CN100440755C

CN100440755C - 用于psd受限的移动卫星通信系统的返回链路设计

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Publication number: CN100440755C
Application number: CNB018193277A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·德拉夏佩尔; 凯文·M·奥布赖恩
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2021-08-23
Also published as: AU2001288384A1; CN1640017A; EP1320948B1; DE60126792T2; US7630683B2; DE60126792D1; US20060040614A1; WO2002027975A1; DE60126792T3; US7054593B2; EP1772976A2; US20020058478A1; US7136621B2; EP1772976B1; EP1772976A3; EP1320948B2; EP1320948A1; US20070026795A1

Abstract

一种用于管理多个飞机对基于卫星的转发器的访问的系统和方法，所述飞机每个具有一个移动射频(RF)系统。所述系统使用用于管理对基于卫星的转发器的访问的基于地面的中央控制系统，以致所有移动系统的RF信号的合计功率谱密度(PSD)在任何时间不超过由管理机构建立的限制以防止卫星系统之间的干扰。这是通过一个双控制回路安排实现的，所述安排用于监视由基于卫星的转发器发送的RF信号的信噪比(Eb/No)。使用一种地面控制回路，由此基于地面的中央控制器监视Eb/No，并且(经所述卫星转发器)向飞机发送命令以将所发送信号的Eb/No保持在预定范围内。快速扫描角补偿被飞机的移动系统用于实现另一个控制回路以进一步调节发送功率。所述控制回路在来自基于地面的中央控制器的更新之间，将发送到基于卫星的转发器的信号的Eb/No保持在所命令的级别。

Description

用于PSD受限的移动卫星通信系统的返回链路设计

技术领域

本发明涉及用于提供电视节目和数据服务给如飞机的移动平台的系统，更特别地，涉及一种系统和方法，用于管理共享基于卫星的射频转发器(radiofrequency transponder)的如飞机的多个移动平台的射频传输，以保证各射频传输的合计功率谱密度不超过对共享所述频段的地球同步卫星和非地球同步卫星的干扰的预定规范(regulatory)功率谱密度限制。

背景技术

我们的社会和经济逐渐依赖的宽带数据和视频服务迄今对在如飞机、船只、火车、汽车等的移动平台上的用户一般还不容易获得。虽然存在向所有形式的移动平台提供这样服务的技术，但过去的解决方案一般很昂贵，具有低数据率且/或只对政府/军方用户的非常有限的市场和一些高端海运市场(即旅游客船(cruise ship))可获得。

当前，陆上(terrestrial)用户经卫星链路可获得广泛种类的广播电视(TV)服务。这类服务包括通过专用固定卫星服务(FSS)或广播卫星服务(BSS)卫星的商业直播卫星(DBS)服务(如DirecTV□和EchoStar□)和定制(custom)视频，如重播视频。可经卫星链路提供的数据服务包括所有的常规因特网服务(如电子邮件、网络浏览、网络会议等)以及用于公司和政府客户的虚拟专用网络(VPN)。

试图向移动平台提供直播电视和数据服务的以往开发的系统仅以有限的成功做到这样。一个主要障碍一直是，访问这样的宽带数据和视频服务的高成本。另一个问题是以往开发的系统的有限容量，它对于支持(carry)数十或甚至数百个人是不够的，所述每个人可能同时请求不同的节目频道或不同的数据服务。而且，现有系统一般不容易升级(scalable)以满足(address)行进中的公众的需要。

当前可获得的某些服务提供了上述服务的一个有限子集。一种这样的服务对移动平台上的用户提供窄带因特网连接。另一种服务或者提供来自可获得的直播信号的TV广播服务(即EchoStar和DirectTV)，或者通过专用卫星链路提供定制TV广播信号(即空中放映(Airshow))。但是，当前不存在用于提供高速(即大于64Kbps)数据联网服务给移动或远程平台上的用户组的系统或方法，更不用说用于提供与视频服务一起的这样的高速联网服务的系统或方法。

在商用航线和旅游客船上有几种运营系统(operational system)提供有限的因特网数据服务。这些系统在其链路能力上非常有限(主要使用为电话开发的通信链路)，并且所述服务非常昂贵(对于语音连接大于每分钟约一美元)。因为这些原因并且考虑到这样系统的容量的附带限制，这样的系统得到有限的商业成功和接受。

当前运营系统一般使用国际海事卫星组织(Inmarsat)卫星通信链路或地面(terrestrial)无线通信链路(即国家无线电话系统“NATS”)实现到移动平台的2路连接。这些连接形式具有几个缺陷：

1)有限的连接带宽(典型地小于64Kbps)；

2)有限的整体系统容量(由于有限的频谱)；

3)高费用

国际海事卫星组织运行在L-段频谱，其中具有可获得以向行进的公众提供宽带服务的很小的带宽和容量。对使用椅背安装电话的国内航线旅客熟悉的基于NATS的解决方案(即GTE Airfone□，AT&T Claircom)也因为运行在L频段而提供非常有限的容量。这些系统也受到连接仅在陆地上可用的另外问题的影响。

当前的移动平台连接方法是固有窄带，限制了到公用联网(commonnetworking)任务不可能的点的数据流。典型地，这种连接是通过使用用户的计算机和空地或船岸电话系统之间的标准计算机电话调制解调器实现的。在这种情况下，每个用户获得对他/她联网会话期间全部通信信道的排他性使用，并且有效地防止其他人使用所述电话系统的那部分。

利用试图提供一种装置的当今系统——通过所述装置多个移动平台向共享的基于卫星的转发器发送数据——一个特别麻烦的问题一直是，如何有放地运行和管理地理上分布在广大区域上的多个小口径移动发送终端，其中每个移动终端按照其特定的口径大小以不同的功率谱密度(PSD)级正在发送所述移动平台的位置和以其发送数据的数据率。可以获知，如电子扫描相控阵列天线(electronically scanned phased array antenna，PAA)的机载(airborne)天线在天线口径大小上趋于比常规的地面天线更小。这是因为对所述天线的低气动阻力(aerodynamic drag)的重要要求。因此，基于移动平台的发送天线趋于具有比常规的地面甚小口径(VSAT)天线(典型地约一米直径口径)更宽的天线射束。结果，它们沿着对地同步轨道(GSO)平面发射更多的功率给多个相邻卫星。而且，移动发送天线会干扰在非对地同步轨道(NGSO)中的卫星上的通信。换句话说，这样的移动发送天线可容易地产生干扰目标卫星的GSO和NGSO卫星的运行的信号。

对于可发射到邻近GSO和NGSO卫星的所述最大功率谱密度(PSD)，具有由如联邦通信委员会(FCC)和国际电信同盟(ITU)这样的管理机构强制的严格的规范(regulatory)要求。当多个移动平台正在发送RF信号给给定覆盖区域内的公用转发器时，这变得非常困难：在试图最大化访问所述转发器的移动平台的总数的同时，管理各个移动平台的PSD以保证“合计的”PSD从不超过所述规范限制。

一种以往开发的方法一直是使用每载波多信道(MCPC)操作，所述方法用于处理管理访问单个转发器的多个发送器的发送的上述问题。利用这个由国际通信卫星组织(Intelsat)开发的方法，每个VSAT天线被分配了所述卫星转发器带宽的一部分。换句话说，这个方法使用频分多址(FDMA)以允许多个终端同时访问转发器。使用这个技术，在每个信道中仅有一个终端(载波)以低于所述规范限制的PSD在发送。这个运行方法浪费了PSD，因为不能使用每个信道中未用的PSD。而且，MCPC不能适应于有效的PSD运行，因为信道管理变得抑制性地(prohibitively)复杂，特别是对使用移动终端的应用。本发明提供了用于具有时变PSD的移动平台的简单链路管理解决方案。类似地，时分多址(TDMA)方法仅具有一个在任何时间访问信道或时隙的终端，所以可获得的信道PSD被固定且通常超过信道用户的要求。因此，PSD被浪费且不能被重新使用。利用这些以往开发的方法，各个访问通常不发生在最大允许PSD，所以在每个信道中通常将有一些数量的PSD未被使用或浪费。这是所有的以往开发的方法的主要缺陷。

因而，在任何给定时间仅有一个终端在一个信道或时隙内在发送的上述情况，提出那个经典问题：向可变大小的用户分配固定大小的资源(即PSD)。那么所述固定大小的资源必须对最坏情况(即最大PSD)的用户确定大小，因而用这些方法总是低效。如果用户间的变化小，那么所述低效可以相当少，但是对于在用户PSD要求上存在大的差别的任何其它应用，所述低效变成实质性的。

处理访问单个转发器的多个终端的另一种以往开发的方法是码分多址(CDMA)，其中单个信道由多个用户共享。更有效的运行可用CDMA实现，因为大量集中(large pools)的用户共享一个公用资源(即所述转发器)。大多数CDMA系统运行而没有对合计PSD(例如，如蜂窝电话系统这样的)的限制。典型地，用户终端或手机以需要克服干扰的功率级发送而没有对合计PSD的任何规范限制。用这种操作方法，存在PSD级别和用户间干扰的统计变化，这对于高质量卫星数据通信系统将是不可接受的。相反，基于卫星的通信系统经常须运行在对合计PSD的严格的规范限制内。这在所述Ku频段的固定卫星服务(FSS)部分中特别关键，其中移动卫星服务(MSS)已经被ITU给定辅助(secondary)频率分配，并且必须保证对主FSS系统无干扰。因而，在PSD受限环境中管理CDMA卫星系统需要用于管理由所有用户终端产生的合计PSD的新方法，尤其是在所述终端被布置在如飞机的移动平台上的时候。

