JP2000151492A

JP2000151492A - 独自なスポットビ―ムアンテナを用いる改善された衛星通信システム

Info

Publication number: JP2000151492A
Application number: JP11260578A
Authority: JP
Inventors: Eric G Butte; ジー．ビュートエリック; Randall D Tyner; ディー．タイナーランドール
Original assignee: Space Systems Loral LLC; Loral Space Systems Inc
Current assignee: Maxar Space LLC
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2000-05-30
Also published as: US20020068526A1; IT1308217B1; ITRM990561A1; FR2783379A1; ITRM990561A0; US6496682B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】複数スポットビームが異なるサイズと、円形及
び楕円形等異なる形状を有する衛星通信システムを提供
する。【解決手段】各衛星が地表上に複数のビームを提供し、
個々位置が該複数のビームのうちの１つの内に位置し、
複数の衛星の１つに向けてアップリンク信号を送信す
る。各衛星は、地上局から複数のアップリンク信号を受
信する複数の受信機と、受信アップリンク信号を１つの
送信周波数の複数のダウンリンク信号に変換する変換器
と、複数のチャネル増幅器と、対応するアップリンク信
号と同じビーム内に複数のダウンリンク信号を送信する
複数の送信器とを含む。複数のビームは、異なるサイズ
並びに円及び楕円を含む形状の少なくとも１つを有し、
地表上の少なくとも一定部分に亘って非接触である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衛星通信システム
に関し、特に、特定のビーム内に位置する幾つかの地上
局送信機からアップリンク信号を受信し、受信アップリ
ンク信号を周波数シフトし、該特定のビームと同じ内に
位置する受信機に向けて再送信する衛星通信システムに
関する。

【０００２】

【発明の背景】地球上の受信機にテレビ信号を放送する
為に静止軌道の衛星を使用することは、従来技術であ
る。例えば次の２つの刊行物が参照され得る。即ち、
Ｗ．リービッシュ、他による「高電力装置及び１２ＧＨ
ｚＤＢＳのリピータサブシステムに関する飛行ハードウ
ェアの試験結果」８６−０６４６ＡＩＡＡ、２６６頁
乃至２７４頁、１９８６年、及びクリーブ、他による
「ドイツ直接送信通信衛星ＴＶ−ＳＡＴの温度制御シス
テム」ＡＩＡＡ第８回通信衛星カンファレンス、１９８
０年４月２０日乃至２４日である。

【０００３】広域の地理上エリアに亘って広がった地球
上の受信機に向けて、例えばテレビサービスを提供する
高性能の衛星通信システムの設計においては、幾つかの
問題が存在する。現状及び人口動態に従う視聴者市場に
係わる幾つかの地上局の各々はアップリンク信号を送信
する。この信号は、静止軌道衛星の如き衛星により受信
され、１つ以上のトランスポンダチャネルを介して、地
上局によりサービスされる地域内のテレビ受信機に向け
て送信される。例えば、１つの地上局はニューヨークシ
ティー地域をサービスし、他の地上局はセントルイス地
域をサービスし、一方、更なる他の地上局はソルトレー
クシティー地域をサービスする。各地上局は、１つ以上
のテレビチャネルを提供し、特定の衛星ビームの内に位
置するように考慮される。１つ以上の地上局は特定のビ
ームによりサービスされる。

【０００４】かようなシステムにおいて認められるよう
に、各サービス地域の規模によりダウンリンク電力要求
は著しく異なる。即ち、地上におけるＲＦ電力の所定量
に対する衛星の送信器電力は、狭域ビームの場合よりも
広域ビームの場合においてより要求されるということで
ある。更に、サービスされる地上局の総数を最大化する
為に、衛星は、相当数の受信器を必要とするのみなら
ず、通常進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）により実現される
ダウンリンク増幅器をやはり相当数必要とする。加え
て、送信電力を制御し得る程度の容量を確保し、通常は
降雨減衰として起こる局所的な信号障害を補償すること
が重要である。この信号障害は、他の場所で発生しなく
とも、ある場所において所与の時刻において経験され
る。

【０００５】１つのダウンリンクビームに関して、トラ
ンスポンダチャネルの利得及びＲＦ電力の制御を１つの
地上局により提供する技術は知られているが、ダウンリ
ンクビームについて異なるトランスポンダチャネルの利
得及びＲＦ電力の制御を多重の地上局により提供する技
術は知られてはいない。従来技術に従って図１を参照す
ると、衛星通信システムは、同じ又は異なるビーム内に
位置する地上局（ＧＳ）から別々の信号を各々受信する
別個のＴＷＴＡ２を使用する衛星１を有している。例え
ば、第１ビーム (beam ＃１) は４つの地上局（ＧＳ１
−ＧＳ４）を含み、一方、第２ビーム(beam ＃２) は６
つの地上局（ＧＳ１−ＧＳ６）を含んでいる。各地上局
の信号は、概ね増幅器４及びＴＷＴＡ２として示される
チャネル増幅器回路を含む別々の衛星トランスポンダチ
ャネルを経由している。各チャネル増幅器４は、関係す
る地上局により、利得及び／又はＲＦ電力が別々に制御
される。地球上の受信機へスポット即ち局所ビームでダ
ウンリンクとして送信される前に、各ビームに対応する
ＴＷＴＡ２の出力は出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）３
にて合成される。

