CN110089049B

CN110089049B - 使用相互同步的空间复用馈线链路的地基波束形成通信

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Publication number: CN110089049B
Application number: CN201780064547.XA
Authority: CN
Inventors: 肯尼思·布尔; 查尔斯·帕特罗斯; 威廉·罗尔斯顿
Original assignee: Wilsett
Current assignee: Wilsett
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: JP6877539B2; EP3529917B1; IL266088B; ES2856184T3; RU2740150C2; CO2019004209A2; US10887003B2; CN110089049A; ES2912560T3; AU2017345760A1; BR112019007888A2; KR20190067178A; PE20190846A1; EP3664316B1; ZA201903106B; WO2018075962A1; AU2022202663B2; RU2019112935A; AU2022202663A1; AU2017345760B2

Abstract

实施例提供在无线通信系统中使用相互同步的空间复用网关进行的地基波束形成。一些实施例在一种卫星的情况下操作，该卫星具有与多个地理上分布的网关终端(例如，每束单网关)通信的聚焦波束馈线天线，以及用户天线，该用户天线提供通过形成的用户波束与用户终端的通信。网关终端可以传送经过波束加权和相互相位同步(例如根据卫星和/或环回信标)的馈线信号。例如，同步可使得前向上行链路信号能够被卫星相位同步地接收，并且波束加权可使得前向下行链路信号能够空间上组合以形成前向用户波束。实施例可以通过馈线链路通信的相互同步的空间复用来实现广泛的带宽重用。

Description

使用相互同步的空间复用馈线链路的地基波束形成通信

技术领域

实施例一般涉及通信系统，更具体地，涉及提供使用相互同步的空间复用馈线链路的地基波束形成(ground-based beamforming)。

背景技术

在无线通信系统中(例如卫星通信系统)中，数据可以通过无线中继从一个位置传送到另一位置。例如，在卫星通信系统中，数据可以通过卫星在网关和用户终端之间传送。通常期望增加通信系统的容量。一些增加容量的方法涉及增加功率，但这些方法可能有各种限制。例如，功率增长可能受限于功率预算(例如系统部件的实际功率限制等)和/或受限于调节性约束(例如最大允许传输功率等)，而功率的增长可对容量有不成比例地小的影响(例如接近香农限操作时接着对数增益)。一些其他方法涉及增加带宽(例如通过更大频率重用，因为频谱分配一般是固定和有限的)。然而，增加带宽重用通常涉及增加服务地面终端的波束数量和减小的波束大小。减小的波束大小带来了一些挑战，例如卫星和/或地面终端的大小、重量、复杂性、成本等增加；卫星中的天线指向和姿势控制所需的准确度增加；等等。小的波束大小还带来关乎匹配所提供的系统容量(例如，向每个波束提供相等的份额)和需求(通过在用户覆盖区域上非常不均匀地分布)方面的挑战。

这些顾虑中的其中一些可以通过使用星载(on-board)波束形成阵列和硬件等技术的某种应用解决，但这些技术可进一步增加卫星的大小、重量、成本和复杂性。降低卫星星载复杂性同时保持星载波束形成的某些特征的一种方法是将复杂性转移到地面。所谓“地基波束形成”(GBBF)方法可以是有效的，但实施方式倾向聚焦于较低带宽的情况(例如，为L频段载波频率而提供几MHz的用户链路带宽)。常规GBBF具有馈线带宽扩展问题，因为所需的馈线链路带宽是用户链路带宽的倍数，而倍赠因子与用户链路阵列提供的天线元件的数量有关。因此，例如，为了提供具有100个元素的用户链路波束形成阵列的1GHz的用户带宽(例如在Ka频段)，可能需要100GHz的馈线链路带宽。带宽扩展问题可能阻碍传统GBBF在高容量卫星系统中的实际应用。

EP 1303927 A2公开了一种卫星通信系统，其使用多个地面站和一个或多个卫星在移动订户与地基通信网络(例如PSTN或因特网)之间进行通信。

WO 2017/124004 A1公开了用於使用与用户覆盖区域不同的接入节点群集的无线通信系统中的端到端波束形成的技术。

发明内容

其中，描述了提供在无线通信系统中使用相互同步的空间复用网关进行地基波束形成的系统和方法。一些实施例在一种卫星通信系统的情况下操作，该卫星通信系统具有多个地理上分布的网关终端，其通过卫星与大量用户终端通信。卫星可包括与地理上分布的网关终端(例如每束单网关)通信的聚焦波束馈线天线，以及用户天线，该用户天线服务具有所形成的用户波束的多个覆盖区域中的用户终端。网关终端可以传送经过波束加权和相互相位同步(例如根据卫星和/或环回信标)的前向信号，使得由卫星接收的前向上行链路信号是相位相干的。波束加权使得由卫星中继(例如发射)的信号空间上组合以形成用户波束。实施例可以通过馈线链路信号的空间复用来实现广泛的频率重用。例如，一些实施方式使用非常窄的馈线波束(例如具有大的卫星天线孔径)，具有相同频段的频率重用，以实现空间复用。一些实施方式通过利用每个网关多个极点、每个网关多个频率子范围和/或其他技术来进一步增加通信系统的容量和/或进一步减少网关的数量。

附图说明

本公开结合了附图来描述：

图1示出了根据各种实施例的使用相互同步的空间复用馈线链路(MSSMFL)提供地基波束形成的说明性卫星通信系统；

图2示出了根据各种实施例的实现前向链路通信的说明性卫星通信系统；

图3示出了根据各种实施例的实现返回链路通信的说明性卫星通信系统；

图4示出了根据各种实施例的提供MSSMFL的说明性卫星系统的框图；

图5示出了根据各种实施例的用于环回信标信令的说明性环回通路的框图；

图6示出了根据各种实施例的卫星信标子系统的框图；

图7示出了根据各种实施例的提供MSSMFL的说明性卫星通信系统；

图8示出了根据各种实施例的提供MSSMFL的另一个说明性卫星通信系统；

图9示出了根据各种实施例的使用多个极化方向提供MSSMFL的说明性卫星系统的框图；

图10示出了根据各种实施例的使用多个频率子范围提供MSSMFL的说明性卫星系统的框图；

图11示出了根据各种实施例的在卫星通信系统中使用MSSMFL进行地基波束形成的说明性方法的流程图；

图12示出了相对于方位角和仰角绘制的说明性馈线反射器的馈线链路天线方向图。

图13示出了在卫星上实现的说明性校准系统的框图，该系统用于帮助进行馈线链路天线方向图损伤的前向链路测量；

图14示出了在卫星上实现的说明性校准系统的框图，该系统用于帮助进行馈线链路天线方向图损伤的返回链路测量；和

图15示出了包括说明性串扰消除器的说明性馈线天线方向图损伤补偿环境的框图。

在附图中，类似的部件和/或特征可以具有相同的参考标号。此外，可以通过在参考标号之后使用区分相似部件的第二标号，从而区分相同类型的各种部件。如果在说明书中仅使用第一参考标号，则该描述适用于具有相同第一参考标号的任何一个相似部件，而不考虑第二参考标号。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员应该理解，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。在一些情况下，未详细示出电路、结构和技术，以免模糊本发明。

本文所述的实施例包括提供在无线通信系统中使用相互同步的空间复用网关(在本文中称为相互同步的空间复用馈线链路，或MSSMFL)进行地基波束形成的新技术。一些这样的技术包括在通信系统的地面部分中相互相位同步和波束加权空间复用的馈线链路信号。例如，在前向方向上，聚焦的馈线波束可用于在卫星(例如，或任何其他合适的无线通信中继)接收相互相位同步和波束加权、空间复用的前向上行链路信号。卫星可以使用天线阵列来中继相互相位同步的信号，使得根据信号的波束加权形成用户波束。由于馈线波束是聚焦的，因此它们可以被指向不同的(空间上分离的)区域，允许馈线链路重复使用相同的频段。因此，这种所得频率重用避免了传统地基波束形成的带宽扩展问题。因此，本文所述的具有MSSMFL的新型地基波束形成可以促进高吞吐量卫星通信系统(例如提供每秒1兆兆位(terabit)或更高吞吐量的系统)的实施。

参照图1，示出了根据各种实施例的提供MSSMFL的说明性卫星通信系统100。如图所示，卫星通信系统100包括与多个(M个)网关终端130和多个用户终端165通信的卫星140。卫星140可以实现为弯管(例如非处理的)地球同步(GEO)通信卫星。替代地，卫星140可以实现为本文所述的任何其他合适的卫星或无线通信中继。网关终端130是地理上分布的，并通过聚焦的馈线波束与卫星通信。例如，网关终端130设置在至少两个馈线波束中，而不会彼此重叠(例如作为每个网关终端130单个点波束，或任何其他合适的实施方式)。M个网关终端130全部以相同的载波频率操作。然而，应当注意，对于本文所述的相互同步的网关，可能存在网关由于容差、周跳(cycle slip)、相位/频率噪声和短期同步丢失而不以完全相同的载波频率操作的短暂时间段。此外，网关可以以不同的频率同时发射多个载波。然而，对于多个载波的传输，由卫星波束形成的任何单独载波将由每个网关以相同的频率发射。因此，在不改变本发明的范围的情况下，可以说网关以基本上相同的频率发射。用户终端165设置在与一个或多个形成(例如使用卫星140上的波束形成天线元件而形成)的用户波束相关联的一个或多个用户波束覆盖区域160中。

网关终端130与其他地面部分部件通信，其可以通过相位同步馈线链路信号与波束形成的用户链路信号的地基协调来允许MSSMFL。如图所示，馈线链路调制解调器103可以与数字数据网络101(例如因特网等)通信。馈线链路调制解调器103可以在数字数据网络101业务和与用户波束覆盖区域160相关联的数据流105之间进行转换。例如，K个数据流105可以与去往和来自K个用户波束覆盖区域160的业务相关联(对应于K个形成的用户波束)。

馈线链路调制解调器103可以与前向和/或返回波束形成器110耦合，而前向和/或返回波束形成器110可以与网关终端130通信。例如，每个网关终端130包括通过分布网络120(例如因特网回程网络或任何其他合适的网络)与前向和/或返回波束形成器110通信的通信链路。前向和/或返回波束形成器110的实施例可以分别将前向和/或返回波束权重应用于前向和/或返回信号。例如，在前向方向上，前向和/或返回波束形成器110可以从K个数据流105生成波束加权的前向信号，其可以被传送到网关终端130。在返回方向上，前向和/或返回波束形成器110可以从从网关终端130接收的返回信号生成K个数据流105。

