JP2002057612A

JP2002057612A - マルチビームアレイアンテナを備えるビームホッピング自己アドレス指定パケット交換通信システム

Info

Publication number: JP2002057612A
Application number: JP2001188343A
Authority: JP
Inventors: Stuart T Linsky; スチュアート・ティー・リンスキー; Harvey L Berger; ハーヴェイ・エル・バーガー; Dennis A Nivens; デニス・エイ・ニヴェンズ; Garrick J Harmon; ガーリック・ジェイ・ハーモン; Fred C Tramm; フレッド・シー・トラム; Robert W White; ロバート・ダブリュー・ホワイト
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2002-02-22
Also published as: DE60124456T2; EP1168665A3; DE60124456D1; CA2350678A1; EP1168665A2; US6944140B1; EP1168665B1

Abstract

(57)【要約】【課題】マルチビームのアレイアンテナを用いてダウン
リンクビームを地上のセル間でホップする自己アドレス
指定パケットスイッチを含む通信システムを提供する。【解決手段】通信衛星用のデータルーティングサブシ
ステム２００は、インバウンドモジュール６０２に結合
された入力ポートを有する自己アドレス指定パケットス
イッチ６０８、その出力ポートに結合されたアウトバウ
ンドモジュール６１０も含む。モジュール６１０の中の
メモリ８０４は、ダウンリンクビームホップ位置３０
２、３０４にしたがってアップリンクデータを格納す
る。多数のビームアレイアンテナ１１６〜１２２は、モ
ジュール６１０に結合されている。アンテナ１１６〜１
２２は、第１のダウンリンクビームホップ位置３０２に
割り当てられた第１のフィード要素１１６、および第２
のダウンリンクビームホップ位置３０４に割り当てられ
た第２のフィード要素１１８を含む。

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
関する。特に、本発明はマルチビームアレイアンテナを
用いてダウンリンクビームを地上のセル間でホップす
る、自己アドレス指定パケットスイッチを含む衛星通信
システムに関する。（関連出願のクロスリファレンス）本願は、２０００年
６月２１日に出願された「Beam Hopping Self Addresse
dPacket Switched Communication System with Power G
ating」という名称の特許出願第０９／５９９１４８
号、２０００年６月２１日に出願された「Beam Hopping
Self Addressed Packet Switched Communication Syst
em with Locally Intelligent Scheduling」という名称
の特許出願第０９／５９９０４１号、および２０００年
６月２１日に出願された「Beam Hopping Self Addresse
d Packet Switched Communication System with Multi-
port Shared Memory」という名称の特許出願第０９／５
９９０３５号に関連する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】衛星は
長い間、地球的な規模で通信機能を提供するために使用
されてきた。典型的には、衛星は多数のアップリンクア
ンテナおよびダウンリンクアンテナを含み、その各々は
多数のスポットビームを使用して大きなサービス領域に
通信帯域幅を提供する。スポットビームによってカバー
される地域は一般にセルと呼ばれ、カラー符号化された
スポットビームがレイダウンと呼ばれるパターンで割り
当てられて、サービス領域をカバーする。

【０００３】各スポットビームは限定された帯域幅を提
供する。しかし、衛星が追加の同時のスポットビームを
提供する時、衛星のコスト、複雑さ、電力の要件は増大
する。したがって、多数のセルを伴うレイダウンにサー
ビスを提供する能力は、従来の衛星およびアンテナ設計
およびコストの考慮によって限定されていた。

【０００４】さらに、従来の衛星設計は典型的には、衛
星内部の固定された切換えスケジュールにしたがって、
ダウンリンクトラフィックをセルに向けていた回路を切
り換えることにより動作していた。それ自体の宛先アド
レスを含むデータを搬送する地上通信システムの採用が
増大するにつれて、このようなデータを衛星リンクを介
してルーティングするニーズが生じてきた。しかし回路
切換式衛星は一般に融通性が低く、このようなデータを
ルーティングすることはできなかった。

【０００５】当業界では、上記の問題、および以前に経
験された他の問題に対処する通信システムに対するニー
ズが長い間存在していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施形
態は、ビームホッピング自己アドレス指定パケット交換
式通信衛星を提供する。衛星はアップリンクデータに関
する第１のダウンリンクビームホップ位置および第２の
ダウンリンクビームホップ位置のうち少なくとも１つに
したがって、アップリンクデータをメモリへルーティン
グする自己アドレス指定パケットスイッチを含む。

【０００７】例として、メモリは１６の異なるホップ位
置、１６の優先順位、および２つの符号レートに割り当
てられたキュー（待ち行列）にセグメント化することが
可能である。

【０００８】衛星はまた、ホップ選択信号に応答して、
一部はアップリンクデータから導出された波形を多数の
ビームアレイアンテナの選択された放射エレメント（要
素）へ向けるスイッチも含む。多数のビームアレイアン
テナは波形を、第１のダウンリンクビームホップ位置お
よび第２のダウンリンクビームホップ位置のうち少なく
とも１つへ向ける。

【０００９】例として、多数のビームアレイアンテナは
第１のダウンリンクビームホップ位置に関する第１のフ
ィードホーン、および第２のダウンリンクビームホップ
位置に関する第２のフィードホーンを含むことが可能で
ある。

