JP2001333006A - 多数のアップリンクビームおよび機上信号処理を行う衛星ペイロード用のスイッチマトリクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は宇宙船で使用するのに適した構成が
簡単で過度の信号損失を伴わずに１点対多点接続を行う
ことのできるスイッチマトリクスを提供することを目的
とする。 【解決手段】 スイッチマトリクス200 は入力モジュー
ル204 と出力モジュール206 とを備え、入力モジュール
204 はそれぞれアップリンクビーム114 を受信する複数
の入力202A〜N と複数の出力とを有し、複数の入力が再
使用パターン中のセルの数に等しく、複数の出力がアッ
プリンクビーム中のサブバンドの数に等しく、出力モジ
ュール206 は入力モジュール204 に結合され、入力モジ
ュール204からの出力が出力モジュール206 の出力に選
択的に結合され、出力モジュール206 の出力が復調器10
8 に結合され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】本発明は一般にスイッチマト
リクスに関し、とくに多数のアップリンクビームおよび
機上信号処理を行う衛星ペイロード用のスイッチマトリ
クスに関する。

【０００２】

【従来の技術】通信衛星は、多数のタイプの通信サービ
ス、例えばデータ転送、音声通信、テレビジョンスポッ
トビームカバレージおよび、その他のデータ転送用途で
ごく普通に使用されるようになっている。したがって、
衛星は地上の種々の地理的位置に信号を供給しなければ
ならない。そのため、一般的な衛星は特定の国または地
区に対する信号カバレージを提供するように特注のアン
テナ設計を使用する。

【０００３】多数の衛星ペイロードはアナログまたはデ
ジタルプロセッサを含んでいる。アナログプロセッサは
一般に異なった信号を分離し、特定のチャンネル中に結
合し（“信号をチャンネル化し”）、地上対衛星（アッ
プリンク）信号の異なった部分を異なった衛星対地上
（ダウンリンク）ビームに切替えるために使用される。
デジタルプロセッサもまた信号をチャンネル化して切替
えるために使用され、また、信号の復調、処理および再
変調を行うために使用されてもよい。通常、これらの信
号プロセッサは重く、多量の直流電力を消費するので、
処理リソースを可能な限り効率的にアップリンクビーム
に割当ることが有効である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、各アップリン
ク区域中の人口および経済状況が異なるため、衛星に対
する各アップリンクビーム中の信号（“トラフィッ
ク”）は異なっている、衛星が打上げられる前に各アッ
プリンクビーム中のトラフィックの量が知られており、
衛星の寿命期間にわたって変化しない場合、固定した接
続によりリソースの処理をアップリンクビームに割当
て、それによりスイッチマトリクスの必要をなくすこと
ができる。しかしながら、一般的に各アップリンクビー
ム中のトラフィックの量は事前には分からず、あるいは
時間とともに変化し、したがってアップリンクビームを
衛星上の処理リソースに再度割当て、相互接続するため
のある種のスイッチマトリクスが存在していなければな
らない。

【０００５】電話交換網における使用のために設計され
たクロスバースイッチまたはクロースイッチマトリクス
のようないくつかの伝統的なスイッチマトリクスの設計
は、現在ポイントツーポイント接続のために設計されて
いる。別のスイッチマトリクスは、コンピュータ内の、
またはネットワークコンピュータ間の接続のために設計
されている。関連技術のスイッチマトリクス設計におい
てマイクロ波周波数の分離問題が生じているため、これ
らの設計のいくつかはマイクロ波周波数の衛星信号には
適さない。別のスイッチマトリクスは１点対多点接続に
適用される場合には、電力分割によって引き起こされる
過剰な信号損失を伴う。多数の設計はまた小型部品から
モジュラー方式で形成することが困難である。

【０００６】宇宙船環境における使用に適したスイッチ
マトリクスが技術的に必要とされていることが認められ
ことができる。過度の信号損失を伴わずに１点対多点接
続を行うスイッチマトリクスが技術的に必要とされてい
ることもまた認められる。さらに、機械的設計および構
成を容易にして宇宙船のコストを減少させるスイッチマ
トリクスが技術的に必要とされていることもまた認めら
れる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の従来技術の制限を
克服し、この明細書を読んで理解することにより明らか
になるその他の制限を克服するために、本発明は、スイ
ッチマトリクスによって信号を切替える方法および装置
を開示している。本発明の装置は、入力モジュールと出
力モジュールとを備えている。入力モジュールは、一般
に再使用パターン中のセルと同数の複数の入力を有し、
その入力が少なくとも１つのアップリンクビームを受け
る。入力モジュールはまた複数の出力を有し、その複数
の出力は一般にアップリンクビーム中のサブバンドの数
に等しい。出力モジュールは、入力モジュールに結合さ
れ、入力モジュールからの出力を出力モジュールの出力
に選択的に結合する。

【０００８】本発明の方法は、アップリンク信号を複数
のグループにグループ化するステップを含んでおり、ア
ップリンク信号の数が典型的にセルベースの送信マトリ
クス中のセルの数に等しく、グループの数が典型的にセ
ルベースの送信マトリクス中の再使用パターンにおける
セルの数に等しく、ここで各グループが周波数再使用パ
ターンで使用された各周波数からの信号を含んでいる。
その後、アップリンク信号の各グループはサブバンド信
号に分離され、その後それらは類似のサブバンド信号の
グループにグループ化される。その後、類似のサブバン
ド信号のグループは衛星システム内で処理するために復
調器に転送される。

【０００９】本発明は、宇宙船環境での使用に適したス
イッチマトリクスを提供する。本発明はまた、過度の信
号損失を伴わずに１点対多点接続を実現するスイッチマ
トリクスを提供する。本発明はまた、機械的な設計およ
び構成を容易にして宇宙船の費用を減少するスイッチマ
トリクスを提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、同じ参照符号が対応した部
品を一貫して表わす図面を参照して本発明を説明する。
以下の好ましい実施形態の説明において、本発明が実施
される特定の実施形態が例示によって示されている添付
図面を参照する。本発明の技術的範囲を逸脱することな
く、他の実施形態が使用可能であり、構造的な変更が可
能であることを理解すべきである。

