提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统和方法

专利名称：提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统和方法
技术领域：
本发明涉及通信系统和计算机网络领域，具体地，本发明涉及卫星网络、直接广播服务(DBS)广播架构、DBS上行终端以及DBS仅接收订户地面终端。更具体地，本发明涉及一种通信系统和通信方法，所述通信系统和通信方法允许发射机段(上行段的操作者)动态组合来自多条传播信道(转发器)的功率，以便在不影响接收机段(下行段)和传播段(空间段)的情况下以及在不改变传播装置(卫星)配置的情况下提高所传输信号的功率电平，但是不限于此。
背景技术：
目前的直接广播服务(DBS)卫星网络通过对地静止轨道上的专用广播卫星在覆盖区域上方传播多套电视(TV)节 目。DBS指订户或最终用户直接从对地静止的卫星上接收信号的卫星TV系统。DBS订户装置由直径在50厘米到90厘米之间的抛物面天线、传统电视机、置于该电视机旁的信号转换器(机顶盒)以及上述抛物面天线和上述信号转换器之间的一段同轴电缆。通常，上述抛物面天线截获从卫星直接传输的微波信号，上述信号转换器产生能在上述电视机上观看的输出信号。现在，对地静止卫星轨道是最广泛用于广播的类型，其中卫星在赤道轨道上并且相对于地面上的观察者来说似乎位于天空中的不动点。业界的倾向是传统地在“弯管(bentpipe) ”模式下使用卫星，这里如该术语所表示的，卫星像弹弓一样工作以将输入信号重定向到地球上的不同位置。结果，地球一个位置处的事件的影像报道能够发送给卫星并且以清晰电视画面的形式在大范围的人口密集地区上方再分发(广播)。通常，信号以数字格式在1010赫兹以上的微波频率(微波Ku频段的较高段)下广播。结果，从卫星到地面的下行链路在12.2千兆赫(GHz)到12.7GHz的频率下工作。因此，基于对地静止卫星的直接TV广播系统的特征是大功率的Ku频段卫星(在IOGHz以上的微波频率下传输)和具有小抛物面天线的仅接收地面终端。因满足广域覆盖和广播所需的点对多点特性，这些卫星系统是十分引人注意的。目前，北美地区的运营商对于全北美地区大陆覆盖使用一组多个大功率或中功率卫星。这些卫星可分成广播卫星服务(BSS)类型或固定卫星服务(FSS)类型。每个卫星具有多个转发器，除了每个转发器能够同时传输多个电视信号以外，这些多个转发器与电视机上的频道类似。在对地静止弧形轨道上具有最大不超过25°角距的这些卫星，形成能由多个小的固定的圆形DBS天线同时看到的小型星群。也许，广播卫星的两个最重要且最受限的特征是总可用“卫星带宽”和“辐射功率”。虽然卫星携带信息的能力从其开始就一直持续扩大，但是与光纤带宽容量相比，可用卫星带宽仍很低。对于视频传输或高速数据吞吐的情况来说，这是尤其重要的，这里存在严重影响这些传输所需大带宽的限制。数据压缩技术的进步逐渐降低视频传输所需的带宽。然而，全动态影像仍需要每秒几兆比特的带宽。
在卫星通信系统的辐射功率要求方面，广播卫星的辐射功率电平和覆盖天线增益决定和限制订户终端的尺寸和可用性。随着过去二十年内技术的进步，卫星上通信净荷的可用功率从不到100瓦(W)增加到20千瓦(20kW)以上。通常，卫星设计最初针对给定任务要求对于卫星带宽频率资源和功率资源两方面进行优化和均衡，其中认为对上述两种资源同样均衡是好的做法，例如不允许上述两种资源之一预留比另一个更多的空间。然而，随着时间流逝，任务要求可能在高度转变的商业环境下随时间转变。因此，随着时间过去，最初具有均衡卫星资源的设计方案可能变成非最佳方案，并且在某些时间点，其它应用可能利用过多空间频率资源和/或过多功率资源。因此，需要一种动态通信系统，其能利用某些时间点其它应用将使用的这些过多的动态可用功率卫星资源。由于上述原因，卫星通信中十分需要一种系统。该系统允许运营商通过卫星中的多个转发器或者多个卫星中的多个转发器，将任何当前可用的过多的卫星辐射功率动态分配给各套节目(所传输的信号)，以便提高上述各套节目(所传输的信号)的功率电平。而且，需要在不影响下行段用户端(接收机段)和空间段(传播段)的情况下以及在不改变卫星配置的情况下由上行段(终端或发射机段)控制的动态功率分配方案。此外，为使上述动态功率分配方案成功，仅接收终端必须对来自各个转发器的辐射功率进行“相干组合(coherently combine) ”,以便增强不同的广播节目。本发明的实施例包括:通过利用卫星上的或者来自不同卫星的、容量未全部利用的以及具有可利用的过多(未使用 )辐射功率的附加转发器来动态改进覆盖区域上方的辐射功率，其中在根本不影响上述空间段(传播段)配置的情况下仅通过上述地面段(发射机段或上行段)利用和实现有效的动态功率分配。除了卫星通信中的应用以外，通信系统通常十分需要允许用户或自动传输系统(发射机段)将来自传播信道(在上述传播段内)的任何现在可用的过多辐射功率动态分配给各种应用，以便在不影响该通信系统的接收机段或传播段(传输介质，传播装置和传播信道)的情况下以及在不改变上述传播装置的配置(子结构)和传播信道的情况下提高所传输信号的功率电平。这样通信系统(需要对可从传播信道获得的现有过多功率进行动态分配，以便在不影响上述接收机段和上述传播段的情况下提高所传输信号的功率电平)的一些非限制和非全面示例是:无线通信系统、光纤通信系统、有线通信系统、射频通信系统、卫星通信系统、声纳通信系统、雷达通信系统、激光通信系统、互联网通信系统、车辆和卫星之间的通信系统、至少两辆车之间的通信系统、车辆内各个操作子系统之间的车辆内部通信系统以及由上述这些通信系统中的至少两个系统组合而成的任何通信系统。提供下列参考文献作为进一步的背景技术信息:[I]D.Chang、W.Mayfield、J.Novak III 和 F.Taormina 的美国专利N0.7，339，520(2008 年 3 月 4 日)“Phased Array Terminal for Equatorial SatelliteConstellations” ；和[2]D.Chang、ff.Lim 和 M.Chang 的美国专利 N0.7，068，616(2006 年 6 月 27日)“Multiple Dynamic Connectivity for Satellite Communications Systems，，。发明内容
本发明提供一种提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其适合于动态组合来自多条传播信道的功率以便提高传输信号的功率电平，其中在不影响接收机段和传播段的情况下以及在不改变传播装置的配置的情况下通过发射机段实现动态功率分配，所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统包括:处理器和与所述处理器联接的存储器。所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统进一步包括输入装置，所述输入装置与所述处理器联接以接收多个待传输信号。通常，所述发射机段通过使用波前复用变换产生输入信号的混合信号，并且通过传播信道将波前复用(WFM)信号传输给接收机段。然后所述接收机段(使用自适应均衡和波前解复用)将所接收的WFM信号的混合信号分离成最初输入给所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统的待传输的单独的空间域信号。所述WFM信号的混合信号允许所述发射机段的操作者或自动化系统根据不断转变的市场需求，通过将相对输入功率转变成待传输的WFM信号混合信号的比率而动态分配等效信道(转发器)功率。而且，所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统包括输出装置和指令模块。所述输出装置与所述处理器联接，以输出由所述接收机段相干分离的多组单独的空间域信号。所述指令模块驻留在所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统的存储器和处理器内，使得指令模块可由所述处理器执行，以使所述处理器执行下列操作:通过执行波前复用变换(WFM变换)对所输入的多组信号进行变换:通过多条传播信道在传输介质上传输多组波前复用信号(WFM信号)，其中存在至少与当前WFM信号数同样多的传播信道并且每组WFM信号 通过其自己的传播信道传输；从所述多条传播信道接收多组经传输的WFM信号；对所接收的多组WFM信号执行自适应均衡，以便补偿传播信道影响，其中所述传播信道影响包括动态差异传播影响和静态差异传播影响，所述动态差异传播影响是由所述传输介质导致的，所述静态差异传播影响包括所接收的多组WFM信号和由所述WFM变换输出的所述多组WFM信号之间失衡的幅度、失衡的相位和失衡的时延；以及通过执行波前解复用变换(WFDM变换)将均衡的多组WFM信号分离成多组单独的空间域信号。所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统以计算上高效的方式输出由所述接收机段从由所述发射机段传输的所述WFM信号的混合信号中相干分离的多组单独的空间域信号。本发明的实施例从下面选择所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统:无线通信系统、光纤通信系统、有线通信系统、射频通信系统、卫星通信系统、声纳通信系统、雷达通信系统、激光通信系统、互联网通信系统、车辆和卫星之间的通信系统、至少两辆车之间的通信系统、车辆内各个操作子系统之间的车辆内部通信系统以及由上述这些通信系统中的至少两个通信系统组合而成的通信系统。在本发明的实施例中，发射机段的操作者或自动传输系统根据不断转变的应用需求，通过将相对输入功率动态改变成输入信号的混合信号的比率而动态分配等效传播信道功率，以便提高所传输的输入信号的辐射功率。在该实施例中，在不影响接收机段和传播段的情况下以及在不改变所述传播段的传播装置配置和传播信道的情况下通过所述发射机段实现动态功率分配。在本发明的另一个实施例中，在上行段的地面端接收所输入的信号，所输入的信号包括数字信号、模拟信号、模数混合信号和多组数字信号流，这些信号将传输给具有在多个频率下工作的多个转发器的卫星，其中所述卫星中存在至少与当前接收的数字信号流数同样多的转发器。在又一个实施例中，在所述上行段(发射机段)，所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统进一步包括下列操作:在将所述多组WFM信号传输给卫星段以前，在所述上行段将所述多组WFM信号变换到卫星频带；以及在所述上行段将经变换的多组WFM信号上传给所述卫星段。在该实施例中，所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统还进一步包括下列操作:在所述卫星段(传播段)通过卫星转发器将经变换的多组WFM信号传输给下行段；在所述下行段(接收机段)下载由所述卫星段传输的经变换的WFM信号；在所述下行段的用户端，将所下载的经变换的WFM信号处理到基带频率，从而产生多组基带频率波前复用信号，其中对所述多组基带频率WFM信号执行自适应均衡，以便补偿来自所述卫星转发器的信道的传播信道影响；通过放大、滤波、同步和解调由WFDM变换产生的所述单独的空间域信号，恢复从传输子系统接收的多组单独的空间域数字信号流；以及输出所恢复的多组输入数字信号流。在本发明的另一个实施例中，在分离均衡的WFM信号操作中，所述WFDM变换等于所述WFM变换的唯一逆变换，由此所述WFDM变换将所述多组WFM信号分离成多组单独的空间域信号。而且，在WFM变换对所输入的多组信号进行变换的操作中，通过上行地面天线将经变换的多组WFM信号从所述上行段的地面端上传给卫星，所述WFM变换包括多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口的数量等于所述输出端口的数量并且所述输出端口的数量等于所述转发器的数量。在再一个实施例中，所述WFM变换进一步包括下列操作:将多组数字信号流输入给WFM输入端口，其中每一個单独的WFM输入端口仅连接到一组相应的输入数字信号流；当存在比当前输入数字信号流数多的转发器时，在所述上行段的地面端将一组控制信号输入到未与数字信号流连接的一个WFM输入端口内；当转发器的数量等于数字信号流的数量时，在所述上行段的地面端，通过在控制信号和所述数字信号流之间时分复用所述WFM输入端口而将所述控制信号输入到与数字信号流连接的WFM输入端口内；执行正交函数变换，将所输入的数字信号流的空间域表示变换到所输入的数字信号流的波前域表示，其中所述WFM变换的充分必要条件是所述WFM变换具有唯一可实现的逆变换，并且其中所接收的多组数字信号流的波前域表示包括多个输出WFM信号，其中每组输出WFM信号由全部输入给所述WFM变换的多组接收的空间域数字信号流的唯一线性组合而构成，并且所述多组输出WFM信号互相正交；以及将所述WFM信号输出给所述WFM输出端口。本发明的另一个实施例是选自下面的单向通信系统:直接广播服务(DBS)、固定卫星服务(FSS)、移动卫星服务(MSS)、向地面下行站广播的地面上行站、向下行段的用户端或者向网络集线器广播的地面上行站、向下行段的用户端传输信号的上行段用户端、向网络集线器或者向地面下行站传输信号的上行段用户端、向地面站传输信号的网络集线器、以及向别的网络集线器传输信号的网络集线器。在执行自适应均衡操作的实施例中，与控制信号相连的WFM输入端口具有在所述下行段用户端的相应的WFDM受控输出端口，使得所述WFDM受控输出端口作为诊断端口使用，并且使用代价函数来测量受控输入端口和其相应诊断端口之间的差异，由此，当达到自适应均衡时， 所述代价函数最小。该执行自适应均衡操作的实施例进一步利用了梯度代价函数、优化处理器和幅度-相位-时延补偿处理器。在前一个实施例中，通过下列操作执行自适应均衡:测量由所述WFDM变换输出的所述梯度代价函数；使用最速下降技术对所测量的梯度代价函数执行优化处理，以获得最优解，其中所述最优解对应于动态消除由所述WFM变换产生的多组输出WFM信号和所述下行段用户端的多组基带频率WFM信号之间失衡的幅度、失衡的相位和失衡的时延，并且其中所述优化处理器向所述幅度-相位-时延补偿处理器发送均衡控制信号；根据来自所述优化处理器均衡控制信号，通过调整所接收的经下变频的多组WFM信号的幅度、相位和时延来执行幅度、相位及时延补偿，以便降低所述代价函数；通过执行WFDM变换，将来自自适应均衡操作的多组WFM信号分离成多组单独的空间域信号和控制信号；以及在所述下行段的用户端，反复地执行下列操作直到获得最优解并且所述代价函数最小为止:测量所述梯度代价函数、执行优化处理、执行幅度、相位及时延补偿、以及分离来自所述自适应均衡操作的多组WFM信号。在本发明的另一个实施例中，所述上行段地面端处或者DBS服务的节目集成机构处的操作者，根据不断转变的市场需求，通过将相对输入功率动态改变成输入数字信号流的混合流的比率而动态分配等效转发器功率，以便提高所广播的输入数字信号流的辐射功率。