KR20200130288A

KR20200130288A - 안테나 빔 추적 시스템에 대한 동적 간섭 감소

Info

Publication number: KR20200130288A
Application number: KR1020207025857A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 에프. 디폰조; 제레미아 피. 터핀
Original assignee: 아이소트로픽 시스템즈 엘티디.
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-11-18
Also published as: US11043736B2; SG11202007816UA; US20210005958A1; US10797381B2; EP3763059A1; CA3091386A1; US20190288378A1; WO2019171360A1; JP2021517398A; EP4040691A1

Abstract

안테나 빔 추적 시스템은 동적 간섭 감소 기능을 갖는다. 상기 시스템은 다수의 빔을 형성할 수 있는 안테나를 포함하고, 각 빔은 다양한 각도 방향으로 독립적으로 빔을 지속적으로 추적하거나 지향시킬 수 있다. 제1 빔은 일반적으로 상기 안테나에 대해 겉보기 운동을 하는 위성 또는 지상 노드와 같은 원하는 소스 또는 노드로부터 신호를 지속적으로 추적하고 수신(다운 링크)한다. 제2 빔은 다른 방향에서 발생할 수 있는 유해할 수 있는 간섭 신호를 지속적으로 추적하고 수신한다. 상기 제2 빔의 신호는 간섭의 제거 또는 상당한 감소를 달성하는 방식으로 상기 제1 빔의 신호에 동적으로 결합된다.

Description

안테나 빔 추적 시스템에 대한 동적 간섭 감소

관련 응용

본 출원은 전체 내용이 본 명세서에 병합된 2018년 3월 9일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/640,960의 이익을 주장한다.

기술 분야

본 발명은, 특히 원하는 신호 및/또는 간섭 신호의 위치가 본 안테나 단자의 로컬 좌표에 대해 시간에 따라 변하는 환경에서 위성 또는 지상 통신을 위한 하나 이상의 독립적이고 동적으로 또는 지속적으로 추적하는 빔을 갖는 안테나 단자로의 간섭 신호 및 안테나 단자로부터의 간섭 신호를 감소시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

신호 대 잡음 + 간섭 비(S/(N+I)), 비트 오류율(BER), 및 채널의 대역폭당 데이터 레이트와 같은 유효 처리량 또는 스펙트럼 효율은 일반적으로 비트/초/Hz로 표현되기 때문에, 동일-채널 또는 인접 채널의 동일-편파된 또는 교차-편파된 소스로부터든지 그리고 소스들이 동일한 공간 방향에 있든지 또는 공간적으로 다른 방향에 있든지 여부와 관계 없이 안테나 통신 단자에 간섭이 존재하면, 원하는 신호를 저하시키고 이러한 측정 항목(metric)에 대한 서비스 품질을 제한한다. 마찬가지로, 원하지 않는 방향으로 단자로부터 신호를 송신하면 단자에 대하여 움직이는 것처럼 보이는 위성과 같은 다른 시스템이나 다른 노드에 간섭을 일으킬 수 있다. 이러한 간섭은 위성 및 지상 통신 시스템에 문제가 될 수 있다.

원하는 신호의 겉보기 위치(apparent location) 또는 빔 지향 방향(beam pointing direction)이 시간에 따라 상대적으로 정적이거나 안정된 종래의 시스템의 경우 문헌 및 종래 기술에서 이 주제에 상당한 관심이 있어 왔다. 일반적인 기술은, 보조 안테나 또는 안테나들에 의해서든지 상관 없이, 예를 들어, 반사기 안테나의 보조 급전(auxiliary feed) 또는 급전들, 동일한 안테나의 교차-편파 포트, 다중-빔 안테나의 개별 빔, 넓은 각도 범위를 갖는 저이득 안테나일 수 있는 더 작은 개별 안테나, 또는 인접한 지구 정지 위성 또는 다른 지상 소스일 수 있는 간섭 소스를 향하는 빔을 갖는 개별 지향성 안테나로서 간섭 신호(들)의 샘플 또는 샘플들을 수집하는 것을 포함한다.

보조 포트 또는 안테나로부터 오는 간섭 신호는, 예를 들어, 알려진 신호 상관 방법 또는 그 변조 상태에 따라 간섭 파형을 식별하는 본질적으로 등가 디지털 처리 시스템에 의해 원하는 채널에 존재하는 간섭과 비교된다. 그런 다음, 원하는 채널에서의 간섭과 적어도 거의 일치하는 샘플 신호는 이러한 방식으로, 예를 들어, 진폭 가중된 및 위상 반전된 방식으로 원하는 채널에 도입되는 데, 또는 디지털 빔 형성 시스템에서 원하는 채널에서 간섭 신호(들)를 효과적으로 "감산"하거나 적어도 부분적으로 제거시키도록 컴퓨터에서 수치적으로 처리된다. 이러한 제거는 아날로그 수단에 의해 또는 디지털 영역에서 달성될 수 있으며, 무선 주파수(RF), 중간 주파수(IF) 또는 심지어 기저 대역 채널에서 구현될 수 있다.

간섭을 감소시키기 위해 샘플링, 교차-결합 및 처리하는 이러한 기술의 예는 미국 특허 번호 3,963,990; 6,882,868; 7,336,745; 6,745,018; 8,121,550; 및 7,123,676에서 볼 수 있다. 송신기로부터 수신기로 대역 내 누설을 제거하는 데 또한 샘플링 및 교차-결합 제거가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 미국 특허 번호 5,444,864 및 5,125,108 및 미국 공개 출원 번호 2004/0106381에 제시되어 있다.

소위 스마트 안테나 또는 적응형 안테나는 위상 어레이 또는 다수의 안테나를 사용할 수 있으며, 여기서 안테나는 간섭 신호로부터의 정보를 사용하여 방사 패턴을 조절하여 간섭 방향으로 패턴 널(pattern null) 또는 부분 널(partial null)을 형성한다. 문헌(IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Volume: 24, Issue: 5, September 1976) 참조. 이들 안테나는 적대적인 간섭자(예를 들어, 재머(jammer))가 통신 또는 레이더 복귀를 저하시킬 수 있는 시스템에서 제안되어 사용되었다.

안테나는 다중 빔 네트워크에 연결된 요소들의 어레이에 의해 다수의 빔을 형성할 수 있다. 아날로그 다중 빔 네트워크의 예는 버틀러 매트릭스(a Butler Matrix)(Butler, J. L. and Lowe, R. "Beam forming Matrix Simplifies Design of Electronically Scanned Antennas", Electronic Design, vol. 9, April 12, 1961); 또는 로트만 렌즈(Rotman Lens)(Rotman, W. and Turner, R. F., "Wide-Angle Microwave Lens for Line Source Applications, Trans. IEEE, vol. Ap-11, Nov. 1963); 및 다른 다중 빔 안테나(R. C. Hansen, "Phased Array Antennas", Wiley, 2009; R. J. Mailloux, "Phased Array Antenna Handbook", Third Edition, Artech House, 2018)를 포함하고, 여기서 신호 대 간섭 + 열 잡음 비율을 최대화하기 위해 안테나 지향을 최적화하기 위해 다수의 포트 간에 스위칭이 사용된다.

