СВЕРХДЕШЕВАЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ АПЕРТУРА СПУТНИКА Российский патент 2023 года по МПК H01Q1/28 

Перекрестные ссылки

Настоящая заявка на патент испрашивает преимущество по предварительной заявке на патент США № 62/804,476 от PARKER et al., озаглавленной ULTRA-LOW COST HIGH PERFORMANCE SATELLITE APERTURE, поданной 12 февраля 2019 г., и испрашивает преимущество по предварительной заявке на патент США № 62/808,554 от PARKER et al., озаглавленной ULTRA-LOW COST HIGH PERFORMANCE SATELLITE APERTURE, поданной 21 февраля 2019 г., каждая из которых настоящим переуступлена правопреемнику и полностью включена в настоящий документ путем ссылки.

Предпосылки создания изобретения

Следующее описание относится в целом к антенным системам и в частности к сверхдешевой высокоэффективной апертуре спутника.

В спутниковых системах используются антенны множества разных типов со специальными свойствами для конкретных применений. Например, для приема и передачи сигнала спутник может использовать параболическую антенну. Параболическая антенна может состоять из параболической отражающей поверхности и центрального рупорного облучателя. Параболическая поверхность способствует схождению падающих лучей, при этом падающие лучи отражаются на центральный рупорный облучатель, который расположен в фокальной точке кривизны. Когда параболическая антенна принимает сигнал, входящий сигнал становится гораздо более усиленным за счет объединенной энергии отдельных радиосигналов. Еще одним примером антенны является активная антенная решетка с электронным сканированием (AESA). AESA представляет собой тип фазированной антенной решетки, в которой пучок сигналов может направляться электронным образом в любом направлении без физического перемещения антенны. Антенна состоит из решетки расположенных на равном расстоянии друг от друга небольших антенн, каждая с отдельным облучателем. Пучок направляют электронным образом посредством управления фазой радиоволн, передаваемых и принимаемых каждым из множества излучающих элементов в антенне. Это сканирование с цифровым управлением, являющееся особенностью AESA, позволяет ей быстро сканировать любое направление по сравнению с радаром с механическим сканированием, диапазон которого ограничен направлением, в котором он обращен, и тем, насколько быстро он может быть повернут его двигателями.

Однако у каждого типа имеются определенные недостатки, что делает их пригодными не для каждого применения. Например, каждый тип антенны отличается размером, механической сложностью, мощностью, охлаждением, весом, ценой и т.д., что может определять, какую антенну нужно использовать для конкретной функции. В некоторых случаях может потребоваться механически несложная и недорогая антенна.

Изложение сущности изобретения

Описанные технологии относятся к улучшенным способам, системам, устройствам и аппаратам для сверхдешевой высокоэффективной апертуры спутника. Антенная система спутника может состоять из антенного приемника, который соединен с множеством гибких соединений. Каждое из соединений может быть присоединено к одному или более антенным элементам. Соединения могут быть развернуты в пространстве неконтролируемым образом. Кроме того, расстояние между соединениями и, в свою очередь, антенными элементами может быть неконтролируемым. К антенным элементам могут не предъявляться требования к их наведению. Антенная система может принимать подготовительные сигналы и связывать антенные элементы с временем прихода на основе подготовительного сигнала. При приеме сигнала данных антенная система может применять коэффициенты, определенные из связи антенных элементов с временем прихода, к сигналу данных для обнаружения требуемой когерентности сигнала среди антенных элементов.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 показан пример системы беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.

На фиг. 2 показан пример спутника беспроводной связи, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.

На фиг. 3A и 3B показан пример спутника беспроводной связи, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.

На фиг. 4 показан пример спутниковой антенны для беспроводной связи, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.

На фиг. 5 показана блок-схема 500 аппарата 505 для сверхдешевой высокоэффективной апертуры спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.

На фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая способ 600, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.

Подробное описание

Описанные признаки в целом относятся к антенной системе, в которой каждый антенный элемент системы имеет неточное расположение в пространстве. Каждый из антенных элементов может быть гибко соединен с антенным приемником, а соединения могут быть развернуты в пространстве неконтролируемым образом. При приеме сигналов данных от приемника антенная система может применять линейную алгебру и обработку сигнала с множественным входом — множественным выходом (MIMO), чтобы обнаруживать когерентность энергии сигнала для когерентного добавления всей собранной энергии сигнала.

В отличие от других антенных систем, таких как параболические антенные системы, настоящая антенная система обладает низкой механической сложностью и может быть изготовлена с относительно низкими затратами. Например, параболическая антенна может иметь высокие производственные допуски для поддержания когерентности энергии сигнала. Кроме того, высокое усиление предлагаемой системы будет равносильно усилению параболической антенны с очень большим диаметром. Использование параболической антенны очень большого диаметра не только повысит производственные затраты, но ее использование увеличит и другие расходы, такие как расходы на транспортировку и интеграцию, поскольку параболическую антенну нужно будет транспортировать и собрать в космосе. Кроме того, направленность настоящей антенной системы может быть выполнена с возможностью конфигурирования в отличие от обычных антенных систем, что снижает механическую сложность, связанную с наведением антенны.

В настоящем описании приведены примеры, которые не предназначены для ограничения объема, применимости или конфигурации вариантов осуществления принципов, описанных в настоящем документе. Последующее описание скорее предоставляет специалистам в данной области техники подробное описание реализации вариантов осуществления принципов, описанных в настоящем документе. В функции и конструкции элементов могут быть внесены различные изменения.

Таким образом, в различных вариантах осуществления при необходимости могут быть пропущены, заменены или добавлены различные процедуры или компоненты. Например, следует понимать, что способы можно выполнять в порядке, отличном от описанного выше, и что могут быть добавлены, опущены или объединены различные их этапы. Кроме того, аспекты и элементы, описанные в связи с некоторыми вариантами осуществления, могут комбинироваться в различных других вариантах осуществления. Следует также понимать, что следующие системы, способы и устройства могут по отдельности или в совокупности являться компонентами более крупной системы, причем другие процедуры могут иметь приоритет над ними или иным образом изменять их применение.

На фиг. 1 приведена упрощенная схема спутниковой системы 100 связи, на примере которой могут быть описаны принципы, включенные в настоящий документ. Спутниковая система 100 связи может обеспечивать услугу связи на по меньшей мере участках видимой области Земли из положения спутника 105. Спутник 105 может являться любым спутником подходящего типа, например, спутником на геостационарной орбите (GEO), спутником на средневысотной орбите (MEO) или спутником на низкой орбите (LEO). Спутник может предоставлять услугу связи посредством пользовательских лучей 145, каждый из которых может обеспечивать покрытие для зоны покрытия пользовательских лучей. Хотя показан один пользовательский луч 145, спутник 105 может представлять собой многолучевой спутник, передающий некоторое количество (например, обычно 20–500 и т.д.) пользовательских лучей 145, каждый из которых направлен на отличную от других область Земли. Это может позволить охватить относительно большую географическую область и повторно использовать частоты в пределах покрываемой зоны. Повторное использование частот в многолучевых спутниковых системах позволяет увеличить пропускную способность системы для данной ширины полосы пропускания системы.

Каждый спутниковый луч 145 спутника 105 может поддерживать некоторое количество пользовательских терминалов 185. Пользовательские терминалы 185 могут принимать данные от спутника 105 посредством прямых сигналов 155-a нисходящей линии связи и передавать данные посредством обратных сигналов 160-a восходящей линии связи. Пользовательский терминал 185 может быть любой двусторонней спутниковой стационарной или подвижной наземной станцией, такой как терминал с очень малой апертурой (VSAT). Каждый спутниковый луч 145 может поддерживать другие терминалы, такие как многопользовательские терминалы 170 доступа, которые тоже могут быть стационарными или находящимися на подвижной платформе 130, такой как воздушное судно, морское судно, транспортное средство, поезд или т.п. Как показано на фиг. 1, спутниковый луч 145, который может быть выделен конкретным диапазону частот и поляризации, может передавать прямые сигналы 155 нисходящей линии связи или обратные сигналы 160 восходящей линии связи, как для стационарных терминалов 185, так и для многопользовательских терминалов 170 доступа. Прямые сигналы 155 нисходящей линии связи или обратные сигналы 160 восходящей линии связи для пользовательских терминалов 185 и многопользовательских терминалов 170 доступа могут быть мультиплексированы в спутниковом луче 145 с использованием технологий мультиплексирования, таких как многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA), множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), многочастотный многостанционный доступ с временным разделением каналов (MF-TDMA), множественный доступ с кодовым разделением (CDMA), многостанционный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) и т.п.

