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与流程
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。
背景技术：
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。
技术实现要素：
包括本公开的以下发明内容，以便提供对本发明的某些方面和特征的基本理解。该发明内容不是对本发明的广泛概述，并且因此其不旨在特别地标识本发明的关键或重要元素或描述本发明的范围。该发明内容的唯一目的是以简化的形式提出本发明的一些概念，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，并且潜在地动态地改变与esa的这种变化组合相关联的调制解调器。动态意味着各种连接被实时地管理，使得在任何情况下根据发射/接收环境的需要，每个连接都可以被替换或删除，或者添加新的连接。
在其中存在多个esa的其他情况下，也可以包括基带解决方案，以提供某种mimo、归零或其他基带能力(数字或模拟能力)以改进数据速率。
在公开的实施例中，提供了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调制解调器中的任一个；多个通信设备；路由器，其被配置为将通信设备中的任一个动态地耦合到调制解调器中的任一个；以及控制器，其控制交换机和路由器以向多个天线、调制解调器和通信设备的被配置的连接提供实时指令。
在一般方面，系统被安装在用于与卫星通信的移动平台上，并且包括：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，其操作移相器以向rf信号引入延迟；多个调制器/解调器；交换机，其将调制器/解调器中的任一个可操作地连接到如实时确定的相控阵列天线中的任一个；通信设备；路由器，其在调制器/解调器中的任一个与通信设备之间可操作地路由信号；以及控制电路，其向交换机提供实时指令，以在调制器/解调器与相控阵列天线中的任一个之间形成连接以及向路由器提供实时指令，以在调制器/解调器与相控阵列天线中的任一个之间路由信号。
在一般方面，提供了一种用于控制多个相控阵列天线和多个卫星的通信的方法，包括：接收数据要从计算设备发送到卫星的指示；确定用于通信的可用卫星；引导相控阵列天线转向朝向所选定的卫星；接收来自每个相控阵列天线的接收到的信号强度强度(rssi)信号；基于rssi信号，选择相控阵列天线以用于传输；将用于传输的相控阵列天线连接到所选定的调制器；操作路由器以将调制器连接到计算设备；以及发起要被发送的数据的传输。
在另一方面，公开了一种用于组合在多个天线处接收到的传输信号的方法，包括：计算针对从多个天线中的每一个获得的信号的互相关系数；选择生成最高系数的信号作为黄金参考信号；使用黄金参考信号来使在多个天线处接收到的传输信号时间同步；推导针对在多个天线处接收到的传输信号中的每一个的峰值功率与平均功率比率；使用互相关系数和峰值功率与平均功率比率，以生成针对在多个天线处接收到的传输信号中的每一个的加权系数；将加权系数应用于在多个天线处接收到的传输信号中的每一个，以生成多个经加权的信号；以及对多个经加权的信号求和。如所指出的，该方法还可以包括使用黄金参考信号来校准在多个天线处接收到的传输信号的相位。
根据其他方面，提供了一种用于接收传输信号的系统，包括：多个天线，每个天线接收接收到的信号；排序模块，其根据多个天线中的每一个的接收到信号的质量对多个天线进行排序，并且生成对应的一级信号，并且选择排名最高的天线作为黄金参考信号；同步器，其使用黄金参考信号来使所有多个天线的接收到的信号同步；二级模块，其计算针对多个天线中的每一个的接收到的信号中的每一个的峰值与平均功率比率，并且生成对应的二级信号；计分单元，其使用一级信号和二级信号生成针对多个天线中的每一个的接收到的信号中的每一个的加权分数；加权模块，其将加权分数应用于多个天线中的每一个的每个对应的接收到的信号以生成多个经加权的信号；以及求和模块，其组合所有经加权的信号。