在一些实施方式中，前向和/或返回波束形成器110对用户波束的波束形成是自适应的。例如，反馈用于随时间自适应地计算前向和/或返回波束权重，从而使用户波束波束形成适应于反馈。这种适应可以倾向于补偿各类型的非理想因素，例如卫星姿态的改变、卫星反射器的改变(例如弯曲等)，和/或其他波束指向误差源。在某些实施方式中，用户波束波束形成是非自适应的。例如，在卫星姿态被良好控制并且已知期望的用户波束的空间分布的情况下，前向和/或返回波束形成器110可以应用预先计算的波束权重来形成期望的用户波束。一些这样的实施方式可以是完全非自适应的，而其他这样的实施方式可以是部分自适应的(例如，一些自适应环可以用于根据需要解决某些非理想因素)。在各种实施方式中，自适应和非自适应波束形成可用于支持固定或动态用户波束生成(例如，固定或动态的用户波束大小、用户波束位置和/或其他用户波束特性)。例如，自适应固定方法可以使用自适应波束形成来在卫星姿态改变的情况下维持用户波束位置，同时使用固定波束位置。自适应动态方法还可以响应于业务需求的变化而改变波束大小和/或位置，并且非自适应动态方法可以在不同时隙中逐一使用预先计算的波束权重，以生成不同大小和/或位置的用户波束。

网关终端130还与同步子系统125通信。同步子系统125的实施例可以相互相位同步来自网关终端130的上行链路信号，使得上行链路信号将被卫星140以相位同步方式接收。例如，同步子系统125可以同步来自每个网关终端130的上行链路信号的载波相位，以消除每个网关终端130和卫星140之间的路径延迟差异(例如，网关终端130的地理分布产生每个网关终端130和卫星之间的不同距离)。一些实施例可以进一步使信号时间同步，例如，对齐来自不同网关终端130的传输之间符号边界(symbol boundary)。例如，这可以有助支持对数据流的调制和/或编码的动态改变(例如mod码的改变)，这可以影响符号持续时间和/或其他参数。

同步子系统125可以以任何合适方式实现。在一些实施方式中，每个网关终端130包括同步子系统125的本地实例或与其耦合。在其他实施方式中，一些或所有网关终端130可以共享同步子系统125的实例(例如单个、集中式实例)。例如，共享的同步子系统125可以使其本身(或单个网关终端130)与卫星140同步，并且可以进一步相应地同步多个其他共享网关终端130。如下文更全面描述的，可以使用各种技术来执行与同步子系统125的各种类型的同步。例如，卫星140可以发射可由同步子系统125(通过一些或所有网关终端130)接收的信标信号；并且同步子系统125(例如，在每个网关终端130的同步子系统125的每个实例)可以发射环回信标信号。同步子系统125可以使卫星信标和环回信标同步，以允许馈线链路信号的相互相位同步。

图2示出了根据各种实施例的实现前向链路通信的说明性卫星通信系统200。卫星通信系统200可以是参照图1所述的卫星通信系统100的实施方式。如图所示，卫星140提供多个(M个)地理上分布的网关终端130和至少一个用户波束覆盖区域(对应于前向用户波束260)中的多个用户终端165之间的通信。卫星140包括馈线天线子系统230和用户天线子系统250。馈线天线子系统230包括多个聚焦波束天线元件(FAE)243，每个照射各自的聚焦馈线波束。馈线链路可以以每束单个网关、每束一组网关，和/或以通过空间复用允许带宽重用的任何其他合适的方式操作。另外，在一些情况下，可以使用多个天线元件实现单个波束。用户天线子系统250包括波束形成天线元件(BAE)247的阵列，其可形成一个或多个用户波束(例如前向用户波束260)，用于与设置在这些用户波束的覆盖区域中的用户终端165通信。应当注意，由于系统是地基波束形成系统，所以BAE中不需要包括相位分量，因为BAE发射的信号的相位由对应的FAE接收的信号的相位关系控制，如下文进一步解释。馈线天线子系统230和用户天线子系统250可以以各种方式实现。在一个实施方式中，馈线天线子系统230和/或用户天线子系统250被实现为直接辐射阵列(例如，用户天线子系统250可以包括两米直接辐射阵列)。在另一实施方式中，馈线天线子系统230和/或用户天线子系统250用独立的发射天线和接收天线实现。一些实施方式还包括一个或多个反射器(例如阵列馈源反射器)。一个这样的实施方式包括单个反射器，其定位成使得馈线天线子系统230的馈线馈源相对于反射器聚焦，并且用户天线子系统250的用户馈源相对于反射器失焦。另一个这样的实施方式包括独立的用户反射器和馈线反射器，其例如实施成使得馈线天线子系统230的馈线馈源相对于馈线反射器聚焦，并且用户天线子系统250的用户馈源相对于用户失焦。在一个实施方式中，所述一个或多个反射器实现为二色反射器。例如，二色反射器可以包括仅影响上行链路信号的子反射器，而较高频下行链路信号穿过子反射器的表面。

卫星还包括具有多个(L个)前向链路通路245的前向中继器子系统240，其中L等于网关终端130的数量(M个)(虽然如下文解释，在一些实施例中，M可以小于L)。馈线天线系统230可以有许多方式连接到前向中继器子系统240。例如，在网关终端130的数量(M个)等于FAE 243的数量(L个)的情况下，每个FAE 243可以包括一个前向链路输出，每个与各自一个前向链路通路245的输入侧耦合。每个BAE 247可以包括与各自一个前向链路通路245的输出侧耦合的前向链路输入。在一些情况下，一个或多个FAE 243可以包括多个前向链路输出，每个与各自一个前向链路通路245的输入侧耦合。前向中继器子系统240可以具有前向上行链路频率范围和前向下行链路频率范围。在一些情况下，前向上行链路频率范围与返回上行链路频率范围重叠(例如部分或完全同延)，并且前向下行链路频率范围与返回下行链路频率范围重叠(例如馈线和用户上行链路共享第一频段和/或范围，并且馈线和用户下行链路共享第二频段和/或范围)。例如，前向上行链路信号可以由前向上行链路频率范围的FAE243接收，由耦合的前向链路通路245转换至前向下行链路频率范围，并且由耦合的BAE 247发射。如下所述，这可以使前向下行链路信号能够从波束加权、相互相位同步的前向上行链路信号生成，每个前向上行链路信号在各自一个前向链路FAE输入从对应一个地理上分布的网关终端130接收，使得前向链路BAE输出对前向下行链路信号的传输使前向下行链路信号空间上叠加以形成所述至少一个前向用户波束260。

如图所示，K个前向数据流205中的每个(例如来自馈线链路调制解调器等)包括目的地为K个前向用户波束260中各自一个的数据。通常，期望将那些前向数据流205的波束形成版本分发给M个空间上分离的网关终端130中的一些或全部。以这种方式，网关终端130可以为前向通信提供空间复用和带宽重用。前向数据流205可以由前向波束形成器210(例如图1的前向/返回波束形成器110的一部分)接收。前向波束形成器210可以将L x K个前向波束权重213应用于前向数据流205以生成L个波束加权的前向信号215。例如，前向波束形成器210包括前向数据流输入、指示与每个网关终端130相关联的波束权重213的波束权重输入；以及波束加权的前向信号输出。每个波束加权的前向信号输出可以通过分布网络120与各自一个网关终端130的波束加权的前向信号输入耦合，并且每个可以是已根据与各自一个网关终端130相关联的波束权重213而被波束加权的前向数据流输入的版本。L个波束加权的前向信号215中的每一个生成为对应于L个前向链路通路245中各自一个(并且相应地对应于L个BAE 247中各自一个)。计算前向波束权重213，使得当最终从用户天线子系统250发射加权的信号时，信号将空间上组合以形成前向用户波束260。

可以以任何合适的方式计算和应用前向波束权重213。在一些情况下，前向波束权重213存储在前向波束形成器210的前向波束权重存储中。在其他情况下，波束权重生成器是前向波束形成器210的一部分或与其耦合。前向波束权重213可以在部署卫星140之前基于模拟的通信链路特性预先计算；基于对操作卫星通信系统200的反馈和分析计算一次或多次(例如周期性地计算)；基于操作卫星通信系统200的反馈和分析自适应地调整；和/或以任何其他合适的方式计算。已知许多用于生成前向波束形成系数的技术。例如，可以全局优化多个波束的系数，以最大化所有波束的信噪比和信号干扰比之和。例如，在低信噪比下，权重可以选择为最大化信号功率，而在高信噪比下，权重可以选择为最小化内部波束干扰。

L个波束加权的前向信号215中的每一个可以(例如通过分布网络120)传送到M个网关终端130中各自一个。在很多情况下，网关终端130的数量(M个)与前向链路通路245的数量(L个)完全相同。如稍后将讨论的，L可以大于或等于M，使得M个网关终端130中的每一个可以接收L个波束加权的前向信号215中的一个或多个(对应于与每个FAE 243耦合的一个或多个前向链路通路245，每个FAE 243与各自的网关终端130相关联)。相应地，M个网关终端130可以将波束加权的前向信号215发射到卫星140作为L个前向上行链路信号235。在发射前向上行链路信号235之前，信号被相互相位同步。如上所述，网关终端130包括同步子系统125或与之通信，所述同步子系统125可以相互相位同步波束加权的前向信号215以生成前向上行链路信号235。相互相位同步使得网关终端130将波束加权的前向信号215发射到卫星140，使得前向上行链路信号235由馈线天线子系统230的FAE 243以相位同步的方式接收。例如，同步消除了每个网关终端130和卫星140之间的路径延迟差异，使得由FAE 243接收的信号具有对齐的载波相位，并且至少近似地时间同步(例如，同步至期望的通信信号符号周期的一部分内)。