Спутниковая система 100 связи содержит систему 115 шлюза и сеть 120, которые могут быть соединены вместе посредством одной или более проводных или беспроводных линий связи. Система 115 шлюза выполнена с возможностью обмена данными с одним или более пользовательскими терминалами 185 или многопользовательскими терминалами 170 доступа посредством спутника 105. Сеть 120 может содержать любые подходящие общественные или частные сети и может быть соединена с другими сетями связи (не показаны), такими как Интернет, телефонные сети (например, коммутируемые телефонные сети общего пользования (PSTN) и т.д.) и т.п. Сеть 120 может соединять систему 115 шлюза с другими системами шлюза, которые также могут быть поддерживать связь со спутником 105 или другими спутниками. Альтернативно для совместного обслуживания пользовательского трафика может использоваться отдельная сеть, связывающая шлюзы и другие узлы. Система 115 шлюза также может быть выполнена с возможностью приема обратных сигналов от пользовательских терминалов 185 или многопользовательских терминалов 170 доступа (посредством спутника 105), которые направлены адресату в сети 120 или других сетях связи.

Система 115 шлюза может быть устройством или системой, которая обеспечивает интерфейс между сетью 120 и спутником 105. Система 115 шлюза может использовать антенну 110 для передачи сигналов на спутник 105 и приема сигналов от него посредством прямых сигналов 135 восходящей линии связи и обратных сигналов 140 нисходящей линии связи. Антенна 110 может быть выполнена с возможностью двухсторонней связи и обладать достаточной мощностью передачи и чувствительностью приема для надежной связи со спутником 105. В одном варианте осуществления спутник 105 выполнен с возможностью приема сигналов от антенны 110 в пределах указанной полосы частот и конкретной поляризации. Хотя показано, что спутниковая система 100 связи включает в себя один спутник 105, она может включать в себя множество спутников. Множество спутников могут иметь зоны покрытия спутниковой службы, которые по меньшей мере частично перекрываются друг с другом.

Каждый спутниковый пользовательский луч 145 или спутник 105 поддерживает пользовательские терминалы 185 или многопользовательские терминалы 170 доступа в пределах его зоны покрытия (например, предоставляя ресурсы восходящей линии связи и нисходящей линии связи). Повторное использование частот между спутниковыми пользовательскими лучами 145 может быть обеспечено посредством выделения одного или более диапазонов частот (которые могут называться каналами) каждому спутниковому пользовательскому лучу 145 и/или посредством использования ортогональных поляризаций. Конкретные диапазон частот и/или поляризация могут называться «цветом», и повторное использование частот в мозаичной спутниковой системе с узким лучом может осуществляться в соответствии с цветом.

Покрытие разных спутниковых пользовательских лучей 145 может осуществляться без перекрытия или имеет различные степени перекрытия, в том числе перекрытие до 100%. В одном примере спутниковые пользовательские лучи 145 спутника 105 могут располагаться мозаикой и частично перекрываться, чтобы обеспечивать полное или почти полное покрытие для относительно большой географической области, причем частично перекрывающиеся или смежные лучи используют разные диапазоны частот и/или поляризации (например, разные цвета).

Спутник 105 может обеспечивать услугу сетевого доступа устройствам связи (например, компьютерам, переносным компьютерам, планшетам, гарнитурам, умным электроприборам), подключенным к пользовательскому терминалу 185 или к устройствам 175 связи пассажиров 180 на борту подвижной платформы 130. Например, пассажиры 180 могут подключать свои устройства 175 связи посредством проводных (например, Ethernet) или беспроводных (например, WLAN) соединений 176. Многопользовательский терминал 170 доступа может получать услугу сетевого доступа посредством пользовательского луча 145.

Многопользовательский терминал 170 доступа может использовать антенну, установленную на подвижной платформе 130, для обмена данными посредством прямых сигналов 155-a нисходящей линии связи и обратных сигналов 160-a восходящей линии связи. Когда многопользовательский терминал 170 доступа находится на подвижном транспортном средстве, антенна 165 может быть установлена с превышением и азимутом, которые наводят антенну 165 (например, активно отслеживающую) на спутник 105. Спутниковая система 100 связи может работать в установленных Международным союзом электросвязи (МСЭ) полосах Ku, K или Ka (например, от 17,7 до 21,2 гигагерца (ГГц) в нисходящей линии связи и от 27,5 до 31 ГГц в восходящей части полосы Ka). Альтернативно спутниковая система 100 связи может работать в других полосах частот, таких как C-полоса, X-полоса, S-полоса, L-полоса, УВЧ, СВЧ и т.п.

Специалисту в данной области должно быть понятно, что один или более аспектов изобретения могут быть реализованы в системе 100 дополнительно или в качестве альтернативы для решения других проблем, отличных от описанных в настоящем документе. Более того, аспекты изобретения могут обеспечивать технические усовершенствования «традиционных» систем или процессов, как описано в настоящем документе. Однако описание и приложенные чертежи содержат только пример технических усовершенствований, получающихся в результате реализации аспектов изобретения, и, соответственно, не представляют все технические усовершенствования, обеспечиваемые в пределах объема формулы изобретения.

В одном примере спутник 105 содержит или соединен с антенной системой 101, которая содержит антенную приемопередающую систему, соединенную с множеством гибких соединений. Каждое соединение может соединять приемник с одним или более антенными элементами. Антенная приемопередающая система может иметь один или более приемопередатчиков. Антенная система 101 может быть уложена для развертывания спутника 105 с компактным расположением гибких соединений и антенных элементов. По достижении спутником 105 целевой орбиты (например, LEO, MEO, GEO) соединения могут быть развернуты в космосе для распределения антенных элементов по площади апертуры антенной системы. Развернутые местоположения каждого антенного элемента могут быть не заданными или не контролируемыми во время развертывания. Таким образом, расстояние между соединениями и, в свою очередь, антенными элементами может быть не заданным перед развертыванием, и они могут быть разнесены неконтролируемым образом за счет физических свойств гибких соединений. Спутник 105 может обладать одним или более признаками, которые описаны в настоящем документе в отношении раскрываемой антенной системы 101.

После развертывания антенная система 101 спутника 105 может принимать подготовительные сигналы от различных передающих устройств, таких как антенна 110, пользовательский терминал 185 или антенна 165. Один или более антенных элементов антенной системы 101 могут принимать эти подготовительные сигналы, а процессор антенной системы 101 может определять относящуюся к положению информацию, такую как параметры времени прихода (TOA), и связывать параметры TOA с соответствующими антенными элементами. На основе параметров TOA антенная система 101 может дополнительно определять коэффициенты приема. Каждый коэффициент может быть основан на уникальной (например, для приемопередатчика) сигнатуре (например, собственном векторе) времени прихода. Антенная система 101 может принимать последующие сигналы от антенны 110, пользовательского терминала 185 или антенны 165, такие как сигналы данных, а процессор антенной системы 101 может обрабатывать сигналы данных, используя коэффициенты. Передатчик, передающий сигналы данных, может быть тем же самым передатчиком, который передавал подготовительные сигналы, или другим передатчиком.

Антенная система 101 может также позволять достигать повторного использования частот между спутниковыми пользовательскими лучами 145 за счет присвоения уникальных весовых коэффициентов времени прихода между конечными точками спутниковых пользовательских лучей 145, где конечные точки пользовательских лучей являются спутником 101 и терминалами (например, антеннами пользовательского терминала 185 или многопользовательского терминала 170 доступа). Поскольку присвоение весовых коэффициентов времени прихода уникально, передачи сигналов, выполняемые посредством спутниковых пользовательских лучей 145, могут быть уникально отделены от других спутниковых пользовательских лучей (например, посредством линейной алгебры). Например, каждый пользовательский луч 145 может быть связан с отличным от других набором коэффициентов. Следовательно, вся частота, назначенная каждому спутниковому пользовательскому лучу 145, может повторно использоваться другими спутниковыми пользовательскими лучами в отсутствие или при незначительном ухудшении рабочих характеристик связи системы. Уникальность присвоения весовых коэффициентов времени прихода между спутниковыми пользовательскими лучами 145 и конечными точками может быть определена диаметром объемной 3D-формы антенной системы 101, количеством антенных элементов антенной системы 101, разносом между пользовательскими терминалами или их комбинацией.

