JP2002500854A - セクタ準拠配信システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 通信システム１０は地上局３０および基地局４０と通信する複数の衛星２０を有する。衛星２０は、地球５２を周回する非静止軌道内にある。第１地上局３０がデータ・パケットを衛星２０に送信する。このデータ・パケットは、目的の地上局３１が位置する地球５２上の地域を表すセクタ番号を含む。衛星２０がセクタ番号により識別される地域にサービスを提供していない場合は、衛星２０は、データ・パケットを別の衛星２０に送信する。この段階は、セクタ番号により識別される地域にサービスを提供している可能性が最も高い、最も可能性のある衛星２０にデータ・パケットが到達するまで繰り返される。最も可能性のある衛星２０がセクタ番号により識別される地域に依然としてサービスを提供している場合は、その衛星がデータ・パケットを目的地上局３１に送信する。

Description

【発明の詳細な説明】 セクタ準拠配信システムおよび方法 発明の分野 本発明は衛星通信に関し、詳しくは、非静止衛星システムを介して地上局にデ ータを配信するためのシステムおよび方法に関する。 発明の背景 衛星通信システムは、可動地上局（たとえば車両，航空機または船舶内）また は不動地上局との無線周波数通信リンクを介してユーザとデータの送受信を行う 。このようなデータには、音声，ページング情報，オーディオ・ビジュアル情報 ，ファクシミリ・データおよびその他の種類のデータまたは情報が含まれる。 低地球軌道，中地球軌道またはそれらの組み合わせを含む非静止軌道における 衛星の軌道上の移動に伴い、ある地上局から他の地上局へ通信されるデータは、 衛星配座を通る異なる経路を取らねばならない。このような転送または通信によ って、アドレス指定や配信における問題が本質的に発生する。既存の従来の方法 では、発信側の地上局が地 球に対する衛星配座の移動を認知（または学習）するか、衛星配座内の各衛星が 配座の動きを可変配信経路に変換して地上局に関連する固定的な地球アドレスに 到達することが求められる。 ある地上局から他の地上局へと衛星配座を横断してデータまたは音声パケット をアドレス指定および配信するための第１の既存の従来方法は、発信側の地上局 が目的の地上局への適切な経路を理解しており、衛星配座に伝えることを必要と するものである。これを行うために、発信側地上局は、どの衛星が目的の地上局 にサービスを提供しているかを常に知っていなければならない。これには、発信 側地上局が配座内の全衛星の正確な位置を計算し、目的の地上局が配座内の各衛 星にサービスの提供を受ける正確な時刻を予測するために膨大な量の処理能力が 必要になる。さらに、目的の地上局への経路が変わる（非静止システム内で起こ るように）たびに、その情報を発信側地上局に通信するために、大量の帯域幅が 必要とされる。 非静止配座を横断してパケットをアドレス指定および配信するための第２の既 存の従来法は、配座内の各衛星が各目的地上局を追跡して、その目的地をアドレ スおよび配信情報に変換することができることを求めるものである。このアドレ ス指定および配信情報は、非静止配座が地球を周回すると変化する。この第２の 従来法は、各衛星において膨大な処理能力と記憶装置とを必要とする。処理能力 とメ モリの増大は、各衛星の重量および電力要件の増大に直接的に比例する。 従って、非静止配座の動きを理解し、目的地上局の各々に関して広範な情報を 維持するという地上局の負担を軽減するアドレス指定および配信法を得るための システムおよび方法が実質的に必要とされる。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の好適な実施例による衛星通信システムを示す。 第２図は、地球を基準にするセクタと衛星の信号受信可能地域との関係の一例 を示す。 第３図は、本発明の好適な実施例により非静止衛星システムを介して地上局間 でデータを配信するための方法を示す。 図面の詳細説明 本発明は、低地球衛星配座または中地球衛星配座またはその組み合わせを含む 非静止衛星配座システムを通じてデータまたは情報のパケットをアドレス指定お よび配信するという問題を解決する。