+

RU2791991C2 - Beamformer for through beamforming communication system - Google Patents

Beamformer for through beamforming communication system Download PDF

Info

Publication number
RU2791991C2
RU2791991C2 RU2019139727A RU2019139727A RU2791991C2 RU 2791991 C2 RU2791991 C2 RU 2791991C2 RU 2019139727 A RU2019139727 A RU 2019139727A RU 2019139727 A RU2019139727 A RU 2019139727A RU 2791991 C2 RU2791991 C2 RU 2791991C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
user
signals
return
signal
reverse
Prior art date
Application number
RU2019139727A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019139727A (en
Inventor
Марк Миллер
Кеннет БУЕР
Кристофер КРОНИН
Original Assignee
Виасат, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виасат, Инк. filed Critical Виасат, Инк.
Publication of RU2019139727A publication Critical patent/RU2019139727A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2791991C2 publication Critical patent/RU2791991C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: wireless communication system.
SUBSTANCE: technical result is achieved due to the fact that end-to-end beamforming systems (500) include end-to-end repeaters (503, 1202, 3403) and terrestrial networks (502) to provide communication with user terminals (517) located in coverage areas (519) of user beams, the ground segment may include geographically distributed access nodes (515) and a central data processing system (505); wherein the reverse uplink signals (525) transmitted from user terminals have multipath propagation induced by a plurality of signal receiving/transmitting paths (1702) in the end-to-end repeater, and are transmitted to the terrestrial network, terrestrial network using shapers (513, 531) beamformers recovers user data streams transmitted by user terminals from reverse downlink signals (527), the terrestrial network using beamformers (513, 529) generates forward uplink signals (521) from appropriately weighted combinations of user data streams that after relaying, downlink direct signals (522) are generated by the end-to-end relay, which are combined to form user beams.
EFFECT: equalization of delays and elimination of distortions in the feeder communication line.
33 cl, 56 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Раскрытые системы, способы и устройства относятся к сквозному формированию лучей в системе с использованием сквозного ретранслятора.The disclosed systems, methods, and apparatuses relate to end-to-end beamforming in a system using an end-to-end repeater.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

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 с первой наземной станции на вторую наземную станцию) или может передаваться в обоих направлениях (например, также со второй наземной станции на первую наземную станцию).Wireless communication systems, such as satellite communication systems, provide a means by which data, including audio, video, and various other types of data, can be transmitted from one location to another. The information originates from a first station, such as a first ground station, and is transmitted to a wireless relay, such as a communications satellite. The information received by the wireless repeater is retransmitted to a second station, such as a second ground station. In some relay wireless communication systems, the first or second station (or both) is mounted on a vehicle, such as an aircraft, vessel, or land vehicle. The information may be transmitted in only one direction (eg, only from the first ground station to the second ground station) or may be transmitted in both directions (eg, also from the second ground station to the first ground station).

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.In a wireless relay system in which the wireless repeater is a satellite, the satellite may be a geostationary satellite, in which case the orbit of the satellite is synchronized with the rotation of the Earth while the coverage area of the satellite remains substantially stationary with respect to the Earth. In other cases, the satellite is in orbit around the Earth, and this results in the satellite's coverage area moving across the surface of the Earth as the satellite crosses its orbital path laterally.

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.Signals directed to or from the first station may be directed using an antenna that is shaped to focus the signal into a narrow beam. Such antennas usually have a parabolic reflector to focus the beam.

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.In some cases, the beam may be shaped electronically by adjusting the gain and phase (or time delay) of signals transmitted, received, or transmitted and received by multiple elements of a phased array antenna. The beam can be directed by properly selecting the relative phase and amplifying the signals transmitted and/or received by each element of the phased array antenna. In most cases, all of the energy transmitted from the ground station is intended to be received by a single wireless repeater. Similarly, information received by the second station is typically received from one wireless repeater at a time. Thus, in general, the transmit beam formed to transmit information to the wireless repeater (either using electronic beamforming or using a profiled reflector antenna) is relatively narrow to ensure that as much of the transmitted energy as possible is directed to the wireless repeater. Similarly, the receive beam formed to receive information from the wireless repeater is typically narrow to collect energy from the direction of the wireless repeater with minimal interference from other sources.

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.In many cases under consideration, the signals transmitted from the wireless repeater to the first and second stations are not directed to the same station. In contrast, a wireless repeater is capable of transmitting signals over a relatively large geographic area. For example, in one satellite communications system, a satellite can serve the entire continental United States. In such a case, the satellite is said to have a satellite coverage area that includes the entire continental United States. However, to increase the amount of data that can be transmitted via a satellite, the energy transmitted by the satellite is focused into beams. The beams can be directed to geographic areas on Earth.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

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.The drawings are for illustrative purposes only and simply represent examples. These drawings are provided to facilitate the reader's understanding of the disclosed method and apparatus. They do not limit the scope, scope or applicability of the claimed invention. For clarity and ease of illustration, these drawings are not necessarily drawn to scale.

На ФИГ. 1 представлена иллюстрация примера спутниковой системы связи.FIG. 1 is an illustration of an example satellite communication system.

На ФИГ. 2 представлена схема, показывающая пример диаграммы направленности лучей, охватывающих континентальную часть США.FIG. 2 is a diagram showing an example of a beam pattern covering the continental United States.

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.FIG. 3 is an illustration of an example forward link of a satellite communication system in which the satellite has a phased array with multiple links per beam to enable beamforming on board.

На ФИГ. 4 представлена иллюстрация примера прямой линии связи спутниковой системы связи, содержащей наземную систему формирования лучей.FIG. 4 is an illustration of an example forward link of a satellite communication system including a terrestrial beamformer.

На ФИГ. 5 представлена иллюстрация примера системы сквозного формирования лучей.FIG. 5 is an illustration of an example of an end-to-end beamforming system.

На ФИГ. 6 представлена иллюстрация примера трактов прохождения сигнала для сигналов, проходящих в обратном направлении.FIG. 6 is an illustration of an example signal paths for signals traveling in the reverse direction.

На ФИГ. 7 представлена иллюстрация примера трактов прохождения сигнала в обратном направлении от пользовательского терминала.FIG. 7 is an illustration of an example signal paths in the reverse direction from the user terminal.

На ФИГ. 8 представлена упрощенная иллюстрация примера модели сквозной матрицы обратного канала.FIG. 8 is a simplified illustration of an example reverse channel end-to-end matrix model.

На ФИГ. 9 представлена иллюстрация примера трактов прохождения сигнала в прямом направлении.FIG. 9 is an illustration of an example forward signal paths.

На ФИГ. 10 представлена иллюстрация примера трактов прохождения сигнала в прямом направлении к пользовательскому терминалу, расположенному в пределах зоны покрытия пользовательских лучей.FIG. 10 is an illustration of an example forward signal paths to a user terminal located within the user beam coverage area.

На ФИГ. 11 представлена упрощенная иллюстрация примера модели сквозной матрицы прямого канала.FIG. 11 is a simplified illustration of an example forward channel through-matrix model.

На ФИГ. 12 представлена иллюстрация примера спутника сквозной ретрансляции, поддерживающего передачу прямых и обратных данных.FIG. 12 is an illustration of an example of an end-to-end relay satellite supporting forward and backward data transmission.

На ФИГ. 13 представлена иллюстрация примера диапазона частот восходящей линии связи, разделенного на две части.FIG. 13 is an illustration of an example of an uplink frequency band divided into two parts.

На ФИГ. 14 представлена иллюстрация примера сквозной ретрансляции с временным мультиплексированием между прямыми и обратными данными.FIG. 14 is an illustration of an example of end-to-end relay with time multiplexing between forward and reverse data.

На ФИГ. 15 представлена блок-схема компонентов примера системы сквозной ретрансляции, реализованной в виде спутника.FIG. 15 is a block diagram of the components of an example end-to-end relay system implemented as a satellite.

На ФИГ. 16 представлена блок-схема примера транспондера, содержащего устройство сдвига фазы.FIG. 16 is a block diagram of an example of a transponder containing a phase shifter.

На ФИГ. 17 представлен график примера диаграмм мощности сигнала нескольких антенных элементов.FIG. 17 is a graph of an example signal power diagrams of several antenna elements.

На ФИГ. 18 представлена иллюстрация примера контуров мощности сигнала 3 дБ для нескольких антенных элементов.FIG. 18 is an illustration of an example of 3 dB signal power contours for several antenna elements.

На ФИГ. 19 представлена иллюстрация примера перекрытия диаграмм мощности сигнала нескольких антенных элементов.FIG. 19 is an illustration of an example of overlapping signal strength patterns of multiple antenna elements.

На ФИГ. 20А-20Е представлена иллюстрация примеров перекрытия контуров мощности сигнала 3 дБ для нескольких антенных элементов.FIG. 20A-20E are illustrations of examples of 3 dB signal power loop overlap for multiple antenna elements.

На ФИГ. 21 представлена иллюстрация примера нумерации 16 антенных элементов и перекрытия их контуров мощности сигнала 3 дБ.FIG. 21 is an illustration of an example of numbering 16 antenna elements and overlapping their 3 dB signal power contours.

На ФИГ. 22 представлена таблица, показывающая пример соответствий приемных антенных элементов и передающих антенных элементов по 16 транспондерам.FIG. 22 is a table showing an example of the correspondences of receive antenna elements and transmit antenna elements over 16 transponders.

На ФИГ. 23 представлена иллюстрация поперечного сечения параболического отражателя антенны и массива элементов, центрированных в фокальной точке параболы.FIG. 23 is a cross-sectional illustration of a parabolic reflector antenna and an array of elements centered at the focal point of the parabola.

На ФИГ. 24 представлена иллюстрация поперечного сечения параболического отражателя антенны и массива элементов, расположенных на расстоянии от фокальной точки параболы.FIG. 24 is a cross-sectional illustration of a parabolic reflector antenna and an array of elements located at a distance from the focal point of the parabola.

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.FIG. 25 is an illustration of an example of a repeater coverage area (shown with single cross hatching) and an area (shown with double cross hatching) defined by points located within the coverage area of the repeater, which are also contained within the coverage areas of the six antenna elements.

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.FIG. 26 shows an example of a repeater antenna pattern in which all points within the coverage area of the repeater are also contained within the coverage areas of at least four antenna elements.

На ФИГ. 27 представлена иллюстрация примера распределения узлов доступа (AN) и зон покрытия пользовательских лучей.FIG. 27 is an illustration of an example distribution of access nodes (ANs) and user beam coverage areas.

На ФИГ. 28 представлен пример графика нормализованной пропускной способности прямой и обратной линии связи в зависимости от числа развернутых AN.FIG. 28 is an example plot of normalized forward and reverse link throughput versus number of deployed ANs.

На ФИГ. 29 представлена блок-схема примера наземного сегмента 502 для системы сквозного формирования лучей.FIG. 29 is a block diagram of an example ground segment 502 for an end-to-end beamforming system.

На ФИГ. 30 представлена блок-схема примера формирователя прямых/обратных лучей.FIG. 30 is a block diagram of an example forward/reverse beamformer.

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.FIG. 31 is a block diagram of an example of a forward beamformer including a plurality of time-sliced reverse directional beamformers with demultiplexing and time domain multiplexing.

На ФИГ. 32 представлена иллюстрация упрощенного примера наземного сегмента, показывающая работу формирователя прямых лучей с квантованием времени (TSBF).FIG. 32 is an illustration of a simplified example of a ground segment showing the operation of a time sliced forward beamformer (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.FIG. 33 is a block diagram of an example of a return beamformer including a plurality of time sliced return beamformers with demultiplexing and time domain multiplexing.

На ФИГ. 34 представлена иллюстрация упрощенного примера наземного сегмента, показывающая работу формирователя обратных лучей, в котором применяют мультиплексирование во временной области.FIG. 34 is an illustration of a simplified example of a ground segment showing the operation of a return beamformer that employs time domain multiplexing.

На ФИГ. 35 представлена блок-схема примера многополосного формирователя прямых/обратных лучей, в котором применяют демультиплексирование и мультиплексирование подполосы.FIG. 35 is a block diagram of an example of a multiband forward/reverse beamformer using demultiplexing and subband multiplexing.

На ФИГ. 36 и ФИГ. 37 представлена иллюстрация примера тактовой синхронизации для прямой линии связи.FIG. 36 and FIG. 37 is an illustration of an example clock for the forward link.

На ФИГ. 38 представлена блок-схема примера узла доступа (AN).FIG. 38 is a block diagram of an example Access Node (AN).

На ФИГ. 39 представлена блок-схема части примера AN.FIG. 39 is a block diagram of a portion of the AN example.

На ФИГ. 40 представлена блок-схема примера AN 515, в котором обработку во множестве подполос частот выполняют по отдельности.FIG. 40 is a block diagram of an example of AN 515 in which processing on multiple subbands is performed separately.

На ФИГ. 41 представлена иллюстрация примера системы сквозного формирования лучей для обеспечения охвата различных зон покрытия пользовательской линии связи и фидерной линии связи.FIG. 41 is an illustration of an example of an end-to-end beamforming system to provide coverage of different user link and feeder link coverage areas.

На ФИГ. 42 представлена иллюстрация примера модели трактов прохождения сигнала для сигналов, несущих обратные данные по сквозной обратной линии связи.FIG. 42 is an illustration of an example signal path model for signals carrying reverse data on a reverse link end-to-end.

На ФИГ. 43 представлена иллюстрация примера модели трактов прохождения сигнала для сигналов, несущих прямые данные по сквозной прямой линии связи.FIG. 43 is an illustration of an example signal path model for signals carrying direct data over a forward link end-to-end.

На ФИГ. 44A и 44B представлены иллюстрации примеров тракта прохождения прямого сигнала и тракта прохождения обратного сигнала соответственно.FIG. 44A and 44B are illustrations of examples of a forward signal path and a reverse signal path, respectively.

На ФИГ. 45 представлена иллюстрация примера видимой зоны покрытия Земли сквозного ретранслятора.FIG. 45 is an illustration of an example of the visible Earth coverage of an end-to-end repeater.

На ФИГ. 46 представлена иллюстрация примера зоны покрытия Северной Америки сквозного ретранслятора.FIG. 46 is an illustration of an example of the North American coverage area of an end-to-end repeater.

На ФИГ. 47A и 47B 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.FIG. 47A and 47B are block diagrams of examples of a forward signal path and a reverse signal path, respectively, each of which selectively activates a plurality of user link antenna subsystems.

На ФИГ. 48A и 48B представлена иллюстрация примера зоны покрытия сквозного ретранслятора, которая включает в себя множество избирательно активируемых зон покрытия пользователя.FIG. 48A and 48B illustrate an example of an end-to-end repeater coverage area that includes a plurality of selectively activated user coverage areas.

На ФИГ. 49 представлена блок-схема примера тракта прохождения прямого сигнала, в котором предусмотрена избирательная активация множества антенных подсистем пользовательской линии связи и множества антенных подсистем фидерной линии связи.FIG. 49 is a block diagram of an example of a forward signal path that provides for selective activation of multiple user link antenna subsystems and multiple feeder link antenna subsystems.

Ссылочные обозначения (например, 100) в настоящем документе используются для обозначения аспектов чертежей. Аналогичные или подобные аспекты, как правило, показаны с использованием одинаковых чисел. Группа аналогичных или подобных элементов может обозначаться с помощью одного ссылочного обозначения (например, 200), а отдельные элементы группы могут обозначаться с помощью ссылочных обозначений с дополнительной литерой (например, 200a, 200b).Reference symbols (eg, 100) are used herein to refer to aspects of the drawings. Similar or similar aspects are generally shown using the same numbers. A group of like or similar elements may be designated with a single reference symbol (eg 200) and individual elements of the group may be designated with a supplemental reference symbol (eg 200a, 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.The figures are not intended to be exhaustive or to limit the claimed invention to the exact form disclosed. The disclosed method and apparatus may be practiced with modification and variation, and the present invention is limited only by the claims and their equivalents.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

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.This detailed description is organized as follows. First, an introduction to relay wireless communication systems using satellite communications and beamforming is described. Second, end-to-end beamforming in general and at the system level is described using end-to-end beamforming by satellite as an example, although the application of end-to-end beamforming is not limited to satellite communications. Third, forward and backward data handling is described in the context of end-to-end beamforming. Fourth, end-to-end repeaters and their antennas are described using a communications satellite as an example. The following describes terrestrial networks for end-to-end beamforming, including related aspects such as delay equalization, feed-link distortion, and beam weight calculation. Finally, end-to-end beamforming with separate user link and feeder link coverage areas, as well as systems with multiple coverage areas, is described.

Спутниковая связьSatellite connection

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, 10 дБ от максимального коэффициента усиления) с конкретной рассматриваемой физической зоной (например, зоной на поверхности Земли или около нее) определяет зону покрытия для антенны. Антенны могут быть выполнены с возможностью обеспечения конкретной диаграммы направленности антенны (и/или зоны покрытия), и такие диаграммы направленности антенны могут быть определены путем вычислений (например, путем анализа или моделирования) и/или путем выполнения экспериментальных измерений (например, на полигоне для испытания антенн или при фактическом использовании).FIG. 1 is an illustration of an example fan structure of a satellite communication system 100. A satellite is used as an example of a wireless repeater. While many examples are described throughout the text of this disclosure in the context of a satellite or satellite communications system, it is intended that such examples are not limited to a satellite; any other suitable wireless repeater that can operate in a similar manner may be used. System 100 includes a ground station 101 on Earth, a communications satellite 103, and a terrestrial transmission source on Earth, such as a user terminal 105. Satellite coverage can be broadly defined as the area from and/or to which a transmission source on Earth or a receiver on earth, such as a ground station on earth or a user terminal, may communicate via satellite. In some systems, the coverage areas for each link (eg, forward uplink coverage area, forward downlink coverage area, reverse uplink coverage area, and reverse downlink coverage area) may differ. The forward uplink coverage area and the reverse uplink coverage area are collectively referred to as the uplink coverage area of the satellite. Similarly, the forward downlink coverage area and the reverse downlink coverage area are collectively referred to as the downlink coverage area of the satellite. Although the satellite coverage area is only active for a satellite that is in service (e.g., in an operational orbit), the satellite can be considered to have (e.g., it can be configured to have) a satellite antenna pattern that is independent of the relative the position of the satellite relative to the earth. This means that the satellite antenna radiation pattern is the distribution pattern of the energy transmitted from the satellite antenna (transmitted from the satellite antenna or received by the satellite antenna). The radiation pattern of a satellite dish corresponds to the irradiation (transmitting into or receiving from it) of a particular satellite coverage area when the satellite is in an operational orbit. The coverage area of a satellite is determined by the radiation pattern of the satellite dish, the orbital position and spatial position for which the satellite is intended, as well as a given antenna gain threshold. In general, the intersection of the antenna pattern (at a particular antenna gain, e.g. 3 dB, 4 dB, 6 dB, 10 dB of maximum gain) with the specific physical area under consideration (e.g., an area on or near the surface of the Earth) defines the area antenna covers. Antennas may be configured to provide a particular antenna pattern (and/or coverage area), and such antenna patterns may be determined by calculation (eg, analysis or simulation) and/or by performing experimental measurements (eg, at a test site for antenna testing or in actual use).

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 передача данных в прямом направлении от станции 101 на Земле предназначена для нескольких из пользовательских терминалов 105 (например, информация является многоадресной для пользовательских терминалов 105). В некоторых случаях передача данных в прямом направлении от станции 101 на Земле предназначена только для одного пользовательского терминала 105 (например, одноадресная передача для конкретного пользовательского терминала 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.Although only one user terminal 105 is shown in the drawing for simplicity, a system typically contains a plurality of user terminals 105. The satellite communication system 100 functions as a point in a multipoint system. This means that a station 101 on Earth within the coverage area of the satellite can send information to and receive information from any of the user terminals 105 within the coverage area of the satellite. However, user terminals 105 only communicate with station 101 on Earth. Earth station 101 receives live data from communications network 107, modulates the data with feeder link modem 109, and transmits the data to satellite 103 on a direct uplink feeder link 111. Satellite 103 relays this live data to user terminals 105 on a direct user downlink communication (sometimes referred to as direct operational downlink) 113. In some cases, data transmission in the forward direction from the station 101 on Earth is intended for several of the user terminals 105 (for example, the information is multicast to user terminals 105). In some cases, the forward data transmission from station 101 on Earth is for only one user terminal 105 (eg, unicast for a particular user terminal 105). User terminals 105 transmit data back to satellite 103 on a reverse user uplink (sometimes referred to as reverse operational uplink) 115. Satellite 103 relays the return data to station 101 on Earth on a reverse feeder downlink 117. Feederlink modem 109 demodulates return data that is transmitted to the communication network 107 . This feedback capability is essentially used by a number of user terminals 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 используют многоцветную (например, двух-, трех- или четырехцветную диаграмму направленности многократного использования). 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.FIG. 2 is a diagram showing an example of one configuration of satellite beam coverage areas for serving the continental United States. The configuration example shows seventy beams. The first beam 201 covers approximately two-thirds of the state of Washington. The second beam 203 next to the first beam 201 covers the area immediately east of the first beam 201. The third beam 205 approximately covers Oregon south of the first beam 201. The fourth beam 207 covers the area located approximately southeast of the first beam 201. Typically, there is some overlap between adjacent beams. In some cases, a multi-color (eg, two-, three-, or four-color reusable radiation pattern) is used. In an example of a four-color radiation pattern, beams 201, 203, 205, 207 individually define a unique combination of frequency (e.g., frequency band or bands, or one or more channels) and/or antenna polarization (e.g., in some cases, the antenna may be configured to right-hand circular polarization (RHCP) or left-hand circular polarization (LHCP) signals; other polarization techniques are available). Accordingly, relatively little mutual interference can occur between signals transmitted in different beams 201, 203, 205, 207. These combinations of frequency and antenna polarization can then be reused in a repeating non-overlapping "four-color" reusable radiation pattern. In some situations, the desired communication throughput can be achieved using a single color. In some cases, time separation of beams and/or other interference suppression techniques may be used.

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.To some extent, focusing the beams into smaller areas, and thus increasing the number of beams, can increase the data throughput of the satellite, providing more opportunities for frequency reuse. However, as the number of beams increases, the level of system complexity, and in many cases the level of complexity of the satellite, can also increase.

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.The increasing complexity of the satellite design, as a rule, leads to an increase in its size, mass and power consumption. Putting satellites into orbit is expensive. The cost of launching a satellite is partly determined by its mass and size. In addition, there are absolute limits on the mass and size of a satellite if launched using currently available rocket technology. This necessitates the choice of the optimal ratio between the features that can characterize the satellite. Moreover, the amount of electricity that can be supplied to the components of the satellite is limited. Therefore, mass, size and power consumption are parameters that must be taken into account when designing a satellite.

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), в 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.In the text of this disclosure, the term "receiving antenna element" refers to a physical transducer that converts an electromagnetic signal into an electrical signal, and the term "transmitting antenna element" refers to a physical transducer that outputs an electromagnetic signal when excited by an electrical signal. The antenna element may include a horn, a baffled polarized horn (e.g., which can function as two combined elements with different polarizations), a multi-port multi-band horn (e.g., a dual-band 20 GHz/30 GHz LHCP/RHCP dual polarization), a resonator slot antenna, F-type inverted antenna, slotted waveguide, plane traveling wave antenna, helical, loop, rectangular microstrip antenna, antenna element of any other configuration, or a combination of interconnected sub-elements. An antenna element has a corresponding antenna pattern that describes how the antenna gain varies with direction (or angle). The antenna element also has a coverage area, which corresponds to the area (eg, part of the Earth's surface) or volume (eg, part of the Earth's surface with airspace above the surface) in which the antenna element provides the desired level of gain (eg, within 3 dB, 6 dB , 10 dB or other value relative to the maximum gain of the antenna element). The coverage area of the antenna element can be modified with various structures such as reflector, frequency selective surface, lens antenna, radome, and the like. Some satellites, including those described herein, may contain multiple transponders, each capable of independently receiving and transmitting signals. Each transponder is connected to antenna elements (for example, a receiving element and a transmitting element) to form a signal receive / transmit path, which has a radiation pattern (antenna pattern) different from the radiation patterns of other signal receive / transmit paths, to create unique beams, which can be distributed over different beam coverage areas. As a rule, one signal receiving/transmitting path is common for multiple beams due to the use of input and/or output multiplexers. In both cases, the number of beams that can be formed simultaneously is essentially limited by the number of signal receive/transmit paths deployed on the satellite.

Формирование лучаBeamforming

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.Beamforming for the link may be performed by adjusting the signal phase (or time delay) and sometimes the signal amplitude for signals transmitted and/or received by multiple elements of one or more antenna arrays with overlapping coverage areas. In some cases, some or all of the antenna elements are arranged as an array of constituent receive and/or transmit elements that cooperate to provide end-to-end beamforming, as described below. For transmissions (from the transmitting elements of one or more antenna arrays), the relative phases and sometimes the amplitudes of the transmitted signals are adjusted so that the energy transmitted by the transmitting antenna elements is structurally superimposed at the desired location. This phase/amplitude adjustment is commonly referred to as "applying beam weights" to the transmitted signals. For reception (receiving elements of one or more antenna arrays), the relative phases and sometimes the amplitudes of the received signals are adjusted (i.e., the same or different beam weights are applied) so that the energy received by the receiving antenna elements from the desired location is structurally superimposed on these receiving antenna elements. In some cases, the beamformer calculates the desired antenna element beam weights. In some cases, the term "beamforming" may refer to the application of beam weights. Adaptive beamformers have a function to dynamically calculate beam weights. The calculation of the beam weights may require direct or indirect characterization of the link. The processes of calculating the beam weights and applying the beam weights may be performed in the same or different system elements.

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.Antenna beams can be steered, selectively shaped and/or otherwise reconfigured by applying different beam weights. For example, the number of active beams, the coverage area of the beams, the sizes of the beams, the relative gain of the beams, and other parameters can be changed over time. This flexibility is required in some situations. Beamforming antennas can substantially form relatively narrow beams. Narrow beams may allow signals transmitted via one beam to be separated from signals transmitted via other beams (eg, to avoid interference). Accordingly, narrow beams may allow frequency and polarization reuse to a greater extent than when forming large beams. For example, beams that are narrowly shaped can provide two non-contiguous coverage areas that do not overlap. Each beam can use either right-hand polarization or left-hand polarization. Repeated use may result in an increase in the amount of data transmitted and/or received.

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. К 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.Some satellites use on-board beamforming (OBBF) to electronically control the array of antenna elements. FIG. 3 is an illustration of a satellite system 300 in which the satellite 302 has a phased array with multiple feeder links per beam (MFPB) for on-board beamforming capability. In this example, the beam weights are computed at the ground computer center and then transmitted to or pre-stored on the satellite for use (not shown). FIG. 3 shows a forward link, although this architecture can be used for forward links, reverse links, or both forward and reverse links. Beamforming may be applied to the user link, feeder link, or both. The illustrated forward link is a signal path from one of a plurality of gateways (GWs) 304 to one or more of a plurality of user terminals within one or more beam spot coverage areas 306. The satellite 302 includes a receive antenna array 307, a transmit antenna array 309, a downconverter (D/C) and a gain module 311, a receive array beamformer 313, and a transmit array beamformer 315. Satellite 302 can form beams on both feeder link 308 and user link 310. Each of the L elements of the receiving array 307 receives K signals from K GWs 304. For each of the K generated feeder link beams (e.g., one beam per GW 304) apply a different beam weight (eg, adjust phase/amplitude) by the receive array beamformer 313 for each signal received by each of the L elements of the receive array (receiver array 307). Accordingly, for K beams generated using a receive antenna array 307 comprising L receive antenna elements, K different beam weight vectors of length L are applied to the L signals received by the L receive antenna array elements. A receive array beamformer 313 in satellite 302 adjusts the phase/amplitude of the signals received by the L receive array elements to produce K received beam signals. Each of the K received beams is focused to receive a signal from one GW 304. Accordingly, the receive array beamformer 313 outputs the K received beam signals to the D/C and the gain module 311. One such received beam signal is generated for the signal received from each transmitting 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.The D/C and gain unit 311 downconverts each of the K received beam signals and adjusts the gain accordingly. The K signals output by the D/C and gain module 311 are transmitted to the beamformer 315 of the transmitting antenna array. Transmit array beamformer 315 applies a vector of L weights to each of the K signals for a total of L x K transmit beam weights to form K beams on user downlink 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.In some cases, a satellite may require significant processing power to control the phase and gain of each antenna element used for beamforming. The use of such processing power leads to an increase in the level of complexity of the satellite. In some cases, satellites may operate with terrestrial beamforming (GBBF) to reduce satellite complexity while maintaining the benefits of electronic narrow beamforming.

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.FIG. 4 is an illustration of one example of a satellite communication system 400 containing a direct GBBF. The GBBF is conducted on the forward user link 317 via an array of L elements similar to those described above. The phases/amplitudes of the signals transmitted over the user link 317 are weighted to form beams. Feeder link 319 uses a single feed per beam (SFPB) scheme in which each receive and transmit antenna element of antenna 324 is dedicated to one feeder link beam.

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 L, 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.Before transmission from one GW or several GW 304 to each ofKforward feed link beamformer 321 transmitting antenna array beamformer applies the corresponding one ofK beam weight vectors, each of lengthL, to each ofKtransmitted signals. DefinitionK vectorsL weighting coefficients and their application to signals allows you to form on the groundKdirect beams for the forward user downlink 317. In the uplink feeder link 319, each ofLdifferent signals is multiplexed to obtain a frequency division multiplexed (FDM) signal using a multiplexer 323 (or the like). Each FDM signal is transmitted by GW 304 to one of the receive antenna elements in antenna 324 via feeder link 319. FDM receiver 325 at satellite 327 receives signals from antenna 324. An analog-to-digital (A/D) converter 326 converts the received analog signals to digital signals. The digital channel processor 328 demultiplexes the FDM signals, each of which has been appropriately weighted by the beamformer 321 for transmission through one of theLarray elements of the transmit antenna elements of the transmit antenna 329. The digital channel processor 328 outputs the signals to a digital-to-analog converter (D/A) 331 for conversion back to analog form. The analog D/A output signals 331 are upconverted and amplified with a boost converter (U/C) and gain stage 330, and then transmitted with a corresponding transmit antenna element 329. The corresponding process is reversed for return beams. It should be noted that this type of FDM feeder link system requiresL times the bandwidth because user beams make it unusable in systems with large data bandwidths or in systems that contain a large number of elementsL.

Системы сквозного формирования лучейThrough beamforming systems

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.The end-to-end beamforming systems described herein form end-to-end beams through an end-to-end repeater. An end-to-end beamforming system may connect user terminals to data sources/sinks. In contrast to the beamforming systems described above, in a central data processing system (CPS) end-to-end beamforming system, beam weights are calculated and end-to-end beam weights are applied within the terrestrial network (and not at the satellite). Through-beam signals are transmitted and received at an array of Access Nodes (ANs), which may be a Satellite Access Node (SAN). As described above, any suitable type of end-to-end relays may be used in an end-to-end beamforming system, and different types of ANs may be used to communicate with different types of end-to-end relays. The term "central" refers to the fact that the CPS is available to the ANs that are involved in transmitting and/or receiving the signal, and does not refer to the specific geographic location where the CPS is located. The beamformer within the CPS calculates one set of end-to-end beam weights that takes into account: (1) uplink wireless signal paths to the end-to-end repeater; (2) paths for receiving/transmitting a signal through an end-to-end repeater; and (3) downlink wireless signal paths from the end-to-end repeater. Beam weights can be mathematically represented as a matrix. As described above, OBBF and GBBF satellite systems have beam weight vector sizes determined by the number of antenna elements on the satellite. In contrast, end-to-end beam weight vectors have sizes determined by the number of ANs and not by the number of elements on the end-to-end relay. In general, the number of ANs does not match the number of antenna elements on the end-to-end repeater. The additionally formed through beams do not terminate either at the transmitting or receiving antenna elements of the end-to-end repeater. On the contrary, efficient retransmission of shaped end-to-end beamformers occurs because the end-to-end beamforming systems comprise uplink signal paths, repeater signal paths (via satellite or other suitable end-to-end repeater), and downlink signal paths.

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 (C/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 C/I для восходящей линии связи и нисходящей линий связи могут быть все еще актуальными.Since end-to-end beamforming considers both the user link and the feeder link (as well as the end-to-end repeater), only one set of beam weights is needed to form the required end-to-end user beams in a particular direction (eg, forward user beams or return user beams). Thus, one set of end-to-end forward beam weights (hereinafter referred to simply as forward beam weights) causes the signals transmitted from the AN through the direct uplink, through the end-to-end repeater, and also through the direct downlink to form end-to-end direct user beams. (hereinafter referred to as direct user beams). Conversely, signals transmitted back from users through the reverse uplink, through the end-to-end repeater, and the reverse downlink have end-to-end return beam weights (hereinafter referred to as return beam weights), are applied to form end-to-end return user beams (hereinafter referred to as return custom rays). Under some conditions, it may be very difficult or impossible to distinguish between uplink and downlink characteristics. Accordingly, feedlink shaped beams, user shaped beam gain, and intrinsic carrier-to-interference (C/I) ratios for uplink and downlink may no longer have their traditional role in system design, and signal ratio concepts /noise (Es/No) and end-to-end C/I for uplink and downlink may still be relevant.

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 покрытия AN. 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 обеспечивают сигналы через распределительную сеть 518 на CPS 505 в рамках наземного сегмента 502. CPS 505 подключен к источнику данных (не показан), такому как, например, интернет, головной видеоузел или другой такой объект.FIG. 5 is an illustration of an example of an end-to-end beamforming system 500. System 500 includes: ground segment 502; end-to-end relay 503; and a plurality of user terminals 517. Ground segment 502 contains M ANs 515 geographically distributed over the coverage area of the ANs. ANs 515 and user terminals 517 may be collectively referred to as terrestrial receivers, terrestrial transmitters, or terrestrial transceivers, depending on the particular functionality in question, as they are located on or near the earth and both transmit and receive signals. In some instances, user terminals 517 and/or ANs 515 may be located on an aircraft, a floating craft, or mounted on a ground vehicle, etc. In some cases, user terminals 517 may be geographically distributed. AN 515 may be geographically distributed. The ANs 515 provide signals through the distribution network 518 to the CPS 505 within the ground segment 502. The CPS 505 is connected to a data source (not shown) such as the Internet, a video headend, or other such facility.

Пользовательские терминалы 517 могут быть сгруппированы с другими рядом расположенными пользовательскими терминалами 517 (например, как проиллюстрировано пользовательскими терминалами 517a 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.User terminals 517 may be grouped with other adjacent user terminals 517 (eg, as illustrated by user terminals 517a and 517b). In some cases, such groups of user terminals 517 are served by the same user beam and therefore are within the same geographic coverage area 519 of the forward and/or return user beams. A user terminal 517 is within a user beam if the user terminal 517 is within the coverage area served by that user beam. Although in FIG. 5 shows only one such user beam coverage area 519 that contains more than one user terminal 517, in some cases, user beam coverage area 519 may contain any suitable number of user terminals 517. Moreover, the image in FIG. 5 is not intended to indicate the relative size of the different user beam coverage areas 519. This means that all user beam coverage areas 519 may be approximately the same size. Alternatively, user beam coverage areas 519 can be of various sizes, with some user beam coverage areas 519 being much larger than others. In some cases, the number of ANs 515 is not equal to the number of user beam coverage areas 519.

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.End-to-end relay 503 relays signals wirelessly between user terminals 517 and a number of network access nodes, such as ANs 515 shown in FIG. 5. End-to-end repeater 503 includes a plurality of signal paths. For example, each signal path may include at least one receive antenna element, at least one transmit antenna element, and at least one transponder (as detailed below). In some cases, a plurality of receiving antenna elements are arranged to receive signals reflected by the receiving reflector to form a receiving antenna array. In some cases, a plurality of transmit antenna elements are arranged to transmit signals to thereby form a transmit antenna array.