【００１１】［関連技術の概要］スイッチマトリクスは
一般に、衛星上の信号の再展開を可能にするために多数
の衛星通信システム設計において使用されている。スイ
ッチマトリクスは、入力信号がクロスバースイッチまた
は別のタイプのスイッチマトリクスの使用によって所望
される任意の出力に経路設定されることを可能にする。

【００１２】クロスバースイッチまたはクローススイッ
チマトリクスのようないくつかの伝統的なスイッチマト
リクス設計は本来は電話交換網のために設計されたもの
であり、ポイントツーポイント接続のために設計され
る。別のスイッチマトリクスは、コンピュータ内または
ネットワークコンピュータ間の接続のために設計され
た。これらの設計のいくつかは、分離問題のためにマイ
クロ波信号には適さず、別のスイッチマトリクスは１点
対多点接続を実現するためには、電力分割による過度の
損失を伴う。多数の設計はまた小型部品からモジュラー
方式で形成することが容易ではない。

【００１３】本発明は、マイクロ波動作に適しており、
著しく減少された量の電力分割により１点対多点接続を
実現し、また小型部品からモジュラー方式で構成される
ことができる。

【００１４】図１は、デジタル処理を行う衛星のアップ
リンクの例示的なブロック図を示している。

【００１５】システム100 は、アップリンクアンテナ10
2 、ダウンコンバータ104 、スイッチマトリクス106 、
復調器108 およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）11
0 を備えている。アップリンクアンテナ102 は、個々の
ダウンコンバータ104 にそれぞれ供給される、この場合
は１２８のアップリンクビーム112 である多数のアップ
リンクビーム112 を受取る。ダウンコンバートされた各
アップリンク信号114はスイッチマトリクス106 に入力
され、このスイッチマトリクス106 がその所定の出力に
各信号を導く。スイッチマトリクスの出力信号116 は復
調器108 に供給され、その後、処理のためにＤＳＰ110
に入力される。ＤＳＰ110 は、複数の復調器108 にサー
ビスする能力を有している。

【００１６】システム100 は通常、地上の送信機からの
アップリンク情報を受取る衛星通信システムで使用され
る。これらの送信機は“セルラー”パターンで割当られ
ており、各セルが所定の周波数帯域内で衛星に情報を送
信する。ある周波数再使用グループのセル内の各セルは
異なった周波数帯域を使用し、このようなグループがセ
ルラーパターンで反復されて、システム中のセル全体の
周波数再使用パターンが生じる。各セル内では、周波数
帯域がサブバンドに分割される。各サブバンドは、加入
者装置からの個々の信号を含み、各サブバンドはゼロ以
上の信号を含むことができる。

【００１７】たとえば、図１において、各復調器108 は
８つのアップリンクサブバンドのうちの１つを復調す
る。トラフィックが均一ならば、各アップリンクビーム
112 は２個の復調器108 を割当られ、各アップリンクビ
ーム112 がその最大容量の１／４を伝送することができ
る。このような場合、各アップリンクビーム112 は、１
２８のアップリンクビーム112 全てが復調器108 に接続
されるまで、スイッチマトリクス106 等を使用せずに２
個の復調器108 に直接ハードワイヤされることができ
る。

【００１８】しかしながら、一般にトラフィックは均一
ではなく、各アップリンクビーム112 は異なった量のト
ラフィックを伝送するため、スイッチマトリクス10がシ
ステム100 の必要不可欠なものになる。さらに、トラフ
ィック分布は衛星の寿命中に変化し、おそらく１時間等
ごとに変化している。スイッチマトリクス106 は、アッ
プリンクビーム112 に復調器108 を動的に割当るために
使用される。図１の例では、１２８個の入力と２５６個
の出力とを備えたスイッチマトリクス106 が必要であ
る。

【００１９】図１のスイッチマトリクス106 の最も簡単
な設計は、各入力114 が全て任意の出力116 に任意の順
序で接続され、各信号がスイッチマトリクス106 中の１
つのスイッチに送られることのできるクロスバースイッ
チである。しかしながら、このような大型のクロスバー
スイッチマトリクス106 は１２８×２５６＝３２，７６
８個のスイッチを必要とし、小型のスイッチからモジュ
ラー方式で製造することは極めて困難である。

【００２０】スイッチマトリクス106 中のスイッチの個
数は、クロースアーキテクチャのようなアーキテクチャ
を使用することにより若干減少させることができるが、
結果的に得られるマトリクスをモジュラー方式で製造す
ることは依然困難である。クロスバーまたはクロース設
計のスイッチマトリクス106 は、分離および接続問題の
ためにマイクロ波スイッチングネットワークに適合しな
いか、あるいはシステム100 に対して１点対多点要求を
満たすことができないので、図１のシステム100 には適
さない。

【００２１】１個のアップリンク信号114 を多数の出力
116 に放送するために、スイッチマトリクス106 の内部
に電力分割器が必要である。分割されるアップリンク信
号114 がさらに多くなると、スイッチマトリクス106 に
おける電力損失がそれだけ一層大きくなる。宇宙船のよ
うな電力制限された適用において、この電力損失を可能
な限り減少して、システム100 内の増幅器の必要性を減
少し、消費電力と衛星上の重量を減少することが非常に
重要である。

【００２２】図１で説明したスイッチマトリクス106 に
対して、１個のアップリンク信号114 は２５６個の出力
116 のうちの８個に放送される能力を有していなければ
ならない。この能力は一般に、スイッチングネットワー
クが後続する１：２５６電力分割器をスイッチマトリク
ス106 内で使用することによって提供される。衛星適用
に対して、この方法は許容できないほど高い損失をスイ
ッチマトリクス106 内で発生させる。

