JP7127053B2 - 衛星通信に適応するためのカバレッジエリア調整 - Google Patents

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Description

通信衛星は、一般に、地上アクセスノード端末又はユーザ端末を含み得る様々な地球上の目標装置と通信するための１つ以上のアンテナアセンブリを含み、地球上の目標装置の何れも、（例えば、永久的な設置サイトに設置されて、１つの固定設置サイトから別の固定設置サイトに動かされるなど）静止しているか又は（例えば、車両、船舶、飛行機などに設置されて）移動可能であり得る。通信衛星のアンテナアセンブリは、ダウンリンク信号（例えば、ユーザ端末へのフォワードリンク信号、アクセスノードへのリターンリンク信号）を送信し、且つ／又はアップリンク信号（例えば、アクセスノードからのフォワードリンク信号、ユーザ端末からのリターンリンク信号）を受信するように構成され得る。アンテナアセンブリは、アンテナアセンブリを介して装置に通信サービスが提供され得るサービスカバレッジエリアに関連し得る。衛星は、地球静止衛星であり得、その場合、衛星の軌道は、地球の回転と同調し、サービスカバレッジエリアを地球に対して本質的に静止した状態に保つ。他の場合、衛星は、地球の周りの軌道内にあり、衛星がその軌道経路を動き回るため、サービスカバレッジエリアを地球の表面上で動かせる。
いくつかの衛星通信システムは、同じアンテナフットプリント（例えば、サービスカバレッジエリア）、例えば米国本土内に位置する端末間で信号を中継する「ベントパイプ」衛星を用いる。送信カバレッジエリアと受信カバレッジエリアとが重なる場合、別々の周波数帯域及び／又は偏波がアップリンク（衛星への）及びダウンリンク（衛星からの）に対して使用され得る。「ベントパイプ」の呼称は、中継信号が、信号が衛星によって受信された後、あたかもベントパイプによって向け直されたかのように効率的に再送信される事実を指す。中継信号のデータは、「再生」又は処理衛星アーキテクチャにおけるように、復調も再変調もされない。むしろ、ベントパイプアーキテクチャ内における衛星での信号操作は、一般的に、例えば周波数変換、フィルタリング、増幅などの機能に限定される。
信号のデジタルチャネル化及びルーティング、中継信号中のデータの復調／ルーティング／再変調、周波数の再使用を可能にするための狭いアンテナフットプリントスポットビーム及びカバレッジエリアの動的配置を可能にするためのフェーズドアレイアンテナなどの革新技術を利用する、衛星を取り巻く他の衛星通信システムが開発されている。
例えば、移動衛星通信サービス（ＭＳＳ）のための衛星は、一般に、周波数の再使用の回数を多くして、スポットビームカバレッジエリアを利用する。ＭＳＳのための衛星の例は、インマルサット（Ｉｎｍａｒｓａｔ）－４衛星及びスラーヤ（Ｔｈｕｒａｙａ）衛星を含む。これらの衛星は、一般に、大きい合成エリアを網羅する多数の狭いスポットビームを特徴とし、及び帯域幅の柔軟であり且つ設定可能な割り当てを可能にする。しかしながら、全システム帯域幅は、狭く（Ｌバンドにおいて３４ＭＨｚの割り当てなど）、及びサービスは、一般的に、「狭帯域」として分類され（例えば、数百ｋＨｚの搬送波帯域幅）、これにより、デジタルビームフォーミング技術を使用して、柔軟であり且つ設定可能な帯域幅割り当てを達成することを可能にする。これらの衛星は、アクティブフィードを備える大きい反射器を使用する。各アンテナフィード素子と関連する信号がデジタル化され、且つビームフォーミング及び帯域幅柔軟性がデジタル信号プロセッサによってもたらされる。デジタルビームフォーミングは、狭帯域チャネルで実施され、フィーダリンクの何れかの狭帯域チャネルを任意のスポットビーム形状に対して任意の周波数に配置できるようにする。
超高速インターネット衛星（ＷＩＮＤＳ）は、試験的なＫａバンド衛星システムである。衛星は、固定マルチビームアンテナ（ＭＢＡ）を使用して固定スポットビーム及びアクティブフェーズドアレイアンテナ（ＡＰＡＡ）を使用して操縦可能ビームの両方を実行する。ＭＢＡは、固定ビームを供給し、及び通信リンクは、時間が経つと、送信ビームと受信ビームとの組み合わせからなるパターンで切換られ得る。ＡＰＡＡは、衛星から見える地球の地域全体をほとんど網羅する潜在的なサービスエリアを備えるビームホッピングアンテナとして開発された。ＡＰＡＡは、送信アンテナ及び受信アンテナのそれぞれに対して、独立して操縦可能な２つのビームを使用して任意のユーザ間に通信を提供できる。ビーム操縦は、衛星内切換時分割多元接続（ＳＳ－ＴＤＭＡ）モードにおいて、２ｍｓという短い切換間隔スロット中、デジタル位相器の制御を介して指向方向を更新することによって達成され、ここで、最短のビームドエルタイムは、ＳＳ－ＴＤＭＡシステムのスロット時間に対応する。高速でのビーム切換は、１ビーム当たり８箇所のロケーションまで支援される。ＭＢＡ及びＡＰＡＡの両方の切換パターンは、ネットワーク管理センターからアップロードされる。
Ｓｐａｃｅｗａｙは、米国全体にわたって１１２個のアップリンクビーム及び８００個近いダウンリンクビームに供するＫａバンド衛星システムである。Ｓｐａｃｅｗａｙ衛星は、再生型衛星搭載プロセッサを使用して、データパケットを１１２個のアップリンクビームの１つから８００個近い潜在的なダウンリンクビームの１つにルーティングする。いかなる場合でも、ダウンリンクは、２４個までのホッピングビームからなる。ダウンリンクスケジューラは、各ビームのダウンリンクのトラフィックキュー及び電力制約及び干渉制約に応じて、何れのビームが各ダウンリンクタイムスロットに対してバーストを送信しているべきかを決定する。
以前にワイドバンドギャップフィラー衛星として知られていたＷｉｄｅｂａｎｄ Ｇｌｏｂａｌ ＳＡＴＣＯＭ（ＷＧＳ）衛星は、操縦可能Ｋａバンドスポットビーム及びＸバンドビームフォーミングを利用する米国政府の衛星である。Ｋａバンドスポットビームは、機械的に操縦される。８個までのＸバンドビームが、各アンテナフィード素子内のビームフォーミングモジュール（ＢＦＭｓ）に適用されるプログラムマブルな振幅及び位相調整を使用する送信及び受信Ｘバンドアレイによって形成される。帯域幅の割り振りは、ビームフォーミングに関わらない広帯域デジタルチャネライザを使用して、柔軟であり且つ設定可能である。
より最近の衛星アーキテクチャは、システム容量をさらに増大させている。例えば、Ｄａｎｋｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．の米国特許出願公開第２００９－０２９８４１６号明細書（その全体が参照により本明細書に援用される）に開示されているＶｉａＳａｔ－１及びＫａバンドスポットビーム衛星アーキテクチャは、１５０Ｇｂｐｓ超の物理層容量を提供し得る。このスポットビームアーキテクチャは、従来のＫａバンド衛星よりも１桁超の容量の増大を提供する。他の衛星、例えばＫＡ－ＳＡＴ及びＪｕｐｉｔｅｒは、同様のアーキテクチャを使用して、同様の高容量を達成している。これらの衛星の全てにおいて使用されているアーキテクチャは、固定ロケーションを目標とする小さいスポットビームを含む「ベントパイプ」式ハブ－スポークアーキテクチャである。各スポットビームは、大量のスペクトル、一般に２５０～１０００ＭＨｚを使用し得る。結果として得られる大容量は、例えば、（ａ）一般に６０～８０又はそれを上回る多数のスポットビーム、（ｂ）スポットビームに関連する高アンテナ指向性（例えば、好都合なリンクバジェットを生じる）、及び（ｃ）各スポットビーム内で使用される比較的大量の帯域幅を含む衛星システムのいくつかの特徴の産物である。
上述の高容量の衛星アーキテクチャは、貴重であるが、依然としていくつかの点において限定され得る。例えば、同じスペクトル割り当て及び電力バジェットを維持しながら、より高い容量を支援するためにアーキテクチャをスケーリングすることは、一般に、より小さい直径のスポットビームを生じるためにより大きい反射器を使用して達成される。より小さい直径のスポットビームの使用は、衛星アンテナの指向性（又はゲイン）を高め得るため、リンク信号対雑音比（ＳＮＲ）及び容量を高める。しかしながら、より小さいスポットビームは、必然的にサービスカバレッジエリア（例えば、通信サービスが提供され得るカバレッジエリア）を小さくする。そのため、これらの衛星アーキテクチャは、容量対カバレッジエリアの固有の妥協点を有する。
さらに、これらのアーキテクチャは、一般に、全てのスポットビーム、ユーザビーム及びゲートウェイ（ＧＷ）ビームの両方を固定ロケーションに配置する。一般的に、サービスカバレッジエリアの変更に適合するようにスポットビームを動かす能力はない。さらに、アーキテクチャは、本質的に、サービスカバレッジエリア全体にわたって均等に分布した容量を提供する。１スポットビーム当たりの容量は、例えば、１スポットビーム当たりの割り当てられた帯域幅に強く関係し、これは、スポットビーム毎に予め決定され、及び柔軟性又は設定可能性を皆無又はそれに近くできる。
これらの衛星通信アーキテクチャは、所望のサービスカバレッジエリアが周知であり、及び容量に対する需要がサービスカバレッジエリア全体にわたって均等に分布されている場合に貴重であるが、上述のアーキテクチャの柔軟性がないことは、いくつかの適用例にとって制限であり得る。例えば、通信衛星がリタスクされ得るか、又は展開条件（例えば、軌道スロットなど）が変化し得る。さらに、衛星通信サービスは、ユーザ需要（例えば、固定ユーザ対移動ユーザなど）の変化を経験し得る。ビームフォーミングなどの信号処理は、スポットビームの配置構成又はサービスカバレッジエリアを適応させるためのある程度の能力を提供し得るが、サービスカバレッジエリア及びスポットビームの配置構成の適応における追加的な柔軟性が望まれ得る。例えば、衛星通信システムアーキテクチャが、スポットビームカバレッジエリアの複数のロケーション及びサイズ、ユーザ端末及びアクセスノード端末のロケーション、通信サービス容量の空間的分布及び通信サービスの容量割り当てにおいて柔軟性を支援することが望ましいことがあり得る。さらに、そのような柔軟性を通信衛星の軌道位置の変化とともに支援するか、又はミッション寿命中に通信衛星を別の軌道スロットに動かすことができるようにすることが望ましいことがあり得る。
上記を考慮して、柔軟な衛星通信を提供する態様が望まれている。
ハブ－スポーク式ベントパイプ衛星通信システムの例は、複数のユーザ端末、複数のユーザ端末と通信するように構成された複数のアクセスノード端末、フレーム定義に従って衛星動作を制御するためのデータを特定するように構成されたコントローラであって、フレーム定義は、フレームに複数のタイムスロットを含み、及び少なくとも１つのアクセスノード端末から複数のユーザ端末へのフォワードトラフィックと、複数のユーザ端末から少なくとも１つのアクセスノード端末へのリターントラフィックとの間の容量の割り当てを定義する、コントローラ及び通信衛星であって、複数の経路、少なくとも１つの低雑音増幅器（ＬＮＡ）であって、少なくとも１つのＬＮＡの出力は、複数の経路の１つの経路に結合され且つフレーム定義によって定義されたフォワードトラフィックとリターントラフィックとの間の容量の割り当てに従ってアップリンクビーム信号を増幅するように構成されている、低雑音増幅器と、少なくとも１つの高電力増幅器（ＨＰＡ）であって、少なくとも１つのＨＰＡの入力は、複数の経路の１つの経路に結合され且つフレーム定義によって定義されたフォワードトラフィックとリターントラフィックとの間の容量の割り当てに従ってダウンリンクビーム信号を増幅するように構成されているＨＰＡとを含む通信衛星を含み、及びフレーム定義は、複数の経路の少なくとも１つの経路の構成をフレームにおける少なくとも１つのタイムスロットのためのフォワード経路として、及び少なくとも１つの経路の構成をフレームにおける少なくとも１つの他のタイムスロットのためのリターン経路として特定する。
そのような衛星通信システムの実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。通信衛星は、少なくとも１つのＬＮＡの出力を複数の経路の１つの経路に結合し且つ少なくとも１つのＨＰＡの入力を複数の経路の１つの経路に結合するように構成された１つ以上のビームフォーミングネットワークをさらに含む。通信衛星は、アンテナフィード素子のフェーズドアレイをさらに含み、及び少なくとも１つのＬＮＡの入力は、フェーズドアレイのアンテナフィード素子の出力に結合されるように構成される。通信衛星は、アンテナフィード素子のフェーズドアレイ及び少なくとも１つの高調波フィルタをさらに含み、少なくとも１つの高調波フィルタの出力は、フェーズドアレイのアンテナフィード素子の入力に結合されるように構成され、及び少なくとも１つのＨＰＡの出力は、少なくとも１つの高調波フィルタの入力に結合されるように構成される。
複数の経路を含み且つ複数のユーザ端末及び複数のアクセスノード端末と通信する通信衛星を利用する、ハブ－スポーク式ベントパイプ衛星通信のための方法の例は、コントローラにおいて、フレーム定義に従って通信衛星動作を制御するためのデータを特定することであって、フレーム定義は、フレームに複数のタイムスロットを含み、且つ少なくとも１つのアクセスノード端末から複数のユーザ端末へのフォワードトラフィックと、複数のユーザ端末から少なくとも１つのアクセスノード端末へのリターントラフィックとの間の容量の割り当てを定義する、特定すること、及び通信衛星において、フレーム定義によって定義されたフォワードトラフィックとリターントラフィックとの間の容量の割り当てに従って、アップリンクビーム信号を受信し且つダウンリンクビーム信号を送信することを含み、及びフレーム定義は、複数の経路の少なくとも１つの経路の構成をフレーム内の少なくとも１つのタイムスロットのためのフォワード経路として、及び少なくとも１つの経路の構成をフレーム内の少なくとも１つの他のタイムスロットのためのリターン経路として特定する。
ハブ－スポーク式ベントパイプ衛星通信のための通信衛星の例は、複数の経路、少なくとも１つの低雑音増幅器（ＬＮＡ）であって、少なくとも１つのＬＮＡの出力は、複数の経路の１つの経路に結合され且つフレーム定義によって定義される（フレーム定義は、フレームに複数のタイムスロットを含む）、少なくとも１つのアクセスノード端末から複数のユーザ端末へのフォワードトラフィックと、複数のユーザ端末から少なくとも１つのアクセスノード端末へのリターントラフィックとの間の容量の割り当てに従って、アップリンクビーム信号を増幅するように構成される、低雑音増幅器及び少なくとも１つの高電力増幅器（ＨＰＡ）であって、少なくとも１つのＨＰＡの入力は、複数の経路の１つの経路に結合され且つフレーム定義によって定義されたフォワードトラフィックとリターントラフィックとの間の容量の割り当てに従ってダウンリンクビーム信号を増幅するように構成され、及びフレーム定義は、複数の経路の少なくとも１つの経路の構成をフレーム内の少なくとも１つのタイムスロットのためのフォワード経路として、及び少なくとも１つの経路の構成をフレーム内の少なくとも１つの他のタイムスロットのためのリターン経路として特定する、高電力増幅器を含む。
そのような通信衛星の実施形態は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。通信衛星は、少なくとも１つのＬＮＡの出力を複数の経路の１つの経路に結合し且つ少なくとも１つのＨＰＡの入力を複数の経路の１つの経路に結合するように構成された１つ以上のビームフォーミングネットワークをさらに含む。通信衛星は、アンテナフィード素子のフェーズドアレイをさらに含み、少なくとも１つのＬＮＡの入力は、フェーズドアレイのアンテナフィード素子の出力に結合されるように構成される。通信衛星は、アンテナフィード素子のフェーズドアレイ及び少なくとも１つの高調波フィルタをさらに含み、少なくとも１つの高調波フィルタの出力は、フェーズドアレイのアンテナフィード素子の入力に結合されるように構成され、及び少なくとも１つのＨＰＡの出力は、少なくとも１つの高調波フィルタの入力に結合されるように構成される。
複数の経路を含み且つ複数のユーザ端末及び複数のアクセスノード端末と通信する通信衛星を利用する、通信衛星において実行される、ハブ－スポーク式ベントパイプ衛星通信のための方法の例は、アップリンクビーム信号を受信すること、及びダウンリンクビーム信号を送信することであって、アップリンクビーム信号の受信及びダウンリンクビーム信号の送信は、フレーム定義によって定義された、少なくとも１つのアクセスノード端末から複数のユーザ端末へのフォワードトラフィックと、複数のユーザ端末から少なくとも１つのアクセスノード端末へのリターントラフィックとの間の容量の割り当てに従い、フレーム定義は、フレームに複数のタイムスロットを含む、送信することを含み、及びフレーム定義は、複数の経路の少なくとも１つの経路の構成をフレーム内の少なくとも１つのタイムスロットのためのフォワード経路として、及び少なくとも１つの経路の構成をフレーム内の少なくとも１つの他のタイムスロットのためのリターン経路として特定する。
いくつかの例では、通信衛星は、異なるネイティブなアンテナパターンに従って１つ以上のアンテナアセンブリを介して通信サービスを提供するように構成され得、各ネイティブなアンテナパターンは、所与の動作条件における、それぞれのアンテナアセンブリの複数のアンテナフィード素子のそれぞれに対するネイティブなフィード素子パターンの合成と称し得る。そのようなアンテナアセンブリは、フィードアレイアセンブリ（例えば、アンテナフィード素子のフェーズドアレイ）、反射器及びフィードアレイアセンブリと反射器との間に結語されたアクチュエータを含み得る。反射器は、焦点又はフォーカス領域を有し得、ここで、遠方の通信源から受信したとき、無線周波数（ＲＦ）信号が集中する。フィードアレイアセンブリは、通信サービスと関連した信号を通信するための複数のアンテナフィード素子を有し得、及び反射器は、フィードアレイアセンブリと１つ以上の目標装置（例えば、ユーザ端末及び／又はアクセスノード端末）との間で送信された信号を反射するように構成され得る。アクチュエータは、調整可能な長さを有するリニアアクチュエータであり得るか、又は他にフィードアレイアセンブリと反射器との間の相対距離の調整をもたらし得る。
フィードアレイアセンブリは、フォーカス領域と反射器の面との間の領域に位置決めされて（例えば、リニアアクチュエータを使用して）、デフォーカスされたシステムとして動作し得、ここで、遠方の通信源からのＲＦ信号は、複数のアンテナフィード素子を照射する。フィードアレイアセンブリに対して反射器の位置を第１のデフォーカス動作条件から第２のデフォーカス動作条件に調整することにより、衛星は、それぞれのアンテナアセンブリに対して、異なるネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスを提供し得る。一部には、デフォーカス動作条件を変更することによるネイティブなアンテナパターンの適応は、所望のカバレッジエリア、ユーザビーム特性、動作軌道位置又は他のカバレッジ態様の提供における追加的な調整性を支援することにより、通信衛星の多用性を改善し得る。
上記は、本開示による例の特徴及び技術的利点の要点をやや広範に述べて、以下の詳細な説明がより良好に理解され得るようにした。追加的な特徴及び利点について以下に説明する。開示の概念及び具体例は、本開示の同じ目的を実施するように他の構造を修正又は設計するための根拠として容易に利用され得る。そのような均等な構成は、添付の特許請求の範囲から逸脱しない。本明細書で開示する概念の特性は、添付図面と関連して考慮すると、それらの体制及び動作方法の両方において、関連の利点と共に以下の説明からより良好に理解される。図面は、それぞれ特許請求の範囲の限定の定義としてではなく、図示及び説明のために提供されるにすぎない。
本開示の性質及び利点のさらなる理解は、以下の図面を参照することによって実現され得る。添付図面では、同様のコンポーネント又は特徴は、同じ参照符号を有し得る。さらに、同じタイプの様々なコンポーネントは、参照符号に、ダッシュと、同様のコンポーネントを区別する第２の符号とが続くことによって区別され得る。本明細書において第１の参照符号のみが使用される場合、説明は、第２の参照符号に関わらず、同じ第１の参照符号を有する同様のコンポーネントの何れか１つに適用可能である。
図１Ａは、本開示の態様による、衛星通信の柔軟なビームフォーミングを支援する衛星通信システムの図を示す。 図１Ｂは、本開示の態様による、衛星通信の柔軟なビームフォーミングを支援する通信衛星のアンテナアセンブリを示す。 図１Ｃは、本開示の態様による、衛星通信の柔軟なビームフォーミングを支援するアンテナアセンブリのフィードアレイアセンブリを示す。 図２Ａは、本開示の態様による、成形された反射器のフォーカス領域に置かれたフィードアレイアセンブリを有するアンテナアセンブリのアンテナ特性の例を示す。 図２Ｂは、本開示の態様による、成形された反射器のフォーカス領域に置かれたフィードアレイアセンブリを有するアンテナアセンブリのアンテナ特性の例を示す。 図２Ｃは、本開示の態様による、成形された反射器のフォーカス領域に置かれたフィードアレイアセンブリを有するアンテナアセンブリのアンテナ特性の例を示す。 図２Ｄは、本開示の態様による、成形された反射器のフォーカス領域に置かれたフィードアレイアセンブリを有するアンテナアセンブリのアンテナ特性の例を示す。 図３Ａは、本開示の態様による、デフォーカス位置で動作するフィードアレイアセンブリを有するアンテナアセンブリのアンテナ特性の例を示す。 図３Ｂは、本開示の態様による、デフォーカス位置で動作するフィードアレイアセンブリを有するアンテナアセンブリのアンテナ特性の例を示す。 図３Ｃは、本開示の態様による、デフォーカス位置で動作するフィードアレイアセンブリを有するアンテナアセンブリのアンテナ特性の例を示す。 図３Ｄは、本開示の態様による、デフォーカス位置で動作するフィードアレイアセンブリを有するアンテナアセンブリのアンテナ特性の例を示す。 図４Ａは、本開示の態様による、デフォーカス条件で動作するアンテナアセンブリによってもたらされるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアからスポットビームカバレッジエリアを形成するためのビームフォーミングの例を示す。 図４Ｂは、本開示の態様による、デフォーカス条件で動作するアンテナアセンブリによってもたらされるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアからスポットビームカバレッジエリアを形成するためのビームフォーミングの例を示す。 図５Ａは、本開示の態様による、ある通信サービスタイムスロット中の、サービスカバレッジエリアのスポットビームカバレッジエリアのロケーションの例を示す。 図５Ｂは、本開示の態様による、別の異なる通信サービスタイムスロット中の、サービスカバレッジエリアのスポットビームカバレッジエリアのロケーションの例を示す。 図５Ｃは、本開示の態様による、別の異なる通信サービスタイムスロット中の、サービスカバレッジエリアのスポットビームカバレッジエリアのロケーションの例を示す。 図５Ｄは、本開示の態様による、別の異なる通信サービスタイムスロット中の、サービスカバレッジエリアのスポットビームカバレッジエリアのロケーションの例を示す。 図５Ｅは、本開示の態様による、別の異なる通信サービスタイムスロット中の、サービスカバレッジエリアのスポットビームカバレッジエリアのロケーションの例を示す。 図６は、本開示の態様による、実例となるビームホッピングフレームを示す。 図７は、本開示の態様による、例示的な衛星アーキテクチャの一部のブロック図を示す。 図８は、本開示の態様による、例示的な受信ビームフォーミングネットワークの１つの偏波のブロック図を示す。 図９は、本開示の態様による、例示的な送信ビームフォーミングネットワークの１つの偏波ブロック図を示す。 図１０は、本開示の態様による、フォワードリンク信号送信のための地上のビームフォーミングのための、実例となるシステムのブロック図を示す。 図１１は、本開示の態様による、リターンリンク信号受信のための地上のビームフォーミングのための、実例となるシステムのブロック図を示す。 図１２は、例示的なビーム重みプロセッサを利用するシステムのブロック図を示す。 図１３Ａは、本開示の態様による、Ｋ＝４個の経路を有する通信衛星の例を示す。 図１３Ｂは、本開示の態様による、Ｋ＝４個の経路を有する通信衛星の例を示す。 図１３Ｃは、本開示の態様による、Ｋ＝４個の経路を有する通信衛星の例を示す。 図１４は、本開示の態様による、衛星通信を支援するための例示的なプロセスを示す。 図１５Ａは、本開示の態様による、実例となる時間的に一致されるタイムスロット割り当てを示す。 図１５Ｂは、本開示の態様による、実例となるタイムスロット定義表及び実例となるタイムスロット経路を示す。 図１６Ａは、本開示の態様による、実例となる交互配置されたタイムスロット割り当てを示す。 図１６Ｂは、本開示の態様による、実例となるタイムスロット定義表及び実例となるタイムスロット経路を示す。 図１７Ａは、本開示の態様による、実例となる交互配置されたタイムスロット割り当てを示す。 図１７Ｂは、本開示の態様による、実例となるタイムスロット定義表及び実例となるタイムスロット経路を示す。 図１８Ａは、本開示の態様による、実例となる専用の経路割り当てを示す。 図１８Ｂは、本開示の態様による、実例となるタイムスロット定義表及び実例となるタイムスロット経路を示す。 図１８Ｃは、本開示の態様による、実例となるタイムスロット定義表を示す。 図１８Ｄは、本開示の態様による、実例となるタイムスロット定義表を示す。 図１８Ｅは、本開示の態様による、実例となるタイムスロット経路を示す。 図１９は、本開示の態様による、必要なアクセスノード端末の数対割り当てられたフォワード経路の数の、実例となる図表を示す。 図２０Ａは、本開示の態様による、実例となる非一致フォワード及びリターンリンクサービスカバレッジエリアを示す。 図２０Ｂは、本開示の態様による、実例となるタイムスロット経路を示す。 図２１Ａは、本開示の態様による、ビームホッピングフレームのタイムスロットドエルタイムに対する単一ビームの、実例となるビームホップパターンを示す。 図２１Ｂは、本開示の態様による、実例となるタイムスロットドエルタイム表を示す。 図２１Ｃは、本開示の態様による、実例となるビームホッピングフレームを示す。 図２２Ａは、本開示の態様による、実例となるアクセスノード端末ロケーション及びユーザスポットビームロケーションを示す。 図２２Ｂは、本開示の態様による、実例となるアクセスノード端末表を示す。 図２２Ｃは、本開示の態様による、アクセスノード端末ロケーションの実例となる配置を示す。 図２３は、本開示の態様による、実例となる衛星通信システムの簡略図である。 図２４Ａは、本開示の態様による、アンテナアセンブリによって支援され得る、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアへの変更を示す。 図２４Ｂは、本開示の態様による、アンテナアセンブリによって支援され得る、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアへの変更を示す。 図２４Ｃは、本開示の態様による、アンテナアセンブリによって支援され得る、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアへの変更を示す。 図２４Ｄは、本開示の態様による、アンテナアセンブリによって支援され得る、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアへの変更を示す。 図２４Ｅは、本開示の態様による、アンテナアセンブリによって支援され得る、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアへの変更を示す。 図２５Ａは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援するために、フィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置の調整を支援する通信衛星を示す。 図２５Ｂは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援するために、フィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置の調整を支援する通信衛星を示す。 図２５Ｃは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援するために、フィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置の調整を支援する通信衛星を示す。 図２５Ｄは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援するために、フィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置の調整を支援する通信衛星を示す。 図２６Ａは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援し得る異なるタイプのアクチュエータを備えるアンテナアセンブリを有する通信衛星の例を示す。 図２６Ｂは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援し得る異なるタイプのアクチュエータを備えるアンテナアセンブリを有する通信衛星の例を示す。 図２６Ｃは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援し得る異なるタイプのアクチュエータを備えるアンテナアセンブリを有する通信衛星の例を示す。 図２６Ｄは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援し得る異なるタイプのアクチュエータを備えるアンテナアセンブリを有する通信衛星の例を示す。 図２６Ｅは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援し得る異なるタイプのアクチュエータを備えるアンテナアセンブリを有する通信衛星の例を示す。 図２６Ｆは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンの変更を支援し得る異なるタイプのアクチュエータを備えるアンテナアセンブリを有する通信衛星の例を示す。 図２７は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスの提供を支援する通信衛星のブロック図を示す。 図２８は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスの提供を支援する衛星コントローラのブロック図を示す。 図２９は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスの提供を支援する通信サービスマネージャのブロック図を示す。 図３０は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスの提供を支援する通信サービスコントローラ３００５のブロック図を示す。 図３１は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターンに従う通信衛星を介した通信サービスの提供を支援する例示的な方法のフローチャートを示す。
通信衛星が、（例えば、永久的な設置サイトに設置されて、１つの固定設置サイトから別の固定設置サイトに動くなど）静止しているか又は（例えば、車両、船舶、飛行機などに設置されて）移動可能であり得る地球上の目標装置（例えば、端末）間に通信サービスを提供するように構成され得る。通信サービスは、例えば、アクセスノード端末とユーザ端末との間の双方向ネットワークアクセスサービスを含み得る。通信サービスを支援するために、通信衛星の１つ以上のアンテナアセンブリは、ダウンリンク通信を送信する（例えば、ユーザ端末又はアクセスノード端末に）か、アップリンク通信を受信する（例えば、ユーザ端末又はアクセスノード端末から）か、又はダウンリンク通信の送信及びアップリンク通信の受信の両方を行う（例えば、送受信機として動作する）ように構成され得る。
通信衛星のアンテナアセンブリは、フィードアレイアセンブリ、例えばアンテナフィード素子のフェーズドアレイを含み得、これは、ビームフォームされたスポットビームが、所与のシステムのカバレッジ地勢（例えば、北米の人口密度が高い領域）の全域にわたって所望のスポットビームカバレッジエリア（例えば、セル）を標的にするために使用され得る。ビームフォームされたスポットビームは、複数のアンテナフィード素子を介した送信及び／又は受信から形成され得、且つ送信及び／又は受信の位相及び振幅特徴を使用して、ビームフォームされたスポットビームのそれぞれに関連する指向性の送信及び受信を提供し得る。
本開示の例によれば、ビームフォームされたスポットビームは、ビームフォーミング重みセットの重みベクトル及びビームホッピングフレーム定義に含まれるビームホップタイムスロット定義に従って、ロケーションからロケーションにホップし得る。ビームホッピングタイムスロット定義は、１つのタイムスロット中の全てのスポットビームに対する関連のドエルタイム及び経路のゲインを含み得る。ビームホッピングフレーム定義に含まれるビームホッピングタイムスロット定義は、新しいビームホッピングフレーム定義が受信されるか又は中断が合図されるまで自動的に繰り返され得、ダウンリンクサービスカバレッジエリア、アップリンクサービスカバレッジエリア及びスポットビームカバレッジエリアのロケーションへの動的変化を可能にする。
フィードアレイアセンブリは、信号（例えば、通信サービスに関連する信号、通信衛星のための診断及び／又は構成信号など）を通信するための複数のフィード素子を有し得る。フィードアレイアセンブリの各フィード素子は、それぞれのネイティブなフィード素子パターン（例えば、ネイティブな成分ビーム）と関連し得、これは、投影されたネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア（例えば、反射器からの反射後に地球の表面、平面及び／又は体積部に投影されるような）を提供し得る。アンテナアセンブリのフィードアレイアセンブリに対するネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアの集合は、ネイティブなアンテナパターンと呼ばれ得る。
様々な動作条件に対し、ネイティブなアンテナパターンの異なる特徴が望ましいことがあり得る。例えば、より広範なネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアでは、フィードアレイアセンブリのより大量のアンテナフィード素子は、特定のスポットビームカバレッジエリアを支援することができ得る。さらに、より広範なネイティブなフィード素子パターンは、フィードアレイアセンブリの各アンテナフィード素子がより大量のビームフォームされたスポットビームを支援できるようにもし得る。しかしながら、より広範なネイティブなフィード素子パターンは、より低い放射出力密度を有し得るため、場合により、より狭小なネイティブなフィード素子パターンを使用することが望ましいことがあり得る。いくつかの例では、所望のネイティブなアンテナパターンは、少なくとも部分的に、通信衛星の軌道位置に基づき得る。
本開示の態様によれば、通信衛星のアンテナアセンブリは、複数のネイティブなアンテナパターンの１つにおける動作を支援し得る。例えば、通信衛星は、アンテナアセンブリの第１のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスを提供し、及び続いて、アンテナアセンブリと関連したアクチュエータは、同じアンテナアセンブリの第２のネイティブなアンテナパターンを提供するように調整され得る。そのため、アクチュエータの調整に続いて、通信衛星は、第１のネイティブなアンテナパターンと異なる第２のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスを提供し得る。様々な例では、第２のネイティブなアンテナパターンは、第１のネイティブなアンテナパターンのものと異なるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアサイズ、異なるネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアサイズ（例えば、ネイティブなフィード素子パターンビーム幅）及び／又は位置、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアの異なる重なりの程度、異なるスポットビームサイズ（例えば、ビーム幅）、異なるスポットビームカバレッジエリアサイズ及び／又は位置、スポットビームの異なる重なりの程度、異なるビームフォーミング重みセット又はそれらの任意の組み合わせと関連し得る。
いくつかの例では、通信衛星のアンテナアセンブリは、フィードアレイアセンブリ、反射器及びフィードアレイアセンブリと反射器との間に結合されたアクチュエータを含み得る。反射器は、フォーカス領域（例えば、焦点）を有するような形状にされ得、及び反射器は、フィードアレイアセンブリと１つ以上の目標装置（例えば、アクセスノード端末及び／又はユーザ端末）との間で送信された信号を反射するように構成され得る。アクチュエータは、例えば、長さの変化をもたらすリニアアクチュエータを含み得、それによりフィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置の変更（例えば、反射器のフォーカス領域に対して異なる位置）をもたらす。いくつかの例では、通信衛星は、リニアアクチュエータ及び第２のアクチュエータの両方を含んで、フィードアレイアセンブリと反射器との間に追加的な自由度をもたらし得る。そのような例では、第２のアクチュエータは、リニアアクチュエータの軸と異なる軸の周りでフィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置に変化を引き起こすように指令され得、そのような変化は、リニアアクチュエータの調整と組み合わせられて、ネイティブなアンテナパターンの変化をもたらす。
フィードアレイアセンブリは、反射器の表面と反射器のフォーカス領域との間に（例えば、デフォーカス位置に）動作可能に置かれ得る。いくつかの例では、アクチュエータは、反射器と通信衛星のフィードアレイアセンブリとの間の相対距離の調整を提供し得（例えば、リニアアクチュエータを使用して）、これは、次に、複数のネイティブなアンテナパターンの１つにおける動作を支援し得る。いくつかの例では、フィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置の変更に続いて、異なるビームフォーミング重みセットが第２のネイティブなアンテナパターンの一部として適用され得る（例えば、スポットビームカバレッジエリアのサイズ及び／又は位置を適応させるため、複数のスポットビームカバレッジエリア間の重なりの程度を適応させるため、１つ以上の衛星スポットビームに使用されるフィードアレイアセンブリのアンテナフィード素子の組を適応させるためなど）。
本明細書では、用語「フォーカス領域」は、反射器（例えば、球面反射器又は放物面反射器）の前側にある、反射器が特定の方向から受けた電磁エネルギーを反射する１次元、２次元又は３次元領域を指す。理想的な放物面反射器では、フォーカス領域は、高周波数限界シナリオにおける単一点である。これは、理想的な放物面反射器での「幾何光学」焦点と呼ばれることが多い。現実の世界での実装例では、最先端の反射器の面でも、理想的な面のプロファイルからのエラー、歪み及び偏差を含む。何れかの重要なサイズの反射器の面における相関のないエラー、歪み又は偏差は、２又は３次元のフォーカス領域に焦点を分布させ得る。同様に、理想的な面が単一焦点の代わりに焦線を生じる球面反射器の場合、理想的な球面からの、現実の世界での球面反射器の面におけるエラー、歪み又は偏差は、線状のフォーカス領域の３次元の広がりを生じる。いくつかの実施形態では、反射器と関連するフォーカス領域は、反射器の、オンボアサイトにあるか又はその光軸に対して平行な光線に基づいて決定される。他の実施形態では、フォーカス領域は、反射器のオフボアサイトである基準方向に対して規定され得る。２つ以上の反射器のシステムは、フォーカス領域を有するシステムを備えるフェーズドアレイによっても給電され得る。
操作上、成形された反射器の面と成形された反射器のフォーカス領域との間のフィードアレイアセンブリ（例えば、反射器の基準軸に沿って、成形された反射器とフォーカス領域との間に置かれたアンテナフィード素子のアパーチャ開口の基準面を有するフィードアレイアセンブリなど）の位置決めは、デフォーカス位置に対応する。そのような配置構成は、成形された反射器のフォーカス領域にフィードアレイアセンブリが位置決めされるときよりも広いネイティブなフィード素子パターン（例えば、より広範なネイティブなフィード素子ビーム幅）を生じ得、これにより、複数のネイティブなフィード素子パターンを使用して、ビームフォームされたスポットビームを形成するための多用性を改善し得る。
様々な他の構成が、通信サービスを提供するために、ネイティブなアンテナパターンの変化をもたらすことが可能である。例えば、アンテナアセンブリは、２つ以上の反射器を含み得、及び１つ以上のアクチュエータは、フィードアレイアセンブリと反射器の１つとの間及び／又は第１の反射器と第２の反射器との間に置かれ得る。いくつかの例では、反射器は、反射器の反射特性を変化させ得る（例えば、フォーカス領域のロケーションを変更する、１次元のフォーカス領域から２次元の領域にフォーカス領域を変更する、単一焦点から複数の焦点に変更する、フォーカス領域の形状を変更するなど）、それ自体のアクチュエータを有し得る。加えて又は代わりに、フィードアレイアセンブリは、フィードアレイアセンブリの１つ以上のフィード素子の位置及び／又は向きの変更をもたらし得る（例えば、平面表面にフィード素子アパーチャを有するものから、円弧又は球面にフィード素子アパーチャを有するものへのフィードアレイアセンブリを変更する、フィード素子アパーチャのサブセットをフィード素子アパーチャの別のサブセットに対して動かす、フィード素子のパターンを拡大又は縮小するなど）、アクチュエータを含み得る。様々な例では、アンテナアセンブリは、通信サービスに適応させるためにネイティブなアンテナパターンの様々な変更をもたらすために、説明のアクチュエータアセンブリの任意の組み合わせを含み得る。
通信衛星のアクチュエータは、アンテナアセンブリのネイティブなアンテナパターンに調整をもたらすために様々な方法で指令され得る。例えば、セントラルコントローラ又はセントラルオペレータ（例えば、通信サービスマネージャ）は、通信衛星で受信した無線信号により、通信衛星に対して調整の指示を提供し得る。いくつかの例では、変更は、通信衛星自体のコントローラによって指令され得る。アクチュエータに対して調整を指令することは、アクチュエータの新しい位置の指示、反射器とフィードアレイアセンブリとの間の相対距離の差、反射器の所望の位置、フィードアレイアセンブリの所望の位置、アクチュエータの長さ、新しいネイティブなアンテナパターンのパラメータ、新しいネイティブなアンテナパターンと関連するルックアップ値又は任意の他の好適なパラメータ又は指示を提供することを含み得る。
いくつかの例では、ネイティブなアンテナパターンに対する調整の指令は、通信衛星の軌道位置又は軌道位置の変更（例えば、設計位置と異なる展開軌道位置又は経路、時間が経つにつれた所望の位置又は経路からのドリフトなど）により又は他にそれらに基づいてトリガされ得る。いくつかの例では、この柔軟性は、アンテナアセンブリを、展開軌道位置の事前知識がなくても、所望のサービスカバレッジエリアの事前知識がなくても設計できるようにし得、及び／又は複数の軌道位置又はサービスカバレッジエリアでの動作を支援するように設計できるようにし得る。従って、特定の軌道位置に展開されたら、そのようなアンテナアセンブリは、展開軌道位置に従って所望のサービスカバレッジエリアの全域にわたって通信サービスを支援するネイティブなアンテナパターンを提供するように指令され得る。加えて又は代わりに、通信衛星は、ネイティブなアンテナパターンを調整するための指令と一緒に、異なる軌道位置（例えば、異なる軌道スロット）に動かし、及び新しい軌道位置から通信サービスを提供するように指令され得る。いくつかの例では、ネイティブなアンテナパターンに対する調整の指令は、少なくとも部分的に、様々な他の条件、例えば通信サービスと関連する通信トラフィックのレベル、複数のビームフォームされたスポットビーム間のトラフィックの相対レベル、信号品質特性（例えば、信号強度、信号対雑音比（ＳＮＲ）、信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）、ネイティブなフィード素子パターンの信号品質特性、スポットビームの信号品質特性など）、１つ以上のアンテナフィード素子の動作不能状態又は他の故障、動作不能状態（例えば、通信の消失）、追加（例えば、通信の開始）又は１つ以上のアクセスノード端末のサービスにおける他の変更、熱膨張及び／又はフィードアレイアセンブリと反射器などとの間の相対位置を変化させる他の歪みに基づいてトリガされ得る。
