JP2017055389A - Ｆｄｍａ／ｔｄｍａアーキテクチャにおけるｔｄｍａ速度再構成可能マトリックス電力増幅器および通信方法 - Google Patents

Ｆｄｍａ／ｔｄｍａアーキテクチャにおけるｔｄｍａ速度再構成可能マトリックス電力増幅器および通信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ビーム・ホッピングＰＳ−ＴＤＭＡで使用される高電力増幅器の電力利用の問題を解決する。【解決手段】通信システムは、通信プラットフォームに接続されマトリックス電力増幅器１０９を有するダウンリンク通信モジュールを備える。当該マトリックス電力増幅器は、入力ハイブリッド・マトリックス１０９ａ、出力ハイブリッド・マトリックス１０９ｂ、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する高電力増幅器のバンク１０９ｄおよび調節器のバンク１０９ｃとを備える。さらに、当該調節器のバンク内の各調節器に接続されたドライバ回路１０９ｐを備える。ドライバ回路はマトリックス電力増幅器を通過する通信信号を時分割多重アクセス速度で修正するように各調節器に指令する。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は通信システムに関し、より具体的には、マトリックス電力増幅器を通じてアンテナ・ビームに高ＲＦ電力を時分割多重アクセス速度で送信することに関する。
一般に、電気通信の分野では、通信は通信プラットフォーム（例えば、中継局）の利用により促進される。これらの通信プラットフォームは、有人および無人の航空機（ＵＡＶ）および空気より軽い（ＬＴＡ）プラットフォームの典型的な高度から、地球だけでなく月または火星のような任意の天体の任意の軌道内の通信衛星にわたる、地上カバー領域の上を通過またはホバリングする、有人または無人の任意の乗り物を含む。一般に、通信プラットフォームは、曲管原理で機能し、当該通信プラットフォームは、受信アンテナ・ビームを介して地上から信号を受信し、アップリンクまたはダウンリンク周波数からの増幅とシフトのみで送信アンテナ・ビームを介して信号を地球に返す。しかし、インターネットのトラフィック、電子商取引、コンピュータおよび他のデジタル技術の進歩により、世界がより広い帯域幅とより大きなスループットをますます要求し始めると、既存のアーキテクチャは益々より非実用的または高価となる。例えば、専ら周波数分割多重（ＦＤＭＡ）で動作する高スループットのマルチ−ビーム通信プラットフォームの既存の例は一般的であるが、当該アーキテクチャの需要は当該アーキテクチャのコストと実用性を益々伸ばしている。専らＦＤＭＡで動作する高スループットのマルチビーム通信プラットフォームの場合、当該アーキテクチャは、総スループットを最大化するのに必要な周波数再利用を提供するために多数のアンテナ・ビームを必要とする。当該アーキテクチャはまた、しばしば導波管ベースであり質量とサイズが大きい、多数の高電力増幅器、複雑な高電力スイッチ・ネットワークおよび複雑なフィルタ・ネットワークを有する。これらの要素の全ては、高電力、体積および質量の需要に寄与し、電力、体積および質量は航空機では限定されている。従来のＦＤＭＡアーキテクチャはまた、例えば、高電力構成要素に対する複雑な熱散逸システムのため、高い熱需要をもたらす。
マルチポート増幅器システムを含みうる従来の通信プラットフォーム・アーキテクチャの他の例には、スイッチング、ルーティング、および多重化のためのＡＴＭスイッチを有する非同期転送モード（ＡＴＭ）で動作する再生リピータを備える。しかし、これらの通信アーキテクチャは一般に、ＲＦ信号を復調し再変調することを必要とし、帯域幅スループットのボトルネックをもたらす。このボトルネックのため、これらの通信アーキテクチャは低データ速度性能に適しており、広帯域アーキテクチャには良く適していない。これらのＡＴＭシステムはまた、ＡＴＭスイッチを通じた固定ルーティングを含み、受信アンテナ・ビームからブロードキャスト・アンテナ・ビームへのＲＦ信号のルーティングの負荷は通信アーキテクチャ自体に置かれ、これは非常に非効率的であり、衛星の複雑さと電力利用を増大させる。これらのＡＴＭシステムはまた、しばしば、当該システムに利用可能な帯域幅全体を限定する固定の滞留時間（例えば、アンテナ・ビームごとに固定の時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）時間フレーム）を利用する。
ビーム・ホッピング・プラットフォームのスイッチ時分割多重アクセス（ＰＳ−ＴＤＭＡ）システムでは、ＲＦ信号は、ビーム・ホッピングが固定の給電アンテナ、離焦点アレイ給電アンテナの間のスイッチングを介したものであるか、または、直接放射フェーズド・アレイを再構成することによるものであるＦＤＭＡシステムと同様に、同時ではなく異なる周波数で時間的に逐次に独立なビームにルーティングされる。アンテナ・ビームの総トラフィック容量は、当該ビーム内で割り当てられた周波数帯域幅の部分に加えてまたはその代りに、滞留時間に依存する。ビーム・ホッピングＰＳ−ＴＤＭＡアーキテクチャはまた、一般にＦＤＭＡシステムで使用される複雑なマイクロ波入力マルチプレクサおよび出力マルチプレクサ・フィルタ・ネットワークを置き換える。しかし、ビーム・ホッピングＰＳ−ＴＤＭＡアーキテクチャは依然として、ＴＤＭＡ滞留時間の時間期間でのみ高ＲＦ電力をアンテナ・ビームにルーティングするための費用効果的な方法を提供する際の困難さに直面している。従来のビーム・ホッピングＰＳ−ＴＤＭＡアーキテクチャは、単一のアンテナ・ビーム専用の高電力増幅器で実装され、当該高電力増幅器は大幅な負荷を通信プラットフォーム電源に提供する。高電力増幅器向けの電源は典型的なＴＤＭＡフレームのスイッチング速度でスイッチオン、オフができず、結果として、ＲＦ信号が存在しないときでもオンのままでなければならないので、従来のビーム・ホッピングＰＳ−ＴＤＭＡアーキテクチャで使用される高電力増幅器はさらに電力利用の問題を悪化させる。高電力増幅器をアンテナ・ビームの間で切り替えできる従来のビーム・ホッピングＰＳ−ＴＤＭＡアーキテクチャでは、高電力増幅器に接続された高電力スイッチ・ネットワークは質量を増大させ、体積を占有し、熱散逸、ホット・スイッチング、抵抗損およびマルチパクタのような高ＲＦ電力の検討事項を解決しなければならない。
したがって上述の課題を解決することを意図したシステムおよび方法が有用であろう。
本発明の１例は、通信プラットフォームに接続されマトリックス電力増幅器を有するダウンリンク通信モジュールであって、当該マトリックス電力増幅器は入力ハイブリッド・マトリックス、出力ハイブリッド・マトリックスを備える、ダウンリンク通信モジュールと、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する高電力増幅器のバンクと、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する調節器のバンクと、当該調節器のバンク内の各調節器に接続されたドライバ回路とを備える通信システムに関する。当該ドライバ回路は、当該マトリックス電力増幅器を通過する通信信号を時分割多重アクセス速度で修正するように各調節器に指令するように構成される。
本発明の１例は、複数の入力を有する入力ハイブリッド・マトリックスと、複数の出力を有する出力ハイブリッド・マトリックスと、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する高電力増幅器のバンクと、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する調節器のバンクと、当該調節器のバンク内の各調節器に接続されたドライバ回路とを備えるマトリックス電力増幅器に関する。当該ドライバ回路は、当該マトリックス電力増幅器を通過する通信信号を時分割多重アクセス速度で修正するように各調節器に指令するように構成される。
本発明の１例は、通信信号をマトリックス電力増幅器の入力ハイブリッド・マトリックスに入力するステップと、当該通信信号を時分割多重アクセス速度で修正することにより当該通信信号を当該マトリックス電力増幅器の出力ハイブリッド・マトリックスの所定の出力に選択的に再ルーティングするステップとを含む通信の方法に関する。
このように本発明の例を一般的な用語で説明したので、次に添付図面を参照する。添付図面は必ずしも正しい縮尺で描かれておらず、同じ参照番号は幾つかの図にわたって同一または類似の部分を示す。
