ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Раскрытые системы, способы и устройства относятся к сквозному формированию лучей в системе с использованием сквозного ретранслятора.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Системы беспроводной связи, такие как спутниковые системы связи, обеспечивают средства, с помощью которых можно передавать данные, в том числе аудио, видео и различные другие виды данных, из одного местоположения в другое. Информация исходит от первой станции, такой как первая наземная станция, и передается на беспроводной ретранслятор, такой как спутник связи. Информация, полученная беспроводным ретранслятором, повторно передается на вторую станцию, такую как вторая наземная станция. В некоторых ретрансляционных системах беспроводной связи первую или вторую станцию (или обе) устанавливают на транспортное средство, такое как самолет, плавучее средство или наземное средство. Информация может передаваться только в одном направлении (например, только из первой наземной станции на вторую наземную станцию) или может передаваться в обоих направлениях (например, также из второй наземной станции на первую наземную станцию).
В ретрансляционной системе беспроводной связи, в которой беспроводной ретранслятор представляет собой спутник, спутник может являться геостационарным спутником, и в этом случае орбиту спутника синхронизируют с вращением Земли, при этом зона покрытия спутника остается по существу стационарной по отношению к Земле. В других случаях спутник находится на орбите вокруг Земли, и это приводит к тому, что зона покрытия спутника перемещается по поверхности Земли, когда спутник пересекает в поперечном направлении свою орбитальную траекторию.
Сигналы, направляемые на первую станцию или от нее, могут направляться с использованием антенны, которая имеет форму, позволяющую сфокусировать сигнал в узкий луч. Такие антенны, как правило, имеют параболический отражатель для фокусирования луча.
В некоторых случаях луч может быть сформирован электронным образом путем регулирования усиления и фазы (или временной задержки) сигналов, передаваемых, принимаемых или передаваемых и принимаемых несколькими элементами фазированной антенной решетки. Луч может направляться путем правильного выбора относительной фазы и усиления сигналов, передаваемых и/или принимаемых каждым элементом фазированной антенной решетки. В большинстве случаев вся энергия, передаваемая от наземной станции, предназначена для приема одним беспроводным ретранслятором. Аналогичным образом, информация, принимаемая второй станцией, как правило, принимается от одного беспроводного ретранслятора за раз. Таким образом, как правило, передаваемый луч, формируемый для передачи информации на беспроводной ретранслятор (с использованием электронного формирования луча или с использованием антенны с профилированным отражателем), является относительно узким для обеспечения направления как можно большей части передаваемой энергии на беспроводной ретранслятор. Аналогичным образом, приемный луч, формируемый для приема информации от беспроводного ретранслятора, как правило, является узким для сбора энергии с направления беспроводного ретранслятора с минимальными помехами от других источников.
Во многих рассматриваемых случаях сигналы, передаваемые с беспроводного ретранслятора на первую и вторую станции, не направляют на одну станцию. Напротив, беспроводной ретранслятор способен передавать сигналы в относительно большой географической зоне. Например, в одной спутниковой системе связи спутник может обслуживать всю континентальную часть США. В таком случае говорят, что спутник имеет зону покрытия спутника, которая включает в себя всю континентальную часть США. Тем не менее, для увеличения объема данных, которые можно передать через спутник, энергию, передаваемую спутником, фокусируют в лучи. Лучи могут быть направлены в географические зоны на Земле.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Чертежи представлены только для целей иллюстрации и просто изображают примеры. Эти чертежи представлены для облегчения понимания читателем раскрытого способа и устройства. Они не ограничивают охват, объем или применимость заявленного изобретения. Для ясности и простоты иллюстрации эти чертежи необязательно выполнены в масштабе.
На ФИГ. 1 представлена иллюстрация примера спутниковой системы связи.
На ФИГ. 2 представлена схема, показывающая пример диаграммы направленности лучей, охватывающих континентальную часть США.
На ФИГ. 3 представлена иллюстрация примера прямой линии связи спутниковой системы связи, в которой спутник имеет фазированную решетку с несколькими линиями связи на луч для возможности формирования луча на борту.
На ФИГ. 4 представлена иллюстрация примера прямой линии связи спутниковой системы связи, содержащей наземную систему формирования лучей.
На ФИГ. 5 представлена иллюстрация примера системы сквозного формирования лучей.
На ФИГ. 6 представлена иллюстрация примера трактов прохождения сигнала для сигналов, проходящих в обратном направлении.
На ФИГ. 7 представлена иллюстрация примера трактов прохождения сигнала в обратном направлении от пользовательского терминала.
На ФИГ. 8 представлена упрощенная иллюстрация примера модели сквозной матрицы обратного канала.
На ФИГ. 9 представлена иллюстрация примера трактов прохождения сигнала в прямом направлении.
На ФИГ. 10 представлена иллюстрация примера трактов прохождения сигнала в прямом направлении к пользовательскому терминалу, расположенному в пределах зоны покрытия пользовательских лучей.
На ФИГ. 11 представлена упрощенная иллюстрация примера модели сквозной матрицы прямого канала.
На ФИГ. 12 представлена иллюстрация примера спутника сквозной ретрансляции, поддерживающего передачу прямых и обратных данных.
На ФИГ. 13 представлена иллюстрация примера диапазона частот восходящей линии связи, разделенного на две части.
На ФИГ. 14 представлена иллюстрация примера сквозной ретрансляции с временным мультиплексированием между прямыми и обратными данными.
На ФИГ. 15 представлена блок-схема компонентов примера системы сквозной ретрансляции, реализованной в виде спутника.
На ФИГ. 16 представлена блок-схема примера транспондера, содержащего устройство сдвига фазы.
На ФИГ. 17 представлен график примера диаграмм мощности сигнала нескольких антенных элементов.
На ФИГ. 18 представлена иллюстрация примера контуров мощности сигнала 3 дБ для нескольких антенных элементов.
На ФИГ. 19 представлена иллюстрация примера перекрытия диаграмм мощности сигнала нескольких антенных элементов.
На ФИГ. 20А-20Е представлена иллюстрация примеров перекрытия контуров мощности сигнала 3 дБ для нескольких антенных элементов.
На ФИГ. 21 представлена иллюстрация примера нумерации 16 антенных элементов и перекрытия их контуров мощности сигнала 3 дБ.
На ФИГ. 22 представлена таблица, показывающая пример соответствий приемных антенных элементов и передающих антенных элементов по 16 транспондерам.
На ФИГ. 23 представлена иллюстрация поперечного сечения параболического отражателя антенны и массива элементов, центрированных в фокальной точке параболы.
На ФИГ. 24 представлена иллюстрация поперечного сечения параболического отражателя антенны и массива элементов, расположенных на расстоянии от фокальной точки параболы.
На ФИГ. 25 представлена иллюстрация примера зоны покрытия ретранслятора (показана одинарной поперечной штриховкой) и зоны (показана двойной поперечной штриховкой), определяемой точками, расположенными в пределах зоны покрытия ретранслятора, которые также содержатся в пределах зон покрытия шести антенных элементов.
На ФИГ. 26 представлен пример диаграммы направленности антенны ретранслятора, в которой все точки, находящиеся в пределах зоны покрытия ретранслятора, также содержатся в пределах зон покрытия по меньшей мере четырех антенных элементов.
На ФИГ. 27 представлена иллюстрация примера распределения узлов доступа (AN) и зон покрытия пользовательских лучей.
На ФИГ. 28 представлен пример графика нормализованной пропускной способности прямой и обратной линии связи в зависимости от числа развернутых AN.
На ФИГ. 29 представлена блок-схема примера наземного сегмента 502 для системы сквозного формирования лучей.
На ФИГ. 30 представлена блок-схема примера формирователя прямых/обратных лучей.
На ФИГ. 31 представлена блок-схема примера формирователя прямых лучей, содержащего множество формирователей обратных направленных лучей с квантованием времени с демультиплексированием и мультиплексированием во временной области.
На ФИГ. 32 представлена иллюстрация упрощенного примера наземного сегмента, показывающая работу формирователя прямых лучей с квантованием времени (TSBF).
На ФИГ. 33 представлена блок-схема примера формирователя обратных лучей, содержащего множество формирователей обратных лучей с квантованием времени, с демультиплексированием и мультиплексированием во временной области.
На ФИГ. 34 представлена иллюстрация упрощенного примера наземного сегмента, показывающая работу формирователя обратных лучей, в котором применяют мультиплексирование во временной области.
На ФИГ. 35 представлена блок-схема примера многополосного формирователя прямых/обратных лучей, в котором применяют демультиплексирование и мультиплексирование подполосы.
На ФИГ. 36 и ФИГ. 37 представлена иллюстрация примера тактовой синхронизации для прямой линии связи.
На ФИГ. 38 представлена блок-схема примера узла доступа (AN).
На ФИГ. 39 представлена блок-схема части примера AN.
На ФИГ. 40 представлена блок-схема примера AN 515, в котором обработку во множестве подполос частот выполняют по отдельности.
На ФИГ. 41 представлена иллюстрация примера системы сквозного формирования лучей для обеспечения охвата различных зон покрытия пользовательской линии связи и фидерной линии связи.
На ФИГ. 42 представлена иллюстрация примера модели трактов прохождения сигнала для сигналов, несущих обратные данные по сквозной обратной линии связи.
На ФИГ. 43 представлена иллюстрация примера модели трактов прохождения сигнала для сигналов, несущих прямые данные по сквозной прямой линии связи.
На ФИГ. 44А и 44В представлены иллюстрации примеров тракта прохождения прямого сигнала и тракта прохождения обратного сигнала соответственно.
На ФИГ. 45А, 45В, 45С, 45D, 45Е, 45F и 45G представлены иллюстрации примеров видимых зон покрытия сквозных ретрансляторов.
На ФИГ. 46А и 46В представлены иллюстрации примеров зоны покрытия поверхности Земли и зоны покрытия Северной Америки сквозного ретранслятора соответственно.
На ФИГ. 47А и 47В представлены блок-схемы примеров тракта прохождения прямого сигнала и тракта прохождения обратного сигнала соответственно, в каждом из которых предусмотрена избирательная активация множества антенных подсистем пользовательской линии связи.
На ФИГ. 48А и 48В представлена иллюстрация примера зоны покрытия сквозного ретранслятора, которая включает в себя множество избирательно активируемых зон покрытия пользователя.
На ФИГ. 49А и 49В представлены блок-схемы примера трактов прохождения прямого и обратного сигналов соответственно, в каждом из которых предусмотрена избирательная активация множества антенных подсистем пользовательской линии связи и множества антенных подсистем фидерной линии связи.
На ФИГ. 50А, 50В и 50С проиллюстрированы примеры одной или более зон покрытия пользователя с множеством зон покрытия узлов доступа.
На ФИГ. 51А и 51В показаны примеры трактов прохождения прямого и обратного сигналов соответственно, в каждом из которых предусмотрена избирательная активация множества массивов антенных элементов пользовательской линии связи и множества массивов антенных элементов фидерной линии связи.
На ФИГ. 52А и 52В показаны примеры трактов приема/передачи прямого и обратного сигналов для одновременного использования множества кластеров AN соответственно.
На ФИГ. 53А и 53В проиллюстрированы примеры транспондеров, позволяющих осуществлять избирательное соединение между множеством составляющих элементов фидерной линии связи и одним составляющим элементом пользовательской линии связи.
На ФИГ. 54А и 54В проиллюстрированы транспондеры прямой и обратной линии связи соответственно.
На ФИГ. 55А, 55В и 55С проиллюстрированы примеры закольцованных транспондеров.
На ФИГ. 56А проиллюстрирован сквозной ретранслятор, который включает в себя один или более отражателей.
На ФИГ. 56В проиллюстрирована антенная подсистема с множеством кластеров облучателей.
На ФИГ. 57 проиллюстрирована антенная подсистема, которая включает в себя многоэлементный отражатель.
На ФИГ. 58 показана система сквозного ретранслятора, части которой размещены на одной или более морских платформах (например, стационарных или плавучих).
На ФИГ. 59А и 59В представлены иллюстрации примеров видимых зон покрытия сквозного ретранслятора, поддерживающего несовпадающие диапазоны частот.
На ФИГ. 60А и 60В показаны примеры трактов приема/передачи прямого/обратного сигнала, поддерживающих множество полос частот.
На ФИГ. 61А и 61В показаны примеры трактов приема/передачи прямого/обратного сигнала, поддерживающих множество полос частот.
На ФИГ. 62 показан пример массива антенных элементов с пространственно перемежающимися подмножествами составляющих антенных элементов.
На ФИГ. 63А и 63В представлены иллюстрации примера выделения
частот.
На ФИГ. 64А и 64В представлены иллюстрации примера выделения частот.
На ФИГ. 65А и 64В представлены иллюстрации примера выделения частот.
На ФИГ. 66А и 66В показан пример трактов приема/передачи прямого/обратного сигнала.
Ссылочные обозначения (например, 100) используются в настоящем документе для обозначения аспектов чертежей. Аналогичные или подобные аспекты, как правило, показаны с использованием одинаковых чисел. Группа аналогичных или подобных элементов может обозначаться в совокупности с помощью одного ссылочного обозначения (например, 200), а отдельные элементы группы могут обозначаться с помощью ссылочного обозначения с добавленной литерой (например, 200а, 200b).
Предполагается, что фигуры не являются исчерпывающими или ограничивающими заявленное изобретение точной раскрытой формой. Раскрытый способ и устройство могут быть реализованы на практике с модификацией и изменением, и настоящее изобретение ограничено лишь пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Это подробное описание организовано следующим образом. Во-первых, описано введение в ретрансляционные системы беспроводной связи с использованием спутниковой связи и формирования лучей. Во-вторых, описано сквозное формирование лучей в целом и на уровне системы с использованием сквозного формирования лучей посредством спутника в качестве примера, хотя применение сквозного формирования лучей не ограничено видами спутниковой связи. В-третьих, оперирование прямыми и обратными данными описано в контексте сквозного формирования лучей. В-четвертых, в качестве примера с использованием спутника связи описаны сквозные ретрансляторы и их антенны. Далее описаны наземные сети для формирования сквозных лучей, включая смежные аспекты, такие как выравнивание задержек, устранение искажений в фидерной линии связи и вычисление весового коэффициента луча. В заключение описано сквозное формирование лучей с отдельными зонами покрытия пользовательской линии связи и фидерной линии связи, а также системы с множеством зон покрытия.
Спутниковая связь
На ФИГ. 1 представлена иллюстрация примера веерной структуры спутниковой системы 100 связи. Спутник используется в качестве примера беспроводного ретранслятора. Несмотря на то что многие примеры описаны в тексте настоящего раскрытия в контексте спутника или спутниковой системы связи, предполагается, что такие примеры не ограничены спутником; может использоваться любой другой подходящий беспроводной ретранслятор, который может работать аналогичным образом. Система 100 содержит наземную станцию 101 на Земле, спутник 103 связи и наземный источник передачи на Земле, такой как пользовательский терминал 105. Зона покрытия спутника может быть в широком смысле определена как такая зона, из которой и/или в которую источник передачи на Земле или приемник на Земле, такой как наземная станция на Земле или пользовательский терминал, могут связываться через спутник. В некоторых системах зоны покрытия для каждой линии связи (например, зона покрытия прямой восходящей линии связи, зона покрытия прямой нисходящей линии связи, зона покрытия обратной восходящей линии связи и зона покрытия обратной нисходящей линии связи) могут отличаться. Зону покрытия прямой восходящей линии связи и зону покрытия обратной восходящей линии связи в совокупности называют зоной покрытия восходящей линии связи спутника. Аналогичным образом, зону покрытия прямой нисходящей линии связи и зону покрытия обратной нисходящей линии связи в совокупности называют зоной покрытия нисходящей линии связи спутника. Хотя зона покрытия спутника активна только для спутника, который находится в эксплуатации (например, находится на эксплуатационной орбите), можно считать, что у спутника имеется (например, он может быть выполнен с возможностью наличия) диаграмма направленности спутниковой антенны, которая не зависит от относительного местоположения спутника относительно Земли. Это означает, что диаграмма направленности спутниковой антенны представляет собой диаграмму распределения энергии, передаваемой от антенны спутника (передаваемой от антенны спутника или принимаемой антенной спутника). Диаграмма направленности спутниковой антенны соответствует облучению (передаче в нее или получению из нее) конкретной зоны покрытия спутника, когда спутник находится на эксплуатационной орбите. Зона покрытия спутника определяется диаграммой направленности спутниковой антенны, орбитальным положением и пространственным положением, для которого предназначен спутник, а также заданным порогом усиления антенны. Как правило, пересечение диаграммы направленности антенны (при конкретном коэффициенте усиления антенны, например 3 дБ, 4 дБ, 6 дБ или 10 дБ от максимального коэффициента усиления) с конкретным исследуемым физическим районом (например, зоной на поверхности или около поверхности Земли) определяет зону покрытия для антенны. Антенны могут быть выполнены с возможностью обеспечения конкретной диаграммы направленности (и/или зоны покрытия), и такие диаграммы направленности антенны могут быть получены путем вычислений (например, путем анализа или моделирования) и/или измерены экспериментально (например, на полигоне для испытания антенн или при фактическом использовании).
Хотя на чертеже для упрощения показан только один пользовательский терминал 105, в системе, как правило, содержится множество пользовательских терминалов 105. Спутниковая система 100 связи функционирует как точка в многоточечной системе. Это означает, что станция 101 на Земле в пределах зоны покрытия спутника может отправлять информацию на любой из пользовательских терминалов 105 и получать информацию от него в пределах зоны покрытия спутника. Однако пользовательские терминалы 105 осуществляют связь только со станцией 101 на Земле. Станция 101 на Земле принимает прямые данные от сети 107 связи, модулирует данные с помощью модема 109 фидерной линии связи и передает данные на спутник 103 по прямой восходящей фидерной линии связи 111. Спутник 103 ретранслирует эти прямые данные на пользовательские терминалы 105 по прямой пользовательской нисходящей линии связи (иногда называемой прямой эксплуатационной нисходящей линией связи) 113. В некоторых случаях передаваемые в прямом направлении данные из наземной станции 101 предназначены для нескольких из пользовательских терминалов 105 (например, информация передается в многоадресном режиме на пользовательские терминалы 105). В некоторых случаях передаваемые в прямом направлении данные от наземной станции 101 предназначены только для одного пользовательского терминала 105 (например, используется одноадресная передача данных только на конкретный пользовательский терминал 105). Пользовательские терминалы 105 передают обратные данные на спутник 103 по обратной пользовательской восходящей линии связи (иногда называемой обратной эксплуатационной восходящей линией связи) 115. Спутник 103 ретранслирует обратные данные на станцию 101 на Земле по обратной фидерной нисходящей линии связи 117. Модем 109 фидерной линии связи демодулирует обратные данные, которые передаются в сеть 107 связи. Эту возможность обратной связи по существу использует некоторое число пользовательских терминалов 105.
На ФИГ. 2 представлена схема, показывающая пример одной конфигурации зон покрытия луча спутника для обслуживания континентальной части США. В примере конфигурации показаны семьдесят лучей. Первый луч 201 охватывает приблизительно две трети штата Вашингтон. Второй луч 203 рядом с первым лучом 201 охватывает зону, расположенную непосредственно к востоку от первого луча 201. Третий луч 205 приблизительно охватывает Орегон к югу от первого луча 201. Четвертый луч 207 охватывает зону, расположенную приблизительно к юго-востоку от первого луча 201. Как правило, между соседними лучами имеется некоторое перекрытие. В некоторых случаях используется многоцветная (например, двух-, трех- или четырехцветная) схема повторного использования лучей. В примере четырехцветной диаграммы направленности лучи 201, 203, 205, 207 по отдельности определяет уникальная комбинация частоты (например, диапазон или диапазоны частот или же один или более каналов) и/или поляризации антенны (например, в некоторых случаях антенна может быть выполнена с возможностью передачи сигналов с правой круговой поляризацией (RHCP) или с левой круговой поляризацией (LHCP); доступны и другие методики поляризации). Соответственно, между передаваемыми в разных лучах 201, 203, 205, 207 сигналами могут возникать относительно небольшие взаимные помехи. Затем эти комбинации частоты и поляризации антенны могут повторно использоваться в повторяющейся не перекрывающейся «четырехцветной» диаграмме направленности многократного использования. В некоторых ситуациях желаемая пропускная способность связи может быть достигнута с использованием одного цвета. В некоторых случаях может использоваться разделение лучей во времени и/или другие методики подавления помех.
В некоторых пределах фокусирование лучей в зоны меньшего размера и, таким образом, увеличение числа лучей позволяет повышать пропускную способность передачи данных спутника, обеспечивая больше возможностей для повторного использования частоты. Однако при увеличении числа лучей может повышаться уровень сложности системы, а во многих случаях и уровень сложности спутника.
Усложнение конструкции спутника, как правило, приводит к увеличению его размера, массы и энергопотребления. Выведение спутников на орбиту связано с большими затратами. Стоимость запуска спутника отчасти определяется его массой и размером. Кроме того, существуют абсолютные ограничения по массе и размеру спутника, если его запускают с использованием доступной в настоящее время ракетной технологии. Это обуславливает необходимость выбора оптимального соотношения между признаками, которые могут характеризовать спутник. Более того, количество электроэнергии, которое может подаваться на компоненты спутника, ограничено. Поэтому масса, размер и энергопотребление являются параметрами, которые необходимо учитывать при проектировании спутника.
В тексте настоящего раскрытия термин «приемный антенный элемент» относится к физическому преобразователю, который преобразует электромагнитный сигнал в электрический сигнал, а термин «передающий антенный элемент» относится к физическому преобразователю, который выдает электромагнитный сигнал при возбуждении электрическим сигналом. Антенный элемент может включать в себя рупор, поляризованный рупор с перегородкой (например, который может функционировать как два комбинированных элемента с разной поляризацией), многопортовый многополосный рупор (например, двухдиапазонный 20 ГГц/30 ГГц с двойной поляризацией LHCP/RHCP), резонаторно-щелевую антенну, инвертированную антенну F-типа, щелевой волновод, плоскостную антенну бегущей волны, спиральную, рамочную, прямоугольную микрополосковую антенну, антенный элемент любой другой конфигурации или комбинацию взаимосвязанных подэлементов. Антенный элемент имеет соответствующую диаграмму направленности антенны, которая описывает изменение коэффициента усиления антенны в зависимости от направления (или угла). Антенный элемент также имеет зону покрытия, которая соответствует площади (например, части поверхности Земли) или объему (например, части поверхности Земли с воздушным пространством над поверхностью), для которой антенный элемент обеспечивает требуемый уровень усиления (например, в пределах 3 дБ, 6 дБ, 10 дБ или другого значения относительно максимального коэффициента усиления антенного элемента). Зона покрытия антенного элемента может быть модифицирована с помощью различных конструкций, таких как отражатель, частотно-избирательная поверхность, линзовая антенна, обтекатель и т.п. Некоторые спутники, включая описанные в настоящем документе, могут содержать несколько транспондеров, каждый из которых способен независимо принимать и передавать сигналы. Каждый транспондер соединен с антенными элементами (например, приемным элементом и передающим элементом) с образованием тракта приема/передачи сигнала, который имеет диаграмму направленности излучения (диаграмму направленности антенны), отличную от диаграмм направленности других трактов приема/передачи сигнала, для создания уникальных лучей, которые могут быть распределены по разным зонам покрытия луча. Как правило, один тракт приема/передачи сигнала является общим для множества лучей за счет применения входных и/или выходных мультиплексоров. В обоих случаях число лучей, которое может одновременно формироваться, по существу ограничено числом развернутых на спутнике трактов приема/передачи сигнала.
Формирование луча
Формирование луча для линии связи может быть выполнено путем регулировки фазы сигнала (или временной задержки) и иногда амплитуды сигнала для сигналов, передаваемых и/или принимаемых с помощью множества элементов одной или более антенных решеток с перекрывающимися зонами покрытия. В некоторых случаях некоторые или все антенные элементы размещены в виде массива составляющих приемных и/или передающих элементов, которые взаимодействуют так, чтобы обеспечивать сквозное формирование луча, как описано ниже. Для передач (от передающих элементов одной или более антенных решеток) регулируют относительные фазы и иногда амплитуды передаваемых сигналов так, чтобы энергия, передаваемая передающими антенными элементами, структурно накладывалась в требуемом местоположении. Эту регулировку фазы/амплитуды обычно называют «применением весовых коэффициентов луча» к передаваемым сигналам. Для приема (приемными элементами одной или более антенных решеток) регулируют относительные фазы и иногда амплитуды принимаемых сигналов (т.е. применяют одинаковые или различные весовые коэффициенты луча) так, чтобы энергия, принимаемая приемными антенными элементами из требуемого местоположения, структурно накладывалась на этих приемных антенных элементах. В некоторых случаях формирователь лучей вычисляет требуемые весовые коэффициенты луча антенного элемента. В некоторых случаях термин «формирование луча» может относиться к применению весовых коэффициентов луча. Адаптивные формирователи лучей обладают функцией динамического вычисления весовых коэффициентов луча. Для вычисления весовых коэффициентов луча может потребоваться прямое или косвенное определение характеристик канала связи. Процессы вычисления весовых коэффициентов луча и применения весовых коэффициентов луча могут выполняться в одних и тех же или в разных элементах системы.
Антенными лучами можно управлять, их можно избирательно формировать и/или иным образом изменять конфигурацию, применяя разные весовые коэффициенты луча. Например, можно изменять во времени число активных лучей, зону покрытия лучей, размеры лучей, относительное усиление лучей и другие параметры. Такая переналаживаемость требуется в некоторых ситуациях. Антенны для формирования луча могут по существу формировать относительно узкие лучи. Узкие лучи могут позволять отделять сигналы, передаваемые посредством одного луча, от сигналов, передаваемых посредством других лучей (например, во избежание возникновения помех). Соответственно, узкие лучи могут позволять повторно использовать частоту и поляризацию в большей степени, чем при формировании больших лучей. Например, лучи, которые имеют узкую форму, могут обеспечивать две несмежные зоны покрытия, которые не перекрываются. В каждом луче может использоваться как правосторонняя поляризация, так и левосторонняя поляризация. Многократное использование может приводить к увеличению объема передаваемых и/или получаемых данных.
В некоторых спутниках для электронного управления массивом антенных элементов используется формирование лучей на борту (OBBF). На ФИГ. 3 представлена иллюстрация спутниковой системы 300, в которой спутник 302 имеет фазированную решетку с несколькими фидерными линиями связи на луч (MFPB) для возможности формирования лучей на борту. В этом примере весовые коэффициенты луча вычисляют в наземном вычислительном центре, а затем передают на спутник или предварительно сохраняют на спутнике для применения (не показано). На ФИГ. 3 показана прямая линия связи, хотя эта архитектура может использоваться для прямых линий связи, обратных линий связи или как прямых, так и обратных линий связи. Формирование лучей может применяться в пользовательской линии связи, фидерной линии связи или в обеих. Проиллюстрированная прямая линия связи является трактом прохождения сигнала от одного из множества шлюзов (GW) 304 к одному или более из множества пользовательских терминалов в пределах одной или более зон 306 покрытия пятна луча. Спутник 302 содержит приемную антенную решетку 307, передающую антенную решетку 309, понижающий преобразователь (D/C) и модуль 311 усиления, формирователь 313 лучей приемной антенной решетки и формирователь 315 лучей передающей антенной решетки. Спутник 302 может формировать лучи как на фидерной линии связи 308, так и на пользовательской линии связи 310. Каждый из L элементов приемной решетки 307 принимает K сигналов от K GW 304. K каждому из K создаваемых лучей фидерной линии связи (например, один луч на GW 304) применяют отличный весовой коэффициент луча (например, регулируют фазу/амплитуду) с помощью формирователя 313 лучей приемной антенной решетки для каждого сигнала, принимаемого каждым из L элементов приемной антенной решетки (приемной антенной решетки 307). Соответственно, для K лучей, формируемых с использованием приемной антенной решетки 307, содержащей L приемных антенных элементов, K различных векторов весовых коэффициентов луча длиной L применяют к L сигналам, принимаемым L элементами приемной антенной решетки. Формирователь 313 лучей приемной антенной решетки в спутнике 302 регулирует фазу/амплитуду сигналов, принимаемых L элементами приемной антенной решетки для создания K сигналов принимаемого луча. Каждый из K принимаемых лучей фокусируют для приема сигнала от одного GW 304. Соответственно, формирователь 313 лучей приемной антенной решетки выводит K сигналов принимаемого луча на D/C и модуль 311 усиления. Один такой сигнал принимаемого луча формируется для сигнала, принимаемого от каждого передающего GW 304.
Модуль 311 D/C и усиления преобразует с понижением частоты каждый из K сигналов принимаемого луча и регулирует усиление соответствующим образом. K сигналов, выводимых модулем 311 D/C и усиления, передаются в формирователь 315 лучей передающей антенной решетки. Формирователь 315 лучей передающей антенной решетки применяет вектор L весовых коэффициентов к каждому из K сигналов для в совокупности L x K весовых коэффициентов передаваемого луча для формирования K лучей по пользовательской нисходящей линии связи 310.
В некоторых случаях в спутнике может потребоваться значительная производительность по обработке для управления фазой и усилением каждого антенного элемента, используемого для формирования лучей. Применение таких мощностей по обработке приводит к увеличению уровня сложности спутника. В некоторых случаях спутники могут работать с наземным формированием лучей (GBBF) для снижения уровня сложности спутника с сохранением при этом преимущества электронного формирования узких лучей.
На ФИГ. 4 представлена иллюстрация одного примера спутниковой системы 400 связи, содержащей прямое GBBF. GBBF проводят на прямой пользовательской линии связи 317 посредством массива из L элементов, аналогичных описанным выше. Фазы/амплитуды сигналов, передаваемых по пользовательской линии связи 317, взвешены так, чтобы сформировать лучи. В фидерной линии связи 319 используется схема «один фидер на луч» (SFPB), в которой каждый принимающий и передающий антенный элемент антенны 324 предназначен для одного луча фидерной линии связи.
Перед передачей от одного GW или нескольких GW 304 к каждому из K лучей прямой фидерной линии связи формирователь 321 лучей передающей антенной решетки применяет соответствующий один из K векторов весовых коэффициентов луча, каждый из которых имеет длину Z, к каждому из K передаваемых сигналов. Определение K векторов L весовых коэффициентов и их применение к сигналам позволяет формировать на земле K прямых лучей для прямой пользовательской нисходящей линии связи 317. В восходящей фидерной линии связи 319 каждый из L разных сигналов мультиплексируется с получением мультиплексированного сигнала с частотным разделением (FDM) с помощью мультиплексора 323 (или т.п.). Каждый FDM-сигнал передается с помощью GW 304 на один из приемных антенных элементов в антенне 324 по фидерной линии связи 319. FDM-приемник 325 на спутнике 327 принимает сигналы от антенны 324. Аналогово-цифровой преобразователь (A/D) 326 преобразует принятые аналоговые сигналы в цифровые сигналы. Процессор 328 цифрового канала демультиплексирует FDM-сигналы, каждый из которых был соответствующим образом взвешен формирователем 321 лучей для передачи через один из L элементов массива передающих антенных элементов передающей антенны 329. Процессор 328 цифрового канала выводит сигналы на цифро-аналоговый преобразователь (D/A) 331 для преобразования обратно в аналоговую форму. Аналоговые выходные сигналы D/A 331 преобразуются с повышением частоты и усиливаются с помощью повышающего преобразователя (U/C) и каскада 330 усиления, а затем передаются с помощью соответствующего элемента передающей антенны 329. Соответствующий процесс выполняется в обратном направлении для обратных лучей. Следует отметить, что для системы фидерной FDM-линии связи этого типа требуется в L раз большая ширина полосы пропускания, поскольку пользовательские лучи обуславливают ее неприменимость в системах с большими значениями ширины полосы для данных или в системах, которые содержат большое число элементов L.
Системы сквозного формирования лучей
Описанные в настоящем документе системы сквозного формирования лучей формируют сквозные лучи через сквозной ретранслятор. Система сквозного формирования лучей может соединять пользовательские терминалы с источниками/получателями данных. В отличие от описанных выше систем формирования лучей, в системе сквозного формирования лучей в центральной системе обработки данных (CPS) вычисляют весовые коэффициенты луча, и весовые коэффициенты сквозного луча применяют в рамках наземной сети (а не на спутнике). Сигналы в сквозных лучах передаются и принимаются на массиве узлов доступа (AN), который может представлять собой спутниковый узел доступа (SAN). Как описано выше, в системе сквозного формирования лучей могут использоваться сквозные ретрансляторы любого подходящего типа, а для осуществления связи с разными типами сквозных ретрансляторов могут использоваться AN разных типов. Термин «центральная» относится к тому факту, что CPS доступна для AN, которые участвуют в передаче и/или приеме сигнала, и не относится к конкретному географическому местоположению, в котором находится CPS. Формирователь лучей в рамках CPS вычисляет один набор весовых коэффициентов сквозного луча, который учитывает: (1) тракты прохождения беспроводного сигнала в восходящей линии связи вверх к сквозному ретранслятору; (2) тракты приема/передачи сигнала через сквозной ретранслятор; и (3) тракты прохождения беспроводного сигнала в нисходящей линии связи вниз от сквозного ретранслятора. Весовые коэффициенты луча математически могут быть представлены в виде матрицы. Как описано выше, OBBF- и GBBF-спутниковые системы имеют размеры вектора весовых коэффициентов луча, определяемые числом антенных элементов на спутнике. В противоположность этому, векторы весовых коэффициентов сквозного луча имеют размеры, определяемые числом AN, а не числом элементов на сквозном ретрансляторе. В общем случае число AN не совпадает с числом антенных элементов на сквозном ретрансляторе. Дополнительно сформированные сквозные лучи не заканчиваются ни на передающих, ни на приемных антенных элементах сквозного ретранслятора. Напротив, происходит эффективная ретрансляция сформированных сквозных лучей, поскольку системы формирования сквозных лучей содержат тракты прохождения сигнала восходящей линии связи, тракты прохождения сигнала ретранслятора (посредством спутника или другого подходящего сквозного ретранслятора) и тракты прохождения сигнала нисходящей линии связи.
Поскольку сквозное формирование луча учитывает как пользовательскую линию связи, так и фидерную линию связи (а также сквозной ретранслятор), для формирования требуемых сквозных пользовательских лучей в конкретном направлении (например, прямых пользовательских лучей или обратных пользовательских лучей) необходим лишь один набор весовых коэффициентов луча. Таким образом, один набор весовых коэффициентов сквозного прямого луча (далее называемых просто весовыми коэффициентами прямого луча) обуславливает комбинирование сигналов, передаваемых от AN через прямую восходящую линию связи, через сквозной ретранслятор, а также через прямую нисходящую линию связи, для формирования сквозных прямых пользовательских лучей (далее называемых прямыми пользовательскими лучами). И наоборот, сигналы, передаваемые обратно от пользователей через обратную восходящую линию связи, через сквозной ретранслятор и обратную нисходящую линию связи, имеют весовые коэффициенты сквозного обратного луча (далее называемые весовыми коэффициентами обратного луча), применяются для формирования сквозных обратных пользовательских лучей (далее называемых обратными пользовательскими лучами). В некоторых условиях может быть очень сложно или невозможно провести различие между характеристиками восходящей линии связи и нисходящей линии связи. Соответственно, формируемые лучи фидерной линии связи, коэффициент направленности формируемого пользовательского луча и собственное соотношение мощности сигнала на несущей к помехе (С/I) для восходящей линии связи и нисходящей линий связи могут более не иметь своей традиционной роли при проектировании системы, а концепции отношения сигнал/шум (Es/No) и сквозного С/I для восходящей линии связи и нисходящей линий связи могут быть все еще актуальными.
На ФИГ. 5 представлена иллюстрация примера системы 500 сквозного формирования лучей. Система 500 включает в себя: наземный сегмент 502; сквозной ретранслятор 503; и множество пользовательских терминалов 517. Наземный сегмент 502 содержит M AN 515, географически распределенных по зоне AN. AN 515 взаимодействуют при передаче прямых сигналов 521 восходящей линии связи для формирования пользовательских лучей 519, а обратные сигналы нисходящей линии связи 527 обрабатываются совместно для восстановления данных 525, передаваемых по обратной восходящей линии связи. Набор AN 515, которые находятся в пределах обособленной (например, географически распределены или иным образом выполнены ортогонально) зоны AN и взаимодействуют для выполнения сквозного формирования луча для прямых и/или обратных пользовательских лучей, в настоящем документе называют «кластером AN». В некоторых примерах могут также взаимодействовать множество кластеров AN из разных зон AN. Кластеры AN также могут называться «пулами AN» или «пулами SAN». AN 515 и пользовательские терминалы 517 могут в совокупности называться наземными приемниками, наземными передатчиками или наземными приемопередатчиками в зависимости от конкретной рассматриваемой функциональности, поскольку они расположены на Земле или рядом с ней и как передают, так и принимают сигналы. В некоторых случаях пользовательские терминалы 517 и/или AN 515 могут быть расположены на самолете, плавучем средстве или установлены на наземном средстве и т.д. В некоторых случаях пользовательские терминалы 517 могут быть географически распределены. AN 515 могут быть географически распределены. AN 515 обменивается сигналами с CPS 505 в пределах наземного сегмента 502 посредством распределительной сети 518. CPS 505 подключен к источнику данных (не показан), такому как, например, интернет, головной видеоузел или другой такой объект.
Пользовательские терминалы 517 могут быть сгруппированы с другими рядом расположенными пользовательскими терминалами 517 (например, как проиллюстрировано пользовательскими терминалами 517а и 517b). В некоторых случаях такие группы пользовательских терминалов 517 обслуживаются одним и тем же пользовательским лучом, и поэтому они находятся в пределах одной географической зоны 519 покрытия прямых и/или обратных пользовательских лучей. Пользовательский терминал 517 находится в пределах пользовательского луча, если пользовательский терминал 517 находится в пределах зоны покрытия, обслуживаемой этим пользовательским лучом. Хотя на ФИГ. 5 показана лишь одна такая зона 519 покрытия пользовательских лучей, которая содержит более одного пользовательского терминала 517, в некоторых случаях зона 519 покрытия пользовательских лучей может содержать любое подходящее число пользовательских терминалов 517. Более того, изображение на ФИГ. 5 не предназначено для указания относительного размера разных зон 519 покрытия пользовательских лучей. Это означает, что все зоны 519 покрытия пользовательских лучей могут быть примерно одного размера. Альтернативно зоны 519 покрытия пользовательских лучей могут иметь различные размеры, причем некоторые зоны 519 покрытия пользовательских лучей могут быть намного больше других. В некоторых случаях число AN 515 не равно числу зон 519 покрытия пользовательских лучей.
Сквозной ретранслятор 503 ретранслирует сигналы беспроводным образом между пользовательскими терминалами 517 и некоторым числом узлов доступа к сети, таких как AN 515, показанные на ФИГ. 5. Сквозной ретранслятор 503 содержит множество трактов прохождения сигнала. Например, каждый тракт прохождения сигнала может включать в себя по меньшей мере один приемный антенный элемент, по меньшей мере один передающий антенный элемент и по меньшей мере один транспондер (как подробно описано ниже). В некоторых случаях множество приемных антенных элементов размещено с возможностью приема сигналов, отраженных приемным отражателем, для формирования приемной антенной решетки. В некоторых случаях множество передающих антенных элементов размещено с возможностью передачи сигналов для формирования таким образом передающей антенной решетки.
В некоторых случаях сквозной ретранслятор 503 предусмотрен на спутнике. В других случаях сквозной ретранслятор 503 предусмотрен на летательном аппарате, дирижабле, башне, подводном сооружении или любой другой подходящей конструкции или транспортном средстве, в котором может быть расположен сквозной ретранслятор 503. В некоторых случаях в системе используются разные диапазоны частот (в одной и той же или в разных полосах частот) для восходящих линий связи и нисходящих линий связи. В некоторых случаях фидерные линии связи и пользовательские линии связи находятся в разных диапазонах частот. В некоторых случаях сквозной ретранслятор 503 действует в качестве пассивного или активного отражателя.
Как описано в настоящем документе, различные функции сквозного ретранслятора 503 обеспечивают сквозное формирование луча. Одна функция заключается в том, что сквозной ретранслятор 503 включает в себя множество транспондеров, которые в контексте систем сквозного формирования лучей индуцируют многолучевое распространение между AN 515 и пользовательскими терминалами 517. Другая функция заключается в том, что антенны (например, одна или более антенных подсистем) сквозного ретранслятора 503 участвуют в сквозном формировании луча так, чтобы при передаче правильно взвешенных по лучу сигналов по многолучевому тракту, индуцированному сквозным ретранслятором 503, формировались прямые и/или обратные пользовательские лучи. Например, при прямой связи каждый из множества транспондеров принимает полученные путем наложения комбинированные прямые сигналы 521 (взвешенные по лучу) восходящей линии связи от множества (например, всех) AN 515 (называемых в настоящем документе комбинированными входными прямыми сигналами), и транспондеры выводят соответствующие составные сигналы (называемые в настоящем документе прямыми сигналами нисходящей линии связи). Каждый из прямых сигналов нисходящей линии связи может представлять собой уникальную комбинацию взвешенных по лучу прямых сигналов 521 восходящей линии связи, которые при передаче передающими антенными элементами сквозного ретранслятора 503 накладываются друг на друга с формированием пользовательских лучей 519 в требуемых местоположениях (например, в данном случае в местоположениях восстановления в пределах прямых пользовательских лучей). Возможность обратного сквозного формирования луча обеспечивается аналогичным образом. Таким образом, сквозной ретранслятор 503 может вызывать множество наложений, таким образом обеспечивая возможность сквозного формирования луча по индуцированным многолучевым каналам.
Данные обратной связи
На ФИГ. 6 представлена иллюстрация примера модели трактов прохождения сигнала для сигналов, несущих обратные данные по сквозной обратной линии связи. Данные обратной связи представляют собой данные, проходящие от пользовательских терминалов 517 на AN 515. Сигналы на ФИГ. 6 проходят справа налево. Сигналы исходят от пользовательских терминалов 517. Пользовательские терминалы 517 передают обратные сигналы 525 восходящей линии связи (которые содержат обратные потоки пользовательских данных) вверх до сквозного ретранслятора 503. Обратные сигналы 525 восходящей линии связи от пользовательских терминалов 517 в K зонах покрытия 519 пользовательских лучей принимаются массивом L трактов 1702 приема/передачи сигнала. В некоторых случаях зона покрытия восходящей линии связи для сквозного ретранслятора 503 определяется набором точек, из которых все из L приемных антенных элементов 406 могут принимать сигналы. В других случаях зона покрытия ретранслятора определяется таким набором точек, из которых подмножество (например, требуемое количество, которое больше 1, но меньше всего) L приемных антенных элементов 406 может принимать сигналы. Аналогичным образом, в некоторых случаях зона покрытия нисходящей линии связи определяется набором точек, на которые все из L передающих антенных элементов 409 могут надежно отправлять сигналы. В других случаях зона покрытия нисходящей линии связи для сквозного ретранслятора 503 определяется таким набором точек, в которые подмножество передающих антенных элементов 409 может надежно отправлять сигналы. В некоторых случаях размер подмножества приемных антенных элементов 406 или передающих антенных элементов 409 равен по меньшей мере четырем. В других случаях размер подмножества равен 6, 10, 20, 100 или любому другому числу, которое обеспечивает требуемую производительность системы.
Для простоты некоторые примеры описаны и/или проиллюстрированы так, что все L приемных антенных элементов 406 принимают сигналы от всех точек в зоне покрытия восходящей линии связи и/или все L передающих антенных элементов 409 передают во все точки в зоне покрытия нисходящей линии связи. Предполагается, что в таких описаниях не требуется, чтобы все L элементов принимали и/или передавали сигналы при значительном уровне сигнала. Например, в некоторых случаях подмножество L приемных антенных элементов 406 принимает сигнал восходящей линии связи (например, обратный сигнал 525 восходящей линии связи от пользовательского терминала 517 или прямой сигнал 521 восходящей линии связи от AN 515), так что подмножество приемных антенных элементов 406 принимает сигнал восходящей линии связи при уровне сигнала, близком к пиковому уровню принимаемого сигнала восходящей линии связи (например, по существу не меньше уровня сигнала, соответствующего сигналу восходящей линии связи, имеющему наивысший уровень сигнала); другие из L приемных антенных элементов 406, не входящих в подмножество, принимают сигнал восходящей линии связи при значительно более низком уровне (например, намного ниже пикового уровня принимаемого сигнала восходящей линии связи). В некоторых случаях сигнал восходящей линии связи, принимаемый каждым приемным антенным элементом подмножества, находится на уровне сигнала в пределах 10 дБ от максимального уровня сигнала, принимаемого любым из приемных антенных элементов 406. В некоторых случаях подмножество включает в себя по меньшей мере 10% приемных антенных элементов 406. В некоторых случаях подмножество включает в себя по меньшей мере 10 приемных антенных элементов 406.
Аналогичным образом, на стороне передачи подмножество L передающих антенных элементов 409 передает сигнал нисходящей линии связи на приемник на Земле (например, обратный сигнал 527 нисходящей линии связи на AN 515 или прямой сигнал 522 нисходящей линии связи на пользовательский терминал 517), так что подмножество передающих антенных элементов 409 передает сигнал нисходящей линии связи на приемник при уровне принимаемого сигнала, близком к пиковому уровню передаваемого сигнала нисходящей линии связи (например, по существу не ниже уровня сигнала, соответствующего сигналу нисходящей линии связи, имеющему наивысший уровень принимаемого сигнала); другие из L передающих антенных элементов 409, не входящие в подмножество, передают сигнал нисходящей линии связи, так что он принимается при значительно более низком уровне (например, намного ниже максимального уровня передаваемого сигнала нисходящей линии связи). В некоторых случаях уровень сигнала находится в пределах 3 дБ от уровня сигнала, соответствующего максимальному коэффициенту усиления передающих антенных элементов 409. В других случаях уровень сигнала находится в пределах 6 дБ от уровня сигнала, соответствующего максимальному коэффициенту усиления передающих антенных элементов 409. В третьих случаях уровень сигнала находится в пределах 10 дБ от уровня сигнала, соответствующего максимальному коэффициенту усиления передающих антенных элементов 409.
В некоторых случаях сигнал, принимаемый каждым приемным антенным элементом 406, происходит из одного источника (например, одного из пользовательских терминалов 517) вследствие перекрытия диаграммы направленности приемной антенны каждого приемного антенного элемента. Однако в некоторых случаях в пределах зоны покрытия сквозного ретранслятора могут иметься точки, в которых расположен пользовательский терминал и из которых не все из приемных антенных элементов могут принимать сигнал. В некоторых таких случаях может иметься значительное число приемных антенных элементов, которые не принимают (или не могут принимать) сигнал от пользовательских терминалов, находящихся в пределах зоны покрытия сквозного ретранслятора. Однако, как описано в настоящем документе, индукция многолучевого распространения сквозным ретранслятором 503 может опираться на прием сигнала по меньшей мере двумя приемными элементами.
Как показано на ФИГ. 6 и более подробно описано ниже, в некоторых случаях тракт 1702 приема/передачи сигнала содержит приемный антенный элемент 406, транспондер 410 и передающий антенный элемент 409. В таких случаях каждый из множества транспондеров 410 принимает обратные сигналы 525 восходящей линии связи посредством соответствующего приемного антенного элемента 406. Выходной сигнал каждого тракта 1702 приема/передачи сигнала представляет собой обратный сигнал 527 нисходящей линии связи, связанный с соответствующей комбинацией принимаемых обратных сигналов восходящей линии связи. Обратный сигнал нисходящей линии связи формируется трактом 1702 приема/передачи сигнала. Обратный сигнал 527 нисходящей линии связи передается на массив из MAN 515. В некоторых случаях AN 515 помещены в географически распределенных местоположениях (например, местоположениях приема или восстановления) по всей зоне покрытия сквозного ретранслятора. В некоторых случаях каждый транспондер 410 соединяет соответствующий один из приемных антенных элементов 406 с соответствующим одним из передающих антенных элементов 409. Соответственно, существует L различных путей прохождения сигнала от пользовательского терминала 517, расположенного в зоне 519 покрытия пользовательских лучей, до конкретного AN 515. Это создает L трактов между пользовательским терминалом 517 и AN 515. Z трактов между одним пользовательским терминалом 517 и одним AN 515 совместно называют сквозным обратным многолучевым каналом 1908 (см. ФИГ. 8). Соответственно, прием обратного сигнала 525 восходящей линии связи из местоположения передачи в пределах зоны 519 покрытия пользовательских лучей через L транспондеров 410 формируете обратных сигналов 527 нисходящей линии связи, каждый из которых передается от одного из транспондеров 410 (т.е. через L совмещенных коммуникационных трактов). Каждый сквозной обратный многолучевой канал 1908 связан с вектором в матрице Ar излучения восходящей линии связи, матрицей Е полезной нагрузки и вектором в матрице Ct излучения нисходящей линии связи. Следует отметить, что с учетом диаграмм покрытия антенных элементов в некоторых случаях некоторые из L трактов могут обладать относительно небольшой энергией (например, 6 дБ, 10 дБ, 20 дБ, 30 дБ или любым другим подходящим коэффициентом мощности, который ниже, чем у других трактов). Наложение 1706 обратного сигнала 527 нисходящей линии связи принимают на каждом из AN 515 (например, в М географически распределенных местоположениях приема или восстановления). Каждый обратный сигнал 527 нисходящей линии связи содержит наложение множества переданных обратных сигналов 527 нисходящей линии связи, что приводит к формированию соответствующего комбинированного обратного сигнала. Соответствующие комбинированные обратные сигналы соединены с формирователем 531 обратных лучей (см. ФИГ. 5 и 29).
На ФИГ. 7 проиллюстрирован пример сквозной обратной линии связи 523 от одного пользовательского терминала 517, расположенного в пределах зоны 519 покрытия пользовательских лучей, на AN 515. Обратный сигнал 525 восходящей линии связи, передаваемый от пользовательского терминала 517, принимается массивом из L приемных антенных элементов 406 на сквозном ретрансляторе 503 (например, или принимается подмножеством L приемных антенных элементов 406).
Ar представляет собой L x K матрицу излучения обратной восходящей линии связи. Значения матрицы излучения обратной восходящей линии связи моделируют тракт сигнала от опорного местоположения в зоне 519 покрытия пользовательских лучей до приемных антенных элементов 406 сквозного ретранслятора. Например, ArL,1 представляет собой значение одного элемента матрицы излучения обратной восходящей линии связи (т.е. амплитуду и фазу тракта) от опорного местоположения в 1-й зоне 519 покрытия пользовательских лучей до L-го приемного антенного элемента. В некоторых случаях все из значений матрицы Ar излучения обратной восходящей линии связи могут быть ненулевыми (например, существует значительный тракт передачи сигналов от опорного местоположения до каждого из приемных антенных элементов приемной антенной решетки).
Е (размером L x L) представляет собой матрицу полезной нагрузки и обеспечивает модель (амплитуду и фазу) трактов от приемных антенных элементов 406 на передающие антенные элементы 409. В рамках настоящего документа «полезная нагрузка» сквозного ретранслятора 503 по существу включает в себя набор компонентов сквозного ретранслятора 503, которые влияют и/или на которые влияют сигналы связи при приеме, ретрансляции через и передаче со сквозного ретранслятора 503. Например, полезная нагрузка сквозного ретранслятора может включать в себя антенные элементы, отражатели, транспондеры и т.д.; но сквозной ретранслятор может дополнительно включать в себя аккумуляторы, солнечные элементы, датчики и/или другие компоненты, не рассматриваемые в настоящем документе в качестве составной части полезной нагрузки (поскольку они не влияют на сигналы при нормальном функционировании). Рассмотрение набора компонентов в качестве полезной нагрузки позволяет математически моделировать общее воздействие сквозного ретранслятора в виде единственной матрицы Е полезной нагрузки. Преобладающий тракт от каждого приемного антенного элемента 406 на каждый соответствующий передающий антенный элемент 409 моделируется значением, лежащим на диагонали матрицы Е полезной нагрузки. Если предположить, что между трактами приема/передачи сигнала отсутствуют перекрестные помехи, внедиагональные значения матрицы полезной нагрузки равны нулю. В некоторых случаях перекрестные помехи могут быть не равны нулю. Изоляция трактов передачи сигнала друг от друга позволяет свести перекрестные помехи к минимуму. В некоторых случаях, поскольку перекрестные помехи пренебрежимо малы, матрицу Е полезной нагрузки можно оценивать при помощи диагональной матрицы. В некоторых случаях внедиагональные значения (или любые другие подходящие значения) матрицы полезной нагрузки могут интерпретироваться как нулевые, даже когда имеется некоторое влияние на сигнал, соответствующее этим значениям, чтобы снизить математическую сложность и/или по другим причинам.
