用于在多波束衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中路由ip數(shù)據(jù)包的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于在多波束衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中路由IP數(shù)據(jù)包的方法和裝置。用于衛(wèi)星有效負(fù)載通信的示例系統(tǒng)包含數(shù)字信道器和再生通信子系統(tǒng)（RCS）。數(shù)字信道器包含多個輸入端和多個輸出端，所述多個輸入端用來從多個上行鏈路波束接收多個信號，所述多個輸出端用來輸出多個信號。RCS包含多個輸入端和多個輸出端，所述多個輸入端可選擇地耦合到數(shù)字信道器輸出端以從選擇的數(shù)字信道器輸出端接收信號，所述多個輸出端可選擇地耦合到數(shù)字信道器輸入端以將經(jīng)處理的信號傳輸?shù)竭x擇的數(shù)字信道器輸入端。RCS被配置為處理多個信號中被選擇的信號，以產(chǎn)生經(jīng)處理的信號。
【專利說明】用于在多波束衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中路由IP數(shù)據(jù)包的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域總體涉及衛(wèi)星通信，并且更特別地涉及用于在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中路由因特網(wǎng)協(xié)議(IP)數(shù)據(jù)包的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]典型的現(xiàn)代轉(zhuǎn)發(fā)(或者“彎管”)衛(wèi)星具有金屬或者復(fù)合材料框架，該框架容納電源(例如，一個或更多個電池組、太陽能電池和/或類似物)和各種電子組件以及一個或更多個天線。所述組件通常包含一個或更多個“轉(zhuǎn)發(fā)器”，其包含一個或更多個無線電接收器、變頻器和/或發(fā)射機(jī)。衛(wèi)星的總帶寬是以轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)目為基礎(chǔ)的。例如，一個已知的可商用衛(wèi)星具有3528MHz的總可用帶寬，其被劃分為橫跨四十五個C波段和十六個Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器。這樣的轉(zhuǎn)發(fā)器統(tǒng)稱為衛(wèi)星的“有效負(fù)載”。
[0003]典型的模擬轉(zhuǎn)發(fā)通信有效負(fù)載通過上行鏈路天線從地球或另一個衛(wèi)星接收多個上行鏈路波束。每個接收的波束用低噪聲放大器(LNA)進(jìn)行放大，并且被下轉(zhuǎn)換(D/C)以用于額外的處理。在上轉(zhuǎn)換并重新傳輸?shù)降厍蚧蛄硪粋€衛(wèi)星之前，可以對下轉(zhuǎn)換的波束進(jìn)行切換、多路復(fù)用(MUX)或進(jìn)行路由和組合。
[0004]數(shù)字衛(wèi)星有效負(fù)載通常以信道化方式或再生方式運(yùn)行。信道化有效負(fù)載模仿傳統(tǒng)的固定模擬轉(zhuǎn)發(fā)器，但同樣包含精細(xì)地劃分、控制以及監(jiān)控衛(wèi)星機(jī)載的帶寬和功率分配的能力。數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)有效負(fù)載通常具有輸入端到輸出端的靈活切換。轉(zhuǎn)發(fā)信道僅僅是重復(fù)信號，而不作任何修改。因此，轉(zhuǎn)發(fā)器有效負(fù)載能夠傳送任何類型的信號，而不考慮格式或調(diào)制方式。數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)可以被相對容易地修改，從而向后兼容模擬轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)。不同于轉(zhuǎn)發(fā)的有效負(fù)載，再生的有效負(fù)載能夠執(zhí)行上行鏈路信號的解調(diào)和再調(diào)制。在這樣的系統(tǒng)中，用戶信號和嵌入在該信號中的用戶數(shù)據(jù)被恢復(fù)和處理，以使有效負(fù)載能夠以期望方式對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。嵌入的數(shù)據(jù)在歷史上已被用于數(shù)據(jù)包或基于框架的系統(tǒng)中的自主切換和/或用于安全功能。特別地，在嵌入的數(shù)據(jù)被重新傳輸之前，能夠?qū)ζ鋱?zhí)行錯誤檢測和修正。