SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE CONFORMACIÓN DE HAZ.

Un sistema de conformación de haz que comprende: un medio de entrada (32) para recibir muestras de un número de señales,

representando cada muestra una banda de frecuencias; un medio de conmutación (32) para enrutar todas las señales muestreadas asociadas con la misma banda de frecuencias con conformación de haz a un bloque de procesamiento predeterminado (341...34F); medios (361...36M) para seleccionar secuencialmente un número predeterminado de señales muestreadas enrutadas según los criterios predeterminados; medios de ponderación (381...38M) para aplicar un número fijo predeterminado de coeficientes de ponderación a las señales seleccionadas; un medio (40) para acumular las señales ponderadas para formar una señal compuesta, y medios (44, 46) para seleccionar dicha señal compuesta y enrutar dicha señal compuesta a una salida apropiada

La invención se refiere a técnicas de conformación de haz, y en particular, a técnicas de conformación de haz para el uso en sistemas de comunicaciones por satélite. Diversos sistemas de comunicación, como teléfonos móviles, TV por cable, Internet y comunicaciones militares etc., hacen uso de satélites que orbitan la Tierra para transferir 5 señales. Una señal de comunicaciones de enlace ascendente por satélite es transmitida al satélite desde una o más estaciones terrestres, y es después retransmitida por el satélite a otro satélite o a la Tierra como una señal de comunicaciones de enlace descendente para cubrir un área de recepción deseable dependiendo del uso particular. Las señales de enlace ascendente y de enlace descendente son transmitidas habitualmente a diferentes frecuencias.

Los sistemas de comunicación por satélite pueden incorporar antenas en array multihaz que usen técnicas de 10 conformación de haz. Tales antenas en array son muy útiles en la conformación de múltiples haces simultáneos que cubren un amplio campo de visión. La conformación de haz de recepción es un proceso por el que las señales recibidas de varios elementos de antena diferentes se combinan de un modo que acentúa las señales deseadas y atenúa, o reduce, las señales no deseadas. Como se muestra en la Figura 1a, las señales de entrada de los elementos de antena 1...n (se muestran cuatro) al conformador de haz de recepción comprenden cada una un flujo de valores que se 15 combinan aplicándose una serie de coeficientes de ponderación w1....wn lo cual da como resultado que cada salida del conformador de haz produzca una señal representativa de una combinación de vectores potencialmente diferentes de las señales de entrada. Ajustándose el conjunto de coeficientes de ponderación w1...wn aplicados a las señales de entrada, el conformador de haz puede cambiar dinámicamente la dirección y el contenido para alguno o todos los haces creados por el array de antenas. Debido a la naturaleza direccional de los haces de salida, un gran número de haces 20 espacialmente definidos de un conjunto de elementos de antena de recepción puede volver a usar el mismo espectro de frecuencias. De ese modo, las técnicas de conformación de haz permiten un aumento sustancial del número de usuarios a los que se puede dar soporte por un área de servicio dada por un satélite dado.

De forma similar, como se ilustra en la Figura 1b, la conformación de haz de transmisión implica la aplicación de coeficientes de ponderación w1...wn a la señal de transmisión para cada elemento 1...n del array de antenas de 25 modo que se controle la dirección y el contenido de alguno o todos los haces transmitidos por el array de antenas.

Los coeficientes de ponderación se pueden basar en cualquiera de una variedad de técnicas conocidas usadas para la conformación de haz y se pueden aplicar a señales entrantes que usen cualquier medio analógico o digital adecuado. Un sistema de conformación de haz de RF analógico ajusta las fases y/o amplitudes de las señales en la etapa de RF o frecuencia intermedia ("FI") de la cadena transmisora y/o receptora asociada con la antena, mientras que 30 un sistema de conformación de haz digital ajusta las fases y/o amplitudes de las señales digitalmente. En los receptores de conformación de haz digital, las señales se procesan después de la conversión de analógico a digital. En los transmisores de conformación de haz digital, las señales se procesan antes de la conversión de digital a analógico. La conformación de haz digital es particularmente ventajosa debido a la facilidad con la que las señales digitales y el procesamiento se pueden replicar y a la naturaleza predecible y estable de las implementaciones digitales de la 35 operación de ponderación de las señales de la conformación de haz.

En los sistemas de comunicación por satélite hay un esfuerzo continuo por reducir la complejidad del sistema general y por aumentar la eficiencia. Los arrays de antenas usados en tales sistemas comprenden habitualmente cientos de elementos de array individuales y puesto que las técnicas de conformación de haz convencionales implican la aplicación de diferentes funciones de ponderación a las señales enrutadas a, o recibidas de, cada elemento del array, la 40 complejidad de los requisitos de procesamiento implicados aumenta proporcionalmente al tamaño del array.