この説明は、例を提供し、及び本明細書で説明する原理の実施形態の範囲、適用性又は構成を限定するものではない。むしろ、以下の説明は、当業者に、本明細書で説明する原理の実施形態の実施を可能にするための説明を提供する。要素の機能及び配置構成における様々な変更形態がなされ得る。
そのため、様々な実施形態は、適切に様々な処置又はコンポーネントを省略、置き換え又は追加し得る。例えば、方法は、説明と異なる順序で実施され得ること、及び様々なステップが追加、省略又は組み合わせられ得ることが理解されるであろう。また、いくつかの実施形態に関した説明した態様及び要素は、様々な他の実施形態において組み合わせられ得る。以下のシステム、方法、装置及びソフトウェアは、個別に又はまとめて、より大型のシステムのコンポーネントであり得、ここで、他の処置が優先し得るか又は他にそれらの適用例を修正し得ることも理解されるであろう。
図１Ａは、本開示の態様による、衛星通信の柔軟なビームフォーミングを支援する衛星通信システム１００の図を示す。衛星通信システム１００は、宇宙セグメント１０１と地上セグメント１０２とからなるいくつかのネットワークアーキテクチャを使用し得る。宇宙セグメントは、１つ以上の通信衛星１２０を含み得る。地上セグメントは、１つ以上のユーザ端末１５０、１つ以上のアクセスノード端末１３０（例えば、ゲートウェイ端末）並びにネットワーク装置１４１、例えばネットワークオペレーションセンター（ＮＯＣ）及び衛星及びゲートウェイ端末指令センターを含み得る。衛星通信システム１００の端末（例えば、アクセスノード端末１３０）は、メッシュネットワーク、スターネットワークなどを介して互いに及び／又は１つ以上のネットワーク１４０に接続され得る。
通信衛星１２０は、１つ以上のアクセスノード端末１３０及び１つ以上のユーザ端末１５０との無線通信用に構成された任意の好適なタイプの通信衛星であり得る。いくつかの例では、通信衛星１２０は、地球静止軌道に展開され得、地球上の装置に対するその軌道位置が比較的固定されるか、又は動作許容範囲内又は他の軌道窓内（例えば、軌道スロット内）で固定されるようにする。他の例では、通信衛星１２０は、任意の適切な軌道（例えば、低地球軌道（ＬＥＯ）、中軌道（ＭＥＯ）など）で動作し得る。いくつかの例では、通信衛星１２０は、通信衛星１２０と関連し得る不確かな軌道位置を有し得、この通信衛星は、軌道スロットの展開を決定する前に設計され、取り得るある範囲の軌道位置（例えば、ある範囲の軌道位置を有する軌道スロット又は１つの軌道スロットセットに展開されている）、ある範囲の軌道経路の１つに展開され、及び／又は展開後、時間が経つにつれて意図しない軌道位置及び／又は軌道経路にドリフトしている。様々な例では、通信衛星１２０は、リタスクされ得（例えば、異なる地球静止軌道スロットに動かされ、異なるＬＥＯ又はＭＥＯ軌道経路に調整されるなど）、ここで、そのようなリタスクは、通信衛星１２０自体によって指令され得、及び／又は通信衛星１２０で受信した信号（例えば、アクセスノード端末１３０から、ネットワーク装置１４１からなど）によって指令され得る。
通信衛星１２０は、アンテナアセンブリ１２１、例えばフェーズドアレイアンテナアセンブリ、フェーズドアレイフィード反射器（ＰＡＦＲ）アンテナ又は通信サービスの信号の送信及び／又は受信に関して当技術分野で公知の任意の他の機構を使用し得る。通信衛星１２０は、１つ以上のアクセスノード端末１３０からフォワードアップリンク信号１３２を受信し、及び対応するフォワードダウンリンク信号１７２を１つ以上のユーザ端末１５０に提供し得る。通信衛星１２０はまた、１つ以上のユーザ端末１５０からリターンアップリンク信号１７３を受信し、及び対応するリターンダウンリンク信号１３３を１つ以上のアクセスノード端末１３０に転送し得る。様々な物理層送信変調及び符号化技術が、アクセスノード端末１３０とユーザ端末１５０との間の信号の通信のために通信衛星１２０によって使用され得る（例えば、適応符号化変調（ＡＣＭ）など）。
いくつかの実施形態では、Ｍｕｌｔｉ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｉｍｅ－Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ（ＭＦ－ＴＤＭＡ）スキームは、フォワードアップリンク信号１３２及びリターンアップリンク信号１７３に使用されて、ユーザ端末１５０間での容量の割り当てに柔軟性を維持ながら、トラフィックの効率的なストリーミングを可能にする。これらの実施形態では、いくつかの周波数チャネルが割り当てられ、これは、固定され得るか又はより動的な方法で割り当てられ得る。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）スキームは、周波数チャネルでも利用され得る。このスキームでは、各周波数チャネルは、（例えば、特定のユーザ端末１５０への）接続に割り振られ得るいくつかのタイムスロットに分割され得る。他の実施形態では、フォワードアップリンク信号１３２及びアップリンクリターン信号１７３の１つ以上は、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）などの他のスキーム又は任意の数の当技術分野で公知のハイブリッド若しくは他のスキームを使用して構成され得る。様々な実施形態では、物理層技術は、信号１３２、１３３、１７２及び１７３のそれぞれに対して同じであり得るか、又は信号のいくつかは、他の信号と異なる物理層技術を使用し得る。
アンテナアセンブリ１２１は、１つ以上のビームフォームされたスポットビーム１２５（他にサービスビーム、衛星ビーム又は任意の他の好適な用語で呼ばれ得る）を介して通信を支援し得る。信号は、スポットビーム１２５の空間電磁放射パターンを形成するためにアンテナアセンブリ１２１を経由して送られ得る。スポットビーム１２５は、スポットビーム毎に単一の搬送波、すなわち１つの周波数又は隣接する周波数範囲を使用し得る。いくつかの例では、スポットビーム１２５は、ユーザ端末１５０のみを支援するように構成され得、その場合、スポットビーム１２５は、ユーザスポットビーム又はユーザビーム（例えば、ユーザスポットビーム１２５－ａ）と呼ばれ得る。例えば、ユーザスポットビーム１２５－ａは、通信衛星１２０とユーザ端末１５０との間の１つ以上のフォワードダウンリンク信号１７２及び／又は１つ以上のリターンアップリンク信号１７３を支援するように構成され得る。いくつかの例では、スポットビーム１２５は、アクセスノード端末１３０のみを支援するように構成され得、その場合、スポットビーム１２５は、アクセスノードスポットビーム、アクセスノードビーム又はゲートウェイビーム（例えば、アクセスノードスポットビーム１２５－ｂ）と呼ばれ得る。例えば、アクセスノードスポットビーム１２５－ｂは、通信衛星１２０とアクセスノード端末１３０との間の１つ以上のフォワードアップリンク信号１３２及び／又は１つ以上のリターンダウンリンク信号１３３を支援するように構成され得る。他の例では、スポットビーム１２５は、ユーザ端末１５０及びアクセスノード端末１３０の両方に供するように構成され得、従って、スポットビーム１２５は、通信衛星１２０とユーザ端末１５０とアクセスノード端末１３０との間のフォワードダウンリンク信号１７２、リターンアップリンク信号１７３、フォワードアップリンク信号１３２及び／又はリターンダウンリンク信号１３３の任意の組み合わせを支援し得る。
スポットビーム１２５は、スポットビームカバレッジエリア１２６内の目標装置（例えば、ユーザ端末１５０及び／又はアクセスノード端末１３０）間の通信サービスを支援し得る。スポットビームカバレッジエリア１２６は、地面又は何らかの他の基準面に投影されるとき、閾値を上回るスポットビーム１２５の信号電力（例えば、ＳＮＲ、ＳＩＮＲなど）を有する、関連のスポットビーム１２５の電磁放射パターンの領域によって規定され得る。スポットビームカバレッジエリア１２６は、任意の好適なサービスエリア（例えば、円形、楕円形、六角形、ローカル、地域、国など）を網羅し得、且つスポットビームカバレッジエリア１２６内に任意の数の目標装置が置かれた状態で通信サービスを支援し得る（これは、関連のスポットビーム１２５内に置かれるが、飛行中又は水中の端末など、必ずしもスポットビームカバレッジエリア１２６の基準面にはない目標装置を含み得る）。
いくつかの例では、通信衛星１２０は、それぞれのスポットビームカバレッジエリア１２６を網羅する複数のビームフォームされたスポットビーム１２５を支援し得、各スポットビームカバレッジエリアは、隣接するスポットビームカバレッジエリア１２６と重なっていても又は重なっていなくてもよい。例えば、通信衛星１２０は、スポットビームカバレッジエリア１２６の任意の数（例えば、数十、数百、数千など）の組み合わせによって形成されたサービスカバレッジエリア（例えば、地域のカバレッジエリア、国のカバレッジエリアなど）を支援し得る。通信衛星１２０は、１つ以上の周波数帯域及びその任意の数の副帯域によって通信サービスを支援し得る。例えば、通信衛星１２０は、国際電気通信連合（ＩＴＵ）のＫｕ、Ｋ又はＫａバンド、Ｃバンド、Ｘバンド、Ｓバンド、Ｌバンド、Ｖバンドなどでの動作を支援し得る。
サービスカバレッジエリアは、そこからの及び／又はそこへの通信サービスに地球上の送信源又は地球上の受信機の何れかが通信衛星１２０を介して関与し得る（例えば、それに関連する信号を送信及び／又は受信する）カバレッジエリアと広範に定義され得、及び複数のスポットビームカバレッジエリア１２６によって定義され得る。いくつかのシステムでは、各通信リンクのためのサービスカバレッジエリア（例えば、フォワードアップリンクカバレッジエリア、フォワードダウンリンクカバレッジエリア、リターンアップリンクカバレッジエリア及び／又はリターンダウンリンクカバレッジエリア）は、異なり得る。サービスカバレッジエリアは、通信衛星１２０が稼働中である（例えば、サービス軌道にある）ときにのみアクティブであり得るが、通信衛星１２０は、例えば、アンテナアセンブリ１２１の物理的コンポーネント及びそれらの相対位置に基づくネイティブなアンテナパターンを有し得る（例えば、有するように設計され得る）。通信衛星１２０のネイティブなアンテナパターンは、衛星のアンテナアセンブリ１２１に対するエネルギーの分布（例えば、アンテナアセンブリ１２１から送信される及び／又はそれによって受信されるエネルギー）と称し得る。
いくつかのサービスカバレッジエリアでは、隣接するスポットビームカバレッジエリア１２６は、ある程度の重なりを有し得る。いくつかの例では、複数の色（例えば、２、３又は４色の再使用パターン）が使用され得、ここで、「色」は、直交通信リソース（例えば、周波数リソース、偏波など）の組み合わせを指す。４色パターンの例では、いくつかの重なるスポットビームカバレッジエリア１２６は、それぞれ４色の１つに割り振られ得、及び各色は、周波数（例えば、１つ又は複数の周波数範囲、１つ以上のチャネルなど）及び／又は信号偏波（例えば、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）など）の固有の組み合わせに割り当てられ得る。異なる色を、重なり領域を有するそれぞれのスポットビームカバレッジエリア１２６に割り振ることにより、それらの重なるスポットビームカバレッジエリア１２６に関連するスポットビーム１２５間の相互干渉が比較的ほとんどなくされ得る。従って、周波数及びアンテナ偏波のこれらの組み合わせは、繰り返しの重ならない「４色」再使用パターンにおいて再使用され得る。いくつかの例では、所望の通信サービスは、より多くの又はより少ない色を使用することによって提供され得る。加えて又は代わりに、スポットビーム１２５間のタイムシェアリング及び／又は他の干渉軽減技術が使用され得る。例えば、スポットビーム１２５は、例えばＡＣＭ、干渉キャンセル、時空間符号化などの干渉軽減技術を使用して干渉を軽減した状態で同じリソース（同じ偏波及び周波数範囲）を同時に使用し得る。
いくつかの例では、通信衛星１２０は、「ベントパイプ」衛星として構成され得る。ベントパイプ構成では、通信衛星１２０は、信号をそれらの送信先に再送信する前に、受信した搬送波信号の周波数及び偏波変換を実行し得る。いくつかの例では、通信衛星１２０は、未処理のベントパイプアーキテクチャを支援し得、フェーズドアレイアンテナが小さいスポットビーム１２５を生じるために使用される（例えば、地上のビームフォーミング（ＧＢＢＦ）によって）。通信衛星１２０は、Ｋ個の一般的な経路を含み得、それらは、それぞれいかなる瞬間でもフォワード経路又はリターン経路として割り当てられ得る。より大型の反射器は、アンテナフィード素子のフェーズドアレイによって照射され得、反射器のサイズ並びにアンテナフィード素子の数及び配置によって設定された制約内でスポットビーム１２５の様々なパターンを形成する能力をもたらす。フェーズドアレイフィード反射器は、アップリンク信号１３２、１７３又はそれらの両方の受信及びダウンリンク信号１３３、１７２又はそれらの両方の送信の両方のために利用され得る。
通信衛星１２０は、複数のスポットビームモードにおいて動作し得、地球の異なる領域に向けられたいくつもの狭いスポットビーム１２５を送信する。これにより、様々な狭いスポットビーム１２５へのユーザ端末１５０の分離を可能にする。受信（Ｒｘ）及び送信（Ｔｘ）フェーズドアレイと関連するビームフォーミングネットワーク（ＢＦＮ）はダイナミックであり得、Ｔｘスポットビーム１２５（例えば、ダウンリンクスポットビーム１２５）及びＲｘスポットビーム１２５（例えば、アップリンクスポットビーム１２５）の両方のロケーションを頻繁に動かすことができるようにする。ダイナミックＢＦＮは、Ｔｘ及びＲｘスポットビーム１２５の両方の位置を迅速にホップするために使用され得る。ＢＦＮは、タイムスロットドエルタイムと呼ばれるある期間、１つのビームホッピングパターン（例えば、Ｔｘ及びＲｘスポットビーム１２５の両方）でドエルし得る。個々のタイムスロットは、全て同じドエルタイム又は異なるドエルタイムと関連し得る。各タイムスロットがＲｘ及びＴｘスポットビームの潜在的に異なるロケーションパターンと関連している状態で、Ｑ個のこれらのタイムスロットは、ビームホッピングフレームと呼ばれるシーケンスに配置される。これらのフレームは、繰り返し得るだけでなく、ダイナミックであり、且つ時間変動し得る。ビームホップタイムスロットと関連したＲｘ及びＴｘスポットビームの持続時間及びロケーションもフレーム間及びフレーム内の両方で変動し得る。
ユーザ端末１５０は、信号を通信衛星１２０と通信するように構成された任意の数の装置を含み得、これは、固定端末（例えば、地上静止端末）又は船舶、航空機、地上車両などにある端末などの移動端末を含み得る。ユーザ端末１５０は、通信衛星１２０を介してデータ及び情報を通信し得、これには、ネットワーク装置１４１又はネットワーク１４０と関連した何らかの他の装置若しくは分散サーバなどの送信先装置へのアクセスノード端末１３０を介した通信を含み得る。ユーザ端末１５０は、例えば、ＤＶＢ－Ｓ２、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ及びＤＯＣＳＩＳ規格で定義されているものを含む、様々な物理層送信変調及び符号化技術に従って信号を通信し得る。
ユーザ端末１５０は、通信衛星１２０からフォワードダウンリンク信号１７２を受信するように構成されたユーザ端末アンテナ１５２を含み得る。ユーザ端末アンテナ１５２は、通信衛星１２０にリターンアップリンク信号１７３を送信するようにも構成され得る。そのため、ユーザ端末１５０は、スポットビーム１２５（例えば、ユーザスポットビーム１２５－ａ）を介した通信衛星１２０との一方向又は双方向通信のために構成され得る。いくつかの例では、ユーザ端末アンテナ１５２は、指向性であり得る。例えば、ユーザ端末アンテナ１５２は、主軸（例えば、アンテナボアサイト方向）に沿ってピークゲインを有し得、これは、焦点合わせ及び／又は反射要素の固定構成により、及び／又は電子的に構成可能なビームフォーミングによりもたらされ得る。
ユーザ端末アンテナ１５２は、ユーザ端末アンテナアセンブリ１５３の一部であり得、これは、衛星端末アンテナを装備するための様々なハードウェアも含み得る。ユーザ端末アンテナアセンブリ１５３は、無線周波数（ＲＦ）衛星通信信号（例えば、フォワードダウンリンク信号１７２及び／又はリターンアップリンク信号１７３）と、ユーザ端末アンテナ１５２とユーザ端末受信機１５８との間で送信されるユーザ端末通信信号１５７との間での変換（例えば、周波数変換、変調／復調、多重化／デマルチプレクシング、フィルタリング、転送などを実施する）のための回路及び／又はプロセッサも含み得る。そのような回路及び／又はプロセッサは、アンテナ通信アセンブリに含まれ得、これは、送受信統合アセンブリ（ＴＲＩＡ）とも言及され得る。加えて又は代わりに、ユーザ端末受信機１５８は、様々なＲＦ信号操作（例えば、受信、周波数変換、変調／復調、多重化／デマルチプレクシングの実施など）を実施するための回路及び／又はプロセッサを含み得る。ユーザ端末アンテナアセンブリ１５３はまた、衛星屋外ユニット（ＯＤＵ）として公知であり、及びユーザ端末受信機１５８は、衛星屋内ユニット（ＩＤＵ）として公知であり得る。いくつかの例では、ユーザ端末アンテナ１５２及びユーザ端末受信機１５８は、一緒に超小型衛星通信地球局（ＶＳＡＴ）を含み、ユーザ端末アンテナ１５２は、約０．６メートルの直径であり、且つ約２ワットの電力を有する。他の実施形態では、様々な他のタイプのユーザ端末アンテナ１５２がユーザ端末１５０において使用されて、通信衛星１２０からフォワードダウンリンク信号１７２を受信し得る。ユーザ端末１５０は、それぞれ単一のユーザ端末を含み得るか、又は代わりに複数のユーザ端末１５０に結合されるハブ又はルータ（図示せず）を含み得る。
ユーザ端末１５０は、有線又は無線接続１６１を介して１つ以上の顧客端末（ＣＰＥ）１６０に接続され得、及び衛星通信システムを介してネットワークアクセスサービス（例えば、インターネットアクセスなど）又は他の通信サービス（例えば、放送媒体など）をＣＰＥ１６０に提供し得る。ＣＰＥ１６０は、ユーザ装置、例えば、限定されるものではないが、コンピュータ、ローカルエリアネットワーク、インターネット家電、ワイヤレスネットワーク、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、他のハンドヘルドデバイス、ネットブック、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、ラップトップ、表示装置（例えば、ＴＶ、コンピュータモニタなど）、プリンターなどを含み得る。ＣＰＥ１６０は、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、構内交換機（ＰＢＸ）、ボイスオーバーインターネットプロトコル（ＶｏＩＰ）ゲートウェイなどを含む、加入者の敷地に置かれた任意の機器も含み得る。いくつかの例では、ユーザ端末１５０は、通信衛星１２０及びアクセスノード端末１３０を介したＣＰＥ１６０とネットワーク１４０との間の双方向通信のために提供される。
アクセスノード端末１３０は、通信衛星１２０に対するフォワードアップリンク信号１３２及びリターンダウンリンク信号１３３に供され得る。アクセスノード端末１３０は、地上局、ゲートウェイ、ゲートウェイ端末又はハブとしても公知であり得る。アクセスノード端末１３０は、アクセスノード端末アンテナシステム１３１及びアクセスノード受信機１３５を含み得る。アクセスノード端末アンテナシステム１３１は、通信衛星１２０と信頼性高く通信するように、適切な送信電力及び受信感度を可能にし、且つそのように設計された双方向であり得る。一実施形態では、アクセスノード端末アンテナシステム１３１は、通信衛星１２０の方向では高指向性及び他の方向では低指向性の放物面反射器を含み得る。アクセスノード端末アンテナシステム１３１は、様々な代替的な構成を含み、及び例えば直交偏波間の高分離、動作周波数帯域における高効率、低雑音などの動作特徴を含み得る。
アクセスノード端末１３０は、ユーザ端末１５０へのトラフィックをスケジュールし得る。代わりに、スケジューリングは、衛星通信システム１００の他の部分において（例えば、ネットワークオペレーションセンター（ＮＯＣ）及び／又はゲートウェイ指令センターを含み得る１つ以上のネットワーク装置１４１で）実行され得る。図１Ａではアクセスノード端末１３０を１つのみ示すが、本発明の実施形態は、複数のアクセスノード端末１３０を有し、それぞれが互いに及び／又は１つ以上のネットワーク１４０に結合され得る衛星通信システムにおいて実施され得る。
いくつかの衛星通信システムでは、送信に利用可能な周波数スペクトルの量が限定され得る。アクセスノード端末１３０と通信衛星１２０との間の通信リンクは、通信衛星１２０とユーザ端末１５０との間の通信リンクと同じであるか、重なっているか又はそれと異なる周波数を使用し得る。アクセスノード端末１３０は、周波数の再使用を容易にするためにユーザ端末１５０から遠隔置にも置かれ得る。
通信衛星１２０は、１つ以上のスポットビーム１２５（例えば、それぞれのアクセスノードスポットビームカバレッジエリア１２６－ｂと関連し得るアクセスノードスポットビーム１２５－ｂ）を介してリターンダウンリンク信号１３３を送信し、且つ／又はフォワードアップリンク信号１３２を受信することによってアクセスノード端末１３０と通信し得る。アクセスノードスポットビーム１２５－ｂは、例えば、１つ以上のユーザ端末１５０の通信サービス（例えば、通信衛星１２０によって中継される）又は通信衛星１２０とアクセスノード端末１３０との間の任意の他の通信を支援し得る。
アクセスノード端末１３０は、ネットワーク１４０と通信衛星１２０との間にインターフェースを提供し得、及びネットワーク１４０と１つ以上のユーザ端末１５０との間を伝播するように向けられたデータ及び情報を受信するように構成され得る。アクセスノード端末１３０は、それぞれのユーザ端末１５０に届けるためのデータ及び情報をフォーマットし得る。同様に、アクセスノード端末１３０は、通信衛星１２０から（例えば、１つ以上のユーザ端末１５０から）ネットワーク１４０を介してアクセス可能な送信先に向けられた信号を受信するように構成され得る。アクセスノード端末１３０は、ネットワーク１４０で送信するために受信信号もフォーマットし得る。
ネットワーク１４０は、任意のタイプのネットワークであり得、及び例えばインターネット、ＩＰネットワーク、イントラネット、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、仮想私設ネットワーク（ＶＰＮ）、仮想ＬＡＮ（ＶＬＡＮ）、光ファイバーネットワーク、光－同軸ハイブリットネットワーク、ケーブルネットワーク、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、公衆電話交換網（ＰＳＤＮ）、公衆携帯電話網（ＰＬＭＮ）及び／又は本明細書で説明するような装置間の任意の他のタイプのネットワーク支援通信を含み得る。ネットワーク１４０は、有線及び無線接続の両方並びに光リンクを含み得る。ネットワーク１４０は、アクセスノード端末１３０を、通信衛星１２０又は他の衛星と通信し得る他のアクセスノード端末と接続し得る。
１つ以上のネットワーク装置１４１は、アクセスノード端末１３０と結合され得、及び衛星通信システム１００の態様を制御し得る。様々な例では、ネットワーク装置１４１は、アクセスノード端末１３０と同一場所に配置されるか又は他にその近くに置かれ得、又は有線及び／又は無線通信リンクを介してアクセスノード端末１３０及び／又はネットワーク１４０と通信する遠隔設置であり得る。
図１Ｂは、本開示の態様による、衛星通信の柔軟なビームフォーミングを支援する通信衛星１２０のアンテナアセンブリ１２１を示す。図１Ｂに示すように、アンテナアセンブリ１２１は、フィードアレイアセンブリ１２７と、遠方の通信源から受信するときに電磁信号（例えば、インバウンド電磁信号１８０）が集められるフォーカス領域１２３を有するように成形された反射器１２２とを含み得る。同様に、フォーカス領域１２３に置かれたフィードアレイアセンブリ１２７が発した信号が反射器１２２によって反射されて、外向きの平面波（例えば、アウトバウンド電磁信号１８０）にされる。フィードアレイアセンブリ１２７及び反射器１２２は、フィードアレイアセンブリ１２７の複数のフィード素子１２８のそれぞれに対するネイティブなフィード素子パターンの合成によって形成されたネイティブなアンテナパターンと関連し得る。
本明細書で説明するように、通信衛星１２０がサービス軌道にあるとき、通信衛星１２０は、アンテナアセンブリ１２１のネイティブなアンテナパターンに従って動作し得る。ネイティブなアンテナパターンは、少なくとも部分的に、フィードアレイアセンブリ１２７のフィード素子１２８のパターン、反射器１２２に対するフィードアレイアセンブリ１２７の相対位置（例えば、フォーカスオフセット距離１２９）などに基づき得る。ネイティブなアンテナパターン２２０は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアと関連し得る。本明細書で説明するアンテナアセンブリ１２１は、アンテナアセンブリ１２１のネイティブなアンテナパターンカバレッジエリアを備える特定のサービスカバレッジエリアを支援するように設計され得、及び様々な設計特性が計算的に（例えば、分析又はシミュレーションによって）決定され得、且つ／又は実験的に（例えば、アンテナテスト範囲で又は実用で）測定され得る。
図１Ｂに示すように、アンテナアセンブリ１２１のフィードアレイアセンブリ１２７は、反射器１２２と反射器１２２のフォーカス領域１２３との間に置かれ得る。具体的には、フィードアレイアセンブリ１２７は、フォーカス領域１２３からフォーカスオフセット距離１２９に置かれ得る。従って、アンテナアセンブリ１２１のフィードアレイアセンブリ１２７は、反射器１２２に対してデフォーカス位置に置かれ得る。アンテナアセンブリ１２１は、本明細書で説明するようなネイティブなアンテナパターンの変更をもたらし得るアクチュエータ１２４も含み得る。例えば、アクチュエータ１２４は、反射器１２２とフィードアレイアセンブリ１２７との間に結合されたリニアアクチュエータであり得、これは、フォーカスオフセット距離１２９の変更をもたらして、ネイティブなアンテナパターンの変更をもたらす。リニアアクチュエータ１２４は、一方向に動くように制約され得、これは、いくつかの例では、主に、成形された反射器１２２の中心と、成形された反射器１２２のフォーカス領域１２３との間の方向に沿って位置合わせされ得る。ダイレクトオフセットフィードアレイアセンブリ１２７として図１Ｂに示すが、フロントフィードアレイアセンブリ１２７並びに副反射器（例えば、カセグレン（Ｃａｓｓｅｇｒａｉｎ）アンテナなど）の使用を含め、他のタイプの構成が使用され得る。
図１Ｃは、本開示の態様による、衛星通信の柔軟なビームフォーミングを支援するアンテナアセンブリ１２１のフィードアレイアセンブリ１２７を示す。図１Ｃに示すように、フィードアレイアセンブリ１２７は、信号（例えば、通信サービスと関連した信号、通信衛星１２０の構成又は制御と関連した信号など）の通信のために複数のアンテナフィード素子１２８を有し得る。
本明細書では、フィード素子１２８は、受信アンテナ素子、送信アンテナ素子又は送信及び受信の両方を支援するように構成されたアンテナ素子（例えば、送受信素子）と称し得る。受信アンテナ素子は、電磁信号を電気信号に変換する物理的トランスデューサ（又はＲＦトランスデューサ）を含み得、及び用語送信アンテナ素子は、電気信号によって励起されると、電磁信号を発する物理的トランスデューサを含む素子を指し得る。場合により、同じ物理的トランスデューサを送信及び受信に使用し得る。
フィード素子１２８のそれぞれは、例えば、給電ホーン、偏波トランスデューサ（例えば、異なる偏波を備える２つの組み合わせられた素子として機能し得る隔壁偏波ホーン）、マルチポートマルチバンドホーン（例えば、デュアル偏波ＬＨＣＰ／ＲＨＣＰを備えるデュアルバンド２０ＧＨｚ／３０ＧＨｚ）、キャビティ付きスロット、逆Ｆ、スロット付き導波管、Ｖｉｖａｌｄｉ、Ｈｅｌｉｃａｌ、ループ、パッチ若しくはアンテナ素子の任意の他の構成又は相互接続されたサブ要素の組み合わせを含み得る。フィード素子１２８のそれぞれはまた、ＲＦ信号トランスデューサ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）又は電力増幅器（ＰＡ）を含み得るか又は他にそれらと結合され得、及び例えば周波数変換、ビームフォーミング処理などの他の信号処理を実行し得る通信衛星１２０内の応答機と結合され得る。
反射器１２２は、フィードアレイアセンブリ１２７と１つ以上の目標装置（例えば、ユーザ端末１５０、アクセスノード端末１３０など）との間で送信された信号を反射するように構成され得る。フィードアレイアセンブリ１２７の各フィード素子１２８は、それぞれのネイティブなフィード素子パターンと関連し得、さらに、投影されたネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア（例えば、反射器１２２からの反射後に地球の表面、平面又は体積部に投影されるような）と関連し得る。マルチフィードアンテナのためのネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアの集合は、ネイティブなアンテナパターンと言及され得る。フィードアレイアセンブリ１２７は、任意の好適な配置構成（例えば、リニアアレイ、弓状アレイ、平面アレイ、ハニカムアレイ、多面体アレイ、球形アレイ、楕円形アレイ又はこれらの組み合わせ）に配置され得る任意の数のフィード素子１２８（例えば、数十、数百、数千など）を含み得る。図１Ｃでは各フィード素子１２８を円形で示すが、フィード素子１２８は、他の形状、例えば正方形、矩形、六角形などであり得る。
図２Ａ～２Ｄは、本開示の態様による、成形された反射器１２２－ａのフォーカス領域１２３に置かれたフィードアレイアセンブリ１２７－ａを有するアンテナアセンブリ１２１－ａのアンテナ特性の例を示す。
図２Ａは、フィードアレイアセンブリ１２７－ａのフィード素子１２８－ａと関連したネイティブなフィード素子パターン２１０－ａの図２０１を示す。具体的には、図２０１は、フィード素子１２８－ａ－１、１２８－ａ－２及び１２８－ａ－３にそれぞれ関連付けられたネイティブなフィード素子パターン２１０－ａ－１、２１０－ａ－２及び２１０－ａ－３を示す。ネイティブなフィード素子パターン２１０－ａは、それぞれの各フィード素子１２８に関連した空間放射パターンを表し得る。例えば、フィード素子１２８－ａ－２が送信しているとき、送信された電磁信号は、反射器１２２－ａで反射され、及び全体的に円錐状のネイティブなフィード素子パターン２１０－ａ－２で伝播する（ただし、フィード素子１２８及び／又は反射器１２２の特性に依存して他の形状も可能である）。アンテナアセンブリ１２１－ａに対してネイティブなフィード素子パターン２１０－ａを３つのみ示すが、アンテナアセンブリ１２１のフィード素子１２８のそれぞれは、それぞれのネイティブなフィード素子パターン２１０と関連する。アンテナアセンブリ１２１－ａと関連したネイティブなフィード素子パターン２１０－ａの合成（例えば、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ａ－１、２１０－ａ－２、２１０－ａ－３及び図示しない他のネイティブなフィード素子パターン２１０－ａ）は、ネイティブなアンテナパターン２２０－ａと言及され得る。
フィード素子１２８－ａのそれぞれはまた、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａと関連し得（例えば、それぞれフィード素子１２８－ａ－１、１２８－ａ－２及び１２８－ａ－３と関連するネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａ－１、２１１－ａ－２及び２１１－ａ－３）、基準面（例えば、地面又は何らかの他の基準平面又は表面）上へのネイティブなフィード素子パターン２１０－ａの投影を表す。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、様々な装置（例えば、アクセスノード端末１３０及び／又はユーザ端末１５０）がそれぞれのフィード素子１２８によって送信された信号を受信し得るエリアを表し得る。加えて又は代わりに、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、様々な装置からの送信がそれぞれのフィード素子１２８によって受信され得るエリアを表し得る。例えば、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａ－２内に位置する対象のエリア２３０－ａに置かれた装置は、フィード素子１２８－ａ－２によって送信された信号を受信し得、及び送信をフィード素子１２８－ａ－２によって受信させ得る。アンテナアセンブリ１２１－ａと関連したネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａの合成（例えば、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａ－１、２１１－ａ－２、２１１－ａ－３及び図示しない他のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａ）は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ａと言及され得る。図２０１は、縮尺通りに描かれてはおらず、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、それぞれ一般的に反射器１２２－ａよりも遥かに大きいことを理解すべきである。フィードアレイアセンブリ１２７－ａは、反射器１２２－ａのフォーカス領域１２３に置かれているため、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ａは、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ａの領域において実質的に重なっておらず、従って、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａは、実質的に重なっていない。そのため、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ａにおける各位置は、１つの又は少数の（例えば、３つ以下の）フィード素子１２８と関連する。
図２Ｂは、対象の点２３０－ａからの送信２４０－ａのためのアンテナアセンブリ１２１－ａの信号受信を示す図２０２を示す。対象の点２３０－ａからの送信２４０－ａは、反射器１２２－ａ全体又は反射器１２２－ａの一部分を照射し、その後、反射器１２２－ａの形状及び反射器１２２－ａでの送信２４０の入射角に従ってフィードアレイアセンブリ１２７－ａの方にフォーカスされ且つ向けられ得る。フィードアレイアセンブリ１２７－ａは、反射器１２２－ａのフォーカス領域１２３に置かれるため、送信２４０－ａは、単一のフィード素子（例えば、対象の点２３０－ａが置かれるネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａ－２と関連したフィード素子１２８－ａ－２）又はネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａの重なりのエリア内に置かれる場合、少数の（例えば、３つ以下の）フィード素子１２８－ａにフォーカスされ得る。
図２Ｃは、ゼロオフセット角度２３５－ａから測定された角度を参照して、フィードアレイアセンブリ１２７－ａの３つのアンテナフィード素子１２８－ａと関連するネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ａの図２０３を示す。例えば、ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ａ－１、２５０－ａ－２及び２５０－ａ－３は、アンテナフィード素子１２８－ａ－１、１２８－ａ－２及び１２８－ａ－３にそれぞれ関連し得るため、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ａ－１、２１０－ａ－２及び２１０－ａ－３のゲインプロファイルを表し得る。図２０３に示すように、各ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０のゲインは、ピークゲインから両方向にオフセットした角度で減衰し得る。図２０３では、ビーム境界レベル２５５－ａは、アンテナアセンブリ１２１－ａを介した通信サービスを支援するために所望のゲインレベルを表し得（例えば、所望の情報速度などを提供するために）、従って、それは、それぞれのネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａ（例えば、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａ－１、２１１－ａ－２及び２１１－ａ－３）の境界を規定するために使用され得る。ビーム境界レベル２５５－ａは、ピークゲインからの例えば－１ｄＢ、－２ｄＢ若しくは３ｄＢの減衰を表し得るか、又は絶対信号強度、ＳＮＲ若しくはＳＩＮＲレベルによって規定され得る。ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ａを３つのみ示すが、他のネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ａは、他のアンテナフィード素子１２８－ａと関連し得る。
図２Ｄは、フィードアレイアセンブリ１２７－ａのいくつかのフィード素子１２８（例えば、フィード素子１２８－ａ－１、１２８－ａ－２及び１２８－ａ－３を含む）の理想化されたネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の２次元アレイを示す図２０４を示す。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、基準面（例えば、通信衛星からある距離を置いた平面、地面からある程度距離を置いた平面、ある程度の高度にある球面、地面など）に対して示され得、及びさらに基準面に隣接した体積部（例えば、基準面と通信衛星との間の実質的に円錐形の体積部、基準面の下側の体積部など）を含み得る。複数のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａは、まとめて、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ａを形成し得る。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａを８個のみ示すが、フィードアレイアセンブリ１２７は、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１とそれぞれ関連する任意の数のフィード素子１２８（例えば、７個以下又は９個以上）を有し得る。
各ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の境界は、ビーム境界レベル２５５－ａにおけるそれぞれのネイティブなフィード素子パターン２１０に対応し得、及び各ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１のピークゲインは、「ｘ」で指定されたロケーションを有し得る。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ａ－１、２１１－ａ－２及び２１１－ａ－３は、ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ａ－１、２５０－ａ－２及び２５０－ａ－３と関連するネイティブなフィード素子パターンの投影にそれぞれ対応し得、ここで、図２０３は、図２０４の断面平面２６０－ａに沿ったネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０を示す。図２０４では、フィードアレイアセンブリ１２７－ａが反射器１２２－ａのフォーカス領域に置かれているため、各ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の比較的小さい部分のみが、隣接するネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１に重なる。さらに、一般的に、サービスカバレッジエリア内のロケーション（例えば、通信衛星の複数のスポットビームの全カバレッジエリア）は、２つ以下のアンテナフィード素子１２８のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１内に入る。例えば、アンテナアセンブリ１２１－ａは、３つ以上のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１が重なるエリアが最小限にされるように構成され得る（例えば、３つのネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１が、図２Ｄに示すように、ある点で又はその近くで交差するように構成され得るなど）。いくつかの例では、この条件は、フィードアレイアセンブリ１２７のフィード素子１２８又はネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を傾斜させているとも呼ばれ得る。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、本明細書では、単純にするためにカバレッジエリアが円形として示されているため、理想化されていると呼ばれ得る。しかしながら、様々な例では、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、円形以外の何らかの形状であり得る（例えば、楕円、六角形、矩形など）。そのため、傾斜したネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、互いに、図２０４に示すものよりも多くの重なりを有し得る（例えば、場合により４つ以上のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１が重なり得る）。
図３Ａ～３Ｄは、本開示の態様による、デフォーカス位置で動作するフィードアレイアセンブリ１２７－ｂを有するアンテナアセンブリ１２１－ｂのアンテナ特性の例を示す。フィードアレイアセンブリ１２７－ｂがアンテナアセンブリ１２１のフォーカス領域１２３に置かれないとき、アンテナアセンブリ１２１は、デフォーカス条件で動作していると理解される。デフォーカス条件では、アンテナアセンブリ１２１は、受信した送信を所与のロケーションからより多くのアンテナフィード素子１２８に広げ、及び送信された電力をフィード素子１２８からより大きいエリアにわたって広げる。そのため、各ネイティブなフィード素子パターン２１０は、より大きいビーム幅を有し、及びネイティブなフィード素子パターン２１０間により多くの量の重なりがある。図３Ａ～３Ｄの例によれば、デフォーカス条件は、図１Ｂに示すように、フィードアレイアセンブリ１２７－ｂを反射器１２２－ｂと反射器１２２－ｂのフォーカス領域１２３との間に置くことによって（例えば、フォーカスオフセット距離１２９によってオフセットされる）提供され得る。
図３Ａは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｂのフィード素子１２８－ｂと関連したネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂの図３０１を示す。具体的には、図３０１は、フィード素子１２８－ｂ－１、１２８－ｂ－２及び１２８－ｂ－３に関連したネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂ－１、２１０－ｂ－２及び２１０－ｂ－３をそれぞれ示す。アンテナアセンブリ１２１－ｂに対してネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂを３つのみ示すが、アンテナアセンブリ１２１のフィード素子１２８のそれぞれは、それぞれのネイティブなフィード素子パターン２１０と関連する。アンテナアセンブリ１２１－ｂと関連したネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂの合成（例えば、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂ－１、２１０－ｂ－２、２１０－ｂ－３及び図示しない他のネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂ）は、ネイティブなアンテナパターン２２０－ｂと言及され得る。
