JP2019537877A - 相互同期空間多重化フィーダリンクを用いた地上ビーム形成通信 - Google Patents

Abstract

実施形態は、無線通信システムで相互同期空間多重化ゲートウェイを用いて地上ビーム形成を提供する。幾つかの実施形態は、多数の地理的分散ゲートウェイ端末（例えば、単一ゲートウェイ／ビーム）と通信する集束ビームフィーダアンテナと、形成ユーザビームを介してユーザ端末と通信するユーザアンテナとを有する衛星の状況で動作する。ゲートウェイ端末は、（例えば、衛星及び／又はループバックビーコンに従って）ビーム重み付け及び相互位相同期されたフィーダ信号を伝達することができる。例えば、同期により、順方向アップリンク信号を、衛星によって位相同期受信することができ、ビーム重み付けにより、順方向ダウンリンク信号が空間的に結合して順方向ユーザビームを形成することができる。実施形態は、フィーダリンク通信の相互同期空間多重化によって大規模な帯域幅再利用を達成することができる。【選択図】図１

Description

実施形態は、一般的に、通信システムに関し、より詳細には、相互同期空間多重化フィーダリンクを用いた地上ビーム形成の提供に関する。

衛星通信システムなどの無線通信システムでは、データを、無線中継器を介してある位置から他の位置へ伝達することができる。例えば、衛星通信システムでは、データを、衛星を介してゲートウェイとユーザ端末との間で伝達することができる。一般的に、通信システムの容量を増大することが望ましい。容量を増大する幾つかの手法は、電力の増大を含む。しかし、このような手法は、様々な制限を有することがある。例えば、電力の増大は、電力量（例えば、システム構成要素の実用的な電力制限など）及び／又は調整制約（例えば、最大許容送信電力など）によって制限されることがあり、電力の増大は、（例えば、シャノン限界の近くで動作する場合、対数利得に従う）容量に対して過度に小さい影響を及ぼすことがある。幾つかの他の手法は、（例えば、スペクトル割り当ては典型的に、固定及び制限されるので、より大きい周波数再利用を介して）帯域幅の増大を含む。しかし、帯域幅再利用の増大は、典型的に、地上端末にサービス提供するビームの数の増大、及びビームサイズの減少を含む。ビームサイズの減少は、例えば、衛星及び／又は地上端末のサイズ、重量、複雑さ、コストなどの増大、衛星におけるアンテナ指向及び姿勢制御に必要な精度の増大などの多くの課題を提示する。小さいビームサイズは、（ユーザサービスエリアにわたって非常に不均等に分配されることが多い）需要に対する（例えば、各ビームに均等分配を提供する）提供システム容量の整合に対して課題も提示する。

搭載ビーム形成アレイ及びハードウェアなどの技法を用いた特定の用途に対して、これらの関心事の幾つかに対処することができる。しかし、このような技法は、衛星のサイズ、重量、コスト及び複雑さを更に増大することがある。搭載ビーム形成の特定の特徴を維持しながら、衛星上で複雑さを減少する１つの手法は、複雑さを地上に移すことである。いわゆる「地上ビーム形成」（ＧＢＢＦ）の手法は、効果的であるけれども、実装形態は、（例えば、Ｌ帯域の搬送波周波数に対して数ＭＨｚのユーザリンク帯域幅を提供する）より低い帯域幅の状況に集中する傾向がある。必要なフィーダリンク帯域幅は、ユーザリンク帯域幅の倍数であるので、従来のＧＢＢＦは、フィーダ帯域幅拡張問題を有し、増倍率は、ユーザリンクアレイによって提供されるアンテナ素子の数に関連している。例えば、１ＧＨｚのユーザ帯域幅（例えば、Ｋａ帯域で）に１００個の素子のユーザリンクビーム形成アレイを提供すると、１００ＧＨｚのフィーダリンク帯域幅が必要になることがある。帯域幅拡張問題は、大容量衛星システムへの従来のＧＢＢＦの実用化を妨げることがある。

特に、無線通信システムで相互同期空間多重化ゲートウェイを用いて地上ビーム形成を提供するシステム及び方法を説明する。幾つかの実施形態は、衛星を介して多数のユーザ端末と通信している多数の地理的分散ゲートウェイ端末を有する衛星通信システムの状況で動作する。衛星は、地理的分散ゲートウェイ端末（例えば、単一ゲートウェイ／ビーム）と通信する集束ビームフィーダアンテナと、形成ユーザビームを用いて多数のサービスエリアでユーザ端末にサービス提供するユーザアンテナとを含むことができる。ゲートウェイ端末は、（例えば、衛星及び／又はループバックビーコンに従って）ビーム重み付け及び相互位相同期された順方向信号を伝達することができ、その結果、衛星によって受信された順方向アップリンク信号は、位相同期である。衛星によって中継された（例えば、送信された）信号が空間的に結合してユーザビームを形成するように、ビーム重み付けする。実施形態は、フィーダリンク信号の空間多重化によって大規模な周波数再利用を達成することができる。例えば、幾つかの実装形態は、同じ帯域の周波数再利用で（例えば、大きい衛星アンテナ開口で）非常に狭いフィーダビームを使用して、空間多重化を達成する。幾つかの実装形態は、通信システムの容量を更に増大し、及び／又は、多数の極／ゲートウェイ、多数の周波数部分範囲／ゲートウェイ、及び／又は他の技法を利用することによってゲートウェイの数を更に減少する。

本開示を、添付図面と併せて説明する。

図１は、様々な実施形態による、相互同期空間多重化フィーダリンク（ＭＳＳＭＦＬ）を用いて地上ビーム形成を提供する例示的な衛星通信システムを示す。 図２は、様々な実施形態による、順方向リンク通信を実施する例示的な衛星通信システムを示す。 図３は、様々な実施形態による、戻りリンク通信を実施する例示的な衛星通信システムを示す。 図４は、様々な実施形態による、ＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星システムのブロック図を示す。 図５は、様々な実施形態による、ループバックビーコン信号伝達用の例示的なループバックパスウェイのブロック図を示す。 図６は、様々な実施形態による、衛星ビーコンサブシステムのブロック図を示す。 図７は、様々な実施形態による、ＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星通信システムを示す。 図８は、様々な実施形態による、ＭＳＳＭＦＬを提供する別の例示的な衛星通信システムを示す。 図９は、様々な実施形態による、多数の偏光方位を用いてＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星システムのブロック図を示す。 図１０は、様々な実施形態による、多数の周波数部分範囲を用いてＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星システムのブロック図を示す。 図１１は、様々な実施形態による、衛星通信システムでＭＳＳＭＦＬを用いて地上ビーム形成する例示的な方法の流れ図を示す。 図１２は、方位角及び仰角に対して描かれた例示的なフィーダ反射器用のフィーダリンクアンテナパターンのプロット図を示す。 図１３は、フィーダリンクアンテナパターン障害の順方向リンク測定を行うのに役立つために衛星上に実施された例示的な較正システムのブロック図を示す。 図１４は、フィーダリンクアンテナパターン障害の戻りリンク測定を行うのに役立つために衛星上に実施された例示的な較正システムのブロック図を示す。 図１５は、例示的なクロストーク除去器を含む例示的なフィーダアンテナパターン障害補償環境のブロック図を示す。

添付図面において、同様な構成要素及び／又は特徴は、同じ参照符号を有することができる。更に、同様な構成要素の中で区別する第２の符号で参照符号に続くことによって、同じタイプの様々な構成要素を区別することができる。明細書で第１の参照符号だけを使用する場合、説明は、第２の参照符号に関係なく、同じ第１の参照符号を有する同様な構成要素のうち何れか１つに適用できる。

次の説明では、多数の特定の詳細を示して、本発明の完全な理解を与える。しかし、当業者は、これらの特定の詳細無しで本発明を実施することができることが分かるはずである。場合によっては、本発明を曖昧にするのを回避するために、回路、構造及び技法を詳細に示していない。

ここに記載の実施形態は、（相互同期空間多重化フィーダリンク、又はＭＳＳＭＦＬとここで呼ばれる）無線通信システムで相互同期空間多重化ゲートウェイを用いて地上ビーム形成を提供する新規な技法を含む。このような幾つかの技法は、通信システムの地上セグメントで相互位相同期及びビーム重み付け空間多重化フィーダリンク信号を含む。例えば、順方向に、集束フィーダビームを使用して、衛星（例えば、又は任意の他の適切な無線通信中継器）で、相互位相同期及びビーム重み付け空間多重化順方向アップリンク信号を受信することができる。衛星は、アンテナアレイを使用して、信号のビーム重み付けに従ってユーザビームを形成するように相互位相同期信号を中継することができる。フィーダビームを集束するので、フィーダビームを異なる（空間分離）領域に向けることができ、フィーダリンクは、同じ周波数帯域を再利用することができる。従って、得られるこの周波数再利用により、従来の地上ビーム形成の帯域幅拡張問題が回避される。従って、ここに記載のＭＳＳＭＦＬを用いた新規なタイプの地上ビーム形成は、１テラビット／秒以上のスループットを与えるシステムなどのハイスループット衛星通信システムを容易に実施することができる。

図１を参照する。様々な実施形態による、ＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星通信システム１００を示す。例示のように、衛星通信システム１００は、多数（Ｍ個）のゲートウェイ端末１３０及び多数のユーザ端末１６５と通信している衛星１４０を含む。衛星１４０を、ベントパイプ（例えば、非処理）静止（ＧＥＯ）通信衛星として実施することができる。代わりに、衛星１４０を、ここに記載のように、任意の他の適切な衛星又は無線通信中継器として実施することができる。ゲートウェイ端末１３０は、地理的に分散され、集束フィーダビームを介して衛星と通信する。例えば、ゲートウェイ端末１３０を、互いに重複することなく（例えば、ゲートウェイ端末１３０の１台当たり１つのスポットビームとして、又は任意の他の適切な実装形態として）、少なくとも２つのフィーダビームに配置する。全てのＭ個のゲートウェイ端末１３０は、同じ搬送波周波数で動作する。しかし、ここに記載のような相互同期されるゲートウェイの場合、許容範囲、サイクルスリップ、位相／周波数雑音、及び同期の短期外れのために、ゲートウェイが全く同じ搬送波周波数で動作しない短い期間があることがあることに留意せよ。更に、ゲートウェイは、異なる周波数で多数の搬送波を各々同時に送信してもよい。しかし、多数の搬送波の送信の場合、衛星によってビーム形成される任意の個々の搬送波を、各ゲートウェイによって同じ周波数で送信する。従って、ゲートウェイは、本発明の範囲を変更することなく、実質的に同じ周波数で送信するといわれることがある。ユーザ端末１６５を、（例えば、衛星１４０上のビーム形成アンテナ素子を用いて）１つ又は複数の形成ユーザビームに対応付けられた１つ又は複数のユーザビームサービスエリア１６０に配置する。

ゲートウェイ端末１３０は、位相同期フィーダリンク信号及びビーム形成ユーザリンク信号の地上調整を介してＭＳＳＭＦＬを可能にする他の地上セグメント構成要素と通信している。例示のように、フィーダリンクモデム１０３は、インターネットなどのデジタルデータネットワーク１０１と通信していることができる。フィーダリンクモデム１０３は、ユーザビームサービスエリア１６０に対応付けられたデータストリーム１０５とデジタルデータネットワーク１０１の通信量との間で変換することができる。例えば、Ｋ個のデータストリーム１０５を、（Ｋ個の形成ユーザビームに対応する）Ｋ個のユーザビームサービスエリア１６０への通信量及びユーザビームサービスエリア１６０からの通信量に対応付けることができる。

フィーダリンクモデム１０３を、順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０に結合することができ、順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０は、ゲートウェイ端末１３０と通信していることができる。例えば、各ゲートウェイ端末１３０は、インターネットバックホールネットワーク又は任意の他の適切なネットワークなどの分散ネットワーク１２０を介して順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０との通信リンクを含む。順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０の実施形態は、順方向及び／又は戻りビーム重みを順方向及び／又は戻り信号にそれぞれ適用することができる。例えば、順方向に、順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０は、ゲートウェイ端末１３０と通信可能なＫ個のデータストリーム１０５からビーム重み付け順方向信号を生成することができる。戻り方向に、順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０は、ゲートウェイ端末１３０から受信された戻り信号からＫ個のデータストリーム１０５を生成することができる。

幾つかの実装形態において、順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０によるユーザビームのビーム形成は、適応できる。例えば、フィードバックを使用して、時間と共に順方向及び／又は戻りビーム重みを適応的に計算し、これによって、フィードバックにユーザビームのビーム形成を適応させる。このような適応は、衛星姿勢の変更、衛星反射器の変更（例えば、屈曲など）、及び／又はビーム指向誤差の他の原因などの様々なタイプの非理想性を容易に補償することができる。特定の実装形態において、ユーザビームのビーム形成は、非適応である。例えば、衛星姿勢が十分に制御され、所望のユーザビームの空間分布が既知である場合、順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０によって、事前計算ビーム重みを適用して、所望のユーザビームを形成することができる。幾つかのこのような実装形態は、完全に非適応であることができるけれども、他のこのような実装形態は部分的に適応できる（例えば、必要に応じて、幾つかの適応ループを使用して、特定の非理想性に対処することができる）。様々な実装形態において、適応及び非適応ビーム形成を使用して、固定又は動的ユーザビーム生成（例えば、固定又は動的ユーザビームサイズ、ユーザビーム位置、及び／又は他のユーザビーム特性）を支援することができる。例えば、適応固定手法は、固定ビーム位置を使用しながら、衛星姿勢を変更する状況でユーザビーム位置を維持するために適応ビーム形成を使用することができる。更に、適応動的手法は、通信量需要の変化に応じて、ビームサイズ及び／又は位置を変更することができ、非適応動的手法は、異なるタイムスロットで事前計算ビーム重みを周期的に繰り返して、異なるサイズ及び／又は位置のユーザビームを生成することができる。

ゲートウェイ端末１３０は、同期サブシステム１２５とも通信している。同期サブシステム１２５の実施形態は、位相同期方法で衛星１４０によってアップリンク信号を受信するように、ゲートウェイ端末１３０からのアップリンク信号を相互位相同期させることができる。例えば、同期サブシステム１２５は、各ゲートウェイ端末１３０と衛星１４０との間の経路遅延差の原因となる（例えば、ゲートウェイ端末１３０の地理的分散は、各ゲートウェイ端末１３０と衛星との間の異なる距離を生じる）各ゲートウェイ端末１３０からのアップリンク信号の搬送波位相を同期させることができる。更に、幾つかの実施形態は、信号を時刻同期させて、例えば、異なるゲートウェイ端末１３０からの送信の中で記号境界を整列させることができる。例えば、これは、記号持続時間及び／又は他のパラメータに影響を及ぼすことがある、データストリームの符号化及び／又は変調への動的変更（例えば、変調符号の変更）を支援するのに役立つことができる。