【００１０】本発明の他の好ましい実施形態は、通信衛
星のためのデータルーティングサブシステムを提供す
る。サブシステムは、復調されたアップリンクデータを
受け入れるインバウンドモジュールを含む。インバウン
ドモジュールは、アップリンクデータに関してダウンリ
ンクビームホップ位置を指定する待ち行列タグを格納す
るルーティング表を含む。サブシステムはまた、インバ
ウンドモジュールに結合された入力ポートを有するスイ
ッチ、および、スイッチの出力ポートに結合されたアウ
トバウンドモジュールを含む。

【００１１】アウトバウンドモジュールは、待ち行列タ
グにしたがってスイッチを介してルーティングされたア
ップリンクデータを格納するメモリを含む。多数のビー
ムアレイアンテナはアウトバウンドモジュールに結合さ
れている。多数のビームアレイアンテナは、第１のダウ
ンリンクビームホップ位置に割り当てられた第１のフィ
ードエレメント（たとえばフィードホーン）、および第
２のダウンリンクビームホップ位置に割り当てられた第
２のフィードエレメント（要素）を含む。

【００１２】例として、待ち行列タグはまた、アップリ
ンクデータに関して符号レートおよび優先順位を指定す
る場合がある。符号レート、優先順位、およびホップ位
置はついで、アップリンクデータがその中に格納されて
送信を待つ、特定のメモリ待ち行列を決定する場合があ
る。アップリンクデータがＡＴＭセルである場合は、ル
ーティング表はＡＴＭセルの中でＶＰＩフィールドおよ
び／またはＶＣＩフィールドを使用してアドレス指定さ
れることが可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に図１を参照すると、この図は
帯域幅スイッチ１００の構成図を示す。帯域幅スイッチ
１００はコントローラ１０２、およびデータソース１０
４によって提供されたデータを操作する波形処理チェー
ンを含む。特に、波形処理チェーンは、波形生成装置１
０６、増幅器１０８、およびスイッチ１１０を含む。波
形処理チェーンはさらに、第１のフィードパス１１２お
よび第２のフィードパス１１４を含み、これらはフィー
ドパス１１２〜１１４に沿って伝播（伝搬）する波形上
の偏波（偏光）効果によって特徴づけられる場合があ
る。この偏波効果はたとえば、波形内の時計回り（右）
偏波または反時計回り（左）偏波を誘導する場合があ
る。

【００１４】第１のフィードパス１１２は、第１の放射
要素１１６内で終端する（たとえばフィードホーン）。
同様に、第２のフィードパスは第２の放射要素１１８内
で終端する（たとえば別のフィードホーン）。第１のフ
ィードホーン１１６および第２のフィードホーン１１８
は、サブリフレクタ１２０を照射する。次にサブリフレ
クタ１２０は主リフレクタ１２２を照射し、主リフレク
タ１２２はダウンリンクビームを地上のセルに投射す
る。したがって、第１のフィードホーン１１６、第２の
フィードホーン１１８、サブリフレクタ１２０、および
主リフレクタ１２２は、マルチビームアレイアンテナ
（ＭＢＡ）を形成し、スポットビームカバレッジを離れ
た地上のセルに向ける。追加のフィードホーンがＭＢＡ
と共に使用されて追加のスポットビームを生成する場合
もあるし、多数の独立したＭＢＡが提供される場合もあ
る。

【００１５】波形生成装置１０６はデータソース１０４
からベースバンドデータを受け取り、送信される波形を
生成する（増幅器１０８による増幅の後）。スイッチ１
１０は、特定のフィードパス１１２〜１１４を選択し、
それに沿って波形が伝搬する（したがって、所定の実施
形態では、波形に関連する偏波および／またはホップ位
置）。

【００１６】コントローラ１０２は、送信される波形に
関してカラー制御を実行する。したがってコントローラ
１０２は、たとえば、送信される波形の周波数、偏波、
またはホップ位置を決定する１つまたは複数の制御信号
を出力する場合がある（集合的にカラー選択信号と呼ば
れる）。好ましい実施形態では、ビームカラー成分は、
偶数ホップ位置および奇数ホップ位置、左偏波および右
偏波、および第１の周波数および第２の周波数を含む。
したがって、１ＥＬ、１ＥＲ、１ＯＬ、１ＯＲ、２Ｅ
Ｌ、２ＥＲ、２ＯＬ、２ＯＲの８つの異なるカラーが使
用可能である。

【００１７】図２を参照すると、帯域幅スイッチ２００
のより具体的な実装が示されている。帯域幅スイッチ２
００はデータスケジューラ２０２、データルータ２０
４、および波形処理チェーンを含み、波形処理チェーン
はＱＰＳＫ変調器２０６、アップコンバータ２０８およ
び進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）２１０を含む。図２で
は、スイッチ１１０は波形を第１のフィードパス１１２
または第２のフィードパス１１４のいずれかを介して送
信するように方向づけるフェライトスイッチ１１０とし
て示されている。好ましくは、フィードパス１１２〜１
１４の中の追加のフェライトスイッチ２１２および２１
４が追加の信号分離を提供する（たとえば、フェライト
スイッチがオフの時に入力と出力の間で約２０ｄｂ）。
追加のフェライトスイッチ２１２〜２１４は、カラー選
択出力の制御の下で動作し、フィードパス１１２〜１１
４を介して送信される波形を通過させたり阻止したりす
る。言い換えれば、送信される波形の宛先がフィード１
１２である場合、フェライトスイッチ２１４はロード２
２８を介してグラウンドに結合される。同様に、送信さ
れる波形の宛先がフィード１１４である場合、フェライ
トスイッチ２１２はロード２２６を介してグラウンドに
結合される。

