(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を持つアンテナ用の装置であって、前記アンテナは、１または複数のビームを含む放射パターンを提供し、
前記装置は、
同じビームの複数の他のコンポーネント信号に対する位相関係および振幅関係を有するビームの各コンポーネント信号を提供するべく、それぞれのビームフォーミングウェイトで前記１または複数のビームに対応する複数のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けするためのデジタルビーム形成器と、
複数のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号をアナログからデジタル形式に変換するための変換器、およびデジタル信号を、前記デジタルビーム形成器に提供するための複数の前記アンテナ素子信号において存在する複数のコンポーネント信号へと逆多重化するためのデマルチプレクサ、または
多数のアンテナ素子信号を形成するための、前記ビーム形成器からの複数のビームフォーミングされたコンポーネント信号を前記多数のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号へと多重化するためのマルチプレクサ、および前記コンポジット信号をデジタルからアナログ形式に変換するための変換器、を有する処理装置と、を備え、
前記装置は、同じ周波数チャネルに関連し、前記処理装置において発生する前記同じビームに関する複数のコンポーネント信号の間の複数の位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを補償するための補償手段を更に備え、
所定のコンポーネント信号について、前記補償手段は、各補償複素ウェイトが前記処理装置内のコンポーネントによって導入された相対歪に対応する、複数の補償複素ウェイトを決定し、最終補償ウェイトを決定するべく、前記複数の補償複素ウェイトを互いに乗じ、前記コンポーネント信号に前記最終補償ウェイトを乗じることによって、前記コンポーネントによって導入された相対歪を補償する、装置。
【請求項２】
前記補償手段は、前記デジタルビーム形成器において提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記デジタルビーム形成器は、前記複数のコンポーネント信号の位相および振幅のうち少なくとも１つを調節するための複数のアジャスタを有し、各アジャスタは、ビーム形成ウェイトおよび補償ウェイトに対応するそれぞれのコンポーネント信号にウェイトを適用し、前記補償ウェイトは、前記処理装置において発生する位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを、同じビームについて複数の他のコンポーネント信号に対して補償するように選択される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記補償手段は、前記処理装置における前記ビーム形成器とは別々に提供され、前記補償手段は、前記複数のコンポーネント信号の位相および振幅のうち少なくとも１つを調節するための複数のアジャスタを有し、各アジャスタは、前記処理装置において発生する位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを、同じビームについて複数の他のコンポーネント信号に対して補償するように選択されたそれぞれのコンポーネント信号に補償ウェイトを適用する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記補償ウェイトは複素数であり、複数の前記アジャスタは、虚数乗法を実行することによって、それらの複数のそれぞれのコンポーネント信号を調節する、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、受信システムを備え、
前記処理装置が、
複数の周波数変換器であって、各周波数変換器が、アンテナ素子に関連し、そのアンテナ素子に関連しているアンテナ素子信号を中間周波数帯域に周波数変換し、前記複数の周波数変換器は、多数のグループにグループ化され、各グループにおける各周波数変換器は、そのアンテナ素子信号を異なる周波数帯域に周波数変換する、複数の周波数変換器と、
複数のコンバイナであって、各コンバイナが周波数変換器のグループに関連しており、複数の前記異なる周波数帯域における複数の前記アンテナ素子信号をコンポジット信号に合成する、複数のコンバイナと、
複数のアナログ・デジタル変換器であって、各アナログ・デジタル変換器が異なるコンポジット信号をデジタル形式に変換する、複数のアナログ・デジタル変換器と、
複数の変換された前記信号を逆多重化するための複数のデマルチプレクサと、を有する、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記補償手段は、前記デマルチプレクサにおける位相歪を補償し、コンポーネント信号が前記デマルチプレクサにおいてダウンコンバートされる中間周波数帯域に基づいて決定される補償を更に適用する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記補償手段は、前記アナログ・デジタル変換器において生成される位相歪を補償し、前記補償手段は、更に、前記複数のアナログ・デジタル変換器のうち複数の他のアナログ・デジタル変換器の複数のサンプリングクロックの複数のクロックエッジのタイミングに対する、前記アナログ・デジタル変換器のサンプリングクロックのクロックエッジのタイミングに基づいて決定される補償を適用する、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は、送信モジュールを備え、前記処理装置が、
複数のビームフォーミングされたコンポーネント信号を多重化するための複数のマルチプレクサであって、各マルチプレクサが多数のアンテナ素子信号を形成するための複数のビームフォーミングされたコンポーネント信号を、複数の異なる中間周波数帯域において前記多数のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号へと多重化する、複数のマルチプレクサと、
複数のデジタル・アナログ変換器であって、各デジタル・アナログ変換器が異なるコンポジット信号をアナログ形式へと変換する、複数のデジタル・アナログ変換器と、
各デジタル・アナログ変換信号を、複数の前記異なる中間周波数帯域における前記デジタル・アナログ変換信号において存在する複数の前記アンテナ素子信号へと分割するための複数のスプリッタと、
複数の周波数変換器であって、各周波数変換器が、別個のアンテナ素子に関連し、アンテナ素子信号を、複数の前記周波数帯域のうち１つから、それらがそれぞれのアンテナ素子によって送信される周波数に周波数変換する、複数の周波数変換器と、を有する、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記補償手段は、前記マルチプレクサによって位相歪を補償し、コンポーネント信号が前記マルチプレクサにおいてアップコンバートされる中間周波数帯域に基づいて決定される補償を更に適用する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記補償手段は、前記デジタル・アナログ変換器において生成される位相歪を補償し、前記補償手段は、前記複数のデジタル・アナログ変換器の複数の他のデジタル・アナログ変換器の複数のサンプリングクロックの複数のクロックエッジのタイミングに対し、前記デジタル・アナログ変換器のサンプリングクロックのクロックエッジのタイミングに基づいて決定される補償を更に適用する、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
複数のアンテナ素子を持つアンテナと共に使用するための方法であって、前記アンテナは、１または複数のビームを含む放射パターンを提供し、
位相関係および振幅関係を有するビームの各コンポーネント信号を、同じ前記ビームの複数の他のコンポーネント信号に提供するべく、それぞれのビームフォーミングウェイトで前記１または複数のビームに対応する複数のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けする段階と、
処理装置を使用して、