本発明は、地球をセクタ群に分割し、これ らのセクタに可動および不動の基地局および地上局を割り当て、非静止衛星シス テムが地球をカバーする方 法に基づき衛星配座を通じてパケット・データを配信するという概念を利用する 。 本明細書全体を通じて用いられる「衛星」とは、非静止高度（たとえば低地球 高度または中地球高度）において地球を周回する人工的な物体または宇宙船を意 味する。「配座」とは、地球の一部、複数部分または全体の指定されたカバレー ジを提供する（たとえば無線通信，遠隔検知など）軌道上に配列される複数の衛 星を指す。通常、１つの配座には複数の衛星円（または面）が含まれ、各面には 同数の衛星が存在するが、これは本質的なことではない。 第１図は、本発明の好適な実施例による衛星通信システムを示す。第１図は、 通信システム１０の高度に簡略化された図を示すが、システム１０は、複数の衛 星２０，任意の数の地上局３０，３１および任意の数の基地局４０を備える。一 般に、衛星２０，地上局３０，３１および基地局４０を含む通信システム１０は 、ノード網として見ることができる。通信システム１０のすべてのノードは、通 信リンクを通じて通信システム１０の他のノードとデータ通信を行うか、あるい は行うことができる。さらに、通信システム１０の全ノードは、公衆電話交換網 （PTSN：public switched telephone network）および／または従来の陸上基地 局を通じてPSTNに結合される従来の陸上通信装置を介して、世界中に広がる他の 電話装置とデータ通信を行うか、あるいは行うことができる。 本発明の好適な実施例は、地球上の特定の地域を地球上の指定セルに割り当て る宇宙に基地を置く通信システム(宇宙準拠通信システム)、また好ましくは地表 全体にセルを移動させるシステムに適応することができる。本発明は、低地球軌 道または中地球軌道上に少なくとも１つの衛星２０を有する宇宙準拠通信システ ム１０に適応することができるが、衛星２０は好ましくは、地球を周回する低地 球軌道内の複数の衛星の一部である。しかし、好適な実施例においては、衛星２ ０は中地球軌道衛星とすることもできる。衛星２０は、同一の衛星網内にあって も、あるいは、たとえばIRIDIUMおよび／またはGLOBALSTAR網などを含む異なる 衛星網内にあってもよい。衛星が異なる衛星網内にある場合は、１つの衛星網を 一次衛星網とし、他方を二次衛星網として指定することができる。 衛星２０は、地球を周回する衛星の少なくとも１つの配座内にある数多くの衛 星の１つとすることができる。本発明は、極地軌道パターン，赤道軌道パターン ，傾斜軌道パターンまたはその他の軌道パターンを含む任意の傾斜角で地球を周 回する衛星２０を有する宇宙準拠通信システム１０にも適応することができる。 本発明は、地球全体をカバーすることができない（すなわち配座により提供され る通信カバレージに「穴」がある）システム１０にも、地球の部分の複数カバレ ージが存在する（すなわち地表のある点から２つ以上の衛星が視野に入る）シス テム１０にも適応 することができる。 各衛星２０は、本発明の好適な実施例においてはクロスリンクを通じて他の隣 接衛星２０と通信を行う。これらのクロスリンクが、宇宙準拠衛星通信システム １０の基幹をなす。このため、地表または地表付近のある点に位置する１つの地 上局からの呼または通信は、衛星または衛星配座を通じて地表の実質的に任意の 他の点の範囲内に配信される。通信は、他の衛星２０から地表上または地表付近 の地上局（呼を受信する）に配信される。衛星２０は地上局３０および基地局４ ０と物理的に通信を行う方法は当業者には周知である。 地上局３０，３１は、地表または地球上方の大気圏内の任意の場所に位置する ことができる。通信システム１０は、任意の数の地上局３０，３１に対応するこ とができる。地上局３０，３１は、好ましくはデータを送受信することができる 通信装置である。データは、たとえば英数字または数値などを含む任意の種類と することができる。例として、地上局３０，３１は、衛星２０からビデオ送信を 送受信するよう適応される顧客の敷地内に設置される装置とすることができる。 さらに、地上局３０，３１は可動局または移動局である必要はなく、長期にわた り１つの地点に固定することができる。 