JP2001016154A - 軌道上ペイロード構造および再構造を使用して衛星通信を行う方法およびシステム - Google Patents

軌道上ペイロード構造および再構造を使用して衛星通信を行う方法およびシステム

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JP2001016154A
JP2001016154A JP2000166239A JP2000166239A JP2001016154A JP 2001016154 A JP2001016154 A JP 2001016154A JP 2000166239 A JP2000166239 A JP 2000166239A JP 2000166239 A JP2000166239 A JP 2000166239A JP 2001016154 A JP2001016154 A JP 2001016154A
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control circuit
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communication control
circuit
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JP2000166239A
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Carl S Anselmo
カール・エス・アンセルモ
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    • H04B7/15—Active relay systems
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、衛星が故障したときシステム内の
別の衛星によりサービスのカバー区域の損失を最小化す
ることのできる高周波数データ通信を行う衛星ベースの
通信システムを提供することを目的とする。 【解決手段】 複数の信号を受信および送信することが
できるアップリンクアンテナおよびダウンリンクアンテ
ナ320, 322と通信制御回路318 とを備えた複数の通信衛
星を有し、それらの星の少なくとも１つは再構成可能に
構成され、再構成可能な衛星は、信制御回路318 はトラ
ンスポンダ326 を含み、この信制御回路318 に結合する
プログラム可能な周波数シンセサイザ340 と、通信制御
回路318 に結合された衛星に設けられて周波数シンセサ
イザ340 により通信制御回路318 の周波数再構成を制御
する制御装置342 とを備えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は衛星ベースの通信ネ
ットワークで高速度データをカスタマに通信するための
方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】多数のアプリケーションが継続して高速
度データ転送を必要としている。産業上の特定の例に
は、遠隔のフィルム編集、医療イメージ転送、財務サー
ビスデータの整理およびバックアップが含まれている。
ビジネス通信および訓練は全てのセクタを横切る情報転
送の必要性をさらに加速している。ビジネス、政府、教
育機関がより多くの情報を流布するので、データ転送の
重要性がさらに大きくなる。この環境では、信頼性があ
り高速度のビデオおよびデータ転送がより臨界的にな
る。
【０００３】さらに、インターネット通信の著しい成長
によって電話ネットワークの容量に歪みが生じている。
ネットワークの欠点にはネットワークの休止、不十分な
アクセス帯域幅、不十分なモード間帯域幅が含まれてい
る。現在、プロバイダはネットワークのインフラストラ
クチャをグレードアップするため大きな投資を行うこと
が必要であり、インストールの遅延を受け、依然として
プロバイダはその価格を端末ユーザに転嫁することがで
きない。
【０００４】集合的なＬＡＮ／ＷＡＮはまた高い帯域幅
で大きな需要を生む。帯域幅に対する需要は、接続する
ユーザの数が増加するにしたがって増加する。ユーザは
その結果、より多くのサービスと改良されたネットワー
ク速度を要求する。パーソナルコンピュータはテキスト
だけではなく規模が増加しているネットワーク上の全て
のグラフィックおよびビデオを処理するために使用され
ている。イントラネットとエクストラネットを集めた広
