JP7636746B2 - 受信ダイバーシティ合成のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願）
本開示は、２０１９年７月１５日に提出された米国仮出願第６２／８７４４４７号明細書に基づく優先権の利益を主張し、その開示の全体を参照により本明細書に援用する。

本開示は、一般に、無線通信の分野、例えば、衛星ベースの通信およびマイクロ波による２地点間通信、ならびに複数のアンテナと通信する複数のフェーズドアレイアンテナの制御に関する。

（関連技術）
衛星ベースの通信は、船舶、飛行機、列車、人々がグローバルなインターネットに接続する一般的な方法である。接続方法は、低周波数での単純な接続から、高周波数での複雑で高価な接続まで、様々である。

複雑さは、主に、アンテナに関連する。より高い周波数の通信には、衛星を指向するアンテナを利用する必要がある。ユーザが移動し、衛星は地球に相対的に固定しているが、アンテナは指向を衛星に維持しなければならない場合がある。衛星が移動し、かつアンテナがずっと指向方向を衛星に維持しなければならない場合もある。いずれの場合も、方向操縦を維持できる自動操縦アンテナは重要な利点を有する。その逆もまた真である。多くの場合、衛星自体が地球上の特定の地点にビームを向ける必要がある。いずれにせよ、送信機と受信機があり、２つのうちの１つ、または両方がビームを操作してそれぞれの接続を行う必要があり得る。

自動操縦アンテナシステムは２つの形態がある。それらは、パラボラディッシュ、パッチ配列もしくは他の平面および３次元アンテナ設計のいずれかのある形式を直接またはある種の増幅レンズを介して受信機に向けて操縦するモーター組立品と組み合わせて利用する機械的操縦アンテナ（ＭＳＡ）か、または、フェーズドアレイアンテナの位相シフトなどによって、可動部品なしでビームを電子的に操縦する様々な形式を使用する電子可変指向性アレイ（ＥＳＡ）である。

アンテナシステムのような部品の性能について記述する一般的な方法には、ＳＷＡＰ－Ｃ＋Ｒがあり、サイズ、重量、消費電力、コスト、および信頼性を表す。これらは、アンテナシステムが特定の目的に適しているかどうかを決定する主要な要素の一部である。変数のそれぞれが増加するにしたがい、アンテナの適用可能なユースケースの数が減少する。例えば、列車では、トンネルを通過できるように、低プロファイルアンテナが要求され、飛行機でも、抗力を最小限に抑えかつ飛行特性に大きく影響する渦を低減するように、低プロファイルアンテナが要求される。ＭＳＡは、物理的に高さ方向が大きいという欠点を持ち、また、時間の経過とともに可動部品が摩耗するため信頼性が低い。ＥＳＡは通常、大量の電力を消費し、その電力に関連するヒートシンクまたは他の放熱ソリューションのために重いという欠点を持ち、物理的にＭＳＡより小さいにもかかわらず、依然として非常に分厚く、したがって最終的に高価である。しかし、ＥＳＡは通常、ＭＳＡよりもサイズが小さく、信頼性が高いため、特定のユースケースでは好適である。

アンテナ設計におけるもう１つの重要な変数は、開口サイズである。開口サイズは、アンテナの実効収集表面積を表す。これは通常、ある形式のｘ座標およびｙ座標であり、送信衛星に提示される表面積を表す。最も望ましいアンテナは、常に送信元に面し、ｚ（高さ／厚さ）のない大きな開口（ｘおよびｙ）を持つ。開口サイズは大きいほど、受信または送信信号の利得はそれだけ高くなり、それゆえ全体的なシステムのスペクトル効率が向上し、すなわち、より少ない帯域幅でより高いデータレートが得られ、それは市場で大きな利点になるであろう。さらに、利得は高いほど、送信ビームは意図しない方向にパワーを配置し干渉を引き起こす可能性が低くなる。利得は高いほど、ビームは狭くなるためである。さらに、利得の高いアンテナの狭いビームにより、アンテナはそのような意図しない干渉を受ける可能性が低くなる。信号強度の観点から、より大きなｘ／ｙ表面積、すなわち、開口が必要であり、それにより、所定の接続に必要な電力増幅器レベル、つまりアンテナに供給する必要のある電力も削減できる。

前述の技術に伴う課題は、ＳＷＡＰ－Ｃ＋Ｒが大きいと、アンテナシステムの用途が限られてきたことである。最も効率的なビームは、ボアサイトと呼ばれるアンテナ自体の正面に対する直接のビームである。ボアサイトは、アンテナの中央上方への、すなわちアンテナの放射面に直交する直線である。ＭＳＡはアンテナ全体を回転させることができるため、衛星へのボアサイトを維持し、それによって衛星に提示する開口サイズを維持する。逆に、ＥＳＡは電子的にビームを傾けるので、衛星に提示する見かけの開口が小さくなり、したがって受信側と送信側のオフ角軸に応じて２～４倍だけパフォーマンスが低下する。また、サイズの技術的縮小により、１０＊ｌｏｇ１０ＣＯＳΘの走査損失を生じ、これは直接、見かけの面積、すなわち操縦方向から見た開口寸法に関係する。ＭＳＡに走査損失はないが、指向方向を維持するために大きな掃引体積を必要とする。これにより、サイズと重量の両方が増加する。場合によっては、アンテナはＥＳＡおよびＭＳＡの両方を単一のアンテナに組み合わせ、１つの方向、おそらく方位角に対してはＥＳＡを使用し、仰角方向では機械的操縦組立品を使用する。これらは、用途に対してバランスの良いＳＷａＰ－Ｃ＋Ｒを示す。

現在のアンテナシステムの別の問題は、物理的なサイズによって、しばしば、受信および送信アンテナ組立品は、１用途につき１つのみに制限されることである。たとえば、航空機は衛星との接続を維持するために操縦可能なアンテナを必要とする。しかし、ＳＷａＰ－Ｃにより、操縦可能なアンテナの数は１つに制限される。その結果、飛行機が傾いて旋回すると、衛星への接続が失われる。

また、多くの場合、端末は複数の衛星に同時に接続する必要がある。さらに、衛星のそれぞれは特殊な波形を備えた特殊なモデムを必要とする可能性もあるため、必要に応じてモデム／アンテナの組み合わせを切り替える必要があり得る。

したがって、衛星通信を改善する技術が必要とされている。

本開示の以下の概要は、本発明のいくつかの態様および特徴について基本的な理解を提供するためのものである。この概要は、本発明の広範な概観ではなく、したがって、本発明の主要なもしくは重要な要素を特に特定すること、または本発明の範囲を線引きすることを意図していない。その唯一の目的は、以下に提示するより詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。

本開示の実施形態により、複数のアンテナおよびモデムの多重化が可能になるので、異なるモデム／アンテナの組み合わせを構成し、それにより伝送経路をオンザフライで生成できるようになる。

開示した実施形態により、通信装置および衛星間の通信経路の制御を改善できる。開示した実施形態では、利用可能な衛星、利用可能な衛星のそれぞれからの受信信号強度、送信すべきデータの量および種類、それぞれの通信経路における送信コスト、ユーザのサブスクリプションなどに基づき利用可能な通信経路のいずれかを利用するアカウント権限などのパラメータに基づいて、異なる通信経路をリアルタイムに構成する。