地上局３０，３１が衛星２０とデータを物理的に送受信する方法は、当業者に は周知である。本発明の好適な実施 例においては、地上局３０，３１は、多数のチャネルに分割される電磁スペクト ルの限られた部分を用いて、衛星２０と通信する。チャネルは、好ましくは、Ｌ バンド，Ｋバンドおよび／またはＳバンド周波数チャネルであるが、周波数分割 多重接続（FDMA：Frequency Division Multiple Access）および／または時分割 多重接続（TDMA：Time Divisoin Multiple Access）および／または符号分割多 重接続（CDMA：Code Division Multiple Access）通信またはこれらの他の組み 合わせを包含することもある。当業者には周知の如く他の方法を用いることもで きる。 基地局４０は衛星２０と通信し、それを制御する。地球上の異なる地域に複数 の基地局４０が存在する。たとえば、ホノルルに１つの基地局４０,ロサンゼル スに他の基地局、さらにワシントンD.C.に１つの基地局を置くことができる。別 の例では、地球上の各国に位置する別々の基地局を有する。基地局４０は、衛星 ２０に衛星制御コマンドを提供し、衛星２０が正しい軌道位置を維持して、他の 基本的なハウスキーピング・タスクを実行することができるようにする。基地局 ４０は、さらに、呼出パケット・データ，ページング・データまたは他の種類の 情報を衛星２０からの受信する責を負う。基地局４０が衛星２０および／または 地上局３０と物理的に通信する方法は、当業者には周知である。基地局４０はさ らにPSTNに接続することもできる。 基地局４０は衛星通信システム１０内で一定の基本的サ ービスを提供する。基地局４０は、基地局が「ホーム」である加入者のためのシ ステムへのアクセスを制御する。ホームとは、たとえば加入者の識別子を認証す るための情報や、どのようなサービスが加入者に利用可能であるかを含む、加入 者に関する情報が格納される。基地局４０はシステム加入者に対して、PSTNへの アクセスも可能にし、またPSTNの顧客に対して衛星網を通じてシステム加入者へ のアクセスを可能にする。 第２図は、地球のセクタと衛星の信号受信可能地域との関係の一例を示す。第 ２図に示されるように、各セクタ５０は正方形で表されるが、他の図形および寸 法も同様に用いることができる。第２図は、３行４列の行列内に１２個のセクタ を示す。好適な実施例においては、地球５２が１０００個未満のセクタに分割さ れる。セクタ５０は、地球上の地域として定義され、地球上の１つの衛星アンテ ナ・パターン５４の投影図より小さいか、それと等しい。アンテナ・パターン５ ４は第２図では円として図示されるが、アンテナ・パターン５４はたとえば楕円 などを含む他の形状および寸法とすることができることは当業者には周知である 。セクタ５０は、１つの衛星により完全にあるいはほとんどカバーできる程度に 小さくなければならない。基地局４０は、地球を、各々が他の地域と区別される 複数の地域に分割し、独自のセクタ番号を各地域に割り当てる責を負う。 全地上局が１つのセクタ５０に割り当てられる。地上局には、当業者には周知 の種々の手段を用いることにより設置時にセクタ５０の１つが割り当てられる。 周知の手段には、地球上で地上局が位置しようとする緯度および経度を参照し、 地上端末のセクタ番号を特定の緯度および経度に対応するセクタに設定すること が含まれる。地上局が位置する特定の緯度および経度は、たとえばグローバル・ ポジショニング・システム（GPS）から得ることができる。GPSは、当業者には周 知である。 第３図は、本発明の好適な実施例により非静止衛星システムを通じて地上局間 でデータを配信する方法を示す。方法１００は、２つの地上局間でデータ・パケ ットを配信する場合について論じられるが、本方法は地上局と基地局との間ある いは２つの基地局間でデータ・パケットまたはパケット群を配信する際にも等し く適応することができる。 まず方法１００の概略を簡単に説明して、次に方法１００の各段階を詳細に説 明する。簡単に言うと、各地上局は、個別の地上局識別子とその地上局が位置す るセクタとを指定することによりアドレス指定される。非静止配座内の各衛星は 、特定の時期にどの衛星がどのセクタにサービスを提供することができるかを追 跡する。