【０００６】この従来のアプローチは、各トランスポン
ダチャネルが通常異なるＲＦ電力要求条件を有すること
から、電力及びＴＷＴＡの浪費であることが理解される
はずである。もし１つのタイプ（例えば６０ＷＴＷＴ
Ａ）のＴＷＴＡ又は２つのタイプ（例えば６０Ｗ及び１
２０Ｗ）のみを使用することが要求されるのならば、１
０ＷのＲＦ電力しか要求しないトランスポンダチャネル
が、５０ＷのＲＦ電力を要求する他のトランスポンダチ
ャネルよりも低効率にて、そのＴＷＴＡを使用すること
になる。

【０００７】更に従来技術に従えば、単一サイズのスポ
ットビームが米国本土（ＣＯＮＵＳ）に亘って接触する
ようにして提供される。変形例としては、Ｈ．Ａ．ロー
ゼンに付与された「周波数再使用を行う衛星通信システ
ム」と題する米国特許第4,819,227号により例示される
ように、２ウェイ衛星通信システムが接触するゾーン様
式にてスポットビームを使用することが出来る。一般的
に、従来技術は要求性能を得る為に単一サイズのビーム
を使用し、より多くの衛星又はより大きいスポットビー
ムの間隔の何れかを、要求する。従来技術は、同様に、
ＣＯＮＵＳエリアに亘って飛び越し走査（interlace）
されるより多くのアンテナをより大きいフィード（fee
d）間隔で使用し、従って、衛星に対してより大きい面
積をサポートすることを要求する。

【０００８】トランスポンダチャネルの総数と同じ位の
多くの受信機を、即ちフィード／ビームの数と同じ位の
多くを備え、接続されたトランスポンダチャネル、即ち
フィード／ビームを適当なダウンリンクチャネル周波数
に変換する受信機を有する必要があることが、従来技術
からまた知られている。図３を参照すると、従来技術
は、１つのトランスポンダに対して単一の受信機７を、
或いは１つのフィード又はビームに対して単一の受信機
７の何れかを使用するシステムを教示している。図１の
場合と同様に、各ＧＳの信号は、別々の地理的なエリア
（例えば、異なる都市エリアに位置する地上局）から発
生する。

【０００９】図１の場合にも認められるように、従来技
術のアプローチは、衛星電力消費、重量、及び／又はペ
イロード利用に関して効率的なものではない。

【００１０】

【発明の目的及び利点】本発明の第１の目的と利点は、
複数のスポットビームが異なるサイズと、円形及び楕円
形を含む異なる形状とを有する改善された衛星通信シス
テムを提供することである。本発明の他の目的と利点
は、通信衛星のペイロードが、多様なサイズのスポット
ビームを提供する複数のアンテナを含む改善された衛星
通信システムを提供することである。

【００１１】本発明の更なる目的と利点は、複数の通信
衛星の各々が、複数の地球上の領域に選択的にサービス
する多様なサイズ且つ多様な形状のスポットビームを提
供する複数のリフレクタアンテナを有する通信衛星ペイ
ロードを含む改善された衛星通信システムを提供するこ
とである。

【００１２】

【発明の概要】本発明の実施例に従った方法及び装置に
より、前出及び他の問題は克服され、その目的と利点が
実現される。本発明に従えば、デジタルテレビデータの
如きデジタルデータを、多重地上局から単一のビーム即
ち局所ビームにて配信する衛星通信ＲＦ電力制御システ
ムが提供される。

【００１３】本発明の教示に従えば、多様なアンテナス
ポットビームのパターンを介して、スポットビーム内の
地上局から同じスポットビーム内に向けて、一方通行
で、デジタルデータを配信する衛星通信システムを使用
する能力が提供される。該パターンは、異なるサイズの
スポットビームからなるバリエーションを用いるが、各
ビームは、非円形又は円形の何れか或いはこれら両方の
形状を組み合わせた形状を有し、地理上のサービスエリ
アを完全にカバーする。従って、このタイプのサービス
は、市場、人口動態、言語等の差異を収容し得るもので
ある。

【００１４】非円形（例えば楕円形）と円形との異なる
サイズのビームによる組み合わせは、非接触のパター
ン、即ち非接触のゾーンを形成するのに用いられ、これ
により強化されたビーム間分離を提供する。本発明の利
用例では、単一又は複数の静止軌道上の２つの衛星によ
り、ニールセン社の米国本土の視聴者市場エリア（以
下、ＤＭＡと称する）の全てのエリアのカバレージを提
供する能力がある。この技術は、スポットビームの配置
に関して従来の接触アプローチに比して、アンテナ及び
衛星の最小限のセットにより所与の帯域幅の周波数再利
用を改善するものである。好ましい実施例においては、
２つの衛星が単一の静止軌道上約０．２度の経度内にあ
り、２つの衛星間の位置のスポットビームを交互に使用
して、ＤＭＡの全てのエリアをカバーするのに用いられ
る。各衛星は、単一の偏波且つ他の衛星にとって反対の
偏波にてアップリンクを行う。各衛星のダウンリンク偏
波は該アップリンクと反対の偏波である。

