JP7297724B2 - エンドツーエンドビーム形成システム及び衛星 - Google Patents

Description

開示されるシステム、方法、及び装置は、エンドツーエンドリレーを使用した、システムにおけるエンドツーエンドビーム形成に関する。

衛星通信システムなどの無線通信システムは、オーディオ、ビデオ、及び他の種類のデータを含むデータをある場所から別の場所へ通信することができる手段を提供する。情報は、第１の地上局などの第１の局において生じ、そして、通信衛星などの無線リレーに伝送される。無線リレーによって受信された情報は、第２の地上局などの第２の局に再伝送される。いくつかの無線リレー通信システムでは、第１又は第２の局のいずれか（又は双方）が、航空機、船舶、地上車両などのクラフトに装着される。情報は、一方向にだけ（例えば、第１の地上局から第２の地上局にだけ）伝送することができ、又は両方向に（例えば、第２の地上局から第１の地上局にも）伝送することができる。

無線リレーが衛星である無線リレー通信システムにおいて、衛星は、静止衛星とすることができ、その事例において、衛星の軌道は、地球の自転と同期され、衛星のカバーエリアを地球に対して本質的に固定した状態に保つ。他の事例において、衛星は、地球の周りの軌道の中にあり、衛星のカバーエリアに、衛星がその軌道を横断するように地球表面の上を移動させる。

第１の局へ向けられた、又はそこからの信号は、信号を狭ビームに収束させるように成形されたアンテナを使用することによって方向付けることができる。そのようなアンテナは、一般的には、ビームを集束させるための放物面形状の反射器を備える。

いくつかの事例において、ビームは、位相アレイアンテナのいくつかの要素から伝送される、受信される、又は双方による信号のゲイン及び位相（又は時間遅延）を調整することによって電子的に形成することができる。位相アレイアンテナの各要素によって伝送及び／又は受信される相対位相及びゲインを適切に選択することによって、ビームを方向付けることができる。大部分の事例において、地上局から伝送されているエネルギーの全ては、１つの無線リレーによって受信されることを意図する。同様に、第２の局によって受信される情報は、一般的には、一度に１つの無線リレーから受信される。したがって、（電子ビーム形成を使用するか、又は成形した反射器を有するアンテナを使用するかにかかわらず）無線リレーに情報を伝送するように形成される伝送ビームは、できる限り多くの伝送エネルギーを無線リレーに方向付けることを可能にするために、比較的幅が狭いことが一般的である。同様に、無線リレーから情報を受信するように形成される受信ビームは、一般的に、他の源からの干渉を最小にしながら無線リレーの方向からエネルギーを収集するために、幅が狭い。

数多くの対象の事例において、無線リレーから第１及び第２の局へ伝送される信号は、単一の局に方向付けられない。むしろ、無線リレーは、比較的大きい地理的地域にわたって信号を伝送することができる。例えば、１つの衛星通信システムにおいて、衛星は、米国全土にサービスを提供することができる。そのような事例において、衛星は、米国全土を含む衛星カバーエリアを有すると言われる。それにもかかわらず、衛星を通して伝送することができるデータの量を増加させるために、衛星によって伝送されるエネルギーは、ビームに集束される。このビームは、地球上の地理的地域に方向付けることができる。

図面は、単に例示の目的で提供され、単なる例を表すに過ぎない。これらの図面は、開示される方法及び装置の読者の理解を容易にするために提供される。これらの図面は、特許請求される発明の広さ、範囲、又は適用性を限定しない。明確にするために、及び例示を容易にするために、これらの図面は、必ずしも一定の比率ではない。

衛星通信システムの一実施例の説明図である。

米国本土をカバーするビームの例示的なパターンを示す図である。

衛星が、位相アレイの１ビームあたり複数のフィードのオンボードビーム形成能力を有する、衛星通信システムの往路リンクの一実施例の説明図である。

地上ビーム形成を有する衛星通信システムの往路リンク一実施例の説明図である。

例示的なエンドツーエンドビーム形成システムの説明図である。

復路方向における信号の例示的な信号経路の説明図である。

ユーザ端末からの復路方向における例示的な信号経路の説明図である。

例示的なエンドツーエンド復路チャネルマトリックスモデルの簡略説明図である。

往路方向における例示的な信号経路の説明図である。

ユーザビームカバーエリア内に位置するユーザ端末への往路方向の例示的な信号経路の説明図である。

例示的なエンドツーエンド往路チャネルマトリックスモデルの簡略説明図である。

往路及び復路データをサポートする例示的なエンドツーエンドリレー衛星の説明図である。

２つの部分に分割されているアップリンク周波数範囲の一実施例の説明図である。

往路データと復路データとの間で時間多重化されている例示的なエンドツーエンドリレーの説明図である。

衛星として実現される例示的なエンドツーエンドリレーの構成要素のブロック図である。

位相シフタを含む例示的なトランスポンダのブロック図である。

いくつかのアンテナ要素の例示的な信号強度パターンのグラフである。

いくつかのアンテナ要素の例示的な３ｄＢ信号強度の輪郭線の説明図である。

いくつかのアンテナ要素の例示的な重複信号の強度パターンの説明図である。

いくつかのアンテナ要素の例示的な重複３ｄＢ信号強度の輪郭線の説明図である。 いくつかのアンテナ要素の例示的な重複３ｄＢ信号強度の輪郭線の説明図である。 いくつかのアンテナ要素の例示的な重複３ｄＢ信号強度の輪郭線の説明図である。 いくつかのアンテナ要素の例示的な重複３ｄＢ信号強度の輪郭線の説明図である。 いくつかのアンテナ要素の例示的な重複３ｄＢ信号強度の輪郭線の説明図である。

１６個のアンテナ要素及びそれらの重複３ｄＢ信号強度の輪郭線の例示的な列挙の説明図である。

１６個のトランスポンダを通した、受信アンテナ要素の伝送アンテナ要素への例示的なマッピングを示す表である。

放物面アンテナ反射器の断面、及び放物線の焦点に中心がある要素のアレイの説明図である。

放物面アンテナ反射器の断面、及び放物線の焦点から離れて配置された要素のアレイの説明図である。

例示的なリレーカバーエリア（単一のクロスパッチで示される）、及び６つのアンテナ要素カバーエリア内にも含まれるリレーカバーエリア内の点によって確定されるエリア（二重クロスハッチで示される）の説明図である。

リレーカバーエリア内の全ての点が少なくとも４つのアンテナ要素カバーエリア内にも含まれる、例示的なリレーアンテナパターンの説明図である。

アクセスノード（ＡＮ）及びユーザビームカバーエリアの例示的な分布の説明図である。

配備されたＡＮの数の関数として、正規化された往路及び復路リンク容量の例示的なグラフである。

エンドツーエンドビーム形成システムの例示的な地上セグメント５０２のブロック図である。

例示的な往路／復路ビーム形成器のブロック図である。

時間領域の逆多重化及び多重化を伴う複数の復路タイムスライスビーム形成器を備える、例示的な往路ビーム形成器のブロック図である。

往路タイムスライスビーム形成器の動作を示す、簡略化した例示的な地上セグメントの説明図である。

時間領域の逆多重化及び多重化を伴うタイムスライスビーム形成器を備える、例示的な復路ビーム形成器のブロック図である。

時間領域の多重化を用いた復路ビーム形成器の動作を示す、簡略化した例示的な地上セグメントの説明図である。

サブ帯域の逆多重化及び多重化を用いる、例示的な多帯域往路／復路ビーム形成器のブロック図である。

往路リンクの例示的なタイミング整列の説明図である。 往路リンクの例示的なタイミング整列の説明図である。

例示的なＡＮのブロック図である。

ＡＮの一実施例の一部のブロック図である。

多重周波数サブ帯域が別々に処理される、例示的なＡＮ５１５のブロック図である。

異なるユーザリンク及びフィーダリンクのカバーエリアを可能にするための例示的なエンドツーエンドビーム形成システムの説明図である。

エンドツーエンド復路リンク上で復路データを搬送する信号の信号経路の例示的なモデルの説明図である。

エンドツーエンド往路リンク上で往路データを搬送する信号の信号経路の例示的なモデルの説明図である。

それぞれ、例示的な往路信号経路及び復路信号経路の説明図である。 それぞれ、例示的な往路信号経路及び復路信号経路の説明図である。

エンドツーエンドリレーの可視的な地球カバーエリアの一実施例の説明図である。

エンドツーエンドリレーの北米カバーエリアの一実施例の説明図である。

それぞれ、各々が多重ユーザリンクアンテナサブシステムの選択的な起動を有する、例示的な往路信号経路及び復路信号経路のブロック図である。 それぞれ、各々が多重ユーザリンクアンテナサブシステムの選択的な起動を有する、例示的な往路信号経路及び復路信号経路のブロック図である。

複数の選択的に起動されたユーザカバーエリアを含む、エンドツーエンドリレーカバーエリアの一実施例の説明図である。 複数の選択的に起動されたユーザカバーエリアを含む、エンドツーエンドリレーカバーエリアの一実施例の説明図である。

複数のユーザリンクアンテナサブシステム及び複数のフィーダリンクアンテナサブシステムの選択的な起動を有する、例示的な往路信号経路のブロック図である。

参照番号（例えば、１００）は、本明細書において図面の態様を参照するために使用される。類似する又は同じ態様は、一般的に、同じ番号を使用して示される。一群の類似する又は同じ要素は、単一の参照番号（例えば、２００）によって集合的に参照される場合があり、一方で、該群の個々の要素は、添付文字を伴う参照番号（例えば、２００ａ、２００ｂ）によって参照される場合がある。

図面は、網羅的であること、又は特許請求される発明を開示される特定の形態に限定することを意図しない。開示される方法及び装置は、修正及び変更が行われる場合があり、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物だけによって限定される。

この詳細な説明は、以下のように構成される。第１に、衛星通信及びビーム形成を使用した無線リレー通信システムの序論が説明される。第２に、一実施例として衛星エンドツーエンドビーム形成を使用したエンドツーエンドビーム形成が全般的に、及びシステムレベルで説明されるが、エンドツーエンドビーム形成の適用は、衛星通信に限定されない。第３に、エンドツーエンドビーム形成の状況における往路及び復路データの動作が説明される。第４に、一実施例として通信衛星を使用したエンドツーエンドリレー及びそれらのアンテナが説明される。次に、遅延等化、フィーダリンク障害の除去、及びビーム加重値の計算などの関連する態様を含む、エンドツーエンドビームを形成するための地上ネットワークが説明される。最後に、異なるユーザリンク及びフィーダリンクカバーエリアを有するエンドツーエンドビーム形成、並びに複数のカバーエリアを有するシステムが説明される。
衛星通信

図１は、ハブアンドスポーク衛星通信システム１００の一実施例の説明図である。衛星は、無線リレーの一実施例としての役割を果たす。本開示の全体を通して数多く実施例が衛星又は衛星通信システムの状況で説明されるが、そのような実施例は、衛星に限定することを意図するものではなく、任意の他の適切な無線リレーを使用し、同様の様式で動作させることができる。システム１００は、地上地球局１０１と、通信衛星１０３と、ユーザ端末１０５などの地球伝送源とを含む。衛星カバーエリアは、地上地球局又はユーザ端末などの地球伝送源又は地球受信機のいずれかから、及び／又はそれらに、衛星を通して通信することができるエリアであると大まかに定義することができる。いくつかのシステムにおいて、各リンクのカバーエリア（例えば、往路アップリンクカバーエリア、往路ダウンリンクカバーエリア、復路アップリンクカバーエリア、及び復路ダウンリンクカバーエリア）は、異なり得る。往路アップリンクカバーエリア及び復路アップリンクカバーエリアは、集合的にアップリンク衛星カバーエリアと称される。同様に、往路ダウンリンクカバーエリア及び復路ダウンリンクカバーエリアは、集合的にダウンリンク衛星カバーエリアと称される。衛星カバーエリアは、サービスを提供している（例えば、サービス軌道にある）衛星に対してだけアクティブであるが、衛星は、地球に対する衛星の相対的な場所とは関係のない衛星アンテナパターンを有する（例えば、有するように設計することができる）ものとみなすことができる。すなわち、衛星アンテナパターンは、衛星のアンテナから伝送される（衛星のアンテナから伝送されるか、又は該アンテナによって受信される）エネルギーの分布パターンである。衛星がサービス軌道にあるときには、衛星アンテナパターンを特定の衛星カバーエリアに照射する（該エリアに伝送するか、又はそこから受信する）。衛星カバーエリアは、衛星アンテナパターン、衛星に関して設計された軌道の位置及び姿勢、並びに所与のアンテナゲイン閾値によって画定される。一般に、（例えば、ピークゲインから３ｄＢ、４ｄＢ、６ｄＢ、１０ｄＢの、特定の有効アンテナゲインでの）アンテナパターンと特定の物理的対象領域との交差は、そのアンテナのカバーエリアを画定する。アンテナは、特定のアンテナパターン（及び／又はカバーエリア）を提供するように設計することができ、そのようなアンテナパターンは、（例えば、分析又はシミュレーションによって）計算的に決定することができ、及び／又は（例えば、アンテナ試験範囲又は実際の使用において）試験的に測定することができる。

簡潔にするために、図には１つのユーザ端末１０５だけが示されているが、一般的に、システムには多数のユーザ端末１０５がある。衛星通信システム１００は、ポイントツーマルチポイントシステムとして動作する。すなわち、衛星カバーエリア内の地球局１０１は、衛星カバーエリア内のユーザ端末１０５のいずれかに情報を送信し、そこから情報を受信することができる。しかしながら、ユーザ端末１０５は、地球局１０１とだけ通信する。地球局１０１は、通信ネットワーク１０７から往路データを受信し、フィーダリンクモデム１０９を使用して該データを調整し、そして、往路フィーダアップリンク１１１の衛星１０３に該データを伝送する。衛星１０３は、この往路データを、往路ユーザダウンリンク（往路サービスダウンリンクとも呼ばれる）１１３のユーザ端末１０５にリレーする。いくつかの事例において、地球局１０１からの往路方向通信は、ユーザ端末１０５のいくつかを対象とする（例えば、情報がユーザ端末１０５にマルチキャストされる）。いくつかの事例において、地球局１０１からの往路通信は、１つのユーザ端末１０５だけを対象とする（例えば、特定のユーザ端末１０５にユニキャストされる）。ユーザ端末１０５は、復路ユーザアップリンク（復路サービスアップリンクとも呼ばれる）１１５の衛星１０３に復路データを伝送する。衛星１０３は、復路データを復路フィーダダウンリンク１１７の地球局１０１にリレーする。フィーダリンクモデム１０９は、復路データを復調し、該復路データは、通信ネットワーク１０７に転送される。この復路リンク能力は、通常、いくつかのユーザ端末１０５によって共有される。

図２は、米国本土にサービスを提供する衛星のビームカバーエリアの１つの構成の一実施例を示す図である。７０本のビームが例示的な構成で示される。第１のビーム２０１は、ワシントン州の約２／３をカバーする。第１のビーム２０１に隣接する第２のビーム２０３は、第１のビーム２０１のすぐ東のエリアをカバーする。第３のビーム２０５は、第１のビーム２０１の南方のオレゴン州をほぼカバーする。第４のビーム２０７は、第１のビーム２０１のほぼ南東のエリアをカバーする。一般的に、隣接するビームの間には、幾らかの重なりがある。いくつかの事例では、多色（例えば、２色、３色、又は４色の再使用パターン）が使用される。４色パターンの一実施例において、ビーム２０１、２０３、２０５、２０７は、個々に割り当てられた、固有の周波数（例えば、１つ若しくは複数の周波数範囲、又は１つ若しくは２つ以上のチャネル）、及び／又はアンテナ偏波（例えば、いくつかの事例において、アンテナは、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）又は左旋円偏波（ＬＨＣＰ）で信号を伝送するように構成することができ、他の偏波技術を利用することができる）の組み合わせである。故に、異なるビーム２０１、２０３、２０５、２０７で伝送される信号の間には、比較的小さい干渉があり得る。周波数及びアンテナ偏波のこれらの組み合わせは、次いで、繰り返し非重複「４色」再使用パターンにおいて再使用することができる。いくつかの状況において、所望の通信容量は、単色を使用して達成することができる。いくつかの事例では、ビーム及び／又は他の干渉軽減技術の中の時分割を使用することができる。

幾らかの限度内で、ビームをより小さいエリアの中へ集束させ、したがって、ビームの数を増加させることは、より多くの周波数再使用の機会を可能にすることによって衛星のデータ容量を増加させる。しかしながら、ビームの数を増加させることは、システムの複雑さ、及び数多くの事例において、衛星の複雑さを増加させる場合がある。

衛星の設計における複雑さは、一般的に、より大きいサイズ、より多くの重量、及びより多くの電力消費をもたらす。衛星は、軌道の中へ打ち上げるための費用が高い。衛星を打ち上げるコストは、衛星の重量及びサイズによって部分的に決定される。加えて、衛星が現在利用できるロケット技術を使用して打ち上げられる場合には、衛星の重量及びサイズに対する絶対的な制限がある。これは、衛星に設計することができる特徴間のトレードオフに至る。更に、衛星の構成要素に提供することができる電力量が制限される。したがって、重量、サイズ、及び電力消費が、衛星の設計において考慮されるべきパラメータである。

本開示の全体を通して、受信アンテナ要素という用語は、電磁信号を電気信号に変換する物理的トランスデューサを指し、伝送アンテナ要素という用語は、電気信号によって励起されたときに、電磁信号を発射する物理的トランスデューサを指す。アンテナ要素としては、ホーン、隔壁偏波ホーン（例えば、異なる偏波を有する２つの組み合わせた要素として機能することができる）、多ポート多帯域バンドホーン（例えば、二重偏波ＬＨＣＰ／ＲＨＣＰを有するデュアルバンド２０ＧＨｚ／３０ＧＨｚ）、キャビティ付きスロット、逆Ｆ、スロット付き導波管、ビバルディ、ヘリカル、ループ、パッチ、又は任意の他のアンテナ要素の構成若しくは相互接続したサブ要素の組み合わせ、が挙げられる。アンテナ要素は、アンテナゲインがどのように方向（又は角度）の関数として変動するのかを説明する、対応するアンテナパターンを有する。アンテナ要素はまた、カバーエリアも有し、該カバーエリアは、アンテナ要素が所望のレベルのゲイン（例えば、アンテナ要素のピークゲインに対して３ｄＢ、６ｄＢ、１０ｄＢ、又は他の値以内）を提供する、面積（例えば地球表面の一部分）又は体積（例えば、地球表面の一部分とその表面の上側の空間とを合わせたもの）に対応する。アンテナ要素のカバーエリアは、反射器、周波数選択表面、レンズ、レードーム、及び同類のものなどの、様々な構造物によって修正することができる。本明細書で説明される衛星を含むいくつかの衛星は、各々が独立に信号を受信し、伝送することができる複数のトランスポンダを有することができる。各トランスポンダは、アンテナ要素（例えば、受信要素及び伝送要素）に結合されて、他の受信／伝送信号経路からの異なる放射パターン（アンテナパターン）を有する受信／伝送信号経路を形成して、異なるビームカバーエリアに割り当てることができる固有のビームを作成する。単一の受信／伝送信号経路を、入力及び／又は多重化装置を使用して、複数のビームにわたって共有することが一般的である。どちらの事例においても、形成することができる同時のビーム数は、一般に、衛星に配備される受信／伝送信号経路の数によって制限される。
ビーム形成

通信リンクのためのビーム形成は、重複カバーエリアを有する１つ又は２つ以上のアンテナアレイの複数の要素によって伝送及び／又は受信される信号の、信号位相（又は時間遅延）及びあるときには信号振幅を調整することによって行うことができる。いくつかの事例において、いくつか又は全てのアンテナ要素は、下で説明するように、協働してエンドツーエンドビーム形成を可能にする、構成受信及び／又は伝送要素のアレイとして配設される。伝送の場合（１つ又は２つ以上のアンテナアレイの伝送要素から）、伝送信号の相対位相及びあるときには振幅は、伝送アンテナ要素によって伝送されるエネルギーを所望の場所において構成的に重畳するように調整される。この位相／振幅調整は、一般に、伝送信号に「ビーム加重値を適用する」と称される。受信の場合（１つ又は２つ以上のアンテナアレイの受信要素による）、受信信号の相対位相及びあるときには振幅は、受信アンテナ要素によって所望の場所から受信されるエネルギーがそれらの受信アンテナ要素において構成的に重畳するように調整される（すなわち、同じ又は異なるビーム加重値が適用される）。いくつかの事例において、ビーム形成器は、所望のアンテナ要素ビーム加重値を計算する。ビーム形成という用語は、いくつかの事例において、ビーム加重値の適用を指すことができる。適応ビーム形成器は、ビーム加重値を動的に計算する機能を含む。ビーム加重値を計算することは、通信チャネル特徴の直接的又は間接的な発見を必要とする場合がある。ビーム加重値の計算及びビーム加重値の適用のプロセスは、同じ又は異なるシステム要素において行うことができる。

アンテナビームは、異なるビーム加重値を適用することによって、操縦すること、選択的に形成すること、及び／又は別様には再構成することができる。例えば、アクティブビームの数、ビームのカバーエリア、ビームのサイズ、ビームの相対ゲイン、及び他のパラメータは、経時的に変動させることができる。そのような融通性は、ある状況において望ましい。ビーム形成アンテナは、通常、比較的細いビームを形成することができる。細いビームは、（例えば、干渉を回避するために）一方のビームで伝送される信号と、もう一方のビームで伝送される信号とを区別することを可能にすることができる。故に、細いビームは、周波数及び偏波を、より太いビームが形成されるときよりも大きい程度で再使用することを可能にすることができる。例えば、細く形成されたビームは、重ならない２つの隣接しないカバーエリアにサービスを提供することができる。各ビームは、右偏波及び左偏波を使用することができる。より多くの再使用は、伝送及び／又は受信されるデータの量を増加させることができる。

いくつかの衛星は、オンボードビーム形成（ＯＢＢＦ）を使用して、アンテナ要素のアレイを電子的に操縦する。図３は、衛星３０２が位相アレイの１ビームあたり複数のフィード（ＭＦＰＢ）のオンボードビーム形成能力を有する、衛星システム３００の説明図である。この実施例において、ビーム加重値は、地上計算センターにおいて計算され、次いで、適用のために衛星に伝送されるか、又は衛星に予め記憶される（図示せず）。図３には、フォワードリンクが示されるが、このアーキテクチャは、フォワードリンク、復路リンク、又はフォワードリンク及び復路リンクの両方に使用することができる。ビーム形成は、ユーザリンク、フィーダリンク、又は両方で利用することができる。例示されるフォワードリンクは、複数のゲートウェイ（ＧＷ）３０４のうちの１つから、１つ又は２つ以上のスポットビームカバーエリア３０６内の複数のユーザ端末のうちの１つ又は２つ以上への信号経路である。人工衛星３０２は、受信アンテナアレイ３０７と、伝送アンテナアレイ３０９と、下方変換器（Ｄ／Ｃ）及びゲインモジュール３１１と、受信ビーム形成器３１３と、伝送ビーム形成器３１５とを有する。衛星３０２は、フィーダリンク３０８及びユーザリンク３１０にビームを形成することができる。受信アレイ３０７のＬ個の要素の各々は、Ｋ個のＧＷ３０４からＫ個の信号を受信する。作成されるＫ本のフィーダリンクビームの各々（例えば、１つのＧＷ３０４あたり１つのビーム）について、異なるビーム荷重値が、受信ビーム形成器３１３によって、（受信アンテナアレイ３０７の）Ｌ個の受信アンテナアレイ要素の各々によって受信される各信号に適用される（例えば、位相／振幅の調整が行われる）。故に、Ｌ個の受信アンテナ要素を有する受信アンテナアレイ３０７を使用して形成されるＫ本のビームについて、長さＬの異なるＫ個のビーム加重ベクトルが、Ｌ個の受信アンテナアレイ要素によって受信されるＬ個の信号に適用される。衛星３０２内の受信ビーム形成器３１３は、Ｌ個の受信アンテナアレイ要素によって受信される信号の位相／振幅を調整して、Ｋ個の受信ビーム信号を作成する。Ｋ本の受信ビームの各々は、１つのＧＷ３０４から信号を受信するように集束される。故に、受信ビーム形成器３１３は、Ｄ／Ｃ及びゲインモジュール３１１にＫ個の受信ビーム信号を出力する。１つのこのような受信ビーム信号が、各伝送ＧＷ３０４から受信される信号について形成される。

Ｄ／Ｃ及びゲインモジュール３１１は、Ｋ個の受信ビーム信号の各々を下方変換し、ゲインを適切に調整する。Ｋ個の信号は、Ｄ／Ｃ及びゲインモジュール３１１から出力され、伝送ビーム形成器３１５に結合される。伝送ビーム形成器３１５は、合計でＬ×Ｋ個の伝送ビーム加重値について、Ｌ個の加重値のベクトルをＫ個の信号の各々に適用して、ユーザダウンリンク３１０にＫ本のビームを形成する。

いくつかの事例において、衛星内では、ビームを形成するために使用される各アンテナ要素の位相及びゲインを制御するために、かなりの処理能力が必要であり得る。そのような処理能力は、衛星の複雑さを増加させる。いくつかの事例において、衛星は、地上ビーム形成（ＧＢＢＦ）によって動作させて、衛星の複雑さを低減させることができるが、それでも、細いビームを電子的に形成するという利点を提供する。

図４は、往路ＧＢＢＦを有する衛星通信システム４００の１つの実施例の説明図である。ＧＢＢＦは、上で説明したものに類似するＬ個の要素アレイを介して、往路ユーザリンク３１７で行われる。ユーザリンク３１７上を伝送される信号の位相／振幅は、ビームが形成されるように加重される。フィーダリンク３１９は、アンテナ３２４の各受信及び伝送アンテナ要素が１つのフィーダリンクビーム専用である、１ビームあたり単一のフィード（ＳＦＰＢ）のスキームを使用する。

１つ又は複数のＧＷ３０４から伝送する前に、Ｋ本の往路フィーダリンクビームの各々について、伝送ビーム形成器３２１は、Ｋ個のビーム加重ベクトルのそれぞれ１つを、各々長さＬで、伝送されるＫ個の信号の各々に適用する。Ｌ個の加重値のＫ個のベクトルを決定し、該ベクトルを信号に適用することは、往路ユーザダウンリンク３１７について、Ｋ本の往路ビームを地上に形成することを可能にする。フィーダアップリンク３１９上では、Ｌ個の異なる信号の各々が、多重化装置３２３（又は同類のもの）によって、周波数分割多重化信号（ＦＤＭ）に多重化される。各ＦＤＭ信号は、ＧＷ３０４によって、フィーダリンク３１９上のアンテナ３２４の受信アンテナ要素の１つに伝送される。衛星３２７上のＦＤＭ受信機３２５は、アンテナ３２４から信号を受信する。アナログ－デジタル変換器（Ａ／Ｄ）３２６は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタルチャネルプロセッサ３２８は、ＦＤＭ信号を逆多重化するが、該ＦＤＭ信号の各々は、伝送アンテナ３２９の伝送アンテナ要素のアレイのＬ個の要素のうちの１つを通して伝送するために、ビーム形成器３２１によって適切に加重されている。デジタルチャネルプロセッサ３２８は、信号をデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）３３１に出力して、変換してアナログ形態に戻す。Ｄ／Ａ３３１のアナログ出力は、上方変換され、上方変換器（Ｕ／Ｃ）及びゲイン段３３０によって増幅され、そして、伝送アンテナ３２９の関連付けられる要素によって伝送される。復路ビームについては、賞賛のプロセスが逆順に起こる。このタイプのシステムにおいて、ＦＤＭフィーダリンクは、ユーザビームのＬ倍もの帯域幅を必要とし、広いデータ帯域幅を有するシステム又は多数の要素Ｌを有するシステムに対して非実用的にすることに留意されたい。
エンドツーエンドビーム形成システム

本明細書で説明されるエンドツーエンドビーム形成システムは、エンドツーエンドリレーを通して、エンドツーエンドビームを形成する。エンドツーエンドビーム形成システムは、ユーザ端末をデータソース／シンクと接続することができる。上で論じたビーム形成システムとは対照的に、エンドツーエンドビーム形成システムにおいて、ビーム加重値は、中央処理システム（ＣＰＳ）において計算され、エンドツーエンドビーム加重値は、（衛星においてではなく）地上ネットワーク内で適用される。エンドツーエンドビーム内の信号は、衛星アクセスノード（ＳＡＮ）とすることができるアクセスノード（ＡＮ）のアレイにおいて伝送及び受信される。上で説明したように、任意の適切なタイプのエンドツーエンドリレーをエンドツーエンドビーム形成システムで使用することができ、異なるタイプのＡＮを使用して、異なるタイプのエンドツーエンドリレーと通信することができる。「中央」という用語は、ＣＰＳが、信号の伝送及び／又は受信に関与するＡＮにアクセスすることができるという事実を指すものであり、ＣＰＳが存在する特定の地理的場所を指すものではない。ＣＰＳ内のビーム形成器は、（１）エンドツーエンドリレーへの無線信号アップリンク経路、（２）エンドツーエンドリレーを通した受信／伝送信号経路、及び（３）エンドツーエンドリレーからの無線信号ダウンリンク経路、に対応する一組のエンドツーエンドビーム加重値を計算する。ビーム加重値は、マトリックスとして数学的に表すことができる。上で論じたように、ＯＢＢＦ及びＧＢＢＦ衛星システムは、衛星上のアンテナ要素の数によって設定されるビーム加重ベクトル次元を有する。対照的に、エンドツーエンドビーム加重ベクトルは、エンドツーエンドリレー上の要素の数ではなく、ＡＮの数によって設定される次元を有する。一般に、ＡＮの数は、エンドツーエンドリレー上のアンテナ要素の数と同じではない。更に、形成されたエンドツーエンドビームは、エンドツーエンドリレーの伝送又は受信いずれかのアンテナ要素において終端されない。むしろ、エンドツーエンドビームがアップリンク信号経路、（衛星又は他の適切なエンドツーエンドリレーを介する）リレー信号経路、及びダウンリンク信号経路を有するので、形成されたエンドツーエンドビームは、効果的にリレーされる。

エンドツーエンドビーム形成は、ユーザリンク及びフィーダリンク（並びにエンドツーエンドリレー）を考慮するので、特定の方向に所望のエンドツーエンドユーザビーム（例えば、往路ユーザビーム又は復路ユーザビーム）を形成するために、単一組のビーム加重値だけしか必要としない。したがって、一組のエンドツーエンド往路ビーム加重値（以下、往路ビーム加重値と称される）が、ＡＮから、往路アップリンクを通して、エンドツーエンドリレーを通して、そして、往路ダウンリンクを通して伝送され、組み合わせて、エンドツーエンド往路ユーザビーム（以下、往路ユーザビームと称される）を形成する。これとは逆に、復路ユーザから、復路アップリンクを通して、エンドツーエンドリレーを通して、そして、復路ダウンリンクを通して伝送される信号は、エンドツーエンド復路ユーザビーム（以下、復路ユーザビームと称される）を形成するために、エンドツーエンド復路ビーム加重値（以下、復路ビーム加重値と称される）を有する。いくつかの条件の下では、アップリンク及びダウンリンクの特徴を区別することが非常に困難であるか、不可能であり得る。故に、形成されたフィーダリンクビーム、形成されたユーザビームの方向性、並びに個々のアップリンク及びダウンリンクの搬送波対干渉波比（Ｃ／Ｉ）は、システム設計においてもはやそれらの従来の役割を有し得ないが、それでも、アップリンク及びダウンリンクの信号対雑音比（Ｅｓ／Ｎｏ）及びエンドツーエンドのＣ／Ｉといった概念は関連し得る。

図５は、例示的なエンドツーエンドビーム形成システム５００の説明図である。システム５００は、地上セグメント５０２と、エンドツーエンドリレー５０３と、複数のユーザ端末５１７とを含む。地上セグメント５０２は、ＡＮカバーエリアにわたって地理的に配備されるＭ個のＡＮ５１５を備える。ＡＮ５１５及びユーザ端末５１７は、それらが地球上又はその近くに位置し、信号の伝送及び受信の両方を行うので、問題となる特定の機能に応じて、集合的に地球受信機、地球伝送機、又は地球トランシーバと称され得る。いくつかの事例において、ユーザ端末５１７及び／又はＡＮ５１５は、航空機、船舶に位置付けられる、又は地上車両に載置される等が行われ得る。いくつかの事例において、ユーザ端末５１７は、地理的に分布し得る。ＡＮ５１５は、地理的に分布し得る。ＡＮ５１５は、信号を、配信ネットワーク５１８を通して、地上セグメント５０２内のＣＰＳ５０５に提供する。ＣＰＳ５０５は、例えばインターネット、ビデオヘッドエンド、又は他のそのようなエンティティなどのデータ源（図示せず）に接続される。

ユーザ端末５１７は、他の近くのユーザ端末５１７（例えば、ユーザ端末５１７ａ及び５１７ｂで例示される）にグループ化することができる。いくつかの事例において、そのようなユーザ端末５１７のグループは、同じユーザビームによってサービスを提供され、同じ地理的な往路及び／又は復路ユーザビームカバーエリア５１９内に存在する。あるユーザビームによってサービスを提供されるカバーエリア内にユーザ端末５１７がある場合、ユーザ端末５１７は、そのユーザビーム内にある。図５には、１つのそのようなユーザビームカバーエリア５１９だけが、２つ以上のユーザ端末５１７を有するように示されているが、いくつかの事例において、ユーザビームカバーエリア５１９は、任意の適切な数のユーザ端末５１７を有することができる。更にまた、図５の描写は、異なるユーザビームカバーエリア５１９の相対的サイズを示すことを意図しない。すなわち、ユーザビームカバーエリア５１９の全てがほぼ同じサイズであり得る。代替的に、ユーザビームカバーエリア５１９は、いくつかのユーザビームカバーエリア５１９が他よりもはるかに大きい状態で、サイズを変動させることができる。いくつかの事例において、ＡＮ５１５の数は、ユーザビームカバーエリア５１９の数に等しくない。

エンドツーエンドリレー５０３は、ユーザ端末５１７と、図５に示されるＡＮ５１５などのいくつかのネットワークアクセスノードとの間で、信号を無線でリレーする。エンドツーエンドリレー５０３は、複数の信号経路を有する。例えば、各信号経路は、少なくとも１つの受信アンテナ要素と、少なくとも１つの伝送アンテナ要素と、及び（下で詳細に論じるような）少なくとも１つのトランスポンダとを含むことができる。いくつかの事例では、複数の受信アンテナ要素が、受信反射器によって反射される信号を受信して、受信アンテナアレイを形成するように調整される。いくつかの事例では、複数の伝送アンテナ要素が、信号を伝送し、したがって、伝送アンテナアレイを形成するように調整される。

いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー５０３は、衛星に提供される。他の事例において、エンドツーエンドリレー５０３は、エンドツーエンドリレー５０３が存在することができる航空機、気球、塔、水中構造物、又は任意の他の適切な構造物若しくは車両に提供される。いくつかの事例において、システムは、アップリンク及びダウンリンクについて（同じ又は異なる周波数帯域の）異なる周波数範囲を使用する。いくつかの事例において、フィーダリンク及びユーザリンクは、異なる周波数範囲である。いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー５０３は、パッシブ又はアクティブ反射器として作用する。