フィード素子１２８－ｂのそれぞれは、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂとも関連し得（例えば、それぞれフィード素子１２８－ｂ－１、１２８－ｂ－２及び１２８－ｂ－３と関連したネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂ－１、２１１－ｂ－２及び２１１－ｂ－３）、このパターンカバレッジエリアは、基準面（例えば、地面又は何らかの他の基準平面又は表面）上へのネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂの投影を表す。アンテナアセンブリ１２１－ｂと関連したネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂの合成（例えば、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂ－１、２１１－ｂ－２、２１１－ｂ－３及び図示しない他のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂ）は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｂと言及され得る。フィードアレイアセンブリ１２７－ｂが反射器１２２－ｂに対してデフォーカス位置で動作しているため、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂ、従ってネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂは、実質的に重なっている。そのため、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｂにおける各位置は、複数のフィード素子１２８と関連し得る。
図３Ｂは、対象の点２３０－ｂからの送信２４０－ｂに関するアンテナアセンブリ１２１－ｂの信号受信を示す図３０２を示す。対象の点２３０－ｂからの送信２４０－ｂは、反射器１２２－ｂ全体又は反射器１２２－ｂの一部分のみを照射し、その後、反射器１２２－ｂの形状及び反射器１２２－ｂでの送信２４０の入射角に従ってフィードアレイアセンブリ１２７－ｂの方にフォーカスされ且つ向けられ得る。フィードアレイアセンブリ１２７－ｂが反射器１２２－ｂに対してデフォーカス位置で動作しているため、送信２４０－ｂは、複数のフィード素子１２８（例えば、それぞれ対象の点２３０－ｂを含むネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂ－１、２１１－ｂ－２及び２１１－ｂ－３と関連したフィード素子１２８－ｂ－１、１２８－ｂ－２及び１２８－ｂ－３）でフォーカスされ得る。
図３Ｃは、ゼロオフセット角度２３５－ｂから測定された角度を参照して、フィードアレイアセンブリ１２７－ｂの３つのアンテナフィード素子１２８－ｂと関連したネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ｂの図３０３を示す。例えば、ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ｂ－１、２５０－ｂ－２及び２５０－ｂ－３は、アンテナフィード素子１２８－ｂ－１、１２８－ｂ－２及び１２８－ｂ－３にそれぞれ関連するため、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｂ－１、２１０－ｂ－２及び２１０－ｂ－３のゲインプロファイルを表し得る。図３０３に示すように、各ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ｂのゲインは、ピークゲインから両方向においてオフセットした角度で減衰し得る。図３０３では、ビーム境界レベル２５５－ｂは、アンテナアセンブリ１２１－ｂを介した通信サービスを支援するために、所望のゲインレベルを表し得（例えば、所望の情報速度などを提供するために）、従って、それぞれのネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂ（例えば、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂ－１、２１１－ｂ－２及び２１１－ｂ－３）の境界を規定するために使用され得る。ビーム境界レベル２５５－ｂは、例えば、ピークゲインからの－１ｄＢ、－２ｄＢ若しくは３ｄＢの減衰を表し得るか、又は絶対信号強度、ＳＮＲ若しくはＳＩＮＲレベルによって定義され得る。ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ｂを３つのみ示すが、他のネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ｂが他のアンテナフィード素子１２８－ｂと関連し得る。
図３０３に示すように、ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ｂのそれぞれは、ビーム境界レベル２５５－ｂの上方のゲインプロファイルのかなりの部分について、別のネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ｂと交差し得る。従って、図３０３は、ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０の配置構成を示し、ここで、フィードアレイアセンブリ１２７の複数のアンテナフィード素子１２８は、特定の角度（例えば、ネイティブなアンテナパターン２２０－ｂの特定の方向）で通信サービスを支援し得る。いくつかの例では、この条件は、重なりの程度が高い、フィードアレイアセンブリ１２７のフィード素子１２８又はネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を有すると言及され得る。
図３Ｄは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｂのいくつかのフィード素子１２８（例えば、フィード素子１２８－ｂ－１、１２８－ｂ－２及び１２８－ｂ－３を含む）の理想化されたネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の２次元アレイを示す図３０４を示す。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、基準面（例えば、通信衛星からある距離を置いた平面、地面からある程度距離を置いた平面、ある程度の高度にある球面、地面など）に対して示され得、及びさらに基準面に隣接する体積部（例えば、基準面と通信衛星との間の実質的に円錐形の体積部、基準面の下側の体積部など）を含み得る。複数のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂは、まとめて、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｂを形成し得る。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂを８個のみ示すが、フィードアレイアセンブリ１２７は、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１とそれぞれが関連する任意の数のフィード素子１２８を有し得る（例えば、７個以下又は９個以上）。
各ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の境界は、ビーム境界レベル２５５－ｂにおいてそれぞれのネイティブなフィード素子パターン２１０に対応し得、及び各ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１のピークゲインは、「ｘ」と指定されたロケーションを有し得る。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｂ－１、２１１－ｂ－２及び２１１－ｂ－３は、ネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０－ｂ－１、２５０－ｂ－２及び２５０－ｂ－３にそれぞれ関連したネイティブなフィード素子パターンの投影に対応し得、ここで、図３０３は、図３０４の断面平面２６０－ｂに沿ったビームゲインプロファイルを示す。図３０４では、フィードアレイアセンブリ１２７－ａは、反射器１２２－ｂに対してデフォーカス位置に置かれるため、各ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１のかなりの部分（例えば大部分）が、隣接するネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１と重なる。さらに、一般的に、サービスカバレッジエリア内のロケーション（例えば、通信衛星の複数のスポットビームの全カバレッジエリア）は、２つ以上のアンテナフィード素子１２８のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１内に入る。例えば、アンテナアセンブリ１２１－ｂは、３つ以上のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１が重なるエリアが最大にされるように構成され得る。いくつかの例では、この条件は、重なりの程度が高い、フィードアレイアセンブリ１２７のフィード素子１２８又はネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を有するとも言及され得る。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を８個のみ示すが、フィードアレイアセンブリ１２７は、同様の方法でネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１と関連した任意の数のアンテナフィード素子１２８を有し得る。
場合により、デフォーカス位置で動作するフィードアレイアセンブリ１２７に関し、かなりの量（例えば、半分を上回る）のサービスカバレッジエリア（例えば、通信衛星の複数のスポットビームの全カバレッジエリア）が、いくつか（例えば、３つ以上又は４つ以上）のアンテナフィード素子１２８のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の境界に入る。そのような１つの場合、少なくとも１つの点が、フィードアレイアセンブリ１２７のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の少なくとも５０％の境界内にある。別の場合、サービスカバレッジエリアの少なくとも１０パーセントが、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の少なくとも２５％の境界内にある。別の場合、サービスカバレッジエリアの少なくとも２０％が、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の少なくとも２０％の境界内にある。別の場合、サービスカバレッジエリアの少なくとも３０％が、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の少なくとも１０％の境界内にある。別の場合、サービスカバレッジエリアの少なくとも５０％が、少なくとも４つの異なるネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の境界内にある。例えば、１００平方マイルのサービスカバレッジエリア及び２００個のフィード素子１２８に関し、少なくとも１つの点は、１００個のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１内にあり、少なくとも１０平方マイルは、５０個のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１内にあり得、少なくとも２０平方マイルは、４０個のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１内にあり得、少なくとも３０平方マイルは、２０個のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１内にあり得るか、又は少なくとも５０平方マイルは、４個以上のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１内にあり得る。しかしながら、場合により、これらの関係の２つ以上が真であり得る。
場合により、単一のアンテナアセンブリ１２１は、ユーザ端末１５０間又はアクセスノード端末１３０間の信号の送信及び受信に使用され得る。他の例では、通信衛星１２０は、信号の受信及び信号の送信に別個のアンテナアセンブリ１２１を含み得る。通信衛星１２０の受信アンテナアセンブリ１２１は、一般的に、通信衛星１２０の送信アンテナアセンブリ１２１と同じサービスカバレッジエリアに向けられ得る。そのため、受信のために構成されたアンテナフィード素子１２８に対するいくつかのネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、自然に、送信のために構成されたアンテナフィード素子１２８に対するネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１に対応し得る。これらの場合、受信アンテナフィード素子１２８は、それらの対応する送信アンテナフィード素子１２８と同様の方法でマッピングされ得（例えば、異なるフィードアレイアセンブリ１２７の同様のアレイパターンを有する、信号処理ハードウェアへの同様の有線及び／又は回路接続を有する、同様のソフトウェア構成及び／又はアルゴリズムを有するなど）、送信及び受信のためのネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１に向けた同様の信号経路を生じ且つ処理を行う。しかしながら、場合により、受信アンテナフィード素子１２８及び送信アンテナフィード素子１２８を違った方法でマッピングすることが好都合であり得る。
いくつかの例では、重なりの程度が高い複数のネイティブなフィード素子パターン２１０は、１つ以上のスポットビーム１２５を提供するためにビームフォーミングによって組み合わせられ得る。スポットビーム１２５のためのビームフォーミングは、重なるネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を有する１つ以上のフィードアレイアセンブリ１２７の複数のフィード素子１２８によって送信及び／又は受信された信号の信号位相（又は時間遅延）及び／又は信号振幅を調整することによって実施され得る。送信（例えば、フィードアレイアセンブリ１２７の送信用フィード素子１２８からの）に関し、送信された信号の相対位相及びときに振幅が調整されるため、フィード素子１２８によって送信されたエネルギーが、構造上、所望のロケーション（例えば、スポットビームカバレッジエリア１２６のロケーション）で重なり合う。この位相及び／又は振幅の調整は、一般に、送信された信号にビーム重み（例えば、ビームフォーミング係数）を適用すると言及され得る。受信（例えば、フィードアレイアセンブリ１２７の受信用アンテナフィード素子１２８によるなど）に関し、受信した信号の相対位相及びときに振幅が調整されるため（例えば、同じ又は異なるビーム重みを適用することによって）、アンテナフィード素子１２８によって所望のロケーション（例えば、スポットビームカバレッジエリア１２６のロケーションなど）で受信したエネルギーが、構造上、所与のスポットビームカバレッジエリア１２６に対して重なり合う。用語ビームフォーミングは、送信、受信又はそれらの両方に対しての何れかに関わらず、ビーム重みの適用を指すために使用され得る。適応ビームフォーマは、ビーム重みを動的計算する機能を含む。ビーム重みの計算は、通信チャネル特性を直接又は間接的に発見することを必要とし得る。ビーム重み計算及びビーム重み適用のプロセスは、同じ又は異なるシステムコンポーネントで実施され得る。
スポットビーム１２５は、異なるビーム重みを適用することにより、操縦、選択的にフォーミング及び／又は他に再構成され得る。例えば、いくつものアクティブなネイティブなフィード素子パターン、スポットビームカバレッジエリア１２６、スポットビームのサイズ、ネイティブなフィード素子パターン及び／又はスポットビーム１２５の相対ゲイン及び他のパラメータは、時間が経つにつれて変化し得る。そのような多用性は、ある状況では望ましい。ビームフォーミングを適用するアンテナアセンブリ１２１は、一般的に比較的狭いスポットビーム１２５を形成でき、及びゲイン特性が改善されたスポットビーム１２５を形成することができ得る。狭いスポットビーム１２５は、１つのビームで送信された信号を、他のスポットビーム１２５で送信された信号から区別して例えば干渉を回避できるようにする。従って、狭いスポットビーム１２５は、周波数及び偏波を、大きいスポットビーム１２５を形成するときよりも多く再使用できるようにする。例えば、狭く形成されたスポットビーム１２５は、重なっていない２つの不連続スポットビームカバレッジエリア１２６に供され得るが、重なっているスポットビーム１２５は、周波数、偏波又は時間が直交するようにされ得る。より小さいスポットビーム１２５を使用することによって再使用を多くすることにより、送信及び／又は受信されるデータ量を増加し得る。加えて又は代わりに、ビームフォーミングは、ビーム端においてよりシャープなゲインロールオフを提供するために使用され得、これにより、スポットビーム１２５のより大きい部分を通してより高いビームゲインを可能にし得る。そのため、ビームフォーミング技術は、所与の量のシステムの帯域幅に対して、より高い周波数の再使用及び／又はより大きいシステム容量を提供できる。
いくつかの通信衛星１２０は、フィード素子１２８のアレイを介して送信及び／又は受信された信号を電子的に操縦するためにオンボードビームフォーミング（ＯＢＢＦ）を使用し得る。例えば、通信衛星１２０は、フェーズドアレイマルチフィードパビーム（ＭＦＰＢ）オンボードビームフォーミング能力を有し得る。ビーム重みは、地上計算センターにおいて（例えば、アクセスノード端末１３０において、ネットワーク装置１４１において、通信サービスマネージャにおいてなど）計算されてから、通信衛星１２０に送信され得るか、又はオンボード応用のために通信衛星１２０において事前構成され得る。
場合により、スポットビーム１２５を形成するために使用される各フィード素子１２８の位相及びゲインを制御するために、通信衛星１２０において著しい処理能力が必要とされ得る。そのような処理パワーは、通信衛星１２０の複雑さを増し得る。そのため、場合により、通信衛星１２０は地上のビームフォーミング（ＧＢＢＦ）と一緒に動作して、通信衛星１２０の複雑さを少なくするが、依然として狭いスポットビーム１２５を電子的に形成するという利点を提供する。
図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の態様による、デフォーカス条件で動作するアンテナアセンブリ１２１によって提供されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｃからスポットビームカバレッジエリア１２６を形成するためのビームフォーミングの例を示す。図４Ａでは、図４００は、デフォーカスされたマルチフィードアンテナアセンブリ１２１を使用して提供された複数のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を含むネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｃを示す。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１のそれぞれは、アンテナアセンブリ１２１のフィードアレイアセンブリ１２７のそれぞれのフィード素子１２８と関連し得る。図４Ｂでは、図４５０は、米国本土のサービスカバレッジエリア４１０にわたるスポットビームカバレッジエリア１２６のパターンを示す。スポットビームカバレッジエリア１２６は、図４Ａの複数のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１と関連したフィード素子１２８を介して伝えられる信号にビームフォーミング係数を適用することによって提供され得る。
スポットビームカバレッジエリア１２６のそれぞれは、それぞれのスポットビームカバレッジエリア１２６内の通信サービスを支援し得る関連のスポットビーム１２５を有し得る。スポットビーム１２５のそれぞれは、それぞれのスポットビームカバレッジエリア１２６を含むネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１のために、複数のフィード素子１２８によって伝えられる信号の合成から形成され得る。例えば、図４Ｂに示すスポットビームカバレッジエリア１２６－ｃと関連するスポットビーム１２５は、図４Ａに濃い実線で示すネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｃと関連した８個のフィード素子１２８からの信号の合成であり得る。様々な例では、スポットビームカバレッジエリア１２６が重なっているスポットビーム１２５は、周波数、偏波及び／又は時間において直交し得るが、重なっていないスポットビーム１２５は互いに非直交であり得る（例えば、傾斜した周波数の再使用パターン）。他の例では、非直交スポットビーム１２５は、様々な程度の重なりを有し得、ＡＣＭ、干渉キャンセル又は時空間符号化などの干渉軽減技術がビーム間干渉を管理するために使用される。一般的に、フィード素子１２８から送信された信号に適切なビーム重みを適用することによって生成されたダウンリンクスポットビーム１２５と説明されるが、アップリンク通信を受信するためのスポットビーム１２５もビームフォーミングによって処理され得る。
ビームフォーミングは、ＯＢＢＦ又はＧＢＢＦ受信／送信信号経路を使用して衛星を介して送信された信号に適用され得る。サービスカバレッジエリア４１０のフォワードリンクでは、１つ以上のアクセスノード端末１３０がそれぞれのフォワードアップリンク信号１３２を通信衛星１２０に送信し、それは、その後、複数のフォワードダウンリンク信号１７２をサービスカバレッジエリア４１０内にある複数のユーザ端末１５０に中継し得る。そのため、図４Ｂに示すスポットビームカバレッジエリア１２６に提供される通信サービスは、アンテナアセンブリのネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｃ並びに適用されるビーム重みに基づき得る。
サービスカバレッジエリア４１０は、実質的に均一なパターンのスポットビームカバレッジエリア１２６（例えば、等しい又は実質的に等しいビームカバレッジエリアサイズ及び重なりの量を有する）によって提供されていると示されているが、いくつかの例では、サービスカバレッジエリア４１０のためのスポットビームカバレッジエリア１２６は、不均一であり得る。例えば、人口密度が高いエリアは、より小さいスポットビーム１２５によって供され得るが、人口密度が低いエリアは、より大きいスポットビーム１２５によって供され得る。場合により、隣接するスポットビーム１２５は、互いに実質的に重なり得る。例えば、隣接するスポットビーム１２５は、人口密度が高いエリアでは重なるように構成され得るため、多数のユーザに供するための複数のオプションを提供する。加えて又は代わりに、異なるサイズの複数のスポットビーム１２５は、スポットビーム１２５の一部のみが所与の時間においてアクティブになっている状態でエリアに供するように構成され得る。そのため、特定のユーザ端末１５０のための通信は、より効率よく通信を伝え得るスポットビーム１２５に割り振られ得る（例えば、より良好な変調及び符号化率を支援するなど）。
図５Ａ～５Ｅは、本開示の態様による、異なる通信サービスタイムスロット中のサービスカバレッジエリア４１０－ａのスポットビームカバレッジエリア１２６のロケーションの例を示す。この例では、割り当てられたスペクトルは、Ｗ Ｈｚであり、及び２つの偏波（例えば、ＬＨＣＰ及びＲＨＣＰ）が利用可能である。何れの瞬間でも、関連のスポットビームカバレッジエリア１２６を有する４０個のスポットビーム１２５は、アクティブな２０個のＬＨＣＰ及び２０個のＲＨＣＰであり得るが、それよりも多い又は少ないスポットビーム１２５が実際の実施においてアクティブであり得る。各スポットビーム１２５は、割り当てられたスペクトルのフルＷ Ｈｚであるが、１つの偏波のみを使用し得る。他の実施形態では、各スポットビーム１２５は、割り当てられたスペクトルの一部分のみを使用し得る。説明の例では、フレームは、Ｑ＝４個のタイムスロットからなるが、実際の実施では、それよりも多い又は少ないタイムスロットを備えるフレームを使用し得る。各タイムスロットの期間中、ユーザ受信及び送信スポットビーム１２５は、異なるロケーションに存在し得る。ホッピングパターンは、各フレームの最後に自動的に繰り返し得るか、又は新しいフレーム定義がホッピングパターンを変化させるために適用され得る。
図５Ａは、フレームの第１のタイムスロットの期間中のスポットビームカバレッジエリア１２６の例示的なロケーションを示すビームマップ５００を含む。中心に「Ｌ」で示されるスポットビームカバレッジエリア１２６は、ＬＨＣＰスポットビーム１２５を示し、及び「Ｒ」で示されるスポットビームカバレッジエリア１２６は、ＲＨＣＰスポットビーム１２５を示すが、他の実施形態では任意の数の他の偏波（例えば、直線偏波）が使用され得る。スポットビームカバレッジエリア直径が小さいこと、サービスカバレッジエリア４１０－ａの所望の大きい広がり、及び比較的少数のスポットビーム１２５が１度にアクティブであることに起因して、所与のタイムスロット中に同じ偏波を使用するビームは、比較的遠方に離間され得る。これにより、スポットビーム１２５間の干渉レベルを低くし得る。結果として生じる高い搬送波対干渉比（Ｃ／Ｉ）が、１スポットビーム１２５当たりの能力を高めることを促進し得る。図５Ｂは、フレームの第２のタイムスロットの期間中のスポットビームカバレッジエリア１２６の例示的なロケーションを示すビームマップ５１０を含む。図５Ｃは、フレームの第３のタイムスロットの期間中のスポットビームカバレッジエリア１２６の例示的なロケーションを示すビームマップ５２０を含む。図５Ｄは、フレームの第４のタイムスロットの期間中のスポットビームカバレッジエリア１２６の例示的なロケーションを示すビームマップ５３０を含む。下記でより詳細に説明するように、図５Ａ～５Ｄに示す各スポットビームカバレッジエリア１２６は、専用の受信経路、専用の送信経路又はハイブリッドの送信／受信経路の一部であり得る。
図５Ａ～５Ｄに示すビームマップのそれぞれでは、同じ偏波のスポットビーム１２５は、一般的に、非常に遠方に（例えば、可能な最大距離で）離間され得る。この間隔は、同じ偏波の他のアクティブなスポットビームからの干渉を最小限にすることにより、大きいＣ／Ｉ値を可能にする。スポットビームカバレッジエリア１２６に対する実際のロケーションの選択は、所望のサービスカバレッジエリア４１０、様々なスポットビームカバレッジエリア１２６の直径、使用される偏波の数及び１フレーム当たりのタイムスロットの数などの要因に依存し得る。図５Ａ～５Ｄは、一例のみを提供する。
図５Ｅは、４つ全てのタイムスロットの期間中のスポットビームカバレッジエリア１２６全ての合成オーバーレイを示すビームマップ５４０を含む（例えば、サービスカバレッジエリア４１０－ａ）。図５Ｅにおける同じタイムスロットのスポットビーム１２５のみが同時にアクティブである。同じタイムスロット及び同じ偏波（例えば、ＬＨＣＰ又はＲＨＣＰ）のスポットビーム１２５のみが著しい干渉の可能性を示している。上述の通り、これらのスポットビームカバレッジエリア１２６のロケーションは、それらの空間分離を最大にするように選択され得る。いくつかの幾何モデルが同様の偏波のスポットビーム１２５の分離を最大にするために使用され得る。
図６は、本開示の態様による、実例となるビームホッピングフレーム６００を示す。図示の例では、１フレーム当たりＱ＝１６個のタイムスロットであり、及び各タイムスロットは、１．５ｍＳｅｃの間隔を占め、その結果、２４ｍＳｅｃの総ビームホッピングフレーム持続時間となる。そのため、スポットビーム１２５は、所与のスポットビームカバレッジエリア１２６において最低１．５ｍＳｅｃ又は１つのタイムスロットでアクティブであり得るが、スポットビーム１２５は、ビームホップフレーム定義に含まれるタイムスロット定義に依存して、同じセル内において２つ以上の連続したタイムスロットでアクティブであり得る。いくつかの実施形態では、セルと表されるサービスカバレッジエリア４１０内の単一の地域は、ビームホッピングフレームの１つのタイムスロットに対して地域で１つのアクティブなスポットビーム１２５を有するのみであり得る。そのため、ビームホッピングフレームの長さは、情報が送信又は受信され得る前の潜在的な待機持続時間を表し得る。待ち時間の少ない適用例、例えば音声には、このアーキテクチャを使用することが望ましいことがあり得るため、このホッピングフレーム遅延は、他の不可避遅延に対してわずかにされる必要がある。例えば、対地球同期軌道（ＧＳＯ）にある衛星に対して、一方向経路遅延（例えば、信号伝搬遅延）は、約２５０ｍＳｅｃであり、及び不可避遅延である。そのため、この値の約１／１０以下のビームホッピングフレーム長さを選択することにより、フレーミング遅延を不可避の一方向経路遅延に対してわずかにする。そのため、ＧＳＯ衛星について、２５ｍＳｅｃ程度のフレームサイズが一般的に適切である。より短いフレームサイズは、一方向経路遅延によって占有されるため、経験した合計遅延時間を著しく変更しないことがあり得、及びスポットビーム１２５がより高速でホッピングするという事実のため、一般的により経費がかかり、及び複雑さが増す。そのため、約２５ｍＳｅｃのビームホッピングフレームサイズは、ほとんどの適用例に対して好適である。
他の実施形態では、２つ以上のスポットビーム１２５は、単一のフレームの期間中、セル内でアクティブであり得る。例えば、地域又はセルは、その地域又はセルで支援される適用例に対して、最大限許容できる遅延を示す優先度が割り振られ得る。その後、割り振られた優先度を使用して、少なくとも部分的に、１フレーム当たりの特定の地域又はセルにおけるアクティブなスポットビーム１２５の数を決定し得る。例えば、地域又はセル内でより高い帯域幅又はより待ち時間の少ない適用例を支援するために、その地域又はセルは、より低い帯域幅又はより待ち時間の多い適用例を支援する地域又はセルよりも高い優先度に割り振られる。より高い優先度が割り振られたセル又は地域は、単一のフレーム内のセル又は地域を網羅する２つ以上のアクティブなスポットビーム１２５を有し得る。任意の数の優先度は、１フレーム当たりの個々のセルに対して任意の数のアクティブなスポットビーム１２５に対応して定義され得る。単一セルは、単一のフレームにおいて、そのセル内でアクティブである最大Ｑ個の送信スポットビーム１２５及びＱ個の受信スポットビーム１２５を有し得る（例えば、ビームは、全タイムスロットの期間中、セルにおいてアクティブである）。いくつかの実施形態では、送信スポットビーム１２５及び受信スポットビーム１２５は、同じタイムスロットの期間中、同じセルにおいてアクティブであり得、同じタイムスロットにおいてデータの送信及び受信の両方を可能にする。
図７は、本開示の態様による、例示的な衛星アーキテクチャ７００の一部のブロック図を示す。衛星アーキテクチャ７００は、それぞれ複数のアンテナフィード素子１２８を有するそれぞれのフィードアレイアセンブリ１２７を備える、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｃ及び第２のアンテナアセンブリ１２１－ｄを備える衛星１２０－ａを含む。アンテナフィード素子１２８は、複数の偏波を支援するためのＬＨＣＰ及びＲＨＣＰの両方に関して示されている。いくつかの実施形態では（図示せず）、衛星アーキテクチャは、単一の偏波のみを支援し得る。他の実施形態では、衛星アーキテクチャは、単一の偏波で動作し得るが、複数の偏波を支援し得る。
２つの別個のアンテナアセンブリ１２１－ｃ及び１２１－ｄは、例示的な衛星アーキテクチャ７００において、Ｒｘに１つ（例えば、アンテナアセンブリ１２１－ｃ）及びＴｘに１つ（例えば、アンテナアセンブリ１２１－ｃ）で使用されるが、統合Ｔｘ／Ｒｘアンテナアセンブリ１２１も使用され得る。各アンテナアセンブリは、反射器１２２を含み、これは、フィードアレイアセンブリ１２７にあるＬ個のフィード素子１２８からなるそれぞれのフィードアレイアセンブリ１２７（例えば、フェーズドアレイ）によって照射される。衛星アーキテクチャ７００は、そのアンテナシステムとしてフェーズドアレイフィード反射器を使用するが、他の実施形態では、ビームフォーミングネットワークを使用するアンテナアセンブリ１２１に基づく直接放射アレイ（ＤＲＡ）又は任意の他のタイプのフェーズドアレイが使用され得る。Ｒｘアンテナアセンブリ１２１－ｃは、フェーズドアレイ内にＬｒｘ個のフィード素子１２８－ｃを有するフィードアレイアセンブリ１２７－ｃを含み、及び各フィード素子ポートの出力（例えば、フィード素子Ｒｘ信号）は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）に接続され得る。各ＬＮＡは、関連のフィード素子１２８－ｃの近くに置かれて、システム雑音温度を最小にし得る。理想的には、ＬＮＡは、フィード素子１２８－ｃに直接取り付けられ、最適な雑音指数を生じ得る。２×Ｌｒｘ個のＬＮＡのそれぞれの出力は、Ｒｘビームフォーミングネットワーク（ＢＦＮ）７１０－ａに送られ、これは、ＬＨＣＰ及びＲＨＣＰの両セクションで構成される。システム雑音指数は、本質的にＬＮＡによって設定されるため、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ａは、例えば、同軸ケーブル又は導波管の相互接続により、ＬＮＡから離れて置かれ得る。Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ａは、２×Ｌｒｘ個の入力を取り、及びＫ個の出力信号を提供し得、それぞれＫ個のＲｘスポットビーム１２５の１つに対応する。Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ａは、Ｒｘ周波数で動作し、且つこの例では周波数変換を提供しなくてよい。
ＬＨＣＰ及びＲＨＣＰの両セクションからのＲｘ ＢＦＮ７１０－ａのＫ個の出力は、Ｋ個の信号経路ハードウェアセクションを通して供給され得る。いくつかの実施形態では、同じ数の経路をそれぞれ利用可能な偏波（例えば、ＬＨＣＰ及びＲＨＣＰ）に使用するが、概して、各偏波の受信信号に接続された異なる数の経路があり得る。ベントパイプアーキテクチャの各経路は、一般に、周波数変換プロセス、フィルタリング及び選択可能なゲイン増幅からなる。他の処理の形態（例えば、復調、再変調又は「再生」システムにおけるような受信した信号の作り直し）は、ベントパイプアーキテクチャを使用するときには実施されない。ベントパイプアーキテクチャでは、周波数変換は、アップリンク周波数のスポットビーム信号を例えば別個のダウンリンク周波数に変換する必要があり得る。フィルタリングは、一般的に、ダウンコンバータ前のプレフィルタリング及びダウンコンバータ後のポストフィルタリングからなり、及び送信される信号の帯域幅を設定するため並びに望まれないミキサーの相互変調積を除くために存在する。選択可能なゲインチャネル増幅器は、図７の例では、Ｋ個の経路のそれぞれに対して独立したゲイン設定を提供し得る。
ＬＨＣＰ及びＲＨＣＰの両セクションを含み得るＴｘ ＢＦＮ７１０－ｂは、Ｋ個の経路の出力信号から２×Ｌｔｘ個の出力を生成し得る。いくつかの実施形態では、ＬＨＣＰ受信スポットビーム１２５から得られる経路出力信号は、ＲＨＣＰ送信スポットビーム１２５での出力であり得、及び逆も同様である。他の実施形態では、ＬＨＣＰ受信スポットビーム１２５から得られる経路出力信号は、ＬＨＣＰ送信スポットビーム１２５に出力され得る。Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｂは、Ｔｘ周波数で動作し得、及びこの例では周波数変換を提供しない。Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｂの出力は、２×Ｌｔｘ個の高電力増幅器（ＨＰＡ）に送られる。各ＨＰＡの出力に接続された高調波フィルタ（ＨＦ）は、低域フィルタリングを実施して、例えばＨＰＡの出力から２次以上の高調波の抑制をもたらし得る。その後、高調波フィルタの出力（例えば、フィード素子Ｔｘ信号）は、Ｔｘフィードアレイアセンブリ１２７－ｄにおいて２×Ｌｔｘ個のフィード素子１２８－ｄに入力され得る。各ＨＰＡ及び高調波フィルタは、関連のＴｘフィード素子１２８－ｄの近くに置かれて、損失を最小限にし得る。理想的には、ＨＰＡ／ＨＦは、最適な放射電力を生じ得るＴｘフィード素子１２８－ｄに直接取り付けられ得る。
図７に示すように、別個の反射器（例えば、反射器１２２－ｃ及び１２２－ｄ）及び別個のフィードアレイアセンブリ（例えば、フィードアレイアセンブリ１２７－ｃ及び１２７－ｄ）がＴｘ及びＲｘスポットビーム１２５に使用され得る。しかしながら、上述の通り、いくつかの実施形態では、単一の反射器１２２及び単一のフィードアレイアセンブリ１２７を使用して、Ｔｘ及びＲｘの両機能を実施し得る。これらの実施形態では、各フィード素子１２８は、Ｔｘに１つ及びＲｘに１つの２つのポートを含み得る。２つの偏波を使用するシステムでは（例えば、ＲＨＣＰ及びＬＨＣＰ）、４ポートのフィード素子（Ｔｘに２つ及びＲｘに２つ）が含まれ得る。許容可能なＴｘとＲｘとの隔離を維持するために、そのような単一の反射器１２２のアプローチは、フィード素子１２８のいくつか又は全て内でダイプレクサー又は他のフィルタリング要素も利用し得る。これらのフィルタリング要素はＲｘバンドを通過し得る一方、Ｔｘバンドにおいて抑制し得る。フィード素子１２８の数の増加及びＢＦＮ７１０に関する位相整合条件は、このアプローチの実施をより複雑にし得るが、複数の反射器１２２及び複数のフィードアレイアセンブリ１２７と関連するコストを削減し得る。
いくつかの実施形態では、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ａ、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｂ又はそれらの両方は、時間変動するビーム重みセットを使用して、時間が経つにつれて、受信スポットビームカバレッジエリアロケーション、送信スポットビームカバレッジエリアロケーション又はそれらの両方をホップし得る。これらのビーム重みセットは、ビーム重みプロセッサ（ＢＷＰ）７１４に記憶され得る。ＢＷＰ７１４は、適切な時点に適切なビーム重みを生成するための制御論理も提供し得る。ＢＷＰ７１４は、トラフィックデータの帯域内又はそれ自体のアンテナアセンブリ１２１及び送受信機の帯域外であり得る双方向データリンク７１６を介して接地され得る。双方向データリンク７１６は、図７の例では双方向として示され、正しいビームフォーミング重みセットがＢＷＰ７１４によって受信されたことを保証し得る。そのようなものとして、エラー検出及び／又は再送信要求を含む訂正技術は、双方向リンクを使用して支援され得る。他の実施形態では、一方向リンクがエラー検出及び／又は訂正と一緒に使用される。いくつかの実施形態では、初期のビームフォーミング重みセットは、打ち上げ前にＢＷＰ７１４のメモリにロードされ得る。
データリンク７１６は、例えば、事前計算されたビーム重みを受信し且つそのような重みをＢＷＰ７１４に配信するために使用され得る。いくつかの実施形態では、ビーム重みは、地上で、ネットワーク管理エンティティ又はネットワークオペレーションセンター（ＮＯＣ）などのネットワーク装置１９９において生成され得る。Ｋ個のＴｘ及びＲｘビームのそれぞれの所望のロケーションは、ネイティブなフィード素子パターン２１０と一緒に、ビーム重み値を生成するために使用され得る。所望のスポットビームカバレッジエリアロケーション条件を考慮して、適切なビーム重みを生成するための技術がいくつかある。例えば、１つのアプローチでは、ビーム重みは、非リアルタイムで、地上で生成され得る。その後、ダイナミック重みがデータリンク７１６によってＢＷＰ７１４にアップロードされてから、ダイナミックにＢＦＮに適用されて、Ｒｘアップリンク及びＴｘダウンリンクの両方でホッピングビームを生じ得る。
データリンク７１６のダウンリンク部分を使用して、ＢＦＮ７１０のステータスを報告し、且つアップリンクされたビーム重みを正しく受信したことの確認を提供し得る。ビーム重みセットの正しい受信は、例えば従来のＣＲＣコードの使用によって決定され得る。ＣＲＣのチェックの失敗によって示されるような間違った受信の場合、例えばビーム重みセットのアップリンク送信（又は間違っている若しくは無効であると思われたビーム重みセットの部分）が再送信され得る。いくつかの実施形態では、このプロセスは、地上局とＢＷＰ７１４との間の自動再送要求ＡＲＱ再送信プロトコル（例えば、ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｒｅｐｅａｔ ＡＲＱ、ｓｔｏｐ－ａｎｄ－ｗａｉｔ ＡＲＱ、又はｇｏ－ｂａｃｋ－Ｎ ＡＲＱ、又は任意の他の好適な再送信、エラー検出、又はエラー訂正プロトコルなど）によって制御され得る。
概して、衛星アーキテクチャ７００は、Ｋ個の一般的なホッピング経路に提供される。各経路は、機能的に、例えばフィルタリング、周波数変換、増幅などの１つ以上の信号調節を提供するエレクトロニクス及び回路によって一緒に接続されているＲｘスポットビーム１２５及びＴｘスポットビーム１２５からなる。経路は、それぞれハブ－スポーク構成又はメッシュ構成において使用され得るベントパイプ応答機として表され得る。例えば、メッシュ構成を備える一実施形態では、経路は、衛星を介して第１の複数の端末と第２の複数の端末との間で信号を伝える。本明細書で説明するシステム及び方法によれば、各経路のための終点（例えば、Ｔｘスポットビームカバレッジエリアロケーション及びＲｘスポットビームカバレッジエリアロケーション）は、ダイナミック及びプログラム可能であり得、かなり柔軟な衛星通信アーキテクチャを生じる。
図８は、本開示の態様による、一方の偏波の例示的なＲｘ ＢＦＮ７１０－ｃのブロック図８００を示す。受信ＢＦＮ７１０－ｃは、Ｌｒｘ個のフィード素子１２８からフィード素子Ｒｘ信号を取り込み得、及びＫｐ個のＬＨＣＰ及びＲＨＣＰ形成スポットビーム１２５のスポットビーム信号を出力として提供する。この例では、Ｋｐ＝Ｋ／２個のＬＨＣＰ受信スポットビーム１２５及びＫ／２個のＲＨＣＰ受信スポットビーム１２５があるが、他の実施形態では各偏波の異なる数の受信スポットビーム１２５が使用され得る。
フィード素子１２８からの各フィード素子Ｒｘ信号は、最初に、スプリッター８０２を経由して、各スポットビーム１２５に対して１つずつの、Ｋ個の同一のコピーに分けられる。その後、Ｋｐ個並列のビームフォーマが実現される。各ビームフォーマは、いくつかあるコンポーネントの中で特に、振幅及び位相調整回路部品８０４並びに加算器８０６を含み得る。各例の振幅及び位相調整回路部品８０４がＬｒｘ個のスプリッターの１つから入力信号を受け取り、且つ信号に振幅及び位相調整をもたらし得る（例えば、Ｒｘスポットビーム１２５と関連する受信ビームフォーミング重みベクトルの受信ビーム重みを介して）。その後、Ｌｒｘ個の振幅及び位相調整信号は、加算器８０６を使用して加算されて、１つの形成されたスポットビーム１２５からスポットビーム信号を生じ得る。その後、各Ｒｘスポットビーム信号は、本明細書で説明するようなＫｐ個の独立信号経路の１つに供給され得る。アンテナアセンブリ１２１の経路１のＲｘスポットビーム信号を生じるために使用されるビームフォーミングベクトル係数は、図８に破線８０８で示してある。
信号の振幅及び位相の調整のプロセスは、複素数（例えば、複素重み）による信号の複素ベースバンド表示の乗算として数学的に説明され得る。複素数をｗ＝Ｉ＋ｊＱとして表して、ｗの大きさは、振幅調整であり、及びｗの位相は、位相調整である。実際、振幅及び位相調整は、いくつかの方法で実現され得る。フェーズドアレイアンテナアセンブリ１２１における２つの一般的な技術は、入力としてＩ値及びＱ値を取るベクトル乗算回路及び独立した位相及び振幅調整機構を有し且つ入力として所望の振幅及び位相調整を取る回路である。Ｉ＋ｊＱを複素数ｗの直角座標及び振幅／位相を複素数ｗの極座標と認識する必要がある。Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｃは、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｃの両半分においてＫ個のビームフォーマのそれぞれにダイナミックで（変化する）且つプログラムマブルな複素ビーム重み値を提供し得る。実際、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｃは、一般的に、Ｒｘ ＢＦＮ機能（例えば、スプリッティング、重み付け及び結合）を実行するために使用される装置の挿入損失のいくつか又は全てを考慮するためにＲｘ ＢＦＮ構造内に増幅段を有し得る。
Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｃの信号処理は、アナログ及び／又はデジタル信号ドメインで実行され得る。例えば、信号処理がデジタルドメインでＲｘ ＢＦＮ７１０－ｃによって実行されるとき、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｃは、１つ以上のアナログデジタル変換器（例えば、Ｌｒｘ個のフィード素子Ｒｘ信号をデジタルドメインに変換する）を含み得る。他の例では、フィード素子１２８のそれぞれは、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｃにデジタル信号を提供するそれ自体のアナログデジタル変換器と関連し得る。デジタルドメイン処理を含む様々な例では、経路ハードウェアは、スポットビーム信号をデジタルドメインで提供し得るか、又は経路ハードウェアのスポットビーム信号をアナログドメインに変換する１つ以上のデジタルアナログ変換器を含み得る。他の例では、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｃの信号処理は、全体的にアナログドメインで実施され得、Ｌｒｘ個のフィード素子信号がアナログドメインで受信されるようにし、及び処理済み信号は、アナログドメインにスポットビーム信号を提供する経路ハードウェアによってアナログドメインに留まる。
図９は、本開示の態様による、フィード形成ネットワーク（ＦＦＮ）と言及され得る一方の偏波の例示的なＴｘ ＢＦＮ７１０－ｄのブロック図９００を示す。Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｄは、Ｋｐ個の信号経路（例えば、Ｋ／２個のＬＨＣＰ及びＫ／２個のＲＨＣＰ経路）からの信号を取り込み、且つフィード素子Ｔｘ信号をＬｔｘ個のフィード素子１２８のそれぞれに提供する。経路からの各入力信号は、最初に、スプリッター９０２を経由して、各フィード素子１２８に対して１つずつの、Ｌｔｘ個の同一のコピーに分けられる。その後、Ｌｔｘ個並列の「フィードフォーマ」が実現される。各フィードフォーマは、振幅及び位相調整回路部品９０４及び加算器９０６を含み得る。振幅及び位相調整回路部品９０４は、Ｋｐ個のスプリッターの１つから入力スポットビーム信号を受け取り、及び振幅及び位相調整を提供し得る（例えば、Ｔｘスポットビーム１２５と関連する送信ビーム重みベクトルの送信ビーム重み付けを介して）。その後、Ｌｔｘ個の振幅及び位相調整されたフィード素子Ｔｘコンポーネント信号が加算器９０６を使用して加算されて、１つのフィード素子１２８による送信のためにフィード素子Ｔｘ信号を生じる。
信号の振幅及び位相の調整プロセスは、複素数（例えば、複素重み）による信号の複素ベースバンド表示の乗算であると数学的に説明され得る。複素数をｗ＝Ｉ＋ｊＱと表して、ｗの大きさは、振幅調整であり、及びｗの位相は、位相調整である。実際、振幅及び位相調整は、いくつかの方法で実現され得る（例えば、図８に関して上述したように）。衛星の経路１のＴｘスポットビーム１２５を形成するために使用される最初及び最後のビームフォーミングベクトル係数は、破線９０８で示してある。残りの係数は、図９の例に明示されていない。
Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｄの信号処理は、アナログ及び／又はデジタル信号ドメインで実行され得る。例えば、信号処理がＴｘ ＢＦＮ７１０－ｄによってデジタルドメインで実行されるとき、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｄは、１つ以上のアナログデジタル変換器（例えば、Ｋ個のスポットビーム信号をデジタルドメインに変換する）を含み得る。他の例では、Ｋ個のスポットビーム信号のそれぞれは、経路ハードウェアによってＴｘ ＢＦＮ７１０－ｄにデジタル信号として提供され得る。デジタルドメイン処理を含む様々な例では、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｄは、デジタルドメインでＬｔｘ個のフィード素子Ｔｘ信号を提供し得る（例えば、関連のデジタルアナログ変換器によってそれぞれのフィード素子１２８においてアナログ信号に変換されるように）か、又はフィード素子Ｔｘ信号をアナログドメインに変換する１つ以上のデジタルアナログ変換器を含み得る。他の例では、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｄの信号処理は、全体的に、アナログドメインで実行され得、Ｋ個のスポットビーム信号がアナログドメインで受信されるようにし、及びアナログドメインでＬｔｘ個のフィード素子信号を提供するビームフォーミングハードウェアにより、処理済みの信号がアナログドメインに留まるようにする。
Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｃに関して上述したように、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｄは、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｄにあるＫ個のフィードフォーマのそれぞれにダイナミックで（変化する）且つプログラムマブルな複素ビーム重み値を提供し得る。実際、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｄは、Ｔｘ ＢＦＮ構造内に増幅段を有して、Ｔｘ ＢＦＮ機能（例えば、スプリッティング、重み付け及び結合）を実行するために使用される装置の挿入損失のいくつか又は全ても構成し得る。
図１０は、本開示の態様による、フォワードリンク信号送信のためのＧＢＢＦのための実例となるシステム１０００のブロック図を示す。システム１０００のコンポーネントは、地上セグメント１０２－ａ（例えば、アクセスノード端末１３０、ネットワーク装置１４１などを含む）と宇宙セグメント１０１－ａ（例えば、通信衛星１２０－ｂを含む）との間で分配され得、及び地上セグメントにおける送信ビームフォーミングネットワークの実施の例を示す。
システム１０００の地上セグメント１０２－ａは、入力として、１つ以上のユーザ端末１５０を送信先とする通信サービストラフィック１００５を受信し得る。通信サービストラフィック１００５は、１つ以上のネットワーク１４０から、１つ以上のネットワーク装置１４１から、及び／又は１つ以上のアクセスノード端末１３０から受信され得る。通信サービストラフィック１００５は、通信サービストラフィック１００５の複数の部分を１つ以上のスポットビーム１２５に割り当て得る１つ以上のトラフィックマネージャ１０２０に提供され得る。トラフィックマネージャ１０２０は、目標装置の位置情報を有し得、及びスポットビームカバレッジエリア１２６に対する意図した目標装置（例えば、標的ユーザ端末１５０）のロケーションに基づいて通信サービストラフィック１００５の複数の部分をスポットビーム１２５に割り振り得る（例えば、所与の目標装置のための通信サービストラフィック１００５を、対応するスポットビームカバレッジエリア１２６内にその所与の目標装置が置かれているスポットビーム１２５に割り振る）。様々な例では、システム１０００の地上セグメント１０２－ａは、全ての通信サービストラフィック１００５に対してトラフィックマネージャ１０２０を有し得る（例えば、ネットワーク管理エンティティ又は他のネットワーク装置１４１において）か、又はシステム１０００の地上セグメント１０２－ａは、分散した複数のトラフィックマネージャ１０２０を有し得る（例えば、複数のアクセスノード端末１３０と同一場所に配置される）。
トラフィックマネージャ１０２０は、様々な目標装置を送信先とする通信サービストラフィック１００５の複数の部分を含むＫ個のＴｘスポットビーム信号１０２５を生成し、ここで、Ｋは、システム１０００によって同時に支援されるスポットビーム１２５の数であり得る。Ｔｘスポットビーム信号１０２５は、別個のデジタル又はアナログハードウェア経路（例えば、図７を参照して説明するようなＫ信号経路ハードウェアセクション）によって提供され得るか、又はソフトウェアに組み込まれた論理チャネルであり得る。Ｔｘスポットビーム信号１０２５は、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｅに提供され得、これは、トラフィックマネージャ１０２０と同一場所に配置され得る（例えば、ネットワーク装置１４１に、又はトラフィックマネージャ１０２０を含むアクセスノード端末１３０に）か、又は地上セグメント１０２－ａの別の装置に置かれ得る（例えば、トラフィックマネージャ１０２０を含まない送信用アクセスノード端末１３０）。
Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｅは、本明細書で説明するようなＴｘ ＢＦＮ７１０の例であり得ると共に、Ｋ個のスポットビーム信号経路と送信装置、例えばアクセスノード端末１３０との間に結合され得る。Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｅは、Ｌｔｘ個のフィード素子コンポーネント信号１０２８を生成し、ここで、Ｌｔｘは、通信サービスのフォワードリンク送信を支援するために通信衛星１２０－ｂによって使用されるアンテナフィード素子１２８の数であり得る。Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｅは、ＢＷＰ７１４－ａからビームフォーミング重みセット１０２７を受信し、及びビーム重みを、受信したＴｘスポットビーム信号１０２５に適用して、フィード素子コンポーネント信号１０２８を生成し、これは、それぞれのスポットビーム１２５を形成するために使用され得る。ＢＷＰ７１４－ａは、ビームホッピング構成のタイムスロットに従ってビーム重みを適用すること、ネイティブなアンテナパターンに従う調整、通信衛星１２０－ｂの軌道位置に従う調整及びこれらの組み合わせを含め、本明細書で説明する技術の何れかに従ってビームフォーミング重みセット１０２７を提供し得る。
ビーム重みを適用してそれぞれのフィード素子コンポーネント信号１０２８を生成するプロセスは、図９を参照して説明したフィード素子Ｔｘ信号を生成するためのプロセスと同様であり得る。しかしながら、フィード素子コンポーネント信号１０２８は、地上セグメント１０２－ａのフィード素子によって直接送信されないため、フィード素子コンポーネント信号１０２８は、宇宙セグメント１０１－ａの通信衛星１２０－ｂによって送信されるものと同じ特性（例えば、周波数、偏波、時点同期など）を有する必要はない。むしろ、フィード素子コンポーネント信号１０２８は、宇宙セグメント１０１－ａの通信衛星１２０－ｂによって送信されるフィード素子Ｔｘ信号（例えば、フィード素子Ｔｘ信号１０８５）を生成するために後に使用され得る方法でフォーマット化される必要があるにすぎない。
フィード素子コンポーネント信号１０２８は、マルチプレクサー１０３０に提供され得、フィード素子コンポーネント信号１０２８を組み合わせて、多重化アップリンク信号１０３５を生成し得る。マルチプレクサー１０３０は、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｅと同一場所に配置され得る（例えば、ネットワーク装置１４１又はアクセスノード端末１３０において）か、又は地上セグメント１０２－ａの別の送信装置に置かれ得る（例えば、送信用アクセスノード端末１３０）。フィード素子コンポーネント信号１０２８は、周波数分割多重化、時分割多重化、符号分割多重化又は分離できるようにフィード素子コンポーネント信号１０２８の情報の通信を支援する多重化の任意の他の形態において組み合わせられ得る。多重化アップリンク信号１０３５は、地上セグメント１０２－ａの送信機１０４０に提供され得、これは、図１を参照して説明したアクセスノード端末アンテナシステム１３１の例であり得る。送信機１０４０は、フィーダアップリンク信号１０４５内の多重化アップリンク信号１０３５を（例えば、アクセスノード端末アンテナ１３１などを介して）通信衛星１２０－ｂに送信する。
通信衛星１２０－ｂは、アンテナ（例えば、アンテナアセンブリ１２１又は別のタイプのアンテナ）を介して、受信機１０６０においてフィーダアップリンク信号１０４５を受信する。受信機１０６０は、復調、ダウンコンバージョン（例えば、中間周波数又はベースバンド周波数などに）を含む様々な動作を実行して、受信多重化アップリンク信号１０６５を生成し得る。受信多重化アップリンク信号１０６５は、デマルチプレクサー１０７０に提供され得、これは、受信多重化アップリンク信号１０６５をＬｔｘ個のフィード素子Ｔｘコンポーネント信号１０７５に分離し、ここで、Ｌｔｘは、フォワードリンク信号を送信するためにアンテナアセンブリ１２１－ｅによって使用されるフィードアレイアセンブリ１２７－ｅのフィード素子１２８－ｅの数である。デマルチプレクサー１０７０は、周波数分割デマルチプレクシング、時分割デマルチプレクシング、符号分割デマルチプレクシング又は受信多重化アップリンク信号１０６５からフィード素子Ｔｘコンポーネント信号１０７５を分離できる任意の他のデマルチプレクシングを支援し得る。
いくつかの例では、通信衛星１２０－ｂは、２つ以上の受信機１０６０を有し得、これらは、それぞれ異なるフィーダアップリンク信号１０４５と関連し得、及び各受信機１０６０は、別個のデマルチプレクサー１０７０と関連し得る。いくつかの例では、異なるフィーダアップリンク信号１０４５は、地上セグメント１０２－ａの別個のアクセスノード端末１３０によって送信され得、及び異なるフィーダアップリンク信号１０４５は、異なる組のスポットビーム１２５と関連し得る。例えば、各フィーダアップリンク信号１０４５は、ＧＢＢＦアーキテクチャによって支援されるスポットビームのサブセットのためのＴｘコンポーネント信号１０７５を含み得る。一例では、各フィーダアップリンク信号１０４５は、本明細書で説明したような特定の「色」と関連する（例えば、フィーダアップリンク信号１０４５及び１０４５－ａは、互いに異なる色であるか又は他に互いに直交する）。他の例では、各フィーダアップリンク信号１０４５は、異なる組のスポットビームに対応するＴｘコンポーネント信号１０７５と関連する（例えば、周波数及び偏波が直交又は非直交であり得る）。例えば、通信衛星１２０－ｂは、第２の受信機１０６０－ａと、第２の組のフィード素子Ｔｘコンポーネント信号１０７５－ａを提供し得る第２のデマルチプレクサー１０７０－ａとを含み得る。様々な例では、受信機１０６０及び追加的な受信機１０６０（例えば、受信機１０６０－ａ）は、別個のアンテナ（例えば、別個のアンテナアセンブリ１２１）と関連し得るか、又は同じアンテナの別個の部分と関連し得る。
いくつかの例では、フィード素子Ｔｘコンポーネント信号１０７５の組は、それぞれの各フィード素子１２８に対して、複数の加算器１０８０（例えば、図示の通り、フィード素子１２８－ｅ－１～１２８－ｅ－Ｌｔｘと関連する加算器１０８０－ａ－１～１０８０－ａ－Ｌｔｘ）によって第２の組のフィード素子Ｔｘコンポーネント信号１０７５－ａと組み合わせられ得る。加算器１０８０は、フィード素子Ｔｘ信号１０８５の組を送信のためのフィードアレイアセンブリ１２７－ｅに提供し得る。単一のアクセスノード端末１３０から単一のフィーダアップリンク信号１０４５を受信する単一の受信機１０６０の例では、フィード素子Ｔｘコンポーネント信号１０７５は、本明細書で説明したフィード素子Ｔｘ信号１０８５と実質的に等しいことができる。いくつかの例では、フィード素子Ｔｘ信号１０８５は、デマルチプレクサー１０７０、加算器１０８０及び／又はフィード素子Ｔｘ信号１０８５を提供するための任意の他のコンポーネントを含む通信衛星１２１－ｅの信号プロセッサ（例えば、アナログ信号プロセッサ又はデジタル信号プロセッサ）の出力であり得、この信号プロセッサは、専用の送信信号プロセッサであり得るか、又は受信信号プロセッサとコンポーネントを共有し得る（例えば、図１１の例示的なシステム１１００を参照して説明する信号プロセッサ）。他の例では、各フィーダアップリンク信号１０４５は、異なる組のＴｘ素子１２８－ｅのためのＴｘコンポーネント信号１０７５と関連する。この例では、ＧＢＢＦシステム１０００は、加算器１０８０を含まず、及びＴｘコンポーネント信号１０７５は、フィード素子１２８－ｅの第１のサブセットと結合される一方、Ｔｘコンポーネント信号１０７５－ａは、フィード素子１２８－ｅの第２のサブセットと結合される。
フィード素子Ｔｘ信号１０８５は、フィードアレイアセンブリ１２７－ｅのフィード素子１２８（例えば、フィード素子１２８－ｅ－１～１２８－ｅ－Ｌｔｘ）に提供され得、これは、電気フィード素子Ｔｘ信号１０８５をフィード素子信号送信１０９５の電磁波エネルギーに変換し得るため、様々な目標装置に届く通信サービストラフィック１００５を提供する。Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｅによってＴｘスポットビーム信号１０２５に適用されるビームフォーミングの結果、フィード素子信号送信１０９５は、スポットビーム１２５を形成し、及び関連のスポットビームカバレッジエリア１２６内に置かれた目標装置に届き得る。そのため、通信衛星１２０－ｂは、地上セグメント１０２－ａによって割り振られたスポットビーム１２５及び地上セグメント１０２－ａにおいて適用されたビームフォーミング重みセット１０２７に従って、フィード素子１２８－ｅを介して通信サービストラフィック１００５を送信し得る。地上セグメント１０２－ａにおいてそのようなビームフォーミングを実行することにより、通信衛星１２０－ｅは、通信衛星１２０（例えば、図７を参照して説明した通信衛星１２０－ａ）においてビームフォーミングを実行する通信衛星１２０よりも複雑でなくなり得る。ＧＢＢＦによって提供されたこの複雑さの減少により、ＯＢＢＦを実行する通信衛星と匹敵するサービスを提供しながら、例えば衛星展開重量、衛星コスト、衛星消費電力を削減し、及び／又は衛星故障モードを減少し得る。
図１１は、本開示の態様による、リターンリンク信号送信のためのＧＢＢＦのための実例となるシステム１１００のブロック図を示す。システム１１００のコンポーネントは、地上セグメント１０２－ｂ（例えば、アクセスノード端末１３０、ネットワーク装置１４１などを含む）と、宇宙セグメント１０１－ｂ（例えば、通信衛星１２０－ｃを含む）との間で分配され得、及び地上セグメントに受信ビームフォーミングネットワークを実装する例を示す。いくつかの例では、地上セグメント１０２－ｂは、図１０を参照して説明したような地上セグメント１０２－ａとコンポーネントを共有し得る（例えば、共通のアクセスノード端末１３０においてフォワードリンク及びリターンリンクのためのＧＢＢＦを支援する、共通のトラフィックマネージャ１０２０又は１１２０を共有するなど）。同様に、いくつかの例では、宇宙セグメント１０１－ｂは、図１０を参照して説明したような宇宙セグメント１０１－ａとコンポーネントを共有し得る（例えば、同じ通信衛星１２０でのフォワードリンク及びリターンリンク通信を支援する）。他の例では、別個の通信衛星がフォワードリンク及びリターンリンク通信に使用され得る（例えば、フォワードリンク通信のための通信衛星１２０－ｂ及びリターンリンク通信のための異なる通信衛星１２０－ｃ）。
システム１１００の宇宙セグメント１０１－ｂは、通信サービスのリターンリンク通信信号１１９５を受信し（例えば、通信衛星１２０－ｃのアンテナアセンブリ１２１－ｆにおいて）、及び通信サービストラフィック１１０５と関連し得、ここで、リターンリンク通信信号１１９５は、１つ以上のソースデバイス（例えば、ユーザ端末１５０）によって送信されている。リターンリンク通信信号１１９５は、フィードアレイアセンブリ１２７－ｆの複数のアンテナフィード素子１２８－ｆ（例えば、フィード素子１２８－ｆ－１～１２８－ｆ－Ｌｒｘ）で受信され、及び電磁波エネルギーからＬｒｘ個の電気フィード素子Ｒｘ信号１１８５に変換され得、ここで、Ｌｒｘは、リターンリンク通信の受信に使用されたフィード素子１２８－ｆの数である。いくつかの例では、リターンリンク通信に使用されるフィードアレイアセンブリ１２７－ｆは、フォワードリンク通信に使用されるフィードアレイアセンブリ１２７とコンポーネントを共有し得る（例えば、図１０を参照して説明したように、フィードアレイアセンブリ１２７－ｅと共通のフィード素子１２８において送受信機を使用する）。他の例では、リターンリンク通信に使用したフィードアレイアセンブリ１２７－ｆは、全体的に、フォワードリンク通信に使用したフィードアレイアセンブリ１２７と異なるアセンブリであり得る（例えば、図１０を参照して説明したように、受信のためのフィードアレイアセンブリ１２７－ｆは、送信のためのフィードアレイアセンブリ１２７－ｅとは別である）。
リターンリンク通信信号１１９５の様々なコンポーネントは、リターンリンクサービスカバレッジエリア４１０の様々なロケーションから複数のソースデバイスによって送信されたであり得るが、リターンリンク通信信号１１９５のコンポーネントは、依然として特定のスポットビーム１２５と関連していない。むしろ、リターンリンク通信信号１１９５は、特定の周波数及び／又は偏波の信号が特徴的な位相及び／又は振幅オフセットを有し得るように、それぞれのフィード素子１２８－ｆ－１～１２８－ｆ－Ｌｒｘによって受信され得、これらのオフセットは、リターンリンク送信１０９５の特定のコンポーネントが何れの方向から送信されたかを決定するために使用され得、それにより、リターンリンク送信１０９５の特定のコンポーネントを特定のスポットビーム１２５と関連させ、且つ信号受信に空間的な直交度を与える。受信ビームフォーミングの計算は、通信衛星１２０－ｃで実行されないため、フィード素子Ｒｘ信号１１８５は、別々の形態に維持され（例えば、別々のワイヤリングによって）、及びマルチプレクサー１１７０に提供される。
いくつかの例では、マルチプレクサー１１７０は、フィード素子Ｒｘ信号１１８５を組み合わせて多重化ダウンリンク信号１１６５を生成し得、これが送信機１１６０に提供される。フィード素子Ｒｘ信号１１８５は、周波数分割多重化、時分割多重化、符号分割多重化又はフィード素子Ｒｘ信号１１８５の情報の通信を分離可能な方法で支援する任意の他の形態の多重化によって組み合わせられ得る。いくつかの例では、図１０を参照して説明したように、リターンリンク通信に使用されるマルチプレクサー１１７０は、フォワードリンク通信に使用されるデマルチプレクサー１０７０とコンポーネントを共有し得、及び他の例では、マルチプレクサー１１７０及びデマルチプレクサー１０７０は、全体的に、通信衛星１２０の別個のコンポーネントであり得る（例えば、別個の信号処理チェーン）。いくつかの例では、多重化ダウンリンク信号１１６５は、スプリッター１１８０、マルチプレクサー１０７０及び／又は多重化ダウンリンク信号１１６５を提供する他のコンポーネントを含む、通信衛星１２１－ｆの信号プロセッサ（例えば、アナログ信号プロセッサ又はデジタル信号プロセッサ）の出力であり得、これは、専用の受信信号プロセッサであり得るか、又は送信信号プロセッサとコンポーネントを共有し得る（例えば、図１０の実例となるシステム１０００を参照して説明した信号プロセッサ）。
通信衛星１２０－ｃは、多重化ダウンリンク信号１１６５を、送信機１１６０を介して（例えば、アンテナアセンブリ１２１又は別のタイプのアンテナによって）、フィーダダウンリンク信号１１４５で地上セグメント１０２－ｂに送信する。いくつかの例では、リターンリンク通信に使用される送信機１１６０は、フォワードリンク通信に使用される受信機１０６０とコンポーネントを共有し得る（例えば、共通のアンテナの送受信機を使用する）。他の例では、リターンリンク通信に使用される送信機１１６０は、全体的に、フォワードリンク通信に使用される受信機１０６０と異なるアセンブリであり得る（例えば、別個のアンテナアセンブリ１２１を使用する、共通の反射器を共有する別個の送信機及び受信機を使用するなど）。
いくつかの例では、通信衛星１２０－ｃは、フィード素子Ｒｘ信号１１８５をフィード素子Ｒｘコンポーネント信号１１７５に分割して、複数のマルチプレクサー１１７０（例えば、第１のマルチプレクサー１１７０及び第２のマルチプレクサー１１７０－ａ）に供給するスプリッター１１８０－ａを含み得る。スプリッター１１８０－ａは、フィード素子Ｒｘ信号１１８５を、例えば本明細書で説明したように異なる色と関連し得る異なる周波数又は偏波のコンポーネントに分割し得る。いくつかの例では、第２のマルチプレクサー１１７０－ａは、第２の送信機１１６０－ａに提供され得る第２の多重化ダウンリンク信号１１６５－ａを生成し得る（いくつかの例では、送信機１１６０及び１１６０－ａは、同じ送信機を使用し得るか、又は他に共通の送信機１１６０のコンポーネントを共有し得るものの）。第２の送信機１１６０－ａは、フィーダダウンリンク信号１１４５と異なる色と関連したフィーダダウンリンク信号であり得る第２のフィーダダウンリンク信号１１４５－ａにおいて第２の多重化ダウンリンク信号１１６５－ａを送信し得る。いくつかの例では、異なるアクセスノード端末１３０は、異なる色の通信と関連し得るため、フィーダダウンリンク信号１１４５及び１１４５－ａは、異なるアクセスノード端末１３０に提供され得る。他の例では、異なるマルチプレクサー１１７０がフィード素子１２８－ｆの異なるサブセットと結合され得、異なるフィーダダウンリンク信号１１４５が、フィード素子１２８－ｆの異なるサブセットによって支援されるスポットビーム１２５と関連するようにする。
地上セグメント１０２－ｂは、アクセスノード端末アンテナシステム１３１の例であり得る受信機１１４０で入力としてフィーダダウンリンク信号１１４５を受信し得る。いくつかの例では、リターンリンク通信に使用される受信機１１４０は、フォワードリンク通信に使用される送信機１０４０とコンポーネントを共有し得る（例えば、共通のアクセスノード端末１３０の送受信機を使用する）。他の例では、リターンリンク通信に使用される受信機１１４０は、全体的に、フォワードリンク通信に使用される送信機１０４０と異なるアセンブリであり得る（例えば、同じアクセスノード端末１３０において別個のアクセスノード端末アンテナシステム１３１を使用する、アクセスノード端末アンテナシステム１３１の共通の反射器を共有する別個の送信機及び受信機を使用する、全体的に別個のアクセスノード端末１３０を使用するなど）。
受信多重化ダウンリンク信号１１３５は、デマルチプレクサー１１３０に提供され得、これは、受信多重化ダウンリンク信号１１３５をＬｒｘ個のフィード素子コンポーネント信号１１２８に分離する。デマルチプレクサー１０７０は、周波数分割デマルチプレクシング、時分割デマルチプレクシング、符号分割デマルチプレクシング又はフィード素子コンポーネント信号１１２８を受信多重化ダウンリンク信号１１３５から分離できる任意の他のデマルチプレクシングを支援し得る。いくつかの例では、図１０を参照して説明したように、リターンリンク通信に使用されるデマルチプレクサー１１３０は、フォワードリンク通信に使用されるマルチプレクサー１０３０とコンポーネントを共有し得、及び他の例では、デマルチプレクサー１１３０及びマルチプレクサー１０３０は、全体的に、通信衛星１２０の別個のコンポーネントであり得る（例えば、別個の信号処理チェーン）。それに続いて、デマルチプレクサー１１３０は、フィード素子コンポーネント信号１１２８をＲｘ ＢＦＮ７１０－ｆに提供し得る。
Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｆは、本明細書で説明したようなＲｘ ＢＦＮ７１０の例であり得、及び受信機１１４０とＫ個のスポットビーム信号経路との間に結合され得る。Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｆは、様々なソースデバイスから受信したような通信サービストラフィック１１０５の複数の部分を含むＫ個のＲｘスポットビーム信号１１２５を生成し、ここで、Ｋは、通信サービスのリターンリンク送信のためにシステム１１００によって同時に支援されるスポットビーム１２５の数であり得る。Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｆは、ＢＷＰ７１４－ｂからビームフォーミング重みセット１１２７を受信し、及びビーム重みをフィード素子コンポーネント信号１１２８に適用して、Ｒｘスポットビーム信号１１２５を生成し得る。ＢＷＰ７１４－ｂは、ビームホッピング構成のタイムスロットに従ってビーム重みを適用すること、ネイティブなアンテナパターンに従う調整、通信衛星１２０－ｃの軌道位置に従う調整、及びこれらの組み合わせを含む、本明細書で説明する技術の何れかに従ってビームフォーミング重みセット１１２７を提供し得る。
それぞれのＲｘスポットビーム信号１１２５を生成するためにビーム重みを適用するプロセスは、図８を参照して説明したＲｘスポットビーム信号を生成するプロセスと同様であり得る。しかしながら、フィード素子コンポーネント信号１０２８は、地上セグメント１０２－ｂのフィード素子によって直接受信されないため、フィード素子コンポーネント信号１１２８は、宇宙セグメント１０１－ｂの通信衛星１２０－ｃによって受信されるものと同じ特性（例えば、周波数、偏波、時点同期など）を有する必要はない。むしろ、フィード素子コンポーネント信号１０２８は、多重化／デマルチプレクシング、フィーダリンク送信及び／又はＲｘ ＢＦＮ７１０－ｆによる変換を容易にするように変換され得る。
それに続いて、Ｒｘスポットビーム信号１１２５は、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｆによってトラフィックマネージャ１１２０に提供され得る。Ｒｘスポットビーム信号１１２５は、別個のデジタル又はアナログハードウェア経路（例えば、図７を参照して説明したようなＫ個の信号経路ハードウェアセクション）によって提供され得るか、又はソフトウェアに組み込まれた論理チャネルであり得る。フィード素子コンポーネント信号１１２８に適用されたＲｘビームフォーミングの結果、リターンリンク通信信号１１９５のコンポーネントによって伝えられる情報は、別個のスポットビーム１２５に従って識別され得るため、関連のスポットビームカバレッジエリア１２６に従って通信信号を分離し、且つリターンリンクサービスカバレッジエリア４１０にわたる周波数受信の再使用を支援する。それに続いて、トラフィックマネージャ１１２０は、通信サービストラフィック１１０５を例えば１つ以上の他の装置及び／又はネットワーク、例えば図１を参照して説明したネットワーク１４０及び／又はネットワーク装置１４１に提供し得る。
そのため、トラフィックマネージャ１１２０は、地上セグメント１０２－ｂにおいて適用されたビームフォーミング重みセット１１２７によって形成されたＲｘスポットビーム１２５に従って通信サービスのリターンリンク信号を解釈し得る。地上セグメント１０２－ｂでそのような受信ビームフォーミングを実行することにより、通信衛星１２０－ｃは、通信衛星１２０（例えば、図７を参照して説明した通信衛星１２０－ａ）でビームフォーミングを実行する通信衛星１２０よりも複雑でないことができる。ＧＢＢＦによってもたらされたこの複雑さの低下は、ＯＢＢＦを実施する通信衛星と匹敵するサービスを提供しながら、例えば衛星展開重量、衛星コスト、衛星消費電力を削減し、及び／又は衛星故障モードを減少させ得る。
図１２は、例示的なビーム重みプロセッサ（ＢＷＰ）７１４－ｃを利用するシステム１２００のブロック図を示す。シングル又はマルチプルボードコンピュータ１２０２（又は均等物）を使用して、双方向データリンク（例えば、図７を参照して説明したデータリンク７１６）を一般にＮＯＣ（例えば、図１を参照して説明したようなネットワーク装置１４１）などの地上制御局である制御局とインターフェースし得る。一般的に、ＮＯＣは、遠隔計測追跡制御（ＴＴ＆Ｃ）局と異なるが、所望の場合、ＴＴ＆Ｃに実装され得る。ビーム重みは、全スポットビーム１２５及び全タイムスロットについて受信され得る。メモリに結合された１つ以上のプロセッサを含み得るコンピュータ１２０２は、制御局に送信するためのデータリンク送信機にフィードバックデータを提供するＡＲＱプロトコルを実装し得る。フィードバックデータは、アップリンクデータの受信の成功又は不成功の通知を含み得る。アップリンクデータは、例えば、ビーム重み、ドエルタイム、経路ゲイン、指令及び任意の他の好適なデータを含み得る。
ＢＷＰ７１４－ｃ又はその関連のハードウェアは、複数のビームフォーミング重みマトリクス（例えば、送信ビームフォーミング重みセット、受信ビームフォーミング重みセット又はそれらの組み合わせ）のための大容量記憶装置を提供し得る。ビームフォーミング重みマトリクスは、１つのタイムスロットの期間に全スポットビーム１２５を送信及び受信するために使用される全ビームフォーミング重みベクトルの組を含み得る。ビーム重みベクトルは、１つのタイムスロットの期間中に１つのスポットビーム１２５を生じるために使用される、一群となったＬｔｘ又はＬｒｘ個の個々の複素ビーム重みを含み得る。そのため、送信ビームフォーミング重みベクトルは、個々の複素送信ビーム重みを含む一方、受信ビームフォーミング重みベクトルは、個々の複素受信ビーム重みを含む。ビームフォーミング重みマトリクスは、一般的に、スポットビームカバレッジエリア１２６の所望のロケーションに基づいてビームホップフレームにおける各タイムスロットについて制御局で計算される（例えば、送信スポットビーム１２５、受信スポットビーム１２５又はそれらの両方の所望の方向）。ビームホップフレームは、一連のビームホップタイムスロットを含み得、各タイムスロットは、関連のドエルタイムを有している。ドエルタイムは、全スロットに対して固定され得るか、又はドエルタイムは、タイムスロットベースで可変であり得、ドエルタイムは、潜在的に、フレーム毎に変化する。一例では、ドエルタイムは、可変数のタイムスロットの持続時間であり得、ここで、各タイムスロットは、一定の持続時間である。別の例では、ドエルタイムは、１つ以上のタイムスロットの持続時間であり得、ここで、タイムスロットの持続時間は、変化し得る。
いくつかの実施形態では、ビームフォーミング重みセットは、ビームホッピングフレームの全タイムスロットの期間に全スポットビーム１２５を送信及び受信するために使用される全ビームフォーミング重みベクトルの組を含む。加えて又は代わりに、ビームホップフレーム定義は、ビームホップタイムスロットの連結リストを含み得る。連結リストアプローチでは、各タイムスロットのダイナミックなドエルタイムは、連結リストに簡単に組み込まれ得る。任意の他の好適なデータ構造もフレーム定義に使用され得る。ビームホップフレーム定義は、例えば、図７に示すように、各経路に選択可能なゲインチャネル増幅器を設定するための経路ゲインも含み得る。
ビームフォーミング重みセットアプローチを使用する例示的な通信衛星１２０では、少数（例えば、数十）のビームフォーミング重みセットが事前計算され、且つ通信衛星１２０にあるＢＷＰ７１４にアップロードされ得る。その後、これらのビームフォーミング重みセットは、何れのビームフォーミング重みセットを何れの時点で使用するかを指示する地上からの単一の指令により、いかなる時点でもオペレーションに切り替えられ得る。これにより、ＢＷＰ７１４にかなりの量の情報をアップロードする必要なく、ビームフォーミング重みセットの切り替えを可能にする。例えば、いくつかの実施形態では、２４個の完全なビームフォーミング重みセットは、事前計算され、アップロードされ、及びＢＷＰ７１４－ｃにおいて（例えば、メモリ１２０４に）記憶される。１時間に１度（又は任意の他の好適なスケジュールで）、異なるビームフォーミング重みセットがデータリンクを介してＢＷＰによって使用されるために選択され得る。これにより、スポットビームカバレッジエリア１２６及びトラックへの容量の割り当て、例えば毎日の又は２４時間ベースの需要の時間別変化を可能にする。
ビームフォーミング重みセットは、かなりの量のデータを含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、ビームフォーミング重みセットは、Ｌｔｘ＋Ｌｒｘ個のフィード素子１２８（例えば、１０２４）、×Ｋ個の経路（例えば、８０）、×Ｑ個のタイムスロット（例えば、６４）、×ビーム重み当たりに必要とされるビット数（例えば、Ｉには１２．６ビット及びＱには６ビット）に対応するデータを含み得る。例えば、図１２では、これは、合計して、１重みセット当たり約１６ＭＢのデータになる。衛星へのデータ及び指令アップリンクは、一般に非常に高速でないことがあり得る。１Ｍｂｐｓのデータリンクでも、１６ＭＢのビームフォーミング重みセットをアップロードするために１２８秒費やす。そのため、多くのビームフォーミング重みセットを非リアルタイムでプレローディングすることは、ＢＷＰ７１４が衛星に設置されているいくつかの適用例でより好都合であり得る。ＢＷＰ７１４が地上セグメント１０２の一部であるとき（例えば、図１０を参照して説明した地上セグメント１０２－ａ）、そのような考慮は、重要でないことがあり得る。
ＢＷＰ７１４－ｃに記憶したビームフォーミング重みセットの１つは、アクティブなビームフォーミング重みセットとして選択され、且つホッピング（ｈｏｐｐｅｄ）スポットビーム１２５の生成に使用され得る。このアクティブなビームフォーミング重みセットは、デュアルポートＲＡＭなどのメモリ１２０４に記憶され得、これにより、コンピュータ１２０２が次のアクティブなビームフォーミング重みセットをロードし、及び何らかの外部論理が現在のアクティブなビームフォーミング重みセットの個々のビームフォーミング重みベクトルに動的にアクセスできるようにする。その後、アクティブなビームフォーミング重みセットの個々のビームフォーミング重みベクトルは、順次論理１２０６の制御下で適切な時にビームフォーミング重みとして出力され得る。順次論理１２０６の例は、１タイムスロット当たり１増加するタイムスロットカウンタ１２０８を含み得る。タイムスロットカウンタ１２０８は、いくつかの実施形態では単純な６ビットのカウンタであり得、及び１フレーム当たり２６＝６４個のタイムスロットまでのフレームを取り扱い得る。カウンタ値は、ビームホッピングフレームのスロット数（例えば、１…６４）を表し得る。順次論理１２０６は、タイムスロットカウンタ１２０８の出力を取り、及び（１）メモリ１２０４の適切なアドレス、（２）ＢＦＮモジュールのラッチのアドレス、及び（３）データバスにビーム重みを置くための制御信号を生成し得る。その後、順次論理１２０６は、このデータをビームフォーミングモジュール１２１０内の適切なラッチにロードし、これは、ＢＦＮ７１０又はＢＷＰ７１４の何れかと同一場所に配置され得るか、又はその一部であり得る。
ビームフォーミングモジュール１２１０内において、データは、各ビームフォーミング重みベクトル内の全ビーム重みが同時に変化できるようにするためにダブルラッチされ得る。これは、タイムスロット境界と同期した全スポットビームのホッピングを保証し得る。データは、イネーブル信号に基づいて第１のラッチにロードされ得、イネーブル信号は、ＢＦＮ７１０又はＢＷＰ７１４の何れかと同一場所に配置され得るか又はその一部であり得るデコーダ１２１２によってラッチアドレスから復号される。その後、全データが、順次論理から、ストローブ信号と同期してデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器に同時にロードされ得る。ストローブは、順次論理１２０６内で生成されて、各タイムスロットの開始時に生じ得る。
図１２の例では、ＢＦＮモジュール内にいくつかのコンポーネントが示されている。このアプローチは、ＢＷＰ７１４とＢＦＮ７１０との間の接続数を減らし得るか又は最小にし得るために好都合であり得るが、他の考えられる実装例を使用し得る。例えば、相互接続信号は、４８ビットデータバス、ラッチアドレスバス及びストローブラインに制限され得る。４８ビットデータバスは、一度に４個の複素重みのローディングを可能にし得る（Ｉに対し６ビット＋Ｑに対し６ビット、×４個の重み＝４８ビットに基づいて）。この例では、合計Ｌ＝１０２４個のフィード素子×Ｋ＝８０個の経路×２（Ｔｘ及びＲｘに対し）、合計１６３，８４０個の複素重みがある。一度に４個の複素ビーム重みのローディングは、４０，９６０個のアドレス可能ロケーション又は１６ビットのラッチアドレスバスを必要とし、合計４８＋１６＋１＝６５ラインの相互接続を生じる。
いくつかの実施形態では、アドレスデコード、ラッチ及びＤ／Ａは、ＢＷＰ自体に組み込まれる。これは、ＢＦＮモジュールを単純にするが、必要な相互接続数を著しく増加させる。例えば、Ｌ＝１０２４個の素子×Ｋ＝８０個の経路×２（Ｔｘ及びＲｘに関し）×２（Ｉ及びＱ）＝３２７，６８０アナログ電圧（Ｄ／Ａ出力）ラインを使用する。
図１３Ａ～１３Ｃは、本開示の態様による、Ｋ＝４個の経路を有する通信衛星１２０の例を示す。
図１３Ａは、通信衛星１２０のペイロードの図１３００を示す。Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ（指定されたスポットビーム１２４）で始まり且つＰｉｔｔｓｂｕｒｇｈ（指定されたスポットビーム３１９）を送信先とするトラフィックを伝える例示的な経路に関する瞬間的な（例えば、タイムスロット）信号の流れが破線１３０２内に示されている。ＢＷＰ７１４－ｄは、係数を、例えば図８に示したように係数を適切な値に設定して、フェーズドアレイ受信アンテナアセンブリ１２１のＬＨＣＰフィード素子１２８を、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄスポットビーム１２５と関連するスポットビームカバレッジエリア１２６にフォーカスさせる。指定された受信スポットビームカバレッジエリア１２６内のアクセスノード端末１３０及び／又はユーザ端末１５０を含む端末は、ＬＨＣＰアンテナによって指定されたアップリンク周波数で同報通信する。これらの信号の受信バージョン（例えば、フィード素子Ｒｘ信号）は、処理されて、Ｒｘ ＢＦＮ７１０－ｇから経路１に出力され、その後、上述の通り処理する経路を通り抜ける。その後、経路１からの出力は、Ｔｘ ＢＦＮ７１０－ｉ（例えば、フィード形成ネットワーク）に入力される。ＢＷＰ７１４－ｄは、係数（例えば、図９を参照して説明したような）を適切な値に設定して、フェーズドアレイ送信アンテナのＲＨＣＰフィード素子１２８を、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈビームとして指定されるエリアにフォーカスさせる。指定された送信スポットビームカバレッジエリア１２６内にアクセスノード端末１３０及び／又はユーザ端末１５０を含む端末は、ＲＨＣＰアンテナで、指定されたダウンリンク周波数で受信する。
通信衛星１２０の観点では、アップリンク信号は、衛星の受信サービスカバレッジエリア４１０に設置された送信用ユーザ端末１５０から又は送信用アクセスノード端末１３０から通信衛星１２０によって受信される。ダウンリンク信号は、通信衛星１２０から、衛星の送信サービスカバレッジエリア４１０内に設置された受信用ユーザ端末１５０又は受信用アクセスノード端末１３０に送信される。地上器材（例えば、ユーザ端末１５０及びアクセスノード端末１３０）の観点では、受信サービスカバレッジエリア４１０及び送信サービスカバレッジエリア４１０は、逆にされ得る。
図１３Ｂは、例示的な通信衛星１２０の瞬間的な構成の構成表１３１０を示す。各行は、１つの経路に対応する。列１３１２は、経路の数１…Ｋを含む。列１３１６は、
１．英数字の列であり得る、アップリンク受信スポットビーム１２５の独自の呼称、
２．信号の移動方向を指示する、英数字の「矢印」、
３．同様に英数字の列であり得る、対応するダウンリンク送信スポットビーム１２５
を含む。これらの例では、経路は、典型的な業界の慣行に従う交差偏波であり得る。本明細書の例示的な通信衛星１２０の慣例は、第１のＫ／２経路は、ＬＨＣＰアップリンクスポットビーム１２５を受信し、及びＲＨＣＰダウンリンクスポットビーム１２５を送信する一方、第２のＫ／２経路は、ＲＨＣＰアップリンクスポットビーム１２５を受信し、及びＬＨＣＰダウンリンクスポットビーム１２５を送信することである。
図１３Ｃは、エリアマップ１３２０に重ねられた例示的なタイムスロットカバレッジエリアを示す。前述の通り、経路１は、ＣｌｅｖｅｌａｎｄからのＬＨＣＰアップリンク及びＰｉｔｔｓｂｕｒｇｈに至るＲＨＣＰダウンリンクを有する。通信衛星１２０は、この経路に対して示されているが、この図に示されている他の３つの経路に関して省略されている。例えば、経路３は、Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．からのＲＨＣＰアップリンク及びＣｏｌｕｍｂｕｓに至るＬＨＣＰダウンリンクを有し、及び図面では直線によって示されている。
