CN1515089A - 结合固定和移动平台卫星业务的通信系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于移动平台的通信系统，包括接收机子系统(RS)和发射机子系统(TS)。卫星与移动平台的RS和TS进行通信。地面站包括发射机子系统(TS)和接收机子系统(RS)。地面站的TS发送前向链路到卫星并接收来自卫星的返回链路。前向和返回链路在同一频带包括了固定卫星业务(FSS)数据和移动平台卫星业务(MPSS)数据。该频带是在10.7和15.0GHz之间的Ku频带。

Description

结合固定和移动平台卫星业务的通信系统
技术领域
本发明涉及通信系统，尤其涉及用于移动平台的通信系统。
背景技术
我们的社会和经济的发展正日益地依靠宽带通信接入，而宽带通信接入一般还未能被在譬如飞机、船只、火车、汽车上的或使用手持器件的用户容易地用到。虽然已存在将宽带通信业务提供给移动平台的技术，由于相对较高的成本和/或由于低下的数据速率，传统的解决方案在商业上还是不实用的。因此，现有解决方案只被政府/军方用户和/或高端海事市场，譬如巡洋舰所采用，
在美国由美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission，FCC)管理而在美国之外由其它管理机构管理的有限的可用带宽已经成为制约移动平台宽带业务的一个障碍。FCC留出在10.7和15.0GHz之间的Ku频带用于固定卫星业务(Fixed Satellite Service，FSS)。当前的规定要求发射来自固定地点，譬如地面站。当譬如飞机的移动平台接收FSS时，它们一般使用譬如Airphone的业务用于返回链路。飞机当前不使用FSS用于返回链路，因为飞机是移动的而在当前并不适合FCC的规定。Airphone业务未能在返回链路上为一般用户提供足够的带宽。因此，当乘客想要发送很大的文件时，从成本和滞留时间的角度看其连接时间是无法接受的。
FCC和其它管理机构也严格地限制在Ku频带上提供数据业务的通信系统的功率谱密度(Power Spectral density)。换句话说，在Ku频带上提供数据业务的通信系统的带宽、动态范围和干扰图样被严格限定以避免干扰其它相邻卫星。
因此，就期望一种宽带通信系统，能够在移动平台上提供给用户足够的前向和返回带宽用于娱乐、互联网、电子邮件和其它业务。
发明内容
根据本发明的用于移动平台的通信系统包括移动平台，该移动平台包括：接收机子系统(receiver subsystem，RS)；和与RS进行通信的卫星。地面站包括发射机子系统(TS)发射前向链路到卫星和移动平台，所述前向链路包括在第一频带中的固定卫星业务(FSS)数据和在第一频带中的移动平台卫星业务(MPSS)数据。
根据发明的其它特征，移动平台网络连接到第一RS。用户通信器件(usercommunication devices，UCD)连接到移动平台网络。第一频带是在10.7和15.0GHz之间的Ku频带，而前向链路位于11.7和12.2GHz之间。其它国家可能使用不同的频带用于在Ku频带中的前向链路和返回链路。
本发明的其它特征在于，FSS和MPSS数据使用互联网协议(IP)分组。地面站的TS使用基于IP分组的压缩。地面站的TS使用基于IP分组的加密。地面站的TS在前向链路上给FSS数据分配一个或多个IP地址。
本发明的其它特征在于，用于移动平台的通信系统包括具有发射机子系统(TS)的移动平台。卫星与TS进行通信。地面站包括接收机子系统(RS)。移动平台的TS发射返回链路到卫星，并且地面站包括在第二频带中的固定卫星业务(FSS)数据和在第二频带中的移动平台卫星业务(MPSS)数据。
本发明的其它特征在于，移动平台网络链接到TS。用户通信器件(UCD)链接到移动平台网络。第二频带是在10.7和15.0GHz之间的KU频带。返回链路是在14.0和14.5GHz之间。移动平台的TS对FSS和MPSS数据使用成批压缩(bulk compression)。移动平台的TS对FSS和MPSS数据使用成批加密(bulk encryption)和填充(padding)。
本发明的另一个特征在于，移动平台的TS在返回链路上对FSS和MPSS数据施加多址接入编码。多址接入编码最好是CDMA、TDMA或FDMA。