本明細書で説明されるように、エンドツーエンドリレー５０３の様々な特徴は、エンドツーエンドビーム形成を可能にする。１つの特徴は、エンドツーエンドリレー５０３が、エンドツーエンドビーム形成システムの状況においてＡＮ５１５とユーザ端末５１７の間に多重経路を誘導する、複数のトランスポンダを含むことである。別の特徴は、エンドツーエンドリレー５０３のアンテナ（例えば、１つ又は２つ以上のアンテナサブシステム）が、エンドツーエンドビーム形成に貢献し、よって、適切にビーム加重された信号がエンドツーエンドリレー５０３によって誘導される多重経路を通して通信されたときに、往路及び／又は復路ユーザビームが形成されることである。例えば、往路通信中には、複数のトランスポンダの各々が、複数の（例えば、全ての）ＡＮ５１５から（ビーム加重）往路アップリンク信号５２１のそれぞれの重畳複合物（以下、複合入力往路信号と称される）を受信し、トランスポンダが、対応する複合信号（以下、往路ダウンリンク信号と称される）を出力する。往路ダウンリンク信号の各々は、ビーム加重往路アップリンク信号５２１の固有の複合部とすることができ、これは、エンドツーエンドリレー５０３の伝送アンテナ要素によって伝送されたときに、所望の場所（例えば、この事例では、往路ユーザビーム内の復元場所）にユーザビーム５１９を形成するように重畳する。復路エンドツーエンドビーム形成は、同じように可能になる。したがって、エンドツーエンドリレー５０３は、複数の重畳されたものを生じさせることができ、それによって、誘導された多重経路チャネルにわたるエンドツーエンドビーム形成を可能にする。
復路データ

図６は、エンドツーエンド復路リンク上で復路データを搬送する信号の信号経路の例示的なモデルの説明図である。復路データは、ユーザ端末５１７からＡＮ５１５に流れるデータである。図６の信号は、右から左に流れる。信号は、ユーザ端末５１７によって生じる。ユーザ端末５１７は、復路アップリンク信号５２５（復路ユーザデータストリームを有する）をエンドツーエンドリレー５０３まで伝送する。Ｋ個のユーザビームカバーエリア５１９の中のユーザ端末５１７からの復路アップリンク信号５２５は、Ｌ個の受信／伝送信号経路１７０２のアレイによって受信される。いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー５０３のアップリンクカバーエリアは、Ｌ個の受信アンテナ要素４０６の全てが信号を受信することができるその一組の地点によって画定される。他の事例において、リレーカバーエリアは、Ｌ個の受信アンテナ要素４０６のサブセット（例えば、２つ以上の所望の数であるが、全てよりも少ない）が信号を受信することができるその一組の地点によって画定される。同様に、いくつかの事例において、ダウンリンクカバーエリアは、Ｌ個の伝送アンテナ要素４０９の全てが信号を確実に送信することができる一組の地点によって画定される。他の事例において、エンドツーエンドリレー５０３のダウンリンクカバーエリアは、伝送アンテナ要素４０９のサブセットが信号を確実に送信することができるその一組の地点として画定される。いくつかの事例において、受信アンテナ要素４０６又は伝送アンテナ要素４０９のサブセットのサイズは、少なくとも４つである。他の事例において、サブセットのサイズは、６個、１０個、２０個、１００個、又は所望のシステムの性能を提供する任意の他の数である。

簡潔にするために、いくつかの実施例は、Ｌ個全ての受信アンテナ要素４０６が、アップリンクカバーエリアの中の全ての地点から信号を受信し、及び／又はＬ個全ての伝送アンテナ要素４０９が、ダウンリンクカバーエリアの中の全ての地点に伝送するように説明され、及び／又は例示される。そのような説明は、Ｌ個全ての要素がかなりの信号レベルで信号を受信及び／又は伝送することが必要であることを意図しない。例えば、いくつかの事例において、Ｌ個の受信アンテナ要素４０６のサブセットは、アップリンク信号（例えば、ユーザ端末５１７からの復路アップリンク信号５２５、又はＡＮ５１５からの往路アップリンク信号５２１）を受信し、よって、受信アンテナ要素４０６のサブセットは、アップリンク信号のピーク受信信号レベルに近い（例えば、最も高い信号レベルを有するアップリンク信号に対応する信号レベルよりも大幅に低くない）信号レベルでアップリンク信号を受信し、サブセットの中にないＬ個のアンテナ要素４０６の他のものは、かなり低い（例えば、アップリンク信号のピーク受信信号レベルよりもはるかに低い）レベルでアップリンク信号を受信する。いくつかの事例において、サブセットの各受信アンテナ要素によって受信されるアップリンク信号は、受信アンテナ要素４０６のいずれかによって受信される最大信号レベルの１０ｄＢ以内の信号レベルである。いくつかの事例において、サブセットは、受信アンテナ要素４０６の少なくとも１０％を含む。いくつかの事例において、サブセットは、少なくとも１０個の受信アンテナ要素４０６を含む。

例えば、伝送側において、Ｌ個の伝送アンテナ要素４０９のサブセットは、地球受信機にダウンリンク信号を（例えば、ＡＮ５１５に復路ダウンリンク信号５２７を、又はユーザ端末５１７に往路ダウンリンク信号５２２を）伝送し、よって、伝送アンテナ要素４０９のサブセットは、ダウンリンク信号のピーク伝送信号レベルに近い（例えば、最も高い受信信号レベルを有するダウンリンク信号に対応する信号レベルよりも大幅に低くない）受信信号レベルで受信機にダウンリンク信号を伝送し、サブセットの中にないＬ個の伝送アンテナ要素４０９の他のものは、かなり低い（例えば、ダウンリンク信号のピーク伝送信号レベルよりもはるかに低い）レベルで受信されるようにダウンリンク信号を伝送する。いくつかの事例において、信号レベルは、伝送アンテナ要素４０９のピークゲインに対応する信号レベルの３ｄＢ以内にある。他の事例において、信号レベルは、伝送アンテナ要素４０９のピークゲインに対応する信号レベルの６ｄＢ以内にある。更に他の事例において、信号レベルは、伝送アンテナ要素４０９のピークゲインに対応する信号レベルの１０ｄＢ以内にある。

いくつかの事例において、各受信アンテナ要素４０６によって受信される信号は、各受信アンテナ要素の受信アンテナパターンにおける重なりのため、同じ源（例えば、ユーザ端末５１７の１つ）において生じる。しかしながら、いくつかの事例では、ユーザ端末が位置付けられ、受信アンテナ要素の全てが信号を受信することができるとは限らない、エンドツーエンドリレーカバーエリア内の地点があり得る。いくつかのそのような事例では、エンドツーエンドリレーカバーエリア内にあるユーザ端末から信号を受信しない（又はできない）かなりの数の受信アンテナ要素があり得る。しかしながら、本明細書で説明されるように、エンドツーエンドリレー５０３によって多重経路を誘導することは、少なくとも２つの受信要素によって信号を受信することに依存することができる。

図６に示され、下で更に詳細に論じられるように、いくつかの事例において、受信／伝送信号経路１７０２は、受信アンテナ要素４０６と、トランスポンダ４１０と、伝送アンテナ要素４０９とを備える。そのような事例において、復路アップリンク信号５２５は、それぞれの受信アンテナ要素４０６を介して、複数のトランスポンダ４１０の各々によって受信される。各受信／伝送信号経路１７０２の出力は、受信復路アップリンク信号のそれぞれの複合物に対応する復路ダウンリンク信号５２７である。復路ダウンリンク信号は、受信／伝送信号経路１７０２によって作成される。復路ダウンリンク信号５２７は、Ｍ個のＡＮ５１５のアレイに伝送される。いくつかの事例において、ＡＮ５１５は、エンドツーエンドリレーカバーエリアの全体を通して、地理的に分布した場所（例えば、受信又は復元場所）に配置される。いくつかの事例において、各トランスポンダ４１０は、受信アンテナ要素４０６のそれぞれ１つを伝送アンテナ要素４０９のそれぞれ１つに結合させる。故に、ユーザビームカバーエリア５１９の中に位置付けられるユーザ端末５１７から特定のＡＮ５１５への、Ｌ個の異なる信号の進路がある。これは、ユーザ端末５１７とＡＮ５１５との間にＬ個の経路を作成する。１つのユーザ端末５１７と１つのＡＮ５１５と間のＬ個の経路は、集合的にエンドツーエンド復路多重経路チャネル１９０８と称される（図８を参照されたい）。故に、ユーザビームカバーエリア５１９内の伝送場所から、Ｌ個のトランスポンダ４１０を通して、復路アップリンク信号５２５を受信することは、トランスポンダ４１０の１つから（すなわち、Ｌ個の並置された通信経路を通して）各々が伝送される、Ｌ個の復路ダウンリンク信号５２７を作成する。各エンドツーエンド復路多重経路チャネル１９０８は、アップリンク放射マトリックスのベクトルＡ_ｒ、ペイロードマトリックスＥ、及びダウンリンク放射マトリックスのベクトルＣ_ｔと関連付けられる。アンテナ要素のカバーパターンのため、いくつかの事例において、Ｌ個の経路のうちのいくつかは、比較的少ないエネルギー（例えば、６ｄＢ、１０ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢ、又は他の経路よりも少ない任意の他の適切な電力比）を有することに留意されたい。復路ダウンリンク信号５２７の重畳されたもの１７０６は、ＡＮ５１５の各々（例えば、Ｍ個の地理的に分布した受信又は復元場所）で受信される。各復路ダウンリンク信号５２７は、複数の伝送復路ダウンリンク信号５２７の重畳されたものを含み、それぞれの複合復路信号をもたらす。それぞれの複合復路信号は、復路ビーム形成器５３１に結合される（図５及び図２９を参照されたい）。

図７は、ユーザビームカバーエリア５１９内に位置付けられる１つのユーザ端末５１７からＡＮ５１５への、例示的なエンドツーエンドリターンリンク５２３を例示する。ユーザ端末５１７から伝送される復路アップリンク信号５２５は、エンドツーエンドリレー５０３上のＬ個の受信アンテナ要素４０６のアレイによって受信される（例えば、又はＬ個の受信アンテナ要素４０６のサブセットによって受信される）。

Ａｒは、Ｌ×Ｋ個の復路アップリンク放射マトリックスである。復路アップリンク放射マトリックスの値は、ユーザビームカバーエリア５１９の中の基準場所からエンドツーエンドリレー受信アンテナ要素４０６への信号経路をモデル化する。例えば、Ａｒ_Ｌ，１は、１番目のユーザビームカバーエリア５１９の中の基準場所からＬ番目の受信アンテナ要素への復路アップリンク放射マトリックス（すなわち、経路の振幅及び位相）の１つの要素の値である。いくつかの事例では、復路アップリンク放射マトリックスＡｒの全ての値が非ゼロであり得る（例えば、基準場所から受信アンテナアレイの受信アンテナ要素の各々へのかなりの信号経路がある）。

Ｅ（次元Ｌ×Ｌ）は、ペイロードマトリックスであり、また、受信アンテナ要素４０６から伝送アンテナ要素４０９への経路のモデル（振幅及び位相）を提供する。エンドツーエンドリレー５０３の「ペイロード」は、本明細書で使用するときに、一般に、エンドツーエンドリレー５０３の一組の構成要素を含み、該一組の構成要素は、信号通信がエンドツーエンドリレー５０３によって受信され、そこを通して中継され、そして、そこから伝送されるときに、該信号通信に影響を及ぼし、及び／又はそれによって影響を及ぼされる。例えば、エンドツーエンドリレーペイロードは、アンテナ要素、反射器、トランスポンダ、その他、を含むことができるが、エンドツーエンドリレーは、バッテリ、太陽電池、センサ、及び／又は（通常に動作したときに信号に影響を及ぼさないので）ペイロードの一部として本明細書で考慮されない他の構成要素を更に含むことができる。ペイロードとしての一組の構成要素の考慮事項は、（単一のペイロードマトリックスＥとして）エンドツーエンドリレーの全体的な影響を数学的にモデル化することを可能にすることができることである。各受信アンテナ要素４０６から各対応する伝送アンテナ要素４０９への支配的な経路は、ペイロードマトリックスＥの対角上にある値によってモデル化される。受信／伝送信号経路の間にいかなるクロストークもないとすれば、ペイロードマトリックスの非対角値は、ゼロである。いくつかの事例において、クロストークは、ゼロでない場合がある。信号経路を互いに分離することで、クロストークが最小になる。いくつかの事例において、クロストークがごく僅かであるので、ペイロードマトリックスＥは、対角マトリックスによって推定することができる。いくつかの事例において、数学的な複雑さを低減させるために、及び／又は他の理由で、ペイロードマトリックスの非対角値に対応する何らかの信号の影響がある場合であっても、そうした値（又は任意の他の適切な値）をゼロとして扱うことができる。

Ｃｔは、Ｍ×Ｌ個のダウンリンク放射マトリックスである。復路ダウンリンク放射マトリックスの値は、伝送アンテナ要素４０９からＡＮ５１５への信号経路をモデル化する。例えば、Ｃｔ_３，２は、２番目の伝送アンテナ要素４０９_ｂから３番目のＡＮ５１５_ｃへの復路ダウンリンク放射マトリックス（例えば、経路のゲイン及び位相）の値である。いくつかの事例では、ダウンリンク放射マトリックスＣｔの全ての値が非ゼロであり得る。いくつかの事例において、ダウンリンク放射マトリックスＣｔの値のいくつかは、本質的にゼロである（例えば、伝送アンテナアレイの対応する伝送アンテナ要素４０９によって確立されるアンテナパターンは、伝送アンテナ要素４０９が、ＡＮ５１５のいくつかに有用な信号を伝送しない程度である）。

図７で分かるように、特定のユーザビームカバーエリア５１９の中のユーザ端末５１７から特定のＡＮ５１５へのエンドツーエンド復路多重経路チャネルは、Ｌ個の異なる経路の加算である。エンドツーエンド復路多重経路チャネルは、エンドツーエンドリレーのトランスポンダ４１０を通して、Ｌ個の固有の経路によって誘導される多重経路を有する。多くの多重経路チャネルと同様に、経路の振幅及び位相は、好都合に（構築的に）加算して、高いエンドツーエンドチャネルゲインを生成するか、又は不都合に（破壊的に）低いエンドツーエンドチャネルゲインを生成することができる。ユーザ端末とＡＮとの間の異なる経路の数Ｌが多いときに、エンドツーエンドチャネルゲインは、振幅のレイリー分布を有し得る。そのような分布に関しては、ユーザ端末５１７からＡＮ５１５へのチャネルゲインの平均レベルを２０ｄＢ以上下回る、特定のユーザ端末５１７から特定のＡＮ５１５への幾らかのエンドツーエンドチャネルゲインが見られることも珍しくない。このエンドツーエンドビーム形成システムは、任意のユーザ端末から任意のＡＮへのエンドツーエンド経路の多重経路環境を意図的に誘導する。

図８は、ユーザビームカバーエリア５１９からＡＮ５１５への全てのエンドツーエンド復路多重経路チャネルの例示的なモデルの簡略図である。エンドツーエンド復路リンクには、Ｍ×Ｋ個のそのようなエンドツーエンド復路多重経路チャネルがある（すなわち、Ｋ個のユーザビームカバーエリア５１９の各々からＭ個）。チャネル１９０８は、１つのユーザビームカバーエリア５１９の中のユーザ端末を、Ｌ個の異なる受信／伝送信号経路１７０２を通じて１つのＡＮ５１５に接続し、各経路は、リレーのＬ個の受信／伝送信号経路（及び関連付けられるトランスポンダ）のうちの異なる１つを経由する。この効果は、本明細書において「多重経路」と称されるが、この多重経路は、本明細書の多重経路がＬ個の受信／伝送信号経路によって意図的に誘導される（そして、本明細書で説明されるように、影響を及ぼされる）ので、従来の（例えば、モバイルラジオ又は多重入力多重出力（ＭＩＭＯ）システムにおける）多重経路と異なる。特定のユーザビームカバーエリア５１９内のユーザ端末５１７から生じるＭ×Ｋ個のエンドツーエンド復路多重経路チャネルの各々は、エンドツーエンド復路多重経路チャネルによってモデル化することができる。各々のそのようなエンドツーエンド復路多重経路チャネルは、ユーザビームカバーエリア５１９内の基準（又は復元）場所からＡＮ５１５の１つまでである。

Ｍ×Ｋ個のエンドツーエンド復路多重経路チャネル１９０８の各々は、個々にモデル化して、Ｍ×Ｋ個の復路チャネルマトリックスＨｒｅｔの対応する要素を計算することができる。復路チャネルマトリックスＨｒｅｔは、Ｍ個に等しい次元数を各々が有するＫ個のベクトルを有し、よって、各ベクトルは、Ｋ個のユーザビームカバーエリアのうちの１つの中の基準場所と、Ｍ個のＡＮ５１５との間の多重経路通信のためのエンドツーエンド復路チャネルゲインをモデル化する。各エンドツーエンド復路多重経路チャネルは、Ｌ個のトランスポンダ４１０を介して、Ｍ個のＡＮ５１５のうちの１つを、Ｋ本の復路ユーザビームのうちの１つの中の基準場所と結合させる（図７を参照されたい）。いくつかの事例では、エンドツーエンドリレー５０３上のＬ個のトランスポンダ４１０のサブセットだけを使用して、エンドツーエンド復路多重経路チャネルを作成する（例えば、かなりのエネルギーをエンドツーエンド復路多重経路チャネルに貢献させることによって、サブセットだけが、信号経路の中にあるとみなす）。いくつかの事例において、ユーザビームの数Ｋは、エンドツーエンド復路多重経路チャネルの信号経路の中にあるトランスポンダの数Ｌよりも多い。更に、いくつかの事例において、ＡＮの数Ｍは、エンドツーエンド復路多重経路チャネル１９０８の信号経路の中にあるトランスポンダの数Ｌよりも多い。一実施例において、復路チャネルマトリックスＨｒｅｔの要素Ｈｒｅｔ_４，２は、第２のユーザビームカバーエリア１９０３の中の基準場所から第４のＡＮ１９０１へのチャネルと関連付けられる。マトリックスＨｒｅｔは、マトリックスＣｔ×Ｅ×Ａｒの積としてエンドツーエンドチャネルをモデル化する（図６を参照されたい）。Ｈｒｅｔの各要素は、１つのエンドツーエンド復路多重経路チャネル１９０８のエンドツーエンドゲインをモデル化する。チャネルの多重経路の性質のため、チャネルは、深いフェードを受け得る。復路ユーザビームは、ＣＰＳ５０５によって形成することができる。ＣＰＳ５０５は、これらのＭ×Ｋ個の信号経路のモデルに基づいて復路ビーム加重値を計算し、復路ビーム加重値を複数の複合復路信号に適用することによって復路ユーザビームを形成し、各加重値は、１つのユーザビームカバーエリアの中のユーザ端末５１７を複数のＡＮ５１５のうちの１つと結合させる各エンドツーエンド復路多重経路チャネルについて計算される。いくつかの事例では、複合復路信号を受信する前に復路ビーム加重値が計算される。Ｋ個のユーザビームカバーエリア５１９の各々からＭ個のＡＮ５１５へは、１つのエンドツーエンド復路リンクがある。Ｍ個のＡＮ５１５によって受信される信号の各々の加重（すなわち、複雑な相対位相／振幅）は、地上セグメント５０２内のＣＰＳ５０５のビーム形成能力を使用して、そうした信号を組み合わせて、復路ユーザビームを形成することを可能にする。ビーム加重マトリックスの計算は、下でより詳細に説明されるように、各エンドツーエンド復路多重経路チャネル１９０８にどのように加重して、複数の復路ユーザビームを形成するのかを決定するために使用される。ユーザビームは、一方のエンドツーエンドリレーアンテナ要素によって伝送される信号の位相及び振幅に対する、もう一方のエンドツーエンドリレーアンテナ要素によって伝送される信号の相対位相及び振幅を直接調整することによって形成されない。むしろ、ユーザビームは、Ｍ×Ｋ個のチャネルマトリックスと関連付けられる加重値をＭ個のＡＮ信号に適用することによって形成される。受信経路の多様性、単一の伝送機（ユーザ端末）を複数の受信機（ＡＮ）に提供して、意図的に誘導された多重経路チャネルの存在下で、任意のユーザ端末からの情報の伝送を成功させることを可能にする、複数のＡＮである。
往路データ

図９は、エンドツーエンド往路リンク５０１上で往路データを搬送する信号の信号経路の例示的なモデルの説明図である。往路データは、ＡＮ５１５からユーザ端末５１７に流れるデータである。この図において、信号は、右から左に流れる。信号は、エンドツーエンドリレー５０３のフットプリントの中に位置付けられるＭ個のＡＮ５１５によって生じる。Ｋ個のユーザビームカバーエリア５１９がある。各ＡＮ５１５からの信号は、Ｌ個の受信／伝送信号経路２００１によってリレーされる。

受信／伝送信号経路２００１は、ユーザビームカバーエリア５１９の中のユーザ端末５１７に、リレーされた信号を伝送する。故に、特定のＡＮ５１５から、ユーザビームカバーエリア５１９の中に位置付けられるユーザ端末５１７への、Ｌ個の異なる信号の進路があり得る。これは、各ＡＮ５１５と各ユーザ端末５１７との間にＬ個の経路を作成する。アンテナ要素のカバーパターンのため、Ｌ個の経路のうちのいくつかは、他の経路よりも少ないエネルギーを有し得ることに留意されたい。

図１０は、エンドツーエンドリレー５０３を介して、地理的に分布した場所の複数のアクセスノードを、（例えば、ユーザビームカバーエリア５１９内の復元場所に位置付けられる）ユーザビームの中のユーザ端末５１７と結合させる、例示的なエンドツーエンド往路リンク５０１を例示する。いくつかの事例では、往路アップリンク信号を発生させる前に、往路データ信号がビーム形成器において受信される。複数の往路アップリンク信号は、ビーム形成器において発生され、複数のＡＮ５１５に通信される。例えば、各ＡＮ５１５は、そのＡＮ５１５に対応するビーム加重値に従って発生される固有の（ビーム加重）往路アップリンク信号を受信する。各ＡＮ５１５は、Ｍ個のアップリンクのうちの１つを介して、往路アップリンク信号を伝送する出力を有する。各往路アップリンク信号は、往路ユーザビームと関連付けられる往路データ信号を含む。往路データ信号は、ユーザビームによってサービスを提供されるユーザ端末５１７によって受信されることを意図するので、往路ユーザビームと「関連付けられる」。いくつかの事例において、往路データ信号は、２つ以上のユーザデータストリームを備える。ユーザデータストリームは、時分割又は周波数分割多重化、その他、によって、共に多重化することができる。いくつかの事例において、各ユーザデータストリームは、同じ往路ユーザビーム内の複数のユーザ端末のうちの１つ又は２つ以上に伝送するためのものである。

下で更に詳細に論じられるように、各往路アップリンク信号は、ＡＮ５１５のそのそれぞれの送信によって、時間同期した様式で伝送される。ＡＮ５１５から伝送される往路アップリンク信号５２１は、エンドツーエンドリレー５０３上の受信アンテナ要素４０６を介して、エンドツーエンドリレー５０３上の複数のトランスポンダ４１０によって受信される。地理的に分布した場所から受信される往路アップリンク信号５２１の重畳されたもの５５０が、複合入力往路信号５４５を作成する。各トランスポンダ４１０は、複合入力往路信号５４５を同時に受信する。しかしながら、各トランスポンダ４１０は、各トランスポンダ４０１と関連付けられる受信アンテナ要素４０６の場所の違いのため、僅かに異なるタイミングで信号を受信する。

Ｃｒは、Ｌ×Ｍ個の往路アップリンク放射マトリックスである。往路アップリンク放射マトリックスの値は、ＡＮ５１５から受信アンテナ要素４０６への信号経路（振幅及び位相）をモデル化する。Ｅは、Ｌ×Ｌ個のペイロードマトリックスであり、受信アンテナ要素４０６から伝送アンテナ要素４０９へのトランスポンダの信号経路のモデルを提供する。複数のトランスポンダのうちの対応する１つを通した、各受信アンテナ要素４０６から各対応する伝送アンテナ要素４０９への直接経路ゲインは、ペイロードマトリックスの対角値によってモデル化される。復路リンクに関して上で述べたように、アンテナ要素の間にいかなるクロストークもないとすれば、ペイロードマトリックスの非対角要素は、ゼロである。いくつかの事例において、クロストークは、ゼロでない場合がある。信号経路を互いに分離することで、クロストークが最小になる。この実施例において、トランスポンダ４１０の各々は、受信アンテナ要素４０６のそれぞれ１つを伝送アンテナ要素４０９のそれぞれ１つに結合させる。故に、トランスポンダ４１０の各々から出力される往路ダウンリンク信号５２２は、伝送アンテナ要素４０９を介して、複数のトランスポンダ４１０（図９を参照されたい）の各々によって伝送され、よって、往路ダウンリンク信号５２２は、（所望の地理的復元場所において構築的に、及び破壊的に重畳して、ビームを形成することによって）往路ユーザビームを形成する。いくつかの事例では、ユーザビームカバーエリア５１９内でそれぞれ一組のユーザ端末５１７にサービスを提供する地理的ユーザビームカバーエリア５１９に各々が対応する、複数のユーザビームが形成される。第１の伝送アンテナ要素４０９ａ（図１０を参照されたい）から第１のユーザビームカバーエリア５１９の中の基準（又は復元）場所への経路は、往路ダウンリンク放射マトリックスのＡｔ_１１の値で与えられる。復路リンクに関して述べたように、このエンドツーエンドビーム形成システムは、任意のＡＮ５１５から任意のユーザ端末５１７へのエンドツーエンド経路の多重経路環境を意図的に誘導する。いくつかの事例において、伝送アンテナ要素４０９のサブセットは、かなりのエネルギーによってユーザ端末５１７に往路ダウンリンク信号５２２を伝送する。ユーザ端末５１７（又は、より一般に、受信及び／又は復元のためのユーザビームカバーエリア５１９の中の受信又は復元場所）は、複数の往路ダウンリンク信号５２２を受信し、受信した複数の往路ダウンリンク信号５２２から、往路データ信号の少なくとも一部分を復元する。伝送された往路ダウンリンク信号５２２は、サブセット内の伝送アンテナ要素４０９によって伝送される他の信号のいずれかからの最大信号レベルの１０ｄＢ以内である信号レベルで、ユーザ端末５１７によって受信することができる。いくつかの事例において、伝送アンテナ要素のサブセットは、エンドツーエンドリレー５０３に存在する複数の伝送アンテナ要素の少なくとも１０％を含む。いくつかの事例において、伝送アンテナ要素のサブセットは、何個の伝送アンテナ要素４０９がエンドツーエンドリレー５０３に存在するかにかかわらず、少なくとも１０個の伝送アンテナ要素を含む。１つの事例において、複数の往路ダウンリンク信号を受信することは、複数の往路ダウンリンク信号の重畳されたもの５５１を受信することを含む。

図１１は、Ｍ個のＡＮ５１５からＫ個のユーザビームカバーエリア５１９への全てのエンドツーエンド往路多重経路チャネル２２０８のモデルの簡略説明図である。図１１に示されるように、各ＡＮ５１５を各ユーザビームカバーエリア５１９に結合させる、エンドツーエンド往路多重経路チャネル２２０８がある。１つのＡＮ５１５から１つのユーザビームカバーエリア５１９への各チャネル２２０８は、複数のトランスポンダを通してＡＮ５１５からユーザビームカバーエリア５１９へのＬ個の固有の経路の結果として誘導される多重経路を有する。したがって、Ｋ×Ｍ個の多重経路チャネル２２０８は、個々にモデル化されることができ、各々のモデルは、Ｋ×Ｍ個の往路チャネルマトリックスＨｆｗｄの要素としての役割を果たす。往路チャネルマトリックスＨｆｗｄは、Ｋ個に等しい次元数を各々が有するＭ個のベクトルを有し、よって、各ベクトルは、Ｍ個のＡＮ５１５のそれぞれ１つと、Ｋ個の往路ユーザビームカバーエリアの中の基準（又は復元）場所との間の多重経路通信のエンドツーエンド往路ゲインをモデル化する。各エンドツーエンド往路多重経路チャネルは、Ｌ個のトランスポンダ４１０を介して、Ｍ個のＡＮ５１５のうちの１つを、Ｋ個の往路ユーザビームのうちの１つによってサービスを提供されるユーザ端末５１７と結合させる（図１０を参照されたい）。いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー５０３上のＬ個のトランスポンダ４１０のサブセットだけが、エンドツーエンド往路多重経路チャネルを作成するために使用される（すなわち、エンドツーエンド往路多重経路チャネルの信号経路の中にある）。いくつかの事例において、ユーザビームの数Ｋは、エンドツーエンド往路多重経路チャネルの信号経路の中にあるトランスポンダの数Ｌよりも多い。更に、いくつかの事例において、ＡＮの数Ｍは、エンドツーエンド往路多重経路チャネルの信号経路の中にあるトランスポンダの数Ｌよりも多い。

Ｈｆｗｄは、マトリックスＡｔ×Ｅ×Ｃｒの積としてエンドツーエンド往路リンクを表すことができる。Ｈｆｗｄの各要素は、経路の多重経路の性質のため、エンドツーエンド往路ゲインであり、深いフェードを受け得る。適切なビーム加重値は、地上セグメント５０２内のＣＰＳ５０５によって、複数のエンドツーエンド往路多重経路チャネル２２０８の各々について計算して、一組のＭ個のＡＮ５１５から各ユーザビームカバーエリア５１９への往路ユーザビームを形成することができる。複数のＡＮ５１５は、複数の伝送機（ＡＮ）を使用することによって伝送経路のダイバーシティを単一の受信機（ユーザ端末）に提供して、意図的に誘導された多重経路チャネルの存在下で、任意のユーザ端末５１７への情報の伝送を成功させることを可能にする。
組み合わせた往路及び復路データ

図１２は、往路及び復路通信をサポートする例示的なエンドツーエンドリレーを例示する。いくつかの事例において、同じエンドツーエンドリレー信号経路（例えば、一組の受信アンテナ要素、トランスポンダ、及び伝送アンテナ要素）を、エンドツーエンド往路リンク５０１及びエンドツーエンド復路リンク５２３に使用することができる。いくつかの他の事例としては、受信及び伝送アンテナ要素を共有する場合もあれば、しない場合もある、往路リンクトランスポンダ及び復路リンクトランスポンダが挙げられる。いくつかの事例において、システム１２００は、同じ一般の地理的地域１２０８（例えば、特定の州、国全体、地域、可視エリア全体、又は任意の他の適切な地理的地域１２０８であり得る）の中に位置付けられる、複数のＡＮと、ユーザ端末とを有する。単一のエンドツーエンドリレー１２０２（衛星又は任意の他の適切なエンドツーエンドリレー上に配置される）は、ＡＮから往路アップリンク信号５２１を受信し、ユーザ端末に往路ダウンリンク信号５２２を伝送する。代替の時間に、又は代替の周波数で、エンドツーエンドリレー１２０２はまた、ユーザ端末から復路アップリンク信号５２５を受信し、ＡＮに復路ダウンリンク信号５２７を伝送する。いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー１２０２は、時間領域二重化、周波数領域二重化、及び同類のものなどの技術を使用して、往路データと復路データとの間で共有される。いくつかの事例において、往路データと復路データとの間の時間領域二重化は、同じ周波数範囲を使用し、往路データは、復路データを伝送するために使用される時間間隔と異なる（重ならない）時間間隔の間に伝送される。いくつかの事例において、周波数領域二重化によって、異なる周波数が、往路データ及び復路データに使用され、それによって、往路データ及び復路データの同時の不干渉伝送を可能にする。

図１３は、２つの部分に分割されているアップリンク周波数範囲の説明図である。この範囲のより低い周波数（左）部分は、往路アップリンクに割り当てられ、この範囲のより高い周波数（右）部分は、復路アップリンクに割り当てられる。アップリンク範囲は、往路データ又は復路データのいずれかの複数の部分に分割することができる。

図１４は、時分割多重化される往路データ及び復路データの説明図である。データフレーム期間が示され、該期間において、往路データは、フレームの最初の時間間隔の間に輸送され、一方で、復路データは、フレームの最後の時間間隔の間に輸送される。エンドツーエンドリレーは、第１の（往路）受信時間間隔の間に１つ又は２つ以上のアクセスノードから受信し、第１の受信時間間隔と重ならない第２の（復路）受信時間間隔の間に１つ又は２つ以上のユーザ端末から受信する。エンドツーエンドリレーは、第１の（往路）伝送時間間隔の間に１つ又は２つ以上のユーザ端末に伝送し、第１の受信時間間隔と重ならない第２の（復路）伝送時間間隔の間に１つ又は２つ以上のアクセスノードに伝送する。データフレームは、繰り返すことができ、又は動的に変化させることができる。フレームは、往路データ及び復路データのために、複数の（例えば、隣接しない）部分に分割することができる。
エンドツーエンドビーム形成衛星

いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー５０３は、衛星上に実現され、よって、衛星は、ＡＮ（そのような事例では、衛星アクセスノード（ＳＡＮ）と称することができる）からユーザ端末に、及びその逆に信号をリレーするために使用される。いくつかの事例において、衛星は、静止軌道にある。エンドツーエンドリレーとして動作する例示的な人工衛星は、受信アンテナ要素のアレイと、伝送アンテナ要素のアレイと、受信アンテナ要素を伝送アンテナ要素に接続するいくつかのトランスポンダとを有する。アレイは、従来の単一リンクの位相アレイアンテナに類似する、重複アンテナ要素カバーエリアを有する多数のアンテナ要素を有する。それは、先に説明した多重経路環境を作成する、伝送アンテナ要素及び受信アンテナ要素の両方の重複アンテナ要素カバーエリアである。いくつかの事例において、対応するアンテナ要素によって確立されるアンテナパターン、及び重複アンテナ要素カバーエリアをもたらすアンテナパターン（例えば、重複構成要素ビームアンテナパターン）は、同一である。本開示の目的で、「同一の」という用語は、アンテナ要素を空間におけるその地点を示すための基準地点と見なして、アンテナパターンが空間における所与の一組の地点にわたって本質的に同じ電力分布に従っていることを意味する。完全に同一にすることは、非常に難しい。したがって、一方のパターンからもう一方への比較的少ない偏差を有するパターンは、「同一の」パターンの範囲内である。他の事例において、受信構成要素ビームアンテナパターンは、同一でない場合があり、実際には、かなり異なる場合がある。しかしながら、そのようなアンテナパターンは、それでも重複アンテナ要素カバーエリアをもたらすことができるが、結果として生じるカバーエリアは、同一にならない。

アンテナタイプとしては、アレイフィード反射器、共焦点アレイ、直接放射アレイ、及び他の形態のアンテナアレイが挙げられるが、これらに限定されない。各アンテナは、１つ又は２つ以上の反射器などの、信号の受信及び／又は伝送を支援するための追加的な光学的構成要素を含むシステムとすることができる。いくつかの事例において、衛星は、システムタイミング調整及びビーム形成較正を支援する構成要素を含む。

図１５は、エンドツーエンドリレー５０３として使用することができる例示的な人工衛星１５０２の線図である。いくつかの事例において、衛星１５０２は、アレイフィード反射器伝送アンテナ４０１と、アレイフィード反射器受信アンテナ４０２とを有する。受信アンテナ４０２は、受信反射器（図示せず）と、受信アンテナ要素４０６のアレイとを備える。受信アンテナ要素４０６は、受信反射器によって照射される。伝送アンテナ４０１は、伝送反射器（図示せず）と、伝送アンテナ要素４０９のアレイとを備える。伝送アンテナ要素４０９は、伝送反射器に照射するように配設される。いくつかの事例では、受信及び伝送の両方に同じ反射器が使用される。いくつかの事例では、アンテナ要素の１つのポートが受信に使用され、別のポートが伝送に使用される。いくつかのアンテナは、異なる偏波の信号を区別する能力を有する。例えば、アンテナ要素は、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）受信、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）受信、ＲＨＣＰ伝送、及びＬＨＣＰ伝送のための４つの導波管ポートをそれぞれ含むことができる。いくつかの事例では、システムの容量を増加させるために二重偏波を使用することができ、他の事例では、（例えば、異なる偏波を使用する他のシステムとの）干渉を低減させるために単一偏波を使用することができる。

