RU2796248C2 - Ultra-cheap high-performance satellite aperture - Google Patents
Ultra-cheap high-performance satellite aperture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796248C2 RU2796248C2 RU2021126346A RU2021126346A RU2796248C2 RU 2796248 C2 RU2796248 C2 RU 2796248C2 RU 2021126346 A RU2021126346 A RU 2021126346A RU 2021126346 A RU2021126346 A RU 2021126346A RU 2796248 C2 RU2796248 C2 RU 2796248C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- antenna
- antenna elements
- transmitter
- paragraphs
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Перекрестные ссылкиCross references
Настоящая заявка на патент испрашивает преимущество по предварительной заявке на патент США № 62/804,476 от PARKER et al., озаглавленной ULTRA-LOW COST HIGH PERFORMANCE SATELLITE APERTURE, поданной 12 февраля 2019 г., и испрашивает преимущество по предварительной заявке на патент США № 62/808,554 от PARKER et al., озаглавленной ULTRA-LOW COST HIGH PERFORMANCE SATELLITE APERTURE, поданной 21 февраля 2019 г., каждая из которых настоящим переуступлена правопреемнику и полностью включена в настоящий документ путем ссылки.This patent application claims benefit from U.S. Provisional Application No. 62/804,476 by PARKER et al. entitled ULTRA-LOW COST HIGH PERFORMANCE SATELLITE APERTURE, filed Feb. 12, 2019, and claims benefit from U.S. Provisional Application No. 62 /808,554 by PARKER et al. entitled ULTRA-LOW COST HIGH PERFORMANCE SATELLITE APERTURE, filed February 21, 2019, each of which is hereby assigned to its assignee and incorporated herein by reference in its entirety.
Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention
Следующее описание относится в целом к антенным системам и в частности к сверхдешевой высокоэффективной апертуре спутника.The following description applies in general to antenna systems and in particular to ultra low cost high efficiency satellite apertures.
В спутниковых системах используются антенны множества разных типов со специальными свойствами для конкретных применений. Например, для приема и передачи сигнала спутник может использовать параболическую антенну. Параболическая антенна может состоять из параболической отражающей поверхности и центрального рупорного облучателя. Параболическая поверхность способствует схождению падающих лучей, при этом падающие лучи отражаются на центральный рупорный облучатель, который расположен в фокальной точке кривизны. Когда параболическая антенна принимает сигнал, входящий сигнал становится гораздо более усиленным за счет объединенной энергии отдельных радиосигналов. Еще одним примером антенны является активная антенная решетка с электронным сканированием (AESA). AESA представляет собой тип фазированной антенной решетки, в которой пучок сигналов может направляться электронным образом в любом направлении без физического перемещения антенны. Антенна состоит из решетки расположенных на равном расстоянии друг от друга небольших антенн, каждая с отдельным облучателем. Пучок направляют электронным образом посредством управления фазой радиоволн, передаваемых и принимаемых каждым из множества излучающих элементов в антенне. Это сканирование с цифровым управлением, являющееся особенностью AESA, позволяет ей быстро сканировать любое направление по сравнению с радаром с механическим сканированием, диапазон которого ограничен направлением, в котором он обращен, и тем, насколько быстро он может быть повернут его двигателями.Satellite systems use many different types of antennas with special properties for specific applications. For example, a satellite may use a parabolic antenna to receive and transmit a signal. A parabolic antenna may consist of a parabolic reflective surface and a central feed horn. The parabolic surface facilitates the convergence of the incident rays, with the incident rays being reflected onto a central feed horn which is located at the focal point of the curvature. When a dish receives a signal, the incoming signal is much more amplified by the combined energy of the individual radio signals. Another example of an antenna is an Active Electronically Scanned Array (AESA). AESA is a type of phased array antenna in which the signal beam can be electronically directed in any direction without physically moving the antenna. The antenna consists of an array of equally spaced small antennas, each with a separate feed. The beam is electronically directed by controlling the phase of the radio waves transmitted and received by each of the plurality of radiating elements in the antenna. This digitally controlled scanning feature of AESA allows it to quickly scan any direction compared to a mechanically scanned radar whose range is limited by the direction it faces and how fast it can be turned by its engines.
Однако у каждого типа имеются определенные недостатки, что делает их пригодными не для каждого применения. Например, каждый тип антенны отличается размером, механической сложностью, мощностью, охлаждением, весом, ценой и т.д., что может определять, какую антенну нужно использовать для конкретной функции. В некоторых случаях может потребоваться механически несложная и недорогая антенна.However, each type has certain disadvantages that make them not suitable for every application. For example, each type of antenna differs in size, mechanical complexity, power, cooling, weight, price, etc., which may determine which antenna to use for a particular function. In some cases, a mechanically simple and inexpensive antenna may be required.
Изложение сущности изобретенияStatement of the Invention
Описанные технологии относятся к улучшенным способам, системам, устройствам и аппаратам для сверхдешевой высокоэффективной апертуры спутника. Антенная система спутника может состоять из антенного приемника, который соединен с множеством гибких соединений. Каждое из соединений может быть присоединено к одному или более антенным элементам. Соединения могут быть развернуты в пространстве неконтролируемым образом. Кроме того, расстояние между соединениями и, в свою очередь, антенными элементами может быть неконтролируемым. К антенным элементам могут не предъявляться требования к их наведению. Антенная система может принимать подготовительные сигналы и связывать антенные элементы с временем прихода на основе подготовительного сигнала. При приеме сигнала данных антенная система может применять коэффициенты, определенные из связи антенных элементов с временем прихода, к сигналу данных для обнаружения требуемой когерентности сигнала среди антенных элементов. The described technologies relate to improved methods, systems, devices and apparatuses for ultra-low cost high performance satellite aperture. The satellite antenna system may consist of an antenna receiver that is connected to a plurality of flexible connections. Each of the connections may be attached to one or more antenna elements. Connections can be deployed in space in an uncontrolled manner. In addition, the distance between the connections and in turn the antenna elements can be uncontrollable. Antenna elements may not be required to be guided. The antenna system may receive preparatory signals and associate antenna elements with arrival times based on the preparatory signal. When receiving a data signal, the antenna system may apply coefficients determined from the relationship of the antenna elements with the time of arrival to the data signal to find the desired signal coherence among the antenna elements.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
На фиг. 1 показан пример системы беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.In FIG. 1 shows an example of a wireless communication system that supports an ultra-low cost, high performance satellite aperture in accordance with aspects of the present disclosure.
На фиг. 2 показан пример спутника беспроводной связи, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. In FIG. 2 shows an example of a wireless communications satellite that supports an ultra-low cost, high performance satellite aperture in accordance with aspects of the present disclosure.
На фиг. 3A и 3B показан пример спутника беспроводной связи, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.In FIG. 3A and 3B show an example of a wireless communications satellite that supports an ultra-low cost, high performance satellite aperture, in accordance with aspects of the present disclosure.
На фиг. 4 показан пример спутниковой антенны для беспроводной связи, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.In FIG. 4 shows an example of a satellite dish for wireless communication that supports an ultra-low cost, high performance satellite aperture in accordance with aspects of the present disclosure.
На фиг. 5 показана блок-схема 500 аппарата 505 для сверхдешевой высокоэффективной апертуры спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.In FIG. 5 shows a block diagram 500 of an ultra-low cost, high performance
На фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая способ 600, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания.In FIG. 6 is a flow diagram illustrating a
Подробное описаниеDetailed description
Описанные признаки в целом относятся к антенной системе, в которой каждый антенный элемент системы имеет неточное расположение в пространстве. Каждый из антенных элементов может быть гибко соединен с антенным приемником, а соединения могут быть развернуты в пространстве неконтролируемым образом. При приеме сигналов данных от приемника антенная система может применять линейную алгебру и обработку сигнала с множественным входом — множественным выходом (MIMO), чтобы обнаруживать когерентность энергии сигнала для когерентного добавления всей собранной энергии сигнала. The described features generally refer to an antenna system in which each antenna element of the system has an inexact location in space. Each of the antenna elements can be flexibly connected to the antenna receiver and the connections can be deployed in space in an uncontrolled manner. When receiving data signals from a receiver, the antenna system can apply linear algebra and multiple-input-multiple-output (MIMO) signal processing to detect signal energy coherence to coherently add all of the collected signal energy.