本发明适用的更多的领域通过在下文中的详细描述将变得清楚。应当理解详细的描述和特定的例子，当其用于表示发明的实施例时，只作为说明目的而不是为了限制发明的范围。
附图说明
通过结合附图进行详细地描述将对发明有更充分的了解，其中：
图1说明了根据本发明的结合的移动平台卫星业务(MPSS)和固定卫星业务(FSS)系统；
图2说明了示意的移动平台接收机发射机子系统(RTS)和移动平台乘客网络；
图3说明了由前向链路地面发射机子系统(TS)执行的信号处理步骤；
图4说明了由前向链路移动平台接收机子系统(RS)和由FSS前向TS执行的信号处理步骤；
图5说明了由返回链路移动平台TS和FSS返回RS执行的信号处理步骤；
图6说明了由返回链路地面RS执行的信号处理步骤；
图7说明了结合的MPSS和FSS信号的功率谱密度(PSD)；以及
图8说明了结合MPSS和FSS数据业务的步骤。
具体实施方式
以下优选实施例的描述实质上仅仅是示例，而决不是想要限制发明，及其应用或用途。
参考图1固定卫星业务(FSS)地面网络20连接到FSS前向发射机子系统(TS)24和FSS返回接收机子系统(RS)26。FSS前向TS 24和FSS返回RS 26连接到具有固定天线的地面站30。FSS前向TS 24和地面站30发送前向链路32到卫星38。FSS返回RS 26而地面站30接收来自卫星38的返回链路34。
地面网络40连接到地面前向TS 44和地面返回RS 48。地面网络40是结合的移动平台卫星业务(MPSS)和FSS系统或分开的MPSS和FSS系统。如果移动平台是飞机或船只，则MPSS可以是指航空移动卫星业务(AMSS)。地面前向TS 44地面返回RS 48连接到是固定天线的地面站54。地面前向TS44和地面站54发送前向链路58到卫星38。地面返回RS 48和地面站54经由返回链路信号62接收来自卫星38的返回链路。最好使用同步卫星。也可以使用其它类型的卫星系统。例如，可以使用中和低地球轨道的卫星系统。在这种情况，随着时间的更易地面站与不同卫星进行通信。
地面站30和54(经由卫星38)发送一个或多个前向链路70到在移动平台74上的发射/接收天线系统72，并接收来自移动平台74的一个或多个返回链路78。移动平台74包括连接到移动平台网络82的MPSS前向RS 80和MPSS返回TS 84。
在用途方面，FSS前向TS 24经由卫星38向移动平台74提供譬如电影点播、互联网业务、电话业务、音乐视频和其它数据业务的多媒体内容。MPSS前向RS 80，MPSS返回TS 84，地面前向TS 44和地面返回RS 48为在移动平台74上的乘客提供譬如互联网接入的宽带通信。FSS地面站可以是结合了MPSS地面站或可以保持为分开的地面站。如下将要进一步描述的，MPSS和FSS共享同一频带。本发明也利用FSS地面站增加碟形天线尺寸(dish size)的能力来增大FSS信号主瓣和减小FSS信号旁瓣。AMSS系统部分地被移动平台所能携带的天线所限制。
现今FSS业务位于在10.7和15.0千兆赫(GHz)之间的Ku频带。在美国，前向链路位于11.7和12.2 GHz之间，而返回链路位于14.0和14.5GHz之间。欧洲和其它大陆在Ku频带具有不同的前向和返回链路频率范围。
现在参考图2，说明了用于移动平台74的示例的通信系统98。发射和接收天线系统72包括由天线控制系统104控制的接收天线100和发射天线102。接收天线100连接到接收机108，而发射天线102连接到发射机110。接收机108和发射机110连接到路由器114，而路由器114连接到开关118。
开关118连接到一个或多个与服务器126和128关联的附加开关122和124。开关124连接到与座位处理器(seat processor)132关联的开关130。开关130和座位处理器132一般指座位电子盒(seat electronic box)136。座位处理器132典型地连接到一个或多个用户通信器件140-1，14-2，…，140-n。
用户通信器件140最好为膝上型电脑、个人数字助理(PDA)或任何其它包括处理器、存储器和输入/输出接口的电子器件。用户通信器件还包括浏览器，譬如Intemet Explorer、Netscape Navigator或任何其它适当的浏览器。用户通信器件140可以由移动平台74的操作者共给。用户通信器件140能够和座位娱乐电子器件结合在一起。本领域的技术人员能够意识到在不脱离发明的精神和范围的情况下，移动平台网络可以进行变动。服务器126和128典型地与飞行器接口电子器件、网络服务、媒体服务和其它机上(onboard)服务相关。本领域的技术人员将意识到示例的移动平台网络82能够在不脱离发明的情况下进行改变。