因此，本发明的一个主要目的在于提供一种系统和方法，用于管理由多个移动终端产生的合计PSD，所述移动终端运行在给定覆盖区域内，访问共享的基于卫星的转发器，这样的话，所述合计PSD不超过干扰GSO和NGSO卫星的规范PSD限制。

本发明的另一个目的还在于提供一种系统和方法，用于使用一个中央控制系统来监视运行在给定覆盖区域内并访问共享的基于卫星的转发器的多个移动终端的每个的PSD，并且保证要由移动终端发送的所述RF信号的合计PSD不超过预定的规范PSD限制，并且它被用于授权通过每个移动终端的RF传输。

本发明的另一个目的还在于提供一种装置和方法，用于监视和授权来自多个移动终端的传输，所述移动终端的每个产生具有不同PSD的多个RF信号，并且所述移动终端运行于管理由所述移动终端对基于卫星的转发器的访问，这样的话，来自所有所述移动终端的传输的合计PSD不超过预定的规范PSD限制。本方法的目的还在于提供一种控制系统，如果这样的访问将导致所述合计PSD超过所述预定的规范PSD限制，所述控制系统将拒绝对所述基于卫星的转发器的访问，而如果所述合计PSD低于所述规范限制就允许对所述转发器的访问。

发明内容

上述和其他的目的通过一种用于向移动平台提供电视和数据服务的方法和装置来提供。更具体地，本发明涉及一种方法和装置，用于管理运行在给定覆盖区域内并访问共享的基于卫星的转发器的多个移动终端的所述合计PSD，这样的话，所述合计PSD不超过对GSO和NGSO干扰的预定规范PSD限制。在一个优选实施例中，本发明的所述系统使用具有中央控制器的基于地面的部分(segment)。

每个移动终端向所述基于卫星的转发器发送一个“发送授权请求”信号，然后所述信号被转发器转播到所述地面站，所述地面站接收所述请求并将其转发给所述中央控制器。这个信号包括使中央控制器确定所述RF信号的PSD的多种信息，所述RF信号在发送授权被给定的条件下将由特定移动终端发送。这个信息典型地包括移动终端的位置(即与所述移动终端关联的移动平台的经度和纬度形式的位置)、正在向其发送的基于卫星的转发器的位置、在所述移动终端上正在使用的发送天线的类型和设计、移动终端的发送功率(P_i)、移动发送天线的指向坐标(即方位角和仰角)。可选地，所述移动平台航向改变角(heading angle)、镜角(pitch angle)和转动(roll angle)角可取代所述天线坐标而被发送。所述中央控制器使用上述信息来确定要由移动终端发送的所述RF信号的PSD并将其加到共享所述转发器信道的其它移动平台的合计PSD。然后中央控制器将新的合计PSD与预定的规范PSD限制比较以保证在移动终端被允许发送的条件下将不超过PSD限制。如果所述PSD限制将不被超过，那么中央控制器经基于卫星的转发器发送“授权发送”信号到移动终端，授权通过所述移动终端进行的所述RF传输。

在所述覆盖区域内运行的每个移动终端经基于卫星的转发器向中央控制器发送请求发送信号。中央控制器确定每个移动终端的PSD并且将PSD相加以产生合计PSD。只在合计PSD低于规范PSD限制的条件下，中央控制器才授权特定的移动终端发送。如果请求授权发送的任何后续移动终端的PSD被中央控制器确定产生将超过预定的规范PSD限制的合计PSD，那么中央控制器将拒绝给做出请求的移动终端的发送授权。以这种方式，如果来自每个移动平台的所述RF传输的合计PSD不超过预定的规范PSD限制，多个移动终端就被允许访问基于卫星的转发器。以这种方式，所述系统的效率也通过运行在所述规范PSD限制附近(具有在估计PSD方面的适当误差限)而被最大化。充分利用昂贵的卫星转发器的容量对于降低系统运行成本和最大化收益率是必要的。

为了完成上述的操作，来自每个移动终端的所述RF传输信号被扩频以降低在任何给定频率的PSD。在所述优选实施例中，每个移动终端的PSD在卫星转发器的整个带宽B上扩展。利用这个方法多个移动终端同时共享对返回链路转发器的访问。典型地，几十或甚至几百个移动终端可以同时共享一个转发器而同时中央控制器保持合计PSD低于所述规范限制。

在一个替代实现中，每个移动终端的PSD在所述转发器带宽内的一个预定频率信道上扩展，所述转发器带宽被划分为N个频率信道因而所述信道带宽为B/N(其中“B”代表所述全部转发器带宽)。每个移动终端被分配给一个特定的信道并在整个信道带宽上扩展其信号。多个移动终端被分配运行在每个信道中而同时中央控制系统保持每个信道中的合计PSD低于所述规范限制。

在本发明的上述两个实施例中，需要一种扩频发送信号的装置。虽然可以对本发明使用多个不同的通常使用的扩展方法，优选的扩展方法却是直接序列扩展谱(direct sequence spread spectrum)，它使用伪噪音(PN)码将信号能量散布在预定的频段上。通过使用不同的PN扩展码，多个移动终端可同时访问单个转发器或转发器信道。在来自移动终端的信号被卫星转发器接收并且被重发到地面之后，通过使用与分配给每个移动终端的特定PN码匹配的滤波器，在地面站中的接收器分离来自每个移动终端的信号。通过对来自多个移动终端的PN码传输的时间同步，多个移动终端之间的干扰可被最小化，但在实际中对于移动终端这是难以实现的，因此所述优选实施例使用异步代码传输。

本发明的一个关键特征是它提供分配多个访问给移动终端的需求。移动终端按照移动终端上的用户对数据率的即时需求请求和释放数据率。由移动终端要求发送到卫星并发送回地面站的发送功率与数据率成正比。因此，中央控制器将来自各移动终端的对于不同数据率的请求处理为发送功率变化，从而为PSD变化。因而，对于提高的数据率的请求有效地成为对于更多PSD的请求，并且中央控制器必须估计，所述请求以前述方式被授权之前，是否合计PSD小于所述PSD规范限制。可替换地，如果移动终端正释放不用的数据率，那么所述PSD的份额被从合计中减去，以致使该PSD对共享所述转发器或信道的其它移动终端可用。

NOC(网络运行中心)使用前向链路定期轮询所有不活动的机载终端。轮询消息指定一个返回链路转发器，以允许机载终端发送，对于所述返回链路转发器，NOC已经保留了GSO弧EIRP(有效全向辐射功率)谱密度形式的充足容量。当一个机载终端接收其轮询消息时，它通过所分配的返回链路转发器向NOC发送响应，而NOC向机载终端分配“活动”状态。

本发明的所述优选实现还使用双闭环功率控制方法，通过所述方法中央控制器按照第一闭合控制回路与在所述覆盖区域中的每个移动终端通信，并且根据监视信号的接收信噪比(“Eb/No”)，通过向其发送命令来指令每个移动终端按需要增加或减少其发送EIRP，以保持通信链路闭合。用这种方法，地面站测量所接收的RF信号的Eb/No并向移动终端定期发回命令以增加或减少每个这样的移动终端的发送功率以将Eb/No保持在期望的控制范围内。

在功率控制命令之间的间隔，第二控制回路由移动终端使用以将所述发送EIRP保持在所命令的级别。第二闭合控制回路被要求在移动平台的快速运动和/或姿态变化期间用于稳定发送EIRP。因而第二闭合控制回路减少了由基于地面的中央控制器和移动终端之间的往返延迟导致的功率控制误差，所述延迟大约为往返0.5秒。

在一个替代的开环功率控制实现中，每个移动终端确定它在地面上的位置及其姿态。它也被提供了有关它将与之进行通信的所述基于卫星的转发器的位置的存储信息。从这个信息，移动终端估计将发生在其RF信号到卫星的传输期间的返回链路损耗，并且据此调节其发送功率。用这个方法，移动终端必须定期向中央控制器通告其发送功率、位置和姿态以致其PSD份额可被监视。

在一个优选实施例中，本发明也使用一种“反向计算”方法，用于更准确地确定每个移动终端的PSD份额。比起使用由移动终端做出的发送EIRP的估计值来“前向计算”移动终端PSD，所述“反向计算”方法是更为准确得多的确定飞机PSD的方法。在实际中，移动终端准确估计发送EIRP既困难又昂贵。因此本发明使用一种“反向计算”移动终端EIRP的新颖方法，该方法通过了解在地面站的接收Eb/No和经链路反向工作来确定移动终端的对应发送EIRP。一旦确定了发送EIRP，沿所述GEO(对地静止)平面和在所述GEO轨道平面外的PSD可以下述的方式确定。

在本发明的所述优选实施例中，移动终端和地面站之间的返回链路受到飞机和卫星之间的链路部分在性能上的限制。卫星和地面之间的返回链路部分不降低所述优选实施例中的返回链路的性能。在实际中，这是通过选择具有足够高的对噪声温度的增益(G/T)的地面站天线而实现的。在这些条件下，在地面站的接收Eb/No等于在卫星处的接收Eb/No，并且用于反向计算移动终端的EIRP的方程实质上被简化，使得有可能在实际系统中使用这种方法。

一旦移动终端的EIRP已经由NOC使用所述反向计算方法确定，下一步就是计算移动终端的PSD份额。为实现这个，NOC要求知道各移动终端的位置和姿态。因此要求各移动终端在前向链路上定期向NOC报告这些参数。每次一个位置/姿态报告在NOC被接收，来自那个移动终端的PSD份额就被重新计算，而且其PSD份额被加到合计上。计算移动终端PSD的方法包括使用一个准确的天线增益模型将EIRP投影到GEO平面上以及了解由所报告的移动终端的位置和姿态定义的几何结构和卫星的已知位置。

