特許 7570233 アンテナビーム追跡システムにおいて動的に干渉を低減する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-10

(45)【発行日】2024-10-21

(54)【発明の名称】アンテナビーム追跡システムにおいて動的に干渉を低減する方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/08 20060101AFI20241011BHJP

   H04B 7/155 20060101ALI20241011BHJP

   H01P 1/18 20060101ALI20241011BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20241011BHJP

   H01Q 1/27 20060101ALI20241011BHJP

【ＦＩ】

H04B7/08 422

H04B7/08 740

H04B7/155

H01P1/18

H01Q3/26 C

H01Q1/27

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2020546390

(86)(22)【出願日】2019-03-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-07-15

(86)【国際出願番号】 IB2019051963

(87)【国際公開番号】W WO2019171360

(87)【国際公開日】2019-09-12

【審査請求日】2022-03-09

(31)【優先権主張番号】62/640,960

(32)【優先日】2018-03-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517425734

【氏名又は名称】オール ドット スペース ネットワークス リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＬＬ．ＳＰＡＣＥ ＮＥＴＷＯＲＫＳ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100102934

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 彰

(72)【発明者】

【氏名】ディフォンゾ ダニエル エフ．

(72)【発明者】

【氏名】テュルパン ジェレマイア ピー．

【審査官】吉江 一明

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５３８６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１４５２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６４４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６６２４７８４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１２７５２５１（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許第０４７２０７１２（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０４３２９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１４４１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０１７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／０８

Ｈ０４Ｂ ７／１５５

Ｈ０１Ｐ １／１８

Ｈ０１Ｑ ３／２６

Ｈ０１Ｑ １／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

目的の信号であって、その信号源またはノードの位置が時間とともに変化する目的の信号を、継続的かつ動的に捕捉し追跡する第１のアンテナビームを形成するように構成された干渉低減装置を有し、
前記目的の信号のビームチャネルまたはパスは、前記目的の信号と干渉する少なくとも１つの干渉信号を含み、前記少なくとも１つの干渉信号の信号源またはノードは、前記目的の信号の信号源またはノードの位置に対して時間とともに変化する他の位置にあり、
前記干渉低減装置は、少なくとも１つの第２のアンテナビームを形成し、それぞれの前記第２のアンテナビームは、時間とともに変化する前記他の位置の前記少なくとも１つの干渉信号の信号源またはノードからの前記少なくとも1つの干渉信号を継続的に探し、捕捉し、追跡し、前記少なくとも１つの干渉信号の信号源またはノードからの前記少なくとも1つの干渉信号を処理して、前記目的の信号から前記少なくとも１つの干渉信号を差し引きまたはキャンセルすることにより、前記目的の信号の前記ビームチャネルまたはパス内の変動する干渉を動的に低減またはキャンセルするようにさらに構成されている、多数のビームを用いるアンテナシステム。

【請求項2】

請求項１において、
前記干渉低減装置は、複数の前記第１のアンテナビームと複数の前記第２のアンテナビームとを形成し、複数の前記干渉信号を追跡して、前記目的の信号における干渉を低減するように構成されている、システム。

【請求項3】

請求項２において、
複数の前記第１のアンテナビームおよび複数の前記第２のアンテナビームは、アンテナ端末の無線周波数、前記アンテナ端末の中間周波数、または前記アンテナ端末のベースバンドで処理され、
前記干渉低減装置は、前記目的の信号が復調され、アナログドメインまたはデジタルドメインのいずれかで処理され、干渉を低減またはキャンセルするように構成されている、システム。

【請求項4】

請求項１ないし３いずれかのシステムにおいて、
前記第１のアンテナビームおよび前記少なくとも１つの第２のアンテナビームは、それらを放射する複数の素子のそれぞれに適用される位相または時間遅延をシフトする回路；
バトラーマトリックス、ロットマンレンズ、または、リフレクタまたはレンズおよびフィードのアレイ；または
デジタルドメインで形成される、システム。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記干渉低減装置は、振幅減衰器、位相シフタ、検出器およびコントローラを備え、前記検出器は、前記少なくとも１つの干渉信号の強度を検出し、前記コントローラは、前記振幅減衰器および／または前記位相シフタを制御して、前記少なくとも１つの干渉信号の振幅および／または位相を調整して、前記目的の信号のビームチャネルまたはパス内の前記干渉を低減またはキャンセルする、システム。

【請求項6】

請求項１において、
前記干渉低減装置は、前記目的の信号の近くの角度を連続的にスキャンして、潜在的な干渉源を動的に特定し、定量化する第３のアンテナビームを形成するように構成され、さらに、
前記第２のアンテナビームが、前記第３のアンテナビームによって探索された前記干渉源からの干渉を継続的に捕捉して追跡し、前記干渉源からの干渉信号を前記目的の信号から処理して、前記目的の信号のビームチャネルまたはパス内の干渉を低減またはキャンセルするように構成されている、システム。

【請求項7】

請求項６において、
アンテナビームの数が、アンテナ素子の数と等しいか、またはそれ以下である、システム。

【請求項8】

請求項１において、
前記第１のアンテナビームおよび前記少なくとも１つの第２のアンテナビームは、前記第１のアンテナビームがターゲット信号源またはノードとの通信のために使用された状態で、前記少なくとも１つの第２のアンテナビームのための開口を少なくとも２つの探索、追跡、または干渉を緩和するアンテナビームに細分化することによって形成される、システム。

【請求項9】

請求項６において、
主要なサイドローブの強度および方向を含む、前記第１のアンテナビームの放射パターンの情報が、当該システムにより蓄積され、前記第１のアンテナビームに対する予測される影響に基づく、潜在的な干渉源およびそれらの特性の情報が格納され、予め定められた閾値に対する干渉レベルにより、前記潜在的な干渉源をリアルタイムで見つけるために使用される、システム。

【請求項10】

請求項９において、
格納された前記潜在的な干渉源およびそれらの特性の情報は、少なくとも１つの干渉を緩和するアンテナビームの方向および信号の組み合わせ特性を選択するために使用される、システム。

【請求項11】

請求項６において、
アンテナ開口、および送信ビームの方向およびパターンは、アップリンクの干渉を緩和するために、前記アンテナ開口を制御する複数の素子における振幅および位相制御によって最適化される、システム。

【請求項12】

請求項６において、
前記第３のアンテナビームは、前記干渉源を探索することに加えて、異なる複数の衛星、複数の衛星群、複数の軌道、または複数のノードの間をリダイレクトする通信衛星接続が可能な環境において、同じネットワーク内の切り替えが可能な代替衛星と信号強度との内部モデルをリアルタイムで維持するために使われる、システム。

【請求項13】

請求項１２において、
前記第１のアンテナビームに対して、同じ、またはそれ以下の性能レベルの少なくとも１つの追加された代わりのビームが、少なくとも１つの前記代替衛星に先に接続するために使用され、前記第１のアンテナビームの閉塞または信号が失われた場合の切り替え時間を最小化する、システム。

【請求項14】

請求項１３において、
機械学習されたモデルであって、少なくとも１つの前記代替衛星へ接続する際の信号遮断を緩和するためのモデルを含む、システム。

【請求項15】

請求項６において、
前記干渉低減装置は、地上ネットワークおよびハイブリッド衛星地上ネットワークにおける干渉を緩和するように構成されており、前記地上ネットワークおよびハイブリッド衛星地上ネットワークは、同じまたは異なる衛星、衛星群、軌道、ビーム、または周波数を持つアクティブな接続が、サービスレベルアグリーメント（ＳＬＡ）に基づいた異なる通信目的のために、コストと時刻により優先的にデータを取り扱うために、または、５Ｇを含む３ＧＰＰスタイルのネットワークにおけるリンク管理のために割り当てられているネットワークを含む、システム。

