MX2011004995A

MX2011004995A - Sistemas/metodos para formar un rayo de antena iterativo.

Info

Publication number: MX2011004995A
Application number: MX2011004995A
Authority: MX
Inventors: Dunmin Zheng
Original assignee: Atc Tech Llc
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-25
Also published as: WO2010056524A1; US20100117903A1; CA2743289A1; US8193975B2; EP2362982B1; CA2743289C; EP2362982A1

Abstract

Se presentan los métodos de operación de un transceptor que incluyen una antena que tiene una pluralidad de elementos de alimentación de antena; los métodos incluyen definir una pluralidad de valores de limitación de ganancia de antena g asociados con los puntos de limitación geográficos K dentro de una región geográfica, generar en forma iterativa los valores fK en los puntos de limitación geográficos K con base en los valores de limitación de ganancia de antena correspondiente gK, formando un rayo de antena desde la antena a la región geográfica que utiliza los pesos del elemento de alimentación de antena wM, y comunicando la información sobre el rayo de antena; los transceptores, satélites y portales satelitales relacionados, también son descritos.

Description

SISTEMAS/MÉTODOS PARA FORMAR UN RAYO DE ANTENA ITERATIVO REFERENCIA CRUZADA CON LA SOLICITUD RELACIONADA La presente solicitud reclama el beneficio y prioridad de la Solicitud de Patente provisional de E.U.A. No. 61/1 13,863, que se presentó el 12 de noviembre de 2008, titulada "Optimal beamforming based on non-linear least squares criterion", la descripción de la cual están incorporada en la presente descripción como referencia como si se publicara en su totalidad.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas de comunicaciones inalámbricos y métodos, y más particularmente, a sistemas y métodos de antena para sistemas de comunicaciones inalámbricos terrestres y/o satelitales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La formación de rayos se refiere a una técnica para conformar un patrón de ganancia de antena para mejorar las comunicaciones utilizando la antena. En particular, la formación de rayos se refiere a técnicas para seleccionar coeficientes de peso complejos ("pesos") para elementos de alimentación de antena en una antena de elementos múltiples. Las señales a ser transmitidas desde los elementos de antena son multiplicadas por los pesos respectivos antes de su transmisión. Las señales recibidas por los elementos de antena son multiplicadas por los pesos respectivos antes de ser combinadas para procesamiento.

Las técnicas de formación de rayo se han aplicado a muchos sistemas satelitales móviles modernos (MSS). Con los elementos de alimentación de antena de transmisión y recepción múltiples, un rayo satelital anterior forma una pluralidad de rayos por punto de área de servicio (o células) tanto en el enlace de envío y/o el enlace inverso utilizando el procesamiento de señal de arreglo de antena. La formación de rayo puede incrementar el promedio de señal a ruido y/o de señal a proporción de interferencia enfocando la energía en las direcciones deseadas en el enlace delantero y/o el enlace inverso. Al estimar la respuesta para cada elemento de antena a un usuario determinado o una ubicación determinada, y las señales de interferencia posibles, un satélite/portal puede combinar los elementos con los pesos obtenidos como una función de cada respuesta de elemento para mejorar el promedio de señal deseado y reducir toros componentes, ya sea ruido, interferencia o ambos. Los rayos por punto pueden ser, por ejemplo, ya sea fijos a un área o adaptarse a los usuarios particulares y/o ambientes de interferencia dependiendo, por ejemplo, de los escenarios de aplicación y/o consideraciones de diseño.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se presentan los métodos para operar un transceptor que incluye una antena que tiene una pluralidad de elementos de alimentación de antena de acuerdo con algunas modalidades. Los métodos incluyen la definición de una pluralidad de valores de limitación de ganancia de antena gk asociados con K puntos de limitación geográficos dentro de una región geográfica, generando de manera iterativa M pesos de elementos de alimentación de antena wM que tienen como resultado en los fK valores de respuesta de antena en los K puntos de limitación geográfica con base en los valores gK de limitación de ganancia de antena correspondientes hasta que los pesos W de elemento de alimentación de antena llegan al mismo punto, formando un rayo de antena desde la antena hasta la región geográfica utilizando los pesos w¾ de elementos de alimentación de antena, y comunicando la información sobre el rayo de antena.

La generación en forma iterativa de los pesos de elementos de alimentación de antena pueden incluir definir una función de costo que relaciona los valores gK de limitación de ganancia de antena con los pesos wM de elemento de alimentación de antena, especificando un vector inicial w1 de los pesos W del elemento de alimentación de antena, evaluando la función de costo utilizando el vector inicial w1 de los pesos wM de elemento de alimentación de antena, modificando en forma iterativa los pesos de antena y evaluando la función de costo utilizando los pesos WM de elemento de alimentación de antena mientras que el valor de la función de costo disminuye, y seleccionando un vector del elemento de alimentación de antena en respuesta al valor de la función de costo sin disminución en la respuesta para modificar los pesos de antena.

El vector de peso inicial puede incluir un conjugado de un centro de dirección de rayo.

Los métodos pueden incluir adicionalmente generar un gradiente de la función de costo, la modificación de los pesos de antena puede incluir ajustar los pesos en la dirección del gradiente de la función de costo.

Ajustar los pesos de antena puede incluir ajustar los pesos mediante un tamaño de paso fijo en la dirección del gradiente de la función de costo.

La función de costo puede incluir una suma de diferencias cuadradas entre los valores g« de limitación de ganancia de antena, y los valores fK de respuesta de antena en los K puntos de limitación geográfica.

Los métodos pueden incluir adicionalmente pesar las diferencias cuadradas entre los valores g« de limitación de ganancia de antena y los valores ? de respuesta de antena utilizando los factores de pesado.

La modificación de los pesos de antena pueden incluir el ajuste de los pesos mediante un vector de cambio de peso ???.

Los métodos pueden incluir adicionalmente la generación del vector de cambio de peso ??? con base en un grupo de ecuaciones linealizadas que representan los valores de respuesta de antena f|< en los K puntos de limitación geográfica.

Los métodos pueden incluir adicionalmente la generación de un vector de error residual en términos del vector de cambio de peso ???, generando una matriz Q que representa los derivados parciales de las respuestas de ganancia de rayo de antena K con respecto a los pesos del elemento de alimentación M en respuesta al vector de error residual, formando un vector Ag que representa las diferencias entre las respuestas de ganancia de rayo reales y deseadas en cada una de las ubicaciones K de interés, evaluando la función de costo utilizando la matriz Q y el vector Ag para formar un grupo de ecuaciones lineales que se relacionan con el vector Ag al vector de cambio de peso Aw, y resolver el grupo de ecuaciones lineales que relacionan el vector Ag con el vector de cambio de peso Aw, y resuelven el grupo de ecuaciones lineales para encontrar el vector de cambio de peso Aw.

La función de costo puede incluir una suma de diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de antena gK y los valores de respuesta de antena ?? en los K puntos de limitación geográfica.

Los métodos pueden incluir adicionalmente el pesado de las diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de antena gK y los valores de respuesta de antena fK utilizando los factores de pesado.

Un transceptor de acuerdo con algunas modalidades incluye Una antena que tiene una pluralidad de elementos de alimentación de antena, y un sistema electrónico que incluye un formador de rayo configurado para generar en forma iterativa los pesos M del elemento de alimentación de antena wM que tienen como resultado los valores de respuesta de antena fk en los K puntos de limitación geográfica con base en los valores de limitación de ganancia de antena correspondientes g« hasta que los pesos W del elemento de alimentación de antena llegan al mismo punto, y para formar un rayo de antena desde la antena a la región geográfica utilizando los pesos del elemento de alimentación de antena.