Ct представляет собой M x L матрицу излучения обратной нисходящей линии связи. Значения матрицы излучения обратной нисходящей линии связи моделируют тракты прохождения сигналов от передающих антенных элементов 409 до AN 515. Например, Ct3,2 представляет собой значение матрицы излучения обратной нисходящей линии связи (например, усиление и фазу тракта) от второго передающего антенного элемента 409b на третий AN 515с. В некоторых случаях все из значений матрицы Ct излучения нисходящей линии связи могут быть ненулевыми. В некоторых случаях некоторые из значений матрицы излучения Ct нисходящей линии связи по существу равны нулю (например, диаграмма направленности антенны, создаваемая соответствующими передающими антенными элементами 409 передающей антенной решетки, такова, что передающий антенный элемент 409 не передает полезные сигналы на некоторые из AN 515).
Как можно видеть на ФИГ. 7, сквозной обратный многолучевой канал от пользовательского терминала 517 в конкретной зоне покрытия 519 пользовательских лучей до конкретного AN 515 представляет собой сумму L различных трактов. Сквозной обратный многолучевой канал имеет многолучевое распространение, индуцированное L уникальными трактами через транспондеры 410 в сквозном ретрансляторе. Как и в случае с многими многолучевыми каналами, амплитуды и фазы трактов могут складываться благоприятно (конструктивно) с определением большого усиления сквозного канала или неблагоприятно (деструктивно) с определением малого усиления сквозного канала. При большом числе разных трактов L между пользовательским терминалом и AN усиление сквозного канала может иметь распределение Рэлея амплитуды. При таком распределении нередко случается, что усиления некоторых сквозных каналов от конкретного пользовательского терминала 517 до конкретного AN 515 на 20 дБ или более ниже среднего уровня усиления канала от пользовательского терминала 517 до AN 515. Эта система сквозного формирования лучей специально индуцирует среду с многолучевым распространением для сквозного тракта от любого пользовательского терминала до любого AN.
На ФИГ. 8 представлена упрощенная иллюстрация примера модели всех сквозных обратных многолучевых каналов от зон 519 покрытия пользовательских лучей до AN 515. В сквозной обратной линии связи имеется М x K таких сквозных обратных многолучевых каналов (т.е. М от каждой из K зон 519 покрытия пользовательских лучей). Каналы 1908 связывают пользовательские терминалы в одной зоне 519 покрытия пользовательских лучей с одним AN 515 по L разным трактам 1702 приема/передачи сигнала, при этом каждый тракт проходит через другой один из L трактов приема/передачи сигнала (и связанные транспондеры) ретранслятора. Хотя данный эффект в настоящем документе называется «многолучевым распространением», данное многолучевое распространение отличается от традиционного многолучевого распространения (например, в системе подвижной радиосвязи или системе многоканального входа - многоканального выхода (MIMO)), так как тракты многолучевого распространения в настоящем изобретении индуцируются намеренно (и, как описано в настоящем документе, испытывают воздействие) L трактов приема/передачи сигнала. Каждый из М x K сквозных обратных многолучевых каналов, исходящих от пользовательского терминала 517 в рамках конкретной зоны 519 покрытия пользовательских лучей, может моделироваться сквозным обратным многолучевым каналом. Каждый такой сквозной обратный многолучевой канал проходит от опорного местоположения (или местоположения восстановления) в рамках конкретной зоны 519 покрытия пользовательских лучей до одного из AN 515.
Каждый из М x K сквозных обратных многолучевых каналов 1908 может по отдельности моделироваться для вычисления соответствующего элемента М x K матрицы Hret обратных каналов. Матрица Hret обратных каналов имеет K векторов, каждый из которых обладает размерностью, равной М, так что каждый вектор моделирует усиления сквозных обратных каналов для многолучевой связи между опорным местоположением в одной из соответствующих K зон покрытия пользовательских лучей и М AN 515. Каждый сквозной обратный многолучевой канал соединяет один из М AN 515 с опорным местоположением в одном из K обратных пользовательских лучей посредством L транспондеров 410 (см. ФИГ. 7). В некоторых случаях только подмножество L транспондеров 410 на сквозном ретрансляторе 503 используется для создания сквозного обратного многолучевого канала (например, только подмножество считается входящим в тракт передачи сигналов с учетом внесения значительной энергии в сквозной обратный многолучевой канал). В некоторых случаях число пользовательских лучей K больше числа транспондеров Z, входящих в тракт передачи сигналов сквозного обратного многолучевого канала. Более того, в некоторых случаях число AN М больше числа транспондеров Z, входящих в тракт передачи сигналов сквозного обратного многолучевого канала 1908. В одном примере элемент Hret42 матрицы Hret обратного канала соединен с каналом от опорного местоположения во второй зоне 1903 покрытия пользовательских лучей до четвертого AN 1901. Матрица Hret моделирует сквозной канал в виде произведения матриц Ct x Е x Ar (см. ФИГ. 6). Каждый элемент в Hret моделирует сквозной коэффициент усиления одного сквозного обратного многолучевого канала 1908. Вследствие многолучевого характера канала он может быть подвержен глубокому замиранию. Обратные пользовательские лучи могут формироваться CPS 505. CPS 505 вычисляет весовые коэффициенты обратных лучей на основании модели этих М x K трактов передачи сигналов и формирует обратные пользовательские лучи, применяя весовые коэффициенты обратных лучей ко множеству комбинированных обратных сигналов, при этом каждый весовой коэффициент вычисляется для каждого сквозного обратного многолучевого канала, соединяющего пользовательские терминалы 517 в одной зоне покрытия пользовательских лучей с одним из множества AN 515. В некоторых случаях весовые коэффициенты обратных лучей вычисляются до приема комбинированного обратного сигнала. Существует одна сквозная обратная линия связи от каждой из K зон 519 покрытия пользовательских лучей до М AN 515. Взвешивание (т.е. присвоение комплексной относительной фазы/амплитуды) каждого из сигналов, принимаемых М AN 515, позволяет комбинировать эти сигналы, формируя обратный пользовательский луч с помощью возможности CPS 505 формировать луч в рамках наземного сегмента 502. Вычисление матрицы весовых коэффициентов луча используется для определения того, как взвешивать каждый сквозной обратный многолучевой канал 1908 для формирования множества обратных пользовательских лучей, как более подробно описано ниже. Пользовательские лучи не формируются путем непосредственного регулирования относительной фазы и амплитуды сигналов, передаваемых одним антенным элементом сквозного ретранслятора, относительно фазы и амплитуды сигналов, передаваемых другими антенными элементами сквозного ретранслятора. Вместо этого пользовательские лучи формируются путем применения весовых коэффициентов, связанных с матрицей каналов М x K, к М сигналам AN. Именно множество AN обеспечивает прием сигналов с разнесенными трактами от одного передатчика (пользовательского терминала) на множество приемников (AN), обеспечивая успешную передачу информации от любого пользовательского терминала при наличии специально индуцированного многолучевого канала.
Данные прямой связи
На ФИГ. 9 представлена иллюстрация примера модели трактов прохождения сигнала для сигналов, несущих прямые данные по сквозной прямой линии связи 501. Данные прямой связи представляют собой данные, передаваемые от AN 515 на пользовательские терминалы 517. Сигналы на этой фигуре проходят справа налево. Сигналы исходят от MAN 515, которые расположены в зоне обслуживания сквозного ретранслятора 503. Имеется K зон 519 покрытия пользовательских лучей. Сигналы от каждого AN 515 ретранслируются L трактами 2001 приема/передачи сигнала.
Тракты 2001 приема/передачи сигнала передают ретранслируемый сигнал на пользовательские терминалы 517 в зонах 519 покрытия пользовательских лучей. Соответственно, может иметься L различных путей прохождения сигнала от конкретного AN 515 на пользовательский терминал 517, расположенный в зоне 519 покрытия пользовательских лучей. При этом создается L трактов между каждым AN 515 и каждым пользовательским терминалом 517. Следует отметить, что вследствие диаграмм покрытия антенных элементов некоторые из L трактов могут обладать меньшей энергией, чем другие тракты.
На ФИГ. 10 проиллюстрирован пример сквозной прямой линии связи 501, соединяющей множество узлов доступа в географически распределенных местоположениях с пользовательским терминалом 517 в пользовательском луче (например, расположенном в местоположении восстановления в рамках зоны 519 покрытия пользовательских лучей) посредством сквозного ретранслятора 503. В некоторых случаях сигнал прямых данных принимается на формирователе лучей до генерации прямых сигналов восходящей линии связи. Множество прямых сигналов восходящей линии связи генерируется на формирователе лучей и передается на множество AN 515. Например, каждый AN 515 принимает уникальный (взвешенный по лучу) прямой сигнал восходящей линии связи, генерируемый в соответствии с весовыми коэффициентами луча, соответствующими этому AN 515. Каждый AN 515 имеет вывод, передающий прямой сигнал восходящей линии связи посредством одной из М восходящих линий связи. Каждый прямой сигнал восходящей линии связи содержит сигнал прямых данных, связанный с прямым пользовательским лучом. Сигнал прямых данных «связан с» прямым пользовательским лучом, так как он предназначен для приема пользовательскими терминалами 517, обслуживаемыми пользовательским лучом. В некоторых случаях сигнал прямых данных содержит два или более потока пользовательских данных. Потоки пользовательских данных могут мультиплексироваться вместе путем мультиплексирования с разделением по времени или с частотным разделением и т.д. В некоторых случаях каждый поток пользовательских данных предназначен для передачи на один или более из множества пользовательских терминалов в одном прямом пользовательском луче.
Как более подробно описано ниже, каждый прямой сигнал восходящей линии связи передается с синхронизацией по времени соответствующим ему передающим AN 515. Прямые сигналы 521 восходящей линии связи, передаваемые от AN 515, принимаются множеством транспондеров 410 на сквозном ретрансляторе 503 посредством приемных антенных элементов 406 на сквозном ретрансляторе 503. Наложение 550 прямых сигналов 521 восходящей линии связи, принимаемых из географически распределенных местоположений, создает комбинированный входной прямой сигнал 545. Каждый транспондер 410 одновременно принимает комбинированный входной прямой сигнал 545. Однако каждый транспондер 410 будет принимать сигналы с немного различной синхронизацией вследствие различий в местоположении приемных антенных элементов 406, связанных с каждым транспондером 401.
Cr представляет собой L x M матрицу излучения прямой восходящей линии связи. Значения матрицы излучения прямой восходящей линии связи моделируют тракт прохождения сигналов (амплитуду и фазу) от AN 515 до приемных антенных элементов 406. Е представляет собой L x L матрицу полезной нагрузки и обеспечивает модель трактов прохождения сигналов транспондера от приемных антенных элементов 406 до передающих антенных элементов 409. Коэффициент усиления прямого тракта от каждого приемного антенного элемента 406 через соответствующий один из множества транспондеров до каждого соответствующего передающего антенного элемента 409 моделируется диагональными значениями матрицы полезной нагрузки. Как отмечено выше в отношении обратной линии связи, если предположить, что между элементами антенны отсутствуют перекрестные помехи, внедиагональные значения матрицы полезной нагрузки равны нулю. В некоторых случаях перекрестные помехи могут быть не равны нулю. Изоляция трактов передачи сигнала друг от друга позволяет свести перекрестные помехи к минимуму. В этом примере каждый из транспондеров 410 соединяет соответствующий один из приемных антенных элементов 406 с соответствующим одним из передающих антенных элементов 409. Соответственно, прямой сигнал 522 нисходящей линии связи, выводимый с каждого из транспондеров 410, передается каждым из множества транспондеров 410 (см. ФИГ. 9) посредством передающих антенных элементов 409 так, что прямые сигналы 522 нисходящей линии связи образуют прямой пользовательский луч (путем выполнения конструктивного и деструктивного наложения в требуемых географических местоположениях восстановления для формирования луча). В некоторых случаях формируется множество пользовательских лучей, каждый из которых соответствует географической зоне 519 покрытия пользовательских лучей, обслуживающей соответствующий набор пользовательских терминалов 517 в рамках зоны 519 покрытия пользовательских лучей. Тракт от первого передающего антенного элемента 409а (см. ФИГ. 10) до опорного местоположения (или местоположения выделения) в первой зоне 519 покрытия пользовательских лучей задан в значении At11 матрицы излучения прямой нисходящей линии связи. Как отмечено в отношении обратной линии связи, эта система сквозного формирования лучей специально индуцирует среду с многолучевым распространением для сквозного тракта от любого AN 515 до любого пользовательского терминала 517. В некоторых случаях подмножество передающих антенных элементов 409 передает прямые сигналы 522 нисходящей линии связи, обладающие значительной энергией, на пользовательский терминал 517. Пользовательский терминал 517 (или, в более общем смысле, точка опоры или местоположение восстановления в зоне 519 покрытия пользовательских лучей для приема и/или восстановления) принимает множество прямых сигналов 522 нисходящей линии связи и восстанавливает по меньшей мере часть сигнала прямых данных из принимаемого множества прямых сигналов 522 нисходящей линии связи. Передаваемые прямые сигналы 522 нисходящей линии связи могут быть приняты пользовательским терминалом 517 при уровне сигнала в пределах 10 дБ от максимального уровня сигнала любых других сигналов, передаваемых передающими антенными элементами 409 в рамках подмножества. В некоторых случаях подмножество передающих антенных элементов включает в себя по меньшей мере 10% множества передающих антенных элементов, присутствующих в сквозном ретрансляторе 503. В некоторых случаях подмножество передающих антенных элементов включает в себя по меньшей мере 10 передающих антенных элементов независимо от того, сколько передающих антенных элементов 409 присутствуют в сквозном ретрансляторе 503. В одном случае прием множества прямых сигналов нисходящей линии связи включает в себя прием наложения 551 множества прямых сигналов нисходящей линии связи.
На ФИГ. 11 представлена упрощенная иллюстрация модели всех сквозных прямых многолучевых каналов 2208 от MAN 515 до K зон 519 покрытия пользовательских лучей. Как показано на ФИГ. 11, имеется сквозной прямой многолучевой канал 2208, который соединяет каждый AN 515 с каждой зоной 519 покрытия пользовательских лучей. Каждый канал 2208 от одного AN 515 до одной зоны 519 покрытия пользовательских лучей обладает многолучевым распространением, индуцированным в результате прохождения L уникальных трактов от AN 515 через множество транспондеров к зоне 519 покрытия пользовательских лучей. Таким образом, K x М многолучевых каналов 2208 могут по отдельности моделироваться, и модель каждого используется в качестве элемента матрицы Hfwd K x М прямых каналов. Матрица Hfwd прямых каналов имеет М векторов, каждый из которых имеет размерность, равную K, так что каждый вектор моделирует сквозные прямые коэффициенты усиления для многолучевой связи между соответствующим одним из MAN 515 и опорными местоположениями (или местоположениями восстановления) в K зонах покрытия прямых пользовательских лучей. Каждый сквозной прямой многолучевой канал соединяет один из MAN 515 с пользовательскими терминалами 517, обслуживаемыми одним из K прямых пользовательских лучей посредством L транспондеров 410 (см. ФИГ. 10). В некоторых случаях только подмножество L транспондеров 410 на сквозном ретрансляторе 503 используется для создания сквозного прямого многолучевого канала (т.е. транспондеры, входящие в тракт прохождения сигналов сквозного прямого многолучевого канала). В некоторых случаях число пользовательских лучей K больше числа транспондеров Z, входящих в тракт прохождения сигналов сквозного прямого многолучевого канала. Более того, в некоторых случаях число AN М больше числа транспондеров Z, входящих в тракт прохождения сигналов сквозного прямого многолучевого канала.
H-fwd может представлять собой сквозную прямую линию связи в виде произведения матриц At x Е x Cr. Каждый элемент в Hfwd представляет собой сквозной прямой коэффициент усиления вследствие многолучевого характера тракта и может быть подвержен глубокому замиранию. Подходящий весовой коэффициент луча может вычисляться для каждого из множества сквозных прямых многолучевых каналов 2208 системой CPS 505 в рамках наземного сегмента 502 для формирования прямых пользовательских лучей от набора М AN 515 до каждой зоны 519 покрытия пользовательских лучей. Множество AN 515 обеспечивает передачу сигналов с разнесенными трактами с использованием множества передатчиков (AN) на один приемник (пользовательский терминал), обеспечивая успешную передачу информации на любой пользовательский терминал 517 при наличии специально индуцированного многолучевого канала.
Комбинированные данные прямой и обратной связи
На ФИГ. 12 проиллюстрирован пример сквозного ретранслятора, поддерживающего связь как в прямом, так и в обратном направлениях. В некоторых случаях одни и те же тракты прохождения сигналов сквозного ретранслятора (например, набор приемных антенных элементов, транспондеров и передающих антенных элементов) могут использоваться как для сквозной прямой линии связи 501, так и для сквозной обратной линии связи 523. Некоторые другие случаи включают в себя транспондеры прямой линии связи и транспондеры обратной линии связи, которые могут совместно использовать или не использовать приемные и передающие антенные элементы. В некоторых случаях система 1200 имеет множество AN и пользовательских терминалов, расположенных в одном и том же географическом регионе 1208 (который может быть, например, конкретным штатом, всей страной, регионом, всей видимой областью или любым другим подходящим географическим регионом 1208). Одиночный сквозной ретранслятор 1202 (размещенный на спутнике или любой другой подходящий сквозной ретранслятор) принимает прямые сигналы 521 восходящей линии связи от AN и передает прямые сигналы 522 нисходящей линии связи на пользовательские терминалы. В разные моменты времени или на разных частотах сквозной ретранслятор 1202 также принимает обратные сигналы 525 восходящей линии связи от пользовательских терминалов и передает обратные сигналы 527 нисходящей линии связи на AN. В некоторых случаях сквозной ретранслятор 1202 совместно используется данными прямой и обратной связи при помощи методик, таких как дуплексирование во временной области, дуплексирование в частотной области и т.п. В некоторых случаях при дуплексировании во временной области между прямыми и обратными данными используется один и тот же диапазон частот: прямые данные передаются в интервалах времени, отличающихся (не перекрывающихся) от тех, которые используются для передачи обратных данных. В некоторых случаях при дуплексировании в частотной области для прямых и обратных данных используются различные частоты, таким образом обеспечивая одновременную неинтерферирующую передачу прямых и обратных данных.
На ФИГ. 13 представлена иллюстрация диапазона частот восходящей линии связи, разделенного на две части. Низкочастотная (слева) часть диапазона выделена для прямой восходящей линии связи, а высокочастотная (справа) часть диапазона выделена для обратной восходящей линии связи. Диапазон восходящей линии связи может быть разделен на множество частей либо прямых, либо обратных данных.
На ФИГ. 14 представлена иллюстрация прямых данных и обратных данных, подвергающихся мультиплексированию с временным разделением. Показан период кадра данных, в котором передача прямых данных происходит в первый интервал времени кадра, а передача обратных данных происходит в последний интервал времени кадра. Сквозной ретранслятор принимает сигнал от одного или более узлов доступа в первый (прямой) интервал времени приема и от одного или более из пользовательских терминалов во второй (обратный) интервал времени приема, который не перекрывается с первым интервалом времени приема. Сквозной ретранслятор передает сигнал на один или более пользовательских терминалов в первый (прямой) интервал времени передачи и на один или более узлов доступа во второй (обратный) интервал времени передачи, который не перекрывается с первым интервалом времени передачи. Кадр данных может повторяться или может изменяться динамически. Кадр может быть разделен на множество (например, несмежных) частей для прямых и обратных данных.
Спутники для сквозного формирования лучей
В некоторых случаях сквозной ретранслятор 503 реализуют на спутнике, так что спутник используется для ретрансляции сигналов от AN (которые в таких случаях могут называться узлами доступа к спутнику (SAN)) на пользовательские терминалы и наоборот. В некоторых случаях спутник находится на геостационарной орбите. Пример спутника, работающего в качестве сквозного ретранслятора, имеет массив приемных антенных элементов, массив передающих антенных элементов и некоторое число транспондеров, которые связывают приемные антенные элементы с передающими антенными элементами. Массивы содержат большое число антенных элементов с перекрывающимися зонами покрытия антенных элементов, аналогичных антеннам с фазированной антенной решеткой традиционной одинарной линии связи. Именно перекрывающиеся зоны покрытия антенных элементов как на передающих антенных элементах, так и на приемных антенных элементах создают описанную ранее среду с многолучевым распространением. В некоторых случаях диаграммы направленности антенны, сформированные соответствующими антенными элементами, и диаграммы направленности, являющиеся результатом перекрывающихся зон покрытия антенных элементов (например, перекрывающиеся диаграммы направленности составной направленной антенны), идентичны. Для целей настоящего раскрытия термин «идентичный» означает, что они имеют по существу одинаковое распределение мощности по заданному набору точек в пространстве, используя антенный элемент в качестве опорной точки для определения местонахождения точек в пространстве. Обеспечить полную идентичность очень сложно. Таким образом, диаграммы направленности с относительно небольшими отклонениями друг от друга входят в понятие «идентичных» диаграмм направленности. В других случаях диаграммы направленности приемной составной направленной антенны могут не быть идентичными и фактически могут значительно отличаться. Такие диаграммы направленности антенны могут все же приводить к перекрытию зон покрытия антенных элементов, однако получаемые при этом зоны покрытия не будут идентичными.
Типы антенн включают в себя, без ограничений, отражатели с излучателями в виде антенной решетки, конфокальные решетки, прямоизлучающие решетки и другие формы антенных решеток. Каждая антенна может представлять собой систему, включающую в себя дополнительные оптические компоненты, способствующие приему и/или передаче сигналов, такие как один или более отражателей. В некоторых случаях спутник включает в себя компоненты, способствующие тактовой синхронизации системы и калибровке формирования лучей.
На ФИГ. 15 представлена схема примера спутника 1502, который может использоваться в качестве сквозного ретранслятора 503. В некоторых случаях спутник 1502 имеет передающую антенну 401, имеющую отражатель с излучателем в виде антенной решетки, и приемную антенну 402, имеющую отражатель с излучателем в виде антенной решетки. Приемная антенна 402 содержит приемный отражатель (не показан) и массив приемных антенных элементов 406. Приемные антенные элементы 406 облучаются приемным отражателем. Передающая антенна 401 содержит передающий отражатель (не показан) и массив передающих антенных элементов 409. Передающие антенные элементы 409 размещены с возможностью облучения передающего отражателя. В некоторых случаях как для приема, так и для передачи используется один отражатель. В некоторых случаях один порт антенного элемента используется для приема, а другой порт - для передачи. Некоторые антенны обладают способностью различать сигналы различной поляризации. Например, антенный элемент может включать в себя четыре волноводных порта для приема сигнала с правой круговой поляризацией (RHCP), приема сигнала с левой круговой поляризацией (LHCP), передачи сигнала RHCP и передачи сигнала LHCP соответственно. В некоторых случаях для увеличения пропускной способности системы может использоваться двойная поляризация. В других случаях может использоваться одиночная поляризация для снижения интерференции (например, с другими системами, в которых используется другая поляризация).
Пример спутника 1502 также содержит множество транспондеров 410. Транспондер 410 связывает выход одного приемного антенного элемента 406 со входом передающего антенного элемента 409. В некоторых случаях транспондер 410 усиливает принимаемый сигнал. Каждый приемный антенный элемент выводит уникальный принимаемый сигнал. В некоторых случаях подмножество приемных антенных элементов 406 принимает сигнал от наземного передатчика, такого как пользовательский терминал 517, в случае обратного сигнала линии связи или AN 515 в случае прямого сигнала линии связи. В некоторых из этих случаев коэффициент усиления каждого приемного антенного элемента в подмножестве для принимаемого сигнала находится в пределах относительно малого диапазона. В некоторых случаях диапазон составляет 3 дБ. В других случаях диапазон составляет 6 дБ. В еще одних случаях диапазон составляет 10 дБ. Соответственно, на каждом из множества приемных антенных элементов 406 спутника он будет принимать сигнал связи, исходящий от наземного передатчика, так чтобы подмножество приемных антенных элементов 406 принимало сигнал связи при уровне сигнала по существу не меньше уровня сигнала, соответствующего максимальному коэффициенту усиления приемного антенного элемента 406.
В некоторых случаях на спутнике 1502 предусмотрены по меньшей мере 10 транспондеров 410. В другом случае на спутнике 1502 предусмотрены по меньшей мере 100 транспондеров 410. В еще одном случае число транспондеров на полярность может находиться в диапазоне 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, или может находиться между указанными числами, или превышать их. В некоторых случаях транспондер 410 включает в себя малошумящий усилитель (МШУ) 412, преобразователь частоты и связанные с ними фильтры 414 и усилитель мощности (РА) 420. В некоторых случаях, когда частота восходящей линии связи и частота нисходящей линии связи одинаковы, транспондер не содержит преобразователь частоты. В других случаях множество приемных антенных элементов работает на первой частоте. Каждый приемный антенный элемент 406 связан с одним транспондером 410. Приемный антенный элемент 406 соединен со входом МШУ 412. Соответственно, МШУ независимо усиливает уникальный принимаемый сигнал, обеспечиваемый приемным антенным элементом, связанным с транспондером 410. В некоторых случаях выход МШУ 412 соединен с преобразователем частоты 414. Преобразователь частоты 414 преобразует усиленный сигнал во вторую частоту.
Выход транспондера соединен с соответствующим одним из передающих антенных элементов. В этих примерах между транспондером 410, соответствующим приемным антенным элементом 406 и соответствующим передающим антенным элементом 409 существует взаимно-однозначное соответствие, так что выход каждого приемного антенного элемента 406 соединен со входом одного и только одного транспондера, а выход этого транспондера соединен со входом одного и только одного передающего антенного элемента.
На ФИГ. 16 представлена иллюстрация примера транспондера 410. Транспондер 410 может представлять собой пример транспондера сквозного ретранслятора 503, как описано выше (например, спутник 1502 на ФИГ. 15). В этом примере транспондер включает в себя устройство 418 сдвига фазы в дополнение к МШУ 412, преобразователю частоты и связанным фильтрам 414, а также усилитель мощности (РА) транспондера 410. Как проиллюстрировано на ФИГ. 16, пример транспондера 410 также может быть соединен с контроллером 427 сдвига фазы. Например, контроллер 427 сдвига фазы может быть соединен (непосредственно или опосредованно) с каждым из некоторых или всех транспондеров сквозного ретранслятора 503, так что контроллер 427 сдвига фазы может по отдельности задавать фазы для каждого транспондера. Устройства сдвига фазы могут быть полезны при калибровке, например, как описано ниже.
Антенны
Для создания среды с многолучевым распространением зоны покрытия антенных элементов могут перекрываться с зонами покрытия антенных элементов по меньшей мере одного другого антенного элемента с такой же полярностью, частотой и типом (передающим или приемным соответственно). В некоторых случаях множество диаграмм направленности приемной составной направленной антенны, действующих при одинаковой поляризации приема и частоте приема (например, имеющих по меньшей мере участок общей частоты приема), перекрывается друг с другом. Например, в некоторых случаях по меньшей мере 25% диаграмм направленности приемной составной направленной антенны, действующих при одинаковой поляризации приема и частоте приема (например, имеющих по меньшей мере общий участок частоты приема), перекрываются с по меньшей мере пятью другими диаграммами направленности приемной составной направленной антенны приемных антенных элементов. Аналогичным образом, в некоторых случаях по меньшей мере 25% диаграмм направленности передающей составной направленной антенны, действующих при одинаковой поляризации и частоте передачи (например, имеющих по меньшей мере общий участок частоты передачи), перекрываются с по меньшей мере пятью другими диаграммами направленности передающей составной направленной антенны. Величина перекрытия различается в разных системах. В некоторых случаях по меньшей мере один из приемных антенных элементов 406 имеет диаграммы направленности составной направленной антенны, которые перекрываются с диаграммами направленности других приемных антенных элементов 406, действующих при той же частоте приема (например, имеющих по меньшей мере общий участок частоты приема) и той же поляризации приема. Таким образом, по меньшей мере некоторые из множества приемных антенных элементов способны принимать одни и те же сигналы от одного и того же источника. В некоторых случаях по меньшей мере один из передающих антенных элементов 409 имеет диаграмму направленности составной направленной антенны, которая перекрывается с диаграммами направленности других передающих антенных элементов 409, действующих при той же частоте передачи (например, имеющих по меньшей мере общий участок частоты передачи) и той же поляризации передачи. Таким образом, по меньшей мере некоторые из множества передающих антенных элементов способны передавать сигналы, имеющие одинаковую частоту, при одинаковой поляризации на один и тот же приемник. В некоторых случаях перекрывающиеся диаграммы направленности составной направленной антенны могут иметь коэффициенты усиления, отличающиеся менее чем на 3 дБ (или любое другое подходящее значение) по всей общей географической зоне. Антенные элементы, приемные или передающие, могут иметь широкую диаграмму направленности составной направленной антенны и, таким образом, относительно широкую зону покрытия антенного элемента. В некоторых случаях сигналы, передаваемые наземным передатчиком, таким как пользовательский терминал 517 или узел 515 доступа, принимаются всеми из приемных антенных элементов 406 сквозного ретранслятора (например, спутника). В некоторых случаях подмножество элементов 406 принимает сигналы от наземного передатчика. В некоторых случаях подмножество включает в себя по меньшей мере 50% приемных антенных элементов. В других случаях подмножество включает в себя по меньшей мере 75% приемных антенных элементов. В третьих случаях подмножество включает в себя по меньшей мере 90% (например, до и включая все) приемных антенных элементов. Разные подмножества приемных антенных элементов 406 могут принимать сигналы от разных наземных передатчиков. Аналогичным образом, в некоторых случаях подмножество элементов 409 передает сигналы, которые могут быть приняты пользовательским терминалом 517. В некоторых случаях подмножество включает в себя по меньшей мере 50% передающих антенных элементов. В других случаях подмножество включает в себя по меньшей мере 75% передающих антенных элементов. В третьих случаях подмножество включает в себя по меньшей мере 90% (например, до и включая все) передающих антенных элементов. Разные подмножества элементов 409 могут передавать сигналы, которые могут приниматься разными пользовательскими терминалами. Более того, пользовательские терминалы могут находиться в пределах нескольких сформированных зон 519 покрытия пользовательских лучей. Для цели настоящего раскрытия диаграмма направленности антенны представляет собой диаграмму распределения энергии, передаваемой или принимаемой антенной. В некоторых случаях энергия может непосредственно излучаться от антенного элемента и на него. В других случаях энергия от одного или более передающих антенных элементов может отражаться одним или более отражателями, формирующими диаграмму направленности антенного элемента. Аналогичным образом, приемный элемент может принимать энергию непосредственно или после того, как энергия отразится от одного или более отражателей. В некоторых случаях антенны могут состоять из нескольких элементов, каждый из которых имеет диаграмму направленности составной направленной антенны, которая устанавливает соответствующую зону покрытия антенного элемента. Аналогичным образом, все или подмножество приемных или передающих антенных элементов, которые принимают и передают сигналы на AN 515, могут перекрываться, так что множество приемных антенных элементов принимает сигналы от одного и того же AN 515 и/или множество передающих антенных элементов передает сигналы на один и тот же AN 515.
На ФИГ. 17 представлена иллюстрация диаграмм направленности составной направленной антенны, создаваемая несколькими антенными элементами (либо приемными антенными элементами 406, либо передающими антенными элементами 409), которые пересекаются в точках 3 дБ. Диаграмма направленности 1301 составной направленной антенны первого антенного элемента имеет максимальный коэффициент усиления составной направленной антенны вдоль электрической оси 1303 направленной антенны. Как показано, диаграмма 1301 направленности составной направленной антенны затухает приблизительно на 3 дБ до того, как она пересекается с диаграммой 1305 направленности составной направленной антенны. Поскольку перекрытие каждой пары из двух смежных диаграмм направленности составной направленной антенны происходит по линии 1307, соответствующей 3 дБ, только для относительно небольшого участка диаграмм направленности составной направленной антенны, антенные элементы, создающие эти диаграммы направленности составной направленной антенны, считаются неперекрывающимися.
На ФИГ. 18 показаны идеализированные контуры 3901, 3902, 3903 диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ нескольких элементов 406, 409 с максимальным коэффициентом усиления, обозначенным литерой «х». Контуры 3901, 3902, 3903 в настоящем документе называют «идеализированными», поскольку для простоты контуры показаны круговыми. Однако контуры 3901, 3902, 3903 необязательно должны быть круговыми. Каждый контур указывает место, в котором мощность передаваемого или принимаемого сигнала находится на 3 дБ ниже максимального уровня. За пределами контура сигнал более чем на 3 дБ ниже максимума. Внутри контура сигнал ниже максимума менее чем на 3 дБ (т.е. находится в пределах 3 дБ от максимума). В системе, в которой зона покрытия диаграммы направленности приемной составной направленной антенны охватывает все точки, для которых коэффициент усиления приемной составной направленной антенны находится в пределах 3 дБ от максимального коэффициента усиления приемной составной направленной антенны, зону внутри контура называют «зоной покрытия антенного элемента». Контур диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ для каждого элемента 406, 409 не перекрывается. Это означает, что только относительно небольшой участок зоны внутри контура 3901 диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ перекрывается с зоной, которая находится внутри смежных контуров 3902, 3903 диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ.
На ФИГ. 19 представлена иллюстрация диаграмм 1411, 1413, 1415 направленности антенны нескольких антенных элементов (либо приемных антенных элементов 406, либо передающих антенных элементов 409). В отличие от диаграмм направленности составной направленной антенны на ФИГ. 17, диаграммы направленности составной направленной антенны, показанные на ФИГ. 19, пересекаются 1417 в области выше линии 1307, соответствующей уровню 3 дБ.
На ФИГ. 20А-20Е проиллюстрированы контуры диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ для нескольких антенных элементов 406, 409 с центральной точкой луча (максимальный коэффициент усиления), обозначенной литерой «х». На ФИГ. 20А показан конкретный контур 1411 диаграммы направленности антенны первого антенного элемента 406. На ФИГ. 20В показаны контуры 1411, 1413 диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ для двух конкретных элементов 406. На ФИГ. 20С показаны контуры диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ для трех элементов 406. На ФИГ. 20D показаны контуры диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ для четырех элементов 406. На ФИГ. 20Е показаны контуры диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ для массива из 16 антенных элементов 406. Контуры диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ показаны перекрывающимися в области 1418 (например, показаны 16 таких контуров диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ). Антенные элементы либо в приемной, либо в передающей антенне могут быть размещены в любой из нескольких разных конфигураций. Например, если элементы имеют по существу круговой рупорный облучатель, они могут быть размещены в виде сотовой конфигурации для плотной упаковки элементов в небольшом объеме пространства. В некоторых случаях антенные элементы выровнены в горизонтальных строках и вертикальных столбцах.
На ФИГ. 21 представлен пример иллюстрации относительных положений контуров диаграммы направленности приемной антенны по уровню 3 дБ, связанных с приемными антенными элементами 406. Центры лучей элемента 406 пронумерованы от 1 до 16, причем элемент 4064 идентифицирован номером «4» слева вверху, присвоенным индикатору «х» центра луча. В некоторых случаях может быть более чем 16 приемных антенных элементов 406. Однако для простоты на ФИГ. 21 показаны только 16. Соответствующий массив передающих антенных элементов 409 и связанные с ними контуры диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ будут выглядеть аналогично ФИГ. 21. Таким образом, для простоты показан только массив приемных антенных элементов 406. Зона 2101 в центре представляет собой область, где перекрываются все зоны покрытия антенных элементов.
В некоторых случаях по меньшей мере одна точка в пределах зоны покрытия ретранслятора (например, зоны покрытия спутника) находится в пределах контура диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ парциальных лучей нескольких антенных элементов 406. В одном таком случае по меньшей мере одна точка находится в пределах контура диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ по меньшей мере 100 разных антенных элементов 406. В другом случае по меньшей мере 10% зоны покрытия ретранслятора находится в пределах контуров диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ по меньшей мере 30 разных антенных элементов. В другом случае по меньшей мере 20% зоны покрытия ретранслятора находится в пределах контуров диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ по меньшей мере 20 разных антенных элементов. В другом случае по меньшей мере 30% зоны покрытия ретранслятора находится в пределах контуров диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ по меньшей мере 10 разных антенных элементов. В другом случае по меньшей мере 40% зоны покрытия ретранслятора находится в пределах контуров диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ по меньшей мере восьми разных антенных элементов. В другом случае по меньшей мере 50% зоны покрытия ретранслятора находится в пределах контуров диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ по меньшей мере четырех разных антенных элементов. Однако в некоторых случаях более одного из этих взаимоотношений могут быть действительными.
В некоторых случаях сквозной ретранслятор имеет зону покрытия ретранслятора (например, зону покрытия спутника), в которой по меньшей мере 25% точек в зоне покрытия ретранслятора восходящей линии связи находятся в пределах (например, охватывают) перекрывающиеся зоны покрытия по меньшей мере шести приемных антенных элементов 406. В некоторых случаях 25% точек в пределах зоны покрытия ретранслятора восходящей линии связи находятся в пределах (например, охватывают) перекрывающихся зон покрытия по меньшей мере четырех приемных антенных элементов 406. В некоторых случаях сквозной ретранслятор имеет зону покрытия, в которой по меньшей мере 25% точек в зоне покрытия ретранслятора нисходящей линии связи находятся в пределах (например, охватывают) перекрывающихся зон покрытия по меньшей мере шести передающих антенных элементов 409. В некоторых случаях 25% точек в пределах зоны покрытия ретранслятора нисходящей линии связи находятся в пределах (например, охватывают) перекрывающихся зон покрытия по меньшей мере четырех передающих антенных элементов 409.
В некоторых случаях приемная антенна 402 может быть наведена приблизительно на ту же зону покрытия, что и передающая антенна 401, так чтобы некоторые зоны покрытия приемных антенных элементов могли естественным образом соответствовать конкретным зонам покрытия передающих антенных элементов. В этих случаях приемные антенные элементы 406 могут быть поставлены в соответствие с соответствующими передающими антенными элементами 409 посредством транспондеров 410, создавая аналогичные зоны покрытия передающих и приемных антенных элементов для каждого тракта приема/передачи сигнала. Однако в некоторых случаях может быть целесообразно поставить в соответствие приемные антенные элементы 406 с передающими антенными элементами 409, которые не соответствуют той же зоне покрытия парциального луча. Соответственно, порядок постановки в соответствие элементов 406 приемной антенны 402 с элементами 409 передающей антенны 401 может изменяться случайным (или другим) образом. Такая перестановка включает в себя случай, который приводит к тому, что приемные антенные элементы 406 не поставлены в соответствие с передающими антенными элементами 409, находящимися в том же относительном местоположении в пределах массива или имеющими такую же зону покрытия. Например, каждый приемный антенный элемент 406 в пределах массива приемных антенных элементов может быть связан с тем же транспондером 410, что и передающий антенный элемент 409, размещенный в зеркальном местоположении массива передающих антенных элементов. Любая другая перестановка может использоваться для постановки в соответствие приемных антенных элементов 406 с передающими антенными элементами 409 согласно перестановке (например, сопряжения каждого приемного антенного элемента 406 с тем же транспондером, с которым соединен соответствующий передающий антенный элемент 409 согласно конкретной перестановке приемного антенного элемента 406 и передающего антенного элемента 409).
На ФИГ. 22 представлена таблица 4200, показывающая пример соответствий приемных антенных элементов 406 и передающих антенных элементов 409 по 16 транспондерам 410. Каждый транспондер 410 имеет вход, соединенный исключительно с соответствующим приемным антенным элементом 406, и выход, соединенный исключительно с соответствующим передающим антенным элементом 409 (например, существует взаимно-однозначное соответствие между каждым приемным антенным элементом 406, одним транспондером 410 и одним передающим антенным элементом 409). В некоторых случаях на сквозном ретрансляторе (например, спутнике) могут присутствовать другие приемные антенные элементы, транспондеры и передающие антенные элементы, которые не выполнены с возможностью взаимнооднозначного соответствия (и не работают в составе системы сквозного формирования лучей).
Первый столбец 4202 таблицы 4200 идентифицирует транспондер 410. Второй столбец 4204 идентифицирует приемный антенный элемент 406, с которым соединен транспондер 410 из первого столбца. Третий столбец 4206 таблицы 4200 идентифицирует связанный передающий антенный элемент 409, с которым соединен выход транспондера 410. Каждый приемный антенный элемент 406 соединен со входом транспондера 410, идентифицированного в той же строке таблицы 4200. Аналогичным образом, каждый передающий антенный элемент 409 соединен с выходом транспондера 410, идентифицированного в той же строке таблицы 4200. В третьем столбце таблицы 4200 показан пример прямого сопоставления, при котором каждый приемный антенный элемент 406 приемной антенной решетки соединен с тем же транспондером 410, что и передающий антенный элемент 409, находящийся в том же относительном местоположении в пределах передающей антенной решетки. В четвертом столбце 4208 таблицы 4200 показан пример перемежающегося сопоставления, при котором первый приемный антенный элемент 406 соединен с первым транспондером 410 и десятым передающим антенным элементом 409. Второй приемный антенный элемент 406 соединен со вторым транспондером 410 и девятым передающим антенным элементом 409 и так далее. В некоторых случаях используются другие перестановки, включая произвольное сопоставление, при котором конкретное сопряжение приемного антенного элемента 406 и передающего элемента 409 с транспондером 410 выбирается произвольно.
Прямое сопоставление, которое стремится поддерживать зоны покрытия приемного и передающего антенных элементов как можно ближе для каждого тракта приема/передачи сигнала, по существу создает наивысшую полную пропускную способность системы. Произвольные и перемежающиеся перестановки по существу дают несколько меньшую пропускную способность, но обеспечивают более надежную систему на случай отключений AN, выхода из строя световодов в наземной сети или потери трактов приема/передачи сигнала вследствие отказов электроники на сквозном ретрансляторе (например, в одном или более транспондерах). Произвольные и перемежающиеся перестановки обеспечивают использование менее дорогостоящих нерезервированных AN. Произвольные и перемежающиеся перестановки также обеспечивают меньший разброс между пропускной способностью в наиболее эффективном луче и пропускной способностью в наименее эффективном луче. Произвольные и перемежающиеся перестановки могут также быть более полезными на начальном этапе работы системы только с частью AN, вследствие чего будет доступна только часть полной пропускной способности, но без уменьшения зоны покрытия. Примером этого является поэтапное развертывание AN, при котором система сначала работает только с 50% развернутых AN. Это может обеспечивать пропускную способность, которая меньше полной, позволяя в то же время работать по всей зоне покрытия. По мере увеличения потребности развертывается большее число AN для увеличения пропускной способности до тех пор, пока не будет достигнута полная пропускная способность, при которой все AN активны. В некоторых случаях изменение состава AN приводит к повторному расчету весовых коэффициентов лучей. Изменение состава может включать в себя изменение числа или характеристик одного или более AN. Это может потребовать повторного расчета сквозных коэффициентов усиления в прямом и/или обратном направлении.
В некоторых случаях антенна представляет собой зеркальную антенну с многоэлементным облучателем и параболическим отражателем. В других случаях отражатель не имеет параболической формы. Массив приемных антенных элементов 406 может быть размещен с возможностью приема сигналов, отраженных отражателем. Аналогичным образом, массив передающих антенных элементов 409 может быть размещен с возможностью образования массива для облучения отражателя. Один способ обеспечения элементов с перекрывающимися диаграммами направленности составной направленной антенны заключается в расфокусировании (дефокусировании) элементов 406, 409 вследствие того, что фокальная плоскость отражателя располагается позади (или спереди) массива элементов 406, 409 (т.е. приемная антенная решетка размещена за пределами фокальной плоскости приемного отражателя).
На ФИГ. 23 представлена иллюстрация параболического отражателя 1521 с центральным расположением облучателя в поперечном сечении. Фокусная точка 1523 лежит в фокальной плоскости 1525, перпендикулярной центральной оси 1527 отражателя 1521. Принимаемые сигналы, которые достигают отражателя 1521, двигаясь параллельно центральной оси 1527, фокусируются в фокусной точке 1523. Аналогичным образом, сигналы, которые передаются от антенного элемента, размещенного в фокусной точке, и достигают отражателя 1521, будут отражаться от отражателя 1521 с формированием сфокусированного луча параллельно центральной оси 1527. Такое размещение часто используется в системах «один облучатель на луч» для максимального увеличения направленности каждого луча и сведения к минимуму перекрытия с лучами, сформированными смежными облучателями.
На ФИГ. 24 представлена иллюстрация другого параболического отражателя 1621. При размещении антенных элементов 1629 (либо приемных антенных элементов, либо передающих антенных элементов 406, 409, 3416, 3419, 3426, 3429) за пределами фокальной плоскости (например, перед фокальной плоскостью 1625 отражателя 1621) тракт передаваемых сигналов 1631, которые достигают отражателя 1621, не будут параллельны друг другу при их отражении от отражателя 1621, что приводит к увеличению ширины луча по сравнению со сфокусированным лучом. В некоторых случаях отражатели имеют формы, отличные от параболической. Такие отражатели могут также приводить к расфокусированию антенны. В системе сквозного формирования лучей может использоваться этот тип расфокусированной антенны для создания перекрытия в зоне покрытия смежных антенных элементов и, таким образом, обеспечения большого числа полезных трактов приема/передачи для заданных местоположений луча в зоне покрытия ретранслятора.
В одном случае устанавливается зона покрытия ретранслятора, в которой 25% точек в пределах зоны покрытия ретранслятора находятся в пределах зон покрытия антенных элементов по меньшей мере шести диаграмм направленности составной направленной антенны при развертывании сквозного ретранслятора (например, сквозной спутниковый ретранслятор находится на эксплуатационной орбите). Альтернативно 25% точек в пределах зоны покрытия ретранслятора находятся в пределах зон покрытия по меньшей мере четырех приемных антенных элементов. На ФИГ. 25 представлена иллюстрация примера зоны 3201 покрытия ретранслятора (для сквозного спутникового ретранслятора, также называемой зоной покрытия спутника) (показана одинарной поперечной штриховкой) и зоны 3203 (показана двойной поперечной штриховкой), определяемой точками в пределах зоны 3201 покрытия ретранслятора, которые также содержатся в пределах зон 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 покрытия шести антенных элементов. Зона 3201 покрытия и зоны 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 покрытия антенных элементов могут являться либо зонами покрытия приемных антенных элементов, либо зонами покрытия передающих антенных элементов и могут быть связаны только с прямой линией связи или только с обратной линией связи. Размер зон 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 покрытия антенных элементов определяется требуемой производительностью, которая должна обеспечиваться системой. Более устойчивая к ошибкам система может иметь более крупные зоны покрытия антенных элементов, чем менее устойчивая система. В некоторых случаях каждая зона 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 покрытия антенных элементов охватывает все точки, для которых коэффициент усиления составной направленной антенны находится в пределах 10 дБ от максимального коэффициента усиления составной направленной антенны для антенного элемента, задающего диаграмму направленности составной направленной антенны. В других случаях каждая зона 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 покрытия антенных элементов охватывает все точки, для которых коэффициент усиления составной направленной антенны находится в пределах 6 дБ от максимального коэффициента усиления составной направленной антенны. В третьих случаях каждая зона 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 покрытия антенных элементов охватывает все точки, для которых коэффициент усиления составной направленной антенны находится в пределах 3 дБ от максимального коэффициента усиления составной направленной антенны. Даже когда сквозной ретранслятор еще не был развернут (например, сквозной спутниковый ретранслятор не находится на эксплуатационной орбите), сквозной ретранслятор все же имеет диаграммы направленности составной направленной антенны, которые соответствуют определению выше. Это означает, что зоны покрытия антенного элемента, соответствующие сквозному ретранслятору на орбите, могут быть рассчитаны по диаграммам направленности составной направленной антенны, даже когда сквозной ретранслятор не находится на эксплуатационной орбите. Сквозной ретранслятор может включать в себя дополнительные антенные элементы, которые не участвуют в формировании луча и, таким образом, могут не иметь вышеперечисленных характеристик.
На ФИГ. 26 представлена иллюстрация диаграммы 3300 направленности антенны сквозного ретранслятора (например, спутника), в которой все из точек, находящихся в пределах зоны 3301 покрытия ретранслятора (например, зоны покрытия спутника), также содержатся в пределах зон 3303, 3305, 3307, 3309 покрытия по меньшей мере четырех антенных элементов. На сквозном ретрансляторе могут иметься другие антенные элементы, которые могут иметь зоны 3311 покрытия антенных элементов, содержащие не все точки, находящиеся в пределах зоны 3301 покрытия ретранслятора.
Система может работать в любом подходящем спектре. Например, система сквозного формирования лучей может работать в С, L, S, X, V, Ka, Ku или другой подходящей полосе или полосах. В некоторых таких системах средства приема работают в С, L, S, X, V, Ka, Ku или другой подходящей полосе или полосах. В некоторых случаях прямая восходящая линия связи и обратная восходящая линия связи могут работать в одном и том же диапазоне частот (например, вблизи 30 ГГц); а прямая нисходящая линия связи и обратная нисходящая линия связи могут работать в неперекрывающемся диапазоне частот (например, вблизи 20 ГГц). Сквозная система может использовать любую подходящую ширину полосы (например, 500 МГц, 1 ГГц, 2 ГГц, 3,5 ГГц и т.д.). В некоторых случаях прямая и обратная линии связи используют одни и те же транспондеры.
Для того чтобы способствовать тактовой синхронизации системы, длины трактов L транспондеров заданы так, чтобы в некоторых случаях они соответствовали временным задержкам распространения сигналов, например, путем подбора подходящей длины кабеля. В некоторых случаях сквозной ретранслятор (например, спутник) имеет генератор 426 радиомаяка ретранслятора (например, спутникового радиомаяка) в рамках модуля 424 поддержки калибровки (см. ФИГ. 15). Генератор 426 радиомаяка генерирует сигнал радиомаяка ретранслятора. Сквозной ретранслятор транслирует сигнал радиомаяка ретранслятора, чтобы дополнительно содействовать тактовой синхронизации системы, а также поддерживать калибровку фидерной линии связи. В некоторых случаях сигнал радиомаяка ретранслятора представляет собой псевдослучайную (известную как PN) последовательность, такую как сигнал с расширенным спектром с кодом прямой последовательности PN, который проходит с высокой скоростью передачи элементов сигнала (например, 100, 200, 400 или 800 миллионов элементарных сигналов в секунду (Мчип/с) или любое другое подходящее значение). В некоторых случаях радиомаяк ретранслятора (например, спутника) с линейной поляризацией транслирует сигналы, принимаемые антеннами RHCP и LHCP, в широкой зоне покрытия антенной, такой как рупорная антенна (не показана), или соединен с одним или более транспондерами 410 для передачи через связанный передающий антенный элемент 409. В одном примере системы лучи формируются во множестве каналов с шириной полосы 500 МГц в Ka-полосе, а PN-код 400 Мчип/с подвергается фильтрации или изменению формы импульса так, чтобы она входила в канал с шириной полосы 500 МГц. При использовании множества каналов в каждом из каналов может передаваться один и тот же PN-код. В системе может использоваться один радиомаяк для каждого канала или один радиомаяк для двух или более каналов.
Поскольку в сквозном ретрансляторе может иметься большое число трактов приема/передачи сигнала, резервирование отдельных трактов приема/передачи сигнала может не требоваться. При отказе тракта приема/передачи сигнала система может по-прежнему работать на уровне производительности, очень близком к ее прежнему уровню, хотя для того, чтобы учесть потери, может применяться модификация коэффициентов формирования лучей.
Наземные сети
Наземная сеть примера системы сквозного формирования лучей содержит некоторое число географически распределенных наземных станций узлов доступа (AN), наведенных на общий сквозной ретранслятор. Рассматривая сначала прямую линию связи, отметим, что центральная система обработки данных (CPS) вычисляет весовые коэффициенты луча для передачи пользовательских данных и взаимодействует с AN через распределительную сеть. CPS также взаимодействует с источниками данных, предоставляемых на пользовательские терминалы. Распределительная сеть может быть реализована различными способами, например, с использованием волоконно-оптической кабельной инфраструктуры. Синхронизация между CPS и SAN может быть детерминированной (например, с использованием коммутируемых каналов) или недетерминированной (например, с использованием сети с коммутацией пакетов). В некоторых случаях CPS реализуют в единственном пункте, например, с использованием специализированных интегральных схем (ASIC) для управления обработкой сигналов. В некоторых случаях CPS реализуют распределенным образом, например, с использованием методик облачных вычислений.