【請求項16】

請求項６において、
フェイズアレイを構成する複数のレンズ素子を有し、各々の前記レンズ素子は、複数の目的の方向の１つに対し前記第１のアンテナビームおよび前記少なくとも１つの第２のアンテナビームのいずれかをそれぞれ形成する複数のフィード素子を含む、システム。

【請求項17】

請求項１６において、
前記第３のアンテナビームを形成する、前記フェイズアレイの領域を構成する前記複数のレンズ素子からなるアレイのサブセットを含む、システム。

【請求項18】

請求項１において、
受信された前記第１のアンテナビームからの情報が、送信アンテナの送信放射特性を制御するために使用される干渉が最小化される、システム。

【請求項19】

請求項１ないし１８のいずれかにおいて、
前記干渉低減装置は、位相調整器および振幅調整器と、前記第１のアンテナビームの位相および／または振幅を調整するように前記位相調整器および前記振幅調整器を制御するコントローラとを有する、システム。

【請求項20】

請求項１９において、
前記干渉低減装置は、前記第２のアンテナビームの少なくとも１つの特性を検出するための検出器をさらに含み、前記コントローラは、検出された少なくとも１つの特性に基づいて前記位相調整器および前記振幅調整器を制御する、システム。

【請求項21】

多数のビームを用いるアンテナシステムを動作させるための方法であって、
目的の信号であって、その信号源の位置が時間と共に変化する目的の信号を継続的かつ動的に追跡する第１のアンテナビームを形成することと、
潜在的な干渉源を含み、前記目的の信号の信号源の位置に対して時間とともに変化する他の位置にある干渉源からの、前記目的の信号と干渉する少なくとも１つの干渉信号を継続的かつ動的に追跡する第２のアンテナビームを形成することと、
前記第１のアンテナビームの振幅および／または位相を調整し、前記目的の信号から前記少なくとも１つの干渉信号を差し引きまたはキャンセルすることにより、前記目的の信号のビームチャネルまたはパス内の変動する干渉を動的に除去または低減することとを有する、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の説明）
本出願は、２０１８年３月９日に出願された米国仮特許出願第６２／６４０，９６０号の利益を主張するものであり、その全内容は、本明細書に参照として組み込まれる。

【0002】

（発明分野）
本発明は、干渉信号を低減するための方法およびシステムに関するものであり、特に、所望の（希望する）および／または干渉する信号の位置が、対象となるアンテナ端末のローカル座標に対して時間的に変化する環境において、衛星通信または地上通信のための１つ、またはそれ以上の独立した動的または継続的な追跡ビームを有するアンテナ端末を行き来する干渉信号を低減するための方法およびシステムに関するものである。

【背景技術】

【0003】

アンテナ通信端末における干渉は、同一チャネルのものであろうと、または主偏波源（co-polarized sources）あるいは交差偏波源（cross-polarized sources）からの隣接チャネルのものであろうと、さらに、それらの発生源が空間的に同じ方向にあるか、異なる方向であろうと、目的の信号（希望する信号、所望の信号、desired signal）を劣化させ、サービス品質を制限し、それらは、信号対ノイズに干渉を加えた比（Ｓ／（Ｎ＋Ｉ））、ビットエラーレート（ＢＥＲ）、およびｂｉｔｓ／ｓｅｃｏｎｄ／Ｈｚとして通常表示されるチャネルの帯域当たりのデータレートといった実効スループットまたは周波数利用効率などの指標で与えられる。同様に、望ましくない方向への端末からの信号の送信は、端末に対して移動しているように見える衛星や他のノードなどその他のシステムへの干渉を引き起こす可能性がある。このような干渉は、衛星および地上（地球上の）通信システムにとって問題となり得る。

【0004】

目的の信号の見かけ上の位置またはビームの指向方向が相対的に静的である、または時間的に安定している従来のシステムにおいては、文献および先行技術で、この課題には相当な注意が払われてきた。一般的な技術は、例えば、リフレクタアンテナ内の１つまたは複数の補助フィード、同じアンテナ内の交差偏波ポート、多重ビームアンテナの別のビーム、広い角度をカバーする低利得アンテナであれば別のより小さいアンテナ、あるいは、干渉源が静止衛星や他の地上の発信源であれば、その方向に向けてビームが向けられている別の指向性アンテナなどの、１つまたは複数の補助アンテナから干渉信号の１つまたは複数のサンプルを収集することを含む。

【0005】

補助ポートまたはアンテナからの干渉信号は、例えば、既知の信号相関法、または基本的には同等のデジタル処理システムであるが干渉波形の変調から干渉波形を識別する方法により、目的のチャネルに存在する干渉信号と比較される。次いで、目的のチャネル内の干渉信号に少なくとも一部が一致すると、サンプル信号を、例えば、振幅を加重したり、位相を反転したりするような方法で所望のチャネル内に導入するか、デジタルビーム形成システムにおいて、そのサンプル信号が、コンピュータで数値処理され、目的のチャネル内の干渉信号を効果的に「減算」するか、または少なくとも部分的にキャンセルする。このキャンセルは、アナログ手段またはデジタルドメインで実現されてもよく、無線周波数（ＲＦ）、中間周波数（ＩＦ）、またはベースバンドチャネルでも実現可能である。

【0006】

サンプリング、クロスカップル、干渉を低減する処理についての技術は例えば、米国特許第３，９６３，９９０号、第６，８８２，８６８号、第７，３３６，７４５号、第６，７４５，０１８号、第８，１２１，５５０号、および第７，１２３，６７６号に記載されているであろう。また、サンプリングおよびクロスカップルキャンセリング（飛び越し結合の消去）は、送信機から受信機への帯域内リークをキャンセルするためも使用されており、例えば、米国特許第５，４４４，８６４号および第５，１２５，１０８号、ならびに米国特許公開第２００４／０１０６３８１号にも示されている。

【0007】

いわゆるスマートアンテナまたはアダプティブアンテナ（適応型アンテナ）はフェーズドアレイ（位相配列）または多重アンテナに適用でき、アンテナは干渉信号からの情報を利用して放射パターンを調整し、干渉方向へのパターンをなくしたり、または部分に無くしたりすることができる。１９７６年９月刊行のアンテナおよび伝播に関するＩＥＥＥ文献第２４巻、５版を参照されたい。これらは、敵対的な干渉者（例えば、ジャマー）が通信またはレーダ感度を低下させるようなシステムで提案され、使用されてきた。

【0008】

アンテナは、多重ビームネットワークに接続された複数の素子の配列（アレイ）を用いることにより、多重ビーム（複数のビーム）を形成することができる。アナログ多重ビームネットワークの例としては、バトラーマトリックス（Ｊ．Ｌ．バトラー、Ｒ．ロウ「Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃａｌｌｙ Ｓｃａｎｎｅｄ Ａｎｔｅｎｎａｓ」（１９６１年４月１２日発行、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ第９巻））、またはロットマンレンズ（Ｗ．ロットマン、Ｒ．Ｆ．ターナー「Ｗｉｄｅ－Ａｎｇｌｅ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｌｅｎｓ ｆｏｒ Ｌｉｎｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（ＩＥＥＥ文献Ａｐ-１１号）１９６３年１１月）、および、他の多重ビームアンテナ（Ｒ．Ｃ．ハンセン「Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ」（ワイリー、２００９年）、およびＲ．Ｊ．メイロー「Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」（アーテックハウス２０１８、第３版））を含み、複数のポートを切り替えることにより、アンテナの指向（ポインティング）を最適化して、信号対干渉および熱雑音の比を最大化している。