【００１５】この２つの衛星による構成は、全て異なる
サイズの非円形スポットビーム及び全て異なるサイズの
円形スポットビーム、或いは異なるサイズの非円形及び
円形スポットビームの形状の組み合わせのうちの何れか
を使用することができ、ＤＭＡの全てのエリアをカバー
する。本発明は、静止軌道上の複数の衛星を含む衛星通
信システムであり、各衛星は、地表面上に複数のビーム
を提供し、複数の地上局が、その個々の位置が該ビーム
の１つの内にある該衛星の１つに向けてアップリンク信
号を送信する。各衛星は、地上局から複数のアップリン
ク信号を受信する複数の受信機と、受信アップリンク信
号を１つの送信周波数の複数のダウンリンク信号に変換
する変換器と、複数のチャネル増幅器と、対応するアッ
プリンク信号と同じビーム内に前記複数のダウンリンク
信号を送信する複数の送信器とを含む。本発明に従え
ば、該ビームは、異なるサイズ並びに、楕円の如き円及
び非円形を含む形状の少なくとも１つを有し、ＣＯＮＵ
Ｓの如き地表上の少なくとも一定部分に亘って非接触且
つ非オーバラップの状態をなしている。各衛星は、該ビ
ームを送信及び受信する複数の異なるサイズのリフレク
タアンテナを含む。第１の衛星に向けたアップリンクビ
ームは第１偏波を、そのダウンリンクビームはこれに反
対の第２偏波を形成し、そして、第２衛星へのアップリ
ンクビームは第２の偏波を、そのダウンリンクビームは
第１偏波を形成する。

【００１６】好ましい実施例において、アップリンク及
びダウンリンクは、デジタルテレビ信号の如きデジタル
データを含む。この場合、スポットビームの個々は、テ
レビ視聴者市場エリアの所定の１つをカバーする。

【００１７】

【実施例の詳細な説明】本発明を実現する上で適当な静
止軌道の衛星１０を示すものとして、図６及び図７を参
照し得る。以降の記述において、かような２つの衛星が
共に使用され、米国本土（図１１及び図１２を参照）の
みならず、ハワイ及びアラスカの局所的領域に対して直
接のデジタルテレビカバレージを提供するものとする。
しかし、本発明の教示は、デジタルテレビ信号を提供す
ることに限定されるものではなく、どのデジタルデータ
を提供する場合にも使用される得るもので、デジタル化
された音声、ファクシミリ、ポケットベル、インターネ
ットパケットを含むコンピュータデータに限定されるも
のではないことは、最初において認識されるべき点であ
る。また、本発明の教示は、２つの衛星の使用に限定さ
れるものでなく、この数以上又は以下の衛星が使用し得
るものであり、そればかりか、例えばビームの周波数及
び／又は数、以降に示されるところのサイズ及び／又は
形状に限定されるものではない。本発明の教示は、更
に、トランスポンダ又はチャネル増幅器の特定の数、或
いはアンテナ、偏波、又はＴＷＴＡの如き高電力増幅器
（ＨＰＡ）等々の特定のタイプに限定されないことが意
図されている。

【００１８】図６及び図７において、衛星１０は、母体
１２及びソーラセルアレイ１４を含む。Ｋａ帯、Ｋｕ帯
又はＣ帯のＴＷＴＡの如き複数の直接放射ＴＷＴＡ１６
が、衛星母体１２にマウントされている。Ｋａ帯の場
合、１衛星当たり３つのアンテナが使用され、スポット
ビームを生成する。即ち、０．３５度ビーム幅スポット
ビームを生成する３ｍ口径のグレゴリアン形状のＴＸ／
ＲＣＶアンテナ１８と、０．５度ビーム幅スポットビー
ムを生成する２．１ｍ口径オフセットフィードＴＸ／Ｒ
ＣＶアンテナ２０と、０．７度ビーム幅スポットビーム
を生成する１．５ｍ口径オフセットフィードＴＸ／ＲＣ
Ｖアンテナ２２とである。３ｍ口径アンテナ１８に対し
て自動追尾を提供する旋回操縦可能なサブリフレクタ１
８Ａにより、アンテナ指向化機構２４が提供される。そ
の他のアンテナとしては、高精細テレビ（ＨＤＴＶ）用
の２つのグレゴリアン形状アンテナ２６Ａ、２６Ｂ、同
様に地上制御系への定常的アクセスを提供する１つのグ
レゴリアン形状アンテナ２６Ｃが含まれる。アンテナ２
６Ａ乃至２６Ｃは、本発明にとって密接な関係がある訳
ではなく、これ以上の子細については示されない。各ア
ンテナは、好ましくは、極小の指向誤差を提供する為に
自動追尾化される。

