本发明专利技术公开了一种端到端波束成形系统(500)，该端到端波束成形系统包括端到端中继器(503,1202,3403)和地面网络(502)，以向位于用户波束覆盖区域(519)中的用户终端(517)提供通信。地面段可包括在地理上分布的接入节点(515)和中央处理系统(505)。从用户终端传输的返回上行链路信号(525)具有由多个接收/传输信号路径(1702)在端到端中继器中引发的多路径并且被中继到地面网络。地面网络使用波束成形器(513,531)恢复由用户终端从返回下行链路信号(527)传输的用户数据流。地面网络使用波束成形器(513,529)根据用户数据流的适当加权组合来生成前向上行链路信号(521)，所述用户数据流在由端到端中继器中继后，产生前向下行链路信号(522)，该前向下行链路信号组合以形成用户波束。成用户波束。成用户波束。
【技术实现步骤摘要】
端到端波束成形系统、卫星及其通信方法
[0001]本专利技术所公开的系统、方法和设备涉及在系统中使用端到端中继器的端到端波束成形。
技术介绍
[0002]无线通信系统诸如卫星通信系统提供了可以将包括音频、视频和各种其他种类数据的数据从一个位置传送到另一个位置的方式。信息源自于第一站点诸如第一基于地面的站点，并且被传输到无线中继器诸如通信卫星。由无线中继器所接收的信息被重新传输到第二站点诸如第二基于地面的站点。在一些无线中继通信系统中，第一站点或第二站点(或两者)被安装在运输工具诸如空中运输工具、水上运输工具或陆上运输工具上。可仅在一个方向上(例如，仅从第一基于地面的站点向第二基于地面的站点)传输信息，或者可在两个方向上(例如，还从第二基于地面的站点向第一基于地面的站点)传输信息。
[0003]在其中无线中继器为卫星的无线中继通信系统中，卫星可为对地静止卫星，在这种情况下，卫星的轨道与地球的旋转同步，从而使卫星的覆盖区域相对于地球保持基本上静止。在其他情况下，卫星在围绕地球的轨道上，这导致卫星的覆盖区域在卫星穿过其轨道路径时在地球表面上移动。
[0004]可以通过使用被成形为将信号聚焦成窄波束的天线来导引针对第一站点导入或导出的信号。此类天线通常具有抛物面形状的反射器以聚焦波束。
[0005]在一些情况下，可以通过调节从相控阵列天线的若干元件传输、接收或其两者的信号的增益和相位(或时间延迟)来以电子方式形成波束。可以通过适当地选择由相控阵列天线的每个元件传输和/或接收的相对相位和增益来导引波束。在大多数情况下，所有从基于地面的站点传输的能量都旨在由无线中继器接收。类似地，由第二站点接收的信息通常同时从一个无线中继器接收。因此，形成为向无线中继器传输信息的发射波束(无论是通过使用电子波束成形还是通过使用具有成形反射器的天线)通常相对窄，以允许尽可能多的传输能量被导引到无线中继器。同样，形成为从无线中继器接收信息的接收波束通常窄，以在来自其他源的干扰最小的情况下从无线中继器的方向收集能量。
[0006]在许多感兴趣的情况下，从无线中继器传输到第一站点和第二站点的信号并不被导引到单个站点。相反，无线中继器能够在相对大的地理区域内传输信号。例如，在一个卫星通信系统中，卫星可以服务于整个美国大陆。在这种情况下，卫星被称为具有包括整个美国大陆的卫星覆盖区域。然而，为了增加可通过卫星传输的数据的量，由卫星传输的能量被聚焦成波束。波束可以被导引到地球上的地理区域。
附图说明
[0007]附图仅仅是为了说明的目的而提供的，并且仅仅描绘了示例。提供这些附图以便于读者理解本专利技术所公开的方法和设备。它们不限制受权利要求书保护的本专利技术的广度、范围或适用性。为了清楚和易于说明，这些附图不一定按比例绘制。
[0008]图1是卫星通信系统的示例的图示。
[0009]图2是示出覆盖美国大陆的示例性波束图案的示意图。
[0010]图3是卫星通信系统的前向链路的示例的图示，其中卫星具有相控阵列每束多馈星载波束成形能力。
[0011]图4是具有基于地面的波束成形的卫星通信系统的前向链路的示例的图示。
[0012]图5是示例性端到端波束成形系统的图示。
[0013]图6是在返回方向上的信号的示例性信号路径的图示。
[0014]图7是来自用户终端的在返回方向上的示例性信号路径的图示。
[0015]图8是示例性端到端返回信道矩阵模型的简化图示。
[0016]图9是在前向方向上的示例性信号路径的图示。
[0017]图10是针对位于用户波束覆盖区域内的用户终端的在前向方向上的示例性信号路径的图示。
[0018]图11是示例性端到端返回信道矩阵模型的简化图示。
[0019]图12是支持前向数据和返回数据的示例性端到端中继器卫星的图示。
[0020]图13是上行链路频率范围被分成两个部分的示例的图示。
[0021]图14是示例性端到端中继器在前向数据与返回数据之间时分多路复用的图示。
