JPH10505468A

JPH10505468A - 多ビーム幅位相整列アレイ

Info

Publication number: JPH10505468A
Application number: JP7526386A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ．デント，ポール
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1998-05-26
Also published as: EP0755578B1; EP0755578A1; US5642358A; WO1995028015A1; CN1078392C; FI964030A0; DE69528055T2; AU692857B2; FI964030A; AU2275995A; KR100367390B1; CN1145698A; CA2185988A1; DE69528055D1

Abstract

(57)【要約】少なくとも１つの第１局と複数の第２局との間の中継局を用いた無線通信のためのシステムを開示する。中継局は、その特徴の中でも特に、アンテナ・アレイとマルチチャネル応答機とを含む。アンテナ・アレイは複数のアンテナ素子を有し、これらは２つの組に分割されている。第１組は第１ビーム幅を有するビームを用いて送信または受信を行うために用いられ、第２組は第２ビーム幅を有するビームを用いて送信または受信を行うために用いられる。マルチチャネル応答機は、アンテナ・アレイとフィーダ・リンク・アンテナとに接続され、少なくとも１つの第１局からのフィーダ・リンク信号を受信し、その信号をアンテナ・アレイ素子用駆動信号に変換する。マルチチャネル応答機は、第１ビーム幅を有する送信用信号を返送するチャネルのための第１チャネル帯域と、前記第２ビーム幅を有する送信用信号を返送するチャネルのための第２チャネル帯域とを有する。複数の第２局は、交換システムによって動的に、各群に対する経路損失要求にしたがって、最も狭いビーム幅を使用する第１群と、最も広いビーム幅を使用する第２群とに分割される。

Description

【発明の詳細な説明】多ビーム幅位相整列アレイ発明の分野本発明は、容量を増加させた無線通信システムに関し、更に特定すれば、位相整列アンテナ素子を有し、好ましくは各素子毎に１つの地上局処理装置からの信号を受信し再送信する、中継局を用いた衛星通信システムに関するものである。開示の背景多数のビーム・アンテナ・アレイを用いた衛星および陸上移動通信システムについての詳細な説明は、米国特許出願番号第０８／１７９，９５３に記載されており、参照により本願に含まれているものとする。衛星移動通信システムについて、第１図を参照しながら端的に説明する。第１図は、ハブステーション１４を有する衛星１０を通じて通信中の複数の携帯局１２を示す。ハブステーションは、例えば、ローカル交換機を通じて、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）に接続され、携帯電話と世界中のあらゆる電話加入者との間、および携帯電話間の通話を可能にする。衛星は、１６００ＭＨｚのような、比較的低いマイクロ波周波数で携帯電話からの信号を受信する。かかる周波数では、電池で作動する電話機における送信機は効率的であり、それらのアンテナは短く無指向性とすることができる。衛星は、受信信号を１６００ＭＨｚからより高い周波数に変換し、ハブステーションに中継する。このシステムでは、複雑な瞬間的波形サンプルが衛星に送信され、異なるアンテナ素子によって再送信される。異なるアンテナ素子に対するサンプルは、好ましくは、フィーダ・リンクの同相および直角（ＩとＱ）成分上で時間多重化され、地上局から多素子中継アンテナに、またはその逆に送信される。複素成分信号の実部は、例えば、Ｉチャネル上に多重化され、虚部はＱチャネル上に多重化される。フィーダ・リンクの帯域上の制約によって起こるサンプル間干渉(inter-s ample interference)は、地上局処理装置におけるサンプルの発生において考慮され、また逆方向の場合は、地上局処理装置における処理によって除去される。両方の場合において、ビーム形成(beamforming)として知られている同一の数学的処理が用いられ、送信におけるシンボル間干渉を考慮してビーム形成係数が選択される。公知の従来技術のシステムでは、衛星は受信信号を処理し、その信号を粗い即ち広いビームにて地球に向けて再送する。粗いビームのみを用いるこれらのシステムは、本発明の粗いビームおよび細いビームの組み合わせと全容量は同一であるのに、必ずしも効果的でない理由として、２つあげられる。容量が５００チャネルの粗いビームを用い、各ビームが同一周波数スペクトルを再使用する場合、同一チャネル周波数を用いる信号は、互いに干渉し合うのを避けるために、ほぼ粗いビーム幅１つ分だけ離れていなければならない。粗いビームのみを用いることの第２の欠点は、粗いビームを用いると、通信に必要な送信機の電力が増大することである。これは、より狭いビームのほうが好ましい主要な理由である。即ち、粗いビームよりも衛星または端末の送信機の全電力をより少なくし、しかも高い容量を達成するのである。しかしながら、狭いビームのみを用いると、サービス領域を包含するためには、より多数のビームがなければならず、したがって、全容量がビーム間で分割されると、ビーム当たりの容量は低くなる。しかしながら、通信のための送信機の電力は低減する。トラフィックの分布が一様に広がっておらず、主要都市におけるような塊(clump)を含むとき、狭いビームの容量では十分でない場合がある。したがって、本発明は、狭いビームの電力に関する利点と、大きなビームの高い場所的容量(high spot capacity)との双方を備え、従来技術の欠陥を克服しようとするものである。開示の概要本発明によれば、衛星通信システムは、位相整列アンテナ素子を用い、これらは、好ましくは、各素子毎に１つの地上基地処理装置からの信号を受信し、再送信する。地上基地処理装置から各素子までの経路は、位相関係がわかっており、地上基地処理装置は、異なる素子によって再送信された信号の相対的位相および振幅を判定することができるようになっている。再送信信号は、多くの独立した信号を含み、これらは、時間（ＴＤＭ）、周波数（ＦＤＭ）、または異なる拡散コード（ＣＤＭＡ）、あるいはこれらの組み合わせを用いて多重化される。各アンテナ素子からの放射に対する各独立信号の相対的位相の寄与は、各独立信号が所望の方向に放射されるように、地上処理によって制御することができる。本発明によって解決される問題は、所謂「フィーダ・リンク」を用いて地上局から位相整列衛星応答機へ複合成分信号を搬送するためには、限られた帯域を如何にして最良に使用するかということである。各独立信号の帯域をＦｏとすると、各複合成分信号の帯域はＭ・Ｆｏとなる。ここで、Ｍは同一方向に放射される多重化信号の数である。地上から最大アレイ制御柔軟性を与えるために必要なフィーダ・リンクの帯域は、（Ｎ・Ｍ・Ｆｏ）となる。ここで、Ｎはアレイの素子数である。この柔軟性により、全容量を信号Ｎ・Ｍ個分として、Ｍ個の独立信号を異なるＮ方向の各々に放射可能とする。しかしながら、いずれの方向でも信号数はＭに制限される。いずれか１方向におけるＭ以上の信号の塊に対処するために、本発明は、Ｎ１通りの方向、および各方向毎にＭ１個の信号とする代替案を提供する。ここで、Ｍ１＞Ｍであるが、Ｎ１・Ｍ１＝Ｍ・Ｎとし、いずれの場合でも同一のフィーダ・リンクの帯域で十分となるようにする。更に、本発明は、２モード間でフィーダ・リンクの帯域（Ｎ・Ｍ＋Ｎ１・Ｍ１）Ｆｏを共用することによって、Ｎ・ＭモードとＮ１・Ｍ１モードとの同時使用を許すので、同時に、一様に分布された信号トラフィック・フロア(signal traffic floor)およびトラフィックの塊の双方を処理する。本発明の一実施例によれば、中継局を用いた、少なくとも１台の第１局と複数の第２局との間の無線通信のためのシステムが開示される。中継局は、その特徴の中でもとりわけ、アンテナ・アレイとマルチチャネル応答機とを含む。アンテナ・アレイは複数のアンテナ素子を有し、これらは２組に分割されている。第１組は第１ビーム幅を有するビームを用いて送信または受信を行い、第２組は第２ビーム幅を有するビームを用いて送信および受信を行う。マルチチャネル応答機は、アンテナ・アレイとフィーダ・リンク・アンテナとに接続されており、少なくとも１つの第１局からのフィーダ・リンク信号を受信し、この信号をアンテナ・アレイ素子用駆動信号に変換する。