【００１９】グレゴリアンアンテナに関して説明された
が、アンテナはカセグレンアンテナによっても同様に実
現され得る。一般的にグレゴリアン又はカセグレンアン
テナの使用が好ましく、サイドローブ高分離性で以てよ
り大きい走査能力を提供する。その直径との焦点距離の
比 (Ｆ／Ｄ) は、約２から３の範囲にあるのが好まし
い。更に、円形アンテナとして示されているが、１つ以
上のアンテナ１８、２０又は２２は楕円形の如き非円形
形状でも良く、地表上に非円形のビームを提供し得るこ
とが評価される。

【００２０】０．３５度ビーム幅の３ｍ口径Ｋａ帯アン
テナ１８は衛星１０の東面に配置され、主リフレクタよ
りも軽量且つ旋回操縦が容易であることから、サブリフ
レクタ１８Ａがこの大型アンテナの為に使用される。サ
ブリフレクタ１８Ａは付随的な利益を提供する。例え
ば、送信及び受信ビームは同じ照準を有しているが、単
純なオフセットリフレクタが使用された場合には小さな
オフセットを生じる。これは小さいビームにとって特に
重要である。１１個のビームがＬＨＣＰ衛星の３ｍ口径
アンテナ１８から発生され、一方、ＲＨＣＰ衛星の３ｍ
口径アンテナは１２個のビームを発生する。アンテナ１
８は、ＣＯＮＵＳの最南端の部分に照標合わせされ、多
降雨地域における走査損失を最小化せしめる。該ビーム
の間隔の取り方としては、２λ以上のフィードの使用を
可能とする。このフィード直径は、こぼれ信号損失及び
サイドローブのレベルを低減する。

【００２１】Ｋａ帯の２．１ｍ口径０．５度ビーム幅ア
ンテナ２０及び１．５ｍ口径０．７度ビーム幅アンテナ
２２は、衛星１０の西面に並置される。これらのアンテ
ナには展開を行う為に２軸ジンバル機構が使用される。
サブリフレクタ２０Ａ及び２２Ａが上述のように備えら
れる。示された非限定的な実施例において、ＬＨＣＰ衛
星は、１０個の０．５度幅ビームを有し、ＲＨＣＰ衛星
は１１個のビームを有する。１．５ｍ口径０．７度ビー
ム幅アンテナは、ＬＨＣＰ衛星において９つの米国本土
ビーム及びハワイビームを生成する。ＲＨＣＰ衛星の
０．７度ビーム幅アンテナは、８つのＣＯＮＵＳビーム
を生成する。アラスカビームは、２つのフィードを使用
してこのアンテナから生成されても良い。

【００２２】１つ実施例において、このシステムは、Ｋ
ａ帯の周波数幅７００ＭＨｚを、アップリンクに２９．
３−３０ＧＨｚ、及びダウンリンクに１９．５−２０．
２ＧＨｚとして使用する。周波数プランでは、２６ＭＨ
ｚトランスポンダ４６個、即ち各偏波当たり２３個を提
供する。ＨＤＴＶシステムは、１２個のトランスポンダ
を使用し、一方ＳＤＴＶシステムは３４個のトランスポ
ンダを使用する。これらのスポットビームは、偏波によ
って２つの衛星に分配される。衛星１は、１４９個のト
ランスポンダにて３１個の左旋円偏波（ＬＨＣＰ）ビー
ムを処理し、一方衛星２は、１４５個のトランスポンダ
にて３２個の右旋円偏波（ＲＨＣＰ）ビームを処理す
る。

【００２３】図９及び図１０を参照すると、リピータは
単一コンバージョン構成である。３０ＧＨｚのアップリ
ンク（異なるサイズの３７個のビーム）が，低雑音増幅
器（ＬＮＡ）３０により増幅され、入力ハイブリッド３
２を通して受信機３４に印加される。該アップリンクは
増幅され、９．８ＧＨｚ局部発振器（ＬＯ）により２０
ＧＨｚ帯にダウンコンバートされる。各ビームからの信
号は、入力マルチプレクサ３６において分離され、チャ
ネル増幅器３８に印加され、更に出力ハイブリッド４０
に印加される。各ビームのトランスポンダは、２．５ｄ
Ｂから３ｄＢの出力バックオフ（back off）にて動作す
る高電力線形化ＴＷＴＡ４２においてグループ状で増幅
される。ビームが数個のトランスポンダしか必要とせず
低電力しか要求しない場合においては、２つのビームか
らの信号は、同じＴＷＴＡにより増幅されて、出力マル
チプレクサ４６にて分離される。単一１２０Ｗ及びデュ
アル（並列化）１２０ＷのＴＷＴＡ４２及び４６が備え
られる。

【００２４】この構成アプローチは、ペイロード、重量
及び複雑さを最小化している。もし個々の受信機が各ビ
ームについて使用されるならば、入力マルチプレクサ
は、３０個又は３１個の受信機の代わりに１１個の受信
機のみを使用して、アップリンクが受信されるようにし
ている。グループ単位で各ビームからの信号を処理する
ことにより、より僅かのフィルタとチャネル増幅器が要
求されるにすぎない。１つの単一サイズＴＷＴＡ（例え
ば１２０Ｗ）の使用が大型冗長リング（ring）構成の使
用を可能とし、信頼性を改善している。ＴＷＴＡは、直
接放射コレクタ（ＤＲＣ）構成であり、これは、半分以
上の温度散逸を衛星本体の代わりに宇宙空間放射により
行い、衛星の温度設計を大きく単純化している。

