JP2002185379A - 衛星通信ネットワークシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広範囲の通信には、１つの衛星のサービスエ
リアを拡大するために地球からより遠い距離の軌道を周
回させ、ビーム幅を広くする必要がある。衛星からの信
号は微弱となり、地上局は高利得のアンテナを必要とす
る。衛星に対しては大電力で送信する必要があり、地上
局の規模は移動通信の小型化に逆らうという問題があっ
た。 【解決手段】 複数の低軌道衛星と、各低軌道衛星のサ
ービスエリア内に位置し低軌道衛星と通信する機能を持
つ複数の地上端末と、低軌道衛星と相互に通信する機能
を持つ複数の高軌道衛星と、隣接する異なるサービスエ
リア内の地上端末間の通信を低軌道衛星および高軌道衛
星を介して行うために高軌道衛星と通信する機能を持つ
複数の地上基地局とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、低軌道衛星と高
軌道衛星を用いて、広範囲のサービスエリアをカバーで
きる衛星通信ネットワークシステムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、主に用いられている衛星通信シス
テムは、１つの衛星がカバーするサービスエリア内に複
数の地上局（地上端末）が配置され、同一サービスエリ
ア内に位置する地上局間の通信を、衛星を介して実現す
るものであった。図３は従来の衛星通信ネットワークシ
ステムを示す構成図である。図において、１２乃至１７
は、地球１から離れた所定の軌道１０に沿って地球の周
りを周回し、地上からの信号を中継する衛星である。２
乃至７は、各衛星１２，１３，１４，１５，１６，１７
がカバーする地上との通信可能な範囲を示すサービスエ
リアである。３１，３２は衛星１２のサービスエリア２
内に位置する地上局であり、また３３，３４は衛星１３
のサービスエリア３内に位置する地上局である。また、
３５は衛星１２と衛星１３の両方にアクセスが可能な地
上局である。

【０００３】地上局３１と地上局３２との間の通信は衛
星１２を経由することで成立する。衛星１２のサービス
エリア２内の地上局３１が、衛星１３のサービスエリア
３内に位置する地上局３４と通信を行う場合には、衛星
１２および衛星１３のサービスエリア２，３が重なった
エリアに位置する地上局３５を経由して通信を行うこと
になる。

【０００４】また、複数の衛星を用いた衛星通信ネット
ワークシステムにおける従来の別の構成として、特開平
６−１０４９２５号に記載がある。このシステムでは、
ネットワークを構成するそれぞれの衛星が交換機能を持
ち、ネットワークシステム上で１つのスイッチングノー
ドとして機能するものである。この場合、或るノードが
送信元地上端末から発せられたデータパケットを受信す
ると、データパケットに含まれるルーティングコードを
調べ、そのノードが受信パケットに対するターミナルノ
ードであるかどうかを判定するようにしている。もし、
ターミナルノードとして判定された場合は、該当するサ
ービスエリアの地上局に対してデータパケットを送出す
る。また、そのノードがターミナルノードでない場合
は、ルーティングテーブルから検索される送出すべき近
隣ノードに対してデータパケットを送出する。そのデー
タパケットを受信したノードがターミナルノードに該当
するまで、データパケットの転送が続けられるようにし
たものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の衛星通信ネット
ワークシステムは、以上のように構成されているので、
基本的には同一の衛星を使って同一サービスエリア内で
の通信を実現するものである。したがって、広範囲の通
信を行うためには、１つの衛星がカバーできるサービス
エリアの拡大が必要となる。サービスエリアを拡大する
ためには、衛星は地球からより遠い距離にある軌道を周
回し、ビームの幅をより広くすることが必要となる。こ
のような環境の衛星から送られて来る信号は、微弱とな
るので、各地上局は高利得のアンテナで受信しなければ
ならないという問題がある。また、衛星に対しては大電
力で信号を送信する必要がある。このような衛星通信ネ
ットワークシステムは、地上局が大規模となるため、小
型化が要求される移動通信への適用を困難にするという
問題があった。

【０００６】このシステムに対して、さらに別の従来の
衛星通信ネットワークシステムが提案されているが、そ
れは、狭いサービスエリアをカバーする多くの低軌道衛
星により構成されているので、地上局の小型化は可能に
するものである。ところが、スイッチングノードをもっ
た衛星が複雑な構成となり、そのことで通信の信頼性が
低下する恐れがあった。また、通信相手先によっては多
くのノードを経由することとなり、処理遅延が大きくな
るという課題があった。