Множественные спутниковые пользовательские лучи 145 и сигналы, связанные с лучами, имеющими один и тот же диапазон частот, могут быть приняты в одно и то же время и различаться посредством весовых коэффициентов. Размер объемной формы и количество элементов определяют пространственное или географическое разрешение для различения сигналов от разных передатчиков, использующих разные углы прихода. Эта конструкция может быть способна достигать разрешения в диапазоне 100 м на 1 км (например, при объемной 3D-форме приблизительно 1 км и 1000 элементах в конфигурации LEO) и может таким образом поддерживать очень малые эффективные пользовательские лучи.

На фиг. 2 показан пример антенной системы 101-a для беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. Антенная система 101-a может содержать антенную приемопередающую систему 240, ветви 210, антенные элементы 215 и соединения 220 и может быть частью спутника 105 или быть соединена с ним. Антенная система 101-a может быть примером или аспектами реализации антенной системы 101, изображенной на фиг. 1. Антенная система 101-a может быть, например, n-уровневой MIMO-антенной. В некоторых примерах антенная система 101-a может быть 2-уровневой MIMO-антенной.

Антенная приемопередающая система 240 может принимать сигналы, такие как подготовительные сигналы и сигналы данных. Антенная приемопередающая система 240 может содержать множество приемопередатчиков 235 и процессор 245. Каждый приемопередатчик 235 может быть соединен с одним или более антенными элементами 215 (или антеннами-листами) посредством гибкого соединения 220. Гибкое соединение 220 может быть выполнено из гибкого или полужесткого материала (например, проволоки, проволоки с покрытием, коаксиального кабеля, витой пары проводов, экранированных проводов, электропроводящих механических шарниров, пружин, поворотных устройств, рамок гироскопа и т.д.), которые электрически соединены с одним или более антенными элементами, но не ограничивают развернутое местоположение одного или более антенных элементов 215 в каждом измерении. Это означает, что развернутые положения одного или более антенных элементов 215 могут быть ограничены их положением вдоль гибкого соединения, но в остальном могут быть неограниченными в одном или более пространственных измерениях. В некоторых случаях порядок неконтролируемого развертывания антенных элементов 215 зависит от податливости гибкого соединения 220. В некоторых примерах антенные элементы 215 могут быть присоединены к гибким соединениям 220 посредством устройства сопряжения, тогда как в других примерах антенные элементы 215 могут быть непосредственно присоединены к гибкому соединению 220. Хотя точное расположение антенных элементов 215 может быть неконтролируемым, благодаря пространственному разносу антенных элементов взаимное соединение может быть незначительным. В некоторых примерах антенная система 101-a может содержать антенные элементы 215 в количестве более 100 или более 1000.

Энергия, принимаемая антенной системой 101-a, может быть пропорциональна сумме площадей поперечного сечения эффективной апертуры антенных элементов 215. Усиление решетки антенной системы 101-a может быть суммой энергий сигнала, собранных из эффективной апертуры каждого антенного элемента 215. Усиление антенной системы 101-a может быть выражено следующим образом:

(усиление на антенный элемент) + 10 log (количество антенных элементов)

Антенные элементы 215 могут быть ориентированы случайным образом (например, пространственные местоположения не заданы или не контролируются точно) и могут иметь большую базу апертуры спутника. Например, антенные элементы 215 могут иметь базу более 100 метров, более 200 метров, более 500 метров, более километра. Антенная система 101-a может использовать различные типы антенных элементов 215 (например, дипольные, биконические, однополюсные, микрополосковые), и каждый антенный элемент 215 может быть одного типа или в некоторых случаях антенная система 101-a может использовать комбинацию разных типов.

В своей совокупности, когда они развернуты, антенные элементы 215 могут образовывать объемную форму. В некоторых примерах по меньшей мере один размер объемной формы может более чем в 100 раз превосходить расстояние, равное длине волны сигнала данных. В другом примере ориентация объемной формы является неконтролируемой относительно орбитального положения спутника, а в некоторых случаях ориентация спутника 105 или антенной системы 101-a может быть неконтролируемой во время нахождения на орбите (например, спутник 105 или антенная система 101-a может не использовать активное управление угловым положением). В некоторых примерах объемная форма может быть, грубо говоря, сферической, так что сигналы, передаваемые под любым произвольным углом и пересекающие объемную форму, пересекают ее по диаметру 250 (например, по меньшей мере минимальному диаметру) объемной формы.

Антенная система 101-a может иметь приемопередатчики 235 в таком же количестве, что и антенные элементы 215. Например, каждый из антенных элементов 215 может быть привязан к своему собственному приемопередатчику 235 (например, каждый приемопередатчик 235 может быть соединен с одним антенным элементом 215). Альтернативно антенная система 101-a может иметь меньше приемопередатчиков 235, чем антенных элементов 215 (например, каждый приемопередатчик 235 может быть соединен с более чем одним антенным элементом 215).

В некоторых примерах каждый из антенных элементов 215 может быть соединен с приемопередатчиком 235 посредством последовательности ветвей 210 и листьев 220, причем каждая ветвь 210 соединена с одним или более листами 220, а каждый лист 220 соединен с одним или более антенными элементами 215. В некоторых примерах количество ветвей 210 может быть таким же, как количество приемопередатчиков 235. Например, по меньшей мере подмножество ветвей 210 может содержать более одного антенного элемента 215, а каждый приемопередатчик 235 может быть соединен с одной ветвью 210. Количество антенных элементов 215 может быть одинаковым во всех ветвях 210 или может быть разным для оптимизации антенной решетки или для управления мощностью, устойчивости к помехам или из-за выхода из строя антенных элементов. Каждая ветвь 210 может включать управление тепловым режимом (например, нагревательный элемент) и компоненты питания или усиления. Каждый лист 220 может соединять один или более антенных элементов 215 с ветвью 210 посредством прямого соединения или сопряжения (например, РЧ-соединителя). Каждая ветвь 210 может содержать компоненты для предварительной обработки РЧ-сигналов из листьев 220, соединенных с ветвью 210. Например, каждая ветвь 210 может содержать компоненты аналоговой или цифровой обработки, такие как фильтры, малошумящие усилители, усилители высокой мощности, фазовращатели, смесители, аналого-цифровые преобразователи или другие компоненты обработки сигнала. В некоторых примерах каждая ветвь 210 содержит аналоговую схему присвоения весовых коэффициентов (например, фазовращатели, амплитудные модуляторы) для применения аналоговых весовых коэффициентов формирования луча к сигналам, передаваемым или принимаемым посредством листьев 220 ветви.

Каждый приемопередатчик 235 может содержать компоненты для РЧ-связи (например, фильтры, малошумящий усилитель, усилители высокой мощности, смесители, аналого-цифровые преобразователи, демодуляторы или другие компоненты обработки сигнала). Например, каждый приемопередатчик 235 может содержать схему для обработки MIMO, такую как оптимальное сложение (MRC) сигналов из каждой ветви 210, листа 220 или антенного элемента 215, с которой он соединен.