【００１８】さらに、図２は、カラー選択出力２１６、
２つの周波数選択入力２１８および２２０、フィードパ
ス選択入力２２２、および中間波形出力２２４を示す。
動作の間、帯域幅スイッチ２００は、ルータ２０４（た
とえばＡＴＭセルルータ）からベースバンドデータを受
け取り、波形処理チェーンを使用して送信される波形を
作成する。波形処理は、ベースバンドＩデータおよびＱ
データを、たとえば７５０ＭＨｚの中間周波数に直接変
換することによって開始する。波形処理はついで、Ｆ１
（たとえば３．１７５ＭＨｚ）とＦ２（たとえば３．４
２５）のうちの１つ、およびＦ３（たとえば１６ＧＨ
ｚ）とＦ４（たとえば１７．４ＧＨｚ）のうちの１つを
選択して、最終的な中心周波数が１８．４２５ＧＨｚ、
１８．６７５ＧＨｚ、１９．８２５ＧＨｚ、および２
０．０７５ＧＨｚのうちの１つである、送信される波形
を生成する。スケジューラ２０４は波形処理チェーンを
介したデータの伝搬を監視し、送信される波形のカラー
を決定する。この目的のために、スケジューラ２０４
は、たとえば、送信される波形の周波数、偏波、および
ホップ位置などを示すカラー選択出力２１６を提供す
る。

【００１９】ＴＷＴＡ２１０は送信される波形を増幅
し、一方、スイッチ１１０は増幅された波形が、どのフ
ィードパス１１２〜１１４（または追加のフィードパ
ス）に沿って伝搬するかを決定する。この目的のため
に、スイッチ１１０は、カラー選択出力２１６（たとえ
ばホップ選択信号）上の情報に応答するフィードパス選
択入力２２２を含む。フィードパス１１２〜１１４は一
般に（必ずというわけではない）、異なるホップ位置に
スポットビームを生成するフィードホーンと関連づけら
れているので、ホップ選択信号は送信される波形のホッ
プ位置を決定するよう作用する。次のホップ位置は偶数
または奇数と指定されているが、偶数フレームまたは奇
数フレームに限定されるものではない。むしろ偶数およ
び奇数は、一般に、相互に排他的な期間を指定する。

【００２０】さらに、フィードパス１１２〜１１４のい
ずれかは、フィードパスに沿って伝搬する波形上の偏波
効果によって特徴づけられる場合がある。したがって、
カラー選択出力２１６はまた送信される波形の偏波カラ
ー成分を決定する場合がる。しかしオプションとして
は、所望の偏波およびホップ位置の組み合わせの任意の
数に関して、別々のフィードパスを提供する場合があ
る。送信された波形はビームスポットとして現れ、典型
的には、地上のセルにダウンリンク帯域幅を提供する。

【００２１】帯域幅スイッチ２００は、１組のスポット
ビームを使用してセルラカバレッジ領域をサポートする
第１の衛星に搭載されて動作する場合がある。スケジュ
ーラ２０２は、送信される波形が適切なビームカラーを
有して、セルラカバレッジ領域および８つの可能なビー
ムカラーに関して同一チャネル、隣接チャネルおよびク
ロス（交差）偏波を最小化するようにする。しかし、た
とえば続いて打ち上げられた第２の衛星が同じセルラカ
バレッジ領域に関して帯域幅サポートを提供し始めた
時、帯域幅スイッチ２００は第１の衛星がそのビームカ
ラーを修正して第２の衛星に対応することを可能にす
る。言い換えれば、帯域幅スイッチ２００はスポットビ
ームのカバレッジ領域に対する第１の割当ておよび第２
の割当てが、干渉を最小化する方法で共存することを可
能にする。その結果生じたビームレイダウンは、まず、
単一の衛星に関して干渉が最小であって、後に、特定の
タイプの干渉または同じカバレッジ領域に帯域幅を提供
する追加の衛星に関する干渉に関して、干渉が最小であ
るように再構成される。

【００２２】次に図３を参照すると、この図はホッピン
グビームを使用するビームレイダウン３００を示す。カ
バレッジ領域は一般に、たとえば理想化された形で示さ
れる六角形のセル３０２および３０４などによってセル
に分割される。セルの各々はまた、ビームカラーでラベ
ル付けされている。たとえば、カラー１ＯＬのビームは
セル３０２に帯域幅を提供し、カラー２ＥＬのビームは
セル３０４に帯域幅を提供する。

【００２３】レイダウン３００は、相互に排他的なホッ
プ位置に関して、任意の所与のセルについて同一チャネ
ル干渉波（ＣＣＩ:co-channel interferer）（同じカラ
ーのビームによって生じる）は６つだけ存在し、隣接チ
ャネル干渉波（ＡＣＩ:adjacent channel interferer）
（１つのカラー成分のみが異なるビームによって生じ
る）はゼロ、クロス偏波干渉波（ＸＰＩ:cross polariz
ation interferer）（偏波のみが異なるビームによって
生じる）はゼロであるという特徴がある。言い換えれ
ば、セル３０６（カラー１ＥＲ）を例にとると、ＣＣＩ
はセル３０８、３１０、３１２、３１４、３１６および
３１８である。

