JP2002501324A - 衛星通信システムにおけるビーム管理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 衛星（２０）のフットプリント（９０）内および２つ以上の衛星（２０）間におけるセル間ハンド・オフを簡略化する、衛星通信システム（１０）におけるビーム管理方法（第４図、４００）を開示する。本方法は、衛星の飛行方向（６０）に対応する方向に、フットプリント（９０）の全域に達する多数のビーム・ストライプ（第２図、１３０）を与える段階；ビーム・ストライプ（１３０）を１つ以上のビーム・グループ（第３図、１５０）に集合化する段階；およびハードウエア資源から成るハードウエア・グループ（３００）を選択的に関連付けビーム・グループ（１５０）をサポートする段階を含む。また、方法（４００）は、システム（１０）の衛星（２０）に対する地球（第１図、５０）の相対的運動の結果として生ずる望ましくないシステムの影響を判定し補償する段階（４５０〜４７０）も含むことができる。方法（４００）を実行するように設計し構成した衛星（第１０図および第１１図、２０）も開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の分野） 本発明は、一般的に、衛星通信システムおよびその動作方法の分野に関する。
更に特定すれば、本発明は、衛星通信システムにおけるビーム管理方法および装
置に関するものである。 （発明の背景） 近年、電気通信産業は、急速に拡大しつつあるグローバルな電気通信サービス
に対する需要に答えるために、最初の商用非静止軌道（ＮＧＳＯ：Nongeostatio
nary Orbit)衛星コンステレーションの開発および展開を体験した。かかる衛星 通信システムは、地上ネットワークを用いた場合に可能なものよりも遥かに低い
コストで、世界中および／または地域的カバレッジを与える潜在的可能性を有す
る。また、かかる衛星通信システムは、衛星間および衛星−地上間リンクを通じ
て事実上地球上のあらゆる地点に、更には地上ネットワークを展開することが経
済上実現不可能な離れた地域または点在する居住地域にも、経済的なサービスを
提供する潜在的可能性を有する。これまでに提案されている種々の衛星通信シス
テムの中には、世界規模のカバレッジを与えることを提案するものがあり、一方
他には地域的カバレッジ、即ち、特定の緯度帯域内のカバレッジを与えるものも
ある。これらの衛星通信システムの中で、極軌道および傾斜軌道双方によって設
計した衛星コンステレーションの使用が提案されている。

【０００１】 ＮＧＳＯ衛星通信システムまたはネットワークでは、衛星は比較的高速で地球
のような下に位置する天体の表面上を移動する。地球の表面上を掃引する際、Ｎ
ＧＳＯ衛星は、多数の無線周波数（ＲＦ）「ビーム」または「セル」で構成され
た衛星「フットプリント」を、地球の表面上またはその近くに位置するシステム
・ユーザに向けて投影する。この場合において、「セル」とは単一のアンテナ・
ビームによって地表上に形成されるカバレッジ・エリアであり、衛星「フットプ
リント」とは、単一の衛星のアンテナ（群）によって形成されるセル全ての集合
体である。セルは多数のチャネルを含む。チャネル・アクセスをシステムのセル
に割り当てる際、周波数，時間，符号によって、または周波数，時間，および／
または符号の組み合わせによって、隣接するセルにおいて行われる通信が異なる
チャネルを使用するようにして、チャネル間干渉の影響を極力抑えることが望ま
しい。

【０００２】 各ＮＧＳＯ衛星は、比較的短時間の間（典型的に、数分間のみ）で個々のシス
テム・ユーザに目視可能(visible)であるので、数分よりも長い期間を要する通 信は、ネットワークを通じた「ハンド・オフ」プロセスによって処理される。ハ
ンド・オフ・プロセスは、単一の衛星フットプリントのセルまたはビーム間，お
よび衛星通信システム内における異なる衛星のセル群またはビーム群間における
通信サービスの切り替えにより、連続的な通信を確保することから成る。