ビームホッピングフレーム内の何れのタイムスロットにおいても、各スポットビーム１２５におけるフォワード容量は、地上器材の特性を含むリンク分析を実行することによって計算され得る。標準的なリンク分析を実行することにより、スポットビームカバレッジエリア１２６内の特定の点に対する、端から端までの搬送波対雑音＋干渉比Ｅｓ／（Ｎｏ＋Ｉｏ）を計算できる。端から端までの搬送波対雑音比Ｅｓ／Ｎｏは、一般に、熱雑音Ｃ／Ｉ、相互変調歪及びアップリンク及びダウンリンクの両方への他の干渉状態の影響を含む。結果として生じる端から端までのＥｓ／（Ｎｏ＋Ｉｏ）から、変調及び符号化は、容量を最大にする波形ライブラリから選択され得る。波形ライブラリの例は、ＤＶＢ－Ｓ２規格に含まれるが、任意の好適な波形ライブラリが使用され得る。選択された波形（変調及び符号化）は、スポットビームカバレッジエリア１２６内のその特定点に対する、ｂｐｓ／Ｈｚにおいて測定されたスペクトル効率を生じる。
ブロードキャストデータ配信のために、スペクトル効率は、スポットビームカバレッジエリア１２６内で最も不都合な点（例えば、ワーストリンクバジェット）で計算され得る。マルチキャストデータ配信では、スペクトル効率は、マルチキャスト群内の最も不都合なユーザのロケーションで計算され得る。ユニキャストデータ配信では、適応符号化変調（ＡＣＭ）が利用され得、ここで、スポットビームカバレッジエリア１２６内の各ロケーションに配信されたデータは、個別に符号化されて、スポットビームカバレッジエリア１２６内のその特定のロケーションのリンクバジェットに適合される。これは、ＤＶＢ－Ｓ２規格の場合である。ＡＣＭが利用されるとき、平均的なスペクトル効率も関連する。２００８年７月２１日出願のＭａｒｋ Ｊ．Ｍｉｌｌｅｒへの米国特許出願公開第２００９－００２３３８４号明細書に説明されているように（その全体が参照により本明細書に援用される）、平均的なスペクトル効率は、スポットビームカバレッジエリア１２６内の全てのロケーションに対してスペクトル効率の加重平均を計算することによって生成され得る。
その後、スポットビーム１２５内のリンク容量は、スペクトル効率（ｂｐｓ／Ｈｚ）と、スポットビーム１２５内の割り当てられたＢＷとの積として計算され得る。ビームホッピングフレームにおける１つのタイムスロット中の総容量は、タイムスロット中にアクティブである全てのスポットビーム１２５の容量の和である。総容量は、個々のビームホッピングフレームの容量の平均である。総容量を最大にするために、ビーム重みは、最大のアンテナ指向性を生じさせるために、全スポットビーム１２５及び全タイムスロットに対して設定され得る。同じタイムスロットにおいて形成され且つ同じ偏波及びスペクトルを使用するスポットビーム１２５は、Ｃ／Ｉを最大にする（従って他のスポットビーム１２５への干渉を最小にする）ために可能な限り遠方に離間される必要がある。これらの条件下では、各スポットビーム１２５のスペクトル効率を全タイムスロットにおける全スポットビーム１２５に対してほぼ同じにすることが一般的である。この仮定下では、システムのフォワード容量は、以下に従って概算され得る。
ＣＦ＝ＫＦ・ηＨｚ・Ｗ （１）
式中、η Ｈｚ は、ｂｐｓ／Ｈｚにおけるスペクトル効率であり、ＫＦは、フォワードスポットビーム１２５の数であり、及びＷは、１スポットビーム１２５当たりの割り当てられたスペクトルである。式（１）から、パラメータの何れかの増加によって容量を増加することが分かり得る。
一度にアクティブであり得るスポットビーム対の最大数ＫＦは、本質的に、通信衛星１２０の質量及び体積のバジェットによって決定される。通信衛星１２０での電力制限は、値ＫＦにも影響を及ぼし得るが、質量及び体積の制約は、一般的により限定的である。
本明細書で開示する衛星通信サービスを提供するためのアーキテクチャは、η Ｈｚ 及びＷを最大にするのに効率的である。小サイズのスポットビーム１２５及び（ペイロードサイズ、重量及びＫＦでの電力制限によって）一度にアクティブであり得る比較的少数のスポットビーム１２５に起因して、割り当てられたスペクトルは、全てスポットビーム１２５間の干渉が最小限であり、各スポットビーム１２５内で使用され得る。これを達成するために、同じタイムスロット内でアクティブである同じ偏波のスポットビーム１２５は、可能な限り遠方に位置決めされる必要がある。代わりに、Ｃ／Ｉを改善するために、１スポットビーム１２５当たりのスペクトルのごく一部のみを使用し得るが、本アーキテクチャがビームホッピングの性質を有するために、これは、容量を少なくし得る。例えば、各スポットビーム１２５が利用可能なスペクトルの半分、すなわちＷ／２Ｈｚを使用すると想定する。その場合、いかなる時点においても、共周波数であり且つ干渉の可能性を示すスポットビーム１２５の数の半数となる。結果として生じるＣ／Ｉは、増加し、従って、Ｃ／Ｉは、端から端までのＥｓ／（Ｎｏ＋Ｉｏ）バジェット内の多くのコンポーネントの１つにすぎず、及びスペクトル効率は、一般的にＥｓ／（Ｎｏ＋Ｉｏ）の対数として変化するため、スペクトル効率η Ｈｚ は、わずかに高まる。しかし、１スポットビーム１２５当たりのＢＷは、２分の１だけ減少され、及び予想通り、スポットビーム１２５の数が通信衛星１２０の信号経路の数によって制限され得るため、総容量が減少する。
１スポットビーム１２５当たりのスペクトル効率は、本アーキテクチャを使用するとかなり高い。なぜなら、アクティブなスポットビームカバレッジエリア１２６が遠方に離間され得、及びスポットビーム１２５の指向性が大きいことがあり得るためである。前者は、大きい範囲のサービスカバレッジエリア４１０、小サイズのスポットビーム１２５及び一度にアクティブであり得る比較的少数のスポットビーム１２５の結果である。後者は、小サイズのスポットビーム１２５の結果である。
いくつかの実施形態では、そのビーム幅に対して関連のスポットビームカバレッジエリア１２６を減少させることにより、スポットビーム１２５のスペクトル効率を高めることも望ましいことがあり得る。一般に、スポットビームシステム内のスポットビームカバレッジエリア１２６は、スポットビーム１２５の－３ｄＢの境界線まで又はそれを越えて延在し得る。いくつかのシステムは、スポットビームカバレッジエリア１２６を－６ｄＢの境界線まで延在させる。これらの低い境界線の地域は、多くの理由で望ましくない。第１に、それらは、ダウンリンクＥｓ／Ｎｏを低下させ、且つダウンリンクＣ／Ｉを低下させ得る。Ｃ／Ｉの低下は、スポットビームカバレッジエリア１２６の縁のロケーションが他のスポットビームカバレッジエリア１２６に近くなるときの信号電力（Ｃ）の低下と干渉（Ｉ）の増加の結果である。加重平均容量（例えば、ユニキャストデータ配信のための）又はスポットビーム容量の縁（例えば、ブロードキャストのデータ配信のための）を計算するとき、スポットビーム１２５の縁でのこの大きいアンテナのロールオフは、容量を低下させ得る。しかしながら、本アーキテクチャによれば、スポットビームカバレッジエリア１２６は、アンテナロールオフが遥かに少ない約－１．５ｄＢなどのスポットビーム１２５内の地域に限定され得る。これは、ビーム中心に対して－３～－６ｄＢレベルのロケーションがスポットビーム１２５内にないため、スペクトル効率を高め得る。しかしながら、スポットビームカバレッジエリア１２６をより小さくし得るが、これは、ホッピングにより、ビームホッピングフレーム内のより多くの領域を補償し得る（例えば、１フレーム当たりのタイムスロット数を増加する）。
リンク容量は、以下によって増強され得る：
・１スポットビーム１２５当たりの割り当てられた全スペクトルの使用。
・高ビーム指向性及び大きいアップリンクＥｓ／Ｎｏ、最終的にはより良好なリターンリンクスペクトル効率を生じる、小さいスポットビーム１２５の使用。
・１フレーム当たりの多くのスロットを有するビームホッピングフレーム内で小さいスポットビーム１２５をホッピングすることによって実現される大きいサービスカバレッジエリア４１０であり、これにより、比較的少数のスポットビーム１２５が一度にアクティブとなり、及び大きいサービスカバレッジエリア４１０全体に広がる。そのため、スポットビーム１２５は、遠方に離間され得、より高いスペクトル効率につながる高Ｃ／Ｉ値を生じる。
・スポットビームロールオフの縁が比較的小さく、例えば約－１．５ｄＢとなるようなより小さいスポットビームカバレッジエリア１２６の定義。これにより、アップリンクＣ／Ｉ及びＥｓ／Ｎｏの両方を低下させるスポットビームカバレッジエリア１２６の比較的高いロールオフロケーションがなくされたため、平均的なスペクトル効率及び１スポットビーム１２５当たりの容量を上昇させる。
図１４は、本開示の態様による、衛星通信を支援する例示的なプロセス１４００を示す。プロセス１４００は、１つの経路（図１３Ａの破線１３０２内に示す経路など）に対応し得、これは、図１を参照して説明した衛星通信システム１００などのハブ－スポーク衛星通信システムのフォワード及び／又はリターンリンクに供され得る。実際的応用では、多数のこれらの経路は、単一のタイムスロットドエルタイム間でアクティブであるため、対応する多数のこれらのプロセスは、並行して動作することを理解すべきである。
１４０２では、現在のフレームが選択される。例えば、ビーム重みプロセッサ（例えば、図７又は図１０～１３を参照して説明したようなＢＷＰ７１４）は、データリンク（例えば、図７を参照して説明したようなデータリンク７１６）を介して１つ以上の事前計算された重みセットを受信し得る。１４０２で選択されたフレームは、１つ以上のタイムスロット定義及び１つ以上のビームフォーミング重みマトリクスを含み得る。例えば、ＢＷＰ７１４又はその関連のハードウェアは、複数のビームホップタイムスロット定義及び複数のビームフォーミング重みマトリクスに大容量記憶を提供し得る。ビームフォーミング重みマトリクスは、１つのタイムスロットにおいて全スポットビーム１２５の送信及び受信に使用される全複素ビームフォーミング重みベクトルの組を含み得る。ビームフォーミング重みベクトルは、フィードアレイアセンブリ１２７のフィード素子１２８を介して伝えられるフィード素子への／からのＴｘ／Ｒｘ信号の計算に使用されて、１つのタイムスロットの期間に１つのスポットビーム１２５を形成するＬｔｘ又はＬｒｘ個の個々の複素ビーム重みの群を含み得る。ビームホップタイムスロット定義は、１つのタイムスロット期間内の全スポットビーム１２５の全経路ゲインの組を含み得、及びタイムスロットに関連した全ドエルタイムを特定し得る。
１４０４では、第１のタイムスロット定義及び第１のビームフォーミング重みマトリクスは、現在のフレームのために選択される。例えば、ＢＷＰの順次論理（例えば、図１３を参照して説明したような順次論理１３０６）は、タイムスロットを選択するためのカウンタを含み得る。タイムスロット定義及び／又は重みマトリクスは、１つ以上の受信スポットビーム１２５、１つ以上の送信スポットビーム１２５又はそれらの両方を生じるために使用される位置データも含み得る。例えば、位置データは、タイムスロット中にアクティブなスポットビーム１２５を生成するために使用される全複素重みベクトルの組を含み得る。
１４０６では、通信がフォワードリンク又はリターンリンクの一部であるかどうかの決定が下される。上述の通り、ハブ－スポークシステムでは、アクセスノード端末（例えば、図１を参照して説明したアクセスノード端末１３０）は、下り（例えば、フォワード）リンクを使用するユーザ端末（例えば、図１を参照して説明したようなユーザ端末１５０）と通信し得る一方、ユーザ端末（例えば、図１を参照して説明したようなユーザ端末１５０）は、上り（例えば、リターン）リンクを使用するアクセスノード端末１３０と通信し得る。アクセスノード端末１３０は、通信衛星（例えば、図１Ａ～３Ｄ、図７、図１０又は図１１を参照して説明した通信衛星１２０）に対するそれ自体のアップリンク及びダウンリンクに供され得る。アクセスノード端末１３０は、ユーザ端末１５０に対するトラフィックもスケジュールし得る。代わりに、スケジューリングは、衛星通信システムの他の部分において（例えば、１つ以上のＮＯＣ、ゲートウェイ指令センター又は他のネットワーク装置１４１において）実行され得る。例えば、いくつかの実施形態では、フレーム定義に含まれるゲイン設定値（例えば、各タイムスロット定義の一部として）は、通信がフォワードリンク又はリターンリンクであるかどうかを決定するために使用され得る。
１４０６においてフォワードリンクが処理されている場合、１４０８において、経路のゲインが必要に応じてフォワードリンクを支援するように調整され得る。例えば、選択可能なゲインチャネル増幅器は、図７に示すように、使用中の経路のためにゲイン設定値を提供し得る。ゲイン設定値は、第１のタイムスロット定義から決定され得る。１４１０において、受信スポットビーム信号は、タイムスロットドエルタイムの持続時間中に形成される。例えば、受信ビームフォーミングネットワーク（例えば、図７を参照して説明したようなＢＦＮ７１０－ａ）を含む衛星ベースの受信アンテナアセンブリ１２１は、タイムスロットドエルタイムの持続時間中、アンテナアセンブリ１２１に１つ以上の受信スポットビーム１２５を生じるように構成され得る。受信スポットビーム１２５は、複数の端末を送信先とする１つ以上の多重化信号（例えば、アクセスノード端末１３０からの多重化信号）を受信するように使用され得る。例えば、多重化信号は、ユーザ端末１５０を送信先であり得る。多重化信号の個々のコンポーネント信号の少なくともいくつかが、例えば異なるユーザ端末１５０を送信先とする場合、内容が異なり得る。多重化信号は、例えば、ＭＦ－ＴＤＭ、ＴＤＭ、ＦＤＭ、ＯＦＤＭ及びＣＤＭを含む任意の好適な多重化スキームを使用して多重化され得る。概して、ＴＤＭは、単純化するために使用される。
１４０６においてリターンリンクが処理されている場合、１４１２において、必要に応じて、ゲインは、リターンリンクを支援するために調整され得る。例えば、選択可能なゲインチャネル増幅器は、図７を参照して説明したような、使用中の経路のために独立したゲイン設定値を提供し得る。ゲイン設定値は、第１のタイムスロット定義から決定され得る。１４１４において、受信スポットビーム信号は、タイムスロットドエルタイムの持続時間中に形成され得る。例えば、受信ビームフォーミングネットワーク（例えば、図４を参照して説明したＢＦＮ７１０－ａ）を含む衛星ベースの受信フェーズドアレイアンテナアセンブリ１２１は、タイムスロットドエルタイムの持続時間中、アンテナアセンブリ１２１に１つ以上の受信スポットビームを生じるように構成され得る。受信スポットビームは、アクセスノード端末１３０を送信先とする１つ以上の多元接続合成信号（例えば、複数のユーザ端末１５０から得られる合成信号）を受信するために使用される。多元接続合成信号は、例えば、ＭＦ－ＴＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＯＦＤＭＡ及びＣＤＭＡを含む、任意の好適な多元接続スキームを使用して形成され得る。スロット期間中の多元接続は、全て無作為な接続、全てスケジュールされた送信又は無作為な接続とスケジュールされた送信との混合であり得る。
１４１６において、送信ビームフォーミングネットワーク（例えば、図７を参照して説明したＢＦＮ７１０－ｂ）を含む、衛星ベースの送信フェーズドアレイアンテナアセンブリ１２１は、タイムスロットドエルタイムの持続時間中、１つのＴｘスポットビーム信号を生成するように構成されている。Ｔｘスポットビーム信号は、衛星でのベントパイプ経路を使用して、受信した多重化又は多元接続合成信号から得られる。例えば、周波数変換、フィルタリング及び選択可能なゲイン増幅の１つ以上が受信信号で実行されて、Ｔｘスポットビーム信号を生じ得る。
１４１８において、タイムスロットドエル期間が過ぎたため、フレーム定義内に、処理するための追加的なタイムスロットが存在するかどうかの決定が下される。例えば、順次論理（例えば、図１３を参照して説明した順次論理１３０６）が、各フレームの終わりにフレーム定義に含まれるタイムスロットを自動的にループ化するように命令され得る。上述の通り、フレーム定義及びビームフォーミング重みセットは、時間変動し、且つ通信衛星１２０において局所的に（例えば、図１３を参照して説明した順次論理１３０６又はコンピュータ１３０２によって）又はデータリンク（例えば、図７を参照して説明したようなデータリンク７１６）を使用して地上施設において遠隔で動的に調整され得る。１４１８において、処理するためのタイムスロットがさらにある場合、１４２０において、次のタイムスロットが処理のために選択され得る。例えば、新しいタイムスロットは、１４０４において選択されたタイムスロットのタイムスロットドエルタイムが経過した直後に選択され得る。実際、複数のタイムスロット定義及び複数のビームフォーミング重みセットがメモリにロードされ得（例えば、図１３を参照して説明したＢＷＰ７１４－ｃのメモリ１２０４）、及びタイムスロット定義及びビームフォーミング重みマトリクスは、例えば、連結リスト又は他のデータ構造のポインタを辿ることによってアクセスされ得る。その後、プロセス１４００は、１４０６に戻って、新しいタイムスロットドエルタイムのために新しいＲｘスポットビーム信号を生じ、及び新しいＴｘスポットビーム信号を生成し得る。１４１８において、フレーム内にこれ以上処理するためのタイムスロットがないという決定が下されると、その後、１４１９において、新しいフレーム定義又は新しいビームフォーミング重みセットが受信されたかどうかの決定が下される。例えば、フレーム定義及び／又はビームフォーミング重みセットを変更するための指令は、受信され得る（例えば、図１３を参照して説明したようなコンピュータ１３０２から、又はリモートのスケジューラから）か、又は新しいフレーム定義及び／又は新しいビームフォーミング重みセットは、通信衛星１２０にアップロードされ得る。１４１９において、新しいフレーム定義も新しいビームフォーミング重みセットも受信していない場合、現在のフレームが再度処理され得る（例えば、自動的に繰り返される）。新しいフレーム定義又は新しいビームフォーミング重みセットが受信された場合、この新しいフレーム定義又はこの新しいビームフォーミング重みセットが処理のために選択され得る。
提供される高容量の例として、以下のパラメータを備える衛星通信システムが考慮される：
・ペイロードによって使用するために１５ｋＷの電力が利用可能である、通信衛星１２０でのアンテナアセンブリ１２１の５．２ｍの反射器１２２。
・２つの偏波のそれぞれに割り当てられたスペクトルが１．５ＧＨｚである、Ｋａバンド動作。
・それぞれ１．５ＧＨｚ幅（１つの偏波で全てのスペクトルを使用する）が一度にアクティブとなる１００個の経路まで支援するペイロード質量及び体積の制約。５０個の経路をフォワードトラフィックに使用し、及び５０個の経路をリターントラフィックに使用すると仮定して、各方向において合計５０＊１．５ＧＨｚ＝７５ＧＨｚのスペクトルを生じる。
・７５ｃｍのユーザ端末１５０。大きい間隔のスポットビームカバレッジエリア１２６（大きいサービスカバレッジエリア４１０）では、結果として生じるフォワードリンクバジェットは、約３ｂｐｓ／Ｈｚのスペクトル効率を支援し、約２２５Ｇｂｐｓのフォワード容量を生じる。
・リターンリンクバジェットは、１．８ｂｐｓ／Ｈｚを支援し、１３５Ｇｂｐｓのリターンリンク容量を生じる。総容量は、約３６０Ｇｂｐｓである。
図７に示したように、通信衛星１２０は、Ｋ個の一般的な組の経路を含み得る。各経路は、形成された受信スポットビーム１２５又は形成された送信スポットビーム１２５からなり、これら経路は、通常、フィルタ、ダウンコンバータ及び増幅器からなる経路エレクトロニクスによって相互接続される。ハブ－スポークシステムアーキテクチャを利用する主題発明の一実施形態によれば、これらのＫ個の経路は、フォワード方向（例えば、アクセスノード端末１３０からユーザ端末１５０に）とリターン方向（例えば、ユーザ端末１５０からアクセスノード端末１３０に）との間で容量を柔軟に及びプログラム可能に割り当てるために使用され得る。その割り当ては、総リソースを、所望の任意の割合でフォワード及びリターンで分割して、フォワードチャネル容量とリターンチャネル容量との間に任意の所望の比にする点で柔軟性がある。割り当ては、リソースの分割を全てのフレームにおいて変更し得るため、フォワード容量とリターン容量の比を迅速に変化させることができる点でプログラム可能である。これは、フォワード／リターン容量の割り当てを変更して、衛星通信システムによってデータ／情報転送を使用して、新しく且つ進化する応用に適合するために特に有用である。
柔軟な容量の割り当ては、衛星アーキテクチャのリソースの柔軟な割り当てによって達成される。ここで、対象のリソースは、通信衛星１２０上の物理的な経路の数及び各ビームホッピングフレーム中の部分時間である。２つのアプローチが柔軟な容量の割り当てに提示される。アプローチ１は、時間リソースを柔軟に割り当て、アプローチ２は、ＨＷリソースを柔軟に割り当てる。
アプローチ１：時間リソースの柔軟な割り当て
このアプローチでは、１つ以上の経路は、部分時間αＦをフォワード方向での使用に割り当てられる。残りの時間（１－αＦ）は、リターントラフィックに使用される。ビームホッピングフレームにはＱ個の固定長のタイムスロットがあると想定する。そのため、Ｑ個のタイムスロットからのＱＦ≒αＦ Ｑでは、経路は、フォワードトラフィックのために構成される。代わりに、フォワードタイムスロット及びリターンタイムスロットは、長さが同じ比によって変動し得るが、以下の例は、固定長のタイムスロットの場合に限定される。
フォワードトラフィックのために構成されるとは、Ｒｘスポットビーム１２５が、アクセスノード端末１３０のサイトの方に向けたＲｘスポットビーム１２５を有するビームフォーミング重みベクトルを使用すること、Ｔｘスポットビーム１２５が、ユーザサービスエリア（例えば、１つ以上のユーザ端末１５０を含むＴｘスポットビームカバレッジエリア１２６）に向けたＴｘスポットビーム１２５を有するビームフォーミング重みベクトルを使用すること、及び経路と関連したチャネル増幅器が、フォワードチャネルに適った衛星ネットゲインを生じるように設定されることを意味する。リターントラフィックのために構成されたとは、Ｒｘスポットビーム１２５が、ユーザサービスエリア（例えば、１つ以上のユーザ端末１５０を含むＲｘスポットビームカバレッジエリア１２６）に向けたＲｘスポットビーム１２５を有するビームフォーミング重みベクトルを使用すること、Ｔｘスポットビーム１２５が、アクセスノード端末１３０のサイトに向けたＴｘスポットビーム１２５を有するビームフォーミング重みベクトルを使用すること、及び経路と関連したチャネル増幅器が、リターンチャネルに適った衛星ネットゲインを生じるように設定されることを意味する。
ほとんどではなくても多くのハブ－スポーク応用では、ユーザ端末１５０及びアクセスノード端末１３０のサイズは、かなり異なる。例えば、アクセスノード端末１３０のアンテナは、その後ろ側にあるＨＰＡにおいて１００ワット代の出力電力容量を備え、直径７ｍであり得、及びユーザ端末１５０のアンテナは、その後ろ側にあるＨＰＡにおいて、数ワットのみの出力電力容量を備え、直径１ｍ未満であり得る。そのような状況では、通信衛星１２０の１つ以上のアンテナアセンブリ１２１の所望のネット電子ゲインは、フォワード方向ではリターン方向と異なることが一般的である。そのため、概して、経路におけるチャネル増幅器は、フォワード方向及びリターン方向において異なるゲインに構成される必要がある。
極端な例では、全経路に関してＱＦ＝Ｑにする。その結果、全容量がフォワードリンクに割り当てられ、及びリターンリンクに容量が割り当てられない、Ｆｏｒｗａｒｄ Ｌｉｎｋ Ｏｎｌｙ（ＦＬＯ）システムとなる。これは、例えば、メディアブロードキャストシステムに有用である。しかしながら、同じ通信衛星１２０は、フォワード送信に７５％（例えば）のタイムスロット及びリターン送信に２５％を割り当てるように構成され得る（異なるビームフォーミング重みセット及びチャネル増幅器ゲインセットのアップロードによって）。これにより、ＦＬＯの例の７５％のフォワード方向容量及び達成され得る最大の２５％のリターン容量を生じる。概して、ＣＦ＿ｍａｘを、全タイムスロットがフォワード方向に割り当てられたフォワードチャネル容量とし、及びＣＲ＿ｍａｘを、全タイムスロットがリターン方向に割り当てられたリターンチャネル容量とする。そのため、ＱＦフォワードタイムスロット割り当て及びＱＲ＝Ｑ－ＱＦリターンチャネルタイムスロット割り当てでは、フォワード及びリターン容量は、
Figure 0007127053000001
（式中、ＱＦは、０（全てリターントラフィック）からＱ（全てフォワードトラフィック）までの任意の値であると仮定し得る）
である。（２）から、フォワードとリターンとの間の容量の割り当ては、Ｑの値によってのみ制限される何れかの任意の比率を取り得、１ビームホッピングフレーム当たりのタイムスロットの数であることは明白である。Ｑ＝６４などのＱの合理的なサイズに関し、この制限は、最大値の１／６４の増分での容量の割り当てを可能にするため、あまり限定的ではない。
このアプローチでは、Ｋ個の経路の全てが、何れの瞬間でも専らフォワードトラフィックに又は専らリターントラフィックに使用される。アクセスノード端末１３０のロケーションの総数に対する条件は、以下の通り決定され得る。単一の偏波でＷ Ｈｚのスペクトルをそれぞれ使用するＫ個の経路があるようにする。さらに、ＮＧＷ個のアクセスノード端末サイトがあるようにし、それぞれ２つの偏波のそれぞれでＷ Ｈｚのスペクトルを使用できるようにする。何れの瞬間でも、全ユーザリンクスペクトルは、ＫＷ Ｈｚであり、これは、フォワードリンク又はリターンリンク送信の何れか（決して両方ではない）に使用されている。いかなる所与の瞬間においても利用される全フィーダリンクスペクトルは、２ＮＧＷＷであり、これも、フォワードリンク送信又はリターンリンク送信の何れか（決して両方ではない）に使用されている。２つのスペクトルの量を等式化することによって必要数のアクセスノード端末、ＮＧＷ＝Ｋ／２を生じる。
このアプローチは、アクセスノード端末１３０が時間の１００％を送信及び受信しないため、非効率的である。アクセスノード端末１３０が送信に費やす部分時間に、アクセスノード端末１３０が受信に費やす部分時間を足すと、１と等しくなる。しかしながら、アクセスノード端末１３０は、時間の１００％で送信及び受信し得るため、非効率であり、且つ十分に活用されていない。
そのようなアプローチは、各経路に対するフォワードリンクとリターンリンクとの間の５０％－５０％の時間リソース割り当て１５００を示す図１５Ａに示すように同期されると言われる。経路は、それらが全て、ある長さの時間ではフォワードリンクに供され、及び全て、他の時間ではリターンリンクに供する点で時間的に一致される。時間リソース割り当て１５００から分かるように、使用される全フィーダリンクスペクトルは、常にＫＷ Ｈｚであり、及び常に全てフォワードリンクスペクトル又は全てリターンリンクスペクトルの何れかである。上述の通り、この同期したシステムは、Ｋ／２アクセスノード端末１３０を必要とする。
図１５Ｂは、８個のスポットビーム１２５及び４個のアクセスノード端末１３０を備える例示的な８経路の通信衛星１２０での例示的な同期した時間リソース割り当ての例１５１０を示す。時間リソース割り当て１５１０のスロット１では、時間リソース割り当て１５１０のスロット構成に示すように、４個全てのアクセスノード端末１３０（例えば、ＧＷ１、ＧＷ２、ＧＷ３及びＧＷ４）がスポットビームＢ１～Ｂ８に送信している。スロットの下に、スロットの経路（ＰＷ）の使用状況を列挙している。スロット１では、８個全ての経路がフォワードリンクに使用されるため、エントリー８Ｆである。スロット２では、スポットビームカバレッジエリア１２６の全てにあるユーザ端末１５０は、それらそれぞれのアクセスノード端末１３０に送信しているため、経路の使用状況は、８Ｒで示されている。表の右側では、スロットの使用状況が各経路に対して挙げられている。全経路に対し、第１のスロットは、フォワードであり、及び第２のスロットは、リターンであるため、各スロットの使用状況のエントリーは、ＦＲである。
この例では、アクセスノード端末１３０は互いに自律的であり得、同等であるが、ユーザスポットビーム１２５への送信アクセスノード端末１３０は、そのユーザスポットビーム１２５の受信アクセスノード端末１３０と異なり得る。その場合、アクセスノード端末１３０は、ユーザ端末１５０に対してコヒーレント双方向通信を提供するために協働する必要がある。全てのそのような同期の場合、ユーザ端末送信スロットが、対応する受信スロットに重ならないようにするために、ユーザスポットビーム１２５の全てがスケジュールされ得るため、半二重（異なる時点で送信及び受信）ユーザ端末１５０が作動し得ることに留意されたい。
アプローチは、図１６Ａの時間リソース割り当て１６００に示すように、フォワード時間割り当てとリターン時間割り当てとを交互に配置することによって改善され得る。各経路に対するフォワード時間割り当て及びリターン時間割り当ては、何れの瞬間でも、経路の半分がフォワードトラフィックに使用され、及び半分がリターントラフィックに使用されるように構造化されている。この結果、何れの瞬間でも全フィーダリンクスペクトル条件は、同じとなる（ＫＷ Ｈｚ）が、フォワードリンクとリターンリンクとで等しく分割される。例示的なアクセスノード端末１３０は、フォワード方向で使用するために２Ｗ Ｈｚのスペクトル及びリターン方向で使用するために２Ｗ Ｈｚのスペクトルを有するため、必要なアクセスノード端末１３０の総数は、Ｋ／４である。これは、フォワード時間割り当て及びリターン時間割り当てを同期させるときに必要なアクセスノード端末１３０の数の半分であり、従って好ましい動作方法である。
図１６Ｂは、図１５Ｂのものと同様の８経路通信衛星１２０及び８個のスポットビーム１２５を備える、５０％－５０％の時間リソース割り当て１６１０の例を示す。しかしながら、ここで、２つのアクセスノードのみ、ＧＷ１及びＧＷ２が必要とされる。図１６Ｂでは、ＧＷ１は、Ｂ１にＬＨＣＰを送信しており（ＲＨＣＰを受信する）、且つＢ２にＲＨＣＰを送信している（ＬＨＣＰを受信する）。別々の偏波であるため、物理的に隣接していても、及び部分的に又は全体的に重なり合っていても、スポットビーム１２５間には信号干渉がない。同時に（その第１のタイムスロット中）、Ｂ７及びＢ８内のユーザ端末は、アクセスノード端末ＧＷ１に送信している。また、図１６Ｂのこの第１のタイムスロット中、アクセスノード端末ＧＷ２は、Ｂ３及びＢ４に送信している一方、Ｂ５及びＢ６は、アクセスノード端末ＧＷ２に送信している。第２のスロットでは、図１５Ｂにおけるように、送信方向は、スロット１のものと逆にされる。図１６Ｂを図１５Ｂと比較すると、各スポットビーム１２５は、正確に同数の送信及び受信機会を有することが分かる。この特定の場合、ユーザ端末送信スロットが、対応する受信スロットと重ならないようにスポットビーム１２５がスケジュールされるため、半二重ユーザ端末１５０が作動し得ることに留意されたい。同様に５０％－５０％の時間割り当てを達成し得るが、スポットビームの送信スロットと受信スロットとが重なる異なるスケジュールが使用され得、場合により、ユーザ端末１５０は、それらが同時に送信及び受信し得る場合、全二重で動作する必要がある。
この例では、同様に、各スポットビーム１２５がそのフォワード送信（ユーザスポットビーム１２５への）及びリターン送信（アクセスノードスポットビーム１２５への）の両方に対して単一のアクセスノード端末１３０を有するため、アクセスノード端末１３０は、互いに自律的であり得る。また、図１６Ｂの状況と等しく、ユーザスポットビーム１２５への送信用アクセスノード端末１３０は、ユーザスポットビーム１２５のための受信用アクセスノード端末１３０と異なり得る。その場合、アクセスノード端末１３０は、ユーザ端末１５０に対してコヒーレント双方向通信を提供するために協働する必要がある。
図１７Ａは、フォワードトラフィックとリターントラフィックとの間の７５％－２５％の時間割り当ての交互に配置された時間リソース割り当て１７００の例を示す。この例では、７５％の経路は、各瞬間にフォワードトラフィックに使用される。残りの２５％は、リターントラフィックに使用される。個々の各経路は、ビームホッピングフレームの７５％中にフォワードトラフィックに、及びビームホッピングフレームの２５％中にリターントラフィックにも使用される。結果は、何れの瞬間でも、フォワードトラフィックに使用されるＢＷは、３ＫＷ／４であり、及びリターントラフィックに使用されるＢＷは、ＫＷ／４である。各アクセスノード端末１３０は、フォワードトラフィックに２Ｗ Ｈｚの帯域幅を及びリターントラフィックに２Ｗ Ｈｚの帯域幅を使用し得るため、必要なアクセスノード端末１３０の総数は、３Ｋ／８であり、及びフォワードリンクＢＷの利用によって制限される。この数は、依然として、図１５Ａ～Ｂに示すような５０％－５０％の時間リソース割り当てのための同期アプローチに必要なＫ／２値よりも少ない。
図１７Ｂは、図１５Ｂの８個のスポットビーム１２５及び４個のアクセスノード端末１３０を含む、例示的なシステムの４個のタイムスロットを示す。その例におけるように、アクセスノード端末１３０は、各スロット中に送信又は受信の何れかを行うが、同じスロット内で決して送信及び受信の両方を行わない。構成表の一番下に記載の使用状況の概要は、各スロットが６個のフォワード（例えば、アクセスノード端末からユーザ端末に）経路及び２個のリターン（ユーザ端末からアクセスノード端末に）経路を示す。
第１のスロットでは、Ｂ１及びＢ２内のユーザ端末は、アクセスノード端末ＧＷ１に送信する一方、他の全てのユーザ端末１５０は、受信する。第２のスロットでは、Ｂ７及びＢ８内のユーザ端末は、送信する一方、他は、受信する。第３のスロットでは、Ｂ３及びＢ４内のユーザ端末１５０が唯一の送信するものである一方、第４のスロットでは、Ｂ５及びＢ６内のユーザ端末１５０が唯一の送信機である。スロットの作表は、各スポットビームが、単一のアクセスノード端末１３０からスポットビーム１２５への３個のフォワード経路及びスポットビーム１２５からその同じアクセスノード端末への１個のリターン経路を有することを裏付ける。この場合、Ｋ／２＝４個のアクセスノード端末１３０が使用されるが、最小数のアクセスノード端末１３０は、３Ｋ／８＝３個のアクセスノード端末である。
トラフィックの１００％がフォワードリンクに割り当てられた場合、全経路がフォワードトラフィックに１００％の時間使用される。これは、ＫＷ Ｈｚの総フォワードスペクトルを生じ、及びアクセスノード端末１３０の必要数は、Ｋ／２となり、同期アプローチと同数である。
一般的な場合、各経路は、ビームホッピングフレーム内の部分時間αＦをフォワード経路となるように割り当てられる。割り当ては、各瞬間にフォワード経路として動作するＫ個の総経路に部分時間αＦをもたせるという目的で交互に配置される。残りＫ（１－αＦ）は、リターンリンク経路として動作する。各瞬間において、必要なフォワードリンクスペクトルは、ＫＷαＦであり、及び必要なリターンリンクスペクトルは、ＫＷ（１－αＦ）である。そのため、必要なアクセスノード端末１３０の総数は、ＮＧＷ＝Ｍａｘ（αＦ，１－αＦ）Ｋ／２である。これは、アクセスノード端末１３０間の協働を必要とし得ることに留意されたい。
アプローチ２：ハードウェアリソースの柔軟な割り当て
このアプローチでは、任意の単一の経路が全体的に（ビームホッピングフレーム内の全てのタイムスロット）フォワードリンク送信の専用にされるか、又は全体的にリターンリンク送信の専用にされるかの何れかである。柔軟性を有するものは、フォワード経路の専用にされる経路の数及びリターン経路の専用にされる経路の数である。これは、経路の７５％をフォワードリンクへ及び２５％をリターンリンクへの例示的な割り当てに関して図１８Ａに示されている。
図１８Ｂは、前述の通り、例示的な８経路通信衛星１２０に関する７５％－２５％の経路割り当ての４スロットフレームのタイムスロットを示す。ここで、経路は、マップ図の数字によって特定される。経路１（ＬＨＣＰ→ＲＨＣＰ）及び経路５（ＲＨＣＰ→ＬＨＣＰ）は、リターントラフィックの専用である一方、残りの経路は、フォワードトラフィックの専用である。
スロット１では、アクセスノード端末ＧＷ１は、スポットビームＢ１及びＢ２からデータを受信する一方、３個全てのアクセスノード端末は、残りのスポットビームを送信する。スロット２では、スポットビームＢ３及びＢ４は、アクセスノード端末ＧＷ１に送信する一方、３個全てのアクセスノード端末は、残りのスポットビームを送信する。スロット３では、スポットビームＢ５及びＢ６は、アクセスノード端末ＧＷ１に送信する一方、３個全てのアクセスノード端末は、残りのスポットビームに送信する。スロット４では、スポットビームＢ７及びＢ８は、アクセスノード端末ＧＷ１に送信する一方、３個全てのアクセスノード端末は、残りのスポットビームに送信する。
この例示的な二極システムの１つの偏波を考慮する。このシステムは、依然として３個のアクセスノード端末ＧＷ１～ＧＷ３（それぞれ２つの利用可能な偏波の一方において動作する）を使用するが、ここで、スポットビームＢ１～Ｂ４及び経路１～４のみを考慮する。依然として、１フレーム当たり４個のスロットがあるため、４個の経路×４個のスロット＝１６個の総スロットが利用可能である。このシステムは、これらのスロットの７５％（１２個）をフォワードトラフィックに、及びこれらのスロットの２５％（４個）をリターントラフィックに割り当てている。４個のリターンスロットは、フレーム全体を正確に埋める。１２個のフォワードスロットは、４個のスポットビームに分配される必要があるため、各スポットビームは、３個のスロットを獲得する。しかしながら、これらの同じ１２個のフォワードスロットは、３個のアクセスノード端末に分配される必要があるため、各アクセスノード端末は、４個のフォワードスロットを埋める必要がある。そのため、アクセスノード端末とスポットビームとの間は、１対１のマッピングとなることができず、何れのスポットビームのためのトラフィックも全て同じアクセスノードを通過する。
スポットビーム１２５、スロット、アクセスノード端末１３０及び経路の数への細心の注意により、スポットビーム１２５へのアクセスノード端末１３０のマッピングに柔軟性をもたらし得る。図１８Ｃ～１８Ｅは、ハードウェアリソースの柔軟な割り当てのもう２つの例示的な実施形態を示す。ここで、前述の通り、８個の経路衛星及び３個のアクセスノード端末を有する例示的な通信システムにおいて、７５％－２５％の経路割り当てを必要とする６個のスポットビームがある。６個のスポットビームＢ１～Ｂ６のみがあるため、３個のタイムスロットのみが必要とされる。ユーザ端末１５０は、一般的に、それらのアクティブなビームホッピングタイムスロット中、全二重（同時に受信及び送信する）モードで動作する。ここで、１極性当たり４個の経路×３個のスロット＝１２個のスロットが割り当てられる。１２個の７５％（９個）のスロットがフォワードトラフィックに使用される一方、１２個の２５％（３個）のスロットがリターントラフィックに使用される。ここでも、３個のリターンスロットは、１つのフレームを埋め、１極性当たりリターントラフィックに割り当てられた１つの経路に対応する。しかしながら、ここで、１偏波当たり９個のフォワードスロット（１経路当たり３個）は、正確に、１アクセスノード端末当たり３個のスロット及び１スポットビーム当たり３個のスロットがあるように分割され得るため、ユーザスポットビームとアクセスノード端末との間の１対１のマッピングを可能にする。
図１８Ｃ及び図１８Ｄには両偏波が示されている。フォワード経路２～４及び６～８は、それぞれ単一のアクセスノード端末１３０専用である：ＧＷ２のための経路２及び６（２つの偏波のための）、ＧＷ３のための経路３及び７及びＧＷ１のための経路４及び８。図１８Ｃでは、リターン経路は、３個のアクセスノード端末１３０で共有されて、各アクセスノード端末１３０が、送信するのと同じスポットビームカバレッジエリア１２６から受信し、従ってユーザスポットビーム１２５と、それらに供するアクセスノード端末１３０との間の１対１のマッピングを実施する。代わりに、図１８Ｄでは、リターン経路は、全てＧＷ１専用である。この場合、ＧＷ１は、共有受信アクセスノード端末１３０であるとみなされ、及びＧＷ２及びＧＷ３は、送信のみとして半二重で動作する。この共有受信アクセスノード端末の実施形態では、いくつかのアクセスノード端末１３０がいくつかのユーザ端末１５０に送信するが、それらのユーザ端末１５０は、単一のアクセスノード端末１３０への、一般に送信アクセスノード端末１３０の１つへの送信のみを行う（それらが仮に送信するとして）。図１８Ｅは、何れも同じであるため、図１８Ｃ又は図１８Ｄの何れかのシステムの第１のタイムスロットを示す。
共有受信アクセスノード端末１３０は、例えば、１つのアクセスノード端末１３０に置かれている情報の要求を送信するユーザ端末１５０がある場合又は１つのアクセスノード端末１３０がアクセスノード端末１３０の地上ネットワークとネットワーク１４０との間のインターフェースである場合、有用性があり得る。この場合、全てのユーザ端末１５０にそのアクセスノード端末１３０から直接情報を要求させることにより、他方のアクセスノード端末１３０にそのインターフェースアクセスノード端末１３０への要求を転送させるという問題を回避する。
逆も可能である：ユーザ端末１５０、場合によりセンサー端末が大量の情報を送信するが、少量のみを受信する必要がある共有送信アクセスノード端末システム。例えば、２５％－７５％の時間割り当ては、図１５Ｂにおけるスポットビーム１２５の方向を切り替えることによって実施され得る。そのため、アクセスノード端末ＧＷ１は、全てのユーザスポットビーム１２５に対する共通の送信機である。これらの共有アクセスノード端末の実施形態では、システムオペレータが、アクセスノード端末１３０を接続するバックボーンネットワーク（例えば、図１を参照して説明したようなネットワーク１４０の例）を有して、トラフィックを適切に方向付け且つスケジュールし得る場合、半二重アクセスノード端末１３０が作動し得る。
ＫＦをフォワード経路の数及びＫＲをリターン経路の数とすると、ＫＦ＋ＫＲ＝Ｋは、経路の総数である。各経路は、常にフォワード又はリターン方向に全体的に使用されているため、タイムスロットベースで経路によってネット電子ゲインを動的に変化させる必要はない。そのため、スロットベースでのチャネル増幅器ゲインの動的な調整は、必要でなくてよい。
ＫＦ＝Ｋ及びＫＲ＝０と設定することによって全てフォワードトラフィック（ＦＬＯ）を有する。ＫＲ＝Ｋ及びＫＦ＝０と設定することによって全てリターントラフィック（リターンリンクオンリー、すなわちＲＬＯ）を有する。概して、各方向での容量割り当ては、
Figure 0007127053000002
（式中、ＫＦは、０（全てリターントラフィック）からＫ（全てフォワードトラフィック）までの任意の値と仮定する）
である。（３）から、フォワードとリターンとの間の容量の割り当ては、Ｋの値、経路の数（例えば、通信衛星１２０の又はＧＢＢＦシステムの）によってのみ制限される、何れかの任意の比率を取り得ることは明らかである。合理的なサイズのＫ、例えばＫ＝１００では、この制限は、最大値の１／１００での増分での容量の割り当てを可能にするため、あまり限定的ではない。
このアプローチでは、何れの瞬間でも、フォワード方向に使用される全ユーザリンクスペクトルは、ＫＦＷである。リターン方向では、使用される全スペクトルは、ＫＲＷである。ここでも、各アクセスノード端末１３０は、２つの偏波のそれぞれで使用するのに利用できるＷ Ｈｚを有すると仮定する。使用するために利用できる全フィーダリンクスペクトルは、各方向（フォワード及びリターン）において２ＮＧＷＷである。そのため、必要な協働する（自律的ではない）アクセスノード端末１３０の数はＮＧＷ＝Ｍａｘ（ＫＦ，ＫＲ）／２であり、これは、アクセスノード端末カウントを最小にするために送信及び受信スロットの注意深い割り振りが選択されたときのアプローチ１と同じである。しかしながら、アプローチ２は、フォワード構成とリターン構成との間の動的な変化に適合するために、ビームホッピングフレーム中に経路のネットゲインを動的に変更する必要がないという利点を有する。
図１９は、必要な協働するアクセスノード端末１３０（例えば、ゲートウェイ）の数対Ｋ＝１００であるときに割り当てられたフォワード経路の数の実例となる図表１９００を示す。図１９に示すように、必要な協働するアクセスノード端末１３０の数は、ＫＦ＝ＫＲであるときに最少であるが、必要な協働するアクセスノード端末１３０の数は、ＲＬＯ（すなわちＫＦ＝０）及びＦＬＯ（すなわちＫＲ＝０）では最多である。
説明したアプローチの全てにおいて、フォワードリンク及びリターンリンクは、２つの独立した送信システムとして動作され得ることが明らかである。２つの送信システム間の容量の割り当ては、場合によりＫ又はＱによって制限されるようなほぼ所望の何れの比率でも分割できる。そのため、各送信システムは、各タイムスロットにスポットビーム１２５を生じるビームフォーミング重みベクトルを適切に設定することにより、所望の何れかの方法でその容量をサービスカバレッジエリア４１０に独立して広げ得る。一般的に、フォワードリンク及びリターンリンクが同じ物理的なエリアとなるようにサービスカバレッジエリア４１０を設定する。これにより、サービスカバレッジエリア４１０内の全ての点に対し、フォワードリンクデータの受信及びリターンリンクデータの送信の機会を提供する。概して、これらの機会は、同じタイムスロット内で常に発生するわけではない。サービスカバレッジエリア４１０内の全ての点でフォワードトラフィック対リターントラフィックの比が同じである必要はないことも分かり得る。これは、フォワードトラフィック対リターントラフィックの比を各スポットビームカバレッジエリア１２６においてカスタマイズすることを可能にする。この比をカスタマイズするための機構は、スポットビームカバレッジエリア１２６の各物理的なロケーションに割り当てられたフォワード及び受信タイムスロットの数（及び／又はサイズ）の調整である。