Как показано в примере на ФИГ. 5, CPS 505 может включать в себя множество модемов 507 фидерной линии связи. Для прямой линии связи каждый из модемов 507 фидерной линии связи принимает прямые потоки 509 пользовательских данных от различных источников данных, таких как интернет, головной видеоузел (не показаны) и т.д. Принимаемые прямые потоки 509 пользовательских данных модулируются модемами 507 с формированием K сигналов 511 прямого луча. В некоторых случаях K может находиться в диапазоне 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 или промежуточных или больших чисел. Каждый из K сигналов прямого луча переносит прямые потоки пользовательских данных, подлежащих передаче одним из K прямых пользовательских лучей. Соответственно, если K=400, то имеется 400 сигналов 511 прямого луча, каждый из которых передается по соответствующему одному из 400 прямых пользовательских лучей в зону 519 покрытия прямых пользовательских лучей. K сигналов 511 прямых лучей соединены с формирователем прямых лучей.
Если в наземном сегменте 502 присутствуют M AN 515, выход формирователя прямых лучей представляет собой М специфических для узла доступа прямых сигналов 516, каждый из которых содержит взвешенные сигналы прямого луча, соответствующие некоторым или всем из K сигналов 511 прямого луча. Формирователь прямых лучей может генерировать М специфических для узла доступа прямых сигналов 516 на основе матричного произведения матрицы K×M весовых коэффициентов прямого луча на K сигналов прямых данных. Распределительная сеть 518 распределяет каждый из М специфических для узла доступа прямых сигналов к соответствующему одному из M AN 515. Каждый AN 515 передает прямой сигнал 521 восходящей линии связи, содержащий соответствующий специфический для узла доступа прямой сигнал 516. Каждый AN 515 передает свой соответствующий прямой сигнал 521 восходящей линии связи для ретранслятора в одну или более (например, до и включая все) зон покрытия прямых пользовательских лучей по одному или более (например, до и включая все) трактам приема/передачи прямого сигнала сквозного ретранслятора. Транспондеры 410, 411 в рамках сквозного ретранслятора 503 принимают комбинированный входной прямой сигнал, содержащий наложение 550 прямых сигналов 521 восходящей линии связи, передаваемых множеством (например, до и включая все) AN 515. Каждый транспондер (например, каждый тракт приема/передачи сигнала через ретранслятор) ретранслирует комбинированный входной прямой сигнал в качестве соответствующего прямого сигнала нисходящей линии связи на пользовательский терминал 517 по нисходящей линии связи в прямом направлении.
На ФИГ. 27 представлена иллюстрация примера распределения AN 515. Каждая из меньших пронумерованных окружностей представляет местоположение AN 515. Каждая из более крупных окружностей указывает зону 519 покрытия пользовательских лучей. В некоторых случаях AN 515 разнесены приблизительно равномерно по зоне покрытия сквозного ретранслятора 503. В других случаях AN 515 могут быть распределены неравномерно по всей зоне покрытия. В третьих случаях AN 515 могут быть распределены равномерно или неравномерно по одной или более подобластям зоны покрытия ретранслятора. Как правило, производительность системы наивысшая, когда AN 515 равномерно распределены по всей зоне покрытия. Однако факторы могут обуславливать компромиссы при размещении AN. Например, AN 515 может быть размещен с учетом величины интерференции, дождя или других условий окружающей среды, стоимости объекта недвижимости, доступа к распределительной сети и т.д. Например, для системы сквозного ретранслятора на базе спутника, чувствительной к дождю, большее число AN 515 может быть помещено в зоны, которые с меньшей вероятностью будут подвергаться замиранию, вызванному дождем (например, на западе США). В качестве другого примера AN 515 могут быть более плотно размещены в дождливых районах (например, на юго-востоке США) для обеспечения некоторого коэффициента усиления при разнесенном приеме с целью противодействия эффектам замирания, вызванным дождем. AN 515 могут быть размещены вдоль волоконно-оптических трасс для снижения затрат на распределение, связанных с AN 515.
Число AN 515 М может представлять собой выбираемый параметр, который может быть выбран на основе нескольких критериев. Меньшее число AN может приводить к созданию более простого и менее дорогостоящего наземного сегмента и меньшим эксплуатационным расходам на распределительную сеть. При большем числе AN система будет иметь более высокую производительность. На ФИГ. 28 показано моделирование нормализованной пропускной способности прямой и обратной линий связи в зависимости от числа развернутых AN в примере системы. Нормализованная пропускная способность представляет собой пропускную способность при М AN, разделенную на пропускную способность, полученную при наибольшем числе AN при моделировании. Пропускная способность возрастает по мере увеличения числа AN, но не увеличивается неограниченно. Пропускная способность как прямой, так и обратной линии связи приближается к асимптотическому пределу по мере увеличения числа AN. Это моделирование выполнялось при L=517 передающих и приемных антенных элементов и при AN, распределенных равномерно по зоне покрытия, но это асимптотическое поведение пропускной способности можно наблюдать и при других значениях L и других пространственных распределениях AN. Кривые, аналогичные показанным на ФИГ. 28, могут быть полезны при выборе М, числа развертываемых AN, и для понимания того, как пропускная способность системы может вводиться в эксплуатацию по мере поэтапного развертывания AN, как описано ранее.
На ФИГ. 29 представлена блок-схема примера наземного сегмента 502 для системы сквозного формирования лучей. На ФИГ. 29 может быть проиллюстрирован, например, наземный сегмент 502 ФИГ. 5. Наземный сегмент 502 содержит CPS 505, распределительную сеть 518 и AN 515. CPS 505 содержит интерфейс 524 сигнала луча, формирователь 513 прямых/обратных лучей, распределительный интерфейс 536 и генератор 910 весовых коэффициентов луча.
Для прямой линии связи интерфейс 524 сигнала луча получает сигналы 511 прямого луча (FBS), связанные с каждым из прямых пользовательских лучей. Интерфейс 524 сигнала луча может включать в себя мультиплексор 526 данных прямого луча и модулятор 528 потока данных прямого луча. Мультиплексор 526 данных прямого луча может принимать прямые потоки 509 пользовательских данных, содержащие прямые данные для передачи на пользовательские терминалы 517. Прямые потоки 509 пользовательских данных могут содержать, например, пакеты данных (например, ТСР-пакеты, UDP-пакеты и т.д.) для передачи на пользовательские терминалы 517 посредством системы 500 сквозного формирования лучей на ФИГ. 5. Мультиплексор 526 данных прямого луча группирует (например, мультиплексирует) прямые потоки 509 пользовательских данных по соответствующим им зонам покрытия прямых пользовательских лучей для получения потоков 532 данных прямого луча. Мультиплексор 526 данных прямого луча может использовать, например, мультиплексирование во временной области, мультиплексирование в частотной области или комбинацию методик мультиплексирования для генерирования потоков 532 данных прямого луча. Модулятор 528 потока данных прямого луча может модулировать потоки 532 данных прямого луча согласно одной или более схемам модуляции (например, определение соответствия битов данных с символами модуляции) для создания сигналов 511 прямого луча, которые поступают на формирователь 513 прямых/обратных лучей. В некоторых случаях модулятор 528 может выполнять частотное мультиплексирование множества модулированных сигналов для создания сигнала 511 с несколькими несущими. Интерфейс 524 сигнала луча может, например, реализовывать функциональность модемов 507 фидерной линии связи, описанных со ссылкой на ФИГ. 5.
Формирователь 513 прямых/обратных лучей может включать в себя формирователь 529 прямых лучей и формирователь 531 обратных лучей. Генератор 910 весовых коэффициентов луча генерирует матрицу 918 из M×K весовых коэффициентов прямого луча. Методики генерирования матрицы 918 из M×K весовых коэффициентов прямого луча более подробно описаны ниже. Формирователь 529 прямых лучей может включать в себя матричный умножитель, который рассчитывает М специфических для узла доступа прямых сигналов 516 (ANFS). Например, этот расчет может быть основан на матричном произведении матрицы 918 из M×K весовых коэффициентов прямого луча и вектора из K сигналов 511 прямого луча. В некоторых примерах каждый из K сигналов 511 прямого луча может быть связан с одной из F подполос частот в прямом направлении. В этом случае формирователь 529 прямых лучей может генерировать выборки для М специфических для узла доступа прямых сигналов 516 для каждой из F подполос частот в прямом направлении (например, фактически реализуя операцию матричного произведения для каждой из F подполос для соответствующих подмножеств из K сигналов 511 прямого луча. Распределительный интерфейс 536 распределяет (например, посредством распределительной сети 518) М специфических для узла доступа прямых сигналов 516 по соответствующим AN 515.
Для обратной линии связи распределительный интерфейс 536 получает комбинированные обратные сигналы 907 от AN 515 (например, посредством распределительной сети 518). Каждый сигнал обратных данных от пользовательских терминалов 517 может быть включен во множество (например, до и включая все) комбинированных обратных сигналов 907. Генератор 910 весовых коэффициентов луча генерирует матрицу 937 из K x M весовых коэффициентов обратного луча. Методики генерирования матрицы 937 из K x M весовых коэффициентов обратного луча более подробно описаны ниже. Формирователь 531 обратных лучей рассчитывает K сигналов 915 обратного луча для K зон покрытия обратных пользовательских лучей. Например, этот расчет может быть основан на матричном произведении матрицы 937 из весовых коэффициентов обратного луча и вектора из соответствующих комбинированных обратных сигналов 907. Интерфейс 524 сигнала луча может включать в себя демодулятор 552 сигналов обратного луча и демультиплексор 554 данных обратного луча. Демодулятор 552 сигналов обратного луча может демодулировать каждый из сигналов обратного луча для получения K потоков 534 данных обратного луча, связанных сезонами покрытия обратных пользовательских лучей. Демультиплексор 554 потока данных обратного луча может демультиплексировать каждый из K потоков 534 данных обратного луча в соответствующие обратные потоки 535 пользовательских данных, связанные с сигналами обратных данных, передаваемых от пользовательских терминалов 517. В некоторых примерах каждый из обратных пользовательских лучей может быть связан с одной из R подполос частот в обратном направлении. В этом случае формирователь 531 обратных лучей может генерировать соответствующие подмножества сигналов 915 обратного луча, связанных с каждой из R подполос частот в обратном направлении (например, фактически реализуя операцию матричного произведения для каждой из R подполос частот в обратном направлении для соответствующих подмножеств сигналов 915 обратного луча).
На ФИГ. 30 представлена блок-схема примера формирователя 513 прямых/обратных лучей. Формирователь 513 прямых/обратных лучей содержит формирователь 529 прямых лучей, прямой модуль 945 синхронизации, формирователь 531 обратных лучей и модуль 947 синхронизации. Прямой модуль 945 синхронизации связывает каждый из М специфических для узла доступа прямых сигналов 516 с временной меткой (например, мультиплексирует временную метку со специфическим для узла доступа прямым сигналом с формированием мультиплексированного специфического для узла доступа прямого сигнала), которая указывает, когда сигнал должен достичь сквозного ретранслятора. Таким образом, данные K сигналов 511 прямого луча, которые разделяются в модуле 904 разделения в рамках формирователя 529 прямых лучей, могут передаваться в соответствующий момент времени на каждый из AN 515. Модуль 947 синхронизации выстраивает принимаемые сигналы на основе временных меток. Выборки М комбинированных обратных сигналов 907 AN (CRS) связаны с временными метками, указывающими, когда конкретные выборки были переданы со сквозного ретранслятора. Вопросы синхронизации и генерация временных меток более подробно описаны ниже.
Формирователь 529 прямых лучей содержит вход 925 данных, вход 920 весовых коэффициентов луча и выход 923 узла доступа. Формирователь 529 прямых лучей применяет значения M x K матрицы весовых коэффициентов луча к каждому из K прямых сигналов 511 данных для генерации М специфических для узла доступа прямых сигналов 521, каждый из которых содержит K взвешенных сигналов прямого луча. Формирователь 529 прямых лучей может содержать модуль 904 разделения и М модулей 533 присвоения прямых весовых коэффициентов и суммирования. Модуль 904 разделения разделяет (например, дублирует) каждый из K сигналов 511 прямого луча на М групп 906 из K сигналов прямого луча, по одной группе 906 для каждого из М модулей 533 присвоения прямых весовых коэффициентов и суммирования. Соответственно, каждый модуль 533 присвоения прямых весовых коэффициентов и суммирования принимает все K прямых сигналов 511 данных.
Генератор 917 весовых коэффициентов прямого луча генерирует M×K матрицу 918 весовых коэффициентов прямого луча. В некоторых случаях матрицу 918 весовых коэффициентов прямого луча генерируют на основе матрицы канала, элементы которой представляют собой оценки сквозных прямых коэффициентов усиления для каждого из K×M сквозных прямых многолучевых каналов для формирования матрицы прямого канала, как дополнительно описано ниже. Оценки сквозного прямого коэффициента усиления получают из модуля 919 оценки канала. В некоторых случаях модуль оценки канала содержит хранилище 921 данных канала, в котором хранятся данные, относящиеся к различным параметрам сквозных многолучевых каналов, как более подробно описано ниже. Модуль 919 оценки канала выводит расчетный сигнал сквозного усиления для обеспечения генерации генератором 917 весовых коэффициентов прямого луча матрицы 918 весовых коэффициентов прямого луча. Каждый из модулей 533 присвоения весовых коэффициентов и суммирования соединен для приема соответствующих векторов весовых коэффициентов формирования луча из матрицы 918 весовых коэффициентов прямого луча (для простоты на ФИГ. 30 показано лишь одно такое соединение). Первый модуль 533 присвоения весовых коэффициентов и суммирования применяет весовой коэффициент, равный значению элемента 1,1 M x K матрицы 918 весовых коэффициентов прямого луча, к первому из K сигналов 511 прямого луча (более подробно описано ниже). Весовой коэффициент, равный значению элемента 1,2 M×K матрицы 918 весовых коэффициентов прямого луча, применяют ко второму из K сигналов 511 прямого луча. Другие весовые коэффициенты матрицы применяют аналогичным образом к K-му сигналу 511 прямого луча, который взвешен с использованием значения, равного элементу 1,K M x K матрицы 918 весовых коэффициентов прямого луча. Затем каждый из K взвешенных сигналов 903 прямого луча суммируют и выводят из первого модуля 533 присвоения весовых коэффициентов и суммирования в виде специфического для узла доступа прямого сигнала 516. Затем специфический для узла доступа прямой сигнал 516, выводимый первым модулем 533 присвоения весовых коэффициентов и суммирования, передают в модуль 945 синхронизации. Модуль 945 синхронизации выводит специфический для узла доступа прямой сигнал 516 на первый AN 515 через распределительную сеть 518 (см. ФИГ. 5). Аналогичным образом, каждый из других модулей 533 присвоения весовых коэффициентов и суммирования принимает K сигналов 511 прямого луча и выполняет присвоение весовых коэффициентов и суммирование K сигналов 511 прямого луча. Выходные сигналы от каждого из М модулей 533 присвоения весовых коэффициентов и суммирования передают через распределительную сеть 518 на связанные М AN 515 таким образом, чтобы выходной сигнал от m-го модуля присвоения весовых коэффициентов и суммирования был передан на m-й AN 515. В некоторых случаях модуль 945 синхронизации выполняет обработку в случаях неустойчивой синхронизации и неравномерной задержки в распределительной сети, а также при возникновении некоторых других проблем синхронизации путем связывания метки времени с данными. Подробная информация о примере методики синхронизации приведена ниже в отношении ФИГ. 36 и 37.
В результате применения весовых коэффициентов луча формирователем 529 прямых лучей в наземном сегменте 502 сигналы, передаваемые с AN 515 через сквозной ретранслятор 503, образуют пользовательские лучи. Размер и местоположение лучей, которые можно сформировать, могут зависеть от числа развернутых AN 515, числа и диаграмм направленности антенных элементов ретранслятора, через которые проходит сигнал, местоположения сквозного ретранслятора 503 и/или географического разнесения AN 515.
Что касается сквозной обратной линии 523 связи, показанной на ФИГ. 5, то пользовательский терминал 517 в пределах одной из зон 519 покрытия пользовательских лучей передает сигналы до сквозного ретранслятора 503. Затем сигналы ретранслируются вниз в наземный сегмент 502. Сигналы принимаются AN 515.
Как также показано на ФИГ. 30, М обратных сигналов 527 нисходящей линии связи принимаются с помощью M AN 515, и передаются в виде комбинированных обратных сигналов 907 от М AN 515 через распределительную сеть 518, и принимаются на входе 931 узла доступа формирователя 531 обратных лучей. Модуль 947 синхронизации выстраивает комбинированные обратные сигналы от М AN 515 друг с другом и выводит синхронизированные по времени сигналы на формирователь 531 обратных лучей. Генератор 935 весовых коэффициентов обратного луча генерирует весовые коэффициенты обратного луча в виде K×M матрицы 937 весовых коэффициентов обратного луча на основании информации, хранящейся в хранилище 941 данных канала в рамках модуля 943 оценки канала. Формирователь 531 обратных лучей содержит вход 939 весовых коэффициентов луча, через который формирователь 531 обратных лучей принимает матрицу 937 весовых коэффициентов обратного луча. Каждый из М комбинированных обратных сигналов 907 AN передается на соответствующий один из М модулей 539 разветвителя и присвоения весового коэффициента в рамках формирователя 531 обратных лучей. Каждый модуль 539 разветвителя и присвоения весового коэффициента разделяет синхронизированный по времени сигнал на K копий 909. Модуль 539 разветвителя и присвоения весового коэффициента присваивает весовой коэффициент каждой из K копий 909 с использованием элемента k, m K×M матрицы 937 весовых коэффициентов обратного луча. Более подробная информация в отношении K×M матрицы весовых коэффициентов обратного луча приведена ниже. Затем каждый набор из K взвешенных комбинированных обратных сигналов 911 передается на модуль 913 объединения. В некоторых случаях модуль 913 объединения объединяет k-й взвешенный комбинированный обратный сигнал 911, выводимый из каждого модуля 539 разветвителя и присвоения весового коэффициента. Формирователь 531 обратных лучей содержит выход 933 обратных сигналов данных, который выводит K сигналов 915 обратного луча, каждый из которых содержит выборки, связанные с одним из K обратных пользовательских лучей 519 (например, выборки, принимаемые через каждый из M AN). Каждый из K сигналов 915 обратного луча может содержать выборки с одного или более пользовательских терминалов 517. K скомбинированных и выстроенных сформированных сигналов 915 обратного луча передается на модемы 507 фидерной линии связи (см. ФИГ. 5). Следует отметить, что регулировка обратной синхронизации может выполняться после разделения и присвоения весового коэффициента. Аналогичным образом, для прямой линии связи регулировка прямой синхронизации может быть выполнена до формирования луча.
Как описано выше, формирователь 529 прямых лучей может выполнять операции матричного произведения с входными выборками K сигналов 511 прямого луча для расчета М специфических для узла доступа прямых сигналов 516 в реальном времени. Так как ширина полосы луча увеличивается (например, для поддержки более короткой протяженности символа) и/или значения K и М становятся большими, операция матричного произведения требует много времени и затрат для вычислений, и требуемый объем вычислений может превышать возможности одного вычислительного узла (например, одного вычислительного сервера и т.д.). Операции формирователя 531 обратных лучей являются аналогичными по интенсивности вычислений. Для разделения вычислительных ресурсов множества вычислительных узлов в формирователе 513 прямых/обратных лучей можно использовать различные подходы. В одном примере формирователь 529 прямых лучей на ФИГ. 30 может быть разделен на отдельные модули 533 присвоения весовых коэффициентов и суммирования для каждого из M AN 515, которые могут быть распределены по разным вычислительным узлам. По существу факторы, которые необходимо учитывать при реализации, включают в себя затраты, энергопотребление, масштабируемость относительно K, М и ширину полосы, доступность системы (например, вследствие сбоя узла и т.д.), модернизируемость и задержки в системе. Вышеприведенный пример представлен для строки (или столбца). Возможен и обратный вариант. Могут рассматриваться и другие способы группировки матричных операций (например, разделение на четыре с [1,1 до K/2,M/2] […], вычисляемые по отдельности и суммируемые).
В некоторых случаях формирователь 513 прямых/обратных лучей может включать в себя архитектуру мультиплексирования во временной области для обработки операций присвоения лучу весовых коэффициентов формирователями лучей с квантованием времени. На ФИГ. 31 представлена блок-схема примера формирователя 529 прямых лучей, содержащего множество формирователей прямых лучей с квантованием времени, с демультиплексированием и мультиплексированием во временной области. Формирователь 529 прямых лучей включает в себя демультиплексор 3002 сигналов прямого луча, N формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени и мультиплексор 3010 прямых сигналов узла доступа.
Демультиплексор 3002 сигналов прямого луча принимает сигналы 511 прямого луча и демультиплексирует K сигналов 511 прямого луча с формированием входов 3004 прямого луча с квантованием времени (FTSI) для ввода в N формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени. Например, демультиплексор 3002 сигналов прямого луча направляет первое подмножество во временной области выборок для K сигналов 511 прямого луча на первый формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени, который генерирует выборки, связанные с М специфическими для узла доступа прямыми сигналами, соответствующими первому подмножеству во временной области выборок. Формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени выводит выборки, соответствующие М специфическим для узла доступа прямым сигналам для первого подмножества во временной области выборок, посредством своего вывода 3008 прямого луча с квантованием времени (FTSO) на мультиплексор 3010 прямых сигналов узла доступа. Формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени может выводить выборки, связанные с каждым из М специфических для узла доступа прямых сигналов, с информацией о времени синхронизации (например, соответствующим индексом квантования времени и т.д.), используемой узлами доступа для обеспечения синхронизации (например, путем предварительной корректировки) соответствующих специфических для узла доступа прямых сигналов при приеме сквозным ретранслятором. Мультиплексор 3010 прямых сигналов узла доступа мультиплексирует подмножества во временной области выборок для М специфических для узла доступа прямых сигналов, принимаемых посредством N выводов 3008 прямого луча с квантованием времени, для генерации М специфических для узла доступа прямых сигналов 516. Каждый из формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени может содержать буфер данных, буфер матрицы луча и процессор для весовых коэффициентов луча, выполняющий операцию матричного произведения. Это означает, что каждый из формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени может выполнять вычисления, математически эквивалентные вычислениям, выполняемым модулем 904 разветвления и модулями 533 присвоения прямых весовых коэффициентов и суммирования, показанными для формирователя 529 прямых лучей на ФИГ. 30, в процессе обработки выборок одного индекса квантования времени. Обновление матрицы весовых коэффициентов луча может выполняться пошагово. Например, буферы матрицы весовых коэффициентов луча для формирователей прямых лучей с квантованием времени могут обновляться в период отсутствия нагрузки при смене индексов t квантования интервала через N формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени. Альтернативно каждый формирователь прямых лучей с квантованием времени может содержать два буфера, которые могут использоваться в конфигурации с попеременным переключением (например, один может обновляться при использовании другого). В некоторых случаях может использоваться множество буферов для хранения весовых коэффициентов лучей, соответствующих множеству диаграмм направленности пользовательских лучей (например, множеству зон покрытия пользователя). Буферы весового коэффициента луча и буферы данных для формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени могут быть реализованы в виде запоминающего устройства или хранилища любого типа, включая динамическое или статическое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Обработка весовых коэффициентов луча может быть реализована в специализированной интегральной схеме (ASIC) и/или программируемой пользователем матрице логических элементов (FPGA) и может включать в себя одно или более процессорных ядер (например, в среде облачных вычислений). Дополнительно или альтернативно буфер весового коэффициента луча, буфер данных и процессор для весовых коэффициентов луча могут быть интегрированы в один компонент.
На ФИГ. 32 проиллюстрирован упрощенный пример наземного сегмента, показывающий работу формирователя 529 прямых лучей с квантованием времени. В примере на ФИГ. 32 формирователь 529 прямых лучей принимает четыре сигнала прямого луча (например, K=4), генерирует специфические для узла доступа прямые сигналы для пяти AN (например, М=5) и содержит три формирователя прямых лучей с квантованием времени (например, N=3). Сигналы прямого луча обозначаются FBk : t, где k представляет собой индекс сигнала прямого луча, a t представляет собой индекс квантования времени (например, соответствующий подмножеству во временной области выборок). Демультиплексор 3002 сигналов прямого луча принимает четыре подмножества во временной области выборок сигналов прямого луча, связанных с четырьмя прямыми пользовательскими лучами, и демультиплексирует каждый сигнал прямого луча таким образом, что один входной сигнал 3004 прямого луча с квантованием времени включает в себя для конкретного индекса t квантования времени подмножество во временной области выборок из каждого из сигналов 511 прямого луча. Например, подмножества во временной области могут представлять собой отдельную выборку, сплошной блок выборок или несплошной (например, перемежающийся) блок выборок, как описано ниже. Формирователи 3006 прямых лучей с квантованием времени генерируют (например, на основе сигналов 511 прямого луча и матрицы 918 весовых коэффициентов прямого луча) каждый из М специфических для узла доступа прямых сигналов для индекса t квантования времени, который обозначают AFm : t. Например, подмножества во временной области выборок FB1 : 0, FB2 : 0, FB3 : 0 и FB4 : 0 для индекса t=0 квантования времени представляют собой входные данные для первого устройства TSBF[1] 3006 формирования прямых лучей с квантованием времени, которое генерирует соответствующие выборки специфических для узла доступа прямых сигналов AF1 : 0, AF2 : 0, AF3 : 0, AF4 : 0 и AF5 : 0 на выходе 3008 прямого луча с квантованием времени. Для последующих значений индекса t=1,2 квантования времени подмножества во временной области выборок сигналов 511 прямого луча демультиплексируют с помощью демультиплексора 3002 сигналов прямого луча для ввода на второй и третий формирователи 3006 прямых лучей с квантованием времени, которые генерируют специфические для узла доступа прямые сигналы, связанные с соответствующими индексами t квантования времени, на выходы 3008 прямого луча с квантованием времени. На ФИГ. 32 также показано, что при значении t=3 индекса квантования времени первый формирователь прямых лучей с квантованием времени генерирует специфические для узла доступа прямые сигналы, связанные с соответствующим индексом 3 квантования времени. Операция матричного произведения, выполняемая каждым формирователем 3006 прямых лучей с квантованием времени для одного значения t индекса квантования времени может длиться дольше по сравнению с реальным временем подмножества во временной области выборок (например, число выборок S, умноженное на интервал tS выборки). Однако каждый формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени может обрабатывать только одно подмножество во временной области выборок для каждого из N индексов t квантования времени. Мультиплексор 3010 прямых сигналов узла доступа принимает прямые выходные данные 3030 с квантованием времени от каждого из формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени и мультиплексирует подмножества во временной области выборок для генерации М специфических для узла доступа прямых сигналов 516 для распределения по соответствующим AN.
На ФИГ. 33 представлена блок-схема примера формирователя 531 обратных лучей, содержащего множество формирователей обратных лучей с квантованием времени, с демультиплексированием и мультиплексированием во временной области. Формирователь 531 обратных лучей включает в себя демультиплексор 3012 обратного комбинированного сигнала, N формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени и мультиплексор 3020 сигналов обратного луча. Демультиплексор 3012 комбинированного обратного сигнала принимает М комбинированных обратных сигналов 907 (например, от М AN) и демультиплексирует М комбинированных обратных сигналов 907 во входные сигналы 3014 обратного луча с квантованием времени (RTSI) для ввода на N формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени. Каждый из формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени выводит выборки, связанные с K сигналами 915 обратного луча, для соответствующих подмножеств во временной области выборок посредством соответствующих выходов 3018 обратного луча с квантованием времени (RTSO) на мультиплексор 3020 сигналов обратного луча. Мультиплексор 3020 сигналов обратного луча мультиплексирует подмножества во временной области выборок для K сигналов обратного луча, принимаемых посредством N выходов 3018 обратного луча с квантованием времени, для генерации K сигналов 915 обратного луча. Каждый из формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени может содержать буфер данных, буфер матрицы луча и процессор для весовых коэффициентов луча, выполняющий операцию матричного произведения. Это означает, что каждый из формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени может выполнять вычисления, математически эквивалентные вычислениям, выполняемым модулем 539 разветвителя и присвоения весового коэффициента, а также модулем 913 объединения, показанными с формирователем 531 обратных лучей на ФИГ. 30, во время обработки выборок для одного индекса квантования времени. Как описано выше в отношении формирователей прямых лучей с квантованием времени, обновление матрицы весовых коэффициентов луча можно выполнять пошагово с использованием конфигурации буфера весовых коэффициентов луча с попеременным переключением (например, один может обновляться во время использования другого). В некоторых случаях может использоваться множество буферов для хранения весовых коэффициентов лучей, соответствующих множеству диаграмм направленности пользовательских лучей (например, множеству зон покрытия пользователя). Буферы весового коэффициента луча и буферы данных для формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени могут быть реализованы в виде запоминающего устройства или хранилища любого типа, включая динамическое или статическое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Обработка весовых коэффициентов луча может быть реализована в специализированной интегральной схеме (ASIC) и/или программируемой пользователем матрице логических элементов (FPGA) и может включать в себя одно или более процессорных ядер. Дополнительно или альтернативно буфер весового коэффициента луча, буфер данных и процессор для весовых коэффициентов луча могут быть интегрированы в один компонент.
На ФИГ. 34 проиллюстрирован упрощенный пример наземного сегмента, показывающий работу формирователя 531 обратных лучей, в котором применяют мультиплексирование во временной области. В примере на ФИГ. 33 формирователь 531 обратных лучей принимает пять комбинированных обратных сигналов (например, М=5), генерирует сигналы обратного луча (RBS) для четырех обратных пользовательских лучей (например, K=5) и содержит три формирователя лучей с квантованием времени (например, N=3). Комбинированные обратные сигналы обозначаются RCm : t, где m представляет собой индекс AN, a t представляет собой индекс квантования времени (например, соответствующий подмножеству во временной области выборок). Демультиплексор 3012 обратного комбинированного сигнала принимает четыре подмножества во временной области выборок комбинированных обратных сигналов от пяти AN и демультиплексирует каждый комбинированный обратный сигнал таким образом, что один входной сигнал 3014 обратного луча с квантованием времени включает в себя для конкретного индекса t квантования времени соответствующие подмножества во временной области выборок из каждого из комбинированных обратных сигналов 907. Например, подмножества во временной области могут представлять собой отдельную выборку, сплошной блок выборок или несплошной (например, перемежающийся) блок выборок, как описано ниже. Формирователи 3016 обратных лучей с квантованием времени генерируют (например, на основе комбинированных обратных сигналов 907 и матрицы 937 весовых коэффициентов обратного луча) каждый из K сигналов обратного луча для индекса t квантования времени, которые обозначают RBk : t. Например, подмножества во временной области выборок RC1 : 0, RC2 : 0, RC3 : 0, RC4 : 0 и RC5 : 0 для индекса t=0 квантования времени представляют собой входные данные для первого формирователя 3016 обратных лучей с квантованием времени, который генерирует соответствующие выборки сигналов RB1 : 0, RB2 : 0, RB3 : 0 и RB4 : 0 обратного луча на выход 3018 обратного луча с квантованием времени. Для последующих значений индекса t=1,2 квантования времени подмножества во временной области выборок комбинированных обратных сигналов 907 демультиплексируются с помощью демультиплексора 3012 обратного комбинированного сигнала для ввода соответственно во второй и третий формирователи 3016 обратных лучей с квантованием времени, которые генерируют выборки для сигналов обратного луча, связанные с соответствующими индексами t квантования времени, на выходы 3018 обратного луча с квантованием времени. На ФИГ. 34 также показано, что при значении t=3 индекса квантования времени первый формирователь обратных лучей с квантованием времени генерирует выборки сигналов обратных лучей, связанных с соответствующим индексом 3 квантования времени. Операция матричного произведения, выполняемая каждым формирователем 3016 обратных лучей с квантованием времени для одного значения t индекса квантования времени, может длиться дольше по сравнению с реальным временем подмножества во временной области выборок (например, число выборок S, умноженное на интервал tS выборки). Однако каждый формирователь 3016 обратных лучей с квантованием времени может обрабатывать лишь одно подмножество во временной области выборок каждого из N индексов t квантования времени. Мультиплексор 3020 сигналов обратного луча принимает выходные сигналы 3018 обратного луча с квантованием времени от каждого из формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени и мультиплексирует подмножества во временной области выборок для генерации K сигналов 915 обратного луча.
Хотя на ФИГ. 31-34 проиллюстрировано одинаковое число N формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени и формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени, в некоторых реализациях может применяться большее или меньшее число формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени, чем формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени. В некоторых примерах формирователь 529 прямых лучей и/или формирователь 531 обратных лучей может иметь резерв пропускной способности для обеспечения отказоустойчивости узла. Например, если каждый формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени тратит tFTS на обработку одного набора выборок для индекса t квантования времени, имеющего длительность tD квантования времени в реальном времени, где tFTS=N⋅tD, формирователь 529 прямых лучей может содержать N+Е формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени. В некоторых примерах каждый из N+Е формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени используют в работе, причем каждый формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени имеет эффективную дополнительную мощность Е/N. Если один формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени выходит из строя, выполнение операций может быть перенесено на другой формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени (например, путем регулирования маршрутизации выборок во временной области (или групп выборок) посредством демультиплексирования и мультиплексирования во временной области). Таким образом, формирователь 529 прямых лучей может быть устойчивым к сбою до Е формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени, прежде чем это начнет влиять на производительность системы. Кроме того, дополнительная мощность позволяет проводить техническое обслуживание и модернизацию формирователей лучей с квантованием времени во время работы системы. Например, модернизация формирователей лучей с квантованием времени может выполняться постепенно, поскольку система может работать с различными по производительности формирователями лучей с квантованием времени. Выборки данных, связанные с индексом t квантования времени, могут быть перемежающимися. Например, первый индекс t0 квантования времени может быть связан с выборками 0, Р, 2Р…(S-1)*Р, а второй индекс t1 квантования времени может быть связан с выборками 1, Р+1, 2Р+1…(S-1)*Р+1 и т.д., где S представляет собой число выборок в каждом наборе выборок, а Р представляет собой продолжительность перемежения. Также благодаря перемежению система может стать более устойчивой к отказам формирователя лучей с квантованием времени, поскольку каждый блок выборок формирователя лучей с квантованием времени отделен по времени таким образом, что ошибки вследствие недостающего блока будут распределены во времени, что аналогично преимуществу от применения перемежения при прямой коррекции ошибок. Фактически распределенные ошибки, вызванные сбоем формирователя лучей с квантованием времени, могут вызывать эффекты, подобные шуму, и не приводить к возникновению каких-либо ошибок в пользовательских данных, особенно в случае применения прямого кодирования ошибок. Хотя были проиллюстрированы примеры, где N=3, могут использоваться и другие значения N, и N необязательно имеет какую-либо конкретную взаимосвязь с K или М.
Как описано выше, формирователь 529 прямых лучей и формирователь 531 обратных лучей, проиллюстрированные на ФИГ. 31 и 33 соответственно, могут выполнять демультиплексирование и мультиплексирование во временной области для формирования луча с квантованием времени для одного канала или подполосы частот. Используя дополнительный уровень переключения мультиплексирования/демультиплексирования подполосы, можно обрабатывать множество подполос независимо. На ФИГ. 35 представлена блок-схема примера многополосного формирователя 513 прямых/обратных лучей, в котором применяют демультиплексирование и мультиплексирование подполосы. Многополосный формирователь 513 прямых/обратных лучей может поддерживать F прямых подполос и R обратных подполос.
Многополосный формирователь 513 прямых/обратных лучей содержите формирователей 3026 лучей прямой подполосы, R формирователей 3036 лучей обратной подполосы и мультиплексор/демультиплексор 3030 подполосы. Например, сигналы 511 прямого луча могут быть разделены на F прямых подполос. Каждая из F прямых подполос может быть связана с подмножеством K зон покрытия прямых пользовательских лучей. Это означает, что K зон покрытия прямых пользовательских лучей могут включать в себя множество подмножеств зон покрытия прямых пользовательских лучей, связанных с разными (например, с разной частотой и/или поляризацией и т.д.) подполосами частот, где зоны покрытия прямых пользовательских лучей в пределах каждого из подмножеств могут быть неперекрывающимися (например, в контурах сигнала по уровню 3 дБ и т.д.). Таким образом, каждый из входных сигналов 3024 формирователя лучей прямой подполосы может включать в себя подмножество K1 сигналов 511 прямого луча. Каждый из F формирователей 3026 прямых лучей может иметь функциональность формирователя 529 прямых лучей, генерируя выходные сигналы 3028 формирователя лучей прямой подполосы, которые содержат М специфических для узла доступа прямых сигналов, связанных с подмножеством сигналов 511 прямого луча (например, матричное произведение из K1 сигналов прямого луча и М x K1 матрицы весовых коэффициентов прямого луча). Таким образом, каждый из AN 515 может принимать множество специфических для узла доступа прямых сигналов, связанных с разными подполосами частот (например, для каждой из F прямых подполос). AN могут комбинировать (например, суммировать) сигналы в разных подполосах в прямых сигналах восходящей линии связи, как более подробно описано ниже. Аналогичным образом, AN 515 могут генерировать множество комбинированных обратных сигналов 907 для R разных обратных подполос. Каждая из R обратных подполос может быть связана с подмножеством K зон покрытия обратных пользовательских лучей. Это означает, что K зон покрытия обратных пользовательских лучей могут включать в себя множество подмножеств зон покрытия обратных пользовательских лучей, связанных с разными подполосами частот, где зоны покрытия обратных пользовательских лучей в пределах каждого из подмножеств могут быть неперекрывающимися (например, в контурах сигнала по уровню 3 дБ и т.д.). Мультиплексор/демультиплексор 3030 подполосы может разделять комбинированные обратные сигналы 907 на R входных сигналов 3034 формирователя лучей обратной подполосы. Затем каждый из формирователей 3036 лучей обратной подполосы может генерировать выходной сигнал 3038 формирователя лучей обратной подполосы, который может включать в себя сигналы 915 обратного луча для подмножества обратных пользовательских лучей (например, для модемов 507 фидерной линии связи или демодулятора сигналов обратного луча и т.д.). В некоторых примерах многополосный формирователь 513 прямых/обратных лучей может поддерживать множество типов поляризации (например, правую круговую поляризацию (RHCP), левую круговую поляризацию (LHCP) и т.д.), что в некоторых случаях может фактически удваивать число подполос.
В некоторых случаях мультиплексирование и демультиплексирование с квантованием времени для формирователя 529 прямых лучей и формирователя 531 обратных лучей (например, с помощью демультиплексора 3002 сигналов прямого луча, мультиплексора 3010 прямых сигналов узла доступа, демультиплексора 3012 обратных комбинированных сигналов, мультиплексора 3020 сигналов обратного луча) и мультиплексирование/демультиплексирование подполосы (мультиплексор/демультиплексор 3030 подполосы) можно выполнять путем коммутации пакетов (например, путем коммутации в сети Ethernet и т.д.). В некоторых случаях коммутацию с квантованием времени и подполосы можно выполнять в одних и тех же коммутационных узлах или в другом порядке. Например, может использоваться архитектура коммутационной матрицы, где каждый узел коммутационной матрицы может быть соединен с подмножеством AN 515, формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени, формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени или модемов 507 фидерной линии связи. Архитектура коммутационной матрицы может позволять, например, подключать любой AN (например, посредством переключателей и/или соединительной панели коммутационной матрицы) к любому формирователю прямых лучей с квантованием времени или формирователю обратных лучей с квантованием времени в иерархически плоскую архитектуру с малой задержкой. В одном примере система, поддерживающая ширину полосы K ≤ 600, М ≤ 600 и 500 МГц (например, на подполосу) с четырнадцатью подполосами для прямой или обратной линий связи, может быть реализована с использованием доступной в продаже коммутационной платформы с 2048 портами 10GigE.
Коррекция задержки
В некоторых случаях различия в задержках распространения сигнала по каждому из трактов между сквозным ретранслятором 503 и CPS 505 несущественны. Например, в обратной линии связи, когда один и тот же сигнал (например, данные, передаваемые конкретному пользователю или от него) принимается множеством AN 515, каждый экземпляр сигнала может поступать на CPS, будучи по существу согласованным с каждым другим экземпляром сигнала. Аналогичным образом, когда один и тот же сигнал передают на пользовательский терминал 517 через несколько AN 515, каждый экземпляр сигнала может поступать на пользовательский терминал 517, будучи по существу согласованным с каждым другим экземпляром сигнала. Иными словами, сигналы могут быть согласованы по фазе и времени с достаточной точностью, чтобы сигналы были когерентно комбинированы, так чтобы эффекты задержки распространения сигнала и эффекты формирования луча были малы относительно скорости передачи символа. В качестве иллюстративного примера, если разница в задержке распространения сигнала составляет 10 микросекунд, ширина полосы формирования луча может составлять порядка десятков кГц, и можно использовать узкополосный сигнал, например ≈ 10 кбит/с, с возможным небольшим ухудшением характеристик. Скорость передачи сигнала 10 кбит/с соответствует протяженности символа 100 микросекунд, а разброс задержки 10 микросекунд составляет лишь одну десятую от протяженности символа. В этих случаях для целей анализа системы можно предположить, что сигналы, принимаемые сквозным ретранслятором в один момент времени, будут ретранслированы и переданы по существу в одно и то же время, как описано ранее.
В других случаях может быть значительная разница в задержке распространения сигнала по отношению к интервалу передачи (протяженности передаваемого символа) сигналов, передаваемых передающими антенными элементами 409 на AN 515. При прохождении сигналов по тракту от каждого AN 515 через распределительную сеть 518 могут происходить значительные колебания задержки. В этих случаях для установки соответствия значений задержки распространения сигнала может применяться коррекция задержки.
Принятые CPS 505 через распределительную сеть 518 сигналы сквозной обратной линии связи могут быть соотнесены по времени с помощью сигнала радиомаяка ретранслятора, передаваемого от сквозного ретранслятора, например PN-радиомаяка, как описано ранее. Каждый AN 515 может создавать метку времени комбинированного обратного сигнала с использованием сигнала радиомаяка ретранслятора в качестве опорного. Таким образом, разные AN 515 могут принимать один и тот же сигнал в разные моменты времени, но принятые в каждом AN 515 сигналы могут иметь метку времени, позволяющую CPS 505 соотносить их во времени. CPS 505 может буферизовать сигналы таким образом, чтобы формирование луча выполнялось путем объединения сигналов, имеющих одинаковую метку времени.
Как показано на ФИГ. 33 и 34, коррекция задержки для обратной линии связи может осуществляться путем демультиплексирования комбинированных обратных сигналов для формирователей 3016 обратных лучей с квантованием времени. Например, каждый AN может разделять комбинированный обратный сигнал на наборы выборок, связанных с индексами t квантования времени, которые могут включать в себя перемежающиеся выборки комбинированного обратного сигнала. Индексы t квантования времени могут быть определены на основании сигнала радиомаяка ретранслятора. AN могут направлять подмножества выборок, мультиплексированных с соответствующими индексами t квантования времени (например, в виде мультиплексированного комбинированного обратного сигнала), на формирователь 531 обратных лучей, которые могут использоваться как информация о времени синхронизации в обратной линии связи. Подмножества выборок от каждого AN могут быть демультиплексированы (например, посредством переключения), а один формирователь 3016 обратных лучей с квантованием времени может принимать подмножества выборок от каждого AN для индекса t квантования времени (в некоторых случаях для одной из множества подполос). При выполнении операции матричного произведения для матрицы весовых коэффициентов обратного луча и подмножества выборок из каждого из М комбинированных обратных сигналов, связанных с индексом t квантования времени, формирователь 3016 обратных лучей с квантованием времени может в то же время согласовывать сигналы, ретранслируемые сквозным ретранслятором, для применения матрицы весовых коэффициентов обратного луча.
Для прямой линии связи формирователь 513 лучей в рамках CPS 505 может генерировать метку времени, которая указывает, когда каждый специфический для узла доступа прямой сигнал, передаваемый AN 515, должен достичь сквозного ретранслятора 503. Каждый AN 515 может передавать сигнал 2530 радиомаяка узла доступа, например закольцованный PN-сигнал. Каждый такой сигнал может быть закольцован и передан обратно на AN 515 сквозным ретранслятором 503. AN 515 могут принимать как сигнал радиомаяка ретранслятора, так и ретранслируемые (закольцованные) сигналы радиомаяка узла доступа от любого или всех из AN. Принятая синхронизация сигнала радиомаяка узла доступа относительно времени синхронизации сигнала радиомаяка ретранслятора указывает, когда сигнал радиомаяка узла доступа достиг сквозного ретранслятора. Если отрегулировать синхронизацию сигнала радиомаяка узла доступа таким образом, чтобы после ретрансляции сквозным ретранслятором он достигал AN одновременно с достижением сигналом радиомаяка ретранслятора AN, сигнал радиомаяка узла доступа будет поступать на сквозной ретранслятор синхронно с сигналом радиомаяка ретранслятора. После выполнения этой функции на всех AN все сигналы радиомаяка узла доступа будут поступать на сквозной ретранслятор синхронно с сигналом радиомаяка ретранслятора. Последний этап процесса заключается в том, чтобы каждый AN передавал свои специфические для узла доступа прямые сигналы синхронно со своим сигналом радиомаяка узла доступа. Это может быть выполнено с помощью меток времени, как описано впоследствии. Альтернативно CPS может управлять коррекцией задержки путем направления соответствующих специфических для узла доступа прямых сигналов, смещенных путем соответствующих смещений во временной области, на AN (например, если синхронизация посредством распределительной сети является детерминированной). В некоторых случаях диапазон частот фидерной линии связи может отличаться от диапазона частот пользовательской линии связи. Когда диапазон частот нисходящей фидерной линии связи (например, диапазон частот в V-полосе) не перекрывается с диапазоном частот нисходящей пользовательской линии связи (например, диапазоном частот в Ка-полосе), a AN находятся в пределах зоны покрытия пользователя, AN могут включать в себя антенны и приемники, которые могут работать в диапазоне частот пользовательской нисходящей линии связи, чтобы принимать ретранслированные сигналы радиомаяка узла доступа посредством трактов приема/передачи сигнала сквозного ретранслятора. В таком случае сквозной ретранслятор может включать в себя первый генератор радиомаяка ретранслятора, который генерирует первый сигнал радиомаяка ретранслятора в диапазоне частот нисходящей пользовательской линии связи для поддержки синхронизации фидерной линии связи. Сквозной ретранслятор может также включать в себя второй генератор радиомаяка ретранслятора, который генерирует второй сигнал радиомаяка ретранслятора в диапазоне частот нисходящей фидерной линии связи для поддержки устранения искажений обратных сигналов нисходящей линии связи из-за ухудшения связи в фидерной линии.
На ФИГ. 36 представлена иллюстрация PN-последовательностей, используемых для соотнесения синхронизации в системе. Горизонтальная ось на фигуре отражает время. PN-последовательность 2301 AN1 из элементов сигнала 2303 передается в сигнале радиомаяка узла доступа от первого AN. Относительное время достижения этой последовательностью сквозного ретранслятора показано PN-последовательностью 2305. Существует временной сдвиг PN-последовательности 2305 относительно PN-последовательности 2301 AN1 вследствие задержки распространения сигнала от AN до сквозного ретранслятора. PN-последовательность 2307 радиомаяка ретранслятора генерируется в рамках сквозного ретранслятора и передается от него в сигнале радиомаяка ретранслятора. PN-элемент сигнала PN-последовательности 2307 радиомаяка ретранслятора в момент времени Т0 2315 согласован с PN-элементом сигнала 2316 PN-принимаемого сигнала 2305 AN1 в момент времени Т0. PN-элемент сигнала 2316 PN-принимаемого сигнала 2305 AN1 согласован с PN-элементом сигнала 2315 PN-последовательности 2307 радиомаяка ретранслятора, когда отрегулирована правильная величина времени передачи для AN1. PN-последовательность 2305 закольцована от сквозного ретранслятора, а PN-последовательность 2317 принимается на AN1. PN-последовательность 2319, передаваемая со сквозного ретранслятора в PN-последовательности радиомаяка ретранслятора, принимается на AN1. Следует отметить, что PN-последовательности 2317, 2319 на AN1 согласованы, что указывает на то, что они были согласованы на сквозном ретрансляторе.
На ФИГ. 37 показан пример AN2, на котором неправильно настроена синхронизация PN-последовательности, сгенерированной в AN2. Следует отметить, что PN-последовательность 2311, сгенерированная на AN2, принимается на сквозном ретрансляторе, что показано как последовательность 2309 со смещением на величину dt относительно PN-последовательности 2307 радиомаяка ретранслятора. Это смещение связано с ошибкой синхронизации, которая используется для генерации последовательности в AN2. Также следует отметить, что достижение AN2 PN-последовательностью 2321 AN2 смещено относительно достижения AN2 2323 PN-последовательностью радиомаяка ретранслятора на такую же величину dt. При обработке сигнала в AN2 эта ошибка будет обнаружена, и может выполняться коррекция синхронизации передачи путем корректировки синхронизации на величину dt для согласования PN-последовательностей 2321, 2323.
На ФИГ. 36 и 37 одинаковая частота следования PN-элементов сигнала используется для PN-последовательности радиомаяка ретранслятора и всех (закольцованных) из PN-сигналов AN для простоты иллюстрации понятия. Понятия одинаковой синхронизации могут применяться при разных значениях частоты следования PN-элементов сигнала. Как показано на ФИГ. 31 и 32, индексы t квантования времени могут использоваться для синхронизации специфических для узла доступа прямых сигналов, принимаемых сквозным ретранслятором от каждого из AN. Например, индексы t квантования времени могут мультиплексироваться со специфическими для узла доступа прямыми сигналами 516. Каждый AN может передавать выборки специфических для узла доступа прямых сигналов с конкретным индексом t квантования времени, согласованным с соответствующей информацией о синхронизации, в PN-последовательности элементов сигнала, передаваемых в соответствующих сигналах радиомаяка узла доступа. Поскольку соответствующие сигналы радиомаяка узла доступа были скорректированы для компенсации соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы между AN и сквозным ретранслятором, выборки, связанные с индексом t квантования времени, поступят на сквозной ретранслятор синхронизированными по времени и с правильно согласованной относительно друг друга фазой.
В случаях, когда AN принимает свои собственные сигналы радиомаяка узла доступа, возможно закольцевать сигналы радиомаяка узла доступа с использованием того же коммуникационного оборудования сквозного ретранслятора, которое также переносит данные в прямом направлении. В этих случаях коэффициенты относительного усиления и/или фазы транспондеров в сквозном ретрансляторе могут быть скорректированы, как описано впоследствии.
На ФИГ. 38 представлена блок-схема примера AN 515. AN 515 содержит приемник 4002, регулятор 4024 синхронизации и фазы при приеме, демодулятор 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора, мультиплексор 4004, сетевой интерфейс 4006, контроллер 2523, демультиплексор 4060, компенсатор 4020 синхронизации и фазы при передаче и передатчик 4012. Сетевой интерфейс 4006 может быть подключен, например, к CPS 505 посредством сетевого порта 4008.
В обратной линии связи приемник 4002 принимает обратный сигнал 527 нисходящей линии связи. Обратный сигнал 527 нисходящей линии связи может включать в себя, например, комбинацию обратных сигналов восходящей линии связи, ретранслированных сквозным ретранслятором (например, посредством множества трактов приема/передачи сигнала и т.д.) и сигнал радиомаяка ретранслятора. Приемник 4002 может выполнять, например, преобразование с понижением частоты и выборку. Демодулятор 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора может демодулировать сигнал радиомаяка ретранслятора в оцифрованный комбинированный обратный сигнал 907 для получения информации 2520 о синхронизации ретрансляции. Например, демодулятор 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора может выполнять демодуляцию для восстановления синхронизации элемента сигнала, связанного с PN-кодом ретрансляции, и генерировать метки времени, соответствующие времени передачи от сквозного ретранслятора для выборок оцифрованного комбинированного обратного сигнала 527. Мультиплексор 4004 может мультиплексировать информацию 2520 о синхронизации ретрансляции с выборками оцифрованного комбинированного обратного сигнала (например, для формирования мультиплексированного комбинированного обратного сигнала), который должен быть направлен на CPS 505 (например, посредством сетевого интерфейса 4006). Мультиплексирование информации 2520 о синхронизации ретрансляции может включать в себя генерацию подмножеств выборок, соответствующих индексам t квантования времени, для направления на CPS 505. Например, мультиплексор 4004 может выводить подмножества выборок, связанных с каждым индексом t квантования времени, для ввода в архитектуру формирования обратных лучей с квантованием времени, описанную выше со ссылкой на ФИГ. 33, 34 и 35. В некоторых случаях мультиплексор 4004 может включать в себя перемежитель 4044 для перемежения образцов для каждого подмножества выборок.