В отличие от других антенных систем, таких как параболические антенные системы, настоящая антенная система обладает низкой механической сложностью и может быть изготовлена с относительно низкими затратами. Например, параболическая антенна может иметь высокие производственные допуски для поддержания когерентности энергии сигнала. Кроме того, высокое усиление предлагаемой системы будет равносильно усилению параболической антенны с очень большим диаметром. Использование параболической антенны очень большого диаметра не только повысит производственные затраты, но ее использование увеличит и другие расходы, такие как расходы на транспортировку и интеграцию, поскольку параболическую антенну нужно будет транспортировать и собрать в космосе. Кроме того, направленность настоящей антенной системы может быть выполнена с возможностью конфигурирования в отличие от обычных антенных систем, что снижает механическую сложность, связанную с наведением антенны. Unlike other antenna systems such as parabolic antenna systems, the present antenna system has low mechanical complexity and can be manufactured at relatively low cost. For example, a parabolic antenna may have high manufacturing tolerances to maintain signal energy coherence. In addition, the high gain of the proposed system would be equivalent to that of a parabolic antenna with a very large diameter. Using a very large diameter parabolic antenna will not only increase production costs, but its use will also increase other costs such as transportation and integration costs, since the parabolic antenna will need to be transported and assembled in space. In addition, the directivity of the present antenna system can be configured differently from conventional antenna systems, which reduces the mechanical complexity associated with pointing the antenna.
В настоящем описании приведены примеры, которые не предназначены для ограничения объема, применимости или конфигурации вариантов осуществления принципов, описанных в настоящем документе. Последующее описание скорее предоставляет специалистам в данной области техники подробное описание реализации вариантов осуществления принципов, описанных в настоящем документе. В функции и конструкции элементов могут быть внесены различные изменения.This description provides examples that are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of embodiments of the principles described herein. The following description rather provides those skilled in the art with a detailed description of the implementation of embodiments of the principles described herein. Various changes can be made to the functions and design of the elements.
Таким образом, в различных вариантах осуществления при необходимости могут быть пропущены, заменены или добавлены различные процедуры или компоненты. Например, следует понимать, что способы можно выполнять в порядке, отличном от описанного выше, и что могут быть добавлены, опущены или объединены различные их этапы. Кроме того, аспекты и элементы, описанные в связи с некоторыми вариантами осуществления, могут комбинироваться в различных других вариантах осуществления. Следует также понимать, что следующие системы, способы и устройства могут по отдельности или в совокупности являться компонентами более крупной системы, причем другие процедуры могут иметь приоритет над ними или иным образом изменять их применение.Thus, in various embodiments, various procedures or components may be omitted, replaced, or added as needed. For example, it should be understood that the methods may be performed in a different order from those described above, and that various steps may be added, omitted, or combined. Moreover, aspects and elements described in connection with some embodiments may be combined in various other embodiments. It should also be understood that the following systems, methods, and devices may, individually or in combination, be components of a larger system, and other procedures may take precedence over them or otherwise modify their application.
На фиг. 1 приведена упрощенная схема спутниковой системы 100 связи, на примере которой могут быть описаны принципы, включенные в настоящий документ. Спутниковая система 100 связи может обеспечивать услугу связи на по меньшей мере участках видимой области Земли из положения спутника 105. Спутник 105 может являться любым спутником подходящего типа, например, спутником на геостационарной орбите (GEO), спутником на средневысотной орбите (MEO) или спутником на низкой орбите (LEO). Спутник может предоставлять услугу связи посредством пользовательских лучей 145, каждый из которых может обеспечивать покрытие для зоны покрытия пользовательских лучей. Хотя показан один пользовательский луч 145, спутник 105 может представлять собой многолучевой спутник, передающий некоторое количество (например, обычно 20–500 и т.д.) пользовательских лучей 145, каждый из которых направлен на отличную от других область Земли. Это может позволить охватить относительно большую географическую область и повторно использовать частоты в пределах покрываемой зоны. Повторное использование частот в многолучевых спутниковых системах позволяет увеличить пропускную способность системы для данной ширины полосы пропускания системы. In FIG. 1 is a simplified diagram of a
Каждый спутниковый луч 145 спутника 105 может поддерживать некоторое количество пользовательских терминалов 185. Пользовательские терминалы 185 могут принимать данные от спутника 105 посредством прямых сигналов 155-a нисходящей линии связи и передавать данные посредством обратных сигналов 160-a восходящей линии связи. Пользовательский терминал 185 может быть любой двусторонней спутниковой стационарной или подвижной наземной станцией, такой как терминал с очень малой апертурой (VSAT). Каждый спутниковый луч 145 может поддерживать другие терминалы, такие как многопользовательские терминалы 170 доступа, которые тоже могут быть стационарными или находящимися на подвижной платформе 130, такой как воздушное судно, морское судно, транспортное средство, поезд или т.п. Как показано на фиг. 1, спутниковый луч 145, который может быть выделен конкретным диапазону частот и поляризации, может передавать прямые сигналы 155 нисходящей линии связи или обратные сигналы 160 восходящей линии связи, как для стационарных терминалов 185, так и для многопользовательских терминалов 170 доступа. Прямые сигналы 155 нисходящей линии связи или обратные сигналы 160 восходящей линии связи для пользовательских терминалов 185 и многопользовательских терминалов 170 доступа могут быть мультиплексированы в спутниковом луче 145 с использованием технологий мультиплексирования, таких как многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA), множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), многочастотный многостанционный доступ с временным разделением каналов (MF-TDMA), множественный доступ с кодовым разделением (CDMA), многостанционный доступ с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) и т.п.Each
Спутниковая система 100 связи содержит систему 115 шлюза и сеть 120, которые могут быть соединены вместе посредством одной или более проводных или беспроводных линий связи. Система 115 шлюза выполнена с возможностью обмена данными с одним или более пользовательскими терминалами 185 или многопользовательскими терминалами 170 доступа посредством спутника 105. Сеть 120 может содержать любые подходящие общественные или частные сети и может быть соединена с другими сетями связи (не показаны), такими как Интернет, телефонные сети (например, коммутируемые телефонные сети общего пользования (PSTN) и т.д.) и т.п. Сеть 120 может соединять систему 115 шлюза с другими системами шлюза, которые также могут быть поддерживать связь со спутником 105 или другими спутниками. Альтернативно для совместного обслуживания пользовательского трафика может использоваться отдельная сеть, связывающая шлюзы и другие узлы. Система 115 шлюза также может быть выполнена с возможностью приема обратных сигналов от пользовательских терминалов 185 или многопользовательских терминалов 170 доступа (посредством спутника 105), которые направлены адресату в сети 120 или других сетях связи.The
Система 115 шлюза может быть устройством или системой, которая обеспечивает интерфейс между сетью 120 и спутником 105. Система 115 шлюза может использовать антенну 110 для передачи сигналов на спутник 105 и приема сигналов от него посредством прямых сигналов 135 восходящей линии связи и обратных сигналов 140 нисходящей линии связи. Антенна 110 может быть выполнена с возможностью двухсторонней связи и обладать достаточной мощностью передачи и чувствительностью приема для надежной связи со спутником 105. В одном варианте осуществления спутник 105 выполнен с возможностью приема сигналов от антенны 110 в пределах указанной полосы частот и конкретной поляризации. Хотя показано, что спутниковая система 100 связи включает в себя один спутник 105, она может включать в себя множество спутников. Множество спутников могут иметь зоны покрытия спутниковой службы, которые по меньшей мере частично перекрываются друг с другом.
Каждый спутниковый пользовательский луч 145 или спутник 105 поддерживает пользовательские терминалы 185 или многопользовательские терминалы 170 доступа в пределах его зоны покрытия (например, предоставляя ресурсы восходящей линии связи и нисходящей линии связи). Повторное использование частот между спутниковыми пользовательскими лучами 145 может быть обеспечено посредством выделения одного или более диапазонов частот (которые могут называться каналами) каждому спутниковому пользовательскому лучу 145 и/или посредством использования ортогональных поляризаций. Конкретные диапазон частот и/или поляризация могут называться «цветом», и повторное использование частот в мозаичной спутниковой системе с узким лучом может осуществляться в соответствии с цветом. Each
Покрытие разных спутниковых пользовательских лучей 145 может осуществляться без перекрытия или имеет различные степени перекрытия, в том числе перекрытие до 100%. В одном примере спутниковые пользовательские лучи 145 спутника 105 могут располагаться мозаикой и частично перекрываться, чтобы обеспечивать полное или почти полное покрытие для относительно большой географической области, причем частично перекрывающиеся или смежные лучи используют разные диапазоны частот и/или поляризации (например, разные цвета).The coverage of the various satellite user beams 145 may be non-overlapping or have varying degrees of overlap, including up to 100% overlap. In one example, satellite user beams 145 of
Спутник 105 может обеспечивать услугу сетевого доступа устройствам связи (например, компьютерам, переносным компьютерам, планшетам, гарнитурам, умным электроприборам), подключенным к пользовательскому терминалу 185 или к устройствам 175 связи пассажиров 180 на борту подвижной платформы 130. Например, пассажиры 180 могут подключать свои устройства 175 связи посредством проводных (например, Ethernet) или беспроводных (например, WLAN) соединений 176. Многопользовательский терминал 170 доступа может получать услугу сетевого доступа посредством пользовательского луча 145.