다수의 빔은 또한 디지털 빔 형성(digital beam forming: DBF) 기술(H. Steyskal, "Digital Beamforming Antennas, an Introduction", Microwave Journal, January 1987, pp. 107-124)을 이용하여 얻어질 수도 있다. DBF 안테나는 신호 정보를 수치적으로 처리함으로써 동시 다중 빔을 형성할 수 있다. 이 기술 분야에 알려진 하나의 예시적인 기술에서, 수신된 신호는 개별 어레이 요소에서 샘플링되고 아날로그-디지털 변환(ADC)을 받는다. 디지털화된 샘플은 어레이 요소만큼 많은 수의 동시 유효 빔 위치를 생성할 수 있는 예를 들어 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT)을 사용하여 수치적으로 처리된다. DBF는 또한 디지털 송신 정보(예를 들어, 기저 대역 신호)를 처리하고, 디지털-아날로그 변환(DAC)을 수행하고, 경우에 따라 결과적인 아날로그 신호를 RF 주파수로 상향 변환하고, RF 주파수를 증폭기를 통해 송신 어레이 요소로 라우팅함으로써 이 기술 분야에 알려진 바와 같이 송신 안테나에 적용될 수 있다.

적응형 어레이 안테나는 요소들의 진폭 및 위상 가중치를 동적으로 조절하여 그 벡터 합이 예를 들어, 간섭자의 방향으로 노드와 간섭되는 측엽 에너지(sidelobe energy)를 감소시킴으로써 간섭 영향을 최소화하는 최적화된 패턴을 생성하도록 할 수 있다.

이 개념의 확장은 신호가 예를 들어 미국 특허 번호 5,515,378 및 (J. Litva, "Digital Beamforming in Wireless Communications (Artech House Mobile Communications), August 31, 1996)에서와 같이 다중 경로 도달각을 경험할 수 있는 무선 통신에 사용되는 다중 입력 다중 출력(multiple input multiple output: MIMO)이라 불리는 안테나 클래스이고, 여기서 MIMO 시스템은 다른 방향 및/또는 편파의 다수의 신호를 처리하여 최적화된 또는 "최상의" 출력 신호를 생성한다. 이들 시스템은 일반적으로 다중 안테나 요소 및 다중 빔 어레이 기술을 사용한다.

상기 종래 기술은 일반적으로, 지구 정지 위성과 통신하는, 예를 들어, 정지 또는 고정된 단자 플랫폼에 대해 원하는 빔과 잠재적 간섭자들 사이의 각도 관계가 비교적 안정된 통신 환경과 단자를 기술한다. 무선 통신을 위한 MIMO 시스템도 일반적으로 신호가 시스템 용량을 증가시키기 위해 섹터와 같이 여러 방향으로 다중 경로 형성 빔을 경험하는 기지국과 같은 정지된 플랫폼 중 적어도 하나를 포함한다(D. Ying, et al, Sub-Sector Based Codebook feedback for Massive MIMO with 2D antenna Arrays, 2014 IEEE Global Communications Conference, Austin, TX, Dec. 2014 참조).

완전히 동적 또는 시변 간섭 환경에서 간섭을 완화하는 것이 적절히 해결된 것은 아니다. 독립적인 다중 빔에 의한 지속적인 빔 스캔을 요구하는 다양한 동적 시변 환경에서 간섭을 완화하기 위한 방법 및 설계 아키텍처가 요구된다. 이들 아키텍처는, 예를 들어, 링크를 형성하는 안테나 빔 또는 빔들이 여러 상이한 위성 및/또는 사업자 사이에서 트래픽이 라우팅되는 위성 로밍 애플리케이션의 경우와 같이, 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 재할당될 수 있는 정지 통신 플랫폼; 원하는 방향과 간섭 방향이 지속적으로 변하는 지구 정지 위성과 통신하는 모바일 플랫폼; 위성이 하늘을 가로질러 움직이는 저 또는 중간 지구 궤도 위성과 같은 비 지구 정지 위성과 통신하는 이동 또는 정지 플랫폼; 안테나 시스템이 연결을 획득, 추적 및 유지하기 위해 빔 방향을 지속적으로 변경하는 것에 의해 원하는 링크를 유지하는 이동 또는 정지 플랫폼을 포함한다. 여기서, 신호 획득 및 추적은 안테나 빔 방향을 변경하여 안테나 단자의 제어 시스템이 원하는 신호의 수신 신호 강도를 최대화하려고 탐색하는 모노펄스 또는 빔 위치 디더링과 같은 알려진 방법을 말한다. 우주에서든 또는 지상에서든 잠재적 간섭자는 다른 방향에서 생길 수 있고; 통신 단자는 정지 또는 이동 간섭 소스의 존재 하에서 원하는 신호를 추적하는 것을 포함하는 상기 시나리오의 조합을 경험할 수 있다.

본 발명은 원하는 신호 및/또는 간섭 신호의 위치가 본 안테나 단자의 로컬 좌표에 대해 시간에 따라 변하는 환경에서 위성 또는 지상 통신을 위한 하나 이상의 독립적이고 동적으로 또는 지속적으로 추적하는 빔을 갖는 안테나 단자로의 간섭 신호 및 안테나 단자로부터의 간섭 신호를 감소시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로 원하는 소스와 간섭 소스를 지속적으로 추적하고 본 안테나로의 간섭 및 본 안테나로부터의 간섭을 감소시키기 위해 신호를 지속적으로 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 일반적으로 다양한 각도 방향으로 독립적으로 빔을 각각 지속적으로 추적하거나 또는 지향시킬 수 있는, 다수의 빔을 형성할 수 있는 안테나에 관한 것이다. 제1 빔은 일반적으로 안테나에 대해 겉보기 운동을 하는 위성 또는 지상 노드와 같은 원하는 소스 또는 노드로부터 신호를 지속적으로 추적하고 수신(다운링크)한다. 제2 빔은 다른 방향으로부터 발생할 수 있는 유해할 수 있는 간섭 신호를 지속적으로 추적하고 수신한다. 제2 빔의 신호는 간섭의 제거 또는 상당한 감소를 달성하는 방식으로 제1 빔의 신호에 동적으로 결합된다. 예시적인 경우로 적은 수의 빔에 대해 설명되는 원리는 많은 빔 및 간섭자로 간단하게 확장될 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 목적뿐만 아니라 본 발명의 많은 의도된 장점은 첨부 도면과 관련하여 다음의 설명을 참조할 때 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 빔 추적 시스템을 도시한다.
도 2a는 2개의 독립적인 빔에 대한 도 1의 시스템을 도시한다.
도 2b는 수신(Rx) 및 송신(Tx)을 위한 시스템의 개념을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단순화된 간섭 감소 프로세서를 도시한다.
도 4는 시스템의 동작의 흐름도이다.
도 5는 다수의 제거 경로로 일반화한 것을 도시한다.
도 6은 간섭자를 매핑하고 모니터링을 위해 지속적으로 스캔하는 것을 도시한다.
도 7은 추가적인 빔을 달성하는 대안적인 방식을 위해 동적으로 분할된 어레이를 도시한다.

도면에 도시된 본 발명의 예시적이고 비 제한적인 실시예를 설명함에 있어서, 명확성을 위해 특정 용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 이러한 선택된 특정 용어로 제한되도록 의도된 것이 아니고, 각각의 특정 용어는 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 동작하는 모든 기술적 등가물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 몇몇 실시예는 예시의 목적으로 설명되었지만, 본 발명은 도면에 구체적으로 도면에 도시되지 않은 다른 형태로 구현될 수 있는 것으로 이해된다.