開示した実施形態により、移動プラットフォームおよび衛星間通信のリアルタイム制御が、例えば、飛行機または船舶などのプラットフォームの移動にかかわらず通信チャネルを維持しつつ、可能になる。当該プラットフォームでは、複数のフェーズドアレイアンテナがあり、それぞれがプラットフォームに対して異なる方向（たとえば、上、左、右など）を指すボアサイトを持つことができる。当該プラットフォームが移動、例えば、旋回すると、コントローラは、送信するために使用する最良のアンテナを決定し、最良のＲＳＳＩ（受信信号強度）を有するアンテナを常に選択するようなアンテナの選択および選択解除をリアルタイムにできる。

開示した実施形態においては、複数のＥＳＡ、例えばＥＳＡの移相器に可変誘電体技術を使用することにより、より低いＳＷａＰ－ＣのＥＳＡ形態を採用する。可変誘電体を利用することにより、衛星または地上アンテナシステムのいずれについても新しい接続方法が可能になり、これらの新しい接続形態は、本明細書で開示する実施形態にとって特に有利である。

セキュリティ目的で多くの場合にデータの暗号化を使用するが、暗号化は、量子コンピューティングの登場で限界がある。したがって、開示した実施形態では、複数の衛星を利用して、少なくとも１つの衛星および複数の他の経路にわたってデータを分割し、このデータを安全な場所で再合成する。したがって、個々の経路を傍受しても、暗号化されたデータファイルの一部しか表現しない。したがって、開示した態様により、より安全なファイル転送メカニズムを提供する。

他の場合において、複数のＥＳＡを以下のように利用する必要がある。すなわち、電車や飛行機などのプラットフォームが移動し旋回するとき、最大効率のために最大ボアサイトに面するＥＳＡを選択する場合である。ＥＳＡ間で自動的に切り替えるこのようなメカニズムを、本明細書で開示する実施形態によって提供する。

さらに他の場合において、複数のＥＳＡ間の急速な遷移および妨害がある、すなわち開口サイズを小さくする必要があり得、さらに複数のＥＳＡを使用可能にかつ潜在的に相互を奇数角度で配置する必要があり、さらに当該ＥＳＡ間の距離が重要であり得る場合がある。非常に低いＳＷａＰ－Ｃ ＥＳＡを利用し、これらの複数のＥＳＡの信号強度を動的に組み合わせ、ＥＳＡのこのようなさまざまな組み合わせに関連するモデムを潜在的に動的に変更する方法も、開示した実施形態によって提供する。動的とは、様々な接続のそれぞれを任意の瞬間に置換または削除し、または送信／受信状況によって新しい接続を有利なものとして追加することができるように、リアルタイムに管理することを意味する。

さらに複数のＥＳＡが存在する他の場合において、データレートを向上させるために、デジタルまたはアナログのいずれかによる、ゼロ化または他のベースバンド機能を提供するいくつかのＭＩＭＯを提供するベースバンドソリューションを含んでよい。

開示する実施形態において、衛星通信用アンテナシステムが提供され、それぞれがフェーズドアレイ放射器を含む複数のアンテナと、複数のモデムと、任意の前述のアンテナを任意の前述のモデムに動的に結合するスイッチと、複数の通信装置と、任意の前述の通信装置を任意の前述のモデムに動的に結合するルータと、前述の複数のアンテナ、前述の複数のモデムおよび前述の複数の通信装置を接続するリアルタイムの指示を提供する前述のスイッチおよびルータを制御するコントローラと、を含む。

一般的な態様では、システムは、衛星通信向けモバイルプラットフォーム上に搭載され、それぞれが複数の放射器およびそれぞれがそれを通って伝播するＲＦ信号に遅延を導入する複数の移相器を有する複数のフェーズドアレイアンテナと、前述のＲＦ信号に前述の遅延を導入するように前述の移相器を操作する少なくとも１つの位相コントローラと、複数のモデムと、任意の前述の変調器／復調器を任意の前述のフェーズドアレイアンテナに決定された通りにリアルタイムで接続するように動作可能なスイッチと、通信装置と、任意の前述の変調器／復調器および前述の通信装置間の信号をルーティングするように動作可能なルータと、前述の変調器／復調器および任意の前述のフェーズドアレイアンテナ間の接続を形成する前述のスイッチ、並びに前述の変調器／復調器および任意の前述の通信装置間の信号をルーティングする前述のルータへの指示をリアルタイムに提供する制御回路と、を含む。

一般的な態様では、複数のフェーズドアレイアンテナおよび複数の衛星の通信を制御する方法が提供され、コンピュータ装置から衛星に送信すべきデータの指示を受信し、通信に利用できる衛星を決定し、選択した衛星に向くよう前述のフェーズドアレイアンテナに指示し、前述のフェーズドアレイアンテナからの受信信号強度（ＲＳＳＩ）信号を受信し、前述のＲＳＳＩ信号に基づいて送信用フェーズドアレイアンテナを選択し、前述の送信用フェーズドアレイアンテナを選択した変調器に接続し、前述の変調器を前述のコンピュータ装置に接続するようルータを操作し、前述の送信すべきデータの送信を開始する。

さらなる局面では、複数のアンテナで受信した送信信号を合成するための方法を開示しており、前述の複数のアンテナのそれぞれから取得した信号の相互相関係数を算出し、最高の係数を生成する信号をゴールデン基準信号として選択し、ゴールデン基準信号を使用して、複数のアンテナで受信した前述の送信信号を時間同期し、複数のアンテナで受信した前述の送信信号のそれぞれについて、ピーク電力対平均電力比を導出し、相互相関係数およびピーク電力対平均電力比を使用して、複数のアンテナで受信した前述の送信信号のそれぞれの重み付け係数を生成し、複数のアンテナで受信した前述の送信信号のそれぞれに前述の重み付け係数を適用して、複数の重み付けされた信号を生成し、前述の複数の重み付けされた信号を総和する。この方法は、ゴールデン基準信号を使用して、複数のアンテナで受信した送信信号の位相を較正することをさらに含み得る。

他の態様によれば、伝送信号を受信するために提供するシステムは、それぞれが受信信号を受信する複数のアンテナと、それぞれの受信信号の品質に従って前述の複数のアンテナをランク付けし、対応するレベル１信号を生成し、最高ランクのアンテナをゴールデン基準信号として選択するランク付けモジュールと、ゴールデン基準信号を使用して、複数のアンテナのすべての受信信号を同期させるシンクロナイザと、複数のアンテナのそれぞれの受信信号のそれぞれについてピーク対平均電力比を計算し、対応するレベル２信号を生成するレベル２モジュールと、前述のレベル１信号およびレベル２信号を使用して、複数のアンテナのそれぞれの受信信号のそれぞれについて重み付けスコアを生成するスコアリングユニットと、複数のアンテナのそれぞれの対応する受信信号のそれぞれに前述の重み付けスコアを適用して、複数の重み付けされた信号を生成する重み付けモジュールと、前述の重み付け信号のすべてを合成する総和モジュールと、を含む。