【００２４】セル３２０は奇数のカラー成分を有し、セ
ル３０６（カラー１ＥＲ）と同時にはスポットビームエ
ネルギを提供されないので、ＣＣＩを提供しないことに
注意されたい（すなわち、ホップ位置は相互に排他的で
ある）。レイダウン３００はまた、ホップ位置が相互に
排他的でない時に、最小の干渉を提供する。相互に排他
的でない場合では、６つのＣＣＩ、２つのＡＣＩ、およ
び２つのＸＰＩのみが存在する。ＡＣＩはセル３２２お
よび３２４であり、ＸＰＩはセル３２０および３２６で
ある。すべてのカラー（たとえば２ＯＬ）をビームホッ
ピングビームレイダウン内で使用する必要はないことに
注意されたい。

【００２５】図４も、レイダウン３００を示す。しかし
図４では、偶数のホップ位置のみがマークされている。
同様に、図５は奇数のホップ位置のみがマークされてい
るビームレイダウン３００を示す。

【００２６】次に図６を参照すると、ルータ６００の好
ましい実装が示されている。ルータ６００は３５のイン
バウンドモジュール（ＩＢＭ）を含み、そのうち３つは
６０２、６０４、６０６として示されている。ＩＢＭ６
０２〜６０６は、ＡＴＭセルスイッチ６０８の入力ポー
トに結合されている。ＡＴＭセルスイッチ６０８は、個
別のアウトバウンドモジュール（ＯＢＭ）に結合されて
いる３３の出力を有し、そのうちの３つが６１０、６１
２、６１４として示されている。アップリンク復調器の
対は各ＩＢＭ６０２〜６０６に供給し、ＯＢＭ６１０〜
６１４はダウンリンク変調器に供給する。

【００２７】ルータ６００は自己アドレス指定パケット
交換機能を提供する。言い換えれば、ルータ６００はア
ップリンクデータ（たとえばＡＴＭセル）内に存在する
アドレス指定または宛先情報を使用して、宛先またはセ
ルの次のホップに適切なダウンリンクビームを供給する
特定のデータ待ち行列にそのセルを伝送する。こうし
て、たとえば、ＡＴＭセル内のＶＰＩ／ＶＣＩフィール
ドはセルを適切なダウンリンク待ち行列に導くために使
用される場合がある。しかし、セルがヘッダエラーチェ
ックに失敗すると、そのセルはまず放棄される。

【００２８】ＩＢＭ６０２〜６０６の出力は、ルーティ
ングタグ、待ち行列タグ、および（修正されている可能
性もある）セル自体を含む。ＩＢＭ６０２〜６０６の役
割、ルーティングタグ、および待ち行列タグを、以下で
図７に関してより詳細に説明する。一般に、ＡＴＭセル
スイッチ６０８はルーティングタグ内のビットを使用し
てセルスイッチ入力ポートをセルスイッチ出力ポートに
接続する。待ち行列タグ、ルーティングタグの一部、お
よびセル自体はついで、選択された出力ポートに接続さ
れたＯＢＭに向けて、スイッチを介して流れる。以下で
さらに詳細に説明するように、各ＯＢＭ６１０〜６１４
は、所定の地上のセルに向けられたダウンリンクビーム
を供給する一組のダウンリンク待ち行列を含む。待ち行
列タグはセルがＯＢＭの中に挿入されるダウンリンク待
ち行列を決定する（また、セルの優先順位およびダウン
リンク符号化レートを示す場合もある）。したがって、
ＩＢＭ６０２〜６０６、ＡＴＭセルスイッチ６０８、お
よびＯＢＭ６１０〜６１４は協動して、自己アドレス指
定の方法で適切なダウンリンク待ち行列にセルを伝送す
る。

【００２９】図７は、ＩＢＭ６０２〜６０６の実装７０
０を示す。特に、実装７００はルーティングテーブル
（表）またはルックアップ表７０２、および出力バッフ
ァ７０４を含む。全体として７０６で示される着信（入
来）ＡＴＭセルは、（他のフィールドの中でも）ペイロ
ード７０８およびＶＰＩ／ＶＣＩアドレス７１０を含む
ように示されている。図７はまた、ルーティング表７０
２に格納されたもののうち、特定のルーティングタグ７
１２、待ち行列（Ｑ）タグ７１４、およびセルに関する
オプションの交替ＶＰＩ／ＶＣＩ７１６フィールドを示
す。セルが修正されている場合（たとえば、ＶＰＩ／Ｖ
ＣＩを変更することによって）、ＩＢＭもセルヘッダエ
ラーチェックを計算しなおす。地上に置かれたネットワ
ーク制御センタ（ＮＣＣ）は、動的にルーティング表７
０２を更新して、現行のネットワークノード（たとえば
衛星）からのセルを次のネットワークノード（たとえば
地上局）に正しくルーティングすることが可能である。

【００３０】セル７０６のＶＰＩ／ＶＣＩ７１０は、ル
ーティング表７０２をアドレス指定する。これに応答し
て、ルーティング表７０２はルーティングタグ７１２、
待ち行列タグ７１４、および新しいＶＰＩ／ＶＣＩアド
レス７１６（たとえばセルが作成する次のホップに関し
て）を提供する。ルーティング表７０２の中のヌルエン
トリ（項目）は、セルが放棄されるべきであることを示
す場合がある。アップリンクセルに修正があると、ＩＢ
Ｍがアップリンクセルに関してもエラーチェックを再計
算するという結果になる。この情報は出力バッファ７０
４に入る（これはたとえば、長さが８１９１のセルであ
る可能性がある）。情報は出力バッファ７０４に入る
と、調停（アービトレーション）アルゴリズムによって
選択されるのを待ってから、セルスイッチ６０８に入
る。例として、調停アルゴリズムは最も古いセル（たと
えば、クロックサイクルセルエイジ（age）年齢の２ビ
ットの量子化を使用して）、出力バッファ７０４の残り
の容量（たとえば、合計入力待ち行列サイズの３ビット
の量子化を使用して）、などに優先順位を与える場合が
ある。

