BR122019006889B1

BR122019006889B1 - Método de comunicação em um nó de acesso de um sistema de comunicação e nó de acesso para comunicação em um sistema de comunicação

Info

Publication number: BR122019006889B1
Application number: BR122019006889-5A
Authority: BR
Inventors: Mark Miller; Kenneth Buer; Christopher Cronin
Original assignee: Viasat, Inc.
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2020-03-03
Also published as: DK3651378T3; ZA202106977B; DK3281308T3; MX2021008029A; MY183129A; WO2016195813A2; KR20170137156A; JP7297724B2; PH12017501845A1; EP4142181A1; RU2017134883A; SV2017005544A; JP6854772B2; IL254630B; PL3651378T3; RU2706113C1; CN113193902A; BR112017021551A2; EP3281309A2; MX2020009024A

Abstract

são apresentados sistemas de formação de feixes ponto a ponto (500) que incluem estações de retransmissão ponto a ponto (503, 1202, 3403) e redes terrestres (502) para fornecer comunicação a terminais de usuário (517) situados em áreas de cobertura de feixes de usuário (519). o segmento terrestre pode incluir nós de acesso geograficamente distribuídos (515) e um sistema de processamento central (505). os sinais de enlace ascendente de retorno (525), transmitidos a partir dos terminais de usuário, têm o multicaminho induzido por uma pluralidade de trajetórias de sinais de recepção/transmissão (1702) na estação de retransmissão ponto a ponto e são retransmitidos para a rede terrestre. a rede terrestre, usando formadores de feixes (513, 531), recupera fluxos de dados de usuário transmitidos pelos terminais de usuário a partir dos sinais de enlace descendente de retorno (527). a rede terrestre, usando formadores de feixes (513, 529), gera sinais de enlace ascendente de envio (521) a partir de combinações adequadamente ponderadas de fluxos de dados de usuário que, após a retransmissão pela estação de retransmissão ponto a ponto, produzem sinais de enlace descendente de envio (522) que se combinam para formar feixes de usuário.

Description

MÉTODO DE COMUNICAÇÃO EM UM NÓ DE ACESSO DE UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO E NÓ DE ACESSO PARA COMUNICAÇÃO EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO [001] O presente pedido consiste em pedido dividido do pedido de patente de invenção BR 11 2017021513-6, de 06/10/2017.

CAMPO TÉCNICO [002] Os sistemas, métodos e aparelhos aqui revelados referem-se à formação de feixes ponto a ponto em um sistema que usa uma estação de retransmissão ponto a ponto (PaP).

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [003] Os sistemas de comunicação sem fio, como os sistemas de comunicação via satélite, fornecem um meio pelo qual dados, inclusive áudio, vídeo e vários outros tipos de dados, podem ser comunicados de um local para outro. As informações têm origem em uma primeira estação, como uma primeira estação terrestre, e são transmitidas para uma estação de retransmissão sem fio, como um satélite de comunicações. As informações recebidas pela estação de retransmissão sem fio são retransmitidas para uma segunda estação, como uma segunda estação terrestre. Em alguns sistemas de comunicação via estação de retransmissão sem fio, a primeira ou a segunda estação (ou ambas) é montada em um veículo, como um veículo aéreo, um veículo aquático ou um veículo terrestre. As informações podem ser transmitidas em apenas uma direção (por exemplo, apenas de uma primeira estação terrestre para uma segunda estação terrestre), ou podem ser transmitidas em ambas as direções (por exemplo, também da segunda estação terrestre para a primeira estação

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2/188 terrestre).

[004] Em um sistema de comunicação via estação de retransmissão sem fio no qual a estação de retransmissão sem fio é um satélite, este pode ser um satélite geoestacionário, caso em que a órbita do satélite é sincronizada com a rotação da Terra, mantendo a área de cobertura do satélite essencialmente estacionária em relação à Terra. Em outros casos, o satélite encontra-se em uma órbita em torno da Terra, o que faz com que a área de cobertura do satélite se mova sobre a superfície da Terra à medida que o satélite percorre sua trajetória orbital.

[005] Os sinais que são direcionados para ou a partir de uma primeira estação podem ser direcionados com o uso de uma antena conformada para focalizar o sinal em um feixe estreito. Tais antenas têm, tipicamente, um refletor em formato paraboloide para focalizar o feixe.

[006] Em alguns casos, um feixe pode ser formado eletronicamente ajustando-se o ganho e a fase (ou o atraso) dos sinais que são transmitidos, recebidos, ou ambos, a partir de vários elementos de uma antena de arranjo em fase. Mediante a seleção adequada da fase e ganho relativos transmitidos e/ou recebidos por cada elemento de uma antena de arranjo em fase, o feixe pode ser direcionado. Na maioria dos casos, toda a energia sendo transmitida a partir de uma estação terrestre destina-se a ser recebida por uma estação de retransmissão sem fio. De modo similar, as informações recebidas pela segunda estação são tipicamente recebidas de uma estação de retransmissão sem fio por vez. Portanto, é típico que um feixe de transmissão que é formado para transmitir informações para a estação de retransmissão sem fio (seja com o uso de formação

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3/188 de feixes eletrônica ou com o uso de uma antena com um refletor conformado) seja relativamente estreito para permitir que a maior quantidade possível da energia transmitida seja dirigida para a estação de retransmissão sem fio. De modo semelhante, um feixe de recepção que é formado para receber informações a partir da estação de retransmissão sem fio é tipicamente estreito para receber energia a partir da direção da estação de retransmissão sem fio com um mínimo de interferência de outras fontes.

[007] Em muitos casos de interesse, os sinais que são transmitidos da estação de retransmissão sem fio para a primeira e a segunda estações não são direcionados para uma única estação. Em vez disso, a estação de retransmissão sem fio pode transmitir sinais sobre uma área geográfica relativamente grande. Por exemplo, em um sistema de comunicação via satélite, um satélite pode atender toda a área continental dos Estados Unidos. Nesse caso, diz-se que o satélite tem uma área de cobertura de satélite que inclui toda a área conhecida como Estados Unidos Continentais. No entanto, para aumentar a quantidade de dados que podem ser transmitidos através de um satélite, a energia transmitida pelo satélite é focalizada em feixes. Os feixes podem ser direcionados para áreas geográficas na Terra.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [008] Os desenhos são fornecidos para propósitos ilustrativos apenas e meramente representam exemplos. Os desenhos são fornecidos para facilitar a compreensão do leitor acerca do método e aparelho apresentados. Eles não limitam a amplitude, o escopo ou a aplicabilidade da invenção reivindicada. Para fins de

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4/188 clareza e facilidade de ilustração, os desenhos não estão necessariamente em escala.

[009] A Figura 1 é uma ilustração de um sistema de comunicação via satélite exemplificador.

[010] A Figura 2 é um diagrama que mostra um exemplo de um padrão de feixes que cobre os Estados Unidos Continentais.

[011] A Figura 3 é uma ilustração de um exemplo do enlace de envio de um sistema de comunicação via satélite no qual o satélite tem um recurso de formação a bordo de feixes de múltiplas alimentações por feixe (MFPB - multi-feed per beam”) de arranjo em fase.

[012] A Figura 4 é uma ilustração de um exemplo do enlace de envio de um sistema de comunicação via satélite que tem recurso de formação de feixes em terra.

[013] A Figura 5 é uma ilustração de um sistema de formação de feixes ponto a ponto exemplificador.

[014]	A	Figura 6 é	uma	ilustração de
trajetórias de	sinal	exemplificadoras	para	sinais na direção
de retorno.
[015]	A	Figura 7 é	uma	ilustração de
trajetórias de	sinal	exemplificadoras	para	sinais na direção
de retorno a partir de um terminal de	usuário.
[016]	A	Figura 8 é uma	ilustração simplificada
de um modelo	exemplificador de matri	z de	canal de retorno
ponto a ponto.
[017]	A	Figura 9 é	uma	ilustração de
trajetórias de	sinal	exemplificadoras	para	sinais na direção
de envio.
[018]	A	Figura 10 é	uma	ilustração de

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5/188 trajetórias de sinal exemplificadoras para sinais na direção de envio para um terminal de usuário situado dentro de uma área de cobertura de feixes de usuário.

[019] A Figura 11 é uma ilustração simplificada de um modelo exemplificador de matriz de canal de envio ponto a ponto.

[020] A Figura 12 é uma ilustração de um satélite de retransmissão ponto a ponto exemplificador que suporta dados de envio e de retorno.

[021] A Figura 13 é uma ilustração de um exemplo de uma faixa de frequências de enlace ascendente (ou de subida) sendo dividida em duas porções.

[022] A Figura 14 é uma ilustração de um exemplo de uma estação de retransmissão ponto a ponto com dados de envio e de retorno multiplexados em divisão por tempo.

[023] A Figura 15 é um diagrama de blocos de componentes de uma estação de retransmissão ponto a ponto exemplificadora implementada como um satélite.

[024] A Figura 16 é um diagrama de blocos de um transponder exemplificador que inclui um deslocador de fase.

[025] A Figura 17 é um gráfico de um exemplo de padrões de intensidade de sinal de vários elementos de antena.

[026] A Figura 18 é uma ilustração de um exemplo de contornos de intensidade de sinal de 3 dB para vários elementos de antena.

[027] A Figura 19 é uma ilustração de um exemplo de padrões de intensidade de sinal de superposição de vários elementos de antena.

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6/188 [028] As Figuras 20A a 20E é uma ilustração de um exemplo de contornos de intensidade de sinal de 3 dB de superposição de vários elementos de antena.

[029] A Figura 21 é uma ilustração de um exemplo de enumeração de 16 elementos de antena e seus contornos de intensidade de sinal de 3 dB de superposição.

[030] A Figura 22 é uma tabela mostrando exemplos de mapeamentos de elementos de antena de recepção para elementos de antena de transmissão através de 16 transponders.

[031] A Figura 23 é uma ilustração de uma seção transversal de um refletor de antena paraboloide e um arranjo de elementos centralizados no ponto focal da parábola.

[032] A Figura 24 é uma ilustração de uma seção transversal de um refletor de antena paraboloide e um arranjo de elementos dispostos afastados do ponto focal da parábola.

[033] A Figura 25 é uma ilustração de um exemplo de uma área de cobertura da estação de retransmissão (mostrada com hachurado simples) e da área (mostrada com hachurado duplo) definida pelos pontos dentro da área de cobertura da estação de retransmissão que também estão contidos dentro de seis áreas de cobertura de elementos de antena.

[034] A Figura 26 é uma ilustração de um exemplo de um padrão de antena de estação de retransmissão no qual todos os pontos dentro de uma área de cobertura da estação de retransmissão também estão contidos dentro de ao menos quatro áreas de cobertura de elementos de antena.

[035] A Figura 27 é uma ilustração de um exemplo de uma distribuição de nós de acesso (ANs - access nodes”) e áreas de cobertura de feixes de usuário.

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7/188 [036] A Figura 28 é um gráfico exemplificador de capacidade de enlaces de envio e de retorno normalizados

como uma	função do	número de ANs instalados.
	[037]	A Figura 2 9 é um diagrama	de	blocos	de	um
segmento	terrestre	502 exemplificador para	um	sistema	de
formação	de feixes	ponto a ponto.
	[038]	A Figura 30 é um diagrama	de	blocos	de	um
formador	de feixes	de envio/retorno exemplificador	.
	[039]	A Figura 31 é um diagrama	de	blocos	de	um

formador de feixes de envio exemplificador que compreende múltiplos formadores de feixes em fatias de tempo de retorno com demultiplexação e multiplexação por domínio do tempo.

	[040]	A Figura 32	é uma ilustração de	um
segmento	terrestre	simplificado	exemplificador mostrando	o
funcionamento de um	formador de feixes em fatias de tempo	de
envio.
	[041]	A Figura 33 é	um diagrama de blocos de	um

formador de feixes de retorno exemplificador que compreende múltiplos formadores de feixes em fatias de tempo de retorno com demultiplexação e multiplexação por domínio do tempo.

[042] A Figura 34 é uma ilustração de um segmento terrestre simplificado exemplificador mostrando o funcionamento de um formador de feixes de retorno que emprega multiplexação por domínio do tempo.

[043] A Figura 35 é um diagrama de blocos de um formador de feixes de envio/retorno multibanda exemplificador que emprega demultiplexação e multiplexação de sub-bandas.

[044] A Figura 36 e a Figura 37 são ilustrações de um exemplo de alinhamento de temporização do enlace de envio.

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[045]	A	Figura	38	é um diagrama de	blocos de	um
AN exemplificador.
[046]	A	Figura	39	é um diagrama	de	blocos	de
parte de um exemplo	de	um AN.
[047]	A	Figura	40	é um diagrama	de	blocos	de

um AN 515 exemplificador no qual múltiplas sub-bandas de frequência são processadas separadamente.

[048] A Figura 41 é uma ilustração de um exemplo de um sistema de formação de feixes ponto a ponto para possibilitar áreas de cobertura distintas de enlace de usuário e enlace de alimentador.

[049] A Figura 42 é uma ilustração de um modelo exemplificador de trajetórias de sinal para sinais que transportam dados de retorno no enlace de retorno ponto a ponto.

[050] A Figura 43 é uma ilustração de um modelo exemplificador de trajetórias de sinal para sinais que transportam dados de envio no enlace de envio ponto a ponto.

[051] As Figuras 44A e 44B são ilustrações de um exemplo de uma trajetória de sinal de envio e de uma trajetória de sinal de retorno, respectivamente.

[052] A Figura 45 é uma ilustração de um exemplo de uma área de cobertura de uma estação de retransmissão ponto a ponto da Terra.

[053] A Figura 46 é uma ilustração de um exemplo de uma estação de retransmissão ponto a ponto da América do Norte.

[054] As Figuras 47A e 47B mostram, respectivamente, ilustrações de diagramas de bloco de uma trajetória de sinal de envio e uma trajetória de sinal de

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9/188 retorno exemplificadoras, tendo, cada uma, uma ativação seletiva de múltiplos subsistemas de antena de enlace de usuário.

[055] As Figuras 48A e 48B são ilustrações de uma área de cobertura de estação de retransmissão ponto a ponto exemplificadora que inclui múltiplas áreas de cobertura ativadas seletivamente pelo usuário.

[056] A Figura 49 é um diagrama de blocos de uma trajetória de sinal de envio exemplificadora com ativação seletiva de múltiplos subsistemas de antena de enlace de usuário e múltiplos subsistemas de antena de enlace de alimentador.

[057] Designadores de referência (por exemplo, 100) são aqui utilizados para fazer referência a aspectos dos desenhos. Aspectos similares ou parecidos são tipicamente mostrados com o uso de números parecidos. Um grupo de elementos similares ou parecidos pode ser referido coletivamente por um único designador de referência (por exemplo, 200), ao passo que elementos individuais do grupo podem ser referidos pelo designador de referência com uma letra anexada (por exemplo, 200a, 200b).

[058] As figuras não se destinam a abranger completamente nem limitar a invenção reivindicada à forma precisa aqui revelada. O método e aparelho apresentados podem ser colocados em prática com modificações e alterações, e a invenção está limitada apenas pelas reivindicações anexas e suas equivalentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA [059] Esta descrição detalhada está organizada da seguinte forma: Primeiro, são descritas uma introdução aos

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10/188 sistemas de comunicação via estação de retransmissão sem fio que usam comunicação via satélite e formação de feixes. Segundo, a formação de feixes ponto a ponto é descrita de modo geral e no nível de sistema com o uso de formação de feixes ponto a ponto em satélite como um exemplo, embora a aplicação de formação de feixes ponto a ponto não se limite às comunicações via satélite. Terceiro, o funcionamento de dados de envio e de retorno é descrito no contexto da formação de feixes ponto a ponto. Quarto, as estações de retransmissão ponto a ponto e suas antenas são descritas usando-se um satélite de comunicações como exemplo. Em seguida, são descritas as redes terrestres para formar os feixes ponto a ponto, incluindo aspectos relacionados, como equalização de atraso, remoção de degradação de enlace de alimentador e cálculo de pesos de feixe. Finalmente, é descrita a formação de feixes ponto a ponto com áreas de cobertura distintas de enlace de usuário e enlace de alimentador, bem como sistemas com múltiplas áreas de cobertura.

COMUNICAÇÃO VIA SATÉLITE [060] A Figura 1 é uma ilustração de um exemplo de um sistema de comunicação via satélite radial (hub and spoke”) 100. O satélite serve como um exemplo de uma estação de retransmissão sem fio. Embora muitos exemplos sejam descritos ao longo desta revelação no contexto de um satélite ou sistema de comunicação via satélite, tais exemplos não se destinam a se limitar a satélites; qualquer outra estação de retransmissão sem fio adequada pode ser usada e operar de modo similar. O sistema 100 compreende uma estação terrestre 101, um satélite de comunicações 103 e uma fonte de transmissão terrestre, como um terminal de usuário 105 (UT - user

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11/188 terminal”) . A área de cobertura do satélite pode ser amplamente definida como a área a partir da qual, e/ou para a qual, uma fonte de transmissão terrestre, ou um receptor terrestre, como uma estação terrestre ou um terminal de usuário, pode se comunicar através do satélite. Em alguns sistemas, a área de cobertura para cada enlace (por exemplo, área de cobertura de enlace ascendente de envio, área de cobertura de enlace descendente (ou de descida) de envio, área de cobertura de enlace ascendente de retorno e área de cobertura de enlace descendente de retorno) pode ser diferente. A área de cobertura de enlace ascendente de envio e a área de cobertura de enlace ascendente de retorno são coletivamente chamadas de área de cobertura de satélite de enlace ascendente. De modo similar, a área de cobertura de enlace descendente de envio e a área de cobertura de enlace descendente de retorno são coletivamente chamadas de área de cobertura de satélite de enlace descendente. Embora a área de cobertura do satélite seja ativa apenas para um satélite que esteja em serviço (por exemplo, em uma órbita de serviço), pode-se considerar que o satélite tem (por exemplo, pode ser projetado para ter) um padrão de antena de satélite que é independente da localização relativa do satélite em relação à Terra. Ou seja, o padrão de antena de satélite é um padrão de distribuição de energia transmitida de uma antena de um satélite (transmitida de ou recebida pela antena do satélite). O padrão de antena de satélite ilumina (transmite para, ou recebe de) uma área de cobertura de satélite específica quando o satélite está em uma órbita de serviço. A área de cobertura do satélite é definida pelo padrão de antena do satélite, uma posição orbital do satélite e o comportamento para o qual o

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12/188 satélite foi projetado, e um dado limiar de ganho da antena. Em geral, a intersecção de um padrão de antena (em um dado ganho de antena eficaz, por exemplo 3 dB, 4 dB, 6 dB 10 dB do ganho máximo) com uma região física de interesse específica (por exemplo, uma área sobre ou próxima da superfície da Terra) define a área de cobertura da antena. As antenas podem ser projetadas para fornecer um padrão de antena específico (e/ou área de cobertura) e esses padrões de antena podem ser determinados por meio de cálculos computacionais (por exemplo, por análise ou simulação) e/ou medidos experimentalmente (por exemplo, em uma faixa de teste de antena ou em uso real).

[061] Embora a figura mostre apenas um terminal de usuário 105 para fins de simplicidade, tipicamente existem muitos terminais de usuário 105 no sistema. O sistema de comunicação via satélite 100 opera como um sistema pontomultiponto. Ou seja, a estação terrestre 101 dentro da área de cobertura do satélite podem enviar informações para, e receber informações de, qualquer um dos terminais de usuário 105 dentro da área de cobertura do satélite. Entretanto, os terminais de usuário 105 comunicam-se apenas com a estação terrestre 101. A estação terrestre 101 recebe dados de envio a partir de uma rede de comunicação 107, modula os dados usando um modem de enlace de alimentador 109 e transmite os dados para o satélite 103 em um enlace ascendente de alimentador de envio 111. O satélite 103 retransmite esses dados de envio para terminais de usuário 105 pelo enlace descendente de usuário de envio (às vezes denominado enlace descendente de serviço de envio) 113. Em alguns casos, a comunicação na direção de envio a partir da estação terrestre 101 é destinada a vários dentre os terminais de usuário 105

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13/188 (por exemplo, as informações são enviadas via multidifusão para os terminais de usuário 105). Em alguns casos, a comunicação de envio a partir da estação terrestre 101 destina-se apenas a um terminal de usuário 105 (por exemplo, via unidifusão a um terminal de usuário 105 específico). Os terminais de usuário 105 transmitem dados de retorno para o satélite 103 em um enlace ascendente de usuário de retorno (às vezes denominado enlace ascendente de serviço de retorno) 115. o satélite 103 retransmite os dados de retorno para a estação terrestre 101 em um enlace descendente de alimentador de retorno 117. Um modem de enlace de alimentador 109 demodula os dados de retorno, que são encaminhados para a rede de comunicação 107. Esse recurso de enlace de retorno é, em geral, compartilhado por vários terminais de usuário 105.

[062] A Figura 2 é um diagrama que mostra um exemplo de uma configuração de áreas de cobertura de feixes de um satélite para atender os Estados Unidos Continentais. Nessa configuração exemplificadora são mostrados setenta feixes. Um primeiro feixe 201 cobre aproximadamente dois terços do estado de Washington. Um segundo feixe 203 adjacente ao primeiro feixe 201 cobre uma área imediatamente a leste do primeiro feixe 201. Um terceiro feixe 205 cobre aproximadamente o estado de Oregon ao sul do primeiro feixe 201. Um quarto feixe 207 cobre uma área aproximadamente a sudeste do primeiro feixe 201. Tipicamente, existe alguma superposição entre áreas adjacentes. Em alguns casos, é utilizado um padrão de reutilização de múltiplas cores (por exemplo, duas, três ou quatro cores). No caso de um padrão de quatro cores, os feixes 201, 203, 205, 207 são alocados individualmente uma combinação exclusiva de frequência (por exemplo, uma faixa ou faixas de

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14/188 frequências ou um ou mais canais) e/ou polarização de antena (por exemplo, em alguns casos uma antena pode ser configurada para transmitir sinais com uma polarização circular à direita (RHCP - right-hand circular polarization”) ou uma polarização circular à esquerda (LHCP - left-hand circular polarization”); outras técnicas de polarização também estão disponíveis). Consequentemente, pode haver uma interferência mútua relativamente pequena entre sinais transmitidos em diferentes feixes 201, 203, 205, 207. Essas combinações de frequência e polarização de antena podem, então, ser reutilizadas no padrão de reutilização de quatro cores”, repetitivo e sem superposição. Em algumas situações, pode-se alcançar uma capacidade de comunicação desejada com o uso de uma única cor. Em alguns casos, o compartilhamento de tempo entre feixes e/ou outras técnicas de mitigação de interferência podem ser usadas.

[063] Dentro de alguns limites, focalizar feixes em áreas menores e, dessa forma, aumentar o número de feixes, aumenta a capacidade de dados do satélite permitindo maior oportunidade de reutilização de frequência. Entretanto, aumentar o número de feixes pode aumentar a complexidade do sistema, e em muitos casos, a complexidade do satélite.

[064] A complexidade no design de um satélite tipicamente resulta em tamanho maior, mais peso e maior consumo de energia. Lançar satélites em órbita é uma operação cara. O custo do lançamento de um satélite é determinado em parte pelo peso e tamanho do satélite. Além disso, existem limites absolutos para o peso e o tamanho de um satélite caso o satélite deva ser lançado com o uso da

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15/188 tecnologia de foguetes disponível atualmente. Isso leva à necessidade de se fazer escolhas entre os recursos que podem ser projetados em um satélite que resultem em um estado de equilíbrio. Adicionalmente, a quantidade de energia que pode ser fornecida aos componentes de um satélite é limitada. Portanto, peso, tamanho e consumo de energia são parâmetros

a serem considerados no	design de um satélite.
	[065] Ao	longo	de	toda esta revelação,	a
expressão	elemento de	antena	de	recepção” refere-se a	um
transdutor	físico que converte	um	sinal eletromagnético para

um sinal elétrico, e a expressão elemento de antena de transmissão” refere-se a um transdutor físico que emite um sinal eletromagnético quando excitado por um sinal elétrico. O elemento de antena pode incluir uma corneta, corneta de septo polarizado (por exemplo, que pode funcionar como dois elementos combinados com polarizações diferentes), corneta multiporta multibanda (por exemplo, banda dupla de 20 GHz/30 GHz com LHCP/RHCP de polarização dupla), de fenda na parte posterior da cavidade, F invertido, guia de onda ranhurada, Vivaldi, helicoidal, em espira (loop”), de microtiras (patch”), ou qualquer outra configuração do elemento de antena ou combinação de subelementos interconectados. Um elemento de antena tem um padrão de antena correspondente que descreve como o ganho da antena varia como uma função da direção (ou do ângulo) . Um elemento de antena tem também uma área de cobertura que corresponde a uma área (por exemplo, uma porção da superfície da Terra) ou volume (por exemplo, uma porção da superfície da Terra mais o volume de ar acima da superfície) sobre o qual o elemento de antena fornece um nível desejado de ganho (por exemplo, dentro de

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16/188 dB, 6 dB, 10 dB, ou outro valor relativo a um ganho máximo do elemento de antena) . A área de cobertura do elemento de antena pode ser modificada por várias estruturas como um refletor, superfície seletiva de frequência, lente, cúpula de antena (radome), e similares. Alguns satélites, inclusive aqueles aqui descritos, podem ter vários transponders, cada um capaz de receber e transmitir sinais de maneira independente. Cada transponder é acoplado a elementos de antena (por exemplo, um elemento de recepção e um elemento de transmissão) para formar uma trajetória de sinal de recepção/transmissão que tem um padrão de radiação (padrão de antena) diferente de outras trajetórias de sinais de recepção/transmissão para criar feixes exclusivos que podem ser alocados a diferentes áreas de cobertura de feixes. É comum que uma única trajetória de sinal de recepção/transmissão seja compartilhada por múltiplos feixes com o uso de multiplexadores de entrada e/ou de saída. Em ambos os casos, o número de feixes simultâneos que podem ser formados é, em geral, limitado pelo número de trajetórias de sinais de recepção/transmissão que são instaladas no satélite.

FORMAÇÃO DE FEIXES [066] A formação de feixes para um enlace de comunicação pode ser feita ajustando-se a fase (ou atraso) de sinal, e às vezes a amplitude de sinal, de sinais transmitidos e/ou recebidos por múltiplos elementos de um ou mais arranjos de antenas com áreas de cobertura sobrepostas. Em alguns casos, alguns ou todos os elementos de antena são dispostos como um arranjo de elementos de recepção e/ou de transmissão constituintes que cooperam para possibilitar a formação de feixes ponto a ponto, conforme descrito a seguir.

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Para transmissões (a partir de elementos de transmissão dos um ou mais arranjo de antenas) , as fases relativas, e às vezes as amplitudes, dos sinais transmitidos são ajustadas, de modo que a energia transmitida pelos elementos de antena de transmissão se sobreponha construtivamente em um local desejado. Esse ajuste de fase/amplitude é comumente chamado de aplicação de pesos de feixe” aos sinais transmitidos. Para a recepção (pelos elementos de recepção dos um ou mais arranjo de antenas), as fases relativas, e às vezes as amplitudes, dos sinais recebidos são ajustadas (isto é, são aplicados os mesmos ou diferentes pesos de feixe) de modo que a energia recebida de um local desejado pelos elementos de antena de recepção se sobreponha construtivamente nesses elementos de antena de recepção. Em alguns casos, o formador de feixes calcula os pesos de feixe desejados dos elementos da antena. O termo formação de feixes” pode se referir, em alguns casos, à aplicação dos pesos de feixe. Os formadores de feixes adaptáveis incluem a função de calcular dinamicamente os pesos de feixe. O cálculo dos pesos de feixe pode exigir a descoberta direta ou indireta das características do canal de comunicação. Os processos de cálculo de pesos de feixe e aplicação de pesos de feixe podem ser feitos nos mesmos ou em diferentes elementos do sistema.

[067] Os feixes de antena podem ser direcionados, formados seletivamente e/ou de outro modo reconfigurados mediante a aplicação de diferentes pesos de feixe. Por exemplo, o número de feixes ativos, a área de cobertura dos feixes, o tamanho dos feixes, o ganho relativo dos feixes, e outros parâmetros podem variar ao longo do tempo. Essa versatilidade é desejável em certas situações.

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As antenas de formação de feixes podem, de modo geral, formar feixes relativamente estreitos. Os feixes estreitos podem possibilitar que os sinais transmitidos em um feixe sejam distinguidos dos sinais transmitidos nos outros feixes (por exemplo, para evitar interferência). Consequentemente, feixes estreitos podem permitir que a frequência e a polarização sejam reutilizadas em um grau maior do que quando são formados feixes maiores. Por exemplo, os feixes que são formados estreitamente podem atender duas áreas de cobertura não contíguas que não se sobrepõem. Cada feixe pode usar tanto uma polarização à direita como uma polarização à esquerda. Um grau maior de reutilização pode aumentar a quantidade de dados transmitidos e/ou recebidos.

[068] Alguns satélites usam formação de feixes a bordo (OBBF - on-board beamforming) para direcionar eletronicamente um arranjo de elementos de antena. A Figura 3 é uma ilustração de um sistema de satélite 300 no qual o satélite 302 tem um recurso de formação a bordo de feixes de múltiplas alimentações por feixe (MFPB - multi-feed per beam) de arranjo em fase. Nesse exemplo, os pesos de feixe são calculados em um centro computacional em terra e então transmitidos para o satélite ou pré-armazenados no satélite para uma aplicação (não mostrada). O enlace de envio é mostrado na Figura 3, embora essa arquitetura possa ser usada para enlaces de envio, enlaces de retorno, ou tanto para enlaces de envio como de retorno. A formação de feixes pode ser empregada no enlace de usuário, no enlace de alimentador, ou em ambos. O enlace de envio ilustrado é a trajetória de sinal a partir de um dentre uma pluralidade de gateways (GWs) 304 para um ou mais dentre uma pluralidade de terminais

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19/188 de usuário dentro de uma ou mais áreas de cobertura de feixes pontuais 306. O satélite 302 tem um arranjo de antenas de recepção 307, um arranjo de antenas de transmissão 309, um módulo de conversor de descida (D/C - down-converter) e ganho 311, um formador de feixes de recepção 313, e um formador de feixes de transmissão 315. O satélite 302 pode formar feixes tanto no enlace de alimentador 308 como no enlace de usuário 310. Cada um dos L elementos do arranjo de recepção 307 recebe K sinais a partir dos K GWs 304. Para cada um dos K feixes de enlace de alimentador a serem criados (por exemplo, um feixe por GW 304) , é aplicado um peso de feixe diferente (por exemplo, é feito um ajuste de fase/amplitude) pelo formador de feixes de recepção 313 em cada sinal recebido por cada um dos L elementos do arranjo de antenas de recepção (do arranjo de antenas de recepção 307). Consequentemente, para que K feixes sejam formados com o uso de um arranjo de antenas de recepção 307 que tem L elementos de antena de recepção, são aplicados K vetores de pesos de feixe diferentes de comprimento L aos L sinais recebidos pelos L elementos do arranjo de antenas de recepção. O formador de feixes de recepção 313 no interior do satélite 302 ajusta a fase/amplitude dos sinais recebidos pelos L elementos do arranjo de antenas de recepção para criar K sinais de feixe de recepção. Todos os K feixes de recepção são focalizados para receber um sinal de um GW 304. Consequentemente, o formador de feixes de recepção 313 emite K sinais de feixe de recepção para o módulo de D/C e ganho 311. Um desses sinais de feixe de recepção é formado para o sinal recebido de cada GW transmissor 304.

[069] O módulo de D/C e ganho 311 converte para

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20/188 baixo cada um dos K sinais de feixe de recepção e ajusta o ganho adequadamente. Os K sinais são emitidos a partir do módulo de D/C e ganho 311 e acoplados ao formador de feixes de transmissão 315. O formador de feixes de transmissão 315 aplica um vetor de L pesos a cada um dos K sinais para um total de L x K pesos de feixe de transmissão para formar K feixes no enlace descendente de usuário 310.

[070] Em alguns casos, podem ser necessários recursos de processamento significativos no interior do satélite para controlar a fase e o ganho de cada elemento de antena que é para formar os feixes. Esse poder de processamento aumenta a complexidade do satélite. Em alguns casos, os satélites podem operar com recurso de formação de feixes em terra (GBBF - ground-based beamforming) para reduzir a complexidade do satélite e ao mesmo tempo fornecer a vantagem da formação de feixes estreitos eletronicamente.

[071] A Figura 4 é uma ilustração de um exemplo de um sistema de comunicação via satélite 400 que tem GBBF de envio. A GBBF é executada no enlace de usuário de envio 317 através de um arranjo de L elementos similar àquele descrita acima. As fases/amplitudes dos sinais transmitidos pelo enlace de usuário 317 são ponderadas (pesadas) de modo a formar feixes. O enlace de alimentador 319 usa um esquema de uma alimentação por feixe (SFPB - single feed per beam) no qual cada elemento de antena de recepção e de transmissão de uma antena 324 é dedicado a um feixe de enlace de alimentador.

[072] Antes da transmissão a partir de um GW ou vários GWs 3 04, para cada um dos K feixes de enlace de alimentador de envio, um formador de feixes de transmissão 321 aplica um dos respectivos K vetores de pesos de feixe, cada um

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21/188 de comprimento L, a cada um dos K sinais a serem transmitidos. A determinação dos K vetores de L pesos e sua aplicação aos sinais possibilitam a formação dos K feixes de envio em terra para o enlace descendente de usuário de envio 317. No enlace ascendente de alimentador 319, cada um dos L sinais diferentes é multiplexado em um sinal multiplexado por divisão de frequência (FDM - frequency division multiplexing”) por um multiplexador 323 (ou similar). Cada sinal FDM é transmitido pelos GWs 304 para um dos elementos de antena de recepção na antena 324 pelo enlace de alimentador 319. Um receptor FDM 325 no satélite 327 recebe os sinais da antena 324. Um conversor analógico/digital (A/D) 326 converte os sinais analógicos recebidos em sinais digitais. Um processador de canais digital 328 demultiplexa os sinais FDM, cada um dos quais tendo sido ponderado adequadamente pelo formador de feixes 321 para transmissão através de um dos L elementos de um arranjo de elementos de antena de transmissão de uma antena de transmissão 329. O processador de canais digital 328 emite os sinais para um conversor digital/analógico (D/A) 331 para serem convertidos de volta à forma analógica. As saídas analógicas do D/A 331 são convertidas para cima e amplificadas por um estágio de conversor de subida (U/C - up-converter”) e ganho 330 e transmitidas pelo elemento associado da antena de transmissão 329. Um processo complementar ocorre em sentido inverso para os feixes de retorno. Deve-se notar que nesse tipo de sistema, o enlace de alimentador FDM exige L vezes a quantidade de largura de banda que os feixes de usuário, tornando-o impraticável para sistemas com ampla largura de banda de dados ou para sistemas com um grande número de elementos L.

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SISTEMAS DE FORMAÇÃO DE FEIXES PONTO A PONTO [073] Os sistemas de formação de feixes ponto a ponto aqui descritos formam feixes ponto a ponto através de uma estação de retransmissão ponto a ponto. Um sistema de formação de feixes ponto a ponto pode conectar terminais de usuário com fontes/coletores de dados. Ao contrário dos sistemas de formação de feixes discutidos anteriormente, em um sistema de formação de feixes ponto a ponto, os pesos de feixe são calculados em um sistema de processamento central (SPC) e os pesos de feixe ponto a ponto são aplicados dentro da rede terrestre (em vez de em um satélite). Os sinais dentro dos feixes ponto a ponto são transmitidos e recebidos em um arranjo de nós de acesso (ANs), que podem ser nós de acesso de satélite (SANs - satellite access nodes”). Conforme descrito acima, pode ser usado qualquer tipo adequado de estações de retransmissão ponto a ponto em um sistema de formação de feixes ponto a ponto, e diferentes tipos de ANs podem ser usados para se comunicar com tipos diferentes de estações de retransmissão ponto a ponto. O termo central” refere-se ao fato de que o SPC é acessível aos ANs que estão envolvidos na transmissão e/ou recepção de sinais, e não se refere a um local geográfico específico onde o SPC reside. Um formador de feixes dentro de um SPC calcula um conjunto de pesos de feixe ponto a ponto que é responsável: (1) pelas trajetórias de enlace ascendente de sinal sem fio até a estação de retransmissão ponto a ponto; (2) pelas trajetórias de sinais de recepção/transmissão através da estação de retransmissão ponto a ponto; e (3) pelas trajetórias de enlace descendente de sinal sem fio proveniente da estação de retransmissão ponto a ponto. Os pesos de feixe podem ser representados

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23/188 matematicamente como uma matriz. Conforme discutido anteriormente, os sistemas de satélite OBBF (formação de feixes a bordo) e GBBF (formação de feixes em terra) têm as dimensões dos vetores de pesos de feixe definidas pelo número de elementos de antena no satélite. Em contrapartida, os vetores de pesos de feixe ponto a ponto têm dimensões definidas pelo número de ANs, não pelo número de elementos na estação de retransmissão ponto a ponto. Em geral, o número de ANs não é igual ao número de elementos de antena na estação de retransmissão ponto a ponto. Adicionalmente, os feixes ponto a ponto formados não são terminados nos elementos de antena de transmissão ou de recepção da estação de retransmissão ponto a ponto. Em vez disso, os feixes ponto a ponto formados são eficazmente retransmitidos, uma vez que os feixes ponto a ponto têm trajetórias de sinais de enlace ascendente, trajetórias de sinais de estação de retransmissão (através de um satélite ou outra estação de retransmissão ponto a ponto adequada), e trajetórias de sinais de enlace descendente.