複数のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号をアナログからデジタル形式に変換し、前記複数のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けする段階の前に、デジタル信号を複数の前記アンテナ素子信号において存在する複数のコンポーネント信号へと逆多重化する段階、または
多数のアンテナ素子信号を形成するための、デジタル方式で重み付けされた複数の前記コンポーネント信号を、前記多数のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号へと多重化し、前記コンポジット信号をデジタルからアナログ形式に変換する段階と、を備え、
前記方法は、
同じ周波数チャネルに関連し、複数のコンポーネント信号の変換、多重化または逆多重化の間に発生する同じビームに関する複数の前記コンポーネント信号の間における位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを補償する段階であって、それぞれが前記処理装置におけるコンポーネントによって導入された相対歪に対応する所定のコンポーネント信号について複数の補償複素ウェイトを決定し、最終補償ウェイトを決定するべく前記複数の補償複素ウェイトを互いに乗じ、前記コンポーネントによって導入された相対歪を補償するために前記コンポーネント信号に前記最終補償ウェイトを乗じることにより、前記位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを補償する段階、を更に備える、方法。
【請求項１３】
複数の前記コンポーネント信号をデジタル方式で重み付けする前記段階は、
ビーム形成ウェイトおよび補償ウェイトに対応するそれぞれのコンポーネント信号にウェイトを適用することによって、複数の前記コンポーネント信号の位相および振幅のうち少なくとも１つを調節する段階を有し、
前記補償ウェイトは、同じビームの複数の他のコンポーネント信号に対して、複数の前記コンポーネント信号の変換および多重化もしくは逆多重化の間に発生する位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを補償するように選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記コンポジット信号をアナログからデジタル形式に変換する段階、および複数の前記コンポーネント信号をデジタル方式で重み付けする前に前記デジタル信号を複数の前記コンポーネント信号へと逆多重化する段階を備え、
アンテナ素子信号のグループ内の複数の異なるアンテナ素子信号を複数の異なる中間周波数帯域に周波数変換する段階と、
アナログからデジタル形式に変換される前記コンポジット信号を取得するべく、前記複数の異なる中間周波数帯域における複数の前記アンテナ素子信号を合成する段階と、を更に備える、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数のデジタル方式で重み付されたコンポーネント信号を前記コンポジット信号へと多重化する段階および前記コンポジット信号をデジタルからアナログ形式に変換する段階を備え、
前記コンポジット信号に含まれる前記多数のアンテナ素子信号は、複数の異なる中間周波数帯域であり、
前記デジタルからアナログ変換された信号を前記複数の異なる中間周波数帯域における前記デジタルからアナログ変換された信号において存在する複数のアンテナ素子信号へと分割する段階と、
複数の前記アンテナ素子信号の各１つを、前記中間周波数帯域から前記複数のアンテナ素子信号のうち前記１つがそれぞれのアンテナ素子によって送信される周波数に周波数変換する段階と、を更に備える、請求項１２または１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理に関し、特に、複数の信号のアナログとデジタル領域との間の変換および複数のデジタル信号のビーム形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の商業用通信衛星システムにおいて、大きな視野をカバーする複数の同時ビームを生成することが、頻繁に望まれる。
【０００３】
複数の同時ビームを生成するべく、複数の衛星には、デジタルビーム形成器および多数のアンテナ素子を有するアンテナが備えられ得、アンテナ素子の信号は、複数のビームの生成を可能にする、ビーム形成器で複素重みによって乗じられ、複数の他のアンテナ素子の複数のアンテナ素子信号に対する位相および振幅関係をそれに与える。受信モードにおいて、複数のアンテナ素子で受信された複数の信号は、それらがビーム形成され得る前に増幅され、ダウンコンバートされ、デジタル化される必要があるであろう。送信モードにおいて、複数のビーム形成された信号は、それらが複数のアンテナ素子によって送信され得る前に、アナログ形式に変換され、送信周波数にアップコンバートされ、増幅される必要があるであろう。複数のビームにおけるノイズが減少されるためには、複数の異なるビームに対応する複数の異なるアンテナ素子信号コンポーネントの間の相対的な位相および振幅関係が、複数のアンテナ素子とビーム形成器との間で維持されることが重要である。
【０００４】
多数の狭い帯域幅の信号の処理が並行して処理される複数のシステムにおいて、同一のまたは同様の複数のコンポーネントを持つ多数の処理チェーンが頻繁に使用される。複数の信号がアナログからデジタル領域またはデジタル領域からアナログ領域に変換される必要がある場合、各チェーンは、通常、低帯域幅のアナログ・デジタル変換器または低帯域幅のデジタル・ツー・アナログ変換器を含むであろう。近年、複数のより高い帯域幅の変換器が、多数のそれらのチェーンに対応する複数の信号から形成される複数のコンポジット信号を変換するために使用されてきており、複数の変換された信号は次に、変換後の更なる処理のために再度複数の信号コンポーネントに分割され得る。多数の処理チェーンの間でＡＤＣまたはＤＡＣを共有することによって、必要とされる複数の変換器の全体的な数は減少する。本発明は、この状況において作成された。
【発明の概要】
【０００５】
本発明に従って、複数のアンテナ素子を持つアンテナ用の装置が提供され、アンテナは、１または複数のビームを含む放射パターンを提供し、当該装置は、同じビームの複数の他のコンポーネント信号に対して位相関係および振幅関係を持つ、ビームの各コンポーネント信号を提供するべく、それぞれのビームフォーミングウェイトで１または複数のビームに対応する複数のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けするためのデジタルビーム形成器と、複数の周波数積層アンテナ素子信号を有するコンポジット信号を、アナログからデジタル形式に変換するための変換器と、デジタル信号を、デジタルビーム形成器に提供するための複数の上記アンテナ素子信号において存在する複数のコンポーネント信号に逆多重化するためのデマルチプレクサ、または、多数のアンテナ素子信号を形成するための、複数のビームフォーミングされたコンポーネント信号をビーム形成器から周波数において互いに積層された上記多数のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号に多重化するためのマルチプレクサと、コンポジット信号をアナログ形式に変換するための変換器とを有する処理装置と、を備え、当該システムは、更に、位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを、同じ周波数チャネルに関連し、処理装置で発生する同じビームに関する複数のコンポーネント信号の間で補償するため補償手段を備え、所定のコンポーネント信号について、補償手段は、それぞれが処理装置内のコンポーネントによって導入される相対歪に対応する複数の補償複素ウェイトを決定し、コンポーネント信号を重み付けするための最終補償ウェイトを決定するべく複数の補償複素ウェイトを乗じるように構成されている。補償手段は、上記デジタルビーム形成器において備えられ得る。 
【０００６】
デジタルビーム形成器は、複数のコンポーネント信号の位相および振幅のうち少なくとも１つを調節するための複数のアジャスタを有し得、各アジャスタは、ビーム形成ウェイトおよび補償ウェイトに対応するそれぞれのコンポーネント信号にウェイトを適用するように構成されており、補償ウェイトは、処理装置で発生する位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを、同じビームについて複数の他のコンポーネント信号に対して補償するように選択されている。