マルチチャネル応答機は、第１ビーム幅を有する送信用信号を返送するチャネルのための第１チャネル帯域と、前記第２ビーム幅を有する送信用信号を返送するチャネルのための第２チャネル幅とを有する。複数の第２局は、少なくとも、最も狭いビーム幅を用いる第１群と、最も広いビーム幅を用いる第２群とに、各群の経路損失要件に応じて、交換システムによって動的に分割される。図面の簡単な説明本発明の上述のおよびその他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明を図面と関連付けて読むことにより、より簡単に理解されよう。第１図は、衛星通信システムを示す。第２図（ａ）〜（ｂ）は、大きな折畳み位相アレイ・アンテナを有する衛星を示す。第３図は、アレイ開口の内側および外側アレイへの任意の分割を示す。第４図は、大きなビームおよび小さなビームを使用した場合の、有効範囲の一例を示す。第５図（ａ）〜（ｂ）は、粗いおよび細いビームに対するスペクトル割り当ての一例を示す。第６図は、本発明の一実施例による、二重ビーム幅位相整列応答機を示す。第７図は、本発明の一実施例によるフロー・チャートを示す。第８図（ａ）〜（ｂ）は、典型的なアレイ素子およびその個々の放射パターンを示す。第９図は、本発明の一実施例による反射アレイ構成を示す。第１０図は、本発明の一実施例による地上局ビーム形成コンピュータを示す。第１１図は、本発明の一実施例による多帯域時分割多重フィーダ・リンクを示す。第１２図は、２つの異なる信号帯域を有する１４素子アレイ・パネルとして機能する、３０系統サブマルチプレクサ入力の使用法を示す。開示の詳細な説明第２図（ａ）〜（ｂ）は、本発明の一実施例による、衛星に配置された位相整列アレイ(phased array)の可能な構成を示す。第２図（ａ）に示すように、発射時の構成(launch configuration)では、アンテナ素子２４のパネル２２は、衛星２０の本体に沿って上に向かって折り畳まれ、各パネル上に（ｍｘｎ）素子を有するＬ枚のパネルから成る多面構造(multi-faceted structure)を形成する。これは、ロケット・ノーズ・フェアリング(roket nose faring)の下に収容可能である。一旦軌道に乗ったなら、パネルは下に向かって蝶番式に動き、第２図（ｂ）に示すような、大きな開口を有するＬ形星状パターンを形成する。第３図は、アレイのアンテナ素子２４を、半径ｒ１の内側円盤３０と、半径ｒ２の外側円盤３２とに分割した模様を示す。フィーダ・リンクを通じて対応する信号組を受信することによって内側円盤内の素子のみを励起するとき、第１の粗大角度解像度を用いてアレイからの放射を方向付け、例えば、ビームのピークに対して４ｄＢ低い点において測定した第１ビーム幅Ｂ１のビームを形成することができる。地球表面上に第１ビーム幅Ｂ１を有するビームが形成され、それらがその−４ｄＢ下の点で接触するようにした場合、地球は、第４図に示す大きい方の円４０によって表わされる、全体でｎ１個のビームによって覆われる。各ビームにおいて使用される帯域が（Ｍ１・Ｆｏ）であり、フィーダ・リンクによって独立して制御される内側円盤内の素子Ｎ１の数がｎ１以上である場合、ｎ１個のビームは、各々、それらの各方向にＭ１個の独立信号を搬送する。ここで、Ｆｏは各独立信号の帯域である。その結果、得られる全容量は、（ｎ１・Ｍ１）個の信号となり、使用される全フィーダ・リンク帯域は、（Ｎ１・Ｍ１・Ｆｏ）ＭＨｚとなる。あるいは、内径ｒ１以内の素子を含む、外径ｒ２以内の全素子を励起した場合、アレイ全体からの放射は、より細かな角度解像度で方向付けられ、第２の狭い方のビーム幅Ｂ２を形成することができる。これは、地球を覆うには、−４ｄＢ点で接触する、これら狭い方のビームの数ｎ２を多くしなければならない。ｎ２：ｎ１−ｒ２²：ｒ１² 各ビームの帯域に等しい各素子の励起の帯域が（Ｍ２・Ｆｏ）であり、更にアレイ全体において独立して制御される素子Ｎ２の数がｎ２以上であるとすれば、これらのビームは各々Ｍ２個の独立した信号を搬送する。この第２モードで得られる全容量は、（ｎ２・Ｍ２）個の信号であり、全フィーダ・リンク帯域として、（Ｎ２・Ｍ２・Ｆｏ）ＭＨｚを必要とする。上述のモード双方を同時に励起することは可能である。例えば、外側円盤の素子を、帯域が（Ｍ２・Ｆｏ）の信号を用いて第２モードで励起し、一方内側円盤の素子を帯域が（Ｍ２・Ｆｏ）の信号で励起して第２モードの励起を完了し、更に、帯域が（Ｍ１・Ｆｏ）の信号で第１モードを励起する。第５図（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１および第２帯域は重複することも、重複しないことも可能である。第１および第２帯域が重複しない場合、内側素子の全励起帯域は（Ｍ１＋Ｍ２）・Ｆｏとなる。また、これらの帯域は第５図（ｂ）に示すように、重複することも可能である。狭い方の帯域ＢＷ２は、通常狭いビームに対応して選択されるが、広い方の帯域ＢＷ１内に含まれる。本実施例では、狭いビーム・モードに対応する信号は帯域ＢＷ２を使用することができ、一方粗いビーム・モードに対応する信号は、帯域ＢＷ２のいずれかの側の残りの帯域ＢＷ１−ＢＷ２を使用することができる。以下の数値例を検討する。個々の信号の帯域Ｆｏ１０ＫＨｚ帯域ＢＷ２１ＭＨｚ帯域ＢＷ１５ＭＨｚ半径比ｒ２：ｒ１２：１粗大ビームの数ｎ１６０狭ビームの数ｎ２＝（ｒ２／ｒ１）²・ｎ１２４０内側リング内の独立制御素子数Ｎ１６０全アレイ内の独立制御素子数Ｎ２２４０狭ビーム各々における信号数（ＢＷ２／Ｆｏ）＝１００粗大ビーム各々における信号数（ＢＷ１−ＢＷ２）Ｆｏ＝４００全容量＝６０ｘ４００＋２４０ｘ１００＝４８０００信号全フィーダ・リンク帯域＝ｎ１ｘ５ＭＨｚ＋（ｎ２−ｎ１）ｘ１ＭＨｚ＝４８０ＭＨｚ少なくともｎ１＝Ｎ１かつｎ２＝Ｎ２であるこの例では、全フィーダ・リンク帯域（４８０ＭＨｚ）は、単純に、全信号容量（４８０００）に独立信号当たりの帯域（１０ＫＨｚ）を乗算したものに等しいことを記しておいてもよいであろう。したがって、粗いビーム・モードおよび細いビーム・モードの双方を有することにおける、クレームに記載した全容量の利点はない。しかしながら、２つの帯域は、地球表面全体にわたって、一様でないトラフィック分布をより良く処理することができる。第４図において小円４２によって例示される小さい方のビームのみによって処理される容量の分布について検討する。小さい方の円４２は各々、例えば、１００台までの移動または固定通信端末に対応する、例えば、１００個までの信号を収容することができる。しかしながら、小円とはいえその直径は数百キロメートル程度であり、全トラフィック要求が１００信号よりも大きい可能性がある都市をいくつか包含する場合もある。周囲の小円の容量が完全には利用されていない場合でも、要求が高い領域において残りの容量を使用することは残念ながら出来ない。なぜなら、ビームは全て同一周波数を使用するため、同一ビーム内で同一周波数スペクトルを２回使用することになり、干渉の原因となるからである。しかしながら、上位の(overlying)粗いビームの容量は、例えば、４００に等しく、周波数スペクトルの異なる部分、即ち、５ＭＨｚの内、狭いビームによって使用される１ＭＨｚと重複しない４ＭＨｚを使用する。この容量は、単一の粗いビームと重複する４つの狭いビーム内であればどこでも使用可能であるので、１００＋４００＝５００信号のピーク・トラフィック要求は、どの地点でも処理することができる。先に述べたように、粗いビームのみを用いる従来技術の解決法には、いくつかの欠点がある。まず、同一チャネル周波数を使用する信号は、粗いビーム幅１つ分だけ分離して、互いに干渉するのを避けなければならない。しかしながら、この制約は、１ビームにおける５００人のユーザがこのビームの半分に集中するようなトラフィック分布を排除し、彼らを隣接するビームの反対側の半分に集中する５００人のユーザと近接させることになる。この状況を修正するためには、より狭いビームのより狭い角度解像度のほうが有利である。即ち、余りに近過ぎて粗いビームでは判別できないユーザを、細いビームに割り当てることによって、粗いビーム中のユーザ分布を、より均一な処理可能なレベルまで間引きする(thi n out)。それでもなお近過ぎて細いビームによっても判別できないユーザは、米国特許出願番号第０８／１７９，９５３号に開示されている発明にしたがって、別個のチャネル周波数に割り当てる。