ES2931033T3 - Formación de haces de antena terrestre para comunicaciones entre nodos de acceso y terminales de usuarios enlazados por un relé tal como un satélite - Google Patents

Formación de haces de antena terrestre para comunicaciones entre nodos de acceso y terminales de usuarios enlazados por un relé tal como un satélite Download PDF

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Abstract

Los sistemas de formación de haces de extremo a extremo incluyen relés de extremo a extremo y redes terrestres para proporcionar comunicaciones a terminales de usuario ubicados en áreas de cobertura de haz de usuario. El segmento terrestre puede incluir nodos de acceso distribuidos geográficamente y un sistema de procesamiento central. Las señales de enlace ascendente de retorno, transmitidas desde los terminales de usuario, tienen trayectos múltiples inducidos por una pluralidad de trayectos de señal de recepción/transmisión en el relevo de extremo a extremo y se retransmiten a la red de tierra. La red terrestre, utilizando formadores de haces, recupera flujos de datos de usuario transmitidos por los terminales de usuario a partir de señales de enlace descendente de retorno. La red terrestre, utilizando formadores de haces, genera señales de enlace ascendente directas a partir de combinaciones adecuadamente ponderadas de flujos de datos de usuario que, después de ser retransmitidas por el relé de extremo a extremo, producen señales de enlace descendente directas que se combinan para formar haces de usuario. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Formación de haces de antena terrestre para comunicaciones entre nodos de acceso y terminales de usuarios enlazados por un relé tal como un satélite
Campo técnico
Los métodos y aparatos descritos se refieren a la formación de haces de extremo a extremo en un sistema que usa un retransmisor de extremo a extremo.
Antecedentes
Los sistemas de comunicación inalámbricos, tales como sistemas de comunicación por satélite, proporcionan un medio mediante el cual pueden comunicarse datos, incluyendo audio, vídeo y otros diversos tipos de datos, de una localización a otra. La información se origina en una primera estación, tal como una primera estación en tierra, y se transmite a un retransmisor inalámbrico, tal como un satélite de comunicaciones. La información recibida por el retransmisor inalámbrico se retransmite a una segunda estación, tal como una segunda estación en tierra. En algunos sistemas de comunicación de retransmisión inalámbricos, la primera o la segunda estación (o ambas) están montadas en una nave, tal como una aeronave, embarcación o vehículo terrestre. La información puede transmitirse en una único dirección (por ejemplo, únicamente de una primera estación en tierra a una segunda estación en tierra) o puede transmitirse en ambas direcciones (por ejemplo, también de la segunda estación en tierra a la primera estación en tierra).
En un sistema de comunicación de retransmisión inalámbrico en el que el retransmisor inalámbrico es un satélite, el satélite puede ser un satélite geoestacionario, en cuyo caso la órbita del satélite está sincronizada con la rotación de la Tierra, manteniendo el área de cobertura del satélite esencialmente estacionaria con respecto a la Tierra. En otros casos, el satélite está en una órbita alrededor de la Tierra que provoca que la huella del satélite se mueva sobre la superficie de la Tierra a medida que el satélite recorre su ruta orbital.
Las señales que se dirigen a, o desde, una primera estación pueden dirigirse utilizando una antena que está conformada para enfocar la señal en un haz estrecho. Dichas antenas tienen de forma típica un reflector en forma parabólica para enfocar el haz.
En algunos casos, un haz puede formarse electrónicamente ajustando la ganancia y fase (o retardo de tiempo) de las señales que se transmiten, reciben o ambos de varios elementos de un conjunto de antenas en fase. Seleccionando correctamente la fase y la ganancia relativas transmitidas y/o recibidas por cada elemento de un conjunto de antenas en fase, puede dirigirse el haz. En la mayoría de los casos, se prevé que toda la energía que se transmite desde una estación en tierra sea recibida por un retransmisor inalámbrico. De modo similar, la información recibida por la segunda estación se recibe de forma típica desde un retransmisor inalámbrico a la vez. Por lo tanto, es habitual que un haz de transmisión que se forma para transmitir información al retransmisor inalámbrico (ya sea mediante el uso de formación de haces electrónica o mediante el uso de una antena con un reflector conformado) sea relativamente estrecho para permitir que se dirija al retransmisor inalámbrico la mayor cantidad de energía transmitida posible. Del mismo modo, un haz de recepción que se forma para recibir información desde el retransmisor inalámbrico es de forma típica estrecho para recoger energía procedente de la dirección del retransmisor inalámbrico con interferencia mínima de otras fuentes.
En muchos casos de interés, las señales que se transmiten desde el retransmisor inalámbrico a la primera y segunda estaciones no se dirigen a una sola estación. Más bien, el retransmisor inalámbrico es capaz de transmitir señales en un área geográfica relativamente grande. Por ejemplo, en un sistema de comunicación por satélite, un satélite puede dar servicio a todos los Estados Unidos continentales. En tal caso, se dice que el satélite tiene un área de cobertura de satélite que incluye la totalidad de los Estados Unidos continentales. No obstante, para aumentar la cantidad de datos que pueden transmitirse a través de un satélite, la energía transmitida por el satélite se enfoca en haces. Los haces pueden dirigirse a áreas geográficas en la Tierra.
El documento US 2008/0051080 A1 describe métodos, sistemas y aparatos para la formación de haces terrestre de una carga útil de comunicaciones por satélite dentro de una red de comunicaciones por satélite.
El documento US 8923756 B1 describe la calibración de amplitud y fase.
Resumen
La invención a la que se refiere esta patente europea está definida por las reivindicaciones independientes adjuntas dirigidas a métodos de comunicación y a nodos de acceso. Las realizaciones se definen por las reivindicaciones dependientes adjuntas.
Breve descripción de las figuras
Los dibujos se proporcionan únicamente con propósitos ilustrativos y simplemente ilustran ejemplos. Estos dibujos se proporcionan para facilitar la comprensión del lector del método y el aparato descritos. No limitan el ámbito, extensión o aplicabilidad de la invención reivindicada. Por claridad y facilidad de ilustración, estos dibujos no se han hecho necesariamente a escala.
La Fig. 1 es una ilustración de un ejemplo de un sistema de comunicación por satélite.
La Fig. 2 es un diagrama que muestra un patrón ilustrativo de haces que cubren los Estados Unidos continentales. La Fig. 3 es una ilustración de un ejemplo del enlace directo de un sistema de comunicación por satélite en el que el satélite tiene una capacidad de formación de haces integrada de conjunto en fase de alimentación múltiple por haz. La Fig. 4 es una ilustración de un ejemplo del enlace directo de un sistema de comunicación por satélite que tiene formación de haces en tierra.
La Fig. 5 es una ilustración de un sistema de formación de haces extremo a extremo ilustrativo.
La Fig. 6 es una ilustración de rutas de señales ilustrativas para señales en la dirección de retorno.
La Fig. 7 es una ilustración de rutas de señales ilustrativas en la dirección de retorno desde un terminal de usuario. La Fig. 8 es una ilustración simplificada de un ejemplo de modelo de la matriz del canal de retorno de extremo a extremo.
La Fig. 9 es una ilustración de rutas de señales ilustrativas en la dirección directa.
La Fig. 10 es una ilustración de rutas de señales ilustrativas en la dirección directa un terminal de usuario situado dentro de un área de cobertura de haz de usuario.
La Fig. 11 es una ilustración simplificada de un ejemplo de modelo de la matriz del canal directo de extremo a extremo.
La Fig. 12 es una ilustración de un satélite de retransmisor de extremo a extremo ilustrativo que soporta datos directos y de retorno.
La Fig. 13 es una ilustración de un intervalo de frecuencias de enlace ascendente que se divide en dos partes. La Fig. 14 es una ilustración de un retransmisor de extremo a extremo ilustrativo que se multiplexa en el tiempo entre datos directos y datos de retorno.
La Fig. 15 es un diagrama de bloques de componentes de un retransmisor de extremo a extremo ilustrativo implementado como satélite.
La Fig. 16 es un diagrama de bloques de un transpondedor ilustrativo que incluye un desplazador de fase.
La Fig. 17 es un gráfico de patrones de intensidad de señal ilustrativos de varios elementos de antena.
La Fig. 18 es una ilustración de contornos de intensidad de señal de 3 dB ilustrativos para varios elementos de antena.
La Fig. 19 es una ilustración de patrones de la intensidad de señal solapantes ilustrativos de varios elementos de antena.
Las Figs. 20A - 20E son una ilustración de contornos de intensidad de la señal de 3 dB solapantes ilustrativos para varios elementos de antena.
La Fig. 21 es una ilustración de una enumeración ilustrativa de 16 elementos de antena y sus contornos de intensidad de la señal de 3 dB solapantes.
La Fig. 22 es una tabla que muestra correlaciones ilustrativas de elementos de antena de recepción con elementos de antena de transmisión a través de 16 transpondedores.
La Fig. 23 es una ilustración de una sección transversal de un reflector de antena parabólica y un conjunto de elementos centrados en el punto focal de la parábola.
La Fig. 24 es una ilustración de una sección transversal de un reflector de antena parabólica y un conjunto de elementos colocados lejos del punto focal de la parábola.
La Fig. 25 es una ilustración de un área de cobertura de retransmisor ilustrativa (mostrada con un solo sombreado diagonal) y el área (mostrada con doble sombreado diagonal) definida por los puntos dentro del área de cobertura de retransmisor que también están contenidos dentro de seis áreas de cobertura de elementos de antena.
La Fig. 26 es una ilustración de un patrón de antena de rretransmisor ilustrativo en el que todos los puntos dentro de un área de cobertura del retransmisor también están contenidos dentro de al menos cuatro áreas de cobertura de elementos de antena.
La Fig. 27 es una ilustración de una distribución ilustrativa de nodos de acceso (AN) y áreas de cobertura de haz de usuario.
La Fig. 28 es un gráfico ilustrativo de la capacidad de enlace directo y de retorno normalizada en función del número de AN desplegados.
La Fig. 29 es un diagrama de bloques de un segmento 502 terrestre ilustrativo para un sistema de formación de haces de extremo a extremo.
La Fig. 30 es un diagrama de bloques de un formador de haces directo/de retorno ilustrativo.
La Fig. 31 es un diagrama de bloques de un formador de haces directo ilustrativo que comprende múltiples formadores de haces de intervalo de tiempo directos con demultiplexación y multiplexación de dominio de tiempo. La Fig. 32 es una ilustración de un segmento terrestre ilustrativo simplificado que muestra la operación de un formador de haces de intervalo de tiempo directo.
La Fig. 33 es un diagrama de bloques de un formador de haces de retorno ilustrativo que comprende múltiples formadores de haces de intervalo de tiempo de retorno con demultiplexación y multiplexación en el dominio de tiempo.
La Fig. 34 es una ilustración de un segmento terrestre ilustrativo simplificado que muestra la operación de un formador de haces de retorno empleando multiplexación en el dominio de tiempo.
La Fig. 35 es un diagrama de bloques de un formador de haces directo/de retorno multibanda ilustrativo que emplea demultiplexación y multiplexación de subbanda.
La Fig. 36 y la Fig. 37 es una ilustración de una alineación de temporización ilustrativo para el enlace directo.
La Fig. 38 es un diagrama de bloques de un AN ilustrativo.
La Fig. 39 es un diagrama de bloques de parte de un ejemplo de un AN.
La Fig. 40 es un diagrama de bloques de un AN 515 ilustrativo en el que se procesan por separado múltiples subbandas de frecuencia.
La Fig. 41 es una ilustración de un sistema de formación de haces extremo a extremo ilustrativo para permitir áreas de cobertura de enlace de usuario y de enlace alimentador distintas.
La Fig. 42 es una ilustración de un ejemplo de modelo de rutas de señal para señales que portan datos de retorno en el enlace de retorno de extremo a extremo.
La Fig. 43 es una ilustración de un modelo ilustrativo de rutas de señales para señales que transportan datos directos en el enlace directo de extremo a extremo.
Las Figs. 44A y 44B son una ilustración de un ejemplo de ruta de señal directo y ruta de señal de retorno, respectivamente.
La Fig. 45 es una ilustración de un ejemplo de un área de cobertura de la Tierra visible de retransmisor de extremo a extremo.
La Fig. 46 es una ilustración de un ejemplo de un área de cobertura de Norteamérica de retransmisor de extremo a extremo.
Las Figs. 47A y 47B son respectivamente diagramas de bloques de un ejemplo de ruta de señal directa y ruta de señal de retorno, teniendo cada uno una activación selectiva de múltiples subsistemas de antena de enlace de usuario.
Las Figs. 48A y 48B son una ilustración de un ejemplo de un área de cobertura de retransmisor de extremo a extremo que incluye múltiples áreas de cobertura de usuario activadas de forma selectiva.
La Fig. 49 es un diagrama de bloques de un ejemplo de ruta de señal directa que tiene activación selectiva de múltiples subsistemas de antena de enlace de usuario y múltiples subsistemas de antena de enlace alimentador. En la presente memoria se usan designadores de referencia (por ejemplo, 100) para referirse a aspectos de los dibujos. Los aspectos similares o parecidos se muestran de forma típica utilizando números similares. Puede hacerse referencia colectivamente a un grupo de elementos similares o iguales mediante un único designador de referencia (por ejemplo, 200), mientras que puede hacerse referencia a elementos individuales del grupo mediante el designador de referencia con una letra adjunta (por ejemplo, 200a, 200b).
Las figuras no pretenden ser exhaustivas o limitar la invención reivindicada a la forma exacta descrita. El método y el aparato descritos pueden ponerse en práctica con modificaciones y alteraciones, y la invención está limitada únicamente por las reivindicaciones.
Descripción detallada
Esta descripción detallada se organiza como sigue. En primer lugar, se describe una introducción a sistemas de comunicación de retransmisión inalámbricos utilizando comunicación y formación de haces de satélite. En segundo lugar, la formación de haces de extremo a extremo se describe de forma general y a nivel de sistema utilizando la formación de haces de extremo a extremo de satélite como ejemplo, aunque la aplicación de formación de haces de extremo a extremo no se limita a las comunicaciones por satélite. En tercer lugar, el funcionamiento de los datos directos y de retorno se describe en el contexto de la formación de haces de extremo a extremo. En cuarto lugar, los retransmisores de extremo a extremo y sus antenas se describen utilizando un satélite de comunicación como ejemplo. A continuación, se describen redes terrestres para formar los haces de extremo a extremo, incluyendo aspectos relacionados, tales como ecualización de retardo, eliminación de degradaciones de enlace alimentador y cálculo de ponderación de haces. Por último se describe la formación de haces de extremo a extremo con distintas áreas de cobertura de enlace de usuario y de enlace alimentador, así como sistemas con múltiples áreas de cobertura.
Comunicación por satélite
La Fig. 1 es una ilustración de un ejemplo de un sistema 100 de comunicación por satélite radial. El satélite sirve como un ejemplo de un retransmisor inalámbrico. Aunque se describen muchos ejemplos a lo largo de esta descripción en el contexto de un satélite o sistema de comunicación por satélite, no se pretende que tales ejemplos se limiten al satélite; puede utilizarse cualquier otro retransmisor inalámbrico adecuado y funcionar de forma similar. El sistema 100 comprende una estación 101 terrestre en tierra, un satélite 103 de comunicación y una fuente de transmisión terrestre, tal como un terminal 105 de usuario. Un área de cobertura de satélite puede definirse en sentido amplio como el área desde la que, y/o a la que, puede comunicarse ya sea una fuente de transmisión terrestre, o un receptor terrestre, tal como una estación terrestre en tierra o un terminal de usuario, a través del satélite. En algunos sistemas, el área de cobertura para cada enlace (por ejemplo, área de cobertura de enlace ascendente directo, área de cobertura de enlace descendente directo, área de cobertura de enlace ascendente de retorno y área de cobertura de enlace descendente de retorno) puede ser diferente. El área de cobertura de enlace ascendente directo y el área de cobertura de enlace ascendente de retorno se denominan colectivamente área de cobertura de satélite de enlace ascendente. De forma similar, el área de cobertura de enlace descendente directo y el área de cobertura de enlace descendente de retorno se denominan colectivamente área de cobertura de satélite de enlace descendente. Mientras que el área de cobertura de satélite sólo está activa para un satélite que está en servicio (por ejemplo, en una órbita de servicio), puede considerarse que el satélite tiene (por ejemplo, puede estar diseñado para tener) un patrón de antena de satélite que es independiente de la ubicación relativa del satélite con respecto a la Tierra. Es decir, el patrón de antena de satélite es un patrón de distribución de energía transmitida desde una antena de un satélite (o bien transmitido o bien recibido por la antena del satélite). El patrón de antena de satélite ilumina (transmite a o recibe desde) un área de cobertura de satélite particular cuando el satélite está en una órbita de servicio. El área de cobertura de satélite se define por el patrón de antena de satélite, una posición orbital y una actitud para la que se diseña el satélite, y un umbral de ganancia de antena dado. En general, la intersección de un patrón de antena (a una ganancia de antena efectiva particular, por ejemplo, de 3 dB, 4 dB, 6 dB 10 dB de la ganancia máxima) con una región de interés física particular (por ejemplo, un área en, o cerca de, la superficie terrestre) define el área de cobertura para la antena. Las antenas pueden diseñarse para proporcionar un patrón de antena particular (y/o área de cobertura) y tales patrones de antena pueden determinarse computacionalmente (por ejemplo, mediante análisis o simulación) y/o medirse experimentalmente (por ejemplo, en un campo de pruebas de antenas o en uso real).
Aunque por simplicidad solo se muestra un terminal 105 de usuario en la figura, de forma típica hay muchos terminales 105 de usuario en el sistema. El sistema 100 de comunicación por satélite funciona como un sistema de punto a multipunto. Es decir, la estación 101 terrestre dentro del área de cobertura de satélite puede enviar información a, y recibir información desde, cualquiera de los terminales 105 de usuario dentro del área de cobertura de satélite. Sin embargo, los terminales 105 de usuario solo se comunican con la estación 101 terrestre. La estación 101 terrestre recibe datos directos desde una red 107 de comunicación, modula los datos utilizando un módem 109 de enlace alimentador y transmite los datos al satélite 103 en un enlace 111 ascendente de alimentador directo. El satélite 103 retransmite estos datos directos a los terminales 105 de usuario en el enlace descendente 113 de usuario directo (a veces denominado enlace descendente de servicio directo). En algunos casos la comunicación de dirección directa desde la estación 101 terrestre está destinada a varios de los terminales 105 de usuario (por ejemplo, la información se emite por multidifusión a los terminales 105 de usuario). En algunos casos, la comunicación directa desde la estación 101 terrestre está destinada a un único terminal 105 de usuario (por ejemplo, unidifusión a un terminal 105 de usuario particular). Los terminales 105 de usuario transmiten datos de retorno al satélite 103 en un enlace ascendente 115 de usuario de retorno (a veces denominado enlace ascendente de servicio de retorno). El satélite 103 retransmite los datos de retorno a la estación 101 terrestre en un enlace 117 descendente de alimentador de retorno. Un módem 109 de enlace alimentador demodula los datos de retorno, que se reenvían a la red 107 de comunicación. Esta capacidad de enlace de retorno es compartido de forma general por un número de terminales 105 de usuario.
La Fig. 2 es un diagrama que muestra un ejemplo de una configuración de áreas de cobertura de haz de un satélite para dar servicio a los Estados Unidos continentales. En la configuración ilustrativa se muestran setenta haces. Un primer haz 201 cubre aproximadamente dos tercios del estado de Washington. Un segundo haz 203 adyacente al primer haz 201 cubre un área inmediatamente al este del primer haz 201. Un tercer haz 205 cubre aproximadamente Oregón al sur del primer haz 201. Un cuarto haz 207 cubre un área aproximadamente al sureste del primer haz 201. De forma típica, hay algún solapamiento entre haces adyacentes. En algunos casos, se usa un patrón de múltiples colores (por ejemplo, patrón de reutilización de dos, tres o cuatro colores). En un ejemplo de un patrón de cuatro colores, a los haces 201, 203, 205, 207 se les asigna individualmente una combinación única de frecuencia (por ejemplo, un intervalo o intervalos de frecuencia o uno o más canales) y/o polarización de antena (por ejemplo, en algunos casos una antena puede configurarse para transmitir señales con una polarización circular hacia la derecha (RHCP) o una polarización circular hacia la izquierda (LHCP); hay disponibles otras técnicas de polarización). Por lo tanto, puede haber relativamente poca interferencia mutua entre las señales transmitidas en distintos haces 201, 203, 205, 207. Estas combinaciones de frecuencia y polarización de antena pueden reutilizarse, a continuación, en el patrón de reutilización de “cuatro colores” no solapante y repetitivo. En algunas situaciones, puede conseguirse una capacidad de comunicación deseada utilizando un solo color. En algunos casos, puede utilizarse una compartición de tiempo entre haces y/u otras técnicas de mitigación de interferencias.
Dentro de algunos límites, enfocar haces en áreas más pequeñas y, por lo tanto, aumentar el número de haces, aumenta la capacidad de datos del satélite permitiendo una mayor oportunidad para la reutilización de frecuencia. Sin embargo, aumentar el número de haces puede aumentar la complejidad del sistema y, en muchos casos, la complejidad del satélite.
La complejidad en el diseño de un satélite de forma típica da como resultado un mayor tamaño, más peso y mayor consumo de potencia. Poner satélites en órbita es costoso. El coste de lanzamiento de un satélite viene determinado en parte por el peso y el tamaño del satélite. Además, existen límites absolutos en el peso y el tamaño de un satélite si el satélite ha de lanzarse utilizando la tecnología de cohetes disponible actualmente. Esto lleva a tener que hacer compromisos entre características que pueden diseñarse en un satélite. Además, la cantidad de potencia que puede proporcionarse a los componentes de un satélite es limitada. Por lo tanto, el peso, el tamaño y el consumo de potencia son parámetros que hay que considerar en el diseño de un satélite.
A lo largo de esta descripción, el término elemento de antena de recepción se refiere a un transductor físico que convierte una señal electromagnética en una señal eléctrica, y el término elemento de antena de transmisión se refiere a un transductor físico que inicia una señal electromagnética cuando es excitado por una señal eléctrica. El elemento de antena puede incluir una bocina, una bocina con polarización de septo (por ejemplo, que puede funcionar como dos elementos combinados con polarizaciones diferentes), una bocina multibanda y multipuerto (por ejemplo, banda dual de 20 GHz/30 GHz con polarización dual LHCP/RHCP), una ranura alojada en cavidad, F invertida, guía de ondas ranurada, Vivaldi, helicoidal, de bucle, de parche o cualquier otra configuración de un elemento de antena o combinación de subelementos interconectados. Un elemento de antena tiene un patrón de antena correspondiente, que describe cómo varía la ganancia de la antena en función de la dirección (o ángulo). Un elemento de antena también tiene un área de cobertura que corresponde a un área (por ejemplo, una parte de la superficie de la Tierra) o volumen (por ejemplo, una parte de la superficie de la Tierra más espacio aéreo por encima de la superficie) sobre el que el elemento de la antena proporciona un nivel deseado de ganancia (por ejemplo, dentro de 3 dB, 6 dB, 10 dB u otro valor con respecto a una ganancia máxima del elemento de antena). El área de cobertura del elemento de antena puede modificarse mediante diversas estructuras tales como un reflector, una superficie selectiva de frecuencia, una lente, un radomo y similares. Algunos satélites, incluidos los descritos en la presente memoria, pueden tener varios transpondedores, cada uno capaz de recibir y transmitir señales de forma independiente. Cada transpondedor se acopla a elementos de antena (p. ej., un elemento de recepción y un elemento de transmisión) para formar una ruta de señal de recepción/transmisión que tiene un patrón de radiación distinto (patrón de antena) de las otras rutas de las señales de recepción/transmisión para crear haces únicos que pueden asignarse a distintas áreas de cobertura de haz. Es común que una única ruta de señal de recepción/transmisión se comparta a través de múltiples haces utilizando multiplexores de entrada y/o salida. En ambos casos, el número de haces simultáneos que puede formarse está limitado de forma general por el número de rutas de señal de recepción/transmisión que se despliegan en el satélite.
Formación de haces
La formación de haces para un enlace de comunicación puede hacerse ajustando la fase de señal (o retardo de tiempo), y algunas veces la amplitud de señal, de señales transmitidas y/o recibidas por múltiples elementos de uno o más conjuntos de antena con áreas de cobertura superpuestas. En algunos casos, algunos o todos los elementos de antena se disponen como un conjunto de elementos de recepción y/o transmisión constituyentes que cooperan para permitir la formación de haces de extremo a extremo, como se describe a continuación. Para las transmisiones (desde los elementos de transmisión de los uno o más conjuntos de antenas), se ajustan las fases relativas y, a veces, las amplitudes, de las señales transmitidas, de modo que la energía transmitida por los elementos de antena de transmisión se superpondrá de forma constructiva en una localización deseada. Este ajuste de fase/amplitud se denomina comúnmente “aplicación de ponderaciones de haz” a las señales transmitidas. Para la recepción (por elementos de recepción del uno o más conjuntos de antenas), se ajustan las fases relativas y, a veces, las amplitudes, de las señales recibidas (es decir, se aplican las mismas o distintas ponderaciones de haz) de modo que la energía recibida desde una ubicación deseada por los elementos de antena de recepción se superpondrá de forma constructiva en esos elementos de antena de recepción. En algunos casos, el formador de haces calcula las ponderaciones deseadas de haz de elementos de antena. El término formación de haces puede referirse en algunos casos a la aplicación de las ponderaciones de haz. Los formadores de haces adaptables incluyen la función de cálculo dinámico de las ponderaciones de haz. Calcular las ponderaciones de haz puede requerir el descubrimiento directo o indirecto de las características del canal de comunicación. Los procesos de cálculo de ponderaciones de haz y de aplicación de ponderaciones de haz pueden realizarse en los mismos o en distintos elementos de sistema.
Los haces de antena pueden orientarse, formarse de forma selectiva y/o de otro modo reconfigurarse aplicando distintas ponderaciones de haz. Por ejemplo, el número de haces activos, el área de cobertura de haces, el tamaño de haces, la ganancia relativa de haces y otros parámetros pueden variar con el tiempo. Tal versatilidad resulta deseable en ciertas situaciones. Las antenas de formación de haces pueden formar generalmente haces relativamente estrechos. Los haces estrechos pueden permitir que las señales transmitidas en un haz se distingan de señales transmitidas en los otros haces (por ejemplo, para evitar interferencias). Por lo tanto, los haces estrechos pueden permitir que la frecuencia y la polarización se reutilicen en mayor medida que cuando se forman haces más grandes. Por ejemplo, los haces que se forman estrechamente pueden dar servicio a dos áreas de cobertura no contiguas que no solapan. Cada haz puede utilizar tanto una polarización hacia la derecha como una polarización hacia la izquierda. Una reutilización mayor puede aumentar la cantidad de datos transmitidos y/o recibidos.
Algunos satélites utilizan on-board beamforming (formación de haces integrada - OBBF) para orientar electrónicamente un conjunto de elementos de antena. La Fig. 3 es una ilustración de un sistema 300 de satélite en el que el satélite 302 tiene una capacidad de formación de haces integrada de conjunto en fase de multi-feed per beam (alimentación múltiple por haz - MFPB). En este ejemplo, las ponderaciones de haz se calculan en un centro de cálculo terrestre y, a continuación, se transmiten al satélite o se almacenan previamente en el satélite para su aplicación (no mostrado). El enlace directo se muestra en la Fig. 3, aunque esta arquitectura puede utilizarse para enlaces directos, enlaces de retorno o tanto enlaces directos como de retorno. La formación de haces puede emplearse en el enlace de usuario, en el enlace alimentador o en ambos. El enlace directo ilustrado es la ruta de señal desde una de una pluralidad de gateways (pasarelas - GW) 304 a uno o más de una pluralidad de terminales de usuario dentro de una o más áreas 306 de cobertura de haz puntual. El satélite 302 tiene un conjunto 307 de antenas de recepción, un conjunto 309 de antenas de transmisión, un módulo 311 de convertidor descendente (D/C) y ganancia, un formador 313 de haces de recepción y un formador 315 de haces de transmisión. El satélite 302 puede formar haces tanto en el enlace 308 de alimentador como en el enlace 310 de usuario. Cada uno de los L elementos del conjunto 307 de recepción recibe K señales desde K GW 304. Para cada uno de los K haces de enlace alimentador que van a crearse (por ejemplo, un haz por GW 304), se aplica una ponderación de haz distinta (por ejemplo, se hace un ajuste de fase/amplitud) por el formador 313 de haces de recepción a cada señal recibida por cada uno de los L elementos de conjunto de antenas de recepción (del conjunto 307 de antenas de recepción). Por lo tanto, para que se formen K haces utilizando un conjunto 307 de antenas de recepción que tiene L elementos de antena de recepción, se aplican K vectores de ponderación de haz diferentes de longitud L a las L señales recibidas por los L elementos de conjunto de antenas de recepción. El formador 313 de haces de recepción dentro del satélite 302 ajusta la fase/amplitud de las señales recibidas por los L elementos de conjunto de antenas de recepción para crear K señales de haz de recepción. Cada uno de los K haces de recepción se enfoca para recibir una señal desde una GW 304. Por lo tanto, el formador 313 de haces de recepción emite K señales de haz de recepción al módulo 311 de D/C y ganancia. Se forma una señal de haz de recepción de este tipo para la señal recibida desde cada pasarela 304 de transmisión.
El módulo 311 de D/C y ganancia convierte descendentemente cada una de las K señales de haz de recepción y ajusta la ganancia como proceda. Se emiten K señales desde el módulo 311 de D/C y ganancia y se acoplan al formador 315 de haces de transmisión. El formador 315 de haces de transmisión aplica un vector de L ponderaciones a cada una de las K señales para un total de L x K ponderaciones de haz de transmisión para formar K haces en el enlace descendente 310 de usuario.
En algunos casos, puede ser necesaria una capacidad de procesamiento significativa en el satélite para controlar la fase y la ganancia de cada elemento de antena que se utiliza para formar los haces. Tal capacidad de procesamiento aumenta la complejidad del satélite. En algunos casos, los satélites pueden funcionar con una ground-based beamforming (formación de haces en tierra - GBBF) para reducir la complejidad del satélite al tiempo que ofrece la ventaja de formar electrónicamente haces estrechos.
La Fig. 4 es una ilustración de un ejemplo de un sistema 400 de comunicación por satélite que tiene GBBF directa. La GBBF se lleva a cabo en el enlace 317 de usuario directo a través de un conjunto de L elementos similar al descrito anteriormente. Las fases/amplitudes de las señales transmitidas en el enlace 317 de usuario se ponderan de modo que se forman haces. El enlace 319 de alimentador utiliza un Single Feed per Beam (esquema de alimentación única por haz - SFPB) en el que cada elemento de antena de recepción y transmisión de una antena 324 está dedicado a un haz de enlace alimentador.
Antes de la transmisión desde una GW o unas GW 304, para cada uno de los K haces de enlace alimentador directo, un formador 321 de haces de transmisión aplica uno respectivo de los K vectores de ponderación de haz, cada uno de longitud L, a cada una de las K señales a transmitir. Determinar los K vectores de L ponderaciones y aplicarlos a las señales hace posible que se formen K haces directos en la tierra para el enlace 317 descendente de usuario directo. En el enlace 319 ascendente de alimentador, cada una de las L señales diferentes se multiplexa a una señal multiplexada por división de frecuencia (FDM) por un multiplexor 323 (o similar). Cada señal FDM se transmite por las GW 304 a uno de los elementos de antena de recepción en la antena 324 en el enlace 319 de alimentador. Un receptor 325 FDM en el satélite 327 recibe las señales desde la antena 324. Un convertidor 326 de analógico a digital (A/D) convierte las señales analógicas recibidas a señales digitales. Un procesador 328 de canal digital demultiplexa las señales FDM, cada una de las cuales se ponderó adecuadamente por el formador 321 de haces para la transmisión a través de uno de los L elementos de un conjunto de elementos de antena de transmisión de una antena 329 de transmisión. El procesador 328 de canal digital emite las señales a un convertidor 331 de digital a analógico (D/A) para ser convertido de vuelta a forma analógica. Las salidas analógicas del D/A 331 se convierten de forma ascendente y se amplifican mediante una etapa 330 de up-converter (convertidor ascendente -U/C) y ganancia y se transmiten mediante el elemento asociado de la antena 329 de transmisión. Se produce un proceso complementario a la inversa para los haces de retorno. Obsérvese que, en este tipo de sistema, el enlace alimentador de FDM requiere L veces más ancho de banda que los haces de usuario, haciendo que sea poco práctico para sistemas con anchos de banda de datos anchos o sistemas que tienen un gran número de elementos L.
Sistemas de formación de haces de extremo a extremo
Los sistemas de formación de haces de extremo a extremo descritos en la presente memoria forman haces de extremo a extremo a través de un retransmisor de extremo a extremo. Un sistema de formación de haces de extremo a extremo puede conectar terminales de usuario con fuentes/sumideros de datos. En contraste con los sistemas de formación de haces analizados anteriormente, en un sistema de formación de haces de extremo a extremo, las ponderaciones de haz se calculan en un central processing system (sistema central de procesamiento -CPS) y las ponderaciones de haz de extremo a extremo se aplican dentro de la red terrestre (en vez de en un satélite). Las señales dentro de los haces de extremo a extremo se transmiten y reciben en un conjunto de access nodes (nodos de acceso - AN), que pueden ser satellite access node (nodos de acceso por satélite - SAN). Como se ha descrito anteriormente, puede utilizarse cualquier tipo adecuado de retransmisores de extremo a extremo en un sistema de formación de haces de extremo a extremo, y pueden utilizarse distintos tipos de AN para comunicarse con distintos tipos de retransmisores de extremo a extremo. El término “central” se refiere al hecho de que el CPS es accesible para los AN que están implicados en la transmisión y/o recepción de señales, y no se refiere a una localización geográfica particular en la que reside el CPS. Un formador de haces dentro de un CPS calcula un conjunto de ponderaciones de haz de extremo a extremo que tiene en cuenta: (1) las rutas de enlace ascendente de señal inalámbrica hasta el retransmisor de extremo a extremo; (2) las rutas de señal de recepción/transmisión a través del retransmisor de extremo a extremo; y (3) las rutas de enlace descendente de señal inalámbrica hasta el retransmisor de extremo a extremo. Las ponderaciones de haz pueden representarse matemáticamente como una matriz. Como se ha explicado anteriormente, los sistemas de satélite de OBBF y GBBF tienen dimensiones de vectores de ponderación de haz establecidas por el número de elementos de antena en el satélite. En contraste, los vectores de ponderación de haz de extremo a extremo tienen dimensiones establecidas por el número de AN, no el número de elementos en el retransmisor de extremo a extremo. En general, el número de AN no es el mismo que el número de elementos de antena en el retransmisor de extremo a extremo. Además, los haces de extremo a extremo formados no se terminan en los elementos de antena de transmisión o recepción del retransmisor de extremo a extremo. Más bien, los haces de extremo a extremo formados se retransmiten de forma efectiva, dado que los haces de extremo a extremo tienen rutas de señal de enlace ascendente, transmiten rutas de señal (a través de un satélite u otro retransmisor de extremo a extremo adecuado) y rutas de señal de enlace descendente.
Debido a que la formación de haces de extremo a extremo tiene en cuenta tanto el enlace de usuario como el enlace alimentador (así como el retransmisor de extremo a extremo) solo se necesita un único conjunto de ponderaciones de haz para formar los haces de usuario de extremo a extremo deseados en una dirección particular (p. ej., haces de usuario directos o de retorno). Por lo tanto, un conjunto de ponderaciones de haz directo de extremo a extremo (en lo sucesivo denominadas simplemente ponderaciones de haz directo) da lugar a que las señales transmitidas desde los AN, a través del enlace ascendente directo, a través del retransmisor de extremo a extremo y a través del enlace descendente directo se combinan para formar los haces de usuario directos de extremo a extremo (a continuación en la memoria, haces de usuario directos). Por el contrario, las señales transmitidas desde los usuarios de retorno a través del enlace ascendente de retorno, a través del retransmisor de extremo a extremo y el enlace descendente de retorno tienen ponderaciones de haz de retorno de extremo a extremo (a continuación, en la memoria, ponderaciones de haz de retorno) aplicadas para formar los haces de usuario de retorno de extremo a extremo (a continuación, en la memoria, haces de usuario de retorno). En algunas condiciones, puede ser muy difícil o imposible distinguir entre las características del enlace ascendente y el enlace descendente. Por lo tanto, los haces de enlace alimentador formados, la directividad de haz de usuario formada y la relación de portadora de enlace ascendente y enlace descendente individual a interferencia (C/I) puede ya no tener su función tradicional en el diseño del sistema, mientras que los conceptos de relación de señal de enlace ascendente y enlace descendente a ruido (Es/No) y C/I de extremo a extremo pueden aún ser relevantes.
La Fig. 5 es una ilustración de un ejemplo de sistema 500 de formación de haces de extremo a extremo. El sistema 500 incluye: un segmento 502 terrestre; un retransmisor 503 de extremo a extremo; y una pluralidad de terminales 517 de usuario. El segmento 502 terrestre comprende M AN 515, distribuidos geográficamente en un área de AN. Los AN 515 y los terminales 517 de usuario pueden denominarse colectivamente receptores terrestres, transmisores terrestres o transceptores terrestres, dependiendo de la funcionalidad particular en cuestión, dado que están situados en, o cerca de, la Tierra y ambos transmiten y reciben señales. En algunos casos, los terminales 517 de usuario y/o los AN 515 pueden estar situados en aeronaves, embarcaciones o montarse en vehículos terrestres, etc. En algunos casos, los terminales 517 de usuario pueden estar distribuidos geográficamente. Los AN 515 pueden estar distribuidos geográficamente. Los AN 515 proporcionan señales a través de una red 518 de distribución a un CPS 505 dentro del segmento 502 terrestre. El CPS 505 se conecta a una fuente de datos (no mostrada), tal como, por ejemplo, la internet, una cabecera de vídeo u otra entidad de este tipo.