【０００７】
補償手段は、上記処理装置における上記ビーム形成器とは別々に提供され得、複数のコンポーネント信号の位相および振幅のうち少なくとも１つを調節するためのアジャスタを有し得、各アジャスタは、処理装置で発生する位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを、同じビームについて複数の他のコンポーネント信号に対して補償するように選択されたそれぞれのコンポーネント信号に対して補償ウェイトを適用するように構成されている。
【０００８】
補償ウェイトは、複素数であり得、上記アジャスタは、虚数乗法を実行することによってそれらのそれぞれのコンポーネント信号を調節するように構成され得る。
【０００９】
当該装置は、受信システムを備えることが可能であり、上記処理装置は、複数の周波数変換器であって、各周波数変換器がアンテナ素子に関連しており、そのアンテナ素子に関連しているアンテナ素子信号を、中間周波数帯域に周波数変換するように構成されており、上記複数の周波数変換器は多数のグループにグループ分けされ、各グループの各周波数変換器は、そのアンテナ素子信号を異なる周波数帯域に周波数変換するように構成されている、複数の周波数変換器と、複数のコンバイナであって、各コンバイナが複数の周波数変換器のグループに関連し、複数の上記異なる周波数帯域における複数のアンテナ素子信号をコンポジット信号に合成するように構成されている、複数のコンバイナと、複数のアナログ・デジタル変換器であって、各アナログ・デジタル変換器が、異なるコンポジット信号をデジタル形式に変換するように構成されている複数のアナログ・デジタル変換器と、複数の変換された信号を逆多重化するための複数のデマルチプレクサと、を有し得る。
【００１０】
補償手段は、デマルチプレクサにおいて位相歪を補償するように構成され得、コンポーネント信号がデマルチプレクサにおいてダウンコンバートされる中間周波数帯域に基づいて決定される補償を適用するように更に構成され得る。
【００１１】
補償手段は、アナログ・デジタル変換器で生成される位相歪を補償するように構成され得、補償手段は、複数のアナログ・デジタル変換器の複数の他のアナログ・デジタル変換器の複数のサンプリングクロックの複数のクロックエッジのタイミングに対するアナログ・デジタル変換器のサンプリングクロックのクロックエッジのタイミングに基づいて決定される補償を適用するように更に構成され得る。
【００１２】
装置は、送信モジュールを備えることが可能であって、処理装置は、複数のビームフォーミングされたコンポーネント信号を多重化するための複数のマルチプレクサであって、各マルチプレクサが、多数のアンテナ素子信号を、複数の異なる中間周波数帯域において互いに積層された上記多数のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号に形成するための、複数のビームフォーミングされたコンポーネント信号を多重化するように構成されている、複数のマルチプレクサと、各デジタル・アナログ変換器が、異なるコンポジット信号をアナログ形式に変換するように構成されている、複数のデジタル・アナログ変換器と、各デジタル・アナログ変換信号を、複数の異なる中間周波数帯域における上記デジタル・アナログ変換信号において存在する複数のアンテナ素子信号に分割するための複数のスプリッタと、複数の周波数変換器であって、各周波数変換器が、別個のアンテナ素子に関連しており、アンテナ素子信号を複数の上記周波数帯域のうち１つから、それらがそれぞれのアンテナ素子によって送信されるであろう周波数へと周波数変換するように構成されている、複数の周波数変換器と、を有し得る。
【００１３】
補償手段は、マルチプレクサによって位相歪を補償するように構成され得、コンポーネント信号がマルチプレクサにおいてアップコンバートされる中間周波数帯域に基づいて決定される補償を適用するように更に構成され得る。
【００１４】
補償手段は、デジタル・アナログ変換器において生成される位相歪を補償するように構成され得、複数のデジタル・アナログ変換器のうち複数の他のデジタル・アナログ変換器の複数のサンプリングクロックの複数のクロックエッジのタイミングに対する、デジタル・アナログ変換器のサンプリングクロックのクロックエッジのタイミングに基づいて決定された補償を適用するように更に構成され得る。
【００１５】
本発明に従って、複数のアンテナ素子を持ち、１または複数のビームを含む放射パターンを提供するアンテナと共に使用するための方法もまた提供され、当該方法は、同じビームの複数の他のコンポーネント信号に対して位相関係および振幅関係を持つビームの各コンポーネント信号を提供するべく、それぞれのビームフォーミングウェイトで、１または複数のビームに対応する複数のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けする段階と、複数の積層されたアンテナ素子信号を有するコンポジット信号をアナログからデジタル形式に変換し、デジタル信号を、複数のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けする前に、複数の上記アンテナ素子信号において存在する複数のコンポーネント信号へと逆多重化する処理装置を使用する段階、または多数のアンテナ素子信号を形成するための、複数のデジタル方式で重み付けされたコンポーネント信号を、周波数において互いに積層された上記多数のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号へと多重化し、コンポジット信号をデジタルからアナログ形式に変換する処理装置を使用する段階と、を備え、当該方法は、同じ周波数チャネルに関連し、複数のコンポーネント信号の変換および多重化もしくは逆多重化の間に発生する同じビームに関する複数のコンポーネント信号の間における位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを、所定のコンポーネント信号について、それぞれが、処理装置におけるコンポーネントによって導入される相対歪に対応する複数の補償複素ウェイトを決定し、コンポーネント信号を重み付けする最終補償ウェイトを決定するべく複数の補償複素ウェイトを乗じることによって補償する段階と、を更に備える。
【００１６】
複数のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けする段階は、複数のコンポーネント信号の位相および振幅のうち少なくとも１つを、ビーム形成ウェイトおよび補償ウェイトに対応するそれぞれのコンポーネント信号にウェイトを適用することによって調節する段階を備えることが可能であって、補償ウェイトは、複数のコンポーネント信号の変換および多重化もしくは逆多重化の間に発生する位相および振幅の歪のうち少なくとも１つを、同じビームについて複数の他のコンポーネント信号に対して補償するように選択され得る。
【００１７】
当該方法が、コンポジット信号をアナログからデジタル形式に変換する段階、および複数のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けする段階の前に、デジタル信号を複数のコンポーネント信号へと逆多重化する段階を備える複数の実施形態において、当該方法は、複数のアンテナ素子信号のグループ内において複数の異なるアンテナ素子信号を複数の異なる中間周波数帯域へと周波数変換する段階と、アナログからデジタル形式へと変換されるべきコンポジット信号を取得するべく、複数の上記異なる周波数帯域における複数のアンテナ素子信号を合成する段階と、を更に備えることが可能である。当該方法が、複数のデジタル方式で重み付されたコンポーネント信号をコンポジット信号へと多重化する段階およびコンポジット信号をデジタルからアナログ形式に変換する段階を備える複数の実施形態において、コンポジット信号に含まれる多数のアンテナ素子信号は、複数の異なる中間周波数帯域において互いに積層され得、当該方法は、更に、デジタル・アナログ変換信号を、複数の異なる中間周波数帯域における上記デジタル・アナログ変換信号において存在する複数のアンテナ素子信号へと分割する段階と、上記中間周波数帯域における複数の上記アンテナ素子信号の各１つを、上記複数のアンテナ素子信号のうち１つが、それぞれのアンテナ素子によって送信されるであろう周波数に周波数変換する段階と、を備えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明の複数の実施形態がここで、複数の添付の図面を参照して、例として記載されるであろう。