在该实施例中，在不影响所述下行段用户端和所述空间段的情况下以及在不改变卫星配置的情况下，通过所述上行段地面端实现动态功率分配。在又一个实施例中，将来自传输子系统的多个数字信号流传输给各个轨道空档上的多个指定卫星，其中通过每个卫星的转发器传输所述WFM信号，并且其中存在至少与当前待传输的已接收数字信号流数同样多的可用于传输的转发器。而且，通过所述上行段地面端的多波束天线、多个天线或 者多波束天线与多天线的组合将所述WFM信号上传给指定的卫星，并且所述下行段用户端通过多波束天线接入所述各个轨道空档上的多个指定卫星。在再一个实施例中，将来自传输子系统的多个输入数字信号流传输给由卫星组成的多个卫星配置，所述多个卫星配置具有与各个轨道空档上的多个指定卫星结合的在不同频率下工作的多个转发器，使得通过每个卫星的多组转发器传输所述多组WFM信号。此外，通过所述上行段地面端的多波束天线、多个天线或者与多个天线组合的多波束天线将所述WFM信号上传给多个卫星，并且所述下行段用户端通过多波束天线接入所述多个指定卫星。本发明的附加实施例将均衡的多组WFM信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行後勤信道校正。后勤信道(Back channels)在卫星通信应用上，是应用在后台通信(backgroundcommunications)上，而不是前台通信(foreground communications),前台信道是预留做为传输数据或传输使用者(或电话)的信号。而后勤信道是可以适用于所有的传输方式，例如握手协议(Protocol handshaking)、链路建立程序(link establishment processing)及其它逻辑数据(logistic data)传输。另外后勤信道有时候也应用在许多手机卫星通信的"馈线链路(feeder-1 inks)"应用。。在另一个实施例中，所述WFM变换的唯一逆变换等于所述WFM变换，所述WFDM变换等于所述WFM变换，并且所述WFM变换是以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现的，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。所述执行自适应均衡操作的另一个实施例利用选择下面的代价函数:受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误。在该实施例中，所述控制信号包括接地(零值)信号，所述梯度代价函数对应于所述WFDM变换的所述诊断端口中的检测功率电平总和，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零并且在所述诊断端口中没有可检测的功率电平。在本发明的再一个实施例中，所述WFM变换是以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现的，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。在本发明的又一实施例中，所述WFM变换的唯一逆变换等于所述WFM变换，所述WFDM变换等于所述WFM变换。本发明的又一个实施例是双向动态卫星通信系统，其包括至少两个发射机段和至少两个接收机段，所述发射机段包括上行段地面端和上行段用户端，并且所述接收机段包括下行段用户端和下行段地面端，使得地面端(上行和下行)和用户端(下行和上行)在所述地面端和所述用户端之间来回地发射和接收多个数字信号流。在该双向通信的实施例中，所述上行段用户端通过执行下列操作经由具有在多个频率下工作的多个转发器的卫星向所述下行段用户端传输多个数字信号流:在所述上行段用户端，通过执行WFM变换对多组数字信号流进行变换；将输出的多组WFM信号上变频到用于卫星通信的频段内的不同频率载波处；放大经上变频的WFM信号，通过使用卫星频段的标准复用器(MUX)对经放大的WFM信号进行频分复用(FDM);通过上行用户天线将所述卫星频段内的WFM信号上传给 所述卫星；在所述卫星段，接收所述WFM信号并且对所述WFM信号的载波频率进行频率转换；放大经频率转换的WFM信号并且通过卫星转发器将经频率转换的WFM信号传输给所述下行段地面端，由此所有所述卫星中全部指定的多组转发器来传输经频率转换的多组WFM信号。而且，在上述双向通信实施例中，所述下行段地面端通过执行下列操作从所述上行段用户端接收多组数字信号流:在所述下行段地面端，接收并放大来自所述转发器的经频率转换的多组WFM信号；将所放大的经频率转换的多组WFM信号下变频到普通中频或基带频率；在所述下行段地面端，对经下变频的多组WFM信号执行自适应均衡；通过执行WFDM变换将均衡的多组WFM信号分离成多组单独的空间域信号；以及通过放大、滤波、同步和解调由所述WFDM变换产生的多组单独的空间域信号，恢复由所述上行段用户端传输的多组单独的空间域数字信号流。在又一个双向通信实施例中，双向卫星通信系统包括固定卫星服务(FSS)和移动卫星服务(MSS)，两者选自下面:与接收地面站通信的地面上行站、与别的用户端段通信的用户端段、与网络集线器或地面站通信的用户端段、与地面站通信的网络集线器、以及与别的网络集线器通信的网络集线器。在所述下行段(接收机段)执行自适应均衡操作的双向通信实施例中，所述上行段(发射机段)的与控制信号连接的WFM输入端口具有在所述下行段(接收机段)的相应的WFDM受控输出端口，使得所述WFDM受控输出端口用作诊断端口，并且使用代价函数来测量受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异，由此当达到自适应均衡时，所述代价函数最小。该执行自适应均衡操作的双向通信实施例利用梯度代价函数、优化处理器、幅度-相位-时延补偿处理器。在前一个双向通信实施例中，通过下列操作执行自适应均衡:测量由WFDM变换输出的所述梯度代价函数；使用最速下降技术对所测量的梯度代价函数执行优化处理，以获得最优解，其中所述最优解对应于动态消除由所述WFM变换产生的输出多组WFM信号和所述下行段的地面端和用户端的多组基带频率WFM信号之间失衡的幅度、失衡的相位和失衡的时延，并且其中所述优化处理器向所述幅度-相位-时延补偿处理器发送均衡控制信号；根据来自所述优化处理器的所述均衡控制信号，通过调整所接收的经下变频的多组WFM信号的幅度、相位和时延，执行幅度、相位和时延补偿，以便降低所述代价函数；通过执行WFDM变换，将来自自适应均衡操作的多组WFM信号分离成多组单独的空间域信号和控制信号；以及在所述下行段，反复执行下列操作直到获得最优解并且所述代价函数最小为止:测量所述梯度代价函数，执行优化处理，执行幅度、相位和时延补偿，以及分离由所述自适应均衡操作得到的WFM信号。在本发明的又一个双向通信实施例中，所述上行段地面端或者所述上行段用户端的操作者根据不断转变的市场需求，通过将相对输入功率动态改变成输入数字信号流的混合流的比率而动态分配等效转发器功率，以便提高所广播的输入数字信号流的辐射功率。在该双向通信的实施例中，在不影响所述下行段和所述空间段的情况下以及在不改变卫星配置的情况下，通过所述上行段实现动态功率分配。在又一个双向通信实施例中，将来自上行段的多组数字信号流传输给各个轨道空档上的多个指定卫星，其中通过每个卫星的转发器传输所述多组WFM信号，并且其中存在至少与当前待传输的已接收数字信号流数同样多的可用于传输的转发器。而且，在所述上行段通过多波束天线、多个天 线或者多波束天线与多个天线的组合将所述WFM信号上传给指定卫星，并且所述下行段通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合接入所述各个轨道空档上的多个指定卫星。在再一个双向通信实施例中，将来自所述上行段的多组输入数字信号流传输给由卫星组成的多个卫星配置，所述多个卫星配置具有与各个轨道空档上的多个指定卫星结合的在不同频率下工作的多个转发器，其中通过每个卫星的转发器传输所述WFM信号。此外，通过所述上行段的多波束天线、多个天线或者与多个天线组合的多波束天线将所述WFM信号上传给多个卫星，并且其中所述下行段通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合接入所述多个指定卫星。本发明的附加双向通信实施例将均衡的WFM信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。在又一个双向通信实施例中，所述WFM变换的唯一逆变换等于所述WFM变换，所述WFDM变换等于所述WFM变换，并且以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现所述WFM变换，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。所述下行段执行自适应均衡操作的又一个双向通信实施例，利用选自下面的代价函数:受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误。在该双向通信实施例中，所述控制信号包括接地(零值)信号，所述梯度代价函数对应于所述WFDM变换的诊断端口中的检测功率电平总和，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零且在所述诊断端口中没有可检测的功率电平。在本发明的又一个双向通信实施例中，以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现所述WFM变换，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。在本发明的再一个双向通信实施例中，所述WFM变换的唯一逆变换等于所述WFM变换，所述WFDM变换等于所述WFM变换。本领域的技术人员将理解，可以以多种方式组合本发明的上述实施例的特征，以产生本发明的多个具体实施例和特征。而且，包括提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统的上述各个实施例中的操作与本发明的各个方法实施例中的操作相似。


通过参考权利要求书并结合附图，本发明的目的、特征和优势将从下面对本发明优选实施例的详细描述中变得更容易理解。图1是本发明所使用的计算机系统组件的方框图示意图；图2是本发明的实施例的方框图示意图；图3是波前复用变换功能的示意图；图4是正交变换矩阵的向量系数的两个示例的表格的示意图，该正交变换矩阵用来实现波前复用变换的实施例；图5是将传统DBS卫星系统与本发明的实施例对比的方框图示意图；图6是包括自适应均衡的本发明实施例的方框图示意图；图7是通过使用本发明的功率组合实施例获得的结果的表格的示意图；图8是本发明的实施例的方框图示意图，该实施例用来组合来自退休卫星的可用转发器的功率。
具体实施例方式本发明涉及通信系统和计算机网络的领域，具体地，本发明涉及卫星网络、直接广播服务(DBS)广播架构、DBS上行终端以及DBS仅接收订户地面终端。更具体地，本发明涉及通信系统和通信方法，该通信系统和通信方法允许发射机段(上行段的操作者)动态组合来自多个传播信道(转发器)的功率，以便在不影响接收机段(下行段)和传播段(空间段)的情况下以及在不改变传播装置(卫星)配置的情况下提高所传输信号的功率电平，但是不限于此。结合附图进行下面描述，以使本领域的技术人员能实施和使用本发明以及将本发明结合到具体应用中去。本领域的技术人员将容易明白各种转变以及在不同应用中的各种使用，并且本文描述的一般原理可以应用于多个实施例。因此，本发明不意在限制于所提供的实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特征一致的最广范围。而且应当注意，除非另外明确说明，否则本文所包括的附图是以图解方式示出的并且没有按照任何特殊的比例，因为它们是作为本发明的概念的定性说明而提供的。为了提供工作的基准框架，首先作为集中资源向读者提供说明书和权利要求书中使用的一些术语的术语表。该术语表旨在向读者提供当本公开中使用各个术语时对它们的一般理解，而不旨在限制这些术语的范围。相反，这些术语的范围意在通过参考本公开全文和关于权利要求书来解释。下面提供概述来一般地理解本文使用的术语的范围和意义。此后，提供本发明的实际的实施例， 以使读者能够理解本发明的各个表现形式。最后，提供各个要素的详细描述，以便使读者能够在不进行大量实验的情况下实施和使用本发明的各个实施例。(I)术语表在描述本发明的具体内容以前，为本文和权利要求书中所使用的各个术语提供集中位置是有利的。这些术语已经具有定义。然而，所提供的定义不应理解为将这些术语限制在本领域已知的意义内。提供这些定义来帮助讲授本发明的一般理解。计算机可读介质一本文使用的术语“计算机可读介质”表示能与计算机交互并且能在该计算机和该计算机可读介质之间来回地传递数据的任何介质存储设备。计算机可读介质的一些非限定性示例包括:与系统连接的外部计算机、互联网连接、光盘(CD)、数字多功能光盘/数字视频光盘(DVD)、软盘、磁带、互联网网络摄像头、直接卫星链路、盒式磁带录像机(VCR)、可移除硬盘驱动器、数码相机、摄像机、录像带、电子邮件、打印机、扫描仪、传真、固态记录介质、调制解调器、只读存储器(ROM)和闪存存储器。解复用器——本文使用的术语“解复用器”是电子、电信、信号处理、数字电路设计和计算机网络领域中使用的标准术语，其表示将携带多个单独信号(例如多个频道或者电话)的单个输入信号分离或分解成多个输出信号的过程或设备，使得“来自上述解复用器的输出信号”对应于由上述单个输入信号所携带的单独信号。解复用器的目的是在传输系统的接收机侧提取原始信号或频道。一般而言，解复用器经常在通信系统的接收机侧使用，互补的复用器在该通信系统的发射侧使用。DEMUX——“解复用器 ”的缩写。本文使用的术语“DEMUX”是电子、电信、信号处理、 数字电路设计和计算机网络领域中使用的标准术语，其表示将携带多个单独信号的单个输入信号分离或分解成多个输出信号的解复用器，使得“来自上述解复用器的输出信号”对应于由上述单个输入信号所携带的单独信号。直接广播服务(DBS)——本文使用的术语“直接广播服务”是卫星通信领域中使用的标准术语，其表示通过对地静止轨道上的专用广播卫星向在Ku微波频段的较高段工作的小型DBS卫星抛物面天线(直径通常为18到24英寸或者45到60厘米)在覆盖区域上方传送电视节目的广播服务。DBS技术通常用于面向直接到家庭(DTH)的卫星TV服务，如北美的美国所用的Direct TV 和DISH Network 。DBS——“直接广播服务”的缩写。本文使用的术语“DBS”是卫星通信领域中使用的标准术语，其表示通过对地静止轨道上的专用广播卫星向在Ku微波频段的较高段工作的小型DBS卫星抛物面天线(直径通常为18到24英寸或者45到60厘米)传送电视节目的直接广播服务。DBS技术通常用于面向直接到家庭(DTH)的卫星TV服务。