【０００７】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、小型の地上端末を用いて広範囲
なエリアにわたる通信を可能とし、さらに単純な機能の
衛星を用いて通信ネットワークを構築する衛星通信ネッ
トワークシステムを得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決しようとする手段】この発明に係る衛星通
信ネットワークシステムは、地球の表面に近い所定の低
軌道上に所定の間隔で配置されて周回し、それぞれが比
較的狭い範囲のサービスエリアを有する複数の低軌道衛
星と、各低軌道衛星のサービスエリア内に位置し、対応
する低軌道衛星と通信する機能を持つ複数の地上端末
と、低軌道よりも地球から離れた所定の高軌道上に所定
の間隔で配置されて周回し、広い範囲のサービスエリア
を有し、通信可能領域に位置する低軌道衛星の任意のも
のと相互に通信する機能を持つ複数の高軌道衛星と、隣
接する異なるサービスエリア内にそれぞれ在る地上端末
間の通信を、サービスエリアに対応するそれぞれの低軌
道衛星および低軌道衛星に共通して対応する高軌道衛星
を介して行うために高軌道衛星と通信する機能を持つ複
数の地上基地局とを備えたものである。

【０００９】この発明に係る衛星通信ネットワークシス
テムは、互いが離れて位置する異なるサービスエリア内
にそれぞれ在る地上端末間の通信を、サービスエリアの
それぞれに対応するそれぞれの低軌道衛星とこれらの低
軌道衛星にそれぞれが対応する位置にある複数の高軌道
衛星を介して行うために複数の高軌道衛星が相互に通信
する機能を有するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１において、この発明の実施の形態１
に係る衛星通信ネットワークシステムの構成を示す。図
において、１は地球を示す。１０は地球の比較的表面近
くを周回する衛星の低軌道である。１２，１３，１４，
１５，１６，１７は低軌道１０上に所定の間隔で配置さ
れて周回する低軌道衛星である。２，３，４，５，６，
７は低軌道衛星１２，１３，１４，１５，１６，１７の
それぞれがカバーする地球１上のサービスエリアであ
る。３１，３２は低軌道衛星１２のサービスエリア２内
に位置する地上端末であり、３３，３４は低軌道衛星１
３のサービスエリア３内に位置する地上端末である。２
０は地球１から離れた低軌道１０よりも高い位置を周回
する衛星の高軌道である。２１，２２，２３は高軌道２
０上に所定の間隔で配置されて周回する高軌道衛星であ
る。３５は高軌道衛星２１と通信することが可能な地上
基地局である。

【００１１】次に動作について説明する。図１はある瞬
間の衛星の配置を示すものである。例えば、高軌道２０
を地球１の自転に対し静止軌道とした場合、高軌道衛星
２１と地上基地局３５の相対位置は変化せず、お互いに
安定した通信が可能となる。ここで、この衛星通信ネッ
トワークシステムにおいて、地上基地局３５の役割は、
低軌道衛星１２，１３および高軌道衛星２１を介して小
型の地上端末３１，３２，３３，３４と通信し、これら
地上端末３１，３２，３３，３４からの信号を地上通信
回線網に接続すること、あるいは逆に地上通信回線網か
らの信号を低軌道衛星１２，１３および高軌道衛星２１
を介して小型の地上端末３１，３２，３３，３４に送り
届けること、また低軌道衛星１２，１３の制御および管
理を行うことである。したがって、地上端末３１，３
２，３３，３４のそれぞれは通信ネットワーク上にある
自分以外の他の端末と通信するためには、必ず地上基地
局３５を経由しなければならない。

【００１２】低軌道衛星１２，１３は、短い時間で地球
１を周回しており、そのため高軌道衛星２１を経由して
地上基地局３５と通信できる時間は限られる。地上基地
局３５は、常に或る特定のチャネルを使ってモニタ信号
を送っている。各低軌道衛星１２，１３は、この信号レ
ベルをモニタすることにより、自分が高軌道衛星２１を
介して地上基地局３５と通信することが可能かどうかを
判断する。例えば、低軌道衛星１３は、高軌道衛星２１
からのモニタ信号が受信可能な状況となったところで、
地上基地局３５に対して高軌道衛星２１経由でリンク要
求信号を送出する。地上基地局３５は、低軌道衛星１３
からのリンク要求信号を受けると、低軌道衛星１３がサ
ービスエリア３に位置する地上端末３３，３４と通信す
るためのチャネル群を割当てる。

【００１３】次に、地上端末３４が地上基地局３５と通
信する手順について説明する。各低軌道衛星１２，１
３，は、地上基地局３５から送られてくる地上端末制御
信号を割当てられたチャネルでそれぞれのサービスエリ
ア２，３内の各地上端末（サービスエリア３では地上端
末３３，３４）に対して送信する。地上端末３４は、電
源投入と同時に低軌道１０を周回する複数の低軌道衛星
１２，１３，１４，１５，１６，１７から地上に対して
送信されてくる地上端末制御信号の中で最も強い信号チ
ャネルを第１アクセスチャネルとし、ユーザーからの発
呼を待つ。図１の場合、地上端末３４の第１アクセスチ
ャネルは低軌道衛星１３から送られてくる地上端末制御
信号チャネルとなる。