このように、本発明にしたがって粗いビームおよび細いビームと、更に、米国特許出願番号第０８／１７９，９５３号に開示されている発明にしたがって複数のチャネルとを設けることにより、更に自由度を高め、適応型チャネル割り当てアルゴリズムを利用して、地球表面全体にわたって、異なるトラフィック分布を処理することができる。粗いビームのみを使用することの第２の欠点は、粗いビームを使用して通信を行うには、必要な送信機の電力が増大することである。これは、より狭いビームの方が好ましい主な理由である。即ち、衛星または端末の送信機の全電力を、粗いビームよりも少なくして、高い容量を達成するのである。しかしながら、移動または固定端末は、広くて低い利得のビームにより良好な信号品質を達成する群と、より狭くて高い利得のビームを必要とする群とに分類することができる。この分類は、例えば、端末または衛星の移動によって状況が変化するに連れて、移動交換センタによって動的に行うことができる。粗いまたは細いビーム・モードを励起するために必要な全電力は、以下のように計算することができる。帯域Ｆｏのいずれか１つのチャネル周波数ｆ１において、地上端末は１平方メートル当たり、Ｐワットの電力密度(power flux density)を受信する必要がある。地上端末のアンテナは、良質な通信に対しては十分な信号電力ＰＡ１を捕獲する、等価捕獲領域Ａ１平方メートルを有する。Ｎ１本の粗いビームによって共に照される全領域は、単純に、衛星から見た地球の領域Ａ２である。実際、この領域Ａ２は、幾何学的影響を考慮するために、地上端末から宇宙船までの視覚線 (sightline)に垂直な領域として、計算すべきである。地上領域と、異なる衛星軌道および最少仰角に対して正規化された領域との関係を、第１表に示す。したがって、電力密度Ｐがｆ１の場合、領域Ａ２を照すのに必要な全衛星電力は、（Ｐ・Ａ２）となる。この電力は、粗いビームにおいて支持される(support ed)帯域ＦｏのＭ１個（＝４００）の各チャネルに必要である。したがって、衛星の全電力要求量は、４００・Ｐ・Ａ２をｎ１＝Ｎ１＝６０個の内側円のアレイ素子間で分割したもの、即ち、各々（Ｐ・Ａ２）の４００／６０＝６．７電力単位となる。狭いビームを使用して同一電力で同一領域を照すために必要な全電力も、チャネル当たり（Ｐ・Ａ２）となる。しかし、狭いビームの各々におけるチャネル数は僅かに１００であるので、全電力は、同一の全容量に対して、１００Ｐ・Ａ２に過ぎない。したがって、狭いビームの方が粗いビームよりも、トラフィック・チャネルを支持する電力効率が４倍高い。この全電力を、アレイ素子の全数（２４０）で分配する。内側の円内の素子は、粗いビームの周波数では６．７単位、狭いビームの周波数では０．４１６単位の双方、即ち、全体で７．１１６単位を送信し、一方外側の環の１８０個は０．４１６単位を送信するに過ぎない。粗いビームを最大限使用すると、狭いビームによって与えられる同一の全容量に対する全衛星電力の４／５を消費する。狭いビームは全電力の１／５を使用するに過ぎない。この大きな相対電力比７，１１６／０．４１６＝１７は、いずれの場所においても粗いビームに最大容量までロードする必要がなければ、即ち、全ての粗いビームにおいてトラフィックの塊が生じなければ、低下させることができる。地表の２／３は海であり、そこでは殆どトラフィックの要求が存在しないという事実から見れば、これは理由のある仮定である。それ以外で粗いビームのトラフィック負荷を予測するには、セルラ移動電話機の有効範囲パターンを評価すればよい。セルラの経営者は、最も高い収益が上がる領域のインフラストラクチャに、彼らの投資を向けてきたが、現在その対象は米国の全領土の１０％未満に過ぎない。これが示すのは、トラフィックのピークが生じるのは、陸地全体で粗いビームの１０％未満であり、即ち、全体で１対３０未満であるということである。したがって、外側の素子と比較して、内側の素子に、全体で１７倍もの電力割り当て (dimensioning)を行う必要はなく、実際には、トラフィック分布図をより正確に評価すれば、２対４程度の低い係数で十分であろう。例えば、３ｄＢ程通信リンクのマージンを下げても、粗いビームを用いてトラフィックの塊に対応する場合には受け入れ可能であろう。第６図は、本発明を実施するのに適した、コヒーレント応答機のブロック図を示す。フィーダ・リンク受信アンテナ１１０は、例えば、Ｋ−帯（２０〜３０ＧＨｚ）マイクロ波キャリア周波数上に変調された、地上局からの時間多重化複素サンプルを受信する。フィーダ・リンク信号は、低ノイズ増幅器１１１において増幅され、ダウンコンバータ１１２内の局部発振器１１４からの適切な局部発振周波数と混合することによってダウンコンバートされ、適切な中間周波数信号を生成する。次に、中間周波数増幅器１１３を用いて、これを濾波し増幅する。次に、直交ダウンコンバータ１１５と、局部発振装置１１４からの局部基準信号Ｃｏｓ（Ｗ１・ｔ）およびＳｉｎ（Ｗ１・ｔ）とを用いて、濾波し増幅した中間周波数信号を、ＩおよびＱベースバンド信号に変換する。ＩおよびＱベースバンド信号は、異なるアンテナ・アレイ素子のために意図した、時間多重化サンプルから成る。これらのサンプルを、例えば、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４．．．．Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４．．．．と標記し、Ｉ，Ｑデマルチプレクサ１１７、１１８によって分離する。Ｉ１およびＱ１出力からの連続サンプルを、ロー・パス・フィルタ１１９，１２０において濾波し、サンプリング周波数を除去すると共に、平滑な波形を生成する。ナイキストの定理によれば、帯域ＢＷ／２Ｈｚの元のＩ，Ｑ信号を各々少なくとも毎秒ＢＷ個のサンプルの周波数でサンプリングするとすれば、元のＩ，Ｑ波形は、デマルチプレクス処理およびロー・パス・フィルタ処理の後に、完全に復元される。次に、直交変調器１２５を用いて、復元されたＩ，Ｑ波形Ｉ１（ｔ）およびＱ１（ｔ）を所望のアレイ送信周波数にアップコンバートし、電力増幅素子１２６によって増幅し、内側リングのアレイ素子（例えば）に供給する。同様に、外側リングの信号をデマルチプレクスし、デマルチプレクサ１１７、１１８の適切な端子から出力し、フィルタ１２１、１２２においてロー・パス・フィルタ処理を行い、直角変調器１２３において、送信周波数にアップコンバートする。アップコンバートされた信号は、次に外側リングの増幅素子１２４によって増幅し、外側リングのアンテナ素子に供給する。本発明によれば、内側および外側の素子を駆動する信号の帯域は、重複するが、異なるものとすることができる。結果として、ナイキストの定理にしたがって、異なるサンプリング・レートを、帯域に比例して用いるべきである。勿論、より高いサンプリング・レートをより低い帯域信号に使用することも許されるが、これはフィーダ・リンクの帯域の浪費となろう。したがって、マルチプレクスおよびデマルチプレクス方式は、少なくとも２つの正規のサンプリング・レートの混合に対応することが望ましい。先の例では、内側素子に５ＭＨｚの帯域を用いたので、ＩおよびＱのサンプリング・レートには５メガサンプル／秒が必要であり、一方内側素子には１ＭＨｚの帯域を用い、これに対しては、１メガサンプル／秒のＩおよびＱで十分である。これら異なるサンプリング・レートは、広帯域信号用に５個の規則的に離間されたデマルチプレクサの出力を接続することによって混合し、５倍のサンプリング・レートを得ることも可能である。例えば、１ＭＨｚ帯域の１８０個の素子と、５ＭＨｚ帯域の６０個の素子の例では、５ｘ６０＋１ｘ１８０＝４８０入力を有するマルチプレクサおよびデマルチプレクサがそれぞれ必要となる。マルチプレクサの入力１、９７、１９３、２８９および３８５を互いに接続し、最初の６０個の広帯域信号に使用することができる。また、入力２、９８、１９４、２９０および３８６を２番目の６０個の広帯域信号に使用することができ、入力６０、１５６、２５２、３４８および４４４が広帯域信号番号６０に使用されるまで、このように続ける。次に、入力６１を狭帯域信号３６に使用し、入力６２を狭帯域信号番号２に使用するというように、狭帯域信号３６に９６を使用するところまで続ける。更に、入力１５７〜１９２を次の３６個の狭帯域信号に使用する等として、１８０個の狭帯域信号を一緒に与える。この方式では、広帯域信号の規則的なサンプリングを行うには、マルチプレクサの入力数は、帯域比（５）の倍数としなければならない。マルチプレクサの入力およびデマルチプレクサの出力（帯域比の倍数も）を余分に追加して、地上局から衛星にまたはその逆に、基準信号サンプルを搬送してもよい。