図２０Ａは、本開示の態様による、フォワード及びリターンリンクサービスのための非一致サービスカバレッジエリア４１０の例２０００を示す。フォワードリンクサービスカバレッジエリア４１０－ｂは、ビームホッピング時間フレーム中に形成された個々のフォワードリンクスポットビーム１２５のスポットビームカバレッジエリア１２６の和集合である。同様に、リターンリンクサービスカバレッジエリア４１０－ｃは、ビームホッピング時間フレーム中に形成された個々のリターンリンクスポットビーム１２５のスポットビームカバレッジエリア１２６の和集合である。フォワードリンクサービスカバレッジエリア４１０－ｂ及びリターンリンクサービスカバレッジエリア４１０－ｃの和集合は、３つの地域に分けられ得る。地域１は、ビームフォーミング重みセットがフォワードリンクスポットビーム１２５を提供するが、リターンリンクスポットビーム１２５を提供しないエリアである。この地域は、フォワードリンクトラフィックのみを支援し得る。地域２は、ビームフォーミング重みセットがリターンリンクスポットビーム１２５を提供するが、フォワードリンクスポットビーム１２５を提供しないエリアである。この地域は、リターンリンクトラフィックを支援し得るが、フォワードリンクトラフィックを支援しない。地域３は、必ずしも同じタイムスロットにおいてではないが、ビームフォーミング重みセットがフォワード及びリターンスポットビーム１２５の両方を提供する地域である。フォワード及びリターンリンクトラフィックの両方が支援され得る。さらに、フォワード対リターン容量の比は、地域３内のスポットビームカバレッジエリア１２６の各物理的なロケーションにおいてカスタマイズされ得る。
図２０Ｂは、本開示の態様による、単純な単一のアクセスノード端末、４経路システムを示す。ここで、フォワードリンク地域１は、スポットビーム１及び２を含み、リターンリンク地域２は、スポットビーム５及び６を含む一方、双方向地域３は、スポットビーム３、４、７及び８を含む。これは、地域３を図２０Ａに単一の論理ゾーンとして示したが、地域３を含むスポットビーム１２５が隣接するという条件がないことを示す。実際、この例では隣接するとして示す地域１及び２もいくつかの異なるエリアで構成され得る。
スロット１では、アクセスノード端末ＧＷは、地域１、スポットビームカバレッジエリアＢ１及びＢ２にある端末に送信し、及び地域２、スポットビームカバレッジエリアＢ５及びＢ６にある端末から受信する。地域３にある端末は、このスロットの期間中、インアクティブであり得るが、地域１及び２にある端末は、残りのスロットの期間中、インアクティブである。スロット２では、アクセスノード端末ＧＷは、スポットビームカバレッジエリアＢ３及びＢ４にある端末に送信し、及びスポットビームカバレッジエリアＢ７及びＢ８にある端末から受信する。スロット３では、アクセスノード端末ＧＷは、スポットビームカバレッジエリアＢ３及びＢ４にある端末から受信し、及びスポットビームカバレッジエリアＢ７及びＢ８にある端末に送信する。
本発明は、柔軟な高容量衛星通信アーキテクチャを提供する。このアーキテクチャの特性は、以下の１つ以上を含み得る：
１．高容量、
２．フォワード容量とリターン容量との間での柔軟な割り当て、
３．柔軟な容量の分配及びサービスカバレッジエリア４１０、
４．再設定可能なサービスカバレッジエリア４１０及び容量割り当て、
５．例えば、アクセスノード端末１３０がスポットビーム１２５と同じスペクトル及び同じロケーションを占有できるように、ビームホッピングを使用する、アクセスノード端末１３０に対する柔軟なロケーション及び衛星の寿命にわたってアクセスノード端末ロケーションを動かす能力、
６．アクセスノード端末１３０の増分的なロールアウト、
７．軌道位置の独立性、
８．レインフェードを軽減するための、アクセスノード端末１３０全体にわたっての動的で同等な等方放射電力（ＥＩＲＰ）割り当てであり、ここで、例えば、マージン条件は、個々の経路の統計ではなく、多様な全経路でのレインフェードの和に基づいている、
９．半二重端末での動作、及び
１０．低冗長化ペイロードハードウェアによる動作。
特性（１）及び（２）は、説明した。特性（３）～（１０）のさらなる詳細が下記で説明されている。
少数のセルが何れの瞬間でもアクティブであり得、ここで、セルは、例えば、端末のサブセットに通信サービスを提供するサービスカバレッジエリア４１０の一部分（例えば、スポットビーム）と称し得る。一例では、ＫＦ＝４０～６０個の送信スポットビーム１２５（例えば、ユーザ端末ダウンリンクに対する）。ビームフォーミング重みベクトルは、アップロードされたスケジュール毎に動的に変更され得る。ユーザセルの総数がＫＦ×Ｑ（式中、Ｑ＝タイムスロットの数であり、及び１≦Ｑ≦６４である）に等しい例を挙げる。ここで、スポットビームカバレッジエリア１２６の合成は、Ｑ倍に増加する。スポットビーム１２５の平均デューティサイクルは、１／Ｑに等しいことができる。スポットビーム１２５に対するフォワードリンク速度は、Ｑ分の１に減少する。ユーザ端末１５０がＷ Ｈｚ帯域幅にある全ての搬送波を復調できることが好ましいことがあり得る。Ｗ＝１５００ＭＨｚでは、η Ｈｚ ＝３ｂｐｓ／Ｈｚ及びＱ＝１６であり、ユーザ端末１５０への平均ダウンリンク速度は、約２８１Ｍｂｐｓである。
リターンリンクを検討すると、一例では、ＫＲ＝４０～６０個の受信スポットビーム１２５である（例えば、ユーザ端末アップリンクに対して）。ビームフォーミング重みベクトルは、アップロードされたスケジュール毎に動的に変更され得る。ユーザセルの総数がＫＲ×Ｑ（式中、Ｑ＝タイムスロットの数であり、及び１≦Ｑ≦６４である）に等しい例を挙げる。ここで、スポットビームカバレッジエリア１２６の合成は、Ｑ倍に増加する。スポットビームの平均デューティサイクルは、１／Ｑに等しいことができる。スポットビーム１２５に対するリターンリンク速度は、Ｑ分の１に減少する。ユーザ端末１５０が、高ピーク電力であるが、平均電力がより低いことができるバーストＨＰＡを使用することが好ましいことがあり得る。３Ｗの平均電力制限、４０Ｍｓｐｓのアップリンク、２．２５ビット／ｓｙｍ及びＱ＝１６での１２ＷのピークＨＰＡでは、ユーザ端末１５０からの平均アップリンク速度は、５．６２５Ｍｂｐｓである。
本明細書で説明する柔軟な高容量衛星通信アーキテクチャは、サービスカバレッジエリア４１０での容量の不均一な分配も提供し得る。容量は、１セル当たり割り振られた異なる数のスロットにより、ほぼ任意の比率で異なるセルに割り当てられ得る。ここでも、ビームホッピングフレームにはＱ個のタイムスロットがある。各セルは、ｑｊ個のタイムスロットを使用し、
Figure 0007127053000003
（式中、Ｊは、スポットビーム信号経路がビームホッピングフレーム内でホップするようなサービスビームカバレッジエリアロケーションの数である）
となるようにする。各セル内の容量は、
Figure 0007127053000004
（式中、１スポットビーム当たりの瞬間的な容量＝Ｃｂである）
である。
図２１Ａ～２１Ｃは、本開示の態様による、容量の不均一な分配でのビームホッピングの例を示す。図２１Ａは、ビームホッピングフレームの８個の不均一なタイムスロットドエルタイムに対する単一のスポットビーム信号経路の実例となるビームホップパターン２１００を示す。例では、Ｑ＝３２及びＣｂ＝４．５Ｇｂｐｓである。ビームホップパターン２１００内のセルロケーションは、説明を容易にするために隣接するとして示されている。図２１Ｂは、ビームホップパターン２１００のための、実例となるタイムスロットドエルタイム表２１１０を示す。タイムスロットドエルタイム表２１１０の８個のタイムスロットドエルタイムに関し、対応するセルロケーションに割り振られたタイムスロットｑｊの数及びＭｂｐｓ単位のエリア容量Ｃｊが示されている。図２１Ｃは、タイムスロットドエルタイム表２１１０のための実例となるビームホッピングフレーム２１２０を示す。ビームホッピングフレーム２１２０は、Ｋ個のスポットビーム１２５を含む。ビームホッピングフレーム２１２０のスポットビーム＃１のための不均一なタイムスロットドエルタイムは、タイムスロットドエルタイム表２１１０に示すドエルタイムに一致する。スポットビーム１２５が全て同時にロケーションを変更することが好ましい。これは、各スポットビーム１２５が時間的にＫ－１個の他のスポットビーム１２５と重なるのみであるため、ビーム－ビーム干渉を最小限にする。しかしながら、システムは、この制約なしで動作し得る。そのため、より多くのスポットビーム１２５が互いにインターフェースを取り得、及びスポットビームロケーションは、この点を考慮して選択される必要がある。
スポットビームロケーションは、ＢＦＮ７１０において使用される重みベクトルによって定義される。１セル当たりの容量は、スポットビーム１２５がセルに向けたまま留まるビームホッピングフレームの持続時間（ドエルタイム）によって設定される。ビーム重みベクトル及びドエルタイムの両方（例えば、ビームホップフレーム定義として）がＢＷＰ７１４に記憶され得る。これらの値は、地上からのデータリンクによってＢＷＰ７１４にアップロードされ得る。ビームロケーション（例えば、スポットビームカバレッジエリア１２６）及びドエルタイム（容量割り当て）の両方が変更され得る。例えば、ビームロケーション及び／又はドエルタイムは、時折、新しい重みセット及び新しいビームホップフレーム定義をアップロードすることにより、又は日変化（例えば、忙しい時間に適合するような容量のシフト）に応答して頻繁にいくつかの事前記憶された重みセット及びビームホップフレーム定義の１つを使用するようにＢＷＰ７１４に指令することにより変更され得る。１つのビームフォーミング重みセットは、ビーム重みを含み、及び１つのビームホップフレーム定義は、ビームホッピングフレームにある全タイムスロット期間内の全ビームに関するドエルタイムを含む。
アクセスノード端末１３０は、ユーザ端末サービスカバレッジエリア４１０外に、又はアクセスノード端末１３０数のわずかな増加を犠牲にしてユーザ端末サービスカバレッジエリア４１０内に配置され得る。アクセスノード端末ロケーションのマッピングを容易にするために、アクセスノード端末１３０から入手可能な色の数を使用できる。色の総数＝時間色×偏波色×周波数色である。Ｑ＝４、Ｗ＝１５００ＭＨｚ（全帯域）及び二偏波の例を挙げる。色の総数＝４個の時間×２個の極×１個の周波数＝８である。アクセスノード端末１３０の数ＮＧＷは、
Figure 0007127053000005
（式中、Ｃｉ＝アクセスノード端末＃ｉによって使用可能な色の数である）
によって決定される。
図２２Ａは、２３個のアクセスノード端末１３０（２２個の動作中のアクセスノード端末＋１個のユーティリティアクセスノード端末）を備える例に関する、実例となるアクセスノード端末ロケーション及びユーザスポットビームカバレッジエリアロケーションを示す。図２２Ａのマップ２２００では、ユーザスポットビームカバレッジエリアロケーションは、セルとして示され、及びアクセスノード端末ロケーションは、破線の円として示されている。
図２２Ｂは、マップ２２００のための例示的なアクセスノード端末表２２１０を示す。アクセスノード端末表２２１０は、各アクセスノード端末１３０に関し、アクセスノード端末ロケーション、スポットビーム問題の数（すなわち使用不能な色の数）及びアクセスノード端末１３０によって使用可能な色の数Ｃｉを示す。Ｋ＝４０、Ｑ＝４、Ｍ＝１６０のスポットビーム及びアクセスノード端末表２２１０に示すＣｉでは、Ｃ ｉ ＝１６８≧１６０である。そのため、この例では、システムは、２３個のアクセスノード端末１３０の何れかの２２個で動作し得る。アクセスノード端末１３０全てを、スポットビームの法規違反のない状態に配置することは、Ｋ／２＝２０個のアクセスノード端末１３０を必要とする。この例では、アクセスノード端末１３０とユーザスポットビームカバレッジエリア１２６との間である程度の空間の重ね合わせを可能にするために、２個の追加的なアクセスノード端末１３０のみが必要とされる。
極端な例では、アクセスノード端末１３０は、全てユーザ端末サービスカバレッジエリア４１０内に置かれる。ここで、全ＣＯＮＵＳカバレッジに対しＫ＝４０、Ｑ＝２４、及びＭ＝９６０のスポットビーム１２５、及びホップドエル＝全スポットビーム１２５に対してビームホッピングフレームの１／２４である。色の総数は、４８＝２４個の時間×２個の極である。アクセスノード端末１３０がユーザ端末サービスカバレッジエリア４１０から離れて置かれた場合、最小数のアクセスノード端末１３０は、２０となる。しかしながら、全アクセスノード端末１３０がユーザ端末サービスカバレッジエリア４１０内に置かれるこの極端な例では、使用不能な最大数の色は、７であると考えられる。そのため、全アクセスノード端末１３０に対し、Ｃｉ≧４１＝４８－７である。さらに、使用不能な色の数が≦４である箇所（例えば、沿岸地域などのサービスカバレッジエリア境界）に６個のアクセスノード端末１３０が置かれると考えられる。これらの６個のアクセスノード端末１３０では、Ｃｉ＝４８－４＝４４である。必要なアクセスノード端末１３０の数は、２３に等しく、ここで、Ｃ ｉ ＝（６×４４）＋（１７×４１）＝９６１≧９６０である。これは、必要なアクセスノード端末１３０に１５％の増加（すなわち２０から２３に）を生じるが、２３個のアクセスノード端末１３０の１７個のロケーションに完全な柔軟性があるため、それらの全ては、ユーザ端末サービスカバレッジエリア４１０内にある。
アクセスノード端末ロケーションの柔軟性は、不均一なホップドエルタイムによっても達成され得る。必要なアクセスノード端末１３０の数は、同様の式
Figure 0007127053000006
（式中、Ｃｊ＝アクセスノード端末ｊによって使用できるホップドエル期間の総数である）
によって定義される。Ｃｊの考えられる最大値は、２Ｑ（すなわち２つの偏波色、１つの周波数色）である。アクセスノード端末の最適な配置は、第１に、サービスのない地域（すなわちＣｊ＝最大値）においてであり、及び第２に、低ホップドエルタイムのセル内及び低ホップドエルタイムのセルの隣である。それに従ってアクセスノード端末１３０を配置することは、一般的に、ホップドエルタイムが均一である上述の例と比べてさらに少数の追加的なアクセスノード端末１３０を生じる。
図２２Ｃは、アクセスノード端末１３０の実例となる配置２２２０を示す。この例では、Ｑ＝１ビームホッピングフレーム当たり３２個のホップドエルであり、２つの偏波色及び１つの周波数色がある。第１の配置（Ｃｊ＝６４＝最大値）では、アクセスノード端末１３０をユーザ端末サービスのない地域に配置する。他の３つの配置では（Ｃｊ＜６４）、アクセスノード端末１３０を低ホップドエルタイムのセル内及び低ホップドエルタイムのセルの隣に配置する。
アクセスノード端末１３０に関する増分的なロールアウトが、Ｋ＝４０、Ｑ＝４及びＮＧＷ＝２０の例示的なシステムに関して説明される。スポットビームの数Ｍ＝１６０及び平均デューティサイクル＝１／Ｑ＝２５％である。第１の例では、サービスが１つのアクセスノード端末（Ｋ＝２つの経路）で開始する場合、１つのアクセスノード端末は、１度に２つのビームに供する。タイムスロットの数Ｑ＝８０に設定することにより、１６０個のスポットビーム１２５の全てを提供する。しかしながら、結果として生じるデューティサイクル＝１／８０である。そのため、この第１の例では、速度及び容量が減少する。デューティサイクルは、アクセスノード端末１３０の数が増加するにつれて増加し得る。
第２の例では、サービスが４個のアクセスノード端末１３０及び４０個のみのスポットビーム１２５で開始される場合、結果として生じるサービスカバレッジエリア４１０は、初期サービスカバレッジエリア４１０の２５％である。これは、何れの２５％でもあり得ることに留意されたい。Ｋ＝８個の経路では、Ｑ＝５を設定することにより、デューティサイクル＝１／５で４０個のビームを提供する。そのため、この第２の例では、速度及びスポットビーム容量の最低限の減少がある。サービスカバレッジエリア４１０は、アクセスノード端末１３０の数が増加するにつれて増加し得る。これらのアプローチは、初期アクセスノード端末１３０の数の減少のために、初期サービスカバレッジエリア４１０及び／又は速度／容量を条件に見合って交換する。
ビームフォーミング重みベクトル、従ってスポットビームカバレッジエリア１２６のロケーションは、本明細書で説明する衛星通信アーキテクチャにおいて柔軟である。軌道位置の変更後の通信サービスの支援は、新しい組のビームフォーミング重みベクトルを更新（例えば、アップロード）して、異なる軌道位置から同じスポットビームカバレッジエリア１２６のカバレッジを可能にすることによって達成され得る。これは、いくつかの利点を提供する。軌道位置は、通信衛星１２０が構築されている時点で定義されなくてよい。軌道位置は、通信衛星１２０の寿命がある間、いかなる時点でも変更され得る。通信衛星１２０のための一般的な設計は、任意の軌道位置及び反射器１２２の合理的な走査範囲内にあるサービスカバレッジエリア４１０の任意の定義に使用され得る。さらに、アンテナアセンブリ１２１のためのネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１は、本明細書で説明したように軌道位置におけるそのような変化に適応され得る。
新しい軌道位置において通信サービスを提供するためのビームフォーミング重みセットの更新は、様々な方法で達成され得る。いくつかの例では、新しいビームフォーミング重みセットは、通信衛星１２０にアップロードされ得るか、又は新しいビームフォーミング重みセットは、通信衛星１２０に記憶されているものから選択され得る。いくつかの例では、新しいビームフォーミング重みセットは、ネットワーク管理エンティティなどのネットワーク装置１４１から受信され得る。いくつかの例では、新しいビームフォーミング重みセットは、少なくとも部分的に、通信衛星の新しい軌道位置に基づいて通信衛星１２０において計算され得る。いくつかの例では、ＢＦＮ７１０は、地上セグメント１０２（例えば、ＧＢＢＦ用）に置かれ得、その場合、ビームフォーミング重みセットは、地上セグメント１０２において選択及び／又は計算され得る。
更新されたビームフォーミング重みセットは、新しい軌道位置において通信サービスの様々な特性を提供し得る。例えば、ビームフォーミング重みセットは、特定のスポットビーム１２５を形成するために、及び／又は特定のセルに通信サービスを提供するために同じ又は異なる複数のフィード素子を使用するように構成され得る。いくつかの例では、ビームフォーミング重みセットは、更新された軌道位置において、同じスポットビームカバレッジエリアを有するスポットビームを提供するように更新され得る。いくつかの例では、ビームフォーミング重みセットは、更新された軌道位置において同じサービスカバレッジエリアを提供するように更新され得る。いくつかの例では、通信サービスは、サービスカバレッジエリアの複数のセルに提供され得、及び軌道位置の変更に応答して、通信サービスは、以前の軌道位置からのスポットビームと同じ帯域幅、同じ周波数、同じ偏波及び／又は同じタイミングスロット順序を有するスポットビームを介してセルの少なくとも１つに提供され得る。
ビーム形成Ｔｘシステムにおいて、Ｔｘ電力を不均一且つ動的に各アクセスノード端末スポットビーム１２５に割り当てることは、非常に簡単である。スポットビーム１２５へのＴｘ電力は、ビーム重みの大きさ二乗の和に比例する。ビーム重みを拡大縮小することにより、スポットビーム１２５への電力を増減させる。電力は、チャネル増幅器の減衰を介しても調整され得る。
電力は、レインフェード減衰に反比例して各アクセスノード端末スポットビーム１２５に割り当てられ得る。この割り当ては、実際のレインフェード減衰に基づいて動的であり得るか、又は特定の利用度と関連するレインフェードに基づいて政敵であり得る。
一実施形態では、送信電力は、ダウンリンクＳＮＲに基づいてアクセスノード端末１３０に割り当てられる。ＮＧＷ個のアクセスノード端末１３０では、アクセスノード端末１３０への送信に割り当てられる通信衛星１２０（例えば、送信用アンテナアセンブリ１２１）での総Ｔｘ電力ＰＧＷは、
Figure 0007127053000007
（式中、Ｐｎ＝アクセスノード端末数ｎに割り当てられた電力Ｔｘである）
である。ダウンリンクＳＮＲを等しくする適切な電力割り当ては、
Figure 0007127053000008
（式中、Ｒｎ＝アクセスノード端末数ｎに対するアンテナアセンブリゲイン、Ｄｎ＝アクセスノード端末数ｎにおける降雨減衰に起因するダウンリンクＳＮＲ低下及びＬｎ＝アクセスノード端末数ｎに対する自由空間経路損失である）
である。
静的アプローチでは、電力割り当ては、目標リンクの稼働率における降雨減衰に基づいて選択され得る。これらの固定電力割り当ては、ネットワーク運用の前にネットワークプランナーによって決定され得る。降雨減衰Ａｎは、所望の稼働率に対応する各アクセスノード端末１３０において決定され得る。降雨低下量Ｄｎは、Ａｎ及びアクセスノード端末ＨＷパラメータから計算され得る。自由空間経路損失Ｌｎ（例えば、信号伝搬損失）は、各アクセスノード端末１３０に対して計算され得る。各アクセスノード端末に対するＴｘアンテナアセンブリゲインＲｎは、ビーム重み及びネイティブなフィード素子パターン２１０から決定され得る。割り当てられた電力Ｐｎ及び必要なチャネル振幅減衰設定値は、それらの電力を生じるために計算され得る。
チャネル振幅減衰器設定値は、アップリンクを介して通信衛星１２０に送られ、及びネットワーク運用の概念（例えば、アクセスノード端末ロケーション、ダウンリンク稼働率、アクセスノード端末ダウンリンクに割り当てられた総電力など）の変更を望むまで（その場合に）、その設定値に保たれる。
動的アプローチでは、電力割り当ては、各アクセスノード端末１３０において観察された降雨減衰に基づいて選択され得る。Ｔｘ電力設定値Ｐｎは、降雨減衰が変化すると、動的に変化する。いくつかの実施形態では、降雨減衰測定システムが使用され、及び全ての測定された降雨減衰を集めるための中央処理部（例えば、ＮＯＣ又は他のネットワーク装置１４１）が電力割り当てを動的計算し、及び電力割り当て（例えば、チャネル振幅ゲイン又はビーム重みベクトルとしての）情報を衛星にアップリンク伝送する。図２３は、この動的アプローチを支援し得る、実例となる衛星通信システム２３００の簡略図である。
別の実施形態では、送信電力は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に基づいてアクセスノード端末１３０に割り当てられる。比較的高いスポットビーム干渉を有するアクセスノード端末ダウンリンクに関し、ダウンリンクＳＩＮＲを等しくするという目的で電力を割り当てることが好ましいことがあり得る。
静的アプローチ及び動的アプローチの両方とも、電力割り当てを計算するために異なる式を使用することによってこれに適合し得る。ここで、電力割り当ては、
ｘ＝［ＲｇｗＣ－λＧＣ（Ｒ－Ｒｇｗ））］－１λＤｇ （１０）
（式中、λは、等式
Figure 0007127053000009
及び以下の定義を適用させるために選択され得る）
である。
ｘ：各アクセスノード端末１３０へのＴｘ電力割り当てを含む、Ｎ×１列のベクトル。
Ｒ：Ｎ×Ｎのビームゲイン行列。コンポーネントＲｉｊは、アクセスノード端末ｉの方向にあるアクセスノード端末ｊに向けるスポットビームのゲインである。対角線のコンポーネントｒｉｉは、アクセスノード端末ｉのアンテナゲインである。
Ｒｇｗ：アクセスノード端末ｎに対するゲインを含む、Ｎ×Ｎの対角行列。ＲｇＷの対角要素＝Ｒの対角要素である。
Ｄ：要素が各アクセスノード端末の降雨低下量を含む、Ｎ×Ｎの対角行列。これは、Ａｎの測定値から計算される。
Ｃ：要素が各アクセスノード端末のリンク定数を含む、Ｎ×Ｎの対角行列。具体的には、
Ｃ＝Ｄｉａｇ［ｃｎ］ （１２）
（式中、
Figure 0007127053000010
）
である。
Ｇ：対角要素が各アクセスノード端末のための目標相対ダウンリンクＳＩＮＲを含む、Ｎ×Ｎの対角行列。全アクセスノード端末が同じダウンリンクＳＩＮＲを有することが望ましい場合、Ｇ＝Ｎ×Ｎの単位行列である。
ｇ：要素がＧの対角要素と同じである、Ｎ×１列のベクトル。
λ：電力割り当てｘｎが、合計して、割り当てられた総アクセスノード端末Ｔｘ電力ＰＧＷとなるように選択される必要がある、自由スカラーパラメータ。
式（１０）は、反復法によって解かれ得る。
そのため、本明細書で説明したように、衛星通信サービスは、ビームフォームされたスポットビーム１２５を支援する通信衛星１２０によって提供され得、これは、ビームホッピング構成に従って変化するスポットビームカバレッジエリアロケーションをさらに支援し得る。ビームフォームされたスポットビーム１２５は、ネイティブなアンテナパターン２２０の複数のネイティブなフィード素子パターン２１０を介して伝搬する電磁信号の建設的及び破壊的な影響をレバレッジするアンテナフィード素子１２８を介して伝えられた信号にビーム重み付けを行うことによって柔軟に形成され得る。通信サービスを提供する柔軟性は、ネイティブなアンテナパターン２２０の変化を支援する１つ以上のアンテナアセンブリ１２１を利用する通信衛星１２０によってさらに高められ得る。
図２４Ａ及び図２４Ｂは、本開示の態様による、アンテナアセンブリ１２１によって支援され得るネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄの変更を示す。ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄの変更は、フィードアレイアセンブリ１２７に含まれる、反射器１２２に含まれる、フィードアレイアセンブリ１２７と反射器１２２との間に結合される、２つの反射器１２２間に結合されるなどのアクチュエータに指令することによってもたらされ得る。例えば、アンテナアセンブリ１２１は、本明細書で説明したように、フィードアレイアセンブリ１２７とアンテナアセンブリ１２１の反射器１２２との間の相対位置を調整することにより、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１からネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２への変更を支援し得る。相対位置の変更は、リニアアクチュエータ１２４によってもたらされ得、及び例えば通信サービスの柔軟なビームフォーミングをサービスカバレッジエリア（例えば、図４を参照して説明したようなサービスカバレッジエリア４１０）に提供するために異なるネイティブなアンテナパターン２２０を支援し得る。
図２４Ａは、複数のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１によって形成されたネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１の例示的な図２４００を示す。いくつかの例では、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１は、図４を参照して説明したサービスカバレッジエリア４１０などのサービスカバレッジエリアを支援することを意図し得る。例では、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１は、通信サービスの特定の条件に従って通信サービスをサービスカバレッジエリア４１０に提供するために使用され得る。しかしながら、様々な理由で、通信サービスの条件を変更することが望ましいことがあり得る。例えば、サービスカバレッジエリア４１０内の需要プロフィールが変化し得、所望のサービスカバレッジエリア４１０が変化し得、通信衛星１２０の軌道位置が変化し得、又は関連のネイティブなアンテナパターン２２０－ｄによって形成されたスポットビーム１２５の特性を変更することが望ましいことがあり得る。
スポットビーム１２５の特性は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１及び異なるビーム重みの結果であり得る。例えば、図２４００は、Ｃｈｉｃａｇｏ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ周辺の対象のエリア２４２４を示す。対象のエリア２４２４を支援するために、通信衛星１２０は、ビームフォーミング技術を、対象のエリア２４４２を囲んでいるネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１と関連するフィードアレイアセンブリ１２７のアンテナフィード素子１２８に適用し得る。図２４００によれば、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１は、濃い実線で示すような、対象のエリア２４２４を囲う８個のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を含む。従って、通信衛星１２０は、フィードアレイアセンブリ１２７の８個のアンテナフィード素子１２８を利用して、対象のエリア２４２４の通信サービスを支援し得る。
図２４Ｂは、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の同じアンテナフィード素子１２８と関連し得る複数のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１によって形成されたネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２の例示的な図２４５０を示す。しかしながら、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１と異なる特性（例えば、より大きいネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアサイズ、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアのより高い重なりの程度など）のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を有し得る。ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１からネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２への変更は、アクチュエータ１２４にフィードアレイアセンブリ１２７と反射器１２２との間の相対距離を変更するように指令することによってもたらされ得る。例えば、図２４５０のネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２は、図２４００におけるよりも反射器１２２の近くに置かれているフィードアレイアセンブリ１２７を表し得、これは、より重いデフォーカス条件を引き起こし得る。
図２４５０によって示すように、アクチュエータ１２４の調整は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１と比較してより広範なネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２を提供し得る。ネイティブなアンテナパターンを広げることにより、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２は、より広範なサービスカバレッジエリア４１０を支援し、且つ／又は異なるカバレッジエリア条件（例えば、異なるスポットビームパターン、スポットビームサイズ、スポットビームゲインなど）に従ってサービスカバレッジエリア内の通信サービスを提供することができる。
例えば、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２もＣｈｉｃａｇｏ、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ周辺であるが、異なるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄに従って対象のエリア２４２４を支援し得る。例示的な図２４５０に示すように、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２は、濃い実線によって示すように、対象のエリア２４２４を囲う１１個のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を含む。従って、通信衛星１２０は、フィードアレイアセンブリ１２７の１１個のアンテナフィード素子１２８を利用して、対象のエリア２４２４における通信サービスを支援し得る。ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１と比較するように、対象のエリア２４２４において通信サービスを支援するためにネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２において使用され得るより多数のアンテナフィード素子１２８が、フィード冗長性、信号品質特性（例えば、より高いビームゲイン、異なるビームゲインプロファイルなど）及び直交通信リソースの利用などの通信サービスの様々な態様を改善し得る。そのため、対象のエリア２４２４を含むサービスカバレッジエリア４１０は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１からネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２への変更及び異なるビームフォーミング重みマトリクス（例えば、所与のビームフォームされたスポットビーム１２５を支援するために使用された異なるビーム重み及び／又は異なる数のフィード素子１２８による）を使用する通信サービスが提供され得る。
アンテナアセンブリ１２１に、よりデフォーカスした位置に移行するように指令することにより、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１からネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２への移行を提供することは、いくつかの状況で望ましいことがあり得るが、いくつかの状況では、アンテナアセンブリ１２１に、よりフォーカスした位置に移行するように指令することが望ましいことがあり得る。そのため、アクチュエータにネイティブなアンテナパターン２２０の変更をもたらすように指令することは、通信衛星１２０が通信サービスを提供する方法に適応する様々な手段を提供し得る。いくつかの例では、適応ビームフォーミングシステムが、フィードアレイアセンブリ１２７と反射器１２２との間の距離をビームフォーミングシステムのコンポーネントとして利用し得る。例えば、ビームフォームされたスポットビーム１２５の配置構成は、フォーカス位置とビームフォーミング重みマトリクスとの異なる組み合わせで計算的に決定されて、様々な目標パラメータ（例えば、カバレッジ、平均出力密度、システム容量、地理的な需要への空間容量の適合）に対して配置構成を最適にし得る。配置構成は、例えば、モンテカルロ分析、反復計算などの計算技術を使用して決定され得る。
ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－１とネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｄ－２との間の変更を、カバレッジ又はサービスに適応するための異なるカバレッジエリア条件を提供することに基づいていると説明したが、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１の変更は、他の状況に応答して使用され得る。例えば、軌道位置の変更により、同じネイティブなアンテナパターン２２０に対してネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１を修正し、及びサービスカバレッジエリア４１０での通信サービスを支援するのには不十分であるパターンを生じ得る。この条件は、例えば、作動したままの状態、衛星ドリフトの結果の何れかなど、通信衛星１２０の軌道位置が意図したものと異なる軌道スロットにある場合に生じ得る。代わりに、軌道位置の変更が計画され得るか又は衛星の再作動が望まれ得る。そのため、ネイティブなアンテナパターン２２０の変更は、アンテナアセンブリ１２１又は通信衛星１２０の外部の状況によって指令され、及びサービスカバレッジエリア４１０の条件の変更を生じ得る。アクチュエータ１２４は、例えば、衛星動作を所望のサービスカバレッジエリア４１０に戻す又は実質的に戻すために使用され得る（例えば、ビームフォーミングと組み合わせて）。
図２４Ｃ及び図２４Ｄは、本開示の態様による、複数のアンテナアセンブリ１２１を介して通信衛星１２０－ｄのネイティブなアンテナパターン２２０によってもたらされたネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ及び２２１－ｆを示す。簡潔にするために、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ及び２２１－ｆのそれぞれの外枠のみを示すが、本明細書で説明したように、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ及び２２１－ｆのそれぞれは、第１のアンテナアセンブリ１２１及び第２のアンテナアセンブリ１２１のフィードアレイアセンブリ１２７と関連する複数のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１から形成され得る。ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ及び２２１－ｆは、例えば、異なるサービスカバレッジエリア４１０に１つ以上の通信サービスを提供し得る。
図２４Ｃは、地球上の認識できる範囲が北米及び南米である、第１の地球静止軌道位置（例えば、９８°経度の軌道スロット）に位置決めされている間に通信衛星１２０－ｄによって提供されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１及び２２１－ｆ－１の図２４７０を示す。ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１及び２２１－ｆ－１は、それぞれ第１及び第２のアンテナアセンブリ１２１－ｇ及び１２１－ｈの第１のデフォーカス条件を表し得る、第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－１及び２２０－ｆ－１によって提供され得る。通信衛星１２０－ｄは、第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－１に従って、北米大陸のかなりの部分を網羅する第１のサービスカバレッジエリア４１０（図示せず）に通信サービスを提供し得る。通信サービスは、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１及び他のパラメータ（例えば、ビーム重み、容量分布、スポットビームホッピングなど）に基づいて第１のサービスカバレッジエリア４１０に提供され得る。通信衛星１２０－ｄは、第２のネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－１に従って、南米大陸のかなりの部分を含む第２のサービスカバレッジエリア４１０（図示せず）に通信サービスを提供し得る。通信サービスは、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１及び他のパラメータ（例えば、ビーム重み、容量分布、スポットビームホッピングなど）に基づいて第２のサービスカバレッジエリア４１０に提供され得る。様々な例では、第１及び第２のサービスカバレッジエリア４１０に提供される通信サービスは、同じであるか又は異なり得る。
図２４Ｄは、第１の地球静止軌道位置よりも東方の位置を有する第２の地球静止軌道位置に位置決めされている間、通信衛星１２０－ｄによって提供されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ及び２２１－ｆの図２４８０を示す。様々な理由で（例えば、軌道のドリフト、展開の変更など）、通信衛星１２０－ｄは、第１の地球静止軌道位置から第２の地球静止軌道位置（例えば、８８°経度の軌道スロット）に動かされて、新しい軌道位置で動作し得る。
ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－２及び２２１－ｆ－２は、図２４Ｃを参照して説明したが、第２の地球静止軌道位置におけるネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－１及び２２０－ｆ－１の投影カバレッジエリアを表し得る。いくつかの例では、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－２及び２２１－ｆ－２は、通信衛星１２０－ｄの軌道位置を変更することによるだけでなく、通信衛星１２０－ｄの関連のアンテナ１２１のボアサイト方向を変更する（例えば、アンテナボアサイト方向と地球の中心との間で通信衛星１２０－ｄから測定されたようなスキュー角を変更し、それにより調整を９８°での軌道スロットから８８°での軌道スロットに補償する）ことにもよって提供され得る。いくつかの例では、アンテナボアサイト方向へのこの変更は、通信衛星１２０－ｄを異なる姿勢に向けることによって達成され得る。しかしながら、いくつかの例では、通信衛星１２０－ｄのアンテナ１２１は、それらの視界に地球全体を有し得、及びアンテナアセンブリのボアサイト方向の調整は、必須でなくてよい（例えば、アンテナ１２１は、地球の中心を指し続け得る）。
図２４８０によって示されるように、同じネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－１に関し、第２の地球静止軌道位置からのネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－２のサイズは、地球の目標エリアが通信衛星１２０－ｄから離れるように回転していることに起因して、第１の地球静止軌道位置からのネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１のサイズよりも大きい。換言すると、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｇの視界は、第１の地球静止軌道位置からよりも第２の地球静止軌道位置からの方が北米全体のサービスカバレッジエリア４１０に向かって広くなり、従って所望のサービスカバレッジエリア４１０にわたってより低い信号出力密度を提供し得る。これに対し、同じネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－１では、第２の地球静止軌道位置からのネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－２のサイズは、地球の目標エリアが通信衛星１２０－ｄの近くに回転していることに起因して、第１の地球静止軌道位置からのネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１のサイズよりも小さい。換言すると、第２のアンテナアセンブリ１２１－ｈの視界は、第１の地球静止軌道位置からよりも第２の地球静止軌道位置からの方が狭くなり、及び所望のサービスカバレッジエリア４１０を適切に網羅しない可能性がある。
一般的にサイズの変更として示したが、第１の軌道位置から第２の軌道位置に動くときの所与のネイティブなアンテナパターン２２０に関するネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１への変更は、サイズ、形状、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１の表面と通信衛星１２０との間の信号の入射角（例えば、信号放射方向）の変更及びこれらの様々な組み合わせを含み得る。そのような変更に従って通信サービスを提供し続けるために、アンテナアセンブリ１２１においてネイティブなアンテナパターン２２０を変更して、そのような変更を補償することが有益であり得る。