Un satélite de comunicaciones de acuerdo con algunas modalidades, incluye una antena que tiene una pluralidad de elementos de alimentación de antena, y un sistema electrónico que incluye un formador de rayo configurado para generar de manera iterativa los pesos del elemento de alimentación de antena wM que tienen como resultado en los valores f« de respuesta de antena en los puntos K de limitación geográfica con base en los valores de limitación de ganancia de antena correspondiente gK hasta que los pesos WM de elemento de alimentación de antena llegan al mismo punto, y para formar un rayo de antena desde la antena hasta la región geográfica utilizando los pesos del elemento de alimentación de antena.

Un portal satelital de acuerdo con algunas modalidades incluye un sistema electrónico que incluye un formador de rayo configurado para generar en forma iterativa los pesos M del elemento de alimentación de antena wM para los elementos de alimentación de antena de una antena de un satélite remoto que tiene como resultado los valores ft< de respuesta de antena en los puntos K de limitación geográfica con base en los valores g de limitación de ganancia de antena correspondientes hasta que los pesos del elemento de alimentación de antena wMllegan al mismo punto, y para transmitir los pesos del elemento de alimentación de antena valuado complejo al satélite para utilizar en la formación de un rayo de antena desde la antena satelital hasta la región geográfica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos que acompañan a la presente, los cuales están incluidos para proporcionar una comprensión adicional de la presente invención y que están incorporados y constituyen una parte de esta solicitud, ilustran algunas modalidades de la presente invención. En los dibujos: La figura 1A, ilustra sistemas/métodos de comunicaciones de ejemplo de acuerdo con algunas modalidades.

La figura 1 B, ilustra en forma esquemática una superficie ocupada de cinco elementos de alimentación de enlace delantero satelital que son superpuestos sobre una configuración de célula virtual.

La figura 2, ilustra un transmisor que incluye una antena de alimentación múltiple de acuerdo con algunas modalidades.

La figura 3, ilustra los parámetros de un sistema que incluye un arreglo de antena de elemento M configurado para generar un rayo que está limitado en K regiones geográficas.

Las figuras 4, 5 y 6, son diagramas de flujo que ¡lustran sistemas y/o métodos de acuerdo con algunas modalidades.

La figura 7, ilustra los puntos de limitación de ganancia de ejemplo utilizados para simular los métodos de formación de rayos de acuerdo con algunas modalidades.

La figura 8, ilustra contornos de ganancia de rayo (en dB) simulados utilizando un método iterativo de acuerdo con algunas modalidades.

La figura 9, es una gráfica que ilustra la llegada al mismo punto de sistemas/métodos de formación de rayo de acuerdo con algunas modalidades.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la presente invención se describirán ahora más completamente en lo sucesivo haciendo referencia a los dibujos que la acompañan, en los cuales, se muestran las modalidades de la presente invención. Sin embargo, la presente invención puede ser representada en muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitado a las modalidades publicadas en la presente descripción. En su lugar, estas modalidades son provistas de manera que la presente invención será meticulosa y completa, y abarcará por completo el alcance de la presente invención para aquellos expertos en la materia. Los números similares hacen referencia a elementos similares a través de la misma.

Se deberá comprender que, aunque los términos primero, segundo, etc., puedan utilizarse en la presente descripción para describir a los diversos elementos, estos elementos no deben ser limitados por estos términos. Estos términos únicamente son utilizados para distinguir una elemento del otro. Por ejemplo, un primer elemento podría ser denominado como un segundo elemento, y de manera similar, un segundo elemento podría ser denominado como un primer elemento, sin alejarse del alcance de la presente invención. Como se utiliza en la presente descripción, el término "y/o" incluye a todas y cada una de las combinaciones de uno o más de los artículos enlistados asociados.

La terminología utilizada en la presente descripción tiene el único propósito de describir las modalidades particulares y no pretende ser una limitación para la presente invención. Como se utiliza en la presente descripción, el uso de las formas singulares de "un", "una" y "el" pretenden incluir también a las formas plurales, a menos que el contexto lo indique claramente de otra forma. Adicionalmente, se deberá comprender que los términos "que comprende", "comprendiendo", "incluye" y/o "que incluye" cuando se utilizan en la presente descripción, especifican la presencia de características declaradas, enteros, pasos, operaciones, elementos y/o componentes, aunque no obstruye la presencia o adición de una o más características, enteros, pasos, operaciones, elementos, componentes y/o grupos diferentes de los mismos.

A menos que se defina de otra forma, todos los términos (incluyendo términos técnicos y científicos) utilizados en la presente descripción, tienen el mismo significado que un experto en la materia a la cual pertenece la presente descripción comprenderá comúnmente. Adicionalmente, se comprenderá que los términos utilizados en la presente descripción deben ser interpretados como teniendo un significado que es consistente con su significado en el contexto de esta especificación y la técnica relevante y no serán interpretados en un sentido idealizado o demasiado formal a menos que así se definan de manera expresa en la presente descripción.

Como lo apreciará un experto en la materia, la presente invención puede ser representada como un método, sistema deprocesamiento de datos y/o producto de programa de cómputo. Por consiguiente, la presente invención puede tomar la forma de una modalidad de hardware en su totalidad, una modalidad de software en su totalidad o una modalidad que combina todos los aspectos de software y hardware denominados todos de manera general como un "circuito" o "módulo". Adicionalmente, la presente invención puede tomar la forma de un producto de programa de cómputo en un medio de almacenamiento útil en computadora que tiene un código de programa útil en computadora representado en un medio. Cualquier medio legible por computadora adecuado, se puede utilizar, incluyendo discos, CD ROMs, dispositivos de almacenamiento ópticos, un medio de transmisión tales como aquellos que soportan la Internet, una intranet, o dispositivos de almacenamiento magnéticos.

La presente invención se describe a continuación haciendo referencia a ilustraciones de diagramas de flujo y/o diagramas de bloques de métodos, sistemas y productos de programas de cómputo de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Se deberá comprender que cada bloque de las ilustraciones del diagrama de flujo y/o diagramas de bloques y las combinaciones de ilustraciones de diagrama de flujo y/o diagramas de bloques, pueden implementarse mediante instrucciones de programa de cómputo. Estas instrucciones de programas de cómputo pueden ser provistas a un procesador de una computadora de propósito general, computadora de propósito especial u otros aparatos para procesamientos de datos que se pueden programar para producir una máquina, de manera que las instrucciones, las cuales se ejecutan por medio del procesador de la computadora u otro aparato de procesamiento de datos que se puede programar, crean medios para implementar las funciones/acciones especificadas en el bloque o bloques del diagrama de flujo y/o del diagrama de bloques.

Estas instrucciones del programa de cómputo también pueden ser almacenadas en una memoria legible por computadora que puede dirigir una computadora u otro aparato de procesamiento de datos que se puede programar para funcionar en una forma particular, de manera que las instrucciones almacenadas en la memoria legible por computadora producen un artículo de fabricación que incluye medios de instrucción, los cuales ¡mplementan la función/acción especificada en el bloque o bloques del diagrama de flujo y/o diagrama de bloques.

Las instrucciones del programa de cómputo también pueden ser cargadas en una computadora u otro aparato de procesamiento de datos que se puede programar para producir una serie de pasos opcionales a ser realizados en la computadora u otro aparato que se puede programar para producir un procedimiento implementado por computadora, de tal manera que las instrucciones, las cuales se ejecutan en la computadora u otro aparato programable por computadora proporcionan los pasos para implementar las funciones/acciones especificadas en el bloque o bloques del diagrama de flujo y/o diagrama de bloques.