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.In some cases, an end-to-end relay 503 is provided on the satellite. In other cases, the end-to-end repeater 503 is provided on an aircraft, airship, tower, underwater structure, or any other suitable structure or vehicle in which the end-to-end repeater 503 may be located. In some cases, the system uses different frequency bands (in the same or in different frequency bands) for uplinks and downlinks. In some cases, the feeder links and user links are in different frequency bands. In some cases, the end-to-end repeater 503 acts as a passive or active reflector.

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 сигналов лучей 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.As described herein, the various functions of the end-to-end repeater 503 provide end-to-end beamforming. One function is that the end-to-end relay 503 includes a plurality of transponders that, in the context of end-to-end beamforming systems, induce multipath propagation between the AN 515 and user terminals 517. Another function is that the antennas (e.g., one or more antenna subsystems ) of the end-to-end repeater 503 participate in end-to-end beamforming such that when correctly weighted beam signals are transmitted over the multipath path induced by the end-to-end repeater 503, forward and/or return user beams are formed. For example, in feed-forward, each of a plurality of transponders receives superimposed combined (beam-weighted) uplink direct signals 521 from a plurality (e.g., all) of the ANs 515 (referred to herein as combined direct input signals) and the transponders output the corresponding composite signals (referred to herein as direct downlink signals). Each of the direct downlink signals may be a unique combination of beam-weighted direct uplink signals 521 which, when transmitted by the end-to-end repeater transmit antenna elements 503, are superimposed to form user beams 519 at desired locations (e.g., in this case, at recovery locations within direct user beams). The reverse end-to-end beamforming capability is provided in a similar manner. Thus, the end-to-end relay 503 can cause multiple overlaps, thus enabling end-to-end beamforming over the induced multipath channels.

Данные обратной связиFeedback data

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.FIG. 6 is an illustration of an example of a signal path model for signals carrying reverse data on a reverse link end-to-end. The feedback data is data passing from the user terminals 517 to the AN 515. The signals in FIG. 6 pass from right to left. Signals originate from user terminals 517. User terminals 517 transmit return uplink signals 525 (which contain reverse user data streams) up to end-to-end relay 503. Return uplink signals 525 from user terminals 517 in K user beam coverage areas 519 are received in an array L paths 1702 receive/transmit a signal. In some cases, the uplink coverage area for end-to-end relay 503 is defined by a set of points from which all of the L receive antenna elements 406 can receive signals. In other cases, the coverage area of the repeater is defined by such a set of points from which a subset (eg, the required number that is greater than 1, but less) L receive antenna elements 406 can receive signals. Similarly, in some cases, the downlink coverage area is defined by the set of points to which all of the L transmit antenna elements 409 can reliably send signals. In other cases, the downlink coverage area for end-to-end relay 503 is defined by a set of points to which a subset of transmit antenna elements 409 can reliably send signals. In some cases, the size of the subset of receive antenna elements 406 or transmit antenna elements 409 is at least four. In other cases, the subset size is 6, 10, 20, 100, or any other number that provides the required system performance.

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.For simplicity, some examples are described and/or illustrated such that all L receive antenna elements 406 receive signals from all points in the uplink coverage area and/or all L transmit antenna elements 409 transmit to all points in the downlink coverage area. It is contemplated that such descriptions do not require all L elements to receive and/or transmit signals at a significant signal level. For example, in some cases, the L subset of receive antenna elements 406 receives an uplink signal (e.g., reverse uplink signal 525 from user terminal 517 or forward uplink signal 521 from AN 515), so that subset of receive antenna elements 406 receives the signal uplink at a signal level close to the peak level of the received uplink signal (eg, substantially not less than the signal level corresponding to the uplink signal having the highest signal level); others of the L non-subset receive antenna elements 406 receive the uplink signal at a significantly lower level (eg, well below the peak level of the received uplink signal). In some cases, the uplink signal received by each receive antenna element of the subset is at a signal level within 10 dB of the maximum signal level received by any of the receive antenna elements 406. In some cases, the subset includes at least 10% of the receive antenna elements elements 406. In some cases, the subset includes at least 10 receive antenna elements 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.Similarly, on the transmit side, a L subset of transmit antenna elements 409 transmits a downlink signal to a receiver on Earth (e.g., return downlink signal 527 to AN 515 or forward downlink signal 522 to user terminal 517), such that the subset of transmitters antenna elements 409 transmits the downlink signal to the receiver at a received signal level close to the peak level of the transmitted downlink signal (eg, substantially not lower than the signal level corresponding to the downlink signal having the highest received signal level); others of the L transmit antenna elements 409 not in the subset transmit the downlink signal such that it is received at a significantly lower level (eg, well below the maximum downlink transmitted signal level). In some cases, the signal level is within 3 dB of the signal level corresponding to the maximum gain of the transmitting antenna elements 409. In other cases, the signal level is within 6 dB of the signal level corresponding to the maximum gain of the transmitting antenna elements 409. In the third cases, the level signal is within 10 dB of the signal level corresponding to the maximum gain of the transmitting antenna elements 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.In some cases, the signal received by each receive antenna element 406 originates from the same source (eg, one of the user terminals 517) due to the overlap of the receive antenna pattern of each receive antenna element. However, in some cases, within the coverage area of the end-to-end repeater, there may be points where the user terminal is located and from which not all of the receiving antenna elements can receive a signal. In some of these cases, there may be a significant number of receive antenna elements that do not (or cannot) receive a signal from user terminals located within the coverage area of the end-to-end repeater. However, as described herein, end-to-end repeater 503 induction of multipath may rely on signal reception by at least two receiver elements.

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 M AN 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. L 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 формирует L 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 A r излучения восходящей линии связи, матрицей E полезной нагрузки и вектором в матрице C t 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 M 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).As shown in FIG. 6 and described in more detail below, in some cases, the receive/transmit signal path 1702 includes a receive antenna element 406, a transponder 410, and a transmit antenna element 409. In such cases, each of the plurality of transponders 410 receives return uplink signals 525 via a respective receive antenna element. 406. The output of each signal receive/transmit path 1702 is a downlink return signal 527 associated with the corresponding combination of received uplink return signals. The reverse downlink signal is generated by the signal receiving/transmitting path 1702. The reverse downlink signal 527 is transmitted to an array of M ANs 515. In some cases, ANs 515 are placed at geographically dispersed locations (eg, receive or recovery locations) throughout the end-to-end repeater coverage area. In some cases, each transponder 410 connects a respective one of the receive antenna elements 406 to a respective one of the transmit antenna elements 409. Accordingly, there are L different signal paths from a user terminal 517 located in the user beam coverage area 519 to a particular AN 515. This creates L paths between user terminal 517 and AN 515. L paths between one user terminal 517 and one AN 515 are collectively referred to as end-to-end reverse multipath 1908 (see FIG. 8). Accordingly, the reception of an uplink return signal 525 from a transmission location within the user beam coverage area 519 through L transponders 410 generates L return downlink signals 527, each of which is transmitted from one of the transponders 410 (i.e., through L co-located communications tracts). Each end-to-end reverse multipath channel 1908 is associated with a vector in the uplink emission matrix A r , a payload matrix E , and a vector in the downlink emission matrix C t . It should be noted that considering the antenna element coverage patterns, in some cases some of the L paths may have relatively low energy (e.g. 6 dB, 10 dB, 20 dB, 30 dB or any other suitable power factor that is lower than other paths). ). Downlink reverse signal 527 overlay 1706 is received at each of the ANs 515 (eg, at M geographically dispersed receive or recovery locations). Each downlink return signal 527 comprises an overlay of a plurality of transmitted downlink return signals 527 resulting in a corresponding combined return signal. The respective combined returns are connected to a return beam generator 531 (see FIGS. 5 and 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).FIG. 7 illustrates an example of an end-to-end reverse link 523 from a single user terminal 517 located within user beam coverage area 519 to an AN 515. An uplink return signal 525 transmitted from a user terminal 517 is received by an array of L receive antenna elements 406 at the end-to-end. relay 503 (eg, or is received by a subset L of receive antenna elements 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, Ar L,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). Ar is an L x K reverse uplink emission matrix. The reverse uplink emission matrix values model the signal path from the reference location in the user beam coverage area 519 to the end-to-end repeater receiving antenna elements 406. For example, Ar L,1 represents the value of one element of the reverse uplink emission matrix (ie, path amplitude and phase) from the reference location in the 1st user beam coverage area 519 to the L th receive antenna element. In some cases, all of the values of the reverse uplink emission matrix Ar may be non-zero (eg, there is a significant signaling path from the reference location to each of the receive antenna elements of the receive antenna array).

E (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 E полезной нагрузки. Преобладающий тракт от каждого приемного антенного элемента 406 на каждый соответствующий передающий антенный элемент 409 моделируется значением, лежащим на диагонали матрицы E 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 E 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. E (of size L x L ) is a payload matrix and provides a model (amplitude and phase) of the paths from the receive antenna elements 406 to the transmit antenna elements 409. For the purposes of this document, the “payload” of an end-to-end repeater 503 essentially includes a set of components end-to-end relay 503 that affect and/or are affected by communication signals as they are received, relayed through, and transmitted from the end-to-end relay 503. For example, the end-to-end relay payload may include antenna elements, reflectors, transponders, etc.; but the end-to-end repeater may further include batteries, solar cells, sensors, and/or other components not considered herein as part of the payload (because they do not interfere with signals during normal operation). Considering a set of components as a payload allows the overall impact of an end-to-end relay to be mathematically modeled as a single payload matrix E. The dominant path from each receive antenna element 406 to each respective transmit antenna element 409 is modeled by a value lying on the diagonal of the payload matrix E. Assuming that there is no crosstalk between the receive/transmit signal paths, the off-diagonal values of the payload matrix are zero. In some cases, crosstalk may not be zero. Isolation of signal transmission paths from each other allows to reduce crosstalk to a minimum. In some cases, since crosstalk is negligible, the payload matrix E can be estimated using a diagonal matrix. In some cases, the off-diagonal values (or any other suitable values) of the payload matrix may be interpreted as zero even when there is some influence on the signal corresponding to these values, to reduce mathematical complexity and/or for other reasons.

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, Ct 3,2 представляет собой значение матрицы излучения обратной нисходящей линии связи (например, усиление и фазу тракта) от второго передающего антенного элемента 409b на третий AN 515c. В некоторых случаях все из значений матрицы Ct излучения нисходящей линии связи могут быть ненулевыми. В некоторых случаях некоторые из значений матрицы Ct излучения нисходящей линии связи равны по существу 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). Ct is an M x L reverse downlink emission matrix. The reverse downlink emission matrix values model the signal paths from the transmit antenna elements 409 to AN 515. For example, Ct 3,2 is the reverse downlink emission matrix value (eg, gain and path phase) from the second transmit antenna element 409 b to the third AN 515 c . In some cases, all of the values of the downlink emission matrix Ct may be non-zero. In some cases, some of the values of the downlink emission matrix Ct are essentially zero (e.g., the antenna pattern produced by the respective transmit antenna elements 409 of the transmit antenna array is such that the transmit antenna element 409 does not transmit useful signals to some of the ANs 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.As can be seen in FIG. 7, the end-to-end reverse multipath from a user terminal 517 in a particular user beam coverage area 519 to a particular AN 515 is the sum of L different paths. The end-to-end reverse multipath has multipath induced by L unique paths through transponders 410 in the end-to-end repeater. As is the case with many multipath channels, the amplitudes and phases of the paths can add up favorably (constructively) to a high end-to-end gain definition, or unfavorably (destructively) to a low end-to-end gain definition. With a large number of different paths L between the user terminal and the AN, the end-to-end gain may have a Rayleigh amplitude distribution. With this allocation, it often happens that the gains of some end-to-end channels from a particular user terminal 517 to a particular AN 515 are 20 dB or more below the average channel gain level from the user terminal 517 to AN 515. This end-to-end beamforming system specifically induces a multipath environment for end-to-end path from any user terminal to any 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 M x K таких сквозных обратных многолучевых каналов (т. е. M 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 M 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.FIG. 8 is a simplified illustration of an example model of all end-to-end reverse multipath channels from user beam coverage areas 519 to AN 515. ). Channels 1908 connect user terminals in the same user beam coverage area 519 to one AN 515 over L different receive/transmit paths 1702, with each path passing through a different one of the L receive/transmit signal paths (and associated transponders) of the repeater. Although this effect is referred to as "multipath" in this document, this multipath is different from conventional multipath (e.g., in a mobile radio system or a multi-input-multi-output (MIMO) system) because the multipath paths in the present invention are intentionally induced ( and, as described herein, are affected by) L signal receiving/transmitting paths. Each of the M x K end-to-end reverse multipaths originating from a user terminal 517 within a particular user beam coverage area 519 may be modeled by an end-to-end reverse multipath. Each such end-to-end reverse multipath path extends from a reference location (or recovery location) within a particular user beam coverage area 519 to one of the ANs 515.

Каждый из M x K сквозных обратных многолучевых каналов 1908 может по отдельности моделироваться для вычисления соответствующего элемента M x K матрицы Hret обратных каналов. Матрица Hret обратных каналов имеет K векторов, каждый из которых обладает размерностью, равной M, 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 M AN 515. Каждый сквозной обратный многолучевой канал соединяет один из M 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 L, входящих в тракт передачи сигналов сквозного обратного многолучевого канала. Более того, в некоторых случаях число AN M больше числа транспондеров L, входящих в тракт передачи сигналов сквозного обратного многолучевого канала 1908. В одном примере элемент Hret 4,2 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 E 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 M 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 M AN 515. Взвешивание (т. е. присвоение комплексной относительной фазы/амплитуды) каждого из сигналов, принимаемых M 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 M x K, к M 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.Each ofMxK end-to-end reverse multipath channels 1908 can be individually modeled to calculate the corresponding elementM xKmatricesHret return channels. MatrixHret reverse channels hasK vectors, each of which has a dimension equal toM, so that each vector models the end-to-end reverse channel gains for multipath communication between the reference location at one of the respectiveK coverage areas of user beams andM AN 515: Each end-to-end return multipath link connects one ofM AN 515 with a reference location in one ofK return user beams throughL transponders 410 (see FIG. 7). In some cases, only a subsetL The transponders 410 on the end-to-end repeater 503 are used to create an end-to-end reverse multipath (eg, only a subset is considered to be in the signaling path given significant energy input into the end-to-end reverse multipath). In some cases, the number of custom beamsK more transpondersLincluded in the signal transmission path of the end-to-end reverse multipath channel. Moreover, in some cases the number ANM more transpondersL, included in the signaling path of the end-to-end reverse multipath channel 1908. In one example, the elementHret 4.2 matricesHret the return channel is connected to the channel from the reference location in the second user beam coverage area 1903 to the fourth AN 1901. MatrixHret models the end-to-end channel as a product of matricesCt xE xAr (see FIG. 6). Each element inHret models the end-to-end gain of one end-to-end reverse multipath channel 1908. Due to the multipath nature of the channel, it may be subject to deep fading. The user return beams may be generated by the CPS 505. The CPS 505 calculates the return beam weights based on a model of theseM xK paths and generates return user beams by applying return beam weights to a plurality of combined return signals, with each weight calculated for each end-to-end reverse multipath connecting user terminals 517 in the same user beam coverage area to one of the plurality of ANs 515. In some cases, the return beam weights are computed prior to receiving the combined return signal. There is one end-to-end return link from each of theK 519 user beam coverage zones up toM AN 515: Weighting (i.e., complex relative phase/amplitude assignment) of each of the signals receivedM AN 515 allows these signals to be combined to form a return user beam using the CPS 505's beamforming capability within the ground segment 502. A beam weight matrix calculation is used to determine how to weight each end-to-end return multipath channel 1908 to form a set of return user beams, as described in more detail below. User beams are not generated by directly adjusting the relative phase and amplitude of signals transmitted by one end-to-end repeater antenna element relative to the phase and amplitude of signals transmitted by other end-to-end repeater antenna elements. Instead, user beams are formed by applying weights associated with a channel matrixMxK, ToM AN signals. It is the plurality of ANs that allows the reception of path diversity signals from one transmitter (user terminal) to multiple receivers (ANs), ensuring successful transmission of information from any user terminal in the presence of a specially induced multipath channel.

Данные прямой связиDirect connection data

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 M AN 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.FIG. 9 is an illustration of an example signal path model for signals carrying forward data over the forward link end-to-end 501. The forward data is the data transmitted from the AN 515 to the user terminals 517. The signals in this figure travel from right to left. The signals originate from M AN 515, which are located in the coverage area of the end-to-end repeater 503. There are K user beam coverage areas 519. Signals from each AN 515 are relayed by L paths 2001 of signal reception/transmission.

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.The signal receiving/transmitting paths 2001 transmit the relayed signal to user terminals 517 in user beam coverage areas 519. Accordingly, there may be L different signal paths from a particular AN 515 to a user terminal 517 located in the user beam coverage area 519. This creates L paths between each AN 515 and each user terminal 517. It should be noted that due to antenna element coverage patterns, some of the L paths may have less energy than other paths.

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 M 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.FIG. 10 illustrates an example of an end-to-end forward link 501 connecting multiple access points at geographically dispersed locations to a user terminal 517 in a user beam (eg, located at a recovery location within user beam coverage area 519) via an end-to-end relay 503. In some cases, a direct data signal is received at the beamformer prior to generating direct uplink signals. A plurality of direct uplink signals are generated at the beamformer and transmitted to a plurality of ANs 515. For example, each AN 515 receives a unique (beam-weighted) direct uplink signal generated according to the beam weights corresponding to that AN 515. Each AN 515 has a terminal transmitting a direct uplink signal via one of the M uplinks. Each direct uplink signal contains a direct data signal associated with a direct user beam. The direct data signal is "associated with" the direct user beam because it is intended to be received by user terminals 517 served by the user beam. In some cases, the direct data signal contains two or more user data streams. The user data streams may be multiplexed together by time division multiplexing or frequency division multiplexing, and so on. In some cases, each user data stream is intended to be transmitted to one or more of a plurality of user terminals in a single forward user beam.

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.As described in more detail below, each direct uplink signal is transmitted in time synchronization by its respective transmit AN 515. The forward uplink signals 521 transmitted from AN 515 are received by multiple transponders 410 at the end-to-end relay 503 via receive antenna elements 406 at the end-to-end. repeater 503. The overlay 550 of direct uplink signals 521 received from geographically dispersed locations creates a combined direct input signal 545. Each transponder 410 simultaneously receives a combined direct input signal 545. However, each transponder 410 will receive signals with slightly different timing due to differences in the location of the receive antenna elements 406 associated with each transponder 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. E 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 409a (см. ФИГ. 10) до опорного местоположения (или местоположения выделения) в первой зоне 519 покрытия пользовательских лучей задан в значении At 11 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. Cr is an L x M forward uplink emission matrix. The forward uplink emission matrix values model the signal path (amplitude and phase) from the AN 515 to the receive antenna elements 406. E is an L x L payload matrix and provides a model of the transponder signal paths from the receive antenna elements 406 to the transmit antenna elements 409. The forward path gain from each receive antenna element 406 through a respective one of the plurality of transponders to each respective transmit antenna element 409 is modeled by the diagonal values of the payload matrix. As noted above for the reverse link, assuming no crosstalk between antenna elements, the off-diagonal payload matrix values are zero. In some cases, crosstalk may not be zero. Isolation of signal transmission paths from each other allows to reduce crosstalk to a minimum. In this example, each of the transponders 410 connects a respective one of the receive antenna elements 406 to a respective one of the transmit antenna elements 409. Accordingly, a direct downlink signal 522 output from each of the transponders 410 is transmitted by each of the plurality of transponders 410 (see FIG. 9) through the transmit antenna elements 409 so that the direct downlink signals 522 form a forward user beam (by performing constructive and destructive overlap at the desired beamforming recovery geographic locations). In some cases, multiple user beams are generated, each corresponding to a geographic user beam coverage area 519 serving a respective set of user terminals 517 within the user beam coverage area 519 . The path from the first transmitting antenna element 409a (see FIG. 10) to the reference location (or allocation location) in the first user beam coverage area 519 is given by the value At 11 of the forward downlink emission matrix. As noted with respect to the reverse link, this end-to-end beamforming system specifically induces a multipath environment for the end-to-end path from any AN 515 to any user terminal 517. to the user terminal 517. The user terminal 517 (or, more generally, a foothold or recovery location in the user beam coverage area 519 for reception and/or recovery) receives a plurality of direct downlink signals 522 and recovers at least a portion direct data signal from the received set of direct signals 522 downlink. The transmitted direct downlink signals 522 can be received by the user terminal 517 at a signal level within 10 dB of the maximum signal level of any other signals transmitted by the transmitting antenna elements 409 within the subset. In some cases, the subset of transmit antenna elements includes at least 10% of the plurality of transmit antenna elements present in the end-to-end relay 503. In some cases, the subset of transmit antenna elements includes at least 10 transmit antenna elements, no matter how many transmit antenna elements elements 409 are present in the end-to-end relay 503. In one case, receiving a plurality of direct downlink signals includes receiving an overlay 551 of a plurality of direct downlink signals.

На ФИГ. 11 представлена упрощенная иллюстрация модели всех сквозных прямых многолучевых каналов 2208 от M AN 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 M многолучевых каналов 2208 могут по отдельности моделироваться, и модель каждого используется в качестве элемента матрицы Hfwd K x M прямых каналов. Матрица Hfwd прямых каналов имеет M векторов, каждый из которых имеет размерность, равную K, так что каждый вектор моделирует сквозные прямые коэффициенты усиления для многолучевой связи между соответствующим одним из M AN 515 и опорными местоположениями (или местоположениями восстановления) в K зонах покрытия прямых пользовательских лучей. Каждый сквозной прямой многолучевой канал соединяет один из M AN 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 L, входящих в тракт прохождения сигналов сквозного прямого многолучевого канала. Более того, в некоторых случаях число AN M больше числа транспондеров L, входящих в тракт прохождения сигналов сквозного прямого многолучевого канала.FIG. 11 is a simplified illustration of a model of all end-to-end direct multipath channels 2208 from M AN 515 to K user beam coverage areas 519. As shown in FIG. 11, there is an end-to-end forward multipath link 2208 that connects each AN 515 to each user beam coverage area 519. Each channel 2208 from one AN 515 to one user beam coverage area 519 has multipath induced by passing L unique paths from the AN 515 through multiple transponders to the user beam coverage area 519. Thus, the K x M multipath channels 2208 can be individually modeled and the model of each is used as an element of the K x M forward channel matrix Hfwd . The forward channel matrix Hfwd has M vectors, each of dimension equal to K , such that each vector models the end-to-end forward multipath gains between the corresponding one of the M AN 515 and the reference locations (or restoration locations) in the K forward user coverage areas. rays. Each end-to-end direct multipath channel connects one of the M ANs 515 to user terminals 517 served by one of the K direct user beams via L transponders 410 (see FIG. 10). In some cases, only the L subset of transponders 410 on the end-to-end repeater 503 is used to create an end-to-end direct multipath channel (ie, transponders included in the signal path of the end-to-end direct multipath channel). In some cases, the number of user paths K is greater than the number of transponders L included in the signal path of the end-to-end direct multipath channel. Moreover, in some cases, the number AN M is greater than the number of transponders L included in the signal path of the end-to-end direct multipath channel.

H-fwd может представлять собой сквозную прямую линию связи в виде произведения матриц At x E 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 M 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. H-fwd may be an end-to-end direct link in the form of a product of matrices A t x E x Cr . Each element in Hfwd is an end-to-end direct gain due to the multipath nature of the path and may be subject to deep fading. A suitable beam weight may be computed for each of the multiple end-to-end direct multipath channels 2208 by the CPS 505 within the ground segment 502 to generate direct user beams from the M AN set 515 to each user beam coverage area 519. Multiple ANs 515 enable multi-transmitter (AN) path diversity signaling to a single receiver (user terminal), ensuring successful transmission of information to any user terminal 517 in the presence of a specially induced multipath channel.

Комбинированные данные прямой и обратной связиCombined feed-forward and feedback data

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.FIG. 12 illustrates an example of an end-to-end repeater that supports both forward and reverse communication. In some cases, the same end-to-end relay signal paths (eg, a set of receive antenna elements, transponders, and transmit antenna elements) may be used for both the end-to-end forward link 501 and the end-to-end reverse link 523. Some other cases include forward link transponders and reverse link transponders, which may or may not share receive and transmit antenna elements. In some cases, system 1200 has multiple ANs and user terminals located in the same geographic region 1208 (which may be, for example, a specific state, an entire country, a region, an entire visible area, or any other suitable geographic region 1208). A single end-to-end relay 1202 (located on satellite or any other suitable end-to-end relay) receives direct uplink signals 521 from the AN and transmits direct downlink signals 522 to user terminals. At different times or frequencies, end-to-end relay 1202 also receives uplink return signals 525 from user terminals and transmits downlink return signals 527 to the AN. In some cases, the end-to-end relay 1202 is shared between forward and reverse data using techniques such as time domain duplexing, frequency domain duplexing, and the like. same frequency range: forward data is transmitted in time intervals that are different (non-overlapping) from those used for return data transmission. In some cases, frequency domain duplexing uses different frequencies for forward and reverse data, thus providing simultaneous, non-interfering transmission of forward and reverse data.

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.FIG. 13 is an illustration of an uplink frequency band divided into two parts. The low frequency (left) part of the band is allocated to the forward uplink, and the high frequency (right) part of the band is allocated to the reverse uplink. The uplink range may be divided into multiple portions of either forward or reverse data.

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.FIG. 14 is an illustration of forward data and reverse data subjected to time division multiplexing. A data frame period is shown in which forward data transmission occurs in the first time slot of the frame and reverse data transmission occurs in the last time slot of the frame. The end-to-end relay receives a signal from one or more access nodes in a first (forward) receive time slot and from one or more of the user terminals in a second (reverse) receive time slot that does not overlap with the first receive time slot. The end-to-end relay transmits a signal to one or more user terminals in a first (forward) transmission time slot and to one or more access nodes in a second (reverse) transmission time interval that does not overlap with the first transmission time interval. The data frame may be repeated or may change dynamically. The frame may be divided into multiple (eg, non-contiguous) parts for forward and reverse data.

Спутники для сквозного формирования лучейSatellites for end-to-end beamforming

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.In some cases, end-to-end relay 503 is implemented on a satellite such that the satellite is used to relay signals from ANs (which in such cases may be referred to as Satellite Access Nodes (SANs)) to user terminals and vice versa. In some cases, the satellite is in geostationary orbit. An example satellite operating as an end-to-end relay has an array of receive antenna elements, an array of transmit antenna elements, and a number of transponders that couple the receive antenna elements to the transmit antenna elements. The arrays contain a large number of antenna elements with overlapping antenna element coverage areas similar to traditional single link phased array antennas. It is the overlapping antenna element coverage areas on both the transmit antenna elements and the receive antenna elements that create the previously described multipath environment. In some cases, the antenna patterns generated by the respective antenna elements and the patterns resulting from overlapping coverage areas of the antenna elements (eg, overlapping patterns of a composite directional antenna) are identical. For the purposes of this disclosure, the term "identical" means that they have substantially the same power distribution over a given set of points in space, using the antenna element as a reference point for locating the points in space. It is very difficult to ensure complete identity. Thus, radiation patterns with relatively small deviations from each other are included in the concept of "identical" radiation patterns. In other cases, the radiation patterns of a receive composite directional antenna may not be identical, and in fact may differ significantly. Such antenna patterns may still result in overlapping coverage areas of the antenna elements, however the resulting coverage areas will not be identical.

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.Antenna types include, without limitation, array-radiator reflectors, confocal arrays, direct-radiating arrays, and other forms of antenna arrays. Each antenna may be a system that includes additional optical components to help receive and/or transmit signals, such as one or more reflectors. In some cases, the satellite includes components to assist in system clocking and beamforming calibration.

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).FIG. 15 is a diagram of an example satellite 1502 that can be used as an end-to-end relay 503. In some cases, satellite 1502 has a transmit antenna 401 having an array reflector and a receive antenna 402 having an array reflector. The receive antenna 402 includes a receive reflector (not shown) and an array of receive antenna elements 406. The receive antenna elements 406 are irradiated by the receive reflector. The transmit antenna 401 includes a transmit reflector (not shown) and an array of transmit antenna elements 409. The transmit antenna elements 409 are arranged to irradiate the transmit reflector. In some cases, a single reflector is used for both reception and transmission. In some cases, one port of the antenna element is used for reception and the other port for transmission. Some antennas have the ability to distinguish between signals of different polarizations. For example, the antenna element may include four waveguide ports for right-hand circular polarization (RHCP) signal reception, left-hand circular polarization (LHCP) signal reception, RHCP signal transmission, and LHCP signal transmission, respectively. In some cases, dual polarization can be used to increase system throughput. In other cases, a single polarization may be used to reduce interference (eg, with other systems that use a different polarization).

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.The example satellite 1502 also contains a plurality of transponders 410. Transponder 410 couples the output of one receive antenna element 406 to the input of a transmit antenna element 409. In some cases, transponder 410 amplifies the received signal. Each receive antenna element outputs a unique received signal. In some cases, a subset of receive antenna elements 406 receives a signal from a terrestrial transmitter, such as a user terminal 517 in the case of a reverse link signal, or an AN 515 in the case of a forward link signal. In some of these cases, the gain of each receive antenna element in the subset for the received signal is within a relatively small range. In some cases, the range is 3 dB. Otherwise, the range is 6 dB. In still other cases, the range is 10 dB. Accordingly, at each of the plurality of satellite receive antenna elements 406, it will receive a communication signal originating from a terrestrial transmitter such that a subset of receive antenna elements 406 receive the communication signal at a signal level substantially greater than or equal to the signal level corresponding to the maximum gain of the receive antenna element 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 (PA) 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.In some cases, at least 10 transponders 410 are provided on satellite 1502. In another case, at least 100 transponders 410 are provided on satellite 1502. In another case, the number of transponders per polarity may be in the range of 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, or may be between or above the numbers indicated. In some cases, the transponder 410 includes a low noise amplifier (LNA) 412, a frequency converter and associated filters 414, and a power amplifier (PA) 420. In some cases, when the uplink frequency and the downlink frequency are the same, the transponder does not contain frequency converter. In other cases, a plurality of receive antenna elements operate at the first frequency. Each receive antenna element 406 is associated with one transponder 410. The receive antenna element 406 is connected to the input of the LNA 412. Accordingly, the LNA independently amplifies the unique received signal provided by the receive antenna element associated with the transponder 410. In some cases, the output of the LNA 412 is coupled to a frequency converter. 414. Frequency converter 414 converts the amplified signal to a second frequency.

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.The output of the transponder is connected to the corresponding one of the transmitting antenna elements. In these examples, there is a one-to-one correspondence between transponder 410, corresponding receive antenna element 406, and corresponding transmit antenna element 409 such that the output of each receive antenna element 406 is connected to the input of one and only one transponder, and the output of that transponder is connected to the input of one and only only one transmitting antenna element.

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 малошумящему усилителю (МШУ) 412, преобразователю частоты и связанным фильтрам 414, а также усилитель мощности (PA) 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.FIG. 16 is an illustration of an example transponder 410. Transponder 410 may be an example of an end-to-end relay 503 transponder as described above (eg, satellite 1502 in FIG. 15). In this example, the transponder includes a phase shifter 418 in addition to a low noise amplifier (LNA) 412, a frequency converter and associated filters 414, and a transponder power amplifier (PA) 410. As illustrated in FIG. 16, an example transponder 410 may also be connected to a phase shift controller 427. For example, the phase shift controller 427 may be connected (directly or indirectly) to each of some or all of the transponders of the end-to-end repeater 503 such that the phase shift controller 427 may individually set the phases for each transponder. Phase shifters can be useful in calibration, for example as described below.

АнтенныAntennas

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.To create a multipath environment, antenna element coverage areas may overlap with antenna element coverage areas of at least one other antenna element of the same polarity, frequency, and type (transmitting or receiving, respectively). In some cases, a plurality of receive composite directional antenna patterns operating at the same receive polarization and receive frequency (eg, having at least a portion of a common receive frequency) overlap with each other. For example, in some cases, at least 25% of the receive composite directional antenna patterns operating at the same receive polarization and receive frequency (e.g., having at least a common receive frequency region) overlap with at least five other receive composite directional antenna patterns. antennas of receiving antenna elements. Similarly, in some cases, at least 25% of the transmitting composite directional antenna patterns operating at the same polarization and transmit frequency (e.g., having at least a common transmit frequency portion) overlap with at least five other transmitting composite directional antenna patterns. antennas. The amount of overlap varies from system to system. In some cases, at least one of the receive antenna elements 406 has composite directional antenna patterns that overlap with those of other receive antenna elements 406 operating at the same receive frequency (e.g., having at least a common receive frequency region) and the same the same polarization of reception. Thus, at least some of the plurality of receive antenna elements are capable of receiving the same signals from the same source. In some instances, at least one of the transmit antenna elements 409 has a composite directional antenna pattern that overlaps with those of other transmit antenna elements 409 operating at the same transmit frequency (e.g., having at least a common transmit frequency region) and the same the same transmission polarization. Thus, at least some of the plurality of transmit antenna elements are capable of transmitting signals having the same frequency at the same polarization to the same receiver. In some cases, the overlapping radiation patterns of a composite directional antenna may have gains that differ by less than 3 dB (or any other suitable value) over a common geographic area. Antenna elements, whether transmitting or receiving, may have a wide radiation pattern of a composite directional antenna and thus a relatively wide coverage area of the antenna element. In some cases, signals transmitted by a terrestrial transmitter, such as user terminal 517 or access node 515, are received by all of the receive antenna elements 406 of an end-to-end relay (eg, satellite). In some cases, a subset of elements 406 receives signals from a terrestrial transmitter. In some cases, the subset includes at least 50% of the receive antenna elements. In other cases, the subset includes at least 75% of the receive antenna elements. In still other cases, the subset includes at least 90% (eg, up to and including all) of the receive antenna elements. Different subsets of receive antenna elements 406 may receive signals from different terrestrial transmitters. Similarly, in some cases, the subset of elements 409 transmits signals that can be received by the user terminal 517. In some cases, the subset includes at least 50% of the transmit antenna elements. In other cases, the subset includes at least 75% of the transmit antenna elements. In still other cases, the subset includes at least 90% (eg, up to and including all) of the transmit antenna elements. Different subsets of elements 409 may transmit signals that may be received by different user terminals. Moreover, user terminals may be within multiple user beam coverage areas 519 formed. For the purpose of this disclosure, the antenna pattern is the distribution pattern of the energy transmitted or received by the antenna. In some cases, energy may be directly radiated from and to the antenna element. In other cases, energy from one or more transmit antenna elements may be reflected by one or more reflectors forming the antenna element's beam pattern. Similarly, the receiving element may receive energy directly or after the energy has been reflected from one or more reflectors. In some cases, antennas may be composed of multiple elements, each of which has a composite directional antenna pattern that establishes a respective coverage area of the antenna element. Similarly, all or a subset of the receive or transmit antenna elements that receive and transmit signals on the AN 515 may overlap such that a plurality of receive antenna elements receive signals from the same AN 515 and/or a plurality of transmit antenna elements transmit signals to one and the same 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.FIG. 17 is an illustration of the radiation patterns of a composite directional antenna produced by multiple antenna elements (either receive antenna elements 406 or transmit antenna elements 409) that intersect at 3 dB points. The radiation pattern 1301 of the composite directional antenna of the first antenna element has a maximum gain of the composite directional antenna along the electrical axis 1303 of the directional antenna. As shown, the composite directional antenna pattern 1301 attenuates approximately 3 dB before it intersects with the composite directional antenna pattern 1305. Since the overlap of each pair of two adjacent composite directional antenna patterns occurs along the 3 dB line 1307 for only a relatively small portion of the composite directional antenna patterns, the antenna elements producing these composite directional antenna patterns are considered to be non-overlapping.

