Un sistema de comunicación que comprende:

un primer transceptor (20) situado en una primera plataforma,

a una altitud predeterminada;

una primera antena (29) situada en dicha primera plataforma y conectada a dicho primer transceptor;un segundo transceptor (34) situado en una segunda plataforma físicamente independiente de dichaprimera plataforma;

una segunda antena (32) situada en dicha segunda plataforma, estando dicha segunda antena (32)adaptada para comunicarse con dicha primera antena (29) y estando conectada a dicho segundotransceptor (34);

un sistema (38) formador de haces conectado a dicho segundo transceptor (34) y montado en dichasegunda plataforma adaptada para generar una señal formadora de haces desde dicho segundo transceptor(34) hasta dicho primer transceptor (20) eficaz para excitar dicha primera antena (29) para radiar unapluralidad de haces que tienen tamaño y forma diferentes sobre un área de cobertura de una superficie, porlo que dicha pluralidad de haces está dispuesta para crear huellas diferentes con un tamaño de célulacorrespondiente en el mismo; y caracterizado porque

dicho sistema formador de haces está adaptado para excitar dicha primera antena para dirigir una porciónde dicha pluralidad de haces que son más estrechas de tamaño para radiar cerca de un centro de dichaárea de cobertura, en el que dicho tamaño de célula varía directamente como una función de una distanciade un ángulo de exploración desde un nadir o centro de cobertura; y estando dicho sistema formador dehaces adaptado para mover al menos uno de entre la pluralidad de haces para seguir el movimiento de unusuario.

Arquitectura de sistemas de comunicaciones móviles basadas en plataformas estratosféricas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas de comunicación. Más específicamente, la presente invención se refiere a arquitecturas para sistemas multimedia que incluyen servicios de datos/voz para usuarios móviles usando plataformas estratosféricas.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA El documento US 5.589.834 describe un sistema de comunicación vía satélite que incluye uno o más satélites en órbita geosincrónica. Hay una constelación de satélites. Cada satélite tiene una antena de red en fase de elementos múltiples y circuitos de transmisión y recepción conectados selectivamente a dicha antena de red en fase de elementos múltiples para suministrar haces de radiación concentrados discriminados espacialmente en la superficie terrestre, y una antena orientable espacio/tierra y circuitos de transmisor/receptor conectados a ella. Al menos un terminal terrestre de pasarela tiene medios para realizar todo el mando y control de nave espacial, incluyendo el ajuste de fase de enlace ascendente de dicha antena de red en fase para transmisiones direccionales vía satélite a posiciones deseadas de usuarios. Los satélites móviles son rastreados por medio de una combinación de seguimiento Doppler y por medición de distancia y la antena espacio/tierra es orientada de acuerdo con el movimiento del satélite. Toda la formación de haces en tierra es realizada asociada con las transmisiones entrantes de usuarios. Toda la modulación y desmodulación de señales de usuarios es realizada proporcionando las interfaces terrestres necesarias con las redes celulares y terrestres externas. Una pluralidad de transceptores de baja potencia basados en tierra están provistos para comunicaciones unidireccionales y bidireccionales por vía de elementos seleccionados de dicha antena de red en fase.

Plataformas estratosféricas están siendo consideradas para sistemas multimedia que incluyen aplicaciones de comunicación de datos/voz. Las propuestas actuales prevén un montaje de transceptores y antenas en aviones que vuelan a 20-30 kilómetros de altura, que proyectarán haces a emplazamientos de células situadas en tierra.

Convencionalmente, las células proyectadas sobre la tierra son de tamaño uniforme. Si la distribución de usuarios es uniforme, la estructura de células de igual tamaño es óptima. Sin embargo, el tamaño igual de células se consigue con cierto coste en equipo físico (hardware) . Para evitar sistemas de seguimiento mecánico en las antenas, que pueden ser costosos y poco fiables, las antenas son realizadas típicamente como redes en fase de elementos radiantes y son orientadas electrónicamente. A la altura sobre la tierra donde está situada la plataforma portadora de carga útil, una proyección sobre tierra de células de igual tamaño requiere haces de ángulos más pequeños a medida que aumenta el ángulo de exploración. Para formar haces más pequeños, son necesarios más elementos de red de antena. Para una carga útil de peso reducido, el número de elementos puede ser limitado, formando así haces más pequeños en el borde de la cobertura, lo que puede ser costoso.