例えば、第１の地球静止軌道位置から第２の地球静止軌道位置への軌道位置の変更に応答して、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｇは、より狭いネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－２を提供するように指令され得る。ネイティブなアンテナパターンの変更は、第１のデフォーカス位置から第２のデフォーカス位置に変更するように（例えば、リニアアクチュエータの長さを変更することによって）、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｇのアクチュエータ１２４に指令することによってもたらされ得る。そのため、図２４８０は、より狭いネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－２を提供するようにアンテナアセンブリ１２１のアクチュエータに指令する例を示し、及びより狭いネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－２の結果は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－３であり得る。
いくつかの例では、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－３は、第１の地球静止軌道位置から、図２４Ｃを参照して説明したネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１と実質的に同一の広がりを有するであり得る。代わりに、軌道位置の変更によって引き起こされた入射角の変更に起因して、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－３は、必ずしもネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１と同一の広がりを有さなくてもよいが、他に信号送信／受信密度が、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１及び２２１－ｅ－３が同一の広がりを有することを要求しても又はしなくてもよいネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１によって提供されるものと同様であるように提供され得る（ただし、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１及び２２１－ｅ－３は、少なくとも部分的に重なっている）。換言すると、軌道位置の変更に応答して、更新されたネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－２は、第２の地球静止軌道位置において第２のネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－２によって提供されるサービスカバレッジエリア４１０が第１の地球静止位置において第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｅ－１によって提供されるサービスカバレッジエリア４１０と実質的に同一の広がりを有するように提供され得る。
別の例では、第１の地球静止軌道位置から第２の地球静止軌道位置への軌道位置の変更に応答して、第２のアンテナアセンブリ１２１－ｈは、より広いネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－２を提供するように指令され得る。ネイティブなアンテナパターンの変更は、第２のアンテナアセンブリ１２１－ｈのアクチュエータ１２４に、第１のデフォーカス位置から第２のデフォーカス位置に変更するように（例えば、リニアアクチュエータの長さを変更することによって）指令することによっても提供され得る。そのため、図２５８０は、より広いネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－２を提供するようにアンテナアセンブリ１２１のアクチュエータに指令する例も示し、及びより広いネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－２の結果は、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－３であり得る。
いくつかの例では、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－３は、第１の地球静止軌道位置からの、図２４Ｃを参照して説明したネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１と実質的に同一の広がりを有するであり得る。代わりに、軌道位置の変更によって引き起こされた入射角の変更に起因して、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－３は、必ずしもネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１と同一の広がりを有さなくてもよいが、他に信号送信／受信密度が、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１及び２２１－ｆ－３が同一の広がりを有することを要求しても又はしなくてもよいネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１によって提供されるものと同様であるように提供され得る（ただし、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１及び２２１－ｆ－３は、少なくとも部分的に重なり合い得る）。換言すると、軌道位置の変更に応答して、更新されたネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－２は、第２の地球静止軌道位置において第２のネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－２によって提供されるサービスカバレッジエリア４１０が、第１の地球静止位置において第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－１によって提供されるサービスカバレッジエリア４１０と実質的に同一の広がりを有するように提供され得る。
場合により、複数のアンテナアセンブリ１２１を備える通信衛星１２０では、１つのアンテナアセンブリ１２１に対するネイティブなアンテナパターン２２０は、調整され得るが、他のアンテナアセンブリ１２１に対するネイティブなアンテナパターン２２０は、不変のままである。図２４Ｅは、本開示の態様による、複数のアンテナアセンブリ１２１を介して通信衛星１２０－ｄによって提供されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１の代替形態を示す。一例では、通信衛星１２０－ｄは、図２４Ｃに示すように、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｇを介してネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｅ－１を提供するために、及び第２のアンテナアセンブリ１２１－ｈを介してネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１を提供するために、最初に第１の軌道位置において構成され得る。第２のアンテナアセンブリ１２１－ｈは、第１の地球静止軌道位置から地球上の認識できる範囲を提供するために使用され得る、図２４Ｅに示すようなネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－４を提供するように再構成され得る（例えば、ネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－１からネイティブなアンテナパターン２２０－ｆ－３への変更をもたらすようにアクチュエータ１２４に指令することによって）。別の例では、通信衛星１２０－ｄは、最初に、図２４Ｅに示すような地球上の認識できる範囲（例えば、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－４）を提供するように第２のアンテナアセンブリ１２１－ｈが調整された状態で構成され得、及びそれに続いて、第２のアンテナアセンブリ１２１－ｈが、図２４Ｃに示すようなネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｆ－１を提供するように調整され得る（例えば、アクチュエータ１２４に指令することによって）。そのため、図２４９０は、別のアンテナアセンブリ１２１のネイティブなアンテナパターン２２０を維持したままでネイティブなアンテナパターン２２０の変更をもたらすように、１つのアンテナアセンブリ１２１のアクチュエータに指令する例を示す。
一般的に地球静止軌道位置を有する通信衛星１２０を参照して説明したが、ネイティブなアンテナパターン２２０に対する調整は、ＬＥＯ又はＭＥＯ応用などの非地球静止応用にも適用可能である。例えば、ネイティブなアンテナパターン２２０は、ＬＥＯ又はＭＥＯ衛星の軌道経路に従う、より大きいか、より小さいか又は他に適応サービスカバレッジエリアを提供するように調整され得る。さらに、ネイティブなアンテナパターン２２０は、軌道経路の特性、軌道経路の高度及び／又はレートなどに基づいて調整され得る。これは、軌道経路に対する調整が必要とされるとき及び／又は軌道経路が設計軌道経路から逸れるとき、設計柔軟性を提供し得る。そのため、複数のネイティブなアンテナパターン２２０を支援するアンテナアセンブリ１２１はまた、非地球静止通信衛星１２０によって提供される通信サービスのビームフォーミングに柔軟性をもたらし得る。
図２５Ａ～２５Ｃは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターン２２０の変更を支援するために、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間の相対位置の調整を支援する通信衛星１２０－ｅを示す。通信衛星１２０－ｅは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇ、反射器１２２－ｇ及びフィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間に結合されたアクチュエータ１２４－ｇを有するアンテナアセンブリ１２１－ｉを含む。
フィードアレイアセンブリ１２７－ｇは、フィード素子１２８－ｇ－１及び１２８－ｇ－２などの複数のフィード素子１２８－ｇを含み得る。簡潔にするために２つのアンテナフィード素子１２８－ｇのみを示すが、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇは、任意の数（例えば、数十、数百、数千など）のアンテナフィード素子１２８－ｇを含み得る。さらに、アンテナフィード素子１２８－ｇは、任意の好適な方法（例えば、リニアアレイ、弓状アレイ、平面アレイ、ハニカムアレイ、多面体アレイ、球形アレイ、楕円形アレイ又はそれらの任意の組み合わせ）で配置され得る。
フィードアレイアセンブリ１２７の各フィード素子１２８は、図２Ｃ及び図３Ｃを参照して説明したネイティブなフィード素子パターンゲインプロファイル２５０の例であり得るゲインプロファイルと関連し得る。フィードアレイアセンブリ１２７の各フィード素子１２８は、それぞれのネイティブなフィード素子パターン２１０とも関連し得る（例えば、フィード素子１２８－ｇ－１と関連したネイティブなフィード素子パターン２１０－ｇ－１、フィード素子１２８－ｇ－２と関連したネイティブなフィード素子パターン２１０－ｇ－２など）。各ネイティブなフィード素子パターン２１０は、図２Ａ、図２Ｄ、図３Ａ、図３Ｄ、図４Ａ、図２４Ａ及び図２４Ｂを参照して説明したネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の例であり得るネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を提供し得る（例えば、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｇ－１と関連したネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｇ－１、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｇ－２と関連したネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｇ－２など）。ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１は、上述の通り、反射器から反射後、基準平面２５０５及び／又は基準平面２５０５の上方又は下方の体積部に投影されたエリアを含み得る。
反射器１２２－ｇは、フィードアレイアセンブリと１つ以上の目標装置（例えば、アクセスノード端末１３０及び／又はユーザ端末１５０）との間で送信された信号を反射するように構成され得る。反射器の表面は、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと通信衛星１２０－ｅのサービスカバレッジエリア４１０との間で信号を分布させるために任意の好適な形状であり得、これは、放物形、球形、多角形などを含み得る。単一の反射器１２２－ｇのみを示すが、通信衛星１２０は、特定のフィードアレイアセンブリ１２７に２つ以上の反射器１２２を含み得る。さらに、通信衛星１２０の反射器１２２は、単一のフィードアレイアセンブリ１２７の専用とするか又は複数のフィードアレイアセンブリ１２７間で共有され得る。
反射器１２２－ｇは、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明したような、通信衛星１２０－ａによって受信される信号が集中される１つ以上のロケーションと称し得るフォーカス領域１２３と関連し得る。例えば、反射器１２２－ｇのフォーカス領域は、反射器１２２－ｇの主軸に対して平行な方向で反射器に到達する信号が一致点に反射されるロケーションと称し得る。逆に、反射器１２２－ｇのフォーカス領域は、フォーカス領域から発せられる信号が反射器から平面波で反射するロケーションと称し得る。
いくつかの例では、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇを反射器１２２－ｇに対するデフォーカス位置（例えば、反射器１２２－ｇの面と反射器１２２－ｇのフォーカス領域との間又は反射器１２２－ｇに対する何らかの他のデフォーカス位置）に位置決めすることが好都合であり得る。本明細書では、反射器１２２－ｇに対してデフォーカス位置に置かれているフィードアレイアセンブリ１２７－ｇは、反射器から、反射器１２２－ｇと反射器１２２－ｇのフォーカス領域との間の距離と異なる距離に置かれているフィード素子１２８－ｇ（例えば、フィードアパーチャ開口、フィードのトランスデューサなど）と称し得る。いくつかの例では、反射器１２２－ｇに対してデフォーカス位置に置かれているフィードアレイアセンブリ１２７－ｇは、反射器１２２－ｇから基準軸に沿って、基準軸に沿った反射器１２２－ｇとフォーカス領域との間の距離と異なる距離に置かれているアンテナフィード素子１２８－ｇの面（例えば、複数のフィードアパーチャ開口の基準面、複数のフィードトランスデューサの基準面など）と称し得る。そのような配置構成は、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇが反射器１２２－ｇのフォーカス領域に位置決めされているときよりも広範なネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を生じ得、これは、スポットビーム１２５のビームフォーミングの柔軟性を高め得る。例えば、より広範なネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１では、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇのより大量のアンテナフィード素子１２８－ｇが特定のスポットビームカバレッジエリア１２６を支援することができ得る。さらに、より広範なネイティブなフィード素子パターン２１０－ｇは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇの各フィード素子１２８－ｇがより大量のスポットビームカバレッジエリア１２６を支援できるようにもする。
アクチュエータ１２４－ｇは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間の相対距離の調整を支援し得る。例えば、アクチュエータ１２４－ａは、１つの並進方向に沿った相対距離の変化をもたらすように制約されるリニアアクチュエータであり得、これは、主に、反射器１２２－ｇの中心と反射器１２２－ｇのフォーカス領域との間の方向に沿って位置合わせされ得る。様々な例では、アクチュエータ１２４－ｇは、リニアモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、ラックピニオンアセンブリ、ボールねじアセンブリ、運動学的リンク機構、伸縮トラスアセンブリ、液圧シリンダー又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。
図２５Ａ～２５Ｃに示すように、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇは、通信衛星１２０－ｇの本体に対して固定され得るため、アクチュエータ１２４－ｇは、反射器１２２－ｇを通信衛星１２０－ｅの本体に対して軸に沿って動かし得る。他の例では、反射器１２２－ｇは、通信衛星１２０－ｅの本体に対して固定され得るため、リニアアクチュエータ１２４－ｇは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇを通信衛星１２０－ｅの本体に対して軸に沿って動かし得る。さらに他の例では、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇも反射器１２２－ｇも通信衛星１２０－ｅの本体に対して固定されていなくてもよく、及びアクチュエータ１２４－ｇは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇ又は反射器１２２－ｇの一方又は両方を通信衛星１２０－ｅの本体に対して軸に沿って動かし得る（例えば、組み合わせて、協働して、別々になど）。
いくつかの例では、通信衛星１２０－ｅは、追加的なアクチュエータ、例えば副アクチュエータ２５４０－ａ及び／又は２５４０－ｂを含み得る。副アクチュエータ２５４０は、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間に１つ以上の追加的な自由度（例えば、回転自由度、平行移動自由度又はそれらの組み合わせ）を提供するように構成され得る。そのような例では、副アクチュエータ２５４０は、アクチュエータ１２４－ｇの軸と異なる軸の周りでフィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置の変更を引き起こすように指令され得、そのような変更は、指令されたネイティブなアンテナパターンの変更をもたらすためのアクチュエータ１２４－ｇの調整と組み合わせられる。副アクチュエータ２５４０は、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間にそのような追加的な自由度を提供するために１つ以上の好適なコンポーネントを含み得る。例えば、副アクチュエータ２５４０は、衛星の揺らぎ（例えば、アンテナボアサイト方向に影響を与え得る回転振動）を補償するように作動され得るヒンジ又は玉継手を含み得る。副アクチュエータ２５４０－ａは、通信衛星１２０－ｅの本体部分とアクチュエータ１２４－ｇとの間に回転結合を提供するとし示され、及び副アクチュエータ２５４０－ｇは、アクチュエータ１２４－ｇと反射器１２２－ｇとの間に回転結合を提供すると示されているが、追加的なアクチュエータは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間で任意の好適な自由度で任意の好適なロケーションに結合され得る。
図２５Ａは、アンテナアセンブリ１２１－ｉのフォーカス配置構成に対応する、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間に第１の距離（例えば、距離ｄ１）を有する通信衛星１２０－ｅの例２５００を示す。例２５００の配置構成では、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｇは、比較的狭いことができる（例えば、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｇ－１及び２１０－ｇ－２によって示すように）。従って、基準平面２５０５に対するネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｇは、比較的小さいことができ（例えば、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｇ－１及び２１１－ｇ－２によって示すように）、及び結果として生じるネイティブなアンテナパターン２２０は、ネイティブなフィード素子パターン低重なり条件を有すると言及され得る。
いくつかの例では、ネイティブなフィード素子パターン低重なり条件は、任意の所与の隣接するフィード素子１２８のネイティブなフィード素子パターン２１０とのそのネイティブなフィード素子パターン２１０の重なりの半分未満を有する各フィード素子１２８と関連する。他の例では、ネイティブなフィード素子パターン低重なり条件は、任意の所与の隣接するフィード素子１２８とのネイティブなフィード素子パターン２１０とのそのネイティブなフィード素子パターン２１０の重なりの４０パーセント未満、３０パーセント、２０パーセント又は１０パーセントを有する各フィード素子１２８として説明され得る。さらに他の例では、ネイティブなフィード素子パターン低重なり条件は、任意の所与の隣接するフィード素子１２８のネイティブなフィード素子パターン２１０とのそのネイティブなフィード素子パターン２１０の重なりを有しない各フィード素子１２８として説明され得る。
様々な例では、距離ｄ１は、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間の距離を反射器１２２－ｇの焦点距離（例えば、ゼロフォーカスオフセット距離）と等しいか又は比較的近くする。例２５００は、隣接するネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｇが互いにある程度のビームの重なりを有するため、反射器１２２－ｇに対してわずかなデフォーカス位置にあるフィードアレイアセンブリ１２７－ｇを表し得るが、例２５００は、この説明のために、アンテナアセンブリ１２１－ｉの焦点位置にあるとみなされる。換言すると、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の低ビーム重なり条件は、この説明のために、アンテナアセンブリ１２１の焦点位置の結果であるとみなされる。
図２５Ｂは、第１のデフォーカス位置にアンテナアセンブリ１２１－ｉを有する通信衛星１２０－ｅの例２５５０を示す。例２５５０では、アクチュエータ１２４－ｇは、比較的短い距離（例えば、距離ｄ２）を提供し、反射器１２２－ｇのフォーカス領域よりも反射器１２２－ｇの近くにあるフィードアレイアセンブリ１２７－ｇを生じる（例えば、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇは、例２５００におけるものよりも反射器１２２－ｇの近くにあり得る）。換言すると、例２５５０は、反射器１２２－ｇに対してかなりのデフォーカス位置に置かれているフィードアレイアセンブリ１２７－ｇを表し得る。例２５５０の配置構成では、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｈは、比較的幅広であり得る（例えば、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｈ－１及び２１０－ｈ－２によって示すように）。従って、基準平面２５０５に対するネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｈは、比較的大きいことができる（例えば、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｈ－１及び２１１－ｈ－２によって示すように）。
図２５Ｃは、第２のデフォーカス位置にアンテナアセンブリ１２１－ｉを有する通信衛星１２０－ｅの例２５５５を示す。例２５５５では、アクチュエータ１２４－ｇは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間の距離を距離ｄ２から距離ｄ３に長くするように調整されている。例２５５５の配置構成では、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｉは、比較的幅広であり、且つかなりの重なりを有し得る（例えば、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｉ－１及び２１１－ｉ－２によって示すように）が、それぞれ例２５５０における配置構成よりも狭いことができる。
例２５５０は、第１のネイティブなアンテナパターンに従って通信サービスを支援する通信衛星１２０－ｅの第１の動作条件（例えば、第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｈ）を表し得、ここで、第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｈは、少なくとも部分的に、アクチュエータ１２４－ｇの長さ又は他にそれによってもたらされる長さに基づく（例えば、距離ｄ２）。第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｈは、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｈのサイズ、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｈの重なりの程度、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｈのロケーションなどの特徴又はネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｈの他の特性によって特徴付けられ得る。例２５５０には２つのネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１－ｈのみを示すが、通信衛星１２０は、任意の数（例えば、数十、数百、数千など）のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１を有し得る。
例２５５５は、第２のネイティブなアンテナパターン２２０－ｉに従って通信サービスを支援する通信衛星１２０－ｅの第２の条件（例えば、第２のネイティブなアンテナパターン２２０－ｉ）を表し得、ここで、第２のカバレッジ条件は、少なくとも部分的に、アクチュエータ１２４－ｇの長さ又は他にそれによってもたらされる長さに基づく（例えば、距離ｄ３）。各ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｉのビーム幅は、第１の条件のネイティブなフィード素子パターン２１０－ｈと異なるため、第２のネイティブなアンテナパターン２２０－ｉの特徴は、第１の条件と異なり得る。第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｈと第２のネイティブなアンテナパターン２２０－ｉとの間の特徴のそのような変化は、例えば、本明細書で説明したような、異なるデフォーカス条件による様々なビームフォーミング動作を支援し得る。
アクチュエータ１２４－ｇは、ｄ１を上回るか、ｄ２を下回るか又はｄ１とｄ２との中間の距離など、図２５Ａ、図２５Ｂ又は図２５Ｃに示されないフィードアレイと反射器との間の距離のために構成され得る。そのため、本明細書で説明したように、アクチュエータ１２４－ｇは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｇと反射器１２２－ｇとの間の相対距離の変更をもたらし、従ってネイティブなアンテナパターン２２０の変更をもたらし得、これは、様々なネイティブなアンテナパターン２２０に従ってサービスを提供するために使用され得る。例えば、アクチュエータ１２４－ｇの長さの変更は、アンテナパターンにおけるビーム幅及びネイティブなフィード素子パターンの重なりの量を変更するために使用され得る。アクチュエータ１２４－ｇの長さの変更は、所与のロケーション（例えば、サービスカバレッジエリア４１０内のロケーション）から受け取ったエネルギーをフィードアレイアセンブリ１２７のより多くのフィード素子１２８に分配するためにも使用され得る。
例２５５０と例２５５５との間に示される調整が、サイズ、重なりの程度及びネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１のロケーションの変更を示すために説明されるが、いくつかの例では、他の特性が変更されて、異なる条件を提供し得る。例えば、副アクチュエータアセンブリ４４０は、ネイティブなアンテナパターン２２０の指向方向を変更するために使用され得る。そのため、アンテナアセンブリ１２１は、フィードアレイアセンブリ１２７と反射器１２２との間に結合されたアクチュエータ１２４の調整が特性及び／又はネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１間の複数の特性の比又は関係に様々な所望の変更をもたらし得るように構成され得る。
図２５Ｄは、本開示の態様による、２つのアンテナアセンブリ１２１のためのネイティブなアンテナパターンの変更を支援するために、フィードアレイアセンブリ１２７と反射器１２２との間の相対位置の調整を支援する通信衛星１２０－ｆの例示的な図２５７５を示す。例えば、通信衛星１２０－ｆは、複数の独立したネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア（例えば、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｊ及び２２１－ｋ）を支援するためにアンテナアセンブリ１２１－ｊ及び１２１－ｋを含む。例えば、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｊは、通信サービスを第１のネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｊに提供し得る一方、第２のアンテナアセンブリ１２１－ｋは、通信サービスを第２のネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｋに提供し得る。図示の例では、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｊは、第１のフィードアレイアセンブリ１２７－ｊと第１の反射器１２２－ｊとの間の相対距離を調整する第１のアクチュエータ１２４－ｊ（例えば、フィードアレイアセンブリ１２７－ｊと反射器１２２－ｊとの間に結合されたリニアアクチュエータ）を含み、第１のネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｊを提供する。第２のアンテナアセンブリ１２１－ｋは、第２のフィードアレイアセンブリ１２７－ｋと第２の反射器１２２－ｋとの間の相対距離を調整する第２のアクチュエータ１２４－ｋ（例えば、第２のフィードアレイアセンブリ１２７－ｋと第２の反射器１２２－ｋとの間に結合されたリニアアクチュエータ）を含み、第２のネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｋを提供する。第１及び第２のネイティブなアンテナパターン２２１－ｊ及び２２１－ｋは、それぞれ複数のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１の合成であり得る（明白にするために、それらの２つのみが各ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１に対して示されている）。そのため、各アンテナアセンブリ１２１は、別個のアクチュエータ１２４を介して独立して制御されるネイティブなアンテナパターン２２０を有し得る。
いくつかの例では、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｊは、ユーザ端末サービスカバレッジエリア４１０と関連し、及び第２のアンテナアセンブリ１２１－ｋは、アクセスノード端末サービスカバレッジエリア４１０と関連する。例えば、ユーザ端末１５０と通信衛星１２０－ｆとの間の通信信号は、第１のアンテナアセンブリ１２１－ｊによってもたらされた第１のネイティブなアンテナパターン２２０－ｊに依存する第１のネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｊに従って通信され得る一方、アクセスノード端末１３０と通信衛星１２０－ｆとの間の通信信号は、第２のアンテナアセンブリ１２１－ｋによってもたらされた第２のネイティブなアンテナパターン２２０－ｋに依存する第２のネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｋに従って通信され得る。そのため、異なるサービスカバレッジエリア４１０は、別個のアンテナアセンブリ１２１を介して、異なるネイティブなアンテナパターン２２０に従った通信サービスが提供され得る。２つのアンテナアセンブリ１２１を用いて説明したが、通信衛星１２０は、対応するアクセスノード端末サービスカバレッジエリア４１０と関連する複数のアンテナアセンブリ１２１及び／又は対応するユーザ端末サービスカバレッジエリア４１０と関連する複数のアンテナアセンブリ１２１を含む、３つ以上のアンテナアセンブリ１２１を有し得る。
図２６Ａ及び図２６Ｂは、本開示の態様による、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｌの変更を支援し得る反射器ベースのアクチュエータ１２４－ｌを備えるアンテナアセンブリ１２１－ｌを有する通信衛星１２０－ｇの例を示す。アクチュエータ１２４－ｌは、反射器１２２－ｌの形状を変更させ得、反射器１２２－ｌのフォーカス領域１２３のロケーションがロケーションを変更するようにする。例えば、図２６Ａの条件２６０５では、反射器１２２－ｌのフォーカス領域１２３は、反射器１２２－ｌから比較的遠方であり得る。従って、ネイティブなアンテナパターン２２０－ｌ－１は、比較的広範であり得、結果的に、基準平面２５０５－ｌに投影されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｌ－１が比較的幅広になるようにする。それに反して、図２６Ｂの条件２６１０では、反射器１２２－ｌのフォーカス領域１２３は、反射器１２２－ｌに比較的近いことができる。従って、ネイティブなアンテナパターン２２０－ｌ－２は、比較的狭いことができ、結果的に、基準平面２５０５－ｌに投影されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｌ－２が比較的狭くなるようにする。
様々な機構又は機構の組み合わせは、リニアアクチュエータの一群、ケーブルプーリシステム、運動学的リンク機構又は反射器１２２の形状を変更する任意の他の機構など、反射器ベースのアクチュエータ１２４－ｌの機能を提供し得、それにより反射器１２２のフォーカス領域１２３の特性を変更する。反射器１２２のフォーカス領域１２３のそのような変更は、第１の焦点から異なる焦点に動くこと、単一焦点から複数の焦点に変更すること、焦点から焦線又は焦点面に変更すること、焦線から焦点又は焦点面に変更すること、第１の形状を有する焦点面から第２の形状を有する焦点面に変更すること又はこれらの様々な組み合わせを含み得る。さらに、反射器１２２は、反射器１２２の全て又は一部分の形状を変更するアクチュエータ１２４を含み得、及びいくつかの例では、反射器は、反射器形状の様々な部分を変更するために２つ以上のアクチュエータ１２４を有し得る。そのため、様々なタイプの反射器ベースのアクチュエータ１２４がアンテナアセンブリ１２１のネイティブなアンテナパターン２２０を調整するために使用され得る。
図２６Ｃ及び図２６Ｄは、本開示の態様による、アクチュエータ１２４－ｍがフィードアレイアセンブリと一体となっており、ネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｍの変更を支援し得る、アンテナアセンブリ１２１－ｍを有する通信衛星１２０－ｈの例を示す。アンテナアセンブリ１２１－ｍは、反射器を含まず、代わりに直接放射アレイ（ＤＲＡ）アンテナアセンブリ１２１の例を示す。アンテナアセンブリ１２１－ｍに関し、アクチュエータ１２４－ｍは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｍのアンテナフィード素子１２８－ｍの配置構成に特性を変更させて、フィード素子１２８と関連するネイティブなフィード素子パターン２１０が異なるロケーションに向かうようにする。従って、アクチュエータ１２４－ｍは、ネイティブなフィード素子パターン２１０の形状、向き及び／又は分布を変更し得、それによりアンテナアセンブリ１２１－ｍのためのネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｍを変更する。例えば、図２６Ｃの条件２６１５では、アクチュエータ１２４－ｍは、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｍの比較的狭い分布（例えば、フィード素子１２８－ｍのそれぞれに関して指向方向の密な分布）をもたらすように指令され得、結果的に、基準平面２５０５－ｍに投影されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｍ－１が比較的狭くなるようにする。それに反して、図２６Ｄの条件２６２０では、アクチュエータ１２４－ｍは、ネイティブなフィード素子パターン２１０－ｍの比較的幅広の分布（例えば、フィード素子１２８－ｍのそれぞれに関する指向方向の幅広の分布）をもたらすように指令され得、結果的に、基準平面２５０５－ｍに投影されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｍ－１が比較的広範になるようにする。
様々な機構又は機構の組み合わせは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｍと一体となっているアクチュエータ１２４－ｍの機能を提供し得る。例えば、機構、例えばフィード素子１２８－ｍの給電ホーンアパーチャを含むフィードアレイアセンブリ１２７－ｍの表面の湾曲を変更するための機構がフィードアレイアセンブリ１２７－ｍの形状を変更するように提供され得る。他の例では、１つ以上のアクチュエータ１２４－ｍは、フィードアレイアセンブリ１２７－ｍの形状を変更せずにフィード素子１２８－ｍの向きを変更するように提供され得る。さらに、フィードアレイアセンブリ１２７は、フィードアレイアセンブリ１２７のフィード素子１２８の全て又は一部分の向き及び／又はネイティブなフィード素子パターン２１０を変更するアクチュエータ１２４を含み得、及びいくつかの例では、フィードアレイアセンブリ１２７は、フィードアレイアセンブリ１２７の様々な部分を変更するために２つ以上のアクチュエータ１２４を有し得る。そのため、様々なタイプのアクチュエータ１２４がフィードアレイアセンブリに組み込まれて、アンテナアセンブリ１２１のネイティブなアンテナパターン２２０を調整し得る。
図２６Ｅ及び図２６Ｆは、本開示の態様による、アクチュエータ１２４－ｎが第１の反射器１２２－ｎ－１と第２の反射器１２２－ｎ－２との間に結合された状態のアンテナアセンブリ１２１－ｎを有し、及びネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｎの変更を支援し得る通信衛星１２０－ｉの例を示す。アクチュエータ１２４－ｎは、第２の反射器１２２－ｎ－２が第１の反射器１２２－ｎ－１のより近くに又はそこからより遠くになるようにし得る。例えば、図２６Ｅの条件２６２５では、第２の反射器１２２－ｎ－２は、第１の反射器１２２－ｎ－１の比較的近くにあり得る。従って、ネイティブなアンテナパターン２２０－ｎ－１は、比較的広範であり得、結果的に、基準平面２５０５－ｎに投影されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｎ－１が比較的幅広になるようにする。それに反して、図２６Ｅの条件２６２０では、第２の反射器１２２－ｎ－２は、第１の反射器１２２－ｎ－１から比較的遠方にあり得る。従って、ネイティブなアンテナパターン２２０－ｎ－２は、比較的狭いことができ、結果的に、基準平面２５０５－ｎに投影されるネイティブなアンテナパターンカバレッジエリア２２１－ｎ－２は、比較的狭くなるようにする。様々な機構又は機構の組み合わせが、反射器１２２とフィードアレイアセンブリ１２７との間に結合されたアクチュエータ１２４を参照して説明したアクチュエータ１２４の何れかを含む、第１の反射器１２２と第２の反射器１２２との間に結合されるアクチュエータ１２４－ｎの機能を提供し得る。
図２７は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターン２２０に従って通信サービスを提供するのを支援する通信衛星１２０－ｊのブロック図２７００を示す。通信衛星１２０－ｊは、本明細書で説明する通信衛星１２０の１つ以上の例であり得、及びフィードアレイアセンブリ１２７－ｏ、反射器１２２－ｏ、アクチュエータ１２４－ｏ、アクチュエータコントローラ２７２０及び衛星通信マネージャ２７３０を含み得る。
フィードアレイアセンブリ１２７－ｏは、本明細書で説明するフィードアレイアセンブリ１２７の何れかの例であり得、及び複数のネイティブなフィード素子パターン２１０を支援するために任意の好適な方法で配置された複数のアンテナフィード素子１２８を含み得る。反射器１２２－ｏは、本明細書で説明する反射器１２２の何れかの例であり得、及びフィードアレイアセンブリ１２７－ｏと１つ以上の目標装置（例えば、アクセスノード端末１３０及び／又はユーザ端末１５０）との間で送信された信号を反射するように構成され得る。フィードアレイアセンブリ１２７－ｏ及び１つの反射器１２２－ｏのみを示すが、通信衛星１２０－ｊなどの通信衛星１２０は、２つ以上のフィードアレイアセンブリ１２７及び／又は２つ以上の反射器１２２を含み得る。
アクチュエータ１２４－ｏは、複数のネイティブなアンテナパターン２２０に従って通信サービスを支援するための、本明細書で説明するアクチュエータ１２４の何れかの例であり得る。例えば、アクチュエータ１２４－ｏは、反射器１２２－ｏとフィードアレイアセンブリ１２７－ｏとの間に結合されたリニアアクチュエータであり得、及びフィードアレイアセンブリ１２７－ｏと反射器１２２－ｏとの間の相対距離の調整を支援し得る。アクチュエータ１２４－ｏは、１つの並進方向に沿った相対距離の変更をもたらすように制約され得、これは、主に、反射器１２２－ｏの中心と反射器１２２－ｏのフォーカス領域１２３との間の方向に沿って位置合わせされ得る。様々な例では、アクチュエータ１２４－ｏは、リニアモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、ラックピニオンアセンブリ、ボールねじアセンブリ、運動学的リンク機構、伸縮トラスアセンブリ、液圧シリンダー又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。他の例では、図２６Ａ～２６Ｆを参照して説明したように、アクチュエータ１２４－ｏは、２つの反射器１２２間に結合されても、フィードアレイアセンブリ１２７に組み込まれるか又は反射器ベースであり得る。いくつかの例では、通信衛星１２０－ｊは、任意選択的に、追加的なアクチュエータ、例えば図２５Ａ～２５Ｃを参照して説明した副アクチュエータ２５４０の例であり得る副アクチュエータ２５４０－ｃ又は通信衛星１２０－ｊの向き（例えば、姿勢）又はロケーションを調整するための軌道位置アクチュエータ２７４０（例えば、スラスタ、フライホイールなど）を含み得る。