Los terminales 517 de usuario pueden agruparse con otros terminales 517 de usuario cercanos (por ejemplo, como se ilustra por los terminales 517a y 517b de usuario). En algunos casos, tales grupos de terminales 517 de usuario son servidos por el mismo haz de usuario y, por lo tanto, residen dentro de la misma área geográfica 519 de cobertura de haz de usuario directa y/o de retorno. Un terminal 517 de usuario está dentro de un haz de usuario si el terminal 517 de usuario está dentro del área de cobertura servida por ese haz de usuario. Aunque en la Fig. 5 se muestra que tal área 519 de cobertura de haz de usuario tiene más de un terminal 517 de usuario, en algunos casos, un área 519 de cobertura de haz de usuario puede tener cualquier número adecuado de terminales 517 de usuario. Además, la representación en la Fig. 5 no pretende indicar el tamaño relativo de distintas áreas 519 de cobertura de haz de usuario. Es decir, las áreas 519 de cobertura de haz de usuario pueden ser todas aproximadamente del mismo tamaño. De forma alternativa, las áreas 519 de cobertura de haz de usuario pueden tener tamaños variables, con algunas áreas 519 de cobertura de haz de usuario mucho más grandes que otras. En algunos casos, el número de AN 515 no es igual al número de áreas 519 de cobertura de haz de usuario.
El retransmisor 503 de extremo a extremo retransmite señales de forma inalámbrica entre los terminales 517 de usuario y un número de nodos de acceso de red, tales como los AN 515 mostrados en la Fig. 5. El retransmisor 503 de extremo a extremo tiene una pluralidad de rutas de señal. Por ejemplo, cada ruta de señal puede incluir al menos un elemento de antena de recepción, al menos un elemento de antena de transmisión y al menos un transpondedor (como se explica en detalle a continuación). En algunos casos, la pluralidad de elementos de antena de recepción están dispuestos para recibir señales reflejadas por un reflector de recepción para formar un conjunto de antenas de recepción. En algunos casos, la pluralidad de elementos de antena de transmisión está dispuesto para transmitir señales y, por lo tanto, para formar un conjunto de antenas de transmisión.
En algunos casos, el retransmisor 503 de extremo a extremo se proporciona en un satélite. En otros casos, el retransmisor 503 de extremo a extremo se proporciona en una aeronave, dirigible, torre, estructura submarina o cualquier otra estructura o vehículo adecuado en el que puede residir un retransmisor 503 de extremo a extremo. En algunos casos, el sistema utiliza distintos intervalos de frecuencias (en la misma o distintas bandas de frecuencia) para los enlaces ascendentes y enlaces descendentes. En algunos casos, los enlaces de alimentador y los enlaces de usuario están en distintos intervalos de frecuencias. En algunos casos, el retransmisor 503 de extremo a extremo actúa como un reflector pasivo o activo.
Como se describe en la presente memoria, diversas características del retransmisor 503 de extremo a extremo habilitan la formación de haces de extremo a extremo. Una característica es que el retransmisor 503 de extremo a extremo incluye múltiples transpondedores que, en el contexto de los sistemas de formación de haces de extremo a extremo, inducen ruta múltiple entre los AN 515 y los terminales 517 de usuario. Otra característica es que las antenas (por ejemplo, uno o más subsistemas de antena) del retransmisor 503 de extremo a extremo contribuyen a la formación de haces de extremo a extremo, de modo que se forman haces de usuario directos y/o de retorno cuando se comunican señales con ponderación de haz correcta a través de la ruta múltiple inducida por el retransmisor 503 de extremo a extremo. Por ejemplo, durante las comunicaciones directas, cada uno de los múltiples transpondedores recibe un compuesto superpuesto respectivo de señales 521 de enlace ascendente directo (con ponderación de haz) desde múltiples (por ejemplo, todos) de los AN 515 (denominadas en la presente memoria señales directas de entrada compuestas) y los transpondedores emiten señales compuestas correspondientes (denominadas en la presente memoria señales de enlace descendente directo). Cada una de las señales de enlace descendente directo puede ser un compuesto único de las señales 521 de enlace ascendente directo con ponderación de haz, que, cuando se transmiten mediante los elementos de antena de transmisión del retransmisor 503 de extremo a extremo, se superponen para formar los haces 519 del usuario en las ubicaciones deseadas (por ejemplo, ubicaciones de recuperación dentro de los haces de usuario directos, en este caso). La formación de haces de retorno de extremo a extremo se permite de forma similar. Por lo tanto, el retransmisor 503 de extremo a extremo puede hacer que se produzcan múltiples superposiciones, posibilitando de este modo la formación de haces de extremo a extremo a través de canales de ruta múltiple inducidos.
Datos de retorno
La Fig. 6 es una ilustración de un modelo ilustrativo de rutas de señal para señales que portan datos de retorno en el enlace de retorno de extremo a extremo. Los datos de retorno son los datos que fluyen desde los terminales 517 de usuario hasta los AN 515. Las señales de la Fig. 6 fluyen de derecha a izquierda. Las señales se originan con los terminales 517 de usuario. Los terminales 517 de usuario transmiten las señales 525 de enlace ascendente de retorno (que tienen flujos de datos de usuario de retorno) hasta el retransmisor 503 de extremo a extremo. Las señales 525 de enlace ascendente de retorno desde los terminales 517 de usuario en K áreas 519 de cobertura de haz de usuario se reciben por un conjunto de L rutas 1702 de señal de recepción/transmisión. En algunos casos, un área de cobertura de enlace ascendente para el retransmisor 503 de extremo a extremo está definida por ese conjunto de puntos desde los que todos los L elementos 406 de antena de recepción pueden recibir señales. En otros casos, el área de cobertura del retransmisor está definida por ese conjunto de puntos desde los que un subconjunto (por ejemplo, un número deseado mayor de 1, pero menor que todos) de los L elementos 406 de antena de recepción puede recibir señales. De forma similar, en algunos casos, el área de cobertura de enlace descendente está definida por el conjunto de puntos a los que todos los L elementos 409 de antena de transmisión pueden enviar señales de forma fiable. En otros casos, el área de cobertura de enlace descendente para el retransmisor 503 de extremo a extremo se define como ese conjunto de puntos a los que un subconjunto de los elementos 409 de antena de transmisión puede enviar señales de forma fiable. En algunos casos, el tamaño del subconjunto de los elementos 406 de antena de recepción o los elementos 409 de antena de transmisión es al menos cuatro. En otros casos, el tamaño del subconjunto es 6, 10, 20, 100 o cualquier otro número que proporcione el rendimiento del sistema deseado.
Para una mayor simplicidad, se describen y/o ilustran algunos ejemplos como todos los L elementos 406 de antena de recepción que reciben señales desde todos los puntos en el área de cobertura de enlace ascendente y/o todos los L elementos 409 de antena de transmisión que transmiten a todos los puntos en el área de cobertura de enlace descendente. Dichas descripciones no pretenden requerir que todos los L elementos de salida reciban y/o transmitan señales a un nivel de señal significativo. Por ejemplo, en algunos casos, un subconjunto de los L elementos 406 de antena de recepción recibe una señal de enlace ascendente (por ejemplo, una señal 525 de enlace ascendente de retorno desde un terminal 517 de usuario o una señal 521 de enlace ascendente directo desde un AN 515), de modo que el subconjunto de elementos 406 de antena de recepción recibe la señal de enlace ascendente a un nivel de señal que está cerca de un nivel de señal recibido máximo de la señal de enlace ascendente (por ejemplo, no sustancialmente menor que el nivel de señal que corresponde a la señal de enlace ascendente que tiene el nivel de señal máximo); otros de los L elementos 406 de antena de recepción que no están en el subconjunto reciben la señal de enlace ascendente a nivel apreciablemente más bajo (por ejemplo, muy por debajo del nivel de señal máximo recibido de la señal de enlace ascendente). En algunos casos, la señal de enlace ascendente recibida por cada elemento de antena de recepción de un subconjunto está a un nivel de señal dentro de 10 dB de un nivel de señal máximo recibido por cualquiera de los elementos 406 de antena de recepción. En algunos casos, el subconjunto incluye al menos el 10 % de los elementos 406 de antena de recepción. En algunos casos, el subconjunto incluye al menos 10 elementos 406 de antena de recepción.
De forma similar, en el lado de transmisión, un subconjunto de los L elementos 409 de antena de transmisión transmite una señal de enlace descendente a un receptor terrestre (por ejemplo, una señal 527 de enlace descendente de retorno a un AN 515, o una señal 522 de enlace descendente directo a un terminal 517 de usuario), de modo que el subconjunto de elementos 409 de antena de transmisión transmite la señal de enlace descendente al receptor con un nivel de señal recibido que está cerca de un nivel de señal transmitido máximo de la señal de enlace descendente (por ejemplo, no sustancialmente menor que el nivel de señal que corresponde a la señal de enlace descendente que tiene el nivel de señal recibido máximo); otros de los L elementos 409 de antena de transmisión que no están en el subconjunto transmiten la señal de enlace descendente de modo que se recibe a un nivel apreciablemente más bajo (por ejemplo, muy por debajo del nivel de señal transmitido máximo de la señal de enlace descendente). En algunos casos, el nivel de señal está dentro de 3 dB de un nivel de señal que corresponde a una ganancia máxima del elemento 409 de antena de transmisión. En otros casos, el nivel de señal está dentro de 6 dB del nivel de señal que corresponde a una ganancia máxima del elemento 409 de antena de transmisión. En otros casos más, el nivel de señal está dentro de 10 dB del nivel de señal que corresponde a una ganancia máxima del elemento 409 de antena de transmisión.
En algunos casos, la señal recibida por cada elemento 406 de antena de recepción se origina en la misma fuente (por ejemplo, uno de los terminales 517 de usuario) debido al solapamiento en el patrón de antena de recepción de cada elemento de antena de recepción. Sin embargo, en algunos casos, puede haber puntos dentro del área de cobertura de retransmisor de extremo a extremo en la que está situado un terminal de usuario y desde los que no todos los elementos de antena de recepción pueden recibir la señal. En algunos de tales casos, puede haber un número significativo de elementos de antena de recepción que no reciben (o no pueden recibir) la señal desde los terminales de usuario que están dentro del área de cobertura de retransmisor de extremo a extremo. Sin embargo, como se describe en la presente memoria, inducir ruta múltiple mediante el retransmisor 503 de extremo a extremo puede depender de recibir la señal por al menos dos elementos de recepción.
Como se muestra en la Fig. 6 y se explica con mayor detalle a continuación, en algunos casos, una ruta 1702 de señal de recepción/transmisión comprende un elemento 406 de antena de recepción, un transpondedor 410 y un elemento 409 de antena de transmisión. En tales casos, las señales 525 de enlace ascendente de retorno son recibidas por cada uno de una pluralidad de transpondedores 410 a través de un elemento 406 de antena de recepción respectivo. La salida de cada ruta 1702 de señal de recepción/transmisión es una señal 527 de enlace descendente de retorno que corresponde a un compuesto respectivo de señales de enlace ascendente de retorno recibidas. La señal de enlace descendente de retorno es creada por la ruta 1702 de señal de recepción/transmisión. La señal 527 de enlace descendente de retorno se transmite al conjunto de M AN 515. En algunos casos, los AN 515 se colocan en lugares geográficamente distribuidos (p. ej., lugares de recepción o recuperación) en toda el área de cobertura de retransmisor de extremo a extremo. En algunos casos, cada transpondedor 410 acopla uno de los elementos 406 de antena de recepción respectivos con uno de los elementos 409 de antena de transmisión respectivos. Por lo tanto, hay L formas distintas de que una señal vaya desde un terminal 517 de usuario situado en un área 519 de cobertura de haz de usuario hasta un AN 515 particular. Esto crea L rutas entre un terminal 517 de usuario y un AN 515. Las L rutas entre un terminal 517 de usuario y un AN 515 se denominan colectivamente un canal 1908 de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo (véase la Fig. 8). Por lo tanto, recibir la señal 525 de enlace ascendente de retorno desde una ubicación de transmisión dentro de un área 519 de cobertura de haz de usuario, a través de los L transpondedores 410, crea L señales 527 de enlace descendente de retorno, cada una transmitida desde uno de los transpondedores 410 (es decir, a través de las L rutas de comunicación ubicadas conjuntamente). Cada canal 1908 de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo se asocia con un vector en la matriz de radiación de enlace ascendente Ar, la matriz de carga útil E y un vector en la matriz de radiación de enlace descendente Ct. Obsérvese que, debido a los patrones de cobertura de elemento de antena, en algunos casos, algunas de las L rutas pueden tener relativamente poca energía (por ejemplo, 6 dB, 10 dB, 20 dB, 30 dB o cualquier otra relación de potencia adecuada menor que la de otras rutas). Se recibe una superposición 1706 de la señal 527 de enlace descendente de retorno en cada uno de los AN 515 (por ejemplo, en M ubicaciones de recepción o recuperación distribuidas geográficamente). Cada señal 527 de enlace descendente de retorno comprende una superposición de una pluralidad de las señales 527 de enlace descendente de retorno transmitidas, dando lugar a una señal de retorno compuesta respectiva. Las respectivas señales de retorno compuestas se acoplan al formador 531 de haces de retorno (véanse las Figs. 5 y 29).
La Fig. 7 ilustra un enlace 523 de retorno de extremo a extremo ilustrativo desde un terminal 517 de usuario situado dentro de un área 519 de cobertura de haz de usuario hasta los AN 515. La señal 525 de enlace ascendente de retorno transmitida desde el terminal 517 de usuario se recibe por el conjunto de L elementos 406 de antena de recepción en el retransmisor 503 de extremo a extremo (por ejemplo, o se recibe por un subconjunto de los L elementos 406 de antena de recepción).
Ar es la matriz de radiación de enlace ascendente de retorno L x K. Los valores del modelo de matriz de radiación de enlace ascendente de retorno modelan la ruta de señal desde una localización de referencia en el área 519 de cobertura de haz de usuario hasta los elementos 406 de antena de recepción de retransmisor de extremo a extremo. Por ejemplo, Ari_,i es el valor de un elemento de la matriz de radiación de enlace ascendente de retorno (es decir, la amplitud y fase de la ruta) desde una ubicación de referencia en la 1a área 519 de cobertura de haz de usuario hasta el Léslmo elemento de antena de recepción. En algunos casos, todos los valores en la matriz de radiación de enlace ascendente de retorno Ar pueden ser distintos de cero (por ejemplo, existe una ruta de señal significativa desde la ubicación de referencia hasta cada uno de los elementos de antena de recepción del conjunto de antenas de recepción).
E (dimensión L x L) es la matriz de carga útil y proporciona el modelo (amplitud y fase) de las rutas desde los elementos 406 de antena de recepción hasta los elementos 409 de antena de transmisión. Una “carga útil” de un retransmisor 503 de extremo a extremo, como se utiliza en la presente memoria, incluye de forma general el conjunto de componentes del retransmisor 503 de extremo a extremo que afecta, y/o se ve afectado por, las comunicaciones de señal a medida que son recibidas por, se retransmiten a través de, y se transmiten desde, el retransmisor 503 de extremo a extremo. Por ejemplo, una carga útil de retransmisor de extremo a extremo puede incluir elementos de antena, reflectores, transpondedores, etc.; pero el retransmisor de extremo a extremo puede incluir además baterías, células solares, sensores y/u otros componentes no considerados en la presente memoria como parte de la carga útil (dado que no afectan a las señales cuando funcionan normalmente). La consideración del conjunto de componentes como una carga útil puede hacer posible modelizar matemáticamente el impacto general del retransmisor de extremo a extremo como una única matriz de carga útil E). La ruta predominante desde cada elemento 406 de antena de recepción hasta cada elemento 409 de antena de transmisión correspondiente es modelizado mediante el valor que se encuentra en la diagonal de la matriz de carga útil E. Suponiendo que no existe ninguna diafonía entre las rutas de señal de recepción/transmisión, los valores fuera de la diagonal de la matriz de carga útil son cero. En algunos casos, la diafonía puede no ser cero. Aislar las rutas de señal entre sí minimizará la diafonía. En algunos casos, dado que la diafonía es despreciable, la matriz de carga útil E puede estimarse mediante una matriz diagonal. En algunos casos, los valores fuera de diagonal (o cualquier otro valor adecuado) de la matriz de carga útil pueden tratarse como cero, incluso donde haya algún impacto de señal que corresponda a esos valores, para reducir la complejidad matemática y/o por otros motivos.
Ct es la matriz de radiación de enlace descendente de retorno M x L. Los valores de la matriz de radiación de enlace descendente de retorno modelizan las rutas de señal de los elementos 409 de antena de transmisión a los AN 515. Por ejemplo, Ct 3,2 es el valor de la matriz de radiación de enlace descendente de retorno (por ejemplo, la ganancia y la fase de la ruta) desde el segundo elemento 409b de antena de transmisión hasta el tercer AN 515c. En algunos casos, todos los valores de la matriz de radiación de enlace descendente Ct pueden ser distintos de cero. En algunos casos, algunos de los valores de la matriz de radiación de enlace descendente Ct son esencialmente cero (por ejemplo, el patrón de antena establecido por unos elementos 409 de antena de transmisión correspondientes del conjunto de antenas de transmisión es tal que el elemento 409 de antena de transmisión no transmite señales útiles a algunos de los AN 515).
Como puede verse en la Fig. 7, el canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo desde un terminal 517 de usuario en un área 519 de cobertura de haz de usuario particular hasta un AN 515 particular es la suma de las L rutas diferentes. El canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo tiene ruta múltiple inducida por las L rutas únicas a través de los transpondedores 410 en el retransmisor de extremo a extremo. Como sucede con muchos canales de ruta múltiple, las amplitudes y las fases de las rutas pueden añadirse favorablemente (constructivamente) para producir una gran ganancia de canal de extremo a extremo o para producir desfavorablemente (destructivamente) una baja ganancia de canal de extremo a extremo. Cuando el número de rutas distintas, L, entre un terminal de usuario y una AN es grande, la ganancia de canal de extremo a extremo puede tener una distribución de Rayleigh de la amplitud. Con una distribución de este tipo, no es infrecuente ver algunas ganancias de canal de extremo a extremo desde un terminal 517 de usuario particular hasta un AN 515 particular que están 20 dB o más por debajo del nivel promedio de la ganancia de canal desde un terminal 517 de usuario a un AN 515. Este sistema de formación de haces de extremo a extremo induce intencionadamente un entorno de ruta múltiple para la ruta de extremo a extremo desde cualquier terminal de usuario a cualquier AN.
La Fig. 8 es una ilustración simplificada de un modelo ilustrativo de todos los canales de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo desde las áreas 519 de cobertura de haz de usuario hasta los AN 515. Existen M x K de tales canales de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo en el enlace de retorno de extremo a extremo (es decir, M desde cada una de las K áreas 519 de cobertura de haz de usuario). Los canales 1908 conectan los terminales de usuario en un área 519 de cobertura de haz de usuario a un AN 515 a través de L rutas 1702 de señales de recepción/transmisión diferentes, pasando cada ruta a través de una diferente de las L rutas de señal de recepción/transmisión (y transpondedores asociados) del retransmisor. Aunque este efecto se denomina “ ruta múltiple” en la presente memoria, esta ruta múltiple difiere de la ruta múltiple convencional (por ejemplo, en un sistema de radio móvil o de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO)), ya que las rutas múltiples en la presente memoria se inducen intencionadamente (y, como se describe en la presente memoria, se ven afectadas) por las L rutas de señal de recepción/transmisión. Cada uno de los M x K canales de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo que se originan desde un terminal 517 de usuario dentro de un área 519 de cobertura de haz de usuario particular puede estar modelizados por un canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo. Cada uno de tales canales de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo es desde una localización de referencia (o recuperación) dentro del área 519 de cobertura de haz de usuario hasta uno de los AN 515.
Cada uno de los M x K canales 1908 de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo puede modelizarse individualmente para calcular un elemento correspondiente de una matriz de canal de retorno M x K Hret. La matriz de canal de retorno Hret tiene K vectores, teniendo cada uno una dimensionalidad igual a M, de modo que cada vector modeliza las ganancias de canal de retorno de extremo a extremo para comunicaciones de ruta múltiple entre una ubicación de referencia en una de K áreas de cobertura de haz de usuario respectivas y los M AN 515. Cada canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo acopla uno de los M AN 515 con una ubicación de referencia dentro de uno de los K haces de usuario de retorno a través de los L transpondedores 410 (véase la Fig. 7). En algunos casos, se utiliza únicamente un subconjunto de los L transpondedores 410 en el retransmisor 503 de extremo a extremo para crear el canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo (por ejemplo, se considera que sólo un subconjunto está en la ruta de señal contribuyendo una energía significativa al canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo). En algunos casos, el número K de haces de usuario es mayor que el número L de transpondedores que está en la ruta de la señal del canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo. Además, en algunos casos, el número M de AN es mayor que el número L de transpondedores que está en la ruta de la señal del canal 1908 de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo. En un ejemplo, el elemento Hret 4,2 de la matriz de la matriz de canal de retorno Hret se asocia al canal desde una ubicación de referencia en la segunda área 1903 de cobertura de haz de usuario hasta el cuarto AN 1901. La matriz Hret modeliza el canal de extremo a extremo como el producto de las matrices Ct x E x Ar (véase la Fig. 6). Cada elemento Hret modeliza la ganancia de extremo a extremo de un canal 1908 de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo. Debido a la naturaleza de ruta múltiple del canal, el canal puede estar sujeto a un desvanecimiento profundo. Los haces de usuario de retorno pueden estar formados por el CPS 505. El CPS 505 calcula las ponderaciones de haz de retorno basándose en el modelo de estas M x K rutas de señal y forma los haces de usuario de retorno aplicando las ponderaciones de haz de retorno a la pluralidad de señales de retorno compuestas, calculándose cada ponderación para cada canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo que acopla los terminales 517 de usuario en un área de cobertura de haz de usuario con uno de la pluralidad de AN 515. En algunos casos, las ponderaciones de haz de retorno se calculan antes de recibir la señal de retorno compuesta. Hay un enlace de retorno de extremo a extremo desde cada una de las K áreas 519 de cobertura de haz de usuario hasta los M AN 515. La ponderación (es decir, la fase/amplitud relativa compleja) de cada una de las señales recibidas por los M AN 515 permite que esas señales se combinen para formar un haz de usuario de retorno utilizando la capacidad de formación de haces del CPS 505 dentro del segmento 502 terrestre. El cálculo de la matriz de ponderación de haz se utiliza para determinar cómo ponderar cada canal 1908 de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo, para formar la pluralidad de haces de usuario de retorno, como se describe con más detalle a continuación. Los haces de usuario no se forman ajustando directamente la fase y amplitud relativas de las señales transmitidas por un elemento de antena de retransmisor de extremo a extremo con respecto a la fase y amplitud de las señales transmitidas por los otros elementos de antena de retransmisor de extremo a extremo. Más bien, los haces de usuario se forman aplicando las ponderaciones asociadas a la matriz de canal M x K a las M señales de AN. Es la pluralidad de AN que proporcionan la diversidad de rutas de recepción, único transmisor (terminal de usuario) a múltiples receptores (AN), para permitir la transmisión satisfactoria de información desde cualquier terminal de usuario en presencia del canal de ruta múltiple inducido intencionadamente.
Datos directos
La Fig. 9 es una ilustración de un ejemplo de modelo de rutas de señal para señales que transportan datos directos en el enlace 501 directo de extremo a extremo. Los datos directos son los datos que fluyen desde los AN 515 hasta los terminales 517 de usuario. Las señales en esta figura fluyen de derecha a izquierda. Las señales se originan con M AN 515, que se sitúan en la proyección del retransmisor 503 de extremo a extremo. Existen K áreas 519 de cobertura de haz de usuario. Las señales de cada AN 515 se retransmiten mediante L rutas 2001 de señal de recepción/transmisión.
Las rutas 2001 de señal de recepción/transmisión transmiten una señal retransmitida a los terminales 517 de usuario en las áreas 519 de cobertura de haz de usuario. Por lo tanto, puede haber L formas diferentes para que una señal vaya desde un AN 515 particular hasta un terminal 517 de usuario situado en un área 519 de cobertura de haz de usuario. Esto crea L rutas entre cada AN 515 y cada terminal 517 de usuario. Obsérvese que debido a los patrones de cobertura de elemento de antena, algunas de las L rutas pueden tener menos energía que otras rutas.
La Fig. 10 ilustra un ejemplo de enlace 501 directo de extremo a extremo que acopla una pluralidad de nodos de acceso en ubicaciones distribuidas geográficamente con un terminal 517 de usuario en un haz de usuario (por ejemplo, situado en una ubicación de recuperación dentro de un área 519 de cobertura de haz de usuario) a través de un retransmisor 503 de extremo a extremo. En algunos casos, la señal de datos directos se recibe en un formador de haces antes de generar señales de enlace ascendente directo. Se generan una pluralidad de señales de enlace ascendente directo en el formador de haces y se comunican a la pluralidad de AN 515. Por ejemplo, cada AN 515 recibe una señal de enlace ascendente directo (con ponderación de haz) única generada según las ponderaciones de haz correspondientes a ese AN 515. Cada AN 515 tiene una salida que transmite una señal de enlace ascendente directo a través de uno de M enlaces ascendentes. Cada señal de enlace ascendente directo comprende una señal de datos directos asociada con el haz de usuario directo. La señal de datos directos está “asociada con” el haz de usuario directo, dado que pretende recibirse por los terminales 517 de usuario servidos por el haz de usuario. En algunos casos, la señal de datos directos comprende dos o más flujos de datos de usuario. Los flujos de datos de usuario pueden multiplexarse juntos mediante multiplexación por división de tiempos o división de frecuencia, etc. En algunos casos, cada flujo de datos de usuario es para su transmisión a uno o más de una pluralidad de terminales de usuario dentro del mismo haz de usuario directo.
Como se explica con mayor detalle a continuación, cada señal de enlace ascendente directo se transmite de forma sincronizada en tiempo por su AN 515 de transmisión respectivo. Las señales 521 de enlace ascendente directo transmitidas desde los An 515 se reciben por una pluralidad de transpondedores 410 en el retransmisor 503 de extremo a extremo a través de los elementos 406 de antena de recepción en el retransmisor 503 de extremo a extremo. La superposición 550 de las señales 521 de enlace ascendente directo recibidas desde localizaciones geográficamente distribuidas crea una señal 545 directa de entrada compuesta. Cada transpondedor 410 recibe simultáneamente una señal 545 directa de entrada compuesta. Sin embargo, cada transpondedor 410 recibirá las señales con una temporización ligeramente diferente debido a las diferencias en la localización del elemento 406 de antena de recepción asociado con cada transpondedor 401.
Cr es la matriz de radiación de enlace ascendente directo de L x M. Los valores de la matriz de radiación de enlace ascendente directo modelizan la ruta de señal (amplitud y fase) desde los AN 515 hasta los elementos 406 de antena de recepción. E es la matriz de carga útil L x L y proporciona el modelo de las rutas de señal de transpondedor desde los elementos 406 de antena de recepción hasta los elementos 409 de antena de transmisión. La ganancia de ruta directa desde cada elemento 406 de antena de recepción a través de uno de una pluralidad de transpondedores correspondientes hasta cada elemento 409 de antena de transmisión correspondiente es modelizado por los valores diagonales de la matriz de carga útil. Como se ha indicado anteriormente con respecto al enlace de retorno, suponiendo que no hay diafonía entre los elementos de antena, los elementos fuera de la diagonal de la matriz de carga útil son cero. En algunos casos, la diafonía puede no ser cero. Aislar las rutas de señal entre sí minimizará la diafonía. En este ejemplo, cada uno de los transpondedores 410 acopla uno de los elementos 406 de antena de recepción respectivos con uno de los elementos 409 de antena de transmisión respectivos. Por lo tanto, cada uno de la pluralidad de los transpondedores 410 transmite una señal 522 de enlace descendente directo emitida desde cada uno los transpondedores 410 (véase la Fig. 9) a través de los elementos 409 de antena de transmisión, de modo que las señales 522 de enlace descendente directo forman un haz de usuario directo (superponiendo de forma constructiva y destructiva las localizaciones de recuperación geográfica deseadas para formar el haz). En algunos casos, se forma una pluralidad de haces de usuario, correspondiendo cada uno a un área geográfica 519 de cobertura de haz de usuario que da servicio a un respectivo conjunto de terminales 517 de usuario dentro del área 519 de cobertura de haz de usuario. La ruta desde el primer elemento 409a de antena de transmisión (véase la Fig. 10) hasta una ubicación de referencia (o recuperación) en la primera área 519 de cobertura de haz de usuario se proporciona en el valor Atu de la matriz de radiación de enlace descendente directo. Como se observa con respecto al enlace de retorno, este sistema de formación de haces de extremo a extremo induce intencionadamente un entorno de ruta múltiple para la ruta de extremo a extremo desde cualquier AN 515 hasta cualquier terminal 517 de usuario. En algunos casos, un subconjunto de los elementos 409 de antena de transmisión transmite señales 522 de enlace descendente directo con energía significativa a un terminal 517 de usuario. El terminal 517 de usuario (o, más generalmente, una localización de referencia o recuperación en el área 519 de cobertura de haz de usuario para recibir y/o recuperación) recibe la pluralidad de señales 522 de enlace descendente directo y recupera al menos una parte de la señal de datos directos de la pluralidad recibida de señales 522 de enlace descendente directo. Las señales 522 de enlace descendente directo transmitidas pueden ser recibidas por el terminal 517 de usuario a un nivel de señal que está dentro de 10 dB de un nivel de señal máximo de cualquiera de las otras señales transmitidas por los elementos 409 de antena de transmisión dentro del subconjunto. En algunos casos, el subconjunto de elementos de antena de transmisión incluye al menos el 10 % de la pluralidad de elementos de antena de transmisión presentes en el retransmisor 503 de extremo a extremo. En algunos casos, el subconjunto de elementos de antena de transmisión incluye al menos 10 elementos de antena de transmisión, independientemente de cuántos elementos 409 de antena de transmisión estén presentes en el retransmisor 503 de extremo a extremo. En un caso, recibir la pluralidad de señales de enlace descendente directo comprende recibir una superposición 551 de la pluralidad de señales de enlace descendente directo.
La Fig. 11 es una ilustración simplificada de un modelo de todos los canales 2208 de ruta múltiple directos de extremo a extremo desde los M AN 515 hasta las K áreas 519 de cobertura de haz de usuario. Como se muestra en la Fig. 11, existe un canal 2208 de ruta múltiple directo de extremo a extremo que acopla cada AN 515 a cada área 519 de cobertura de haz de usuario. Cada canal 2208 desde un AN 515 hasta un área 519 de cobertura de haz de usuario tiene ruta múltiple inducida como un resultado de L rutas únicas desde el AN 515 a través de la pluralidad de transpondedores hasta el área 519 de cobertura de haz de usuario. Como tal, los K x M canales 2208 de ruta múltiple pueden modelizarse individualmente y el modelo de cada uno sirve como un elemento de una matriz de canal directo K x M Hfwd. La matriz de canal directo Hfwd tiene M vectores, teniendo cada uno una dimensionalidad igual K, de modo que cada vector modeliza las ganancias directas de extremo a extremo para comunicaciones de ruta múltiple entre uno respectivo de los M AN 515 y las ubicaciones de referencia (o recuperación) en K áreas de cobertura de haz de usuario directo. Cada canal de ruta múltiple directo de extremo a extremo acopla uno de los M AN 515 con los terminales 517 de usuario a los que da servicio uno de los K haces de usuario directos a través de L transpondedores 410 (véase la Fig. 10). En algunos casos, se utiliza sólo un subconjunto de los L transpondedores 410 en el retransmisor 503 de extremo a extremo para crear el canal de ruta múltiple directo de extremo a extremo (es decir, están en la ruta de señal del canal de ruta múltiple directo de extremo a extremo). En algunos casos, el número de haces de usuario K es mayor que el número de transpondedores L que están en la ruta de la señal del canal de ruta múltiple directo de extremo a extremo. Además, en algunos casos, el número M de AN es mayor que el número L de transpondedores que están en la ruta de señal del canal de ruta múltiple directo de extremo a extremo.
Hfwd puede representar el enlace directo de extremo a extremo como el producto de matrices At x E x Cr. Cada elemento en Hfwd es la ganancia directa de extremo a extremo debido a la naturaleza de ruta múltiple de la ruta y puede someterse a un desvanecimiento profundo. Puede calcularse una ponderación de haz adecuada para cada uno de la pluralidad de canales 2208 de ruta múltiple directos de extremo a extremo por el CPS 505 dentro del segmento 502 terrestre para formar haces de usuario directos desde el conjunto de M AN 515 hasta cada área 519 de cobertura de haz de usuario. La pluralidad de AN 515 proporciona diversidad de ruta de transmisión, utilizando múltiples transmisores (AN) a un solo receptor (terminal de usuario), para permitir la transmisión satisfactoria de información a cualquier terminal 517 de usuario en presencia del canal de ruta múltiple inducido intencionadamente.
Datos directos y de retorno combinados
La Fig. 12 ilustra un retransmisor de extremo a extremo ilustrativo que soporta tanto comunicaciones directas como de retorno. En algunos casos, pueden utilizarse las mismas rutas de señal de retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, conjunto de elementos de antena de recepción, transpondedores y elementos de antena de transmisión) tanto para el enlace 501 directo de extremo a extremo como para el enlace 523 de retorno de extremo a extremo. Algunos otros casos incluyen transpondedores de enlace directo y transpondedores de enlace de retorno, que pueden o no compartir elementos de antena de recepción y transmisión. En algunos casos, el sistema 1200 tiene una pluralidad de AN y terminales de usuario que están situados en la misma región 1208 geográfica general (que puede ser, por ejemplo, un estado particular, un país entero, una región, una zona visible entera o cualquier otra región 1208 geográfica adecuada). Un único retransmisor 1202 de extremo a extremo (dispuesto en un satélite o cualquier otro retransmisor de extremo a extremo adecuado) recibe señales 521 de enlace ascendente directo desde los AN y transmite las señales 522 de enlace descendente directo a terminales de usuario. En tiempos alternos, o en frecuencias alternas, el retransmisor 1202 de extremo a extremo también recibe señales 525 de enlace ascendente de retorno desde los terminales de usuario y transmite señales 527 de enlace descendente de retorno a los AN. En algunos casos, el retransmisor 1202 de extremo a extremo se comparte entre datos directos y de retorno utilizando técnicas tales como duplexación de dominio de tiempo, duplexación de dominio de frecuencia y similares. En algunos casos, la duplexación de dominio de tiempo entre los datos directo y de retorno utiliza el mismo intervalo de frecuencias: los datos directos se transmiten durante distintos intervalos de tiempo (no superpuestos) que los utilizados para transmitir datos de retorno. En algunos casos, con duplexación de dominio de frecuencia, se utilizan distintas frecuencias para datos directos y datos de retorno, permitiendo de este modo la transmisión concurrente y no interferente de datos directos y de retorno.
La Fig. 13 es una ilustración de un intervalo de frecuencias de enlace ascendente que se divide en dos partes. La parte de menor frecuencia (izquierda) del intervalo se asigna al enlace ascendente directo y la parte de mayor frecuencia (derecha) del intervalo se asigna al enlace ascendente de retorno. El intervalo de enlace ascendente puede dividirse en múltiples partes de datos directos o bien de retorno.
La Fig. 14 es una ilustración de los datos directos y los datos de retorno que se multiplexan por división de tiempo. Se muestra un período de trama de datos en el que se transportan datos directos durante el primer intervalo de tiempo de la trama, mientras que los datos de retorno se transportan durante el último intervalo de tiempo de la trama. El retransmisor de extremo a extremo recibe desde uno o más nodos de acceso durante un primer intervalo de tiempo de recepción (directo) y desde uno o más terminales de usuario durante un segundo intervalo de tiempo de recepción (de retorno) que no solapa con el primer intervalo de tiempo de recepción. El retransmisor de extremo a extremo transmite a uno o más terminales de usuario durante un primer intervalo de tiempo de transmisión (directo) y a uno o más nodos de acceso durante un segundo intervalo de tiempo de transmisión (de retorno) que no solapa con el primer intervalo de tiempo de recepción. La trama de datos puede repetirse o puede cambiar dinámicamente. La trama puede dividirse en múltiples partes (p. ej., no contiguas) para datos directos y de retorno.
Satélites de formación de haces de extremo a extremo
En algunos casos, el retransmisor 503 de extremo a extremo se implementa en un satélite, de modo que el satélite se utiliza para retransmitir las señales desde los AN [que pueden denominarse nodos de acceso de satélite (SAN) en tales casos] a los terminales de usuario y viceversa. En algunos casos, el satélite está en una órbita geoestacionaria. Un satélite ilustrativo que funciona como un retransmisor de extremo a extremo tiene un conjunto de elementos de antena de recepción, un conjunto de elementos de antena de transmisión y un número de transpondedores que conectan los elementos de antena de recepción a los elementos de antena de transmisión. Los conjuntos tienen un gran número de elementos de antena con áreas de cobertura de elementos de antena superpuestos, similares a los conjuntos de antenas en fase de enlace único tradicionales. Son las áreas de cobertura de elemento de antena solapantes, tanto en elementos de antena de transmisión como en elementos de antena de recepción, las que crean el entorno de ruta múltiple descrito anteriormente. En algunos casos, los patrones de antena establecidos por los elementos de antena correspondientes, y aquellos que dan como resultado áreas de cobertura de elemento de antena solapantes (por ejemplo, patrones de antena de haz de componente solapantes), son idénticos. Para los propósitos de esta descripción, el término “ idéntico” significa que siguen esencialmente la misma distribución de potencia sobre un conjunto dado de puntos en el espacio, tomando el elemento de antena como punto de referencia para situar los puntos en el espacio. Es muy difícil ser perfectamente idéntico. Por lo tanto, los patrones que tienen desviaciones relativamente pequeñas de un patrón a otro están dentro del ámbito de patrones “ idénticos” . En otros casos, los patrones de antena de haz de componente de recepción pueden no ser idénticos y, de hecho, pueden ser significativamente distintos. Tales patrones de antena aún pueden dar lugar a áreas de cobertura de elementos de antena solapantes; sin embargo, esas áreas de cobertura resultantes no serán idénticas.
Los tipos de antena incluyen, aunque no de forma limitativa, reflectores alimentados por conjunto, conjuntos confocales, conjuntos de radiación directa y otras formas de conjuntos de antenas. Cada antena puede ser un sistema que incluye componentes ópticos adicionales para ayudar en la recepción y/o transmisión de señales, tales como uno o más reflectores. En algunos casos, un satélite incluye componentes que ayudan a la alineación de temporización del sistema y a la calibración de formación de haces.