固定卫星服务(FSS)——本文使用的术语“固定卫星服务”是卫星通信领域中使用的标准术语，其表示使用C频段和Ku频段的较低段来对发送给电视网络和地方子电视台的广播传输以及来自电视网络和地方子电视台的广播传输进行传输，以及对学校和大学的远程学习、视频会议以及将国家有线电视频道分发给有线电视头端的广播传输进行传输。固定卫星服务(FSS)比直接广播服务(DBS)低的频率和功率下工作。上述固定卫星服务需要比DBS大得多的接收抛物面天线，如用于Ku频段传输的直径3到8英尺的抛物面接收天线以及用于C频段传输的直径12英尺的抛物面接收天线。FSS——“固定卫星服务”的缩写。本文使用的术语“FSS”是卫星通信领域中使用的标准术语，其表示使用C频段和Ku频段的较低段来对发送给电视网络和地方子电视台的广播传输以及来自电视网络和地方子电视台的广播传输进行卫星传输的固定卫星服务。对地静止卫星轨道一本文使用的术语“对地静止卫星轨道”是卫星通信领域中使用的标准术语，其表示高度大约为35786千米(22240英里)、轨道周期大约等于24小时(地球的平均旋转时间)、关于地球的赤道面具有大约零度的轨道倾角的绕地球卫星轨道。对于地面上的观察者来说，对地静止卫星似乎是天空中的不动点。对地同步卫星轨道一本文使用的术语“对地同步卫星轨道”是卫星通信领域中使用的标准术语，其表示高度大约为35786千米(22240英里)、轨道周期大约等于24小时(地球的平均旋转时间)的绕地球卫星轨道。对地同步卫星具有与地球旋转同步的轨道以及关于地球赤道面非零度的轨道倾角。对于地面上的观察者来说，对地同步卫星在天空中似乎沿8字形曲线运动。输入设备——本文使用的术语“输入设备”用来表示从用户或系统接收输入所使用的任何设备。输入设备的一些非限定性示例是:键盘、麦克风、计算机鼠标、无线信号通信、游戏引擎和电子书写设备，其中，上述电子书写设备允许用户通过使用专用电子圆珠笔在书写板上做出将传递给计算机的记录和画。指令模块——当术语“指令模块”关于本发明作为名词使用时，其通常表示待在计算机上执行的一组操作，并且可以代表完整的程序的多个段或者多个单独的可分离的软件(或硬件)模块。上述“指令模块”的非限定性示例包括计算机程序代码(源代码或目标代码)和“硬编码(hard-coded)”的电子器件。上述“指令模块”可以存储在计算机的存储器中或者存储在计算机可读介质上。然而在一些情况中，上述术语“指令模块”指的是用来执行操作的一类设备，因此申请人希望将执行相同操作的现有或今后发展的任何结构包括在该词语的范围内。复用器——本文使用 的术语“复用器”是电子、电信、信号处理、数字电路设计和计算机网络领域中使用的标准术语，其表示将多个输入信号(如模拟消息信号或数字数据流)组合成共享介质上的一个输出信号的处理。复用器的目的是在多个输入信号之间共享宝贵资源，例如转发器信道或线路。作为示例，在电信领域，几个电话(多个输入信号)可以使用一条线路(单个输出信号)来传输。相比之下，电子复用器可以视作多输入单输出转换器。复用的两个最基本形式是时分复用(TDM)和频分复用(FDM)，其中FDM需要对每个信号进行调制。通常，复用器经常在通信系统的发射侧使用，互补的解复用器在该通信系统的接收侧使用。MUX— “复用器”的缩写。本文使用的术语“MUX”是电子、电信、信号处理、数字电路设计和计算机网络领域使用的标准术语，其表示允许将多个输入信号组合成共享介质上的一个输出信号的复用器。联机——本文使用的术语“联机”是制造过程或实验中用来表示“在中央计算机的控制下”的标准术语。联机还意指与计算机或计算机网络连接或者可通过计算机或计算机网络访问。在上述下行段下载由上述卫星段传输的变换过的WFM信号操作一本文使用的术语“在上述下行段下载由上述卫星段传输的变换过的WFM信号操作”是用来表示下面过程的标准术语，通过该过程从卫星下载信号(在该情况中是变换过的WFM信号)并在上述下行段接收和处理该信号。上述“在上述下行段下载由上述卫星段传输的变换过的WFM信号操作”包括下列操作:
1)在下行段用户端从上述转发器接收频率转换过的WFM信号；以及
2)对来自上述转发器的所接收的频率转换过的WFM信号进行放大。在上述下行段将所下载的变换过的WFM信号处理到基带频率从而产生基带频率WFM信号的操作——本文使用的术语“在上述下行段将所下载的变换过的WFM信号处理到基带频率从而产生基带频率WFM信号的操作”是用来表示下面过程的标准术语，通过该过程将信号(在该情况中是所下载的变换过的WFM信号)进行下变频，将其从卫星放大的频率变换过的WFM信号下变频到普通中频或基带频率，从而产生基带频率WFM信号。将WFM信号变换到卫星频段的操作——本文使用的术语“将WFM信号变换到卫星频段的操作”是用来表示下面过程的标准术语，通过该过程在上述上行段将信号(在该情况下是WFM信号)上变频成卫星频段内的信号。上述将WFM信号变换到卫星频段的操作包括下列操作:
1)将输出的波前复用信号上变频到用于卫星通信的频段内的多个不同频率载波下；
2)对所上变频的波前信号进行放大；以及
3)通过使用卫星频段的输出复用器对所放大的波前信号进行频率复用。在上述卫星段将变换过的WFM信号传输到下行段的操作——本文使用的术语“在上述卫星段将变换过的WFM信号传输到下行段的操作”是用来表示下面过程的标准术语，通过该过程经由上述卫星段向下行段传输信号(在该情况中是变换过的WFM信号)。上述“在上述卫星段将变换过的WFM信号传输到下行段的操作”包括下列操作:
1)在卫星中接收变换过的波前复用信号；
2)对变换过的波前复用信号的载波频率进行转换；以及
3)放大频率转换过的波前复用信号并通过卫星转发器将其传输给下行段用户端，其中对每个频率转换过的波前复用信号进行放大并通过其自己的单独且独立的转发器传输，由此该卫星段中所有指定的转发器用来传输频率转换过的波前复用信号，因而利用了该卫星的所有可用空间资源。实时——本文使用的术语“实时”是用来与计算机系统关联的标准术语，该计算机系统以与它们接收数据相同的速率更新信息或者执行任务。记录介质——本文使用的术语“记录介质”表示用来存储关于对象或场景的信息的任何介质。记录介质的一些非限定性示例是:视频胶片、录像带、录音带、盒式录音带、视频家庭系统(VHS)磁带、音轨、光盘(⑶)、数字多功能光盘/数字视频光盘(DVD)、软盘、可移除硬盘驱动器、数码相机、固态记录介质、打印图片、扫描文档、磁带和传真文件。用户——本文使用的术语“用户”表示利用方法来从多光谱图像中自动提取地理空间特征的人。波前复用——本文使用的术语“波前复用”不是电信、电子、信号处理、数字电路设计或计算机网络领域中使用的标准术语。相反，上述术语波前复用用来表示以本领域技术人员已知的标准复用的变型为基础的特殊信号处理变换，但是复用将多个输入组合成单个输出，而上述波前复用允许将多个输入组合成多个输出，使得每个输出由所有输入的唯一线性组合构成并且使得上述波前复用的输出互相正交。上述波前复用是多输入/ 多输出(ΜΙΜΟ)变换，其至少具有与当前连接到上述波前复用的输入同样多的输出。上述波前复用执行正交函数变换，将输入的空间域表示转换成输入的波前域表示，其中上述波前复用变换的充分必要条件是上述波前复用变换具有可实现的唯一逆变换。WFM— “波前复用”的缩写。本文使用的术语“WFM”是用来表示波前复用的非标准术语，其中上述波前复用是以标准复用的变型为基础的特殊信号处理变换，但是复用将多个输入组合成单个输出，而上述波前复用允许将多个输入组合成多个输出，使得每个输出由所有输入的唯一线性组合构成并且使得上述波前复用的输出互相正交。波前解复用——本文使用的术语“波前解复用”不是电信、电子、信号处理、数字电路设计或计算机网络领域中使用的标准术语。相反，上述术语“波前解复用”用来表示以本领域技术人员已知的标准解复用的变型为基础的特殊信号处理变换，但是解复用将携带多个单独信号的单个输入信号分离或分解成与该单个输入信号携带的多个单独信号对应的多个输出信号，而上述波前解复用将多个输入(每个输入携带上述多个单独信号的唯一混合)分离成多个输出，使得每个输出对应于上述多个输入携带的多个单独信号之一。上述波前解复用是执行正交函数变换的多输入/多输出(MIMO)变换，其将信号的波前域表示转换成信号的空间域表示。上述波前解复用是上述波前复用的互补变换，其中上述波前解复用经常在通信系统的接收侧使用，互补的波前复用器在该通信系统的发射侧使用。波前解复用的目的是在传输系统的接收侧提取原始的传输信号。WFDM——“波前解复用”的缩写。本文使用的术语“WFDM”是用来表示波前解复用的非标准术语，其中，波前解复用是以标准解复用的变型为基础的特殊信号处理变换，但是解复用将携带多个单独信号的单个输入信号分离或分解成与该单个输入信号携带的多个单独信号对应的多个输出信号，而 上述波前解复用将多个输入(每个输入携带上述多个单独信号的唯一混合)分离成多个输出，使得每个输出对应于上述多个输入携带的多个单独信号之一。(2)概述在下面的详细描述中，提供了多个具体细节以便更彻底地理解本发明。然而，本领域的技术人员将明白，本发明不是必须限制于这些具体细节而实施。在其它情况中，以方框图形式示出了公知的结构和设备，而没有进行详述，以避免使本发明不清楚。下面具体描述中的一些段是以一系列事件和对电子存储器内的数据比特进行操作的符号表示的形式提供的。这些顺序描述和表示是技术人员将他们工作的实质最有效地传递给其它技术人员而使用的手段。顺序步骤和操作通常是对物理量的物理运算需要的那些步骤和操作。通常(然而不一定)，这些物理量采取能够存储、传输、组合、比较和以其它方式操作的电信号或磁信号的形式。已经证明有时(主要由于通常习惯的原因)通过如比特、像素、数值、数据、视频帧、音频信号、元素、文件、数字信号流和系数的术语来表示这些信号是方便的。应理解，所有这些术语和类似术语应与适合的物理量相关联，并且仅是适用于这些物理量的合适标签。除非在下面的论述中另外清楚地具体指出，否则应理解，在整个说明书中使用如“获取”、“放大”、“扩大”、“计算”、“通信”、“控制”、“转换”、“判断”、“显示”、“下载”、“提取”、“输入”、“交互”、“联接”、“匹配”、“建模”、“得到”、“输出”、“执行”、“处理”、“接收”、“认识”、“恢复”、“分离”、“跟踪”、“变换”、“传输”、“转换”或“上传”等术语的描述指的是计算机系统或者类似电子设备的动作和处理，该计算机系统或类似电子设备对该系统寄存器和存储器内作为物理(电子)量表示的数据进行操作并将数据转换成该计算机系统存储器或寄存器或其它这样的信息存储设备、传输设备或显示设备内类似地作为物理量表示的其它数据。而且，本文提供的过程本质上不涉及任何具体的处理器、处理器组件、计算机、软件或其它装置。(3)本发明的实体实施例本发明具有两个主要的“实体”实施例。第一个是对来自多个传播信道(转发器)的功率进行动态组合以便提高传输信号的功率水平的系统。在这样实施的过程中，在不影响上述接收机段(下行段的用户端)和上述传播段(空间段)的情况下以及在不改变传播装置的配置和传播信道(上述空间段的卫星和转发器)的情况下，通过上述发射机段实现动态功率分配。这种系统通常是(但不限于)运行呈“硬编码”指令集形式的软件的计算机系统。该系统还可以专门构造为专用集成电路(ASIC)或者构造为容易重新配置的设备，例如现场可编程门阵列(FPGA)。第二个实体实施例是使用数据处理系统(计算机)操作的通常呈软件形式的方法。图1是本发明所使用的计算机系统组件的方框图示意图。数据处理系统100包括用于接收多个输入信号的输入组 件102，上述多个输入信号包括数字信号、模拟信号、模数混合信号和多个数字信号流。上述输入组件102还可以配置成适于从另一输入设备(如麦克风、键盘、画板或鼠标)接收用户输入或操作者输入，以便使操作者(用户)根据不断转变的市场需求通过将相对输入功率动态地改变成输入数字信号流的混合流的比率来动态分配等效转发器功率。注意上述输入组件102可以包括用于接收数据和用户输入的多个“端口”，还可以配置成使用有线连接或无线连接从远程数据库接收信息。输出组件104与处理器连接，以在视频显示器上(但还可能通过音频信号或知觉信号(例如，通过拧掐、振动、热等))向用户(操作者)提供输出。输出还可以提供给其它设备或其他程序(例如提供给其它软件模块)，以由其它设备或其它程序使用，其它设备或其它程序可能充当外部数据库或其它处理设备的有线网关或无线网关。上述输入组件102和输出组件104都与处理器106联接，该处理器106可以使通用计算机处理器或者为本发明应用而专门设计的专用处理器。上述处理器106与存储器108联接，以存储由上述处理器的命令操纵的数据和软件。上述数据处理系统100还可以典型地出现在上行段的地面端、用于DBS服务的节目集成机构(program aggregation facility)、上行段的用户端、车辆、移动电话、便携式数字助理和计算机内。本领域技术人员应当认识到，还可以使用多个处理器以及可以在多个处理器中分配本发明的操作。(4)要素的详细描述I)本发明的用于动态通信系统的实施例图2是本发明的实施例的方框图示意图。图2示出了下面的动态通信系统，其适合于在不影响接收机段204和传播段202的情况下通过发射机段200对来自多个传播信道的功率进行动态组合。在该具体实施例中，图中的框代表本发明的系统的功能。最初，上述系统输入(接收)待传输的多个输入信号206,图2中的标号Al、A2、A3和A4表不待由上述动态通信系统传输的四个输入信号206的非限定性示例。接下来，上述系统通过执行波前复用变换(WFM变换)210将上述输入信号206变换成波前复用信号(WFM信号)208，图2中的标号WFM1、WFM2、WFM3和WFM4表示由上述波前复用变换210产生的四个波前复用信号208。然后，上述系统通过传播信道214在传输介质212上传输上述WFM信号208，其中至少存在与当前WFM信号208同样多的传播信道214，并且每个WFM信号208在其自己的传播信道214上传输。在该实施例中，上述传播段202包括传输介质212和多个传播信道214，同时还包括传播装置(如卫星)。传播介质的一些非限定性和非详尽示例包括:空气、水、外部空间、光纤、声波、无线电波、声纳、线路、光和雷达。接下来，上述系统在上述接收机段204从上述传播信道214接收经传输的WFM信号216，图2中的标号WFM~1、WFM~2、WFM~3和WFM~4表示从上述传播信道接收的四个经传输的WFM信号216。这些经传输的WFM信号216 (WFM~1、WFM~2、WFM~3和WFM~4)已经在上述传播段204的传输过程中改变并且相对于原始发射的初始WFM信号208 (WFM~1、WFM~2、WFM~3和WFM~4)具有失衡的幅度、失衡的相位和/或失衡的时延，此外还具有因传输介质导致的动态差异的传播影响。因此，上述系统在上述接收机段204对所接收的WFM信号216执行自适应均衡218，以便对上述传播信道影响和静态差异传播影响进行补偿，上述传播信道影响包括因上述传输介质212导致的动态差异传播影响，上述静态差异传播影响包括所接收的WFM信号216(WFM~1、WFM~2、WFM~3和WFM~4)和由上述WFM变换210输出的上述WFM信号208(WFM~1、WFM~2、WFM~3和WFM~4)之间失衡的幅度、失衡的相位和/或失衡的时延。