【図１】衛星アンテナシステムの概略図である。
【００１９】
【図２】複数のビームを形成するための衛星の受信モジュールの概略図である。
【００２０】
【図３】複数のビームを形成するための衛星の送信モジュールの概略図である。
【００２１】
【図４】複数のビームの複数のコンポーネント信号の、それらが衛星で処理されるときの複数の周波数変換を示す。
【００２２】
【図５】複数の異なるアナログ・デジタル変換器の複数の異なるサンプリングクロック信号のタイミングを示す。
【００２３】
【図６】本発明のいくつかの実施形態に従う受信モジュールのビーム形成器の複数のコンポーネントの概略図である。
【００２４】
【図７】本発明のいくつかの実施形態に従う送信モジュールのビーム形成器の複数のコンポーネントの概略図である。
【図８】図２の受信モジュールによって実行される方法を示すフローチャートである。
【図９】図３の送信モジュールによって実行される方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１を参照すると、衛星通信システム１は、ある領域において複数の通信スポットビーム３を生成するように構成された衛星２を備えることが示されている。衛星２は、グローバルなエリアに及ぶ受信可能範囲を提供する静止衛星であってよい。衛星２は、複数のビーム３の受信可能範囲エリアに配置された複数のユーザデバイス４と通信してよい。衛星２は、複数の地上局５と更に通信し、複数のゲートウェイおよび複数の制御局を提供してよい。衛星２は、衛星２を操作するために上記複数の地上局５から複数の制御信号を受信してよい。衛星２は、上記複数の通信ビーム３において送信されるべき情報を更に受信してよく、または上記複数の情報ビーム３で受信された情報を複数の地上局５へ送信してよい。複数の通信ビーム３は、複数のビーム形成技術を用いて生成されてよい。複数の異なる地上局は、複数の異なるビームに関与してよい。
【００２６】
複数の通信ビームを受信し送信するための受信および送信モジュールが、これから図２および図３に関して記載されるであろう。図２を参照し、受信モジュール６は、アップリンク（ｕｐｌｉｎｋ）において複数の信号を受信するための２次元マトリクスにおいて配置された複数のアンテナ素子８を有する受信位相配列アンテナ７を備える。明確にするため、９個のアンテナ素子のみが図２に示されるが、アンテナ７は、多数の素子を有してよいことは、理解されるであろう。アンテナは、位相直接放射配列（ＤＲＡ）または画像化放射配列（ＩＲＡ）であってよい。受信モジュールは、複数の増幅器９、周波数変換器１０、コンバイナ１１、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１２および周波数デマルチプレクサ１３を有する処理装置を更に備える。加えて、受信モジュール６は、ビーム形成器１４を有する。
【００２７】
各アンテナ素子８は、複数の通信周波数チャネルのセットに及ぶ１または複数のキャリアに対応する複数のコンポーネント信号を有する信号を受信する。複数のキャリアの複数の異なるコンポーネントが、複数の異なるアンテナ素子によって受信される。複数の増幅器９は、複数の受信されたアンテナ素子信号を増幅させるための複数の低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）を有してよい。
【００２８】
各増幅信号が、次に、複数の増幅信号をダウンコンバートするためのそれぞれの周波数変換器１０に対して提供される。複数の周波数変換器は、複数のグループにグループ化され、各グループは、その独自のコンバイナ１１およびＡＤＣ１２に関連する。図２において、各ブロードバンドＡＤＣ１２は、３つの別個のアンテナ素子について複数のアンテナ素子信号を処理する。しかしながら、これは、単に例であって、各ＡＤＣ１２によってデジタル化されたアンテナ素子信号の数は、実装に依存することは理解されるであろう。それぞれの周波数変換器１０は、その複数の受信した信号を、同じグループの複数の他の周波数変換器の複数の出力信号の周波数を考慮して変換する。各周波数変換器１０は、同じ周波数で信号を受信するが、それら信号は、複数の重複しない中間周波数帯域において複数の周波数変換器から出力される。言い換えれば、複数の周波数変換器のグループによって処理される複数の信号は、互いに周波数においてスタックされる。その結果として、異なる周波数の局所振動信号が、グループ内の各周波数変換器１０に提供される。複数の積層された周波数チャネルは、次に、コンバイナ１１において合計され、デジタル領域への変換のためのコンポジットブロードバンド信号としてＡＤＣ１２に提供される。
【００２９】
その結果として、アンテナ素子信号毎に１つのＡＤＣを使用する代わりに、より少ない数のブロードバンドＡＤＣ１２が使用され得、各ＡＤＣが多数のアンテナ素子信号を同時に変換する。各ＡＤＣ１２の出力は、変換された信号を多数のコンポーネント信号へと分離するデマルチプレクサ１３に提供される。各コンポーネント信号は、受信されたアンテナ素子信号において異なる周波数通信チャネルに対応してよい。言い換えれば、通信周波数チャネルのセットに対応するコンポーネント信号のセットが、アンテナ素子８毎に提供される。デマルチプレクサは、また、複数のコンポーネント信号の周波数を、複数の信号がビーム形成器１４において処理され得るベースバンドまたは他の共通周波数へと変換する。デマルチプレクサ１３は、多相フィルタを有してよい。しかしながら、これは単に例であって、チャネル毎のフィルタおよび多段階ハーフバンクフィルタに基づくもの等、任意の適切なデマルチプレクサが使用され得ることが、明確に理解されるであろう。
【００３０】
複数の異なる受信アンテナ素子からの同じ通信周波数チャネルに対応する複数の逆多重化コンポーネント信号の複数のセットが、ルーティングと複数のビームを形成する複数のビームウェイトの適用とのためにビーム形成器１４に提供される。いくつかの実施形態において、２またはそれより多くのビームが、同じ周波数チャネル（周波数再利用）を共有してよく、そのような複数の実施形態において、周波数再使用チャンネル信号は、ビーム形成位相および／または振幅アジャスタ３３が複数の異なるビームに関する複数のコンポーネント信号を調節してよいように、ビーム毎に複製され得る。各ビームについて複数の重み付けされたコンポーネント信号が、次に、合成多相フィルタの前に合計される。複数のビーム信号が、複数の重み付けされたコンポーネント信号から形成された場合、それらは、地上局送信モジュールを使用して地上局５に送信されてよい。例えば、地上局との通信用の送信アンテナは、ビームアンテナ毎に単一のフィードを含んでよい。代替的に、複数の異なる受信アンテナ素子からの同じ通信周波数チャネルに対応する複数の逆多重化コンポーネント信号の複数のセットは、複数のビームを形成する複数のビームウェイトの適用が実行される地上の機器に転送され得る。
【００３１】
複数の信号をルーティングし、複数のビームを形成する複数のビームウェイトを適用することに加えて、ビーム形成器は、また、以下においてより詳細に記載されるように、位相および振幅の歪を複数のコンポーネント信号に適用してよく、アンテナ素子８とビーム形成器１４との間の複数の経路において導入される同じ通信周波数チャネルおよび同じビームに対応する複数のコンポーネント信号間の位相および／または振幅における任意の相対歪を補償してよい。図３を参照し、複数のユーザデバイス用の複数の通信ビーム３を生成するための衛星２の送信モジュール１５は、ビーム形成器１６、および周波数マルチプレクサ１７、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１８、スプリッタ１９、周波数変換器２０および増幅器２１を有する処理装置を備える。送信モジュール１５は、また、複数のダウンリンク信号を送信するために２次元マトリクスをなす複数のアンテナ素子２３を有する送信位相配列アンテナ２２も備える。明確にするため、９個のアンテナ素子のみが図３に示されるが、アンテナ２２は多数の素子２３を有してよいことは理解されるであろう。アンテナは、位相直接放射配列または画像化放射配列であってよい。ベースバンドまたは複数の異なるビームに対応する他の共通周波数を中心とした１または複数の信号が、ビーム形成器１６に提供される。これらの信号は、１または複数のアンテナ素子から複数の信号を受信し、複数の受信された信号をアナログ領域からデジタル領域に変換し、複数のコンポーネント信号をベースバンドまたは他の共通周波数に周波数逆多重化しダウンコンバートする、図２に示されるもの等の機器によって提供され得る。複数のコンポーネント信号は、例えば、ビームアンテナ毎に単一のフィードを有する地上局受信モジュールを使用して複数の地上局から受信されていてもよい。ビーム形成器１６は、ベースバンドまたは他の共通周波数で複数の受信されたコンポーネント信号からの複数の異なるアンテナ素子２３のための複数のビーム信号コンポーネントを、アンテナ素子の数の回数分、各コンポーネント信号を複製し、それらに複数のビームウェイトを適用することによって生成し、複数のビーム信号コンポーネントを各マルチプレクサ１７に送信する。