도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따른 안테나 빔 추적 시스템(100)을 도시한다. 수신(Rx) 또는 다운링크를 위해 여기에 도시된 시스템은 M개의 입력 빔(112) 및 N개의 요소(114)(예를 들어, 안테나)를 갖는 Rx 빔 형성 네트워크(110)를 포함한다. 빔 형성 네트워크(110)는 제한 없이 임의의 적합한 네트워크일 수 있다. 예를 들어, 아날로그 시스템의 경우, 빔 형성 네트워크(110)는 이 기술 분야에서 잘 알려진 버틀러 매트릭스 및 로트만 렌즈 네트워크일 수 있다. 빔 형성 네트워크(110)는 또한 예를 들어 다수의 급전 요소를 갖는 반사기 또는 렌즈와 같은 RF 또는 마이크로파 광학 시스템일 수 있으며, 이 요소의 각각의 급전은 상이한 각도 방향으로 개별 빔을 생성한다. 미국 특허 번호 10116051은 다수의 급전을 각각 갖는 렌즈 요소의 위상 어레이를 포함하는 이러한 다중 빔 시스템의 일례를 기술한다. 각 렌즈에서 대응하는 급전들은 다수의 독립적으로 조향 가능한 빔을 형성하도록 적절한 시간 지연 또는 위상 편이를 두고 배열된다.

빔 형성 네트워크(110)는 또한 직접 복사 요소들의 위상 어레이일 수 있으며, 여기서 각각의 요소는, 요소에 위상 또는 시간 지연을 각각 적용하여 2개 이상의 빔을 독립적으로 조향하는 2개 이상의 개별 빔 형성 네트워크를 급전하는 전력 분배기를 갖는다. 원하는 소스(S)와 통신하는 빔1(112)을 갖는 다중 빔 안테나(114)를 갖는 추적 시스템(100)이 도 2에 도시되어 있다.

빔 형성 네트워크(110)는 또한 디지털 빔 형성(DBF)을 포함하는 위상 어레이일 수 있다. 수신 빔 형성 네트워크(110)는 증폭기, 혼합기 및 다운 변환기에 이어 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있는 (그러나 반드시 포함하는 것은 아님) RF 모듈을 포함한다. 그런 다음 디지털화된 신호는 처리되어 요소만큼 많은 수의 동시 빔을 나타내는 디지털 신호를 형성할 수 있다. 빔 방향, 구체적으로 하나 이상의 원하는 빔 방향에 대한 지식은, 송신 어레이의 디지털 신호에 적용될 수 있으며, 여기서 디지털 신호는 디지털-아날로그 변환되어 송신 요소로 송신된다. DBF는 레이더 및 다른 응용(J. Litva, T. Lo, "Digital Beamforming in Wireless Communications", Artech House, 1996)에서 이 기술 분야에 알려져 있다.

따라서, 본 발명은 광범위한 빔 형성 네트워크(110)에서 이용될 수 있으며, 단지 예시적인 목적으로 본 명세서에 언급된 예로 제한되도록 의도된 것은 아니다.

도 1에 더 도시된 바와 같이, 안테나(114)에 대한 소스(S)의 겉보기 위치는 시간에 따라 변할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 시간(t1)에서, 원하는 신호는 S(t1)이다. 간섭 소스(I(t1))는 시간(t1)에 존재할 수 있고, S(t1)와 (예를 들어, 직교 편파로) 또는 다른 각도 위치에서 공동-위치될 수 있다. 차후 시간(t2)에, 추적 빔(빔1)은 원하는 소스와 접촉을 유지하고 원하는 신호(S(t2))로 빔을 지향시키기 위해 빔 지향 각도를 변경한다. 간섭 소스(I(t2))는 시간(t2)에 존재할 수도 있다. 이 간섭 소스(I(t2))는 이동한 동일한 간섭자일 수도 있고 또는 다른 간섭자일 수도 있다.

도 2a는 다중-빔 네트워크(110)가 안테나(114)에서 2개의 독립적인 빔을 형성하는 단순화된 경우를 도시한다. 이것은 임의의 적절한 방식일 수 있지만, 일반적으로 다중 빔 형성 회로 또는 버틀러 매트릭스, 로트만 렌즈 또는 디지털 빔 형성(DBF) 네트워크와 같은 네트워크를 갖는 위상 어레이의 변형을 포함할 수 있다. 또한, 간섭 감소 처리 장치(150)는 빔 형성 네트워크(110)와 통신하게 제공된다. 간섭 감소 프로세서(150)는 빔 형성 네트워크(110)로부터 빔(빔1, 빔2)(112, 113)을 수신하고 출력(152)을 생성한다. 이 경우, 제2 빔(빔2)은 신호(I)의 방향으로 간섭 소스를 지속적으로 추적하고 이 간섭 소스로 지향되는 안테나 시스템에 의해 형성되어, 시변 간섭은 I(t2)로 지정된다. 빔1 및 빔2 신호는 간섭 감소 처리기(150)에 공급된다.

도 2b는 수신(Rx) 및 송신(Tx)을 위한 시스템의 개념을 더 도시한다. 왼쪽에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 시간에 따라 위치가 변하는 원하는 소스로부터 신호를 수신하는 수신 시스템이 있다. 수신된 신호로부터의 정보는 도시된 바와 같이 송신 빔 프로세서와 같은 처리 장치(165)에 의해 처리된다. 이 정보는 처리 장치(165)로부터 오른쪽에 있는 송신 안테나 시스템의 간섭 감소 프로세서(160)로 송신되어 희생 노드의 방향으로 송신 또는 복사 전력을 감소시키거나 효과적으로 제거한다. 이 희생 노드는, 예를 들어, 수신 시스템으로 간섭을 보내는 궤도 내 동일한 인접 위성일 수 있다.

도 2b에 도시된 수신 및 송신 시스템은 여러 형태를 취할 수 있으며, 일반적으로 공동-위치되는데, 예를 들어, 이 수신 및 송신 시스템은 육상, 항공 또는 해상 플랫폼 또는 심지어 위성과 같은 동일한 수송 수단 플랫폼에 장착될 수 있다. 이 수신 및 송신 시스템은 송신(Tx) 및 수신(Rx) 단일 위상 어레이을 구성하거나 또는 이중 Tx 및 Rx 요소 및 필터를 갖는 RF 광학 시스템을 구성할 수 있다. 이 수신 및 송신 시스템은 별개이지만 인접한 Tx 및 Rx 개구(aperture)를 더 구성할 수 있다. 아날로그로부터든지 또는 디지털 빔 형성 네트워크로부터든지 상관 없이 Rx 안테나로부터의 정보는 희생 노드의 방향으로 신호의 송신을 감소시키기 위해 Tx 빔(들)의 형상 및/또는 측엽을 변경하는 데 사용된다. 송신 및 수신 안테나는 또한 동일한 안테나 요소일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 감소 프로세서(150)를 도시하고, 도 4는 원하는 안테나 포트에서 간섭을 식별 및 제거 또는 감소시키기 위한 간섭 감소 프로세서(150)의 일반적인 동작(200)을 도시한다. 프로세서(150)는 제어기(159), 가변 진폭 제어(예를 들어, 가변 감쇠기)(153), 위상 시프터(154), 증폭기(155), 필터(156) 및 검출기(158)를 포함한다. 감쇠기(153), 위상 시프터(154), 증폭기(155) 및 필터(156)는 함께 간섭 감소 회로를 형성한다.

프로세서(150)는 빔 형성 네트워크(110)로부터 M개의 빔(112, 113)을 수신한다. 따라서, 단계(202)에서, 프로세서(150)는 빔1을 지속적으로 스캔하여 원하는 링크 소스(S), 예를 들어, 위성 또는 지상 노드를 획득하고 지속적으로 수신 및 추적한다. 단계(204)에서, 프로세서(150)는 빔2(113)를 스캔하여 소스(2)로부터 유해할 수 있는 동일-채널 또는 인접 채널의 간섭 신호를 탐색하고 수신한다. 여기서, 빔2는 빔1에 대하여 동일-편파이거나 또는 교차-편파일 수 있다. 따라서, 도 2의 2개의 빔인 예에 대하여, 신호 빔1(112), 신호 빔2(113)는 RF 주파수에 있거나 또는 도 3에서 각각의 다운 변환기에 의해 중간 주파수로 다운 변환되어 예를 들어 트랜스폰더 채널(152, 157)을 나타낼 수 있다. 다운 변환은 예를 들어 여기에 도시되어 있지만, 원래의 RF 주파수에서 처리가 수행될 수 있다.