一种通过来自移动终端的返回链路信号实现功率控制的优选系统也被公开。这个系统使用一个用于确定被应用到移动终端的发送天线的补偿信号的扫描角补偿器，以便在承载移动终端的移动平台的姿态改变时计算(accountfor)由移动终端发送的信号中的功率变化。一个包括地面控制器和报告算法的单独控制回路被用于检查从基于卫星的转发器在地面或基站接收的功率变化，还用于返回向移动平台提供功率校正命令，这更精确地控制由移动终端发送的信号的功率级。所述扫描角补偿器基本上形成一个开环控制电路，它与预先存储的信息相关起作用，所述信息有关移动平台的姿态变化对从移动平台的移动终端发送的信号的功率级的影响。所述扫描角补偿器能分析扫描角测量结果，或者能从通过如移动平台的惯性参考单元(IRU)提供的姿态信息推断所需要的扫描角测量信息，并且能迅速确定在从移动终端正发送的信号的功率级中需要的改变，以防止干扰除所述目标卫星之外的各卫星。

所述系统的地面回路控制器部分运行于检查由基于卫星的转发器接收的信号的Eb/No，并确定需要被移动终端施加给信号的适当的功率级校正命令以防止干扰邻近所述目标卫星的各卫星。所述地面回路控制器经基于卫星的转发器向移动终端发送功率级校正命令，所述转发器用于对所需要的功率级校正程度向移动终端通告。有利的是，因为功率级校正命令仅仅代表一个指出所发送的信号的功率级中需要的增量变化的值，而且因为它们仅在所述地面回路控制器确定有意义的校正可被应用时被发送，所以这些命令比有关特定功率级的信号要求更少的发送带宽，所述功率级在常规间隔被发送而不管它将作用的所述功率级校正。因而所述扫描角补偿器和所述地面回路补偿器提供两个独立的控制回路，用于更精确地控制从移动终端发送的信号的功率级。

本发明提供了一种用于以将射频传输的信噪比保持在预定的信噪比范围内的方式来管理从运行在预定覆盖区域内的至少一个移动平台的射频系统到在所述覆盖区域内沿轨道飞行的基于空间的转发器的射频传输的方法，该方法包括步骤：使用控制器形成第一控制回路，用于监视在所述基于空间的转发器接收的来自所述移动平台的射频传输的信噪比，所述射频传输由所述基于空间的转发器中继到所述控制器；使用所述控制器经由所述基于空间的转发器发送第一功率校正命令到所述移动平台，用于将来自所述移动平台的射频传输的所述信噪比保持在所述预定的信噪比范围内；以及在所述第一功率校正命令的接收之间，通过生成用于将功率级保持在由所述第一功率校正命令先前所命令的级别的第二功率校正命令，使用第二控制回路监视和进一步调节从所述移动平台到所述基于空间的转发器的所述射频传输的所述功率级。

本发明还提供了一种用于监视和控制来自移动平台的射频信号的功率级的系统，所述移动平台具有指向基于空间的转发器的射频发射器/接收器，所述系统包括：地面回路控制器，用于当所述射频信号在地面站从所述基于空间的转发器被接收时测量所述射频信号的信号质量，并且用于产生经所述基于空间的转发器被发送回所述移动平台的功率校正命令信号，从而将所述射频信号的所述功率级保持在预定的限制内；以及扫描角补偿器系统，用于监视从所述移动平台的所述射频发射器发送的所述射频信号的所述功率级，其中所述功率级因所述移动平台的姿态的变化而变化，而且当所述射频信号由所述基于空间的转发器接收时，所述扫描角补偿器系统用于调节从所述射频发射器发送的所述射频信号的所述功率级以最小化所述功率级的波动。

附图说明

通过阅读下面的说明书和附加的权利要求和通过参考下面的附图，本发明的各种优点将对本领域的技术人员变得显而易见，在所述附图中：

图1是说明本发明的系统的三个主要部件的简化方框图；

图2是每个移动平台上承载的移动系统的方框图；

图3说明多个沿着与目标卫星相邻的对地同步弧布置的多个卫星以及要对所述目标卫星进行的RF传输可导致的潜在干扰；

图4说明美国大陆代表的覆盖区域，其中有一个参考VSAT天线位于所述覆盖区域的大致地理中心；

图5是当前FCC规范允许的沿着对地同步弧的最大EIRP谱密度的图，该图是针对如图4所示的位于堪萨斯州威奇托市的参考VSAT天线和在西经93度的目标卫星的；

图6是一个简化图，说明来自已经将其信号扩展到所述整个转发器带宽的多个移动终端的PSD的合计，还显示不得超过的所述规范PSD限制；

图7是说明由本发明的功率控制方法使用的优选信噪比(Eb/No)控制范围的图；

图8是移动系统的天线对目标卫星的扫描仰角的简化说明；

图9是在管理共享卫星转发器上的访问和数据率请求方面由本发明的系统执行的操作的基本步骤的流程图；

图10说明在一个公共覆盖区域内的不同位置的三架飞机，所述飞机全都访问一个单个基于卫星的转发器；

图11-13是由图10所示的三架飞机中的每个发送的各RF信号的沿GEO弧的PSD的各图；及

图14是说明来自图10所示的三架飞机的信号的合计PSD在沿GEO弧的所有点如何保持低于规范PSD限制的图；及

图15是按照本发明的优选实施例的返回链路功率控制器的方框图；

图16是本发明的所述扫描角补偿器的更详细的方框图；

图17是图15的返回链路功率控制器的地面回路控制器部分的方框图；及

图18是图17的控制滤波器框的各部件的更详细的方框图。

具体实施方式

参考图1，显示按照本发明的一个优选实施例的系统10，用于向一个或多个明显的覆盖区域14a和14b中的多个移动平台12a-12f和从其提供数据内容。系统10一般包括地面部分16、形成空间部分17的多个卫星18a-18f、布置于每个移动平台12上的移动系统20。所述移动平台可包括飞机、旅游客船或任何其它运动交通工具。因而，在此将移动平台12在各附图中说明为飞机和在贯穿下面的描述中将移动平台引用为飞机应当仅仅被理解为示范性的，而不能被解释为将系统10的可应用性仅仅限制为飞机。

空间部分17可包括需要对每个区域提供覆盖的每个覆盖区域14a和14b中的任何数量的卫星18。卫星18a、18b、18d和18e优选地是Ku或Ka频段的卫星。卫星18c和18f是广播卫星服务(BSS)卫星。每个卫星18还位于地球同步轨道(GSO)或非地球同步轨道(NGSO)中。可与本发明使用的可能NGSO轨道的例子包括低地轨道(LEO)、中地轨道(MEO)和高椭圆轨道(HEO)。每个卫星18包括至少一个射频(RF)转发器，更优选地，多个RF转发器。例如，卫星18a被说明具有4个转发器18a₁-18a₄。可以获知，所说明的每个其它卫星18可具有更多或更少的多个RF转发器，如处理运行在所述覆盖区域中的预期数量的飞机12所需要的。所述转发器提供飞机12和地面部分16之间的“弯管(bent-pipe)”通信。用于这些通信链路的频段可包括从约10MHz到100GHz的任何射频频段。所述转发器最好包括由联邦通信委员会(FCC)和国际电信联盟(ITU)对固定卫星服务FSS或BSS卫星指定的频段中的Ku频段转发器。而且，不同类型的转发器可被使用(即每个卫星18不必包括多个相同类型的转发器)，而每个转发器可运行在不同的频率。每个转发器18a₁-18a₄还包括广泛的地理覆盖、高的有效全向辐射功率(EIRP)和高的增益/噪声温度(G/T)。

进一步参照图1，地面部分16包括与内容中心24和网络运行中心(NOC)26双向通信的地面站22。如果多于一个的明显覆盖区域被要求服务，那么可使用位于第二覆盖区域14b中的第二地面站22a。在这种情况下，地面站22a也将经陆地地面链路或用于建立与NOC 26的通信链路的任何其它合适装置与NOC 26进行双向通信。地面站22a也将与内容中心24a进行双向通信。为讨论的目的，将对覆盖区域14a中发生的操作描述系统10。但是要理解，相对于卫星18d-18f的相同操作发生在覆盖区域14b中。还要理解，本发明可以刚才描述的方式被缩放(scale)到任何数量的覆盖区域14。

地面站22包括向卫星18a和18b发送数据内容需要的天线和附属天线控制电子设备。地面站22的天线也可用于接收从覆盖区域14a内的每架飞机12的移动系统20产生的、由转发器18a₁-18a₄转发的数据内容。地面站22可位于覆盖区域14a中的任何地方。类似地，地面站22a，如果被包括的话，可位于第二覆盖区域14b中的任何地方。

内容中心24与多个外部数据内容提供者进行通信，并且控制由其接收的视频和数据信息向地面站22的发送。优选地，内容中心24与因特网服务提供者(ISP)30、视频内容源32和公共交换电话网络(PSTN)34联系。可选地，内容中心24也能与一个或多个虚拟专用网络(VPN)36通信。ISP 30提供对每架飞机12的每个乘员的因特网访问。视频内容源22提供直播电视节目，例如有线新闻网□(CNN)和ESPN□。NOC 24实行常规的网络管理、用户验证、记帐、客户服务和开帐单任务。与第二覆盖区域14b中的地面站22a相关联的内容中心24a最好也与ISP 38、视频内容提供者40、PSTN 42和可选的VPN 44进行通信。可选的无线电话系统28也可被包括作为对所述卫星返回链路的替代。