附图说明
并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图例示了本发明的实施方式，并且连同说明书一起用于解释并说明本发明的原理。附图旨在以图解方式示出示例性实施例的主要特征。附图并不旨在描绘实际实施例的每个特征，也不旨在描绘所描绘的元素的相对尺寸，并且不是按比例绘制的。
在附图的图中，通过示例而非限制的方式示出了本发明的一个或多个实施例，其中，类似的附图标记指示类似的元素，并且其中：
图1示出了根据实施例的天线阵列，该天线阵列具有用于单独控制每个移相器并且由此使主波束转向的控制器。
图2和图2a示出了用于部署多个相控阵列天线以用于与一个或多个卫星通信的实施例。
图3-图3b示出了利用光纤以用于对多个信号的快速且高效的管理的实施例。
图4示出了生成路径分集(pathdiversity)的示例，该路径分集特别有益于文件的安全传输或负载平衡。
图5示出了根据实施例的可以在发射过程中采用的步骤的流程图，而图5a示出了可以在接收过程中采用的步骤。
图6示出了根据实施例的采用多个天线以用于接收分集组合方法的架构。
图7示出了根据实施例的在接收分集组合架构中的信道的结构。
图8示出了根据实施例的用于接收分集组合的数字信号处理的架构。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实时多路复用天线和控制的实施例。不同的实施例或其组合可以用于不同的应用或实现不同的益处。取决于寻求实现的结果，可以单独地或与其他特征组合地、部分地或最大程度地利用本文公开的不同特征，以平衡优点与要求和约束。因此，将参考不同的实施例但是不限于所公开的实施例来强调某些益处。即，本文公开的特征不限于其中描述这些特征的实施例，而是这些特征可以与其他特征“混合并匹配”并且并入其他实施例中。
顺便提及，本文中对卫星、平台或终端的引用是可互换的并且仅出于说明的目的。可以交换物理位置使得可转向波束及其效果可以起源于卫星、平台、终端或全部上。对于接收和发射同样如此——任一侧可以是接收侧或发射侧，并且对接收机或发射机一词的使用仅是为了说明，并且不意味着限制反向或同时接收和发射。
在许多类型的rf天线中，接收和发射是对称地互易的，使得对一个的描述同样适用于另一个。在本说明书中，可能更容易解释发射，但是接收将是相同的，只是方向相反。而且，在公开的实施例中，假定公开的天线被安装或集成到平台上，并且其主波束对准另一天线，该另一天线在本文中有时被称为目标。目标的天线也被安装或集成到平台上，并且平台中的一个或两个可能正在移动。例如，天线可以被安装在诸如飞机、轮船、汽车等之类的交通工具上，并且目标可以被安装在例如卫星上。对称性概念在这里也适用，因为天线可以是安装在卫星上的天线，而目标可以安装在交通工具上。
图1示出了相控阵列天线，该相控阵列天线也被称为电子可转向阵列或扫描阵列，其可以在本文公开的实施例中的任一实施例中使用。相控阵列指代形成主波束的辐射器的阵列，其中，通过改变到达辐射器中的每一个的rf能量的相位/时间延迟来使主波束的方向电子地转向。为了简单起见，该图示示出了线性阵列，但是对于公开的实施例，利用二维阵列更有利，使得波束可以在二维方向上转向。阵列包括辐射元件105，每个辐射元件105连接到移相器110。移相器110中的每一个可以以延迟线的形式。移相器110由计算机c控制，以在对应的传输线中引入一定量的延迟，并且由此使波束从视轴转向角度θ。