（１，０）または（０，１）および（０，０）のようなＩ，Ｑ基準サンプルをこれらの入力に多重化し、同期および自動周波数制御装置１１６を補助し、周波数誤差を補正し、デマルチプレクス処理をマルチプレクス処理と同期させ、直角ダウンコンバータＤＣオフセットサンプル間干渉（ＩＳＩ）、およびＩ，Ｑ相互結合(cross coupling)のような不完全を予測し、事前補償を行って、地上基地におけるデジタル信号処理領域においてこれらのエラーを補正するようにしてもよい。内側および外側素子間の電力比は、同一の電力増幅素子を用いて生成することにより、それらの間の既知の位相関係をより簡単に維持することが望ましい。例えば、電力比２は、内側リング素子用の２つの同一電力増幅器と外側リング素子用の１つとの組み合わせを用いることによって得ればよい。所与の容量に対して使用するフィーダ・リンク帯域を最少に抑えるために、独立して制御される素子の数は、生成される周波数再使用ビームの数と等しくすべきである。かかる素子各々は、単体では、地球を覆い、有効対象領域の縁部において最大の利得を得る放射パターンを有するべきである。アンテナは、中心と比較して、縁部で４ｄＢ低下するように寸法を決めたときに最大の縁部利得を達成することはよく知られている。このレベルを越えてビームを広げると、ビーム縁部におけるフォール・オフ(fall-off)は改善されるが、ピーク利得の減少が速くなるので、ビーム縁部利得が悪化する。一方ビームを狭くすると、ピーク利得の増大よりも速くビーム縁部におけるフォール・オフが増大し、これもまた性能の悪化を招く。しかしながら、有効領域の縁部においてアレイ・ビームを発生するには、中心におけるビームと比較して、４ｄＢの損失がある。更に、理想的には、傾斜範囲が広がるので、地球の縁部ではより多くの利得を必要とする。素子の放射パターンを整形し、縁部に向かってより多くの利得を有し、中央に向かって少なくなるようにすることによって、この所謂走査損失を減少させ、ビームの縁部における利得を改善することができる。この整形は、ビーム中心と比較してビーム縁部において広がる傾斜範囲を補償するために、故意に誇張することも可能である。あるいは、フィーダ・リンク帯域を犠牲にして、ビームよりも多い数の素子を用いることもでき、更に、各素子パターンを地球の有効範囲よりも広くして、地球の縁部において４ｄＢの低下より少なくなるようにすることも可能である。「浪費エネルギの回収」と第する米国特許出願番号第０８／１７９，９４７号では、アレイ素子を２：１で余分に用いる有利な方法が記載されている。参照により、その内容は本願にも含まれるものとする。この場合、複数のビーム信号を線形的に増幅しつつ、クラスＣ即ち飽和増幅器を用いることができる。したがって、フィーダ・リンクの帯域を制御に利用可能にできるのであれば、位相および振幅制御素子の数は多い方が好ましいことのより理由となり得る。地上からのアレイ制御にフィーダ・リンクの帯域を使用することに対する代替案は、勿論、衛星上に搭載されたビーム形成ネットワークまたはプロセッサを用いることである。しかしながら、これらの装置は複雑度が高く、１０年以上軌道において作動しなければならない衛星の発進前に、それらの性能および特性を判定すること、したがって恐らくアレイ理論における将来の発展が使用できなくなることは望ましくない。しかしながら、搭載したビーム形成装置を用いて、本発明にしたがって使用するための内側および外側アレイ素子信号を発生することは、本発明の範囲内のことと考えられる。アンテナ・アレイを用いて地上局から複数の移動局への信号を中継するためのマルチチャネル応答方法について、第７図を参照しながら説明する。まず、ステップ７０２において、移動局の位置にしたがって、移動局に応答すべき信号を、地上局において分類する。次いで、信号を処理し複合信号を形成する。更に、ステップ７０４において、複合信号をサンプリングし、複数のアナログ信号サンプルを得る。ここで、より広い帯域を有する複合信号程サンプリングをより多く行い、狭い帯域を有する複合信号よりも多くのサンプルを生成する。次に、ステップ７０６において、少なくとも１つの既知の所定のサンプルを用いて、アナログ信号サンプルを多重化し、時分割多重信号を形成する。次に、ステップ７０８において、時分割多重信号を第１無線周波数キャリア上に変調し、最初の局から中継局に送信する。無線送信が中継局において受信されたなら、ステップ７１０において、中継局はこの送信を復調し、時分割多重信号を復元する。次に、ステップ７１２において復調信号をデマルチプレクスし、復元されたアナログ信号サンプルを分離する。ここで、復元された所定のシンボルを用いて、デマルチプレクス処理を制御する。ステップ７１４において、同じ広帯域複合信号に対応する復元サンプルを結合し、次いで濾波することにより、広帯域複合信号を復元する。加えて、狭帯域複合信号に対応するサンプルを濾波し、狭帯域信号を復元する。次いで、ステップ７１６において、復元された広帯域信号を第２周波数帯に変換し、増幅する。次に、ステップ７１８において、放射アンテナ素子に接続された電力増幅器を各信号に用いて、第１電力レベルで、増幅された広帯域信号を送信する。加えて、ステップ７２０において、復元された狭帯域信号を第２周波数帯に変換し、増幅する。最後に、ステップ７２２において、他の放射アンテナ素子に接続された電力増幅器を各信号に用いて、第２電力レベルで、増幅された狭帯域信号を送信する。第８図（ａ）〜（ｂ）は、典型的なアレイ素子およびその個々の放射パターンを示す。このアレイ素子のピーク利得は約８．８ｄＢであり、高度１０，０００ｋＭの衛星から２０度の仰角の輪郭までの有効範囲に最適化したパターンのピーク利得は約１４．８ｄＢである。最適なアンテナ・パターンは、有効範囲の縁部（ＥＯＣ）、即ち、２０度の仰角の輪郭において、最大利得を有するものに決定され、ピーク利得は通常ＥＯＣ利得よりも６ｄＢ高い。したがって、第６図の素子の４つを２ｘ２の正方形パターンに組み合わせたものが、単一素子よりも６ｄＢ高い利得を有する新たな素子、即ち、「サブアレイ」を形成する。かかるサブアレイは、第２図の星型パターン・アレイの外側素子として最適に使用することができる。各群のサブアレイは電力増幅素子と、共通の局部発振器およびＩ，Ｑデマルチプレクサ出力から供給される直角アップコンバータ・チャネルとに接続される。また、第６図の素子は、分離されたポートからアクセス可能な、ＲＨＣおよびＬＨＣ円形偏向モード(circularly polarized mode)双方を同時に与える。一方の偏向は送信に使用し、他方は受信に使用するのが相応しく、送信機素子と受信機素子の干渉回避を容易にすることができる。電力増幅素子に接続されている各送信サブアレイ入力と同様、各受信出力は、送信機の除去フィルタおよびロー・ノイズ増幅機を介して、逆リンク・アレイ応答機に接続されている。受信方向では、内側の受信素子の信号が処理され、次にサンプリングされ、外側の受信素子の信号よりも高いレート（例えば、５ＭＨｚ）で多重化され、これらが地上局に応答された後、地上局は１つのアレイ信号プロセッサのみにおいて内側素子の信号を結合し、送信ビームに対応する広帯域の粗い受信ビームを形成すると共に、全ての素子のサンプルを処理して、狭い送信ビームに対応する、より狭い帯域の狭い受信ビームを形成する。本発明による地上局における時分割多重フィーダ・リンク信号の形成について、第１０および１１図を参照しながら説明する。第１０図を参照すると、狭帯域を使用して送信するための信号、即ち、狭いビーム幅のビームを、ビーム形成マトリクス・コンピュータ２００に印加する。入力信号の各々は、同一ビームにおいて異なる周波数、またはタイムスロット、またはＣＤＭＡコードを用いた信号の和を含む。異なる信号が、異なるビームにおける送信のために、同様の複合信号を搬送する。マトリクス・コンピュータ２００を形成するビームの出力は、入力信号の線形結合から成り、これらは、所望の方向性ビームを形成するためには、各アレイ素子によって放射されなければならない。ビームの方向は、マトリクス・コンピュータ２００にも供給されるビーム形成係数によって規定される。これらの係数は固定とし、固定組のビームを規定することができ、あるいはクロックおよび軌道モデルにしたがって体系的に時間的に変化して、地球上の固定点に向けて方向付け、衛星の運動を補償することもできる。また、係数をタイムスロット毎に時間的に変化可能とすることによって、異なるタイムスロット間の全ビームパターンの相対的なずれをもって、１組のビームを各タイムスロット毎に形成することも可能である。