Каждую ветвь 210 можно рассматривать как субапертуру общей синтезированной апертуры антенной системы 101-a. Хотя контроля для получения заданных расстояний нет, каждая ветвь 210 может быть отделена от другой межветвенным расстоянием 225, а каждый лист 220 или антенный элемент 215 может быть отделен от другого межлиственным расстоянием 230. Таким образом, межветвенное расстояние 225 и межлиственное расстояние 230 могут быть показаны как средние или минимальные расстояния, на которые можно разнести, в то время как фактические межветвенные расстояния и межлиственные расстояния 230 между разными ветвями 210 и листьями 220 могут меняться. Межветвенное расстояние 225 или межлиственное расстояние 230 может обеспечивать достаточное разделение между ветвями и листьями так, чтобы время прихода между ветвями или листьями можно было легко измерить. Например, свет проходит один метр за 3,3 наносекунды. Если предположить наличие разницы 100 нс между временами прихода, чтобы это соответствовало традиционной обработке цифровой логикой, межветвенное расстояние 225 или межлиственное расстояние 230 может составлять приблизительно 30 метров. Если предположить наличие разницы 10 нс между значениями времени прихода, чтобы это соответствовало традиционной обработке цифровой логикой, межветвенное расстояние 225 или межлиственное расстояние 230 может составлять приблизительно 3 метра. Межлиственное расстояние 230 может разделять на достаточное расстояние для упрощенного представления диаграммы направленности в виде отдельных и независимых групп диаграмм направленности базового антенного элемента. Например, каждая ветвь может содержать листья 220 или антенные элементы 215, разнесенные по ее длине на межлиственное расстояние 230 для обеспечения разницы во времени прихода для каждого листа 220 (если предположить относительно слабое сворачивание ветви 210 или образования ей петель). В некоторых случаях некоторые антенные элементы 215 могут пропадать, имея межлиственное расстояние 230 меньше минимального расстояния для различия. Когда антенные элементы 215, имеющие межлиственное расстояние меньше необходимого для различия, соединены с разными приемопередатчиками 235 (например, посредством разных ветвей 210), сигналы могут различаться с помощью разных приемопередатчиков. Когда антенные элементы 215 соединены с одним приемопередатчиком 235, чтобы уменьшить воздействия составного сигнала антенных элементов 215, которые не различаются, можно объединить коэффициенты или подавить сигнал.

В некоторых случаях межлиственное расстояние 230 или межветвенное расстояние 225 может поддерживаться с использованием механических устройств. Например, в какой-то точке вдоль ветвей 210 могут быть присоединены полужесткие элементы (не показаны), и они могут обеспечивать разделяющее усилие, которое может стремиться удерживать ветви 210 отдельно друг от друга. Элементы могут быть выполнены с возможностью складывания или сжатия для компактной укладки на время запуска спутника 105 и его вывода на орбиту. В других примерах листья 220 или ветви 210 могут быть соединены с выполненной с возможностью надувания конструкцией (например, с воздушным шаром), который надувают при развертывании. В других примерах из спутника 105 может быть выброшен (например, с помощью пружины) утяжеленный предмет, соединенный с концом ветви 210, и может вытянуть гибкое соединение (например, провод) ветви на требуемое расстояние от спутника 105. В других примерах источником механической силы для поддержания межветвенных расстояний 225 или межлиственных расстояний 230 может быть центробежная сила при развертывании или во время работы. Например, спутник 105 может быть выведен на орбиту с вращением или может использовать механизм регулировки углового положения для создания вращения, а центробежная сила в результате вращения может способствовать поддержанию межлиственных расстояний 230 или межветвенных расстояний 225.

В дополнение к силам, создаваемым пневматически (надуванием) и пружинами, и центробежным силам в число дополнительных примеров средств для развертывания листьев 220 или ветвей 210 и создания разделения на межлиственные расстояния 230 или межветвенные расстояния 225 входят: механические храповые механизмы или собачки; химические реакции, которые могут вызывать изменение и отверждение конструкции после развертывания для поддержания или регулирования межлиственных расстояний 230 и межветвенных расстояний 225; электростатические силы, которые притягивают или отталкивают листья 220 и ветви 210; или тепловое расширение механических конструкций, которые соединяют листья 220 и ветви 210. В некоторых случаях для развертывания, поддержания или регулировки межлиственных расстояний 230 и межветвенных расстояний 225 (например, для поддержания минимального расстояния без точного контроля положения) могут использоваться миниатюрные реактивные струи, пиротехнические устройства или ионные ракетные двигатели малой тяги. Может использоваться любая комбинация или отдельная выборка этих способов.

В одном примере комбинации этих способов большая решетка микрополосковых антенн может быть собрана в виде листьев 220, покрывающих все 4 Pi стерадиан на выполненном с возможностью надувания шаре, который также служит экраном. Эти микрополосковые листья 220 антенны могут быть соединены посредством гибких соединителей с ветвями 210, которые по отдельности соединяют обратно со спутником 105 (например, с приемопередатчиками 235). При развертывании создаваемые пружиной силы могут использоваться для выброса наружу ветвей 210, которые могут содержать ненадутые микрополосковые антенны. По достижении развертывания может использоваться химическая реакция для затвердевания ветвей 210 и листьев 220, в том числе выполненных с возможностью надувания шаров микрополосковых антенн (которые могут быть надуты пиротехническим способом с использованием пневматической силы для завершения развертывания).

Во втором примере возможной комбинации этих способов может быть собрана большая решетка биконических антенн в виде биконических листьев 220 антенны, причем она может содержать механическую пружину, которая принимает надлежащую форму при высвобождении из сдерживающего ограничителя. Эти биконические листья 220 антенны могут соединяться посредством гибких соединителей с ветвями 210, которые по отдельности могут соединяться обратно со спутником 105. При развертывании могут использоваться пневматические силы для надувания ветвей 210, в результате чего ветви могут выйти наружу и одновременно высвободить биконические листья 220 антенны из сдерживающего их ограничителя, позволяя создаваемым пружиной силам принудительно придавать заданную форму каждому листу 220. По достижении развертывания может использоваться химическая реакция для затвердевания надутых ветвей с целью завершения развертывания.

Во третьем примере возможной комбинации этих способов может быть собрана большая решетка дипольных антенн в виде листьев 220, и она может содержать механическую пружину, которая принимает заданную форму при высвобождении из сдерживающего ограничителя. Эти дипольные листья 220 антенны могут соединяться посредством гибких соединителей с ветвями 210, которые по отдельности могут соединяться обратно со спутником 105. При развертывании могут использоваться создаваемые пружиной силы для выпуска ветвей 210 антенны наружу, что может высвобождать дипольные листья 220 антенны из их сдерживающего ограничителя, позволяя создаваемым пружиной силам принудительно придать заданную форму каждому листу 220. К каждой ветви 210 и к каждому листу 220 могут прикладываться электростатические силы, создаваемые зарядом одинаковой полярности, которые вынуждают каждый лист 220 и ветвь 210 отталкивать друг друга для завершения развертывания.

В четвертом примере возможной комбинации этих способов может быть собрана большая решетка антенн со смешанными типами листьев, состоящая из однополюсных и микрополосковых антенн, в виде листьев 220. Листья 220 могут покрывать все 4 Pi стерадиан на шаре, который может использовать натяжение пружины для поддержания своей формы и может также служить в качестве экрана. Эти однополюсные и микрополосковые листья 220 антенны могут соединяться посредством гибких соединителей с ветвями 210, которые по отдельности могут соединяться обратно со спутником 105. При развертывании могут использоваться создаваемые пружиной силы для выпуска ветвей 210 наружу, что может высвобождать однополюсные и микрополосковые листья 220 антенны из сдерживающего их ограничителя, позволяя создаваемым пружиной силам принудительно придавать надлежащую форму каждому листу 220. В сочетании с начальными создаваемыми пружиной силами для выпуска ветвей 210 наружу тепловая энергия, принимаемая от солнца, может достигать каждой ветви 210, и материал каждой ветви может расширяться, принудительно фиксируя механическую сеть храповых механизмов и собачек и вынуждая каждый лист 220 и ветвь 210 завершить развертывание.

Устойчивость к помехам в пределах линейного динамического диапазона антенной системы 101-a регулируется посредством выбора MIMO сигнала данных. Устойчивость к помехам (сжатие динамического диапазона) регулируется за счет соотношения количества антенных элементов 215, необходимых для закрытия линии связи между пользовательским терминалом на Земле и спутником 105, и общим количеством антенных элементов 215.

На фиг. 3A показан пример технологии 300 приема сигнала для беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. В некоторых примерах антенные элементы 305 могут реализовывать аспекты антенных элементов 215, как описано на фиг. 2.

Передающие устройства, такие как антенна 110 и/или пользовательский терминал 185, могут направлять подготовительные сигналы 310 на антенные элементы 305 перед направлением сигналов 315 данных. Подготовительные сигналы (например, 310-a, 310-b, …, 310-n) могут поступать на антенные элементы 305 последовательно или в любом порядке с перекрытием. В некоторых примерах подготовительные сигналы 310 могут приниматься одновременно (например, по меньшей мере с частичным перекрытием во времени) на антенных элементах 305 (например, и на одной и той же частоте), если подготовительные сигналы 310 поступают из местоположений, отделенных друг от друга минимальным пространственным или географическим разрешением (например, в диапазоне от 100 м до 1 км). Подготовительные сигналы 310 обычно содержат последовательности, которые заранее известны спутнику 105. Подготовительные сигналы 310 могут быть зашифрованы для проверки подлинности и обеспечения обработки тренировочных сигналов 310 от действительных пользовательских терминалов. В некоторых примерах подготовительные сигналы 310 являются ортогональными последовательностями.