因此，卫星140接收多个(L个)波束加权、相互同步的前向上行链路信号235，每个通过聚焦的馈线上行链路(例如，对应于M个网关终端130位置中的一个)接收。卫星140可以从所述多个前向上行链路信号235中对应一个生成多个波束加权、相互同步的前向下行链路信号255中的每一个。卫星140可以通过去聚焦的用户下行链路发射前向下行链路信号255，使得前向下行链路信号255空间上叠加以形成一个或多个前向用户波束260。例如，每个前向上行链路信号235可以由其中一个FAE 243接收并传递到前向链路通路245的耦合的一个，可以从其生成各自一个前向下行链路信号255(例如，通过放大和频率转换前向上行链路信号235而生成)。每个前向下行链路信号255可以传递到用户天线子系统250的BAE247的耦合的一个。BAE 247可以发射前向下行链路信号255，并且前向下行链路信号255的波束加权(例如，以及相互同步)使它们空间上组合以形成前向用户波束260。L个BAE 247中的每一个有效地发射到K个用户波束覆盖区域中的每一个，使得L个前向下行链路信号255可以在K个用户波束覆盖区域空间上组合以形成K个前向用户波束260中各自一个。

图3示出了根据各种实施例的实现返回链路通信的说明性卫星通信系统300。为了清晰起见，卫星通信系统300被示为对应于参照图2所述的卫星通信系统200，而部件使用相似或相同的参考标号标记。如上所述，卫星140提供K个用户波束覆盖区域(对应于返回用户波束360)中的多个用户终端165与M个地理上分布的网关终端130之间的通信。一些实施例可以在前向和返回方向上使用相同的馈线天线子系统230和用户天线子系统250。例如，在返回方向上，返回上行链路信号355可以由用户天线子系统250的BAE 247接收(从一些或所有返回用户波束360中的用户终端165接收)。返回中继器子系统340(其中返回链路通路345与BAE 247的返回链路输出耦合)可以从返回上行链路信号355生成返回下行链路信号335。馈线天线子系统230的FAE 243(每个的一个或多个返回链路输入与各自的返回链路通路345耦合)可以将返回下行链路信号335发射到各自的网关终端130。

在一些实施例中，K个返回上行链路信号355由L个BAE 247中的每一个接收。L个BAE 247中的每一个与L个返回链路通路345中各自一个耦合，使得生成了L个返回下行链路信号335，每个潜在地包括从K个返回用户波束360发射的信息。返回中继器子系统可以有许多方法连接到馈线天线子系统。例如，在网关终端130的数量(M个)等于FAE 243的数量(L个)的情况下，每个FAE 243可以包括一个返回链路输入，每个与各自一个返回链路通路345的输出侧耦合。在一些情况下，一个或多个FAE 243可以包括多个返回链路输入，每个与各自一个返回链路通路345的输出侧耦合(例如，如下文参照图10进一步详细描述)。因此，M个FAE 243中的每一个与L个返回链路通路345中的一个或多个耦合，使得L个返回下行链路信号335被发射到M个网关终端130。所接收的返回下行链路信号335不是波束加权的，也不是相互同步的。同步子系统125可以相互同步返回下行链路信号335(例如对齐载波相位、载波时间、符号边界等)以生成传送到返回波束形成器310的L个返回信号315(例如在通过分布网络120运输之前或之后)。从返回波束形成器310的角度来看，返回信号315可以被相互同步。例如，在一些实施例中，卫星140可以发射信标信号(例如共享的信标)，该信标信号由每个网关终端130接收，并用于相对于信标相互相位同步在网关130的返回下行链路信号335。返回波束形成器310可以将L x K个返回波束权重313应用于返回信号315，从而形成返回用户波束360(例如，应用返回波束权重313通过K个追溯形成的返回用户波束360恢复K个返回上行链路信号)。返回波束权重313可以以任何合适的方式计算和/或应用，例如，如上文参照图2中的计算和应用前向波束权重213所述。然而，在返回方向上，波束内干扰由发射终端而不是由波束形成过程生成。因此，每个波束的波束形成权重可以个别地优化。通过将L xK个返回波束权重313应用于同步的L个返回信号315，返回波束形成器310可以生成K个返回数据流305。在一些实施例中，返回数据流305可以由馈线链路调制解调器等解调，以用于通过数字数据网络(例如因特网)进行通信。

图4示出了根据各种实施例的提供MSSMFL的说明性卫星系统400的一部分的框图。卫星系统400包括多个FAE 243，每个具有前向链路输入和返回链路输出，其可以集合地称为馈线天线子系统。在一些实施例中，馈线天线系统还可以包括一个或多个馈线反射器410。例如，馈线反射器410可以与FAE 243联合使用以聚焦用于与网关终端位置通信的馈线波束。在一些实施例中，FAE 243实现为每束单馈源(SFPB)架构。根据这种架构，FAE 243包括天线馈源，并且每个天线馈源对应于单个各自一个馈线波束。一些实施方式包括大量馈线波束，使得使用SFPB架构涉及相当大量的天线馈源。天线馈源的物理大小限制可限制了天线馈源的物理密度(即，馈源可以多密集地放在馈线天线子系统中)，这有效地限制了可由SFPB架构支持的网关波束的数量。在其他实施例中，FAE 243实现为每束多馈源(MFPB)架构。根据这种架构，每个天线馈源可以与波束信号的加权集耦合，使得每个天线馈源可以在多个馈线波束之间(例如在三个天线馈源、七个天线馈源等的群集中)有效地共享。

卫星系统400还包括多个BAE 247，每个具有前向链路输出和返回链路输入，其可集合地称为用户天线子系统。在一些实施例中，用户天线系统还可包括一个或多个用户反射器430。例如，用户反射器430可以与BAE 247联合使用以与形成与如本文所述的用户波束覆盖区域相关联的前向和返回用户波束。在一些实施例中，单个反射器可用作用户反射器430和馈线反射器410。在一些实施例中，用户天线子系统可以与馈线天线子系统相同。

卫星系统400还可包括前向中继器子系统240和返回中继器子系统340。前向中继器子系统240可以具有前向上行链路频率范围和前向下行链路频率范围和多个前向链路通路，每个耦合在其中一个前向链路输入和其中一个前向链路输出之间。如图所示，FAE 243的每个前向链路输入可以与在前向上行链路频率范围操作的低噪声放大器(LNA)423耦合。每个LNA 423可以与前向频率转换器425的输入侧耦合，其可以将所接收、放大的前向上行链路信号从前向上行链路频率范围转换成前向下行链路频率范围。每个前向频率转换器425的输出侧与在前向下行链路频率范围操作的功率放大器(PA)427耦合。每个PA 427可以与各自一个BAE 247的前向链路输出耦合。每个耦合的LNA 423、前向频率转换器425和PA427可以集合地实现前向链路通路(例如图2的其中一个前向链路通路245)。如上所述，在FAE 243相位同步地接收相互相位同步、波束加权的前向上行链路信号(例如由馈线侧地面网络部件生成的)可以使前向下行链路信号也被相位同步和波束加权，使得BAE 247对前向下行链路信号的传输使前向用户波束通过前向下行链路信号的空间叠加而形成。

返回中继器子系统340可以具有返回上行链路频率范围和返回下行链路频率范围和多个返回链路通路，每个耦合在其中一个返回链路输入与其中一个返回链路输出之间。如图所示，BAE 247的每个返回链路输入可以与在返回上行链路频率范围(例如，其可以或可以不与前向上行链路频率范围重叠)操作的LNA 423耦合。每个LNA 423可以与返回频率转换器435的输入侧耦合，其可以将所接收、放大的返回上行链路信号从返回上行链路频率范围转换至返回下行链路频率范围。每个返回频率转换器435的输出侧与在返回下行链路频率范围操作的PA 427耦合。每个PA 427可以与各自一个FAE 243的返回链路输出耦合。每个耦合的LNA 423、返回频率转换器435和PA 427可以集合地实现返回链路通路(例如，图3的其中一个返回链路通路345)。在一些情况下，返回链路通路以与前向链路通路基本上相同的方式的实现，并具有基本上相同的部件。例如，前向链路通路和返回链路通路可以是弯管通路；前向链路通路和返回链路通路可以是跨频段通路(即，每个具有第一频段的输入侧和第二段的输出侧)；等等。如上所述，由地理上分布的网关终端135接收的返回下行链路信号的地基波束形成可以有效地使返回用户波束相对于所发射的返回上行链路信号而形成。

在包括独立的用户天线子系统和馈线天线子系统的实施例中，每个天线子系统可以配置(例如优化)为具有某些特性。例如，一些MSSMFL通信系统可以具有不同的用户和馈线波束覆盖区域，它们可以或可以不重叠；一些MSSMFL通信系统可以具有设置在用户波束覆盖区域中的一些或所有网关终端130；而其他MSSMFL通信系统可以具有设置在用户波束覆盖区域外的一些或所有网关终端130；等等。在这些和其他类型的实施方式中，馈线和用户天线子系统(例如反射器、天线元件等)可以被聚焦、指向和/或以其他方式配置为向不同覆盖区域提供通信服务和/或以不同方式向覆盖区域提供通信服务。例如，馈线反射器410可以配置为比用户反射器430具有更大的孔径大小，从而以较小的聚焦波束照射网关终端130。这种配置可以例如促进一些或所有网关终端130在较小地理区域中的部署(例如，相对于将网关终端130分发于较大的用户波束覆盖区域)，同时保持足够的分离以便期望的带宽重用。例如，仅位于美国大陆之内的网关终端130可用于服务分布在地球表面的较大部分(例如，从对地静止卫星可见的大约三分之一的地球)上的用户终端。

较大的馈线反射器410可能倾向于具有更多的表面失真，更易于弯曲(例如，由于反射器上的温度差等)，和/或以其他方式影响聚焦馈线波束的提供。例如，大的不可破坏的反射器具有布置为周期性结构的表面刻面(facet)和/或肋(rib)，可以在馈线天线方向图中产生旁瓣(例如，在外观上类似于栅瓣)。馈线天线方向图中的这些和/或其他损害可能导致网关终端130之间的串扰和/或其他干扰，这可以以各种方式解决。在一些实施方式中，网关终端130中的一些或全部被放置在避免网关终端130之间的干扰的位置，消除损伤的方向图。图12示出了相对于方位角和仰角绘制的说明性馈线反射器(例如馈线反射器410)的馈线链路天线方向图1200。如图所示，馈线链路天线方向图中由反射器的表面失真引起的旁瓣表现为馈线链路天线方向图损伤1210的区域。实施例可以确定(例如估计、测量、计算等)这种损伤，并且网关终端130可以放置在避免天线方向图损伤1210的区域的位置1220中。