また、上述の組み合わせとすることもできる。狭いビーム形成マトリクスの各出力からの複素信号サンプルの出力レート「ｆ」は、ナイキストのサンプリング定理を満足するためには、少なくとも各ビームの帯域(per-beam bandwidth)に等しい。即ち、１ＭＨｚの各ビーム帯域について、各出力は少なくとも百万サンプル／秒を含む。この例では、ビーム形成マトリクスは２４０の入力と、２４０個のアレイ素子またはサブアレイに対して計算された駆動信号とを有する。これは、２４０個の独立したビームを形成するために必要な最少数のアレイ素子またはサブアレイである。同時に、粗大ビーム形成マトリクス・コンピュータ２０１は、より広いビーム幅のビームを使用して放射される信号のための、多数の入力を有する。この場合の各入力信号は、狭いビームの帯域よりも広い可能性のある結合帯域を専有する複数の信号を含む。更に、広いビームによって専有されるスペクトルは、狭いビームのそれとは重複しない。これによって、広いビームのマトリクス出力を、狭帯域マトリクス出力に付加することができ、それらの各信号間に干渉を生じることもない。この例では、６０個の広ビームが形成され、駆動信号を形成しなければならない素子の最少数は、したがって６０である。粗いビーム信号に用いられる帯域は、狭いビーム信号のそれの５倍であるが、このスペクトルの中央の１／５は、重複する狭いビームが既に使用しているので、広いビームの使用からは除外される。帯域が５倍に拡大したことによって、粗いビーム・マトリクスから出力されるサンプル・レート「５ｆ」は、狭いビーム・マトリクスのそれの５倍となる。粗いビームは、第１放射開口を形成するアレイ素子１〜６０に駆動信号を生成することによって形成される。狭いビームは、素子１〜６０を含む２４０のアレイ素子全てを使用することによって形成される。したがって、素子１〜６０は粗いおよび狭いビーム信号双方で駆動しなければならず、一方素子６１〜２４０は狭いビーム信号のみで駆動される。加算器２０３を用いて素子１〜６０に必要な広いおよび狭い駆動信号の和を形成する。サンプリング・レートが「ｆ」の狭ビーム形成マトリクス・コンピュータ２００からの信号と、サンプリング・レートが「５ｆ」の粗いビーム形成マトリクス・コンピュータ２０１からの信号とを結合するために、アップサンプラ(upsampler)２０２を用いて、狭いビーム信号１〜６０のサンプリング・レート「ｆ」を、広いビーム信号と同じレート（５ｆ）に高める。レート「ｆ」のサンプル１つをレート「５ｇ」のサンプル５個毎に加えるだけでは、素子１〜６０に当てる帯域としては不十分である。アップサンプラは、この問題を解決するために、線形補間で構成することができる。０次補間では、「ｆ」の各サンプルを単に５回繰り返す。これは、「ｆ」の帯域を有するだけでなく、「ｆ」の帯域外のかなり大きなサイドローブを有し約１０ｄＢでのみ抑制された周波数領域における、ｓｉｎ（ｘ）／ｘフィルタ特性を適用する。より好ましくは、アップサンプラ２０２は、サイドローブを−１９ｄＢまで抑制する１次線形補間を実行することができ、更によりよいのは、サイドローブを更に抑制するために、より高次の補間を使用可能であることである。あるいは、アップサンプラ２０２は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）型または無限インパルス応答（ＩＩＲ）型のデジタル・フィルタとして記載し、実施することも可能である。所望の周波数応答特性を達成するためのこれらの構造は、当技術では公知である。加算器２０３の出力における広帯域および狭帯域駆動信号の和は、ここでは毎秒５ｆサンプルを使用するスペクトルの全「５ｆ」を表わすが、素子６１〜２４０の駆動信号は毎秒「ｆ」サンプルのままである。これら異なるサンプル・レートを時間多重化する方法を第１１図に示す。ＴＤＭフレームに多重化すべき信号の全数は、素子１〜６０の各々について５サンプル、素子６１〜２４０の各々について１サンプルであり、合計で４８０サンプルとなる。これは、マルチプレクサ２００によって行われる。ナイキストのサンプリング定理は時間的に等間隔のサンプルに適用されるので、１番のような素子に対する５つのサンプルの各々は、円形と看做すことができる繰り返しＴＤＭフレームにわたって、等しく分布されなければならない。マルチプレクサ２００への接続は、各広帯域信号１〜６０は円の周囲５ヶ所の等間隔点においてサンプリングされ、狭帯域信号は残りの入力を用いて１回サンプルされることを保証する。この原理は、各ビームが対応する帯域またはスペクトルを有する、３つ以上の代わりの帯域にも拡張することができる。第２図によるＤＲＡ衛星の設計の一例は、各々１４個のアクティブで駆動される素子またはサブアレイを支持する、３１の展開可能なパネル／ペタル(deployable panel/petal)で構成することができる。異なるパネル上の対応する素子が、３１素子のリングを形成する。３つの内側の素子リングは、５ｆ復素サンプル／秒によって表わされる帯域「５ｆ」によって駆動することができ、一方、最初の３つを含む内側の５つのリングは、「３ｆ」サンプル／秒の帯域によって駆動される。１４個のリング全体は、毎秒ｆサンプルの帯域で駆動される。したがって、内側の３つのリングは「５ｆ」サンプル／秒を必要とし、次の２つは、毎秒「３ｆ」サンプルを必要とし、残りの９つは、「ｆ」サンプル／秒を必要とする。ＴＤＭフレームに収容されるサンプルの全数は、したがって、３ｘ５＋２ｘ３＋９＝３０となる。第１２図は、フレーム当たり５回等しくサンプルされる３つの信号（１，２，３）、フレーム当たり３回等しくサンプルされる２つの別の信号（４，５）、およびフレーム当たり１回サンプルされる９つの信号を発生するための、３０系統マルチプレクサへの接続を示す。異なるレートＮ１・ｆ、Ｎ２・ｆ、Ｎ３・ｆ．．．等に対する等サンプル(equisample)の要件を満足するには、（Ｎ１・Ｎ２・Ｎ３．．．）の倍数である入力数を有するマルチプレクサが必要であると推論することができる。その結果、第１２図のマルチプレクサが必要な入力は、３ｘ５＝１５の倍数となる。内側の３つのリングおよび中間の２つのリングのフレーム当たりのサンプル数は、合計で２１になるので、マルチプレクサの入力数に対する選択は、３０、４５．．．等という系列になる。３０を選択すると、１ｆでサンプリングされる９つの入力が残ることになり、４５を選択すると２４個が残る。外側リングにおける素子数は、したがって、９または２４となり得る。第１２図に示すマルチプレクサは、各ペタル毎のサブマルチプレクサで構成される。その結果得られる３１のサブマトリクス・ストリームを、３２入力マルチプレクサを用いて更に結合し、３２番目の入力を既知の所定サンプル・ストリームとして用い、上述のように、デマルチプレクサの同期、ならびに自動利得制御および自動周波数制御を補助する。上述のマルチプレクスおよびデマルチプレクス方法は、勿論、衛星において移動局からの多数の信号を受信しそれらをＴＤＭフィーダ・リンクを介して地上局に中継する、リターン・リンクにも等しく適用可能である。内側リングにおけるサブアレイからより高い電力送信を得るためには、４つの素子の各々にそれ自体の電力増幅素子を備え、１つを共用する代わりとする。しかしながら、これらの増幅器は同一であるので、外側のサブアレイと比較して、内側のサブアレイ毎に４倍の電力増大が達成されるが、同一増幅器を使用する。本発明は、例えば、第９図に示すような、パラボラ反射器をフィード・アレイによって照す、反射アレイ(reflecting array)にも等しく適用することができる。フィード・アレイの画像が地球表面上に投影され、ここで、異なるフィードが地球上の異なるセルまたはスポット・ビームに対応する。したがって、小さなフィード・ソース・アレイ素子が小さなスポット（狭いビーム）を形成するが、地球表面全体があるビームまたは別のものによって覆われることを保証するためには、多数のフィードが必要となる。いくつかのより小さなソースに同一信号をコヒーレントに供給することによって形成可能なより大きなフィード・ソースがより大きなビームを形成すれば、そのようなより大きなソースおよびビームが地球を覆うのに必要な数は少なくて済む。本発明は、粗いビームを形成する少数の大きなフィード・ソースを駆動する応答機のチャネルにより広い帯域を割り当て、一方、より狭いビームを形成する多数の小さなソースを駆動する応答機の帯域により狭い帯域を割り当てる反射アレイの使用を含む。