開示された態様では、複数のアンテナからの受信信号を合成する方法は、前述のアンテナのそれぞれに対して、前述の受信信号の信頼度を示すランク付けスコアを生成し、前述のアンテナのそれぞれに対して、前述の受信信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を示す品質スコアを生成し、前述のアンテナのそれぞれに対して、前述の対応するランク付けスコアおよび品質スコアを使用して重みを生成し、前述のアンテナのそれぞれに対して、前述の重みを前述の受信信号に適用して重み付けされた信号を生成し、前述の複数のアンテナからの前述の重み付けされた信号の全てを総和し、重み付けされた合成信号を生成する、動作を含む、前述のランク付けスコアを生成する動作は、相互相関係数を計算する動作を含んでよく、さらに、前述のアンテナのそれぞれに対して相関和ＣＳｎを計算する動作を含んでよい。前述の方法は、さらに、最高のランク付けスコアを有する前述の受信信号を基準信号に割り当てをし、前述の受信信号の全てを前述の基準信号に時間整列させ、前述の受信信号の全ての位相を前述の基準信号に較正する、動作を含んでよい。前述の品質スコアを生成する動作は、最大振幅の２乗の１００％未満である分子の値を使用して前述のＰＡＰＲを計算する動作を含んでよい。

また、開示された態様では、複数のアンテナからの受信信号を合成する方法は、前述のアンテナのそれぞれから取得した前述の受信信号に対する相互相関係数を計算し、前述の係数の最高値を生成する信号をゴールデン基準信号として選択し、前述のゴールデン基準信号を使用して前述の受信信号を時間同期させ、前述の受信信号のそれぞれに対して、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を導出し、前述の相互相関係数および前述のピーク対平均電力比を使用して前述の受信信号のそれぞれに対する重み付け係数を生成し、前述の重み付け係数を前述の受信信号のそれぞれに適用して複数の重み付けされた信号を生成し、前述の複数の重み付けされた信号を総和する、動作を含む。

さらに、開示された態様では、複数のアンテナからの受信信号を合成するシステムは、前述の受信信号を受信してデジタイズ信号を生成する信号デジタイザと、前述のデジタイズ信号のそれぞれについて前述のデジタイズ信号の残りの信号との相関を比較して最高位にランク付けした前述のデジタイズ信号を基準信号として選択する第１のランク付けモジュールと、前述のデジタイズ信号のそれぞれについてピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を計算する第２のランク付けモジュールと、前述の第１のランク付けモジュールからの前述のランク付けおよび前述の第２のランク付けモジュールからの前述のＰＡＰＲを受信して前述のデジタイズ信号のそれぞれについて割り当ての重みを生成する重み付けモジュールと、前述の割り当ての重みを前述のデジタイズ信号のそれぞれに適用して重み付けられた信号を生成する重み適用器と、前述の重み付けられた信号を総和する総和モジュールと、を含む。前述のシステムは、さらに、前述のデジタイズ信号を前述の基準信号に同期させる時間シンクロナイザを含んでよい。前述のシステムは、さらに、前述のデジタイズ信号を前述の基準信号に合わせて較正する位相較正モジュールを含んでよい。前述の第１のランク付けモジュールは、相互相関計算モジュールを含んでよく、さらに、前述の相互相関計算モジュールによって計算した相互相関係数を総和する相関和モジュールを含んでよい。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態の例を示し、その記載と共に、本発明の原理を説明し、図示するためのものである。図面は、実施形態の例について主要な特徴を図式的に示すことを意図している。図面は、実際の実施形態のすべての特徴を図示すること、または図示された要素の相対的な寸法を描くことを意図しておらず、縮尺通りに描いたものではない。

本発明の１つのまたは複数の実施形態を、例によって図示し、それは添付図面に限定されない。なお、添付図面においては、同様の参照符号は、同様の要素を示す。
図１は、実施形態に係るアンテナアレイを示し、移相器のそれぞれを個別制御するコントローラを有し、これにより主ビームの向きを操縦する。 図２は、１つまたは複数の衛星と通信するため複数のフェーズドアレーアンテナを配備する実施形態の一例である。 図２Ａは、１つまたは複数の衛星と通信するため複数のフェーズドアレーアンテナを配備する実施形態の一例である。 図３は、複数の信号の高速かつ効率的な管理のために光ファイバを利用する実施形態を示す。 図３Ａは、複数の信号の高速かつ効率的な管理のために光ファイバを利用する実施形態を示す。 図３Ｂは、複数の信号の高速かつ効率的な管理のために光ファイバを利用する実施形態を示す。 図４は、ファイルの安全な伝送または負荷分散のために特に有益な経路ダイバーシティを生成する実施例の一例である。 図５は、実施形態の送信処理で使用することができるステップのフローチャートを示す。 図５Ａは、同受信処理で使用することができるステップのフローチャートを示す。 図６は、実施形態に係る受信ダイバーシティ合成方法のための複数のアンテナを用いるアーキテクチャを示す。 図７は、本実施形態に係る受信ダイバーシティ合成アーキテクチャにおけるチャネル構造を示す。 図８は、本実施形態に係る受信ダイバーシティ合成のためのデジタル信号処理アーキテクチャを示す。

本発明に係るリアルタイム多重化アンテナおよび制御の実施形態について、図面を参照しながら説明する。異なる実施形態またはそれらの組み合わせが、異なる用途に、または異なる利益を達成するために使用される可能性がある。達成すべき結果に応じて、本明細書に開示する異なる特徴を、部分的または最大限に、単独でまたは他の特徴と組み合わせて利用し、要件および制約と利点についてバランスを取り得る。したがって、いくつかの利点について、異なる実施形態を参照して強調しても、開示した実施形態に限定されるものでない。すなわち、本明細書に開示した特徴を、それらを説明する実施形態に限定せず、他の特徴と「混合および適合」させ、他の実施形態に組み込み得る。

なお、本明細書における衛星、プラットフォーム、または端末についての参照は、交換可能であり、単なる例示目的である。物理的な場所についても、操縦可能なビームおよびその効果は衛星、プラットフォーム、端末、またはすべての上から発し得るように、交換してよい。同一のことは、受信および送信にも当てはまる。いずれの側も受信側または送信側のいずれになってもよく、受信側または送信側の用語の使用は、単なる説明目的であり、その逆、または受信および送信の同時通信でさえも制限するものでない。

多くの種類のＲＦアンテナにおいて、受信および送信は互いに対称的であり、一方についての記述は等しく、他方に適用できる。本説明では、送信を説明する方が簡単な可能性があり、受信は同一で、単に方向が反対になるだけであろう。また、開示した実施形態では、開示したアンテナをプラットフォーム上に搭載するかまたは統合し、その主ビームを、本明細書でターゲットと呼ぶこともある別のアンテナに向けることを想定している。また、ターゲットのアンテナをも、プラットフォーム上に搭載し、一方または両方のプラットフォームが移動している可能性もある。例えば、アンテナは、飛行機、船舶、自動車等のような乗り物に搭載されている可能性があり、そのターゲットは、例えば、衛星に取り付けられている可能性がある。対称性の概念はここでも適用でき、アンテナは衛星に搭載され、そのターゲットが乗り物に搭載されている可能性もある。

図１は、フェーズドアレイアンテナを示し、電子可変指向性または走査アレイとも称し、本明細書で開示する任意の実施形態で使用し得る。フェーズドアレイとは、主ビームを形成する放射器のアレイを指し、主ビームの方向は、各放射器に到達するＲＦエネルギーの位相／時間遅延を変更することによって電子的に操縦できる。単純化のために、図は直線状のアレイを示しているが、開示した実施形態では、ビームを２次元で操縦できるように、２次元アレイを利用するほうがより有益である。当該アレイは、そのそれぞれが移相器１１０に接続された放射素子１０５を含む。移相器１１０のそれぞれは、遅延線の形態であってもよい。移相器１１０を、コンピュータＣによって制御し、対応する伝送線に一定量の遅延を導入しそれによってビームをボアサイトから角度Θだけ操縦する。