La Fig. 15 es un diagrama de un satélite 1502 ilustrativo que puede utilizarse como un retransmisor 503 de extremo a extremo. En algunos casos, el satélite 1502 tiene una antena 401 de transmisión de reflector alimentada por conjunto y una antena 402 de recepción de reflector alimentada por conjunto. La antena 402 de recepción comprende un reflector de recepción (no mostrado) y un conjunto de elementos 406 de antena de recepción. Los elementos 406 de antena de recepción son iluminados por el reflector de recepción. La antena 401 de transmisión comprende un reflector de transmisión (no mostrado) y un conjunto de elementos 409 de antena de transmisión. Los elementos 409 de antena de transmisión están dispuestos para iluminar el reflector de transmisión. En algunos casos, se utiliza el mismo reflector tanto para recibir como para transmitir. En algunos casos, se utiliza un puerto del elemento de antena para la recepción y otro puerto para la transmisión. Algunas antenas tienen la capacidad de distinguir entre señales de distintas polarizaciones. Por ejemplo, un elemento de antena puede incluir cuatro puertos de guía de ondas para recepción de right-hand circular polarization (polarización circular hacia la derecha - RHCP), recepción de left-hand circular polarization (polarización circular hacia la izquierda - LHCP), transmisión de RHCP y transmisión de LHCP, respectivamente. En algunos casos, pueden utilizarse polarizaciones dobles para aumentar la capacidad del sistema; en otros casos, puede utilizarse una única polarización para reducir la interferencia (por ejemplo, con otros sistemas que utilizan una polarización diferente).
El satélite 1502 ilustrativo comprende también una pluralidad de transpondedores 410. Un transpondedor 410 conecta la salida desde un elemento 406 de antena de recepción hasta la entrada de un elemento 409 de antena de transmisión. En algunos casos, el transpondedor 410 amplifica la señal recibida. Cada elemento de antena de recepción emite una señal recibida única. En algunos casos, un subconjunto de elementos 406 de antena de recepción recibe una señal desde un transmisor terrestre, tal como un terminal 517 de usuario en el caso de una señal de enlace de retorno o un AN 515 en el caso de una señal de enlace directo. En algunos de estos casos, la ganancia de cada elemento de antena de recepción en el subconjunto para la señal recibida está dentro de un intervalo relativamente pequeño. En algunos casos, el intervalo es 3 dB. En otros casos, el intervalo es de 6 dB. En otros casos más, el intervalo es de 10 dB. Por lo tanto, el satélite recibirá una señal en cada uno de una pluralidad de elementos 406 de antena de recepción del satélite, originándose la señal de comunicación desde un transmisor terrestre, de modo que un subconjunto de los elementos 406 de antena de recepción recibe la señal de comunicación a un nivel de señal que no es sustancialmente menor que un nivel de señal que corresponde a una ganancia máximo del elemento 406 de antena de recepción.
En algunos casos, se proporcionan al menos 10 transpondedores 410 dentro del satélite 1502. En otro caso, se proporcionan al menos 100 transpondedores 410 en el satélite 1502. En otro caso más, el número de transpondedores por polaridad puede estar en el intervalo de 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 o números intermedios o mayores. En algunos casos, el transpondedor 410 incluye un amplificador 412 de bajo ruido (LNA), un convertidor 414 de frecuencia y filtros asociados y un amplificador 420 de potencia (PA). En algunos casos en los que la frecuencia de enlace ascendente y la frecuencia de enlace descendente son iguales, el transpondedor no incluye un convertidor de frecuencia. En otros casos, la pluralidad de elementos de antena de recepción funcionan en una primera frecuencia. Cada elemento 406 de antena de recepción está asociado a un transpondedor 410. El elemento 406 de antena de recepción se acopla a la entrada del LNA 412. Por lo tanto, el LNA amplifica independientemente la señal recibida única proporcionada por el elemento de antena de recepción asociado con el transpondedor 410. En algunos casos, la salida del LNA 412 se acopla al convertidor 414 de frecuencia. El convertidor 414 de frecuencia convierte la señal amplificada a una segunda frecuencia.
La salida del transpondedor se acopla a uno de los elementos de antena de transmisión asociados. En estos ejemplos, existe una relación de uno a uno entre un transpondedor 410, un elemento 406 de antena de recepción asociado y un elemento 409 de antena de transmisión asociado, de modo que la salida de cada elemento 406 de antena de recepción está conectada a la entrada de uno y solo un transpondedor, y la salida de ese transpondedor está conectada a la entrada de uno y solo un elemento de antena de transmisión.
La Fig. 16 es una ilustración de un transpondedor 410 ilustrativo. El transpondedor 410 puede ser un ejemplo de un transpondedor de un retransmisor 503 de extremo a extremo, como se ha descrito anteriormente (por ejemplo, el satélite 1502 de la Fig. 15). En este ejemplo, el transpondedor incluye un desplazador 418 de fase además del amplificador de bajo ruido (LNA) 412, un convertidor de frecuencia y filtros 414 asociados y un amplificador de potencia (PA) del transpondedor 410. Como se ilustra en la Fig. 16, el transpondedor 410 ilustrativo también puede acoplarse con un controlador 427 de desplazamiento de fase. Por ejemplo, el controlador 427 de desplazamiento de fase puede acoplarse (directa o indirectamente) con cada uno de algunos o todos los transpondedores de un retransmisor 503 de extremo a extremo, de modo que el controlador 427 de desplazamiento de fase puede establecer individualmente las fases para cada transpondedor. Los desplazadores de fase pueden ser útiles para la calibración, por ejemplo, como se explica a continuación.
Antenas
Para crear el entorno de ruta múltiple, las áreas de cobertura de elemento de antena pueden solaparse con áreas de cobertura de elemento de antena de al menos otro elemento de antena de la misma polaridad, frecuencia y tipo (transmisión o recepción, respectivamente). En algunos casos, una pluralidad de patrones de antena de haz de componente de recepción, que funcionan a la misma polarización de recepción y frecuencia de recepción (por ejemplo, que tienen al menos una parte de la frecuencia de recepción en común), se solapan entre sí. Por ejemplo, en algunos casos, al menos el 25 % de los patrones de antena de haz de componente de recepción, que funcionan a la misma polarización de recepción y frecuencia de recepción (por ejemplo, que tienen al menos una parte de la frecuencia de recepción en común), se solapan con al menos otros cinco patrones de antena de haz de componente de recepción de los elementos de antena de recepción. De forma similar, en algunos casos, al menos el 25 % de los patrones de antena de haz de componente de transmisión, que funcionan a la misma polarización de transmisión y frecuencia de transmisión (por ejemplo, que tienen al menos una parte de la frecuencia de transmisión en común), se solapan con al menos otros cinco patrones de antena de haz de componente de transmisión. La cantidad de solapamiento variará de un sistema a otro. En algunos casos, al menos uno de los elementos 406 de antena de recepción tiene patrones de antena de haz de componente que se solapan con los patrones de antena de otros elementos 406 de antena de recepción que funcionan a la misma frecuencia de recepción (por ejemplo, que tienen al menos una parte de la frecuencia de recepción en común) y a la misma polarización de recepción. Por lo tanto, al menos algunos de la pluralidad de elementos de antena de recepción son capaces de recibir las mismas señales desde la misma fuente. De forma similar, al menos uno de los elementos 409 de antena de transmisión tiene un patrón de antena de haz de componentes que se solapa con los patrones de antena de otros elementos 409 de antena de transmisión que funcionan a la misma frecuencia de transmisión (por ejemplo, que tienen al menos una parte de la frecuencia de transmisión en común) y polarización de transmisión. Por lo tanto, al menos algunos de la pluralidad de elementos de antena de transmisión son capaces de transmitir señales que tienen la misma frecuencia en la misma polarización al mismo receptor. En algunos casos, los patrones de antena de haz de componente que se superponen pueden tener ganancias que difieren en menos de 3 dB (o cualquier otro valor adecuado) en un área geográfica común. Los elementos de antena, ya sean de recepción o de transmisión, pueden tener un patrón de antena de haz de componente amplio y, por lo tanto, un área de cobertura de elementos de antena relativamente amplia. En algunos casos, las señales transmitidas por un transmisor terrestre, tal como un terminal 517 de usuario o un nodo 515 de acceso, se reciben por todos los elementos 406 de antena de recepción del retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, satélite). En algunos casos, un subconjunto de los elementos 406 recibe las señales de un transmisor terrestre. En algunos casos, el subconjunto incluye al menos el 50 % de los elementos de antena de recepción. En otros casos, el subconjunto incluye al menos el 75 % de los elementos de antena de recepción. En otros casos adicionales, el subconjunto incluye al menos el 90 % (por ejemplo, hasta e incluyendo todos) de los elementos de antena de recepción. Distintos subconjuntos de los elementos 406 de antena de recepción pueden recibir señales desde distintos transmisores terrestres. De forma similar, en algunos casos, un subconjunto de los elementos 409 transmite señales que pueden ser recibidos por un terminal 517 de usuario. En algunos casos, el subconjunto incluye al menos el 50 % de los elementos de antena de transmisión. En otros casos, el subconjunto incluye al menos el 75 % de los elementos de antena de transmisión. En otros casos adicionales, el subconjunto incluye al menos el 90 % (por ejemplo, hasta e incluyendo todos) de los elementos de antena de transmisión. Distintos subconjuntos de los elementos 409 pueden transmitir señales que son recibidas por distintos terminales de usuario. Además, los terminales de usuario pueden estar dentro de varias áreas 519 de cobertura de haz de usuario formadas. Para el propósito de esta descripción, un patrón de antena es un patrón de distribución de energía transmitida a, o recibida desde, una antena. En algunos casos, la energía puede irradiarse directamente del/al elemento de antena. En otros casos, la energía procedente de uno o más elementos de antena de transmisión puede ser reflejada por uno o más reflectores que conforman el patrón de elemento de antena. De forma similar, un elemento de recepción puede recibir energía directamente, o después de que la energía haya sido reflejada por uno o más reflectores. En algunos casos, las antenas pueden constar de varios elementos, teniendo cada uno un patrón de antena de haz de componente que establece una área de cobertura de elemento de antena correspondiente. De forma similar, pueden solapar todos o un subconjunto de elementos de antena de recepción y transmisión que reciben y transmiten señales a los AN 515, de modo que una pluralidad de elementos de antena de recepción reciba señales desde el mismo AN 515 y/o una pluralidad de elementos de antena de transmisión transmitan señales al mismo AN 515.
La Fig. 17 es una ilustración de patrones de antena de haz de componente producidos por varios elementos de antena (ya sean elementos 406 de antena de recepción o elementos 409 de antena de transmisión) que se intersecan en los puntos de 3 dB. El patrón 1301 de antena de haz de componente de un primer elemento de antena tiene ganancia máxima de antena de haz de componente a lo largo del eje 1303 de puntería. Se ha demostrado que el patrón 1301 de antena de haz de componente atenúa aproximadamente 3 dB antes de que interseque con el patrón 1305 de antena de haz de componente. Dado que cada par de dos patrones de antena de haz de componente adyacente solapan alrededor de la línea 1307 de 3 dB únicamente para una parte relativamente pequeña del patrón de antena de haz de componente, se considera que los elementos de antena que producen estos patrones de antena de haz de componente no solapan.
La Fig. 18 muestra los contornos 3901, 3902, 3903 de la antena de 3 dB idealizados de varios elementos 406, 409 con la ganancia máxima designada con la letra 'x'. Los contornos 3901, 3902, 3903 se denominan en la presente memoria “ idealizados” porque los contornos se muestran como circulares para mayor simplicidad. Sin embargo, los contornos 3901, 3902, 3903 no tienen por qué ser circulares. Cada contorno indica el lugar en el que la señal transmitida o recibida está 3 dB por debajo del nivel máximo. Fuera del contorno, la señal está más de 3 dB por debajo del máximo. Dentro del contorno, la señal está menos de 3 dB por debajo del máximo (es decir, dentro de 3 dB del máximo). En un sistema en el que el área de cobertura de un patrón de antena de haz de componente de recepción es todos los puntos para los cuales la ganancia de antena de haz de componente de recepción está dentro de 3 dB de la ganancia máxima de antena de haz de componente de recepción, el área dentro del contorno se denomina área de cobertura de elemento de antena. El contorno de la antena de 3 dB para cada elemento 406, 409 no solapa. Es decir, solo una parte relativamente pequeña del área dentro del contorno 3901 de antena de 3 dB solapa con el área que está dentro de los patrones 3902, 3903 de antena de 3 dB adyacentes.
La Fig. 19 es una ilustración de los patrones 1411, 1413, 1415 de antena de varios elementos de antena (ya sean elementos 406 de antena de recepción o elementos 409 de antena de transmisión). En contraste con los patrones de antena de haz de componente de la Fig. 17, los patrones de antena de haz de componente mostrados en la Fig. 19 se intersecan 1417 por encima de la línea 1307 de 3 dB.
La Fig. 20A a la Fig. 20E ilustran contornos de antena de 3 dB para varios elementos 406, 409 de antena con el punto central de haz (ganancia máxima) designado con la letra 'x'. La Fig. 20A muestra el contorno 1411 de antena particular de un primer elemento 406 de antena. La Fig. 20B muestra los contornos 1411, 1413 de la antena de 3 dB para dos elementos 406 particulares. La Fig. 20C muestra los contornos de antena de 3 dB para tres elementos 406. La Fig. 20D muestra los contornos de antena de 3 dB para cuatro elementos 406 de antena. La Fig. 20E muestra los contornos de antena de 3 dB para un conjunto de 16 elementos 406 de antena. Se muestra que los contornos de antena de 3 dB solapan 1418 (por ejemplo, se muestran 16 de tales contornos de antena de 3 dB). Los elementos de antena en la antena de recepción o transmisión pueden disponerse en cualquiera de varias configuraciones distintas. Por ejemplo, si los elementos tienen una bocina de alimentación generalmente circular, los elementos pueden disponerse en una configuración de panal para empaquetar estrechamente los elementos en una pequeña cantidad de espacio. En algunos casos, los elementos de antena se alinean en filas horizontales y columnas verticales.
La Fig. 21 es una ilustración ilustrativa de las posiciones relativas de los contornos de antena de 3 dB de antena de recepción asociados con los elementos 406 de antena de recepción. Los centros de haz del elemento 406 están numerados de 1 - 16, identificándose el elemento 4064 por el número '4' en la parte superior izquierda del indicador central de haz 'x'. En algunos casos, puede haber muchos más de 16 elementos 406 de antena de recepción. Sin embargo, para mayor simplicidad, en la Fig. 21 se muestran solo 16. Un conjunto correspondiente de elementos 409 de antena de transmisión y sus contornos asociados de antena de 3 dB parecerá similar al de la Fig. 21. Por lo tanto, para mayor simplicidad, solo se muestra el conjunto de elementos 406 de antena de recepción. El área 2101 en el centro es donde solapan todas las áreas de cobertura de elemento de antena.
En algunos casos, al menos un punto dentro del área de cobertura de retransmisor (por ejemplo, área de cobertura de satélite) se encuentra dentro del contorno de antena de 3 dB de los haces componentes de varios elementos 406 de antena. En tal caso, al menos un punto está dentro del contorno de la antena de 3 dB de al menos 100 elementos 406 de antena distintos. En otro caso, al menos un 10 % del área de cobertura de retransmisor se encuentra dentro de los contornos de antena de 3 dB de al menos 30 elementos de antena distintos. En otro caso, al menos un 20 % del área de cobertura de retransmisor se encuentra dentro de los contornos de antena de 3 dB de al menos 20 elementos de antena distintos. En otro caso, al menos un 30 % del área de cobertura de retransmisor se encuentra dentro de los contornos de antena de 3 dB de al menos 10 elementos de antena distintos. En otro caso, al menos un 40 % del área de cobertura de retransmisor se encuentra dentro de los contornos de antena de 3 dB de al menos ocho elementos de antena distintos. En otro caso, al menos un 50 % del área de cobertura de retransmisor se encuentra dentro de los contornos de antena de 3 dB de al menos cuatro elementos de antena distintos. Sin embargo, en algunos casos, más de una de estas relaciones puede cumplirse.
En algunos casos, el retransmisor de extremo a extremo tiene un área de cobertura de retransmisor (por ejemplo, un área de cobertura de satélite) en la que al menos un 25 % de los puntos en el área de cobertura de retransmisor de enlace ascendente están dentro de (es decir, abarcan) las áreas de cobertura solapantes de al menos seis elementos 406 de antena de recepción. En algunos casos, un 25 % de los puntos dentro del área de cobertura del retransmisor de enlace ascendente están dentro de (es decir, abarcan) las áreas de cobertura solapantes de al menos cuatro elementos 406 de antena de recepción. En algunos casos, el retransmisor de extremo a extremo tiene un área de cobertura en la que al menos un 25 % de los puntos en el área de cobertura de retransmisor de enlace descendente están dentro de (es decir, abarcan) las áreas de cobertura solapantes de al menos seis elementos 409 de antena de transmisión. En algunos casos, un 25 % de los puntos dentro del área de cobertura del retransmisor de enlace descendente están dentro de (es decir, abarcan) las áreas de cobertura solapantes de al menos cuatro elementos 409 de antena de transmisión.
En algunos casos, la antena 402 de recepción puede apuntarse aproximadamente en la misma área de cobertura que la antena 401 de transmisión, de modo que algunas áreas de cobertura de elementos de antena de recepción pueden corresponder naturalmente a áreas de cobertura de elementos de antena de transmisión particulares. En estos casos, los elementos 406 de antena de recepción pueden correlacionarse con sus correspondientes elementos 409 de antena de transmisión a través de los transpondedores 410, produciendo áreas de cobertura de elementos de antena de transmisión y recepción similares para cada ruta de señal de recepción/transmisión. En algunos casos, sin embargo, puede ser ventajoso correlacionar los elementos 406 de antena de recepción con los elementos 409 de antena de transmisión que corresponden a la misma área de cobertura de haz de componentes. Por lo tanto, el mapeo de los elementos 406 de la antena 402 de recepción con los elementos 409 de la antena 401 de transmisión puede permutarse aleatoriamente (o de otro modo). Dicha permutación incluye el caso que lugar a que los elementos 406 de antena de recepción no se mapeen en los elementos 409 de antena de transmisión en la misma localización relativa dentro del conjunto o que tengan la misma área de cobertura. Por ejemplo, cada elemento 406 de antena de recepción dentro del conjunto de elementos de antena de recepción puede asociarse al mismo transpondedor 410 que el elemento 409 de antena de transmisión situado en la localización espejo del conjunto de elementos de antena de transmisión. Puede utilizarse cualquier otra permutación para correlacionar los elementos 406 de antena de recepción con los elementos 409 de antena de transmisión según una permutación (por ejemplo, emparejar cada elemento 406 de antena de recepción con el mismo transpondedor al que se acopla un elemento 409 de antena de transmisión asociado según una permutación particular del elemento 406 de antena de recepción y el elemento 409 de antena de transmisión).
La Fig. 22 es una tabla 4200 que muestra correlaciones ilustrativas de elementos 406 de antena de recepción con elementos 409 de antena de transmisión a través de 16 transpondedores 410. Cada transpondedor 410 tiene una entrada que se acopla exclusivamente a un elemento 406 de antena de recepción asociado y a una salida que se acopla exclusivamente a un elemento 409 de antena de transmisión asociado (por ejemplo, existe una relación de uno a uno entre cada elemento 406 de antena de recepción, un transpondedor 410 y un elemento 409 de antena de transmisión). En algunos casos, pueden estar presentes otros elementos de antena de recepción, transpondedores y elementos de antena de transmisión en el retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, satélite) que no estén configurados en una relación de uno a uno (y que no funcionen como una parte del sistema de formación de haces de extremo a extremo).
La primera columna 4202 de la tabla 4200 identifica un transpondedor 410. La segunda columna 4204 identifica un elemento 406 de antena de recepción al que se acopla el transpondedor 410 de la primera columna. La tercera columna 4206 de la tabla 4200 identifica un elemento 409 de antena de transmisión asociado al que se acopla la salida del transpondedor 410. Cada elemento 406 de antena de recepción se acopla a la entrada del transpondedor 410 identificado en la misma fila de la tabla 4200. De forma similar, cada elemento 409 de antena de transmisión se acopla a la salida del transpondedor 410 identificado en la misma fila de la tabla 4200. La tercera columna de la tabla 4200 muestra un ejemplo de correlación directa en el que cada elemento 406 de antena de recepción del conjunto de antenas de recepción se acopla al mismo transpondedor 410 que un elemento 409 de antena de transmisión en la misma localización relativa dentro del conjunto de antenas de transmisión. La cuarta columna 4208 de la tabla 4200 muestra un ejemplo de correlación intercalada en el que el primer elemento 406 de antena de recepción se acopla al primer transpondedor 410 y al décimo elemento 409 de antena de transmisión. El segundo elemento 406 de antena de recepción se acopla al segundo transpondedor 410 y al noveno elemento 409 de antena de transmisión, y así sucesivamente. Algunos casos tienen otras permutaciones, incluyendo una correlación aleatoria en la que se selecciona aleatoriamente el emparejamiento particular del elemento 406 de antena de recepción y del elemento de transmisión 409 con un transpondedor 410.
La correlación directa, que intenta mantener las áreas de cobertura de elemento de antena de transmisión y recepción lo más similares posibles para cada ruta de señal de recepción/transmisión, produce de forma general la mayor capacidad total del sistema. Las permutaciones aleatorias y intercaladas producen, de forma general, una capacidad ligeramente menor, pero proporcionan un sistema más robusto frente a interrupciones de AN, interrupciones de fibras en la red terrestre o pérdida de rutas de señal de recepción/transmisión debido a un fallo electrónico en el retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, en uno o más transpondedores). Unas permutaciones aleatorias intercaladas permiten que se utilicen AN no redundantes de menor coste. Unas permutaciones aleatorias intercaladas también proporcionan menos variación entre la capacidad en el haz con mejor rendimiento y la capacidad en el haz con peor rendimiento. Las permutaciones aleatorias intercaladas también pueden ser más útiles para hacer funcionar inicialmente el sistema con solo una fracción de los AN, dando lugar a solo una fracción de la capacidad total disponible, pero sin pérdida en el área de cobertura. Un ejemplo de esto es un despliegue incremental de AN, donde el sistema se hizo funcionar inicialmente con solo un 50 % de los AN desplegados. Esto puede proporcionar menos que toda la capacidad, mientras que aún permite el funcionamiento en toda el área de cobertura. A medida que aumenta la demanda, pueden desplegarse más AN para aumentar la capacidad hasta que se consiga la capacidad total con todos los AN activos. En algunos casos, un cambio en la composición de los AN da lugar a calcular de nuevo las ponderaciones de haz. Un cambio en la composición puede incluir cambiar el número o las características de uno o más AN. Esto puede requerir una reestimación de las ganancias directas y/o de retorno de extremo a extremo.
En algunos casos, la antena es una antena reflectora alimentada por conjunto con un reflector parabólico. En otros casos, el reflector no tiene una forma parabólica. Puede disponerse un conjunto de elementos 406 de antena de recepción para recibir señales reflejadas por el reflector. De forma similar, puede disponerse un conjunto de elementos 409 de antena de transmisión para formar un conjunto para iluminar el reflector. Una forma de proporcionar elementos con patrones de antena de haz de componente solapantes es tener los elementos 406, 409 desenfocados (no enfocados) como consecuencia de que el plano focal del reflector está detrás (o delante) del conjunto de elementos 406, 409 (es decir, estando el conjunto de antenas de recepción situado fuera del plano focal del reflector de recepción).
La Fig. 23 es una ilustración de una sección transversal de un reflector 1521 parabólico de alimentación central. Un punto 1523 focal se encuentra en un plano focal 1525 que es normal al eje central 1527 del reflector 1521. Las señales recibidas que golpean el reflector 1521 paralelo al eje 1527 central se enfocan en el punto focal 1523. Del mismo modo, las señales que se transmiten desde un elemento de antena situado en el punto focal y que golpean el reflector 1521 se reflejarán en un haz enfocado desde el reflector 1521 paralelo al eje 1527 central. Dicha disposición se utiliza a menudo en sistemas de alimentación única por haz para maximizar la directividad de cada haz y minimizar el solapamiento con haces formados por fuentes adyacentes.
La Fig. 24 es una ilustración de otro reflector parabólico 1621. Situando los elementos 1629 de antena (sean elementos de antena de recepción o elementos de antena de transmisión 406, 409, 3416, 3419, 3426, 3429) fuera del plano focal (por ejemplo, delante del plano 1625 focal del reflector 1621), la ruta 1631 de señales transmitidas que inciden en el reflector 1621 no serán paralelas entre sí ya que se reflejan a partir del reflector 1621, dando lugar a una anchura de haz más amplia que en el caso enfocado. En algunos casos, se utilizan reflectores que tienen formas distintas de un paraboloide. Dichos reflectores también pueden dar lugar a desenfocar la antena. El sistema de formación de haces de extremo a extremo puede utilizar este tipo de antena desenfocada para crear solapamiento en el área de cobertura de elementos de antena adyacentes y, por lo tanto, proporcionar un gran número de rutas de recepción/transmisión útiles para localizaciones de haces dadas en el área de cobertura del retransmisor.
En un caso, se establece un área de cobertura de retransmisor, en la que el 25 % de los puntos dentro del área de cobertura de retransmisor están dentro de las áreas de cobertura de elemento de antena de al menos seis patrones de antena de haz de componente cuando se despliega el retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, un retransmisor de satélite de extremo a extremo está en una órbita de servicio). De forma alternativa, el 25 % de los puntos dentro del área de cobertura del retransmisor están dentro de las áreas de cobertura de elemento de antena de al menos cuatro elementos de antena de recepción. La Fig. 25 es una ilustración de un área 3201 de cobertura de retransmisor ilustrativo (para un retransmisor de satélite de extremo a extremo, también denominada área de cobertura de satélite) (mostrada con sombreado cruzado simple) y el área 3203 (mostrada con sombreado cruzado doble) definida por los puntos dentro del área 3201 de cobertura de retransmisor que también se contienen dentro de seis áreas 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 de cobertura de elementos de antena. El área 3201 de cobertura y las áreas 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 de cobertura de elementos de antena pueden ser bien áreas de cobertura de elementos de antena de recepción o bien áreas de cobertura de elementos de antena de transmisión y pueden estar asociadas únicamente al enlace directo o únicamente al enlace de retorno. El tamaño de las áreas 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 de cobertura de elemento de antena está determinado por el rendimiento deseado a proporcionar por el sistema. Un sistema que sea más tolerante a errores puede tener áreas de cobertura de elementos de antena que son más grandes que un sistema que sea menos tolerante. En algunos casos, cada área 3205, 3207, 3209, 3211,3213, 3215 de cobertura de elemento de antena son todos los puntos para los cuales la ganancia de antena de haz de componente está dentro de los 10 dB de la ganancia máxima de antena de haz de componente para el elemento de antena que establece el patrón de antena de haz de componente. En otros casos, cada área 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 de cobertura de elementos de antena son todos los puntos para los cuales la ganancia de antena de haz de componente está dentro de 6 dB de ganancia máxima de antena de haz de componente. En otros casos, cada área 3205, 3207, 3209, 3211, 3213, 3215 de cobertura de elemento de antena son todos los puntos para los que la ganancia de antena de haz de componente está dentro de 3 dB de la ganancia máxima de antena de haz de componente. Aunque aún no se haya desplegado un retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, un retransmisor de satélite de extremo a extremo no está en una órbita de servicio), el retransmisor de extremo a extremo aún tiene patrones de antena de haz de componente que se ajustan a la definición anterior. Es decir, las áreas de cobertura de elemento de antena correspondientes a un retransmisor de extremo a extremo en órbita pueden calcularse a partir de los patrones de antena de haz de componente incluso cuando el retransmisor de extremo a extremo no está en una órbita de servicio. El retransmisor de extremo a extremo puede incluir elementos de antena adicionales que no contribuyen a la formación de haces y, por lo tanto, pueden no tener las características mencionadas anteriormente.
La Fig. 26 es una ilustración de un patrón 3300 de antena de retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, satélite), en el que todos los puntos dentro de un área 3301 de cobertura de retransmisor (por ejemplo, área de cobertura de satélite) también están contenidos dentro de al menos cuatro áreas 3303, 3305, 3307, 3309 de cobertura de elementos de antena. Pueden existir otros elementos de antena en el retransmisor de extremo a extremo y pueden tener áreas 3311 de cobertura de elementos de antena que contengan menos que todos los puntos dentro del área 3301 de cobertura de retransmisor.
El sistema puede funcionar en cualquier espectro adecuado. Por ejemplo, un sistema de formación de haces de extremo a extremo puede funcionar en la banda o bandas C, L, S, X, V, Ka, Ku u otra banda o bandas adecuadas. En algunos de tales sistemas, el medio de recepción funciona en la banda o bandas C, L, S, X, V, Ka, Ku u otra banda o bandas adecuadas. En algunos casos, el enlace ascendente directo y el enlace ascendente de retorno pueden funcionar en el mismo intervalo de frecuencia (por ejemplo, en las inmediaciones de 30 GHz); y el enlace descendente de retorno y el enlace descendente directo pueden funcionar en un intervalo de frecuencia no superpuesto (por ejemplo, en las inmediaciones de 20 GHz). El sistema de extremo a extremo puede utilizar cualquier ancho de banda adecuado (por ejemplo, 500 MHz, 1 GHz, 2 GHz, 3,5 GHz, etc.). En algunos casos, los enlaces directo y de retorno utilizan los mismos transpondedores.
Para ayudar en la alineación de temporización de sistema, las longitudes de ruta entre los L transpondedores se establecen para coincidir con retardos de tiempo de ruta de señal en algunos casos, por ejemplo, a través de una selección adecuada de longitud de cable. El retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, satélite) en algunos casos tiene un generador 426 de baliza de retransmisor (por ejemplo, baliza de satélite) dentro de un módulo 424 de soporte de calibración (véase la Fig. 15). El generador 426 de baliza genera una señal de baliza de retransmisor. El retransmisor de extremo a extremo difunde la señal de baliza de retransmisor para ayudar además en la alineación de temporización de sistema, así como en la calibración del enlace alimentador de soporte. En algunos casos, la señal de baliza de retransmisor es una secuencia pseudoaleatoria (conocida como PN), tal como una señal de espectro ensanchado de secuencia directa de PN que se ejecuta a una alta tasa de transmisión de chip (por ejemplo, 100, 200, 400 u 800 millones de chips por segundo (Mcps) o cualquier otro valor adecuado). En algunos casos, se emite por radiodifusión una baliza de retransmisor (por ejemplo, satélite) polarizada linealmente, que se puede recibir tanto por las antenas de RHCP como de LHCP, a través de un área de cobertura amplia mediante una antena, tal como una bocina de antena (no mostrada) o acoplada en uno o más de los transpondedores 410 para su transmisión a través del elemento 409 de antena de transmisión asociado. En un sistema ilustrativo, los haces se forman en múltiples canales de ancho de banda de 500 MHz en la banda Ka y un código PN de 400 Mcps se filtra o se conforma como impulso para que encaje en un canal de ancho de banda de 500 MHz. Cuando se utilizan múltiples canales, puede transmitirse el mismo código PN en cada uno de los canales. El sistema puede emplear una baliza para cada canal o una baliza para dos o más canales.
Dado que puede haber un gran número de rutas de señal de recepción/transmisión en un retransmisor de extremo a extremo, puede no requerirse una redundancia de rutas individuales de señales de recepción/transmisión. Tras el fallo de una ruta de señal de recepción/transmisión, el sistema aún puede funcionar muy cerca de su nivel de rendimiento previo, aunque puede utilizarse la modificación de los coeficientes de formación de haces para tener en cuenta la pérdida.
Redes terrestres
La red terrestre de un sistema de formación de haces de extremo a extremo ilustrativo contiene un número de estaciones terrestres de Access Node (nodo de acceso - AN) distribuidas geográficamente dirigidas a un retransmisor común de extremo a extremo. Observando primero el enlace directo, un Central Processing System (sistema de procesamiento central - CPS) calcula las ponderaciones de haz para la transmisión de datos de usuario e interfaces a los AN a través de una red de distribución. El CPS también interactúa con las fuentes de datos que se proporcionan a los terminales de usuario. La red de distribución puede implementarse de diversas formas, por ejemplo, utilizando una infraestructura de cable de fibra óptica. La temporización entre el CPS y los SAN puede ser determinista (por ejemplo, utilizando canales con conmutación de circuitos) o no determinista (por ejemplo, utilizando una red con conmutación de paquetes). En algunos casos, el CPS se implementa en un único sitio, por ejemplo, utilizando application specific integrated circuits (circuitos integrados específicos de aplicación - ASIC) para tratar el procesamiento de señales. En algunos casos, el CPS se implementa de forma distribuida, por ejemplo, utilizando técnicas de computación en la nube.
Volviendo al ejemplo de la Fig. 5, el CPS 505 puede incluir una pluralidad de módems 507 de enlace alimentador. Para el enlace directo, cada uno de los módems 507 de enlace alimentador recibe flujos 509 de datos de usuario directos desde diversas fuentes de datos, tales como Internet, una cabecera de vídeo (no mostrada), etc. Los flujos 509 de datos de usuario directos recibidos se modulan mediante los módems 507 en K señales 511 de haz directo. En algunos casos, K puede estar en el intervalo de 1,2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 o números intermedios o mayores. Cada una de las K señales de haz directo transporta flujos de datos de usuario directos a transmitir en uno de los K haces de usuario directos. Por lo tanto, si K = 400, entonces existen 400 señales 511 de haz directo, cada una para transmitirse a través de uno asociado de los 400 haces de usuario directos a un área 519 de cobertura de haz de usuario directo. Las K señales 511 de haz directo están acopladas a un formador de haces directo.
Si los M AN 515 están presentes en el segmento 502 terrestre, la salida del formador de haces directo son las M señales 516 directas específicas de nodo de acceso, cada una de las cuales comprende señales de haz directo ponderadas que corresponden a algunas o todas de las K señales 511 de haz directo. El formador de haces directo puede generar las M señales 516 directas específicas de nodo de acceso basándose en un producto de matriz de la matriz de ponderación de haz directo K x M con las K señales de datos directos. Una red 518 de distribución distribuye cada una de las M señales directas específicas de nodo de acceso a uno correspondiente de los M AN 515. Cada AN 515 transmite una señal 521 de enlace ascendente directo que comprende una señal 516 directa específica de nodo de acceso respectiva. Cada AN 515 transmite su respectiva señal 521 de enlace ascendente directo para su retransmisión a una o más (por ejemplo, hasta e incluyendo todas) de las áreas de cobertura de haz de usuario directo a través de una o más (por ejemplo, hasta e incluyendo todas) de las rutas de las señales de recepción/transmisión directas del retransmisor de extremo a extremo. Los transpondedores 410, 411 dentro del retransmisor 503 de extremo a extremo reciben una señal directa de entrada compuesta que comprende una superposición 550 de señales 521 de enlace ascendente directo transmitidas por una pluralidad (por ejemplo, hasta e incluyendo todos) de los AN 515. Cada transpondedor (por ejemplo, cada ruta de señal de recepción/transmisión a través del retransmisor) retransmite la señal directa de entrada compuesta como una señal de enlace descendente directo respectiva a los terminales 517 de usuario a través del enlace descendente directo.
La Fig. 27 es una ilustración de una distribución ilustrativa de los AN 515. Cada uno de los círculos numerados más pequeños representa la localización de un AN 515. Cada uno de los círculos más grandes indica un área 519 de cobertura de haz de usuario. En algunos casos, los AN 515 están separados de forma aproximadamente uniforme en el área de cobertura del retransmisor 503 de extremo a extremo. En otros casos, los AN 515 pueden distribuirse de modo no uniforme en toda el área de cobertura. En otros casos, los AN 515 pueden distribuirse de modo uniforme o no uniforme en una o más subregiones del área de cobertura de retransmisor. De forma típica, el rendimiento de sistema es mejor cuando los AN 515 están distribuidos de modo uniforme en toda el área de cobertura. Sin embargo, ciertas consideraciones pueden requerir compromisos en la situación del AN. Por ejemplo, puede situarse un AN 515 basándose en la cantidad de interferencia, lluvia u otras condiciones ambientales, en el coste de los bienes inmuebles, en el acceso a la red de distribución, etc. Por ejemplo, para un sistema de retransmisor de extremo a extremo basado en satélite que es sensible a la lluvia, pueden situarse más de los AN 515 en áreas que tengan menor probabilidad de experimentar un desvanecimiento inducido por la lluvia (por ejemplo, oeste de los Estados Unidos). Como otro ejemplo, los AN 515 pueden situarse con mayor densidad en regiones de mucha lluvia (por ejemplo, sureste de los Estados Unidos) para proporcionar alguna ganancia de diversidad para contrarrestar los efectos del desvanecimiento por lluvia. Los AN 515 pueden situarse a lo largo de rutas de fibra para reducir costes de distribución asociados a los AN 515.
El número de AN 515, M, es un parámetro seleccionable que puede seleccionarse basándose en varios criterios. Menos AN pueden dar lugar a un segmento terrestre más simple y de menor coste y a menores costes operativos para la red de distribución. Más AN pueden dar lugar a una mayor capacidad de sistema. La Fig. 28 muestra una simulación de la capacidad de enlace directo y de retorno normalizada como una función del número de AN desplegados en un sistema ilustrativo. La capacidad normalizada es la capacidad con M AN dividida entre la capacidad obtenida con el mayor número de AN en la simulación. La capacidad aumenta a medida que aumenta el número de AN, pero no aumenta sin límite. Tanto las capacidades de enlace directo como de enlace de retorno se aproximan a un límite asintótico a medida que aumenta el número de AN. Esta simulación se realizó con L = 517 elementos de antena de transmisión y recepción y con los AN distribuidos de modo uniforme en el área de cobertura, pero este comportamiento asintótico de la capacidad puede verse con otros valores para L y otras distribuciones espaciales de AN. Las curvas como las mostradas en la Fig. 28 pueden ser útiles en la selección del número de AN, M, a desplegar y en la comprensión de cómo la capacidad de sistema puede estar en fase a medida que los AN se despliegan incrementalmente, como se ha explicado anteriormente.
La Fig. 29 es un diagrama de bloques de un segmento 502 terrestre ilustrativo para un sistema de formación de haces de extremo a extremo. La Fig. 29 puede ilustrar, por ejemplo, el segmento 502 terrestre de la Fig. 5. El segmento 502 terrestre comprende el CPS 505, la red 518 de distribución y los AN 515. El CPS 505 comprende una interfaz 524 de señal de haz, un formador 513 de haces directo/de retorno, una interfaz 536 de distribución y un generador 910 de ponderación de haz.