在自适应均衡过程中，自适应均衡器218产生均衡的WFM信号220，图2中的标号EWFM~1、EWFM~2、EWFM~3和EWFM~4表示由上述自适应均衡器218产生的均衡的WFM信号220。一旦来自上述传播段的传播信道影响已经由上述自适应均衡器218消除，上述系统就通过执行波前解复用变换222 (WFDM变换)将均衡过的WFM信号220分离成单独的空间域信号206，图2中的标号Al、A2、A3和A4表示由上述接收机段204恢复的单独的空间域信号206，使得所恢复的空 间域信号对应于最初由上述发射机段200发射的原始的空间域输入信号206。接下来，上述系统输出上述单独的空间域信号206。当在上述接收机段204执行自适应均衡处理218时，本发明的这个实施例将控制信号224连接到由标号Al表示的WFM输入端口。这个在上述发射机段200连接到控制信号224的WFM输入端口具有在上述接收机段204的相应的WFDM受控输出端口 226。上述WFDM受控输出端口 226用作诊断端口，其中使用代价函数(cost function)来测量受控的输入端口 224和其相应的诊断端口 226之间的差异。于是，上述系统使用优化处理器和几个补偿处理器228 (如幅度补偿处理器、相位补偿处理器和时延补偿处理器)来产生补偿信号230，补偿信号230补偿来自上述传播段202的传播信道影响，并且用来调节上述自适应均衡器218以便使代价函数最小。当代价函数最小且不能再进一步降低时达到自适应均衡。本发明的实施例使用两个不同的技术领域等效地实现功率组合并且向DBS地面订户提供了更好的广播信号吞吐量和可用性。这两个技术领域是:波前复用和自适应均衡，并且在多个信号路径之间进行补偿。2)波前复用下面详细描述波前复用。波前复用器或波前复用是以本领域技术人员已知的标准复用器的变型为基础的特殊信号处理变换。但是标准复用器将多个输入组合成单个输出，而上述波前复用器允许将多个输入组合成多个输出，使得每个输出由所有输入的唯一线性组合构成并且使得上述波前复用器的输出互相正交。因此，上述波前复用器(WFM)是多输入/多输出(MMO)变换，其至少具有与当前连接到上述波前复用器的输入数同样多的输出。上述波前复用器执行正交函数变换，将输入的空间域表示(例如图2中由要素206表不的标号A1、A2、A3和A4)转换成输入的波前域表不(例如图2中由要素208表不的标号WFM1、WFM2、WFM3和WFM4)。上述波前复用变换的充分必要条件是上述波前复用变换具有可实现的唯一逆变换。上述波前复用器的互补变换是上述波前解复用器。上述波前解复用器经常在通信系统的接收侧使用，互补的波前复用器在该通信系统的发射侧使用。波前解复用器的目的是在传输系统的接收侧提取原始发射的信号。通常，波前解复用器用来表示以本领域技术人员已知的标准解复用器的变型为基础的特殊信号处理变换，但是解复用器将携带多个单独信号的单个输入信号分离或分解成与该单个输入信号携带的多个单独信号对应的多个输出信号，而上述波前解复用器将多个输入(每个输入携带上述多个单独信号的唯一混合)分离成多个输出，使得每个输出对应于上述多个输入携带的多个单独信号之一。上述波前解复用器是执行正交函数变换的多输入/多输出(MIMO)变换，其将信号的波前域表示转换成信号的空间域表示。为了示意说明，图3是波前复用和波前解复用的概念的示意图。通常，上述波前复用器和波前解复用器的操作能够通过使用二维透镜以图形方式直观示出，这里每个透镜由如下构造的两个表面构成:(a)透镜的左表面(每个透镜的左边缘300a和300b)是中心位于该透镜的右表面(附图标记302a和302b)中间的半径为R的圆304的一段,和(b)透镜的右表面(每个透镜的右边缘302a和302b)是中心位于上述左表面(附图标记300a和300b)中间的半径为R的圆306的一段。图3右侧的透镜(由透镜左表面300b和右表面302b形成)是用于波前复用的机构，而左侧的透镜(由透镜左表面300a和右表面302a形成)是用于波前解复用的机构 。为了以图形方式直观示出这些波前变换的功能，这两个代表波前复用(WFM)/波前解复用(WFDM)透镜对通过八条相同的充当传播信道的光纤308连接起来。在一端，上述八条光纤均匀分布地连接与WFDM透镜(附图标记300a和302a)对应的上述左透镜的右边缘302a的圆形表面。在另一端，上述八条光纤均匀分布地连接与WFM透镜(附图标记300b和302b)对应的上述右透镜的左边缘300b的圆形表面。下面说明WFDM的功能:由附图标记310 (源A)和附图标记312(源B)表不的两个信号源连接到WFDM的左透镜300a的输入侧，源A310位于该透镜边缘302a的相对边缘的圆形表面中心上方，源B 312位于该透镜边缘302a的相对边缘的圆形表面中心下方。如图所示，上述源B 312产生中心位于B端口 314处的圆形波前(该圆形波前314类似于通过向平静的湖面扔石子所产生的同心圆或波)。由上述源B 312产生的圆形波前314由与上述左透镜(WFDM)的右边缘302a的圆形表面连接并且均匀分布在该圆形表面上的上述八条光纤308获取。然而，上述八条光纤不是同时获取上述圆形波前，而是每条光纤顺序地接收上述圆形波前(在某一时延以后)。因此，编号为8的光纤的输入首先感应到上述圆形波前，而编号为I的光纤的输入最后接收上述圆形波前。以类似的方式，由上述源A 310产生的圆形波前将以相反的顺序由这些光纤感应到，使得编号为I的光纤将首先感应由上述源A 310产生的圆形波前，而编号为8的光纤将最后感应到由上述源A 310产生的圆形波前。结果，存在两个不同的且同时存在的波前同时但是以互相不同的时延以及相位偏移穿过上述八条光纤传播，一个波前来自上述源A 310，另一个波前来自上述源B 312。因此，由源B 312产生的波前314与由源A 310产生的波前一起在不同时间点穿过上述八条光纤中的每一条，使得这两个波前在每条光纤内通过时间延迟和相位延迟而互相混合在一起，并且使得在任何时间点穿过这些光纤的由源产生的每个波前具有八种不同的表示(本质上与标准解复用器类似)。下面说明由图3中右侧的透镜(300b和302b)表示的WFM的功能:将图3右侧的透镜设计成具有与该右侧透镜的左边缘300b连接的八条光纤输入308以及与该右侧透镜的右侧圆形表面302b连接的两个输出310~和312~。将该二维透镜(300b和302b)制作成将从左侧表面接收的两个唯一的圆形波前聚焦到右侧表面302b上的两个唯一的“宿(sink)”310~和312~(由标号A’和B’表示)。上述两个到达波前之一将聚焦到宿端口A’ 310~，在宿A’ 310'形成顶点，在宿B’ 312'形成空波前，而另一个到达波前314~将聚焦到宿端口 B’ 312~，在宿B’ 312'形成顶点，在宿A’ 310~形成空波前。当该捆光纤相同时，上述所有八条光纤具有相等的幅度衰减和相等的传播延迟(即没有传播信道影响)，上述源A 310将转移到宿A’310~，源B 312将转移到宿B’312~。然而由于环境转变或老化的原因，该捆光纤的所有八条光纤在幅度衰减和传播延迟方面将不同，因此产生完全不同的传播影响。结果，上述源A 310将不仅转移到宿A’310~，还泄露到宿B’312~内。以类似的方式，源B 312将不仅传递到所期望的目的地宿B’312~，还传递到不期望的目的地宿A’ 310'。因此，为了能够恢复穿过光纤(传播信道)传输的原始信号，必须在对这些光纤(传播信道)中的混合波前复用信号进行分离以前执行自适应信道均衡，以便消除来自光纤的传播信道影响以及避免将一个信号泄露到另一个信号的宿内。将图3中信号流的反向即示出了上述WFM变换的功能，其中WFM的功能由透镜边缘300b和302b的组合表示。从右向左(穿过光纤308)传播的反向信号流由图3右侧的两个源A’310~和B’312~产生。由于图3所示WFM的原因，每条光纤308 (或传播信道)以唯一线性组合的形式传输分别由源A’ 310~和源B’ 312~产生的两个输入信号。上述八条光纤308传输上述两个输入信号的八种混合波前复用信号组合，其中混合的WFM信号组合对应于由上述两个源A’ 310'和源B’ 312'产生的上述两个输入信号的唯一的正交线性组合。接下来，在使用WFDM分离混合WFM信号以前，必须使用代价最小化算法在左侧(接收机段)对不同光纤内的传播信道影响进行动态均衡(通过自适应均衡)，其中WFDM的功能由左侧透镜的边缘300a和302a的组合表示。一旦消除了来自光纤的传播信道影响，就将来自右侧的源A’ 310~和B’ 312~的两个原始信号通过WFDM变换成两个恢复的输入信号。从数学角度看，上述波前复用和波前解复用操作是正交函数操作或变换，并且其可以以多种方式实现。该变换不是在时域和频域之间，而是在空间域和波前域之间的正交变换。上述波前复用变换由下面的线性方程表示:Y = WFM*X (I)
其中，X表示输入向量，Y表示输出向量， ΕΜ表示函数变换矩阵。此外，上述波前变换的特征是WFM与其自己正交，使得WFM*WFM = I (2)下面给出用来实现上述波前复用变换实施例的正交变换矩阵的非限定性示例。WFM变换的这个非限定性示例是通过Ku频段的模拟4X4巴特勒(Butler)矩阵(BM)实现的。向量加权(仅通过相位旋转)的两个示例400a、400b在图4中示出，其中WFM操作(!FM)是4X4矩阵，4行方阵如下: = [exp (j Φ 11), exp (j Φ 12)，exp (j Φ 13)，exp (j Φ 14)]， = [exp (j^ 21), exp (j^ 22), exp (j^ 23), exp (j Φ 24)], = [exp (j Φ 31), exp (j Φ 32)，exp (j Φ 33)，exp (j Φ 34)]， = [exp (j Φ41)，exp (j Φ42)，exp (j Φ43)，exp (j Φ44)]，由于上述WFM操作(IEM)是线性操作，所以其可以实现为基带下的8X2乘8X2 (8x2-to-8x2)BM或者2X2 乘2X2 (2x2-to_2x2)BM。除了使用巴特勒矩阵来实现WFM变换以外，当在数字域中使用时，可以使用傅里叶变换对或哈特莱(Hartley)变换对产生多个特殊的WFM矩阵。(3)本发明的用于卫星通信的实施例本发明的另一实施例(使用WFM技术)可以用于卫星通信(包括DBS应用)，以便允许来自给定上行地面站(发射机段)的N个单独的信号流经过卫星(传播装置)上M个独立的转发器(或传播信道)。然后，在至少存在与当前传输的单独信号流的数量N同样多的转发器数量M的约束下，接收下行地面站或订户终端(接收机段)能够使用波前解复用(WFDM)和其它信号处理方法(例如消除传播信道影响的自适应均衡)忠实地恢复上述单独的信号流。该WFM技术的多种可能应用之一是来自相同卫星中的各个转发器或者来自不同卫星中的各个转发器的有效功率组合或者等效全向辐射功率(EIRP)组合。该功率组合对应于在不影响接收地面站(接收机段)的情况下以及在不影响卫星配置(传播段)的情况下通过上行站(发射机段)实现的动态功率分配。由于前面图3所示的WFM，每个转发器(或信道)携带以唯一线性组合形式的所有信号流。M个转发器对应于N个信号流的M个不同且正交的线性组合。然后，必须在上述接收到的地面站(接收机段)通过使用代价最小化算法对不同转发器中的传播信道影响进行动态均衡(通过自适应均衡)。然后通过WFDM将M个均衡的接收信道变换成N个恢复的信号流。图5提供了本发明实施例的动态卫星通信系统的功能方框图示意图，该动态卫星通信系统适合于对来自多个卫星转发器的功率进行动态组合，以便提高所传输信号的功率电平。在该具体实施例中，图中的多个框代表了本发明的这个系统的功能。而且，图5所示的示意图仅反映了可以与本发明的实施例一起使用的输入信号、卫星、卫星转发器和控制信号的非限定性及非详尽组合示例。提供这些信号示例(图5所示)来帮助描述本发明的这个实施例的功能，这些信号示例仅代表可以与本发明一起使用的输入信号、卫星、卫星转发器和控制信号的许多组合之一的非限定性说明。图5是两个基于卫星的直接广播系统(DBS)的两个简化功能方框图的示意图。上面的图500示出了卫星通信领域中通常使用的传统DBS系统，其包括发射机段、传播段和接收机段，发射机段包括地面上行段502a，传播段包括一个具有多个卫星转发器504a的卫星，接收机段包括DBS订户终端506a。下面的图508示出了本发明的动态卫星DBS通信系统的实施例，其在该动态卫星DBS系统的地面上行段502b中使用WFM变换510。这两个DBS通信系统(传统DBS系统500和WFM DBS系统508)包括:发射机段，其包括上行地面站502a和502b，如图5左侧所示；传播段，其包括一个卫星，该卫星具有四个可用于传输信号的卫星转发器504a和504b，如图5中间所示；以及接收机段，其包括至少一个DBS订户终端506a和506b，如图5右侧所示。3- )传统DBS下星系统在该具体的传统DBS系统500中，存在四个可用来通过卫星传输信号的卫星转发器504a。因此，上述地面上行段502a能够同时向上述四个可用的卫星转发器传输四个输入信号516a (由标号dl、d2、d3和d4表示)。然而，在该具体示例中，仅有两个通过该DBS系统500向各个用户506a广播的输入数字信号流，这两个输入数字信号流由标号S7(由附图标记512表示)和标号S8(由附图标记514表示)表示。因此，上述地面上行段的输入信号516a中的两个(指的是标号d3和d4)是空信号(未与输入信号相连)，或者与地信号518a或零值信号相连(为了说明)。此外，上述地面上行段的其它两个输入信号516a(指的是标号dl和d2)分别与正在广播的两个输入信号流相连,其中,输入信号流512(标号S7)与上行段输入信号端dl相连,输入信号流514 (标号S8)与上行段输入信号端d2相连。在上行站502a通过执行下列操作将上述两个数字输入信号流512和514变换到卫星频带:将上述两个数字输入信号流512和514上变频520a到Ku卫星频段内的两个不同载波频率下；以及通过使用上述Ku卫星频段的输出复用器对上述两个经上变频的输入信号522a进行放大和频分复用524a。接下来，通过上传设施内的上行地面天线将上述两个经变换的Ku频段信号526a上传到Ku广播卫星上。在卫星上，所接收的Ku频段信号526a在准备广播给各个订户终端506a以前，单独地且独立地经历两个不同的 卫星转发器504a。现在传统的DBS卫星系统(如500)仅需要可利用的卫星转发器中的两个来广播上述两个数字输入信号流512和514，因此未使用剩下的可利用的空间资源，如图所示。因此，传统DBS卫星系统500仅占用50%的可利用空间资源，浪费了 50%的空间资源(指的是在广播过程中可用于广播但是现在传统的DBS卫星系统未使用的两个未用的卫星转发器)。在订户终端506a选择适当的转发器信道，对想要的信号进行放大、滤波、同步和解调来恢复所希望得到的数字数据流528a和530a (分别由标号S7’和S8’表示)，以便先作进一步理，然后将所处理的信号提供给电视机。3-1i)本发明的使用WFM变换的动态DBS卫星系统实施例与目前传统的DBS卫星系统相比，本发明的这个用于动态DBS卫星系统的实施例(在图5的下面的图508中)使用了 100%的可用于传输的空间资源。