本方法は、「最も可能性のある」サービス提供衛星を決定し、それによ ってそのセクタ内の全地上局に関する全データ・パケットをそれに送る。最も可 能性のあるサービス提供衛星は、目的地上局 にサービスを提供しているか否かを判断する。最も可能性のあるサービス提供衛 星が目的地上局にサービスを提供していない場合は、そのパケットを近隣衛星の 各々に同時通信する。これらの衛星の各々は、目的地上局にサービスを提供する ことを試みる。セクタの寸法は地球上の１つの衛星ビーム・パターンの投影図よ りも小さいかそれと等しいので、最も可能性のあるサービス提供衛星の近隣衛星 の１つが目的地上局にサービスを提供するものとなる可能性は高い。 第３図に示されるように、方法１００は段階１０２で始まる。ここで発信側地 上局(OGS：originating ground station)がOGSが位置するセクタにサービスを提 供する衛星にパケットを送信する。１つのパケットが引用されるが、代替の実施 例においては、複数のパケットを送信することもできる。しかし、方法１００を 論ずるために、１つのパケットを引用する。パケットは、目的地上局（DGS：des tination ground station）が位置するセクタと、DGSのセクタの独自のIDとによ って構成されるアドレスを指定することによりサービス提供衛星にアドレス指定 される。セクタ独自のIDはそのDGSを他のDGSから識別する。 パケットが段階１０２で送信されると、OGSにサービスを提供する衛星が、OGS により送付されたパケットのアドレスをチェックして、段階１０４において、こ れが目的セクタにサービスを提供する可能性が最も高い衛星であるか 否かを判断する。この判断は、パケットのアドレスにおいて送付されるDGSのセ クタと、現在どのセクタが衛星によりサービスを受けているかを記載する衛星内 に格納されるセクタのテーブルとを照合する程度の簡単なものでよい。この判定 を行うには当業者には周知の別の方法もある。 段階１０４において、その衛星がDGSにサービスを提供する最も可能性のある 衛星ではないと判断すると、衛星は段階１０６において、どの衛星がそのセクタ にサービスを提供する可能性が最も高い衛星であるかを決定する。どの衛星が最 も可能性のあるサービス提供衛星であるかという判断は、DGSのセクタ（パケッ トのアドレスに含まれる）と各セクタを特定の衛星に関連づける表との比較に基 づいて行うことができる。現衛星が最も可能性のある衛星と直接的に通信してい る場合、現衛星は段階１０７においてパケットを最も可能性のある衛星に送信す る。しかし、現衛星が最も可能性のある衛星と直接通信していない場合は、現衛 星はどの介在衛星がパケットを受信すべきかを決定しなければならない。「次衛 星」とは、パケットを受信すべき介在衛星を指す。どの介在衛星がパケットを受 信すべきかが決定されると、現衛星は段階１０７において次衛星にパケットを送 信する。 段階１０７の後で、次衛星または最も可能性のある衛星が段階１０４を実行し て、それがDGSのセクタにサービスを提供する最も可能性のある衛星であるか否 かを判断する。 第３図からわかるように、ある衛星が、それがDGSの目的セクタにサービスを提 供する最も可能性のある衛星であると判断するまで、段階１０４，１０６が繰り 返される。パケットは多くの他の介在衛星を通過することができるが、各々が目 的セクタにサービスを提供すべき最も可能性のある衛星であるか否かを調べる。 最も可能性のある衛星に到達するまで各々の衛星がパケットを転送する。 段階１０４の判定により最も可能性のある衛星に到達すると、最も可能性のあ る衛星が段階１０８において、それがまだ実際にDGSにサービスを提供している か否かを判断する。段階１０８により実行されるこの判断が必要であるのは、衛 星は地球を周回して常に軌道上を移動しており、パケットが最も可能性のある衛 星に到達するまでにDGSとの通信をやめていることもあるからである。 最も可能性のある衛星が段階１０８において、まだDGSにサービスを提供して いると判断すると、最も可能性のある衛星は段階１１０においてパケットをDGS に送信する。最も可能性のある衛星による送信は、DGSが同調されるビームおよ び周波数上で行われる。