Подготовительные сигналы 310 также могут передавать дополнительную информацию (например, посредством использования множества доступных последовательностей). В некоторых примерах подготовительные сигналы 310 могут содержать информацию о местоположении для пользовательского терминала. Например, пользовательский терминал может знать свое местоположение (например, посредством GPS или других сигналов геолокации) и в некоторых случаях может указывать код, связанный с местоположением, в подготовительных сигналах 310. В одном примере каждый пользовательский луч связан с отличным от других кодом, и пользовательский терминал может определять, какой луч обслуживает пользовательский терминал (например, с помощью информации о местоположении и сохраненной информации о зоне действия луча или с использованием принятых сигналов, указывающих пользовательский луч). Затем пользовательский терминал может выбрать код, связанный с лучом, или один из группы кодов, связанных с лучом (например, случайным образом). В некоторых случаях информация может содержать приоритет для сеансов связи. Например, определенный пользователь может иметь приоритет или может выбирать между множеством приоритетов, исходя из типа данных для сеанса связи. В других примерах подготовительные сигналы 310 могут содержать информацию, такую как тип пользовательского терминала, тип пользователя и т.д. В некоторых примерах одно и то же передающее устройство может направлять подготовительные сигналы 310 и сигналы 315 данных. В других примерах передающее устройство, направляющее подготовительные сигналы 310, может отличаться от передающего устройства, направляющего сигналы 315 данных. Из-за сдвига антенных элементов 305 в пространстве или изменения ими углового положения (например, в отсутствие управления угловым положением во время пребывания на орбите) антенная система 101 может непрерывно или периодически принимать подготовительные сигналы 310 для надлежащего отслеживания канала, поскольку канал и расстояние от конкретного антенного элемента 305 до передающего устройства регулярно изменяются.

Приемопередатчик (например, приемопередатчик 235) может принимать подготовительный сигнал 310-a от одного или более антенных элементов 305 (например, антенного элемента 305-a, антенного элемента 305-b и антенного элемента 305-n). Подготовительный процессор антенной системы 101 (например, процессор 245) может принимать сигналы от каждого соответствующего антенного элемента 305 (например, от одного или более приемопередатчиков) и определять время прихода для каждого антенного элемента 305 на основе принятого подготовительного сигнала 310-a. Процессор весовых коэффициентов луча антенной системы 101 (например, процессор 245) может определять коэффициенты для каждого соответствующего определенного времени прихода. Впоследствии один или более приемопередатчиков могут принимать передачу 315-a данных, принимаемую на антенных элементах 305. После этого процессор весовых коэффициентов луча может объединять принятые сигналы данных от каждого антенного элемента 305 с соответствующим определенным коэффициентом, связанным с каждым антенным элементом 305, чтобы декодировать сигнал 315-a данных. Например, процессор весовых коэффициентов луча может использовать оптимальное сложение (MRC) для объединения сигналов в соответствии с определенными коэффициентами. В некоторых случаях процессор весовых коэффициентов луча может формировать сигналы для передачи с одного или более антенных элементов 305 на основе определенных коэффициентов.

В одном примере приемопередатчик может принимать подготовительные сигналы, связанные с каждым сигналом данных. Например, приемопередатчик может принимать подготовительный сигнал 310-b, принимаемый на каждом антенном элементе 305 от одного и того же приемопередатчика, и определять время прихода для каждого из множества антенных элементов 305 на основе принятого подготовительного сигнала 310-b. Затем процессор весовых коэффициентов луча может обновить ранее определенные коэффициенты (связанные с подготовительным сигналом 310-a) вновь определенными коэффициентами на основе данных времени прихода, связанных с подготовительным сигналом 310-b, для приема сигнала 315-b данных. Каждому дополнительному сигналу данных (например, сигналу 315-n данных) может предшествовать подготовительный сигнал (например, подготовительный сигнал 310-n).

В еще одном примере подготовительный процессор может определять информацию о времени прихода на основе множества подготовительных сигналов (например, подготовительных сигналов 310-a и 310-b), принятых из известных местоположений, и определять пространственную информацию для каждого антенного элемента 305. С помощью пространственной информации процессор весовых коэффициентов луча может определять значения времени прихода (например, собственные векторы) для каждого антенного элемента для передачи 315 данных из известного местоположения (которое может быть тем же, что и одно из известных местоположений для подготовительных сигналов, или другим местоположением). После этого процессор весовых коэффициентов луча может объединять принятые передачи данных от каждого антенного элемента 305 с соответствующим определенным коэффициентом, связанным с каждым антенным элементом 305, чтобы декодировать передачу 315 данных.

Как описано выше, антенные элементы 305 могут быть связаны с ветвями, причем каждая ветвь может иметь множество антенных элементов 305 и может содержать схему для предварительной обработки сигналов. В некоторых примерах определение коэффициентов для каждого подготовительного сигнала 310, связанного с сигналом 315 данных, может быть выполнено поветвенно. Например, антенные элементы 305 на каждой ветви могут быть охарактеризованы или откалиброваны на основе подготовительных сигналов от одного или более источников (например, от по меньшей мере двух физически разнесенных передатчиков), а схема (например, аналоговая схема присвоения весов) ветви может объединять сигналы, принятые элементами 305 ветви, в объединенный сигнал ветви. Затем приемопередатчик может принимать подготовительные сигналы, связанные с каждым сигналом данных, и определять времена прихода для каждого объединенного сигнала ветви из каждой ветви на основе подготовительных сигналов. После этого процессор весовых коэффициентов луча может определять коэффициенты на основе определенных значений времени прихода, связанных с подготовительным сигналом для приема сигнала данных. В некоторых случаях значения времени прихода, связанные с ветвями, могут использоваться для уточнения весовых коэффициентов, применяемых в пределах каждой ветви. Например, могут быть охарактеризованы относительные местоположения для каждого листа, и из значений времени прихода может быть определено направление для подготовительного сигнала для уточнения весовых коэффициентов, используемых для листьев ветви (например, для связанного сигнала данных). Коэффициенты могут применяться к каждой ветви для передачи сигналов на основе определенных времен прихода, а схема каждой ветви (например, аналоговая схема присвоения весовых коэффициентов) может применять весовые коэффициенты к каждому листу для передаваемых сигналов.

На фиг. 3B показан пример технологии 350 приема сигнала для беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. В некоторых примерах антенная система 101-b может реализовывать аспекты антенной системы 101, как описано на фиг. 1, и антенной системы 101-a, как описано на фиг. 2.

Некоррелированная энергия 360 может иллюстрировать векторы, связанные с некоррелированными сигналами, принимаемыми посредством каждого антенного элемента 305 антенной системы 101-b. Процессор весовых коэффициентов луча может объединять некоррелированные сигналы некоррелированной энергии 360 в соответствии с определенными коэффициентами от одного или более подготовительных сигналов 310 для получения в результате этого коррелированной энергии 355. Вычисление общей амплитуды и общей мощности коррелированной энергии 355 можно выполнять следующим образом:

Где n представляет собой общее количество ветвей, а k представляет собой общее количество листьев антенной системы 101-b. Вычисление общей амплитуды и общей мощности некоррелированной энергии 360 можно выполнять следующим образом:

Где n представляет собой общее количество ветвей, а k представляет собой общее количество листьев антенной системы 101-b. Вычисление отношения сигнал/шум можно выполнять следующим образом:

В данном случае некоррелированная мощность шума растет линейно, а коррелированная мощность сигнала растет по квадратичному закону.

На фиг. 4 показан пример антенной системы 400 для беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. Антенная система 400 может содержать антенную систему 101-c, тарелку 405 и излучатель 410. В некоторых примерах в антенной системе 101-c могут быть реализованы аспекты антенной системы 101, как описано на фиг. 1, антенной системы 101-a, как описано на фиг. 2, и антенной системы 101-b, как описано на фиг. 3B. Антенная система 400 может называться гибридной параболической / антенной системой MIMO.