Para el enlace directo, la interfaz 524 de señal de haz obtiene las señales 511 de haz directo (FBS) asociadas con cada uno de los haces de usuario directos. La interfaz 524 de señal de haz puede incluir el multiplexor 526 de datos de haz directo y el modulador 528 de flujo de datos de haz directo. El multiplexor 526 de datos de haz directo puede recibir flujos 509 de datos directos de usuario que comprenden datos directos para su transmisión a los terminales 517 de usuario. Los flujos 509 de datos de usuario directos pueden comprender, por ejemplo, paquetes de datos (por ejemplo, paquetes de TCP, paquetes de UDP, etc.) para su transmisión a los terminales 517 de usuario a través del sistema 500 de formación de haces de extremo a extremo de la Fig. 5. El multiplexor 526 de datos de haz directo agrupa (por ejemplo, multiplexa) los flujos 509 de datos de usuario directos según sus respectivas áreas de cobertura de haz de usuario directo para obtener los flujos 532 de datos de haz directo. El multiplexor 526 de datos de haz directo puede utilizar, por ejemplo, multiplexación en el dominio de tiempo, multiplexación en el dominio de la frecuencia o una combinación de técnicas de multiplexación para generar los flujos 532 de datos de haz directo. El modulador 528 de flujo de datos de haz directo puede modular los flujos 532 de datos de haz directo según uno o más esquemas de modulación (por ejemplo, correlación de bits de datos con símbolos de modulación) para crear las señales 511 de haz directo, que se pasan al formador 513 de haces directo/de retorno. En algunos casos, el modulador 528 puede multiplexar en frecuencia múltiples señales moduladas para crear una señal 511 de haz multiportadora. La interfaz 524 de señal de haz puede implementar, por ejemplo, la funcionalidad de los módems 507 de enlace alimentador analizados con referencia a la Fig. 5.
El formador 513 de haces directo/de retorno puede incluir el formador 529 de haces directo y el formador 531 de haces de retorno. El generador 910 de ponderación de haz genera una matriz 918 de ponderación de haz directo M x K. A continuación, se explican con mayor detalle técnicas para generar la matriz 918 de ponderación de haz directo M x K. El formador 529 de haces directo puede incluir un multiplicador de matriz que calcula M señales 516 directas específicas de nodo de acceso. Por ejemplo, este cálculo puede basarse en un producto de matriz de la matriz 918 de ponderación de haz directo M x K y un vector de las K señales 511 de haz directo. En algunos ejemplos, cada una de las K señales 511 de haz directo puede asociarse con una de F subbandas de frecuencia directas. En este caso, el formador 529 de haces directo puede generar muestras para las M señales 516 directas específicas de nodo de acceso para cada una de las F subbandas de frecuencia directa (por ejemplo, implementando de forma efectiva la operación de producto de matriz para cada una de las F subbandas para los subconjuntos respectivos de las K señales 511 de haz directo). La interfaz 536 de distribución distribuye (por ejemplo, a través de la red 518 de distribución) las M señales 516 directas específicas de nodo de acceso a los AN 515 respectivos.
Para el enlace de retorno, la interfaz 536 de distribución obtiene las señales 907 de retorno compuestas desde los AN 515 (por ejemplo, a través de la red 518 de distribución). Cada señal de datos de retorno desde los terminales 517 de usuario puede incluirse en múltiples (por ejemplo, hasta e incluyendo todas) de las señales 907 de retorno compuestas. El generador 910 de ponderación de haz genera una matriz 937 de ponderación de haz de retorno K x M. Las técnicas para generar la matriz 937 de ponderación de haz de retorno K x M se analizan con más detalle a continuación. El formador 531 de haces de retorno calcula K señales 915 de haz de retorno para las K áreas de cobertura de haz de retorno. Por ejemplo, este cálculo puede basarse en un producto de matriz de la matriz 937 de ponderación de haz de retorno y un vector de las respectivas señales 907 de retorno compuestas. La interfaz 524 de señal de haz puede incluir el demodulador 552 de señal de haz de retorno y el demultiplexor 554 de datos de haz de retorno. El demodulador 552 de señal de haz de retorno puede demodular cada una de las señales de haz de retorno para obtener K flujos 534 de datos de haz de retorno asociados a las K áreas de cobertura de haz de usuario de retorno. El demultiplexor 554 de datos de haz de retorno puede demultiplexar cada uno de los K flujos 534 de datos de haz de retorno en los respectivos flujos 535 de datos de usuario de retorno asociados a las señales de datos de retorno transmitidas desde los terminales 517 de usuario. En algunos ejemplos, cada uno de los haces de usuario de retorno puede asociarse a una de R subbandas de frecuencia de retorno. En este caso, el formador 531 de haces de retorno puede generar subconjuntos respectivos de las señales 915 de haz de retorno asociadas con cada una de las R subbandas de frecuencia de retorno (por ejemplo, implementando de forma efectiva la operación de producto de matriz para cada una de las R subbandas de frecuencia de retorno para generar subconjuntos respectivos de las señales 915 de haz de retorno).
La Fig. 30 es un diagrama de bloques de un formador 513 de haces directo/de retorno ilustrativo. El formador 513 de haces directo/de retorno comprende un formador 529 de haces directo, un módulo 945 de temporización directo, un formador 531 de haces de retorno y un módulo 947 de temporización. El módulo 945 de temporización directo asocia cada una de las M señales 516 directas específicas de nodo de acceso a una indicación de tiempo (por ejemplo, multiplexa la indicación de tiempo con la señal directa específica de nodo de acceso en una señal directa específica de nodo de acceso multiplexado) que indica cuándo se desea que la señal llegue al retransmisor de extremo a extremo. De esta forma, los datos de las K señales 511 de haz directo que se dividen en un módulo 904 de división dentro del formador 529 de haces directo pueden transmitirse en el momento apropiado por cada uno de los AN 515. El módulo 947 de temporización alinea las señales de recepción basándose en las indicaciones de tiempo. Las muestras de las M señales 907 de retorno compuestas (CRS) de AN se asocian a indicaciones de tiempo que indican cuándo se transmitieron las muestras particulares desde el retransmisor de extremo a extremo. A continuación, se explican con mayor detalle las consideraciones de temporización y la generación de las indicaciones de tiempo.
El formador 529 de haces directo tiene una entrada 925 de datos, una entrada 920 de ponderaciones de haz y una salida 923 de nodo de acceso. El formador 529 de haces directo aplica los valores de una matriz de ponderación de haz M x K a cada una de las K señales 511 de datos directos para generar M señales 521 directas específicas de nodo de acceso, teniendo cada una de ellas K señales de haz directo ponderadas. El formador 529 de haces directo puede incluir un módulo 904 de división y M módulos 533 de ponderación y suma directos. El módulo 904 de división divide (por ejemplo, duplica) cada una de las K señales 511 de haz directo en M grupos 906 de K señales de haz directo, un grupo 906 para cada uno de los M módulos 533 de ponderación y suma directos. Por lo tanto, cada módulo 533 de ponderación y suma directo recibe todas las K señales 511 de datos directos.
Un generador 917 de ponderación de haz directo genera una matriz 918 de ponderación de haz directo M x K. En algunos casos, la matriz 918 de ponderación de haz directo se genera basándose en una matriz de canal en la que los elementos son estimaciones de ganancias directas de extremo a extremo para cada uno de los K x M canales de ruta múltiple directos de extremo a extremo, como se explica adicionalmente a continuación. Las estimaciones de la ganancia directa de extremo a extremo se hacen en un módulo 919 estimador de canal. En algunos casos, el estimador de canal tiene un almacenamiento 921 de datos de canal que almacena datos relacionados con diversos parámetros de los canales de ruta múltiple de extremo a extremo, como se explica con más detalle a continuación. El estimador 919 de canal emite una señal de ganancia de extremo a extremo estimada para permitir que el generador 917 de ponderación de haz directo genere la matriz 918 de ponderación de haz directo. Cada uno de los módulos 533 de ponderación y suma se acoplan para recibir los vectores de las ponderaciones de formación de haces de la matriz 918 de ponderación de haz directo (por simplicidad, en la Fig. 30 se muestra solo una de tales conexiones). El primer módulo 533 de ponderación y suma aplica una ponderación igual al valor del elemento 1,1 de la matriz 918 de ponderación de haz directo M x K a la primera de las K señales 511 de haz directo (se explica con mayor detalle a continuación). Se aplica una ponderación igual al valor del elemento 1,2 de la matriz 918 de ponderación de haz directo M x K a la segunda de las K señales 511 de haz directo. Las otras ponderaciones de la matriz se aplican de forma similar, a través de la Késima señal 511 de haz directo, que se pondera con el valor igual al elemento 1,K de la matriz 918 de ponderación de haz directo M x K. Después se suman cada una de las K señales 903 de haz directo ponderadas y se emiten desde el primer módulo 533 de ponderación y suma como una señal 516 directa específica de nodo de acceso. La señal 516 directa específica de nodo de acceso emitida por el primer módulo 533 de ponderación y suma se acopla a continuación al módulo 945 de temporización. El módulo 945 de temporización emite la señal 516 directa específica de nodo de acceso al primer AN 515 a través de una red 518 de distribución (véase la Fig. 5). De forma similar, cada uno de los otros módulos 533 de ponderación y suma recibe las K señales 511 de haz directo y pondera y suma las K señales 511 de haz directo. Las salidas de cada uno de los M módulos 533 de ponderación y suma se acoplan a través de la red 518 de distribución a los M AN 515 asociados, de modo que la salida del mésimo módulo de ponderación y suma se acopla al mésimo AN 515. En algunos casos, la fluctuación y el retardo no uniforme a través de la red de distribución, así como algunas otras consideraciones de temporización, son manejados por el módulo 945 de temporización asociando una indicación de tiempo con los datos. A continuación, se proporcionan detalles de una técnica de temporización ilustrativa con respecto a las Figs.
36 y 37.
Como consecuencia de las ponderaciones de haz aplicadas por los formadores 529 de haz directo en el segmento 502 terrestre, las señales que se transmiten desde los AN 515 a través del retransmisor 503 de extremo a extremo forman haces de usuario. El tamaño y la localización de los haces que son capaces de formarse pueden ser función del número de AN 515 que se despliegan, del número y patrones de antena de los elementos de antena de retransmisor a través de los cuales pasa la señal, de la localización del retransmisor 503 de extremo a extremo y/o de la separación geográfica de los AN 515.
Haciendo referencia ahora al enlace 523 de retorno de extremo a extremo mostrado en la Fig. 5, un terminal 517 de usuario dentro de una de las áreas 519 de cobertura de haz de usuario transmite señales hasta el retransmisor 503 de extremo a extremo. Las señales se transmiten, a continuación, al segmento 502 terrestre. Las señales son recibidas por los AN 515.
Haciendo referencia una vez más a la Fig. 30, se reciben M señales 527 de enlace descendente de retorno por los M AN 515 y se acoplan, como señales 907 de retorno compuestas, desde los M AN 515 a través de la red 518 de distribución y se reciben en una entrada 931 de nodo de acceso del formador 531 de haces de retorno. El módulo 947 de temporización alinea las señales de retorno compuestas desde los M AN 515 entre sí y emite las señales alineadas en el tiempo al formador 531 de haces de retorno. Un generador 935 de ponderación de haz de retorno genera las ponderaciones de haz de retorno como una matriz 937 de ponderación de haz de retorno K x M basándose en la información almacenada en un almacenamiento 941 de datos de canal dentro de un estimador 943 de canal. El formador 531 de haces de retorno tiene una entrada 939 de ponderaciones de haz a través de la cual el formador 531 de haces de retorno recibe la matriz 937 de ponderación de haz de retorno. Cada una de las M señales 907 de retorno compuestas de AN se acopla a uno asociado de los M módulos 539 de divisor y ponderación dentro del formador 531 de haces de retorno. Cada módulo 539 divisor y de ponderación divide la señal alineada en el tiempo en K copias 909. Los módulos 539 divisor y de ponderación ponderan cada una de las K copias 909 utilizando el elemento k, M de la matriz 937 de ponderación de haz de retorno K x M. A continuación, se proporcionan detalles adicionales referentes a la matriz de ponderación de haz de retorno K x M. Cada conjunto de K señales 911 de retorno compuestas ponderadas se acopla entonces a un módulo 913 de combinación. En algunos casos, el módulo 913 de combinación combina la késlma señal 911 de retorno compuesta ponderada emitida desde cada módulo 539 divisor y de ponderación. El formador 531 de haces de retorno tiene una salida 933 de señal de datos de retorno que emite K señales 915 de haz de retorno, cada una de las cuales tiene las muestras asociadas a uno de los K haces 519 de usuario de retorno (por ejemplo, las muestras recibidas a través de cada uno de los M AN). Cada una de las K señales 915 de haz de retorno puede tener muestras de uno o más terminales 517 de usuario. Las K señales 915 de haz de retorno sometidas a formación de haces, combinadas y alineadas se acoplan a los módems 507 de enlace alimentador (véase la Fig. 5). Obsérvese que el ajuste de temporización de retorno puede hacerse después de la división y la ponderación. De forma similar, para el enlace directo, el ajuste de temporización directo puede realizarse antes de la formación de haces.
Como se ha explicado anteriormente, el formador 529 de haces directo puede realizar operaciones de producto de matriz en muestras de entrada de las K señales 511 de haz directo para calcular M señales 516 directas específicas de nodo de acceso en tiempo real. A medida que aumenta el ancho de banda de haz (por ejemplo, para soportar una duración de símbolo más corta) y/o K y M se vuelven grandes, la operación de producto de matriz se vuelve computacionalmente intensiva y puede superar las capacidades de un único nodo informático (por ejemplo, un único servidor informático, etc.). Las operaciones del formador 531 de haces de retorno son, de modo similar, computacionalmente intensivas. Pueden utilizarse diversos enfoques para particionar recursos informáticos de múltiples nodos informáticos en el formador 513 de haces directo/de retorno. En un ejemplo, el formador 529 de haces directo de la Fig. 30 puede dividirse en módulos 533 de ponderación y suma separados para cada uno de los M AN 515, que pueden distribuirse en distintos nodos informáticos. De forma general, las consideraciones para las implementaciones incluyen coste, consumo de potencia, ajuste a escala con respecto a K, M, y ancho de banda, disponibilidad de sistema (por ejemplo, debido a un fallo de nodo, etc.), capacidad de actualización y latencia de sistema. El ejemplo anterior es por fila (o columna). Es posible también al revés. Pueden considerarse otras formas de agrupar las operaciones de matriz (por ejemplo, dividir en cuatro con [1,1 to K/2,M/2], [...], calculadas individualmente y sumadas).
En algunos casos, el formador 513 de haces directo/de retorno puede incluir una arquitectura de multiplexación en el dominio de tiempo para el procesamiento de operaciones de ponderación de haz mediante formadores de haces de intervalo de tiempo. La Fig. 31 es un diagrama de bloques de un formador 529 de haces directo ilustrativo que comprende múltiples formadores de haces de intervalo de tiempo directos con demultiplexación y multiplexación de dominio de tiempo. El formador 529 de haces directo incluye un demultiplexor 3002 de señal de haz directo, N formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directo y un multiplexor 3010 de señal de nodo de acceso directo.
El demultiplexor 3002 de señal de haz directo recibe las señales 511 de haz directo y demultiplexa las K señales 511 de haz directo en entradas 3004 de intervalo de tiempo directo para su entrada a los N formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos. Por ejemplo, el demultiplexor 3002 de señal de haz directo envía un primer subconjunto de muestras en el dominio de tiempo para las K señales 511 de haz directo a un primer formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo, lo que genera muestras asociadas con las M señales directas específicas de nodo de acceso que corresponden al primer subconjunto de muestras en el dominio de tiempo. El formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo emite las muestras asociadas con las M señales directas específicas de nodo de acceso para el primer subconjunto de muestras en el dominio de tiempo a través de su salida 3008 de intervalo de tiempo directo al multiplexor 3010 de señal de nodo de acceso directo. El formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo puede emitir las muestras asociadas con cada una de las M señales directas específicas de nodo de acceso con información de temporización de sincronización (por ejemplo, el correspondiente índice de intervalo de tiempo, etc.) utilizada por los nodos de acceso para hacer (por ejemplo, mediante corrección previa) que las respectivas señales directas específicas de nodo de acceso se sincronicen cuando se reciben por el retransmisor de extremo a extremo. El multiplexor 3010 de señal de nodo de acceso directo multiplexa subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo para las M señales directas específicas de nodo de acceso recibidas a través de las N salidas 3008 de intervalo de tiempo directas para generar las M señales 516 directas específicas de nodo de acceso. Cada uno de los formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos puede incluir un búfer de datos, un búfer de matriz de haces y un procesador de ponderación de haz que implementa la operación de producto de matriz. Es decir, cada uno de los formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos puede implementar cálculos matemáticamente equivalentes al módulo 904 de división y los módulos 533 de ponderación y suma directos mostrados para el formador 529 de haces directo de la Fig. 30 durante el procesamiento de las muestras de un índice de intervalo de tiempo. La actualización de la matriz de ponderación de haz puede hacerse de forma incremental. Por ejemplo, las memorias intermedias de matriz de ponderación de haz para los formadores de haces de intervalo de tiempo directos pueden actualizarse durante el tiempo en reposo en una rotación de los índices de intervalo de tiempo t a través de los N formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos. De forma alternativa, cada formador de haces de intervalo de tiempo directo puede tener dos memorias intermedias que pueden utilizarse en una configuración de ping-pong (por ejemplo, puede actualizarse una mientras se está utilizando la otra). En algunos casos, pueden utilizarse múltiples memorias intermedias para almacenar ponderaciones de haz que corresponden a múltiples patrones de haces de usuario (por ejemplo, múltiples áreas de cobertura de usuario). Los búferes intermedios de ponderación de haz y los búferes de datos para los formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos pueden implementarse como cualquier tipo de memoria o almacenamiento, incluyendo una andom access memory (memoria de acceso aleatorio - RAM) dinámica o estática. El procesamiento de ponderación de haz puede implementarse en un circuito integrado específico de aplicación (ASIC) y/o en una matriz de puertas programable en campo (FPGA), y puede incluir uno o más núcleos de procesamiento (por ejemplo, en un entorno informático en la nube). De forma adicional o alternativa, la memoria intermedia de ponderación de haz, la memoria intermedia de datos y el procesador de ponderación de haz pueden integrarse dentro de un componente.
La Fig. 32 ilustra un segmento terrestre ilustrativo simplificado que muestra el funcionamiento de un formador 529 de haces de intervalo de tiempo directo. En el ejemplo de la Fig. 32, el formador 529 de haces directo recibe cuatro señales de haz directo (por ejemplo, K=4), genera señales directas específicas de nodo de acceso para cinco AN (por ejemplo, M=5) y tiene tres formadores de haces de intervalo de tiempo directos (por ejemplo, N=3). Las señales de haz directo se indican mediante FBk:t, donde K es el índice de señal de haz directo y t es el índice de intervalo de tiempo (por ejemplo, que corresponde a un subconjunto de muestras en el dominio de tiempo). El demultiplexor 3002 de señal de haz directo recibe cuatro subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo de las señales de haz directo asociadas con cuatro haces de usuario directos y demultiplexa cada señal de haz directo, de modo que una entrada 3004 de intervalo de tiempo directo incluye, para un índice de intervalo de tiempo t particular, los subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo de cada una de las señales 511 de haz directo. Por ejemplo, los subconjuntos en el dominio de tiempo pueden ser una muestra única, un bloque contiguo de muestras o un bloque no contiguo (por ejemplo, intercalado) de muestras como se describe a continuación. Los formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos generan (por ejemplo, basándose en las señales 511 de haz directo y la matriz 918 de ponderación de haz directo) cada una de las M señales directas específicas de nodo de acceso para un índice de intervalo de tiempo t, indicado mediante AFm:t. Por ejemplo, los subconjuntos de muestra en el dominio de tiempo FB1:0, FB2:0, fB3:0 y FB4:0 para el índice de intervalo de tiempo t=0 se introducen en el primer formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo TSBF[1], lo que genera muestras de señales directas específicas de nodo de acceso AF1:0, AF2:0, AF3:0, AF4:0 y AF5:0 correspondientes en una salida 3008 de intervalo de tiempo directo. Para valores de índice de intervalo de tiempo posteriores t=1, 2, los subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo de las señales 511 de haz directo se demultiplexan mediante el demultiplexor 3002 de señal de haz directo para su entrada en un segundo y tercer formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos, que generan señales directas específicas de nodo de acceso asociadas a los correspondientes índices de intervalo de tiempo t en las salidas 3008 de intervalo de tiempo directo. La Fig. 32 también muestra que en el valor de índice de intervalo de tiempo t=3, el primer formador de haces de intervalo de tiempo directo genera señales directas específicas de nodo de acceso asociadas con el índice de intervalo de tiempo correspondiente 3. La operación de producto de matriz realizada por cada formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo para un valor de índice de intervalo de tiempo t puede tardar más que el tiempo real del subconjunto de muestras en el dominio de tiempo (por ejemplo, el número de muestras S multiplicado por la tasa de muestreo ts). Sin embargo, cada formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo sólo puede procesar un subconjunto de muestras en el dominio de tiempo cada N índices de intervalo de tiempo t. El multiplexor 3010 de señal de nodo de acceso directo recibe salidas 3030 de intervalo de tiempo directas de cada uno de los formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos y multiplexa los subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo para generar las M señales 516 directas específicas de nodo de acceso para su distribución a AN respectivos.
La Fig. 33 es un diagrama de bloques de un formador 531 de haces de retorno ilustrativo que comprende múltiples formadores de haces de intervalo de tiempo de retorno con demultiplexación y multiplexación en el dominio de tiempo. El formador 531 de haces de retorno incluye un demultiplexor 3012 de señal compuesta de retorno, N formadores 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno y un multiplexor 3020 de señal de haz de retorno. El demultiplexor 3012 de señal compuesta de retorno recibe M señales 907 de retorno compuestas (por ejemplo, desde los M AN) y demultiplexa las M señales 907 de retorno compuestas en entradas 3014 de intervalo de tiempo de retorno para su entrada en los N formadores 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno. Cada uno de los formadores 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno emite las muestras asociadas con las K señales 915 de haz de retorno para los subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo correspondientes a través de las respectivas salidas 3018 de intervalo de tiempo de retorno al multiplexor 3020 de señal de haz de retorno. El multiplexor 3020 de señal de haz de retorno multiplexa los subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo de las K señales de haz de retorno recibidas a través de las N salidas 3018 de intervalo de tiempo de retorno para generar las K señales 915 de haz de retorno. Cada uno de los formadores 3016 de haz de intervalo de tiempo de retorno puede incluir un búfer de datos, un búfer de matriz de haces y un procesador de ponderación de haz que aplica la operación de producto de matriz. Es decir, cada uno de los formadores 3016 de haz de intervalo de tiempo de retorno puede aplicar cálculos matemáticamente equivalentes a los módulos 539 de divisor y ponderación y el módulo 913 de combinación mostrados para el formador 531 de haces de retorno de la Fig. 30 durante el procesamiento de las muestras de un índice de intervalo de tiempo. Como se ha explicado anteriormente con los formadores de haces de intervalo de tiempo directos, la actualización de la matriz de ponderación de haz puede realizarse de forma incremental utilizando una configuración de memoria intermedia de ponderación de haz de pingpong (por ejemplo, puede actualizarse una mientras se está utilizando la otra). En algunos casos, pueden utilizarse múltiples memorias intermedias para almacenar ponderaciones de haz que corresponden a múltiples patrones de haces de usuario (por ejemplo, múltiples áreas de cobertura de usuario). Los búferes intermedios de ponderación de haz y los búferes de datos para los formadores 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno pueden implementarse como cualquier tipo de memoria o almacenamiento, incluyendo una random access memory (memoria de acceso aleatorio - RAM) dinámica o estática. El procesamiento de ponderación de haz puede implementarse en un application specific integrated circuit (circuito integrado específico de la aplicación - ASIC) y/o en una field programmable gate array (matriz de puertas programable en campo - FPGA) y puede incluir uno o más núcleos de procesamiento. De forma adicional o alternativa, la memoria intermedia de ponderación de haz, la memoria intermedia de datos y el procesador de ponderación de haz pueden integrarse dentro de un componente.
La Fig. 34 ilustra un segmento terrestre ilustrativo simplificado que muestra el funcionamiento de un formador 531 de haces de retorno empleando multiplexación en el dominio de tiempo. En el ejemplo de la Fig. 33, el formador 531 de haces de retorno recibe cinco señales de retorno compuestas (por ejemplo, M=5), genera señales de haz de retorno para cuatro haces de usuario de retorno (por ejemplo, K=5),y tiene tres formadores de haces de intervalo de tiempo (por ejemplo, N=3). Las señales de retorno compuestas se indican mediante RCm:t, donde M es el índice de AN y t es el índice de intervalo de tiempo (por ejemplo, que corresponde a un subconjunto de muestras en el dominio de tiempo). El demultiplexor 3012 de señal compuesta de retorno recibe cuatro subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo de las señales de retorno compuestas desde cinco AN y demultiplexa cada señal de retorno compuesta de modo que una entrada 3014 de intervalo de tiempo de retorno incluye, para un índice de intervalo de tiempo t particular, los correspondientes subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo de cada una de las señales 907 de retorno compuestas. Por ejemplo, los subconjuntos en el dominio de tiempo pueden ser una muestra única, un bloque contiguo de muestras o un bloque no contiguo (por ejemplo, intercalado) de muestras como se describe a continuación. Los formadores 3016 de haz de intervalo de tiempo de retorno generan (por ejemplo, basándose en las señales 907 de retorno compuestas y la matriz 937 de ponderación de haz de retorno) cada una de las K señales de haz de retorno para el índice de intervalo de tiempo t, indicado mediante RBk:t. Por ejemplo, los subconjuntos en el dominio de tiempo de las muestras RC1:0, RC2:0, RC3:0, RC4:0 y RC5:0 para el índice de intervalo de tiempo t=0 se introducen en un primer formador 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno, lo que genera las muestras de señales de haz de retorno RB1:0, RB2:0, RB3:0 y RB4:0 correspondientes en una salida 3018 de intervalo de tiempo de retorno. Para los valores de índice de intervalo de tiempo t=1,2 posteriores, los subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo de las señales 907 de retorno compuestas se demultiplexan por el demultiplexor 3012 de señal compuesta de retorno para su entrada en un segundo y un tercer formador 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno, respectivamente, que generan muestras para las señales de haz de retorno asociadas con los correspondientes índices de intervalo de tiempo t en las salidas 3018 de intervalo de tiempo de retorno. La Fig. 34 también muestra que en el valor de índice de intervalo de tiempo t=3, el primer formador de haces de intervalo de tiempo de retorno genera muestras de señales de haz de retorno asociadas al índice 3 de intervalo de tiempo correspondiente. La operación del producto de matriz realizada por cada formador 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno para un valor de índice de intervalo de tiempo t, puede tardar más que el tiempo real del subconjunto de muestras en el dominio de tiempo (por ejemplo, el número de muestras S multiplicado por la tasa de muestreo ts). Sin embargo, cada formador 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno puede procesar únicamente un subconjunto de muestras en el dominio de tiempo cada N índices de intervalo de tiempo t. El multiplexor 3020 de señal de haz de retorno recibe las salidas 3018 de intervalo de tiempo de retorno desde cada uno de los formadores 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno y multiplexa los subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo para generar las K señales 915 de haz de retorno.
Aunque las Figs. 31-34 ilustran el mismo número N de formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos que los formadores 3016 de haz de intervalo de tiempo de retorno, algunas implementaciones pueden tener más o menos formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos que formadores 3016 de haz de intervalo de tiempo de retorno. En algunos ejemplos, el formador 529 de haces directo y/o el formador 531 de haces de retorno pueden tener capacidad sobrante para robustez contra fallos de nodo. Por ejemplo, si cada formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo tarda tFTS para procesar un conjunto de muestras para un índice de intervalo de tiempo t que tiene una duración de intervalo de tiempo en tiempo real tp, donde tFTs=N-tp, el formador 529 de haces directo puede tener N+E formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos. En algunos ejemplos, cada uno de los N+E formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos se utilizan en funcionamiento, teniendo cada formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo una capacidad adicional efectiva de E/N. Si falla un formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo, las operaciones pueden desplazarse a otro formador 3006 de haces de intervalo de tiempo directo (por ejemplo, ajustando cómo se enrutan muestras (o grupos de muestras) en el dominio de tiempo a través de la demultiplexación y multiplexación en el dominio de tiempo). Por lo tanto, el formador 529 de haces directo puede tolerar que fallen hasta E formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos antes de que el rendimiento del sistema se vea afectado. Además, la capacidad adicional permite el mantenimiento del sistema y la actualización de los formadores de haces de intervalo de tiempo mientras el sistema está funcionando. Por ejemplo, la actualización de los formadores de haces de intervalo de tiempo puede llevarse a cabo de forma incremental porque el sistema es tolerante a distintos rendimientos entre formadores de haces de intervalo de tiempo. Las muestras de datos asociadas al índice de intervalo t pueden estar intercaladas. Por ejemplo, un primer índice de intervalo de tiempo tü puede estar asociado a las muestras 0, P, 2P, ... (S-1)*P, mientras que un segundo índice de intervalo de tiempo t1 puede estar asociado a las muestras 1, P+1, 2P+1 ... (S-1 )*P+1, etc., donde S es el número de muestras en cada conjunto de muestras, y P es la duración de intercalado. El intercalado también puede hacer que el sistema sea más robusto a los fallos de formador de haces de intervalo de tiempo, porque cada bloque de muestras de formador de haces de intervalo de tiempo está separado temporalmente, de modo que los errores debidos a un bloque que falta se distribuirían en el tiempo, de forma similar a la ventaja del intercalado en la corrección de errores directa. De hecho, los errores distribuidos provocados por el fallo de formador de haces de intervalo de tiempo pueden producir efectos similares al ruido y no dar lugar a ningún error en los datos del usuario, especialmente si se emplea una codificación de errores directa. Aunque se han ilustrado ejemplos donde N= 3, pueden utilizarse otros valores de N, y no es necesario que N tenga una relación particular con K o M.
Como se ha explicado anteriormente, el formador 529 de haces directo y el formador 531 de haces de retorno ilustrados en las Figs. 31 y 33, respectivamente, pueden realizar demultiplexación y multiplexación en el dominio de tiempo para la formación de haces de intervalo de tiempo para un canal o subbanda de frecuencia. Pueden procesarse múltiples subbandas independientemente utilizando una capa de conmutación de mux/demux de subbanda adicional. La Fig. 35 es un diagrama de bloques de un formador 513 de haces directo/de retorno multibanda ilustrativo que emplea demultiplexación y multiplexación de subbanda. El formador 513 de haces directo/de retorno multibanda puede soportar F subbandas directas y R subbandas de retorno.
El formador 513 de haces directo/de retorno multibanda incluye F formadores 3026 de haces de subbanda directos, R formadores 3036 de haz de subbanda de retorno y un multiplexor/demultiplexor 3030 de subbanda. Por ejemplo, las señales 511 de haz directo pueden dividirse en F subbandas directas. Cada una de las F subbandas directas puede estar asociada a un subconjunto de las K áreas de cobertura de haz directas. Es decir, las K áreas de cobertura de haz de usuario directo pueden incluir múltiples subconjuntos de áreas de cobertura de haz de usuario directo asociadas a distintas subbandas de frecuencia (por ejemplo, diferente frecuencia y/o polarización, etc.), donde las áreas de cobertura de haz de usuario directo dentro de cada uno de los subconjuntos pueden ser no solapantes (por ejemplo, en contornos de señal de 3 dB, etc.). Por lo tanto, cada una de las entradas 3024 de formador de haces de subbanda directo puede incluir un subconjunto K1 de las señales 511 de haz directo. Cada uno de los F formadores 3026 de haces directos puede incluir la funcionalidad del formador 529 de haces directo, generando salidas 3028 de formador de haces de subbanda directo que comprenden las M señales directas específicas de nodo de acceso asociadas al subconjunto de las señales 511 de haz directo (por ejemplo, un producto de matriz de las Ki señales de haz directo con una matriz de ponderación de haz directo M x Ki). Por lo tanto, cada uno de los AN 515 puede recibir múltiples señales directas específicas de nodo de acceso asociadas con distintas subbandas de frecuencia (por ejemplo, para cada una de las F subbandas directas). Los AN pueden combinar (por ejemplo, sumar) las señales en distintas subbandas en las señales de enlace ascendente directo, como se explica con más detalle a continuación. De forma similar, los AN 515 pueden generar múltiples señales 907 de retorno compuestas para R distintas subbandas de retorno. Cada una de las R subbandas de retorno puede estar asociada a un subconjunto de las K áreas de cobertura de haz de usuario de retorno. Es decir, las K áreas de cobertura de haz de usuario de retorno pueden incluir múltiples subconjuntos de áreas de cobertura de haz de usuario de retorno asociadas con distintas subbandas de frecuencia, donde las áreas de cobertura de haz de usuario de retorno dentro de cada uno de los subconjuntos pueden no ser solapantes (por ejemplo, en contornos de señal de 3 dB, etc.). El multiplexor/demultiplexor 3030 de subbanda puede dividir las señales 907 de retorno compuestas en las R entradas 3034 de formador de haces de subbanda. Cada uno de los formadores 3036 de haces de subbanda de retorno puede generar, a continuación, una salida 3038 de formador de haces de subbanda de retorno, que puede incluir las señales 915 de haz de retorno para un subconjunto de los haces de usuario de retorno (por ejemplo, a los módems 507 de enlace alimentador o demodulador de señal de haz de retorno, etc.). En algunos ejemplos, el formador 513 de haces directo/de retorno multibanda puede soportar múltiples polarizaciones (por ejemplo, polarización circular hacia la derecha (RHCP), polarización circular hacia la izquierda (LHCP), etc.), que, en algunos casos, puede duplicar de forma efectiva el número de subbandas.
En algunos casos, la multiplexación y la demultiplexación de intervalo de tiempo para el formador 529 de haces directo y el formador 531 de haces de retorno (por ejemplo, el demultiplexor 3002 de señal de haz, el multiplexor 3010 de señal de nodo de acceso directo, el demultiplexor 3012 de señal compuesta de retorno, el multiplexor 3020 de señal de haz de retorno) y la multiplexación/demultiplexación de subbanda (multiplexor/demultiplexor 3030 de subbanda) pueden realizarse hacerse mediante conmutación de paquetes (por ejemplo, conmutación de Ethernet, etc.). En algunos casos, la conmutación de intervalo de tiempo y de subbanda puede realizarse en los mismos nodos de conmutación o en un orden distinto. Por ejemplo, puede utilizarse una arquitectura de conmutación de estructura donde cada nodo de estructura del conmutador puede acoplarse con un subconjunto de los AN 515, formadores 3006 de haces de intervalo de tiempo directos, formadores 3016 de haz de intervalo de tiempo de retorno o módems 507 de enlace alimentador. Una arquitectura de conmutación de tejido puede permitir, por ejemplo, que cualquier AN se conecte (por ejemplo, a través de conmutadores y/o una interconexión de tejido de conmutador) a cualquier formador de haces de intervalo de tiempo directo o formador de haces de intervalo de tiempo de retorno en una arquitectura jerárquicamente plana y de baja latencia. En un ejemplo, un sistema que soporta K < 600, M < 600, y un ancho de banda de 500 MHz (por ejemplo, por subbanda) con catorce subbandas para los enlaces directo o de retorno puede implementarse mediante una plataforma de conmutador de interconexión disponible comercialmente con 2048 puertos 10GigE.
Ecualización de retardo
En algunos casos, las diferencias en los retardos de propagación en cada una de las rutas entre el retransmisor 503 de extremo a extremo y el CPS 505 son insignificantes. Por ejemplo, en el enlace de retorno, cuando la misma señal (por ejemplo, datos a, o desde, un usuario particular) se recibe por múltiples AN 515, cada instancia de la señal puede llegar al CPS esencialmente alineada con cada una de las otras instancias de la señal. De forma similar, cuando la misma señal se transmite a un terminal 517 de usuario a través de varios AN 515, cada instancia de la señal puede llegar al terminal 517 de usuario esencialmente alineada con cada otra instancia de la señal. En otras palabras, las señales pueden alinease en fase y en tiempo con suficiente precisión que las señales se combinarán de forma coherente, de modo que los retardos de ruta y los efectos de formación de haces son pequeños en relación con la tasa de símbolo transmitida. Como ejemplo ilustrativo, si la diferencia en retardos de ruta es de 10 microsegundos, el ancho de banda de formación de haces puede ser del orden de decenas de kHz y uno puede utilizar una señal de ancho de banda estrecho, digamos =10 ksps con una pequeña posible degradación en el rendimiento. La tasa de señalización de 10 ksps tiene una duración de símbolo de 100 microsegundos y la propagación de retardo de 10 microsegundos es solo una décima parte de la duración de símbolo. En estos casos, para el análisis de sistema, puede suponerse que las señales recibidas por el retransmisor de extremo a extremo en un instante se retransmitirán y transmitirán esencialmente al mismo tiempo, como se ha descrito anteriormente.
En otros casos, puede haber una diferencia significativa en el retardo de propagación en relación al intervalo de señalización (duración de símbolo transmitida) de las señales transmitidas desde los elementos 409 de antena de transmisión a los AN 515. La ruta que toman las señales de cada AN 515 a través de la red 518 de distribución puede contener variaciones de retardo significativas. En estos casos, puede emplearse la ecualización de retardo para igualar los retardos de ruta.
Para las señales de enlace de retorno de extremo a extremo recibidas a través de la red 518 de distribución por el CPS 505, las señales pueden alinearse temporalmente utilizando una señal de baliza de retransmisor transmitida desde el retransmisor de extremo a extremo, por ejemplo, una baliza PN como se ha descrito anteriormente. Cada AN 515 puede indicar en tiempo la señal de retorno compuesta utilizando la señal de baliza de retransmisor como referencia. Por lo tanto, distintos AN 515 pueden recibir la misma señal en distintos momentos, pero las señales recibidas en cada AN 515 pueden tener una indicación de tiempo para permitir que el CPS 505 alinee temporalmente las mismas. El CPS 505 puede almacenar en memoria intermedia las señales de modo que la formación de haces se realiza combinando señales que tienen la misma indicación de tiempo.