本発明の１態様に従う通信システムのブロック図である。 本発明の１態様に従う通信システムのチャネライザの略図である。 本発明の１態様に従う通信システムのマトリックス電力増幅器の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムのマトリックス電力増幅器の一部の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの一部の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの一部の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの一部の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの部分の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの部分の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの部分の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの部分の略図である。 本発明の１態様に従う通信システムの動作の流れ図である。 本発明の１態様に従う航空機生産およびサービス方法の流れ図である。 本発明の１態様に従う分散車両システムを含む航空機の略図である。
上述のブロック図（複数可）では、もしあれば様々な要素および／または構成要素を接続する実線は、機械、電気、流体、光、電磁気および他の接続および／またはそれらの組合せを表しうる。本明細書で使用する際、「〜に接続された」とは直接的ならびに間接的に関連付けられることを意味する。例えば、部材Ａは部材Ｂに直接関連付けられうるか、または、間接的に例えば、別の部材Ｃを介して関連付けられうる。ブロック図で図示した以外の接続も存在しうる。もしあれば様々な要素および／または構成要素を接続する点線は、実線により表されるものと機能および目的で同様な接続を表す。しかし、点線により表される接続は、選択的に提供されてもよく、または、本開示の代替的または任意の態様に関連してもよい。同様に、もしあれば点線により表された要素および／または構成要素は、本開示の代替的なまたは任意の態様を示す。もしあれば環境要素は点線で表される。
上述のブロック図（複数可）において、当該ブロックが動作および／またはその部分を表してもよい。当該様々なブロックを接続する線は、動作またはその部分の特定の順序または依存性を何ら示唆しない。
以下の説明では、多数の詳細を説明して、開示した概念の徹底的な理解を与える。当該概念を、これらの細目の一部または全部なしに実施してもよい。他の事例では、既知の装置および／またはプロセスの詳細は、本開示を不必要に不明瞭にするのを避けるため省略してある。幾つかの概念を特定の例と関連して説明するが、これらの例は限定を意図するものではないことは理解される。
本明細書での「１例」または「１態様」への言及は、当該例または態様に関連して説明した１つまたは複数の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実装に含まれることを意味する。本明細書における様々な箇所での「１例」または「１態様」という語句は、同じ例または態様を参照することもしないこともある。
特に断らない限り、「第１の」、「第２の」、「第３の」等の用語は、単にラベルとして使用され、これらの用語が参照する項目に対して順序的、位置的、または階層的要件を課そうとするものではない。さらに、例えば、「第２の」項目への言及は、例えば、「第１の」または小さな数の項目、および／または、例えば、「第３の」または大きな数の項目の存在を要求または前提とするものではない。
図１を参照すると、本明細書で説明した本発明の態様は、少なくとも１つの高速ＴＤＭＡ速度再構成マトリックス電力増幅器１０９（図４のマトリックス電力増幅器４０９も参照）を組み込んだ結合されたＦＤＭＡ／ＴＤＭＡビーム・ホッピング通信アーキテクチャを有する衛星通信システム１００を提供する。マトリックス電力増幅器１０９の出力１２７は選択可能である。マトリックス電力増幅器１０９の出力１２７は、当該通信信号の追加のスイッチングなしに夫々の独立なアンテナ・ビーム１１０にルーティングされる。本明細書で説明したように、当該マトリックス電力増幅器の各出力１２７は、夫々のアンテナ・ビームに接続され、マトリックス電力増幅器１０９の増幅器にわたって位相進行角を変更することによってマトリックス電力増幅器１０９の単一の入力１２６からアクセスされる。チャネライザ１１１のポート１１７の全帯域幅は、単一のビームにＴＤＭＡフレームの期間、送信される。当該開示した実施形態の態様は、マトリックス電力増幅器の電力共有柔軟性を周波数領域ではなく時間領域で最大化し、各ビーム・クラスタ上の滞留時間は当該クラスタの総トラフィック需要の一部としてのビームのトラフィック需要に基づく。
当該開示した実施形態の態様は、増幅の後に単一の高電力増幅器の高電力信号を複数のビームにルーティングする複雑な高電力スイッチング・ネットワークを実質的に排除する。当該開示した実施形態の態様はまた、例えば、出力ビームを選択するためにマトリックス電力増幅器の入力を選択する低電力ＴＤＭＡマイクロ波スイッチ・マトリックスのような低電力スイッチ・マトリックスを実質的に排除し、例えば、当該マトリックス電力増幅器の高電力増幅器が独立なアンテナ・ビームに割り当てられる。
本発明の１態様では、通信システム１００は（本明細書では衛星通信システム１００と称される）衛星アーキテクチャの一部として説明されているが、他の態様では、通信システム１００は、任意の空中または軌道通信プラットフォーム、例えば、長期無人空中車両または空気より軽い飛行体の一部でありうることは理解される。衛星通信システム１００は、チャネライザ１１１を介して互いに接続されたアップリンク受信器モジュール１０１およびダウンリンク送信器モジュール１０２を備える。衛星コントローラ１１２は、本明細書で説明したように、衛星通信システム１００の動作の諸態様を制御するように提供される。衛星コントローラ１１２はアップリンク受信器モジュール１０１、ダウンリンク送信器モジュール１０２およびチャネライザ１１１の動作を制御し、より具体的には、衛星コントローラ１１２は、アップリンク受信器モジュール１０１により受信されたＲＦ信号（例えば、１態様ではＴＤＭＡ信号）または光信号がどのようにダウンリンク送信器モジュール１０２のビーム・アンテナ１１０にルーティングされるかを制御する。本発明の１態様では、衛星コントローラ１１２は、時間同期モジュール１１２Ｂとメモリ１１２Ａを含む。本発明の１態様では、時間同期モジュール１１２Ｂは、アップリンク受信器モジュール１０１、ダウンリンク送信器モジュール１０２およびチャネライザ１１１の間の通信を同期する。１態様では、時間同期モジュール１１２Ｂは時間同期信号をアップリンク受信器モジュール１０１、ダウンリンク送信器モジュール１０２およびチャネライザ１１１に提供する。本発明の１態様では、時間同期モジュール１１２Ｂにより生成された時間同期信号は、衛星コントローラ１１２により受信された地上（または他の地上ベースの）ソース１９９からの制御信号１９８から導出される。本発明の１態様では、地上電源１９９から受信された制御信号１９８は、ＲＦ通信信号１９７（例えば、ＴＤＭＡ信号）をアップリンク受信器モジュール１０１のビーム・アンテナ１０３からダウンリンク送信器モジュール１０２のビーム・アンテナ１１０にルーティングし、かつ／または、通信信号１９７Ｄをビーム・アンテナ１１０からブロードキャストするときにＴＤＭＡ時間フレームの滞留時間の期間を制御するための命令を衛星コントローラ１１２に提供する。本発明の１態様では、地上電源１９９からの制御信号１９８はアップリンク受信器モジュール１０１により受信された（例えば、ほぼ同時に送信された）ＲＦ通信信号１９７とともに運搬され、他の態様では、制御信号１９８とＲＦ通信信号１９７は逐次的に交互に送信される。さらに他の態様では、制御信号１９８は、任意のＲＦ通信信号１９７が、衛星により所定の時間期間内に受信される前に送信される。例えば、１態様では、制御信号１９８は、衛星コントローラ１１２によりほぼリアルタイムで受信され（例えば、制御信号１９８は、ＲＦ通信信号１９７が受信されるのとほぼ同時に衛星通信システム１００を通じたルーティングを制御するように受信される）、その結果、制御信号１９８は所与の送信に対応する。他の態様では、衛星コントローラ１１２は、１つまたは複数の制御信号１９８を前もって受信し、制御信号１９８により提供されたデータを当該衛星コントローラのメモリ１１２Ａ内に格納する。ここで、制御信号１９８は、所定の時間期間（例えば、マイクロ秒、分、時間、日等）内に行われる送信に対応する。衛星通信システム１００を通じた所定の期間の送信ごとのルーティングは、例えば、コントローラ１１２がＲＦ通信信号１９７を対応するタイム・スロットおよびビーム・アンテナ１１０に相関付けることが可能なルーティング・テーブルまたは任意の他の形式として、衛星コントローラメモリ１１２Ａに格納される。１態様では、制御信号１９８は、行うべき送信に応じて衛星コントローラ１１２を再構成する。