现在参考图2，将更详细地描述布置于每架飞机12上的移动系统20。为了方便，在适当处将具体参照飞机12a，以帮助描述系统10的各部件和/或操作。每个移动系统20包括路由器/服务器50(以下称为“服务器”)形式的数据内容管理系统，所述路由器/服务器50与通信子系统52、控制单元和显示系统54及局域网(LAN)56形式的分布系统进行通信。可选地，服务器50也可被配置用于与国家无线电话系统(NATS)58、成员信息服务系统60和/或飞行中的娱乐系统(IFE)62相关地运行。

通信子系统52包括发送器子系统64和接收器子系统66。发送器子系统64包括编码器68、调制器70和上变频器72，用于编码、调制和上变频从服务器50到发送天线74的数据内容信号。接收器子系统66包括解码器76、解调器78和下变频器80，用于将由接收天线82接收的信号解码、解调和下变频为基带视频和音频信号以及数据信号。虽然仅仅一个接收器子系统66被显示，可获知，最好典型地包括多个接收器子系统66以使能从多个RF转发器同时接收RF信号。如果多个接收器子系统66被显示，那么也将需要对应的多个部件76-80。

由接收器子系统66接收的信号随后被输入到服务器50。系统控制器84被用于控制移动系统20的所有子系统。具体地，系统控制器84向天线控制器86提供信号，天线控制器86被用于电子地操纵接收天线82以保持接收天线被指向卫星18的特定一个，所述特定一个以下将称为“目标”卫星。发送天线74从属于接收天线82，以致它也跟踪目标卫星18。可获知，一些类型的移动天线可从相同口径发送和接收。在这种情况下，发送天线74和接收天线82被组合为单一天线。

进一步参照图2，局域网(LAN)56被用于将服务器50连接到与飞机12a上的每个座位位置相关联的多个访问站88。每个访问站88可被用于将服务器50与用户的膝上型计算机、个人数字助理(PDA)或用户的其它个人计算器件直接连接。访问站88也可每个都包括椅背安装的计算机/显示器。LAN56允许用户的计算器件和服务器50之间的双向数据通信，这样的话，每个用户能独立于在飞机12a上的其它用户，请求所期望的电视节目频道、访问所期望的网站、访问他的/她的电子邮件或执行很多种其它任务。

接收和发送天线82和74可分别包括任何形式的可操纵天线。在一种优选的形式中，这些天线包括电子扫描的相控阵列天线。相控阵列天线特别好地适合于航空应用，其中气动阻力是重要的因素。适合与本发明使用的一种特殊形式的电子扫描的相控阵列天线被公开于转让给波音公司的第5,886,671号美国专利。

进一步参考图1，在系统10的操作中，在被地面站22或从每个移动系统20的发送天线74发送之前，所述数据内容被优选地格式化为网际协议(IP)分组。为了讨论，来自地面站22的IP分组形式的数据内容的传输将被称为“前向链路”传输。IP分组复用也优选地被使用，以致数据内容可使用单播、组播和广播传输被同时提供给覆盖区域14a内运行的每架飞机12。

由每个转发器18a₁-18a₄接收的IP数据内容分组随后被转发器转发给在覆盖区域14a中运行的每架飞机12。虽然多个卫星18被说明为在覆盖区域14a上，但是可获知，当前，单个卫星能够向包含整个美国大陆的区域提供覆盖。因而，取决于覆盖区域的地理范围大小和在所述区域内预期的移动平台通信量，有可能只需要包括单个转发器的单个卫星就可提供对整个区域的覆盖。除美国大陆之外的其它明显的覆盖区域包括欧洲、南/中美洲，东亚、中东、北大西洋等。预期在大于美国大陆的服务区域中，每个包括一个或多个转发器的多个卫星18可被要求提供所述区域的完整覆盖。

接收天线82和发送天线74最好每个都被布置于其所附属飞机12的机身顶部。每架飞机12的接收天线74从转发器18a₁-18a₄中的至少一个接收代表IP数据内容分组的编码RF信号的整个RF传输。接收天线82接收被输入到至少一个接收器66的水平极化(HP)和垂直极化(VP)信号。如果包括多于一个接收器66，那么一个接收器将被指定用于由它被指向的目标卫星18携带的特定转发器18a₁-18a₄。接收器66解码、解调和下变频所述编码RF信号以产生被输入到服务器50的视频和音频信号以及数据信号。所述服务器运行于滤除和丢弃对飞机12a上的用户不想要的任何数据内容，然后经LAN 56将剩余的数据内容转发给适当的访问站88。以这种方式，每个用户仅仅接收节目的那部分或由所述用户先前请求的其它信息。因此，每个用户独立于在飞机12a上的所有其他用户，自由地请求和接收所期望的节目频道，访问电子邮件，访问因特网和执行其它数据传送操作。

本发明的一个优点是系统10也能够接收直播电视节目的DBS传输(如新闻、体育、天气、娱乐等)。DBS服务提供者的例子包括DirectTV□和Echostar□。在北美洲，DBS传输发生在指定用于广播卫星服务(BSS)的频段，并且典型地被圆极化。因此，线性极化转换器可选地被加到用于在北美洲接收广播卫星服务的接收天线82。携带数据服务的FSS频段和携带DBS传输的BSS频段在Ku段中彼此相邻。在系统10的一个可选实施例中，单个Ku段接收天线可被用于或者接收BSS频段中来自DBS卫星18c和18f的DBS传输，或者接收FSS频段中来自FSS卫星18a或18b之一的数据服务，或者使用同一接收天线82同时接收两者。使用多射束接收天线82或通过使用单射束接收天线82，与共同位于同一地球同步轨道槽内的卫星实现从多个卫星18的同时接收。

重播电视或定制视频服务被移动系统20以完全相同的方式接收和处理。重播或定制视频内容从视频内容源32被获得并经地面站22被发送到FSS卫星18a和18b。在被地面站22广播之前视频内容被适当地编码，用于通过内容中心24的传输。重播内容的有些定制可能发生在移动系统20的服务器50(图2)上以对特定的市场或飞机12a上的用户的兴趣剪裁广告和其它信息内容。

被提供给每架飞机12上的用户的大批数据内容，通过使用专用门户数据内容(private portal data content)被提供。这被实现为布置于每个移动系统20的服务器50上的一组HTML页。通过从位于内容中心24中的基于地面的服务器定期发送更新部分以及按照由地面部分16的NOC 26控制的调度功能，所述内容保持最新。服务器50可容易地被配置以接受用户登录信息以支持多用户的验证和授权并且保持用户跟踪和网络记账信息以支持账务系统。授权和记账系统可被配置与地面部分16通信以在方便的间隙向NOC 26传送累积的数据。

本发明的系统10还经卫星链路提供直接的因特网连接用于多种目的，如当飞机12a上的用户期望获得未缓存在服务器50上的数据内容时，或者作为内容源的一个途径向所述专用门户提供最新内容。所述服务器可被用于缓存最常请求的网页以及作为最常访问域的域名系统(DMS)查找表的主机。所述DMS查找表优选地被内容中心24维护，并且在移动系统20上被定期更新。门户的缓存内容的刷新可通过下面形式完成：通过飞行中定期“推送(push)”缓存刷新或在飞机场终端的大门(gate)使用到飞机12a的任何形式的有线或无线连接，或者通过飞机12上的乘务人员携带机上CD ROM并将其插入缓存服务器中、经由手动缓存刷新。本发明10实现了飞行中定期推送缓存刷新通过卫星链路更新。优选地，缓存内容的刷新发生在对所述卫星链路的低需求期间。

当到地面部分16的视线链路被建立以提供物理基础设施时，可选的无线电话系统28也可被用于系统10。例如，包括无线电话系统的可选实现可被用于低数据率返回链路(2.4kbps到9.6kbps)。将认识到，如欧洲和亚洲的其它区域具有使用地面蜂窝通信链路与飞机通信的类似无线电话系统。无线电话系统(如北美洲的NATS)过去被设计用于承载电话通信量，但已被改装用于传递每次呼叫单个用户的点对点模拟调制解调器数据。用本发明，来自移动系统20的合计返回链路通信量被组合在服务器/路由器50、交换器或PBX(未显示)中，然后经模拟调制解调器或直接经数字接口(如CEPT-E1)被耦合进无线电话返回链路。扩展的容量可通过建立从路由器/交换器到无线电话系统的多个同时连接来提供。多链路、点对点(PPP)数据封装可被用于实现机载和NOC路由器之间的数据流的分割/重组。除了扩展的容量，对单个连接失败的容限(tolerance)随通过无线电话系统的多个连接而被增加。在移动平台穿过多个覆盖区域时，分离的无线电话系统天线塔之间的切换(hand-over)由无线电话系统管理，且各空中和地面路由器之间的连接被自动维护。

本发明的一个重要的预期应用是关于飞行长期的时间期间越过地球的水上和偏僻区域(包括极地区域)的飞机，在那里很少有或没有当前的卫星转发器覆盖。用未来发送到海洋上空的轨道中的GSO卫星或者新的NGSO卫星群提供全地覆盖(包括极地)，本发明可起作用。

进一步参考图1，将描述从飞机12a向地面站22的数据内容的传输。这个传输被称为“返回链路”传输。天线控制器86使发送天线74保持其天线射束被指向目标卫星18a。用于从每个移动系统20通信返回到地面站22的各信道，代表由地面部分16的NOC 26单独分配和动态管理的各点对点链路。对于要容纳几百或更多飞机的系统10，多个飞机将需要被分配给由给定卫星18携带的每个转发器。对于返回链路的优选多址方法是码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)或其组合。因而，多个移动系统20可被分配给单个转发器18a₁-18a₄。在包括移动系统20的大量飞机12在覆盖区域14a中被运行的情形，那么需要的转发器的数量因此增加。