Многопользовательский терминал 170 доступа может использовать антенну, установленную на подвижной платформе 130, для обмена данными посредством прямых сигналов 155-a нисходящей линии связи и обратных сигналов 160-a восходящей линии связи. Когда многопользовательский терминал 170 доступа находится на подвижном транспортном средстве, антенна 165 может быть установлена с превышением и азимутом, которые наводят антенну 165 (например, активно отслеживающую) на спутник 105. Спутниковая система 100 связи может работать в установленных Международным союзом электросвязи (МСЭ) полосах Ku, K или Ka (например, от 17,7 до 21,2 гигагерца (ГГц) в нисходящей линии связи и от 27,5 до 31 ГГц в восходящей части полосы Ka). Альтернативно спутниковая система 100 связи может работать в других полосах частот, таких как C-полоса, X-полоса, S-полоса, L-полоса, УВЧ, СВЧ и т.п. The
Специалисту в данной области должно быть понятно, что один или более аспектов изобретения могут быть реализованы в системе 100 дополнительно или в качестве альтернативы для решения других проблем, отличных от описанных в настоящем документе. Более того, аспекты изобретения могут обеспечивать технические усовершенствования «традиционных» систем или процессов, как описано в настоящем документе. Однако описание и приложенные чертежи содержат только пример технических усовершенствований, получающихся в результате реализации аспектов изобретения, и, соответственно, не представляют все технические усовершенствования, обеспечиваемые в пределах объема формулы изобретения. One skilled in the art will appreciate that one or more aspects of the invention may be implemented in
В одном примере спутник 105 содержит или соединен с антенной системой 101, которая содержит антенную приемопередающую систему, соединенную с множеством гибких соединений. Каждое соединение может соединять приемник с одним или более антенными элементами. Антенная приемопередающая система может иметь один или более приемопередатчиков. Антенная система 101 может быть уложена для развертывания спутника 105 с компактным расположением гибких соединений и антенных элементов. По достижении спутником 105 целевой орбиты (например, LEO, MEO, GEO) соединения могут быть развернуты в космосе для распределения антенных элементов по площади апертуры антенной системы. Развернутые местоположения каждого антенного элемента могут быть не заданными или не контролируемыми во время развертывания. Таким образом, расстояние между соединениями и, в свою очередь, антенными элементами может быть не заданным перед развертыванием, и они могут быть разнесены неконтролируемым образом за счет физических свойств гибких соединений. Спутник 105 может обладать одним или более признаками, которые описаны в настоящем документе в отношении раскрываемой антенной системы 101.In one example,
После развертывания антенная система 101 спутника 105 может принимать подготовительные сигналы от различных передающих устройств, таких как антенна 110, пользовательский терминал 185 или антенна 165. Один или более антенных элементов антенной системы 101 могут принимать эти подготовительные сигналы, а процессор антенной системы 101 может определять относящуюся к положению информацию, такую как параметры времени прихода (TOA), и связывать параметры TOA с соответствующими антенными элементами. На основе параметров TOA антенная система 101 может дополнительно определять коэффициенты приема. Каждый коэффициент может быть основан на уникальной (например, для приемопередатчика) сигнатуре (например, собственном векторе) времени прихода. Антенная система 101 может принимать последующие сигналы от антенны 110, пользовательского терминала 185 или антенны 165, такие как сигналы данных, а процессор антенной системы 101 может обрабатывать сигналы данных, используя коэффициенты. Передатчик, передающий сигналы данных, может быть тем же самым передатчиком, который передавал подготовительные сигналы, или другим передатчиком. Once deployed,
Антенная система 101 может также позволять достигать повторного использования частот между спутниковыми пользовательскими лучами 145 за счет присвоения уникальных весовых коэффициентов времени прихода между конечными точками спутниковых пользовательских лучей 145, где конечные точки пользовательских лучей являются спутником 101 и терминалами (например, антеннами пользовательского терминала 185 или многопользовательского терминала 170 доступа). Поскольку присвоение весовых коэффициентов времени прихода уникально, передачи сигналов, выполняемые посредством спутниковых пользовательских лучей 145, могут быть уникально отделены от других спутниковых пользовательских лучей (например, посредством линейной алгебры). Например, каждый пользовательский луч 145 может быть связан с отличным от других набором коэффициентов. Следовательно, вся частота, назначенная каждому спутниковому пользовательскому лучу 145, может повторно использоваться другими спутниковыми пользовательскими лучами в отсутствие или при незначительном ухудшении рабочих характеристик связи системы. Уникальность присвоения весовых коэффициентов времени прихода между спутниковыми пользовательскими лучами 145 и конечными точками может быть определена диаметром объемной 3D-формы антенной системы 101, количеством антенных элементов антенной системы 101, разносом между пользовательскими терминалами или их комбинацией.
Множественные спутниковые пользовательские лучи 145 и сигналы, связанные с лучами, имеющими один и тот же диапазон частот, могут быть приняты в одно и то же время и различаться посредством весовых коэффициентов. Размер объемной формы и количество элементов определяют пространственное или географическое разрешение для различения сигналов от разных передатчиков, использующих разные углы прихода. Эта конструкция может быть способна достигать разрешения в диапазоне 100 м на 1 км (например, при объемной 3D-форме приблизительно 1 км и 1000 элементах в конфигурации LEO) и может таким образом поддерживать очень малые эффективные пользовательские лучи.Multiple satellite user beams 145 and signals associated with beams having the same frequency range can be received at the same time and differ by weighting factors. The size of the volumetric form and the number of elements determine the spatial or geographic resolution for distinguishing signals from different transmitters using different angles of arrival. This design may be capable of achieving a resolution in the range of 100 m per 1 km (eg, with a 3D volume shape of approximately 1 km and 1000 elements in a LEO configuration) and may thus support very small effective user beams.
На фиг. 2 показан пример антенной системы 101-a для беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. Антенная система 101-a может содержать антенную приемопередающую систему 240, ветви 210, антенные элементы 215 и соединения 220 и может быть частью спутника 105 или быть соединена с ним. Антенная система 101-a может быть примером или аспектами реализации антенной системы 101, изображенной на фиг. 1. Антенная система 101-a может быть, например, n-уровневой MIMO-антенной. В некоторых примерах антенная система 101-a может быть 2-уровневой MIMO-антенной. In FIG. 2 shows an example of a wireless communication antenna system 101-a that supports an ultra-low cost, high performance satellite aperture in accordance with aspects of the present disclosure. Antenna system 101-a may include
Антенная приемопередающая система 240 может принимать сигналы, такие как подготовительные сигналы и сигналы данных. Антенная приемопередающая система 240 может содержать множество приемопередатчиков 235 и процессор 245. Каждый приемопередатчик 235 может быть соединен с одним или более антенными элементами 215 (или антеннами-листами) посредством гибкого соединения 220. Гибкое соединение 220 может быть выполнено из гибкого или полужесткого материала (например, проволоки, проволоки с покрытием, коаксиального кабеля, витой пары проводов, экранированных проводов, электропроводящих механических шарниров, пружин, поворотных устройств, рамок гироскопа и т.д.), которые электрически соединены с одним или более антенными элементами, но не ограничивают развернутое местоположение одного или более антенных элементов 215 в каждом измерении. Это означает, что развернутые положения одного или более антенных элементов 215 могут быть ограничены их положением вдоль гибкого соединения, но в остальном могут быть неограниченными в одном или более пространственных измерениях. В некоторых случаях порядок неконтролируемого развертывания антенных элементов 215 зависит от податливости гибкого соединения 220. В некоторых примерах антенные элементы 215 могут быть присоединены к гибким соединениям 220 посредством устройства сопряжения, тогда как в других примерах антенные элементы 215 могут быть непосредственно присоединены к гибкому соединению 220. Хотя точное расположение антенных элементов 215 может быть неконтролируемым, благодаря пространственному разносу антенных элементов взаимное соединение может быть незначительным. В некоторых примерах антенная система 101-a может содержать антенные элементы 215 в количестве более 100 или более 1000.
Энергия, принимаемая антенной системой 101-a, может быть пропорциональна сумме площадей поперечного сечения эффективной апертуры антенных элементов 215. Усиление решетки антенной системы 101-a может быть суммой энергий сигнала, собранных из эффективной апертуры каждого антенного элемента 215. Усиление антенной системы 101-a может быть выражено следующим образом: The energy received by the antenna system 101-a may be proportional to the sum of the cross-sectional areas of the effective aperture of the
(усиление на антенный элемент) + 10 log (количество антенных элементов)(gain per antenna element) + 10 log (number of antenna elements)
Антенные элементы 215 могут быть ориентированы случайным образом (например, пространственные местоположения не заданы или не контролируются точно) и могут иметь большую базу апертуры спутника. Например, антенные элементы 215 могут иметь базу более 100 метров, более 200 метров, более 500 метров, более километра. Антенная система 101-a может использовать различные типы антенных элементов 215 (например, дипольные, биконические, однополюсные, микрополосковые), и каждый антенный элемент 215 может быть одного типа или в некоторых случаях антенная система 101-a может использовать комбинацию разных типов.