なお図１を参照すると、１態様では、アップリンク受信器モジュール１０１は１つまたは複数のビーム・アンテナ１０３、１つまたは複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ）１０４、１つまたは複数のＴＤＭＡスイッチ１０５および１つまたは複数の周波数変換器１０６を備える。本発明の１態様では、ビーム・アンテナ１０３は、ＲＦ通信信号１９７を地上電源１９９のような信号源から受信するための衛星アンテナである。本発明の１態様では、ビーム・アンテナ１０３はスポット・ビーム・アンテナであり、他の態様では、ビーム・アンテナ１０３はマルチビーム給電またはフェーズド・アレイ・アンテナである。１態様では、ビーム・アンテナ１０３は衛星通信システム１００に対する入力源である。本発明の１態様では、ビーム・アンテナ１０３により受信されたＲＦ通信信号１９７はＴＤＭＡ信号であり、他の態様では当該アンテナにより受信された通信信号は光信号である。本発明の１態様では、ビーム・アンテナ１０３により受信されたＴＤＭＡ信号は、ビーム・アンテナ出力１２９を介して１つまたは複数の低雑音増幅器１０４に送信される。低雑音増幅器１０４は、ＬＮＡ入力１２０を介してＴＤＭＡ信号を受信し、次いで当該ＴＤＭＡ信号を増幅する。本発明の１態様では、ビーム・アンテナ１０３ごとに１つの低雑音増幅器１０４がある。しかし、他の態様では、１つまたは複数の低雑音増幅器１０４は複数のビーム・アンテナ１０３の間で共有される。本発明の１態様では、冗長リング構成で構成されたアップリンク・ビーム・アンテナ１０３ごとに複数の低雑音増幅器１０４がある。
アップリンク受信器モジュール１０１はさらに１つまたは複数のＴＤＭＡスイッチ１０５を含む。本発明の１態様では、ＴＤＭＡスイッチ１０５は、１つのスイッチ出力１２３と、ＴＤＭＡ信号を（例えば、低雑音増幅器１０４から）受信するための複数のスイッチ入力１２２とを有する。開示した実施形態の１態様では、スイッチ入力１２２は、複数の入力ビームを備える少なくとも１つの入力源（例えば、ビーム・アンテナ１０３）からＴＤＭＡ信号を受信する。本発明の１態様では、ＴＤＭＡスイッチ１０５は、０ｄＢｍ以下の低電力無線周波数アプリケーション向けの高速かつ低電力なＴＤＭＡスイッチである。他の態様では、ＴＤＭＡスイッチ１０５は、例えば、高速かつ高電力なＴＤＭＡスイッチである。１態様では、１つまたは複数の周波数変換器１０６は、本明細書で説明したように低雑音増幅器１０４とチャネライザ１１１の間に配置される。本発明の１態様では、１つまたは複数の周波数変換器１０６は局所発振器であるが、他の態様では、１つまたは複数の周波数変換器１０６は、ＴＤＭＡ信号の周波数をシフトするための任意の機構である。本発明の別の態様では、ＴＤＭＡスイッチ１０５は、ＴＤＭＡ時間フレームの期間、ＴＤＭＡ信号の単一の経路に永続的に接続され、その結果、実際には、アップリンク受信器モジュール１０１はＴＤＭＡスイッチ１０５を有さない。他の態様では、ＴＭＤＡスイッチ１０５はアップリンク受信器モジュール１０１の一部として省略される。１態様では、後述するように、低雑音増幅器１０４とＴＤＭＡスイッチ１０５はマトリックス電力増幅器４００（図４）で置き換えられている。
なお図１を参照すると、アップリンク受信器モジュール１０１はＦＤＭＡチャネライザ１１１（一般にチャネライザ１１１と称される）に接続される。本発明の１態様では、各ＴＤＭＡスイッチ１０５（またはマトリックス電力増幅器４００の各出力）はチャネライザ１１１の夫々のチャネライザ入力１１６に接続される。チャネライザ１１１は、ＴＤＭＡ信号を各ＴＤＭＡスイッチ１０５（またはマトリックス電力増幅器４００の各出力）から受信する。他の態様では、チャネライザ１１１は任意の所定数のチャネライザ入力１１６を有することができる。本発明の１態様では、チャネライザ１１１は、例えば、衛星コントローラ１１２の時間同期モジュール１１２Ｂからの時間同期信号に従って、ＴＤＭＡスイッチ１０５（またはマトリックス電力増幅器４００の出力）から受信されたＴＤＭＡ信号の固定のまたは動的な再ルーティングを提供する。
図１を参照すると、１態様では、チャネライザ１１１は、チャネライザ１１１によりＴＤＭＡスイッチ１０５（またはマトリックス電力増幅器４００）から受信されたＴＤＭＡ信号に対して周波数分割多重を提供するように構成される。本発明の１態様では、ＴＤＭＡ信号の周波数分割多重とは、チャネライザ１１１が、チャネライザ１１１により受信されたＴＤＭＡ信号を、異なる周波数帯域（例えば、入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋ、図１Ａ）に分解することを意味する。チャネライザ１１１は、周波数帯域のダウンリンク送信器モジュール１０２の所定のダウンリンクビーム・アンテナ１１０へのルーティングに基づいて周波数帯域（例えば、出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋ、図１Ａ）を再アセンブルするように構成される。
次に図１および１Ａを参照すると、チャネライザ１１１の例示的な図が示されている。１態様では、チャネライザ１１１は、高速回路スイッチング、パケット・スイッチングおよび非同期伝送モード・スイッチングを可能とする、事前設計された曲管経路および／または復調／再変調機能を備える。別の態様では、当該チャネライザは光チャネライザであり、その結果、通信信号は光信号であり、当該信号は、当該チャネライザを光波の周波数／波長で通過する。１態様では、チャネライザ１１１は、Ｎ個のチャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎとＭ個のチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍを含む。ＮおよびＭは１より大きい所定の数である。１態様では、当該チャネライザの入力１１６ａ−１１６ｎと出力１１７ａ−１１７ｍはＴＤＭＡおよびＦＤＭＡポートの組合せであり、他の態様では当該入力ポートと出力ポートはＴＤＭＡまたはＦＤＭＡである。チャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎの各々は、ＴＤＭＡスイッチ１０５の夫々のスイッチ出力１２３（またはマトリックス電力増幅器４００の夫々の出力）に接続され、ＴＤＭＡ信号を夫々のＴＤＭＡスイッチ１０５（またはマトリックス電力増幅器４００の夫々の出力）から受信する。１態様では、チャネライザ１１１は、Ｎ個のチャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎの間の接続を、Ｋ個の入力に対するＭ個のチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍならびにＮ個のチャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎおよびＭ個のチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍの各々に対するＫ個の出力サブチャネルの各々に提供する。Ｋは１より大きい所定数である。本態様では、入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋと出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋの数は同じであるが、他の態様では、入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋの数は出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋの数と異なる。１態様では、チャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎの各々とチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍの各々は所定の帯域幅ＢＷを有する。１態様では、チャネライザ１１１は、周波数分割モジュール１１３、スイッチ・マトリックス１１４および結合器モジュール１１５を含む。周波数分割モジュール１１３は、各入力１１６ａ−１１６ｎからのＴＤＭＡ信号（複数可）の入力サブバンド・スペクトルを周波数スライスに分割し、当該周波数スライスをＫ個の入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋに提供する。スイッチ・マトリックス１１４は、当該周波数スライスを入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋからＫ個の出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋのうち所定のものにルーティングする。本発明の１態様では、入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋからの周波数スライスは、出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋのうち１つに送信され、または、チャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍのうち何れかにほぼ同時にブロードキャストされる。上述のように、１態様では、当該ルーティングは、当該周波数スライスのルーティングが例えば、入力に応じて同じままであるという点で、固定されている。しかし、他の態様では、当該周波数スライスのルーティングは例えば衛星コントローラ１１２からの制御信号１９８に応じて構成可能である。制御信号１９８は、１態様では、当該周波数スライスを入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋから出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋへルーティングするための命令を含む。