【００１４】ユーザーから発呼があると、地上端末３４
は第１アクセスチャネルを使って地上基地局３５に対す
る通信要求信号を低軌道衛星１３に向かって送信する。
低軌道衛星１３は地上端末３４からの通信要求信号を高
軌道衛星２１との通信チャネルを使って地上基地局３５
に送る。地上基地局３５は、地上端末３４からの通信要
求信号を受信すると、通信を行うための制御情報信号を
高軌道衛星２１とのアクセスチャネルを使って高軌道衛
星２１を経由して低軌道衛星１３に送出する。低軌道衛
星１３は地上基地局３５からの制御情報信号を第１アク
セスチャネルを使って地上端末３４に送出する。地上端
末３４はこの制御情報信号に従って地上基地局３５との
通信リンクを確立する。

【００１５】地上端末３４が、低軌道衛星１２のサービ
スエリア２に位置する地上端末３１と通信する場合に
は、上記手順により地上基地局３５に対して通信要求を
発行し、地上端末３１をまず呼び出すことになる。その
後、地上端末３４および地上端末３１には地上基地局３
５からそれぞれに対して通信チャネルが割当てられ、両
者の通信リンクは確立する。

【００１６】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、地球１の表面に比較的に近い低軌道１０を周回する
複数の低軌道衛星１２，１３，１４，１５，１６，１７
のそれぞれのサービスエリア２，３，４，５，６，７を
使い、かつ高軌道２０を周回する高軌道衛星２１，２
２，２３を介して各サービスエリア間を結ぶことにより
衛星通信ネットワークを構成したので、広範囲なエリア
における通信が可能となる効果が得られる。また、地上
端末３１，３２，３３，３４は、その時点で対応する低
軌道衛星１２，１３と通信すればよく、したがって送信
出力も小さくて済むのでアンテナや端末は小型にでき、
移動体衛星通信システムに適した構成とすることができ
る効果が得られる。さらに、低軌道衛星１２，１３，１
４，１５，１６，１７および高軌道衛星２１，２２，２
３は、地上基地局３５や地上端末３１，３２，３３，３
４からの信号を受信し周波数変換して送信する単純な機
能を実現すればよく、既存の通信衛星を使用してシステ
ムを構成することができるので、複雑な機能の衛星を使
用することに比べて通信の信頼性も高く、コスト的にも
有利となる効果が得られる。

【００１７】実施の形態２．図２は実施の形態２による
衛星通信システムの構成を示すものである。図におい
て、１は地球を示す。１０は地球の比較的表面近くを周
回する衛星の低軌道である。１２，１３，１４，１５，
１６，１７は低軌道１０上に所定の間隔で配置されて周
回する低軌道衛星である。２，３，４，５，６，７は低
軌道衛星１２，１３，１４，１５，１６，１７のそれぞ
れがカバーするサービスエリアである。３１，３２は低
軌道衛星１２のサービスエリア２内に位置する地上端末
であり、３３，３４は低軌道衛星１３のサービスエリア
３内に位置する地上端末である。２０は地球１から離れ
た低軌道１０よりも高い位置を周回する衛星の高軌道で
ある。２１，２２，２３は高軌道２０上に所定の間隔で
配置されて周回する高軌道衛星である。３５は高軌道衛
星２１と通信することが可能な地上基地局である。図２
の各構成要素は、図１のものと外観上および実施の形態
１において説明した機能は同じである。実施の形態１に
加え、隣り合う高軌道衛星２１，２２，２３間で通信が
可能となっている点が異なる部分である。

【００１８】実施の形態１に追加された動作について説
明する。地球１上を散在する地上端末は登録されると、
登録端末、各低軌道衛星が時間帯でカバーする地域、各
高軌道衛星と各低軌道衛星との位置関係等から対照表が
作られ、低軌道衛星１２，１３，１４，１５，１６，１
７および高軌道衛星２１，２２，２３に送付され格納さ
れる。図２に示す瞬間の各衛星の配置において、低軌道
衛星１２，１３，１４，１５，１６，１７のそれぞれが
カバーするサービスエリア２，３，４，５，６，７が決
まる。この状態において、低軌道衛星１２を例にとる
と、そのサービスエリア２における地上端末３１が他の
サービスエリア６内の相手先地上端末に向けて発呼した
場合、地上端末３１から送られるデータパケットは低軌
道衛星１２で受信され、そのアドレス情報と対照表とか
らデータパケットが低軌道衛星１６に送ればよいことを
割り出す。そして、データパケットは低軌道衛星１２か
ら高軌道衛星２１に送信され、これを受信した高軌道衛
星２１は、対照表に基づいて高軌道衛星２３、低軌道衛
星１６、サービスエリア６内の相手先地上端末との送付
ルートを割り出す。その結果、データパケットは高軌道
衛星２１から高軌道衛星２３、低軌道衛星１６を経由し
てサービスエリア６に在る相手先地上端末に送られるこ
とになる。