【００３２】
具体的に、ビーム形成器１６は、複数のアンテナ素子２３によって送信される場合、複数のビームが複数の望まれる位置に方向付けられるように、複数の信号をルーティングし、複数のビームウェイトを複数の異なるビーム信号コンポーネントに適用する。ここで、複数のビーム信号コンポーネントは、複数のアンテナ素子２３によって送信されることになるビーム形成器１６によって出力された複数の信号を指す。各ビーム信号コンポーネントは、複数のアンテナ素子２３のうち所定の１つを対象とした、そのアンテナ素子によってビーム信号として送信されることになる信号である。ビーム形成器１６からの複数の重み付けされたビーム信号コンポーネントは、マルチプレクサ１７において周波数多重化され、ＤＡＣ１８によってアナログ領域へと変換される。ＤＡＣに関連付けられた各マルチプレクサが、多数のアンテナ素子について複数のアンテナ素子信号を一緒に周波数多重化する。図３において、各ＤＡＣは、３つの別個のアンテナ素子について複数のアンテナ素子信号を処理するが、ＤＡＣ毎のアンテナ素子の数は、正確な実装に依存することは理解されるであろう。複数の重み付けされたビーム信号コンポーネントは、コンポーネント信号がそれにより送信されるであろうアンテナ素子２３に関連付けられたマルチプレクサ１７およびＤＡＣ１８にルーティングされる。同じアンテナ素子によって送信されるべき複数のビーム信号コンポーネントは、それらがダウンリンクにおいて送信される場合におそらく有する関係と互いに同じ関係で周波数マルチプレクサにおいて周波数積層される。さらに、特定のＤＡＣに関連している複数のアンテナ素子信号のアンテナ素子信号を形成する複数のコンポーネント信号の各セットは、異なる重複しない周波数チャネルでそのＤＡＣに関連している複数の他のアンテナ素子信号の他の複数のセットに提供される。周波数積層は、各ＤＡＣが１より多くのアンテナ素子信号をアナログ領域に同時に変換している状態で、ブロードバンドのＤＡＣの数を減らすようにすることにより実行される。マルチプレクサ１７は、合成多相フィルタであってよい。しかしながら、これは、単に１つの例であり、チャネル毎フィルタおよび多段階ハーフバンクフィルタに基づくもの等、任意の適切なマルチプレクサが使用され得ることは、理解されるであろう。コンポジット信号がアナログ領域へと変換された後、それは、複数の変換された信号を複数のコンポジット信号に存在する複数の別個のアンテナ素子信号へと分割するスプリッタ１９に提供される。各アンテナ素子信号は、異なる周波数帯域のものであろう。周波数変換器２０は、従って、複数の信号を、それらが送信されるであろう周波数と同じ周波数にアップコンバートするために提供される。
【００３３】
その結果として、複数の周波数変換器のグループが、ＤＡＣ１８およびスプリッタ１９に関連付けられ、各グループの各周波数変換器２０が、異なる周波数の局所振動信号を使用して動作する。複数のアップコンバートされた信号は、次に、それらが複数のアンテナ素子２３によって送信される前に、増幅のために増幅器２１に提供される。複数の増幅器は、高電力増幅器（ＨＰＡ）を有してよい。
【００３４】
複数の信号をルーティングし、複数のビームを形成する複数のビームウェイトを適用することに加えて、ビーム形成器１６は、また、以下においてより詳細に記載されるように、同じ通信周波数チャネルおよび複数のアンテナ素子２３とビーム形成器１６との間の複数の経路において導入される同じビームに対応する複数のコンポーネント信号の間の位相および／または振幅における任意の相対歪を補償するべく、複数のコンポーネント信号に位相および振幅の予歪を適用してもよい。
【００３５】
受信モジュール６および送信モジュール１５は別々に記載されたものの、それらのモジュールの複数のコンポーネントのいくつかは、受信モードおよび送信モードの両方を有してよく、受信モジュールおよび送信モジュールの両方において使用されてよいことが理解されるであろう。その結果として、図２に関して受信モジュールに属しているものとして記載された複数のコンポーネントのいくつかは、図３に関して記載された送信モジュールの一部を形成してもよく、その逆もまた同様である。例えば、位相配列アンテナは、受信モードおよび送信モードの両方を有してよく、複数の同じアンテナ素子が受信モジュールおよび送信モジュールの両方によって使用されてもよい。さらに、受信モジュールのビーム形成器１４および送信モジュールのビーム形成器１６は、同じビーム形成器の一部を形成してよい。
【００３６】
さらに、衛星２は、例えば、各ビームアンテナ毎に単一のフィードを使用して地上局と通信するとして記載されたが、位相配列アンテナもまた複数の地上局と通信するために使用されてよいことは理解されるであろう。さらに、複数のビーム信号を複数の地上局に送信する代わりに、衛星２は、位相配列を使用して受信された複数の任意の信号を、他の衛星または他の複数のユーザ受信機に転送してよい。同様に、複数のスポットビームにおいて地上ゲートウェイから複数のユーザデバイスに送信されるべき情報を受信する代わりに、衛星は、複数の他のユーザデバイスまたは他の衛星から情報を受信してよい。
【００３７】
受信モジュール６における分析多相フィルタおよび送信モジュール１５における合成多相フィルタが、複数のコンポーネント信号において複数の位相歪をどのように導入し得るかが、これから説明される。複数のコンポーネント信号がベースバンド周波数にダウンコンバートされる受信モジュールにおける多相フィルタデマルチプレクサに基づく説明が、単に例として提供され、ダウンコンバート後の複数のコンポーネント信号における複数の位相歪は、また、複数のコンポーネント信号を任意の共通周波数にビーム形成器の前にダウンコンバートする任意のデマルチプレクサ設計にも適切であろう。同様に、複数のコンポーネント信号がベースバンド周波数からアップコンバートされる送信モジュールにおける多相フィルタマルチプレクサに基づく説明は、例示にすぎなく、アップコンバート後の複数のコンポーネント信号における複数の位相歪は、また、複数のコンポーネント信号を任意の共通周波数にビーム形成器の後にアップコンバートする任意のマルチプレクサ設計にも適切であろう。図４を参照すると、各アンテナ素子信号２４が、４つの通信周波数チャネルａ、ｂ、ｃおよびｄを含むことが示されている。 キャリアが、１または複数の通信周波数チャネルから成ってよい。代替的に、通信周波数チャネルは、１より多くのキャリアを含んでよい。例えば、周波数チャネルａおよびｂは、１つのビームに関連してよく、周波数チャネルｃは第２のビームに関連してよく、周波数チャネルｄは２つの別個のビームに関連してよく、それらのビームは同じ周波数を再利用するか、またはチャネルｄ内の複数の別々の重複しない周波数で提供されているかのいずれか一方である。図４を参照すると、アナログ・デジタル変換器１２が、３つのアンテナ素子信号を含むコンポジット信号を変換することに関して示されている。図２に関して説明されるように、コンポジット信号２５をＡＤＣ１２に提供するべく、周波数変換器１０は、コンポジット信号を構成する３つのアンテナ素子信号を周波数積層する。図４の例において、第１の周波数変換器は、第１のアンテナ素子信号を０Ｈｚとｆｓ／６Ｈｚとの間の中間周波数帯域に周波数変換し、ここで、ｆｓ／２は、ＡＤＣのナイキストサンプリングレートである。図４に更に示されるように、第２のアンテナ素子信号は、ｆｓ／６と２ｆｓ／６との間に配置された中間周波数帯域へと変換され、第３のアンテナ素子信号は、２ｆｓ／６とｆｓ／２との間に配置された中間周波数帯域に変換される。