【００２５】各チャネル増幅器３８は定格５０ｄＢの利
得を提供するのが好ましい。出力レベルは、例えば、
０．５ｄＢ刻みで例えば６ｄＢ迄制御指示可能であっ
て、ＴＷＴＡ４２、４４への駆動を精確に設定し得るも
のである。出力リニアライザ４１は、ＴＷＴＡ出力バッ
クオフとして約２ｄＢから約３ｄＢの範囲で最適化され
るのが好ましい。該ＴＷＴＡは２つのＴＷＴに対して１
つのＥＰＣを使用する。これは、２つ以上のＴＷＴＡが
結合され（並列化）高電力モードにおいて動作している
場合に、優れた位相追従性能を与える。この点、本出願
人に共通に譲り受けられたランドールＤ．タイナー、
他による「温度放射パネルを電気的に接続して含む信号
変換及び増幅システム」と題する米国特許第５，６４
９，３１０号が参照され得る。この開示は、本願に全体
として組み入れられている。

【００２６】本発明の特徴に従い図２を参照すると、デ
ジタルテレビデータの如きデジタルデータを、多重地上
局から単一のスポット即ち局所ビームにて配信する衛星
通信ＲＦ電力制御システムが提供されている。スポット
即ち局所ビーム内の各地上局は、それらのトランスポン
ダチャネル、即ちチャネルに対して、別々且つ個々にＲ
Ｆ電力の制御機能を有する。個々の地上局の為のＲＦ電
力制御は、スポット即ち局所ビーム内の降雨減衰に従っ
てダウンリンク電力の調整をすることを可能としてい
る。即ち、他のトランスポンダチャネルとの合成及び単
一コモンＴＷＴＡ又は多重並列化ＴＷＴＡによる増幅前
に、電力調整が特定のトランスポンダチャネルに対して
実行される。電力制御コマンドは、例えば図６において
示されるグレゴリアン形状アンテナ２６Ｃに対して使用
する目的で準備された特定の制御チャネルで衛星に送ら
れ得る。

【００２７】図２において、図１の例示的な従来技術の
構成が、ビーム♯１に対する利得制御チャネル増幅器回
路４と、ビーム♯２に対する利得制御チャネル増幅器回
路４とを合成するハイブリッド合成器５に組み込まれる
ように改変されている。合成された出力はバッファ処理
され、ＴＷＴＡ２に印加される前に、リニアライザ６に
より線形化される。各ハイブリッド５及びＴＷＴＡ２に
割り当てられる地上局は、最悪ケースの最大電力が、チ
ャネル化されたビームを収容し得る電力を超えないよう
に選択される。他の一例として、ビーム♯１に対するＧ
Ｓ１乃至ＧＳ４の周波数を３０．３、３０．２、２
９．９及び２９．８ＧＨｚとし、ＴＷＴＡ２に印加
されるダウンコンバートされた信号の周波数を２０．
３、２０．２、１９．９及び１９．８ＧＨｚとす
ることができる。ＴＷＴＡの帯域幅は、少なくとも５０
０ＭＨｚで良い。

【００２８】リニアライザ６は製造上従来技術で良い
が、好ましくはＴＷＴＡ電力雑音比（ＮＰＲ）を最大化
するように選ばれる。ＮＰＲが増えると、ＴＷＴＡの線
形性は向上し、望ましくない混変調歪が減少する。各地
上局は、生じるダウンリンクを監視することが出来て、
降雨の如き信号障害に対して補償することができる。ア
ップリンクをダウンリンクよりも高い周波数としたと
き、雨の効果は、ダウンリンクよりもアップリンクの場
合の方がシビアになる。しかし、各地上局は、合成及び
電力増幅の前に、それ自身のビームの利得調整を別々に
行うことが可能であり、これによりＴＷＴＡ２により増
幅されている他のビームの電力に影響を与えることはな
い。

【００２９】図１のＯＭＵＸ３を取り除き、これらの通
常非効率な部品における直流電力損失を除去し得ること
が同様に留意される。本発明の特徴の利用は、従って、
割り当てられたトランスポンダチャネルを割り当てられ
た多重地上局が、近隣の地上局の信号に対して最小限の
効果の下で、割り当てられたスポット即ち局所ビームに
対するＲＦ電力及び利得制御を行うことを可能としてい
る。本発明の衛星通信システムにおいては、地上局と衛
星との間で利得量及び電力の分配制御が行われる。所与
のスポット即ち局所ビームについて、悪化状態下でもＴ
ＷＴＡの能力を超えることなく、コモンＴＷＴＡを共用
し得る所定の幾つかの地上局が決定され、各地上局に対
して別々のチャネル増幅器を割り当てることによりなさ
れる。チャネル増幅器出力の和は、コモンＴＷＴＡ又は
多重並列化ＴＷＴＡを駆動するコモンリニアライザに印
加される。この技術は、単一タイプ及びサイズのＴＷＴ
Ａが所与の衛星に使用されることを可能とし、これによ
り、コスト及び複雑性のみならず電力消費を低下せしめ
ている。