送信機ＴＸが生成した信号は、共同給送器１１５に入力し、分割され放射素子１０５のそれぞれに分配される。放射素子に到達する前に、給送器からの信号が対応する移相器１１０を通過し、遅延線のそれぞれにおいて信号の位相が個々の量だけ変化するのでビームが操縦されることになる。オンチッププロセッサまたはベースバンドプロセッサによって移相器１１０を制御することもできる。それぞれの移相器の範囲は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）によって量子化され得る。メモリから位相値をすばやく取得することにより、ビームを操縦できる。なお、受信の場合はその逆のことが起こる。

図１に示す受動的フェーズドアレイまたは受動的電子走査アレイ（ＰＥＳＡ）の例では、アンテナ素子が単一の送信機および／または受信機に接続されたフェーズドアレイである。しかしながら、開示した実施形態は、ＰＥＳＡに限定されず、むしろ電子的に操縦可能な任意のアンテナを包含する。例えば、能動的フェーズドアレイまたは能動的電子走査アレイ（ＡＥＳＡ）も使用できる。ＡＥＳＡはフェーズドアレイであり、アンテナ素子のそれぞれがアナログ送信機／受信機（Ｔ／Ｒ）モジュールを有し、アンテナビームを電子的に操縦するために必要な位相シフトを行う。また、開示した任意の実施形態を、アレイ内の素子のそれぞれがデジタル受信機／励起器を有するデジタルビーム形成（ＤＢＦ）フェーズドアレイを使用して実装してもよい。素子のそれぞれにおける信号を受信機／励起器によってデジタル化するため、アンテナビームをフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはアレイコンピューター１１０でデジタル的に形成できる。この手法では、例えば、放射素子をサブグループにグループ化することにより、複数同時のアンテナビームを形成できる。

また、本担当者は、移相器を、例えば、液晶のような可変誘電率材料を横断する遅延線を使用して形成するフェーズドアレイアンテナを開発した。そのようなフェーズドアレイアンテナは、本明細書に開示した実施形態にも適している。そのようなアレイの例は、例えば、米国特許第７８８４７６６号明細書、米国特許出願公開第２０１７／００９３３６３号明細書、第２０１８／０１５９２１３号明細書、および第２０１８／００６２２７２号明細書に記載してあり、その内容は、参照によりその全体が本明細書に援用される。

概して、開示した実施形態のそれぞれについて、アンテナのそれぞれは、図１に示したフェーズドアレイアンテナの例と同様の、複数の放射器を有する任意の電子可変指向性アンテナであることを理解するべきであろう。簡単のために、ここで提供する開示では、「フェーズドアレイアンテナ」という用語を使用するが、この用語は、方向を電子的に操縦できる放射パターンを形成する複数の放射器を有する電子的に操縦可能な任意のアンテナを包含することを理解すべきである。

図２は、１つまたは複数の衛星と通信するための複数のフェーズドアレイアンテナを配備した実施形態を示す。図２の配置により、複数のフェーズドアレイアンテナの継続的なリアルタイムの再構成が可能になる。図２では、アセット２００は、１つまたは複数の衛星１～４と通信する、コンピュータ１～ｎなどの複数の通信装置を有する任意のプラットフォームとすることができる。アセット２００は、例えば、飛行機、船舶、列車、または陸上設備であり得る。

当該アセットは、複数のアンテナＥＳＡ１～ＥＳＡｎを含み、それらはスイッチ機構２０５を介して複数のモデムＭＤ１～ＭＤｎに結合する。アンテナのそれぞれは、そのビームの形状および方向が位相コントローラ２２０によって制御されるフェーズドアレイを有する。位相コントローラ２２０は、フェーズドアレイの放射器のそれぞれに対する信号の位相または時間遅延を設定して、所望の方向を指す必要な主ビームを形成する。本明細書では、位相コントローラという用語を、放射器によって形成するビームを電子的に操縦するために使用する任意のコントローラを示すための省略表現として使用する。例えば、位相コントローラ２２０は、放射器のそれぞれに入力するときの同一ソースのＲＦ信号の時間遅延を制御してもよい。また別の例では、位相コントローラ２２０は、アンテナビームをデジタル的に形成するフィールドプログラマブルゲートアレイであってもよい。

いくつかの実施形態では、位相コントローラ２２０は、空における利用可能な全ての衛星およびそれらの位置をリスト化したデータベース、例えば、ルックアップテーブル、を維持することができる。いくつかの実施形態では、位相コントローラ２２０は、どの衛星がそのフェーズドアレイの視野内にあるかを決定できるように、動き回路２２５からアセット２００のＧＰＳ座標および他の動きデータを受信することもできる。位相コントローラ２２０は、この情報を使用して、フェーズドアレイのそれぞれのビームを衛星に向けて適切な方向に操縦することができる。

いくつかの実施形態では、位相コントローラ２２０は、アンテナが通信すべき衛星を示す制御信号を制御回路２１５から受信する制御ポートを含む。制御回路２１５は、ルータ２１０と機能的に接続するデータポートを含むことができ、その結果、当該制御回路は、ルータ２１０から収集したデータに基づいてそのスイッチング決定を能動的に行うことができる。データは、各アンテナの利用可能な帯域幅、各アンテナのデータ伝送速度、各通信装置１～ｎが要求する伝送タイプ（音声、ビデオ、データなど）を含み得る。

当該制御回路を、また、ＥＳＡのそれぞれに接続し、ＥＳＡのそれぞれからＲＳＳＩを取得することもできる。当該制御回路を、さらに、モデム２５５に接続し、そのスイッチング決定に関連する他のデータ、例えば、通信装置のそれぞれに割り当てられたサービスレベル、衛星のそれぞれの送信コストなどを受信することができる。例えば、モデム２５５を外部データ管理システム２６０に結合し、様々な送信パラメータおよびユーザアカウントに関するデータを制御回路２１５に提供することができる。

位相コントローラは、データベースを使用して、アンテナを指示された衛星の方向に向けるように放射器のそれぞれに適用する位相遅延を算出する。アセット２００が移動体、例えば飛行機、船舶などである場合、動き回路２２５は継続的に動き信号を位相コントローラ２２０に送信し、それにより、当該位相コントローラは放射器のそれぞれに適用する位相を継続的に調整して、ビームを衛星に向け続けることができる。

前述の複数の通信装置を、ここではコンピュータ１～ｎとして示すように、ルータ２１０を介して、モデムＭＤ１～ＭＤｎに結合する。この配置により、システムのリアルタイムな構成が可能になり、任意の通信装置１～ｎを任意のモデムＭＤ１～ＭＤｎに結合でき、それらを任意のアンテナＥＳＡ１～ＥＳＡｎに結合できる。これにより、使用可能な衛星からの帯域幅を効率的に利用できる。

プラットフォーム上の複数のユーザは、様々なニーズを持っている可能性がある。例えば、おそらく、あるコンピュータは、ネットフリックス（登録商標）を見る乗組員の福利厚生用であり、別のコンピュータは、船舶の航行管理用である。制御回路２１５は、それぞれの通信量を送信する衛星、およびその特定の通信に使用する１つまたは複数のアンテナを決定することができる。制御回路２１５は、また、利用可能なすべての経路にわたって最高の品質、最高の性能、および最低のコストを保証するために、通信量に対して容量を集約するか、または他のイーサネット（登録商標）レベルの操作を実行するようにルータ２１０に命令することもできる。