このような異なる帯域の応答機のチャネルを形成するには、アップおよびダウンコンバータを用いて、地上局から１つの周波数帯（フィーダ・リンク）上で受信した信号を、反射アレイを駆動するための他の周波数帯に、あるいはリターン・リンクのためにその逆に変換する、従来の中間周波数増幅器およびフィルタを使用することができる。このような交互帯域の応答機のチャネルも、勿論、ここに記載した本発明の多重化技法を用いて形成することができ、その場合、いくつかのマルチプレクサ入力と対応するデマルチプレクサ出力とを、各広帯域チャネルに割り当て、単一のマルチプレクサ入力および出力を狭帯域チャネルに使用する。勿論、上述の発明は、異なる帯域および／または電力レベルの素子の２つ以上リングを提供するために拡張可能であることは明らかであり、２つ以上の交代するビーム幅の重複ビーム・パターンを形成することができる。より大きなスペクトルをより広いビーム幅に、そしてより小さなものをより狭いビーム幅において使用するように割り当てを行い、代替ビーム幅を設けることにより制御リンクの帯域の節約を行いつつ、アンテナ・アレイを遠隔的に制御するためのこのような改造は全て、以下の請求の範囲に記載した本発明の範囲および精神の範囲以内のことであると看做すこととする。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年６月２６日【補正内容】フィーダ・リンクによって独立して制御される内側円盤内の素子Ｎ１の数がｎ１以上である場合、ｎ１個のビームは、各々、それらの各方向にＭ１個の独立信号を搬送する。ここで、Ｆｏは各独立信号の帯域である。その結果、得られる全容量は、（ｎ１・Ｍ１）個の信号となり、使用される全フィーダ・リンク帯域は、（Ｎ１・Ｍ１・Ｆｏ）ＭＨｚとなる。あるいは、内径ｒ１以内の素子を含む、外径ｒ２以内の全素子を励起した場合、アレイ全体からの放射は、より細かな角度解像度で方向付けられ、第２の狭い方のビーム幅Ｂ２を形成することができる。これは、地球を覆うには、−４ｄＢ点で接触する、これら狭い方のビームの数ｎ２を多くしなければならない。ｎ２：ｎ１＝ｒ２²：ｒ１² 各ビームの帯域に等しい各素子の励起の帯域が（Ｍ２・Ｆｏ）であり、更にアレイ全体において独立して制御される素子Ｎ２の数がｎ２以上であるとすれば、これらのビームは各々Ｍ２個の独立した信号を搬送する。この第２モードで得られる全容量は、（ｎ２・Ｍ２）個の信号であり、全フィーダ・リンク帯域として、（Ｎ２・Ｍ２・Ｆｏ）ＭＨｚを必要とする。上述のモード双方を同時に励起することは可能である。例えば、外側円盤の素子を、帯域が（Ｍ２・Ｆｏ）の信号を用いて第２モードで励起し、一方内側円盤の素子を帯域が（Ｍ２・Ｆｏ）の信号で励起して第２モードの励起を完了し、更に、帯域が（Ｍ１・Ｆｏ）の信号で第１モードを励起する。第５図（ａ）〜（ｂ）に示すように、第１および第２帯域は重複することも、重複しないことも可能である。第１および第２帯域が重複しない場合、内側素子の全励起帯域は（Ｍ１＋Ｍ２）・Ｆｏとなる。また、これらの帯域は第５図（ｂ）に示すように、重複することも可能である。狭い方の帯域ＢＷ２は、通常狭いビームに対応して選択されるが、広い方の帯域ＢＷ１内に含まれる。本実施例では、狭いビーム・モードに対応する信号は帯域ＢＷ２を使用することができ、一方請求の範囲１．少なくとも１つの第１局と複数の第２局との間での中継局を用いた無線通信のためのシステムであって、前記中継局は、少なくとも第１組と第２組とに分割された複数のアンテナ素子を有するアンテナ・アレイであって、前記第１組は第１ビーム幅を有するビームを用いた送信または受信を行うために使用され、前記第２組は第２ビーム幅を有するビームを用いた送信または受信を行うために使用され、前記第１ビーム幅は前記第２ビーム幅よりも大きい、前記アンテナ・アレイと、前記アンテナ・アレイとフィーダ・リンク・アンテナとに接続され、前記少なくとも１つの第１局からのフィーダ・リンク信号を受信し、前記信号を前記アンテナ・アレイ素子のための駆動信号に変換する、マルチチャネル応答手段であって、前記第１ビーム幅を有する送信用信号を返送するチャネルのための第１チャネル帯域と、前記第２ビーム幅を有する送信用信号を返送するチャネルのための第２チャネル帯域とを使用し、前記第１チャネル帯域は前記第２チャネル帯域よりも大きい、前記マルチチャネル応答手段と、を含む、前記通信システム。２．前記アンテナ・アレイは、直接放射位相整列アレイである、請求項１記載の通信システム。３．前記アンテナ・アレイは、反射面を照すフィード・ソースのアレイからなる反射アレイである、請求項１記載の通信システム。４．前記フィード・ソースは、広帯域複合駆動信号によって群単位で駆動され、前記フィード・ソースは、狭帯域駆動信号によって個々に駆動される、請求項３記載の通信システム。前記第１局において、第２局に応答する信号を、前記第２局の位置に応じて分類し、前記信号を処理して複合信号を形成するステップと、前記複合信号をサンプリングして、複数のアナログ信号サンプルを得るステップであって、より広い帯域を有する複合信号程より多くサンプリング化、より狭い帯域を有する複合信号よりも多くのサンプルを生成するステップと、前記アナログ信号サンプルを、少なくとも１つの既知の所定サンプルと多重化し、時分割多重信号を形成するステップと、前記時分割多重信号を第１無線周波数キャリア上に変調し、前記第１局から中継局に送信するステップと、前記中継局で前記無線送信を受信し、前記送信を復調して、前記時分割多重信号を復元するステップと、前記復調信号をデマルチプレクスし、復元されたアナログ信号サンプルを分離し、復元された所定シンボルを用いて前記デマルチプレクス処理を制御するステップと、前記広帯域信号の各々について、同一広帯域複合信号に対応する復元サンプルを結合し、前記サンプルを濾波して、前記広帯域複合信号を復元するステップと、前記狭帯域複合信号の各々に対応するサンプルを濾波し、前記狭帯域信号を復元するステップと、前記復元された広帯域信号を第２周波数帯域に変換し、前記広帯域信号を増幅するステップと、各信号について放射アンテナ素子に接続された電力増幅器を用いて、第１電力レベルで前記増幅された広帯域信号を送信するステップと、前記復元された狭帯域信号を前記第２周波数帯域に変換し、前記狭帯域信号を増幅するステップと、各信号について放射アンテナ素子に接続された電力増幅器を用いて、第２電力レベルで前記増幅された狭帯域信号を送信するステップと、を含む方法。１３．前記アンテナ・アレイは直接放射位相整列アレイである、請求項１２記載の方法。１４．いずれかの特定のフィード・ソースを駆動するための前記広帯域および狭帯域駆動信号は、対応する電力増幅チャネルにおける増幅に先だって合算される、請求項４４記載の方法システム。１５．前記電力増幅チャネルは、マトリクス電力増幅器用入力結合ネットワークへの入力と、前記マトリクス電力増幅器用の出力結合ネットワークの出力との間に形成されている、請求項１４記載の方法システム。１６．前記信号を分類するステップは、１つの群の各信号を、該信号を時分割多重化することにより、別個の周波数チャネル上に変調することを含む、請求項１２記載の方法。１７．前記信号を分類するステップは、１つの群の少なくともいくつかの信号を、該信号を時分割多重化することによって、同一周波数チャネル上に変調することを含む、請求項１２記載の方法。１８．前記信号を分類するステップは、１つの群の少なくともいくつかの信号を、該信号を時分割多重化することによって同一周波数チャネル上に、更に同一群内の他の組の信号を、時分割多重化によって、異なる周波数チャネル上に変調することを含む、請求項１２記載の方法。１９．前記信号を分類するステップは、別個のＣＤＭＡコードを用いて１つの群の各信号を同一周波数チャネル上に変調し、各信号の加重合計を形成することを含む、請求項１２記載の方法。２０．前記複合信号を形成する前記処理は、デジタル・ビームの形成を含む、請求項１２記載の方法。２１．１つ以上の第１局と大きな複数の第２局との間で中継局を用いた無線通信のためのシステムであって、前記中継局は、少なくとも第１組と第２組とに分割された複数のアンテナ素子を有するアンテナ・アレイであって、前記第１組は第１ビーム幅を有するビームを用いた送信または受信を行うために使用され、前記第２組は第２ビーム幅を有するビームを用いた送信または受信を行うために使用される、前記アンテナ・アレイと、前記アンテナ・アレイとフィーダ・リンク・アンテナとに接続され、前記アンテナ・アレイを用いて前記第２局からの信号を受信し、前記信号を処理しかつ結合して、前記フィーダ・リンク・アンテナを用いて前記第１局へ送信するための信号を得るマルチチャネル応答手段であって、前記第１組のアンテナ素子を用いて受信した信号を返送するための第１チャネル帯域と、前記第２組のアンテナ素子を用いて受信した信号を返送するための第２チャネル帯域とを使用する前記マルチチャネル応答手段と、を含む、前記通信システム。