Volviendo a las Figs. 33 y 34, la ecualización de retardo para el enlace de retorno puede realizarse demultiplexando las señales de retorno compuestas a los formadores 3016 de haz de intervalo de tiempo de retorno. Por ejemplo, cada AN puede dividir la señal de retorno compuesta en conjuntos de muestras asociadas con índices de intervalo de tiempo t, que pueden incluir muestras intercaladas de la señal de retorno compuesta. Los índices de intervalo de tiempo t pueden determinarse basándose en la señal de baliza de retransmisión. Los AN pueden enviar los subconjuntos de muestras multiplexadas con los correspondientes índices de intervalo de tiempo t (por ejemplo, como una señal de retorno compuesta multiplexada) al formador 531 de haces de retorno, que pueden servir como información de temporización de sincronización en el enlace de retorno. Los subconjuntos de muestras de cada AN pueden demultiplexarse (por ejemplo, a través de conmutación) y un formador 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno puede recibir los subconjuntos de muestras de cada An para un índice de intervalo de tiempo t (para una de múltiples subbandas, en algunos casos). Realizando el producto de matriz de la matriz de ponderación de haz de retorno y los subconjuntos de muestras de cada una de las M señales de retorno compuestas asociadas con el índice de intervalo de tiempo t, el formador 3016 de haces de intervalo de tiempo de retorno puede alinear las señales retransmitidas por el retransmisor de extremo a extremo al mismo tiempo para aplicar la matriz de ponderación de haz de retorno.
Para el enlace directo, el formador 513 de haces dentro del CPS 505 puede generar una indicación de tiempo que indica cuándo se desea que llegue cada señal directa específica de nodo de acceso transmitida por los AN 515 al retransmisor 503 de extremo a extremo. Cada AN 515 puede transmitir una señal 2530 de baliza de nodo de acceso, por ejemplo, una señal PN de bucle de retorno. Cada señal de este tipo puede retornarse y transmitirse de vuelta a los AN 515 por el retransmisor 503 de extremo a extremo. Los AN 515 pueden recibir tanto la señal de baliza de retransmisor como las señales de baliza de nodo de acceso retransmitidas (retornadas) desde cualquier, o todos los, AN. La temporización recibida de la señal de baliza de nodo de acceso en relación con la temporización de recepción de la señal de baliza de retransmisor indica cuándo llega la señal de baliza de nodo de acceso al retransmisor de extremo a extremo. Ajustar la temporización de la señal de baliza de nodo de acceso de modo que, después de la retransmisión por el retransmisor de extremo a extremo, llegue al AN al mismo tiempo que la señal de baliza de retransmisor llega al AN, obliga a que la señal de baliza de nodo de acceso llegue al retransmisor de extremo a extremo sincronizada con la baliza de retransmisor. Tener todos los AN que realizan esta función permite que todas las señales de baliza de nodo de acceso lleguen al retransmisor de extremo a extremo sincronizado con la baliza de retransmisor. La etapa final en el proceso es hacer que cada AN transmita sus señales directas específicas de nodo de acceso sincronizadas con su señal de baliza de nodo de acceso. Esto puede hacerse utilizando indicaciones de tiempo como se describe posteriormente. De forma alternativa, el CPS puede gestionar la ecualización de retardo enviando las respectivas señales directas específicas de nodo de acceso desplazadas por los respectivos desplazamientos de dominio de tiempo a los AN (por ejemplo, cuando la temporización a través de la red de distribución es determinista).
La Fig. 36 es una ilustración de secuencias PN utilizadas para alinear la temporización del sistema. El eje horizontal de la figura representa el tiempo. En la señal de baliza de nodo de acceso se transmite una secuencia 2301 PN de AN1 de los chips 2303 desde el primer AN. El tiempo de llegada relativo de esta secuencia en el retransmisor de extremo a extremo se representa mediante la secuencia 2305 PN. Existe un desplazamiento de tiempo de la secuencia 2305 PN con respecto a una secuencia 2301 PN de AN1, debido al retardo de propagación del AN al retransmisor de extremo a extremo. Una secuencia 2307 de baliza PN de retransmisor se genera dentro, y se transmite desde, el retransmisor de extremo a extremo en una señal de baliza de retransmisor. Un chip de PN de la secuencia 2307 de baliza PN de retransmisor en el tiempo T02315 se alinea con un chip 2316 de PN de la señal 2305 recibida PN de AN1 en el tiempo T0. El chip 2316 de PN de la señal 2305 recibida PN de AN1 se alinea con el chip 2315 de PN de la baliza 2307 PN de retransmisor cuando la temporización de transmisión de AN1 se ajusta en la cantidad adecuada. La secuencia 2305 PN se retorna desde el retransmisor de extremo a extremo y la secuencia 2317 PN se recibe en AN1. Una secuencia 2319 PN transmitida desde el retransmisor de extremo a extremo en la baliza PN de retransmisor se recibe AN1. Obsérvese que las secuencias 2317, 2319 PN están alineadas en AN1, indicando que se alinearon en el retransmisor de extremo a extremo.
La Fig. 37 muestra un ejemplo de un AN2 que no ha ajustado correctamente la temporización de la secuencia PN generada en el AN2. Obsérvese que la secuencia 2311 PN generada por el AN2 se recibe en el retransmisor de extremo a extremo mostrada como la secuencia 2309 con un desplazamiento por una cantidad dt desde la secuencia 2307 PN de baliza PN de retransmisor. Este desplazamiento se debe a un error de la temporización utilizada para generar la secuencia en la AN2. Además, obsérvese que la llegada de la secuencia 2321 de PN de AN2 en AN2 está desplazada con respecto a la llegada de la secuencia de PN de baliza de PN de retransmisor en el AN22323 en la misma cantidad dt. El procesamiento de señales en AN2 detectará este error y puede realizar una corrección en la temporización de transmisión ajustando la temporización en una cantidad dt para alinear las secuencias 2321,2323 de PN.
En las Figs. 36 y 37 se ha utilizado la misma tasa de chips de PN para la baliza PN de retransmisor y todas las señales PN (retornadas) de AN para facilitar la ilustración del concepto. Los mismos conceptos de temporización pueden aplicarse con distintas tasas de chips de PN. Volviendo a las Figs. 31 y 32, los índices de intervalo de tiempo t pueden utilizarse para sincronizar las señales directas específicas de nodo de acceso recibidas desde cada uno de los AN en el retransmisor de extremo a extremo. Por ejemplo, los índices de intervalo de tiempo t pueden multiplexarse con las señales 516 directas específicas de nodo de acceso. Cada AN puede transmitir muestras de las señales directas específicas de nodo de acceso con un índice de intervalo de tiempo t particular alineado con información de temporización correspondiente en la secuencia de PN de chips transmitidos en las respectivas señales de baliza de nodo de acceso. Debido a que las señales de baliza de nodo de acceso respectivas se han ajustado para compensar los retardos de ruta y los desplazamientos de fase respectivos entre los AN y el retransmisor de extremo a extremo, las muestras asociadas con el índice de intervalo de tiempo t llegarán al retransmisor de extremo a extremo con una temporización sincronizada y alineada en fase correctamente entre sí.
En los casos donde los AN reciben sus propias señales de baliza de nodo de acceso, es posible retornar las señales de baliza de nodo de acceso utilizando el mismo hardware de comunicación de retransmisor de extremo a extremo que también está portando los datos de comunicación de dirección directos. En estos casos, las ganancias relativas y/o fases de los transpondedores en el retransmisor de extremo a extremo pueden ajustarse como se describe posteriormente.
La Fig. 38 es un diagrama de bloques de un AN 515 ilustrativo. El AN 515 comprende el receptor 4002, el ajustador 4024 de temporización y fase de recepción, el demodulador 2511 de señal de baliza de retransmisor, el multiplexor 4004, la interfaz 4006 de red, el controlador 2523, el demultiplexor 4060, el compensador 4020 de temporización y fase de transmisión y el transmisor 4012. La interfaz 4006 de red puede conectarse, por ejemplo, al CPS 505 a través del puerto 4008 de red.
En el enlace de retorno, el receptor 4002 recibe una señal 527 de enlace descendente de retorno. La señal 527 de enlace descendente de retorno puede incluir, por ejemplo, un compuesto de señales de enlace ascendente de retorno retransmitidas por el retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, a través de múltiples rutas de señal de recepción/transmisión, etc.) y la señal de baliza de retransmisor. El receptor 4002 puede realizar, por ejemplo, conversión descendente y muestreo. El demodulador 2511 de señal de baliza de retransmisor puede demodular la señal de baliza de retransmisor en la señal 907 de retorno compuesta digitalizada para obtener la información 2520 de temporización de retransmisión. Por ejemplo, el demodulador 2511 de señal de baliza de retransmisor puede realizar una demodulación para recuperar la temporización de chip asociada al código PN de retransmisión y generar indicaciones de tiempo que corresponden al tiempo de transmisión desde el retransmisor de extremo a extremo para muestras de la señal 527 de retorno compuesta digitalizada. El multiplexor 4004 puede multiplexar la información 2520 de temporización de retransmisión con las muestras de la señal de retorno compuesta digitalizada (por ejemplo, para formar una señal de retorno compuesta multiplexada) a enviar al CPS 505 (por ejemplo, a través de la interfaz 4006 de red). La multiplexación de la información 2520 de temporización de retransmisión puede incluir la generación de subconjuntos de correspondientes muestras a los índices de intervalo de tiempo t para su envío al CPS 505. Por ejemplo, el multiplexor 4004 puede emitir subconjuntos de muestras asociadas con cada índice de intervalo de tiempo t para su entrada a la arquitectura de formación de haces de intervalo de tiempo de retorno descrita anteriormente con referencia a las Figs. 33, 34 y 35. El multiplexor 4004 puede incluir un intercalador 4044 para intercalar muestras para cada subconjunto de muestras, en algunos casos.
En el enlace directo, la interfaz 4006 de red puede obtener la señal 4014 de entrada de AN (por ejemplo, a través del puerto 4008 de red). El multiplexor 4060 puede demultiplexar la señal 4014 de entrada de An para obtener la señal 516 directa específica de nodo de acceso y la información 4016 de temporización de transmisión de señal directa que indican la temporización de transmisión para la señal 516 directa específica de nodo de acceso. Por ejemplo, la señal 516 directa específica de nodo de acceso puede comprender la información de temporización de transmisión de la señal directa (por ejemplo, multiplexada con muestras de datos, etc.). En un ejemplo, la señal 516 directa específica de nodo de acceso comprende conjuntos de muestras (por ejemplo, en paquetes de datos), donde cada conjunto de muestras está asociado a un índice de intervalo de tiempo t. Por ejemplo, cada conjunto de muestras puede ser muestras de la señal 516 directa específica de nodo de acceso generada según la arquitectura de formación de haces de intervalo de tiempo directo descrita anteriormente con referencia a las Figs. 31, 32 y 35. El multiplexor 4060 puede incluir un desintercalador 4050 para desintercalar muestras asociadas con los índices de intervalo de tiempo t.
El compensador 4020 de temporización y fase de transmisión puede recibir y almacenar en memoria intermedia la señal 516 directa específica de nodo de acceso y emitir muestras 4022 de señal de enlace ascendente directo para su transmisión por el transmisor 4012 en un momento apropiado como señal 521 de enlace ascendente directo. El transmisor 4012 puede realizar la conversión de digital a analógico y la conversión ascendente para emitir la señal 521 de enlace ascendente directo. Las muestras 4022 de señal de enlace ascendente directo pueden incluir la señal 516 directa específica de nodo de acceso y una señal 2530 de baliza de nodo de acceso (por ejemplo, la señal de PN de bucle de retorno), que puede incluir información de temporización de transmisión (por ejemplo, información de temporización de chip de código de PN, información de temporización de trama, etc.). El compensador 4020 de temporización y fase de transmisión puede multiplexar la señal 516 directa específica de nodo de acceso con la señal 2530 de baliza de nodo de acceso de modo que la información 4016 de temporización y fase de transmisión de señal directa se sincronice con la información de temporización y fase de transmisión correspondientes en la señal 2530 de baliza de nodo de acceso.
En algunos ejemplos, la generación de la señal 2530 de baliza de nodo de acceso se realiza localmente en el AN 515 (por ejemplo, en el generador 2529 de señal de baliza de nodo de acceso). De forma alternativa, la generación de la señal 2530 de baliza del nodo de acceso puede realizarse en un componente separado (por ejemplo, el CPS 505) y enviarse al AN 515 (por ejemplo, a través de la interfaz 4006 de red). Como se ha explicado anteriormente, la señal 2530 de baliza de nodo de acceso puede utilizarse para compensar la señal 521 de enlace ascendente directo para diferencias de ruta y desplazamientos de fase entre el AN y el retransmisor de extremo a extremo. Por ejemplo, la señal 2530 de baliza de nodo de acceso puede transmitirse en la señal 521 de enlace ascendente directo y retransmitirse por el retransmisor de extremo a extremo ascendente directo y retransmitirse para recibirse de vuelta en el receptor 4002. El controlador 2523 puede comparar la información 4026 de temporización y fase de transmisión retransmitida obtenida (por ejemplo, mediante demodulación, etc.) a partir de la señal de baliza de nodo de acceso retransmitida con la información 4028 de temporización y fase de recepción obtenida (por ejemplo, mediante demodulación, etc.) a partir de la señal de baliza de retransmisor. El controlador 2523 puede generar un ajuste 2524 de temporización y fase para su entrada al compensador 4020 de temporización y fase de transmisión para ajustar la señal 2530 de baliza de nodo de acceso para compensar el retardo de ruta y los desplazamientos de fase. Por ejemplo, la señal 2530 de baliza de nodo de acceso puede incluir un código de PN e información de temporización de trama (por ejemplo, uno o más bits de un número de trama, etc.). El compensador 4020 de temporización y fase de transmisión puede ajustar, por ejemplo, la información de temporización de trama para una compensación aproximada del retardo de ruta (por ejemplo, emitir información de temporización de trama en la señal de baliza del nodo de acceso de modo que la señal de baliza del nodo de acceso retransmitida tendrá la información de temporización de trama de transmisión retransmitida alineada de forma aproximada con la correspondiente información de temporización de trama en la señal de la baliza de retransmisor, cambiando qué chip del código de PN se considera que es el LSB, etc.). De forma alternativa o adicional, el compensador 4020 de temporización y fase de transmisión puede realizar ajustes de fase y temporización a las muestras 4022 de señal de enlace ascendente directo para compensar las diferencias de temporización o fase entre la información 4026 de temporización y de fase de transmisión retransmitida y la información 4028 de temporización y fase de recepción. Por ejemplo, donde la señal 2530 de baliza de nodo de acceso se genera basándose en un oscilador local, las diferencias de temporización o de fase entre el oscilador local y la señal de baliza de retransmisor recibida pueden corregirse mediante ajustes de fase y temporización a las muestras 4022 de señal de enlace ascendente directo. En algunos ejemplos, la demodulación de la señal de baliza de nodo de acceso se realiza localmente en el AN 515 (por ejemplo, en el demodulador 2519 de señal de baliza de nodo de acceso). De forma alternativa, la demodulación de la señal de baliza de nodo de acceso puede realizarse en un componente separado (por ejemplo, el CPS 505) y la información 4026 de temporización y fase de transmisión retransmitida puede obtenerse en otra señalización (por ejemplo, a través de la interfaz 4006 de red). Por ejemplo, el desvanecimiento profundo puede hacer difícil la recepción y la demodulación de la propia señal de baliza de nodo de acceso retransmitida del AN sin una transmisión a mayor potencia que otra señalización, lo que puede reducir el balance de potencia para las señales de comunicación. Por lo tanto, combinar la recepción de la señal de baliza de nodo de acceso retransmitida desde múltiples AN 515 puede aumentar la potencia recibida efectiva y la precisión de demodulación para la señal de baliza del nodo de acceso retransmitida. Por lo tanto, la demodulación de la señal de baliza de nodo de acceso de un único AN 515 puede realizarse utilizando señales de enlace descendente recibidas en múltiples AN 515. La demodulación de la señal de baliza de nodo de acceso puede realizarse en el CPS 505 basándose en las señales 907 de retorno compuestas, que también pueden incluir información de señal para las señales de baliza de nodo de acceso desde la mayoría o todos los AN 515. Si se desea, la formación de haces de extremo a extremo para las señales de baliza de nodo de acceso puede realizarse teniendo en cuenta los enlaces ascendentes de baliza de nodo de acceso (por ejemplo, Cr), el bucle de retorno de retransmisor (por ejemplo, E) y/o enlaces descendentes de baliza de nodo de acceso (por ejemplo, Ct).
Eliminación de degradación de enlace alimentador
Además de la ecualización de retardo de las rutas de señal al retransmisor de extremo a extremo de todos los AN, los desplazamientos de fase inducidos por enlaces alimentadores pueden eliminarse antes de la formación de haces. El desplazamiento de fase de cada uno de los enlaces entre el retransmisor de extremo a extremo y los M AN será diferente. Las causas de distintos desplazamientos de fase para cada enlace incluyen, aunque no de forma limitativa, la longitud de ruta de propagación, las condiciones atmosféricas tales como centelleo, desplazamiento de frecuencias Doppler y distintos errores de oscilador de AN. Estos desplazamientos de fase son generalmente distintos para cada AN y varían en el tiempo (debido al centelleo, el desplazamiento Doppler y la diferencia en los errores de oscilador de AN). Eliminando las degradaciones dinámicas del enlace alimentador, la tasa a la que se adaptan las ponderaciones de haz puede ser más lenta que una alternativa donde las ponderaciones de haz se adaptan lo suficientemente rápido como para rastrear la dinámica del enlace alimentador.
En la dirección de retorno, las degradaciones de enlace descendente de alimentador a un AN son comunes tanto para la baliza de PN de retransmisor como para las señales de datos de usuario (por ejemplo, señales de enlace descendente de retorno). En algunos casos, la demodulación coherente de la baliza PN de retransmisor proporciona información de canal que se utiliza para eliminar la mayoría o todas estas degradaciones de la señal de datos de retorno. En algunos casos, la señal de baliza PN de retransmisor es una secuencia PN conocida que se transmite continuamente y se sitúa en banda con los datos de comunicaciones. La equivalent isotropically radiated power (potencia irradiada isotrópicamente equivalente (o efectiva) - EIRP) de esta señal PN en banda se establece de modo que la interferencia a los datos de comunicaciones no es mayor que un nivel máximo aceptable. En algunos casos, un proceso de eliminación de degradación de enlace alimentador para el enlace de retorno implica la demodulación coherente y el seguimiento de la temporización y fase recibidas de la señal de baliza PN de retransmisor. Por ejemplo, el demodulador 2511 de señal de baliza de retransmisor puede determinar los ajustes 2512 de temporización y fase de recepción para compensar la degradación de enlace alimentador basándose en la comparación de la señal de baliza de PN de retransmisor con una señal de referencia local (por ejemplo, oscilador local o PLL). Las diferencias de fase y temporización recuperadas se eliminan, a continuación, de la señal de enlace descendente de retorno (por ejemplo, mediante el ajustador 4024 de temporización y fase de recepción), eliminando por lo tanto las degradaciones de enlace alimentador de la señal de comunicaciones (por ejemplo, señales 527 de enlace descendente de retorno). Después de la eliminación de degradaciones de enlace alimentador, las señales de enlace de retorno de un haz tendrán un error de frecuencia común en todos los AN y, por lo tanto, serán adecuados para la formación de haces. El error de frecuencia común puede incluir, aunque no de forma limitativa, contribuciones del error de frecuencia de terminal de usuario, Doppler de enlace ascendente de terminal de usuario, error de frecuencia de traducción de frecuencia de retransmisor de extremo a extremo y error de frecuencia de baliza PN de retransmisor.
En la dirección directa, la señal de baliza de nodo de acceso de cada AN puede utilizarse para ayudar a eliminar las degradaciones de enlace ascendente de alimentador. Las degradaciones de enlace ascendente de alimentador se impondrán a los datos de comunicaciones de enlace directo (por ejemplo, la señal específica de nodo de acceso), así como a la señal de baliza de nodo de acceso. La demodulación coherente de la señal de baliza de nodo de acceso puede utilizarse para recuperar las diferencias de temporización y fase de la señal de baliza de nodo de acceso (por ejemplo, en relación con la señal de baliza de retransmisor). Las diferencias de fase y temporización recuperadas se eliminan, a continuación, de la señal de baliza de nodo de acceso transmitida de modo que la señal de baliza de nodo de acceso llega en fase con la señal de baliza de retransmisor.
En algunos casos, el proceso de eliminación de enlace alimentador directo es un phase locked loop (bucle de enganche de fase - PLL) con el retardo de ruta desde el AN hasta el retransmisor de extremo a extremo y de vuelta dentro de la estructura de bucle. En algunos casos, el retardo de ida y vuelta desde el AN hasta el retransmisor de extremo a extremo y de vuelta al AN puede ser significativo. Por ejemplo, un satélite geosíncrono que funciona como retransmisor de extremo a extremo generará un retardo de ida y vuelta de aproximadamente 250 milisegundos (ms). Para mantener este bucle estable en presencia del gran retardo, puede utilizarse un ancho de banda de bucle muy bajo. Para un retardo de 250 ms, el ancho de banda de bucle cerrado de PLL puede ser de forma típica inferior a un Hz. En tales casos, pueden utilizarse osciladores de alta estabilidad tanto en el satélite como en el AN para mantener un enganche de fase fiable, como indica el bloque 2437 en la Fig. 39 (véase a continuación).
En algunos casos, la señal de baliza de nodo de acceso es una señal de ráfaga que solo se transmite durante los intervalos de calibración. Durante el intervalo de calibración, los datos de comunicaciones no se transmiten para eliminar esta interferencia a la señal de baliza de nodo de acceso. Dado que no se transmiten datos de comunicaciones durante el intervalo de calibración, la potencia transmitida de la señal de baliza de nodo de acceso puede ser grande, en comparación con lo que se requeriría si se difundiera durante los datos de comunicación. Esto se debe a que no hay preocupación de provocar interferencia con los datos de comunicación (los datos de comunicación no están presentes en este momento). Esta técnica permite una signal-to-noise ratio (relación señal a ruido - SNR) fuerte para la señal de baliza de nodo de acceso cuando se transmite durante el intervalo de calibración. La frecuencia de ocurrencia de los intervalos de calibración es la inversa del tiempo transcurrido entre los intervalos de calibración. Dado que cada intervalo de calibración proporciona una muestra de la fase al PLL, esta frecuencia de calibración es la tasa de muestreo de este PLL de tiempo discreto. En algunos casos, la tasa de muestra es lo suficientemente alta para soportar el ancho de banda de bucle cerrado del PLL con una cantidad insignificante de solapamiento. El producto de la frecuencia de calibración (tasa de muestra de bucle) y el intervalo de calibración representa la fracción de tiempo en el que el retransmisor de extremo a extremo no puede utilizarse para datos de comunicaciones sin interferencia adicional procedente de la señal de sonda de sondeo de canal. En algunos casos, se utilizan valores inferiores a 0,1 y, en algunos casos, se utilizan valores inferiores a 0,01.
La Fig. 39 es un diagrama de bloques de un transceptor 2409 de AN ilustrativo. La entrada 2408 al transceptor 2409 de AN recibe señales de enlace de retorno de extremo a extremo recibidas por el AN 515 (por ejemplo, para una de una pluralidad de subbandas de frecuencia). La entrada 2408 se acopla a la entrada 2501 de un convertidor 2503 descendente (D/C). La salida del D/C 2503 se acopla a un convertidor 2509 de analógico a digital (A/D). La salida del A/D 2509 se acopla a un ajustador 2515 de tiempo de Rx y/o a un ajustador 2517 de fase de Rx. El ajustador 2515 de tiempo de Rx y el ajustador 2517 de fase de Rx pueden ilustrar aspectos del ajustador 4024 de temporización y fase de recepción de la Fig. 38. El D/C 2503 es un convertidor descendente en cuadratura. Por lo tanto, el D/C 2503 emite una salida en fase y en cuadratura al A/D 2509. Las señales recibidas pueden incluir señales de comunicaciones (por ejemplo, un compuesto de señales de enlace ascendente de retorno transmitidas por terminales de usuario), señales de baliza de nodo de acceso (por ejemplo, transmitidas desde el mismo AN y/u otros AN) y una señal de baliza de retransmisor. Las muestras digitales se acoplan a un demodulador 2511 de señal de baliza de retransmisor. El demodulador 2511 de señal de baliza de retransmisor demodula la señal de baliza de retransmisor. Además, el demodulador 2511 de señal de baliza de retransmisor genera una señal 2513 de control de tiempo y una señal 2514 de control de fase para eliminar las degradaciones de enlace alimentador basándose en la señal de baliza de retransmisor recibida. Tales degradaciones incluyen Doppler, error de frecuencia de AN, efectos de centelleo, cambios de longitud de ruta, etc. Realizando la demodulación coherente de la señal de baliza de retransmisor, puede utilizarse un bucle de enganche de fase (PLL) para corregir la mayoría o todos estos errores. Corrigiendo los errores en la señal de baliza de retransmisor, también se corrigen los correspondientes errores en las señales de comunicación y las señales de baliza de nodo de acceso en el enlace alimentador (por ejemplo, dado que tales errores son comunes a la señal de baliza de retransmisor, las señales de baliza de nodo de acceso y las señales de comunicaciones). Después de la eliminación de degradación de enlace alimentador, la señal de comunicación de enlace de retorno de extremo a extremo desde un terminal 517 de usuario tiene nominalmente el mismo error de frecuencia en cada uno de los M AN 515. Ese error común incluye el error de frecuencia de terminal de usuario, el Doppler de enlace de usuario, el error de traducción de frecuencia de retransmisor de extremo a extremo y el error de frecuencia de señal de baliza de retransmisor.
Las muestras digitales, con las degradaciones de enlace alimentador eliminadas, se acoplan a un multiplexor 2518, que puede ser un ejemplo del multiplexor 4004 de la Fig. 38. El multiplexor 2518 asocia (por ejemplo, aplica indicación de tiempo) las muestras a la información 2520 de temporización de retransmisión del demodulador 2511 de la señal de baliza de retransmisor. La salida del multiplexor 2518 se acopla al puerto 2410 de salida del transceptor 2409 de AN. El puerto 2410 de salida se acopla al multiplexor 2413 y a través de la interfaz 2415 (véase la Fig. 40) al CPS 505. El CPS 505 puede utilizar entonces las indicaciones de tiempo asociadas a las muestras digitales recibidas para alinear las muestras digitales recibidas desde cada uno de los AN 515. De forma alternativa o adicional, la eliminación de degradaciones del enlace alimentador puede realizarse en el CPS 505. Por ejemplo, las muestras digitales de las señales de enlace de retorno de extremo a extremo con la señal de baliza de retransmisor integrada pueden enviarse desde el AN 515 al CPS 505, y el CPS 505 puede utilizar la información de temporización de sincronización (por ejemplo, la señal de baliza de retransmisor integrada) en cada una de las señales de retorno compuestas para determinar los ajustes respectivos para las señales de retorno compuestas respectivas para compensar el deterioro del canal de enlace descendente.
Puede generarse localmente una señal 2530 de baliza de nodo de acceso mediante un generador 2529 de señal de baliza de nodo de acceso. Un demodulador 2519 de señal de baliza de nodo de acceso demodula la señal de baliza de nodo de acceso recibida por el AN 515 (por ejemplo, después de retransmitirse por el retransmisor de extremo a extremo y recibida en la entrada 2408). El demodulador 2511 de señal de baliza de retransmisor proporciona una señal 2521 de información de temporización y fase de retransmisión recibida a un controlador 2523. El controlador 2523 también recibe una señal 2525 de información de temporización y fase de transmisión retransmitida desde el demodulador 2519 de señal de baliza de nodo de acceso. El controlador 2523 compara la información de temporización y fase de retransmisión recibida con la información de temporización y fase de transmisión retransmitida y genera una señal 2527 de ajuste de tiempo aproximada. La señal 2527 de ajuste de tiempo aproximada se acopla al generador 2529 de señal de baliza de nodo de acceso. El generador 2529 de señal de baliza de nodo de acceso genera la señal 2530 de baliza de nodo de acceso con información de temporización de transmisión integrada a transmitir desde el AN 515 hasta el retransmisor 503 de extremo a extremo. Como se observa en el análisis anterior, la diferencia entre la información de temporización y fase de retransmisión (integrada en la señal de baliza de retransmisor) y la información de fase y tiempo de transmisión (integrada en la señal de baliza de nodo de acceso) se utiliza para ajustar la información de temporización y fase de transmisión para sincronizar la información de temporización y fase de transmisión retransmitida con la información de temporización y fase de retransmisión recibida. El tiempo aproximado es ajustado por la señal 2527 al generador 2529 de señal de baliza de nodo de acceso y el tiempo fino es ajustado por la señal 2540 al ajustador 2539 de tiempo de Tx. Con la información 2525 de temporización y fase de transmisión retransmitida desde el demodulador 2519 de señal de baliza de nodo de acceso sincronizada con la información 2521 de temporización y fase de retransmisión recibida, el generador 2529 de señal de baliza de nodo de acceso genera indicaciones 2531 de tiempo que ayudan a la sincronización de la señal 2530 de baliza de nodo de acceso y a la señal de transferencia específica de nodo de acceso desde el CPS 505 que se transmite. Es decir, las muestras de datos del CPS 505 se reciben en el puerto 2423 de entrada junto con las indicaciones 2535 de tiempo que indican cuándo se desea que las muestras de datos asociadas lleguen al retransmisor 503 de extremo a extremo. Un módulo 2537 de suma, alineación y almacenamiento en memoria intermedia almacena en memoria intermedia las muestras de datos acopladas del CPS 505 y las suma con las muestras del generador 2529 de señal de baliza de nodo de acceso basándose en las indicaciones 2535, 2531 de tiempo. Las muestras PN y las muestras de datos de comunicación con tiempos idénticos, como se indica por las indicaciones de tiempo, se suman conjuntamente. En este ejemplo, las múltiples señales de haces (xk(n) * bk) se suman conjuntamente en el CPS 505 y la señal directa de acceso específica de nodo de acceso que comprende un compuesto de las múltiples señales de haces es enviada al AN por el CPS 505.
Cuando están alineadas correctamente por los AN, las muestras de datos llegan al retransmisor 503 de extremo a extremo en el tiempo deseado (por ejemplo, al mismo tiempo que llegan las mismas muestras de datos desde otros AN). Un ajustador 2539 de tiempo de transmisión realiza ajustes de tiempo fino basándose en una señal 2540 de salida de controlador de tiempo fino desde el módulo 2523 de controlador de tiempo. Un ajustador 2541 de fase de transmisión realiza ajustes de fase a la señal en respuesta a una señal 2542 de control de fase generada por el demodulador 2519 de señal de baliza de nodo de acceso. El ajustador 2539 de tiempo de transmisión y el ajustador 2541 de fase de transmisión pueden ilustrar, por ejemplo, aspectos del compensador 4020 de temporización y fase de transmisión de la Fig. 38.
La salida del ajustador 2541 de fase de transmisión se acopla a la entrada de un convertidor 2543 de digital a analógico (D/A). La salida analógica en cuadratura del D/A 2543 se acopla a un convertidor 2545 ascendente (U/C) a transmitir por el HPA 2433 (véase la Fig. 40) al retransmisor 503 de extremo a extremo. Una señal 2547 de control de amplitud proporcionada por el demodulador 2519 de señal de baliza de nodo de acceso proporciona realimentación de amplitud al U/C 2545 para compensar elementos tales como desvanecimientos por lluvia de enlace ascendente.
En algunos casos, el código PN utilizado por cada AN para la señal 2530 de baliza de nodo de acceso es distinta de la utilizada por un AN sí y otro no. En algunos casos, cada uno de los códigos PN en las señales de baliza de nodo de acceso es distinto del código PN de retransmisión utilizado en la señal de baliza de retransmisor. Por lo tanto, cada AN 515 puede ser capaz de distinguir su propia señal de baliza de nodo de acceso de las de los otros AN 515. Los AN 515 pueden distinguir sus propias señales de baliza de nodo de acceso de la señal de baliza de retransmisor.
Como se ha descrito anteriormente, la ganancia de extremo a extremo desde cualquier punto en el área de cobertura hasta cualquier otro punto en el área es un canal de ruta múltiple con L rutas diferentes que pueden dar lugar a desvanecimientos muy profundos para algunos canales de punto a punto. La diversidad de transmisión (enlace directo) y la diversidad de recepción (enlace de retorno) son muy efectivas para mitigar los desvanecimientos profundos y permitir que el sistema de comunicaciones funcione. Sin embargo, para las señales de baliza de nodo de acceso, la diversidad de transmisión y recepción no está presente. Como resultado de ello, el enlace punto a punto de una señal de bucle de retorno, que es la transmisión de la señal desde una AN de vuelta a la misma AN, puede experimentar ganancias de extremo a extremo que son mucho más bajas que el promedio. Pueden producirse valores de 20 dB por debajo del promedio con un gran número de rutas de señal de recepción/transmisión (L). Estas pocas ganancias de extremo a extremo bajas dan lugar a una SNR más baja para esos AN y pueden hacer que el cierre de enlace sea difícil. Por lo tanto, en algunos casos, en los AN se utilizan antenas de ganancia más alta. De forma alternativa, haciendo referencia al transpondedor ilustrativo de la Fig. 16, en cada una de las rutas de señal de recepción/transmisión puede incluirse un ajustador 418 de fase. El ajustador 418 de fase puede estar ajustado individualmente por el controlador 427 de desplazamiento de fase (por ejemplo, bajo el control de un enlace de telemetry, tracking, and command (telemetría, seguimiento y comando - Tt &C) de un centro de control terrestre). El ajuste de las fases relativas puede ser eficaz para aumentar las ganancias de extremo a extremo de las rutas de bucle de retorno de baja ganancia. Por ejemplo, un objetivo puede ser elegir los ajustes de desplazamiento de fase para aumentar el valor de la peor ganancia de bucle de retorno (ganancia desde un AN de vuelta a sí mismo). Obsérvese que la selección de fases no cambia en general la distribución de las ganancias cuando se evalúa para todos los puntos en el área de cobertura a todos los demás puntos en el área de cobertura, pero puede aumentar las ganancias de las rutas de bucle de retorno de baja ganancia.
Ahondando en ello, considérese el conjunto de ganancias desde cada uno de los M AN 515 hasta todos los demás AN 515. Existen M ganancias, de las que únicamente M de estas son rutas de bucle de retorno. Considérense dos distribuciones de ganancia, la primera es la distribución total de todas las rutas (M2) que pueden estimarse compilando un histograma de la totalidad de las M rutas. Para los AN distribuidos de forma uniforme en toda el área de cobertura, esta distribución puede ser representativa de la distribución de la ganancia de extremo a extremo de cualquier punto a cualquier otro punto en el área de cobertura. La segunda distribución es la distribución de ganancia de bucle de retorno (distribución de bucle de retorno) que puede estimarse compilando un histograma tan sólo de las M rutas de bucle de retorno. En muchos casos, la selección personalizada de los ajustes de fase de ruta de señal de recepción/transmisión (y opcionalmente los ajustes de ganancia) no proporciona un cambio significativo en la distribución total. Este es especialmente el caso con correlaciones aleatorias o intercaladas de transmisión con elementos de recepción. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la distribución de bucle de retorno puede mejorarse con la selección personalizada (al contrario que con valores aleatorios) de los ajustes de fase (y opcionalmente ganancia). Esto se debe a que el conjunto de ganancias de bucle de retorno consiste en M rutas (a diferencia de M rutas totales) y el número de grados de libertad en los ajustes de fase y ganancia es L. A menudo, L es del mismo orden que M, lo que permite una mejora significativa en ganancias de bucle de retorno bajas con selección de fase personalizada. Otra forma de ver esto es que la selección de fase personalizada no elimina necesariamente las ganancias de extremo a extremo bajas, sino que las mueve desde el conjunto de ganancias de bucle de retorno (M elementos en el conjunto) hasta el conjunto de ganancias sin bucle de retorno (M^M elementos). Para valores no triviales de M, el conjunto más grande es a menudo mucho mayor que el anterior.
Un AN 515 puede procesar una o más subbandas de frecuencia. La Fig. 40 es un diagrama de bloques de un AN 515 ilustrativo en el que se procesan por separado múltiples subbandas de frecuencia. En el enlace 523 de retorno de extremo a extremo (véase la Fig. 5), el AN 515 recibe las señales 527 de enlace descendente de retorno a partir del retransmisor 503 de extremo a extremo a través de un amplificador 2401 de bajo ruido (LNA). Las señales amplificadas se acoplan desde el LNA 2401 a un divisor 2403 de potencia. El divisor 2403 de potencia divide la señal en múltiples señales de salida. Cada señal se emite en uno de los puertos 2405, 2407 de salida del divisor 2403 de potencia. Uno de los puertos 2407 de salida puede proporcionarse como un puerto de prueba. Los otros puertos 2405 se acoplan a una entrada 2408 de uno de múltiples transceptores 2409 de AN correspondientes (solo se muestra uno). Los transceptores 2409 de AN procesan las señales recibidas en las subbandas correspondientes. El transceptor 2409 de AN realiza varias funciones, explicadas en detalle anteriormente. Las salidas 2410 de los transceptores 2409 de AN se acoplan a los puertos 2411 de entrada de un multiplexor 2413 de subbanda. Las salidas se combinan en el multiplexor 2413 de subbanda y se envían a una interfaz 2415 de red de distribución. La interfaz 2415 proporciona una interfaz para los datos desde/al AN 515 a/desde el CPS 505 a través de la red de distribución (véase la Fig. 5). Procesar las subbandas de frecuencia puede ser ventajoso para reducir los requisitos de rendimiento en los componentes de RF utilizados para implementar el retransmisor de extremo a extremo y AN. Por ejemplo, dividiendo 3,5 GHz de ancho de banda (por ejemplo, como puede utilizarse en un sistema de banda Ka) en siete subbandas, cada subbanda tiene un ancho de tan sólo 500 MHz. Es decir, cada una de las señales directas específicas de nodo de acceso puede incluir múltiples subseñales asociadas a las diferentes subbandas (por ejemplo, asociadas a diferentes subconjuntos de las áreas de cobertura de haz de usuario directo) y los transceptores 2409 de AN pueden convertir de forma ascendente las subseñales a diferentes frecuencias portadoras. Esta división de ancho de banda puede permitir que se utilicen componentes de tolerancia más baja dado que las variaciones de amplitud y fase entre distintos subbandas pueden compensarse mediante ponderaciones de formación de haces separados, calibración, etc. para las distintas subbandas. Por supuesto, otros sistemas pueden utilizar un número distinto de subbandas y/o puertos de prueba. Algunos casos pueden utilizar una sola subbanda y pueden no incluir todos los componentes mostrados en este punto (por ejemplo, omitiendo el divisor 2403 de potencia y el mux 2413).