く分布した構造はさらに帯域幅アプリケーションを増加
する。高速度ネットワーク化はまた、ビデオ分配、クラ
イアント／サーバ技術、分散したシステム、増加した処
理電力、記憶容量の発達により促進される。
【０００５】高い需要を満たすため、衛星のネットワー
クは可変のカバー区域および容量を提供するために使用
される。これらの衛星は静止軌道中で中間または低い地
球軌道にある。多くのシステムでは、全ての衛星が所定
の時間に最大限に使用されるわけではない。
【０００６】種々のネットワークの別の欠点は、ネット
ワークのライフサイクルは１０乃至１５年を越えること
である。ネットワークの寿命期間中に、ユーザの必要性
は変化する可能性が最も高いが、電子システムにフレキ
シブル性がないため、システムは全ての新しいユーザの
要求をアドレスできない。それ故、より多くの衛星が発
射されなければならないか、それでなければシステムは
不適切なまま放置される。
【０００７】既知のシステムは、典型的にシステムの寿
命にわたって変化する要求に適応するための内部フレキ
シブル性がほとんどなく配備されている。また、システ
ム内の衛星が故障したならば、サービスは中断される。
ネットワークの他の衛星がバックアップを行うために呼
出される。しかしながら、電子ペイロードは故障した衛
星によって提供されるサービスに一致するように構成さ
れていないので、サービスにおける幾らかの実質上の損
失は起こり得る。しかしながら、ペイロードの特性が一
致しないならば、サービス容量全体の実質上の損失が生
じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】米国特許出願第08/86
7.672号明細書および第09/159.332号明細書に開示され
ているようなシステムは固定スポットビームおよび走査
スポットビームを有する。ビームは地球上の種々の地域
に衛星のカバー区域を与えるように再構成される。位相
および振幅係数を変更することにより、カバー区域の種
々のスポットビーム領域は再構成されてもよい。このよ
うなシステムの１つの欠点は通信周波数等のその他のシ
ステムパラメータが通常衛星で固定されることである。
したがって、衛星はシステム内の他の衛星のために使用
されることはできない。
【０００９】それ故、衛星が故障した場合に衛星システ
ム内のサービスのカバー区域の損失を最小化することの
できる衛星ベースの通信システムを提供することが所望
されている。さらに、システムユーザの変化する要求を
満たすために衛星の寿命期間にわたって再構成される能
力を衛星に与えることが所望されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の１特徴におい
て、衛星ベースの通信ネットワークで高周波数データ通
信を行うシステムは、複数の信号の受信および送信を行
うアップリンクアンテナおよびダウンリンクアンテナを
それぞれ有する複数の通信衛星を含んでおり、前記各衛
星は通信制御回路を具備する。前記衛星の少なくとも１
つは再構成可能である。再構成可能な衛星は通信制御回
路に結合されたプログラム可能な周波数シンセサイザを
有する。制御装置は衛星上に位置され、通信制御装置に
結合されている。制御装置はプログラム可能な周波数シ
ンセサイザにより通信制御回路の周波数再構成を制御す
る。
【００１１】本発明のさらに別の特徴においては、複数
の衛星を有する衛星システムを構成する方法は、再構成
可能な衛星を配備し、再構成命令を前記衛星に送信し、
構成可能な衛星のペイロードを再構成し、ネットワーク
位置から衛星を再配置し、再構成可能な衛星をネットワ
ーク位置に移動するステップを有する。
【００１２】本発明の１つの利点は、システム全体の価
格に価格のペナルティがほとんどない再構成可能な衛星
システムが得られることである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明のその他の特徴および利点
は、添付図面を伴った本発明を実行する最良方法の以下
の詳細な説明から容易に明白になるであろう。以下の説
明では、同一の参照符号は図面の同一の構成要素を示す
ために使用される。本発明は固定した放送または移動体
アプリケーションに適した種々のタイプの衛星に適用さ
れる。本発明はまた、低、中、静止軌道のような種々の
軌道の衛星に対して適切である。傾斜、楕円形または偏
心のような種々の成形された軌道が使用されてもよい。
【００１４】図１を参照すると、本発明のシステムは衛