段階１０８の判定により、最も可能性のある衛星がDGS にサービスを提供していないと、最も可能性のある衛星は段階１１２においてす べての近隣衛星にパケットを送信する。近隣衛星とは、その衛星が直接接続（ク ロスリンクを介して）を有するものである。近隣衛星の１つがDGSが位置するセ クタにサービスを提供 している可能性は高い。段階１１４において、近隣衛星の１つがDGSが位置する セクタにサービスを提供していると判定されると、パケットは段階１１０におい て他の衛星によりDGSに送信される。段階１１０の後で、方法１００は終了する 。そうでない場合、パケットは段階１１６で放棄され、方法１００が終了する。 方法１００により、パケットの配信中に最も可能性のある衛星が変わっても、パ ケットがその目的地を見出して、DGSに到達することができる。 本発明には、諸経費の削減，地上局における処理要件の削減および衛星配座内 の各非静止衛星における処理要件の削減など、多くの重要な利点がある。本発明 の他の利点には、より安価で高速の地上局，より小型で軽量の衛星およびシステ ムのスペクトル資源のより効率的な運用があげられる。 本発明の別の利点は、地上局が固定された、地球準拠のセクタ・アドレス指定 法を用いて任意の地上局の位置を特定し発見することができるようにすることで 、地上局の複雑性を軽減することである。衛星が地球を周回するという事実は地 上局には明白である。このため、地上局は、目的地上局にパケットを送るために 衛星天体データを保持する必要がない。これにより、地上局内の帯域幅(常に衛 星天体データを受信する)，処理能力（将来的な衛星天体歴を予測する）および 格納装置（予測した衛星天体歴を格納する）が大幅に軽減される。 本発明のさらに別の利点は、衛星上の配信が、他の固定地球アドレス指定法と 比べて簡略化されることである。アドレスにはDGSの目的セクタが含まれるので 、衛星は１０００個未満のセクタのテーブルを（数百万もの地上局を含む可能性 のあるテーブルに対して）迅速に参照して、パケットがこの衛星に宛てられるも のであるか否かを判断する。バケットがその衛星によりサービスを受けるセクタ に宛てられる場合にのみ、衛星はアドレス全体を調べればよい。このアドレスの セクタ化により、格納要件と、必要な処理能力と、衛星上の配信遅延が削減され る。 目的地上局のアドレスを発信側地上局に知らせておくための帯域幅量が削減さ れることが本発明の別の利点である。比較すると、従来の配信法では、発信側地 上局が、目的地上局にサービスを提供する衛星を認知していることが求められた 。このような方法では、地上局の通信リンクがある衛星から次の衛星に移される たびに、信号化を用いて発信側地上局にハンドオフが行われたことを知らせなけ ればならなかった。本発明は、発信側地上局が目的衛星を知る必要をなくして、 この帯域幅をトラフィック用に確保することができる。 従って、添付の請求項は本発明の精神および範囲内の本発明のすべての変更を 包含するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．各々が地球を周回する非静止軌道を有する複数の衛星； 前記衛星のうち少なくとも１つの衛星に結合される基地局であって、前記基地 局が地球を複数の領域に分割し、独自のセクタ番号を前記領域の各々に割り当て る基地局；および 少なくとも２つの地上局であって、第１地上局は前記少なくとも１つの衛星を 通じて第２地上局と通信を行うことができ、前記第２地上局はセクタ番号により 識別される地域内に位置する地上局； によって構成され、前記第１地上局がセクタ番号を含むデータ・パケットを前 記衛星の１つに送信し、前記１つの衛星が前記セクタ番号により識別される前記 地域にサービスを提供している場合は、前記１つの衛星が前記データ・パケット を前記第２地上局に送信することを特徴とするシステム。 ２．セクタに基づき配信する方法であって： ａ）データ・パケットを衛星に送信する段階；および ｂ）前記衛星が前記データ・パケット内に含まれるセクタ番号により識別され る地球上の地域にサービスを提供している場合に、前記衛星が前記データ・パケ ットを送信する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ３．