Sistemas y métodos de procesamiento digital de datos de comunicaciones por satélite.

Una carga útil digital (202, 300, 500, 600) para procesar un espectro de sub-banda recibido en un haz (204) deenlace ascendente en un satélite (200,

1100) de comunicaciones, comprendiendo dicha carga útil digital:un canalizador digital (302) configurado para dividir el espectro de sub-banda en una serie de rebanadas(310) de frecuencia;

una matriz (304) de conmutación digital configurada para encaminar cada una dicha serie de rebanadas defrecuencia a, por lo menos, uno de una serie de puertos (312) de recepción; y

un combinador digital (306) configurado para comunicar con los puertos de recepción para recibir dicha seriede rebanadas de frecuencia y reensamblar dicha serie de rebanadas de frecuencia a efectos de formar deese modo una serie de sub-bandas de salida para su transmisión en un haz de salida (216) del satélite decomunicaciones,

caracterizada por un módulo (308) de regeneración digital configurado para desmodular por lo menos unaparte de dicho espectro de sub-banda a efectos de extraer del mismo un flujo de bits digital, para procesardigitalmente el flujo de bits, y para remodular el flujo de bits después del procesamiento, en el que elprocesamiento digital del flujo de bits incluye cifrado.

Sistemas y métodos de procesamiento digital de datos de comunicaciones por satélite.

CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere en general a satélites, y más en particular se refiere a una arquitectura digital para satélites.

ANTECEDENTES Los satélites se han convertido en instrumentos muy valiosos en campos tan diversos como la navegación, las comunicaciones, la monitorización medioambiental, la predicción meteorológica, la radiodifusión y similares. Actualmente, cientos de satélites artificiales orbitan en torno a la tierra, y cada año se lanzan muchos más desde varios países en todo el mundo. Además, actualmente muchos hogares, empresas y organizaciones administrativas utilizan a diario sistemas por satélite para entretenimiento, comunicaciones, recogida de información y otros propósitos.

Un satélite moderno típico tiene un armazón metálico o compuesto, que aloja una fuente de energía (por ejemplo, una o varias baterías, células solares y/o similares) y diversos componentes electrónicos, así como una o varias antenas. Los componentes incluyen generalmente uno o varios "transpondedores", que son grupos que contienen uno o varios receptores de radio, traductores de frecuencia y transmisores. El ancho de banda total del satélite está dado por el número de transpondedores, cada uno de los cuales puede tener un ancho de banda típico de 30 a 70 MHz o similar. Un tipo de satélite disponible comercialmente, por ejemplo, tiene un ancho de banda disponible total de 3528 MHz divididos a través de cuarenta y cinco transpondedores de banda-C y dieciséis transpondedores de banda-Ku. Estos transpondedores se denominan colectivamente la "carga útil" del satélite.

Tal como se muestra en la figura 1, una típica carga útil de comunicaciones transmitida/respondida analógica recibe múltiples haces de enlace ascendente desde tierra o desde otro satélite, a través de la antena de enlace ascendente. Cada uno de los haces recibidos es amplificado con un amplificador de bajo nivel de ruido (LNA, low noise amplifier) y sometido a conversión descendente (D/C) para su procesamiento posterior. A continuación, los haces sometidos a conversión descendente pueden ser conmutados, multiplexados (MUX) o encaminados de otro modo y combinados antes de su conversión ascendente y retransmisión sobre un haz de enlace descendente, a tierra o a otro satélite.

Aunque algunos satélites transmitidos/respondidos analógicos pueden incluir funcionalidad limitada de conmutación y multiplexación, estas características están restringidas, estando la conmutación limitada a un mapeo punto a punto de haces de antena de enlace ascendente completos a haces de antena de enlace descendente particulares. Esto conduce a ineficiencias graves en la utilización del ancho de banda del satélite. Un cliente de un satélite compra habitualmente un "transpondedor", o un bloque dedicado de ancho de banda en un satélite, durante un periodo de un año o mayor. Los anchos de banda del transpondedor se fijan habitualmente en el satélite durante el diseño (por ejemplo a 33, 50, 70 MHz, etc.) y no son ajustables con precisión después de que el satélite se ha construido. Cada transpondedor proporciona una conexión con potencia y ancho de banda dedicado entre dos puntos terrestres (punto a punto) , o entre un punto y zonas geográficas extensas (difusión) . Si bien esta disposición es relativamente flexible con respecto al tipo de señales transportadas, existen inconvenientes graves en términos de eficiencia del ancho de banda y del control de la potencia de transmisión. Si un cliente de un satélite necesita algo más de ancho de banda que el que proporciona el transpondedor, por ejemplo, el cliente del satélite debe generalmente comprar otro segmento de ancho de banda "dimensionado por transpondedor" de 33 a 70 MHz. Además, si un cliente de un satélite no utiliza la totalidad de su ancho de banda del transpondedor, este exceso de capacidad queda inutilizado, desperdiciando un producto escaso y valioso. Si bien algunos clientes han intentado tratar esta ineficiencia asignando secundariamente ancho de banda del transpondedor comprado, a otros usuarios finales a través de equipos terminales terrestres dedicados y disposiciones especiales costosas, la asignación secundaria requiere habitualmente que el cliente del satélite confíe en los usuarios finales para controlar su propio uso de potencia y ancho de banda, puesto que no hay disponible ningún control positivo para regular el consumo de potencia y de ancho de banda a bordo del satélite. Además, los satélites "piratas" frecuentemente "montan" señales sobre ancho de banda de transpondedor no utilizado, robando potencia de transmisión y degradando el rendimiento del enlace de comunicaciones para los usuarios legales. Debido en gran parte a estas ineficiencias y a otros factores, el coste de las comunicaciones por satélite sigue siendo relativamente elevado en comparación con los sistemas de comunicaciones terrestres, limitando de ese modo la adopción generalizada de comunicaciones por satélite para muchas aplicaciones.