现在参考图3A，用于地面前向TS 44产生包含MPSS和FSS服务的前向链路58的信号路径功能(signal path function)被更详细地说明。在步骤150，地面前向TS 44在高速串行接口(HSSI)接收数据。在步骤156，地面前向TS 44施加前向纠错(FEC)功能。在优选实施例中，使用加速乘积码(TurboProduct Code)FEC。也可以使用其它类型的FEC譬如Reed Solomon FEC。
在步骤160，如果需要，地面前向TS 44可任选地使用扩频技术来提高数据速率。如果使用扩频技术则最好使用直序扩频(direct sequence spreadspectrum)。在步骤164，信号被调制。在优选实施例中，使用偏移正交(OQ)相移键控(PSK)进行调制。在步骤166，地面前向TS 44和地面站54发射RF信号到卫星38。
现在参考图3B，为了清楚地识别同一步骤将使用图3A的参考标号。附加的步骤可以由地面前向TS 44执行。步骤152以后，可以任选地执行使用互联网协议(IP)压缩的分组压缩步骤170。或者执行迂回(bypass)步骤172。另外，可以任选地执行分组加密步骤176。或执行迂回步骤178。
现在参考图4A，用于MPSS前向RS 80和FSS前向TS 24的信号路径功能被更详细地说明。下面的讨论将只涉及MPSS前向RS 80以简化讨论。在步骤200，接收来自地面前向TS 44的射频信号。在步骤204，射频信号被解调。在步骤206，如果地面前向TS 44执行了扩频则MPSS前向RS 80进行去扩频(despread)。步骤208，通过施加与地面前向TS 44使用的FEC相反的功能MPSS前向RS 80对FEC进行去卷积。在步骤212，MPSS前向RS 80对信号进行去帧(deframe)以去除填充位和由地面前向TS 44执行编码的其它人工成份(artifact)。
在步骤216，MPSS前向RS 80执行多路复用/路由(multiplexing/routing)。与所示信道(并在图4A中被标识为元件200-212)相似的其它接收信道，在217被提供为输入。用于系统控制(譬如密钥交换，(DAMA)速率变换和功率控制)的本地流量(local traffic)被在217去除。在步骤220，以太网输出提供给移动平台网络82。
现在参考图4B，为了清楚地识别同一步骤将使用图4A的参考标号。附加的步骤可以由MPSS前向RS 80执行。步骤216以后，任选地执行解密步骤224。或者执行迂回步骤226。在步骤228，任选地执行解压步骤。或执行迂回步骤230。
现在参考图5A，用于FSS返回RS 26和MPSS返回TS 84的信号路径功能被更详细地说明。下面的讨论将只涉及FSS返回RS 26以简化讨论。在步骤250，FSS返回RS 26接收到用户以太网信号。在步骤254，FSS返回RS 26重新封装有效负荷。在步骤258，FSS返回RS 26执行成帧(framing)和成块(blocking)。在步骤260，FSS返回RS 26施加譬如TPC或其它适当的FEC功能。在步骤264，FSS返回RS 26执行多路接入编码。在优选实施例中，使用码分多址(CDMA)，频分多址(FDMA)，时分多址(TDMA)或任何适当的多路接入编码。另一种适当的多路接入编码方法在美国专利第5103459号中公布并在此应用作为参考。
在步骤268，如果需要FSS返回RS 26采用扩频来提高数据速率。在步骤272，FSS返回RS 26调制信号。最好调制是OQ PSK或其它适当的调制。在步骤276，FSS返回RS 26提供射频输出信号给FSS地面网络20。
现在参考图5B，为了清楚地识别同一步骤将使用图5A的参考标号。附加的步骤可以由FSS返回RS 26执行。步骤258以后，FSS返回RS 26任选地在步骤280执行成批压缩和填充。或者执行迂回步骤282。FSS返回RS 26在步骤286任选地执行成批加密和填充。或执行迂回步骤286。