[074] Como a formação de feixes ponto a ponto leva em conta tanto o enlace de usuário como o enlace de alimentador (bem como a estação de retransmissão ponto a ponto), penas um único conjunto de pesos de feixe é necessário para formar os feixes de usuário ponto a ponto desejados em uma direção particular (por exemplo, feixes de usuário de envio ou feixes de usuário de retorno). Dessa forma, um conjunto de pesos de feixe de envio ponto a ponto (deste ponto em diante do presente documento chamados simplesmente de pesos de feixe de envio) resulta nos sinais transmitidos a partir dos ANs, através do enlace ascendente de envio, através da estação de retransmissão ponto a ponto, e através do enlace

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24/188 descendente de envio para se combinarem para formar os feixes de usuário de envio ponto a ponto (deste ponto em diante do presente documento chamados de feixes de usuário de envio). Por outro lado, sinais transmitidos a partir dos usuários de retorno através do enlace ascendente de retorno, através da estação de retransmissão ponto a ponto e do enlace descendente de retorno têm pesos de feixe de retorno ponto a ponto (deste ponto em diante do presente documento chamados de pesos de feixe de retorno) aplicados para formar os feixes de usuário de retorno ponto a ponto (deste ponto em diante do presente documento chamados de feixes de usuário de retorno). Sob algumas condições, pode ser muito difícil ou impossível distinguir entre as características do enlace ascendente e do enlace descendente. Consequentemente, os feixes de enlace de alimentador formados, a direcionalidade do feixe de usuário formado e a razão portadora/interferência (C/I) entre enlaces ascendente e descendente individuais pode não mais ter sua função tradicional no design do sistema, embora os conceitos de razão sinal/ruído (Es/No) entre sinais de enlaces ascendente e descendente e de razão C/I ponto a ponto ainda possam ser relevantes.

[075] A Figura 5 é uma ilustração de um sistema de formação de feixes ponto a ponto 500 exemplificador. O sistema 500 inclui: um segmento terrestre 502; uma estação de retransmissão ponto a ponto 503; e uma pluralidade de terminais de usuário 517. O segmento terrestre 502 compreende M ANs 515, distribuídos geograficamente por uma área de cobertura de AN. Os ANs 515 e os terminais de usuário 517 podem ser coletivamente chamados de receptores terrestres, transmissores terrestres,

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25/188 ou transceptores terrestres, dependendo da funcionalidade particular em questão, uma vez que estão situados na Terra, ou próximo dela, e ambos transmitem e recebem sinais. Em alguns casos, os terminais de usuário 517 e/ou os ANs 515 podem estar situados em um veículo aéreo, em um veículo aquático ou montados em um veículo terrestre etc. Em alguns casos, os terminais de usuário 517 podem ser distribuídos geograficamente. Os ANs 515 podem ser distribuídos geograficamente. Os ANs 515 fornecem sinais através de uma rede de distribuição 518 para um SPC 505 dentro do segmento terrestre 502. O SPC 505 é conectado a uma fonte de dados (não mostrada), como, por exemplo, a internet, uma central de recepção (headend) de vídeo ou outra entidade similar.

[076] Os terminais de usuário 517 podem ser agrupados com outros terminais de usuário 517 próximos (por exemplo, conforme ilustrado pelos terminais de usuário 517a e 517b). Em alguns casos, tais grupos de terminais de usuário 517 são atendidos pelo mesmo feixe de usuário e, portanto, residem dentro da mesma área de cobertura geográfica de feixes de usuário de envio e/ou de retorno 519. Um terminal de usuário 517 estará dentro de um feixe de usuário se o terminal de usuário 517 estiver dentro da área de cobertura atendida por esse feixe de usuário. Embora apenas uma dessas áreas de cobertura de feixes de usuário 519 seja mostrada na Figura 5 tendo mais de um terminal de usuário 517, em alguns casos, a área de cobertura de feixes de usuário 519 pode ter qualquer número adequado de terminais de usuário 517. Adicionalmente, a representação na Figura 5 não tem por objetivo indicar o tamanho relativo de áreas de cobertura de feixes de usuário 519 diferentes. Ou

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26/188 seja, as áreas de cobertura de feixes de usuário 519 podem todas ter aproximadamente mesmo tamanho. Alternativamente, as áreas de cobertura de feixes de usuário 519 podem ter tamanhos variáveis, sendo algumas áreas de cobertura de feixes de usuário 519 muito maiores que outras. Em alguns casos, o número de ANs 515 não é igual a o número de áreas de cobertura de feixes de usuário 519.

[077] A estação de retransmissão ponto a ponto 503 retransmite sinais via comunicação sem fio entre os terminais de usuário 517 e vários nós de acesso de rede, como os ANs 515 mostrados na Figura 5. A estação de retransmissão ponto a ponto 503 tem uma pluralidade de trajetórias de sinais. Por exemplo, cada trajetória de sinal pode incluir ao menos um elemento de antena de recepção, ao menos um elemento de antena de transmissão, e ao menos um transponder (conforme discutido em detalhes a seguir). Em alguns casos, a pluralidade de elementos de antena de recepção é disposta para receber sinais refletidos por um refletor de recepção para formar um arranjo de antenas de recepção. Em alguns casos, a pluralidade de elementos de antena de transmissão é disposta para transmitir sinais e, dessa forma, formar um arranjo de antenas de transmissão.

[078] Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 503 é fornecida em um satélite. Em outros casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 503 é fornecida em um veículo aéreo, aeróstato, torre, estrutura submarina ou qualquer outra estrutura ou veículo adequado no qual uma estação de retransmissão ponto a ponto 503 pode residir. Em alguns casos, o sistema usa diferentes faixas de frequências (nas mesmas bandas de frequência ou em bandas de

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27/188 frequência diferentes) para os enlaces ascendentes e os enlaces descendentes. Em alguns casos, os enlaces de alimentador e os enlaces de usuário estão em faixas de frequências diferentes. Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 503 age como um refletor passivo ou um refletor ativo.

[079] Conforme descrito aqui, vários recursos da estação de retransmissão ponto a ponto 503 possibilitam a formação de feixes ponto a ponto. Um recurso é que a estação de retransmissão ponto a ponto 503 inclui múltiplos transponders que, no contexto de sistemas de formação de feixes ponto a ponto, induzem o multicaminho entre os ANs 515 e os terminais de usuário 517. Um outro recurso é que as antenas (por exemplo, um ou mais subsistemas de antena) da estação de retransmissão ponto a ponto 503 contribuem para a formação de feixes ponto a ponto, de modo a formar feixes de usuário de envio e/ou de retorno quando sinais com feixes adequadamente ponderados são comunicados através do multicaminho induzido pela estação de retransmissão ponto a ponto 503. Por exemplo, durante as comunicações de envio, cada um dos múltiplos transponders recebe um respectivo compósito sobreposto de sinais de enlace ascendente de envio (com ponderação de feixe) 521 a partir de múltiplos (por exemplo, todos) ANs 515 (aqui chamados de sinais de envio de entrada compósitos), e os transponders emitem sinais compósitos correspondentes (aqui chamados de sinais de enlace descendente de envio). Cada um dos sinais de enlace descendente de envio pode ser um compósito exclusivo dos sinais de enlace ascendente de envio com ponderação de feixe 521, os quais, quando transmitidos pelos elementos de antena de transmissão

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28/188 da estação de retransmissão ponto a ponto 503, sobrepõem-se para formar os feixes de usuário 519 em locais desejados (por exemplo, locais de recuperação dentro de feixes de usuário de envio, neste caso). A formação de feixes ponto a ponto de retorno é possibilitada de modo similar. Dessa forma, a estação de retransmissão ponto a ponto 503 pode fazer com que ocorram múltiplas sobreposições, possibilitando, assim, a formação de feixes ponto a ponto por canais multicaminho induzido.

DADOS DE RETORNO [080] A Figura 6 é uma ilustração de um modelo exemplificador de trajetórias de sinal para sinais que transportam dados de retorno no enlace de retorno ponto a ponto. Dados de retorno são dados que fluem dos terminais de usuário 517 para os ANs 515. Os sinais na Figura 6 fluem da direita para a esquerda. Os sinais têm origem nos terminais de usuário 517. Os terminais de usuário 517 transmitem sinais de enlace ascendente de retorno 525 (que têm fluxos (streams) de dados de usuário de retorno) para a estação de retransmissão ponto a ponto 503. Os sinais de enlace ascendente de retorno 525 transmitidos a partir dos terminais de usuário 517 em K áreas de cobertura de feixes de usuário 519 são recebidos por um arranjo de L trajetórias de sinais de recepção/transmissão 1702. Em alguns casos, uma área de cobertura de enlace ascendente para a estação de retransmissão ponto a ponto 503 é definida pelo conjunto de pontos a partir do qual todos os L elementos de antena de recepção 406 podem receber sinais. Em outros casos, a área de cobertura da estação de retransmissão é definida pelo conjunto de pontos a partir do qual um subconjunto (por exemplo, um número desejado

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29/188 maior que 1, mas menor que todos) dos L elementos de antena de recepção 406 pode receber sinais. De modo similar, em alguns casos, a área de cobertura de enlace descendente é definida pelo conjunto de pontos para o qual todos os L elementos de antena de transmissão 409 podem enviar sinais confiavelmente. Em outros casos, a área de cobertura de enlace descendente para a estação de retransmissão ponto a ponto 503 é definida como o conjunto de pontos para o qual um subconjunto dos elementos de antena de transmissão 409 pode enviar sinais confiavelmente. Em alguns casos, o tamanho do subconjunto dos elementos de antena de recepção 406 ou dos elementos de antena de transmissão 409 é pelo menos quatro. Em outros casos, o tamanho do subconjunto é 6, 10, 20, 100, ou qualquer outro número que forneça o desempenho desejado do sistema.

[081] Para fins de simplicidade, alguns exemplos são descritos e/ou ilustrados como todos os L elementos de antena de recepção 406 que recebem sinais de todos os pontos na área de cobertura de enlace ascendente e/ou todos os L elementos de antena de transmissão 409 que transmitem para todos os pontos na área de cobertura de enlace descendente. Essas descrições não têm por objetivo exigir que todos os L elementos recebam e/ou transmitam sinais em um nível de sinal significativo. Por exemplo, em alguns casos, um subconjunto dos L elementos de antena de recepção 406 recebe um sinal de enlace ascendente (por exemplo, um sinal de enlace ascendente de retorno 525 a partir de um terminal de usuário 517, ou um sinal de enlace ascendente de envio 521 a partir de um AN 515), de modo que o subconjunto de elementos de antena de recepção 406 receba o sinal de enlace ascendente em um nível de sinal que seja

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30/188 próximo de um nível máximo de sinal recebido do sinal de enlace ascendente (por exemplo, não substancialmente menor que o nível de sinal correspondente ao sinal de enlace ascendente que tem o nível de sinal mais alto); outros dentre os L elementos de antena de recepção 406 que não estão no subconjunto recebem o sinal de enlace ascendente em um nível consideravelmente mais baixo (por exemplo, muito abaixo do nível máximo de sinal recebido do sinal de enlace ascendente). Em alguns casos, o sinal de enlace ascendente recebido por cada elemento de antena de recepção de um subconjunto está em um nível de sinal dentro de 10 dB de um nível máximo de sinal recebido por qualquer um dos elementos de antena de recepção 406. Em alguns casos, o subconjunto inclui ao menos 10% dos elementos de antena de recepção 406. Em alguns casos, o subconjunto inclui ao menos 10 elementos de antena de recepção 406.

[082] De modo similar, no lado de transmissão, um subconjunto dos L elementos de antena de transmissão 409 transmite um sinal de enlace descendente para um receptor terrestre (por exemplo, um sinal de enlace descendente de retorno 527 para um AN 515, ou um sinal de enlace descendente de envio 522 para um terminal de usuário 517), de modo que o subconjunto de elementos de antena de transmissão 409 transmita o sinal de enlace descendente para o receptor com um nível de sinal recebido que seja próximo do nível máximo de sinal transmitido do sinal de enlace descendente (por exemplo, não substancialmente menor que o nível de sinal correspondente ao sinal de enlace descendente que tem o nível de sinal recebido mais alto); outros dentre os L elementos de antena de transmissão 409 que não estão no subconjunto transmitem o

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31/188 sinal de enlace descendente de modo que o mesmo seja recebido em um nível consideravelmente mais baixo (por exemplo, muito abaixo do nível máximo de sinal transmitido do sinal de enlace descendente). Em alguns casos, o nível de sinal está dentro de 3 dB de um nível de sinal correspondente a um ganho máximo do elemento de antena de transmissão 409. Em outros casos, o nível de sinal está dentro de 6 dB do nível de sinal correspondente a um ganho máximo do elemento de antena de transmissão 409. Em ainda outros casos, o nível de sinal está dentro de 10 dB do nível de sinal correspondente a um ganho máximo do elemento de antena de transmissão 409.

[083] Em alguns casos, o sinal recebido por cada elemento de antena de recepção 406 tem origem na mesma fonte (por exemplo, um dos terminais de usuário 517) devido à superposição no padrão de antena de recepção de cada elemento de antena de recepção. Entretanto, em alguns casos, pode haver pontos dentro da área de cobertura de estação de retransmissão ponto a ponto onde um terminal de usuário está situado e a partir dos quais nem todos os elementos de antena de recepção podem receber o sinal. Em alguns desses casos, pode haver um número significativo de elementos de antena de recepção que não recebem (ou não podem receber) o sinal a partir de terminais de usuário que estão dentro da área de cobertura de estação de retransmissão ponto a ponto. Contudo, conforme descrito aqui, a indução do multicaminho pela estação de retransmissão ponto a ponto 503 pode depender da recepção do sinal por ao menos dois elementos de recepção.

[084] Conforme mostrado na Figura 6 e discutido em detalhe a seguir, em alguns casos, uma trajetória de sinal de recepção/transmissão 1702 compreende um elemento de antena

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32/188 de recepção 406, um transponder 410 e um elemento de antena de transmissão 409. Nesses casos, os sinais de enlace ascendente de retorno 525 são recebidos por cada de uma pluralidade de transponders 410 através de um respectivo elemento de antena de recepção 406. A saída de cada trajetória de sinal de recepção/transmissão 1702 é um sinal de enlace descendente de retorno 527 que corresponde a um respectivo compósito de sinais de enlace ascendente de retorno recebidos. O sinal de enlace descendente de retorno é criado pela trajetória de sinal de recepção/transmissão 1702. O sinal de enlace descendente de retorno 527 é transmitido para o arranjo de M ANs 515. Em alguns casos, os ANs 515 são colocados em locais geograficamente distribuídos (por exemplo, locais de recepção ou de recuperação) por toda a área de cobertura de estação de retransmissão ponto a ponto. Em alguns casos, cada transponder 410 acopla um respectivo elemento dentre os elementos de antena de recepção 406 a um respectivo elemento dentre os elementos de antena de transmissão 409. Consequentemente, existem L maneiras diferentes para um sinal chegar de um terminal de usuário 517 situado em uma área de cobertura de feixes de usuário 519 a um AN 515 específico. Isso cria L trajetórias entre um terminal de usuário 517 e um AN 515. As L trajetórias entre um terminal de usuário 517 e um AN 515 são coletivamente chamadas de um canal multicaminho de retorno ponto a ponto 1908 (vide Figura 8). Consequentemente, a recepção do sinal de enlace ascendente de retorno 525 a partir de um local de transmissão dentro da área de cobertura de feixes de usuário 519, através dos L transponders 410, cria L sinais de enlace descendente de retorno 527, cada um transmitido de um dos transponders 410 (isto é, através de L

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33/188 trajetórias de comunicação adjacentes). Cada canal multicaminho de retorno ponto a ponto 1908 está associado a um vetor na matriz de radiação de enlace ascendente Ar, à matriz de carga útil E, e a um vetor na matriz de radiação de enlace descendente Ct. Deve-se notar que devido aos padrões de cobertura dos elementos de antena, em alguns casos, algumas das L trajetórias podem ter relativamente pouca energia (por exemplo, 6 dB, 10 dB, 20 dB, 30 dB, ou qualquer outra razão de potência adequada menor que outras trajetórias). Uma superposição 1706 de sinal de enlace descendente de retorno 527 é recebida em cada um dos ANs 515 (por exemplo, em M locais de recepção ou de recuperação geograficamente distribuídos). Cada sinal de enlace descendente de retorno 527 compreende uma superposição de uma pluralidade dos sinais de enlace descendente de retorno transmitidos 527, resultando em um respectivo sinal de retorno compósito. Os respectivos sinais de retorno compósitos são acoplados ao formador de feixes de retorno 531 (vide Figuras 5 e 29).

[085] A Figura 7 ilustra um exemplo de um enlace de retorno ponto a ponto 523 de um terminal de usuário 517 situado dentro de uma área de cobertura de feixes de usuário 519 para os ANs 515. O sinal de enlace ascendente de retorno 525 transmitido a partir do terminal de usuário 517 é recebido pelo arranjo de L elementos de antena de recepção 406 na estação de retransmissão ponto a ponto 503 (ou, por exemplo, recebido por um subconjunto dos L elementos de antena de recepção 406).

[086] Ar é a matriz L x K de radiação de enlace ascendente de retorno. Os valores da matriz de radiação de enlace ascendente de retorno modelam a trajetória a partir de

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34/188 sinal de um local de referência na área de cobertura de feixes de usuário 519 para os elementos da antena de recepção da estação de retransmissão ponto a ponto 406. Por exemplo, ArL,1 é o valor de um elemento da matriz de radiação de enlace ascendente de retorno (isto é, a amplitude e fase da trajetória) de um local de referência na 1^a área de cobertura de feixes de usuário 519 para o L° elemento de antena de recepção. Em alguns casos, todos os valores na matriz de radiação de enlace ascendente de retorno Ar podem ser não zero (por exemplo, há uma trajetória de sinal significativa do local de referência para cada um dos elementos de antena de recepção do arranjo de antenas de recepção).

[087] E (dimensão L x L) é a matriz de carga útil e fornece o modelo (amplitude e fase) das trajetórias a partir dos elementos de antena de recepção 406 para os elementos de antena de transmissão 409. Uma carga útil” de uma estação de retransmissão ponto a ponto 503, como usada aqui, inclui, em geral, o conjunto de componentes da estação de retransmissão ponto a ponto 503 que afetam as, e/ou são afetados pelas, comunicações de sinais à medida que são recebidos por, retransmitidos através de e transmitidos a partir da estação de retransmissão ponto a ponto 503. Por exemplo, uma carga útil da estação de retransmissão ponto a ponto pode incluir elementos de antena, refletores, transponders etc.; mas a estação de retransmissão ponto a ponto pode incluir adicionalmente baterias, células solares, sensores e/ou outros componentes não considerados aqui como parte da carga útil (uma vez que eles não afetam os sinais durante o funcionamento normal). Considerar o conjunto de componentes como uma carga útil pode permitir modelar

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35/188 matematicamente o impacto geral da estação de retransmissão ponto a ponto como uma única matriz de carga útil E. A trajetória predominante a partir de cada elemento de antena de recepção 406 para cada elemento de antena de transmissão 409 correspondente é modelada pelo valor que repousa sobre a diagonal da matriz de carga útil E. Presumindo que não haja diafonia entre trajetórias de sinais de recepção/transmissão, os valores fora da diagonal da matriz de carga útil são zero. Em alguns casos, a diafonia pode não ser zero. Isolar as trajetórias de sinais umas das outras irá minimizar a diafonia. Em alguns casos, como a diafonia é desprezível, a matriz de carga útil E pode ser estimada por uma matriz diagonal. Em alguns casos, os valores fora da diagonal (ou quaisquer outros valores adequados) da matriz de carga útil podem ser tratados como zero, mesmo onde há algum impacto de sinal correspondente a esses valores, para reduzir a complexidade matemática e/ou por outras razões.

[088] Ct é a matriz M x L de radiação de enlace descendente de retorno. Os valores da matriz de radiação de enlace descendente de retorno modelam as trajetórias de sinais a partir dos elementos de antena de transmissão 409 para os ANs 515. Por exemplo, Ct3,2 é o valor da matriz de radiação de enlace descendente de retorno (por exemplo, o ganho e a fase da trajetória) a partir do segundo elemento de antena de transmissão 409b para o terceiro AN 515c. Em alguns casos, todos os valores da matriz de radiação de enlace descendente Ct podem ser não zero. Em alguns casos, alguns dos valores da matriz de radiação de enlace descendente Ct são essencialmente zero (por exemplo, o padrão de antena estabelecido por um elemento de antena de

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36/188 transmissão 409 correspondente do arranjo de antenas de transmissão é tal que o elemento de antena de transmissão 409 não transmite sinais úteis para alguns dos ANs 515).

[089] Como pode ser visto na Figura 7, o canal multicaminho de retorno ponto a ponto a partir de um terminal de usuário 517 em uma área de cobertura de feixes de usuário 519 particular para um AN 515 específico é a soma das L trajetórias diferentes. O canal multicaminho de retorno ponto a ponto tem o multicaminho induzido por L trajetórias exclusivas através dos transponders 410 na estação de retransmissão ponto a ponto. Como ocorre com muitos canais multicaminho, as amplitudes e fases das trajetórias podem se somar favoravelmente (construtivamente) para produzir um alto ganho de canal ponto a ponto ou desfavoravelmente (destrutivamente) para produzir um baixo ganho de canal ponto a ponto. Quando o número de trajetórias diferentes, L, entre um terminal de usuário e um AN é grande, o ganho de canal ponto a ponto pode ter uma distribuição de Rayleigh da amplitude. Com tal distribuição, não é incomum verificar alguns ganhos de canal ponto a ponto a partir de um terminal de usuário 517 particular para um AN 515 específico que sejam 20 dB ou mais abaixo do nível médio de ganho de canal a partir de um terminal de usuário 517 para um AN 515. Esse sistema de formação de feixes ponto a ponto induz intencionalmente um ambiente multicaminho para a trajetória ponto a ponto a partir de qualquer terminal de usuário para qualquer AN.

[090] A Figura 8 é uma ilustração simplificada de um modelo exemplificador de todos os canais multicaminho de retorno ponto a ponto a partir de áreas de cobertura de feixes de usuário 519 para ANs 515. Existem M x K desses

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37/188 canais multicaminho de retorno ponto a ponto no enlace de retorno ponto a ponto (isto é, M de cada uma das K áreas de cobertura de feixes de usuário 519). Os canais 1908 conectam terminais de usuário em uma área de cobertura de feixes de usuário 519 a um AN 515 através de L trajetórias de sinais de recepção/transmissão 1702 diferentes, cada trajetória seguindo através de uma trajetória diferente dentre as L trajetórias de sinais de recepção/transmissão (e transponders associados) da estação de retransmissão. Embora esse efeito seja chamado aqui de multicaminho, esse multicaminho difere do multicaminho convencional (por exemplo, em um sistema de rádio móvel ou de múltiplas entradas-múltiplas saídas (MIMO - multiple-input multipleoutput)), uma vez que as múltiplas trajetórias da presente invenção são induzidas intencionalmente (e, conforme descrito aqui, afetadas) pelas L trajetórias de sinais de recepção/transmissão. Cada um dos M x K canais multicaminho de retorno ponto a ponto que têm origem em um terminal de usuário 517 dentro de uma área de cobertura de feixes de usuário 519 particular pode ser modelado por um canal multicaminho de retorno ponto a ponto. Cada um desses canais multicaminho de retorno ponto a ponto é transmitido a partir de um local de referência (ou de recuperação) dentro da área de cobertura de feixes de usuário 519 para um dos ANs 515.

[091] Cada um dos M x K canais multicaminho de retorno ponto a ponto 1908 pode ser individualmente modelado para calcular um elemento correspondente de uma matriz M x K de canal de retorno Hret. A matriz de canal de retorno Hret tem K vetores, cada um tendo uma dimensionalidade igual a M, de modo que cada vetor modela os ganhos de canais de retorno

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38/188 ponto a ponto para a comunicação multicaminho entre um local de referência em uma das respectivas K áreas de cobertura de feixes de usuário e os M ANs 515. Cada canal multicaminho de retorno ponto a ponto acopla um dos M ANs 515 com um local de referência dentro de um dos K feixes de usuário de retorno através de L transponders 410 (vide Figura 7). Em alguns casos, apenas um subconjunto dos L transponders 410 na estação de retransmissão ponto a ponto 503 é usado para criar o canal multicaminho de retorno ponto a ponto (por exemplo, apenas um subconjunto é considerado como presente na trajetória de sinal contribuindo com uma quantidade significativa de energia para o canal multicaminho de retorno ponto a ponto). Em alguns casos, o número de feixes de usuário K é maior que o número de transponders L que estão na trajetória de sinal do canal multicaminho de retorno ponto a ponto. Adicionalmente, em alguns casos, o número de ANs M é maior que o número de transponders L que estão na trajetória de sinal do canal multicaminho de retorno ponto a ponto 1908. Por exemplo, o elemento Hret4,2 da matriz de canal de retorno Hret está associado ao canal de um local de referência na segunda área de cobertura de feixes de usuário 1903 para o quarto AN 1901. A matriz Hret modela o canal ponto a ponto como o produto das matrizes Ct x E x Ar (vide Figura 6) . Cada elemento na matriz Hret modela o ganho ponto a ponto de um canal multicaminho de retorno ponto a ponto 1908. Devido à natureza multicaminho do canal, este pode ser submetido a um desvanecimento (atenuação) profundo. Os feixes de usuário de retorno podem ser formados pelo SPC 505. O SPC 505 calcula pesos de feixe de retorno com base no modelo dessas M x K trajetórias de sinais e forma os feixes de usuário de retorno aplicando os pesos de feixe de

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39/188 retorno à pluralidade de sinais de retorno compósitos, sendo cada peso calculado para cada canal multicaminho de retorno ponto a ponto que acopla os terminais de usuário 517 em uma área de cobertura de feixes de usuário com um dentre a pluralidade de ANs 515. Em alguns casos, os pesos de feixe de retorno são calculados antes de o sinal de retorno compósito ser recebido. Existe um enlace de retorno ponto a ponto a partir de cada uma das K áreas de cobertura de feixes de usuário 519 para os M ANs 515. A ponderação (isto é, a complexa fase/amplitude relativa) de cada um dos sinais recebidos pelos M ANs 515 permite que esses sinais sejam combinados para formar um feixe de usuário de retorno com o uso do recurso de formação de feixes do SPC 505 dentro do segmento terrestre 502. O cálculo da matriz de pesos de feixe é usado para determinar como ponderar (atribuir pesos a) cada canal multicaminho de retorno ponto a ponto 1908, para formar a pluralidade de feixes de usuário de retorno, conforme descrito em detalhe a seguir. Os feixes de usuário não são formados ajustando-se diretamente a fase e amplitude relativas dos sinais transmitidos por um elemento de antena da estação de retransmissão ponto a ponto em relação à fase e amplitude dos sinais transmitidos pelos outros elementos de antena da estação de retransmissão ponto a ponto. Em vez disso, os feixes de usuário são formados aplicando-se os pesos associados à matriz M x K de canais aos M sinais de AN. É a pluralidade de ANs que fornece a diversidade de trajetórias de recepção, transmissor único (terminal de usuário) para múltiplos receptores (ANs), para possibilitar a transmissão bem-sucedida de informações a partir de qualquer terminal de usuário na presença do canal multicaminho induzido

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40/188 intencionalmente .

DADOS DE ENVIO [092] A Figura 9 é uma ilustração de um modelo exemplificador de trajetórias de sinal para sinais que transportam dados de envio no enlace de envio ponto a ponto 501. Os dados de envio são os dados que fluem dos ANs 515 para os terminais de usuário 517. Os sinais na figura fluem da direita para a esquerda. Os sinais têm origem nos M ANs 515, que estão situados na área de projeção da estação de retransmissão ponto a ponto 503. Existem K áreas de cobertura de feixes de usuário 519. Os sinais enviados de cada AN 515 são retransmitidos por L trajetórias de sinais de recepção/transmissão 2001.

[093] As trajetórias de sinais de recepção/transmissão 2001 transmitem um sinal de retransmitido para os terminais de usuário 517 nas áreas de cobertura de feixes de usuário 519. Consequentemente, pode haver L maneiras diferentes para um sinal chegar de um AN 515 específico a um terminal de usuário 517 situado em uma área de cobertura de feixes de usuário 519. Isso cria L trajetórias entre cada AN 515 e cada terminal de usuário 517. Deve-se notar que devido aos padrões de cobertura dos elementos de antena, algumas das L trajetórias podem ter menos energia que outras.

[094] A Figura 10 ilustra exemplo de um enlace de envio ponto a ponto 501 que acopla uma pluralidade de nós de acesso em locais geograficamente distribuídos com um terminal de usuário 517 em um feixe de usuário (por exemplo, situado em um local de recuperação dentro da área de cobertura de feixes de usuário 519) através de uma estação

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41/188 de retransmissão ponto a ponto 503. Em alguns casos, o sinal de dados de envio é recebido em um formador de feixes antes da geração de sinais de enlace ascendente de envio. No formador de feixes uma pluralidade de sinais de enlace ascendente de envio é gerada e transmitida à pluralidade de ANs 515. Por exemplo, cada AN 515 recebe um sinal de enlace ascendente de envio (com ponderação de feixe) exclusivo, gerado de acordo com os pesos de feixe correspondentes àquele AN 515. Cada AN 515 tem uma saída que transmite um sinal de enlace ascendente de envio através de um dos M enlaces ascendentes. Cada sinal de enlace ascendente de envio compreende um sinal de dados de envio associado ao feixe de usuário de envio. O sinal de dados de envio está associado ao” feixe de usuário de envio, uma vez que o mesmo destina-se a ser recebido por terminais de usuário 517 atendidos pelo feixe de usuário. Em alguns casos, o sinal de dados de envio compreende dois ou mais fluxos de dados de usuário. Os fluxos de dados de usuário podem ser multiplexados juntos por multiplexação de divisão por tempo ou de divisão por frequência etc. Em alguns casos, cada fluxo de dados de usuário destina-se à transmissão para um ou mais dentre uma pluralidade de terminais de usuário dentro do mesmo feixe de usuário de envio.

[095] Conforme discutido em detalhes a seguir, cada sinal de enlace ascendente de envio é transmitido de uma forma maneira sincronizada por tempo por seu respectivo AN 515 de transmissão. Os sinais de enlace ascendente de envio 521 transmitidos a partir dos ANs 515 são recebidos por uma pluralidade de transponders 410 na estação de retransmissão ponto a ponto 503 através de elementos de

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42/188 antena de recepção 406 na estação de retransmissão ponto a ponto 503. A superposição 550 dos sinais de enlace ascendente de envio 521 recebidos a partir de locais distribuídos geograficamente cria um sinal de envio de entrada compósito 545. Cada transponder 410 recebe simultaneamente um sinal de envio de entrada compósito 545. Entretanto, cada transponder 410 receberá os sinais com temporização ligeiramente diferente devido às diferenças no local do elemento de antena de recepção 406 associado a cada transponder 401.

[096] Cr é a matriz L x M de radiação de enlace ascendente de envio. Os valores da matriz de radiação de enlace ascendente de envio modelam a trajetória de sinal (amplitude e fase) a partir dos ANs 515 para os elementos de antena de recepção 406. E é a matriz L x L de carga útil e fornece o modelo das trajetórias de sinais do transponder a partir dos elementos de antena de recepção 406 para os elementos de antena de transmissão 409. O ganho de trajetória direta de cada elemento de antena de recepção 406 através de um transponder correspondente dentre uma pluralidade de transponders para cada elemento de antena de transmissão 409 correspondente é modelado pelos valores na diagonal da matriz de carga útil. Conforme observado com relação ao enlace de retorno, presumindo que não haja diafonia entre elementos de antena, os elementos da matriz de carga útil fora da diagonal são zero. Em alguns casos, a diafonia pode não ser zero. Isolar as trajetórias de sinais umas das outras irá minimizar a diafonia. Nesse exemplo, cada um dos transponders 410 acopla um respectivo elemento dentre os elementos de antena de recepção 406 com um respectivo elemento dentre os elementos de

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43/188 antena de transmissão 409. Consequentemente, um sinal de enlace descendente de envio 522 emitido a partir de cada um dos transponders 410 é transmitido por cada um de uma pluralidade de transponders 410 (vide Figura 9) através dos elementos de antena de transmissão 409, de modo que os sinais de enlace descendente de envio 522 formem um feixe de usuário de envio (sobrepondo-se construtiva e destrutivamente em locais de recuperação geográficos desejados para forma o feixe). Em alguns casos, é formada uma pluralidade de feixes de usuário, cada feixe correspondendo a uma área geográfica de cobertura de feixes de usuário 519 que atende um respectivo conjunto de terminais de usuário 517 dentro da área de cobertura de feixes de usuário 519. A trajetória a partir do primeiro elemento de antena de transmissão 409a (vide Figura 10) para um local de referência (ou de recuperação) na primeira área de cobertura de feixes de usuário 519 é dada no valor At11 da matriz de radiação de enlace descendente de envio. Conforme observado com relação ao enlace de retorno, esse sistema de formação de feixes ponto a ponto induz intencionalmente um ambiente multicaminho para a trajetória ponto a ponto a partir de qualquer AN 515 para qualquer terminal de usuário 517. Em alguns casos, um subconjunto dos elementos de antena de transmissão 409 transmite sinais de enlace descendente de envio 522 com uma quantidade significativa de energia para um terminal de usuário 517. O terminal de usuário 517 (ou, mais genericamente, um local de referência ou de recuperação na área de cobertura de feixes de usuário 519 para recepção e/ou recuperação) recebe a pluralidade de sinais de enlace descendente de envio 522 e recupera ao menos uma porção do sinal de dados de envio a

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44/188 partir da pluralidade de sinais de enlace descendente de envio recebidos 522. Os sinais de enlace descendente de envio transmitidos 522 podem ser recebidos pelo terminal de usuário 517 em um nível de sinal que está dentro de 10 dB de um nível máximo de sinal a partir de qualquer um dos outros sinais transmitidos pelos elementos de antena de transmissão 409 dentro do subconjunto. Em alguns casos, o subconjunto de elementos de antena de transmissão inclui ao menos 10% da pluralidade de elementos de antena de transmissão presentes na estação de retransmissão ponto a ponto 503. Em alguns casos, o subconjunto de elementos de antena de transmissão inclui ao menos 10 elementos de antena de transmissão, independentemente de quantos elementos de antena de transmissão 409 estão presentes na estação de retransmissão ponto a ponto 503. Em um caso, receber a pluralidade de sinais de enlace descendente de envio compreende receber uma superposição 551 da pluralidade de sinais de enlace descendente de envio.

[097] A Figura 11 é uma ilustração simplificada de um modelo de todos os canais multicaminho de envio ponto a ponto 2208 a partir dos M ANs 515 para as K áreas de cobertura de feixes de usuário 519. Conforme mostrado na Figura 11, há um canal multicaminho de envio ponto a ponto 2208 que acopla cada AN 515 a cada área de cobertura de feixes de usuário 519.

Cada canal 2208 a partir de um AN 515 para uma área de cobertura de feixes de usuário 519 tem multicaminho induzido como resultado de L trajetórias exclusivas a partir do AN 515 através da pluralidade de transponders para a área de cobertura de feixes de usuário 519. Dessa forma, os K x M canais multicaminho 2208 podem ser modelados individualmente e o modelo de cada um serve como um elemento de uma matriz K x M

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45/188 de canal de envio Hfwd. A matriz de canal de envio Hfwd tem M vetores, cada um tendo uma dimensionalidade igual a K, de modo que cada vetor modela os ganhos de envio ponto a ponto para a comunicação multicaminho entre um respectivo AN dentre os M ANs 515 e locais de referência (ou de recuperação) em K áreas de cobertura de feixes de usuário de envio. Cada canal multicaminho de envio ponto a ponto acopla um dos M ANs 515 com terminais de usuário 517 atendidos por um dos K feixes de usuário de envio através de L transponders 410 (vide Figura 10) . Em alguns casos, apenas um subconjunto dos L transponders 410 na estação de retransmissão ponto a ponto 503 é usado para criar o canal multicaminho de envio ponto a ponto (isto é, está na trajetória de sinal do canal multicaminho de envio ponto a ponto). Em alguns casos, o número de feixes de usuário K é maior que o número de transponders L que estão na trajetória de sinal do canal multicaminho de envio ponto a ponto. Adicionalmente, em alguns casos, o número de ANs M é maior que o número de transponders L que estão na trajetória de sinal do canal multicaminho de envio ponto a ponto.

[098] H-fwd pode representar o enlace de envio ponto a ponto como o produto das matrizes At x E x Cr. Cada elemento em Hfwd é o ganho de envio ponto a ponto devido à natureza multicaminho da trajetória e pode estar sujeito a um desvanecimento profundo. Um peso de feixe adequado pode ser calculado para cada um dentre a pluralidade de canais multicaminho de envio ponto a ponto 2208 pelo SPC 505 dentro do segmento terrestre 502 para formar feixes de usuário de envio a partir do conjunto de M ANs 515 para cada área de cobertura de feixes de usuário 519. A pluralidade de ANs 515 fornece uma diversidade de trajetórias de transmissão,

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46/188 mediante o uso de múltiplos transmissores (ANs) para um único receptor (terminal de usuário), para possibilitar a transmissão bem-sucedida das informações para qualquer terminal de usuário 517 na presença do canal multicaminho induzido intencionalmente.

DADOS DE ENVIO E DE RETORNO COMBINADOS [099] A Figura 12 ilustra um exemplo de uma estação de retransmissão ponto a ponto que suporta comunicações de envio e de retorno. Em alguns casos, as mesmas trajetórias de sinais da estação de retransmissão ponto a ponto (por exemplo, conjunto de elementos de antena de recepção, transponders, e elementos de antena de transmissão) podem ser usadas tanto para o enlace de envio ponto a ponto 501 como para o enlace de retorno ponto a ponto 523. Alguns outros casos incluem transponders de enlace de envio e transponders de enlace de retorno, que podem ou não compartilhar elementos de antena de recepção e de transmissão. Em alguns casos, o sistema 1200 tem uma pluralidade de ANs e terminais de usuário que estão situados na mesma região geográfica geral 1208 (a qual pode ser, por exemplo, um estado específico, todo um país, uma região, toda uma área visível, ou qualquer outra região geográfica adequada 1208). Uma única estação de retransmissão ponto a ponto 1202 (disposta em um satélite ou qualquer outra estação de retransmissão ponto a ponto adequada) recebe sinais de enlace ascendente de envio 521 a partir de ANs e transmite sinais de enlace descendente de envio 522 para terminais de usuário. Em tempos alternados, ou em frequências alternadas, a estação de retransmissão ponto a ponto 1202 também recebe sinais de enlace ascendente de retorno 525 a partir dos terminais de usuário e transmite

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47/188 sinais de enlace descendente de retorno 527 para os ANs. Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 1202 é compartilhada entre dados de envio e de retorno com o uso de técnicas como duplexação por domínio do tempo, duplexação por domínio da frequência, e similares. Em alguns casos, a duplexação por domínio do tempo entre dados de envio e de retorno usa a mesma faixa de frequências: os dados de envio são transmitidos durante intervalos tempo diferentes (não sobrepostos) daqueles usados para transmitir dados de retorno. Em alguns casos, com a duplexação por domínio da frequência, são utilizadas frequências diferentes para dados de envio e dados de retorno, permitindo, dessa forma, a transmissão simultânea e não interferente de dados de envio e de retorno.