【００２３】しかしながら、関連技術のスイッチマトリ
クス106 は、一般的なシステム100の構成方法を考慮に
入れて最適化されていなかった。第１に、多数のアップ
リンクビーム112 を備えた衛星ペイロードは一般に、４
セルまたは７セル周波数再使用のような周波数再使用方
式を使用する。周波数再使用方式では、隣接したセルは
同じ周波数を使用できず、したがって同じサブバンドを
使用することができない。これは、本発明に関してここ
で説明したように、スイッチマトリクス106 の接続要求
を減少させる。第２に、復調器108 はサブバンドでグル
ープ化されることが多く、たとえば、ある復調器108 は
第１のサブバンドだけを復調し、他の復調器108 は第２
のサブバンドだけを復調するような使用が行われる。１
つの入力信号114 は、異なったサブバンドタイプの復調
器108 の全てに放送される能力を有していなければなら
ないが、１つの入力信号114 は所定のグループの復調器
の中の２以上の復調器108 に放送される必要はない。し
たがって、本発明のスイッチマトリクスはシステム100
に必要な相互接続を依然として提供しながら、複雑性を
さらに減少するものである。

【００２４】［本発明の概要］本発明は、機上処理によ
り処理リソースを衛星ペイロードに対するアップリンク
ビームにフレキシブルに割当てることを可能にし、それ
によってプロセッサリソースをもっと効率的に使用でき
るようにする。このスイッチマトリクスの複雑性の軽減
により、飛行任務を遂行するためにプロセッサにより要
求される重量および電力が減少する。本発明は比較可能
なスイッチマトリクスより簡単であり、また簡単なスイ
ッチから構成されることができるため、衛星ペイロード
に対して使用可能である。本発明のスイッチマトリクス
内における電力分割量は減少するので、その損失および
雑音指数が他の関連技術の設計よりも低くなる。

【００２５】本発明は、多数のアップリンク信号をいく
つかのサブバンドに分割する信号のデジタルまたはアナ
ログ処理が行われる全ての衛星に適応する。本発明は、
アップリンクトラフィック分布が時間的に変化するか、
あるいはそれが打上げ前にあまりよく知られていない場
合に非常に有効である。

【００２６】図２は、本発明のスイッチマトリクスを示
している。本発明のスイッチマトリクス200 を使用する
衛星は、ｃセル周波数再使用を使用する多数のアップリ
ンクビーム114 を使用し、ここでｃは再使用パターンの
セルの数である。それ故、入力信号202Aは、入力スイッ
チモジュール204Aに入力され、１つの再使用パターン全
体に等しいｃ個のアップリンクビームを含んでいる。ｃ
は一般に３，４，７，９または１２に等しいが、別の数
であることが可能である。ｎは地上における再使用パタ
ーンの数である。したがって、アップリンクビーム114
の合計数は、ｎをｃ倍したもの（ｃ×ｎ）である。アッ
プリンクビーム114 を完全に補足するために、ｎ個の入
力スイッチモジュール204A乃至204Nがｃ×ｎのアップリ
ンクビーム114 を全て受取るために使用される。

【００２７】アップリンクビーム114 はマルチキャリア
であり、復調を行うためにアップリンク信号114 はｄ個
のサブバンドに分割される。したがって、各入力スイッ
チモジュール204A乃至204Nはｄ個の出力を備えていなけ
ればならない。出力スイッチモジュール206A乃至206Dは
入力スイッチモジュール204A乃至204Nのそれぞれから１
つの入力を受取らなければならず、したがってｎ個の入
力を有している。１つの復調器108 はこれらｄのサブバ
ンドの１つを復調することができ、ｍ個の復調器は各サ
ブバンドに与えられる。それ故復調器108 の合計数はｄ
×ｍであり、各出力スイッチモジュール206A乃至206Dは
ｍ個の出力信号を供給しなければならない。したがっ
て、各出力スイッチモジュールはｎ×ｍマトリクスであ
る。

【００２８】本発明のスイッチマトリクス200 は、ｎ個
の入力スイッチモジュール204A乃至204Nと、ｄ個の出力
スイッチモジュール206A乃至206Dとを含んでいる。入力
スイッチモジュール204Aへの各入力202Aは、単一のアッ
プリンク再使用グループからのものなので、アップリン
ク周波数を共有できる入力202Aは１つもない。したがっ
て、本発明のスイッチマトリクス200 はｃ×ｍ入力能力
とｄ×ｍ出力能力とを有し、それによって過度の重量お
よび電力消費を生ぜずにシステム100 の適切な相互接続
を実現する。

【００２９】［入力スイッチモジュール］図３は本発明
の入力スイッチモジュールの構造を示している。各入力
スイッチモジュール204A乃至204Nは入力202A乃至202Nを
受信する。簡明にするために、入力スイッチモジュール
204Aが代表的な設計として示されている。信号300 およ
び302 を含む信号202Aは、複数すなわち“ｃ”個の１対
ｄ電力分割器304A乃至304Cに供給される。各電力分割器
304A乃至304Cは、たとえば300 のような単一の入力信号
を供給されて、たとえば306A乃至306D等の複数の実質的
に等価な電力出力を信号300 から生成する。たとえば電
力分割器304Aが１：４電力分割器であり、１００マイク
ロワット（μＷ）の入力信号300 が電力分割器304Aに供
給された場合、電力分割器304Aは、各信号がほぼ２５μ
Ｗの４個の出力信号306A乃至306Dを生成する。電力分割
器304A中においてある損失が生じており、そのために各
信号の２５μＷの出力電力が何パーセントか減少する。
関連技術では、類似の入力信号が２５６回分割され、各
出力信号を１μＷより低くするため、増幅せずに処理す
ることが困難になる。

【００３０】各電力分割器304A乃至304Cからの各出力30
6A乃至306Dはｃ：１スイッチ308A乃至308Dに供給され
る。スイッチ308A乃至308Dはそれぞれ１つの出力310A乃
至310Dだけを生成するため、各モジュール204 中にはｄ
個のスイッチ308A乃至308Dが存在している。