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 «x». 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.FIG. 18 shows idealized 3 dB antenna pattern contours 3901, 3902, 3903 of several elements 406, 409 with maximum gain indicated by "x". The contours 3901, 3902, 3903 are referred to herein as "idealized" because the contours are shown as circular for simplicity. However, the contours 3901, 3902, 3903 need not be circular. Each loop indicates the location where the transmitted or received signal power is 3 dB below the maximum level. Outside the loop, the signal is more than 3 dB below maximum. Inside the loop, the signal is less than 3 dB below the maximum (i.e., within 3 dB of the maximum). In a system where the receive composite directional antenna pattern coverage covers all points for which the receive composite directional antenna gain is within 3 dB of the maximum receive composite directional antenna gain, the area within the contour is referred to as the "antenna element coverage area". The 3 dB antenna pattern contour for each element 406, 409 does not overlap. This means that only a relatively small portion of the area within the 3 dB antenna pattern contour 3901 overlaps with the area that lies within the adjacent 3 dB antenna pattern contours 3902, 3903.

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.FIG. 19 is an illustration of antenna patterns 1411, 1413, 1415 of multiple antenna elements (either receive antenna elements 406 or transmit antenna elements 409). In contrast to the radiation patterns of the composite directional antenna in FIG. 17, the radiation patterns of the composite directional antenna shown in FIG. 19 intersect 1417 in the region above the 3 dB line 1307.

На ФИГ. 20A-20E проиллюстрированы контуры диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ для нескольких антенных элементов 406, 409 с центральной точкой луча (максимальный коэффициент усиления), обозначенной литерой «x». На ФИГ. 20A показан конкретный контур 1411 диаграммы направленности антенны первого антенного элемента 406. На ФИГ. 20B показаны контуры 1411, 1413 диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ для двух конкретных элементов 406. На ФИГ. 20C 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. 20E 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 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.FIG. 20A-20E illustrate 3 dB antenna contours for multiple antenna elements 406, 409 with the center point of the beam (maximum gain) labeled "x". FIG. 20A shows a specific antenna pattern 1411 of the first antenna element 406. In FIG. 20B shows 3 dB antenna pattern contours 1411, 1413 for two specific elements 406. In FIG. 20C shows 3 dB antenna contours for three elements 406. FIG. 20D shows 3 dB antenna contours for four elements 406. FIG. 20E shows 3 dB antenna contours for an array of 16 antenna elements 406. 3 dB antenna contours are shown overlapping in region 1418 (e.g., 16 3 dB antenna contours are shown). The antenna elements in either the receive or transmit antenna may be placed in any of several different configurations. For example, if the cells have a substantially circular horn feed, they can be placed in a honeycomb configuration to tightly pack the cells in a small amount of space. In some cases, the antenna elements are aligned in horizontal rows and vertical columns.

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 «x» 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.FIG. 21 is an exemplary illustration of the relative positions of the 3 dB receive antenna footprints associated with the receive antenna elements 406. The beam centers of element 406 are numbered 1 to 16, with element 4064 identified by the number "4" at the top left assigned to the indicator "x". beam center. In some cases, there may be more than 16 receive antenna elements 406. However, for simplicity, FIG. Only 16 are shown in FIG. 21. Thus, for simplicity, only the array of receive antenna elements 406 is shown. Zone 2101 in the center is the area where all antenna element coverage areas overlap.

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.In some cases, at least one point within the coverage area of a repeater (e.g., the coverage area of a satellite) is within the 3 dB antenna pattern contour of the partial beams of multiple antenna elements 406. In one such case, at least one point is within 3 dB antenna contours of at least 100 different antenna elements 406. Alternatively, at least 10% of the repeater coverage area is within the 3 dB antenna contours of at least 30 different antenna elements. In another case, at least 20% of the repeater coverage area is within 3 dB antenna contours of at least 20 different antenna elements. In another case, at least 30% of the repeater coverage area is within 3 dB antenna contours of at least 10 different antenna elements. Alternatively, at least 40% of the repeater coverage area is within 3 dB antenna contours of at least eight different antenna elements. Alternatively, at least 50% of the repeater coverage area is within 3 dB antenna contours of at least four different antenna elements. However, in some cases more than one of these relationships may be valid.

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.In some cases, the end-to-end repeater has a repeater coverage area (e.g., satellite coverage area) in which at least 25% of the points in the uplink repeater coverage area are within (e.g., span) overlapping coverage areas of at least six receive antenna elements 406. In some cases, 25% of the points within the coverage area of an uplink repeater are within (e.g., span) overlapping coverage areas of at least four receive antenna elements 406. In some cases, an end-to-end repeater has a coverage area in which at least 25% of the points within the downlink repeater coverage area are within (e.g., span) overlapping coverage areas of at least six transmit antenna elements 409. In some cases, 25% of the points within the downlink repeater coverage area are within (e.g., cover) overlapping coverage areas n at least four transmit antenna elements 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).In some cases, the receive antenna 402 may be pointed to approximately the same coverage area as the transmit antenna 401, so that some receive antenna element coverage areas may naturally correspond to specific transmit antenna element coverage areas. In these cases, receive antenna elements 406 can be mapped to respective transmit antenna elements 409 via transponders 410, creating similar transmit and receive antenna element coverage for each receive/transmit signal path. However, in some cases it may be advantageous to associate receive antenna elements 406 with transmit antenna elements 409 that do not correspond to the same partial beam coverage area. Accordingly, the order of assignment of the elements 406 of the receive antenna 402 to the elements 409 of the transmit antenna 401 may vary randomly (or otherwise). Such permutation includes the case that results in receive antenna elements 406 not being aligned with transmit antenna elements 409 that are in the same relative location within the array or have the same coverage area. For example, each receive antenna element 406 within the receive antenna element array may be associated with the same transponder 410 as the transmit antenna element 409 located at the mirror location of the transmit antenna element array. Any other permutation may be used to match the receive antenna elements 406 with the transmit antenna elements 409 according to the permutation (e.g., pairing each receive antenna element 406 with the same transponder to which the corresponding transmit antenna element 409 is connected according to the particular permutation of the receive antenna element 406 and transmitting antenna element 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 взаимно-однозначного соответствия (и не работают в составе системы сквозного формирования лучей).FIG. 22 is a table 4200 showing an example of the correspondences of receive antenna elements 406 and transmit antenna elements 409 over 16 transponders 410. Each transponder 410 has an input connected exclusively to the corresponding receive antenna element 406 and an output connected exclusively to the corresponding transmit antenna element 409 (for example, , there is a one-to-one correspondence between each receive antenna element 406, one transponder 410, and one transmit antenna element 409). In some cases, the end-to-end repeater (eg, satellite) may have other receive antenna elements, transponders, and transmit antenna elements that are not one-to-one (and do not operate as part of an end-to-end beamforming system).

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.The first column 4202 of table 4200 identifies the transponder 410. The second column 4204 identifies the receive antenna element 406 to which the transponder 410 from the first column is connected. The third column 4206 of table 4200 identifies the associated transmit antenna element 409 to which the output of the transponder 410 is connected. Each receive antenna element 406 is connected to the input of the transponder 410 identified in the same row of table 4200. Similarly, each transmit antenna element 409 is connected to the output of the transponder 410 identified in the same row of table 4200. The third column of table 4200 shows an example of a direct mapping in which each receive antenna element 406 of the receive antenna array is connected to the same transponder 410 as the transmit antenna element 409 at the same relative location. within the transmitting antenna array. The fourth column 4208 of table 4200 shows an example of interleaved matching, in which the first receive antenna element 406 is connected to the first transponder 410 and the tenth transmit antenna element 409. The second receive antenna element 406 is connected to the second transponder 410 and the ninth transmit antenna element 409, and so on. In some cases, other permutations are used, including random matching, in which the particular pairing of the receive antenna element 406 and the transmitting element 409 with the transponder 410 is chosen at random.

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.Direct matching, which seeks to keep the coverage areas of the receive and transmit antenna elements as close as possible for each receive/transmit signal path, essentially creates the highest overall system throughput. Random and interleaved permutations essentially give slightly less capacity, but provide a more robust system in the event of AN outages, failure of terrestrial fibers, or loss of receive/transmit signal paths due to electronic failures at the end-to-end repeater (for example, in one or more transponders ). Random and interleaved permutations enable the use of less expensive non-redundant ANs. The random and interleaved permutations also provide a smaller spread between the throughput in the most efficient path and the throughput in the least efficient path. Random and interleaved permutations may also be more useful early on in a system with only a portion of the AN, whereby only a fraction of the total bandwidth will be available, but without reducing the coverage area. An example of this is the phased deployment of ANs, where the system initially works with only 50% of the deployed ANs. This can provide throughput that is less than full capacity while still allowing operation over the entire coverage area. As demand increases, more ANs are deployed to increase throughput until full throughput is reached where all ANs are active. In some cases, changing the composition of the AN causes the beam weights to be recalculated. Changing the composition may include changing the number or characteristics of one or more ANs. This may require recalculation of the forward and/or reverse end-to-end gains.

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).In some cases, the antenna is a reflector antenna with a multi-element feed and a parabolic reflector. In other cases, the reflector does not have a parabolic shape. An array of receive antenna elements 406 may be arranged to receive signals reflected by the reflector. Similarly, an array of transmit antenna elements 409 may be arranged to form an array to irradiate the reflector. One way to provide elements with overlapping radiation patterns of a composite directional antenna is to defocus (defocus) elements 406, 409 due to the fact that the focal plane of the reflector is located behind (or in front of) the array of elements 406, 409 (i.e., the receiving antenna array is located outside focal plane of the receiving reflector).

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.FIG. 23 is an illustration of a parabolic reflector 1521 with a central feed in cross section. The focal point 1523 lies in a focal plane 1525 perpendicular to the central axis 1527 of the reflector 1521. Received signals that reach the reflector 1521 while moving parallel to the central axis 1527 are focused at the focal point 1523. Similarly, signals that are transmitted from an antenna element located at the focal point and reach the reflector 1521 will be reflected off the reflector 1521 to form a focused beam parallel to the center axis 1527. This arrangement is often used in "one feed per beam" systems to maximize the directivity of each beam and minimize overlap with beams formed by adjacent feeds .

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.FIG. 24 is an illustration of another parabolic reflector 1621. When placing antenna elements 1629 (either receive antenna elements or transmit antenna elements 406, 409, 3416, 3419, 3426, 3429) outside the focal plane (for example, in front of the focal plane 1625 of the reflector 1621), the path of the transmitted signals 1631 that reach the reflector 1621 will not be parallel to each other when they are reflected from the reflector 1621, resulting in an increase in beam width compared to a focused beam. In some cases, reflectors have shapes other than parabolic. Such reflectors can also lead to defocusing of the antenna. An end-to-end beamforming system can use this type of defocused antenna to create overlap in the coverage area of adjacent antenna elements and thus provide a large number of useful receive/transmit paths for given beam locations in the repeater coverage area.

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.In one case, a repeater coverage area is established where 25% of the points within the repeater coverage area are within antenna element coverage areas of at least six composite directional antenna patterns when an end-to-end repeater is deployed (e.g., an end-to-end satellite repeater is in operational orbit). Alternatively, 25% of the points within the coverage area of the repeater are within the coverage areas of at least four receive antenna elements. FIG. 25 is an illustration of an example of a repeater coverage area 3201 (for an end-to-end satellite repeater, also referred to as a satellite coverage area) (shown in single cross hatching) and an area 3203 (shown in double cross hatching) defined by points within the repeater coverage area 3201 that are also contained within zones 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 covering six antenna elements. Coverage area 3201 and antenna element coverage areas 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 may be either receive antenna element coverage areas or transmit antenna element coverage areas and may be associated with the forward link only or the reverse link only. The size of the coverage zones 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 of the antenna elements is determined by the required performance to be provided by the system. A more robust system may have larger antenna element coverage areas than a less robust system. In some cases, each antenna element coverage area 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 covers all points for which the composite directional antenna gain is within 10 dB of the maximum composite directional antenna gain for the antenna element that defines the composite beam pattern. directional antenna. Otherwise, each antenna element coverage area 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 covers all points for which the composite directional antenna gain is within 6 dB of the maximum composite directional antenna gain. In the third case, each antenna element coverage area 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 covers all points for which the composite directional antenna gain is within 3 dB of the maximum composite directional antenna gain. Even when the end-to-end relay has not yet been deployed (eg, the end-to-end satellite relay is not in an operational orbit), the end-to-end relay still has composite directional antenna patterns that meet the definition above. This means that the antenna element coverage areas corresponding to an end-to-end repeater in orbit can be calculated from the radiation patterns of a composite directional antenna even when the end-to-end repeater is not in operational orbit. The end-to-end repeater may include additional antenna elements that do not participate in beamforming and thus may not have the above characteristics.

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.FIG. 26 is an illustration of an end-to-end repeater (e.g., satellite) antenna pattern 3300 in which all of the points that are within the coverage area 3301 of the repeater (e.g., satellite coverage area) are also contained within the coverage areas 3303, 3305, 3307, 3309 of the at least four antenna elements. There may be other antenna elements on the end-to-end repeater, which may have antenna element coverage areas 3311 that do not contain all points that are within the coverage area 3301 of the repeater.

Система может работать в любом подходящем спектре. Например, система сквозного формирования лучей может работать в C, L, S, X, V, Ka, Ku или другой подходящей полосе или полосах. В некоторых таких системах средства приема работают в C, 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.The system can operate in any suitable spectrum. For example, the end-to-end beamforming system may operate in C, L, S, X, V, Ka, Ku, or other suitable band or bands. In some such systems, the receiving means operates in C, L, S, X, V, Ka, Ku, or other suitable band or bands. In some cases, the forward uplink and reverse uplink may operate in the same frequency range (eg, around 30 GHz); and the forward downlink and reverse downlink may operate in a non-overlapping frequency range (eg, around 20 GHz). The end-to-end system may use any suitable bandwidth (eg, 500 MHz, 1 GHz, 2 GHz, 3.5 GHz, etc.). In some cases, the forward and reverse links use the same transponders.

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. Сквозной ретранслятор (например, спутник) в некоторых случаях 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.In order to promote system clock synchronization, the lengths of the paths L of the transponders are set so that in some cases they correspond to the propagation time delays of the signals, for example, by selecting an appropriate cable length. An end-to-end repeater (eg, satellite) in some cases has a repeater (eg, satellite beacon) beacon generator 426 within the calibration support module 424 (see FIG. 15). The beacon generator 426 generates a repeater beacon signal. The end-to-end repeater broadcasts the repeater beacon signal to further assist system clock synchronization as well as maintain feeder link calibration. In some cases, the repeater beacon signal is a pseudo-random (known as PN) sequence, such as a PN direct sequence code spread spectrum signal, that travels at a high chip rate (e.g., 100, 200, 400, or 800 Mchips per second (Mchip/s) or any other suitable value). In some cases, a linearly polarized transponder (e.g., satellite) beacon broadcasts the signals received by the RHCP and LHCP antennas over a wide coverage area with an antenna, such as a horn antenna (not shown), or is coupled to one or more transponders 410 for transmission via an associated transmitter. antenna element 409. In one system example, beams are formed in a plurality of 500 MHz bandwidth channels in Ka-band, and the 400 Mchip/s PN code is filtered or pulse-shaped to fit into a 500 MHz bandwidth channel. When multiple channels are used, the same PN code may be transmitted on each of the channels. The system may use one beacon for each channel, or one beacon for two or more channels.

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.Since there may be a large number of signal receiving/transmitting paths in an end-to-end repeater, redundancy of individual signal receiving/transmitting paths may not be required. In the event of a failure of the receive/transmit signal path, the system may still operate at a performance level very close to its previous level, although a modification of the beamforming factors may be applied to account for losses.

Наземные сетиTerrestrial networks

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.The terrestrial network of an exemplary end-to-end beamforming system comprises a number of geographically dispersed access node (AN) ground stations pointed to a common end-to-end repeater. Considering the forward link first, note that the central data processing system (CPS) calculates the beam weights for transmitting user data and communicates with the AN via a distribution network. The CPS also interacts with data sources provided to user terminals. The distribution network can be implemented in various ways, for example, using a fiber optic cable infrastructure. Synchronization between the CPS and the SAN may be deterministic (eg, using switched circuits) or non-deterministic (eg, using a packet-switched network). In some cases, the CPS is implemented at a single point, such as using application specific integrated circuits (ASICs) to control signal processing. In some cases, the CPS is implemented in a distributed manner, such as using cloud computing techniques.

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.As shown in the example in FIG. 5, CPS 505 may include a plurality of feeder link modems 507. For the forward link, each of the feeder link modems 507 receives live user data streams 509 from various data sources such as the Internet, a video headend (not shown), and so on. Received direct user data streams 509 are modulated by modems 507 to form K direct beam signals 511. In some cases, K may be in the range 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, or numbers in between or greater. Each of the K direct beam signals carries direct user data streams to be transmitted by one of the K direct user beams. Accordingly, if K = 400, then there are 400 direct beam signals 511, each transmitted on a respective one of the 400 direct user beams to the direct user beam coverage area 519. K direct beam signals 511 are connected to the direct beamformer.

Если в наземном сегменте 502 присутствуют M AN 515, выход формирователя прямых лучей представляет собой M 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 M специфических для узла доступа прямых сигналов 516 на основе матричного произведения матрицы K x M весовых коэффициентов прямого луча на K сигналов прямых данных. Распределительная сеть 518 распределяет каждый из M 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.If M ANs 515 are present in ground segment 502, the direct beamformer output is M access point specific direct signals 516, each containing weighted direct beam signals corresponding to some or all of the K direct beam signals 511. The direct beamformer may generate M access point-specific direct signals 516 based on the matrix product of the K x M matrix of direct beam weights by the K direct data signals. Distribution network 518 distributes each of the M access point-specific direct signals to a corresponding one of the M ANs 515. Each AN 515 transmits an uplink direct signal 521 containing a corresponding access node-specific direct signal 516. Each AN 515 transmits its respective direct signal 521 uplink for a repeater to one or more (eg, up to and including all) direct user beam coverage areas over one or more (eg, up to and including all) end-to-end repeater direct signal receive/transmit paths. The transponders 410, 411 within the end-to-end repeater 503 receive a combined direct signal input comprising an overlay 550 of direct uplink signals 521 transmitted by multiple (eg, up to and including all) ANs 515. Each transponder (eg, each signal receive/transmit path through relay) relays the combined input direct signal as the corresponding direct downlink signal to the user terminal 517 in the downlink in the forward direction.

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.FIG. 27 is an illustration of an example of an AN 515 distribution. Each of the smaller numbered circles represents the location of the AN 515. Each of the larger circles indicates a user beam coverage area 519. In some cases, the AN 515s are spaced approximately evenly across the coverage area of the end-to-end repeater 503. In other cases, the ANs 515 may be unevenly distributed across the entire coverage area. In still other cases, the AN 515s may be evenly or unevenly distributed over one or more sub-areas of the repeater's coverage area. Typically, system performance is highest when AN 515s are evenly distributed throughout the coverage area. However, factors may cause trade-offs in AN placement. For example, AN 515 can be placed based on the amount of interference, rain or other environmental conditions, property value, distribution network access, and so on. For example, for a rain-sensitive satellite-based end-to-end relay system, more ANs 515 can be placed in areas that are less likely to experience rain-induced fading (eg, the western US). As another example, AN 515s can be placed more densely in rainy areas (eg, the southeastern United States) to provide some diversity gain to counteract rain-induced fading effects. AN 515s can be placed along fiber paths to reduce distribution costs associated with AN 515s.

Число AN 515 M 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 M 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 M, числа развертываемых AN, и для понимания того, как пропускная способность системы может вводиться в эксплуатацию по мере поэтапного развертывания AN, как описано ранее.The number AN 515 M may be a selectable parameter that may be selected based on several criteria. Fewer ANs can result in a simpler and less costly ground segment and lower operating costs for the distribution network. With more ANs, the system will have better performance. FIG. 28 shows a simulation of the normalized throughput of the forward and reverse links as a function of the number of ANs deployed in the example system. The normalized throughput is the throughput at M AN divided by the throughput obtained at the largest number of ANs in the simulation. Throughput increases as the number of ANs increases, but does not increase indefinitely. The throughput of both the forward and reverse links approaches the asymptotic limit as the number of ANs increases. This simulation was performed with L = 517 transmit and receive antenna elements and with AN distributed uniformly over the coverage area, but this asymptotic behavior of the throughput can be observed for other values of L and other spatial distributions of AN. Curves similar to those shown in FIG. 28 can be useful in choosing M , the number of ANs to be deployed, and in understanding how system capacity can be brought into use as ANs are phased in as described previously.

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.FIG. 29 is a block diagram of an example ground segment 502 for an end-to-end beamforming system. FIG. 29 can be illustrated, for example, ground segment 502 of FIG. 5. Ground segment 502 includes a CPS 505, a distribution network 518, and an AN 515. CPS 505 includes a beam signal interface 524, a forward/reverse beamformer 513, a distribution interface 536, and a beam weight generator 910.

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, TCP-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.For the forward link, the beam signal interface 524 receives forward beam signals (FBS) 511 associated with each of the forward user beams. Beam signal interface 524 may include a forward beam data multiplexer 526 and a forward beam data stream modulator 528 . Forward beam data multiplexer 526 may receive forward user data streams 509 containing direct data for transmission to user terminals 517. Forward user data streams 509 may contain, for example, data packets (e.g., TCP packets, UDP packets, etc.). ) for transmission to user terminals 517 via end-to-end beamforming system 500 in FIG. 5. The forward beam data mux 526 groups (eg, multiplexes) the forward user data streams 509 into their respective forward user beam coverage areas to obtain the forward beam data streams 532. Forward beam data multiplexer 526 may use, for example, time domain multiplexing, frequency domain multiplexing, or a combination of multiplexing techniques to generate forward beam data streams 532. The forward beam data stream modulator 528 may modulate the forward beam data streams 532 according to one or more modulation schemes (eg, mapping data bits to modulation symbols) to create forward beam signals 511 that are applied to the forward/reverse beamformer 513. In some cases, modulator 528 may frequency multiplex multiple modulated signals to create a multi-carrier signal 511. Beam signal interface 524 may, for example, implement the functionality of feeder link modems 507 described with reference to FIG. 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 x K весовых коэффициентов прямого луча. Методики генерирования матрицы 918 из M x K весовых коэффициентов прямого луча более подробно описаны ниже. Формирователь 529 прямых лучей может включать в себя матричный умножитель, который рассчитывает M специфических для узла доступа прямых сигналов 516 (ANFS). Например, этот расчет может быть основан на матричном произведении матрицы 918 из M x 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 M 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) M специфических для узла доступа прямых сигналов 516 по соответствующим AN 515.The forward/reverse beamformer 513 may include a forward beamformer 529 and a backward beamformer 531. A beam weight generator 910 generates a matrix 918 of M x K forward beam weights. Techniques for generating a matrix 918 of M x K forward beam weights are described in more detail below. Forward beamformer 529 may include a matrix multiplier that calculates M access node-specific forward signals 516 (ANFS). For example, this calculation may be based on the matrix product of a matrix 918 of M x K direct beam weights and a vector of K direct beam signals 511. In some examples, each of the K forward beam signals 511 may be associated with one of the F subbands in the forward direction. In this case, forward beamformer 529 may generate samples for M access node-specific forward signals 516 for each of the F forward subbands (e.g., effectively performing a matrix product operation for each of the F subbands for respective subsets of the K forward beam signals 511 ). Distribution interface 536 distributes (eg, via distribution network 518) M access node-specific direct signals 516 to respective ANs 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 с K зонами 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).For the reverse link, distribution interface 536 receives combined feedback signals 907 from AN 515 (eg, via distribution network 518). Each return data signal from user terminals 517 may be included in a plurality of (eg, up to and including all) combined return signals 907. A beam weight generator 910 generates a matrix 937 of K x M return beam weights. Techniques for generating a matrix 937 of K x M back-beam weights are described in more detail below. A return beam generator 531 calculates K return beam signals 915 for the K return user beam coverage areas. For example, this calculation may be based on the matrix product of a matrix 937 of the return beam weights and a vector of the respective combined return signals 907. The beam signal interface 524 may include a return beam signal demodulator 552 and a return beam data demultiplexer 554. The return beam signal demodulator 552 may demodulate each of the return beam signals to obtain K return beam data streams 534 associated with the K return user beam coverage areas. The return beam data stream demultiplexer 554 may demultiplex each of the K return beam data streams 534 into respective return user data streams 535 associated with return data signals transmitted from user terminals 517. In some examples, each of the return user beams may be associated with one of R subbands in the reverse direction. In this case, the return beamformer 531 may generate respective subsets of the return beam signals 915 associated with each of the R subbands in the reverse direction (e.g., effectively performing a matrix product operation for each of the R subbands in the return direction for the respective subsets of the return beam signals 915 ).

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 M 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 M 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.FIG. 30 is a block diagram of an example of forward/reverse beamformer 513. The forward/reverse beamformer 513 includes a forward beamformer 529, a forward sync module 945, a reverse beamformer 531, and a sync module 947. The forward timing module 945 associates each of the M access point-specific direct signals 516 with a timestamp (e.g., multiplexes the timestamp with the access point-specific direct signal to form a multiplexed access point-specific direct signal) that indicates when the signal should reach the end-to-end repeater. Thus, the data of K direct beam signals 511 that are separated in the separation unit 904 within the direct beam generator 529 can be transmitted at the appropriate time to each of the ANs 515. The synchronization unit 947 arranges the received signals based on timestamps. M samples of combined AN return signals (CRS) 907 are associated with timestamps indicating when particular samples were transmitted from the end-to-end relay. Synchronization issues and timestamp generation are described in more detail below.

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 M 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 M модулей 533 присвоения прямых весовых коэффициентов и суммирования. Модуль 904 разделения разделяет (например, дублирует) каждый из K сигналов 511 прямого луча на M групп 906 K сигналов прямого луча, по одной группе 906 для каждого из M 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.Direct beamformer 529 includes data input 925, beam weight input 920, and access node output 923. Forward beamformer 529 applies the M x K values of the beam weight matrix to each of the K direct data signals 511 to generate M access point-specific direct signals 521, each containing K weighted direct beam signals. Direct beamformer 529 may comprise a separation module 904 and M direct weighting and summing modules 533 . Separation module 904 separates (eg, duplicates) each of the K direct beam signals 511 into M groups 906 of K direct beam signals, one group 906 for each of the M direct weighting and summing modules 533. Accordingly, each direct weighting and summing module 533 receives all K direct data signals 511 .

Генератор 917 весовых коэффициентов прямого луча генерирует M x 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 x 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 x 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 M модулей 533 присвоения весовых коэффициентов и суммирования передают через распределительную сеть 518 на связанные M 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.The forward beam weight generator 917 generates an M x K forward beam weight matrix 918 . In some cases, forward beam weight matrix 918 is generated based on a channel matrix whose elements are end-to-end direct gain estimates for each of the K x M end-to-end direct multipath channels to form a forward channel matrix, as further described below. End-to-end direct gain estimates are obtained from channel estimation module 919 . In some cases, the channel estimator includes a channel data store 921 that stores data related to various end-to-end multipath channel parameters, as described in more detail below. The channel estimator 919 outputs the estimated end-to-end gain signal to cause forward beam weight generator 917 to generate a forward beam weight matrix 918 . Each of the weighting and summing modules 533 is connected to receive respective beamforming weight vectors from the direct beam weight matrix 918 (only one such connection is shown in FIG. 30 for simplicity). The first weighting and summing module 533 applies a weight equal to the M x K element value of 1.1 M x K of the direct beam weight matrix 918 to the first of the K direct beam signals 511 (described in more detail below). A weighting factor equal to the value of element 1.2 M x K of the direct beam weight matrix 918 is applied to the second of the K direct beam signals 511. The other matrix weights are similarly applied to the K-th direct beam signal 511, which is weighted using a value equal to element 1, K M x K of the direct beam weight matrix 918 . Then, each of the K weighted direct beam signals 903 are summed and output from the first weighting and summing module 533 as an access point specific direct signal 516. Then, the access point specific direct signal 516 output by the first weighting and summing module 533, transmitted to the module 945 synchronization. Synchronization module 945 outputs the access node-specific direct signal 516 to the first AN 515 via distribution network 518 (see FIG. 5). Similarly, each of the other weighting and summing modules 533 receives the K direct beam signals 511 and performs the weighting and summing of the K direct beam signals 511. The output signals from each of the M weighting and summing modules 533 are transmitted through the distribution network 518 to the associated M ANs 515 so that the output signal from the m th weighting and summing module is transmitted to the m th AN 515. In some cases, the timing module 945 handles jittery timings and uneven distribution network delays, as well as some other timing issues, by associating a timestamp with the data. Details of an example timing technique are provided below with respect to FIG. 36 and 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.As a result of the application of the beam weights by the forward beamformer 529 in the ground segment 502, the signals transmitted from the AN 515 through the end-to-end repeater 503 form user beams. The size and location of the beams that can be formed may depend on the number of deployed ANs 515, the number and patterns of repeater antenna elements through which the signal passes, the location of the end-to-end repeater 503, and/or the geographic separation of the ANs 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.With regard to the end-to-end reverse link 523 shown in FIG. 5, then a user terminal 517 within one of the user beam coverage areas 519 transmits signals up to an end-to-end repeater 503. The signals are then relayed down to the ground segment 502. The signals are received by the AN 515.

Как также показано на ФИГ. 30, M обратных сигналов 527 нисходящей линии связи принимаются с помощью M AN 515, и передаются в виде комбинированных обратных сигналов 907 от M 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 M 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 x 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 M комбинированных обратных сигналов 907 AN передается на соответствующий один из M 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 x M матрицы 937 весовых коэффициентов обратного луча. Более подробная информация в отношении K x 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 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.As also shown in FIG. thirty,M downlink feedback signals 527 are received usingM AN 515, and are transmitted as combined return signals 907 fromM AN 515 through the distribution network 518, and are received at the input 931 of the access node shaper 531 return beams. The 947 timing module builds the combined feedback signals fromM AN 515 with each other and outputs time-synchronized signals to the return beam generator 531. Back-beam weight generator 935 generates back-beam weights in the formK xM matrices 937 return beam weights based on information stored in the channel data store 941 within the channel estimation module 943 . The return beamformer 531 includes a beam weight input 939 through which the return beamformer 531 receives a return beam weight matrix 937 . Each ofM combined feedback signals 907 AN is transmitted to the corresponding one ofM splitter modules 539 and assigning a weighting factor within the return beam generator 531 . Each splitter and weighting module 539 splits the time-synchronized signal intoK copies 909. The splitter and weighting module 539 assigns a weighting factor to each ofK copies 909 using itemk, m K xM a return beam weight matrix 937 . More information regardingK x M the return beam weight matrix is given below. Then each set ofK weighted combined feedback signals 911 is transmitted to the module 913 combining. In some cases, the merge module 913 combineskth weighted combined feedback signal 911 output from each splitter module 539 and weight assignment. The return beamformer 531 includes a data return output 933 that outputsK return beam signals 915, each containing samples associated with one ofK return user beams 519 (for example, samples received through each ofM AN). Each ofK return beam signals 915 may comprise samples from one or more user terminals 517.K of the combined and aligned formed return beam signals 915 is transmitted to the feeder link modems 507 (see FIG. 5). It should be noted that the back-timing adjustment may be performed after splitting and weighting. Similarly, for the forward link, the forward timing adjustment may be performed prior to beamforming.

Как описано выше, формирователь 529 прямых лучей может выполнять операции матричного произведения с входными выборками K сигналов 511 прямого луча для расчета M 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 M 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, M 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 для K/2,M/2], […], вычисляемыми по отдельности и суммируемыми).As described above, direct beamformer 529 may perform matrix product operations on the input samples of the K direct beam signals 511 to calculate M access point specific direct beam signals 516 in real time. As the beamwidth increases (eg, to support a shorter symbol span) and/or the values of K and M become large, the matrix product operation is computationally time-consuming and expensive, and the amount of computation required may exceed the capacity of a single compute node (eg, one computing server, etc.). The operations of the return beam generator 531 are similar in computational intensity. Various approaches can be used to partition the computing resources of the multiple computing nodes in the forward/reverse beamformer 513. In one example, direct beam generator 529 in FIG. 30 may be divided into separate weighting and summing modules 533 for each of the M ANs 515, which may be distributed to different computing nodes. As such, implementation considerations include cost, power consumption, scalability with respect to K , M , and bandwidth, system availability (eg, due to node failure, etc.), system upgradeability, and system delays. The above example is for a row (or column). The reverse is also possible. Other ways of grouping matrix operations can be considered (for example, division by four with [1,1 for K /2, M /2], […] computed separately and summable).

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.In some cases, forward/reverse beamformer 513 may include a time domain multiplexing architecture to handle beam weighting operations by time sliced beamformers. FIG. 31 is a block diagram of an example of a direct beamformer 529 comprising a plurality of time-sliced direct beamformers with demultiplexing and time domain multiplexing. The forward beamformer 529 includes a direct beamformer 3002, N time sliced direct beamformers 3006, and an access point forward multiplexer 3010.

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 M специфическими для узла доступа прямыми сигналами, соответствующими первому подмножеству во временной области выборок. Формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени выводит выборки, соответствующие M 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 M 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 M специфических для узла доступа прямых сигналов, принимаемых посредством N выводов 3008 прямого луча с квантованием времени, для генерации M 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.The forward beam signal demultiplexer 3002 receives the direct beam signals 511 and demultiplexes the K direct beam signals 511 to form time sliced direct beam inputs (FTSI) 3004 for input to the N time sliced direct beamformers 3006 . For example, the forward beam signal demultiplexer 3002 routes the first subset in the time domain of samples for the K forward beam signals 511 to the first time sliced direct beamformer 3006, which generates the samples associated with the M access point specific direct signals corresponding to the first subset in the time domain. samples. The forward time sliced beamformer 3006 outputs samples corresponding to the M access point specific direct signals for the first subset in the time domain of samples by its forward time sliced beam (FTSO) output 3008 to the access point forward multiplexer 3010. The forward time sliced beamformer 3006 can output samples associated with each of the M access point specific direct signals with synchronization time information (e.g., corresponding time slice index, etc.) used by the access nodes to provide synchronization (e.g., , by pre-correction) of the corresponding access point-specific direct signals when received by the end-to-end repeater. The direct access point multiplexer 3010 multiplexes the time domain subsets of the M access point specific direct signals received via the N time sliced direct beam outputs 3008 to generate the M access point specific direct signals 516. Each of the direct beamformers 3006 with may include a data buffer, a beam matrix buffer, and a processor for beam weights that performs a matrix product operation. This means that each of the forward time sliced beamformers 3006 can perform calculations mathematically equivalent to those performed by the branching module 904 and direct weighting and summing modules 533 shown for the forward beamformer 529 in FIG. 30 during processing of samples of one time slicing index. Updating the beam weight matrix may be performed in steps. For example, the beamweight matrix buffers for the time-slice direct beamformers can be updated during off-load period by changing interval slotting indices t across the N time-slice direct beamformers 3006 . Alternatively, each time sliced forward beamformer may comprise two buffers that may be used in a ping-pong configuration (eg, one may be updated when the other is used). In some cases, multiple buffers may be used to store beam weights corresponding to multiple user beam patterns (eg, multiple user coverage areas). The beamweight buffers and data buffers for the time sliced direct beamformers 3006 may be implemented as any type of memory or storage, including dynamic or static random access memory (RAM). The beam weight processing may be implemented in an application specific integrated circuit (ASIC) and/or a user programmable gate array (FPGA) and may include one or more processor cores (eg, in a cloud computing environment). Additionally or alternatively, the beamweight buffer, the data buffer, and the processor for the beamweights may be integrated into one component.