【0009】

また、デジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）技術を用いて多重ビームを得ることもできる（Ｈ．ステイスカル「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ａｎｎｔｅｎａｓ、ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」（マイクロウェーブジャーナル、１９８７年１月号、１０７－１２４ページ））。ＤＢＦアンテナは、信号情報を数値処理することで、複数のビームを同時に形成することができる。当技術分野で知られている１つの例示的な技術では、受信された信号は、複数のアレイ素子のそれぞれでサンプリングされ、アナログ－デジタル変換（ＡＤＣ）される。デジタル化されたサンプルは、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて数値的に処理され、アレイ素子の数と同じだけの同時発生する有効なビーム位置を生成することができる。また、ＤＢＦは、当該技術で知られているように、送信アンテナにも適用でき、デジタル送信情報（例えばベースバンド信号）を処理し、デジタル－アナログ変換（ＤＡＣ）を実行し、結果として得られるアナログ信号をＲＦ周波数にアップコンバートし、増幅器を介してこれらを送信アレイ素子にルーティング（経路を介して供給）することができる。

【0010】

アダプティブアレイアンテナは、複数の素子における振幅および位相の加重を動的に調整し、それらのベクトル和の、例えば、干渉者または干渉されたノードの方向のサイドローブエネルギーを減少させることによって、干渉の影響を最小化する最適化されたパターンを生成してもよい。

【0011】

この概念の延長線上には、ＭＩＭＯ（多入力多出力、ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれるアンテナのクラスがあり、多重到達経路角を通過した無線信号に適用でき（米国特許第５，５１５，３７８号およびＪ．リトバ「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」（アークテックハウスモバイルコミュニケーションズ、１９９６年８月３１日号））、ＭＩＭＯシステムは、異なる方向および／または偏光からの複数の信号を処理し、最適化された出力信号、あるいは「最良の」出力信号を生成する。これらは、多重アンテナ素子および多重ビームアレイ技術に主に使われる。

【0012】

上記の先行技術は、静止衛星と通信する静止または固定された端末プラットフォームのように、目的のビームと潜在的な干渉者との間の角度関係が比較的安定している端末および通信環境について概ね記述している。ＭＩＭＯシステムにおいても、無線通信のためには、基地局のように、少なくとも１つのプラットフォームは固定されており、そこで、いくつかの方向にビームを形成する多重経路を通過した信号をセクタ化することにより、システムの容量を増加できる（Ｄ．イン「Ｓｕｂ－Ｓｅｃｔｏｒ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ Ｆｅｅｄｂａｃｋ ｆｏｒ Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ ｗｉｔｈ ２Ｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙｓ」テキサス州オースチンにおける２０１４年１２月の２０１４年ＩＥＥＥグローバルコミュニケーションカンファレンスで発表）。

【発明の概要】

【0013】

完全に動的な、または時間変化する干渉環境においての干渉を緩和することはほとんど問題とされてこなかった。独立した多重ビーム（複数のビーム）による継続的なビーム走査を必要とする様々な動的な時間により変化する環境における干渉を緩和するための方法と設計アーキテクチャが求められている。これらは、例えば、固定通信プラットフォームであって、トラフィック（通信往来）が複数の異なる衛星および／またはオペレータ（交換機）間でルーティングされる衛星ローミングアプリケーションの場合のように、リンクを形成するアンテナビームまたは複数のビームが、ある衛星から他の衛星に再割り当てされてもよい場合、静止衛星と通信する移動プラットフォームであって、目的の方向と干渉する方向が絶えず変化する場合、移動または固定プラットフォームであって、低軌道または中低軌の空を横切る非静止衛星と通信する場合、および、移動または固定プラットフォームであって、アンテナシステムが、そのビーム方向を継続的に変化させ、接続を捕捉、追跡、維持することにより所望のリンクを維持する。ここで、信号の捕捉および追跡とは、アンテナビーム方向を変更するためのモノパルスまたはビーム位置ディザリングなどの既知の方法を意味し、そこではアンテナ端末の制御システムが、目的の信号の受信信号強度の最大化を試みる。潜在的な干渉者（インターフェアラー、干渉するもの、干渉対象、干渉）は、それが宇宙からのものであろうと地上からのものであろうと、複数の異なる方向から発生する可能性があり、通信端末は、静止または移動する干渉源が存在する中で、目的の信号を追跡することを含めて、上記のシナリオの組み合わせで用いられることがあり得る。

【0014】

本発明は、複数のアンテナ端末に対する、および、アンテナ端末からの干渉信号を低減するための方法およびシステムに関連するものであり、目的の信号および／または干渉信号の位置が、対象のアンテナ端末のローカル座標に対して時間的に変化する環境において、衛星通信または地上通信のための１つまたはそれ以上の独立した動的または継続的な追跡ビームを有するものでる。本発明は、より具体的には、目的の信号源および干渉源を継続的に追跡し、その信号を継続的に処理することにより、対象となるアンテナに対する、およびアンテナによる干渉を低減するためのシステムおよび方法に関する。

【0015】

本発明は、多重ビームを形成可能な複数のアンテナに関し、各ビームは、様々な角度方向に、独立して、そのビームを継続的に追跡または指向することができるものである。第１のビームは、目的（所望、希望）のソース（信号源）またはノードからの信号を継続的に追跡し、受信（ダウンリンク）するものであり、ノードは、例えば、衛星または地上ノードなどであり、アンテナに対して、概ね見かけ上の動きを有するものである。第２のビームは、有害な複数の干渉信号を継続的に追跡し、受信するものであり、この干渉信号は複数の異なる方向から発生する可能性がある。第２のビームの信号は、第１のビームの信号と動的に結合され、干渉をキャンセルしたり、または大幅に低減する。少数のビームに基づく実施例で説明される原理は、多くのビームおよび干渉者に、そのまま拡大適用されてもよい。

【0016】

本発明のこれらおよび他の目的、ならびにその意図された利点の多くは、添付の図面と併せて以下の説明を参照すると、より容易に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の１つの実施形態に従った動的ビーム追跡システムを示す。

【0018】

【図2(a)】図２（ａ）は、図１のシステムを２つの独立したビームにより示す。

【0019】

【図2(b)】図２（ｂ）は、受信（Ｒｘ）および送信（Ｔｘ）のシステム概念を示す。

【0020】

【図3】図３は、本発明の１つの実施形態に従う、単純化した干渉低減処理装置を示す。

【0021】

【図4】図４は、このシステムの作動のフローチャートである。

【0022】

【図5】図５は、複数のキャンセル経路を一般化して示す。

【0023】

【図6】図６は、干渉者をマッピングおよびモニタリングするために連続して走査する方法を示す。

【0024】

【図7】図７は、追加のビームを獲得するための代替的な方法のための動的に分割（セグメント化）されたアレイを示す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図面に示された本発明の例示的で非限定的な好ましい実施形態を説明するにあたり、明瞭化のために特定の用語が使用される。しかしながら、本発明は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図するものではなく、それぞれの特定の用語は、同様の目的を達成するために類似の方法で動作するすべての技術的等価物を含む。本発明のいくつかの好ましい実施形態が例示目的のために記載されているが、本発明は図面に具体的に示されていない他の形態で具体化されてもよいことが理解される。

【0026】

図１は、本発明の１つの例示的な実施形態に従ったアンテナビーム追跡システム１００を示す。システムは、ここでは受信（Ｒｘ）またはダウンリンクのケースで記載されており、Ｍ本の入力ビーム１１２と、Ｎ個の素子１１４（例えば、アンテナ）とを備えたＲｘビーム形成ネットワーク（ビームフォーミングネットワーク）１１０を含む。ビーム形成ネットワーク１１０は、適切なネットワークであればよく、限定されない。例えば、アナログシステムの場合、ビーム形成ネットワーク１１０は、当技術分野でよく理解されているバトラーマトリクスおよびロットマンレンズネットワークであってもよい。また、ビーム形成ネットワーク１１０は、例えば、複数のフィード素子を有するリフレクタまたはレンズのようなＲＦまたはマイクロ波光学系であってもよく、複数のフィード素子（給電素子）の各フィードは、異なる角度方向に別個のビームを生成する。米国特許第１０１６０５１号には、複数のレンズ素子のフェーズドアレイを備えた多重ビームシステムの例が開示されており、レンズ素子のそれぞれが複数のフィードを有する。各レンズにおける対応するフィードは、適切な時間遅延または位相シフトとともに配列されており、独立して操作可能な複数ビームを形成する。