发射机tx生成信号，该信号被应用到共同馈送(corporatefeed)115，该共同馈送115划分要被递送到辐射元件105中的每一个的信号。在到达辐射元件之前，来自馈送的信号穿过对应的移相器110，使得每个延迟线中的信号的相位改变单个量以使得波束转向。移相器110也可以由片上处理器或基带处理器控制。每个移相器的范围可以量化为查找表(lut)。可以通过从存储器中快速地取回相位值来使波束转向。对于接收发生相反的情况。
图1中示出的示例是无源相控阵列或无源电子扫描阵列(pesa)，其为相控阵列，其中天线元件连接到单个发射机和/或接收机。然而，公开的实施例不限于pesa，而是包括任何电子可转向天线。例如，也可以使用有源相控阵列或有源电子扫描阵列(aesa)。aesa是相控阵列，其中每个天线元件具有模拟发射机/接收机(t/r)模块，该t/r模块创建使天线波束电子地转向所要求的相移。公开的实施例中的任一个也可以使用数字波束成形(dbf)相控阵列来实现，该dbf相控阵列在该阵列中的每个元件处具有数字接收机/激励器。接收机/激励器使每个元件处的信号数字化，使得可以在现场可编程门阵列(fpga)或阵列计算机110中数字地形成天线波束。该方法允许例如通过将辐射元件分组为子组来形成多个同时的天线波束。
而且，本受让人已经开发了一种相控阵列天线，其中，相移器是使用延迟线形成的，所述延迟线穿过可变电介质常数材料(例如，液晶)。这种相控阵列天线也适用于本文公开的实施例。这种阵列的示例在以下文件中描述：例如，美国专利7,884,766；以及公布的申请us2017/0093363；us2018/0159213；和us2018/0062272；这些文件的内容以其整体通过引用并入本文。
通常，应当认识到的是，对于公开的实施例中的每一个，每个天线是具有多个辐射器的任何电子可转向天线，例如，类似于图1中示出的示例的相控阵列天线。为了简单起见，本文提供的公开内容使用术语“相控阵列天线”，但是应当认识到的是，该术语涵盖具有多个辐射器的任何电子可转向天线，所述辐射器形成辐射模式，其方向可以被电子地转向。
图2示出了用于部署多个相控阵列天线以用于与一个或多个卫星通信的实施例。图2的布置实现对多个相控阵列天线的连续的、实时的重新配置。在图2中，资产200可以是具有多个通信设备(例如，与一个或多个卫星1-4通信的计算机1-n)的任何平台。资产200可以是例如飞机、轮船、火车或基于陆地的设施。
资产包括多个天线esa1-esan，这些天线经由切换机制205耦合到多个调制解调器md1-mdn。天线中的每一个具有相控阵列，相控阵列的波束形状和方向由相位控制器220控制。相位控制器220设置针对相控阵列的辐射器中的每一个的信号的相位或时间延迟，以形成指向期望方向的要求的主波束。术语相位控制器在本文中用作简写，以指示用于使由辐射器形成的波束电子地转向的任何控制器。例如，当将单源rf信号应用到辐射器中的每一个时，相位控制器220可以控制该单源rf信号的时间延迟。在另一示例中，相位控制器220可以是数字地形成天线波束的现场可编程门阵列。
在一些实施例中，相位控制器220可以维护数据库(例如，查找表)，所述数据库列出所有可用卫星以及它们在天空中的位置。在一些实施例中，相位控制器220可以从运动电路225接收资产200的gps坐标和其他运动数据，以便能够确定哪些卫星在其相控阵列的视场内。相位控制器220可以使用该信息来将每个相控阵列的波束转向到朝向卫星的适当方向。
在一些实施例中，相位控制器220包括控制端口，该控制端口从控制电路215接收控制信号，该控制信号指示天线将与哪个卫星进行通信。控制电路215可以包括与路由器210功能连接的数据端口，使得控制电路可以基于从路由器210收集的数据来主动地确定其切换决策。数据可以包括每个天线可用的带宽、针对每个天线的数据传输速率、每个通信设备1-n所要求的传输类型(语音、视频、数据等)。