在其他实施方式中，可以使用一种或多种损伤补偿方法来补偿由于馈线天线方向图损伤而导致的网关终端130之间的干扰。根据第一类方法，在地面上测量和补偿(例如取消)网关间串扰。串扰可以以各种方式测量。一种方法使用环回信标(下文描述)来估计网关间串扰。由于每个网关终端130知道其发射的环回信标信号的内容，每个接收的环回信标信号(即，在卫星140接收和重复后，由发射网关终端140接收的环回信号)可以与对应的所发送环回信号进行比较，以检测和测量串扰。当大多数失真在上行链路上而不是在下行链路上时，这种方法可能特别有效。

另一种方法使用在用户终端165的校准来测量串扰。为了校准馈线下行链路侧，用户终端165可以发射探测信号，使得响应中的预期的馈线信号是已知的。所接收的馈线信号可与预期的馈线信号进行比较以测量串扰。当不需要调整返回用户链路时，这种方法可能特别有效。跨一个或多个用户覆盖区域的多个用户终端165可用于测量不同位置的串扰和/或对应于不同馈线下行链路。为了校准馈线上行链路侧，可以使用一个或多个用户终端165来测量当单个网关终端130发射探测信号时的响应。当不需要调整前向用户链路时，这种方法可能特别有效。另一种方法是使用卫星140上的校准硬件来测量串扰。对于馈线下行链路侧，测试信号可以由卫星140注入每个FAE中(例如一次一个)，并且网关终端130可以测量对馈线下行链路信号的响应中的串扰。对于馈线上行链路侧，探测信号可以由网关终端130发射，并且每个FAE测量的响应(例如一次一个)可被报告(或环回)到网关。在使用任何上述或其他方法测量串扰之后，可以去除一些或所有测量的串扰。可以使用均衡和/或消除硬件来去除测量的串扰。在一些实施例中，均衡和/或消除硬件在波束形成器(例如，图1的前向和/或返回波束形成器110)中实现。

图15示出了包括说明性串扰消除器1510的说明性馈线天线方向图损伤补偿环境1500的框图。说明性串扰消除器1510可以在波束形成器110(例如耦合到前向波束形成器、返回波束形成器，或耦合到两者的串扰消除器)中实现。如上所述，馈线天线方向图损伤可能导致由网关终端130和/或卫星140接收的馈源信号中的串扰。这些馈源信号通过分布网络120在网关终端130和前向和/或返回波束形成器110之间传送，并且在串扰消除器1510的馈源信号输入端口1512接收。串扰消除器1510的实施例可以补偿串扰，并且可以通过馈源信号输出端口1514输出补偿的馈源信号。串扰消除器1510的一些实施方式可以接收串扰矩阵1520(H)。串扰矩阵1520可以是计算的(例如估计的)馈线矩阵。具有串扰的馈源信号的矢量可以表示为f，使得f＝H x f₀(其中f₀是没有串扰的原始馈源信号的矢量，而H是串扰矩阵)。例如，如果H＝I(单位矩阵)，则不存在串扰。因此，串扰补偿馈源信号可以计算为

串扰补偿可以在前向上行链路信号235(例如在前向波束形成之后)、返回下行链路信号335(例如返回波束形成之前)或两者上执行。例如，对于前向链路的串扰补偿，前向波束形成器生成的波束加权的前向输入信号可以提供给馈源信号输入端口1512，并且在馈源信号输出端口1514的串扰补偿馈源信号可以提供给网关作为波束加权的前向输入信号；对于返回链路的串扰补偿，来自网关的返回信号输出可以提供给馈源信号输入端口1512，并且在馈源信号输出端口1514的串扰补偿馈源信号可以提供给返回波束形成器作为返回信号输出。替代地，串扰补偿和波束形成的次序可以倒转。

另一类损伤补偿方法涉及有限的波束形成。如本文所述，使用聚焦天线元件产生馈线波束，而聚焦天线元件的一些实施例根据每束多馈源(MFPB)架构来实现。在MFPB架构中，每个天线馈源可以与多个馈源信号的加权和组合集相关联。为了形成每个加权和组合集，多个馈源信号可以经过移相器、加法器和/或其他硬件，它们可以根据所应用的系数调整所得到的组合馈源信号的幅度权重、相位和/或其他特性。所应用的系数可以存储在卫星140上的波束形成系数存储器中。可以预先计算和/或自适应地更新系数(例如，使用从网关到卫星的反馈)，使得可以静态地或自适应地生成所得到的组合馈源信号。应用系数有效地将一些波束形成应用于馈线信号，其可用于补偿馈线天线方向图中的损伤。例如，可以使用上述任何方法预先确定(例如估计或预先计算)或测量串扰。可以使用MFPB架构中的系数来将有限的波束形成应用于至少部分地校正导致串扰的天线损伤(例如，以预定义或自适应方式)，而不是使用均衡或消除来移除测量的串扰。一些实施例可以使用各种方法的混合。例如，可以使用均衡或消除来去除馈线上行链路或下行链路中的一个上的测量的串扰，并且可以使用有限的波束形成来去除馈线上行链路或下行链路中的另一个上的串扰。

MSSMFL的有效实施方式可以依赖于空间上分离的馈线链路之间的信号的适当相互同步。可以使用许多方法来实现这种相互同步，并且那些方法可以取决于用户和馈线覆盖区域的特性(例如重叠等)。例如，在前向方向上，网关终端130将前向上行链路信号发射到卫星140，其由馈线天线子系统230的天线元件接收，通过前向中继器子系统240的前向链路通路传送到用户天线子系统250，并且由用户天线子系统250的天线元件发射为前向下行链路信号。为了使所发射的前向下行链路信号能够空间上组合以形成前向用户波束，实施例使用馈线侧地面部分部件来生成馈线信号135，作为相互同步、波束加权的前向上行链路信号。通常，卫星140(例如图4中所示的各种部件)可以是用于将相互相位同步、波束加权的上行链路信号中继为空间上组合以形成前向用户波束的相位相干下行链路信号的装置。例如，FAE 243可以接收相互相位同步、波束加权的上行链路信号；并且信号可以穿过前向中继器子系统240并由BAE 247发射为空间上组合以形成前向用户波束的相位相干下行链路信号。为了能够接收前向上行链路信号，实施例包括多个空间上分离的装置，用于传送相互相位同步、波束加权的上行链路信号；和用于在空间上分离的通信装置上相互相位同步上行链路信号的装置，从而通过用于中继的装置相位同步地接收前向上行链路信号。例如，实施例联使用地面部件和卫星信令，以相互同步在地理上分布的网关终端130与卫星140之间的馈线链路信号。类似地，在返回方向上，用户终端将返回上行链路信号发射到卫星140，其由用户天线子系统250的天线元件接收，通过返回中继器子系统340的返回链路通路传送到馈线天线子系统230，并且通过馈线天线子系统230的天线元件发射为返回下行链路信号。使用馈线侧地面部分部件来相互同步和波束加权所接收的返回下行链路信号可以有效地形成从其发射返回上行链路信号的返回用户波束。

一些实施例使用卫星信标信令和环回信标信令的组合来允许馈线链路信号的相互同步。图5示出了根据各种实施例的用于环回信标信令的说明性环回信号路径500的框图。例如，每个网关终端130可以将环回信标信号发射到卫星140，其通过环回信号路径500从卫星140中继回到网关终端130。对于每个网关终端130，在发送和接收其环回信号之间经过的时间可以用于计算其与卫星140的距离，或者以其他方式允许馈线链路中要补偿的相位延迟。类似于上述的前向和返回链路通路，环回通路可以包括耦合在LNA423与PA427之间的环回频率转换器525。与上述前向和返回链路通路不同，环回通路500的输入侧和输出侧都可以与环回天线元件(LAE)510通信。在一些实施方式中，环回通路的LNA 423(输入侧)耦合到FAE 243的前向链路输出(即，LAE 510可以实现为FAE 243)，并且环回通路的PA 427(输出侧)耦合到相同或不同的FAE 243的返回链路输入。在一些实施方式中，环回通路的LNA 423耦合到FAE 243的前向链路输出，并且环回通路的PA 427耦合到BAE 247的前向链路输入(例如，其中一些或所有网关终端130在与用户天线子系统250相关联的波束覆盖区域中)。在一些实施方式中，使用了独立的环回天线子系统。例如，LAE 510可以实现为覆盖区域天线(例如包括广域喇叭)以从一些或所有网关终端130接收环回信号和/或向一些或所有网关终端130发射环回信号。

图6示出了根据各种实施例的卫星信标子系统600的框图。如图所示，卫星信标子系统600可以包括主参考振荡器610、信标信号发生器620、伪噪声(PN)码生成器630、冗余PA627和覆盖区域喇叭640。信标信号发生器620可以将基于主参考振荡器610的时钟信令与由PN码生成器630生成的PN信令(例如，使用基于伪随机噪声的代码或任何其他合适的代码)组合以生成信标信号。这种信标信号可以有效地提供精确的相位参考(例如用于相位同步)和时间码(例如用于符号同步)。可以生成任何其他合适的信标信令。信标信号可以由一个或多个冗余PA 627放大，并通过覆盖区域天线640发射。在一些实施方式中，覆盖区域天线640可以包括广域喇叭。在其他实施方式中，覆盖区域天线640可以包括用于形成宽波束以照射一些或所有网关终端130的部件。在一些实施方式中，覆盖区域天线640还可以用于发射一个或多个中继的信标信号。

如上所述，一些实施例测量和/或补偿例如由馈线反射器410失真引起的馈线链路天线方向图损伤。用于测量馈线链路天线方向图损伤的一些方法可以使用卫星140上的校准电路，其利用卫星140的环回电路。图13示出了在卫星140上实现的说明性校准系统1300的框图，该系统用于帮助进行馈线链路天线方向图损伤的前向链路测量。校准系统1300可以包括耦合器1310和开关1320，其可以与参照图5描述的环回频率转换器525接口。使用开关1320，环回频率转换器525可以被分时(例如，在帧的不同时隙期间设置为不同模式)以支持网关终端130的相互同步，以及馈线链路天线方向图损伤的估计。在网关同步时隙期间，可以设置开关1320以使接收的馈线上行链路信号被提供给环回频率转换器525。在馈线天线方向图损伤测量时隙期间，开关1320可以设置为选择馈线天线元件243输出中的一个以提供给环回频率转换器525。通过在不同时隙期间逐一使用每个不同的馈线天线元件243，网关终端130可以测量每个FAE 243之间的上行链路串扰量。耦合器可以是以下任何一种：定向耦合器、信号采样器、功率分配器、不等功率分配器和/或其他合适的部件。在一些实施例中，网关环回信号用于网关同步和方向图失真估计。网关环回信号可以与用户业务同时发射(例如，网关环回信号是扩频编码的)，或者可以在不存在用户业务的专用时隙期间发射。