En el enlace 501 directo de extremo a extremo, los datos son recibidos del CPS 505 por la interfaz 2415. Los datos recibidos se acoplan a una entrada 2417 de un demultiplexor 2419 de subbanda. El demultiplexor 2419 de subbanda divide los datos en múltiples señales de datos. Las señales de datos se acoplan desde los puertos 2421 de salida del demultiplexor 2419 de subbanda a los puertos 2423 de entrada de los transceptores 2409 de AN. Los puertos 2425 de salida de los transceptores 2409 de AN se acoplan a los puertos 2427 de entrada del módulo 2429 de sumador. El módulo 2429 de sumador suma las señales emitidas desde los siete transceptores 2409 de AN. Un puerto 2431 de salida del módulo 2429 de sumador acopla la salida del módulo 2429 de sumador al puerto 2433 de entrada de un high power amplifier (amplificador 2435 de alta potencia - HPA). La salida del HPA 2435 se acopla a una antena (no mostrada) que transmite las señales emitidas al retransmisor 503 de extremo a extremo. En algunos casos, se acopla un oscilador 2437 ultraestable a los transceptores 2409 de AN para proporcionar una fuente de frecuencia de referencia estable.
Cálculo de ponderación de haz
Volviendo a la Fig. 8, que es una descripción ilustrativa de señales en el enlace de retorno, puede utilizarse un modelo matemático del enlace de retorno de extremo a extremo para describir el enlace como:
y = Brel[ct E lA rx+ n J n J
- Brel[Hret x Ct En,,, ndl]
Figure imgf000035_0001
donde,
x es el vector de columna K x 1 de la señal transmitida. En algunos casos, la magnitud al cuadrado de cada elemento en x se define como una unidad (igual potencia de transmisión). En algunos casos, la magnitud al cuadrado de cada elemento en x se define como una unidad (igual potencia de transmisión). En algunos casos, esto puede no ser siempre el caso.
y es el vector de columna K x 1 de la señal recibida después de la formación de haces.
Ar es la matriz de radiación de enlace ascendente de retorno L x K. El elemento ak contiene la ganancia y la fase de la ruta desde una ubicación de referencia situada en el haz K hasta el f s,mo (letra “ele” ) elemento 406 de antena de recepción en el conjunto de Rx. En algunos casos, los valores de la matriz de radiación de enlace ascendente de retorno se almacenan en el almacenamiento 941 de datos de canal (véase la Fig. 30).
E es la matriz de carga útil de L x L. El elemento e¡¡ define la ganancia y la fase de la señal del /"™ elemento 406 de antena en el conjunto de recepción a un islmo elemento 409 de antena en el conjunto de transmisión. En algunos casos, aparte de la diafonía incidental entre las rutas (resultantes del aislamiento finito de la electrónica), la matriz E es una matriz diagonal. La matriz E puede normalizarse de modo que la suma de la magnitud al cuadrado de todos los elementos en la matriz sea L. En algunos casos, los valores de la matriz de carga útil se almacenan en el almacenamiento 941 de datos de canal (véase la Fig. 29).
Ct es la matriz de radiación de enlace descendente de retorno M x L. El elemento cm¡contiene la ganancia y la fase de la ruta desde el léslmo (la letra “ele” ) elemento de antena en el conjunto de Tx hasta un méslmo AN 515 de entre los M AN 515. En algunos casos, los valores de la matriz de radiación de enlace descendente de retorno se almacenan en el almacenamiento 941 de datos de canal (véase la Fig. 29).
Hret es la matriz de canal de retorno de M x K, que es igual al producto de Ct x E x Ar.
nui es un vector de ruido L x 1 de ruido gaussiano complejo. La covarianza del ruido de enlace ascendente es
R |n u ln u il = 2cru i, L I Les la matriz de identidad de L x L
o2 es la varianza de ruido. CTu l se experimenta en el enlace ascendente, mientras que
Figure imgf000036_0001
Se experimenta en el enlace descendente.
n¡ji es un vector de ruido M x 1 de ruido gaussiano complejo. La covarianza del ruido de enlace descendente es E |n d ln d ll — 2crdl^M- Tvies la matriz de identidad de Mx M.
Bret es la matriz K x M de ponderaciones de haces de enlace de retorno de extremo a extremo.
Los ejemplos se han descrito anteriormente de forma general (por ejemplo, con referencia a las Figs. 6 - 11) de una forma que supone ciertas similitudes entre canales de ruta múltiple de extremo a extremo directos y de retorno. Por ejemplo, las matrices de canal directo y de retorno se han descrito anteriormente con referencia de forma general a M, K, E y otros modelos. Sin embargo, tales descripciones pretenden únicamente simplificar la descripción para una mayor claridad, y no pretenden limitar los ejemplos únicamente a casos con configuraciones idénticas en las direcciones directa y de retorno. Por ejemplo, en algunos casos, se utilizan los mismos transpondedores tanto para tráfico directo como de retorno, y por lo tanto la matriz de carga útil E puede ser la misma para la formación de haces de extremo a extremo directo y de retorno (y los correspondientes cálculos de ponderación de haz). En otros casos se utilizan distintos transpondedores para el tráfico directo y de retorno, y puede utilizarse una matriz de carga útil directa diferente (Efwd) y una matriz de carga útil de retorno (Eret) para modelizar los canales de ruta múltiple de extremo a extremo correspondientes y para calcular las ponderaciones de haz correspondientes. De forma similar, en algunos casos, los mismos M AN 515 y K terminales 517 de usuario se consideran parte de los canales de ruta múltiple de extremo a extremo directo y de retorno. En otros casos, M y K pueden referirse a diferentes subconjuntos de AN 515 y/o terminales 517 de usuario, y/o a diferentes números de AN 515 y/o terminales 517 de usuario, en las direcciones directa y de retorno.
Las ponderaciones de haz pueden calcularse de muchas formas para satisfacer los requisitos del sistema. En algunos casos, se calculan después del despliegue del retransmisor de extremo a extremo. En algunos casos, la matriz de carga útil E se mide antes del despliegue. En algunos casos, las ponderaciones de haz se calculan con el objetivo de aumentar la señal a interferencia más ruido (SINR) de cada haz y pueden calcularse de la siguiente forma:
Bret = (r _,h )h
R = 2crd21IM 2ít,;iCiEEhC" HHh EQ 13
donde R es la covarianza de la señal recibida y (*)H es el operador (hermítico) traspuesto conjugado.
El elemento k, M de la matriz de ponderación de haz de retorno K x M Bret proporciona las ponderaciones para formar el haz al méslmo AN 515 desde un terminal de usuario en el késlmo haz de usuario. Por lo tanto, en algunos casos, cada una de las ponderaciones de haz de retorno utilizadas para formar haces de usuario de retorno se calcula estimando las ganancias de retorno de extremo a extremo (es decir, los elementos de la matriz de canal Hret) para cada uno de los canales de ruta múltiple de extremo a extremo (por ejemplo, cada uno de los canales de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo).
EC. 2 es verdadera cuando R es la covarianza de la señal recibida como se proporciona en la EC. 3. Por lo tanto, cuando se conocen todas las matrices de las EC. 1,2 y 3, las ponderaciones de haz utilizadas para formar haces de extremo a extremo pueden determinarse directamente.
Este conjunto de ponderaciones de haz reduce el error cuadrático medio entre x e y. También aumenta la relación señal de extremo a extremo a ruido más interferencia (SINR) para cada una de las K señales 525 de enlace de retorno de extremo a extremo (que se originan desde cada uno de los K haces).
El primer término
Figure imgf000037_0001
en la EC. 3 es la covarianza del ruido de enlace descendente (que no está correlacionada). El segundo término
Figure imgf000037_0002
en la EC. 3 es la covarianza del ruido de enlace ascendente (que está correlacionada en los AN). El tercer término HHh en la EC. 3 es la covarianza de la señal. Establecer la varianza del ruido de enlace ascendente a cero e ignorar el último término (HHh) da como resultado un conjunto de ponderaciones que aumenta la relación señal a ruido de enlace descendente alineando en fase las señales recibidas en cada uno de los M AN 515. Establecer la varianza de ruido de enlace descendente a cero e ignorar el 3er término da como resultado un conjunto de ponderaciones que aumenta la SINR de enlace ascendente. Establecer las varianzas de ruido de enlace ascendente y de enlace descendente a cero da como resultado un receptor de decorrelación que aumenta la relación portadora a interferencia (C/I).
En algunos casos, las ponderaciones de haz se normalizan para hacer que la suma de la magnitud al cuadrado de cualquier fila de Bret sume la unidad.
En algunos casos, la solución a la EC. 2 se determina con el conocimiento a priori de las matrices de los matrices Ar, Ct y E, así como las variaciones de los vectores de ruido nui y ndi. El conocimiento de los valores de elementos de las matrices puede obtenerse durante las mediciones hechas durante la fabricación y prueba de componentes relevantes del retransmisor de extremo a extremo. Esto puede funcionar bien para sistemas donde uno no espera que los valores en las matrices cambien significativamente durante el funcionamiento del sistema. Sin embargo, para algunos sistemas, especialmente los que funcionan en bandas de frecuencias más altas, es posible que tales expectativas no estén presentes. En tales casos, las matrices Ar, Ct y E pueden estimarse posteriormente al despliegue de un dispositivo (tal como un satélite) en el que se dispone el retransmisor de extremo a extremo.
En algunos casos donde no se utiliza información previa para establecer las ponderaciones, la solución a la EC. 2 puede determinarse estimando los valores de R y H. En algunos casos, los terminales 517 de usuario designados en el centro de cada área 519 de cobertura de haz de usuario transmiten señales conocidas x durante los períodos de calibración. El vector recibido en un AN 515 es:
Figure imgf000037_0003
En un ejemplo, el CPS 505 estima los valores de R y H basándose en las siguientes relaciones:
Figure imgf000037_0004
R es una estimación de la matriz de covarianza R, H es una estimación de la matriz de canal H y pk es una estimación del vector de correlación,
Figure imgf000037_0005
es el conjugado de componente del vector transmitido con el error de frecuencia introducido por la transmisión de enlace ascendente. En algunos casos, no se transmiten datos de comunicación de retorno durante el período de calibración. Es decir, solo las señales de calibración conocidas para los AN se transmiten en el enlace de retorno de extremo a extremo durante el período de calibración para permitir que el valor de pk se determine a partir del vector recibido u utilizando la ecuación anterior. Esto, a su vez, permite que se determine el valor de H. Tanto la estimación de matriz de covarianza R como la estimación de matriz de canal H se determinan basándose en las señales recibidas durante el periodo de calibración.
En algunos casos, el CPS 505 puede estimar la matriz de covarianza R mientras que los datos de comunicación están presentes (por ejemplo, aunque se desconozca x). Esto puede verse a partir del hecho de que R se determina basándose solo en la señal recibida u. No obstante, el valor de H se estima basándose en señales recibidas durante un periodo de calibración durante el cual sólo se transmiten señales de calibración en el enlace de retorno.
En algunos casos, se realizan las estimaciones tanto de la matriz de canal H como de la matriz de covarianza R, mientras que los datos de comunicación se transmiten en el enlace de retorno. En este caso, la matriz de covarianza R se estima como se ha indicado anteriormente. Sin embargo, el valor de x se determina demodulando la señal recibida. Una vez que se conoce el valor de x, la matriz de canal puede estimarse como se ha indicado anteriormente en la EC. 6 y en la EC. 7.
Los componentes de señal e interferencia de la señal después de la formación de haces están contenidos en el vector Bret H x. Las potencias de señal e interferencia para cada uno de los haces están contenidas en la matriz K x K Bret H. La potencia en el késlmo elemento diagonal de Bret H es la potencia de señal deseada desde el haz k. La suma de la magnitud al cuadrado de todos los elementos en la fila K excepto el elemento diagonal es la potencia de interferencia en el haz k. Por lo tanto, el C/I para el haz K es:
Figure imgf000038_0005
donde Skj son los elementos de Bret H. El ruido de enlace ascendente está contenido en el vector Bret Ct Enui, que tiene un matriz de covarianza K x K de
2£J¿BretCtEEflCtHBretu.
El k1'™0 elemento diagonal de la matriz de covarianza contiene la potencia de ruido de enlace ascendente en el haz k. La relación de señal de enlace ascendente a ruido para el haz K se calcula, a continuación, como:
Figure imgf000038_0001
donde tkk es el k1'™0 elemento diagonal de la matriz de covarianza de enlace ascendente. El ruido de enlace descendente está contenido en el vector Bret ndi, que tiene una covarianza de
Figure imgf000038_0002
en virtud de las ponderaciones de haz normalizadas. Por lo tanto, la relación señal de enlace descendente a ruido es:
Figure imgf000038_0003
La SINR de extremo a extremo es la combinación de la EC. 8-10:
Figure imgf000038_0004
Las ecuaciones anteriores describen cómo calcular la SINR de extremo a extremo dada la matriz de carga útil E. La matriz de carga útil puede construirse mediante la elección inteligente de la ganancia y las fases de cada uno de los elementos de E. La ganancia y la fase de los elementos diagonales de E que optimizan alguna métrica de utilidad (que es de forma general una función de las K SINR de haz como se calculó anteriormente) pueden seleccionarse e implementarse estableciendo el desplazador 418 de fase en cada uno de los L transpondedores 411. Las funciones de utilidad candidatas incluyen, aunque no de forma limitativa, la suma de la SINRk (SINR total), la suma del Log(1+SINRk) (proporcional al caudal total) o la potencia total en la matriz de canal, H. En algunos casos, la mejora en la función de utilidad mediante la personalización de las ganancias y las fases es muy pequeña e insignificante. Esto es a veces el caso cuando se utilizan correlaciones aleatorias o intercaladas de elementos de antena. En algunos casos, la función de utilidad puede mejorarse en una cantidad no trivial mediante la selección personalizada de la ganancia y fase de la señal de recepción/transmisión.
Volviendo a la Fig. 9, puede utilizarse un modelo matemático del enlace 501 directo de extremo a extremo para describir el enlace 501 como:
Figure imgf000039_0001
donde,
x es el vector de columna K x 1 de la señal transmitida. La magnitud al cuadrado de cada elemento en x se define para ser la unidad (igual potencia de señal). En algunos casos, puede conseguirse una potencia de transmisión desigual mediante la selección de las ponderaciones de haz directo.
y es el vector de columna K x 1 de la señal recibida.
Cr es la matriz de radiación de enlace ascendente directo L x M. El elemento cm contiene la ganancia y la fase de la ruta 2002 desde el mésimo AN 515 hasta el léslmo (letra “ele” ) elemento de 406 antena de recepción del conjunto de Rx de la antena en el retransmisor 503 de extremo a extremo. En algunos casos, los valores de la matriz de radiación de enlace ascendente directo se almacenan en el almacenamiento 921 de datos de canal (véase la Fig. 29).
E es la matriz de carga útil de L x L. El elemento e¡¡ define la ganancia y la fase de la señal desde el jésimo elemento de antena de conjunto de recepción hasta el iéslm0 elemento de antena del conjunto de transmisión. Aparte de la diafonía incidental entre las rutas (resultantes del aislamiento finito de la electrónica), la matriz E es una matriz diagonal. En algunos casos, la matriz de entrada E se normaliza de modo que la suma de la magnitud al cuadrado de todos los elementos en la matriz es L. En algunos casos, los valores de la matriz de carga útil se almacenan en el almacenamiento 921 de datos de canal (véase la Fig. 29).
At es la matriz de radiación de enlace descendente directo K x L. El elemento a^ i contiene la ganancia y la fase de la ruta desde el elemento de la antena L (letra “ele” ) en el conjunto de Tx del retransmisor 503 de extremo a extremo hasta una ubicación de referencia en el haz de usuario k. En algunos casos, los valores de la matriz de radiación de enlace descendente directo se almacenan en el almacenamiento 921 de datos de canal (véase la Fig. 29).
Hfwd es la matriz de canal directo K x M, que es igual al producto AtECr.
nui es un vector de ruido L x 1 de ruido aussiano com leo. La covarianza del ruido de enlace ascendente
es:
Figure imgf000039_0002
ridi es un vector de ruido K x 1 de ruido gaussiano complejo. La covarianza del ruido de enlace descendente
es:
Figure imgf000039_0003
’ donde Ik es la matriz de identidad KxK.
Bfwd es la matriz de ponderación de haz de M x K de las ponderaciones de haz de enlace directo de extremo a extremo.
Las ponderaciones de haz para el haz de usuario K son los elementos en la columna K de Bfwd. A diferencia del enlace de retorno, el C/I para el haz K no está determinado por las ponderaciones de haz para el haz k. Las ponderaciones de haz para el haz K determinan la relación señal a ruido (SNR) de enlace ascendente y la SNR del enlace descendente, así como la potencia de portadora (C) en la C/I. Sin embargo, la potencia de interferencia en el haz K se determina por las ponderaciones de haz para todos los demás haces, excepto por el haz k. En algunos casos, la ponderación de haz para el haz K se selecciona para aumentar la SNR. Tales ponderaciones de haz también aumentan el C/I para el haz k, dado que se aumenta C. Sin embargo, puede generarse interferencia a los otros haces. Por lo tanto, a diferencia del caso del enlace de retorno, las ponderaciones de haz óptimas no se calculan sobre una base de haz por haz (independiente de los otros haces).
En algunos casos, las ponderaciones de haz (incluidas las matrices de radiación y carga útil utilzadas para calcular las mismas) se determinan después del despliegue del retransmisor de extremo a extremo. En algunos casos, la matriz de carga útil E se mide antes del despliegue. En algunos casos, puede calcularse un conjunto de ponderaciones de haz utilizando la interferencia creada en los otros haces por el haz K y contándola como la interferencia en el haz k. Aunque este enfoque puede no calcular ponderaciones de haz óptimas, puede utilizarse para simplificar el cálculo de ponderaciones. Esto permite que se determine un conjunto de ponderaciones para cada haz independiente de todos los demás haces. Las ponderaciones de haz directo resultantes se calculan, a continuación, de forma similar a las ponderaciones de haz de retorno:
Bfwd=H" R"1. w hcrc. EQ. 13 R = 2<J¿IK 2cr;]AtEEH At“ H H h EQ. 14
El primer término
Figure imgf000040_0001
en la EC. 14 es la covarianza del ruido de enlace descendente (no correlacionado). El segundo término
Figure imgf000040_0002
es la covarianza del ruido de enlace ascendente (que se correlaciona en los AN). El tercer término HH h es la covarianza de la señal. Establecer la varianza del ruido de enlace ascendente a cero e ignorar el último término (HHH) da como resultado un conjunto de ponderaciones que aumenta la relación señal a ruido de enlace descendente alineando en fase las señales recibidas en los M AN 515. Establecer la varianza de ruido de enlace descendente a cero e ignorar el 3er término da como resultado un conjunto de ponderaciones que aumenta la SNR de enlace ascendente. Establecer las variaciones de ruido tanto de enlace ascendente como de enlace descendente a cero da como resultado un receptor de decorrelación que aumenta la relación C/I. Para el enlace directo, de forma general son dominantes el ruido de enlace descendente y la interferencia. Por lo tanto, estos términos son generalmente útiles en el cálculo de ponderación de haz. En algunos casos, el segundo término en la EC. 14 (ruido de enlace ascendente) es insignificante en comparación con el primer término (ruido de enlace descendente). En tales casos, el segundo término puede ignorarse en los cálculos de covarianza, simplificando además el cálculo al tiempo que se sigue produciendo un conjunto de ponderaciones de haz que aumenta la SINR de extremo a extremo.
Como en el enlace de retorno, las ponderaciones de haz pueden normalizarse. Para las ponderaciones de haz de transmisor con igual potencia asignadas a la totalidad de las K señales de enlace directo, cada columna de Bfwd puede ajustarse a escala de modo que la suma de la magnitud al cuadrado de los elementos en cualquier columna suma la unidad. La compartición de igual potencia proporcionará a cada una de las señales la misma fracción de la potencia total de AN (potencia total de todos los AN asignados a la señal xk). En algunos casos, para enlaces directos, se implementa un intercambio de potencia desigual entre las señales de enlace directo. Por lo tanto, en algunos casos, algunas señales de haz son más que una parte equitativa de la potencia total de AN. Esto puede utilizarse para ecualizar la SINR en todos los haces o proporcionar a los haces más importantes unas SINR más grandes que a los haces menos importantes. Para crear las ponderaciones de haz para compartición de potencia desigual, la matriz de ponderación de haz de igual potencia M x K, Bfwd, se multiplica posteriormente por una matriz diagonal K x K, P, por lo tanto la nueva Bfwd = Bfwd P. Sea
Figure imgf000040_0003
entonces el valor cuadrado del k^mo elemento diagonal representa la potencia asignada a la señal de usuario xk. La matriz de compartición de potencia P está normalizada de modo que la suma o el cuadrado de los elementos diagonales es igual a K (los elementos no diagonales son cero).
En algunos casos, la solución a la EC. 13 se determina con un conocimiento a priori de las matrices At, Cr y E, así como las varianzas de los vectores de ruido nui y ndi. En algunos casos, el conocimiento de las matrices puede obtenerse durante las mediciones hechas durante la fabricación y prueba de componentes relevantes del retransmisor de extremo a extremo. Esto puede funcionar bien para sistemas donde no se espera que los valores en las matrices cambien significativamente de lo que se midió durante el funcionamiento del sistema. Sin embargo, para algunos sistemas, especialmente aquellos que funcionan en bandas de frecuencia más altas, este puede no ser el caso.
En algunos casos donde no se utiliza a priori una información para establecer las ponderaciones, pueden estimarse los valores R y H para el enlace directo para determinar la solución a la EC. 13. En algunos casos, los AN transmiten una sonda de sondeo de canal durante los períodos de calibración. Las sondas de sondeo de canal pueden ser muchos tipos distintos de señales. En un caso, cada AN transmite secuencias PN ortogonales, conocidas y distintas. Las sondas de sondeo de canal pueden corregirse previamente en tiempo, frecuencia y/o fase para eliminar las degradaciones de enlace alimentador (como se explica más adelante). Todos los datos de comunicaciones pueden desactivarse durante el intervalo de calibración para reducir la interferencia a las sondas de sondeo del canal. En algunos casos, las sondas de sondeo de canal pueden ser las mismas señales que las utilizadas para la eliminación de degradaciones de enlace alimentador.
Durante el intervalo de calibración puede designarse un terminal en el centro de cada haz para recibir y procesar las sondas de sondeo del canal. El vector Kxl, u, de las señales recibidas durante el período de calibración es u=H x At E nui + ndi donde x es el vector Mxl de sondas de sondeo de canal transmitidas. En algunos casos, cada terminal designado elimina primero el error de frecuencia incidental (resultante del desplazamiento Doppler y el error del oscilador terminal) y, a continuación, correlaciona la señal resultante con cada una de las M secuencias de PN ortogonales y conocidas. Los resultados de estas correlaciones son M números complejos (amplitud y fase) para cada terminal y estos resultados se transmiten de vuelta al CPS a través del enlace de retorno. Los. M números complejos calculados por el teriminal en el centro del késimo haz pueden utilizarse para formar la késima fila de la estimación de la matriz de canal, H. Utilizando las mediciones a partir de la totalidad de los K terminales designados se obtiene una estimación de toda la matriz de canal. En muchos casos es útil combinar la medición de múltiples intervalos de calibración para mejorar la estimación de la matriz de canal. Una vez que se.determina la estimación de la matriz de canal, puede determinarse una estimación de la matriz de covarianza, R, a partir de la EC. 14 utilizando un valor de 0 para el segundo término. Esto puede ser una estimación muy precisa de la matriz de covarianza si el ruido de enlace ascendente (el segundo término en la EC. 14) es despreciable con respecto al ruido de enlace descendente (el primer término en la EC. 14). Las ponderaciones de haz de enlace directo pueden calcularse entonces utilizando las estimaciones de la matriz de canal y de la matriz de covarianza en la EC. 13. Por lo tanto, en algunos casos, el cálculo de las ponderaciones de haz comprende estimar las ganancias directas de extremo a extremo (es decir, los valores de los elementos de la matriz de canal Hfwd) para cada uno de los canales de ruta múltiple directos de extremo a extremo entre un AN 515 y una ubicación de referencia en un área de cobertura de haz de usuario. En otros casos, el cálculo de las ponderaciones de haz comprende estimar las ganancias directas de extremo a extremo para los K x M canales de ruta múltiple directos de extremo a extremo desde los M AN 515 hasta ubicaciones de referencia dentro de K áreas de cobertura de haz de usuario.
Los componentes de señal e interferencia de la señal después de la formación de haces están contenidos en el vector H Bfwd x (producto de H, Bfwd, x). Las potencias de señal e interferencia para cada uno de los haces están contenidas en la matriz K x K H Bfwd. La potencia en el késimo elemento diagonal de H Bfwd es la potencia de señal deseada prevista para el haz k. La suma de la magnitud al cuadrado de todos los elementos en la fila K excepto el elemento diagonal es la potencia de interferencia en el haz k. Por lo tanto, el C/I para el haz K es:
Figure imgf000041_0001
donde Skj son los elementos de H B fwd. El ruido de enlace ascendente está contenido en el vector At E nui, que tiene una matriz de covarianza K x K de
2<j’At EEHAt“ .
El késimo elemento diagonal de la matriz de covarianza contiene la potencia de ruido de enlace ascendente en el haz k. La relación de señal de enlace ascendente a ruido para el haz K se calcula, a continuación, como:
Figure imgf000041_0002
donde tkk es el késlmo elemento diagonal de la matriz de covarianza de enlace ascendente. El ruido de enlace descendente está contenido en el vector ndi, que tiene una covarianza de
Figure imgf000042_0001
Por lo tanto, la relación señal de enlace descendente a ruido es:
Figure imgf000042_0002
La SINR de extremo a extremo es la combinación de la EC. 15-EC. 17:
Figure imgf000042_0003
Las ecuaciones anteriores describen cómo calcular la SINR de extremo a extremo dada la matriz de carga útil E. La matriz de carga útil puede construirse mediante una elección inteligente de la ganancia y las fases de cada uno de los elementos de E. La ganancia y la fase de los elementos diagonales de E que optimizan alguna métrica de utilidad (que es generalmente una función de las K SINR de haz como se calculó anteriormente) pueden seleccionarse e implementarse estableciendo el desplazador 418 de fase en cada uno de los L transpondedores 411. Las funciones de utilidad candidatas incluyen, aunque no de forma limitativa, la suma de SINRk (SINR total), la suma del Log(1+SINRk) (proporcional al rendimiento total) o la potencia total en la matriz de canal, H. En algunos casos, la mejora en la función de utilidad mediante la personalización de las ganancias y las fases es muy pequeña e insignificante. Esto es a veces el caso cuando se utilizan correlaciones aleatorias o intercaladas de elementos de antena. En algunos casos, la función de utilidad puede mejorarse en una cantidad no trivial mediante la selección personalizada de la ganancia y fase de la señal de recepción/transmisión.
Áreas de cobertura distintas
Algunos ejemplos descritos anteriormente suponen que el retransmisor 503 de extremo a extremo se diseña para dar servicio a una única área de cobertura compartida tanto por los terminales 517 de usuario como por los AN 515. Por ejemplo, algunos casos describen un satélite que tiene un sistema de antena que ilumina un área de cobertura de satélite y tanto los AN como los terminales de usuario están distribuidos geográficamente por todo el área de cobertura de satélite (por ejemplo, como en la Fig. 27). El número de haces que pueden formarse en el área de cobertura de satélite y los tamaños (áreas de cobertura de haz) de esos haces pueden verse afectados por aspectos del diseño del sistema de antenas, tales como el número y la disposición de elementos de antena, tamaño del reflector, etc. Por ejemplo, realizar una capacidad muy grande puede implicar desplegar un gran número de AN (por ejemplo, cientos) con suficiente separación entre los AN como para permitir una formación de haces de extremo a extremo. Por ejemplo, como se ha indicado anteriormente con referencia a la Fig. 28, aumentar el número de AN puede aumentar la capacidad de sistema, aunque con retornos decrecientes a medida que aumenta el número. Cuando un sistema de antena soporta tanto los terminales de usuario como los AN, lograr un despliegue de este tipo con suficiente separación entre los AN puede forzar una distribución geográfica muy amplia de los AN (por ejemplo, a través de toda el área de cobertura de satélite, como en la Fig. 27). De forma práctica, lograr una distribución de este tipo puede implicar situar los AN en localizaciones no deseadas, tales como en áreas con mal acceso a una red de alta velocidad (por ejemplo, una mala infraestructura de fibra de vuelta al CPS 505, uno o más océanos, etc.), múltiples jurisdicciones legales, en áreas caras y/o muy pobladas, etc. Por lo tanto, la situación del AN a menudo implica diversos compromisos.
Algunos ejemplos del retransmisor 503 de extremo a extremo se diseñan con múltiples sistemas de antena, permitiendo de este modo un servicio separado de dos o más áreas de cobertura distintas desde un único retransmisor 503 de extremo a extremo. Como se describe a continuación, el retransmisor 503 de extremo a extremo puede incluir al menos un primer sistema de antena que da servicio a un área de cobertura de AN, y al menos un segundo sistema de antena que da servicio a un área de cobertura de usuario. Debido a que las áreas de cobertura de terminal de usuario y de An reciben servicio por diferentes sistemas de antena, cada sistema de antena puede diseñarse para cumplir con diferentes parámetros de diseño y cada área de cobertura puede ser al menos parcialmente distinta (por ejemplo, en geografía, en tamaño y/o densidad de haz, en banda de frecuencia, etc.). Por ejemplo, el uso de un enfoque de sistema de múltiples antenas de este tipo puede permitir que los terminales de usuario distribuidos a través de un área geográfica relativamente grande (por ejemplo, la totalidad de los Estados Unidos) reciban servicio por un gran número de AN distribuidos a través de un área geográfica relativamente pequeña (por ejemplo, una parte del este de los Estados Unidos). Por ejemplo, el área de cobertura de AN puede ser una fracción (por ejemplo, menos de la mitad, menos de un cuarto, menos de una quinta parte, menos de una décima parte) del área de cobertura de usuario en área física.
La Fig. 41 es una ilustración de un sistema 3400 de formación de haces de extremo a extremo ilustrativo. El sistema 3400 es un sistema de formación de haces de extremo a extremo que incluye: una pluralidad de nodos 515 de acceso (AN) distribuidos geográficamente; un retransmisor 3403 de extremo a extremo; y una pluralidad de terminales 517 de usuario. El retransmisor 3403 de extremo a extremo puede ser un ejemplo del retransmisor 503 de extremo a extremo descrito en la presente memoria. Los AN 515 se distribuyen geográficamente en un área 3450 de cobertura de AN, los terminales 517 de usuario se distribuyen geográficamente en un área 3460 de cobertura de usuario. Tanto el área 3450 de cobertura de AN como el área 3460 de cobertura de usuario están dentro de un área de cobertura del retransmisor 3403 de extremo a extremo, pero el área 3450 de cobertura de AN es distinta del área 3460 de cobertura de usuario. En otras palabras, el área de AN no es la misma que el área de cobertura de usuario, sino que tiene un área sustancial (no trivial) (por ejemplo, más de un cuarto, una mitad, etc., del área de cobertura de AN) que no se solapa con el área de cobertura de usuario. Por ejemplo, en algunos casos, al menos la mitad del área de cobertura de usuario no solapa con el área de cobertura de An . Como se ha descrito anteriormente (por ejemplo, en la Fig. 5), los AN 515 pueden proporcionar señales a través de una red 518 de distribución a un CPS 505 dentro de un segmento 502 terrestre, y el CPS 505 puede conectarse a una fuente de datos.
El retransmisor 3403 de extremo a extremo incluye un subsistema 3410 de antena de enlace alimentador separado y un subsistema 3420 de antena de enlace de usuario. Cada uno del subsistema 3410 de antena de enlace alimentador y el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario es capaz de soportar formación de haces de extremo a extremo. Por ejemplo, como se describe a continuación, cada subsistema de antena puede tener su(s) propio(s) conjunto(s) de elementos de antena cooperantes, su(s) propio(s) reflector(es), etc. El subsistema 3410 de antena de enlace alimentador puede incluir un conjunto de elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador cooperantes y un conjunto de elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador cooperantes. El subsistema 3420 de antena de enlace de usuario puede incluir un conjunto de elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario cooperantes y un conjunto de elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario cooperantes. Los elementos constituyentes están “cooperando” en el sentido de que el conjunto de tales elementos constituyentes tiene características que hacen su respectivo subsistema de antena sea adecuado para su uso en un sistema de formación de haces. Por ejemplo, un elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario dado puede recibir un compuesto superpuesto de señales de enlace ascendente de retorno desde múltiples (por ejemplo, todas las) áreas 519 de cobertura de haz de usuario de una forma que contribuya a la formación de haces de usuario de retorno. Un elemento 3429 de transmisión constituyente de enlace de usuario dado puede transmitir una señal de enlace descendente directo de una forma que se superpone con transmisiones correspondientes desde otros elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario para formar algunos o todos los haces de usuario directos. Un elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador puede recibir un compuesto superpuesto de señales de enlace ascendente directo desde múltiples (por ejemplo, todos los) AN 515 de una forma que contribuye a la formación de haces de usuario directos (por ejemplo, introduciendo ruta múltiple en el retransmisor 3403 de extremo a extremo). Un elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador dado puede transmitir una señal de enlace descendente de retorno de una forma que se superpone con las transmisiones correspondientes desde otros elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador para contribuir a la formación de algunos o todos los haces de usuario de retorno (por ejemplo, permitiendo que los AN 515 reciban señales de retorno compuestas que pueden ponderarse por haz para formar los haces de usuario de retorno).
El retransmisor 3403 de extremo a extremo ilustrativo incluye una pluralidad de transpondedores 3430 de enlace directo y una pluralidad de transpondedores 3440 de enlace de retorno. Los transpondedores pueden ser cualquier tipo adecuado de ruta de señal de guiaondas acodado entre los subsistemas de antena. Cada transpondedor 3430 de enlace directo acopla uno respectivo de los elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador con uno respectivo de los elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario. Cada transpondedor 3440 de enlace de retorno acopla uno de los elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario respectivos con uno de los elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador respectivos. Por ejemplo, algunos ejemplos se describen como que tienen una correspondencia uno a uno entre cada elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario y un elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador respectivo (o viceversa), o que cada elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario se acopla con “uno y solo un” elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador (o viceversa), o similar. En algunos de tales casos, un lado de cada transpondedor se acopla con un único elemento de recepción y el otro lado del transpondedor se acopla con un único elemento de transmisión. En otros de tales casos, uno o ambos lados de un transpondedor pueden acoplarse de forma selectiva (por ejemplo, mediante un conmutador u otros medios, como se describe a continuación) con uno de múltiples elementos. Por ejemplo, el retransmisor 3403 de extremo a extremo puede incluir un subsistema 3410 de antena de enlace alimentador y dos subsistemas 3420 de antena de enlace de usuario; y cada transpondedor puede acoplarse, en un lado, a un único elemento de enlace alimentador, y acoplarse de forma selectiva, en el otro lado, bien a un único elemento de enlace de usuario del primer subsistema 3420 de antena de enlace de usuario o bien a un único elemento de enlace de usuario del segundo subsistema 3420 de antena de enlace de usuario. En tales casos acoplados de forma selectiva, cada lado de cada transpondedor puede considerarse aún en cualquier momento dado (por ejemplo, para una transacción relacionada con señal particular) acoplado con “uno y solo un” elemento, o similar.
Para comunicaciones directas, las transmisiones desde los AN 515 pueden recibirse (a través de enlaces 521 ascendentes de alimentador) por los elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador, retransmitirse por los transpondedores 3430 de enlace directo a los elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario, y transmitirse por los elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario a los terminales 517 de usuario en el área 3460 de cobertura de usuario. Para comunicaciones de retorno, las transmisiones desde los terminales 517 de usuario pueden recibirse por los elementos de recepción constituyentes de enlace de usuario, retransmitirse por los transpondedores 3440 de enlace de retorno a los elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador, y transmitirse por los elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador a los AN 515 en el área 3450 de cobertura de AN (a través de las señales 527 de enlace descendente de alimentador). La ruta de señal completa desde un AN 515 hasta un terminal 517 de usuario a través del retransmisor 3403 de extremo a extremo se denomina enlace 501 directo de extremo a extremo; y la ruta de señal completa desde un terminal 517 de usuario hasta un AN 515 a través del retransmisor 3403 de extremo a extremo se denomina enlace 523 de retorno de extremo a extremo. Como se describe en la presente memoria, cada uno del enlace 501 directo de extremo a extremo y del enlace 523 de retorno de extremo a extremo puede incluir múltiples canales de ruta múltiple para comunicaciones directas y de retorno.
En algunos casos, cada uno de la pluralidad de nodos de acceso (por ejemplo, los AN 515) distribuidos geográficamente tiene una salida de señal de enlace ascendente directo con ponderación de haz de extremo a extremo. El retransmisor de extremo a extremo (por ejemplo, el retransmisor 3403 de extremo a extremo) comprende un conjunto de elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador cooperantes en comunicación inalámbrica con los nodos de acceso distribuidos, un conjunto de elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace de usuario cooperantes en comunicación inalámbrica con la pluralidad de terminales 517 de usuario, y una pluralidad de transpondedores 3430 de enlace directo. Los transpondedores 3430 de enlace directo son transpondedores de “guiaondas acodado” (o sin procesamiento), de modo que cada transpondedor emite una señal que corresponde a la señal que recibe con poco o ningún procesamiento. Por ejemplo, cada transpondedor 3430 de enlace directo puede amplificar y/o traducir la frecuencia de su señal recibida, pero no realiza un procesamiento más complejo (por ejemplo, no hay demodulación y/o modulación, ninguna formación de haces integrada, etc.). En algunos casos, cada transpondedor 3430 de enlace directo acepta una entrada en una primera banda de frecuencia (por ejemplo, LHCP de 30 GHz) y emite en una segunda banda de frecuencia (por ejemplo, RHCP de 20 GHz), y cada transpondedor 3440 de enlace de retorno acepta una entrada en la primera banda de frecuencia (por ejemplo, RHCP de 30 GHz) y emite en la segunda banda de frecuencia (por ejemplo, LHCP de 20 GHz). Puede utilizarse cualquier combinación adecuada de frecuencia y/o polarización, y el enlace de usuario y el enlace alimentador pueden utilizar los mismos o distintos intervalos de frecuencias. Cada transpondedor 3430 de enlace directo se acopla entre uno respectivo de los elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador y uno respectivo de los elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace de usuario (por ejemplo, con una correspondencia de uno a uno). Los transpondedores 3430 de enlace directo convierten las superposiciones de una pluralidad de señales de enlace ascendente directo con ponderación de haz a través de los elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador en señales de enlace descendente directo (por ejemplo, señales directas de entrada compuestas). La transmisión de las señales de enlace descendente directo por los elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario contribuye a formar un haz de usuario directo que presta servicio a al menos algunos de la pluralidad de terminales 517 de usuario. Como se describe en la presente memoria, las señales de enlace ascendente directo pueden ponderarse por haz de extremo a extremo y sincronizarse (por ejemplo, sincronizarse en fase y, si se desea, sincronizarse en tiempo) antes de la transmisión desde los AN 515, lo que puede permitir la superposición deseada de esas señales en los elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador.