同期サブシステム１２５を、任意の適切な方法で実施することができる。幾つかの実装形態において、各ゲートウェイ端末１３０は、同期サブシステム１２５の局所インスタンスを含む、又は局所インスタンスに結合されている。他の実装形態において、一部又は全部のゲートウェイ端末１３０は、同期サブシステム１２５のインスタンス（例えば、単一集中インスタンス）を共用することができる。例えば、共用同期サブシステム１２５は、それ自体（又は単一のゲートウェイ端末１３０）を衛星１４０と同期させることができ、それに応じて、多数の他の共用ゲートウェイ端末１３０を更に同期させることができる。より詳細に後述するように、様々な技法を使用して、同期サブシステム１２５との様々なタイプの同期を実行することができる。例えば、衛星１４０は、（一部又は全部のゲートウェイ端末１３０を介して）同期サブシステム１２５によって受信可能なビーコン信号を送信することができ、同期サブシステム１２５（例えば、各ゲートウェイ端末１３０における同期サブシステム１２５の各インスタンス）は、ループバックビーコン信号を送信することができる。同期サブシステム１２５は、衛星ビーコンをループバックビーコンと同期させることができ、フィーダリンク信号の相互位相同期を可能にする。

図２は、様々な実施形態による、順方向リンク通信を実施する例示的な衛星通信システム２００を示す。衛星通信システム２００は、図１を参照して説明された衛星通信システム１００の実装形態であることができる。例示のように、衛星１４０は、多数（Ｍ個）の地理的分散ゲートウェイ端末１３０と（順方向ユーザビーム２６０に対応する）少なくとも１つのユーザビームサービスエリアにおける多数のユーザ端末１６５との間の通信を行う。衛星１４０は、フィーダアンテナサブシステム２３０及びユーザアンテナサブシステム２５０を含む。フィーダアンテナサブシステム２３０は、それぞれの集束フィーダビームを各々が照らす多数の集束ビームアンテナ素子（ＦＡＥ）２４３を含む。フィーダリンクは、単一ゲートウェイ／ビーム、一群のゲートウェイ／ビーム、及び／又は空間多重化によって帯域幅再利用を可能にする任意の他の適切な方法で動作することができる。更に、場合によっては、多数のアンテナ素子を用いて、単一ビームを実施することができる。ユーザアンテナサブシステム２５０は、ユーザビームサービスエリアに配置されたユーザ端末１６５と通信する１つ又は複数のユーザビーム（例えば、順方向ユーザビーム２６０）を形成することができる一列のビーム形成アンテナ素子（ＢＡＥ）２４７を含む。システムは地上ビーム形成システムであるので、更に後述するように対応するＦＡＥによって受信された信号の位相関係によって、ＢＡＥによって送信された信号の位相調整を制御する時に、位相調整構成要素をＢＡＥに含む必要がないことに留意せよ。フィーダアンテナサブシステム２３０及びユーザアンテナサブシステム２５０を、様々な方法で実施することができる。一実装形態において、フィーダアンテナサブシステム２３０及び／又はユーザアンテナサブシステム２５０を、直接放射アレイとして実施する（例えば、ユーザアンテナサブシステム２５０は、２メートルの直接放射アレイを含むことができる）。別の実装形態において、フィーダアンテナサブシステム２３０及び／又はユーザアンテナサブシステム２５０を、別々の送受信アンテナで実施する。幾つかの実装形態は、１つ又は複数の反射器（例えば、アレイ給電反射器）も含む。このような一実装形態は、フィーダアンテナサブシステム２３０のフィーダ給電器は反射器に対して焦点が合っており、ユーザアンテナサブシステム２５０のユーザ給電器は反射器に対して焦点がはずれているように位置決めされた単一反射器を含む。このような別の実装形態は、例えば、フィーダアンテナサブシステム２３０のフィーダ給電器はフィーダ反射器に対して焦点が合っており、ユーザアンテナサブシステム２５０のユーザ給電器はユーザに対して焦点がはずれているように実施された別々のユーザ及びフィーダ反射器を含む。一実装形態において、１つ又は複数の反射器を、二色性反射器として実施する。例えば、二色性反射器は、高周波ダウンリンク信号が副反射器の表面を通過しながら、アップリンク信号だけに影響を及ぼす副反射器を含むことができる。

衛星は、多数（Ｌ個）の順方向リンクパスウェイ２４５（但し、Ｌは、ゲートウェイ端末１３０（Ｍ個）の数に等しい）（後述のように、幾つかの実施形態で、Ｍは、Ｌ未満であることができるけれども）を有する順方向リピータサブシステム２４０を更に含む。フィーダアンテナシステム２３０を順方向リピータサブシステム２４０に接続することができる多くの方法がある。例えば、ゲートウェイ端末１３０（Ｍ個）の数が、ＦＡＥ２４３（Ｌ個）の数に等しい場合、各ＦＡＥ２４３は、順方向リンクパスウェイ２４５のうち各１つの入力側に各々が結合される１つの順方向リンク出力を含むことができる。各ＢＡＥ２４７は、順方向リンクパスウェイ２４５のうち各１つの出力側に結合される順方向リンク入力を含むことができる。場合によっては、１つ又は複数のＦＡＥ２４３は、順方向リンクパスウェイ２４５のうち各１つの入力側に各々が結合される多数の順方向リンク出力を含むことができる。順方向リピータサブシステム２４０は、順方向アップリンク周波数範囲及び順方向ダウンリンク周波数範囲を有することができる。場合によっては、順方向アップリンク周波数範囲は、戻りアップリンク周波数範囲と重複し（例えば、と部分的に又は完全に同じ広がりを持ち）、順方向ダウンリンク周波数範囲は、戻りダウンリンク周波数範囲と重複する（例えば、フィーダ及びユーザアップリンクは、第１の周波数帯域及び／又は範囲を共用し、フィーダ及びユーザダウンリンクは、第２の周波数帯域及び／又は範囲を共用する）。例えば、順方向アップリンク信号を、順方向アップリンク周波数範囲でＦＡＥ２４３によって受信し、結合順方向リンクパスウェイ２４５によって順方向ダウンリンク周波数範囲に変換し、結合ＢＡＥ２４７によって送信することができる。後述のように、これにより、地理的分散ゲートウェイ端末１３０のうち対応する１つから順方向リンクＦＡＥ入力のうち各１つで各々が受信されるビーム重み付け相互位相同期順方向アップリンク信号から、順方向ダウンリンク信号を生成することができ、その結果、順方向リンクＢＡＥ出力による順方向ダウンリンク信号の送信は、順方向ダウンリンク信号が、空間的に重畳して少なくとも１つの順方向ユーザビーム２６０を形成するようにする。

例示のように、（例えば、フィーダリンクモデムなどからの）Ｋ個の順方向データストリーム２０５の各々は、Ｋ個の順方向ユーザビーム２６０のうち各１つ向けのデータを含む。一般的に、Ｍ個の空間分離ゲートウェイ端末１３０の一部又は全部に順方向データストリーム２０５のビーム形成バージョンを分散することが望ましい。このようにして、ゲートウェイ端末１３０は、順方向通信に空間多重化及び帯域幅再利用を提供することができる。順方向データストリーム２０５を、順方向ビーム形成器２１０（例えば、図１の順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０の一部）によって受信することができる。順方向ビーム形成器２１０は、順方向データストリーム２０５にＬ×Ｋ個の順方向ビーム重み２１３を適用して、Ｌ個のビーム重み付け順方向信号２１５を生成することができる。例えば、順方向ビーム形成器２１０は、順方向データストリーム入力、各ゲートウェイ端末１３０に対応付けられたビーム重み２１３を示す重み入力、及びビーム重み付け順方向信号出力を含む。各ビーム重み付け順方向信号出力は、分散ネットワーク１２０を介してゲートウェイ端末１３０のうち各１つのビーム重み付け順方向信号入力に結合されることができ、ゲートウェイ端末１３０のうち各１つに対応付けられたビーム重み２１３に従ってビーム重み付けされている順方向データストリーム入力のバージョンであることができる。Ｌ個のビーム重み付け順方向信号２１５の各々は、Ｌ個の順方向リンクパスウェイ２４５のうち各１つ（及びそれに応じて、Ｌ個のＢＡＥ２４７のうち各１つ）に対応するように生成される。重み付け信号をユーザアンテナサブシステム２５０から最終的に送信する場合、信号が空間的に結合して順方向ユーザビーム２６０を形成するように、順方向ビーム重み２１３を計算する。

任意の適切な方法で、順方向ビーム重み２１３を計算して適用することができる。場合によっては、順方向ビーム重み２１３を、順方向ビーム形成器２１０の順方向ビーム重み記憶装置に記憶する。他の場合、ビーム重み生成器は、順方向ビーム形成器２１０の一部である、又は順方向ビーム形成器２１０に結合される。順方向ビーム重み２１３を、衛星１４０を配備する前に模擬通信リンク特性に基づいて事前計算し、運転衛星通信システム２００のフィードバック及び解析に基づいて１つ又は複数の回数（例えば、周期的に）計算し、運転衛星通信システム２００のフィードバック及び解析に基づいて適応調整し、及び／又は任意の他の適切な方法で計算することができる。順方向ビーム形成係数を生成する多くの技法が知られている。例えば、多数のビームに対する係数を、大域的に最適化して、全てのビームに対する信号対干渉及び雑音比の合計を最大化することができる。例えば、高い信号対雑音比で、ビーム内干渉を最小化するように重みを選択しながら、低い信号対雑音比で、信号電力を最大化するように重みを選択してもよい。

Ｌ個のビーム重み付け順方向信号２１５の各々は、（例えば、分散ネットワーク１２０を介して）Ｍ個のゲートウェイ端末１３０のうち各１つと通信することができる。多くの場合、ゲートウェイ端末１３０（Ｍ個）の数は、順方向リンクパスウェイ２４５（Ｌ個）の数と全く同じである。後述のように、Ｌは、Ｍ以上であってもよく、その結果、Ｍ個のゲートウェイ端末１３０の各々は、（各ゲートウェイ端末１３０に対応付けられた各ＦＡＥ２４３に結合された１つ又は複数の順方向リンクパスウェイ２４５に対応する）Ｌ個のビーム重み付け順方向信号２１５のうち１つ又は複数の信号２１５を受信してもよい。従って、Ｍ個のゲートウェイ端末１３０は、Ｌ個の順方向アップリンク信号２３５として衛星１４０にビーム重み付け順方向信号２１５を送信することができる。順方向アップリンク信号２３５を送信する前に、信号を、相互位相同期させる。上述のように、ゲートウェイ端末１３０は、ビーム重み付け順方向信号２１５を相互位相同期させて順方向アップリンク信号２３５を生成することができる同期サブシステム１２５を含む、又は同期サブシステム１２５と通信している。順方向アップリンク信号２３５をフィーダアンテナサブシステム２３０のＦＡＥ２４３によって位相同期方法で受信するような方法で、相互位相同期は、ゲートウェイ端末１３０がビーム重み付け順方向信号２１５を衛星１４０に送信するようにする。例えば、同期は、各ゲートウェイ端末１３０と衛星１４０との間の経路遅延差の原因となり、その結果、ＦＡＥ２４３によって受信された信号は、整列された搬送波位相を有し、（例えば、わずかな所望の通信信号記号期間の範囲内まで）少なくとも近似的に時刻同期される。

従って、衛星１４０は、（例えば、Ｍ個のゲートウェイ端末１３０の位置のうち１つに対応する）集束フィーダアップリンクを介して多数（Ｌ個）のビーム重み付け相互同期順方向アップリンク信号２３５を受信する。衛星１４０は、複数の順方向アップリンク信号２３５のうち対応する１つから、多数のビーム重み付け相互同期順方向ダウンリンク信号２５５の各々を生成することができる。衛星１４０は、集束ずれユーザダウンリンクを介して順方向ダウンリンク信号２５５を送信することができ、その結果、順方向ダウンリンク信号２５５は、空間的に重畳して１つ又は複数の順方向ユーザビーム２６０を形成する。例えば、各順方向アップリンク信号２３５を、ＦＡＥ２４３のうち１つによって受信し、結合された順方向リンクパスウェイ２４５のうち１つに渡すことができ、（例えば、順方向アップリンク信号２３５を増幅して周波数変換することによって）順方向ダウンリンク信号２５５のうち各１つを生成することができる。各順方向ダウンリンク信号２５５を、ユーザアンテナサブシステム２５０の結合されたＢＡＥ２４７のうち１つに渡すことができる。ＢＡＥ２４７は、順方向ダウンリンク信号２５５を送信することができ、順方向ダウンリンク信号２５５のビーム重み付け（例えば、及び相互同期）は、順方向ダウンリンク信号２５５が、空間的に結合して順方向ユーザビーム２６０を形成するようにする。Ｌ個のＢＡＥ２４７の各々は、Ｋ個のユーザビームサービスエリアの各々に効果的に送信し、その結果、Ｌ個の順方向ダウンリンク信号２５５は、Ｋ個のユーザビームサービスエリアの各々で空間的に結合して、Ｋ個の順方向ユーザビーム２６０のうち各１つを形成することができる。

図３は、様々な実施形態による、戻りリンク通信を実施する例示的な衛星通信システム３００を示す。分かりやすくするために、衛星通信システム３００を、図２を参照して説明された衛星通信システム２００に対応するように例示し、構成要素を、同様な又は同じ参照符号でラベル表示する。上述のように、衛星１４０は、（戻りユーザビーム３６０に対応する）Ｋ個のユーザビームサービスエリアにおける多数のユーザ端末１６５とＭ個の地理的分散ゲートウェイ端末１３０との間の通信を行う。幾つかの実施形態は、順方向及び戻り方向の両方で、同じフィーダアンテナサブシステム２３０及びユーザアンテナサブシステム２５０を使用することができる。例えば、戻り方向で、戻りアップリンク信号３５５を、（一部又は全部の戻りユーザビーム３６０でユーザ端末１６５から）ユーザアンテナサブシステム２５０のＢＡＥ２４７によって受信することができる。ＢＡＥ２４７の戻りリンク出力に結合された戻りリンクパスウェイ３４５を有する戻りリピータサブシステム３４０は、戻りアップリンク信号３５５から戻りダウンリンク信号３３５を生成することができる。戻りリンクパスウェイ３４５のうち各１つに結合された１つ又は複数の戻りリンク入力を各々が有するフィーダアンテナサブシステム２３０のＦＡＥ２４３は、ゲートウェイ端末１３０のうち各１つに戻りダウンリンク信号３３５を送信することができる。