控制电路也可以连接到esa中的每一个，并且从eas中的每一个获取rssi信号。控制电路还可以连接到调制解调器255，并且接收与其切换决策相关的其他数据，例如，指派给每个通信设备的服务水平、每个卫星的传输成本等。例如，调制解调器255可以耦合到外部数据和管理系统260，该外部数据和管理系统260向控制电路215提供关于各种传输参数和用户的账户的数据。
相位控制器使用其数据库来计算应用于辐射器中的每一个的每个信号的相位延迟，以便使天线指向所指示的卫星的方向。当资产200是移动单元(例如，飞机、船等)时，运动电路225持续地将运动信号发送到相位控制器220，使得该相位控制器可以持续地调整应用到每个辐射器的相位，以便使波束保持转向朝向卫星。
多个通信设备(这里示出为计算机1-n)经由路由器210耦合到调制解调器md1-mdn。这种布置实现对系统的实时配置，使得任何通信设备1-n可以耦合到调制解调器md1-mdn中的任一个，该调制解调器可以耦合到天线esa1-esan中的任一个。这实现了对从卫星可用的带宽的高效利用。
平台上的多个用户可能具有各种需求，例如，可能一台计算机用于船员福利观看netflix，而另一台计算机则在管理轮船的导航。控制电路215可以确定哪些卫星用于发送相应的业务，以及哪些天线用于该特定通信。控制电路215还可以命令路由器210聚合容量或对业务执行其他以太网级别的操作，以确保跨所有可用路径的最高质量、最佳性能和最低成本。
例如，在一些实施例中，控制电路215接收关于带宽容量和各种卫星的利用的数据、关于传输优先级的数据(例如，诸如语音或视频呼叫之类的实况信号必须具有高优先级，而电子邮件可以被分配有低优先级)、关于卫星上可用的各种服务的带宽成本的数据等。然后，控制电路215可以确定哪个卫星应该用于哪个传输。而且，在一些实施例中，控制电路从运动电路225接收运动信号，使得控制电路215可以确定哪些卫星可以对哪个天线而言是可用的。在一些实施例中，控制电路215还将资产200及其天线的物理配置存储在控制电路215的数据库中。例如，资产可能在其右侧具有esa1，在其左侧具有esa2，在屋顶上具有esa3等。由此，控制电路215可以确定每个天线可能能够扫描天空的哪一部分。使用所有这些信息，控制电路215可以将适当的信号提供给交换机和路由器以进行适当的连接，并且向每个相位控制器指示天线对准哪里。
为了说明，图2显示了两个天线esa1和esa2与sat1通信，而sat1继而与收发器1通信。因此，在一个示例中，来自sat1的信号太弱而无法通过单个连接发送所需的文件，作为一种可能的解决方案，可以使用esa1和esa2上的接收分集组合方法通过两个连接发送文件。esa3与sat3通信，后者又与收发器2通信。esan与卫星sat2和sat4通信。sat2与收发器2通信，而sat4与收发器n通信。这两个信号由路由器230路由，以通过组合计算机235进行组合。
图2中所示的示例示出收发器1-3是连接到网络240(例如，互联网)的单个基站202的一部分。数据存储245可以经由网络240被访问，或者可以驻留在基站本身中。当然，取决于用户需要、每个基站的性能、可用的连接等，可以采用许多基站并且卫星可以与任何选定的基站通信。此外，由于当特定的用户机器需要访问数据存储245时，可以经由网络240访问数据存储245，控制电路215可以确定哪个卫星和哪个基站最适合于服务该连接。因此，在一些实施例中，控制电路215可以周期性地接收带有关于可用的基站及其操作参数的数据的传输。类似地，针对非静止的卫星，控制电路215可以周期性地接收带有关于卫星的位置和操作参数的更新的传输。
基站202的收发器的每一个具有天线204，该天线204与一个或多个卫星交换通信信号。针对与静止的卫星的通信，天线204可以是简单的碟形天线，其被固定在卫星的方向上，或者被机械地移动以使其转向朝向所需的卫星。然而，针对快速、实时的转向，例如针对非静止的卫星或针对不同的卫星之间快速移动，天线204中的一个或多个可以是本文所公开的相控阵列。