La transmisión contribuye a formar el haz de usuario directo en el sentido de que la formación de haces es de extremo a extremo, como se describe en la presente memoria; la formación de haces es un resultado de múltiples etapas, incluyendo calcular y aplicar ponderaciones apropiadas a las señales de enlace ascendente directo antes de la transmisión al retransmisor desde los AN 515, inducir ruta múltiple por los múltiples transpondedores 3430 de enlace directo del retransmisor 3403 de extremo a extremo, y transmitir las señales de enlace descendente directo con una antena de conjunto de enlace de usuario. Además, para mayor simplicidad, algunas descripciones pueden referirse al haz directo como formado por la superposición de las señales de enlace descendente directo transmitidas. En algunos casos, cada uno de la pluralidad de terminales 517 de usuario está en comunicación inalámbrica con el conjunto de los elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario cooperantes para recibir un compuesto (por ejemplo, superposición) de las señales de enlace descendente directo transmitidas.
En algunos casos, el retransmisor 3403 de extremo a extremo incluye además un conjunto de elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario en comunicación inalámbrica con los terminales 517 de usuario, un conjunto de elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador cooperantes en comunicación inalámbrica con los AN 515 distribuidos, y una pluralidad de transpondedores 3440 de enlace de retorno. Los transpondedores 3440 de enlace de retorno pueden ser similares o idénticos al transpondedor 3430 de enlace directo (por ejemplo, transpondedores de guiaondas acodado), excepto porque cada uno se acopla entre uno respectivo de los elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario y uno respectivo de los elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador. La recepción de señales de enlace ascendente de retorno a través del conjunto de elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario cooperantes forma señales de enlace descendente de retorno en los transpondedores 3440 de enlace de retorno. En algunos casos, cada señal de enlace descendente de retorno es una superposición respectiva de señales de enlace ascendente de retorno recibidas por un elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario desde múltiples terminales 517 de usuario (por ejemplo, desde múltiples áreas 519 de cobertura de haz de usuario). En algunos de tales casos, cada uno de la pluralidad de terminales de usuario está en comunicación inalámbrica con el conjunto de elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario cooperantes para transmitir una respectiva señal de enlace ascendente de retorno a múltiples de los elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario.
En algunos casos, las señales de enlace descendente de retorno se transmiten mediante el elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador a los AN 515 distribuidos geográficamente. Como se describe en la presente memoria, cada AN 515 puede recibir un compuesto superpuesto de las señales de enlace descendente de retorno transmitidas desde los elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador (es decir, que corresponden a las señales de enlace descendente de retorno). Las señales de enlace descendente de retorno recibidas (denominadas señales de recepción compuestas) pueden acoplarse a un formador de haces de retorno, que puede combinar, sincronizar, ponderar por haz y realizar cualquier otro procesamiento adecuado. Por ejemplo, el formador de haces de retorno puede ponderar las superposiciones 1706 recibidas de las señales de enlace descendente de retorno (es decir, aplicar ponderaciones de haz de retorno a las señales de retorno compuestas) antes de combinar las señales. El formador de haces de retorno también puede sincronizar las señales de retorno compuestas antes de combinar las señales para tener en cuenta al menos las respectivas diferencias de retardo de ruta entre el retransmisor 3403 de extremo a extremo y los AN 515. En algunos casos, la sincronización puede ser según una señal de baliza recibida (recibida por uno, o más, o todos, los AN 515).
Debido a la naturaleza de extremo a extremo de la formación de haces, la aplicación adecuada de ponderaciones de haz de retorno por el formador de haces de retorno permite la formación de los haces de usuario de retorno, aunque el formador de haces de retorno puede acoplarse al lado de enlace alimentador de los canales de ruta múltiple de extremo a extremo, y los haces de usuario pueden formarse en el lado de enlace de usuario de los canales de ruta múltiple de extremo a extremo. Por lo tanto, puede decirse que el formador de haces de retorno contribuye a la formación de los haces de usuario de retorno (varios otros aspectos del sistema 3400 también contribuyen a la formación de haces de retorno de extremo a extremo, tales como la inducción de ruta múltiple mediante los transpondedores 3440 de enlace de retorno del retransmisor 3403 de extremo a extremo). Además, puede decirse para mayor simplicidad que el formador de haces de retorno forma los haces de usuario de retorno.
En algunos casos, el retransmisor 3403 de extremo a extremo incluye además un subsistema 3410 de antena de enlace alimentador para iluminar un área de cobertura de nodo de acceso (área 3450 de cobertura de AN) dentro de la cual se sitúa la pluralidad de nodos de acceso distribuidos. El subsistema 3410 de antena de enlace alimentador comprende el conjunto de elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador cooperantes. En algunos casos, el retransmisor 3403 de extremo a extremo también incluye un subsistema 3420 de antena de enlace de usuario para iluminar un área 3460 de cobertura de usuario dentro de la cual se distribuyen geográficamente la pluralidad de terminales 517 de usuario (por ejemplo, en una pluralidad de áreas 519 de cobertura de haz de usuario). El subsistema 3420 de antena de enlace de usuario comprende el conjunto de elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario cooperantes. En algunos casos, el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario incluye un conjunto de recepción de enlace de usuario y un conjunto de transmisión de enlace de usuario (por ejemplo, conjuntos de semidúplex separados de elementos constituyentes de enlace de usuario cooperantes). El conjunto de recepción de enlace de usuario y el conjunto de transmisión de enlace de usuario pueden intercalarse espacialmente (por ejemplo, para apuntar a un mismo reflector), separarse espacialmente (por ejemplo, para apuntar a reflectores de recepción y de transmisión, respectivamente) o disponerse de cualquier otra forma adecuada. En otros casos, el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario incluye elementos de dúplex completo (por ejemplo, cada elemento 3429 de transmisión constituyente de enlace de usuario comparte la estructura de radiación con un elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario respectivo). De forma similar, en algunos casos, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador incluye un conjunto de recepción de enlace alimentador y un conjunto de transmisión de enlace alimentador, que puede estar relacionado espacialmente de cualquier forma adecuada y puede irradiar directamente, apuntar a un solo reflector, apuntar a reflectores de transmisión y recepción separados, etc. En otros casos, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador incluye elementos de dúplex completo. El subsistema 3410 de antena de enlace alimentador y el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario pueden tener los mismos o distintos tamaños de apertura. En algunos casos, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador y el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario funcionan en una misma banda de frecuencia (por ejemplo, banda Ka, etc.). En algunos casos, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador y el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario funcionan en diferentes bandas de frecuencia (por ejemplo, el enlace alimentador utiliza la banda V, el enlace de usuario utiliza la banda Ka, etc.).
En ejemplos, tales como los ilustrados por la Fig. 41, el área 3450 de cobertura de AN es distinta del área 3460 de cobertura de usuario. El área 3450 de cobertura de AN puede ser una única área de cobertura contigua o múltiples áreas de cobertura disjuntas. De forma similar (e independientemente de si el área 3450 de cobertura de AN es única o múltiple), el área 3460 de cobertura de usuario puede ser una única área de cobertura contigua o múltiples áreas de cobertura disjuntas. En algunos casos, el área 3450 de cobertura de AN es un subconjunto del área 3460 de cobertura de usuario. En algunos casos, al menos la mitad del área 3460 de cobertura de usuario no se solapa con el área 3450 de cobertura de AN. Como se describe a continuación, en algunos casos, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador comprende además uno o más reflectores de enlace alimentador, y el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario comprende además uno o más reflectores de enlace de usuario. En algunos casos, el reflector de enlace alimentador es significativamente mayor (por ejemplo, al menos el doble del área física, al menos cinco veces, diez veces, cincuenta veces, ochenta veces, etc.) que el reflector de enlace de usuario. En algunos casos, el reflector de enlace alimentador es aproximadamente la misma área física (por ejemplo, dentro del 5 %, 10 %, 25 %) que el reflector de enlace de usuario.
En algunos casos, el sistema 3400 funciona en el contexto de las funciones de red terrestre, como se describe con referencia a la Fig. 5. Por ejemplo, el retransmisor 3403 de extremo a extremo se comunica con los AN 515, que se comunican con un CPS 505 a través de una red 518 de distribución. En algunos casos, el CPS 505 incluye un formador 529 de haces directo y/o un formador 531 de haces de retorno, por ejemplo, como se describe con referencia a la Fig. 29. Como se ha descrito anteriormente, el formador 529 de haces directo puede participar en la formación de haces directos de extremo a extremo aplicando ponderaciones de haz directo calculadas (por ejemplo, suministradas por un generador 918 de ponderación de haz directo) a señales 521 de enlace ascendente directo; y el formador 531 de haces de retorno puede participar en la formación de haces de extremo a extremo de retorno aplicando ponderaciones de haz de retorno calculadas (por ejemplo, suministradas por un generador 935 de ponderación de haz de retorno) a señales de enlace de retorno. Como se ha descrito anteriormente, las ponderaciones de haz directo de extremo a extremo y/o el conjunto de ponderaciones de haz de retorno de extremo a extremo pueden calcularse según las ganancias de extremo a extremo estimadas para canales de ruta múltiple de extremo a extremo, acoplando de forma comunicativa cada canal de ruta múltiple de extremo a extremo un respectivo de los AN 515 distribuidos con una ubicación respectiva en el área 3460 de cobertura de usuario (por ejemplo, un terminal 517 de usuario o cualquier ubicación de referencia adecuada) a través de una pluralidad respectiva de transpondedores 3430 de guiaondas acodado de enlace directo y/o a través de una pluralidad respectiva de transpondedores 3440 de guiaondas acodado de enlace de retorno. En algunos casos, aunque no se muestra, el retransmisor 3403 de extremo a extremo incluye un transmisor de señal de baliza. El transmisor de señal de baliza puede implementarse como se ha descrito anteriormente con referencia al generador de señales de baliza y el módulo 424 de soporte de calibración de la Fig. 15. En algunos casos, la señal de baliza generada puede utilizarse de modo que la pluralidad de AN 515 distribuidos estén en comunicación inalámbrica sincronizada en el tiempo con el retransmisor 3403 de extremo a extremo (por ejemplo, con la pluralidad de elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador según la señal de baliza).
En algunos casos, el sistema 3400 incluye un sistema para formar una pluralidad de haces de usuario directos utilizando formación de haces de extremo a extremo. Dichos casos incluyen medios para transmitir una pluralidad de señales de enlace ascendente directo desde una pluralidad de localizaciones geográficamente distribuidas, en donde la pluralidad de señales de enlace ascendente directo se forma a partir de una combinación ponderada de una pluralidad de señales de haz de usuario, y en donde cada señal de haz de usuario corresponde a un, y solo un, haz de usuario. Por ejemplo, la pluralidad de localizaciones distribuidas geográficamente puede incluir una pluralidad de AN 515, y los medios para transmitir la pluralidad de señales de enlace ascendente directo pueden incluir parte o la totalidad de un formador 529 de haces directo, una red 518 de distribución y los AN 515 distribuidos geográficamente (en comunicación con el retransmisor 3403 de extremo a extremo). Dichos casos también pueden incluir medios para retransmitir la pluralidad de señales de enlace ascendente directo para formar una pluralidad de señales de enlace descendente directo. Cada señal de enlace descendente directo se crea amplificando una superposición única de la pluralidad de señales de enlace ascendente directo, y la pluralidad de señales de enlace descendente directo se superponen para formar la pluralidad de haces de usuario, en donde cada señal de haz de usuario es dominante dentro del haz de usuario correspondiente. Por ejemplo, los medios para retransmitir la pluralidad de señales de enlace ascendente directo para formar la pluralidad de señales de enlace descendente directo pueden incluir el retransmisor 3403 de extremo a extremo (en comunicación con uno o más terminales de usuario en áreas 519 de cobertura de haz de usuario) con su pluralidad ubicada conjuntamente de rutas de señal, que pueden incluir transpondedores 3430 de enlace directo y transpondedores 3440 de enlace de retorno.
Algunos de estos casos incluyen primeros medios para recibir una primera superposición de la pluralidad de señales de enlace descendente directo y recuperar una primera de la pluralidad de señales de haz de usuario. Dichos primeros medios pueden incluir un terminal 517 de usuario (por ejemplo, que incluye una antena de terminal de usuario y un módem u otros componentes para recuperar señales de haz de usuario a partir de las señales de enlace descendente directo). Algunos de estos casos también incluyen segundos medios (por ejemplo, que incluyen un segundo terminal 517 de usuario) para recibir una segunda superposición de la pluralidad de señales de enlace descendente directo y recuperar una segunda de la pluralidad de señales de haz de usuario. Por ejemplo, los primeros medios para recibir están situados dentro de un primer haz de usuario, y los segundos medios para recibir están situados dentro de un segundo haz de usuario.
La Fig. 42 es una ilustración de un modelo ilustrativo de rutas de señal para señales que transportan datos de retorno en el enlace 523 de retorno de extremo a extremo. El ejemplo de modelo puede funcionar de forma similar al modelo descrito con referencia a las Figs. 6 - 8, excepto porque el retransmisor 3403 de extremo a extremo incluye rutas 3502 de señal de enlace de retorno dedicadas a para comunicaciones de enlace de retorno. Cada ruta 3502 de señal de enlace de retorno puede incluir un transpondedor 3440 de enlace de retorno acoplado entre un elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario y un elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador. Las señales que se originan con los terminales 517 de usuario en K áreas 519 de cobertura de haz de usuario se transmiten (como señales 525 de enlace ascendente de retorno) al retransmisor 3403 de extremo a extremo, se reciben por un conjunto de L rutas 3502 de señal de enlace de retorno, se comunican a través de L transpondedores 3440 de enlace de retorno a L elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador correspondientes y se transmiten por cada uno de los L elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador a alguno o todos de los M AN 515 (similar a lo que se muestra en la Fig. 7). De esta forma, las múltiples rutas 3502 de señal de enlace de retorno (por ejemplo, los transpondedores 3440 de enlace de retorno) inducen la ruta múltiple en las comunicaciones de enlace de retorno. Por ejemplo, la salida de cada ruta 3502 de señal de enlace de retorno es una señal 527 de enlace descendente de retorno correspondiente a una respectiva de las señales 525 de enlace ascendente de retorno recibidas (por ejemplo, correspondiente a un compuesto recibido de las señales 525 de enlace ascendente de retorno transmitidas desde múltiples de las áreas 519 de cobertura de haz de usuario) y se transmite a través de las señales 527 de enlace descendente de retorno a los M AN 515 (por ejemplo, distribuidos geográficamente en un área 3450 de cobertura de AN). Como se ha descrito anteriormente, existen L (o hasta L) maneras diferentes para que una señal vaya desde un terminal 517 de usuario situado en un área 519 de cobertura de haz de usuario hasta un AN 515 particular. El retransmisor 3403 de extremo a extremo crea, de este modo, L rutas entre un terminal 517 de usuario y un AN 515, denominadas colectivamente canal 1908 de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo (por ejemplo, similar a la Fig. 8).
Los canales de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo pueden modelizarse de la misma forma descrita anteriormente. Por ejemplo, Ar es la matriz de radiación de enlace ascendente de retorno L x K, Ct es la matriz de radiación de enlace descendente de retorno M x L, y Eret es la matriz de carga útil de retorno L x L para las rutas desde los elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario hasta los elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador. Como se ha descrito anteriormente, el canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo desde un terminal 517 de usuario en un área 519 de cobertura de haz de usuario particular hasta un AN 515 particular es el efecto neto de las L rutas de señal diferentes inducidas por L rutas 3502 de señal de enlace de retorno únicas a través del retransmisor 3403 de extremo a extremo. Con K áreas 519 de cobertura de haz de usuario y M AN 515, puede haber M x K canales de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo inducidos en el enlace 523 de retorno de extremo a extremo (a través del retransmisor 3403 de extremo a extremo) y cada uno puede modelizarse individualmente para calcular un elemento correspondiente de una matriz de canal de retorno M x K Hret (Ct x Eret x Ar). Como se ha indicado anteriormente (por ejemplo, con referencia a las Figs. 6 - 8), no todos los AN 515, las áreas 519 de cobertura de haz de usuario y/o los transpondedores 3440 de enlace de retorno han de participar en los canales de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo. En algunos casos, el número de haces de usuario K es mayor que el número de transpondedores L en la ruta de señal del canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo; y/o el número M de AN es mayor que el número L de transpondedores en la ruta de señal del canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo. Como se describe con referencia a la Fig. 5, el CPS 505 puede permitir la formación de haces de usuario de retorno aplicando ponderaciones de haz de retorno a las señales 527 de retorno de enlace descendente recibidas (las señales recibidas, después de la recepción por el AN se denominan señales 907 de retorno compuestas, como se explica más adelante). Las ponderaciones de haz de retorno pueden calcularse basándose en el modelo de las M x K rutas de señal para cada canal de ruta múltiple de retorno de extremo a extremo que acopla los terminales 517 de usuario en un área 519 de cobertura de haz de usuario con uno de la pluralidad de AN 515.
La Fig. 43 es una ilustración de un modelo ilustrativo de rutas de señal para señales que transportan datos directos en el enlace 501 directo de extremo a extremo. El ejemplo de modelo puede funcionar de forma similar al modelo descrito con referencia a las Figs. 9 - 11, excepto porque el retransmisor 3403 de extremo a extremo incluye rutas 3602 de señal de enlace directo dedicadas a comunicaciones de enlace directo. Cada ruta 3602 de señal de enlace directo puede incluir un transpondedor 3430 de enlace directo acoplado entre un elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador y un elemento 3429 de transmisión constituyente de enlace de usuario. Como se ha descrito anteriormente, cada señal 521 de enlace ascendente directo se pondera por haz (por ejemplo, en un formador 515 de haces directo en el CPS 505 del segmento 502 terrestre) antes de la transmisión desde un AN 515. Cada AN 515 recibe una señal 521 de enlace ascendente directo única y transmite la señal 521 de enlace ascendente directo única a través de uno de los M enlaces ascendentes (por ejemplo, de una forma sincronizada en el tiempo). Las señales 521 de enlace ascendente directo se reciben a partir de ubicaciones distribuidas geográficamente (por ejemplo, desde los AN 515) por algunos o todos los transpondedores 3430 de enlace directo de una forma superpuesta que crea señales 545 directas de entrada compuestas. Cada transpondedor 3430 de enlace directo recibe simultáneamente una señal 545 directa de entrada compuesta, aunque con una temporización ligeramente distinta debido a diferencias en las localizaciones de cada elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador de recepción asociado a cada transpondedor 3430 de enlace directo. Por ejemplo, aunque cada elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador puede recibir un compuesto de la misma pluralidad de señales 521 de enlace ascendente directo, las señales 545 directas de entrada compuestas recibidas pueden ser ligeramente distintos. Las señales 545 directas de entrada compuestas se reciben por L transpondedores 3430 de enlace directo a través de elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador respectivos, se comunican a través de los L transpondedores 3430 de enlace directo a L elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario correspondientes y se transmiten mediante los L elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario a una o más de las K áreas 519 de cobertura de haz de usuario (por ejemplo, como señal 522 de enlace descendente directo, correspondiendo cada una a una respectiva de las señales 521 directas de entrada compuestas recibidas). De esta forma, las múltiples rutas 3602 de señal de enlace directo (por ejemplo, transpondedores 3430 de enlace directo) inducen la ruta múltiple en las comunicaciones de enlace directo. Como se ha descrito anteriormente, existen L maneras diferentes para que una señal llegue desde un AN 515 hasta un terminal 517 de usuario particular en un área 519 de cobertura de haz de usuario. El retransmisor 3403 de extremo a extremo induce, de este modo, múltiples (por ejemplo, hasta L) rutas de señal entre un AN 515 y un terminal 517 de usuario (o un área 519 de cobertura de haz de usuario), que puede denominarse colectivamente un canal 2208 de ruta múltiple directo de extremo a extremo (por ejemplo, similar a la Fig. 10).
Los canales 2208 de ruta múltiple directos de extremo a extremo pueden modelizarse de la misma forma descrita anteriormente. Por ejemplo, Cr es la matriz de radiación de enlace ascendente directa L x M, At es la matriz de radiación de enlace descendente directa K x L y Efwd es la matriz de carga útil directa de L x L para las rutas desde los elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador hasta los elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario. En algunos casos, la matriz de carga útil directa Efwd y la matriz de carga útil de retorno Eret pueden ser distintas para reflejar diferencias entre las rutas 3602 de señal de enlace directo y las rutas 3502 de señal de enlace de retorno. Como se ha descrito anteriormente, el canal de ruta múltiple directo de extremo a extremo desde un AN 515 particular hasta un terminal 517 de usuario en un área 519 de cobertura de haz de usuario particular es el efecto neto de las L rutas de señal diferentes inducidas por L rutas 3602 de señal de enlace directo únicas a través del retransmisor 3403 de extremo a extremo. Con las K áreas 519 de cobertura de haz de usuario y los M AN 515, puede haber M x K canales de ruta múltiple directos de extremo a extremo inducidos en el enlace 501 directo de extremo a extremo y cada uno puede modelarse individualmente para calcular un elemento correspondiente de una matriz de canal directo M x K Hfwd (At x Efwd x Cr). Como se ha indicado con referencia a la dirección de retorno, no todos los AN 515, las áreas 519 de cobertura de haz de usuario y/o los transpondedores 3430 de enlace directo tienen que participar en los canales de ruta múltiple directos de extremo a extremo. En algunos casos, el número de haces de usuario K es mayor que el número de transpondedores L en la ruta de señal del canal de ruta múltiple directo de extremo a extremo; y/o el número M de AN es mayor que el número L de transpondedores en la ruta de señal del canal de ruta múltiple directo de extremo a extremo. Como se describe con referencia a la Fig. 5, puede calcularse una ponderación de haz apropiada para cada uno de la pluralidad de canales de ruta múltiple directos de extremo a extremo por el CPS 505 para formar los haces de usuario directos. Usar múltiples transmisores (AN 515) para un único receptor (terminal 517 de usuario) puede proporcionar diversidad de ruta de transmisión para permitir la transmisión satisfactoria de información a cualquier terminal 517 de usuario en presencia del canal de ruta múltiple inducido intencionadamente.
Las Figs. 41 - 43 describen retransmisores 3403 de extremo a extremo implementados con transpondedores 3430 de enlace directo y transpondedores 3440 de enlace de retorno separados. Las Figs. 44A y 44B muestran una ilustración de un ejemplo de ruta 3700 de señal directa (como la ruta 3602 de señal directa de la Fig. 43) y la ruta 3750 de señal de retorno (como la ruta 3502 de señal de retorno de la Fig. 42), respectivamente. Como se ha descrito anteriormente, la ruta 3700 de señal directa incluye un transpondedor 3430 de enlace directo acoplado entre un elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador y un elemento 3429 de transmisión constituyente de enlace de usuario. La ruta 3750 de señal de retorno incluye un transpondedor 3440 de enlace de retorno acoplado entre un elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario y un elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador. En algunos casos, cada transpondedor 3430 de enlace directo y cada transpondedor 3440 de enlace de retorno es un transpondedor de polarización cruzada. Por ejemplo, el transpondedor 3430 de enlace directo recibe una señal de enlace ascendente directo a una frecuencia de enlace ascendente con polarización circular hacia la izquierda (LHCP) y emite una señal de enlace descendente directo a una frecuencia de enlace descendente con polarización circular hacia la derecha (RHCP); y cada transpondedor 3440 de enlace de retorno recibe una señal de enlace ascendente de retorno a la frecuencia de enlace ascendente con polarización circular hacia la derecha (RHCP) y emite una señal de enlace descendente de retorno a la frecuencia de enlace descendente con polarización circular hacia la izquierda (LHCP). Se ilustra un caso de este tipo (es decir, que sigue las polarizaciones descritas en el ejemplo anterior) siguiendo únicamente las líneas continuas de las Figs. 44A y 44B, y se ilustra otro caso (es decir, que sigue polarizaciones opuestas con respecto a las descritas en el ejemplo anterior) siguiendo únicamente las líneas discontinuas de las Figs. 44A y 44B. En otros casos, algunos o todos los transpondedores pueden proporcionar un par de rutas de señal de polarización doble. Por ejemplo, siguiendo tanto las líneas continuas como discontinuas de las Figs. 44A y 44B, los transpondedores 3430 de enlace directo y los transpondedores 3440 de enlace de retorno pueden recibir señales de enlace ascendente directo a la misma o distinta frecuencia de enlace ascendente con ambas polarizaciones (LHCP y RHCP) y ambos pueden emitir señales de enlace descendente directo a la misma o distinta frecuencia de enlace descendente con ambas polarizaciones (RHCP y LHCP). Por ejemplo, tales casos pueden permitir que múltiples sistemas funcionen en paralelo utilizando cualquier tipo adecuado de técnicas de mitigación de interferencia (por ejemplo, utilizando división de tiempo, división de frecuencia, etc.). En algunos casos, el retransmisor 3403 de extremo a extremo incluye un gran número de transpondedores, tal como 512 transpondedores 3430 de enlace directo y 512 transpondedores 3440 de enlace de retorno (por ejemplo, 1.024 transpondedores en total). Otras implementaciones pueden incluir números más pequeños de transpondedores, tales como 10, o cualquier otro número adecuado. En algunos casos, los elementos de antena se implementan como estructuras de dúplex completo, de modo que cada elemento de antena de recepción comparte estructura con un respectivo elemento de antena de transmisión. Por ejemplo, cada elemento de antena ilustrado puede implementarse como dos de cuatro puertos de guía de ondas de una estructura de radiación adaptada tanto para transmisión como para recepción de señales. En algunos casos, solo los elementos de enlace alimentador, o solo los elementos de enlace de usuario, son dúplex completo. Otras implementaciones pueden utilizar distintos tipos de polarización. Por ejemplo, en algunas implementaciones, los transpondedores pueden acoplarse entre un elemento de antena de recepción y un elemento de antena de transmisión de la misma polaridad.
Tanto el transpondedor 3430 de enlace directo como el transpondedor 3440 de enlace de retorno ilustrativos pueden amplificadores 3705 de bajo ruido (LNA), convertidores 3710 de frecuencia y filtros asociados, amplificadores 3715 de canal, desplazadores 3720 de fase, amplificadores 3725 de potencia (por ejemplo, amplificadores de tubo de onda progresiva (TWTA), amplificadores de potencia de estado sólido (SSPA), etc.) y filtros 3730 de armónicos. En las implementaciones de polarización doble, como se muestra, cada polarización tiene su propia ruta de señal con su propio conjunto de componentes de transpondedor. Algunas implementaciones pueden tener más o menos componentes. Por ejemplo, los convertidores 3710 de frecuencia y los filtros asociados pueden ser útiles en casos donde las frecuencias de enlace ascendente y de enlace descendente son distintas. Como ejemplo, cada transpondedor 3430 de enlace directo puede aceptar una entrada en una primera banda de frecuencia y puede emitir en una segunda banda de frecuencia; y cada transpondedor 3440 de enlace de retorno puede aceptar una entrada en la primera banda de frecuencia y puede emitir en la segunda banda de frecuencia.
En algunos casos, se usan múltiples subbandas (por ejemplo, siete subbandas de 500 MHz) tal como se describió anteriormente. Por ejemplo, en algunos casos, pueden proporcionarse transpondedores que funcionan en las mismas subbandas que se utilizan en una implementación de múltiples subbandas de la red terrestre, de forma efectiva para permitir múltiples sistemas de formación de haces de extremo a extremo independientes y paralelos a través de un único retransmisor de extremo a extremo (funcionando cada sistema de formación de haces de extremo a extremo en una subbanda diferente). En otros casos, un sistema de formación de haces de extremo a extremo de ancho de banda ancho puede utilizar múltiples subbandas en la red terrestre, pero pasar una o más (o todas las) subbandas a través de transpondedores de banda ancha (por ejemplo, pasando 7 subbandas, cada una con un ancho de 500 MHz, a través de un transpondedor de ancho de banda de 3,5 GHz). En tales casos, cada transpondedor puede incluir múltiples convertidores 3710 de frecuencia y filtros asociados y/u otros componentes, dedicados al tratamiento de una o más de las subbandas. El uso de múltiples subbandas de frecuencia puede permitir requisitos relajados en la respuesta de amplitud y fase del transpondedor, ya que la red terrestre puede determinar por separado las ponderaciones de haz utilizadas en cada una de las subbandas, calibrando de forma efectiva la amplitud de la banda de paso y la variación de fase de los transpondedores. Por ejemplo, con los transpondedores directos y de retorno separados, y utilizando 7 subbandas, puede utilizarse un total de 14 ponderaciones de haces diferentes para cada haz, es decir, 7 subbandas * 2 direcciones (directa y de retorno). En algunos casos, cada ruta de transpondedor incluye solo un LNA 3705, un amplificador 3715 de canal y un amplificador 3725 de potencia. Algunas implementaciones del retransmisor 3403 de extremo a extremo incluyen controladores de desplazamiento de fase y/u otros controladores que pueden establecer individualmente las fases y/u otras características de cada transpondedor como se ha descrito anteriormente.
Los elementos de antena pueden transmitir y/o recibir señales de cualquier forma adecuada. En algunos casos, el retransmisor 3403 de extremo a extremo tiene uno o más reflectores alimentados por conjunto. Por ejemplo, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador puede tener un reflector de enlace alimentador tanto para transmitir como para recibir, o un reflector de recepción de enlace alimentador y un reflector de recepción de enlace alimentador separados. De forma similar, el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario puede tener un reflector de enlace de usuario tanto para transmitir como para recibir, o un reflector de transmisión de enlace de usuario y un reflector de recepción de enlace de usuario separados. En un caso ilustrativo, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador comprende un conjunto de estructuras de radiación, y cada estructura de radiación incluye un elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador y un elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador. En un caso de este tipo, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador puede incluir también un reflector de enlace alimentador que ilumina los elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador y se ilumina por los elementos 3419 de transmisión constituyentes de enlace alimentador. En algunos casos, el reflector se implementa como reflectores múltiples, que pueden tener distintas formas, tamaños, orientaciones, etc. En otros casos, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador y/o el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario se implementan sin reflectores, por ejemplo, como un conjunto de irradiación directa.
Como se ha indicado anteriormente, separar el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador y el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario puede permitir el servicio de una o más áreas 3450 de cobertura de AN que son distintas de una o más áreas 3460 de cobertura de usuario. Por ejemplo, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador puede implementarse con un reflector que tiene un área física apreciablemente más grande que el reflector del área 3460 de cobertura de usuario. El reflector más grande puede permitir que un gran número de AN 515 se distribuya geográficamente en un área 3450 de cobertura de AN apreciablemente más pequeña, tal como en un pequeño subconjunto del área 3460 de cobertura de usuario. Algunos ejemplos se muestran en las Figs. 45 y 46.
La Fig. 45 muestra un ejemplo de un área 3800 de cobertura de la Tierra visible del retransmisor 3403 de extremo a extremo (por ejemplo, un satélite). En el ejemplo de retransmisor 3403 de extremo a extremo, el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador incluye un reflector de enlace alimentador de 18 metros, y el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario incluye un reflector de enlace de usuario de 2 metros (por ejemplo, el área de reflector de enlace alimentador es aproximadamente ochenta veces mayor que el área de reflector de enlace de usuario). Cada subsistema de antena también incluye un conjunto de 512 elementos de recepción/transmisión constituyentes cooperantes. Por ejemplo, el ejemplo de retransmisor 3403 de extremo a extremo puede incluir 512 transpondedores 3430 de enlace directo (por ejemplo, que forman 512 rutas 3700 de señal directa como se muestra en la Fig. 44A) y 512 transpondedores 3440 de enlace de retorno (por ejemplo, que forman 512 rutas 3750 de señal de retorno como se muestra en la Fig. 44B). El área 3460 de cobertura de usuario incluye 625 áreas 519 de cobertura del haz de usuario. La región sombreada pequeña en el este de los Estados Unidos es un área 3450 de cobertura de AN que tiene 597 AN 515 distribuidos en la misma. El área 3450 de cobertura de AN es un pequeño subconjunto del área 3460 de cobertura de usuario grande, pero aún proporciona una gran capacidad con un gran número de AN 515. Dicha área 3450 de cobertura de AN relativamente densa se denomina en la presente memoria “granja AN” .
La Fig. 46 muestra un ejemplo de un área 3900 de cobertura de los Estados Unidos continentales (CONUS) de un retransmisor 3403 de extremo a extremo (por ejemplo, un satélite). El ejemplo de retransmisor 3403 de extremo a extremo es similar al ejemplo mostrado en la Fig. 45, excepto porque el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario incluye un reflector de enlace de usuario de 5 metros (por ejemplo, el reflector de enlace alimentador es aproximadamente cuatro veces mayor que el reflector de enlace de usuario). El área 3460 de cobertura de usuario incluye 523 áreas 519 de cobertura del haz de usuario. El área 3450 de cobertura de AN (la granja de AN) es la misma que la de la Fig. 45: una región en el este de los Estados Unidos que tiene 597 AN 515 distribuidos en la misma, que es un pequeño subconjunto del área 3460 de cobertura de usuario.
Múltiples áreas de cobertura
En los ejemplos de retransmisores 3403 de extremo a extremo descritos anteriormente, el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario se describe como un único subsistema de antena (por ejemplo, con un único reflector de enlace de usuario) y el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador se describe como un único subsistema de antena (por ejemplo, con un único reflector de enlace alimentador). En algunos casos, el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario puede incluir uno o más subsistemas de antena (por ejemplo, dos o más subconjuntos de elementos de antena constituyentes) asociados a uno o más reflectores de enlace de usuario, y el subsistema 3410 de antena de enlace alimentador puede incluir uno o más subsistemas de antena asociados a uno o más reflectores de enlace alimentador. Por ejemplo, algunos retransmisores 3403 de extremo a extremo pueden tener un subsistema 3420 de antena de enlace de usuario que incluye un primer conjunto de elementos de recepción/transmisión constituyentes de enlace de usuario asociados con un primer reflector de enlace de usuario (por ejemplo, cada elemento está dispuesto para iluminar, y/o iluminarse por, el primer reflector de enlace de usuario) y un segundo conjunto de elementos de recepción/transmisión constituyentes de enlace de usuario asociados a un segundo reflector de enlace de usuario. En algunos casos, los dos reflectores de enlace de usuario están aproximadamente en la misma área física (por ejemplo, dentro del 5 %, 10 %, 25 %, etc.) uno del otro. En algunos casos, un reflector de enlace de usuario es significativamente más grande (por ejemplo, al menos el doble del área física) que el otro. Cada conjunto de los elementos de recepción/transmisión constituyentes de enlace de usuario y su reflector de enlace de usuario asociado pueden iluminar un área de cobertura de usuario correspondiente distinta. Por ejemplo, las múltiples áreas de cobertura de usuario pueden no solaparse, solaparse parcialmente o solaparse por completo (por ejemplo, una cobertura de usuario más pequeña puede estar contenida dentro de un área de cobertura de usuario más grande), etc. En algunos casos, las múltiples áreas de cobertura de usuario pueden estar activas (iluminadas) al mismo tiempo. Otros casos, como se describe a continuación, pueden permitir la activación selectiva de las distintas partes de elementos de recepción/transmisión constituyentes de enlace de usuario, activando de este modo distintas áreas de cobertura de usuario en distintos momentos. La conmutación entre múltiples áreas de cobertura puede coordinarse con el CPS 505. Por ejemplo, la calibración de formación de haces, el cálculo de ponderación de haz y la aplicación de ponderación de haz pueden producirse en dos formadores de haces paralelos, uno para cada una de dos áreas de cobertura distintas. El uso de ponderaciones apropiadas en los formadores de haces puede programarse para que corresponda a funcionamiento del retransmisor de extremo a extremo. En algunos casos, las ponderaciones de haces pueden cambiar durante un segmento de tiempo si se emplean formadores de haces de intervalo de tiempo.
Las Figs. 47A y 47B muestran un ejemplo de ruta 4000 de señal directa y de ruta 4050 de señal de retorno, respectivamente, teniendo, cada una, una activación selectiva de múltiples subsistemas 3420 de antena de enlace de usuario. Cada ruta de señal tiene un transpondedor acoplado entre elementos de antena constituyentes. Pasando en primer lugar a la Fig. 47A, el transpondedor 3430 de enlace directo es similar al descrito con referencia a la Fig. 44A, excepto porque el lado de salida del transpondedor 3430 de enlace directo se acopla de forma selectiva a uno de dos elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario, cada uno parte de un subsistema 3420 de antena de enlace de usuario separado (por ejemplo, cada uno parte de un conjunto separado de elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario cooperantes). Como se ha descrito anteriormente, el transpondedor 3430 de enlace directo puede incluir algunos o todos de los LNA 3705, convertidores 3710 de frecuencia y filtros asociados, amplificadores 3715 de canal, desplazadores 3720 de fase, amplificadores 3725 de potencia y filtros 3730 de armónicos.