星302 と少なくとも１つの再構成可能な衛星304 とを通
常具備している再構成可能な衛星システム300 で使用す
るのに適している。衛星302 は衛星ネットワーク306 を
形成する。再構成可能な衛星304 は軌道の予備または以
下説明するようにネットワーク306 の一部として動作す
る。衛星302 と304 は無線周波数（ＲＦ）リンクまたは
通常矢印308 により表されている光リンクにより相互接
続されてもよい。衛星302 と304 は楕円形、円形または
傾斜等の種々の成形された軌道を有する中間地球軌道衛
星（ＭＥＯ）、低地球軌道衛星（ＬＥＯ）または静止軌
道衛星（ＧＥＯ）であってもよい。
【００１５】衛星302 と304 は地球312 に位置されてい
る地上局310 と通信する。衛星302と304 は地球312 上
の固定および移動体のユーザ端末と通信してもよい。ス
ポットビームは地球312 と通信するために使用されても
よい。地上局310 は命令信号および通信ネットワーク信
号を衛星302 と304 に対して発生する。
【００１６】各衛星302 と304 はアップリンクアンテナ
314 およびダウンリンクアンテナ316 を有する。アップ
リンクアンテナ314 は通信信号と命令信号を地上局310
から受信する。衛星302 と304 から地上局310 への通信
信号はダウンリンクアンテナ316 を経て送信される。
【００１７】衛星302 のうちの１つが機能しなくなる
か、所望のカバー区域を与えることができなくなるなら
ば、再構成可能な衛星304 は衛星の軌道スロットに移動
され、即ち置換される。再構成可能な衛星304 はまた１
以上の衛星を置換するために使用されてもよい。
【００１８】図２を参照すると、再構成可能な衛星はペ
イロード317 と、受信アレイ320 および送信アレイ322
に結合されている通信制御回路318 を有する。受信アレ
イ320 はアップリンクアンテナ314 の一部である。送信
アレイ322 はダウンリンクアンテナ316 の一部である。
【００１９】通信制御回路318 はそれぞれトランスポン
ダ326 に結合されている複数の受信ビーム成形回路網32
4 を有する。送信アレイ322 は複数の送信ビーム成形回
路網328 に結合されている。各ビーム成形回路網328 は
トランスポンダ326 に結合されている。
【００２０】各トランスポンダ326 はビーム成形回路網
324 に結合される前置増幅器330 を有する。前置増幅器
330 は周波数ダウンコンバータ332 に結合される。前置
増幅器330 と周波数ダウンコンバータ332 は受信アレイ
320 から受信された信号を増幅する。周波数ダウンコン
バータ332 は受信アレイ320 により受信された周波数を
制御する。周波数ダウンコンバータ332 は中間周波数
（ＩＦ）増幅器／フィルタ334 に結合されている。ＩＦ
増幅器／フィルタ334 は周波数アップコンバータ336 に
結合され、この周波数アップコンバータ336 は送信電力
増幅器338 に結合されている。送信電力増幅器338 は送
信ビーム成形回路網328 に結合されている。トランスポ
ンダ326 は受信アレイ320 から情報を受信し、情報を処
理し、送信アレイ322 を通じて情報を送信する。
【００２１】再構成可能な衛星304 を形成するため、再
構成可能な回路339 は周波数ダウンコンバータ332 と周
波数アップコンバータ336 に結合されたプログラム可能
な周波数シンセサイザ340 を有する。プログラム可能な
周波数シンセサイザ340 は周波数ダウンコンバータ332
と周波数アップコンバータ336 の周波数を変更するため
に使用される。機上コンピュータ342 はアップリンクア
ンテナ314 から情報を受信し、ダウンリンクアンテナ31
6 へ情報を送信してもよい。機上コンピュータ342 によ
り送信され受信されるその他の情報は送信および受信フ
ェイズドアレイの方向を制御するための振幅および位相
加重係数であってもよい。この情報は専用のＲＦリンク
または機上コンピュータに結合された“オーダワイヤ”
回路により受信されることができる。代わりに、加重係
数は衛星上で計算されることができる。振幅および位相
加重係数は所望のビームパターンを得るためにビームの
再構成に使用される。ビームパターンは狭いスポットビ
ームから地域的な区域のビームのような広いカバー区域
に変更されることができる。
【００２２】プログラム可能な周波数シンセサイザ340
は狭い周波数範囲にわたって同調可能であるデジタル的
に制御された位相ロックループを使用する。プログラム