단계(206)에서, 프로세서(150)는 가변 진폭(153) 및 위상(154)을 갖는 빔2(113) 신호로부터의 간섭 신호를 채널(152 및 157)의 입력에서 빔1 포트에 결합시킨다. 결합된 신호는 간섭 신호의 샘플을 포함한다. 여기서, 처리 및 결합은 아날로그 또는 디지털 영역에서 RF, 중간 주파수 또는 기저 대역에 있을 수 있다. 제어기(159)는 이 샘플의 진폭 및 위상을 조절하여 수신 출력에서 간섭의 존재를 제거하거나 감소시킨다. 간섭 장치(150) 및 조절은 동적이며 지속적으로 적응한다.

단계(208)에서, 제거 정보는 신호 제거가 달성될 때까지 제어 또는 피드백 시스템에 의해 변하는 간섭 신호(빔2)의 상대 진폭 및 위상을 포함한다. 이 정보는 아날로그 신호의 형태일 수 있거나, 또는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 이용하여 디지털 빔을 형성한 경우 디지털 신호의 형태일 수 있다. 이 정보는 원하는 신호(빔1)의 정보와 비교될 수 있고, 피드백 루프 내에서 사용되어 동적으로 간섭을 줄일 수 있다. 송신 신호 주파수로 전송된 간섭 신호의 도달 방향에 기초하여 동일한 진폭 및 위상 정보는 모든 요소들이 송신 기능을 위해 배열된 증폭기를 포함하는, 도 2b에 도시된 바와 같이 공동-위치되는 송신 안테나의 진폭 및 위상 분포 및 그에 따라 복사 패턴 형상 및 측엽을 조절하는 데 사용될 수 있다.

송신 안테나는 별개의 안테나일 수 있고, 또는 송신 안테나는 수신 안테나와 동일한 전체적 구조를 가질 수 있지만 잘 알려진 원리에 따라 송신 및 수신 동작을 위해 구성될 수 있다. 빔1 포트(112)에서 검출기(158)에 의해 간섭 신호의 크기를 검출하는 피드백 루프는 제어기(159)로 피드백된다. 제어기(159)는 간섭을 최소화하기 위해 교차-결합 진폭(153) 및 위상(154)을 조절한다. 피드백 루프는 간섭 전압(또는 디지털 등가물)의 진폭과 위상을 조절하여 참조 부호(152)에서 원하는 신호(빔1)에 결합될 때 간섭을 제거시켜, 이에 의해 검출기(158) 출력(151)에서 신호 대 잡음 + 간섭 비(즉, S/(N+I))를 최대화한다. 검출기(158)는 S/(N+I) 비가 더 개선될 수 없을 때까지 루프를 계속 진행한다. 루프는 원하는 신호의 동적 조절을 제공하기 위해 지속적으로 진행될 수 있다.

프로세스는 간섭 신호가 실시간 지속적인 빔 추적과 결합되어 시변 또는 동적으로 간섭을 감소시킨다는 점에서 동적이다. 또한, 여기서는 중간 주파수 구현을 위해 도시되었지만, 이러한 회로는 RF에서 구현될 수 있고 및/또는 또한 예를 들어 아날로그-디지털 변환 및 파형 또는 심지어 비트 스트림을 비교하고, 상관 함수를 수행하고 제거를 수행하는 것에 의해 디지털 영역에서 구현될 수 있는 것으로 쉽게 이해될 수 있다.

따라서, 본 안테나 단자(100)는 이동 또는 정지 플랫폼 상에 있을 수 있고, 지구 정지 위성, 비 지구 정지 위성 및 지상 통신 노드를 포함하는 소스(S) 또는 노드와 통신할 수 있다. 본 발명은 유해할 수 있는 간섭 소스에 대해 원하는 신호 근처의 각도 공간을 계속 검색하면서 하나 이상의 원하는 신호를 동적으로 추적한다. 간섭 소스는 이동 플랫폼이 움직이는 것으로 인해서든 또는 플랫폼에 대한 소스가 움직이는 것에 의해서든, 예를 들어, 비 지구 정지 위성이 궤도를 횡단하여 플랫폼에 대해 이동하는 것에 의해서든 상관 없이, 또는 소스와 플랫폼이 모두 움직이는 경우, 또는 정지 안테나의 경우에도 빔이 로밍 애플리케이션을 위해 다른 노드로 재지향되는 경우 본 안테나 플랫폼에 대해 이동하는 것으로 보일 수 있다.

본 발명은 일반적으로 변조 또는 디지털 영역 처리에 따라 이 기술 분야에 알려진 신호 컨볼루션 기술을 사용하여 파형 상관을 포함하는 다양한 수단에 의해 수신된 간섭 신호를 식별한다.

시스템이 간섭 신호를 식별하면, 시스템은 간섭 신호를 원하는 채널의 신호와 결합시켜 원하는 채널 또는 채널들과 간섭을 제거 또는 감소시킨다. 이러한 제거는 적절한 진폭과 위상으로 참조 부호(152)에서 삽입된 경우 간섭 전압을 "감산"하는 것이고, 또는 DBF의 경우 감산은 수치 계산을 통해 이루어진다.

또한, 잠재적 간섭 위치를 추적함으로써 얻어진 지식은 다른 시스템의 방향으로 간섭을 유발할 수 있는 송신된 신호를 최소화하기 위해 송신 안테나 패턴을 동적으로 조절하는 데 사용될 수 있다. 초기에, 단자는 간섭 신호의 도달 방향에 대한 사전 지식이 없을 수 있다. 따라서, 알고리즘은, 극단적으로 전체 반구 이상에 걸쳐 있을 수 있는 원하는 빔 방향으로부터 점차적으로 먼 규정된 각도 범위에 걸쳐 빔2(113)의 방향을 체계적으로 명령하는 데 사용될 수 있다.

일 예시적인 실시예에서, 각 빔 스캔 방향에서, 간섭 감소 프로세서(150)는 참조 부호(159)에서 간섭 신호의 존재 및 진폭을 검출하고, 이 간섭 신호를 미리 결정된 임계값과 비교한다. 간섭이 임계값을 초과하는 각각의 빔 방향에서, 예를 들어 컴퓨터 프로세서와 같은 처리 장치는 참조 부호(157)에서 간섭을 샘플링하고, 이 간섭과 및 대응하는 빔 방향을 저장한다. 그런 다음 프로세서는 빔2를 피드백 루프를 통해 제어하기 위해 저장된 가장 강력한 간섭 신호 방향으로 지향시키고, 이 빔을 추가 신호 제거 처리를 위해 추적한다. 참조 부호(157)에서 간섭 신호는 외부 잡음을 감소시키기 위해 구성 가능한 필터(156), 추가 처리를 위해 샘플의 진폭을 증가시키기 위한 증폭기(155), 샘플의 위상을 변화시키기 위한 위상 지연(154), 및 샘플 진폭(153)을 정밀 제어하기 위해 감쇠에 의해 처리되었으며, 여기서 처리 단계들은 제어기(159)에 의해 제어된다. 결합기는 참조 부호(152)에서 원하는 빔1에 처리된 간섭 신호를 대수적으로 추가한다.