现在参考图6A，地面返回RS 48的信号路径功能被更详细地说明。在步骤300，地面返回RS 48接收射频信号。在步骤302，地面返回RS 48对在移动平台74上的来自MPSS返回TS 84的射频信号进行解调。在步骤306，如果MPSS返回TS 84使用了扩频则地面返回RS 48对信号进行去扩频。在步骤308，地面返回RS 48对FSS返回RS 26采用的多路接入编码进行去卷积。在步骤312，地面返回RS 48通过施加相反的FEC功能对FEC进行去卷积。在步骤316和318，地面返回RS 48分别对信号进行去块(deblock)和去帧(deframe)。在步骤320，地面返回RS 48提供以太网输出给地面网络40。
现在参考图6B，为了清楚地识别同一步骤将使用图6A的参考标号。附加的信号处理步骤可以由地面返回RS 48执行。步骤312以后，地面返回RS48任选地在步骤326对信号进行去填充和解密。或者执行迂回步骤328。在步骤330，地面返回RS 48任选地对信号进行去填充和解压。或执行迂回步骤332。
如前所述能够理解，移动平台通信系统任选地在前向和返回链路上使用不对称压缩和加密。前向链路使用基于IP分组的压缩和加密，而返回链路使用成批压缩和加密。只具有FSS的地面站30使用同样的前向和返回链路带宽以及不同的RS和多路接入编码。每个移动平台都具有唯一的IP地址。
现在参考图7，说明了在移动平台74和卫星38之间以及在地面站54和卫星38之间的返回链路上的结合的MPSS和FSS信号的功率谱密度(PSD)。目标卫星转发器38和相邻卫星转发器340被与每个转发器的理想的PSD总和界限342相比进行了说明。用于FSS的理想的PSD 350一般具有高的主瓣352和低的旁瓣354和356。相反，用于MPSS理想的PSD 360一般具有相对低的主瓣362和相对高的旁瓣364和366。因为FSS是基于地面的，所以主瓣352能够被最优化。因此，碟形天线的尺寸、信号强度和方向性能够比移动平台天线更容易地被控制。
现在参考图8，说明了结合FSS和MPSS信号的步骤。在步骤400，FSS用户在前向链路上被分配了一个或多个IP地址。换句话说，FSS被作为好像是一个或多个移动平台来对待。在步骤404，FSS用户被在返回链路上分配了一个或多个还没有被分配给其它MPSS用户的多路接入代码。考虑到对于MPSS和FSS用户主瓣和旁瓣能量分布的不同，所以FSS用户具有更高的主瓣能量和更低的旁瓣能量。在步骤406，MPSS PSD是基于所使用的移动平台天线作为模型的。在步骤408，FSS PSD是基于所使用的地面站天线作为模型的。在步骤410，FSS和MPSS用户的PSD被相加并被跟踪(track)。在步骤412，确定在任何给定转发器上的用户混合业务比例(MPSS vs.FSS)，因而在得到目标转发器的带宽和动态范围的全部优点的同时，在相邻转发器的干扰限定也足够利用。从一个通常的角度看，混合的MPSS和FSS业务和在其中有些用户不移动和具有小旁瓣的很大天线的传统MPSS业务看来是一样的。
MPSS(AMSS)上所施加的设计影响会导致比FSS业务产生的干扰更大的干扰。反过来，当使用更多的转发器动态范围时FSS业务会具有更低的干扰概括(profile)。根据本发明的通信系统允许用户混合MPSS(AMSS)和FSS业务以便以最有效率的方式利用转发器动态范围和干扰限定。
现在从以上描述本领域的技术人员能够理解本发明的广泛的宗旨可以由各种形式来实现。因此，虽然本发明联系特定例子进行描述，发明的真实范围不应局限于此，因为在经过学习附图、说明和权利要求后，对发明的其它改动对于本领域的技术人员来说是显而易见的。

Claims (32)

1.一种用于移动平台的通信系统，包括：
移动平台，包括接收机子系统；
卫星，与所述接收机子系统进行通信；
地面站，包括发射机子系统，
其中所述地面站的所述发射机子系统发送前向链路到所述卫星和所述移动平台，所述前向链路包括在第一频带中的固定卫星业务数据和在所述第一频带中的移动平台卫星业务数据。
2.如权利要求1所述的通信系统还包括：
移动平台网络，连接到所述第一接收机子系统；和
用户通信器件，连接到所述移动平台网络。
3.如权利要求1所述的通信系统，其中所述第一频带是在10.7和15.0GHz之间的Ku频带。
4.如权利要求1所述的通信系统，其中所述前向链路位于11.7和12.2GHz之间。
5.如权利要求1所述的通信系统，其中所述固定卫星业务和移动平台卫星业务数据采用互联网协议分组。