【００３０】この実施例において、非線形システムにお
ける多重トランスポンダチャネルの解析は、多重地上局
の各々に対して使用し得るトランスポンダの数を決定す
る為に実行される。この場合、各地上局は、線形化ＴＷ
ＴＡ又は多重並列化ＴＷＴＡを１つのビームへと駆動す
るそれら自身の為の衛星チャネル増幅器を有する。この
技術は、従って、衛星の電力及び温度効率に直接影響を
与え得る出力マルチプレクサの損失を更に除くものであ
る。

【００３１】本発明の例は、デジタルテレビデータの如
きデジタルデータを異なる形状及びサイズの多重ビーム
を使用し配信する方法であり、静止軌道上の多重衛星を
使用して、視聴者市場エリア（ＤＭＡ）を完全にカバー
且つサービスする方法である。各スポットビームは、多
重の地上局を含むことが出来る。各地上局は、多重のト
ランスポンダチャネルが割り当てられ得て、トランスポ
ンダチャネルの電力又は利得を調整する能力がある。各
地上局にチャネル増幅器を割り当てることにより、多重
の地上局は、ＴＷＴＡ又は多重並列化ＴＷＴＡを共用す
ることが出来る。

【００３２】更なる特徴として、本発明は、ペイロード
システムの受信機の数及び直流電力消費を低減する衛星
通信ペイロード構成を教示している。この構成は、多重
スポット即ち局所ビームから到来する信号を合算する入
力マルチプレクサを使用し、一方、この合算行程におい
て、同じ入力マルチプレクサに同じトランスポンダチャ
ネルの使用を避けるように選択することによりなされ
る。この合算された出力は単一の受信機に取り入られ
る。

【００３３】図４を参照すると、図１０の実施例は、最
初にアップリンク信号を合成するのに用いられる入力マ
ルチプレクサ（ＩＭＵＸ）８を、多重アップリンクをサ
ービスする単一の受信機７に備えるように改変され得
る。図５は、図４のＩＭＵＸ８をより詳細に示してい
る。各ＩＭＵＸ８は、出力点がｎ：１ハイブリッド合成
器に接続される４つの帯域通過フィルタ８Ａ乃至８Ｄと
して示される複数の共振フィルタからなることが分か
る。その効果は、ｎ個の狭帯域幅を合算し、異なる周波
数フィードを１つのより広い帯域幅の出力信号と成すこ
とである。帯域通過フィルタ８Ａ乃至８Ｄの特性は、近
接するチャネル帯域を遮断するように選択され、ハイブ
リッド８Ｅは、入力フィードの帯域幅を収容し得る十分
な帯域幅を有するように選択される。

【００３４】他の一例として、Ｋａ帯の場合、５００Ｍ
Ｈｚの全スペクトルは、２７ＭＨｚのチャネルに分割さ
れる。ＩＭＵＸ８の帯域通過フィルタの各々は、２７Ｍ
Ｈｚのチャネルの１つについて最適動作するようにさ
れ、受信機／ダウンコンバータ７は５００ＭＨｚの帯域
幅を有する。本発明のこの特徴は、従って、図３の個々
の受信機よりかなり小型且つ廉価な入力マルチプレクサ
８の使用を可能としている。入力マルチプレクサ８の単
一の１つは多重ビーム及び／又はフィードを、単一の受
信機７に合算入力する。従って、所与のペイロードの機
構に要求される受信機の数を著しく低減する。単一の受
信機７は、好ましくは線形領域にて動作するように構成
され、チャネル間干渉、及び３次混変調歪みを最小化せ
しめている。単一の受信機７は本発明の目的に資するも
のであり、発生された局部発振器信号により動作するダ
ウンコンバージョンミキサ回路に給電する低雑音増幅器
（ＬＮＡ）を含む。更に、受信機７は多重に合成された
入力の帯域幅要求条件を収容し得るに十分な帯域幅を有
する。

【００３５】本発明の使用例は、異なる形状及びサイズ
の多重スポットビームを使用してデジタルデータを配布
する独自の方法であり、静止軌道上の多重の衛星を使用
して、ニールセン社の合衆国の視聴者市場エリア（ＤＭ
Ａ）を完全にカバーし且つサービスするものである。各
スポットビームは、割り当てられたトランスポンダのセ
ットを有し、１つ以上のスポットビームに割り付けられ
たトランスポンダは、多重化され同じ単一の受信機に合
算入力される。この通信ペイロードのシステム構成は、
従来技術に従って設計されたペイロードのシステムに比
較して、要求される受信機７の数を著しく低減する。

【００３６】ここで、図１１及び図１２を参照すると、
本発明の更なる特徴は、多様なアンテナスポットビーム
パターンを介して、スポットビーム内の地上局からデジ
タルデータを、ワンウェイにて同じスポットビーム内へ
と配信する衛星通信システムを使用する能力である。該
パターンは、多様な異なるサイズのスポットビームであ
り、各々は、楕円形の如き非円形、又は円形状、又は両
形状の組み合わせの何れかを使用し、サービス対象の全
地理的エリアをカバーする。このタイプのサービスは、
従って、市場、人口動態、言語、等々の差異を収容し得
るものである。