接收天线82可实现闭环跟踪系统，用于瞄准天线射束和用于根据接收信号幅度调节天线的极化。发送天线74受控于接收天线82的指向方向和极化。一种替代实现可使用开环跟踪方法，其中通过使用机上惯性参考单元(IRU)了解移动平台的位置和姿态及通过了解卫星18的位置来确定指向方向和极化。

编码RF信号从给定飞机12的移动系统20的发送天线74被发送到转发器18a₁-18a₄中被指定的一个，并且由指定的转发器转发到地面站22。地面站22与内容中心24通信以确定和提供正在由用户请求的适当数据(如来自万维网的内容、电子邮件或来自用户的VPN的信息)。

必须对系统10考虑的另外关注因素是可能由接收天线82的小口径尺寸导致的干扰可能。接收天线82的口径尺寸典型地小于常规的“甚小口径终端”(VSAT)天线。因此，来自接收天线82的射束可包含沿对地同步弧的相邻卫星。这可导致来自目标卫星之外的卫星的正在由特定移动系统20接收的干扰。为克服这个潜在问题，系统10优选地使用克服了来自相邻卫星的干扰的低于常规的前向链路数据率。例如，系统10使用典型的FSS Ku频段转发器(如Telstar-6)和具有约17英寸乘24英寸(43.18厘米乘60.96厘米)有效口径的天线，运行在至少每转发器约5Mbps的优选前向链路数据率。为了比较，典型的Ku频段转发器通常使用常规VSAT天线运行在约30Mbps的数据率。

使用标准的数字视频广播(DVB)波形，前向链路信号典型地占用从27MHz的全部转发器带宽中的小于8MHz。但是，将转发器的功率集中在小于全部的转发器带宽可产生规范问题。FCC规范当前管制转发器的最大有效全向辐射功率(EIRP)谱密度以防止紧密相间的卫星之间的干扰。因此，在本发明的一个优选实施例中，扩展谱调制技术被用在调制器70中使用公知的信号扩展技术将前向链路信号“扩展”到转发器带宽上。这减少了转发信号的谱密度，因而消除了两个或更多移动系统20之间的干扰的可能性。

也同样重要的是，发送天线74满足防止对邻近目标卫星18的卫星的干扰的规范要求。用于大多数移动应用的发送天线还趋向于小于常规的VSAT天线(典型地是直径1米的反射器天线)。用于航空应用的移动发送天线应当具有低气动阻力、重量轻、具有低功耗及相对小的尺寸。为所有这些原因，发送天线74的天线口径最好小于常规VSAT天线。VSAT天线被确定大小，以产生窄到足够照射沿对地同步弧的单个FSS卫星的天线射束。这是重要的，因为FSS卫星沿着对地同步弧以2度间隔分隔。用于本发明的发送天线74的小于常规的天线口径，在一些情况下可能产生一个天线射束，它宽至足够以具有可产生干扰问题的功率谱密度的RF能量照射沿对地同步弧的邻近目标卫星的各卫星。

上述潜在问题在本发明的一个优选实现中通过一种方法被消除，所述方法用于通过一个共享的转发器(如卫星转发器18a₁)运行和管理多个卫星返回链路，更具体地，管理由每个移动系统20发送的RF信号的最大发射PSD，以致所述合计PSD不超过最大规范PSD限制。因而本发明的这种实现允许在一个通信系统中的有效返回链路系统容量管理，所述通信系统包括大量(数百或数千)的飞机12，每架飞机具有移动系统20，并且以多种不同天线运行。本发明还考虑每个移动系统20可能正在以之发送的不同数据率，以及广大地理覆盖区域——例如美国大陆——上的每架飞机12的位置的影响。

上述干扰问题在图3中说明。移动系统20向“目标”卫星18a发射功率。但是，因为被用于移动系统20的所述小口径发送天线74，它使得发射能量不仅撞击目标卫星18a，而且可能撞击沿着对地同步弧90、相邻目标卫星18a被布置的卫星18g到18j。这可产生对卫星18g到18j的运行的干扰，因此如FCC和ITU的管理机构严格地管制被广播的RF信号的PSD。用于Ku频段中移动卫星系统的运行的规范要求是合计的相邻卫星干扰可能(potential)在任何时间都不超过由单个地面站将引起的干扰，所述单个地面站以进入其天线的-14dBW/4KHz的功率和一个天线运行，所述天线符合FCC射频规范25.209(a)部分的旁瓣(side lobe)要求，所述规范部分针对沿着地球同步卫星轨道的可见部分的所有角度。类似的规范限制适用于在欧洲和世界其它区域的运行。FCC还要求，从任何数量的移动终端的RF传输仅被允许提供确定性的、合计相邻卫星干扰，所述干扰在任何时间都不超过由单个VSAT地面站引起的干扰。而且，FCC要求各独立移动单元可仅仅按照来自中心集线器终端的命令经前向链路发送。因而，多个独立移动终端的运行必须不产生在任何时间超过预定PSD限制的合计PSD，并且每个移动终端可仅仅按照来自中心集线器终端的命令发送。

本发明的实现的一个示例被显示在图4中，其中覆盖区域被显示为美国大陆(“CONUS”)。地面部分16的参考地面站22位于堪萨斯州威奇托市。卫星18′是地球同步卫星(在这个示例中Telestar 6在西经93度)。当在CONUS中运行时，本发明的一个目的是：由共享例如Telestar 6上的转发器的所有移动终端产生的合计干扰，不超过由位于CONUS覆盖区域中心的参考地面站22沿对地同步90°弧发射的最大允许EIRP谱密度，如图4所示。来自单个移动系统20的EIRP谱密度样式(pattern)由其发送功率、天线增益样式和占用的信号带宽确定。给定特定天线(具有固定增益)，可获得来控制PSD的唯一参数是发送功率(P)和信号带宽(B)。移动天线必然是低增益天线，以致需要更高的发送功率来达到必要的EIRP以闭合与卫星转发器18a₁的通信链路。EIRP可被表示为增益(G)和发送功率(P_I)的乘积。因此，如果需要某个期望的EIRP闭合所述通信链路，那么可获得来控制EIRP密度的唯一变量是信号带宽(B)。所述EIRP谱密度因而可被表示为：EIRP/B。

在实际中，对于低增益(小口径)天线，运行在中到高数据率(大于16Kbps)，使用典型的FSS转发器，在频率上不“扩展”信号，信号的带宽(B)不够满足规范要求。虽然有很多以往开发的频率扩展方法，但所用的具体扩展技术对本发明的作用不是关键的；唯一的考虑是：有些扩展方法被用来控制带宽(B)以便充分降低发送信号的EIRP谱密度以满足规范要求，并且所述扩展方法允许多个移动终端访问公共频率信道而不引起不可接受的彼此干扰。用于本发明的优选方法的一种这样的现有扩展方法是直接序列扩展谱，如前所述。每个移动系统20被中央控制器26分配一个唯一的伪噪声扩展码以利此扩展。

保持合计EIRP谱密度低于已知的规范限制，要求共享返回链路卫星转发器(如转发器18a₁)的每个移动系统20受严格的发送功率控制。系统10使用一种双回路控制系统方法，由此地面部分16对访问或试图访问系统的每个移动系统20测量接收“Eb/No”，用这个方法，第一闭环控制回路被用于经地面部分16测量来自每个飞机12的接收Eb/No，然后发送EIRP控制命令给移动系统20从而将来自移动系统的接收信号的Eb/No保持在严格的预定范围内。飞机12上的移动系统20中实现的第二控制回路被用于在飞机的快速移动期间使用第一控制回路将发送EIRP维持在由地面部分16所命令的级别。飞机上的第二控制回路经常被要求用于如相控阵列这样的移动发送天线，所述天线随扫描角经历指向性变化(引起EIRP变化)。本发明的所述优选实施例包括第二控制回路，但是当使用显示随扫描角的指向性变化的如反射器和透镜天线这样的“恒定口径”发送天线时，或者对于不迅速改变姿态的移动平台，本发明可能被可选地实现而没有所述第二控制回路。飞机到地面控制回路(即所述第一控制回路)具有约0.5秒的往返GEO延迟，所以它不能迅速地如飞机移动一样做出反应。

上述双控制回路控制方法可将来自每架飞机12的接收信号Eb/No保持在大约+/-0.5dB的严格控制范围内，该控制范围对于典型飞机运动的全范围具有大约99.7％的概率。这个功率控制系统实现两个重要目的：将所有飞机12的接收Eb/No保持在高于对应期望的比特误码率(即1E-9)的阈Eb/No级；并且将Eb/No的时间变化保持在严格控制范围(即+/-0.5dB)内。目的是各移动终端使用最小发送EIRP(从而PSD)以期望的比特误码率(BER)来闭合所述通信链路。对于1E-9BER的阈Eb/No级取决于所选择的(即比率1/3，比率，等)前向纠错(FEC)码和其它波形参数。由系统10使用的一个优选Eb/No控制范围在图7中被说明。控制回路的性能由许多设计参数决定，但是其中的关键是测量地面上的接收Eb/No中的误差。与地面站22关联的地面接收器(未显示)，除了由测量值中的噪声引起的随机(快速变化的)误差，典型地有固定的或慢变的误差。在这个示例中，所述固定误差项要求控制范围上移0.25dB，如图7所示，所以实际Eb/No在所述阈级之上。