【０００３】 典型的に、ハンド・オフを行なう際、システムを通じて通信するためにシステ
ム・ユーザが用いる通信機器のような通信ユニット（ＣＵ）に、次のビームまた
はセルにおける新たな時間／周波数チャネルが割り当てられる。かかるハンド・
オフ・イベント毎に、衛星およびＣＵ間において信号メッセージの交換が必要と
なる。また、ハードウエア資源は同時に１つ以上のビーム（またはセル）に接続
できないので、ＣＵを単一の衛星の異なるセルに、および／または異なる衛星の
セルに受け渡す際に、各ユーザに、より正確には、各ユーザが採用するＣＵ毎に
、別個のハードウエア資源を割り当ることが必要となっている。異なるユーザの
ハンド・オフ経路は、ＣＵがセル間でハンド・オフされるので、不均一となるこ
とが多い。多数のユーザ間においてハンド・オフ経路が不均一であると、ハード
ウエア資源の切り替えプロセスの複雑化，衛星ペイロード要件の複雑化を招き、
処理能力および電力要件に関して、衛星通信システム全体に多大な負担を強いる
可能性がある。

【０００４】 周波数ハンド・オフに起因する複雑な切り替えに伴う負担を軽減する低地球軌
道（ＬＥＯ：low earth orbit）衛星通信システムを提供するために、地球固定 衛星セルが提案されている。地球固定衛星セルラ・システムの一例が、"Earth-F
ixed Cell Beam Management for Satellite Communication System"と題する米 国特許番号第５，４０８，２３７号に記載されている。地球固定システムは、セ
ル間ハンド・オフを極力少なくすることができる。しかしながら、地球固定衛星
セルラ・システムには、衛星フットプリントの投影に対する焦点方向が予め決め
られているために、これらのシステムは需要の変動に対処することができないと
いう欠点がある。更に、地球固定セルラ・システムにおける各セルは、固定容量
を有する。したがって、所与の時点においてシステムを用いることができるのは
、個々のセル容量を超過しない数の加入者のみである。

【０００５】 このように、セル間ハンド・オフに伴う悪影響を極力抑える高容量衛星通信シ
ステムを提供するという課題に対する解決策は、衛星通信業界において見出せな
いままでいる。したがって、ＮＧＳＯ衛星通信システムにおいてハンド・オフ・
プロセスを簡略化する方法および装置が求められている。 （図面の簡単な説明） 本発明は、添付した特許請求の範囲に特定的に指摘されている。しかしながら
、添付図面と関連付けた以下の詳細な説明を参照することによって、本発明のそ
の他の特徴が一層明白となり、本発明を最良に理解することになろう。

【０００６】 ここに明記する例は本発明の好適実施例をその一形態で示すが、かかる例示は
いかなる意味でも限定と解釈することを意図するものでない。 （図面の詳細な説明） 本発明は、とりわけ、少なくとも部分的に地球の表面に対して移動する衛星を
備える衛星通信システムにおけるビーム管理方法および装置を提供する。また、
本発明は、衛星通信システムにおいてハードウエア資源を管理する方法および装
置も提供する。

【０００７】 本発明の方法および装置の利点は、ハンド・オフ・プロセスを簡略化する衛星
フットプリントを備えることによってビーム・パフォーマンスを最適化し、ペイ
ロード能力要件を緩和するように衛星ビームまたはセルを管理することにより、
衛星ペイロードの複雑性を大幅に簡素化できることにある。少なくとも部分的に
これらの利点を得るには、種々の実施例において、衛星フットプリントを、当該
衛星フットプリント全域にわたって「ビーム・ストライプ」と称するストライプ
または列に区分し、ビーム・ストライプを１本以上の「ビーム・ストライプ」か
ら成る「ビーム・グループ」にグループ化し、ハードウエア資源のグループ、即
ち、「ハードウエア・グループ」をビーム・グループに選択的に関連付ける。こ
うして、ハードウエア・グループは、当該ハードウエア・グループを割り当てた
ビーム・グループ内における通信をサポートすることによって、大幅な横方向ハ
ンド・オフが要求された場合またはＣＵをランダム・セル経路に通過させる場合
に、従来技術のシステムにおいて必要とされた複雑な切り替えを極力抑えること
が可能となる。ビーム・グループ幅および組成は、衛星の軌道軌跡に対する地球
（および地球の表面上またはその近くに位置するＣＵ）の相対的運動を補償する
ために調整することが可能であり、その相対運動は、地上にいるシステム・ユー
ザとの所望の整合位置からの衛星フットプリントの経度軸の偏差を生じさせるも
のである。