【００３１】［出力スイッチモジュール］図４は本発明
による例示的な出力スイッチモジュールを示している。
代表的な出力スイッチモジュール206 として示されてい
る出力スイッチモジュール206Aは集信機であり、たとえ
ば出力スイッチモジュール206Aは入力モジュール204 か
らｎ個の入力信号310 を受信し、ｎ個のうちｍ個の入力
信号310 だけが出力スイッチモジュール206Aからの出力
信号116 になることを可能にする。出力スイッチモジュ
ール206Aの各出力116 は全て、ｄ個のサブバンドの１つ
を復調する復調器108 に接続される。各出力116 は同じ
なので、出力スイッチモジュール206Aは関連技術のよう
に完全に接続される必要はないが、出力スイッチモジュ
ール206Aは、入力310 がどのように構成されていても入
力310 のサブセットが出力116 に切替え可能であること
を保証しなければならない。ｃセルの各グループはｄ個
より多い復調器を使用できないため、１つのタイプの復
調器の数であるｍは、周波数再使用グループの数である
ｎ以下でなければにならない。

【００３２】出力スイッチモジュール206 の複雑さは、
ｎとｍにより大幅に変化する可能性がある。たとえば、
ｍ＝ｎならば、出力スイッチモジュール206 は、切替え
不要の入力310 から出力116 への簡単な接続になる。し
かしながら、ｎがある数の二乗である場合、この出力モ
ジュールはもっと簡単なサブモジュールから構築される
ことが可能である。図４に示されている一例のように、
入力信号310 の数が６４であり、出力信号116 の数が３
２である場合、８個の８×８入力サブモジュール400A乃
至400Hと、８個の８×４出力サブモジュール402A乃至40
2Hとを使用して出力スイッチモジュール206 を構成する
ことができる。出力モジュール206 の出力は全て同じな
ので、出力モジュールは完全に接続されなくてもよく、
そのため本発明では、出力モジュール206 をクロスバー
アーキテクチャより簡単なスイッチング方式により構成
することが可能になる。しかしながら、示されている出
力スイッチモジュール206Aは完全に接続されているの
で、周波数再使用ルールと、出力スイッチモジュール20
6 によりサポートされるべきプロセッサの容量とにより
サポートされる地上の任意のトラフィックパターンが可
能である。それ故、トラフィック分布が衛星の寿命中に
変化した場合、新しいトラフィック分布をサポートする
ようにスイッチマトリクスを再構成することができる。

【００３３】出力スイッチマトリクス206 を簡単なサブ
モジュール400 および402 から構成することにより、本
発明の設計の製造および試験はフルクロスバースイッチ
より容易になる。各モジュールはそれ以外のものとは別
々に生成され試験されることができ、多数の同じモジュ
ールの生産により製品設計が容易になる。

【００３４】上記の説明では、各出力サブモジュール40
2A乃至402Hの出力は、各タイプが異なったサブバンドを
復調する異なったタイプの復調器に接続されている。し
かしながら、周波数再使用により多数のアップリンクビ
ームを有し、アップリンク帯域をいくつかのサブバンド
に分割するデジタルまたはアナログのある種の処理を行
う任意のペイロードにより、出力スイッチマトリクス20
6 を使用することができる。

【００３５】［本発明の別の実施形態］図５は、二重偏
波アップリンク構成で使用される本発明によるスイッチ
マトリクスを示している。衛星システムはしばしば二重
偏波アップリンクを使用し、いくつかの信号は右方向円
偏波（ＲＨＣＰ）キャリアで送信され、その他の信号は
左方向円偏波（ＬＨＣＰ）キャリアで送信される。いく
つかのシステムでは、アップリンクビームの半分がＲＨ
ＣＰを使用し、アップリンクビームの他の半分がＬＨＣ
Ｐを使用するように、特定のアップリンクビーム中のユ
ーザは１つの偏波だけを使用するように制約される。

【００３６】図５に示されているように、システム500
はアップリンクビーム114 を半分に分割する。再使用グ
ループの中のアップリンクビーム114 の半分はＬＨＣＰ
であり、１つの入力モジュール502Aの中でグループ化さ
れ、一方他方の入力ビームはＲＨＣＰであり、別の入力
モジュール502Bの中でグループ化される。結果的に得ら
れるシステム500 は、入力モジュール502A乃至502Bの数
がシステム200 の２倍であるが、各入力モジュール502A
乃至502Bが有する入力の数は入力モジュール204A乃至20
4Nの半分である。

【００３７】システム500 では両偏波が使用されるた
め、宇宙船の最大容量は２倍になり、これは、２倍の数
の復調器108 が宇宙船によって使用可能なことを意味す
る。したがって、全ての各再使用パターンが両偏波を使
用できるため、復調器の数であるｍは、地上での再使用
パターンの数である２ｎと同じ大きさになることができ
る。それ故、出力スイッチモジュール504A乃至504Bは、
総数２ｎの入力と総数ｍの出力とを含んでいなければな
らない。

【００３８】図５は、アップリンクビーム114 の数が偶
数の場合を示している。しかしながら、アップリンクビ
ーム114 の数は奇数であることも可能であり、その場合
には２で割切ることが不可能になる。アップリンクビー
ム114 の数が奇数である場合には、ｃ／２入力ビーム50
6 は総数（ｃ＋１）／２となり、また出力スイッチモジ
ュール504A乃至504Bへの入力508 の数は２ｃ×ｎ／（ｃ
＋１）になる。

【００３９】図６は、偏波がアップリンクビーム内で変
化する二重偏波アップリンク構成で使用される本発明に
よるスイッチマトリクスを示している。図５に関して説
明したように、いくつかの衛星システムは、偏波された
アップリンクビームを使用している。図５は、１つの偏
波だけを使用するように制約された特定のアップリンク
ビームの中のユーザを説明したシナリオを示していた。
図５のシナリオは、各アップリンクビームに対して固定
された偏波に制限されていたが、この偏波は衛星の寿命
中に変化する可能性がある。図６は、このようなシナリ
オで使用されることのできるスイッチマトリクスを示し
ている。