アクチュエータコントローラ２７２０は、通信衛星１２０－ｊの１つ以上のアクチュエータ（例えば、アクチュエータ１２４－ｏ、副アクチュエータ２５４０－ｏ、軌道位置アクチュエータ２７４０など）の様々な状態を規定、指令及び／又は監視するように構成され得、及び作動制御の他の高レベル機能を提供し得る。アクチュエータコントローラ２７２０の状態は、初期状態、動作状態及び／又は欠陥状態を含み得、及びアクチュエータコントローラは、事前プログラム式の指令及び／又は１つ以上のアクチュエータ、衛星通信マネージャから受信した信号及び／又は位置検出器及び／又はエンコーダ、センサー、リレー、ユーザ指令又は任意の他の制御信号などのアクチュエータコントローラ２７２０の外部からの信号に応答して、状態間で変化し得るか又は特定の状態を維持し得る。アクチュエータコントローラ２７２０は、事前プログラム式の命令（例えば、動作構成、制御アルゴリズム、コントローラゲイン、オフセット、デッドバンド、乗算器など）及び／又は受信した信号に応答して、１つ以上のアクチュエータに配信される様々な制御信号を生成し得る。例えば、アクチュエータコントローラ２７２０は、アクチュエータコントローラ２７２０の指令信号に従ってアクチュエータ１２４－ｏの作動を支援し得るアクチュエータドライバ２７２１を含み得る。副アクチュエータ及び／又は軌道位置アクチュエータを含む通信衛星１２０では、アクチュエータコントローラ２７２０は、任意選択的に、副アクチュエータドライバ２７２４及び／又は軌道位置アクチュエータドライバ２７２５をそれぞれ含み得る。
様々な例では、本明細書で説明した指令信号は、アクチュエータコントローラ２７２０によって受信され得、且つ／又はアクチュエータコントローラ２７２０によって決定され得る。例えば、アクチュエータコントローラは、任意選択的に、指令信号受信機２７２２を含み得、これは、地球上のアクセスノード端末１３０又は様々なネイティブなアンテナパターン２２０に従って通信サービスを提供する態様を制御するように構成された他のネットワーク装置１４１などの指令信号発生器からの、アクチュエータ１２４－ｏ（及び／又は存在するときには他のアクチュエータ）を制御するための指令信号の受信（例えば、衛星通信マネージャ２７３０を介した）を支援し得る。加えて又は代わりに、アクチュエータコントローラ２７２０は、所望のネイティブなアンテナパターン２２０を提供するために、アクチュエータ１２４－ｏ（及び／又は存在するときには他のアクチュエータ）を作動させるために指令信号を判定する（例えば、通信衛星１２０－ｊにおいて）のを支援する指令信号判定器２７２３を含み得る。様々な例では、指令信号は、アクチュエータ位置の指示、位置の差、通信衛星１２０－ｊのコンポーネント（例えば、反射器１２２－ｏ、フィードアレイアセンブリ１２７－ｏなど）の所望の位置、アクチュエータの長さ又は角度、ネイティブなアンテナパターン２２０のパラメータ、第２のネイティブなアンテナパターン２２０と関連したルックアップ値又は所望の結果を達成するために特定のアクチュエータ１２４及び／又は副アクチュエータ２５４０をどのように駆動するかを特定又は決定するのに好適な任意の他の指令信号を含み得る。
衛星通信マネージャ２７３０は、通信衛星１２０－ｊを介して通信サービスを提供する１つ以上の態様を管理するために構成され得る。例えば、衛星通信マネージャ２７３０は、他の装置、例えばアクセスノード端末１３０、ネットワーク装置１４１、ユーザ端末１５０、ＣＰＥ１６０などに提供されるか又はそこから受信する（例えば、送受信機２７１０を介して）信号２７０５を介して通信を管理し得る。いくつかの例では、信号２７０５は、通信衛星１２０－ｊを介して提供された通信サービスの一部であり得る。加えて又は代わりに、信号２７０５は、通信サービスと無関係の制御信号又は診断若しくは制御情報を含み得るが、他に通信衛星１２０－ｊによって提供又は受信される。
衛星通信マネージャ２７３０のいくつかの例は、任意選択的に、本明細書で説明したようなカバレッジエリアの１つ以上の態様を管理し得るカバレッジエリアマネージャ２７３１を含み得る。例えば、カバレッジエリアマネージャ２７３１は、通信衛星１２０－ｏを介して通信サービスを提供するためにネイティブなアンテナパターン２２０を提供、監視及び／又は調整するのを支援する、データベース、等式又は他の構成を含み得る。カバレッジエリアマネージャ２７３１は、例えば、所望のネイティブなアンテナパターン２２０、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリア２１１、ネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアの重なりなどを決定及び／又は提供するためのアルゴリズムを含み得る。いくつかの例では、カバレッジエリアマネージャ２７３１は、少なくとも部分的に、アクチュエータ１２４－ｏの特性、副アクチュエータ２５４０－ｏの位置若しくは回転、軌道位置又は軌道位置の変更に基づいて動作可能であり得る（例えば、カバレッジエリアパラメータを計算するために、ネイティブなアンテナパターン２２０の変更をトリガするためになど）。他の例では、カバレッジエリア管理は、本明細書で説明したような通信サービスマネージャなど、何らかの他の装置によって実施され得る。
衛星通信マネージャ２７３０がビームフォーミングによって通信サービスを提供する例では、衛星通信マネージャは、任意選択的に、ビームフォーミングマネージャ２７３２を含み得る。ビームフォーミングマネージャ２７３２は、例えば、通信衛星１２０－ｊにおいてオンボードビームフォーミングを支援し得、及び本明細書で説明したようなＢＦＮ７１０及び／又はＢＷＰ７１４を含み得る。例えば、ビームフォーミングマネージャ２７３２は、ビームフォーミング重みセットを、フィードアレイアセンブリ１２７－ｏによって伝えられる信号２７０５に適用し得る。ビームフォーミング重みセットのビーム重みは、例えば、送信前に信号に適用されて、Ｔｘスポットビーム１２５の指向性送信を支援し得るか、又は通信衛星１２０－ｏによって受信された信号に適用されて、Ｒｘスポットビーム１２５の指向性受信を支援し得る。様々な例では、そのようなビーム重みは、ビームフォーミングマネージャ（例えば、ＢＷＰ７１４において）によって選択及び／又は計算されて、所望のネイティブなアンテナパターン２２０を提供し得る（例えば、スポットビームカバレッジエリア１２６の所望のサイズ及び／又は位置を提供する、複数のスポットビームカバレッジエリア１２６間の所望の重なりの程度を提供する、１つ以上のスポットビーム１２５に使用されるフィードアレイアセンブリ１２８－ｏの所望の組のアンテナフィード素子１２８を割り振るなど）。他の例では、ビームフォーミング管理は、本明細書で説明したような通信サービスマネージャなど、何らかの他の装置によって実施され得る。
アクチュエータコントローラ２７２０及び／又は衛星通信マネージャ２７３０は、個別に又はまとめて、本明細書で説明したような機能を実行するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ若しくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント又はそれらの任意の組み合わせと一緒に実装又は実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替形態では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態機械であり得る。プロセッサは、計算装置の組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと併せた１つ以上のマイクロプロセッサ又は任意の他のそのような構成としても実装され得る。
図２８は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターンに従って通信サービスを提供するのを支援する衛星コントローラ２８０５のブロック図２８００を示す。衛星コントローラ２８０５は、プロセッサ２８１０、メモリ２８１５、アクチュエータコントローラ２７２０－ａ、衛星通信マネージャ２７３０－ａ及び通信インターフェース２８４０を含み得る。これらのコンポーネントのそれぞれは、１つ以上のバス２８３５で、互いに直接又は間接的に通信し得る。
メモリ２８１５は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び／又はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を含み得る。メモリ２８１５は、オペレーティングシステム（ＯＳ）２８２０（例えば、Ｌｉｎｕｘ又はＷｉｎｄｏｗｓのカーネル上に構築された）を記憶し得る。メモリ２８１５は、実行時、プロセッサ２８１０に、異なるネイティブなアンテナパターンに従って通信サービスを提供することに関する、本明細書で説明した様々な機能を実行させるように構成される命令を含む、コンピュータ可読、コンピュータ実行可能コード２８２５も記憶し得る。代わりに、コード２８２５は、プロセッサ２８１０によって直接実行可能でなくてもよいが、衛星コントローラ２８０５に（例えば、コンパイルして実行するとき）、本明細書で説明した機能の１つ以上を実行させるように構成され得る。
衛星コントローラは、図２７のアクチュエータコントローラ２７２０の例であり得るアクチュエータコントローラ２７２０－ａを含み得る。アクチュエータコントローラ２７２０－ａは、本明細書で説明したように、フィードアレイアセンブリと反射器との間の相対距離の変更をもたらすようにリニアアクチュエータを制御し得る。衛星通信マネージャ２７３０－ａは、本明細書で説明したように、ネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスを提供するのを支援し得る。いくつかの例では、動作は、通信インターフェース２８４０によって支援され得、それにより、通信衛星の他の特徴（例えば、フィードアレイアセンブリ、１つ以上のアクチュエータなど）に送信される又はそこから受信される信号２８４５をもたらすようにし得る。そのため、本明細書で説明した特徴を支援することにより、衛星コントローラ２８０５を含む通信衛星１２０は、異なるネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスの提供を支援し得る。
プロセッサ２８１０、メモリ２８１５、アクチュエータコントローラ２７２０－ａ及び衛星通信マネージャ２７３０－ａを含む衛星コントローラ２８０５並びに／又は通信インターフェース２８４０は、本明細書で説明したような機能を実行するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ若しくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント又はそれらの任意の組み合わせと一緒に実装又は実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替形態では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態機械であり得る。衛星コントローラ２８０５は、計算装置の組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと併せた１つ以上のマイクロプロセッサ、集積メモリ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｅｍｏｒｙ）、ディスクリートメモリ（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｍｅｍｏｒｙ）又は任意の他のそのような構成としても実装され得る。
図２９は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスの提供を支援する通信サービスマネージャ２９０５のブロック図２９００を示す。通信サービスマネージャ２９０５は、通信マネージャ２９１０及び指令信号判定器２９２０を含み得る。
通信マネージャ２９１０は、フォワードリンク通信及びリターンリンク通信などの通信サービスによって提供される通信の態様を管理する。例えば、通信マネージャ２９１０は、複数のアクセスノード端末と衛星との間に第１の複数の信号を提供するための、及び衛星と複数の端末との間に第２の複数の信号を提供するための、１つ以上の態様を管理し得る。
指令信号判定器２９２０は、通信サービスが提供さ得る方法に適合するように、通信衛星に提供するための１つ以上の指令信号を決定し得る。例えば、指令信号判定器２９２０は、通信衛星のリニアアクチュエータが第１の長さから第２の長さに変更するための指令を決定し得、これは、フィードアレイアセンブリと通信衛星の反射器との間の相対距離の変更をもたらし得る。それに続いて、通信衛星のリニアアクチュエータの長さの変更は、新しいネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスの提供を支援し得る。
カバレッジエリアマネージャ２９３０は、通信衛星のカバレッジエリアに関係する様々なパラメータ及び／又は等式を管理し得る。いくつかの例では、カバレッジエリアマネージャは、少なくとも部分的に、通信サービスマネージャ２９０５によって検出され得るか、又は通信衛星自体から受信され得る、通信衛星のリニアアクチュエータの長さ、第２のアクチュエータの位置若しくは回転、通信衛星の軌道位置又はそれらの任意の組み合わせに基づいてカバレッジエリアの態様を決定し得る。カバレッジエリアマネージャ２９３０は、所望のネイティブなアンテナパターンを特定する及び／又はネイティブなアンテナパターンの変更を決定して指令信号判定器２９２０をトリガし、通信衛星のアクチュエータへの指令を開始するように使用され得る。
通信サービスマネージャ２９０５が、ビームフォーミングを利用する通信サービスを管理する例では、通信サービスマネージャは、任意選択的に、ビームフォーミングマネージャ２９４０を含み得る。ビームフォーミングマネージャ２９４０は、例えば、通信衛星１２０を介して、地上のビームフォーミングを支援し得る。例えば、ビームフォーミングマネージャ２９４０は、アクセスノード端末１３０によって送信された信号にビームフォーミング係数の組を適用し得る。そのようなビームフォーミング係数は、例えば、送信前に信号に適用されて、指向性送信を支援し得るか、又は通信衛星１２０によって受信された信号に適用されて、指向性受信を支援し得る。他の例では、そのようなビームフォーミング係数は、ビームフォーミングマネージャ２９４０によって決定され、及び通信衛星１２０に提供されて、通信衛星におけるオンボードビームフォーミングを支援し得る。様々な例では、ビームフォーミング係数はビームフォーミングマネージャ２９４０によって選択及び／又は計算されて、通信サービスマネージャ２９０５によって決定された所望のネイティブなアンテナパターンを提供し得る。
図３０は、本開示の態様による、複数のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスの提供を支援する通信サービスコントローラ３００５のブロック図３０００を示す。通信サービスコントローラ３００５は、プロセッサ３０１０、メモリ３０１５、通信サービスマネージャ２９０５－ａ及び通信インターフェース３０４０を含み得る。これらのコンポーネントのそれぞれは、１つ以上のバス３０３５で、互いに直接又は間接的に通信し得る。様々な例では、通信サービスコントローラ３００５は、図１Ａを参照して説明したアクセスノード端末１３０又はネットワーク装置１４１であり得るか、又はその一部であり得る。
メモリ３０１５は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び／又はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を含み得る。メモリ３０１５は、オペレーティングシステム（ＯＳ）３０２０（例えば、Ｌｉｎｕｘ又はＷｉｎｄｏｗｓのカーネルに構築された）を記憶し得る。メモリ３０１５は、実行時に、プロセッサ３０１０に、異なるネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスを提供することに関する、本明細書で説明した様々な機能を実行させるように構成される命令を含む、コンピュータ可読、コンピュータ実行可能コード３０２５も記憶し得る。代わりに、コード３０２５は、プロセッサ３０１０によって直接実行可能でなくてもよいが、通信サービスコントローラ３００５に（例えば、コンパイルして実行するとき）、本明細書で説明した機能の１つ以上を実行させるように構成され得る。
衛星コントローラは、図２９の通信サービスマネージャ２９０５の例であり得る通信サービスマネージャ２９０５－ａを含み得る。通信サービスマネージャ２９０５－ａは、本明細書で説明したように、異なるネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスを提供する１つ以上の態様を管理し得る。通信サービスは、例えば、通信インターフェース３０４０を介して提供され得る。いくつかの例では、通信サービスマネージャは、所望のネイティブなアンテナパターンを決定し、それに続いて、所望のネイティブなアンテナパターンを提供するように、指令が通信衛星１２０に送信されるように（例えば、通信インターフェース３０４０を介した信号３０４５によって）決定し得る。例えば、決定された指令は、フィードアレイアセンブリと反射器との間の相対距離の変更をもたらすために、リニアアクチュエータの位置及び／又は長さの変更を指示し得、これは、続いて、ネイティブなアンテナパターンの変更をもたらす。
プロセッサ３０１０、メモリ３０１５、通信サービスマネージャ２９０５－ａ及び／又は通信インターフェース３０４０を含む通信サービスコントローラ３００５は、本明細書で説明したような機能を実行するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ若しくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント又はそれらの任意の組み合わせと一緒に、実装又は実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替形態では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態機械であり得る。通信サービスコントローラ３００５は、計算装置の組み合わせ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと併せた１つ以上のマイクロプロセッサ、集積メモリ、ディスクリートメモリ又は任意の他のそのような構成としても実装され得る。
図３１は、本開示の態様による、通信衛星を介して、複数のネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスを提供するのを支援する例示的な方法３１００のフローチャートを示す。方法３１００は、本明細書で説明したような、フィードアレイアセンブリ１２７、反射器１２２及びフィードアレイアセンブリ間に結合されたリニアアクチュエータ１２４を有する通信衛星１２０の１つ以上の態様を参照して下記で説明する。いくつかの例では、通信衛星１２０自体が、下記で説明する方法３１００の動作の１つ以上を実行し得る。いくつかの例では、方法３１００の動作の１つ以上は、通信サービスコントローラ３００５によって実行され得る。
３１０５において、方法３１００は、本明細書で説明したように、衛星を介して、衛星の衛星アンテナの第１のネイティブなアンテナパターンに従って通信サービスを提供することを含み得る。第１のネイティブなアンテナパターンは、第１の複数のスポットビームを含み得、及び少なくとも部分的に、衛星アンテナの反射器に対してフィードアレイアセンブリの第１のデフォーカス位置を提供するリニアアクチュエータの第１の長さに基づき得る。通信サービスを提供することは、複数のアクセスノード端末と衛星との間に第１の複数の信号を提供すること、及び衛星と複数の端末との間に第２の複数の信号を提供することを含み得る。いくつかの例では、第１のデフォーカス位置は、反射器と反射器のフォーカス領域との間に置かれているフィードアレイアセンブリと関連し得る。通信サービスは、ビームフォーミングによって提供され得、及び第１のネイティブなアンテナパターンに従って通信サービスを提供することは、フィードアレイアセンブリによって伝えられる信号に第１の組のビームフォーミング係数を適用することを含み得る。説明のビームフォーミング係数は、通信衛星１２０において決定され得るか、又は通信サービスコントローラ３００５などの別の装置において決定され、それに続いて通信衛星１２０に提供され得る（例えば、通信衛星１２０において受信したワイヤレス送信によって）。
３１１０において、方法３１００は、本明細書で説明したように、リニアアクチュエータに、第１の長さから第２の長さに変更するように指令することを含み得る。様々な例では、３１１０での指令は、リニアアクチュエータの新しい位置の指示、位置間の差、反射器の所望の位置、フィードアレイアセンブリの所望の位置、リニアアクチュエータの長さ、第２のネイティブなアンテナパターンのパラメータ又は第２のネイティブなアンテナパターンと関連したルックアップ値を提供することを含み得る。３１１０での指令は、通信衛星１２０において決定され得るか、又は通信サービスコントローラ３００５などの別の装置において決定され、それに続いて通信衛星１２０に提供され得る（例えば、通信衛星１２０において受信したワイヤレス送信によって）。
いくつかの例では、３１１５において、方法３１００は、任意選択的に、第２のアクチュエータに指令することを含み得る。第２のアクチュエータは、フィードアレイアセンブリと反射器との間に結合され得、及びリニアアクチュエータの第１及び第２の長さに沿った軸と異なる軸の周りでのフィードアレイアセンブリと反射器との間の相対位置の変更を引き起こすのを支援し得る。３１１５での指令は、通信衛星１２０において決定され得るか、又は通信サービスコントローラ３００５などの別の装置において決定され、それに続いて通信衛星１２０に提供され得る（例えば、通信衛星１２０において受信したワイヤレス送信によって）。
いくつかの例では、３１２０において、方法３１００は、任意選択的に、衛星に、第１の軌道位置から第２の軌道位置に動くように指令することを含み得る。３１２０での指令は、通信衛星１２０において決定され得るか、又は通信サービスコントローラ３００５などの別の装置において決定され、それに続いて通信衛星１２０に提供され得る（例えば、通信衛星１２０において受信したワイヤレス送信によって）。
３１２５において、方法３１００は、衛星を介して、衛星アンテナの第２のネイティブなアンテナパターンに従って通信サービスを提供することを含み得る。第２のネイティブなアンテナパターンは、第２の複数のスポットビームを含み得、及び少なくとも部分的に、反射器に対してフィードアレイアセンブリの第２のデフォーカス位置を提供する、リニアアクチュエータの第２の長さに基づき得る。第２のデフォーカス位置は、第１のネイティブなアンテナパターンと比較すると、第２のネイティブなアンテナパターンの様々な違いを提供し得る。例えば、第２のデフォーカス位置は、第１のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアサイズと異なる、フィードアレイアセンブリのフィードの第２のネイティブなフィード素子パターンカバレッジエリアサイズを提供し得る。いくつかの例では、第２のデフォーカス位置は、ネイティブなフィード素子パターンの第１の重なりと異なる、フィードアレイアセンブリの２つ以上のアンテナフィード素子のネイティブなフィード素子パターンの第２の重なりを提供し得る。
いくつかの例では、３１２５において、通信サービスは、通信衛星を介して、３１０５において提供される通信サービスと同じ軌道位置で提供され得、及び第２のネイティブなアンテナパターンは、第１のネイティブなアンテナパターンと異なるサービスカバレッジエリアに対応し得る。いくつかの例では、第２のネイティブなアンテナパターンのサービスカバレッジエリアは、第１のネイティブなアンテナパターンのサービスカバレッジエリアと少なくとも部分的に重なり得る。３１２５において通信サービスを提供することは、フィードアレイアセンブリを介して伝えられた信号に異なる組のビームフォーミング係数を適用することを含み得る。説明のビームフォーミング係数は、通信衛星１２０において決定され得るか、又は通信サービスコントローラ３００５などの別の装置において決定され、それに続いて通信衛星１２０に提供され得る（例えば、通信衛星１２０において受信したワイヤレス送信によって）。
そのため、方法３１００は、異なるネイティブなアンテナパターンに従う通信サービスを提供することを支援し得、ここで、異なるネイティブなアンテナパターンは、少なくとも部分的に、フィードアレイアセンブリと通信衛星の反射器との間に結合されたリニアアクチュエータに指令することに基づく。方法３１００は、例示的な実装例を説明していること、及び方法３１００の動作は、他の実装例が可能であるように、再整理され得るか又は他に修正され得ることに留意すべきである。例えば、説明したいくつかの動作は任意選択的であり得（例えば、破線の四角で囲まれているもの、任意選択的と説明されているものなど）、ここで、任意選択な動作は、いくつかの基準が満たされるときに実施されるか、構成に基づいて実施されるか、断続的に省略されるか、又は完全に省略され得るなどである。
添付図面に関連して上述した詳細な説明では、例を説明し、及び実装され得る又は特許請求の範囲内にある唯一の例を表すものではない。用語「例」は、この説明において使用されるとき、「例、実例又は説明の機能を果たす」ことであり、及び「好ましい」又は「他の例よりも好都合である」わけではないことを意味する。詳細な説明は、説明の技術の理解をもたらすための具体的な詳細を含む。しかしながら、これらの技術は、これらの具体的な詳細がなくても実施され得る。場合により、説明の例の概念を曖昧にするのを回避するために、周知の構造及び機器がブロック図の形態で示している。
情報及び信号は、様々な異なるテクノロジー及び技術の何れかを使用して表され得る。例えば、上述の説明を通して言及され得るデータ、命令、指令、情報、信号、ビット、シンボル及びチップは、電圧、電流、電磁波、磁場若しくは磁性粒子、光学場若しくは光学粒子又はそれらの任意の組み合わせによって表され得る。
本開示と関連して説明した、様々な実例となるブロック及びコンポーネントは、本明細書で説明したような機能を実行するように設計された、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ又は他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタ論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント又はそれらの任意の組み合わせと一緒に実装又は実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替形態では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態機械であり得る。プロセッサは、計算装置の組み合わせ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと併せたマイクロプロセッサ又は任意の他のそのような構成としても実装され得る。
本明細書した機能は、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェア、ファームウェア又はそれらの任意の組み合わせに実装され得る。プロセッサによって実行されるソフトウェアに実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上の命令又はコードとして記憶又は送信され得る。他の例及び実装例は、本開示及び添付の特許請求の範囲内にある。例えば、ソフトウェアの性質に起因して、上述した機能は、プロセッサによって実行されるソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、ハード配線又はこれらの何れかの組み合わせを使用して、実装され得る。機能を実装する特徴は、機能の複数の部分が異なる物理的位置において実装されるように分散されていることを含め、様々な位置に物理的にも置かれ得る。本明細書では、特許請求の範囲内を含め、２つ以上のアイテムのリストにおいて使用されるときの用語「及び／又は」は、リストしたアイテムの何れか１つがそれのみで用いられ得るか、又はリストしたアイテムの２つ以上の何れかの組み合わせが用いられ得ることを意味する。例えば、組成物が構成成分Ａ、Ｂ及び／又はＣを含有すると説明される場合、組成物は、Ａを単独で、Ｂを単独で、Ｃを単独で、ＡとＢを組み合わせて、ＡとＣを組み合わせて、ＢとＣを組み合わせて又はＡ、Ｂ及びＣを組み合わせて含有し得る。また、本明細書では、特許請求の範囲内を含め、アイテムのリスト（例えば、「～の少なくとも１つ」又は「～の１つ以上」などの語句の前に来るアイテムのリスト）において使用されるとき、「又は」は、選言的なリストを指示し、例えば、リスト「Ａ、Ｂ又はＣの少なくとも１つ」は、Ａ又はＢ又はＣ又はＡＢ又はＡＣ又はＢＣ又はＡＢＣ（すなわちＡ及びＢ及びＣ）を意味する。
コンピュータ可読媒体は、１つの箇所から別の箇所へのコンピュータプログラムの伝送を容易にする任意の媒体を含むコンピュータ記憶媒体及び通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用又は専用コンピュータによってアクセスできる何れかの利用可能な媒体であり得る。例として及び限定されるものではないが、コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、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磁気記憶デバイス又は命令若しくはデータ構造の形態で所望のプログラムコード手段を保有又は記憶するために使用され得且つ汎用若しくは専用コンピュータ又は汎用若しくは専用プロセッサによってアクセスされ得る任意の他の媒体を含み得る。また、任意の接続が、適切に、コンピュータ可読媒体と呼ばれる。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、デジタル加入者線（ＤＳＬ）又は赤外線、無線及びマイクロ波などのワイヤレステクノロジーを使用して、ソフトウェアがウェブサイト、サーバ又は他の遠隔源から送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ又は赤外線、無線及びマイクロ波などのワイヤレステクノロジーは、媒体の定義に含まれる。ディスク（Ｄｉｓｋ）及びディスク（ｄｉｓｃ）は、本明細書では、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク及びブルーレイディスクを含み、ここで、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、データを磁気的に再生するが、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザによって光学的にデータを再生する。上記の組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。
本明細書では、語句「～に基づく」は、条件の閉集合を指すとみなされない。例えば、「条件Ａに基づく」と説明される例示的なステップは、本開示の範囲から逸脱することなく、条件Ａ及び条件Ｂの両方に基づき得る。換言すると、本明細書では、語句「～に基づく」は、語句「少なくとも部分的に、～に基づく」と同じように解釈される。
本開示の先の説明は、当業者が本開示を作製又は使用できるようにするために提供される。本開示に対する様々な修正形態は、当業者に容易に明らかになり、及び本明細書で定義される一般的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の変型形態に適用され得る。そのため、本開示は、本明細書で説明される例及び設計に限定されず、本明細書で開示した原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲に従い得る。

Claims (17)

  1. 複数のアンテナフィード素子（１２８）を備えるアンテナアセンブリ（１２１）を有する通信衛星（１２０）を介して通信するための方法において、
    第１の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して通信サービスを提供することであって、前記第１の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）は、少なくとも部分的に、第１のビームフォーミング構成及び前記アンテナアセンブリ（１２１）の第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）に基づき、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記アンテナアセンブリ（１２１）の反射器（１２２）に対する前記アンテナアセンブリ（１２１）のフィードアレイアセンブリ（１２７）の第１のデフォーカス位置に対応し、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記複数のアンテナフィード素子（１２８）の第１のネイティブなフィード素子パターン（２１０）の合成を含む、提供すること、
    前記通信衛星（１２０）に、前記アンテナアセンブリ（１２１）の前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）から前記アンテナアセンブリ（１２１）の第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）に変更するように指令することであって、前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記反射器（１２２）に対する前記フィードアレイアセンブリ（１２７）の第２のデフォーカス位置に対応し、前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記複数のアンテナフィード素子（１２８）の第２のネイティブなフィード素子パターン（２１０）の合成を含み、前記複数のアンテナフィード素子（１２８）の所与のアンテナフィード素子（１２８）は、前記第１のネイティブなフィード素子パターン（２１０）の１つ及び前記第２のネイティブなフィード素子パターン（２１０）の１つと関連し、前記第２のネイティブなフィード素子パターン（２１０）の前記１つは、前記第１のネイティブなフィード素子パターン（２１０）の前記１つと異なる、指令すること、及び
    第２の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供することであって、前記第２の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）は、少なくとも部分的に、第２のビームフォーミング構成及び前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）に基づく、提供すること
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、前記通信衛星（１２０）に、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）から前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）に変更するように指令することは、
    前記通信衛星（１２０）のアクチュエータ（１２４）に、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）から前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）への前記変更をもたらすように指令すること
    を含むことを特徴とする方法。
  3. 請求項２に記載の方法において、前記アクチュエータ（１２４）に、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）から前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）への前記変更をもたらすように指令することは、
    前記アンテナアセンブリ（１２１）の前記反射器（１２２）と、前記複数のアンテナフィード素子（１２８）を含む前記アンテナアセンブリ（１２１）の前記フィードアレイアセンブリ（１２７）との間の空間的な調整を指令すること
    を含むことを特徴とする方法。
  4. 請求項３に記載の方法において、前記アクチュエータ（１２４）は、前記アンテナアセンブリ（１２１）の前記反射器（１２２）と前記フィードアレイアセンブリ（１２７）との間に結合されていることを特徴とする方法。
  5. 請求項３に記載の方法において、前記通信衛星（１２０）に、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）から前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）に変更するように指令することは、
    前記反射器（１２２）と前記フィードアレイアセンブリ（１２７）との間に結合されたリニアアクチュエータ（１２４）に、第１の長さから第２の長さに変更するように指令すること
    を含むことを特徴とする方法。
  6. 請求項５に記載の方法において、
    前記フィードアレイアセンブリ（１２７）と前記反射器（１２２）との間に結合された副アクチュエータ（２５４０）に、前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）を提供するように指令することであって、前記副アクチュエータ（２５４０）に前記指令することは、前記リニアアクチュエータ（１２４）の軸と異なる軸の周りでの前記フィードアレイアセンブリ（１２７）と前記反射器（１２２）との間の相対位置の変更を引き起こす、指令すること
    をさらに含むことを特徴とする方法。
  7. 請求項１に記載の方法において、前記第１のデフォーカス位置又は前記第２のデフォーカス位置の一方又は両方は、前記反射器（１２２）と前記反射器（１２２）のフォーカス領域（１２３）との間に置かれている前記複数のアンテナフィード素子（１２８）の１つ以上と関連することを特徴とする方法。
  8. 請求項２に記載の方法において、前記アクチュエータ（１２４）に、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）から前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）への前記変更をもたらすように指令することは、
    前記アンテナアセンブリ（１２１）の前記反射器（１２２）のフォーカス領域（１２３）に対する調整を指令すること
    を含むことを特徴とする方法。
  9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記アンテナアセンブリ（１２１）の第１のボアサイト方向と関連し、及び前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記第１のボアサイト方向と異なる、前記アンテナアセンブリ（１２１）の第２のボアサイト方向と関連することを特徴とする方法。
  10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法において、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記所与のアンテナフィード素子（１２８）の第１のネイティブなフィード素子パターンビーム幅と関連し、及び前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記第１のネイティブなフィード素子パターンビーム幅と異なる、前記所与のアンテナフィード素子（１２８）の第２のネイティブなフィード素子パターンビーム幅と関連することを特徴とする方法。
  11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法において、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記アンテナアセンブリ（１２１）の２つ以上のアンテナフィード素子（１２８）のネイティブなフィード素子パターン（２１０）の第１の重なり量と関連し、及び前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記アンテナアセンブリ（１２１）の前記２つ以上のアンテナフィード素子（１２８）の前記ネイティブなフィード素子パターン（２１０）の第２の異なる重なり量と関連することを特徴とする方法。
  12. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、
    前記通信衛星（１２０）の軌道特性を調整することであって、前記第２の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供することは、前記調整された軌道特性に従って前記通信サービスを提供することを含む、調整すること
    をさらに含むことを特徴とする方法。
  13. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記通信衛星（１２０）は、前記第１の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供する間及び前記第２の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供する間、同じ地球静止軌道位置にあることを特徴とする方法。
  14. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、
    前記通信衛星（１２０）は、前記第１の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供する間、第１の地球静止軌道位置にあり、
    前記通信衛星（１２０）に、前記第１のネイティブなアンテナパターン（２２０）から前記第２のネイティブなアンテナパターン（２２０）に変更するように指令することは、前記通信衛星（１２０）に、前記第１の地球静止軌道位置から第２の異なる地球静止軌道位置に動くように指令することを含み、及び
    前記通信衛星（１２０）は、前記第２の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供する間、前記第２の地球静止軌道位置にあることを特徴とする方法。
  15. 請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法において、前記通信衛星（１２０）は、第２の複数のアンテナフィード素子（１２８）を備える第２のアンテナアセンブリ（１２１）を含み、前記方法は、
    前記第２のアンテナアセンブリ（１２１）を使用して第３の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供することであって、前記第３の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）は、少なくとも部分的に、第３のビームフォーミング構成及び前記第２のアンテナアセンブリ（１２１）の第３のネイティブなアンテナパターン（２２０）に基づき、前記第３のネイティブなアンテナパターン（２２０）は、前記第２の複数のアンテナフィード素子（１２８）の第３のネイティブなフィード素子パターン（２１０）の合成を含む、提供すること
    をさらに含むことを特徴とする方法。
  16. 請求項１乃至１５の何れか１項に記載の方法において、前記第１の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供すること又は前記第２の複数のビームフォームされたスポットビーム（１２５）を介して前記通信サービスを提供することは、
    複数のアクセスノード端末（１３０）と前記通信衛星（１２０）との間に第１の複数の信号を提供すること、及び
    前記通信衛星（１２０）と複数のユーザ端末（１５０）との間に第２の複数の信号を提供すること
    の一方又は両方を含むことを特徴とする方法。
  17. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の方法において、前記第１のビームフォーミング構成は、前記複数のアンテナフィード素子（１２８）を介して伝えられる第１の複数のフィード素子信号に第１のビームフォーミング重みセットを適用することを含み、及び前記第２のビームフォーミング構成は、前記複数のアンテナフィード素子（１２８）を介して伝えられる第２の複数のフィード素子信号に、前記第１のビームフォーミング重みセットと異なる第２のビームフォーミング重みセットを適用することを含むことを特徴とする方法。
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