【００３７】異なるサイズの非円形及び円形スポットビ
ームの組み合わせは、本発明の実施例において使用さ
れ、非接触ゾーンからなる非接触パターンを形成するの
に用いられ、これにより、増強されたビーム間分離を提
供している。本発明の利用の例は、図８に示されるよう
に、単一又は多重の静止軌道上の２つの衛星により、米
国本土のニールセン社の視聴者市場エリアのカバレージ
を提供する能力を示している。この技術は、スポットビ
ーム配置に対する従来の接触アプローチに比して、所与
の帯域幅の周波数再利用を最小のアンテナ及び衛星のセ
ットにより改善するものである。

【００３８】図８の好ましい非限定的な実施例におい
て、単一の静止軌道上に、例えは約０．２度経度内に２
つの衛星があって、２つの衛星間でスポットビームを交
互に配置することにより、ＤＭＡの全てをカバーする。
各衛星は、他の衛星とは反対の単一の偏波にてアップリ
ンクする。より特徴的には、衛星♯１は、ＲＨＣＰ又は
ＬＨＣＰの何れかでアップリンクし、衛星♯２は、ＬＨ
ＣＰ又はＲＨＣＰの何れかでアップリンクする（反対偏
波にて）、即ち、衛星♯１は垂直線形偏波にてアップリ
ンクし，衛星♯２が水平線形偏波にてアップリンクする
か、或いは各々逆にて行う。

【００３９】各衛星におけるダウンリンクはそのアップ
リンクの偏波とは反対の偏波であり、例えば、衛星♯１
はＲＨＣＰにてアップリンクし、ＬＨＣＰにてダウンリ
ンクする。一方，衛星♯２はＬＨＣＰにてアップリンク
し、ＲＨＣＰにてダウンリンクする。或いは、衛星♯１
は垂直線形偏波にてアップリンクし、水平線形偏波にて
ダウンリンクする。一方、衛星♯２は水平線形偏波にて
アップリンクし、垂直線形偏波にてダウンリンクする。

【００４０】２つの衛星システム構成は、全ての異なる
サイズの非円形スポットビーム、又は全ての異なるサイ
ズの円形スポットビーム、又は異なるサイズの非円形及
び円形スポットビームの組み合わせの何れかを使用し、
全てのＤＭＡをカバーすることができる。上述のタイプ
のリフレクタアンテナにより異なるサイズのスポットビ
ームを形成する技術は、円形又は非円形のスポットビー
ムを形成する技術同様、当業者により知り得るものであ
るが、本開示のような多様な地球上の領域をカバーし、
改善された周波数再利用、及びビーム間干渉の低減を可
能とする技術は知り得るものではない。

【００４１】他の一例として、円形ビームに反して楕円
ビームを形成する為に、３ｍ口径円形アンテナ１８の代
わりに３．２ｍ×２．５ｍ口径の大きさを有する楕円ア
ンテナを使用することもできる。本発明の教示は、異な
る偏波を有する２つの衛星の動作に限定されるものでは
ないことは認識されるべきである。例えば、３つ以上の
衛星が、二重の偏波により各々動作する場合があり得
る。

【００４２】以上、本発明が、好ましい実施例に関して
特に示されたが、本発明の範囲と精神から離れることな
く形状と詳細について改変が当業者によりなし得ること
は理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の衛星の通信ペイロードの一部分、特
に個々のトランスポンダチャネルに対して個別のＴＷＴ
Ａの使用を示す簡易ブロック図である。

【図２】本発明の特徴に従った衛星の通信ペイロードの
一部分を示す簡易ブロック図であり、複数のトランスポ
ンダチャネルが結合され、単一のＴＷＴＡに供給されて
いる。

【図３】従来の衛星の通信ペイロードの他の一部分、特
に個々のトランスポンダチャネルに対する個別の受信機
の使用を示す簡易ブロック図である。

【図４】本発明の更なる特徴に従った衛星の通信ペイロ
ードの一部分を示す簡易ブロック図であり、複数のトラ
ンスポンダチャネルが、代わりに入力マルチプレクサ
（ＩＭＵＸ）にて合成され、単一の受信機に供給されて
いる。