例えば、いくつかの実施形態では、制御回路２１５は、様々な衛星の帯域幅容量および利用に関するデータ、例えば、音声またはビデオ通話などのライブ信号は高い優先度を有していなければならない一方、電子メールには低優先度を割り当て得るなどの送信優先度に関するデータ、衛星で利用可能なさまざまなサービスの帯域幅コストに関するデータなどを受信することができる。制御回路２１５は、次に、どの衛星をどの送信に使用すべきかを決定することができる。また、いくつかの実施形態では、当該制御回路は、動き回路２２５から動き信号を受信し、その結果、制御回路２１５は、どの衛星をどのアンテナに利用できるかを決定することができる。いくつかの実施形態では、制御回路２１５は、また、アセット２００およびそのアンテナの物理的構成をそのデータベースに格納する。例えば、当該アセットは、その右側にＥＳＡ１、その左側にＥＳＡ２、屋根にＥＳＡ３などを有する可能性がある。これから、制御回路２１５は、アンテナのそれぞれが空のどの部分を走査できるかを決定し得る。このすべての情報を使用して、制御回路２１５は、適切な信号をスイッチおよびルータに提供し、適切な接続を行い、アンテナをどこに向けるかを位相コントローラのそれぞれに示すことができる。

説明のために、図２では、アンテナＥＳＡ１およびＥＳＡ２の両方がＳａｔ１と通信し、Ｓａｔ１は次にトランシーバ１と通信する。その結果、ある実施例では、Ｓａｔ１からの信号があまりにも弱いので、単一の接続では必要なファイルを送信できず、１つの可能なソリューションとして、ＥＳＡ１およびＥＳＡ２による受信ダイバーシティ合成方法を使用して、当該ファイルを２つの接続で送信できる。ＥＳＡ３はＳａｔ３と通信し、Ｓａｔ３は次にトランシーバ２と通信する。ＥＳＡｎは、衛星Ｓａｔ２およびＳａｔ４の両方と通信する。Ｓａｔ２はトランシーバ２と通信し、一方Ｓａｔ４はトランシーバｎと通信する。２つの信号を、ルータ２３０によってルーティングし、合成用コンピュータ２３５によって合成する。

図２に示す一例では、例えばインターネットなどのネットワーク２４０に接続する単一の基地局２０２の一部であるトランシーバ１～３を示す。データ記憶装置２４５は、ネットワーク２４０を介してアクセスすることができ、または基地局自体に常置することができる。もちろん、多くの基地局を使用してもよいし、衛星は、ユーザのニーズ、基地局それぞれの性能、利用可能な接続などに応じて、任意の選択した基地局と通信することができる。また、ネットワーク２４０を介してデータ記憶装置２４５にアクセスできるため、特定のユーザマシンがデータ記憶装置２４５にアクセスする必要がある場合、制御回路２１５は、その接続を提供するのにどの衛星およびどの基地局が最も適しているかを決定できる。したがって、いくつかの実施形態では、制御回路２１５は、利用可能な基地局およびそれらの動作パラメータに関するデータを伴う送信を定期的に受信することができる。同様に、非静止衛星の場合、制御回路２１５は、衛星の位置および動作パラメータに関する更新を伴う送信を定期的に受信することができる。

基地局２０２のトランシーバのそれぞれは、１つまたは複数の衛星との通信信号を交換するアンテナ２０４を有する。静止衛星との通信の場合、アンテナ２０４は、衛星の方向に固定された単純な皿であるか、または機械的に移動しそれを所望の衛星に向ける。しかしながら、例えば、非静止衛星または異なる衛星間の高速移動などを、迅速にリアルタイムで操縦するために、１つまたは複数のアンテナ２０４を、本明細書で開示するフェーズドアレイとし得る。

いくつかの開示した実施形態では、衛星の送信および受信を、片方向伝送機構を介して行うことができる。例えば、衛星の送信および受信に、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）を使用することができる。

図３は、複数の信号の高速かつ効率的な管理のために光ファイバを利用する実施形態を示す。フェーズドアレイアンテナのそれぞれには、光信号および電気信号間を変換する電気光学トランシーバＥＯＴ１～ＥＯＴｎが含まれる。光信号は、光ファイバ管理ユニット（ＯＦＭＵ）３２０によって管理される、破線の矢印で示す光ファイバ内を伝わる。ＯＦＭＵ３２０は、また、光および電気信号間を変換する電気光学変調器を含む。ＯＦＭＵ３２０およびスイッチ２０５間を伝わる信号は電気信号であり、実線の矢印で示す、導波路、同軸ケーブル内を伝わる。

図３に示す例では、ＯＦＭＵ３２０は、スイッチ２０５を介して、任意のフェーズドアレイアンテナ１～ｎを任意のモデムＭＤ１～ＭＤｎに接続できる。また、光ファイバ管理ユニット３２０は、複数の選択したフェーズドアレイアンテナからのＲＦ信号を総和し、総和されたＲＦ信号を選択したモデムに提供できる。逆に、光ファイバ管理ユニット３２０は送信するため複数の選択したアンテナに送信電力を分割してもよい。さらに、ＯＦＭＵ３２０は、他のデジタルベースバンド動作を実行して、ゼロ化、ビーム形成、または干渉キャンセルをすることができる。

図３Ａは、図３の実施形態の変形例を示す。光ファイバ管理ユニット３２０は、さらに、先にスイッチ２０５によって実行した機能も実行する。光ファイバ管理ユニット３２０は、信号を合成し、分割することが可能なので、信号を任意の変調器ＭＤ１～ＭＤｎに向けることができ、その結果、スイッチ２０５の必要性を無くすことができる。制御回路２１５は、したがって、指示信号をＯＦＭＵ３２０に送信し、適切な信号ルーティングを行う。

図４は、ファイルの安全な伝送または負荷分散のために特に有益な経路ダイバーシティを生成する例を示す。図４に示す例では、プラットフォーム４００は、本明細書で説明した１つまたは複数のフェーズドアレイアンテナを有する任意のプラットフォームであり得、コンピュータ４１１を含み、１つのファイルＦを送信しようとしている。ある例では、当該ファイルのデータ機密性が高いため、中間者攻撃を失敗させること、たとえ成功したとしても、加害者がデータの一部しか取得できないようにすることが望ましい。他の例では、検出されたＲＳＳＩに対してファイルが大きすぎるため、複数の経路を使用し、経路のそれぞれはファイルの一部のみを伝送することが望ましいと判断する場合がある。

図４に示すように、コンピュータ４１１は、ファイルＦをいくつかに、ここでは３つの部分に分割する。次に、制御システム４１５は、スイッチおよびルータ（図１を参照）を操作して、それぞれが１つの衛星に向けられた３つの伝送経路を作成する。図４に示す例では、衛星のそれぞれは異なる基地局と通信しているため、ファイルの各部分は異なるアンテナおよびトランシーバシステムで受信される。これは必ずしも常にそうであるとは限らず、衛星の一部またはすべてが同じ基地局と通信している可能性もある。とにかく、制御システム４１５は、構成器ＣＦＧ１～ＣＦＧｎを介して、どの衛星からどのファイルを受信するかを基地局に示し、ファイルの一部を受信すると、それらを単一のファイルにアセンブルすべきことをデータセンター４２２に示す。それらを、データセンター４２２でアセンブルし、格納してもよい。もちろん、任意の戻り応答を、同様に分割し、複数の経路によって送信し得る。