幾つかの実施形態において、Ｋ個の戻りアップリンク信号３５５を、Ｌ個のＢＡＥ２４７の各々によって受信する。Ｌ個のＢＡＥ２４７の各々を、Ｌ個の戻りリンクパスウェイ３４５のうち各１つに結合し、その結果、Ｋ個の戻りユーザビーム３６０から送信された情報を各々が潜在的に含むＬ個の戻りダウンリンク信号３３５を生成する。戻りリピータサブシステムをフィーダアンテナサブシステムに接続することができる多くの方法がある。例えば、ゲートウェイ端末１３０（Ｍ個）の数が、ＦＡＥ２４３（Ｌ個）の数に等しい場合、各ＦＡＥ２４３は、戻りリンクパスウェイ３４５のうち各１つの出力側に各々が結合される１つの戻りリンク入力を含むことができる。場合によっては、（例えば、図１０を参照してより詳細に後述するように）１つ又は複数のＦＡＥ２４３は、戻りリンクパスウェイ３４５のうち各１つの出力側に各々が結合される多数の戻りリンク入力を含むことができる。従って、Ｍ個のＦＡＥ２４３の各々を、Ｌ個の戻りリンクパスウェイ３４５のうち１つ又は複数に結合し、その結果、Ｌ個の戻りダウンリンク信号３３５を、Ｍ個のゲートウェイ端末１３０に送信する。受信戻りダウンリンク信号３３５は、ビーム重み付けも相互同期もされていない。同期サブシステム１２５は、戻りダウンリンク信号３３５を相互同期させて（例えば、搬送波位相、搬送波タイミング、記号境界を整列させて）、（例えば、分散ネットワーク１２０を介して移送する前又は後に）戻りビーム形成器３１０と通信するＬ個の戻り信号３１５を生成することができる。戻りビーム形成器３１０の観点から、戻り信号３１５を相互同期させることができる。例えば、幾つかの実施形態において、衛星１４０は、各ゲートウェイ端末１３０によって受信され、ビーコンに対してゲートウェイ端末１３０で戻りダウンリンク信号３３５を相互位相同期させるために使用されるビーコン信号（例えば、共用ビーコン）を送信することができる。戻りビーム形成器３１０は、戻りユーザビーム３６０を形成するような方法で、Ｌ×Ｋ個の戻りビーム重み３１３を戻り信号３１５に適用することができる（例えば、戻りビーム重み３１３の適用により、Ｋ個の遡及的形成戻りユーザビーム３６０を介してＫ個の戻りアップリンク信号を回復する）。戻りビーム重み３１３を、任意の適切な方法で、例えば、図２で順方向ビーム重み２１３の計算及び適用を参照して上述のように、計算及び／又は適用することができる。しかし、戻り方向で、ビーム形成過程でなく、送信端末によって、ビーム内干渉が生成される。従って、各ビームのビーム形成重みを個々に最適化することができる。Ｌ×Ｋ個の戻りビーム重み３１３をＬ個の同期戻り信号３１５に適用することによって、戻りビーム形成器３１０は、Ｋ個の戻りデータストリーム３０５を生成することができる。幾つかの実施形態において、インターネットなどのデジタルデータネットワークを介した通信のために、戻りデータストリーム３０５を、フィーダリンクモデムなどによって復調することができる。

図４は、様々な実施形態による、ＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星システム４００の一部のブロック図を示す。衛星システム４００は、フィーダアンテナサブシステムと総称して呼ばれることができる、順方向リンク入力及び戻りリンク出力を各々が有する多数のＦＡＥ２４３を含む。幾つかの実施形態において、フィーダアンテナシステムは、１つ又は複数のフィーダ反射器４１０を含むこともできる。例えば、フィーダ反射器４１０をＦＡＥ２４３と併せて使用して、ゲートウェイ端末の位置と通信するフィーダビームを集束することができる。幾つかの実施形態において、ＦＡＥ２４３を、単一給電器／ビーム（ＳＦＰＢ）のアーキテクチャとして実施する。このようなアーキテクチャによれば、ＦＡＥ２４３は、アンテナ給電器を含み、各アンテナ給電器は、フィーダビームのうち単一の各１つに対応する。幾つかの実装形態は、多数のフィーダビームを含み、その結果、ＳＦＰＢアーキテクチャの使用により、同程度の多数のアンテナ給電器を伴う。アンテナ給電器の物理的サイズ制限により、アンテナ給電器の物理的密度（即ち、どのくらい近接して、給電器をフィーダアンテナサブシステムで置くことができるか）を制限することができ、ＳＦＰＢアーキテクチャによって支援可能なゲートウェイビームの数を効果的に制限することができる。他の実施形態において、ＦＡＥ２４３を、多数の給電器／ビーム（ＭＦＰＢ）のアーキテクチャとして実施する。このようなアーキテクチャによれば、各アンテナ給電器を、ビーム信号の重み付けセットに結合することができ、その結果、多数のフィーダビームにわたって（例えば、３つのアンテナ給電器、７つのアンテナ給電器などの集まりで）、各アンテナ給電器を効果的に共用することができる。

衛星システム４００は、ユーザアンテナサブシステムと総称して呼ばれることができる、順方向リンク出力及び戻りリンク入力を各々が有する多数のＢＡＥ２４７も含む。幾つかの実施形態において、ユーザアンテナシステムは、１つ又は複数のユーザ反射器４３０も含むこともできる。例えば、ここに記載のように、ユーザ反射器４３０をＢＡＥ２４７と併せて使用して、ユーザビームサービスエリアに対応付けられた順方向及び戻りユーザビームを形成することができる。幾つかの実施形態において、単一反射器を、ユーザ反射器４３０及びフィーダ反射器４１０の両方として使用してもよい。幾つかの実施形態において、ユーザアンテナサブシステムは、フィーダアンテナサブシステムと同じであることができる。

衛星システム４００は、順方向リピータサブシステム２４０及び戻りリピータサブシステム３４０を更に含むことができる。順方向リピータサブシステム２４０は、順方向アップリンク周波数範囲、順方向ダウンリンク周波数範囲、及び多数の順方向リンクパスウェイを有することができ、各々が、順方向リンク入力のうち１つと順方向リンク出力のうち１つとの間に結合される。例示のように、ＦＡＥ２４３の各順方向リンク入力を、順方向アップリンク周波数範囲で動作する低雑音増幅器（ＬＮＡ）４２３に結合することができる。受信増幅順方向アップリンク信号を順方向アップリンク周波数範囲から順方向ダウンリンク周波数範囲に変換することができる順方向周波数変換器４２５の入力側に、各ＬＮＡ４２３を結合することができる。各順方向周波数変換器４２５の出力側を、順方向ダウンリンク周波数範囲で動作する電力増幅器（ＰＡ）４２７に結合することができる。各ＰＡ４２７を、ＢＡＥ２４７のうち各１つの順方向リンク出力に結合することができる。結合された各々のＬＮＡ４２３、順方向周波数変換器４２５及びＰＡ４２７は、順方向リンクパスウェイ（例えば、図２の順方向リンクパスウェイ２４５のうち１つ）を一括して実施することができる。上述のように、（フィーダ側地上ネットワーク構成要素によって生成された）相互位相同期ビーム重み付け順方向アップリンク信号の位相同期受信により、順方向ダウンリンク信号を、位相同期及びビーム重み付けすることもでき、その結果、ＢＡＥ２４７による順方向ダウンリンク信号の送信は、順方向ユーザビームが、順方向ダウンリンク信号の空間的重畳によって形成するようにする。

戻りリピータサブシステム３４０は、戻りアップリンク周波数範囲、戻りダウンリンク周波数範囲、及び多数の戻りリンクパスウェイを有することができ、各々が、戻りリンク入力のうち１つと戻りリンク出力のうち１つとの間に結合される。例示のように、ＢＡＥ２４７の各戻りリンク入力を、戻りアップリンク周波数範囲（例えば、順方向アップリンク周波数範囲と重複してもよい、又は重複しなくてもよい）で動作するＬＮＡ４２３に結合することができる。受信増幅戻りアップリンク信号を戻りアップリンク周波数範囲から戻りダウンリンク周波数範囲に変換することができる戻り周波数変換器４３５の入力側に、各ＬＮＡ４２３を結合することができる。各戻り周波数変換器４３５の出力側を、戻りダウンリンク周波数範囲で動作するＰＡ４２７に結合することができる。各ＰＡ４２７を、ＦＡＥ２４３のうち各１つの戻りリンク出力に結合することができる。結合された各々のＬＮＡ４２３、戻り周波数変換器４３５及びＰＡ４２７は、戻りリンクパスウェイ（例えば、図３の戻りリンクパスウェイ３４５のうち１つ）を一括して実施することができる。場合によっては、順方向リンクパスウェイと実質的に同じ構成要素を用いて、実質的に同じ方法で、戻りリンクパスウェイを実施する。例えば、順方向リンクパスウェイ及び戻りリンクパスウェイは、ベントパイプパスウェイであることができ、順方向リンクパスウェイ及び戻りリンクパスウェイは、クロスバンドパスウェイ（即ち、各々が、第１の周波数帯域における入力側及び第２の周波数帯域における出力側を有する）であることができる。上述のように、地理的分散ゲートウェイ端末１３５によって受信された戻りダウンリンク信号の地上ビーム形成は、戻りユーザビームが、送信戻りアップリンク信号に対して効果的に形成するようにすることができる。

別々のユーザアンテナサブシステム及びフィーダアンテナサブシステムを含む実施形態において、各サブシステムを、特定の特性のために構成（例えば、最適化）することができる。例えば、幾つかのＭＳＳＭＦＬ通信システムは、重複してもよい、又は重複しなくてもよい異なるユーザ及びフィーダビームサービスエリアを有することができる。幾つかのＭＳＳＭＦＬ通信システムは、例えば、ユーザビームサービスエリアに配置された一部又は全部のゲートウェイ端末１３０を有することができる一方、他のＭＳＳＭＦＬ通信システムは、ユーザビームサービスエリアの外側に配置された一部又は全部のゲートウェイ端末１３０を有することができる。これら及び他のタイプの実装形態において、フィーダアンテナサブシステム及びユーザアンテナサブシステム（例えば、反射器、アンテナ素子など）を、異なるサービスエリアに通信サービスを提供する、及び／又は異なる方法でサービスエリアに通信サービスを提供するように、集束し、指向し、及び／又は別の方法で構成することができる。例えば、より小さい集束ビームでゲートウェイ端末１３０を照らすために、フィーダ反射器４１０を、ユーザ反射器４３０の開口サイズよりも大きい開口サイズで構成することができる。このような構成により、例えば、所望の帯域幅再利用のために十分な間隔を維持しながら、（例えば、より大きいユーザビームサービスエリアにわたってゲートウェイ端末１３０を分散させることに対して）より小さい地理的領域で一部又は全部のゲートウェイ端末１３０を容易に配備することができる。例えば、米国本土内にだけ設置されたゲートウェイ端末１３０を、地球の表面（例えば、静止衛星から見える地球の約１／３）のより大きい部分にわたって広がるサービスユーザ端末に使用することができる。

より大きいフィーダ反射器４１０は、より大きい表面ひずみを有する傾向があり、（例えば、反射器にわたる温度差などのために）屈曲の影響をより受けやすい傾向があり、及び／又は集束フィーダビームの供給に別の点で影響を及ぼす傾向がある。例えば、大きい展開可能な反射器は、フィーダアンテナパターンでサイドローブ（例えば、格子ローブと外見が同様）を生成することができる周期的構造として配置された小面及び／又はリブを有する。フィーダアンテナパターンにおけるこれら及び／又は他の障害は、様々な方法で対処できる、クロストーク及び／又はゲートウェイ端末１３０間の他の干渉を引き起こすことがある。幾つかの実装形態において、一部又は全部のゲートウェイ端末１３０を、障害のパターンの原因となる、ゲートウェイ端末１３０間の干渉を回避する位置に置く。図１２は、方位角及び仰角に対して描かれた例示的なフィーダ反射器（例えば、フィーダ反射器４１０）用のフィーダリンクアンテナパターンのプロット図１２００を示す。例示のように、反射器の表面ひずみに起因するフィーダリンクアンテナパターンにおけるサイドローブが、フィーダリンクアンテナパターン障害１２１０の領域として現れる。実施形態では、このような障害を判定（例えば、推定、測定、計算）することができ、ゲートウェイ端末１３０を、アンテナパターン障害１２１０の領域を回避する位置１２２０に置くことができる。

他の実装形態において、１つ又は複数の障害補償手法を用いて、フィーダアンテナパターン障害のためのゲートウェイ端末１３０間の干渉を補償することができる。第１の種類の手法によれば、ゲートウェイ間クロストークを、地上で測定して補償（例えば、除去）する。クロストークを、様々な方法で測定することができる。１つの手法は、ループバックビーコン（後述）を使用して、ゲートウェイ間クロストークを推定する。各ゲートウェイ端末１３０は、送信ループバックビーコン信号の内容を知っているので、各受信ループバックビーコン信号（即ち、衛星１４０によって受信され繰り返された後、送信ゲートウェイ端末１４０によって受信されたループバック信号）を、対応する送信ループバック信号と比較して、クロストークを検出して測定することができる。ひずみの大部分が、ダウンリンクではなく、アップリンクにある場合、このような手法は特に効果的である。

別の手法は、ユーザ端末１６５における較正を使用して、クロストークを測定する。フィーダダウンリンク側を較正するために、ユーザ端末１６５は、プローブ信号を送信することができ、その結果、応答における予想フィーダ信号は既知である。受信フィーダ信号を、予想フィーダ信号と比較してクロストークを測定することができる。戻りユーザリンクの適応を必要としない場合、このような手法は特に効果的である。１つ又は複数のユーザサービスエリアにわたる多数のユーザ端末１６５を使用して、異なる位置で、及び／又は異なるフィーダダウンリンクに対応して、クロストークを測定することができる。フィーダアップリンク側を較正するために、プローブ信号を単一ゲートウェイ端末１３０によって送信する場合、１つ又は複数のユーザ端末１６５を使用して、応答を測定することができる。順方向ユーザリンクの適応を必要としない場合、このような手法は特に効果的である。更に別の手法は、衛星１４０上の較正ハードウェアを使用してクロストークを測定することである。フィーダダウンリンク側の場合、試験信号を、衛星１４０によって各ＦＡＥに（例えば、１つずつ）投入することができ、ゲートウェイ端末１３０は、フィーダダウンリンクに応じてクロストークを測定することができる。フィーダアップリンク側の場合、プローブ信号を、ゲートウェイ端末１３０によって送信することができ、各ＦＡＥにおける応答が（例えば、１つずつ）測定され、応答がゲートウェイに報告される（又はループバックされる）。上述又は他の手法の何れかを用いてクロストークを測定すると、一部又は全部の測定クロストークを除去することができる。等化及び／又は除去ハードウェアを使用して、測定クロストークを除去することができる。幾つかの実施形態において、等化及び／又は除去ハードウェアを、ビーム形成器（例えば、図１の順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０）で実施する。

