用于将相控阵列天线实时多路复用到调制解调器的系统和方法技术方案

一种具有平台的系统，在该平台上安装了若干相控天线阵列，并且该平台可以与卫星通信。系统包括交换机，该交换机可以将相控阵列天线中的任一个连接到可用的调制解调器中的任一个。系统进一步包括路由器，该路由器可以将调制解调器中的任一个连接到任何可用的计算设备。基于诸如数据速率、信号强度以及帐户信息等参数，针对请求与卫星通信的计算设备选择一个或多个通信路径。通过操作交换机以将选定的天线连接到选定的调制解调器，并且操作路由器以在计算设备和选定的调制解调器之间传递数据，建立了每个通信路径。

【技术实现步骤摘要】
用于将相控阵列天线实时多路复用到调制解调器的系统和方法相关申请本公开涉及于2019年7月15日提交的美国临时申请第62/874,447号并且要求享有其优先权的权益，其公开内容以其整体通过引用并入本文。
本公开总体上涉及无线通信的领域(例如，基于卫星的通信和微波点对点通信)，并且涉及对与多个天线通信的多个相控阵列天线的控制。
技术介绍
基于卫星的通信是用于轮船、飞机、火车和人们连接到全球互联网的常用方式。连接的方法从以低频的简单连接到以较高频的复杂且昂贵的连接变化。复杂度主要与天线相关联。较高频率通信要求利用指向卫星的天线。有时用户正在移动并且卫星相对地固定在地面上，但是天线必须维持指向卫星。存在这种情况：其中卫星正在移动并且天线必须仍然维持其朝向卫星的指向方向。在任一种情况下，可以维持其方向转向的自转向天线是重要的益处。反之亦然——在许多情况下，卫星本身需要使波束转向到地球上的特定点。无论哪种方式都有发射机和接收机，并且两者中的一个或它们两者都可能需要使其波束转向以建立相应的连接。自转向天线系统有两种形式。自转向天线系统是以机械转向天线(MSA)的方式或者替代地以电子转向阵列(ESA)的方式，MSA利用某种形式的抛物面、贴片阵列或其他平面和3D天线设计结合电机组装件，以直接地或通过某种放大透镜进行转向朝向接收机，而ESA使用多种格式以使不具有移动部件的波束例如通过相控阵列天线的相移来电子地转向。用于描述如天线系统之类的组件的能力的常用方式是SWaP-C+R，其代表尺寸、重量、功率、成本和可靠性。这些是对天线系统是否适合于特定目的的关键确定中的一些确定。随着变量中的每一个的增加，天线的适用用例的数量将减少。例如，火车需要低矮的天线使得其可以通过隧道，并且飞机需要低矮的天线以便使阻力最小化并且减少影响其飞行特性的涡流。MSA具有这样的缺点：其在维度z上是物理较大的，并且移动部件会随着时间的推移而遭受磨损并且因此降低可靠性。ESA典型地具有这样的缺点：其消耗大量的功率；由于散热器或与该功率相关联的其他热量耗散解决方案而笨重；并且尽管在物理上小于MSA，但它们仍然很厚并且最终是昂贵的。然而，ESA典型地具有比MSA更小的尺寸和更高的可靠性，因此它们在某些用例中已经是优选的。天线设计中的另一重要变量是孔径尺寸。孔径尺寸表示天线的有效收集表面积。孔径尺寸通常是x和y坐标的某种形式，从而表示呈现给发射卫星的表面积。最期望的天线将具有始终面向传输原点的大孔径(x和y)且没有z(高度/厚度)。孔径尺寸越大，接收或发射信号的增益越高，并且因此整个系统的频谱效率增加，即，对于较少的带宽，将获得更高的数据速率，这直接转化为市场上的显著优势。此外，增益越高，所发射的波束越不可能将其功率放置在意外的方向并引起干扰，因为更高的增益等于更窄的波束。此外，较高增益天线的窄波束使天线将不太可能接收这种意外干扰。从信号强度的角度来看，期望更大的x/y表面积——孔径，更大的x/y表面积进而也减少了给定链路所需要的功率放大器电平，即，需要提供给天线的功率更少。前述技术的挑战是大的SWaP-C+R已经限制了针对天线系统的应用。最高效的波束是天线本身正前方的波束，其称为视轴(boresight)。视轴正好位于天线中间的上方，即，正交于天线的辐射表面。MSA可以转动整个天线，使得天线维持朝向卫星的视轴，由此保持呈现给卫星的孔径尺寸。相反，ESA使波束电子地倾斜，从而呈现从卫星看起来较小的孔径，因此取决于接收侧与发射侧之间的偏角轴将其性能降低2倍或4倍。