Se deberá comprender que las funciones/acciones observadas en los bloques pueden ocurrir fuera del orden observado en las ilustraciones de operación. Por ejemplo, dos bloques mostrados en sucesión pueden, de hecho, ser ejecutados substancialmente en forma simultánea o los bloques, en algunas ocasiones pueden ser ejecutados en el orden inverso, dependiendo de la funcionalidad/acciones involucrados. Aunque algunos de los diagramas incluyen flechas sobre las trayectorias de comunicación para mostrar una dirección primaria de comunicación, se deberá comprender que la comunicación puede ocurrir en la dirección opuesta a las flechas dibujadas.

Se han aplicado técnicas de formación de rayos a muchos sistemas de comunicaciones, incluyendo los sistemas de satélite móvil (MSS). Con elementos de alimentación de antena de transmisión y recepción múltiples, un formador de rayo satelital puede formar una pluralidad de rayos de punto de área de servicio (o células) en el enlace de envío y/o el enlace inverso utilizando el procesamiento de señal de arreglo de antena avanzado. Un objetivo de la formación de rayos es incrementar la señal promedio a ruido y/o la señal a proporción de interferencia de un enlace enfocando la energía sobre las direcciones deseadas en cualquiera del enlace delantero o el enlace inverso. Al estimar la respuesta para cada elemento de antena para un usuario determinado o una ubicación determinada, y las señales de interferencia posibles, un satélite/portal puede combinar los elementos con los pesos obtenidos como una función de cada respuesta de elemento para mejorar el promedio de señal deseado y/o reducir otros componentes, tales como ruido, interferencia, o ambos. Los rayos por punto pueden ser, por ejemplo, ya sea fijos a un área o que se adaptan a usuarios particulares y/o ambientes de interferencia dependiendo de, por ejemplo, los escenarios de aplicación o las consideraciones de diseño.

Un sistema 50 de acuerdo con algunas modalidades, está ilustrado en la figura 1A. Aunque las modalidades son descritas en la presente descripción en conjunto con los sistemas de comunicaciones de radio satelital, se apreciará que la presente invención puede ser representada en otros tipos de sistemas de comunicaciones inalámbricos, incluyen sistemas de comunicaciones inalámbricos terrestres, sistemas de comunicaciones inalámbricos fijos y/o móviles, sistemas de comunicaciones satelitales/terrestres híbridos, etc.

Haciendo referencia a la figura 1A, una radioterminal 20 está localizada en una célula geográfica, o área de servicio 30, con base en las coordenadas geográficas (x, y) de la radioterminal 20. Las coordenadas geográficas de la radioterminal 20 pueden determinarse, por ejemplo, mediante un procesador GPS (no mostrado) dentro de la radioterminal 20. La radioterminal 20 también está localizada dentro de superficie geográfica ocupada de un transceptor satelital 25, el cual puede ser un satélite con órbita baja en la tierra (LEO), un satélite con órbita media en la tierra (MEO), y/o un satélite geo-estacionario (GEO). El transceptor satelital 25, el cual incluye una antena 25a y un sistema de componentes electrónicos 25b, se comunica conpor lo menos un portal satelital 40, el cual incluye una antena 40a y un sistema de componentes electrónicos 40b por medio de un enlace alimentador 12. La antena satelital 25a puede incluir una arreglo de elementos de alimentación de antena 25c, el cual genera señales que abarcan las áreas geográficas traslapadas respectivas en el espacio geográfico ocupado del transceptor satelital 25.

El satélite 25 puede comunicarse con la radioterminal 20 formando un rayo de transmisión y/o recepción hacia el área de servicio del satélite 30 pesando en forma adecuada las señales transmitidas por los elementos de alimentación de antena 25c utilizando los pesos de elementos de alimentación de antena complejos. Es decir, multiplicando la señal transmitida o recibida por los pesos de los elementos de alimentación de antena complejos diferentes para cada uno de los elementos de alimentación de antena 25c y transmitiendo/recibiendo en forma simultánea la señal desde los elementos de alimentación de antena 25c, las señales transmitidas/recibidas por los elementos de alimentación de antena 25c puede combinarse para producir un patrón de señal deseada dentro/desde el área de servicio del satélite 30.

Adicionalmente, se apreciará que en algunas modalidades, la función de formación de rayo puede ser realizada en el sistema de componentes electrónicos 25b del satélite 25, lo el sistema de componentes electrónicos 40b del portal satelital 40, y/o en un formador de rayo separado 60 que proporciona los pesos del elemento de alimentación de antena al portal 40 para transmisión al transceptor satelital 25. Por ejemplo, el formador de rayo 60 puede incluir un procesador configurado para generar los pesos del elemento de alimentación de antena y para proporcionar los pesos del elemento de alimentación de antena al portal satelital 40 por medio de un enlace de comunicaciones 62. Ya sea implementado en el transceptor satelital 25, el portal 40 o un formador de rayo separado 60, el formador de rayo puede incluir una computadora de propósito general programada o de propósito especial u otro circuito lógico que está configurado para generar los pesos del elemento de alimentación de antena como los que se describen más adelante.

La figura 1 B, ilustra en forma esquemática un espacio ocupado de ejemplo de cinco elementos de alimentación de enlace delantero satelital que están superpuestos sobre una configuración de célula virtual, asumiendo una proporción de nuevo uso de frecuencia de tres, para un sistema de formación de rayos de transmisión satelital. En la figura 1 B, los espacios ocupados idealizados de los cinco elementos de alimentación de antena son traspuestos sobre nueve células virtuales definidas por sus ubicaciones físicas reales dentro del espacio ocupado del satélite. Las células 1 , 5 y 9, utilizan una primera frecuencia o grupo de frecuencias, mientras que las células 3, 4 y 8, utilizan una segunda frecuencia o grupos de frecuencias y las células 2, 6 y 7, utilizan una tercera frecuencia o grupo de frecuencias.

Un diagrama de bloques que ilustra los sistemas y/o métodos de formación de rayos para un transmisor de enlace delantero 100 de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, se muestra en la figura 2. El transmisor 100 puede ser implementado, por ejemplo, en un satélite y/o en un portal satelital. Cuando el transmisor 100 está implementado en un portal satelital, el portal satelital puede generar pesos de antena complejos y transmitir los pesos de antena complejos a un satélite para utilizaren la formación de rayos desde el satélite a un área de servicio geográfica 30. Alternativamente, un formador de rayo puede estar localizado fuera del portal satelital y puede generar pesos de antena que pueden ser transmitidos al satélite/portal satelital.

El transmisor 100 incluye un controlador 1 0 que está configurado para realizar determinadas operaciones de procesamiento de datos sobre las señales de datos que serán transmitidas por el transmisor 100. Por ejemplo, el controlador 110 puede ser configurado para realizar la codificación, interpolación, agrupación, y/u otras operaciones. En el transmisor 100, las señales del usuario de enlace delantero son agrupadas en N bandas de frecuencia y son asociadas con sub-grupos de elementos de alimentación (bloque 112). Aunque los cuatro elementos de alimentación, Alimentación 1 a alimentación 4 son ¡lustrados en la figura 2, se apreciará que se podrían emplear más o menos elementos de alimentación.