也就是说，波前复用的DBS系统通过所有可用的卫星转发器504b传输上述两个输入信号流512和514，使得全部四个卫星转发器用来广播上上述两个输入信号流。与传统DBS卫星系统500类似，该WFM DBS卫星系统508具有四个可用来通过卫星传输信号的卫星转发器504b。因此，上述地面上行段502b能够将四个输入信号516b (由标号dr、d2~、d3~和d4~表示)同时传输给上述四个可用的卫星转发器。与传统DBS卫星系统一样，在上述地面上行段502b处仅存在两个待通过上述WFM DBS卫星系统508广播给各个订户终端506b (用户或接收机段)的数字输入信号流，这两个数字输入信号流由标号S7 (由附图标记512表示)和标号S8(由附图标记514表示)表示。因此,本发明的上述地面上行段502b中输入给上述WFM变换510的输入信号中的两个(518b和519b)是空信号(未与输入信号相连)，或者与接地信号或零值信号(为了说明)相连，并且上述WFM变换510的其它两个输入信号516a分别与正在广播的两个输入信号流512 (标号S7)和514 (标号S8)相连。与目前的DBS卫星系统相比，本发明的这个实施例在将输入信号上变频到Ku频段内的四个不同载波频率以前，在上述上行站502b中通过执行波前复用而将上述两个数字输入信号流512和514变换成四个同时产生的WFM数字信号流516b (由标号dl' d2\d3~和d4~表示)。接下来，在上述上行站502b，通过执行下列操作将上述四个WFM数字信号流516b (由标号dr、d2~、d3~和d4~表示)变换到卫星频带:将上述四个WFM数字信号流516b上变频520b到ku卫星频段内的四个不同的载波频率；以及通过使用所述Ku卫星频段的输出复用器对上述四个经上变频的WFM信号522b进行放大和频分复用524b。接下来，通过上传设施内的上行地面天线将上述四个变换过的Ku频段WFM信号526b上传给Ku广播卫星。在该实施例中，上述波前复用器(WFM)可以以数字格式在数字基带下实现或者通过模拟设备(如巴特勒矩阵)实现。WFM的四个输出516b (由标号dr、d2~、d3~和d4~表示)中的每一个是两个输入信号512和514的线性组合，并且每个WFM输出的特征是与在其它WFM输出中存储的组合不同的输入信号组合。而且，上述四个WFM输出互相正交。在卫星上，所接收的 Ku频段WFM信号526b在准备广播给各个订户终端506b以前，单独地且独立地经历四个不同的卫星转发器504b。上述WFM DBS卫星系统508使用全部可用的卫星转发器(使用所有四个转发器)来广播上述两个数字输入信号流512和514，因此利用了 100%的可用空间资源。这将与仅占用50%可用空间资源(仅使用两个转发器来传输)的传统DBS卫星系统500形成对照。在订户终端506b中，在将四个不同载波频率下的四个所接收的波前复用信号532下变频到普通中频或基带频率以前，对这四个所接收的波前复用信号532进行放大。接下来，通过4X4波前解复用器(WFDM) 536对四个下变频过的信号534进行处理来恢复所想要的信号，对所想要的信号进行放大、滤波、同步、解调来复原所希望得到的数字数据流528b和530b (分别由标号S7’和S8’表示)，以便先作进一步的处理，然后将所处理的信号提供给电视机。为了复原原始数字输入数据流512和514 (由标号S7和S8表示)，WFM传输信号516b的幅度、时延和相位延迟必须在下面四条路径中保持一致，这四条路径连接上传站502b的WFM 516b的四个输出和订户终端506b的WFDM 536的四个输入。这个约束必须包括在本发明的任一实施例中，因为其是使上述WFM DBS卫星系统工作的充分必要条件。而且，本发明的这个实施例利用从用户或订户终端的WFDM得到的信息连同唯一的优化处理来在每个上述订户终端中单独地对上述四条路径(在WFM信号516和WFDM输入信号534之间)进行自适应均衡。自适应均衡对各个转发器之间的相程长度(path lengthof phase)差异、时间差异和幅度差异以及传播影响进行补偿。信道补偿是二重的:补偿上述四个转发器之间的失衡幅度、失衡相位、失衡时延的静态差异以及因传输介质导致的静态传播影响；以及补偿由传输介质导致的动态差异传播影响(如四个路径(传播信道)中的降雨)。图6是WFM DBS卫星体系结构实施例的简化功能方框图示意图，其包括订户位置中用来对传播信道影响进行自适应均衡的优化环路600的工作原理。以与图5所示实施例类似的方式，图6的这个WFM DBS卫星系统608的实施例具有四个可用来通过卫星传输信号的卫星转发器604，因此，地面上行段602能够将四个输入信号616 (由标号dl、d2、d3和d4表不)同时传输给上述四个可用的卫星转发器604。最初，该实施例在上行站602通过执行波前复用610将两个数字输入信号流612和614变换成四个同时产生的WFM数字流616 (由标号dl、d2、d3和d4表示)。接下来，在上述地面上行站602通过执行下列操作将上述四个WFM数字流616变换到卫星频带:将上述四个WFM数字流616上变频620到Ku卫星频段内的四个不同载波频率下；以及放大四个经上变频的WFM信号622并且通过利用Ku卫星频带的输出复用器对上述四个经上变频的WFM信号622进行频分复用624。接下来，将上述四个经变换的Ku频段WFM信号626上传给Ku广播卫星。在卫星上，所接收的Ku频段WFM信号626在准备广播给各个订户终端606以前，单独地且独立地经历四个不同的卫星转发器604，因而利用了 100%的可用空间资源。在订户终端606，在将所接收的四个不同载波频率下的四个波前复用信号632下变频到普通中频或基带频率以前，对这四个所接收的波前复用信号632进行放大。接下来，通过补偿幅度失衡、相位失衡和时延失衡的自适应均衡器638，对四个经下变频的信号634进行处理。然后将所均衡的信号640送给4X4波前解复用器(WFDM)636，以便恢复想要的数字数据流628和630 (分别由标号S7’和S8’表示)。在地面上行站602，作为自适应均衡638的一段，上述波前复用器的输入端中的一些“接地”(具体是未与待传输信号相连的WFM输入端618和619)。结果，用户终端606中与接地的WFM输入端对应的WFDM 640的输出端642和644连接到优化环中待用于诊断的优化处理器600。当均衡状态下全部幅度、相位和时延实现自适应均衡时，在任何一个诊断端口(对于该具体实施例来说对应于WFDM输出端642和644)没有可检测到的信号。另一方面，在对上述四条路径进行均衡以前，有信号泄露到与上述WFDM输出端642和644对应的诊断端口内。因此，诊断端口(指上述WFDM输出端642和644)的输出功率用作“误差”指示或者用作“代价函数”。在本发明的实施例中，来自全部诊断路径的检测功率电平总和用作均衡环中的系统“代价函数”。当优化环逐步地且自适应地对上述四条传播路径进行均衡时，“误差”或“代价”不断降低。使用WFM做为“代价”函数测量的优化方案实施例利用下面三个段作为均衡机构:
1.诊断电路，其产生“代价”函数值；
2.优化处理器(优化算法)，其将通过迭代地使代价函数值最小来计算复值权重(complex weight);和
3.补偿电路，其执行“复值加权(complexweighting) ”,该复数加权用来对上述订户终端处接收的WFM信号的幅度、相位和时移进行改变和调整。上述诊断电路利用了 WFM和WFDM的特征，使用I/O端口来产生上述代价函数，使得当路径完全均衡时， 上述代价函数将变为零。上述代价函数是正定函数(positivedefinite function)，并且能以临时的方式(具体事件具体处理)限定，但是通常将其限定成当M个路径(M个转发器或信道)远未达到均衡时，上述代价函数值大，并且当上述M个路径(M个传播信道)几乎达到均衡时，上述代价函数值变小。上述优化处理器(优化算法)将动态测量上述代价函数的梯度，并且相应地对于全部路径计算最新的幅度补偿、相位补偿和时移补偿(即上述复值权重)。上述优化处理器将反复地补偿上述传播信道的路径差异，降低“代价”，直到代价降到期望的阈值以下为止。上述补偿电路是对M个信号路径的幅度转变、相位转变和时移转变的真正实现。上述补偿电路可以实现为RF/IF模拟电路中的多组移相器、时移器和幅度衰减或者I/Q衰减(I/Q with attenuations)。在数字域中，上述补偿电路还可以实现为数字波束成型(DBF)处理的一段。在本发明的另一个实施例中，WFDM的至少一个输出用于“可观测量”，该“可观测量”测量卫星信道中由不同动态传播影响导致的差异漂移所引入的误差。于是，在上述诊断端口中，所接收的功率电平用来得到代价函数的分量，该代价函数是“可测量的”，以计算用于对于传播影响的动态补偿权重向量(CWV)。在该实施例中，控制输入信号不必是接地(零值)信号。此外，当卫星中存在与当前可用的转发器同样多的待传输信号时，控制输入信号(待用于自适应均衡的)可以连同输入信号之一复用成WFM输入信号之一。在本发明的又一实施例中，对于缓慢转变的环境，可以将可观察的信息从WFDM反馈给上行站，以对多个卫星的差异传播影响进行预补偿。3-1ii)本发明的功率组合方面的示例
本发明的优势是下面的实施例，该实施例通过利用卫星上的附加转发器或者来自不同卫星的附加转发器在覆盖区域上方对辐射功率进行动态改进，这些卫星未充分利用它们的容量并且具有可用来利用的富余(未用)的辐射功率，其中在不影响上述空间段(传播段)配置的情况下仅通过上述地面段(发射机段或上行段)利用和实现有效的动态功率分配。为了使该动态功率分配获得成功，仅接收终端必须对来自各个转发器的辐射功率进行“相干组合”，这是通过包括上述自适应均衡器638、上述WFDM636和上述优化处理器660的优化环来有效地完成的。在该实施例中，在上行段的地面端602或者用于DBS服务的节目集成机构处的操作者根据不断转变的市场需求，通过将相对输入功率动态地改变成输入数字信号流的混合流的比率，动态分配等效转发器功率604，以便在不影响下行段的用户端606和空间段以及不改变卫星配置的情况下，提高所广播的输入数字信号流的辐射功率。通常，输入信号流的输入密度(来自上行站)用来指定来自不同卫星的各个转发器的输出功率。输入信号流的密度可以动态转变，它们不一定是相等的。下面的非限定示例用作本发明的功率组合实施例的说明。为了简明起见，该示例假设转发器工作在线性模式下，每个转发器中具有相同的45分贝瓦(dbw)的EIRP(辐射功率)以及每个转发器中每条流单个载波。图7是通过使用本发明的功率组合实施例获得的结果的表格的示意图。该非限定示例使用了五条输入信号流(A、B、C、D和E)以及八个不相关的转发器。如图7所示，在Ttl时间，所有五条输入信号流表现相同的功率702。在T1时间，地面上行终端处的操作者可以选择为信号流A指定50%的总转发器功率704，为信号流B指定35%的总转发器功率706，为信号流C、D和E每一个指定5%的总转发器功率。然后在T2时间，操作者可以转变为提供输入混合流，其中60%的总功率708用于信号流A，10%的总功率用于信号流B、C、D和E，而在T3时隙，100%的总功率用于信号流A。因此，在I；、T1、T2和T3时间，全部八个转发器将相应地做出响应并且提供具有等效输出EIRP分布的放大，如图7所
示
通常由操作者或用户通过上行站传输或者用于DBS服务的节目集成机构来根据市场需求动态地分配等效转发器功率。根据市场需求和可用转发器数量，功率分配可以以小时为单位、以分钟为单位或者以秒为单位转变。DBS服务的所有人决定做出转变以及向转发器分配等效功率。分配转发器功率所根据的机制是输入信号流的混合流的比率。在最特殊的情况下，操作者可以关闭一些输入信号流，取而代之向留下的信号流分配更多功率并且向它们分配来自所有参与卫星的更高的EIRP。3-1v)利用多个下.星的WFM DBS下星系统的实施例在本发明的另一个实施例中，WFM DBS功率组合方案可以实现为包括各个轨道位置上的多个卫星中的转发器资源。在该实施例中，地面上行站或者网关通过多个波束天线或者多个天线接入多个卫星，每个波束天线或者每个天线指向相应的卫星。于是订户终端通过多个波束天线高效地接入所指定的多个卫星。可以使用模拟技术来有效地一种系统，该系统用来组合来自两个或三个卫星的所述八个单独转发器的转发器功率并且将总功率组合成多个(< 8)转发器。而且，当单个转发器中有更多载波以及总转发器数量大于8 (如16或32)时，使用数字基带方法的实现可能十分有效。3-v)使用WFM的多卫星后勤信道校lH的实施例在本发明的又一个实施例中，可以使用WFM和WFDM来对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。这类卫星通常使用L波段或S波段的大天线反射器(10米以上，30米以下)，并且具有上百个可完全配置的发射束和接收束，这些发射束和接收束对于向小型移动便携设备传送服务是必不可少的。通过使用WFM和WFDM对上述地面上行段执行波束成形，传送高度灵活卫星服务的代价和时间明显下降，因为在与上述大天线反射器关联的卫星上有不足100个馈源并且卫星上没有波束成形机制。本发明的这个实施例将均衡过的WFM信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关优化技术结合在一起，以便对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。对于接收(Rx)功能而言，上述馈源捕获的信号传输给地面机构去进行包括波束成形在内的进一步处理。类似地对于发射(Tx)功能而言，上述地面机构将根据多波束信息来“计算”用于各个馈源的信号。3-vDffFM DBS下星系统设计示例图8是上述WFM DBS卫星系统与轨道上已退役的Ku频段卫星800结合在一起的实施例应用示意图，该已退役的Ku频段卫星800的特征是具有19个转发器802，每个转发器具有36MHz的带宽并且在覆盖区域上方具有47dBW的EIRP。该示例示出了图8所示的本发明如何用于对来自退役卫星800中可用转发器的功率进行组合，以便在不改变卫星800的操作以及不改变接收机段806的情况下通过地面机构804动态适应市场需求。图8中的本发明实施例用来转变已退役的Ku频段卫星，以便传送与具有下列可选特征的卫星的服务等效多种服务:A.10个转发器
9个具有50dBW EIRP的高/中功率转发器
I个具有47dBW EIRP的低功率转发器
所有转发器具有36MHz带宽和射频(RF)前端，该射频前端可选地具有上变频器、射频下的BPF和SSPA。
B.7个转发器
4个具有53dBW EIRP的高/中功率转发器
I个具有50dBW EIRP的高/中功率转发器
I个具有47dBW EIRP的低功率转发器 所有转发器具有36MHz的带宽。
C.随着需求增加，将与7个转发器等效资源动态分配给19个转发器。读者的注意力应贯注在所有与本文同时提交的并且与本文一起向公众开放检阅的论文和文献，并且所有这样的论文和文献的内容通过引用并入本文。除非另外明确说明，本文(包括权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征可以由充当相同、等效或类似用途的替代特征代替。因此，除非另外具体说明，所公开的每个特征仅是通常的一系列等效或类似特征中的一个示例。此外，权利要求中未明确说明“用于执行特殊功能的装置”或者“用于执行特定功能的步骤”的任何要件不应解释为美国专利法典(35U.S.C.)第112节第6款中规定的“装置”或“步骤” 条款。