２２．前記第２組のアンテナ素子は前記第１組を含む、請求項２１記載の通信システム。２３．前記アンテナ・アレイは、直接放射位相整列アレイである、請求項２１記載の通信システム。２４．前記アンテナ・アレイは、反射面を照すフィード・ソースのアレイから成る反射アレイである、請求項２１記載の通信システム。２５．前記フィード・ソースは、広帯域複合駆動信号によって群単位で駆動され、前記フィード・ソースは、狭帯域駆動信号によって個々に駆動される、請求項２４記載の通信システム。２６．いずれかの特定のフィード・ソースを駆動するための前記広帯域および狭帯域駆動信号は、対応する電力増幅チャネルにおける増幅に先だって合算される、請求項２５記載の通信システム。２７．前記電力増幅チャネルは、マトリクス電力増幅器用入力結合ネットワークへの入力と、前記マトリクス電力増幅器用出力結合ネットワークの出力との間に形成されている、請求項２６記載の通信システム。２８．前記第１および第２組内のアンテナ素子は、サブアレイに分割されている、請求項２１記載の通信システム。２９．前記第１および第２ビーム幅は重複している、請求項２１記載の通信システム。３０．前記第１および第２ビーム幅は別個のビーム幅である、請求項２１記載の通信システム。３１．アンテナ・アレイを用いて複数の第２局から第１局へ信号を中継するマルチチャネル応答方法であって、第１組のアンテナ素子の各々を用いて第１信号を受信するステップと、第１帯域の関連する応答チャネルを用いて前記受信した第１信号を処理し、前記処理した信号を第１サンプリング・レートでサンプリングして、各チャネルに対応する第１サンプル・ストリームを生成するステップと、第２組のアンテナ素子の各々を用いて第２信号を受信するステップと、第２帯域の関連する応答チャネルを用いて前記受信した第２信号を処理し、第２サンプリング・レートで前記第２信号をサンプリングして、各チャネルに対応する第２サンプル・ストリームを生成するステップと、前記第１および第２サンプル・ストリームを少なくとも１つの既知の所定サンプルと多重化し、時分割多重信号を形成するステップと、前記時分割多重信号をフィーダ・リンク無線周波数上に変調し、前記第１局に送信するステップと、前記第１局において前記変調フィーダ・リンク無線送信を受信し、それを復調して、前記時分割多重信号を復元するステップと、前記復調した信号をデマルチプレクスし、前記少なくとも１つの所定サンプル・ストリームを含む前記復元したサンプル・ストリームを分離し、前記復元した所定のサンプル・ストリームを用いて前記デマルチプレクス処理を制御するステップと、前記復元したサンプル・ストリームを処理し、異なる第２局からの信号を分離するステップと、前記分離した信号を、電話交換送信ネットワークに送出するステップと、を含む方法。３２．前記第２組のアンテナ素子は前記第１組を含む、請求項１記載のシステム。３３．前記アンテナ・アレイは直接放射位相整列アレイである、請求項３１記載の方法。３４．前記アンテナ・アレイは、反射面を照すフィード・ソース・アレイから成る反射アレイである、請求項３１記載の方法。３５．前記フィード・ソースは、広帯域複合駆動信号によって群単位で駆動され、前記フィード・ソースは、狭帯域駆動信号によって個々に駆動される、請求項３４記載の方法システム。３６．いずれかの特定のフィード・ソースを駆動するための前記広帯域および狭帯域駆動信号は、対応する電力増幅チャネルにおける増幅に先だって合算される、請求項３５記載の方法システム。３７．前記電力増幅チャネルは、マトリクス電力増幅器用入力結合ネットワークへの入力と、前記マトリクス電力増幅器用の出力結合ネットワークの出力との間に形成されている、請求項３６記載の方法システム。３８．１つの群の各信号を、該信号を時分割多重化することにより、別個の周波数チャネル上に変調する、請求項３１記載の方法。３９．１つの群の少なくともいくつかの信号を、該信号を時分割多重化することによって、同一周波数チャネル上に変調する、請求項３１記載の方法。４０．１つの群の少なくともいくつかの信号を、該信号を時分割多重化することによって同一周波数チャネル上に、更に同一群内の他の組の信号を、時分割多重化によって、異なる周波数チャネル上に変調することを含む、請求項３１記載の方法。４１．前記信号を分類するステップは、別個のＣＤＭＡコードを用いて１つの群の各信号を同一周波数チャネル上に変調し、各信号の加重合計を形成することを含む、請求項３１記載の方法。４２．前記複合信号を形成する前記処理は、デジタル・ビームの形成を含む、請求項３１記載の方法。４３．前記アンテナ点アレイは、反射面を照すフィード・ソース・アレイからなる反射アレイである、請求項１２記載の方法。４４．前記フィード・ソースは、広帯域複合駆動信号によって群単位で駆動され、前記フィード・ソースは、狭帯域駆動信号によって個々に駆動される、請求項４３記載の方法システム。【図１】【図２】【図３】【図４】【図５】【図６】【図７】【図８】【図９】【図１０】【図１１】【図１２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ【要約の続き】割される。

Claims

【特許請求の範囲】１．少なくとも１つの第１局と複数の第２局との間の中継局を用いた無線通信のためのシステムであって、前記中継局は、少なくとも第１組と第２組とに分割された複数のアンテナ素子を有するアンテナ・アレイであって、前記第１組は第１ビーム幅を有するビームを用いた送信または受信を行うために使用され、前記第２組は第２ビーム幅を有するビームを用いた送信または受信を行うために使用される、前記アンテナ・アレイと、前記アンテナ・アレイとフィーダ・リンク・アンテナとに接続され、少なくとも１つの前記第１局からのフィーダ・リンク信号を受信し、前記信号を前記アンテナ・アレイ素子のための駆動信号に変換する、マルチチャネル応答手段であって、前記第１ビーム幅を有する送信用信号を返送するチャネルのための第１チャネル帯域と、前記第２ビーム幅を有する送信用信号を返送するチャネルのための第２チャネル帯域とを有する、前記マルチチャネル応答手段と、を含む、前記通信システム。２．前記アンテナ・アレイは、直接放射位相整列アレイである、請求項１記載の通信システム。３．前記アンテナ・アレイは、反射面を照すフィード・ソースのアレイからなる反射アレイである、請求項１記載の通信システム。４．前記フィード・ソースは、広帯域複合駆動信号によって群単位で駆動され、前記フィード・ソースは、狭帯域駆動信号によって個々に駆動される、請求項３記載の通信システム。５．いずれかの特定のフィード・ソースを駆動するための前記広帯域および狭帯域駆動信号は、関連する電力増幅チャネルにおける増幅に先だって合算される、請求項４記載の通信システム。６．前記電力増幅チャネルは、マトリクス電力増幅器用入力結合ネットワークへの入力と、前記マトリクス電力増幅器用出力結合ネットワークの出力との間に形成されている、請求項５記載の通信システム。７．前記第１および第２組内のアンテナ素子は、サブアレイに分割されている、請求項１記載の通信システム。８．前記第１および第２ビーム幅は重複している、請求項１記載の通信システム。９．前記第１および第２ビーム幅は別個のビーム幅である、請求項１記載の通信システム。１０．前記第１組のアンテナ素子は、前記第２組のアンテナ素子の少なくともいくつかの素子を、副集合として含む、請求項１記載の通信システム。１１．前記第２組のアンテナ素子は、前記第１組のアンテナ素子の少なくともいくつかを、副集合として含む、請求項１記載の通信システム。１２．