전자 빔 스캔 시스템 및 대부분의 실제 이동 또는 비-지구 위성 환경에서, 이 프로세스는 충분히 빠르며, 몇몇 시간 간격 동안 기록된 원하는 신호 및 원치 않는 신호에 대한 빔 방향은 간섭의 훨씬 더 빠른 식별을 가능하게 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명은 예를 들어 2개의 간섭자의 경우에 여기서 도시된 몇 개의 원하는 빔과 몇 개의 간섭 소스 사이에 교차-결합이 수행되는 2개를 초과하는 빔에 적용될 수 있다. 또한 제거 프로세스는 일반적으로 동일한 플랫폼의 동일한 개구 또는 별개의 인접한 개구의 안테나의 송신기 기능으로 정보를 송신하여 송신 패턴을 조절하여 공동-위치되는 송신 안테나로부터 송신된 복사선을 완화시켜 인접 위성과 같은 수신 노드의 방향으로 복사선을 감소시킨다. 예를 들어, 간섭 신호(B2 및 B4)가 인접 위성으로부터 원하는 빔(B1 및 B3)으로 오는 경우, B2 및 B4의 방향이 알려져 있으며, 이 정보는 수신 안테나 기능(B1 및 B3)과 공동-위치되는 송신 안테나의 측엽 패턴을 수정하여 업링크(송신)를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 모든 경우에, 일반적인 프로세스는 각 영역에서 적절한 단계를 갖는 아날로그 빔 형성 안테나 또는 디지털 빔 형성 네트워크 모두에 적용될 수 있다.

간섭자의 수 및 방향이 주어진 원하는 목표 위치에 대해 사전에 알려진 구성에 더하여, 본 발명은 2개의 빔 및 2개의 간섭자에 대해 도 5에 도시된 것으로부터 제1 빔이 원하는 소스 또는 노드로부터 신호를 지속적으로 추적하고 신호를 수신(다운링크)하는 3개 이상의 빔을 갖는 시스템으로 확장될 수 있다. 여기서, 동일하거나 상이한 성능을 갖는 제2 빔은 제1 빔의 복사 패턴에 대한 지식을 갖고 시야(field of view)에 걸쳐 지속적으로 스캔하여 잠재적 간섭 소스를 실시간으로 검색하고, 동일하거나 상이한 성능을 갖는 임의의 추가적인 지향 빔이 심각도의 순서대로 발견된 간섭 소스를 지속적으로 스캔하고 추적하기 위해 할당된다. 따라서, 제3 빔은 가장 강하게 발견된 간섭자로 인한 간섭을 제거하는 데 사용될 수 있고, 제4 빔은 가장 강하게 발견된 제2 간섭자의 간섭을 제거하는 데 사용될 수 있고, 이와 같이 계속된다.

도 5는 다수의 원하는 빔 및 다수의 간섭자(150)에 대한 본 발명의 개념을 도시한다. 이 경우에, B1 및 B3은 2개의 원하는 신호 및 빔 경로를 나타내는 반면, B2 및 B4는 시간의 함수로서 간섭자를 향하는 빔을 나타낸다. 회로 구성 요소(153 내지 156)는 또한 도 5의 회로에 포함되지만, 설명이 용이하도록 도시되지 않았다. 물론, 시스템(100)은 다중 빔 안테나의 다중 포트를 사용함으로써 더 많은 빔과 함께 이용될 수 있다. 모든 경우에, 간섭 감소는 사용자 입력 없이 지속적인 빔 스캔 및 간섭 감소를 통해 시간의 함수로서 실시간으로 동적으로 달성된다.

도 6은 다수의 각도 위치에서 간섭 소스를 매핑하기 위해 일반화된 본 발명의 구성을 도시한다. 이 경우, S는 원하는 신호를 나타내고, I1, I2,... IN은 S 주위에 분포된 각도 위치에서 위치 및 알려지지 않은 강도의 간섭 소스를 나타낸다. 안테나는 빔(B1)을 추적하고, 직접 통신하기 위한 원하는 신호 소스(S)를 추적하고, B1과는 다른 성능을 가질 수 있지만 동일한 안테나 개구에 의해 지정된 검색 패턴으로 생성되는 빔(B2)을 지속적으로 스캔한다.

따라서, 일 실시예에서, 예를 들어, 시간(t0)에서 이것은 B2(t0)를 형성하고, 시간(t1)에서 이것은 B2(t1)를 형성하고 이와 같이 계속된다. 각각의 경우에, 향하는 방향에 상관 없이 빔(B2)으로부터 수신된 신호가 검출되고, 이 신호는 원하는 신호(S)와 간섭하는 간섭자일 수 있는 신호 소스에 대한 미리 결정된 임계 레벨과 비교된다. 이러한 후보 간섭자의 특성은 간섭 빔들 각각의 신호 출력(152 및 157)에 연결된 처리 장치에 기록되고 검색은 계속된다. 하나 이상의 간섭 소스가 추적되고, 여기서 빔 방향 및 간섭 레벨은 빔(B1)의 알려진 복사 패턴 및 측엽 특성에 기초하여 원하는 신호(S)에 대해 임계 레벨을 초과하는 간섭 레벨에 기초하여 저장된다. 시스템은 도 1 내지 도 5의 시스템 및 방법을 사용하여 간섭을 완화시키기 위한 조치를 취할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 어레이 장치(250)를 도시한다. 2개의 빔만을 지원하는 어레이 안테나는, 모두 1차 빔과 원하는 신호의 성능을 변경하지 않고, 이산적인 기하학적 영역들로 분할되어 낮은 이득 2차 빔을 생성하여, 하나를 초과하는 간섭자(I1)를 추적하여, 또한 제2 간섭자(I2)를 추적 및 제거하거나 또는 지속적인 스캔으로 주변 환경을 모니터링할 수 있다.

여기서, 안테나 어레이 장치(250)는 어레이 영역(252), 제1 안테나 어레이 영역(254), 제2 안테나 어레이 영역(256) 및 제3 안테나 어레이 영역(258)을 포함한다. 어레이 영역(252)은 제1, 제2 및 제 3 안테나 어레이 영역(254, 256, 258)(작은 파선으로 도시)을 포함하여 장치(250)(큰 파선으로 도시)에 대한 전체 어레이 영역을 형성한다. 함께 취해진 어레이 영역(254, 256 및 258)은 전체 어레이 영역(252)과 동일하다. 전체 어레이 영역(252)은 원하는 신호(S)와 통신하는 빔(B1)을 지원한다. 전체 어레이(252)를 구성하는 요소들은 각각 2개의 빔에 기여하는 것을 지원하여, 전체 어레이가 빔(B1)에 기여하는 동안, 영역(252)은 각각의 경우 제2 빔을 생성하기 위해 영역(254, 256, 258)들로 분할될 수 있다. 제1 어레이 영역(254)은 전체 어레이 영역(252)의 약 절반을 포함하고, 간섭자(I1)를 추적하는 빔(B2)을 지원한다.

제2 및 제3 어레이 영역(256, 258)은 함께 전체 어레이 영역(252)의 다른 거의 절반을 차지한다. 제2 및 제3 어레이 영역(256, 258) 각각은 전체 어레이 영역(252)의 약 1/4을 차지한다. 제1, 제2 및 제3 어레이 영역(254, 256, 258) 각각은 임의의 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있고, 여기서 전체 어레이 영역(252)과 마찬가지로 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 제2 어레이 영역(256)은 지속적인 스캔을 수행하는 빔(B3)을 지원한다. 제3 어레이 영역(258)은 간섭자(I2)를 추적하는 빔(B4)을 지원한다.