【００３１】セルが選択されると、そのルーティングタ
グを使用して、セルをセルスイッチ６０８の関連する出
力ポートに送信する。特に、ルーティングタグ７１２は
好ましくは長さが７ビットである。ＡＴＭセルスイッチ
６０８は７ビットのうち６ビットを内部的に使用して、
この６ビットによって決定された出力ポートに入力ポー
トを接続する。将来の拡張性のために、第７のビットは
たとえば、追加の出力ポートを伴うより大きなスイッチ
をサポートするために使用される場合もある。

【００３２】次に図８を参照すると、この図はＯＢＭ８
００の実装を示す。ＯＢＭ８００は、外部セルメモリ８
０４に結合されたＯＢＭコントローラ８０２を含む。Ｏ
ＢＭコントローラ８０２は好ましくは、スイッチインタ
フェースコントローラ（ＳＩＣ）８０６およびスイッチ
インタフェースデータハンドラ（ＳＩＤ）８０８を単一
のＡＳＩＣ論理に統合する。ＳＩＣ８０６はダウンリン
クスケジュール表８１０、待ち行列統計メモリ８１２、
リンクされたリストのメモリ８１４、およびポインタメ
モリ８１６に結合する。さらに、ＯＢＭ８００は第１の
リードソロモン符号器（ＲＳＥ）８１８、第２のＲＳＥ
８２０、インタリーブ化メモリ８２４に結合されたイン
タフェースエレクトロニクス（ＩＥＡ）８２２、および
ダウンリンクフレームフォーマット装置（ＤＬＦ）８２
６を含む。

【００３３】外部セルメモリ８０４は、好ましくは多く
の待ち行列（キュー）に組織化されている。待ち行列は
ホップ位置、優先順位、符号レート、またはほかの基準
などの特徴によって区別される可能性がある。一般に、
各ホップ位置に関して１つまたは複数の符号レートがあ
り、その各々は１つまたは複数の優先順位待ち行列を有
する可能性がある。１実施形態では、１６のダウンリン
クホップ位置（サブクラスと呼ばれる）があり、外部セ
ルメモリ８０４は１６の軽（ライト：light）符号化待
ち行列および１６の重(ヘビー：heavy)符号化待ち行列
を含む（すなわち合計で５１２の待ち行列）。１６の軽
符号化待ち行列および１６の重符号化待ち行列の各々
は、所定の優先順位を表す。１つの待ち行列（たとえば
優先順位１５、サブクラス１５、軽符号化）は、システ
ムコントローラトラフィックのために保存される場合が
ある。待ち行列タグはサブクラスと、セルの宛先になっ
ている待ち行列を決定する。外部セルメモリ８０４は、
好ましくはセルスイッチ６０８の出力ポートの間で共有
されているマルチポートメモリである。外部セルメモリ
８０４のマルチポートの性質は、単一のＯＢＭコントロ
ーラ８０２によって処理される多数のホップ位置（すな
わち、単一の物理セルスイッチ６０８出力ポートを共有
するビームＡおよびビームＢ）に関する共有（共通）記
憶装置としての役割にある。

【００３４】外部セルメモリ８０４によって提供された
メモリは、いくつかの異なる方法で、固定されたまたは
動的な方法で（たとえばフレームごとに）割りつけられ
る場合がある。１つの例として、１つまたは複数の待ち
行列は、固定されたメモリの量を割りつけられ、待ち行
列に関連するサブクラスと優先順位の、予想される長期
的なニーズを満たす場合がある。残りのメモリは次い
で、残りの待ち行列によって共有される可能性がある。
各待ち行列に関して最小の帯域幅を保証するために、メ
モリの最小の閾値量が待ち行列ごとに保存される場合が
ある。こうして、外部セルメモリ８０４は、特定の時間
での特定の宛先に関する宛先帯域幅要件と待ち行列メモ
リの割りつけとのペアリングを可能にする。この目的の
ために、ＮＣＣは、メモリが割りつけられたように衛星
の変化に動的にアップリンクする場合がある。閾値、最
大の待ち行列サイズ、最小の待ち行列サイズなどは、ポ
インタメモリ８１６の中に格納される。

【００３５】ＳＩＣ８０６は、ＯＢＭコントローラ８０
２の動作を指示する論理を含み、その動作には、ＳＩＤ
８０８を介してセルスイッチ６０８からセルを得ること
などが含まれる。以下でさらに詳細に説明するように、
ＳＩＣ８０６はポインタメモリ８１６内に記憶された各
待ち行列に関するパラメータを使用して、セルを受け入
れるべきか拒否するべきかに関する決定を行う。セルが
受け入れられる場合、ＳＩＤ８０８は待ち行列内のセル
を外部セルメモリ８０４に格納する。ＳＩＣ８０６は次
いで、リンクされたリストのメモリ８１４を更新して、
セルが外部セルメモリ８０４の中のどこに格納されたか
を記録する。ＳＩＣ８０６はまた、待ち行列統計メモリ
８１２を更新して、外部メモリ８０４の中の各待ち行列
の中のセルの数、各待ち行列に関して受け入れられたま
たは拒否されたセルの数、ピークの待ち行列の占有率、
各待ち行列から引かれて送信されたセルの数、閾値失敗
セルの数を反映する。