В своей совокупности, когда они развернуты, антенные элементы 215 могут образовывать объемную форму. В некоторых примерах по меньшей мере один размер объемной формы может более чем в 100 раз превосходить расстояние, равное длине волны сигнала данных. В другом примере ориентация объемной формы является неконтролируемой относительно орбитального положения спутника, а в некоторых случаях ориентация спутника 105 или антенной системы 101-a может быть неконтролируемой во время нахождения на орбите (например, спутник 105 или антенная система 101-a может не использовать активное управление угловым положением). В некоторых примерах объемная форма может быть, грубо говоря, сферической, так что сигналы, передаваемые под любым произвольным углом и пересекающие объемную форму, пересекают ее по диаметру 250 (например, по меньшей мере минимальному диаметру) объемной формы. Collectively, when deployed, the
Антенная система 101-a может иметь приемопередатчики 235 в таком же количестве, что и антенные элементы 215. Например, каждый из антенных элементов 215 может быть привязан к своему собственному приемопередатчику 235 (например, каждый приемопередатчик 235 может быть соединен с одним антенным элементом 215). Альтернативно антенная система 101-a может иметь меньше приемопередатчиков 235, чем антенных элементов 215 (например, каждый приемопередатчик 235 может быть соединен с более чем одним антенным элементом 215).Antenna system 101-a may have as
В некоторых примерах каждый из антенных элементов 215 может быть соединен с приемопередатчиком 235 посредством последовательности ветвей 210 и листьев 220, причем каждая ветвь 210 соединена с одним или более листами 220, а каждый лист 220 соединен с одним или более антенными элементами 215. В некоторых примерах количество ветвей 210 может быть таким же, как количество приемопередатчиков 235. Например, по меньшей мере подмножество ветвей 210 может содержать более одного антенного элемента 215, а каждый приемопередатчик 235 может быть соединен с одной ветвью 210. Количество антенных элементов 215 может быть одинаковым во всех ветвях 210 или может быть разным для оптимизации антенной решетки или для управления мощностью, устойчивости к помехам или из-за выхода из строя антенных элементов. Каждая ветвь 210 может включать управление тепловым режимом (например, нагревательный элемент) и компоненты питания или усиления. Каждый лист 220 может соединять один или более антенных элементов 215 с ветвью 210 посредством прямого соединения или сопряжения (например, РЧ-соединителя). Каждая ветвь 210 может содержать компоненты для предварительной обработки РЧ-сигналов из листьев 220, соединенных с ветвью 210. Например, каждая ветвь 210 может содержать компоненты аналоговой или цифровой обработки, такие как фильтры, малошумящие усилители, усилители высокой мощности, фазовращатели, смесители, аналого-цифровые преобразователи или другие компоненты обработки сигнала. В некоторых примерах каждая ветвь 210 содержит аналоговую схему присвоения весовых коэффициентов (например, фазовращатели, амплитудные модуляторы) для применения аналоговых весовых коэффициентов формирования луча к сигналам, передаваемым или принимаемым посредством листьев 220 ветви. In some examples, each of
Каждый приемопередатчик 235 может содержать компоненты для РЧ-связи (например, фильтры, малошумящий усилитель, усилители высокой мощности, смесители, аналого-цифровые преобразователи, демодуляторы или другие компоненты обработки сигнала). Например, каждый приемопередатчик 235 может содержать схему для обработки MIMO, такую как оптимальное сложение (MRC) сигналов из каждой ветви 210, листа 220 или антенного элемента 215, с которой он соединен. Each
Каждую ветвь 210 можно рассматривать как субапертуру общей синтезированной апертуры антенной системы 101-a. Хотя контроля для получения заданных расстояний нет, каждая ветвь 210 может быть отделена от другой межветвенным расстоянием 225, а каждый лист 220 или антенный элемент 215 может быть отделен от другого межлиственным расстоянием 230. Таким образом, межветвенное расстояние 225 и межлиственное расстояние 230 могут быть показаны как средние или минимальные расстояния, на которые можно разнести, в то время как фактические межветвенные расстояния и межлиственные расстояния 230 между разными ветвями 210 и листьями 220 могут меняться. Межветвенное расстояние 225 или межлиственное расстояние 230 может обеспечивать достаточное разделение между ветвями и листьями так, чтобы время прихода между ветвями или листьями можно было легко измерить. Например, свет проходит один метр за 3,3 наносекунды. Если предположить наличие разницы 100 нс между временами прихода, чтобы это соответствовало традиционной обработке цифровой логикой, межветвенное расстояние 225 или межлиственное расстояние 230 может составлять приблизительно 30 метров. Если предположить наличие разницы 10 нс между значениями времени прихода, чтобы это соответствовало традиционной обработке цифровой логикой, межветвенное расстояние 225 или межлиственное расстояние 230 может составлять приблизительно 3 метра. Межлиственное расстояние 230 может разделять на достаточное расстояние для упрощенного представления диаграммы направленности в виде отдельных и независимых групп диаграмм направленности базового антенного элемента. Например, каждая ветвь может содержать листья 220 или антенные элементы 215, разнесенные по ее длине на межлиственное расстояние 230 для обеспечения разницы во времени прихода для каждого листа 220 (если предположить относительно слабое сворачивание ветви 210 или образования ей петель). В некоторых случаях некоторые антенные элементы 215 могут пропадать, имея межлиственное расстояние 230 меньше минимального расстояния для различия. Когда антенные элементы 215, имеющие межлиственное расстояние меньше необходимого для различия, соединены с разными приемопередатчиками 235 (например, посредством разных ветвей 210), сигналы могут различаться с помощью разных приемопередатчиков. Когда антенные элементы 215 соединены с одним приемопередатчиком 235, чтобы уменьшить воздействия составного сигнала антенных элементов 215, которые не различаются, можно объединить коэффициенты или подавить сигнал.Each
В некоторых случаях межлиственное расстояние 230 или межветвенное расстояние 225 может поддерживаться с использованием механических устройств. Например, в какой-то точке вдоль ветвей 210 могут быть присоединены полужесткие элементы (не показаны), и они могут обеспечивать разделяющее усилие, которое может стремиться удерживать ветви 210 отдельно друг от друга. Элементы могут быть выполнены с возможностью складывания или сжатия для компактной укладки на время запуска спутника 105 и его вывода на орбиту. В других примерах листья 220 или ветви 210 могут быть соединены с выполненной с возможностью надувания конструкцией (например, с воздушным шаром), который надувают при развертывании. В других примерах из спутника 105 может быть выброшен (например, с помощью пружины) утяжеленный предмет, соединенный с концом ветви 210, и может вытянуть гибкое соединение (например, провод) ветви на требуемое расстояние от спутника 105. В других примерах источником механической силы для поддержания межветвенных расстояний 225 или межлиственных расстояний 230 может быть центробежная сила при развертывании или во время работы. Например, спутник 105 может быть выведен на орбиту с вращением или может использовать механизм регулировки углового положения для создания вращения, а центробежная сила в результате вращения может способствовать поддержанию межлиственных расстояний 230 или межветвенных расстояний 225. In some cases,
В дополнение к силам, создаваемым пневматически (надуванием) и пружинами, и центробежным силам в число дополнительных примеров средств для развертывания листьев 220 или ветвей 210 и создания разделения на межлиственные расстояния 230 или межветвенные расстояния 225 входят: механические храповые механизмы или собачки; химические реакции, которые могут вызывать изменение и отверждение конструкции после развертывания для поддержания или регулирования межлиственных расстояний 230 и межветвенных расстояний 225; электростатические силы, которые притягивают или отталкивают листья 220 и ветви 210; или тепловое расширение механических конструкций, которые соединяют листья 220 и ветви 210. В некоторых случаях для развертывания, поддержания или регулировки межлиственных расстояний 230 и межветвенных расстояний 225 (например, для поддержания минимального расстояния без точного контроля положения) могут использоваться миниатюрные реактивные струи, пиротехнические устройства или ионные ракетные двигатели малой тяги. Может использоваться любая комбинация или отдельная выборка этих способов.In addition to pneumatic (inflating) and spring forces and centrifugal forces, additional examples of means for deploying
В одном примере комбинации этих способов большая решетка микрополосковых антенн может быть собрана в виде листьев 220, покрывающих все 4 Pi стерадиан на выполненном с возможностью надувания шаре, который также служит экраном. Эти микрополосковые листья 220 антенны могут быть соединены посредством гибких соединителей с ветвями 210, которые по отдельности соединяют обратно со спутником 105 (например, с приемопередатчиками 235). При развертывании создаваемые пружиной силы могут использоваться для выброса наружу ветвей 210, которые могут содержать ненадутые микрополосковые антенны. По достижении развертывания может использоваться химическая реакция для затвердевания ветвей 210 и листьев 220, в том числе выполненных с возможностью надувания шаров микрополосковых антенн (которые могут быть надуты пиротехническим способом с использованием пневматической силы для завершения развертывания).In one example of a combination of these methods, a large array of microstrip antennas can be assembled as
Во втором примере возможной комбинации этих способов может быть собрана большая решетка биконических антенн в виде биконических листьев 220 антенны, причем она может содержать механическую пружину, которая принимает надлежащую форму при высвобождении из сдерживающего ограничителя. Эти биконические листья 220 антенны могут соединяться посредством гибких соединителей с ветвями 210, которые по отдельности могут соединяться обратно со спутником 105. При развертывании могут использоваться пневматические силы для надувания ветвей 210, в результате чего ветви могут выйти наружу и одновременно высвободить биконические листья 220 антенны из сдерживающего их ограничителя, позволяя создаваемым пружиной силам принудительно придавать заданную форму каждому листу 220. По достижении развертывания может использоваться химическая реакция для затвердевания надутых ветвей с целью завершения развертывания.In a second example of a possible combination of these methods, a large array of biconical antennas can be assembled in the form of biconical antenna leaves 220, which can include a mechanical spring that takes the proper shape when released from the containment restraint. These biconical antenna leaves 220 can be connected via flexible connectors to the