В прямой линии связи сетевой интерфейс 4006 может получать входной сигнал 4014 AN (например, посредством сетевого порта 4008). Демультиплексор 4060 может демультиплексировать входной сигнал 4014 AN для получения специфического для узла доступа прямого сигнала 516 и информации 4016 о синхронизации передачи прямого сигнала, указывающей время передачи для специфического для узла доступа прямого сигнала 516. Например, специфический для узла доступа прямой сигнал 516 может содержать информацию о синхронизации передачи прямого сигнала (например, мультиплексированную с выборками данных и т.д.). В одном примере специфический для узла доступа прямой сигнал 516 содержит наборы выборок (например, в пакетах данных), где каждый набор выборок связан с индексом t квантования времени. Например, каждый набор выборок может представлять собой выборки специфического для узла доступа прямого сигнала 516, генерируемого в соответствии с архитектурой формирования прямых лучей с квантованием времени, описанной выше со ссылкой на ФИГ. 31, 32 и 35. Демультиплексор 4060 может включать в себя обращенный перемежитель 4050 для обратного перемежения выборок, связанных с индексами t квантования времени.
Компенсатор 4020 синхронизации и фазы при передаче может принимать и буферизовать специфический для узла доступа прямой сигнал 516 и выводить выборки 4022 прямых сигналов восходящей линии связи для передачи передатчиком 4012 в соответствующий момент времени в виде прямого сигнала 521 восходящей линии связи. Передатчик 4012 может выполнять цифро-аналоговое преобразование и преобразование с повышением частоты для вывода прямого сигнала 521 восходящей линии связи. Выборки 4022 прямых сигналов восходящей линии связи могут включать в себя специфический для узла доступа прямой сигнал 516 и сигнал 2530 радиомаяка узла доступа (например, закольцованный PN-сигнал), который может включать в себя информацию о синхронизации передачи (например, информацию о синхронизации элемента сигнала с PN-кодом, информацию о синхронизации кадра и т.д.). Компенсатор 4020 синхронизации и фазы при передаче может мультиплексировать специфический для узла доступа прямой сигнал 516 с сигналом 2530 радиомаяка узла доступа так, чтобы информация 4016 о синхронизации и фазе при передаче прямого сигнала была синхронизирована с соответствующей информацией о синхронизации и фазе при передаче в сигнале 2530 радиомаяка узла доступа.
В некоторых примерах генерирование сигнала 2530 радиомаяка узла доступа выполняется локально в AN 515 (например, в генераторе 2529 сигналов радиомаяка узла доступа). Альтернативно сигнал 2530 радиомаяка узла доступа может генерироваться в отдельном компоненте (например, CPS 505) и направляться на AN 515 (например, посредством сетевого интерфейса 4006). Как описано выше, сигнал 2530 радиомаяка узла доступа может использоваться для компенсации прямого сигнала 521 восходящей линии связи для учета различий в распространении сигнала и сдвигов фазы между AN и сквозным ретранслятором. Например, сигнал 2530 радиомаяка узла доступа может передаваться в прямом сигнале 521 восходящей линии связи и ретранслироваться сквозным ретранслятором, а затем снова приниматься приемником 4002. Контроллер 2523 может сравнивать ретранслированную информацию 4026 о синхронизации и фазе при передаче, получаемую (например, при демодуляции и т.д.) из ретранслированного сигнала радиомаяка узла доступа с информацией 4028 о синхронизации и фазе при приеме, получаемой (например, при демодуляции и т.д.) из сигнала радиомаяка ретранслятора. Контроллер 2523 может генерировать сигнал регулировки 2524 синхронизации и фазы для ввода в компенсатор 4020 синхронизации и фазы при передаче с целью коррекции сигнала 2530 радиомаяка узла доступа для компенсации задержки распространения сигнала и сдвигов фазы. Например, сигнал 2530 радиомаяка узла доступа может содержать PN-код и информацию о синхронизации кадра (например, один или более битов номера кадра и т.д.). Компенсатор 4020 синхронизации и фазы при передаче может, например, корректировать информацию о синхронизации кадра для грубой компенсации задержки распространения сигнала (например, информации о синхронизации выходного кадра в сигнале радиомаяка узла доступа так, что ретранслируемый сигнал радиомаяка узла доступа будет содержать ретранслируемую информацию о синхронизации кадра при передаче, грубо согласованную с соответствующей информацией о синхронизации кадра в сигнале радиомаяка ретранслятора, при изменении которой элемент PN-кода рассматривают как младший бит (LSB), и т.д.). Дополнительно или альтернативно компенсатор 4020 синхронизации и фазы при передаче может выполнять регулировку синхронизации и фазы для выборок 4022 прямых сигналов восходящей линии связи с целью компенсации разницы в синхронизации или фазе между ретранслируемой информацией 4026 о синхронизации и фазе при передаче и информацией 4028 о синхронизации и фазе при приеме. Например, там, где сигнал 2530 радиомаяка узла доступа генерируется на основе локального осциллятора, разницы в синхронизации или фазе между сигналами локального осциллятора и принимаемым сигналом радиомаяка ретранслятора могут быть скорректированы путем регулировки синхронизации и фазы для выборок 4022 прямых сигналов восходящей линии связи. В некоторых примерах демодуляцию сигнала радиомаяка узла доступа выполняют локально на AN 515 (например, с помощью демодулятора 2519 сигналов радиомаяка узла доступа). Альтернативно демодуляция сигнала радиомаяка узла доступа может выполняться в отдельном компоненте (например, CPS 505), и ретранслированная информация 4026 о синхронизации и фазе при передаче может быть получена при другой передаче (например, посредством сетевого интерфейса 4006). Например, глубокое замирание может затруднять прием и демодуляцию собственного ретранслированного сигнала радиомаяка узла доступа AN, если передачу осуществляют не с более высокой мощностью, чем при другой передаче сигнала, что может приводить к снижению бюджета мощности для сигналов связи. Таким образом, комбинирование приема ретранслированного сигнала радиомаяка узла доступа от множества AN 515 может увеличивать эффективную принимаемую мощность и точность демодуляции для ретранслированного сигнала радиомаяка узла доступа. Таким образом, демодуляция сигнала радиомаяка узла доступа от одного AN 515 может выполняться с использованием сигналов нисходящей линии связи, принятых на множестве AN 515. Демодуляция сигнала радиомаяка узла доступа может быть выполнена в CPS 505 на основе комбинированных обратных сигналов 907, которые также могут содержать информацию о сигнале для сигналов радиомаяка узла доступа от большинства или всех AN 515. При необходимости сквозное формирование луча для сигналов радиомаяка узла доступа может быть выполнено с учетом восходящих линий связи радиомаяка узла доступа (например, Cr), закольцовывания ретранслятора (например, Е) и/или нисходящих линий связи радиомаяка узла доступа (например, Ct).
Устранение искажений в фидерной линии связи
В дополнение к коррекции задержки в трактах прохождения сигнала к сквозному ретранслятору от всех AN перед формированием луча могут устраняться сдвиги фазы, индуцируемые фидерными линиями связи. Сдвиг фазы каждой из линий связи между сквозным ретранслятором и М AN будет разным. Причины различия сдвигов фазы для каждой линии связи включают в себя, без ограничений, длину тракта распространения сигнала, атмосферные условия, такие как сцинтилляция, доплеровский сдвиг частоты и разные ошибки осциллятора AN. Эти сдвиги фазы по существу разные для каждого AN и изменяются во времени (вследствие сцинтилляции, доплеровского сдвига и разных ошибок осциллятора AN). Путем устранения динамических искажений в фидерной линии связи скорость адаптации весовых коэффициентов луча может быть ниже, чем в альтернативном варианте, где адаптация весовых коэффициентов луча происходит достаточно быстро для отслеживания динамики фидерной линии связи.
В обратном направлении искажения нисходящей фидерной линии связи на AN являются общими как для PN радиомаяка ретранслятора, так и для сигналов пользовательских данных (например, обратных сигналов нисходящей линии связи). В некоторых случаях когерентная демодуляция PN радиомаяка ретранслятора позволяет получить информацию о канале, которая используется для устранения большей части или всех из этих искажений из обратного сигнала данных. В некоторых случаях PN-сигнал радиомаяка ретранслятора представляет собой известную PN-последовательность, которая постоянно передается и находится в пределах диапазона данных сеансов связи. Эквивалентная (или эффективная) изотропно излучаемая мощность (EIRP) этого внутридиапазонного PN-сигнала устанавливается так, чтобы помехи в данных сеансов связи не превышали максимально допустимого уровня. В некоторых случаях процесс устранения искажений в фидерной линии связи для обратной линии связи включает в себя когерентную демодуляцию и отслеживание синхронизации и фазы принимаемого PN-сигнала радиомаяка ретранслятора. Например, демодулятор 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора может определять регулировки 2512 синхронизации и фазы при приеме для компенсации искажения в фидерной линии связи на основе сравнения PN-сигнала радиомаяка ретранслятора с локальным эталонным сигналом (например, локального осциллятора или ФАПЧ). Затем устраняют полученные различия синхронизации и фазы в обратном сигнале нисходящей линии связи (например, с помощью регулятора 4024 синхронизации и фазы при приеме), таким образом устраняя искажения в фидерной линии связи из сигнала связи (например, обратных сигналов 527 нисходящей линии связи). После устранения искажений в фидерной линии связи сигналы обратной линии связи из луча будут иметь общую частотную ошибку на всех AN и, таким образом, пригодны для формирования луча. Общая частотная ошибка может включать в себя, без ограничений, доли частотной ошибки пользовательского терминала, доплеровского сдвига восходящей линии связи пользовательского терминала, частотной ошибки преобразования частоты сквозного ретранслятора и частотной ошибки PN радиомаяка ретранслятора.
В прямом направлении сигнал радиомаяка узла доступа от каждого AN может использоваться для обеспечения устранения искажений в восходящей фидерной линии связи. Искажения в восходящей фидерной линии связи будут накладываться на данные прямой линии связи (например, специфический для конкретного узла доступа сигнал), а также сигнал радиомаяка узла доступа. Когерентная демодуляция сигнала радиомаяка узла доступа может использоваться для получения различий синхронизации и фазы сигнала радиомаяка узла доступа (например, относительно сигнала радиомаяка ретранслятора). Затем полученные различия синхронизации и фазы устраняют из передаваемого сигнала радиомаяка узла доступа так, чтобы поступивший сигнал радиомаяка узла доступа находился в фазе с сигналом радиомаяка ретранслятора.
В некоторых случаях процесс устранения искажений в прямой фидерной линии связи представляет собой систему фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) с задержкой распространения сигнала от AN до сквозного ретранслятора и обратно в пределах закольцованной конструкции. В некоторых случаях задержка при распространении сигнала в прямом и обратном направлениях от AN до сквозного ретранслятора и обратно к AN может быть существенной. Например, геосинхронный спутник, функционирующий в качестве сквозного ретранслятора, будет генерировать задержку при распространении сигнала в прямом и обратном направлениях приблизительно 250 миллисекунд (мс). Для поддержания стабильности этой петли при наличии большой задержки может использоваться очень узкая ширина полосы петли. При задержке 250 мс ширина полосы пропускания при замкнутой петле обратной связи системы ФАПЧ, как правило, может составлять менее одного Гц. В таких случаях могут использоваться осцилляторы с высокой стабильностью как на спутнике, так и на AN для поддержания надежной фазовой автоматической подстройки частоты, как указано блоком 2437 на ФИГ. 39 (см. ниже).
В некоторых случаях сигнал радиомаяка узла доступа представляет собой пакетный сигнал, который передается только во время калибровочных интервалов. Во время калибровочного интервала данные сеансов связи не передаются для устранения этих помех в сигнале радиомаяка узла доступа. Поскольку во время калибровочного интервала данные сеансов связи не передаются, передаваемая мощность сигнала радиомаяка узла доступа может быть высокой по сравнению с той, которая была бы необходима при передаче данных сеанса связи. Это связано с отсутствием проблемы создания помех для данных сеансов связи (в это время данные сеансов связи отсутствуют). Данная методика обеспечивает высокое отношение сигнал/шум (SNR) для сигнала радиомаяка узла доступа, когда его передают во время калибровочного интервала. Частота использования калибровочных интервалов является величиной, обратной времени, прошедшему между калибровочными интервалами. Поскольку каждый калибровочный интервал обеспечивает выборку фазы для ФАПЧ, эта частота калибровки представляет собой частоту дискретизации этой ФАПЧ с дискретным временем. В некоторых случаях частота дискретизации достаточно высока для поддержания ширины полосы при замкнутой петле обратной связи ФАПЧ с незначительными искажениями информации. Произведение частоты калибровки (частоты дискретизации петли) и калибровочного интервала представляет собой долю времени, в течение которого сквозной ретранслятор не может использоваться для данных сеансов связи без дополнительных помех от сигнала с контактного датчика зондирования канала. В некоторых случаях используются значения менее чем 0,1, а в некоторых случаях используются значения менее чем 0,01.
На ФИГ. 39 представлена блок-схема примера приемопередатчика 2409 AN. Вход 2408 приемопередатчика 2409 AN принимает сигналы сквозной обратной линии связи, принимаемые AN 515 (например, для одной из множества подполос частот). Вход 2408 соединен со входом 2501 понижающего преобразователя (D/C) 2503. Выход D/C 2503 соединен с аналого-цифровым преобразователем (A/D) 2509. Выход A/D 2509 соединен с регулятором 2515 времени при приеме Rx и/или с регулятором 2517 фазы Rx. Регулятор 2515 времени при приеме Rx и регулятор 2517 фазы Rx могут проиллюстрировать аспекты регулятора 4024 синхронизации и фазы при приеме на ФИГ. 38. D/C 2503 представляет собой квадратурный понижающий преобразователь. Соответственно, D/C 2503 выдает синфазные и квадратурные выходные сигналы на A/D 2509. Принимаемые сигналы могут включать в себя сигналы связи (например, комбинацию обратных сигналов восходящей линии связи, передаваемых пользовательскими терминалами), сигналы радиомаяка узла доступа (например, передаваемые теми же AN и/или другими AN) и сигнал радиомаяка ретранслятора. Цифровые выборки передаются на демодулятор 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора. Демодулятор 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора демодулирует сигнал радиомаяка ретранслятора. Кроме того, демодулятор 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора генерирует сигнал 2513 контроля времени и сигнал 2514 контроля фазы для устранения искажений в фидерной линии связи на основе принятого сигнала радиомаяка ретранслятора. Такие искажения включают в себя доплеровский сдвиг, частотную ошибку AN, сцинтилляционные эффекты, изменения длины тракта прохождения сигнала и т.д. При выполнении когерентной демодуляции сигнала радиомаяка ретранслятора для устранения большинства или всех этих ошибок может использоваться система фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). При исправлении ошибок в сигнале радиомаяка ретранслятора также происходит исправление соответствующих ошибок в сигналах связи и сигналах радиомаяка узла доступа в фидерной линии связи (например, вследствие того, что такие ошибки являются общими для сигнала радиомаяка ретранслятора, сигналов радиомаяка узла доступа и сигналов связи). После устранения искажений в фидерной линии связи коммуникационный сигнал сквозной обратной линии связи от пользовательского терминала 517 номинально имеет одинаковую частотную ошибку на каждом из М AN 515. Эта общая ошибка включает себя частотную ошибку пользовательского терминала, доплеровский сдвиг пользовательской линии связи, ошибку преобразования частоты сквозного ретранслятора и частотную ошибку сигналов радиомаяка ретранслятора.
Цифровые выборки, в которых устранены искажения фидерной линии связи, передаются на мультиплексор 2518, который может представлять собой пример мультиплексора 4004 на ФИГ. 38. Мультиплексор 2518 связывает (например, с помощью меток времени) выборки с информацией 2520 о синхронизации ретрансляции от демодулятора 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора. Выход мультиплексора 2518 соединен с выходным портом 2410 приемопередатчика 2409 AN. Выходной порт 2410 соединен с мультиплексором 2413 и через интерфейс 2415 (см. ФИГ. 40) с CPS 505. Затем CPS 505 может использовать метки времени, связанные с принимаемыми цифровыми выборками, для согласования цифровых выборок, принимаемых от каждого из AN 515. Дополнительно или альтернативно устранение искажений в фидерной линии связи может выполняться на CPS 505. Например, цифровые выборки сигналов сквозной обратной линии связи с включенным сигналом радиомаяка ретранслятора могут быть направлены с AN 515 на CPS 505, a CPS 505 может использовать информацию о времени синхронизации (например, включенный сигнал радиомаяка ретранслятора) в каждом из комбинированных обратных сигналов с целью определения соответствующих корректировок для соответствующих комбинированных обратных сигналов для компенсации искажений в канале нисходящей линии связи.
Сигнал 2530 радиомаяка узла доступа может генерироваться локально генератором 2529 сигналов радиомаяка узла доступа. Демодулятор 2519 сигналов радиомаяка узла доступа демодулирует сигнал радиомаяка узла доступа, принимаемый AN 515 (например, после ретрансляции сквозным ретранслятором и приема на входе 2408). Демодулятор 2511 сигналов радиомаяка ретранслятора передает принятый сигнал 2521 с информацией о синхронизации и фазе ретранслятора на контроллер 2523. Контроллер 2523 также принимает ретранслированный сигнал 2525 с информацией о синхронизации и фазе при передаче от демодулятора 2519 сигналов радиомаяка узла доступа. Контроллер 2523 сравнивает принятую информацию о синхронизации и фазе ретранслятора с ретранслированной информацией о синхронизации и фазе при передаче и генерирует сигнал 2527 грубой настройки времени. Сигнал 2527 грубой настройки времени передается на генератор 2529 сигналов радиомаяка узла доступа. Генератор 2529 сигналов радиомаяка узла доступа генерирует сигнал 2530 радиомаяка узла доступа со встроенной информацией о синхронизации при передаче, который должен передаваться с AN 515 на сквозной ретранслятор 503. Как упомянуто в описании выше, разницу между информацией о синхронизации и фазе ретранслятора (включенной в сигнал радиомаяка ретранслятора) и информацией о времени и фазе при передаче (включенной в сигнал радиомаяка узла доступа) используют для коррекции информации о синхронизации и фазе при передаче для синхронизации ретранслируемой информации о синхронизации и фазе при передаче с принимаемой информацией о синхронизации и фазе ретранслятора. Грубое время корректируется с помощью сигнала 2527 на генератор 2529 сигналов радиомаяка узла доступа, а точное время корректируется с помощью сигнала 2540 на регулятор 2539 времени при передаче (Тх). С помощью ретранслированной информации 2525 о синхронизации и фазе при передаче от демодулятора 2519 сигналов радиомаяка узла доступа, синхронизированной с принятой информацией 2521 о синхронизации и фазе ретранслятора, генератор 2529 сигналов радиомаяка узла доступа генерирует метки 2531 времени, которые способствуют синхронизации сигнала 2530 радиомаяка узла доступа и передаваемого специфического для узла доступа прямого сигнала от CPS 505. Это означает, что выборки данных от CPS 505 принимаются на входной порт 2423 вместе с метками 2535 времени, которые указывают, когда связанные с ними выборки данных должны достичь сквозного ретранслятора 503. Модуль 2537 буферизации, временной синхронизации и суммирования буферизует выборки данных, передаваемые от CPS 505, и суммирует их с выборками от генератора 2529 сигналов радиомаяка узла доступа на основе меток 2535, 2531 времени. PN-выборки и выборки данных сеанса связи с идентичными значениями времени, обозначенными метками времени, суммируются друг с другом. В этом примере множественные сигналы луча (xk(n) * bk) суммируются друг с другом в CPS 505, а специфический для узла доступа прямой сигнал, содержащий комбинацию множества сигналов лучей, направляют на AN с помощью CPS 505.
Когда выборки данных надлежащим образом согласованы на AN, они поступают на сквозной ретранслятор 503 в требуемый момент времени (например, в тот же момент времени, в который от других AN поступают такие же выборки данных). Регулятор 2539 времени при передаче выполняет корректировки точного времени на основе выходного сигнала 2540 контроллера точного времени от модуля 2523 контроллера времени. Регулятор 2541 фазы при передаче выполняет корректировки фазы сигнала в ответ на сигнал 2542 контроля фазы, генерируемый демодулятором 2519 сигналов радиомаяка узла доступа. Регулятор 2539 времени при передаче и регулятор 2541 фазы при передаче могут иллюстрировать, например, аспекты компенсатора 4020 синхронизации и фазы при передаче на ФИГ. 38.
Выход регулятора 2541 фазы при передаче соединен со входом цифро-аналогового преобразователя (D/A) 2543. Квадратурный аналоговый выход от D/A 2543 соединен с повышающим преобразователем (U/C) 2545, чтобы передать с помощью НРА 2433 (см. ФИГ. 40) на сквозной ретранслятор 503. Сигнал 2547 контроля амплитуды, обеспечиваемый демодулятором 2519 сигналов радиомаяка узла доступа, обеспечивает обратную связь по амплитуде на U/C 2545 для компенсации явлений, таких как замирания сигнала восходящей линии связи при дожде.
В некоторых случаях PN-код, используемый каждым AN для сигнала 2530 радиомаяка узла доступа, отличается от кода, используемого каждым другим AN. В некоторых случаях каждый из PN-кодов в сигналах радиомаяка узла доступа отличается от PN-кода ретранслятора, используемого в сигнале радиомаяка ретранслятора. Соответственно, каждый AN 515 может быть способен различать свой собственный сигнал радиомаяка узла доступа среди сигналов других AN 515. AN 515 могут различать свои собственные сигналы радиомаяка узла доступа и сигнал радиомаяка ретранслятора.
Как было описано ранее, канал со сквозным усилением из любой точки в зоне покрытия в любую другую точку в зоне представляет собой многолучевой канал с L разными трактами, который может приводить к очень глубоким замираниям сигнала для некоторых двухточечных каналов. Разнесение передачи (прямой линии связи) и разнесение приема (обратной линии связи) очень эффективны для уменьшения степени глубоких замираний сигнала и обеспечения работы системы связи. Однако для сигналов радиомаяка узла доступа разнесение передачи и приема отсутствует. В результате этого двухточечная линия связи закольцованного сигнала, который представляет собой сигнал, передаваемый от AN обратно на тот же AN, может иметь коэффициенты сквозного усиления, которые гораздо ниже среднего. Значения на 20 дБ ниже среднего могут возникать в большом числе трактов приема/передачи сигнала (L). Эти немного меньшие значения коэффициентов сквозного усиления приводят к снижению SNR для этих AN и могут затруднять подключение линии связи. Соответственно, в некоторых случаях в AN используются антенны с более высоким коэффициентом усиления. Альтернативно, как показано на примере транспондера на ФИГ. 16, регулятор 418 фазы может быть включен в каждый из трактов приема/передачи сигнала. Регулятор 418 фазы может независимо регулироваться с помощью контроллера 427 сдвига фазы (например, управляемого по линии связи телеметрии, слежения и управления (ТТ&С) из наземного центра управления). Коррекция относительных фаз может быть эффективной при повышении коэффициентов сквозного усиления закольцованных трактов с низким коэффициентом усиления. Например, цель может заключаться в выборе настроек сдвига фазы для увеличения значения усиления в обратной петле, соответствующего наиболее жестким условиям (усиление от AN и обратно). Следует отметить, что выбор фаз по существу не изменяет распределение коэффициентов усиления при выполнении оценки для всех точек в зоне покрытия на все остальные точки в зоне покрытия, но может увеличивать коэффициенты усиления в закольцованных трактах с низким коэффициентом усиления.
Для проработки этого вопроса рассмотрим набор коэффициентов усиления от каждого из MAN 515 на все остальные AN 515. Существует М2 коэффициентов усиления, лишь М из которых относятся к закольцованным трактам. Рассмотрим два варианта распределения коэффициентов усиления, причем первый представляет собой общее распределение для всех трактов (М2), которое можно оценить путем составления гистограммы для всех М2 трактов. Для AN, равномерно распределенных по всей зоне покрытия, это распределение может быть показательным как распределение сквозного усиления от любой точки до любой другой точки в зоне покрытия. Второй вариант распределения представляет собой распределение коэффициентов усиления в обратной петле (кольцевое распределение), которое можно оценить путем составления гистограммы лишь для М закольцованных трактов. Во многих случаях пользовательский выбор параметров фазы тракта приема/передачи сигнала (и необязательно настроек усиления) не обеспечивает существенного изменения общего распределения. Это в особенности характерно для случайного или перемежающегося сопоставлений передачи на приемные элементы. Однако в большинстве случаев кольцевое распределение можно улучшить с помощью пользовательского выбора (в отличие от случайных значений) настроек фазы (и необязательно усиления). Это связано с тем, что набор значений кольцевого усиления состоит из М трактов (в противоположность общему числу М2 трактов), а число степеней свободы при коррекции фазы и усиления равно L. Зачастую L имеет тот же порядок, что и М, что позволяет значительно повысить коэффициенты усиления в обратной петле с низкими коэффициентами усиления с помощью пользовательского выбора фазы. Другой способ рассмотрения этого вопроса заключается в том, что выбор пользовательской фазы необязательно устраняет значения низкого сквозного коэффициента усиления, а вместо этого переносит их из набора коэффициентов кольцевого усиления (М элементов в наборе) в набор коэффициентов некольцевого усиления (М2-М элементов). Для нетривиальных значений М больший набор часто гораздо больше первого.
AN 515 может обрабатывать одну или более подполос частот. На ФИГ. 40 представлена блок-схема примера AN 515, в котором обработку во множестве подполос частот выполняют по отдельности. На сквозной обратной линии связи 523 (см. ФИГ. 5) AN 515 принимает обратные сигналы 527 нисходящей линии связи от сквозного ретранслятора 503 через МШУ 2401. Усиленные сигналы передаются от МШУ 2401 на делитель 2403 мощности. Делитель 2403 мощности разделяет сигнал на множество выходных сигналов. Каждый сигнал выводится на один из выходных портов 2405, 2407 делителя 2403 мощности. Один из выходных портов 2407 может использоваться как тестовый порт. Другие порты 2405 соединены со входом 2408 соответствующего одного из множества приемопередатчиков 2409 AN (показан только один). Приемопередатчики 2409 AN обрабатывают сигналы, принимаемые в соответствующих подполосах. Приемопередатчик 2409 AN выполняет несколько функций, подробно описанных выше. Выходы 2410 приемопередатчиков 2409 AN соединены с входными портами 2411 мультиплексора 2413 подполосы. Выходы комбинируются в мультиплексоре 2413 подполосы и выводятся в интерфейс 2415 распределительной сети. Интерфейс 2415 обеспечивает интерфейс для данных от AN 515 или на него и на CPS 505 или от него по распределительной сети (см. ФИГ. 5). Обработка подполос частот может иметь преимущество при снижении требований к производительности для РЧ-компонентов, используемых для реализации сквозного ретранслятора и AN. Например, при разделении ширины полосы 3,5 ГГц (которая, например, может использоваться в системе Ka-полосы) на семь подполос каждая подполоса имеет ширину всего 500 МГц. Это означает, что каждый из специфических для узла доступа прямых сигналов может включать в себя множество подсигналов, связанных с разными подполосами (например, связанных с разными подмножествами зон покрытия прямых пользовательских лучей), а приемопередатчики 2409 AN могут осуществлять преобразование с повышением частоты подсигналов для разных несущих частот. Данное разделение ширины полосы может позволить использовать компоненты с меньшим допуском, поскольку колебания амплитуды и фазы в разных подполосах могут быть скомпенсированы с помощью отдельных весовых коэффициентов формирования луча, калибровки и т.д. для разных подполос. Конечно же, в других системах может использоваться другое число подполос и/или тестовых портов. В некоторых случаях может использоваться одна подполоса и могут отсутствовать некоторые показанные в настоящем документе компоненты (например, опущен делитель 2403 мощности и мультиплексор 2413).
В сквозной прямой линии связи 501 данные принимаются от CPS 505 с помощью интерфейса 2415. Принимаемые данные передают на вход 2417 демультиплексора 2419 подполосы. Демультиплексор 2419 подполосы разделяет данные на множество сигналов данных. Сигналы данных подаются с выходных портов 2421 демультиплексора 2419 подполосы на входные порты 2423 приемопередатчиков 2409 AN. Выходные порты 2425 приемопередатчиков 2409 AN соединены с входными портами 2427 модуля 2429 суммирования. Модуль 2429 суммирования суммирует сигналы, выдаваемые семью приемопередатчиками 2409 AN. С выходного порта 2431 модуля 2429 суммирования выходной сигнал модуля 2429 суммирования передается на входной порт 2433 усилителя 2435 высокой мощности (HPA). Выход HP А 2435 соединен с антенной (не показана), которая передает выходные сигналы на сквозной ретранслятор 503. В некоторых случаях сверхстабильный осциллятор 2437 соединен с приемопередатчиками 2409 AN для обеспечения устойчивого источника эталонной частоты.
Вычисление весового коэффициента луча
Как показано на ФИГ. 8, которая представляет собой пример описания сигналов на обратной линии связи, математическая модель сквозной обратной линии связи может использоваться для описания линии связи следующим образом:
где
х представляет собой K x 1 вектор-столбцов передаваемого сигнала. В некоторых случаях квадрат величины каждого элемента в х определяется как единица (одинаковая мощность передачи). В некоторых случаях это может быть не так.
у представляет собой K x 1 вектор-столбцов принимаемого сигнала после формирования луча.
Ar представляет собой L x K матрицу излучения обратной восходящей линии связи. Элемент alk содержит коэффициент усиления и фазу тракта от опорного местоположения, размещенного в луче K, до 
(литера «эль») приемного антенного элемента 406 в решетке Rx. В некоторых случаях значения матрицы излучения обратной восходящей линии связи хранятся в хранилище 941 данных канала (см. ФИГ. 30).
Е представляет собой L x L матрицу полезной нагрузки. Элемент eij определяет коэффициент усиления и фазу сигнала от j антенного элемента 406 в приемной решетке до i антенного элемента 409 в передающей решетке. В некоторых случаях помимо вариантов со случайными перекрестными помехами между трактами (вследствие ограниченной изоляции электроники) матрица Е представляет собой диагональную матрицу. Матрица Е может быть нормализована таким образом, что сумма квадрата величины всех элементов в матрице равна L. В некоторых случаях значения матрицы полезной нагрузки хранятся в хранилище 941 данных канала (см. ФИГ. 29).
Ct представляет собой М x L матрицу излучения обратной нисходящей линии связи. Элемент cml содержит коэффициент усиления и фазу тракта от 
(литера «эль») антенного элемента в матрице Тх до m-го AN 515 среди М AN 515. В некоторых случаях значения матрицы излучения обратной нисходящей линии связи хранятся в хранилище 941 данных канала (см. ФИГ. 29).
Hret представляет собой матрицу обратного канала М x K, равную произведению Ct x Е x Ar.
nul представляет собой вектор шума L x 1 сложного гауссового шума. Ковариация шума восходящей линии связи 
представляет собой единичную матрицу L x L.
σ2 представляет собой изменение шума. 
испытано в восходящей линии связи, а 
испытано в нисходящей линии связи.
ndl представляет собой вектор шума М x 1 сложного гауссового шума. Ковариация шума нисходящей линии связи 
представляет собой единичную матрицу М x М.
Bret представляет собой K x М матрицу весовых коэффициентов луча сквозной обратной линии связи.
Примеры по существу описаны выше (например, со ссылкой на ФИГ. 6-11) таким образом, который предполагает наличие некоторых сходств между прямым и обратным сквозными многолучевыми каналами. Например, матрицы прямого и обратного каналов описаны выше со ссылкой по существу на М, K, Е и другие модели. Однако такие описания предназначены лишь для упрощения описания для большей ясности и не предназначены для ограничения примеров лишь случаями с идентичными конфигурациями в прямом и обратном направлениях. Например, в некоторых случаях одни и те же транспондеры используются как для прямого, так и для обратного трафика, а матрица Е полезной нагрузки может быть одинаковой для сквозного формирования луча как в прямом, так и в обратном направлениях (и соответствующих вычислений весового коэффициента луча) соответственно. В других случаях для прямого и обратного трафика используются разные транспондеры, а для моделирования соответствующих сквозных многолучевых каналов и для вычисления соответствующих весовых коэффициентов лучей могут использоваться разные матрицы - матрица (Efwd) полезной нагрузки в прямом направлении и матрица (Eret) полезной нагрузки в обратном направлении. Аналогичным образом, в некоторых случаях одни и те же М AN 515 и K пользовательских терминалов 517 считаются частью как прямых, так и обратных сквозных многолучевых каналов. В других случаях значения М и K могут относиться к разным подмножествам AN 515, и/или пользовательским терминалам 517, и/или к разным числам AN 515, и/или пользовательским терминалам 517 в прямом и обратном направлениях.
Весовые коэффициенты лучей могут вычисляться разными способами для удовлетворения системных требований. В некоторых случаях они вычисляются после развертывания сквозного ретранслятора. В некоторых случаях матрицу Е полезной нагрузки создают перед развертыванием. В некоторых случаях весовые коэффициенты лучей вычисляют с целью увеличения отношения сигнал/смесь помехи с шумом (SINR) для каждого луча, и они могут вычисляться следующим образом:
где R представляет собой ковариацию принимаемого сигнала, а (*)H представляет собой сопряженный (эрмитов) оператор операции транспонирования.
Элемент k, m матрицы K x М весовых коэффициентов обратного луча Bret обеспечивает весовые коэффициенты для формирования луча на m-й AN 515 от пользовательского терминала в k-м пользовательском луче. Соответственно, в некоторых случаях каждый из весовых коэффициентов обратного луча, используемых для формирования обратных пользовательских лучей, вычисляют путем оценки коэффициентов сквозного обратного усиления (т.е. элементов матрицы Hret канала) для каждого из сквозных многолучевых каналов (например, каждого из сквозных обратных многолучевых каналов).
УР. 2 будет справедливым, где R представляет собой ковариацию принимаемого сигнала, как предусмотрено в УР. 3. Таким образом, когда известны все из матриц УР. 1, 2 и 3, можно непосредственно определить весовые коэффициенты лучей, используемые для формирования сквозных лучей.
Этот набор весовых коэффициентов лучей позволяет снизить среднеквадратичную ошибку между х и у. Оно также позволяет увеличить отношение сквозной сигнал/смесь помехи с шумом (SINR) для каждого из K сигналов 525 сквозной обратной линии связи (происходящих от каждого из K лучей).
Первый член 
в УР. 3 представляет собой ковариацию шума нисходящей линии связи (которая некоррелирована). Второй член 
в УР. 3 представляет собой ковариацию шума восходящей линии связи (которая коррелирована на AN). Третий член ННН в УР. 3 представляет собой ковариацию сигнала. Установка дисперсии шума восходящей линии связи в нуль и опускание последнего члена (ННН) приводит к получению набора весовых коэффициентов, которые увеличивают отношение сигнал/шум в нисходящей линии связи путем согласования фазы принимаемых сигналов на каждом из М AN 515. Установка дисперсии шума нисходящей линии связи в нуль и опускание 3 члена приводит к получению набора весовых коэффициентов, что увеличивает SINR для восходящей линии связи. Установка дисперсии шумов как в восходящей линии связи, так и в нисходящей линии связи в нуль приводит к декорреляции при приеме, что увеличивает отношение мощности сигнала на несущей к помехе (С/I).
В некоторых случаях весовые коэффициенты лучей нормализуются так, чтобы сумма квадрата величины любой строки Bret была равна единице.
В некоторых случаях решение УР. 2 определяется наличием априорной информации о матрицах Ar, Ct и Е, а также дисперсий векторов шума nul и ndl. Информация о значениях элементов матриц может быть получена при измерениях, выполняемых во время изготовления и тестирования соответствующих компонентов сквозного ретранслятора. Это может действовать в системах, в которых не происходит значительного изменения значений в матрицах во время работы системы. Однако для некоторых систем, в особенности для работающих в высокочастотных полосах, такая вероятность может отсутствовать. В таких случаях матрицы Ar, Ct и Е могут быть оценены после развертывания носителя (такого как спутник), на котором размещен сквозной ретранслятор.
В некоторых случаях там, где априорную информацию не используют для установки весовых коэффициентов, решение УР. 2 может быть определено путем оценки значений R и Н. В некоторых случаях назначенные пользовательские терминалы 517 в центре каждой зоны 519 покрытия пользовательских лучей передают известные сигналы х в периоды калибровки. Вектор, принятый в AN 515:
В одном примере CPS 505 оценивает значения R и Н на основании следующих соотношений:
представляет собой оценку ковариационной матрицы R, 
представляет собой оценку матрицы Н канала, а 
представляет собой оценку вектора корреляции, 
представляет собой сопряженное число k-то компонента вектора передачи с частотной ошибкой, возникающей при передаче в восходящей линии связи. В некоторых случаях в период калибровки обратные данные сеанса связи не передаются. Это означает, что в период калибровки по сквозной обратной линии связи передаются лишь калибровочные сигналы, которые известны AN, для обеспечения определения значения 
из принятого вектора u с использованием уравнения выше. Это, в свою очередь, позволяет определить значение 
Как оценку ковариационной матрицы 
так и оценку матрицы 
канала получают на основе сигналов, принятых в период калибровки.
В некоторых случаях CPS 505 может оценивать ковариационную матрицу 
при наличии данных сеанса связи (например, даже если х неизвестно). Это может быть обусловлено тем фактом, что 
определяется только на основе принимаемого сигнала u. Тем не менее, значение 
оценивается на основе сигналов, принятых в период калибровки, в который передаются лишь калибровочные сигналы по обратной линии связи.
В некоторых случаях оценки как матрицы 
канала, так ковариационной матрицы 
выполняются, когда данные сеанса связи передаются по обратной линии связи. В этом случае ковариационную матрицу 
оценивают так, как упомянуто выше. Однако значение х определяется путем демодуляции принятого сигнала. После того, как значение х стало известно, можно оценить матрицу канала, как упомянуто выше в УР. 6 и УР. 7.
Сигнальная и помеховая составляющие сигнала после формирования луча содержатся в векторе Bret Н х. Мощности сигнала и помехи для каждого из лучей содержатся в K x K матрице BretH. Мощность в k-м диагональном элементе Bret Н представляет собой требуемую мощность сигнала из луча k. Сумма квадратов величин всех элементов в строке k, за исключением диагонального элемента, представляет собой мощность помех в луче k. Следовательно, С/I для луча k равно:
где skj представляют собой элементы Bret Н. Шум восходящей линии связи содержится в векторе Bret Ct Enul, которому соответствует K x K ковариационная матрица 
k-й диагональный элемент ковариационной матрицы содержит мощность шума восходящей линии связи в луче k. Тогда отношение сигнал/шум восходящей линии связи для луча k вычисляется следующим образом:
где tkk представляет собой k-й диагональный элемент ковариационной матрицы восходящей линии связи. Шум нисходящей линии связи содержится в векторе Bret ndl, которому соответствует ковариация 
основанная на нормализованных весовых коэффициентах лучей. Следовательно, отношение сигнал/шум для нисходящей линии связи следующее:
Сквозное SINR представляет собой комбинацию УР. 8-10:
Уравнения выше описывают способ расчета сквозного SINR с учетом матрицы Е полезной нагрузки. Матрицу полезной нагрузки можно построить путем рационального выбора коэффициента усиления и фаз для каждого из элементов Е. Коэффициент усиления и фаза диагональных элементов Е, которые оптимизируют некоторый вспомогательный показатель (который является по существу функцией SINR K луча в соответствии с вычислением выше), могут быть выбраны и реализованы путем настройки устройства 418 сдвига фазы в каждом из L транспондеров 411. Представляющие интерес функции включают в себя, без ограничений, сумму SINRk (общее значение SINR), сумму Log(1+SINRk) (пропорциональную общей пропускной способности) или общую мощность в матрице канала Н. В некоторых случаях улучшение вспомогательной функции путем подстройки коэффициентов усиления и фаз очень мало и незначительно. Иногда это имеет место в случае использования случайного или перемежающегося сопоставлений антенных элементов. В некоторых случаях вспомогательную функцию можно улучшить с помощью нетривиальной величины путем пользовательского выбора коэффициента усиления и фазы принимаемого/передаваемого сигнала.
Как показано на ФИГ. 9, математическая модель сквозной прямой линии связи 501 может использоваться для описания линии связи 501 следующим образом:
где
х представляет собой K x 1 вектор-столбцов передаваемого сигнала. Квадрат величины каждого элемента в х определяется как единица (одинаковая мощность сигнала). В некоторых случаях неодинаковая мощность передачи может быть достигнута путем выбора весовых коэффициентов прямого луча.
у представляет собой K x 1 вектор-столбцов принимаемого сигнала.
Cr представляет собой L x М матрицу излучения прямой восходящей линии связи. Элемент clm содержит коэффициент усиления и фазу тракта 2002 от m-го AN 515 до l-го (литера «эль») приемного антенного элемента 406 решетки Rx антенны на сквозном ретрансляторе 503. В некоторых случаях значения матрицы излучения прямой восходящей линии связи хранятся в хранилище 921 данных канала (см. ФИГ. 29).
Е представляет собой L x L матрицу полезной нагрузки. Элемент eij определяет коэффициент усиления и фазу сигнала от j-го элемента приемной антенной решетки до j-го антенного элемента передающей решетки. Во всех случаях, за исключением вариантов со случайными перекрестными помехами между трактами (вследствие ограниченной изоляции электроники), матрица Е представляет собой диагональную матрицу. В некоторых случаях матрица Е нормализована так, чтобы сумма квадрата величины всех элементов в матрице была равна L. В некоторых случаях значения матрицы полезной нагрузки хранятся в хранилище 921 данных канала (см. ФИГ. 29).
At представляет собой K x L матрицу излучения прямой нисходящей линии связи. Элемент akl содержит коэффициент усиления и фазу тракта от антенного элемента L (литера «эль») в решетке Тх сквозного ретранслятора 503 до опорного местоположения в пользовательском луче k. В некоторых случаях значения матрицы излучения прямой нисходящей линии связи хранятся в хранилище 921 данных канала (см. ФИГ. 29).
Hfwd представляет собой K x М матрицу прямого канала, равную произведению AtECr.
nul представляет собой вектор шума L x 1 сложного гауссового шума. Ковариация шума восходящей линии связи равна:
где IL представляет собой L x L единичную матрицу.
ndl представляет собой вектор шума K x 1 сложного гауссового шума. Ковариация шума нисходящей линии связи равна:
где IK представляет собой K x K единичную матрицу.
Bfwd представляет собой М x K матрицу весовых коэффициентов луча из весовых коэффициентов лучей сквозной прямой линии связи.
Весовые коэффициенты лучей для пользовательского луча k представляют собой элементы в столбце k Bfwd. В отличие от обратной линии связи, С/I для луча k не определяется с помощью весовых коэффициентов лучей для луча k. Весовые коэффициенты для луча k определяют отношение сигнал/шум (SNR) восходящей линии связи и SNR нисходящей линии связи, а также мощность несущей (С) в С/I. Однако мощность помех в луче k определяется на основе весовых коэффициентов луча для всех других лучей, за исключением луча k. В некоторых случаях весовой коэффициент луча для луча к выбирается для увеличения SNR. Такие весовые коэффициенты луча также увеличивают С/I для луча k, поскольку увеличивается С. Однако могут генерироваться помехи для других лучей. Таким образом, в отличие от случая с обратной линией связи, оптимальные весовые коэффициенты луча не вычисляются на основе двух лучей (независимо от других лучей).
В некоторых случаях весовые коэффициенты луча (включая матрицы излучения и полезной нагрузки, используемые для их вычисления) определяются после развертывания сквозного ретранслятора. В некоторых случаях матрицу Е полезной нагрузки создают перед развертыванием. В некоторых случаях можно вычислить набор весовых коэффициентов луча с использованием помех, созданных в других лучах, по лучу k и принять его за помехи в луче k. Несмотря на то что этот подход не позволяет вычислить оптимальные весовые коэффициенты луча, его можно использовать для упрощения вычисления. Это позволяет определять набор весовых коэффициентов для каждого луча независимо от всех других лучей. Затем полученные весовые коэффициенты прямого луча вычисляют аналогично весовым коэффициентам обратного луча:
Первый член 
в УР. 14 представляет собой ковариацию шума нисходящей линии связи (некоррелированную). Второй член 
представляет собой ковариацию шума восходящей линии связи (которая коррелирована на AN). Третий член ННН представляет собой ковариацию сигнала. Настройка дисперсии шума восходящей линии связи в нуль и опускание последнего члена (ННН) позволяют получить набор весовых коэффициентов, которые увеличивают отношение сигнал/шум в нисходящей линии связи путем согласования фазы принимаемых сигналов на М AN 515. Настройка дисперсии шума нисходящей линии связи в нуль и опускание 3 члена приводят к получению набора весовых коэффициентов, что увеличивает SINR для восходящей линии связи. Настройка дисперсии шумов как в восходящей линии связи, так и в нисходящей линии связи в нуль приводит к декорреляции при приеме, в результате чего увеличивается отношение С/I. В прямой линии связи по существу преобладают шум и помехи нисходящей линии связи. Таким образом, эти члены по существу можно использовать для вычисления весового коэффициента луча. В некоторых случаях второй член в УР. 14 (шум восходящей линии связи) незначителен по сравнению с первым членом (шум нисходящей линии связи). В таких случаях второй член может быть опущен в ковариационных расчетах, что еще больше упрощает расчет, но при этом позволяет получать набор весовых коэффициентов луча, которые увеличивают сквозное SINR.
Как и в случае с обратной линией связи, весовые коэффициенты луча могут быть нормализованы. Для весовых коэффициентов передатчика, распределенных с одинаковой мощностью во всех K сигналах прямой линии связи, каждый столбец Bfwd можно масштабировать так, чтобы сумма квадратов величин всех элементов в любом столбце была равна единице. При равном распределении мощности каждый из сигналов имеет одинаковую долю от общей мощности AN (общая мощность от всех AN, выделенных для сигнала xk). В некоторых случаях для прямых линий связи реализуют неравное распределение мощности между сигналами прямой линии связи.
Соответственно, в некоторых случаях некоторые сигналы луча характеризуются мощностью, которая больше равной части общей мощности AN. Этот факт может использоваться для выравнивания SINR во всех лучах или для обеспечения большего значения SINR для более важных лучей, чем для менее важных лучей. Для получения весовых коэффициентов луча при неравном распределении мощности М x K матрицу весовых коэффициентов луча для равных мощностей Bfwd умножают на K x K диагональную матрицу Р. Таким образом, новая матрица Bfwd=Bfwd P.
Предположим, что
тогда квадрат значения k-то диагонального элемента представляет собой мощность, выделенную для пользовательского сигнала xk. Матрица Р распределения мощности нормализована так, что сумма или квадрат диагональных элементов равна (равен) K (недиагональные элементы равны нулю).
В некоторых случаях решение УР. 13 определяется наличием априорной информации о матрицах At, Cr и Е, а также дисперсий векторов шума nul и ndl. В некоторых случаях информация о значениях элементов матриц может быть получена при измерениях, выполняемых во время изготовления и тестирования соответствующих компонентов сквозного ретранслятора. Это может хорошо действовать в системах, в которых не происходит значительного изменения значений в матрицах по сравнению со значениями, измеренными во время работы системы. Однако в некоторых системах, в особенности в тех, которые работают в высокочастотных полосах, это может быть не так.
В некоторых случаях, где априорную информацию не используют для задания весовых коэффициентов, значения R и Н для прямой линии связи можно оценивать для определения решения УР. 13. В некоторых случаях в периоды калибровки AN передают сигнал зондирования канала. Сигналы зондирования канала могут представлять собой сигналы множества разных типов. В одном случае каждая AN передает разные ортогональные и известные PN-последовательности. Сигналы зондирования канала могут быть предварительно скорректированы по времени, частоте и/или фазе для устранения искажений в фидерной линии связи (как дополнительно описано ниже). В интервале калибровки все данные сеанса связи могут быть исключены для снижения помех в сигналах зондирования канала. В некоторых случаях сигналы зондирования канала могут быть такими же, как сигналы, используемые для устранения искажений в фидерной линии связи.
В интервале калибровки в центре каждого луча может быть назначен терминал для приема и обработки сигналов зондирования канала. Вектор K x 1 и сигналов, принимаемых в период калибровки: u=Hx+AtE nul+ndl, где х представляет собой вектор М x 1 передаваемых сигналов зондирования канала. В некоторых случаях каждый назначенный терминал сначала устраняет ошибку паразитной частоты (вызванную доплеровским сдвигом и ошибкой осциллятора терминала), а затем коррелирует полученный сигнал с каждой из М известных ортогональных PN-последовательностей. Результаты этих корреляций представляют собой М комплексных чисел (амплитуда и фаза) для каждого терминала, и эти результаты передаются обратно на CPS посредством обратной линии связи. М комплексных чисел, рассчитанных терминалом в центре k-го луча, могут использоваться для формирования k-й строки оценки матрицы канала . С использованием измерений от всех K назначенных терминалов получается оценка всей матрицы канала. Во многих случаях для улучшения оценки матрицы канала целесообразно комбинировать результаты измерений за множество интервалов калибровки. После того как получена оценка матрицы канала, оценку ковариационной матрицы можно получить из УР. 14 с использованием значения 0 для второго члена. Эта оценка ковариационной матрицы может быть очень точной, если шум восходящей линии связи (второй член в УР. 14) пренебрежимо мал по отношению к шуму нисходящей линии связи (первый член в УР. 14). После этого весовые коэффициенты луча прямой линии связи можно вычислить с использованием оценок матрицы канала и ковариационной матрицы в УР. 13. Соответственно, в некоторых случаях вычисление весовых коэффициентов луча включает в себя оценку коэффициентов сквозного прямого усиления (т.е. значений элементов матрицы Hfwd канала) для каждого из сквозных прямых многолучевых каналов между AN 515 и опорным местоположением в зоне покрытия пользовательских лучей. В других случаях вычисление весовых коэффициентов луча включает в себя оценку коэффициентов сквозного прямого усиления для K x М сквозных прямых многолучевых каналов от М AN 515 до опорных местоположений, размещенных в пределах K зон покрытия пользовательских лучей.
Сигнальная и помеховая составляющие сигнала после формирования луча содержатся в векторе Н Bfwd х (произведение Н, Bfwd, х). Значения мощности сигнала и помех для каждого из лучей содержатся в K x K матрице Н Bfwd. Мощность в k-м диагональном элементе Н Bfwd представляет собой требуемую мощность сигнала для луча k. Сумма квадратов величин всех элементов в строке k, за исключением диагонального элемента, представляет собой мощность помех в луче k. Следовательно, С/I для луча k равно:
где skj представляют собой элементы Н Bfwd. Шум восходящей линии связи содержится в векторе At Е nul, которому соответствует K x K ковариационная матрица 
. k-й диагональный элемент ковариационной матрицы содержит мощность шума восходящей линии связи в луче k. Тогда отношение сигнал/шум восходящей линии связи для луча k вычисляется следующим образом:
где tkk представляет собой k-й диагональный элемент ковариационной матрицы восходящей линии связи. Шум нисходящей линии связи содержится в векторе ndl, которому соответствует ковариация 
Следовательно, отношение сигнал/шум для нисходящей линии связи следующее:
Сквозное SINR представляет собой комбинацию УР. 15 - УР. 17:
Уравнения выше описывают способ расчета сквозного SINR с учетом матрицы Е полезной нагрузки. Матрица полезной нагрузки может быть построена путем рационального выбора коэффициента усиления и фаз каждого из элементов Е. Коэффициент усиления и фаза диагональных элементов Е, которые оптимизируют некоторый вспомогательный показатель (который является по существу функцией SINR K луча в соответствии с вычислением выше), могут быть выбраны и реализованы путем установки устройства 418 сдвига фазы в каждом из L транспондеров 411. Представляющие интерес функции включают в себя, без ограничений, сумму SINRk (общее значение SINR), сумму Log(1+SINRk) (пропорциональную общей пропускной способности) или общую мощность в матрице канала Н. В некоторых случаях улучшение вспомогательной функции путем подстройки коэффициентов усиления и фаз очень мало и незначительно. Иногда это имеет место в случае использования случайного или перемежающегося сопоставлений антенных элементов. В некоторых случаях вспомогательную функцию можно улучшить с помощью нетривиальной величины путем пользовательского выбора коэффициента усиления и фазы принимаемого/передаваемого сигнала.