图14示出了在卫星140上实现的说明性校准系统1400的框图，该系统用于帮助进行馈线链路天线方向图损伤的返回链路测量。操作可以类似于上面参照图13讨论的前向链路校准。通过环回应答器发射的环回信号可以使用开关1410选择性地切换到单独的馈线天线馈源。馈线下行链路上的串扰可以由网关终端130测量。可以在专用时隙期间执行返回链路校准(其中一个开关1410被设置为将环回应答器的输出提供给单独的馈源)。替代地，开关1410可以是组合器，在这种情况下，返回链路校准可以与返回用户业务通过卫星140的传输同时执行。

在图7和8的上下文中进一步描述了将环回和卫星信标信号用于相互同步。图7示出了根据各种实施例的提供MSSMFL的说明性卫星通信系统700。卫星140提供多个地理上分布的网关终端130(通过馈线信号135)与多个用户终端(通过用户信号150)之间的通信。卫星140包括馈线天线子系统230、用户天线子系统250、前向中继器子系统240、返回中继器子系统340和卫星同步子系统710。网关终端130和用户终端都设置在用户波束覆盖区域760中(例如，其可以与一个或多个形成的用户波束相关联，如上所述)。尽管示出为单个、连续的地理区域，但是用户波束覆盖区域760可以是任何合适的形状和/或大小，可以是或可以不是连续的，在前向和返回方向上可以相同或不同等等。此外，网关和用户波束(和/或终端)的地理密度和定位可以根据反射器大小、天线元件的数量、通路的数量和/或卫星通信系统700的其他特性来规定。例如，馈线天线子系统230可以包括多个聚焦天线元件和相对大的馈线反射器，从而形成相对窄、聚焦的馈线波束(与用户天线子系统250的反射器和波束相比)。相对窄的波束可以以网关终端130之间更紧密的间隔(即，馈线波束可以更紧密地包装到地理区域中而没有重叠)促进带宽重用。替代地，一些或所有网关终端130可以分布在整个用户波束覆盖区域760中。

在前向和返回方向上，用户波束覆盖区域760的轮廓(例如，在两个方向上可以或可以不相同)可以分别由形成的前向和返回用户波束限定。如上所述，本文描述的实施例通过经由空间上分离(地理上分布的)的馈线链路提供空间复用信号的地基波束形成来形成用户波束，并且这种空间复用的地基波束形成可以涉及馈线信号135的相互同步。实施例通过卫星同步子系统710与一个或多个地基同步子系统125之间的协调来允许这种相互同步(例如，每个网关终端130可以包括地基同步子系统125的实例)。

在一些实施例中，这种协调涉及根据环回和卫星信标信令来同步网关终端130。例如，卫星同步子系统710的一些实施例包括环回通路(例如，如参照图5所述的)和/或信标发射机(例如，如参照图6所述的)。如上所述，卫星140可以生成和发射可以由地基同步子系统125接收的信标信号，并且可以使用所接收的信标信号来例如同步每个网关终端130中的参考振荡器的相位与卫星140的载波相位。此外，地基同步子系统125可以通过卫星140中的一个或多个环回通路发射和接收一个或多个环回信号(例如环回信标)。所接收的环回信标信号可以用于例如每个网关终端130与卫星140之间的测距(range finding)。这种测距可以允许跨网关终端130的相互同步，使得网关终端130可以调整其上行链路传输以在卫星140被相位同步地接收。

虽然MSSMFL可以利用馈线链路信号的相互相位同步，但是一些实施方式较不关注精确的信号时间对准。通常，载波频率比数据速率快几个数量级，并且如果保持了相位同步，则时间对准中的小跳变(slip)通常不会对符号定时产生显著影响。换句话说，只要保持馈线链路信号之间的相互相位关系，就可以容忍偶尔的周跳。例如，载波频率是50GHz，并且典型的往返时间(在网关终端130与卫星140之间)是240毫秒，则在单次往返期间可以经过大约120亿个载波周期。因此，对于100Mbps或更高的数据速率，就算是几百个载波频率周期的时间对准的跳变也可能相对不显著。仍然，可能需要一些测距(例如使用环回信令)以促进某些功能。例如，可能期望确保在大致相同的时间(例如，在空间复用信号上的对应的符号边界)对所有前向上行链路信号发生调制变化。一些实施例可以包括符号定时的进一步同步。某些实施方式可以使用卫星信标信号和/或环回信号来进行符号定时同步。然而，由于数据速率通常明显较慢(例如100Mbps相对于Ku频段、Ka频段、V频段等的15至75GHz)，可以使用许多其他技术。例如，其他实施方式可以使用全球定位卫星(GPS)定时信息或其他技术来实现定时同步。

如图所示，在示例性卫星通信系统700中，所有网关终端130可以布置在用户波束覆盖区域760中。在这样的实施例中，卫星同步系统710的一些实施方式可以将用户天线子系统250的天线元件用于与地基同步子系统125进行下行链路通信(例如通过各自的网关终端130)。在一个这样的实施方式中，馈线天线子系统230和用户天线子系统250都在相同的频段(例如Ka频段)中操作，并且网关终端130可以通过用户天线子系统250从卫星同步系统710接收信号。

例如，馈线天线子系统230的每个天线元件可以从相关联的网关终端130(每个网关终端130可以具有其自己唯一的PN码)接收PN编码的环回信标信号，并且那些环回信标信号可以由用户天线子系统250发射到网关终端130所在的用户波束覆盖区域760。每个网关终端130可以接收一些或所有发射的环回信号(例如源自一些或所有网关终端130的)，并且可以将所接收的信号与其自己的PN码相关联，从而恢复其环回信标信号。卫星同步系统710可以通过将恢复的环回信标信号(例如相位和/或时间对准)与也从卫星140接收到的卫星同步信号对准来同步网关终端130。例如，卫星140发射以未被任何网关终端130使用的PN码编码的卫星同步信号。

在一些这种实施方式中，可使用多个参考位置(例如用户终端)来确定前向链路波束权重。例如，参考位置可以包括在每个(一些或全部)用户波束覆盖区域760的中心处或附近的位置。源自多个(例如所有)网关终端130的多个(例如所有)环回信标信号可以由每个参考位置接收，并且每个参考位置可以使网关特定的PN码与所接收的信号相关联以恢复环回信标信号。如本文所述，每个恢复的环回信标信号已经穿过前向链路，包括从对应一个网关终端130到卫星140的前向上行链路、通过卫星140的前向通路，以及从卫星140到参考位置的前向下行链路。因此，参考位置可以使用恢复的信号来计算前向波束权重，以表征那些前向链路。计算的前向波束权重可以反馈到前向波束形成器(例如，通过卫星140和网关终端130)，并且前向波束形成器可以相应地确定是否更新前向波束权重。

图8示出了根据各种实施例的提供MSSMFL的另一个说明性卫星通信系统800。卫星通信系统800类似于图7的卫星通信系统700，不同之处在于网关终端130设置在用户波束覆盖区域760外。在这样的实施例中，卫星同步系统710可能无法将用户天线子系统250的天线元件用于与地基同步子系统125进行下行链路通信(例如通过各自的网关终端130)。卫星同步系统710的一些实施例可以使用馈线天线子系统230的天线元件的前向链路输入和返回链路输出来实现环回通路，使得环回信标信号在两个方向上作为馈线信号135传送。在一些这样的实施例中，地基同步子系统125可以减去其他馈线信号135以便于接收信标信号。PN码和/或其他技术可用于将同步信号与其他馈线信号135区分开。例如，PN编码信号可以是相对低水平的信号(例如，在噪声基底(noise floor)内或附近)，并且使接收的信号与已知PN码和足够的增益(例如25至30dB)相关联可以允许信号的恢复。

卫星同步系统710的其他实施例可包括专用环回天线子系统。例如，环回天线子系统可以包括一个或多个宽波束天线，以覆盖其中设置有网关终端130的整个区域(或多个区域)。在一些这样的实施例中，在网关终端130位于用户波束覆盖区域760外部的情况下，网关终端130和用户终端可以在相同频段或不同频段中操作。例如，网关终端130可以在V频段中通信，并且用户终端可以在Ka频段中通信。

图9和10示出了用于减少MSSMFL部署的网关终端130的数量的技术。图9示出了根据各种实施例(例如，在具有例如图8中所述的不同用户和网关覆盖区域的情况下)的使用多个极化方向提供MSSMFL的说明性卫星系统900的框图。卫星系统900可以类似于参照图4所述的天线系统400，不同之处在于多个FAE 243(为清晰起见只示出了一个)中的每一个具有多个(例如两个)前向链路输入和多个(例如两个)返回链路输出。每个前向链路输入和每个返回链路输出以特定的极化方向操作。在用户天线侧，BAE 247每个仍然可以具有单个前向链路输出和返回链路输入。例如，所有BAE 247的所有前向链路输出可以在第一极化方向上操作，而所有BAE 247的所有返回链路输入可以在第二极化方向上操作。FAE 243使用的极化方向可以与BAE 247使用的极化方向相同或不同。例如，FAE 243可以在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)下操作，而BAE 247可以在线(例如垂直和水平)极化下操作。在FAE 243和BAE 247都使用圆极化方向(或两者都使用线极化等)的情况下，馈线链路通信和用户链路通信之间可能出现干扰。例如，在所示的实施方式中，LHCP用于前向下行链路信号和一些返回下行链路信号，而RHCP用于前向上行链路信号和一些返回上行链路信号。通过将网关终端130定位在用户波束外和/或通过使用各种干扰减轻技术(例如时间或频率复用)，可以减轻或避免这种潜在的干扰。此外，如上所述，信号通过具有前向链路通路的前向中继器子系统240和通过具有返回链路通路的返回中继器子系统240在FAE 243与BAE 247之间传递。可以以任何合适的方式实现前向链路和返回链路通路。如图所示，每个包括在其输入侧的LNA423、在其输出侧的PA427，以及耦合在其LNA 423与PA 427之间的频率转换器(425、435)。其他实施方式可以包括额外和/或替代部件。