然而，由于再生系統(tǒng)要求具體的信號和數(shù)據(jù)類型，因此再生系統(tǒng)通常不是向后兼容的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，衛(wèi)星有效負(fù)載通信的一個示例系統(tǒng)包含數(shù)字信道器和再生通信子系統(tǒng)(RCS)。所述數(shù)字信道器包含多個輸入端和多個輸出端，所述多個輸入端用來從多個上行鏈路波束中接收多個信號，所述多個輸出端用來將多個信號輸出到多個下行鏈路波束。所述RCS包含多個輸入端和多個輸出端，所述多個輸入端可選地耦合到數(shù)字信道器輸出端以從數(shù)字信道器輸出端接收信號，所述多個輸出端可選地耦合到數(shù)字信道器輸入端以將經(jīng)處理的信號傳輸?shù)綌?shù)字信道器輸入端。所述RCS被配置為處理來自多個上行鏈路波束的多個信號中被選擇的信號，從而為發(fā)送到多個下行鏈路波束的多個信號產(chǎn)生經(jīng)處理的信號。
[0006]本發(fā)明的另一方面是在衛(wèi)星通信中使用的方法。所述方法包括從上行鏈路波束接收多個信號，將多個信號提供給包含多個輸出端的數(shù)字信道器的多個輸入端，將來自至少一個數(shù)字信道器輸出端的輸出信號提供給再生通信子系統(tǒng)(RCS)，以及將來自RCS的經(jīng)處理的信號提供給至少一個數(shù)字信道器輸入端，以允許數(shù)字信道器將經(jīng)處理的信號切換為用于下行鏈路波束的多個信號。
[0007]本發(fā)明的另一方面是用于衛(wèi)星有效負(fù)載通信的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含信道器、再生通信子系統(tǒng)(RCS)和控制器。所述信道器包含多個輸入端和多個輸出端。所述多個輸入端被配置為從多個上行鏈路波束接收信號。所述多個輸出端被配置為將輸出信號耦合到多個下行鏈路波束。所述RCS包含多個輸入端和多個輸出端。多個RCS輸出端中的每個都耦合到一個不同的信道器輸入端。所述RCS被配置為再生地處理在其輸入端接收的信號并通過其輸出端來輸出經(jīng)處理的信號。所述控制器被配置為選擇性地將一個或更多個信道器輸出端的輸出信號從下行鏈路波束切換到一個或更多個RCS輸入端。
[0008]有利地，所述RCS可以包含耦合到多個RCS輸入端的基帶調(diào)制解調(diào)器、耦合到信道器輸入端的IP路由器以及耦合在基帶調(diào)制解調(diào)器和IP路由器之間的匯聚交換機(jī)。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包含多個選擇器，每個選擇器耦合到一個不同的所述RCS輸出端和一個不同的信道器輸入端。優(yōu)選地，一個不同的上行鏈路波束耦合到選擇器中的每一個，并且其中選擇器被配置為選擇性地將來自上行鏈路的信號或來自RCS的經(jīng)處理的信號提供給信道器輸入端。
[0009]有利地，所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包含耦合到信道器的多個輸出交換機(jī)，每個輸出交換機(jī)被配置為從一個不同的信道器輸出端接收信號并且選擇性地將接收的信號耦合到下行鏈路波束或一個RCS輸入端。
[0010]有利地，經(jīng)處理的信號可以包含因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)包。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是示例性衛(wèi)星系統(tǒng)的方框圖。
[0012]圖2是可以用在圖1所示的衛(wèi)星系統(tǒng)中的示例性有效負(fù)載的方框圖。
[0013]圖3是運(yùn)行圖1和圖2的系統(tǒng)和有效負(fù)載的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如本文所用，以單數(shù)形式列舉的和帶有詞語“一”或“一個”的元件或步驟應(yīng)當(dāng)被理解為不排除復(fù)數(shù)個元件或步驟，除非明確指出了這種排除。此外，對本發(fā)明的“一個實(shí)施例”或“示例性實(shí)施例”的引用并非意圖解讀為排除那些同樣包含所列舉的特征的額外實(shí)施例的存在。
[0015]本文所描述的示例性方法和系統(tǒng)涉及基于衛(wèi)星的通信。更具體地，本文所描述的示例性實(shí)施例有助于多波束衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的因特網(wǎng)協(xié)議(IP)數(shù)據(jù)包的高效路由。本文所描述的方法和系統(tǒng)通常結(jié)合基于信道器的衛(wèi)星有效負(fù)載和數(shù)字再生通信系統(tǒng)。信道器的一個或更多個輸出端被定向到再生通信系統(tǒng)以用于處理，并作為IP數(shù)據(jù)包被輸出回到信道器。由此得到的系統(tǒng)可以有助于減少傳遞數(shù)據(jù)所需的衛(wèi)星中繼段(satellite hop)的數(shù)目，并因此減小信號傳輸中的延遲，同時(shí)提高對用戶的服務(wù)質(zhì)量。而且，所描述的方法和裝置提供了相對低成本的增量方法，以在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中提供再生系統(tǒng)。此外，由于橫跨網(wǎng)絡(luò)重新同步路由數(shù)據(jù)庫的減小延遲，減少的衛(wèi)星中繼段可以使跨多個衛(wèi)星波束的基于數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)對故障更具響應(yīng)能力。