結合器モジュール１１５は、当該周波数スライスを（１態様では、入力サブバンドとは異なる）適切な出力サブバンドに連結（または多重化）し、当該出力サブバンドを夫々の出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋにルーティングする。１態様では、チャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎとチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍの間の接続は、チャネライザ帯域幅（ＢＷ）以下であるサブチャネルに基づき、当該チャネライザ帯域幅は、１態様では、メガヘルツ（ＭＨｚ）の単位を有する。１態様では、チャネライザ１１１の各チャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎは、チャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎの帯域幅をＫ個の入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋに分割する。１態様では、当該Ｋ個の入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋの各々を、当該Ｍ個のチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍのうち１つに送信するか、または、任意数のチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍにほぼ同時にブロードキャストすることができる。１態様では、Ｋ個の入力サブチャネル１１８ａ−１１８ｋを連結して、任意数のＫ個の出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋの連続するチャネルを形成することができる。出力サブチャネル１１９ａ−１１９ｋはチャネライザ１１１の夫々のチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍに対応し、チャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍからの信号出力はダウンリンク送信器モジュール１０２のビーム・アンテナ１１０に提供される。１態様では、チャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍの各々は、Ｋ個のサブチャネルをポートの帯域幅に結合する。１態様では、チャネライザ１１１は、総スループット帯域幅（ＮｘＢＷ。ＮおよびＭは同じ）に、波形選択とリンク容量により与えられるヘルツ毎ビット数を乗じたものに等しい容量を有する。１態様では、ＴＤＭＡアーキテクチャは、隣接ビームまたは混変調歪みからの干渉を殆ど受けず、したがって所与の帯域幅と放射電力に対してチャネル容量を最大化しつつ、出力ポート１１７ａ−１１７ｍの全帯域幅を、ＴＤＭＡ時間フレームの期間、単一のビーム・アンテナ１１０に送信することができる。１態様では、チャネライザ１１１は「メッシュ」、「星形」、または混成構成を有し、チャネライザ入力１１６ａ−１１６ｎにより受信された任意のＴＤＭＡ信号は、サブチャネル・ベースで、任意のチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍをサブチャネルにルーティングする。１態様では、「星形」アーキテクチャが、特定のビームをゲートウェイのステータスに割り当て、必要に応じて、長い時間および広い帯域幅にわたってゲートウェイに滞在することによって、形成される。１態様では、チャネライザ１１１はデジタル・チャネライザ１１１であり、他の態様では、チャネライザ１１１はアナログ・チャネライザである。他の態様では、チャネライザ１１１の部分はデジタルであり、他の部分はアナログである。１態様では、チャネライザ１１１は、ＴＤＭＡおよび従来のＦＤＭＡ信号の両方をチャネライザ入力１１６として受信する。１態様では、チャネライザ１１１はＲＦ帯サンプリングに方向を与え、ＴＤＭＡ信号の増幅を含む全ての機能がデジタル・プロセッサにデジタル的に組み込まれる。
図１を再度参照すると、チャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍは結果の（例えば、出力）ＴＤＭＡ信号をダウンリンク送信器モジュール１０２に送信する。本発明の１態様では、ダウンリンク送信器モジュール１０２は、夫々の出力ＴＤＭＡ信号をチャネライザ出力１１７ａ−１１７ｍから受信する１つまたは複数のデジタルまたはアナログのマトリックス電力増幅器１０９およびマトリックス電力増幅器１０９の出力を送信する１つまたは複数のビーム・アンテナ１１０を備える。他の態様では、ダウンリンク送信器モジュール１０２はまた、アップリンク受信器モジュール１０１の周波数変換器１０６とほぼ同様で、チャネライザ１１１と１つまたは複数のマトリックス電力増幅器１０９の間に配置された１つまたは複数の周波数変換器１０７を備える。１態様では、各マトリックス電力増幅器１０９は、マトリックス電力増幅器１０９の下流での追加のスイッチング（例えば、高電力スイッチング）なしに、または、１態様では、マトリックス電力増幅器１０９の外部、チャネライザ１１１の下流での追加のスイッチングなしに、マトリックス電力増幅器１０９の所定のマトリックス電力増幅器出力１２７を所定のビーム・アンテナ１１０にルーティングすることを可能する位相シフタを備える。１態様では、マトリックス電力増幅器１０９の電力共有柔軟性が、周波数領域ではなく時間領域で最大化される。１態様では、ダウンリンク送信器モジュール１０２は、増幅後に単一の高電力増幅器の高電力信号を複数のビーム・アンテナ１１０にルーティングするのに必要なバルキーな高電力スイッチング・ネットワーク）、または、高電力増幅器を各独立なビーム・アンテナ１１０に割り当てる必要性を排除する。
上述のように、チャネライザ出力１１７ａ−１１７ｎは、マトリックス電力増幅器１０９の選択されたマトリックス電力増幅器入力１２６（例えば、所定の入力）に対応する。次に図１Ｂを参照すると、例示的なマトリックス電力増幅器１０９が示されている。１態様では、マトリックス電力増幅器１０９は、入力ハイブリッド・マトリックス１０９ａ（入力電力分割ネットワークとしても知られる）、入力ハイブリッド・マトリックス１０９ａの処理を反転する出力ハイブリッド・マトリックス１０９ｂ、トリム調節器１０９ｃのバンクおよび高電力増幅器のバンク１０９ｄのバンクを備える。トリム調節器１０９ｃと高電力増幅器１０９ｄは並列に動作し入力ハイブリッド・マトリックス１０９ａと出力ハイブリッド・マトリックス１０９ｂの間で配置され入力ハイブリッド・マトリックス１０９ａと出力ハイブリッド・マトリックス１０９ｂと通信する。１態様では、トリム調節器１０９ｃは、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと高電力増幅器１０９ｄの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと高電力増幅器１０９ｄと通信する。１態様では、各高電力増幅器１０９ｄから上流に配置されたトリム調節器１０９ｃがある。別の態様では、図１Ｃに示されているように、各高電力増幅器１０９ｄから下流に配置されたトリム調節器がある。１態様では、各高電力増幅器１０９ｄに対応するトリム調節器１０９ｃがあり、他の態様では、高電力増幅器１０９ｄよりも多くのトリム調節器１０９ｃがあってもよい（１つの高電力増幅器が複数のトリム調節器に共通である）。さらに他の態様では、高電力増幅器１０９ｄより少ないトリム調節器１０９ｃがあってもよい（１つのトリム調節器が複数の高電力増幅器に共通である）。１態様では、マトリックス電力増幅器１０９は再構成可能なハイブリッド・マトリックス電力増幅器であり、マトリックス電力増幅器１０９の各マトリックス電力増幅器入力１２６が、マトリックス電力増幅器１０９の所定のマトリックス電力増幅器出力１２７に選択的にマップされ、例えば、動作中に指令可能に変更される。１態様では、任意の１つまたは複数の入力１２６ａ−１２６ｎは任意の１つまたは複数の出力１２７ａ−１２７ｎにルーティングされる。例えば、トリム調節器１０９ｃは、例えば、ドライバ回路１０９ｐに接続される指令可能位相シフタ１０９ｃｐを含む。ドライバ回路１０９ｐはコントローラ１１２に接続され、通信コマンドを、マトリックス電力増幅器１０９を通じた通信信号のルーティングに関してコントローラ１１２から受信する。ドライバ回路１０９ｐは、マトリックス電力増幅器１０９をＴＤＭＡ速度で通過する通信コマンドに基づいて、通信信号を修正するように各トリム調節器１０９ｃに指令するように構成される。トリム調節器１０９ｃの指令可能位相シフタ１０９ｃｐは、ドライバ回路１０９ｐの制御下で、マトリックス電力増幅器１０９内の通信信号（例えば、ビーム）のルーティングを選択し、例えば、高電力増幅器１０９ｄの間の位相進行角を変更することによって、各入力１２６ａ−１２６ｎを所定の出力１２７ａ−１２７ｎに再マップする。高電力増幅器１０９ｄは、通信信号がルーティングされる出力ポート１２７ａ−１２７ｎを変更する。１態様では、トリム調節器１０９ｃのバンクは、１つまたは複数の高電力増幅器１０９ｄからの信号が出力ハイブリッド・マトリックス１０９ｂ内で結合し、マトリックス電力増幅器１０９の単一の出力１２７ａ−１２７ｎに合計するように、高電力増幅器１０９ｄのバンクの応答を整列させる。１態様では、１つの信号のみが単一の入力に存在する場合、マトリックス電力増幅器１０９の出力１２７ａ−１２７ｎのうち任意の１つまたは複数に信号をルーティングする１組の位相調節が存在する。１態様では、トリム調節器１０９ｃにより生成された位相変化は、当該マトリックス電力増幅器を通じて通信信号を再ルーティングするためにＴＤＭＡ速度で生成され、高電力スイッチを実質的に排除し、高電力増幅器１０９ｄがＴＤＭＡ時間フレームの期間に対して最大効率でほぼ同時に動作できるようにする。１態様では、当該マトリックス電力増幅器の少なくとも一部はデジタルであり、本明細書で説明した、当該マトリックス電力増幅器により通信信号（複数可）に行われた位相調節はデジタル的に実装される。他の態様では、当該マトリックス電力増幅器の少なくとも一部は位相調節を実装するためにアナログである。