例示的な衛星１５０２はまた、複数のトランスポンダ４１０も備える。トランスポンダ４１０は、１つの受信アンテナ要素４０６からの出力を伝送アンテナ要素４０９の入力に接続する。いくつかの事例において、トランスポンダ４１０は、受信した信号を増幅する。各受信アンテナ要素は、固有の受信信号を出力する。いくつかの事例において、受信アンテナ要素４０６のサブセットは、復路リンク信号の事例でのユーザ端末５１７又は往路リンク信号の事例でのＡＮ５１５などの、地球伝送機から信号を受信する。これらの事例のうちのいくつかにおいて、受信信号のためのサブセットにおける各受信アンテナ要素のゲインは、比較的小さい範囲内である。いくつかの事例において、その範囲は、３ｄＢである。他の事例において、その範囲は、６ｄＢである。更に他の事例において、その範囲は、１０ｄＢである。故に、衛星は、衛星の複数の受信アンテナ要素４０６の各々において信号を受信し、地球伝送機から通信信号が生じ、よって、受信アンテナ要素４０６のサブセットは、受信アンテナ要素４０６のピークゲインに対応する信号レベルよりも大幅に少なくない信号レベルで、通信信号を受信する。

いくつかの事例では、少なくとも１０個のトランスポンダ４１０が、衛星１５０２内に提供される。他の事例では、少なくとも１００のトランスポンダ４１０が衛星１５０２内に提供される。更に別の事例において、１つの極性あたりのトランスポンダの数は、２、４、８、１６、３２、６４、１２８、２５６、５１２、１０２４個の範囲、又は中間若しくはそれ以上の数とすることができる。いくつかの事例において、トランスポンダ４１０は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４１２と、周波数変換器及び関連付けられるフィルタ４１４と、電力増幅器（ＰＡ）４２０とを含む。アップリンク周波数及びダウンリンク周波数が同一であるいくつかの事例において、トランスポンダは、周波数変換器を含まない。他の事例では、複数の受信アンテナ要素が第１の周波数で動作する。各受信アンテナ要素４０６は、１つのトランスポンダ４１０と関連付けられる。受信アンテナ要素４０６は、ＬＮＡ４１２の入力に結合される。故に、ＬＮＡは、トランスポンダ４１０と関連付けられる受信アンテナ要素によって提供される固有の受信信号を独立に増幅する。いくつかの事例において、ＬＮＡ４１２の出力は、周波数変換器４１４に結合される。周波数変換器４１４は、増幅信号を第２の周波数に変換する。

トランスポンダの出力は、伝送アンテナ要素の関連付けられる１つに結合される。これらの実施例では、トランスポンダ４１０と、関連付けられる受信アンテナ要素４０６と、関連付けられる伝送アンテナ要素４０９との間には、１対１の関係があり、よって、各受信アンテナ要素４０６の出力は、唯一のトランスポンダの入力に接続され、そのトランスポンダの出力は、唯一の伝送アンテナ要素の入力に接続される。

図１６は、例示的なトランスポンダ４１０の説明図である。トランスポンダ４１０は、上で説明したように、エンドツーエンドリレー５０３のトランスポンダの一実施例とすることができる、（例えば、図１５の衛星１５０２）。この実施例において、トランスポンダは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４１２、周波数変換器及び関連付けられるフィルタ４１４、並びにトランスポンダ４１０の電力増幅器（ＰＡ）に加えて、位相シフタ４１８を含む。図１６に例示されるように、例示的なトランスポンダ４１０はまた、位相シフトコントローラ４２７とも結合させることができる。例えば、位相シフトコントローラ４２７は、エンドツーエンドリレー５０３のトランスポンダのいくつか又は全ての各々に（直接的又は間接的に）結合させることができ、よって、位相シフトコントローラ４２７は、各トランスポンダについて位相を個々に設定することができる。位相シフタは、例えば、下で論じられるように、較正に有用であり得る。
アンテナ

多重経路環境を作成するために、アンテナ要素カバーエリアは、同じ極性、周波数、及びタイプの（それぞれ伝送又は受信の）少なくとも１つの他のアンテナ要素のアンテナ要素カバーエリアと重ねることができる。いくつかの事例では、複数の受信構成要素ビームアンテナパターンが、同じ受信偏波及び受信周波数（例えば、共通の受信周波数の少なくとも一部を有する）で動作可能であり、互いに重なる。例えば、いくつかの事例では、受信構成要素ビームアンテナパターンの少なくとも２５％が、同じ受信偏波及び受信周波数（例えば、共通の受信周波数の少なくとも一部を有する）で動作可能であり、受信アンテナ要素の少なくとも５つの他の受信構成要素ビームアンテナパターンと重なる。同様に、いくつかの事例では、伝送構成要素ビームアンテナパターンの少なくとも２５％が、同じ伝送偏波及び伝送周波数（例えば、共通の伝送周波数の少なくとも一部を有する）で動作可能であり、少なくとも５つの他の伝送構成要素ビームアンテナパターンと重なる。重なりの量は、システムによって異なる。いくつかの事例では、受信アンテナ要素４０６の少なくとも１つが、同じ受信周波数（例えば、共通して受信周波数の少なくとも一部を有する）及び同じ受信偏波で動作可能である、他の受信アンテナ要素４０６のアンテナパターンと重なる、構成要素ビームアンテナパターンを有する。したがって、複数の受信アンテナ要素のうちの少なくともいくつかは、同じ源から同じ信号を受信することができる。同様に、伝送アンテナ要素４０９の少なくとも１つが、同じ伝送周波数（例えば、共通して伝送周波数の少なくとも一部を有する）及び伝送偏波で動作可能である、他の伝送アンテナ要素４０９のアンテナパターンと重なる、構成要素ビームアンテナパターンを有する。したがって、複数の伝送アンテナ要素のうちの少なくともいくつかは、同じ偏波で同じ周波数を有する信号を同じ受信機に伝送することができる。いくつかの事例において、重複構成要素ビームアンテナパターンは、共通の地理的エリアにわたって３ｄＢ未満（又は任意の他の適切な値）だけ異なるゲインを有することができる。アンテナ要素は、受信又は伝送にかかわらず、幅広い構成要素ビームアンテナパターンを有し、したがって、比較的幅広いアンテナ要素カバーエリアを有することができる。いくつかの事例において、ユーザ端末５１７又はアクセスノード５１５などの地球伝送機によって伝送される信号は、エンドツーエンドリレー（例えば、衛星）の全ての受信アンテナ要素４０６によって受信される。いくつかの事例では、要素４０６のサブセットが、地球伝送機から信号を受信する。いくつかの事例において、サブセットは、受信アンテナ要素の少なくとも５０％を含む。他の事例において、サブセットは、受信アンテナ要素の少なくとも７５％を含む。更に他の事例において、サブセットは、受信アンテナ要素の少なくとも９０％（例えば、全てを含むそれ以下）を含む。受信アンテナ要素４０６の異なるサブセットは、異なる地球伝送機から信号を受信することができる。同様に、いくつかの事例において、要素４０９のサブセットは、ユーザ端末５１７によって受信することができる信号を伝送する。いくつかの事例において、サブセットは、伝送アンテナ要素の少なくとも５０％を含む。他の事例において、サブセットは、伝送アンテナ要素の少なくとも７５％を含む。更に他の事例において、サブセットは、伝送アンテナ要素の少なくとも９０％を含む（例えば、最大で、及び全てを含む）。要素４０９の異なるサブセットは、異なるユーザ端末によって受信される信号を伝送することができる。更に、ユーザ端末は、いくつかの形成されたユーザビームカバーエリア５１９内にあり得る。本開示の目的で、アンテナパターンは、アンテナに伝送される、又はそこから受信されるエネルギーの分布パターンである。いくつかの事例において、エネルギーは、アンテナ要素から、及びそこに直接放射することができる。他の事例において、１つ又は２つ以上の伝送アンテナ要素からのエネルギーは、アンテナ要素パターンを成形する１つ又は２つ以上の反射器によって反射することができる。同様に、受信要素は、直接的に、又はエネルギーが１つ又は２つ以上の反射器に反射した後に、エネルギーを受信することができる。いくつかの事例において、アンテナは、対応するアンテナ要素カバーエリアを確立する構成要素ビームアンテナパターンを各々が有する、いくつかの要素で構成することができる。同様に、信号をＡＮ５１５と伝送及び受信する受信及び伝送アンテナ要素の全て又はサブセットは、重なることができ、よって、複数の受信アンテナ要素が、同じＡＮ５１５から信号を受信し、及び／又は複数の伝送アンテナ要素が、同じＡＮ５１５に信号を伝送する。

図１７は、３ｄＢの地点で交差するいくつかのアンテナ要素（受信アンテナ要素４０６又は伝送アンテナ要素４０９のいずれか）によって生成される、構成要素ビームアンテナパターンの説明図である。第１のアンテナ要素の構成要素ビームアンテナパターン１３０１は、ボアサイト１３０３に沿って、ピーク構成要素ビームアンテナゲインを有する。構成要素ビームアンテナパターン１３０１は、それが構成要素ビームアンテナパターン１３０５と交差する前に、約３ｄＢ減衰することが示される。２つの隣接する構成要素ビームアンテナパターンの各対が、構成要素ビームアンテナパターンの比較的小さい部分だけにわたって３ｄＢ線１３０７の周りで重なるので、これらの構成要素ビームアンテナパターンを生成するアンテナ要素は、重なっていないとみなされる。

図１８は、文字「ｘ」で示されるピークゲインを有するいくつかの要素４０６、４０９の理想的な３ｄＢのアンテナ輪郭部３９０１、３９０２、３９０３を示す。輪郭部３９０１、３９０２、３９０３は、簡潔にするために輪郭部が円形で示されるので、本明細書では「理想的」と称される。しかしながら、輪郭部３９０１、３９０２、３９０３は、円形である必要はない。各輪郭部は、伝送信号又は受信信号がピークレベルよりも３ｄＢ低い場所を示す。輪郭部の外側で、信号は、ピークよりも３ｄＢ以上低い。輪郭部の内側で、信号は、ピークのよりも３ｄＢ未満低い（すなわち、ピークの３ｄＢ以内である）。受信構成要素ビームアンテナパターンのカバーエリアが全ての地点であり、該地点について、受信構成要素ビームアンテナゲインがピーク受信構成要素ビームアンテナゲインの３ｄＢ以内であるシステムにおいて、輪郭部の内側のエリアは、アンテナ要素カバーエリアと称される。各要素４０６、４０９の３ｄＢのアンテナ輪郭部は、重なっていない。すなわち、３ｄＢのアンテナ輪郭部３９０１の内側のエリアの比較的小さい部分だけが、隣接する３ｄＢのアンテナパターン３９０２、３９０３の内側であるエリアと重なる。

図１９は、いくつかのアンテナ要素（受信アンテナ要素４０６又は伝送アンテナ要素４０９のいずれか）のアンテナパターン１４１１、１４１３、１４１５の説明図である。図１７の構成要素ビームアンテナパターンとは対照的に、図１９に示される構成要素ビームアンテナパターンは、３ｄＢ線１３０７の上側で１４１７と交差する。

図２０Ａ～図２０Ｅは、文字「ｘ」で示されるビーム中央点（ピークゲイン）を有するいくつかのアンテナ要素４０６、４０９の３ｄＢのアンテナ輪郭部を例示する。図２０Ａは、第１のアンテナ要素４０６の特定のアンテナ輪郭部１４１１を示す。図２０Ｂは、２つの特定の要素４０６の３ｄＢのアンテナ輪郭部１４１１、１４１３を示す。図２０Ｃは、３つの要素４０６の３ｄＢのアンテナ輪郭部を示す。図２０Ｄは、４つのアンテナ要素４０６の３ｄＢのアンテナ輪郭部を示す。図２０Ｅは、１６個のアンテナ要素４０６のアレイの３ｄＢのアンテナ輪郭部を示す。３ｄＢのアンテナ輪郭部は、重なり１４１８を示す（例えば、１６個のそのような３ｄＢアンテナ輪郭部が示される）。受信アンテナ又は伝送アンテナのアンテナ要素は、いくつかの異なる構成のいずれかで配設することができる。例えば、要素が略円形のフィードホーンを有する場合、該要素は、ハニカム構成で配設して、該要素を小さい空間量の中に密に詰め込むことができる。いくつかの事例において、アンテナ要素は、水平行及び垂直列に整列される。

図２１は、受信アンテナ要素４０６と関連付けられる受信アンテナの３ｄＢアンテナ輪郭部の相対位置の例示的な説明図である。要素４０６のビーム中央は、１～１６の番号が付され、要素４０６_４は、ビーム中央の支持「ｘ」の左上の数字の「４」によって識別される。いくつかの事例では、１６個よりもかなり多くの受信アンテナ要素４０６がある。しかしながら、簡潔にするために、図２１には、１６個だけが示される。伝送アンテナ要素４０９及びそれらの関連付けられる３ｄＢアンテナ輪郭部の対応するアレイは、図２１に類似する外観になる。したがって、簡潔にするために、受信アンテナ要素４０６のアレイだけが示される。中央のエリア２１０１では、アンテナ要素カバーエリアの全てが重なっている。

いくつかの事例において、リレーカバーエリア（例えば、衛星カバーエリア）内の少なくとも１つの地点は、いくつかのアンテナ要素４０６の構成要素ビームの３ｄＢアンテナ輪郭部の範囲に入る。１つのこのような事例では、少なくとも１つの地点が、少なくとも１００個の異なるアンテナ要素４０６の３ｄＢアンテナ輪郭部内にある。別の事例では、リレーカバーエリアの少なくとも１０％が、少なくとも３０個の異なるアンテナ要素の３ｄＢアンテナ輪郭部内にある。別の事例では、リレーカバーエリアの少なくとも２０％が、少なくとも２０個の異なるアンテナ要素の３ｄＢアンテナ輪郭部内にある。別の事例では、リレーカバーエリアの少なくとも３０％が、少なくとも１０個の異なるアンテナ要素の３ｄＢアンテナ輪郭部内にある。別の事例では、リレーカバーエリアの少なくとも４０％が、少なくとも８つの異なるアンテナ要素の３ｄＢアンテナ輪郭部内にある。別の事例では、リレーカバーエリアの少なくとも５０％が、少なくとも４つの異なるアンテナ要素の３ｄＢアンテナ輪郭部内にある。しかしながら、いくつかの事例では、これらの関係のうちの１つ以上が真であり得る。

いくつかの事例において、エンドツーエンドリレーは、アップリンクリレーカバーエリアの中の地点の少なくとも２５％が少なくとも６つの受信アンテナ要素４０６の重複カバーエリア内にある（例えば、かかる）、リレーカバーエリア（例えば、衛星カバーエリア）を有する。いくつかの事例では、アップリンクリレーカバーエリア内の地点の２５％が、少なくとも４つの受信アンテナ要素４０６の重複カバーエリア内にある（例えば、かかる）。いくつかの事例において、エンドツーエンドリレーは、ダウンリンクリレーカバーエリアの中の地点の少なくとも２５％が少なくとも６つの伝送アンテナ要素４０９の重複カバーエリア内にある（例えば、かかる）、カバーエリアを有する。いくつかの事例では、ダウンリンクリレーカバーエリア内の地点の２５％が、少なくとも４つの伝送アンテナ要素４０９の重複カバーエリア内にある（例えば、かかる）。

いくつかの事例において、受信アンテナ４０２は、いくつかの受信アンテナ要素カバーエリアが特定の伝送アンテナ要素カバーエリアに自然に対応することができるように、伝送アンテナ４０１とだいたい同じカバーエリアに向けることができる。これらの事例において、受信アンテナ要素４０６は、トランスポンダ４１０を介して、該受信アンテナ要素の対応する伝送アンテナ要素４０９にマッピングすることができ、各受信／伝送信号経路の類似する伝送及び受信アンテナ要素カバーエリアをもたらす。しかしながら、いくつかの事例では、受信アンテナ要素４０６を、同じ構成要素ビームカバーエリアに対応しない伝送アンテナ要素４０９にマッピングすることが有利であり得る。故に、受信アンテナ４０２の要素４０６を伝送アンテナ４０１の要素４０９にマッピングすることは、ランダムに（又は別様に）入れ替えることができる。そのような置換としては、アレイ内の同じ相対的な場所の中の、又は同じカバーエリアを有する伝送アンテナ要素４０９にマッピングされていない受信アンテナ要素４０６をもたらす事例が挙げられる。例えば、受信アンテナ要素アレイ内の各受信アンテナ要素４０６は、伝送アンテナ要素アレイのミラー場所に位置付けられる伝送アンテナ要素４０９と同じトランスポンダ４１０と関連付けることができる。任意の他の置換を使用して、置換に従って受信アンテナ要素４０６を伝送アンテナ要素４０９にマッピングすることができる（例えば、各受信アンテナ要素４０６を、関連付けられる伝送アンテナ要素４０９が受信アンテナ要素４０６及び伝送アンテナ要素４０９の特定の置換に従って結合される同じトランスポンダと対にする）。

図２２は、１６個のトランスポンダ４１０を通した、受信アンテナ要素４０６の伝送アンテナ要素４０９への例示的なマッピングを示す表４２００である。各トランスポンダ４１０は、関連付けられる受信アンテナ要素４０６に排他的に結合される入力と、関連付けられる伝送アンテナ要素４０９に排他的に結合される出力とを有する（例えば、各受信アンテナ要素４０６と、１つのトランスポンダ４１０と、１つの伝送アンテナ要素４０９との間には１対１の関係がある）。いくつかの事例において、他の受信アンテナ要素、トランスポンダ、及び伝送アンテナ要素は、１対１の関係で構成されない（また、エンドツーエンドビーム形成システムの一部として動作しない）エンドツーエンドリレー（例えば、衛星）上に存在することができる。

表４２００の第１の列４２０２は、トランスポンダ４１０を識別する。第２の列４２０４は、第１の列のトランスポンダ４１０が結合される、受信アンテナ要素４０６を識別する。表４２００の第３の列４２０６は、トランスポンダ４１０の出力が結合される、関連付けられる伝送アンテナ要素４０９を識別する。各受信アンテナ要素４０６は、表４２００の同じ行において識別されるトランスポンダ４１０の入力に結合される。同様に、各伝送アンテナ要素４０９は、表４２００の同じ行において識別されるトランスポンダ４１０の出力に結合される。表４２００の第３の列は、受信アンテナアレイの各受信アンテナ要素４０６が、伝送アンテナアレイ内の同じ相対的な場所の中の伝送アンテナ要素４０９と同じトランスポンダ４１０に結合される、ダイレクトマッピングの一実施例を示す。表４２００の第４の列４２０８は、第１の受信アンテナ要素４０６が、第１のトランスポンダ４１０に、及び第１０の伝送アンテナ要素４０９に結合される、インターリーブマッピングの一実施例を示す。第２の受信アンテナ要素４０６は、第２のトランスポンダ４１０に、及び第９の伝送アンテナ要素４０９に結合される、などである。いくつかの事例は、受信アンテナ要素４０６及び伝送要素４０９とトランスポンダ４１０との特定の対合がランダムに選択されるランダムマッピングを含む、他の置換を有する。

各受信／伝送信号経路について伝送及び受信アンテナ要素カバーエリアをできる限り類似した状態に保とうとするダイレクトマッピングは、一般に、最も高い総容量のシステムをもたらす。ランダム置換及びインターリーブ置換は、一般に、僅かに少ない容量を生成するが、ＡＮの故障、地上ネットワークにおけるファイバの故障、又はエンドツーエンドリレー上の（例えば、１つ又は２つ以上のトランスポンダにおける）電子的故障による受信／伝送信号経路の喪失に対してよりロバストなシステムを提供する。ランダム置換及びインターリーブ置換は、より低コストの非冗長ＡＮを使用することを可能にする。ランダム置換及びインターリーブ置換はまた、最良に機能するビームの容量と最悪に機能するビームの容量との間のより少ない変動も提供する。ランダム置換及びインターリーブ置換はまた、最初に一部分のＡＮだけによってシステムを動作させることにも有用であり、総容量の一部分だけしか利用できないが、カバーエリアにはいかなる損失ももたらさない。この一実施例は、配備されたＡＮの５０％だけで最初にシステムを動作させた場合の、ＡＮの逐次的ロールアウトである。これは、全容量よりも少ない容量を提供し得るが、それでも、カバーエリア全体にわたる動作を可能にする。需要が増加するにつれて、全てのＡＮがアクティブな状態で全容量が達成されるまで、より多くのＡＮを配備して、容量を増加させることができる。いくつかの事例において、ＡＮの構成の変更は、ビーム加重値の再計算をもたらす。構成の変更は、１つ又は２つ以上のＡＮの数又は特徴を変更することを含み得る。これは、エンドツーエンド往路及び／又は復路ゲインの再推定を必要とし得る。

いくつかの事例において、アンテナは、放物面反射器を有するアレイフィード反射アンテナである。他の事例において、反射器は、放物面形状を有しない。受信アンテナ要素４０６のアレイは、反射器によって反射された信号を受信するように配設することができる。同様に、伝送アンテナ要素４０９のアレイは、反射器に照射するためのアレイを形成するように配設することができる。重複構成要素ビームアンテナパターンを有する要素を提供するための１つの方法は、要素４０６、４０９を、反射器の焦点面を要素４０６、４０９のアレイの後方（又は前方）にすること（すなわち、受信アンテナアレイを、受信反射器の焦点面の外側に位置付けること）の結果として、脱合焦（非合焦）させることである。

図２３は、中央フィード放物面反射器１５２１の断面の説明図である。焦点１５２３は、反射器１５２１の中心軸１５２７に対して垂直である焦点面１５２５にある。中心軸１５２７に対して平行に反射器１５２１に当たる受信信号は、焦点１５２３に集束される。同様に、焦点に位置付けられるアンテナ要素から伝送され、反射器１５２１に当たる信号は、集束ビームにおいて、中心軸１５２７に対して平行に反射器１５２１から反射される。そのような配設は、各ビームの指向性を最大にし、また、隣接するフィードによって形成されるビームとの重なりを最小にするために、１ビームあたり単一のフィードのシステムにおいてしばしば使用される。

図２４は、別の放物面反射器１６２１の説明図である。アンテナ要素１６２９（受信アンテナ要素又は伝送アンテナ要素４０６、４０９、３４１６、３４１９、３４２６、３４２９のいずれか）を焦点面の外側（例えば、反射器１６２１の焦点面１６２５の前方）に位置付けることによって、反射器１６２１に当たる伝送信号１６３１の経路は、該伝送信号が反射器１６２１に反射したときに、互いに対して平行でなくなり、集束させた事例よりも広いビーム幅をもたらす。いくつかの事例では、放物面以外の形状を有する反射器が使用される。そのような反射器もまた、アンテナの脱焦点をもたらし得る。エンドツーエンドビーム形成システムは、このタイプの脱焦点アンテナを使用して、隣接するアンテナ要素のカバーエリアの重なりを作成し、したがって、リレーカバーエリアの中の所与のビーム場所のための、多数の有用な受信／伝送経路を提供することができる。

１つの事例では、リレーカバーエリアが確立され、そこでは、エンドツーエンドリレーが配備された（例えば、エンドツーエンド衛星リレーがサービス軌道にある）ときに、リレーカバーエリア内の地点の２５％が、少なくとも６つの構成要素ビームアンテナパターンのアンテナ要素カバーエリア内にある。代替的には、リレーカバーエリア内の地点の２５％が、少なくとも４つの受信アンテナ要素のアンテナ要素カバーエリア内にある。図２５は、例示的なリレーカバーエリア（エンドツーエンド衛星リレーのためのもので、衛星カバーエリアとも称される）３２０１（単一のクロスパッチで示される）、及び６つのアンテナ要素カバーエリア３２０５、３２０７、３２０９、３２１１、３２１３、３２１５内にも含まれるリレーカバーエリア３２０１内の地点によって画定されるエリア３２０３（二重クロスハッチで示される）の説明図である。カバーエリア３２０１及びアンテナ要素カバーエリア３２０５、３２０７、３２０９、３２１１、３２１３、３２１５は、受信アンテナ要素カバーエリア又は伝送アンテナ要素カバーエリアとすることができ、また、往路リンクだけ又は復路リンクだけと関連付けることができる。アンテナ要素カバーエリア３２０５、３２０７、３２０９、３２１１、３２１３、３２１５のサイズは、システムによって提供される所望の性能によって決定される。エラーに対してより許容性があるシステムは、あまり許容性がないシステムよりも大きいアンテナ要素カバーエリアを有することができる。いくつかの事例において、各アンテナ要素カバーエリア３２０５、３２０７、３２０９、３２１１、３２１３、３２１５は、構成要素ビームアンテナゲインが、構成要素ビームアンテナパターンを確立するアンテナ要素のピーク構成要素ビームアンテナゲインの１０ｄＢ以内である、全ての地点である。他の事例において、各アンテナ要素カバーエリア３２０５、３２０７、３２０９、３２１１、３２１３、３２１５は、構成要素ビームアンテナゲインが、ピーク構成要素ビームアンテナゲインの６ｄＢ以内である、全ての地点である。更に他の事例において、各アンテナ要素カバーエリア３２０５、３２０７、３２０９、３２１１、３２１３、３２１５は、構成要素ビームアンテナゲインが、ピーク構成要素ビームアンテナゲインの３ｄＢ以内である、全ての地点である。エンドツーエンドリレーがまだ配備されていない（例えば、エンドツーエンド衛星リレーがサービス軌道にない）ときであっても、エンドツーエンドリレーは、それでも、上記の定義に従う構成要素ビームアンテナパターンを有する。すなわち、軌道上のエンドツーエンドリレーに対応するアンテナ要素カバーエリアは、エンドツーエンドリレーがサービス軌道にないときであっても、構成要素ビームアンテナパターンから算出することができる。エンドツーエンドリレーは、ビーム形成に貢献せず、したがって、上述の特徴を有しない場合がある、追加的なアンテナ要素を含むことができる。

図２６は、リレーカバーエリア３３０１（例えば、衛星カバーエリア）内の全ての地点が少なくとも４つのアンテナ要素カバーエリア３３０３、３３０５、３３０７、３３０９内にも含まれる、エンドツーエンドリレー（例えば、衛星）アンテナパターン３３００の説明図である。他のアンテナ要素は、エンドツーエンドリレー上に存在することができ、また、リレーカバーエリア３３０１内の全ての地点よりも少ない地点を含むアンテナ要素カバーエリア３３１１を有することができる。

このシステムは、任意の適切なスペクトルで動作することができる。例えば、エンドツーエンドビーム形成システムは、Ｃ、Ｌ、Ｓ、Ｘ、Ｖ、Ｋａ、Ｋｕ、又は他の適切な１つ又は複数の帯域で動作することができる。いくつかのそのようなシステムにおいて、受信手段は、Ｃ、Ｌ、Ｓ、Ｘ、Ｖ、Ｋａ、Ｋｕ、又は他の適切な１つ又は複数の帯域で動作する。いくつかの事例において、往路アップリンク及び復路アップリンクは、同じ周波数範囲で（例えば、３０ＧＨｚ付近で）動作することができ、復路ダウンリンク及び往路ダウンリンクは、重複しない周波数範囲で（例えば、２０ＧＨｚ付近で）動作することができる。エンドツーエンドシステムは、任意の適切な帯域幅（例えば、５００ＭＨｚ、１ＧＨｚ、２ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ、その他）を使用することができる。いくつかの事例において、往路リンク及び復路リンクは、同じトランスポンダを使用する。

システムのタイミング整列を支援するために、Ｌ個トランスポンダの間の経路長は、いくつかの事例において、例えば適切なケーブル長の選択を通して、信号経路時間遅延を合致させるように設定される。エンドツーエンドリレー（例えば、衛星）は、いくつかの事例において、較正サポートモジュール４２４内に、リレービーコン発生器４２６（例えば、衛星ビーコン）を有する（図１５を参照されたい）。ビーコン発生器４２６は、リレービーコン信号を発生させる。エンドツーエンドリレーは、リレービーコン信号をブロードキャストして、システムタイミング整列並びにサポートフィーダリンク較正を更に支援する。いくつかの事例において、リレービーコン信号は、高いチップ速度（例えば、１秒あたり１億、２億、４億、若しくは８億チップ（Ｍｃｐｓ）、又は任意の他の適切な値）で動作する疑似ランダム（ＰＮとして知られる）直接シーケンススペクトラム拡散信号などの、ＰＮシーケンスである。いくつかの事例において、ＲＨＣＰ及びＬＨＣＰアンテナによって受信することができる直線偏波リレー（例えば、衛星）ビーコンは、関連付けられる伝送アンテナ要素４０９を通して伝送するために、広いカバーエリアにわたってアンテナホーン（図示せず）などのアンテナによってブロードキャストされるか、又はトランスポンダ４１０の１つ又は２つ以上に結合される。例示的なシステムにおいて、ビームは、複数の５００ＭＨｚの帯域幅チャネルにおいてＫａバンドを通じて形成され、４００ＭｃｐｓのＰＮコードが、５００ＭＨｚの帯域幅チャネル内に適合するようにフィルタリングされるか、又はパルス成形される。複数のチャネルが使用されるときには、チャネルの各々において同じＰＮ符号を伝送することができる。システムは、各チャネルについて１つのビーコン、又は２つ以上のチャネルについて１つのビーコンを用いることができる。

エンドツーエンドリレーには、多数の受信／伝送信号経路を存在させることができるので、個々の受信／伝送信号経路の冗長性が必要とされ得ない。受信／伝送信号経路が故障したときに、システムは、それでもその直前の状態に非常に近い性能レベルで機能することができるが、損失を補償するために、ビーム形成係数の修正を使用する場合がある。
地上ネットワーク

例示的なエンドツーエンドビーム形成システムの地上ネットワークは、共通のエンドツーエンドリレーに向けられた、いくつかの地理的に分布したアクセスノード（ＡＮ）を含む。最初に往路リンクを見ると、中央処理システム（ＣＰＳ）は、ユーザデータを伝送するためのビーム加重値を計算し、配信ネットワークを通してＡＮにインターフェースする。ＣＰＳはまた、ユーザ端末に提供されるデータ源にもインターフェースする。配信ネットワークは、例えば光ファイバーケーブルインフラストラクチャを使用して、様々な方法で実装することができる。ＣＰＳとＳＡＮとの間のタイミングは、（例えば、回路スイッチチャネルを使用して）決定的とするか、又は（例えば、パケットスイッチネットワークを使用して）非決定的とすることができる。いくつかの事例において、ＣＰＳは、信号処理を扱うために、例えば特別な特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して、単一の現場に実装される。いくつかの事例において、ＣＰＳは、例えばクラウドコンピューティング技術を使用して、分布した様式で実装される。

図５の実施例に戻ると、ＣＰＳ５０５は、複数のフィーダリンクモデム５０７を含むことができる。往路リンクの場合、フィーダリンクモデム５０７は、インターネット、ビデオヘッドエンド（図示せず）、その他などのデータ源から、往路ユーザデータストリーム５０９を各々が受信する。受信した往路ユーザデータストリーム５０９は、モデム５０７によってＫ個の往路ビーム信号５１１に調整される。いくつかの事例において、Ｋは、１、２、４、８、１６、３２、６４、１２８、２５６、５１２、１０２４個の範囲、又は中間若しくはそれ以上の数とすることができる。Ｋ個の往路ビーム信号の各々は、Ｋ個の往路ユーザビームのうちの１つに伝送される往路ユーザデータストリームを搬送する。故に、Ｋ＝４００である場合は、４００個の往路ビーム信号５１１があり、各々が、４００個の往路ユーザビームのうちの関連付けられる１つを通じて往路ユーザビームカバーエリア５１９に伝送される。Ｋ個の往路ビーム信号５１１は、往路ビーム形成器に結合される。

Ｍ個のＡＮ５１５が地上部分５０２に存在する場合は、往路ビーム形成器の出力が、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号５１６であり、各々が、Ｋ個の往路ビーム信号５１１のうちのいくつか又は全てに対応する加重往路ビーム信号を含む。往路ビーム形成器は、Ｋ×Ｍ個の往路ビーム加重マトリックスとＫ個の往路データ信号とのマトリックス積に基づいて、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号５１６を発生させることができる。配信ネットワーク５１８は、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号の各々を、Ｍ個のＡＮ５１５のうちの対応する１つに配信する。各ＡＮ５１５は、それぞれのアクセスノード固有の往路信号５１６を備える往路アップリンク信号５２１を伝送する。各ＡＮ５１５は、エンドツーエンドリレーの往路受信／伝送信号経路の１つ又は２つ以上（例えば、全てを含むそれ以下）を介して、往路ユーザビームカバーエリアの１つ又は２つ以上（例えば、全てを含むそれ以下）に、該ＡＮのリレーのそれぞれの往路アップリンク信号５２１を伝送する。エンドツーエンドリレー５０３内のトランスポンダ４１０、４１１は、複数のＡＮ５１５（例えば、全てを含むそれ以下）によって伝送される往路アップリンク信号５２１の重畳されたもの５５０を含む複合入力往路信号を受信する。各トランスポンダ（例えば、リレーを通した各受信／伝送信号経路）は、複合入力往路信号を、それぞれの往路ダウンリンク信号として、往路ダウンリンクを通じてユーザ端末５１７にリレーする。

図２７は、ＡＮ５１５の例示的な分布の説明図である。番号を付したより小さい円の各々は、ＡＮ５１５の場所を表す。より大きい円の各々は、ユーザビームカバーエリア５１９を示す。いくつかの事例において、ＡＮ５１５は、エンドツーエンドリレー５０３のカバーエリアにわたってほぼ均等に離間配置される。他の事例において、ＡＮ５１５は、カバーエリア全体を通じて不均等に分布することができる。更に他の事例において、ＡＮ５１５は、リレーカバーエリアの１つ又は２つ以上のサブ地域分布にわたって均等に、又は不均等にすることができる。一般的に、システムの性能は、ＡＮ５１５がカバーエリア全体を通じて一様に分布しているときに最良である。しかしながら、考慮事項がＡＮの配置における妥協点を左右し得る。例えば、ＡＮ５１５は、干渉の量、雨、若しくは他の環境条件、不動産のコスト、配信ネットワークへのアクセス、その他、に基づいて配置することができる。例えば、雨に敏感である衛星ベースのエンドツーエンドリレーシステムの場合、ＡＮ５１５の大部分は、降雨誘導の減衰を受ける可能性が低いエリア（例えば、米国西部）に配置することができる。別の例として、ＡＮ５１５は、幾らかのダイバーシティゲインを提供して降雨減衰の影響に対抗するように、高降雨地域（例えば、米国南東部）により高い密度で配置することができる。ＡＮ５１５は、ＡＮ５１５と関連付けられる分布経費を低減させるために、ファイバールートに沿って位置付けることができる。

ＡＮ５１５の数Ｍは、いくつかの基準に基づいて選択することができる、選択可能なパラメータである。より少ないＡＮは、より単純で、より低いコストの地上セグメント、及び配信ネットワークのより低い運用コストをもたらすことができる。より多いＡＮは、より大きいシステム容量をもたらすことができる。図２８は、例示的なシステムにおいて配備されるＡＮの数の関数として、正規化された往路及び復路リンク容量のシミュレーションを示す。正規化された容量は、シミュレーションにおいて最大数のＡＮで得られた容量で割った、Ｍ個のＡＮによる容量である。容量は、ＡＮの数が増加するにつれて増加するが、際限なく増加するわけではない。往路リンク及び復路リンク容量はどちらも、ＡＮの数が増加するにつれて、漸近極限に近づく。このシミュレーションは、Ｌ＝５１７個の伝送及び受信アンテナ要素で、ＡＮをカバーエリアにわたって一様に分布した状態であったが、この容量の漸近挙動は、Ｌ及び他のＡＮの空間的な分布の他の値によって認識することができる。図２８に示されるような曲線は、上で論じたように、配備されるＡＮの数Ｍを選択する際に、及びＡＮが漸増的に配備されるときにどのようにシステムの容量を段階的に導入することができるのかを理解する際に有用であり得る。