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, M = 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, а 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 M 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 t S 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 M специфических для узла доступа прямых сигналов 516 для распределения по соответствующим AN.FIG. 32 illustrates a simplified example of a ground segment showing the operation of a time sliced direct beamformer 529. In the example of FIG. 32, the forward beamformer 529 receives four direct beamformers (eg, K = 4), generates access node-specific direct signals for five ANs (eg, M = 5), and contains three time-sliced direct beamformers (eg, N = 3 ). Forward beam signals are denoted FB k : t , where k is the index of the direct beam signal and t is the time slicing index (eg, corresponding to a subset in the time domain of the samples). The forward beam signal demultiplexer 3002 receives the four time-domain subsets of the direct beam signal samples associated with the four direct user beams, and demultiplexes each direct beam signal such that one time sliced direct beam input signal 3004 includes for a particular quantization index t time subset in the time domain of samples from each of the forward beam signals 511. For example, time domain subsets may be a single sample, a contiguous block of samples, or a non-continuous (eg, interleaved) block of samples, as described below. The forward time sliced beamformers 3006 generate (eg, based on the forward beam signals 511 and forward beam weight matrix 918) each of the M access point specific direct signals for a time slice index t , which is denoted AF m : t . For example, the time-domain subsets of samples FB1 : 0, FB2 : 0, FB3 : 0, and FB4 : 0 for time slice index t = 0 are input to the first time sliced direct beamformer TSBF[1] 3006 that generates the respective samples of the access node-specific direct signals AF1 : 0, AF2 : 0, AF3 : 0, AF4 : 0 and AF5 : 0 at the direct beam output 3008 with time slice. For subsequent index values t = 1, 2, the time-slices of the time-domain subset of the samples of the direct beam signals 511 are demultiplexed by the direct beam signal demultiplexer 3002 for input to the second and third time-sliced direct beamformers 3006, which generate access node-specific direct signals. associated with the respective time slice indices t to the time slice direct beam outputs 3008 . FIG. 32 also shows that with a time slice index value t = 3, the first time slice direct beamformer generates access node-specific direct signals associated with the corresponding time slice index 3 . The matrix product operation performed by each time-slice forward beamformer 3006 for one time-slice index value t may take longer than the actual time of a subset in the time-domain of samples (e.g., the number of samples S times the sample interval t S ). However, each time sliced direct beamformer 3006 can process only one time-domain subset of samples for each of the N time slice indices t . The direct access node multiplexer 3010 receives the direct time sliced output data 3030 from each of the time sliced forward beamformers 3006 and multiplexes the time domain subsets of samples to generate M access node specific direct signals 516 for distribution to the respective ANs.

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 обратного комбинированного сигнала принимает M комбинированных обратных сигналов 907 (например, от M AN) и демультиплексирует M 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.FIG. 33 is a block diagram of an example of a return beamformer 531 comprising a plurality of time sliced return beamformers with demultiplexing and time domain multiplexing. The return beamformer 531 includes a reverse combined signal demultiplexer 3012, N time sliced return beamformers 3016, and a return beam signal multiplexer 3020. The reverse combined signal demultiplexer 3012 receives the M combined reverse signals 907 (eg, from M AN) and demultiplexes the M combined reverse signals 907 into time sliced reverse beam (RTSI) input signals 3014 for input to the N time sliced return beamformers 3016. Each of the time sliced return beamers 3016 outputs the samples associated with the K return beam signals 915 for respective subsets in the sample time domain via respective time sliced return beam (RTSO) outputs 3018 to the return beam multiplexer 3020. The return beam multiplexer 3020 multiplexes the time domain subsets of the samples for the K return beam signals received by the N time sliced return beam outputs 3018 to generate the K return beam signals 915. Each of the time sliced return beamformers 3016 may include a data buffer, a beam matrix buffer, and a beam weight processor performing a matrix product operation. This means that each of the time sliced return beamformers 3016 can perform calculations mathematically equivalent to those performed by the splitter and weight module 539 and the combiner 913 shown with the return beamformer 531 in FIG. 30 during processing of samples for one time slice index. As described above with respect to time-sliced direct beamformers, updating the beamweight matrix may be performed incrementally using a ping-pong beamweight buffer configuration (eg, one may be updated while the other is in use). In some cases, multiple buffers may be used to store beam weights corresponding to multiple user beam patterns (eg, multiple user coverage areas). The beamweight buffers and data buffers for the time sliced return beamformers 3016 may be implemented as any type of memory or storage, including dynamic or static random access memory (RAM). The beam weight processing may be implemented in an application specific integrated circuit (ASIC) and/or a user programmable gate array (FPGA) and may include one or more processor cores. Additionally or alternatively, the beamweight buffer, the data buffer, and the processor for the beamweights may be integrated into one component.

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 обратных лучей с квантованием времени (например, N = 3). Комбинированные обратные сигналы обозначают RCm : t, где m представляет собой индекс AN, а 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 t S 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.FIG. 34 illustrates a simplified example of a ground segment showing the operation of a return beamformer 531 that employs time domain multiplexing. In the example of FIG. 33, a return beamformer 531 receives five combined returns (eg, M = 5), generates return beam signals (RBS) for four user returns (eg, K = 5), and contains three time-sliced return beamformers (eg, N = 3). The combined feedback signals are denoted RC m : t , where m is the AN index and t is the time slicing index (eg, corresponding to a subset in the time domain of the samples). The de-combined signal demultiplexer 3012 receives the four time-domain subsets of the combined return signals from the five ANs and demultiplexes each combined return signal such that one time-sliced return-beam input 3014 includes, for a particular time-slice index t, the corresponding time-slice subsets. sample areas from each of the combined feedback signals 907. For example, time domain subsets can be a single sample, a contiguous block of samples, or a non-continuous (eg, interleaved) block of samples, as described below. The time sliced return beamformers 3016 generate (eg, based on the combined returns 907 and the return beam weight matrix 937) each of the K return beam signals for time slice index t , which denote RB k : t . For example, the time-domain subsets of samples RC1 : 0, RC2 : 0, RC3 : 0, RC4 : 0, and RC5 : 0 for the time slice index t = 0 are input to the first time sliced return beamformer 3016, which generates the corresponding samples of the return beam signals RB1 : 0, RB2 : 0, RB3 : 0 and RB4 : 0 to the time sliced return beam output 3018. For subsequent index values t = 1, 2, the time-slicing subsets of the time-domain subsets of the combined return signal samples 907 are demultiplexed by the inverse combined signal demultiplexer 3012 for input to second and third time-slice return beamformers 3016, respectively, which generate samples for the return beam signals. associated with the respective time slice indices t to the time slice return beam outputs 3018. FIG. 34 also shows that, at a value of t =3 of the time slice index, the first time slice return beamformer generates samples of the return beam signals associated with the corresponding time slice index 3 . The matrix product operation performed by each time-slice return beamformer 3016 for one time-slice index value t may take longer than the real time of a subset in the time-domain of samples (e.g., number of samples S times sample interval t S ). However, each time sliced return beamer 3016 can process only one subset in the time domain of samples of each of the N time slice indices t . The return beam multiplexer 3020 receives the time sliced return beam outputs 3018 from each of the time sliced return beam generators 3016 and multiplexes the time domain subsets of the samples to generate K return beam signals 915.

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 t FTS на обработку одного набора выборок для индекса t квантования времени, имеющего длительность t D квантования времени в реальном времени, где tFTS = Nt D, формирователь 529 прямых лучей может содержать N + E формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени. В некоторых примерах каждый из N + E формирователей 3006 прямых лучей с квантованием времени используют в работе, причем каждый формирователь 3006 прямых лучей с квантованием времени имеет эффективную дополнительную мощность E / 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 E 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, P, 2P. . . (S - 1) * P, а второй индекс t 1 квантования времени может быть связан с выборками 1, P + 1, 2P + 1. . . (S - 1) * P + 1 и т.д., где S представляет собой число выборок в каждом наборе выборок, а P 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 M. Although FIG. 31-34 illustrate the same number N of time sliced forward beamformers 3006 and time sliced return beamformers 3016, some implementations may use more or fewer time sliced forward beamformers 3006 than time sliced return beamformers 3016. In some examples, the forward beamformer 529 and/or the return beamformer 531 may have a bandwidth reserve to provide node resiliency. For example, if each direct time slicer 3006 spends t FTS processing one set of samples for a time slice index t having a real time slice duration t D , where t FTS = Nt D , the forward beam generator 529 may comprise N + E shapers 3006 direct beams with time slicing. In some examples, each of the N+E direct time sliced beamformers 3006 is used in operation, with each direct time sliced beamformer 3006 having an effective additional power of E / N . If one direct time sliced beamformer 3006 fails, operations can be transferred to another direct time sliced beamformer 3006 (e.g., by adjusting the routing of time domain samples (or groups of samples) through demultiplexing and time domain multiplexing) . Thus, the direct beamformer 529 can be fault tolerant of up to E of the time sliced direct beamformers 3006 before it starts to affect system performance. In addition, the extra power allows time sliced beamformers to be maintained and upgraded while the system is running. For example, upgrading time sliced beamformers can be done incrementally as the system can operate with time sliced beamformers of varying performance. The data samples associated with the time slicing index t may be interleaved. For example, the first time slicing index t 0 may be associated with samples 0, P, 2P. . . (S - 1) * P, and the second time slicing index t 1 can be associated with samples 1, P + 1, 2P + 1. . . (S - 1) * P + 1, etc., where S is the number of samples in each set of samples and P is the duration of the interleave. Also, interleaving can make the system more robust to time sliced beamformer failures because each block of time sliced beamformer samples is separated in time such that errors due to a missing block are distributed over time, which is similar to the benefit of using forward equalization interleaving. errors. In fact, the distributed errors caused by the failure of the time sliced beamformer may cause noise-like effects and not lead to any errors in the user data, especially if direct error coding is applied. Although examples have been illustrated where N = 3, other values of N may be used, and N does not necessarily have any particular relationship to K or M.

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.As described above, the forward beamformer 529 and the return beamformer 531 illustrated in FIG. 31 and 33, respectively, can perform demultiplexing and time domain multiplexing for time sliced beamforming for one channel or subband. By using an additional subband multiplexing/demultiplexing switching layer, a plurality of subbands can be processed independently. FIG. 35 is a block diagram of an example of a multiband forward/reverse beamformer 513 that uses demultiplexing and subband multiplexing. The multiband forward/reverse beamformer 513 may support F forward subbands and R reverse subbands.

Многополосный формирователь 513 прямых/обратных лучей содержит F 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 K 1 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 M специфических для узла доступа прямых сигналов, связанных с подмножеством сигналов 511 прямого луча (например, матричное произведение из K 1 сигналов прямого луча и M x K 1 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.The multi-band forward/reverse beamformer 513 comprises F forward subband beamformers 3026, R reverse subband beamformers 3036, and a subband multiplexer/demultiplexer 3030. For example, direct beam signals 511 may be divided into F direct subbands. Each of the F forward subbands may be associated with a subset of the K direct user beam coverage areas. This means that the K direct user beam coverage areas may include a plurality of subsets of direct user beam coverage areas associated with different (e.g., different frequency and/or polarization, etc.) subbands, where the direct user beam coverage areas within each of the subsets may be non-overlapping (eg, in 3 dB signal contours, etc.). Thus, each of the direct subband beamformer inputs 3024 may include a subset K 1 of the direct beam signals 511. Each of the F direct beamformers 3026 may have the functionality of a direct beamformer 529, generating direct subband beamformer outputs 3028 that contain M access node-specific direct signals associated with a subset of forward beam signals 511 (e.g., a matrix product of K 1 signals direct beam and M x K 1 direct beam weight matrix). Thus, each of the ANs 515 can receive a plurality of access node-specific direct signals associated with different subbands (eg, for each of the F direct subbands). ANs may combine (eg, sum) signals in different subbands in direct uplink signals, as described in more detail below. Similarly, ANs 515 may generate multiple combined return signals 907 for R different reverse subbands. Each of the R return subbands may be associated with a subset of the K return user beam coverage areas. This means that the K return user beam coverage areas may include a plurality of subsets of return user beam coverage areas associated with different frequency subbands, where the return user beam coverage areas within each of the subsets may be non-overlapping (e.g., in signal level contours 3 dB, etc.). The subband multiplexer/demultiplexer 3030 may separate the combined return signals 907 into R input signals 3034 of the reverse subband beamformer. Then, each of the reverse subband beamformers 3036 may generate a reverse subband beamformer output 3038, which may include return beam signals 915 for a subset of return user beams (e.g., for feeder link modems 507 or a return beam signal demodulator, etc.). .). In some examples, the multiband forward/return beamformer 513 may support multiple types of polarization (eg, right-hand circular polarization (RHCP), left-hand circular polarization (LHCP), etc.), which in some cases may actually double the number of subbands.

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, M ≤ 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.In some cases, time-slice multiplexing and demultiplexing for forward beamformer 529 and return beamformer 531 (e.g., using forward beam signal demultiplexer 3002, access point direct signal multiplexer 3010, reverse combined signal demultiplexer 3012, return beam signal multiplexer 3020), and subband multiplexing/demultiplexing (subband multiplexer/demultiplexer 3030) can be performed by packet switching (eg, by switching in an Ethernet network, etc.). In some cases, time-slicing and sub-band switching may be performed in the same switching nodes or in a different order. For example, a switching matrix architecture may be used, where each node of the switching matrix may be connected to a subset of ANs 515, forward time sliced beamformers 3006, reverse time sliced beamformers 3016, or feeder link modems 507. The switch fabric architecture may allow, for example, any AN to be connected (eg, via switches and/or switch matrix backplane) to any forward time sliced beamformer or backward time sliced beamformer in a low latency hierarchical flat architecture. In one example, a system supporting bandwidths K ≤ 600, M ≤ 600, and 500 MHz (eg, per subband) with fourteen subbands for the forward or reverse links can be implemented using a commercially available 2048-port 10GigE switching platform.

Коррекция задержкиDelay Correction

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.In some cases, the differences in propagation delays along each path between end-to-end relay 503 and CPS 505 are not significant. For example, on the reverse link, when the same signal (eg, data transmitted to or from a particular user) is received by multiple ANs 515, each signal instance may arrive at the CPS being substantially consistent with every other signal instance. Similarly, when the same signal is transmitted to a user terminal 517 across multiple ANs 515, each signal instance may arrive at the user terminal 517 substantially consistent with every other signal instance. In other words, the signals can be phase- and time-matched with sufficient accuracy that the signals are coherently combined such that the propagation delay and beamforming effects are small relative to the symbol rate. As an illustrative example, if the difference in signal propagation delay is 10 microseconds, the beamforming bandwidth can be in the order of tens of kHz, and a narrowband signal, for example ≈ 10 kbit/s, can be used, with possible slight performance degradation. A signal rate of 10 kbps corresponds to a symbol length of 100 microseconds, and a delay spread of 10 microseconds is only one tenth of the symbol length. In these cases, for purposes of system analysis, it can be assumed that signals received by the end-to-end relay at one point in time will be relayed and transmitted at essentially the same time, as described previously.

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.In other cases, there may be a significant difference in propagation delay with respect to the transmission interval (transmitted symbol length) of the signals transmitted by the transmitting antenna elements 409 to the AN 515. Significant delay variations may occur as the signals from each AN 515 travel through the distribution network 518. . In these cases, a delay correction can be applied to match the propagation delay values.

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.The end-to-end reverse link signals received by CPS 505 via distribution network 518 can be time-aligned using a relay beacon transmitted from an end-to-end relay, such as a PN beacon, as described previously. Each AN 515 can create a timestamp of the combined return signal using the repeater beacon signal as a reference. Thus, different ANs 515 may receive the same signal at different times, but the signals received at each AN 515 may be timestamped to allow CPS 505 to correlate them in time. The CPS 505 may buffer the signals such that beamforming is performed by combining signals having the same timestamp.

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 M 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.As shown in FIG. 33 and 34, delay correction for the reverse link may be performed by demultiplexing the combined return signals for the time sliced return beamformers 3016. For example, each AN may partition the combined feedback into sets of samples associated with time slice indices t , which may include interleaved samples of the combined feedback. The time slicing indices t may be determined based on the repeater beacon signal. The ANs may send subsets of samples multiplexed with respective time slice indices t (eg, as a multiplexed combined return signal) to the return beamformer 531, which may be used as reverse link timing information. Subsets of samples from each AN may be demultiplexed (eg, by switching), and one time sliced return beamformer 3016 may receive subsets of samples from each AN for time slice index t (in some cases, for one of the multiple subbands). By performing a matrix product operation on the return beam weight matrix and a subset of samples from each of the M combined return signals associated with the time slice index t, the time slice return beam generator 3016 can at the same time match the signals relayed by the end-to-end relay to apply return beam weight matrices.

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).For the forward link, the beamformer 513 within the CPS 505 may generate a timestamp that indicates when each access node-specific forward signal transmitted by the AN 515 should reach the end-to-end relay 503. Each AN 515 may transmit the access node beacon signal 2530, for example looped PN signal. Each such signal may be looped back to the AN 515 by the end-to-end relay 503. The ANs 515 may receive both the relay beacon signal and relayed (loopback) access node beacon signals from any or all of the ANs. The received access point beacon timing relative to the repeater beacon timing indicates when the access point beacon has reached the end-to-end repeater. If you adjust the timing of the access point beacon signal so that, after being relayed by the end-to-end repeater, it reaches the AN at the same time as the beacon signal reaches the AN repeater, the access point beacon signal will arrive at the end-to-end repeater in synchronism with the repeater beacon signal. After performing this function on all ANs, all access node beacon signals will arrive at the end-to-end repeater in synchronism with the repeater beacon signal. The final step in the process is for each AN to transmit its access node-specific direct signals in synchronization with its access node beacon signal. This can be done with timestamps, as described later. Alternatively, the CPS may control the delay correction by sending appropriate access node-specific forward signals, offset by appropriate time domain offsets, to the AN (eg, if the synchronization via distribution network is deterministic).

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 T0 2315 согласован с PN-элементом сигнала 2316 PN-принимаемого сигнала 2305 AN1 в момент времени T0. 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.FIG. 36 is an illustration of the PN sequences used to map timing in the system. The horizontal axis on the figure reflects time. PN sequence 2301 AN 1 of chips 2303 is transmitted in the access node beacon signal from the first AN. The relative time this sequence reaches the end-to-end relay is shown by the PN sequence 2305. There is a time offset of the PN sequence 2305 relative to the AN 1 PN sequence 2301 due to propagation delay from the AN to the end-to-end relay. The relay beacon PN sequence 2307 is generated within the end-to-end relay and transmitted from it in the relay beacon signal. The PN signal element of the PN sequence 2307 of the relay beacon at time T 0 2315 is matched with the PN signal element 2316 of the PN received signal 2305 AN 1 at time T 0 . The PN signal element 2316 of the PN received signal 2305 AN 1 is matched with the PN signal element 2315 of the PN sequence 2307 of the repeater beacon when the correct transmission time value for AN 1 is adjusted. The PN sequence 2305 is looped back from the end-to-end relay and the PN sequence 2317 is received on AN 1 . The PN sequence 2319 transmitted from the end-to-end relay in the relay beacon PN sequence is received at AN 1 . Note that the PN sequences 2317, 2319 on AN 1 are matched, indicating that they have been matched at the end-to-end relay.

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.FIG. 37 shows an example of an AN 2 where the timing of the PN sequence generated in AN 2 is incorrectly adjusted. It should be noted that the PN sequence 2311 generated at the AN 2 is received at the end-to-end relay, which is shown as a sequence 2309 offset by dt from the PN sequence 2307 of the repeater beacon. This offset is related to the timing error that is used to generate the sequence in AN 2 . It should also be noted that the arrival of AN 2 by AN 2 PN sequence 2321 is offset relative to reaching AN 2 2323 by the repeater beacon PN sequence by the same amount of dt . The signal processing at AN 2 will detect this error and correct the transmission timing by adjusting the timing by dt to match the PN sequences 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.FIG. 36 and 37, the same PN chip rate is used for the repeater beacon PN sequence and all (loopbacked) of the AN PN signals for ease of illustration of the concept. The concepts of the same timing can be applied at different values of the PN-chip repetition rate. As shown in FIG. 31 and 32, the time slice indices t may be used to synchronize the access node-specific forward signals received by the end-to-end relay from each of the ANs. For example, time slice indices t may be multiplexed with access node-specific direct signals 516. Each AN may transmit samples of the access node-specific direct signals with a particular time slice index t consistent with the corresponding timing information in the PN-sequence of chips transmitted in the corresponding beacon signals of the access point. Since the respective access node beacon signals have been corrected to compensate for the respective propagation delays and phase shifts between the AN and the end-to-end relay, the samples associated with the time slice index t will arrive at the end-to-end relay time-synchronized and correctly phase-matched relative to each other.

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.In cases where the AN receives its own access point beacon signals, it is possible to loop back the access node beacon signals using the same end-to-end relay communication equipment that also carries data in the forward direction. In these cases, the relative gains and/or phases of the transponders in the end-to-end repeater can be adjusted as described later.

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.FIG. 38 is a block diagram of an example AN 515. AN 515 includes a receiver 4002, a receive timing and phase adjuster 4024, a repeater beacon demodulator 2511, a multiplexer 4004, a network interface 4006, a controller 2523, a demultiplexer 4060, a transmit timing and phase canceler 4020, and transmitter 4012. Network interface 4006 may be connected to, for example, CPS 505 via network port 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.On the reverse link, the receiver 4002 receives the reverse downlink signal 527. The reverse downlink signal 527 may include, for example, a combination of the reverse uplink signals relayed by the end-to-end relay (eg, through multiple receive/transmit signal paths, etc.) and the repeater beacon signal. The receiver 4002 may perform downconversion and sampling, for example. The relay beacon demodulator 2511 may demodulate the relay beacon signal into a digitized composite return signal 907 to obtain relay timing information 2520. For example, the relay beacon demodulator 2511 may perform demodulation to recover the chip timing associated with the relay PN code and generate timestamps corresponding to the transmission time from the end-to-end relay for samples of the digitized combined return signal 527. The multiplexer 4004 may multiplex the timing information 2520 rebroadcast with samples of the digitized combined return signal (eg, to form a multiplexed combined return signal) to be routed to the CPS 505 (eg, via the network interface 4006). Multiplexing the relay timing information 2520 may include generating subsets of samples corresponding to time slice indices t for routing to CPS 505. For example, multiplexer 4004 may output subsets of samples associated with each time slice index t for input to the back beamforming architecture. time-slicing described above with reference to FIG. 33, 34, and 35. In some cases, multiplexer 4004 may include an interleaver 4044 to interleave samples for each subset of samples.

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.On the forward link, network interface 4006 may receive AN input 4014 (eg, via network port 4008). The demultiplexer 4060 may demultiplex the AN input signal 4014 to obtain the access point-specific direct signal 516 and forward signal transmission timing information 4016 indicating the transmission time for the access point-specific direct signal 516. For example, the access point-specific direct signal 516 may contain information about the timing of the transmission of the direct signal (for example, multiplexed with data samples, etc.). In one example, the access node-specific direct signal 516 contains sets of samples (eg, in data packets), where each set of samples is associated with a time slice index t . For example, each set of samples may be samples of the access node-specific direct signal 516 generated in accordance with the time sliced direct beamforming architecture described above with reference to FIG. 31, 32, and 35. Demultiplexer 4060 may include a de-interleaver 4050 for de-interleaving samples associated with time slicing indices t .

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.The transmit timing and phase canceler 4020 may receive and buffer the access node specific direct signal 516 and output direct uplink signal samples 4022 for transmission by transmitter 4012 at the appropriate time as direct uplink signal 521. The transmitter 4012 may perform digital-to-analog and up-conversion to output the direct uplink signal 521. The forward uplink signal samples 4022 may include an access node-specific forward signal 516 and an access node beacon signal 2530 (e.g., a looped PN signal), which may include transmission timing information (e.g., chip timing information with PN code, frame timing information, etc.). The transmit timing and phase compensator 4020 may multiplex the access node-specific direct signal 516 with the access node beacon signal 2530 such that the forward timing and phase information 4016 is synchronized with the corresponding transmit timing and phase information in the beacon signal 2530. access node.

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, C r ), закольцовывания ретранслятора (например, E) и/или нисходящих линий связи радиомаяка узла доступа (например, C t ).In some examples, the generation of the access node beacon signal 2530 is performed locally in the AN 515 (eg, in the access node beacon generator 2529). Alternatively, the access node beacon signal 2530 may be generated in a separate component (eg, CPS 505) and routed to the AN 515 (eg, via network interface 4006). As described above, the access node beacon signal 2530 may be used to compensate for the forward uplink signal 521 to account for propagation differences and phase shifts between the AN and the end-to-end relay. For example, the access node beacon signal 2530 may be transmitted on the forward uplink signal 521 and relayed by the end-to-end relay, and then received again by the receiver 4002. The controller 2523 may compare the relayed transmission timing and phase information 4026 obtained (e.g., from demodulation, etc.). .d.) from the relayed beacon signal of the access point with information 4028 about the timing and phase when received, obtained (for example, during demodulation, etc.) from the beacon signal of the repeater. The controller 2523 may generate a timing and phase adjustment signal 2524 for input to the transmit timing and phase equalizer 4020 to correct the access node beacon signal 2530 to compensate for propagation delay and phase shifts. For example, access node beacon signal 2530 may contain a PN code and frame timing information (eg, one or more frame number bits, etc.). The transmit timing and phase compensator 4020 may, for example, adjust frame timing information to roughly compensate for signal propagation delay (e.g., output frame timing information in the access point beacon signal such that the relayed access point beacon signal will contain relayed frame timing information). in transmission, coarsely matched to the corresponding frame timing information in the relay beacon signal, on change of which the PN code element is considered as the least significant bit (LSB), etc.). Additionally or alternatively, the transmit timing and phase canceler 4020 may perform timing and phase adjustment on the direct uplink signal samples 4022 to compensate for the difference in timing or phase between the transmitted timing and phase information 4026 and the timing and phase information 4028. reception. For example, where the access node beacon signal 2530 is generated based on a local oscillator, timing or phase differences between the local oscillator signals and the received repeater beacon signal can be corrected by adjusting the timing and phase for the direct uplink signal samples 4022. In some examples, access node beacon demodulation is performed locally at the AN 515 (eg, by access node beacon demodulator 2519). Alternatively, demodulation of the access node's beacon signal may be performed in a separate component (eg, CPS 505) and relayed transmission timing and phase information 4026 may be obtained in another transmission (eg, via network interface 4006). For example, deep fading can make it difficult to receive and demodulate the AN's own relayed beacon signal unless the transmission is at a higher power than another signal transmission, which can result in lower power budget for communication signals. Thus, combining the reception of the relayed access point beacon signal from multiple ANs 515 can increase the effective received power and demodulation accuracy for the relayed access point beacon signal. Thus, demodulation of the access point beacon signal from one AN 515 may be performed using downlink signals received at multiple ANs 515. Demodulation of the access point beacon signal may be performed at CPS 505 based on combined return signals 907, which may also contain about the signal for access point beacon signals from most or all AN 515. If necessary, end-to-end beamforming for access point beacon signals can be performed considering access point beacon uplinks (eg, C r ), repeater loopback (eg, E ), and /or access node beacon downlinks (eg, C t ).

Устранение искажений в фидерной линии связиElimination of distortion in the feeder line

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 M 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.In addition to delay correction in the signal paths to the end-to-end repeater from all ANs, phase shifts induced by the feeder links can be eliminated before beamforming. The phase shift of each of the links between the end-to-end repeater and M AN will be different. Reasons for different phase shifts for each link include, without limitation, signal path length, atmospheric conditions such as scintillation, Doppler frequency shift, and different AN oscillator errors. These phase shifts are essentially different for each AN and change over time (due to scintillation, Doppler shift and different AN oscillator errors). By eliminating dynamic distortion in the feeder link, the rate of adaptation of the beam weights can be slower than in the alternative where the adaptation of the beam weights is fast enough to track the dynamics of the feeder link.

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.In the reverse direction, downlink distortion at the AN is common to both the repeater beacon PN and user data signals (eg, reverse downlink signals). In some cases, coherent PN demodulation of the repeater beacon provides channel information that is used to eliminate most or all of these distortions from the return data signal. In some cases, the PN signal of the relay beacon is a known PN sequence that is constantly transmitted and is within the range of the data sessions. The equivalent (or effective) isotropically radiated power (EIRP) of this in-band PN signal is set so that the interference in these communications does not exceed the maximum allowable level. In some cases, the feeder link debuffing process for the reverse link includes coherent demodulation and tracking the timing and phase of the received repeater beacon PN signal. For example, the repeater beacon demodulator 2511 may determine receive timing and phase adjustments 2512 to compensate for feeder link distortion based on a comparison of the repeater beacon PN signal with a local reference signal (eg, local oscillator or PLL). The resulting timing and phase differences in the reverse downlink signal are then eliminated (eg, by the receive timing and phase adjuster 4024), thereby removing feeder link distortion from the communication signal (eg, reverse downlink signals 527). After feeder link distortion is removed, the reverse link signals from the beam will have a common frequency error across all ANs and are thus suitable for beamforming. The total frequency error may include, without limitation, user terminal frequency error fractions, user terminal uplink Doppler shift, end-to-end repeater frequency conversion error, and repeater beacon frequency error PN.

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.In the forward direction, the access point beacon signal from each AN may be used to provide uplink de-aliasing. The uplink distortion will be superimposed on the forward link data (eg, access point-specific signal) as well as the access point beacon signal. Coherent demodulation of the access point beacon signal can be used to obtain timing and phase differences of the access point beacon signal (eg, relative to the repeater beacon signal). The resulting timing and phase differences are then removed from the transmitted beacon signal of the access point so that the received beacon signal of the access point is in phase with the beacon signal of the repeater.

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).In some cases, the forward link de-distortion process is a phase locked loop (PLL) system with a propagation delay from the AN to the end-to-end repeater and back within the loopback design. In some cases, the round trip delay from the AN to the end-to-end repeater and back to the AN can be significant. For example, a geosynchronous satellite operating as an end-to-end relay will generate a round trip delay of approximately 250 milliseconds (ms). A very narrow loop bandwidth can be used to keep this loop stable in the presence of a large delay. With a delay of 250 ms, the PLL closed-loop bandwidth can typically be less than one Hz. In such cases, high stability oscillators at both the satellite and the AN can be used to maintain reliable phase lock, as indicated by block 2437 in FIG. 39 (see below).

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.In some cases, the access point beacon signal is a burst signal that is transmitted only during calibration intervals. No session data is transmitted during the calibration interval to eliminate this interference in the access point's beacon signal. Since no session data is transmitted during the calibration interval, the transmit power of the access node's beacon signal may be high compared to what would be needed when the session data was transmitted. This is because there is no problem of interfering with the session data (there is no session data at this time). This technique provides a high signal-to-noise ratio (SNR) for the access point beacon signal when it is transmitted during the calibration interval. The frequency of use of calibration intervals is the reciprocal of the time elapsed between calibration intervals. Because each calibration interval provides a phase sample for the PLL, this calibration frequency is the sample rate of that discrete-time PLL. In some cases, the sampling rate is high enough to maintain the bandwidth of a closed PLL with little information distortion. The product of the calibration frequency (loop sampling rate) and the calibration interval is the fraction of time that the end-to-end repeater cannot be used for these communications without additional interference from the channel probe signal. In some cases, values less than 0.1 are used, and in some cases values less than 0.01 are used.

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 M 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.FIG. 39 is a block diagram of an example 2409 AN transceiver. Input 2408 of AN transceiver 2409 receives reverse link end-to-end signals received by AN 515 (eg, for one of a plurality of subbands). Input 2408 is connected to input 2501 of downconverter (D/C) 2503. Output D/C 2503 is connected to analog-to-digital converter (A/D) 2509. Output A/D 2509 is connected to time controller 2515 when receiving Rx and/or regulator 2517 phase Rx. The Rx receive timing controller 2515 and the Rx phase controller 2517 can illustrate aspects of the timing and phase controller 4024 in FIG. 38. The D/C 2503 is a quadrature buck converter. Accordingly, the D/C 2503 provides in-phase and quadrature output signals to the A/D 2509. The received signals may include communication signals (eg, a combination of reverse uplink signals transmitted by user terminals), access point beacon signals (eg, transmitted by those same AN and/or other ANs) and the repeater beacon signal. The digital samples are transmitted to the demodulator 2511 of the repeater beacon signals. The relay beacon demodulator 2511 demodulates the relay beacon signal. In addition, the relay beacon demodulator 2511 generates a time control signal 2513 and a phase control signal 2514 to eliminate distortion in the feeder link based on the received relay beacon signal. Such distortions include Doppler shift, AN frequency error, scintillation effects, changes in signal path length, and so on. When performing coherent demodulation of the repeater beacon signal, a phase locked loop (PLL) system can be used to eliminate most or all of these errors. Error correction in the repeater beacon signal also corrects the corresponding errors in the communication and access point beacon signals on the feeder link (eg, because such errors are common to the repeater beacon signal, access point beacon signals, and communication signals). After the feed-link distortion has been removed, the end-to-end reverse link communication signal from the user terminal 517 nominally has the same frequency error at each of the M ANs 515. This total error includes the user terminal frequency error, user link Doppler, end-to-end repeater frequency conversion error and the frequency error of the repeater beacon signals.

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, а 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.The digital samples that have the feeder link distortion removed are passed to multiplexer 2518, which may be an example of multiplexer 4004 in FIG. 38. Multiplexer 2518 associates (eg, via timestamps) the samples with relay timing information 2520 from relay beacon demodulator 2511. The output of the multiplexer 2518 is connected to the output port 2410 of the transceiver 2409 AN. Output port 2410 is connected to multiplexer 2413 and through interface 2415 (see FIG. 40) to CPS 505. CPS 505 can then use the timestamps associated with the received digital samples to match the digital samples received from each of the ANs 515. Additionally, or alternatively, feeder link de-aliasing can be performed at CPS 505. For example, digital samples of reverse link end-to-end signals with repeater beacon turned on can be routed from AN 515 to CPS 505, and CPS 505 can use timing information (e.g., on repeater beacon signal) in each of the combined return signals to determine appropriate adjustments for the respective combined return signals to compensate for downlink channel impairment.