１態様では、複数のＴＤＭＡ信号を、複数のマトリックス電力増幅器入力１２６で投入し、その夫々のマトリックス電力増幅器出力１２７にほぼ同時にルーティングすることができる。１態様では、マトリックス電力増幅器入力１２６の１つで受信されたＴＤＭＡ信号の周波数は、他のマトリックス電力増幅器入力１２６の何れかで受信されたＴＤＭＡ信号の周波数と同じである。しかし、他の態様では、マトリックス電力増幅器入力１２６の各々で受信されたＴＤＭＡ信号の周波数は、高電力増幅器１０９ｃおよび全ての他の介在構成要素（例えば、トリム調節器１０９ｃ）の帯域幅がマトリックス電力増幅器入力１２６により受信されたＴＤＭＡ信号の帯域幅を包含する限り、異なる。１態様では、入力ハイブリッド・マトリックス１０９ａはデジタル・モジュール内でデジタルに実装される。１態様では、マトリックス電力増幅器１０９は、直接放射形アレイ、ならびに、出力ハイブリッド・マトリックス１０９ｂの機能が回路ではなくアンテナのオプティクスにより実施される整形アパーチャ・アレイで実装される。
マトリックス電力増幅器１０９の夫々のマトリックス電力増幅器出力１２７ａ−１２７ｎの各々は、ビーム・アンテナ１１０の対応する１つにさらに接続される。１態様では、ビーム・アンテナ１１０はスポット・ビーム・アンテナである。しかし、他の態様では、ビーム・アンテナ１１０はマルチビーム給電またはフェーズド・アレイ・アンテナである。ビーム・アンテナ１１０の各々は、所定の時間に対してマトリックス電力増幅器１０９の対応するマトリックス電力増幅器出力１２７ａ−１２７ｎからＴＤＭＡ信号を出力する。本発明の１態様では、当該所定の時間は、時間同期モジュール１１２Ｂからのタイミング同期信号に基づいて制御されるＴＤＭＡ信号の滞留時間である。本発明の１態様では、マトリックス電力増幅器出力１２７ａ−１２７ｎからのＴＤＭＡ信号出力は、時間同期モジュール１１２Ｂからのタイミング同期信号に基づく所定の周波数および振幅を有する。１態様では、チャネライザ１１１とマトリックス電力増幅器１０９の間の接続は、チャネライザ１１１により出力されたＴＤＭＡ信号の全帯域幅をビーム・アンテナ１１０に時分割多重アクセス時間フレームの期間（例えば、滞留時間）、提供する。１態様では、時間同期モジュール１１２Ｂは、チャネライザ１１１の全帯域幅をアンテナ・ビーム１１０に時分割多重アクセス時間フレームの期間、提供させる。例えば、約３Ｂｉｔｓ／Ｈｚで、ポート単位に約５００ＭＨｚを使用する約４０個の出力ポートを有するチャネライザ１１１ペイロードは、完全な周波数と容量の柔軟性を有する約６０ＧＢの容量を提供することができる。１態様では、アップリンク受信器モジュール１０１内のビーム・クラスタとおよびビーム・アンテナ１０３と等しい数のビーム・クラスタおよびビーム・アンテナ１１０がダウンリンク送信器モジュール１０２内にある。しかし、他の態様では、アップリンク受信器モジュール１０１内のビーム・クラスタおよびビーム・アンテナ１０３の数と異なる数のビーム・クラスタおよびビーム・アンテナ１１０がダウンリンク送信器モジュール１０２内部に存在する。
本発明の１態様では、１つまたは複数の周波数変換器１０７はマトリックス電力増幅器（複数可）１０９のチャネライザ出力１１７および入力１２６の間に配置される。周波数変換器１０７は本明細書で説明した周波数変換器１０６と実質的に同様である。
次に図２を参照すると、例示的な衛星通信システム１００Ａが示されている。図２では、複数のビーム・クラスタ１−Ｘが示されており、各ビーム・クラスタ１−Ｘはビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚおよび１０３Ｂ１−Ｚ対応し、Ｚは１より大きい任意の所定の数である。１態様では、２組のビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚおよび１０３Ｂ１−Ｚが示されているが、他の態様では、ビーム・クラスタ１−Ｘに対応する任意の所定数の組のビーム・アンテナ１０３がある。ビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚおよび１０３Ｂ１−Ｚの各々は（本明細書で説明したように）低雑音増幅器冗長リング１０４Ａの入力１２０に接続される。本発明の１態様では、低雑音増幅器冗長リング１０４ＡはＴＤＭＡ信号を各ビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚおよび１０３Ｂ１−Ｚから受信する。１態様では、各低雑音増幅器冗長リング１０４Ａは、ビーム・クラスタ１−Ｘの１つに関連付けられたビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚおよび１０３Ｂ１−ＺからＴＤＭＡ信号を受信する。例えば、１態様では、低雑音増幅器冗長リング１０４Ａの１つが、ビーム・クラスタ１に関連付けられたビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚおよび１０３Ｂ１−Ｚを受信する。他の態様では、低雑音増幅器冗長リング１０４Ａは、複数のビーム・クラスタ１−Ｘに関連付けられたビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚおよび１０３Ｂ１−ＺからＴＤＭＡ信号を受信する。低雑音増幅器冗長リング１０４Ａは、ＴＤＭＡスイッチ１０５のスイッチ入力１２２に接続されたＬＮＡ出力１２１を有する。１態様では、１つのＴＤＭＡスイッチ１０５が各低雑音増幅器冗長リング１０４Ａに接続される。ＴＤＭＡスイッチ１０５の各々はまた、スイッチ出力１２３を有し、時間同期モジュール１１２Ｂからのタイミング同期信号に従ってＴＤＭＡ信号を切り替える。本発明の１態様では、ＴＤＭＡスイッチ１０５のスイッチ出力１２３は周波数変換器１０６に接続され、ＴＤＭＡスイッチ１０５とチャネライザ１１１の間に配置され、これらはＴＤＭＡスイッチ１０５によりＴＤＭＡ信号出力の周波数を変更するように構成される。チャネライザ１１１は、周波数変換器１０７に接続されたチャネライザ出力１１７を有する。チャネライザ１１１は、結果のＴＤＭＡ信号（例えば、出力ＴＤＭＡ信号）をチャネライザ１１１とマトリックス電力増幅器１０９の間に配置された周波数変換器１０７に出力する。図２ではチャネライザ１１１の各出力１１７が単一のマトリックス電力増幅器１０９に接続されるとして示されていることに留意されたい。しかし、他の態様では、図２Ａに示されているように、当該チャネライザの各出力１１７は１つまたは複数の入力２７７および１つまたは複数の出力２７８を有する夫々のスイッチ２７６を介して複数のマトリックス電力増幅器１０９に接続される。１態様では、チャネライザ出力１１７ごとに１つのスイッチ２７６があり、他の態様では、スイッチ２７６は複数のチャネライザ出力１１７に共通である。１態様では、スイッチ２７６を、例えばデジタルまたはアナログ統合を通じて当該チャネライザに統合してもよい。当該スイッチは、１態様ではコントローラ１１２に接続され、夫々のスイッチ２７６に接続されたマトリックス電力増幅器１０９の１つまたは複数に信号を出力するように当該チャネライザに指示するためのコマンドを当該コントローラから受信する。
マトリックス電力増幅器１０９は、ＴＤＭＡ信号を、時間同期モジュール１１２Ｂからのタイミング同期信号に基づいて、対応するダウンリンク・アンテナ・ビーム１１０Ａ１−Ｐ、１１０Ｂ１−Ｐに接続されたマトリックス電力増幅器１０９の出力１２７に出力する。本発明の１態様では、マトリックス電力増幅器１０９の所定のマトリックス電力増幅器入力１２６は、本明細書で説明したように、マトリックス電力増幅器１０９の所定のマトリックス電力増幅器出力１２７に選択的にマップされる。マトリックス電力増幅器１０９の所定のマトリックス電力増幅器出力１２７が対応するダウンリンク・ビーム・アンテナ１１０Ａ１−Ｐおよび１１０Ｂ１−Ｐに接続され、これらは出力ＴＤＭＡ信号をＴＤＭＡ信号１９７Ｄとして送信する。１態様では、２組のビーム・アンテナ１１０Ａ１−Ｐおよび１１０Ｂ１−Ｐが示されているが、他の態様では、ビーム・クラスタ１−Ｙに対応する任意の所定数の組のビーム・アンテナ１１０がある。１態様では、ビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚ、１０３Ｂ１−Ｚの数はビーム・アンテナ１１０Ａ１−Ｐ、１１０Ｂ１−Ｐの数と同じである（例えば、ＰはＺと同じである）が、他の態様では、ビーム・アンテナ１０３Ａ１−Ｚ、１０３Ｂ１−Ｚの数はビーム・アンテナ１１０Ａ１−Ｐ、１１０Ｂ１−Ｐの数と異なる（例えば、ＰはＺと異なる）。