Во третьем примере возможной комбинации этих способов может быть собрана большая решетка дипольных антенн в виде листьев 220, и она может содержать механическую пружину, которая принимает заданную форму при высвобождении из сдерживающего ограничителя. Эти дипольные листья 220 антенны могут соединяться посредством гибких соединителей с ветвями 210, которые по отдельности могут соединяться обратно со спутником 105. При развертывании могут использоваться создаваемые пружиной силы для выпуска ветвей 210 антенны наружу, что может высвобождать дипольные листья 220 антенны из их сдерживающего ограничителя, позволяя создаваемым пружиной силам принудительно придать заданную форму каждому листу 220. К каждой ветви 210 и к каждому листу 220 могут прикладываться электростатические силы, создаваемые зарядом одинаковой полярности, которые вынуждают каждый лист 220 и ветвь 210 отталкивать друг друга для завершения развертывания.In a third example of a possible combination of these methods, a large array of dipole antennas in the form of
В четвертом примере возможной комбинации этих способов может быть собрана большая решетка антенн со смешанными типами листьев, состоящая из однополюсных и микрополосковых антенн, в виде листьев 220. Листья 220 могут покрывать все 4 Pi стерадиан на шаре, который может использовать натяжение пружины для поддержания своей формы и может также служить в качестве экрана. Эти однополюсные и микрополосковые листья 220 антенны могут соединяться посредством гибких соединителей с ветвями 210, которые по отдельности могут соединяться обратно со спутником 105. При развертывании могут использоваться создаваемые пружиной силы для выпуска ветвей 210 наружу, что может высвобождать однополюсные и микрополосковые листья 220 антенны из сдерживающего их ограничителя, позволяя создаваемым пружиной силам принудительно придавать надлежащую форму каждому листу 220. В сочетании с начальными создаваемыми пружиной силами для выпуска ветвей 210 наружу тепловая энергия, принимаемая от солнца, может достигать каждой ветви 210, и материал каждой ветви может расширяться, принудительно фиксируя механическую сеть храповых механизмов и собачек и вынуждая каждый лист 220 и ветвь 210 завершить развертывание. In a fourth example of a possible combination of these methods, a large array of mixed-type leaf antennas, consisting of single-pole and microstrip antennas, can be assembled in the form of
Устойчивость к помехам в пределах линейного динамического диапазона антенной системы 101-a регулируется посредством выбора MIMO сигнала данных. Устойчивость к помехам (сжатие динамического диапазона) регулируется за счет соотношения количества антенных элементов 215, необходимых для закрытия линии связи между пользовательским терминалом на Земле и спутником 105, и общим количеством антенных элементов 215. The immunity to interference within the linear dynamic range of the antenna system 101-a is adjusted by selecting the MIMO data signal. The noise immunity (dynamic range compression) is adjusted by the ratio of the number of
На фиг. 3A показан пример технологии 300 приема сигнала для беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. В некоторых примерах антенные элементы 305 могут реализовывать аспекты антенных элементов 215, как описано на фиг. 2.In FIG. 3A shows an example of a
Передающие устройства, такие как антенна 110 и/или пользовательский терминал 185, могут направлять подготовительные сигналы 310 на антенные элементы 305 перед направлением сигналов 315 данных. Подготовительные сигналы (например, 310-a, 310-b, …, 310-n) могут поступать на антенные элементы 305 последовательно или в любом порядке с перекрытием. В некоторых примерах подготовительные сигналы 310 могут приниматься одновременно (например, по меньшей мере с частичным перекрытием во времени) на антенных элементах 305 (например, и на одной и той же частоте), если подготовительные сигналы 310 поступают из местоположений, отделенных друг от друга минимальным пространственным или географическим разрешением (например, в диапазоне от 100 м до 1 км). Подготовительные сигналы 310 обычно содержат последовательности, которые заранее известны спутнику 105. Подготовительные сигналы 310 могут быть зашифрованы для проверки подлинности и обеспечения обработки тренировочных сигналов 310 от действительных пользовательских терминалов. В некоторых примерах подготовительные сигналы 310 являются ортогональными последовательностями. Transmitters, such as
Подготовительные сигналы 310 также могут передавать дополнительную информацию (например, посредством использования множества доступных последовательностей). В некоторых примерах подготовительные сигналы 310 могут содержать информацию о местоположении для пользовательского терминала. Например, пользовательский терминал может знать свое местоположение (например, посредством GPS или других сигналов геолокации) и в некоторых случаях может указывать код, связанный с местоположением, в подготовительных сигналах 310. В одном примере каждый пользовательский луч связан с отличным от других кодом, и пользовательский терминал может определять, какой луч обслуживает пользовательский терминал (например, с помощью информации о местоположении и сохраненной информации о зоне действия луча или с использованием принятых сигналов, указывающих пользовательский луч). Затем пользовательский терминал может выбрать код, связанный с лучом, или один из группы кодов, связанных с лучом (например, случайным образом). В некоторых случаях информация может содержать приоритет для сеансов связи. Например, определенный пользователь может иметь приоритет или может выбирать между множеством приоритетов, исходя из типа данных для сеанса связи. В других примерах подготовительные сигналы 310 могут содержать информацию, такую как тип пользовательского терминала, тип пользователя и т.д. В некоторых примерах одно и то же передающее устройство может направлять подготовительные сигналы 310 и сигналы 315 данных. В других примерах передающее устройство, направляющее подготовительные сигналы 310, может отличаться от передающего устройства, направляющего сигналы 315 данных. Из-за сдвига антенных элементов 305 в пространстве или изменения ими углового положения (например, в отсутствие управления угловым положением во время пребывания на орбите) антенная система 101 может непрерывно или периодически принимать подготовительные сигналы 310 для надлежащего отслеживания канала, поскольку канал и расстояние от конкретного антенного элемента 305 до передающего устройства регулярно изменяются. The
Приемопередатчик (например, приемопередатчик 235) может принимать подготовительный сигнал 310-a от одного или более антенных элементов 305 (например, антенного элемента 305-a, антенного элемента 305-b и антенного элемента 305-n). Подготовительный процессор антенной системы 101 (например, процессор 245) может принимать сигналы от каждого соответствующего антенного элемента 305 (например, от одного или более приемопередатчиков) и определять время прихода для каждого антенного элемента 305 на основе принятого подготовительного сигнала 310-a. Процессор весовых коэффициентов луча антенной системы 101 (например, процессор 245) может определять коэффициенты для каждого соответствующего определенного времени прихода. Впоследствии один или более приемопередатчиков могут принимать передачу 315-a данных, принимаемую на антенных элементах 305. После этого процессор весовых коэффициентов луча может объединять принятые сигналы данных от каждого антенного элемента 305 с соответствующим определенным коэффициентом, связанным с каждым антенным элементом 305, чтобы декодировать сигнал 315-a данных. Например, процессор весовых коэффициентов луча может использовать оптимальное сложение (MRC) для объединения сигналов в соответствии с определенными коэффициентами. В некоторых случаях процессор весовых коэффициентов луча может формировать сигналы для передачи с одного или более антенных элементов 305 на основе определенных коэффициентов. A transceiver (eg, transceiver 235) may receive preparation signal 310-a from one or more antenna elements 305 (eg, antenna element 305-a, antenna element 305-b, and antenna element 305-n). An
В одном примере приемопередатчик может принимать подготовительные сигналы, связанные с каждым сигналом данных. Например, приемопередатчик может принимать подготовительный сигнал 310-b, принимаемый на каждом антенном элементе 305 от одного и того же приемопередатчика, и определять время прихода для каждого из множества антенных элементов 305 на основе принятого подготовительного сигнала 310-b. Затем процессор весовых коэффициентов луча может обновить ранее определенные коэффициенты (связанные с подготовительным сигналом 310-a) вновь определенными коэффициентами на основе данных времени прихода, связанных с подготовительным сигналом 310-b, для приема сигнала 315-b данных. Каждому дополнительному сигналу данных (например, сигналу 315-n данных) может предшествовать подготовительный сигнал (например, подготовительный сигнал 310-n).In one example, the transceiver may receive preparation signals associated with each data signal. For example, the transceiver may receive preparation signal 310-b received at each
В еще одном примере подготовительный процессор может определять информацию о времени прихода на основе множества подготовительных сигналов (например, подготовительных сигналов 310-a и 310-b), принятых из известных местоположений, и определять пространственную информацию для каждого антенного элемента 305. С помощью пространственной информации процессор весовых коэффициентов луча может определять значения времени прихода (например, собственные векторы) для каждого антенного элемента для передачи 315 данных из известного местоположения (которое может быть тем же, что и одно из известных местоположений для подготовительных сигналов, или другим местоположением). После этого процессор весовых коэффициентов луча может объединять принятые передачи данных от каждого антенного элемента 305 с соответствующим определенным коэффициентом, связанным с каждым антенным элементом 305, чтобы декодировать передачу 315 данных.In yet another example, the preparation processor may determine time-of-arrival information based on a plurality of preparation signals (eg, preparation signals 310-a and 310-b) received from known locations and determine spatial information for each