权利要求
1.一种提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其适合于动态组合来自多个传播信道的功率以便提高传输信号的功率电平，其中在不影响接收机段和传播段的情况下通过发射机段实现动态功率分配，所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统包括: 处理器； 输入装置，其与所述处理器联接以接收待传输的信号；以及 存储器，其与所述处理器联接，其中所述存储器包括指令模块，所述指令模块可由所述处理器执行，以使所述处理器执行下列操作: 输入多个待传输的信号； 通过执行波前复用变换(WFM变换)对多组所输入的信号进行变换； 通过多条传播信道在传输介质上传输多组波前复用信号(WFM信号)，其中至少存在与现有波前复用信号数同样多的传播信道并且每组波前复用信号通过其自己的传播信道传输; 从所述传播信道接收经传输的波前复用信号； 对所接收的多组波前复用信号执行自适应均衡，以便补偿传播信道影响，其中所述传播信道影响包括动态差异传播影响和 静态差异传播影响，所述动态差异传播影响是由所述传输介质导致的，所述静态差异传播影响包括所接收的波前复用信号和由所述波前复用变换输出的波前复用信号之间失衡的幅度、失衡的相位和失衡的时延； 通过执行波前解复用变换(WFDM变换)将均衡的多组波前复用信号分离成多组单独的空间域信号；以及 输出所述多组单独的空间域信号。
2.根据权利要求1所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 在上行段的地面端接收所输入的信号，所输入的信号包括待传输给卫星的数字信号、模拟信号、模数混合信号和多个数字信号流，所述卫星具有在多个频率下工作的多个转发器，其中所述卫星中存在至少与当前接收数字信号流数同样多的转发器，所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统进一步包括下列操作: 在将所述波前复用信号传输给卫星段以前，在所述上行段将所述波前复用信号变换到卫星频带； 在所述上行段将经变换的波前复用信号上传给所述卫星段； 在所述卫星段通过卫星转发器将经变换的波前复用信号传输给下行段； 在所述下行段下载由所述卫星段传输的经变换的波前复用信号； 在所述下行段的用户端，将所下载的经变换的波前复用信号处理到基带频率下，从而产生基带频率波前复用信号，其中对所述基带频率波前复用信号执行自适应均衡，以便补偿来自所述卫星转发器的信道的传播信道影响； 通过对由波前解复用变换产生的所述多组单独的空间域信号进行放大、滤波、同步和解调，恢复从传输子系统接收的多组单独的空间域数字信号流；以及输出所恢复的多组输入数字信号流。
3.根据权利要求2所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中在分离被均衡的波前复用信号的操作中，所述波前解复用变换等于所述波前复用变换的唯一逆变换，由此所述波前解复用变换将所述波前复用信号分离成所述多组单独的空间域信号；并且其中 在波前复用变换对所输入的信号进行变换的操作中，通过上行地面天线将经变换的多组波前复用信号从所述上行段的地面端上传给卫星，所述波前复用变换包括多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口的数量等于所述输出端口的数量，所述输出端口的数量等于转发器的数量，并且其中所述波前复用变换进一步包括下列操作: 将多组数字信号流输入给波前复用的输入端口，其中一个单独的波前复用输入端口仅连接到一组相应的输入数字信号流； 当转发器数比输入数字信号流数多时，在所述上行段的地面端将一组控制信号输入到未与多组数字信号流相连的波前复用输入端口内； 当转发器的数量等于数字信号流的数量时，在所述上行段的地面端，通过在控制信号和所述数字信号流之间时分复用波前复用输入端口而将控制信号输入到与数字信号流相连的波前复用输入端口内； 执行正交函数变换，将所输入的多组数字信号流的空间域表示变换到所输入的多组数字信号流的波前域表示，其中所述波前复用变换的充分必要条件是所述波前复用变换具有唯一可实现的逆变换，并且其中所接收的数字信号流的波前域表示包括多组输出波前复用信号，其中从所述波前复用变换中的每个输出波前复用信号是由输入到所述波前复用变换中的全部接收到的空间域数字信号流的唯一线性组合而组成，并且其中所述的被输出的多组波前复用信号彼此互相正交；以及 将所述多组波前复用信号输出给多个波前复用输出端口。
4.根据权利要求3所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述动态卫星通信系统是选自下面的单向通信系统:直接广播服务(DBS)、固定卫星服务(FSS)、移动卫星服务(MSS)、向地面下行站广播的地面上行站、向下行部分的用户端或者向网络集线器广播的地面上行站、向下行段的用户端传输信号的上行段的用户端、向网络集线器或者向地面下行站传输信号的上行用户端、向地面站传输信号的网络集线器、以及向别的网络集线器传输信号的网络集线器。
5.根据权利要求4所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 在执行自适应均衡的过程中，与一组控制信号相连的一个波前复用输入端口具有在所述下行段的用户端的相应的波前解复用的一个受控输出端口，其中所述波前解复用受控输出端口作为诊断端口使用，并且其中使用代价函数来测量受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异，由此当达到自适应均衡时，所述代价函数最小，并且其中执行自适应均衡的操作进一步利用了梯度代价函数、优化处理器和幅度-相位-时延补偿处理器，并且其中通过下列操作来执行自适应均衡: 测量由波前解复用输出的所述梯度代价函数； 使用最速下降技术对所测量的梯度代价函数执行优化处理，以获得最优解，其中所述最优解对应于动态消除来自所述波前复用变换的输出波前复用信号和所述下行段的用户端处的基带频率波前复用信号之间失衡的幅度、失衡的相位和失衡的时延，并且其中所述优化处理器向所述幅度-相位-时延补偿处理器发送均衡控制信号； 根据来自所述优化处理器的所述均衡控制信号，通过调整所接收的经下变频的波前复用信号的幅度、相位和时延来执行幅度、相位及时延补偿，以便降低所述代价函数； 通过执行波前解复用变换，将来自自适应均衡操作的多组波前复用信号分离成多组单独的空间域信号和控制信号；以及 在所述下行段的用户端，反复地执行下列操作直到获得最优解并且所述代价函数最小为止:测量所述梯度代价函数、执行优化处理、执行幅度、相位及时延补偿、以及分离来自所述自适应均衡操作的波前复用信号。
6.根据权利要求5所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述上行段的地面端处或者用于DBS服务的节目集成机构处的操作者，根据不断转变的市场需求，通过将相对输入功率动态改变成输入数字信号流的混合流的比率而动态分配等效转发器功率，以便提高所广播的输入数字信号流的辐射功率，由此在不影响所述下行段的用户端和所述空间段的情况下以及在不改变卫星配置的情况下，通过所述上行段的地面端实现动态功率分配。
7.根据权利要求6所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 将来自传输子系统的多个数字信号流传输给各个轨道位置上的多个指定卫星，其中通过每个卫星上的一个转发器传输所述波前复用信号，并且其中存在至少与当前待传输的已接收的多组数字信号流数同样多的可用于传输的转发器数，并且其中通过所述上行段的地面端的多波束天线、多个天线或者多波束天线与多天线的组合将所述多组波前复用信号上传给指定的多个卫星，并且其中所述下行段的用户端通过多波束天线接入各个轨道位置上的多个指定卫星。
8.根据权利要求6所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 将来自传输子系统的多组输入数字信号流传输给由卫星组成的多个卫星配置，所述多个卫星配置具有与各个轨道位置上的多个指定卫星结合的在不同频率下工作的多个转发器，其中通过每个卫星中的转发器传输所述波前复用信号，并且其中通过所述上行段的地面端的多波束天线、多个天线或者与多个天线组合的多波束天线将所述波前复用信号上传给多个卫星，并且其中所述下行段的用户端通过多波束天线接入所述多个指定卫星。
9.根据权利要求8所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中将均衡的波前复用信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。
10.根据权利要求9所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述波前复用变换的唯一逆变换等于所述波前复用变换，所述波前解复用变换等于所述波前复用变换； 并且其中所述波前复用变换是以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现的，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。
11.根据权利要求10所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中执行自适应均衡的操作利用选择下面的代价函数:受控输入端口和其相应诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误； 并且其中所述控制信号包括接地(零值)信号，所述梯度代价函数对应于所述波前解复用变换的所述诊断端口中的检测 功率电平总和，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零并且在所述诊断端口中没有可检测到的功率电平。
12.根据权利要求5所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述执行自适应均衡的操作利用选自下面的代价函数:受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误。
13.根据权利要求12所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述执行自适应均衡的操作利用包括接地(零值)信号的控制信号、包括受控输入端口和其相应诊断端口之间差异的所述代价函数、以及包括所述波前解复用变换的诊断端口中的检测功率电平总和的所述梯度代价函数，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零并且在所述诊断端口中没有可检测到功率电平。
14.根据权利要求5所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中将均衡过的波前复用信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。
15.根据权利要求4所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 所述波前复用变换是以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现的，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。
16.根据权利要求15所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述波前复用变换的唯一逆变换等于所述波前解复用变换， 并且其中所述波前解复用变换对应于所述波前复用变换。
17.根据权利要求3所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 所述动态卫星通信系统是双向通信系统，其进一步包括上行段的用户端和下行段的地面端，其中通过具有在多个频率下工作的多个转发器的卫星，所述上行段的用户端经过执行下列操作将多个数字信号流传输给所述下行段的地面端: 在所述上行段的用户端，通过执行波前复用变换对多组数字信号流进行变换； 将输出的多组波前复用信号上变频到用于卫星通信的频段内的不同频率载波处； 放大经上变频的波前复用信号，通过使用卫星频段的标准复用器(MUX)对所放大的多组波前复用信号进行频分复用(FDM)； 通过上行用户天线将所述卫星频段下的波前复用信号上传给所述卫星；在卫星段，接收所述波前复用信号并且对所述波前复用信号的载波频率进行频率转换； 放大经频率转换的波前复用信号并且通过卫星转发器将经频率转换的波前复用信号传输给所述下行段的地面端，由此使用所述卫星中全部指定的转发器来传输经频率转换的多组波前复用信号； 在下行段的地面端，接收并放大来自多个转发器的频率转换过的多组波前复用信号； 将所放大的经频率转换的多组波前复用信号下变频到中频或基带频率； 在所述下行段的地面端，对经下变频的波前复用信号执行自适应均衡；以及 通过执行波前解复用变换将多组均衡的波前复用信号分离成多组单独的空间域信号; 通过放大、滤波、同步和解调由所述波前解复用变换产生的多组单独的空间域信号，恢复由所述上行段的用户端所传输的多组单独的空间域数字信号流。
18.根据权利要求17所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中双向卫星通信系统包括固定卫星服务(FSS)和移动卫星服务(MSS)，所述固定卫星服务和所述移动卫星服务选自下面:与接收地面站通信的地面上行站、与别的用户端段通信的用户端段、与网络集线器或地面站通信的用户端段、与地面站通信的网络集线器、以及与别的网络集线器通信的网络集线器。
19.根据权利要求18所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 在下行段执行自适应均衡的操作中，所述上行段的一个与控制信号连接的波前复用输入端口具有在所述下行段的相应的一个波前解复用受控输出端口，其中所述的波前解复用受控输出端口是用作诊断端口，并且其中使用代价函数来测量此受控输入端口和其对应的诊断端口之间的信号差异，由此当达到自适应均衡时，所述代价函数最小， 并且其中所述执行自适应均衡的操作进一步利用梯度代价函数、优化处理器、幅度-相位-时延补偿处理器， 并且其中通过下列操作执行自适应均衡: 在所述下行段测量由所述波前解复用变换输出的所述梯度代价函数； 使用最速下降技术对所测量的梯度代价函数执行优化处理，以获得最优解，其中所述最优解对应于动态消除来自所述波前复用变换的输出波前复用信号和所述下行段的地面端和用户端中的基带频率波前复用信号之间的失衡幅度、失衡相位和失衡时延，并且其中所述优化处理器向所述振幅-相位-时延补偿处理器发送均衡控制信号； 根据来自所述优化处理器的所述均衡控制信号，通过调整所接收的经下变频的波前复用信号的幅度、相位和时延，执行幅度、相位和时延补偿，以便降低所述代价函数； 通过执行波前解复用变换，将来自自适应均衡操作的多组波前复用信号分离成多组单独的空间域信号及控制信号；以及 在所述下行段，反复执行下列操作直到获得最优解并且所述代价函数最小为止:测量所述梯度代价函数，执行优化处理，执行幅度、相位和时延补偿，以及分离来自所述自适应均衡操作的多组波前复用信号。