6.如权利要求5所述的通信系统，其中所述地面站的所述发射机子系统使用基于IP分组的压缩。
7.如权利要求5所述的通信系统，其中所述地面站的所述发射机子系统采用基于IP分组的加密。
8.如权利要求5所述的通信系统，其中所述地面站的所述发射机子系统在所述前向链路上给所述固定卫星业务数据分配一个或多个互联网协议地址。
9.一种用于移动平台的通信系统，包括：
移动平台，包括发射机子系统；
卫星，与所述发射机子系统进行通信；
地面站，包括接收机子系统，
其中所述移动平台的所述发射机子系统发射返回链路到所述卫星和所述地面站，所属返回链路包括在第二频带中的固定卫星业务数据和在所述第二频带中的移动平台卫星业务数据。
10.如权利要求9所述的通信系统还包括：
移动平台网络，连接到所述发射机子系统；和
用户通信器件，连接到所述移动平台网络。
11.如权利要求9所述的通信系统，其中所述第二频带是在10.7和15.0GHz之间的Ku频带。
12.如权利要求9所述的通信系统，其中所述返回链路在14.0和14.5GHz之间。
13.如权利要求9所述的通信系统，其中所述移动平台的所述发射机子系统在所述固定卫星业务和移动平台卫星业务数据上采用成批压缩。
14.如权利要求9所述的通信系统，其中所述移动平台的发射机子系统在所述固定卫星业务和移动平台卫星业务数据上使用成批加密和填充。
15.如权利要求9所述的通信系统，其中所述移动平台的所述发射机子系统在所述返回链路上对所述固定卫星业务和移动平台卫星业务数据施加多路接入编码。
16.如权利要求15所述的通信系统，其中所述多路接入编码是从CDMA、FDMA和TDMA中选择。
17.一种为移动平台提供宽带通信的方法，包括步骤：
提供包括接收机子系统的移动平台；
使用具有发射机子系统的地面站与所述卫星和所述移动平台进行通信；和
使用所述地面站的所述发射机子系统发送前向链路到所述卫星和所述移动平台，其中所述前向链路包括在第一频带中的固定卫星业务数据和在所述第一频带中的移动平台卫星业务数据。
18.如权利要求17所述的方法，还包括步骤：
连接移动平台网络到所述接收机子系统；和
连接用户通信器件到所述移动平台网络。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述第一频带是在10.7和15.0GHz之间的Ku频带。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述前向链路是在11.7和12.2GHz之间。
21.如权利要求17所述的方法，还包括步骤：
将所述固定卫星业务和移动平台卫星业务数据成帧为互联网协议分组。
22.如权利要求21所述的方法，还包括步骤：
压缩所述互联网协议分组。
23.如权利要求21所述的方法，还包括步骤：
加密所述互联网协议分组。
24.如权利要求21所述的方法，还包括步骤：
在所述前向链路上给所述固定卫星业务数据分配一个或多个互联网协议地址。
25.一种为移动平台提供宽带通信的方法，包括步骤：
提供包括发射机子系统的移动平台；
使用具有接收机子系统的地面站与所述卫星和所述移动平台进行通信；
使用所述移动平台的所述发射机子系统发送返回链路到所述卫星和所述地面站，其中所述返回链路包括在第二频带中的固定卫星业务数据和在所述第二频带中的移动平台卫星业务数据。
26.如权利要求25所述的方法，还包括步骤：
连接移动平台网络到所述发射机子系统；和
连接用户通信器件到所述移动平台网络。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述第二频带是在10.7和15.0GHz之间的Ku频带。
28.如权利要求25所述的方法，其中所述返回链路是在14.0和14.5GHz之间。
29.如权利要求25所述的方法，还包括步骤：
成批压缩所述固定卫星业务和移动平台卫星业务数据。
30.如权利要求25所述的方法，还包括步骤：
成批加密所述固定卫星业务和移动平台卫星业务数据。
31.如权利要求25所述的方法，还包括步骤：
在所述返回链路上对所述固定卫星业务数据施加多路接入编码。
32.如权利要求25所述的方法，其中所述多路接入编码是从CDMA、FDMA和TDMA中选择。
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