【０００８】 本発明の方法および装置の別の利点は、衛星ハードウエア資源の利用度を高め
る、改良された衛星制御技法を提供することにある。この利点の少なくとも一部
を得るには、好適実施例において、衛星が軌道内にある間に少なくとも１つの衛
星姿勢パラメータを調節し、地上のある地点に対する地球の相対的運動を補償し
、フットプリントを通過するシステム・ユーザの所望の地上トラックとほぼ平行
に、衛星フットプリントの方位を整合させる。

【０００９】 「衛星」とは、本明細書において、地球を周回するよう設計された人工物体ま
たは乗物を意味するものとする。「衛星」は、低地球および中間地球軌道衛星を
含むＮＧＳＯ衛星とすることができるが、これに限定される訳ではない。「コン
ステレーション」とは、地球の一部、複数の部分または全ての指定カバレッジ（
例えば、無線通信，遠隔検出，ナビゲーション等）を与える、軌道内に配したあ
る数の衛星を意味する。コンステレーションは、典型的に、多数の衛星リング（
または平面）を含み、各平面内に等しい数の衛星を有することができるが、これ
は必須ではない。「軌道」という用語は、ここで用いる場合、例えば、円形軌跡
および楕円軌跡を含む、天体上の移動のあらゆる軌跡を含むものとする。「セル
」、「ビーム」および「アンテナ・パターン」という用語は、特定の発生形式の
ものに限定されることを意図するものでなく、地上または空間系いずれかの電気
通信システムおよび／またはその組み合わせによって形成されるものを含む。更
に、本発明は、衛星通信システムに応用する観点から好適実施例を説明している
が、本発明の方法および装置は、通信システム以外の衛星システムにも採用可能
であり、例えば、遠隔検出システム，リソース・マッピング・システム，宇宙か
らの情報販売システム，ナビゲーション（即ち、全地球測位）システム等にも採
用可能である。

【００１０】 第１図は、本発明の好適実施例による衛星通信システムの一部を非常に簡略化
した図を示す。システム１０は、少なくとも１つの衛星２０および任意の数の通
信ユニット（ＣＵ:communication unit）３０から成る。好ましくは、システム １０は、少なくとも１つのネットワーク制御設備（ＮＣＦ:network control fac
ility）４０も含む。ＮＣＦ４０は、衛星２０から遠隔測定データ(telemetry)を
受信し、衛星２０の動作を制御することが望ましい。一般に、電気通信システム
１０の衛星２０，ＣＵ３０，およびＮＣＦ４０は、ネットワークのノードとして
考えることができる。通信システム１０の全てのノードは、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状態にあるか、あるいはデータ通
信が可能である。加えて、電気通信システム１０の全てのノードは、公衆サービ
ス電話ネットワーク（ＰＳＴＮ:public service telephone networks）および／
または従来の地上基地局を経由してＰＳＴＮに結合された従来の地上通信機器を
介して、世界中に散在するその他の電話機器ともデータ通信状態にあるか、ある
いはデータ通信が可能である。

【００１１】 好適実施例では、本発明は、地球５０のような天体上の個々の地域を地球５０
上の特定のセルに割り当てる空間系電気通信システム、好ましくは、地球５０の
表面全域にわたってセルを移動させるシステムに適用可能である。本発明は、低
地球軌道，中間地球またはその他のＮＧＳＯにおいて少なくとも１つの衛星２０
を有する空間系電気通信システムに適用可能であるが、衛星２０は、地球に対し
て４８°傾斜した、地球周囲の低地球軌道にあることが好ましい。しかしながら
、本発明は、極，赤道，傾斜またはその他の軌道パターンを含む、あらゆる傾斜
角度で地球の軌道を回る衛星２０を有する空間系電気通信システム１０にも適用
可能である。衛星２０は、単一の衛星、または地球５０の軌道を回る衛星のコン
ステレーションにおける多数の衛星２０の１つとすることができる。本発明は、
地球の総てを包囲することができないシステム（即ち、コンステレーションによ
って提供される電気通信カバレッジに「穴」がある場合），および地球の一部が
重複して包囲されるシステム（即ち、２つ以上の衛星が地表上の特定地点から見
える）に適用可能である。