【００３６】ＳＩＣ８０６およびＳＩＤ８０８は、ダウ
ンリンクスケジュール表８１０の中に格納されたスケジ
ュールにしたがって、外部セルメモリ８０４からのセル
の検索を処理する。特に、ダウンリンクスケジュール表
は、符号の選択、電力ゲーティング、セルの選択などの
フレームパラメータごとに指定する。

【００３７】ダウンリンクスケジュール表の構造は、米
国特許出願第０９／５９９０４１号の中で詳細に記述さ
れており、その全体が、参照により本明細書に援用され
る。ＲＳＥ８１８および８２０は、リードソロモンブロ
ック符号（たとえば、（２３６、２１２）ブロック符
号）を検索されたセルに適用して送信する。ＩＥＡ８２
２は続いて、ブロック符号化されたセルをインタリー
ブ、スクランブル、および畳込み符号化する。この目的
のために、たとえば、畳込み符号は、軽く符号化された
セルに関しては３／４レートで拘束長７のパンクチャド
畳込み符号であり、重く符号化されたセルに関しては、
３／８レートで拘束長７のパンクチャド畳込み符号であ
る場合がある。ついで、ＤＬＦ８２６は、好ましくは、
ダウンリンクに関して２つのペイロードダウンリンクフ
レームを形成し、そこにはオーバヘッド情報も含まれる
（たとえば同期化符号、符号識別子、ガード時間な
ど）。各ペイロードは個別に１２の重符号化されたセル
を搬送するか、２４の軽符号化されたセルを搬送する。

【００３８】フレームフォーマット、符号化、インタリ
ーブ化、スクランブル化のさらなる詳細は、米国特許出
願第０９／５９９０４０号に見いだすことができ、この
内容の全体が本明細書に参照により援用される。

【００３９】上述のように、ＳＩＣ８０６はセルスイッ
チ６０８から検索されたセルを、ポインタメモリ８１６
内に格納された各待ち行列に関するパラメータを使用し
て受け入れるべきか拒否するべきかに関して決定する。
次に図９を見ると、フロー図９００は待ち行列の大きさ
が固定されている場合、ＳＩＣ８０６によって行われる
一連の決定を表す。ステップ９０２では、ＳＩＣ８０６
はセルをその中に格納すべき自由メモリがあるかどうか
を決定する。自由（フリー）セルカウンタ（ＦＣＣ）が
ゼロである場合、セルは放棄される（ステップ９０
４）。ゼロでない場合、ＳＩＣ８０６はセルがコントロ
ーラセルであるかどうかを決定する（ステップ９０
６）。コントローラセルはたとえば、（たとえば、ルー
ティング表７０２またはダウンリンクスケジューリング
表を更新するために）コマンド、構成、またはステータ
ス情報をＮＣＣから衛星に搬送するセルである可能性が
ある。セルがコントローラセルである場合、および関連
づけられた待ち行列長さ（キュー深度：ＱＤ：queue de
pth）が最大サイズ（すなわち、Ａｌｌ＿Ｔｈｒ）より
小さい場合、セルは受け入れられるが、そうでない場合
は放棄される（ステップ９０８）。

【００４０】ステップ９１０に続き、待ち行列内項目数
（長さ）が待ち行列サイズの最小の閾値（Ｍｉｎ＿Ｔｈ
ｒ）以下である場合、セルは受け入れられる（ステップ
９１２）。ステップ９１４では、待ち行列内項目数が最
大の許可された待ち行列サイズ（Ｍａｘ＿Ｔｈｒ）より
も大きいかどうかをチェックし、大きい場合は、セルは
放棄される（ステップ９１６）。ＳＩＣ８０６はステッ
プ９１８から始まり、たとえばＡＴＭセル内で見いださ
れたセル損失優先順位（ＣＬＰ）フィールドに基づいて
セルを受け入れたり放棄する場合もある。

【００４１】ゼロのＣＬＰは、セルの優先順位が高く、
非常に輻輳（混雑）している期間でも落とすべきではな
いことを示す。１のＣＬＰは、セルの優先順位が低く、
非常に混雑している期間には必要であれば落とすべきで
あることを示す。ステップ９１８では、セルの優先順位
が低く、待ち行列内項目数がセル損失優先順位閾値（Ｃ
ＬＰ＿Ｔｈｒ）よりも大きい場合、セルは放棄される
（ステップ９２０）。待ち行列内項目数がＡｌｌ＿Ｔｈ
ｒより大きい場合（ステップ９２２）、セルは放棄され
る（ステップ９２４）。大きくない場合は、セルは受け
入れられる（ステップ９２６）。

【００４２】待ち行列が動的な方法でメモリに割りつけ
られている時、ＳＩＣ８０６は図１０に示されたステッ
プにしたがって、セルを受け入れるべきかどうかを決定
する。特に、ステップ１００２では、ＳＩＣ８０６はセ
ルを記憶するために使用可能な自由メモリがあるかどう
かを決定する。自由セルカウンタ（ＦＣＣ）がゼロであ
る場合、セルは放棄される（ステップ１００４）。ゼロ
でない場合、ＳＩＣ８０６はセルがコントローラセルで
あるかどうかを決定する（ステップ１００６）。コント
ローラセルである場合、待ち行列内項目数（ＱＤ）がＡ
ｌｌ＿Ｔｈｒより小さい場合はセルは受けいられ、小さ
くない場合は放棄される（ステップ１００８）。