図１５は、例示的なクロストーク除去器１５１０を含む例示的なフィーダアンテナパターン障害補償環境１５００のブロック図を示す。例示的なクロストーク除去器１５１０を、ビーム形成器１１０で実施することができる（例えば、順方向ビーム形成器、戻りビーム形成器に結合、又は順方向及び戻りビーム形成器の両方に結合されたクロストーク除去器）。上述のように、フィーダアンテナパターン障害は、ゲートウェイ端末１３０及び／又は衛星１４０によって受信された給電信号でクロストークを引き起こすことがある。その給電信号を、分散ネットワーク１２０を介してゲートウェイ端末１３０と順方向及び／又は戻りビーム形成器１１０との間で伝達し、クロストーク除去器１５１０の給電信号入力ポート１５１２で受信する。クロストーク除去器１５１０の実施形態は、クロストークを補償することができ、給電信号出力ポート１５１４を介して補償給電信号を出力することができる。クロストーク除去器１５１０の幾つかの実施形態は、クロストーク行列１５２０（Ｈ）を受信することができる。クロストーク行列１５２０は、計算（例えば、推定）フィーダ行列であることができる。クロストークを有する給電信号のベクトルを、ｆ＝Ｈ×ｆ_０（但し、ｆ_０は、クロストークを有しない最初の給電信号のベクトルであり、Ｈは、クロストーク行列である）と表すことができる。例えば、Ｈ＝Ｉ（恒等行列）の場合、クロストークがない。従って、クロストーク補償給電信号を、ｆ^∧＝Ｈ^−１×ｆ＝Ｈ^−１×（Ｈ×ｆ_０）＝ｆ_０として計算することができる。クロストーク補償を、順方向アップリンク信号２３５（例えば、順方向ビーム形成の後）、戻りダウンリンク信号３３５（例えば、戻りビーム形成の前）、又は順方向アップリンク信号２３５及び戻りダウンリンク信号３３５の両方で実行することができる。例えば、順方向リンクのクロストーク補償の場合、順方向ビーム形成器によって生成されたビーム重み付け順方向入力信号を、給電信号入力ポート１５１２に供給することができ、給電信号出力ポート１５１４におけるクロストーク補償給電信号を、ビーム重み付け順方向入力信号としてゲートウェイに供給することができる。戻りリンクのクロストーク補償の場合、ゲートウェイからの戻り信号出力を、給電信号入力ポート１５１２に供給することができ、給電信号出力ポート１５１４におけるクロストーク補償給電信号を、戻り信号出力として戻りビーム形成器に供給することができる。代わりに、クロストーク補償及びビーム形成の順序を、逆にすることもできる。

障害補償への別の種類の手法は、制限ビーム形成を含む。ここに記載のように、集束アンテナ素子を用いて、フィーダビームを生成し、多数のビーム／給電器（ＭＢＰＦ）のアーキテクチャに従って、集束アンテナ素子の幾つかの実施形態を実施する。ＭＢＰＦアーキテクチャにおいて、各アンテナ給電器を、多数の給電信号の重み付け及び結合セットに対応付けることができる。各重み付け及び結合セットを形成するために、適用係数に従って、得られる結合給電信号の振幅重み、位相、及び／又は他の特性を調整することができる移相器、加算器、及び／又は他のハードウェアに、多数の給電信号を通すことができる。適用係数を、衛星１４０上のビーム形成係数メモリに記憶することができる。係数を、（例えば、ゲートウェイから衛星へのフィードバックを用いて）事前計算及び／又は適応更新することができ、その結果、得られる結合給電信号を、静的に又は適応的に生成することができる。係数の効果的な適用は、ビーム形成をフィーダ信号に適用し、フィーダアンテナパターンにおける障害を補償するために使用可能である。例えば、上述の手法の何れかを用いて、クロストークを事前判定（例えば、推定又は事前計算）又は測定することができる。測定クロストークを除去する等化又は除去の使用ではなく、ＭＢＰＦアーキテクチャにおける係数を使用して、制限ビーム形成を適用し、（例えば、事前定義又は適応的な方法で）クロストークを引き起こすアンテナ障害を少なくとも部分的に補正することができる。幾つかの実施形態は、上述の種類の手法の混成を使用することができる。例えば、等化又は除去を使用して、フィーダアップリンク又はダウンリンクのうち一方の測定クロストークを除去することができ、制限ビーム形成を使用して、フィーダアップリンク又はダウンリンクのうち他方のクロストークを除去することができる。

ＭＳＳＭＦＬの効果的な実装形態は、空間分離フィーダリンク間の信号の適切な相互同期を当てにすることができる。多数の手法を使用して、このような相互同期を実施することができ、その手法は、ユーザ及びフィーダサービスエリアの特性（例えば、重複など）に左右されることがある。例えば、順方向に、ゲートウェイ端末１３０は、衛星１４０に順方向アップリンク信号を送信し、順方向アップリンク信号は、フィーダアンテナサブシステム２３０のアンテナ素子によって受信され、順方向リピータサブシステム２４０の順方向リンクパスウェイを介してユーザアンテナサブシステム２５０に伝達され、ユーザアンテナサブシステム２５０のアンテナ素子によって順方向ダウンリンク信号として送信される。送信順方向ダウンリンク信号が空間的に結合して順方向ユーザビームを形成することを可能にするために、実施形態は、フィーダ側地上セグメント構成要素を使用して、フィーダ信号１３５を相互同期ビーム重み付け順方向アップリンク信号として生成する。一般的に、衛星１４０（例えば、図４に例示の様々な構成要素）は、空間的に結合して順方向ユーザビームを形成する位相同期ダウンリンク信号として相互位相同期ビーム重み付けアップリンク信号を中継する手段であることができる。例えば、ＦＡＥ２４３は、相互位相同期ビーム重み付けアップリンク信号を受信することができ、信号を、順方向リピータサブシステム２４０に通して、空間的に結合して順方向ユーザビームを形成する位相同期ダウンリンク信号としてＢＡＥ２４７によって送信することができる。順方向アップリンク信号の受信を可能にするために、実施形態は、相互位相同期ビーム重み付けアップリンク信号を伝達する多数の空間分離手段と、伝達する空間分離手段でアップリンク信号を相互位相同期させる手段とを含み、その結果、順方向アップリンク信号は、中継手段によって位相同期して受信される。例えば、実施形態は、衛星信号伝達と併せて地上構成要素を使用して、地理的分散ゲートウェイ端末１３０と衛星１４０との間でフィーダリンク信号を相互同期させる。同様に、戻り方向に、ユーザ端末は、衛星１４０に戻りアップリンク信号を送信し、戻りアップリンク信号は、ユーザアンテナサブシステム２５０のアンテナ素子によって受信され、戻りリピータサブシステム３４０の戻りリンクパスウェイを介してフィーダアンテナサブシステム２３０に伝達され、フィーダアンテナサブシステム２３０のアンテナ素子によって戻りダウンリンク信号として送信される。フィーダ側地上セグメント構成要素を使用して、受信戻りダウンリンク信号を相互同期させてビーム重み付けすると、戻りアップリンク信号が送信された戻りユーザビームを効果的に形成することができる。

幾つかの実施形態は、衛星ビーコン信号伝達及びループバックビーコン信号伝達の結合を使用して、フィーダリンク信号の相互同期を可能にする。図５は、様々な実施形態による、ループバックビーコン信号伝達用の例示的なループバック信号経路５００のブロック図を示す。例えば、各ゲートウェイ端末１３０は、ループバックビーコン信号を衛星１４０に送信することができ、ループバックビーコン信号は、ループバック信号経路５００を介して衛星１４０からゲートウェイ端末１３０に戻って中継される。各ゲートウェイ端末１３０の場合、ループバック信号の送信と受信との間の経過時間を使用して、衛星１４０からの距離を計算することができ、又は別の方法で、補償されるべきフィーダリンクの位相遅延を可能にする。上述の順方向及び戻りリンクパスウェイと同様に、ループバックパスウェイは、ＬＮＡ４２３とＰＡ４２７との間に結合されたループバック周波数変換器５２５を含むことができる。上述の順方向及び戻りリンクパスウェイと違って、ループバックパスウェイ５００の入力側及び出力側の両方は、ループバックアンテナ素子（ＬＡＥ）５１０と通信していることができる。幾つかの実装形態において、ループバックパスウェイのＬＮＡ４２３（入力側）を、ＦＡＥ２４３（即ち、ＬＡＥ５１０をＦＡＥ２４３として実施することができる）の順方向リンク出力に結合し、ループバックパスウェイのＰＡ４２７（出力側）を、同じ又は異なるＦＡＥ２４３の戻りリンク入力に結合する。幾つかの実装形態において、ループバックパスウェイのＬＮＡ４２３を、ＦＡＥ２４３の順方向リンク出力に結合し、ループバックパスウェイのＰＡ４２７を、ＢＡＥ２４７の順方向リンク入力に結合する（例えば、一部又は全部のゲートウェイ端末１３０が、ユーザアンテナサブシステム２５０に対応付けられたビームサービスエリア内にある場合）。幾つかの実装形態において、分離ループバックアンテナサブシステムを使用する。ＬＡＥ５１０を、（例えば、広域ホーンを含む）サービスエリアアンテナとして実施して、一部又は全部のゲートウェイ端末１３０から及び／又はゲートウェイ端末１３０にループバック信号を受信及び／又は送信することができる。

図６は、様々な実施形態による、衛星ビーコンサブシステム６００のブロック図を示す。例示のように、衛星ビーコンサブシステム６００は、主基準発振器６１０、ビーコン信号生成器６２０、疑似雑音（ＰＮ）コード生成器６３０、冗長ＰＡ６２７、及びサービスエリアホーン６４０を含むことができる。ビーコン信号生成器６２０は、主基準発振器６１０に基づく刻時信号伝達を、ＰＮコード生成器６３０によって生成されたＰＮ信号伝達（例えば、疑似乱数雑音に基づくコード又は任意の他の適切なコードを用いて）に結合して、ビーコン信号を生成することができる。このようなビーコン信号は、（例えば、位相同期のために使用される）正確な位相基準、及び（例えば、記号同期のために使用される）時間コードを効果的に与えることができる。任意の他の適切なビーコン信号伝達を生成することができる。ビーコン信号を、１つ又は複数の冗長ＰＡ６２７によって増幅し、サービスエリアアンテナ６４０を介して送信することができる。幾つかの実装形態において、サービスエリアアンテナ６４０は、広域ホーンを含むことができる。他の実装形態において、サービスエリアアンテナ６４０は、広いビームを形成して一部又は全部のゲートウェイ端末１３０を照らす構成要素を含むことができる。幾つかの実装形態において、サービスエリアアンテナ６４０を使用して、１つ又は複数の中継ビーコン信号を送信することもできる。

上述のように、幾つかの実施形態は、例えば、フィーダ反射器４１０のひずみから生じるフィーダリンクアンテナパターン障害を測定及び／又は補償する。フィーダリンクアンテナパターン障害を測定する幾つかの手法は、衛星１４０のループバック回路を利用する衛星１４０上の較正回路を使用することができる。図１３は、フィーダリンクアンテナパターン障害の順方向リンク測定を行うのに役立つために衛星１４０上に実施された例示的な較正システム１３００のブロック図を示す。較正システム１３００は、図５を参照して説明されたループバック周波数変換器５２５とインターフェースをとることができる、結合器１３１０及びスイッチ１３２０を含むことができる。スイッチ１３２０を用いて、ループバック周波数変換器５２５を時分割して（例えば、フレームの異なるタイムスロット中に異なるモードに設定して）、ゲートウェイ端末１３０の相互同期及びフィーダリンクアンテナパターン障害の推定の両方を支援することができる。ゲートウェイ同期タイムスロット中に、スイッチ１３２０を設定して、受信フィーダアップリンク信号が、ループバック周波数変換器５２５に供給されるようにすることができる。フィーダアンテナパターン障害測定タイムスロット中に、スイッチ１３２０を設定して、ループバック周波数変換器５２５に供給されるべきフィーダアンテナ素子２４３の出力のうち１つを選択することができる。異なるタイムスロット中に異なるフィーダアンテナ素子２４３の各々を周期的に繰り返すことによって、ゲートウェイ端末１３０は、各ＦＡＥ２４３間のアップリンククロストークの量を測定することができる。結合器は、方向性結合器、信号標本器、出力分割器、不等出力分割器、及び／又は他の適切な構成要素の何れかであることができる。幾つかの実施形態において、ゲートウェイ同期及びパターンひずみ推定の両方のために、ゲートウェイループバック信号を使用する。ゲートウェイループバック信号を、ユーザ通信と同時に送信してもよく（例えば、ゲートウェイループバック信号を、スペクトル拡散符号化する）、又はユーザ通信がない専用タイムスロット中に送信してもよい。

図１４は、フィーダリンクアンテナパターン障害の戻りリンク測定を行うのに役立つために衛星１４０上に実施された例示的な較正システム１４００のブロック図を示す。動作は、図１３を参照して上述された順方向リンク較正と同様であることができる。ループバックトランスポンダーを介して送信されたループバック信号を、スイッチ１４１０を用いて、個々のフィーダアンテナ給電器に選択的に切り換えることができる。フィーダダウンリンク上のクロストークを、ゲートウェイ端末１３０によって測定することができる。戻りリンク較正を、（ループバックトランスポンダーの出力を個々の給電器に供給するように設定されるスイッチ１４１０のうち１つを用いて）専用タイムスロット中に実行することができる。代わりに、衛星１４０を介して戻りユーザ通信の送信と同時に戻りリンク較正を実行してもよい場合、スイッチ１４１０は、結合器であることができる。

相互同期のためのループバック及び衛星ビーコン信号の使用を、図７及び図８の状況で更に説明する。図７は、様々な実施形態による、ＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星通信システム７００を示す。衛星１４０は、多数の地理的分散ゲートウェイ端末１３０（フィーダ信号１３５を介して）と多数のユーザ端末（ユーザ信号１５０を介して）との間の通信を行う。衛星１４０は、フィーダアンテナサブシステム２３０、ユーザアンテナサブシステム２５０、順方向リピータサブシステム２４０、戻りリピータサブシステム３４０、及び衛星同期サブシステム７１０を含む。ゲートウェイ端末１３０及びユーザ端末の両方を、（例えば、上述のように、１つ又は複数の形成ユーザビームに対応付けられることができる）ユーザビームサービスエリア７６０に配置する。単一の連続地理的領域として示すけれども、ユーザビームサービスエリア７６０は、任意の適切な形状及び／又はサイズであることができ、連続的であっても又は連続的でなくてもよく、順方向及び戻り方向で同じ又は異なってもよい。更に、衛星通信システム７００の反射器サイズ、アンテナ素子の数、パスウェイの数、及び／又は他の特性に従って、ゲートウェイ及びユーザビーム（及び／又は端末）の位置決め及び地理的密度を決定することができる。例えば、フィーダアンテナサブシステム２３０は、（ユーザアンテナサブシステム２５０のビーム及び反射器と比べて）比較的狭い集束フィーダビームを形成するように、多数の集束アンテナ素子及び比較的大きいフィーダ反射器を含むことができる。比較的狭いビームは、ゲートウェイ端末１３０間のより近い間隔で、帯域幅再利用を容易にすることができる（即ち、フィーダビームを、重複無しで地理的領域に一層密集させることができる）。代わりに、一部又は全部のゲートウェイ端末１３０を、ユーザビームサービスエリア７６０全体にわたって分散させることができる。