제1, 제2 및 제3 어레이 영역(254, 256, 258) 각각은 도 1의 안테나 요소(114)와 같은 하나 이상의 요소(도시되지 않음)를 갖는다. 일 실시예에서, 각각의 영역(254, 256, 258)은 복수의 요소를 갖는다. 이들 요소는 각각의 어레이 영역(254, 256, 258)에 대한 신호 통신을 지원한다. 개구 영역은 총 이용 가능 영역, 원하는 신호 수신 및 송신 특성, 및 예상되는 간섭 레벨에 따라 거래로서 선택되어야 한다. 영역의 상이한 크기는 전체 개구 중에서 신호를 수신하고 원하는 빔과 간섭자의 수 및 상대 크기를 지원하도록 연결된 개구의 서브세트를 선택함으로써 프로세서(150)에 의해 제어될 수 있다.

도시된 바와 같이, 영역(254)은 빔(B3)에 의해 추적되는 간섭자(I2)보다 더 강한 간섭자(I1)에 대해 영역(256 및 258)보다 더 크다. 어레이 내의 영역의 배열 및 분포는 고유하지 않으며, 본 발명의 기본 원리를 변경하지 않고 개구의 많은 상이한 기하학적 분할이 선택될 수 있다. 어레이(250)는 정사각형으로 도시되어 있지만, 원형, 직사각형, 또는 임의의 다른 형상, 평면 또는 비평면일 수 있으며, 그리고 제2 빔(254, 256, 258)에 대한 하나 이상의 분할된 어레이 영역은 원래의 어레이를 분할하는 임의의 형상 또는 기하학적 형상일 수 있다. 어레이(250)의 형상은 1차 빔(B1)의 특성, 및 적용이 의도된 어레이에 대해 선택된다. 참조 부호(250)의 요소의 크기 및 개수는 수만 개 내지 수천 개의 요소로 크거나 작을 수 있으며, 이는 1차 빔(B1)의 필요한 이득에 의해 정해진다. 각 영역에 사용되는 요소의 수는 특정 적용을 위해 설계된 어레이의 전체 요소 수까지 하나 이상의 간섭 신호(I1, I2) 각각을 분석하는 데 필요한 이득에 의해 결정된다.

어레이 장치(250)는 총 2개의 독립적인 빔(B1, B2)을 지원하는 N개의 요소로 구성된 단일 위상 어레이 개구로부터 다양한 성능의 많은 빔을 지원한다. 이러한 방식으로, 어레이의 모든 요소는 빔(B1)과 빔(B2)을 생성하는 데 사용된다. 도 7에 도시된 구성에서, 빔(B1)은 신호 소스로부터의 다운링크 연결을 위한 성능을 최대화하기 위해 전체 어레이(252)에 의해 생성된다. 성능이 낮은 빔은 간섭 소스(예를 들어, B3)를 실시간으로 매핑하고 개별 간섭 소스(예를 들어, B4)의 간섭을 제거하기 위해 지속적으로 스캔하는 등의 다른 목적으로 사용될 수 있다. 잠재적인 간섭자에 대한 관심 각도 영역을 커버하기 위해 빔이 각도 검색 패턴(정기적인 또는 랜덤한 검색일 수 있음)으로 조향되도록 명령하고, 각각의 각도로부터의 신호의 존재 또는 부재를 특성화하기 위해 이 기술 분야에 알려진 전력 스펙트럼 밀도 또는 다른 측정 항목에 주목함으로써 스캔이 수행된다. 고려된 각도에 대한 신호의 존재 또는 부재는 프로세서(150)에 의해 저장되고, 보정하기 위해 간섭자를 식별하는 데 사용될 것이다.

이러한 이유로, 어레이 장치(250)는, 어레이의 제2 빔이 단일 빔(예를 들어, B2)으로서 동작하거나 또는 동적 또는 실시간 방식으로 분할되도록 구성될 수 있으며, 이에 각 세그먼트 또는 영역(254, 256, 258)이 다른 영역과는 분리된 별개인 자신의 개구를 형성하여 각 영역은 더 간단한 회로부와 서로 독립적으로 동작할 수 있고 그리하여 전체적으로 어레이로부터 3, 4, 또는 그 이상의 빔을 지원하는 어레이를 구축하는 것보다 전체 조립체에 대한 비용을 낮출 수 있다.

더 도시된 바와 같이, 영역(252)을 구성하는 요소는 2차 빔을 형성하기 위해 영역(254, 256 및 258)으로 분할되지만, 더 많거나 더 적은 세그먼트도 또한 허용된다. 이 분할은 이제 참조 부호(252, 254, 256, 256)로부터 동시 송신/수신 빔(B1, B2, B3, B4)을 동시에 형성하는 것을 지원하고, 여기서 각 빔의 성능은 빔을 생성하는 데 사용되는 영역의 크기에 따라 다르다. 빔(B1)은 전체 어레이에 의해 생성될 때 최고의 이득과 성능을 갖는다. 빔(B2, B3, B4)은 어레이의 서브세트에 의해서만 생성될 때 비례적으로 더 작은 이득을 갖는다. 각각의 빔을 생성하는데 사용되는 영역은 하나 이상의 간섭자의 상대 신호 강도와 일치하도록 프로세서(150)에 의해 선택될 수 있다. 빔(B3)은 잠재적인 간섭자에 대한 지속적인 스캔을 수행하는 데 사용되고, 빔(B2 및 B4)은 B3에 의해 발견된 간섭자(I1 및 I2)를 각각 제거하는 데 사용된다. 빔의 영역을 별개의 독립적인 섹터들로 분할하면 어레이의 복잡성을 증가시키지 않고 추가 기능을 적용할 수 있다.

안테나 개구

본 발명은 단일 개구로부터 다수의 빔의 생성을 지원하는 안테나 시스템(100)에 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 도 7에 도시된 바와 같이 분리된 별개의 조정된 서브-개구로부터 다수의 빔을 생성하는 안테나 시스템에 적용될 수 있다. 그러나, 단일의 전체 개구를 사용하여 빔을 형성하는 다중 빔 안테나에는 장점이 있다. 예를 들어, 각각의 빔을 생성하기 위해 2개의 서브-개구(각 서브-개구는 도 7에 도시된 바와 같이 전체 개구 면적의 절반임)에 비해 전체 개구는 전체 개구가 목표 신호 소스와 통신하는 데 사용되는 경우 대략 2배인 신호 강도를 제공한다. 또한, 전체 개구는 이용 가능한 신호 대 잡음비의 증가를 제공하여, 이에 의해 신호 소스와 통신하기 위해 개구의 절반이 사용되고 개구의 절반이 간섭자를 제거하는 데 사용되는 경우에 비해 간섭 소스를 더 잘 감산할 수 있다. 전체 어레이를 사용하는 효과는 안테나의 기본 이득이 증가하지만 빔 폭도 줄어들어, 이 두 가지는 모두 인접한 각도에서 간섭자의 영향을 줄이는 데 도움이 된다.

다수의 빔을 생성하는 더 작은 별개의 서브-개구 대신에 전체 개구를 사용하는 안테나의 경우, 하나 이상의 간섭자를 완화하는 추가 빔을 사용함으로써, 시스템의 수신 성능은 주어진 설비에 대한 바닥 면적 또는 전체 영역을 이용함으로써 개선된다. 이것은 특히 열 잡음에 의해 성능이 좌우되고 주어진 이용 가능한 설비 플랫폼 크기에 대해 이득 대 잡음 온도 비가 최대화되어야 하는 이동 SATCOM 환경에서 특히 유용하다. 플랫폼 크기는 일반적으로 설치될 수 있는 개구의 크기를 제한하여 성능에 제한이 있다. 개별 서브 개구와 관련된 작은 개구 크기는 또한 큰 고이득 설비보다 더 동적 범위의 간섭 제거를 제공한다. 인접한 간섭자로부터 전체 개구 이동 단자로 간섭을 제거하는 하나 이상의 빔을 추가하면 설비 영역의 이용을 최대화하고 통신 처리량을 향상시키는 바람직한 방식이다.