【００４３】ステップ１０１０に続き、待ち行列内項目
数が待ち行列サイズの最小の閾値（Ｍｉｎ＿Ｔｈｒ）以
下である場合、セルは受け入れられる（ステップ１０１
２）。ステップ１０１４では、待ち行列内項目数が最大
の許可された待ち行列サイズ（Ｍａｘ＿Ｔｈｒ）より大
きいかどうかがチェックされ、大きい場合、セルは放棄
される（ステップ１０１６）。ステップ１０１８では、
ＳＩＣ８０６はＣＬＰに基づいてセルを受け入れるかま
たは放棄する場合がある。セルの優先順位が低く、自由
メモリの量がセル損失優先順位閾値（ＣＬＰ＿Ｔｈｒ）
以下である場合、セルは放棄される（ステップ１０２
０）。自由メモリの量がＡｌｌ＿Ｔｈｒよりも小さい場
合（ステップ１０２２）、セルは放棄される（ステップ
１０２４）。小さくない場合、セルは受け入れられる
（ステップ１０２６）。

【００４４】ポインタメモリ８１６は、各待ち行列に関
するＡｌｌ＿Ｔｈｒ、Ｍｉｎ＿Ｔｈｒ、Ｍａｘ＿Ｔｈ
ｒ、ＣＬＰ＿Ｔｈｒ、およびＦＣＣを含む、上記の閾値
を記憶する。

【００４５】図１１は、衛星を介して、選択されたダウ
ンリンクホップ位置にデータをルーティングする方法１
１００をまとめている。ステップ１１０２では、衛星
は、アップリンクデータ内で搬送されたアドレスを使用
して、ホップ位置宛先待ち行列を検索する。次にステッ
プ１１０４で、衛星は、スイッチを介してアップリンク
データを切り換え、データを適切な待ち行列内に格納す
る（ステップ１１０６）。

【００４６】フレームを構築して送信する時に、衛星は
ステップ１１０８で、まずデータを待ち行列から検索し
てダウンリンク波形を構築する。衛星は次いで、その宛
先ホップ位置にしたがって波形に関するフィードパスを
選択する（ステップ１１１０）。波形は、好ましくはホ
ップ位置に割り当てられたフィード要素とともにマルチ
ビームアレイアンテナを使用して、送信される（ステッ
プ１１１２）。

【００４７】このように、本発明はビームホッピング自
己アドレス指定パケット交換式通信システムを提供す
る。具体的には、通信システムは多数のビームアレイア
ンテナを使用して、所定のホップパターンに応答して異
なる地上のセルをカバーするスポットビームを生成す
る。待ち行列の大量の組は、多くの異なる、優先順位、
ホップ位置、および符号化レートのセルに関して、記憶
装置を提供する。

【００４８】本発明は好ましい実施形態に関して説明さ
れたが、当業者であれば本発明の範囲から離れることな
く、種々の変更が行われ、等価のものに置き換えられる
ことを理解するであろう。さらに、本発明の範囲から離
れることなく多くの修正を行い、本発明の教示に特定の
ステップ、構造、または材料を適用することも可能であ
る。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に
限定されず、請求項の範囲内に入るすべての実施形態を
含むことを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】波形処理チェーンを伴う、帯域幅スイッチの構
成図を示す図である。