次に図３を参照すると、衛星通信システム１００、１００Ａのような衛星通信システムの一部が示されている。本態様では、マトリックス電力増幅器１０９は、コントローラ１１２により、ダウンリンク・アンテナ・ビームを再構築するように制御される。例えば、トリム調節器１０９ｃの位相シフタ１０９ｃｐは、独立な出力ポート１２７ａ−１２７ｎをそれらの夫々の出力アンテナ・フィードで選択するように指令され、位相シフタ１０９ｃｐ値は、通信信号Ｓ１から夫々の出力ポート１２７ａ−１２７ｎにエネルギの所定の部分を送信するように選択される。位相シフタ（複数可）１０９ｃｐにより出力ポート１２７ａ−１２７ｎに送信されたエネルギの部分は、独立な分割された通信信号ｓ１ａ、ｓ１ｂ、ｓ１ｃ、ｓ１ｄを形成するために、異なるアンテナに給電する。分割された通信信号のうち少なくとも２つのエネルギは遠方で再結合し、結合されたアンテナ・パターンＳ１’を形成する。１態様では、結合されたアンテナ・パターンまたはビームＳ１’は、ＴＤＭＡ速度で複数の所定のパターンに従うように位相シフタ（複数可）１０９ｃｐに指令することによって調節される。１態様では、結合されたアンテナ・ビームＳ１’は、実際には当該アンテナが向いていない方向で通信信号をポイントするマトリックス電力増幅器１０９の単一の出力ポートを使用するとき利用可能でない新たな方向でピークアップする（例えば、単一のアンテナからの未結合のまたは分割された信号とは異なる方向を指す）可変のビーム幅を有する。１態様では、本明細書で説明したトリム調節器１０９ｃの位相シフタ１０９ｃｐに対する位相シフト値は、所定のアルゴリズムに従って、コントローラ１１２および／または駆動回路１０９ｐにより、衛星通信システム１００、１００Ａのような通信プラットフォームのオンボードで計算される。１態様では、当該位相シフト値は、実質的に制御信号１９８と同様な方式で、地上（または他の地上ベースの）ソース１９９からアップロードされ、メモリ１１２Ａに格納され、必要に応じて例えばコントローラ１１２により呼び出されるか、または、リアルタイムで使用される。
１態様では、図４を参照すると、アップリンク受信器モジュール１０１のＬＮＡ冗長リング１０４Ａおよび高速スイッチ１０５がマトリックス電力増幅器または受信マトリックス４００で置き換えられている。受信マトリックス４００はマトリックス電力増幅器１０９と実質的に同様であるが、しかし、本態様では受信マトリックス４００は、発信通信信号ではなく着信通信信号を再構築し、当該高電力増幅器が低雑音増幅器（ＬＮＡ）４０９ｄで置き換えられている。例えば、信号Ｓ１は、結合されたアンテナ・ビームとして衛星通信システム１００に送信される。結合されたアンテナ・ビームＳ１は、入力ハイブリッド・マトリックス４０９ａの入力４２６ａ−４２６ｎに接続されたアンテナにより受信される２つ以上の独立なアンテナ・ビームＳ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ１ｄを形成するように分割された、分割された通信信号から成る。トリム調節器４０９ｃは、出力ハイブリッド・マトリックス４０９ｂの独立な出力ポート４２７ａ−４２７ｎを選択するように指令され、位相シフタ４０９ｃｐ値が通信信号Ｓ１からのエネルギの所定の部分を夫々の出力ポート４２７ａ−４２７ｎに送信するように選択され、アンテナ・ビームＳ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ１ｄにより形成された通信信号が、エネルギの部分を結合または分割することによって再構築して通信信号Ｓ’’を形成する。１態様では、位相シフタ（複数可）４０９ｃｐにより出力ポート４２７ａ−４２７ｎに送信されたエネルギの部分はチャネライザ１１１の異なる入力１１６に供給され（図１および２）、その結果、エネルギの部分はチャネライザ１１１を通じてダウンリンク送信器モジュール１０２の所定のマトリックス電力増幅器１０９に送信される。本明細書で説明したのと同様な方式で、トリム調節器４０９ｃの指令可能位相シフタ４０９ｃｐは、ドライバ回路４０９ｐの制御下で、マトリックス電力増幅器４０９内の通信信号（例えば、ビーム）のルーティングを選択し、例えば、ＬＮＡ４０９ｄ間の位相進行角を変更することによって、各入力４２６ａ−４２６ｎを所定の出力４２７ａ−４２７ｎに再マップする。ＬＮＡ４０９ｄは、通信信号がルーティングされる出力ポート４２７ａ−４２７ｎを変更する。１態様では、トリム調節器４０９ｃのバンクは、１つまたは複数のＬＮＡ４０９ｄからの信号が出力ハイブリッド・マトリックス４０９ｂ内で結合し、マトリックス電力増幅器４０９の単一の出力４２７ａ−４２７ｎに合計されるように、ＬＮＡ４０９ｄのバンクの応答を整列させる。１態様では、１つの信号だけが単一の入力に存在する場合、マトリックス電力増幅器４０９の出力４２７ａ−４２７ｎのうち任意の１つまたは複数に信号をルーティングする１組の位相調節が存在する。１態様では、トリム調節器４０９ｃにより生成された位相変化が、当該マトリックス電力増幅器を通じて通信信号を再ルーティングするためにＴＤＭＡ速度で行われ、実質的に高電力スイッチングを排除し、ＬＮＡ４０９ｄが最大効率で実質的に同時に動作することができる。
次に図５、５Ａを参照すると、衛星通信システムの一部１００Ｄが示されている。本発明の１態様では、チャネライザ１１１の複数の出力１１７ａ、１１７ｂは、広い帯域幅または複数の帯域のビームを形成するために結合される。１態様では、チャネライザ出力１１７ａ、１１７ｂは周波数変換器５０１、５０２に接続される。周波数変換器５０１、５０２はＴＤＭＡ信号１３０、１３１をチャネライザ出力１１７ａ、１１７ｂから受信し、夫々のＴＤＭＡ信号１３０、１３１をデュプレクサ／結合器５０３に出力する。１態様では、周波数変換器５０１、５０２はＴＤＭＡ信号１３０、１３１を異なる周波数にシフトする。周波数変換器５０１、５０２は、デュプレクサ／結合器５０３と組み合わせて、チャネライザ出力１１７ａ、１１７ｂからのＴＤＭＡ信号１３０、１３１を受信各局所発振器周波数ＬＯ１、ＬＯ２で隣接ＲＦ帯に多重化して、広い帯域幅、複数の帯域または結合帯域１３２のビームを形成する（図５Ａを参照）。デュプレクサ／結合器５０３からの結合された帯域１３２はマトリックス電力増幅器１０９の所定のマトリックス電力増幅器入力１２６に出力される。１態様では、マトリックス電力増幅器１２７は、各ビーム・アンテナ１１０Ａ１−Ｐおよび１１０Ｂ１−Ｐに夫々のマトリックス電力増幅器出力１２７を通じて出力する（図２も参照）。図５に示す態様では、２つのチャネライザ出力１１７ａ、１１７ｂはデュプレクサ／結合器５０３により結合される。しかし、他の態様では、任意の所定数のチャネライザ出力１１７をデュプレクサ／結合器５０３により結合することができる。
次に図６および６Ａを参照すると本発明のさらに別の態様が示されている。１態様では、チャネライザ１１１、ハイブリッドＭＰＡ入力マトリックス１０９ａおよび少なくともトリム調節器１０９ｃ、位相シフタ１０９ｃｐおよびドライバ回路１０９ｐはデジタル・モジュール９０１に統合される。他の態様では、低雑音増幅器１０４、周波数変換器１０６、１０７、ＴＤＭＡスイッチ１０５、チャネライザ１１１、マトリックス電力増幅器１０９、衛星コントローラ１１２の何れかまたはそれらの任意の部分を、デジタル信号処理コンピュータのデジタル・モジュールとして結合し実装することができる。図６に示す例示的な衛星通信システム１００Ｅの部分において、デジタル・モジュール９０１は、チャネライザ１１１、マトリックス電力増幅器１０９のハイブリッドＭＰＡ入力マトリックス１０９ａ、（指令可能位相シフタ１０９ｃｐを含む）トリム調節器１０９ｃのバンクおよび駆動回路１０９ｐを備える。図６Ａに示す例示的な衛星通信システム１００Ｆの一部において、周波数変換器１０６、ＴＤＭＡスイッチ１０５、チャネライザ１１１、衛星コントローラ１１２、マトリックス電力増幅器１０９のハイブリッドＭＰＡ入力マトリックス１０９ａ、トリム調節器１０９ｃのバンク（指令可能位相シフタ１０９ｃｐを含む）および駆動回路１０９ｐはデジタル・モジュール１０００として実装される。