在一些公开的实施例中，卫星的传输和接收是经由单向传输机制来完成的。例如，卫星的传输和接收可以采用用户数据报协议(udp)。
图3示出了利用光纤用于多个信号的快速和高效的管理的实施例。相控阵列天线的每一个包括电光收发器eot1-eotn，以在光信号和电信号之间进行转换。光信号在由光纤管理单元(ofmu)320管理的光纤中穿过，如虚线箭头所示。ofmu320还包括在光信号和电信号之间转换的电光调制器。在ofmu320和交换机205之间穿过的信号是电气的，并且在波导、同轴电缆等中穿过，这些以实线箭头示出。
根据图3中的所示示例，ofmu320可以经由交换机205将任何相控阵列天线1-n连接到任何调制解调器md1-mdn。此外，光纤管理单元320可以将来自多个选定的相控阵列天线的rf信号求和，并将求和的rf信号呈现给选定的调制解调器。相反地，光纤管理单元320可以将发射功率加和到多个选定的天线以进行传输。此外，ofmu320可以执行其他数字基带操作以创建零陷、波束成形或干扰消除。
图3a示出了对图3的实施例的修改，其中光纤管理单元320附加地执行先前由交换机205执行的功能。由于光纤管理单元320能够组合和划分信号，它可以将信号定向到调制器md1-mdn中的任一个，因此避免了对交换机205的需要。然后，控制电路215将其指令信号发送到ofmu320以进行适当的信号路由。
图4示出了生成路径分集的示例，路径分集特别有益于文件的安全传输或负载平衡。在图4中所示的示例中，平台400可以是本文中描述的具有一个或多个相控阵列天线的平台中的任一个，包括计算机411并且试图发送文件f。在一些示例中，文件中的数据是敏感的，并且需要阻止中间人攻击，使得即使成功了，犯罪者将只能得到数据的一部分。在其他示例中，可以确定文件对于检测到的rssi太大了，使得需要使用一条以上的路径，其中每条路径仅携带文件的一部分。
如图4中所示，计算机411将文件f分割成若干部分，这里是三部分。然后，控制系统415操作交换机和路由器(参见图1)以创建三条传输路径，每条路径指向一个卫星。在图4中所示的示例中，每个卫星与不同的基站通信，使得文件的每个部分由不同的天线和收发器系统接收。情况并不总是如此，由于一些或全部卫星可能正在与同一基站通信。无论如何，控制系统415经由配置器cfg1-cfgn向基站指示要从哪个卫星接收哪个文件，并向数据中心422指示当接收到文件的部分时，它们将被组装成单个文件，该文件可以被组装并存储在数据中心422处。当然，任何返回响应都可以被类似地划分并通过多条路径被发送。
注意，在图4的示例中，控制系统415驻留在云端而不是平台400上。这种布置不限于此特定的示例，而是可以被采用在本文所公开的实施例中的任一个中。
图5是流程图，示出了在由公开的实施例实现的过程中可以采取的非有序步骤。例如，在步骤500中，注册用户的账户数据被加载到控制电路215上。账户数据可以包括数据速度、数据速率价格、数据限制等。账户数据可以被存储在控制电路的存储器中。在步骤505中，卫星数据可以被加载到控制电路215上。卫星数据可以包括卫星id、卫星坐标、传输速率、带宽等。在步骤510中，可以将运动数据上载到控制电路215上。运动数据可以包括与卫星相关的运动数据和与在其上安装esa的平台相关的运动数据。注意，可以周期性地更新在步骤500、505和510中上载的所有数据。
在步骤515中，从用户接收到传输请求。在步骤520中，使用传输请求中的信息和在步骤500、505和510中上载的数据，选择适当的路径以进行传输。例如，如果多个天线是可用的，则可以使用多个天线在多条路径上执行传输(例如，采用分集组合方法)。在步骤525中，针对选定的路径中的天线验证传输/接收强度。这可以通过例如从每个单元接收rssi来实现。当验证了针对选定的路径的适当的信号强度时，交换机被设置为将选定的天线连接到选定的调制解调器，并且路由器被设置为将用户的机器连接到选定的调制解调器。