[0100] A Figura 13 é uma ilustração de uma faixa de frequências de enlace ascendente dividida em duas porções. A porção de frequências mais baixas (esquerda) da faixa é alocada para o enlace ascendente de envio e a porção de frequências mais altas (direita) da faixa é alocada ao enlace ascendente de retorno. A faixa de enlaces ascendentes pode ser dividida em múltiplas porções de dados de envio ou de retorno.

[0101] A Figura 14 é uma ilustração dos dados de envio e de retorno que são multiplexados por divisão de tempo. É mostrado um período de quadro de dados no qual os dados de envio são transportados durante o primeiro intervalo de tempo do quadro, enquanto os dados de retorno são transportados durante o último intervalo de tempo do quadro. A estação de retransmissão ponto a ponto recebe a partir de um ou mais nós de acesso durante um primeiro intervalo de tempo de recepção (de envio) e a partir de um ou mais terminais de usuário durante um segundo intervalo de tempo de

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48/188 recepção (de retorno) que não se sobrepõe ao primeiro intervalo de tempo de recepção. A estação de retransmissão ponto a ponto transmite para um ou mais terminais de usuário durante um primeiro intervalo de tempo de transmissão (de envio) e para um ou mais nós de acesso durante um segundo intervalo de tempo de transmissão (de retorno) que não se sobrepõe ao primeiro intervalo de tempo de recepção. O quadro de dados pode ser repetido ou pode alterar dinamicamente. O quadro pode ser dividido em múltiplas porções (por exemplo, não contíguas) para dados de envio e de retorno.

SATÉLITES DE FORMAÇÃO DE FEIXES PONTO A PONTO [0102] Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 503 é implementada em um satélite, sendo o satélite utilizado para retransmitir os sinais a partir dos ANs (os quais podem ser chamados de nós de acesso de satélite (SANs - satellite access nodes”) nesses casos) para os terminais de usuário e vice-versa. Em alguns casos, o satélite é mantido em órbita geoestacionária. Um satélite exemplificador operando como uma estação de retransmissão ponto a ponto tem um arranjo de elementos de antena de recepção, um arranjo de elementos de antena de transmissão e vários transponders que conectam os elementos de antena de recepção aos elementos de antena de transmissão. Os arranjos têm um número grande de elementos de antena com áreas de cobertura de elementos de antena sobrepostas, de modo similar às tradicionais antenas de arranjo em fase única. São as áreas de cobertura de elementos de antena sobrepostas tanto nos elementos de antena de transmissão como nos elementos de antena de recepção que criam o ambiente multicaminho descrito anteriormente. Em alguns casos, os

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49/188 padrões de antena estabelecidos pelos elementos de antena correspondentes e aqueles que resultam nas áreas de cobertura de elementos de antena sobrepostas (por exemplo, padrões de antena de feixes de componentes sobrepostos), são idênticos. Para os propósitos da presente revelação, o termo idêntico significa que os padrões seguem essencialmente a mesma distribuição de energia ao longo de um dado conjunto de pontos no espaço, tomando o elemento de antena como o ponto de referência para a localização dos pontos no espaço. É muito difícil serem perfeitamente idênticos. Portanto, padrões que têm desvios relativamente pequenos de um padrão para outro estão dentro do escopo dos padrões idênticos. Em outros casos, padrões de antena de feixes de componentes de recepção podem não ser idênticos, e de fato podem ser significativamente diferentes. Tais padrões de antena podem ainda resultar em áreas de cobertura de elementos de antena sobrepostas, mas aqueles resultantes de áreas de cobertura não serão idênticos.

[0103] Os tipos de antenas incluem, mas não se limitam a, refletores alimentados pelo arranjo, arranjos confocais, arranjos de radiação direta e outras formas de arranjos de antenas. Cada antena pode ser um sistema que inclui componentes ópticos adicionais para auxiliar na recepção e/ou transmissão de sinais, como um ou mais refletores. Em alguns casos, um satélite inclui componentes que ajudam no alinhamento de temporização e calibração de formação de feixes do sistema.

[0104] A Figura 15 é um diagrama de um exemplo de satélite 1502 que pode ser usado como uma estação de retransmissão ponto a ponto 503. Em alguns casos, o satélite

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1502 tem uma antena de transmissão tipo refletor alimentado pelo arranjo 401 e uma antena de recepção tipo refletor alimentado pelo arranjo 402. A antena de recepção 402 compreende um refletor de recepção (não mostrado) e um arranjo de elementos de antena de recepção 406. Os elementos de antena de recepção 406 são iluminados pelo refletor de recepção. A antena de transmissão 401 compreende um refletor de transmissão (não mostrado) e um arranjo de elementos de antena de transmissão 409. Os elementos de antena de transmissão 409 são dispostos para iluminar o refletor de transmissão. Em alguns casos, o mesmo refletor é usado tanto para a recepção como para a transmissão. Em alguns casos, uma porta do elemento de antena é usada para recepção e uma outra porta para transmissão. Algumas antenas têm a capacidade de distinguir entre sinais de polarizações diferentes. Por exemplo, um elemento de antena pode incluir quatro portas de guia de ondas para recepção de polarização circular à direita (RHCP), recepção de polarização circular à esquerda (LHCP), transmissão RHCP e transmissão LHCP, respectivamente. Em alguns casos, podem ser usadas duas polarizações para aumentar a capacidade do sistema; em outros casos, pode ser usada uma única polarização para reduzir a interferência (por exemplo, com outros sistemas que usam uma polarização diferente).

[0105] O satélite 1502 exemplificador compreende também uma pluralidade de transponders 410. Um transponder 410 conecta a saída de um elemento de antena de recepção 406 à entrada de um elemento de antena de transmissão 409. Em alguns casos, o transponder 410 amplifica o sinal recebido. Cada elemento de antena de recepção emite um sinal recebido

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51/188 exclusivo. Em alguns casos, um subconjunto de elementos de antena de recepção 406 recebe um sinal de um transmissor terrestre, como um terminal de usuário 517 no caso de um sinal de enlace de retorno, ou de um AN 515 no caso de um sinal de enlace de envio. Em alguns desses casos, o ganho de cada elemento de antena de recepção no subconjunto para o sinal recebido está dentro de uma faixa relativamente pequena. Em alguns casos, a faixa é de 3 dB. Em outros casos, a faixa é de 6 dB. Em ainda outros casos, a faixa é de 10 dB. Consequentemente, o satélite receberá um sinal em cada elemento de uma pluralidade de elementos de antena de recepção 406 do satélite, sendo que o sinal de comunicação tem origem em um transmissor terrestre, de modo que um subconjunto dos elementos de antena de recepção 406 receba o sinal de comunicação em um nível de sinal que não é substancialmente menor que um nível de sinal correspondente a um ganho máximo do elemento de antena de recepção 406.

[0106] Em alguns casos, ao menos 10 transponders 410 são fornecidos dentro do satélite 1502. Em um outro caso, ao menos 100 transponders 410 são fornecidos no satélite 1502. Em ainda outro caso, o número de transponders por polaridade pode estar na faixa de 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 ou de números intermediários ou maiores. Em alguns casos, o transponder 410 inclui um amplificador de baixo nível de ruído (LNA - low noise amplifier”) 412, um conversor de frequência e filtros associados 414 e um amplificador de potência (PA - power amplifier”) 420. Em alguns casos no qual a frequência de enlace ascendente e a frequência de enlace descendente são iguais, o transponder não inclui um conversor de frequência.

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Em outros casos, a pluralidade de elementos de antena de recepção funciona em uma primeira frequência. Cada elemento de antena de recepção 406 está associado a um transponder 410. O elemento de antena de recepção 406 é acoplado à entrada do LNA 412. Consequentemente, o LNA amplifica de modo independente o sinal único recebido fornecido pelo elemento de antena de recepção associado ao transponder 410. Em alguns casos, a saída do LNA 412 é acoplada ao conversor de frequência 414. O conversor de frequência 414 converte o sinal amplificado para uma segunda frequência.

[0107] A saída do transponder é acoplada a um elemento associado dentre os elementos de antena de transmissão. Nesses exemplos, há uma relação um-para-um entre um transponder 410, um elemento de antena de recepção associado 406 e um elemento de antena de transmissão associado 40 9, de modo que a saída de cada elemento de antena de recepção 406 seja conectada à entrada de um e somente um transponder e a saída desse transponder seja conectada à entrada de um e somente um elemento de antena de transmissão.

[0108] A Figura 16 é uma ilustração de um exemplo de um transponder 410. O transponder 410 pode ser um exemplo de um transponder de uma estação de retransmissão ponto a ponto 503, conforme descrito acima (por exemplo, o satélite 1502 da Figura 15). Nesse exemplo, o transponder inclui um deslocador de fase 418 além do amplificador de baixo nível de ruído (LNA) 412, um conversor de frequência e filtros associados 414 e um amplificador de potência (PA) do transponder 410. Como ilustrado na Figura 16, o transponder 410 exemplificador pode também ser acoplado a um controlador

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53/188 de deslocamento de fase 427. Por exemplo, o controlador de deslocamento de fase 427 pode ser acoplado (direta ou individualmente) a cada um de alguns ou de todos os transponders de uma estação de retransmissão ponto a ponto 503, de modo que o controlador de deslocamento de fase 427 possa ajustar individualmente as fases para cada transponder. Os deslocadores de fase podem ser úteis para calibração, por exemplo, conforme discutido a seguir.

Antenas [0109] Para criar o ambiente multicaminho, áreas de cobertura de elementos de antena podem se sobrepor a áreas de cobertura de elementos de antena de ao menos um outro elemento de antena de mesma polaridade, frequência e tipo (de transmissão ou de recepção, respectivamente). Em alguns casos, vários padrões de antena de feixes de componente de recepção, operáveis na mesma polarização de recepção e frequência de recepção (por exemplo, tendo ao menos uma porção da frequência de recepção em comum), sobrepõem-se uns aos outros. Por exemplo, em alguns casos, ao menos 25% dos padrões de antena de feixes de componentes de recepção, operáveis na mesma polarização de recepção e frequência de recepção (por exemplo, tendo ao menos uma porção da frequência de recepção em comum), sobrepõem-se a pelo menos outros cinco padrões de antena de feixes de componentes de recepção dos elementos de antena de recepção. De modo similar, em alguns casos, ao menos 25% dos padrões de antena de feixes de componentes de transmissão, operáveis na mesma polarização de transmissão e frequência de transmissão (por exemplo, tendo ao menos uma porção da frequência de transmissão em comum), sobrepõem-se a pelo menos outros cinco padrões de antena de feixes de componentes de

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54/188 transmissão. A quantidade de superposição varia de um sistema para outro. Em alguns casos, ao menos um dos elementos de antena de recepção 406 tem padrões de antena de feixes de componentes que se sobrepõem aos padrões de antena de outros elementos de antena de recepção 406 operáveis na mesma frequência de recepção (por exemplo, tendo ao menos uma porção da frequência de recepção em comum) e na mesma polarização de recepção. Portanto, ao menos alguns dentre a pluralidade de elementos de antena de recepção podem receber os mesmos sinais a partir da mesma fonte. De modo similar, ao menos um dos elementos de antena de transmissão 409 tem um padrão de antena de feixes de componentes que se sobrepõe aos padrões de antena de outros elementos de antena de transmissão 409 operáveis na mesma frequência de transmissão (por exemplo, tendo ao menos uma porção da frequência de transmissão em comum) e polarização de transmissão. Portanto, ao menos alguns dentre a pluralidade de elementos de antena de transmissão podem transmitir sinais que têm a mesma frequência na mesma polarização para o mesmo receptor. Em alguns casos, os padrões de antena de feixes de componentes sobrepostos podem ter ganhos que diferem em menos de 3 dB (ou qualquer outro valor adequado) ao longo de uma área geográfica comum. Os elementos de antena, sejam de recepção ou de transmissão, podem ter um amplo padrão de antena de feixes de componentes, e, dessa forma, uma área de cobertura de elementos de antena relativamente ampla. Em alguns casos, os sinais transmitidos por um transmissor terrestre, como um terminal de usuário 517 ou nó de acesso 515, são recebidos por todos os elementos de antena de recepção 406 da estação de retransmissão ponto a ponto (por exemplo, um satélite). Em alguns casos, um

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55/188 subconjunto dos elementos 406 recebe os sinais de um transmissor terrestre. Em alguns casos, o subconjunto inclui ao menos 50% dos elementos de antena de recepção. Em outros casos, o subconjunto inclui ao menos 75% dos elementos de antena de recepção. Em ainda outros casos, o subconjunto inclui ao menos 90% (por exemplo, até e inclusive todos) dos elementos de antena de recepção. Diferentes subconjuntos dos elementos de antena de recepção 406 podem receber sinais de diferentes transmissores terrestres. De modo similar, em alguns casos, um subconjunto dos elementos 409 transmite sinais que podem ser recebidos por um terminal de usuário 517. Em alguns casos, o subconjunto inclui ao menos 50% dos elementos de antena de transmissão. Em outros casos, o subconjunto inclui ao menos 75% dos elementos de antena de transmissão. Em ainda outros casos, o subconjunto inclui ao menos 90% (por exemplo, até e inclusive todos) dos elementos de antena de transmissão. Diferentes subconjuntos dos elementos 409 podem transmitir sinais que são recebidos por diferentes terminais de usuário. Adicionalmente, os terminais de usuário podem estar dentro de várias áreas formadas de cobertura de feixes de usuário 519. Para os propósitos da presente revelação, um padrão de antena é um padrão de distribuição de energia transmitido para, ou recebido de, uma antena. Em alguns casos, a energia pode ser irradiada diretamente de/para o elemento de antena. Em outros casos, a energia de um ou mais elementos de antena de transmissão pode ser refletida por um ou mais refletores que modelam o elemento de padrão de antena. De modo similar, um elemento de recepção pode receber energia diretamente, ou depois que a energia é refletida de um ou mais refletores. Em alguns casos, as

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56/188 antenas podem ser constituídas por vários elementos, cada um tendo um padrão de antena de feixes de componentes que estabelece uma área correspondente de cobertura de elementos de antena. De modo similar, todos ou um subconjunto de elementos de antena de recepção e de transmissão que recebem e transmitem sinais para ANs 515 podem se sobrepor, de modo que uma pluralidade de elementos de antena de recepção recebe sinais do mesmo AN 515 e/ou uma pluralidade de elementos de antena de transmissão transmite sinais para o mesmo AN 515.

[0110] A Figura 17 é uma ilustração de padrões de antena de feixes de componentes produzidos por vários elementos de antena (elementos de antena de recepção 406, ou elementos de antena de transmissão 409) que se cruzam nos pontos de 3 dB. O padrão de antena de feixes de componentes 1301 de um primeiro elemento de antena tem ganho máximo de antena de feixes de componentes ao longo do eixo de referência 1303. O padrão de antena de feixes de componentes 1301 é mostrado sendo atenuado em cerca de 3 dB antes de o mesmo cruzar com o padrão de antena de feixes de componentes 1305. Como cada par de padrões adjacentes de antena de feixes de componentes se sobrepõe em torno da linha de 3 dB 1307 para apenas uma porção relativamente pequena do padrão de antena de feixes de componentes, os elementos de antena que produzem esses padrões de antena de feixes de componentes são considerados como não sobrepostos.

[0111] A Figura 18 mostra contornos de antena idealizados de 3 dB 3901, 3902, 3903 de vários elementos 406, 409 com o ganho máximo designado com a letra 'x' . Os contornos 3901, 3902, 3903 são aqui chamados de idealizados porque são mostrados como circulares para fins

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57/188 de simplicidade. Entretanto, os contornos 3901, 3902, 3903 não precisam ser circulares. Cada contorno indica o lugar no qual o sinal transmitido ou recebido está 3 dB abaixo do nível máximo. Fora do contorno, o sinal está mais de 3 dB abaixo do máximo. Dentro do contorno, o sinal está menos de 3 dB abaixo do máximo (isto é, dentro de 3 dB do máximo). Em um sistema no qual a área de cobertura de um padrão de antena de feixes de componentes de recepção é todos os pontos para os quais o ganho de antena de feixes de componentes de recepção está dentro de 3 dB do ganho máximo de antena de feixes de componentes de recepção, a área dentro do contorno é chamada de a área de cobertura de elementos de antena. O contorno de antena de 3 dB para cada elemento 406, 409 não é sobreposto. Ou seja, apenas uma porção relativamente pequena da área dentro do contorno de antena de 3 dB 3901 se sobrepõe à área que está dentro dos padrões adjacentes de antena de 3 dB 3902, 3903.

[0112] A Figura 19 é uma ilustração dos padrões de antena 1411, 1413, 1415 de vários elementos de antena (elementos de antena de recepção 406 ou elementos de antena de transmissão 409). Em contraste com os padrões de antena de feixes de componentes da Figura 17, os padrões de antena de feixes de componentes mostrados na Figura 19 se cruzam 1417 acima da linha de 3 dB 1307.

[0113] As Figuras 20A a 20E ilustram contornos de antena de 3 dB para vários elementos de antena 406, 409 com o ponto central do feixe (ganho máximo) designado com a letra 'x' . A Figura 20A mostra o contorno de antena 1411 específico de um primeiro elemento de antena 406. A Figura 20B mostra os contornos de antena de 3 dB 1411, 1413 para

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58/188 dois elementos 406 específicos. A Figura 20C mostra os contornos de antena de 3 dB para três elementos 406. A Figura 20D mostra os contornos de antena de 3 dB para quatro elementos de antena 406. A Figura 20E mostra os contornos de antena de 3 dB para um arranjo de 16 elementos de antena 406. Os contornos de antena de 3 dB são mostrados em superposição 1418 (por exemplo, são mostrados 16 desses contornos de antena de 3 dB). Os elementos de antena na antena de recepção ou na antena de transmissão podem ser dispostos em qualquer uma de várias configurações diferentes. Por exemplo, se tiverem uma corneta de alimentação genericamente circular, os elementos poderão ser dispostos em uma configuração tipo colmeia para serem acomodados compactamente em um espaço pequeno. Em alguns casos, os elementos de antena são alinhados em fileiras horizontais e colunas verticais.

[0114] A Figura 21 é uma ilustração exemplificadora de posições relativas de contornos de antena de 3 dB de antenas de recepção associadas a elementos de antena de recepção 406. Os centros dos feixes dos elementos 406 são numerados de 1 a 16, com o elemento 4064 identificado pelo número '4' no lado esquerdo superior do indicador 'x' de centro do feixe. Em alguns casos, pode haver muito mais de 16 elementos de antena de recepção 406. Entretanto, para fins de simplicidade, apenas 16 são mostrados na Figura 21. Um arranjo de elementos de antena de transmissão 409 correspondente e seus contornos de antena de 3 dB associados terão a aparência similar à da Figura 21. Portanto, para fins de simplicidade, é mostrada apenas o arranjo de elementos de antena de recepção 406. A área 2101 no centro é o local onde

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59/188 todas as áreas de cobertura de elementos de antena se sobrepõem.

[0115] Em alguns casos, ao menos um ponto dentro da área de cobertura da estação de retransmissão (por exemplo, área de cobertura do satélite) cai dentro do contorno de antena de 3 dB dos feixes de componentes de vários elementos de antena 406. Nesse caso específico, ao menos um ponto está dentro do contorno de antena de 3 dB de ao menos 100 elementos de antena 406 diferentes. Em um outro caso, ao menos 10% da área de cobertura da estação de retransmissão estão dentro dos contornos de antena de 3 dB de ao menos 30 elementos de antena diferentes. Em um outro caso, ao menos 20% da área de cobertura da estação de retransmissão estão dentro dos contornos de antena de 3 dB de ao menos 20 elementos de antena diferentes. Em um outro caso, ao menos 30% da área de cobertura da estação de retransmissão estão dentro dos contornos de antena de 3 dB de ao menos 10 elementos de antena diferentes. Em um outro caso, ao menos 40% da área de cobertura da estação de retransmissão estão dentro dos contornos de antena de 3 dB de ao menos 8 elementos de antena diferentes. Em um outro caso, ao menos 50% da área de cobertura da estação de retransmissão estão dentro dos contornos de antena de 3 dB de ao menos 4 elementos de antena diferentes. Todavia, em alguns casos, mais de uma dessas relações pode ser verdadeira.

[0116] Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto tem uma área de cobertura da estação de retransmissão (por exemplo, área de cobertura do satélite) na qual ao menos 25% dos pontos na área de cobertura

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60/188 de enlace ascendente da estação de retransmissão estão dentro de (por exemplo, abrangem) áreas de cobertura sobrepostas de ao menos seis elementos de antena de recepção 406. Em alguns casos, 25% dos pontos dentro da área de cobertura de enlace ascendente da estação de retransmissão estão dentro de (por exemplo, abrangem) áreas de cobertura sobrepostas de ao menos quatro elementos de antena de recepção 406. Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto tem uma área de cobertura no qual ao menos 25% dos pontos na área de cobertura de enlace descendente da estação de retransmissão estão dentro de (por exemplo, abrangem) áreas de cobertura sobrepostas de ao menos seis elementos de antena de transmissão 409. Em alguns casos, 25% dos pontos dentro da área de cobertura de enlace descendente da estação de retransmissão estão dentro de (por exemplo, abrangem) áreas de cobertura sobrepostas de ao menos quatro elementos de antena de transmissão 409.

[0117] Em alguns casos, a antena de recepção 402 pode ser apontada aproximadamente na mesma área de cobertura que a antena de transmissão 401, de modo que algumas áreas de cobertura de elementos de antena de recepção possam corresponder naturalmente a áreas de cobertura de elementos de antena de transmissão específicas. Nesses casos, os elementos de antena de recepção 406 podem ser mapeados para seus elementos de antena de transmissão 409 correspondentes através dos transponders 410, fornecendo áreas similares de cobertura de elementos de antena de transmissão e de recepção para cada trajetória de sinal de recepção/transmissão. Em alguns casos, entretanto, pode ser vantajoso mapear elementos de antena de recepção 406 para elementos de antena de transmissão 409 que não correspondem à mesma área de cobertura de feixes de

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61/188 componentes. Consequentemente, o mapeamento dos elementos 406 da antena de recepção 402 para os elementos 409 da antena de transmissão 401 pode ser permutado aleatoriamente (ou de outro modo). Essa permutação inclui o caso que resulta nos elementos de antena de recepção 406 não serem mapeados para os elementos de antena de transmissão 409 na mesma localização relativa dentro do arranjo ou que têm a mesma área de cobertura. Por exemplo, cada elemento de antena de recepção 406 dentro do arranjo de elementos de antena de recepção pode estar associado ao mesmo transponder 410 que o elemento de antena de transmissão 409 situado no local-espelho do arranjo de elementos de antena de transmissão. Qualquer outra permutação pode ser usada para mapear os elementos de antena de recepção 406 para os elementos de antena de transmissão 409 de acordo com uma permutação (por exemplo, parear cada elemento de antena de recepção 406 com o mesmo transponder ao qual um elemento de antena de transmissão associado 409 é acoplado de acordo com uma permutação específica do elemento de antena de recepção 406 e do elemento de antena de transmissão 409).

[0118] A Figura 22 é uma tabela 4200 que mostra mapeamentos exemplificadores de elementos de antena de recepção 406 para elementos de antena de transmissão 409 através de 16 transponders 410. Cada transponder 410 tem uma entrada que é acoplada exclusivamente a um elemento de antena

de recepção	associado 406	e	uma	saída	que	é acoplada
exclusivamente	a um elemento	de	antena	de	transmissão
associado 409	(por exemplo,	há	uma	relação	um-para-um entre

cada elemento de antena de recepção 406, um transponder 410 e um elemento de antena de transmissão 409). Em alguns casos, outros elementos de antena de recepção, transponders e

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62/188 elementos de antena de transmissão podem estar presentes na estação de retransmissão ponto a ponto (por exemplo, um satélite) que não são configurados em uma relação um-para-um (e não funcionam como uma parte do sistema de formação de feixes ponto a ponto).

[0119] A primeira coluna 4202 da tabela 4200 identifica um transponder 410. A segunda coluna 4204 identifica um elemento de antena de recepção 406 ao qual o transponder 410 da primeira coluna é acoplado. A terceira coluna 4206 da tabela 4200 identifica um elemento de antena de transmissão associado 409 ao qual a saída do transponder 410 é acoplada. Cada elemento de antena de recepção 406 é acoplado à entrada do transponder 410 identificado na mesma fileira da tabela 4200. De modo similar, cada elemento de antena de transmissão 409 é acoplado à saída do transponder 410 identificado na mesma fileira da tabela 4200. A terceira coluna da tabela 4200 mostra em exemplo de mapeamento direto no qual cada elemento de antena de recepção 406 do arranjo de antenas de recepção é acoplado ao mesmo transponder 410 que um elemento de antena de transmissão 409 na mesma localização relativa dentro do arranjo de antenas de transmissão. A quarta coluna 4208 da tabela 4200 mostra um exemplo de mapeamento intercalado no qual o primeiro elemento de antena de recepção 406 é acoplado ao primeiro transponder 410 e ao décimo elemento de antena de transmissão 409. O segundo elemento de antena de recepção 406 é acoplado ao segundo transponder 410 e ao nono elemento de antena de transmissão 409, e assim por diante. Alguns casos têm outras permutações, incluindo um mapeamento aleatório no qual o pareamento específico do elemento de

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63/188 antena de recepção 406 e do elemento de transmissão 409 com um transponder 410 é selecionado aleatoriamente.

[0120] O mapeamento direto, que tenta manter as áreas de cobertura de elementos de antena de transmissão e de recepção tão similares quanto possível para cada trajetória de sinal de recepção/transmissão, em geral fornece a capacidade total mais alta do sistema. As permutações aleatórias e intercaladas em geral produzem capacidade ligeiramente menor, mas fornecem um sistema mais robusto mesmo em caso de escassez de ANs, escassez de fibras na rede terrestre, ou perda de trajetórias de sinais de recepção/transmissão devido a falhas eletrônicas na estação de retransmissão ponto a ponto (por exemplo, em um ou mais transponders). As permutações aleatórias e intercaladas permitem o uso de ANs de custo mais baixo e não redundantes. As permutações aleatórias e intercaladas fornecem também menos variação entre a capacidade no feixe de melhor desempenho e a capacidade no feixe de pior desempenho. As permutações aleatórias e intercaladas podem também ser mais úteis para operar inicialmente o sistema com apenas uma fração dos ANs, resultando em apenas uma fração da capacidade total estando disponível, mas não em perda na área de cobertura. Um exemplo disso é uma introdução incremental de ANs, onde o sistema foi operado inicialmente com apenas 50% dos ANs instalados. Isso pode fornecer menos da metade da capacidade total, e ao mesmo tempo permitir a operação sobre toda a área de cobertura. Com o aumento da demanda, mais ANs podem ser instalados para aumentar a capacidade até a capacidade plena ser atingida com todos os ANs ativos. Em alguns casos, uma alteração na composição dos

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ANs resulta em recálculo dos pesos de feixe. Uma alteração na composição pode incluir alterar o número ou as características de um ou mais ANs. Isso pode exigir uma nova estimativa dos ganhos de envio e/ou retorno ponto a ponto.

[0121] Em alguns casos, a antena é uma antena com refletor alimentado pelo arranjo com um refletor paraboloide. Em outros casos, o refletor não tem um formato paraboloide. Um arranjo de elementos de antena de recepção 406 pode ser disposto para receber sinais refletidos pelo refletor. De modo similar, um arranjo de elementos de antena de transmissão 409 pode ser disposto para formar um arranjo para iluminar o refletor. Uma forma de fornecer elementos com padrões de antena de feixes de componentes sobrepostos é ter os elementos 406, 409 desfocalizados (fora de foco), como consequência de o plano focal do refletor estar atrás (ou na frente) do arranjo de elementos 406, 409 (isto é, o arranjo de antenas de recepção está situado fora do plano focal do refletor de recepção).

[0122] A Figura 23 é uma ilustração de uma seção transversal de um refletor paraboloide alimentado pelo centro 1521. Um ponto focal 1523 está sobre um plano focal 1525 que é normal ao eixo central 1527 do refletor 1521. Os sinais recebidos que incidem sobre o refletor 1521 paralelamente ao eixo central 1527 são focalizados sobre o ponto focal 1523. De modo semelhante, os sinais que são transmitidos a partir de elemento de antena situado no ponto focal e que incide sobre o refletor 1521 serão refletidos em um feixe focalizado a partir do refletor 1521 paralelamente ao eixo central 1527. Tal disposição é usada frequentemente em sistemas de uma alimentação por feixe (SFPB - single feed per beam”) para

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65/188 maximizar a direcionalidade de cada feixe e minimizar a superposição com feixes formados por alimentações adjacentes.

[0123] A Figura 24 é uma ilustração de um outro refletor paraboloide 1621. Mediante a localização de elementos de antena 1629 (elementos de antena de recepção ou elementos de antena de transmissão 406, 409, 3416, 3419, 3426, 3429) fora do plano focal (por exemplo, na frente do plano focal 1625 do refletor 1621), as trajetórias dos sinais transmitidos 1631 que atingem o refletor 1621 não serão paralelas umas às outras quando refletirem do refletor 1621, resultando em uma largura de feixe maior do que no caso de feixes focalizados. Em alguns casos, são usados refletores que têm outros formatos além de formatos paraboloides. Tais refletores podem também resultar na desfocalização da antena. O sistema de formação de feixes ponto a ponto pode usar esse tipo de antena desfocalizada para criar superposição na área de cobertura de elementos de antena adjacentes e, dessa forma, fornecer um grande número de trajetórias úteis de recepção/transmissão para certas localizações de feixes na área de cobertura da estação de retransmissão.

[0124] Em	um	caso, é estabelecida uma área	de
cobertura da estação	de	retransmissão,	na	qual 25%	dos
pontos dentro da	área	de cobertura	da	estação	de
retransmissão estão	dentro das áreas	de	cobertura	de

elementos de antena de ao menos seis padrões de antena de feixes de componentes quando a estação de retransmissão ponto a ponto está instalada (por exemplo, uma estação de retransmissão ponto a ponto em satélite está em a órbita de serviço). Alternativamente, 25% dos pontos dentro da área de

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66/188 cobertura da estação de retransmissão estão dentro das áreas de cobertura de elementos de antena de ao menos quatro elementos de antena de recepção. A Figura 25 é uma ilustração de um exemplo de uma área de cobertura da estação de retransmissão (para uma estação de retransmissão ponto a ponto em satélite, também chamada de área de cobertura do satélite) 3201 (mostrada com hachurado simples) e da área 3203 (mostrada com hachurado duplo) definida pelos pontos dentro da área de cobertura da estação de retransmissão 3201 que também estão contidos dentro de seis áreas de cobertura de elementos de antena 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215. A área de cobertura 3201 e as áreas de cobertura de elementos de antena 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 podem ser áreas de cobertura de elementos de antena de recepção ou áreas de cobertura de elementos de antena de transmissão e podem estar associadas a apenas o enlace de envio ou a apenas o enlace de retorno. O tamanho das áreas de cobertura de elementos de antena 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 é determinado pelo desempenho desejado a ser fornecido pelo sistema. Em um sistema mais tolerante a erros as áreas de cobertura de elementos de antena podem ser maiores do que em um sistema menos tolerante. Em alguns casos, cada área de cobertura de elementos de antena 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 são todos os pontos para os quais o ganho de antena de feixes de componentes está dentro de 10 dB do ganho máximo de antena de feixes de componentes para o elemento de antena que estabelece o padrão de antena de feixes de componentes. Em outros casos, cada área de cobertura de elementos de antena 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 são todos os pontos para os quais o ganho de

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67/188 antena de feixes de componentes está dentro de 6 dB do ganho máximo de antena de feixes de componentes. Em ainda outros casos, cada área de cobertura de elementos de antena 32 05, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 são todos os pontos para os quais o ganho de antena de feixes de componentes está dentro de 3 dB do ganho máximo de antena de feixes de componentes. Mesmo quando uma estação de retransmissão ponto a ponto ainda não tiver sido instalada (por exemplo, uma estação de retransmissão ponto a ponto em satélite não está em uma órbita de serviço), a estação de retransmissão ponto a ponto ainda terá padrões de antena de feixes de componentes em conformidade com a definição acima. Ou seja, as áreas de cobertura de elementos de antena correspondentes a uma estação de retransmissão ponto a ponto em órbita podem ser calculadas a partir dos padrões de antena de feixes de componentes mesmo quando a estação de retransmissão ponto a ponto não está em uma órbita de serviço. A estação de retransmissão ponto a ponto pode incluir elementos de antena adicionais que não contribuem para a formação de feixes e, assim, podem não ter as características mencionadas acima.

[0125] A Figura 26 é uma ilustração de um padrão de antena de uma estação de retransmissão ponto a ponto (por exemplo, um satélite) 3300 no qual todos os pontos dentro da área de cobertura da estação de retransmissão 3301 (por exemplo, a área de cobertura do satélite) também estão contidos dentro de ao menos quatro áreas de cobertura de elementos de antena 3303, 3305, 3307, 3309. Outros elementos de antena podem existir na estação de retransmissão ponto a ponto e podem ter áreas de cobertura de elementos de antena 3311 que contêm menos que todos os

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68/188 pontos dentro da área de cobertura da estação de retransmissão 3301.

[0126] O sistema pode operar em qualquer espectro adequado. Por exemplo, um sistema de formação de feixes ponto a ponto pode operar nas bandas C, L, S, X, V, Ka, Ku, ou em outra banda ou bandas adequadas. Em alguns desses sistemas, o meio de recepção opera nas bandas C, L, S, X, V, Ka, Ku, ou em outra banda ou bandas adequadas. Em alguns casos, o enlace ascendente de envio e o enlace ascendente de retorno podem operar na mesma faixa de frequências (por exemplo, na vizinhança de 30 GHz); e o enlace descendente de retorno e o enlace descendente de envio podem operar em uma faixa de frequências não sobrepostas (por exemplo, na vizinhança de 20 GHz). O sistema ponto a ponto pode usar largura de banda adequada

(por exemplo, 500 MHz, 1	GHz , 2 GHz ,	3,5 GHz etc.).	Em
alguns casos, os enlaces	de envio e	de retorno usam	os
mesmos transponders.
[0127] Para	auxiliar no	alinhamento	de

temporização do sistema, comprimentos de trajetórias entre os L transponders são ajustados para corresponder aos atrasos de trajetória de sinal em alguns casos, por exemplo através de uma seleção adequada de comprimentos de cabos. A estação de retransmissão ponto a ponto (por exemplo, um satélite) em alguns casos tem um gerador de radiofarol (beacon) de estação de retransmissão 426 (por exemplo, radiofarol de satélite) dentro de um módulo de suporte de calibração 424 (vide Figura 15). O gerador de radiofarol 426 gera um sinal de radiofarol da estação de retransmissão. A estação de retransmissão ponto a ponto transmite o sinal de

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69/188 radiofarol da estação de retransmissão para auxiliar ainda mais no alinhamento de temporização do sistema e também suportar a calibração de enlace de alimentador. Em alguns casos, o sinal de radiofarol da estação de retransmissão é uma sequência pseudoaleatória ou de pseudorruído (conhecida como PN - pseudo noise”), como um sinal de sequência PN direta de espalhamento do espectro que viaja a uma alta taxa de chips” (pulsos) (por exemplo, 100, 200, 400, ou 800 milhões de chips” por segundo (Mcps), ou qualquer outro valor adequado). Em alguns casos, um radiofarol da estação de retransmissão linearmente polarizado (por exemplo, um satélite), que pode ser recebido tanto por antenas RHCP como por antenas LHCP, é transmitido sobre uma ampla área de cobertura por uma antena, como uma corneta de antena (não mostrada), ou acoplado em um ou mais dos transponders 410 para transmissão através do elemento de antena de transmissão associado 409. Em um sistema exemplificador, são formados feixes em múltiplos canais de largura de banda de 500 MHz pela banda Ka, e um código PN de 400 Mcps é filtrado ou formatado por pulso para encaixar dentro de um canal de largura de banda de 500 MHz. Quando são usados múltiplos canais, o mesmo código PN pode ser transmitido em cada um dos canais. O sistema pode empregar um radiofarol para cada canal, ou um radiofarol para dois ou mais canais.

[0128] Como pode haver um grande número de trajetórias de sinais de recepção/transmissão em uma estação de retransmissão ponto a ponto, a redundância de trajetórias de sinais de recepção/transmissão individuais pode não ser necessária. Em caso de falha de uma trajetória de sinal de recepção/transmissão, o sistema ainda poderá operar muito

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70/188 próximo de seu nível de desempenho anterior, embora a modificação de coeficientes de formação de feixes possa ser usada para levar em conta as perdas.

REDES TERRESTRES [0129] A rede terrestre de um sistema de formação de feixes ponto a ponto exemplificador contém várias estações terrestres de nós de acesso (ANs) distribuídas geograficamente apontadas para uma estação de retransmissão ponto a ponto comum. Considerando-se primeiramente o enlace de envio, um sistema de processamento central (SPC) calcula pesos de feixe para a transmissão de dados de usuário e interfaces para os ANs através de uma rede de distribuição. O SPC faz também a interface com as fontes de dados sendo fornecidos aos terminais de usuário. A rede de distribuição pode ser implementada de várias maneiras, por exemplo com o uso de uma infraestrutura de cabos de fibra óptica. A temporização entre o SPC e os nós de acesso de satélite (SANs) pode ser determinística (por exemplo, com o uso de canais de chaveamento por circuitos) ou não determinística (por exemplo, com o uso de uma rede de chaveamento por pacotes). Em alguns casos, o SPC é implementado em um único local, por exemplo com o uso de circuitos integrados para aplicações específicas (ASICs) personalizados para lidar com o processamento de sinais. Em alguns casos, o SPC é implementado de maneira distribuída, por exemplo com o uso de técnicas de computação em nuvem.

[0130] Novamente com referência ao exemplo da Figura 5, o SPC 505 pode incluir uma pluralidade de modems de enlace de alimentador 507. Para o enlace de envio, os modems de enlace de alimentador 507 recebem, cada um, fluxos

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71/188 de dados de usuário de envio 509 a partir de várias fontes de dados, como a internet, uma central de recepção (headend) de vídeo (não mostrada) etc. Os fluxos de dados de usuário de envio 509 recebidos são modulados pelos modems 507 em K sinais de feixe de envio 511. Em alguns casos, K pode estar na faixa de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 ou números intermediários ou maiores. Cada um dos K sinais de feixe de envio transporta fluxos de dados de usuário de envio a serem transmitidos em um dos K feixes de usuário de envio. Consequentemente, se K = 400, então existem 400 sinais de feixe de envio 511, cada um a ser transmitido em um feixe associado dentre os 400 feixes de usuário de envio para uma área de cobertura de feixes de usuário de envio 519. Os K sinais de feixe de envio 511 são acoplados a um formador de feixes de envio.