図２９は、エンドツーエンドビーム形成システムの例示的な地上セグメント５０２のブロック図である。図２９は、例えば、図５の地上セグメント５０２を例示することができる。地上セグメント５０２は、ＣＰＳ５０５と、配信ネットワーク５１８と、ＡＮ５１５とを備える。ＣＰＳ５０５は、ビーム信号インターフェース５２４と、往路／復路ビーム形成器５１３と、配信インターフェース５３６と、ビーム加重値発生器９１０とを備える。

往路リンクの場合、ビーム信号インターフェース５２４は、往路ユーザビームの各々と関連付けられる往路ビーム信号（ＦＢＳ）５１１を得る。ビーム信号インターフェース５２４は、往路ビームデータ多重化装置５２６と、往路ビームデータストリーム変調器５２８とを含むことができる。往路ビームデータ多重化装置５２６は、ユーザ端末５１７に伝送するための往路データを備える往路ユーザデータストリーム５０９を受信することができる。往路ユーザデータストリーム５０９は、例えば、図５のエンドツーエンドビーム形成システム５００を介してユーザ端末５１７に伝送するためのデータパケット（例えば、ＴＣＰパケット、ＵＤＰパケット、その他）を備えることができる。往路ビームデータ多重化装置５２６は、往路ビームデータストリーム５３２を得るために、それらのそれぞれの往路ユーザビームカバーエリアに従って、往路ユーザデータストリーム５０９をグループ化（例えば、多重化）する。往路ビームデータ多重化装置５２６は、例えば、時間領域多重化、周波数領域多重化、又は多重化技術の組み合わせを使用して、往路ビームデータストリーム５３２を発生させることができる。往路ビームデータストリーム変調器５２８は、１つ又は２つ以上の変調スキームに従って（例えば、データビットを変調シンボルにマッピングして）往路ビームデータストリーム５３２を変調させて、往路／復路ビーム形成器５１３に渡される往路ビーム信号５１１を作成することができる。いくつかの事例において、変調器５２８は、複数の変調信号を周波数多重化して、マルチキャリアビーム信号５１１を作成することができる。ビーム信号インターフェース５２４は、例えば、図５を参照して論じられるフィーダリンクモデム５０７の機能を実現することができる。

往路／復路ビーム形成器５１３は、往路ビーム形成器５２９と、復路ビーム形成器５３１とを含むことができる。ビーム加重値発生器９１０は、Ｍ×Ｋ個の往路ビーム加重マトリックス９１８を発生させる。Ｍ×Ｋ個の往路ビーム加重マトリックス９１８を発生させるための技術は、下で更に詳細に論じられる。往路ビーム形成器５２９は、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号５１６を算出するマトリックス乗算器を含むことができる。例えば、この算出は、Ｍ×Ｋ個の往路ビーム加重マトリックス９１８、及びＫ個の往路ビーム信号５１１のベクトルのマトリックス積に基づくことができる。いくつかの実施例において、Ｋ個の往路ビーム信号５１１の各々は、Ｆ個の往路周波数サブ帯域のうちの１つと関連付けることができる。この事例において、往路ビーム形成器５２９は、Ｆ個の往路周波数サブ帯域の各々のＭ個のアクセスノード固有の往路信号５１６のサンプルを発生させることができる（例えば、Ｋ個の往路ビーム信号５１１のそれぞれのサブセットのＦ個のサブ帯域の各々のマトリックス積演算を効果的に実現する）。配信インターフェース５３６は、（例えば、配信ネットワーク５１８を介して）Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号５１６をそれぞれのＡＮ５１５に配信する。

復路リンクの場合、配信インターフェース５３６は、（例えば、配信ネットワーク５１８を介して）ＡＮ５１５から複合復路信号９０７を得る。ユーザ端末５１７からの各復路データ信号は、複数の（例えば、全てを含むそれ以下）複合復路信号９０７に含むことができる。ビーム加重値発生器９１０は、Ｋ×Ｍ個の復路ビーム加重マトリックス９３７を発生させる。Ｋ×Ｍ個の復路ビーム加重マトリックス９３７を発生させるための技術は、下で更に詳細に論じられる。復路ビーム形成器５３１は、Ｋ個の復路ユーザビームカバーエリアのＫ個の復路ビーム信号９１５を算出する。例えば、この算出は、復路ビーム加重マトリックス９３７、及びそれぞれの複合復路信号９０７のベクトルのマトリックス積に基づくことができる。ビーム信号インターフェース５２４は、復路ビーム信号復調器５５２と、復路ビームデータ逆多重化装置５５４とを含むことができる。復路ビーム信号復調器５５２は、復路ビーム信号の各々を復調して、Ｋ個の復路ユーザビームカバーエリアと関連付けられるＫ個の復路ビームデータストリーム５３４を得ることができる。復路ビームデータ逆多重化装置５５４は、Ｋ個の復路ビームデータストリーム５３４の各々を、ユーザ端末５１７から伝送される復路データ信号と関連付けられるそれぞれの復路ユーザデータストリーム５３５に逆多重化することができる。いくつかの実施例において、復路ユーザビームの各々は、Ｒ個の復路周波数サブ帯域のうちの１つと関連付けることができる。この事例において、復路ビーム形成器５３１は、Ｒ個の復路周波数サブ帯域の各々と関連付けられる復路ビーム信号９１５のそれぞれのサブセットを発生させることができる（例えば、Ｒ個の復路周波数サブ帯域の各々のマトリックス積演算を効果的に実現して、復路ビーム信号９１５のそれぞれのサブセットを発生させる）。

図３０は、例示的な往路／復路ビーム形成器５１３のブロック図である。往路／復路ビーム形成器５１３は、往路ビーム形成器５２９と、往路タイミングモジュール９４５と、復路ビーム形成器５３１と、タイミングモジュール９４７とを備える。往路タイミングモジュール９４５は、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号５１６の各々を、信号がいつエンドツーエンドリレーに到達するように所望されたかを示すタイムスタンプと関連付ける（例えば、タイムスタンプを、多重化したアクセスノード固有の往路信号の中のアクセスノード固有の往路信号で多重化する）。このようにして、往路ビーム形成器５２９内の分割モジュール９０４において分割されるＫ個の往路ビーム信号５１１のデータは、ＡＮ５１５の各々によって、適切な時間に伝送することができる。タイミングモジュール９４７は、タイムスタンプに基づいて、受信信号を整列させる。Ｍ個のＡＮ複合復路信号（ＣＲＳ）９０７のサンプルは、特定のサンプルがいつエンドツーエンドリレーから伝送されたかを示すタイムスタンプと関連付けられる。タイミングの考慮事項及びタイムスタンプの生成は、下で更に詳細に論じられる。

往路ビーム形成器５２９は、データ入力９２５と、ビーム加重値入力９２０と、アクセスノード出力９２３とを有する。往路ビーム形成器５２９は、Ｍ×Ｋ個のビーム加重マトリックスの値をＫ個の往路データ信号５１１の各々に適用して、Ｋ個の加重往路ビーム信号を各々が有するＭ個のアクセスノード固有の往路信号５２１を発生させる。往路ビーム形成器５２９は、分割モジュール９０４と、Ｍ個の往路加重及び加算モジュール５３３とを含むことができる。分割モジュール９０４は、Ｋ個の往路ビーム信号５１１の各々をＫ個の往路ビーム信号のＭ個のグループ９０６に分割し、Ｍ個の往路加重及び加算モジュール５３３の各々について１つのグループ９０６である。故に、各往路加重及び加算モジュール５３３は、Ｋ個全ての往路データ信号５１１を受信する。

往路ビーム加重値発生器９１７は、Ｍ×Ｋ個の往路ビーム加重マトリックス９１８を発生させる。いくつかの事例において、下で更に論じられるように、往路チャネルマトリックスを形成するために、Ｋ×Ｍ個のエンドツーエンド往路多重経路チャネルの各々のエンドツーエンド往路ゲインの推定値であるチャネルマトリックスに基づいて、往路ビーム加重マトリックス９１８が発生される。エンドツーエンド往路ゲインの推定は、チャネル推定器モジュール９１９で行われる。いくつかの事例において、チャネル推定器は、下で更に詳細に論じられるように、エンドツーエンド多重経路チャネルの様々なパラメータに関連するデータを記憶する、チャネルデータストア９２１を有する。チャネル推定器９１９は、推定エンドツーエンドゲイン信号を出力して、往路ビーム加重値発生器９１７が往路ビーム加重マトリックス９１８を発生させることを可能にする。加重及び加算モジュール５３３の各々は、往路ビーム加重マトリックス９１８のビーム形成加重値のそれぞれのベクトルを受信するように結合される（簡単にするために、図３０には、そのような接続が１つだけ示される）。第１の加重及び加算モジュール５３３は、Ｍ×Ｋ個の往路ビーム加重マトリックス９１８のうちの１，１の要素の値に等しい加重値を、Ｋ個の往路ビーム信号５１１のうちの１番目に適用する（下で更に詳細に論じられる）。Ｍ×Ｋ個の往路ビーム加重マトリックス９１８の１，２の要素の値に等しい加重値は、Ｋ個の往路ビーム信号５１１のうちの２番目に適用される。マトリックスの他の加重値は、Ｋ番目の往路ビーム信号５１１まで同様に適用され、Ｍ×Ｋ個の往路ビーム加重マトリックス９１８の１，Ｋの要素に等しい値で加重される。Ｋ個の加重往路ビーム信号９０３の各々は、次いで、加算され、アクセスノード固有の往路信号５１６として、第１の加重及び加算モジュール５３３から出力される。第１の加重及び加算モジュール５３３によって出力されるアクセスノード固有の往路信号５１６は、次いで、タイミングモジュール９４５に結合される。タイミングモジュール９４５は、配信ネットワーク５１８を通して、第１のＡＮ５１５にアクセスノード固有の往路信号５１６を出力する（図５を参照されたい）。同様に、他の加重及び加算モジュール５３３の各々は、Ｋ個の往路ビーム信号５１１を受信し、Ｋ個の往路ビーム信号５１１に加重し、加算する。Ｍ個の加重及び加算モジュール５３３の各々からの出力は、配信ネットワーク５１８を通して、関連付けられるＭ個のＡＮ５１５に結合され、よって、ｍ番目の加重及び加算モジュールからの出力がｍ番目のＡＮ５１５に結合される。いくつかの事例において、配信ネットワーク通したジッタ及び不均等な遅延、並びにいくつかの他のタイミングの考慮事項は、タイムスタンプをデータと関連付けることによってタイミングモジュール９４５によって処理される。例示的なタイミング技術の詳細は、図３６及び図３７に関して下に提供される。

地上セグメント５０２において往路ビーム形成器５２９によって適用されるビーム加重値の結果として、エンドツーエンドリレー５０３を通してＡＮ５１５から伝送される信号は、ユーザビームを形成する。形成することができるビームのサイズ及び場所は、配備されるＡＮ５１５の数、信号が通過するリレーアンテナ要素の数及びパターン、エンドツーエンドリレー５０３の場所、並びに／又はＡＮ５１５の地理的間隔の関数とすることができる。

以下、図５に示されるエンドツーエンド復路リンク５２３を参照すると、ユーザビームカバーエリア５１９の１つの中のユーザ端末５１７は、エンドツーエンドリレー５０３に信号を伝送する。信号は、次いで、地上セグメント５０２にリレーされる。信号は、ＡＮ５１５によって受信される。

図３０を再度参照すると、Ｍ個の復路ダウンリンク信号５２７は、Ｍ個のＡＮ５１５によって受信され、配信ネットワーク５１８を通してＭ個のＡＮ５１５から、複合復路信号９０７として結合され、そして、復路ビーム形成器５３１のアクセスノードの入力９３１において受信される。タイミングモジュール９４７は、Ｍ個のＡＮ５１５からの複合復路信号を互いに整列させ、時間整列させた信号を復路ビーム形成器５３１に出力する。復路ビーム加重値発生器９３５は、チャネル推定器９４３内のチャネルデータストア９４１に記憶された情報に基づいて、Ｋ×Ｍ個の復路ビーム荷重マトリックス９３７として、復路ビーム加重値を発生させる。復路ビーム形成器５３１は、復路ビーム形成器５３１が復路ビーム加重マトリックス９３７を受信する、ビーム加重値入力９３９を有する。Ｍ個のＡＮ複合復路信号９０７の各々は、復路ビーム形成器５３１内のＭ個の分割器及び加重モジュール５３９のうちの関連付けられる１つに結合される。各分割器及び加重モジュール５３９は、時間整列させた信号をＫ個のコピー９０９に分割する。分割器及び加重モジュール５３９は、Ｋ×Ｍ個の復路ビーム加重マトリックス９３７のｋ、ｍの要素を使用して、Ｋ個のコピー９０９の各々に加重する。Ｋ×Ｍ個の復路ビーム加重マトリックスに関する更なる詳細は、以下に提供される。Ｋ個の加重複合復路信号９１１の各組は、次いで、組み合わせモジュール９１３に結合される。いくつかの事例において、組み合わせモジュール９１３は、各分割器及び加重モジュール５３９から出力されたｋ番目の加重複合復路信号９１１を組み合わせる。復路ビーム形成器５３１は、Ｋ個の復路ユーザビーム５１９のうちの１つと関連付けられるサンプル（例えば、Ｍ個のＡＮの各々を通して受信されるサンプル）を各々が有する、Ｋ個の復路ビーム信号９１５を出力する復路データ信号出力９３３を有する。Ｋ個の復路ビーム信号９１５の各々は、１つ又は２つ以上のユーザ端末５１７からのサンプルを有することができる。組み合わせて、整列させ、ビーム形成したＫ個の復路ビーム信号９１５は、フィーダリンクモデム５０７に結合される（図５を参照されたい）。復路タイミング調整は、分割及び加重の後に実行することができることに留意されたい。同様に、往路リンクの場合、往路タイミング調整は、ビーム形成の前に行うことができる。

上で論じたように、往路ビーム形成器５２９は、Ｋ個の往路ビーム信号５１１の入力サンプルにマトリックス積演算を行って、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号５１６をリアルタイムで算出することができる。ビーム帯域幅が（例えば、より短いシンボル区間をサポートするために）増加するにつれて、並びにＫ及びＭが大きくなるにつれて、マトリックス積演算は、計算集中的になり、単一のコンピューティングノード（例えば、単一のコンピュータサーバ、その他）の能力を超える場合がある。復路ビーム形成器５３１の動作は、同様に計算集中的である。複数のコンピューティングノードのコンピューティングリソースを往路／復路ビーム形成器５１３に分割するために、様々な方法を使用することができる。１つの実施例において、図３０の往路ビーム形成器５２９は、Ｍ個のＡＮ５１５の各々について、別個の加重及び加算モジュール５３３に分割することができ、これは異なるコンピューティングノード内に分布され得る。一般に、実現形態の考慮事項としては、コスト、電力消費、Ｋ、Ｍ、及び帯域幅に対するスケーラビリティ、（例えば、ノード故障、その他による）システム稼働率、アップグレード性、並びにシステムの待ち時間が挙げられる。上の実施例は、１行（又は列）あたりである。その逆も可能である。マトリックス動作をグループ化する他の様式を考慮することができる（例えば、［１，１～Ｋ／２，Ｍ／２］、［．．．］で４つに分割し、個々に計算し、加算する）。

いくつかの事例において、往路／復路ビーム形成器５１３は、タイムスライスビーム形成器によってビーム加重演算を処理するための時間領域多重化アーキテクチャを含むことができる。図３１は、時間領域逆多重化及び多重化による複数の往路タイムスライスビーム形成器を備える、例示的な往路ビーム形成器５２９のブロック図である。往路ビーム形成器５２９は、１つの往路ビーム信号逆多重化装置３００２と、Ｎ個の往路タイムスライスビーム形成器３００６と、１つの往路アクセスノードの信号多重化装置３０１０とを含む。

往路ビーム信号逆多重化装置３００２は、往路ビーム信号５１１を受信し、Ｋ個の往路ビーム信号５１１を、Ｎ個の往路タイムスライスビーム形成器３００６への入力のために、往路タイムスライス入力３００４に逆多重化する。例えば、往路ビーム信号逆多重化装置３００２は、Ｋ個の往路ビーム信号５１１のサンプルの第１の時間領域サブセットを、第１の往路タイムスライスビーム形成器３００６に送信し、該ビーム形成器は、サンプルの第１の時間領域サブセットに対応するＭ個のアクセスノード固有の往路信号と関連付けられるサンプルを発生させる。往路タイムスライスビーム形成器３００６は、その往路タイムスライス出力３００８を介して、サンプルの第１の時間領域サブセットのためのＭ個のアクセスノード固有の往路信号と関連付けられるサンプルを、往路アクセスノードの信号多重化装置３０１０に出力する。往路タイムスライスビーム形成器３００６は、アクセスノードによって使用される同期タイミング情報（例えば、対応するタイムスライスインデックス、その他）を伴う、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号の各々と関連付けられるサンプルを出力して、エンドツーエンドリレーによって受信したときに、（例えば、事前修正することによって）それぞれのアクセスノード固有の往路信号を同期させることができる。往路アクセスノードの信号多重化装置３０１０は、Ｎ個の往路タイムスライス出力３００８を介して、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号のサンプルの時間領域サブセットを多重化して、Ｍ個のアクセスノード固有の往路信号５１６を発生させる。往路タイムスライスビーム形成器３００６の各々は、データバッファと、ビームマトリックスバッファと、マトリックス積演算を実現するビーム加重値プロセッサとを含むことができる。すなわち、往路タイムスライスビーム形成器３００６の各々は、１回限りのスライスインデックスのサンプルの処理中に、図３０の往路ビーム形成器５２９について示される分割モジュール９０４並びに往路加重及び加算モジュール５３３に数学的に等しい計算を実現することができる。ビーム加重マトリックスの更新は、逐次的に行うことができる。例えば、往路タイムスライスビーム形成器のビーム加重マトリックスバッファは、Ｎ個の往路タイムスライスビーム形成器３００６を通したタイムスライスインデックスｔの回転におけるアイドル時間中に更新することができる。代替的に、各往路タイムスライスビーム形成器は、ピンポン構成（例えば、一方を使用している間にもう一方を更新することができる）で使用することができる、２つのバッファを有することができる。いくつかの事例において、複数のユーザビームパターン（例えば、複数のユーザカバーエリア）に対応するビーム加重値を記憶するために、複数のバッファを使用することができる。往路タイムスライスビーム形成器３００６のビーム加重値バッファ及びデータバッファは、ダイナミック又はスタティックランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む任意のタイプのメモリ又は記憶装置として実現することができる。ビーム加重値処理は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）において実現することができ、また、（例えば、クラウドコンピューティング環境において）１つ又は２つ以上の処理コアを含むことができる。加えて、又は代替的に、ビーム加重値バッファ、データバッファ、及びビーム加重値プロセッサは、１つの構成要素内に統合することができる。

図３２は、往路タイムスライスビーム形成器５２９の動作を示す、簡略化した例示的な地上セグメントを例示する。図３２の実施例において、往路ビーム形成器５２９は、４つの往路ビーム信号（例えば、Ｋ＝４）を受信し、５つのＡＮ（例えば、Ｍ＝５）のアクセスノード固有の往路信号を発生させ、また、３つの往路タイムスライスビーム形成器（例えば、Ｎ＝３）を有する。往路ビーム信号は、ＦＢｋ：ｔによって示され、ここで、ｋは、往路ビーム信号インデックスであり、ｔは、タイムスライスインデックス（例えば、サンプルの時間領域サブセットに対応する）である。往路ビーム信号逆多重化装置３００２は、４つの往路ユーザビームと関連付けられる往路ビーム信号のサンプルの４つの時間領域サブセットを受信し、１つの往路タイムスライス入力３００４が、特定のタイムスライスインデックスｔについて、往路ビーム信号５１１の各々からのサンプルの時間領域サブセットを含むように、各往路ビーム信号を逆多重化する。例えば、時間領域サブセットは、下で説明するように、単一のサンプル、サンプルの隣接するブロック、又はサンプルの隣接しない（例えば、インターリーブ）ブロックとすることができる。往路タイムスライスビーム形成器３００６は、（例えば、往路ビーム信号５１１及び往路ビーム加重マトリックス９１８に基づいて）ＡＦｍ：ｔによって示される、タイムスライスインデックスｔのＭ個のアクセスノード固有の往路信号の各々を発生させる。例えば、タイムスライスインデックスｔ＝０のサンプルＦＢ１：０（ＦＢ２）：０（ＦＢ３）：０、及びＦＢ４：０の時間領域サブセットは、第１の往路タイムスライスビーム形成器ＴＳＢＦ［１］３００６に入力され、往路タイムスライス出力３００８において、アクセスノード固有の往路信号ＡＦ１：０（ＡＦ２）：０（ＡＦ３）：０（ＡＦ４）：０、及びＡＦ５：０の対応するサンプルを発生させる。その後のタイムスライスインデックス値ｔ＝１，２について、往路ビーム信号５１１のサンプルの時間領域サブセットは、第２及び第３の往路タイムスライスビーム形成器３００６への入力のために、往路ビーム信号逆多重化装置３００２によって逆多重化され、往路タイムスライス出力３００８において、対応するタイムスライスインデックスｔと関連付けられるアクセスノード固有の往路信号を発生させる。図３２はまた、タイムスライスインデックス値ｔ＝３において、第１の往路タイムスライスビーム形成器が、対応するタイムスライスインデックス３と関連付けられるアクセスノード固有の往路信号を発生させることも示す。１つのタイムスライスインデックス値ｔについて各往路タイムスライスビーム形成器３００６によって行われるマトリックス積演算は、サンプルの時間領域サブセット（例えば、サンプリングレートｔ_Ｓを乗じたサンプル数Ｓ）の実際の時間よりも長くかかる場合がある。しかしながら、各往路タイムスライスビーム形成器３００６は、Ｎ個のタイムスライスインデックスｔ毎に、サンプルの時間領域サブセットを１つだけ処理することができる。往路アクセスノードの信号多重化装置３０１０は、往路タイムスライスビーム形成器３００６の各々からの往路タイムスライス出力３０３０を受信し、サンプルの時間領域サブセットを多重化して、それぞれのＡＮに配信するためのＭ個のアクセスノード固有の往路信号５１６を発生させる。

図３３は、時間領域逆多重化及び多重化による複数の復路タイムスライスビーム形成器を備える、例示的な復路ビーム形成器５３１のブロック図である。復路ビーム形成器５３１は、１つの復路複合信号逆多重化装置３０１２と、Ｎ個の復路タイムスライスビーム形成器３０１６と、１つの復路ビーム信号多重化装置３０２０とを含む。復路複合信号逆多重化装置３０１２は、（例えば、Ｍ個のＡＮから）Ｍ個の複合復路信号９０７を受信し、Ｎ個の復路タイムスライスビーム形成器３０１６への入力のために、Ｍ個の複合復路信号９０７を復路タイムスライス入力３０１４に逆多重化する。復路タイムスライスビーム形成器３０１６の各々は、それぞれの復路タイムスライス出力３０１８を介して、対応するサンプルの時間領域サブセットのＫ個の復路ビーム信号９１５と関連付けられるサンプルを、復路ビーム信号多重化装置３０２０に出力する。復路ビーム信号多重化装置３０２０は、Ｎ個の復路タイムスライス出力３０１８を介して受信したＫ個の復路ビーム信号のサンプルの時間領域サブセットを多重化して、Ｋ個の復路ビーム信号９１５を発生させる。復路タイムスライスビーム形成器３０１６の各々は、データバッファと、ビームマトリックスバッファと、マトリックス積演算を実現するビーム加重値プロセッサとを含むことができる。すなわち、復路タイムスライスビーム形成器３０１６の各々は、１つのスライスインデックスのサンプルの処理中に、図３０の復路ビーム形成器５３１について示される分割器及び加重モジュール５３９並びに組み合わせモジュール９１３に数学的に等しい計算を実現することができる。往路タイムスライスビーム形成器について上で論じたように、ピンポンビーム加重値バッファ構成（例えば、一方を使用している間にもう一方を更新することができる）を使用して、逐次的に行うことができる。いくつかの事例において、複数のユーザビームパターン（例えば、複数のユーザカバーエリア）に対応するビーム加重値を記憶するために、複数のバッファを使用することができる。復路タイムスライスビーム形成器３０１６のビーム加重値バッファ及びデータバッファは、ダイナミック又はスタティックランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む任意のタイプのメモリ又は記憶装置として実現することができる。ビーム加重値処理は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）において実現することができ、また、１つ又は２つ以上の処理コアを含むことができる。加えて、又は代替的に、ビーム加重値バッファ、データバッファ、及びビーム加重値プロセッサは、１つの構成要素内に統合することができる。

図３４は、時間領域多重化を用いた復路ビーム形成器５３１の動作を示す、簡略化した例示的な地上セグメントを例示する。図３３の実施例において、復路ビーム形成器５３１は、５つの複合復路信号（例えば、Ｍ＝５）を受信し、４つの復路ユーザビーム（例えば、Ｋ＝５）の復路ビーム信号を発生させ、また、３つのタイムスライスビーム形成器（例えば、Ｎ＝３）を有する。複合復路信号は、ＲＣｍ：ｔによって示され、ここで、ｍは、ＡＮインデックスであり、ｔは、タイムスライスインデックス（例えば、サンプルの時間領域サブセットに対応する）である。復路複合信号逆多重化装置３０１２は、５つのＡＮから複合復路信号のサンプルの４つの時間領域サブセットを受信し、１つの復路タイムスライス入力３０１４が、特定のタイムスライスインデックスｔについて、複合復路信号９０７の各々から対応するサンプルの時間領域サブセットを含むように、各複合復路信号を逆多重化する。例えば、時間領域サブセットは、下で説明するように、単一のサンプル、サンプルの隣接するブロック、又はサンプルの隣接しない（例えば、インターリーブ）ブロックとすることができる。復路タイムスライスビーム形成器３０１６は、（例えば、複合復路信号９０７及び復路ビーム加重マトリックス９３７に基づいて）ＲＢｋ：ｔによって示される、タイムスライスインデックスｔのＫ個の復路ビーム信号の各々を発生させる。例えば、タイムスライスインデックスｔ＝０のサンプルＲＣ１：０（ＲＣ２）：０（ＲＣ３）：０（ＲＣ４）：０、及びＲＣ５：０の時間領域サブセットは、第１の復路タイムスライスビーム形成器３０１６に入力され、復路タイムスライス出力３０１８において、復路ビーム信号ＲＢ１：０（ＲＢ２）：０（ＲＢ３）：０及びＲＢ４：０の対応するサンプルを発生させる。その後のタイムスライスインデックス値ｔ＝１，２について、複合復路信号９０７のサンプルの時間領域サブセットは、第２及び第３の復路タイムスライスビーム形成器３０１６への入力のために、復路複合信号逆多重化装置３０１２によってそれぞれ逆多重化され、復路タイムスライス出力３０１８において、対応するタイムスライスインデックスｔと関連付けられる復路ビーム信号のサンプルを発生させる。図３４はまた、タイムスライスインデックス値ｔ＝３において、第１の復路タイムスライスビーム形成器が、対応するタイムスライスインデックス３と関連付けられる復路ビーム信号のサンプルを発生させることも示す。１つのタイムスライスインデックス値ｔについて各往路タイムスライスビーム形成器３０１６によって行われるマトリックス積演算は、サンプルの時間領域サブセット（例えば、サンプリングレートｔ_Ｓを乗じたサンプル数Ｓ）の実際の時間よりも長くかかる場合がある。しかしながら、各復路タイムスライスビーム形成器３０１６は、Ｎ個のタイムスライスインデックスｔ毎に、サンプルの１つの時間領域サブセットだけを処理することができる。復路ビーム信号多重化装置３０２０は、復路タイムスライスビーム形成器３０１６の各々から復路タイムスライス出力３０１８を受信し、サンプルの時間領域サブセットを多重化して、Ｋ個の復路ビーム信号９１５を発生させる。

図３１～図３４は、復路タイムスライスビーム形成器３０１６と同じ数Ｎの往路タイムスライスビーム形成器３００６が例示されているが、いくつかの実現形態は、復路タイムスライスビーム形成器３０１６よりも多い又は少ない往路タイムスライスビーム形成器３００６を有することができる。いくつかの実施例において、往路ビーム形成器５２９及び／又は復路ビーム形成器５３１は、ノード故障に対するロバスト性のための予備容量を有することができる。例えば、各往路タイムスライスビーム形成器３００６が、リアルタイムタイムスライス期間ｔ_Ｄを有するタイムスライスインデックスｔについて、一組のサンプルを処理するために、ｔ_ＦＴＳかかる場合、ここで、ｔ_ＦＴＳ＝Ｎ・ｔ_Ｄであり、往路ビーム形成器５２９は、Ｎ＋Ｅ個の往路タイムスライスビーム形成器３００６を有することができる。いくつかの実施例では、Ｎ＋Ｅ個の往路タイムスライスビーム形成器３００６各々が動作に使用され、各往路タイムスライスビーム形成器３００６がＥ／Ｎの有効な予備容量を有する。１つの往路タイムスライスビーム形成器３００６が故障した場合、動作は、（例えば、時間領域サンプル（又はサンプルのグループ）が時間領域逆多重化及び多重化を通してどのようにルーティングされるのかを調整することによって）別の往路タイムスライスビーム形成器３００６に移すことができる。したがって、往路ビーム形成器５２９は、システムの性能が影響を受ける前に、最大でＥ個の故障した往路タイムスライスビーム形成器３００６に対する許容性があり得る。加えて、余分の容量は、システム動作中のシステムの保守及びタイムスライスビーム形成器のアップグレードを可能にする。例えば、システムは、タイムスライスビーム形成器間の異なる性能に対する許容性があるので、タイムスライスビーム形成器のアップグレードを逐次的に行うことができる。タイムスライスインデックスｔと関連付けられるデータサンプルは、インターリーブすることができる。例えば、第１のタイムスライスインデックスｔ_０は、サンプル０、Ｐ、２Ｐ、．．．、（Ｓ－１）^＊Ｐと関連付けることができ、一方で、タイムスライスインデックスｔ_１は、サンプル１、Ｐ＋１、２Ｐ＋１、．．．、（Ｓ－１）^＊Ｐ＋１と関連付けることができる、その他、であり、ここで、Ｓは、サンプルの各組におけるサンプルの数であり、Ｐは、インターリービング期間である。インターリービングはまた、往路エラー修正におけるインターリービングによる利点に類似して、喪失ブロックによるエラーが時間内に分散されるようにサンプルの各タイムスライスビーム形成ブロックが時間内に分離されるので、システムをタイムスライスビーム形成器の故障に対してよりロバストにすることもできる。実際には、タイムスライスビーム形成器の故障によって引き起こされた分散されたエラーは、特に往路エラー符号化が用いられる場合に、ノイズに類似する影響を生じさせ、ユーザデータに対していかなるエラーももたらさない場合がある。Ｎ＝３である実施例が例示されているが、他のＮの値を使用することができ、Ｎは、Ｋ又は、Ｍといかなる特定の関係を有する必要はない。

上で論じたように、図３１及び図３３に例示される往路ビーム形成器５２９及び復路ビーム形成器５３１は、１つのチャネル又は周波数サブ帯域についてタイムスライスビーム形成を行うために、時間領域逆多重化及び多重化を行うことができる。複数のサブ帯域は、追加的なサブ帯域多重化／逆多重化スイッチング層を使用して独立に処理することができる。図３５は、サブ帯域逆多重化及び多重化を用いる、例示的な多帯域往路／復路ビーム形成器５１３のブロック図である。多帯域往路／復路ビーム形成器５１３は、Ｆ個の往路サブ帯域及びＲ個の復路サブ帯域をサポートすることができる。

多帯域往路／復路ビーム形成器５１３は、Ｆ個の往路サブ帯域ビーム形成器３０２６と、Ｒ個の復路サブ帯域ビーム形成器３０３６と、１つのサブ帯域多重化装置／逆多重化装置３０３０とを含む。例えば、往路ビーム信号５１１は、Ｆ個の往路サブ帯域に分割することができる。Ｆ個の往路サブ帯域の各々は、Ｋ個の往路ユーザビームカバーエリアのサブセットと関連付けることができる。すなわち、Ｋ個の往路ユーザビームカバーエリアは、異なる（例えば、異なる周波数及び／又は偏波、その他）周波数サブ帯域と関連付けられる往路ユーザビームカバーエリアの複数のサブセットを含むことができ、ここで、サブセットの各々の中の往路ユーザビームカバーエリアは、（例えば、３ｄＢの信号輪郭部、その他、において）重なっていない場合がある。したがって、往路サブ帯域ビーム形成器入力３０２４の各々は、往路ビーム信号５１１のサブセットＫ_１を含むことができる。Ｆ個の往路ビーム形成器３０２６の各々は、往路ビーム形成器５２９の機能を含むことができ、往路ビーム信号５１１のサブセットと関連付けられるＭ個のアクセスノード固有の往路信号を含む往路サブ帯域ビーム形成器出力３０２８を発生させる（例えば、Ｍ×Ｋ_１個の往路ビーム加重マトリックスを有するＫ_１個の往路ビーム信号のマトリックス積）。したがって、ＡＮ５１５の各々は、（例えば、Ｆ個の往路サブ帯域について）異なる周波数サブ帯域と関連付けられる複数のアクセスノード固有の往路信号を受信することができる。ＡＮは、下で更に詳細に論じられるように、信号を往路アップリンク信号に異なるサブ帯域で組み込む（例えば、加算する）ことができる。同様に、ＡＮ５１５は、Ｒ個の異なる復路サブ帯域の複数の複合復路信号９０７を発生させることができる。Ｒ個の復路サブ帯域の各々は、Ｋ個の復路ユーザビームカバーエリアのサブセットと関連付けることができる。すなわち、Ｋ個の復路ユーザビームカバーエリアは、異なる周波数サブ帯域と関連付けられる復路ユーザビームカバーエリアの複数のサブセットを含むことができ、ここで、サブセットの各々の中の復路ユーザビームカバーエリアは、（例えば、３ｄＢの信号輪郭部、その他、において）重なっていない場合がある。サブ帯域多重化装置／逆多重化装置３０３０は、複合復路信号９０７をＲ個の復路サブ帯域ビーム形成器入力３０３４に分割することができる。復路サブ帯域ビーム形成器３０３６の各々は、次いで、復路サブ帯域ビーム形成器出力３０３８を発生させることができ、これは、（例えば、フィーダリンクモデム５０７又は復路ビーム信号復調器、その他への）復路ユーザビームのサブセットの復路ビーム信号９１５を含むことができる。いくつかの実施例において、多帯域往路／復路ビーム形成器５１３は、複数の偏波（例えば、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）、その他）をサポートすることができ、いくつかの事例では、サブ帯域の数を効果的に２倍にすることができる。