【図２】波形処理チェーンを伴う、帯域幅スイッチの詳
細な構成図を示す図である。

【図３】偶数のホップダウンリンクビームカラー割当て
および奇数のホップダウンリンクビームカラー割当ての
両方を示すビームレイダウンを示す図である。

【図４】図３のビームレイダウンから、偶数のホップダ
ウンリンクビームを示す図である。

【図５】図３のビームレイダウンから、奇数のホップダ
ウンリンクビームを示す図である。

【図６】ルータの実装を示す図である。

【図７】インバウンドモジュールの実装を示す図であ
る。

【図８】アウトバウンドモジュールの実装を示す図であ
る。

【図９】固定区画バッファに関するセル放棄アルゴリズ
ムを示す図である。

【図１０】動的にバッファされた待ち行列に関するセル
放棄アルゴリズムを示す図である。

【図１１】衛星を介してデータを、選択されたダウンリ
ンクホップ位置にルーティングする方法を示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ハーヴェイ・エル・バーガーアメリカ合衆国カリフォルニア州90278, リダンド・ビーチ，グリーン・レイン 1404 (72)発明者デニス・エイ・ニヴェンズアメリカ合衆国カリフォルニア州90254, ハーモサ・ビーチ，モンタリー 321 (72)発明者ガーリック・ジェイ・ハーモンアメリカ合衆国カリフォルニア州90278, リダンド・ビーチ，ロビンソン・ストリート 2229ビー (72)発明者フレッド・シー・トラムアメリカ合衆国カリフォルニア州90275, ランチョ・パロス・ヴァーデス，ゴールデン・アロウ・ドライブ 4927 (72)発明者ロバート・ダブリュー・ホワイトアメリカ合衆国カリフォルニア州90293, プラヤ・デル・レイ，ウエスト・エイティサード・ストリート 7619 Ｆターム(参考） 5K030 HA08 JL02 KA02 LB05 5K072 AA04 AA18 BB02 BB23 CC03 CC16 DD07 EE04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通信衛星であって、アップリンクデータをメモリへルーティングする自己ア
ドレス指示パケットスイッチであって、該アップリンク
データは第１のダウンリンクビームホップ位置および第
２のダウンリンクビームホップ位置のうち少なくとも１
つを宛先とする自己アドレス指定パケットスイッチと、ホップ選択信号に応答して、一部は前記アップリンクデ
ータから導出された波形を、複数のビームアレイアンテ
ナのうち選択された放射要素へ向けるスイッチとを備
え、前記複数のビームアレイアンテナは前記波形を、第１の
ダウンリンクビームホップ位置および第２のダウンリン
クビームホップ位置のうち少なくとも１つに向ける、通
信衛星。
【請求項２】前記メモリは、前記第１のダウンリンク
ビームホップ位置および第２のダウンリンクビームホッ
プ位置に割り当てられたキューを含む請求項１に記載の
通信衛星。
【請求項３】前記メモリは、ビームホップ位置および
優先順位によって区別されるキューを含む請求項１に記
載の通信衛星。
【請求項４】前記メモリは、符号レートによってさら
に区別されるキューを含む請求項３に記載の通信衛星。
【請求項５】前記キューは複数の優先順位、複数の符
号レート、および複数のホップ位置によって区別される
請求項４に記載の通信衛星。
【請求項６】前記複数のビームアレイアンテナは、各
々が異なるダウンリンクビームホップ位置に割り当てら
れている複数の放射要素を備える請求項１に記載の通信
衛星。
【請求項７】前記複数のビームアレイアンテナは、少
なくとも、第１のダウンリンクビームホップ位置に関す
る第１の放射要素、および第２のダウンリンクビームホ
ップ位置に関する第２の放射要素を備え、該第１の放射
要素および第２の放射要素は、少なくとも１つのリフレ
クタに供給する請求項１に記載の通信衛星。
【請求項８】前記第１の放射要素および第２の放射要
素は、フィードホーンである請求項７に記載の通信衛
星。
【請求項９】通信衛星用のデータルーティングサブシ
ステムであって、復調されたアップリンクデータを受け入れるインバウン
ドモジュールであって、前記アップリンクデータに関し
てダウンリンクビームホップ位置を指定するキュータグ
を格納するルーティング表を含むインバウンドモジュー
ルと、該インバウンドモジュールに結合された入力ポートを有
するスイッチと、該スイッチの出力ポートに結合されたアウトバウンドモ
ジュールであって、前記ダウンリンクビームホップ位置
にしたがって前記アップリンクデータを格納するメモリ
を含むアウトバウンドモジュールと、該アウトバウンドモジュールに結合された複数のビーム
アレイアンテナであって、第１のダウンリンクビームホ
ップ位置に割り当てられた第１のフィードエレメントお
よび、第２のダウンリンクビームホップ位置に割り当て
られた第２のフィードエレメントとを含む複数のビーム
アレイアンテナと、を備えるデータルーティングサブシ
ステム。
【請求項１０】前記第１のフィード要素および第２の
フィードエレメントはフィードホーンである請求項９に
記載のデータルーティングサブシステム。
【請求項１１】前記キュータグはさらに、前記アップ
リンクデータに関して符号レートを指定する請求項９に
記載のデータルーティングサブシステム。
【請求項１２】前記キュータグはさらに、前記アップ
リンクデータに関して優先順位を指定する請求項１１に
記載のデータルーティングサブシステム。
【請求項１３】前記ルーティング表はさらに、少なく
とも１つのスイッチ出力ポートを示すルーティングタグ
を格納する請求項９に記載のデータルーティングサブシ
ステム。
【請求項１４】前記ルーティング表は前記アップリン
クデータ内に含まれるアドレスでアドレス指定される請
求項９に記載のデータルーティングサブシステム。
【請求項１５】前記アドレスは、ＡＴＭセルの中のＶ
ＰＩフィールドおよびＶＣＩフィールドのうち少なくと
も１つである請求項１４に記載のデータルーティングサ
ブシステム。
【請求項１６】前記ルーティングはさらに、前記アッ
プリンクデータに関する置換アドレスを格納する請求項
１５に記載のデータルーティングサブシステム。
【請求項１７】通信衛星を介してデータを通信する方
法であって、アップリンクデータ内に含まれるアドレスを使用してホ
ップ位置を示すメモリキューを検索するステップと、該メモリキュー内に前記アップリンクデータを格納する
ステップと、該アップリンクデータを検索し、送信されるべき波形を
準備するステップと、前記ホップ位置にしたがって前記波形に関するフィード
パスを選択するステップと、複数のビームアレイアンテナを使用して前記波形を送信
するステップと、を含む方法。
【請求項１８】前記検索するステップは、前記アップ
リンクデータに関してキュータグを検索するステップを
含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】前記検索するステップは、前記アップ
リンクデータに関して優先順位を指定するキュータグを
検索するステップをさらに含む請求項１８に記載の方
法。
【請求項２０】前記検索のステップは、前記アップリ
ンクデータに関して符号レートを指定するキュータグを
検索するステップをさらに含む請求項１９に記載の方
法。
【請求項２１】前記アップリンクデータに関してルー
ティングタグを検索するステップと、該ルーティングタ
グを使用して前記アップリンクデータを前記メモリへ切
り換えるステップをさらに含む請求項１７に記載の方
法。
【請求項２２】前記フィードパスを選択するステップ
はフェライトスイッチを切り換えるステップを含む請求
項１７に記載の方法。