[0131] Se M ANs 515 estiverem presentes no segmento terrestre 502, então a saída do formador de feixes de envio será M sinais de envio específicos de nó de acesso 516, cada um compreendendo sinais de feixe de envio ponderados correspondentes a alguns ou todos dentre os K sinais de feixe de envio 511. O formador de feixes de envio pode gerar os M sinais de envio específicos de nó de acesso 516 com base em uma multiplicação matricial da matriz K x M de pesos de feixe de envio pelos K sinais de dados de envio. A rede de distribuição 518 distribui cada um dos M sinais de envio específicos de nó de acesso para um AN correspondente dentre os M ANs 515. Cada AN 515 transmite um sinal de enlace ascendente de envio 521 que compreende um respectivo sinal de envio específico de nó de acesso 516. Cada AN 515 transmite seu respectivo sinal de enlace ascendente de envio

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521 para retransmissão para uma ou mais (por exemplo, até e inclusive todas as) áreas de cobertura de feixes de usuário de envio através de uma ou mais (por exemplo, até e inclusive todas as) trajetórias de sinais de recepção/transmissão de envio da estação de retransmissão ponto a ponto. Os transponders 410, 411 dentro da estação de retransmissão ponto a ponto 503 recebem um sinal de envio de entrada compósito que compreende uma superposição 550 de sinais de enlace ascendente de envio 521 transmitidos pela pluralidade (por exemplo, até e inclusive todos) dos ANs 515. Cada transponder (por exemplo, cada trajetória de sinal de recepção/transmissão através da estação de retransmissão) retransmite o sinal de envio de entrada compósito como um respectivo sinal de enlace descendente de envio para os terminais de usuário 517 pelo enlace descendente de envio.

[0132] A Figura 27 é uma ilustração de um exemplo de uma distribuição de ANs 515. Cada um dos círculos numerados menores representa a localização de um AN 515. Cada um dos círculos numerados maiores indica uma área de cobertura de feixes de usuário 519. Em alguns casos, os ANs 515 são espaçados de maneira aproximadamente uniforme sobre a área de cobertura da estação de retransmissão ponto a ponto 503. Em outros casos, os ANs 515 podem ser distribuídos de maneira não uniforme sobre toda a área de cobertura. Em ainda outros casos, os ANs 515 podem ser distribuídos uniformemente ou de maneira não uniforme sobre uma ou mais sub-regiões da área de cobertura da estação de retransmissão. Tipicamente, o desempenho do sistema é melhor quando os ANs 515 são distribuídos uniformemente por toda a área de cobertura. Entretanto, outras considerações podem ditar os compromissos

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73/188 na disposição de ANs. Por exemplo, um AN 515 pode ser disposto com base na quantidade de interferência, chuva, ou outras condições ambientais, custos imobiliários, acesso à rede de distribuição etc. Por exemplo, para um sistema de estação de retransmissão ponto a ponto baseado em satélite que é sensível à chuva, um número maior dos ANs 515 pode ser colocado em áreas menos propensas a sofrer atenuação induzida pela chuva (por exemplo, a região ocidental dos Estados Unidos). Como outro exemplo, os ANs 515 podem ser colocados mais densamente em regiões de elevada ocorrência de chuvas (por exemplo, a região sudeste dos Estados Unidos) para fornecer algum ganho de diversidade para contrabalançar os efeitos da atenuação causada pela chuva. Os ANs 515 podem ser dispostos ao longo de rotas de fibra para reduzir os custos de distribuição associados aos ANs 515.

[0133] O número de ANs 515, M, é um parâmetro que pode ser selecionado com base em vários critérios. Um número menor de ANs pode resultar em um segmento terrestre mais simples e mais barato, e em custos operacionais mais baixos para a rede de distribuição. Uma quantidade maior de ANs pode resultar em uma capacidade maior do sistema. A Figura 28 mostra uma simulação da capacidade de enlaces de envio e de retorno normalizada como uma função do número de ANs instalados em um sistema exemplificador. Capacidade normalizada é a capacidade com M ANs dividida pela capacidade obtida com o maior número de ANs na simulação. A capacidade aumenta com o aumento do número de ANs, mas não aumenta sem limite. Tanto a capacidade de enlace de envio como a capacidade de enlace de retorno aproximam-se de um limite assintótico com o aumento do número de ANs. A simulação foi

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74/188 realizada com L = 517 elementos de antena de transmissão e de recepção e com os ANs distribuídos uniformemente sobre a área de cobertura, mas esse comportamento assintótico da capacidade pode ser visto com outros valores de L e outras distribuições espaciais de ANs. Curvas como aquelas mostradas na Figura 28 podem ser úteis na seleção do número de ANs, M, a serem instalados e na compreensão de como a capacidade do sistema pode ser introduzida gradualmente à medida que os ANs são incrementalmente instalados, conforme discutido anteriormente.

[0134] A Figura 2 9 é um diagrama de blocos de um segmento terrestre 502 exemplificador para um sistema de formação de feixes ponto a ponto. A Figura 29 pode ilustrar, por exemplo, o segmento terrestre 502 da Figura 5. O segmento terrestre 502 compreende um SPC 505, uma rede de distribuição 518 e ANs 515. O SPC 505 compreende uma interface de sinais de feixe 524, um formador de feixes de envio/retorno 513, uma interface de distribuição 536 e um gerador de pesos de feixe 910.

[0135] Para o enlace de envio, a interface de sinais de feixe 524 obtém sinais de feixe de envio (FBS forward beam signals”) 511 associados a cada um dos feixes de usuário de envio. A interface de sinais de feixe 524 pode incluir um multiplexador de dados de feixes de envio 526 e um modulador de fluxos de dados de feixes de envio 528. O multiplexador de dados de feixes de envio 526 pode receber fluxos de dados de usuário de envio 509 compreendendo dados de envio para transmissão para terminais de usuário 517. Os fluxos de dados de usuário de envio 509 podem compreender, por exemplo, pacotes de dados (por exemplo, pacotes TCP, pacotes UDP etc.) para transmissão para os terminais de

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75/188 usuário 517 através do sistema de formação de feixes ponto a ponto 500 da Figura 5. O multiplexador de dados de feixes de envio 526 agrupa (por exemplo, multiplexa) os fluxos de dados de usuário de envio 509 de acordo com suas respectivas áreas de cobertura de feixes de usuário de envio para obter fluxos de dados de feixes de envio 532. O multiplexador de dados de feixes de envio 526 pode usar, por exemplo, multiplexação por domínio do tempo, multiplexação por domínio da frequência, ou uma combinação de técnicas de multiplexação para gerar fluxos de dados de feixes de envio 532. O modulador de fluxos de dados de feixes de envio 528 pode modular os fluxos de dados de feixes de envio 532 de acordo com um ou mais esquemas de modulação (por exemplo, mapeamento de bits de dados para símbolos (pulsos) de modulação) para criar os sinais de feixe de envio 511, que são passados ao formador de feixes de envio/retorno 513. Em alguns casos, o modulador 528 pode, com frequência, multiplexar múltiplos sinais modulados para criar um sinal de feixe multiportadora 511. A interface de sinais de feixe 524 pode, por exemplo, implementar a funcionalidade de modems de enlace de alimentador 507 discutida com referência à Figura 5.

[0136] O formador de feixes de envio/retorno 513 pode incluir um formador de feixes de envio 529 e um formador de feixes de retorno 531. O gerador de pesos de feixe 910 gera uma matriz M x K de pesos de feixe de envio 918. As técnicas de geração da matriz M x K de pesos de feixe de envio 918 são discutidas em detalhes a seguir. O formador de feixes de envio 529 pode incluir um multiplicador de matrizes que calcula M sinais de envio específicos de nós de acesso 516. Por exemplo, esse cálculo pode ter como base uma

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76/188 multiplicação matricial da matriz M x K de pesos de feixe de envio 918 e um vetor dos K sinais de feixe de envio 511. Em alguns exemplos, cada um dos K sinais de feixe de envio 511 pode ser associado a uma das F sub-bandas de frequência de envio. Nesse caso, o formador de feixes de envio 529 pode gerar amostras para os M sinais de envio específicos de nós de acesso 516 para cada uma das F sub-bandas de frequência de envio (por exemplo, implementando eficazmente a operação de multiplicação matricial para cada uma das F sub-bandas dos respectivos subconjuntos dos K sinais de feixe de envio 511). A interface de distribuição 536 distribui (por exemplo, através da rede de distribuição 518) os M sinais de envio específicos de nó de acesso 516 para os respectivos ANs 515.

[0137] Para o enlace de retorno, a interface de distribuição 536 obtém sinais de retorno compósitos 907 a partir dos ANs 515 (por exemplo, através da rede de distribuição 518). Cada sinal de dados de retorno obtido dos terminais de usuário 517 pode ser incluído em múltiplos (por exemplo, até e inclusive todos os) sinais de retorno compósitos 907. O gerador de pesos de feixe 910 gera uma matriz K x M de pesos de feixe de retorno 937. As técnicas de geração da matriz K x M de pesos de feixe de retorno 937 são discutidas em detalhes a seguir. O formador de feixes de retorno 531 calcula K sinais de feixe de retorno 915 (RBS return beam signals”) para as K áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno. Por exemplo, esse cálculo pode ter como base uma multiplicação matricial da matriz de pesos de feixe de retorno 937 e um vetor dos respectivos sinais de retorno compósitos 907. A interface de sinais de feixe 524 pode incluir um demodulador de sinais de feixe de retorno 552

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77/188 e um multiplexador de dados de feixes de retorno 554. O demodulador de sinais de feixe de retorno 552 pode demodular cada um dos sinais de feixe de retorno para obter K fluxos de dados de feixe de retorno 534 associados às K áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno. O multiplexador de dados de feixes de retorno 554 pode demultiplexar cada um dos K fluxos de dados de feixe de retorno 534 em respectivos fluxos de dados de usuário de retorno 535 associados aos sinais de dados de retorno transmitidos a partir de terminais de usuário 517. Em alguns exemplos, cada um dos feixes de usuário de retorno pode ser associado a uma das R sub-bandas de frequência de retorno. Nesse caso, o formador de feixes de retorno 531 pode gerar respectivos subconjuntos dos sinais de feixe de retorno 915 associados a cada uma das R sub-bandas de frequência de retorno (por exemplo, implementando eficazmente a operação de multiplicação matricial para cada uma das R sub-bandas de frequência de retorno para gerar respectivos subconjuntos dos sinais de feixe de retorno 915).

[0138] A Figura 30 é um diagrama de blocos de um formador de feixes de envio/retorno 513 exemplificador. O formador de feixes de envio/retorno 513 compreende um formador de feixes de envio 529, um módulo de temporização de envio 945, um formador de feixes de retorno 531 e um módulo de temporização 947. O módulo de temporização de envio 945 associa cada um dos M sinais de envio específicos de nó de acesso 516 a um carimbo de data e hora (por exemplo, multiplexa o carimbo de data e hora com o sinal de envio específico de nó de acesso em um sinal de envio específico de nó de acesso multiplexado) que indica quando o sinal deve chegar à estação de retransmissão ponto a ponto. Dessa

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78/188 maneira, os dados dos K sinais de feixe de envio 511 que são divididos em um módulo de divisão 904 dentro do formador de feixes de envio 529 podem ser transmitidos no momento adequado por cada um dos ANs 515. O módulo de temporização 947 alinha os sinais recebidos com base nos carimbos de data hora. Amostras dos M sinais de retorno compósitos (CRS composite return signals”) de AN 907 são associadas a carimbos de data hora indicando quando amostras específicas foram transmitidas a partir da estação de retransmissão ponto a ponto. As considerações de temporização e a geração dos carimbos de data hora são discutidas em detalhes a seguir.

[0139] O formador de feixes de envio 529 tem uma entrada de dados 925, uma entrada de pesos de feixe 920 e uma saída de nó de acesso 923. O formador de feixes de envio 529 aplica os valores de uma matriz M x K de pesos de

feixe	a	cada um dos K	sinais de dados	de	envio 511	para
gerar	M	sinais	de envio	específicos de	nó	de acesso	521,
cada	um	tendo	K sinais	de feixe de envio	ponderados. O

formador de feixes de envio 529 pode incluir um módulo de divisão 904 e M módulos de ponderação e de soma de envio 533. O módulo de divisão 904 divide (por exemplo, duplica) cada um dos K sinais de feixe de envio 511 em M grupos 906 de K sinais de feixe de envio, um grupo 906 para cada um dos M módulos de ponderação e de soma de envio 533 . Consequentemente, cada módulo de ponderação e de soma de envio 533 recebe todos os K sinais de dados de envio 511.

[0140] Um gerador de pesos de feixe de envio 917 gera uma matriz M x K de pesos de feixe de envio 918. Em alguns casos, a matriz de pesos de feixe de envio 918 é gerada com base em uma matriz de canal na qual os elementos

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79/188 são estimativas de ganhos de envio ponto a ponto para cada um dos K x M canais multicaminho de envio ponto a ponto para formar uma matriz de canal de envio, conforme discutido adicionalmente a seguir. São feitas estimativas do ganho de envio ponto a ponto em um módulo estimador de canal 919. Em alguns casos, o estimador de canal tem um armazenamento de dados de canais 921 que armazena dados relacionados a vários parâmetros dos canais multicaminho ponto a ponto, conforme discutido em detalhes a seguir. O estimador de canal 919 emite um sinal de ganho ponto a ponto estimado para permitir que o gerador de pesos de feixe de envio 917 gere a matriz de pesos de feixe de envio 918. Todos os módulos de ponderação e de soma 533 são acoplados para receber respectivos vetores de pesos de formação de feixes da matriz de pesos de feixe de envio 918 (apenas uma dessas conexões é mostrada na Figura 30 para fins de simplicidade). O primeiro módulo de ponderação e de soma 533 aplica um peso igual ao valor do elemento 1,1 da matriz M x K de pesos de feixe de envio 918 ao primeiro dos K sinais de feixe de envio 511 (discutidos em detalhes a seguir). Um peso igual ao valor do elemento 1,2 da matriz M x K de pesos de feixe de envio 918 é aplicado ao segundo sinal dentre os K sinais de feixe de envio 511. Os outros pesos da matriz são aplicados de modo semelhante, através do K° sinal de feixe de envio 511, que é ponderado com o valor igual ao elemento 1,K da matriz M x K de pesos de feixe de envio 918. Cada um dos K sinais de feixe de envio ponderados 903 são então somados e emitidos a partir do primeiro módulo de ponderação e de soma 533 como um sinal de envio específico de nó de acesso 516. O sinal de envio específico de nó de acesso 516 emitido pelo primeiro

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80/188 módulo de ponderação e de soma 53 3 é então acoplado ao módulo de temporização 945. O módulo de temporização 945 emite o sinal de envio específico de nó de acesso 516 para o primeiro AN 515 através de uma rede de distribuição 518 (vide Figura 5). De modo similar, todos os outros módulos de ponderação e de soma 533 recebem os K sinais de feixe de envio 511, e ponderam e somam os K sinais de feixe de envio 511. As saídas de cada um dos M módulos de ponderação e de soma 533 são acopladas através da rede de distribuição 518 aos M ANs 515 associados de modo que a saída do m° módulo de ponderação e de soma seja acoplada ao m° AN 515. Em alguns casos, o atraso oscilante e não uniforme através da rede de distribuição, bem como algumas outras considerações de temporização, é tratado pelo módulo de temporização 945 mediante associação de um carimbo de data e hora aos dados. Os detalhes de uma técnica de temporização exemplificadora são fornecidos a seguir com referência às Figuras 36 e 37.

[0141] Como consequência dos pesos de feixe aplicados pelos formadores de feixes de envio 529 no segmento terrestre 502, os sinais que são transmitidos a partir dos ANs 515 através da estação de retransmissão ponto a ponto 503 formam feixes de usuário. O tamanho e localização dos feixes que podem ser formados pode ser uma função do número de ANs 515 instalados, do número e dos padrões de antena de elementos da antena de retransmissão pelos quais passa o sinal, da localização da estação de retransmissão ponto a ponto 503 e/ou do espaçamento geográfico dos ANs 515.

[0142] Agora com referência ao enlace de retorno ponto a ponto 523 mostrado na Figura 5, um terminal de usuário

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517 dentro de uma das áreas de cobertura de feixes de usuário 519 transmite sinais até uma estação de retransmissão ponto a ponto 503. Os sinais são então retransmitidos para o segmento terrestre 502. Os sinais são recebidos pelos ANs 515.

[0143] Novamente com referência à Figura 30, M sinais de enlace descendente de retorno 527 são recebidos pelos M ANs 515 e são acoplados, como sinais de retorno compósitos 907, a partir dos M ANs 515 através da rede de distribuição 518, e recebidos em uma entrada de nó de acesso 931 do formador de feixes de retorno 531. O módulo de temporização 947 alinha os sinais de retorno compósitos enviados dos M ANs 515 para cada um e emite os sinais alinhados por tempo para o formador de feixes de retorno 531. Um gerador de pesos de feixe de retorno 935 gera os pesos de feixe de retorno como uma matriz K x M de pesos de feixe de retorno 93 7 com base nas informações armazenadas em um armazenamento de dados de canais 941 dentro de um estimador de canal 943. O formador de feixes de retorno 531 tem uma entrada de pesos de feixe 93 9 através da qual o formador de feixes de retorno 531 recebe a matriz de pesos de feixe de retorno 937. Cada um dos M sinais de retorno compósitos de AN 907 é acoplado a um módulo de divisão e ponderação associado dentre os M módulos de divisão e ponderação 539 dentro do formador de feixes de retorno 531. Cada módulo de divisão e ponderação 539 divide o sinal alinhado por tempo em K cópias 909. Os módulos de divisão e ponderação 539 ponderam cada uma das K cópias 909 usando o elemento k, m da matriz K x M de pesos de feixe de retorno 937. Outros detalhes sobre a matriz K x M de pesos de feixe de retorno são fornecidos a seguir. Cada conjunto de K sinais de retorno compósitos ponderados

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911 é então acoplado a um módulo de combinação 913. Em alguns casos, o módulo de combinação 913 combina o k° sinal de retorno compósito ponderado 911 emitido a partir de cada módulo de divisão e ponderação 539. O formador de feixes de retorno 531 tem uma saída de sinais de dados de retorno 933 que emite K sinais de feixe de retorno 915, cada um tendo as amostras associadas a um dos K feixes de usuário de retorno 519 (por exemplo, as amostras recebidas através de cada um dos M ANs). Cada um dos K sinais de feixe de retorno 915 pode ter amostras a partir de um ou mais terminais de usuário 517. Os K sinais de feixe de retorno com feixes formados 915, combinados e alinhados, são acoplados aos modems de enlace de alimentador 507 (vide Figura 5) . Deve-se notar que o ajuste de temporização de retorno pode ser feito após a divisão e ponderação. De modo similar, para o enlace de envio, o ajuste de temporização de envio pode ser feito antes da formação de feixes.

[0144] Conforme discutido anteriormente, o formador de feixes de envio 529 pode executar operações de multiplicação matricial em amostras de entrada de K sinais de feixe de envio 511 para calcular o sinal de envio específico de nó de acesso 516 M em tempo real. À medida que a largura de banda aumenta (por exemplo, para suportar uma duração de símbolo (pulso) mais curta) e/ou K e M tornam-se maiores, a operação de multiplicação matricial torna-se computacionalmente intensa e pode exceder a capacidade de um único nó computacional (por exemplo, um único servidor computacional etc.). As operações do formador de feixes de retorno 531 são, de modo similar, computacionalmente intensas. Várias abordagens podem ser usadas para particionar

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83/188 os recursos computacionais de múltiplos nós computacionais nos nós de acesso geograficamente distribuídos 513. Em um exemplo, o formador de feixes de envio 529 da Figura 30 pode ser particionado em módulos de ponderação e de soma 533 separados para cada um dos M ANs 515, os quais podem ser distribuídos em diferentes nós computacionais. De modo geral, as considerações para implementações incluem custo, consumo de energia, capacidade de expansão em relação a K, M, e largura de banda, disponibilidade do sistema (por exemplo, devido a falhas de nós etc.), capacidade de atualização e latência do sistema. No exemplo acima, o agrupamento é feito por fileira (ou coluna). O contrário (vice-versa) também é possível. Outras maneiras de agrupar as operações de matriz podem ser consideradas (por exemplo, divisão em quatro com [1,1 a K/2, M/2] , [...] , calculado individualmente e somado) .

[0145] Em alguns casos, os nós de acesso geograficamente distribuídos 513 podem incluir uma arquitetura de multiplexação por domínio do tempo para processamento de operações de ponderação de feixes por formadores de feixes em fatias de tempo. A Figura 31 é um diagrama de blocos de um formador de feixes de envio 529 exemplificador que compreende múltiplos formadores de feixes em fatias de tempo de envio com demultiplexação e multiplexação por domínio do tempo. O formador de feixes de envio 529 inclui um demultiplexador de sinais de feixede envio 3002, N formadores de feixes em fatias de tempode envio 3006 e um multiplexador de sinais de nós de acessode envio 3010 (ANFS - access node forward signals”).

[0146] O demultiplexador de sinais de nós de acesso de envio 3002 recebe sinais de feixe de envio 511 e

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84/188 demultiplexa os K sinais de feixe de envio 511 em entradas em fatias de tempo de envio 3004 para entrada nos N formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006. Por exemplo, o demultiplexador de sinais de feixe de envio 3002 envia um primeiro subconjunto por domínio do tempo de amostras dos K sinais de feixe de envio 511 para um primeiro formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006, o qual gera amostras associadas aos M sinais de envio específicos de nó de acesso correspondentes ao primeiro subconjunto por domínio do tempo de amostras. O formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006 emite as amostras associadas aos M sinais de envio específicos de nó de acesso do primeiro subconjunto por domínio do tempo de amostras através de sua saída em fatias de tempo de envio 3008 para o multiplexador de sinais de nós de acesso de envio 3010. O formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006 pode produzir as amostras associadas a cada um dos M sinais de envio específicos de nó de acesso com informações de temporização de sincronização (por exemplo, o índice em fatias de tempo correspondente etc.) usadas pelos nós de acesso para fazer (por exemplo, mediante pré-correção) com que os respectivos sinais de envio específicos de nó de acesso sejam sincronizados quando recebidos pela estação de retransmissão ponto a ponto. O multiplexador de sinais de nós de acesso de envio 3010 multiplexa subconjuntos por domínio do tempo de amostras dos M sinais de envio específicos de nó de acesso recebidos através das N saídas em fatias de tempo de envio 3008 para gerar os M sinais de envio específicos de nó de acesso 516. Cada um dos formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 pode incluir um buffer de dados, um buffer de matriz de feixe e um processador de pesos de feixe

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85/188 implementando a operação de multiplicação matricial. Ou seja, cada um dos formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 pode implementar cálculos matematicamente equivalentes ao módulo de divisão 904 e os módulos de ponderação e de soma de envio 533 mostrados para o formador de feixes de envio 52 9 da Figura 30 durante o processamento das amostras de um índice em fatias de tempo. A atualização da matriz de pesos de feixe pode ser feita incrementalmente. Por exemplo, os buffers de matriz de pesos de feixe para formadores de feixes em fatias de tempo de envio podem ser atualizados durante o tempo ocioso em um rodízio de índices em fatias de tempo t através dos N formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006. Alternativamente, cada formador de feixes em fatias de tempo de envio pode ter dois buffers que podem ser usados em uma configuração pingue-pongue (por exemplo, um pode atualizado enquanto o outro está sendo utilizado). Em alguns casos, múltiplos buffers podem ser usados para armazenar pesos de feixe correspondentes a múltiplos padrões de feixes de usuário (por exemplo, múltiplas áreas de cobertura de usuário). Os buffers de pesos de feixe e os buffers de dados para formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 podem ser implementados como qualquer tipo de memória ou armazenamento, incluindo memória de acesso aleatório dinâmico (RAM) . O processamento de peso feixe pode ser implementado em um circuito integrado para aplicação específica (ASIC) e/ou um arranjo de portas programável em campo (FPGA - field programmable gate array), e pode incluir um ou mais núcleos de processamento (por exemplo, em um ambiente de computação em nuvem). Adicional ou alternativamente, o buffer de pesos de feixe, o buffer de dados e o processador de pesos de feixe

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86/188 podem ser integrados dentro de um componente.

[0147] A Figura 32 ilustra um segmento terrestre simplificado exemplificador mostrando o funcionamento de um formador de feixes em fatias de tempo de envio 529. No exemplo da Figura 32, o formador de feixes de envio 529 recebe quatro sinais de feixe de envio (por exemplo, K=4), gera sinais de envio específicos de nó de acesso para cinco ANs (por exemplo, M=5) , e tem três formadores de feixes em fatias de tempo de envio (por exemplo, N=3) . Os sinais de feixe de envio são denotados por FBk:t, onde k é o índice de sinal de feixe de envio et é o índice em fatias de tempo (por exemplo, correspondente a um subconjunto por domínio do tempo de amostras). O demultiplexador de sinais de feixe de envio 3002 recebe quatro subconjuntos por domínio do tempo de amostras dos sinais de feixe de envio associados a quatro feixes de usuário de envio e demultiplexa cada sinal de feixe de envio de modo que uma entrada em fatias de tempo de envio 3004 inclui, para um índice em fatias de tempo t específico, os subconjuntos por domínio do tempo de amostras a partir de cada um dos sinais de feixe de envio 511. Por exemplo, os subconjuntos por domínio do tempo podem ser uma única amostra, um bloco contíguo de amostras, ou um bloco não contíguo (por exemplo, intercalado) de amostras, conforme descrito a seguir. Os formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 geram (por exemplo, com base nos sinais de feixe de envio 511 e na matriz de pesos de feixe de envio 918) cada um dos M sinais de envio específicos de nós de acesso para o índice em fatias de tempo t, denotado por AFm:t. Por exemplo, os subconjuntos por domínio do tempo de amostras FB1:0, FB2:0, FB3:0 e FB4:0 para o índice em fatias de tempo t=0 são inseridos no primeiro

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87/188 formador de feixes em fatias de tempo de envio TSBF[1] 3006, o qual gera amostras correspondentes de sinais de envio específicos de nó de acesso AF1:0, AF2:0, AF3:0, AF4:0 e AF5:0 em uma saída em fatias de tempo de envio 3008. Para valores subsequentes do índice em fatias de tempo t=1, 2, os subconjuntos por domínio do tempo de amostras de sinais de feixe de envio 511 são demultiplexados pelo demultiplexador de sinais de feixe de envio 3002 para entrada inseridos em um segundo e um terceiro formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006, os quais geram sinais de envio específicos de nó de acesso associados aos índices em fatias de tempo t correspondentes nas saídas em fatias de tempo de envio 3008. A Figura 32 mostra também que no valor de índice em fatias de tempo t=3, o primeiro formador de feixes em fatias de tempo de envio gera sinais de envio específicos de nó de acesso associados ao índice em fatias de tempo 3 correspondente. A operação de multiplicação matricial executada por cada formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006 para um valor de índice em fatias de tempo t pode demorar mais que o tempo real do subconjunto por domínio do tempo de amostras (por exemplo, o número de amostras S multiplicado pela taxa de amostragem tS). Entretanto, cada formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006 pode processar apenas um subconjunto por domínio do tempo de amostras a cada N índices em fatias de tempo t. O multiplexador de sinais de nós de acesso de envio 3010 recebe saídas em fatias de tempo de envio 3030 a partir de cada um dos formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 e multiplexa os subconjuntos por domínio do tempo de amostras para gerar os M sinais de envio específicos de nó de acesso 516 para distribuição aos respectivos ANs.

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88/188 [0148] A Figura 33 é um diagrama de blocos de um formador de feixes de retorno 531 exemplificador que compreende múltiplos formadores de feixes em fatias de tempo de retorno com demultiplexação e multiplexação por domínio do tempo. O formador de feixes de retorno 531 inclui um demultiplexador de sinais compósitos de retorno 3012, N formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 e um multiplexador de sinais de feixe de retorno 3020. O demultiplexador de sinais compósitos de retorno 3012 recebe M sinais de retorno compósitos 907 (por exemplo, a partir de M ANs) e demultiplexa os M sinais de retorno compósitos 907 em entradas em fatias de tempo de retorno 3014 para entrada nos N formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016. Cada um dos formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 emite as amostras associadas aos K sinais de feixe de retorno 915 para subconjuntos por domínio do tempo de amostras correspondentes através de respectivas saídas em fatias de tempo de retorno 3018 para o multiplexador de sinais de feixe de retorno 3020. O multiplexador de sinais de feixe de retorno 3020 multiplexa os subconjuntos por domínio do tempo de amostras para os K sinais de feixe de retorno recebidos através das N saídas em fatias de tempo de retorno 3018 para gerar os K sinais de feixe de retorno 915. Cada um dos formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 pode incluir um buffer de dados, um buffer de matriz de feixe e um processador de pesos de feixe implementando a operação de multiplicação matricial. Ou seja, cada um dos formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 pode implementar cálculos matematicamente equivalentes aos módulos de divisão e ponderação 539 e ao

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89/188 módulo de combinação 913 mostrados para o formador de feixes de retorno 531 da Figura 30 durante o processamento das amostras de um índice em fatias de tempo. Conforme discutido anteriormente com relação aos formadores de feixes em fatias de tempo de envio, a atualização da matriz de pesos de feixe pode ser feita incrementalmente usando-se uma configuração pingue-pongue de buffers de pesos de feixe (por exemplo, um pode ser atualizado enquanto o outro está sendo utilizado). Em alguns casos, múltiplos buffers podem ser usados para armazenar pesos de feixe correspondentes a múltiplos padrões de feixes de usuário (por exemplo, múltiplas áreas de cobertura de usuário). Os buffers de pesos de feixe e os buffers de dados para formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 podem ser implementados como qualquer tipo de memória ou armazenamento, incluindo memória de acesso aleatório dinâmico (RAM) . O processamento de pesos de feixe pode ser implementado em um circuito integrado para aplicação específica (ASIC) e/ou um arranjo de portas programável em campo (FPGA), e pode incluir um ou mais núcleos de processamento. Adicional ou alternativamente, o buffer de pesos de feixe, o buffer de dados e o processador de pesos de feixe podem ser integrados dentro de um componente.

[0149] A Figura 34 ilustra um segmento terrestre simplificado exemplificador mostrando o funcionamento de um formador de feixes de retorno 531 que emprega multiplexação por domínio do tempo. No exemplo da Figura 33, o formador de feixes de retorno 531 recebe cinco sinais de retorno compósitos (por exemplo, M=5), gera sinais de feixe de retorno para quatro feixes de usuário de retorno (por exemplo, K=5) , e

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90/188 tem três formadores de feixes em fatias de tempo (por exemplo, N=3) . Os sinais de retorno compósitos são denotados por RCm:t, onde m é o índice de AN e t é o índice em fatias de tempo (por exemplo, correspondente a um subconjunto por domínio do tempo de amostras). O demultiplexador de sinais compósitos de retorno 3012 recebe quatro subconjuntos por domínio do tempo de amostras dos sinais de retorno compósitos a partir de cinco ANs e demultiplexa cada sinal de retorno compósito de modo que uma entrada em fatias de tempo de retorno 3014 inclui, para um índice em fatias de tempo t específico, os subconjuntos por domínio do tempo correspondentes de amostras a partir de cada um dos sinais de retorno compósitos 907. Por exemplo, os subconjuntos por domínio do tempo podem ser uma única amostra, um bloco contíguo de amostras, ou um bloco não contíguo (por exemplo, intercalado) de amostras, conforme descrito a seguir. Os formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 geram (por exemplo, com base nos sinais de retorno compósitos 907 e na matriz de pesos de feixe de retorno 937) cada um dos K sinais de feixe de retorno para o índice em fatias de tempo t, denotado por RBk:t. Por exemplo, os subconjuntos por domínio do tempo de amostras RC1:0, RC2:0, RC3:0, RC4:0 e RC5:0 para o índice em fatias de tempo t=0 são inseridos em um primeiro formador de feixes em fatias de tempo de retorno 3016, o qual gera amostras correspondentes de sinais de feixe de retorno RB1:0, RB2:0, RB3:0 e RB4:0 em uma saída em fatias de tempo de retorno 3018. Para valores subsequentes de índice em fatias de tempo t=1, 2, os subconjuntos por domínio do tempo de amostras de sinais de retorno compósitos 907 são demultiplexados pelo demultiplexador de sinais compósitos de retorno 3012 para entrada em um segundo e um terceiro

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91/188 formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016, respectivamente, os quais geram amostras para os sinais de feixe de retorno associados aos índices em fatias de tempo t correspondentes nas saídas em fatias de tempo de retorno 3018. A Figura 34 mostra também que no valor de índice em fatias de tempo t=3, o primeiro formador de feixes em fatias de tempo de retorno gera amostras de sinais de feixe de retorno associadas ao índice em fatias de tempo 3 correspondente. A operação de multiplicação matricial executada por cada formador de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 para um valor de índice em fatias de tempo t pode demorar mais que o tempo real do subconjunto por domínio do tempo de amostras (por exemplo, o número de amostras S multiplicado pela taxa de amostragem ts) . Entretanto, cada formador de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 pode processar apenas um subconjunto por domínio do tempo de amostras a cada N índices em fatias de tempo t. O multiplexador de sinais de feixe de retorno 3020 recebe saídas em fatias de tempo de retorno 3018 a partir de cada um dos formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 e multiplexa os subconjuntos por domínio do tempo de amostras para gerar os K sinais de feixe de retorno 915.

[0150] Embora as Figuras 31 a 34 mostrem o mesmo número N de formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 como formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016, algumas implementações podem ter mais ou menos formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 do que formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016. Em alguns exemplos, o formador de feixes de envio 529 e/ou o formador de feixes de retorno 531 podem ter capacidade de reserva para lidar com eventuais falhas de nós. Por exemplo,

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92/188 se cada formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006 levar um tempo üfts para processar um conjunto de amostras para um índice em fatias de tempo t que tem uma duração em fatias de tempo de tempo real tD, onde tFTs=N· tD, o formador de feixes de envio 52 9 poderá ter N+E formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006. Em alguns exemplos, cada um dos N+E formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 é usado na operação, com cada formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006 tendo uma capacidade extra eficaz de E/N. No caso de falha de um formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006, as operações poderão ser deslocadas para um outro formador de feixes em fatias de tempo de envio 3006 (por exemplo, ajustando-se como as amostras (ou grupos de amostras) por domínio do tempo são roteadas através da demultiplexação e multiplexação por domínio do tempo). Dessa forma, o formador de feixes de envio 529 pode tolerar que até E formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006 apresentem falha antes que o desempenho do sistema seja impactado. Além disso, a capacidade extra permite a manutenção do sistema e a atualização dos formadores de feixes em fatias de tempo durante a operação do sistema. Por exemplo, a atualização de formadores de feixes em fatias de tempo pode ser feita incrementalmente porque o sistema tolera desempenhos diferentes entre formadores de feixes em fatias de tempo. As amostras de dados associadas a um índice em fatias de tempo t podem ser intercaladas. Por exemplo, um primeiro índice em fatias de tempo t0 pode ser associado às amostras 0, P, 2P,... (S-1)*P, enquanto um segundo índice em fatias de tempo ti pode ser associado às amostras 1, P+1, 2P+1,.. (S-1)*P+1 etc., em que S é o número de amostras em cada conjunto de amostras, e P

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93/188 é a duração de intercalação. A intercalação pode também tornar o sistema mais robusto a falhas de formadores de feixes em fatias de tempo, porque cada bloco de amostras de formadores de feixes em fatias de tempo é separado no tempo de modo que os erros devidos a um bloco ausente seriam distribuídos no tempo, de modo similar à vantagem da intercalação na correção de erros de envio. De fato, os erros distribuídos causados por falhas de formadores de feixes em fatias de tempo podem causar efeitos similares a ruídos e não resultar em nenhum erro aos dados de usuário, especialmente se for empregada a codificação de erros de envio. Embora tenham sido ilustrados exemplos onde N = 3, outros valores de N podem ser usados, e N não precisa ter nenhuma relação específica com K ou M.

[0151] Conforme discutido anteriormente, o formador de feixes de envio 52 9 e o formador de feixes de retorno 531 ilustrados nas Figuras 31 e 33, respectivamente, podem executar a demultiplexação e a multiplexação por domínio do tempo para a formação de feixes em fatias de tempo para uma sub-banda de canal ou de frequência. Múltiplas sub-bandas podem ser processadas independentemente com o uso de uma camada de chaveamento adicional de multiplexação/demultiplexação (mux/demux) de sub-bandas. A Figura 35 é um diagrama de blocos de um formador de feixes de envio/retorno multibanda exemplificador 513 que emprega demultiplexação e multiplexação de sub-bandas. O formador de feixes de envio/retorno multibanda 513 pode suportar F subbandas de envio e R sub-bandas de retorno.