Además, las propuestas anteriores de plataformas estratosféricas prevén una estructura fija de células mediante la cual los haces miran fijamente a todas las células en toda el área de cobertura de modo similar a un sistema celular. Si están disponibles recursos, este método es viable. Sin embargo, en algunos sistemas los recursos pueden ser limitados. Para tales sistemas, el uso de una estructura fija de células limita el área de cobertura. Por consiguiente, la capacidad total del sistema es reducida. O sea, en cualquier momento dado, toda el área de cobertura puede no ser cubierta por haces que proporcionan margen de enlace adecuado para transmisiones facturables de datos.

Por tanto, en la técnica existe una necesidad de un sistema de comunicación basado en plataformas estratosféricas que ofrezca capacidad máxima con las restricciones de peso, potencia y espectro. Más específicamente, en la técnica existe una necesidad de un sistema y método de comunicación basado en plataformas estratosféricas para proyectar haces de estructura variable de células tanto en el tiempo como en el espacio para hacer máxima la capacidad del sistema dentro de sus restricciones de peso, potencia y anchura de banda y para optimizar de tal modo la capacidad de comunicaciones para transmisiones facturables de voz y datos.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La necesidad en la técnica es tratada por el sistema de comunicación de la presente invención como se define en la reivindicación 1.

El sistema de comunicación de la invención incluye un primer transceptor situado en una primera plataforma a una

altura predeterminada. Una primera antena (red) , supóngase en banda S, está situado en la primera plataforma y conectada al primer transceptor. Una segunda antena (alta ganancia) , supóngase en banda X o C, está conectada al otro extremo del primer transceptor. Un segundo transceptor está situado físicamente en un concentrador terrestre y es independiente de la primera plataforma. Una tercera antena, supóngase en banda X o C, está situada en el concentrador terrestre y conectada al segundo transceptor. La tercera antena está adaptada para comunicar con la primera plataforma por vía de una segunda antena (alta ganancia) en banda X o C en la primera plataforma. Un sistema formador de haces está conectado al segundo transceptor y montado en el concentrador terrestre. El sistema formador de haces proporciona señales formadas en haces desde el segundo transceptor al primer transceptor, eficaces para excitar la primera red de antena para radiar haces múltiples a una superficie, mediante lo que los haces múltiples crean en ella huellas de haces variables en el tiempo y diferentes.

En la realización ilustrativa, la primera plataforma es mantenida en una órbita estratosférica, el segundo transceptor está situado en el concentrador terrestre. Una segunda antena (alta ganancia) está montada en la primera plataforma para recibir las señales formadas en haces desde el concentrador terrestre en la dirección de enlace directo. El sistema formador de haces en tierra está adaptado para excitar la primera antena de red en la primera plataforma para generar haces múltiples en la superficie terrestre, proporcionando cada haz una huella de haz o célula respectiva. De modo similar, las señales múltiples de usuarios, recibidas en la primera red de antena en la dirección de enlace de retorno, serán amplificadas, filtradas, convertidas en frecuencia, multiplexadas por código, amplificadas nuevamente y radiadas después a través de la segunda antena (alta ganancia) al concentrador terrestre. La tercer antena en el concentrador terrestre recibirá las señales multiplexadas de elementos que entonces serán amplificadas, filtradas, reducidas en frecuencia y desmoduladas para recuperar señales de niveles de elementos individuales antes de la digitalización. Las señales digitalizadas de niveles de elementos serán impulsadas a través de la red formadora de haces digitales que separan las señales de usuarios por medio de sus ángulos de llegadas (con respecto a la primera antena de red en la plataforma) .

Cada haz sigue a un usuario respectivo situado en el centro de cada célula. El sistema permite que sean creados haces estrechos lo que, a su vez, permite la reutilización de frecuencias. Un código está asignado a cada haz y un mecanismo está provisto para impedir que un usuario reciba más de un haz con un código dado. Este mecanismo está adaptado para prever a un estado mediante el que un usuario pueda moverse a una posición en la que el usuario recibiría más de un haz con un código dado. Asignará un segundo código al menos a un haz antes de la llegada del usuario a esa posición.