Los rayos son formados por los formadores de rayo 116. En la formación de rayos, los pesos complejos son generados para cada uno de los elementos de alimentación. Las señales transmitidas por los elementos de alimentación son multiplicadas por los pesos complejos respectivos, dando como resultado un patrón de ganancia de señal deseado dentro del espacio ocupado, o la región de servicio geográfica, de la antena.

Los rayos formados son modulados por la modulación RF (bloque 1 18) y amplificados mediante los amplificadores de potencia de estado sólido (SSPAs) 130, y posteriormente son transmitidos por cada elemento de alimentación, Alimentación 1 a Alimentación M en paralelo. Con el objeto de ecualizar los niveles de entrada de señal aplicados a los amplificadores de transmisión individual, y de esta manera, mantener los amplificadores dentro de su propio intervalo denivel de señal, las configuraciones de amplificador de matriz híbrida se utilizan comúnmente a bordo de los satélites de comunicaciones. Un amplificador de matriz híbrido típico está comprendido de un grupo de N (N = 2", en donde n es un entero) amplificadores paralelos localizados en forma simétrica entre dos, dispositivos de matriz híbrida de puertos múltiples de N entradas por N salidas en cascada. En un arreglo de amplificador de matriz híbrida típico, las N señales de entrada de amplificador individuales son suministradas por las N salidas de la matriz híbrida de puertos múltiples de NxN entradas 125, y las N señales de salida 130 SSPa son aplicadas de manera similar a la sección de entrada de la matriz híbrida de puertos múltiples de NxN salida 135.

Se apreciará que los formadores de rayo 16 pueden formar rayos en una forma fija o en una forma de circuito cerrada, adaptada, en la cual, los valores de ganancia de antena medidos son retroalimentados al formador de rayos y son utilizados para ajustar en forma dinámica los pesos del elemento de alimentación de antena complejos.

Cuando los métodos tales como la Variancia Mínima Limitada Linealmente (LCMV) son utilizados para generar pesos de rayo desde un grupo de patrones de elemento de alimentación complejo, los puntos delimitación utilizados para definir el rayo limitan la fase, así como también la amplitud. Para el desempeño de cobertura de rayo, únicamente la ganancia sobre el área de cobertura puede requerir consideración, mientras que la fase puede no requerir ser considerada. Sin embargo, la fase especificada en cada punto de limitación afecta de manera fuerte a la capacidad de lograr un desempeño de ganancia óptimo. Para ayudar a seleccionar la fase más compatible en cada punto de limitación, se puede realizar un procedimiento de dos pasos, en donde el primer paso resuelve los pesos de rayo para un punto de limitación único en el centro del rayo para determinar la distribución de fase "natural" en los otros puntos de limitación. El segundo paso de solución utiliza entonces todos los puntos de limitación, en donde las limitaciones de fase son especificadas a partir de la solución al primer paso. Sin embargo, esto no garantiza el desempeño de ganancia óptima.

De acuerdo con algunas modalidades, los sistemas y métodos se presentan, en donde se pueden utilizar para lograr una respuesta de rayo deseada utilizando algoritmos eficientes y robustos que se derivan con base en un criterio de mínimos cuadrados no lineales y que se pueden implementar procedimientos iterativos. En los métodos convencionales, dicha variancia mínima de limitación lineal (LCMV), tanto las ganancias como las fases para los puntos de limitación son especificadas. Las especificaciones de fase en particular son muy difíciles de determinar. En contraste, en los métodos de acuerdo con las modalidades de la presente invención, únicamente se puede especificar la respuesta de ganancia deseada. No obstante, los métodos de acuerdo con las modalidades de la presente invención todavía pueden tener la capacidad de producir desempeño de rayo superior en el sentido de un criterio de mínimos cuadradosexacfos para especificaciones de ganancia a través de todos los puntos de limitación. En comparación con el algoritmo LCMV, los algoritmos de acuerdo con la presente invención pueden no únicamente evitar las limitaciones de fase, sino también pueden relajar el grado de requerimiento de limitación de libertad, el cual permite que se especifique tantos puntos de limitación como se desee.

La así denominada "formación de rayos óptima" generalmente tiene dos objetivos. El primero es lograr una respuesta de ganancia de rayo principal plano sobre el área de cobertura. La segunda es formar un rayo que tiene lóbulos laterales tan bajos como sea posible, especialmente para aquellas ubicaciones en donde pueden existir las fuentes de interferencia. Se han realizado muchos esfuerzos para lograr estos dos objetivos, con la variancia mínima delimitación lineal (LCMV) siendo uno de los algoritmos mejor conocidos. Véase, por ejemplo, la publicación de Frost III, OI.L., "An algorithm for linearly constraint adaptive array processing", Proc IEEE, Vol. 60 páginas 926 a 935, agosto de 1972.

El algoritmo LCMV utiliza un grupo de limitaciones lineales para controlar la forma del rayo principal mientras que intenta reducir al mínimo el efecto de las fuentes de interferencia potenciales. El algoritmo LCMV requiere especificar la información tanto de ganancia como de fase para los puntos de limitación. Sin embargo, la fase especificada en cada punto de limitación afecta en gran medida la capacidad del algoritmo LCMV para lograr el desempeño de ganancia óptimo, debido a que las especificaciones óptimas son muy difíciles de determinar. Una situación ideal sería aquella en la que únicamente son necesarias las limitaciones de ganancia, debido a que el patrón de rayo es, después de todo, un patrón de ganancia. Las limitaciones de fase serán extraídas de la ecuación.

Se han conducido algunos esfuerzos al intentar eliminar el problema delimitación de fase con los métodos de formación de rayo propuestos que limitan únicamente la parte real de la respuesta de amplitud compleja en cada punto, dejando la parte imaginaria (y por consiguiente la fase) sin limitación. Véase la Solicitud de Patente de E.U.A. No. de serie 12/370,224, presentada el 12 de febrero de 2009, titulada ANTENNA BEAM FORMING SYSTEMS/METHODS USING UNCONSTRAINED PHASE RESPONSE (Caso del apoderado 9301-194), asignado al beneficiario de la presente invención, la descripción de la cual está incorporada en la presente descripción como referencia. Sin embargo, los métodos descritos en la Solicitud de Patente de E.U.A. No. de serie 12/370,224, pueden todavía tener un problema para controlar la forma del rayo y la uniformidad de respuesta de rayo principal general, debido a que la forma del rayo depende de la respuesta de ganancia que no está relacionada únicamente con la parte real de la respuesta de amplitud compleja sino también relacionada con la parte imaginaria, la cual no está limitada.

En los métodos de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención, los puntos de limitación son especificados con la información de limitación de ganancia exacta que se desea. Los algoritmos de formación de rayos óptimos se derivan con base en el criterio de mínimos cuadrados no lineales (NLS) y puede implementarse en los procedimientos iterativos para llegan al mismo punto. Los métodos tienen la capacidad de producir el desempeño de rayo óptimo en términos de uniformidad de rayo principal y lóbulos laterales bajos en el sentido de mínimos cuadradosexacfos a través de todos los puntos de limitación.