[0152] O formador de feixes de envio/retorno multibanda 513 inclui F formadores de feixes de sub-banda de envio 3026, R formadores de feixes de sub-banda de retorno

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3036 e um multiplexador/demultiplexador de sub-bandas 3030. Por exemplo, os sinais de feixe de envio 511 podem ser divididos em F sub-bandas de envio. Cada uma das F sub-bandas de envio pode ser associada a um subconjunto das K áreas de cobertura de feixes de usuário de envio. Ou seja, as K áreas de cobertura de feixes de usuário de envio podem incluir múltiplos subconjuntos de áreas de cobertura de feixes de usuário de envio associadas a diferentes sub-bandas de frequência (por exemplo, frequência e/ou polarização diferentes etc.), onde as áreas de cobertura de feixes de usuário de envio dentro de cada um dos subconjuntos podem não ser sobrepostas (por exemplo, nos contornos de sinal de 3 dB etc.) . Dessa forma, cada uma das entradas de formadores de feixes de sub-banda de envio 3024 pode incluir um subconjunto K1 dos sinais de feixe de envio 511. Cada um dos F formadores de feixes de envio 3026 pode inclui a funcionalidade do formador de feixes de envio 529, gerando saídas de formadores de feixes de sub-banda de envio 3 02 8 que compreendem os M sinais de envio específicos de nó de acesso associados ao subconjunto dos sinais de feixe de envio 511 (por exemplo, uma multiplicação matricial dos K1 sinais de feixe de envio por uma matriz M x K1 de pesos de feixe de envio). Dessa forma, cada um dos ANs 515 pode receber múltiplos sinais de envio específicos de nó de acesso associados a diferentes sub-bandas de frequência (por exemplo, para cada uma das F sub-bandas de envio). Os ANs podem combinar (por exemplo, somar) os sinais em sub-bandas diferentes nos sinais de enlace ascendente de envio, conforme discutido em detalhes a seguir. De modo similar, os ANs 515 podem gerar múltiplos sinais de retorno compósitos 907 para R diferentes sub-bandas

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95/188 de retorno. Cada uma das R sub-bandas de retorno pode ser associada a um subconjunto das K áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno. Ou seja, as K áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno podem incluir múltiplos subconjuntos de áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno associadas a diferentes sub-bandas de frequência, onde as áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno dentro de cada um dos subconjuntos podem não ser sobrepostas (por exemplo, nos contornos de sinal de 3 dB etc.) . O multiplexador/demultiplexador de sub-bandas 3030 pode dividir os sinais de retorno compósitos 907 nas R entradas de formadores de feixes de sub-bandas de retorno 3034. Cada um dos formadores de feixes de sub-banda de retorno 3 03 6 pode então gerar uma saída de formadores de feixes de sub-banda de retorno 3038, a qual pode incluir os sinais de feixe de retorno 915 para um subconjunto dos feixes de usuário de retorno (por exemplo, nos modems de enlace de alimentador 507 ou demodulador de sinais de feixe de retorno etc.). Em alguns exemplos, o formador de feixes de envio/retorno multibanda 513 pode suportar múltiplas polarizações (por exemplo, polarização circular à direita (RHCP), polarização circular à esquerda (LHCP) etc.), o que, em alguns casos, pode efetivamente dobrar o número de sub-bandas.

[0153] Em alguns casos, a multiplexação e a demultiplexação em fatias de tempo para o formador de feixes de envio 529 e o formador de feixes de retorno 531 (por exemplo, o demultiplexador de sinais de feixe 3002, o multiplexador de sinais de nós de acesso de envio 3010, o demultiplexador de sinais compósitos de retorno 3012, o multiplexador de sinais de feixe de retorno 3020) e a

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96/188 multiplexação/demultiplexação de sub-bandas (multiplexador/demultiplexador de sub-bandas 3030) podem ser feitas por chaveamento por pacotes (por exemplo, chaveamento de rede Ethernet etc.). Em alguns casos, o em fatias de tempo e a chaveamento de sub-bandas podem ser executados nos mesmos nós de chaveamento, ou em uma ordem diferente. Por exemplo, uma arquitetura de chaveamento tipo malha (fabric) pode ser usada onde cada nó da malha de chaveamento pode ser acoplado com um subconjunto dos ANs 515, formadores de feixes em fatias de tempo de envio 3006, formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016, ou modems de enlace de alimentador 507. A arquitetura de chaveamento tipo malha pode permitir, por exemplo, que qualquer AN se conecte (por exemplo, através de chaves e/ou uma interconexão de malha de chaveamento) a qualquer formador de feixes em fatias de tempo de envio ou formador de feixes em fatias de tempo de retorno em uma arquitetura hierarquicamente plana de baixa latência. Em um exemplo, um sistema suportando K < 600, M < 600, e uma largura de banda de 500 MHz (por exemplo, por sub-banda) com quatorze subbandas para os enlaces de envio ou de retorno pode ser implementado por uma plataforma de chaves de interconexão comercialmente disponível com 2048 portas de 10 GigE.

EQUALIZAÇÃO DO ATRASO [0154] Em alguns casos, as diferenças nos atrasos de propagação em cada uma das trajetórias entre a estação de retransmissão ponto a ponto 503 e o SPC 505 são insignificantes. Por exemplo, no enlace de retorno, quando o mesmo sinal (por exemplo, dados para ou de um usuário específico) é recebido por múltiplos ANs 515, cada instância

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97/188 do sinal pode chegar ao SPC essencialmente alinhada com cada outra instância do sinal. De modo semelhante, quando o mesmo sinal é transmitido para um terminal de usuário 517 através de vários ANs 515, cada instância do sinal pode chegar ao terminal de usuário 517 essencialmente alinhada com cada outra instância do sinal. Em outras palavras, os sinais podem estar alinhados em fase e tempo com precisão suficiente para que se combinem coerentemente, de modo que os atrasos de trajetória e os efeitos de formação de feixes sejam pequenos em relação à taxa de símbolos (pulsos) transmitidos. Como um exemplo ilustrativo, se a diferença nos atrasos de trajetória for de 10 microssegundos, a largura de banda de formação de feixes poderá ser da ordem de dezenas de kHz e pode-se usar um sinal de largura de banda estreita, por exemplo de *10 ksps (quiloamostras por segundo) com uma possível pequena degradação de desempenho. A taxa de sinalização de 10 ksps tem uma duração de símbolo de 100 microssegundos e o espalhamento do atraso de 10 microssegundos é apenas um décimo da duração de símbolo. Nesses casos, para fins de análise do sistema, pode-se presumir que os sinais recebidos pela estação de retransmissão ponto a ponto em um instante serão retransmitidos e transmitidos essencialmente no mesmo tempo, conforme descrito anteriormente.

[0155] Em outros casos, pode haver uma diferença significativa no atraso de propagação em relação ao intervalo de sinalização (duração de símbolo transmitido) dos sinais transmitidos a partir dos elementos de antena de transmissão 409 para os ANs 515. A trajetória que os sinais tomam a partir de cada AN 515 através da rede de distribuição 518 pode conter variações de atraso significativas. Nesses casos, a

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98/188 equalização de atraso pode ser empregada para fazer a correspondência com os atrasos de trajetória.

[0156] Para sinais de enlace de retorno ponto a ponto recebidos através da rede de distribuição 518 pelo SPC 505, os sinais podem ser alinhados por tempo com o uso de um sinal de radiofarol da estação de retransmissão transmitido a partir da estação de retransmissão ponto a ponto, por exemplo um radiofarol PN, conforme descrito anteriormente. Cada AN 515 pode marcar com um carimbo de data e hora o sinal de retorno compósito usando o sinal de radiofarol da estação de retransmissão como referência. Portanto, diferentes ANs 515 podem receber o mesmo sinal em tempos diferentes, mas os sinais recebidos em cada AN 515 podem ser marcados com carimbo de data e hora para que o SPC 505 os alinhe por tempo. O SPC 505 pode armazenar os sinais temporariamente em uma memória buffer para que a formação de feixes seja feita por combinação dos sinais que têm o mesmo carimbo de data e hora.

[0157] Novamente com referência às Figuras 33 e 34, a equalização de atraso para o enlace de retorno pode ser feita mediante a demultiplexação dos sinais de retorno compósitos para os formadores de feixes em fatias de tempo de retorno 3016. Por exemplo, cada AN pode dividir o sinal de retorno compósito em conjuntos de amostras associadas a índices em fatias de tempo t, que podem incluir amostras intercaladas do sinal de retorno compósito. Os índices em fatias de tempo t podem ser determinados com base no sinal de radiofarol da estação de retransmissão. Os ANs podem enviar os subconjuntos de amostras multiplexadas com os índices em fatias de tempo t correspondentes (por exemplo, com um sinal de retorno compósito multiplexado) para o formador de feixes

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99/188 de retorno 531, que pode servir como informações de temporização de sincronização no enlace de retorno. Os subconjuntos de amostras de cada AN podem ser demultiplexados (por exemplo, através de chaveamento) e um formador de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 pode receber os subconjuntos de amostras a partir de cada AN para um índice em fatias de tempo t (para uma dentre múltiplas sub-bandas, em alguns casos). Executando a multiplicação matricial da matriz de pesos de feixe de retorno e dos subconjuntos de amostras a partir de cada um dos M sinais de retorno compósitos associados ao índice em fatias de tempo t, o formador de feixes em fatias de tempo de retorno 3016 pode alinhar os sinais retransmitido pela estação de retransmissão ponto a ponto ao mesmo tempo para aplicação da matriz de pesos de feixe de retorno.

[0158] Para o enlace de envio, o formador de feixes 513 dentro do SPC 505 pode gerar um carimbo de data e hora que indica quando cada sinal de envio específico de nó de acesso transmitido pelos ANs 515 deve chegar à estação de retransmissão ponto a ponto 503. Cada AN 515 pode transmitir um sinal de radiofarol do nó de acesso 2530, por exemplo um sinal PN de loopback (retorno). Cada um desses sinais pode ser retornado e transmitido de volta para os ANs 515 pela estação de retransmissão ponto a ponto 503. Os ANs 515 podem receber tanto o sinal de radiofarol da estação de retransmissão como os sinais de radiofarol de nó de acesso retransmitidos (retornados) a partir de qualquer um ou de todos os ANs. A temporização de recepção do sinal de radiofarol do nó de acesso em relação à temporização de recepção do sinal de radiofarol da estação de retransmissão

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100/188 indica quando o sinal de radiofarol do nó de acesso chegou à estação de retransmissão ponto a ponto. O ajuste da temporização do sinal de radiofarol do nó de acesso de modo que, após a retransmissão pela estação de retransmissão ponto a ponto, o sinal chegue ao AN ao mesmo tempo em que o sinal de radiofarol da estação de retransmissão chega ao AN, força o sinal de radiofarol do nó de acesso a chegar à estação de retransmissão ponto a ponto sinalizado com o sinal de radiofarol da estação de retransmissão. Fazer com que todos os ANs executem essa função permite que todos os sinais de radiofarol de nó de acesso cheguem à estação de retransmissão ponto a ponto sincronizados com o sinal de radiofarol da estação de retransmissão. A etapa final no processo é fazer com que cada AN transmita seus sinais de envio específicos de nó de acesso sincronizados com seu sinal de radiofarol do nó de acesso. Isso pode ser feito usando-se carimbos de data e hora, conforme descrito a seguir. Alternativamente, o SPC pode gerenciar a equalização de atraso enviando os respectivos sinais de envio específicos de nó de acesso deslocados pelos respectivos deslocamentos de domínio do tempo para os ANs (por exemplo, onde a temporização através da rede de distribuição é determinística).

[0159] A Figura 36 é uma ilustração de sequências PN usadas para alinhar a temporização do sistema. O eixo horizontal da figura representa o tempo. Uma sequência PN AN1 2301 de chips 2303 é transmitida no sinal de radiofarol do nó de acesso a partir do primeiro AN. O tempo relativo de chegada dessa sequência à estação de retransmissão ponto a ponto é mostrado pela sequência PN 2305. Há um deslocamento de tempo da sequência PN 2305 em

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101/188 relação à sequência PN ANi 2301, devido ao atraso de propagação a partir do AN para a estação de retransmissão ponto a ponto. A sequência PN do radiofarol da estação de retransmissão 2307 é gerada dentro e transmitida a partir da estação de retransmissão ponto a ponto em um sinal de radiofarol da estação de retransmissão. Um chip PN da sequência PN do radiofarol da estação de retransmissão 2307 no tempo To 2315 é alinhado com um chip PN 2316 do sinal PN AN1 recebido 2305 no tempo To. O chip PN 2316 do sinal PN AN1 recebido 2305 é alinhado com o chip PN 2315 do radiofarol PN da estação de retransmissão 2307 quando a temporização de transmissão de AN1 é ajustada na quantidade adequada. A sequência PN 2305 é retornada da estação de retransmissão ponto a ponto e a sequência PN 2317 é recebida em AN1. A sequência PN 2319 transmitida da estação de retransmissão ponto a ponto no radiofarol PN da estação de retransmissão é recebida em AN1. Deve-se notar que as sequências PN 2317, 2319 são alinhadas em AN1 indicando que foram alinhadas na estação de retransmissão ponto a ponto.

[016 0] A Figura 3 7 mostra um exemplo de um AN2 que não ajustou adequadamente a temporização da sequência PN gerada no AN2. Deve-se observar que a sequência PN 2311 gerada pelo AN2 é recebida na estação de retransmissão ponto a ponto mostrada como sequência 2309 com um deslocamento em uma quantidade dt a partir da sequência PN do radiofarol da estação de retransmissão 2307. Esse deslocamento se deve a um erro da temporização usada para gerar a sequência no AN2. Além disso, deve-se notar que a chegada da sequência PN AN2 2321 ao AN2 é deslocada a partir da chegada da sequência PN do radiofarol da estação de retransmissão ao AN2 2323 na

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102/188 mesma quantidade dt. O processamento de sinais em AN2 observará esse erro e fará uma correção na temporização de transmissão ajustando a temporização em uma quantidade dt para alinhar as sequências PN 2321, 2323.

[0161] Nas Figuras 36 e 37 a mesma taxa de chips PN foi usada para o radiofarol PN da estação de retransmissão e todos os sinais PN (loopback) de AN para facilidade de ilustração do conceito. Os mesmos conceitos de temporização podem ser aplicados com diferentes taxas de

chips	PN. Novamente com referência	às Figuras 31 e 32,	os
índices	em fatias	de	tempo	t podem ser usados	para	a
sincronização dos	sinais de	envio	específicos de	nó	de
acesso	recebidos	de	cada	um dos	ANs na estação	de

retransmissão ponto a ponto. Por exemplo, os índices em fatias de tempo t podem ser multiplexados com os sinais de envio específicos de nó de acesso 516. Cada AN pode transmitir amostras dos sinais de envio específicos de nó de acesso com um índice em fatias de tempo t específico alinhado com informações correspondentes de temporização na sequência PN de chips transmitidos nos respectivos sinais de radiofarol de nó de acesso. Como os respectivos sinais de radiofarol de nó de acesso foram ajustados para compensar os respectivos atrasos de trajetória e deslocamentos de fase entre os ANs e a estação de retransmissão ponto a ponto, as amostras associadas ao índice em fatias de tempo t chegarão à estação de retransmissão ponto a ponto com a temporização sincronizada e a fase alinhada corretamente uma em relação à outra.

[0162] Em casos em que os ANs recebem seus próprios sinais de radiofarol de nó de acesso, é possível

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103/188 retornar (loopback) os sinais de radiofarol de nó de acesso usando o mesmo hardware de comunicação da estação de retransmissão ponto a ponto que também está transportando os dados de comunicação na direção de envio. Nesses casos, os ganhos relativos e/ou fases dos transponders na estação de retransmissão ponto a ponto podem ser ajustados conforme descrito a seguir.

[0163] A Figura 38 é um diagrama de blocos de um AN 515 exemplificador. O AN 515 compreende o receptor 4002, o ajustador de temporização e fase de recepção 4024, o demodulador de sinais de radiofarol da estação de retransmissão 2511, o multiplexador 4004, a interface de rede 4006, o controlador 2523, o demultiplexador 4060, o compensador de temporização e fase de transmissão 4020 e o transmissor 4012. A interface de rede 4006 pode ser conectada, por exemplo, ao SPC 505 através da porta de rede 4008.

[0164] No enlace de retorno, o receptor 4002 recebe um sinal de enlace descendente de retorno 527. O sinal de enlace descendente de retorno 527 pode incluir, por exemplo, um compósito de sinais de enlace ascendente de retorno retransmitidos pela estação de retransmissão ponto a ponto (por exemplo, através de múltiplas trajetórias de sinais de recepção/transmissão etc.) e o sinal de radiofarol da estação de retransmissão. O receptor 4002 pode executar, por exemplo, conversão para baixo e amostragem. O demodulador de sinais de radiofarol da estação de retransmissão 2511 pode demodular o sinal de radiofarol da estação de retransmissão no sinal de retorno compósito digitalizado 907 para obter informações de temporização da estação de retransmissão 2520. Por exemplo, o demodulador de sinais de radiofarol da estação

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104/188 de retransmissão 2511 pode executar a demodulação para recuperar a temporização de chips associados ao código PN da estação de retransmissão e gerar carimbos de data hora correspondentes ao tempo de transmissão da estação de retransmissão ponto a ponto para amostras do sinal de retorno compósito digitalizado 527. O multiplexador 4004 pode multiplexar as informações de temporização da estação de retransmissão 2520 com as amostras do sinal de retorno compósito digitalizado (por exemplo, para formar um sinal de retorno compósito multiplexado) a ser enviado ao SPC 505 (por exemplo, através da interface de rede 4006) . A multiplexação das informações de temporização da estação de retransmissão 2520 pode incluir a geração de subconjuntos de amostras correspondentes a índices em fatias de tempo t para envio ao SPC 505. Por exemplo, o multiplexador 4004 pode gerar subconjuntos de amostras associadas a cada índice em fatias de tempo t para entrada para a arquitetura de formação de feixes em fatias de tempo de retorno descrita acima com referência às Figuras 33, 34 e 35. O multiplexador 4004 pode incluir um intercalador 4044 para intercalação de amostras para cada subconjunto de amostras, em alguns casos.

[0165] No enlace de envio, a interface de rede 4006 pode obter um sinal de entrada de AN 4014 (por exemplo, através da porta de rede 4008). O demultiplexador 4060 pode demultiplexar o sinal de entrada de AN 4014 para obter um sinal de envio específico de nó de acesso 516 e informações de temporização de transmissão de sinal de envio 4016 indicando a temporização de transmissão do sinal de envio específico de nó de acesso 516. Por exemplo, o sinal de envio específico de nó de acesso 516 pode compreender as

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105/188 informações de temporização de transmissão de sinal de envio (por exemplo, multiplexadas com amostras de dados etc.). Em um exemplo, o sinal de envio específico de nó de acesso 516 compreende conjuntos de amostras (por exemplo, em pacotes de dados), em que cada conjunto de amostras está associado a um índice em fatias de tempo t. Por exemplo, cada conjunto de amostras pode ser amostras do sinal de envio específico de nó de acesso 516 gerado de acordo com a arquitetura de formação de feixes em fatias de tempo de envio discutida anteriormente com referência às Figuras 31, 32 e 35. O demultiplexador 4060 pode incluir um desintercalador 4050 para desintercalar amostras associadas a índices em fatias de tempo t.

[0166] O compensador de temporização e fase de transmissão 4020 pode receber e armazenar em memória buffer o sinal de envio específico de nó de acesso 516 e emitir amostras do sinal de enlace ascendente de envio 4022 para transmissão pelo transmissor 4012 em um momento adequado como sinal de enlace ascendente de envio 521. O transmissor 4012 pode executar conversão digital para análogo e conversão para cima para emitir o sinal de enlace ascendente de envio 521. As amostras de sinal de enlace ascendente de envio 4022 podem incluir o sinal de envio específico de nó de acesso 516 e um sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 (por exemplo, o sinal PN de loopback), que pode incluir informações de temporização de transmissão (por exemplo, informações de temporização de chips de código PN, informações de temporização de quadro etc.). O compensador de temporização e fase de transmissão 4020 pode multiplexar o sinal de envio específico de nó de acesso 516 com o sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 de modo que as

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106/188 informações de temporização e fase de transmissão do sinal de envio 4016 sejam sincronizadas com as informações correspondentes de temporização e fase de transmissão no sinal de radiofarol do nó de acesso 2530.

[0167] Em alguns exemplos, a geração do sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 é feita localmente no AN 515 (por exemplo, no gerador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2529) . Alternativamente, a geração do sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 pode ser feita em um componente separado (por exemplo, SPC 505) e enviado ao AN 515 (por exemplo, através da interface de rede 4006). Conforme discutido anteriormente, o sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 pode ser usado para compensar o sinal de enlace ascendente de envio 521 para diferenças de trajetória e deslocamentos de fase entre o AN e a estação de retransmissão ponto a ponto. Por exemplo, o sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 pode ser transmitido no sinal de enlace ascendente de envio 521 e retransmitido pela estação de retransmissão ponto a ponto para ser recebido de volta no receptor 4002. O controlador 2523 pode comparar informações de temporização e fase de transmissão retransmitidas 4026 obtidas (por exemplo, por demodulação etc.) a partir do sinal de radiofarol do nó de acesso retransmitido com informações de temporização e fase de recepção 4028 obtidas (por exemplo, por demodulação etc.) a partir do sinal de radiofarol da estação de retransmissão. O controlador 2523 pode gerar um ajuste de temporização e fase 2524 para entrada no compensador de temporização e fase de transmissão 4020 para ajustar o sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 para compensar o atraso de trajetória e os

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107/188 deslocamentos de fase. Por exemplo, o sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 pode incluir um código PN e informações de temporização de quadro (por exemplo, um ou mais bits de um número de quadro etc.). O compensador de temporização e fase de transmissão 4020 pode, por exemplo, ajustar as informações de temporização de quadro para compensação aproximada dos atraso de trajetória (por exemplo, emitir informações de temporização de quadro no sinal de radiofarol do nó de acesso de modo que o sinal de radiofarol do nó de acesso retransmitido tenha as informações de temporização de quadro de transmissão retransmitidas aproximadamente alinhadas com informações correspondentes de temporização de quadro no sinal de radiofarol da estação de retransmissão, alterando o chip do código PN que é considerado como o LSB etc.). Adicional ou alternativamente, o compensador de temporização e fase de transmissão 4020 pode executar ajustes de temporização e fase nas amostras do sinal de enlace ascendente de envio 4022 para compensar as diferenças de temporização ou fase entre as informações de temporização e fase de transmissão 4026 e as informações de temporização e fase de recepção 4028 retransmitidas. Por exemplo, em pontos onde o sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 é gerado com base em um oscilador local, diferenças de temporização ou fase entre o oscilador local e o sinal de radiofarol da estação de retransmissão recebido pode ser corrigido por ajustes de temporização e fase nas amostras do sinal de enlace ascendente de envio 4022. Em alguns exemplos, a demodulação do sinal de radiofarol do nó de acesso é feita localmente no AN 515 (por exemplo, no demodulador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2519) .

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Alternativamente, a demodulação do sinal de radiofarol do nó de acesso pode ser feita em um componente separado (por exemplo, SPC 505) e as informações de temporização e fase de transmissão retransmitidas 4026 podem ser obtidas em outra sinalização (por exemplo, através da interface de rede 4006). Por exemplo, desvanecimento profundo pode dificultar a recepção e a demodulação do sinal de radiofarol do nó de acesso retransmitido do próprio AN sem transmissão em um nível mais alto de potência que de outra sinalização, o que pode reduzir o orçamento de energia para sinais de comunicação. Dessa forma, a combinação da recepção do sinal de radiofarol do nó de acesso retransmitido a partir de múltiplos ANs 515 pode aumentar a potência eficaz recebida e a precisão da demodulação para o sinal de radiofarol do nó de acesso retransmitido. Dessa forma, a demodulação do sinal de radiofarol do nó de acesso a partir de um único AN 515 pode ser feita com o uso de sinais de enlace descendente recebidos em múltiplos ANs 515. A demodulação do sinal de radiofarol do nó de acesso pode ser feita no SPC 505 com base nos sinais de retorno compósitos 907, podendo incluir também informações de sinal para os sinais de radiofarol de nó de acesso emitidos por todos ou quase todos os ANs 515. Se for desejado, a formação de feixes ponto a ponto para os sinais de radiofarol de nó de acesso pode ser feita levandose em conta os enlaces ascendentes de radiofarol de nó de acesso (por exemplo, Cr) , o loopback da estação de retransmissão (por exemplo, E) e/ou os enlaces descendentes de radiofarol de nó de acesso (por exemplo, Ct) .

REMOÇÃO DE DEGRADAÇÃO DE ENLACE DE ALIMENTADOR [0168] Além da equalização de atraso das

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109/188 trajetórias de sinais para a estação de retransmissão ponto a ponto vindos de todos os ANs, os deslocamentos de fase induzido pelos enlaces de alimentador podem ser removidos antes da formação de feixes. Os deslocamentos de fase de cada um dos enlaces entre a estação de retransmissão ponto a ponto e os M ANs serão diferentes. As causas para deslocamentos de fase diferentes para cada enlace incluem, mas não se limitam a, o comprimento da trajetória de propagação, condições atmosféricas como cintilação, deslocamento da frequência Doppler, e diferenças nos erros de osciladores de AN. Esses deslocamentos de fase são, em geral, diferentes para cada AN e variam ao longo do tempo (devido à cintilação, efeito Doppler, e diferença nos erros de osciladores de AN). Mediante a remoção de degradações dinâmicas de enlace de alimentador, a velocidade na qual os pesos de feixe se adaptam pode ser mais lenta que em uma situação alternativa na qual os pesos de feixe se adaptam com suficiente rapidez para rastrear a dinâmica do enlace de alimentador.

[0169] Na direção de retorno, as degradações de enlace descendente de alimentador para um AN são comuns tanto para o radiofarol PN da estação de retransmissão como para os sinais de dados de usuário (por exemplo, sinais de enlace descendente de retorno). Em alguns casos, a demodulação coerente do radiofarol PN da estação de retransmissão fornece informações sobre canais que são usadas para remover todas ou quase todas essas degradações do sinal de dados de retorno. Em alguns casos, o sinal de radiofarol PN da estação de retransmissão é uma sequência PN conhecida que é transmitida continuamente e está situada na

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110/188 banda com os dados de comunicação. A potência equivalente (ou efetiva) isotropicamente irradiada (EIRP - equivalent (or effective) isotropically radiated power”) desse sinal PN em banda é definida de modo que a interferência nos dados de comunicação não seja maior que um nível máximo aceitável. Em alguns casos, um processo de remoção de degradação de enlace de alimentador para o enlace de retorno envolve demodulação coerente e rastreamento da temporização e fase recebidas do sinal de radiofarol PN da estação de retransmissão. Por exemplo, o demodulador de sinais de radiofarol da estação de retransmissão 2511 pode determinar ajustes de temporização e fase de recepção 2512 para compensar a degradação de enlace de alimentador com base na comparação do sinal de radiofarol PN da estação de retransmissão com um sinal de referência local (por exemplo, oscilador local ou PLL) . As diferenças de temporização e fase recuperadas são então removidas do sinal de enlace descendente de retorno (por exemplo, pelo ajustador de temporização e fase de recepção 4024), removendo-se, portanto, as degradações de enlace de alimentador do sinal de comunicação (por exemplo, sinais de enlace descendente de retorno 527) . Depois da remoção de degradação de enlace de alimentador, os sinais de enlace de retorno de um feixe terão um erro de frequência comum em todos os ANs e serão, portanto, adequados para a formação de feixes. O erro de frequência comum pode incluir, mas não se limita a, contribuições do erro de frequência de terminal de usuário, Doppler de enlace ascendente de terminal de usuário, erro de tradução de frequência da frequência da estação de retransmissão ponto a ponto e erro de frequência de radiofarol PN da estação de retransmissão.

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111/188 [0170] Na direção de envio, o sinal de radiofarol do nó de acesso vindo de cada AN pode ser usado para ajudar a remover degradações de enlace ascendente de alimentador. As degradações de enlace ascendente de alimentador serão impostas sobre o enlace de envio dados de comunicação (por exemplo, o sinal específico de nó de acesso), bem como o sinal de radiofarol do nó de acesso. A demodulação coerente do sinal de radiofarol do nó de acesso pode ser usada para recuperar as diferenças de temporização e fase do sinal de radiofarol do nó de acesso (por exemplo, em relação ao sinal de radiofarol da estação de retransmissão). As diferenças de temporização e fase recuperadas são então removidas do sinal de radiofarol do nó de acesso transmitido de modo que o sinal de radiofarol do nó de acesso chegue em fase com o sinal de radiofarol da estação de retransmissão.

[0171] Em alguns casos, o processo de remoção de enlace de alimentador de envio é um elo travado em fase (PLL - phase locked loop”) com o atraso de trajetória do AN para a estação de retransmissão ponto a ponto e de volta para dentro da estrutura de elo. Em alguns casos, o atraso de ida e volta do AN para a estação de retransmissão ponto a ponto e de volta ao AN pode ser significativo. Por exemplo, um satélite de órbita geossíncrona operando como uma estação de retransmissão ponto a ponto irá gerar um atraso de ida e volta de aproximadamente 250 milissegundos (ms). Para manter esse elo estável na presença do grande atraso, pode ser usada uma largura de banda de elo muito baixa. Para um atraso de 250 ms, a largura de banda de elo fechado da PLL pode, tipicamente, ser menor que 1 Hz. Nesses casos, podem ser

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112/188 usados osciladores de alta estabilidade tanto no satélite como no AN para manter uma captura de fase confiável, conforme indicado pelo bloco 2437 na Figura 39 (vide abaixo).

[0172] Em alguns casos, o sinal de radiofarol do nó de acesso é um sinal de impulso (burst) que é transmitido apenas durante intervalos de calibração. Durante o intervalo de calibração, os dados de comunicação não são transmitidos para eliminar essa interferência no sinal de radiofarol do nó de acesso. Como nenhum dado de comunicação é transmitido durante o intervalo de calibração, a potência transmitida do sinal de radiofarol do nó de acesso pode ser grande em comparação com aquela que seria necessária se fosse transmitida durante a transmissão dos dados de comunicação. Isso ocorre porque não há preocupações de se causar interferência com os dados de comunicação (os dados de comunicação não estão presentes neste momento). Essa técnica possibilita uma forte razão sinal/ruído (SNR signal-to-noise ratio) para o sinal de radiofarol do nó de acesso quando o mesmo é transmitido durante o intervalo de calibração. A frequência de ocorrência dos intervalos de calibração é o recíproco do tempo decorrido entre intervalos de calibração. Como cada intervalo de calibração fornece uma amostra da fase para a PLL, essa frequência de calibração é a taxa de amostragem dessa PLL de tempo discreto. Em alguns casos, a taxa de amostragem é alta o suficiente para suportar a largura de banda de elo fechado da PLL com uma quantidade insignificante de serrilhamento (aliasing). O produto da frequência de calibração (taxa de amostragem de elo) e do intervalo de calibração representa a fração de tempo em que a estação de retransmissão ponto a ponto não

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113/188 pode ser usada para dados de comunicação sem interferência adicional do sinal sonda de sondagem de canal. Em alguns casos, são usados valores menores que 0,1, e em outros, são usados valores menores que 0,01.

[0173] A Figura 39 é um diagrama de blocos de um transceptor de AN 2409 exemplificador. A entrada 2408 para o transceptor de AN 2409 recebe sinais de enlace de retorno ponto a ponto recebidos pelo AN 515 (por exemplo, para uma dentre uma pluralidade de sub-bandas de frequência). A entrada 2408 é acoplada à entrada 2501 de um conversor de descida (D/C - down converter”) 2503. A saída do D/C 2503 é acoplada a um conversor analógico/digital (A/D) 2509. A saída do A/D 2509 é acoplado a um ajustador de tempo de Rx 2515 e/ou ajustador de fase de Rx 2517 (Rx = recepção). O ajustador de tempo de Rx 2515 e o ajustador de fase de Rx 2517 podem ilustrar aspectos do ajustador de temporização e fase de recepção 4024 da Figura 38. O D/C 2503 é um conversor de descida de quadratura. Consequentemente, o D/C 2503 emite uma saída em fase e quadratura para o A/D 2509. Os sinais recebidos podem incluir sinais de comunicação (por exemplo, um compósito de sinais de enlace ascendente de retorno transmitido pelos terminais de usuário), sinais de radiofarol de nó de acesso (por exemplo, transmitidos a partir do mesmo AN e/ou outros ANs) e um sinal de radiofarol da estação de retransmissão. As amostras digitais são acopladas a um demodulador de sinais de radiofarol da estação de retransmissão 2511. O demodulador de sinais de radiofarol da estação de retransmissão 2511 demodula o sinal de radiofarol da estação de retransmissão. Além disso, o demodulador de sinais de

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114/188 radiofarol da estação de retransmissão 2511 gera um sinal de controle de tempo 2513 e um sinal de controle de fase 2514 para remover degradações de enlace de alimentador com base no sinal de radiofarol da estação de retransmissão recebido. Essas degradações incluem o efeito Doppler, o erro de frequência de AN, efeitos de cintilação, alterações de comprimento de trajetória etc. Com a execução da demodulação coerente do sinal de radiofarol da estação de retransmissão, o elo travado em fase (PLL) pode ser usado para corrigir todos ou quase todos esses erros. Com a correção dos erros no sinal de radiofarol da estação de retransmissão, erros correspondentes nos sinais de comunicação e sinais de radiofarol de nó de acesso no enlace de alimentador também são corrigidos (por exemplo, uma vez que tais erros são comuns ao sinal de radiofarol da estação de retransmissão, aos sinais de radiofarol de nó de acesso e aos sinais de comunicação). Após a remoção de degradação de enlace de alimentador, o sinal de comunicação de enlace de retorno ponto a ponto a partir de um terminal de usuário 517 tem nominalmente o mesmo erro de frequência em cada um dos M ANs 515. Esse erro comum inclui o erro de frequência de terminal de usuário, o efeito Doppler de enlace de usuário, o erro de tradução de frequência da estação de retransmissão ponto a ponto e o erro de frequência de sinal de radiofarol da estação de retransmissão.

[0174] As amostras digitais, com as degradações de enlace de alimentador removidas, são acopladas a um multiplexador 2518, que pode ser um exemplo do multiplexador 4004 da Figura 38. O multiplexador 2518 associa (por exemplo, com carimbos de data hora) as amostras às

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115/188 informações de temporização da estação de retransmissão 2520 obtidas do demodulador de sinais de radiofarol da estação de retransmissão 2511. A saída do multiplexador 2518 é acoplada à porta de saída 2410 do transceptor de AN 2409. A porta de saída 2410 é acoplada ao multiplexador 2413 e através da interface 2415 (vide Figura 40) ao SPC 505. O SPC 505 pode então usar os carimbos de data hora associados às amostras digitais recebidas para alinhar as amostras digitais recebidas de cada um dos ANs 515. Adicional ou alternativamente, a remoção de degradação de enlace de alimentador pode ser feita no SPC 505. Por exemplo, as amostras digitais dos sinais de enlace de retorno ponto a ponto com o sinal de radiofarol da estação de retransmissão incorporado podem ser enviadas do AN 515 para o SPC 505, e o SPC 505 pode usar as informações de temporização de sincronização (por exemplo, o sinal de radiofarol da estação de retransmissão incorporado) em cada um dos sinais de retorno compósitos para determinar os respectivos ajustes para os respectivos sinais de retorno compósitos para compensar a degradação de canal de enlace descendente.

[0175] Um sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 pode ser gerado localmente por um gerador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2529. Um demodulador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2519 demodula o sinal de radiofarol do nó de acesso recebido pelo AN 515 (por exemplo, depois de ser retransmitido pela estação de retransmissão ponto a ponto e recebido na entrada 2408). O demodulador de sinais de radiofarol da estação de retransmissão 2511 fornece a um controlador 2523 um sinal de informações de temporização e fase da estação de retransmissão recebidas 2521. O

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116/188 controlador 2523 recebe também um sinal de informações de temporização e fase de transmissão retransmitidas 2525 do demodulador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2519. O controlador 2523 compara as informações de temporização e fase da estação de retransmissão recebidas com as informações de temporização e fase de transmissão retransmitidas e gera um sinal de ajuste de tempo aproximado 2527. O sinal de ajuste de tempo aproximado 2527 é acoplado ao gerador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2529. O gerador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2529 gera o sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 com informações de temporização de transmissão incorporadas a serem transmitidas do AN 515 para a estação de retransmissão ponto a ponto 503. Conforme observado na discussão acima, a diferença entre as informações de temporização e fase da estação de retransmissão (incorporadas no sinal de radiofarol da estação de retransmissão) e as informações de temporização e fase de transmissão (incorporadas no sinal de radiofarol do nó de acesso) é usada para ajustar as informações de temporização e fase de transmissão para sincronizar as informações de temporização e fase de transmissão retransmitidas com as informações de temporização e fase da estação de retransmissão recebidas. O tempo aproximado é ajustado pelo sinal 2527 para o gerador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2529 e o tempo fino é ajustado pelo sinal 2540 para o ajustador de tempo de Tx 2539. Com as informações de temporização e fase de transmissão retransmitidas 2525 do demodulador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2519 sincronizadas com as informações de temporização e fase da estação de retransmissão recebidas 2521, o gerador de sinais

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117/188 de radiofarol do nó de acesso 252 9 gera carimbos de data e hora 2531 que auxiliam na sincronização do sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 e do sinal de envio específico de nó de acesso a partir do SPC 505 que são transmitidos. Ou seja, as amostras de dados obtidas do SPC 505 são recebidas na porta de entrada 2423 juntamente com os carimbos de data e hora 2535 que indicam quando as amostras de dados associadas devem chegar à estação de retransmissão ponto a ponto 503. Um módulo de buffer, alinhamento de tempo e soma 2537 armazena as amostras de dados acopladas obtidas do SPC 505 e as soma com as amostras obtidas do gerador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2529 com base nos carimbos de data e hora 2535, 2531. As amostras PN e as amostras de dados de comunicação com tempos idênticos, conforme indicado pelos carimbos de data hora, são somadas. Nesse exemplo, os múltiplos sinais de feixe (xk(n) * bk) são somados no SPC 505 e o sinal de envio específico de nó de acesso compreendendo um compósito dos múltiplos sinais de feixe é enviado para o AN pelo SPC 505.

[0176] Quando alinhadas adequadamente pelos ANs, as amostras de dados chegam à estação de retransmissão ponto a ponto 503 no tempo desejado (por exemplo, no mesmo tempo em que chegam as mesmas amostras de dados vindas de outros ANs). Um ajustador de tempo de transmissão 2539 realiza ajustes de tempo fino com base em um sinal de saída do controlador de tempo fino 2540 a partir do módulo de controlador de tempo 2523. Um ajustador de fase de transmissão 2541 realiza ajustes de fase no sinal em resposta a um sinal de controle de fase 2542 gerado pelo demodulador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2519. O ajustador de tempo de transmissão

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2539 e o ajustador de fase de transmissão 2541 podem ilustrar, por exemplo, aspectos do compensador de temporização e fase de transmissão 4020 da Figura 38.

[0177] A saída do ajustador de fase de transmissão 2541 é acoplada à entrada de um conversor digital/analógico (D/A) 2543. A saída analógica de quadratura do D/A 2543 é acoplada a um conversor de subida (U/C) 2545 para ser transmitida pelo amplificador de alta potência (HPA - high power amplifier”) 2433 (vide Figura 40) para a estação de retransmissão ponto a ponto 503. Um sinal de controle de amplitude 2547 fornecido pelo demodulador de sinais de radiofarol do nó de acesso 2519 fornece retroinformação de amplitude para o U/C 2545 para compensar itens como atenuações no enlace ascendente causadas por chuva.