EIRP命令使用增量级(delta level)而非绝对级从地面站22被发送到飞机12。这是因为绝对EIRP级一向不能在飞机12上被准确设置，但是从一级到另一级的改变可以是非常准确的。因为绝对EIRP不能在飞机12上被准确设置，所以不被返回链路功率控制的、试图访问系统10的新移动系统20总是在高于功率控制范围的EIRP级进行其初始传输。功率控制系统在几秒内迅速将它们带入控制范围。通过使用轮询方法严格控制何时和多少新飞机可进入链路以及对正在获取返回链路的所有飞机登记最坏情况的PSD份额，系统10计算由正在被允许到通信链路的新飞机12贡献的附加PSD。

飞机12a的移动引起最大和最快的控制回路干扰。飞机12a的发送天线74总是将其射束指向目标卫星18a以致飞机的俯仰和摇摆的变化使得其移动系统20的天线74(或天线82)的仰角扫描角改变，如图8所示。发送相控阵列天线的特性如果被用于移动系统20的话那么是：EIRP正比于cos^1/2θ，其中θ是对卫星18a的仰角扫描角。因此飞机俯仰/摇摆的干扰可引起在天线仰角扫描角上的改变，这可引起天线指向性的改变，导致EIRP的改变。EIRP的改变导致由在地面站22的接收器测量的地面上的接收Eb/No的成正比的改变。所述功率控制系统随后向飞机发回一个命令以调节EIRP，或上或下。在实际中，由每架飞机12上的移动系统20管理的控制回路最小化由飞机干扰引起的EIRP的改变，通过测量天线仰角扫描角的改变和调节进入天线的驱动级(从而发送功率)以补偿天线指向性的改变，从而保持EIRP在最后命令的级别。

如上所述，NOC 26也被用于确定访问(或试图访问)系统10的每个移动系统20的PSD份额。使用一种“反向计算”方法实现确定每个移动系统20的PSD。确定飞机PSD中的第一步是确定飞机12a上的发送器子系统64的信号的EIRP。不是使每架飞机12直接报告其EIRP给NOC 26，而是系统10使用一种更为准确的方法，从在地面站22的已知接收Eb/No通过目标卫星18向后工作，以确定来自移动系统20的信号的发送EIRP。在本发明的优选实施例中，返回链路的性能完全由飞机12a和目标卫星18a之间的链路驱动。在此条件下，已知在地面站22的接收Eb/No等于在卫星转发器的输出处的Eb/No。使用第一原理，经以下方程1容易得出作为在地面站22的接收Eb/No的函数的用于被发射到目标卫星18a的飞机EIRP的下列方程：

EIRP_t＝16π²d²R(E_b/N_o)(KT+I_o)/(LG_rλ²) (方程1)

其中：

d＝从飞机到卫星的斜距

R＝返回链路数据率

E_b/N_o＝在地面站的接收Eb/No

K＝玻耳兹曼常数

T＝转发器的噪声温度

I_o＝干扰噪声谱密度

L＝在从飞机到卫星的上行链路上的空气加雨的衰减

G_r＝转发器接收天线增益

λ＝传输波长

一旦使用方程1计算出指向目标卫星的EIRP，那么作为沿GEO弧的偏移角θ的函数的到达GEO平面的EIRP，在知道如由下面方程2所示的对于机载发送天线74的天线指向性样式G(θ)时，接着被计算：

EIRP_i(θ)＝LEIRP_t G(θ)/G_t (方程2)

其中EIRP_t由方程1给出，而到目标卫星18a的发送天线增益G_t容易从天线模型计算。当方程1被代入方程2时，损耗项L抵消，给出到达GEO弧的实际EIRP。

参数d、R、G_r、Eb/No和λ是被NOC 26已知的。每架飞机12的接收Eb/No被连续监视和控制。(kT+I_o)/G_r项在地面站22对每个返回链路转发器被独立测量。I_o项等于来自其它卫星系统和来自共享所述转发器的其它移动终端20的干扰噪声功率谱密度。

必须准确地知道移动终端20和目标卫星18之间的几何结构以求解方程(1)和(2)。因此，本发明包括一种方法，由此所有的移动终端20使用返回链路定期向NOC 26报告其位置和姿态。

为规范符合性，合计PSD可由以下公式确定：

其中：

EIRP_i(θ)＝在方向θ第i个移动系统20的EIRP；

B_s＝扩展宽度；

N＝同时访问系统的移动系统20的数量。

一个示例PSD规范掩蔽(regulatory mask(θ))在表1中被定义并在图5中被图解说明。这个规范掩蔽代表本发明必须管理功率谱密度在其下的PSD限制。所述示例规范掩蔽基于FCC要求25.209，所述要求用于具有进入天线的-14dBW/4KHz功率谱密度的甚小口径终端(VSAT)。

表1示例PSD规范掩蔽

(θ＝从主射束中心的偏移角)

本发明的方法要求所有的移动系统20将它们的发送信号扩展到固定的带宽(B)上，其中B被选择得足够大以致多个用户终端可同时访问系统而不超过总EIRP谱密度的规范限制。在一个优选实现中，B被设置等于转发器(如卫星转发器18a₁)的带宽。典型的Ku频段转发器具有27MHz、36MHz或54MHz的带宽。这些带宽一向足够宽以允许多个移动系统20同时访问单个返回链路转发器而不超过规范限制。图6说明来自多个移动终端20₁-20_n的EIRP如何扩展到遍及全部转发器带宽，并且所产生的合计PSD如何被保持低于规范限制。

本发明的第二重要特征是使用单个中央控制器26a，它最好是NOC 26的一部分(图1)，它管理通信资源(即基于卫星的转发器18a_1-4)的使用并且管制从运行在所述覆盖区域内的许多移动系统20对返回链路的访问。本发明也包括一个用于“按需分配多址(Demand Assigned Multiple Access，DAMA)”的控制方案，通过它每个移动系统20经中央控制器26a请求和释放容量(数据率)。中央控制器26a运行于管制基于卫星的转发器的使用以实现最大效率并同时保持规范符合性。

因为来自每个移动系统20的PSD份额依赖于其位置(和在PAA天线情况下的扫描角)，并且飞机12的位置将随时间改变，所以来自每个移动系统20的PSD份额将是时变的。因此，系统10要求每个移动系统20定期向中央控制器26a报告其位置和天线指向角度，以致每个移动系统对所述合计的PSD份额可被更新。但是，甚至对如商用喷气式飞机这样的相对快速移动的移动平台，来自任何给定移动系统20的RF信号的PSD也被期望随着时间而缓慢改变。因此，中央控制器26a典型地将不需要比每几分钟一次更经常地计算移动系统PSD样式。对此陈述的例外发生在具有对扫描角非常敏感的增益模式的移动天线(如相控阵列天线)。当飞机或移动系统20正在迅速改变其指向或姿态时，具有这些天线的移动系统20必须更经常地报告其参数(位置和天线扫描角)。

参考图9，开始在步骤100进行确定来自移动系统20_n的对容量的请求是否已经由中央控制器26a接收到或移动系统20_n是否在释放容量。如果容量的释放已经发生，那么中央控制器26a从合计PSD减去释放容量的移动系统20_n的PSD，如在步骤102指出地。

如果移动系统20_n希望以比以往授权更高的数据率访问基于卫星的转发器18a₁，或者如果它要初始的授权运行在特定数据率(功率)，那么移动系统20_n被要求向中央控制器26a进行数据率(功率)的请求。所述请求向中央控制器26a提供对中央控制器确定将要由移动系统20_n发送的RF信号的PSD必要的上述信息。在步骤104，中央控制器26a随后确定用于所述发送信号的轴上(沿着对地同步弧)和轴外的PSD。在步骤106，中央控制器26a将这个PSD加到当前访问卫星18a的所有其它移动系统20的合计PSD上。中央控制器26a随后对规范PSD限制比较新的合计PSD，如在步骤108指出的。如果所述比较指出当前请求访问的移动系统20_n的PSD将使得新的合计PSD在任何轴上或轴外的偏移角超过预定的规范PSD限制，那么对系统10的访问被拒绝，如在步骤110指出的。可选地，对附加容量的请求可被排队直到中央控制器26a确定附加容量可获得为止，如在步骤112指出的。仅当充足的PSD(即容量)变得可获得时(例如通过由另一个移动系统20释放数据率功率)，中央控制器26a才向移动系统20_n发送发送信号的授权，如在步骤114指出的。

以类似方式，当移动系统20不再要求数据率(即功率)时，它被释放给中央控制器26a以致它可被共享所述转发器的其它移动系统20使用。在任何移动系统20释放容量之前没有任何通过中央控制器26a的授权被要求。当中央控制器26a从任何移动系统20接收数据率的释放消息时，它从合计PSD减去被释放的数据率的PSD以致形成新的合计PSD。

在实际中，在运行在所述覆盖区域内的各移动系统20向系统10请求和释放容量(即数据率)时，以及在开始和终止它们与系统10的通信会话时，由中央控制器26a监视的合计PSD将持续地改变。可选地，如果来自特定移动系统20的对发送授权的请求被中央控制器26a拒绝，那么系统10可将正在请求的移动系统分配给具有可用的PSD容量的另一个转发器。除非中央控制器26a已经确定其RF发射将不导致当前访问系统10的所有移动系统20的合计PSD超过规范PSD限制，没有任何发送授权被提供给试图访问系统10的任何移动系统20。