【0027】

ビーム形成ネットワーク１１０は、直接放射する複数の素子のフェーズドアレイであってもよく、各素子は、２つまたはそれ以上のビーム形成ネットワークへ供給する電力分割装置（パワーディバイダ）を有し、それぞれが素子に対して位相または時間遅延を適用することにより、２つまたはそれ以上のビームを独立して操作する。図２に、追跡システム１００を示しており、目的のソースＳと通信する第１のビーム（Ｂｅａｍ１）１１２を含む多重ビームアンテナ１１４を有する。

【0028】

ビーム形成ネットワーク１１０は、フェーズドアレイであってもよく、デジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）が組み込まれていてもよい。受信ビーム形成ネットワーク１１０には、ＲＦモジュールが組み込まれていてもよく、それは（必ずしも必要ということではないが）、増幅器と、ミキサー（混合器）と、ダウンコンバーターと、それに続くアナログ／デジタル変換器とを含んでいてもよい。デジタル化された信号は処理され、あるだけの複数の素子と同数の連立したビーム（同時到来のビーム）を表す複数のデジタル信号を形成してもよい。複数のビームの方向に関する情報、特に、１つまたはそれ以上の目的のビームの方向は、送信アレイのデジタル信号に適用でき、それらはデジタル－アナログ変換され、複数の送信素子に送信される。ＤＢＦは、レーダや他の用途での技術分野で知られている（Ｊ・リトバ、Ｔ・ロウ「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｉｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」（アーテックハウス、１９９６年））。

【0029】

このように、本発明は、多種多様なビーム形成ネットワーク１１０に利用することができ、従って、単なる説明のために本明細書に記載された例に限定されることを意味しない。

【0030】

図１にさらに示されているように、アンテナ１１４に対するソースＳの見かけ上の位置は、時間と共に変化してもよい。従って、例えば、時刻ｔ１における目的の信号はＳ（ｔ１）である。干渉源Ｉ（ｔ１）は、時刻ｔ１において存在してもよく、Ｓ（ｔ１）と同位置に（例えば、直交偏波上に）あってもよく、または異なる角度位置にあってもよい。時間が経過した後の時刻ｔ２において、第１の追跡ビームはビームの指向角を変化させて目的の信号源との接触を維持し、目的の信号Ｓ（ｔ２）のためにビームを向ける。また、干渉源Ｉ（ｔ２）は時刻ｔ２に存在してもよい。この干渉源Ｉ（ｔ２）は、移動した同じ干渉源であってもよく、別の干渉源であってもよい。

【0031】

図２（ａ）は、簡単なケースを示しており、多重ビームネットワーク１１０はアンテナ１１４において２つの独立したビームを形成する。このようなことは適切な方法のいずれかで行うことができるが、一般に、フェーズドアレイの変形例が含まれていてもよく、多重ビーム形成回路、またはバトラーマトリックス、ロットマンレンズ、あるいはデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）ネットワークなどのネットワークを備えていてもよい。また、ビーム形成ネットワーク１１０と通信する干渉低減処理装置１５０が提供される。干渉低減処理装置１５０は、ビーム形成ネットワーク１１０から第１のビームおよび第２のビーム１１２、１１３を受信し、出力１５２を生成する。ここで示したケースでは、信号Ｉの方向の干渉源を継続的に追跡して指向するアンテナシステムにより第２のビーム（ビーム２）が形成され、時間により変動する干渉がＩ（ｔ２）と指定される。第１のビーム（ビーム１）および第２のビーム（ビーム２）の信号は、干渉低減処理装置１５０に供給される。

【0032】

図２（ｂ）は、受信（Ｒｘ）および送信（Ｔｘ）システムの概念を示している。左側は、図１および図２に示したように、時間の経過と共に位置が変化する目的の信号源からの信号を受信する受信システムである。受信信号による情報は、図示された送信ビーム処理装置などの処理装置１６５によって処理される。その情報は、処理装置１６５から、右側の送信アンテナシステムの干渉低減処理装置１６０に送信されて、犠牲ノード（犠牲者、犠牲者ノード、ビクティムノード）の方向への送信電力または放射電力を低減し、または効果的に除去する。この犠牲ノードは、例えば、同じ軌道上の隣接した衛星であってもよく、受信システムに干渉信号を送っている衛星であってもよい。

【0033】

図２（ｂ）に示される受信および送信システムは、いくつかの形態をとることができ、通常は位置が同じであってもよく、例えば、陸、空、海の乗り物などの移動プラットフォームに搭載されてもよく、さらには衛星に搭載されてもよい。それらは、送信（Ｔｘ）および受信（Ｒｘ）の単一フェーズドアレイ、または二重のＴｘおよびＲｘ素子とフィルタとを有するＲＦ光学システムを構成してもよい。それらは、さらに、別個ではあるが隣接したＴｘおよびＲｘ開口（アパーチャ）を構成してもよい。Ｒｘアンテナからの情報は、アナログビームフォーミングネットワークからであろうとデジタルビームフォーミングネットワークからであろうと、Ｔｘビームの形状および／またはサイドローブを変更するために用いられ、犠牲ノードの方向への信号の送信を低減する。また、送信アンテナと受信アンテナは、同じアンテナ素子であってもよい。

【0034】

図３は、本発明の１実施形態による干渉低減処理装置（干渉低減プロセッサ、インターフェアレンスリダクションプロセッサ）１５０を示し、図４は、干渉低減処理装置１５０の処理２００の概略を示し、目的のアンテナポートにおける干渉を識別してキャンセルまたは低減する。処理装置（プロセッサー）１５０は、制御装置（コントローラ）１５９と、可変振幅制御（例えば、可変減衰器）１５３と、位相シフタ１５４と、増幅器１５５と、フィルタ１５６と、検出器１５８とを含む。減衰器１５３、位相シフタ１５４、増幅器１５５およびフィルタ１５６は、共に干渉低減回路を形成する。

【0035】

処理装置１５０は、ビーム形成ネットワーク１１０からＭ本のビーム１１２、１１３を受信する。このため、ステップ２０２において、処理装置１５０は第１のビーム（ビーム１）を継続的に走査して捕捉し、目的の（希望の、所望の）リンクソースＳ、例えば衛星または地上のノードを継続的に受信するとともに追跡する。ステップ２０４において、処理装置１５０は、第２のビーム（ビーム２）１１３を走査して、第２のソース（ソース２）からの潜在的に有害な同一チャネルまたは隣接チャネルの干渉信号を捜し、受信する。ここで、第２のビームは、第１のビームに対する同一偏波であっても、交差偏波であってもよい。従って、図２の２本のビーム例に関して、第１のビーム信号１１２、第２のビーム信号１１３は、ＲＦ周波数であってもよく、または、図３においてダウンコンバートされたものであってもよく、それぞれのダウンコンバーターによって中間周波数へ、例えばトランスポンダチャネル１５２、１５７を表すようにダウンコンバート（周波数変換）されてもよい。ここではダウンコンバージョン（周波数変換すること）を例に挙げているが、元のＲＦ周波数で処理を行ってもよい。

【0036】

ステップ２０６において、処理装置１５０は、第２のビームの信号１１３からの干渉信号を振幅１５３および位相１５４を変えて入力１５２および１５７において第１のビームのポートで結合する。結合された信号は、干渉信号のサンプルを含む。処理および結合は、ＲＦ、中間周波数、またはベースバンドのアナログまたはデジタルドメインで行うことができる。制御装置１５９は、このサンプルの振幅および位相を調整して、受信出力における干渉の存在を除去または低減する。干渉装置１５０による調整は、動的および継続的に適応できる。