20.根据权利要求19所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述上行段的地面端或者所述上行段的用户端的操作者根据不断转变的市场需求，通过将相对输入功率动态地改变成多组输入数字信号流的混合流的比率的手段而达到动态分配等效转发器功率，4^.提提高所传输的输入数字信号流的辐射功率，由此在不影响所述下行段和所述空间段的情况下以及在不改变卫星配置的情况下，通过所述上行段实现动态功率分配。
21.根据权利要求20所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 将来自上行段的多个数字信号流传输给各个轨道位置上的多个指定卫星，其中通过每个卫星的转发器传输所述的多组波前复用信号，并且其中存在至少与当前待传输的接收数字信号流数同样多的可用于传输的转发器数，并且其中在所述上行段通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合将所述多组波前复用信号上传给多个指定卫星，并且其中所述下行段通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合接入所述各个轨道位置上的多个指定卫星。
22.根据权利要求20所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 将来自所述上行段的多个数字信号流传输给由卫星组成的多个卫星配置，所述多个卫星配置具有与各个轨道位置上的多个指定卫星结合的在不同频率下工作的多个转发器，其中通过每个卫星中的转发器传输所述波前复用信号，并且其中通过所述上行段的多波束天线、多个天线或者与多个天线组合的多波束天线将所述波前复用信号上传给多个卫星，并且其中所述下行段通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合接入所述多个指定卫星。
23.根据权利要求22所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中将均衡的波前复用信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。
24.根据权利要求23所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述波前复用变换的 唯一逆变换等于所述波前复用变换，所述波前解复用变换等于所述波前复用变换， 并且其中以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现所述波前复用变换，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。
25.根据权利要求24所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中在所述下行段执行自适应均衡的操作利用选自下面的代价函数:受控输入端口和其相应诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误， 并且其中所述控制信号包括接地(零值)信号，所述梯度代价函数对应于所述波前解复用变换的诊断端口中的检测功率电平总和，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零且在所述诊断端口中没有可检测的功率电平。
26.根据权利要求19所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中在所述下行段执行自适应均衡的操作利用选自下面的代价函数:受控输入端口和其相应诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误。
27.根据权利要求26所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述执行自适应均衡的操作利用包括接地(零值)信号的控制信号，包括受控输入端口和其相应诊断端口之间差异的所述代价函数，以及包括所述波前解复用变换的诊断端口中的检测功率电平总和的所述梯度代价函数，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零且在所述诊断端口中没有可检测的功率电平。
28.根据权利要求19所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中将均衡的波前复用信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。
29.根据权利要求17所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中， 所述波前复用变换是以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现的，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。
30.根据权利要求29所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述波前复用变换的唯一逆变换是等于所述波前复用变换，并且其中所述波前解复用变换等于所述波前复用变换。
31.根据权利要求1所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统选自:无线通信系统、光纤通信系统、有线通信系统、射频通信系统、卫星通信系统、声纳通信系统、雷达通信系统、激光通信系统、互联网通信系统、车辆和卫星之间的通信系统、至少两辆车之间的通信系统、车辆内各个操作子系统之间的车辆内部通信系统以及由上述这些通信系统中的至少两个通信系统组合而成的通信系统。
32.根据权利要求31所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统，其中所述存储器进一步包括可由所述处理器执行的指令模块，以使所述处理器允许发射机段的操作者或自动传输系统根据不断转变的应用需求通过将相对输入功率动态改变成输入信号的混合信号的比率而执行动态分配等效传播信道功率的操作，以便提高所传输的输入信号的辐射功率，由此在不影响所述接收机段和所述传播段的情况下以及在不改变所述传播段中的传播装置配置和传播信道的情况下，通过所述发射机段实现动态功率分配。
33.一种提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，用计算机实现，所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法适合于动态组合来自多个传播信道的功率，以便提高所传输信号的功率电平，其中在不影响接收机段和传播段的情况下通过发射机段实现动态功率分配，所述方法包括使处理器执行下列操作的动作: 输入多个待传输的信号； 通过执行波前复用变换(WFM变换)对多组所输入的信号进行变换； 通过多条传播信道在传输介质上传输多组波前复用信号(WFM信号)，其中存在至少与当前波前复用信号数同样多的传播信道并且每组波前复用信号在其自己的传播信道上传输; 从所述多条传播信道接收经传输的多组波前复用信号； 对所接收的多组波前复用信号执行自适应均衡，以便补偿传播信道影响，其中所述传播信道影响包括动态差异传播影响和静态差异，所述动态差异传播影响是有所述传输介质导致的，所述静态差异是所接收的波前复用信号和由所述波前复用变换输出的所述波前复用号之间的失衡幅度、失衡相位和失衡时延的； 通过执行波前解复用变换(WFDM变换)将均衡的多组波前复用信号分离成多组单独的空间域信号；以及 输出所述多组单独的空间域信号。
34.根据权利要求33所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中在上行段的地面端接收所输入的信号，所输入的信号包括待传输给卫星的数字信号、模拟信号、模数混合信号和多个数字信号流，所述卫星具有在多个频率下工作的多个转发器，其中在所述卫星中至少存在与当前接收的数字信号流数同样多的转发器， 并且其中所述处理器进一步执行下列操作: 在将所述波前复用信号传输给卫星段以前，在所述上行段将所述波前复用信号变换到卫星频带； 在所述上行段将经变换的波前复用信号上传给所述卫星段； 在所述卫星段，通过所述多个卫星转发器将经变换的波前复用信号传输给下行段；在所述下行段下载由所述卫星段传输的经变换的多组波前复用信号； 在所述下行段的用户端将所下载的经变换的多组波前复用信号处理到基带频率，从而产生基带频率波前复用信号，其中对所述基带频率波前复用信号执行自适应均衡，以便补偿由所述卫星转发器的信道导致的传播信道影响； 通过放大、滤波、同步和解调由所述波前解复用变换产生的多个单独的空间域信号，恢复从传输子系统接收的多组单独的空间域数字信号流；以及输出所恢复的多组输入数字信号流。
35.根据权利要求34所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中在分离均衡的波前复用信号的操作中，所述波前解复用变换等于所述波前复用变换的唯一逆变换，由此所述波前解复用变换将所述多组波前复用信号分离成多组单独的空间域信号; 并且其中在波前解复用变换对所接收的多组数字信号流进行变换的操作中，通过上行地面天线将经变换的多组波前复用信号从所述上行段的地面端上传给卫星，所述波前复用变换包括多个输入端口和多个输出端口，其中输入端口的数量等于输出端口的数量并且输出端口的数量等于转发器的数量，并且其中所述波前复用变换进一步包括下列操作: 将多组数字信号流输入给波前复用输入端口，其中一个单独的波前复用输入端口仅与一组相应的输入数字信号流相连； 当转发器数比现有输入数字信号数多轉时，在所述上行段的地面端将一组控制信号输入到一个未与多组数字信号流相连的波前复用变换输入端口中； 当所述转发器的数量等于所述数字信号流的数量时，在所述上行段的地面端，通过在控制信号和所述数字信号流之间时分复用所述波前复用输入端口而将所述控制信号输入到与数字信号流相连的波前复用输入端口内； 执行正交函数变换，将所输入的多组数字信号流的空间域表示变换到所输入的多组数字信号流的波前域表示，其中所述波前复用变换的充分必要条件是所述波前复用变换具有唯一可实现的逆变换，并且其中所接收的数字信号流的波前域表示包括多个输出波前复用信号，其中从所述波前复用变换中的每个输出波前复用信号是由输入到所述波前复用变换中的全部所接收空间域数字信号流的唯一线性组合而构成，并且其中所述多组输出波前复用信号彼此互相正交；以及 将所述多组波前复用信号输出给多个波前复用输出端口。
36.根据权利要求35所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中动态卫星通信方法是与提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统一起使用的单向通信方法，所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统选自:直接广播服务(DBS)、固定卫星服务(FSS)、移动卫星服务(MSS)、向地面下行站广播的地面上行站、向下行段的用户端或者向网络集线器广播的地面上行站、向下行段用户端传输信号的上行段用户端、向网络集线器或者向地面下行站传输信号的上行段用户端、向地面站传输信号的网络集线器、以及向别的网络集线器传输信号的网络集线器。
37.根据权利要求36所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中， 在执行自适应均衡的操作中，与一组控制信号连接的一个波前复用输入端口具有在所述下行段用户端的相应的波前解复用的一个受控输出端口，其中所述波前解复用受控输出端口用作诊断端口，并且其中使用代价函数来测量受控的输入端口和其相应的诊断端口之间的信号差异，由此当达到自适应均衡时所述代价函数最小， 并且其中所述执行自适应均衡的操作进一步利用梯度代价函数、优化处理器和幅度-相位-时延补偿处理器， 并且其中通过下列操作执行自适应均衡: 测量由所述波前解复用变换输出的所述梯度代价函数， 通过使用最速下降技术对所测量的梯度代价函数执行优化处理，以获得最优解，其中所述最优解对应于动态消除来自所述波前复用变换的输出波前复用信号和所述下行段用户端的所述基带频率波前复用信号之间失衡的幅度、失衡的相位和失衡的时延，并且其中所述优化处理器向所述幅度-相位-时延补偿处理器发送均衡控制信号， 根据来自所述优化处理器的所述均衡控制信号，通过调整所接收的经下变频的波前复用信号的幅度、相位和时延，执行幅度、相位和时延补偿，以便降低所述代价函数， 通过执行波前解复用变换，将来自自适应均衡操作的多组波前复用信号分离成多组单独的空间域信号和一组控制信号，以及 在所述下行段的用户端，反复执行下列操作直到获得最优解并且所述代价函数最小为止:测量所述梯度代价函数，执行优化处理，执行幅度、相位和时延补偿，以及分离来自所述自适应均衡操作的波前复用信号。
38.根据权利要求37所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述上行段的地面端处或者DBS服务的节目集成机构处的操作者，根据不断转变的市场需求，通过将相对输入功率动态改变成输入数字信号流混合流的比率而动态分配等效转发器功率，以便提高所广播的输入数字 信号流的辐射功率，由此在不影响所述下行段的用户端和所述空间段的情况下以及在不改变卫星配置的情况下，通过所述上行段的地面端实现动态功率分配。
39.根据权利要求38所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中， 将来自传输子系统的多个数字信号流传输给各个轨道位置上的多个指定卫星，其中通过每个卫星中的转发器传输所述波前复用信号，并且其中存在至少与当前待传输的接收数字信号流数同样多的可用于传输的转发器，并且其中在所述上行段的地面端，通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合将所述多组波前复用信号上传给指定的卫星，并且其中所述下行段的用户端通过多波束天线接入各个轨道位置上的多个指定卫星。