可能な周波数シンセサイザ340 は置換される衛星を有す
る再構成可能な衛星の周波数を整列するために使用され
る。プログラム可能な周波数シンセサイザのフレキシブ
ル性のために、再構成可能な衛星は置換されている衛星
の特性に一致させるために使用される。
【００２３】図３を参照すると、図２のペイロードと別
のペイロード317'が示されている。受信アレイ320'と送
信アレイ322'は通信制御回路318'に結合されている。通
信制御回路318'は受信アレイ320'に結合されている受信
ビーム成形回路網324'を有する。各ビーム成形回路網32
4'は前置増幅器（ＰＡ）330'に結合されている。ダウン
コンバータ（ＤＣ）344 は前置増幅器330'に結合されて
いる。各ダウンコンバータ344 はダウンコンバータ周波
数の設定に使用される局部発振器（ＬＯ）入力346 を有
する。
【００２４】各ダウンコンバータ344 はスイッチ回路34
8 に結合されている。スイッチ回路348 はダウンコンバ
ータ344 に結合されたチャンネルフィルタ350 を有す
る。
【００２５】時分割多元アクセススイッチ（ＴＤＭＡ）
352 はチャンネルフィルタ350 に結合されている。ＴＤ
ＭＡスイッチ352 は以下さらに説明するようにルート表
に結合されてもよい機上コンピュータ入力354 を有す
る。ＴＤＭＡスイッチ352 は前述したように全てのビー
ムと、サービスと、ユーザと、専用の１対１サービス
と、１対多サービスの連結を与える。ＴＤＭＡスイッチ
352 は、機上計算入力354にしたがってソース信号に割
当てられた時間間隔に基づいて、ソース信号が送信され
たのと同一のアップリンクビームまたは別のダウンリン
クビームによって送信される信号を切換える。ＴＤＭＡ
スイッチ352 は、異なる所望の出力に正確な時間ウィン
ドウを与えるために時間ドメイン内でゲートされる。種
々のＴＤＭＡスイッチ352 が技術で知られている。
【００２６】チャンネルマルチプレクサ356 もスイッチ
回路348 内に含まれている。チャンネルマルチプレクサ
356 はＴＤＭＡスイッチからの種々の入力を有する。チ
ャンネルマルチプレクサ356 の出力はアップコンバータ
358 へ結合されている。各アップコンバータ358 は局部
発振器入力360 を有する。各アップコンバータ358 は電
力増幅器362 に結合されている。各電力増幅器362 は前
述したようなビーム成形回路網328'に結合されている。
各ビーム成形回路網328'は送信アレイ322'に結合されて
いる。
【００２７】通信制御回路318'はプログラム可能な周波
数シンセサイザ364 を有する再構成回路339'を有する。
プログラム可能な周波数シンセサイザ364 は、ダウンコ
ンバータ344 の局部発振器入力346 とアップコンバータ
358 の局部発振器入力360 に結合したプログラム可能な
周波数シンセサイザ出力366 を有する。プログラム可能
な周波数シンセサイザ364 は、機上コンピュータ370 に
結合された入力368 を有する。機上コンピュータ370 は
入力368 を介して同調情報をプログラム可能な周波数シ
ンセサイザ364 に提供する。
【００２８】機上コンピュータ370 はルート表372 に結
合されている。ルート表372 はＴＤＭＡスイッチ352 の
機上コンピュータ入力354 に結合されている。ルート表
372は各ビームに関連する所望のビーム幅および時間に
関する情報を記憶する。機上コンピュータ370 はオーダ
ワイヤへ結合され、アップリンクおよびダウンリンク制
御装置と結合されている。機上コンピュータ370 は前述
したように振幅位相と加重を制御することができる。
【００２９】図４を参照すると、代わりのスイッチ回路
348'が示されており、これは図３のスイッチ回路348 に
置換されることができる。スイッチ回路348'はそれぞれ
ダウンコンバータ344 とアップコンバータ356 に結合さ
れているチャンネルフィルタ350'とチャンネルマルチプ
レクサ356'を有する。図４では、図３のＴＤＭＡスイッ
チ352 は信号プロセッサパケットスイッチ374 により置
換されている。種々のタイプのパケットスイッチ374 は
当業者に知られている。
【００３０】動作において、ペイロードの種々の部分が
アンテナ再構成、周波数再構成、またはビームからビー
ムへの再構成のように再構成されることが望まれると
き、オーダワイヤまたは制御チャンネルにより地上局は
機上の検索表を更新するために衛星に送信される。機上