【００３８】
コンポジット信号が多相フィルタ１３において分析される場合、複数のチャネルは、それぞれの個々のアンテナ素子信号２４の個々の通信周波数チャネルに対応する複数のコンポーネント信号２６へと分割され、ベースバンド（基底帯域）にダウンコンバートされる。その結果として、多相フィルタの後、全ての周波数チャネルが、図４に示されるように、ベースバンドで配置される。多相フィルタは、それが処理する複数の信号において位相シフトを導入し、位相シフトの量は、ダウンコンバート前の周波数に依存する。これは、通常、アンテナ素子信号毎に別個の多相フィルタが設けられるときには問題ではない。なぜならば、同じ通信周波数チャネルに対応する２つのコンポーネント信号が、おそらく同じ周波数帯域からダウンコンバート、またはそれにアップコンバートされるからである。
【００３９】
しかしながら、多数のアンテナ素子信号が、同じＡＤＣまたはＤＡＣによって変換されるべく積層される場合、同じビームに属する複数の異なるコンポーネント信号が複数の異なる周波数からダウンコンバートまたはそれらにアップコンバートされ、結果として、複数の異なる位相シフトが、同じビームおよび通信周波数チャネルに対応する複数の異なるコンポーネント信号において導入される。より具体的に、例えば、第１のアンテナ素子信号のチャネルｂは、図４における第２および第３アンテナ素子のチャネルｂに対して異なる量だけ位相シフトされるであろう。ビームフォーミングは、複数のチャンネル信号の間での位相関係に依存するので、位相シフトの差は、ビームが通信周波数チャネルｂに属する複数のコンポーネント信号から形成される前に補償される必要がある。
【００４０】
合成多相フィルタ１７は、多相フィルタ１３が上記の受信モジュール６における位相シフトを導入するやり方に対応するやり方で、送信モジュール１５において位相シフトを導入する。合成多相フィルタ周波数１３は、ベースバンドにおける各コンポーネント信号を、適切な中間周波数帯域に変換し、コンポジット信号を形成するべく複数のコンポーネントを合成する。合成多相フィルタ１７は、複数のコンポーネント信号において位相シフトを導入し、位相シフトは、複数のコンポーネント信号が変換される中間周波数帯域の周波数に依存する。その結果として、同じビームに対応する複数のコンポーネント信号は、複数の異なる量で位相シフトされてよく、この相違は、複数のビームが望まれる方向において形成されることを保証するべく、補償される必要があるであろう。
【００４１】
位相シフトが多相フィルタの処理においてどのように発生するかもしれないかに関しては、図４に対して記載されたが、チャネル毎フィルタおよび多段階ハーフバンクフィルタに基づくもの等、任意のデマルチプレクサまたはマルチプレクサが位相シフトを導入し得ることは理解されるであろう。
【００４２】
多相フィルタ１３、１７によって適用される位相シフトに加えて、またはその代わりに、複数の位相歪もまた、複数のＡＤＣおよび複数のＤＡＣによって生成されてもよい。図５を参照すると、各ＡＤＣには、デジタルまたはアナログ形式への変換のベースとなっているクロック信号が提供される。図５に示されるように、ＡＤＣは、短い時間間隔で入力アナログ信号をサンプリングするであろう。その長さは、入力信号の最大周波数によって決定される。図５において、第１の行の複数のサンプルは、第１のＡＤＣによって処理されたコンポーネント信号２６に対応し、第２の行の複数のサンプルは、第２のＡＤＣによって処理されたコンポーネント信号２６に対応し、第３の行の複数のサンプルは、第３のＡＤＣによって処理されたコンポーネント信号２６に対応する。信号がサンプリングされる正確な時間は、複数のＡＤＣに提供されるクロック信号のエッジによって決定される。複数の異なるＡＤＣに提供される複数の異なるクロック信号の複数のエッジは、一致しないかもしれず、結果として、複数の異なるサンプルは、異なる量を位相シフトされる。対応するやり方で、ＤＡＣは、また、サンプリングクロックに従ってデジタル信号をサンプリングするであろう。複数の異なるＤＡＣによって出力される複数の信号の間での相対位相シフトが、複数のＤＡＣに提供される複数のサンプリングクロックの複数のクロックエッジの複数のタイミングにおける複数の差から結果として生じてよい。比較的低いサンプリングレートを有する複数のＡＤＣおよび複数のＤＡＣについて、複数の異なるサンプリングクロックの複数のクロックエッジの異なるタイミングは、複数の信号の複数の異なる位相には大きな作用を及ぼさない。しかしながら、図２および図３の送信および受信モジュールにおいて使用される広帯域の複数のＡＤＣおよび複数のＤＡＣは、著しくより高いサンプリングレートを必要とし、複数のクロックエッジの異なるタイミングは、複数の異なる変換器によって変換される複数の信号の複数の相対位相において重要な効果を有し得る。各ＡＤＣおよびＤＡＣは、位相シフトを導入するであろう。その量は、複数の事例間で変化するであろう。図６および７に従って、複数のデマルチプレクサ／複数のマルチプレクサおよびＡＤＣ／ＤＡＣで導入される複数の位相シフトについての補償がどのように実行されるかに関してこれから記載されるであろう。図６に示されるように、受信モジュールのビーム形成器は、ビーム毎に１つのビーム形成ネットワーク２７を備える。同じ周波数が複数の異なるビームについて再使用される場合、特定のチャネルについて１より多くのビーム形成ネットワークがあるであろう。
【００４３】
さらに、ビームが１より多くの周波数チャネルにわたる場合、複数のチャネルの各々について１つのビーム形成ネットワークがあるであろう。全てのチャネルからの複数のビーム形成された信号は、次に、ビーム形成処理の後、周波数再多重化されてよい。各多相フィルタは、図２および図３に関して記載された例のように、アンテナ素子毎に４個の、１２個のコンポーネント信号を、出力する。各ＡＤＣおよび多相フィルタは、３つのアンテナ素子の複数のコンポーネント信号を処理する。ビーム形成器は、同じ通信周波数チャネルに関連している全てのコンポーネント信号を、同じビーム形成ネットワークにルーティングする。図６において詳細に示されるビーム形成ネットワークは、１つの通信チャネル「チャネルａ」に関連している全てのコンポーネント信号を受信する。複数の多相フィルタが３つのアンテナ素子から複数のコンポーネント信号を出力することから、３つのコンポーネント信号２６が、各多相フィルタから図６に詳細に示されるビーム形成ネットワーク２７に提供される。各ビーム形成ネットワークは、各コンポーネント信号のための位相および振幅アジャスタ２８を含む。位相および振幅アジャスタは、位相および／または振幅調整に対応する、コンポーネント信号の複素ビームウェイトとの虚数乗法を実行することによって、そのそれぞれのコンポーネント信号を重み付けする離散マルチプライヤであってよい。同じビームに対応する全ての重み付けされた信号は、次に、ビーム信号を形成するべく加算器２９に共に加えられる。形成されたビーム信号は、次に、更なる処理および以後の送信に提供されてよい。
【００４４】
しかしながら、複数のコンポーネント信号が、複数のビーム形成ウェイトを使用してビーム形成される前に、複数の補償ウェイトが、複数の補償装置３０を使用して複数のコンポーネント信号に第１に適用される。いくつかの実施形態において、補償器がコンポーネント信号毎に提供される。複数の他の実施形態において、補償器は、基準コンポーネント信号を形成する１つを除いて全てのコンポーネント信号に関して提供される。補償器３０は、離散マルチプライヤの形で提供されてよい。離散マルチプライヤは、複数のコンポーネント信号がビーム形成器１４において受信される前に、信号処理装置において導入された位相および／または振幅歪を補償するべく、虚数乗法を実行することによって、各コンポーネント信号に複素重みを適用する。複数のビームを正確に形成するために重要なのは、複数のコンポーネント信号の相対位相および振幅である。その結果として、複数の異なるコンポーネント信号が複数の異なる量で歪められた場合、補償無しでは、ビーム形成された信号の品質は低下するであろう。多相フィルタ１３によって導入される複数の位相シフトは、多相フィルタにおけるコンポーネント信号の周波数変換の量に依存し、複数の周波数変換は予め定められていることから、複数の対応する位相補償は前もって既知であり、複数の補償器３０へと予めプログラミングされ得る。しかしながら、複数の他のＡＤＣに対する１つのＡＤＣによって導入される複数の位相歪は、概して可変であり、従って、受信モジュールにおける分析装置は、複数のＡＤＣの複数のサンプリングクロック信号を受信し比較する必要がおそらくあり、複数のサンプリングクロックの分析に基づいて、ＡＤＣによって処理される複数のコンポーネント信号のセットについての適切な位相補正を決定し、複数の他のＡＤＣに対するそのＡＤＣによって導入される任意の複数の位相歪を修正する。