Обособленные зоны покрытия
В некоторых описанных выше примерах мы исходим из того, что сквозной ретранслятор 503 выполнен с возможностью обслуживания одной зоны покрытия, совместно используемой как пользовательскими терминалами 517, так и AN 515. Например, в некоторых случаях описывается спутник, содержащий антенную систему, которая излучает в зоне покрытия спутника, и как AN 515, так и пользовательские терминалы 517 географически распределены по всей зоне покрытия спутника (например, как на ФИГ. 27). На число лучей, которые могут быть сформированы в зоне покрытия спутника, а также на размеры (зон покрытия луча) этих лучей могут влиять аспекты конструкции антенной системы, такие как число и размещение антенных элементов, размер отражателя и т.д. Например, реализация очень высокой пропускной способности может включать в себя развертывание большого числа (например, сотен) AN 515 с достаточным расстоянием между AN 515 для обеспечения сквозного формирования луча. Например, как упомянуто выше со ссылкой на ФИГ. 28, увеличение числа AN 515 может увеличивать пропускную способность системы, хотя при увеличении числа снижается отдача. Когда одна антенная подсистема поддерживает как пользовательские терминалы 517, так и AN 515, выполнение такого развертывания с достаточным расстоянием между AN 515 может приводить к очень обширному географическому распределению AN 515 (например, по всей зоне покрытия спутника, как на ФИГ. 27). На практике осуществление такого распределения может включать в себя помещение AN 515 в нежелательных местоположениях, таких как зоны с плохим доступом к высокоскоростной сети (например, с плохой оптоволоконной инфраструктурой обратно на CPS 505), множество юрисдикции, размещение в дорогих и/или густонаселенных районах и т.д. Соответственно, помещение AN 515 часто связано с различными компромиссами.
Некоторые примеры сквозного ретранслятора 503 сконструированы с многоантенными подсистемами, таким образом обеспечивая отдельное обслуживание двух или более обособленных зон покрытия с помощью одного сквозного ретранслятора 503. Как описано ниже, сквозной ретранслятор 503 может включать в себя по меньшей мере первую антенную подсистему, которая обслуживает зону 3450 AN, и по меньшей мере вторую антенную подсистему, которая обслуживает зону 3460 покрытия пользователя. Поскольку зона 3460 покрытия пользователя и зона 3450 AN могут обслуживаться разными антенными подсистемами, каждая антенная подсистема может быть выполнена с возможностью соответствия разным конструктивным параметрам, и каждая зона покрытия может быть по меньшей мере частично обособленной (например, по географии, размеру и/или плотности луча, полосе частот и т.д.). Например, использование подхода с такой многоантенной подсистемой может обеспечивать возможность обслуживания пользовательских терминалов 517, распределенных по одной или более относительно большим географическим зонам 3460 (например, по всей территории США), большим числом AN 515, распределенных по одной или более относительно небольшим географическим зонам (например, части восточной части США). Например, зона 3450 покрытия AN может представлять собой некоторую долю (например, менее половины, менее четверти, менее одной пятой, менее одной десятой) зоны 3460 покрытия пользователя в физической площади.
На ФИГ. 41 представлена иллюстрация примера системы 3400 сквозного формирования лучей. Система 3400 представляет собой систему сквозного формирования лучей, которая включает в себя: множество географически распределенных AN 515; сквозной ретранслятор 3403 и множество пользовательских терминалов 517. Сквозной ретранслятор 3403 может представлять собой пример сквозного ретранслятора 503, описанного в настоящем документе. AN 515 географически распределены в зоне 3450 AN, а пользовательские терминалы 517 географически распределены в зоне 3460 покрытия пользователя. Обе из зоны 3450 AN и зоны 3460 покрытия пользователя находятся в пределах видимой зоны покрытия Земли сквозного ретранслятора 3403, но зона 3450 AN отличается от зоны 3460 покрытия пользователя. Иными словами, зона 3450 AN не совпадает по протяженности с зоной 3460 покрытия пользователя, но может перекрываться по меньшей мере частично с зоной 3460 покрытия пользователя. Однако зона 3450 AN может иметь значительную (нетривиальную) зону (например, более одной десятой, четверти, половины и т.д. зоны 3450 AN), которая не перекрывается с зоной 3460 покрытия пользователя. Например, в некоторых случаях по меньшей мере половина зоны 3450 AN не перекрывает зону 3460 покрытия пользователя. В некоторых случаях зона 3450 AN и зона 3460 покрытия пользователя могут вообще не перекрываться, как описано со ссылкой на ФИГ. 45С. Как описано выше (например, на ФИГ. 5), AN 515 могут обмениваться сигналами через распределительную сеть 518 с CPS 505 в рамках наземного сегмента 502, a CPS 505 может быть подключена к источнику данных.
Сквозной ретранслятор 3403 содержит отдельную антенную подсистему 3410 фидерной линии связи и антенную подсистему 3420 пользовательской линии связи. Каждая из антенной подсистемы 3410 фидерной линии связи и антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи способна поддерживать сквозное формирование луча. Например, как описано ниже, каждая антенная подсистема может содержать свой(свои) собственный(-ые) массив(-ы) взаимодействующих антенных элементов, свой(свои) собственный(-ые) отражатель(-и) и т.д. Антенная подсистема 3410 фидерной линии связи может содержать массив 3415 взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи и массив 3415 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи. Антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи может включать в себя массив 3425 взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи и массив 3425 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи. Составляющие элементы «взаимодействуют» в том смысле, что массив таких составляющих элементов имеет характеристики, которые делают соответствующую им антенную подсистему пригодной для использования в системе формирования лучей. Например, данный составляющий приемный элемент 3426 пользовательской линии связи может принимать наложенные комбинированные обратные сигналы 525 восходящей линии связи от множества (например, некоторых или всех) зон 519 покрытия пользовательских лучей таким образом, который способствует формированию обратных пользовательских лучей. Данный составляющий передающий элемент 3429 пользовательской линии связи может передавать прямой сигнал 522 нисходящей линии связи таким образом, чтобы он накладывался на соответствующие сигналы, передаваемые другими составляющими передающими элементами 3429 пользовательской линии связи, для формирования некоторых или всех прямых пользовательских лучей. Данный составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи может принимать наложенные комбинированные прямые сигналы 521 восходящей линии связи от множества (например, всех) AN 515 таким образом, который способствует формированию прямых пользовательских лучей (например, путем индукции многолучевого распространения на сквозном ретрансляторе 3403). Данный составляющий передающий элемент 3419 фидерной линии связи может передавать обратный сигнал 527 нисходящей линии связи таким образом, чтобы он накладывался на соответствующие передачи от других составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи, способствуя формированию некоторых или всех обратных пользовательских лучей (например, путем обеспечения приема на AN 515 комбинированных обратных сигналов, которые могут быть взвешены по лучу, для формирования обратных пользовательских лучей).
Пример сквозного ретранслятора 3403 содержит множество транспондеров 3430 прямой линии связи и множество транспондеров 3440 обратной линии связи. Транспондеры могут представлять собой любой подходящий тип тракта прохождения сигнала с прямой ретрансляцией между антенными подсистемами. Каждый транспондер 3430 прямой линии связи соединяет соответствующий один из составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи с соответствующим одним из составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи. Каждый транспондер 3440 обратной линии связи соединяет соответствующий один из составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи с соответствующим одним из составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи. В некоторых примерах существует взаимно-однозначное соответствие между каждым составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и соответствующим составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи (или наоборот), или каждый составляющий приемный элемент 3426 пользовательской линии связи соединен с «одним и только одним» составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи (или наоборот), или т.п. В некоторых таких случаях одна сторона каждого транспондера соединена с одним приемным элементом, а другая сторона транспондера соединена с одним передающим элементом. В других таких случаях одна или обе стороны транспондера могут быть избирательно соединены (например, с помощью переключателя, разветвителя, сумматора или других средств, как описано ниже) с одним из множества элементов. Например, сквозной ретранслятор 3403 может содержать одну антенную подсистему 3410 фидерной линии связи и две антенных подсистемы 3420 пользовательской линии связи; и каждый транспондер может быть соединен с одной стороны с одним элементом фидерной линии связи, а с другой стороны избирательно соединен либо с одним элементом пользовательской линии связи первой антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи, либо с одним элементом пользовательской линии связи второй антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи. В таких случаях с избирательным соединением каждую сторону каждого транспондера в любой заданный времени все же можно рассматривать (например, для конкретной связанной с сигналом транзакции) как связанную с «одним и только одним» элементом или т.п.
Для прямой связи передачи от AN 515 могут быть приняты (посредством восходящих фидерных линий связи 521) составляющими приемными элементами 3416 фидерной линии связи, ретранслированы транспондерами 3430 прямой линии связи на составляющие передающие элементы 3429 пользовательской линии связи и переданы (посредством пользовательских нисходящих линий связи 522) составляющими передающими элементами 3429 пользовательской линии связи на пользовательские терминалы 517 в зоне 3460 покрытия пользователя. Для обратной связи передачи от пользовательских терминалов 517 могут быть приняты (посредством пользовательских сигналов 525 восходящей линии связи) составляющими приемными элементами пользовательской линии связи, ретранслированы транспондерами 3440 обратной линии связи на составляющие передающие элементы 3419 фидерной линии связи и переданы составляющими передающими элементами 3419 фидерной линии связи на AN 515 в зоне 3450 AN (посредством сигналов 527 нисходящей фидерной линии связи). Полный тракт прохождения сигнала от AN 515 до пользовательского терминала 517 посредством сквозного ретранслятора 3403 называют сквозной прямой линией связи 501; а полный тракт прохождения сигнала от пользовательского терминала 517 до AN 515 посредством сквозного ретранслятора 3403 называют сквозной обратной линией связи 523. Как описано в настоящем документе, каждая из сквозной прямой линии связи 501 и сквозной обратной линии связи 523 может содержать множество многолучевых каналов для прямого и обратного сеансов связи.
В некоторых случаях каждый из множества географически распределенных AN 515 содержит выход взвешенного по сквозному лучу прямого сигнала 521 восходящей линии связи. Сквозной ретранслятор 3403 содержит массив 3415 взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи, находящихся в беспроводной связи с распределенными AN 515, массив 3425 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи, находящихся в беспроводной связи с множеством пользовательских терминалов 517, и множество транспондеров 3430 прямой линии связи. Транспондеры 3430 прямой линии связи могут представлять собой транспондеры с прямой ретрансляцией (или без обработки), так что каждый транспондер выводит сигнал, который соответствует принимаемому им сигналу с незначительной обработкой или без нее. Например, каждый транспондер 3430 прямой линии связи может усиливать и/или преобразовывать частоту принимаемого им сигнала, но не может выполнять более сложную обработку (например, не может осуществлять аналого-цифровое преобразование, демодуляцию и/или модуляцию, формирование луча на борту и т.д.). В некоторых случаях каждый транспондер 3430 прямой линии связи принимает входной сигнал в первом диапазоне частот (например, 30 ГГц, LHCP) и выводит во втором диапазоне частот (например, 20 ГГц, RHCP), а каждый транспондер 3440 обратной линии связи принимает входной сигнал в первом диапазоне частот (например, 30 ГГц, RHCP) и выводит во втором диапазоне частот (например, 20 ГГц, LHCP). Может использоваться любая подходящая комбинация частоты и/или поляризации, а для пользовательской линии связи и фидерной линии связи могут использоваться одинаковые или разные диапазоны частот. Как используется в настоящем документе, диапазон частот относится к набору частот, используемых для передачи/приема сигнала, и может быть непрерывным диапазоном или включать в себя множество прерывистых диапазонов (например, так что данный диапазон частот может содержать частоты из более чем одной полосы частот, данная полоса частот может содержать множество диапазонов частот и т.д.). Каждый транспондер 3430 прямой линии связи подсоединяется между соответствующим одним из составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи и соответствующим одним из составляющих передающих элементов 3419 пользовательской линии связи (например, с взаимно однозначным соответствием). Транспондеры 3430 прямой линии связи преобразуют наложения множества взвешенных по лучу прямых сигналов 521 восходящей линии связи, принимаемых посредством составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи, в прямые сигналы 522 нисходящей линии связи. Передача прямых сигналов 522 нисходящей линии связи с помощью составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи способствует формированию прямого пользовательского луча, обслуживающего по меньшей мере некоторые из множества пользовательских терминалов 517 (например, которые могут быть сгруппированы в одну или более зон 519 покрытия пользовательских лучей для передач посредством соответствующих сформированных прямых пользовательских лучей). Как описано в настоящем документе, прямые сигналы 521 восходящей линии связи могут быть взвешены по сквозному лучу и синхронизированы (например, синхронизированы по фазе и при необходимости синхронизированы по времени) перед передачей от AN 515, что может обеспечивать требуемое наложение этих сигналов 521 в составляющих приемных элементах 3416 фидерной линии связи.
Передача прямых сигналов 521 восходящей линии связи способствует формированию прямого пользовательского луча в том смысле, что формирование луча будет сквозным, как описано в настоящем документе; формирование луча является результатом множества этапов, включая вычисление и применение соответствующих весовых коэффициентов к прямым сигналам 521 восходящей линии связи до передачи на ретранслятор из AN 515, индукцию многолучевого приема множеством транспондеров 3430 прямой линии связи сквозного ретранслятора 3403 и передачу прямых сигналов 522 нисходящей линии связи от множества составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи. Однако для упрощения некоторые описания могут определять прямой луч как формируемый путем наложения передаваемых прямых сигналов 522 нисходящей линии связи. В некоторых случаях каждый из множества пользовательских терминалов 517 находится в беспроводной связи с массивом 3425 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи для приема комбинированных (например, с наложением) передаваемых прямых сигналов 522 нисходящей линии связи.
В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 дополнительно содержит массив 3425 составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи, находящихся в беспроводной связи с пользовательскими терминалами 517, массив 3415 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи, находящихся в беспроводной связи с распределенными AN 515, и множество транспондеров 3440 обратной линии связи. Транспондеры 3440 обратной линии связи могут быть аналогичны или идентичны транспондерам 3430 прямой линии связи (например, транспондерам с прямой ретрансляцией), за исключением того, что каждый из них подсоединен между соответствующим одним из составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи и соответствующим одним из составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи. Прием обратных сигналов 525 восходящей линии связи посредством массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи позволяет формировать обратные сигналы 527 нисходящей линии связи в транспондерах 3440 обратной линии связи. В некоторых случаях каждый обратный сигнал 527 нисходящей линии связи представляет собой соответствующее наложение обратных сигналов 525 восходящей линии связи, принимаемых составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи от множества пользовательских терминалов 517 (например, из одной или более зон 519 покрытия пользовательских лучей). В некоторых случаях каждый из множества пользовательских терминалов 517 находится в беспроводной связи с массивом взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи для передачи соответствующего обратного сигнала 525 восходящей линии связи на множество составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи.
В некоторых случаях обратные сигналы 527 нисходящей линии связи передаются с помощью составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи на географически распределенные AN 515. Как описано в настоящем документе, каждый AN 515 может принимать наложенные комбинированные обратные сигналы 527 нисходящей линии связи, передаваемые от составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи. Наложенный комбинированный сигнал может являться примером наложения 1706, описанного со ссылкой на ФИГ. 6. Принимаемые обратные сигналы 527 нисходящей линии связи (называемые комбинированными обратными сигналами) могут передаваться на формирователь 531 обратных лучей, который может комбинировать, синхронизировать, применять весовые коэффициенты луча и выполнять любую другую подходящую обработку. Например, формирователь 531 обратных лучей может применять весовые коэффициенты к принятым наложениям 1706 обратных сигналов 527 нисходящей линии связи (т.е. применять весовые коэффициенты обратного луча к комбинированным обратным сигналам) перед комбинированием сигналов. Формирователь 531 обратных лучей также может синхронизировать комбинированные обратные сигналы 1706 перед комбинированием сигналов для учета по меньшей мере соответствующих различий в задержке распространения сигнала между сквозным ретранслятором 3403 и AN 515. В некоторых случаях синхронизация может выполняться в соответствии с принимаемым сигналом радиомаяка (принимаемым одним или более или всеми из AN 515).
Вследствие сквозного характера формирования лучей правильное применение весовых коэффициентов обратного луча формирователем 531 обратных лучей позволяет формировать обратные пользовательские лучи даже несмотря на то, что формирователь 531 обратных лучей может быть соединен со стороной фидерной линии связи сквозных многолучевых каналов, а пользовательские лучи могут быть сформированы со стороны пользовательской линии связи сквозных многолучевых каналов. Соответственно, формирователь 531 обратных лучей может называться способствующим формированию обратных пользовательских лучей (ряд других аспектов системы 3400 также способствует формированию сквозного обратного луча, такому как индукция многолучевого распространения с помощью транспондеров 3440 обратной линии связи сквозного ретранслятора 3403). Однако формирователь 531 обратных лучей для упрощения можно называть формирующим обратные пользовательские лучи.
В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 дополнительно включает в себя антенную подсистему 3410 фидерной линии связи для излучения в зоне 3450 AN, в пределах которой распределены AN 515. Антенная подсистема 3410 фидерной линии связи содержит массив 3415 взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи. В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 также включает в себя антенную подсистему 3420 пользовательской линии связи для излучения в зоне 3460 покрытия пользователя, в пределах которой географически распределено множество пользовательских терминалов 517 (например, во множестве зон 519 покрытия пользовательских лучей). Антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи содержит массив 3425 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи. В некоторых случаях антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи включает в себя приемный массив пользовательской линии связи и передающий массив пользовательской линии связи (например, отдельные полудуплексные массивы взаимодействующих составляющих элементов пользовательской линии связи). Приемный массив пользовательской линии связи и передающий массив пользовательской линии связи могут пространственно перемежаться (например, направлены на один и тот же отражатель), могут быть пространственно разделены (например, направлены на приемный и передающий отражатели соответственно) или размещены любым другим подходящим образом (например, как описано со ссылкой на ФИГ. 62). В других случаях антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи включает в себя полнодуплексные элементы (например, каждый передающий составляющий элемент 3429 пользовательской линии связи использует излучающую структуру совместно с соответствующим составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи). Аналогичным образом, в некоторых случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи включает в себя приемный массив фидерной линии связи и передающий массив фидерной линии связи, которые могут быть пространственно связаны любым подходящим способом и могут напрямую излучать, быть направлены на один отражатель, быть направлены на отдельные передающие и приемные отражатели и т.д. В других случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи включает в себя полнодуплексные элементы. Антенная подсистема 3410 фидерной линии связи и антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи могут иметь апертуру одинакового или разного размеров. В некоторых случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи и антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи работают в одном и том же диапазоне частот (например, в диапазоне частот в пределах K/Ka-полосы и т.д.). В некоторых случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи и антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи работают в разных диапазонах частот (например, фидерная линия связи использует V/W-полосу, а пользовательская линия связи использует K/Ka-полосу и т.д.). В некоторых случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи и/или антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи могут работать во множестве диапазонов частот (например, фидерная линия связи может использовать V/W-полосу и K/Ka-полосу, как описано ниже со ссылкой на ФИГ. 64А, 64В, 65А или 65В).
В примерах, таких как проиллюстрированные на ФИГ. 41, зона 3450 AN отличается от зоны 3460 покрытия пользователя. Зона 3450 AN может представлять собой единую непрерывную зону покрытия или может состоять из множества несвязных зон покрытия. Аналогичным образом (и независимо от того, является ли зона 3450 AN единой или состоит из множества частей), зона 3460 покрытия пользователя может представлять собой единую непрерывную зону покрытия или может состоять из множества несвязных зон покрытия. В некоторых случаях зона 3450 AN является подмножеством зоны 3460 покрытия пользователя. Например, в некоторых случаях по меньшей мере половина зоны 3450 покрытия пользователя не перекрывает зону 3460 AN. Как описано ниже, в некоторых случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи дополнительно содержит один или более отражателей фидерной линии связи, а антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи дополнительно содержит один или более отражателей пользовательской линии связи. В некоторых случаях отражатель фидерной линии связи значительно больше (например, физическая площадь по меньшей мере в два раза больше, по меньшей мере в пять раз, в десять раз, в пятьдесят раз, в восемьдесят раз и т.д.) отражателя пользовательской линии связи. В некоторых случаях отражатель фидерной линии связи имеет приблизительно такую же физическую площадь (например, в пределах 5%, 10%, 25%), что и отражатель пользовательской линии связи.
В некоторых случаях система 3400 работает в контексте функций наземной сети, как описано со ссылкой на ФИГ. 5. Например, сквозной ретранслятор 3403 связывается с AN 515, которые связываются с CPS 505 посредством распределительной сети 518. В некоторых случаях CPS 505 содержит формирователь 529 прямых лучей и/или формирователь 531 обратных лучей, например, как описано со ссылкой на ФИГ. 29. Как описано выше, формирователь 529 прямых лучей может способствовать формированию прямых сквозных лучей путем применения вычисленных весовых коэффициентов прямых лучей (например, поступающих от генератора 918 весовых коэффициентов прямого луча) к прямым сигналам 521 восходящей линии связи; а формирователь 531 обратных лучей может способствовать формированию обратных сквозных лучей путем применения вычисленных весовых коэффициентов обратных лучей (например, поступающих от генератора 935 весовых коэффициентов обратного луча) к обратным сигналам 527 нисходящей линии связи. Как описано выше, весовые коэффициенты сквозных прямых лучей и/или набор весовых коэффициентов сквозных обратных лучей могут быть вычислены в соответствии с оценочными сквозными коэффициентами усиления для сквозных многолучевых каналов, причем каждый сквозной многолучевой канал соединен с возможностью связи с соответствующим одним из распределенных AN 515 с соответствующим местоположением в зоне 3460 покрытия пользователя (например, пользовательским терминалом 517 или любым подходящим опорным местоположением) посредством соответствующего множества транспондеров 3430 с прямой ретрансляцией прямой линии связи и/или посредством соответствующего множества транспондеров 3440 с прямой ретрансляцией обратной линии связи. В некоторых случаях, хотя это не показано, сквозной ретранслятор 3403 содержит передатчик сигналов радиомаяка. Передатчик сигналов радиомаяка может быть реализован так, как описано выше, со ссылкой на генератор сигналов радиомаяка и модуль 424 поддержки калибровки на ФИГ. 15. В некоторых случаях генерируемый сигнал радиомаяка может использоваться так, чтобы множество распределенных AN 515 были синхронизированы во времени посредством беспроводной связи со сквозным ретранслятором 3403 (например, со множеством составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи в соответствии с сигналом радиомаяка).
В некоторых случаях система 3400 включает в себя систему для формирования множества прямых пользовательских лучей с использованием сквозного формирования луча. Такие случаи включают в себя средство для передачи множества прямых сигналов 521 восходящей линии связи из множества географически распределенных местоположений, причем множество прямых сигналов 521 восходящей линии связи формируется из взвешенной комбинации множества сигналов пользовательского луча, и при этом каждый сигнал пользовательского луча соответствует одному и только одному пользовательскому лучу. Например, множество географически распределенных местоположений может включать в себя множество AN 515, а средство для передачи множества прямых сигналов 521 восходящей линии связи может включать в себя некоторые или все из формирователя 529 прямых лучей, распределительной сети 518 и географически распределенных AN 515 (находящихся в связи со сквозным ретранслятором 3403). Такие случаи могут также включать в себя средство для ретрансляции множества прямых сигналов 521 восходящей линии связи для формирования множества прямых сигналов 522 нисходящей линии связи. Каждый прямой сигнал 522 нисходящей линии связи создается путем усиления уникального наложения множества прямых сигналов 521 восходящей линии связи, а множество прямых сигналов 522 нисходящей линии связи накладываются для формирования множества пользовательских лучей, причем каждый сигнал пользовательского луча преобладает в пределах соответствующей зоны 519 покрытия пользовательских лучей. Например, средство для ретрансляции множества прямых сигналов 521 восходящей линии связи для формирования множества прямых сигналов 522 нисходящей линии связи может включать в себя сквозной ретранслятор 3403 (находящийся в связи с одним или более пользовательскими терминалами 517 в зонах 519 покрытия пользовательских лучей) с совмещенным с ним множеством трактов прохождения сигнала, которые могут включать в себя транспондеры 3430 прямой линии связи и транспондеры 3440 обратной линии связи.
Некоторые такие случаи включают в себя первое средство для приема первого наложения множества прямых сигналов 522 нисходящей линии связи и восстановления первого одного из множества сигналов пользовательского луча. Такое первое средство может включать в себя пользовательский терминал 517 (например, включая антенну пользовательского терминала и модем или другие компоненты для восстановления сигналов пользовательского луча из прямых сигналов нисходящей линии связи). Некоторые такие случаи также включают в себя второе средство (например, включая второй пользовательский терминал 517) для приема второго наложения множества прямых сигналов 522 нисходящей линии связи и восстановления второго одного из множества сигналов пользовательского луча. Например, первое средство для приема размещено в пределах зоны 519 покрытия первого пользовательского луча, а второе средство для приема размещено в пределах зоны 519 покрытия второго пользовательского луча.
На ФИГ. 42 представлена иллюстрация примера модели трактов прохождения сигнала для сигналов, несущих обратные данные по сквозной обратной линии связи 523. Пример модели может работать аналогично модели, описанной со ссылкой на ФИГ. 6-8, за исключением того, что сквозной ретранслятор 3403 включает в себя тракты 3502 прохождения сигнала обратной линии связи, предназначенные для связи по обратной линии связи. Каждый тракт 3502 прохождения сигналов в обратном направлении может включать в себя транспондер 3440 обратной линии связи, подсоединенный (например, избирательно подсоединенный) между составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи. Сигналы, исходящие от пользовательских терминалов 517 в К зонах 519 покрытия пользовательских лучей, передаются (как обратные сигналы 525 восходящей линии связи) на сквозной ретранслятор 3403, принимаются массивом из L приемных составляющих элементов 3426 пользовательской линии связи, проходят через L трактов 3502 прохождения сигнала обратной линии связи (например, через L транспондеров 3440 обратной линии связи) на L соответствующих составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи и передаются каждым из L составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи на некоторые или все из MAN 515 (аналогично тому, что показано на ФИГ. 7). Таким образом, множество трактов 3502 прохождения сигнала обратной линии связи (например, транспондеры 3440 обратной линии связи) индуцируют многолучевое распространение во время связи по обратной линии связи. Например, выходной сигнал каждого тракта 3502 прохождения обратного сигнала представляет собой обратный сигнал 527 нисходящей линии связи, соответствующий принятой комбинации обратных сигналов 525 восходящей линии связи, переданных из множества зон 519 покрытия пользовательских лучей, и каждый обратный сигнал 527 нисходящей линии связи передается на некоторые или все из М AN 515 (например, географически распределенных по зоне 3450 AN). Соответственно, каждый AN 515 может принимать наложение 1706 некоторых или всех из обратных сигналов 527 нисходящей линии связи, которые затем могут передаваться на формирователь 531 обратных лучей. Как описано выше, имеется L (или до L) разных способов получения сигнала от пользовательского терминала 517, размещенного в зоне 519 покрытия пользовательских лучей, на конкретный AN 515. Таким образом сквозной ретранслятор 3403 создаете трактов между пользовательским терминалом 517 и AN 515, которые в совокупности называют сквозным обратным многолучевым каналом 1908 (например, аналогичным показанному на ФИГ. 8).
Сквозные обратные многолучевые каналы могут быть смоделированы образом, аналогичным описанному выше. Например, Ar представляет собой L x K матрицу излучения обратной восходящей линии связи, Ct представляет собой M x L матрицу излучения обратной нисходящей линии связи, a Eret представляет собой L x L матрицу полезной нагрузки в обратном направлении для трактов от составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи до составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи. Как описано выше, сквозной обратный многолучевой канал от пользовательского терминала 517 в конкретной зоне 519 покрытия пользовательских лучей до конкретного AN 515 характеризуется сетевым эффектом L разных трактов прохождения сигнала, индуцированных L уникальными трактами 3502 прохождения сигнала обратной линии связи через сквозной ретранслятор 3403. С помощью К зон 519 покрытия пользовательских лучей и MAN 515 может обеспечиваться М x K индуцируемых сквозных обратных многолучевых каналов в сквозной обратной линии связи 523 (посредством сквозного ретранслятора 3403), и каждая может быть по отдельности смоделирована для вычисления соответствующего элемента М x K матрицы обратного канала Hret (Ct х Eret х Ar). Как упомянуто выше (например, со ссылкой на ФИГ. 6-8), не все AN 515, зоны 519 покрытия пользовательских лучей и/или транспондеры 3440 обратной линии связи должны участвовать в работе сквозных обратных многолучевых каналов. В некоторых случаях число пользовательских лучей К больше числа транспондеров L в тракте прохождения сигнала сквозного обратного многолучевого канала и/или число MAN 515 больше числа L транспондеров 3440 обратной линии связи L в тракте прохождения сигнала сквозного обратного многолучевого канала. Как описано со ссылкой на ФИГ. 5, CPS 505 может обеспечивать формирование обратных пользовательских лучей путем применения весовых коэффициентов обратного луча к принятым обратным сигналам 527 нисходящей линии связи (принятые сигналы после приема AN 515 называются комбинированными обратными сигналами 907, как дополнительно поясняется ниже).
Весовые коэффициенты обратного луча могут вычисляться на основе модели М x K трактов прохождения сигнала для каждого сквозного обратного многолучевого канала, который соединяет пользовательские терминалы 517 в одной зоне 519 покрытия пользовательских лучей с одним из множества AN 515.
На ФИГ. 43 представлена иллюстрация примера модели трактов прохождения сигнала для сигналов, несущих прямые данные по сквозной прямой линии связи 501. Пример модели может работать аналогично модели, описанной со ссылкой на ФИГ. 9-11, за исключением того, что сквозной ретранслятор 3403 включает в себя тракты 3602 прохождения сигнала прямой линии связи, предназначенные для связи по прямой линии связи. Каждый тракт 3602 прохождения сигнала прямой линии связи может включать в себя транспондер 3430 прямой линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи и составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи. Как описано выше, каждый прямой сигнал 521 восходящей линии связи взвешен по лучу (например, в формирователе 529 прямых лучей в CPS 505 наземного сегмента 502) до передачи от AN 515. Каждый AN 515 принимает уникальный прямой сигнал 521 восходящей линии связи и передает уникальный прямой сигнал 521 восходящей линии связи посредством одной из М восходящих линий связи (например, с синхронизацией по времени). Прямые сигналы 521 восходящей линии связи принимаются из географически распределенных местоположений (например, от AN 515) с помощью некоторых или всех из транспондеров 3430 прямой линии связи методом наложения, который позволяет создавать комбинированные входные прямые сигналы 545. Транспондеры 3430 прямой линии связи одновременно принимают соответствующие комбинированные входные прямые сигналы 545, хотя и с незначительно другой синхронизацией вследствие различий в местоположениях каждого составляющего приемного элемента 3416 фидерной линии связи, связанного с каждым транспондером 3430 прямой линии связи. Например, несмотря на то что каждый составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи может принимать комбинацию из такого же множества прямых сигналов 521 восходящей линии связи, принимаемые комбинированные входные прямые сигналы 545 могут немного различаться. Комбинированные входные прямые сигналы 545 принимаются с помощью L транспондеров 3430 прямой линии связи посредством соответствующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи, передаются во время сеанса связи через L транспондеров 3430 прямой линии связи на L соответствующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи и передаются L составляющими передающими элементами 3429 пользовательской линии связи в одну или более из K зон 519 покрытия пользовательских лучей (например, в качестве прямых сигналов 522 нисходящей линии связи, каждый из которых связан с соответствующим одним из принимаемых комбинированных входных прямых сигналов 545). Таким образом, множество трактов 3602 прохождения сигнала прямой линии связи (например, транспондеры 3430 прямой линии связи) индуцируют многолучевое распространение при связи по прямой линии связи. Как описано выше, есть L (или до L) разных путей прохождения сигнала от AN 515 на конкретный пользовательский терминал 517 в зоне 519 покрытия пользовательских лучей. Таким образом, сквозной ретранслятор 3403 индуцирует множество (например, до L) трактов 3602 прохождения сигнала между одним AN 515 и одним пользовательским терминалом 517 (или одной зоной 519 покрытия пользовательских лучей), которые в совокупности могут называться сквозным прямым многолучевым каналом 2208 (например, аналогично ФИГ. 10).
Сквозные прямые многолучевые каналы 2208 могут быть смоделированы таким образом, который аналогичен описанному выше. Например, Cr представляет собой L x М матрицу излучения прямой восходящей линии связи, At представляет собой K x L матрицу излучения прямой нисходящей линии связи, a Efwd представляет собой L x L матрицу полезной нагрузки в прямом направлении для трактов от составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи до составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи. В некоторых случаях матрица полезной нагрузки в прямом направлении Efwd и матрица полезной нагрузки в обратном направлении Eret могут быть разными для отражения различий между трактами 3602 прохождения сигнала прямой линии связи и трактами 3502 прохождения сигнала обратной линии связи. Как описано выше, сквозной прямой многолучевой канал от конкретного AN 515 до пользовательского терминала 517 в конкретной зоне 519 покрытия пользовательских лучей характеризуется сетевым эффектом L разных трактов прохождения сигнала, индуцируемых L уникальными трактами прохождения сигнала 3602 прямой линии связи через сквозной ретранслятор 3403. С помощью К зон 519 покрытия пользовательских лучей и М AN 515 может обеспечиваться М x K индуцируемых сквозных прямых многолучевых каналов в сквозной прямой линии связи 501, и каждая из них может быть по отдельности смоделирована для вычисления соответствующего элемента М x K матрицы прямого канала Hfwd (At х Efwd х Cr). Как упомянуто выше со ссылкой на обратное направление, не все AN 515, зоны 519 покрытия пользовательских лучей и/или транспондеры 3430 прямой линии связи должны быть частью сквозных прямых многолучевых каналов. В некоторых случаях число K пользовательских лучей больше числа L транспондеров 3430 прямой линии связи в тракте прохождения сигнала сквозного прямого многолучевого канала и/или число М AN 515 больше числа L транспондеров прямой линии связи 3430 в тракте прохождения сигнала сквозного прямого многолучевого канала. Как описано со ссылкой на ФИГ. 5, соответствующий весовой коэффициент луча может вычисляться для каждого из множества сквозных прямых многолучевых каналов с помощью CPS 505 для формирования прямых пользовательских лучей. Использование множества передатчиков (AN 515) с одним приемником (пользовательский терминал 517) может обеспечивать разнесение в тракте передачи для обеспечения успешной передачи информации на любой пользовательский терминал 517 при наличии специально индуцированного многолучевого канала.
На ФИГ. 41-43 изображены сквозные ретрансляторы 3403, реализованные с отдельными транспондерами 3430 прямой линии связи и транспондерами 3440 обратной линии связи. На ФИГ. 44А и 44В показаны иллюстрации примеров тракта 3700 прохождения прямого сигнала (аналогичного тракту 3602 прохождения прямого сигнала на ФИГ. 43) и тракта 3750 прохождения обратного сигнала (аналогичного тракту 3502 прохождения обратного сигнала на ФИГ. 42) соответственно. Как описано выше, тракт 3700 прохождения прямого сигнала включает в себя транспондер 3430 прямой линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи и составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи. Тракт 3750 прохождения обратного сигнала включает в себя транспондер 3440 обратной линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи. В некоторых случаях каждый транспондер 3430 прямой линии связи и каждый транспондер 3440 обратной линии связи являются транспондерами с поперечным полюсом.
На ФИГ. 63А проиллюстрирован пример выделения 6300 спектра частот в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего раскрытия. В примере выделения 6300 спектра частот на ФИГ. 63А проиллюстрированы два диапазона 6325а и 6330а частот. Несмотря на то что диапазоны частот проиллюстрированы разделенными, альтернативно диапазоны 6325а и 6330а частот могут находиться рядом (например, быть одним смежным диапазоном). Как проиллюстрировано на ФИГ. 63А, транспондер 3430 прямой линии связи принимает прямой сигнал 6340а восходящей линии связи (например, который может быть примером прямого сигнала 521 восходящей линии связи на ФИГ. 41) в диапазоне 6330а частот восходящей линии связи с левой круговой поляризацией (LHCP) и выводит прямой сигнал 6345а нисходящей линии связи (например, который может быть примером прямого сигнала 522 нисходящей линии связи на ФИГ. 41) в диапазоне 6325а частот нисходящей линии связи с правой круговой поляризацией (RHCP); и каждый транспондер 3440 обратной линии связи принимает обратный сигнал 6350а восходящей линии связи (например, который может быть примером обратного сигнала 525 восходящей линии связи на ФИГ. 41) в диапазоне 6330а частот восходящей линии связи с правой круговой поляризацией (RHCP) и выводит обратный сигнал 6355а нисходящей линии связи (например, который может быть примером обратного сигнала 527 нисходящей линии связи на ФИГ. 41) в диапазоне 6325а частот нисходящей линии связи с левой круговой поляризацией (LHCP). Один такой случай (т.е. соответствующий поляризациям, описанным в предыдущем примере) проиллюстрирован с помощью только сплошных линий на ФИГ. 44А и 44В, а другой такой случай (т.е. соответствующий противоположным поляризациям, описанным в предыдущем примере) проиллюстрирован с помощью только пунктирных линий на ФИГ. 44А и 44В.
В других случаях некоторые или все транспондеры могут обеспечивать двухполюсную пару трактов прохождения сигнала. Например, если следовать как сплошной, так и пунктирной линиям на ФИГ. 44А и 44В, транспондеры 3430 прямой линии связи и транспондеры 3440 обратной линии связи могут принимать прямые сигналы 521 восходящей линии связи на частоте восходящей линии связи или на другой частоте с обоими типами поляризации (LHCP и RHCP) и могут одновременно выводить прямые сигналы 522 нисходящей линии связи на частоте нисходящей линии связи или на другой частоте с обоими типами поляризации (RHCP и LHCP). Такие случаи могут использовать методики подавления помех любого подходящего типа (например, с использованием временного разделения, частотного разделения, пространственного разделения и т.д.) и могут позволять множеству систем работать параллельно. Одна такая реализация с использованием частотного разделения показана в примере выделения 6301 частот на ФИГ. 63В. В примере выделения 6301 частот каждый транспондер 3430 прямой линии связи принимает прямой сигнал 6340b восходящей линии связи в первой части диапазона 6330b частот восходящей линии связи (например, с использованием обоих типов поляризации) и выводит прямой сигнал 6345b нисходящей линии связи в первой части диапазона 6325b частот нисходящей линии связи (например, с использованием обоих типов поляризации); и каждый транспондер 3440 обратной линии связи принимает обратный сигнал 6350b восходящей линии связи во второй части диапазона 6330b частот восходящей линии связи (например, с использованием обоих типов поляризации) и выводит обратный сигнал 6355а нисходящей линии связи во второй части диапазона 6325b частот нисходящей линии связи (например, с использованием обоих типов поляризации). В некоторых случаях ширина полосы первых частей и вторых частей диапазонов 6330b и 6325b частот могут быть равны. В других примерах ширина полосы первых частей и вторых частей могут отличаться. В качестве примера, когда трафик проходит через сквозной ретранслятор 3403 преимущественно в прямом направлении (представленном сквозной прямой линией связи 501 на ФИГ. 41), ширина полосы первых частей диапазонов 6330b и 6325b частот, используемых для передачи данных в прямой линии связи, может быть больше (например, значительно больше) ширины полосы вторых частей, используемых для связи по обратной линии связи.
В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 включает в себя большое число транспондеров, например 512 транспондеров 3430 прямой линии связи и 512 транспондеров 3440 обратной линии связи (например, всего 1024 транспондера). В других реализациях могут использоваться меньшие количества транспондеров, например 10 или любое другое подходящее число. В некоторых случаях антенные элементы реализуются в виде полнодуплексных конструкций, так что каждый приемный антенный элемент использует конструкцию совместно с соответствующим передающим антенным элементом. Например, каждый проиллюстрированный антенный элемент может быть реализован в виде двух из четырех волноводных портов излучающей конструкции, выполненной с возможностью как передачи, так и приема сигналов. В некоторых случаях только элементы фидерной линии связи или только элементы пользовательской линии связи являются полнодуплексными. В других реализациях могут использоваться разные типы поляризации. Например, в некоторых реализациях транспондеры могут быть подсоединены между приемным антенным элементом и передающим антенным элементом с одинаковой полярностью.
Как пример транспондера 3430 прямой линии связи, так и пример транспондера 3440 обратной линии связи могут включать в себя некоторые или все из МШУ 3705, преобразователей частоты и связанных фильтров 3710, канальных усилителей 3715, устройств 3720 сдвига фазы, усилителей мощности 3725 (например, усилителей на лампе бегущей волны (TWTA), твердотельных усилителей мощности (SSPA) и т.д.) и фильтров 3730 гармоник. В двухполюсных реализациях, как показано, каждый полюс имеет свой собственный тракт прохождения сигнала со своим собственным набором компонентов транспондера. В некоторых реализациях может использоваться большее или меньшее число компонентов. Например, применение преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710 может быть целесообразным в случаях, когда частоты восходящей и нисходящей линий связи различаются. В качестве одного примера каждый транспондер 3430 прямой линии связи может принимать входной сигнал в первом диапазоне частот и может выводить сигнал во втором диапазоне частот; а каждый транспондер 3440 обратной линии связи может принимать входной сигнал в первом диапазоне частот и может выводить сигнал во втором диапазоне частот.
В некоторых случаях используется множество подполос (например, семь подполос 500 МГц, как описано выше). Например, в некоторых случаях могут быть обеспечены транспондеры, которые работают в тех же подполосах, которые используются в реализации наземной сети с множеством подполос, фактически позволяя множеству независимых и параллельных систем сквозного формирования лучей работать через один сквозной ретранслятор (каждая система сквозного формирования лучей работает в своей подполосе). В таких случаях каждый транспондер может содержать множество преобразователей частоты и связанных фильтров 3710 и/или других компонентов, предназначенных для обработки одной или более подполос. Использование множества подполос частот может позволить применять менее жесткие требования к амплитудной и фазовой характеристикам транспондера, поскольку наземная сеть может по отдельности определять весовые коэффициенты луча, используемые в каждой из подполос, фактически калибруя изменение амплитуды и фазы полосы частот транспондеров. Например, при использовании отдельных транспондеров прямой и обратной линии связи и 7 подполос для каждого луча можно использовать в общей сложности 14 разных весовых коэффициентов лучей (т.е. 7 подполос * 2 направления (прямое и обратное)). В других случаях широкополосная система сквозного формирования лучей может использовать множество подполос в наземной сети, но пропускать одну или более (или все) подполос через широкополосные транспондеры (например, пропускать 7 подполос, каждая шириной 500 МГц, через транспондеры с шириной полосы 3,5 ГГц). В некоторых случаях каждый тракт транспондера содержит только МШУ 3705, канальный усилитель 3715 и усилитель 3725 мощности. В некоторых реализациях сквозного ретранслятора 3403 применяются контроллеры сдвига фазы и/или другие контроллеры, которые могут по отдельности задавать фазы и/или другие характеристики каждого транспондера, как описано выше.
Антенные элементы могут передавать и/или принимать сигналы любым подходящим образом. В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 содержит один или более отражателей с излучателем в виде антенной решетки. Например, антенная подсистема 3410 фидерной линии связи может содержать отражатель фидерной линии связи как для передачи, так и для приема или отдельный отражатель передачи фидерной линии связи и отдельный отражатель приема фидерной линии связи. В некоторых случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи может иметь множество отражателей фидерной линии связи для передачи, или приема, или передачи и приема. Аналогичным образом, антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи может содержать отражатель пользовательской линии связи как для передачи, так и для приема или отдельный отражатель передачи пользовательской линии связи и отдельный отражатель приема пользовательской линии связи. В некоторых случаях антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи может иметь множество отражателей пользовательской линии связи для передачи, или приема, или передачи и приема. В одном примере антенная подсистема 3410 фидерной линии связи содержит массив излучающих конструкций, а каждая излучающая конструкция содержит составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи и составляющий передающий элемент 3419 фидерной линии связи. В таком случае антенная подсистема 3410 фидерной линии связи также может содержать отражатель фидерной линии связи, который облучает составляющие приемные элементы 3416 фидерной линии связи, а его облучают составляющие передающие элементы 3419 фидерной линии связи. В некоторых случаях отражатель реализован в виде множества отражателей, которые могут иметь разные формы, размеры, ориентации и т.д. В других случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи и/или антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи реализована без отражателей, например, в виде прямоизлучающей решетки.
Как описано выше, достижение относительно равномерного распределения AN 515 по заданной зоне покрытия пользователя может включать в себя размещение AN 515 в нежелательных местоположениях. Таким образом, в настоящем раскрытии описаны методики, позволяющие географически распределять AN 515 в пределах зоны 3450 AN, которая меньше (иногда значительно) зоны 3460 покрытия пользователя. Например, в некоторых случаях зона 3450 AN может занимать менее половины, менее четверти, менее одной пятой или менее одной десятой части физической площади зоны 3460 покрытия пользователя. Кроме того, множество зон 3450 AN могут использоваться одновременно или могут быть активированы для использования в разные моменты времени. Как описано в настоящем документе, эти методики включают в себя использование отражателей разного размера, многоэлементного (-ых) отражателя (-ей), избирательно соединяемых транспондеров, разных антенных подсистем пользовательской линии связи и фидерной линии связи и т.д.
Как упомянуто выше, разделение антенной подсистемы 3410 фидерной линии связи и антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи может обеспечивать обслуживание одной или более зон 3450 AN, которые отличаются от одной или более зон 3460 покрытия пользователя. Например, антенная подсистема 3410 фидерной линии связи может быть реализована с отражателем, имеющим значительно большую физическую площадь, чем отражатель зоны 3460 покрытия пользователя. Более крупный отражатель может обеспечивать географическое распределение большого числа AN 515 в значительно меньшей зоне 3450 AN, например в небольшом подмножестве зоны 3460 покрытия пользователя. Некоторые примеры показаны на ФИГ. 45A-45G. Альтернативно зона 3450 AN, которая является подмножеством зоны покрытия пользователя, может быть развернута с использованием одной антенной подсистемы как для фидерной линии связи, так и для пользовательской линии связи путем использования разных диапазонов частот для фидерной линии связи и пользовательской линии связи. Например, зона 3450 AN, которая занимает четверть площади зоны 3460 покрытия пользователя, может быть развернута с использованием несущей частоты фидерной линии связи, которая приблизительно в два раза больше несущей частоты пользовательской линии связи. В одном примере в пользовательской линии связи может использоваться диапазон (или диапазоны) частот из K/Ka-полос (например, около 30 ГГц), а в фидерной линии связи может (могут) использоваться диапазон (-ы) частот из V/W-полос (например, около 60 ГГц). В этом случае зона 3450 AN будет концентрической с зоной 3460 покрытия пользователя.
На ФИГ. 45 показан пример сквозного ретранслятора 3403 (например, спутника) видимой зоны 3800 покрытия Земли. В примере сквозного ретранслятора 3403 антенная подсистема 3410 фидерной линии связи включает в себя 18-метровый отражатель фидерной линии связи, а антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи включает в себя 2-метровый отражатель пользовательской линии связи (например, площадь отражателя фидерной линии связи приблизительно в восемьдесят раз больше площади отражателя пользовательской линии связи). Каждая антенная подсистема также включает в себя массив из 512 взаимодействующих составляющих приемных/передающих элементов. Пример сквозного ретранслятора 3403 может включать в себя 512 транспондеров 3430 прямой линии связи (например, формирующих 512 трактов 3700 прохождения прямого сигнала, как показано на ФИГ. 44А) и 512 транспондеров 3440 обратной линии связи (например, формирующих 512 трактов 3750 прохождения обратного сигнала, как показано на ФИГ. 44В). Из положения сквозного ретранслятора 3403 на геостационарной орбите антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи излучает в зоне 3460 покрытия пользователя, которая в значительной степени охватывает видимую зону 3800 покрытия Земли, а отражатель фидерной линии связи излучает в зоне 3450 AN, которая является частью зоны 3460 покрытия пользователя. Хотя зона 3450 AN является небольшим подмножеством большой зоны 3460 покрытия пользователя, может поддерживаться большая пропускная способность системы, включая большое число пользовательских лучей, с использованием сквозного формирования луча с большим числом AN 515 в зоне AN 3450 (например, используемых совместно в кластере AN). Например, сотни взаимодействующих AN 515 могут быть географически распределены в пределах зоны 3450 AN, показанной на ФИГ. 45А в виде заштрихованной области в восточной части США. В одном примере 597 AN 515 географически распределены в пределах зоны 3450 AN.
На ФИГ. 46А показано видимое покрытие Земли со сквозным формированием луча, используемым между AN 515 в зоне 3450 AN и зоне 3460 покрытия пользователя. Зона 3460 покрытия пользователя включает в себя 625 зон 519 покрытия пользовательских лучей, обеспечивающих обслуживание пользовательских терминалов 517 в пределах видимой зоны 3800 покрытия Земли.
На ФИГ. 45В показан пример зоны 3900 покрытия континентальной части США (CONUS) сквозным ретранслятором 3403 (например, спутником). Пример сквозного ретранслятора 3403, который аналогичен примеру, показанному на ФИГ. 45А, за исключением того, что антенная подсистема 3410 фидерной линии связи использует 18-метровый отражатель фидерной линии связи, а антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи включает в себя 5-метровый отражатель пользовательской линии связи (например, площадь отражателя фидерной линии связи почти в тринадцать раз больше площади отражателя пользовательской линии связи). Зона 3450 AN (например, зона, содержащая кластер взаимодействующих AN) такая же, как показана на ФИГ. 45А, - область, которая является небольшим подмножеством зоны 3460 покрытия пользователя в восточной части США, в которой, например, распределены 597 AN 515.
На ФИГ. 46В показана зона 3900 покрытия CONUS со сквозным формированием луча, используемым между AN 515 в зоне 3450 AN и зоне 3460 покрытия пользователя. Зона 3460 покрытия пользователя включает в себя 523 зоны 519 покрытия пользовательских лучей, обеспечивающие обслуживание пользовательских терминалов 517 в пределах зоны покрытия CONUS.
В настоящем раскрытии поддерживаются различные географические и относительные местоположения кластера AN. Как описано в настоящем документе, сквозной ретранслятор 3403, аналогичный проиллюстрированным на ФИГ. 49А и 49В, может предоставлять услугу связи между одной или более зонами 3460 покрытия пользователя и AN 515, размещенными в одной или более зонах 3450 AN. В некоторых примерах, таких как пример, проиллюстрированный на ФИГ. 45В, зона 3450 AN может перекрываться или может быть полностью размещена в пределах зоны 3460 покрытия пользователя. Дополнительно или альтернативно зона 3450 AN может не перекрываться с зоной 3460 покрытия пользователя, как проиллюстрировано на ФИГ. 45С. В некоторых случаях такое размещение может потребовать использования специального механизма обратной петли, который описан ниже со ссылкой на ФИГ. 55А-55С.
Другим примером возможного географического размещения может быть кластер AN (например, зона 3450 AN), который может по меньшей мере частично перекрываться с зоной низкого спроса зоны 3460 покрытия пользователя. Пример показан на ФИГ. 45D, где зона 3450 AN размещена в зоне низкого спроса зоны 3460 покрытия пользователя. В некоторых случаях зона низкого спроса может быть определена на основе спроса на услугу связи, который ниже порога спроса. Например, в зоне низкого спроса может быть средний спрос, который ниже некоторой доли (например, половины, четверти и т.д.) среднего спроса по другим зонам обслуживания зоны 3460 покрытия пользователя. Такое развертывание может поддерживать увеличенную пропускную способность системы в зонах более высокого спроса (например, позволяя использовать части частотного спектра, связанного со связью по фидерной линии связи, в зоне низкого спроса для пользовательских лучей в зонах более высокого спроса). Это означает, что заданная ширина полосы системы (которая может представлять собой смежный или множество несмежных диапазонов частот) может преимущественно или полностью использоваться для обслуживания пользовательских лучей в зонах за пределами зоны низкого спроса и может быть выделена главным образом для связи по фидерным линиям связи в пределах зоны низкого спроса, при этом пользовательским лучам в зоне низкого спроса выделяется меньшая часть (например, меньше половины) ширины полосы системы. Таким образом, в некоторых случаях для связи по пользовательской линии связи в зонах более высокого спроса может использоваться по меньшей мере часть той же ширины полосы, которая используется для связи по фидерной линии связи в зоне с низким спросом, в которой размещена зона 3450 узла доступа. В этом примере зона 3450 AN содержится полностью в пределах зоны 3460 покрытия пользователя, хотя в некоторых случаях две зоны могут перекрываться лишь частично.