Как описано выше, антенные элементы 305 могут быть связаны с ветвями, причем каждая ветвь может иметь множество антенных элементов 305 и может содержать схему для предварительной обработки сигналов. В некоторых примерах определение коэффициентов для каждого подготовительного сигнала 310, связанного с сигналом 315 данных, может быть выполнено поветвенно. Например, антенные элементы 305 на каждой ветви могут быть охарактеризованы или откалиброваны на основе подготовительных сигналов от одного или более источников (например, от по меньшей мере двух физически разнесенных передатчиков), а схема (например, аналоговая схема присвоения весов) ветви может объединять сигналы, принятые элементами 305 ветви, в объединенный сигнал ветви. Затем приемопередатчик может принимать подготовительные сигналы, связанные с каждым сигналом данных, и определять времена прихода для каждого объединенного сигнала ветви из каждой ветви на основе подготовительных сигналов. После этого процессор весовых коэффициентов луча может определять коэффициенты на основе определенных значений времени прихода, связанных с подготовительным сигналом для приема сигнала данных. В некоторых случаях значения времени прихода, связанные с ветвями, могут использоваться для уточнения весовых коэффициентов, применяемых в пределах каждой ветви. Например, могут быть охарактеризованы относительные местоположения для каждого листа, и из значений времени прихода может быть определено направление для подготовительного сигнала для уточнения весовых коэффициентов, используемых для листьев ветви (например, для связанного сигнала данных). Коэффициенты могут применяться к каждой ветви для передачи сигналов на основе определенных времен прихода, а схема каждой ветви (например, аналоговая схема присвоения весовых коэффициентов) может применять весовые коэффициенты к каждому листу для передаваемых сигналов. As described above,
На фиг. 3B показан пример технологии 350 приема сигнала для беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. В некоторых примерах антенная система 101-b может реализовывать аспекты антенной системы 101, как описано на фиг. 1, и антенной системы 101-a, как описано на фиг. 2.In FIG. 3B shows an exemplary
Некоррелированная энергия 360 может иллюстрировать векторы, связанные с некоррелированными сигналами, принимаемыми посредством каждого антенного элемента 305 антенной системы 101-b. Процессор весовых коэффициентов луча может объединять некоррелированные сигналы некоррелированной энергии 360 в соответствии с определенными коэффициентами от одного или более подготовительных сигналов 310 для получения в результате этого коррелированной энергии 355. Вычисление общей амплитуды и общей мощности коррелированной энергии 355 можно выполнять следующим образом:
Где n представляет собой общее количество ветвей, а k представляет собой общее количество листьев антенной системы 101-b. Вычисление общей амплитуды и общей мощности некоррелированной энергии 360 можно выполнять следующим образом:Where n is the total number of branches and k is the total number of leaves of the antenna system 101-b. The calculation of the total amplitude and total power of
Где n представляет собой общее количество ветвей, а k представляет собой общее количество листьев антенной системы 101-b. Вычисление отношения сигнал/шум можно выполнять следующим образом:Where n is the total number of branches and k is the total number of leaves of the antenna system 101-b. The signal-to-noise ratio can be calculated as follows:
В данном случае некоррелированная мощность шума растет линейно, а коррелированная мощность сигнала растет по квадратичному закону.In this case, the uncorrelated noise power grows linearly, while the correlated signal power grows quadratically.
На фиг. 4 показан пример антенной системы 400 для беспроводной связи, которая поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. Антенная система 400 может содержать антенную систему 101-c, тарелку 405 и излучатель 410. В некоторых примерах в антенной системе 101-c могут быть реализованы аспекты антенной системы 101, как описано на фиг. 1, антенной системы 101-a, как описано на фиг. 2, и антенной системы 101-b, как описано на фиг. 3B. Антенная система 400 может называться гибридной параболической / антенной системой MIMO.In FIG. 4 shows an exemplary wireless
Тарелка 405 может представлять тарелку, которая не является идеально параболической. Преимущество тарелки 405, которая не является идеально параболической, заключается в том, что к ее производству могут предъявляться менее жесткие требования по сравнению с обычной параболической тарелкой, и это может приводить к сокращению расходов на производство и реализацию. Кроме того, тарелка 405 может быть больше параболической тарелки, изготавливаемой с допусками, обычно используемыми в спутниковой связи. Например, типичные большие параболические тарелки для спутниковой связи могут иметь диаметр приблизительно от 5 (пяти) до 15 (пятнадцати) метров. В некоторых случаях тарелка 405 значительно больше типичных больших параболических тарелок для спутниковой связи, например, имеющих диаметр 30 метров, 50 метров, 100 метров или больше. Тарелка может складываться для запуска спутника 105 и может приводиться в развернутую форму различными способами. Например, тарелка 405 может быть образована проводящим покрытием на воздушном шаре, который расширяется при разворачивании антенной системы 400 на орбите. Альтернативно развертывание тарелки 405 может быть аналогично развертыванию солнечного паруса. Также альтернативно тарелка 405 может быть изготовлена из множества жестких элементов и может быть раскрыта при развертывании.The
Радиоволны 415 могут быть приняты от передатчика тарелкой 405 в виде фронта РЧ-волны и отражены от тарелки 405 для образования рассеянной фокальной области. Антенная система 101-c и ее связанные антенные элементы могут находиться по меньшей мере частично в пределах образованной рассеянной фокальной области тарелки 405. В некоторых примерах тарелка 405 может увеличивать плотность потока РЧ-энергии в антенную систему 101-c, а антенная решетка антенной системы 101-c может быть реализована так, чтобы значительная часть РЧ-потока захватывалась антенной системой 101-c. Эффективность тарелки 405 можно вычислить, взяв мощность потока, перенаправляемого в антенную систему 101-c, и разделив ее на мощность потока, собранную антенной системой 101-c.
Как описано выше, для формирования коэффициентов для приема или передачи сигналов от антенных элементов антенной системы 400 могут использоваться подготовительные сигналы. Однако определение коэффициентов может включать в себя измерения изъянов тарелки и местоположений антенных элементов. Например, сигнал, принимаемый на данном антенном элементе антенной системы 101-c, может быть отражен от множества мест на тарелке некогерентным образом, и изъяны тарелки могут быть измерены и объединены с информацией о времени прихода для антенных элементов для определения коэффициентов для когерентного приема сигнала.As described above, preparatory signals may be used to generate coefficients for receiving or transmitting signals from the antenna elements of
Дополнительно или альтернативно для синтезирования местоположений антенных элементов антенной системы 101-c могут использоваться один или более вспомогательных спутников 410. Например, один или более вспомогательных спутников 410 могут быть помещены в известном местоположении относительно антенной системы 400 и могут передавать сигналы, которые могут измеряться антенной системой 400 (например, путем определения векторов антенны для каждого элемента антенной системы 101-c). Используя известное местоположение передатчика в сочетании с подготовительными сигналами от передатчика сигнала данных или без приема подготовительных сигналов от передатчика сигнала данных, можно измерять изъяны тарелки, чтобы синтезировать значения времени прихода или коэффициенты антенных элементов.Additionally or alternatively, one or more
На фиг. 5 показана блок-схема 500 аппарата 505 для сверхдешевой высокоэффективной апертуры спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. В некоторых примерах аппарат 505 может быть примером аспектов антенной системы 101, изображенной на фиг. 1, 2, 3B и 4. Аппарат 505 может содержать приемник 510, подготовительный процессор 515, процессор 520 весовых коэффициентов луча и передатчик 525. Компоненты могут обмениваться данными посредством одной или более шин.In FIG. 5 shows a block diagram 500 of an ultra-low cost, high performance
Аппарат 505 и/или по меньшей мере некоторые из ее различных подкомпонентов могут быть реализованы в виде оборудования, программного обеспечения, исполняемого процессором, встроенного программного обеспечения или любой их комбинации. В случае реализации в программном обеспечении, исполняемом процессором, функции аппарата 505 и/или по меньшей мере некоторых из ее различных подкомпонентов могут исполняться с помощью процессора общего назначения, цифрового сигнального процессора (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства, логической схемы на дискретных компонентах или транзисторах, дискретных аппаратных компонентов или любой их комбинации, выполненной с возможностью осуществления функций, представленных в настоящем описании. Аппарат 505 и/или по меньшей мере некоторые из его различных подкомпонентов могут физически находиться в различных положениях, в том числе распределенных таким образом, что части функций реализуются в разных физических местоположениях одним или более физическими устройствами. В некоторых примерах аппарат 505 и/или по меньшей мере некоторые из его различных подкомпонентов могут быть отдельным или обособленным компонентом в соответствии с различными аспектами настоящего описания. В других примерах аппарат 505 и/или по меньшей мере некоторые из его различных подкомпонентов могут быть объединены с одним или более другими компонентами оборудования, включая, без ограничений, компонент ввода/вывода, приемопередатчик, сетевой сервер, другое вычислительное устройство, один или более других компонентов, представленных в настоящем описании, или их комбинацией в соответствии с различными аспектами настоящего описания.