【0037】

ステップ２０８において、キャンセル用の情報は、第２のビームの干渉信号の相対的な振幅および位相を含み、信号をキャンセルできるようになるまで制御システムまたはフィードバックシステムによって可変である。この情報は、アナログ信号の形であってもよく、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）とデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）とを用いたデジタルビームフォーミングの場合には、デジタル信号の形であってもよい。これらの情報は、第１のビームの目的の信号のものと比較されてもよく、フィードバックループ内で使用されて、干渉を動的に低減することができる。同じ振幅および位相の情報は、干渉信号の到来方向に基づいて、送信信号の周波数に転送され、それを振幅と位相分布との調整に用いてもよく、それにより同位置の送信アンテナの放射パターン形状とサイドローブとを調整してもよく、アンテナは図２（ｂ）に示すように転送機能のための増幅器を含む全ての要素を備えていてもよい。

【0038】

送信アンテナは別個のアンテナであってもよく、全体が受信アンテナと同じ構造であってもよいが、周知の原理に従って送受信動作を行うように構成される。干渉信号の強さが第１のビームのポート１１２の検出器１５８によって検出されると、フィードバックループにより、制御装置１５９にフィードバックされる。そして、制御装置１５９は、クロスカップリングの振幅１５３と位相１５４とを調整し、干渉が最小となるようにする。フィードバックループは、干渉電圧（またはデジタルの等価物）の振幅と位相を調整し、１５２内の第１のビームの目的の信号に結合されたときの干渉のキャンセル効果により、検出器１５８の出力１５１における信号対雑音および干渉比（すなわち、Ｓ／（Ｎ＋Ｉ））を最大化する。検出器１５８は、Ｓ／（Ｎ＋Ｉ）比がさらに改善できなくなるまで、このループを継続する。このループは、継続的に行われ、目的の信号を動的に調整してもよい。

【0039】

このプロセスは動的であってもよく、干渉信号がリアルタイムの継続的なビーム追跡と組み合わされ、時間変化と共に、または動的に干渉低減をもたらしてもよい。さらに、ここでは中間周波数で実装する例を示しているが、このような回路は、ＲＦおよび／またはデジタルドメインにおいて実装可能であり、例えば、アナログ－デジタル変換し、波形またはビットストリームを比較、相関関数を用いて、キャンセルを有効にしてもよい。

【0040】

対象のアンテナ端末１００は、移動または固定プラットフォーム上にあってもよく、静止衛星、非静止衛星、および地上通信ノードを含むソース（信号源）Ｓまたはノードと接続されていてもよい。本発明は、潜在的に有害な干渉源に対し、目的の信号の近傍の角度空間を継続的に走査するとともに、１つまたはそれ以上の所望の信号を動的に追跡する。干渉源は、対象となるアンテナプラットフォームに対して相対的に移動しているように見えてもよく、それは、モバイルプラットフォームが動いているか、非静止衛星が軌道上を動いているなどプラットフォームに対して移動することによりプラットフォームに対してソースが相対的に動いているか、ソースとプラットフォームの両方が移動しているか、または固定アンテナであっても、ビームがローミングアプリケーションのために他のノードにリダイレクトされている場合などがある。

【0041】

本発明においては波形相関を含む様々な手段によって受信された干渉信号を識別し、典型的には、変調またはデジタルドメイン処理の技術分野では既知の信号畳み込み技術を用いる。

【0042】

システムが干渉信号を識別すると、干渉信号を目的のチャネルのそれと組み合わせて、目的の１または複数のチャネルへの干渉をキャンセルまたは低減する。キャンセルすることは干渉信号を差し引くことであり、干渉信号は適切な振幅および位相で入力１５２に挿入されてもよく、ＤＢＦのケースでは、数値計算により減算してもよい。

【0043】

さらに、潜在的な干渉位置を追跡することで得られた情報によって、送信アンテナパターンを動的に調整し、他のシステムの方向に干渉を引き起こす可能性があるように送信されてしまう信号を最小化してもよい。端末は、当初は干渉信号の到来方向に関して先験的な情報を有しなくてもよい。このため、アルゴリズムにより、第２のビーム１１３の方向を所定の角度範囲から、目的のビームの方向から徐々に離れる方向に、さらに、広げて、半球全体またはそれ以上の範囲にわたるように、系統的に（組織的に）制御してもよい。

【0044】

例示的な１つの実施形態では、各ビームスキャン方向において、干渉低減処理装置１５０は、干渉信号の存在および振幅をコントローラ１５９で検出し、それを所定の閾値と比較する。干渉が閾値以上である各ビーム方向において、例えばコンピュータプロセッサなどの処理装置は、干渉を入力１５７でサンプリングし、干渉および対応するビーム方向を格納する。次に、処理装置は、フィードバックループを介して制御のために格納された、最も強い干渉信号の方向に第２のビームを向け、そのビームを追跡して更なる信号キャンセル処理を行う。入力１５７における干渉信号は、無関係なノイズを低減するために再構成可能なフィルタ１５６、さらなる処理のためにサンプルの振幅を増加させるための増幅器１５５、サンプルの位相を変化させるための位相遅延１５４、およびサンプルの振幅１５３を微調整するための減衰によって、処理されるが、これらの処理ステップは制御装置１５９により制御される。結合器は、処理された干渉信号を、目的の第１のビームと入力１５２において代数的に加算する。

【0045】

電子ビーム走査システムや、ほとんどの実用的な移動または非静止衛星環境にとっては、この処理は十分に迅速であり、目的の信号と不要な信号のビーム方向とを短い時間間隔で記録することにより、干渉をより迅速に特定することができる。

【0046】

図５に示すように、本発明は２つ以上のビームに適用することが可能であり、いくつかの目的のビームといくつかの干渉源との間でクロスカップリングが行われるが、ここでは、２つの干渉者（インターフェアラー、干渉するもの、干渉源）を例に示している。さらに、キャンセル処理は、一般的に同じプラットフォーム上の同じ開口（アパーチャ）、または近くの別の開口のいずれかにあるアンテナの送信機能に情報を送信して、送信パターンを調整し、同じ位置にある送信アンテナから送信されてしまう放射を緩和して、隣接する衛星などの受信ノードの方向への放射を抑制する。例えば、干渉信号Ｂ２およびＢ４が、目的のビームＢ１およびＢ３に対し隣接する衛星からのものである場合、Ｂ２およびＢ４の方向が判明し、この情報を用いて、受信アンテナ機能Ｂ１およびＢ３と同位置に配置された送信アンテナのサイドローブパターンを修正して、アップリンク（送信）を低減することができる。全ての場合において、この一般的な処理は、アナログビーム形成アンテナにおいても、デジタルビーム形成ネットワークにおいても、それぞれの領域における適切な工程を用いることにより適用できる。

【0047】

予め判明している目的のターゲット位置に対して干渉者の数と方向が予め判明している構成に加え、本発明は、２つのビームと２つの干渉者について示した図５の方法から、３つあるいはそれ以上のビームを有するシステムに拡張してもよく、その場合、第１のビームが目的のソース（信号源）またはノードからの信号を継続的に追跡して受信（ダウンリンク）する。ここでは、同じまたは異なる性能の第２のビームが、第１のビームの放射パターンを分かっている状態で、視野全体を継続的に走査して、潜在的な干渉源をリアルタイムで探索し、さらに、存在する干渉源を深刻度の順に継続的に走査して追跡するために同じまたは異なる性能の指向性のビームを追加して割り当ててもよい。すなわち、最も強い位置にある（最も強い存在の）干渉者による干渉をキャンセルするために第３のビームを用いてもよく、二番目に強い位置にある（２番目に強い存在の）干渉者による干渉をキャンセルするために第４のビームを用いてもよく、さらに同様に処理してもよい。

【0048】

図５は、多数の目的のビームおよび多数の干渉者１５０に対する本発明の概念を示す。ここでは、Ｂ１およびＢ３が、２つの目的の信号（所望の信号）およびビームの経過を、Ｂ２およびＢ４が干渉者に向けられたビームを、時間の関数として表す。また、回路の構成素子１５３から１５６は、図５の回路にも含まれるが、図を簡易化するために示していない。当然ながら、システム１００は、多重ビームアンテナの多数のポートを使用することにより、より多くのビームを利用できる。全ての場合において、ユーザから入力なしに、ビーム走査と干渉低減とを時間の関数として継続的に行うことにより、リアルタイムで動的に干渉を低減することができる。