図４の例では、制御システム４１５は、プラットフォーム４００上ではなく、クラウド内にあることに留意されたい。このような構成は、この特定の例に限定されず、本明細書に開示した任意の実施形態に使用し得る。

図５は、開示した実施形態によって実施するプロセスが取り得る、非順序付け手順を示すフローチャートである。例えば、ステップ５００において、登録したユーザのアカウントデータを制御回路２１５にロードする。アカウントデータには、データ速度、データレート価格、データ制限などが含まれ得る。アカウントデータを、制御回路のメモリに記憶することができる。ステップ５０５では、衛星データを制御回路２１５にロードすることができる。衛星データには、衛星ＩＤ、衛星座標、伝送速度、帯域幅などが含まれ得る。ステップ５１０では、動きデータを制御回路２１５にアップロードすることができる。動きデータには、衛星に関連する動きデータ、およびＥＳＡが搭載されるプラットフォームに関連する動きデータが含まれ得る。ステップ５００、５０５および５１０でアップロードするすべてのデータは、定期的に更新される可能性があることに留意されたい。

ステップ５１５において、送信要求をユーザから受信する。送信要求の情報、およびステップ５００、５０５および５１０でアップロードしたデータを使用して、ステップ５２０で、送信用の適切な経路を選択する。例えば、複数のアンテナが利用可能である場合、送信を、例えば、ダイバーシティ合成方法を使用して、複数のアンテナを使用する複数の経路によって実行し得る。ステップ５２５では、選択された経路内のアンテナについて、送信／受信強度を検証する。例えば、各ユニットからＲＳＳＩを受信することによりこれを行う。選択した経路について適切な信号強度を確認すると、選択したアンテナが選択したモデムに接続するようにスイッチを設定し、ユーザのマシンが選択したモデムに接続するようにルータを設定する。

図６は、例えば、複数のフェーズドアレイなどの複数のアンテナを使用して、受信信号の全体的な信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善する実施形態の一例を示す。複数のアンテナを利用して受信信号のＳＮＲを改善することは、当技術分野で知られているが、現在の実装は不十分であるか、広範囲の実装には複雑すぎて高価である。例えば、最も単純な実装は、どのアンテナが最も強い総瞬時信号（たとえば、最高ＲＳＳＩ）を提供するかを決定し、そのアンテナの信号を選択することである。別の高速な方法は、アンテナのそれぞれに等しい重みを適用し、すべてのアンテナからの重み付けされた信号を総和することである。そのような手法は、迅速かつ実装が容易であるが、最良のアンテナの信号品質を失い、弱い信号を過大に重み付けし、それによって雑音を導入する可能性がある。詳細について、読者は、Ｄ．Ｒ．ＰａｕｌｕｚｚｉおよびＮ．Ｃ．Ｂｅａｕｌｉｅｕ著「ＡＷＧＮチャネルのＳＮＲ推定手法の比較」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｖｏｌ．４８、Ｎｏ．１０、２０００年１０月発表、を参照されたい。ｈｔｔｐｓ：／／ｉｅｅｅｘｐｌｏｒｅ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｄｏｃｕｍｅｎｔ／８７１３９３で入手可能である。図６の実施形態により、高速かつ実施が比較的簡単な新規な手法を使用する改善された重み付けを提供する。

図６に示すアーキテクチャは、分散型電子可変指向性アレイ（ＤＥＳＡ）と呼び、図６の例では、ダイバーシティ受信信号を合成するために、複数のアレイを使用するので、ＤＥＳＡの代わりに受信ダイバーシティ合成アーキテクチャと呼んでもよい。このようなアーキテクチャは、衛星が１つまたは複数のアレイに見えない場合や、ビームの傾斜角度が原因で開口が非常に小さい場合に特に有益である。これを、図６では、アンテナが船舶の異なる部分に配置される、船舶などのモバイルプラットフォーム６００を考慮することによって示す。衛星が右舷上にあるような方向に船舶が移動し、アレイｘ１、ｘ２、ｘ３（ｘ３は、例えば船尾にあるため、図示されていない）は良好な信号を有するが、ｘ４は左舷側に配置されているので、衛星に向けて操縦できない、または、操縦角度によって開口が非常に小さくなり、信号に雑音が発生する可能性がある。

モデム６０２は、例えばストリーミングビデオなどのインターネットからの信号を伝送用に信号を調節する。当該信号は、基地局６０４から衛星ＳＡＴ１にアップロードされ、衛星ＳＡＴ１はそれを地球に向けて放送する。いくつかまたはすべてのアンテナｘ１～ｘ４が信号を拾い、それぞれは、伝搬損失、気象力学、偏波の不一致、干渉、アレイの物理的な向きなどのさまざまな要因により、個別のＳＮＲを持つ可能性がある。次に、アレイからの信号は、ＤＥＳＡ処理ユニット６４０によって処理されて、モデム６４８に提供するデジタル信号を生成し、モデム６４８は、信号を様々なユーザ装置に送信する。ＤＥＳＡ処理ユニット６４０は、アンテナからの信号を受信してデジタル化するＲＦトランシーバ６４２、およびアンテナのそれぞれからの信号に適用する重みを決定し、重み付けされた信号を総和するデジタル信号プロセッサ６４４を含む。ＤＥＳＡ処理ユニット６４０は、また、アンテナアレイモジュールＡＩＭ６４６も含み、これは、フェーズドアレイアンテナの操縦、ジオロケーション、およびシステム管理を担当するコントローラである。ＡＩＭ６４６は、図２の位相コントローラ２２０に関して説明したものと同様の構造を有し、かつ同様の動作および機能を提供することができる。

図７は、図６の例に示すような受信ダイバーシティ合成アーキテクチャに使用し得る受信信号経路の実施形態の一例を示す。図７の例では、アンテナと同数のチャネルを含み、最初および最後のチャネルのみを詳細に示す一方、残りのチャネルはすべて同一であるため省略符号で示す。開示した手法は周波数帯域にとらわれないため、任意の周波数帯域に適用できる。アンテナのそれぞれは衛星信号を受信し、図示するように、この例では、送信をＫａまたはＫｕ帯で行う。信号はＲＦフィルターを通過してから、標準の低雑音ブロック（ＬＮＢ）に入力し、ＬＮＢは信号をＬ帯内の中間周波数にダウンコンバートする。信号は中間周波数フィルターを通過した後、増幅され、ＲＦ ＡＤＣコンバーターによってデジタル信号に変換される。次に、デジタル信号プロセッサＤＳＰ６４４は、算出された重み付けをチャネルのそれぞれに適用し、すべてのチャネルからの信号を総和する。

図８は、本明細書に開示した実施形態に従った受信ダイバーシティ合成アーキテクチャに採用し得るデジタル信号プロセッサの一例を示す。経路差およびその他の大気の影響により、チャンネルの信号が互いに一致するように同期および校正する必要がある。図８の実施形態では、これを、まず、各チャネルの相関を残りのチャネルと比較して忠実度が最も高いチャネルを決定するチャネルスキャナ８５０によって行う。本質的に、チャネルスキャナはチャネルを調べて、最も信頼できるチャネルをゴールデン基準チャネルとして選択する。ゴールデン基準チャネルを、時間シンクロナイザ８６０によって使用し、すべてのチャネルを時間整列させるために必要な時間シフトを推定する。一例では、受信チャネルＲｘＮのそれぞれに対して、時間シンクロナイザ８６０が信号をアップサンプルし、所望の分数サンプル精度を達成する。次に、受信チャネルのゴールデン基準チャネルとの相互相関を決定する。次に、最大係数値を経路遅延差として設定し、それを使用して受信チャネルＲｘＮをゴールデン基準チャネルに揃える。