图6示出了利用多个天线(例如，多个相控阵列)以提高接收到的信号的总体信噪比(snr)的实施例的示例。利用多个天线来提高接收到的信号的snr是本领域中已知的，但是当前的实施方式针对广泛的实施方式来说要么不充分，要么过于复杂/昂贵。例如，最简单的实施方式是确定哪个天线提供最强的总瞬时信号(例如，最高的rssi)，并选择该天线的信号。另一种快速方法是简单地将相等的权重应用于每个天线，并对来自所有天线的加权信号求和。尽管这种方法是快速的且易于实现的，但是它会损失最佳天线的信号质量，并且可能对弱信号加权过高，从而引入噪声。为了进一步的信息，读者可以参考d.r.pauluzzi和n.c.beaulieu，“acomparisonofsnrestimationtechniquesfortheawgnchannel”，ieee无线通信事务，第48卷，第10期，2000年10月。提供于：https://ieeexplore.ieee.org/document/871393。图6的实施例使用快速且相对易于实现的新颖的方法来提供改进的加权。
图6中所示的架构被称为分布式电子可操纵阵列(desa)，并且由于在图6的示例中，多个阵列用于组合分集接收的信号，因此其可以被称为用于desa的接收分集组合架构。当阵列的一个或多个没有卫星的清楚的视图或由于波束倾斜角具有非常小的孔径时，这种架构是特别有益的。这在图6中通过考虑移动平台600(例如，船舶)来例证，其中天线位于船舶的不同部分。船舶可能在其中卫星在其右舷的方向行驶，使得阵列x1、x2和x3(x3未示出，例如，在船尾)可能具有良好的信号，但由于x4位于左舷，它可能无法朝向卫星转向，或者转向角可能使得孔径非常小，因此产生噪声信号。
调制解调器602调节信号以进行传输，例如来自互联网的信号，例如流式传送视频等。信号从基站604上载到卫星sat1，并且卫星sat1将其向下广播到地球。信号可以由一些或全部天线x1-x4接收，每个天线由于诸如传播损耗、天气动态、极化失配、干扰、阵列的物理定向等各种因素而具有单独的snr，来自阵列的信号然后由desa处理单元640处理以生成被提供给调制解调器648的数字信号，调制解调器648然后将信号发送到各种用户设备。desa处理单元640包括接收并数字化来自天线的信号的rf收发器642和数字信号处理器644，该数字信号处理器644确定要应用于来自天线的每一个的信号的权重，并且然后求和加权的信号。desa处理单元640还包括天线接口模块aim646，该天线接口模块aim646是负责相控阵列天线的转向、地理定位和系统管理的控制器。aim646可以具有类似于关于图2的相位控制器220描述的那些结构并提供类似于关于图2的相位控制器220描述的操作和功能。
图7示出了可以用于接收分集组合架构的接收信号路径的实施例，例如在图6的示例所示。图7的示例包括与天线一样多的信道，其中仅详细示出了第一个和最后一个信道，而由于它们都是相同的，其余信道则由省略号指示。所公开的方法是频带不可知的，因此它可以应用于任何频带。每个天线接收卫星信号，并且为了示出，在本示例中，传输是在ka带或ku带中。信号通过rf滤波器，并且然后被应用于标准低噪声块(lnb)，该标准低噪声块将信号下变频为位于l带中的中频。在信号通过中频滤波器后，该信号由rfadc转换器放大并转换成数字信号。然后，数字信号处理器dsp644将计算出的权重应用于每个信道，并将来自所有信道的信号求和。