【図５】図４のＩＭＵＸを、例示として４対１構成の場
合についてより詳細に示した図である。

【図６】本発明を実施するに適当な通信衛星の立面図で
ある。

【図７】図６の衛星の部分を示す図であり、異なるサイ
ズのスポットビームを発生する３つのアンテナリフレク
タをより詳細に示すものである。

【図８】本発明の特徴に従った衛星通信システムを示す
図である。

【図９】例示としての３７のビームアップリンク及びダ
ウンリンクの場合の一般化された衛星ペイロードを示す
線図である。

【図１０】図９における例示としての３７のビームアッ
プリンク及びダウンリンクの場合の衛星ペイロードの回
路ブロック図である。

【図１１】第１通信衛星についての多様な例としてスポ
ットビームのサイズ及び形状を示す図である。

【図１２】第２通信衛星が、図８に示すように協働し
て、米国本土に直接的な衛星カバレージを提供する様子
を示している図である。

【簡単な符号の説明】

ＳＡＴ衛星ＧＳ地上局ＴＷＴＡ進行波管増幅器ＯＭＵＸ出力マルチプレクサＩＭＵＸ入力マルチプレクサＤＡＴテレビ視聴者市場エリアＬＮＡ低雑音増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ランドールディー．タイナーアメリカ合衆国カリフォルニア州 94040 マウンテンビューブルックナーサークル 1180

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通信システムであって、協働し地表上に複数のビームを各々提供する静止軌道上
の複数の衛星と、前記複数の衛星の１つに向けてアップリンク信号を送信
する為、個々の位置が前記複数のビームの１つの内にあ
る複数の地上局と、を含み、前記複数の衛星の各々が、地上局から複数のアップリンク信号を受信する複数の受
信機と、該受信アップリンク信号を１つの送信周波数の複数のダ
ウンリンク信号に変換する周波数変換器と、複数のチャネル増幅器と、対応するアップリンク信号と同じビーム内に前記複数の
ダウンリンク信号を送信する複数の送信機と、を含み、前記複数のビームが異なるサイズと形状のうち少なくと
も１つを有し、前記複数のビームの少なくとも幾つかが
地表上の一部分に亘って互いに非接触であることを特徴
とする通信システム。
【請求項２】請求項１に記載のシステムであって、前記
複数のチャネル増幅器の各々が前記複数の地上局のうち
の対応局により利得制御されることを特徴とする通信シ
ステム。
【請求項３】請求項１に記載のシステムであって、前記
地表上の一部分が米国本土であることを特徴とする通信
システム。
【請求項４】請求項１記載のシステムであって、前記複
数の衛星のうちの第１衛星におけるアップリンクビーム
が第１偏波を、ダウンリンクビームが第２偏波、即ち反
対偏波を成し、前記複数の衛星のうちの第２衛星におけ
るアップリンクビームが前記第２偏波を、ダウンリンク
ビームが前記第１偏波を成すことを特徴とする通信シス
テム。
【請求項５】請求項１に記載のシステムであって、前記
アップリンク及びダウンリンク信号がデジタルデータ信
号を含むことを特徴とする通信システム。
【請求項６】請求項１に記載のシステムであって、前記
アップリンク及びダウンリンク信号がデジタルテレビ信
号を含むことを特徴とする通信システム。
【請求項７】請求項６に記載のシステムであって、前記
スポットビームの個々が指定されるテレビ視聴者市場エ
リアの所定の１つのエリアに重ね合わされることを特徴
とする通信システム。
【請求項８】請求項１に記載のシステムであって、各衛
星が前記ビームの送信及び受信の両方を行う異なるサイ
ズのリフレクタアンテナを含むことを特徴とする通信シ
ステム。
【請求項９】請求項１に記載のシステムであって、各衛
星が前記ビームの送信及び受信の両方を行う複数のリフ
レクタアンテナを含み、前記複数のリフレクタアンテナ
のうちの少なくとも２つが異なる形状を有することを特
徴とする通信システム。
【請求項１０】請求項１に記載のシステムであって、各
衛星が前記ビームの送信及び受信の両方を行う複数のリ
フレクタアンテナを含み、前記リフレクタアンテナの各
々がグレゴリアンアンテナを含むことを特徴とする通信
システム。
【請求項１１】請求項１に記載のシステムであって、各
衛星が前記ビームの送信及び受信の両方を行う複数のリ
フレクタアンテナを含み、前記リフレクタアンテナの各
々がカセグレンアンテナを含むことを特徴とする通信シ
ステム。
【請求項１２】請求項１に記載のシステムあって、前記
複数の衛星のうちの第１衛星おけるアップリンクビーム
が右旋円偏波（ＲＨＣＰ）を、ダウンリンクビームが左
円偏波（ＬＨＣＰ）を成し、前記複数の衛星のうちの第
２衛星におけるアップリンクビームがＬＨＣＰを、ダウ
ンリンクビームがＲＨＣＰを成すことを特徴とする通信
システム。
【請求項１３】地表上に複数のビームを提供し、且つ、
前記複数のビームのうちの１つの内に位置する複数の地
上局からアップリンク信号を受信する通信衛星であっ
て、地上局からの該複数のアップリンク信号を受信する受信
機と、該複数の受信アップリンク信号を１つの送信周波数の複
数のダウンリンク信号に変換する周波数変換器と、対応するアップリンク信号と同じビーム内に前記複数の
ダウンリンク信号を送信する複数の線形化ＴＷＴＡと、
を含み、前記複数のビームが、異なるサイズと、円形状又は非円形状のうちの１つ或いは両方と、を有
し、前記複数のビームのうちの少なくとも幾つかが、地表上
の一部分に亘って互いに非接触且つオーバラップしてい
ないことを特徴とする通信衛星。