コンピュータはアップリンクビームとダウンリンクビー
ムを合成するのに必要な振幅および位相加重係数を計算
するために使用されることができる。機上コンピュータ
に結合されたプログラム可能な周波数シンセサイザは通
信周波数を制御するために使用される。
【００３１】代わりに、機上コンピュータは衛星の動作
中に地上局からのオーダワイヤまたはＲＦ制御チャンネ
ルから周期的にまたは時折、ルート表を更新するために
使用されることができる。
【００３２】再構成可能な衛星がネットワーク内の衛星
を置換するために移動されるならば、東／西と南／北の
局維持は通常の方法で使用され、それによって再構成可
能な衛星が適切な軌道位置に位置されてもよい。衛星が
適切な位置に移動するときと、衛星がネットワークから
衛星を置換するように適切に構成された後、再構成可能
な衛星は動作し続ける。再構成可能な衛星はまた衛星の
動作中の所定の時間に再構成されてもよい。
【００３３】本発明を実行する最良のモードを詳細に説
明したが、当業者は以下の特許請求の範囲により限定さ
れている本発明を実施するための種々の代わりの設計と
実施形態を認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にしたがって再構成可能なネットワーク
を形成するため、少なくとも１つの衛星が再構成可能で
ある通信衛星の星座の一部の概略図。
【図２】適切なアンテナの１例を使用しているペイロー
ドシステムの概略図。
【図３】ＴＤＭＡスイッチを使用している本発明にした
がった再構成可能な衛星ペイロードシステムの概略図。
【図４】ＴＤＭＡスイッチがパケットスイッチにより置
換されている本発明にしたがった再構成可能な衛星シス
テムの一部分の別の概略図。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 衛星ベースの通信ネットワークで高周波
    数データ通信を行うためのシステムにおいて、 複数の信号を受信および送信することができるアップリ
    ンクアンテナおよびダウンリンクアンテナと通信制御回
    路とをそれぞれ具備する複数の通信衛星を具備し、 前記衛星の少なくとも１つは再構成可能に構成され、 通信制御回路に結合するプログラム可能な周波数シンセ
    サイザと、 前記通信制御回路に結合された前記衛星に位置されて前
    記プログラム可能な周波数シンセサイザにより前記通信
    制御回路の周波数再構成を制御する制御装置とを具備し
    ていることを特徴とする衛星ベースの通信ネットワーク
    で高周波数データ通信を行うシステム。
  2. 【請求項２】 前記通信制御回路はアップコンバータお
    よびダウンコンバータを具備している請求項１記載のシ
    ステム。
  3. 【請求項３】 前記通信制御回路はトランスポンダを具
    備している請求項１記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記トランスポンダはアップコンバータ
    とダウンコンバータを具備している請求項３記載のシス
    テム。
  5. 【請求項５】 前記通信制御回路は時分割多元アクセス
    スイッチを具備している請求項１記載のシステム。
  6. 【請求項６】 受信アレイと、 受信ビーム成形回路網と、 送信アレイと、 送信ビーム成形回路網と、 衛星の通信を制御するための通信制御回路と、 通信制御回路を再構成するために通信制御回路に結合さ
    れた再構成回路とを具備している衛星のペイロード回
    路。
  7. 【請求項７】 前記通信制御回路はトランスポンダを具
    備している請求項６記載のペイロード回路。
  8. 【請求項８】 前記トランスポンダはアップコンバータ
    およびダウンコンバータを具備している請求項７記載の
    ペイロード回路。
  9. 【請求項９】 前記再構成回路は前記アップコンバータ
    および前記ダウンコンバータに結合されたプログラム可
    能な周波数シンセサイザを具備している請求項６記載の
    ペイロード回路。
  10. 【請求項１０】 前記再構成回路は機上コンピュータを
    具備している請求項６記載のペイロード回路。
  11. 【請求項１１】 前記再構成回路はルート表を具備し、
    前記機上コンピュータは前記ルート表を再構成データに
    よって更新する請求項１０記載のペイロード回路。
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