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 (Tx). 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.The access node beacon signal 2530 may be generated locally by the access node beacon generator 2529 . The access node beacon demodulator 2519 demodulates the access node beacon signal received by the AN 515 (eg, after being relayed by the end-to-end relay and received at input 2408). The relay beacon demodulator 2511 transmits the received relay timing and phase information signal 2521 to the controller 2523. The controller 2523 also receives a relayed signal 2525 with timing and phase information when transmitted from the access node beacon demodulator 2519. The controller 2523 compares the received relay timing and phase information with the relayed transmission timing and phase information and generates a coarse timing signal 2527 . The coarse time signal 2527 is transmitted to the beacon generator 2529 of the access node. The access point beacon generator 2529 generates an access point beacon signal 2530 with embedded transmission timing information to be transmitted from the AN 515 to the end-to-end repeater 503. As mentioned in the description above, the difference between the timing information and the phase of the repeater (included in the beacon signal repeater) and transmission time and phase information (included in the access point beacon signal) are used to correct the transmission timing and phase information to synchronize the relayed transmission timing and phase information with the received timing and phase information of the repeater. The coarse time is corrected by a signal 2527 to the access node beacon generator 2529, and the fine time is corrected by a signal 2540 to the transmit time (Tx) controller 2539. Using the relayed timing and phase information 2525, when transmitted from the access node beacon demodulator 2519, synchronized with the received repeater timing and phase information 2521, the access node beacon generator 2529 generates timestamps 2531 that facilitate synchronization of the access node beacon signal 2530 and transmitted access point-specific direct signal from the CPS 505. This means that the data samples from the CPS 505 are received on the input port 2423 along with timestamps 2535 that indicate when the associated data samples should reach the end-to-end relay 503. Buffering module 2537, time synchronization and summation buffers the data samples transmitted from the CPS 505 and sums them with the samples from the access node beacon generator 2529 based on time stamps 2535, 2531. PN samples and session data samples with identical time values, denoted by timestamps, are added to each other. In this example, the multiple beam signals (x k (n) * b k ) are added to each other in the CPS 505, and the access node-specific direct signal containing the combination of the multiple beam signals is sent to the AN by the 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.When the data samples are properly matched at the AN, they arrive at the end-to-end relay 503 at the required time (eg, at the same time that the same data samples are received from other ANs). The controller 2539 time when transmitting performs adjustments to the exact time based on the output signal 2540 controller of the exact time from the module 2523 time controller. The phase adjuster 2541 during transmission performs signal phase adjustments in response to the phase control signal 2542 generated by the beacon demodulator 2519 of the access node. The transmit timing adjuster 2539 and transmit phase adjuster 2541 may illustrate, for example, aspects of the timing and transmit phase compensator 4020 in FIG. 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 HPA 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.The output of the transmit phase controller 2541 is connected to the input of a digital-to-analog converter (D/A) 2543. The quadrature analog output from D/A 2543 is connected to a boost converter (U/C) 2545 to be transmitted by the HPA 2433 (see FIG. 40) to the end-to-end repeater 503. The amplitude control signal 2547 provided by the access point beacon demodulator 2519 provides amplitude feedback at U/C 2545 to compensate for phenomena such as uplink signal fading due to rain.

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.In some cases, the PN code used by each AN for the access node beacon signal 2530 is different from the code used by each other AN. In some cases, each of the PN codes in the access point beacon signals is different from the repeater PN code used in the repeater beacon signal. Accordingly, each AN 515 may be able to distinguish its own access point beacon signal from those of other ANs 515. ANs 515 may be able to distinguish between their own access point beacon signal and the repeater beacon signal.

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 (TT&C) 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.As previously described, an end-to-end gain link from anywhere in the coverage area to any other point in the coverage area is a multipath channel with L different paths, which can result in very deep signal fading for some point-to-point channels. Transmit (forward link) diversity and receive (reverse link) diversity are very effective in reducing deep signal fading and maintaining communication system performance. However, there is no transmit/receive diversity for access node beacon signals. As a result, the point-to-point link of the looped signal, which is the signal transmitted from the AN back to the same AN, can have end-to-end gains that are much lower than average. Values 20 dB below average can occur in a large number of signal paths ( L ). These slightly lower end-to-end gains result in reduced SNR for these ANs and can make link connection difficult. Accordingly, in some cases, higher gain antennas are used in the AN. Alternatively, as shown in the example of the transponder in FIG. 16, a phase adjuster 418 may be included in each of the signal receive/transmit paths. The phase controller 418 may be independently controlled by a phase shift controller 427 (eg, controlled via a telemetry, tracking and control (TT&C) link from a ground control center). Relative phase correction can be effective in increasing the end-to-end gains of low-gain looped paths. For example, the goal may be to select phase shift settings to increase the loopback gain value corresponding to the most severe conditions (gain from AN and back). It should be noted that phase selection does not substantially change the distribution of gains when estimating all points in the coverage area to all other points in the coverage area, but may increase the gains in low gain looped paths.

Для проработки этого вопроса рассмотрим набор коэффициентов усиления от каждого из M AN 515 на все остальные AN 515. Существует M 2 коэффициентов усиления, лишь M из которых относятся к закольцованным трактам. Рассмотрим два варианта распределения коэффициентов усиления, причем первый представляет собой общее распределение для всех трактов (M 2), которое можно оценить путем составления гистограммы для всех M 2 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 M 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 M трактов (в противоположность общему числу M 2 трактов), а число степеней свободы при коррекции фазы и усиления равно L. Зачастую L имеет тот же порядок, что и M, 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 (M элементов в наборе) в набор коэффициентов некольцевого усиления (M 2-M элементов). Для нетривиальных значений M больший набор часто гораздо больше первого.To work this out, consider a set of gains from each of the M AN 515s to all the other AN 515s. There are M 2 gains, only M of which are looped paths. Consider two options for the distribution of gains, the first is the overall distribution for all paths ( M 2 ), which can be estimated by compiling a histogram for all M 2 paths. For ANs uniformly distributed throughout the coverage area, this distribution can be indicative of the distribution of end-to-end gain from any point to any other point in the coverage area. The second distribution is the loopback gain distribution (ring distribution), which can be estimated by plotting a histogram for only the M looped paths. In many cases, the user's choice of phase parameters of the receive/transmit signal path (and optional gain settings) does not provide a significant change in the overall distribution. This is especially the case for random or interleaved transmission-to-receiver mappings. However, in most cases, the ring distribution can be improved with user-selectable (as opposed to random) phase (and optionally gain) settings. This is because the set of ring gain values consists of M paths (as opposed to the total number of M 2 paths), and the number of degrees of freedom in phase and gain correction is L . Often, L is of the same order as M , which allows for much higher loop gains with low gains through custom phase selection. Another way of looking at this is that choosing a custom phase does not necessarily eliminate low end-to-end gain values, but instead moves them from a ring gain set ( M elements in the set) to a non-ring gain set ( M 2 - M elements). For non-trivial values of M, the larger set is often much larger than the first.

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 малошумящий усилитель (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, может быть опущен делитель 2403 мощности и мультиплексор 2413).AN 515 may handle one or more subbands. FIG. 40 is a block diagram of an example of AN 515 in which processing on multiple subbands is performed separately. On the end-to-end reverse link 523 (see FIG. 5), the AN 515 receives reverse downlink signals 527 from the end-to-end repeater 503 through a low noise amplifier (LNA) 2401. The amplified signals are transmitted from the LNA 2401 to a power divider 2403. The power divider 2403 divides the signal into multiple output signals. Each signal is output to one of the output ports 2405, 2407 of the power divider 2403. One of the output ports 2407 can be used as a test port. Other ports 2405 are connected to the input 2408 of the corresponding one of the many transceivers 2409 AN (only one shown). AN transceivers 2409 process the signals received in the respective subbands. The 2409 AN transceiver performs several functions detailed above. The outputs 2410 of the transceivers 2409 AN are connected to the input ports 2411 of the multiplexer 2413 subband. The outputs are combined in a sub-band multiplexer 2413 and output to a distribution network interface 2415. Interface 2415 provides an interface for data to or from the AN 515 and to or from the CPS 505 over the distribution network (see FIG. 5). Subband processing may have the advantage of reducing the performance requirements for the RF components used to implement the end-to-end repeater and AN. For example, when dividing the 3.5 GHz bandwidth (which, for example, may be used in a Ka-band system) into seven sub-bands, each sub-band is only 500 MHz wide. This means that each of the access point-specific direct signals may include multiple sub-signals associated with different sub-bands (e.g., associated with different subsets of direct user beam coverage areas), and the AN transceivers 2409 may up-convert the sub-signals for different carrier frequencies. This division of the bandwidth may allow the use of components with a tighter tolerance, since fluctuations in amplitude and phase in different subbands can be compensated for with separate beamforming, calibration, etc. weights. for different subbands. Of course, other systems may use a different number of subbands and/or test ports. In some cases, a single subband may be used and some components shown herein may be missing (eg, power divider 2403 and multiplexer 2413 may be omitted).

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 HPA 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.On the through forward link 501, data is received from the CPS 505 via an interface 2415. The received data is passed to an input 2417 of a subband demultiplexer 2419. The subband demultiplexer 2419 separates the data into multiple data signals. The data signals are applied from the output ports 2421 of the subband demultiplexer 2419 to the input ports 2423 of the transceivers 2409 AN. The output ports 2425 transceivers 2409 AN connected to the input ports 2427 module 2429 summation. Module 2429 summation sums the signals issued by the seven transceivers 2409 AN. From the output port 2431 of the summing module 2429, the output signal of the summing module 2429 is transmitted to the input port 2433 of the high power amplifier 2435 (HPA). The output of the HPA 2435 is connected to an antenna (not shown) that provides output signals to an end-to-end repeater 503. In some cases, an ultra stable oscillator 2437 is connected to the AN transceivers 2409 to provide a stable frequency reference source.

Вычисление весового коэффициента лучаBeam Weight Calculation

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:As shown in FIG. 8, which is an example of the description of signals on the reverse link, the mathematical model of the end-to-end reverse link can be used to describe the communication link as follows:

Figure 00000001
УР. 1,
Figure 00000001
UR. 1,

гдеWhere

x представляет собой K x 1 вектор-столбцов передаваемого сигнала. В некоторых случаях квадрат величины каждого элемента в x определяется как единица (одинаковая мощность передачи). В некоторых случаях это может быть не так. x is the K x 1 column vectors of the transmitted signal. In some cases, the square of the magnitude of each element in x is defined as one (same transmit power). In some cases, this may not be the case.

y представляет собой K x 1 вектор-столбцов принимаемого сигнала после формирования луча. y is the K x 1 column vectors of the received signal after beamforming.

Ar представляет собой L x K матрицу излучения обратной восходящей линии связи. Элемент a lk содержит коэффициент усиления и фазу тракта от опорного местоположения, размещенного в луче K, до l-го (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). Ar is an L x K reverse uplink emission matrix. Element a lk contains the gain and phase of the path from the reference location located in beam K to the l th (letter "el") receive antenna element 406 in the Rx array. In some cases, reverse uplink emission matrix values are stored in channel data store 941 (see FIG. 30).

E представляет собой L x L матрицу полезной нагрузки. Элемент e ij 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 E представляет собой диагональную матрицу. Матрица E 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). E is an L x L payload matrix. Element e ij determines the gain and phase of the signal from the j antenna element 406 in the receiving array to the i antenna element 409 in the transmitting array. In some cases, in addition to cases with random crosstalk between paths (due to the limited isolation of the electronics), the matrix E is a diagonal matrix. The matrix E can be normalized such that the sum of the squared magnitude of all elements in the matrix is L . In some cases, the payload matrix values are stored in the channel data store 941 (see FIG. 29).

Ct представляет собой M x L матрицу излучения обратной нисходящей линии связи. Элемент c ml содержит коэффициент усиления и фазу тракта от l-го (литера «эль») антенного элемента в матрице Tx до m-го AN 515 среди M AN 515. В некоторых случаях значения матрицы излучения обратной нисходящей линии связи хранятся в хранилище 941 данных канала (см. ФИГ. 29). Ct is an M x L reverse downlink emission matrix. Element c ml contains the gain and phase of the path from the l th (letter "el") antenna element in the Tx matrix to the m th AN 515 among M AN 515. In some cases, the values of the reverse downlink radiation matrix are stored in the data store 941 channel (see FIG. 29).

Hret представляет собой матрицу обратного канала M x K, равную произведению Ct x E x Ar. Hret is a reverse channel matrix M x K equal to the product Ct x E x Ar .

n ul представляет собой вектор шума L x 1 сложного гауссового шума. Ковариация шума восходящей линии связи

Figure 00000002
представляет собой единичную матрицу L x L. n ul represents noise vectorLx 1 complex Gaussian noise. Uplink noise covariance
Figure 00000002
is the identity matrixL x L.

σ2 представляет собой изменение шума.

Figure 00000003
испытано в восходящей линии связи, а
Figure 00000004
испытано в нисходящей линии связи.σ 2 represents the change in noise.
Figure 00000003
tested in the uplink, and
Figure 00000004
tested in the downlink.

n dl представляет собой вектор шума M x 1 сложного гауссового шума. Ковариация шума нисходящей линии связи

Figure 00000004
представляет собой единичную матрицу M x M. n dl is the noise vector M x 1 of complex Gaussian noise. Downlink noise covariance
Figure 00000004
is the identity matrix M x M .

Bret представляет собой K x M матрицу весовых коэффициентов луча сквозной обратной линии связи. Bret is a K x M matrix of end-to-end reverse link beam weights.

Примеры, по существу описанные 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 M, K, E 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 E 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 M AN 515 и K пользовательских терминалов 517 считаются частью как прямых, так и обратных сквозных многолучевых каналов. В других случаях значения M 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.The examples are essentially described above (eg, with reference to FIGS. 6-11) in a manner that suggests some similarities between forward and reverse end-to-end multipath channels. For example, the forward and reverse channel matrices are described above with reference essentially to M , K , E and other models. However, such descriptions are only intended to simplify the description for greater clarity and are not intended to limit the examples to only cases with identical forward and reverse configurations. For example, in some cases the same transponders are used for both forward and return traffic, and the payload matrix E may be the same for both forward and return end-to-end beamforming (and associated beam weight calculations) respectively. In other cases, different transponders are used for forward and reverse traffic, and different matrices may be used to model the respective end-to-end multipath channels and calculate the respective path weights - the payload matrix ( Efwd ) in the forward direction and the payload matrix ( Eret ) in the reverse direction. . Similarly, in some cases, the same M AN 515 and K user terminals 517 are considered part of both forward and reverse end-to-end multipath channels. In other cases, the M and K values may refer to different subsets of ANs 515 and/or user terminals 517 and/or different numbers of ANs 515 and/or user terminals 517 in the forward and reverse directions.

Весовые коэффициенты лучей могут вычисляться разными способами для удовлетворения системных требований. В некоторых случаях они вычисляются после развертывания сквозного ретранслятора. В некоторых случаях матрицу E 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:Beam weights can be calculated in a variety of ways to meet system requirements. In some cases, they are calculated after the end-to-end relay is deployed. In some cases, the payload matrix E is created prior to deployment. In some cases, beam weights are calculated to increase the signal-to-interference-to-noise ratio (SINR) for each beam, and they can be calculated as follows:

Figure 00000005
УР. 2, 3,
Figure 00000005
UR. 2, 3,

где R представляет собой ковариацию принимаемого сигнала, а ( * ) H представляет собой сопряженный (эрмитов) оператор операции транспонирования.WhereR is the covariance of the received signal, and( * ) H represents the adjoint (Hermitian) operator of the transposition operation.

Элемент k, m матрицы K x M 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).The k , m element of the K x M return beam weight matrix Bret provides the weights for beamforming at the m-th AN 515 from the user terminal in the k -th user beam. Accordingly, in some cases, each of the return beam weights used to generate the return user beams is calculated by estimating the end-to-end return gain factors (i.e., channel matrix elements Hret ) for each of the end-to-end multipath channels (e.g., each of the end-to-end return multipath channels).

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.UR. 2 will be true, where R is the received signal covariance as provided in the UR. 3. Thus, when all of the SD matrices are known. 1, 2, and 3, the beam weights used to form the through beams can be directly determined.

Этот набор весовых коэффициентов лучей позволяет снизить среднеквадратичную ошибку между x и y. 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).This set of beam weights allows you to reduce the standard error between x and y . It also makes it possible to increase the end-to-end signal-to-interference-to-noise ratio (SINR) for each of the K end-to-end reverse link signals 525 (derived from each of the K beams).

Первый член

Figure 00000006
в УР. 3 представляет собой ковариацию шума нисходящей линии связи (которая некоррелирована). Второй член
Figure 00000007
в УР. 3 представляет собой ковариацию шума восходящей линии связи (которая коррелирована на AN). Третий член HH H в УР. 3 представляет собой ковариацию сигнала. Установка дисперсии шума восходящей линии связи в нуль и опускание последнего члена (HH H ) приводит к получению набора весовых коэффициентов, которые увеличивают отношение сигнал/шум в нисходящей линии связи путем согласования фазы принимаемых сигналов на каждом из M 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 (C/I).First Member
Figure 00000006
in UR. 3 is the downlink noise covariance (which is uncorrelated). Second term
Figure 00000007
in UR. 3 is the uplink noise covariance (which is correlated on the AN). The third member of HH H in UR. 3 represents the signal covariance. Setting the uplink noise variance to zero and omitting the last term ( HH H ) results in a set of weights that increase the downlink signal-to-noise ratio by matching the phase of the received signals at each of the M AN 515. Setting the downlink noise variance link to zero and dropping 3 terms results in a set of weights that increases the SINR for the uplink. Setting both the uplink and downlink noise variance to zero results in decorrelation in reception, which increases the carrier-to-interference ratio (C/I).

В некоторых случаях весовые коэффициенты лучей нормализуются так, чтобы сумма квадрата величины любой строки Bret была равна единице.In some cases, the beam weights are normalized so that the sum of the square of the magnitude of any Bret row is equal to one.

В некоторых случаях решение УР. 2 определяется наличием априорной информации о матрицах Ar, Ct и E, а также дисперсий векторов шума n ul и n dl . 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 E могут быть оценены после развертывания носителя (такого как спутник), на котором размещен сквозной ретранслятор.In some cases, the decision of the UR. 2 is determined by the presence of a priori information about the matrices Ar , Ct and E , as well as the dispersions of the noise vectors n ul and n dl . Information about the values of the matrix elements can be obtained from measurements performed during the manufacture and testing of the corresponding components of the end-to-end repeater. This may work in systems where the values in the matrices do not change significantly while the system is running. However, for some systems, especially those operating in high frequency bands, this possibility may not exist. In such cases, the Ar , Ct , and E matrices can be estimated after the deployment of the carrier (such as a satellite) hosting the end-to-end repeater.

В некоторых случаях там, где априорную информацию не используют для установки весовых коэффициентов, решение УР. 2 может быть определено путем оценки значений R и H. В некоторых случаях назначенные пользовательские терминалы 517 в центре каждой зоны 519 покрытия пользовательских лучей передают известные сигналы x в периоды калибровки. Вектор, принятый в AN 515:In some cases, where a priori information is not used to set the weights, the decision of the UR. 2 can be determined by evaluating the R and H values. In some cases, assigned user terminals 517 at the center of each user beam coverage area 519 transmit known x signals during calibration periods. Vector adopted in AN 515:

u = H x + Ct E n ul + n dl УР. 4 u = H x + Ct E n ul + n dl 4

В одном примере CPS 505 оценивает значения R и H на основании следующих соотношений:In one example, CPS 505 estimates R and H values based on the following relationships:

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
представляет собой оценку ковариационной матрицы
Figure 00000010
представляет собой оценку матрицы H канала, а
Figure 00000011
k представляет собой оценку вектора корреляции,
Figure 00000012
представляет собой сопряженное число k-го 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
Figure 00000011
из принятого вектора u с использованием уравнения выше. Это, в свою очередь, позволяет определить значение
Figure 00000013
. Как оценку ковариационной матрицы
Figure 00000009
, так и оценку матрицы
Figure 00000013
канала получают на основе сигналов, принятых в период калибровки.
Figure 00000009
is an estimate of the covariance matrix
Figure 00000010
is an estimate of the matrix H of the channel, and
Figure 00000011
k is the estimate of the correlation vector,
Figure 00000012
is the conjugate of the k th component of the transmission vector with the frequency error occurring in the uplink transmission. In some cases, no reverse session data is transmitted during the calibration period. This means that during the calibration period, only calibration signals that are known to the AN are transmitted on the reverse link end-to-end to ensure that the value
Figure 00000011
from the received vector u using the equation above. This, in turn, makes it possible to determine the value
Figure 00000013
. How to estimate the covariance matrix
Figure 00000009
, and an estimate of the matrix
Figure 00000013
the channel is obtained based on the signals received during the calibration period.

В некоторых случаях CPS 505 может выполнять оценку ковариационной матрицы

Figure 00000009
при наличии данных сеанса связи (например, даже если x неизвестно). Это может быть обусловлено тем фактом, что
Figure 00000009
определяется только на основе принимаемого сигнала u. Тем не менее, значение
Figure 00000013
оценивается на основе сигналов, принятых в период калибровки, в который передаются лишь калибровочные сигналы по обратной линии связи.In some cases, the CPS 505 may evaluate the covariance matrix
Figure 00000009
in the presence of session data (eg, even if x is unknown). This may be due to the fact that
Figure 00000009
is determined only on the basis of the received signal u . However, the value
Figure 00000013
is estimated based on the signals received during the calibration period, in which only calibration signals are transmitted on the reverse link.

В некоторых случаях оценки как матрицы

Figure 00000013
канала, так ковариационной матрицы
Figure 00000009
выполняются, когда данные сеанса связи передаются по обратной линии связи. В этом случае ковариационную матрицу
Figure 00000009
оценивают так, как упомянуто выше. Однако значение x определяется путем демодуляции принятого сигнала. После того, как значение x стало известно, можно оценить матрицу канала, как упомянуто выше в УР. 6 и УР. 7.In some cases, estimates as matrices
Figure 00000013
channel, so the covariance matrix
Figure 00000009
are performed when session data is transmitted on the reverse link. In this case, the covariance matrix
Figure 00000009
evaluated as mentioned above. However, the value of x is determined by demodulating the received signal. Once the value of x is known, the channel matrix can be estimated as mentioned above in the EP. 6 and UR. 7.

Сигнальная и помеховая составляющие сигнала после формирования луча содержатся в векторе Bret H x. Мощности сигнала и помехи для каждого из лучей содержатся в K x K матрице Bret H. Мощность в k-м диагональном элементе Bret H 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, C/I для луча k равно:The signal and noise components of the signal after beamforming are contained in the vector Bret H x . The signal and interference powers for each of the beams are contained in the K x K matrix Bret H . The power in the kth diagonal element Bret H is the required signal power from the beam k . The sum of the squares of the values of all elements in row k , excluding the diagonal element, is the interference power in beam k . Therefore, C/I for ray k is:

Figure 00000014
УР. 8,
Figure 00000014
UR. 8,

где s kj представляют собой элементы Bret H. Шум восходящей линии связи содержится в векторе Bret Ct En ul , которому соответствует K x K ковариационная матрица

Figure 00000015
. 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:where s kj are elements of Bret H . The uplink noise is contained in the vector Bret Ct En ul , which corresponds to the K x K covariance matrix
Figure 00000015
. The k th diagonal element of the covariance matrix contains the uplink noise power in beam k . Then the uplink signal-to-noise ratio for path k is calculated as follows:

Figure 00000016
УР. 9,
Figure 00000016
UR. 9,

где t kk представляет собой k-й диагональный элемент ковариационной матрицы восходящей линии связи. Шум нисходящей линии связи содержится в векторе Bret n dl , которому соответствует ковариация

Figure 00000017
, основанная на нормализованных весовых коэффициентах лучей. Следовательно, отношение сигнал/шум для нисходящей линии связи следующее:where t kk is the k th diagonal element of the uplink covariance matrix. The downlink noise is contained in the vector Bret n dl , which corresponds to the covariance
Figure 00000017
, based on normalized beam weights. Therefore, the signal-to-noise ratio for the downlink is:

Figure 00000018
УР. 10
Figure 00000018
UR. 10

Сквозное SINR представляет собой комбинацию УР. 8-10:End-to-end SINR is a combination of UR. 8-10:

Figure 00000019
УР. 11
Figure 00000019
UR. eleven

Уравнения выше описывают способ расчета сквозного SINR с учетом матрицы E полезной нагрузки. Матрицу полезной нагрузки можно построить путем рационального выбора коэффициента усиления и фаз для каждого из элементов E. Коэффициент усиления и фаза диагональных элементов E, 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 H. 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.The equations above describe how the end-to-end SINR is calculated given the payload matrix E. The payload matrix can be constructed by rationally choosing the gain and phases for each of the E elements. The gain and phase of the diagonal E elements that optimize some auxiliary metric (which is essentially a function of the SINR K of the beam according to the calculation above) can be chosen and implemented by adjusting the phase shifter 418 in each of the L transponders 411. Functions of interest include, without limitation, the sum of SINR k (total SINR), the sum of Log(1 + SINR k ) (proportional to the total bandwidth), or the total power in the channel matrix H. In some cases, the improvement of the auxiliary function by adjusting the gains and phases is very small and negligible. This is sometimes the case when random or interleaved antenna element mappings are used. In some cases, the auxiliary function can be improved with a non-trivial amount by user selection of the gain and phase of the received/transmitted signal.

Как показано на ФИГ. 9, математическая модель сквозной прямой линии связи 501 может использоваться для описания линии связи 501 следующим образом:As shown in FIG. 9, a mathematical model of the end-to-end forward link 501 may be used to describe the link 501 as follows:

Figure 00000020
УР. 12,
Figure 00000020
UR. 12,

гдеWhere

x представляет собой K x 1 вектор-столбцов передаваемого сигнала. Квадрат величины каждого элемента в x определяется как единица (одинаковая мощность сигнала). В некоторых случаях неодинаковая мощность передачи может быть достигнута путем выбора весовых коэффициентов прямого луча. x is the K x 1 column vectors of the transmitted signal. The square of the magnitude of each element in x is defined as one (same signal strength). In some cases, unequal transmit power can be achieved by choosing forward beam weights.

y представляет собой K x 1 вектор-столбцов принимаемого сигнала. y is the K x 1 column vectors of the received signal.

Cr представляет собой L x M матрицу излучения прямой восходящей линии связи. Элемент c lm 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). Cr is an L x M forward uplink emission matrix. Element c lm contains the gain and phase of the path 2002 from the m th AN 515 to the l th (letter "el") receive antenna element 406 of the Rx array of the antenna at the end-to-end repeater 503. In some cases, the forward uplink emission matrix values are stored in channel data store 921 (see FIG. 29).

E представляет собой L x L матрицу полезной нагрузки. Элемент e ij определяет коэффициент усиления и фазу сигнала от j-го элемента приемной антенной решетки до i-го антенного элемента передающей решетки. Во всех случаях, за исключением вариантов со случайными перекрестными помехами между трактами (вследствие ограниченной изоляции электроники), матрица E представляет собой диагональную матрицу. В некоторых случаях матрица E 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). E is an L x L payload matrix. Element e ij determines the gain and phase of the signal from the j-th element of the receiving antenna array to the i -th antenna element of the transmitting array. In all cases, with the exception of cases with random crosstalk between paths (due to the limited isolation of the electronics), the matrix E is a diagonal matrix. In some cases, the matrix E is normalized so that the sum of the squared magnitude of all elements in the matrix is equal to L . In some cases, the payload matrix values are stored in the channel data store 921 (see FIG. 29).

At представляет собой K x L матрицу излучения прямой нисходящей линии связи. Элемент a kl содержит коэффициент усиления и фазу тракта от антенного элемента L (литера «эль») в решетке Tx 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). At is the K x L emission matrix of the forward downlink. Element a kl contains the gain and phase of the path from the antenna element L (letter "el") in the Tx lattice of the end-to-end repeater 503 to the reference location in the user beam k . In some cases, the forward downlink emission matrix values are stored in the channel data store 921 (see FIG. 29).

Hfwd представляет собой K x M матрицу прямого канала, равную произведению A t EC r . Hfwd is a K x M forward channel matrix equal to the product of A t EC r .

n ul представляет собой вектор шума L x 1 сложного гауссового шума. Ковариация шума восходящей линии связи равна: n ul is the noise vector L x 1 of complex Gaussian noise. The uplink noise covariance is:

Figure 00000021
,
Figure 00000021
,

где I L представляет собой L x L единичную матрицу.where I L is the L x L identity matrix.

n dl представляет собой вектор шума K x 1 сложного гауссового шума. Ковариация шума нисходящей линии связи равна: n dl is the noise vectorKx 1 complex Gaussian noise. The downlink noise covariance is:

Figure 00000022
,
Figure 00000022
,

где I K представляет собой K x K единичную матрицу.where I K is the K x K identity matrix.

Bfwd представляет собой M x K матрицу весовых коэффициентов луча из весовых коэффициентов лучей сквозной прямой линии связи. Bfwd is an M x K beamweight matrix of end-to-end forward link beamweights.

Весовые коэффициенты лучей для пользовательского луча k представляют собой элементы в столбце k Bfwd. В отличие от обратной линии связи, C/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 (C) в C/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 k выбирается для увеличения SNR. Такие весовые коэффициенты луча также увеличивают C/I для луча k, поскольку увеличивается C. 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).The beam weights for user beam k are the entries in column k Bfwd . Unlike the reverse link, the C/I for path k is not determined using the beam weights for path k . The weights for path k determine the uplink signal-to-noise ratio (SNR) and downlink SNR, as well as the carrier power (C) in C/I. However, the interference power in beam k is determined based on the beam weights for all other beams except beam k . In some cases, the beam weight for beam k is chosen to increase the SNR. Such beam weights also increase the C/I for path k as C increases. However, interference to other beams may be generated. Thus, unlike the reverse link case, optimal beam weights are not calculated based on two beams (independently of the other beams).

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 E 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:In some cases, the beam weights (including the radiation and payload matrices used to calculate them) are determined after the end-to-end relay has been deployed. In some cases, the payload matrix E is created prior to deployment. In some cases, it is possible to compute a set of beam weights using interference from other beams on path k and take it as interference on path k . Although this approach does not calculate the optimal beam weights, it can be used to simplify the calculation. This allows you to define a set of weights for each beam independently of all other beams. The resulting forward beam weights are then computed similarly to the back beam weights:

Figure 00000023
, где УР. 13
Figure 00000023
, where UR. 13

Figure 00000024
УР. 14
Figure 00000024
UR. 14

Первый член

Figure 00000025
в УР. 14 представляет собой ковариацию шума нисходящей линии связи (некоррелированную). Второй член
Figure 00000026
представляет собой ковариацию шума восходящей линии связи (которая коррелирована на AN). Третий член HH H представляет собой ковариацию сигнала. Настройка дисперсии шума восходящей линии связи в нуль и опускание последнего члена (HH H ) позволяют получить набор весовых коэффициентов, которые увеличивают отношение сигнал/шум в нисходящей линии связи путем согласования фазы принимаемых сигналов на M 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 C/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.First Member
Figure 00000025
in UR. 14 is the downlink noise covariance (uncorrelated). Second member
Figure 00000026
is the uplink noise covariance (which is correlated on the AN). The third term HH H is the signal covariance. Setting the uplink noise variance to zero and omitting the last term ( HH H ) results in a set of weights that increase the downlink signal-to-noise ratio by phase-matching the received signals at M AN 515. Setting the downlink noise variance to zero and omitting 3 terms results in a set of weights that increases the SINR for the uplink. Setting the noise variance in both the uplink and downlink to zero results in receive decorrelation, resulting in an increase in C/I. The forward link is substantially dominated by downlink noise and interference. Thus, these terms can essentially be used to calculate the beam weight. In some cases, the second term in the ur. 14 (uplink noise) is negligible compared to the first term (downlink noise). In such cases, the second term can be omitted from the covariance calculations, which further simplifies the calculation while still allowing a set of beam weights that increase the end-to-end 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 M x K матрицу весовых коэффициентов луча для равных мощностей Bfwd умножают на K x K диагональную матрицу P. Таким образом, новая матрица Bfwd = Bfwd P. Предположим, чтоAs with the reverse link, the beam weights can be normalized. For transmitter weights distributed with the same power across all K forward link signals, each Bfwd column can be scaled such that the sum of the squared values of all elements in any column is equal to one. With equal power distribution, each of the signals has the same share of the total power AN (total power from all ANs assigned to the signal x k ). In some cases, forward links implement unequal power distribution between the forward link signals. Accordingly, in some cases, some beam signals have a power that is greater than an equal part of the total power AN. This fact can be used to equalize the SINR across all beams, or to provide a larger SINR for more important beams than less important beams. To obtain the beam weights for unequal power distribution M x K , the beam weight matrix for equal powers Bfwd is multiplied by the K x K diagonal matrix P . Thus, the new matrix Bfwd = Bfwd P . Let's pretend that

Figure 00000027
Figure 00000027

тогда квадрат значения k-го диагонального элемента представляет собой мощность, выделенную для пользовательского сигнала xk. Матрица P распределения мощности нормализована так, что сумма или квадрат диагональных элементов равна (равен) K (недиагональные элементы равны нулю).then the square of the valuek-th diagonal element represents the power allocated to the user signal xk. MatrixP power distribution is normalized such that the sum or square of the diagonal elements is (equal to)K (off-diagonal elements are equal to zero).

В некоторых случаях решение УР. 13 определяется наличием априорной информации о матрицах At, Cr и E, а также дисперсий векторов шума n ul и n dl . 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.In some cases, the decision of the UR. 13 is determined by the presence of a priori information about the matrices At , Cr and E , as well as the dispersions of the noise vectors n ul and n dl . In some cases, information about the values of the matrix elements can be obtained from measurements performed during the manufacture and testing of the corresponding components of the end-to-end repeater. This can work well in systems where there is no significant change in the values in the matrices compared to the values measured while the system is running. However, in some systems, especially those operating in the high frequency bands, this may not be the case.

В некоторых случаях, где априорную информацию не используют для задания весовых коэффициентов, значения R и H 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.In some cases, where a priori information is not used to specify the weighting factors, the R and H values for the forward link can be estimated to determine the UR solution. 13. In some cases, a channel sounding signal is transmitted during AN calibration periods. The channel sounding signals may be of many different types of signals. In one case, each AN transmits different orthogonal and known PN sequences. The channel sounding signals may be pre-corrected in time, frequency, and/or phase to eliminate distortion on the feeder link (as described further below). During the calibration interval, all session data may be omitted to reduce interference in the channel sounding signals. In some cases, the channel sounding signals may be the same as the signals used to de-alias the feeder link.

В интервале калибровки в центре каждого луча может быть назначен терминал для приема и обработки сигналов зондирования канала. Вектор K x 1 u сигналов, принимаемых в период калибровки: u = H x + At E n ul + n dl , где x представляет собой вектор M 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 M известных ортогональных PN-последовательностей. Результаты этих корреляций представляют собой M комплексных чисел (амплитуда и фаза) для каждого терминала, и эти результаты передаются обратно на CPS посредством обратной линии связи. M комплексных чисел, рассчитанных терминалом в центре k-го луча, могут использоваться для формирования k-й строки оценки матрицы канала

Figure 00000028
. 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
Figure 00000029
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 M сквозных прямых многолучевых каналов от M AN 515 до опорных местоположений, размещенных в пределах K зон покрытия пользовательских лучей.In a calibration interval, a terminal may be assigned at the center of each beam to receive and process channel sounding signals. Vector K x 1 u of signals received during the calibration period: u = H x + At E n ul + n dl , where x is the M x 1 vector of channel sounding signals transmitted. In some cases, each assigned terminal first removes the spurious frequency error (caused by Doppler and terminal oscillator error) and then correlates the received signal with each of the M known orthogonal PN sequences. The results of these correlations are M complex numbers (amplitude and phase) for each terminal, and these results are fed back to the CPS via the reverse link. The M complex numbers computed by the terminal at the center of the kth beam may be used to form the kth row of the channel matrix estimate
Figure 00000028
. Using the measurements from all K assigned terminals, an estimate of the entire channel matrix is obtained. In many cases, to improve the estimate of the channel matrix, it is advisable to combine the results of measurements over multiple calibration intervals. After the channel matrix estimate is obtained, the covariance matrix estimate
Figure 00000029
can be obtained from UR. 14 using the value 0 for the second term. This estimate of the covariance matrix can be very accurate if the uplink noise (second term in EL.14) is negligible relative to the downlink noise (first term in EL.14). Thereafter, the forward link beam weights can be computed using the estimates of the channel matrix and the covariance matrix in the UR. 13. Accordingly, in some cases, the calculation of the beam weights includes estimating the end-to-end direct gain factors (i.e., channel matrix Hfwd values) for each of the end-to-end direct multipath channels between the AN 515 and a reference location in the user beam coverage area. In other cases, the calculation of the beam weights includes estimating the end-to-end direct gains for the K x M end-to-end direct multipath channels from M AN 515 to the reference locations located within the K user beam coverage areas.