【００４０】システム600 は、再使用グループの中の各
セルｃ全てからの入力信号144 を使用するが、各入力ス
イッチモジュール602A乃至602Nからの出力の数を帯域幅
の数の２倍、すなわち２ｄに倍増させる。入力スイッチ
モジュール602A乃至602Nからの出力の数を増加させるた
めに、各出力スイッチモジュール606A乃至606Dへの入力
604 の数が地上での再使用パターンの数の２倍、すなわ
ち２ｎに増加される。図５の場合のように、両方の偏波
が使用されるので、復調器108 の数、すなわちｍが２ｎ
と同じ大きさになることにより宇宙船の最大容量が２倍
に増加される。しかしながら、システム600 では、各入
力スイッチモジュール602 は出力スイッチモジュール60
6A乃至606Dに結合された２個の出力608A乃至608Dを有し
ており、たとえば入力スイッチモジュール602Aは、出力
スイッチモジュール606A上の番号１および２の入力604
に結合された２個の出力608Aを有している。システム60
0はまた、そのシステム内に冗長性を生じさせるために
使用されることが可能であり、たとえば、もし入力スイ
ッチモジュール602Aの出力１が故障した場合、出力２が
依然として入力スイッチモジュール602Aを出力スイッチ
モジュール606Aに接続することができる。

【００４１】図７は、多数の偏波を同時に使用すること
のできる本発明によるスイッチマトリクスを示してい
る。システム700 は、各偏波に対して１つづつビームご
とに２個の出力ポートを使用するアップリンクアンテナ
を使用するシステムを示している。この２個の出力ポー
トの使用によりアンテナ出力の数が２倍になり、それに
よってスイッチマトリクス700 への入力114 の数が２倍
になる。入力スイッチモジュール702A乃至702Nの数は２
ｎに倍増し、各セルグループに対して１個の入力スイッ
チモジュール702A乃至702Nが割当られる。図５および６
の場合のように、両方の偏波が使用され、したがって復
調器108 の数が地上でのセルパターンの数の２倍に等し
くなり、それによって強制的に出力スイッチモジュール
704A乃至704Dへの入力の数が２ｎにされ、また出力の数
が２ｎと同じ大きさのｍにされるため、宇宙船の最大容
量が２倍に増加される。

【００４２】［冗長設計］図２乃至７の設計は全て、単
一地点の故障に対して若干弱い。しかしながら、宇宙船
内における単一地点故障を回避するために、冗長性が本
発明のスイッチマトリクス中において設計されることが
できる。たとえば、出力モジュール206Aの出力ポート上
のスイッチが故障した場合、スイッチに後続する復調器
108 はもはや入力を受信しないため使用できない。この
ために、信号が本発明のスイッチマトリクスを通ってそ
のサブバンドに対して再度ルート設定されることを可能
にするために、各サブバンド中に付加的な復調器108 が
設置されることができる。

【００４３】本発明はまた、マトリクス自身の中の単一
地点故障を回避するために冗長性を内蔵することができ
る。たとえば、図２を参照すると、ｎ×ｄの相互接続が
入力スイッチモジュール204A乃至204Nと出力スイッチモ
ジュール206A乃至206Dとの間に存在する。ｍ×ｄの出力
116 しか存在せず、またｍ＜ｎであるため、入力スイッ
チモジュール204A乃至204Nと出力スイッチモジュール20
6A乃至206Dとの間相互接続のいくつかを通って伝送され
る信号は使用できない。これらの相互接続のいずれかの
側でスイッチのいくつかが損傷を受けて使用不可能にな
った場合、システムに対する影響は一般にそれ程大きく
はない。

【００４４】他方、スイッチマトリクスへの入力ポート
の故障はかなり深刻である。再び図２を参照すると、ア
ップリンクビーム114 を受ける入力ポートの１つが使用
できない場合、そのポートに接続されたアップリンク11
4 もまた使用不可能である。この結果、その端末が衛星
にアップリンクすることのできない衛星のカバーレージ
中の穴が発生する。入力ポートは１：ｃ電力分割器に接
続され、またこの受動装置は一般に能動スイッチほど頻
繁には故障しないが、わずかな故障の可能性であっても
許容できないことが多い。これらの場合には、入力モジ
ュールは、それがもっと冗長になるように再設計される
ことができる。

【００４５】図８は、本発明による冗長な入力接続を備
えた単一の入力モジュールを示している。

【００４６】一般に、スイッチマトリクスへの入力は、
図１に示されているようにダウンコンバータ104 を含ん
でいる。スイッチマトリクスに対する入力の冗長性は、
ダウンコンバータ104 の冗長性と結合されることができ
る。たとえば、アップリンクセル112 は、ダウンコンバ
ータ104 へ直接的な入力でされる代りに、冗長マトリク
ス800 への入力される。冗長マトリクスは、任意のレベ
ルの冗長性を提供するために使用されることができる
が、説明を容易にするために、ここではｃに対するｃ＋
１の冗長性を説明する。たとえば、ｃ個のセルが再使用
グループ中に存在しているため、入力スイッチモジュー
ル204A上の１つの入力ポートの故障が、所定のアップリ
ンクビーム112 に対する単一地点故障とならないように
するために１個の付加的な出力が各冗長マトリクス800
から提供される。これは入力スイッチモジュール204Aに
入力802A乃至802Nを与え、それによって（ｃ＋１）×ｄ
マトリクスになる。ｃマトリクスに対して冗長マトリク
ス800 をｃ＋ｎにし、また入力スイッチモジュールを
（ｃ＋ｎ）×ｄマトリクスにすることによって付加的な
冗長性または別の冗長性方式が提供されることが可能な
ことを理解することができる。

【００４７】図９は、図５の実施形態に関連した本発明
の冗長入力マトリクスの別の例を示している。セルごと
に固定された偏波を有する４個のセルの再使用システム
に対する入力ビーム112 は、７に対して８の冗長性を提
供する冗長マトリクス801 への４個の入力を使用する。
冗長マトリクス801 は、単一の偏波に対して８個の出
力、すなわち802A乃至802Hを生成する。入力スイッチモ
ジュール204Aおよびモジュール304A乃至304Dのそれぞれ
に対して各出力802A乃至802Hが与えられる。合計８つの
サブバンドが存在し、したがってモジュール304A乃至30
4Dは８個の出力を生成する。ダウンコンバータ104 の冗
長性は、入力スイッチモジュール204Aへの入力のように
７に対して８である。