В некоторых случаях кластер AN может быть размещен в пределах (например, на поверхности) водоема (например, озера, моря или океана). Пример показан на ФИГ. 45Е, который показывает зону 3460 покрытия пользователя, включающую в себя США, и зону 3450 AN, размещенную у восточного побережья США. В некоторых случаях зона AN может по меньшей мере частично перекрываться с сушей (например, некоторые AN 515 могут не быть размещены в пределах водоема). Таким образом, пример, описанный в отношении ФИГ. 45Е, включает в себя сценарий, в котором только один AN 515 размещен в пределах водоема, все AN 515 размещены в пределах водоема или некоторое промежуточное число AN 515 размещено в пределах водоема. Преимущества размещения частей или всего кластера AN на водоеме включают в себя наличие больших зон для кластера AN вблизи от суши, где требуется покрытие пользователей, гибкость при размещении AN 515 в пределах зоны 3450 AN и сниженная конкуренция за права на использование спектра. Например, нормативные требования, такие как связанные с помехами и совместным использованием полосы другими службами, могут быть снижены, когда кластер AN не размещен над конкретной страной или сушей.
AN 515, размещенные в пределах водоема, могут быть размещены на стационарных или плавучих платформах. Примеры стационарных платформ, используемых для AN 515, включают в себя стационарные нефтяные платформы, стационарные плавучие ветряные турбины или другие платформы, установленные на сваях. Примеры плавучих платформ включают в себя баржи, буи, морские нефтяные платформы, плавучие ветряные турбины и т.п. На некоторых стационарных или плавучих платформах уже могут иметься источники питания, а другие стационарные или плавучие платформы, предназначенные для использования в кластере AN, могут быть выполнены с возможностью генерации электроэнергии (например, с помощью генератора, генерации с использованием солнечной панели, ветровой установки и т.д.). Распределение специфических для узла доступа прямых сигналов 521 от формирователя 529 лучей на AN 515 и комбинированных обратных сигналов 1706 от AN 515 на формирователь 531 лучей может обеспечиваться посредством распределительной сети 518, которая включает в себя проводные или беспроводные линии связи между формирователем (-ями) лучей или платформой распределения и AN 515. В некоторых случаях распределительная сеть 518 может включать в себя подводный кабель, соединенный с формирователем (-ями) лучей и AN 515, распределенными в пределах водоема, как описано со ссылкой на ФИГ. 45G. Подводный кабель может также использоваться как источник питания. Распределительная сеть может дополнительно или альтернативно включать в себя беспроводные РЧ-линии связи (например, микроволновые линии сброса) или оптические линии связи в свободном пространстве. В некоторых примерах формирователь (-и) лучей, точка распределения для формирователя (-ей) лучей или распределительная сеть 518 в целом могут быть размещены в пределах водоема. Например, на ФИГ. 58 показана CPS 505, размещенная на морской (например, стационарной или плавучей) платформе 5805, которая передает трафик на наземный узел сети и соединена с AN 515 в водоеме посредством распределительной сети 518.
В некоторых случаях по меньшей мере некоторые AN 515 в кластере AN могут быть мобильными (например, могут быть размещены на подвижных платформах). Например, AN 515 в пределах водоема могут быть размещены на лодках или баржах, управление которыми может осуществляться с целью изменения местоположения, как проиллюстрировано плавучей платформой 5805 на ФИГ. 58. Аналогичным образом, наземные AN 515 могут быть размещены на транспортных платформах, а воздушные AN 515 могут быть размещены на мобильных платформах, таких как самолеты, воздушные шары, беспилотные летательные аппараты и т.п. В некоторых примерах мобильные AN 515 могут использоваться для оптимизации распределения AN 515 в пределах зоны 3450 AN. Например, AN 515 могут быть перемещены для лучшего географического распределения в пределах зоны 3450 AN или AN 515 могут быть перемещены после отказа одного или более AN 515 (например, для перераспределения доступных AN 515). Весовые коэффициенты формирования луча могут быть пересчитаны для новых положений, a AN 515 могут выполнять повторную тактовую и фазовую синхронизацию передачи для коррекции к новым положениям, как описано выше.
В некоторых примерах зона 3450 AN может быть перемещена с использованием мобильных AN 515 (например, один или более AN 515 в кластере AN могут быть размещены на мобильных платформах). Пример показан на ФИГ. 45F, на котором показана начальная зона 3450а AN, включающая в себя множество AN 515, географически распределенных в пределах зоны 3450а AN. По различным причинам кластер AN может быть перемещен в новую зону 3450b AN. Например, мобильный кластер AN может использоваться для адаптации к изменениям положения сквозного ретранслятора 3403. В одном примере орбитальное положение или ориентация спутникового сквозного ретранслятора 3403 изменяется вследствие изменения развертывания в новой орбитальной точке или вследствие орбитального дрейфа или корректировки, а изменение зоны 3450 AN связано с адаптацией к новому орбитальному положению или ориентации. Мобильные AN 515 могут перемещаться в новые положения в пределах новой зоны 3450b AN. Кроме того, хотя мобильный кластер AN отображается как размещенный в пределах водоема, некоторые или все из AN 515 могут быть размещены на суше (например, мобильные AN 515 не требуют размещения в водоеме). В некоторых случаях один или более AN 515 могут быть размещены на воздушном судне (например, на самолете, воздушном шаре, беспилотном летательном аппарате и т.д.). Также, хотя в текущем примере описаны первая и вторая зоны 3450а и 3450b AN, которые имеют одинаковые размеры в разных местоположениях, зоны 3450 AN в разных местоположениях могут (например, значительно) отличаться (например, вследствие различия в наклонной дальности или адаптации антенной системы на сквозном ретрансляторе). В качестве примера первая и вторая зоны 3450а и 3450b AN могут иметь одинаковые (или аналогичные) центральные точки, но значительно отличающиеся физические размеры (например, из-за комбинации смещения орбитальной точки и повторного наведения антенны сквозного ретранслятора).
В качестве примера кластер AN может изначально быть размещен в первом местоположении 3450а. Находясь в первом местоположении 3450а, каждый AN 515 из кластера AN может принимать специфический для узла доступа прямой сигнал для передачи посредством сквозного ретранслятора 3403 на один или более пользовательских терминалов в зоне 3460 покрытия пользователя. В соответствии с аспектами специфический для узла доступа прямой сигнал может приниматься от формирователя 529 прямых лучей посредством распределительной сети 518, которая может представлять собой оптическую линию связи в свободном пространстве или любую другую подходящую линию связи. Как описано выше, специфические для узла доступа прямые сигналы могут быть соответствующим образом взвешены формирователем 529 прямых лучей перед приемом на AN 515. Находясь в первом местоположении 3450а, каждый AN 515 может синхронизировать прямой сигнал 521 восходящей линии связи для приема на сквозном ретрансляторе 3403, так чтобы обеспечить согласование прямого сигнала 521 восходящей линии связи по фазе и времени с другими прямыми сигналами 521 восходящей линии связи от других AN 515 в кластере AN. Синхронизация может быть достигнута с использованием любой из методик, описанных в настоящем документе (например, с использованием радиомаяков ретранслятора).
Впоследствии кластер AN (или его части) может переместиться во второе местоположение 3450b. Перемещение может являться реакцией на некоторое воздействие (например, изменение местоположения сквозного ретранслятора, погодных условий и т.д.). Во втором местоположении 3450b AN 515 из кластера AN могут получать специфические для узла доступа взвешенные прямые сигналы (например, генерируемые с использованием обновленной матрицы весовых коэффициентов луча, определенной на основе новых местоположений AN 515 в пределах новой зоны 3450b AN), синхронизировать передаваемые сигналы и передавать прямые сигналы 521 восходящей линии связи на сквозной ретранслятор 3403. Хотя описано, что они выполняются во втором местоположении, один или более из этих этапов могут выполняться до достижения второго местоположения.
В некоторых случаях местоположение и форма кластера AN могут быть выполнены с возможностью использования преимуществ существующей сетевой инфраструктуры. Например, как показано на ФИГ. 45G, зона 3450 AN может быть размещена рядом с существующим подводным кабелем 4551 (например, волоконно-оптическим кабелем, используемым для передачи данных в магистральных линиях связи сети интернет и т.д.). Подводный кабель 4551 может также использоваться как источник питания. Распределительная сеть 518 (например, между AN) может дополнительно или альтернативно включать в себя беспроводные РЧ-линии связи (например, микроволновые линии сброса) или оптические линии связи в свободном пространстве. В некоторых примерах формирователь (-и) лучей, точка распределения для формирователя лучей или распределительная сеть 518 в целом могут быть размещены в пределах водоема. Как показано на ФИГ. 45G, одна или более из зон 3450 AN могут иметь такую форму (например, с использованием отражателя соответствующей формы и т.д.), чтобы свести к минимуму общее расстояние между AN 515 и подводным кабелем 4551. В примере на ФИГ. 45G показана зона 3450 AN с эллиптической формой, хотя может использоваться любая другая подходящая форма. Дополнительно, хотя на ФИГ. 45G отображается только одна зона 3450 AN, может существовать множество зон 3450 AN (например, размещенных вдоль одного и того же подводного кабеля 4551 или разных подводных кабелей 4551). Множество зон 3450 AN могут быть несвязными или могут перекрываться по меньшей мере частично.
Множество зон покрытия
В описанном выше примере сквозного ретранслятора 3403 антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи описана как одиночная антенная подсистема (например, с одним отражателем пользовательской линии связи), а антенная подсистема 3410 фидерной линии связи описана как одиночная антенная подсистема (например, с одним отражателем фидерной линии связи). В некоторых случаях антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи может включать в себя одну или более антенных подсистем (например, два или более подмассивов составляющих антенных элементов), связанных с одним или более отражателями пользовательской линии связи, а антенная подсистема 3410 фидерной линии связи может включать в себя одну или более антенных подсистем, связанных с одним или более отражателями фидерной линии связи. Например, некоторые сквозные ретрансляторы 3403 могут содержать антенную подсистему 3420 пользовательской линии связи, которая включает в себя первый набор составляющих приемных/передающих элементов пользовательской линии связи, связанный с первым отражателем пользовательской линии связи (например, каждый элемент размещен с возможностью облучения первого отражателя пользовательской линии связи и/или облучения первым отражателем пользовательской линии связи), и второй набор составляющих приемных/передающих элементов пользовательской линии связи, связанный со вторым отражателем пользовательской линии связи. В некоторых случаях два отражателя пользовательской линии связи имеют приблизительно одинаковую физическую площадь (например, в пределах 5%, 10%, 25% и т.д.). В некоторых случаях один отражатель пользовательской линии связи значительно больше (например, на 50% больше, занимает по меньшей мере в два раза большую физическую площадь) другого. Каждый набор составляющих приемных/передающих элементов пользовательской линии связи и связанный с ним отражатель пользовательской линии связи могут излучать в соответствующей отличной от других зоне 3460 покрытия пользователя. Например, множество зон покрытия пользователя могут быть неперекрывающимися, частично перекрывающимися, полностью перекрывающимися (например, меньшая зона покрытия пользователя может содержаться в пределах большей зоны покрытия пользователя) и т.д. В некоторых случаях множество зон покрытия пользователя могут быть активными (облучаемыми) одновременно. В других случаях, как описано ниже, может обеспечиваться возможность избирательной активации разных частей составляющих приемных/передающих элементов пользовательской линии связи, таким образом активируя разные зоны покрытия пользователя в разные моменты времени. Аналогичным образом, избирательная активация разных частей составляющих приемных/передающих элементов фидерной линии связи может активировать разные зоны 3450 AN в разные моменты времени. Переключение между множеством зон покрытия может координироваться с помощью CPS 505. Например, калибровка формирования луча, расчет весового коэффициента луча и применение весового коэффициента луча могут происходить в двух параллельных формирователях лучей, по одному для каждой из двух разных зон покрытия. Использование соответствующих весовых коэффициентов в формирователях лучей может быть синхронизировано так, чтобы оно соответствовало работе сквозного ретранслятора. Например, координация может осуществляться таким образом, чтобы переключение между множеством зон покрытия происходило на границе временного интервала, если применяются формирователи лучей с квантованием времени.
На ФИГ. 47А и 47В показан пример тракта 4000 прохождения прямого сигнала и тракта 4050 прохождения обратного сигнала соответственно, в каждом из которых предусмотрена избирательная активация множества антенных подсистем 3420 пользовательской линии связи. Тракт 4000 прохождения прямого сигнала (и другие тракты прохождения прямого сигнала, описанные в настоящем документе) может быть примером тракта 3602 прохождения прямого сигнала, описанного со ссылкой на ФИГ. 43. Тракт 4050 прохождения обратного сигнала (и другие тракты прохождения обратного сигнала, описанные в настоящем документе) может быть примером тракта 3502 прохождения обратного сигнала, описанного со ссылкой на ФИГ. 42. Например, каждый тракт 4000 прохождения прямого сигнала может содержать транспондер 3430, подсоединенный между составляющими антенными элементами. На ФИГ. 47А транспондер 3430b прямой линии связи аналогичен транспондеру, описанному со ссылкой на ФИГ. 44А, за исключением того, что выходная сторона транспондера 3430b прямой линии связи избирательно соединена с одним из двух составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи, каждый из которых является частью отдельной антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи (например, каждый из которых является частью отдельного массива 3425 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи). Как описано выше, транспондер 3430b прямой линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705а, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710а, канальных усилителей 3715а, устройств 3720а сдвига фазы, усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник.
Транспондер 3430b прямой линии связи на ФИГ. 47А дополнительно включает в себя переключатели 4010а (переключатели прямой линии связи), которые избирательно соединяют транспондер либо с первым составляющим передающим элементом 3429а пользовательской линии связи (первого массива 3425а антенных элементов пользовательской линии связи) посредством первого набора усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник, либо со вторым составляющим передающим элементом 3429b пользовательской линии связи (второго массива 3425b антенных элементов пользовательской линии связи) посредством второго набора усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник. Например, в первом режиме переключения транспондер 3430b прямой линии связи фактически формирует тракт прохождения сигнала между составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи и первым составляющим передающим элементом 3429а пользовательской линии связи, а во втором режиме переключения транспондер 3430b прямой линии связи фактически формирует тракт прохождения сигнала между этим же составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи и вторым составляющим передающим элементом 3429b пользовательской линии связи. Переключатели 4010а (SW) могут быть реализованы с использованием любого подходящего средства переключения, такого как электромеханический переключатель, ретранслятор, транзистор и т.д. Хотя они показаны как переключатели 4010а, в других реализациях может использоваться любое другое подходящее средство для избирательного соединения входа транспондера 3430 прямой линии связи с множеством выходов. Например, в качестве переключателей могут использоваться усилители 3725а мощности (например, обеспечивающие высокий коэффициент усиления в положении «включено» и нулевой (или отрицательный) коэффициент усиления в положении «выключено»). Переключатели 4010а могут быть примерами переключателей, которые избирательно соединяют один вход с одним из двух или более выходов.
На ФИГ. 47В транспондер 3440b обратной линии связи функционально повторяет транспондер 3430 прямой линии связи на ФИГ. 47А. Вместо избирательного соединения выходной стороны транспондера, как в случае с прямой линией связи на ФИГ. 47А, входная сторона транспондера 3440b обратной линии связи избирательно соединяется с одним из двух составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи. Опять же, каждый составляющий приемный элемент 3426 пользовательской линии связи может быть частью отдельного массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи, которые могут быть частью одной и той же антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи или разных антенных подсистем 3420 пользовательской линии связи). Как описано выше (например, на ФИГ. 44В), транспондер 3440 обратной линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705b, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710b, канальных усилителей 3715b, устройств 3720b сдвига фазы, усилителей 3725b мощности и фильтров 3730b гармоник.
Транспондер 3440b обратной линии связи на ФИГ. 47В дополнительно включает в себя переключатели 4010b (переключатели обратной линии связи), которые избирательно соединяют транспондер либо с первым составляющим приемным элементом 3426а пользовательской линии связи (первого массива 3425а антенных элементов пользовательской линии связи) посредством первого набора МШУ 3705b, либо со вторым составляющим приемным элементом 3426b пользовательской линии связи (второго массива 3425b антенных элементов пользовательской линии связи) посредством второго набора МШУ 3705b. Например, в первом режиме переключения транспондер 3440b обратной линии связи фактически формирует тракт прохождения сигнала между первым составляющим приемным элементом 3426а пользовательской линии связи и составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи; а во втором режиме переключения транспондер 3440b обратной линии связи фактически формирует тракт прохождения сигнала между вторым составляющим приемным элементом 3426b пользовательской линии связи и таким же составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи. Переключатели 4010b могут быть реализованы с использованием любого подходящего средства переключения, такого как электромеханический переключатель, ретранслятор, транзистор и т.д. Хотя они показаны как переключатели 4010b, в других реализациях может использоваться любое другое подходящее средство для избирательного соединения выхода транспондера 3440b прямой линии связи с множеством входов. Например, в качестве переключателей могут использоваться усилители 3705b мощности (например, обеспечивающие высокий коэффициент усиления в положении «включено» и нулевой (или отрицательный) коэффициент усиления в положении «выключено»). Переключатели 4010b могут быть примерами переключателей, которые избирательно соединяют один из двух или более входов с одним выходом.
Примеры сквозного ретранслятора 3403 могут включать в себя контроллер 4070 переключения для избирательного переключения некоторых или всех из переключателей 4010 (или другого подходящего средства избирательного соединения) в соответствии с программой переключения. Например, программа переключения может храниться на бортовом устройстве хранения сквозного ретранслятора 3403. В некоторых случаях программа переключения фактически выбирает, какой массив 3425 антенных элементов пользовательской линии связи активировать (например, какой набор пользовательских лучей облучать) в каждом из множества интервалов времени (например, временных промежутков). В некоторых случаях при переключении выделяется равное количество времени для множества массивов 3425 антенных элементов пользовательской линии связи (например, каждый из двух массивов активируется приблизительно в течение половины этого времени). В других случаях переключение может использоваться для достижения целей распределения пропускной способности. Например, один массив 3425 антенных элементов пользовательской линии связи может быть связан с пользователями с большим числом запросов, и для него может выделяться большая часть времени в программе, а другой массив 3425 антенных элементов пользовательской линии связи может быть связан с пользователями с меньшим числом запросов, и для него может выделяться меньшая часть времени в программе.
На ФИГ. 48А и 48В показан пример зон 4100 и 4150 покрытия сквозного ретранслятора 3403, которые включают в себя множество избирательно активируемых зон 3460а и 3460b покрытия пользователя соответственно. Пример сквозного ретранслятора 3403 аналогичен ретранслятору, показанному на ФИГ. 38 и 39, за исключением наличия разных антенных подсистем. В этом примере антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи включает в себя два 9-метровых отражателя пользовательской линии связи, а транспондеры выполнены с возможностью избирательной активации лишь половины зон 519 покрытия пользовательских лучей в любой заданный момент времени (например, транспондеры реализованы так, как показано на ФИГ. 47А и 47В). Например, в первый временной интервал, как показано на ФИГ. 48А, зона 3460а покрытия пользователя включает в себя 590 активных зон 519 покрытия пользовательских лучей. Активные зоны 519 покрытия пользовательских лучей фактически охватывают западную половину США. Зона 3450 AN (кластер AN) является такой же, как на ФИГ. 38 и 39, - область в восточной части США, содержащая, например, 597 распределенных в ней AN 515. В первый интервал времени зона 3450 AN не перекрывается с активной зоной 3460а покрытия пользователя. Во второй временной интервал, как показано на ФИГ. 48В, зона 3460b покрытия пользователя включает в себя другие 590 активных зон 519 покрытия пользовательских лучей. Активные зоны 519 покрытия пользовательских лучей во второй интервал времени фактически охватывают восточную половину США. Зона 3450 AN не изменяется. Однако во второй интервал времени зона 3450 AN полностью перекрывается активной зоной 3460b покрытия пользователя (представляет собой ее подмножество). Пропускную способность можно гибко выделять для различных областей (например, между восточными и западными зонами 3460 покрытия пользователя) путем динамической корректировки соотношения времени, выделяемого соответствующим антенным подсистемам 3420 пользовательской линии связи.
Хотя предыдущий пример иллюстрирует две зоны 3460 покрытия пользователя с аналогичными размерами, может обеспечиваться другое число зон 3460 покрытия пользователя (например, три или более), и они могут иметь разные размеры (например, покрытие всей поверхности Земли, только континентальной части США, только США, только области и т.д.). В случаях с множеством зон 3460 покрытия пользователя зоны 3460 покрытия пользователя могут иметь любое подходящее географическое соотношение. В некоторых случаях первая и вторая зоны 3460 покрытия пользователя частично перекрываются (например, как показано на ФИГ. 48А и 48В). В других случаях вторая зона 3460 покрытия пользователя может представлять собой подмножество первой зоны 3460 покрытия пользователя (например, как показано на ФИГ. 46А и 46В). В других случаях первая и вторая зоны 3460 покрытия пользователя не перекрываются (например, являются несвязными).
В некоторых случаях может быть желательно остановить трафик конкретных географических областей в соответствующих им областях. На ФИГ. 50А проиллюстрирована первая зона 3450а AN в Северной Америке, используемая для предоставления услуг связи в первой зоне 3460а покрытия пользователя в Северной Америке, и вторая зона 3450b AN, используемая для предоставления услуг связи во второй зоне 3460b покрытия пользователя в Южной Америке. В некоторых случаях AN в пределах первой зоны 3450а AN обмениваются сигналами с первой CPS (например, размещенной в пределах или вблизи зоны 3450а AN), a AN в пределах второй зоны 3450b AN обмениваются сигналами со второй CPS (например, размещенной в пределах или вблизи зоны 3450b AN), которая является отдельной и отличной от первой CPS. Например, первый сквозной ретранслятор 3403 AN, как показано на ФИГ. 49А и 49В, может поддерживать множество зон покрытия пользователя с множеством зон AN, как проиллюстрировано на ФИГ. 50А. В каждой комбинации зоны AN и зоны покрытия пользователя могут применяться выделения 6300 или 6301 частот, как показано на ФИГ. 63А или 63В.
На ФИГ. 49А показан пример тракта 4900 прохождения прямого сигнала в сквозном ретрансляторе 3403 для поддержки множества зон покрытия пользователя с множеством зон 3450 AN. Пример тракта 4900 прохождения прямого сигнала содержит первый транспондер 3430с прямой линии связи, подсоединенный между первым составляющим приемным элементом 3416а фидерной линии связи первого массива 3415а антенных элементов фидерной линии связи и первым составляющим передающим элементом 3429а пользовательской линии связи первого массива 3425а антенных элементов пользовательской линии связи. Кроме того, пример тракта 4900 прохождения прямого сигнала содержит второй транспондер 3430с прямой линии связи, подсоединенный между вторым составляющим приемным элементом 3416b фидерной линии связи второго массива 3415b антенных элементов фидерной линии связи и вторым составляющим передающим элементом 3429b пользовательской линии связи второго массива 3425b антенных элементов пользовательской линии связи. Как описано выше, каждый из транспондеров 3430 прямой линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705а, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710а, канальных усилителей 3715а, устройств 3720а сдвига фазы, усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник.
На ФИГ. 49В показан пример тракта 4950 прохождения обратного сигнала в сквозном ретрансляторе 3403 для поддержки множества зон покрытия пользователя с множеством зон 3450 AN. Пример тракта 4950 прохождения обратного сигнала содержит первый транспондер 3440с обратной линии связи, подсоединенный между первым составляющим приемным элементом 3426а пользовательской линии связи первого массива 3425а антенных элементов пользовательской линии связи и первым составляющим передающим элементом 3419а фидерной линии связи первого массива 3415а антенных элементов фидерной линии связи. Кроме того, пример тракта 4950 прохождения обратного сигнала содержит второй транспондер 3440с обратной линии связи, подсоединенный между вторым составляющим приемным элементом 3426b пользовательской линии связи второго массива 3425b антенных элементов пользовательской линии связи и вторым составляющим передающим элементом 3419b фидерной линии связи второго массива 3415b антенных элементов фидерной линии связи. Как описано выше, каждый из транспондеров 3440 обратной линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705b, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710b, канальных усилителей 3715b, устройств 3720b сдвига фазы, усилителей 3725b мощности и фильтров 3730b гармоник.
В некоторых случаях массивы 3415а и 3415b антенных элементов фидерной линии связи являются частью отдельных антенных подсистем 3410 фидерной линии связи. Альтернативно одиночная антенная подсистема 3410 фидерной линии связи может содержать массивы как 3415а, так и 3415b антенных элементов фидерной линии связи (например, посредством использования одного отражателя, как более подробно описано ниже со ссылкой на ФИГ. 56А и 56В). Аналогичным образом, массивы 3425а и 3425b антенных элементов пользовательской линии связи могут являться частью одной и той же или отдельных антенных подсистем 3420 пользовательской линии связи. Тракт 4900 прохождения прямого сигнала и тракт 4950 прохождения обратного сигнала на ФИГ. 49А и 49В могут использоваться для поддержки множества независимых систем сквозного формирования лучей с использованием одной бортовой аппаратуры сквозного ретранслятора. Например, сквозное формирование луча между первой зоной 3450а AN и первой зоной 3460а покрытия пользователя, показанными на ФИГ. 50А, может поддерживаться одним формирователем лучей и системой распределения, а отдельные и независимые формирователь лучей и система распределения поддерживают сквозное формирование луча между второй зоной 3450b AN и второй зоной 3460b покрытия пользователя. На ФИГ. 49А и 49В проиллюстрированы примеры, где составляющие приемные элементы могут быть такими же, как и составляющие передающие элементы, и поэтому в каждом направлении показана только одна поляризация. Однако в других примерах могут применяться другие составляющие приемные элементы и составляющие передающие элементы и может применяться множество поляризаций в каждом направлении.
На ФИГ. 47А и 47В описан выбор тракта прохождения сигнала со стороны пользовательской линии связи. Однако в некоторых случаях альтернативно или дополнительно используется переключение тракта прохождения сигнала со стороны фидерной линии связи. На ФИГ. 51А показан пример тракта 5100 прохождения прямого сигнала, в котором предусмотрена избирательная активация множества массивов 3425 антенных элементов пользовательской линии связи (которые могут являться частью одной и той же или разных антенных подсистем 3420 пользовательской линии связи) и множества массивов 3415 антенных элементов фидерной линии связи (которые могут являться частью одной и той же или разных антенных подсистем 3410 фидерной линии связи). Тракт прохождения сигнала включает в себя транспондер 3430d прямой линии связи, подсоединенный между составляющими антенными элементами. Как описано выше, транспондер 3430d прямой линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705а, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710а, канальных усилителей 3715а, устройств 3720а сдвига фазы, усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник. Входная сторона транспондера 3430d прямой линии связи избирательно соединяется с одним из двух составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи (например, с использованием переключателя 4010b или любого другого подходящего средства выбора тракта). Каждый составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи может являться частью отдельного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи (например, каждой частью отдельного массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи). Выходная сторона транспондера 3430d прямой линии связи избирательно соединяется с одним из двух составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи (например, с использованием переключателей 4010а или любого другого подходящего средства выбора тракта). Каждый составляющий передающий элемент 3429 пользовательской линии связи может являться частью отдельного массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи (например, каждой частью отдельного массива взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи). Один или более контроллеров 4070 переключения (не показаны) могут быть включены в сквозной ретранслятор 3403 для выбора между некоторыми или всеми из четырех возможных трактов прохождения сигнала, обеспечиваемых транспондером 3430d прямой линии связи. Например, контроллер 4070 переключения может управлять работой транспондера 3430d прямой линии связи в соответствии с одним из нескольких режимов переключения, которые могут быть определены в соответствии с тем, какие зоны 3450 AN используются для поддержки зон 3460 покрытия пользователя. В одном примере контроллер 4070 переключения применяет первый режим переключения для переключателей 4010 для подсоединения транспондеров 3430d прямой линии связи между первым массивом 3415а антенных элементов фидерной линии связи и первым массивом 3425а антенных элементов пользовательской линии связи и применяет второй режим переключения для переключателей 4010 для подсоединения транспондеров 3430d прямой линии связи между вторым массивом 3415b антенных элементов фидерной линии связи и вторым массивом 3425b антенных элементов пользовательской линии связи. Альтернативно первый режим переключения для переключателей 4010 может использоваться для подсоединения транспондеров 3430d прямой линии связи между первым массивом 3415а антенных элементов фидерной линии связи и вторым массивом 3425b антенных элементов пользовательской линии связи, а второй режим переключения для переключателей 4010 может использоваться для подсоединения транспондеров 3430d прямой линии связи между вторым массивом 3415b антенных элементов фидерной линии связи и первым массивом 3425а антенных элементов пользовательской линии связи.
На ФИГ. 51В показан пример тракта 5150 прохождения обратного сигнала, в котором предусмотрена избирательная активация множества массивов 3425 антенных элементов пользовательской линии связи (например, которые могут являться частью одной или разных антенных подсистем 3420 пользовательской линии связи) и множества массивов 3415 антенных элементов фидерной линии связи (например, которые могут являться частью одной или разных антенных подсистем 3410 фидерной линии связи). Тракт прохождения сигнала включает в себя транспондер 3440d обратной линии связи, подсоединенный между составляющими антенными элементами. Как описано выше, транспондер 3440d обратной линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705b, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710b, канальных усилителей 3715b, устройств 3720b сдвига фазы, усилителей 3725b мощности и фильтров 3730b гармоник. Входная сторона транспондера 3440d обратной линии связи избирательно соединяется с одним из двух составляющих приемных элементов 3426а, 3426b пользовательской линии связи (например, с использованием переключателей 4010b или любого другого подходящего средства выбора тракта). Каждый составляющий приемный элемент 3426а, 3426b пользовательской линии связи может являться частью отдельного массива 3425а, 3425b антенных элементов пользовательской линии связи (например, каждой частью отдельного массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи). Выходная сторона транспондера 3440d обратной линии связи избирательно соединяется с одним из двух составляющих передающих элементов 3419а или 3419b фидерной линии связи (например, с использованием переключателей 4010а или любого другого подходящего средства выбора тракта). Каждый составляющий передающий элемент 3419а или 3419b фидерной линии связи может являться частью отдельного массива 3415а или 3415b антенных элементов фидерной линии связи (например, каждой частью отдельного массива взаимодействующих составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи). Один или более контроллеров 4070 переключения (не показаны) могут быть включены в сквозной ретранслятор 3403 для выбора между некоторыми или всеми из четырех возможных трактов прохождения сигнала, обеспечиваемых транспондером 3440d обратной линии связи. Например, контроллер 4070 переключения может управлять работой транспондера 3440d обратной линии связи в соответствии с одним из нескольких режимов переключения, которые могут быть определены в соответствии с тем, какие зоны 3450 AN используются для поддержки зон 3460 покрытия пользователя. В одном примере контроллер 4070 переключения применяет первый режим переключения для переключателей 4010 для подсоединения транспондеров 3440d обратной линии связи между первым массивом 3425а антенных элементов пользовательской линии связи и первым массивом 3415а антенных элементов фидерной линии связи и применяет второй режим переключения для переключателей 4010 для подсоединения транспондеров 3440d обратной линии связи между вторым массивом 3425b антенных элементов пользовательской линии связи и вторым массивом 3415b антенных элементов фидерной линии связи. Альтернативно первый режим переключения для переключателей 4010 может использоваться для подсоединения транспондеров 3440d обратной линии связи между первым массивом 3425а антенных элементов пользовательской линии связи и вторым массивом 3415b антенных элементов фидерной линии связи, а второй режим переключения для переключателей 4010 может использоваться для подсоединения транспондеров 3440d обратной линии связи между вторым массивом 3425b антенных элементов пользовательской линии связи и первым массивом 3415а антенных элементов фидерной линии связи.
Транспондеры на ФИГ. 47А, 47В, 51А и 51В предназначены только для иллюстрации нескольких из многих возможных случаев сквозных ретрансляторов 3403, в которых применяется выбор тракта. Дополнительно некоторые случаи могут предполагать выбор тракта между более чем двумя массивами 3425 антенных элементов пользовательской линии связи или антенными подсистемами 3420 пользовательской линии связи и/или более чем двумя массивами 3415 антенных элементов фидерной линии связи или антенными подсистемами 3410 фидерной линии связи.
Сквозной ретранслятор 3403, как показано на ФИГ. 51А и 51В, может поддерживать множество зон 3460 покрытия пользователя с множеством зон 3450 AN. Как описано выше, может быть желательно остановить трафик конкретных географических областей в соответствующих им регионах. Например, сквозной ретранслятор 3403 с парными транспондерами или без них, аналогичными проиллюстрированным на ФИГ. 51А и 51В, может использовать первую зону 3450а AN в Северной Америке для предоставления услуги связи в первой зоне 3460а покрытия пользователя в Северной Америке и использовать вторую зону 3450b AN для предоставления услуги связи во второй зоне 3460b покрытия пользователя в Южной Америке, как проиллюстрировано на ФИГ. 50А. При использовании выбора тракта (например, переключения) в транспондерах один сквозной ретранслятор 3403 (например, один спутник) может обслуживать трафик, связанный с зоной 3460а покрытия пользователя в Северной Америке, используя AN 515 в зоне 3450а AN в Северной Америке (или используя AN 515 в зоне 3450b AN в Южной Америке), и обслуживать трафик, связанный с зоной 3460b покрытия пользователя в Южной Америке, используя AN 515 в зоне 3450b AN в Южной Америке (или используя AN 515 в зоне 3450а AN в Северной Америке). Пропускную способность можно гибко выделять для различных областей (например, между зонами 3460 покрытия пользователя в Северной и Южной Америках) путем динамической коррекции соотношения времени, выделяемого для соответствующих антенных подсистем.
На ФИГ. 50В проиллюстрирован второй возможный вариант развертывания, в котором используются множество зон 3450 AN и множество зон 3460 покрытия пользователя. Например, развертывание, показанное на ФИГ. 50В, может поддерживаться сквозным ретранслятором 3403, проиллюстрированным ФИГ. 51А и 51В. Как показано на ФИГ. 50В, сквозной ретранслятор 3403 с выбором тракта в транспондерах обслуживает трафик в первой зоне 3460а покрытия пользователя с помощью первой зоны 3450а AN и обслуживает трафик во второй зоне 3460b покрытия пользователя с помощью второй зоны 3450b AN. Поскольку первая зона 3450а AN не перекрывается с первой зоной 3460а покрытия пользователя, такие же или перекрывающиеся части ширины полосы могут использоваться для передачи данных по восходящей или нисходящей линиям связи между сквозным ретранслятором 3403 и пользовательскими терминалами или AN. Кроме того, в настоящем примере, поскольку зона 3450а AN или 3450b AN и соответствующая ей зона 3460а или 3460b покрытия пользователя соответственно не перекрываются, для синхронизации передачи от AN 515 может применяться специальный механизм обратной петли. Примеры механизмов обратной петли в виде закольцованных транспондеров описаны со ссылкой на ФИГ. 55А, 55В и 55С. Как показано на ФИГ. 63А, например, система может иметь общую доступную ширину полосы пропускания 6330а 3,5 ГГц для восходящей линии связи и ширину полосы пропускания 6325а 3,5 ГГц для нисходящей линии связи. В первой конфигурации переключения вся ширина полосы пропускания восходящей линии связи 3,5 ГГц (например, при использовании обеих из двух ортогональных поляризаций) может использоваться одновременно для передачи обратных сигналов 525 восходящей линии связи из первой зоны 3460а покрытия пользователя и для передачи прямых сигналов 521 восходящей линии связи из зоны 3450а AN. Аналогичным образом, вся ширина полосы пропускания нисходящей линии связи 3,5 ГГц (например, при использовании обеих из двух ортогональных поляризаций) может использоваться одновременно для передачи прямых сигналов 522 нисходящей линии связи в первую зону 3460а покрытия пользователя и для передачи обратных сигналов 527 нисходящей линии связи в первую зону 3450а AN. Вся ширина полосы пропускания восходящей линии связи и нисходящей линии связи также может использоваться во второй конфигурации переключения для второй зоны 3460b покрытия пользователя и второй зоны 3450b AN. Хотя для простоты описан случай с двумя зонами 3450 AN и двумя зонами 3460 покрытия пользователя со ссылкой на ФИГ. 50В, возможно использование любого подходящего числа зон 3450 AN и зон 3460 покрытия пользователя. Дополнительно аспекты, описанные выше в отношении одного кластера AN (например, мобильность, местоположение в водоеме и т.д.), могут применяться к одному или обоим из кластеров AN в настоящем примере.
В примере выше описывается зона 3450а AN, обслуживающая неперекрывающую зону 3460а покрытия пользователя. В качестве альтернативного примера зона 3450а AN может обслуживать зону 3460b покрытия пользователя (например, зона 3460 покрытия пользователя может содержать связанную с ней зону 3450 AN или ее некоторую часть). Аналогичный пример по существу описан со ссылкой на ФИГ. 50А в контексте первой зоны 3450а AN, размещенной в Северной Америке (например, которая может соответствовать зоне 3450а покрытия AN на ФИГ. 50В), обслуживающей зону 3460а покрытия пользователя, размещенную в Северной Америке, а вторая зона 3450b AN, размещенная в Южной Америке, обслуживает зону 3460b покрытия пользователя, размещенную в Южной Америке. Однако на ФИГ. 50В показано, что зоны 3460 покрытия пользователя, обслуживаемые разными зонами покрытия AN, также могут перекрываться для обеспечения единой зоны покрытия пользователя для конкретной области. В этом случае зоны 3460 покрытия пользователя могут использоваться в разные временные интервалы с использованием переключающихся транспондеров, проиллюстрированных ФИГ. 51А и 51В. Альтернативно зоны 3460а и 3460b покрытия пользователя могут обслуживаться одновременно зонами 3450а и 3450b узла доступа (либо путем обслуживания зоной 3450а узла доступа зоны 3460а покрытия пользователя при обслуживании зоной 3450b узла доступа зоны 3460b покрытия пользователя, либо путем обслуживания зоной 3450b узла доступа зоны 3460а покрытия пользователя при обслуживании зоной 3450а узла доступа зоны 3460b покрытия пользователя) при использовании множества трактов транспондеров, показанных на ФИГ. 49А и 49В. В этом случае ресурсы восходящей линии связи и нисходящей линии связи, используемые для пользовательских лучей в зонах 3460а и 3460b покрытия пользователя, могут быть ортогональными (иметь разные ресурсы частот, разные поляризации и т.д.) или пользовательские лучи в зонах 3460а и 3460b покрытия пользователя могут использовать одни и те же ресурсы (тот же диапазон частот и поляризацию), при этом помехи подавляются с помощью методик подавления помех, таких как адаптивное кодирование и модуляция (АСМ), подавление помех, пространственно-временное кодирование и т.п.
В качестве третьего примера в некоторых случаях зоны 3450а и 3450b покрытия AN комбинируются для обслуживания зоны 3460b покрытия пользователя (или зоны 3460а покрытия пользователя). В этом случае специальный механизм обратной петли может не быть необходим, поскольку подмножество AN 515 содержится в пределах зоны 3460 покрытия пользователя. В некоторых случаях AN 515 зон 3450а и 3450b покрытия AN могут рассматриваться как взаимодействующие в том смысле, что прямые сигналы 521 восходящей линии связи из каждой из зон 3450 покрытия AN могут комбинироваться для обслуживания одной зоны 519 покрытия пользовательских лучей. Альтернативно AN 515 зоны 3450а покрытия AN могут обслуживать первое подмножество зон 519 покрытия пользовательских лучей зоны 3460b покрытия пользователя, a AN 515 зоны 3450b покрытия AN могут обслуживать второе подмножество зон 519 покрытия пользовательских лучей зоны 3460b покрытия пользователя. В некоторых случаях этого примера может присутствовать некоторое перекрытие между первым и вторым подмножествами зон 519 покрытия пользовательских лучей (например, таким образом, что зоны 3450 покрытия AN могут считаться взаимодействующими в некоторых зонах 519 покрытия пользовательских лучей и не взаимодействующими в других). В качестве дополнительного примера зона 3450а покрытия AN может обслуживать зону 3460b покрытия пользователя в первый интервал времени (или набор интервалов времени), а зона 3450b покрытия AN может обслуживать зону 3460b покрытия пользователя во второй интервал времени (или набор интервалов времени). В некоторых примерах зоны 3450а и 3450b покрытия AN могут взаимодействовать для обслуживания зоны 3460b покрытия пользователя в первый(-ые) временной(-ые) интервал(-ы) и могут взаимодействовать для обслуживания зоны 3460а покрытия пользователя во второй(-ые) временной(-ые) интервал(-ы).
В общем случае характеристики сквозного ретранслятора 3403, описанного по ФИГ. 41, позволяют обслуживать по меньшей мере одну зону 3460 покрытия пользовательских лучей с использованием AN 515, географически распределенных в пределах по меньшей мере одной зоны 3450 AN, которая является физической зоной, отличной от зоны 3460 покрытия пользовательских лучей. В некоторых случаях кластер(-ы) AN может (могут) обеспечивать высокую пропускную способность для большой зоны 3460 покрытия пользователя. На ФИГ. 45A-45F, 46А, 46В, 48А, 48В, 50А и 50В показаны различные примеры таких реализаций кластера AN. Развертывание большого числа AN 515 в относительно небольшой географической зоне может обеспечивать ряд преимуществ. Например, можно будет проще обеспечить развертывание большего числа (или даже всех) AN 515 ближе к высокоскоростной сети (например, в области с возможностью обеспечения хорошего оптоволоконного соединения с CPS 505) в пределах границ одной страны или области, в зонах доступа и т.д. с меньшим отклонением от идеального распределения AN 515. Реализация обособленного обслуживания зон покрытия с выбором тракта (например, как на ФИГ. 47А и 47В) может обеспечить дополнительные возможности. Например, как описано выше, для избирательного обслуживания множества зон 3460 покрытия пользователя может использоваться один кластер AN (и один сквозной ретранслятор 3403). Аналогичным образом, один сквозной ретранслятор 3403 может использоваться для различения и обслуживания трафика по регионам.
В некоторых случаях обособленное обслуживание зон покрытия с выбором тракта может обеспечивать различные функции управления помехами и/или управления пропускной способностью. Например, опять же, на ФИГ. 48А и 48В могут рассматриваться четыре категории линий связи: связь по прямой линии связи из кластера AN в западную активную зону 3460а покрытия пользователя («линия связи А»); связь по прямой линии связи из кластера AN в восточную активную зону 3460b покрытия пользователя («линия связи В»); связь по обратной линии связи из западной активной зоны 3460а покрытия пользователя в кластер AN («линия связи С»); и связь по обратной линии связи из восточной активной зоны 3460b покрытия пользователя в кластер AN («линия связи D»). В первый интервал времени активна восточная зона 3460b покрытия пользователя, так что связь осуществляется по линии связи В и линии связи D. Поскольку существует полное перекрытие между зоной 3450 AN и восточной зоной 3460b покрытия пользователя, между линиями связи В и D потенциально могут возникать помехи. Соответственно, в первый интервал времени для линии связи В может быть выделена первая часть ширины полосы (например, 2 ГГц), а для линии связи D может быть выделена вторая часть ширины полосы (например, 1,5 ГГц). Во второй интервал времени активна западная зона 3460а покрытия пользователя, так что связь осуществляется по линии связи А и линии связи С. Поскольку между зоной 3450 AN и западной зоной 3460а покрытия пользователя перекрытие отсутствует, во второй интервал времени между линиями связи А и С можно использовать полную ширину полосы (например, 3,5 ГГц) сквозного ретранслятора 3403. Например, в первый интервал времени прямые сигналы 521 восходящей линии связи могут приниматься с использованием первого диапазона частот, а обратные сигналы 525 восходящей линии связи могут приниматься с использованием второго диапазона частот, отличного от первого диапазона частот; а во второй интервал времени прямые сигналы 521 восходящей линии связи и обратные сигналы 525 восходящей линии связи могут приниматься с использованием одного и того же диапазона частот (например, первого, второго или другого диапазона частот). В некоторых случаях может быть реализовано повторное использование частоты как в первый, так и во второй интервалы времени с использованием других методик подавления помех в первый интервал времени. В некоторых случаях может быть выбрана синхронизация выбора тракта для компенсации такой разницы в выделении ширины полосы в разные интервалы времени. Например, первый интервал времени может быть длиннее второго интервала времени, так что для линий связи В и D выделяется меньшая ширина полосы в течение большего периода времени, чтобы по меньшей мере частично компенсировать выделение для линий связи А и С большей ширины полосы в течение более короткого периода времени. Другие альтернативные варианты выделения частот описаны ниже.
В некоторых случаях первые обратные сигналы 525 восходящей линии связи принимаются в первый интервал времени с помощью множества взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426а пользовательской линии связи от первой части множества пользовательских терминалов 517, географически распределенных по всей первой зоне 3460 покрытия пользователя (например, восточной зоне 3460b покрытия пользователя) или по ее некоторой части, а вторые обратные сигналы 525 восходящей линии связи принимаются во второй интервал времени с помощью множества взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426b пользовательской линии связи от второй части множества пользовательских терминалов 517, географически распределенных по всей второй зоне 3460 покрытия пользователя (например, западной зоне 3460а покрытия пользователя) или по ее некоторой части. Когда зона 3450 AN (кластер AN) представляет собой подмножество первой зоны 3460b покрытия пользователя (например, как проиллюстрировано на ФИГ. 48В), синхронизация AN 515 может калиброваться с помощью сквозного ретранслятора 3403 в первый интервал времени (например, когда существует перекрытие между зоной 3460b покрытия пользователя и зоной 3450 AN).
Как описано выше, некоторые случаи могут включать в себя определение соответствующей относительной регулировки синхронизации для каждого из множества AN 515, так чтобы связанные передачи от множества AN 515 достигали сквозного ретранслятора 3403 синхронно (например, с достаточной степенью скоординированной синхронизации относительно продолжительности символа, которая, как правило, представляет собой долю продолжительности символа, например 10%, 5%, 2% или другое подходящее значение). В таких случаях прямые сигналы 521 восходящей линии связи передаются множеством AN 515 согласно соответствующим относительным регулировкам синхронизации. В некоторых таких случаях сигнал синхронизации радиомаяка (например, PN-сигнал, генерируемый генератором сигналов радиомаяка, как описано выше) принимается по меньшей мере некоторыми из множества AN 515 от сквозного ретранслятора 3403, а соответствующие относительные регулировки синхронизации определяются в соответствии с сигналом синхронизации радиомаяка. В других таких случаях некоторые или все из AN 515 могут принимать закольцованные передачи от сквозного ретранслятора 3403, а соответствующие относительные регулировки синхронизации определяются в соответствии с закольцованными передачами. Применение различных подходов к калибровке AN 515 может зависеть от способности AN 515 осуществлять связь со сквозным ретранслятором 3403. Соответственно, в некоторых случаях калибровка AN 515 может быть выполнена только в интервалы времени, во время которых происходит облучение соответствующих зон покрытия. Например, закольцованные передачи посредством антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи могут использоваться только в интервалы времени, во время которых существует некоторое перекрытие между зоной 3450 AN и зоной 3460 покрытия пользователя (например, AN 515 осуществляют связь по закольцованному лучу, который может использовать как антенную подсистему 3410 фидерной линии связи, так и антенную подсистему 3420 пользовательской линии связи сквозного ретранслятора 3403). В некоторых случаях правильная калибровка может дополнительно зависеть от некоторого перекрытия между диапазоном частот фидерной нисходящей линии связи и диапазоном частот пользовательской нисходящей линии связи.
Как описано выше, сквозной ретранслятор 3403 с избирательно соединяемыми транспондерами, такими как проиллюстрированные на ФИГ. 49А, 49В, 51А и 51В, или без них может обслуживать пользовательские терминалы в пределах первой зоны 3460 покрытия пользователя, используя AN 515 в пределах первой зоны 3450 AN, которая перекрывается с первой зоной 3460 покрытия пользователя (например, обе в Северной Америке), а также обслуживать пользовательские терминалы в пределах второй зоны 3460 покрытия пользователя, используя AN 515 в пределах второй зоны 3450 AN, которая перекрывается со второй зоной 3460 покрытия пользователя (например, обе в Южной Америке). Альтернативно сквозной ретранслятор 3403, аналогичный показанному на ФИГ. 51А и 51В, может обслуживать пользовательские терминалы в пределах первой зоны 3460 покрытия пользователя, используя AN 515 в пределах первой зоны 3450 AN, которая не перекрывается с первой зоной 3460 покрытия пользователя, а также обслуживать пользовательские терминалы в пределах второй зоны 3460 покрытия пользователя, используя AN 515 в пределах второй зоны 3450 AN, которая не перекрывается со второй зоной 3460 покрытия пользователя, как показано на ФИГ. 50В. Как также показано на ФИГ. 50В, первая и вторая зоны 3460 покрытия пользователя могут быть выполнены с возможностью по меньшей мере частичного перекрытия друг с другом для обеспечения непрерывной зоны покрытия для данной области (например, области CONUS, видимой зоны покрытия Земли и т.д.). Возможны также и другие аналогичные варианты реализации.
Система, описанная со ссылкой на ФИГ. 50В, может, например, включать в себя формирователь 529 прямых лучей, который генерирует специфический для узла доступа прямой сигнал для каждого из множеств AN 515 в пределах зон 3450 AN. Каждый из множества AN 515 в пределах данной зоны 3450 AN может получать специфический для узла доступа прямой сигнал от формирователя 529 прямых лучей (например, посредством распределительной сети 518) в интервал времени, когда данный кластер AN активен, и передавать соответствующий прямой сигнал 521 восходящей линии связи на сквозной ретранслятор 3403. Временной интервал, в который данный кластер AN активен, может включать в себя один или более квантов времени, если используется архитектура формирователя лучей с квантованием времени, как описано выше.
Как описано выше, система может включать в себя средство для предварительной коррекции прямых сигналов 521 восходящей линии связи для компенсации, например, соответствующих задержек распространения сигнала, сдвигов фазы и т.д. между соответствующими AN и сквозным ретранслятором 3403. В некоторых случаях предварительная коррекция может выполняться формирователем 529 прямых лучей. Дополнительно или альтернативно предварительная коррекция может выполняться самими AN 515. В качестве примера каждый из AN 515 может передавать сигнал радиомаяка узла доступа на сквозной ретранслятор 3403 и принимать сигналы от сквозного ретранслятора 3403, включающие в себя сигнал радиомаяка ретранслятора и ретранслированный сигнал радиомаяка узла доступа (например, ретранслированный от сквозного ретранслятора 3403). В этом примере каждый AN 515 может корректировать свой соответствующий прямой сигнал 521 восходящей линии связи (например, может корректировать информацию о синхронизации и/или фазе, связанную с передачей сигнала) на основе ретранслированного сигнала радиомаяка узла доступа. В качестве примера AN 515 может корректировать прямой сигнал 521 восходящей линии связи, чтобы синхронизация и фаза ретранслированного сигнала радиомаяка узла доступа были согласованы с принятым сигналом радиомаяка ретранслятора. В некоторых случаях сигналы, описанные в данном примере (например, сигнал радиомаяка узла доступа, сигнал радиомаяка ретранслятора и ретранслированный сигнал радиомаяка узла доступа), могут приниматься или передаваться посредством антенной подсистемы 3410 фидерной линии связи, как описано выше. Таким образом, в некоторых случаях, хотя они и не показаны, сквозной ретранслятор 3403 содержит передатчик сигнала радиомаяка. Передатчик сигналов радиомаяка может быть реализован так, как описано выше, со ссылкой на генератор сигналов радиомаяка и модуль 424 поддержки калибровки на ФИГ. 15.
Хотя в некоторых частях из описания выше приводились методики сквозного формирования луча между одной активной зоной 3450 AN (например, выбранной из двух или более зон 3450 AN) и одной активной зоной 3460 покрытия пользователя (например, выбранной из двух или более зон 3460 покрытия пользователя), в некоторых случаях может быть желательно использовать множество разных зон 3450 AN одновременно (например, совместно) для оказания услуг в одной зоне 3460 покрытия пользователя. Пример такой системы показан в отношении ФИГ. 50С, на котором показаны зоны 3450а и 3450b AN, а также зона 3460 покрытия пользователя.