段階（ｂ）が、前記衛星が前記セクタ番号により識別される前記地域にサ ービスを提供している場合に、前記衛星が前記データ・パケットを地上局に送信 する段階によって構成されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．段階（ｂ）が、前記衛星が前記セクタ番号により識別される前記地域にサ ービスを提供している場合に、前記衛星が前記データ・パケットを基地局に送信 する段階によって構成されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ５．段階（ｂ）が、前記衛星が前記セクタ番号により識別される前記地域にサ ービスを提供していない場合に、前記衛星が前記データ・パケットを別の衛星に 送信する段階によって構成されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ６．段階（ｂ）が： （ｂ１）前記衛星が前記セクタ番号により識別される前記地域にサービスを提 供していない場合に、前記衛星が前記データ・パケットを別の衛星に送信する段 階；および （ｂ２）前記データ・パケットが、前記セクタ番号により識別される前記地域 にサービスを提供する可能性が最も高い、最も可能性のある衛星に到達するまで 、段階（ｂ１）を繰り返す段階； によって構成されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ７．前記最も可能性のある衛星が前記セクタ番号により 識別される前記地域にサービスを提供していない場合に、前記最も可能性のある 衛星が前記データ・パケットをすべての近隣衛星に送信する段階； 前記近隣衛星の１つが前記セクタ番号により識別される前記地域にサービスを 提供している場合に、前記近隣衛星の１つが前記データ・パケットを送信する段 階；および 前記近隣衛星の他の各々が前記セクタ番号により識別される前記地域にサービ スを提供していないと判断すると、前記データ・パケットを放棄する段階； によってさらに構成されることを特徴とする請求項６記載の方法。 ８．セクタに基づき配信する方法であって： ａ）第１地上局がセクタ番号を含むデータ・パケットを衛星に送信する段階； ｂ）前記衛星が前記セクタ番号により識別される地域にサービスを提供してい ない場合に、前記衛星が前記データ・パケットを別の衛星に送信する段階； ｃ）前記データ・パケットが、前記セクタ番号により識別される前記地域にサ ービスを提供する可能性が最も高い、最も可能性のある衛星に到達するまで、段 階（ｂ）を繰り返す段階；および ｄ）前記最も可能性のある衛星が前記セクタ番号により識別される前記地域に 依然としてサービスを提供している場合に、前記最も可能性のある衛星が前記デ ータ・パケッ トを指定される地上局に送信する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ９．ｅ）前記最も可能性のある衛星が前記セクタ番号により識別される前記地 域にサービスを提供していない場合に、前記最も可能性のある衛星が前記データ ・パケットをすべての近隣衛星に送信する段階； ｆ）前記近隣衛星の１つが前記セクタ番号により識別される前記地域にサービ スを提供している場合に、前記近隣衛星の１つが前記データ・パケットを送信す る段階；および ｇ）前記近隣衛星の他の各々が前記セクタ番号により識別される前記地域にサ ービスを提供していないと判断すると、前記データ・パケットを放棄する段階； によってさらに構成されることを特徴とする請求項８記載の方法。 １０．セクタに基づき配信する方法であって： ａ）第１地上局がセクタ番号を含むデータ・パケットを衛星に送信する段階； ｂ）前記衛星が前記セクタ番号により識別される地域にサービスを提供してい ない場合に、前記衛星が前記データ・パケットを別の衛星に送信する段階； ｃ）前記データ・パケットが、前記セクタ番号により識別される前記地域にサ ービスを提供する可能性が最も高い、最も可能性のある衛星に到達するまで、段 階（ｂ）を繰り 返す段階；および ｄ）前記最も可能性のある衛星が前記セクタ番号により識別される前記地域に 依然としてサービスを提供している場合に、前記最も可能性のある衛星が前記デ ータ・パケットを指定される基地局に送信する段階； によって構成されることを特徴とする方法。