同様に、ゴールデン基準チャネルを、位相較正モジュール８６２によって使用し、すべてのチャネルを整列させるために必要な位相シフトを推定する。一例では、受信チャネルＲｘＮのそれぞれに対して、位相較正モジュール８６２は、受信チャネルＲｘＮおよびゴールデン基準チャネル間の位相差の平均値を計算する。次に、平均位相誤差値を受信チャネルＲｘＮに適用する。

上記のように、チャネルスキャナ８５０は、それらの相対的な忠実度または信頼度に応じてチャネルをランク付けする。これを、まず、相互相関モジュール８５４が相互相関行列を導出することによって行う。相互相関の結果を、ランク付けモジュール８５６が使用し、本明細書でレベル１ランク付けと呼ぶ、チャネルのランク順を生成し、ゴールデン基準チャネルを選択する。レベル１信号を、ランクコントローラ８７０に提供する。

この点において、相互相関行列は次のように導出される。
ここで、ｍ≠ｎ、ｎｓは積分長であり、ｎｄは遅延検索ウィンドウである。Ｎチャネルの受信機については、式はｄの数の相互相関係数を生成する。
ｄは整数であり、以下の正方行列の三角成分に係る。
たとえば、Ｎ＝４の場合、式は６つの係数の配列を生成する。

当該行列から得た係数を、レベル１ランク付けの決定に使用する。Ｎ行（Ｎ－１）列の次元からなるＱ行列を定義し、各チャンネルのデータを相関行列計算から正確に（Ｎ－１）回だけ使用する。各ｎ番目のチャネルに関連付けられた相関和（ＣＳ）は、Ｑのすべての行要素を加算することによって計算され、次のように与えられる。

Ｎ＝４の例について、式は次の通りである。

ゴールデン基準チャネルを、次の組で定義されるようなスコアの最高値に基づいて選択する。
ここで、φは正規化スケーラを含むゲイン関数である。同一スコアの場合、同一スコアのチャネルの１つを選択するか、本実施形態では、レベル２ランク付け決定の結果を使用して、より高い精度でゴールデン基準チャネルを選択できる。

図８に戻って参照すると、チャネルスキャナ８５０は、ピーク対平均電力モジュール８５２を含み、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）に基づいてレベル２ランク付けを計算する。当該レベル２信号をランクコントローラ８７０に入力し、レベル１およびレベル２による決定を使用して、チャネルのスコアを生成する。当該スコアを重み付けモジュール８６４に提供し、チャネルのそれぞれに割り当てられた重みを適用し、すべてのチャネルの重み付けされた信号をダイバーシティ合成器８６６によって合成する。ちなみに、図８の例に示すように、オプションの外部入力ポートを提供し、ユーザがランクコントローラの選択を無効にするか、ランクコントローラ８７０に他のコマンドを提供できるようにする。レベル２ランク付けの決定は、次の式を使用したＰＡＰＲの計算に基づく。
この例では、ピーク電力は最大振幅の２乗の１００％未満であり、例えばmax{|x|²}は、Ｋサンプルの収集ウィンドウの９９％ＰＡＰＲに対応する。９９％ＰＡＰＲを使用すると、システムエラー、グリッチ、またはサンプリングエラーによる非現実的なピークを回避できる。この特定の例では９９％を使用しているが、１００％未満の他の値を使用してもよい。ＰＡＰＲが高いと、電波伝搬チャネルが悪くなり、Ｅｂ／Ｎ０が低くなる（ビット当たりエネルギー対雑音電力スペクトル密度比、または正規化信号対雑音比（ＳＮＲ）測定値、「ビット当たりのＳＮＲ」とも呼ぶ）。

理想的には、レベル１のＣＳ最大値およびレベル２のＰＡＰＲ最小値は、同一受信チャネルに対応すべきである。基準チャネル選択を、次の共同スコアによって計算できる。

一般に、スコアリング方法は、複数の物理量に基づいて、いくつかの決定変数を使用することができる。上記のように、図８の例では、レベル１ランク付けとして相互相関和を使用し、レベル２ランク付けとしてＰＡＰＲを使用する。もう１つの決定変数ＰＡＰＲを使用することにより、真のチャネルＳＮＲをより適切に近似できるため、最適な合成ソリューションに近づくことができる。さらに、例えば、総信号プラス雑音電力（Ｐｓｉｇ）などの他の変数を使用することもできる。したがって、Ｎ個の複数のＲｘチャネルのｎ番目チャネルのスコアを決定する一般的な説明を、次のように表すことができる。

ここで、SCORE = [SCORE₁,SCORE₂, ..., SCORE_N] はＮ次元の配列、Ｑは決定変数の総数、φは正規化のためのゲイン関数、θはスカラー関数である。理想的には、レベル１のＣＳ最大値およびレベル２のＰＡＰＲ最小値は、同一受信チャネルに対応するべきである。基準チャネル選択は、真のチャネル状態をより適切に近似するための共同スコアによって計算できる。
ここで、ｎは最高スコアを与えるチャネル番号である。

図８の例である、Ｑ＝２（レベル１ランク付けおよびレベル２ランク付け）およびＮ＝４のチャネルについて、スコアを求める式は、次のようになる。
このスコアは、重み付けモジュール８６４の重み付け係数で使用する値である。より好条件およびより高品質のチャネルは、指数関数的にそれだけ多く重み付けされ、ダイバーシティ合成器８６６の出力でより高いＳＮＲを示す。

また、図８に示すように、コントローラ８７０に通じる監視ポートがある。この実施形態において、コントローラ８７０はダイバーシティ合成器８６６の出力を監視し、出力の雑音分散を決定する。これは、例えば、上記と同じＰＡＰＲプロセスを使用して行うことができる。コントローラ８７０は、ダイバーシティ合成信号について決定したＰＡＰＲを、着信信号のそれぞれについて計算したＰＡＰＲと比較し得る。これにより、コントローラ８７０は、ダイバーシティ合成後に生成された信号が実際に低いＰＡＰＲを有することを監視し、そうでない場合、ダイバーシティ合成信号のＰＡＰＲの低減を達成するため重みを変える必要があるかもしれないというように動作する。

提供した開示によれば、複数のアンテナで受信した送信信号を合成するための方法を開示し、前述の方法は、前述の複数のアンテナのそれぞれから得た信号の相互相関係数を算出し、最高の係数を生成する信号をゴールデン基準信号として選択し、ゴールデン基準信号を使用して、複数のアンテナで受信した送信信号を時間同期し、複数のアンテナで受信した送信信号のそれぞれについて、ピーク電力対平均電力比を導出し、前述の相互相関係数およびピーク電力対平均電力比を使用して、複数のアンテナで受信した送信信号のそれぞれについて重み付け係数を生成し、複数のアンテナで受信した送信信号のそれぞれに重み付け係数を適用して、複数の重み付けされた信号を生成し、そして、前述の複数の重み付けされた信号を総和する。上記のように、この方法は、さらに、ゴールデン基準信号を使用して、複数のアンテナで受信した送信信号の位相を較正することを含み得る。