Тарелка 405 может представлять тарелку, которая не является идеально параболической. Преимущество тарелки 405, которая не является идеально параболической, заключается в том, что к ее производству могут предъявляться менее жесткие требования по сравнению с обычной параболической тарелкой, и это может приводить к сокращению расходов на производство и реализацию. Кроме того, тарелка 405 может быть больше параболической тарелки, изготавливаемой с допусками, обычно используемыми в спутниковой связи. Например, типичные большие параболические тарелки для спутниковой связи могут иметь диаметр приблизительно от 5 (пяти) до 15 (пятнадцати) метров. В некоторых случаях тарелка 405 значительно больше типичных больших параболических тарелок для спутниковой связи, например, имеющих диаметр 30 метров, 50 метров, 100 метров или больше. Тарелка может складываться для запуска спутника 105 и может приводиться в развернутую форму различными способами. Например, тарелка 405 может быть образована проводящим покрытием на воздушном шаре, который расширяется при разворачивании антенной системы 400 на орбите. Альтернативно развертывание тарелки 405 может быть аналогично развертыванию солнечного паруса. Также альтернативно тарелка 405 может быть изготовлена из множества жестких элементов и может быть раскрыта при развертывании.

Радиоволны 415 могут быть приняты от передатчика тарелкой 405 в виде фронта РЧ-волны и отражены от тарелки 405 для образования рассеянной фокальной области. Антенная система 101-c и ее связанные антенные элементы могут находиться по меньшей мере частично в пределах образованной рассеянной фокальной области тарелки 405. В некоторых примерах тарелка 405 может увеличивать плотность потока РЧ-энергии в антенную систему 101-c, а антенная решетка антенной системы 101-c может быть реализована так, чтобы значительная часть РЧ-потока захватывалась антенной системой 101-c. Эффективность тарелки 405 можно вычислить, взяв мощность потока, перенаправляемого в антенную систему 101-c, и разделив ее на мощность потока, собранную антенной системой 101-c.

Как описано выше, для формирования коэффициентов для приема или передачи сигналов от антенных элементов антенной системы 400 могут использоваться подготовительные сигналы. Однако определение коэффициентов может включать в себя измерения изъянов тарелки и местоположений антенных элементов. Например, сигнал, принимаемый на данном антенном элементе антенной системы 101-c, может быть отражен от множества мест на тарелке некогерентным образом, и изъяны тарелки могут быть измерены и объединены с информацией о времени прихода для антенных элементов для определения коэффициентов для когерентного приема сигнала.

Дополнительно или альтернативно для синтезирования местоположений антенных элементов антенной системы 101-c могут использоваться один или более вспомогательных спутников 410. Например, один или более вспомогательных спутников 410 могут быть помещены в известном местоположении относительно антенной системы 400 и могут передавать сигналы, которые могут измеряться антенной системой 400 (например, путем определения векторов антенны для каждого элемента антенной системы 101-c). Используя известное местоположение передатчика в сочетании с подготовительными сигналами от передатчика сигнала данных или без приема подготовительных сигналов от передатчика сигнала данных, можно измерять изъяны тарелки, чтобы синтезировать значения времени прихода или коэффициенты антенных элементов.

На фиг. 5 показана блок-схема 500 аппарата 505 для сверхдешевой высокоэффективной апертуры спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. В некоторых примерах аппарат 505 может быть примером аспектов антенной системы 101, изображенной на фиг. 1, 2, 3B и 4. Аппарат 505 может содержать приемник 510, подготовительный процессор 515, процессор 520 весовых коэффициентов луча и передатчик 525. Компоненты могут обмениваться данными посредством одной или более шин.

Аппарат 505 и/или по меньшей мере некоторые из ее различных подкомпонентов могут быть реализованы в виде оборудования, программного обеспечения, исполняемого процессором, встроенного программного обеспечения или любой их комбинации. В случае реализации в программном обеспечении, исполняемом процессором, функции аппарата 505 и/или по меньшей мере некоторых из ее различных подкомпонентов могут исполняться с помощью процессора общего назначения, цифрового сигнального процессора (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства, логической схемы на дискретных компонентах или транзисторах, дискретных аппаратных компонентов или любой их комбинации, выполненной с возможностью осуществления функций, представленных в настоящем описании. Аппарат 505 и/или по меньшей мере некоторые из его различных подкомпонентов могут физически находиться в различных положениях, в том числе распределенных таким образом, что части функций реализуются в разных физических местоположениях одним или более физическими устройствами. В некоторых примерах аппарат 505 и/или по меньшей мере некоторые из его различных подкомпонентов могут быть отдельным или обособленным компонентом в соответствии с различными аспектами настоящего описания. В других примерах аппарат 505 и/или по меньшей мере некоторые из его различных подкомпонентов могут быть объединены с одним или более другими компонентами оборудования, включая, без ограничений, компонент ввода/вывода, приемопередатчик, сетевой сервер, другое вычислительное устройство, один или более других компонентов, представленных в настоящем описании, или их комбинацией в соответствии с различными аспектами настоящего описания.

Приемник 510 может принимать информацию, такую как пакеты или пользовательские данные. Информация может передаваться на другие компоненты устройства 505. Приемник 510 может содержать множество приемных цепочек, причем каждая приемная цепочка может содержать схему для обработки принятого РЧ-сигнала (например, усилители, смесители, аналого-цифровые преобразователи, демодуляторы). Каждая приемная цепочка приемника 510 может содержать схему для когерентного объединения энергии из множества антенн (например, схему MRC).

Подготовительный процессор 515 может принимать сигналы от антенного приемника, связанного с одним или более подготовительными сигналами от передатчика. Он также может связывать каждый из множества антенных элементов с соответствующим временем прихода на основе по меньшей мере одного или более подготовительных сигналов. Он также может определять соответствующие времена прихода по меньшей мере частично на основе местоположения передатчика и соответствующих векторов времени прихода. Один или более подготовительных сигналов могут содержать индикатор информации о местоположении, связанном с передатчиком, индикатор пользовательского луча для передатчика, приоритет для сообщений от передатчика или их комбинацию. Подготовительный процессор 515 может быть выполнен с возможностью дешифровки одного или более первых сигналов для получения одного или более подготовительных сигналов и проверки правильности одного или более подготовительных сигналов на основе дешифровки.

Процессор 520 весовых коэффициентов луча может объединять один или более сигналов, связанных с сигналом данных от передатчика, принятых посредством приемника, в соответствии с множеством коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов и соответствующими значениями времени прихода. Он может также обновлять множество коэффициентов по меньшей мере частично на основе вторых соответствующих значений времени прихода. Он может также формировать один или более сигналов для передачи от множества антенных элементов на целевой приемник по меньшей мере частично на основе множества коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов и соответствующими значениями времени прихода.

Подготовительный процессор 515 и процессор 520 весовых коэффициентов луча могут быть примерами процессора, который может содержать интеллектуальное аппаратное устройство (например, процессор общего назначения, DSP, центральный процессор (ЦП), микроконтроллер, ASIC, FPGA, программируемое логическое устройство, логический компонент на дискретных компонентах или транзисторах, компонент дискретных аппаратных средств или любую их комбинацию). В некоторых случаях процессор может быть выполнен с возможностью управления массивом памяти с использованием контроллера памяти. В других случаях контроллер памяти может быть встроен в процессор. Процессор может быть выполнен с возможностью исполнения машиночитаемых команд, хранящихся в памяти, для осуществления различных функций.

Передатчик 525 может передавать сигналы, сформированные другими компонентами устройства 505. Передатчик 525 может содержать множество цепочек передачи, причем каждая цепочка передачи может включать схему для обработки цифрового сигнала для формирования РЧ-сигнала для передачи (например, модуляторы, цифро-аналоговые преобразователи, смесители, усилители). В некоторых примерах передатчик 525 может быть совмещен с приемником 510 в приемопередатчике (например, который может содержать множество цепочек приема/передачи).

На фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая способ 600, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. Операции способа 600 могут быть реализованы антенной системой или ее компонентами, как описано в настоящем документе. Например, операции способа 600 могут быть выполнены антенной системой, как описано со ссылкой на фиг. 1–5. В некоторых примерах антенная система может исполнять набор команд для управления функциональными элементами системы доставки сеанса связи для осуществления функций, описанных в настоящем документе. Дополнительно или альтернативно система доставки сеанса связи может выполнять аспекты функций, описанных в настоящем документе, с использованием оборудования специального назначения.