Los métodos de acuerdo con algunas modalidades pueden evitar resolver un grupo de ecuaciones no lineales que no tienen forma cerrada al realizar una búsqueda de gradiente sobre una superficie de desempeño de función de costo. La búsqueda de gradiente con el método descendente pronunciado permite que un optimizador/formador de rayo encuentre una solución dé peso de mínimos cuadrados a través de un procedimiento iterativo lineal que se muestra por ser eficiente y robusto para llegan al mismo punto. Los métodos de acuerdo con las modalidades adicionales de la presente invención también intentan evitar resolver las ecuaciones no lineales linealizando aproximadamente un grupo de ecuaciones de error residual y resolver el vector de cambio de peso. El vector de cambio de peso es actualizado en forma iterativa para encontrar un vector de peso que llegó al mismo punto final. Ambos métodos pueden lograr el desempeño de rayo óptimo en el sentido de mínimos cuadrados. En comparación con el algoritmo LCMV, los métodos de acuerdo con las modalidades de la presente invención pueden, no únicamente evitar las limitaciones de fase, sino también relajar el requerimiento de limitación de grado de libertad, el cual permite que se utilicen tantos punto de limitación como se desee, proporcionando de esta manera una flexibilidad adicional a los diseñadores del sistema.

La siguiente descripción es organizada de la siguiente manera. En la Sección 1 , se presenta el problema de formación de rayo y el modelo de sistema matemático. La Sección 2 describe un método de búsqueda de gradiente adaptado de acuerdo con algunas modalidades. Los métodos de formación de rayo iterativos de acuerdo con las modalidades adicionales son descritos en la Sección 3. La Sección 4 presenta algunos ejemplos de estimulación para ilustrar el desempeño de los sistemas/métodos de formación de rayo descritos en la presente descripción.

Sección 1 - Modelo del sistema Haciendo referencia a la figura 3, se ilustró un arreglo de antena bidimensional (2-D) 180 que tiene M elementos de alimentación de antena. El arreglo de antena 180 puede montarse sobre un vehículo, tal como un satélite, aeronave, globo, etc., o sobre una estructura fija, tal como una torre, edificio, etc. El elemento de alimentación m tiene la respuesta compleja ak m (0k, cpk) al ángulo de elevación 9k y el ángulo de azimut ( k para el punto de ubicación k de las K ubicaciones geográficas dentro de un área de servicio. El vector de dirección de arreglo en la ubicación k está definida por a kWk^^ = [ak.10k.<(>kl ... ak,,{ (ek. <pk)]T <= CMxt (1 ) El problema de formación de rayo es encontrar un vector de peso w = [wlt ...w¾/]r e cMXi de manera que en la ubicación iQk- <Pk , la respuesta de rayo resultante es fk(w, 6k. <pfc) = wH k(9k> «>fc ) (2) El rayo formado, normalmente es definido por la respuesta de rayo compleja en todas las ubicaciones de interés. Si existen K locaciones de interés, entonces la respuesta de rayo es provista mediante Ffc&v.0. *>) = lfi (.w. dl. <pl ) -. fK (W. eK. <!>K y = wHAK (.9. <p) (3) En donde -½ es la matriz de respuestas compleja ak,m en las K ubicaciones para los elementos de alimentación de antena M de la siguiente manera: AK 0. f) = [at 0r. <¡>t ) ... a k- (ß? . <¿>A- )] e C* (4) Para el rayo formado, el patrón de rayo es determinado por la ganancia en lugar de la fase de la respuesta de rayo compleja. Asumiendo que la respuesta de ganancia de rayo deseada es definida por 1=?(#?. Para 'as K ubicaciones de interés, el método de mínimos cuadrados no lineales (NLS) encuentra el vector de pesado u- e CMxi ' de manera que el patrón de rayo formado coincide mejor con la respuesta de ganancia deseada en el sentido de los mínimos cuadrados. Por ejemplo, una función de costo (?) puede definirse como la suma de errores cuadrados residuales e?, en donde ek representa el error entre la respuesta gk deseada y la respuesta fk real en la ubicación k geográfica de interés, como se representa a continuación.

K K En donde s¡t = l/fe( *- 0ir- <Pk)l ~ 9k(.&k- (6) Las respuestas reales de la respuesta fk de ganancia de rayo puede expresarse en términos del vector de pesado w y las respuestas complejas ak,m, de la siguiente manera: (7) Las ubicaciones K de interés también son denominadas puntos de limitación. El problema de la formación de rayos con base en el criterio de mínimos cuadrados no lineales es encontrar un vector de peso w que reduce, y en algunos casos reduce al mínimo, la función de costo definida en la Ecuación (5).

En general, el vector de peso w puede ser determinado por los pesos del elemento de alimentación de antena que se genera en forma iterativa con base en los valores de limitación de ganancia de antena deseados. Por ejemplo, la figura 4, es un diagrama de flujo que ilustra las operaciones 200 de acuerdo con algunas modalidades. Como se muestra en la presente descripción, las operaciones de acuerdo con algunas modalidades, incluye proporcionar valores de limitación de ganancia de antena en los K puntos de limitación geográfica (bloque 210). Los vectores de pesos del elemento de alimentación de antena w son generados en forma iterativa con base en los valores de limitación de ganancia de antena hasta que los pesos del elemento de alimentación de antena llegan al mismo punto en un valor deseado (bloque 220). Como se utiliza en la presente descripción "llega al mismo punto" significa que los pesos del elemento de alimentación de antena han alcanzado un valor aceptable con base en algunos criterios previamente determinados. Por ejemplo, en algunos casos, los elementos de alimentación de antena son considerados por haber que llegó al mismo punto cuando el valor de una función de costo asociada con los pesos del elemento de alimentación no cambia, o cambia menos de una cantidad previamente determinada, de una iteración a la siguiente, cuando el valor de la función de costo termina para disminuir de una iteración a la siguiente, y/o algún otro criterio previamente definido.

Un rayo de antena es formado entonces utilizando los pesos del elemento de alimentación de antena generados en forma iterativa (bloque 230), y la información es transmitida sobre el rayo formado (bloque 240).

Sección 2 - Formación de rayo de búsqueda de gradiente Entre los puntos de limitación K, la ganancia deseada puede ser diferente de un punto al otro. Algunos de los puntos pueden corresponder a una ubicación de interferencia en la cual, puede ser deseable tener una ganancia "nula" o de cero (o extremadamente baja), mientras que algunas pueden requerir de limitaciones de ganancia diferente a cero, tales como aquellas dentro del lóbulo de rayo principal. Asumiendo que existen N puntos para las limitaciones de "cero" y P puntos para las limitaciones diferentes a cero, en donde N+P=K. Entonces la función de costo puede ser escrita nuevamente como K = F ? (??.0. ?»)?t ,? F ? (*\ 6. <?) + , (?.0. <>)«? (u\ 0. f) En donde Fs(w.6.<p) V Fp(v.9.<p) están definidos en la Ecuación (3), y = diag{at.at ... a v} 6 ??'?'?' (10) P = dia-gla^a- .„ ;V} e fíPAp (11 ) Son factores de pesado no negativos reales definidos por el usuario que proporcionan la capacidad para enfatizar o des-enfatizar los puntos delimitación individuales con base en su importancia geográfica relativa Utilizando la Ecuación (3), la función de costo ? se puede expresar como: .V p ?= El método para encontrar el vector de peso w normalmente es el de buscar el mínimo de la superficie de desempeño de función de costo estableciendo el gradiente de la superficie de desempeño a cero. El gradiente de la superficie de desempeño de función de costo puede obtenerse diferenciando con respecto a cada uno de los componentes del vector de peso, el cual es determinado mediante: ?? ?? ?? dw = 2Rs,w ÷ 2Rpw - 2 ["?(???a^· ^(?^a >] (13) P „ _ <Íw"R„w P"1 * En donde R = A a As; (14) RP = ApapA» (15) Rp = apaPi (16) Estableciendo el gradiente en cero, sin embargo, podría conducir a una ecuación no lineal con respecto a w que no tiene una solución de forma cerrada.