【００１２】 各衛星２０は、クロス・リンク７５を通じて、他の近隣衛星２０と通信するこ
とが好ましい。これらクロス・リンク７５は、空間系通信システム１０のバック
ボーンを形成する。したがって、地球の表面上またはその近くのいずれの地点に
位置するＣＵ３０からの呼または通信も、衛星２０または衛星２０のコンステレ
ーションを経由して、地球の表面上の他のほぼあらゆる地点の範囲内に中継する
ことができる。システム１０に示すクロス・リンク７５は、望ましいものではあ
るが、本発明の実施には必須ではない。

【００１３】 ＣＵ３０は、地球の表面上またはその近く、あるいは地球上の大気内のいずれ
の場所にも配置可能である。システム１０は、あらゆる数のＣＵ３０でも収容可
能である。ＣＵ３０は、衛星２０および／またはＮＣＦ４０からの音声および／
またはデータの受信および／または送信が可能な通信機器であることが好ましい
。通信ユニット（ＣＵ）という用語は、衛星から放射エネルギまたはその他の形
態で信号を直接的または間接的に送信または受信可能なあらゆる機器を包含する
ことを意図するものとする。一例として、ＣＯＵ３０は、衛星２０および／また
はＮＣＦ４０からの伝送信号(transmissions)を送信および受信するように構成 されたハンド・ヘルド移動衛星セルラ電話機３０ａとすることができ、あるいは
衛星２０と、据置型電話機または移動電話機３０ｃ，ページャ３０ｄ，および／
または移動コンピュータ端末３０ｅやその他数々の機器というような電気通信機
器との間で信号を中継することができる基地局３０ｂとすることも可能である。
更に、ＣＵ３０は、例えば、電子メール・メッセージ，ビデオ信号またはファク
シミリ信号を送ることができる固定コンピュータ端末とすることも可能である。
例えば、ＣＵ３０は、家や仕事場のような施設または建物の上、その近くまたは
内部に配置した、比較的静止した端末３０ｆとすることもでき、この場合ＣＵは
１つ以上の衛星２０からの信号の受信および／または１つ以上の衛星２０への信
号の送信を行なうように構成することができる。その場合、ＣＵ３０は、ＣＵと
通信する１つ以上の機器、例えば、テレビジョン３０ｇ，電話機３０ｈ，コンピ
ュータ３０ｉ，またはその他の同様の機器に、信号を適切な形態で転送すること
ができる。また、ＣＵという用語は、ＰＳＴＮに結合された、地球５０の表面上
または近くのゲートウエイ３０ｊも包含するものとする。

【００１４】 本発明の好適実施例では、ＣＵ３０は、多数のチャネルに分割された電磁スペ
クトルの限定された部分を用いて、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，Ｓ−バンド周波数チャネルまたはその組み合わせ
であるが、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）および／または時分割多元接続（Ｔ
ＤＭＡ）および／または符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信あるいはそのあらゆ
る組み合わせも包含することができる。当業者には既知のその他の方法も使用可
能である。

【００１５】 第１図は、地球５０の表面上を飛行方向６０に軌道経路に沿って運行する２つ
の衛星２０を示す。各衛星２０は、マルチビーム指向性アンテナ７０のような、
少なくとも１つの放射インターフェースを含む。各アンテナ７０は、放射エネル
ギの送信，受信，または送信および受信双方を行なうことができ、地球の表面に
向かう放射エネルギ８０の少なくとも１つのビームにおいて突出することが好ま
しい。ここで用いる場合、「放射エネルギ」という用語は、ある場所から他の場
所に搬送されるエネルギのいずれかの形態および全ての形態のことを意味し、波
および粒子の全形態を含む。「放射エネルギ」は、電磁放射および光放射のいず
れかまたは双方を含む。