在一些实施例中，每个FAE 243具有处于第一极化方向(例如LHCP)的第一前向链路输入，以及处于第二极化方向(RHCP)的第二前向链路输入。前向中继器子系统240包括：第一数量的前向链路通路，每个耦合在(例如在LHCP操作的)BAE 247的其中一个第一前向链路输入与其中一个前向链路输出之间；和第二数量的前向链路通路，每个耦合在其中一个第二前向链路输入与另一个前向链路输出之间(例如也在LHCP操作)。例如，第一和/或第二数量的前向链路通路可以从各自的前向链路输入的极化方向转换至各自的前向链路输出的不同极化方向。类似地，每个FAE 243具有处于第一极化方向(例如LHCP)的第一返回链路输出和处于第二极化方向(例如RHCP)的第二返回链路输出。返回中继器子系统340包括：第一数量的返回链路通路，每个耦合在(例如在RHCP操作的)BAE 247的其中一个返回链路输入与其中一个第一返回链路输出之间；和第二数量的返回链路通路，每个耦合在其中一个第二返回链路输出与另一个返回链路输入之间(例如也在RHCP操作)。再次，例如，第一和/或第二数量的返回链路通路可以从各自的返回链路输入的极化方向转换至各自的返回链路输出的不同极化方向。

在类似于卫星系统900的实施例中，每个网关终端130可以使用任何合适数量(例如两个)的正交极化方向与卫星140通信。馈线信号在多个正交极化方向上的并发通信可以有效地使每个网关终端130能够在没有干扰的情况下在每个极化方向上重用其分配的全部带宽。例如，这些技术可以促进具有较少网关终端130的较高容量的卫星通信系统的部署。在这些情况下，网关仍然可以合作以相互同步其信号，使得波束形成发生。

图10示出了根据各种实施例的使用多个频率子范围提供MSSMFL的说明性卫星系统1000的框图。卫星系统1000可以类似于参照图4描述的卫星系统400，不同之处在于前向馈线频率范围(从每个FAE 243接收)被分成较小的前向用户频率子范围以用于与各自的耦合的BAE 247通信，并且返回用户频率子范围(从其耦合的BAE 247接收)被组合成更大的返回馈线频率范围以用于与各自的耦合的FAE 243通信。在一些实施例，FAE 243的每个前向链路输入与具有第一频率子范围输出和第二频率子范围输出的频率分离器1010耦合。前向中继器子系统240包括：第一数量的前向链路通路，每个耦合在其中一个频率分离器1010的第一频率子范围输出与(例如在第一频率子范围中操作的第一BAE 247的)其中一个前向链路输出之间；和第二数量的前向链路通路，每个耦合在其中一个频率分离器1010的第二频率子范围输出与(例如在第二频率子范围中操作的第二BAE 247的)另一个前向链路输出之间。类似地，每个返回链路输出与具有第一频率子范围输入和第二频率子范围输入的频率组合器1020耦合。返回中继器子系统340具有多个返回链路通路，每个耦合在(例如在第一频率操作的第一BAE 247的)其中一个返回链路输入与其中一个频率组合器1020的第一频率子范围输入之间；和第二数量的返回链路通路，每个耦合在(例如在第二频率子范围中操作的第二BAE 247的)另一个返回链路输入与其中一个频率组合器1020的第二频率子范围输入之间。

在所示的实施方式中，每个频率分离器1010通过各自的LNA 423与各自的FAE 243的前向链路输入耦合。在这种实施方式中，每个前向链路通路可以被视为包括LNA 423、通过频率分离器1010的各自的路径、前向频率转换器425和PA427。在每个前向链路通路中，各自的前向频率转换器425与频率分离器1010的不同输出耦合，并转换各自的频率子范围。例如，前向频率转换器425a和前向频率转换器425b中的每一个可以包括被选择和/或适应为将其频率转换调较至其各自的频率子范围的部件。类似地，在所示的实施方式中，每个频率组合器1020通过各自的PA 427与各自FAE 243的返回链路输出耦合。在这种实施方式中，每个返回链路通路可被视为包括LNA 423、返回频率转换器435、通过频率组合器1020的各自的路径，以及PA 427。在每个返回链路通路中，各自的返回频率转换器435与频率组合器1020的不同输出耦合，并转换各自的频率子范围。例如，返回频率转换器435a和返回频率转换器435b中的每一个可以包括被选择和/或适应为将其频率转换调较至其各自的频率子范围的部件。

在所示的实施例中，LHCP用于前向上行链路信号和前向下行链路信号，RHCP用于返回上行链路信号和返回下行链路信号。这种和其他极化方案可用于避免用户链路通信和馈线链路通信之间的干扰。在其他实施方式中，可以使用其他类型的干扰减轻方法。例如，在一个实施例中，第一极化方向由前向和返回上行链路信号使用，而第二极化方向由前向和返回下行链路信号使用；但是网关和用户终端使用不同的频率和/或时隙进行通信。

在类似于卫星系统1000的实施例中，每个网关终端130可以使用包含任何合适数量(例如两个)频率子范围的馈线频率范围与卫星140通信。子范围可以是或可以不是连续的、重迭的、相同的大小等。使用频率子范围可以使每个网关终端130能够馈送多个BAE247，从而将频率复用添加到网关终端130的空间复用。使用频率复用确实会导致一些馈线带宽扩展；例如，使用两个频率子范围导致馈线链路上的带宽是用户链路上的两倍。然而，与其中带宽扩展与用户天线元件的数量(例如数百个)成比例的传统GBBF不同，MSSMFL的带宽扩展与频率复用量成比例(例如在1和10之间)。换句话说，MSSMFL可以允许在馈线链路带宽和网关数量之间进行权衡，这是传统GBBF无法提供的能力。

诸如参照图9和10所述的技术可以支持具有较少网关终端130的相同用户链路带宽量。例如，假设卫星具有L个BAE 247，而每个BAE 247分配有X GHz用户链路带宽，使得至少需要L x X GHz馈线链路带宽来完全利用所分配的用户链路带宽。MSSMFL的实施例使用相互同步的空间复用来允许使用L个BAE 247来进行GBBF，同时将支持性的L x X GHz馈线链路带宽扩展在M个网关终端130上。在M＝L的情况下，每个网关终端130可以分配有X GHz馈线链路带宽。如图9和10所述，一些实施例可以使用频率和/或极化复用来允许单个网关终端130支持多个BAE 247，使得M可以小于L。例如，在一些实施方式中，参考图9和图10所述的技术可以联合使用(例如，多个极化方向中的每一个内的多个频率子范围)，以进一步减少支持相同用户链路带宽量所需的网关终端130的数量。

图11示出了根据各种实施例的在卫星通信系统中使用MSSMFL进行地基波束形成的说明性方法1100的流程图。方法1100在阶段1104开始：接收多个波束加权、相互同步(例如相互相位同步)的前向上行链路信号，每个通过聚焦的馈线上行链路接收。例如，L个馈线上行链路可以从M个地理上分布的网关终端130接收。方法1100的一些实施例对前向数据流进行波束加权，以生成L个波束加权的前向信号，并且将L个波束加权的前向信号中的每一个传送到M个空间上分离的网关位置中对应一个。波束加权的前向信号可以在网关位置被同步(例如相互相位同步)以生成L个波束加权的、相互同步的前向上行链路信号。根据一些实施例，所述同步包括：在传输位置接收信标信号，所述信标信号由中继生成并从中继(例如从在步骤1104执行所述接收的无线中继)发射；在每个传输位置接收从传输位置发射的各自的环回信号(例如，并通过中继中继回到传输位置)；以及在每个传输位置相位同步所接收的各自的环回信号与所接收的信标信号。

在阶段1108，实施例从对应一个前向上行链路信号(例如通过卫星的前向中继器系统或其他合适的中继器)生成多个波束加权、相互同步的前向下行链路信号中的每一个。在一些实施例中，所述接收在上行链路频率范围进行，所述发射在下行链路频率范围进行，并且阶段1108的所述生成包括从上行链路频率范围转换至下行链路频率范围。在阶段1112，实施例通过多个去聚焦的用户下行链路发射前向下行链路信号，使得前向下行链路信号空间上叠加以形成用户波束。在一些实施例中，前向下行链路信号空间上叠加以形成K个用户波束，并且所述波束加权包括将L x K个波束权重应用于K个前向数据流来生成L个波束加权的前向数据信号。

一些实施例在阶段1116通过经由多个去聚焦的用户上行链路(例如从一个或多个返回用户波束覆盖区域中的多个用户终端)接收多个返回上行链路信号继续。在阶段1120，从对应一个返回上行链路信号生成多个返回下行链路信号中的每一个。在阶段1124，实施例通过多个空间上分离的聚焦馈线下行链路发射前向下行链路信号，去聚焦的用户上行链路源自波束覆盖区域，其由接收返回下行链路信号之后的返回下行链路信号的波束加权和地基相互相位同步形成。

以上描述提供了各种系统和方法，可用于以相互同步的空间复用馈线链路提供地基波束形成。提供了一些说明性示例以增加清晰度。根据第一示例，卫星包括400个元件并产生200个波束。上行链路和下行链路通信都在Ka频段(3.5千兆赫带宽)内。可以在馈线链路上双极化和没有频率复用的情况下使用200个网关终端，并且可以在用户链路上支持单极化。每秒每赫兹1.5位(bps/Hz)的频谱效率产生每波束大约5Gbps(即，每波束3.5千兆赫)，5Gbps/波束乘以200个波束产生大约每秒1兆兆位的总容量。

根据第二示例，卫星包括512个元件并产生128个波束。上行链路和下行链路通信都在Ka频段，具有2千兆赫的用户波束带宽和4千兆赫的馈线波束带宽。可以在馈线链路上双极化和双频复用的情况下使用128个网关终端，并且可以在用户链路上支持单极化。3bps/Hz的频谱效率产生每用户波束大约6Gbps(即，每用户波束2千兆赫)，6Gbps/波束乘以128个波束产生大约768Gbps的总容量。

根据第三示例，卫星包括768个元件并产生354个波束。馈线链路在V频段工作，具有7.5千兆赫的馈线波束带宽，而用户链路在Ka频段操作，具有2.5千兆赫的用户波束带宽。可以在馈线链路上双极化和三频复用的情况下使用150个网关终端，并且可以在用户链路上支持单极化。1bps/Hz的频谱效率产生每用户波束大约2.5Gbps(即，每用户波束2.5千兆赫)，2.5Gbps/波束乘以200个波束产生大约500Gbps的总容量。