图8示出了根据本文所公开的实施例，可以用于支持接收分集组合架构的数字信号处理器的示例。由于路径差异和其他大气效应，信道的信号需要被同步和校准以相互匹配。在图8的实施例中，这是由信道扫描器850首先通过比较每个信道与其余信道的相关性来确定保真度最高的信道来完成的。本质上，信道扫描器检查信道以选择最值得信赖的信道作为黄金参考信道。黄金参考信道被时间同步器860使用以估计在时间上对齐所有信道所要求的时间偏移。在一个示例中，针对每个接收到的信道rxn，时间同步器860向上采样信号以获得所需的分数采样准确度。然后它确定接收的信道与黄金参考信道的互相关性。然后它将最大系数值设置为路径延迟差，并使用它将接收信道rxn对齐到黄金参考样本。
类似地，黄金参考信道由相位校准模块862使用以估计对齐所有信道所要求的相位偏移。在一个示例中，针对每个接收信道rxn，相位校准模块862计算接收信道rxn和黄金参考信道之间的相位差的平均值。然后它将平均相位误差值应用于接收信道rxn。
如前所述，信道扫描器850根据信道的相对保真度或信任度对信道进行排序。这是通过首先由互相关模块854导出互相关矩阵来完成的。排序模块856使用互相关的结果来生成信道的排序顺序(其在本文中被称为级别1排序)，并选择黄金参考信道。级别1信号被提供给排序控制器870。
在这方面，互相关矩阵被导出为：
其中m≠n，ns为积分长度，并且nd为延迟搜索窗口。针对n-信道接收器，该表达式根据下面矩阵的三角形来生成d个互相关系数，其中
例如，针对n＝4，表达式生成
ccm，n＝[cc1，2，cc1，3，cc1，4，cc2，3，cc2，4，cc3，4]
从矩阵中获得的系数用于级别1排序确定。维数为n×n-1的q-矩阵被定义，其中每个信道数据从相关矩阵计算中精确地使用n-1次。通过将q的所有行元素相加来计算与每个n信道相关联的相关总和(cs)，如下面公式给出：
针对n＝4的示例，表达式为：
基于组中定义的最高分数来选择黄金参考信道：
其中
参考回图8，信道扫描器850包括峰值对均值功率模块852，其基于峰值与均值功率比率(papr)计算级别2排序。将级别2信号应用于排序控制器870，排序控制器870使用级别1确定和级别2确定以生成针对信道的分数。分数被提供给加权模块864，加权模块864应用指派给每个信道的权重，并且然后所有信道的加权的信号由分集组合器866进行组合。附带地，如图8的示例所示，提供可选的外部输入端口，使得用户能够覆盖排序控制器的选择或向排序控制器870提供其他命令。
级别2排序确定是基于使用以下表达式计算papr的：
在此示例中，峰值功率小于最大幅度平方的1005，例如，max{|x|2}对应于k个样本的收集窗口中的99％papr。使用99％papr可以避免由于系统误差、短时脉冲波干扰或采样误差而导致的不切实际的峰值。较高的papr意味着较差的无线电波传播信道和降低的eb/n0(每位能量与噪声功率谱的密度比率-标准化的信噪比(snr)度量，也称为“每位snr”)。
理想地，级别1max(cs)和级别2min(papr)应该对应于同一接收信道。参考信道选择可以通过联合分数来计算：
通常，计分方法可以基于多个物理量采用若干决策变量。如上所指示的，图8的示例利用互相关总和作为级别1排序，并且将papr用作级别2排序。通过具有另一个决策变量papr，我们可以更好地近似真实的信道snr，并且因此更接近于最佳组合解决方案。附加地，可以使用其他变量，例如，总信号加噪声功率(psig)。因此，确定针对n个多个rx信道的第n个信道分数的一般描述可以表达为：
其中score＝[score1，score2，…，scoren]是维度n的阵列，q是决策变量的总数，
其中，n是给出最高分数的信道数。
针对图8中给出的示例，其中q＝2(级别1排序和级别2排序)，并且n＝4个信道，用于获取分数的表达式为：
它是在加权模块864的加权系数中使用的值。具有更好的条件、更高的质量的信道将以指数形式被加权更多，在分集组合器866的输出处呈现更高的信噪比。