En muchos sistemas de array, la mayoría de los haces conformados no usan todos los elementos del array de antenas debido a la naturaleza del sistema de antenas. Con una antena de reflector alimentado por un array (AFR), el array de alimentación no se dirige a la ubicación del haz objetivo sino que los haces se conforman después de que se reflecten las señales de una antena grande. El efecto del reflector grande es que se magnifica el tamaño aparente del 45 array de alimentación para mejorar la resolución espacial del proceso de conformación de haz. En algunas configuraciones esto significará que cada uno de los elementos individuales en el array contribuye a una fracción del área de cobertura general del sistema de antenas. En tales sistemas, aunque a los elementos del array no usados se les asigna habitualmente una función de ponderación cero en el procesamiento de conformación de haz, la arquitectura del sistema se dispone para recibir y procesar entradas de cada haz de elemento individual del array. Por lo tanto, a pesar 50 de la redundancia de muchos elementos del array, tales sistemas siguen siendo innecesariamente complejos.

Se conoce la división del array en sub-arrays predeterminados para combinar un número de elementos de antena físicos que usan procedimientos analógicos de manera que se reduzca el número de entradas al procesador digital. Esto tiene la ventaja de que se aumenta el número de elementos de antena para el mismo número de entradas al procesador digital o de que se reduce el número de entradas al procesador digital para el mismo número de elementos. 55

Habitualmente la conformación de haz de recepción y de transmisión se llevan a cabo por separado, usualmente operando el mismo bloque funcional a la inversa (es decir hacer todo el flujo de señal bidireccional y elegir una dirección o la otra dependiendo del modo). Se ha reconocido que sería ventajoso proporcionar un bloque

conformador de haz que sea unidireccional en sí mismo pero que pueda realizar una conformación de haz de recepción o bien de transmisión con una mínima adaptación requerida.

El documento US-2002/0154687 da a conocer un transceptor que emplea una antena de array en fase orientable. El transceptor lleva a cabo una conformación de haz digital en la banda base y el mismo procesador de banda base se usa tanto en el modo de transmisión como en el modo de recepción. 5

Es un objeto de la presente invención reducir la complejidad y los requisitos de procesamiento asociados con las técnicas de conformación de haz usadas en un sistema de comunicaciones por satélite.

Es un objeto adicional de la presente invención mejorar la eficiencia de las arquitecturas de conformación de haz usadas en sistemas de antenas activas donde no todos los elementos de la antena contribuyen a cada haz.

Es un objeto adicional más de la presente invención proporcionar un diseño de único DSP que funcione para la 10 conformación de haz tanto de transmisión como de recepción.

Las formas de realización de la invención permiten que un sistema de conformación de haz idéntico se use para la conformación de haz tanto de recepción como de transmisión donde están presentes las mismas interfaces de entrada y de salida y donde existe el mismo flujo de datos. Es por tanto posible implementar un diseño de único DSP que funcione para la conformación de haz tanto de transmisión como de recepción. El número de entradas y salidas 15 dependerá del tipo de conformación de haz (recepción o transmisión) pero la estructura del DSP es idéntica. Un único equipo DSP se puede usar para cualquier tipo de conformación de haz cambiando sólo el número de entradas y salidas (o activando el número requerido de entradas y salidas de un conjunto más grande).

Según la invención, se proporciona un sistema de conformación de haz que comprende un medio de entrada para recibir muestras de un número de señales, representando cada muestra una banda de frecuencias; un medio de 20 conmutación para enrutar todas las señales muestreadas asociadas con la misma banda de frecuencias con conformación de haz a un bloque de procesamiento... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de conformación de haz que comprende:

un medio de entrada (32) para recibir muestras de un número de señales, representando cada muestra una banda de frecuencias;

un medio de conmutación (32) para enrutar todas las señales muestreadas asociadas con la misma banda de 5 frecuencias con conformación de haz a un bloque de procesamiento predeterminado (341...34F);

medios (361...36M) para seleccionar secuencialmente un número predeterminado de señales muestreadas enrutadas según los criterios predeterminados;

medios de ponderación (381...38M) para aplicar un número fijo predeterminado de coeficientes de ponderación a las señales seleccionadas; 10

un medio (40) para acumular las señales ponderadas para formar una señal compuesta, y

medios (44, 46) para seleccionar dicha señal compuesta y enrutar dicha señal compuesta a una salida apropiada.

2. Un sistema de conformación de haz según la reivindicación 1, en el que las muestras recibidas comprenden señales compuestas de un número de haces recibidos por un número de elementos de antena y en el que los medios (361...36M) para seleccionar secuencialmente un número predeterminado de señales muestreadas enrutadas según los criterios 15 predeterminados están configurados para seleccionar secuencialmente un número predeterminado de señales enrutadas según el haz al que contribuyen y preferentemente el número predeterminado de señales seleccionadas depende del número de elementos de antena (221...22N) y el número de elementos por haz.

3. Un sistema de conformación de haz según la reivindicación 1, en el que las muestras recibidas comprenden señales de un número de haces que serán transmitidos por un número de elementos de antena (221...22N) y en el que los medios para 20 seleccionar secuencialmente un número predeterminado de señales muestreadas enrutadas según unos criterios predeterminados están configurados para seleccionar secuencialmente un número predeterminado de señales enrutadas según el elemento de antena por el que serán transmitidas y preferentemente el número predeterminado de señales seleccionadas depende del número de haces que se conformarán en una única frecuencia de cada elemento de antena.