На этапе 605 антенная система может принимать один или более подготовительных сигналов от первого передатчика посредством антенного приемника. Один или более подготовительных сигналов могут содержать индикатор информации о местоположении, связанном с первым передатчиком, индикатор пользовательского луча для первого передатчика, приоритет для сообщений от первого передатчика или их комбинацию. В некоторых примерах один или более подготовительных сигналов могут быть зашифрованы (например, в соответствии с открытым ключом, связанным с пользовательским терминалом, пользовательским лучом, группой пользователей, типом терминала, типом пользователя или их комбинацией). Прием подготовительных сигналов может включать дешифровку подготовительных сигналов (например, в соответствии с закрытым ключом, соответствующим открытому ключу). Операции 605 можно выполнять в соответствии со способами, описанными в настоящем документе. В некоторых примерах аспекты операций 605 могут быть выполнены подготовительным процессором, как описано со ссылкой на фиг. 5.

На этапе 610 антенная система может связывать время прихода, основанное на принятых одном или более подготовительных сигналах, с соответствующим антенным элементом. Операции 610 можно выполнять в соответствии со способами, описанными в настоящем документе. В некоторых примерах аспекты операций 610 могут быть выполнены подготовительным процессором, как описано со ссылкой на фиг. 5.

На этапе 615 антенная система может принимать один или более сигналов данных от второго передатчика посредством антенного приемника. В некоторых примерах второй передатчик может быть тем же, что и первый передатчик. В других примерах второй передатчик может отличаться от первого передатчика. Операции 615 можно выполнять в соответствии со способами, описанными в настоящем документе. В некоторых примерах аспекты операций 615 могут быть выполнены процессором весовых коэффициентов луча, как описано со ссылкой на фиг. 5.

На этапе 620 антенная система может объединять один или более сигналов данных в соответствии с коэффициентами, которые были определены с помощью множества антенных элементов антенной системы и их соответствующих времен прихода. Операции 620 можно выполнять в соответствии со способами, описанными в настоящем документе. В некоторых примерах аспекты операций 620 могут быть выполнены процессором весовых коэффициентов луча, как описано со ссылкой на фиг. 5.

Следует отметить, что способы, описанные в настоящем документе, описывают возможные варианты реализации и что порядок выполнения операций и этапов может быть изменен или сами операции и этапы могут быть модифицированы иным образом, а также что возможны другие варианты реализации. Дополнительно можно комбинировать аспекты двух или более способов.

Информация и сигналы, описанные в настоящем документе, могут быть представлены с использованием любой из множества разных технологий и методик. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и микросхемы, которые могут упоминаться в описании, могут быть представлены напряжениями, токами, электромагнитными волнами, магнитными полями или частицами, оптическими полями или частицами или любой их комбинацией.

Различные иллюстративные блоки и компоненты, описанные в связи с раскрытием в настоящем документе, могут быть реализованы или выполнены с помощью процессора общего назначения, DSP, ASIC, FPGA или другого программируемого логического устройства, логической схемы на дискретных компонентах или транзисторах, дискретных аппаратных компонентов или любой их комбинации, выполненной с возможностью выполнения функций, описанных в настоящем документе. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор или альтернативно процессор может представлять собой стандартный процессор, контроллер, микроконтроллер или машину состояний. Процессор также может быть реализован в виде комбинации вычислительных устройств (например, комбинации DSP и микропроцессора, множества микропроцессоров, одного или более микропроцессоров в сочетании с ядром DSP или любой другой подобной конфигурации).

Описанные в настоящем документе функции могут быть реализованы в виде оборудования, программного обеспечения, исполняемого процессором, встроенного программного обеспечения или любой их комбинации. При реализации в программном обеспечении, исполняемом процессором, функции можно хранить или передавать в виде одной или более команд или кода на машиночитаемом носителе. Другие примеры и варианты реализации входят в объем описания и прилагаемой формулы изобретения. Например, благодаря характеру программного обеспечения описанные в настоящем документе функции могут быть реализованы с использованием программного обеспечения, исполняемого процессором, оборудованием, микропрограммным обеспечением, аппаратным обеспечением или любых их комбинаций. Элементы, реализующие функции, могут также быть физически расположены в различных местоположениях, включая распределенное расположение таким образом, что части функций реализованы в разных физических местоположениях.

В настоящем документе термин «или», который используется в списке пунктов (например, в списке пунктов, предваряемом таким выражением, как «по меньшей мере один из» или «один или более из»), указывает на включающий список, так что, например, список из по меньшей мере одного из A, B или C означает A, или B, или C, или AB, или AC, или BC, или ABC (т.е. A, и B, и C). Кроме того, в настоящем документе выражение «на основании» не следует понимать как ссылку на ограниченный набор условий. Например, иллюстративный этап, описанный как «на основе условия A», может быть основан как на условии A, так и на условии B, без отступления от объема настоящего описания. Иными словами, в настоящем документе фразу «на основе» следует толковать таким же образом, как фразу «по меньшей мере частично на основе».

На прилагаемых фигурах аналогичные компоненты или элементы могут иметь одинаковые ссылочные обозначения. Кроме того, различные компоненты одного и того же типа можно различать с помощью ссылочного обозначения в виде пунктирной линии и второго обозначения, которое отличается от аналогичных компонентов. Если в описании используют просто первое ссылочное обозначение, описание применимо к любому из аналогичных компонентов, имеющих одно и то же ссылочное обозначение, независимо от второго ссылочного обозначения.

Описание, изложенное в настоящем документе в связи с прилагаемыми чертежами, описывает пример конфигураций и не представляет все примеры, которые могут быть реализованы или которые входят в объем формулы изобретения. В настоящем документе термин «пример» означает «служащий примером, образцом или иллюстрацией», а не «предпочтительный» или «преимущественный по отношению к другим вариантам осуществления». Подробное описание включает в себя конкретные детали для обеспечения полного понимания описанных методик. Однако эти методики могут быть реализованы без этих конкретных деталей. В некоторых случаях хорошо известные структуры и устройства показаны в виде блок-схемы для лучшей иллюстрации идей описанных примеров.

Описание в настоящем документе предоставлено, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники воссоздать или использовать описание. Различные модификации описания будут очевидны специалистам в данной области, и общие принципы, определенные в настоящем документе, можно применять к другим вариантам, не выходя за рамки объема описания. Таким образом, описание не ограничивается примерами и конструкциями, описанными в настоящем документе, а должно рассматриваться в самом широком объеме в соответствии с принципами и новыми признаками, описанными в настоящем документе.

Использование: для приема сигнала посредством спутниковой антенны. Сущность изобретения заключается в том, что антенная система спутника содержит: антенный приемник; множество антенных элементов, соединенных с антенным приемником посредством множества гибких соединений, причем развернутые положения множества антенных элементов ограничены их положением вдоль соответствующего гибкого соединения, а в остальном не ограничены в одном или более пространственных измерениях; подготовительный процессор, выполненный с возможностью: приема одного или более первых сигналов от антенного приемника, связанного с одним или более подготовительными сигналами от первого передатчика, и связывания каждого из множества антенных элементов с первым соответствующим временем прихода, по меньшей мере частично основанным на одном или более подготовительных сигналах; и процессор весовых коэффициентов луча, выполненный с возможностью объединения одного или более вторых сигналов, связанных с сигналом данных от второго передатчика, принятых посредством антенного приемника, в соответствии с множеством коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов и первыми соответствующими значениями времени прихода. Технический результат: обеспечение возможности обнаружения сигнала с заданными характеристиками при том, что соединения антенны могут быть развернуты в пространстве неконтролируемым образом. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Антенная система (101) спутника (105), содержащая:

антенный приемник (240);

множество антенных элементов (215), соединенных с антенным приемником (240) посредством множества гибких соединений (220), причем развернутые положения множества антенных элементов (215) ограничены их положением вдоль соответствующего гибкого соединения (220), а в остальном не ограничены в одном или более пространственных измерениях;

подготовительный процессор (515), выполненный с возможностью:

приема одного или более первых сигналов от антенного приемника (240), связанного с одним или более подготовительными сигналами (310) от первого передатчика (110, 170, 185), и

связывания каждого из множества антенных элементов (215) с первым соответствующим временем прихода, по меньшей мере частично основанным на одном или более подготовительных сигналах (310); и

процессор (520) весовых коэффициентов луча, выполненный с возможностью объединения одного или более вторых сигналов, связанных с сигналом (315) данных от второго передатчика (110, 170, 185), принятых посредством антенного приемника (240), в соответствии с множеством коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов (215) и первыми соответствующими значениями времени прихода.