順方向及び戻り方向で、（例えば、両方の方向で同じであっても又は同じでなくてもよい）ユーザビームサービスエリア７６０の輪郭を、それぞれ形成順方向及び戻りユーザビームによって定義する。上述のように、ここに記載の実施形態は、空間分離（地理的分散）フィーダリンクを介して空間多重化信号の地上ビーム形成を提供することによって、ユーザビームを形成し、このような空間多重化地上ビーム形成は、フィーダ信号１３５の相互同期を含むことができる。実施形態は、衛星同期サブシステム７１０と１つ又は複数の地上同期サブシステム１２５との間の連携によって、このような相互同期を可能にする（例えば、各ゲートウェイ端末１３０は、地上同期サブシステム１２５のインスタンスを含むことができる）。

幾つかの実施形態において、このような連携は、ループバック及び衛星ビーコン信号伝達に従って、ゲートウェイ端末１３０の同期を含む。例えば、衛星同期サブシステム７１０の幾つかの実施形態は、ループバックパスウェイ（例えば、図５を参照して説明）及び／又はビーコン送信器（例えば、図６を参照して説明）を含む。上述のように、衛星１４０は、地上同期サブシステム１２５によって受信可能なビーコン信号を生成して送信することができ、受信ビーコン信号を使用して、例えば、各ゲートウェイ端末１３０における基準発振器の位相を衛星１４０の搬送波位相に同期させることができる。更に、地上同期サブシステム１２５は、衛星１４０における１つ又は複数のループバックパスウェイを介して１つ又は複数のループバック信号（例えば、ループバックビーコン）を送受信することができる。受信ループバックビーコンを使用して、例えば、各ゲートウェイ端末１３０と衛星１４０との間の距離測定を行うことができる。このような距離測定により、ゲートウェイ端末１３０にわたって相互同期が可能になり、その結果、ゲートウェイ端末１３０は、衛星１４０で位相同期受信されるべきアップリンク送信を調整することができる。

ＭＳＳＭＦＬは、フィーダリンク信号の相互位相同期を利用することができるけれども、幾つかの実装形態は、正確な信号時間整列に関心が低い。一般的に、搬送波周波数は、データ速度よりも数桁速く、時間整列の小さいスリップは、典型的に、位相同期が維持されるという条件で、記号タイミングに著しい影響を与えない。換言すれば、フィーダリンク信号間の相互位相関係が維持されるという条件で、時折のサイクルスリップを許容することができる。例えば、搬送波周波数が５０ＧＨｚであり、（ゲートウェイ端末１３０と衛星１４０との間の）典型的な往復時間が２４０ミリ秒である場合、１往復中に、約１２０億搬送波サイクルが経過することができる。それ自体は、ほんの数百搬送波周波数サイクルの時間整列のスリップは、１００Ｍｂｐｓ以上のデータ速度に対してあまり重要でない。更に、（例えば、ループバック信号伝達を用いた）距離測定には、特定の機能を容易にすることが望ましい。例えば、（例えば、空間多重化信号にわたって対応する記号境界で）略同時に全部の順方向アップリンク信号に対して変調の変更が行われることを保証することが望ましい。幾つかの実施形態は、記号タイミングに対する更なる同期を含むことができる。特定の実装形態は、記号タイミング同期のために衛星ビーコン信号及び／又はループバック信号を使用することができる。しかし、データ速度は、典型的に、かなり遅いので（例えば、Ｋｕ帯域、Ｋａ帯域、Ｖ帯域などに対する１５〜７５ＧＨｚと比べて１００Ｍｂｐｓ）、多くの他の技法を使用することができる。例えば、他の実装形態は、全地球測位システム衛星（ＧＰＳ）タイミング情報又は他の技法を使用して、タイミング同期を達成することができる。

例示のように、衛星通信システム７００の例において、全部のゲートウェイ端末１３０をユーザビームサービスエリア７６０に配置してもよい。このような実施形態において、衛星同期システム７１０の幾つかの実装形態は、（例えば、それぞれのゲートウェイ端末１３０を介して）地上同期サブシステム１２５とのダウンリンク通信のために、ユーザアンテナサブシステム２５０のアンテナ素子を利用することができる。このような一実装形態において、フィーダアンテナサブシステム２３０及びユーザアンテナサブシステム２５０の両方は、同じ周波数帯域（例えば、Ｋａ帯域）で動作し、ゲートウェイ端末１３０は、ユーザアンテナサブシステム２５０を介して衛星同期システム７１０から信号を受信することができる。

例えば、フィーダアンテナサブシステム２３０の各アンテナ素子は、対応付けられたゲートウェイ端末１３０（各ゲートウェイ端末１３０は、独特の固有のＰＮコードを有することができる）からＰＮコード化ループバックビーコン信号を受信することができ、そのループバックビーコン信号を、ゲートウェイ端末１３０が設置されているユーザビームサービスエリア７６０に、ユーザアンテナサブシステム２５０によって送信することができる。各ゲートウェイ端末１３０は、（例えば、一部又は全部のゲートウェイ端末１３０から生じる）一部又は全部の送信ループバック信号を受信することができ、その独特のＰＮコードに対して受信信号を相関させることができ、これによって、そのループバックビーコン信号を回復することができる。衛星同期システム７１０は、衛星１４０から更に受信された衛星同期信号に回復ループバックビーコン信号を整列（例えば、位相及び／又は時間整列）させることによって、ゲートウェイ端末１３０を同期させることができる。例えば、衛星１４０は、ゲートウェイ端末１３０の何れかによって使用されないＰＮコードが符号化された衛星同期信号を送信する。

このような幾つかの実装形態において、多数の基準位置（例えば、ユーザ端末）を使用して、順方向リンクビーム重みを判定することができる。例えば、基準位置は、各々（一部又は全部）のユーザビームサービスエリア７６０の中心、又は中心に近い位置を含むことができる。多数（例えば、全部）のゲートウェイ端末１３０から生じる多数（例えば、全部）のループバックビーコン信号を、各基準位置によって受信することができ、各基準位置は、ゲートウェイ固有のＰＮコードを受信信号と相関させて、ループバックビーコン信号を回復することができる。ここに記載のように、回復ループバックビーコン信号の各々は、ゲートウェイ端末１３０のうち対応する１つから衛星１４０への順方向アップリンク、衛星１４０を介した順方向パスウェイ、及び衛星１４０から基準位置への順方向ダウンリンクを含む順方向リンクを横断している。従って、基準位置は、回復信号を使用して、その順方向リンクを特徴付ける順方向ビーム重みを計算することができる。計算順方向ビーム重みを、（例えば、衛星１４０及びゲートウェイ端末１３０を介して）順方向ビーム形成器にフィードバックすることができ、順方向ビーム形成器は、それに応じて、順方向ビーム重みを更新するかどうかを判定することができる。

図８は、様々な実施形態による、ＭＳＳＭＦＬを提供する別の例示的な衛星通信システム８００を示す。衛星通信システム８００は、ゲートウェイ端末１３０をユーザビームサービスエリア７６０の外側に配置するという点を除いて、図７の衛星通信システム７００と同様である。このような実施形態において、衛星同期システム７１０は、（例えば、それぞれのゲートウェイ端末１３０を介して）地上同期サブシステム１２５とのダウンリンク通信のために、ユーザアンテナサブシステム２５０のアンテナ素子を利用できなくてもよい。衛星同期システム７１０の幾つかの実施形態は、フィーダアンテナサブシステム２３０のアンテナ素子の順方向リンク入力及び戻りリンク出力を用いて、ループバックパスウェイを実施することができ、その結果、ループバックビーコン信号を、フィーダ信号１３５として両方向に伝達する。このような幾つかの実施形態において、地上同期サブシステム１２５は、他のフィーダ信号１３５を引いて、ビーコン信号の受信を容易にすることができる。ＰＮコード及び／又は他の技法を使用して、他のフィーダ信号１３５から同期信号を区別することができる。例えば、ＰＮコード化信号は、（例えば、雑音レベルの範囲内又は近くで）比較的低レベル信号であることができ、既知のＰＮコード及び十分な利得（例えば、２５〜３０ｄＢ）と受信信号を相関させることにより、信号を回復することができる。

衛星同期システム７１０の他の実施形態は、専用ループバックアンテナサブシステムを含むことができる。例えば、ループバックアンテナサブシステムは、ゲートウェイ端末１３０が配置されている全領域（又は領域）に及ぶ１つ又は複数の広いビームアンテナを含むことができる。このような幾つかの実施形態において、ゲートウェイ端末１３０がユーザビームサービスエリア７６０の外側に設置されている場合、ゲートウェイ端末１３０及びユーザ端末は、同じ帯域又は異なる帯域で動作することができる。例えば、ゲートウェイ端末１３０は、Ｖ帯域で通信することができ、ユーザ端末は、Ｋａ帯域で通信することができる。

図９及び図１０は、ＭＳＳＭＦＬ配備用のゲートウェイ端末１３０の数を減少する技法を例示する。図９は、例えば図８に例示の異なるユーザ及びゲートウェイサービスエリアの場合、様々な実施形態による、多数の単一偏光を用いてＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星システム９００のブロック図を示す。衛星システム９００は、多数のＦＡＥ２４３（分かりやすくするために、１つだけ示す）が多数（例えば、２つ）の順方向リンク入力及び多数（例えば、２つ）の戻りリンク出力を有するという点を除いて、図４を参照して説明された衛星システム４００と同様であることができる。各順方向リンク入力及び各戻りリンク出力は、特定の偏光方位で動作する。ユーザアンテナ側で、各ＢＡＥ２４７は、１つの順方向リンク出力及び１つの戻りリンク入力を有することができる。例えば、全部のＢＡＥ２４７の全部の順方向リンク出力は、第１の偏光方位で動作することができる一方、全部のＢＡＥ２４７の全部の戻りリンク入力は、第２の偏光方位で動作することができる。ＦＡＥ２４３によって使用される偏光方位は、ＢＡＥ２４７によって使用される偏光方位と同じである又は異なることができる。例えば、ＦＡＥ２４３は、左円偏光（ＬＨＣＰ）及び右円偏光（ＲＨＣＰ）で動作することができる一方、ＢＡＥ２４７は、直線（例えば、垂直及び水平）偏光で動作することができる。ＦＡＥ２４３及びＢＡＥ２４７の両方が円偏光方位を使用する場合（又は、両方が直線偏光など使用する場合）、フィーダリンク及びユーザリンク通信間で干渉が生じることがある。例えば、例示の実装形態において、ＬＨＣＰを、順方向ダウンリンク信号及び幾つかの戻りダウンリンク信号の両方のために使用しており、ＲＨＣＰを、順方向アップリンク信号及び幾つかの戻りアップリンク信号の両方のために使用している。ゲートウェイ端末１３０をユーザビームの外側に設置することによって、及び／又は様々な干渉軽減技法（例えば、時間又は周波数多重化）を使用することによって、このような潜在的な干渉を軽減又は回避することができる。更に、上述のように、順方向リンクパスウェイを有する順方向リピータサブシステム２４０及び戻りリンクパスウェイを有する戻りリピータサブシステム２４０を介して、ＦＡＥ２４３とＢＡＥ２４７との間に信号を通す。順方向リンク及び戻りリンクパスウェイを、任意の適切な方法で実施することができる。例示のように、各リピータサブシステムは、入力側におけるＬＮＡ４２３、出力側におけるＰＡ４２７、及びＬＮＡ４２３とＰＡ４２７との間に結合された周波数変換器（４２５、４３５）を含む。他の実装形態は、追加及び／又は代替の構成要素を含むことができる。

幾つかの実施形態において、各ＦＡＥ２４３は、第１の偏光方位（例えば、ＬＨＣＰ）における第１の順方向リンク入力、及び第２の偏光方位（ＲＨＣＰ）における第２の順方向リンク入力を有する。順方向リピータサブシステム２４０は、（例えば、ＬＨＣＰで動作する）ＢＡＥ２４７の第１の順方向リンク入力のうち１つと順方向リンク出力のうち１つとの間に各々が結合された第１の数の順方向リンクパスウェイと、（例えば、ＬＨＣＰで動作する）第２の順方向リンク入力のうち１つと順方向リンク出力のうちもう１つとの間に各々が結合された第２の数の順方向リンクパスウェイとを含む。例えば、第１及び／又は第２の数の順方向リンクパスウェイは、それぞれの順方向リンク入力の偏光方位からそれぞれの順方向リンク出力の異なる偏光方位に変換することができる。同様に、各ＦＡＥ２４３は、第１の偏光方位（例えば、ＬＨＣＰ）における第１の戻りリンク出力、及び第２の偏光方位（例えば、ＲＨＣＰ）における第２の戻りリンク出力を有する。戻りリピータサブシステム３４０は、（例えば、ＲＨＣＰで動作する）ＢＡＥ２４７の戻りリンク入力のうち１つと第１の戻りリンク出力のうち１つとの間に各々が結合された第１の数の戻りリンクパスウェイと、（例えば、ＲＨＣＰで動作する）第２の戻りリンク出力のうち１つと戻りリンク入力のうちもう１つとの間に各々が結合された第２の数の戻りリンクパスウェイとを含む。再度、第１及び／又は第２の数の戻りリンクパスウェイは、それぞれの戻りリンク入力の偏光方位からそれぞれの戻りリンク出力の異なる偏光方位に変換することができる。

衛星システム９００と同じ実施形態において、各ゲートウェイ端末１３０は、任意の適切な数（例えば、２つ）の直交偏光方位を用いて、衛星１４０と通信することができる。多数の直交偏光方位上のフィーダ信号の同時通信により、各ゲートウェイ端末１３０は、干渉することなく各偏光方位で割り当て帯域幅全体を効果的に再利用することができる。例えば、このような技法は、より少ないゲートウェイ端末１３０を有するより大容量の衛星通信システムの配備を容易にすることができる。このような場合、ゲートウェイは、ビーム形成が行われるように、更に協力してゲートウェイの信号を相互同期させることができる。