[0016]更具體地參考附圖，圖1是示例性衛(wèi)星通信系統(tǒng)100的方框圖。在該示例性實(shí)施例中，衛(wèi)星通信系統(tǒng)100包含上行鏈路天線102和下行鏈路天線104。上行鏈路天線102從一個或更多個陸地源(未示出)和/或其它衛(wèi)星(未示出)接收上行鏈路波束106。下行鏈路天線104將下行鏈路波束108傳輸?shù)揭粋€或更多個陸地源(未示出)和/或其它衛(wèi)星(未示出)。雖然圖1中僅說明了單個上行鏈路天線102和單個下行鏈路天線104，但通信衛(wèi)星100可以包含任意適當(dāng)數(shù)目的上行鏈路天線102和下行鏈路天線104。
[0017]衛(wèi)星通信系統(tǒng)100對上行鏈路波束106進(jìn)行濾波、放大以及下轉(zhuǎn)換。通過多個選擇器112將所得到的信號提供給信道器110。一個不同的上行鏈路波束106可以耦合到每個選擇器112。選擇器112選擇性地將其兩個選擇器輸入端中的一個提供給信道器110的信道器輸入端114。在其它實(shí)施例中，選擇器112可以包含多于兩個選擇器輸入端。信道器110將輸入信號的每個子帶以數(shù)字方式劃分成頻率切片，該頻率切片能夠被獨(dú)立地切換、處理、路由和/或重組到提供給信道器輸出端116的輸出子帶中。在其它實(shí)施例中，輸入信號被切換并被多路復(fù)用，而不進(jìn)行額外的處理。雖然圖1中說明了三個信道器輸入端114和三個信道器輸出端116，但信道器110可以包含任意適當(dāng)數(shù)目的信道器輸入端114和信道器輸出端116。
[0018]交換機(jī)118耦合到信道器輸出端116。每個交換機(jī)118可以被配置為從一個不同的信道器輸出端116接收信號。交換機(jī)118將來自信道器110的輸出信號選擇性地提供給下行鏈路天線104或再生通信子配件(RCS) 120。RCS120包含用于從信道器110接收輸出信號的RCS輸入端122。RCS120對來自信道器110的輸出信號執(zhí)行任何適當(dāng)?shù)脑偕幚?。例如，在一個實(shí)施例中，RCS120解調(diào)這些信號并訪問存儲在其中的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)被用于IP數(shù)據(jù)包路由、密碼安全性和認(rèn)證、用于語音和數(shù)據(jù)服務(wù)的會話建立、錯誤檢測和/或修正。在處理嵌入在由交換機(jī)118提供給RCS120的輸出信號中的數(shù)據(jù)之后，該數(shù)據(jù)被重新調(diào)制并通過RCS輸出端124輸出到選擇器112。
[0019]通過選擇器112將來自RCS120的輸出信號耦合到信道器110中。例如，每個選擇器112可以耦合到各自的RCS輸出端124、上行鏈路波束106之一以及信道器輸入端114之一。更具體地，RCS輸出信號由信道器110按照與針對來自上行鏈路波束106的信號的上述相同方式處理，并且被路由到交換機(jī)118以便傳輸?shù)较滦墟溌诽炀€104。
[0020]在該示例性實(shí)施例中，衛(wèi)星100包含控制器126。控制器126以本文描述的方式控制交換機(jī)118、選擇器112、信道器110和RCS120的操作。雖然將控制器126圖示說明為單一的分立控制器，但衛(wèi)星通信系統(tǒng)100可以包含多個分離的控制器126。例如，RCS120可以包含一個或更多個控制器126，信道器110可以包含一個或更多個控制器126等。控制器126可以是用來如本文所述的那樣控制衛(wèi)星通信系統(tǒng)100的運(yùn)行的任何其它適當(dāng)?shù)哪M和/或數(shù)字控制器。
[0021]圖2是衛(wèi)星通信系統(tǒng)100的可替換實(shí)施例的方框圖。在該實(shí)施例中，在通過選擇器112將信號路由到信道器110之前，由模擬前端200、模數(shù)轉(zhuǎn)換器202和數(shù)字信號處理器204對上行鏈路波束106進(jìn)行處理。在傳輸?shù)较滦墟溌诽炀€104之前，由DSP處理器206、數(shù)模轉(zhuǎn)換器208和模擬后端210對未切換到RSC120的來自信道器110的數(shù)字輸出信號進(jìn)行處理。切換到RCS120的信號通過保護(hù)開關(guān)212耦合到RCS120。在該示例性實(shí)施例中，保護(hù)開關(guān)212是在系統(tǒng)100中提供冗余的N:M保護(hù)開關(guān)。在其它實(shí)施例中，可以使用任何其它適當(dāng)類型的保護(hù)開關(guān)。