次に図１、１Ｂ、２および７を参照すると、衛星通信システム１００の動作の例示的な流れ図が示されている。ブロック７００で、入力通信信号が衛星通信システム１００の少なくとも１つのビーム・アンテナから受信される。例えば、１態様では、ＴＤＭＡスイッチ１０５が入力ＴＤＭＡ信号をスイッチ入力１２２を有するビーム・アンテナ１０３から受信する。本発明の１態様では、ＴＤＭＡスイッチ１０５はまた、衛星コントローラ１１２の時間同期モジュール１１２Ｂから時間同期信号を受信する。当該時間同期信号は、ＴＤＭＡスイッチ１０５により受信されたＴＤＭＡ信号がどのようにＴＤＭＡスイッチ１０５のスイッチ出力１２３に切り替えられるかを判定する。ブロック７０１で、ＴＤＭＡスイッチ１０５が入力ＴＤＭＡ信号をチャネライザ１１１に送信する。１態様では、チャネライザ１１１が、チャネライザ１１１によりＴＤＭＡスイッチ１０５から受信した入力ＴＤＭＡ信号に周波数分割多重を提供し、衛星コントローラ１１２からの制御信号に従って出力ＴＤＭＡ信号を生成する。ブロック７０２で、チャネライザ１１１が出力ＴＤＭＡ信号をマトリックス電力増幅器１０９の入力ハイブリッド・マトリックス１０９ａに送信する（例えば、出力通信信号が入力ハイブリッド・マトリックス１０９ａを有するチャネライザ１１１から受信される）。ブロック７０３で、当該出力通信信号の位相を変更することによって上述のように、当該出力通信信号は当該マトリックス電力増幅器の出力ハイブリッド・マトリックス１０９ｂの所定の出力に選択的にルーティング／再ルーティングされる。
本明細書で説明した方法（複数可）の動作を説明する本開示および図面は、動作が実施されるシーケンスを必ずしも決定するとは解釈すべきではない。寧ろ、１つの例示的な順序を示しているが、適切なときは、動作のシーケンスを修正してもよいことは理解される。したがって、特定の動作を別の順序でまたは同時に実施してもよい。さらに、本開示の幾つかの態様では、本発明で説明した全ての動作を実施する必要はない。
本開示の例を、図８に示す航空機の製造およびサービスの方法８００ならびに図９に示す航空機９０２の文脈で説明してもよい。事前生産中に、例示的な方法８００が、航空機９０２の仕様および設計８０４ならびに材料調達８０６を備えてもよい。生産中に、航空機９０２のコンポーネントおよび組立部品製造８０８ならびにシステム統合８１０が行われる。その後、航空機９０２が、サービス８１４に置かれるために認証および配送８１２を受けてもよい。顧客によるサービスにおいて、航空機９０２が（修正、再構成、改修等を含みうる）ルーチン保守およびサービス８１６に関してスケジュールされる。
航空機の製造およびサービスの方法８００のプロセスの各々を、システム・インテグレータ、サード・パーティ、および／またはオペレータ（例えば、顧客）により実施または実行してもよい。この説明の目的のため、システム・インテグレータが、限定ではなく、任意数の航空機製造業者および主要システムの下請けを含んでもよく、サード・パーティが、例えば、限定ではなく、任意数のベンダ、下請け、および供給者を含んでもよく、オペレータが航空会社、リース会社、軍事機関、サービス組織等であってもよい。
図９に示すように、航空機の製造およびサービスの方法８００により生産された航空機９０２が複数の高レベルシステム９２２と内部９２２を有する機体９１８を備えてもよい。複数の高レベルシステムの例は、当該航空機にわたって分散され、推進システム９２４、電力システム９２６、油圧システム９２８、環境システム９３０、および当該衛星通信中継システム９３１のうち１つまたは複数を含む。任意数の他のシステムを本例に含めてもよい。航空宇宙の例を示したが、本発明の原理を自動車業界のような他の産業に適用してもよい。
本明細書で図示または説明したシステムと方法を航空機の製造およびサービスの方法８００の段階の任意の１つまたは複数において使用してもよい。例えば、構成要素または構成要素に対応する部品および部品製造８０８を航空機９０２が就航中に生産される構成要素または部品と同様に製作または製造してもよい。または、当該システム、方法、またはその組合せの１つまたは複数の態様を、例えば、航空機９０２の組立てを大幅に早めるかまたは航空機９０２のコストを削減することによって、生産段階８０８および８１０中に利用してもよい。同様に、当該システムまたは方法の１つまたは複数の態様の実現、またはそれらの組合せを、例えばかつ限定ではなく、当該航空機９０２がサービス、例えば、動作、保守およびサービス８１６中に利用してもよい。
多様な構成要素、特徴、および機能を含むシステムおよび方法の異なる例および態様を本明細書で開示した。本明細書で開示したシステムおよび方法の様々な例および態様が、本明細書で開示したシステムおよび方法の他の例および態様の何れかの構成要素、特徴、および機能の何れかを任意の組合せで含んでもよく、かかる可能性の全ては本発明の趣旨と範囲内にあると意図されていることは理解されるべきである。
本明細書で説明した本開示の多数の修正および他の例は、以上の説明と添付図面で提示した教示事項の利点を有する本開示が関係する当業者には容易に想到される。
本明細書で説明したように、開示した実施形態の態様は、例えば、衛星通信システム１００の高電力部分の複雑さとコストを削減し、利用可能なＲＦ電力を、可変の容量需要を伴う増大し続ける数のアンテナ・ビーム１１０にルーティングする柔軟性を最大化する。開示した実施形態の態様は、大容量、効率的な帯域幅利用、加重の削減、電力消費の削減およびビーム割当ての柔軟性を提供する。本明細書で説明するマトリックス電力増幅器（複数可）１０９、４０９は、デジタル・スイッチングに要求される複雑なマイクロ波入力および出力マルチプレクサ・フィルタ・ネットワークを置き換える。開示した実施形態の態様はまた、高スループット衛星のペイロードを簡略化し、容量を増大させ、これが、コストを下げ、衛星の構築時間を減らし、ビット単位のコストとエンド・ユーザのコストを最小化する。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、通信システムは、通信プラットフォームと、当該通信プラットフォームに接続されマトリックス電力増幅器を有するダウンリンク通信モジュールであって、当該マトリックス電力増幅器は入力ハイブリッド・マトリックス、出力ハイブリッド・マトリックスと、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する高電力増幅器のバンクと、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する調節器のバンクとを備える、ダウンリンク通信モジュールと、当該調節器のバンク内の各調節器に接続されたドライバ回路とを備える。当該ドライバ回路は、当該マトリックス電力増幅器を通過する通信信号を時分割多重アクセス速度で修正するように各調節器に指令するように構成される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、各高電力増幅器に対応する調節器がある。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該調節器は当該対応する高電力増幅器から上流に配置される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該調節器は当該対応する高電力増幅器から下流に配置される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該調節器のバンクは、所定の組合せで、当該出力ハイブリッド・マトリックスにおいて通信信号を結合するように高電力増幅器のバンクの応答を整列させるように構成される。当該結合された通信信号は当該マトリックス電力増幅器の単一の出力に合計される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、各調節器は、当該入力ハイブリッド・マトリックスの各入力の当該出力ハイブリッド・マトリックスの所定の出力への再マッピングにおいて当該通信信号の位相を変更するように構成される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該通信システムはさらに、少なくとも１つのダウンリンク・アンテナ・ビームを含む。当該出力ハイブリッド・マトリックスの各出力が夫々のダウンリンク・アンテナ・ビームに接続される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該調節器のバンクは、時分割多重アクセス速度で高電力出力スイッチング無しに、出力ハイブリッド・マトリックスの少なくとも１つの出力の選択可能な再マッピングを入力ハイブリッド・マトリックスの少なくとも１つの入力に関して生じさせるように構成される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、高電力増幅器のバンクの各高電力増幅器は同時に動作する。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該通信信号は無線周波数信号または光信号である。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、マトリックス電力増幅器は、複数の入力を有する入力ハイブリッド・マトリックスと、複数の出力を有する出力ハイブリッド・マトリックスと、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する高電力増幅器のバンクと、少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスの間で配置され少なくとも当該入力ハイブリッド・マトリックスと当該出力ハイブリッド・マトリックスと通信する調節器のバンクと、当該調節器のバンク内の各調節器に接続されたドライバ回路とを備える。