Как показано на ФИГ. 50С, пример системы может включать в себя множество кластеров AN (например, два относительно плотных кластера AN). Каждый кластер AN может содержать множество AN 515, географически распределенных в пределах соответствующей зоны 3450 AN, где каждый AN 515 может работать так, чтобы передавать соответствующий предварительно скорректированный прямой сигнал 521 восходящей линии связи на сквозной ретранслятор 3403. Множество кластеров AN могут использоваться совместно для обеспечения обслуживания пользовательских терминалов 517 в пределах зоны 3460 покрытия пользователя. Множество кластеров AN могут применяться совместно с использованием различных методик. В одном примере в сквозном ретрансляторе 3403 может применяться антенная подсистема 3410 фидерной линии связи, содержащая один массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи и многоэлементный отражатель, который облучает множество кластеров AN.
На ФИГ. 57 проиллюстрирована антенная подсистема 3410с фидерной линии связи, содержащая один массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи и многоэлементный отражатель 5721. Каждая из множества областей многоэлементного отражателя 5721 может иметь фокальную точку 1523 (которая может располагаться на том же или на другом расстоянии от многоэлементного отражателя). Первый пример проиллюстрирован на ФИГ. 57, где многоэлементный отражатель 5721 имеет одну фокальную точку (или область) 1523а. Массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи может быть расположен в расфокусированной точке многоэлементного отражателя. Как проиллюстрировано, массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи размещен внутри фокальной точки 1523а (т.е. находится ближе к многоэлементному отражателю 5721, чем фокальная точка 1523а). Альтернативно массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи может быть размещен за пределами фокальной точки 1523а (т.е. массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи может быть дальше от многоэлементного отражателя 5721, чем фокальная точка 1523а). Второй пример проиллюстрирован на ФИГ. 57, где многоэлементный отражатель 5721 имеет две фокальные точки (или области) 1523b и 1523с. В настоящем примере массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи проиллюстрирован как размещенный внутри фокальных точек 1523b и 1523с. Альтернативно массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи может быть размещен за пределами фокальных точек 1523b и 1523с. В еще одном варианте осуществления массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи может быть размещен внутри одной фокальной точки (например, фокальной точки 1523b) и за пределами другой фокальной точки (например, фокальной точки 1523с). В некоторых случаях фокальная точка 1523b может быть связана с верхней частью многоэлементного отражателя 5721, а фокальная точка 1523с связана с нижней частью многоэлементного отражателя 5721. Альтернативно фокальная точка 1523b может быть связана с нижней частью многоэлементного отражателя 5721, а фокальная точка 1523с связана с верхней частью многоэлементного отражателя 5721. Массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи может включать в себя составляющие передающие элементы 3419 фидерной линии связи и составляющие приемные элементы 3416 фидерной линии связи, которые в некоторых случаях могут быть одними и теми же антенными элементами (например, с разными поляризациями или частотами, используемыми для передачи и приема, и т.д.).
В направлении передачи выходной сигнал составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи может отражаться от отражателя 5721 для формирования первой группы 5705а лучей, которая излучает в первой зоне 3450 AN (например, зоне 3450а AN на ФИГ. 50С), и второй группы лучей 5705b, которая отражается во вторую зону 3450 AN (например, зону 3450b AN на ФИГ. 50С). Хотя это не показано, в направлении приема сигналы из первой зоны 3450а AN и из второй зоны 3450b AN могут отражаться на составляющие приемные элементы 3416 фидерной линии связи массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи с использованием многоэлементного отражателя 5721.
Как показано на ФИГ. 50С, множество зон 3450 AN могут использоваться независимо или вместе (например, совместно). Например, AN только одной из зоны 3450а или 3450b AN могут быть активированы в заданный момент времени, а коэффициенты формирования луча могут генерироваться для формирования зон 519 покрытия пользовательских лучей в пределах зоны 3460 покрытия пользователя от AN 515 активного кластера AN. Альтернативно коэффициенты формирования луча могут генерироваться для формирования пользовательских лучей в пределах зоны 3460 покрытия пользователя при одновременном использовании обоих кластеров AN (например, совместно). В прямом направлении формирователь 529 прямых лучей может применять коэффициенты формирования лучей (например, путем матричного произведения между сигналами прямого луча и матрицей весовых коэффициентов прямого луча) для получения множества специфических для узла доступа прямых сигналов для AN 515 в пределах обоих кластеров для генерации требуемых прямых пользовательских лучей. В обратном направлении формирователь 531 обратных лучей может получать комбинированные обратные сигналы от AN 515 в пределах обоих кластеров и применять матрицу весовых коэффициентов обратного луча для формирования сигналов обратного луча, связанных с обратными пользовательскими лучами.
В некоторых случаях зоны 3450а и 3450b AN могут быть неперекрывающимися (например, несвязными). Альтернативно зоны 3450а и 3450b AN могут быть (например, по меньшей мере частично) перекрывающимися. Дополнительно по меньшей мере одна из зон 3450а и 3450b AN может по меньшей мере частично перекрываться с зоной 3460 покрытия пользователя. Альтернативно по меньшей мере одна из зон 3450а и 3450b AN может быть неперекрывающейся (например, несвязной) с зоной 3460 покрытия пользователя. Как описано выше, в некоторых случаях по меньшей мере один из AN 515 в одной или обеих зонах 3450а или 3450b AN может быть размещен на мобильной платформе и/или в водоеме.
Как показано на ФИГ. 50В или 50С, каждая из множества зон 3450 AN может облучаться с использованием отдельного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи. В некоторых случаях отдельные массивы 3415 антенных элементов фидерной линии связи могут использоваться одновременно (например, множество зон 3450 AN могут использоваться совместно) для поддержки при предоставлении обслуживания для одной зоны 3460 покрытия пользователя. Как опять же показано на ФИГ. 50С, сквозной ретранслятор 3403 может содержать отдельные массивы 3415 антенных элементов фидерной линии связи, излучающие в каждой из зон 3450а и 3450b AN. В некоторых примерах сквозной ретранслятор 3403 может иметь отдельные антенные подсистемы 3410 фидерной линии связи, где каждая антенная подсистема 3410 фидерной линии связи включает в себя массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи и отражатель. На ФИГ. 56А показан сквозной ретранслятор 3403, содержащий антенную подсистему 3410а фидерной линии связи, которая включает в себя первый массив 3415а антенных элементов фидерной линии связи, излучающий в первой зоне 3450а AN с помощью первого отражателя 5621а, и второй массив 3415b антенных элементов фидерной линии связи, излучающий во второй зоне 3450b AN с помощью второго отражателя 5621b. Каждый из первого и второго массивов 3415а и 3415b антенных элементов фидерной линии связи могут включать в себя составляющие приемные элементы фидерной линии связи 3416 и составляющие передающие элементы фидерной линии связи 3419. На ФИГ. 56В показана антенная подсистема 3410b фидерной линии связи, которая включает в себя первый массив 3415а антенных элементов фидерной линии связи и второй массив 3415b антенных элементов фидерной линии связи, которые излучают сигнал в соответствующих зонах 3450 AN посредством одного отражателя 5621. Как проиллюстрировано на ФИГ. 56В, массивы 3415 элементов фидерной линии связи могут быть размещены в расфокусированных положениях относительно фокальной точки 1523 отражателя 5621. Хотя массивы 3415 элементов фидерной линии связи отображаются как размещенные за пределами фокальной точки 1523 отражателя 5621, они могут альтернативно быть размещены ближе к отражателю 5621, чем фокальная точка 1523.
Аналогичным образом, множество зон 3460 покрытия пользователя могут быть реализованы с использованием отдельных массивов 3425 антенных элементов пользовательской линии связи либо с отдельными отражателями (аналогично ФИГ. 56А), либо с одним отражателем (аналогично ФИГ. 56В). Таким образом, можно развернуть множество зон 3450 AN и множество зон 3460 покрытия пользователя на ФИГ. 50В с использованием любой комбинации одного отражателя фидерной линии связи или множества отражателей фидерной линии связи, а также одного отражателя пользовательской линии связи или множества отражателей пользовательской линии связи. В другом примере развертывание, аналогичное показанному на ФИГ. 50В, может быть достигнуто с помощью отражателей, используемых совместно фидерными линиями связи и пользовательскими линиями связи, с использованием разных полос частот для фидерной линии связи и пользовательской линии связи. Например, один массив антенных элементов может содержать составляющие элементы фидерной линии и составляющие элементы пользовательской линии связи (например, на схеме с перемежением, такой как показанная на ФИГ. 62). Фидерная линия связи может использовать диапазон частот, который выше (например, более чем в 1,5 или 2 раза выше), чтобы обеспечить более высокий коэффициент усиления при использовании общего отражателя. В одном примере в пользовательской линии связи может использоваться диапазон (или диапазоны) частот из K/Ka-полос (например, около 30 ГГц), а в фидерной линии связи может (могут) использоваться диапазон(-ы) частот из V/W-полос (например, около 60 ГГц). Вследствие того, что на более высоких частотах луч более узкий, зона 3450 AN, совместно использующая общий массив антенных элементов (и, следовательно, отражатель), будет иметь меньшую площадь (и будет концентрической с зоной покрытия пользователя), чем зона покрытия пользователя. Таким образом, одна антенная подсистема, включающая в себя один массив антенных элементов и отражатель, может использоваться для излучения сигнала в зоне 3450а покрытия пользователя и зоне 3450b AN, а вторая антенная подсистема, включающая в себя один массив антенных элементов и отражатель, может использоваться для излучения сигнала в зоне 3450b покрытия пользователя и зоне 3450а AN. В еще одном примере развертывания, аналогичного ФИГ. 50В, одна антенная подсистема может включать в себя один отражатель и два массива антенных элементов, как показано на ФИГ. 56В, где каждый массив антенных элементов включает в себя составляющие элементы фидерной линии связи и составляющие элементы пользовательской линии связи.
Как опять же показано на ФИГ. 56В, в некоторых случаях первый массив 3415а антенных элементов фидерной линии связи может быть соединен с первым подмножеством множества трактов приема/передачи сигнала, связанным со сквозным ретранслятором 3403, а второй массив 3415b антенных элементов фидерной линии связи может быть соединен со вторым подмножеством множества трактов приема/передачи сигнала. Таким образом, первый набор прямых сигналов 521 восходящей линии связи из кластера AN, содержащего зону 3450а AN, может переноситься посредством первого подмножества множества трактов приема/передачи сигнала, связанных со сквозным ретранслятором 3403. Кроме того, второй набор прямых сигналов 521 восходящей линии связи из кластера AN, содержащего зону 3450b AN, может переноситься посредством второго подмножества множества трактов приема/передачи сигнала. В некоторых случаях оба из первого и второго наборов прямых сигналов восходящей линии связи могут способствовать формированию прямого пользовательского луча, связанного с по меньшей мере одной из множества зон 519 покрытия прямых пользовательских лучей в зоне 3460 покрытия пользователя.
На ФИГ. 52А и 52В показаны примеры трактов приема/передачи прямых и обратных сигналов для совместного использования во множестве кластеров AN, где каждый кластер AN связан с отдельным массивом 3415 антенных элементов фидерной линии связи. На ФИГ. 52А показан пример тракта 5200 прохождения прямого сигнала. Тракт 5200 прохождения прямого сигнала включает в себя первый транспондер 3430е прямой линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3416а фидерной линии связи первого массива 3415а антенных элементов фидерной линии связи и первым составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи, и второй транспондер 3430е прямой линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3416b фидерной линии связи второго массива 3415b антенных элементов фидерной линии связи и вторым составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи того же массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи. Сквозной ретранслятор 3403 может содержать первый набор транспондеров 3420 прямой линии связи, соединенных так, как показано на примере первого транспондера 3430е прямой линии связи, и второй набор транспондеров 3430 прямой линии связи, соединенных так, как показано на примере второго транспондера 3430е прямой линии связи. Таким образом, составляющие приемные элементы 3416а фидерной линии связи первого массива 3415а антенных элементов фидерной линии связи могут быть соединены посредством первого набора транспондеров 3430е прямой линии связи с первым подмножеством составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи, а составляющие приемные элементы 3416b фидерной линии связи второго массива 3415b антенных элементов фидерной линии связи могут быть соединены посредством второго набора транспондеров 3430е прямой линии связи со вторым подмножеством составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи того же массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи. Первый и второй наборы составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи могут быть пространственно перемежающимися (например, могут чередоваться в строках и/или столбцах и т.д.) в рамках массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи (например, как показано на ФИГ. 62).
На ФИГ. 52В проиллюстрирован пример тракта 5250 прохождения обратного сигнала. Тракт 5250 прохождения обратного сигнала включает в себя первый транспондер 3440е обратной линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3426а пользовательской линии связи массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи и первым составляющим передающим элементом 3419а фидерной линии связи первого массива 3415а антенных элементов фидерной линии связи. Тракт 5250 прохождения обратного сигнала также включает в себя второй транспондер 3440е обратной линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3426b пользовательской линии связи того же массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи и вторым составляющим передающим элементом 3419b фидерной линии связи второго массива 3415b антенных элементов фидерной линии связи. Сквозной ретранслятор 3403 может содержать первый набор транспондеров 3440 обратной линии связи, соединенных так, как показано на примере первого транспондера 3440е обратной линии связи, и второй набор транспондеров 3440 обратной линии связи, соединенных так, как показано вторым транспондером 3440е обратной линии связи. Таким образом, первое подмножество составляющих приемных элементов 3426а пользовательской линии связи массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи может быть соединено посредством первого набора транспондеров 3440е обратной линии связи с составляющим передающим элементом 3419а фидерной линии связи массива 3415а антенных элементов фидерной линии связи, а второе подмножество составляющих приемных элементов 3426b пользовательской линии связи того же самого массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи может быть соединено посредством второго набора транспондеров 3440е обратной линии связи с составляющим передающим элементом 3419b фидерной линии связи второго массива 3415b антенных элементов фидерной линии связи. Как описано выше, составляющие приемные элементы 3426 пользовательской линии связи и составляющие передающие элементы 3429 пользовательской линии связи могут быть одними и теми же физическими антенными элементами. Аналогичным образом, составляющие приемные элементы 3416 фидерной линии связи и составляющие передающие элементы 3419 фидерной линии связи данного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи могут быть одними и теми же физическими антенными элементами.
Первый и второй наборы составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи могут быть пространственно перемежающимися (например, могут чередоваться по строкам и/или столбцам и т.д.) в рамках массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи. На ФИГ. 62 показан пример массива 6200 антенных элементов с пространственно перемежающимися подмножествами составляющих антенных элементов 6205. Хотя каждый составляющий антенный элемент 6205 показан в виде кольцевого антенного элемента, а перемежающиеся подмножества показаны в виде чередующихся строк, составляющие антенные элементы 6205 могут иметь любую форму (например, квадратную, шестиугольную и т.д.) и могут быть размещены любым подходящим образом (например, в виде чередующихся строк или столбцов, в шахматном порядке и т.д.). Каждый составляющий антенный элемент 6205 может являться примером составляющего приемного элемента 3416 пользовательской линии связи, или составляющего передающего элемента 3419 пользовательской линии связи, или обоих (например, элемента, используемого как для передачи, так и для приема).
Как показано на ФИГ. 52А и 52В, где массив 3425 антенных элементов пользовательской линии связи реализован в виде массива 6200 антенных элементов на ФИГ. 62, первый набор транспондеров 3430е прямой линии связи может быть выполнен с возможностью соединения выхода транспондера с одним из первого набора антенных элементов 6205а пользовательской линии связи, а второй набор транспондеров 3430е прямой линии связи может быть выполнен с возможностью соединения каждого выхода транспондера с одним из второго набора антенных элементов 6205b пользовательской линии связи. Кроме того, вход каждого из первого набора транспондеров 3440е обратной линии связи может быть соединен с одним из первого набора антенных элементов 6205а пользовательской линии связи, а вход каждого из второго набора транспондеров 3440е обратной линии связи может быть соединен с одним из второго набора антенных элементов 6205b пользовательской линии связи.
В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 включает в себя большое число транспондеров, например 512 транспондеров 3430 прямой линии связи и 512 транспондеров 3440 обратной линии связи (например, всего 1024 транспондера). Таким образом, первый набор транспондеров 343Ое прямой линии связи на ФИГ. 52А может включать в себя 256 транспондеров, и второй набор транспондеров 3430е прямой линии связи может включать в себя 256 транспондеров.
В некоторых случаях поддержка использования множества кластеров AN обеспечивается за счет характеристик транспондеров, связанных со сквозным ретранслятором 3403. Дополнительно или альтернативно поддержка использования множества кластеров AN может быть обеспечена за счет использования одного или более сконструированных соответствующим образом отражателей. Некоторые примеры транспондеров описаны выше (например, в отношении ФИГ. 49А, 49В, 51А, 51В, 52А и 52В). Дополнительные примеры конструкций транспондеров описаны ниже. Следует понимать, что методики, описанные со ссылкой на любой один пример транспондеров 3430 прямой линии связи и транспондеров 3440 обратной линии связи, в некоторых случаях могут быть применимы к любому другому примеру транспондера. Дополнительно компоненты транспондеров могут быть перегруппированы любым подходящим образом без отклонения от объема раскрытия.
Только одна поляризация трактов приема/передачи (например, транспондера с поперечным полюсом) показана на ФИГ. 49А, 49В, 52А и 52В для наглядности. Например, транспондер 3430 прямой линии связи принимает прямой сигнал 521 восходящей линии связи на частоте восходящей линии связи с левой круговой поляризацией (LHCP) и выводит прямой сигнал 522 нисходящей линии связи на частоте нисходящей линии связи с правой круговой поляризацией (RHCP); и каждый транспондер 3440 обратной линии связи принимает обратный сигнал 525 восходящей линии связи на частоте восходящей линии связи с правой круговой поляризацией (RHCP) и выводит обратный сигнал 527 нисходящей линии связи на частоте нисходящей линии связи с левой круговой поляризацией (LHCP). В других случаях некоторые или все транспондеры могут обеспечивать двухполюсную пару трактов прохождения сигнала. Например, транспондеры 3430 прямой линии связи и транспондеры 3440 обратной линии связи могут принимать сигналы восходящей линии связи на одной частоте или на разных частотах восходящей линии связи с обеими поляризациями (LHCP и RHCP) и могут выводить сигналы нисходящей линии связи на одной частоте или на разных частотах нисходящей линии связи с обеими поляризациями (RHCP и LHCP). Например, такие случаи могут позволить множеству систем работать параллельно с применением методик подавления помех любого подходящего типа (например, с использованием временного разделения, частотного разделения и т.д.). В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 включает в себя большое число транспондеров, например 512 транспондеров 3430 прямой линии связи и 512 транспондеров 3440 обратной линии связи (например, всего 1024 транспондера). В других реализациях могут использоваться меньшие количества транспондеров, например 10 или любое другое подходящее число. В некоторых случаях антенные элементы реализуются в виде полнодуплексных конструкций, так что каждый приемный антенный элемент использует конструкцию совместно с соответствующим передающим антенным элементом. Например, каждый проиллюстрированный антенный элемент может быть реализован в виде двух из четырех волноводных портов излучающей конструкции, выполненной с возможностью как передачи, так и приема сигналов. В некоторых случаях только элементы фидерной линии связи или только элементы пользовательской линии связи являются полнодуплексными. В других реализациях могут использоваться разные типы поляризации. Например, в некоторых реализациях транспондеры могут быть подсоединены между приемным антенным элементом и передающим антенным элементом с одинаковой полярностью.
Как пример транспондера 3430 прямой линии связи, так и пример транспондера 3440 обратной линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710, канальных усилителей 3715, устройств 3720 сдвига фазы, усилителей мощности 3725 (например, TWTA, SSPA и т.д.) и фильтров 3730 гармоник. В двухполюсных реализациях, как показано, каждый полюс имеет свой собственный тракт прохождения сигнала со своим собственным набором компонентов транспондера. В некоторых реализациях может использоваться большее или меньшее число компонентов. Например, применение преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710 может быть целесообразным в случаях, когда частоты восходящей и нисходящей линий связи различаются. В качестве одного примера каждый транспондер 3430 прямой линии связи может принимать входной сигнал в первом диапазоне частот и может выводить сигнал во втором диапазоне частот; и каждый транспондер 3440 обратной линии связи может принимать входной сигнал в первом диапазоне частот и может выводить сигнал во второй полосе частот. Дополнительно или альтернативно каждый транспондер 3430 прямой линии связи может принимать входной сигнал в первом диапазоне частот и может выводить сигнал во втором диапазоне частот; а каждый транспондер 3440 обратной линии связи может принимать входной сигнал во втором диапазоне частот и может выводить сигнал в первом диапазоне частот.
В качестве примера транспондеры на ФИГ. 52А и 52В могут быть реализованы в системе, аналогичной показанной на ФИГ. 50С. В этом примере некоторые или все из AN 515 в зоне 3450а AN могут передавать прямые сигналы 521 восходящей линии связи скоординированно с некоторыми или со всеми из AN 515 в зоне 3450b AN. Прямые сигналы восходящей линии связи от двух кластеров AN могут, таким образом, комбинироваться для обслуживания пользовательских терминалов в зоне 3460 покрытия пользователя. В этом примере некоторые кластеры AN могут влиять только на некоторые антенные элементы пользовательской линии связи (например, некоторые кластеры AN могут быть связаны с подмножеством составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи, которые могут быть соединены с соответствующим подмножеством составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи). Хотя в приведенном выше примере рассматривается использование двух кластеров, возможны и другие варианты осуществления, при которых также используется большее число кластеров.
Другой пример тракта 5300 прохождения прямого сигнала показан на ФИГ. 53А. Тракт 5300 прохождения прямого сигнала может включать в себя некоторую комбинацию из МШУ 3705а, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710а, канальных усилителей 3715а, устройств 3720а сдвига фазы, усилителей 3725а мощности (например, TWTA, SSPA и т.д.) и фильтров 3730а гармоник. Входная сторона транспондера 3430f прямой линии связи избирательно соединяется с одним из составляющих приемных элементов 3416а или 3416b фидерной линии связи (например, с использованием переключателя 4010b или любого другого подходящего средства выбора тракта). Каждый составляющий приемный элемент 3416а или 3416b фидерной линии связи может представлять собой часть отдельного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи (например, каждую часть отдельного массива 3415 взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи). Выходная сторона транспондера 3430f прямой линии связи соединена с составляющим передающим элементом 3429 массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи (например, которая является частью подсистемы 3420 антенных элементов пользовательской линии связи). Один или более контроллеров 4070 переключения (не показаны) могут быть включены в сквозной ретранслятор 3403 для выбора между некоторыми или всеми из возможных трактов прохождения сигнала, обеспечиваемых транспондером 3430f прямой линии связи. Таким образом, там, где пример транспондера 3430b на ФИГ. 47А позволяет осуществлять, например, избирательное подсоединение между одним составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи и множеством составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи, пример транспондера 3430f на ФИГ. 53А позволяет осуществлять, например, избирательное подсоединение между множеством составляющих приемных элементов 3416а, 3416b фидерной линии связи и одним составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи.
Пример тракта 5350 прохождения обратного сигнала показан на ФИГ. 53В. Тракт 5350 похождения обратного сигнала может включать в себя некоторую комбинацию из МШУ 3705b, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710b, канальных усилителей 3715b, устройств 3720b сдвига фазы, усилителей 3725b мощности (например, TWTA, SSPA и т.д.) и фильтров 3730b гармоник. Выходная сторона транспондера 3440f обратной линии связи избирательно соединяется с одним из составляющих передающих элементов 3419а или 3419b фидерной линии связи (например, с использованием переключателя 4010а или любого другого подходящего средства выбора тракта). Каждый составляющий передающий элемент 3419а или 3419b фидерной линии связи может являться частью отдельного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи (например, каждой частью отдельного массива 3415 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи). Входная сторона транспондера 3440f обратной линии связи соединяется с составляющим приемным элементом 3426 массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи (например, который является частью подсистемы 3420 антенных элементов пользовательской линии связи). Один или более контроллеров 4070 переключения (не показаны) могут быть включены в сквозной ретранслятор 3403 для выбора между некоторыми или всеми из возможных трактов прохождения сигнала, обеспечиваемых транспондером 3440f обратной линии связи. Таким образом, там, где пример транспондера 3440b обратной линии связи на ФИГ. 47В позволяет осуществлять, например, избирательное подсоединение между одним составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи и множеством составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи, пример транспондера 3440f на ФИГ. 53В позволяет осуществлять, например, избирательное подсоединение между одним составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и множеством составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи.
В качестве примера транспондер 3430f прямой линии связи на ФИГ. 53А может быть реализован в системе, аналогичной показанной на ФИГ. 50С. В этом примере некоторые или все из AN 515 в зоне 3450а AN могут передавать прямые сигналы 521 восходящей линии связи в первый интервал времени. Некоторые или все из AN 515 в зоне 3450b AN могут передавать прямые сигналы 521 восходящей линии связи во второй интервал времени. Используя некоторые подходящие средства выбора тракта (например, переключатель), транспондер 3430f прямой линии связи может принимать входные сигналы из зоны 3450а AN (например, посредством первого массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416а фидерной линии связи) в первый интервал времени, а из зоны 3450b AN (например, посредством второго массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416b фидерной линии связи) - во второй интервал времени. В некоторых таких сценариях каждая зона 3450 AN может включать в себя полное множество AN 515 (например, такое, что каждая зона 3450 AN может обеспечивать соответствующее формирование луча по всей зоне 3460 покрытия пользователя).
В качестве примера транспондер 3440f обратной линии связи на ФИГ. 53В может быть реализован в системе, аналогичной показанной на ФИГ. 50С. В этом примере некоторые или все из AN 515 в зоне 3450а AN могут принимать обратные сигналы 527 нисходящей линии связи в первый интервал времени. Некоторые или все из AN 515 в зоне 3450b AN могут принимать обратные сигналы 527 нисходящей линии связи во второй интервал времени. Используя некоторые подходящие средства выбора тракта (например, переключатель), транспондер 3440f обратной линии связи может передавать сигналы в зону 3450а AN (например, посредством первого массива взаимодействующих составляющих передающих элементов 3419а фидерной линии связи) в первый интервал времени, а в зону 3450b AN (например, посредством второго массива взаимодействующих составляющих передающих элементов 3419b фидерной линии связи) - во второй интервал времени. В некоторых таких сценариях каждая зона 3450 AN может включать в себя полное множество AN 515 (например, такое, что отдельная зона 3450 AN может обеспечить соответствующее формирование луча по всей зоне 3460 покрытия пользователя).
На ФИГ. 54А и 54В проиллюстрированы транспондеры 3430g и 3440g прямой и обратной линий связи соответственно. Эти транспондеры аналогичны показанным на ФИГ. 51А и 51В, за исключением того, что компоненты были переставлены таким образом, что переключатель 4010а расположен за фильтром (-ами) 3730 гармоник. Как описано выше, возможны и другие перестановки компонентов. В некоторых случаях этот пример размещения может требовать меньшее число усилителей 3725 мощности и/или фильтров 3730 гармоник. Аналогично ФИГ. 51А и 51В такое размещение может обеспечивать избирательную связь между кластерами AN и зонами 3460 покрытия пользователя. Эта избирательная связь может обеспечивать гибкое выделение пропускной способности между двумя (или более) зонами пользователя, а также повторное использование частот между пользовательскими и фидерными линиями связи (например, что может повышать пропускную способность системы).
Как описано выше в отношении ФИГ. 46В, в некоторых случаях может отсутствовать перекрытие между зоной 3450 AN и зоной 3460 покрытия пользователя, вследствие чего может потребоваться использовать отдельный механизм обратной петли, описанный выше. В некоторых случаях отдельный механизм обратной петли может включать в себя использование закольцованного транспондера 5450, такого как показанный на ФИГ. 55А, 55В или 55С. В некоторых вариантах осуществления закольцованный транспондер 5450 может принимать сигналы радиомаяка AN обратной петли (например, сигналы радиомаяка AN обратной петли, переданные от каждого AN), которые могут быть примерами сигналов 2530 радиомаяка узла доступа, описанных со ссылкой на ФИГ. 38. Закольцованный транспондер 5450 может повторно передавать сигналы 2530 радиомаяка узла доступа и передавать сигнал радиомаяка спутника (например, который может быть сгенерирован с использованием генератора 426 радиомаяка ретранслятора, как описано выше). В некоторых из следующих примеров входная сторона кольцевого транспондера 5450 соединена с антенным элементом фидерной линии связи. Альтернативно входная сторона закольцованного транспондера 5450 может быть соединена с антенным элементом обратной петли, который является отдельным и отличным от массива (массивов) антенных элементов фидерной линии связи. Аналогичным образом, в некоторых из следующих примеров выходная сторона закольцованного транспондера 5450 соединена с антенным элементом фидерной линии связи или антенным элементом пользовательской линии связи. Альтернативно выходная сторона закольцованного транспондера 5450 может быть соединена с антенным элементом обратной петли, отличным от массива (массивов) антенных элементов фидерной линии связи и массива (массивов) антенных элементов пользовательской линии связи, который может быть таким же или может отличаться от антенного элемента обратной петли, соединенного со входной стороной закольцованного транспондера 5450.
Как показано на ФИГ. 55А, закольцованный транспондер 5450а может включать в себя некоторую комбинацию из МШУ 3705с, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710с, канальных усилителей 3715с, устройств 3720с сдвига фазы, усилителей 3725с мощности (например, TWTA, SSPA и т.д.) и фильтров 3730с гармоник (HF). Дополнительно, как проиллюстрировано на ФИГ. 55В, в том случае, когда сквозной ретранслятор 3403 содержит множество массивов 3415 антенных элементов фидерной линии связи, входная сторона кольцевого транспондера 5450 может быть избирательно соединена либо с первым составляющим приемным элементом 3416а фидерной линии связи первого массива 3415а антенных элементов фидерной линии связи, либо со вторым составляющим приемным элементом 3416b фидерной линии связи второго массива 3415b антенных элементов фидерной линии связи (например, с использованием переключателя 4010b или любого другого подходящего средства выбора тракта). На ФИГ. 55 показана выходная сторона примера закольцованного транспондера 5450а, соединенного с составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи. На ФИГ. 55В показана выходная сторона примера закольцованного транспондера 5450b, избирательно соединенного (например, с использованием переключателя 4010а или любого другого подходящего средства выбора тракта) либо с составляющим передающим элементом 3419а фидерной линии связи, либо с составляющим передающим элементом 3419b фидерной линии связи, которые могут быть компонентами одного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи или разных массивов антенных элементов фидерной линии связи. Это означает, что составляющий передающий элемент 3419b фидерной линии связи может быть компонентом того же массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи, что и составляющий передающий элемент 3419а фидерной линии связи и/или составляющий приемный элемент 3416b фидерной линии связи. Как проиллюстрировано, составляющий передающий элемент 3419b фидерной линии связи является частью того же массива 3415b антенных элементов, что и составляющий приемный элемент 3416b фидерной линии связи. Аналогичным образом, входная сторона закольцованного транспондера 5450b может быть избирательно соединена (например, с использованием переключателя 4010b или любого другого подходящего средства выбора тракта) с составляющим приемным элементом 3416а или 3416b фидерной линии связи, которые могут быть компонентами одного или разных массивов 3415 антенных элементов фидерной линии связи. Закольцованный транспондер 5450b на ФИГ. 55В может использоваться в тех случаях, когда сквозной ретранслятор 3403 поддерживает избирательное использование одной из множества зон 3450 узла доступа (например, как описано в некоторых примерах, проиллюстрированных ФИГ. 50В). Таким образом, переключатель 4010а может быть установлен в первое положение для подключения выхода кольцевого транспондера 5450b к составляющему передающему элементу 3419а фидерной линии связи, когда активна первая зона 3450 узла доступа, и во второе положение для подключения выхода кольцевого транспондера 5450b к составляющему передающему элементу 3419b фидерной линии связи, когда активна вторая зона 3450 узла доступа. В некоторых случаях может быть два или более составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи, и каждый из них может являться частью отдельного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи (например, для поддержки избирательного использования одной зоны 3450 узла доступа из двух или более зон 3450 узла доступа). Как показано на ФИГ. 55В, один или более контроллеров 4070 переключения (не показаны) могут быть включены в сквозной ретранслятор 3403 для выбора между некоторыми или всеми из возможных трактов прохождения сигнала, обеспечиваемых закольцованным транспондером 5450b. В некоторых случаях составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи и составляющий передающий элемент 3419 фидерной линии связи могут быть связаны с такими же физическими конструкциями, как описано выше. В некоторых случаях AN 515 могут быть способны синхронизировать передаваемые сигналы на основе сравнения ретранслируемых сигналов 2530 радиомаяка узла доступа и радиомаяка спутника (например, передаваемые сигналы от AN 515 в рамках одного или более кластеров AN могут быть согласованы по фазе и времени с другими сигналами на основе сравнения).
В некоторых случаях диапазон частот фидерной линии связи может отличаться от диапазона частот пользовательской линии связи. Когда диапазон частот нисходящей фидерной линии связи не перекрывается с диапазоном частот нисходящей пользовательской линии связи, транспондеры, которые используются для переноса сигнала из диапазона частот восходящей фидерной линии связи в диапазон частот нисходящей пользовательской линии связи (например, с использованием преобразователя 3710 частоты), не могут использоваться для ретрансляции сигналов радиомаяка узла доступа (например, поскольку AN не могут принимать и обрабатывать диапазон частот нисходящей пользовательской линии связи). В таких случаях закольцованный транспондер 5450 может решить проблему путем переноса сигналов луча узла доступа из диапазона частот восходящей фидерной линии связи в диапазон частот нисходящей фидерной линии связи. Например, передача сигналов по фидерной линии связи (например, прямых сигналов 521 восходящей линии связи и обратных сигналов 527 нисходящей линии связи) может происходить в первом диапазоне частот (например, в диапазоне частот в пределах V/W-полосы), а передача сигналов по пользовательской линии связи (например, прямых сигналов 522 нисходящей линии связи и обратных сигналов 525 восходящей линии связи) может происходить во втором диапазоне частот (например, в диапазоне частот в пределах K/Ka-полосы). Таким образом, даже там, где зона 3450 AN перекрывает зону 3460 покрытия пользователя, AN 515 могут не быть способны принимать сигналы обратной петли AN, ретранслированные посредством трактов приема/передачи сигнала (например, прямых транспондеров 3430 и/или обратных транспондеров 3440) сквозного ретранслятора 3403.
На ФИГ. 55С показан пример закольцованного транспондера 5450с, который принимает все сигналы обратной петли AN в диапазоне частот восходящей фидерной линии связи и ретранслирует сигналы обратной петли AN в диапазоне частот нисходящей фидерной линии связи. Закольцованный транспондер 5450 с может использоваться в любом из вышеперечисленных развертываний кластера узлов доступа, где зона 3450 узла доступа не перекрывается с зоной 3460 покрытия пользователя (например, по меньшей мере в некоторых из развертываний, описанных со ссылкой на ФИГ. 45С, 45Е, 45F, 45G или 50В). Диапазон частот восходящей фидерной линии связи и диапазон частот нисходящей фидерной линии связи могут быть частью одной и той же полосы (например, K/Ka-полосы, V-полосы и т.д.) или разных полос. Сигналы обратной петли AN могут приниматься посредством антенного элемента 3455, который может быть частью массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи или может быть отдельным антенным элементом обратной петли. В некоторых случаях ретранслированные сигналы обратной петли AN могут передаваться посредством одного и того же антенного элемента 3455, как показано, или другого антенного элемента. Закольцованный транспондер 5450 с включает в себя преобразователь 5460 частоты обратной петли, который может преобразовывать сигналы обратной петли AN с одной несущей частоты в пределах диапазона частот восходящей фидерной линии связи в другую несущую частоту в пределах диапазона частот нисходящей фидерной линии связи. Закольцованный транспондер 5450с может дополнительно содержать один или более из МШУ 3705с, канальных усилителей 3715 (не показаны), устройств 3720 сдвига фазы, усилителей 3725 с мощности и фильтров гармоник (не проиллюстрированы).
Как также показано на примере системы 3400 сквозного формирования лучей на ФИГ. 41, аспекты системы 3400 могут быть модифицированы для поддержки совместной работы множества кластеров AN, использующих разные диапазоны частот. На ФИГ. 59А и 59В проиллюстрированы примеры возможных зон географического покрытия для множества зон 3450 узла доступа, каждая из которых работает в своем диапазоне частот, которые должны использоваться совместно при сквозном формировании луча для зоны 3460 покрытия пользователя. В примере, проиллюстрированном на ФИГ. 59А, зона 3450а AN может быть связана с передачами сигнала в Ka-полосе, а зона 3450b AN может быть связана с передачами сигнала в V-полосе. Как показано на ФИГ. 59А, зоны 3450а и 3450b AN могут быть несвязными. В некоторых случаях зона 3450b AN, связанная с передачами сигналов в V-полосе, может быть меньше (например, может покрывать меньшую географическую зону), чем зона 3450а AN, связанная с передачами сигналов в Ka-полосе. В некоторых случаях зона 3450а AN и зона 3450b AN могут облучаться отдельными массивами 3415 антенных элементов фидерной линии связи. Например, зона 3450а AN может облучаться первым массивом 3415а антенных элементов фидерной линии связи, а зона 3450b AN может облучаться вторым массивом 3415b антенных элементов фидерной линии связи антенной подсистемы 3410b фидерной линии связи, показанной на ФИГ. 56В. Как и в примере с первым кластером AN в зоне 3450а узла доступа, работающим в Ka-полосе, в то время как второй кластер AN в зоне 3450b узла доступа работает в V-полосе, зона 3450b узла доступа может иметь размер, соответствующий разнице между коэффициентами усиления, которые обеспечиваются одним отражателем (например, который может быть примером отражателя 5621 по ФИГ. 56В) для разных диапазонов частот. Альтернативно отдельные массивы 3415 антенных элементов фидерной линии связи излучают в зоне 3450а AN, а зона 3450b AN может облучаться отдельными отражателями (например, которые могут являться примерами отражателей 5621, описанных со ссылкой на ФИГ. 56А), которые могут иметь одинаковые или разные размеры. Альтернативно зона 3450а AN и зона 3450b AN могут облучаться одним и тем же массивом 3415 антенных элементов фидерной линии связи, содержащим множество наборов антенных элементов 3416, 3419 фидерной линии связи с многоэлементным отражателем 5721, как показано на ФИГ. 57. Разные диапазоны частот для разных кластеров AN могут обеспечивать лучшую изоляцию разных подмножеств элементов фидерной линии связи в пределах одного массива антенных элементов фидерной линии связи, что может привести к увеличению пропускной способности системы по сравнению со множеством кластеров AN, работающих в том же диапазоне частот.
На ФИГ. 59В проиллюстрирован альтернативный вариант размещения множества кластеров AN с использованием отдельных диапазонов частот, используемых совместно. Как проиллюстрировано на ФИГ. 59В, два кластера AN могут по меньшей мере частично перекрываться (или один из них может полностью содержаться внутри другого, как показано). На ФИГ. 59В могут быть проиллюстрированы примеры, где один массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи может излучать в зоне 3450а покрытия AN и зоне 3450b покрытия AN (например, одновременно принимать или передавать сигналы в обе зоны покрытия в разных диапазонах частот). В некоторых случаях данный AN 515 (например, размещенный в пределах зоны 3450b покрытия AN) может быть связан с множеством кластеров AN и может передавать данные по фидерным линиям связи во множестве диапазонов частот (например, которые могут содержаться в разных полосах частот).
На ФИГ. 60А и 60В проиллюстрированы примеры трактов приема/передачи сигнала, поддерживающих взаимодействующие кластеры AN, работающие в разных диапазонах частот, в соответствии с аспектами настоящего раскрытия. Тракт 6000 приема/передачи прямого сигнала на ФИГ. 60А включает в себя транспондеры 3430h прямой линии связи, подсоединенные между составляющими приемными элементами 3416а фидерной линии связи и составляющими передающими элементами 3429а пользовательской линии связи, а также транспондеры 3430i прямой линии связи, подсоединенные между составляющими приемными элементами 3416b фидерной линии связи и составляющими передающими элементами 3429b пользовательской линии связи. Как описано выше, различные антенные элементы пользовательской линии связи могут являться частью разных массивов 3425 антенных элементов пользовательской линии связи, которые могут быть расположены так, чтобы обеспечивать отсутствие перекрытия зон 3450 узла доступа, как показано на ФИГ. 59А, или обеспечивать перекрытие зон 3450 узла доступа, как показано на ФИГ. 59В. Альтернативно различные антенные элементы пользовательской линии связи могут являться частью одного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи, и в этом случае зоны 3450 узла доступа будут перекрываться так, как показано на ФИГ. 59В. Составляющие приемные элементы 3416а фидерной линии связи и составляющие приемные элементы 3416b фидерной линии связи могут перемежаться в пределах одного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи, как проиллюстрировано на ФИГ. 62.
Как описано выше, транспондер 3430h прямой линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705а, преобразователей частоты и связанных фильтров 3710h, канальных усилителей 3715а, устройств 3720а сдвига фазы, усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник. Аналогичным образом, транспондер 3430i прямой линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705а, преобразователей частоты и связанных фильтров 3710i, канальных усилителей 3715а, устройств 3720а сдвига фазы, усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник. В некоторых случаях преобразователь 3710h частоты может работать так, чтобы преобразовывать сигналы из первого диапазона частот восходящей фидерной линии связи в диапазон частот нисходящей пользовательской линии связи, а преобразователь 3710i частоты используется для преобразования сигналов из второго диапазона частот восходящей фидерной линии связи в тот же диапазон частот нисходящей пользовательской линии связи.
Тракт 6050 приема/передачи обратного сигнала на ФИГ. 60В включает в себя транспондеры 3440h обратной линии связи, подсоединенные между составляющими приемными элементами 3426а пользовательской линии связи и составляющими передающими элементами 3419а фидерной линии связи, а также транспондеры 3440i обратной линии связи, подсоединенные между составляющими приемными элементами 3426b пользовательской линии связи и составляющими передающими элементами 3419b фидерной линии связи. Как описано выше, транспондер 3440h обратной линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705b, преобразователей частоты и связанных с ними фильтров 3710J, канальных усилителей 3715b, устройств 3720b сдвига фазы, усилителей 3725b мощности и фильтров 3730b гармоник. Аналогичным образом, транспондер 3440i обратной линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705b, преобразователей частоты и связанных фильтров 3710k, канальных усилителей 3715b, устройств 3720b сдвига фазы, усилителей 3725b мощности и фильтров 3730b гармоник. В некоторых случаях преобразователь 3710J частоты может работать так, чтобы преобразовывать сигналы из диапазона частот восходящей пользовательской линии связи в первый диапазон частот нисходящей фидерной линии связи (например, который может быть тем же диапазоном, что и первый диапазон частот восходящей фидерной линии связи, описанный со ссылкой на ФИГ. 60А), а преобразователь 3710k частоты может работать так, чтобы преобразовывать сигналы из диапазона частот восходящей пользовательской линии связи во второй диапазон частот нисходящей фидерной линии связи (например, который может быть тем же диапазоном, что и второй диапазон частот восходящей фидерной линии связи, описанный со ссылкой на ФИГ. 60А).
Как описано выше, различные антенные элементы пользовательской линии связи могут являться частью одного и того же или разных массивов 3425 антенных элементов пользовательской линии связи, а разные антенные элементы фидерной линии связи могут являться частью одного и того же или разных массивов 3415 антенных элементов фидерной линии связи. Составляющие передающие элементы 3419а фидерной линии связи и составляющие передающие элементы 3419b фидерной линии связи могут перемежаться в рамках одного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи, как проиллюстрировано на ФИГ. 62. Когда частоты, поддерживаемые для фидерных линий связи транспондерами 3430h и 3430i прямой линии связи и транспондерами 3440h и 3440i обратной линии связи, значительно отличаются (например, когда разница между одной и другой составляет более чем 1,5 раза и т.д.), разные подмножества элементов 6205а, 6205b массива 6200 антенных элементов могут иметь соответствующие размеры для разных поддерживаемых диапазонов частот (например, у составляющих антенных элементов 6205b, поддерживающих более высокий диапазон частот, чем у составляющих антенных элементов 6205а, волноводы/рупоры могут быть меньше и т.д.).
На ФИГ. 64А проиллюстрирован пример выделения 6400 спектра частот с отображением четырех диапазонов частот (диапазонов 6425а, 6430а, 6435а и 6436а частот). В проиллюстрированном примере диапазоны 6425а и 6430а частот представляют собой диапазоны частот в пределах K/Ka-полос (например, между 17 ГГц и 40 ГГц), а диапазоны 6435 а и 6436а частот находятся в пределах V/W-полос (например, между 40 ГГц и 110 ГГц). На ФИГ. 64А может быть проиллюстрирована работа множества кластеров AN, работающих в разных диапазонах частот, как показано на ФИГ. 59А и 59В.
В качестве одного примера выделение 6400 спектра частот может использоваться в сценарии, проиллюстрированном на ФИГ. 59А, в котором используется сквозной ретранслятор 3403, в котором имеются тракты 6000 и 6050 приема/передачи прямого и обратного сигналов, как показано на ФИГ. 60А и 60В. В этом примере прямые сигналы 6440а восходящей линии связи из зоны 3450а AN могут передаваться в диапазоне 6430а частот (например, с использованием RHCP), а прямые сигналы 6440b восходящей линии связи из зоны 3450b AN могут передаваться в диапазоне 6436а частот (например, с использованием RHCP). Первый набор прямых сигналов 6440а восходящей линии связи может приниматься составляющими приемными элементами 3416а фидерной линии связи, а второй набор прямых сигналов 6440b восходящей линии связи может приниматься составляющими приемными элементами 3416b фидерной линии связи. Для простоты сигналы могут быть проиллюстрированы в виде занимаемых ими частей или всего диапазона частот (например, прямой сигнал 6440а восходящей линии связи показывает занимаемую полосу частот примера прямого сигнала 521 восходящей линии связи в диапазоне частот 6430а). В некоторых случаях данный сигнал может занимать один или более диапазонов частот. Как было описано со ссылкой на ФИГ. 60А, два набора прямых сигналов 6440 восходящей линии связи преобразуются по частоте с помощью транспондеров 3430h и 3430i прямой линии связи (например, они переносятся с понижением частоты в одну полосу частот 6425а из Ka-полосы). Впоследствии выходные сигналы транспондеров 3430h прямой линии связи передаются составляющими передающими элементами 3429а пользовательской линии связи в виде первого набора прямых сигналов 6445а нисходящей линии связи, а выходные сигналы транспондеров 3430i прямой линии связи передаются составляющими передающими элементами 3429b пользовательской линии связи в виде второго набора прямых сигналов 6445b нисходящей линии связи. В настоящем примере эти составляющие передающие элементы 3429а, 3429b пользовательской линии связи принадлежат одному массиву 3425 антенных элементов пользовательской линии связи и излучают в одной зоне 3460 покрытия пользователя. Соответственно, AN 515 в зонах 3450а и 3450b узла доступа могут упоминаться как взаимодействующие в том смысле, что некоторая доля AN 515 комбинируется в каждой зоне для обслуживания одной зоны 3460 покрытия пользователя. Это означает, что по меньшей мере один сформированный прямой пользовательский луч, обеспечивающий обслуживание пользовательских терминалов 517 в пределах соответствующей зоны 519 покрытия пользовательских лучей, формируется из прямых сигналов 6440а восходящей линии связи из по меньшей мере подмножества AN 515 в первой зоне 3450а узла доступа и из прямых сигналов 6440b восходящей линии связи из по меньшей мере подмножества AN 515 во второй зоне 3450b узла доступа.
Выделение 6400 спектра частот также иллюстрирует пример выделения частот для передач по обратной линии связи для сценария, проиллюстрированного на ФИГ. 59А, в котором используется сквозной ретранслятор 3403, в котором имеются тракты 6000 и 6050 приема/передачи сигнала, как показано на ФИГ. 60А и 60В. Обратные сигналы 6450 восходящей линии связи (например, сигналы LHCP), исходящие от пользовательских терминалов 517, распределенных по всей зоне 3460 покрытия пользователя, могут передаваться в диапазоне частот 6430а (например, с использованием LHCP) и приниматься составляющими приемными элементами 3426а и 3426b пользовательской линии связи на ФИГ. 60В, где составляющие приемные элементы 3426а и 3426b пользовательской линии связи принадлежат одному массиву 3425 антенных элементов пользовательской линии связи. Как описано со ссылкой на ФИГ. 60В, обратные сигналы 6450 восходящей линии связи могут подаваться на транспондеры 3440h и 3440i обратной линии связи и преобразовываться по частоте в соответствующие диапазоны частот 6425а (например, с использованием RHCP) и 6435а (например, с использованием LHCP) соответственно. Затем преобразованные по частоте сигналы 6455а и 6455b могут передаваться составляющими передающими элементами 3419а и 3419b фидерной линии связи (например, которые относятся к отдельным массивам 3415а и 3415b антенных элементов фидерной линии связи соответственно) на AN 515 в зонах 3450b и 3450а узла доступа соответственно. Следует понимать, что выделение 6400 частот является одним из примеров, и могут использоваться различные другие варианты выделения частот. Например, обратные сигналы 6450 восходящей линии связи могут находиться в другом диапазоне частот (например, в другой полосе частот в пределах K/Ka-полосы) по сравнению с прямыми сигналами 6440а восходящей линии связи, а прямые сигналы 6445 нисходящей линии связи могут находиться в другом диапазоне частот (например, в другой полосе частот в пределах K/Ka-полосы) по сравнению с обратными сигналами 6455а нисходящей линии связи. Это может, например, допускать использование двухполюсных транспондеров в трактах 6000 и 6050 приема/передачи прямого и обратного сигналов. Дополнительно или альтернативно для прямых сигналов 6440b восходящей линии связи может выделяться другой диапазон частот (например, другие диапазоны частот в пределах V-полосы) по сравнению с обратными сигналами 6455b нисходящей линии связи, как проиллюстрировано. Также могут рассматриваться и другие варианты размещения прямых сигналов восходящей/нисходящей линии связи и обратных сигналов восходящей/нисходящей линии связи. Например, для обратных сигналов восходящей линии связи может быть выделен тот же диапазон частот, что и для прямых сигналов нисходящей линии связи (например, с использованием ортогональной поляризации). Дополнительно или альтернативно для прямых сигналов 6440а восходящей линии связи от AN в первой зоне 3450а узла доступа может быть выделен тот же диапазон частот, что и для обратных сигналов 6455а нисходящей линии связи (например, с использованием ортогональной поляризации). Соединение трактов 6000 и 6050 приема/передачи прямого и обратного сигналов с различными составляющими передающими/приемными элементами пользовательской линии связи и фидерной линии связи может быть выбрано в соответствии с требуемым выделением диапазона частот.
В некоторых примерах с одним массивом 3415 антенных элементов фидерной линии связи, поддерживающим множество кластеров AN, например множество кластеров AN, проиллюстрированных на ФИГ. 59В, каждый составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи и составляющий передающий элемент 3419 фидерной линии может быть соединен с множеством транспондеров 3430 прямой линии связи. На ФИГ. 61А и 61В проиллюстрированы примеры трактов приема/передачи сигнала, поддерживающих взаимодействующие кластеры AN, работающие в разных диапазонах частот, в соответствии с аспектами настоящего раскрытия. Тракт 6100 приема/передачи прямого сигнала на ФИГ. 61А включает в себя множество транспондеров 3430 прямой линии связи, подсоединенных между составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи и множеством составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи. В некоторых примерах составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи принимает комбинацию прямых сигналов 521 восходящей линии связи из AN 515 во множестве зон 3450 AN. После получения составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи прямые сигналы восходящей линии связи могут быть разделены (например, с использованием разветвителя 6005), и разделенные сигналы могут использоваться в качестве входных сигналов для транспондеров 3430J и 3430k прямой линии связи. В некоторых примерах разветвитель 6005 разделяет сигналы на основе диапазонов частот (например, таким образом, что принятые прямые сигналы восходящей линии связи, передаваемые в первом диапазоне частот, поступают на транспондер 3430J прямой линии связи, а принятые прямые сигналы восходящей линии связи, передаваемые во втором диапазоне частот, поступают на транспондер 3430k прямой линии связи). В таком сценарии разветвитель 6005 может альтернативно быть примером фильтра. Соответственно, преобразователи 3710d и 3710е частоты могут работать таким образом, чтобы принимать входные сигналы из разных диапазонов частот и выводить сигналы в одном диапазоне частот для обеспечения наложения сигналов 522 пользовательской нисходящей линии связи.