在其数据率、位置、方向等在通信会话过程期间改变时，运行在覆盖区域中的所有移动系统20运行于定期请求和释放功率。每个移动系统20仅以闭合其与卫星18a的转发器18a₁的通信链路所需要的那么多功率来发送。这个发送功率是数据率和许多其它参数(即斜距、天线扫描角等)的函数。调节发送功率以保持通信链路闭合的操作可被称为“功率控制”。

本发明的系统和方法可用于允许中央控制器26a被通知功率改变(例如通过定期通告消息)的任何功率控制方法。功率控制的优选方法是上述的双回路功率控制方法。

功率控制的另一种方法是开环方法，其中每个移动系统使用其在地球上的已知位置(通常经GPS被提供)和其姿态，与对它要与之通信的卫星的位置的了解一起，确定适当的发送功率。而且，所选择的发送EIRP仅仅是允许将要闭合的与卫星的通信链路的数量。用所述开环方法，移动系统20必须定期报告其发送功率给中央控制器26a。用任何一种方法，重要的是通知中央控制器26a访问系统10的每个移动系统20的发送功率。

现在参考图10，将描述本发明的系统和方法的运行的示例。在这个示例中，三架飞机12a、12b和12c每架都与卫星转发器18a₁通信。飞机12a在华盛顿州的西雅图上空，飞机12b在德克萨斯州的休斯顿上空，飞机12c在缅因州的班戈上空。对于这个示例，进一步假设每架飞机12具有不同大小的相控阵列天线(PAA)，并且每架飞机正在以不同的数据率访问卫星的转发器18a₁。飞机12a正在使用一个256元素(16×16)有效相控阵列天线并且正在使用34dBW的EIRP以64Kbps发送。飞机12b正在使用一个较大的512元素PAA并且在39dBW的EIRP和256Kbps的数据率内发送。最后，飞机12c具有一个运行在128Kbps和37dBW的更大口径1024元素PAA。每架飞机12a、12b和12c的每个移动系统20正在将它们的天线指向位于东经93°的卫星转发器18a₁。

来自飞机12a的RF信号的EIRP谱密度如图11所示并由附图标号112指出。来自飞机12b的RF信号的EIRP谱密度如图12所示并由附图标号114指出。来自飞机12c的RF信号的EIRP谱密度如图13所示并由附图标号116指出。图14说明由中央控制器26a确定的合计PSD。来自所有三架飞机的合计PSD被波形118表示。从图14可看出，合计PSD 118在沿对地同步弧的所有点保持低于轴上规范PSD限制(即“掩蔽”)120。类似的检查可对轴外PSD进行。

如前述，系统10使用一种使得中央控制器26a能够根据飞机到卫星射束指向几何条件来准确计算发送天线的发射样式的模型。在实际操作中，所述天线模型被中央控制器26a使用，以致天线增益样式可对将被用于访问系统10的每种天线计算。知道发送功率、增益样式和扩展带宽时，PSD样式可对每个移动系统20计算，如在图11-13指出地。然后成为例行的求和操作，将来自每个移动系统20的PSD份额求和以计算如图14所示的合计PSD。在这个示例中，合计PSD小于规范PSD限制，所以另外的移动系统20可被允计访问系统10，或者现有各用户可增加其发送功率(即数据率)。因为数据率与正比于PSD的发送功率成正比，所以可以说，本发明管理功率、PSD、数据率或容量。

现在参考图15-18，将提供对用于监视和控制所有飞机12的合计PSD的系统10的更详细的描述。本发明10包括返回链路功率控制器(RLPC)130。RLPC 130包括扫描角补偿器132和机载收/发子系统(ARTS)134。扫描角补偿器132包括软件程序，它是RLPC 130的重要部件。这个部件将在后续的附图中更详细地讨论，但它基本以软件实现，所述软件驻留在飞机12上并与飞机上的其它硬件接口。它补偿飞机12的相对快速的摇摆和俯仰运动。更具体地，它补偿作为飞机运动的直接结果的发送天线74扫描角的改变。它被称为“快速”扫描角补偿器，因为它以大约每秒10个命令的速率产生纠正命令，所述速率在与RLPC 130的其它部件相比时，比这些其它部件大约快10倍。到扫描角补偿器132的输入是实际的发送天线扫描角。从扫描角补偿器132的输出代表ARTS 134天线功率级形式的各纠正命令的时间序列。

ARTS 134是与通信子系统52(图2)通信的硬件部件。ARTS 134不是从地面站22就是从机上扫描角补偿器132接受命令，用于设置天线74功率级和产生与所命令的功率级尽可能相近的输出功率级。到ARTS 134的输入是实际天线扫描角、来自扫描角补偿器132的功率命令和来自基于地面的中央控制器26a的功率命令。ARTS 134的输出仅仅是Eb/No的模拟值(simulatedvalue)。ARTS 134可输出比仅仅Eb/No的值更多，但对于当前讨论，Eb/No是全部所需要的。

框136代表系统10打算控制的Eb/No的输入级别。在RLPC 130的实际操作中，所述值典型地由一些外部实体设置并且被RLPC 130的地面部件接受。框136的输出代表命令的Eb/No值的时间序列。

RLPC 130还包括求和部件138和报告算法140。求和部件138获得由框136代表的所命令的(所期望的)Eb/No和从报告算法140(即刻将描述)测量和报告的值之间的差，因此产生用于驱动RLPC系统130的误差。求和部件138驻留在运行于图1所示的数据中心155的一个或多个计算机上的软件中，所述数据中心形成地面站22的一部分。求和部件138的输出代表完全驻留在软件中的误差值的时间序列。

报告算法140构成RLPC 130的主要部分。它代表驻留在与数据中心155关联的计算机设备上的软件程序。它被用于对由地面收/发系统(GRTS)143产生的Eb/No测量采样。GRTS 143不是RLPC 130的一部分。报告算法140限制Eb/No测量的大小以保证偶然的虚假测量数据由RLPC系统130使用。除了所述输出仅仅在特定和定期的时间间隔被获取之外，来自报告算法140的输出仅仅是输入Eb/No测量的重复。

求和部件138的输出被输入到也构成RLPC系统130的重要部件的慢回路地面控制器142。慢回路地面控制器142包括许多即刻将会讨论的子部件。它被实现在驻留于数据中心155(图1)的计算机上的软件中。

慢回路地面控制器142补偿可由数据中心155的计算机测量的Eb/No中的任何形式的干扰。它被称为“慢”，因为它基本上仅可产生大约每秒一次的功率校正。到慢回路地面控制器142的输入是误差信号而其输出是被传输到飞机12的所计算的功率级命令。

现在参考图16，扫描角补偿器132被更详细地显示。扫描角补偿器132包括一个被包含在ARTS 134中的飞机上软件中的“扫描角测量间隔”子系统144。这个子系统基本在定期的间隔采样扫描角测量。当前优选的采样间隔是100毫秒。因而，每100毫秒获取扫描角的一个新采样。在采样没有在被获取期间，最后采样的值在子系统144的输出上被持续直到下一个采样被获取为止。

框146代表“回差(backlash)”。这个框被包括在与在飞机12上的ARTS134关联的软件中。它被用于提供对其输入的回差。即，来自框146的输出将不变，除非输入变化在某个值之上。当此发生时，输出如输入变化得一样多。如果输入改变方向，输出将不改变直到输入按预定数量改变为止。这个功能有助于确保RLPC系统130不对甚小噪声尖峰反应。当前，优选的回差“死区(deadzone)”是零；因此，框146对其输入没有影响。但是，它被说明为一个可选元件，可获得用于微调系统RLPC 130的性能。

“余弦”框148也被包括在飞机12上ARTS 134的软件中，并被用于仅仅输出其输入的余弦。“余弦功率”框150也被包括在飞机12上的软件中。框150输出被用于将框148的输出取为特定功率的恒定值(优选地，1.2的值)。其功能是试图近似发送天线74的实际行为，因为它自己的增益被cos(θ)^1.2形式的扫描角影响，其中“θ”是扫描角。因此，扫描角补偿器132可预测天线74正在做什么以试图阻遏这个行为的影响。

来自框148和150的输出被输入到“提高到功率”框152，所述框152也是扫描角补偿器132的一个重要部分。框152被包括在飞机上ARTS 134中的软件中，并且被用于将从余弦框148的输出的值提高到余弦功率框150的输出的值。框152也被用于帮助扫描角补偿器132预测天线74正在做什么并试图阻遏这个行为的影响。

从提高到功率框152的输出被输入到“倒数”框154——本发明的一个重要部分。框154被包括在飞机12上的ARTS 134中的软件中，并且它输出其输入的倒数。这样做是因为快速扫描角补偿器132的输出将最终乘来自ARTS 134的实际期望功率级(图15)。因而，当这个值(1/x)被乘以所述实际值(它应当接近x，x是框148-152正在试图预测的)时，结果应当接近1。这意味着不论扫描角做什么，最后的输出将几乎总是为1。这个值将被用于在系统130内乘其它值，所以如果它被保持接近1，那么全部系统的最后的值将改变不多。

框156是被包括在飞机12上的ARTS 134中的软件中的分贝转换框。框156将在其输入上的信号转换为分贝(dB)，这是在大多数通信系统中测量的常见单位。依赖于RLPC 130的精确结构，可能不需要框156。

框158在来自框156的输出上执行“合计”功能。框156实际是“量化器”158a和“diff1”框158b的组合。在每个采样时间，diff1框158b的输出是来自前一个采样的输入和来自当前采样的输入之间的差。合计框158运行于在每个时间步输出其输入的变化。在这种情况下，由于框144的100毫秒采样，一个时间步是每100毫秒。每100毫秒，框158a和158b计算从前一个100毫秒期间输入的那个变化并输出这个变化。在一个变化被报告之前，量化器158a保证各所述变化至少有关一个特定级(当前，0.1dB)。来自合计框158的输出被输入到然后被发送到ARTS 134。