当該ドライバ回路は、当該マトリックス電力増幅器を通過する通信信号を時分割多重アクセス速度で修正するように各調節器に指令するように構成される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、各高電力増幅器に対応する調節器がある。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該調節器は対応する高電力増幅器から上流に配置される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該調節器は当該対応する高電力増幅器から下流に配置される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該調節器のバンクは、所定の組合せで、当該出力ハイブリッド・マトリックスにおいて通信信号を結合するように高電力増幅器のバンクの応答を整列させるように構成される。当該結合された通信信号は当該マトリックス電力増幅器の単一の出力に合計される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、各調節器は、入力ハイブリッド・マトリックスの各入力の出力ハイブリッド・マトリックスの所定の出力への再マッピングにおいて通信信号の位相を変更するように構成される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該調節器のバンクは、時分割多重アクセス速度で高電力出力スイッチング無しに、出力ハイブリッド・マトリックスの少なくとも１つの出力の選択可能な再マッピングを入力ハイブリッド・マトリックスの少なくとも１つの入力に関して生じさせるように構成される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、高電力増幅器のバンクの各高電力増幅器は同時に動作する。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該通信信号は無線周波数信号または光信号である。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、通信の方法は、通信信号をマトリックス電力増幅器の入力ハイブリッド・マトリックスに入力するステップと、当該通信信号を時分割多重アクセス速度で修正することにより当該通信信号を当該マトリックス電力増幅器の出力ハイブリッド・マトリックスの所定の出力に選択的に再ルーティングするステップとを含む。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該通信信号は無線周波数信号または光信号である。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該通信信号は、当該通信信号が当該マトリックス電力増幅器の高電力増幅器に入る前に修正される。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該通信信号を修正するステップは当該通信信号の位相進行角を変更するステップを含む。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該方法はさらに、当該通信信号を位相シフトして、エネルギの所定の部分を異なるビーム・アンテナに供給するための当該マトリックス電力増幅器の所定数の出力ポートに送信することによって、結合されたアンテナ・パターンを形成するステップを含む。当該エネルギの所定の部分は再結合して、当該結合されたアンテナ・パターンを形成する。
本発明の１つまたは複数の態様によれば、当該通信信号の修正はデジタル修正である。
したがって、本開示は開示した特定の実施形態には限定されず、修正および他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれることは理解される。さらに、上述の説明と関連する図面は要素および／または機能の特定の例示的な組合せの文脈で例示的な実施形態を説明するが、要素および／または機能の異なる組合せを、添付の特許請求の範囲から逸脱しない代替的な実装により提供してもよいことは理解されるべきである。
１０６周波数変換器
１０７周波数変換器
１１０ビーム・アンテナ
１１１チャネライザ
１１２コントローラ
１２３ＴＤＭＡスイッチ
１２９ビーム・アンテナ

Claims (10)

  1. 複数の入力（１２６ａ‐１２６ｎ）を有する入力ハイブリッド・マトリックス（１０９ａ）と、
    複数の出力（１２７ａ‐１２７ｎ）を有する出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）と、
    少なくとも前記入力ハイブリッド・マトリックス（１０９ａ）および前記出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）の間で配置され少なくとも前記入力ハイブリッド・マトリックス（１０９ａ）および前記出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）と通信する高電力増幅器（１０９ｄ）のバンクと、
    少なくとも前記入力ハイブリッド・マトリックス（１０９ａ）および前記出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）の間で配置され少なくとも前記入力ハイブリッド・マトリックス（１０９ａ）および前記出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）と通信する調節器（１０９ｃ）のバンクと、
    調節器の前記バンク内の各調節器（１０９ｃ）に接続されたドライバ回路（１０９ｐ）であって、前記ドライバ回路（１０９ｐ）は、前記マトリックス電力増幅器（１０９）を通過する通信信号を時分割多重アクセス速度で修正するように各調節器（１０９ｃ）に指令するように構成された、ドライバ回路（１０９ｐ）と、
    を備える、マトリックス電力増幅器（１０９）。
  2. 各高電力増幅器（１０９ｄ）に対応する調節器（１０９ｃ）がある、請求項１に記載のマトリックス電力増幅器（１０９）。
  3. 前記調節器（１０９ｃ）は前記対応する高電力増幅器（１０９ｄ）から上流に配置される、請求項２に記載のマトリックス電力増幅器（１０９）。
  4. 調節器の前記バンク（１０９ｃ）は、高電力増幅器（１０９ｄ）の前記バンクの応答を整列させて、所定の組合せで、前記出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）において通信信号を結合させるように構成され、前記結合された通信信号は前記マトリックス電力増幅器（１０９）の単一の出力（１２７ａ‐１２７ｎ）に合計する、請求項１に記載のマトリックス電力増幅器。
  5. 各調節器（１０９ｃ）は、前記出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）の所定の出力（１２７ａ‐１２７ｎ）への前記入力ハイブリッド・マトリックス（１０９ａ）の各入力（１２６ａ‐１２６ｎ）再マッピングにおける前記通信信号の位相を変化させるように構成される、請求項１に記載のマトリックス電力増幅器（１０９）。
  6. 調節器の前記バンク（１０９ｃ）は、時分割多重アクセス速度で高電力出力スイッチング無しに、前記入力ハイブリッド・マトリックス（１０９ａ）の少なくとも１つの入力（１２６ａ‐１２６ｎ）に関する前記出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）の少なくとも１つの出力（１２７ａ‐１２７ｎ）の選択可能な再マッピングを生じさせるように構成される、請求項１に記載のマトリックス電力増幅器（１０９）。
  7. マトリックス電力増幅器（１０９）の入力ハイブリッド・マトリックス（１０９ａ）に通信信号を入力するステップと、
    前記通信信号を時分割多重アクセス速度で修正することにより、前記通信信号を選択的に前記マトリックス電力増幅器（１０９）の出力ハイブリッド・マトリックス（１０９ｂ）の所定の出力（１２７ａ‐１２７ｎ）に再ルーティングするステップと、
    を含む、通信方法。
  8. 前記通信信号を修正するステップは、前記通信信号の位相進行角を変更するステップを含む、請求項７に記載の方法。
  9. エネルギの所定の部分を前記マトリックス電力増幅器（１０９）の所定数の出力ポート（１２７ａ‐１２７ｎ）に送信して異なるビーム・アンテナ（１１０）に供給するために、前記通信信号を位相シフトすることによって、結合されたアンテナ・パターンを形成するステップであって、前記エネルギの所定の部分は再結合して前記結合されたアンテナ・パターンを形成する、ステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
  10. 通信プラットフォームに接続され、請求項１乃至６の何れか１項に記載のマトリックス電力増幅器（１０９）を有するダウンリンク通信モジュール（１０２）を備える、通信システム（１００）。
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