尺寸的技术减小遵循与可见区域(即，从转向方向看的孔径尺寸)直接相关的10*log10cosθ扫描损耗。尽管MSA将不会具有扫描损失，但它要求大的“扫掠量(sweptvolume)”以便维持其指向方向。这增加了尺寸和重量两者。在某些情况下，天线将把ESA和MSA两者组合为使用针对一个方向的ESA的单个天线，可能是方位角以及仰角方向的机械转向组装件。这些表示在SWaP-C+R中针对应用的平衡。当前天线系统的另一问题是这些天线系统的物理尺寸经常将其限制为每个应用仅单个接收和发射天线组装件。例如，航空器需要可转向天线以便维持与卫星的连接。然而，SWaP-C将可转向天线的数量限制为单个天线。因此，当飞机通过倾斜转动时，与卫星的连接会丢失。在许多情况下，终端也需要同时连接到多个卫星。此外，由于每个卫星可能要求具有其特定波形的特定调制解调器，因此可能还需要根据需要切换调制解调器/天线组合。因此，在本领域中存在针对改进的卫星通信的需要。
技术实现思路
包括本公开的以下
技术实现思路
，以便提供对本专利技术的某些方面和特征的基本理解。该
技术实现思路
不是对本专利技术的广泛概述，并且因此其不旨在特别地标识本专利技术的关键或重要元素或描述本专利技术的范围。该
技术实现思路
的唯一目的是以简化的形式提出本专利技术的一些概念，作为下面提出的更详细描述的序言。本文公开的实施例使得能够多路复用多个天线和调制解调器以实现配置不同的调制解调器/天线组合，因此即时生成传输路径。公开的实施例提供了对通信设备和卫星当中的通信路径的改进的控制。在公开的实施例中，基于诸如可用卫星、从每个可用卫星接收到的信号的强度、要发射的数据的量和类型、在每条路径中的传输成本、基于用户的订阅来利用可用路径中的任一条的用户帐户权限等之类的参数来实时地配置不同的路径。公开的实施例实现对移动平台与卫星之间的通信的实时控制，从而使得能够维持通信信道，而不管平台(例如，飞机或轮船)的移动如何。平台可以具有多个相控阵列天线，每个相控阵列天线具有相对于平台指向不同方向(例如，上、左、右等)的视轴。随着平台的移动(例如，转动)，控制器确定要用于传输的(多个)最佳天线，并且可以实时地选择和取消选择天线，使得始终选择具有最佳RSSI(接收信号力度强度)的天线。在公开的实施例中，通过使用多个ESA(例如，使用可变电介质技术作为用于ESA的移相器)来采用较低的SWaP-C形式的ESA。利用可变电介质实现用于卫星或地面天线系统的连通性的新方法，并且这些新形式的连通性特别有益于本文公开的实施例。出于安全性的目的，经常使用数据加密，然而，在面对量子计算时，加密具有局限性。因此，公开的实施例利用多个卫星来跨至少一个卫星和多个其他路径划分数据，并且在安全位置中重组该数据。因此，对单个路径的任何拦截都将仅呈现经加密的数据文件的一部分。因此，公开的方面提供了更安全的文件传输机制。在其他情况下，需要利用多个ESA，使得当平台(例如，火车或飞机)移动并转动时，将选择朝向ESA的最佳的视轴以用于最高的效率。本文公开的实施例提供了用于在ESA之间自动切换的这种机制。在其他情况下，存在多个ESA的快速转换和阻塞，或者孔径尺寸可能需要较小，并且多个ESA必须相对于彼此以可用的且潜在地以奇数角度放置，并且ESA之间的距离可能很重要。公开的实施例还提供了一种这样的方法：该方法利用非常低的SWaP-CESA并且动态地组合多个这些ESA的信号强度，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于卫星通信的天线系统，包括：/n多个天线，每个天线包括辐射器的相控阵列；/n多个调制解调器；/n交换机，其被配置用于将任何天线动态地耦合到所述调制解调器中的任一个调制解调器；/n多个通信设备；/n路由器，其被配置为将所述通信设备中的任一个通信设备动态地耦合到所述调制解调器中的任一个调制解调器；/n控制器，其控制所述交换机和所述路由器，以向所述多个天线、所述调制解调器和所述通信设备的配置的连接提供实时指令。/n