40.根据权利要求38所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中， 将来自传输子系统的多组输入数字信号流传输给由卫星组成的多个卫星配置，所述多个卫星配置具有与各个轨道位置上的多个指定卫星结合的在不同频率下工作的多个转发器，其中通过每个卫星中的转发器传输所述波前复用信号，并且其中在所述上行段的地面端通过多波束天线、多个天线或者与多个天线组合的多波束天线将所述波前复用信号上传给多个卫星，并且其中所述下行段的用户端通过多波束天线接入所述多个指定卫星。
41.根据权利要求40所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中将均衡的波前复用信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。
42.根据权利要求41所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述波前复用变换的唯一逆变换等于所述波前复用变换，所述波前解复用变换等于所述波前复用变换， 并且其中以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现所述波前复用变换，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。
43.根据权利要求42所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述执行自适应均衡的操作利用选自下面的代价函数:受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误， 并且其中所述控制信号包括接地(零值)信号，所述梯度代价函数对应于所述波前解复用变换的所述诊断端口中的检测功率电平总和，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零且在所述诊断端口中没有可检测的功率电平。
44.根据权利要求37所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述执行自适应均衡的操作利用选自下面的代价函数:受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误。
45.根据权利要求44所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述执行自适应均衡的操作利用包括接地(零值)信号的控制信号，包括受控输入端口和其相应诊断端口之间差异的所述代价函数，以及包括所述波前解复用变换的诊断端口中的检测功率电平总和的所述梯度代价函数，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零且在所述诊断端口中没有可检测的功率电平。
46.根据权利要求37所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中将均衡的波前复用信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。
47.根据权利要求36所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中， 所述波前复用变换是以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现的，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。
48.根据权利要求47所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述波前复用变换的唯一逆变换等于所述波前复用变换， 并且其中所述波前解复用变换对应于所述波前复用变换。
49.根据权利要求35所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述动态卫星通信方法是双向通信方法，其进一步包括上行段的用户端和下行段的地面端，其中所述双向通信方法通过进一步执行下列操作，允许所述上行段的用户端经由具有在多个频率下工作的多个转发器的卫星而将多个数字信号流传输给所述下行段的地面端: 在所述上行段的用户端，通过执行波前复用变换对数字信号流进行变换； 将所输出的多组波前复用信号上变频到用于卫星通信的频段内的不同频率载波；放大经上变频的波前复用信号，通过使用卫星频段的标准复用器(MUX)对所放大的多组波前复用信号进行频分复用(FDM)； 通过上行用户天线将所述卫星频段的波前复用信号上传给所述卫星； 在卫星段，接收所述波前复用信号并且对所述波前复用信号的载波频率进行频率转换； 放大经频率转换的波前复用信号，通过卫星转发器将经频率转换的波前复用信号传输给所述下行段的地面端，由此使用卫星中所有指定的转发器来传输经频率转换的波前复用信号; 在所述下行段的地面端，接收并放大来自多个转发器的经频率转换的多组波前复用信号; 将所放大的经频率转换的多组波前复用信号下变频到中频或基带频率； 在所述下行段的地面端，对经下变频的波前复用信号执行自适应均衡；以及 通过执行波前解复用变换将均衡的多组波前复用信号分离成多组单独的空间域信号; 通过放大、滤波、同步和解调由所述波前解复用变换产生的多组单独的空间域信号，恢复由所述上行段的用户端所传输的多组单独的空间域数字信号流。
50.根据权利要求49所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中， 双向卫星通信方法与包括固定卫星服务(FSS)和移动卫星服务(MSS)的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统一起使用，其中所述动态卫星通信系统选自:与接收地面站通信的地面上行站、与别的用户端段通信的用户端段、与网络集线器或地面站通信的用户端段、与地面站通信的网络集线器、以及与别的网络集线器通信的网络集线器。
51.根据权利要求50所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中， 在所述下行段执行自适应均衡的操作中，所述上行段中一个与控制信号连接的波前复用输入端口具有在所述下行段的相应的一个波前解复用受控输出端口，其中所述的波前解复用受控输出端口是用作一个诊断端口，并且其中使用代价函数来测量此受控输入端口和其相应的诊断端口之间的信号差异，由此当达到自适应均衡时，所述代价函数最小， 并且其中执行自适应均衡的操作进一步利用梯度代价函数、优化处理器、幅度-相位-时延补偿处理器， 并且其中通过下列操作执行自适应均衡: 在所述下行段测量由所述波前解复用变换输出的所述梯度代价函数； 使用最速下降技术对所测量的梯度代价函数执行优化处理，以获得最优解，其中所述最优解对应于动态消除由所述波前复用变换产生的输出波前复用信号和所述下行段的地面端和用户端的基带频率波前复用信号之间失衡的幅度、失衡的相位和失衡的时延，并且其中所述优化处理器向所述幅度-相位-时延补偿处理器发送均衡控制信号； 根据来自所述优化处理器的所述均衡控制信号，通过调整所接收的经下变频的波前复用信号的幅度、相位和时延，执行幅度、相位和时延补偿，以便降低所述代价函数； 通过执行波前解复用变换，将来自自适应均衡操作的多组波前复用信号分离成多组单独的空间域信号和控制信号；以及 在所述下行段，反复执行下列操作直到获得最优解并且所述代价函数最小为止:测量所述梯度代价函数，执行优化处理，执行幅度、相位和时延补偿，以及分离来自所述自适应均衡操作的多组波前复用信号。
52.根据权利要求51所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述上行段地面端或者所述上行段用户端的操作者根据不断转变的市场需求，通过将相对输入功率动态地改变成多组输入数字信号流的混合流的比率的手段而达到动态分配等效转发器功率，提高所传输的输入数字信号流的辐射功率，由此在不影响所述下行段和所述空间段的情况下以及在不改变卫星配置的情况下，通过所述上行段实现动态功率分配。
53.根据权利要求52所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中， 将来自上行段的多个数字信号流传输给各个轨道位置上的多个指定卫星，其中通过每个卫星的转发器传输所述多组波前复用信号，并且其中存在至少与当前待传输的接收数字信号流数同样多的可用于传输的转发器，并且其中在所述上行段通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合将所述多组波前复用信号上传给多个指定卫星，并且其中所述下行段通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合接入所述各个轨道位置上的多个指定卫星。
54.根据权利要求52所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中， 将来自所述上行段的多个数字信号流传输给由卫星组成的多个卫星配置，所述多个卫星配置具有与 各个轨道位置上的多个指定卫星结合的在不同频率下工作的多个转发器，其中通过每个卫星的转发器传输所述波前复用信号，并且其中通过所述上行段的多波束天线、多个天线或者与多个天线组合的多波束天线将所述波前复用信号上传给多个卫星，并且其中所述下行段通过多波束天线、多个天线或者多波束天线与多个天线的组合接入所述多个指定卫星。
55.根据权利要求54所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中将均衡的波前复用信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。
56.根据权利要求55所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述波前复用变换的唯一逆变换等于所述波前复用变换，所述波前解复用变换等于所述波前复用变换， 并且其中以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现所述波前复用变换，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、傅里叶变换对和哈特莱变换对。
57.根据权利要求56所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述下行段执行自适应均衡的操作利用选自下面的代价函数:受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误， 并且其中所述控制信号包括接地(零值)信号，所述梯度代价函数对应于所述波前解复用变换的诊断端口中的检测功率电平总和，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零且在所述诊断端口中没有可检测的功率电平。
58.根据权利要求51所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述下行段执行自适应均衡的操作利用选自下面的代价函数:受控输入端口和其相应的诊断端口之间的差异、信噪比(SNR)和比特错误。
59.根据权利要求58所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中执行自适应均衡的操作利用包括接地(零值)信号的控制信号，包括受控输入端口和其相应诊断端口之间差异的所述代价函数，以及包括所述波前解复用变换的诊断端口中的检测功率电平总和的所述梯度代价函数，由此当达到自适应均衡时，所述梯度代价函数是零且在所述诊断端口中没有可检测的功率电平。
60.根据权利要求51所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中将均衡的波前复用信号中均衡的幅度、均衡的相位和均衡的时延与相关的优化技术结合，以对具有地基波束形成特征(GBBF)的移动卫星通信执行后勤信道校正。
61.根据权利要求49所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述波前复用变换是以数字格式在数字基带下或者通过模拟设备实现的，其中所述模拟设备选自巴特勒矩阵、 傅里叶变换对和哈特莱变换对。
62.根据权利要求61所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述波前复用变换的唯一逆变换等于所述波前复用变换， 并且其中所述波前解复用变换对应于所述波前复用变换。
63.根据权利要求33所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中所述提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法与选自下面的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统一起使用:无线通信系统、光纤通信系统、有线通信系统、射频通信系统、卫星通信系统、声纳通信系统、雷达通信系统、激光通信系统、互联网通信系统、车辆和卫星之间的通信系统、至少两辆车之间的通信系统、车辆内各个操作子系统之间的车辆内部通信系统以及由上述这些通信系统中的至少两个通信系统组合而成的通信系统。
64.根据权利要求63所述的提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信方法，其中发射机段的操作者或自动传输系统根据不断转变的应用需求，通过将相对输入功率动态改变成输入信号的混合信号的比率而执行动态分配等效传播信道功率的操作，以便提高所传输的输入信号的辐射功率，由此在不影响所述接收机段和所述传播段的情况下以及在不改变所述传播段的传播装置配置和传播信道的情况下通过所述发射机段实现动态功率分配。
全文摘要
本发明涉及一种提高信号功率电平的多信道功率动态组合通信系统和方法，使得发射机段(上行段地面端)动态组合来自多个传播信道(转发器)的功率，以便在不影响接收机段(下行段用户端)和传播段(空间段)、不改变传播装置(卫星)配置的情况下提高所传输信号的功率电平。发射机段通过使用波前复用变换产生输入信号混合信号，并通过多条传播信道将多组波前复用信号传输给接收机段，该接收机段通过使用自适应均衡和波前解复用变换相干分离所接收的WFM信号混合信号。该WFM信号混合信号，允许该发射机段的操作者或自动化系统，通过将相对输入功率动态地转变成所传输的WFM信号的混合信号的比率，根据不断变化的市场需求动态分配等效信道(转发器)功率。
文档编号H04L25/03GK103220036SQ20121001970
公开日2013年7月24日 申请日期2012年1月21日 优先权日2012年1月21日
发明者章成栋 申请人:空间数码系统公司