【0049】

図６は、本発明を一般化して、多数の角度に存在する干渉源に対応した様子を示すものである。ここでは、Ｓは目的の信号を表し、Ｉ１、Ｉ２、、、ＩＮは、信号Ｓの周囲に分布する角度位置にある強度と位置とが未知の複数の干渉源を示す。アンテナは、直に通信のために第１のビームＢ１、すなわち、目的の信号源Ｓを追跡し、さらに、第２のビームＢ２を指定された走査パターンで継続的に走査するが、ビームＢ２は、ビームＢ１とは異なる性能を有してもよく、同じアンテナ開口により生成されてもよい。

【0050】

このように、実施形態の１つでは、例えば、時刻ｔ０にビームＢ２（ｔ０）を形成し、時刻ｔ１にビームＢ２（ｔ１）を形成するというように繰り返す。各段階において、ビームＢ２がどのような方向に向けられていようとビームＢ２から受信された信号は検出され、目的の信号Ｓに対し潜在的に干渉し得る信号源としての所定の閾値レベルと比較される。次に、これらの干渉者の候補の特性は、各干渉ビームの信号出力１５２および１５７に接続された処理装置に記録され、走査が継続される。１またはそれ以上の干渉源が追跡され、ビームの方向と干渉レベルが、ビームＢ１の既知の放射パターンとサイドローブ特性を踏まえて、目的の信号Ｓに対する閾値レベルを超える干渉レベルであれば格納される。システムは、図１から５のシステムと方法とを使用して、干渉を緩和するためのアクションを取ることができる。

【0051】

図７は、本発明の実施形態の１つに従ったアンテナアレイ装置２５０を示す。アレイアンテナが２つのビームのみをサポートする場合は、低利得の２次ビームを生成するために幾何学的に異なる領域に分割（セグメント化）され、１つ以上の干渉者Ｉ１の追跡を可能とし、さらに、第２の干渉者Ｉ２の追跡およびキャンセルも可能になり、あるいは連続した走査により周囲の環境を監視することが可能になり、これらを、１次ビームおよび目的の信号の性能を変えることなく行うことができる。

【0052】

ここで、アンテナアレイ装置２５０は、アレイ領域２５２と、第１のアンテナアレイ領域２５４と、第２のアンテナアレイ領域２５６と、第３のアンテナアレイ領域２５８とを含む。アレイ領域（配列領域）２５２（大きな破線で示す）は装置２５０のためのアレイ領域全体を形成し、第１、第２および第３のアンテナアレイ領域（アンテナ配列領域）２５４、２５６および２５８（小さな点線で示す）を含む。アレイ領域２５４、２５６および２５８を一緒にしたものは、アレイ領域２５２全体と同じである。全体のアレイ領域２５２は、目的の信号Ｓと通信するビームＢ１（第１のビーム）をサポート（支援、対応）する。全体のアレイ領域２５２を構成する複数の素子は、２つのビームのそれぞれに寄与するようサポートしており、全体のアレイがビームＢ１に寄与するとともに、全体のアレイ２５２は、第２のビームを生成する目的で、ケースに応じて、アレイ領域２５４、２５６および２５８に分割できる。第１のアレイ領域２５４は、全体のアレイ領域２５２の約２分の１を含み、干渉者Ｉ１を追跡するビームＢ２（第２のビーム）をサポートする。

【0053】

第２および第３のアレイ領域２５６および２５８は、合わせて、全体のアレイ領域２５２のその他の約２分の１の部分を占める。第２および第３のアレイ領域２５６および２５８の各々は、全体のアレイ領域２５２の約４分の１を占める。第１、第２および第３のアレイ領域２５４、２５６および２５８の各々は、正方形または長方形の形状で示しているが、任意の適切なサイズおよび形状であってもよく、全体のアレイ領域２５２についても同様である。第２のアレイ領域２５６は、連続した走査を実行するビームＢ３をサポートする。第３のアレイ領域２５８は、干渉者Ｉ２を追跡するビームＢ４をサポートする。

【0054】

第１、第２および第３のアレイ領域２５４、２５６、２５８の各々は、１つまたはそれ以上の素子（図示せず）を有し、素子は例えば図１のアンテナ素子１１４である。実施形態の１つでは、領域２５４、２５６および２５８のそれぞれが、複数の素子を有する。それらの素子は、そのそれぞれのアレイ領域２５４、２５６および２５８の信号通信をサポートする。これらの開口（アパーチャズ）の面積（領域）は、利用可能な総面積、目的の信号の受信感度と送信特性、および予想される干渉のレベルを勘案しながら選択されなければならない。異なるサイズの領域は、処理装置１５０により制御されてもよく、全ての開口が接続されている複数のサブセットのいずれかを選択することにより、信号を受信し、目的のビームおよび干渉者の数と相対的な強度に対応できる。

【0055】

上述したように、領域２５４は、領域２５６および２５８よりも大きく、干渉者Ｉ１に対応しており、この干渉者は、ビームＢ３によって追跡される干渉者Ｉ２よりも強い。アレイ内の複数の領域の配置および分布はユニークである必要はなく、本発明の基本的な原理を変更することなく、開口（開口アンテナ、アンテナ開口）についての様々な異なる幾何学的な区分け（複数のセグメント）が選択されてもよい。アレイ２５０は、正方形として図示されているが、円形、長方形、または他の任意の形状、平面または非平面であってもよく、そして、複数の第２のビームのための１つまたはそれ以上のセグメント化されたアレイ領域２５４、２５６および２５８は、元となるアレイを分割（セグメント化）する任意の形状または配置であってもよい。アレイ２５０の形状は、１次ビームＢ１の特性、およびそのアレイが必要とされるアプリケーション（用途）により選択される。アレイ２５０内の素子のサイズおよび数は、大きくても小さくてもよいが、数十個から数千個であってもよく、それらは１次ビームＢ１に要求される利得によりドライブ（駆動）される。各領域に使用される素子の数は、特定のアプリケーションのために設計されたアレイにおける素子の総数の範囲内で、１つまたはそれ以上の干渉信号Ｉ１およびＩ２をそれぞれ解消するために必要な利得に基づいて決定される。

【0056】

アレイ装置２５０は、合計２つの独立したビームＢ１およびＢ２に対応（サポート）するＮ個の素子からなる単一のフェーズドアレイ開口であり、それに基づいて、様々な性能の多数のビームをサポートする。すなわち、アレイ内のすべての素子は、ビームＢ１とビームＢ２との両方を生成するために使用される。図７に示す構成では、ビームＢ１は、アレイ２５２全体によって生成され、１つの信号源からのダウンリンク接続のために最大の性能を得る。他の目的のためのより低い性能の複数のビームを同時に使用でき、干渉源（例えば、Ｂ３）をリアルタイムでマッピングするための連続した走査のため、個々の干渉源（例えば、Ｂ４）からの干渉をキャンセルするために用いることができる。走査すること（スキャンニング）は、ビームが、ある角度走査パターン（定期的な走査でもランダムな走査でもよい）で誘導されるように制御して潜在的な干渉者のための探索対象となる角度領域をカバーすることと、各角度からの信号の有無を明らかにするための、パワースペクトル密度、または他の技術的に知られている測定値に注目することとを含む。上記にて確認された角度における信号の有無は処理装置１５０によって格納され、補正されるべき干渉者を識別するために使用される。

【0057】

このため、アレイ装置２５０は、アレイの第２のビームが単一のビーム（例えば、Ｂ２）として動作するように構成することができ、あるいは、動的かつリアルタイムでセグメント化することにより、各セグメントまたは領域２５４、２５６、２５８が、他とは別の独立した、それぞれ独自の開口（アンテナ開口）を形成してもよく、このため、各領域は、簡易な回路でそれぞれ相互に独立して動作可能であり、その結果、アレイ全部（面全体）で３、４、またはそれ以上のビームをサポートするアレイを構築するよりも、全体としては低コストとなるように構成できる。