Сигнальная и помеховая составляющие сигнала после формирования луча содержатся в векторе H Bfwd x (произведение H, Bfwd, x). Значения мощности сигнала и помех для каждого из лучей содержатся в K x K матрице H Bfwd. Мощность в k-м диагональном элементе H 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, C/I для луча k равно:The signal and noise components of the signal after beamforming are contained in the vector H Bfwd x (the product of H , Bfwd , x ) . The signal strength and interference values for each of the beams are contained in the K x K matrix H Bfwd . The power at the k th diagonal element H Bfwd is the required signal power for beam k . The sum of the squares of the values of all elements in row k , excluding the diagonal element, is the interference power in beam k . Therefore, C/I for ray k is:

Figure 00000030
УР. 15
Figure 00000030
UR. 15

где s kj представляют собой элементы H B fwd. Шум восходящей линии связи содержится в векторе A t E n ul , которому соответствует K x K ковариационная матрица

Figure 00000031
. 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:where s kj are elements of HB fwd . The uplink noise is contained in the vector A t E n ul , which corresponds to the K x K covariance matrix
Figure 00000031
. The k th diagonal element of the covariance matrix contains the uplink noise power in beam k . Then the uplink signal-to-noise ratio for path k is calculated as follows:

Figure 00000032
УР. 16
Figure 00000032
UR. 16

где tkk представляет собой k-й диагональный элемент ковариационной матрицы восходящей линии связи. Шум нисходящей линии связи содержится в векторе n dl , которому соответствует ковариация

Figure 00000017
. Следовательно, отношение сигнал/шум для нисходящей линии связи следующее:where t kk is the k th diagonal element of the uplink covariance matrix. The downlink noise is contained in the vector n dl , which corresponds to the covariance
Figure 00000017
. Therefore, the signal-to-noise ratio for the downlink is:

Figure 00000033
УР. 17
Figure 00000033
UR. 17

Сквозное SINR представляет собой комбинацию УР. 15-УР. 17:End-to-end SINR is a combination of UR. 15-UR. 17:

Figure 00000034
УР. 18
Figure 00000034
UR. 18

Уравнения выше описывают способ расчета сквозного SINR с учетом матрицы E полезной нагрузки. Матрица полезной нагрузки может быть построена путем рационального выбора коэффициента усиления и фаз каждого из элементов E. Коэффициент усиления и фаза диагональных элементов E, 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 H. 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.The equations above describe how the end-to-end SINR is calculated given the payload matrix E. The payload matrix can be constructed by rationally choosing the gain and phases of each of the E elements. The gain and phase of the diagonal elements E that optimize some auxiliary measure (which is essentially a function of the SINR K of the beam in accordance with the calculation above) can be selected and implemented by installing a phase shifter 418 in each of the L transponders 411. Functions of interest include, without limitation, the sum of SINR k (total SINR), the sum of Log(1 + SINR k ) (proportional to the total bandwidth), or the total power in the channel matrix H. In some cases, improving the auxiliary function by adjusting the gains and phases very few and insignificant. This is sometimes the case when random or interleaved antenna element mappings are used. In some cases, the auxiliary function can be improved with a non-trivial amount by user selection of the gain and phase of the received/transmitted signal.

Обособленные зоны покрытияSeparate coverage areas

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, так и пользовательские терминалы 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 AN (например, сотен) с достаточным расстоянием между AN для обеспечения сквозного формирования луча. Например, как упомянуто выше со ссылкой на ФИГ. 28, увеличение числа AN может увеличивать пропускную способность системы, хотя при увеличении числа снижается отдача. Когда одна антенная система обслуживает как пользовательские терминалы, так и AN, выполнение такого развертывания с достаточным расстоянием между AN может приводить к очень обширному географическому распределению AN (например, по всей зоне покрытия спутника, как на ФИГ. 27). На практике осуществление такого распределения может включать в себя помещение AN в нежелательных местоположениях, таких как районы с плохим доступом к высокоскоростной сети (например, с плохой оптоволоконной инфраструктурой обратно на CPS 505, с пересечением одного или более океанов и т.д.), множество юрисдикций, размещение в дорогих и/или густонаселенных районах и т.д. Соответственно, помещение AN часто связано с различными компромиссами.In some of the examples described above, we assume that the end-to-end relay 503 is configured to serve a single coverage area shared by both user terminals 517 and AN 515. satellite coverage, and both ANs and user terminals are geographically distributed throughout the satellite coverage area (eg, as in FIG. 27). The number of beams that can be formed in the satellite coverage area, as well as the dimensions (beam coverage areas) of these beams, can be affected by aspects of the design of the antenna system, such as the number and placement of antenna elements, reflector size, and so on. For example, a very high throughput implementation may involve deploying a large number of ANs (eg, hundreds) with sufficient distance between the ANs to allow end-to-end beamforming. For example, as mentioned above with reference to FIG. 28, an increase in the number of ANs can increase system capacity, although the return decreases as the number increases. When a single antenna system serves both user terminals and ANs, performing such a deployment with sufficient distance between the ANs can result in a very wide geographic distribution of the ANs (eg, over the entire satellite coverage area, as in FIG. 27). In practice, the implementation of such allocation may include placing ANs in undesirable locations, such as areas with poor access to high speed network (eg, poor fiber infrastructure back to CPS 505, crossing one or more oceans, etc.), many jurisdictions, location in expensive and/or densely populated areas, etc. Accordingly, the placement of the AN is often associated with various compromises.

Некоторые примеры сквозного ретранслятора 503 сконструированы с многоантенными системами, 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 систему, которая обслуживает зону покрытия AN, и по меньшей мере вторую антенную систему, которая обслуживает зону покрытия пользователя. Поскольку обслуживание пользовательского терминала и зон покрытия AN обеспечивается разными антенными системами, каждая антенная система 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 системой может обеспечивать возможность обслуживания пользовательских терминалов, распределенных по относительно большой географической зоне (например, по всей территории США), большим числом AN, распределенных по относительно небольшой географической зоне (например, восточной части США). Например, зона покрытия AN может представлять собой некоторую долю (например, менее половины, менее одной четверти, менее одной пятой, менее одной десятой) зоны покрытия пользователя по физической площади.Some examples of end-to-end repeater 503 are constructed with multiple antenna systems, thus providing separate service to two or more distinct coverage areas with a single end-to-end repeater 503. As described below, end-to-end repeater 503 may include at least a first antenna system that serves a coverage area. AN, and at least a second antenna system that serves the coverage area of the user. Because the user terminal and AN coverage areas are served by different antenna systems, each antenna system can be configured to conform to different design parameters, and each coverage area can be at least partially distinct (e.g., by geography, beam size, and/or beam density, frequency band, etc.). For example, using such a multi-antenna system approach may allow user terminals distributed over a relatively large geographic area (eg, throughout the US) to be served by a large number of ANs distributed over a relatively small geographic area (eg, the eastern US). For example, the AN coverage area may represent some fraction (eg, less than half, less than one quarter, less than one fifth, less than one tenth) of the user's coverage area by physical area.

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 узлов доступа (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 покрытия AN, а пользовательские терминалы 517 географически распределены в зоне 3460 покрытия пользователя. Обе из зоны 3450 покрытия AN и зоны 3460 покрытия пользователя находятся в пределах зоны покрытия сквозного ретранслятора 3403, но зона 3450 покрытия AN отличается от зоны 3460 покрытия пользователя. Иными словами, зона AN не является такой же, как зона покрытия пользователя, а представляет собой существенную (нетривиальную) зону (например, более одной четверти, половину и т.д. зоны покрытия AN), которая не перекрывается с зоной покрытия пользователя. Например, в некоторых случаях по меньшей мере половина зоны покрытия пользователя не перекрывает зону покрытия AN. Как описано выше (например, на ФИГ. 5), AN 515 могут обеспечивать сигналы через распределительную сеть 518 на CPS 505 в пределах наземного сегмента 502, а CPS 505 может быть подключен к источнику данных.FIG. 41 is an illustration of an example of an end-to-end beamforming system 3400. System 3400 is an end-to-end beamforming system that includes: a plurality of geographically distributed access nodes (ANs) 515; end-to-end repeater 3403); and a plurality of user terminals 517. The end-to-end relay 3403 may be an example of the end-to-end relay 503 described herein. ANs 515 are geographically distributed in AN coverage area 3450, and user terminals 517 are geographically distributed in user coverage area 3460. Both of the AN coverage area 3450 and the user coverage area 3460 are within the coverage area of the end-to-end repeater 3403, but the AN coverage area 3450 is different from the user coverage area 3460. In other words, the AN area is not the same as the user coverage area, but is a significant (non-trivial) area (eg, more than one quarter, half, etc. of the AN coverage area) that does not overlap with the user coverage area. For example, in some cases, at least half of the coverage area of the user does not overlap the coverage area of the AN. As described above (eg, in FIG. 5), ANs 515 may provide signals through distribution network 518 to CPS 505 within ground segment 502, and CPS 505 may be connected to a data source.

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 взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи и массив взаимодействующих составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи. Антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи может содержать массив взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи и массив взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи. Составляющие элементы «взаимодействуют» в том смысле, что массив таких составляющих элементов имеет характеристики, благодаря которым соответствующая им антенная подсистема подходит для использования в системе формирования лучей. Например, данный составляющий приемный элемент 3426 пользовательской линии связи может принимать наложенные комбинированные обратные сигналы восходящей линии связи от множества (например, 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 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 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 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, которым могут быть присвоены весовые коэффициенты луча, для формирования обратных пользовательских лучей).The end-to-end repeater 3403 includes a separate feeder link antenna subsystem 3410 and a user link antenna subsystem 3420. The feeder link antenna subsystem 3410 and the user link antenna subsystem 3420 are each capable of supporting end-to-end beamforming. For example, as described below, each antenna subsystem may contain its own array(s) of cooperating antenna elements, its own reflector(s), and so on. Antenna subsystem 3410 feeder link may contain an array of interacting components of the receiving elements 3416 feeder links and an array of interacting components of the transmitting elements 3419 feeder links. The user link antenna subsystem 3420 may comprise an array of user link receiving element cooperating components 3426 and an array of user link cooperating transmitter element 3429 components. The constituent elements "interact" in the sense that an array of such constituent elements has characteristics that make their respective antenna subsystem suitable for use in a beamforming system. For example, a given user link constituent receiver element 3426 may receive superimposed combined uplink return signals from multiple (eg, all) user beam coverage areas 519 in a manner that facilitates the formation of return user beams. A given user link component transmitter element 3429 may transmit a direct downlink signal such that it is superimposed on corresponding signals transmitted by other user link component transmitter elements 3429 to form some or all of the forward user beams. This constituent feederlink receiver element 3416 can receive superimposed combined direct uplink signals from multiple (eg, all) ANs 515 in a manner that facilitates direct user beams (eg, by induction of multipath at end-to-end repeater 3403). A given feederlink component transmitter element 3419 may transmit a return downlink signal such that it is superimposed on corresponding transmissions from other feederlink component transmitter elements 3419, facilitating the formation of some or all of the return user beams (e.g., by providing reception at the AN 515 combined returns that can be assigned beam weights to form user return beams).

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. Например, как описано, 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 или других средств, описанных 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.An example of an end-to-end relay 3403 includes a plurality of forward link transponders 3430 and a plurality of reverse link transponders 3440. The transponders may be any suitable type of direct relay signal path between antenna subsystems. Each forward link transponder 3430 connects a respective one of the feeder link constituent receive elements 3416 to a respective one of the user link constituent transmit elements 3429. Each reverse link transponder 3440 connects a respective one of the user link constituent receive elements 3426 to a respective one of the feeder link constituent transmit elements 3419. For example, as described, in some examples, there is a one-to-one correspondence between each user link constituent receive element 3426 and the corresponding feeder link constituent transmit element 3419 (or vice versa), or each user link constituent receive element 3426 is connected to "one and only one"constituent transmission element 3419 of the feeder line (or vice versa), or the like. In some such cases, one side of each transponder is connected to one receive element and the other side of the transponder is connected to one transmit element. In other such cases, one or both sides of the transponder may be selectively connected (eg, by a switch or other means described below) to one of a plurality of elements. For example, end-to-end relay 3403 may include one feeder link antenna subsystem 3410 and two user link antenna subsystems 3420; and each transponder can be connected on one side to one feeder link element, and on the other side selectively connected to either one user link element of the first user link antenna subsystem 3420 or one user link element of the second user link antenna subsystem 3420 connections. In such selective connection cases, each side of each transponder at any given time may still be considered (eg, for a particular signal-related transaction) to be associated with "one and only one" element or the like.

Для сеансов прямой связи сигналы передачи от AN 515 могут быть приняты (посредством фидерных восходящих линий связи 521) составляющими приемными элементами 3416 фидерной линии связи, ретранслироваться транспондерами 3430 прямой линии связи на составляющие передающие элементы 3429 пользовательской линии связи и переданы составляющими передающих элементов 3429 пользовательской линии связи на пользовательские терминалы 517 в зоне 3460 покрытия пользователя. Для сеансов обратной связи сигналы передачи от пользовательских терминалов 517 могут быть приняты 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 покрытия AN (посредством сигналов 527 фидерной нисходящей 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.For direct communication sessions, transmission signals from the AN 515 may be received (via feeder uplinks 521) by feeder link component receive elements 3416, relayed by forward link transponders 3430 to user link component transmitter elements 3429, and transmitted by user link component transmitter elements 3429 communications to user terminals 517 in user coverage area 3460. For feedback sessions, transmission signals from user terminals 517 may be received by user link component receiver elements, relayed by reverse link transponders 3440 to feeder link component transmitter elements 3419, and transmitted by feeder link component transmitter elements 3419 to ANs 515 in coverage area 3450 AN (via feeder downlink signals 527). The complete signal path from the AN 515 to the user terminal 517 via the end-to-end relay 3403 is referred to as the end-to-end forward link 501; and the complete signal path from the user terminal 517 to the AN 515 via the end-to-end repeater 3403 is referred to as the end-to-end reverse link 523. As described herein, the end-to-end forward link 501 and the end-to-end reverse link 523 may each contain a plurality of multipath channels for forward and reverse sessions.

В некоторых случаях каждый из множества географически распределенных узлов доступа (например, AN 515) содержит выход взвешенных по сквозному лучу прямых сигналов восходящей линии связи. Сквозной ретранслятор (например, сквозной ретранслятор 3403) содержит массив взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи, находящихся в беспроводной связи с распределенными узлами доступа, массив взаимодействующих составляющих передающих элементов 3419 пользовательской линии связи, находящихся в беспроводной связи с множеством пользовательских терминалов 517, и множество транспондеров 3430 прямой линии связи. Транспондеры 3430 прямой линии связи представляют 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 выполнять более сложную обработку (например, не может осуществлять демодуляцию и/или модуляцию, формирование луча на борту и т.д.). В некоторых случаях каждый транспондер 3430 прямой линии связи принимает входной сигнал в первой полосе частот (например, 30 ГГц, LHCP) и выводит во второй полосе частот (например, 20 ГГц, RHCP), а каждый транспондер 3440 обратной линии связи принимает входной сигнал в первой полосе частот (например, 30 ГГц, RHCP) и выводит во второй полосе 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. 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 восходящей линии связи посредством составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи в прямые сигналы нисходящей линии связи (например, комбинированные входные прямые сигналы). Передача прямых сигналов 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. Как описано в настоящем документе, прямые сигналы 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 в составляющих приемных элементах 3416 фидерной линии связи.In some cases, each of a plurality of geographically dispersed access nodes (eg, AN 515) contains an output of end-to-end beam-weighted direct uplink signals. An end-to-end relay (eg, end-to-end relay 3403) includes an array of cooperating feeder link receiver elements 3416 in wireless communication with distributed access nodes, an array of cooperating user link transmitter elements 3419 in wireless communication with a plurality of user terminals 517, and a plurality of forward link transponders 3430. The forward link transponders 3430 are direct relay (or no processing) transponders such that each transponder outputs a signal that matches the signal it receives with little or no processing. For example, each forward link transponder 3430 can amplify and/or frequency convert the signal it receives, but not perform more complex processing (eg, cannot demodulate and/or modulate, onboard beamforming, etc.). In some cases, each forward link transponder 3430 receives an input signal in a first frequency band (eg, 30 GHz, LHCP) and outputs in a second frequency band (eg, 20 GHz, RHCP), and each reverse link transponder 3440 receives an input signal in the first frequency band (eg 30 GHz, RHCP) and outputs in the second frequency band (eg 20 GHz, LHCP). Any suitable combination of frequency and/or polarization may be used, and the same or different frequency bands may be used for the user link and feeder link. Each forward link transponder 3430 is coupled between a respective one of the feeder link constituent receive elements 3416 and a respective one of the user link constituent transmit elements 3419 (eg, in a one-to-one correspondence). The forward link transponders 3430 convert the overlays of multiple beam-weighted direct uplink signals via the feeder link constituent receive elements 3416 into direct downlink signals (eg, combined input direct signals). The transmission of direct downlink signals by user-link component transmitter elements 3429 contributes to the formation of a direct user beam serving at least some of the plurality of user terminals 517. As described herein, direct uplink signals can be weighted across the end-to-end beam and synchronized (eg, phase-locked and optionally time-synchronized) prior to transmission from the AN 515, which can provide the desired overlap of these signals in the feeder link constituent receive elements 3416.

Передача способствует формированию прямого пользовательского луча в том смысле, что формирование луча является сквозным, как описано в настоящем документе; формирование луча является результатом множества этапов, включая вычисление и применение соответствующих весовых коэффициентов к прямым сигналам восходящей линии связи до передачи на ретранслятор от AN 515, индукцию многолучевого распространения с помощью множества транспондеров 3430 прямой линии связи сквозного ретранслятора 3403 и передачу прямых сигналов нисходящей линии связи с помощью антенной решетки пользовательской линии связи. Однако для целей упрощения некоторые описания могут определять прямой луч как формируемый путем наложения передаваемых прямых сигналов нисходящей линии связи. В некоторых случаях каждый из множества пользовательских терминалов 517 находится в беспроводной связи с массивом взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи для приема комбинированных (например, с наложением) передаваемых прямых сигналов нисходящей линии связи.The transmission facilitates forward user beamforming in the sense that beamforming is end-to-end, as described herein; beamforming is the result of a variety of steps, including calculating and applying appropriate weights to direct uplink signals prior to transmission to the repeater from the AN 515, multipath induction with multiple forward link transponders 3430 of the end-to-end repeater 3403, and transmitting direct downlink signals from using the antenna array of the user's communication line. However, for purposes of simplification, some descriptions may define a direct beam as being formed by superimposing the transmitted direct downlink signals. In some instances, each of the plurality of user terminals 517 is in wireless communication with an array of cooperating user link transmitter elements 3429 to receive combined (eg, superimposed) transmitted direct downlink signals.

В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 дополнительно содержит массив составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи, находящихся в беспроводной связи с пользовательскими терминалами 517, массив 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 транспондеру 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. При приеме обратных сигналов восходящей линии связи посредством массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи формируются обратные сигналы нисходящей линии связи в транспондерах 3440 обратной линии связи. В некоторых случаях каждый обратный сигнал нисходящей линии связи представляет собой соответствующее наложение обратных сигналов восходящей линии связи, принимаемых составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи от множества пользовательских терминалов 517 (например, из множества зон 519 покрытия пользовательских лучей). В некоторых случаях каждый из множества пользовательских терминалов находится в беспроводной связи с массивом взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи для передачи соответствующего обратного сигнала восходящей линии связи на множество составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи.In some cases, the end-to-end relay 3403 further comprises an array of user link component receiver elements 3426 in wireless communication with user terminals 517, an array of cooperating feeder link transmitter element components 3419 in wireless communication with distributed ANs 515, and a plurality of reverse transponders 3440. communication lines. The reverse link transponders 3440 may be similar or identical to the forward link transponder 3430 (e.g., forward relay transponders), except that they are each connected between a respective one of the constituent receive elements 3426 of the user link and a corresponding one of the constituent transmit elements. elements 3419 feeder line. When reverse uplink signals are received by the array of cooperating user-link receiver elements 3426, reverse downlink signals are generated in reverse link transponders 3440. In some cases, each return downlink signal is a corresponding overlay of return uplink signals received by the user link constituent receiver element 3426 from a plurality of user terminals 517 (eg, from a plurality of user beam coverage areas 519). In some cases, each of the plurality of user terminals is in wireless communication with an array of cooperating user link receiver elements 3426 to transmit a corresponding reverse uplink signal to the plurality of user link receiver elements 3426.

В некоторых случаях обратные сигналы нисходящей линии связи передаются с помощью составляющего передающего элемента 3419 фидерной линии связи на географически распределенные AN 515. Как описано в настоящем документе, каждый AN 515 может принимать наложенные комбинированные обратные сигналы нисходящей линии связи, передаваемые от составляющих передающих элементов 3419 фидерной линии связи (т.е. которые соответствуют обратным сигналам нисходящей линии связи). Принимаемые обратные сигналы нисходящей линии связи (называемые комбинированными принимаемыми сигналами) могут передаваться на формирователь обратных лучей, который может комбинировать, синхронизировать, применять весовые коэффициенты луча и осуществлять любую другую подходящую обработку. Например, формирователь обратных лучей может применять весовые коэффициенты к принятым наложениям 1706 обратных сигналов нисходящей линии связи (т.е. применять весовые коэффициенты обратного луча к комбинированным обратным сигналам) до объединения сигналов. Формирователь обратных лучей также может синхронизировать комбинированные обратные сигналы перед объединением 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).In some instances, downlink return signals are transmitted by feeder link component transmitter element 3419 to geographically dispersed AN 515s. As described herein, each AN 515 can receive superimposed downlink composite return signals transmitted from feeder link component transmitter elements 3419. links (ie, which correspond to the return signals of the downlink). The received downlink return signals (referred to as combined receive signals) may be passed to a return beamformer, which may combine, synchronize, apply beam weights, and perform any other suitable processing. For example, the return beamformer may apply weights to the received downlink return overlays 1706 (ie, apply return beam weights to the combined returns) prior to combining the signals. The return beamformer may also synchronize the combined return signals prior to combining the signals to account for at least the appropriate propagation delay differences between the 3403 end-to-end repeater and the AN 515. from AN 515).

Вследствие сквозного характера формирования луча правильное применение весовых коэффициентов обратного луча формирователем обратных лучей позволяет формировать обратные пользовательские лучи даже несмотря на то, что формирователь 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 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 обратных лучей для упрощения можно называть формирующим обратные пользовательские лучи.Due to the end-to-end nature of beamforming, the correct application of the return beamweights by the return beamformer allows return user beams to be generated even though the return beamformer may be connected to the feeder link side of end-to-end multipath channels and the user beams may be formed on the user line side. communication of end-to-end multipath channels. Accordingly, the return beamformer may be referred to as enabling user return beamforming (a number of other aspects of system 3400 also facilitate end-to-end return beamforming, such as multipath induction with reverse link transponders 3440 of end-to-end repeater 3403). However, the return beamformer may be referred to as a user return beamformer for simplicity.

В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 дополнительно содержит антенную подсистему 3410 фидерной линии связи для излучения в зоне покрытия узла доступа (зоны 3450 покрытия AN), в пределах которой размещено множество распределенных узлов доступа. Антенная подсистема 3410 фидерной линии связи содержит массив взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи. В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 также содержит 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 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи. В некоторых случаях антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи содержит массив приема пользовательской линии связи и массив передачи пользовательской линии связи (например, отдельные полудуплексные массивы взаимодействующих составляющих элементов пользовательской линии связи). Массив приема пользовательской линии связи и массив передачи пользовательской линии связи могут быть пространственно перемежающимися (например, для направления на один и тот же отражатель), пространственно разделенными (например, для направления на приемные и передающие отражатели соответственно) или размещенными любым другим подходящим образом. В других случаях антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи содержит полнодуплексные элементы (например, каждый составляющий передающий элемент 3429 пользовательской линии связи использует излучающую конструкцию совместно с соответствующим составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи). Аналогичным образом, в некоторых случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи содержит массив приема фидерной линии связи и массив передачи фидерной линии связи, которые могут быть пространственно связаны любым подходящим образом и могут непосредственно излучать, быть направленными на один отражатель, быть направленными на отдельные передающие и приемные отражатели и т.д. В других случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи содержит 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 одной и той же полосе частот (например, в Ka-полосе и т.д.). В некоторых случаях антенная подсистема 3410 фидерной линии связи и антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи работают в разных полосах частот (например, для фидерной линии связи используется V-полоса, а для пользовательской линии связи используется Ka-полоса и т.д.).In some cases, the end-to-end relay 3403 further comprises a feeder link antenna subsystem 3410 for emitting within an access node coverage area (AN coverage area 3450) within which a plurality of distributed access nodes are located. Antenna subsystem 3410 feeder link contains an array of interacting components of the receiving elements 3416 feeder link. In some cases, the end-to-end relay 3403 also includes a user link antenna subsystem 3420 for emitting in a user coverage area 3460 within which a plurality of user terminals 517 are geographically distributed (eg, in a plurality of user beam coverage areas 519). Antenna subsystem 3420 user link contains an array of interacting components of the transmitting elements 3429 user link. In some cases, the user-link antenna subsystem 3420 comprises a user-link receive array and a user-link transmit array (eg, separate half-duplex arrays of cooperating user-link constituent elements). The user link receive array and the user link transmit array may be spatially interleaved (eg, to point to the same reflector), spatially separated (eg, to point to receive and transmit reflectors, respectively), or placed in any other suitable manner. In other cases, the user link antenna subsystem 3420 comprises full duplex elements (eg, each user link component transmitter element 3429 shares a radiating design with a corresponding user link component receiver element 3426). Similarly, in some instances, the feederlink antenna subsystem 3410 comprises a feederlink receive array and a feederlink transmit array that may be spatially coupled in any suitable manner and may directly radiate, be directed to a single reflector, be directed to separate transmitters, and receiving reflectors, etc. In other cases, the feeder link antenna subsystem 3410 contains full duplex elements. The feeder link antenna subsystem 3410 and the user link antenna subsystem 3420 may have the same or different aperture sizes. In some cases, feeder link antenna subsystem 3410 and user link antenna subsystem 3420 operate in the same frequency band (eg, Ka-band, etc.). In some cases, feeder link antenna subsystem 3410 and user link antenna subsystem 3420 operate in different frequency bands (eg, feeder link uses V-band, user link uses Ka-band, etc.).

В примерах, например в тех, которые проиллюстрированы на ФИГ. 41, зона 3450 покрытия AN отличается от зоны 3460 покрытия пользователя. Зона 3450 покрытия AN может представлять собой единую непрерывную зону покрытия или множество несвязных зон покрытия. Аналогично (и независимо от того, является ли зона покрытия AN единой или состоящей из множества частей) зона 3460 покрытия пользователя может представлять собой единую непрерывную зону покрытия или множество несвязных зон покрытия. В некоторых случаях зона 3450 покрытия AN представляет собой подмножество зоны 3460 покрытия пользователя. В некоторых случаях по меньшей мере половина зоны 3460 покрытия пользователя не перекрывает зону 3450 покрытия 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, имеет по меньшей мере в два раза большую, по меньшей мере в пять раз большую, в десять раз большую, в пятьдесят раз большую, в восемьдесят раз большую физическую площадь и т.д.), чем отражатель 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.In examples, such as those illustrated in FIG. 41, AN coverage area 3450 is different from user coverage area 3460. The AN coverage area 3450 may be a single continuous coverage area or a plurality of disconnected coverage areas. Similarly (and regardless of whether the AN's coverage area is single or composed of multiple parts), the user coverage area 3460 may be a single continuous coverage area or a plurality of disconnected coverage areas. In some cases, the AN coverage area 3450 is a subset of the user's coverage area 3460. In some cases, at least half of the user coverage area 3460 does not overlap the AN coverage area 3450. As described below, in some instances, feeder link antenna subsystem 3410 further comprises one or more feeder link reflectors, and user link antenna subsystem 3420 further comprises one or more user link reflectors. In some cases, the feeder link reflector is significantly larger (e.g., at least twice as large, at least five times as large, ten times as large, fifty times as large, eighty times as large in physical area, etc.). ) than the user link reflector. In some cases, the feeder link reflector has approximately the same physical area (eg, within 5%, 10%, 25%) as the user link reflector.

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 участвовать в формировании прямых сквозных лучей путем применения вычисленных весовых коэффициентов прямого луча (например, обеспечиваемых генератором 918 весовых коэффициентов прямого луча) к сигналам прямой линии связи; а формирователь 531 обратных лучей может участвовать в формировании обратных сквозных лучей путем применения вычисленных весовых коэффициентов обратного луча (например, обеспечиваемых генератором 935 весовых коэффициентов обратного луча) к сигналам обратной линии связи. Как описано выше, весовые коэффициенты сквозного прямого луча и/или набор весовых коэффициентов сквозного обратного луча можно вычислять в соответствии с оценочными коэффициентами сквозного усиления для сквозных многолучевых каналов, причем каждый сквозной многолучевой канал соединяет с возможностью связи соответствующий один из распределенных AN 515 с соответствующим местоположением в зоне покрытия пользователя (например, с 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 было связано посредством беспроводной связи с синхронизацией по времени со сквозным ретранслятором 3403 (например, с помощью множества составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи в соответствии с сигналом радиомаяка).In some cases, the system 3400 operates in the context of terrestrial network functions, as described with reference to FIG. 5. For example, end-to-end relay 3403 communicates with ANs 515, which communicate with CPS 505 via distribution network 518. In some cases, CPS 505 includes a forward beamformer 529 and/or a return beamformer 531, for example, as described with reference to FIG. 29. As described above, forward beamformer 529 can participate in direct through beamforming by applying calculated forward beam weights (eg, provided by forward beam weight generator 918) to forward link signals; and the return beam generator 531 may participate in the formation of return through beams by applying the calculated return beam weights (eg, provided by the return beam weight generator 935) to the reverse link signals. As described above, the end-to-end forward beam weights and/or the set of end-to-end return beam weights may be calculated in accordance with the estimated end-to-end gain factors for the end-to-end multipath channels, with each end-to-end multipath channel communicatively connecting a respective one of the allocated ANs 515 to a respective location. in a user coverage area (eg, user terminal 517 or any suitable reference location) through a respective set of forward link relay transponders 3430 and/or through a respective set of forward link relay transponders 3440. In some cases, although not shown, the end-to-end relay 3403 includes a beacon transmitter. The beacon transmitter may be implemented as described above with reference to the beacon signal generator and calibration support module 424 in FIG. 15. In some cases, a generated beacon signal may be used such that a plurality of distributed ANs 515 are connected via time synchronized wireless communication with an end-to-end repeater 3403 (e.g., via a plurality of constituent feederlink receiver elements 3416 in accordance with the beacon signal).

В некоторых случаях система 3400 включает в себя систему для формирования множества прямых пользовательских лучей с использованием сквозного формирования луча. В таких случаях используются средства для передачи множества прямых сигналов восходящей линии связи из множества географически распределенных местоположений, причем множество прямых сигналов восходящей линии связи формируется из взвешенной комбинации множества сигналов пользовательских лучей и причем каждый сигнал пользовательского луча соответствует одному и только одному пользовательскому лучу. Например, множество географически распределенных местоположений может включать в себя множество AN 515, а средства для передачи множества прямых сигналов восходящей линии связи могут включать в себя некоторые или все из формирователей 529 прямых лучей, распределительную сеть 518 и географически распределенные AN 515 (находящиеся в связи со сквозным ретранслятором 3403). В таких случаях также могут использоваться средства для ретрансляции множества прямых сигналов восходящей линии связи для формирования множества прямых сигналов нисходящей линии связи. Каждый прямой сигнал нисходящей линии связи создается за счет усиления уникального наложения множества прямых сигналов восходящей линии связи, а множество прямых сигналов нисходящей линии связи накладывается с формированием множества пользовательских лучей, причем каждый сигнал пользовательского луча преобладает в пределах соответствующего пользовательского луча. Например, средства для ретрансляции множества прямых сигналов восходящей линии связи для формирования множества прямых сигналов нисходящей линии связи могут включать в себя сквозной ретранслятор 3403 (находящийся в связи с одним или более пользовательскими терминалами в зонах 519 покрытия пользовательских лучей) с его совмещенным множеством трактов прохождения сигнала, которые могут включать в себя транспондеры 3430 прямой линии связи и транспондеры 3440 обратной линии связи.In some cases, the system 3400 includes a system for generating multiple direct user beams using end-to-end beamforming. In such cases, means are used to transmit a plurality of direct uplink signals from a plurality of geographically dispersed locations, wherein the plurality of direct uplink signals are formed from a weighted combination of a plurality of user beam signals, and each user beam signal corresponding to one and only one user beam. For example, the plurality of geographically distributed locations may include a plurality of ANs 515, and the means for transmitting the plurality of direct uplink signals may include some or all of the forward beamformers 529, distribution network 518, and geographically distributed ANs 515 (in communication with end-to-end repeater 3403). In such cases, means for relaying a plurality of direct uplink signals to generate a plurality of direct downlink signals may also be used. Each direct downlink signal is created by amplifying a unique overlay of a plurality of direct uplink signals, and a plurality of direct downlink signals are superimposed to form a plurality of user beams, with each user beam signal predominating within the respective user beam. For example, means for relaying a plurality of direct uplink signals to generate a plurality of direct downlink signals may include an end-to-end relay 3403 (in communication with one or more user terminals in user beam coverage areas 519) with its co-located multiple signal paths. , which may include forward link transponders 3430 and reverse link transponders 3440.

В некоторых таких случаях используются первые средства для приема первого наложения множества прямых сигналов нисходящей линии связи и восстановления первого из множества сигналов пользовательских лучей. Такие первые средства могут включать в себя пользовательский терминал 517 (например, включающий в себя антенну пользовательского терминала и модем или другие компоненты для восстановления сигналов пользовательских лучей из прямых сигналов нисходящей линии связи). В некоторых таких случаях также используются вторые средства (например, включая второй пользовательский терминал 517) для приема второго наложения множества прямых сигналов нисходящей линии связи и восстановления второго одного из множества сигналов пользовательских лучей. Например, первое средство для приема расположено в пределах первого пользовательского луча, а второе средство для приема расположено в пределах второго пользовательского луча.In some such cases, first means are used to receive the first overlay of a plurality of forward downlink signals and recover the first of the plurality of user beam signals. Such first means may include a user terminal 517 (eg, including a user terminal antenna and a modem or other components for recovering user beam signals from forward downlink signals). In some such cases, second means (eg, including the second user terminal 517) are also used to receive a second overlay of the plurality of direct downlink signals and recover a second one of the plurality of user beam signals. For example, the first receiving means is located within the first user beam and the second receiving means is located within the second user beam.