[0178] Em alguns casos, o código PN usado por cada AN para o sinal de radiofarol do nó de acesso 2530 é diferente do código usado por cada um dos outros ANs. Em alguns casos, os códigos PN nos sinais de radiofarol de nó de acesso são individualmente diferentes do código PN da estação de retransmissão usado no sinal de radiofarol da estação de retransmissão. Consequentemente, cada AN 515 pode ser capaz de distinguir seu próprio sinal de radiofarol do nó de acesso dentre os sinais dos outros ANs 515. Os ANs 515 podem distinguir seus próprios sinais de radiofarol de nó de acesso do sinal de radiofarol da estação de retransmissão.

[0179] Conforme descrito anteriormente, o ganho ponto a ponto de qualquer ponto na área de cobertura para qualquer outro ponto na área é um canal multicaminho com L trajetórias diferentes que podem resultar em desvanecimentos

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119/188 muito profundos para alguns canais ponto a ponto. A diversidade de transmissão (enlace de envio) e a diversidade de recepção (enlace de retorno) são muito eficazes em mitigar os desvanecimentos profundos e assegurar o funcionamento do sistema de comunicação. Contudo, para os sinais de radiofarol de nó de acesso, a diversidade de transmissão e de recepção não estão presentes. Como resultado, o enlace ponto a ponto de um sinal loopback, que é a transmissão do sinal a partir de um AN de volta ao mesmo AN, pode ter ganhos ponto a ponto que são muito menores que a média. Valores de 20 dB abaixo da média podem ocorrer com um grande número de trajetórias de sinais de recepção/transmissão (L) . Esses poucos ganhos ponto a ponto reduzidos resultam em razões entre sinal e ruído (SNR) mais baixas para esses ANs e podem tornar o fechamento de enlaces um desafio. Consequentemente, em alguns casos, são utilizadas antenas de ganhos mais altos nos ANs. Alternativamente, com referência ao transponder exemplificador da Figura 16, um ajustador de fase 418 pode ser incluído em cada uma das trajetórias de sinais de recepção/transmissão. O ajustador de fase 418 pode ser ajustado individualmente pelo controlador de deslocamento de fase 427 (por exemplo, sob controle de um enlace de telemetria, rastreamento e comando (TT&C - telemetry, tracking, and command) a partir de um centro de controle terrestre). O ajuste das fases relativas pode ser eficaz para aumentar os ganhos ponto a ponto das trajetórias loopback de baixo ganho. Por exemplo, um objetivo pode ser escolher as definições de deslocamento de fase para aumentar o valor de pior cenário do ganho de loopback (ganho de um AN de volta para si mesmo). Deve-se notar que a seleção de fases de modo

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120/188 geral não altera a distribuição dos ganhos quando avaliado para todos os pontos na área de cobertura para todos os outros pontos na área de cobertura, mas pode aumentar os ganhos das trajetórias loopback de baixo ganho.

[0180] Para elaborar, considere o conjunto de ganhos a partir de cada um dos M ANs 515 para todos os outros ANs 515. Existem M² ganhos, dos quais, apenas M deles são trajetórias de loopback. Considere duas distribuições de ganho, a primeira é a distribuição total de todas as trajetórias (M²) que pode ser estimada compilando-se um histograma de todas as M² trajetórias. Para ANs distribuídos uniformemente por toda a área de cobertura, essa distribuição pode ser representativa da distribuição do ganho ponto a ponto de qualquer ponto para qualquer outro ponto na área de cobertura. A segunda distribuição é a distribuição de ganho loopback (distribuição loopback) que pode ser estimada compilando-se um histograma apenas das M trajetórias loopback. Em muitos casos, a seleção personalizada das definições de fase (e opcionalmente as definições de ganho) de trajetórias de sinais de recepção/transmissão não fornece uma alteração significativa na distribuição total. Isso ocorre especificamente com mapeamentos aleatórios ou intercalados de elementos de transmissão para elementos de recepção. Entretanto, na maioria dos casos, a distribuição loopback pode ser melhorada com a seleção personalizada (em vez de valores aleatórios) das definições de fase (e opcionalmente de ganho). Isso ocorre porque o conjunto de ganhos loopback consiste em M trajetórias (em vez de M²trajetórias totais) e o número de graus de liberdade nos ajustes de fase e ganho é L. Muitas vezes L é da mesma ordem

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121/188 que M, o que possibilita aprimoramentos significativos em baixos ganhos loopback com a seleção de fase personalizada. Uma outra consideração é que a seleção de fase personalizada não elimina necessariamente baixos ganhos ponto a ponto, mas, em vez disso, move-os do conjunto de ganhos loopback (M membros no conjunto) para o conjunto de ganhos não loopback (M2-M membros) . Para valores não triviais de M, o conjunto maior é frequentemente muito maior que o formador.

[0181] Um AN 515 pode processar uma ou mais subbandas de frequência. A Figura 40 é um diagrama de blocos de um AN 515 exemplificador no qual múltiplas sub-bandas de frequência são processadas separadamente. No enlace de retorno ponto a ponto 523 (vide Figura 5), o AN 515 recebe os sinais de enlace descendente de retorno 527 a partir da estação de retransmissão ponto a ponto 503 através de um amplificador de baixo nível de ruído (LNA) 2401. Os sinais amplificados são acoplados a partir do LNA 2401 para um divisor de potência 2403. O divisor de potência 2403 divide o sinal em múltiplos sinais de saída. Cada sinal é emitido em uma das portas de saída 2405, 2407 do divisor de potência 2403. Uma das portas de saída 2407 pode ser fornecida como uma porta de teste. As outras portas 2405 são acopladas a uma entrada 2408 de um correspondente dentre múltiplos transceptores de AN 2409 (apenas um mostrado). Os transceptores de AN 2409 processam os sinais recebidos em sub-bandas correspondentes. O transceptor de AN 2409 executa várias funções, discutidas em detalhes anteriormente. As saídas 2410 dos transceptores de AN 2409 são acopladas às portas de entrada 2411 de um multiplexador de sub-bandas 2413. As saídas são combinadas no multiplexador de sub-bandas 2413 e emitidas para uma interface de rede de

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122/188 distribuição 2415. A interface 2415 fornece uma interface para dados de/para AN 515 para/de o SPC 505 pela rede de distribuição (vide Figura 5). Processar sub-bandas de frequência pode ser vantajoso para reduzir os requisitos de desempenho nos componentes de RF usados para implementar a estação de retransmissão ponto a ponto e o AN. Por exemplo, dividindo-se 3,5 GHz de largura de banda (por exemplo, conforme pode usado em um sistema de banda Ka) em sete subbandas, cada sub-banda terá apenas 500 MHz de largura. Ou seja, cada um dos sinais de envio específicos de nó de acesso pode incluir múltiplos sub-sinais associados a diferentes subbandas (por exemplo, associados a diferentes subconjuntos das áreas de cobertura de feixes de usuário de envio), e os transceptores de AN 240 9 podem converter para cima os subsinais para diferentes frequências de portadora. Essa divisão de largura de banda pode permitir o uso de componentes menos tolerantes, uma vez que as variações de amplitude e fase entre sub-bandas diferentes podem ser compensadas por pesos, calibrações etc., distintos de formação de feixes para as subbandas diferentes. Certamente, outros sistemas podem usar um número diferente de sub-bandas e/ou de portas de teste. Alguns casos podem usar uma única sub-banda e podem não incluir todos os componentes mostrados aqui (por exemplo, omitindo o divisor de potência 2403 e o multiplexador 2413).

[0182] No enlace de envio ponto a ponto 501, os dados são recebidos do SPC 505 pela interface 2415. Os dados recebidos são acoplados a uma entrada 2417 de um demultiplexador de sub-bandas 2419. O demultiplexador de subbandas 2419 divide os dados em múltiplos sinais de dados. Os sinais de dados são acoplados das portas de saída 2421 do

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123/188 demultiplexador de sub-bandas 2419 às portas de entrada 2423 dos transceptores de AN 2409. As portas de saída 2425 dos transceptores de AN 2409 são acopladas às portas de entrada 2427 do módulo somador 2429. O módulo somador 2429 soma os sinais emitidos a partir de sete transceptores de AN 2409. Uma porta de saída 2431 do módulo somador 2429 acopla a saída do módulo somador 2429 à porta de entrada 2433 de um amplificador de alta potência (HPA) 2435. A saída do HPA 2435 é acoplada a uma antena (não mostrada) que transmite os sinais emitidos para a estação de retransmissão ponto a ponto 503. Em alguns casos, um oscilador ultra estável 2437 é acoplado aos transceptores de AN 2409 para fornecer uma fonte estável de frequência de referência.

Cálculo de pesos de feixe [0183] Novamente com referência à Figura 8, que é uma descrição exemplificadora de sinais no enlace de retorno, um modelo matemático do enlace de retorno ponto a ponto pode ser usado para descrever o enlace como:

y = Bretfct E(Ar x + n_ul)+n_dl ] = Bret[Hretx + CtEn_ul+n_dl] Equação 1 onde, [0184] x é o vetor de coluna K x 1 do sinal transmitido. Em alguns casos, a magnitude ao quadrado de cada elemento em x é definida para ser unitária (potência de transmissão igual). Em alguns casos, esse nem sempre pode ser o caso.

[0185] y é o vetor de coluna K x 1 do sinal recebido após a formação de feixes.

[0186] Ar é a matriz L x K de radiação de

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124/188 enlace ascendente de retorno. O elemento aik contém o ganho e a fase da trajetória obtidos a partir de um local de referência situado no feixe K para o l° (letra ele) elemento de antena de recepção 406 no arranjo Rx (de recepção). Em alguns casos, os valores da matriz de radiação de enlace ascendente de retorno são armazenados no armazenamento de dados de canais 941 (vide Figura 30).

[0187] E é a matriz L x L de carga útil.O elemento eij define o ganho e a fase do sinal a partir doj° elemento de antena 406 no arranjo de recepção para um i° elemento de antena 409 no arranjo de transmissão. Em alguns casos, excetuando-se a diafonia incidental entreas trajetórias (resultante do isolamento finito dos circuitos eletrônicos), a matriz E é uma matriz diagonal. A matriz E pode ser normalizada de modo que a soma da magnitudeao quadrado de todos os elementos na matriz seja L. Em alguns casos, os valores da matriz de carga útil são armazenados no armazenamento de dados de canais 941 (vide Figura29).

[0188] Ct é a matriz M x L de radiaçãode enlace descendente de retorno. O elemento cmi contém o ganho e a fase da trajetória a partir do l° (letra ele) elemento de antena no arranjo Tx (de transmissão) para um m° AN 515 dentre os M ANs 515. Em alguns casos, os valores da matriz de radiação de enlace descendente de retorno são armazenados no armazenamento de dados de canais 941 (vide Figura 29).

[0189] Hret é a matriz M x K de canal de retorno, que é igual ao produto Ct x E x Ar.

[0190] nul é um vetor L x 1 de ruído gaussiano complexo. A covariância do ruído de enlace ascendente é ^E|ⁿulⁿul| = ^2ctu1^Il-^Il é a matriz identidade L x L.

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[0191]	σ^ύ é a variância	de ruído.	2 °ul	é
experimentada no	enlace ascendente,	enquanto	2 °dl	é

experimentada no enlace descendente.

[0192] ndi é um vetor M x 1 de ruído gaussiano complexo. A covariância do ruído de enlace descendente é E|n_dln_dl| = 2σ^Ι_Μ·Im é a matriz identidade M x M.

[0193] Bret é a matriz K x M de pesos de feixe de enlace de retorno ponto a ponto.

[0194] Os exemplos são descritos acima genericamente (por exemplo, com referência às Figuras 6 a 11) de uma forma que presume certas similaridades entre canais multicaminho ponto a ponto de envio e de retorno. Por exemplo, as matrizes de canais de envio e de retorno são descritas acima com referência genérica a M, K, E e outros modelos. Entretanto, tais descrições têm como objetivo apenas simplificar a descrição para fins de clareza, e não se destinam a limitar os exemplos apenas aos casos com configurações idênticas nas direções de envio e de retorno. Por exemplo, em alguns casos, os mesmos transponders são usados tanto para o tráfego de envio como para o tráfego de retorno, e a matriz de carga útil E pode ser a mesma tanto para a formação de feixes ponto a ponto de envio como de retorno (e os cálculos de pesos de feixe correspondentes). Em outros casos, são usados transponders diferentes tanto para o tráfego de envio como para o tráfego de retorno, e uma matriz de carga útil de envio (Efwd) e uma matriz de carga útil de retorno (Eret) diferentes podem ser usadas para modelar os canais multicaminho ponto a ponto correspondentes e para calcular os pesos de feixe correspondentes. De modo similar, em alguns casos, os mesmos M ANs 515 e K terminais de usuário

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517 são considerados parte tanto dos canais multicaminho ponto a ponto de envio como de retorno. Em outros casos, M e K podem se referir a subconjuntos diferentes de ANs 515 e/ou de terminais de usuário 517 e/ou números diferentes de ANs 515 e/ou de terminais de usuário 517, nas direções de envio e de retorno.

[0195] Os pesos de feixe podem ser calculados de muitas maneiras para satisfazer os requisitos de sistema. Em alguns casos, eles são calculados após o posicionamento da estação de retransmissão ponto a ponto. Em alguns casos, a matriz de carga útil E é medida antes do posicionamento. Em alguns casos, os pesos de feixe são calculados com o objetivo de aumentar a razão sinal/interferência mais ruído (SINR signal to interference plus noise”) de cada feixe e podem ser calculados da seguinte forma:

dl M ul^t onde R é h Equação

2, 3 a covariância do sinal recebido e (*)^H é o operador conjugado transposto (hermetiano).

[0196] O elemento k, m da matriz K x M de pesos de feixe de retorno Bret fornece os pesos para formar o feixe para o m° AN 515 a partir de um terminal de usuário no k° feixe de usuário. Consequentemente, em alguns casos, cada um dos pesos de feixe de retorno usados para formar feixes de usuário de retorno são calculados estimando-se ganhos de retorno ponto a ponto (isto é, elementos da matriz de canal Hret) para cada um dos canais multicaminho ponto a ponto (por exemplo, cada um dos canais multicaminho de retorno ponto a ponto).

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127/188 [0197] Equação 2 é verdadeira onde R é a covariância do sinal recebido conforme fornecido na Equação 3. Portanto, quando todas as matrizes das Equações 1, 2 e 3 forem conhecidas, os pesos de feixe usados para formar feixes ponto a ponto poderão ser determinados diretamente.

[0198] Esse conjunto de pesos de feixe reduz o erro quadrático médio entre x e y. Ele aumenta também a razão sinal/interferência mais ruído (SINR) para cada um dos K sinais de enlace de retorno ponto a ponto 525 (com origem em cada um dos K feixes).

[0199] O primeiro termo 2o'₍j[₁I_M na Equação 3 é a covariância do ruído de enlace descendente (que não está correlacionado) . O segundo termo 2σ<^C_tEE^HC^ na Equação 3 é a covariância do ruído de enlace ascendente (que está correlacionado nos ANs). O terceiro termo HH^H na Equação 3 é a covariância do sinal. Ajustar a variância do ruído de enlace ascendente em zero e ignorar o último termo (HH^H) resulta em um conjunto de pesos que aumenta a razão sinal/enlace descendente mediante o alinhamento por fase dos sinais recebidos em cada um dos M ANs 515. Ajustar a variância de ruído do enlace descendente em zero e ignorar o 3° termo resulta em um conjunto de pesos que aumenta a SINR do enlace ascendente. Ajustar as variâncias de ruído tanto dos enlaces ascendentes como dos descendentes em zero resulta em um receptor de descorrelação que aumenta a razão portadora/interferência (C/I).

[0200] Em alguns casos, os pesos de feixe são normalizados para fazer a soma da magnitude ao quadrado de qualquer fileira da matriz Bret resultar em um valor unitário.

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128/188 [0201] Em alguns casos, a solução para a Equação 2 é determinada por um conhecimento a priori das matrizes Ar, Ct e E, bem como das variâncias dos vetores de ruído nul e ndl. O conhecimento dos valores de elemento das matrizes pode ser obtido durante medições feitas durante a fabricação e testes de componentes relevantes da estação de retransmissão ponto a ponto. Isso pode funcionar bem em sistemas onde não se espera que os valores nas matrizes se alterem significativamente durante a operação do sistema. Entretanto, para alguns sistemas, especificamente aqueles que operam em faixas de frequências mais altas, tais expectativas podem não estar presentes. Nesses casos, as matrizes Ar, Ct e E podem ser estimadas depois do posicionamento de um veículo (como um satélite) no qual a estação de retransmissão ponto a ponto está disposta.

[0202] Em alguns casos onde não são usadas informações a priori para ajustar os pesos, a solução para a Equação 2 pode ser determinada estimando-se os valores de R e H. Em alguns casos, certos terminais de usuário 517 no centro de cada área de cobertura de feixes de usuário 519 transmitem sinais conhecidos x durante períodos de calibração. O vetor recebido em um AN 515 é dado por:

U = Η X + Ct E n_ui + n_di Equação 4 [0203] Por exemplo, o SPC 505 estima os valores de R e H com base nas seguintes relações:

R = Σ UU^H Equação 5

H = [Pl,p2, Pk] Equação 6

Pk = £ Equação 7

R é uma estimativa da matriz de covariância R, H é

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129/188 uma estimativa da matriz de canal H, e p_k é uma estimativa do vetor de correlação, x* é o conjugado do k° componente do vetor transmitido com o erro de frequência introduzido pela transmissão de enlace ascendente. Em alguns casos, nenhum dado de comunicação de retorno é transmitido durante o período de calibração. Ou seja, apenas os sinais de calibração que são conhecidos para os ANs são transmitidos no enlace de retorno ponto a ponto durante o período de calibração para possibilitar que o valor de p_k seja determinado a partir do vetor recebido u com o uso da equação acima. Isso, por sua vez, possibilita que o valor de H seja determinado. Tanto a estimativa da matriz de covariância R como a estimativa da matriz de canal H são determinadas com base nos sinais recebidos durante o período de calibração.

[0204] Em alguns casos, o SPC 505 pode estimar a matriz de covariância R enquanto os dados de comunicação estão presentes (por exemplo, mesmo quando x é desconhecido). Isso pode ser visto a partir do fato de que R é determinado com base apenas no sinal recebido u. No entanto, o valor de H é estimado com base nos sinais recebidos durante um período de calibração no qual apenas os sinais de calibração são transmitidos no enlace de retorno.

[0205] Em alguns casos, as estimativas da matriz de canal H e da matriz de covariância R são feitas enquanto os dados de comunicação estão sendo transmitidos no enlace de retorno. Nesse caso, a matriz de covariância R é estimada conforme observado acima. Contudo, o valor de x é determinado mediante a demodulação do sinal recebido. Uma vez conhecido o valor de x, a matriz de canal pode ser estimada conforme

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130/188 observado acima na Equação 6 e na Equação 7.

[0206] O sinal e os componentes de interferência do sinal após a formação de feixes estão contidos no vetor Bret H x. O sinal e as potências de interferência para cada um dos feixes estão contidos na matriz K x K Bret H. A potência no k° elemento da diagonal da matriz Bret H é a potência de sinal desejada obtida a partir do feixe k. A soma da magnitude ao quadrado de todos os elementos na fileira k exceto o elemento da diagonal é a potência de interferência no feixe k. Portanto, a razão portadora/interferência (C/I) para o feixe k é dada por:

Equação 8

R ^Skj onde skj são os elementos de Bret H. O ruído de enlace ascendente está contido no vetor Bret Ct Enul, que tem uma matriz de covariância K x K de 2σ2BretCtEE^H Ct^H Bret^H. O k° elemento da diagonal da matriz de covariância contém a potência do ruído de enlace ascendente no feixe k. A razão sinal/ruído de enlace ascendente para o feixe k é então calculada como:

Equação 9 onde tkk é o k° elemento da diagonal da matriz de covariância de enlace ascendente. O ruído de enlace descendente está contido no vetor Bret ndl, que tem uma covariância de 2σ_ά1 I_K por conta dos pesos de feixe normalizados. Portanto, a razão sinal/ruído do enlace

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131/188 descendente é dada por:

[0207] A razão sinal/interferência mais ruído (SINR) de ponto a ponto é a combinação das Equações 8 a 10:

[0208] As equações acima descrevem como calcular a razão sinal/interferência mais ruído (SINR) dada à matriz de carga útil E. A matriz de carga útil pode ser construída mediante a escolha inteligente do ganho e fases de cada um dos elementos de E. O ganho e a fase dos elementos da diagonal de E que otimizam parte da métrica de utilidade (que é, em geral, uma função da SINR do feixe K conforme calculada acima) podem ser selecionados e implementados ajustando-se o deslocador de fase 418 em cada um dos L transponders 411. Os candidatos às funções utilidade incluem, mas não se limitam a, soma de SINRk (SINR total), soma de Log(1+SINRk) (proporcional ao rendimento total) ou potência total na matriz de canal, H. Em alguns casos, a melhoria na função utilidade obtida mediante personalização dos ganhos e fases é muito pequena e insignificante. Esse é às vezes o caso quando são utilizados mapeamentos aleatórios ou intercalados de elementos de antena. Em alguns casos, a função utilidade pode ser aprimorada por uma quantidade não trivial mediante a seleção personalizada do ganho e fase de sinais de recepção/transmissão.

[0209] Novamente com referência à Figura 9, um

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132/188 modelo matemático do enlace de envio ponto a ponto 501 pode ser usado para descrever o enlace 501 como:

dl y = At E Cr Bfwd x + n .

L ul.

= Hfwd Bfwd x + AEn _Ί „ ul dl

Equação 12 onde, [0210] x é o vetor de coluna K x 1 do sinal transmitido. A magnitude ao quadrado de cada elemento em x é definida para ser unitária (potência de sinal igual). Em alguns casos, uma potência de transmissão desigual pode ser obtida pela seleção dos pesos de feixe de envio.

[0211]	y	é o vetor de coluna	K x	1 do sinal
recebido.
[0212]	Cr é a matriz L x M	de	radiação de
enlace ascendente	de	envio. O elemento cim	contém o ganho e
a fase da trajetória	2002 obtidos a partir	do m°	AN 515 para
o 1° (letra “ele”	)	elemento de antena de	recepção 406 do

arranjo Rx de antena na estação de retransmissão ponto a ponto 503. Em alguns casos, os valores da matriz de radiação de enlace ascendente de envio são armazenados no armazenamento de dados de canais 921 (vide Figura 29).

[0213] E é a matriz L x L de carga útil. O elemento eij define o ganho e a fase do sinal a partir do j° elemento de antena do arranjo de recepção para o i° elemento de antena do arranjo de transmissão. Excetuando-se a diafonia incidental entre as trajetórias (resultante do isolamento finito dos circuitos eletrônicos), a matriz E é uma matriz diagonal. Em alguns casos, a matriz E é normalizada de modo que a soma da magnitude ao quadrado de todos os elementos na matriz seja L. Em alguns casos, os

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133/188 valores da matriz de carga útil são armazenados no armazenamento de dados de canais 921 (vide Figura 29).

[0214] At é a matriz K x L de radiação de enlace descendente de envio. O elemento aki contém o ganho e a fase da trajetória entre o elemento de antena L (letra “ele”) no arranjo Tx da estação de retransmissão ponto a ponto 503 e um local de referência no feixe de usuário k. Em alguns casos, os valores da matriz de radiação de enlace descendente de envio são armazenados no armazenamento de dados de canais 921 (vide Figura 29).

[0215] Hfwd é a matriz K x M de canal de envio, que é igual ao produto A_tECr.

[0216] nul é um vetor L x 1 de ruído gaussiano complexo. A covariância do ruído de enlace ascendente é dada

H 2 ^ELⁿulⁿul]= ^2oul^L onde II é a matriz identidade L x L.

[0217] ndl é um vetor K x 1 de ruído gaussiano complexo. A covariância do ruído de enlace descendente é dada por:

F τι ri = T

L dl dlj ^zodl K ,

onde Ik é a matriz identidade K x K.

[0218] Bfwd é a matriz M x K de pesos de feixe dos pesos de feixe de enlace de envio ponto a ponto.

[0219] Os pesos de feixe para o feixe de usuário k são os elementos na coluna k de Bfwd. Ao contrário do enlace de retorno, a razão C/l para o feixe k não é determinada pelos pesos de feixe para o feixe k. Os pesos de

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134/188 feixe para o feixe k determinam a razão sinal/ruído (SNR) de enlace ascendente e a razão sinal/ruído (SNR) de enlace descendente, bem como a potência da portadora (C) na razão portadora/interferência (C/I). Entretanto, a potência de interferência no feixe k é determinada pelos pesos de feixe para todos os outros feixes, exceto para o feixe k. Em alguns casos, o peso de feixe para o feixe k é selecionado para aumentar a razão sinal/ruído (SNR). Tais pesos de feixe aumentam também a razão portadora/interferência (C/I) para o feixe k, uma vez que C é aumentado. Todavia, a interferência pode ser gerada para outros feixes. Dessa forma, ao contrário do que ocorre no caso do enlace de retorno, os pesos de feixe ótimos não são calculados ara feixes individuais (independentemente dos outros feixes).

[0220] Em alguns casos, os pesos de feixe (incluindo a radiação e as matrizes de carga útil usadas para calculá-los) são determinados após o posicionamento da estação de retransmissão ponto a ponto. Em alguns casos, a matriz de carga útil E é medida antes do posicionamento. Em alguns casos, pode-se calcular um conjunto de pesos de feixe com usando-se a interferência criada nos outros feixes pelo feixe k e contando-a como a interferência no feixe k. Embora essa abordagem possa não calcular pesos de feixe ótimos, ela pode ser usada para simplificar o cálculo de pesos. Isso permite que um conjunto de pesos seja determinado para cada feixe independentemente de todos os outros feixes. Os pesos de feixe de envio resultantes são, então, calculados de modo similar para os pesos de feixe de retorno:

Bfwd—H R ,_Onde, Equação 13

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R = 2σ^Ι_κ + 2σ;, At E E“ At + Η H^h

Equação 14 [0221] primeiro termo 2&^[ I K na Equação é

a covariância do ruído de enlace descendente (não correlacionado).

segundo termo 2σ,; At EE^HAt^H covariância do ruído de enlace ascendente (que está correlacionado nos

ANs) . O terceiro termo HH^H covariância do sinal. Ajustar a variância do ruído de enlace ascendente em zero e ignorar o último termo (HH^H) resulta em um conjunto de pesos que aumenta a razão sinal/enlace descendente mediante o alinhamento por fase dos sinais recebidos nos M ANs 515. Ajustar a variância de ruído do enlace descendente em zero e ignorar o 3° termo resulta em um conjunto de pesos que aumenta a razão sinal/ruído (SNR) do enlace ascendente. Ajustar as variâncias de ruído tanto dos enlaces ascendentes como dos descendentes em zero resulta em um receptor de descorrelação que aumenta a razão portadora/interferência (C/I). Para o enlace de envio, o ruído de enlace descendente e a interferência em geral são dominantes. Portanto, esses termos são em geral úteis no cálculo de pesos de feixe. Em alguns casos, o segundo termo na Equação 14 (o ruído de enlace ascendente) é insignificante em comparação com o primeiro termo (o ruído de enlace descendente). Nesses casos, o segundo termo pode ser ignorado em cálculos de covariância, o que simplifica ainda mais o cálculo e produz um conjunto de pesos de feixe que aumenta a razão sinal/interferência mais ruído (SINR).

[0222] Assim como ocorre com o enlace de retorno, os pesos de feixe podem ser normalizados. Para pesos de feixe de transmissor com potência igual alocada a todos os K sinais

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136/188 de enlace de envio, cada coluna de Bfwd pode ser escalonada de modo que a soma da magnitude ao quadrado dos elementos em qualquer coluna resulte em um valor unitário. O compartilhamento de potência igual dará a cada um dos sinais a mesma fração da potência total de AN (potência total de todos os ANs alocados ao sinal xk) . Em alguns casos, para enlaces de envio, é implementado um compartilhamento de potência desigual entre sinais de enlace de envio. Consequentemente, em alguns casos, alguns sinais de feixe recebem mais que uma porção igual de potência total de AN. Isso pode ser usado para equalizar a razão sinal/interferência mais ruído (SINR) em todos os feixes ou dar aos feixes mais importantes razões SINR maiores do que para feixes menos importantes. Para criar os pesos de feixe para compartilhamento de potência desigual, a matriz M x K de pesos de feixe de potência igual, Bfwd, é posteriormente multiplicada pela matriz diagonal K x K, P, e, dessa forma, a nova Bfwd = Bfwd P. Seja

[0223] então, o valor ao quadrado do k° elemento da diagonal representa a potência alocada ao sinal de usuário xk. A matriz de compartilhamento de potência P é normalizada de modo que a soma ou o quadrado dos elementos da diagonal seja igual a K (os elementos não diagonais são zero).

[0224] Em alguns casos, a solução para a Equação 13 é determinada por um conhecimento a priori das matrizes At, Cr e E, bem como das variâncias dos vetores de ruído nul e ndl. Em alguns casos, o conhecimento das matrizes pode ser obtido durante medições feitas durante a fabricação e testes de componentes relevantes da estação de retransmissão ponto a

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137/188 ponto. Isso pode funcionar bem para sistemas onde não se espera que os valores nas matrizes se alterem significativamente em relação ao que foi medido durante as operações do sistema. Entretanto, para alguns sistemas, especificamente aqueles que operam em faixas de frequências mais altas, esse pode não ser o caso.

[0225] Em alguns casos onde não são usadas informações a priori para ajustar os pesos, os valores de R e H para o enlace de envio podem ser estimados para determinar a solução para a Equação 13. Em alguns casos, os ANs transmitem um sinal sonda de sondagem de canal durante períodos de calibração. Os sinais sonda de sondagem de canal podem ser muitos tipos diferentes de sinais. Em um caso, cada AN transmite sequências PN diferentes, ortogonais e conhecidas. Os sinais sonda de sondagem de canal podem ser pré-corrigidos em tempo, frequência e/ou fase para remover as degradações de enlace de alimentador (conforme discutido adicionalmente a seguir). Todos os dados de comunicação podem ser desativados durante o intervalo de calibração para reduzir a interferência aos sinais sonda de sondagem de canal. Em alguns casos, os sinais sonda de sondagem de canal podem ser os mesmos sinais que aqueles usados para a remoção de degradação de enlace de alimentador.

[0226] Durante o intervalo de calibração, um terminal no centro de cada feixe pode ser designado para receber e processar os sinais sonda de sondagem de canal. O vetor Kx1, u, de sinais recebidos durante o período de calibração é u=H x + At E nul + ndl, onde x é o vetor Mx1 de sinais sonda de sondagem de canal transmitidos. Em alguns casos, cada terminal designado primeiro remove o erro de

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138/188 frequência incidental (resultante do deslocamento Doppler e do erro de oscilador de terminal), e então correlaciona o sinal resultante com cada uma das M sequências PN ortogonais conhecidas. Os resultados dessas correlações são M números complexos (amplitude e fase) para cada terminal e esses resultados são transmitidos de volta ao SPC através do enlace de retorno. Os M números complexos calculados pelo terminal no centro do k° feixe podem ser usados para formar a k^a fileira da estimativa da matriz de canal, H. Usando-se as medições feitas para todos os K terminais designados, obtém-se uma estimativa de toda a matriz de canal. Em muitos casos, é útil combinar a medição feita para múltiplos intervalos de calibração para melhorar a estimativa da matriz de canal. Uma vez determinada a estimativa da matriz de canal, uma estimativa da matriz de covariância, R pode ser determinada por meio da Equação 14 usando-se um valor de 0 para o segundo termo. Essa pode ser uma estimativa muito precisa da matriz de covariância se o ruído de enlace ascendente (o segundo termo na Equação 14) for desprezível em relação ao ruído de enlace descendente (o primeiro termo na Equação 14). Os pesos de feixe de enlace de envio podem, então, ser calculados com o uso das estimativas da matriz de canal e da matriz de covariância na Equação 13. Consequentemente, em alguns casos, o cálculo de pesos de feixe compreende estimar ganhos de envio ponto a ponto (isto é, os valores dos elementos da matriz de canal Hfwd) para cada um dos canais multicaminho de envio ponto a ponto entre um AN 515 e um local de referência em uma área de cobertura de feixes de usuário. Em outros casos, o cálculo de pesos de feixe compreende estimar ganhos de envio ponto a ponto para

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K x M canais multicaminho de envio ponto a ponto a partir de M ANs 515 para locais de referência situados dentro de K áreas de cobertura de feixes de usuário.

[0227] O sinal e os componentes de interferência do sinal após a formação de feixes estão contidos no vetor H Bfwd x (produto de H, Bfwd, x). O sinal e as potências de interferência para cada um dos feixes estão contidos na matriz K x K H Bfwd. A potência no k° elemento da diagonal de H Bfwd é a potência de sinal desejada pretendida para o feixe k. A soma da magnitude ao quadrado de todos os elementos na fileira k exceto o elemento da diagonal é a potência de interferência no feixe

k. Portanto, a razão portadora/interferência (C/I) para o feixe k é dada por:

[0228] onde skj são os elementos de H B fwd. O ruído de enlace ascendente está contido no vetor At E nul, que tem uma matriz de covariância K x K de 2σ,2At EE^HAtH . O k° elemento da diagonal da matriz de covariância contém a potência do ruído de enlace ascendente no feixe k. A razão sinal/ruído do enlace ascendente para o feixe k é então calculada como:

Equação 16 [0229] onde tkk é o k° elemento da diagonal da

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140/188 matriz de covariância de enlace ascendente.

O ruído de enlace descendente está contido no vetor ndl, que tem uma covariância de · Portanto, a razão sinal/ruído do enlace descendente é dada por:

Equação 17 [0230] A razão sinal/interferência mais ruído (SINR) de ponto a ponto a combinação das Equações 15 a

Equação

[0231] As equações acima descrevem como calcular a razão sinal/interferência mais ruído (SINR) dada à matriz de carga útil E. A matriz de carga útil pode ser construída mediante a escolha inteligente do ganho e fases de cada um dos elementos de E. O ganho e a fase dos elementos da diagonal de

E que otimizam parte da métrica de utilidade (que é, em geral, uma função da SINR do feixe K conforme calculada acima) podem ser selecionados e implementados ajustando-se o deslocador de fase 418 em cada um dos L transponders 411. Os candidatos às funções utilidade incluem, mas não se limitam a, soma de SINRk (SINR total), soma de Log(1+SINRk) (proporcional ao rendimento total) ou potência total na matriz de canal, H. Em alguns casos, a melhoria na função utilidade obtida mediante personalização dos ganhos e fases é muito pequena e insignificante. Esse é às vezes o caso quando são utilizados mapeamentos aleatórios ou intercalados de elementos de antena.

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Em alguns casos, a função utilidade pode ser aprimorada por uma quantidade não trivial mediante a seleção personalizada do ganho e fase de sinais de recepção/transmissão.

ÁREAS DE COBERTURA DISTINTAS [0232] Alguns exemplos descritos anteriormente presumem que a estação de retransmissão ponto a ponto 503 é projetada para atender uma única área de cobertura compartilhada por ambos os terminais de usuário 517 e os ANs 515. Por exemplo, alguns casos descrevem um satélite que tem um sistema de antena que ilumina uma área de cobertura de satélite, e tanto os ANs como os terminais de usuário são distribuídos geograficamente por toda a área de cobertura do satélite (por exemplo, como mostrado na Figura 27). O número de feixes que podem ser formados na área de cobertura do satélite, e os tamanhos (áreas de cobertura de feixes) desses feixes podem ser afetados por aspectos do design do sistema de antena, como o número e a disposição de elementos de antena, o tamanho do refletor etc. Por exemplo, implementar uma capacidade muito grande pode envolver o posicionamento de um grande número de ANs (por exemplo, centenas) com espaçamento suficiente entre eles para permitir a formação de feixes ponto a ponto. Por exemplo, conforme observado acima com referência à Figura 28, aumentar o número de ANs pode aumentar a capacidade do sistema, embora com redução de retornos à medida que a quantidade aumenta. Quando um sistema de antena suporta os terminais de usuário e os ANs, alcançar tal posicionamento com espaçamento suficiente entre os ANs pode forçar uma distribuição geográfica muito ampla dos ANs (por exemplo, por toda a área de cobertura do satélite, como mostrado na Figura 27). Em termos práticos, obter tal

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142/188 distribuição pode envolver a disposição de ANs em locais indesejados, como em áreas com limitação de acesso a uma rede de alta velocidade (por exemplo, uma infraestrutura de fibra de qualidade insatisfatória de retorno ao SPC 505, um ou mais oceanos etc.), várias jurisdições legais, em áreas de alto custo e/ou densamente povoadas etc. Consequentemente, a disposição de ANs frequentemente envolve decisões de equilíbrio entre aspectos positivos e negativos.

[0233] Algumas modalidades da estação de retransmissão ponto a ponto 503 são projetadas com múltiplos sistemas de antena, possibilitando, dessa forma, o atendimento a duas ou mais áreas de cobertura distintas a partir de uma única estação de retransmissão ponto a ponto 503. Conforme descrito a seguir, a estação de retransmissão ponto a ponto 503 pode incluir ao menos um primeiro sistema de antena que atende uma área de cobertura de AN, e ao menos um segundo sistema de antena que atende uma área de cobertura de usuário. Como as áreas de cobertura de terminais de usuário e de ANs são atendidas por sistemas de antena diferentes, cada sistema de antena pode ser projetado para satisfazer parâmetros de design diferentes, e cada área de cobertura pode ser, ao menos parcialmente, distinta (por exemplo, em termos de geografia, tamanho e/ou densidade do feixe, banda de frequência etc.). Por exemplo, o uso de uma abordagem de múltiplos sistemas de antena pode possibilitar que terminais de usuário distribuídos por uma área geográfica relativamente grande (por exemplo, os Estados Unidos) sejam atendidos por um grande número de ANs distribuídos por uma área geográfica relativamente pequena (por exemplo, uma parte da região leste dos Estados Unidos). Por exemplo, a área de

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143/188 cobertura de AN pode ser uma fração (por exemplo, menos da metade, menos de um quarto, menos de um quinto, menos de um décimo) da área de cobertura de usuário em área física.