【００４８】冗長マトリクス800 はまた、各アップリン
クビーム112 に冗長性を提供する。入力スイッチモジュ
ール204Aへの入力、たとえば入力802Aが故障した場合、
番号１のアップリンクビーム112 は、後に入力スイッチ
モジュール204Aおよびモジュール304Aを通って番号１の
アップリンクビーム112 を切換えることのできる入力80
2Bに対してルートを再度設定されることができる。これ
は、アップリンクビーム112 を入力802Aまたは802Bのい
ずれかにルート設定することのできるハイブリッド900
および902 を使用することによって行われる。アップリ
ンクビーム112の全てに対して同じ結果が得られる。

【００４９】ダウンコンバータ104 がどのように構成さ
れるかに応じて、番号３のアップリンクビーム112 から
の信号は、番号２のアップリンクビーム112 からの信号
または番号４のアップリンクビーム112 からの信号と対
にされることができる。番号２、３および４のアップリ
ンクビーム112 は全て同じ偏波割当てを有していなけれ
ばならず、番号３のアップリンクビーム112 は、番号２
のアップリンクビーム112 や番号４のアップリンクビー
ム112 と周波数を共有する可能性のないセルから発生し
なければならない。好ましくは、冗長マトリクス800 に
割当られたアップリンクビーム112 は全て同じ偏波割当
てを有していなければならず、また隣接する入力に割当
られたアップリンクビーム112 は、同じセル周波数再使
用パターン中にあるため、周波数を共有する可能性のな
いセルから発生しなければならない。

【００５０】図９の設計は、ある冗長性をダウンコンバ
ータ104 および入力スイッチモジュール204Aの入力の中
に提供するが、図９の設計は単一の冗長マトリクス800
中の２個のダウンコンバータ104 が故障することを許容
できず、また入力スイッチモジュール204Aの入力モジュ
ール304A乃至304Dに対して何等の冗長性も与えない。

【００５１】図１０は、ダウンコンバータおよび本発明
の入力スイッチモジュール中に冗長性を提供する設計を
示している。

【００５２】システム1000は、２個の冗長マトリクス80
0 を含んでいる。各冗長マトリクス800 内において、各
アップリンクビーム112 がハイブリッド電力分割器900
に入力され、このハイブリッド電力分割器900 が２個の
異なったダウンコンバータ104 に出力する。この構成
は、ダウンコンバータ104 を完全に１に対して２の冗長
性を有するものにするため、２以上のダウンコンバータ
104 が単一の冗長マトリクス800 において故障すること
ができる。

【００５３】各アップリンクビーム112 はまた、入力ス
イッチモジュール204A内の２個の異なった電力分割器モ
ジュール304A乃至304Hに送られる。たとえば、アップリ
ンクビーム112 の主出力1002はモジュール304A上の入力
に送られ、一方アップリンクビーム112 の冗長出力1004
は、別のモジュール304B上の入力に送られる。図１０の
構成により、入力スイッチモジュール204Aは１個の入力
モジュール304A乃至304Hの故障に耐えることができる。
図９の場合のように、アップリンクビーム112は、隣接
した入力が同じ偏波割当てを有するセルから入来し、セ
ル周波数再使用パターン内に入るように対にされなけれ
ばならない。

【００５４】図１１および１２は、図１０の構成におけ
る故障の例を示している。図１１に示されているよう
に、番号１１のアップリンクビーム112 に対する主ダウ
ンコンバータ104 であるダウンコンバータ104Pが故障し
ている。宇宙船は、自律動作、ダウンコンバータ104Pの
監視あるいは手動介入のいずれかにより、冗長ダウンコ
ンバータ104Rに切換えることができる。モジュール304G
への入力1100は、もはやダウンコンバータ104Pからの入
力を受信しない。しかしながら、番号１１のアップリン
クビーム112 は依然として、入力スイッチモジュール20
4Aを通ってモジュール304Fへの入力1102に切換えられる
ことができる。別のアップリンクビーム112 もまた、干
渉を防止するために入力スイッチモジュール204Aを通っ
て切換えられなければならない可能性がある。たとえ
ば、代表的に番号９のアップリンクビーム112 は番号１
１のアップリンクビーム112 と共に４セル再使用パター
ン内に入っていないので、番号９のアップリンクビーム
112 もまた、この番号９のアップリンクビーム112 に関
連した冗長ダウンコンバータ104Rに切換えられる。入力
1104は番号９のアップリンクビーム112 からの入力をも
はや受信せず、この番号９のアップリンクビーム112 か
らの入力は、入力スイッチモジュール204Aを通ってモジ
ュール304E上の入力1106にスイッチされ、番号８のアッ
プリンクビームと対にされる。トラフィック密度が低い
場合、また、番号９のアップリンクビーム112 が番号１
１のアップリンクビーム112 と同じサブバンドを使用す
る必要がない場合、番号９のアップリンクビーム112
は、主ダウンコンバータ104Pが故障するまで、あるいは
その番号９のアップリンクビーム112 と番号１１のアッ
プリンクビーム112 が同じサブバンドを使用しなければ
ならないほど十分にその領域中のトラフィックが重くな
るまで、この主ダウンコンバータ104Pへの入力1104を続
行することができる。

【００５５】図１２は、入力スイッチマトリクス204A中
のモジュール304Bが故障した例を示している。モジュー
ル304Bが故障した場合、入力スイッチモジュール204Aは
このモジュール304Bに対する全ての入力を使用できなく
なる。主入力1200および1202は、冗長入力1204および12
06にそれぞれスイッチされなければならない番号３のア
ップリンクビーム112 と番号４のアップリンクビーム11
2 に関連している。

【００５６】正しいアップリンクビーム112 のペアリン
グを維持するために、入力スイッチマトリクス204A内に
おいて別のスイッチングを行わなければならないかもし
れない。たとえば、番号５、６および７のアップリンク
ビーム112 もまた、適切なペアリングまたはトラフィッ
ク密度を維持するために入力1208乃至1212にそれぞれス
イッチされる必要がある。トラフィック密度が十分に低
い場合、関連した主ダウンコンバータ104 により番号
５、６および７のアップリンクビーム112 のいくつかが
維持される可能性があるが、単一のモジュール304 上に
３個の活動的な入力が存在している場合は常に、ペイロ
ードが関連したセルに容量を集中する能力が低下してい
る可能性がある。