2. Антенная система (101) по п. 1, дополнительно содержащая:

отражатель, выполненный с возможностью отражения радиоволн в рассеянную фокальную область, причем множество антенных элементов по меньшей мере частично находятся в пределах рассеянной фокальной области.

3. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1 или 2, в которой множество антенных элементов (215) образуют объемную форму.

4. Антенная система (101) по п. 3, в которой по меньшей мере один размер объемной формы более чем в 100 раз превышает расстояние, равное длине волны одного или более вторых сигналов.

5. Антенная система (101) по любому одному из пп. 3 или 4, в которой ориентация объемной формы множества антенных элементов (215) относительно орбитального положения спутника является неограниченной в одном или более пространственных измерениях.

6. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-5, в которой антенный приемник (240) содержит множество приемных цепочек (235) и в которой количество приемных цепочек (235) антенного приемника (240) меньше количества множества антенных элементов (215).

7. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-5, в которой антенный приемник (240) содержит множество приемных цепочек (235) и в которой каждый из множества антенных элементов (215) связан с отличной от других одной из множества приемных цепочек (235).

8. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-7, в которой второй передатчик (110, 170, 185) является тем же, что и первый передатчик (110, 170, 185).

9. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-7, в которой второй передатчик (110, 170, 185) отличается от первого передатчика (110, 170, 185).

10. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-9, в которой подготовительный процессор (515) дополнительно выполнен с возможностью:

приема одного или более третьих сигналов от антенного приемника (240), причем один или более третьих сигналов связаны со вторым подготовительным сигналом (310), переданным третьим приемником (110, 170, 185); и

связывания каждого из множества антенных элементов (215) со вторым соответствующим временем прихода, по меньшей мере частично основанным на одном или более третьих сигналах; и

процессор (520) весовых коэффициентов луча дополнительно выполнен с возможностью обновления множества коэффициентов по меньшей мере частично на основе вторых соответствующих значений времени прихода.

11. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-10, в которой процессор (520) весовых коэффициентов луча выполнен с возможностью:

формирования одного или более третьих сигналов для передачи от множества антенных элементов (215) на целевой приемник по меньшей мере частично на основе второго множества коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов (215) и первыми соответствующими значениями времени прихода.

12. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-9, в которой подготовительный процессор (515) дополнительно выполнен с возможностью:

приема одного или более третьих сигналов от антенного приемника (240), причем один или более третьих сигналов связаны со вторым подготовительным сигналом (310), переданным третьим приемником (110, 170, 185);

связывания каждого из множества антенных элементов (215) со вторым соответствующим временем прихода, по меньшей мере частично основанным на втором подготовительном сигнале; и

определения пространственной информации для каждого из множества антенных элементов (215) по меньшей мере частично на основе первых соответствующих значений времени прихода и вторых соответствующих значений времени прихода.

13. Антенная система (101) по п. 12, в которой подготовительный процессор (515) дополнительно выполнен с возможностью:

определения множества коэффициентов по меньшей мере частично на основе пространственной информации и местоположения второго передатчика (110, 170, 185).

14. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-13, в которой один или более подготовительных сигналов (310) содержат индикатор информации о местоположении, связанном с первым передатчиком (110, 170, 185), и индикатор пользовательского луча для первого передатчика (110, 170, 185), приоритет для сообщений от первого передатчика (110, 170, 185) или их комбинацию.

15. Антенная система (101) по любому одному из пп. 1-14, в которой подготовительный процессор (515) выполнен с возможностью:

дешифровки одного или более первых сигналов для получения одного или более подготовительных сигналов (310); и

проверки правильности одного или более подготовительных сигналов (310) на основе дешифровки.

16. Способ приема радиоволн на антенной системе (101) спутника (105), включающий:

прием одного или более первых сигналов с использованием множества антенных элементов (215), причем один или более первых сигналов соответствуют подготовительному сигналу (310), переданному первым передатчиком, при этом каждый из множества антенных элементов (215) соединен с одним из множества гибких соединений (220), и причем развернутые положения множества антенных элементов (215) ограничены их положением вдоль соответствующего гибкого соединения (220), а в остальном не ограничены в одном или более пространственных измерениях;

связывание каждого из множества антенных элементов (215) с первым соответствующим временем прихода, по меньшей мере частично основанным на одном или более первых сигналах;

прием одного или более вторых сигналов с использованием множества антенных элементов (215), причем один или более вторых сигналов соответствуют сигналу (315) данных, переданному вторым передатчиком; и

объединение одного или более вторых сигналов в соответствии с множеством коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов (215) и первыми соответствующими значениями времени прихода.

17. Способ по п. 16, в котором множество антенных элементов (215) образуют объемную форму.

18. Способ по п. 17, в котором по меньшей мере один размер объемной формы более чем в 100 раз превосходит расстояние, равное длине волны одного или более вторых сигналов.

19. Способ по любому одному из пп. 17 или 18, в котором ориентация объемной формы множества антенных элементов (215) относительно орбитального положения спутника (105) является неограниченной в одном или более пространственных измерениях.

20. Способ по любому одному из пп. 16-19, в котором прием одного или более первых и вторых сигналов включает прием одного или более первых и вторых сигналов посредством множества приемных цепочек (235).

21. Способ по п. 20, в котором количество множества приемных цепочек (235) меньше количества множества антенных элементов (215).

22. Способ по п. 20, в котором каждый из множества антенных элементов (215) связан с отличной от других одной из множества приемных цепочек (235).

23. Способ по любому одному из пп. 16-22, в котором второй передатчик (110, 170, 185) является тем же, что и первый передатчик (110, 170, 185).

24. Способ по любому одному из пп. 16-22, в котором второй передатчик (110, 170, 185) отличается от первого передатчика (110, 170, 185).

25. Способ по любому одному из пп. 16-24, дополнительно включающий:

прием одного или более третьих сигналов с использованием множества антенных элементов (215), причем один или более третьих сигналов связаны с одним или более вторыми подготовительными сигналами (310) от третьего приемника (110, 170, 185);

связывание каждого из множества антенных элементов (215) со вторым соответствующим временем прихода, по меньшей мере частично основанным на одном или более третьих сигналах; и

обновление множества коэффициентов по меньшей мере частично на основе вторых соответствующих значений времен прихода.

26. Способ по любому одному из пп. 16-25, дополнительно включающий:

формирование одного или более третьих сигналов для передачи от множества антенных элементов (215) на целевой приемник (110, 170, 185) по меньшей мере частично на основе второго множества коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов и первыми соответствующими значениями времени прихода; и

передачу одного или более третьих сигналов от множества антенных элементов (215).

27. Способ по любому одному из пп. 16-24, дополнительно включающий:

прием одного или более третьих сигналов от антенного приемника (240), причем один или более третьих сигналов связаны со вторым подготовительным сигналом (310), переданным третьим приемником (110, 170, 185);

связывание каждого из множества антенных элементов (215) со вторым соответствующим временем прихода, по меньшей мере частично основанным на втором подготовительном сигнале; и

определение пространственной информации для каждого из множества антенных элементов (215) по меньшей мере частично на основе первых соответствующих значений времени прихода и вторых соответствующих значений времени прихода.

28. Способ по п. 27, дополнительно включающий:

определение множества коэффициентов по меньшей мере частично на основе пространственной информации и местоположения второго передатчика (110, 170, 185).

29. Способ по любому одному из пп. 16-28, в котором один или более подготовительных сигналов содержат индикатор информации о местоположении, связанном с первым передатчиком (110, 170, 185), индикатор пользовательского луча для первого передатчика (110, 170, 185), приоритет для обменов данными от первого передатчика (110, 170, 185) или их комбинацию.

30. Способ по любому одному из пп. 16-29, дополнительно включающий:

дешифровку одного или более первых сигналов для получения одного или более подготовительных сигналов (310); и

проверку правильности одного или более подготовительных сигналов (310) на основе дешифровки.