[0022]图15是实现为卫星的示例性端到端中继器的部件的框图。
[0023]图16是包括相移器的示例性应答器的框图。
[0024]图17是若干天线元件的示例性信号强度图案的曲线图。
[0025]图18是若干天线元件的示例性3dB信号强度轮廓的图示。
[0026]图19是若干天线元件的示例性重叠信号强度图案的图示。
[0027]图20A至图20E是若干天线元件的示例性重叠3dB信号强度轮廓的图示。
[0028]图21是16个天线元件及其重叠3dB信号强度轮廓的示例性枚举的图示。
[0029]图22是示出了接收天线元件通过16个应答器到发射天线的示例性映射的表。
[0030]图23是抛物面天线反射器和在抛物线的焦点处居中的元件阵列的横截面的图示。
[0031]图24是抛物面天线反射器和远离抛物线的焦点放置的元件阵列的横截面的图示。
[0032]图25是示例性中继器覆盖区域(用单个交叉阴影示出)和由中继器覆盖区域内的也包含在六个天线元件覆盖区域内的点限定的区域(用双交叉阴影示出)的图示。
[0033]图26是其中中继器覆盖区域内的所有点也包含在至少四个天线元件覆盖区域内的示例性中继器天线图案的图示。
[0034]图27是接入节点(AN)和用户波束覆盖区域的示例性分布的图示。
[0035]图28是标准化前向链路和返回链路容量随所部署AN的数量变化而变化的示例性曲线图。
[0036]图29是端到端波束成形系统的示例性地面段502的框图。
[0037]图30是示例性前向/返回波束成形器的框图。
[0038]图31是包括具有时域解复用和多路复用的多个返回时间片波束成形器的示例性前向波束成形器的框图。
[0039]图32是示出了前向时间片波束成形器的操作的简化的示例性地面段的图示。
[0040]图33是包括具有时域解复用和多路复用的多个返回时间片波束成形器的示例性
返回波束成形器的框图。
[0041]图34是示出了采用时域多路复用的返回波束成形器的操作的简化的示例性地面段的图示。
[0042]图35是采用了子带解复用和多路复用的示例性多带前向/返回波束成形器的框图。
[0043]图36和图37是前向链路的示例性定时对准的图示。
[0044]图38是示例性AN的框图。
[0045]图39是AN的示例的一部分的框图。
[0046]图40是其中单独处理多个频率子带的示例性AN 515的框图。
[0047]图41是用于实现不同的用户链路和馈电链路覆盖区域的示例性端到端波束成形系统的图示。
[0048]图42是在端到端返回链路上承载返回数据的信号的信号路径的示例性模型的图示。
[0049]图43是在端到端前向链路上承载前向数据的信号的信号路径的示例性模型的图示。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于经由在多个接入节点(AN)(515)与多个用户终端(517)之间提供通信的端到端中继器(503,1202,1502,3403)进行端到端波束成形的方法，所述方法包括：由多个配合馈电链路组成接收元件从在地理上分布在AN覆盖区域内的所述多个AN接收合成输入前向信号(545)，所述合成输入前向信号是多个前向上行链路信号(521)的叠加，根据所述合成输入前向信号生成多个前向下行链路信号(522)；以及由多个配合用户链路组成发射元件传输所述多个前向下行链路信号，其中所述前向下行链路信号被传输到在地理上分布在用户覆盖区域内的多个用户终端，所述用户覆盖区域至少部分地不同于所述AN覆盖区域。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述传输有助于在所述用户覆盖区域中形成多个前向用户波束。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：由多个配合用户链路组成接收元件从所述多个用户终端中的至少一些接收返回上行链路信号(525)；根据所接收的返回上行链路信号生成多个返回下行链路信号(527)；以及由多个配合馈电链路组成发射元件向所述多个AN传输所述多个返回下行链路信号。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：由所述多个AN从所述多个配合馈电链路组成发射元件接收多个所述返回下行链路信号(527)的叠加(1706)，以形成合成返回信号(907)；将所述合成返回信号在返回...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克，
申请(专利权)人：维尔塞特公司，
类型：发明
国别省市：
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