Тракт 6150 приема/передачи обратного сигнала показан на ФИГ. 61 В, на котором транспондеры 3440 обратной линии связи соединяют множество составляющих приемных элементов 3426а и 3426b пользовательской линии связи с одним составляющим передающим элементом 3419 пользовательской линии связи. Составляющие приемные элементы 3426а и 3426b пользовательской линии связи могут являться частями одного массива 3425 антенных элементов пользовательской линии связи или отдельных массивов 3425а и 3425b антенных элементов пользовательской линии связи (как показано). Составляющий приемный элемент 3426а пользовательской линии связи может выступать в роли источника входного сигнала для транспондера 3440J обратной линии связи, а составляющий приемный элемент 3426b пользовательской линии связи может выступать в роли источника входного сигнала для транспондера 3440k обратной линии связи. Выходные сигналы транспондеров 3440 обратной линии связи могут подаваться на сумматор 6010 сигнала до передачи составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи на AN 515 в зонах 3450 AN. В некоторых случаях компоненты трактов 6000 и 6050 приема/передачи сигнала могут быть переставлены (или опущены), например, таким образом, что сумматор 6010 сигнала может быть расположен за фильтрами 3430b гармоник, разветвитель 6005 может находиться перед МШУ 3705а и т.д.
На ФИГ. 64В проиллюстрирован пример выделения 6401 спектра частот с отображением четырех диапазонов частот (диапазонов 6425b, 6430b, 6435b и 6436b частот). В проиллюстрированном примере диапазоны 6425b и 6430b частот представляют собой диапазоны частот из K/Ka-полос (например, между 17 ГГц и 40 ГГц), а диапазоны 6435b и 6436b частот находятся в пределах V/W-полос (например, между 40 ГГц и 110 ГГц). Например, диапазоны 6425b, 6430b, 6435b и 6436b частот могут быть такими же, как диапазоны 6425а, 6430а, 6435а и 6436а частот, проиллюстрированные на ФИГ. 64А. ФИГ. 64В может иллюстрировать работу множества кластеров AN, работающих в разных диапазонах частот, как показано на ФИГ. 59А или 59В.
В качестве одного примера выделение 6401 спектра частот может использоваться в сценарии, проиллюстрированном на ФИГ. 59В, в котором используется сквозной ретранслятор 3403, в котором имеются тракты 6100 и 6150 приема/передачи прямого и обратного сигналов, как показано на ФИГ. 61А и 61В. В этом примере прямые сигналы 6440 с восходящей линии связи из зоны 3450а AN могут передаваться в диапазоне 6430b частот (например, с использованием RHCP), а прямые сигналы 6440d восходящей линии связи из зоны 3450b AN могут передаваться в диапазоне 6436b частот (например, с использованием RHCP). Первый набор прямых сигналов 6440с восходящей линии связи может приниматься составляющими приемными элементами 3416а фидерной линии связи, а второй набор прямых сигналов 6440d восходящей линии связи может приниматься составляющими приемными элементами 3416b фидерной линии связи трактов 6100 приема/передачи прямого сигнала. Как описано со ссылкой на ФИГ. 61А, два наборв прямых сигналов 6440 восходящей линии связи преобразуются по частоте с помощью транспондеров 3430J и 3430k прямой линии связи (например, они переносятся с понижением частоты в один и тот же диапазон 6425b частот в Ka-полосе). Впоследствии выходные сигналы транспондеров 3430J прямой линии связи передаются составляющими передающими элементами 3429а пользовательской линии связи в виде первого набора прямых сигналов 6445с нисходящей линии связи, а выходные сигналы транспондеров 3430k прямой линии связи передаются составляющими передающими элементами 3429b пользовательской линии связи в виде второго набора прямых сигналов 6445d нисходящей линии связи. В настоящем примере эти составляющие передающие элементы 3429а, 3429b пользовательской линии связи принадлежат одному массиву 3425 антенных элементов пользовательской линии связи и излучают в одной зоне 3460 покрытия пользователя. Соответственно, AN 515 в зонах 3450а и 3450b узла доступа могут упоминаться как взаимодействующие в том смысле, что некоторая доля AN 515 комбинируется в каждой зоне для обслуживания одной зоны 3460 покрытия пользователя. Это означает, что по меньшей мере один сформированный прямой пользовательский луч, обеспечивающий обслуживание пользовательских терминалов 517 в пределах соответствующей зоны 519 покрытия пользовательских лучей, формируется из прямых сигналов 6440 с восходящей линии связи из по меньшей мере подмножества AN 515 в первой зоне 3450а узла доступа и из прямых сигналов 6440d восходящей линии связи из по меньшей мере подмножества AN 515 во второй зоне 3450b узла доступа.
Выделение 6401 спектра частот также иллюстрирует пример выделения частот для передач по обратной линии связи для сценария, проиллюстрированного на ФИГ. 59В, в котором используется сквозной ретранслятор 3403, в котором имеются тракты 6100 и 6150 приема/передачи прямого и обратного сигналов, как показано на ФИГ. 61А и 61В. Обратные сигналы 6450а восходящей линии связи, исходящие из пользовательских терминалов 517, распределенных по всей зоне 3460 покрытия пользователя, могут передаваться в диапазоне 6425b частот (например, с использованием RHCP) и приниматься составляющими приемными элементами 3426а и 3426b пользовательской линии связи на ФИГ. 61В, где составляющие приемные элементы 3426а и 3426b пользовательской линии связи принадлежат одному массиву 3425 антенных элементов пользовательской линии связи. Как описано со ссылкой на ФИГ. 61В, обратные сигналы 6450 восходящей линии связи могут подаваться на транспондеры 3440J и 3440k обратной линии связи и преобразовываться по частоте в соответствующие диапазоны 6430b (например, с использованием LHCP) и 6435b (например, с использованием LHCP) частот соответственно. Затем сигналы с преобразованными частотами могут комбинироваться (например, суммироваться и т.д.) с помощью сумматора 6010 сигналов и передаваться составляющими передающими элементами 3419 фидерной линии связи на AN 515 в зоны 3450а и 3450b узла доступа. Следует понимать, что выделение 6401 частот является одним из примеров, и могут использоваться различные другие варианты выделения частот. Например, обратные сигналы 6450а восходящей линии связи могут находиться в другом диапазоне частот (например, в другом диапазоне частот в пределах K/Ka-полосы), чем прямые сигналы 6445с и 6445d нисходящей линии связи. Аналогичным образом, прямые сигналы 6440с восходящей линии связи могут находиться в другом диапазоне частот (например, в другом диапазоне частот в K/Ka-полосе), чем обратные сигналы 6455а нисходящей линии связи, а прямые сигналы 6440d восходящей линии связи могут выделяться в пределах другого диапазона частот (например, в другом диапазоне частот в пределах V/W-полос, как проиллюстрировано), чем обратные сигналы 6455d нисходящей линии связи. Это может, например, допускать использование двухполюсных транспондеров в трактах 6100 и 6150 приема/передачи прямого и обратного сигналов. Соединение трактов 6100 и 6150 приема/передачи прямого и обратного сигналов с различными составляющими передающими/приемными элементами пользовательской линии связи и фидерной линии связи может быть выбрано в соответствии с требуемым выделением диапазона частот.
В некоторых случаях доступные значения ширины полосы в конкретной полосе (например, K-полосе, Ka-полосе и т.д.) для передач сигнала по фидерной линии связи и передач сигнала по пользовательской линии связи могут различаться (например, значительно отличаться). Дополнительно или альтернативно доступные значения ширины полосы для передач сигналов по восходящей линии связи и нисходящей линии связи в пределах данной полосы могут быть (например, значительно) неравными. В качестве примера регулирующий орган может указывать, какие части спектра частот доступны для различных типов систем передачи сигналов.
На ФИГ. 65А и 65В показаны примеры вариантов выделения 6500 и 6501 спектра частот с тремя диапазонами частот (диапазонами 6520а, 6525а и 6530а частот), используемыми для прямой линии связи, и тремя диапазонами частот (диапазонами 6520b, 6525b и 6530b частот), используемыми для обратной линии связи. В проиллюстрированном примере диапазоны 6520а, 6520b, 6525а и 6525b частот представляют собой диапазоны частот в пределах K/Ka-полос (например, между 17 ГГц и 40 ГГц), а диапазоны 6530а и 6530b частот находятся в пределах V/W-полос (например, между 40 ГГц и 110 ГГц). ФИГ. 65А и 65В могут иллюстрировать работу множества кластеров AN, работающих в разных диапазонах частот, как показано на ФИГ. 59А или 59В.
Как показано на ФИГ. 65А, прямые сигналы 6540а восходящей линии связи из зоны 3450а покрытия AN могут передаваться в диапазоне 6525а частот (например, с использованием RHCP), а прямые сигналы 6540b восходящей линии связи из зоны 3450b покрытия AN могут передаваться в диапазоне 6530а частот (например, с использованием RHCP). Как описано со ссылкой на ФИГ. 60А или 61А, два набора прямых сигналов 6540 восходящей линии связи преобразуются по частоте с помощью транспондеров 3430 прямой линии связи в диапазон частот 6520а. В примере, проиллюстрированном на ФИГ. 65А, комбинированная ширина полосы диапазонов 6525а и 6530а частот равна ширине полосы диапазона 6520а частот. Таким образом, прямые сигналы 6540а восходящей линии связи преобразуются по частоте (например, посредством преобразователей частоты в транспондерах прямой линии связи трактов 6000 или 6100 приема/передачи прямого сигнала) в прямые сигналы 6545 нисходящей линии связи, занимающие первую часть 6521а диапазона частот 6520а, а прямые сигналы 6540b восходящей линии связи преобразуются по частоте (например, с помощью преобразователей частоты в транспондерах прямой линии связи трактов 6000 или 6100 приема/передачи прямого сигнала) в прямые сигналы 6545 нисходящей линии связи, занимающие вторую часть 6521b диапазона частот 6520а. Данный сформированный пользовательский луч в зоне 3460 покрытия пользователя может занимать весь диапазон 6520а частот, и в этом случае пользовательский луч формируется из прямых сигналов как 6540а, так и 6540b восходящей линии связи. В случаях, когда каждый пользовательский луч, сформированный с помощью прямых сигналов 6545 нисходящей линии связи, использует подмножество диапазона частот 6520а, некоторые пользовательские лучи могут быть сформированы первой частью 6521а диапазона частот 6520а, а некоторые пользовательские лучи могут быть сформированы второй частью 6521b диапазона частот 6520а. Дополнительно или альтернативно в некоторых случаях некоторые пользовательские лучи могут быть сформированы взаимодействующим наложением прямых сигналов 6545 нисходящей линии связи, связанных с диапазоном 6521а частот, и прямых сигналов 6545 нисходящей линии связи, связанных с диапазоном 6521b частот (например, диапазоны 6521a и 6521b частот могут частично перекрываться для обеспечения совместного формирования пользовательских лучей в зоне 3460 покрытия пользователя с помощью прямых сигналов 6540 восходящей линии связи из разных кластеров AN). В другом примере один или оба из диапазонов 6525а или 6530а частот могут иметь такую же ширину полосы, что и диапазон 6520а частот (например, или комбинированная ширина полосы диапазонов 6525а и 6530а частот может быть больше ширины полосы частот диапазона 6520а частот), и, следовательно, до всех прямых пользовательских лучей могут быть сформированы взаимодействующим наложением прямых сигналов нисходящей линии связи, связанных с диапазонами 6521а и 6521b частот.
На ФИГ. 65В показан пример вариантов выделения частот обратной линии связи, при котором в по меньшей мере одной зоне 3450 узла доступа используются полосы частот из диапазона частот, отличного от того, который используется для зоны 3460 покрытия пользователя. В частности, пользовательские терминалы 517 могут передавать обратные сигналы 6550 восходящей линии связи в диапазоне 6520b частот (например, в K/Ka-полосах), которые могут приниматься посредством двух наборов составляющих приемных элементов 3416 пользовательской линии связи, как показано либо на ФИГ. 60В, либо на 61В, и преобразовываться по частоте (например, посредством преобразователей частоты в транспондерах 3440 обратной линии связи трактов 6050 или 6150 приема/передачи обратного сигнала) в первый набор обратных сигналов 6555а нисходящей линии связи из диапазона 6525b частот и второй набор обратных сигналов 6555b нисходящей линии связи из диапазона частот 6530b. Первый и второй наборы обратных сигналов 6555а, 6555b нисходящей линии связи могут передаваться из одного и того же составляющего передающего элемента 3419 фидерной линии связи (как показано на ФИГ. 61В) или из разных составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи (как показано на ФИГ. 60В). Как и в случае с ФИГ. 65А, комбинированные ширины полосы диапазонов частот 6525b и 6530b проиллюстрированы как равные ширине полосы диапазона 6520b частот. Таким образом, первая часть 6560а обратных сигналов 6550 восходящей линии связи может преобразовываться по частоте и передаваться первым набором транспондеров 3440 обратной линии связи в виде обратных сигналов 6555а нисходящей линии связи, а вторая часть 6560b (которая может как перекрываться, так и не перекрываться с первой частью 6560а) может преобразовываться по частоте и передаваться вторым набором транспондеров 3440 обратной линии связи в виде обратных сигналов 6555b нисходящей линии связи. Таким образом, некоторые обратные пользовательские лучи могут быть сформированы путем выполнения формирования обратного луча в обратной линии связи при обработке частей обратных сигналов 6555а нисходящей линии связи, а некоторые обратные пользовательские лучи могут быть сформированы путем выполнения формирования обратного луча в обратной линии связи при обработке части обратных сигналов 6555b нисходящей линии связи. Дополнительно или альтернативно некоторые обратные пользовательские лучи могут быть сформированы путем выполнения формирования обратного луча в обратной линии связи при обработке частей обратных сигналов 6555а нисходящей линии связи и обратных сигналов 6555b нисходящей линии связи (например, некоторые части обратных сигналов 6555а и 6555b нисходящей линии связи могут взаимодействовать для формирования одного обратного пользовательского луча). В некоторых случаях один или оба из диапазонов 6525b или 6530b частот могут иметь такую же ширину полосы, что и у диапазона 6520b частот (например, или комбинированная ширина полосы диапазонов 6525b и 6530b частот может быть больше ширины полосы диапазона 6520b частот), и, следовательно, до всех обратных пользовательских лучей могут быть сформированы взаимодействующим наложением обратных сигналов 6555а и 6555b нисходящей линии связи.
На ФИГ. 66А и 66В проиллюстрированы примеры трактов приема/передачи сигнала, поддерживающих взаимодействующие кластеры AN, работающие в разных диапазонах частот, в соответствии с аспектами настоящего раскрытия. Тракт 6600 приема/передачи прямого сигнала на ФИГ. 66А включает в себя транспондеры 3430l прямой линии связи, подсоединенные между составляющими приемными элементами 3416а фидерной линии связи и составляющими передающими элементами 3429 пользовательской линии связи, а также транспондеры 3430m прямой линии связи, подсоединенные между составляющими приемными элементами 3416b фидерной линии связи и составляющими передающими элементами 3429 пользовательской линии связи. Как описано выше, транспондер 3430l прямой линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705а, преобразователей частоты и связанных фильтров 3710l, канальных усилителей 3715а, устройств 3720а сдвига фазы, усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник. Аналогичным образом, транспондер 3430m прямой линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705а, преобразователей частоты и связанных фильтров 3710m, канальных усилителей 3715а, устройств 3720а сдвига фазы, усилителей 3725а мощности и фильтров 3730а гармоник. В некоторых случаях преобразователь 3710l частоты может работать так, чтобы преобразовывать сигналы из первого диапазона частот восходящей фидерной линии связи (например, из диапазона 6525а частот на ФИГ. 65А) в первую часть диапазона частот нисходящей пользовательской линии связи (например, диапазона 6521а частот на ФИГ. 65А), а преобразователь 3710m частоты используется для переноса сигналов из второго диапазона частот восходящей фидерной линии связи (например, из диапазона 6530а частот на ФИГ. 65А) во вторую часть того же диапазона частот нисходящей пользовательской линии связи (например, диапазона 6521b частот на ФИГ. 65А). Транспондеры 3430 прямой линии связи соединяют множество составляющих приемных элементов 3416а и 3416b фидерной линии связи с одним составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи. Составляющие приемные элементы 3416а и 3416b фидерной линии связи могут быть частями одного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи или отдельных массивов 3415а и 3415b антенных элементов фидерной линии связи (как показано). Составляющий приемный элемент 3416а фидерной линии связи может выступать в роли источника входного сигнала для транспондера 3430l прямой линии связи, а составляющий приемный элемент 3416b фидерной линии связи может выступать в роли источника входного сигнала для транспондера 3430m прямой линии связи. Выходные сигналы транспондеров 3430 прямой линии связи могут подаваться на сумматор 6610 сигнала перед передачей составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи на пользовательские терминалы 517 в зонах 3460 покрытия пользователя. В некоторых случаях компоненты трактов 6600 и 6650 приема/передачи сигнала могут быть переставлены (или опущены), например, таким образом, что сумматор 6610 сигнала может быть расположен за фильтрами 3430b гармоник, разветвитель 6605 может находиться перед МШУ 3705а и т.д.
Тракт 6650 приема/передачи обратного сигнала на ФИГ. 66В включает в себя транспондер 3440l обратной линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и составляющим передающим элементом 3419а фидерной линии связи, а также транспондер 3440m обратной линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и составляющим передающим элементом 3419b фидерной линии связи. Как описано выше, транспондер 3440l обратной линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705b, преобразователей частоты и связанных фильтров 3710n, канальных усилителей 3715b, устройств 3720b сдвига фазы, усилителей 3725b мощности и фильтров 3730b гармоник. Аналогичным образом, транспондер 3440m обратной линии связи может включать в себя некоторые или все из МШУ 3705b, преобразователей частоты и связанных фильтров 3710о, канальных усилителей 3715b, устройств 3720b сдвига фазы, усилителей 3725b мощности и фильтров 3730b гармоник. В некоторых случаях преобразователь 3710n частоты может работать так, чтобы преобразовывать сигналы из первой части диапазона частот восходящей пользовательской линии связи (например, диапазона 6560а частот на ФИГ. 65В) в первый диапазон частот нисходящей фидерной линии связи (например, в диапазон 6525b частот на ФИГ. 65В, который может быть тем же диапазоном частот, что и первый диапазон частот восходящей фидерной линии связи, описанный со ссылкой на ФИГ. 66А), а преобразователь 3710о частоты используется для преобразования сигналов из второй части диапазона частот восходящей пользовательской линии связи (например, диапазона частот 6560b на ФИГ. 65В) во второй диапазон частот нисходящей фидерной линии связи (например, диапазон 6530b частот на ФИГ. 65В, который может быть тем же диапазоном частот, что и второй диапазон частот восходящей фидерной линии связи, описанный со ссылкой на ФИГ. 66А). После получения составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи обратные сигналы восходящей линии связи могут быть разделены (например, с использованием разветвителя 6605), и разделенные сигналы могут служить в качестве входных сигналов для транспондеров 3440l и 3440m обратной линии связи. В некоторых примерах разветвитель 6605 разделяет сигналы на основе диапазонов частот (например, так, что принятые обратные сигналы восходящей линии связи, передаваемые в первом диапазоне частот, подаются на транспондер 3430l прямой линии связи, а принятые обратные сигналы восходящей линии связи, передаваемые во втором диапазоне частот, подаются на транспондер 3430m прямой линии связи). В таком сценарии разветвитель 6605 может быть примером одного или более фильтров. Соответственно, преобразователи 3710n и 3710о частоты могут работать так, чтобы принимать входные сигналы из разных диапазонов частот или разных частей диапазона частот и выводить сигналы в разных диапазонах частот в виде сигналов 522 фидерной нисходящей линии связи.
Как описано выше, различные антенные элементы фидерной линии связи могут быть частью одного и того же или разных массивов 3415 антенных элементов фидерной линии связи. Составляющие передающие элементы 3419а фидерной линии связи и составляющие передающие элементы 3419b фидерной линии связи могут перемежаться в рамках одного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи, как проиллюстрировано на ФИГ. 62. Когда частоты, поддерживаемые для фидерных линий связи транспондерами 3430l и 3430m прямой линии связи и транспондерами 3440l и 3440m обратной линии связи, существенно отличаются (например, когда разница между одним и другим составляет более чем 1,5 раза и т.д.), разные подмножества элементов 6205а, 6205b массива 6200 антенных элементов могут иметь соответствующий размер для разных поддерживаемых диапазонов частот (например, у составляющих антенных элементов 6205b, поддерживающих более высокий диапазон частот, волноводы/рупоры могут быть меньше, чем у составляющих антенных элементов 6205а и т.д.).
Узлы доступа, поддерживающие множество независимых сигналов фидерной линии связи
В некоторых примерах один или более AN 515 могут поддерживать множество фидерных линий связи (например, передачу множества прямых сигналов восходящей линии связи и/или прием множества обратных сигналов нисходящей линии связи). В некоторых случаях AN 515, поддерживающие множество фидерных линий связи, могут использоваться для снижения числа AN. Например, вместо того, чтобы иметь М AN 515, где каждый AN 515 поддерживает одну фидерную линию связи, система может иметь M / 2 AN 515, где каждый AN 515 поддерживает две фидерные линии связи. Хотя наличие M / 2 AN 515 уменьшает пространственное разнесение AN 515, сигналы между AN 515 и сквозным ретранслятором на разных частотах будут находиться в разных каналах, что также будет приводить к разнесению в каналах между двумя фидерными линиями связи. Каждый AN 515 может принимать множество специфических для узла доступа прямых сигналов 516, где каждый специфический для узла доступа прямой сигнал 516 будет взвешен в соответствии с коэффициентами формирования лучей, которые определяются на основе матрицы каналов, связанной с соответствующим диапазоном частот передачи. Таким образом, там, где каждый AN 515 поддерживает две фидерные линии связи, каждому AN 515 может быть предоставлен первый специфический для узла доступа прямой сигнал, определенный частично на основе первой матрицы каналов прямой восходящей линии связи для прямых каналов восходящей линии связи между AN 515 и сквозным ретранслятором 3403 в первом диапазоне частот, и второй специфический для узла доступа прямой сигнал, определенный частично на основе второй матрицы каналов прямой восходящей линии связи для прямых каналов восходящей линии связи между AN 515 и сквозным ретранслятором 3403 во втором диапазоне частот. Аналогичным образом, в обратной линии связи каждый AN 515 может получать первый комбинированный обратный сигнал, основанный на первом обратном сигнале нисходящей линии связи в третьем диапазоне частот (который может быть тем же диапазоном частот или может находиться в той же полосе, что и первый диапазон частот), и второй комбинированный обратный сигнал, основанный на втором обратном сигнале нисходящей линии связи в четвертом диапазоне частот (который может быть тем же диапазоном частот или может находиться в той же полосе, что и второй диапазон частот). Каждый AN 515 может передавать соответствующий первый и второй комбинированные обратные сигналы на формирователь 513 обратных лучей, который может применять коэффициенты формирования лучей к первым комбинированным обратным сигналам, определенные частично на основе первой матрицы каналов обратной нисходящей линии связи для обратных каналов нисходящей линии связи между сквозным ретранслятором 3403 и AN 515 в третьем диапазоне частот, и применять коэффициенты формирования лучей ко вторым комбинированным обратным сигналам, определенные частично на основе второй матрицы каналов обратной нисходящей линии связи для обратных каналов нисходящей линии связи в четвертом диапазоне частот.
Системы, в которых применяются M / 2 AN 515, могут иметь сниженную пропускную способность системы по сравнению с теми, в которых присутствуют M AN 515, но может достигаться существенное снижение стоимости системы (например, включая затраты на установку и обслуживание) при одновременном обеспечении приемлемой производительности. Кроме того, может использоваться некоторое число AN 515, отличных от М / 2, такое как 0,75 ⋅ М, которые могут обеспечивать аналогичную или более высокую производительность при снижении стоимости по сравнению с M AN 515, каждый из которых поддерживает только одну фидерную линию связи. Как правило, когда будет использоваться каждый из M AN 515, поддерживающий одну фидерную линию связи (например, один диапазон частот восходящей фидерной линии связи и один диапазон частот нисходящей фидерной линии связи), Х ⋅ М AN 515 могут использоваться в тех случаях, когда каждый AN 515 поддерживает множество фидерных линий связи, где Х находится в диапазоне от 0,5 до 1,0.
Как показано на ФИГ. 45А и 45В, X ⋅ M AN 515 могут быть распределены в пределах зоны 3450 узла доступа и могут обслуживать пользовательские терминалы 517 в пределах зоны 3460 покрытия пользователя посредством сформированных пользовательских лучей, где один или более пользовательских лучей формируются с использованием множества сигналов фидерной линии связи от по меньшей мере одного AN 515. Множество фидерных линий связи может поддерживаться посредством одного набора составляющих антенных элементов фидерной линии связи (например, одного массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи) или отдельных составляющих антенных элементов фидерной линии связи (отдельных массивов 3415 антенных элементов фидерных линий связи для каждой фидерной линии связи).
Для поддержки множества фидерных линий связи для каждого AN 515 может использоваться один массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи и один отражатель с использованием либо трактов 6000, 6050 приема/передачи прямого и обратного сигналов на ФИГ. 60А и 60В (например, отдельных подмножеств составляющих антенных элементов фидерной линии связи в пределах того же массива 3415 антенных элементов фидерной линии связи), либо трактов 6100, 6150 приема/передачи прямого и обратного сигналов на ФИГ. 61А и 61В (например, разветвителей и сумматоров, используемых для мультиплексирования множества фидерных линий связи с использованием одного и того же набора составляющих антенных элементов фидерной линии связи). Если разница в диапазонах частот между множеством фидерных линий связи является существенной (что может требоваться для увеличения разнесения каналов), размеры зоны 3450 узла доступа могут зависеть от большей частоты фидерной линии связи. Например, когда первая фидерная линия связи поддерживается в диапазоне частот около 30 ГГц, а вторая фидерная линия связи поддерживается в диапазоне частот около 60 ГГц, зона узла доступа ограничивается зоной, в которой один массив 3415 антенных элементов фидерной линии связи излучает с помощью одного отражателя. Таким образом, может наблюдаться некоторое ухудшение разнесения трактов для более низкого диапазона частот. Альтернативно первый массив 3415а антенных элементов фидерной линии связи может использоваться для поддержки первого диапазона частот, а второй массив 3415b антенных элементов фидерной линии связи используется для поддержки второго диапазона частот. В этом случае могут использоваться отдельные отражатели, которые могут иметь соответствующие размеры, позволяющие обеспечивать покрытие той же зоны 3450 узла доступа на разных частотах. Например, когда первая фидерная линия связи поддерживается первым массивом 3415а антенных элементов фидерной линии связи и первым отражателем в диапазоне частот около 30 ГГц, а вторая фидерная линия связи поддерживается вторым массивом 3415b антенных элементов фидерной линии связи и вторым отражателем в диапазоне частот около 60 ГГц, первый отражатель может быть больше (например, площадь этого отражателя может быть вдвое больше), чем второй отражатель, что позволяет учитывать разницу в коэффициентах усиления антенны для разных частот.
Выделение частот для разных фидерных линий связи может выполняться различными способами, включая показанные на ФИГ. 64А, 64В, 65А или 65В. Это означает, что первая фидерная линия связи может использовать несущие частоты в пределах диапазонов 6425а и 6430а частот (например, в K/Ka-полосах), а вторая фидерная линия связи использует диапазон 6435а частот (например, в V/W-полосах), как показано на ФИГ. 64А. Альтернативно первая фидерная линия связи может использовать несущие частоты в пределах диапазонов 6430b частот (например, в K/Ka-полосах), а вторая фидерная линия связи использует диапазон 6435b частот (например, в V/W-полосах), как показано на ФИГ. 64В. В еще одном альтернативном варианте обе из первой и второй фидерных линий связи могут использовать частоты, отличные от частот пользовательской линии связи, как показано на ФИГ. 65А и 65В, где первая фидерная линия связи использует диапазоны 6525а и 6525b частот (например, в V/W-полосах), а вторая фидерная линия связи использует диапазоны 6530а и 6530b частот (например, в V/W-полосах). В некоторых примерах первая фидерная линия связи и вторая фидерная линия связи могут использовать диапазоны частот, которые существенно отличаются (например, самая низкая частота в одном диапазоне частот может в 1,5 или 2 раза превышать самую низкую частоту в другом диапазоне частот). Как описано выше, ширина полосы для каждого диапазона частот фидерной линии связи может быть меньше ширины полосы диапазона частот пользовательской линии связи или один или более диапазонов частот фидерной линии связи могут иметь такую же ширину полосы частот, как и диапазон частот пользовательской линии связи. В некоторых случаях корреляция сигналов, связанных с первой и второй фидерными линиями связи, может быть обратно пропорциональна ширине разделительной полосы между двумя сигналами (например, так что два сигнала со смежными диапазонами частот в пределах Ka-полосы в большей степени коррелированы, чем сигнал Ka-полосы и сигнал V-полосы или два сигнала с несмежными диапазонами частот в пределах Ka-полосы). Этот эффект является результатом того, что сигналы со смежными диапазонами частот подвержены аналогичным атмосферным влияниям, а сигналы с большей шириной разделительной полосы будут подвержены разным атмосферным влияниям, что способствует индукции многолучевого распространения.
Заключение
Хотя раскрытый способ и устройство описаны выше в контексте различных примеров, случаев и реализации, следует понимать, что конкретные характеристики, аспекты и функциональность, описанные в одном или более из отдельных примеров, могут быть применимы к другим примерам. Таким образом, охват и объем заявленного изобретения не ограничены ни одним из приведенных выше примеров, а определяются формулой изобретения.
Использованные в настоящем документе термины и фразы, а также их вариации, если явно не указано иное, следует считать не имеющими ограничительного характера, а не ограничивающими. В качестве примеров вышеуказанного: термин «включающий в себя» используется в значении «включающий в себя, без ограничений» или т.п.; термин «пример» используется для обеспечения примеров реализации элемента описания, но не исчерпывающего или ограничивающего их перечня; термины в единственном числе используются в значении «по меньшей мере один», «один или более» или т.п.
В тексте описания термин «соединять» или «соединенный» используется в широком смысле для обозначения либо физического, либо электрического (включая беспроводное) соединения между компонентами. В некоторых случаях первый компонент может быть соединен со вторым компонентом через промежуточный третий компонент, размещенный между первым и вторым компонентами. Например, компоненты могут быть соединены через прямые соединения, согласующие цепи, усилители, аттенюаторы, фильтры, блоки постоянного тока, блоки переменного тока и т.д.
Если группа объектов связана союзом «и», это не означает, что все и каждый из этих объектов должны присутствовать в группе, а означает, что группа включает в себя все объекты или любое их подмножество, если прямо не указано иное. Аналогичным образом, группу объектов, связанных союзом «или», не следует интерпретировать как требующую взаимной исключительности объектов в группе, а следует интерпретировать как включающую в себя все объекты или любое их подмножество, если прямо не указано иное. Более того, хотя объекты, элементы или компоненты раскрытого способа и устройства могут быть описаны или заявлены в единственном числе, предполагается, что множественное число входит в их объем, если явно не указано ограничение единственным числом.
Присутствие расширяющих слов и фраз, таких как «один или более», «по меньшей мере» или других подобных фраз в некоторых случаях не означает, что в тех случаях, когда такие расширяющие фразы могут отсутствовать, предполагается или требуется более узкое значение. Кроме того, термины «несколько» и «множество» могут использоваться в настоящем документе как синонимы.
Хотя ссылочные позиции могут быть включены в формулу изобретения, они обеспечены исключительно для функции облегчения понимания формулы изобретения, а включение (или исключение) ссылочных позиций не следует рассматривать как ограничение объема предмета, защищенного формулой изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Методики применения кластеров узлов доступа при сквозном формировании луча | 2017 |
|
RU2737436C1 |
| Методики применения кластеров узлов доступа при сквозном формировании луча | 2017 |
|
RU2729884C1 |
| Методики применения кластеров узлов доступа при сквозном формировании луча | 2017 |
|
RU2729604C1 |
| Методики применения кластеров узлов доступа при сквозном формировании луча | 2017 |
|
RU2729597C1 |
| Спутник для сквозного формирования прямого луча | 2020 |
|
RU2805479C2 |
| СИСТЕМА СКВОЗНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ЛУЧЕЙ | 2016 |
|
RU2706113C1 |
| Узел доступа для системы связи со сквозным формированием обратных лучей | 2016 |
|
RU2704119C1 |
| МЕТОДИКИ ПРИМЕНЕНИЯ КЛАСТЕРОВ УЗЛОВ ДОСТУПА ПРИ СКВОЗНОМ ФОРМИРОВАНИИ ЛУЧА | 2017 |
|
RU2720492C2 |
| Методики применения кластеров узлов доступа при сквозном формировании луча | 2017 |
|
RU2726179C1 |
| СПОСОБ И СИСТЕМА СКВОЗНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ОБРАТНОГО ЛУЧА | 2019 |
|
RU2714928C1 |
Изобретение относится к сквозному формированию луча в системе беспроводной связи с использованием кластеров узлов доступа, которые отличаются от зоны покрытия пользователя. Техническим результатом является выравнивание задержек и устранение искажений в фидерной линии связи. Сквозное формирование луча прямой линии связи может включать в себя множество узлов доступа в одном или более кластерах узлов доступа, передающих сигналы, которые при ретрансляции множеством трактов передачи/приема сигналов в пределах сквозного ретранслятора формируют пользовательские лучи в зоне покрытия пользователя. Сквозное формирование луча обратной линии связи включает в себя применение весовых коэффициентов формирования луча к сигналам, передаваемым пользовательскими терминалами и ретранслируемым множеством трактов передачи/приема сигналов в сквозном ретрансляторе к узлам доступа для формирования сигналов обратного луча, связанных с обратными пользовательскими лучами. Кластеры узлов доступа могут перекрываться или находиться за пределами зоны покрытия пользователя, а множество кластеров узлов доступа могут обслуживать одну или более зон покрытия пользователя избирательно или одновременно. Множество полос частот фидерной линии связи может использоваться одними и теми же или разными кластерами узлов доступа. 4 н. и 30 з.п. ф-лы, 97 ил.
1. Система для предоставления услуги связи пользовательским терминалам, географически распределенным по зоне покрытия пользователя, посредством сквозного ретранслятора, содержащего множество трактов приема/передачи сигнала, содержащая:
интерфейс сигнала луча, который получает множество сигналов прямого луча, содержащих прямые потоки пользовательских данных, для передачи на пользовательские терминалы, сгруппированные по множеству зон покрытия прямых пользовательских лучей;
генератор весовых коэффициентов луча, который генерирует матрицу весовых коэффициентов прямого луча для сквозного формирования луча во множестве зон покрытия прямых пользовательских лучей посредством сквозного ретранслятора;
формирователь лучей, соединенный с интерфейсом сигнала луча и генератором весовых коэффициентов луча, причем формирователь лучей содержит прямой матричный умножитель, который получает множество специфических для узла доступа прямых сигналов на основе матричного произведения матрицы весовых коэффициентов прямого луча и вектора сигналов прямого луча; и
множество кластеров узлов доступа, при этом каждый кластер узлов доступа связан с соответствующей одной из множества зон узла доступа, и при этом каждый из множества кластеров узлов доступа содержит:
множество узлов доступа, географически распределенных в пределах соответствующей зоны узла доступа, при этом каждый кластер узлов доступа получает соответствующий набор множества специфических для узла доступа прямых сигналов, и при этом каждый из множества узлов доступа каждого кластера узлов доступа содержит передатчик, который передает соответствующий прямой сигнал восходящей линии связи на сквозной ретранслятор на основе одного соответствующего набора множества специфических для узла доступа прямых сигналов, и при этом соответствующие прямые сигналы восходящей линии связи предварительно скорректированы для компенсации соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы, введенных между множеством узлов доступа и сквозным ретранслятором.
2. Система по п. 1, в которой каждая из множества зон узла доступа не перекрывается с другими зонами узла доступа из множества зон узла доступа.
3. Система по п. 1, в которой по меньшей мере одна из множества зон узла доступа не перекрывается с зоной покрытия пользователя.
4. Система по п. 1, в которой первый набор прямых сигналов восходящей линии связи от первого кластера узлов доступа из множества кластеров узлов доступа переносится посредством первого набора множества трактов приема/передачи сигнала, а второй набор прямых сигналов восходящей линии связи из второго кластера узлов доступа из множества кластеров узлов доступа переносится посредством второго набора множества трактов приема/передачи сигнала.
5. Система по п. 4, в которой оба из первого набора прямых сигналов восходящей линии связи и второго набора прямых сигналов восходящей линии связи способствуют формированию по меньшей мере одного прямого пользовательского луча, связанного с по меньшей мере одной из множества зон покрытия прямых пользовательских лучей.
6. Система по п. 4, в которой первый набор множества трактов приема/передачи сигнала соединен с первым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи антенной подсистемы пользовательской линии связи сквозного ретранслятора, а второй набор множества трактов приема/передачи сигнала соединен со вторым массивом антенных элементов пользовательской линии связи антенной подсистемы пользовательской линии связи;
зона покрытия пользователя включает в себя первую зону покрытия пользователя и вторую зону покрытия, и
первый массив взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи связан с первой зоной покрытия пользователя, а второй массив взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи связан со второй зоной покрытия пользователя.
7. Система по п. 1, в которой множество трактов приема/передачи сигнала избирательно соединено посредством первого набора переключателей с одним из первого массива взаимодействующих составляющих антенных элементов фидерной линии связи, связанного с первым кластером узлов доступа из множества кластеров узлов доступа, или второго массива взаимодействующих составляющих антенных элементов фидерной линии связи, связанного со вторым кластером узлов доступа из множества кластеров узлов доступа.
8. Система по п. 7, в которой зона покрытия пользователя включает в себя первую зону покрытия пользователя и вторую зону покрытия пользователя, причем множество трактов приема/передачи сигнала избирательно соединено посредством второго набора переключателей с одним из первого массива взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи, связанного с первой зоной покрытия пользователя, или второго массива взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи, связанного со второй зоной покрытия пользователя.
9. Система по п. 8, в которой первая зона покрытия пользователя не перекрывается с соответствующей зоной узла доступа первого кластера узлов доступа, а вторая зона покрытия пользователя не перекрывается с соответствующей зоной узла доступа второго кластера узлов доступа.
10. Система по п. 1, в которой:
каждый из множества узлов доступа содержит приемник, который принимает соответствующий обратный сигнал нисходящей линии связи из сквозного ретранслятора посредством антенны, причем каждый из соответствующих обратных сигналов нисходящей линии связи содержит комбинацию обратных сигналов восходящей линии связи, передаваемых от множества пользовательских терминалов и ретранслируемых по меньшей мере подмножеством из множества трактов приема/передачи сигнала сквозного ретранслятора для формирования комбинированного обратного сигнала;
генератор весовых коэффициентов луча генерирует матрицу весовых коэффициентов обратного луча для сквозного формирования лучей, передаваемых из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей на множество кластеров узлов доступа посредством сквозного ретранслятора; и
формирователь лучей содержит обратный матричный умножитель, который получает соответствующие сигналы обратного луча для множества зон покрытия обратных пользовательских лучей на основе матричного произведения матрицы весовых коэффициентов обратного луча и вектора соответствующих комбинированных обратных сигналов, при этом соответствующие комбинированные обратные сигналы скорректированы для подстройки синхронизации и фазы для компенсации соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы между сквозным ретранслятором и множеством узлов доступа.
11. Способ предоставления услуги связи пользовательским терминалам, географически распределенным по зоне покрытия пользователя, посредством сквозного ретранслятора, содержащего множество трактов приема/передачи сигнала, включающий в себя:
получение множества сигналов прямого луча, содержащих прямые потоки пользовательских данных, для передачи на множество пользовательских терминалов, сгруппированных по множеству зон покрытия прямых пользовательских лучей;
определение матрицы весовых коэффициентов прямого луча для сквозного формирования лучей, передаваемых из набора узлов доступа во множество зон покрытия прямых пользовательских лучей посредством сквозного ретранслятора, при этом набор узлов доступа содержит узлы доступа по меньшей мере одного из множества кластеров узлов доступа, при этом каждый из множества кластеров узлов доступа содержит множество узлов доступа в географически распределенных местоположениях в пределах соответствующей одной из множества зон узла доступа;
генерацию соответствующих специфических для узла доступа прямых сигналов для передачи набором узлов доступа, при этом каждый из соответствующих специфических для узла доступа прямых сигналов содержит комбинацию соответствующих сигналов прямого луча, которые взвешены с помощью соответствующих весовых коэффициентов формирования прямого луча из матрицы весовых коэффициентов прямого луча; и
передачу соответствующих прямых сигналов восходящей линии связи из набора узлов доступа, основанных на соответствующих специфических для узла доступа прямых сигналах, при этом соответствующие прямые сигналы восходящей линии связи предварительно скорректированы для компенсации соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы между множеством узлов доступа и сквозным ретранслятором.
12. Способ по п. 11, в котором передача содержит:
передачу первого набора прямых сигналов восходящей линии связи от первого кластера узлов доступа из множества кластеров узлов доступа на сквозной ретранслятор для переноса посредством первого набора множества трактов приема/передачи сигнала; и
передачу второго набора прямых сигналов восходящей линии связи от второго кластера узлов доступа из множества кластеров узлов доступа на сквозной ретранслятор для переноса посредством второго набора множества трактов приема/передачи сигнала.
13. Способ по п. 12, дополнительно включающий в себя:
формирование по меньшей мере одного прямого пользовательского луча для предоставления услуги связи в по меньшей мере одной из множества зон покрытия прямых пользовательских лучей с использованием по меньшей мере подмножества первого набора прямых сигналов восходящей линии связи и по меньшей мере подмножества второго набора прямых сигналов восходящей линии связи.
14. Способ по п. 12, в котором зона покрытия пользователя содержит первую зону покрытия пользователя и вторую зону покрытия пользователя, а также дополнительно содержит формирование первого набора пользовательских лучей для предоставления услуги связи в первой зоне покрытия пользователя из первого набора прямых сигналов восходящей линии связи и формирование второго набора пользовательских лучей для предоставления услуги связи во второй зоне покрытия пользователя из второго набора прямых сигналов восходящей линии связи.
15. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя:
избирательное соединение входов множества трактов приема/передачи сигнала с первым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов фидерной линии связи, связанным с первым кластером узлов доступа из множества кластеров узлов доступа в первый период времени; и
избирательное соединение входов множества трактов приема/передачи сигнала со вторым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов фидерной линии связи, связанным со вторым кластером узлов доступа из множества кластеров узлов доступа во второй период времени.
16. Способ по п. 15, в котором зона покрытия пользователя содержит первую зону покрытия пользователя и вторую зону покрытия пользователя, а также способ дополнительно содержит:
избирательное соединение выходов множества трактов приема/передачи сигнала с первым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи, связанным с первой зоной покрытия пользователя в первый период времени; и
избирательное соединение выходов множества трактов приема/передачи сигнала со вторым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи, связанным со второй зоной покрытия пользователя во второй период времени.
17. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя:
прием приемником на каждом из множества узлов доступа соответствующего обратного сигнала нисходящей линии связи от сквозного ретранслятора, причем каждый из соответствующих обратных сигналов нисходящей линии связи содержит комбинацию обратных сигналов восходящей линии связи, передаваемых от множества пользовательских терминалов и ретранслируемых по меньшей мере подмножеством из множества трактов приема/передачи сигнала сквозного ретранслятора для формирования комбинированного обратного сигнала;
генерацию матрицы весовых коэффициентов обратного луча для сквозного формирования лучей, передаваемых из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей на множество кластеров узлов доступа посредством сквозного ретранслятора; и
получение соответствующих сигналов обратного луча для множества зон покрытия обратных пользовательских лучей на основе матричного произведения матрицы весовых коэффициентов обратного луча и вектора соответствующих комбинированных обратных сигналов, при этом соответствующие комбинированные обратные сигналы скорректированы для подстройки синхронизации и фазы с целью компенсации соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы между сквозным ретранслятором и множеством узлов доступа.
18. Система для предоставления услуги связи пользовательским терминалам, географически распределенным по зоне покрытия пользователя, посредством сквозного ретранслятора, содержащего множество трактов приема/передачи сигнала, содержащая:
множество кластеров узлов доступа, при этом каждый кластер узлов доступа связан с соответствующей одной из множества зон узла доступа, и при этом каждый из множества кластеров узлов доступа содержит:
множество узлов доступа, географически распределенных в пределах соответствующей зоны узла доступа, при этом каждый из множества узлов доступа содержит приемник, который принимает соответствующий обратный сигнал нисходящей линии связи от сквозного ретранслятора, при этом каждый из соответствующих обратных сигналов нисходящей линии связи содержит комбинацию обратных сигналов восходящей линии связи, передаваемых от множества пользовательских терминалов и ретранслируемых по меньшей мере подмножеством из множества трактов приема/передачи сигнала сквозного ретранслятора для формирования комбинированного обратного сигнала;
генератор весовых коэффициентов луча, который генерирует матрицу весовых коэффициентов обратного луча для сквозного формирования лучей, передаваемых из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей на множество кластеров узлов доступа посредством сквозного ретранслятора; и
формирователь обратных лучей, соединенный с генератором весовых коэффициентов луча, при этом формирователь обратных лучей содержит матричный умножитель, который получает соответствующие сигналы обратного луча для множества зон покрытия обратных пользовательских лучей на основе матричного произведения матрицы весовых коэффициентов обратного луча и вектора соответствующих комбинированных обратных сигналов, при этом соответствующие комбинированные обратные сигналы скорректированы для подстройки синхронизации и фазы для компенсации соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы между сквозным ретранслятором и множеством узлов доступа.
19. Система по п. 18, в которой первый кластер узлов доступа из множества кластеров узлов доступа принимает первый набор обратных сигналов нисходящей линии связи, соответствующих обратным сигналам восходящей линии связи, которые переносятся посредством первого набора множества трактов приема/передачи сигнала, а второй кластер узлов доступа из множества кластеров узлов доступа принимает второй набор обратных сигналов нисходящей линии связи, соответствующих обратным сигналам восходящей линии связи, которые переносятся посредством второго набора множества трактов приема/передачи сигнала.
20. Система по п. 19, в которой оба из первого набора обратных сигналов нисходящей линии связи и второго набора обратных сигналов нисходящей линии связи способствуют формированию по меньшей мере одного обратного пользовательского луча, связанного с по меньшей мере одной из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей.
21. Система по п. 19, в которой входы первого набора множества трактов приема/передачи сигнала соединены с первым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи антенной подсистемы пользовательской линии связи сквозного ретранслятора, а входы второго набора множества трактов приема/передачи сигнала соединены со вторым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи антенной подсистемы пользовательской линии связи;
зона покрытия пользователя включает в себя первую зону покрытия пользователя и вторую зону покрытия, и
первый массив взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи связан с первой зоной покрытия пользователя, а второй массив взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи связан со второй зоной покрытия пользователя.
22. Система по п. 18, в которой множество трактов приема/передачи сигнала избирательно соединено посредством первого набора переключателей с одним из первого массива взаимодействующих составляющих антенных элементов фидерной линии связи для передачи первого набора обратных сигналов нисходящей линии связи на первый кластер узлов доступа из множества кластеров узлов доступа или второго массива взаимодействующих составляющих антенных элементов фидерной линии связи для передачи второго набора обратных сигналов нисходящей линии связи на второй кластер узлов доступа из множества кластеров узлов доступа.
23. Система по п. 22, в которой зона покрытия пользователя включает в себя первую зону покрытия пользователя и вторую зону покрытия пользователя, и причем множество трактов приема/передачи сигнала избирательно соединено посредством второго набора переключателей с одним из первого массива взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи, связанного с первой зоной покрытия пользователя, или второго массива взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи, связанного со второй зоной покрытия пользователя.
24. Система по п. 23, в которой первая зона покрытия пользователя не перекрывается с соответствующей зоной узла доступа первого кластера узлов доступа, а вторая зона покрытия пользователя не перекрывается с соответствующей зоной узла доступа второго кластера узлов доступа.
25. Способ предоставления услуги связи пользовательским терминалам, географически распределенным по зоне покрытия пользователя, посредством сквозного ретранслятора, содержащего множество трактов приема/передачи сигнала, причем способ включает в себя:
прием в наборе узлов доступа соответствующих обратных сигналов нисходящей линии связи от сквозного ретранслятора, причем каждый из соответствующих обратных сигналов нисходящей линии связи содержит обратные потоки пользовательских данных, передаваемые от множества пользовательских терминалов и ретранслируемые сквозным ретранслятором для формирования комбинированного обратного сигнала, при этом набор узлов доступа содержит узлы доступа по меньшей мере одного из множества кластеров узлов доступа, при этом каждый из множества кластеров узлов доступа содержит множество узлов доступа в географически распределенных местоположениях в пределах соответствующей одной из множества зон узла доступа;
определение матрицы весовых коэффициентов обратного луча для сквозного формирования лучей, передаваемых из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей на набор узлов доступа посредством сквозного ретранслятора;
применение к каждому из соответствующих комбинированных обратных сигналов соответствующих весовых коэффициентов формирования луча из матрицы весовых коэффициентов обратного луча для получения соответствующего множества взвешенных комбинированных обратных сигналов, связанных с каждой из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей; и
комбинирование для каждой из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей соответствующего множества взвешенных комбинированных обратных сигналов для получения сигнала обратного луча, связанного с каждой из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей, при этом соответствующее множество взвешенных комбинированных обратных сигналов скорректировано для компенсации соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы между сквозным ретранслятором и набором узлов доступа до комбинирования.
26. Способ по п. 25, в котором прием содержит:
прием на первом кластере узлов доступа из множества кластеров узлов доступа первого набора обратных сигналов нисходящей линии связи, соответствующих обратным сигналам восходящей линии связи, переносимым посредством первого набора множества трактов приема/передачи сигнала; и
прием на втором кластере узлов доступа из множества кластеров узлов доступа второго набора обратных сигналов нисходящей линии связи, соответствующих обратным сигналам восходящей линии связи, переносимым посредством второго набора множества трактов приема/передачи сигнала.
27. Способ по п. 26, дополнительно включающий в себя:
формирование по меньшей мере одного обратного пользовательского луча, связанного с по меньшей мере одной из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей, с использованием по меньшей мере подмножества первого набора обратных сигналов нисходящей линии связи и по меньшей мере подмножества второго набора обратных сигналов нисходящей линии связи.
28. Способ по п. 26, в котором зона покрытия пользователя содержит первую зону покрытия пользователя и вторую зону покрытия пользователя, причем способ дополнительно включает в себя:
формирование первого набора обратных пользовательских лучей, связанного с первой зоной покрытия пользователя, из первого набора обратных сигналов нисходящей линии связи и формирование второго набора обратных пользовательских лучей, связанного со второй зоной покрытия пользователя, из второго набора обратных сигналов нисходящей линии связи.
29. Способ по п. 25, в котором зона покрытия пользователя содержит первую зону покрытия пользователя и вторую зону покрытия пользователя, который дополнительно включает в себя:
избирательное соединение входов множества трактов приема/передачи сигнала с первым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи, связанным с первой зоной покрытия пользователя в первый период времени; и
избирательное соединение множества трактов приема/передачи сигнала со вторым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов пользовательской линии связи, связанным со второй зоной покрытия пользователя, во второй период времени.
30. Способ по п. 29, дополнительно включающий в себя:
избирательное соединение выходов множества трактов приема/передачи сигнала с первым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов фидерной линии связи, связанным с первым кластером узлов доступа из множества кластеров узлов доступа в первый период времени; и
избирательное соединение выходов множества трактов приема/передачи сигнала со вторым массивом взаимодействующих составляющих антенных элементов фидерной линии связи, связанным со вторым кластером узлов доступа из множества кластеров узлов доступа во второй период времени.
| US2008051080 A1, 22.02.2008 | |||
| US8923756 B1, 30.12.2014 | |||
| US2007281612 A1, 06.12.2007 | |||
| US2015087299 A1, 26.03.2015 | |||
| US2004259497 A1, 23.12.2004 | |||
| US6125261 A, 26.09.2000 | |||
| ЭФФЕКТИВНАЯ ПОДДЕРЖКА ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ С ДУПЛЕКСНЫМ ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ ПОСРЕДСТВОМ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ СКАЧКООБРАЗНОЙ ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ И ПЕРЕДАЧИ КОНТРОЛЬНОГО СИГНАЛА ПО ЗАПРОСУ | 2006 |
|
RU2388161C2 |