【００１９】以上のように、実施の形態２によれば、高
軌道衛星２１，２２，２３の間で通信を行えるようにし
たので、実施の形態１だけではカバーできないサービス
エリアに在る地上端末に対しても通信を可能とする効果
が得られる。なお、図２では、高軌道衛星を３個使用し
た例を示したが、この数より多い場合でも良い。その場
合、隣同士の通信だけでなく、１個おきの高軌道衛星間
で通信することも可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、地球
の表面に近い所定の低軌道上に所定の間隔で配置されて
周回し、それぞれが比較的狭い範囲のサービスエリアを
有する複数の低軌道衛星と、各低軌道衛星のサービスエ
リア内に位置し、対応する低軌道衛星と通信する機能を
持つ複数の地上端末と、低軌道よりも地球から離れた所
定の高軌道上に所定の間隔で配置されて周回し、広い範
囲のサービスエリアを有し、通信可能領域に位置する低
軌道衛星の任意のものと相互に通信する機能を持つ複数
の高軌道衛星と、隣接する異なるサービスエリア内にそ
れぞれ在る地上端末間の通信を、サービスエリアに対応
するそれぞれの低軌道衛星および低軌道衛星に共通して
対応する高軌道衛星を介して行うために高軌道衛星と通
信する機能を持つ複数の地上基地局とを備えるように構
成したので、広範囲なエリアにおける通信が可能とな
る。また、地上端末は低軌道衛星と通信するために送信
出力も小さくてすむのでアンテナや端末自身を小型にで
き、移動体衛星通信システムに適した構成とすることが
できる効果がある。さらに、低軌道衛星および高軌道衛
星は、地上基地局や地上端末からの信号を受信し周波数
変換して送信する単純な機能を実現すればよいので、既
存の通信衛星を使用して構成することができ、複雑な衛
星を使用することに比べて通信の信頼性も高く、コスト
的にも有利となる効果がある。

【００２１】この発明によれば、互いが離れて位置する
異なるサービスエリア内にそれぞれ在る地上端末間の通
信を、サービスエリアのそれぞれに対応するそれぞれの
低軌道衛星とこれらの低軌道衛星にそれぞれが対応する
位置にある複数の高軌道衛星を介して行うために複数の
高軌道衛星が相互に通信する機能を有するように構成し
たので、地球上に形成される多数のサービスエリアに在
る地上端末に対しても広範囲の通信を可能とする効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による衛星通信シス
テムを示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２による衛星通信シス
テムを示す構成図である。

【図３】 従来の衛星通信システムの構成図である。

【符号の説明】

１ 地球、２，３，４，５，６，７ 低軌道衛星のサー
ビスエリア、１０ 低軌道、１２，１３，１４，１５，
１６，１７ 低軌道衛星、２０ 高軌道、２１，２２，
２３ 高軌道衛星、３１，３２，３３，３４ 地上端
末、３５ 地上基地局。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地球の表面に近い所定の低軌道上に所定
   の間隔で配置されて周回し、それぞれが比較的狭い範囲
   のサービスエリアを有する複数の低軌道衛星と、 各前記低軌道衛星の前記サービスエリア内に位置し、対
   応する前記低軌道衛星と通信する機能を持つ複数の地上
   端末と、 前記低軌道よりも地球から離れた所定の高軌道上に所定
   の間隔で配置されて周回し、広い範囲のサービスエリア
   を有し、通信可能領域に位置する前記低軌道衛星の任意
   のものと相互に通信する機能を持つ複数の高軌道衛星
   と、 隣接する異なる前記サービスエリア内にそれぞれ在る地
   上端末間の通信を、前記サービスエリアに対応するそれ
   ぞれの前記低軌道衛星および前記低軌道衛星に共通して
   対応する前記高軌道衛星を介して行うために前記高軌道
   衛星と通信する機能を持つ複数の地上基地局とを備えた
   ことを特徴とする衛星通信ネットワークシステム。
2. 【請求項２】 互いが離れて位置する異なるサービスエ
   リア内にそれぞれ在る地上端末間の通信を、前記サービ
   スエリアのそれぞれに対応するそれぞれの低軌道衛星と
   これらの前記低軌道衛星にそれぞれが対応する位置にあ
   る複数の高軌道衛星を介して行うために前記複数の高軌
   道衛星が相互に通信する機能を有することを特徴とする
   請求項１記載の衛星通信ネットワークシステム。