図１０は、様々な実施形態による、多数の周波数部分範囲を用いてＭＳＳＭＦＬを提供する例示的な衛星システム１０００のブロック図を示す。衛星システム１０００は、（各ＦＡＥ２４３から受信された）順方向フィーダ周波数範囲を、各結合ＢＡＥ２４７との通信のためにより小さい順方向ユーザ周波数部分範囲に分割し、（結合ＢＡＥ２４７から受信された）戻りユーザ周波数部分範囲を、各結合ＦＡＥ２４３との通信のためにより大きい戻りフィーダ周波数範囲に結合するという点を除いて、図４を参照して説明された衛星システム４００と同様であることができる。幾つかの実施形態において、ＦＡＥ２４３の各順方向リンク入力を、第１の周波数部分範囲出力及び第２の周波数部分範囲出力を有する周波数分割器１０１０に結合する。順方向リピータサブシステム２４０は、周波数分割器１０１０のうち１つの第１の周波数部分範囲出力と（例えば、第１の周波数部分範囲で動作する第１のＢＡＥ２４７の）順方向リンク出力のうち１つとの間に各々が結合された第１の数の順方向リンクパスウェイと、周波数分割器１０１０のうち１つの第２の周波数部分範囲出力と（例えば、第２の周波数部分範囲で動作する第２のＢＡＥ２４７の）順方向リンク出力のうちもう１つとの間に各々が結合された第２の数の順方向リンクパスウェイとを有する。同様に、各戻りリンク出力を、第１の周波数部分範囲入力及び第２の周波数部分範囲入力を有する周波数結合器１０２０に結合する。戻りリピータサブシステム３４０は、（例えば、第１の周波数で動作する第１のＢＡＥ２４７の）戻りリンク入力のうち１つと周波数結合器１０２０のうち１つの第１の周波数部分範囲入力との間に各々が結合された多数の戻りリンクパスウェイと、（例えば、第２の周波数部分範囲で動作する第２のＢＡＥ２４７の）戻りリンク入力のうちもう１つと周波数結合器１０２０のうち１つの第２の周波数部分範囲入力との間に各々が結合された第２の数の戻りリンクパスウェイとを有する。

例示の実装形態において、各周波数分割器１０１０を、各ＬＮＡ４２３を介して各ＦＡＥ２４３の順方向リンク入力に結合する。このような実装形態において、各順方向リンクパスウェイは、ＬＮＡ４２３、周波数分割器１０１０を通る各経路、順方向周波数変換器４２５、及びＰＡ４２７を含むと考えられることができる。各順方向リンクパスウェイにおいて、各順方向周波数変換器４２５は、周波数分割器１０１０の異なる出力に結合され、各周波数部分範囲を変換する。例えば、順方向周波数変換器４２５ａ及び順方向周波数変換器４２５ｂの各々は、周波数変換を各周波数部分範囲に調整するように選択及び／又は適応された構成要素を含むことができる。同様に、例示の実装形態において、各周波数結合器１０２０を、各ＰＡ４２７を介して各ＦＡＥ２４３の戻りリンク出力に結合する。このような実装形態において、各戻りリンクパスウェイは、ＬＮＡ４２３、戻り周波数変換器４３５、周波数結合器１０２０を通る各経路、及びＰＡ４２７を含むと考えられることができる。各戻りリンクパスウェイにおいて、各戻り周波数変換器４３５は、周波数結合器１０２０の異なる出力に結合され、各周波数部分範囲を変換する。例えば、戻り周波数変換器４３５ａ及び戻り周波数変換器４３５ｂの各々は、周波数変換を各周波数部分範囲に調整するように選択及び／又は適応された構成要素を含むことができる。

例示の実施形態において、ＬＨＣＰを、順方向アップリンク信号及び順方向ダウンリンク信号のために使用し、ＲＨＣＰを、戻りアップリンク信号及び戻りダウンリンク信号のために使用する。この及び他の偏光方式を使用して、ユーザリンク及びフィーダリンク通信間の干渉を回避することができる。他の実装形態において、他のタイプの干渉軽減を使用することができる。例えば、一実施形態において、第１の偏光方位を、順方向及び戻りアップリンク信号の両方によって使用し、第２の偏光方位を、順方向及び戻りダウンリンク信号の両方によって使用する。しかし、異なる周波数及び／又はタイムスロットを用いて、ゲートウェイ及びユーザ端末は通信する。

衛星システム１０００と同じ実施形態において、各ゲートウェイ端末１３０は、任意の適切な数（例えば、２つ）の周波数部分範囲を含むフィーダ周波数範囲を用いて、衛星１４０と通信することができる。部分範囲は、例えば、連続的、重複、同じサイズであってもなくてもよい。周波数部分範囲を使用することにより、各ゲートウェイ端末１３０は、多数のＢＡＥ２４７に給電することができ、これによって、ゲートウェイ端末１３０の空間多重化に周波数多重化を追加する。周波数多重化を使用することにより、フィーダ帯域幅拡張が得られる。例えば、２つの周波数部分範囲を使用することにより、フィーダリンクの帯域幅がユーザリンクの帯域幅の２倍になる。しかし、従来のＧＢＢＦと違って、帯域幅拡張がユーザアンテナ素子の数（例えば、数百）に比例する場合、ＭＳＳＭＦＬに対する帯域幅拡張は、周波数多重化の量（例えば、１と１０との間）に比例する。別の言い方をすれば、ＭＳＳＭＦＬは、フィーダリンク帯域幅とゲートウェイの数との間のトレードオフ、従来のＧＢＢＦによって与えられない容量を可能にする。

例えば図９及び図１０を参照して説明された技法は、より少ないゲートウェイ端末１３０で、同量のユーザリンク帯域幅を支援することができる。例えば、衛星がＬ個のＢＡＥ２４７を有し、各ＢＡＥ２４７にＸＧＨｚのユーザリンク帯域幅を割り当てると仮定する。その結果、割り当てユーザリンク帯域幅を十分に利用するのに、少なくともＬ×ＸＧＨｚのフィーダリンク帯域幅が必要である。ＭＳＳＭＦＬの実施形態は、相互同期空間多重化を使用して、Ｍ個のゲートウェイ端末１３０にわたってＬ×ＸＧＨｚの支援フィーダリンク帯域幅を広げながら、Ｌ個のＢＡＥ２４７を有するＧＢＢＦを可能にする。Ｍ＝Ｌの場合、各ゲートウェイ端末１３０に、ＸＧＨｚのフィーダリンク帯域幅を割り当てることができる。図９及び図１０で説明するように、幾つかの実施形態は、周波数及び／又は偏光多重化を使用して、単一のゲートウェイ端末１３０が、多数のＢＡＥ２４７を支援することができ、その結果、Ｍは、Ｌ未満であることができる。例えば、幾つかの実装形態において、図９及び図１０を参照して説明された技法を併用して（例えば、各々の多数の偏光方位の範囲内での多数の周波数部分範囲）、同量のユーザリンク帯域幅を支援するのに必要なゲートウェイ端末１３０の数を更に減らすことができる。

図１１は、様々な実施形態による、衛星通信システムでＭＳＳＭＦＬを用いて地上ビーム形成する例示的な方法１１００の流れ図を示す。方法１１００は、集束フィーダアップリンクを介して多数のビーム重み付け相互同期（例えば、相互位相同期）順方向アップリンク信号を受信することによって、段階１１０４で始まる。例えば、Ｌ個のフィーダアップリンクを、Ｍ個の地理的分散ゲートウェイ端末１３０から受信することができる。方法１１００の幾つかの実施形態は、順方向データストリームをビーム重み付けしてＬ個のビーム重み付け順方向信号を生成し、Ｍ個の空間分離ゲートウェイ位置のうち対応する１つにＬ個のビーム重み付け順方向信号の各々を伝達する。ビーム重み付け順方向信号を、ゲートウェイ位置で同期（例えば、相互位相同期）させて、Ｌ個のビーム重み付け相互同期順方向アップリンク信号を生成することができる。幾つかの実施形態によれば、同期ステップは、中継器から（例えば、段階１１０４で受信ステップを実行する無線中継器から）生成及び送信されるビーコン信号を送信位置で受信するステップと、送信位置から送信される（例えば、中継器を介して送信位置に戻って中継される）各ループバック信号を各送信位置で受信するステップと、各受信ループバック信号を受信ビーコン信号に各送信位置で位相同期させるステップとを含む。

段階１１０８で、実施形態は、（例えば、衛星の順方向リピータシステム又は他の適切な中継器を介して）順方向アップリンク信号のうち対応する１つから多数のビーム重み付け相互同期順方向ダウンリンク信号の各々を生成する。幾つかの実施形態において、受信ステップは、アップリンク周波数範囲にあり、送信ステップは、ダウンリンク周波数範囲にあり、段階１１０８における生成ステップは、アップリンク周波数範囲からダウンリンク周波数範囲に変換するステップを含む。段階１１１２で、実施形態は、多数の集束ずれユーザダウンリンクを介して順方向ダウンリンク信号を送信し、順方向ダウンリンク信号は、空間的に重畳してユーザビームを形成する。幾つかの実施形態において、順方向ダウンリンク信号は、空間的に重畳してＫ個のユーザビームを形成し、ビーム重み付けは、Ｌ×Ｋ個のビーム重みをＫ個の順方向データストリームに適用してＬ個のビーム重み付け順方向信号を生成するステップを含む。

幾つかの実施形態は、（例えば、１つ又は複数の戻りユーザビームサービスエリアにおける多数のユーザ端末から）多数の集束ずれユーザアップリンクを介して多数の戻りアップリンク信号を受信することによって、段階１１１６で続く。段階１１２０で、実施形態は、戻りアップリンク信号のうち対応する１つから多数の戻りダウンリンク信号の各々を生成する。段階１１２４で、実施形態は、多数の空間分離集束フィーダダウンリンクを介して順方向ダウンリンク信号を送信し、集束ずれユーザアップリンクは、戻りダウンリンク信号を受信した後に戻りダウンリンク信号のビーム重み付け及び地上相互位相同期によって形成されるビームサービスエリアで生じる。

上述では、相互同期空間多重化フィーダリンクを用いて地上ビーム形成を提供するために使用可能な様々なシステム及び方法を提供する。更に分かりやすくするために、幾つかの例示的な例を与える。第１の例によれば、衛星は、４００個の素子を含み、２００本のビームを生成する。アップリンク及びダウンリンク通信は両方とも、Ｋａ帯域（３．５ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯域幅）である。フィーダリンク上の周波数多重化無し及び二重偏光を用いて、２００個のゲートウェイ端末を使用することができ、ユーザリンク上で、単一偏光を支援することができる。１．５ビット／秒／ヘルツ（ｂｐｓ／Ｈｚ）のスペクトル効率は、約５Ｇｂｐｓ／ビーム（即ち、３．５ＧＨｚ／ビームで）をもたらし、５Ｇｂｐｓ／ビーム×２００ビームは、約１テラビット／秒の総容量をもたらす。

第２の例によれば、衛星は、５１２個の素子を含み、１２８本のビームを生成する。アップリンク及びダウンリンク通信は両方とも、２ＧＨｚのユーザビーム帯域幅及び４ＧＨｚのフィーダビーム帯域幅を有するＫａ帯域である。フィーダリンク上の二重周波数多重化及び二重偏光を用いて、１２８個のゲートウェイ端末を使用することができ、ユーザリンク上で、単一偏光を支援することができる。３ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率は、約６Ｇｂｐｓ／ユーザビーム（即ち、２ＧＨｚ／ユーザビームで）をもたらし、６Ｇｂｐｓ／ビーム×１２８ビームは、約７６８Ｇｂｐｓの総容量をもたらす。

第３の例によれば、衛星は、７６８個の素子を含み、３５４本のビームを生成する。フィーダリンクは、７．５ＧＨｚのフィーダビーム帯域幅を有するＶ帯域で動作し、ユーザリンクは、２．５ＧＨｚのユーザビーム帯域幅を有するＫａ帯域で動作する。フィーダリンク上の三重周波数多重化及び二重偏光を用いて、１５０個のゲートウェイ端末を使用することができ、ユーザリンク上で、単一偏光を支援することができる。１ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率は、約２．５Ｇｂｐｓ／ユーザビーム（即ち、２．５ＧＨｚ／ユーザビームで）をもたらし、２．５Ｇｂｐｓ／ビーム×２００ビームは、約５００Ｇｂｐｓの総容量をもたらす。

第４の例によれば、衛星は、７６８個の素子を含み、３５４本のビームを生成する。フィーダリンクは、７ＧＨｚのフィーダビーム帯域幅を有するＶ帯域で動作し、ユーザリンクは、３．５ＧＨｚのユーザビーム帯域幅を有するＫａ帯域で動作する。フィーダリンク上の二重周波数多重化及び二重偏光を用いて、１９２個のゲートウェイ端末を使用することができ、ユーザリンク上で、単一偏光を支援することができる。１．２ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率は、約４Ｇｂｐｓ／ユーザビーム（即ち、３．５ＧＨｚ／ユーザビームで）をもたらし、４Ｇｂｐｓ／ビーム×３５４ビームは、約１．４Ｔｂｐｓの総容量をもたらす。

ここに開示の方法は、記載の方法を達成する１つ又は複数の動作を含む。方法及び／又は動作を、特許請求の範囲から逸脱することなく、互いに交換することができる。換言すれば、動作の特定の順序を指定しない限り、特許請求の範囲から逸脱することなく、特定の動作の順序及び／又は使用を変更することができる。

記載の機能を、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせで実施することができる。ソフトウェアで実施する場合、機能を具体的なコンピュータ可読媒体に１つ又は複数の命令として記憶することができる。記憶媒体は、コンピュータによってアクセス可能な任意の利用できる具体的な媒体であることができる。一例として、限定されることなく、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、又は他の光ディスク記憶デバイス、又は、コンピュータによってアクセス可能な命令又はデータ構造の形で所望のプログラムコードを運ぶ又は記憶するために使用可能な任意の他の具体的な媒体を含むことができる。ここで使用されるようなディスク（ｄｉｓｋ）及びディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク、及びブルーレイ（登録商標）ディスクを含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、磁気的にデータを再生するのに対して、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザーを用いて光学的にデータを再生する。

コンピュータプログラム製品は、ここに提示の特定の動作を実行することができる。例えば、このようなコンピュータプログラム製品は、具体的に記憶（及び／又は符号化）された命令を有する具体的なコンピュータ可読媒体であることができ、命令は、ここに記載の動作を実行する１つ又は複数のプロセッサによって実行可能である。コンピュータプログラム製品は、包装材料を含むことができる。ソフトウェア又は命令を、送信媒体上で送信することもできる。例えば、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）などの送信媒体、又は、赤外線、無線通信又はマイクロ波などの無線技術を用いて、ソフトウェアを、ウェブサイト、サーバ、又は他の遠隔源から送信することができる。

更に、ここに記載の方法を実行する手段の移送を容易にするために、ここに記載の方法及び技法を実行するモジュール及び／又は他の適切な手段を、ダウンロードする、及び／又は適切な端末によって別の方法で取得する、及び／又はサーバなどに結合することができる。代わりに、ここに記載の様々な方法を、記憶手段（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、物理的な記憶媒体（ＣＤ又はフロッピーディスクなど））を介して提供することができ、その結果、ユーザ端末及び／又は基地局は、デバイスに記憶手段を結合又は提供した時に、様々な方法を取得することができる。その上、ここに記載の方法及び技法をデバイスに提供する任意の他の適切な技法を利用することができる。機能の一部を異なる物理的位置で実施するように分散されることを含む、機能を実施する特徴を、様々な位置で物理的に設置することもできる。