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 сигнала обратной линии связи может включать в себя транспондер 3440 обратной линии связи, подсоединенный между составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи. Сигналы, исходящие от пользовательских терминалов 517 в K зонах 519 покрытия пользовательских лучей, передаются (в качестве обратных сигналов 525 восходящей линии связи) на сквозной ретранслятор 3403, принимаются массивом L трактов 3502 прохождения сигнала обратной линии связи, передаются во время сеанса связи 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 M AN 515 (аналогично тому, что показано на ФИГ. 7). Таким образом, множество трактов 3502 прохождения сигнала обратной линии связи (например, транспондеры 3440 обратной линии связи) индуцирует многолучевое распространение во время связи по обратной линии связи. Например, выходной сигнал каждого тракта 3502 прохождения сигнала обратной линии связи представляет собой обратный сигнал 527 нисходящей линии связи, относящийся к соответствующему одному из принимаемых обратных сигналов 525 восходящей линии связи (например, относящийся к принимаемым комбинированным обратным сигналам 525 восходящей линии связи, передаваемым из множества зон 519 покрытия пользовательских лучей), и передается по обратным сигналам 527 нисходящей линии связи на M AN 515 (например, географически распределенных по зоне 3450 покрытия AN). 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 создает L трактов между пользовательским терминалом 517 и AN 515, в совокупности называемыми сквозным обратным многолучевым каналом 1908 (например, аналогично ФИГ. 8).FIG. 42 is an illustration of an example signal path model for signals carrying reverse data on the reverse link end-to-end 523. The example model may operate similarly to the model described with reference to FIG. 6-8, except that the end-to-end relay 3403 includes reverse link signal paths 3502 for reverse link communication. Each reverse link signal path 3502 may include a reverse link transponder 3440 coupled between a user link constituent receive element 3426 and a feeder link constituent transmit element 3419. Signals originating from user terminals 517 in K user beam coverage areas 519 are transmitted (as return uplink signals 525) to an end-to-end repeater 3403, received by an array of L reverse link signal paths 3502, transmitted during a session via L transponders 3440 reverse link to L respective constituent feeder link transmission elements 3419 and are transmitted by each of the L constituent feeder link transmission elements 3419 to some or all of the M AN 515 (similar to that shown in FIG. 7). Thus, a plurality of reverse link signal paths 3502 (eg, reverse link transponders 3440) induce multipath during reverse link communication. For example, the output of each reverse link signal path 3502 is a downlink return signal 527 related to the corresponding one of the received uplink return signals 525 (e.g., related to the received combined uplink return signals 525 transmitted from a plurality of user beam coverage areas 519) and is transmitted on downlink return signals 527 to M ANs 515 (eg, geographically distributed across AN coverage area 3450). As described above, there are L (or up to L ) different ways to receive a signal from a user terminal 517 located in the user beam coverage area 519 to a particular AN 515. Thus, the end-to-end relay 3403 creates L paths between the user terminal 517 and the AN 515, collectively referred to as end-to-end reverse multipath 1908 (eg, similar to FIG. 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, а 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 K зон 519 покрытия пользовательских лучей и M AN 515 может обеспечиваться M 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 M x K матрицы обратного канала Hret (C t x Eret x 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 быть частью сквозных обратных многолучевых каналов. В некоторых случаях число пользовательских лучей K больше числа транспондеров L в тракте прохождения сигнала сквозного обратного многолучевого канала и/или число AN М больше числа транспондеров 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 называются комбинированными обратными сигналами 907, как дополнительно поясняется ниже). Весовые коэффициенты обратного луча могут вычисляться на основе модели M 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.End-to-end reverse multipath channels may be modeled in a manner similar to that described above. For example, Ar is an L x K reverse uplink emission matrix, Ct is an M x L reverse downlink emission matrix, and Eret is an L x L reverse payload matrix for paths from user link constituent receive elements 3426 communication to the components of the transmission elements 3419 feeder line. As described above, the end-to-end reverse multipath channel from a user terminal 517 in a particular user beam coverage area 519 to a particular AN 515 is characterized by the network effect of L different signal paths induced by L unique reverse link signal paths 3502 through the end-to-end repeater 3403. With K user beam coverage areas 519 and M AN 515 may be provided with M x K induced end-to-end reverse multipath channels in the end-to-end reverse link 523 (via the end-to-end repeater 3403), and each may be individually modeled to calculate the corresponding M x K element of the reverse channel matrix Hret ( C t x Eret x Ar ). As mentioned above (eg, with reference to FIGS. 6-8), not all ANs 515, user beam coverage areas 519, and/or reverse link transponders 3440 need to be part of the end-to-end reverse multipath channels. In some cases, the number of user beams K is greater than the number of transponders L in the end-to-end reverse multipath signal path and/or the number AN M is greater than the number of transponders L in the end-to-end reverse multipath signal path. As described with reference to FIG. 5, CPS 505 can provide user return beamforming by applying return beam weights to received downlink return signals 527 (received signals after AN reception are referred to as combined return signals 907, as further explained below). The return beam weights may be computed based on the M x K model of signal paths for each end-to-end reverse multipath that connects user terminals 517 in one user beam coverage area 519 to one of the plurality of ANs 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 сеансов 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, каждому прямому сигналу 521 восходящей линии связи присваивается весовой коэффициент луча (например, в формирователе 515 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 M 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. Каждый транспондер 3430 прямой линии связи одновременно принимает комбинированный входной прямой сигнал 545, хотя и немного отличающийся по синхронизации 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 прямого сигнала 522 нисходящей линии связи, каждый из которых связан с соответствующим одним из принимаемых комбинированных входных прямых сигналов 521). Таким образом, множество трактов 3602 прохождения сигнала прямой линии связи (например, транспондеры 3430 прямой линии связи) индуцирует многолучевое распространение при сеансах связи в прямой линии связи. Как описано выше, есть L разных способов получения 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 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).FIG. 43 is an illustration of an example signal path model for signals carrying direct data over the forward link 501. The example model may operate similarly to the model described with reference to FIG. 9-11, except that the end-to-end relay 3403 includes forward link signal paths 3602 for forward link sessions. Each forward link signal path 3602 may include a forward link transponder 3430 coupled between a feeder link constituent receive element 3416 and a user link constituent transmit element 3429. As described above, each direct uplink signal 521 is assigned a beamweight (eg, in the forward beamformer 515 in the CPS 505 of ground segment 502) prior to transmission from the AN 515. Each AN 515 receives a unique forward uplink signal 521 and transmits a unique direct uplink signal 521 via one of the M uplinks (eg, time synchronized). Direct uplink signals 521 are received from geographically dispersed locations (e.g., from AN 515) using some or all of the forward link transponders 3430 in a superimposed manner that allows the creation of combined direct input signals 545. Each forward link transponder 3430 simultaneously receives a combined input forward signal 545, albeit slightly different in timing due to differences in the locations of each component feeder link receiver element 3416 associated with each forward link transponder 3430. For example, although each constituent feederlink receiver element 3416 may receive a combination of the same plurality of direct uplink signals 521, the combined input direct signals 545 received may differ slightly. The combined direct input signals 545 are received by L forward link transponders 3430 via respective feeder link component receive elements 3416, transmitted during a session via L forward link transponders 3430 to L respective user link component transmitter elements 3429, and transmitted by L components by user link transmitting elements 3429 to one or more of the K user beam coverage areas 519 (eg, as a downlink direct signal 522, each associated with a respective one of the received combined direct input signals 521). Thus, a plurality of forward link signal paths 3602 (eg, forward link transponders 3430) induce multipath in forward link sessions. As described above, there are L different ways to obtain a signal from the AN 515 to a particular user terminal 517 in the user beam coverage area 519. Thus, end-to-end relay 3403 induces a plurality (eg, up to L ) of signal paths between one AN 515 and one user terminal 517 (or one user beam coverage area 519), which may be referred to collectively as an end-to-end direct multipath channel 2208 (eg, similarly FIG 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, а 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 K зон 519 покрытия пользовательских лучей и M AN 515 может обеспечиваться M 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 M x K матрицы прямого канала Hfwd (At x Efwd x 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 пользовательских лучей K больше числа транспондеров L в тракте прохождения сигнала сквозного прямого многолучевого канала, и/или число AN М больше числа транспондеров L 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.End-to-end forward multipath channels 2208 may be modeled in a manner similar to that described above. For example, Cr is the L x M forward uplink emission matrix, At is the K x L forward downlink emission matrix, and Efwd is the L x L forward payload matrix for paths from feeder link constituent receiving elements 3416 communication to the constituent transmitting elements 3429 of the user link. In some cases, the forward payload matrix Efwd and the reverse payload matrix Eret may be different to reflect differences between the forward link signal paths 3602 and the reverse link signal paths 3502. As described above, the end-to-end direct multipath channel from a particular AN 515 to a user terminal 517 in a particular user beam coverage area 519 is characterized by the network effect of L different signal paths induced by L unique forward link signal paths 3602 through the end-to-end repeater 3403. With K user beam coverage areas 519 and M AN 515 may be provided with M x K induced end-to-end direct multipath channels in the end-to-end forward link 501, and each of these may be individually modeled to compute a corresponding M x K element of the forward channel matrix Hfwd ( At x Efwd x Cr ). As mentioned above with reference to the reverse direction, not all ANs 515, user beam coverage areas 519, and/or forward link transponders 3430 need to be part of end-to-end forward multipath channels. In some cases, the number of user beams K is greater than the number of transponders L in the end-to-end direct multipath signal path, and/or the number AN M is greater than the number of transponders L in the end-to-end direct multipath signal path. As described with reference to FIG. 5, an appropriate beam weight may be computed for each of the plurality of end-to-end direct multipath channels by CPS 505 to generate direct user beams. The use of multiple transmitters (AN 515) with a single receiver (user terminal 517) can provide path diversity to ensure successful transmission of information to any user terminal 517 in the presence of a specially induced multipath channel.

На ФИГ. 41-43 изображены сквозные ретрансляторы 3403, реализованные с отдельными транспондерами 3430 прямой линии связи и транспондерами 3440 обратной линии связи. На ФИГ. 44A и 44B 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. Например, транспондер 3430 прямой линии связи принимает прямой сигнал восходящей линии связи на частоте восходящей линии связи с левой круговой поляризацией (LHCP) и выводит прямой сигнал нисходящей линии связи на частоте нисходящей линии связи с правой круговой поляризацией (RHCP), и каждый транспондер 3440 обратной линии связи принимает обратный сигнал восходящей линии связи на частоте восходящей линии связи с правой круговой поляризацией (RHCP) и выводит обратный сигнал нисходящей линии связи на частоте нисходящей линии связи с левой круговой поляризацией (LHCP). Один такой случай (т.е. с поляризациями, описанными в предшествующем примере) проиллюстрирован только сплошными линиями на ФИГ. 44А и 44В, а другой такой случай (т.е. с противоположными поляризациями по сравнению с описанными в предшествующем примере) проиллюстрирован только пунктирными линиями 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. 44A и 44B, транспондеры 3430 прямой линии связи и транспондеры 3440 обратной линии связи могут принимать прямые сигналы 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 нисходящей линии связи на частоте нисходящей линии связи или на другой частоте с обоими типами поляризации (RHCP и LHCP). Например, такие случаи могут обеспечивать работу множества систем параллельно с использованием любого подходящего типа методик подавления помех (например, с использованием разделения по времени, частотного разделения и т.д.). В некоторых случаях сквозной ретранслятор 3403 содержит большое число транспондеров, например 512 транспондеров 3430 прямой линии связи и 512 транспондеров 3440 обратной линии связи (например, в совокупности 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.FIG. 41-43 depict end-to-end repeaters 3403 implemented with separate forward link transponders 3430 and reverse link transponders 3440. FIG. 44A and 44B are illustrations of examples of forward signal path 3700 (similar to forward signal path 3602 in FIG. 43) and reverse signal path 3750 (similar to reverse signal path 3502 in FIG. 42), respectively. As described above, the direct signal path 3700 includes a forward link transponder 3430 coupled between a feeder link component receiving element 3416 and a user link component transmitting element 3429. The reverse signal path 3750 includes a reverse link transponder 3440 coupled between a user link component receiver element 3426 and a feeder link component transmitter 3419. In some cases, each forward link transponder 3430 and each reverse link transponder 3440 are cross-pole transponders. For example, the forward link transponder 3430 receives a direct uplink signal at a left-hand circular polarization (LHCP) uplink frequency and outputs a forward downlink signal at a right-hand circular polarization (RHCP) downlink frequency, and each reverse transponder 3440 The communication line receives the return uplink signal at the uplink frequency of right circular polarization (RHCP) and outputs the return signal of the downlink at the frequency of the downlink left circular polarization (LHCP). One such case (ie, with the polarizations described in the previous example) is illustrated only by solid lines in FIG. 44A and 44B, and another such case (ie, with opposite polarizations compared to those described in the previous example) is illustrated only by dotted lines in FIG. 44A and 44B. In other cases, some or all of the transponders may provide a two-pole pair of signal paths. For example, if one follows both the solid and dashed lines in FIG. 44A and 44B, forward link transponders 3430 and reverse link transponders 3440 can receive direct uplink signals on the uplink frequency or another frequency with both types of polarization (LHCP and RHCP) and can simultaneously output direct downlink signals to downlink frequency or on another frequency with both types of polarization (RHCP and LHCP). For example, such cases may allow multiple systems to operate in parallel using any suitable type of interference suppression techniques (eg, using time division, frequency division, etc.). In some cases, the end-to-end relay 3403 contains a large number of transponders, such as 512 forward link transponders 3430 and 512 reverse link transponders 3440 (eg, a total of 1024 transponders). Other implementations may use smaller numbers of transponders, such as 10 or any other suitable number. In some cases, antenna elements are implemented as full duplex designs such that each receive antenna element shares the design with a corresponding transmit antenna element. For example, each illustrated antenna element may be implemented as two of four waveguide ports of a radiating structure capable of both transmitting and receiving signals. In some cases, only feeder link elements or only user link elements are full duplex. Other implementations may use different types of polarization. For example, in some implementations, transponders may be connected between the receive antenna element and the transmit antenna element with the same polarity.

Как пример транспондера 3430 прямой линии связи, так и пример транспондера 3440 обратной линии связи могут содержать малошумящие усилители (МШУ) 3705, преобразователи частоты и связанные с ними фильтры 3710, канальные усилители 3715, устройства 3720 сдвига фазы, усилители 3725 мощности (например, усилители на лампе бегущей волны (TWTA), твердотельные усилители мощности (SSPA) и т.д.) и фильтры 3730 гармоник (HF). 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 первой полосе частот и может выводить сигналы во второй полосе частот, и каждый транспондер 3440 обратной линии связи может принимать входной сигнал в первой полосе частот и может выводить сигналы во второй полосе частот.Both the example forward link transponder 3430 and the example reverse link transponder 3440 may comprise low noise amplifiers (LNAs) 3705, frequency converters and associated filters 3710, channel amplifiers 3715, phase shifters 3720, power amplifiers 3725 (e.g., power amplifiers 3725). traveling wave tube (TWTA), solid state power amplifiers (SSPA), etc.) and 3730 harmonic filters (HF). In bipolar implementations, as shown, each pole has its own signal path with its own set of transponder components. Some implementations may use more or fewer components. For example, frequency converters and their associated filters 3710 may be useful in cases where the uplink and downlink frequencies are different. As one example, each forward link transponder 3430 may receive an input in a first frequency band and may output signals in a second frequency band, and each reverse link transponder 3440 may receive an input in a first frequency band and may output signals in a second frequency band. .

В некоторых случаях используется множество подполос (например, семь подполос 500 МГц, как описано выше Например, в некоторых случаях могут обеспечиваться транспондеры, которые работают в одинаковых подполосах, используемых при реализации наземной сети с множеством подполос, что по существу позволяет обеспечить множество независимых и параллельных систем сквозного формирования лучей посредством одного сквозного ретранслятора (каждая система сквозного формирования лучей работает в другой подполосе). В других случаях в широкополосной системе сквозного формирования лучей может использоваться множество подполос в наземной сети, но передаваться одна или более (или все) подполос через широкополосные транспондеры (например, передаваться 7 подполос, каждая шириной 500 МГц, через транспондеры с шириной полосы 3,5 ГГц). 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, в случае отдельных прямых и обратных транспондеров и использования 7 подполос для каждого луча можно использовать в совокупности 14 разных весовых коэффициентов луча, т.е. 7 подполос * 2 направления (прямое и обратное). 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.In some cases, multiple subbands are used (e.g., seven 500 MHz subbands as described above. For example, in some cases, transponders can be provided that operate on the same subbands used in implementing a terrestrial network with multiple subbands, essentially allowing for multiple independent and parallel end-to-end beamforming systems via a single end-to-end repeater (each end-to-end beamforming system operates in a different subband) In other cases, a wideband end-to-end beamforming system may use multiple subbands in the terrestrial network, but transmit one or more (or all) subbands via wideband transponders (e.g. 7 sub-bands, each 500 MHz wide, transmitted over 3.5 GHz bandwidth transponders) In such cases, each transponder may contain multiple frequency converters and associated 3710 filters and/or other components designed to process one or more more subband.). The use of multiple subbands may allow for less stringent transponder amplitude and phase requirements since the terrestrial network can individually determine the beam weights used in each of the subbands, effectively calibrating the amplitude and phase variation of the transponder bandwidth. For example, in the case of separate forward and reverse transponders and using 7 subbands for each beam, a total of 14 different beam weights could be used, i.e. 7 subbands * 2 directions (forward and reverse). In some cases, each transponder path contains only LNA 3705, channel amplifier 3715, and power amplifier 3725. Some implementations of the end-to-end repeater 3403 use phase shift controllers and/or other controllers that can individually set the phases and/or other characteristics of each transponder, as described above.

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. 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 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.The antenna elements may transmit and/or receive signals in any suitable manner. In some cases, the end-to-end repeater 3403 includes one or more reflectors with a radiator in the form of an antenna array. For example, the feeder link antenna subsystem 3410 may comprise a feeder link reflector for both transmit and receive, or a separate feeder link transmit reflector and a separate feeder link receive reflector. Similarly, the user link antenna subsystem 3420 may comprise a user link reflector for both transmitting and receiving, or a separate user link transmit reflector and a separate user link receive reflector. In one example, the feeder link antenna subsystem 3410 comprises an array of radiating structures, and each radiating structure includes a feeder link component receiving element 3416 and a feeder link component transmitting element 3419. In such a case, the feeder link antenna subsystem 3410 may also include a feeder link reflector that irradiates feeder link component receive elements 3416 and is irradiated by feeder link component transmitter elements 3419. In some cases, the reflector is implemented as a plurality of reflectors, which may have different shapes, sizes, orientations, and so on. In other cases, the feeder link antenna subsystem 3410 and/or the user link antenna subsystem 3420 is implemented without reflectors, such as a direct radiating array.

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 покрытия 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. Больший отражатель может обеспечивать географическое распределение большого числа AN 515 в значительно меньшей зоне 3450 покрытия AN, например в небольшом подмножестве зоны 3460 покрытия пользователя. Некоторые примеры показаны на ФИГ. 45 и 46.As mentioned above, the separation of the feeder link antenna subsystem 3410 and the user link antenna subsystem 3420 can serve one or more AN coverage areas 3450 that are different from one or more user coverage areas 3460. For example, the feeder link antenna subsystem 3410 may be implemented with a reflector having a significantly larger physical area than the user coverage area reflector 3460. A larger reflector can provide a geographic distribution of a large number of ANs 515 in a much smaller AN coverage area 3450, such as a small subset of a user's coverage area 3460. Some examples are shown in FIG. 45 and 46.

На ФИГ. 45 показан пример видимой зоны 3800 покрытия Земли сквозного ретранслятора 3403 (например, спутника). 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. Например, 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). Зона 3460 покрытия пользователя включает в себя 625 зон 519 покрытия пользовательских лучей. Небольшая заштрихованная область в восточной части США представляет собой зону 3450 покрытия AN, которая включает в себя 597 распределенных по ней AN 515. Зона 3450 покрытия AN представляет собой небольшое подмножество большой зоны 3460 покрытия пользователя, но все же обеспечивает высокую пропускную способность за счет большого числа AN 515. Такая относительно плотная зона 3450 покрытия AN в настоящем документе называется «пулом AN».FIG. 45 shows an example of the visible area 3800 of Earth coverage of an end-to-end repeater 3403 (eg, a satellite). In the example of the end-to-end repeater 3403, feeder-link antenna subsystem 3410 includes an 18-meter feeder-link reflector, and user-link antenna subsystem 3420 includes a 2-meter user-link reflector (e.g., feeder-link reflector area of approximately eighty times the reflector area of the user link). Each antenna subsystem also includes an array of 512 cooperating transmit/receive elements. For example, an example of an end-to-end relay 3403 may include 512 forward link transponders 3430 (eg, generating 512 forward paths 3700 as shown in FIG. 44A) and 512 reverse link transponders 3440 (eg, generating 512 reverse paths 3750). signal as shown in Fig. 44B). User coverage area 3460 includes 625 user beam coverage areas 519 . The small shaded area in the eastern United States represents an AN coverage area 3450 that includes 597 AN 515s distributed across it. AN 515. Such a relatively dense AN coverage area 3450 is referred to herein as an "AN pool".

На ФИГ. 46 показан пример зоны покрытия 3900 континентальной части США (CONUS) сквозным ретранслятором 3403 (например, спутником). Пример сквозного ретранслятора 3403 аналогичен примеру, показанному на ФИГ. 45, за исключением того, что антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи включает в себя 5-метровый отражатель пользовательской линии связи (например, отражатель фидерной линии связи приблизительно в четыре раза больше отражателя пользовательской линии связи). Зона 3460 покрытия пользователя включает в себя 523 зоны 519 покрытия пользовательских лучей. Зона 3450 покрытия AN (пул AN) является такой же, как на ФИГ. 45: область в восточной части США, содержащая 597 распределенных в ней AN 515, которая является небольшим подмножеством зоны 3460 покрытия пользователя.FIG. 46 shows an example of a Continental United States (CONUS) coverage 3900 by an end-to-end repeater 3403 (eg, satellite). An example of an end-to-end repeater 3403 is similar to the example shown in FIG. 45, except that the user-link antenna subsystem 3420 includes a 5-meter user-link reflector (eg, the feeder-link reflector is approximately four times the size of the user-link reflector). User coverage area 3460 includes 523 user beam coverage areas 519 . AN coverage area 3450 (AN pool) is the same as in FIG. 45: An area in the eastern US containing 597 AN 515s distributed within it, which is a small subset of the user's coverage area 3460.

Множество зон покрытияMultiple coverage areas

В описанном выше примере сквозного ретранслятора 3403 антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи описана как подсистема с одной антенной (например, с одним отражателем пользовательской линии связи), а антенная подсистема 3410 фидерной линии связи описана как подсистема с одной антенной (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, связанных 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, связанных 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%, 50%) друг с другом. В некоторых случаях один отражатель пользовательской линии связи значительно больше (например, по меньшей мере вдвое больше по физической площади) другого. Каждый набор составляющих приемных/передающих элементов пользовательской линии связи и связанный с ним отражатель пользовательской линии связи может излучать в соответствующей обособленной зоне покрытия пользователя. Например, зоны из множества 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 может быть активным (облучаемым) в один момент времени. 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. Переключение между зонами из множества зон покрытия может быть скоординировано с CPS. 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. В некоторых случаях весовые коэффициенты луча могли изменяться при квантовании времени в случае применения формирователей лучей с квантованием времени.In the end-to-end repeater example 3403 described above, the user link antenna subsystem 3420 is described as a single antenna subsystem (e.g., single user link reflector), and the feeder link antenna subsystem 3410 is described as a single antenna subsystem (e.g., single feeder link reflector). communication lines). In some cases, user link antenna subsystem 3420 may include one or more antenna subsystems (e.g., two or more antenna element subarrays) associated with one or more user link reflectors, and feeder link antenna subsystem 3410 may include one or more antenna subsystems associated with one or more feeder link reflectors. For example, some end-to-end relays 3403 may include a user-link antenna subsystem 3420 that includes a first set of user-link receive/transmit elements associated with a first user-link reflector (e.g., each element is positioned to irradiate the first user-link reflector communication and/or exposure to the first user-link reflector), and a second set of user-link receiving/transmitting elements associated with the second user-link reflector. In some cases, the two user link reflectors have approximately the same physical area (eg, within 5%, 10%, 25%, 50%) of each other. In some cases, one user-link reflector is significantly larger (eg, at least twice the physical area) of the other. Each set of constituent user-link receiver/transmit elements and associated user-link reflector can radiate in a respective user-separated coverage area. For example, areas of multiple user coverage areas may be non-overlapping, partially overlapping, fully overlapping (eg, a smaller user coverage area may be contained within a larger user coverage area), and so on. In some cases, multiple user coverage areas may be active (exposed) at the same time. In other cases, as described below, it may be possible to selectively activate different portions of the constituent receive/transmit elements of the user link, thus activating different user coverage areas at different points in time. Switching between areas from multiple coverage areas can be coordinated with the CPS. For example, beamforming calibration, beamweight calculation, and beamweight application may occur in two parallel beamformers, one for each of two different coverage areas. The use of appropriate weighting factors in the beamformers can be synchronized to match the operation of the end-to-end repeater. In some cases, the beam weights may have changed with time slicing in case of using time slicing beamformers.

На ФИГ. 47A и 47B 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. Каждый тракт прохождения сигнала включает в себя транспондер, подсоединенный между составляющими антенными элементами. Как показано на ФИГ. 47А, транспондер 3430 прямой линии связи аналогичен описанному со ссылкой на ФИГ. 44А, за исключением того, что выходная сторона транспондера 3430 прямой линии связи избирательно соединена с одной 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 взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи). Как описано выше, транспондер 3430 прямой линии связи может включать в себя некоторые или все МШУ 3705, преобразователи частоты и связанные фильтры 3710, канальные усилители 3715, устройства 3720 сдвига фазы, усилители 3725 мощности и фильтры 3730 гармоник.FIG. 47A and 47B show an example of a forward signal path 4000 and a reverse signal path 4050, respectively, each of which selectively activates a plurality of user link antenna subsystems 3420. Each signal path includes a transponder connected between the constituent antenna elements. As shown in FIG. 47A, forward link transponder 3430 is similar to that described with reference to FIG. 44A, except that the output side of the forward link transponder 3430 is selectively coupled to one of two constituent user-link transmission elements 3429, each of which is part of a separate user-link antenna subsystem 3420 (e.g., each of which is part of a separate user-link array). interacting components of the user link transmission elements 3429). As described above, the forward link transponder 3430 may include some or all of the LNA 3705, frequency converters and associated filters 3710, channel amplifiers 3715, phase shifters 3720, power amplifiers 3725, and harmonic filters 3730.

Транспондер 3430 прямой линии связи на ФИГ. 47A дополнительно содержит переключатели 4010 (переключатели прямой линии связи), которые избирательно соединяют транспондер либо с первым составляющим передающим элементом 3429a пользовательской линии связи (первой антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи) посредством первого набора усилителей 3725 мощности и фильтров 3730 гармоник, либо со второй составляющей передающего элемента 3429b пользовательской линии связи (второй антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи) посредством второго набора усилителей 3725 мощности и фильтров 3730 гармоник. Например, в первом режиме переключения транспондер 3430 прямой линии связи фактически формирует тракт прохождения сигнала между составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи и первым составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи, а во втором режиме переключения транспондер 3430 прямой линии связи фактически формирует тракт прохождения сигнала между этим же составляющим приемным элементом 3416 фидерной линии связи и вторым составляющим передающим элементом 3429 пользовательской линии связи. Переключатели 4010 (SW) могут быть реализованы с использованием любого подходящего средства переключения, такого как электромеханический переключатель, реле, транзистор и т.д. Хотя они показаны как переключатели 4010, 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 3725 мощности (например, обеспечивающие высокий коэффициент усиления в положении «включено» и нулевой (или отрицательный) коэффициент усиления в положении «выключено»).The forward link transponder 3430 of FIG. 47A further comprises switches 4010 (forward link switches) that selectively couple the transponder to either the first user link component transmitter element 3429a (the first user link antenna subsystem 3420) via a first set of power amplifiers 3725 and harmonic filters 3730, or to a second component transmitting user link element 3429b (second user link antenna subsystem 3420) via a second set of power amplifiers 3725 and harmonic filters 3730. For example, in the first switching mode, the forward link transponder 3430 actually forms a signal path between the feeder link component receive element 3416 and the first user link component transmitter element 3429, and in the second switch mode, the forward link transponder 3430 actually forms the signal path between the same constituent receiving element 3416 of the feeder link and the second constituent transmitting element 3429 of the user link. Switches 4010 (SW) may be implemented using any suitable switching means such as an electromechanical switch, relay, transistor, etc. Although shown as switches 4010, other implementations may use any other suitable means to selectively connect the input of the forward link transponder 3430 to multiple outputs. For example, power amplifiers 3725 (eg, providing high gain in the on position and zero (or negative) gain in the off position) can be used as switches.

Как показано на ФИГ. 47B, транспондер 3440 обратной линии связи функционально повторяет транспондер 3430 прямой линии связи на ФИГ. 47А. Вместо избирательного подключения выходной стороны транспондера, как в случае с прямой линией связи на ФИГ. 47A, входную сторону транспондера 3440 обратной линии связи на ФИГ. 47B избирательно соединяют с одним из двух составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи. Опять же, каждый составляющий приемный элемент 3426 пользовательской линии связи может являться частью отдельной антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи (например, каждой части отдельного массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426 пользовательской линии связи). Как описано выше (например, на ФИГ. 44B), транспондер 3440 обратной линии связи может включать в себя некоторые или все МШУ 3705, преобразователи частоты и связанные фильтры 3710, канальные усилители 3715, устройства 3720 сдвига фазы, усилители 3725 мощности и фильтры 3730 гармоник.As shown in FIG. 47B, the reverse link transponder 3440 functionally replicates the forward link transponder 3430 in FIG. 47A. Instead of selectively connecting the output side of the transponder, as is the case with the forward link in FIG. 47A, the input side of the reverse link transponder 3440 of FIG. 47B is selectively coupled to one of two constituent user link receiver elements 3426. Again, each user link constituent receiver element 3426 may be part of a separate user link antenna subsystem 3420 (eg, each part of a separate array of cooperating user link receiver elements 3426). As described above (e.g., in FIG. 44B), the reverse link transponder 3440 may include some or all of the LNA 3705, frequency converters and associated filters 3710, channel amplifiers 3715, phase shifters 3720, power amplifiers 3725, and harmonic filters 3730. .

Транспондер 3440 обратной линии связи на ФИГ. 47В дополнительно содержит переключатели 4010 (переключатели обратной линии связи), которые избирательно соединяют транспондер либо с первым составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи (первой антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи) посредством первого набора МШУ 3705, либо со второй составляющей приемного элемента 3426 пользовательской линии связи (второй антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи) посредством второго набора МШУ 3705. Например, в первом режиме переключения транспондер 3440 обратной линии связи фактически формирует тракт прохождения сигнала между первым составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи; а во втором режиме переключения транспондер 3440 обратной линии связи по существу формирует тракт прохождения сигнала между вторым составляющим приемным элементом 3426 пользовательской линии связи и таким же составляющим передающим элементом 3419 фидерной линии связи. Переключатели 4010 могут быть реализованы с использованием любого подходящего средства переключения, такого как электромеханический переключатель, реле, транзистор и т.д. Хотя они показаны как переключатели 4010, 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 3705 (например, обеспечивающие высокий коэффициент усиления в положении «включено» и нулевой (или отрицательный) коэффициент усиления в положении «выключено»).The reverse link transponder 3440 in FIG. 47B further includes switches 4010 (reverse link switches) that selectively couple the transponder to either the first user-link receiver element 3426 (the first user-link antenna subsystem 3420) via the first set of LNA 3705 or the second user-link receiver element 3426 communication (second user link antenna subsystem 3420) via the second set of LNA 3705. For example, in the first switching mode, the reverse link transponder 3440 actually forms a signal path between the first user link constituent receiver element 3426 and the feeder link constituent transmitter element 3419; and in the second switching mode, the reverse link transponder 3440 essentially forms a signal path between the second user link receiver element 3426 and the same feeder link transmitter element 3419. Switches 4010 may be implemented using any suitable switching means such as an electromechanical switch, relay, transistor, etc. Although shown as switches 4010, other implementations may use any other suitable means to selectively connect the input of the forward link transponder 3430 to multiple outputs. For example, 3705 amplifiers (eg, providing high gain in the on position and zero (or negative) gain in the off position) can be used as switches.

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, какую антенную подсистему 3420 пользовательской линии связи активировать (например, какой набор пользовательских лучей излучать) в каждом из множества интервалов времени (например, временных промежутков). В некоторых случаях при переключении выделяется равное количество времени для множества антенных подсистем 3420 пользовательской линии связи (например, каждая из двух подсистем активируется приблизительно в течение половины этого времени). В других случаях переключение может использоваться для достижения целей распределения пропускной способности. Например, одна антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи может быть связана с пользователями с большим числом запросов, и для нее может выделяться большая часть времени в программе, тогда как другая антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи может быть связана с пользователями с меньшим числом запросов, и для нее может выделяться меньшая часть времени в программе.Examples of end-to-end relay 3403 may include a switch controller 4070 to selectively switch some or all of the switches 4010 (or other suitable selective connection means) in accordance with a switch program. For example, the switch program may be stored on the on-board storage device of the end-to-end relay 3403. In some cases, the switch program actually selects which user link antenna subsystem 3420 to activate (e.g., which set of user beams to emit) at each of a plurality of time intervals (e.g., time slots ). In some cases, switching is allocated an equal amount of time for multiple subscriber link antenna subsystems 3420 (eg, each of the two subsystems is activated for approximately half of this time). In other cases, switching may be used to achieve bandwidth allocation goals. For example, one user-link antenna subsystem 3420 may be associated with users with a higher number of requests and may be allocated most of the program time, while another user-link antenna subsystem 3420 may be associated with users with fewer requests, and a smaller part of the time in the program can be allocated for it.

На ФИГ. 48A и 48B показан пример зон 4100 и 4150 покрытия сквозного ретранслятора 3403, которые включают в себя множество избирательно активируемых зон 3460a, 3460b покрытия пользователя. Пример сквозного ретранслятора 503 аналогичен сквозным ретрансляторам, показанным на ФИГ. 38 и 39, за исключением 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 пользовательских лучей в любой заданный момент времени (например, транспондеры реализованы так, как показано на ФИГ. 47A и 47B). Например, в первый интервал времени, как показано на ФИГ. 48А, зона 3460a покрытия пользователя включает в себя пятьсот девяносто активных зон 519 покрытия пользовательских лучей. Активные зоны 519 покрытия пользовательских лучей фактически охватывают западную половину США. Зона 3450 покрытия AN (пул AN) является такой же, как на ФИГ. 38 и 39: область в восточной части США, содержащая 597 распределенных в ней AN 515. В первый интервал времени зона 3450 покрытия AN не перекрывается с активной зоной 3460 покрытия пользователя. Во второй интервал времени, как показано на ФИГ. 48В, зона 3460b покрытия пользователя включает в себя другие пятьсот девяносто активных зон 519 покрытия пользовательских лучей. Активные зоны 519 покрытия пользовательских лучей во второй интервал времени фактически охватывают восточную половину США. Зона 3450 покрытия AN не изменяется. Однако во второй интервал времени зона 3450 покрытия AN полностью перекрывается активной зоной 3460 покрытия пользователя (представляет собой ее подмножество). Пропускную способность можно гибко распределять по различным областям (например, между восточными и западными зонами покрытия пользователя) путем динамической регулировки соотношения времени, выделяемого соответствующим антенным подсистемам пользовательской линии связи.FIG. 48A and 48B show an example of coverage areas 4100 and 4150 of end-to-end repeater 3403, which include a plurality of selectively activated user coverage areas 3460a, 3460b. An example of an end-to-end repeater 503 is similar to the end-to-end repeaters shown in FIG. 38 and 39, except for different antenna subsystems. In this example, the user-link antenna subsystem 3420 includes two 9-meter user-link reflectors, and the transponders are configured to selectively activate only half of the user-beams at any given time (e.g., the transponders are implemented as shown in FIG. 47A and 47B). For example, in the first time interval, as shown in FIG. 48A, user coverage area 3460a includes five hundred and ninety active user beam coverage areas 519. User beam coverage active areas 519 actually cover the western half of the US. AN coverage area 3450 (AN pool) is the same as in FIG. 38 and 39: an area in the eastern US containing 597 ANs 515 distributed therein. In the first time interval, the AN coverage area 3450 does not overlap with the user's active coverage area 3460. In the second time interval, as shown in FIG. 48B, user coverage area 3460b includes another five hundred and ninety active user beam coverage areas 519. The active user beam coverage areas 519 in the second time slot actually cover the eastern half of the US. The AN coverage area 3450 does not change. However, in the second time interval, the AN coverage area 3450 is completely covered by the user's active coverage area 3460 (represents a subset of it). Capacity can be flexibly allocated to different areas (eg, between east and west user coverage areas) by dynamically adjusting the ratio of time allocated to the respective user link antenna subsystems.