그러나, 지속적으로 또는 빨리 스캔하는 빔을 추가함으로써, 다수의 유리한 거동 또는 능력이 가능하다. 첫째, 시변 간섭자의 실시간 맵은 추가적인 빔 또는 빔들을 사용함으로써 간섭을 회피하거나 또는 제거할 수 있다. 둘째, 지상 셀룰러 통신 시장에서 반송파 또는 타워 어그리게이션(tower aggregation)과 유사한 능력을 허용하도록 스위칭될 수 있는 이용 가능한 위성에 대해 하늘을 모니터링하면 위성 또는 링크 어그리게이션이 가능하다. 이용 가능한 위성에 대한 최신 실시간 내부 모델을 유지함으로써 갑작스런 차단이 발생할 경우 새로운 연결을 검색하는 데 필요한 시간을 최소화한다. 단자 집합에 걸쳐 또는 심지어 전체 네트워크를 통해 이러한 분석에 머신 러닝 및 빅 데이터 기술을 추가함으로써, 선제적으로 대체 빔을 획득하는 것과 같은 기능을 통해 핸드오버 전에 모뎀 잠금(modem lock)을 유지하고 1차 빔에서 반송파의 손실이 있는 경우 다수의 링크를 동시에 유지할 수 있는, 신호 차단 및 완화의 휴리스틱 모델을 개발할 수 있다. 이러한 모델은 프로세서(150)에서 생성 및 저장된다. 이러한 모델의 예는 시간 및 위치와 함께 성능에 영향을 미치는 이벤트(핸드오버, 차단, 간섭)의 목록, 및 이 목록에서 패턴을 찾아 향후 이벤트 발생을 예측하고 예상 이벤트가 발생하기 전에 보상하는 알고리즘을 저장할 수 있다.

본 발명의 응용 분야

따라서, 본 발명은 독립적인 다중 빔에 의해 지속적으로 빔을 스캔할 것을 요구하는 다양한 동적 시변 환경에서 간섭을 완화시키기 위한 설계 아키텍처 및 방법을 제공한다. 이 아키텍처는 예를 들어 링크를 형성하는 안테나 빔 또는 빔들이 하나의 위성으로부터 다른 위성으로 재할당될 수 있는 정지 통신 플랫폼을 포함한다. 이것은 여러 다른 위성 및/또는 사업자 간에 트래픽을 라우팅하는 위성 로밍 애플리케이션의 경우일 수 있다.

위상 어레이의 위상 또는 시간 지연 편이를 변화시키거나 버틀러 매트릭스 급전의 포트 간을 스위칭하거나 또는 DBF 어레이의 다중 빔 간을 선택하는 것과 같은 다양한 알려진 기술을 사용하여 지속적으로 스캔하는 것이 원하는 방향과 간섭 방향이 지속적으로 변하는 지구 정지 위성과 통신하는 모바일 플랫폼에도 적용될 수 있다.

지속적인 빔 스캔은 또한 위성이 하늘을 가로 질러 이동하는 저 또는 중간 지구 궤도와 같은 비 지구 정지 위성과 통신하는 이동 또는 정지 플랫폼에도 적용될 수 있다.

지속적인 빔 스캔은 원하는 링크가 지속적으로 추적되지만 우주든지 또는 지상이든지 잠재적인 간섭자가 상이한 방향으로부터 발생하는 이동 또는 정지 플랫폼에 더 적용될 수 있다. 또한, 지속적인 빔 스캔은 정지 또는 이동 간섭 소스와 원하는 노드의 이동 추적을 포함하는 상기 시나리오의 조합에 적용될 수 있다.

다중 빔 시스템은 지상 네트워크에서 간섭을 완화시키는 데 사용될 수 있고, 동일하거나 상이한 위성, 성군, 궤도, 빔 또는 주파수와의 능동 연결과 같은 하이브리드 위성-지상 네트워크는 5G를 포함한 3GPP 스타일 네트워크와 같은 링크 관리를 위해 서비스 레벨 계약(SLA)에 기초하여 상이한 통신 목적에 할당되거나 또는 비용 및 시간대에 기초하여 우선 순위 지정된 데이터에 할당된다.

상세한 설명 및 청구 범위는 정사각형, 직사각형, 평판형, 평면형 및 병렬형과 같은 몇 가지 기하학적 형상, 위치 또는 관계형 용어를 사용한다는 것이 더 주목된다. 이들 용어는 단지 도면에 도시된 실시예에 기초하여 설명을 용이하게 하기 위한 편의를 위한 것이다. 이들 용어는 본 발명을 제한하려고 의도된 것이 아니다. 따라서, 본 발명은 기하학적 형상, 관계적, 방향성 또는 위치 결정 용어 없이 다른 방식으로 설명될 수 있는 것으로 인식된다. 또한 기하학적 형상 또는 관계형 용어는 정확하지 않을 수 있다. 예를 들어, 벽은 정확히 직사각형은 아닐 수 있지만, 예를 들어, 표면의 거칠기, 제조시 허용되는 공차 등으로 인해 실질적으로 직사각형인 것으로 고려될 수 있다. 그리고 다른 적절한 기하학적 형상 및 관계가 본 발명의 사상과 범위를 벗어남이 없이 제공될 수 있다.

본 발명의 시스템 및 방법은, 일 실시예에서 전자 정보 소스로부터의 데이터에 액세스를 허용하는 컴퓨터 소프트웨어에 의해 동작될 수 있는, 프로세서(150, 160) 및/또는 송신 빔 프로세서를 포함하지만 이로 제한되지 않는 처리 장치를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 소프트웨어 및 정보는 단일의 독립형 처리 장치 내에 있을 수 있거나 또는 이 소프트웨어 및 정보는 다른 처리 장치 그룹에 네트워크 연결된 중앙 처리 장치에 있을 수 있다. 소프트웨어 및 정보는 컴퓨터 하드 드라이브 또는 임의의 다른 적절한 데이터 저장 장치에 저장될 수 있다. 전체 동작은 프로세서에 의해 자동으로 수행되며 수동 상호 작용이 없다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 프로세스는 지연 또는 수동 조치 또는 다른 사용자 입력 없이 실질적으로 실시간으로 발생할 수 있다.

본 발명은 점-대-점 마이크로파(point-point microwave) 및 5G를 포함하는 위성 및 지상 통신, 레이더 및 원격 감지, 및 재밍(jamming) 완화에 적용될 수 있다.

전술한 설명 및 도면은 본 발명의 원리를 단지 예시하는 것으로서 고려되어야 한다. 본 발명은 다양한 형상 및 크기로 구성될 수 있으며, 실시예로 제한되는 것으로 의도된 것이 아니다. 본 발명의 다수의 응용은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 일어날 것이다. 따라서, 개시된 특정 예 또는 도시되고 설명된 정확한 구성 및 동작으로 본 발명을 제한하는 것은 바람직하지 않다. 오히려, 모든 적합한 수정 및 등가물은 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 의도될 수 있다.