Las cargas útiles de los satélites han evolucionado recientemente para aprovechar las tecnologías digitales a efectos de un control y una flexibilidad mejorados. Las cargas útiles digitales de los satélites funcionan generalmente de manera canalizada o bien de manera regenerativa. En el primer caso, una carga útil digital simula transpondedores analógicos fijos tradicionales, pero añade la capacidad de dividir finalmente, controlar y monitorizar la asignación de ancho de banda y de potencia a bordo del satélite. Las cargas útiles transmitidas/respondidas digitales tienen normalmente la capacidad de llevar a cabo la conmutación de entradas en salidas de manera muy flexible, permitiéndoles actuar como "centrales telefónicas", donde se realiza una solicitud para un canal con características específicas de ancho de banda/potencia y antena, el canal es establecido, utilizado y desconectado a continuación. Esta capacidad de "conmutación de circuitos" asegura que se proporciona solamente el ancho de banda, la potencia de transmisión y la cobertura necesarias, y solamente cuando son necesarias. Puesto que los canales transmitidos/respondidos son meramente señales repetidas, sin ninguna modificación, las cargas útiles con 5 transpondedor pueden transportar cualquier tipo de señal independientemente del formato o del modo de modulación. A diferencia de las cargas útiles transmitidas/respondidas, las cargas útiles regenerativas llevan a cabo la desmodulación y remodulación de las señales de enlace ascendente, recuperando y procesando no sólo la señal del usuario, sino asimismo los datos del usuario incorporados en la señal, permitiendo que la carga útil actúe sobre estos de una manera deseada. En su mayor parte, los datos incorporados se utilizan para enrutamiento autónomo en sistemas basados en paquetes y para funciones de seguridad, tal como en muchos satélites de la administración,

o para ambas cosas. En particular, puede llevarse a cabo detección y corrección de errores sobre los datos desmodulados antes de que sean transmitidos, permitiendo de ese modo que las cargas útiles de satélite regenerativas tengan generalmente un mejor comportamiento de enlace que las cargas útiles transmitidas/respondidas. Estas y otras características hacen de las cargas útiles regenerativas las más eficientes disponibles, en términos de control y utilización de la potencia y el ancho de banda. Sin embargo, los sistemas regenerativos están construidos normalmente para procesar un único conjunto de formatos de datos y señales, que se fija en la fase de diseño. Dichos sistemas no proporcionan habitualmente compatibilidad universal de señales, que puede estar disponible en los que poseen carga útil transmitida/respondida.

A medida que prosigue la evolución de las cargas útiles de satélite, los clientes de los satélites están evolucionando del enfoque transmitido/respondido analógico, al enfoque transmitido/respondido digital y al enfoque regenerativo digital, para obtener los máximos ingresos manteniendo el ancho de banda y la potencia, a partir de las asignaciones del espectro fijadas por ley. Puede ser relativamente fácil hacer los sistemas de transpondedor digital compatibles hacia atrás con los sistemas de transpondedor analógico, puesto que ninguno de estos sistemas proporciona procesamiento de datos a bordo. Sin embargo, los sistemas regenerativos no son generalmente compatibles hacia atrás, debido a sus requisitos de tipos específicos de datos y señales. Si bien la transición desde las cargas útiles transmitidas/respondidas analógicas a las mucho más eficientes cargas útiles transmitidas/respondidas digitales es evidente, el camino... [Seguir leyendo]