いくつかの事例において、往路ビーム形成器５２９及び復路ビーム形成器５３１のタイムスライス多重化及び逆多重化（例えば、ビーム信号逆多重化装置３００２、往路アクセスノードの信号多重化装置３０１０、復路複合信号逆多重化装置３０１２、復路ビーム信号多重化装置３０２０）、並びにサブ帯域多重化／逆多重化（サブ帯域多重化装置／逆多重化装置３０３０）は、パケットスイッチング（例えば、イーサネット（登録商標）スイッチング、その他）によって行うことができる。いくつかの事例において、タイムスライス及びサブ帯域スイッチングは、同じスイッチングノードにおいて、又は異なる順序で行うことができる。例えば、各スイッチファブリックファブリックノードをＡＮ５１５、往路タイムスライスビーム形成器３００６、復路タイムスライスビーム形成器３０１６、又はフィーダリンクモデム５０７のサブセットと結合させることができる場合に、ファブリックスイッチングアーキテクチャを使用することができる。ファブリックスイッチングアーキテクチャは、例えば、任意のＡＮを（例えば、スイッチ及び／又はスイッチファブリック相互接続を介して）、低待ち時間の階層的に平坦なアーキテクチャで、任意の往路タイムスライスビーム形成器又は復路タイムスライスビーム形成器に接続することを可能にすることができる。１つの実施例において、Ｋ≦６００、Ｍ≦６００、及び５００ＭＨｚの帯域幅（例えば、１個のサブ帯域あたり）をサポートし、往路又は復路リンクの１４個のサブ帯域を有するシステムは、２０４８ １０ＧｉｇＥのポートを有する市販の相互接続スイッチプラットフォームによって実現することができる。
遅延等化

いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー５０３とＣＰＳ５０５との間の経路の各々での伝搬遅延の差は、僅かである。例えば、復路リンク上で、同じ信号（例えば、特定のユーザへの、又はそこからのデータ）が複数のＡＮ５１５によって受信されるときに、信号の各インスタンスは、信号の互いのインスタンスと本質的に整列されたＣＰＳで到達することができる。同様に、同じ信号がいくつかのＡＮ５１５を通してユーザ端末５１７に伝送されたときに、信号の各インスタンスは、信号の互いのインスタンスと本質的に整列されたユーザ端末５１７に到達することができる。換言すれば、信号は、信号をコヒーレントに組み合わせる十分な精度で位相及び時間整列させることができ、よって、経路遅延及びビーム形成の影響は、伝送シンボル率に対して少ない。例示的な実施例として、経路遅延の差が１０マイクロ秒である場合、ビーム形成帯域幅は、およそ数１０ｋＨｚになり得、起こり得る性能の低下が少ない状態で、狭帯域幅信号、例えば≒１０のｋｓｐｓを使用することができる。１０ｋｓｐｓの信号速度は、１００マイクロ秒のシンボル区間を有し、１０マイクロ秒の遅延拡散は、シンボル区間の僅か１／１０である。これらの事例において、上で説明したように、システム分析の目的で、１つのインスタンスにおいてエンドツーエンドリレーによって受信される信号は、本質的に同時にリレーされ、伝送されると仮定することができる。

他の事例において、伝送アンテナ要素４０９からＡＮ５１５に伝送される信号の信号間隔（伝送シンボル区間）に対する伝搬遅延には、かなりの差があり得る。信号が各ＡＮ５１５から配信ネットワーク５１８を通してとる経路は、かなりの遅延の変動を含み得る。これらの事例では、遅延等化を用いて、経路遅延に整合させることができる。

ＣＰＳ５０５によって配信ネットワーク５１８を通して受信されるエンドツーエンド復路リンク信号の場合、信号は、エンドツーエンドリレーから伝送されるリレービーコン、例えば上で説明したＰＮビーコンを使用することによって時間整列させることができる。各ＡＮ５１５は、基準としてリレービーコン信号を使用して、複合復路信号をタイムスタンプすることができる。したがって、異なるＡＮ５１５は、異なる時間に同じ信号を受信することができるが、各ＡＮ５１５における受信信号は、ＣＰＳ５０５が該信号を時間整列することを可能にするようにタイムスタンプすることができる。ＣＰＳ５０５は、同じタイムスタンプを有する信号を組み合わせることによってビーム形成が行われるように、信号をバッファリングすることができる。

図３３及び図３４に戻ると、復路リンクの遅延等化は、復路タイムスライスビーム形成器３０１６への複合復路信号を逆多重化することによって行うことができる。例えば、各ＡＮは、複合復路信号をタイムスライスインデックスｔと関連付けられる複数組のサンプルに分割することができ、これは、複合復路信号のインターリーブサンプルを含むことができる。タイムスライスインデックスｔは、リレービーコン信号に基づいて決定することができる。ＡＮは、対応するタイムスライスインデックスｔと多重化したサンプルのサブセットを（例えば、多重化した複合復路信号として）復路ビーム形成器５３１に送信することができ、これは、復路リンクの同期タイミング情報としての役割を果たすことができる。各ＡＮからのサンプルのサブセットは、（例えば、スイッチングを介して）逆多重化することができ、１つの復路タイムスライスビーム形成器３０１６は、タイムスライスインデックスｔについて（いくつかの事例では、複数のサブ帯域のうちの１つについて）、各ＡＮからサンプルのサブセットを受信することができる。復路ビーム加重マトリックスと、タイムスライスインデックスｔと関連付けられるＭ個の複合復路信号の各々からのサンプルのサブセットとのマトリックス積を行うことによって、復路タイムスライスビーム形成器３０１６は、復路ビーム加重マトリックスを適用するために、エンドツーエンドリレーによってリレーされる信号を同時に整列させることができる。

往路リンクの場合、ＣＰＳ５０５内のビーム形成器５１３は、ＡＮ５１５によって伝送される各アクセスノード固有の往路信号がエンドツーエンドリレー５０３に到達することがいつ所望されたのかを示すタイムスタンプを発生させることができる。各ＡＮ５１５は、アクセスノードビーコン信号２５３０、例えばループバックＰＮ信号を伝送することができる。各そのような信号は、エンドツーエンドリレー５０３によって、再度ＡＮ５１５にループバックされ、伝送され得る。ＡＮ５１５は、ＡＮのいずれか又は全てから、リレービーコン信号及びリレーされた（ループバックされた）アクセスノードビーコン信号の両方を受信することができる。リレービーコン信号の受信タイミングに対するアクセスノードビーコン信号の受信タイミングは、アクセスノードビーコン信号がいつエンドツーエンドリレーに到達したのかを示す。エンドツーエンドリレーによるリレーの後に、リレービーコン信号がＡＮに到達するのと同時にアクセスノードビーコン信号が到達するようにそのタイミングを調整することで、アクセスノードビーコン信号を、リレービーコンと同期させてエンドツーエンドリレーに到達させる。全てのＡＮにこの機能を行わせることで、全てのアクセスノードビーコン信号が、リレービーコンと同期させたエンドツーエンドリレーに到達することを可能にする。このプロセスにおける最後の工程は、各ＡＮに、そのアクセスノードビーコン信号と同期させたそのアクセスノード固有の往路信号を伝送させることである。これは、後で説明されるようにタイムスタンプを使用して行うことができる。代替的に、ＣＰＳは、（例えば、配信ネットワーク介したタイミングが決定的である場合）それぞれの時間領域オフセットによってオフセットされたそれぞれのアクセスノード固有の往路信号をＡＮに送信することによって、遅延等化を管理することができる。

図３６は、システムのタイミングを整列させるために使用されるＰＮシーケンスの説明図である。図の水平軸は、時間を表す。チップ２３０３のＡＮ_１ ＰＮシーケンス２３０１は、第１のＡＮからアクセスノードビーコン信号で伝送される。エンドツーエンドリレーでのこのシーケンスの到達の相対的時間は、ＰＮシーケンス２３０５によって表される。ＡＮからエンドツーエンドリレーへの伝搬遅延のため、ＡＮ_１ ＰＮシーケンス２３０１に対するＰＮシーケンス２３０５の時間シフトがある。リレーＰＮビーコンシーケンス２３０７は、リレービーコン信号のエンドツーエンドリレー内で発生され、そこから伝送される。時間Ｔ_０でのリレーＰＮビーコンシーケンス２３０７のＰＮチップ２３１５は、時間Ｔ_０でのＡＮ_１ ＰＮ受信信号２３０５のＰＮチップ２３１６と整列される。ＡＮ_１伝送タイミングが適切な量によって調整されたときに、ＡＮ_１ ＰＮ受信信号２３０５のＰＮチップ２３１６は、リレーＰＮビーコン２３０７のＰＮチップ２３１５と整列される。ＰＮシーケンス２３０５は、エンドツーエンドリレーからループバックされ、ＰＮシーケンス２３１７は、ＡＮ_１で受信される。リレーＰＮビーコンのエンドツーエンドリレーから伝送されるＰＮシーケンス２３１９は、ＡＮ_１で受信される。ＰＮシーケンス２３１７、２３１９は、ＡＮ_１で整列され、それらがエンドツーエンドリレーで整列させられたことを示すことに留意されたい。

図３７は、ＡＮ_２において発生されたＰＮシーケンスのタイミングを適切に調整しなかったＡＮ_２の一実施例を示す。ＡＮ_２によって発生されたＰＮシーケンス２３１１は、リレーＰＮビーコンＰＮシーケンス２３０７からある量ｄｔのオフセットを伴って、シーケンス２３０９として示されるエンドツーエンドリレーで受信されることに留意されたい。このオフセットは、ＡＮ_２のシーケンスを発生させるために使用されるタイミングのエラーによるものである。また、ＡＮ_２でのＡＮ_２ ＰＮシーケンス２３２１の到達は、ＡＮ_２でのリレーＰＮビーコンＰＮシーケンス２３２３の到達から同じ量ｄｔだけオフセットされることにも留意されたい。ＡＮ_２における信号処理は、このエラーを観察し、また、量ｄｔだけタイミングを調整することによって伝送タイミングに対する修正を行って、ＰＮシーケンス２３２１、２３２３を整列させることができる。

図３６及び図３７では、概念の例示を簡単にするために、リレーＰＮビーコン及び全てのＡＮ（ループバック）ＰＮ信号に同じＰＮチップ速度が使用されている。同じタイミング概念は、異なるＰＮチップ速度で適用することができる。図３１及び図３２に戻ると、タイムスライスインデックスｔは、エンドツーエンドリレーにおいてＡＮの各々から受信されるアクセスノード固有の往路信号を同期させるために使用することができる。例えば、タイムスライスインデックスｔは、アクセスノード固有の往路信号５１６と多重化することができる。各ＡＮは、それぞれのアクセスノードビーコン信号において伝送されるチップのＰＮシーケンスの対応するタイミング情報と整列される特定のタイムスライスインデックスｔを有する、アクセスノード固有の往路信号のサンプルを伝送することができる。それぞれのアクセスノードビーコン信号が、ＡＮとエンドツーエンドリレーとの間のそれぞれの経路遅延及び位相シフトを補償するように調整されているので、タイムスライスインデックスｔと関連付けられるサンプルは、互いに対して正しくタイミング同期され、位相整列された状態で、エンドツーエンドリレーに到達する。

ＡＮがそれら自体のアクセスノードビーコン信号を受信する事例では、往路通信データも搬送している同じエンドツーエンドリレー通信ハードウェアを使用して、アクセスノードビーコン信号をループバックすることが可能である。これらの事例において、エンドツーエンドリレーにおけるトランスポンダの相対ゲイン及び／又は位相は、後で説明されるように調整することができる。

図３８は、例示的なＡＮ５１５のブロック図である。ＡＮ ５１５は、受信機４００２と、受信タイミング及び位相調整器４０２４と、リレービーコン信号復調器２５１１と、多重化装置４００４と、ネットワークインターフェース４００６と、コントローラ２５２３と、逆多重化装置４０６０と、伝送タイミング及び位相補償器４０２０と、伝送機４０１２とを備える。ネットワークインターフェース４００６は、例えば、ネットワークポート４００８を介してＣＰＳ５０５に接続することができる。

復路リンク上で、受信機４００２は、復路ダウンリンク信号５２７を受信する。復路ダウンリンク信号５２７は、例えば、（例えば、複数の受信／伝送信号経路、その他、を介して）エンドツーエンドリレーによってリレーされる復路アップリンク信号と、リレービーコン信号との複合物を含むことができる。受信機４００２は、例えば、下方変換及びサンプリングを行うことができる。リレービーコン信号復調器２５１１は、デジタル化された複合復路信号９０７のリレービーコン信号を復調して、リレータイミング情報２５２０を得ることができる。例えば、リレービーコン信号復調器２５１１は、復調を行って、リレーＰＮ符号と関連付けられるチップタイミングを復元し、デジタル化された複合復路信号５２７のサンプルために、エンドツーエンドリレーから、伝送時間に対応するタイムスタンプを発生させることができる。多重化装置４００４は、（例えば、多重化した複合復路信号を形成するために）リレータイミング情報２５２０を、（例えば、ネットワークインターフェース４００６を介して）ＣＰＳ５０５に送信されるデジタル化された複合復路信号のサンプルと多重化することができる。リレータイミング情報２５２０を多重化することは、ＣＰＳ５０５に送信するための、タイムスライスインデックスｔに対応するサンプルのサブセットを発生させることを含むことができる。例えば、多重化装置４００４は、図３３、図３４、及び図３５を参照して上で説明した復路タイムスライスビーム形成アーキテクチャへの入力のために、各タイムスライスインデックスｔと関連付けられるサンプルのサブセットを出力することができる。多重化装置４００４は、いくつかの事例において、サンプルの各サブセットについてサンプルをインターリーブするためのインターリーバ４０４４を含むことができる。

往路リンク上で、ネットワークインターフェース４００６は、（例えば、ネットワークポート４００８を介して）ＡＮ入力信号４０１４を得ることができる。逆多重化装置４０６０は、ＡＮ入力信号４０１４を逆多重化して、アクセスノード固有の往路信号５１６、及びアクセスノード固有の往路信号５１６の伝送タイミングを示す往路信号伝送タイミング情報４０１６を得ることができる。例えば、アクセスノード固有の往路信号５１６は、（例えば、データサンプル、その他と多重化された）往路信号伝送タイミング情報を含むことができる。１つの実施例において、アクセスノード固有の往路信号５１６は、（例えば、データパケットにおいて）複数組のサンプルを備え、ここで、サンプルの各セットは、タイムスライスインデックスｔと関連付けられる。例えば、サンプルの各セットは、図３１、図３２、及び図３５を参照して上で論じた往路タイムスライスビーム形成アーキテクチャに従って発生される、アクセスノード固有の往路信号５１６のサンプルとすることができる。逆多重化装置４０６０は、タイムスライスインデックスｔと関連付けられるサンプルをデインターリーブするためのデインターリーバ４０５０を含むことができる。

伝送タイミング及び位相補償器４０２０は、アクセスノード固有の往路信号５１６を受信し、バッファリングし、往路アップリンク信号５２１として適切な時期に伝送機４０１２によって伝送するための往路アップリンク信号サンプル４０２２を出力することができる。伝送機４０１２は、デジタル－アナログ変換及び上方変換を行って、往路アップリンク信号５２１を出力することができる。往路アップリンク信号サンプル４０２２は、アクセスノード固有の往路信号５１６及びアクセスノードビーコン信号２５３０（例えば、ループバックＰＮ信号）を含むことができ、これらは、伝送タイミング情報（例えば、ＰＮ符号チップタイミング情報、フレームタイミング情報、その他）を含むことができる。伝送タイミング及び位相補償器４０２０は、往路信号伝送タイミング及び位相情報４０１６がアクセスノードビーコン信号２５３０の対応する伝送タイミング及び位相情報に同期されるように、アクセスノード固有の往路信号５１６をアクセスノードビーコン信号２５３０と多重化することができる。

いくつかの実施例において、アクセスノードビーコン信号２５３０の発生は、ＡＮ５１５において（例えば、アクセスノードビーコン信号発生器２５２９において）局部的に行われる。代替的に、アクセスノードビーコン信号２５３０の発生は、別個の構成要素（例えば、ＣＰＳ５０５）において行って、（例えば、ネットワークインターフェース４００６を介して）ＡＮ５１５に送信することができる。上で論じたように、アクセスノードビーコン信号２５３０は、ＡＮとエンドツーエンドリレーとの間の経路差及び位相シフトについて往路アップリンク信号５２１を補償するために使用することができる。例えば、アクセスノードビーコン信号２５３０は、往路アップリンク信号５２１において伝送し、受信機４００２において受信されるようにエンドツーエンドリレーによってリレーすることができる。コントローラ２５２３は、リレーされたアクセスノードビーコン信号から（例えば、復調、その他、によって）得られるリレーされた伝送タイミング及び位相情報４０２６と、リレービーコン信号から（例えば、復調、その他、によって）得られる受信タイミング及び位相情報４０２８とを比較することができる。コントローラ２５２３は、伝送タイミング及び位相補償器４０２０に入力するためのタイミング及び位相調整２５２４を発生させ、アクセスノードビーコン信号２５３０を調整して、経路遅延及び位相シフトを補償することができる。例えば、アクセスノードビーコン信号２５３０は、ＰＮ符号及びフレームタイミング情報（例えば、フレーム番号の１つ又は２つ以上のビット、その他）を含むことができる。伝送タイミング及び位相補償器４０２０は、例えば、経路遅延を粗補償するためのフレームタイミング情報を調整することができる（例えば、リレーされたアクセスノードビーコン信号がリレービーコン信号の対応するフレームタイミング情報と粗整列された、リレーされた伝送フレームタイミング情報を有するように、アクセスノードビーコン信号のフレームタイミング情報を出力し、ＰＮコードのどのチップをＬＳＢとみなすのかを変更する、その他）。加えて、又は代替的に、伝送タイミング及び位相補償器４０２０は、往路アップリンク信号サンプル４０２２に対するタイミング及び位相調整を行って、リレーされた伝送タイミング及び位相情報４０２６と受信タイミング及び位相情報４０２８との間のタイミング又は位相差を補償することができる。例えば、アクセスノードビーコン信号２５３０が局部発振器に基づいて発生される場合、局部発振器と受信したリレービーコン信号との間のタイミング又は位相差は、往路アップリンク信号サンプル４０２２に対するタイミング及び位相調整によって修正することができる。いくつかの実施例において、アクセスノードビーコン信号の復調は、ＡＮ５１５において（例えば、アクセスノードビーコン信号復調器２５１９において）局部的に行われる。代替的に、アクセスノードビーコン信号の復調は、別個の構成要素（例えば、ＣＰＳ５０５）において行うことができ、リレーされた伝送タイミング及び位相情報４０２６は、（例えば、ネットワークインターフェース４００６を介して）他の信号送信で得ることができる。例えば、深いフェーディングは、他の信号送信よりも高い電力での伝送がなければ、ＡＮ自体のリレーアクセスノードビーコン信号の受信及び復調を困難にする場合があり、これは、通信信号のパワーバジェットを低減させる場合がある。したがって、複数のＡＮ５１５からのリレーされたアクセスノードビーコン信号の組み合わせ受信は、リレーされたアクセスノードビーコン信号の有効な受信電力及び復調精度を増加させることができる。したがって、単一のＡＮ５１５からのアクセスノードビーコン信号の復調は、複数のＡＮ５１５において受信されるダウンリンク信号を使用して行うことができる。アクセスノードビーコン信号の復調は、ＡＮ５１５の大部分又は全てからのアクセスノードビーコン信号の信号情報も含むことができる複合復路信号９０７に基づいてＣＰＳ５０５において行うことができる。所望であれば、アクセスノードビーコン信号のエンドツーエンドビーム形成は、アクセスノードビーコンアップリンク（例えば、Ｃ_ｒ）、リレーループバック（例えば、Ｅ）、及び／又はアクセスノードビーコンダウンリンク（例えば、Ｃ_ｔ）を考慮して行うことができる。
フィーダリンク障害の除去

全てのＡＮからのエンドツーエンドリレーに対する信号経路の遅延等化に加えて、ビーム形成の前に、フィーダリンクによって誘発される位相シフトを除去することができる。エンドツーエンドリレーとＭ個のＡＮと間の各リンクの位相シフトは異なる。各リンクの異なる位相シフトの原因としては、伝播経路の長さ、シンチレーションなどの大気条件、ドップラー周波数シフト、及び異なるＡＮ発振器のエラーが挙げられるが、これらに限定されない。これらの位相シフトは、一般に、各ＡＮについて異なり、また、（シンチレーション、ドップラーシフト、及びＡＮ発振器エラーの差により）時間的に変動する。動的なフィーダリンク障害を除去することによって、ビーム加重値が適応する速度は、フィーダリンクのダイナミックスを追跡するのに十分に速いビーム加重値が適応する代替例よりも遅くすることができる。

復路方向において、ＡＮに対するフィーダダウンリンク障害は、リレーＰＮビーコン及びユーザデータ信号（例えば、復路ダウンリンク信号）の両方に共通である。いくつかの事例において、リレーＰＮビーコンのコヒーレントな復調は、復路データ信号からこれらの障害の大部分又は全部を除去するために使用されるチャネル情報を提供する。いくつかの事例において、リレーＰＮビーコン信号は、連続的に伝送され、通信データと共に帯域内に位置付けられる既知のＰＮシーケンスである。この帯域内のＰＮ信号の等価（又は有効）等方放射電力（ＥＩＲＰ）は、通信データに対する干渉が最大許容レベルよりも大きくないように設定される。いくつかの事例において、復路リンクのフィーダリンク障害除去プロセスは、リレーＰＮビーコン信号の受信タイミング及び位相のコヒーレントな復調及び追跡を含む。例えば、リレービーコン信号復調器２５１１は、リレーＰＮビーコン信号と局部的基準信号（例えば、局部発振器又はＰＬＬ）との比較に基づいて、受信タイミング及び位相調整２５１２を決定して、フィーダリンク障害を補償することができる。復元されたタイミング及び位相差は、次いで、（例えば、受信タイミング及び位相調整器４０２４によって）復路ダウンリンク信号から除去され、したがって、通信信号（例えば、復路ダウンリンク信号５２７）からフィーダリンク障害を除去する。フィーダリンク障害除去後に、ビームからの復路リンク信号は、全てのＡＮにおいて共通の周波数エラーを有し、したがって、ビーム形成に適している。共通の周波数エラーとしては、ユーザ端末周波数エラー、ユーザ端末アップリンクドップラー、エンドツーエンドリレー周波数変換周波数エラー、リレーＰＮビーコン周波数エラーによる貢献が挙げられ得るが、これらに限定されない。

往路において、各ＡＮからのアクセスノードビーコン信号は、フィーダアップリンク障害の除去を補助するために使用することができる。フィーダアップリンク障害は、往路リンク通信データ（例えば、アクセスノード固有の信号）並びにアクセスノードビーコン信号に課される。アクセスノードビーコン信号のコヒーレントな復調は、（例えば、リレービーコン信号に対する）アクセスノードビーコン信号のタイミング及び位相差を復元するために使用することができる。復元されたタイミング及び位相差は、次いで、アクセスノードビーコン信号がリレービーコン信号と同位相で到達するように、伝送アクセスノードビーコン信号から除去される。

いくつかの事例において、往路フィーダリンク除去プロセスは、ＡＮからエンドツーエンドリレーへの、及びループ構造内への戻りの経路遅延を有する位相ロックループ（ＰＬＬ）である。いくつかの事例では、ＡＮからエンドツーエンドリレーへの、及びＡＮへの戻りの往復遅延が顕著であり得る。例えば、エンドツーエンドリレーとして機能する地球同期衛星は、約２５０ミリ秒（ｍｓ）の往復遅延を発生させる。このループを大きい遅延の存在下で安定した状態に保つために、非常に低いループ帯域を使用することができる。２５０ｍｓの遅延の場合、ＰＬＬ閉ループ帯域幅は、一般的に、１Ｈｚ未満であり得る。そのような事例では、高い安定性の発振器を衛星及びＡＮの両方で使用して、図３９においてブロック２４３７（下記を参照されたい）によって示されるように、信頼性の高い位相ロックを維持することができる。

いくつかの事例において、アクセスノードビーコン信号は、較正間隔の間にだけ伝送されるバースト信号である。較正間隔の間には、アクセスノードビーコン信号に対するこの干渉を除去するために、通信データが伝送されない。較正間隔の間にいかなる通信データも伝送されないので、通信データ中にブロードキャストされる場合に必要とされる伝送電力と比較して、アクセスノードビーコン信号の伝送電力を大きくすることができる。これは、通信データとの干渉を引き起こすいかなる懸念事項もない（この時点で、通信データが存在していない）からである。この技術は、アクセスノードビーコン信号が較正間隔の間に伝送されるときに、該アクセスノードビーコン信号の高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を可能にする。較正間隔の発生頻度は、較正間隔の間の経過時間の逆数である。各較正間隔が位相のサンプルをＰＬＬに提供するので、この較正頻度は、この離散時間ＰＬＬのサンプリングレートである。いくつかの事例において、サンプリングレートは、僅かなエイリアシング量を有するＰＬＬの閉ループ帯域幅をサポートするのに十分な高さである。較正周波数（ループサンプリングレート）及び較正間隔の積は、プローブ信号を発するチャネルからの追加的な干渉を伴わなければ通信データにエンドツーエンドリレーを使用することができない僅かな時間を表す。いくつかの事例では、０．１未満の値が使用され、いくつかの事例では、０．０１未満の値が使用される。

図３９は、例示的なＡＮトランシーバ２４０９のブロック図である。ＡＮトランシーバ２４０９への入力２４０８は、（例えば、複数の周波数サブ帯域のうちの１つについて）ＡＮ５１５によって受信されるエンドツーエンド復路リンク信号を受信する。入力２４０８は、下方変換器（Ｄ／Ｃ）２５０３の入力２５０１に結合される。Ｄ／Ｃ２５０３の出力は、アナログ－デジタル変換器（Ａ／Ｄ）２５０９に結合される。Ａ／Ｄ２５０９の出力は、Ｒｘ時間調整器２５１５及び／又はＲｘ位相調整器２５１７に結合される。Ｒｘ時間調整器２５１５及びＲｘ位相調整器２５１７は、図３８の受信タイミング及び位相調整器４０２４の態様を例示することができる。Ｄ／Ｃ２５０３は、直交下方変換器である。故に、Ｄ／Ｃ２５０３は、同相及び直交出力をＡ／Ｄ２５０９に出力する。受信信号は、通信信号（例えば、ユーザ端末によって伝送される復路アップリンク信号の複合物）、アクセスノードビーコン信号（例えば、同じＡＮ及び／又は他のＡＮから伝送される）、及びリレービーコン信号を含むことができる。デジタルサンプルは、リレービーコン信号復調器２５１１に結合される。リレービーコン信号復調器２５１１は、リレービーコン信号を復調する。更に、リレービーコン信号復調器２５１１は、時間制御信号２５１３及び位相制御信号２５１４を発生させて、受信リレービーコン信号に基づいてフィーダリンク障害を除去する。そのような障害としては、ドップラー、ＡＮ周波数エラー、シンチレーション効果、経路長変化、その他、が挙げられる。リレービーコン信号のコヒーレントな復調を行うことによって、位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用して、これらのエラーの大部分又は全部を修正することができる。リレービーコン信号におけるエラーを修正することによって、（例えば、そのようなエラーは、リレービーコン信号、アクセスノードビーコン信号、及び通信信号に共通であるので）フィーダリンク上の通信信号及びアクセスノードビーコン信号における対応するエラーも同様に修正される。フィーダリンク障害を除去した後に、ユーザ端末５１７からのエンドツーエンド復路リンク通信信号は、名目上、Ｍ個のＡＮ５１５の各々において同じ周波数エラーを有する。その共通のエラーとしては、ユーザ端末周波数エラー、ユーザリンクドップラー、エンドツーエンドリレー周波数変換エラー、及びリレービーコン信号周波数エラーが挙げられる。

フィーダリンク障害を除去したデジタルサンプルは、多重化装置２５１８に結合され、これは、図３８の多重化装置４００４の一実施例であり得る。多重化装置２５１８は、サンプルを、リレービーコン信号復調器２５１１からのリレータイミング情報２５２０と関連付ける（例えば、タイムスタンプする）。多重化装置２５１８の出力は、ＡＮトランシーバ２４０９の出力ポート２４１０に結合される。出力ポート２４１０は、多重化装置２４１３に結合され、また、インターフェース２４１５（図４０を参照されたい）を通して、ＣＰＳ５０５に結合される。ＣＰＳ５０５は、次いで、受信デジタルサンプルと関連付けられるタイムスタンプを使用して、ＡＮ５１５の各々から受信されるデジタルサンプルを整列させることができる。加えて、又は代替的に、フィーダリンク障害の除去は、ＣＰＳ５０５において行うことができる。例えば、埋め込まれたリレービーコン信号を有するエンドツーエンド復路リンク信号のデジタルサンプルは、ＡＮ５１５からＣＰＳ５０５に送信することができ、ＣＰＳ５０５は、複合復路信号の各々の同期タイミング情報（例えば、埋め込まれたリレービーコン信号）を使用して、それぞれの複合復路信号のそれぞれの調整を決定して、ダウンリンクチャネル障害を補償することができる。

アクセスノードビーコン信号２５３０は、アクセスノードビーコン信号発生器２５２９によって局部的に発生させることができる。アクセスノードビーコン信号復調器２５１９は、（例えば、エンドツーエンドリレーによってリレーされ、入力２４０８において受信した後に）ＡＮ５１５によって受信されるアクセスノードビーコン信号を復調する。リレービーコン信号復調器２５１１は、受信リレータイミング及び位相情報信号２５２１をコントローラ２５２３に提供する。コントローラ２５２３はまた、アクセスノードビーコン信号復調器２５１９から、リレーされた伝送タイミング及び位相情報信号２５２５を受信する。コントローラ２５２３は、受信リレータイミング及び位相情報を、リレーされた伝送タイミング及び位相情報と比較し、粗時間調整信号２５２７を発生させる。粗時間調整信号２５２７は、アクセスノードビーコン信号発生器２５２９に結合される。アクセスノードビーコン信号発生器２５２９は、ＡＮ５１５からエンドツーエンドリレー５０３に伝送される埋め込み伝送タイミング情報を有する、アクセスノードビーコン信号２５３０を発生させる。上の考察において述べたように、リレータイミング及び位相情報（リレービーコン信号に埋め込まれる）と伝送時間及び位相情報（アクセスノードビーコン信号に埋め込まれる）との差は、伝送タイミング及び位相情報を調整して、リレーされた伝送タイミング及び位相情報を、受信したリレータイミング及び位相情報と同期させるために使用される。粗時間は、アクセスノードビーコン信号発生器２５２９への信号２５２７によって調整され、微細時間は、Ｔｘ時間調整器２５３９への信号２５４０によって調整される。受信したリレータイミング及び位相情報２５２１と同期されるアクセスノードビーコン信号復調器２５１９からの、リレーされた伝送タイミング及び位相情報２５２５によって、アクセスノードビーコン信号発生器２５２９は、伝送されるＣＰＳ５０５からのアクセスノードビーコン信号２５３０及びアクセスノード固有の往路信号の同期を支援するタイムスタンプ２５３１を発生させる。すなわち、ＣＰＳ５０５からのデータサンプルは、関連付けられるデータサンプルがいつエンドツーエンドリレー５０３に到達するように所望されたのかを示すタイムスタンプ２５３５と共に、入力ポート２４２３で受信される。バッファ、時間整列、及び加算モジュール２５３７は、ＣＰＳ５０５から結合されるデータサンプルをバッファリングし、タイムスタンプ２５３５、２５３１に基づいて、それらをアクセスノードビーコン信号発生器２５２９からのサンプルと加算する。タイムスタンプによって示されたときに、同一の時間を有するＰＮサンプル及び通信データサンプルが共に加算される。この実施例では、複数のビーム信号（ｘ_ｋ（ｎ）×ｂ_ｋ）が、ＣＰＳ５０５において共に加算され、複数のビーム信号の複合物を備えるアクセスノード固有の往路信号が、ＣＰＳ５０５によってＡＮに送信される。

ＡＮによって適切に整列されたときに、データサンプルは、所望の時間に（例えば、他のＡＮからの同じデータサンプルの到達と同時に）エンドツーエンドリレー５０３に到達する。伝送時間調整器２５３９は、時間コントローラモジュール２５２３からの微細時間コントローラ出力信号２５４０に基づいて、微細時間調整を行う。伝送位相調整器２５４１は、アクセスノードビーコン信号復調器２５１９によって発生される位相制御信号２５４２に応答して、信号の位相調整を行う。伝送時間調整器２５３９及び伝送位相調整器２５４１は、例えば、図３８の伝送タイミング及び位相補償器４０２０の態様を例示することができる。

伝送位相調整器２５４１の出力は、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）２５４３の入力に結合される。Ｄ／Ａ２５４３からの直交アナログ出力は、上方変換器（Ｕ／Ｃ）２５４５に結合されて、ＨＰＡ２４３３（図４０を参照されたい）によってエンドツーエンドリレー５０３に伝送される。アクセスノードビーコン信号復調器２５１９によって提供される振幅制御信号２５４７は、振幅フィードバックをＵ／Ｃ２５４５に提供して、アップリンクレインフェードなどの項目を補償する。

いくつかの事例において、アクセスノードビーコン信号２５３０のために各ＡＮによって使用されるＰＮ符号は、他の全てのＡＮによって使用されるものと異なる。いくつかの事例において、アクセスノードビーコン信号のＰＮ符号は、リレービーコン信号において使用されるリレーＰＮ符号と各々異なる。故に、各ＡＮ５１５は、それ自体のアクセスノードビーコン信号と、他のＡＮ５１５のアクセスノードビーコン信号を区別することが可能であり得る。ＡＮ５１５は、それ自体のアクセスノードビーコン信号と、リレービーコン信号を区別することができる。

先に説明したように、カバーエリアの中の任意の地点からそのエリアの中の任意の他の地点へのエンドツーエンドゲインは、いくつかのポイントツーポイントチャネルについて非常に深いフェードをもたらすことができるＬ個の異なる経路を有する多重経路チャネルである。伝送ダイバーシティ（往路リンク）及び受信ダイバーシティ（復路リンク）は、深いフェードを緩和する際に非常に有効あり、また、通信システムが機能することを可能にする。しかしながら、アクセスノードビーコン信号の場合、伝送及び受信ダイバーシティは存在しない。その結果、ＡＮからの信号を同じＡＮに戻す伝送である、ループバック信号のポイントツーポイントリンクは、平均よりもはるかに低いエンドツーエンドゲインを経験し得る。平均を２０ｄＢ下回る値は、多数の受信／伝送信号経路（Ｌ）によって起こり得る。これらの僅かな低エンドツーエンドゲインは、それらのＡＮのより低いＳＮＲをもたらし、また、リンククロージャを困難にし得る。故に、いくつかの事例において、ＡＮでは、より高いゲインアンテナが使用される。代替的に、図１６の例示的なトランスポンダを参照すると、位相調整器４１８を受信／伝送信号経路の各々に含むことができる。位相調整器４１８は、（例えば、地球上の制御センターからのテレメトリ、追跡、及びコマンド（ＴＴ＆Ｃ）リンクの制御下で）位相シフトコントローラ４２７によって、個々に調整することができる。相対位相を調整することは、低ゲインループバック経路のエンドツーエンドゲインを増加させる際に有効であり得る。例えば、ある目的は、位相シフト設定を選択して、最悪の事例のループバックゲイン（ＡＮからそれ自体に戻るゲイン）の値を上昇させることであり得る。位相の選択は、一般に、カバーエリアの中の全ての地点について評価されたときのゲインの、該カバーエリアの中の全ての他の地点への分布を変化させないが、低ゲインループバック経路のゲインを増加させることができることに留意されたい。

