多波束宽度相控阵制造技术

本文是一个使用中继站在至少一个第一站和多个第二站之间进行无线通信的系统。中继站在其它特点中，具有一个天线阵和一个多波束转发器。天线阵具有多个单元，它们分为两组。第一组用于提供发射或用具有一个第一波束宽度的波束接收信号。第二组用于提供用具有第二波束宽度的波束的发射或接收。多信道转发器与天线阵和一个馈线链路天线相连，从至少一个第一站接收馈线链路信号。并把信号转换为天线阵单元的驱动信号。多信道转发器对于转发具有第一波束宽度的发射信号具有第一信道带宽，对于转发具有第二波束宽度的发射信号有第二波束宽度。多个第二站被一个交换系统动态分成至少一个第一组使用最少波束宽度和一个使用最大波束宽度的第二组，这要根据每一组的路径损耗要求。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术涉及增容的无线通信系统，更具体地涉及到使用具有天线单元的相控阵列的中继站的卫星通信系统，天线的每个单元有选择性地从地面站处理单元接受信号以重新发送。专利技术的背景对使用多波束天线阵列的卫星和陆地移动通信系统的完全描述在美国专利申请No.08/179,953中已给出，在此处全部给出以供参考。简短地说，参考附图说明图1描述了一个卫星移动通信系统。图1说明了多个便携站12通过卫星10与中心站14通信。中心站通过例如一个本地交换机和公众交换电话网(PSTN)相连以提供便携电话和世界范围内的任何电话用户间的呼叫以及便携电话之间的呼叫。卫星从便携电话以相对低的微波频率，例如1600MHz接收信号。在该频率，以电池工作的电话的发射机效率比较高而且它们的天线可以小而且是全向性的。卫星把接受的信号从1600Mhz转换到更高频率以中继到中心站。在该系统中，复数瞬时波形取样被发送到一颗卫星，以被不同的天线单元重新发送。不同天线单元的取样有选择地时分复用到馈线链路的I和Q成分，从地面站发射到多单元中继天线，反之类似。例如，复数的天线单元信号的实部复用到I信道，虚部复用到Q信道。任何由于馈线链路的带宽限制导致的取样信号间的干扰在地面站处理单元产生取样信号时已计算在内了，或反过来，在地面站处理单元通过处理去掉了。在两种情况中，使用同样的数字运算即波形生成，波形生成系数选择时要根据传输中的符号间干扰。在所知以前的系统中，卫星处理接受的信号，并以粗的或宽的波束将其重发到地球。为什么尽管总容量和创造性地综合使用粗细波束两种方式相同，这些仅使用粗波束的系统不总是有效，有两个原因。当使用具有500个信道的多个粗波束，其中每个波束复用同样的频谱时，使用同样信道频率的信号必须大约分开一个粗波束宽度，以避免相互干扰。仅使用粗波束的第二个不利之处是，当使用粗波束时需要更高的发射机功率以提供通信。采用较窄波束的主要原因是以比粗波束以较少的总卫星或终端发射机功率获得高容量。然而，当仅使用窄波束，必须有更大数量的波束覆盖服务区，因此，如果总容量在波束间平分，每波束的容量低。不管怎样，通信的发射机功率降下来了。当话务量分布不平均，例如在主要城市包括高话务量集中区，窄波束的容量可能是不够的。因此，本专利技术的目标是既提供窄波束的低功率优势，又具有大波束的高的点容量以克服当前系统的不足。专利技术概述根据本专利技术，卫星通信系统使用天线单元的相控阵列，每个天线单元有选择地接收来自地面站处理单元的信号以重新发送。从地面站处理单元到每个单元的路径具有已知的相位关系，这样地面站处理单元可以确定由不同单元重新转发的信号的相对相位和幅度。被重发的信号包括许多独立的信号，这些信号或是时分复用(TDM)频分复用(FDM)或使用不同扩频码(CDMA)或以上的组合。每个独立信号对来自每个天线单元的幅射的作用的相对相位可以被地面处理控制，这样每个独立信号在所需的方向幅射。本专利技术要解决的问题是如何最好地使用有限的带宽使用所谓的“馈线链路”，从地面站到相控阵卫星天线转发器传送复合天线单元信号。如果每个独立信号的带宽是F0MHz，则每个复合单元信号和带宽是M·F0MHz，其中M是向同一方向幅射的复用的信号的数目。从地面提供全部阵列控制灵活性所需的馈线链路带宽是N·M·F0，其中N是阵列单元的数目。这种灵活性允许M个独立信号在N个不同的方向幅射，达到总容量为N·M个信号。在任何方向的信号数自然而限制在M。在任何一方向处理超过M个信号的簇时，本专利技术提供另一方案，具有N1个方向，每方向有M1个信号，其中M1＞M但N1·M1＝M·N这样同样的馈线链路带宽对每一种情况都足够。