[0022]在本實(shí)施例中，RCS120包含基帶調(diào)制解調(diào)器214、匯聚交換機(jī)216和IP路由器218。匯聚交換機(jī)216可以耦合在IP路由器218和至少一個RCS120輸入端之間?；鶐д{(diào)制解調(diào)器214可以耦合在匯聚交換機(jī)216和至少一個RCS120輸入端之間?；鶐д{(diào)制解調(diào)器214包含用以從信道器110接收信號的輸入端122，并且基帶調(diào)制解調(diào)器214將基帶信號輸出到匯聚交換機(jī)216。匯聚交換機(jī)216匯聚到達(dá)/來自單向的下行鏈路/上行鏈路波束的數(shù)據(jù)包流量并將匯聚流量呈現(xiàn)給IP路由器218的雙向接口。IP路由器218通過輸出端124路由經(jīng)處理的信號。RSC120輸出的經(jīng)處理的信號通過保護(hù)開關(guān)220被提供給選擇器112。在該示例性實(shí)施例中，保護(hù)開關(guān)220是在系統(tǒng)100中提供冗余的N:M保護(hù)開關(guān)。在其它實(shí)施例中，可以使用任何其它適當(dāng)類型的保護(hù)開關(guān)。
[0023]圖3是運(yùn)行系統(tǒng)和有效負(fù)載(如系統(tǒng)100)的示例性方法300的流程圖。方法300包括從上行鏈路波束接收302多個信號。將所述多個信號提供304給包含多個輸出端的數(shù)字信道器的多個輸入端。將來自至少一個數(shù)字信道器輸出端的輸出信號提供306給再生通信子系統(tǒng)(RCS)。將來自RCS的經(jīng)處理的信號提供308給至少一個數(shù)字信道器輸入端。
[0024]本文所描述的示例性方法和系統(tǒng)有助于IETF標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)協(xié)議(IP)數(shù)據(jù)包在多波束衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的高效路由，允許跨多個衛(wèi)星波束(或地球覆蓋區(qū)域)的基于IP的網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)有助于減少傳輸數(shù)據(jù)所需的衛(wèi)星中繼段的數(shù)目，由此減小信號傳輸中的延遲并提高對用戶的服務(wù)質(zhì)量。而且，本文描述的實(shí)施例提供了相對低成本的增量方法，以在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中提供再生系統(tǒng)。此外，由于在IP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲邪ㄗ鳛槁酚赏惑w(routing peer)的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)能夠減少橫跨網(wǎng)絡(luò)重新同步路由數(shù)據(jù)庫的延遲，因此所減少的衛(wèi)星中繼段可以允許跨多個衛(wèi)星波束的基于數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)對故障更具響應(yīng)能力。
[0025]不同有利實(shí)施例的說明被提供以用于說明和描述的目的，而不意圖窮舉或限制為所公開形式的實(shí)施例。許多修改和變化對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。此外，不同的有利實(shí)施例可提供相比其它的有利實(shí)施例不同的優(yōu)勢。選擇和描述所選定的一個或多個實(shí)施例以便最好地解釋實(shí)施例的原理、實(shí)際應(yīng)用、以及使本領(lǐng)域其他普通技術(shù)人員能理解具有適于預(yù)期的特定用途的各種改進(jìn)的各種實(shí)施例的公開。本書面說明書利用示例公開各種實(shí)施例，其包含使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`這些實(shí)施例(包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所包含的方法)的最佳方式。可獲得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求定義，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其它示例。