4. Un sistema de conformación de haz según la reivindicación 2, en el que la selección del número predeterminado (M) 25 de muestras de señal se repite un número predeterminado de veces (A), seleccionándose un conjunto diferente de M muestras de señal en cada una de las A repeticiones y el número de veces que se repite la selección de señales depende del número de señales elementales requeridas para conformar un haz.

5. Un sistema de conformación de haz según la reivindicación 3, en el que la selección del número predeterminado (M) de muestras de señal se repite un número predeterminado de veces (A), seleccionándose un conjunto diferente de M 30 muestras de señal en cada una de las A repeticiones y en el que el número de veces que se repite la selección de señales depende del número de haces que serán transmitidos por cada elemento 60I....60N.

6. Un sistema de conformación de haz según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 4, que comprende además un número de bloques de procesamiento (341...34F) produciendo cada uno un conjunto de haces para una banda de frecuencias particular. 35

7. Un sistema de conformación de haz según cualquiera de las reivindicaciones 1, 3 y 5, que comprende además un número de bloques de procesamiento (341...34F) produciendo cada uno un conjunto de señales de los elementos de antena para una banda de frecuencias particular.

8. Un sistema de conformación de haz según la reivindicación 6 ó 7, en el que el número predeterminado de señales muestreadas enrutadas seleccionadas es diferente en uno o más de los bloques de procesamiento (341...34F) y 40 preferentemente el número fijo predeterminado de coeficientes de ponderación aplicados a las señales seleccionadas es diferente en uno o más de los bloques de procesamiento.

9. Un sistema de conformación de haz según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio de entrada (32) se dispone para recibir un flujo de tramas TDM de muestras de señal y el medio de conmutación (32) se dispone para aplicar una función de conmutación diferente a cada intervalo de tiempo de cada trama TDM. 45

10. Un sistema de conformación de haz según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que

el medio de conmutación (32) se dispone para enrutar todas las señales muestreadas asociadas con un número de bandas de frecuencias al bloque de procesamiento predeterminado (341...34F), o

el medio de conmutación (32) se dispone para enrutar todas las señales muestreadas asociadas con la misma banda de frecuencias con conformación de haz a un número de bloques de procesamiento (341...34F). 50

11. Un número de sistemas de conformación de haz según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada sistema de conformación de haz procesa un subconjunto del conjunto completo de bandas de frecuencias con conformación de haz de tal manera que todas las bandas de frecuencias con conformación de haz son procesadas por el conjunto completo de sistemas de conformación de haz y en el que

el medio de entrada (32) de cada sistema de conformación de haz se dispone para recibir señales muestreadas del 5 número de haces recibidos por un subconjunto predeterminado del número de elementos de antena y que comprende además medios para combinar las salidas de cada sistema de conformación de haz, y/o

el medio de entrada (32) de cada sistema de conformación de haz se dispone para recibir muestras idénticas de un número de señales para múltiples haces y en el que cada sistema de conformación de haz se dispone para procesar los haces que serán transmitidos por un subconjunto de elementos. 10

12. Un sistema de conformación de haz según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando adaptado el sistema para procesar las señales de canal tanto de transmisión como de recepción en un único procesador digital.

13. Un sistema de conformación de haz según la reivindicación 12, en el que el sistema está adaptado para procesar las señales de canal tanto de transmisión como de recepción simultáneamente.

14. Un procedimiento de conformación de haz que comprende las etapas de: 15

(a) recepción de muestras de un número de señales, representando cada muestra una banda de frecuencias;

(b) enrutamiento de todas las señales muestreadas asociadas con la misma banda de frecuencias con conformación de haz a un bloque de procesamiento predeterminado (341...34F);

(c) selección secuencial de un número predeterminado de señales muestreadas enrutadas según los criterios predeterminados; 20

(d) aplicación de un número fijo predeterminado de coeficientes de ponderación a las señales seleccionadas;

(e) acumulación de las señales ponderadas para formar una señal compuesta; repitiéndose las etapas (c) a (e) un número predeterminado de veces para formar una pluralidad de señales compuestas, y

(f) selección de una señal compuesta de dicha pluralidad de señales compuestas y enrutamiento de dichas señales compuestas seleccionadas a una salida apropiada. 25

15. Un procedimiento de conformación de haz según la reivindicación 14, en el que

la etapa (a) comprende la recepción de muestras de señales compuestas de un número de haces recibidos por un número de elementos de antena (221...22N) y la etapa (c) comprende la selección de señales según el haz al que contribuyen, o

la etapa (a) comprende la recepción de muestras de señales de un número de haces que serán transmitidos por un 30 número de elementos de antena (221...22N) y la etapa (c) comprende la selección de señales según el elemento de antena por el que serán transmitidas.