【技术特征摘要】
20190715 US 62/874,4471.一种用于卫星通信的天线系统，包括：
多个天线，每个天线包括辐射器的相控阵列；
多个调制解调器；
交换机，其被配置用于将任何天线动态地耦合到所述调制解调器中的任一个调制解调器；
多个通信设备；
路由器，其被配置为将所述通信设备中的任一个通信设备动态地耦合到所述调制解调器中的任一个调制解调器；
控制器，其控制所述交换机和所述路由器，以向所述多个天线、所述调制解调器和所述通信设备的配置的连接提供实时指令。


2.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述多个天线的每一个天线包括下列各项中的一个：
多个延迟线，每个延迟线耦合到所述辐射器的相控阵列的一个辐射器上；或者，
对应于所述辐射器的相控阵列的多个有源波束形成芯片。


3.根据权利要求2所述的天线系统，其中，所述多个天线的每一个天线包括多个延迟线，每个延迟线耦合到所述辐射器的相控阵列的一个辐射器上，并且其中，每个延迟线穿过可变介电常数材料。


4.根据权利要求3所述的天线系统，其中，所述天线的每一个天线进一步包括相位控制器，所述相位控制器控制由所述延迟线的每一个延迟线引入的延迟量。


5.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述天线的每一个天线进一步包括相位控制器，并且其中，所述相位控制器包括数据库，所述数据库存储所有可用的卫星及其在天空中的位置的列表。


6.根据权利要求5所述的天线系统，进一步包括运动电路，其向所述控制电路和所述相位控制器中的至少一个提供运动数据。


7.根据权利要求5所述的天线系统，其中，所述相位控制器包括控制端口，其从所述控制电路接收控制信号，所述控制信号指示所述天线将与哪个卫星通信。


8.根据权利要求5所述的天线系统，其中，所述控制电路包括数据端口，其与所述路由器功能性连接，其中，所述控制电路基于从所述路由器收集的数据主动地确定切换决策。


9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
多个电光收发器，每个电光收发器耦合到所述天线中的一个天线；
光纤管理单元；
多条光纤线，其将所述电光收发器的每一个电光收发器耦合到所述光纤管理单元。


10.一种安装在移动平台上用于与卫星通信的系统，包括：
多个相控阵列天线，每个相控阵列天线具有多个辐射器和多个移相器，每个移相器向通过其传播的RF信号引入延迟；
至少一个相位控制器，其操作所述移相器以向所述RF信号引入所述延迟；
多个调制解调器；
交换机，其操作地将所述调制解调器中的任一个调制解调器连接到实...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·韦勒，
申请(专利权)人：韦弗有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US