La presente invención permite que el tamaño de célula sea no uniforme. O sea, cerca del centro de cobertura o nadir, la célula puede ser menor. A medida que aumenta el ángulo de exploración, aumentan los tamaños de células. La igualación de tamaños de células puede requerir aberturas adicionales o muchos más elementos de red de antena. Impulsará significativamente el coste y el peso de carga útil. La invención tiene en cuenta un diseño de carga útil de peso reducido y la utilización plena de los recursos que pueden ofrecer una carga útil de peso reducido.... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de comunicación que comprende:

un primer transceptor (20) situado en una primera plataforma, a una altitud predeterminada; una primera antena (29) situada en dicha primera plataforma y conectada a dicho primer transceptor; un segundo transceptor (34) situado en una segunda plataforma físicamente independiente de dicha primera plataforma; una segunda antena (32) situada en dicha segunda plataforma, estando dicha segunda antena (32)

adaptada para comunicarse con dicha primera antena (29) y estando conectada a dicho segundo transceptor (34) ; un sistema (38) formador de haces conectado a dicho segundo transceptor (34) y montado en dicha segunda plataforma adaptada para generar una señal formadora de haces desde dicho segundo transceptor

(34) hasta dicho primer transceptor (20) eficaz para excitar dicha primera antena (29) para radiar una

pluralidad de haces que tienen tamaño y forma diferentes sobre un área de cobertura de una superficie, por lo que dicha pluralidad de haces está dispuesta para crear huellas diferentes con un tamaño de célula correspondiente en el mismo; y caracterizado porque dicho sistema formador de haces está adaptado para excitar dicha primera antena para dirigir una porción de dicha pluralidad de haces que son más estrechas de tamaño para radiar cerca de un centro de dicha

área de cobertura, en el que dicho tamaño de célula varía directamente como una función de una distancia de un ángulo de exploración desde un nadir o centro de cobertura; y estando dicho sistema formador de haces adaptado para mover al menos uno de entre la pluralidad de haces para seguir el movimiento de un usuario.

25 2. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado porque dicha plataforma es móvil.

3. El sistema de la reivindicación 2, caracterizado porque dicha plataforma se mantiene en una órbita predeterminada.

30 4. El sistema de la reivindicación 3, caracterizado porque dicha órbita es una estratosfera.

5. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado además por una tercera antena (22) , estando dicha tercera antena montada en dicha primera plataforma.

35 6. El sistema de la reivindicación 5, caracterizado porque dicha tercera antena (22) está adaptada para recibir dicha señal formadora de haces desde dicha segunda antena (32) .

7. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado porque dicha superficie es una superficie terrestre.

40 8. El sistema de la reivindicación 7, caracterizado porque dicha segunda plataforma está situada en la tierra.

9. El sistema de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sistema formador de haces genera dicha pluralidad de haces, teniendo cada una de dicha pluralidad de haces una huella respectiva.

45 10. El sistema de la reivindicación 9, caracterizado porque cada una de dichas huellas respectivas es una célula (60, 70) .

11. El sistema de la reivindicación 10, caracterizado porque cada una de dicha pluralidad de haces es dirigida a un usuario respectivo (40, 50) localizado en el centro de cada célula (60, 70) .

12. El sistema de la reivindicación 11, caracterizado además porque dicho sistema formador de haces asigna un código a cada haz.

13. El sistema de la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho sistema formador de haces evita que 55 un usuario reciba más de uno de entre dicha pluralidad de haces con un código dado.

14. El sistema de la reivindicación 13, caracterizado además porque dicho sistema formador de haces anticipa una condición mediante la cual un usuario se moverá a una ubicación en la cual el usuario recibirá más de uno de entre dicha pluralidad de haces con un código dado y asignando un segundo código al menos a uno de entre dicha

60 pluralidad de haces antes de la llegada del usuario a dicha posición.

15. Un método para comunicar que incluye los pasos de:

disponer un primer transceptor (20) en una primera plataforma a una altitud predeterminada; conectar una primera antena (29) a dicho primer transceptor; disponer un segundo transceptor (34) en una segunda plataforma físicamente independiente de dicha

primera plataforma; conectar una segunda antena (32) a dicho segundo transceptor, estando dicha segunda antena adaptada para comunicar con dicha primera antena (29) ; generar una señal formadora de haces desde dicho segundo transceptor (34) hasta dicho primer transceptor (20) , eficaz para excitar dicha primera antena (29) para radiar una pluralidad de haces que tienen tamaño y

forma desiguales sobre un área de cobertura de una superficie, mediante lo cual dicha pluralidad de haces crean huellas distintas que tienen un tamaño de célula correspondiente en el mismo, y caracterizado porque además incluye:

excitar dicha primera antena para dirigir una porción de dicha pluralita de haces que son más

estrechos en tamaño para radiar cerca de un centro de dicha área de cobertura, en donde dicho tamaño de celda varía directamente como una función de la distancia de un ángulo de exploración desde el nadir o centro de cobertura; y mover al menos una de entre la pluralidad de haces para seguir el movimiento de un usuario.