【００５７】図１３は、本発明のスイッチマトリクスの
完全な設計を示している。各セルが偏波の１つだけを使
用する２つの偏波を伴う４セル再使用パターンに対し
て、図１３のシステム1300を使用することができる。設
計は、総数１１２個のアップリンクセルを使用するた
め、１１２個のアップリンクビーム112 がダウンコンバ
ータ104 中に送られる。ダウンコンバータ104 の冗長性
は１に対して２であり、主および冗長ダウンコンバータ
104 はスイッチマトリクスへの別々の接続を有し、総接
続数は２２４である。入力モジュール304 は４個の入力
と８個の出力とを有し、図１０に示されているようにダ
ウンコンバータ104 に接続されている。アップリンク帯
域幅は８つのサブバンドに分割されるため、８個の異な
るタイプの復調器108 が存在している。各サブバンドに
対して３２個の復調器108 が使用されているが、一般的
に、容量仕様を満たすのに必要とされる復調器はもっと
少なく、たとえば２８個である。各サブバンドにおける
余分の４個の復調器108 は冗長の目的で使用される。

【００５８】［パッケージング］図１４のＡおよびＢは
従来技術と比較される本発明のパッケージングを示して
いる。

【００５９】図１４のＡは、本発明のスイッチマトリク
スに対するパッケージ方式を示している。スイッチマト
リクス1400は、入力マトリクス1402と、インターフェー
ス板1404と、出力マトリクス1406とから構成されてい
る。入力マトリクスは多数の“スライス”1408を有し、
各スライスが入力モジュール1410を含んでいる。出力マ
トリクス1406は、相互接続マトリクス1412および出力モ
ジュール1414を含んでおり、複数の“スライス”から構
成され、各スライスが相互接続マトリクス1412および出
力モジュール1414を含んでいる。入力モジュール1410
は、インターフェース板1404によって相互接続マトリク
ス1412に接続されている。したがって、入力モジュール
1410を相互接続マトリクス1412に適切に接続するために
非常に多数の信号がインターフェース板1404を通過しな
ければならない。

【００６０】図１４のＢは、本発明のスイッチマトリク
ス1416に対する簡単なパッケージ設計を示す別のパッケ
ージング設計を示している。スイッチマトリクス1416
は、インターフェース板1404または相互接続マトリクス
1412を必要とせずに出力モジュール1414に直接結合され
た入力モジュール1408を含んでいる。これによって信号
密度が低下し、したがってスイッチマトリクス1416の複
雑さが軽減され、本発明のスイッチマトリクス1416の製
造、試験および宇宙船への集積がさらに容易になる。し
かしながら、スイッチマトリクス1416は図１４のＡのパ
ッケージング設計のように完全に接続されたマトリクス
ではない。したがって、スイッチマトリクス1416が飛行
中に信号を再度分配する能力は低くなる。これは、ビー
ムが特定のセクションにグループ化され、また、あるセ
クションと別のセクションとの間でのスイッチングはで
きないためである。しかしながら、多くの適用において
完全に接続されたマトリクスは必要ではなく、したがっ
てスイッチマトリクス1416の製造、試験および宇宙船へ
の集積を簡単にするために図１４のＢのパッケージング
が使用されることができる。

【００６１】［プロセスチャート］図１５は本発明を実
施するために使用されるステップを示すフローチャート
である。

【００６２】ブロック1500において、アップリンク信号
を複数のグループにグループ化するステップが行われ、
グループの数は少なくともセルベースの送信マトリクス
中のセルの個数に等しく、各グループは周波数再使用パ
ターンで使用される各周波数からの信号を含んでいる。

【００６３】ブロック1502において、アップリンク信号
の各グループをサブバンド信号に分離するステップが行
われる。

【００６４】ブロック1504において、類似するサブバン
ド信号のグループを生成するためにアップリンク信号の
グループからの同様のサブバンド信号をグループ化する
ステップが行われる。

【００６５】ブロック1506において、衛星システム内で
処理するために同様のサブバンド信号のグループを復調
器に転送するステップが行われる。

【００６６】［結論］これは、本発明の好ましい実施形
態の説明の結論である。以下のパラグラフにおいて、同
じ目的を達成するいくつかの別の方法を説明する。本発
明は、ＲＦおよび電気システムに関して説明されている
が、同じ目的を達成するために光学システムにより使用
されることも可能である。さらに、スイッチマトリクス
中のスイッチは、実際のスイッチ、ハイブリッド電子装
置、あるいは同様に機能するその他のスイッチング機構
であることができる。

【００６７】要約すると、本発明は、スイッチマトリク
スによって信号をスイッチする方法および装置を開示し
ている。本発明の装置は、入力モジュールと出力モジュ
ールとを備えている。入力モジュールは、一般に再使用
パターン中のセルと同数の複数の入力を有し、その入力
が少なくとも１つのアップリンクビームを受ける。入力
モジュールはまた複数の出力を有し、その複数の出力は
一般にアップリンクビーム中のサブバンドの数に等し
い。出力モジュールは、入力モジュールに結合され、入
力モジュールからの出力を出力モジュールの出力に選択
的に結合する。

【００６８】本発明の方法は、アップリンク信号を複数
のグループにグループ化するステップを含んでおり、グ
ループの数は典型的にセルベースの送信マトリクス中の
再使用パターンにおけるセルの数に等しく、各グループ
が周波数再使用パターンで使用された各周波数からの信
号を含んでいる。その後、アップリンク信号の各グルー
プはサブバンド信号に分離され、その後それらは類似の
サブバンド信号のグループにグループ化される。その
後、類似のサブバンド信号のグループは衛星システム内
で処理するために復調器に転送される。