精密にするために、Ｍ個のＡＮ５１５の各々から他の全てのＡＮ５１５への一組のゲインを考慮する。Ｍ^２個のゲインがあり、そのうち、それらのＭ個だけがループバック経路である。２つのゲイン分布を考慮すると、第１のゲイン分布は、Ｍ^２個全ての経路のヒストグラムを編集することによって推定することができる、全ての経路（Ｍ^２個）の総分布である。カバーエリア全体にわたって均等に分布したＡＮの場合、この分布は、カバーエリアの中の任意の地点から任意の多の地点へのエンドツーエンドゲインの分布を表すことができる。第２の分布は、Ｍ個のループバック経路だけのヒストグラムを編集することによって推定することができる、ループバックゲイン分布（ループバック分布）である。多くの事例において、受信／伝送信号経路の位相設定（及び随意に、ゲイン設定）の特別な選択は、総分布に対して大幅な変更を提供しない。これは、要素を受信するためにランダム又はインターリーブマッピングを伴うときに特に当てはまる。しかしながら、大部分の事例において、ループバック分布は、位相（及び随意に、ゲイン）設定の（ランダム値とは対照的に）特別な選択によって改善することができる。これは、一組のループバックゲインが（Ｍ^２個の総経路とは対照的に）Ｍ個の経路からなり、位相及びゲイン調整の自由度の数がＬであるからである。しばしば、時間Ｌは、Ｍとほぼ同じであり、これは、特別な位相選択による低ループバックゲインの大幅な改善を可能にする。この別の見方は、特別な位相選択が必ずしも低エンドツーエンドゲインを除去するわけではなく、むしろ、それらを、一組のループバックゲイン（一組にＭ個の要素）から一組のループバックゲイン（Ｍ^２－Ｍ個の要素）に移動させることである。非自明なＭの値の場合、より大きい組は、しばしば、前者よりもはるかに大きい。

ＡＮ５１５は、１つ以上の周波数サブ帯域を処理することができる。図４０は、多重周波数サブ帯域が別々に処理される、例示的なＡＮ５１５のブロック図である。エンドツーエンド復路リンク５２３（図５を参照されたい）上で、ＡＮ５１５は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２４０１を通して、エンドツーエンドリレー５０３から復路ダウンリンク信号５２７を受信する。増幅信号は、ＬＮＡ２４０１から電力分割器２４０３に結合される。電力分割器２４０３は、信号を複数の出力信号に分割する。各信号は、電力分割器２４０３の出力ポート２４０５、２４０７のうちの１つで出力される。出力ポート２４０７のうちの１つは、試験ポートとして提供することができる。他のポート２４０５は、複数のＡＮトランシーバ２４０９（１つだけ示される）のうちの対応する１つの入力２４０８に結合される。ＡＮトランシーバ２４０９は、対応するサブ帯域で受信される信号を処理する。ＡＮトランシーバ２４０９は、上で詳細に論じたいくつかの機能を行う。ＡＮトランシーバ２４０９の出力２４１０は、サブ帯域多重化装置２４１３の入力ポート２４１１に結合される。出力は、サブ帯域多重化装置２４１３及び配信ネットワークインターフェース２４１５への出力において組み合わせられる。インターフェース２４１５は、配信ネットワークを通じたＡＮ５１５とＣＰＳ５０５との間のデータのやり取りのためのインターフェースを提供する（図５を参照されたい）。周波数サブ帯域を処理することは、エンドツーエンドリレー及びＡＮを実現するために使用されるＲＦ構成要素に関する性能要件を軽減する際に有利であり得る。例えば、３．５ＧＨｚの帯域幅を（例えば、Ｋａ帯域システムで使用できるように）を７つのサブ帯域に分割することによって、各サブ帯域は、僅か５００ＭＨｚの幅になる。すなわち、各アクセスノード固有の往路信号は、異なるサブ帯域と関連付けられる（例えば、往路ユーザビームカバーエリアの異なるサブセットと関連付けられる）複数のサブ信号を含むことができ、ＡＮトランシーバ２４０９は、サブ信号を異なる搬送周波数に上方変換することができる。異なるサブ帯域の間の振幅及び位相の変動を、別個のビーム形成加重値、較正、その他によって異なるサブ帯域を補償することができるので、この帯域幅分割は、より低い許容度の構成要素を使用することを可能にする。当然、他のシステムは、異なる数のサブ帯域及び／又は試験ポートを使用することができる。いくつかの事例は、単一のサブ帯域を使用することができ、また、本明細書に示される全ての構成要素を含まない（例えば、電力分割器２４０３及びｍｕｘ２４１３を省略する）ことができる。

エンドツーエンド往路リンク５０１上で、データは、インターフェース２４１５によってＣＰＳ５０５から受信される。受信したデータは、サブ帯域逆多重化装置２４１９の入力２４１７に結合される。サブ帯域逆多重化装置２４１９は、データを複数のデータ信号に分割する。データ信号は、サブ帯域逆多重化装置２４１９の出力ポート２４２１からＡＮトランシーバ２４０９の入力ポート２４２３に結合される。ＡＮトランシーバ２４０９の出力ポート２４２５は、加算器モジュール２４２９の入力ポート２４２７に結合される。加算器モジュール２４２９は、７つのＡＮトランシーバ２４０９から出力される信号を加算する。加算器モジュール２４２９の出力ポート２４３１は、高電力増幅器（ＨＰＡ）２４３５の入力ポート２４３３に、加算器モジュール２４２９の出力を結合させる。ＨＰＡ２４３５の出力は、エンドツーエンドリレー５０３に出力される信号を伝送するアンテナ（図示せず）に結合される。いくつかの事例では、安定した基準周波数源を提供するために、超安定発振器２４３７がＡＮトランシーバ２４０９に結合される。
ビーム加重値の計算

復路リンク上の信号の例示的な説明である図８に戻ると、エンドツーエンド復路リンクの数学モデルを使用して、該リンクを以下のように説明することができる。

式中、
ｘは、伝送信号のＫ×１個の列ベクトルである。いくつかの事例において、ｘの要素毎の振幅二乗は、１（均等伝送電力）であると定義される。いくつかの事例では、これが常に当てはまるわけではない。
ｙは、ビーム形成後の受信信号のＫ×１個の列ベクトルである。
Ａｒは、Ｌ×Ｋ個の復路アップリンク放射マトリックスである。要素ａ_ｌｋは、ビームＫに位置付けられる基準場所から、Ｒｘアレイの中のｌ番目（文字「ｅｌ」）の受信アンテナ要素４０６への経路のゲイン及び位相を含む。いくつかの事例において、復路アップリンク放射マトリックスの値は、チャネルデータストア９４１に記憶される（図３０を参照されたい）。
Ｅは、Ｌ×Ｌ個のペイロードマトリックスである。要素ｅ_ｉｊは、受信アレイのｊ番目のアンテナ要素４０６から伝送アレイのｉ番目のアンテナ要素４０９への信号のゲイン及び位相を定義する。いくつかの事例において、（電子部品の有限の絶縁によってもたらされる）経路間の偶発的なクロストークを除いて、Ｅマトリックスは、対角マトリックスである。マトリックスＥは、マトリックスの全ての要素の振幅二乗の加算がＬであるように正規化することができる。いくつかの事例において、ペイロードマトリックスの値は、チャネルデータストア９４１に記憶される（図２９を参照されたい）。
Ｃｔは、Ｍ×Ｌ個のダウンリンク放射マトリックスである。要素ｃ_ｍｌは、Ｔｘアレイの中のｌ番目（文字「ｅｌ」）のアンテナ要素から、Ｍ個のＡＮ５１５の中のｍ番目のＡＮ５１５への経路のゲイン及び位相を含む。いくつかの事例において、復路ダウンリンク放射マトリックスの値は、チャネルデータストア９４１に記憶される（図２９を参照されたい）。
Ｈｒｅｔは、Ｍ×Ｋ個の復路チャネルマトリックスであり、これは、Ｃｔ×Ｅ×Ａｒの積に等しい。
ｎ_ｕｌは、複合ガウス雑音のＬ×１個の雑音ベクトルである。アップリンク雑音の共分散は、

である。は、Ｌ×Ｌ個の単位マトリックスである。
σ^２は、雑音分散である。

は、アップリンク上で経験され、一方で、

は、ダウンリンク上で経験される。
ｎ_ｄｌは、複合ガウス雑音のＭ×１個の雑音ベクトルである。ダウンリンク雑音の共分散は、

は、Ｍ×Ｍ個の単位マトリックスである。
Ｂｒｅｔは、エンドツーエンド復路リンクビーム加重値のＫ×Ｍ個のマトリックスである。

実施例は、一般に、往路及び復路エンドツーエンド多重経路チャネルの間に、ある程度の類似性があるとみなす様式において（例えば、図６～図１１を参照して）上で説明されている。例えば、往路及び復路チャネルマトリックスは、一般に、Ｍ、Ｋ、Ｅ、及び他のモデルを参照して、上で説明されている。しかしながら、そのような説明は、更に明確にする目的で説明を簡単にすることだけを意図したものであり、往路及び復路方向において同一の構成を有する事例だけに限定することを意図しない。例えば、いくつかの事例では、同じトランスポンダが往路及び復路トラフィックの両方に使用され、それに応じて、ペイロードマトリックスＥは、往路及び復路エンドツーエンドビーム形成の両方（及び対応するビーム加重値計算）について同じにすることができる。他の事例では、異なるトランスポンダが往路及び復路トラフィックに使用され、異なる往路ペイロードマトリックス（Ｅｆｗｄ）及び復路ペイロードマトリックス（Ｅｒｅｔ）を使用して、対応するエンドツーエンド多重経路チャネルをモデル化し、対応するビーム加重値を計算することができる。同様に、いくつかの事例では、同じＭ個のＡＮ５１５及びＫ個のユーザ端末５１７が、往路及び復路エンドツーエンド多重経路チャネルの両方の一部とみなされる。他の事例において、Ｍ及びＫは、往路及び復路方向における、ＡＮ５１５及び／若しくはユーザ端末５１７の異なるサブセット、並びに／又は異なる数のＡＮ５１５及び／若しくはユーザ端末５１７を指すことができる。

ビーム加重値は、システム要件を満たすために、数多くの方法で計算することができる。いくつかの事例において、ビーム加重値は、エンドツーエンドリレーの配備後に計算される。いくつかの事例において、ペイロードマトリックスＥは、配備前に測定される。いくつかの事例において、ビーム加重値は、各ビームの信号対干渉プラス雑音（ＳＩＮＲ）を増加させる目的で計算され、以下のように計算することができる。

式中、Ｒは、受信信号の共分散であり、（^＊）^Ｈは、共役転置（Ｈｅｒｍｅｔｉａｎ）演算子である。

Ｋ×Ｍ個の復路ビーム加重マトリックスＢｒｅｔのｋ、ｍ要素は、ユーザ端末からｍ番目のＡＮ５１５へのビームをｋ番目のユーザビームに形成するための加重値を提供する。故に、いくつかの事例において、復路ユーザビームを形成するために使用される復路ビーム加重値の各々は、エンドツーエンド多重経路チャネルの各々（例えば、エンドツーエンド復路多重経路チャネルの各々）について、エンドツーエンド復路ゲイン（すなわち、チャネルマトリックスＨｒｅｔの要素）を推定することによって計算される。

式２は、Ｒが、式３で提供されるような受信信号の共分散である場合に当てはまる。したがって、式１、２の全てのマトリックスが既知であるときには、エンドツーエンドビームを形成するために使用されるビーム加重値を直接決定することができる。

この一組のビーム加重値は、ｘとｙとの間の平均二乗誤差を低減させる。また、Ｋ個のエンドツーエンド復路リンク信号５２５の各々（Ｋ本のビームの各々から生じる）のエンドツーエンド信号対雑音プラス干渉比（ＳＩＮＲ）を増加させる。

式３の第１項

は、（無相関の）ダウンリンク雑音の共分散である。式３の第２項

は、（ＡＮにおいて相関される）アップリンク雑音の共分散である。式３の第３項ＨＨ^Ｈは、信号の共分散である。アップリンク雑音分散をゼロに設定し、最後の項（ＨＨ^Ｈ）を無視することで、一組の加重値がもたらされ、該加重値は、Ｍ個のＡＮ５１５の各々で受信信号を位相整列させることによって、信号対ダウンリンク雑音比を増加させる。ダウンリンク雑音分散をゼロに設定し、第３項を無視することで、アップリンクＳＩＮＲを増加させる一組の加重値がもたらされる。アップリンク雑音分散及びダウンリンク雑音分散をゼロに設定することで、搬送波対干渉波（Ｃ／Ｉ）比を増加させる脱相関受信機をもたらす。

いくつかの事例において、ビーム加重値は、Ｂｒｅｔの任意の行の振幅二乗の加算が、加算して１になるように正規化される。

いくつかの事例において、式２の解は、マトリックスＡｒ、Ｃｔ、及びＥ、並びに雑音ベクトルｎ_ｕｌ及びｎ_ｄｌの分散についての演繹的知識によって決定される。マトリックスの要素値の知識は、エンドツーエンドリレーの関連する構成要素の製造及び試験中に行われる測定において得ることができる。これは、マトリックスの値がシステムの動作中に大幅に変化することが予想されないシステムについてうまく機能し得る。しかしながら、いくつかのシステム、特により高い周波数帯域において動作するシステムの場合は、そのような予想が存在しない場合がある。そのような事例において、マトリックスＡｒ、Ｃｔ、及びＥは、エンドツーエンドリレーが配置されるクラフト（例えば、衛星）の配備後に推定することができる。

加重値を設定するために演繹的情報が使用されないいくつかの事例において、式２の解は、Ｒ及びＨの値を推定することによって決定することができる。いくつかの事例において、各ユーザビームカバーエリア５１９の中央の指定されたユーザ端末５１７は、較正期間中に、既知の信号ｘを伝送する。ＡＮ５１５で受信されるベクトルは、以下の通りである。
ｕ＝Ｈｘ＋Ｃｔ Ｅ ｎ_ｕｌ＋ｎ_ｄｌ 式４

一実施例において、ＣＰＳ５０５は、以下の関係に基づいてＲ及びＨの値を推定する。

は、共分散マトリックスＲの推定値であり、

は、チャネルマトリックスＨの推定値であり、

は、相関ベクトルの推定値であり、

は、アップリンク伝送によって導入される周波数エラーを有する伝送ベクトルのｋ番目の構成要素の共役である。いくつかの事例において、復路通信データは、較正期間中に伝送されない。すなわち、

の値を、受信したベクトルｕから上記の式を使用して決定することを可能にするために、ＡＮに知られている較正信号だけが、較正期間中にエンドツーエンド復路リンク上を伝送される。これは、次に、

の値を決定することを可能にする。共分散マトリックス推定値

及びチャネルマトリックス推定値

はどちらも、較正期間中に受信される信号に基づいて決定される。

いくつかの事例において、ＣＰＳ５０５は、（例えば、ｘが知られていないときであっても）通信データが存在する間、共分散マトリックス

を推定することができる。これは、

が受信信号ｕだけに基づいて決定されるという事実から分かることができる。それでも、

の値は、較正信号だけが復路リンク上を伝送される較正期間中に受信される信号に基づいて推定される。

いくつかの事例において、チャネルマトリックス

及び共分散マトリックス

の両方の推定は、通信データが復路リンク上を伝送されている間に行われる。この事例において、共分散マトリックス

は、上で述べたように推定される。しかしながら、ｘの値は、受信信号を復調することによって決定される。ｘの値が分かると、チャネルマトリックスは、式６及び式７において上で述べたように推定することができる。

ビーム形成後の信号及び信号の干渉構成要素は、ベクトルＢｒｅｔ Ｈ ｘに含まれる。ビームの各々の信号及び干渉電力は、Ｋ×Ｋ個のマトリックスＢｒｅｔ Ｈに含まれる。Ｂｒｅｔ Ｈのｋ番目の対角要素の電力は、ビームｋからの所望の信号電力である。対角要素以外の行ｋの全ての要素の振幅二乗の加算は、ビームｋの干渉電力である。したがって、ビームｋのＣ／Ｉは、以下の通りである。

式中、ｓ_ｋｊは、Ｂｒｅｔ Ｈの要素である。アップリンク雑音は、ベクトルＢｒｅｔ Ｃｔ Ｅｎ_ｕｌに含まれ、該ベクトルは、

のＫ×Ｋ個の共分散マトリックスを有する。共分散マトリックスのｋ番目の対角要素は、ビームｋにおけるアップリンク雑音電力を含む。ビームｋのアップリンク信号対雑音比は、次いで、下記のように計算される。

式中、ｔ_ｋｋは、アップリンク共分散マトリックスのｋ番目の対角要素である。ダウンリンク雑音は、ベクトルＢｒｅｔ ｎ_ｄｌに含まれ、該ベクトルは、正規化されたビーム加重値による

の共分散を有する。したがって、ダウンリンク信号対雑音比は、以下の通りである。

エンドツーエンドＳＩＮＲは、式８～式１０の組み合わせである。

上記の式は、ペイロードマトリックスＥが与えられたときに、どのようにエンドツーエンドＳＩＮＲを算出するのかを説明する。ペイロードマトリックスは、Ｅの要素の各々のゲイン及び位相の知的な選択によって構築することができる。いくつかの効用メトリック（一般に、上で計算されるＫ個のビームＳＩＮＲの関数である）を最適化するＥの対角要素のゲイン及び位相は、Ｌ個のトランスポンダ４１１の各々に位相シフタ４１８を設定することによって選択し、実現することができる。候補の効用関数としては、ＳＩＮＲ_ｋの加算（総ＳＩＮＲ）、Ｌｏｇ（１＋ＳＩＮＲ_ｋ）（総スループットに比例）の加算、又はチャネルマトリックスにおける総電力Ｈが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの事例において、ゲイン及び位相をカスタマイズすることによる効用関数の改善は、非常に小さく、また、意味をなさない。これは、アンテナ要素のランダム又はインターリーブマッピングが使用されるときに当てはまることがある。いくつかの事例において、効用関数は、受信／伝送信号ゲイン及び位相の特別な選択によって非自明な量だけ改善することができる。

図９に戻ると、エンドツーエンド往路リンク５０１の数学モデルは、以下のようにリンク５０１を説明するために使用することができる。

式中、
ｘは、伝送信号のＫ×１個の列ベクトルである。ｘの要素毎の振幅二乗は、１（等しい信号電力）であると定義される。いくつかの事例において、不等な伝送電力は、往路ビーム加重値の選択によって達成することができる。
ｙは、受信信号のＫ×１個の列ベクトルである。
Ｃｒは、Ｌ×Ｍ個の往路アップリンク放射マトリックスである。要素ｃ_ｌｍは、ｍ番目のＡＮ５１５からアンテナのエンドツーエンドリレー５０３上のＲｘアレイのｌ番目（文字「ｅｌ」）の受信アンテナ要素４０６への経路２００２のゲイン及び位相を含む。いくつかの事例において、往路アップリンク放射マトリックスの値は、チャネルデータストア９２１に記憶される（図２９を参照されたい）。
Ｅは、Ｌ×Ｌ個のペイロードマトリックスである。要素ｅ_ｉｊは、ｊ番目の受信アレイアンテナ要素から伝送アレイのｉ番目のアンテナ要素への信号のゲイン及び位相を定義する。経路（電子部品の有限の絶縁によってもたらされる）間の偶発的なクロストークを除いて、Ｅマトリックスは、対角マトリックスである。いくつかの事例において、マトリックスＥは、マトリックスの全ての要素の振幅二乗の加算がＬであるように正規化される。いくつかの事例において、ペイロードマトリックスの値は、チャネルデータストア９２１に記憶される（図２９を参照されたい）。
Ａｔは、Ｋ×Ｌ個の往路ダウンリンクは、放射マトリックスである。要素ａ_ｋｌは、エンドツーエンドリレー５０３のＴｘアレイのアンテナ要素Ｌ（文字「ｅｌ」）からユーザビームｋの基準場所への経路のゲイン及び位相を含む。いくつかの事例において、往路ダウンリンク放射マトリックスの値は、チャネルデータストア９２１に記憶される（図２９を参照されたい）。
Ｈｆｗｄは、Ｋ×Ｍ個の往路チャネルマトリックスであり、これは、積Ａ_ｔＥＣ_ｒに等しい。
ｎ_ｕｌは、複合ガウス雑音のＬ×１個の雑音ベクトルである。アップリンク雑音の共分散は、以下の通りである。

式中、Ｉ_Ｌは、Ｌ×Ｌ個の単位マトリックスである。
ｎ_ｄｌは、複合ガウス雑音のＫ×１個の雑音ベクトルである。ダウンリンク雑音の共分散は、以下の通りである。

式中、Ｉ_Ｋは、Ｋ×Ｋ個の単位マトリックスである。
Ｂｆｗｄは、エンドツーエンド往路リンクビーム加重値のＭ×Ｋ個のビーム加重マトリックスである。

ユーザビームｋのビーム加重値は、Ｂｆｗｄの列ｋの要素である。復路リンクと異なり、ビームｋのＣ／Ｉは、ビームｋのビーム加重値によって決定されない。ビームｋのビーム加重値は、アップリンク信号対雑音比（ＳＮＲ）及びダウンリンクＳＮＲ、並びにＣ／Ｉにおける搬送波（Ｃ）電力を決定する。しかしながら、ビームｋの干渉電力は、ビームｋを除いて、他の全てのビームのビーム加重値によって決定される。いくつかの事例において、ビームｋのビーム加重値は、ＳＮＲを増加させるように選択される。そのようなビーム加重値はまた、Ｃの増加に続いて、ビームｋのＣ／Ｉも増加させる。しかしながら、他のビームに干渉が発生する場合がある。したがって、復路リンクの事例と異なり、最適なビーム加重値は、（他のビームとは関係なく）ビーム単位で計算されない。

いくつかの事例において、ビーム加重値（該ビーム加重値を計算するために使用される放射及びペイロードマトリックスを含む）は、エンドツーエンドリレーの配備後に決定される。いくつかの事例において、ペイロードマトリックスＥは、配備前に測定される。いくつかの事例では、ビームｋによって他のビームに作成される干渉を使用し、それをビームｋの干渉とみなすことによって、一組のビーム加重値を計算することができる。この方法は、最適なビーム加重値を計算しない場合があるが、加重値計算を単純化するために使用することができる。これは、一組の加重値を、他の全てのビームとは関係なく各ビームについて決定することを可能にする。得られた往路ビーム加重値は、次いで、復路ビーム加重値と同様に計算される。

式１４の第１項

（無相関の）ダウンリンク雑音の共分散である。第２項

は、（ＡＮにおいて相関される）アップリンク雑音の共分散である。第３項ＨＨ^Ｈは、信号の共分散である。アップリンク雑音分散をゼロに設定し、最後の項（ＨＨ^Ｈ）を無視することで、一組の加重値がもたらされ、該加重値は、Ｍ個のＡＮ５１５での受信信号を位相整列させることによって、信号対ダウンリンク雑音比を増加させる。ダウンリンク雑音分散をゼロに設定し、第３項を無視することで、アップリンクＳＮＲを増加させる一組の加重値がもたらされる。アップリンク雑音分散及びダウンリンク雑音分散をゼロに設定することで、Ｃ／Ｉ比を増加させる脱相関受信機をもたらす。往路リンクの場合は、一般に、ダウンリンク雑音及び干渉が支配的である。したがって、これらの項は、一般に、ビーム加重値の計算に有用である。いくつかの事例において、式１４の第２項（アップリンク雑音）は、第１項（ダウンリンク雑音）と比較して、重要でない。そのような事例において、第２項は、共分散の算出において無視することができ、算出を更に単純化するが、それでも、エンドツーエンドＳＩＮＲを増加させる一組のビーム加重値をもたらす。

復路リンクと同様に、ビーム加重値は、正規化することができる。Ｋ個全ての往路リンク信号に割り当てられる均等電力を有する伝送機ビーム加重値の場合、Ｂｆｗｄの各列は、任意の列の要素の振幅二乗の加算が、加算して１になるようにスケーリングすることができる。均等電力共有は、信号の各々に、総ＡＮ電力（信号ｘ_ｋに割り当てられる全てのＡＮから総電力）を同じ割合で与える。いくつかの事例では、往路リンクについて、往路リンク信号の間での不均等電力共有が実現される。故に、いくつかの事例において、いくつかのビーム信号は、総ＡＮ電力の均等な共有を超えるようになる。これは、全てのビームにおけるＳＩＮＲを等しくするために、又はより重要なビームに、あまり重要でないビームよりも大きいＳＩＮＲを与えるために使用することができる。不均等電力共有のためのビーム加重値を作成するために、Ｍ×Ｋ個の均等電力ビーム加重マトリックスＢｆｗｄにＫ×Ｋ個の対角マトリックスＰを右から乗じ、したがって、新たにＢｆｗｄ＝Ｂｆｗｄ Ｐとなる。次式のようにすると、

ｋ番目の対角要素の二乗値は、ユーザ信号ｘ_ｋに割り当てられる電力を表す。電力共有マトリックスＰは、対角要素の加算又は二乗がＫに等しくなる（非対角要素がゼロである）ように正規化される。

いくつかの事例において、式１３の解は、マトリックスＡｔ、Ｃｒ、及びＥ、並びに雑音ベクトルｎ_ｕｌ及びｎ_ｄｌの分散についての演繹的知識によって決定される。いくつかの事例において、マトリックスの知識は、エンドツーエンドリレーの関連する構成要素の製造及び試験中に行われる測定において得ることができる。これは、マトリックスの値がシステムの動作中に測定された値から大幅に変化することが予想されないシステムについてうまく機能し得る。しかしながら、いくつかのシステム、特により高い周波数帯域において動作するシステムの場合は、これが当てはまらない場合がある。

加重値を設定するために演繹的情報が使用されないいくつかの事例において、往路リンクのＲ及びＨの値を推定して、式１３の解を決定することができる。いくつかの事例において、ＡＮは、較正期間中に、チャネルサウンディングプローブを伝送する。チャネルサウンディングプローブは、数多くの異なるタイプの信号とすることができる。１つの事例では、異なる、直交で既知のＰＮシーケンスが各ＡＮによって伝送される。チャネルサウンディングプローブは、時間、周波数、及び／又は位相を事前修正して、（下で更に論じられるように）フィーダリンク障害を除去することができる。較正間隔中に全ての通信データをオフにして、チャネルサウンディングプローブに対する干渉を低減させることができる。いくつかの事例において、チャネルサウンディングプローブは、フィーダリンク障害の除去に使用される信号と同じ信号とすることができる。

較正間隔中に、各ビームの中央の端末は、チャネルサウンディングプローブを受信し、処理するように指定することができる。較正期間中の受信信号のＫ×ｌ個のベクトルｕは、ｕ＝Ｈｘ＋Ａｔ Ｅ ｎ_ｕｌ＋ｎ_ｄｌであり、式中、ｘは、伝送チャネルサウンディングプローブのＭ×ｌ個のベクトルである。いくつかの事例において、各指定された端末は、最初に、（ドップラーシフト及び端末発振器のエラーによってもたらされる）偶発的な周波数エラーを除去し、次いで、得られた信号を、Ｍ個の既知の直交ＰＮシーケンスと相関させる。これらの相関の結果は、各端末について、Ｍ個の複素数（振幅及び位相）であり、これらの結果は、復路リンクを介して、ＣＰＳへ返送される。ｋ番目のビームの中央の端末によって計算されたＭ個の複素数は、チャネルマトリックスの推定値

のｋ番目の行を形成するために使用することができる。Ｋ個の指定された端末の全てからの測定値を使用することによって、チャネルマトリックス全体の推定値が得られる。多くの事例では、複数の較正間隔からの測定値を組み合わせることが、チャネルマトリックスの推定値を改善するために有用である。チャネルマトリックスの推定値が決定されると、第２項に０の値を使用して、式１４から共分散マトリックス

の推定値を決定することができる。これは、アップリンク雑音（式１４の第２項）がダウンリンク雑音（式１４の第１項）に対してごく僅かである場合に、共分散マトリックスの非常に正確な推定値であり得る。次いで、式１３のチャネルマトリックス及び共分散マトリックスの推定値を使用することによって、往路リンクビーム加重値を計算することができる。故に、いくつかの事例において、ビーム加重値の計算は、ＡＮ５１５とユーザビームカバーエリアの中の基準場所との間のエンドツーエンド往路多重経路チャネルの各々について、エンドツーエンド往路ゲイン（すなわち、チャネルマトリックスＨｆｗｄの要素の値）を推定することを含む。他の事例において、ビーム加重値の計算は、Ｍ個のＡＮ５１５からＫ個のユーザビームカバーエリアの中に位置付けられる基準場所へのＫ×Ｍ個のエンドツーエンド往路多重経路チャネルについて、エンドツーエンド往路ゲインを推定することを含む。

ビーム形成後の信号及び信号の干渉構成要素は、ベクトルＨ Ｂｆｗｄ ｘ（Ｈ、Ｂｆｗｄ、ｘの積）に含まれる。ビームの各々の信号及び干渉電力は、Ｋ×Ｋ個のマトリックスＨ Ｂｆｗｄに含まれる。Ｈ Ｂｆｗｄのｋ番目の対角要素の電力は、ビームｋを対象とする所望の信号電力である。対角要素以外の行ｋの全ての要素の振幅二乗の加算は、ビームｋの干渉電力である。したがって、ビームｋのＣ／Ｉは、以下の通りである。

式中、ｓ_ｋｊは、Ｈ Ｂ ｆｗｄの要素である。アップリンク雑音は、ベクトルＡ_ｔ Ｅ ｎ_ｕｌに含まれ、該ベクトルは、

のＫ×Ｋ個の共分散マトリックスを有する。共分散マトリックスのｋ番目の対角要素は、ビームｋにおけるアップリンク雑音電力を含む。ビームｋのアップリンク信号対雑音比は、次いで、下記のように計算される。

式中、ｔ_ｋｋは、アップリンク共分散マトリックスのｋ番目の対角要素である。ダウンリンク雑音は、ベクトルｎ_ｄｌに含まれ、該ベクトルは、

の共分散を有する。したがって、ダウンリンク信号対雑音比は、以下の通りである。

エンドツーエンドＳＩＮＲは、式１５～式１７の組み合わせである。

上記の式は、ペイロードマトリックスＥが与えられたときに、どのようにエンドツーエンドＳＩＮＲを算出するのかを説明する。ペイロードマトリックスは、Ｅの要素の各々のゲイン及び位相の知的な選択によって構築することができる。いくつかの効用メトリック（一般に、上で計算されるＫ個のビームＳＩＮＲの関数である）を最適化するＥの対角要素のゲイン及び位相は、Ｌ個のトランスポンダ４１１の各々の位相シフタ４１８を設定することによって選択し、実現することができる。候補の効用関数としては、ＳＩＮＲ_ｋの加算（総ＳＩＮＲ）、Ｌｏｇ（１＋ＳＩＮＲ_ｋ）（総スループットに比例）の加算、又はチャネルマトリックスにおける総電力Ｈが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの事例において、ゲイン及び位相をカスタマイズすることによる効用関数の改善は、非常に小さく、また、意味をなさない。これは、アンテナ要素のランダム又はインターリーブマッピングが使用されるときに当てはまることがある。いくつかの事例において、効用関数は、受信／伝送信号ゲイン及び位相の特別な選択によって非自明な量だけ改善することができる。
異なるカバーエリア

上で説明したいくつかの実施例は、エンドツーエンドリレー５０３が、ユーザ端末５１７及びＡＮ５１５の両方によって共有される単一のカバーエリアにサービスを提供するように設計されていると仮定する。例えば、いくつかの事例は、衛星カバーエリアに照射するアンテナシステムを有する衛星を説明し、ＡＮ及びユーザ端末はどちらも、（例えば、図２７のように）衛星カバーエリア全体にわたって地理的に分布する。衛星カバーエリアの中に形成することができるビームの数、及びそれらのビームのサイズ（ビームカバーエリア）は、アンテナ要素の数及び配設、反射器のサイズ、その他などの、アンテナシステム設計の態様によって影響を及ぼされ得る。例えば、非常に大きい容量を現実化することは、エンドツーエンドビーム形成を可能にするために、ＡＮの間に十分な空間を伴う多数（例えば、数百）のＡＮを配備することを含み得る。例えば、図２８を参照して上で述べたように、ＡＮの数を増加させることで、システム容量を増加させることができるが、数の増加と共に復路の減少を伴う。１つのアンテナシステムがユーザ端末及びＡＮをサポートするときに、ＡＮの間に十分な空間を伴うそのような配備を達成することは、（例えば、図２７のように、衛星カバーエリア全体にわたる）ＡＮの非常に広範囲にわたる地理的な分布を強制し得る。現実には、そのような分布を達成することは、高速ネットワークへのアクセスが不十分なエリアの中（例えば、ＣＰＳ５０５に戻る不十分なファイバインフラストラクチャ、１つ又は２つ以上の海洋、その他）、複数の管轄区域、費用のかかる及び／又は非常に人口の多いエリア、その他などの、望ましくない場所にＡＮを配置することを含み得る。故に、ＡＮの配置は、しばしば、様々なトレードオフを含む。

エンドツーエンドリレー５０３のいくつかの実施例は、複数のアンテナシステムによって設計され、それによって、単一のエンドツーエンドリレー５０３から２つ以上の異なるカバーエリアに別個のサービスを提供することを可能にする。下で説明するように、エンドツーエンドリレー５０３は、ＡＮカバーエリアにサービスを提供する少なくとも第１のアンテナシステムと、ユーザカバーエリアにサービスを提供する少なくとも第２のアンテナシステムとを含むことができる。ユーザ端末及びＡＮカバーエリアは、異なるアンテナシステムによってサービスを提供されるので、各アンテナシステムは、異なる設計パラメータを満たすように設計することができ、各カバーエリアは、（例えば、地理的に、ビームのサイズ及び／又は密度、周波数帯域、その他において）少なくとも部分的に異なり得る。例えば、そのようなマルチアンテナシステム手法を使用することは、比較的大きいエリアの地理的エリア（例えば、米国全土）にわたって分布したユーザ端末に、比較的小さい地理的エリア（例えば、米国東部の一部）にわたって分布した多数のＡＮによってサービスを提供することを可能にすることができる。例えば、ＡＮカバーエリアは、物理的エリアにおけるユーザカバーエリアのうちのほんの一部分（例えば、１／２未満、１／４未満、１／５未満、１／１０未満）であり得る。

図４１は、例示的なエンドツーエンドビーム形成システム３４００の説明図である。システム３４００は、エンドツーエンドビーム形成システムであり、複数の地理的に分布したアクセスノード（ＡＮ）５１５と、エンドツーエンドリレー３４０３と、複数のユーザ端末５１７とを含む。エンドツーエンドリレー３４０３は、本明細書で説明されるエンドツーエンドリレー５０３の一実施例とすることができる。ＡＮ５１５は、ＡＮカバーエリア３４５０の中に地理的に分布し、ユーザ端末５１７は、ユーザカバーエリア３４６０の中に地理的に分布する。ＡＮカバーエリア３４５０及びユーザカバーエリア３４６０はどちらも、エンドツーエンドリレー３４０３のカバーエリアの中にあるが、ＡＮカバーエリア３４５０は、ユーザカバーエリア３４６０と異なる。換言すれば、ＡＮエリアは、ユーザカバーエリアと同じではなく、むしろ、ユーザカバーエリアと重ならない、かなりの（非自明な）エリア（例えば、ＡＮカバーエリアの１／４以上、半分以上、その他）を有する。例えば、いくつかの事例において、ユーザカバーエリアの少なくとも半分は、ＡＮカバーエリアと重ならない。上で説明したように（例えば、図５において）、ＡＮ５１５は、配信ネットワーク５１８を通して地上セグメント５０２内のＣＰＳ５０５に信号を提供することができ、ＣＰＳ５０５は、データ源に接続することができる。