Приемник 510 может принимать информацию, такую как пакеты или пользовательские данные. Информация может передаваться на другие компоненты устройства 505. Приемник 510 может содержать множество приемных цепочек, причем каждая приемная цепочка может содержать схему для обработки принятого РЧ-сигнала (например, усилители, смесители, аналого-цифровые преобразователи, демодуляторы). Каждая приемная цепочка приемника 510 может содержать схему для когерентного объединения энергии из множества антенн (например, схему MRC).The
Подготовительный процессор 515 может принимать сигналы от антенного приемника, связанного с одним или более подготовительными сигналами от передатчика. Он также может связывать каждый из множества антенных элементов с соответствующим временем прихода на основе по меньшей мере одного или более подготовительных сигналов. Он также может определять соответствующие времена прихода по меньшей мере частично на основе местоположения передатчика и соответствующих векторов времени прихода. Один или более подготовительных сигналов могут содержать индикатор информации о местоположении, связанном с передатчиком, индикатор пользовательского луча для передатчика, приоритет для сообщений от передатчика или их комбинацию. Подготовительный процессор 515 может быть выполнен с возможностью дешифровки одного или более первых сигналов для получения одного или более подготовительных сигналов и проверки правильности одного или более подготовительных сигналов на основе дешифровки.
Процессор 520 весовых коэффициентов луча может объединять один или более сигналов, связанных с сигналом данных от передатчика, принятых посредством приемника, в соответствии с множеством коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов и соответствующими значениями времени прихода. Он может также обновлять множество коэффициентов по меньшей мере частично на основе вторых соответствующих значений времени прихода. Он может также формировать один или более сигналов для передачи от множества антенных элементов на целевой приемник по меньшей мере частично на основе множества коэффициентов, определенных по меньшей мере частично на основе связей между множеством антенных элементов и соответствующими значениями времени прихода.
Подготовительный процессор 515 и процессор 520 весовых коэффициентов луча могут быть примерами процессора, который может содержать интеллектуальное аппаратное устройство (например, процессор общего назначения, DSP, центральный процессор (ЦП), микроконтроллер, ASIC, FPGA, программируемое логическое устройство, логический компонент на дискретных компонентах или транзисторах, компонент дискретных аппаратных средств или любую их комбинацию). В некоторых случаях процессор может быть выполнен с возможностью управления массивом памяти с использованием контроллера памяти. В других случаях контроллер памяти может быть встроен в процессор. Процессор может быть выполнен с возможностью исполнения машиночитаемых команд, хранящихся в памяти, для осуществления различных функций.
Передатчик 525 может передавать сигналы, сформированные другими компонентами устройства 505. Передатчик 525 может содержать множество цепочек передачи, причем каждая цепочка передачи может включать схему для обработки цифрового сигнала для формирования РЧ-сигнала для передачи (например, модуляторы, цифро-аналоговые преобразователи, смесители, усилители). В некоторых примерах передатчик 525 может быть совмещен с приемником 510 в приемопередатчике (например, который может содержать множество цепочек приема/передачи).
На фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая способ 600, который поддерживает сверхдешевую высокоэффективную апертуру спутника в соответствии с аспектами настоящего описания. Операции способа 600 могут быть реализованы антенной системой или ее компонентами, как описано в настоящем документе. Например, операции способа 600 могут быть выполнены антенной системой, как описано со ссылкой на фиг. 1–5. В некоторых примерах антенная система может исполнять набор команд для управления функциональными элементами системы доставки сеанса связи для осуществления функций, описанных в настоящем документе. Дополнительно или альтернативно система доставки сеанса связи может выполнять аспекты функций, описанных в настоящем документе, с использованием оборудования специального назначения.In FIG. 6 is a flow diagram illustrating a
На этапе 605 антенная система может принимать один или более подготовительных сигналов от первого передатчика посредством антенного приемника. Один или более подготовительных сигналов могут содержать индикатор информации о местоположении, связанном с первым передатчиком, индикатор пользовательского луча для первого передатчика, приоритет для сообщений от первого передатчика или их комбинацию. В некоторых примерах один или более подготовительных сигналов могут быть зашифрованы (например, в соответствии с открытым ключом, связанным с пользовательским терминалом, пользовательским лучом, группой пользователей, типом терминала, типом пользователя или их комбинацией). Прием подготовительных сигналов может включать дешифровку подготовительных сигналов (например, в соответствии с закрытым ключом, соответствующим открытому ключу). Операции 605 можно выполнять в соответствии со способами, описанными в настоящем документе. В некоторых примерах аспекты операций 605 могут быть выполнены подготовительным процессором, как описано со ссылкой на фиг. 5.At 605, the antenna system may receive one or more training signals from the first transmitter via the antenna receiver. The one or more preparatory signals may comprise a location information indicator associated with the first transmitter, a user beam indicator for the first transmitter, a priority for messages from the first transmitter, or a combination thereof. In some examples, one or more preparatory signals may be encrypted (eg, according to a public key associated with a user terminal, a user beam, a user group, a terminal type, a user type, or a combination thereof). Receiving the preparation signals may include decrypting the preparation signals (eg, in accordance with the private key corresponding to the public key).
На этапе 610 антенная система может связывать время прихода, основанное на принятых одном или более подготовительных сигналах, с соответствующим антенным элементом. Операции 610 можно выполнять в соответствии со способами, описанными в настоящем документе. В некоторых примерах аспекты операций 610 могут быть выполнены подготовительным процессором, как описано со ссылкой на фиг. 5.At 610, the antenna system may associate an arrival time based on the received one or more preparatory signals with a corresponding antenna element.
На этапе 615 антенная система может принимать один или более сигналов данных от второго передатчика посредством антенного приемника. В некоторых примерах второй передатчик может быть тем же, что и первый передатчик. В других примерах второй передатчик может отличаться от первого передатчика. Операции 615 можно выполнять в соответствии со способами, описанными в настоящем документе. В некоторых примерах аспекты операций 615 могут быть выполнены процессором весовых коэффициентов луча, как описано со ссылкой на фиг. 5.At 615, the antenna system may receive one or more data signals from the second transmitter via the antenna receiver. In some examples, the second transmitter may be the same as the first transmitter. In other examples, the second transmitter may be different from the first transmitter.
На этапе 620 антенная система может объединять один или более сигналов данных в соответствии с коэффициентами, которые были определены с помощью множества антенных элементов антенной системы и их соответствующих времен прихода. Операции 620 можно выполнять в соответствии со способами, описанными в настоящем документе. В некоторых примерах аспекты операций 620 могут быть выполнены процессором весовых коэффициентов луча, как описано со ссылкой на фиг. 5.At 620, the antenna system may combine one or more data signals in accordance with coefficients that have been determined using the plurality of antenna elements of the antenna system and their respective arrival times.
Следует отметить, что способы, описанные в настоящем документе, описывают возможные варианты реализации и что порядок выполнения операций и этапов может быть изменен или сами операции и этапы могут быть модифицированы иным образом, а также что возможны другие варианты реализации. Дополнительно можно комбинировать аспекты двух или более способов.It should be noted that the methods described herein describe possible implementations and that the order of operations and steps may be changed or the operations and steps themselves may be modified in other ways, and that other implementations are possible. Additionally, aspects of two or more methods may be combined.
Информация и сигналы, описанные в настоящем документе, могут быть представлены с использованием любой из множества разных технологий и методик. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и микросхемы, которые могут упоминаться в описании, могут быть представлены напряжениями, токами, электромагнитными волнами, магнитными полями или частицами, оптическими полями или частицами или любой их комбинацией.The information and signals described herein may be represented using any of a variety of different technologies and techniques. For example, data, instructions, commands, information, signals, bits, symbols, and chips that may be referred to in the description may be represented by voltages, currents, electromagnetic waves, magnetic fields or particles, optical fields or particles, or any combination thereof.