本発明を説明する際に、下記の用語を使用する。単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、特に文脈上明示されていない限り、複数指示対象を含む。従って、例えば、項目への参照は、１つ又は複数の項目への参照を含む。用語「１つ（ｏｎｅｓ）」は、１つ、２つ、又はそれ以上を意味し、一般的に、一部又は全部の量の選択に当てはまる。用語「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」は、項目の２つ以上を意味する。用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、正確である必要がない量、寸法、サイズ、処方、パラメータ、形状及び他の特性を意味する。しかし、許容範囲、変換係数、端数計算、測定誤差など、及び当業者に既知の他の要因を反映して、必要に応じて、量、寸法、サイズ、処方、パラメータ、形状及び他の特性を近似する、及び／又は、より大きく又はより小さくすることができる。用語「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、列挙された特性、パラメータ又は値を正確に実現する必要がないことを意味する。しかし、用語「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、例えば、許容範囲、測定誤差、測定精度限界、及び当業者に既知の他の要因を含む偏差又は変動が、特性を与えるように意図された効果を除外しない量で生じることがあることを意味する。数値データを、範囲形式で、ここに表現又は提示することができる。このような範囲形式を、便宜上略して、単に使用するものとし、従って、範囲の限界として明示的に列挙された数値だけでなく、各数値及び部分範囲が明示的に列挙されたかのようにその範囲内に含まれる個々の数値又は部分範囲の全ても含むように柔軟に解釈されるべきである。例示として、「約１〜５」の数値範囲は、約１〜約５の明示的に列挙された値だけでなく、指示範囲内で個々の値及び部分範囲も含むように解釈されるべきである。従って、この数値範囲に含まれるのは、２、３及び４などの個々の値、及び１〜３、２〜４及び３〜５などの部分範囲である。この同じ原理が、１つの数値（例えば、「約１を超える」）だけを列挙する範囲に当てはまり、範囲の幅又は記載の特性に関係なく、当てはまるべきである。便宜上、複数の項目を、共通リストで提示することができる。しかし、これらのリストは、リストの各要素を別々の一意の要素として個々に識別するかのように、解釈されるべきである。従って、このようなリストの個々の要素なしは、それとは反対に指示無しで共通グループにおける提示に基づいて単に同じリストの任意の他の要素の事実上の均等物と解釈されるべきである。更に、用語「及び（ａｎｄ）」及び「又は（ｏｒ）」を、項目のリストと併用する場合、用語「及び（ａｎｄ）」及び「又は（ｏｒ）」は、リスト項目のうち任意の１つ以上を、単独で又は他のリスト項目と組み合わせで使用することができるという点で、広く解釈されるべきである。用語「代わりに（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｌｙ）」は、２つ以上の代替物のうち１つの選択を意味し、特に文脈上明示されていない限り、そのリスト代替物だけに、又は一度にリスト代替物のうち１つだけに選択を限定するように意図されていない。ここで使用されるような用語「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、構成要素を互いに直接接続することを必要としない。代わりに、用語「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、１つ又は複数の他の構成要素を結合構成要素間に含むことができる間接接続を用いた構成も含むように意図されている。例えば、このような他の構成要素は、増幅器、減衰器、アイソレータ、方向性結合器、冗長スイッチなどを含むことができる。更に、特許請求の範囲を含む、ここで使用されるように、「のうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」によって前置きされる項目のリストで使用されるような「又は（ｏｒ）」は、例えば、「Ａ、Ｂ、又はＣのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ，Ｂ，ｏｒ Ｃ）」のリストが、Ａ又はＢ又はＣ又はＡＢ又はＡＣ又はＢＣ又はＡＢＣ（即ち、Ａ及びＢ及びＣ）を意味するように、離接リストを示す。更に、用語「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、記載例が、他の例よりも好ましい又は良いことを意味しない。ここで使用されるように、素子の「セット（ｓｅｔ）」は、セットが、２つ以上有するように明示的に要求される、又はヌルセットであることを明示的に許可される場合を除いて、それらの素子のうち「１つ又は複数（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を意味するように意図されている。

添付の特許請求の範囲によって定義されるような教示の技術から逸脱することなく、ここに記載の技法に様々な変更、置換及び修正を加えることができる。更に、特許請求の範囲及び開示の範囲は、上述の処理、機械、製造、組成物、手段、方法、及び動作の特定の態様に限定されない。ここに記載の対応する態様と実質的に同じ結果を達成する又は実質的に同じ機能を果たす、現存の又は後で開発される処理、機械、製造、組成物、手段、方法、又は動作を、利用することができる。従って、添付の特許請求の範囲は、その範囲内で、このような処理、機械、製造、組成物、手段、方法、又は動作を含む。

搭載ビーム形成アレイ及びハードウェアなどの技法を用いた特定の用途に対して、これらの関心事の幾つかに対処することができる。しかし、このような技法は、衛星のサイズ、重量、コスト及び複雑さを更に増大することがある。搭載ビーム形成の特定の特徴を維持しながら、衛星上で複雑さを減少する１つの手法は、複雑さを地上に移すことである。いわゆる「地上ビーム形成」（ＧＢＢＦ）の手法は、効果的であるけれども、実装形態は、（例えば、Ｌ帯域の搬送波周波数に対して数ＭＨｚのユーザリンク帯域幅を提供する）より低い帯域幅の状況に集中する傾向がある。必要なフィーダリンク帯域幅は、ユーザリンク帯域幅の倍数であるので、従来のＧＢＢＦは、フィーダ帯域幅拡張問題を有し、増倍率は、ユーザリンクアレイによって提供されるアンテナ素子の数に関連している。例えば、１ＧＨｚのユーザ帯域幅（例えば、Ｋａ帯域で）に１００個の素子のユーザリンクビーム形成アレイを提供すると、１００ＧＨｚのフィーダリンク帯域幅が必要になることがある。帯域幅拡張問題は、大容量衛星システムへの従来のＧＢＢＦの実用化を妨げることがある。
Ｆｉｌｉｐｐｏ Ｄｉ Ｃｅｃｃａ他、「地上ビーム形成及び干渉除去を用いた移動体衛星システムのペイロード態様（Ｐａｙｌｏａｄ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｏｎ−ｇｒｏｕｎｄ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）」、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＩＣＷＩＴＳ）、２０１２ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ、ＩＥＥＥ、１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１２、ｐａｇｅｓ １−４を参照する。
欧州特許出願公開第１３０３９２７Ａ２号には、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）又はインターネットなどの地上通信ネットワークとモバイル加入者との間の通信のために多数の地上局及び１つ又は複数の衛星を使用する衛星通信システムが開示されている。
国際公開第２０１７／１２４００４Ａ１号パンフレットには、ユーザサービスエリアと異なるアクセスノードクラスタを用いた無線通信システムで終端間ビーム形成する技法が開示されている。

Claims (44)