【００６９】上記の本発明の好ましい実施形態の説明は
例示および説明のために記載されたに過ぎず、それ以外
のものを排除するものではなく、本発明を開示されたと
おりの形態に制限するものでもない。上記の教示にした
がって多数の修正および変形が可能である。本発明の技
術的範囲は、この詳細な説明ではなく、添付された特許
請求の範囲により限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】デジタル処理を行う衛星のアップリンクの例示
的なブロック図。

【図２】本発明のスイッチマトリクスの概略図。

【図３】本発明の入力スイッチモジュールの構造の概略
図。

【図４】本発明による出力スイッチモジュールの概略
図。

【図５】二重偏波アップリンク構成で使用される本発明
によるスイッチマトリクスの概略図。

【図６】偏波がアップリンクビーム内で変化する二重偏
波アップリンク構成で使用される本発明によるスイッチ
マトリクスの概略図。

【図７】多数の偏波を同時に使用することのできる本発
明によるスイッチマトリクスの概略図。

【図８】本発明による冗長入力接続を備えた単一の入力
モジュールの概略図。

【図９】本発明の冗長入力マトリクスの特定の例を示す
概略図。

【図１０】ダウンコンバータおよび本発明の入力スイッ
チモジュール中に冗長性を提供する設計を示す概略図。

【図１１】図１０の構成内における故障の例示した説明
図。

【図１２】図１０の構成内における故障の例示した説明
図。

【図１３】本発明のスイッチマトリクスの完全な設計の
概略図。

【図１４】従来技術と比較される本発明のパッケージン
グを示す概略図。

【図１５】本発明を実施するために使用されるステップ
を示すフローチャート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シー−チャン・ウ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91803、アルハンブラ、ヒッチコック・ド ライブ 2333

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力モジュールと、 出力モジュールとを備えており、 前記入力モジュールは、複数の入力と複数の出力とを有
   しており、前記複数の入力が再使用パターン中のセルの
   数に少なくとも等しく、その入力が少なくとも１つのア
   ップリンクビームを受信し、前記複数の出力がアップリ
   ンクビーム中のサブバンドの数に少なくとも等しく、 前記出力モジュールは入力モジュールに結合され、入力
   モジュールからの出力が出力モジュールの出力に選択的
   に結合され、前記出力モジュールの出力が復調器に結合
   されていることを特徴とするアップリンクビームを復調
   器に結合するスイッチマトリクス。
2. 【請求項２】 出力モジュールは入力モジュールに直接
   結合されている請求項１記載のスイッチマトリクス。
3. 【請求項３】 入力モジュールは冗長モジュールを含ん
   でいる請求項１記載のスイッチマトリクス。
4. 【請求項４】 入力モジュールは異なった偏波のアップ
   リンクビームを受信する請求項１記載のスイッチマトリ
   クス。
5. 【請求項５】 入力モジュールは単一の偏波のアップリ
   ンクビームを受信する請求項４記載のスイッチマトリク
   ス。
6. 【請求項６】 セルパターン中のセルから入力を受信す
   る衛星システム中の復調器にアップリンクビームを結合
   するスイッチマトリクスにおいて、 複数の入力モジュールと、 複数の出力モジュールを具備し、 前記複数の入力モジュールは、それぞれ衛星システムに
   対する再使用パターンにおけるセルの数に少なくとも等
   しい複数の入力を具備し、 前記各入力モジュールは、 衛星システムに対する再使用パターンにおけるセルの数
   に少なくとも等しい複数の電力分割器と、 前記複数の電力分割器に結合され、それぞれ衛星システ
   ムに対する再使用パターンにおけるセルの数に少なくと
   も等しい複数の入力を受取る複数のスイッチモジュール
   とを具備し、 前記各電力分割器は、各入力を複数の実質的に等しい電
   力出力に分割し、分割された電力出力の数が衛星システ
   ムにより使用されるサブバンドの数に少なくとも等し
   く、 前記複数のスイッチモジュールの数は、衛星システムに
   より使用されるサブバンドの数に少なくとも等しく、 前記複数の出力モジュールは、前記複数のスイッチマト
   リクスを通って前記入力モジュールに結合され、各出力
   モジュールがセルパターン中のセルの数に少なくとも等
   しい複数の入力を有しており、 前記出力モジュールは、 第１の組の出力マトリクスと、 第２の組の出力マトリクスとを具備し、 第１の組の出力マトリクスの各出力マトリクスが衛星シ
   ステムにより使用されるサブバンドの数に少なくとも等
   しい複数の入力を具備し、 第２の組の出力マトリクスは第１の組の出力マトリクス
   に結合され、第２の組の出力マトリクスの各出力マトリ
   クスが各サブバンドにおいて衛星システムによって使用
   される復調器の数に少なくとも等しい複数の出力を有し
   ていることを特徴とするスイッチマトリクス。
7. 【請求項７】 各出力モジュールは入力モジュールに直
   接結合されている請求項６記載のスイッチマトリクス。
8. 【請求項８】 入力モジュールは冗長モジュールを含ん
   でいる請求項６記載のスイッチマトリクス。
9. 【請求項９】 入力モジュールは異なった偏波のアップ
   リンクビームを受信する請求項６記載のスイッチマトリ
   クス。
10. 【請求項１０】 各入力モジュールは単一の偏波のアッ
    プリンクビームを受信する請求項９記載のスイッチマト
    リクス。
11. 【請求項１１】 アップリンク信号がセルベースの送信
    マトリクスによって発生され、周波数再使用パターンが
    セルマトリクス中で使用され、アップリンク信号がサブ
    バンド信号を含んでいる、衛星システム中のスイッチマ
    トリクスによるアップリンク信号のスイッチング方法に
    おいて、 アップリンク信号を複数のグループにグループ化し、こ
    のグループの数がセルベースの送信マトリクスのセル再
    使用パターンの数に少なくとも等しく、各グループが周
    波数再使用パターンにおいて使用された各周波数からの
    信号を含んでおり、 アップリンク信号の各グループをサブバンド信号に分離
    し、 類似のサブバンド信号のグループを生成するためにアッ
    プリンク信号のグループからの類似のサブバンド信号を
    グループ化し、 衛星システム内で処理するために類似のサブバンド信号
    のグループを復調器に転送するステップを含んでいるこ
    とを特徴とする方法。