1. Una carga útil digital (202, 300, 500, 600) para procesar un espectro de sub-banda recibido en un haz (204) de enlace ascendente en un satélite (200, 1100) de comunicaciones, comprendiendo dicha carga útil digital: un canalizador digital (302) configurado para dividir el espectro de sub-banda en una serie de rebanadas (310) de frecuencia; una matriz (304) de conmutación digital configurada para encaminar cada una dicha serie de rebanadas de frecuencia a, por lo menos, uno de una serie de puertos (312) de recepción; y un combinador digital (306) configurado para comunicar con los puertos de recepción para recibir dicha serie de rebanadas de frecuencia y reensamblar dicha serie de rebanadas de frecuencia a efectos de formar de ese modo una serie de sub-bandas de salida para su transmisión en un haz de salida (216) del satélite de comunicaciones, caracterizada por un módulo (308) de regeneración digital configurado para desmodular por lo menos una parte de dicho espectro de sub-banda a efectos de extraer del mismo un flujo de bits digital, para procesar digitalmente el flujo de bits, y para remodular el flujo de bits después del procesamiento, en el que el procesamiento digital del flujo de bits incluye cifrado.

2. La carga útil digital acorde con la reivindicación 1, que comprende además un convertidor analógico a digital (A/D) configurado para recibir el haz de enlace ascendente y para producir a partir del mismo el espectro de sub-banda.

3. La carga útil digital acorde con la reivindicación 2, en la que el convertidor A/D está configurado además para muestrear el haz de enlace ascendente a una tasa de frecuencia de IF.

4. Un método de procesamiento de un espectro de sub-banda recibido en un haz de enlace ascendente en una carga útil digital para un satélite de comunicaciones, comprendiendo el método las etapas de:

dividir digitalmente el espectro de sub-banda en una serie de rebanadas de frecuencia; encaminar cada una dicha serie de rebanadas de frecuencia a por lo menos uno de una serie de puertos de recepción; desmodular por lo menos una parte de dicha serie de rebanadas de frecuencia para extraer de la misma un flujo de bits digital; procesar digitalmente por lo menos una parte de dichas rebanadas de frecuencia; en el que el procesamiento digital incluye cifrado del flujo de bits; remodular el flujo de bits después del procesamiento; y reensamblar digitalmente dicha parte de dicha serie de rebanadas de frecuencia después del procesamiento, para formar de ese modo una serie de sub-bandas de salida para su transmisión en un haz de salida del satélite de comunicaciones.

5. El método acorde con la reivindicación 4, que comprende además las etapas de monitorizar el espectro de subbanda para identificar cambios en el consumo de ancho de banda, y de modificar la etapa de encaminamiento en respuesta a los cambios para mejorar de ese modo la eficiencia de la carga útil digital.

6. El método acorde con la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el que la etapa de procesamiento digital comprende llevar a cabo corrección de errores sobre dicha parte de las rebanadas de frecuencia.

7. El método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que la etapa de procesamiento digital comprende llevar a cabo multiplexación por división de código sobre dicha parte de las rebanadas de frecuencia.

8. El método acorde con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que dicha etapa de procesamiento digital comprende llevar a cabo control de acceso sobre dicha parte de las rebanadas de frecuencia.

9. Un satélite (200, 1100) que recibe una serie de haces (204) de enlace ascendente y produce una serie de haces

(216) de enlace descendente, comprendiendo dicho satélite:

una antena (303) de enlace ascendente configurada para recibir dicha serie de haces de enlace ascendente; una antena (315) de enlace descendente configurada para producir dicha serie de haces de enlace descendente; y un convertidor analógico a digital (A/D) (502, 604) configurado para convertir dichos haces de enlace ascendente en equivalentes digitales de enlace ascendente; en el que el satélite está caracterizado por una carga útil totalmente digital, que comprende: un canalizador digital (302) configurado para recibir dichos equivalentes digitales de enlace ascendente y para dividir dichos equivalentes digitales de enlace ascendente en una serie de rebanadas (310) de frecuencia; una matriz (304) de conmutación digital configurada para encaminar cada una de dicha serie de rebanadas de frecuencia a por lo menos uno de una serie de puertos (312) de recepción; y un combinador digital (306) configurado para comunicar con dichos puertos de recepción para recibir dicha serie de rebanadas de frecuencia y para reensamblar dicha serie de rebanadas de frecuencia a efectos de formar de ese modo una serie de sub-bandas digitales de salida; y un convertidor digital a analógico (D/A) (316) configurado para convertir dichas sub-bandas digitales de salida en haces de enlace descendente transmitidos por dicha antena de enlace descendente, un módulo de regeneración digital configurado para desmodular cada una de dicha serie de rebanadas de frecuencia a efectos de extraer de la misma un flujo de bits digital, para procesar digitalmente dicho flujo de bits, y para remodular dicho flujo de bits después del procesamiento, en el que el procesamiento incluye el cifrado del flujo de bits.