[0234] A Figura 41 é uma ilustração de um sistema de formação de feixes ponto a ponto 3400 exemplificador. O sistema 3400 é um sistema de formação de feixes ponto a ponto que inclui: uma pluralidade de nós de acesso geograficamente distribuídos (ANs) 515; uma estação de retransmissão ponto a ponto 3403; e uma pluralidade de terminais de usuário 517. A estação de retransmissão ponto a ponto 3403 pode ser um exemplo de estação de retransmissão ponto a ponto 503 aqui descrita. Os ANs 515 são distribuídos geograficamente em uma área de cobertura de AN 3450, os terminais de usuário 517 são distribuídos geograficamente em uma área de cobertura de usuário 3460. A área de cobertura de AN 3450 e a área de cobertura de usuário 3460 estão ambas dentro da área de cobertura da estação de retransmissão ponto a ponto 3403, mas a área de cobertura de AN 3450 é distinta da área de cobertura de usuário 3460. Em outras palavras, a área de cobertura de AN não é a mesma que a área de cobertura de usuário, mas, ao invés disso, tem uma área substancial (não trivial) (por exemplo, mais de um quarto, metade, etc., da área de cobertura de AN) que não se sobrepõe à área de cobertura de usuário. Por exemplo, em alguns casos, ao menos metade da área de cobertura de usuário não se sobrepõe à área de cobertura de AN. Conforme descrito acima (por exemplo, na Figura 5), os ANs 515 podem fornecer sinais através de uma rede de distribuição 518 para um SPC 505 dentro de um segmento terrestre 502, e o SPC 505 pode ser conectado a uma fonte de dados.

[0235] A estação de retransmissão ponto a ponto

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3403 inclui um subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 separado e um subsistema de antena de enlace de usuário 3420. Cada um dentre o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 e o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 pode suportar a formação de feixes ponto a ponto. Por exemplo, conforme descrito a seguir, cada subsistema de antena pode ter seu(s) próprio(s) arranjo(s) de elementos de antena cooperantes, seu(s) próprio(s) refletor(es) etc. O subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 pode incluir um arranjo de elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador cooperantes 3416 e um arranjo de elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador cooperantes 3419. O subsistema de antena de enlace de usuário 3420 pode incluir um arranjo de elementos de recepção constituintes de enlace de usuário cooperantes 3426 e um arranjo de elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário cooperantes 3429. Os elementos constituintes são cooperantes no sentido de que o arranjo de tais elementos constituintes tem características que tornam seu respectivo subsistema de antena adequado para uso em um sistema de formação de feixes. Por exemplo, um dado elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 pode receber um compósito de sinais de enlace ascendente de retorno sobrepostos a partir de múltiplas (por exemplo, todas) áreas de cobertura de feixes de usuário 519 de uma forma que contribua para a formação de feixes de usuário de retorno. Um dado elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429 pode transmitir um sinal de enlace descendente de envio de uma forma que o sinal se sobreponha às transmissões correspondentes a partir de outros elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 3429 para

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145/188 formar alguns ou todos os feixes de usuário de envio. Um dado elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 pode receber um compósito de sinais de enlace ascendente de envio sobrepostos a partir de múltiplos (por exemplo, todos) ANs 515 de uma forma que contribua para a formação de feixes de usuário de envio (por exemplo, mediante a indução do multicaminho na estação de retransmissão ponto a ponto 3403). Um dado elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419 pode transmitir um sinal de enlace descendente de retorno de uma forma que o sinal se sobreponha às transmissões correspondentes a partir de outros elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419 para contribuir para a formação de alguns ou de todos os feixes de usuário de retorno (por exemplo, habilitando os ANs 515 para receber sinais de retorno compósitos que podem ser submetidos à ponderação de feixe para formar os feixes de usuário de retorno).

[0236] A estação de retransmissão ponto a ponto 3403 exemplificadora inclui uma pluralidade de transponders de enlace de envio 3430 e uma pluralidade de transponders de enlace de retorno 3440. Os transponders podem ser qualquer tipo adequado de trajetória de sinal em tubo curvo (por analogia a um tubo dobrado em U invertido) entre os subsistemas de antena. Cada transponder de enlace de envio 3430 acopla um respectivo elemento dentre os elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416 com um respectivo elemento dentre os elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 3429. Cada transponder de enlace de retorno 3440 acopla um respectivo elemento dentre os elementos de recepção constituintes de enlace de usuário 3426

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146/188 com um respectivo elemento dentre os elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419. Por exemplo, algumas modalidades são descritas como tendo uma correspondência de um para um entre cada elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 e um respectivo elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419 (ou vice-versa), ou em que cada elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 é acoplado com um e somente um” elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419 (ou vice-versa), ou similar. Em alguns desses casos, um lado de cada transponder é acoplado com um único elemento de recepção, e ou outro lado do transponder é acoplado com um único elemento de transmissão. Em outros casos, um ou ambos os lados de um transponder podem ser seletivamente acoplados (por exemplo, por uma chave, ou outros meios, conforme descrito a seguir) com um dentre múltiplos elementos. Por exemplo, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 pode incluir um subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 e dois subsistemas de antena de enlace de usuário 3420; e cada transponder pode ser acoplado, em um lado, a um único elemento de enlace de alimentador, e seletivamente acoplado, no outro lado, a um único elemento de enlace de usuário do primeiro subsistema de antena de enlace de usuário 3420 ou a um único elemento de enlace de usuário do segundo subsistema de antena de enlace de usuário 3420. Em tais de acoplamento seletivo, cada lado de cada transponder ainda pode ser considerado em qualquer dado momento (por exemplo, para uma transação relacionada a sinal específica) como sendo acoplado a um e somente um” elemento, ou similar.

[0237] Para comunicações de envio, as

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147/188 transmissões a partir dos ANs 515 podem ser recebidas (através de enlaces ascendentes de alimentador 521) pelos elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416, retransmitidas pelos transponders de enlace de envio 3430 para os elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 3429, e transmitidas pelos elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 3429 para terminais de usuário 517 na área de cobertura de usuário 3460. Para comunicações e retorno, as transmissões a partir dos terminais de usuário 517 podem ser recebidas pelos elementos de recepção constituintes de enlace de usuário, retransmitidas pelos transponders de enlace de retorno 3440 para os elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419, e transmitidas pelos elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419 para ANs 515 na área de cobertura de AN 3450 (através de sinais de enlace descendente de alimentador 527). A trajetória completa de sinal de um AN 515 para um terminal de usuário 517 através da estação de retransmissão ponto a ponto 3403 é chamada de enlace de envio ponto a ponto 501; e a trajetória completa de sinal de um terminal de usuário 517 para um AN 515 através da estação de retransmissão ponto a ponto 3403 é chamada de enlace de retorno ponto a ponto 523. Conforme descrito aqui, o enlace de envio ponto a ponto 501 e o enlace de retorno ponto a ponto 523 podem, cada um, incluir múltiplos canais multicaminho para as comunicações de envio e de retorno.

[0238] Em alguns casos, cada um dentre a pluralidade de nós de acesso geograficamente distribuídos (por exemplo, os ANs 515) tem uma saída de sinal de enlace ascendente de envio com ponderação de feixe ponto a ponto. A

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148/188 estação de retransmissão ponto a ponto (por exemplo, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403) compreende um arranjo de elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador cooperantes 3416 em comunicação sem fio com os nós de acesso distribuídos, um arranjo de elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário cooperantes 3419 em comunicação sem fio com a pluralidade de terminais de usuário 517, e uma pluralidade de transponders de enlace de envio 3430. Os transponders de enlace de envio 3430 são transponders em tubo curvo (ou sem processamento), para que cada transponder emita um sinal que corresponda ao sinal que recebe com pouco ou nenhum processamento. Por exemplo, cada transponder de enlace de envio 3430 pode amplificar e/ou traduzir por frequência seu sinal recebido, mas não executa um processamento mais complexo (por exemplo, não há demodulação e/ou modulação, não há formação de feixes a bordo etc.). Em alguns casos, cada transponder de enlace de envio 3430 aceita uma entrada em uma primeira banda de frequência (por exemplo, 30 GHz LHCP) e emite em uma segunda banda de frequência (por exemplo, 20 GHz RHCP) , e cada transponder de enlace de retorno 3440 aceita uma entrada na primeira banda de frequência (por exemplo, 30 GHz RHCP) e emite na segunda banda de frequência (por exemplo, 20 GHz LHCP). Qualquer combinação adequada de frequência e/ou polarização pode ser usada, e o enlace de usuário e o enlace de alimentador podem usar as mesmas faixas de frequências, ou faixas de frequências diferentes. Cada transponder de enlace de envio 3430 é acoplado entre um respectivo elemento dentre os elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416 e um respectivo elemento dentre os

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149/188 elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 3419 (por exemplo, com uma correspondência de um para um) . Os transponders de enlace de envio 3430 convertem sobreposições de uma pluralidade de sinais de enlace ascendente de envio com ponderação de feixe através dos elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416 em sinais de enlace descendente de envio (por exemplo, sinais de envio de entrada compósitos). A transmissão dos sinais de enlace descendente de envio pelos elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 3429 contribui para a formação de um feixe de usuário de envio que atende ao menos alguns dentre a pluralidade de terminais de usuário 517. Conforme descrito aqui, os sinais de enlace ascendente de envio podem ter ponderação de feixe ponto a ponto e sincronizados (por exemplo, sincronizados por fase, e, se for desejado, sincronizados por tempo) antes da transmissão a partir dos ANs 515, o que pode possibilitar a superposição desejada desses sinais nos elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416.

[0239] A transmissão contribui para a formação do feixe de usuário de envio no sentido de que a formação de feixes é de ponto a ponto, conforme descrito aqui; a formação de feixes é o resultado de múltiplas etapas, incluindo o cálculo e a aplicação de pesos adequados aos sinais de enlace ascendente de envio antes da transmissão para a estação de retransmissão a partir dos ANs 515, a indução de multicaminho pelos múltiplos transponders de enlace de envio 3430 da estação de retransmissão ponto a ponto 3403, e a transmissão dos sinais de enlace descendente de envio com uma antena do arranjo de enlace de usuário. Ainda assim, para fins de

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150/188 simplicidade, algumas descrições podem se referir ao feixe de envio como sendo formado pela superposição dos sinais de enlace descendente de envio transmitidos. Em alguns casos, cada um dentre a pluralidade de terminais de usuário 517 está em comunicação sem fio com o arranjo de elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário cooperantes 3429 para receber um compósito (por exemplo, uma superposição) dos sinais de enlace descendente de envio transmitidos.

[0240] Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 inclui adicionalmente um arranjo de elementos de recepção constituintes de enlace de usuário 3426 em comunicação sem fio com os terminais de usuário 517, um arranjo de elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador cooperantes 3419 em comunicação sem fio com os ANs distribuídos 515, e uma pluralidade de transponders de enlace de retorno 3440. Os transponders de enlace de retorno 3440 podem ser similares ou idênticos ao transponder de enlace de envio 3430 (por exemplo, transponders em tubo curvo), exceto que cada um é acoplado entre um respectivo elemento dentre os elementos de recepção constituintes de enlace de usuário 3426 e um respectivo elemento dentre os elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419. A recepção de sinais de enlace ascendente de retorno através do arranjo de elementos de recepção constituintes de enlace de usuário cooperantes 3426 forma sinais de enlace descendente de retorno nos transponders de enlace de retorno 3440. Em alguns casos, cada sinal de enlace descendente de retorno é uma respectiva superposição de sinais de enlace ascendente de retorno recebida por um elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 a

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151/188 partir de múltiplos terminais de usuário 517 (por exemplo, a partir de múltiplas áreas de cobertura de feixes de usuário 519). Em alguns desses casos, cada um dentre a pluralidade de terminais de usuário está em comunicação sem fio com o arranjo de elementos de recepção constituintes de enlace de usuário cooperantes 3426 para transmitir um respectivo sinal de enlace ascendente de retorno para múltiplos dentre os elementos de recepção constituintes de enlace de usuário 3426.

[0241] Em alguns casos, os sinais de enlace descendente de retorno são transmitidos pelo elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419 para os ANs distribuídos geograficamente 515. Conforme descrito aqui, cada AN 515 pode receber um compósito sobreposto dos sinais de enlace descendente de retorno transmitidos a partir dos elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419 (isto é, que correspondem aos sinais de enlace descendente de retorno). Os sinais de enlace descendente de retorno recebidos (chamados de sinais de recepção compósitos) podem ser acoplados a um formador de feixes de retorno, que pode combinar, sincronizar, ponderar feixes e executar qualquer outro processamento adequado. Por exemplo, o formador de feixes de retorno pode ponderar as sobreposições recebidas 1706 dos sinais de enlace descendente de retorno (isto é, aplicar pesos de feixe de retorno aos sinais de retorno compósitos) antes de combinar os sinais. O formador de feixes de retorno pode também sincronizar os sinais de retorno compósitos antes de combinar os sinais para levar em conta ao menos as respectivas diferenças de atraso de trajetória entre a estação de retransmissão ponto a ponto

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3403 e os ANs 515. Em alguns casos, a sincronização pode ser de acordo com um sinal de radiofarol recebido (recebido por um ou mais, ou todos, os ANs 515).

[0242] Devido à natureza ponto a ponto da formação de feixes, a aplicação adequada de pesos de feixe de retorno pelo formador de feixes de retorno possibilita a formação dos feixes de usuário de retorno, embora o formador de feixes de retorno possa estar acoplado com o lado do enlace de alimentador dos canais multicaminho ponto a ponto, e os feixes de usuário podem ser formados no lado de enlace de usuário dos canais multicaminho ponto a ponto. Consequentemente, o formador de feixes de retorno pode ser referido como contribuidor para a formação dos feixes de usuário de retorno (vários outros aspectos do sistema 3400 também contribuem para a formação de feixes de retorno ponto a ponto, como a indução de multicaminho pelos transponders de enlace de retorno 3440 da estação de retransmissão ponto a ponto 3403). Ainda assim, para fins de simplicidade, o formador de feixes de retorno pode ser referido como formador dos feixes de usuário de retorno.

[0243] Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 inclui adicionalmente um

subsistema	de	antena	de enlace	de	alimentador	3410 para
iluminar uma	área	de	cobertura	de	nó de	acesso	(área	de
cobertura	de	AN	3450) dentro	da	qual	está	situada	a
pluralidade	de	! nós	de	acesso distribuídos.	O subsistema	de

antena de enlace de alimentador 3410 compreende o arranjo de elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador cooperantes 3416. Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 inclui também um subsistema de antena de

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153/188 enlace de usuário 3420 para iluminar uma área de cobertura de usuário 3460 dentro da qual a pluralidade de terminais de usuário 517 está distribuída geograficamente (por exemplo, em uma pluralidade de áreas de cobertura de feixes de usuário 519) . O subsistema de antena de enlace de usuário 3420 compreende o arranjo de elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário cooperantes 3429. Em alguns casos, o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 inclui um arranjo de recepção de enlace de usuário e um arranjo de transmissão de enlace de usuário (por exemplo, arranjos half-duplex separados de elementos constituintes de enlace de usuário cooperantes). O arranjo de recepção de enlace de usuário e o arranjo de transmissão de enlace de usuário podem ser espacialmente intercalados (por exemplo, para apontar para um mesmo refletor), espacialmente separados (por exemplo, para apontar para refletores de recepção e de transmissão, respectivamente), ou dispostos em qualquer outra maneira adequada. Em outros casos, o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 inclui elementos full-duplex (por exemplo, cada elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429 compartilha uma estrutura de irradiação com um respectivo elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426). De modo similar, em alguns casos, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 inclui um arranjo de recepção de enlace de alimentador e um arranjo de transmissão de enlace de alimentador, os quais podem ser espacialmente relacionados em qualquer maneira adequada e podem irradiar diretamente, apontar para um único refletor, apontar para refletores de transmissão e de recepção separados etc. Em outros casos, o subsistema de antena de enlace de alimentador

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3410 inclui elementos full-duplex. O subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 e o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 podem ter tamanhos de abertura iguais ou diferentes. Em alguns casos, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 e o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 operam em uma mesma banda de frequência (por exemplo, banda Ka etc.). Em alguns casos, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 e o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 operam em bandas de frequência diferentes (por exemplo, o enlace de alimentador usa a banda V, o enlace de usuário usa a banda Ka etc.).

[0244] Em alguns exemplos, como aqueles ilustrados na Figura 41, a área de cobertura de AN 3450 é distinta da área de cobertura de usuário 3460. A área de cobertura de AN 3450 pode ser uma única área de cobertura contígua, ou múltiplas áreas de cobertura distintas. De modo similar (e independentemente de a área de cobertura de AN ser única ou múltipla), a área de cobertura de usuário 3460 pode ser uma única área de cobertura contígua, ou múltiplas áreas de cobertura distintas. Em alguns casos, a área de cobertura de AN 3450 é um subconjunto da área de cobertura de usuário 3460. Em alguns casos, ao menos metade da área de cobertura de usuário 3460 não se sobrepõe à área de cobertura de AN 3450. Conforme descrito a seguir, em alguns casos, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 compreende adicionalmente um ou mais refletores de enlace de alimentador, e o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 compreende adicionalmente um ou mais refletores de enlace de usuário. Em alguns casos, o refletor de enlace de alimentador é significativamente maior (por exemplo, ao menos duas vezes a área física, ao menos

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155/188 cinco vezes, dez vezes, cinquenta vezes, oitenta vezes etc.) que o refletor de enlace de usuário. Em alguns casos, o refletor de enlace de alimentador ocupa aproximadamente a mesma área física (por exemplo, dentro de 5%, 10%, 25%) que o refletor de enlace de usuário.

[0245] Em alguns casos, o sistema 3400 opera no contexto de funções de redes terrestres, conforme descrito com referência à Figura 5. Por exemplo, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 comunica-se com os ANs 515, os quais se comunicam com um SPC 505 através da rede de distribuição 518. Em alguns casos, o SPC 505 inclui um formador de feixes de envio 529 e/ou um formador de feixes de retorno 531, por exemplo, conforme descrito com referência à Figura 29. Conforme descrito acima, o formador de feixes de envio 529 pode participar da formação de feixes ponto a ponto aplicando pesos de feixe de envio calculados (por exemplo, fornecidos por um gerador de pesos de feixe de envio 918) a sinais de enlace de envio; e o formador de feixes de retorno 531 pode participar da formação de feixes ponto a ponto de retorno aplicando pesos de feixe de retorno calculados (por exemplo, fornecidos por um gerador de pesos de feixe de retorno 935) a sinais de enlace de retorno. Conforme descrito acima, os pesos de feixe de envio ponto a ponto e/ou o conjunto de pesos de feixe de retorno ponto a ponto podem ser calculados de acordo com ganhos ponto a ponto estimados para canais multicaminho ponto a ponto, sendo que cada canal multicaminho ponto a ponto acopla em comunicação um respectivo AN dentre os ANs distribuídos 515 com um respectivo local na área de cobertura de usuário (por exemplo, um terminal de usuário 517 ou qualquer local de

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156/188 referência adequado) através de uma respectiva pluralidade dos transponders em tubo curvo de enlace de envio 343 0 e/ou através de uma respectiva pluralidade dos transponders em tubo curvo de enlace de retorno 3440. Em alguns casos, embora não mostrado, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 inclui um transmissor de sinal de radiofarol. O transmissor de sinal de radiofarol pode ser implementado conforme descrito acima com referência ao gerador de sinais de radiofarol e ao módulo de suporte de calibração 424 da Figura 15. Em alguns casos, o sinal de radiofarol gerado pode ser usado para que a pluralidade de ANs distribuídos 515 esteja em comunicação sem fio sincronizada por tempo com a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 (por exemplo, com a pluralidade de elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416 de acordo com o sinal de radiofarol).

[0246] Em alguns casos, o sistema 3400 inclui um sistema para formar uma pluralidade de feixes de usuário de envio usando a formação de feixes ponto a ponto. Tais casos incluem meios para transmitir uma pluralidade de sinais de enlace ascendente de envio a partir de uma pluralidade de locais geograficamente distribuídos, sendo que a pluralidade de sinais de enlace ascendente de envio é formada a partir de uma combinação ponderada de uma pluralidade de sinais de feixe de usuário, e sendo que cada sinal de feixe de usuário corresponde a um e somente um feixe de usuário. Por exemplo, a pluralidade de locais geograficamente distribuídos pode incluir uma pluralidade de ANs 515, e os meios para transmitir a pluralidade de sinais de enlace ascendente de envio podem incluir alguns ou todos dentre um formador de feixes de envio 529, uma rede de distribuição 518 e os ANs distribuídos

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157/188 geograficamente 515 (em comunicação com a estação de retransmissão ponto a ponto 3403). Tais casos podem incluir também meios para retransmitir a pluralidade de sinais de enlace ascendente de envio para formar uma pluralidade de sinais de enlace descendente de envio. Cada sinal de enlace descendente de envio é criado mediante a amplificação de uma superposição exclusiva da pluralidade de sinais de enlace descendente de envio, e da pluralidade de sinais de enlace descendente de envio sobrepostas para formar a pluralidade de feixes de usuário, sendo que cada sinal de feixe de usuário é dominante dentro do feixe de usuário correspondente. Por exemplo, os meios para retransmitir a pluralidade de sinais de enlace ascendente de envio para formar a pluralidade de sinais de enlace descendente de envio podem incluir a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 (em comunicação com um ou mais terminais de usuário em áreas de cobertura de feixes de usuário 519) com sua pluralidade de trajetórias de sinais adjacentes, as quais podem incluir transponders de enlace de envio 3430 e transponders de enlace de retorno 3440.

[0247] Alguns desses casos incluem um primeiro meio para receber uma primeira superposição da pluralidade de sinais de enlace descendente de envio e recuperar um primeiro sinal dentre a pluralidade de sinais de feixe de usuário. Esse primeiro meio pode incluir um terminal de usuário 517 (por exemplo, incluindo uma antena de terminal de usuário, e um modem ou outros componentes para recuperar sinais de feixe de usuário a partir dos sinais de enlace descendente de envio). Alguns desses casos incluem também um segundo meio (por exemplo, incluindo um segundo terminal de usuário 517) para receber uma segunda superposição da pluralidade de sinais de

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158/188 enlace descendente de envio e recuperar um segundo sinal dentre a pluralidade de sinais de feixe de usuário. Por exemplo, o primeiro meio para receber está situado dentro de um primeiro feixe de usuário, e o segundo meio para receber está situado dentro de um segundo feixe de usuário.

[0248] A Figura 42 é uma ilustração de um modelo exemplificador de trajetórias de sinal para sinais que transportam dados de retorno no enlace de retorno ponto a ponto 523. O modelo exemplificador pode operar de modo semelhante ao modelo descrito com referência às Figuras 6 a 8, exceto que a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 inclui trajetórias de sinais de enlace de retorno 3502 dedicadas para comunicações de enlace de retorno. Cada trajetória de sinal de enlace de retorno 3502 pode incluir um transponder de enlace de retorno 3440 acoplado entre um elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 e um elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419. Os sinais que têm origem nos terminais de usuário 517 em áreas de cobertura de feixes de usuário 519 de banda K são transmitidos (como sinais de enlace ascendente de retorno 525) até a estação de retransmissão ponto a ponto 3403, recebidos por um arranjo de L trajetórias de sinais de enlace de retorno 3502, comunicados através de L transponders de enlace de retorno 3440 para L elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419 correspondentes, e transmitidos por cada um dos L elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419 para alguns ou todos os M ANs 515 (de modo similar ao mostrado na Figura 7). Dessa maneira, as múltiplas trajetórias de sinais de enlace de retorno 3502 (por exemplo, os transponders de enlace de

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159/188 retorno 3440) induzem um multicaminho nas comunicações de enlace de retorno. Por exemplo, a saída de cada trajetória de sinal de enlace de retorno 3502 é um sinal de enlace descendente de retorno 527 que corresponde a um respectivo sinal dentre os sinais de enlace ascendente de retorno recebidos 525 (por exemplo, correspondente a um compósito dos sinais de enlace ascendente de retorno recebido 525 transmitido a partir de múltiplas áreas de cobertura de feixes de usuário 519) e é transmitido sobre os sinais de enlace descendente de retorno 527 para os M ANs 515 (por exemplo, distribuídos geograficamente por uma área de cobertura de AN 3450) . Conforme descrito acima, existem L (ou até L) maneiras diferentes para um sinal chegar de um terminal de usuário 517 situado em uma área de cobertura de feixes de usuário 519 a um AN 515 específico. A estação de retransmissão ponto a ponto 3403 cria, assim, L trajetórias entre um terminal de usuário 517 e um AN 515, coletivamente chamadas de um canal multicaminho de retorno ponto a ponto 1908 (por exemplo, similar ao da Figura 8).

[0249] Os canais multicaminho de retorno ponto a ponto podem ser modelados da mesma maneira descrita acima. Por exemplo, Ar é a matriz L x K de radiação de enlace ascendente de retorno, Ct é a matriz M x L de radiação de enlace descendente de retorno e Eret é a matriz L x L de carga útil de retorno para as trajetórias dos elementos de recepção constituintes de enlace de usuário 3426 para os elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419. Conforme descrito acima, o canal multicaminho de retorno ponto a ponto de um terminal de usuário 517 em uma área de cobertura de feixes de usuário

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160/188 específica 519 para um AN 515 específico é o efeito líquido das L trajetórias de sinais diferentes induzidas por L trajetórias de sinais de enlace de retorno exclusivas 3502 através da estação de retransmissão ponto a ponto 3403. Com K áreas de cobertura de feixes de usuário 519 e M ANs 515, pode haver M x K canais multicaminho de retorno ponto a ponto induzidos no enlace de retorno ponto a ponto 523 (através da estação de retransmissão ponto a ponto 3403), e cada um pode ser modelado individualmente para calcular um elemento correspondente de uma matriz M x K de canal de retorno Hret (Ct x Eret x Ar) . Conforme observado (por exemplo, com referência às Figuras 6 a 8), nem todos os ANs 515, áreas de cobertura de feixes de usuário 519 e/ou transponders de enlace de retorno 3440 precisam participar nos canais multicaminho de retorno ponto a ponto. Em alguns casos, o número de feixes de usuário K é maior que o número de transponders L na trajetória de sinal do canal multicaminho de retorno ponto a ponto; e/ou o número de ANs M é maior que o número de transponders L na trajetória de sinal do canal multicaminho de retorno ponto a ponto. Conforme descrito com referência à Figura 5, o SPC 505 pode possibilitar a formação de feixes de usuário de retorno aplicando pesos de feixe de retorno aos sinais de retorno de enlace descendente recebidos 527 (os sinais recebidos, após a recepção por um AN são chamados de sinais de retorno compósitos 907, conforme explicado em detalhes a seguir). Os pesos de feixe de retorno podem ser calculados com base no modelo das M x K trajetórias de sinais para cada canal multicaminho de retorno ponto a ponto que acopla os terminais de usuário 517 em uma área de cobertura de feixes

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161/188 de usuário 519 com um dentre a pluralidade de ANs 515.

[0250] A Figura 43 é uma ilustração de um modelo exemplificador de trajetórias de sinal para sinais que transportam dados de envio no enlace de envio ponto a ponto 501. O modelo exemplificador pode operar de modo semelhante ao modelo descrito com referência às Figuras 9 a 11, exceto que a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 inclui trajetórias de sinais de enlace de envio 3602 dedicadas para comunicações de enlace de envio. Cada trajetória de sinal de enlace de envio 3602 pode incluir um transponder de enlace de envio 3430 acoplado entre um elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 e um elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429. Conforme descrito acima, cada sinal de enlace ascendente de envio 521 tem seus feixes ponderados (por exemplo, em um formador de feixes de envio 515 no SPC 505 do segmento terrestre 502) antes da transmissão a partir de um AN 515. Cada AN 515 recebe um sinal de enlace ascendente de envio exclusivo 521 e transmite o sinal de enlace ascendente de envio exclusivo 521 através de um dos enlaces ascendentes M (por exemplo, de maneira sincronizada por tempo). Os sinais de enlace ascendente de envio 521 são recebidos de locais geograficamente distribuídos (por exemplo, dos ANs 515) por alguns ou todos os transponders de enlace de envio 3430 de uma forma sobreposta que cria sinais de envio de entrada compósitos 545. Cada transponder de enlace de envio 3430 recebe simultaneamente um sinal de envio de entrada compósito 545, embora com temporização ligeiramente diferente devido às diferenças nas localizações de cada elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador

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3416 associado a cada transponder de enlace de envio 3430. Por exemplo, embora cada elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 possa receber um compósito da mesma pluralidade de sinais de enlace ascendente de envio 521, os sinais de envio de entrada compósitos recebidos 545 podem ser ligeiramente diferentes. Os sinais de envio de entrada compósitos 545 são recebidos por L transponders de enlace de envio 3430 através de respectivos elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416, comunicados através dos L transponders de enlace de envio 3430 para L elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário correspondentes 3429, e transmitidos pelos L elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 342 9 para uma ou mais dentre as K áreas de cobertura de feixes de usuário 519 (por exemplo, como sinal de enlace descendente de envio 522, em que cada um corresponde a um respectivo um dentre os sinais de envio de entrada compósitos recebidos 521). Dessa maneira, as múltiplas trajetórias de sinais de enlace de envio 3602 (por exemplo, transponders de enlace de envio 3430) induzem um multicaminho nas comunicações de enlace de envio. Conforme descrito acima, existem L maneiras diferentes para um sinal chegar de um AN 515 a um terminal de usuário 517 específico em uma área de cobertura de feixes de usuário 519. A estação de retransmissão ponto a ponto 3403 induz, assim, múltiplas (por exemplo, até L) trajetórias de sinais entre um AN 515 e um terminal de usuário 517 (ou uma área de cobertura de feixes de usuário 519), que podem ser coletivamente chamadas de um canal multicaminho de envio ponto a ponto 2208 (por exemplo, similar ao da Figura 10).

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163/188 [0251] Os canais multicaminho de envio ponto a ponto 2208 podem ser modelados da mesma maneira descrita acima. Por exemplo, Cr é a matriz L x M de radiação de enlace ascendente de envio, At é a matriz K x L de radiação de enlace descendente de envio e Efwd é a matriz L x L de carga útil de envio para as trajetórias dos elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416 para os elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 3429. Em alguns casos, a matriz de carga útil de envio Efwd e a matriz de carga útil de retorno Eret podem ser diferentes para refletir as diferenças entre as trajetórias de sinais de enlace de envio 3602 e as trajetórias de sinais de enlace de retorno 3502. Conforme descrito acima, o canal multicaminho de envio ponto a ponto de um AN 515 específico para um terminal de usuário 517 em uma área de cobertura de feixes de usuário específica 519 é o efeito líquido das L trajetórias de sinais diferentes induzidas por L trajetórias de sinais de enlace de envio exclusivas 3602 através da estação de retransmissão ponto a ponto 3403. Com K áreas de cobertura de feixes de usuário 519 e M ANs 515, pode haver M x K canais multicaminho de envio ponto a ponto induzidos no enlace de envio ponto a ponto 501, e cada um pode ser modelado individualmente para calcular um elemento correspondente de uma matriz M x K de canal de envio Hfwd (At x Efwd x Cr) . Conforme observado referência à direção de retorno, nem todos os ANs 515, áreas de cobertura de feixes de usuário 519 e/ou transponders de enlace de envio 3430 precisam participar nos canais multicaminho de envio ponto a ponto. Em alguns casos, o número de feixes de usuário K é maior que o número de transponders L na trajetória de sinal do canal multicaminho

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164/188 de envio ponto a ponto; e/ou o número de ANs M é maior que o número de transponders L na trajetória de sinal do canal multicaminho de envio ponto a ponto. Conforme descrito com referência à Figura 5, um peso de feixe adequado pode ser calculado para cada um dentre a pluralidade de canais multicaminho de envio ponto a ponto pelo SPC 505 para formar os feixes de usuário de envio. O uso de múltiplos transmissores (ANs 515) para um único receptor (terminal de usuário 517) pode fornecer uma diversidade de trajetórias de transmissão para possibilitar a transmissão bem-sucedida de informações para qualquer terminal de usuário 517 na presença do canal multicaminho induzido intencionalmente.

[0252] As Figuras 41 a 43 descrevem estações de retransmissão ponto a ponto 3403 implementadas com transponders de enlace de envio 3430 e transponders de enlace de retorno 3440 separados. As Figuras 44A e 44B mostram um exemplo de uma trajetória de sinal de envio 3700 (como a trajetória de sinal de envio 3602 da Figura 43) e uma trajetória de sinal de retorno 3750 (como a trajetória de sinal de retorno 3502 da Figura 42), respectivamente. Conforme descrito acima, a trajetória de sinal de envio 3700 inclui um transponder de enlace de envio 3430 acoplado entre um elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 e um elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429. A trajetória de sinal de retorno 3750 inclui um transponder de enlace de retorno 3440 acoplado entre um elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 e um elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419. Em alguns casos, cada transponder de enlace de envio 3430 e cada transponder

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165/188 de enlace de retorno 3440 é um transponder de polarização cruzada (cross-pole). Por exemplo, o transponder de enlace de envio 3430 recebe um sinal de enlace ascendente de envio em uma frequência de enlace ascendente com polarização circular à esquerda (LHCP) e emite um sinal de enlace descendente de envio em uma frequência de enlace descendente com polarização circular à direita (RHCP); e cada transponder de enlace de retorno 3440 recebe um sinal de enlace ascendente de retorno na frequência de enlace ascendente com polarização circular à direita (RHCP) e emite um sinal de enlace descendente de retorno na frequência de enlace descendente com polarização circular à esquerda (LHCP). Um caso exemplificador (isto é, seguindo as polarizações descritas no exemplo anterior) é ilustrado seguindo-se apenas as linhas contínuas das Figuras 44A e 44B, e outro caso (isto é, seguindo polarizações opostas a partir daqueles descritos no exemplo anterior) é ilustrado seguindo-se apenas as linhas tracejadas das Figuras 44A e 44B. Em outros casos, alguns ou todos os transponders podem fornecer um par de trajetórias de sinal de dois polos. Por exemplo, seguindo-se tanto as linhas contínuas como as linhas tracejadas das Figuras 44A e 44B, os transponders de enlace de envio 3430 e os transponders de enlace de retorno 3440 podem receber sinais de enlace ascendente de envio em frequências de enlace ascendente iguais ou diferentes com ambas as (LHCP e RHCP) e ambos podem emitir sinais de enlace descendente de envio em frequências de enlace descendente iguais ou diferentes com ambas as polarizações (RHCP e LHCP). Por exemplo, tais casos podem possibilitar que múltiplos sistemas operem em paralelo usando qualquer tipo

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166/188 adequado de técnica de mitigação de interferência (por exemplo, usando divisão por tempo, divisão por frequência etc.) . Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 inclui um grande número de transponders, como 512 transponders de enlace de envio 3430 e 512 transponders de enlace de retorno 3440 (por exemplo, 1.024 transponders no total). Outras implementações podem incluir quantidades menores de transponders, como 10, ou qualquer outra quantidade adequada. Em alguns casos, os elementos de antena são implementados como estruturas full-duplex, de modo que cada elemento de antena de recepção compartilha a estrutura com um respectivo elemento de antena de transmissão. Por exemplo, cada elemento de antena ilustrado pode ser implementado como duas de quatro portas de guias de onda de uma estrutura de irradiação adaptada tanto para transmissão como para recepção de sinais. Em alguns casos, apenas os elementos de enlace de alimentador, ou apenas os elementos de enlace de usuário, são full-duplex. Outras implementações podem usar tipos diferentes de polarização. Por exemplo, em algumas implementações, os transponders podem ser acoplados entre um elemento de antena de recepção e um elemento de antena de transmissão de mesma polaridade.

[0253] Tanto o transponder de enlace de envio 3430 como o transponder de enlace de retorno 3440 exemplificadores podem incluir amplificadores de baixo nível de ruído (LNAs) 3705, conversores de frequência e filtros associados 3710, amplificadores de canal 3715, deslocadores de fase 3720, amplificadores de potência 3725 (por exemplo, amplificadores de tubo de onda progressiva (TWTA - traveling wave tube amplifier), amplificadores de potência de estado

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167/188 sólido (SSPA - solid state power amplifier”) etc.) e filtros de harmônicas 3730. Em implementações de dois polos, conforme mostrado, cada polo tem sua própria trajetória de sinal com seu próprio conjunto de componentes de transponder. Algumas implementações podem ter mais ou menos componentes. Por exemplo, os conversores de frequência e filtros associados 3710 podem ser úteis em casos onde as frequências de enlace ascendente e de enlace descendente são diferentes. Como um exemplo, cada transponder de enlace de envio 3430 pode aceitar uma entrada em uma primeira banda de frequência e pode emitir em uma segunda banda de frequência; e cada transponder de enlace de retorno 3440 pode aceitar uma entrada na primeira banda de frequência e pode emitir na segunda banda de frequência.

[0254] Em alguns casos, múltiplas sub-bandas são usadas (por exemplo, sete sub-bandas de 500 MHz, conforme descrito acima). Por exemplo, em alguns casos, podem ser fornecidos transponders que operam sobre as mesmas sub-bandas como usadas em uma implementação de múltiplas sub-bandas da rede terrestre eficazmente para habilitar múltiplos sistemas de formação de feixes ponto a ponto independentes e paralelos através de uma única estação de retransmissão ponto a ponto (cada sistema de formação de feixes ponto a ponto opera em uma sub-banda diferente). Em outros casos, um sistema de formação de feixes ponto a ponto de largura de banda ampla pode usar múltiplas sub-bandas na rede terrestre, mas passar uma ou mais (ou todas) sub-bandas através de transponders de banda larga (por exemplo, passando 7 sub-bandas, cada uma de 500 MHz de largura, através de transponders de largura de banda de 3,5 GHz). Nesses casos, cada transponder pode incluir

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168/188 múltiplos conversores de frequência e filtros associados 3710 e/ou outros componentes, dedicados para lidar com uma ou mais dentre as sub-bandas. O uso de múltiplas sub-bandas de frequência pode permitir relaxamento dos requisitos na resposta de amplitude e fase do transponder, uma vez que a rede terrestre pode determinar separadamente os pesos de feixe usados em cada uma das sub-bandas, calibrando eficazmente a variação de amplitude e fase da banda passante dos transponders. Por exemplo, com transponders de envio e de retorno separados, e usando-se 7 sub-bandas, um total de 14 pesos de feixe diferentes podem ser usados para cada feixe, isto é, 7 sub-bandas * 2 direções (de envio e de retorno) . Em alguns casos, cada trajetória de transponder inclui apenas um LNA 3705, um amplificador de canal 3715 e um amplificador de potência 3725. Algumas implementações da estação de retransmissão ponto a ponto 3403 incluem um controlador de deslocamento de fases e/ou outros controladores que podem ajustar individualmente as fases e/ou outras características de cada transponder conforme descrito acima.