如果這些其它的示例具有和權(quán)利要求的書面語言相同的結(jié)構(gòu)元素，或者如果其包含與權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)區(qū)別的等價(jià)的結(jié)構(gòu)元素，則這些其它示例都意在落入權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于衛(wèi)星有效負(fù)載通信的系統(tǒng)，其包含: 數(shù)字信道器，其包含: 多個輸入端，其用于從多個上行鏈路波束接收多個信號；以及 多個輸出端，其用于輸出所述多個信號；以及 再生通信子系統(tǒng)即RCS，其被配置為處理所述多個信號中的被選擇信號以產(chǎn)生經(jīng)處理的信號，所述RCS包含: 多個輸入端，其可選擇地耦合到所述數(shù)字信道器輸出端以從所述數(shù)字信道器輸出端接收信號；以及 多個輸出端，其可選擇地耦合到所述數(shù)字信道器輸入端以將經(jīng)處理的信號傳輸?shù)剿鰯?shù)字信道器輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述RCS進(jìn)一步包含因特網(wǎng)協(xié)議即IP路由器，所述IP路由器被配置為通過所述RCS的多個輸出端輸出經(jīng)處理的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述RCS進(jìn)一步包含匯聚交換機(jī)，所述匯聚交換機(jī)耦合在所述IP路由器和所述多個RCS輸入端中的至少一個之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述RCS進(jìn)一步包含耦合在所述匯聚交換機(jī)和至少一個所述RCS輸入端之間的基帶調(diào)制解調(diào)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含耦合到所述信道器的多個輸出交換機(jī)，所述多個輸出交換機(jī)中的每個被配置為從所述多個數(shù)字信道器輸出端中不同的一個數(shù)字信道器輸出端接收信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中每個所述輸出交換機(jī)被配置為可選擇地將信號提供給下行鏈路波束和所述多個RCS輸入端之一中的一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含多個選擇器，每個所述選擇器耦合到相應(yīng)的所述RCS輸出端之一、所述上行鏈路波束之一以及所述多個數(shù)字信道器輸入端之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中每個所述選擇器被配置為將來自所述上行鏈路波束的信號或來自所述RCS輸出端之一的經(jīng)處理的信號選擇性地提供給所述數(shù)字信道器輸入端之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含: 第一保護(hù)開關(guān)，其耦合在所述數(shù)字信道器的多個輸出端和所述RCS的多個輸入端之間；以及 第二保護(hù)開關(guān)，其耦合在所述RCS的多個輸出端和所述數(shù)字信道器的多個輸入端之間。
10.一種在衛(wèi)星通信中使用的方法，該方法包括: 從上行鏈路波束接收多個信號； 將所述多個信號提供給包含多個輸出端的數(shù)字信道器的多個輸入端； 將來自至少一個所述數(shù)字信道器輸出端的輸出信號提供給再生通信子系統(tǒng)即RCS ;以及 將來自所述RCS的經(jīng)處理的信號提供給至少一個所述數(shù)字信道器輸入端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將從至少一個所述數(shù)字信道器輸出端輸出的信號提供給所述RCS包括選擇可通信地耦合到所述RCS的至少一個所述數(shù)字信道器輸出端。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括將從未被選擇為可通信地耦合到所述RCS的所述數(shù)字信道器輸出端輸出的信號提供給下行鏈路波束。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將來自所述RCS的經(jīng)處理的信號提供給至少一個所述數(shù)字信道器輸入端包括將經(jīng)處理的信號耦合到選擇器，所述選擇器選擇性地將經(jīng)處理的信號以及從所述上行鏈路波束接收的信號耦合到所述信道器。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括用所述RCS再生地處理從所述至少一個數(shù)字信道器輸出端輸出的信號，從而生成經(jīng)處理的信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，`其中經(jīng)處理的信號包含因特網(wǎng)協(xié)議數(shù)據(jù)包。
【文檔編號】H04B7/185GK103716083SQ201310449579
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月2日
【發(fā)明者】J·P·斯科特 申請人:波音公司