エンドツーエンドリレー３４０３は、別個のフィーダリンクアンテナサブシステム３４１０と、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０とを含む。フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０及びユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の各々は、エンドツーエンドビーム形成を支援することができる。例えば、下で説明するように、各アンテナサブシステムは、それ自体の協働アンテナ要素のアレイ（複数可）、それ自体の反射器（複数可）、その他を有することができる。フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、協働フィーダリンク構成受信要素３４１６のアレイと、協働フィーダリンク構成伝送要素３４１９のアレイとを含むことができる。ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、協働ユーザリンク構成受信要素３４２６のアレイと、協働ユーザリンク構成伝送要素３４２９のアレイとを含むことができる。構成要素は、そのような構成要素のアレイがそのそれぞれのアンテナサブシステムをビーム形成システムの使用に適したものにするという意味で、「協働している」。例えば、所与のユーザリンク構成受信要素３４２６は、復路ユーザビームを形成することに貢献する様式で、複数の（例えば、全ての）ユーザビームカバーエリア５１９から復路アップリンク信号の重畳複合物を受信することができる。所与のユーザリンク構成伝送要素３４２９は、他のユーザリンク構成伝送要素３４２９からの対応する伝送と重畳して、いくつか又は全ての往路ユーザビームを形成する様式で、往路ダウンリンク信号を伝送することができる。所与のフィーダリンク構成受信要素３４１６は、（例えば、エンドツーエンドリレー３４０３に多重経路を含むことによって）往路ユーザビームを形成することに貢献する様式で、複数の（例えば、全ての）ＡＮ５１５から往路アップリンク信号の重畳複合物を受信することができる。所与のフィーダリンク構成伝送要素３４１９は、他のフィーダリンク構成伝送要素３４１９からの対応する伝送と重畳して、（例えば、ＡＮ５１５が、復路ユーザビームを形成するようにビーム加重することができる複合復路信号を受信することを可能にすることによって）いくつか又は全ての復路ユーザビームを形成することに貢献する様式で、復路ダウンリンク信号を伝送することができる。

例示的なエンドツーエンドリレー３４０３は、複数の往路リンクトランスポンダ３４３０と、複数の復路リンクトランスポンダ３４４０とを含む。トランスポンダは、アンテナサブシステムの間の任意の適切なタイプのベントパイプ信号経路とすることができる。各往路リンクトランスポンダ３４３０は、フィーダリンク構成受信要素３４１６のそれぞれ１つを、ユーザリンク構成伝送要素３４２９のそれぞれ１つと結合させる。各復路リンクトランスポンダ３４４０は、ユーザリンク構成受信要素３４２６のそれぞれ１つを、フィーダリンク構成伝送要素３４１９のそれぞれ１つと結合させる。例えば、いくつかの実施例は、各ユーザリンク構成受信要素３４２６とそれぞれのフィーダリンク構成伝送要素３４１９との間に（又はその逆も同様に）に１対１の対応関係を有するように、又は各ユーザリンク構成受信要素３４２６が「唯一の」フィーダリンク構成伝送要素３４１９と（又はその逆も同様に）結合されるように、又は同類の状態であるように説明される。いくつかのそのような事例において、各トランスポンダの片側は、単一の受信要素と結合され、トランスポンダの反対側は、単一の伝送要素と結合される。他のそのような事例において、トランスポンダの片側又は両側は、（例えば、下で説明するように、スイッチ又は他の手段によって）複数の要素のうちの１つと選択的に結合させることができる。例えば、エンドツーエンドリレー３４０３は、１つのフィーダリンクアンテナサブシステム３４１０と、２つのユーザリンクアンテナサブシステム３４２０とを含むことができ、各トランスポンダは、片側を単一のフィーダリンク要素に結合させ、反対側を第１のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の単一のユーザリンク要素に、又は第２のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の単一のフィーダリンク要素に選択的に結合させることができる。そのような選択的に結合させる事例において、各トランスポンダの各側は、それでも、任意の所与の時点で（例えば、特定の信号関連の処理のために）、「唯一の」要素又は同類のものと結合されているとみなすことができる。

往路通信の場合、ＡＮ５１５からの伝送は、（フィーダアップリンク５２１を介して）フィーダリンク構成受信要素３４１６によって受信し、往路リンクトランスポンダ３４３０によってユーザリンク構成伝送要素３４２９にリレーし、そして、ユーザリンク構成伝送要素３４２９によってユーザカバーエリア３４６０の中のユーザ端末５１７に伝送することができる。復路通信の場合、ユーザ端末５１７からの伝送は、ユーザリンク構成受信要素によって受信し、復路リンクトランスポンダ３４４０によってフィーダリンク構成伝送要素３４１９にリレーし、そして、フィーダリンク構成伝送要素３４１９によって（フィーダダウンリンク信号５２７を介して）ＡＮカバーエリア３４５０の中のＡＮ５１５に伝送することができる。エンドツーエンドリレー３４０３を介したＡＮ５１５からユーザ端末５１７への全信号経路は、エンドツーエンド往路リンク５０１と称され、エンドツーエンドリレー３４０３を介したユーザ端末５１７からＡＮ５１５への全信号経路は、エンドツーエンド復路リンク５２３と称される。本明細書で説明されるように、エンドツーエンド往路リンク５０１及びエンドツーエンド復路リンク５２３は、往路通信及び復路通信のための複数の多重経路チャネルを各々が含むことができる。

いくつかの事例において、複数の地理的に分布したアクセスノード（例えば、ＡＮ５１５）の各々は、エンドツーエンドビーム加重往路アップリンク信号出力を有する。エンドツーエンドリレー（例えば、エンドツーエンドリレー３４０３）は、分布したアクセスノードと無線通信する協働フィーダリンク構成受信要素３４１６のアレイと、複数のユーザ端末５１７と無線通信する協働ユーザリンク構成伝送要素３４１９のアレイと、複数の往路リンクトランスポンダ３４３０とを備える。往路リンクトランスポンダ３４３０は「ベントパイプ」（又は未処理）トランスポンダであり、よって、各トランスポンダは、処理を殆ど又は全く受けない信号に対応する信号を出力する。例えば、各往路リンクトランスポンダ３４３０は、その受信信号を増幅する、及び／又は周波数移動させることができるが、より複雑な処理を行わない（例えば、復調及び／又は変調がない、搭載されたビーム形成がない、その他）。いくつかの事例において、各往路リンクトランスポンダ３４３０は、第１の周波数帯域（例えば、３０ＧＨｚのＬＨＣＰ）で入力を受け取り、第２の周波数帯域（例えば、２０ＧＨｚのＲＨＣＰ）で出力し、そして、各復路リンクトランスポンダ３４４０は、第１の周波数帯域（例えば、３０ＧＨｚのＲＨＣＰ）で入力を受け取り、第２の周波数帯域（例えば、２０ＧＨｚのＬＨＣＰ）で出力を受け入れる。周波数及び／又は偏波の任意の適切な組み合わせを使用することができ、ユーザリンク及びフィーダリンクは、同じ又は異なる周波数範囲を使用することができる。各往路リンクトランスポンダ３４３０は、（例えば、１対１の対応関係で）フィーダリンク構成受信要素３４１６のそれぞれ１つと、ユーザリンク構成伝送要素３４１９のそれぞれ１つとの間に結合される。往路リンクトランスポンダ３４３０は、フィーダリンク構成受信要素３４１６を介して、複数のビーム加重往路アップリンク信号の重畳されたものを往路ダウンリンク信号（例えば、複合入力往路信号）に変換する。ユーザリンク構成伝送要素３４２９による往路ダウンリンク信号の伝送は、複数のユーザ端末５１７の少なくともいくつかにサービスを提供する往路ユーザビームを形成することに貢献する。本明細書で説明されるように、往路アップリンク信号は、ＡＮ５１５から伝送する前に、エンドツーエンドビーム加重し、同期させる（例えば、位相同期させ、そして所望であれば、時間同期させる）ことができ、これは、フィーダリンク構成受信要素３４１６でのそれらの信号の所望の重畳を可能にすることができる。

この伝送は、本明細書で説明されるように、ビーム形成がエンドツーエンドであるという意味で、往路ユーザビームを形成することに貢献し、ビーム形成は、複数の工程によりもたらされ、該工程は、ＡＮ５１５からリレーへの伝送前に往路アップリンク信号に対する適切な加重値を計算し、適用することと、エンドツーエンドリレー３４０３の複数の往路リンクトランスポンダ３４３０によって多重経路を誘導することと、ユーザリンクアレイアンテナによって往路ダウンリンク信号を伝送することとを含む。それでも、簡潔にするために、いくつかの説明は、往路ビームを、伝送往路ダウンリンク信号の重畳によって形成されると称することができる。いくつかの事例において、複数のユーザ端末５１７の各々は、協働ユーザリンク構成伝送要素３４２９のアレイと無線通信して、伝送往路ダウンリンク信号の複合物（例えば、重畳されたもの）を受信する。

いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー３４０３は、ユーザ端末５１７と通信するユーザリンク構成受信要素３４２６と、分布したＡＮ５１５と通信する協働フィーダリンク構成伝送要素３４１９のアレイと、複数の復路リンクトランスポンダ３４４０のアレイとを更に含む。復路リンクトランスポンダ３４４０は、往路リンクトランスポンダ３４３０（例えば、ベントパイプトランスポンダ）に類似し得るか、又は同一であり得るが、各々が、ユーザリンク構成受信要素３４２６のそれぞれ１つとフィーダリンク構成伝送要素３４１９のそれぞれ１つとの間に結合されることが異なる。協働ユーザリンク構成受信要素３４２６のアレイを介した復路アップリンク信号の受信は、復路リンクトランスポンダ３４４０に復路ダウンリンク信号を形成する。いくつかの事例において、各復路ダウンリンク信号は、複数のユーザ端末５１７から（例えば、複数のユーザビームカバーエリア５１９から）ユーザリンク構成受信要素３４２６によって受信される、復路アップリンク信号のそれぞれの重畳されたものである。いくつかのそのような事例において、複数のユーザ端末の各々は、協働ユーザリンク構成受信要素３４２６のアレイと通信して、複数のユーザリンク構成受信要素３４２６にそれぞれの復路アップリンク信号を伝送する。

いくつかの事例において、復路ダウンリンク信号は、フィーダリンク構成伝送要素３４１９によって、地理的に分布したＡＮ５１５に伝送される。本明細書で説明されるように、各ＡＮ５１５は、フィーダリンク構成伝送要素３４１９から伝送される復路ダウンリンク信号の重畳複合物を受信することができる（すなわち、復路ダウンリンク信号に対応する）。受信した復路ダウンリンク信号（複合受信信号と称される）は、復路ビーム形成器に結合することができ、これは、組み合わせて、同期させて、ビーム加重して、そして、任意の他の適切な処理を行うことができる。例えば、復路ビーム形成器は、信号を組み合わせる前に、復路ダウンリンク信号の受信した重畳されたもの１７０６に加重すること（すなわち、復路ビーム加重値を複合復路信号に適用すること）ができる。復路ビーム形成器はまた、少なくともエンドツーエンドリレー３４０３とＡＮ５１５との間のそれぞれの経路遅延差を補償するために、信号を組み合わせる前に、複合復路信号を同期させることができる。いくつかの事例において、同期させることは、（ＡＮ５１５の１つ又は２つ以上、又は全てによって受信した）受信ビーコン信号に従うことができる。

ビーム形成のエンドツーエンド性質のため、復路ビーム形成器をエンドツーエンド多重経路チャネルのフィーダリンク側に結合することができる場合であっても、復路ビーム形成器による復路ビーム加重値の適切な適用は、復路ユーザビームの形成を可能にし、ユーザビームは、エンドツーエンド多重経路チャネルのユーザリンク側に形成することができる。故に、復路ビーム形成器は、復路ユーザビームの形成に貢献すると称することができる（システム３４００のいくつかの他の態様はまた、エンドツーエンドリレー３４０３の復路リンクトランスポンダ３４４０による多重経路の誘導などの、エンドツーエンド復路ビーム形成にも貢献する）。それでも、復路ビーム形成器は、簡潔にするために、復路ユーザビームを形成すると称することができる。

いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー３４０３は、複数の分布したアクセスノードが位置付けられるアクセスノードカバーエリア（ＡＮカバーエリア３４５０）に照射するために、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０を更に含む。フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、協働フィーダリンク構成受信要素３４１６のアレイを備える。いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー３４０３はまた、複数のユーザ端末５１７が（例えば、複数のユーザビームカバーエリア５１９の中に）地理的に分布したユーザカバーエリア３４６０に照射するために、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０も含む。ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、協働ユーザリンク構成伝送要素３４２９のアレイを備える。いくつかの事例において、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、ユーザリンク受信アレイ及びユーザリンク伝送アレイ（例えば、別個で半二重の協働ユーザリンク構成要素のアレイ）を含む。ユーザリンク受信アレイ及びユーザリンク伝送アレイは、（例えば、同じ反射器に向くように）空間的にインターリーブすること、（例えば、それぞれ、受信及び伝送反射器に向くように）空間的に分離させること、又は任意の他の適切な様式で配設することができる。他の事例において、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、全二重要素を含む（例えば、各ユーザリンク構成伝送要素３４２９は、それぞれのユーザリンク構成受信要素３４２６と放射構造を共有する）。同様に、いくつかの事例において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、フィーダリンク受信アレイと、フィーダリンク伝送アレイとを含み、これらは、任意の適切な様式で空間的に関連させることができ、また、単一の反射器に向けて、別個の伝送及び受信反射器に向けて、その他で、直接放射することができる。他の事例において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、全二重要素を含む。フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０及びユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、同じ又は異なる開口サイズを有することができる。いくつかの事例において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０及びユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、同一周波数帯域（例えば、Ｋａ帯域、その他）で動作する。いくつかの事例において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０及びユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、異なる周波数帯域で動作する（例えば、フィーダリンクは、Ｖ帯域を使用し、ユーザリンクは、Ｋａ帯域を使用する、その他）。

図４１によって例示されるような実施例において、ＡＮカバーエリア３４５０は、ユーザカバーエリア３４６０と異なる。ＡＮカバーエリア３４５０は、単一の隣接するカバーエリア、又は複数の独立したカバーエリアとすることができる。同様に（及び、ＡＮカバーエリアが単一であるか、複数であるかにかかわらず）、ユーザカバーエリア３４６０は、単一の隣接するカバーエリア、又は複数の独立したカバーエリアとすることができる。いくつかの事例において、ＡＮカバーエリア３４５０は、ユーザカバーエリア３４６０のサブセットである。いくつかの事例において、ユーザカバーエリア３４６０の少なくとも半分は、ＡＮカバーエリア３４５０と重ならない。下で説明するように、いくつかの事例において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、１つ又は２つ以上のフィーダリンク反射器を更に備え、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、１つ又は２つ以上のユーザリンク反射器を更に備える。いくつかの事例において、フィーダリンク反射器は、ユーザリンク反射器よりもかなり大きい（例えば、少なくとも２倍、少なくとも５倍、１０倍、５０倍、８０倍等の物理的面積）。いくつかの事例において、フィーダリンク反射器は、ユーザリンク反射器とほぼ同じ物理的面積（例えば、５％、１０％、２５％以内）である。

いくつかの事例において、システム３４００は、図５を参照して説明されるように、地上ネットワーク機能に関連して動作する。例えば、エンドツーエンドリレー３４０３は、ＡＮ５１５と通信し、該ＡＮは、配信ネットワーク５１８を介してＣＰＳ５０５と通信する。いくつかの事例において、ＣＰＳ５０５は、例えば、図２９を参照して説明されるように、往路ビーム形成器５２９及び／又は復路ビーム形成器５３１を含む。上で説明したように、往路ビーム形成器５２９は、計算された往路ビーム加重値（例えば、往路ビーム加重値発生器９１８によって供給される）を往路リンク信号に適用することによって、往路エンドツーエンドビームの形成に参加することができ、復路ビーム形成器５３１は、計算された復路ビーム加重値（例えば、復路ビーム加重値発生器９３５によって供給される）を復路リンク信号に適用することによって、復路エンドツーエンドビームの形成に参加することができる。上で説明したように、エンドツーエンド往路ビーム加重値及び／又は一組のエンドツーエンド復路ビーム加重値は、エンドツーエンド多重経路チャネルの推定エンドツーエンドゲインに従って計算することができ、各エンドツーエンド多重経路チャネルは、それぞれの複数の往路リンクベントパイプトランスポンダ３４３０を介して、及び／又はそれぞれの複数の復路リンクベントパイプトランスポンダ３４４０を介して、分布したＡＮ５１５のそれぞれ１つを、ユーザカバーエリアの中のそれぞれの場所（例えば、ユーザ端末５１７又は任意の適切な基準場所）と通信可能に結合する。いくつかの事例において、図示されないが、エンドツーエンドリレー３４０３は、ビーコン信号伝送機を含む。ビーコン信号伝送機は、図１５のビーコン信号発生器及び較正サポートモジュール４２４を参照して上で説明したように実現することができる。いくつかの事例において、発生されたビーコン信号は、複数の分布したＡＮ５１５がエンドツーエンドリレー３４０３と（例えば、ビーコン信号に従って、複数のフィーダリンク構成受信要素３４１６と）時間同期無線通信するように使用することができる。

いくつかの事例において、システム３４００は、エンドツーエンドビーム形成を使用して、複数の往路ユーザビームを形成するためのシステムを含む。そのような事例は、複数の地理的に分布した場所から複数の往路アップリンク信号を伝送するための手段を含み、複数の往路アップリンク信号が、複数のユーザビーム信号の加重した組み合わせから形成され、各ユーザビーム信号が、唯一のユーザビームに対応する。例えば、複数の地理的に分布した場所は、複数のＡＮ５１５を含むことができ、複数の往路アップリンク信号を伝送するための手段は、往路ビーム形成器５２９、配信ネットワーク５１８、及び地理的に分布したＡＮ５１５（エンドツーエンドリレー３４０３と通信する）のうちのいくつか又は全てを含むことができる。そのような事例はまた、複数の往路ダウンリンク信号を形成するために複数の往路アップリンク信号をリレーするための手段も含むことができる。各往路ダウンリンク信号は、複数の往路アップリンク信号の固有の重畳されたものを増幅することによって作成され、複数の往路ダウンリンク信号が重畳して複数のユーザビームを形成し、各ユーザビーム信号は、対応するユーザビーム内で支配的である。例えば、複数の往路ダウンリンク信号を形成するために複数の往路アップリンク信号をリレーするための手段は、その複数の信号経路が並置された状態で、エンドツーエンドリレー３４０３（ユーザビームカバーエリア５１９の１つ又は２つ以上のユーザ端末と通信する）を含むことができ、これは、往路リンクトランスポンダ３４３０及び復路リンクトランスポンダ３４４０を含むことができる。

いくつかのそのような事例は、複数の往路ダウンリンク信号の第１の重畳されたものを受信し、複数のユーザビーム信号のうちの第１の１つを復元するための第１の手段を含む。そのような第１の手段は、ユーザ端末５１７を含むことができる（例えば、往路ダウンリンク信号からユーザビーム信号を復元するための、ユーザ端末アンテナ及びモデム、又は他の構成要素を含む）。いくつかのそのような事例はまた、複数の往路ダウンリンク信号の第２の重畳されたものを受信し、複数のユーザビーム信号のうちの第２の１つを復元するための第２の手段も含む（例えば、第２のユーザ端末５１７を含む）。例えば、受信するための第１の手段は、第１のユーザビーム内に位置付けられ、受信するための第２の手段は、第２のユーザビーム内に位置付けられる。

図４２は、エンドツーエンド復路リンク５２３上で復路データを搬送する信号の信号経路の例示的なモデルの説明図である。この例示的なモデルは、図６～図８を参照して説明されるモデルに類似して動作することができるが、エンドツーエンドリレー３４０３が、復路リンク通信専用の復路リンク信号経路３５０２を含むことが異なる。各復路リンク信号経路３５０２は、ユーザリンク構成受信要素３４２６とフィーダリンク構成伝送要素３４１９との間に結合される、復路リンクトランスポンダ３４４０を含むことができる。Ｋ個のユーザビームカバーエリア５１９の中のユーザ端末５１７によって生じる信号は、（復路アップリンク信号５２５として）エンドツーエンドリレー３４０３に伝送され、Ｌ個の復路リンク信号経路３５０２のアレイによって受信され、Ｌ個の復路リンクトランスポンダ３４４０を通してＬ個の対応するフィーダリンク構成伝送要素３４１９に通信され、そして、Ｌ個のフィーダリンク構成伝送要素３４１９によって、Ｍ個のＡＮ５１５のいくつか又は全てに伝送される（図７に示されるものに類似する）。このようにして、複数の復路リンク信号経路３５０２（例えば、復路リンクトランスポンダ３４４０）は、復路リンク通信の多重経路を誘導する。例えば、各復路リンク信号経路３５０２の出力は、受信した復路アップリンク信号５２５のそれぞれ１つに対応する（例えば、複数のユーザビームカバーエリア５１９から伝送される復路アップリンク信号５２５の受信した複合物に対応する）復路ダウンリンク信号５２７であり、復路ダウンリンク信号５２７を通じて、（例えば、ＡＮカバーエリア３４５０にわたって地理的に分布した）Ｍ個のＡＮ５１５に伝送される。上で説明したように、ユーザビームカバーエリア５１９の中に位置付けられるユーザ端末５１７から特定のＡＮ５１５への、Ｌ個（又は最大Ｌ個）の異なる信号の進路がある。エンドツーエンドリレー３４０３は、それによって、ユーザ端末５１７とＡＮ５１５との間にＬ個の経路を作成し、集合的に、エンドツーエンド復路多重経路チャネル１９０８（例えば、図８に類似する）と称される。

エンドツーエンド復路多重経路チャネルは、上で説明したものと同じ様式でモデル化することができる。例えば、Ａｒは、Ｌ×Ｋ個の復路アップリンク放射マトリックスであり、Ｃｔは、Ｍ×Ｌ個の復路ダウンリンク放射マトリックスであり、Ｅｒｅｔは、ユーザリンク構成受信要素３４２６からフィーダリンク構成伝送要素３４１９への経路のＬ×Ｌ個の復路ペイロードマトリックスである。上で説明したように、特定のユーザビームカバーエリア５１９の中のユーザ端末５１７から特定のＡＮ５１５へのエンドツーエンド復路多重経路チャネルは、エンドツーエンドリレー３４０３を通してＬ個の固有の復路リンク信号経路３５０２によって誘導されるＬ個の異なる信号経路の正味効果である。Ｋ個のユーザビームカバーエリア５１９及びＭ個のＡＮ５１５によって、Ｍ×Ｋ個の誘導されたエンドツーエンド復路多重経路チャネルが（エンドツーエンドリレー３４０３を介して）エンドツーエンド復路リンク５２３に存在することができ、各々を個々にモデル化して、Ｍ×Ｋ個の復路チャネルマトリックスＨｒｅｔの対応する要素（Ｃ_ｔ×Ｅｒｅｔ×Ａｒ）を計算することができる。上で述べたように（例えば、図６～図８を参照して）、全てではないが、ＡＮ５１５、ユーザビームカバーエリア５１９、及び／又は復路リンクトランスポンダ３４４０は、エンドツーエンド復路多重経路チャネルに参加しなければならない。いくつかの事例において、ユーザビームの数Ｋは、エンドツーエンド復路多重経路チャネルの信号経路のトランスポンダの数Ｌよりも多く、及び／又はＡＮの数Ｍは、エンドツーエンド復路多重経路チャネルの信号経路のトランスポンダの数Ｌよりも多い。図５を参照して説明されるように、ＣＰＳ５０５は、受信したダウンリンク復路信号５２７（下で更に説明するように、受信信号は、ＡＮによる受信後に、複合復路信号９０７と称される）に復路ビーム加重値を適用することによって、復路ユーザビームの形成を可能にすることができる。復路ビーム加重値は、１つのユーザビームカバーエリア５１９の中のユーザ端末５１７を複数のＡＮ５１５のうちの１つと結合させる各エンドツーエンド復路多重経路チャネルについて、のＭ×Ｋ個の信号経路のモデルに基づいて計算することができる。

図４３は、エンドツーエンド往路リンク５０１上で往路データを搬送する信号の信号経路の例示的なモデルの説明図である。この例示的なモデルは、図９～図１１を参照して説明されるモデルに類似して動作することができるが、エンドツーエンドリレー３４０３が、往路リンク通信専用の往路リンク信号経路３６０２を含むことが異なる。各往路リンク信号経路３６０２は、フィーダリンク構成受信要素３４１６とユーザリンク構成伝送要素３４２９との間に結合される、往路リンクトランスポンダ３４３０を含むことができる。上で説明したように、各往路アップリンク信号５２１は、ＡＮ５１５からの伝送前に、（例えば、地上セグメント５０２のＣＰＳ５０５の往路ビーム形成器５１５において）ビーム加重される。各ＡＮ５１５は、固有の往路アップリンク信号５２１を受信し、（例えば、時間同期様式で）Ｍ個のアップリンクのうちの１つを介して、固有の往路アップリンク信号５２１を伝送する。往路アップリンク信号５２１は、複合入力往路信号５４５を作成する重畳様式で、往路リンクトランスポンダ３４３０のいくつか又は全部によって、地理的に分布した場所（例えば、ＡＮ５１５から）から受信される。各往路リンクトランスポンダ３４３０は、複合入力往路信号５４５を同時に受信するが、各往路リンクトランスポンダ３４３０と関連付けられる各受信フィーダリンク構成受信要素３４１６の場所の違いのため、僅かに異なるタイミングを伴う。例えば、各フィーダリンク構成受信要素３４１６が同じ複数の往路アップリンク信号５２１の複合物を受信することができる場合であっても、受信した複合入力往路信号５４５は、僅かに異なり得る。複合入力往路信号５４５は、それぞれのフィーダリンク構成受信要素３４１６を介してＬ個の往路リンクトランスポンダ３４３０によって受信され、Ｌ個の往路リンクトランスポンダ３４３０を通してＬ個の対応するフィーダリンク構成伝送要素３４２９に通信され、そして、Ｌ個のユーザリンク構成伝送要素３４２９によって、（例えば、受信した複合入力往路信号５２１に各々が対応する、往路ダウンリンク信号５２２として）Ｋ個のユーザビームカバーエリア５１９のうちの１つ又は２つ以上に伝送される。このようにして、複数の往路リンク信号経路３６０２（例えば、往路リンクトランスポンダ３４３０）は、往路リンク通信の多重経路を誘導する。上で説明したように、ＡＮ５１５からユーザビームカバーエリア５１９の特定のユーザ端末５１７への、Ｌ個の異なる信号の進路がある。エンドツーエンドリレー３４０３は、それによって、１つのＡＮ５１５と１つのユーザ端末５１７（又は１つのユーザビームカバーエリア５１９）との間に複数の（例えば、最大でＬ個の）信号経路を誘導し、これは、集合的に、エンドツーエンド往路多重経路チャネル２２０８と称することができる（例えば、図１０に類似する）。

エンドツーエンド往路多重経路チャネル２２０８は、上で説明したものと同じ様式でモデル化することができる。例えば、Ｃｒは、Ｌ×Ｍ個の往路アップリンク放射マトリックスであり、Ａｔは、Ｋ×Ｌ個の往路ダウンリンク放射マトリックスであり、Ｅｆｗｄは、フィーダリンク構成受信要素３４１６からユーザリンク構成伝送要素３４２９への経路のＬ×Ｌ個の往路ペイロードマトリックスである。いくつかの事例において、往路ペイロードマトリックスＥｆｗｄ及び復路ペイロードマトリックスＥｒｅｔは、往路リンク信号経路３６０２と復路リンク信号経路３５０２との差を反映するように異なり得る。上で説明したように、特定のＡＮ５１５から特定のユーザビームカバーエリア５１９の中のユーザ端末５１７へのエンドツーエンド往路多重経路チャネルは、エンドツーエンドリレー３４０３を通してＬ個の固有の往路リンク信号経路３６０２によって誘導される、Ｌ個の異なる信号経路の正味効果である。Ｋ個のユーザビームカバーエリア５１９及びＭ個のＡＮ５１５によって、Ｍ×Ｋ個の誘導されたエンドツーエンド往路多重経路チャネルがエンドツーエンド往路リンク５０１に存在することができ、各々を個々にモデル化して、Ｍ×Ｋ個の往路チャネルマトリックスＨｆｗｄの対応する要素（Ａｔ×Ｅｆｗｄ×Ｃｒ）を計算することができる。復路方向を参照して述べたように、全てではないが、ＡＮ５１５、ユーザビームカバーエリア５１９、及び／又は往路リンクトランスポンダ３４３０は、エンドツーエンド往路多重経路チャネルに参加しなければならない。いくつかの事例において、ユーザビームの数Ｋは、エンドツーエンド往路多重経路チャネルの信号経路のトランスポンダの数Ｌよりも多く、及び／又はＡＮの数Ｍは、エンドツーエンド往路多重経路チャネルの信号経路のトランスポンダの数Ｌよりも多い。図５を参照して説明されるように、適切なビーム加重値は、往路ユーザビームを形成するように、ＣＰＳ５０５による複数のエンドツーエンド往路多重経路チャネルの各々について計算することができる。単一の受信機（ユーザ端末５１７）に対して複数の伝送機（ＡＮ５１５）を使用することで、伝送経路ダイバーシティを提供して、意図的に誘導された多重経路チャネルの存在下で、任意のユーザ端末５１７への情報の伝送を成功させることを可能にすることができる。

図４１～図４３は、別個の往路リンクトランスポンダ３４３０及び復路リンクトランスポンダ３４４０によって実現されるエンドツーエンドリレー３４０３を説明する。図４４Ａ及び４４Ｂは、それぞれ、（図４３の往路信号経路３６０２のような）例示的な往路信号経路３７００、及び（図４２の復路信号経路３５０２のような）復路信号経路３７５０の説明図を示す。上で説明したように、往路信号経路３７００は、フィーダリンク構成受信要素３４１６とユーザリンク構成伝送要素３４２９との間に結合される、往路リンクトランスポンダ３４３０を含む。復路信号経路３７５０は、ユーザリンク構成受信要素３４２６とフィーダリンク構成伝送要素３４１９との間に結合される、復路リンクトランスポンダ３４４０を含む。いくつかの事例において、各往路リンクトランスポンダ３４３０及び各復路リンクトランスポンダ３４４０は、交差極トランスポンダである。例えば、往路リンクトランスポンダ３４３０は、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）を有するアップリンク周波数で往路アップリンク信号を受信し、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）を有するダウンリンク周波数で往路ダウンリンク信号を出力し、各復路リンクトランスポンダ３４４０は、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）を有するアップリンク周波数で復路アップリンク信号を受信し、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）を有するダウンリンク周波数で復路ダウンリンク信号を出力する。１つのこのような事例（前述の実施例において説明される偏波に従う）は、図４４Ａ及び４４Ｂの実線だけをたどることによって例示され、別のそのような事例（前述の実施例において説明される偏波とは逆の偏波に従う）は、図４４Ａ及び４４Ｂの破線だけをたどることによって例示される。他の事例において、いくつか又は全てのトランスポンダは、二重極信号経路の対を提供することができる。例えば、図４４Ａ及び４４Ｂの実線及び破線の両方をたどると、往路リンクトランスポンダ３４３０及び復路リンクトランスポンダ３４４０は、両方の偏波（ＬＨＣＰ及びＲＨＣＰ）を有する同じ又は異なるアップリンク周波数で往路アップリンク信号を受信することができ、また、両方の偏波（ＲＨＣＰ及びＬＨＣＰ）を有する同じ又は異なるダウンリンク周波数でダウンリンク信号を出力することができる。例えば、そのような事例は、複数のシステムが、任意の適切なタイプの干渉緩和技術を使用して（例えば、時分割、周波数分割、その他、を使用して）、並列に動作することを可能にすることができる。いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー３４０３は、５１２個の往路リンクトランスポンダ３４３０及び５１２個の復路リンクトランスポンダ３４４０（例えば、合計１，０２４個のトランスポンダ）などの、多数のトランスポンダを含む。他の実現形態は、１０個又は任意の他の適切な数などの、より少ない数のトランスポンダを含むことができる。いくつかの事例において、アンテナ要素は、全二重構造として実現され、よって、各受信アンテナ要素は、それぞれの伝送アンテナ要素と構造を共有する。例えば、各例示されるアンテナ要素は、信号の伝送及び受信の両方に適応する放射構造の４つの導波管ポートのうちの２つとして実現することができる。いくつかの事例では、フィーダリンク要素だけが、又はユーザリンク要素だけが全二重である。他の実現形態は、異なるタイプの偏波を使用することができる。例えば、いくつかの実現形態において、トランスポンダは、同じ極性の受信アンテナ要素と伝送アンテナ要素との間に結合することができる。

例示的な往路リンクトランスポンダ３４３０及び復路リンクトランスポンダ３４４０はどちらも、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）３７０５と、周波数変換器及び関連付けられるフィルタ３７１０と、チャネル増幅器３７１５と、位相シフタ３７２０と、電力増幅器３７２５（例えば、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）、固体電力増幅器（ＳＳＰＡ）、その他）と、高調波フィルタ３７３０）とを含むことができる。二重極の実現形態において、示されるように、各極は、それ自体の一組のトランスポンダ構成要素を有するそれ自体の信号経路を有する。いくつかの実現形態は、より多い又はより少ない構成要素を有することができる。例えば、周波数変換器及び関連付けられるフィルタ３７１０は、アップリンク周波数及びダウンリンク周波数が異なる場合に有用であり得る。１つの実施例として、各往路リンクトランスポンダ３４３０は、第１の周波数帯域で入力を受け取り、第２の周波数帯域で出力することができ、各復路リンクトランスポンダ３４４０は、第１の周波数帯域で入力を受け取り、第２の周波数帯域で出力することができる。

いくつかの事例では、複数のサブ帯域（例えば、上で説明したように、７つの５００ＭＨｚのサブ帯域）が使用される。例えば、いくつかの事例では、トランスポンダが提供され、該トランスポンダは、単一のエンドツーエンドリレーを通して複数の独立した並列エンドツーエンドビーム形成システム（各々が、異なるサブ帯域で動作するエンドツーエンドビーム形成システム）を効果的に可能にするために、地上ネットワークの複数のサブ帯域の実現形態で使用されるものと同じサブ帯域を通じて動作する。他の事例において、広帯域幅エンドツーエンドビーム形成システムは、地上ネットワークにおいて複数のサブ帯域を使用することができるが、１つ又は２つ以上の（又は全ての）サブ帯域に広域帯トランスポンダを通過させる（例えば、各々が５００ＭＨｚの幅の７つのサブ帯域に、３．５ＧＨｚの帯域幅のトランスポンダを通過させる）ことができる。そのような事例において、各トランスポンダは、複数の周波数変換器及び関連付けられるフィルタ３７１０、並びに／又はサブ帯域の１つ又は２つ以上を取り扱うために専用される他の構成要素を含むことができる。複数の周波数サブ帯域の使用は、地上ネットワークがサブ帯域の各々において使用されるビーム加重値を別々に決定することができるので、トランスポンダの振幅及び位相応答に対する要件の緩和を可能にし、トランスポンダの通過帯域を外れた振幅及び位相の変動を効果的に較正する。例えば、別個の往路及び復路トランスポンダによって、及び７つのサブ帯域を使用して、各ビームについて、合計１４個の異なるビーム加重値、すなわち、７つのサブ帯域×２つの方向（往路及び復路）を使用することができる。いくつかの事例において、各トランスポンダ経路は、ＬＮＡ３７０５、チャネル増幅器３７１５、及び電力増幅器３７２５だけを含む。エンドツーエンドリレー３４０３のいくつかの実現形態は、上で説明したように各トランスポンダの位相及び／又は他の特徴を個々に設定することができる、位相シフトコントローラ及び／又は他のコントローラを含む。

アンテナ要素は、任意の適切な様式で信号を伝送及び／又は受信することができる。いくつかの事例において、エンドツーエンドリレー３４０３は、１つ又は２つ以上のアレイフィード反射器を有する。例えば、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、伝送及び受信の両方のためのフィーダリンク反射器、又は別個のフィーダリンク伝送反射器及びフィーダリンク受信反射器を有することができる。同様に、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、伝送及び受信の両方のためのユーザリンク反射器、又は別個のユーザリンク伝送反射器及びユーザリンク受信反射器を有することができる。１つの例示的な事例において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、放射構造のアレイを備え、各放射構造は、フィーダリンク構成受信要素３４１６と、フィーダリンク構成伝送要素３４１９とを含む。そのような一事例において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０はまた、フィーダリンク構成受信要素３４１６に照射し、フィーダリンク構成伝送要素３４１９によって照射される、フィーダリンク反射器も含むことができる。いくつかの事例において、反射器は、複数の反射器として実現され、異なる形状、サイズ、方向、その他とすることができる。他の事例において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０及び／又はユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、反射器を伴わずに、例えば、直接放射アレイとして実現される。