送信信号を受信するためのシステムを提供し、前述のシステムは、それぞれが受信信号を受信する複数のアンテナと、複数のアンテナのそれぞれの受信信号の品質に従って複数のアンテナをランク付けし、対応するレベル１信号を生成し、最高ランクのアンテナをゴールデン基準信号として選択するランク付けモジュールと、ゴールデン基準信号を使用して、複数のアンテナのすべての受信信号を同期させるシンクロナイザと、複数のアンテナのそれぞれの受信信号のそれぞれについてピーク対平均電力比を計算し、対応するレベル２信号を生成するレベル２モジュールと、前述のレベル１信号およびレベル２信号を使用して、複数のアンテナのそれぞれの受信信号のそれぞれについて重み付けスコアを生成するスコアリングユニットと、複数のアンテナのそれぞれについて対応する受信信号のそれぞれに前述の重み付けスコアを適用して、複数の重み付けされた信号を生成する重み付けモジュールと、前述の重み付けされた信号のすべてを合成する総和モジュールと、を含む。

図２Ａは、衛星通信のための実施形態の一例を示し、全体的なＳＮＲを改善するための受信ダイバーシティ合成を実現する。図２Ａの実施形態は、図２に示す実施形態と同様であり、したがって、詳細には説明しない。図２Ａの実施形態は、図７および８のＤＥＳＡ要素を図２のアーキテクチャにどのように組み込むことができ、したがって、受信ダイバーシティ合成を可能にし、全体的なＳＮＲを改善できるかを示す。

同様に、図３Ｂは、衛星通信のための実施形態の一例を示し、全体的なＳＮＲを改善するための受信ダイバーシティ合成を実現し、光ファイバを組み入れている。図３Ｂの実施形態は、図３に示される実施形態と同様であり、したがって、詳細には説明しない。図３Ｂの実施形態は、図７および８のＤＥＳＡ要素が図３のアーキテクチャにどのように組み込むことができ、したがって、受信ダイバーシティ合成を可能にし、全体的なＳＮＲを改善できるかを示す。

図５Ａは、全体的なＳＮＲを改善するためのダイバーシティ受信合成動作を実行するために取り得る、非順序付け手順のフローチャートを示す。ステップ５４０では、信号を、例えば、セルラーアンテナ、無線ＬＡＮ（ＷｉＦｉ）アンテナ、アレーアンテナ、等を含み得る複数のアンテナで受信する。アンテナで受信した信号のデータは同一であっても、アンテナのそれぞれで受信した信号の品質は同一ではない可能性があるため、チャネルのそれぞれで異なるＳＮＲまたはＲＳＳＩが発生し得る。本方法は、以下のように、全体的なＳＮＲを改善するために、信号の加重和を生成することに進む。本方法は、２つのランク付け信号、レベル１ランク付け信号およびレベル２ランク付け信号を生成する。レベル１ランク付け信号を、ステップ５４５で、複数のチャネルからの信号の相互相関係数を取得することにより生成する。ランク付けは、最高の係数が最良の信号で、最低の係数が最悪のチャネルになるように並べる。また、ステップ５５０で、最良のチャネル（最高の係数）をゴールデン基準信号として選択する。レベル２ランク付け信号を、ステップ５５５で、各チャネルのＰＡＰＲを計算することにより生成する。ランク付けは、最低のＰＡＰＲが最良の信号で、最高のＰＡＰＲが最悪のチャネルになるように並べる。

ステップ５６０において、ゴールデン基準信号を、時間領域でチャネルを同期するために使用する。ステップ５６５では、ゴールデン基準信号を使用して、すべてのチャネルの位相を較正する。ステップ５７０で、レベル１ランク付けおよびレベル２ランク付けを使用して重みを生成し、次に、各チャネルの信号を対応する重みによって重み付けする。ステップ５７５で、チャネルの重み付けされた信号を一緒に加算する。

なお、本明細書に記載したプロセスおよび技術は、本質的に、いかなる特定の装置に関連しておらず、構成要素の任意の適切な組み合わせによって実現できることを理解するべきである。さらに、本明細書で説明した教示に従って、様々なタイプの汎用装置を使用することができる。本発明を特定の例に関して説明したが、それは限定的であるよりむしろ、あらゆる点において例示的であろうと意図してのことである。当業者は、多くの異なる組み合わせが本発明を実施するのに適していることを理解するであろう。

また、本発明の他の実施については、本願において開示した本発明の明細書および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。説明した実施形態の様々な態様および／または構成要素を、単独でまたは任意の組み合わせで使用することができる。本明細書および実施例を単なる例示と見なされたく、本発明の真の範囲および精神を、以下の特許請求の範囲によって示す。

Claims (10)

1. 複数のアンテナからの受信信号を合成する方法であって、
   前記アンテナのそれぞれに対して、前記受信信号の信頼度を示すランク付けスコアを生成し、
   前記アンテナのそれぞれに対して、前記受信信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を示す品質スコアを生成し、
   前記アンテナのそれぞれに対して、前記ランク付けスコアおよび品質スコアを使用して重みを生成し、
   前記アンテナのそれぞれに対して、前記重みを前記受信信号に適用して重み付けされた信号を生成し、
   前記複数のアンテナからの前記重み付けされた信号の全てを総和し、重み付けされた合成信号を生成する、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記ランク付けスコアを生成する動作は、
   前記複数のアンテナのそれぞれから取得した信号の相互相関係数を計算し、その結果、ランク付けは、最高の前記相互相関係数が最良の信号で、最低の前記相互相関係数が最悪のチャネルになるように並べる、
   動作を含む方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記相互相関係数を計算する動作は、
   ２つの前記アンテナのそれぞれｍ、ｎに対して次式による係数ＣＣｍ，ｎを計算する、動作を含む方法。
   ここで、ｍ≠ｎであり、ｎｓは積分長、ｎｄは遅延検索ウィンドウ、
   はチャネルｍの前記積分長にわたる平均信号強度、x_n[t-τ]は前記積分長内の時間τシフト時のチャネルｎの瞬時強度値である。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記ランク付けスコアを生成する動作は、さらに、
   前記アンテナのそれぞれｎに対して次の相関和を計算する、
   動作を含む方法。
   
5. 請求項４に記載の方法であって、前記ランク付けスコアを生成する動作は、さらに、
   前記アンテナのそれぞれｎに対して次のスコアを計算する、
   動作を含む方法。
   ここで、φは正規化スケーラを含むゲイン関数であり、ＣＳは相関和である。
6. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   最高のランク付けスコアを有する前記受信信号を基準信号に割り当てをし、
   前記受信信号の全てを前記基準信号に時間整列させる、
   動作を含む方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   最高のランク付けスコアを有する前記受信信号を基準信号に割り当てをし、
   前記受信信号の全ての位相を前記基準信号に較正する、
   動作を含む方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
   最高のランク付けスコアおよび最低の品質スコアを有する前記受信信号を基準信号に割り当てをし、
   前記受信信号の全てを前記基準信号に時間整列させ、
   前記受信信号の全ての位相を前記基準信号に較正する、
   動作を含む方法。
9. 請求項１に記載の方法であって、前記品質スコアを生成する動作は、
   最大振幅の２乗の１００％未満である分子の値を使用して前記ＰＡＰＲを計算する、
   動作を含む方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記品質スコアを生成する動作は、
    最大振幅の２乗の９９％である分子の値を使用して前記ＰＡＰＲを計算する、
    動作を含む方法。