Различные иллюстративные блоки и компоненты, описанные в связи с раскрытием в настоящем документе, могут быть реализованы или выполнены с помощью процессора общего назначения, DSP, ASIC, FPGA или другого программируемого логического устройства, логической схемы на дискретных компонентах или транзисторах, дискретных аппаратных компонентов или любой их комбинации, выполненной с возможностью выполнения функций, описанных в настоящем документе. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор или альтернативно процессор может представлять собой стандартный процессор, контроллер, микроконтроллер или машину состояний. Процессор также может быть реализован в виде комбинации вычислительных устройств (например, комбинации DSP и микропроцессора, множества микропроцессоров, одного или более микропроцессоров в сочетании с ядром DSP или любой другой подобной конфигурации).The various illustrative blocks and components described in connection with the disclosure herein may be implemented or executed by a general purpose processor, DSP, ASIC, FPGA, or other programmable logic device, discrete or transistor logic, discrete hardware components, or any their combination, configured to perform the functions described in this document. A general purpose processor may be a microprocessor, or in the alternative, the processor may be a conventional processor, controller, microcontroller, or state machine. A processor may also be implemented as a combination of computing devices (eg, a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors in combination with a DSP core, or any other similar configuration).
Описанные в настоящем документе функции могут быть реализованы в виде оборудования, программного обеспечения, исполняемого процессором, встроенного программного обеспечения или любой их комбинации. При реализации в программном обеспечении, исполняемом процессором, функции можно хранить или передавать в виде одной или более команд или кода на машиночитаемом носителе. Другие примеры и варианты реализации входят в объем описания и прилагаемой формулы изобретения. Например, благодаря характеру программного обеспечения описанные в настоящем документе функции могут быть реализованы с использованием программного обеспечения, исполняемого процессором, оборудованием, микропрограммным обеспечением, аппаратным обеспечением или любых их комбинаций. Элементы, реализующие функции, могут также быть физически расположены в различных местоположениях, включая распределенное расположение таким образом, что части функций реализованы в разных физических местоположениях.The functions described herein may be implemented in hardware, software running on a processor, firmware, or any combination thereof. When implemented in software executable by a processor, the functions may be stored or transmitted as one or more instructions or code on a computer-readable medium. Other examples and implementation options are included in the scope of the description and the attached claims. For example, due to the nature of software, the functions described herein may be implemented using software executed by a processor, hardware, firmware, hardware, or any combination thereof. Elements that implement functions may also be physically located in different locations, including a distributed location such that portions of functions are implemented in different physical locations.
В настоящем документе термин «или», который используется в списке пунктов (например, в списке пунктов, предваряемом таким выражением, как «по меньшей мере один из» или «один или более из»), указывает на включающий список, так что, например, список из по меньшей мере одного из A, B или C означает A, или B, или C, или AB, или AC, или BC, или ABC (т.е. A, и B, и C). Кроме того, в настоящем документе выражение «на основании» не следует понимать как ссылку на ограниченный набор условий. Например, иллюстративный этап, описанный как «на основе условия A», может быть основан как на условии A, так и на условии B, без отступления от объема настоящего описания. Иными словами, в настоящем документе фразу «на основе» следует толковать таким же образом, как фразу «по меньшей мере частично на основе».In this document, the term "or" that is used in a list of items (for example, in a list of items preceded by an expression such as "at least one of" or "one or more of") indicates an inclusive list, so that, for example , a list of at least one of A, B, or C means A, or B, or C, or AB, or AC, or BC, or ABC (ie, A, and B, and C). In addition, in this document, the expression "based on" should not be understood as a reference to a limited set of conditions. For example, an illustrative step described as "based on condition A" may be based on both condition A and condition B without departing from the scope of the present description. In other words, in this document, the phrase "based on" should be interpreted in the same way as the phrase "at least partially based on".
На прилагаемых фигурах аналогичные компоненты или элементы могут иметь одинаковые ссылочные обозначения. Кроме того, различные компоненты одного и того же типа можно различать с помощью ссылочного обозначения в виде пунктирной линии и второго обозначения, которое отличается от аналогичных компонентов. Если в описании используют просто первое ссылочное обозначение, описание применимо к любому из аналогичных компонентов, имеющих одно и то же ссылочное обозначение, независимо от второго ссылочного обозначения.In the accompanying figures, like components or elements may have the same reference designations. In addition, different components of the same type can be distinguished by a dotted line reference symbol and a second symbol that is different from like components. If the description simply uses the first reference numeral, the description applies to any of the like components having the same reference numeral, regardless of the second reference numeral.
Описание, изложенное в настоящем документе в связи с прилагаемыми чертежами, описывает пример конфигураций и не представляет все примеры, которые могут быть реализованы или которые входят в объем формулы изобретения. В настоящем документе термин «пример» означает «служащий примером, образцом или иллюстрацией», а не «предпочтительный» или «преимущественный по отношению к другим вариантам осуществления». Подробное описание включает в себя конкретные детали для обеспечения полного понимания описанных методик. Однако эти методики могут быть реализованы без этих конкретных деталей. В некоторых случаях хорошо известные структуры и устройства показаны в виде блок-схемы для лучшей иллюстрации идей описанных примеров.The description set forth herein in connection with the accompanying drawings describes example configurations and does not represent all examples that may be implemented or that fall within the scope of the claims. As used herein, the term "example" means "serving as an example, exemplary, or illustrative" and not "preferred" or "overriding other embodiments." The detailed description includes specific details to provide a thorough understanding of the described techniques. However, these techniques may be implemented without these specific details. In some instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form to better illustrate the ideas of the described examples.
Описание в настоящем документе предоставлено, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники воссоздать или использовать описание. Различные модификации описания будут очевидны специалистам в данной области, и общие принципы, определенные в настоящем документе, можно применять к другим вариантам, не выходя за рамки объема описания. Таким образом, описание не ограничивается примерами и конструкциями, описанными в настоящем документе, а должно рассматриваться в самом широком объеме в соответствии с принципами и новыми признаками, описанными в настоящем документе. The description in this document is provided to enable a person skilled in the art to recreate or use the description. Various modifications to the description will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other variations without departing from the scope of the description. Thus, the description is not limited to the examples and designs described herein, but should be considered in the broadest scope in accordance with the principles and new features described in this document.
Claims (62)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/804,476 | 2019-02-12 | ||
| US62/808,554 | 2019-02-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021126346A RU2021126346A (en) | 2023-03-09 |
| RU2796248C2 true RU2796248C2 (en) | 2023-05-18 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509399C1 (en) * | 2012-07-05 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Multibeam antenna array for satellite communication system |
| RU188184U1 (en) * | 2018-07-17 | 2019-04-02 | Руслан Варисович Шаймарданов | Wide Range Antenna for Satellite Navigation System (GNSS) |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509399C1 (en) * | 2012-07-05 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Multibeam antenna array for satellite communication system |
| RU188184U1 (en) * | 2018-07-17 | 2019-04-02 | Руслан Варисович Шаймарданов | Wide Range Antenna for Satellite Navigation System (GNSS) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108292949B (en) | Apparatus for forming multiple simultaneous communication signals | |
| US10312984B2 (en) | Distributed airborne beamforming system | |
| US10530429B2 (en) | Process and apparatus for communicating with a user antenna | |
| US6781555B2 (en) | Multi-beam antenna communication system and method | |
| JP7411321B2 (en) | Rapid satellite acquisition scheme | |
| CN107431528B (en) | Method for increasing data transfer rate | |
| JP6306140B2 (en) | Correction of non-ideal surfaces of reflectors in satellite communication systems. | |
| WO2016139467A1 (en) | Means of improving data transfer | |
| Tuzi et al. | Satellite swarm-based antenna arrays for 6G direct-to-cell connectivity | |
| GB2536017A (en) | Generation and use of similar multiple beams | |
| US20230412252A1 (en) | Multi-static synthetic aperture radar using low earth orbit collection | |
| AU2020476712A9 (en) | Multi-static synthetic aperture radar using low earth orbit collection | |
| JPH10256974A (en) | Satellite communication system for mobile object | |
| US12027760B2 (en) | Ultra-low cost high performance satellite aperture | |
| RU2796248C2 (en) | Ultra-cheap high-performance satellite aperture | |
| KR102721477B1 (en) | Ultra-low-cost, high-performance satellite aperture | |
| US20240356205A1 (en) | Ultra-low cost high performance satellite aperture | |
| Budianu et al. | Antenna architecture of a nano-satellite for radio astronomy | |
| US20210313687A1 (en) | Radio transceiver with antenna array formed by horn-antenna elements | |
| Ilcev | Architecture and Characteristics of Antenna Systems onboard Inmarsat Spacecraft for Mobile Satellite Communications | |
| Albagory et al. | Switched-Beam Antennas For Stratospheric Platform Mobile Communications | |
| Nofal et al. | Performance and feasibility of different switched-beam antennas for the stratospheric platform mobile communications covering newly developing regions | |
| Stirland et al. | Mobile antenna developments in EADS Astrium |