アンテナ・アレイを用いて第１局からの信号を複数の第２局に中継するマルチチャネル応答方法であって、前記第１局において、第２局に応答する信号を、前記第２局の位置に応じて分類し、前記信号を処理して複合信号を形成するステップと、前記複合信号をサンプリングして、複数のアナログ信号サンプルを得るステップであって、より広い帯域を有する複合信号程より多くサンプリングし、より狭い帯域を有する複合信号よりも多くのサンプルを生成するステップと、前記アナログ信号サンプルを、少なくとも１つの既知の所定サンプルと多重化し、時分割多重信号を形成するステップと、前記時分割多重信号を第１無線周波数キャリア上に変調し、前記第１局から中継局に送信するステップと、前記中継局で前記無線送信を受信し、前記送信を復調して、前記時分割多重信号を復元するステップと、前記復調信号をデマルチプレクスし、復元されたアナログ信号サンプルを分離し、復元された所定シンボルを用いて前記デマルチプレクス処理を制御するステップと、前記広帯域信号の各々について、同一広帯域複合信号に対応する復元サンプルを結合し、前記サンプルを濾波して、前記広帯域複合信号を復元するステップと、前記狭帯域複合信号の各々に対応するサンプルを濾波し、前記狭帯域信号を復元するステップと、前記復元された広帯域信号を第２周波数帯域に変換し、前記広帯域信号を増幅するステップと、前記増幅された広帯域信号を第１電力レベルで、各信号について、放射アンテナ素子に接続された電力増幅器を用いて送信するステップと、前記復元された狭帯域信号を前記第２周波数帯域に変換し、前記狭帯域信号を増幅するステップと、前記増幅された狭帯域信号を第２電力レベルで、各信号について、放射アンテナ素子に接続された電力増幅器を用いて送信するステップと、を含む方法。１３．前記アンテナ・アレイは直接放射位相整列アレイである、請求項１２記載の方法。１２．前記アンテナ・アレイは、反射面を照すフィード・ソース・アレイから成る反射アレイである、請求項１０記載の方法。１３．前記フィード・ソースは、広帯域複合駆動信号によって群単位で駆動され、前記フィード・ソースは、狭帯域駆動信号によって個々に駆動される、請求項１２記載の方法システム。１４．いずれかの特定のフィード・ソースを駆動するための前記広帯域および狭帯域駆動信号は、対応する電力増幅チャネルにおける増幅に先だって合算される、請求項１３記載の方法システム。１５．前記電力増幅チャネルは、マトリクス電力増幅器用入力結合ネットワークへの入力と、前記マトリクス電力増幅器用の出力結合ネットワークの出力との間に形成されている、請求項１４記載の方法システム。１６．前記信号を分類するステップは、１つの群の各信号を、該信号を時分割多重化することにより、別個の周波数チャネル上に変調することを含む、請求項１０記載の方法。１７．前記信号を分類するステップは、１つの群の少なくともいくつかの信号を、該信号を時分割多重化することによって、同一周波数チャネル上に変調することを含む、請求項１０記載の方法。１８．前記信号を分類するステップは、１つの群の少なくともいくつかの信号を、該信号を時分割多重化することによって同一周波数チャネル上に、更に同一群内の他の組の信号を、時分割多重化によって、異なる周波数チャネル上に変調することを含む、請求項１０記載の方法。１９．前記信号を分類するステップは、別個のＣＤＭＡコードを用いて１つの群の各信号を同一周波数チャネル上に変調し、各信号の加重合計を形成することを含む、請求項１０記載の方法。２０．前記複合信号を形成する前記処理は、デジタル・ビームの形成を含む、請求項１０記載の方法。２１．１つ以上の第１局と大きな複数の第２局との間での中継局を用いた無線通信のためのシステムであって、前記中継局は、少なくとも第１組と第２組とに分割された複数のアンテナ素子を有するアンテナ・アレイであって、前記第１組は第１ビーム幅を有するビームを用いた送信または受信を行うために使用され、前記第２組は第２ビーム幅を有するビームを用いた送信または受信を行うために使用される、前記アンテナ・アレイと、前記アンテナ・アレイとフィーダ・リンク・アンテナとに接続され、前記アンテナ・アレイを用いて前記第２局からの信号を受信し、前記信号を処理しかつ結合して、前記フィーダ・リンク・アンテナを用いて前記第１局へ送信するための信号を得るマルチチャネル応答手段であって、前記第１組のアンテナ素子を用いて受信した信号を返送するための第１チャネル帯域と、前記第２組のアンテナ素子を用いて受信した信号を返送するための第２チャネル帯域とを有する前記マルチチャネル応答手段と、を含む、前記通信システム。２２．前記第２組のアンテナ素子は前記第１組を含む、請求項２１記載の通信システム。２３．前記アンテナ・アレイは、直接放射位相整列アレイである、請求項２１記載の通信システム。２４．前記アンテナ・アレイは、反射面を照すフィード・ソースのアレイから成る反射アレイである、請求項２１記載の通信システム。２５．前記フィード・ソースは、広帯域複合駆動信号によって群単位で駆動され、前記フィード・ソースは、狭帯域駆動信号によって個々に駆動される、請求項２４記載の通信システム。２６．いずれかの特定のフィード・ソースを駆動するための前記広帯域および狭帯域駆動信号は、対応する電力増幅チャネルにおける増幅に先だって合算される、請求項２５記載の通信システム。２７．前記電力増幅チャネルは、マトリクス電力増幅器用入力結合ネットワークへの入力と、前記マトリクス電力増幅器用出力結合ネットワークの出力との間に形成されている、請求項２６記載の通信システム。２８．前記第１および第２組内のアンテナ素子は、サブアレイに分割されている、請求項２１記載の通信システム。２９．前記第１および第２ビーム幅は重複している、請求項２１記載の通信システム。３０．前記第１および第２ビーム幅は別個のビーム幅である、請求項２１記載の通信システム。３１．アンテナ・アレイを用いて複数の第２局から第１局へ信号を中継するマルチチャネル応答方法であって、第１組のアンテナ素子の各々を用いて第１信号を受信するステップと、第１帯域の対応する応答チャネルを用いて前記受信した第１信号を処理し、第１サンプリング・レートで前記処理した信号をサンプリングして、各チャネルに対応する第１サンプル・ストリームを生成するステップと、第２組のアンテナ素子の各々を用いて第２信号を受信するステップと、第２帯域の対応する応答チャネルを用いて前記受信した第２信号を処理し、第２サンプリング・レートで前記第２信号をサンプリングして、各チャネルに対応する第２サンプル・ストリームを生成するステップと、前記第１および第２サンプル・ストリームを少なくとも１つの既知の所定サンプルと多重化し、時分割多重信号を形成するステップと、前記時分割多重信号をフィーダ・リンク無線周波数上に変調し、前記第１局に送信するステップと、前記第１局において前記フィーダ・リンク無線送信を受信し、それを復調して、前記時分割多重信号を復元するステップと、前記復調した信号をデマルチプレクスし、前記少なくとも１つの所定サンプル・ストリームを含む前記復元したサンプル・ストリームを分離し、前記復元した所定のサンプル・ストリームを用いて前記デマルチプレクス処理を制御するステップと、前記復元したサンプル・ストリームを処理し、異なる第２局からの信号を分離するステップと、前記分離した信号を、電話交換送信ネットワークに送出するステップと、を含む方法。３２．前記第２組のアンテナ素子は前記第１組を含む、請求項１記載のシステム。３３．前記アンテナ・アレイは直接放射位相整列アレイである、請求項３１記載の方法。３４．前記アンテナ・アレイは、反射面を照すフィード・ソース・アレイから成る反射アレイである、請求項３１記載の方法。３５．前記フィード・ソースは、広帯域複合駆動信号によって群単位で駆動され、前記フィード・ソースは、狭帯域駆動信号によって個々に駆動される、請求項３４記載の方法システム。３６．いずれかの特定のフィード・ソースを駆動するための前記広帯域および狭帯域駆動信号は、対応する電力増幅チャネルにおける増幅に先だって合算される、請求項３５記載の方法システム。３７．前記電力増幅チャネルは、マトリクス電力増幅器用入力結合ネットワークへの入力と、前記マトリクス電力増幅器用の出力結合ネットワークの出力との間に形成されている、請求項３６記載の方法システム。３８．前記信号を分類するステップは、１つの群の各信号を、該信号を時分割多重化することにより、別個の周波数チャネル上に変調することを含む、請求項３１記載の方法。３９．前記信号を分類するステップは、１つの群の少なくともいくつかの信号を、該信号を時分割多重化することによって、同一周波数チャネル上に変調することを含む、請求項３１記載の方法。４０．前記信号を分類するステップは、１つの群の少なくともいくつかの信号を、該信号を時分割多重化することによって同一周波数チャネル上に、更に同一群内の他の組の信号を、時分割多重化によって、異なる周波数チャネル上に変調することを含む、請求項３１記載の方法。４１．前記信号を分類するステップは、別個のＣＤＭＡコードを用いて１つの群の各信号を同一周波数チャネル上に変調し、各信号の加重合計を形成することを含む、請求項３１記載の方法。４２．前記複合信号を形成する前記処理は、デジタル・ビームの形成を含む、請求項３１記載の方法。