根据第四示例，卫星包括768个元件并产生354个波束。馈线链路在V频段工作，具有7千兆赫的馈线波束带宽，而用户链路在Ka频段操作，具有3.5千兆赫的用户波束带宽。可以在馈线链路上双极化和双频复用的情况下使用192个网关终端，并且可以在用户链路上支持单极化。1.2bps/Hz的频谱效率产生每用户波束大约4Gbps(即，每用户波束3.5千兆赫)，4Gbps/波束乘以354个波束产生大约1.4Tps的总容量。

本文公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法和/或动作可以彼此互换。换句话说，除非指定了特定的动作顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定动作的顺序和/或使用。

所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则可以将功能作为一个或多个指令存储在有形计算机可读介质上。存储介质可以是可由计算机访问的任何可用有形介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储装置，或者可以用于以指令或数据结构的形式携带或存储所需程序代码并且可由计算机访问的任何其他有形介质。如本文所用，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软磁盘和

光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘以光学方式用激光再现数据。

计算机程序产品可以执行本文呈现的某些操作。例如，这种计算机程序产品可以是具有在其上有形地存储(和/或编码)的指令的计算机可读有形介质，该指令可由一个或多个处理器执行以执行本文描述的操作。计算机程序产品可包括包装材料。软件或指令也可以通过传输介质发送。例如，可以使用诸如同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)的传输介质或诸如红外线、无线电或微波之类的无线技术从网站、服务器或其他远程源发送软件。

此外，用于执行本文描述的方法和技术的模块和/或其他适当的装置可以通过合适的终端下载和/或以其他方式获得和/或耦合到服务器等，以便于传送用于执行本文所述的方法的装置。替代地，可以经由存储装置(例如RAM、ROM、诸如CD或软磁盘之类的物理存储介质等)提供本文描述的各种方法，使得在将存储装置耦合到或提供给装置时，用户终端和/或基站可以获得所述各种方法。此外，可以使用用于将本文描述的方法和技术提供给装置的任何其他合适的技术。实现功能的特征也可以物理地位于各个位置，包括被分布使得功能的各部分在不同的物理位置实现。

在描述本发明时，将使用以下术语：除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。因此，例如，对项目的引用包括对一个或多个项目的引用。术语“一个”是指一个、两个或更多个，并且通常适用于选择一些或全部数量。术语“多个”是指两个或更多个项目。术语“约”表示数量、尺寸、大小、配方、参数、形状和其他特性不需要精确，但可以根据需要变得近似和/或更大或更小，反映可接受的容差、转换因子、四舍五入、测量误差等以及本领域技术人员已知的其他因素。术语“基本上”意味着所述特性、参数或值不需要精确地实现，但可以发生偏差或变化，包括例如容差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素，前提是不会阻碍该特性旨在提供的效果。数值数据可以以范围格式表达或呈现。应当理解，这样的范围格式仅仅是为了方便和简洁而使用，因此应该灵活地解释为不仅包括明确列举为范围限制的数值，而且还解释为包括所有单独数值或包含在该范围内的子范围，如同每个数值和子范围都被明确地叙述。作为说明，“约1至5”的数值范围应该被解释为不仅包括明确列举的约1至约5的值，而且还包括所指示范围内的单独值和子范围。因此，包括在该数值范围内的是诸如2、3和4的单独值以及诸如1-3、2-4和3-5等的子范围。同样原理适用于仅叙述一个数值(例如“大于约1”)的范围，并且无论范围的宽度或所描述的特性如何都应该适用。为方便起见，可以在共同列表中呈现多个项目。但是，这些列表应该被解释为如同列表中的每个成员都被单独标识为独立且独特的成员一样。因此，不应仅基于它们呈现在共同组中而没有相反指示，就将此类列表中的任何个体成员理解为事实上等同于同一列表中的任何其他成员。此外，当术语“和”和“或”与项目列表结合使用时，它们应被广义地解释，所列项目中的任何一个或多个可以单独使用或与其他所列项目组合使用。除非上下文另有明确说明，否则术语“替代地”是指选择两个或更多个替代方案中的一个，并且不旨在将选择仅限于那些所列替代方案或者仅限于所列替代方案中的一个。这里使用的术语“耦合”不要求部件彼此直接连接。而是，该术语旨在还包括具有间接连接的配置，其中一个或多个其他部件可以包括在所耦合的部件之间。例如，这种其他部件可以包括放大器、衰减器、隔离器、定向耦合器、冗余开关等。此外，如本文所用，包括在权利要求中所述，在包含“至少一个”的项目列表中所用的“或”表示分离列表，例如“A、B或C中的至少一个”的列表表示A或B或C或AB或AC或BC或ABC(即A和B和C)。此外，术语“示例性”并不意味着所述示例优选或优于其他示例。如本文所用，元件“集”旨在表示那些元件中的“一个或多个”，除非明确要求该集具有多于一个或明确允许为空集的元件。

在不脱离所附权利要求所限定的教导的技术的情况下，可以对本文描述的技术进行各种改变、替换和更改。此外，本公开和权利要求的范围不限于上述过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和动作的特定方面。可以利用当前存在或稍后开发的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或动作，其执行与本文描述的对应方面基本上相同的功能或实现基本上相同的结果。因此，所附权利要求在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或动作。

Claims

1.一种卫星(140)，包括：

馈线天线子系统(230)，包括多个聚焦波束天线元件FAE(243)，每个具有前向链路FAE端口；

用户天线子系统(250)，包括去聚焦的波束形成天线元件BAE(247)的阵列，每个具有前向链路BAE端口；和

具有前向上行链路频率范围和前向下行链路频率范围的前向中继器子系统(240)，所述前向中继器子系统包括多个前向链路通路(245)，所述多个前向链路通路中的每个耦合在其中一个前向链路FAE端口与其中一个前向链路BAE端口之间，并且所述多个前向链路通路中的每个具有前向上行链路频率范围中的输入和前向下行链路频率范围中的输出；

其中所述前向链路通路被配置为从波束加权、相互相位同步的前向上行链路信号(235)生成多个波束加权、相互相位同步的前向下行链路信号(255)，每个前向上行链路信号在各自一个FAE经由相同的载波频率从多个地理上分布的网关终端(130)中对应一个接收，和

其中BAE被配置为发射前向下行链路信号以使来自所述多个前向链路通路中的多个的前向下行链路信号空间上叠加以形成至少一个前向用户波束(260)。

2.根据权利要求1所述的卫星，还包括具有返回上行链路频率范围和返回下行链路频率范围的返回中继器子系统(340)，其中：

馈线天线子系统的每个FAE还具有返回链路FAE端口；

用户天线子系统的每个BAE还具有返回链路BAE端口；和

返回中继器子系统包括多个返回链路通路(345)，每个耦合在其中一个返回链路BAE端口与其中一个返回链路FAE端口之间，并且每个具有返回上行链路频率范围中的输入和返回下行链路频率范围的输出，

其中返回链路通路被配置为生成多个返回下行链路信号(335)以供FAE进行传输，所述返回下行链路信号能够从在BAE处从至少一个用户终端(165)所接收到的返回上行链路信号(355)生成，由此形成至少一个返回用户波束(360)以用于与所述至少一个用户终端通信。

3.根据权利要求1或2所述的卫星，还包括：

具有信标发射机的卫星同步子系统(710)，

其中在于FAE接收之前根据信标发射机所发射的同步信号同步前向上行链路信号。

4.根据权利要求1所述的卫星，其中：

每个FAE具有处于第一极化方向的第一前向链路FAE端口和处于第二极化方向的第二前向链路FAE端口；

所述多个前向链路通路包括：

第一多个前向链路通路，每个耦合在其中一个第一前向链路FAE端口与其中一个前向链路BAE端口之间；和

第二多个前向链路通路，每个耦合在其中一个第二前向链路FAE端口与另一个前向链路BAE端口之间。

5.根据权利要求1或4所述的卫星，其中：

每个前向链路输入与具有第一频率子范围输出和第二频率子范围输出的频率分离器(1010)耦合；和

所述多个前向链路通路包括：

第一多个前向链路通路，每个耦合在其中一个频率分离器的第一频率子范围输出与其中一个前向链路BAE端口之间；和

第二多个前向链路通路，每个耦合在其中一个频率分离器的第二频率子范围输出与另一个前向链路BAE端口之间。

6.根据权利要求2所述的卫星，其中：

每个FAE具有处于第一极化方向的第一返回链路FAE端口和处于第二极化方向的第二返回链路FAE端口；

每个BAE具有处于第一极化方向的第一返回链路BAE端口和处于第二极化方向的第二返回链路BAE端口；和

所述多个返回链路通路包括：

第一多个返回链路通路，每个耦合在其中一个第一返回链路BAE端口与其中一个第一返回链路FAE端口之间；和

第二多个返回链路通路，每个耦合在其中一个第二返回链路BAE端口与其中一个第二返回链路FAE端口之间。

7.根据权利要求2或6所述的卫星，其中：

每个返回链路FAE端口与具有第一频率子范围输入和第二频率子范围输入的频率组合器(1020)耦合；和

所述多个返回链路通路包括：

第一多个返回链路通路，每个耦合在其中一个返回链路BAE端口与其中一个频率组合器的第一频率子范围输入之间；和

第二多个返回链路通路，每个耦合在另一个返回链路BAE端口与其中一个频率组合器的第二频率子范围输入之间。

8.根据权利要求2所述的卫星，其中：

前向上行链路频率范围与返回上行链路频率范围重叠；和

前向下行链路频率范围与返回下行链路频率范围重叠。

9.根据权利要求1所述的卫星，其中：

馈线天线子系统还包括馈线反射器(410)；和

用户天线子系统还包括用户反射器(430)。

10.根据权利要求1、2、4、6、8、9中任一项所述的卫星，其中卫星是对地静止卫星。

11.一种卫星通信系统(100、200、700、800)，包括：

前向波束形成器(210)；

多个地理上分布的网关终端，每个包括：

通过分布网络(120)与所述前向波束形成器(210)通信的波束加权的前向信号输入；

与同步子系统(125)耦合的同步输入；和

馈线上行链路信号输出，其对应于根据同步输入的波束加权的前向信号输入之相互同步版本；和

根据权利要求1至9中任一项所述的卫星，其中每个前向链路FAE端口与对应一个网关终端的馈线上行链路信号输出通信耦合。

12.根据权利要求11所述的卫星通信系统，其中：

每个地理上分布的网关终端还包括：

通过分布网络与返回波束形成器通信的返回信号输出；和

馈线下行链路信号输出；和

馈线天线子系统的每个FAE还具有返回链路FAE端口；

用户天线子系统的每个BAE还具有返回链路BAE端口；和

卫星还包括具有返回上行链路频率范围和返回下行链路频率范围的返回中继器子系统(340)，其中所述返回中继器子系统包括多个返回链路通路，每个耦合在其中一个返回链路BAE端口与其中一个返回链路FAE端口之间，并且每个具有返回上行链路频率范围中的输入和返回下行链路频率范围中的输出，