上で述べたように、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０及びユーザリンクアンテナサブシステム３４２０を分離することは、１つ又は２つ以上のユーザカバーエリア３４６０と異なる１つ又は２つ以上のＡＮカバーエリア３４５０にサービスを提供することを可能にすることができる。例えば、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、ユーザカバーエリア３４６０の反射器よりもかなり広い物理的面積を有する反射器によって実現することができる。より大きい反射器は、多数のＡＮ５１５を、ユーザカバーエリア３４６０の小さいサブセットの中などの、かなり小さいＡＮカバーエリア３４５０の中に地理的に分布することを可能にする。いくつかの実施例は、図４５及び図４６に示される。

図４５は、エンドツーエンドリレー３４０３（例えば、衛星）の可視的な地球カバーエリア３８００の一実施例を示す。例示的なエンドツーエンドリレー３４０３において、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、１８メートルのフィーダリンク反射器を含み、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、２メートルのユーザリンク反射器を含む（例えば、フィーダリンク反射器の面積は、ユーザリンク反射器の面積よりも約８０倍大きい）。各アンテナサブシステムはまた、５１２個の協働構成受信／伝送要素のアレイを含む。例えば、例示的なエンドツーエンドリレー３４０３は、５１２個の往路リンクトランスポンダ３４３０（例えば、図４４Ａに示されるような、５１２個の往路信号経路３７００を形成する）と、５１２個の復路リンクトランスポンダ３４４０（例えば、図４４Ｂに示されるような、５１２個の復路信号経路３７５０を形成する）とを含むことができる。ユーザカバーエリア３４６０は、６２５個のユーザビームカバーエリア５１９を含む。米国東部の小さい陰影付きの地域は、その中に分布した５９７個のＡＮ５１５を有するＡＮカバーエリア３４５０である。ＡＮカバーエリア３４５０は、大きいユーザカバーエリア３４６０の小さいサブセットであるが、それでも多数のＡＮ５１５を有する大きい容量を提供する。そのような比較的密集したＡＮカバーエリア３４５０は、本明細書において、「ＡＮファーム」と称される。

図４６は、エンドツーエンドリレー３４０３（例えば、衛星）の米国本土（ＣＯＮＵＳ）カバーエリア３９００の一実施例を示す。例示的なエンドツーエンドリレー３４０３は、図４５に示される実施例に類似するが、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０が、５メートルのユーザリンク反射器を含む（例えば、フィーダリンク反射器が、ユーザリンク反射器よりも約４倍大きい）ことが異なる。ユーザカバーエリア３４６０は、５２３個のユーザビームカバーエリア５１９を含む。ＡＮカバーエリア３４５０（ＡＮファーム）は、図４５のものと同じあり、その中に分布した５９７個のＡＮ５１５を有する米国東部の地域であり、ユーザカバーエリア３４６０の小さいサブセットである。
複数のカバーエリア

上で説明した例示的なエンドツーエンドリレー３４０３において、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、単一アンテナサブシステム（例えば、単一のユーザリンク反射器を有する）として説明され、フィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、単一アンテナサブシステム（例えば、単一のフィーダリンク反射器を有する）として説明される。いくつかの事例において、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、１つ又は２つ以上のユーザリンク反射器と関連付けられる１つ又は２つ以上のアンテナサブシステム（例えば、構成アンテナ要素の２つ以上のサブアレイ）を含むことができフィーダリンクアンテナサブシステム３４１０は、１つ又は２つ以上のフィーダリンク反射器と関連付けられる１つ又は２つ以上のアンテナサブシステムを含むことができる。例えば、いくつかのエンドツーエンドリレー３４０３は、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０を有することができ、これは、第１のユーザリンク反射器（例えば、各要素が、第１のユーザリンク反射器に照射し、及び／又はそれによって照射されるように配設される）と関連付けられる第１の一組のユーザリンク構成受信／伝送要素と、第２のユーザリンク反射器と関連付けられる第２の一組のユーザリンク構成受信／伝送要素を含む。いくつかの事例において、２つのユーザリンク反射器は、互いにほぼ同じ物理的面積（例えば、５％、１０％、２５％、５０％以内）である。いくつかの事例において、１つのユーザリンク反射器は、他のものよりもはるかに大きい（例えば、少なくとも２倍の物理的面積）。各一組のユーザリンク構成受信／伝送要素、及びその関連付けられるユーザリンク反射器は、対応する、異なるユーザカバーエリアに照射することができる。例えば、複数のユーザカバーエリアは、重ならない、部分的に重なる、完全に重なる（例えば、より小さいユーザカバーをより大きいユーザカバーエリア内に含むことができる）、その他、とすることができる。いくつかの事例において、複数のユーザカバーエリアは、同時に起動する（照射する）ことができる。他の事例は、下で説明するように、ユーザリンク構成受信／伝送要素の異なる部分の選択的な起動を可能にすることができ、それによって、異なる時間に異なるユーザカバーエリアを起動させる。複数のカバーエリア間のスイッチングは、ＣＰＳによって調整することができる。例えば、ビーム形成の較正、ビーム加重値の算出、及びビーム加重値の適用は、２つの異なるカバーエリアの各々について１つの、２つの平行したビーム形成器において起こり得る。ビーム形成器における適切な加重値の使用は、エンドツーエンドリレーの動作に対応するように調節することができる。ビーム加重値は、いくつかの事例において、タイムスライスビーム形成器が用いられる場合に、タイムスライス中に変化する場合がある。

図４７Ａ及び４７Ｂは、それぞれ、複数のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の選択的な起動を各々が有する、例示的な往路信号経路４０００及び復路信号経路４０５０を示す。各信号経路は、構成アンテナ要素の間に結合されるトランスポンダを有する。最初に図４７Ａを参照すると、往路リンクトランスポンダ３４３０は、図４４Ａを参照して説明されるものに類似するが、往路リンクトランスポンダ３４３０の出力側が、２つのユーザリンク構成伝送要素３４２９のうちの１つに選択的に結合され、各々が別個のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の一部である（例えば、各々が協働ユーザリンク構成伝送要素３４２９の別個のアレイの一部である）ことが異なる。上で説明したように、往路リンクトランスポンダ３４３０は、ＬＮＡ３７０５、周波数変換器及び関連付けられるフィルタ３７１０、チャネル増幅器３７１５、位相シフタ３７２０、電力増幅器３７２５、並びに高調波フィルタ３７３０のうちのいくつか又は全てを含むことができる。

図４７Ａの往路リンクトランスポンダ３４３０は、スイッチ４０１０（往路リンクスイッチ）を更に含み、該スイッチは、第１の一組の電力増幅器３７２５及び高調波フィルタ３７３０を介して（第１のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の）第１のユーザリンク構成伝送要素３４２９ａに、又は第２の一組の電力増幅器３７２５及び高調波フィルタ３７３０を介して（第２のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の）第２のユーザリンク構成伝送要素３４２９ｂに、トランスポンダを選択的に結合させる。例えば、第１のスイッチモードにおいて、往路リンクトランスポンダ３４３０は、フィーダリンク構成受信要素３４１６と第１のユーザリンク構成伝送要素３４２９との間の信号経路を効果的に形成し、第２のスイッチモードにおいて、往路リンクトランスポンダ３４３０は、同じフィーダリンク構成受信要素３４１６と第２のユーザリンク構成伝送要素３４２９との間の信号経路を効果的に形成する。スイッチ４０１０は、電気機械スイッチ、リレー、トランジスタ、その他などの任意の適切なスイッチング手段を使用して実現することができる。スイッチ４０１０として示されるが、他の実現形態は、往路リンクトランスポンダ３４３０の入力を複数の出力に選択的に結合させるための任意の他の適切な手段を使用することができる。例えば、電力増幅器３７２５をスイッチとして使用することができる（例えば、「オン」のときに高ゲインを提供し、「オフ」のときにゼロゲイン（又は損失）を提供する）。

図４７Ｂを参照すると、復路リンクトランスポンダ３４４０は、図４７Ａの往路リンクトランスポンダ３４３０を機能的にミラーリングする。図４７Ａの往路リンクの事例のように、トランスポンダの出力側に選択的に結合させるのではなく、図４７Ｂの復路リンクトランスポンダ３４４０の入力側は、２つのユーザリンク構成受信要素３４２６のうちの１つに選択的に結合される。ここでも、各ユーザリンク構成受信要素３４２６は、別個のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の一部とすることができる（例えば、各々が、協働ユーザリンク構成受信要素３４２６の別個のアレイの一部である）。上で説明したように（例えば、図４４Ｂにおいて）、復路リンクトランスポンダ３４４０は、ＬＮＡ３７０５、周波数変換器及び関連付けられるフィルタ３７１０、チャネル増幅器３７１５、位相シフタ３７２０、電力増幅器３７２５、並びに高調波フィルタ３７３０のうちのいくつか又は全てを含むことができる。

図４７Ｂの復路リンクトランスポンダ３４４０は、スイッチ４０１０（復路リンクスイッチ）を更に含み、該スイッチは、第１の一組のＬＮＡ３７０５を介して（第１のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の）第１のユーザリンク構成受信要素３４２６に、又は第２の一組のＬＮＡ３７０５を介して（第２のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の）第２のユーザリンク構成受信要素３４２６に、トランスポンダも選択的に結合させる。例えば、第１のスイッチモードにおいて、復路リンクトランスポンダ３４４０は、第１のユーザリンク構成受信要素３４２６とフィーダリンク構成伝送要素３４１９との間の信号経路を効果的に形成し、第２のスイッチモードにおいて、復路リンクトランスポンダ３４４０は、第２のユーザリンク構成受信要素３４２６と同じフィーダリンク構成伝送要素３４１９との間の信号経路を効果的に形成する。スイッチ４０１０は、電気機械スイッチ、リレー、トランジスタ、その他などの任意の適切なスイッチング手段を使用して実現することができる。スイッチ４０１０として示されるが、他の実現形態は、複数の出力に往路リンクトランスポンダ３４３０の入力を選択的に結合させるための任意の他の適切な手段を使用することができる。例えば、増幅器３７０５をスイッチとして使用することができる（例えば、「オン」のときに高ゲインを提供し、「オフ」のときにゼロゲイン（又は損失）を提供する）。

エンドツーエンドリレー３４０３の例としては、スイッチングスケジュールに従ってスイッチ４０１０のいくつか又は全てを選択的に切り換えるためのスイッチコントローラ４０７０（又は他の適切な選択的結合手段）を挙げることができる。例えば、スイッチングスケジュールを、エンドツーエンドリレー３４０３を搭載した記憶デバイスに記憶することができる。いくつかの事例において、スイッチングスケジュールは、複数の時間間隔（例えば、タイムスロット）の各々において、どのユーザリンクアンテナサブシステム３４２０を起動させるのか（例えば、どの一組のユーザビームに照射させるのか）を効果的に選択する。いくつかの事例において、スイッチングは、複数のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０に等しい時間を割り当てる（例えば、２つのサブシステムの各々が、時間の約半分にわたって起動する）。他の事例において、スイッチングは、容量共有という目標を現実化するために使用することができる。例えば、一方のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、需要のより高いユーザと関連付けることができ、また、スケジュールにおいてより長い時間部分を割り当てることができ、一方で、もう一方のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、より低い需要のユーザと関連付けることができ、また、スケジュールにおいてより短い時間部分を割り当てることができる。

図４８Ａ及び４８Ｂは、複数の選択的に起動するユーザカバーエリア３４６０ａ、３４６０ｂを含む、エンドツーエンドリレー３４０３のカバーエリア４１００及び４１５０の実施例を示す。例示的なエンドツーエンドリレー５０３は、図３８及び図３９のものに類似するが、アンテナサブシステムが異なることを除く。この実施例において、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０は、２つの９メートルのユーザリンク反射器を含み、トランスポンダは、任意の所与の時点で、選択的にユーザビームの半分だけを起動させるように構成される（例えば、トランスポンダは、図４７Ａ及び４７Ｂのように実現される）。例えば、第１の時間間隔中に、図４８Ａに示されるように、ユーザカバーエリア３４６０ａは、５９０個の起動中のユーザビームカバーエリア５１９を含む。起動中のユーザビームカバーエリア５１９は、米国の西半分を効果的に網羅する。ＡＮカバーエリア３４５０（ＡＮファーム）は、図３８及び図３９のものと同じであり、米国東部の地域は、その中に分布した５９７個のＡＮ５１５を有する。第１の時間間隔中に、ＡＮカバーエリア３４５０は、起動中のユーザカバーエリア３４６０と重ならない。第２の時間間隔中に、図４８Ｂに示されるように、ユーザカバーエリア３４６０ｂは、別の５９０個の起動中のユーザビームカバーエリア５１９を含む。第２の時間間隔中に、起動中のユーザビームカバーエリア５１９は、米国の東半分を効果的に網羅する。ＡＮカバーエリア３４５０は、変化しない。しかしながら、第２の時間間隔中に、ＡＮカバーエリア３４５０は、アクティブユーザカバーエリア（のサブセット）３４６０によって、全体が重ねられる。容量は、対応するユーザリンクアンテナサブシステムに割り当てられる時間の比率を動的に調整することによって、様々な地域に（例えば、東部及び西部のユーザカバーエリアの間で）柔軟に割り当てることができる。

先の実施例は、２つの同様にサイズ決定されたユーザカバーエリアを例示しているが、他の数（例えば、３つ又は４つ以上）のユーザカバーエリアを提供することができ、また、サイズが異なり得る（例えば、地球全体、米国本土のみ、米国のみ、地域的にのみ等）。複数のユーザカバーエリア３４６０を有する事例において、ユーザカバーエリア３４６０は、任意の適切な地理的関係を有することができる。いくつかの事例において、第１及び第２のユーザカバーエリア３４６０は、（例えば、図４８Ａ及び４８Ｂに示されるように）部分的に重なる。他の事例において、第２のユーザカバーエリア３４６０は、（例えば、図４５及び図４６に示されるように）第１のユーザカバーエリア３４６０のサブセットとすることができる。他の事例において、第１及び第２のユーザカバーエリアは、重ならない（例えば、独立している）。

図４７Ａ～４７Ｂは、ユーザリンク側の信号経路選択を説明する。しかしながら、いくつかの事例は、代替的に、又は加えて、フィーダリンク側の信号経路スイッチングを含む。図４９は、複数のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０及び複数のフィーダリンクアンテナサブシステム３４１０の選択的な起動を有する、例示的な往路信号経路４２００を示す。信号経路は、構成アンテナ要素の間に結合される往路リンクトランスポンダ３４３０を有する。上で説明したように、往路リンクトランスポンダ３４３０は、ＬＮＡ３７０５、周波数変換器及び関連付けられるフィルタ３７１０、チャネル増幅器３７１５、位相シフタ３７２０、電力増幅器３７２５、並びに高調波フィルタ３７３０のうちのいくつか又は全てを含むことができる。往路リンクトランスポンダ３４３０の入力側は、（例えば、スイッチ４０１０ａ及び４０１０ｂ、又は任意の他の適切な経路選択手段を使用して）２つのフィーダリンク構成受信要素３４１６のうちの１つに選択的に結合される。各フィーダリンク構成受信要素３４１６は、別個のフィーダリンクアンテナサブシステム３４１０の一部とすることができる（例えば、各々が、協働フィーダリンク構成受信要素３４１６の別個のアレイの一部である）。往路リンクトランスポンダ３４３０の出力側は、（例えば、スイッチ４０１０ｃ及び４０１０ｄ、又は任意の他の適切な経路選択手段を使用して）２つのフィーダリンク構成伝送要素３４２９のうちの１つに選択的に結合される。各ユーザリンク構成伝送要素３４２９は、別個のユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の一部とすることができる（例えば、各々が、協働ユーザリンク構成伝送要素３４２９の別個のアレイの一部である）。往路リンクトランスポンダ３４３０によって可能にされる４つの可能な信号経路のいくつか又は全部の間で選択するために、１つ又は２つ以上のスイッチングコントローラ（図示せず）を、エンドツーエンドリレー３４０３に含むことができる。図４７Ａ、４７Ｂ、及び図４９のトランスポンダは、数多くの可能な事例のうちのいくつかを例示するに過ぎない。更に、いくつかの事例は、２つを超えるユーザリンクアンテナサブシステム３４２０及び／又は２つを超えるフィーダリンクアンテナサブシステム３４１０の間の経路選択を含むことができる。同様に、ユーザリンクアンテナサブシステム３４２０及び／又はフィーダリンク構成受信要素３４１６が別個の伝送及び受信反射器、又は同類のものを有する事例では、追加的な経路選択を含むことができる。

また、類似する様式で、複数のＡＮカバーエリアも提供することができる。１つの実施例として、特定の地理的地域のトラフィックがそれらのそれぞれ地域で終端することが望ましくなり得る。例えば、エンドツーエンドリレー３４０３は、図４９に例示されるような一対のトランスポンダの有無にかかわらず、どちらも米国北部にある、第１のＡＮカバーエリア３４５０及び第１のユーザカバーエリア３４６０にサービスを提供することができ、また、どちらも米国南部にある、第２のＡＮカバーエリア３４５０及び第２のユーザカバーエリア３４６０にサービスを提供することができる。トランスポンダにおける経路選択（例えば、スイッチング）を使用して、単一のエンドツーエンドリレー３４０３（例えば、単一の衛星）は、米国北部のＡＮカバーエリア３４５０の中のＡＮ５１５を使用して、米国北部のユーザカバーエリア３４６０と関連付けられるトラフィックにサービスを提供することができ、また、米国南部のＡＮカバーエリア３４５０の中のＡＮ５１５を使用して、米国南部のユーザカバーエリア３４６０と関連付けられるトラフィックにサービスを提供することができる。容量は、対応するアンテナサブシステムに割り当てられる時間の比率を動的に調整することによって、様々な地域に（例えば、米国北部及び南部のユーザカバーエリアの間で）柔軟に割り当てることができる。

一般に、図４１において説明されるエンドツーエンドリレー３４０３の特徴は、少なくとも１つのＡＮカバーエリア３４５０と異なる少なくとも１つのユーザビームカバーエリア５１９にサービスを提供することを可能にする。いくつかの事例において、異なるカバーエリアへのサービス提供は、ＡＮファームの使用が、大きいユーザカバーエリア３４６０に高い容量を提供することを可能にすることができる。図４５、図４６、図４８Ａ、及び４８Ｂは、そのようなＡＮファームの実現形態の様々な実施例を示す。比較的小さい地理的エリアの中に多数のＡＮ５１５を配備することで、いくつかの特徴を提供することができる。例えば、より多くの（又は更には全ての）ＡＮ５１５を、ＡＮ５１５の理想的な分布からより逸脱せずに、単一の国若しくは地域の境界内、陸上等の（例えば、ＣＰＳ５０５に戻る良好なファイバの接続性を有する地域の）高速ネットワークの近くに配備することを確実にすることがより容易であり得る。経路選択（例えば、図４７Ａ～４７Ｂのように）による異なるカバーエリアへのサービス提供を実現することは、追加的な特徴を提供することができる。例えば、上で説明したように、単一のＡＮファーム（及び単一のエンドツーエンドリレー３４０３）を使用して、複数のユーザカバーエリア３４６０に選択的にサービスを提供することができる。同様に、単一のエンドツーエンドリレー３４０３を使用して、地域によってトラフィックを区別し、サービスを提供することができる。

いくつかの事例において、経路選択による異なるカバーエリアへのサービス提供は、様々な干渉管理及び／又は容量管理機能を可能にすることができる。例えば、図４８Ａ及び４８Ｂを再度参照すると、通信リンクの４つのカテゴリ、すなわち、ＡＮファームから、図４８Ａの西部のアクティブユーザカバーエリア３４６０への往路リンク通信（「リンクＡ」）、ＡＮファームから、図４８Ｂの東部のアクティブユーザカバーエリア３４６０への往路リンク通信（「リンクＢ」）、図４８Ａの西部のアクティブユーザカバーエリア３４６０からＡＮファームへの復路リンク通信（「リンクＣ」）、及び図４８Ｂの東部のアクティブユーザカバーエリア３４６０からＡＮファームへの復路リンク通信（「リンクＤ」）を考慮することができる。第１の時間間隔では、図４８Ｂの東部のユーザカバーエリア３４６０が起動中であり、よって、通信は、リンクＢ及びリンクＤにわたる。ＡＮカバーエリア３４５０と東ユーザカバーエリア３４６０との間に完全な共通部分があるので、リンクＢ及びＤは潜在的に干渉する。故に、第１の時間間隔中に、リンクＢには、帯域幅の第１の部分（例えば、２ＧＨｚ）を割り当てることができ、リンクＤには、帯域幅の第２の部分（例えば、１．５ＧＨｚ）を割り当てることができる。第１の第２の間隔では、図４８Ａの西部のユーザカバーエリア３４６０が起動中であり、よって、通信は、リンクＡ及びリンクＣにわたる。ＡＮカバーエリア３４５０と西部のユーザカバーエリア３４６０との間にはいかなる重なりもないので、リンクＡ及びリンクＣは、第２の時間間隔中に、エンドツーエンドリレー３４０３の全帯域幅（例えば、３．５ＧＨｚ）を使用することができる。例えば、第１の時間間隔中には、往路アップリンク信号を、第１の周波数範囲を使用して受信することができ、復路アップリンク信号は、第１の周波数範囲と異なる第２の周波数範囲を使用して、受信することができ、第２の時間間隔の間には、往路アップリンク信号及び復路アップリンク信号を、同じ周波数範囲（例えば、第１、第２、又は他の周波数範囲）を使用して受信することができる。いくつかの事例では、第１の時間間隔中に使用される他の干渉緩和技術によって、第１及び第２の両方の時間間隔中に、周波数を再利用することができる。いくつかの事例において、経路選択タイミングは、異なる時間間隔中の帯域幅割り当てのそのような差を補償するように選択することができる。例えば、第１の時間間隔は、第２の時間間隔よりも長くすることができ、よって、リンクＢ及びＤは、より長い時間にわたってより少ない帯域幅を割り当てて、より短い時間にわたるリンクＡ及びＣへのより多くの帯域幅の割り当てを少なくとも部分的に補償する。

いくつかの事例において、第１の復路アップリンク信号は、第１の時間間隔中に、第１のユーザカバーエリア（例えば、東部のユーザカバーエリア３４６０）の一部又は全部にわたって地理的に分布した複数のユーザ端末５１７の第１の部分から、複数の協働ユーザリンク構成受信要素３４２６ａによって受信され、第２の復路アップリンク信号は、第２の時間間隔中に、第２のユーザカバーエリア（例えば、西部のユーザカバーエリア３４６０）の一部又は全部にわたって地理的に分布した複数のユーザ端末５１７の第２の部分から、複数の協働ユーザリンク構成受信要素３４２６ｂによって、受信される。ＡＮカバーエリア３４５０（ＡＮファーム）が（例えば、図４８Ａ及び４８Ｂに例示されるように）第１のユーザカバーエリアのサブセットであるときに、ＡＮタイミングは、第１の時間フレーム中に（例えば、ユーザカバーエリア３４６０とＡＮカバーエリア３４５０との間に重なりがあるときに）、エンドツーエンドリレー３４０３によって較正することができる。

上で説明したように、いくつかの事例は、複数のＡＮ５１５の各々についてそれぞれの相対的タイミング調整を決定することを含むことができ、よって、複数のＡＮ５１５からの関連付けられる伝送は、（例えば、１０％、５％、２％、又は他の適切な値などのシンボル区間の一部である、シンボル区間に対して十分に調整したタイミングで）同調してエンドツーエンド中継３４０３に到達する。そのような事例において、往路アップリンク信号は、それぞれの相対的タイミング調整に従って、複数のＡＮ５１５によって伝送される。いくつかのそのような事例において、同期ビーコン信号（例えば、上で説明したように、ビーコン信号発生器によって発生されるＰＮ信号）は、エンドツーエンドリレー３４０３から、複数のＡＮ５１５のうちの少なくともいくつかによって受信され、それぞれの相対的タイミング調整は、同期ビーコン信号に従って決定される。他のそのような事例において、ＡＮ５１５のいくつか又は全部は、エンドツーエンドリレー３４０３からループバック伝送を受信することができ、それぞれの相対的タイミング調整は、ループバック伝送に従って決定される。ＡＮ５１５を較正するための様々な手法は、ＡＮ５１５がエンドツーエンドリレー３４０３と通信する能力に依存することができる。故に、いくつかの事例は、適切なカバーエリアが照射される時間間隔中にだけ、ＡＮ５１５を較正することができる。例えば、ループバック伝送は、ＡＮカバーエリア３４５０とユーザカバーエリア３４６０との間に幾らかの重なりがある時間間隔中にだけ使用することができる（例えば、ＡＮ５１５が、エンドツーエンドリレー３４０３のフィーダリンクアンテナサブシステム３４１０及びユーザリンクアンテナサブシステム３４２０の両方を使用することができるループバックビームを通じて通信する）。いくつかの事例において、適切な較正は、フィーダダウンリンク周波数範囲とユーザダウンリンク周波数範囲との間の幾らかの重なりに更に依存することができる。
結論

開示される方法及び装置は、様々な実施例、事例、及び実現形態に関して上で説明されているが、個々の実施例の１つ又は２つ以上において説明される特定の特徴、態様、及び機能は、他の実施例に適用することができることが理解されるであろう。したがって、特許請求される発明の広さ及び範囲は、上で提供されたいずれの実施例によっても限定されるものではなく、むしろ特許請求の範囲によって定義される。

本文書において使用される用語及び語句、並びにそれらの変形物は、別途明示的に記述されない限り、限定することとは対照的に、制約のないものであると解釈されるべきである。前述の例として、「含んでいる（including）」という用語は、「限定することなく、含んでいる（including without limitation）」又は同類のことを意味するように使用され、「例（example）」という用語は論述中の項目の代表的な事例を提供するために使用され、その網羅的又は限定的なリストを提供するためのものではなく、「１つの（a）」又は「１つの（an）」という用語は、「少なくとも１つの」、「１つ又は２つ以上の」、又は同類のことを意味する。

明細書の全体を通して、「結合させる（couple）」又は「結合された（coupled）」という用語は、構成要素間の物理的又は電気的（無線を含む）のいずれかによる接続を広く指すために使用される。いくつかの事例において、第１の構成要素は、第１及び第２の構成要素の間に配置される中間の第３の構成要素を通して第２の構成要素に結合させることができる。例えば、構成要素は、直接接続、インピーダンス整合ネットワーク、増幅器、減衰器、フィルタ、直流ブロック、交流ブロック、などを通して結合させることができる。

接続詞「及び（and）」で結び付けられる一群の項目は、それらの項目のうちのどの項目もその群内に存在することが必要であることを意味するのではなく、むしろ、別途明示的に記述されない限り、全てを、又は全てのうちの任意のサブセットを含むことを意味する。同様に、接続詞「又は（or）」で結び付けられる一群の項目は、その群の中で相互排他的であることを必要とするものではなく、むしろ、別途明示的に記述されない限り、全てを、又は全てのうちの任意のサブセットを含む。更に、開示される方法及び装置の項目、要素、又は構成要素は、単数で説明され、又は特許請求され得るが、単数であることが明確に述べられていない限り、複数がその範囲内にあることが想定される。

いくつかの事例における「１つ又は２つ以上の（one or more）」、「少なくとも（at least）」、又は同類の語句などの幅を広げる語又は語句の存在は、そのような幅を広げる語句がなかった場合に、より狭い事例を意図する、又は必要とすることを意味するものではない。

特許請求の範囲に参照符号が含まれる場合があるが、そうした参照符号は、特許請求の範囲をより理解し易くする唯一の機能のために提供され、参照符号の包含（又は省略）は、特許請求の範囲によって保護される事項の範囲を限定するものとみなすべきではない。

Claims (28)

1. 複数のアクセスノード（ＡＮ）（５１５）と複数のユーザ端末（５１７）との間に通信を提供する、エンドツーエンドリレー（５０３、１２０２、１５０２、３４０３）を介したエンドツーエンドビーム形成のための方法であって、
   ＡＮカバーエリアにわたって地理的に分布した前記複数のＡＮから、複数の協働フィーダリンク構成受信要素によって、複数の往路アップリンク信号（５２１）の重畳されたものである複合入力往路信号（５４５）を受信することと、
   前記複合入力往路信号から複数の往路ダウンリンク信号（５２２）を発生させることと、
   複数の協働ユーザリンク構成伝送要素によって、前記複数の往路ダウンリンク信号を伝送することであって、前記往路ダウンリンク信号が、前記ＡＮカバーエリアと少なくとも部分的に異なるユーザカバーエリアにわたって地理的に分布した複数のユーザ端末に伝送される、伝送することと、を含む、方法。
2. 前記伝送が、前記ユーザカバーエリアにおいて複数の往路ユーザビームを形成することに貢献する、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のユーザ端末のうちの少なくともいくつかから、複数の協働ユーザリンク構成受信要素によって、復路アップリンク信号（５２５）を受信することと、
   前記受信した復路アップリンク信号から複数の復路ダウンリンク信号（５２７）を発生させることと、
   複数の協働フィーダリンク構成伝送要素によって、前記複数のＡＮに前記複数の復路ダウンリンク信号を伝送することと、を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記複数の協働フィーダリンク構成伝送要素から、前記複数のＡＮによって、複数の前記復路ダウンリンク信号（５２７）の重畳されたもの（１７０６）を受信して、複合復路信号（９０７）を形成することと、
   復路ビーム形成器において前記複合復路信号を組み合わせて、前記ユーザカバーエリアにおいて複数の復路ユーザビームを形成することに貢献することと、を更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 復路ビーム加重値（９３７）に従って、前記組み合わせる前に、前記ビーム形成器において前記複合復路信号に加重することを更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも前記エンドツーエンドリレーと前記複数のＡＮとの間のそれぞれの経路遅延差を補償するために、前記組み合わせる前に、前記複合復路信号を同期させることを更に含む、請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記エンドツーエンドリレーから、前記複数のＡＮのうちの少なくともいくつかによって、リレービーコン信号を受信することを更に含み、
   前記同期が、前記リレービーコン信号に従う、請求項６に記載の方法。
8. 前記復路アップリンク信号の受信が、
   第１のユーザカバーエリアにわたって地理的に分布した前記複数のユーザ端末の第１の部分から、前記複数の協働ユーザリンク構成受信要素によって、第１の時間間隔中に、第１の復路アップリンク信号の第１の受信を行なうことと、
   第２のユーザカバーエリアにわたって地理的に分布した前記複数のユーザ端末の第２の部分から、前記複数の協働ユーザリンク構成受信要素によって、第２の時間間隔中に、第２の復路アップリンク信号の第２の受信を行なうことと、を含む、請求項４～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ＡＮカバーエリアが、前記第１のユーザカバーエリアのサブセットであり、
   第１の時間フレーム中に、前記エンドツーエンドリレーによって前記複数のＡＮを較正することを更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記第２のユーザカバーエリアが、前記ＡＮカバーエリアと重ならない、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の時間間隔中に、前記往路アップリンク信号が、第１の周波数範囲を使用して受信され、前記復路アップリンク信号が、前記第１の周波数範囲とは異なる第２の周波数範囲を使用して受信され、
    前記第２の時間間隔中に、前記往路アップリンク信号及び前記復路アップリンク信号が、同じ周波数範囲を使用して受信される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記往路アップリンク信号が、第１の周波数帯域を使用して受信され、
    前記復路ダウンリンク信号が、前記第１の周波数帯域と異なる第２の周波数帯域を使用して伝送され、
    前記復路アップリンク信号が、前記第１の周波数帯域を使用して受信され、
    前記往路ダウンリンク信号が、前記第２の周波数帯域を使用して伝送される、請求項３～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記複数のユーザ端末のうちの少なくともいくつかから、前記複数の協働ユーザリンク構成受信要素に前記復路アップリンク信号を伝送することを更に含む、請求項３～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記複数の協働ユーザリンク構成伝送要素から、前記ユーザ端末のうちの１つによって、前記複数の往路ダウンリンク信号の空間的な重畳されたもの（５５１）を受信することを更に含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記複数のＡＮによって、前記複数の協働フィーダリンク構成受信要素に前記往路アップリンク信号を伝送することを更に含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記複数のＡＮからの関連した伝送が実質的に同調して前記エンドツーエンドリレーに到達するように、前記複数のＡＮの各々についてそれぞれの相対タイミング調整（２５２４、２５２７、２５４０）を決定することを更に含み、
    前記往路アップリンク信号が、前記それぞれの相対タイミング調整に従って、前記複数のＡＮによって伝送される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記エンドツーエンドリレーから、前記複数のＡＮのうちの少なくともいくつかによって、リレービーコン信号を受信することを更に含み、
    前記それぞれの相対タイミング調整が、前記リレービーコン信号に少なくとも部分的に従って決定される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記エンドツーエンドリレーから、前記複数のＡＮのうちの少なくともいくつかによって、ループバック伝送を受信することを更に含み、
    前記それぞれの相対タイミング調整が、前記ループバック伝送に少なくとも部分的に従って決定される、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記ユーザカバーエリアが、前記ＡＮカバーエリアと異なる、請求項１～１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記ＡＮカバーエリアが、単一の隣接するカバーエリアである、請求項１～１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記ユーザカバーエリアの第１の部分が、前記ＡＮカバーエリアと重なり、
    前記ユーザカバーエリアの第２の部分が、前記ＡＮカバーエリアと重ならない、請求項１～２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記ＡＮカバーエリアが、前記ユーザカバーエリアのサブセットであり、前記ＡＮカバーエリアが、物理的面積が前記ユーザカバーエリア（cover area）の１／５未満である、請求項２１に記載の方法。
23. 前記伝送が、
    第１の複数のユーザリンク構成伝送フィード要素によって、第１のユーザカバーエリア（３４６０ａ）にわたって地理的に分布した第１の複数のユーザ端末に、第１の複数の往路ダウンリンク信号の第１の伝送を行なうことと、
    第２の複数のユーザリンク構成伝送フィード要素によって、第２のユーザカバーエリア（３４６０ｂ）にわたって地理的に分布した第２の複数のユーザ端末に、第２の複数の往路ダウンリンク信号の第２の伝送を行なうことと、を含む、請求項１～２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記第１の伝送及び前記第２の伝送が、異なる時間に実行される、請求項２３に記載の方法。
25. 前記第１の伝送が、第１の複数のユーザビームによって前記第１のユーザカバーエリアに照射することを含み、
    前記第２の伝送が、第２の複数のユーザビームによって前記第２のユーザカバーエリアに照射することを含み、
    そのため、第１の時間中に、前記第１の複数のユーザビームがアクティブであり、前記第２の複数のユーザビームが非アクティブであり、
    そのため、第２の時間中に、前記第２の複数のユーザビームがアクティブであり、前記第１の複数のユーザビームが非アクティブである、請求項２３又は２４に記載の方法。
26. 前記第１のユーザカバーエリアの第１の部分が、前記第２のユーザカバーエリアと重なり、前記第１のユーザカバーエリアの第２の部分が、前記第２のユーザカバーエリアと重ならない、請求項２３～２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記第２のユーザカバーエリアが、前記第１のユーザカバーエリアのサブセットである、請求項２６に記載の方法。
28. 前記第１のユーザカバーエリアが、前記第２のユーザカバーエリアと重ならない、請求項２３～２５のいずれか一項に記載の方法。

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