El transpondedor 3430 de enlace directo de la Fig. 47A incluye además conmutadores 4010 (conmutadores de enlace directo) que acoplan de forma selectiva el transpondedor o bien a un primer elemento 3429 de transmisión constituyente de enlace de usuario (de un primer subsistema 3420 de antena de enlace de usuario) a través de un primer conjunto de amplificadores 3725 de potencia y filtros 3730 de armónicos, o bien a un segundo elemento 3429b de transmisión constituyente de enlace de usuario (de un segundo subsistema 3420 de antena de enlace de usuario) a través de un segundo conjunto de amplificadores 3725 de potencia y filtros 3730 de armónicos. Por ejemplo, en un primer modo de conmutación, el transpondedor 3430 de enlace directo forma de modo efectivo una ruta de señal entre un elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador y un primer elemento 3429 de transmisión constituyente de enlace de usuario; y en un segundo modo de conmutación, el transpondedor 3430 de enlace directo forma de modo efectivo una ruta de señal entre el mismo elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador y un segundo elemento 3429 de transmisión constituyente de enlace de usuario. Los conmutadores 4010 pueden implementarse utilizando cualquier medio de conmutación adecuado, tal como un conmutador electromecánico, un retransmisor, un transistor, etc. Aunque se muestran como conmutadores 4010, otras implementaciones pueden utilizar cualquier otro medio adecuado para acoplar de forma efectiva la entrada del transpondedor 3430 de enlace directo a múltiples salidas. Por ejemplo, los amplificadores 3725 de potencia pueden utilizarse como conmutadores (por ejemplo, que proporcionan alta ganancia cuando “están activados” y ganancia cero (o pérdida) cuando “están desactivados” ).
Pasando a la Fig. 47B, el transpondedor 3440 de enlace de retorno imita funcionalmente al transpondedor 3430 de enlace directo de la Fig. 47A. En vez de acoplar de forma selectiva el lado de salida del transpondedor, como en el caso de enlace directo de la Fig. 47A, el lado de entrada del transpondedor 3440 de enlace de retorno de la Fig. 47B se acopla de forma selectiva a uno de dos elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario. De nuevo, cada elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario puede formar parte de un subsistema 3420 de antena de enlace de usuario separado (por ejemplo, cada uno parte de un conjunto separado de elementos 3426 de recepción constituyentes de enlace de usuario cooperantes). Como se ha descrito anteriormente (por ejemplo, en la Fig. 44B), el transpondedor 3440 de enlace de retorno puede incluir algunos o todos de los LNA 3705, convertidores 3710 de frecuencia y filtros asociados, amplificadores 3715 de canal, desplazadores 3720 de fase, amplificadores 3725 de potencia y filtros 3730 de armónicos.
El transpondedor 3440 de enlace de retorno de la Fig. 47B incluye además conmutadores 4010 (conmutadores de enlace de retorno) que acoplan de forma selectiva el transpondedor o bien a un primer elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario (de un primer subsistema 3420 de antena de enlace de usuario) a través de un primer conjunto de LNA 3705, o bien a un segundo elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario (de un segundo subsistema 3420 de antena de enlace de usuario) a través de un segundo conjunto de LNA 3705. Por ejemplo, en un primer modo de conmutación, el transpondedor 3440 de enlace de retorno forma de modo efectivo una ruta de señal entre un primer elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario y un elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador; y en un segundo modo de conmutación, el transpondedor 3440 de enlace de retorno forma de modo efectivo una ruta de señal entre un segundo elemento 3426 de recepción constituyente de enlace de usuario y el mismo elemento 3419 de transmisión constituyente de enlace alimentador. Los conmutadores 4010 pueden implementarse utilizando cualquier medio de conmutación adecuado, tal como un conmutador electromecánico, un retransmisor, un transistor, etc. Aunque se muestran como conmutadores 4010, otras implementaciones pueden utilizar cualquier otro medio adecuado para acoplar de forma efectiva la entrada del transpondedor 3430 de enlace directo a múltiples salidas. Por ejemplo, los amplificadores 3725 de potencia pueden utilizarse como conmutadores (por ejemplo, que proporcionan alta ganancia cuando “están activados” y ganancia cero (o pérdida) cuando “están desactivados” ).
Los ejemplos del retransmisor 3403 de extremo a extremo pueden incluir un controlador 4070 de conmutador para conmutar de forma selectiva algunos o todos los conmutadores 4010 (u otros medios de acoplamiento selectivos adecuados) según una planificación de conmutación. Por ejemplo, la planificación de conmutación puede almacenarse en un dispositivo de almacenamiento integrado en el retransmisor 3403 de extremo a extremo. En algunos casos, la planificación de conmutación selecciona de forma efectiva qué subsistema 3420 de antena de enlace de usuario activar (por ejemplo, qué conjunto de haces de usuario iluminar) en cada uno de una pluralidad de intervalos de tiempo (por ejemplo, ranuras de tiempo). En algunos casos, la conmutación asigna igual tiempo a los múltiples subsistemas 3420 de antena de enlace de usuario (por ejemplo, cada uno de dos subsistemas se activa durante aproximadamente la mitad del tiempo). En otros casos, la conmutación puede utilizarse para realizar objetivos de compartición de capacidad. Por ejemplo, un subsistema 3420 de antena de enlace de usuario puede asociarse a usuarios de mayor demanda y se le puede asignar una mayor parte de tiempo en la planificación, mientras que otro subsistema 3420 de antena de enlace de usuario puede asociarse a usuarios de menor demanda y se le puede asignar una parte de tiempo más pequeña en la planificación.
Las Figs. 48A y 48B muestran un ejemplo de áreas 4100 y 4150 de cobertura de retransmisor 3403 de extremo a extremo que incluyen múltiples áreas 3460a, 3460b de cobertura de usuario activadas de forma selectiva. El ejemplo de retransmisor 503 de extremo a extremo es similar a los de las Figs. 38 y 39, excepto por subsistemas de antena diferentes. En este ejemplo, el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario incluye dos reflectores de enlace de usuario de 9 metros, y los transpondedores están configurados para activar de forma selectiva sólo la mitad de los haces de usuario en cualquier momento dado (por ejemplo, los transpondedores se implementan como en las Figs.
47A y 47B). Por ejemplo, durante un primer intervalo de tiempo, como se muestra en la Fig. 48A, el área 3460a de cobertura de usuario incluye quinientas noventa áreas 519 de cobertura de haz de usuario activas. Las áreas 519 de cobertura de haz de usuario activas cubren de forma efectiva la mitad occidental de los Estados Unidos. El área 3450 de cobertura de AN (la granja de AN) es la misma que la de las Figs. 38 y 39: una región en el este de los Estados Unidos que tiene 597 AN 515 distribuidos en la misma. Durante el primer intervalo de tiempo, el área 3450 de cobertura de AN no se solapa con el área 3460 de cobertura de usuario activa. Durante un segundo intervalo de tiempo, como se muestra en la Fig. 48B, el área 3460b de cobertura de usuario incluye otras quinientas noventa áreas 519 de cobertura de haz de usuario activas. Las áreas 519 de cobertura de haz de usuario activas en el segundo intervalo de tiempo cubren de forma efectiva la mitad oriental de los Estados Unidos. El área 3450 de cobertura de AN no cambia. Sin embargo, durante el segundo intervalo de tiempo, el área 3450 de cobertura de AN está completamente solapada por el (es un subconjunto del) área 3460 de cobertura de usuario activa. La capacidad puede asignarse de forma flexible a diversas regiones (por ejemplo, entre las áreas de cobertura de usuario del este y del oeste) ajustando dinámicamente la relación de tiempo asignado a los subsistemas de antena de enlace de usuario correspondientes.
Aunque el ejemplo anterior ilustra dos áreas de cobertura de usuario con tamaño similar, pueden proporcionarse otros números de áreas de cobertura de usuario (por ejemplo, tres o más) y pueden ser de distintos tamaños (por ejemplo, cobertura terrestre, sólo los Estados Unidos continentales, sólo los Estados Unidos, sólo regional, etc.). En los casos con múltiples áreas 3460 de cobertura de usuario, las áreas 3460 de cobertura de usuario pueden tener cualquier relación geográfica adecuada. En algunos casos, la primera y segunda áreas 3460 de cobertura de usuario se solapan parcialmente (por ejemplo, como se muestra en las Figs. 48A y 48B). En otros casos, una segunda área 3460 de cobertura de usuario puede ser un subconjunto de una primera área 3460 de cobertura de usuario (por ejemplo, como se muestra en las Figs. 45 y 46). En otros casos, la primera y segunda áreas de cobertura de usuario no se solapan (por ejemplo, son disjuntas).
Las Figs. 47A - 47B describen la selección de ruta de señal en el lado de enlace de usuario. Sin embargo, algunos casos incluyen alternativa o adicionalmente la conmutación de ruta de señal en el lado de enlace alimentador. La Fig. 49 muestra un ejemplo de ruta 4200 de señal directa que tiene activación selectiva de múltiples subsistemas 3420 de antena de enlace de usuario y múltiples subsistemas 3410 de antena de enlace alimentador. La ruta de señal tiene un transpondedor 3430 de enlace directo acoplado entre elementos de antena constituyentes. Como se ha descrito anteriormente, el transpondedor 3430 de enlace directo puede incluir algunos o todos de los LNA 3705, convertidores 3710 de frecuencia y filtros asociados, amplificadores 3715 de canal, desplazadores 3720 de fase, amplificadores 3725 de potencia y filtros 3730 de armónicos. El lado de entrada del transpondedor 3430 de enlace directo se acopla de forma selectiva a uno de dos elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador (por ejemplo, utilizando los conmutadores 4010a y 4010b o cualquier otro medio de selección de ruta adecuado). Cada elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador puede formar parte de un subsistema 3410 de antena de enlace alimentador separado (por ejemplo, cada uno parte de un conjunto separado de elementos 3416 de recepción constituyentes de enlace alimentador cooperantes). El lado de salida del transpondedor 3430d de enlace directo se acopla de forma selectiva a uno de dos elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario (por ejemplo, utilizando los conmutadores 4010c y 4010d o cualquier otro medio de selección de ruta adecuado). Cada elemento 3429 de transmisión constituyente de enlace de usuario puede formar parte de un subsistema 3420 de antena de enlace de usuario separado (por ejemplo, cada uno parte de un conjunto separado de elementos 3429 de transmisión constituyentes de enlace de usuario cooperantes). Pueden incluirse uno o más controladores de conmutación (no mostrados) en el retransmisor 3403 de extremo a extremo para seleccionar entre algunas o todas de las cuatro rutas de señal posibles habilitadas por el transpondedor 3430 de enlace directo. Sólo se pretende que los transpondedores de las Figs. 47A, 47B y 49 ilustren algunos de los muchos casos posibles. Además, algunos casos pueden incluir la selección de ruta entre más de dos subsistemas 3420 de antena de enlace de usuario y/o más de dos subsistemas 3410 de antena de enlace alimentador. De manera similar, puede incluirse selección de ruta adicional en los casos en los que el subsistema 3420 de antena de enlace de usuario y/o el elemento 3416 de recepción constituyente de enlace alimentador tienen reflectores de transmisión y recepción separados, o similares.
De manera similar, también pueden proporcionarse múltiples áreas de cobertura de AN. Como un ejemplo, puede ser deseable que el tráfico de regiones geográficas particulares termine en sus respectivas regiones. Por ejemplo, un retransmisor 3403 de extremo a extremo con o sin transpondedores emparejados como los ilustrados en la Fig. 49 puede dar servicio a una primera área 3450 de cobertura de AN y una primera área 3460 de cobertura de usuario, ambas en América del Norte, y una segunda área 3450 de cobertura de AN y una segunda área 3460 de cobertura de usuario, ambas en América del Sur. Utilizando la selección de ruta (por ejemplo, conmutación) en los transpondedores, un único retransmisor 3403 de extremo a extremo (por ejemplo, un único satélite) puede dar servicio al tráfico asociado con el área 3460 de cobertura de usuario de América del Norte utilizando los AN 515 en el área 3450 de cobertura de AN de América del Norte, y dar servicio al tráfico asociado con el área 3460 de cobertura de usuario de América del Sur utilizando los AN 515 en el área 3450 de cobertura de AN de América del Sur. La capacidad puede asignarse de forma flexible a varias regiones (por ejemplo, entre las áreas de cobertura de usuario de América del Norte y del Sur) ajustando dinámicamente la relación de tiempo asignado a los subsistemas de antena correspondientes.
En general, las características del retransmisor 3403 de extremo a extremo descrito en la Fig. 41 dar servicio a al menos un área 519 de cobertura de haz de usuario distinta de al menos un área 3450 de cobertura de AN. En algunos casos, el servicio de área de cobertura distinto puede permitir el uso de granjas de AN para proporcionar alta capacidad a un área 3460 de cobertura de usuario grande. Las Figs. 45, 46, 48a y 48B muestran diversos ejemplos de tales implementaciones de granja de AN. Desplegar grandes cantidades de AN 515 en un área geográfica relativamente pequeña puede proporcionar una serie de beneficios. Por ejemplo, puede ser más fácil garantizar que más (o incluso todos) de los AN 515 se despliegan más cerca de una red de alta velocidad (por ejemplo, en una región con buena conectividad de fibra de vuelta al CPS 505), dentro de las fronteras de un único país o región, en tierra, etc., con menos desviación de una distribución ideal de AN 515. Implementar servicio de área de cobertura distinto con selección de ruta (por ejemplo, como en las Figs. 47A - 47B) puede proporcionar características adicionales. Por ejemplo, como se ha descrito anteriormente, puede utilizarse una única granja de AN (y un único retransmisor 3403 de extremo a extremo) para dar servicio de forma selectiva a múltiples áreas 3460 de cobertura de usuario. De forma similar, puede utilizarse un único retransmisor 3403 de extremo a extremo para distinguir y dar servicio a tráfico por regiones.
En algunos casos, el servicio de área de cobertura distinto con selección de ruta puede permitir diversas características de gestión de interferencias y/o de capacidades. Por ejemplo, volviendo a las Figs. 48A y 48B, pueden considerarse cuatro categorías de enlaces de comunicaciones: comunicaciones de enlace directo desde la granja de AN hasta el área 3460a de cobertura de usuario activa del oeste de la Fig. 48A (“enlace A” ); comunicaciones de enlace directo desde la granja de AN hasta el área 3460 de cobertura de usuario activa del este de la Fig. 48B (“enlace B” ); comunicaciones de enlace de retorno desde el área 3460 de cobertura de usuario activa del oeste de la Fig. 48A hasta la granja de AN (“enlace C” ); y comunicaciones de enlace de retorno desde el área 3460 de cobertura de usuario activa del este de la Fig. 48B hasta la granja de AN (“enlace D” ). En un primer intervalo de tiempo, el área 3460 de cobertura de usuario del este de la Fig. 48B está activa, de modo que las comunicaciones son a través del enlace B y del enlace D. Debido a que hay un solapamiento completo entre el área 3450 de cobertura de AN y el área 3460 de cobertura de usuario del este, los enlaces B y D interfieren potencialmente. Por lo tanto, durante el primer intervalo de tiempo, puede asignarse al enlace B una primera parte del ancho de banda (por ejemplo, 2 GHz) y puede asignarse al enlace D una segunda parte del ancho de banda (por ejemplo, 1,5 GHz). En un segundo intervalo de tiempo, el área 3460 de cobertura de usuario del oeste de la Fig. 48A está activa, de modo que las comunicaciones son a través del enlace A y del enlace C. Debido a que no hay solapamiento entre el área 3450 de cobertura de AN y el área 3460 de cobertura de usuario del oeste, el enlace A y el enlace C pueden utilizar el ancho de banda completo (por ejemplo, 3,5 GHz) del retransmisor 3403 de extremo a extremo durante el segundo intervalo de tiempo. Por ejemplo, durante el primer intervalo de tiempo, las señales de enlace ascendente directo pueden recibirse utilizando un primer intervalo de frecuencia y las señales de enlace ascendente de retorno pueden recibirse utilizando un segundo intervalo de frecuencia distinto del primer intervalo de frecuencia; y durante el segundo intervalo de tiempo, las señales de enlace ascendente directo y las señales de enlace ascendente de retorno pueden recibirse utilizando un mismo intervalo de frecuencia (por ejemplo, el primer, segundo u otro intervalo de frecuencia). En algunos casos, puede haber reutilización de frecuencia durante el primer y segundo intervalos de tiempo, con otras técnicas de mitigación de interferencia utilzadas durante el primer intervalo de tiempo. En algunos casos, puede seleccionarse la temporización de selección de ruta para compensar tal diferencia en la asignación de ancho de banda durante distintos intervalos de tiempo. Por ejemplo, el primer intervalo de tiempo puede ser más largo que el segundo intervalo de tiempo, de modo que se asigna menos ancho de banda a los enlaces B y D durante más tiempo para compensar al menos parcialmente la asignación de más ancho de banda a los enlaces A y C durante un tiempo más corto.
En algunos casos, las primeras señales de enlace ascendente de retorno se reciben durante el primer intervalo de tiempo por la pluralidad de elementos 3426a de recepción constituyentes de enlace de usuario cooperantes desde una primera parte de la pluralidad de terminales 517 de usuario distribuidos geográficamente en parte o la totalidad de una primera área de cobertura de usuario (por ejemplo, el área 3460 de cobertura de usuario del este), y las segundas señales de enlace ascendente de retorno se reciben durante el segundo intervalo de tiempo por la pluralidad de elementos 3426b de recepción constituyentes de enlace de usuario cooperantes de una segunda parte de la pluralidad de terminales 517 de usuario distribuidos geográficamente en parte o la totalidad una segunda área de cobertura de usuario (por ejemplo, el área 3460 de cobertura de usuario del oeste). Cuando el área 3450 de cobertura de AN (la granja de AN) es un subconjunto de la primera área de cobertura de usuario (por ejemplo, como se ilustra en las Figs. 48A y 48B), la temporización de AN puede calibrarse con el retransmisor 3403 de extremo a extremo durante la primera trama de tiempo (por ejemplo, cuando hay un solapamiento entre el área 3460 de cobertura de usuario y el área 3450 de cobertura de AN).
Como se ha descrito anteriormente, algunos casos pueden incluir la determinación de un ajuste de temporización relativo respectivo para cada uno de la pluralidad de AN 515, de forma que las transmisiones asociadas desde la pluralidad de AN 515 alcanzan al retransmisor 3403 de extremo a extremo en sincronía (por ejemplo, con una temporización suficientemente coordinada con respecto a la duración de símbolo, que normalmente es una fracción de la duración de símbolo, tal como el 10 %, 5 %, 2 % u otro valor adecuado). En tales casos, las señales de enlace ascendente directo se transmiten mediante la pluralidad de AN 515 según los ajustes relativos de temporización respectivos. En algunos de tales casos, una señal de baliza de sincronización (por ejemplo, una señal de PN generada por un generador de señales de baliza, como se ha descrito anteriormente) se recibe por al menos parte de la pluralidad de AN 515 del retransmisor 3403 de extremo a extremo y los ajustes de temporización relativos respectivos se determinan según la señal de baliza de sincronización. En otros de tales casos, algunos o todos los AN 515 pueden recibir transmisiones de bucle de retorno desde el retransmisor 3403 de extremo a extremo y los respectivos ajustes de temporización relativos se determinan según las transmisiones de bucle de retorno. Los diversos enfoques para calibrar los AN 515 pueden depender de la capacidad de los AN 515 para comunicarse con el retransmisor 3403 de extremo a extremo. Por lo tanto, algunos casos pueden calibrar los AN 515 solo durante los intervalos de tiempo durante los cuales se iluminan las áreas de cobertura apropiadas. Por ejemplo, las transmisiones de bucle de retorno sólo pueden utilizarse en intervalos de tiempo durante los cuales hay algún solapamiento entre el área 3450 de cobertura de AN y el área 3460 de cobertura de usuario (por ejemplo, los AN 515 se comunican a través de un haz de bucle de retorno que puede utilizar tanto un subsistema 3410 de antena de enlace alimentador como un subsistema 3420 de antena de enlace de usuario del retransmisor 3403 de extremo a extremo). En algunos casos, la calibración adecuada puede depender además de cierto solapamiento entre el intervalo de frecuencias de enlace descendente de alimentador y el intervalo de frecuencias de enlace descendente de usuario.
Conclusión
Aunque el método y el aparato descritos se describe anteriormente en términos de varios ejemplos, casos e implementaciones, se entenderá que las características, aspectos y funcionalidad particulares descritos en uno o más de los ejemplos individuales pueden aplicarse a otros ejemplos. Por lo tanto, el ámbito y amplitud de la invención reivindicada no estará limitado por ninguno de los ejemplos proporcionados anteriormente, sino que se definen mediante las reivindicaciones.
Los términos y expresiones utilizados en este documento, y variaciones de los mismos, a menos que se indique expresamente otra cosa, se interpretarán como abiertos en vez de como limitativos. Como ejemplos de lo anterior: el término “que incluye” debe interpretarse en el sentido de “que incluye, sin limitación” o similar; el término “ejemplo” se usa para proporcionar ejemplos de instancias del artículo que se explica, no una lista exhaustiva o limitante de las mismas; los términos “un” o “una” significan “al menos uno” , “uno o más” o similar.
A lo largo de la memoria descriptiva, el término “acoplar” o “acoplado” se utiliza para referirse de forma amplia a, bien una conexión física o bien eléctrica (incluyendo inalámbrica) entre los componentes. En algunos casos, un primer componente puede acoplarse a un segundo componente a través de un tercer componente intermedio dispuesto entre el primer y segundo componente. Por ejemplo, pueden acoplarse componentes a través de conexiones directas, redes de adaptación de impedancia, amplificadores, atenuadores, filtros, bloques de corriente continua, bloques de corriente alterna, etc.
Un grupo de elementos vinculados con la conjunción “y” significa que no se requiere que todos y cada uno de esos elementos estén presentes en el grupo, sino más bien que incluye todos o algún subconjunto del todo a menos que se indique expresamente otra cosa. De forma similar, en un grupo de artículos vinculados con la conjunción “o” no requiere una exclusividad mutua entre ese grupo, sino que también incluye todos o cualquier subconjunto de todos, a menos que se indique expresamente otra cosa. Además, aunque los artículos, elementos o componentes del método y aparato descritos pueden describirse o reivindicarse en singular, se contempla que el plural está dentro del ámbito de los mismos a menos que se indique explícitamente la limitación al singular.
La presencia de palabras o expresiones de ampliación tales como “uno o más” , “al menos” u otras expresiones similares en algunos casos no significa que se pretenda o requiera el sentido más limitado en casos donde tales expresiones de ampliación pudieran estar ausentes.
Aunque pueden incluirse signos de referencia en las reivindicaciones, estos se proporcionan para la única función de hacer las reivindicaciones más fáciles de comprender, y la inclusión (u omisión) de signos de referencia no debe verse como limitativa de la extensión de la materia protegida por las reivindicaciones.

Claims (35)

  1. REIVINDICACIONES
    i . Un método de comunicación en un nodo (515) de acceso de un sistema de comunicación que comprende una pluralidad de nodos de acceso en ubicaciones geográficamente distribuidas que proporciona un servicio de comunicaciones a terminales (517) de usuario distribuidos a lo largo de múltiples áreas (519) de cobertura de haces de usuario directos a través de un retransmisor (503, 1202, 1502, 3403) de extremo a extremo que comprende múltiples rutas (2001) de señal de recepción/transmisión directas, comprendiendo el método:
    obtener una señal (516) directa específica de nodo de acceso para la transmisión a través del retransmisor de extremo a extremo a una pluralidad de los terminales de usuario agrupados por las múltiples áreas de cobertura de haces de usuario directos, comprendiendo la señal directa específica de nodo de acceso un compuesto de señales (511) de haz directo correspondientes a una pluralidad de las múltiples áreas de cobertura de haces de usuario directos, ponderándose las señales de haz directo por las ponderaciones de haz respectivas de un vector de ponderación de haz asociado con el nodo de acceso, en donde las ponderaciones de haz representan rutas de enlace ascendente de señal inalámbrica hasta el retransmisor de extremo a extremo, las múltiples rutas de señal de recepción/transmisión directas a través del retransmisor de extremo a extremo, y las rutas de enlace descendente de señal inalámbrica hacia abajo desde el retransmisor de extremo a extremo;
    identificar información (4016) de temporización de transmisión de señal directa que indica temporización de transmisión para la señal directa específica de nodo de acceso; transmitir una señal (521) de enlace ascendente directa que comprende la señal directa específica de nodo de acceso y una señal (2530) de baliza de nodo de acceso al retransmisor de extremo a extremo, teniendo la señal directa específica de nodo de acceso la información de temporización de transmisión de señal directa sincronizada con información de temporización de transmisión correspondiente en la señal de baliza de nodo de acceso, estando la señal de enlace ascendente directa configurada para superponerse con al menos otra señal de enlace ascendente directa desde al menos otro nodo de acceso respectivo de la pluralidad de nodos de acceso para crear señales (545) directas de entrada compuestas;
    recibir señalización (527) desde el retransmisor de extremo a extremo que comprende una señal de baliza de retransmisión y la señal de baliza de nodo de acceso retransmitida desde el retransmisor de extremo a extremo; y
    ajustar la señal de enlace ascendente directa para alinear en tiempo y fase la señal de baliza de nodo de acceso retransmitida con la señal de baliza de retransmisión recibida.
  2. 2. El método según la reivindicación 1, que comprende, además:
    demodular la señal de baliza de retransmisión para obtener información (4026, 2525) de temporización de recepción e información (4026, 2542) de fase de recepción.
  3. 3. El método según la reivindicación 2, que comprende, además: demodular la señal de baliza de nodo de acceso retransmitida para obtener información (4028, 2521) de temporización de transmisión retransmitida e información (4028, 2521) de fase de transmisión retransmitida.
  4. 4. El método según la reivindicación 3, en donde el ajuste comprende: ajustar la temporización de la señal de enlace ascendente directa basándose en comparar la información de temporización de recepción con la información de temporización de transmisión retransmitida.
  5. 5. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 3-4, en donde el ajuste comprende: ajustar una fase de la señal de enlace ascendente directa basándose en comparar la información de fase de recepción con la información de fase de transmisión retransmitida.
  6. 6. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde la señal directa específica de nodo de acceso comprende una pluralidad de subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo, en donde cada uno de la pluralidad de subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo comprende una pluralidad de muestras intercaladas para la señal directa específica de nodo de acceso, comprendiendo el método además: desintercalar las muestras intercaladas de la señal directa específica de nodo de acceso.
  7. 7. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde la señal de baliza de retransmisión comprende información de temporización de trama de retransmisión.
  8. 8. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la señal de baliza de nodo de acceso comprende un código (2301) de pseudo-ruido (PN) asociado con el nodo de acceso.
  9. 9. El método según la reivindicación 8, en donde la señal de baliza de nodo de acceso comprende información de temporización de trama de transmisión.
  10. 10. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en donde el ajuste de la señal de enlace ascendente directa comprende: ajustar una temporización de chip del código de PN.
  11. 11. Un nodo (515) de acceso para comunicación en un sistema de comunicación que comprende una pluralidad de nodos de acceso en ubicaciones geográficamente distribuidas que proporciona un servicio de comunicaciones a terminales (517) de usuario distribuidos a lo largo de múltiples áreas (519) de cobertura de haces de usuario directos a través de un retransmisor (503, 1202, 1502, 3403) de extremo a extremo que comprende múltiples rutas (2001) de señal de recepción/transmisión directas, que comprende:
    una interfaz (2415, 4006) de red configurada para obtener una señal (516) directa específica de nodo de acceso para la transmisión a una pluralidad de los terminales de usuario agrupados por las múltiples áreas de cobertura de haces de usuario directos a través del retransmisor de extremo a extremo, comprendiendo la señal directa específica de nodo de acceso un compuesto de señales (511) de haz directo correspondientes a una pluralidad de las múltiples áreas de cobertura de haces de usuario directos, ponderándose las señales de haz directo por las ponderaciones de haz respectivas de un vector de ponderación de haz asociado con el nodo de acceso, en donde las ponderaciones de haz representan rutas de enlace ascendente de señal inalámbrica hasta el retransmisor de extremo a extremo, las múltiples rutas de señal de recepción/transmisión directas a través del retransmisor de extremo a extremo, y las rutas de enlace descendente de señal inalámbrica hacia abajo desde el retransmisor de extremo a extremo;
    un demultiplexor (4060) configurado para obtener información (4016) de temporización y de fase de transmisión de señal directa para la señal directa específica de nodo de acceso; un transmisor (4012) configurado para transmitir una señal (521) de enlace ascendente directa que comprende una señal (2530) de baliza de nodo de acceso y la señal directa específica de nodo de acceso al retransmisor de extremo a extremo, estando la señal de enlace ascendente directa configurada para superponerse con al menos otra señal de enlace ascendente directa desde al menos otro nodo de acceso respectivo de la pluralidad de nodos de acceso para crear señales (545) directas de entrada compuestas;
    un receptor (4002) configurado para recibir una señal (527) de enlace descendente desde el retransmisor de extremo a extremo, comprendiendo la señal de enlace descendente una señal de baliza de retransmisión y la señal de baliza de nodo de acceso retransmitida desde el retransmisor de extremo a extremo;
    un controlador (2523) configurado para determinar un ajuste (2524) de temporización y de fase para alinear información de temporización y de fase de transmisión retransmitida en la señal de baliza de nodo de acceso retransmitida con información de temporización y de fase de retransmisión recibida en la señal de baliza de retransmisión recibida; y
    un compensador (4020) de temporización y de fase de transmisión configurado para emitir la señal de enlace ascendente directa al transmisor basándose en el ajuste de temporización y de fase, estando el compensador de temporización y de fase de transmisión configurado para multiplexar la señal directa específica de nodo de acceso con la señal de baliza de nodo de acceso de tal manera que la información de temporización y de fase de transmisión de señal directa se sincroniza con información de temporización y de fase de transmisión correspondiente en la señal de baliza de nodo de acceso.
  12. 12. El nodo de acceso según la reivindicación 11, que comprende, además:
    un demodulador (2511) de señal de baliza de retransmisión configurado para demodular la señal de baliza de retransmisión para obtener información (4028) de temporización y de fase de recepción.
  13. 13. El nodo de acceso según la reivindicación 12, que comprende, además:
    un demodulador (2519) de señal de baliza de acceso configurado para demodular la señal de baliza de nodo de acceso retransmitida para obtener información (4026) de temporización y de fase de transmisión retransmitida.
  14. 14. El nodo de acceso según la reivindicación 13, en donde el controlador está configurado para determinar el ajuste de temporización y de fase basándose en una comparación de la información de temporización y de fase de recepción con la información de temporización y de fase de transmisión retransmitida.
  15. 15. El nodo de acceso según una cualquiera de las reivindicaciones 11-14, en donde la señal directa específica de nodo de acceso comprende una pluralidad de subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo.
  16. 16. El nodo de acceso según una cualquiera de las reivindicaciones 11-15, en donde la señal de baliza de retransmisión comprende información de temporización de trama de retransmisión.
  17. 17. El nodo de acceso según una cualquiera de las reivindicaciones 11-16, en donde la señal de baliza de nodo de acceso comprende un código (2301) de pseudo-ruido (PN) asociado con el nodo de acceso.
  18. 18. El nodo de acceso según la reivindicación 17, en donde la señal de baliza de nodo de acceso comprende información de temporización de trama de transmisión.
  19. 19. El nodo de acceso según cualquiera de las reivindicaciones 11-18, en donde:
    la señal directa específica de nodo de acceso comprende una pluralidad de subseñales asociadas con diferentes subconjuntos de las múltiples áreas de cobertura de haces de usuario directos; y la transmisión de la señal de enlace ascendente directa comprende la conversión ascendente de la pluralidad de subseñales a diferentes frecuencias portadoras.
  20. 20. El nodo de acceso según una cualquiera de las reivindicaciones 11-19, en donde la pluralidad de nodos de acceso tiene un primer número de nodos de acceso y el retransmisor de extremo a extremo tiene un segundo número de rutas de señal de recepción/transmisión directas, en donde el primer número es mayor que el segundo número.
  21. 21. El nodo de acceso según una cualquiera de las reivindicaciones 11 -20, en donde:
    la señal de enlace ascendente directa comprende una pluralidad de señales transmitidas a través de diferentes subbandas de frecuencia; y
    las múltiples áreas de cobertura de haces de usuario directos comprenden una pluralidad de subconjuntos de áreas de cobertura de haces de usuario directos asociadas con las diferentes subbandas de frecuencia.
  22. 22. El nodo de acceso según la reivindicación 21, en donde cada uno de la pluralidad de subconjuntos de áreas de cobertura de haces de usuario directos comprende una pluralidad de áreas de cobertura de haces de usuario directos no superpuestas.
  23. 23. Un método de comunicación en un nodo (515) de acceso de un sistema de comunicación que comprende una pluralidad de nodos de acceso en ubicaciones geográficamente distribuidas que proporciona un servicio de comunicaciones a terminales (517) de usuario distribuidos a lo largo de múltiples áreas (519) de cobertura de haces de usuario de retorno a través de un retransmisor (503, 1202, 1502, 3403) de extremo a extremo que comprende múltiples rutas (1702) de señal de recepción/transmisión de retorno, comprendiendo el método:
    recibir una señal (907) de retorno compuesta y una señal de baliza de retransmisión desde el retransmisor de extremo a extremo, siendo la señal de retorno compuesta una superposición de señales (527) de enlace descendente de retorno que comprenden, cada una, una superposición respectiva de señales (525) de enlace ascendente de retorno desde una pluralidad de los terminales de usuario retransmitidas por el retransmisor de extremo a extremo;
    demodular la señal de baliza de retransmisión para obtener información (2520) de temporización de recepción;
    multiplexar la señal de retorno compuesta con la información de temporización de recepción para obtener una señal de retorno compuesta multiplexada; y
    enviar la señal de retorno compuesta multiplexada a un formador (531) de haces de retorno para determinar una señal (915) de haz de retorno aplicando ponderaciones de haz de retorno a la señal de retorno compuesta multiplexada y al menos a otra señal de retorno compuesta multiplexada, en donde las ponderaciones de haz de retorno representan rutas de enlace ascendente de señal inalámbrica hasta el retransmisor de extremo a extremo, las múltiples rutas de señal de recepción/transmisión de retorno a través del retransmisor de extremo a extremo y rutas de enlace descendente de señal inalámbrica desde el retransmisor de extremo a extremo.
  24. 24. El método según la reivindicación 23, en donde la demodulación comprende: determinar un ajuste (2512, 2513) de temporización de recepción y un ajuste (2512, 2514) de fase de recepción para compensar el deterioro de canal de enlace descendente basándose al menos en parte en una comparación de la señal de baliza de retransmisión con una señal de referencia local.
  25. 25. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 23-24, que comprende, además: ajustar una fase de la señal de retorno compuesta basándose en el ajuste de fase de recepción.
  26. 26. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 23-25, en donde el sistema de comunicación tiene un primer número de nodos de acceso y el retransmisor de extremo a extremo tiene un segundo número de rutas de señal de recepción/transmisión de retorno, en donde el primer número es diferente del segundo número.
  27. 27. El método según la reivindicación 26, en donde el primer número es mayor que el segundo número.
  28. 28. Un nodo (515) de acceso para comunicación en un sistema de comunicación que comprende una pluralidad de nodos de acceso en ubicaciones geográficamente distribuidas que proporciona un servicio de comunicaciones a terminales (517) de usuario distribuidos a lo largo de múltiples áreas (519) de cobertura de haces de usuario de retorno a través de un retransmisor (503, 1202, 1502, 3403) de extremo a extremo que comprende múltiples rutas (1702) de señal de recepción/transmisión de retorno, que comprende: un receptor (4002) configurado para recibir una señal (907) de retorno compuesta y una señal de baliza de retransmisión desde el retransmisor de extremo a extremo, siendo la señal de retorno compuesta una superposición de señales (527) de enlace descendente de retorno que comprenden, cada una, una superposición respectiva de señales (525) de enlace ascendente de retorno desde una pluralidad de los terminales de usuario retransmitidas por el retransmisor de extremo a extremo;
    un demodulador (2511) de señal de baliza de retransmisión configurado para demodular la señal de baliza de retransmisión para obtener información (2520) de temporización de retransmisión; un multiplexor (2518, 4004) configurado para multiplexar la señal de retorno compuesta con la información de temporización de retransmisión para obtener una señal de retorno compuesta multiplexada; y
    una interfaz (2415, 4006) de señal configurada para enviar la señal de retorno compuesta multiplexada a un formador (531) de haces de retorno para determinar una señal (915) de haz de retorno aplicando ponderaciones de haz de retorno a la señal de retorno compuesta multiplexada y al menos a otra señal de retorno compuesta multiplexada, en donde las ponderaciones de haz de retorno representan rutas de enlace ascendente de señal inalámbrica hasta el retransmisor de extremo a extremo, las múltiples rutas de señal de recepción/transmisión de retorno a través del retransmisor de extremo a extremo y rutas de enlace descendente de señal inalámbrica desde el retransmisor de extremo a extremo.
  29. 29. El nodo de acceso según la reivindicación 28, en donde el demodulador de señal de baliza de retransmisión está configurado para comparar la señal de baliza de retransmisión con una señal de referencia local para obtener un ajuste (2512, 2513) de temporización de recepción y un ajuste (2512, 2514) de fase de recepción para compensar el deterioro de canal de enlace descendente.
  30. 30. El nodo de acceso según la reivindicación 29, que comprende, además: un ajustador (4024, 2515) de temporización configurado para ajustar la temporización de la señal de retorno compuesta basándose en el ajuste de temporización de recepción.
  31. 31. El nodo de acceso según una cualquiera de las reivindicaciones 29-30, que comprende, además: un ajustador (4024, 2517) de fase configurado para ajustar una fase de la señal de retorno compuesta basándose en el ajuste de fase de recepción.
  32. 32. El nodo de acceso según una cualquiera de las reivindicaciones 28-31, en donde la señal de retorno compuesta multiplexada comprende una pluralidad de subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo.
  33. 33. El nodo de acceso según la reivindicación 32, que comprende, además: un intercalador (4044) configurado para intercalar muestras de la señal de retorno compuesta multiplexada en la pluralidad de subconjuntos de muestras en el dominio de tiempo.
  34. 34. El nodo de acceso según una cualquiera de las reivindicaciones 28-33, en donde el sistema de comunicación tiene un primer número de nodos de acceso y el retransmisor de extremo a extremo tiene un segundo número de rutas de señal de recepción/transmisión de retorno, en donde el primer número es diferente del segundo número.
  35. 35. El nodo de acceso según la reivindicación 34, en donde el primer número es mayor que el segundo número.
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