【００４５】
複数の補償器は、図６において、複数の信号経路における位相および／または振幅アジャスタ２８の前に配置され、そうすることにより、複数の補償ウェイトが、複数のビームウェイトが複数のコンポーネント信号に適用される前に適用されることが示されているものの、補償ウェイトは、その代わりに、複数のビームウェイトが適用された後にコンポーネント信号に適用され得る。代替的に、複数の補償器および複数のビーム形成アジャスタは、複数の他のコンポーネント信号に対してその信号に導入された任意の歪および適切なビームウェイトの両方を補償するべく、コンポーネント信号を選択された複素数で乗じるように構成された単一の離散マルチプライヤとして提供されてよい。位相および／または振幅補償の適用は、送信モジュールにおいて対応するやり方で実装されてよい。図７を参照すると、送信モジュール１５のビーム形成器１６は、それぞれのビーム信号を送信モジュールの複数のアンテナ素子信号に対応する複数のコンポーネント信号へと複製するための複製器３１およびアンテナ素子毎のビーム形成ネットワーク３２を備える。ビームが１より多くの周波数チャネルにわたる場合、複数のビームは、複製される前にデマルチプレクサ（図示せず）において周波数逆多重化されてよい。例えば、図７における複数の複製器のうち２つは、同じビームの複数の異なる周波数チャネルに関連してよい。各ビーム信号複製器は、図２および図３に関して記載された９個のアンテナ素子のための９個の別個の同一のコンポーネントへとビーム信号を複製することが示されている。しかしながら、実際には、はるかに多くの数のアンテナ素子およびコンポーネント信号が使用されることは明確に理解されるであろう。複数のコンポーネント信号は、複製器３１からビーム形成ネットワーク３２にルーティングされる。アンテナ素子がアンテナによって生成されるビーム毎のコンポーネントを送信するシステムにおいて、各複製器からの１つのコンポーネントが、アンテナ素子毎に１つずつ、あらゆるビーム形成ネットワークにルーティングされる。各ビーム形成ネットワークは、複数の信号が複数のアンテナ素子によって送信される場合に複数のビームを生成するように、複数の適切なビームウェイトを複数のコンポーネント信号に適用するためにビーム形成位相および／または振幅アジャスタ３３をコンポーネント信号毎に含む。複数の重み付けされたコンポーネント信号は、複数のＤＡＣのための複数の周波数積層信号へと多重化するための合成多相フィルタ１７に提供される。図３の例にあるように、各多相フィルタ１７は、３つの別個のアンテナ素子について複数のコンポーネント信号を多重化する。図７において、各ビーム形成ネットワークは、５個のコンポーネント信号を処理することが示されている。図３の例において記載されるように、２つのビームは、同じ周波数チャネルを共有してよく、２つのビーム形成位相および／または振幅アジャスタ３３は、複数の異なるビームではあるが同じ周波数チャネルに関する複数のコンポーネント信号を調節してよいことが検討される。複数の重み付けされたコンポーネント信号は、次に、合成多相フィルタの前で合計される。
【００４６】
複数のビーム形成ネットワークは、また、ビーム形成器１６と複数のアンテナ素子との間で適用される複数の任意の位相および／または振幅歪を補償するための複数のコンポーネント信号において、位相および／または振幅の予歪を導入するための複数の補償装置３４も含む。いくつかの実施形態において、補償器は、図７に示されるように、コンポーネント信号毎に提供される。複数の他の実施形態において、補償器は、基準コンポーネント信号を形成する１つを除いて全てのコンポーネント信号に提供される。補償器３４は、離散マルチプライヤの形で提供されてよい。各離散マルチプライヤは、複数のコンポーネント信号がビーム形成器から出力された後に信号処理装置に導入された複数の位相および／または振幅歪を予め補償するべく、コンポーネント信号の複素重みとの虚数乗法を実行することによって、そのそれぞれのコンポーネント信号を重み付けする。複数のビームを正確に形成するべく、実際のビームパターンが望まれるビームパターンに厳密に適合することを保証し、重要であるのは複数のコンポーネント信号の相対位相および振幅である。その結果として、補償無しで、複数の異なるコンポーネント信号はビーム形成器の後に処理装置における複数の異なる量によって歪められ、ビーム形成された信号の品質は低下するであろう。図７において、複数の補償ウェイトは、複数のビームウェイトが複数のコンポーネント信号に適用された後に適用されるように、複数の補償器がビーム形成位相および／または振幅アジャスタの後に配置されることが示されるものの、補償ウェイトは代わりに、ビーム形成ウェイトが適用される前に複数のコンポーネント信号に適用され得る。代替的に、複数の補償器および複数のビーム形成アジャスタは、複数の他のコンポーネント信号に対して信号へと導入された任意の歪および適切なビームウェイトの両方を補償するように、コンポーネント信号を選択された複素数で乗じるように構成された単一のマルチプライヤとして提供されてよい。
【００４７】
合成多相フィルタによって導入される複数の位相シフトは、合成多相フィルタにおけるコンポーネント信号の周波数変換の量に依存し、複数の周波数変換は予め定められていることから、複数の対応する位相補償は前もって既知であり、複数の補償器へと予めプログラミングされ得る。しかしながら、複数の他のＤＡＣに対する１つのＤＡＣによって導入される複数の位相歪は、概して可変であり、従って、送信モジュールにおける分析装置は、複数のＤＡＣの複数のサンプリングクロック信号を受信し比較する必要がおそらくあり、複数のサンプリングクロックの分析に基づいて、ＤＡＣによって処理される複数のコンポーネント信号のセットについて適切な位相補正を決定し、複数の他のＤＡＣに対してそのＤＡＣによって導入される複数の位相歪を修正する。単一の分析装置が、受信モジュールおよび送信モジュールの両方のために使用されてもよいことが検討される。
【００４８】
各ＡＤＣまたはＤＡＣが、Ｍ個の周波数チャネルをアンテナ素子毎に持つＮ個のアンテナ素子信号を有するコンポジット信号を処理する受信または送信システムにおいて、ビームについてのあらゆるＮ番目のコンポーネント信号は、それらが同じ周波数からダウンコンバートされる、またはそれにアップコンバートされることから、等しく多相フィルタによって歪められることは理解されるであろう。しかしながら、あらゆるＮ番目のコンポーネントは、複数の異なるＡＤＣおよび複数のＤＡＣが複数の異なるクロックエッジを持つ複数のクロック信号を有することから、ＡＤＣまたはＤＡＣによって異なる量で歪められる。各ビームについて、基準コンポーネント信号が選択されることが検討される。さらに、複数のビームのどの複数のコンポーネント信号が、基準コンポーネント信号として同じ周波数から／同じ周波数に変換されるが、異なるＡＤＣまたはＤＡＣによって処理されないことが決定される。分析装置は、これらのコンポーネント信号の各々について、複数のＡＤＣおよび複数のＤＡＣによって導入される複数の基準信号に対する位相歪を決定する。この位相歪は、同じＡＤＣまたはＤＡＣによって処理される全てのコンポーネント信号について同じである。所定のコンポーネント信号について、それぞれが処理装置内のコンポーネントによって導入される相対歪に対応している複数の補償複素ウェイトが決定され得ることが更に検討される。複数の補償複素重みは、次に、コンポーネント信号を重み付けするための最終補償ウェイトを決定するべく、乗じられ得る。現在の実施形態において、第１の補償複素重みが、多相フィルタによって導入される相対歪を補償するべく、受信または送信モジュールのメモリから第１に取得されてよく、第１の複素重みが、コンポーネント信号を重み付けするための最終補償ウェイトを決定するべくコンポーネント信号が関連しているＡＤＣまたはＤＡＣのための分析装置によって決定される位相歪に対応する第２の複素重みによって乗じられてよい。
【００４９】