De acuerdo con algunas modalidades, una búsqueda de gradiente iterativo se puede realizar el método de uso descendente pronunciado. El vector de peso w puede ser actualizado en cada iteración con base en el gradiente de la siguiente forma: wi+ l = w¿ + µ(- ) (<| 7) En donde µ es un tamaño de paso constante, y /' es un número de iteración. Los pesos son ajustados en la dirección del gradiente en cada paso hasta que ocurre la llegan al mismo punto, por ejemplo, cuando el gradiente alcanza cero y/o llega al mismo punto cerca de cero, o de lo contrario disminuye debajo de un nivel de umbral.

La figura 5, es un diagrama de flujo de las operaciones 300 de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención. Como se muestra en la presente descripción, las operaciones 300 de acuerdo con algunas modalidades incluyen proporcionar un grupo inicial de pesos del elemento de alimentación de antena valuada compleja M wm, por ejemplo, como el conjugado de un vector de dirección de centro de rayo (bloque 310), y proporcionando una pluralidad de valores de limitación de ganancia de antena gk en los K puntos de limitación geográficos (Bloque 320).

La función de costo ? y el gradiente v O son evaluados (bloque 330), y los pesos del elemento de alimentación de antena son actualizados en respuesta a la función de costo y el gradiente de la función de costo (bloque 340). La función de costo también puede ser evaluada en el bloque 340 en respuesta a los pesos del elemento de alimentación de antena actualizados.

En el bloque 350, se realiza una determinación de si el vector de peso de antena que llegó al mismo punto, por ejemplo, comparar el valor de la función de costo en los pesos del elemento de alimentación de antena actualizada a uno o más valores calculados con anterioridad de la función de costo. Si el vector de peso de antena no ha que llegó al mismo punto, el gradiente de la función de costo es evaluado en los pesos del elemento de alimentación de antena actualizado (bloque 330), y se genera un grupo nuevo de pesos (bloque 340).

Una vez que han que llegó al mismo punto los pesos de antena, un rayo de antena se forma utilizando los pesos del elemento de alimentación de antena llegan al mismo punto (bloque 360).

En algunas modalidades particulares, la formación de rayo de adaptación de acuerdo con algunas modalidades, se puede realizar de acuerdo con los siguientes procedimientos iterativos. 1) Encontrar un vector de peso inicial w1 que puede ser elegido como el conjugado de un vector de dirección central de rayo (bloque 310). 2) Especificar las ganancias de punto de limitación diferente a cero, gp, p = 1 , ... P (bloque 320). 3) especificar los factores de pesado, a?, p = 1 , ... P y a?, n = 1 , ... N, todos los valores por defecto son . 4) Elegir un tamaño de peso adecuado µ. 5) Calcular el gradiente de acuerdo con la Ecuación (13) (Bloque 6) Calcular el valor de la función de costo como se define en la Ecuación (12) (bloque 330). 7) Calcular el peso actualizado w2 para la siguiente iteración de acuerdo con la Ecuación (17) (bloque 340). 8) repetir los pasos 5), 6) y 7) para la iteración i. 9) Continuar el procedimiento iterativo hasta que el valor de w llega al mismo punto. En algunos casos, el procedimiento iterativo puede continuarse hasta que los valores de la función de costo de dos iteraciones consecutivas ya no disminuyen (es decir, continúa siempre que ??+1< ?'), o hasta que la diferencia entre los valores sucesivos de la función de costo son menores que un nivel de umbral. 10) tomar el w que llegó al mismo punto, y normalizarlo como el vector de peso final.

Sección 3 - Formación de rayo iterativo alternativa En otras modalidades, un grupo de ecuaciones de error residual pueden ser linealizadas aproximadamente y resueltas para obtener un vector de cambio de peso ???. Por ejemplo, el gradiente vCO de la función ? definida en la Ecuación (5) puede escribirse nuevamente como Determinando el gradiente v( ) en la Ecuación (18) a cero podría tener como resultado un grupo de ecuaciones de gradiente que no son lineales y no tienen una solución de forma cerrada. Un método alternativo para resolver este problema es intentar utilizar otro algoritmo iterativo, en el cual, los parámetros de peso son definidos en forma iterativa. Es decir, los pesos del elemento de alimentación de antena pueden determinarse mediante la aproximación sucesiva, de la siguiente forma: w ~ w'" = w' + Aw (19) en donde /' es un número de iteración y ??? = [Aw-i , . . . wM es denominado el vector de cambio de peso.

En cada iteración, el modelo puede ser linealizado mediante la aproximación a la expansión de serie Taylor de primer orden de aproximadamente w'. Una expansión de serie Taylor de primer orden se puede utilizar para generar un estimado del valor de una función en un punto con base en el valor e inclinación, o derivación, de la función en otro punto. Por ejemplo, el valor de la respuesta de rayo fk producido en respuesta a un vector w de los pesos del elemento de alimentación pueden estimarse en respuesta al valor e inclinación de la respuesta de rayo fk en un grupo particular w' de los pesos del elemento de alimentación de antena. Por consiguiente, el modelo para la respuesta de rayo fk puede ser linealizado de la siguiente manera: En donde - Qk.m (21 ) Por consiguiente, los errores residuales ¾ definidos en pueden ser linealizados de la siguiente manera: *k = IA (W'. &k> <Px)\ - 9 u$k- <Pk) M = M En donde 9k = ~ 9 b@k. <Pu) (24) Presentando las ecuaciones (21) y (23) en la Ecuación (18) de gradiente y colocando el gradiente a cero, se conduce a El cual puede ser dispuesto nuevamente para volverse las M ecuaciones lineales Si los factores de pesado definidos por el usuario para los puntos de limitación K se introducen como cck . k = l, .„ K. para la función de costo Entonces las M ecuaciones lineales se vuelven (28) Estas ecuaciones lineales pueden ser expresadas en la forma de matriz como (29) En donde Q = lw Con Rk = akak aK = diagla^ a. .„ aK) e RK> (31 ) ?5 - [tg ... g t>]T e RKx (32) El vector de cambio de peso ??? puede resolverse, por ejemplo, utilizando la descomposición de Cholesky u otras técnicas algebraicas lineales. El vector de peso puede ser actualizado en forma iterativa de acuerdo con la Ecuación (19). Para incrementar la probabilidad de llegan al mismo punto para el procedimiento iterativo, un tamaño depaso constante µ (0<µ<1) puede introducirse para reducir el tamaño del vector de cambio, el cual puede volverse w1"1 = vv! + µ&\?: (33) La figura 6, es un diagrama de flujo que ilustra las operaciones 400 de acuerdo con algunas modalidades de la presente invención. Como se muestra en la presente descripción, las operaciones 400 de acuerdo con algunas modalidades incluyen proporcionar un grupo inicial de M pesos del elemento de alimentación de antena valuadas complejas wm, por ejemplo, como el conjugado de un vector de dirección central de rayo (bloque 410), y proporcionando una pluralidad de valores de limitación de ganancia de antena gk en los K puntos de limitación geográfica (bloque 420).

Un vector de cambio de peso inicial ??? es generado (bloque 430), y los pesos del elemento de alimentación de antena son actualizados en respuesta para el vector de cambio de peso (bloque 440). El vector de cambio de peso es entonces actualizado con base en los pesos del elemento de alimentación de antena nuevos (bloque 450).