[0255] Os elementos de antena podem transmitir e/ou receber sinais em qualquer maneira adequada. Em alguns casos, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 tem um ou mais refletores alimentados pelo arranjo. Por exemplo, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 pode ter um refletor de enlace de alimentador para transmissão e para recepção, ou um refletor de transmissão de enlace de alimentador e um refletor de recepção de enlace de alimentador separados. De modo similar, o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 pode ter um refletor de enlace de usuário para transmissão e para recepção, ou um

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169/188 refletor de transmissão de enlace de usuário e um refletor de recepção de enlace de usuário. Em um caso exemplificador, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 compreende um arranjo de estruturas de irradiação, e cada estrutura de irradiação inclui um elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 e um elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419. Nesse caso, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 pode incluir também um refletor de enlace de alimentador que ilumina os elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416 e é iluminado pelos elementos de transmissão constituintes de enlace de alimentador 3419. Em alguns casos, o refletor é implementado como múltiplos refletores, que podem ter formatos, tamanhos, orientações, etc., diferentes. Em outros casos, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 e/ou o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 são implementados sem refletores, por exemplo, como um arranjo de radiação direta.

[0256] Conforme observado acima, separar o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 e o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 pode possibilitar o atendimento a uma ou mais áreas de cobertura de AN 3450 que são distintas de uma ou mais áreas de cobertura de usuário 3460. Por exemplo, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 pode ser implementado com um refletor que tem uma área física consideravelmente maior que o refletor da área de cobertura de usuário 3460. O refletor maior pode permitir que um grande número de ANs 515 seja distribuído geograficamente em uma área de cobertura de AN 3450 consideravelmente menor, como em um pequeno subconjunto da

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170/188 área de cobertura de usuário 3460. Alguns exemplos são mostrados nas Figuras 45 e 46.

[0257] A Figura 45 mostra um exemplo de uma área de cobertura terrestre visível 3800 de uma estação de retransmissão ponto a ponto 3403 (por exemplo, um satélite). Na estação de retransmissão ponto a ponto 3403 exemplificadora, o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 inclui um refletor de enlace de alimentador de 18 metros, e o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 inclui um refletor de enlace de usuário de 2 metros (por exemplo, a área do refletor de enlace de alimentador é cerca de oitenta vezes maior que a área do refletor de enlace de usuário). Cada subsistema de antena inclui também um arranjo de 512 elementos de recepção/transmissão constituintes cooperantes. Por exemplo, a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 exemplificadora pode incluir 512 transponders de enlace de envio 3430 (por exemplo, formando 512 trajetórias de sinais de envio 3700, conforme mostrado na Figura 44A) e 512 transponders de enlace de retorno 3440 (por exemplo, formando 512 trajetórias de sinais de retorno 3750, conforme mostrado na Figura 44B). A área de cobertura de usuário 3460 inclui 625 áreas de cobertura de feixes de usuário 519. A pequena região sombreada na parte leste dos Estados Unidos é uma área de cobertura de AN 3450 que tem 597 ANs 515 nela distribuídos. A área de cobertura de AN 3450 é um pequeno subconjunto da área de cobertura de usuário maior 3460, mas que ainda fornece grande capacidade com um grande número de ANs 515. Uma área de cobertura de AN 3450 assim relativamente densa é aqui chamada de parque de ANs”.

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171/188 [0258] A Figura 46 mostra um exemplo de uma área de cobertura 3900 dos Estados Unidos Continentais (CONUS) de uma estação de retransmissão ponto a ponto 3403 (por exemplo, um satélite). A estação de retransmissão ponto a ponto 3403 exemplificadora é similar ao exemplo mostrado na Figura 45, exceto que o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 inclui um refletor de enlace de usuário de 5 metros (por exemplo, o refletor de enlace de alimentador é cerca de quatro vezes maior que o refletor de enlace de usuário). A área de cobertura de usuário 3460 inclui 523 áreas de cobertura de feixes de usuário 519. A área de cobertura de AN 3450 (o parque de ANs) é a mesma que a da Figura 45: uma região na parte leste dos Estados Unidos que tem 597 ANs 515 nela distribuídos, que é um pequeno subconjunto da área de cobertura de usuário 3460.

MÚLTIPLAS ÁREAS DE COBERTURA [0259] Nas estações de retransmissão ponto a ponto 3403 exemplificadoras descritas anteriormente, o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 é descrito como um único subsistema de antena (por exemplo, com um único refletor de enlace de usuário), e o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 é descrito como um único subsistema de antena (por exemplo, com um único refletor de enlace de alimentador). Em alguns casos, o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 pode incluir um ou mais subsistemas de antena (por exemplo, dois ou mais subarranjos de elementos de antena constituintes) associados a um ou mais refletores de enlace de usuário, e o subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 pode incluir um ou mais subsistemas de antena associados a um ou mais refletores de

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172/188 enlace de alimentador. Por exemplo, algumas estações de retransmissão ponto a ponto 3403 podem ter um subsistema de antena de enlace de usuário 3420 que inclui um primeiro conjunto de elementos de transmissão/recepção constituintes de enlace de usuário associado a um primeiro refletor de enlace de usuário (por exemplo, cada elemento é disposto para iluminar e/ou ser iluminado por, o primeiro refletor de enlace de usuário), e um segundo conjunto de elementos de transmissão/recepção constituintes de enlace de usuário associado a um segundo refletor de enlace de usuário. Em alguns casos, os dois refletores de enlace de usuário ocupam aproximadamente a mesma área física (por exemplo, dentro de 5%, 10%, 25%, 50%) um do outro. Em alguns casos, um refletor de enlace de usuário é significativamente maior (por exemplo, ao menos duas vezes a área física) que o outro. Cada conjunto dos elementos de transmissão/recepção constituintes de enlace de usuário, e seu refletor de enlace de usuário associado, pode iluminar uma área de cobertura de usuário distinta correspondente. Por exemplo, as múltiplas áreas de cobertura de usuário podem ser não sobrepostas, parcialmente sobrepostas, completamente sobrepostas (por exemplo, uma área de cobertura de usuário menor poderia estar contida em uma área de cobertura de usuário maior) etc. Em alguns casos, as múltiplas áreas de cobertura de usuário podem estar ativas (iluminadas) simultaneamente. Outros casos, conforme descrito a seguir, podem possibilitar a ativação seletiva das diferentes porções de elementos de transmissão/recepção constituintes de enlace de usuário, ativando, dessa forma, áreas de cobertura de usuário diferentes em tempos diferentes. O chaveamento entre múltiplas áreas de cobertura

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173/188 pode ser coordenado com o SPC. Por exemplo, a calibração de formação de feixes, o cálculo de pesos de feixe e a aplicação de pesos de feixe podem ocorrer em dois formadores de feixes paralelos, um para cada duas áreas de cobertura diferentes. O uso de pesos adequados nos formadores de feixes pode ser temporizado para corresponder à operação da estação de retransmissão ponto a ponto. Os pesos de feixe podem, em alguns casos, ser alterados durante uma fatia de tempo se forem usados formadores de feixes em fatias de tempo.

[0260] As Figuras 47A e 47B mostram, respectivamente, uma trajetória de sinal de envio 4000 e uma trajetória de sinal de retorno 4050 exemplificadoras, tendo, cada uma, uma ativação seletiva de múltiplos subsistemas de antena de enlace de usuário 3420. Cada trajetória de sinal tem um transponder acoplado entre elementos de antena constituintes. Com referência primeiramente à Figura 47A, o transponder de enlace de envio 3430 é similar àquele descrito com referência à Figura 44A, exceto que o lado de saída do transponder de enlace de envio 3430 é seletivamente acoplado a um dentre dois elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 342 9, sendo, cada um, uma parte de um subsistema de antena de enlace de usuário 3420 separado (por exemplo, cada um é parte de um arranjo separado de elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário cooperantes 3429). Conforme descrito acima, o transponder de enlace de envio 3430 pode incluir alguns ou todos os LNAs 3705, conversores de frequência e filtros associados 3710, amplificadores de canal 3715, deslocadores de fase 3720, amplificadores de potência 3725 e filtros de harmônicas 3730.

[0261] O transponder de enlace de envio 3430 da

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Figura 47A inclui adicionalmente chaves 4010 (chaves de enlace de envio) que seletivamente acoplam o transponder a um primeiro elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429a (de um primeiro subsistema de antena de enlace de usuário 3420) através de um primeiro conjunto de amplificadores de potência 3725 e filtros de harmônicas 3730, ou a um segundo elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429b (de um segundo subsistema de antena de enlace de usuário 3420) através de um segundo conjunto de amplificadores de potência 3725 e filtros de harmônicas 3730. Por exemplo, em um primeiro modo de chaveamento, o transponder de enlace de envio 3430 forma eficazmente uma trajetória de sinal entre um elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 e um primeiro elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429; e em um segundo modo de chaveamento, o transponder de enlace de envio 3430 forma eficazmente uma trajetória de sinal entre o mesmo elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 e um segundo elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429. As chaves 4010 podem ser implementadas com o uso de qualquer meio de chaveamento adequado, como uma chave eletromecânica, um relé, um transístor etc. Embora mostradas como chaves 4010, outras implementações podem usar qualquer outro meio adequado para seletivamente acoplar a entrada do transponder de enlace de envio 3430 a múltiplas saídas. Por exemplo, os amplificadores de potência 3725 podem ser usados como chaves (por exemplo, fornecendo alto ganho quando ligados, e zero ganho (ou perda) quando desligados).

[0262] Com referência à Figura 47B, o transponder de enlace de retorno 3440 reflete funcionalmente

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175/188 o transponder de enlace de envio 3430 da Figura 47A. Em vez de acoplar seletivamente o lado de saída do transponder, como no caso do enlace de envio da Figura 47A, o lado de entrada do transponder de enlace de retorno 3440 da Figura 47B é seletivamente acoplado a um dentre dois elementos de recepção constituintes de enlace de usuário 3426. Novamente, cada elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 pode fazer parte de um subsistema de antena de enlace de usuário 3420 separado (por exemplo, cada um é parte de um arranjo separado de elementos de recepção constituintes de enlace de usuário cooperantes 3426). Conforme descrito acima (por exemplo, na Figura 44B), o transponder de enlace de retorno 3440 pode incluir alguns ou todos os LNAs 3705, conversores de frequência e filtros associados 3710, amplificadores de canal 3715, deslocadores de fase 3720, amplificadores de potência 3725 e filtros de harmônicas 3730.

[0263] O transponder de enlace de retorno 3440 da Figura 47B inclui adicionalmente chaves 4010 (chaves de enlace de retorno) que seletivamente acoplam o transponder a um primeiro elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 (de um primeiro subsistema de antena de enlace de usuário 3420) através de um primeiro conjunto de LNAs 3705, ou a um segundo elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 (de um segundo subsistema de antena de enlace de usuário 3420) através de um segundo conjunto de LNAs 3705. Por exemplo, em um primeiro modo de chaveamento, o transponder de enlace de retorno 3440 forma eficazmente uma trajetória de sinal entre um primeiro elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 e um elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419; e em um segundo

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176/188 modo de chaveamento, o transponder de enlace de retorno 3440 forma eficazmente uma trajetória de sinal entre um segundo elemento de recepção constituinte de enlace de usuário 3426 e o mesmo elemento de transmissão constituinte de enlace de alimentador 3419. As chaves 4010 podem ser implementadas com o uso de qualquer meio de chaveamento adequado, como uma chave eletromecânica, um relé, um transístor etc. Embora mostradas como chaves 4010, outras implementações podem usar qualquer outro meio adequado para seletivamente acoplar a entrada do transponder de enlace de envio 3430 a múltiplas saídas. Por exemplo, os amplificadores 3705 podem ser usados como chaves (por exemplo, fornecendo alto ganho quando ligados, e zero ganho (ou perda) quando desligados).

[0264] Exemplos da estação de retransmissão ponto a ponto 3403 podem incluir um controlador de chave 4070 para seletivamente chavear algumas ou todas as chaves 4010 (ou outros meios de acoplamento seletivo adequado) de acordo com um cronograma de chaveamento. Por exemplo, o cronograma de chaveamento pode ser armazenado em um dispositivo de armazenamento a bordo da estação de retransmissão ponto a ponto 3403. Em alguns casos, o cronograma de chaveamento seleciona eficazmente qual subsistema de antena de enlace de usuário 3420 será ativado (por exemplo, qual conjunto de feixes de usuário será iluminado) em cada um dentre uma pluralidade de intervalos de tempo (por exemplo, intervalos de tempo designados). Em alguns casos, o chaveamento designa tempos iguais aos múltiplos subsistemas de antena de enlace de usuário 3420 (por exemplo, cada um dentre dois subsistemas é ativado por cerca de metade do tempo). Em outros casos, o chaveamento

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177/188 pode ser usado para atingir metas de compartilhamento de capacidade. Por exemplo, um subsistema de antena de enlace de usuário 3420 pode estar associado a usuários de maior demanda e pode receber uma porção maior de tempo no cronograma, enquanto um outro subsistema de antena de enlace de usuário 3420 pode estar associado a usuários de menor demanda e receber uma porção menor de tempo no cronograma.

[0265] As Figuras 48A e 48B mostram exemplos de áreas de cobertura 4100 e 4150 da estação de retransmissão ponto a ponto 3403 que incluem múltiplas áreas de cobertura ativadas seletivamente pelo usuário 3460a, 3460b. A estação de retransmissão ponto a ponto 503 exemplificadora é similar àquelas mostradas nas Figuras 38 e 39, exceto os subsistemas de antena diferentes. Nesse exemplo, o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 inclui dois refletores de enlace de usuário de 9 metros, e os transponders são configurados para ativar seletivamente apenas metade dos feixes de usuário em qualquer dado momento (por exemplo, os transponders são implementados como nas Figuras 47A e 47B). Por exemplo, durante um primeiro intervalo de tempo, conforme mostrado na Figura 48A, a área de cobertura de usuário 3460a inclui quinhentas e noventa áreas de cobertura de feixes de usuário ativas 519. As áreas de cobertura de feixes de usuário ativas 519 cobrem eficazmente a metade ocidental dos Estados Unidos. A área de cobertura de AN 3450 (o parque de ANs) é o mesmo que o das Figuras 38 e 39: uma região na parte leste dos Estados Unidos com 597 ANs 515 nela distribuídos. Durante o primeiro intervalo de tempo, a área de cobertura de AN 3450 não se sobrepõe à área de cobertura de usuário ativa 3460. Durante um segundo intervalo de tempo, conforme mostrado na

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Figura 48B, a área de cobertura de usuário 3460b inclui outras quinhentas e noventa áreas de cobertura de feixes de usuário ativas 519. As áreas de cobertura de feixes de usuário ativas 519 no segundo intervalo de tempo cobrem eficazmente a metade oriental dos Estados Unidos. A área de cobertura de AN 3450 não se altera. Entretanto, durante o segundo intervalo de tempo, a área de cobertura de AN 3450 é completamente sobreposta pela (é um subconjunto da) área de cobertura de usuário ativa 3460. A capacidade pode ser alocada de modo flexível a várias regiões (por exemplo, entre as áreas oriental e ocidental de cobertura de usuário) ajustando-se dinamicamente a razão de tempo alocado aos subsistemas de antena de enlace de usuário correspondentes.

[0266] Embora o exemplo anterior ilustre duas áreas de cobertura de usuário dimensionadas de modo similar, outras quantidades de áreas de cobertura de usuário podem ser fornecidas (por exemplo, três ou mais) e podem ser de tamanhos diferentes (por exemplo, área de cobertura terrestre, apenas EUA continental, apenas os EUA, apenas regional etc.). Nos casos com múltiplas áreas de cobertura de usuário 3460, as áreas de cobertura de usuário 3460 podem ter qualquer relação geográfica adequada. Em alguns casos, uma primeira e uma segunda áreas de cobertura de usuário 3460 se sobrepõem parcialmente (por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 48A e 48B). Em outros casos, uma segunda área de cobertura de usuário 3460 pode ser um subconjunto de uma primeira área de cobertura de usuário 3460 (por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 45 e 46). Em outros casos, a primeira e a segunda áreas de cobertura de usuário não se sobrepõem (por exemplo, são distintas).

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179/188 [0267] As Figuras 47A e 47B descrevem a seleção de trajetórias de sinais no lado de enlace de usuário. Entretanto, alternativa ou adicionalmente, alguns casos incluem chaveamento de trajetória de sinal no lado do enlace de alimentador. A Figura 49 mostra uma trajetória de sinal de envio 4200 exemplificadora com ativação seletiva de múltiplos subsistemas de antena de enlace de usuário 3420 e múltiplos subsistemas de antena de enlace de alimentador 3410. A trajetória de sinal tem um transponder de enlace de envio 3430 acoplado entre elementos de antena constituintes. Conforme descrito acima, o transponder de enlace de envio 3430 pode incluir alguns ou todos os LNAs 3705, conversores de frequência e filtros associados 3710, amplificadores de canal 3715, deslocadores de fase 3720, amplificadores de potência 3725 e filtros de harmônicas 3730. O lado de entrada do transponder de enlace de envio 3430 é seletivamente acoplado a um dentre dois elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador 3416 (por exemplo, com o uso das chaves 4010a e 4010b, ou de qualquer outro meio adequado de seleção de trajetória). Cada elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 pode fazer parte de um subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 separado (por exemplo, cada um é parte de um arranjo separado de elementos de recepção constituintes de enlace de alimentador cooperantes 3416). O lado de saída do transponder de enlace de envio 3430 é seletivamente acoplado a um dentre dois elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário 3429 (por exemplo, com o uso das chaves 4010c e 4010d, ou de qualquer outro meio adequado de seleção de trajetória). Cada elemento de transmissão constituinte de enlace de usuário 3429 pode

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180/188 fazer parte de um subsistema de antena de enlace de usuário 3420 separado (por exemplo, cada um é parte de um arranjo separado de elementos de transmissão constituintes de enlace de usuário cooperantes 342 9) . Um ou mais controladores de chaveamento (não mostrados) podem ser incluídos em uma estação de retransmissão ponto a ponto 3403 para a seleção de algumas ou todas as quatro possíveis trajetórias de sinais habilitadas pelo transponder de enlace de envio 3430. Os transponders das Figuras 47A, 47B e 49 destinam-se a ilustrar apenas alguns dentre muitos casos possíveis. Adicionalmente, alguns casos podem incluir a seleção de trajetória entre mais de dois subsistemas de antena de enlace de usuário 3420 e/ou mais de dois subsistemas de antena de enlace de alimentador 3410. De modo similar, a seleção de trajetória adicional pode ser incluída em casos onde o subsistema de antena de enlace de usuário 3420 e/ou o elemento de recepção constituinte de enlace de alimentador 3416 têm refletores de transmissão e de recepção separados, ou similares.

[0268] De modo similar, múltiplas áreas de cobertura de AN podem também ser fornecidas. Como um exemplo, pode ser desejável que o tráfego de regiões geográficas específicas termine em suas respectivas regiões. Por exemplo, uma estação de retransmissão ponto a ponto 3403 com ou sem transponders pareados, como aqueles ilustrados na Figura 49, pode atender uma primeira área de cobertura de AN 3450 e uma primeira área de cobertura de usuário 3460, ambas na América do Norte, e uma segunda área de cobertura de AN 3450 e uma segunda área de cobertura de usuário 3460, ambas na América do Sul. Com o uso da seleção de trajetória (por exemplo, chaveamento) nos transponders, uma única estação de

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181/188 retransmissão ponto a ponto 3403 (por exemplo, um único satélite) pode atender o tráfego associado à área de cobertura de usuário 3460 na América do Norte utilizando os ANs 515 na área de cobertura de AN 3450 na América do Norte, e atender o tráfego associado à área de cobertura de usuário 3460 usando os ANs 515 na área de cobertura de AN 3450 na América do Sul. A capacidade pode ser alocada de modo flexível a várias regiões (por exemplo, entre as áreas de cobertura de usuário na América do Norte e na América do Sul) ajustando-se dinamicamente a razão de tempo alocado aos subsistemas de antena correspondentes.

[0269] Em geral, os recursos da estação de retransmissão ponto a ponto 3403 descritos na Figura 41 possibilitam o atendimento de ao menos uma área de cobertura de feixes de usuário 519 distinta de ao menos uma área de cobertura de AN 3450. Em alguns casos, o atendimento a áreas de cobertura distintas pode possibilitar o uso de parques de ANs para fornecer alta capacidade a uma grande área de cobertura de usuário 3460. As Figuras 45, 46, 48A e 48B mostram vários exemplos de tais implementações de parques de ANs. O posicionamento de um grande número de ANs 515 em uma área geográfica relativamente pequena pode fornecer vários recursos. Por exemplo, pode ser mais fácil assegurar que mais (ou mesmo todos) ANs 515 sejam instalados mais próximo de uma rede de alta velocidade (por exemplo, em uma região com boa conectividade de fibra de volta ao SPC 505), dentro dos limites de um único país ou região, em terra etc., com menos desvios em relação a uma distribuição ideal de ANs 515. A implementação de atendimento a áreas de cobertura distintas com a seleção de trajetória (por exemplo, conforme mostrado

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182/188 nas Figuras 47A e 47B) pode fornecer recursos adicionais. Por exemplo, conforme descrito acima, um único parque de ANs (e uma única estação de retransmissão ponto a ponto 3403) pode ser usado para atender seletivamente múltiplas áreas de cobertura de usuário 3460. De modo similar, uma única estação de retransmissão ponto a ponto 3403 pode ser usada para distinguir e atender o tráfego por região.

[0270] Em alguns casos, o atendimento a áreas de cobertura distintas com a seleção de trajetória pode fornecer vários recursos de gerenciamento de interferência e/ou de capacidade. Por exemplo, novamente com referência às Figuras 48A e 48B, quatro categorias de enlaces de comunicação podem ser consideradas: comunicações de enlace de envio a partir do parque de ANs para a área de cobertura de usuário ocidental ativa 3460 da Figura 48A (Enlace A”); comunicações de enlace de envio a partir do parque de ANs para a área de cobertura de usuário oriental ativa 3460 da Figura 48B (Enlace B”); comunicações de enlace de retorno a partir da área de cobertura de usuário ocidental ativa 3460 da Figura 48A para o parque de ANs (Enlace C”); e comunicações de enlace de retorno a partir da área de cobertura de usuário oriental ativa 3460 da Figura 48B para o parque de ANs (Enlace D”). Em um primeiro intervalo de

tempo,	a área de cobertura de	usuário	oriental 3460	da
Figura	48B	está ativa,	de modo	que	as	comunicações	são
feitas	pelo	Enlace	B e	o Enlace	D.	Como há superposição
total	entre	a área	de	cobertura	de	AN	3450 e a área	de

cobertura de usuário oriental 3460, potencialmente existe interferência nos Enlaces B e D. Consequentemente, durante o primeiro intervalo de tempo, ao Enlace B pode ser alocada

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183/188 uma primeira porção da largura de banda (por exemplo, 2 GHz), e ao Enlace D pode ser alocada uma segunda porção da largura de banda (por exemplo, 1,5 GHz) . Em um segundo intervalo de tempo, a área de cobertura de usuário ocidental 3460 da Figura 48A está ativa, de modo que as comunicações

são feitas	pelo	Enlace	A e o Enlace	C.	Como	não	há
superposição	entre a área	de cobertura de	AN	3450 e	a	área
de cobertura	de	usuário	ocidental 3460,	o	Enlace	A	e o
Enlace C podem	usar a	largura de banda	completa	(por

exemplo, 3,5 GHz) da estação de retransmissão ponto a ponto 3403 durante o segundo intervalo de tempo. Por exemplo, durante o primeiro intervalo de tempo, os sinais de enlace ascendente de envio podem ser recebidos com o uso de uma primeira faixa de frequências, e os sinais de enlace ascendente de retorno podem ser recebidos com o uso de uma segunda faixa de frequências diferente da primeira faixa de frequências; e durante o segundo intervalo de tempo, os sinais de enlace ascendente de envio e os sinais de enlace ascendente de retorno podem ser recebidos com o uso de uma mesma faixa de frequências (por exemplo, a primeira, a segunda, ou outra faixa de frequências). Em alguns casos, pode haver reutilização de frequência durante o primeiro e o segundo intervalos de tempo, com o uso de outras técnicas de mitigação de interferência durante o primeiro intervalo de tempo. Em alguns casos, a temporização de seleção de trajetória pode ser selecionada para compensar essa diferença na distribuição de largura de banda durante intervalos de tempo diferentes. Por exemplo, o primeiro intervalo de tempo pode ser mais longo que o segundo intervalo de tempo, de modo que aos Enlaces B e D seja

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184/188 alocada menos largura de banda por mais tempo para compensar, ao menos parcialmente, a alocação de mais largura de banda aos Enlaces A e C por um tempo mais curto.

[0271] Em alguns casos, primeiros sinais de enlace ascendente de retorno são recebidos durante o primeiro intervalo de tempo pela pluralidade de elementos de recepção constituintes de enlace de usuário cooperantes 3426a a partir de uma primeira porção da pluralidade de terminais de usuário 517 distribuídos geograficamente sobre parte ou toda uma primeira área de cobertura de usuário (por exemplo, a área de cobertura de usuário oriental 3460), e segundos sinais de enlace ascendente de retorno são recebidos durante o segundo intervalo de tempo pela pluralidade de elementos de recepção constituintes de enlace de usuário cooperantes 3426b a partir de uma segunda porção da pluralidade de terminais de usuário 517 distribuídos geograficamente sobre parte ou toda uma segunda área de cobertura de usuário (por exemplo, a área de cobertura de usuário ocidental 3460). Quando a área de cobertura de AN 3450 (o parque de ANs) é um subconjunto da primeira área de cobertura de usuário (por exemplo, conforme ilustrado nas Figuras 48A e 48B), a temporização de AN pode ser calibrada com a estação de retransmissão ponto a ponto 3403 durante o primeiro intervalo de tempo (por exemplo, quando há superposição entre a área de cobertura de usuário 3460 e a área de cobertura de AN 3450).

[0272] Conforme descrito acima, alguns casos podem incluir a determinação de um respectivo ajuste de temporização relativa para cada um dentre a pluralidade de ANs 515, de modo que as transmissões associadas a partir da pluralidade de ANs 515 alcancem a estação de retransmissão

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185/188 ponto a ponto 3403 em sincronia (por exemplo, com temporização suficientemente coordenada em relação à duração de símbolo, que é tipicamente uma fração da duração de símbolo, como 10%, 5%, 2% ou outro valor adequado). Nesses casos, os sinais de enlace ascendente de envio são transmitidos pela pluralidade de ANs 515 de acordo com os respectivos ajustes de temporização relativa. Em alguns desses casos, um sinal de radiofarol de sincronização (por exemplo, a sinal PN gerado por um gerador de sinais de radiofarol, conforme descrito acima) é recebido por ao menos alguns dentre a pluralidade de ANs 515 a partir da estação de retransmissão ponto a ponto 3403, e a determinação dos respectivos ajustes de temporização relativa é feita com base no sinal de radiofarol de sincronização. Em outros casos, alguns ou todos os ANs 515 podem receber transmissões loopback a partir da estação de retransmissão ponto a ponto 3403, e os respectivos ajustes de temporização relativa são determinados de acordo com as transmissões loopback. As várias abordagens de calibração dos ANs 515 podem depender da capacidade dos ANs 515 de comunicar com a estação de retransmissão ponto a ponto 3403. Consequentemente, em alguns casos, os ANs 515 podem ser calibrados apenas durante intervalos de tempo nos quais áreas de cobertura adequadas são iluminadas. Por exemplo, as transmissões loopback podem ser usadas apenas em intervalos de tempo nos quais existe alguma superposição entre a área de cobertura de AN 3450 e a área de cobertura de usuário 3460 (por exemplo, os ANs 515 se comunicam por um feixe loopback que pode usar um subsistema de antena de enlace de alimentador 3410 e um subsistema de antena de

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186/188 enlace de usuário 3420 da estação de retransmissão ponto a ponto 3403) . Em alguns casos, a calibração adequada pode depender ainda de alguma superposição entre a faixa de frequências de enlace descendente de alimentador e a faixa de frequências de enlace descendente de usuário.

CONCLUSÃO [0273] Embora o método e aparelho apresentados sejam descritos acima em termos de vários exemplos, casos e implementações, deve-se compreender que os recursos, aspectos e funcionalidade específicos descritos em um ou mais dos exemplos individuais podem ser aplicados a outros exemplos. Dessa forma, a amplitude e o escopo da invenção reivindicada

não são limitados por	nenhum	dentre os exemplos	aqui
fornecidos, mas são,	em vez	disso,	definidos	pelas
reivindicações.
[0274] Os	termos	e frases	usados	neste
documento, e variações	dos mesmos, salvo	se expressamente

indicado de modo contrário, devem ser interpretados como termos e frases não limitados ao invés de limitados. Como exemplos do que foi mencionado anteriormente: o termo incluindo é usado com o significado de inclusive, sem limitação” ou similar; o termo exemplo é usado para fornecer exemplos de instâncias do item em discussão, não uma lista completa ou limitadora dos mesmos; o termo um ou uma significa ao menos um(a), um(a) ou mais, ou similares.

[0275] Ao longo de todo este relatório descritivo, o termo acoplar ou acoplado é usado para se referir amplamente à conexão física ou elétrica (inclusive sem fio) entre componentes. Em alguns casos, um primeiro

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187/188 componente pode ser acoplado a um segundo componente através de um terceiro componente intermediário disposto entre o primeiro e o segundo componentes. Por exemplo, os componentes podem ser acoplados através de conexões diretas, redes de adaptação de impedâncias, amplificadores, atenuadores, filtros, blocos de corrente contínua, blocos de corrente alternada etc.

[0276] Um grupo de itens ligados pela conjunção e significa que nem todo e qualquer um de tais itens precisa estar presente no grupo, mas que, ao invés disso, inclui todo ou qualquer subconjunto de todos os itens, salvo se expressamente indicado em contrário. De modo similar, um grupo de itens ligados pela conjunção ou não exige exclusividade mútua entre os elementos do grupo, mas que, ao invés disso, inclui todo ou qualquer subconjunto de todos os itens, salvo se expressamente indicado em contrário. Adicionalmente, embora os itens, elementos ou componentes do método e aparelho apresentados possam ser descritos ou reivindicados no singular, o plural também está contemplado dentro do escopo dos mesmos, exceto se for indicada expressamente uma limitação ao singular.

[0277] A presença de palavras e frases de sentido de ampliação como um(a) ou mais, ao menos, ou outras frases similares em algumas instâncias não significa que o caso mais estreito é pretendido ou exigido em casos onde tais frases de sentido de ampliação possam estar ausentes.

[0278] Embora sinais de referência possam ser incluídos nas reivindicações, eles são fornecidos com a única função de tornar as reivindicações mais fáceis de entender, e

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188/188 a inclusão (ou omissão) de sinais de referência não deve ser vista como limitadora da extensão da matéria protegida pelas reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO DE COMUNICAÇÃO EM UM NÓ DE ACESSO (515) DE UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO, que compreende uma pluralidade de nós de acesso em locais geograficamente distribuídos que fornece um serviço de comunicação para terminais de usuário (517) distribuídos sobre múltiplas áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno (519) através de uma estação de retransmissão ponto a ponto (503, 1202, 1502, 3403) que compreende múltiplas trajetórias de sinais de recepção/transmissão de retorno (1702), sendo o método caracterizado por compreender:

receber um sinal de enlace descendente de retorno (527) que compreende um sinal de retorno compósito (907) e um sinal de radiofarol da estação de retransmissão a partir da estação de retransmissão ponto a ponto, sendo que o sinal de retorno compósito compreende sinais de enlace ascendente de retorno (525) provenientes de uma pluralidade dos terminais de usuário retransmitidos pela estação de retransmissão ponto a ponto;

demodular o sinal de radiofarol da estação de retransmissão para obter informações de temporização de recepção (2520);

multiplexar o sinal de retorno compósito com as informações de temporização de recepção para obter um sinal de retorno compósito multiplexado; e enviar o sinal de retorno compósito multiplexado para um formador de feixes de retorno (531).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela demodulação compreender determinar um ajuste de temporização de recepção (2512, 2513) e um ajuste

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2/7 de fase de recepção (2512, 2514) para compensar a degradação de canal de enlace descendente com base, ao menos em parte, em uma comparação do sinal de radiofarol da estação de retransmissão com um sinal de referência local.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender adicionalmente ajustar a temporização do sinal de retorno compósito com base no ajuste de temporização de recepção.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado por compreender adicionalmente ajustar uma fase do sinal de retorno compósito com base no ajuste de fase de recepção.
5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo sinal de retorno compósito multiplexado compreender uma pluralidade de subconjuntos de amostras por domínio do tempo.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender adicionalmente intercalar amostras do sinal de retorno compósito multiplexado na pluralidade de subconjuntos de amostras por domínio do tempo.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo sinal de radiofarol da estação de retransmissão compreender um código de pseudorruído (PN) (2307).
8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo sinal de radiofarol da estação de retransmissão compreender informações de temporização de quadro.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo sinal de radiofarol

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3/7 da estação de retransmissão compreender uma pluralidade de sinais em uma pluralidade de sub-bandas.
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo sinal de retorno compósito compreender um sinal circularmente polarizado e o sinal de radiofarol da estação de retransmissão compreende um sinal linearmente polarizado.
11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo sistema de comunicação ter um primeiro número dos nós de acesso, e a estação de retransmissão ponto a ponto tem um segundo número das trajetórias de sinais de recepção/transmissão de retorno, sendo que o primeiro número é diferente do segundo número.
12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo primeiro número ser maior que o segundo número.
13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pela estação de retransmissão ponto a ponto ser um satélite.
14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo sinal de retorno compósito compreender uma pluralidade de sinais em diferentes sub-bandas de frequência.
15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelas múltiplas áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno compreenderem uma pluralidade de subconjuntos de áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno associados às diferentes sub-bandas de frequência.
16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por cada um da pluralidade de subconjuntos de

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4/7 áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno compreender uma pluralidade de áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno não sobrepostas.
17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado por uma largura de banda para cada uma das diferentes sub-bandas de frequência ser maior que ou igual a 500 mega-hertz.
18. NÓ DE ACESSO (515) PARA COMUNICAÇÃO EM UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO, que compreende uma pluralidade de nós de acesso em locais geograficamente distribuídos que fornece um serviço de comunicação para terminais de usuário (517) distribuídos sobre múltiplas áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno (519) através de uma estação de retransmissão ponto a ponto (503, 1202, 1502, 3403) que compreende múltiplas trajetórias de sinais de recepção/transmissão de retorno (1702), sendo o nó de acesso caracterizado por compreender:

um receptor (4002) que recebe um sinal de enlace descendente de retorno (527) a partir da estação de retransmissão ponto a ponto, sendo que o sinal de enlace descendente de retorno compreende um sinal de radiofarol da estação de retransmissão, e sinais de enlace ascendente de retorno (525) a partir de uma pluralidade dos terminais de usuário retransmitidos pela estação de retransmissão ponto a ponto, para formar um sinal de retorno compósito (907);

um demodulador de sinal de radiofarol da estação de retransmissão (2511) que demodula o sinal de radiofarol da estação de retransmissão para obter informações de temporização de retransmissão (2520);

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5/7 um multiplexador (2518, 4004) que multiplexa o sinal de retorno compósito com as informações de temporização de retransmissão para obter um sinal de retorno compósito multiplexado; e uma interface de sinal (2415, 4006) que envia o sinal de retorno compósito multiplexado para um formador de feixes de retorno (531) .
19. NÓ DE ACESSO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo demodulador de sinal de radiofarol da estação de retransmissão comparar o sinal de radiofarol da estação de retransmissão com um sinal de referência local para obter um ajuste de temporização de recepção (2512, 2513) e um ajuste de fase de recepção (2512, 2514) para compensar a degradação de canal de enlace descendente.
20. NÓ DE ACESSO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por compreender adicionalmente um ajustador de temporização (4024, 2515) que ajusta a temporização do sinal de retorno compósito com base no ajuste de temporização de recepção.
21. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 ou 20, caracterizado por compreender adicionalmente um ajustador de fase (4024, 2517) que ajusta uma fase do sinal de retorno compósito com base no ajuste de fase de recepção.
22. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado pelo sinal de retorno compósito multiplexado compreender uma pluralidade de subconjuntos de amostras por domínio do tempo.
23. NÓ DE ACESSO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por compreender adicionalmente um intercalador

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6/7 (4044) que intercala amostras do sinal de retorno compósito

multiplexado na pluralidade de subconjuntos de amostras por domínio do tempo . 24. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 23, caracterizado pelo sinal de

radiofarol da estação de retransmissão compreender um código de pseudorruído (PN) (23 07) .
25. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 24, caracterizado pelo sinal de radiofarol da estação de retransmissão compreender informações de temporização de quadro.

26 . NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 25, caracterizado pelo sinal de radiofarol da estação de retransmissão compreender uma pluralidade de sinais em uma pluralidade de sub-bandas. 27. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 26, caracterizado pelo sinal de retorno

compósito compreender um sinal circularmente polarizado e o sinal de radiofarol da estação de retransmissão compreende um sinal linearmente polarizado.
28. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 27, caracterizado pelo sistema de comunicação ter um primeiro número dos nós de acesso, e a estação de retransmissão ponto a ponto ter um segundo número das trajetórias de sinais de recepção/transmissão de retorno, sendo que o primeiro número é diferente do segundo número.
29. NÓ DE ACESSO, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo primeiro número ser maior que o segundo número.

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7/7
30. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 29, caracterizado pela estação de retransmissão ponto a ponto ser um satélite.
31. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 30, caracterizado pelo sinal de retorno compósito compreender uma pluralidade de sinais em diferentes sub-bandas de frequência.
32. NÓ DE ACESSO, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelas múltiplas áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno compreenderem uma pluralidade de subconjuntos de áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno associados às diferentes sub-bandas de frequência.
33. NÓ DE ACESSO, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado por cada um da pluralidade de subconjuntos de áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno compreender uma pluralidade de áreas de cobertura de feixes de usuário de retorno não sobrepostas.
34. NÓ DE ACESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 31 a 33, caracterizado por uma largura de banda para cada uma das diferentes sub-bandas de frequência ser maior que ou igual a 500 mega-hertz.