überlagerung bezüglich des Satelliten, der mit dieser mindestens einen Steuerung verbunden ist; und
(b) diese mindestens eine Steuerung wählt eine passende Maßnahme zur der für die Überlagerung vorhergesagten Zeit aus, um die vorhergesagte Überlagerung zu mildern.

7. Bodensteuerbodenstation (15) zur Verwendung mit ersten (10) und zweiten (20) satellitenbasierten Kommunikationssy stemen, wobei jedes der Kommunikationssysteme eine Vielzahl von Satelliten (1, 2, 21 und 22) aufweist, die die Erde (9) umkreisen, wobei jeder der Satelliten gekennzeichnet ist durch eine Satellitenantenne (11) zur Kommunikation mit einer Vielzahl von Systembenutzerbodenstationen (15), wobei die Bo densteuer- und die Systembenutzerbodenstationen jede ein An tennensubsystem (27 und 27′) umfaßt, das mit einem oder meh reren der Satelliten kommunizieren kann, wobei die Antennen subsysteme der Bodensteuerbodenstation und ein Teil der Viel zahl der Systembenutzerbodenstationen auf dem gleichen Teil des Frequenzspektrums kommunizieren wie die Satellitenanten nen der ersten satellitenbasierten Kommunikationssysteme, wobei die Bodensteuerbodenstation gekennzeichnet ist durch:
einen Speicher (26), der aktuelle Kenntnisse über die Erdumlaufbahnen der Satelliten enthält; und
eine Steuerung (25) zur Berechnung einer Vorhersage un ter Verwendung dieser Kenntnisse für die Überlagerung bezüg lich eines Satelliten, der mit diesem Teil der Systembenut zerbodenstationen kommuniziert.

8. Bodensteuerbodenstation (13-15) nach Anspruch 7, wobei die Steuerung ein Programm für Satellitenübergaben für die Satel liten des ersten satellitenbasierten Kommunikationssystems berechnet, und wobei die Bodensteuerbodenstation dieses Pro gramm an die Satelliten des ersten satellitenbasierten Kommu nikationssystems überträgt.

9. Bodensteuerbodenstation (13-15) nach Anspruch 8, wobei die Bodensteuerbodenstation dieses Programm zu den Satelliten des ersten satellitenbasierten Kommunikationssystems überträgt, unter Verwendung des Antennensubsystems der Bodensteuerboden station.

10. Systembenutzerbodenstation (13-15) zur Verwendung mit ei nem satellitenbasierten Kommunikationssystem (10 oder 20), in welchem eine Vielzahl von Satelliten (1, 2, 21 und 22) die Erde umkreisen, wobei jeder der Satelliten gekennzeichnet ist durch eine Satellitenantenne (11) zur Kommunikation mit der Bodenstation und wobei das Kommunikationssystem gekennzeich net ist durch mindestens einen Knoten, der verantwortlich ist für das Erstellen und Ändern der Satellitenkommunikationszu ordnungen, wobei die Bodensteuerbodenstationen gekennzeichnet ist durch:
ein Antennensubsystem (27 und 27′) zur Kommunikation mit einem oder mehreren der Satelliten, wobei das Antennensubsy steme auf dem gleichen Teil des Frequenzspektrums kommuni ziert, wie die Satellitenantennen; und
einen Überlagerungsdetektor (24) zur Detektion einer Überlagerung der Kommunikationen von einem Satelliten, der mit dem Antennensubsystem kommuniziert, wobei die Systembe nutzerbodenstation diesem Knoten diese Überlagerung mitteilt.