En el bloque 460, se realiza una determinación de si el vector de peso de antena que llegó al mismo punto, por ejemplo, comparando el valor de la función de costo en los pesos del elemento de alimentación de antena actualizado a uno o más valores calculados previamente de la función de costo. Si el vector de peso de antena no ha que llegó al mismo punto, se genera un grupo nuevo de pesos (bloque 440), y se continúa el circuito.

Una vez que los pesos de antena han que llegó al mismo punto, se forma un rayo de antena utilizando los pesos del elemento de alimentación de antena que llegaron al mismo punto (bloque 470).

En algunas modalidades particulares, las operaciones de los sistemas/métodos de formación de rayo pueden realizarse de la siguiente manera: 1) Definen un vector de peso inicial w1 que puede ser elegido como un conjugado de un vector de dirección central de rayo. 2) Especificar las ganancias de punto de limitación K, gk, k = 1 , ... K. 3) Especificar los factores de pesado, o , k = 1 , ... K. Los valores por defecto todos son unos. 4) Elegir un tamaño de paso adecuado µ. 5) Formar la matriz Q de acuerdo con la Ecuación (30) que representa los derivados parciales de las K respuestas de ganancia de rayo de antena con respecto a los M pesos de elementos de alimentación. 6) Formar el vector Ag de acuerdo con las Ecuaciones (24) y (32) que representan las diferencias entre las respuestas de ganancia de rayo real y deseada en cada una de las K ubicaciones de interés. 7) Utilizar la matriz Q y el vector Ag, calcular el valor de la función de costo como se definió en la Ecuación (27). 8) Resolver la Ecuación (29) para Aw. 9) Calcular el siguiente vector de peso actualizado w2 de acuerdo con la Ecuación (33). 10) Repetir los pasos 5), 6), 7), 8) y 9) para la iteración i. 1 1) Continuar el procedimiento iterativo siempre que ?'+1< ?' hasta que los valores de la función de costo de dos iteraciones consecutivas ya no disminuyen o hasta que la diferencia entre los valores sucesivos de la función de costo son menores que un nivel de umbral. 12) Tomar el w que llega a un punto, y normalizarlo como un vector de peso final.

Sección 4 - Ejemplo de simulación de formación de rayo El desempeño de los sistemas/métodos de formación de rayo de acuerdo con algunas modalidades, son ilustrados con un ejemplo de formación de rayo satelital. Por ejemplo, un sistema satelital que consiste en 80 elementos de alimentación y que forma un rayo grande que cubre la región del Este de los Estados Unidos y Canadá se ha simulado y analizado. El esquema de rayo y los puntos delimitación se muestran en la figura 7. El objetivo es formar un rayo que es plano en el área de cobertura de rayo principal 710 y lóbulos laterales bajos en una "zona de cancelación" 720. Debe observarse que a diferencia de LCMV, los métodos de mínimos cuadrados no lineales pueden tener tantos puntos delimitaciones como sea deseado. Por consiguiente, en la figura 7 se ilustran muchos puntos de limitación cero y diferentes de cero.

Utilizando los datos de alimentación provistos por un fabricante de satélites y el requerimiento de limitación de rayo, el método de búsqueda de gradiente de adaptación NLS ilustrado en la figura 5, produce el rayo que tiene los contornos de ganancia mostrados en la figura 8. El vector de peso inicial se eligió como el conjugado de un vector de dirección central de rayo, mientras que el tamaño de paso utilizado para la simulación fue de 5x10"6. Como se muestra en la figura 8, el rayo resultante es plano en el área de cobertura de rayo principal 710, y la "zona de cancelación" 720 (en donde los lóbulos laterales están debajo de -20 dB) está bien conformada.

El algoritmo es eficiente y robusto, como fue ¡lustrado por la curva de convergencia en la figura 9, la cual elabora la gráfica del valor de la función de costo ? (valores del eje y) contra el número de iteración (valores del eje x). Para el tamaño del paso de actualización iterativa típica en este ejemplo, el algoritmo requiere de menos de 100 iteraciones para llegar al mismo punto.

En los dibujos y la especificación, se han descrito las modalidades típicas de la presente invención, y aunque se emplean térmicos específicos, éstos se utilizan en un sentido genérico y descriptivo únicamente, y no con propósitos de limitación, el alcance de la presente invención siendo definido en las siguientes reivindicaciones.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para operar un transceptor que incluye una antena que tiene una pluralidad de elementos de alimentación de antena, el método comprende: definir una pluralidad de valores de limitación de ganancia de rayo gk asociados con K puntos de limitación geográfica dentro de una región geográfica; generar en forma iterativa M pesos del elemento de alimentación de antena \%i en un vector de peso de elemento de alimentación de antena w e CMx i que tienen como resultado valores de respuesta de rayo fk en los K puntos de limitación geográfica, de manera que los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| llegan a un mismo punto en los valores de limitación de ganancia de rayo gk; formar un rayo de antena desde la antena para la región geográfica que utiliza el vector de peso de elemento de alimentación de antena w; y comunicar información sobre el rayo de antena; en donde la generación de manera iterativa del vector de peso del elemento de alimentación de antena w comprende: definir una función de costo que se relaciona con los valores de limitación de ganancia de rayo de antena gk para los pesos del elemento de alimentación de antena wM; especificar un vector inicial w1 de los pesos del elemento de alimentación de antena wM; evaluar la función de costo utilizando el vector inicial w1 de los pesos del elemento de alimentación de antena WM; generar un gradiente de la función de costo; y modificar en forma iterativa el vector de peso del elemento de alimentación de antena w y evaluar la función de costo utilizando el vector de peso del elemento de alimentación de antena w mientras que el valor de la función de costo disminuye, en donde la modificación en forma iterativa del vector de peso del elemento de alimentación de antena w comprende ajustar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w en la dirección del gradiente de la función de costo.

2. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente generar en forma iterativa los M pesos del elemento de alimentación de antena W en el vector de peso del elemento de alimentación de antena que tiene como resultado valores de respuesta de rayo ?? en los K puntos de limitación geográfica con base en los valores de limitación de ganancia de rayo correspondientes gk hasta que el vector de peso del elemento de alimentación de antena w llega al mismo punto.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente seleccionar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w en respuesta al valor de la función de costo que llega al mismo punto.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente seleccionar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w en respuesta al valor de la función de costo que ya no disminuye en respuesta a la modificación de los pesos del elemento de alimentación de antena.

5. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vector de peso del elemento de alimentación de antena inicial w1 comprende un conjugado de un centro de dirección de rayo.

6. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el ajuste del vector de peso del elemento de alimentación de antena comprende ajustar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w por un tamaño de paso fijo en la dirección del gradiente de la función de costo.

7. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la función de costo comprende una suma de diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de rayo gk y los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| en los K puntos de limitación geográficos.

8. - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende adicionalmente pesar las diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de rayo gk y los valores de respuesta de rayo fk que utilizan los factores de pesado.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la modificación en forma iterativa del vector de peso del elemento de alimentación de antena w comprende ajustar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w mediante un vector de cambio de peso Aw.

10. - El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende adicionalmente generar el vector de cambio de peso Aw con base en un grupo de ecuaciones linealizadas que representan los valores de respuesta de rayo fk en los K puntos de limitación geográfica.

11. - El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque comprende adicionalmente: generar un vector de error residual en términos del vector de cambio de peso ???; generar una matriz Q que representa los derivados parciales de los K valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| con respecto a los M pesos del elemento de alimentación de antena en respuesta al vector de error residual; formar un vector Ag que representa diferencia entre los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| y los valores de limitación de ganancia de rayo gk en cada uno de los K puntos de limitación geográfica; evaluar la función de costo utilizando la matriz Q y el vector Ag para formar un grupo de ecuaciones lineales que relacionan al vector Ag con el vector de cambio de peso Aw; y resolver el grupo de ecuaciones lineales para encontrar el vector de cambio de peso Aw.