【0058】

さらに上述したように、領域２５２を構成する複数の素子は、複数の第２のビームを形成する目的で複数の領域２５４、２５６および２５８に分割されているが、より多くの、あるいはより少ない区画を形成してもよい。この区画化（セグメント化）により、領域２５２、２５４、２５６、２５８から同時に送受信ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を形成することが可能であり、各ビームの性能は、それを形成するために使用される領域の大きさに左右される。ビームＢ１は、アレイ全体で生成されるため、最高の利得と性能とを有する。ビームＢ２、Ｂ３、Ｂ４は、アレイのサブセットによって生成されるので、それに応じて利得が小さくなる。各ビームを生成するために用いられる領域は、処理装置１５０によって選択され、１つまたはそれ以上の干渉者の相対的な信号強度に合わせることができる。ビームＢ３は、潜在的な干渉者のための継続的な走査を実行するために使用され、ビームＢ２およびＢ４は、Ｂ３によって見つけられた干渉者Ｉ１およびＩ２をそれぞれキャンセルするために使用される。ビームの領域を別々の独立したセクタに分割することでアレイの構造がより複雑になることはないが、分割するためには追加の機能が必要となる。
アンテナ開口（アンテナアパーチャーズ）

【0059】

本発明は、単一の開口（開口アンテナ）からの複数のビーム（多重ビーム）の生成を可能とするアンテナシステム１００に適用することができる。また、本発明は、図７に示すように、別個に、区分けして配置された複数の副開口（サブアパーチャ）から複数のビーム（多重ビーム）を生成するアンテナシステムにも適用することができる。しかしながら、単一の全開口を使用して多重ビームを形成する多重ビームアンテナの方が優位である。例えば、全開口は、それぞれがビームを生成する２つの副開口（図７に示すように、それぞれが全開口の半分の面積を有する）と比べて、開口全体がターゲットの信号源と通信するために使用されるとすれば、約２倍の信号強度をもたらす。さらに開口全体を使用した場合は、開口の半分が信号源との通信に使用され、開口の他の半分が干渉者のキャンセルに使用された場合と比較し、利用可能な信号対雑音比が増加し、干渉源を削減（減算）しやすくなる。アレイ全体を使用することによりアンテナのベースゲインが増加するだけでなく、ビーム幅も低下でき、どちらも隣接する角度での干渉者の影響を緩和することに役立つ。

【0060】

多重ビームを発生するために、より小さく分かれたサブアパーチャ（サブ開口）ではなく全開口を用いるアンテナにおいて、１つまたはそれ以上の干渉者を緩和するために複数のビームを用いることにより、用意されている領域または資産を全て活用することができ、システムの受信性能を改善できる。これは、移動通信衛星（モバイルＳＡＴＣＯＭ）環境で特に有用であり、そこでは熱雑音で性能が左右され、利用可能な所定の設置済みプラットフォームのサイズにおいてゲイン対雑音温度比を最大化する必要がある。プラットフォームのサイズは、一般的に設置可能な開口部のサイズを制限し、性能に制約を課す。また、分離されたサブ開口では開口サイズが小さく、大きくて高利得の装置よりもダイナミックレンズが小さくなり、干渉除去が難しくなる。隣接する干渉者からの干渉をキャンセルするために１つまたはそれ以上のビームを、全開口型の移動端末に追加することは、装置領域（実装面積）を最大限に利用でき、通信スループット（通信処理能力）を改善するための望ましい方法である。

【0061】

しかしながら、継続的または急速に走査するビームを追加することで、複数の有益な動作または機能が可能になる。第１に、１つまたは複数のビームを追加して用いることにより、時間変動する干渉者をリアルタイムでマップすること（見つけること）ができ、干渉を回避またはキャンセルすることが可能となる。第２に、空で切り替えが可能な衛星を監視することにより、地上の携帯電話通信市場におけるキャリアや電波塔のアグリゲーション（仮想回線化）と同様の機能を可能とし、衛星およびリンクのアグリゲーションが可能になる。利用可能な衛星のリアルタイムの内部モデルを常にアップデートすることで、突然の障害に見舞われた場合でも、新たな接続を最小時間で探すことができる。機械学習とビッグデータ技術を、端末の集合体やネットワーク全体にわたる解析に加えることで、信号遮断との緩和に対するヒューリスティックな（発見的な）モデルを開発することができ、代わりのビームにより先にモデムをロックした状態で切り替える（modem lock prior to a handover）ような特性を可能とし、主ビームのキャリアが失われた場合でも、複数のリンクを同時に維持することなどが可能になる。これらのモデルは、処理装置１５０で作成され、格納できる。このようなモデルの例は、性能に影響を与えるイベント（ハンドオーバー、障害、干渉）のリストを時間および場所と共に格納し、アルゴリズムによりリストのパターンを探して将来のイベントの発生を予測し、それが発生する前に予想されるイベントを補償（相殺、無効化）してもよい。
発明の応用

【0062】

このように、本発明は、動的に時間変化する様々な環境において、干渉を緩和するための設計アーキテクチャおよび方法を提供するものであり、独立した複数のビーム（多重ビーム）による継続的（連続的）なビーム走査を要するものである。これらには、例えば、固定通信プラットフォームであって、リンクを形成するアンテナビーム、または複数のビームが、ある衛星から別の衛星に再割り当てされてもよいものが含まれる。それは、衛星ローミングアプリケーションであってもよく、トラフィックが複数の異なる衛星および/またはオペレータの間でルーティングされるものである。

【0063】

連続的（継続的）にスキャンすることは、フェーズドアレイの位相または時間遅延シフトを変えること、バトラーマトリクスフィードのポート間で切り替えること、ＤＢＦアレイの複数のビームの中から選択することといった、様々な既知の技術を用いることが可能であり、移動プラットフォームであって静止衛星と通信するものにも適用可能であり、そこでは目的の通信および干渉の方向が絶えず変化する。

【0064】

継続的にビームスキャン（走査）することは、移動または固定プラットフォーム通信であっても、低軌道または中軌道に存在するような非静止衛星との通信であり、衛星が空を横切る場合にも適用することができる。

【0065】

継続的にビーム走査すること（連続してビームスキャンすること）は、移動または固定プラットフォームに適用可能であり、ここでは、目的のリンクが継続的に追跡しているものが、宇宙内か地上かにかかわらず、潜在的な干渉者が、異なる方向から発生する。さらに、継続的にビーム走査することは、上記シナリオの組み合わせに適用可能であり、移動しながら、目的のノードを、静止または移動する干渉源と共に追跡することが含まれる。

【0066】

この多重ビームシステムは、地上ネットワークおよびハイブリッド衛星地上ネットワークにおける干渉を緩和するために使用可能であり、例えば、同じまたは異なる衛星、衛星群、軌道、ビーム、または周波数とのアクティブな接続が異なる通信目的のために割り当てられており、それはサービス品質保証（サービスレベルアグリーメント、ＳＬＡ）に基づいてもよく、コストや時刻により優先的にデータに割り当てるためであってもよく、５Ｇを含む３ＧＰＰスタイルのネットワークのようなリンク管理をするためであってもよい。

【0067】

本明細書および特許請求の範囲では、正方形、長方形、平らな、平面の、並んでといったいくつかの幾何学的用語、位置的用語、または相対的用語が使用されていることに、さらに注目されたい。それらの用語は、単に、図示された実施形態に基づく説明を容易にするための便宜上のものに過ぎない。それらの用語は、本発明を限定するものではない。従って、本発明は、それらの幾何学的、相対的、方向性、または位置を示す用語を用いずに、他の方法で記述できることを認識すべきである。さらに、幾何学的または相対的な用語は、正確ではないことがある。例えば、壁は、厳密には長方形ではなくても、例えば、表面の粗さ、製造時の許容される公差などのために、実質的に長方形であるとみなされてもよい。また、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の適切な幾何学的な形状および相対的な関係を示すことができる。