Хотя предыдущий пример иллюстрирует две зоны покрытия пользователя с одинаковыми размерами, может обеспечиваться другое число зон покрытия пользователя (например, три или более), и они могут иметь разные размеры (например, покрытие всей поверхности Земли, только континентальной части США, только США, только региона 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. 45 и 46). В других случаях первая и вторая зоны покрытия пользователя не перекрываются (например, являются разнородными).Although the previous example illustrates two user coverage areas with the same dimensions, a different number of user coverage areas (e.g., three or more) may be provided and they may have different sizes (e.g., coverage of the entire surface of the Earth, continental US only, US only, only region, etc.). In cases with multiple user coverage areas 3460, user coverage areas 3460 may have any suitable geographic relationship. In some cases, the first and second user coverage areas 3460 partially overlap (eg, as shown in FIGS. 48A and 48B). In other cases, the second user coverage area 3460 may be a subset of the first user coverage area 3460 (eg, as shown in FIGS. 45 and 46). In other cases, the first and second user coverage areas do not overlap (eg, are heterogeneous).

На ФИГ. 47A-47B 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. 49 показан пример тракта 4200 прохождения прямого сигнала, в котором предусмотрена избирательная активация множества антенных подсистем 3420 пользовательской линии связи и множества антенных подсистем 3410 фидерной линии связи. Тракт прохождения сигнала включает в себя транспондер 3430 прямой линии связи, подсоединенный между составляющими антенными элементами. Как описано выше, транспондер 3430 прямой линии связи может включать в себя некоторые или все МШУ 3705, преобразователи частоты и связанные фильтры 3710, канальные усилители 3715, устройства 3720 сдвига фазы, усилители 3725 мощности и фильтры 3730 гармоник. Входная сторона транспондера 3430 прямой линии связи избирательно соединяется с одним из двух составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи (например, с использованием переключателей 4010a и 4010b или любого другого подходящего средства выбора тракта). Каждый составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи может быть частью отдельной антенной подсистемы 3410 фидерной линии связи (например, каждой из частей отдельного массива взаимодействующих составляющих приемных элементов 3416 фидерной линии связи). Выходная сторона транспондера 3430 прямой линии связи избирательно соединяется с одним из двух составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи (например, с использованием переключателей 4010с и 4010d или любого другого подходящего средства выбора тракта). Каждый составляющий передающий элемент 3429 пользовательской линии связи может быть частью отдельной антенной подсистемы 3420 пользовательской линии связи (например, каждой частью отдельного массива взаимодействующих составляющих передающих элементов 3429 пользовательской линии связи). Один или более контроллеров переключения (не показаны) могут быть включены в сквозной ретранслятор 3403 для выбора между некоторыми или всеми из четырех возможных трактов прохождения сигнала, обеспечиваемых транспондером 3430 прямой линии связи. Транспондеры на ФИГ. 47А, 47В и 49 предназначены только для иллюстрации нескольких из множества возможных случаев. Более того, в некоторых случаях может использоваться выбор тракта между более чем двумя антенными подсистемами 3420 пользовательской линии связи и/или более чем двумя антенными подсистемами 3410 фидерной линии связи. Аналогичным образом, выбор дополнительного тракта может быть возможен в случаях, когда антенная подсистема 3420 пользовательской линии связи и/или составляющий приемный элемент 3416 фидерной линии связи имеют отдельные отражатели для передачи и приема или т.п.FIG. 47A-47B describe user link side signal path selection. However, in some cases, alternatively or additionally, switching of the signal path from the feeder link side is used. FIG. 49 shows an example of a forward signal path 4200 that selectively activates multiple user link antenna subsystems 3420 and multiple feeder link antenna subsystems 3410. The signal path includes a forward link transponder 3430 coupled between the constituent antenna elements. As described above, the forward link transponder 3430 may include some or all of the LNA 3705, frequency converters and associated filters 3710, channel amplifiers 3715, phase shifters 3720, power amplifiers 3725, and harmonic filters 3730. The input side of the forward link transponder 3430 is selectively coupled to one of the two constituent feeder link receiver elements 3416 (eg, using switches 4010a and 4010b or any other suitable path selection means). Each component feeder link receiver element 3416 may be part of a separate feeder link antenna subsystem 3410 (eg, each part of a separate array of cooperating feeder link receiver elements 3416). The output side of the forward link transponder 3430 is selectively coupled to one of the two constituent user link transmission elements 3429 (eg, using switches 4010c and 4010d or any other suitable path selection means). Each user link component transmitter element 3429 may be part of a separate user link antenna subsystem 3420 (eg, each part of a separate array of cooperating user link component transmitter elements 3429). One or more switch controllers (not shown) may be included in the end-to-end relay 3403 to select between some or all of the four possible signal paths provided by the forward link transponder 3430. The transponders in FIG. 47A, 47B and 49 are only intended to illustrate a few of the many possible cases. Moreover, path selection between more than two user link antenna subsystems 3420 and/or more than two feeder link antenna subsystems 3410 may be used in some cases. Similarly, selection of an additional path may be possible in cases where the user link antenna subsystem 3420 and/or feeder link constituent receive element 3416 have separate reflectors for transmit and receive, or the like.

Аналогичным образом, также может быть предусмотрено множество зон покрытия AN. В качестве одного примера может быть желательно остановить трафик конкретных географических областей в соответствующих им областях. Например, сквозной ретранслятор 3403 с парными транспондерами или без них, как проиллюстрированные на ФИГ. 49, может обслуживать первую зону 3450 покрытия AN и первую зону 3460 покрытия пользователя, обе в Северной Америке, и вторую зону 3450 покрытия AN и вторую зону 3460 покрытия пользователя, обе в Южной Америке. В случае использования выбора тракта (например, переключения) в транспондерах один сквозной ретранслятор 3403 (например, один спутник) может обслуживать трафик, связанный с зоной 3460 покрытия пользователя в Северной Америке, с использованием AN 515 в зоне 3450 покрытия AN в Северной Америке и обслуживать трафик, связанный с зоной 3460 покрытия пользователя в Южной Америке, с использованием AN 515 в зоне 3450 покрытия AN в Южной Америке. Пропускную способность можно гибко распределять по различным областям (например, между зонами покрытия пользователя в Северной и Южной Америках) путем динамического регулирования соотношения времени, выделяемого для соответствующих антенных подсистем.Similarly, a plurality of AN coverage areas may also be provided. As one example, it may be desirable to stop the traffic of specific geographic areas in their respective areas. For example, an end-to-end repeater 3403 with or without paired transponders as illustrated in FIG. 49 can serve a first AN coverage area 3450 and a first user coverage area 3460, both in North America, and a second AN coverage area 3450 and a second user coverage area 3460, both in South America. In the case of path selection (eg, switching) in the transponders, one end-to-end repeater 3403 (eg, one satellite) can serve traffic associated with a user coverage area 3460 in North America using AN 515 in an AN coverage area 3450 in North America and serve traffic associated with user coverage area 3460 in South America using AN 515 in AN coverage area 3450 in South America. Bandwidth can be flexibly allocated to different areas (eg, between user coverage areas in the Americas) by dynamically adjusting the ratio of time allocated to the respective antenna subsystems.

В общем случае характеристики сквозного ретранслятора 3403, описанного на ФИГ. 41, позволяют обслуживать по меньшей мере одну зону 519 покрытия пользовательских лучей, отличную от по меньшей мере одной зоны 3450 покрытия AN. В некоторых случаях обособленное обслуживание зоны покрытия может обеспечивать использование пулов AN для обеспечения высокой пропускной способности для большой зоны 3460 покрытия пользователя. На ФИГ. 45, 46, 48A и 48B показаны различные примеры таких реализаций пула AN. Развертывание большого числа AN 515 в относительно небольшой географической зоне может обеспечивать ряд характеристик. Например, может быть легче обеспечить развертывание большего числа (или даже всех) AN 515 ближе к высокоскоростной сети (например, в регионе с возможностью хорошего оптоволоконного соединения с CPS 505) в пределах границ одной страны или региона, на суше и т.д. с меньшим отклонением от идеального распределения AN 515. Реализация обособленного обслуживания зон покрытия с выбором тракта (например, как на ФИГ. 47А-47В) может обеспечивать дополнительные характеристики. Например, как описано выше, для избирательного обслуживания множества зон 3460 покрытия пользователя может использоваться один пул AN (и один сквозной ретранслятор 3403). Аналогичным образом, один сквозной ретранслятор 3403 может использоваться для различения и обслуживания трафика по регионам.In general, the characteristics of the end-to-end repeater 3403 described in FIG. 41 allow at least one user beam coverage area 519 other than at least one AN coverage area 3450 to be served. In some cases, siloed coverage area service may enable the use of AN pools to provide high throughput for a large user coverage area 3460 . FIG. 45, 46, 48A and 48B show various examples of such AN pool implementations. Deploying a large number of AN 515s in a relatively small geographic area can provide a number of characteristics. For example, it may be easier to ensure that more (or even all) AN 515s are deployed closer to a high speed network (e.g., in a region with good fiber connectivity to CPS 505) within the borders of the same country or region, on land, etc. with less deviation from the ideal distribution of AN 515. Implementation of separate service coverage areas with path selection (eg, as in FIGS. 47A-47B) may provide additional performance. For example, as described above, one AN pool (and one end-to-end repeater 3403) can be used to selectively serve multiple user coverage areas 3460 . Likewise, a single end-to-end relay 3403 may be used to differentiate and serve traffic across regions.

В некоторых случаях обособленное обслуживание зон покрытия с выбором тракта может обеспечивать различные функции управления помехами и/или управления пропускной способностью. Например, как показано на ФИГ. 48А и 48В, можно рассматривать четыре категории линий связи: связь по прямой линии связи от пула AN до западной активной зоны 3460 покрытия пользователя на ФИГ. 48A («линия связи A»); связь по прямой линии связи от пула AN до восточной активной зоны 3460 покрытия пользователя на ФИГ. 48В («линия связи В»); связь по обратной линии связи от западной активной зоны 3460 покрытия пользователя на ФИГ. 48A до пула AN («линия связи С»); и связь по обратной линии связи от восточной активной зоны 3460 покрытия пользователя на ФИГ. 48В до пула AN («линия связи D»). В первом интервале времени активна восточная зона 3460 покрытия пользователя на ФИГ. 48B, так что связь осуществляется по линии связи B и линии связи D. Поскольку существует полное перекрытие между зоной 3450 покрытия AN и восточной зоной 3460 покрытия пользователя, между линиями связи B и D потенциально могут возникать помехи. Соответственно, в первый интервал времени для линии связи B 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). В первый второй интервал активна западная зона 3460 покрытия пользователя на ФИГ. 48А, так что связь осуществляется по линии связи А и линии связи С. Поскольку между зоной 3450 покрытия AN и западной зоной 3460 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 восходящей линии связи могут приниматься с использованием первого диапазона частот, а обратные сигналы восходящей линии связи могут приниматься с использованием второго диапазона частот, отличного от первого диапазона частот; а во второй интервал времени прямые сигналы восходящей линии связи и обратные сигналы 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 B и D выделяется меньшая ширина полосы в течение большего периода времени, чтобы по меньшей мере частично компенсировать выделение для линий связи A и C большей ширины полосы в течение более короткого периода времени.In some cases, separate path selection coverage area services may provide different interference management and/or bandwidth management functions. For example, as shown in FIG. 48A and 48B, four categories of links can be considered: forward link communication from the AN pool to the western user coverage core 3460 in FIG. 48A ("Link A"); direct link communication from the AN pool to the eastern core 3460 of user coverage in FIG. 48B ("link B"); reverse link communication from the western core 3460 of user coverage in FIG. 48A to pool AN ("link C"); and reverse link communication from the east core 3460 of user coverage in FIG. 48V to AN pool ("link D"). In the first time interval, the eastern user coverage area 3460 in FIG. 48B such that communication occurs over link B and link D. Since there is complete overlap between AN coverage area 3450 and east user coverage area 3460, interference can potentially occur between links B and D. Accordingly, in the first time slot, link B may be allocated a first portion of the bandwidth (eg, 2 GHz), and link D may be allocated a second portion of the bandwidth (eg, 1.5 GHz). In the first second interval, the western user coverage area 3460 of FIG. 48A so that communication is on link A and link C. Since there is no overlap between AN coverage area 3450 and user coverage area 3460 west, the full bandwidth can be used in the second slot between links A and C (e.g., 3, 5 GHz) of the end-to-end relay 3403. For example, in a first time slot, forward uplink signals may be received using a first frequency band, and return uplink signals may be received using a second frequency band different from the first frequency band; and in the second time slot, forward uplink signals and reverse uplink signals may be received using the same frequency band (eg, first, second, or other frequency band). In some cases, frequency reuse may be implemented in both the first and second time slots using other first time slot interference suppression techniques. In some cases, path selection timing may be chosen to compensate for such differences in bandwidth allocation over different time slots. For example, the first time slot may be longer than the second time slot so that links B and D are allocated less bandwidth for a longer period of time to at least partially offset the allocation of more bandwidth to links A and C for a shorter time period. period of time.

В некоторых случаях первые обратные сигналы восходящей линии связи принимаются в первый интервал времени с помощью множества взаимодействующих составляющих приемных элементов 3426a пользовательской линии связи от первой части множества пользовательских терминалов 517, географически распределенных по всей первой зоне покрытия пользователя (например, восточной зоне 3460 покрытия пользователя) или по ее некоторой части, а вторые обратные сигналы 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 покрытия пользователя (например, западной зоне 3460 покрытия пользователя) или по ее некоторой части. Когда зона 3450 покрытия AN (пул AN) представляет собой подмножество первой зоны покрытия пользователя (например, как проиллюстрировано на ФИГ. 48A и 48B), синхронизация AN может быть откалибрована с помощью сквозного ретранслятора 3403 в первый интервал времени (например, когда существует перекрытие между зоной 3460 покрытия пользователя и зоной 3450 покрытия AN).In some cases, the first reverse uplink signals are received in a first time slot by a plurality of cooperating user link receiver elements 3426a from a first portion of a plurality of user terminals 517 geographically distributed throughout the first user coverage area (e.g., east user coverage area 3460) or some portion thereof, and the second uplink return signals are received in a second time interval by a plurality of cooperating user link receiver elements 3426b from a second portion of a plurality of user terminals 517 geographically distributed throughout a second user coverage area (e.g., the western area 3460 user coverage) or some part of it. When the AN coverage area (AN pool) 3450 is a subset of the first user coverage area (eg, as illustrated in FIGS. 48A and 48B), the AN timing can be calibrated by the end-to-end relay 3403 in the first time slot (eg, when there is overlap between user coverage area 3460 and AN coverage area 3450).

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 координированной 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 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 могут использоваться только в интервалы времени, во время которых существует некоторое перекрытие между зоной 3450 покрытия 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.As described above, some cases may include determining an appropriate relative timing adjustment for each of the plurality of ANs 515 such that the associated transmissions from the plurality of ANs 515 reach the end-to-end relay 3403 in synchrony (e.g., with a sufficient degree of coordinated timing relative to the symbol duration that, as typically represents a fraction of the duration of the symbol, such as 10%, 5%, 2%, or other suitable value). In such cases, direct uplink signals are transmitted by multiple ANs 515 according to respective relative timing adjustments. In some such cases, a beacon timing signal (e.g., a PN signal generated by a beacon generator as described above) is received by at least some of the plurality of ANs 515 from the end-to-end relay 3403, and the corresponding relative timing adjustments are determined in accordance with the beacon timing signal. In other such cases, some or all of the ANs 515 may receive loopback transmissions from the end-to-end relay 3403, and the appropriate relative timing adjustments are determined in accordance with the loopback transmissions. The use of different approaches to AN 515 calibration may depend on the ability of the AN 515 to communicate with the end-to-end repeater 3403. Accordingly, in some cases, the AN 515 calibration can only be performed at time intervals during which the corresponding coverage areas are illuminated. For example, loopback transmissions may only be used during time slots during which there is some overlap between AN coverage area 3450 and user coverage area 3460 (e.g., ANs 515 communicate over a looped beam that can use both feeder link antenna subsystem 3410 and and the end-to-end repeater user-link antenna subsystem 3420 3403). In some cases, correct calibration may further depend on some overlap between the feeder downlink frequency band and the user downlink frequency band.

ЗаключениеConclusion

Хотя раскрытый способ и устройство описаны выше в контексте различных примеров, случаев и реализаций, 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.Although the disclosed method and apparatus have been described above in the context of various examples, cases, and implementations, it should be understood that the specific features, aspects, and functionality described in one or more of the individual examples may be applicable to other examples. Thus, the scope and scope of the claimed invention is not limited to any of the above examples, but is defined by the claims.

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.Terms and phrases used in this document, as well as their variations, unless expressly stated otherwise, should be considered non-limiting and not limiting. As examples of the above: the term "including" is used to mean "including, without limitation" or the like; the term "example" is used to provide examples of the implementation of the description element, but not an exhaustive or limiting list; terms in the singular are used to mean "at least one", "one or more", or the like.

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.In the text of the description, the term "connect" or "connected" is used in a broad sense to refer to either a physical or electrical (including wireless) connection between components. In some cases, the first component may be connected to the second component through an intermediate third component placed between the first and second components. For example, components can be connected via direct connections, matching circuits, amplifiers, attenuators, filters, DC blocks, AC blocks, and so on.

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.If a group of objects is connected by the conjunction "and", this does not mean that all and each of these objects must be present in the group, but means that the group includes all objects or any subset of them, unless otherwise expressly indicated. Similarly, a group of objects linked by "or" should not be interpreted as requiring mutual exclusivity of the objects in the group, but should be interpreted as including all or any subset of the objects unless expressly stated otherwise. Moreover, while the objects, elements, or components of the disclosed method and apparatus may be described or claimed in the singular, the plural is intended to be included within their scope unless limited to the singular is explicitly stated.

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.The presence of expanding words and phrases such as "one or more", "at least" or other similar phrases in some cases does not mean that, in cases where such expanding phrases may be absent, a narrower meaning is assumed or required.

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.Although reference numerals may be included in the claims, they are provided solely for the function of facilitating the understanding of the claims, and the inclusion (or exclusion) of reference numerals should not be construed as limiting the scope of the subject matter covered by the claims.

Claims (42)

1. Способ предоставления услуги связи пользовательским терминалам (517), распределенным по зоне (3460) покрытия пользователя, посредством сквозного ретранслятора (503, 1202, 1502, 3403), содержащего множество трактов (1702) приема/передачи обратного сигнала, причем способ включает в себя:1. A method for providing a communication service to user terminals (517) distributed over a user coverage area (3460) by means of an end-to-end repeater (503, 1202, 1502, 3403) containing a plurality of paths (1702) for receiving/transmitting a reverse signal, the method including: myself: прием на множестве узлов (515) доступа в географически распределенных местоположениях соответствующих обратных сигналов (527) нисходящей линии связи от сквозного ретранслятора, причем каждый из соответствующих обратных сигналов нисходящей линии связи содержит обратные потоки (535) пользовательских данных, передаваемые от множества пользовательских терминалов и ретранслируемые сквозным ретранслятором, для формирования комбинированного обратного сигнала (907);receiving at a plurality of access nodes (515) at geographically dispersed locations respective reverse downlink signals (527) from an end-to-end relay, each of the respective reverse downlink signals comprising reverse user data streams (535) transmitted from a plurality of user terminals and relayed end-to-end repeater, to form a combined return signal (907); определение матрицы (937) весовых коэффициентов обратного луча для сквозного формирования лучей, передаваемых от множества зон (519) покрытия обратных пользовательских лучей на множество узлов доступа посредством сквозного ретранслятора;determining a matrix (937) of return beam weights for end-to-end beamforming transmitted from a plurality of return user beam coverage areas (519) to a plurality of access nodes via an end-to-end repeater; 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 (911), связанных с каждой из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей; иapplying to each of the respective combined returns signals respective beamforming weights from the return beam weight matrix to obtain a respective set of weighted combined returns (911) associated with each of the plurality of return user beam coverage areas; And комбинирование для каждой из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей соответствующего множества взвешенных комбинированных обратных сигналов для получения сигнала (915) 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 множеством узлов доступа до комбинирования.combining, for each of the plurality of return user beam coverage areas, a respective plurality of weighted combined returns to obtain a return beam signal (915) associated with each of the plurality of return user beam coverage areas, wherein the corresponding set of weighted combined returns are adjusted to compensate for the respective propagation delays signal and phase shifts between the end-to-end repeater and multiple access nodes prior to combining. 2. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:2. The method of claim 1, further comprising: прием на множестве узлов доступа сигнала радиомаяка ретранслятора, передаваемого от сквозного ретранслятора; иreceiving, at a plurality of access points, a relay beacon signal transmitted from an end-to-end relay; And демодулирование соответствующих принятых сигналов радиомаяка ретранслятора для получения соответствующей информации (2520) о синхронизации при приеме,demodulating the respective received repeater beacon signals to obtain the appropriate receive timing information (2520), причем коррекция соответствующих задержек распространения сигнала по меньшей мере частично основана на соответствующей информации о синхронизации при приеме.wherein the correction of the respective propagation delays is based at least in part on the respective receive timing information. 3. Способ по п. 2, который дополнительно включает в себя: определение для множества узлов доступа соответствующих значений регулировки (2512, 2513) синхронизации при приеме и соответствующей регулировки (2512, 2514) фазы при приеме для компенсации искажения в канале нисходящей линии связи по меньшей мере частично на основе сравнения соответствующих принятых сигналов радиомаяка ретранслятора с соответствующими локальными эталонными сигналами.3. The method of claim 2, which further includes: determining, for the plurality of access nodes, respective receive timing adjustment (2512, 2513) and corresponding receive phase adjustment (2512, 2514) to compensate for downlink channel distortion over based at least in part on a comparison of the respective received relay beacon signals with the respective local reference signals. 4. Способ по п. 3, дополнительно включающий в себя: регулировку синхронизации соответствующих комбинированных обратных сигналов на основе соответствующих значений регулировки синхронизации при приеме.4. The method of claim 3, further comprising: adjusting the timing of the respective combined return signals based on the respective receive timing adjustment values. 5. Способ по п. 3 или 4, дополнительно включающий в себя: регулировку фазы соответствующих комбинированных обратных сигналов на основе соответствующих значений регулировки фазы при приеме.5. The method of claim 3 or 4, further comprising: adjusting the phase of the respective combined return signals based on the respective receive phase adjustment values. 6. Способ по любому одному из пп. 2-5, в котором демодулирование выполняется на множестве узлов доступа.6. The method according to any one of paragraphs. 2-5, in which demodulation is performed on a plurality of access nodes. 7. Способ по любому одному из пп. 2-6, в котором сигнал радиомаяка ретранслятора содержит код (2307) псевдошума (PN).7. The method according to any one of paragraphs. 2-6, in which the repeater beacon signal contains a pseudonoise (PN) code (2307). 8. Способ по любому одному из пп. 2-7, в котором сигнал радиомаяка ретранслятора содержит информацию о синхронизации кадра.8. The method according to any one of paragraphs. 2-7, in which the repeater beacon signal contains frame timing information. 9. Способ по любому одному из пп. 1-8, дополнительно включающий в себя:9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, further comprising: мультиплексирование на множестве узлов доступа соответствующих комбинированных обратных сигналов и соответствующей информации о времени синхронизации для получения соответствующих мультиплексированных комбинированных обратных сигналов; иmultiplexing at a plurality of access nodes the respective combined reverse signals and the corresponding timing information to obtain the respective multiplexed combined reverse signals; And направление от множества узлов доступа соответствующих мультиплексированных комбинированных обратных сигналов на формирователь (531) обратных лучей для применения.directing from the plurality of access nodes the respective multiplexed combined return signals to the return beam generator (531) for application. 10. Способ по любому одному из пп. 1-9, в котором коррекция соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы включает в себя согласование частей соответствующих комбинированных обратных сигналов нисходящей линии связи с одинаковой синхронизацией при передаче от сквозного ретранслятора до применения.10. The method according to any one of paragraphs. 1-9, wherein correcting the respective propagation delays and phase shifts includes matching portions of the respective combined reverse downlink signals with the same timing on transmission from the end-to-end repeater prior to application. 11. Способ по любому одному из пп. 1-10, в котором коррекция соответствующих задержек распространения сигнала и сдвигов фазы включает в себя согласование для каждой из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей частей соответствующего множества взвешенных комбинированных обратных сигналов с одинаковой синхронизацией при передаче от сквозного ретранслятора до комбинирования.11. The method according to any one of paragraphs. 1-10, wherein correcting the respective propagation delays and phase shifts includes negotiating, for each of the plurality of return user beam coverage areas, portions of the respective plurality of weighted combined returns with the same timing from the end-to-end relay prior to combining. 12. Способ по любому одному из пп. 1-11, дополнительно включающий в себя: демодулирование каждого из сигналов обратного луча для получения потока (534) данных обратного луча, связанного с каждой из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей.12. The method according to any one of paragraphs. 1-11, further including: demodulating each of the return beam signals to obtain a return beam data stream (534) associated with each of the plurality of return user beam coverage areas. 13. Способ по п. 12, дополнительно включающий в себя: демультиплексирование каждого из потоков данных обратного луча в соответствующие обратные потоки (535) пользовательских данных, связанные с соответствующими обратными сигналами (525) восходящей линии связи, передаваемыми от множества пользовательских терминалов.13. The method of claim 12, further comprising: demultiplexing each of the return beam data streams into respective reverse user data streams (535) associated with respective return uplink signals (525) transmitted from a plurality of user terminals. 14. Способ по любому одному из пп. 1-13, в котором каждый из обратных сигналов восходящей линии связи от множества пользовательских терминалов включен во множество соответствующих обратных сигналов нисходящей линии связи.14. The method according to any one of paragraphs. 1-13, in which each of the return uplink signals from a plurality of user terminals is included in a set of corresponding return downlink signals. 15. Способ по любому одному из пп. 1-14, в котором каждый из множества пользовательских терминалов передает соответствующий обратный сигнал восходящей линии связи посредством множества трактов приема/передачи обратного сигнала сквозного ретранслятора.15. The method according to any one of paragraphs. 1-14, wherein each of the plurality of user terminals transmits a respective uplink return signal via a plurality of end-to-end relay return signal receive/transmit paths. 16. Способ по любому одному из пп. 1-15, в котором множество узлов доступа распределено по зоне (3450) покрытия узла доступа, соответствующей зоне покрытия антенны фидерной линии связи сквозного ретранслятора.16. The method according to any one of paragraphs. 1-15, wherein a plurality of access nodes are distributed over the coverage area (3450) of the access node corresponding to the coverage area of the feeder link antenna of the end-to-end repeater. 17. Способ по п. 16, в котором множество зон покрытия обратных пользовательских лучей содержит зону покрытия пользователя, и причем зона покрытия узла доступа по меньшей мере частично перекрывается с зоной покрытия пользователя.17. The method of claim 16, wherein the plurality of return user beam coverage areas comprise a user coverage area, and wherein the access node coverage area at least partially overlaps with the user coverage area. 18. Способ по любому одному из пп. 1-17, в котором два или более из множества узлов доступа размещены в пределах одной из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей.18. The method according to any one of paragraphs. 1-17, wherein two or more of the plurality of access nodes are located within one of the plurality of return user beam coverage areas. 19. Способ по любому одному из пп. 1-18, в котором по меньшей мере одна из множества зон покрытия обратных пользовательских лучей охватывает зону, в которой не размещен узел доступа.19. The method according to any one of paragraphs. 1-18, wherein at least one of the plurality of return user beam coverage areas covers an area in which no access point is located. 20. Способ по любому одному из пп. 1-19, в котором множество узлов доступа содержит первое число узлов доступа, а сквозной ретранслятор содержит второе число трактов приема/передачи обратного сигнала, причем первое число отличается от второго числа.20. The method according to any one of paragraphs. 1-19, in which the plurality of access nodes contains the first number of access nodes, and the end-to-end relay contains the second number of paths for receiving/transmitting the return signal, the first number being different from the second number. 21. Способ по п. 20, в котором первое число больше второго числа.21. The method of claim 20, wherein the first number is greater than the second number. 22. Способ по п. 20 или 21, в котором множество зон покрытия обратных пользовательских лучей содержит третье число зон покрытия обратных пользовательских лучей, и причем третье число отличается от первого числа.22. The method of claim 20 or 21, wherein the plurality of return user beam coverage areas comprises a third number of return user beam coverage areas, and wherein the third number is different from the first number. 23. Способ по любому одному из пп. 1-22, в котором множество пользовательских терминалов передает обратные сигналы восходящей линии связи в диапазоне частот обратной восходящей линии связи, а сквозной ретранслятор ретранслирует обратные сигналы восходящей линии связи посредством трактов приема/передачи обратного сигнала на множество узлов доступа, в которых используется диапазон частот обратной нисходящей линии связи, и причем диапазон частот обратной нисходящей линии связи отличается от диапазона частот обратной восходящей линии связи.23. The method according to any one of paragraphs. 1-22, in which the plurality of user terminals transmits reverse uplink signals in the reverse uplink frequency band, and the end-to-end relay relays the reverse uplink signals via reverse signal transmission/reception paths to the plurality of access nodes using the reverse uplink frequency band. downlink, and wherein the reverse downlink frequency band is different from the reverse uplink frequency band. 24. Способ по любому одному из пп. 1-23, в котором сквозной ретранслятор представляет собой спутник.24. The method according to any one of paragraphs. 1-23, in which the end-to-end relay is a satellite. 25. Способ по любому одному из пп. 1-24, в котором соответствующие комбинированные сигналы обратной линии связи содержат множество модулированных сигналов, принимаемых в разных подполосах частот.25. The method according to any one of paragraphs. 1-24, wherein the respective combined reverse link signals comprise a plurality of modulated signals received on different subbands. 26. Способ по п. 25, в котором множество зон покрытия обратных пользовательских лучей содержит множество подмножеств зон покрытия обратных пользовательских лучей, связанных с разными подполосами частот.26. The method of claim 25, wherein the plurality of return user beam coverage areas comprises a plurality of subsets of return user beam coverage areas associated with different frequency subbands. 27. Способ по п. 26, в котором каждое из множества подмножеств зон покрытия обратных пользовательских лучей содержит множество не перекрывающихся зон покрытия обратных пользовательских лучей.27. The method of claim 26, wherein each of the plurality of subsets of return user beam coverage areas comprises a plurality of non-overlapping return user beam coverage areas. 28. Способ по п. 25 или 26, в котором ширина полосы для каждой из разных подполос частот превышает или равна 500 МГц.28. The method of claim 25 or 26, wherein the bandwidth for each of the different subbands is greater than or equal to 500 MHz. 29. Способ по любому одному из пп. 1-28, в котором матрица весовых коэффициентов обратного луча имеет размеры, соответствующие числу множества зон покрытия обратных пользовательских лучей и числу множества узлов доступа.29. The method according to any one of paragraphs. 1-28, wherein the return beam weight matrix has dimensions corresponding to the number of the set of return user beam coverage areas and the number of the set of access nodes. 30. Способ по любому одному из пп. 1-29, в котором матрица весовых коэффициентов обратного луча определяется на основе матрицы излучения обратной восходящей линии связи, имеющей размеры, соответствующие числу множества зон покрытия обратных пользовательских лучей и числу множества трактов приема/передачи обратного сигнала, и матрицы излучения обратной нисходящей линии связи, имеющей размеры, соответствующие числу множества трактов приема/передачи обратного сигнала и числу множества узлов доступа.30. The method according to any one of paragraphs. 1-29, wherein the return beam weight matrix is determined based on a reverse uplink emission matrix having dimensions corresponding to the number of a plurality of reverse user beam coverage areas and the number of a plurality of reverse signal receive/transmit paths, and a reverse downlink emission matrix, having dimensions corresponding to the number of multiple paths for receiving/transmitting the return signal and the number of multiple access nodes. 31. Способ по п. 30, в котором матрица весовых коэффициентов обратного луча определяется на основе матрицы полезной нагрузки в обратном направлении сквозного ретранслятора, имеющей размеры, соответствующие числу множества трактов приема/передачи обратного сигнала.31. The method of claim 30, wherein the return beam weight matrix is determined based on the end-to-end relay return payload matrix having dimensions corresponding to the number of a plurality of return signal receive/transmit paths. 32. Способ по п. 31, в котором матрица весовых коэффициентов обратного луча определяется как произведение матрицы излучения обратной восходящей линии связи, матрицы полезной нагрузки в обратном направлении и матрицы излучения обратной нисходящей линии связи.32. The method of claim 31, wherein the return beam weight matrix is defined as the product of the reverse uplink emission matrix, the reverse payload matrix, and the reverse downlink emission matrix. 33. Способ по п. 31, в котором матрица полезной нагрузки в обратном направлении содержит диагональную матрицу.33. The method of claim 31, wherein the reverse payload matrix comprises a diagonal matrix.
RU2019139727A 2015-04-10 2019-12-05 Beamformer for through beamforming communication system RU2791991C2 (en)

Applications Claiming Priority (14)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562145804P 2015-04-10 2015-04-10
US201562145810P 2015-04-10 2015-04-10
US62/145,804 2015-04-10
US62/145,810 2015-04-10
US201562164456P 2015-05-20 2015-05-20
US62/164,456 2015-05-20
US201662278368P 2016-01-13 2016-01-13
US62/278,368 2016-01-13
US201662298911P 2016-02-23 2016-02-23
US62/298,911 2016-02-23
US201662312342P 2016-03-23 2016-03-23
US62/312,342 2016-03-23
US201662314921P 2016-03-29 2016-03-29
US62/314,921 2016-03-29

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019121097A Division RU2709492C1 (en) 2015-04-10 2016-04-08 Beam shaper for communication system with through formation of beams

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2019139727A RU2019139727A (en) 2021-06-07
RU2791991C2 true RU2791991C2 (en) 2023-03-15

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5619503A (en) * 1994-01-11 1997-04-08 Ericsson Inc. Cellular/satellite communications system with improved frequency re-use
US6016124A (en) * 1997-04-07 2000-01-18 Nortel Networks Corporation Digital beamforming in a satellite communication system
RU2388161C2 (en) * 2005-05-18 2010-04-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Efficient support for antenna pattern formation, with duplex time division through forced frequency hopping and control signal transmission upon request
KR101268480B1 (en) * 2011-05-20 2013-06-04 인하대학교 산학협력단 End-to-End level SVD transmission scheme in a multi-user MIMO Relay System
US8923756B1 (en) * 2010-03-19 2014-12-30 RKF Engineering Solutions, LLC Calibration of amplitude and phase

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5619503A (en) * 1994-01-11 1997-04-08 Ericsson Inc. Cellular/satellite communications system with improved frequency re-use
US6016124A (en) * 1997-04-07 2000-01-18 Nortel Networks Corporation Digital beamforming in a satellite communication system
RU2388161C2 (en) * 2005-05-18 2010-04-27 Квэлкомм Инкорпорейтед Efficient support for antenna pattern formation, with duplex time division through forced frequency hopping and control signal transmission upon request
US8923756B1 (en) * 2010-03-19 2014-12-30 RKF Engineering Solutions, LLC Calibration of amplitude and phase
KR101268480B1 (en) * 2011-05-20 2013-06-04 인하대학교 산학협력단 End-to-End level SVD transmission scheme in a multi-user MIMO Relay System

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2731627C1 (en) Satellite for through beam direct formation
AU2019283883B2 (en) System for End-to-End Beamforming with Multi-Frequency Access Nodes
RU2791991C2 (en) Beamformer for through beamforming communication system
RU2805479C2 (en) Satellite for end-to-end formation of direct beam
RU2737436C1 (en) Techniques of application of clusters of access nodes during end-to-end beam formation
NZ769423B2 (en) System and method for return end-to-end beamforming
NZ769436B2 (en) Method for forward end-to-end beamforming
NZ769423A (en) System and method for return end-to-end beamforming
点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载