複数の多相フィルタにおける任意の位相歪を補償するために必要とされる複数の位相補正は、予め定められていることが記載されたが、システムは、複数の記憶されたまたは予めプログラミングされた補償ウェイトの更新を可能にするように再構成されてもよいことは、理解されるであろう。より詳細に、受信システムおよび送信システムは、複数のアンテナ素子の特定の帯域幅用に構成されてよく、複数の周波数変換器は、予め定められた量で各信号を周波数変換するように予め構成されてもよい。しかしながら、いくつかのシステムは、衛星によって処理されるべきである必要とされる帯域幅が変化する場合、再構成可能である必要があるかもしれないことが検討される。各周波数変換器に提供される局所発振器信号の周波数は、システムが複数の新たな周波数チャネルおよび複数の帯域幅用に再構成される場合に変化してよく、各アンテナ信号が周波数へと／その周波数から変換される周波数もまた、次に変化してよい。多相フィルタによって適用される位相シフトを補償するようにシステムによって適用される歪は、次に、地上の複数の制御局から再構成可能である必要もあるかもしれない。例えば、制御信号が複数の補償ウェイトを更新するべく送信されるであろうと考えられる。
【００５０】
図８を参照すると、本発明の実施形態に従って、複数のアンテナ素子を持つアンテナと共に使用するための方法が示される。当該方法は、図２および図４において示される受信システムによって実行される方法に対応し、アンテナは、複数のビームを含む放射パターンを提供する。
【００５１】
第１に、段階Ｓ１１において、アンテナ素子信号のグループ内の複数の異なるアンテナ素子信号が、複数の異なる中間周波数帯域に周波数変換される。図４に示される装置において、段階Ｓ１１は、３つのアンテナ素子信号のグループのための複数の周波数変換器１０によって実行される。次に、段階Ｓ１２において、複数の異なる周波数帯域における複数の周波数変換されたアンテナ素子信号は、コンポジット信号を取得するべく合成される。図４に示される装置において、段階Ｓ１２は、複数の周波数変換器１０によって出力される複数の周波数変換されたアンテナ素子信号のためのコンバイナ１１によって実行される。図４に示されるように、複数のアンテナ素子信号は、コンバイナ１１によって出力されるコンポジット信号２５における周波数において互いに積層される。
【００５２】
次に、段階Ｓ１３においてコンバイナ１１によって出力されるコンポジット信号は、アナログからデジタル形式に変換される。図４に示される装置において、段階Ｓ１２はＡＤＣ１２によって実行される。
【００５３】
次に、段階Ｓ１４において、ＡＤＣ１２によって出力されるデジタル信号が、複数の上記アンテナ素子信号において存在する複数のコンポーネント信号へと逆多重化される。複数の上記の実施形態において、逆多重化は、分析多相フィルタ１３によって実行されるが、複数の他の実施形態において、分析信号チャネル毎フィルタ、多段階ハーフバンクフィルタ等の他の複数のタイプのデマルチプレクサが、段階Ｓ１４について使用され得る。
【００５４】
次に、段階Ｓ１５において、複数の逆多重化されたコンポーネント信号は、それぞれのビームフォーミングウェイトを用いてデジタル方式で重み付けされる。複数の個々のコンポーネント信号をデジタル方式で重み付けすることによって、ビームの各コンポーネント信号と同じビームの複数の他のコンポーネント信号との間の位相関係および振幅関係が制御され得る。例えば、１つのビームにおける複数のコンポーネント信号のための複数のデジタルウェイトが、図６に示されるビーム形成ネットワーク２７を使用して適用され得る。加えて、複数の補償ウェイトもまた、同じ周波数チャネルに関連し、同じビームに関する複数のコンポーネント信号の間の複数の位相および／または振幅歪を補償するべく、複数のコンポーネント信号に適用される。具体的に、複数のコンポーネント信号は、アナログ・デジタル変換および複数の逆多重化段階（Ｓ１３およびＳ１４）の間に発生する複数の歪について補償される。上記のように、実施形態によっては、複数の補償ウェイトは、段階Ｓ１５における複数のデジタルウェイトと同時に適用され得るか、または別々に適用され得る。
【００５５】
図９を参照すると、本発明の実施形態に従って、複数のアンテナ素子を持つアンテナと共に使用するための方法が示される。方法は、アンテナが、複数のビームを含む放射パターンを提供する、図３に示される送信システムによって実行される方法に対応する。第１に、段階Ｓ２１において、複数のコンポーネント信号は、位相関係および振幅関係を持つビームの各コンポーネント信号を、同じビームの複数の他のコンポーネント信号に提供するべく、デジタル方式で重み付けされる。図３に示される装置において、段階Ｓ２１は、ビーム形成器１６によって、且つ図７に示される特定のビーム形成ネットワーク３２によって実行される。上記のように、ビーム形成ネットワーク３２は、また、複数の補償ウェイトを適用し得、または代替的に補償が別個の段階で実行され得る。次に、段階Ｓ２２において、アンテナ素子信号のグループについて複数のデジタル方式で重み付けされたコンポーネント信号は、ビーム形成器によって出力され、複数のアンテナ素子信号が周波数において互いに積層されたコンポジット信号へと多重化される。図３に示される装置において、段階Ｓ２２は合成多相フィルタ１７によって実行されるが、複数の他の実施形態においては、チャネル毎フィルタおよび多段階ハーフバンクフィルタに基づくもの等の異なるタイプのマルチプレクサが使用され得る。
【００５６】
次に、段階Ｓ２３において、コンポジット信号は、デジタルからアナログ形式に変換される。図３に示される装置において、段階Ｓ２３は、ＤＡＣ１８によって実行される。次に、段階Ｓ２４において、ＤＡＣ１８によって出力されるデジタル信号は、複数の異なる中間周波数帯域における複数のアンテナ素子信号へと分割される。図３に示される装置において、段階Ｓ２４は、スプリッタ１９によって実行される。
【００５７】
次に、段階Ｓ２５において、複数のアンテナ素子信号の各１つは、中間周波数帯域からそれがそれぞれのアンテナ素子によって送信されるであろう周波数に周波数変換される。図３に示される装置において、段階Ｓ２５における周波数変換が周波数変換器２０によって実行される。
【００５８】
図８および９の方法において、複数のコンポーネント信号は、上記の複数の方法のいずれかを使用してデジタル方式で重み付けされ得る。例えば、複数のコンポーネント信号の位相および／または振幅は、ウェイトをそれぞれのコンポーネント信号に適用することによって調節され得、ここで、信号に適用されるウェイトは、ビーム形成ウェイトおよび補償ウェイトの両方を含む。補償ウェイトは、処理の間に発生する複数の位相および／または振幅歪を補償するように選択され得る。上記のように、同じビームについて複数の他のコンポーネント信号に対する複数の歪は、ＡＤＣ１２、デマルチプレクサ１３、ＤＡＣ１８、およびマルチプレクサ１９によって導入され得る。本発明の複数の特定の例が記載されたが、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義され、複数の例には限定されない。本発明は、従って、当業者らによって理解されるように、複数の他のやり方で実装され得る。
【００５９】
例えば、各ＡＤＣまたはＤＡＣは、図２、図３および図４において３つのアンテナ素子信号を処理し、各アンテナ素子信号は４つの周波数チャネルを含むことが示されたものの、これは単に１つの例であって、本発明はこの例に限定されないことは明確に理解されるであろう。任意の数のアンテナ素子信号を処理するように構成された複数のＡＤＣまたは複数のＤＡＣが使用され得、それらのアンテナ素子信号は、任意の適切な数の周波数チャネルを含み得る。システムは、異なる数の周波数チャネルを有する異なる数のアンテナ素子信号を軌道上で各ＡＤＣまたはＤＡＣに提供するように再構成されてよいことが更に検討される。いくつかの実施形態において、各ＡＤＣおよびＤＡＣは、１つのアンテナ素子信号のみを処理するように配置され得、その場合、図８の段階Ｓ１１およびＳ１２ならびに段階Ｓ２４およびＳ２５は、省略され得る。
【００６０】
さらに、本発明は、衛星に関して記載されたが、他の複数の宇宙機システム、および宇宙空間で使用するのに適切でない複数のシステムにもまた適用可能である。本発明は、多数のコンポーネント信号をビーム形成するためのビーム形成器を使用する任意のシステムに適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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