其中返回链路通路被配置为生成多个返回下行链路信号以供FAE进行传输，所述返回下行链路信号能够从在BAE处从至少一个用户终端所接收到的返回上行链路信号生成，由此形成至少一个返回用户波束以用于与所述至少一个用户终端通信。

13.根据权利要求11所述的卫星通信系统，其中：

馈线反射器上的表面失真限定馈线天线损伤区域(1210)；和

所述多个地理上分布的网关终端位于远离馈线天线损伤区域的位置。

14.根据权利要求11所述的卫星通信系统，其中：

馈线反射器上的表面失真限定馈线天线损伤区域；和

馈线天线子系统包括每束多馈源天线，以将有限的波束形成应用于馈线波束，以补偿馈线天线损伤区域。

15.根据权利要求14所述的卫星通信系统，其中：

每束多馈源天线包括波束形成系数存储器，其具有存储在其中的预先计算的波束形成系数，所述预先计算的波束形成系数用于应用所述有限的波束形成。

16.根据权利要求14所述的卫星通信系统，其中：

每束多馈源天线包括波束形成系数存储器，其具有存储在其中的自适应更新的系数，所述自适应更新的系数用于应用所述有限的波束形成。

17.根据权利要求11所述的卫星通信系统，其中：

所述多个地理上分布的网关终端包括M个网关终端；和

前向中继器子系统包括M个前向链路通路，每个对应于所述M个网关终端中各自一个。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的卫星通信系统，其中所述馈线上行链路信号输出对应于响应于同步输入的波束加权的前向信号输入的相位同步版本。

19.根据权利要求11至17中任一项所述的卫星通信系统，其中：

卫星还包括信标发射机；和

同步子系统包括：

环回输入；和

与同步输入耦合的同步输出，所述同步输出响应于在环回输入接收到的环回信号和信标信号的相位同步。

20.根据权利要求19所述的卫星通信系统，其中每个网关终端还包括环回发射机。

21.根据权利要求11至17中任一项所述的卫星通信系统，其中每个网关终端还包括同步子系统的本地实例。

22.根据权利要求11至17中任一项所述的卫星通信系统，还包括：

同步子系统，其中所述多个地理上分布的网关终端中的每一个通过分布网络与同步子系统耦合。

23.根据权利要求11至17中任一项所述的卫星通信系统，还包括：

串扰消除器(1510)，其具有：

多个馈源输入端口，用于从所述多个网关终端接收馈源输入信号；和

多个馈源输出端口，用于输出串扰补偿的馈送信号，所述串扰补偿的馈送信号依据馈源输入信号和存储的串扰矩阵的函数而生成。

24.根据权利要求23所述的卫星通信系统，其中：

卫星还包括环回通路，其具有通过多个开关(1410)与FAE耦合的环回天线元件，

使得在多个时隙上，环回天线元件与每个FAE的各自的前向链路FAE端口顺序地耦合，由此在每个时隙中，响应于从与在该时隙中顺序地耦合的FAE相关联的网关终端接收到环回信标信号，向网关终端发射重复的环回信号。

25.根据权利要求23所述的卫星通信系统，其中：

卫星还包括环回通路(500)，其具有通过多个开关(1410)与FAE耦合的环回天线元件，

使得在多个时隙上，环回天线元件与每个FAE的各自的返回链路FAE端口顺序地耦合，由此在每个时隙中，响应于从网关终端接收到环回信标信号，向与在该时隙中顺序地耦合的FAE相关联的网关终端发射重复的环回信号。

26.根据权利要求11至17中任一项所述的卫星通信系统，其中：

馈线天线子系统照射多个前向馈线波束；和

形成的前向用户波束不会与前向馈线波束空间上重叠。

27.根据权利要求11至17中任一项所述的卫星通信系统，其中前向波束形成器包括：

多个前向数据流输入；

波束权重输入，其指示与网关终端和前向数据流中的每一个相关联的波束权重；和

多个波束加权的前向信号输出，每个通过分布网络与各自一个网关终端的波束加权的前向信号输入耦合，并且每个都是根据与各自一个网关终端相关联的波束权重进行波束加权的前向数据流输入的加权和。

28.根据权利要求27所述的卫星通信系统，其中：

所述前向数据流输入包括K个前向数据流输入，每个对应于K个形成的前向用户波束中各自一个；

所述多个地理上分布的网关终端包括L个馈线上行链路信号输出；和

波束权重输入包括L x K个波束权重；和

波束加权的前向信号输出对应于根据所述L x K个波束权重进行波束加权的K个前向数据流输入的L个复合物。

29.根据权利要求11至17中任一项所述的卫星通信系统，其中卫星是对地静止卫星。

30.一种包括卫星(140)的卫星通信系统中地基波束形成的方法，所述方法(1100)包括：

由所述卫星接收多个波束加权的相互相位同步的前向上行链路信号(235)，每个以相同的载波频率通过多个聚焦馈线上行链路天线元件(243)中的一个从多个空间上分离的网关中对应一个接收，其中所述多个空间上分离的网关全部以相同的载波频率操作；

由所述卫星通过对多个波束加权、相互相位同步的前向上行链路信号中对应一个进行放大和频率转换，生成多个波束加权、相互相位同步的前向下行链路信号(255)中的每一个；和

由所述卫星通过多个去聚焦的用户下行链路天线元件(247)发射多个前向下行链路信号，使得来自多个前向链路通路中的多个的前向下行链路信号空间上叠加以形成用户波束(260)。

31.根据权利要求30所述的方法，还包括：

将波束加权应用于多个前向数据流(205)以生成L个波束加权的前向信号(215)；

将L个波束加权的前向信号中的每一个传送到M个空间上分离的网关中对应一个；和

在网关同步波束加权的前向信号以生成L个波束加权的、相互相位同步的前向上行链路信号。

32.根据权利要求31所述的方法，其中：

前向下行链路信号空间上叠加以形成K个用户波束；和

所述波束加权包括将L x K个波束权重(213)应用于K个前向数据流以生成L个波束加权的前向信号。

33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法，其中：

所述接收是在上行链路频率范围进行的；

所述发射是在下行链路频率范围进行的；和

所述频率转换包括从上行链路频率范围转换到下行链路频率范围。

34.根据权利要求30所述的方法，还包括：

通过多个去聚焦的用户上行链路天线元件(247)接收多个返回上行链路信号(355)；

从所述多个返回上行链路信号中对应一个生成多个返回下行链路信号(335)中的每一个；和

通过多个聚焦的馈线下行链路天线元件(243)向空间上分离的网关发射多个返回下行链路信号，

去聚焦的用户上行链路源自波束覆盖区域，其由发射返回下行链路信号之后的返回下行链路信号的波束加权和地基相互相位同步形成。

35.根据权利要求34所述的方法，还包括：

在所述空间上分离的网关接收所述多个返回下行链路信号；

在所述网关同步所述返回下行链路信号以生成多个相互相位同步的返回信号；和

波束加权所述多个相互相位同步的返回信号以生成波束加权的相互相位同步的返回信号。

36.根据权利要求35所述的方法，其中：

所述波束加权的相互相位同步的返回信号包括L个波束加权的相互相位同步的返回信号；

形成的波束覆盖区域包括K个用户波束；和

波束加权所述多个相互相位同步的返回信号包括将L x K个返回波束权重(313)应用于L个波束加权的相互相位同步的返回信号以恢复K个返回数据流(305)。

37.根据权利要求34至36中任一项所述的方法，其中：

在返回上行链路频率范围接收所述多个返回上行链路信号；

在返回下行链路频率范围发射所述多个返回下行链路信号；和

所述生成包括从返回上行链路频率范围转换到返回下行链路频率范围。

38.根据权利要求31所述的方法，其中：

所述同步包括：

在网关接收信标信号，所述信标信号从所述卫星发射；

在每个网关接收从所述网关发射的各自的环回信号；和

在每个网关相位同步所接收的各自的环回信号和所接收的信标信号。

39.根据权利要求31所述的方法，还包括：

从网关接收馈源输入信号(1512)；和

依据馈源输入信号和存储的串扰矩阵的函数而生成串扰校正的馈送信号(1514)。

40.根据权利要求39所述的方法，还包括：

在多个时隙上，顺序地耦合环回天线元件与每个聚焦的馈线上行链路天线元件，由此在每个时隙中，响应于从与在该时隙中顺序地耦合的聚焦的馈线上行链路天线元件相关联的网关接收到环回信标信号，向网关发射重复的环回信号，

其中，在多个时隙上，馈源输入信号对应于在网关接收到的重复的环回信号。

41.根据权利要求39所述的方法，还包括：

在多个时隙上，顺序地耦合环回天线元件与多个聚焦的馈线下行链路天线元件中的每一个，由此在每个时隙中，响应于从网关接收到环回信标信号，向与在该时隙中顺序地耦合的聚焦的馈线下行链路天线元件相关联的网关发射重复的环回信号，

其中，在每个时隙中，至少一个馈源输入信号对应于在该时隙中至少一个网关接收到的重复的环回信号。

42.根据权利要求31所述的方法，还包括：

由至少一个网关从至少一个用户终端接收至少一个探测信号；和

依据所述至少一个探测信号与预期的馈源信号的比较的函数，生成至少一个串扰校正的馈送信号。

43.根据权利要求31所述的方法，还包括：

由至少一个用户终端从至少一个网关接收至少一个探测信号；和

依据所述至少一个探测信号与预期的用户信号的比较的函数，生成至少一个串扰校正的馈送信号。