现在参考图17，将更详细地描述图15的慢回路地面控制器142。开始参考框160，这个框被包括在数据中心155中的软件中。它接收来自求和部件138(图15)的输入误差信号并按照它产生输出信号。

来自框160的输出被输入到误差噪声滤波器162并且也被输入到控制滤波器系统164。框162被包括在数据中心155中的软件中。框162将其输入滤波以减少噪声的影响。它包括具有最好为10Hz的采样率的离散一阶低通滤波器。框162的输出代表其输入的滤波形式。

来自误差噪声滤波器162的输出被输入到具有迟滞的对称中继器(symmetric relay with hysteresis)166。框166也被包括在与数据中心155中使用的计算机关联的软件中。依赖于输入的历史，框166输出“1”或“0”或“-1”。如果输入大于一些给定值(或小于该值的负数)，那么输出是1(或-1)。如果输入小于另一个给定值(或大于该值的负数)，那么输出是0。如果输入在这两个值之间，那么输出是前一个输出的值。如果需要实现RLPC系统130的微调，那么用于框162中的各值能够被改变。如果来自框162的滤波误差的输出太大(在正向或负向)，那么框166被用于测试。如果如此，那么输出非零值，该值将向RLPC系统130的其余部分指出需要功率校正。

框168被包括在地面上的软件中。框168的输出是其输入的绝对值，即“1”或“0”或“-1”。这样做以致三个框162、166和168的最后输出是“1”或“0”。“1”指出误差太大。“0”指出误差是当前可接受的。

控制滤波器框164也被包括在地面的软件中，并且也代表本发明的一个重要子系统。控制滤波器框164被详细显示在图18中，即刻将被讨论。但是，根本地，该框164的功能是：一旦已经确定误差太大就计算所要求的功率校正。输出是要被发送到飞机12的功率校正命令。

可选的框170作用于从绝对命令建立命令增量，并且也被包括在数据中心155计算机的软件中。框172执行图16的框158的相同功能。所述框172对于慢回路地面控制器142也是可选的。

框172接收来自框172(或者如果省略框170那么来自框164)的输出。框172也被包括在与数据中心155的计算机关联的软件中。它输出其输入进入图15的ARTS 134。在实际的实现中，校正命令的传输在离开去到卫星转发器和返回到飞机12之前将可能通过几个中介元件进行，这是在发送校正命令中经历任何时间延迟的主要来源。这些中介元件不是本发明的部分。它们将是典型地与地面计算机互联网络(如以太网卡、路由器、交换器、防火墙等)关联的元件，以及与通信系统52(如调制器、上变频器、编码器、天线等)关联的元件。它们都合作作用于从框172向ARTS 134路由和发送功率命令。因此，框172仅仅是到这些中介元件的所有其余部分的接口，其细节被隐藏在系统10的最终实现内。

现在参考图18，控制滤波器框164被详细显示。基本地，这个框代表具有反终结(anti-windup)和采样周期(T)等于一秒的典型离散二阶滤波器。使能开关174被包括在数据中心155的计算机的软件中，并且允许控制滤波器框164仅在来自ABS框168(图17)的输出大于或等于一时被执行。通过沿循这个图上的信号流，可看出使能开关174仅在滤波的输入误差太大时允许控制滤波框164的执行。这是RLPC 130的重要部分，它帮助减少一个命令被从中央控制器26a发送的次数，从而减少另外的可出售带宽的使用。

可选的框176也被包括在中央控制器26a中的软件中。框176作用于将测量误差信号传输到控制滤波框164(图17)中。它代表显示信号从包含框(框142)的哪里进入框的参考点。

框176的输出被输入到一个比例增益放大器178。放大器178也被包括在中央控制器26中的软件中。比例增益放大器178乘以给定值输出它接收的输入。该值对于RLPC系统130的设计是重要的，虽然它可被改变以响应调节需要。

第二比例增益放大器180接收来自放大器178的输出。比例增益放大器180也被包括在中央控制器26a中的软件中。该放大器180执行与放大器178相同的功能，但是将其输入乘以不同的值。

框182代表包括在地面上的软件中的“有限离散时间积分器”。框182在其输出上产生其输入的时间积分。使用所谓的“前向欧拉(Forward Euler)”方法以离散时间方式进行积分。该积分器的采样周期是一秒。该积分器受限(所谓的“反终结”)于当输出变得高于给定值(或低于该值的负数)时它停止积分。当输入反转其符号时它将再次开始积分，从而从其受限值减少了输出。

框184是一个包括在GRTS 143的软件中的乘法器。该框执行与框178相同的功能，但是以不同的值乘其输入。

来自乘法器180和182的输出被馈送入求和汇合点186，它将这些值求和并且向比例增益放大器188输出求和的值。比例增益放大器188被包括在数据中心155的软件中，并且执行与放大器178相同的功能，但宁可将其输入乘以不同的值。

进一步参考图18，离散时间积分器190接收来自比例增益放大器188的输出。离散时间积分器190被包括在数据中心155计算机的软件中。该积分器190执行与积分器182相同的功能(用相同的采样时间和积分方法)，但不限于如框182一样。接口框192接收来自离散时间积分器190的输出。来自框192的输出被输入到图17中的框170中。

慢回路地面控制器142取代公知的“静脉冲(dead-bang)”控制方法来实现滤波器，这将要求很低的噪声和/或对于各种系统参数的广泛了解。全回路地面控制器142也提供强稳定性和分析可追溯性。它也对模型不确定性和变化反应较好，可为最佳性能容易地进行在线调谐。有益的是，慢地面回路控制器142建立命令“增量”，它结束要求将被使用的较少的带宽，当向飞机12发送这些增量时。当误差高于可设置的限制时，使能开关174通过仅执行滤波器而进一步限制命令的产生。使能开关174进一步动作以使能或禁止框164内的每个和每个框。慢回路地面控制器142进一步使用包括在框166内的迟滞来防止抖动和“波动(hunting)”。

因此，本发明的方法和装置提供一种装置，用于管理和监视来自多种移动RF传输平台的通信以保证所有移动平台的合计PSD不超过预定的规范限制。本发明的一个重要优点还在于：中央控制器被用于接收和监视从每个移动系统20向系统10访问的请求，以致可在轴上和轴外合计PSD上保持闭环控制。通过使每个移动系统20仅以保持通信链路闭合所需要的功率量发送，系统10的效率被最大化，因而允许大量移动系统访问系统10而不使合计PSD超过规范限制。

本领域的技术人员现在可从前面的描述获知本发明的主要构思可以多种形式被实现。因此，虽然本发明已经连同其特定示例被描述，本发明的真实范围不应当如此限制，因为在研究附图、说明书和权利要求时，其它修改对技术人员将变得显而易见。

Claims

1.一种用于以将射频传输的信噪比保持在预定的信噪比范围内的方式来管理从运行在预定覆盖区域内的至少一个移动平台的射频系统到在所述覆盖区域内沿轨道飞行的基于空间的转发器的射频传输的方法，该方法包括步骤：

使用控制器形成第一控制回路，用于监视在所述基于空间的转发器接收的来自所述移动平台的射频传输的信噪比，所述射频传输由所述基于空间的转发器中继到所述控制器；

使用所述控制器经由所述基于空间的转发器发送第一功率校正命令到所述移动平台，用于将来自所述移动平台的射频传输的所述信噪比保持在所述预定的信噪比范围内；以及

在所述第一功率校正命令的接收之间，通过生成用于将功率级保持在由所述第一功率校正命令先前所命令的级别的第二功率校正命令，使用第二控制回路监视和进一步调节从所述移动平台到所述基于空间的转发器的所述射频传输的所述功率级。

2.按照权利要求1的所述方法，其中所述预定的信噪比范围包括大约1dB的范围。

3.按照权利要求1的所述方法，其中所述预定的信噪比范围大于所述控制器的阈信噪比。

4.按照权利要求1的所述方法，其中由所述控制器监视的步骤包括：由位于所述覆盖区域内的基于地面的控制器监视。

5.一种用于监视和控制来自移动平台的射频信号的功率级的系统，所述移动平台具有指向基于空间的转发器的射频发射器/接收器，所述系统包括：

地面回路控制器，用于当所述射频信号在地面站从所述基于空间的转发器被接收时测量所述射频信号的信号质量，并且用于产生经所述基于空间的转发器被发送回所述移动平台的功率校正命令信号，从而将所述射频信号的所述功率级保持在预定的限制内；以及

扫描角补偿器系统，用于监视从所述移动平台的所述射频发射器发送的所述射频信号的所述功率级，其中所述功率级因所述移动平台的姿态的变化而变化，而且当所述射频信号由所述基于空间的转发器接收时，所述扫描角补偿器系统用于调节从所述射频发射器发送的所述射频信号的所述功率级以最小化所述功率级的波动。

6.按照权利要求5的所述系统，其中所述地面回路控制器包括闭环系统，所述闭环系统将在所述地面站接收的所述射频信号的信号质量与预定值比较，并且根据在所述地面站接收的所述射频信号的所述信号质量和所述预定值之间的信号质量差别产生所述功率校正命令。

7.按照权利要求5的所述系统，其中所述扫描角补偿器系统包括开环系统，所述开环系统将由所述移动平台的交通工具上惯性参考系统产生的姿态信息与包括在预先存储的表中的信息比较，并且按照所述预先存储的表中包括的所述信息修改所述射频信号的所述功率级。