Claims

다중 빔 안테나 시스템으로서,
원하는 빔 채널 또는 경로에 원하는 신호를 갖는 원하는 시변 신호 소스 또는 노드 위치를 지속적으로 그리고 동적으로 획득하고 추적하는 제1 안테나 빔을 형성하도록 구성된 간섭 감소 장치를 포함하고;
상기 간섭 감소 장치는, 간섭 시변 소스 또는 노드 위치를 지속적으로 탐색, 획득 및 추적하고, 상기 원하는 빔 채널 또는 경로에서의 간섭을 감소시키거나 제거하기 위해 상기 간섭 소스 또는 노드로부터 간섭 신호를 처리하는 제2 안테나 빔을 형성하도록 더 구성된, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항에 있어서, 복수의 제1 안테나 빔 및 복수의 제2 안테나 빔을 더 포함하는, 다중 빔 안테나 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제1 안테나 빔 및 제2 안테나 빔은 안테나 단자의 무선 주파수, 또는 상기 안테나 단자의 중간 주파수, 또는 상기 안테나 단자의 기저 대역에서 처리되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제3항에 있어서, 상기 원하는 신호는 간섭을 감소시키거나 제거시키기 위해 아날로그 또는 디지털 영역에서 복조되고 처리되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 빔은 복사 요소에 적용된 다수의 지속적으로 가변하는 위상 또는 시간 지연 회로에 의해 형성되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 빔은 버틀러 매트릭스, 로트만 렌즈, 또는 반사기 또는 렌즈 및 급전 어레이에 의해 형성될 수 있는, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 빔은 상기 디지털 영역에서 형성되고 처리되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 GSO, NGSO 및/또는 지상 신호 및 간섭 소스와 통신하거나 존재하는, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 고정된 위치에 장착되거나, 또는 육상, 항공 및 해상 수송 수단과 같은 이동 플랫폼에 장착될 수 있는, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 간섭 감소 장치는 진폭 감쇠기, 위상 시프터, 검출기 및 제어기를 포함하고, 상기 검출기는 상기 제2 안테나 빔의 크기를 검출하고, 상기 제어기는 상기 진폭 감쇠기 및/또는 상기 위상 시프터를 제어하여 상기 원하는 빔 채널 또는 경로에서의 간섭을 감소시키거나 제거시키기 위해 상기 제1 안테나 빔의 진폭 및/또는 위상을 조절하는, 다중 빔 안테나 시스템.
다중 빔 안테나 시스템으로서,
원하는 신호 소스 또는 노드를 지속적으로 그리고 동적으로 획득하고 추적하는 제1 안테나 빔을 형성하도록 구성된 간섭 감소 장치를 포함하고;
상기 간섭 감소 장치는 잠재적인 간섭 소스를 동적으로 찾아 정량화하기 위해 인접한 각도에 걸쳐 지속적으로 스캔하는 제2 안테나 빔을 형성하도록 구성되고;
상기 간섭 감소 장치는, 상기 제2 빔에 의해 발견된 간섭 소스를 지속적으로 획득 및 추적하고, 간섭 신호를 처리하여 상기 제1 빔 채널 또는 경로에서의 간섭을 감소시키거나 제거시키는 제3 안테나 빔을 형성하도록 구성된, 다중 빔 안테나 시스템.
제11항에 있어서, 안테나 빔의 수는 안테나 요소의 수 이하인, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항, 제4항, 제9항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 빔이 목표 신호 소스 또는 노드와 통신하기 위해 사용 중인 동안 상기 제2 통신 빔을 위한 개구를 둘 이상의 검색, 추적 또는 간섭 완화 빔으로 세분함으로써 다중 빔이 형성되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 주 측엽의 크기 및 방향을 포함하는, 상기 제1 빔의 복사 패턴에 대한 지식은, 가능한 간섭자의 목록의 미리 결정된 임계값에 대한 간섭 레벨, 및 상기 제1 빔에 미치는 예측된 영향에 기초한 특성에 기초하여 실시간 방식으로 우선 순위를 정하기 위해 상기 시스템에 의해 저장되고 사용되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제14항에 있어서, 상기 실시간 간섭자의 우선 순위 목록이 상기 하나 이상의 간섭 완화 빔의 방향 및 신호 조합 특성을 선택하는 데 사용되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 안테나 개구 분포 및 송신 빔 방향 및 패턴은 업링크 간섭을 완화시키기 위해 상기 개구 분포의 진폭 및 위상을 제어하는 것에 의해 최적화되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 간섭자를 검색하는 것에 더하여 동일한 네트워크에서 신호 강도와 이용 가능한 대체 위성의 실시간 목록을 유지할 수 있도록 상이한 위성, 성군, 궤도 또는 스폿 빔 사이의 SATCOM 연결 로밍이 가능한 환경에서 상기 제2 빔이 사용되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제17항에 있어서, 상기 제1 빔과 동일하거나 더 낮은 성능 레벨의 하나 이상의 추가 빔이 하나 이상의 대체 위성 또는 스폿 빔에 선제적으로 연결하여 상기 제1 빔이 차단 또는 신호 드롭아웃(drop-out)된 경우 핸드오버 시간을 최소화하는 데 사용되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제18항에 있어서, 간섭자 위치, 목표 위성 위치, 링크 성능, 대체 위성 위치 및 실시간 성능 및 간섭 맵을 지상 위치 및 지상 상태와 상관시켜, 전체적으로 개별 단자 및 통신 네트워크의 과거 경험에 기초하여 빔들 간을 선제적으로 그리고 자동으로 스위칭하거나 또는 (링크 다이버시티(link diversity) 또는 링크 어그리게이션(link aggregation)을 허용하기 위해) 2차 동시 연결, 위성, 성군, 궤도, 빔 또는 주파수를 획득하는 데 머신 러닝 또는 딥 러닝 기술을 포함하는 인공 지능(AI)이 사용되는, 다중 빔 안테나 시스템.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 동일하거나 상이한 위성, 성군, 궤도, 빔 또는 주파수와의 다중 능동 연결은, 5G를 포함한 3GPP 스타일 네트워크와 같은 링크 관리를 위해, 서비스 레벨 계약(SLA)에 기초하여 상이한 통신 목적으로 할당되거나 또는 비용 및 시간대에 기초하여 우선 순위 지정된 데이터에 할당되는, 다중 빔 안테나 시스템.
다중 빔 안테나 시스템으로서,
원하는 신호 소스를 갖는 제1 안테나 빔 및 잠재적 간섭 소스를 갖는 제2 안테나 빔을 지속적이고 동적으로 추적하고, 상기 제1 안테나 빔의 진폭 및/또는 위상을 조절하여 잠재적인 간섭 소스로부터 간섭을 제거하거나 감소시키도록 구성된 간섭 감소 회로를 포함하는, 다중 빔 안테나 시스템.
제21항에 있어서, 상기 간섭 감소 회로는 위상 조절기와 진폭 조절기, 및 상기 위상 조절기와 상기 진폭 조절기를 제어하여 상기 제1 안테나 빔의 위상 및/또는 진폭을 조절하는 제어기를 포함하는, 다중 빔 안테나 시스템.
제22항에 있어서, 상기 간섭 감소 회로는 상기 제2 안테나 빔의 하나 이상의 특성을 검출하는 검출기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 검출된 하나 이상의 특성에 기초하여 상기 위상 조절기와 진폭 조절기를 제어하는, 다중 빔 안테나 시스템.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신된 제1 안테나 빔으로부터의 정보는 간섭을 최소화하기 위해 송신 안테나의 송신 복사선 특성을 제어하는 데 사용되는, 다중 빔 안테나 시스템.
다중 빔 안테나 시스템을 동작시키는 방법으로서,
원하는 신호 소스를 갖는 제1 안테나 빔을 지속적이고 동적으로 추적하는 단계;
잠재적 간섭 소스를 갖는 제2 안테나 빔을 지속적이고 동적으로 추적하는 단계; 및
상기 제1 안테나 빔의 진폭 및/또는 위상을 조절하여 상기 잠재적 간섭 소스로부터의 간섭을 제거하거나 감소시키는 단계를 포함하는, 다중 빔 안테나 시스템을 동작시키는 방법.