1. 複数の集束ビームアンテナ素子（ＦＡＥ）を含むフィーダアンテナサブシステムであって、各ＦＡＥが順方向リンクＦＡＥポートを有するフィーダアンテナサブシステムと、
   一列のビーム形成アンテナ素子（ＢＡＥ）を含むユーザアンテナサブシステムであって、各ＢＡＥが順方向リンクＢＡＥポートを有するユーザアンテナサブシステムと、
   順方向アップリンク周波数範囲及び順方向ダウンリンク周波数範囲を有する順方向リピータサブシステムであって、複数の順方向リンクパスウェイを含み、前記順方向リンクパスウェイの各々は、前記順方向リンクＦＡＥポートのうち１つと前記順方向リンクＢＡＥポートのうち１つとの間に結合されており、前記順方向リンクパスウェイの各々は、前記順方向アップリンク周波数範囲における入力及び前記順方向ダウンリンク周波数範囲における出力を有する順方向リピータサブシステムと、
   を含む衛星通信システムにおいて、
   複数の順方向ダウンリンク信号は、複数の地理的分散ゲートウェイ端末のうち対応する１つから前記ＦＡＥのうち各１つで各々が受信されているビーム重み付け相互位相同期順方向アップリンク信号から生成可能であり、
   前記ＢＡＥによる前記順方向ダウンリンク信号の送信は、前記順方向ダウンリンク信号が空間的に重畳して少なくとも１つの順方向ユーザビームを形成するようにする
   ことを特徴とする衛星通信システム。
2. 請求項１に記載の衛星通信システムにおいて、
   戻りアップリンク周波数範囲及び戻りダウンリンク周波数範囲を有する戻りリピータサブシステムを更に含み、
   前記フィーダアンテナサブシステムの各ＦＡＥは、戻りリンクＦＡＥポートを更に有し、
   前記ユーザアンテナサブシステムの各ＢＡＥは、戻りリンクＢＡＥポートを更に有し、
   前記戻りリピータサブシステムは、複数の戻りリンクパスウェイを含み、前記戻りリンクパスウェイの各々は、前記戻りリンクＢＡＥポートのうち１つと前記戻りリンクＦＡＥポートのうち１つとの間に結合されており、前記戻りリンクパスウェイの各々は、前記戻りアップリンク周波数範囲における入力及び前記戻りダウンリンク周波数範囲における出力を有し、
   複数の戻りダウンリンク信号は、前記ＦＡＥによる送信のための前記戻りリンクパスウェイによって生成可能であり、前記戻りダウンリンク信号は、少なくとも１つのユーザ端末から前記ＢＡＥで受信されている戻りアップリンク信号から生成可能であり、これによって、前記少なくとも１つのユーザ端末との通信のための少なくとも１つの戻りユーザビームを形成する
   ことを特徴とする衛星通信システム。
3. 請求項１又は２に記載の衛星通信システムにおいて、
   ビーコン送信器を有する衛星同期サブシステムを更に含み、
   前記ビーコン送信器によって送信されている同期信号に従って前記ＦＡＥで受信する前に、前記順方向アップリンク信号は同期されている
   ことを特徴とする衛星通信システム。
4. 分散ネットワークを介して順方向ビーム形成器と通信しているビーム重み付け順方向信号入力と、
   同期サブシステムに結合されている同期入力と、
   前記同期入力に従って前記ビーム重み付け順方向信号入力の相互同期バージョンに対応するフィーダアップリンク信号出力と、
   を各々が含む複数の地理的分散ゲートウェイ端末と、
   複数の集束ビームアンテナ素子（ＦＡＥ）を含むフィーダアンテナサブシステムであって、前記ゲートウェイ端末のうち対応する１つの前記フィーダアップリンク信号出力に通信可能に結合されている順方向リンクＦＡＥポートを各ＦＡＥが有するフィーダアンテナサブシステムと、
   一列のビーム形成アンテナ素子（ＢＡＥ）を含むユーザアンテナサブシステムであって、各ＢＡＥが順方向リンクＢＡＥポートを有するユーザアンテナサブシステムと、
   順方向アップリンク周波数範囲及び順方向ダウンリンク周波数範囲を有する順方向リピータサブシステムであって、複数の順方向リンクパスウェイを含み、前記順方向リンクパスウェイの各々は、前記順方向リンクＦＡＥポートのうち１つと前記順方向リンクＢＡＥポートのうち１つとの間に結合されており、前記順方向リンクパスウェイの各々は、前記順方向アップリンク周波数範囲における入力及び前記順方向ダウンリンク周波数範囲における出力を有する順方向リピータサブシステムと、
   を含む衛星と、
   を含む衛星通信システムにおいて、
   複数の順方向ダウンリンク信号は、前記ＦＡＥで受信されている順方向アップリンク信号から生成されており、前記ＢＡＥによる前記順方向ダウンリンク信号の送信は、前記順方向ダウンリンク信号が空間的に重畳して順方向ユーザビームを形成するようにする
   ことを特徴とする衛星通信システム。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
   各ＦＡＥは、第１の偏光方位における第１の順方向リンクＦＡＥポートと第２の偏光方位における第２の順方向リンクＦＡＥポートとを有し、
   前記複数の順方向リンクパスウェイは、
   前記第１の順方向リンクＦＡＥポートのうち１つと前記順方向リンクＢＡＥポートのうち１つとの間に各々が結合されている第１の複数の順方向リンクパスウェイと、
   前記第２の順方向リンクＦＡＥポートのうち１つと前記順方向リンクＢＡＥポートのうちもう１つとの間に各々が結合されている第２の複数の順方向リンクパスウェイと、
   を含む
   ことを特徴とする衛星通信システム。
6. 請求項１、４又は５の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
   各順方向リンク入力は、第１の周波数部分範囲出力及び第２の周波数部分範囲出力を有する周波数分割器に結合されており、
   前記複数の順方向リンクパスウェイは、
   前記周波数分割器のうち１つの前記第１の周波数部分範囲出力と前記順方向リンクＢＡＥポートのうち１つとの間に各々が結合されている第１の複数の順方向リンクパスウェイと、
   前記周波数分割器のうち１つの前記第２の周波数部分範囲出力と前記順方向リンクＢＡＥポートのうちもう１つとの間に各々が結合されている第２の複数の順方向リンクパスウェイと、
   を含む
   ことを特徴とする衛星通信システム。
7. 請求項４乃至６の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
   各地理的分散ゲートウェイ端末は、
   前記分散ネットワークを介して戻りビーム形成器と通信している戻り信号出力と、
   フィーダダウンリンク信号入力と、
   を更に含み、
   前記フィーダアンテナサブシステムの各ＦＡＥは、戻りリンクＦＡＥポートを更に有し、
   前記ユーザアンテナサブシステムの各ＢＡＥは、戻りリンクＢＡＥポートを更に有し、
   前記衛星は、戻りアップリンク周波数範囲及び戻りダウンリンク周波数範囲を有する戻りリピータサブシステムを更に含み、前記戻りリピータサブシステムは、複数の戻りリンクパスウェイを含み、前記戻りリンクパスウェイの各々は、前記戻りリンクＢＡＥポートのうち１つと前記戻りリンクＦＡＥポートのうち１つとの間に結合されており、前記戻りリンクパスウェイの各々は、前記戻りアップリンク周波数範囲における入力及び前記戻りダウンリンク周波数範囲における出力を有し、
   複数の戻りダウンリンク信号は、前記ＦＡＥによる送信のための前記戻りリンクパスウェイによって生成可能であり、前記戻りダウンリンク信号は、少なくとも１つのユーザ端末から前記ＢＡＥで受信されている戻りアップリンク信号から生成可能であり、これによって、前記少なくとも１つのユーザ端末との通信のための少なくとも１つの戻りユーザビームを形成する
   ことを特徴とする衛星通信システム。
8. 請求項２又は７に記載の衛星通信システムにおいて、
   各ＦＡＥは、第１の偏光方位における第１の戻りリンクＦＡＥポートと第２の偏光方位における第２の戻りリンクＦＡＥポートとを有し、
   各ＢＡＥは、前記第１の偏光方位における第１の戻りリンクＢＡＥポートと前記第２の偏光方位における第２の戻りリンクＢＡＥポートとを有し、
   前記複数の戻りリンクパスウェイは、
   前記第１の戻りリンクＢＡＥポートのうち１つと前記第１の戻りリンクＦＡＥポートのうち１つとの間に各々が結合されている第１の複数の戻りリンクパスウェイと、
   前記第２の戻りリンクＢＡＥポートのうち１つと前記第２の戻りリンクＦＡＥポートのうち１つとの間に各々が結合されている第２の複数の戻りリンクパスウェイと、
   を含む
   ことを特徴とする衛星通信システム。
9. 請求項２、７又は８の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
   各戻りリンクＦＡＥポートは、第１の周波数部分範囲入力及び第２の周波数部分範囲入力を有する周波数結合器に結合されており、
   前記複数の戻りリンクパスウェイは、
   前記戻りリンクＢＡＥポートのうち１つと前記周波数結合器のうち１つの前記第１の周波数部分範囲入力との間に各々が結合されている第１の複数の戻りリンクパスウェイと、
   前記戻りリンクＢＡＥポートのうちもう１つと前記周波数結合器のうち１つの前記第２の周波数部分範囲入力との間に各々が結合されている第２の複数の戻りリンクパスウェイと、
   を含む
   ことを特徴とする衛星通信システム。
10. 請求項２又は７乃至９の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記順方向アップリンク周波数範囲は、前記戻りアップリンク周波数範囲と重複し、前記順方向ダウンリンク周波数範囲は、前記戻りダウンリンク周波数範囲と重複する
    ことを特徴とする衛星通信システム。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記フィーダアンテナサブシステムは、フィーダ反射器を更に含み、
    前記ユーザアンテナサブシステムは、ユーザ反射器を更に含む
    ことを特徴とする衛星通信システム。
12. 請求項１１に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記フィーダ反射器上の表面ひずみは、フィーダアンテナ障害領域を定義し、
    前記複数の地理的分散ゲートウェイ端末は、前記フィーダアンテナ障害領域から離れて位置決めされている
    ことを特徴とする衛星通信システム。
13. 請求項１１に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記フィーダ反射器上の表面ひずみは、フィーダアンテナ障害領域を定義し、
    前記フィーダアンテナサブシステムは、制限ビーム形成をフィーダビームに適用して前記フィーダアンテナ障害領域を補償する、多数のビーム／給電アンテナを含む
    ことを特徴とする衛星通信システム。
14. 請求項１３に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記多数のビーム／給電アンテナは、ビーム形成係数メモリに記憶されている事前計算ビーム形成係数を有するビーム形成係数メモリを含み、前記事前計算ビーム形成係数は、前記制限ビーム形成を適用ために使用される
    ことを特徴とする衛星通信システム。
15. 請求項１３に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記多数のビーム／給電アンテナは、ビーム形成係数メモリに記憶されている適応更新係数を有するビーム形成係数メモリを含み、前記適応更新係数は、前記制限ビーム形成を適用ために使用される
    ことを特徴とする衛星通信システム。
16. 請求項４又は８に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記複数の地理的分散ゲートウェイ端末は、Ｍ個のゲートウェイ端末を含み、
    前記順方向リピータサブシステムは、前記Ｍ個のゲートウェイ端末のうち各１つに各々が対応するＭ個の順方向リンクパスウェイを含む
    ことを特徴とする衛星通信システム。
17. 請求項４乃至１６の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記フィーダアップリンク信号出力は、前記同期入力に応じて前記ビーム重み付け順方向信号入力の位相同期バージョンに対応する
    ことを特徴とする衛星通信システム。
18. 請求項４乃至１７の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記衛星は、ビーコン送信器を更に含み、
    前記同期サブシステムは、
    ループバック入力と、
    前記同期入力に結合されており、前記ループバック入力で両方とも受信されているビーコン信号及びループバック信号の位相同期に応じた同期出力と、
    を含む
    ことを特徴とする衛星通信システム。
19. 請求項１８に記載の衛星通信システムにおいて、
    各ゲートウェイ端末は、ループバック送信器を更に含む
    ことを特徴とする衛星通信システム。
20. 請求項４乃至１９の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    各ゲートウェイ端末は、前記同期サブシステムの局所インスタンスを更に含む
    ことを特徴とする衛星通信システム。
21. 請求項４乃至１９の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記同期サブシステムを更に含み、前記複数の地理的分散ゲートウェイ端末の各々は、前記分散ネットワークを介して前記同期サブシステムに結合されている
    ことを特徴とする衛星通信システム。
22. 請求項４乃至２１の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記複数のゲートウェイ端末から給電入力信号を受信する複数の給電入力ポートと、
    前記給電入力信号及び記憶クロストーク行列に応じて生成されているクロストーク補償給電信号を送信する複数の給電出力ポートと、
    を有するクロストーク除去器を更に含む
    ことを特徴とする衛星通信システム。
23. 請求項２２に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記クロストーク除去器は、前記ビーム形成器に配置されている
    ことを特徴とする衛星通信システム。
24. 請求項２２又は２３に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記衛星は、複数のスイッチを介して前記ＦＡＥに結合されているループバックアンテナ素子を有するループバックパスウェイを更に含み、
    複数のタイムスロットにわたって、前記ループバックアンテナ素子は、前記各ＦＡＥの前記各順方向リンクＦＡＥポートに連続的に結合され、これによって、前記タイムスロットの各々で、前記タイムスロットに連続的に結合されている前記ＦＡＥに対応付けられている前記ゲートウェイ端末からのループバックビーコン信号の受信に応じて前記ゲートウェイ端末に繰り返しループバック信号を送信する
    ことを特徴とする衛星通信システム。
25. 請求項２２又は２３に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記衛星は、複数のスイッチを介して前記ＦＡＥに結合されているループバックアンテナ素子を有するループバックパスウェイを更に含み、
    複数のタイムスロットにわたって、前記ループバックアンテナ素子は、前記各ＦＡＥの前記各戻りリンクＦＡＥポートに連続的に結合され、これによって、前記タイムスロットの各々で、前記ゲートウェイ端末からのループバックビーコン信号の受信に応じて前記タイムスロットに連続的に結合されている前記ＦＡＥに対応付けられている前記ゲートウェイ端末に繰り返しループバック信号を送信する
    ことを特徴とする衛星通信システム。
26. 請求項４乃至２５の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記複数の地理的分散ゲートウェイ端末は、同じ搬送波周波数で全て動作する
    ことを特徴とする衛星通信システム。
27. 請求項４乃至２６の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記フィーダアンテナサブシステムは、複数の順方向フィーダビームを照らし、
    前記形成順方向ユーザビームは、前記順方向フィーダビームと空間的に重複しない
    ことを特徴とする衛星通信システム。
28. 請求項４乃至２７の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    複数の順方向データストリーム入力と、
    前記ゲートウェイ端末及び順方向データストリームの各々に対応付けられているビーム重みを示すビーム重み入力と、
    複数のビーム重み付け順方向信号出力であって、前記ビーム重み付け順方向信号出力の各々は、前記分散ネットワークを介して前記ゲートウェイ端末のうち各１つの前記ビーム重み付け順方向信号入力に結合されており、前記ビーム重み付け順方向信号出力の各々は、前記ゲートウェイ端末のうち前記各１つに対応付けられている前記ビーム重みに従ってビーム重み付けされた前記順方向データストリーム入力の重み付け和である、複数のビーム重み付け順方向信号出力と、
    を含む前記順方向ビーム形成器を更に含む
    ことを特徴とする衛星通信システム。
29. 請求項２８に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記順方向データストリーム入力は、Ｋ個の形成順方向ユーザビームのうち各１つに各々が対応するＫ個の順方向データストリーム入力を含み、
    前記複数の地理的分散ゲートウェイ端末は、Ｌ個のフィーダアップリンク信号出力を含み、
    前記ビーム重み入力は、Ｌ×Ｋ個のビーム重みを含み、
    前記ビーム重み付け順方向信号出力は、前記Ｌ×Ｋ個のビーム重みに従ってビーム重み付けされた前記Ｋ個の順方向データストリーム入力のＬ個の合成物に対応する
    ことを特徴とする衛星通信システム。
30. 請求項１乃至２９の何れか１項に記載の衛星通信システムにおいて、
    前記衛星は、静止衛星である
    ことを特徴とする衛星通信システム。
31. 衛星通信システムで地上ビーム形成する方法において、
    複数のビーム重み付け相互同期順方向アップリンク信号を受信するステップであって、複数の空間分離ゲートウェイ位置のうち対応する１つから複数の集束フィーダアップリンクアンテナ素子のうち１つを介して各前記アップリンク信号を受信するステップと、
    前記複数の順方向アップリンク信号のうち対応する１つを増幅して周波数変換することによって複数の順方向ダウンリンク信号の各々を生成するステップと、
    複数の集束ずれユーザダウンリンクアンテナ素子を介して前記複数の順方向ダウンリンク信号を送信するステップであって、前記順方向ダウンリンク信号は、空間的に重畳してユーザビームを形成するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
32. 請求項３１に記載の方法において、
    ビーム重み付けを複数の順方向データストリームに適用して、Ｌ個のビーム重み付け順方向信号を生成するステップと、
    Ｍ個の空間分離ゲートウェイ位置のうち対応する１つに前記Ｌ個のビーム重み付け順方向信号の各々を伝達するステップと、
    前記ゲートウェイ位置で前記ビーム重み付け順方向信号を同期させて、Ｌ個のビーム重み付け相互同期順方向アップリンク信号を生成するステップと、
    を更に含むことを特徴とする方法。
33. 請求項３２に記載の方法において、
    前記順方向ダウンリンク信号は、空間的に重畳してＫ個のユーザビームを形成し、
    前記ビーム重み付けは、Ｌ×Ｋ個のビーム重みをＫ個の順方向データストリームに適用して前記Ｌ個のビーム重み付け順方向信号を生成するステップを含む
    ことを特徴とする方法。
34. 請求項３１乃至３３の何れか１項に記載の方法において、
    前記受信ステップは、アップリンク周波数範囲にあり、
    前記送信ステップは、ダウンリンク周波数範囲にあり、
    前記周波数変換ステップは、前記アップリンク周波数範囲から前記ダウンリンク周波数範囲に変換するステップを含む
    ことを特徴とする方法。
35. 請求項３１乃至３４の何れか１項に記載の方法において、
    複数の集束ずれユーザアップリンクアンテナ素子を介して複数の戻りアップリンク信号を受信するステップと、
    前記複数の戻りアップリンク信号のうち対応する１つから複数の戻りダウンリンク信号の各々を生成するステップと、
    複数の集束フィーダダウンリンクアンテナ素子を介して前記空間分離ゲートウェイ位置に前記複数の戻りダウンリンク信号を送信するステップと、
    を更に含み、
    前記集束ずれユーザアップリンクは、前記戻りダウンリンク信号を送信した後に前記戻りダウンリンク信号のビーム重み付け及び地上相互位相同期によって形成されるビームサービスエリアで生じる
    ことを特徴とする方法。
36. 請求項３５に記載の方法において、
    前記空間分離ゲートウェイ位置で前記複数の戻りダウンリンク信号を受信するステップと、
    前記ゲートウェイ位置で前記戻りダウンリンク信号を同期させて、複数の相互同期戻り信号を生成するステップと、
    前記複数の相互同期戻り信号をビーム重み付けして、ビーム重み付け相互同期戻り信号を生成するステップと、
    を更に含むことを特徴とする方法。
37. 請求項３６に記載の方法において、
    前記ビーム重み付け相互同期戻り信号は、Ｌ個のビーム重み付け相互同期戻り信号を含み、
    前記形成ビームサービスエリアは、Ｋ個のユーザビームを含み、
    前記複数の相互同期戻り信号をビーム重み付けするステップは、前記Ｌ個のビーム重み付け相互同期戻り信号にＬ×Ｋ個の戻りビーム重みを適用してＫ個の戻りデータストリームを回復するステップを含む
    ことを特徴とする方法。
38. 請求項３５乃至３７の何れか１項に記載の方法において、
    前記複数の戻りアップリンク信号を、戻りアップリンク周波数範囲で受信し、
    前記複数の戻りダウンリンク信号を、戻りダウンリンク周波数範囲で送信し、
    前記生成ステップは、前記戻りアップリンク周波数範囲から前記戻りダウンリンク周波数範囲に変換するステップを含む
    ことを特徴とする方法。
39. 請求項３２、３３、３６又は３７の何れか１項に記載の方法において、
    前記受信ステップは、無線中継器によって実行し、
    前記同期ステップは、
    前記中継器から送信されるビーコン信号を前記ゲートウェイ位置で受信するステップと、
    前記ゲートウェイ位置から送信される各ループバック信号を各ゲートウェイ位置で受信するステップと、
    前記各受信ループバック信号を前記受信ビーコン信号に各ゲートウェイ位置で位相同期させるステップと、
    を含む
    ことを特徴とする方法。
40. 請求項３２乃至３９の何れか１項に記載の方法において、
    前記ゲートウェイ位置から給電入力信号を受信するステップと、
    前記給電入力信号及び記憶クロストーク行列に応じてクロストーク補正給電信号を生成するステップと、
    を更に含むことを特徴とする方法。
41. 請求項４０に記載の方法において、
    複数のタイムスロットにわたって、前記集束フィーダアップリンクアンテナ素子の各々にループバックアンテナ素子を連続的に結合し、これによって、前記タイムスロットの各々で、前記タイムスロットに連続的に結合される前記集束フィーダアップリンクアンテナ素子に対応付けられる前記ゲートウェイ位置からのループバックビーコン信号の受信に応じて前記ゲートウェイ位置に繰り返しループバック信号を送信するステップ
    を更に含み、
    前記複数のタイムスロットにわたって、前記給電入力信号は、前記ゲートウェイ位置における受信として前記繰り返しループバック信号に対応する
    ことを特徴とする方法。
42. 請求項４０に記載の方法において、
    複数のタイムスロットにわたって、複数の集束フィーダダウンリンクアンテナ素子の各々にループバックアンテナ素子を連続的に結合し、これによって、前記タイムスロットの各々で、前記ゲートウェイ位置からのループバックビーコン信号の受信に応じて前記タイムスロットに連続的に結合される前記集束フィーダダウンリンクアンテナ素子に対応付けられる前記ゲートウェイ位置に繰り返しループバック信号を送信するステップ
    を更に含み、
    前記タイムスロットの各々で、前記給電入力信号のうち少なくとも１つは、前記タイムスロットにおける前記ゲートウェイ位置のうち少なくとも１つによる受信として前記繰り返しループバック信号に対応する
    ことを特徴とする方法。
43. 請求項３２乃至３９の何れか１項に記載の方法において、
    前記ゲートウェイ位置のうち少なくとも１つによって少なくとも１つのユーザ端末から少なくとも１つのプローブ信号を受信するステップと、
    前記少なくとも１つのプローブ信号と予想給電信号との比較に応じて少なくとも１つのクロストーク補正給電信号を生成するステップと、
    を更に含むことを特徴とする方法。
44. 請求項３２乃至３９の何れか１項に記載の方法において、
    少なくとも１つのユーザ端末によって前記ゲートウェイ位置のうち少なくとも１つから少なくとも１つのプローブ信号を受信するステップと、
    前記少なくとも１つのプローブ信号と予想ユーザ信号との比較に応じて少なくとも１つのクロストーク補正給電信号を生成するステップと、
    を更に含むことを特徴とする方法。

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