而且，本专利技术容许同时使用N·M模式和N1·M1模式，并通过在两种模式间共享(N·M＋N1·M1)F0的馈线链路带宽，因此对均匀分布的信号业务量及话务量集中区同时均能处理。根据本专利技术的一个实施例，公开了一个在至少一个第一站与多个第二站间用中继站的无线通信系统。在其他特征中，中继站包括，一个天线阵列和一个多信道转发器。天线阵列具有多个天线单元并被分为两组。第一组用作使用具有第一波束宽度的波束提供发送和接收，第二组用作使用具有第二波束宽度的波束提供发送与接收。多信道转发器，连接到天线阵和馈线链路天线，从至少一个第一站接收馈线链路信号，并把这些信号转换成天线阵列单元的驱动信号。多信道转发器具有用于转发具有第一波束宽度的发送信号的信道的第一信道带宽和用于发送具有第二波束宽度的发送信号的信道的第二信道带宽。多个第二站根据每组的路径损耗要求被一个交换系统动态分成至少一个使用最窄波束宽度的第一组和一个使用最宽波束宽度的第二组。附图简述如果结合附图读下面的具体描述，前面的以及其它的有关本专利技术的目的、特征及优点将更容易理解。图1说明了一个卫星通信系统；图2(a)-(b)说明了一个具有大的折叠相控阵天线的卫星；图3说明了对一个天线阵的开口任意划分成内层及外层阵列；图4说明了一个使用大、小波束的典型覆盖；图5(a)-(b)说明了用于粗及细波束的典型频谱分配；图6说明了根据本专利技术的一个实施例的双波束宽度相控天线阵转发器；图7说明了根据本专利技术一个实施例的一个流程图；图8(a)-(b)说明了典型的天线阵列单元和它独自的辐射图样；图9说明了一个根据本专利技术实施例的反射天线阵列配置；图10说明了一个根据本专利技术实施例的地面站波束形成计算机；图11说明了根据本专利技术的一个实施例的一个多个带宽时分复用馈线链路；图12说明了用30路子复用器输入以3个不同的信号带宽伺服14个单元天线阵板。专利技术的详细描述图2(a)-(b)说明根据本专利技术的一个实施例的卫星载的相控阵列的可能配置。就象图2(a)中说明的，在发射时，天线单元24的板22沿着卫星20的星体折叠，形成一个多面结构，它具有L个板，每个板上有(m×n)个单元，可以安装在火箭头的罩内。一旦处于轨道上，板转出形成一个L角的星形图形，它具有如图2(b)所示的大开口。图3说明了把天线阵列的天线单元24分成一个具有半径r1的内盘30，和一个具有半径r2的外盘32。只有当内盘内的单元被通过接收由馈线链路来的相应的一组信号激活，从阵列来的幅射可以用第一、粗角分辨率定向，以形成具有第一波束宽度B1的波束例如测量出比波峰点相对低4db。如果具有第一波束宽度B1的波束在地球表面产生，这样它在低于波峰4db点接触地面，地球被图4所示的更大的圈40表示的总共n1个波束覆盖。如果每个波束使用的带宽是(M1·F0)，F0是每个独立信号的带宽，如果内盘中通过馈线链路独立受控的单元数目N1等于或大于n1，则n1个波束每个在它们相应的方向可能承载M1个独立的信号。结果，所提供的总容量是(n1·m1)个信号，使用的总的馈线链路带宽是(N1·M1·F0)MHz。另一种方案是，如果外半径r2内所有的单元都被激活，(包括内半径r1内的单元)，从整个阵列来的幅射可以更细的角分辨率定向，形成一个第二、更窄的波束宽度为B2的波束。这要求更大数目n2的窄波束，在-4dB点接触，覆盖地球，其中n2n1-r22-r12。假定每个单元激活时的带宽(等于每波束的带宽)是(M2·F0)，且假定在整个阵列中独立受控的单元数目N2等于或大于n2，则每个波束要承载M2个本文档来自技高网...

【技术保护点】
在至少一个第一站和多个第二站间使用中继站进行无线通信的系统包括：具有多个天线单元的一个天线阵列，这些天线单元划分为至少一个第一组和一个第二组，所述第一组用于提供使用具有一个第一波束宽度的波束的发射和接收，所述第二组用于提供使用具有一个第二波束宽度的波束的发射和接收；连接到所述天线阵列和馈线链路天线的多信道转发器装置，用于接收从至少一个所述第一站来的馈线链路信号，并把所述信号转换为所述天线阵列单元的驱动信号，其中所述多信道转发器装置具有一个第一信道带宽用于转发具有第一波束带宽的信号的信道和一个第二信道带宽用于转发具有第二波束带宽的信号的信道。２．根据权利要求１的通信系统，其中所述天线阵列是一个直接辐射的相控阵。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PW登特，
申请(专利权)人：艾利森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]