12.- El método de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque la función de costo comprende una suma de diferencias cuadradas entre los valores delimitación de ganancia de rayo gk y los valores de respuesta de rayo fk en los K puntos de limitación geográfica.

13. - El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende adicionalmente pesar las diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de rayo gk y los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| utilizando los factores de pesado.

14. - Un transceptor, que comprende: una antena que tiene una pluralidad de elementos de alimentación de antena; y un sistema de componentes electrónicos que incluyen un formador de rayo configurado para generar de manera iterativa M pesos de elemento de alimentación de antena wM en un vector de peso del elemento de alimentación de antena M' e C''Í"X 1 que tienen como resultado valores de respuesta de rayo ?? en K puntos de limitación geográfica en una región geográfica con base en los valores de limitación de ganancia de rayo correspondientes g^ y para formar un rayo de antena desde la antena a la región geográfica que utiliza el vector de peso del elemento de alimentación de antena w; en donde el formador de rayo está configurado adicionalmente para definir una función de costo que se relaciona con los valores delimitación de ganancia de rayo gk para los pesos del elemento de alimentación de antena WM, para especificar un vector inicial w de los pesos del elemento de alimentación de antena wM, para evaluar la función de costo que utiliza el vector inicial w de los pesos del elemento de alimentación de antena v½, para modificar en forma iterativa el vector de peso del elemento de alimentación de antena w y evaluar la función de costo que utiliza el vector de peso del elemento de alimentación de antena w mientras que el valor de la función de costo disminuye de manera que los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| llegan a un punto hacia los valores de limitación de ganancia de rayo gk¡ y en donde el formador de rayo está configurado adicionalmente para generar un gradiente de la función de costo y para ajustar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w en la dirección del gradiente de la función de costo.

15. - El transceptor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado para generar en forma iterativa M pesos del elemento de alimentación de antena WM que tiene como resultado valores de respuesta de rayo fk en K puntos de limitación geográfica con base en los valores de limitación de ganancia de rayo correspondientes gk hasta que el vector de peso del elemento de alimentación de antena w llega al mismo punto.

16. - El transceptor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado adicionalmente para seleccionar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w en respuesta al valor de la función de costo que llega al mismo punto.

17. - El transceptor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado adicionalmente para seleccionar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w en respuesta al valor de la función de costo que ya no disminuye en respuesta a la modificación del vector de peso del elemento de alimentación de antena w.

18.- El transceptor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el vector de peso inicial w1 comprende un conjugado de un centro de dirección de rayo.

19.- El transceptor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado adicionalmente para ajustar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w mediante un tamaño de paso fijo en la dirección del gradiente de la función de costo.

20.- El transceptor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque la función de costo comprende una suma de diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de rayo gk y los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| en los K puntos de limitación geográfica.

21.- El transceptor de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado adicionalmente para pesar las diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de rayo gk y los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| utilizando los factores de pesado.

22.- El transceptor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado adicionalmente para modificar el vector de peso del elemento de alimentación de antena ajustando el vector de peso del elemento de alimentación de antena mediante un vector de cambio de peso ???.

23. - El transceptor de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado adicionalmente para generar el vector de cambio de peso ??? con base en un grupo de ecuaciones linealizadas que representan los valores de respuesta de rayo fk en los K puntos de limitación geográfica.

24. - El transceptor de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado adicionalmente para: generar un vector de error residual en términos del vector de cambio de peso ???; generar una matriz Q que representa los derivados parciales de las K respuestas de ganancia de rayo |fk| con respecto al vector depeso del elemento de alimentación w en respuesta al vector de error residual; formar un vector Ag que representa las diferencias entre los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| y los valores de limitación de ganancia de rayo gk en cada uno de los K puntos de limitación geográfica; evaluar la función de costo utilizando la matriz Q y el vector Ag para formar un grupo de ecuaciones lineales que se relacionan con el vector Ag al vector de cambio de peso ???; y resolver el grupo de ecuaciones lineales para encontrar el vector de cambio de peso ???.

25.- El transceptor de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la función de costo comprende una suma de diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de rayo gk y los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| en los K puntos de limitación geográfica.

26. - El transceptor de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque el formador de rayo está configurado adicionalmente para pesar las diferencias cuadradas entre los valores de limitación de ganancia de rayo gi< y los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| utilizando los factores de pesado.

27. - Un satélite de comunicaciones, que comprende: una antena que tiene una pluralidad de elementos de alimentación de antena; y un sistema de componentes electrónicos que incluye un formador de rayo configurado para generar en forma iterativa pesos del elemento de alimentación de antena wM en un vector de peso del elemento de alimentación de antena w e c ' ' que tiene como resultado valores de respuesta de rayo en los K puntos de limitación geográfica en una región geográfica con base en los valores de limitaciónd de ganancia de rayo correspondientes gK, y para formar un rayo de antena a partir de la antena de la región geográfica que utiliza el vector de peso del elemento de alimentación de antena w; en donde el formador de rayo está configurado adicionalmente para definir una función de costo que se relaciona con los valores de limitación de ganancia de rayo gK a los pesos del elemento de alimentación de antena WM, para especificar un vector inicial w1 de los pesos del elemento de alimentación de antena wM, para evaluar la función de costo utilizando el vector inicial w de los pesos del elemento de alimentación de antena wM, para modificar de manera iterativa el vector de peso del elemento de alimentación de antena w y evaluar la función de costo utilizando el vector de peso del elemento de alimentación de antena w mientras que el valor de la función de costo está disminuyendo de manera que los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| llegan al mismo punto hacia los valores de limitación de ganancia de rayo gk¡ y en donde el formador de rayo está configurado adicionalmente para generar un gradiente de la función de costo y para ajustar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w en la dirección del gradiente de la función de costo.

28.- Un portal satelital, que comprende: un sistema de componentes electrónicos que incluye un formador de rayo configurado para generar de manera iterativa M pesos del elemento de alimentación de antena WM en un vector de peso del elemento de alimentación de antena w e C ' A 1 para los elementos de alimentación de antena de una antena de un satélite remoto que tiene como resultado valores de respuesta de rayo fk en los K puntos de limitación geográfica con base en los valores de limitación de ganancia de rayo correspondientes gk, y para transmitir los pesos del elemento de alimentación de antena valuados complejos al satélite para utilizar en la formación del rayo de antena desde la antena satelital a una región geográfica; en donde el formador de rayo está configurado adicionalmente para definir una función de costo que se relaciona con los valores de limitación de ganancia de rayo gk a los pesos del elemento de alimentación de antena WM, para especificar un vector inicial w1 de los pesos del elemento de alimentación de antena wM, para evaluar la función de costo utilizando el vector inicial w1 de los pesos del elemento de alimentación de antena WM, para modificar de manera iterativa el vector de peso del elemento de alimentación de antena w y evaluar la función de costo utilizando el vector de peso del elemento de alimentación de antena w mientras que el valor de la función de costo está disminuyendo, de manera que los valores de respuesta de ganancia de rayo |fk| llegan al mismo punto hacia los valores de limitación de ganancia de rayo gk; y en donde el formador de rayo está configurado adicionalmente para generar un gradiente de la función de costo y para ajustar el vector de peso del elemento de alimentación de antena w en la dirección del gradiente de la función de costo.