【0068】

本発明のシステムおよび方法は、処理装置１５０、１６０、および／または送信ビーム処理装置などのプロセッサー（処理装置）をさらに含んでもよく、実施形態の１つでは、電子情報源からのデータへのアクセスを可能にするコンピュータソフトウェアによって作動可能である。本発明によるソフトウェアおよび情報は、単一の独立した処理装置内にあってもよいし、他の処理装置のグループとネットワークを構成するような中央処理装置内にあってもよい。ソフトウェアおよび情報は、コンピュータのハードドライブ、または他の適切なデータ記憶装置に格納されてもよい。全ての処理（作動、動作）は処理装置によって自動的に行われ、手動による処理は不要である。従って、別段の記載がない限り、プロセスは、遅延なく実質的にリアルタイムで進み、手動アクションまたは他のユーザ入力は不要である。

【0069】

本発明は、ＰＴＰ（point-point）マイクロ波や５Ｇを含む衛星および地上通信、レーダやリモートセンシング、ジャミングの緩和などに適用することができる。
上記には、目的のビームチャネルまたはパスで、目的の信号を備えた、時間変動する目的の信号源またはノードの位置を、継続的かつ動的に捕捉し追跡する第１のアンテナビームを形成するように構成された干渉低減装置を有し、前記干渉低減装置は、時間変動する干渉源またはノードの位置を継続的に探し、捕捉し、追跡する第２のアンテナビームを形成し、その干渉源またはノードからの干渉信号を処理して、前記目的のビームチャネルまたはパス内の干渉を低減またはキャンセルするようにさらに構成されている、多重ビームアンテナシステムが開示されている。システムは、複数の第１のアンテナビームと複数の第２のアンテナビームとをさらに有してもよい。前記第１のアンテナビームおよび前記第２のアンテナビームは、アンテナ端末の無線周波数、前記アンテナ端末の中間周波数、または前記アンテナ端末のベースバンドで処理されてもよい。前記目的の信号は復調され、アナログドメインまたはデジタルドメインのいずれかで処理され、干渉を低減またはキャンセルされてもよい。多重ビームは、アンテナ素子に適用された複数の位相または時間遅延を可変する回路によって形成されてもよい。前記多重ビームは、バトラーマトリックス、ロットマンレンズ、または、リフレクタまたはレンズおよびフィードのアレイにより形成されてもよい。前記多重ビームは、デジタル領域で形成され、処理されてもよい。前記アンテナは、ＧＳＯ、ＮＧＳＯ、および／または地上波信号および干渉源と通信しているか、またはその存在下にあってもよい。前記アンテナは、固定位置に取り付けられていてもよく、陸、空、海の乗り物などの移動プラットフォームに取り付けられていてもよい。前記干渉低減装置は、振幅減衰器、位相シフタ、検出器およびコントローラを備え、前記検出器は、前記干渉信号の強度を検出し、前記コントローラは、前記振幅減衰器および／または前記位相シフタを制御して、前記第１のアンテナビームの振幅および／または位相を調整して、前記目的のビームチャネルまたはパス内の前記干渉を低減またはキャンセルしてもよい。
上記には、継続的かつ動的に目的の信号源またはノードを捕捉して追跡する第１のアンテナビームを形成するように構成された干渉低減装置を有し、前記干渉低減装置は、近くの角度を連続的にスキャンして、潜在的な干渉源を動的に特定し、定量化する第２のアンテナビームを形成するように構成され、さらに、前記干渉低減装置は、前記第２のビームによって探索された干渉源を継続的に捕捉して追跡する第３のアンテナビームを形成し、前記干渉信号を処理して、前記第１のビームチャネルまたはパス内の干渉を低減またはキャンセルするように構成されている、多重ビームアンテナシステムが開示されている。アンテナビームの数が、アンテナ素子の数と等しいか、またはそれ以下であってもよい。多重ビームは、前記第１のビームがターゲット信号源またはノードとの通信のために使用された状態で、前記第２の通信ビームのための開口を少なくとも２つの探索、追跡、または干渉緩和ビームに細分化することによって形成されてもよい。主要なサイドローブの強度および方向を含む、前記第１のビームの放射パターンの情報が、当該システムにより蓄積され、前記第１のビームに対する予測される影響に基づく、潜在的な干渉者およびそれらの特性が、予め定められた閾値に対する干渉レベルにより記録され、干渉を緩和するためのアクションに使用されてもよい。前記第２のビームは、干渉者を検索することに加えて、異なる複数の衛星、複数の衛星群、複数の軌道、またはＳＡＴＣＯＭ接続が可能な環境、同じネットワーク内の利用可能な代替衛星と信号強度とのリアルタイムリストを維持するために使われてもよい。前記第１のビームに対して、同じ、またはそれ以下の性能レベルの少なくとも１つの追加されたビームが、少なくとも１つの切り替え可能な衛星を監視するために使用され、前記第１のビームの閉塞または信号ドロップアウトの場合の切り替え時間を最小化してもよい。機械学習が、干渉者の位置、ターゲット衛星の位置、リンク性能、代替衛星の位置およびリアルタイム性能、および干渉マップを地上の位置および地上波の条件と相関させるために使用され、個々の端末および通信ネットワーク全体の過去の経験に基づいて、先制して自動的にビームを切り替え、または二次的な同時接続（リンクダイバーシティまたはリンクアグリゲーションを可能にするための）、衛星、衛星群、軌道、ビーム、または周波数を捕捉してもよい。同じまたは異なる衛星、衛星群、軌道、ビーム、または周波数との複数のアクティブな接続が、サービスレベルアグリーメント（ＳＬＡ）に基づいた異なる通信目的のために、またはコストと時間帯に基づいてデータを優先順位付けて取り扱うために、５Ｇを含む３ＧＰＰ（登録商標）スタイルのネットワークにおけるリンク管理のために割り当てられてもよい。
上記には、目的の信号源を有する第１のアンテナビームと、潜在的な干渉源を有する第２のアンテナビームとを継続的かつ動的に追跡し、第１のアンテナビームの振幅および／または位相を調整し、前記潜在的な干渉源からの干渉を除去または低減するように構成された干渉低減回路を有する多重ビームアンテナシステムが開示されている。前記干渉低減回路は、位相調整器および振幅調整器と、前記第１のアンテナビームの位相および／または振幅を調整するように前記位相調整器および前記振幅調整器を制御するコントローラとを有してもよい。前記干渉低減回路は、前記第２のアンテナビームの少なくとも１つの特性を検出するための検出器をさらに含み、前記コントローラは、検出された少なくとも１つの特性に基づいて前記位相調整器および前記振幅調整器を制御してもよい。前記受信された第１のアンテナビームからの情報により、送信アンテナの送信放射特性を制御するために使用される干渉が最小化されてもよい。
上記には、多重ビームアンテナシステムを動作させるための方法であって、目的の信号源を含む第１のアンテナビームを継続的かつ動的に追跡することと、潜在的な干渉源を含む第２のアンテナビームを継続的かつ動的に追跡することと、前記第１のアンテナビームの振幅および／または位相を調整し、前記潜在的な干渉源からの干渉を除去または低減することとを有する方法が開示されている。

【0070】

前述の説明および図面は、本発明の原理の例示に過ぎないと考えられるべきである。本発明は、様々な形状およびサイズで構成されてもよく、好ましい実施形態によって限定されるものではない。当業者には、本発明の多数の応用が容易に思い浮かぶであろう。従って、本発明を、開示された特定の実施例、または図示し説明した正確な構成および動作に限定することは望ましくない。すべての適切に変形したものおよび均等なものは、本発明の範囲内に含まれる。

【図1】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】