在所提供的公开中，公开了用于组合在多个天线处接收到的传输信号的方法，该方法包括：计算针对从多个天线中的每一个获得的信号的互相关系数；选择生成最高系数的信号作为黄金参考信号；使用黄金参考信号以对在多个天线处接收到的传输信号进行时间同步；导出针对在多个天线处接收到的传输信号的每一个的峰值功率与平均功率比率；使用互相关系数和峰值功率与平均功率比率以生成针对在多个天线处接收到的传输信号的每一个的加权系数；将加权系数应用于在多个天线处接收到的传输信号的每一个以生成多个加权的信号；以及对多个加权的信号求和。如前所述，该方法可以进一步包括使用黄金参考信号来校准在多个天线处接收到的传输信号的相位。
提供一种用于接收传输信号的系统，包括：多个天线，每个天线接收接收到的信号；排序模块，其根据多个天线中的每一个的接收到的信号的质量对多个天线进行排序并生成对应的级别一信号，以及选择排序最高的天线作为黄金参考信号；同步器，其使用黄金参考信号来同步所有多个天线的接收到的信号；级别二模块，其计算针对多个天线的每一个的接收到的信号的每一个的峰值与均值功率比率并生成对应的级别二信号；计分单元，其使用级别一信号和级别二信号来生成针对多个天线的每一个的接收到的信号的每一个的加权分数；加权模块，其将加权分数应用于多个天线的每一个的每个对应的接收到的信号，以生成多个加权的信号；以及组合所有加权的信号的求和模块。
图2a示出了卫星通信实现接收分集组合以提高整体snr的实施例。图2a的实施例类似于图2中所示的实施例，并且因此将不进行详细描述。图2a中的实施例示出了如何将图7和图8的desa元件合并到图2的架构中，因此实现接收分集组合以提高整体snr。
类似地，图3b示出了卫星通信实现接收分集组合以提高整体snr的实施例，其合并光纤。图3b的实施例类似于图3中所示的实施例，并且因此将不进行详细描述。图3b中的实施例示出了如何将图7和图8的desa元件合并到图3的架构中，因此实现接收分集组合以提高整体snr。
图5a示出了实施例的非有序步骤的流程图，该实施例可以被采取以执行分集接收组合操作以提高整体snr。在步骤540中，在多个天线处接收到信号，该天线可以包括例如蜂窝天线、wi-fi天线、阵列天线等。当在天线处接收到的信号的数据相同时，在每个天线处接收到的信号的质量可能不相同，因此在每个信道处导致不同的snr或rssi。该方法继续生成信号的加权总和以便提高整体snr，如下所示。该方法生成两个排序信号，级别一排序信号和级别二排序信号。在步骤545中，通过获得来自多个信道的信号的互相关系数来生成级别一排序信号。排序是有序的使得最高系数是最好的信号，而最低系数是最差的信道。此外，在步骤550处，选择最佳信道(最高系数)作为黄金参考信号。在步骤555中，通过计算针对信道的每一个的papr来生成级别二排序信号。排序是有序的使得最低的papr是最好的信号，而最高的papr是最差的信道。
在步骤560处，黄金参考信号用于在时域中同步信道。在步骤565处，黄金参考信号用于校准所有信道的相位。在步骤570处，级别一排序和级别二排序用于生成权重，并且然后由对应的权重对每个信道的信号加权。在步骤575处，信道的加权的信号被相加在一起。
应当理解，本文所描述的过程和技术与任何特定的装置没有内在的联系，并且可以通过组件的任何合适的组合来实现。此外，根据本文所描述的教导，可以使用各种类型的通用设备。已经关于特定的示例描述了本发明，这些示例在所有方面都旨在是说明性的而不是限制性的。本领域技术人员将理解，许多不同的组合将合适于实践本发明。
此外，根据考虑本文公开的发明的说明书和实践，本发明的其他实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。所描述的实施例的各个方面和/或组件可以被单独或以任何组合使用。说明书和示例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和精神由所附权利要求所指示。
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