【００１６】 衛星２０が電気通信衛星である場合、衛星２０によって投影される放射エネル
ギ８０の各ビームは、地球の表面上のある区域を照らす。各衛星２０が投影する
１つ以上のビームによって照明される全区域を集合的に衛星「フットプリント」
９０と呼ぶ。フットプリント９０は、放射エネルギの送信ゾーンまたは受信ゾー
ンのいずれかを表わすことができる。

【００１７】 第２図は、本発明の好適実施例による衛星フットプリントのビーム・パターン
を示す。フットプリント９０は、経度軸１２０を有する。これは、衛星２０（第
１図）の飛行方向６０を表わす速度ベクトルとほぼ整合されていることが望まし
い。必ずしも必要ではないが、フットプリント９０は多数のセル１４０に分割す
ることが望ましい。便宜上、第２図は、セル１４０を概略的に楕円形に、フット
プリント９０を離散的なほぼ円形に描いている。しかしながら、実際には、衛星
から投影されるセルおよびフットプリントは、他の形状を取ることもでき、例え
ば、楕円形，六角形，長方形または正方形も可能であることは当業者には理解さ
れよう。好適実施例では、セル１４０の一部が重複している。しかしながら、本
発明を実施するためには、セル１４０が重複することは必須ではない。

【００１８】 第２図に示すように、セル１４０は、経度軸１２０とほぼ整合してフットプリ
ント９０を横切る単一セル１４０の列として配列することが望ましい。各セルの
列はビーム・ストライプ１３０から成る。本発明の好適実施例では、ビーム・ス
トライプは、ビーム・グループ単位で配列され、ビームおよびハードウエアの管
理を簡便化している。これについては、第３図および第４図を参照しながら更に
詳細に論ずる。あるいは、ビーム・ストライプ１３０は、フットプリント９０全
域に延びる単一のセルのみから成るものとすることも可能である。

【００１９】 第３図は、本発明の好適実施例による、ハードウエア・グループのビーム・グ
ループへの割り当てについて、その一例を概略図で示す。衛星２０（第１図）は
、多数のハードウエア資源、即ち、例えば、１つ以上のダウン・コンバータ３１
０，１つ以上の入力中間周波数（ＩＦ）スイッチ３２０，１つ以上の入力チュー
ナ３３０，１つ以上の復調器（Ｄｅｍｏｄｓ）３４０，および／またはスイッチ
３６０に接続された１つ以上のバッファ３５０というような、ハードウエア機器
の品目を含む。同様のハードウエア・グループは、ダウンリンク信号を与えるた
めにも使用可能であり、例えば、１つ以上のアップコンバータ，出力ＩＦスイッ
チ，出力チューナ，変調器，および／または出力バッファを含むことができる。
従来技術の衛星通信システムでは、衛星ハードウエア資源は、通常、所与の衛星
フットプリント内の不整合、非均一なセル経路を通過する通信に対応可能でなけ
ればならなかった。したがって、ＣＵをあるセルから次のセルにハンド・オフす
る際には、ハードウエア機器の多数の品目間で複雑な切り替えが必要であった。
このために、衛星に多大な負担がかかり、ペイロード要件が劇的に複雑化した。

【００２０】 本発明の好適実施例では、衛星ハードウエア資源を１つ以上のハードウエア・
グループ３００にグループ化する。これらは、ＣＵをフットプリント９０のビー
ム・グループ１５０に通過させる際に、ＣＵとの通信をサポートできる（例えば
、フットプリント９０を介して放射エネルギまたは信号を送信または受信する）
ことが望ましい。ビーム・グループに対応するようにハードウエア・グループを
割り当てることによって、衛星ペイロードに対する切り替え要求の複雑性を劇的
に軽減し、従来技術のシステムに対して著しい改善をもたらすことになる。

【００２１】 第４図は、本発明の好適実施例による衛星通信システムにおけるビーム・パフ
ォーマンス(beam performance)を最適化するビーム管理方法を示す。方法４００
は、少なくとも１つのＣＵ３０（第１図），および地球の表面上またはその近く
にフットプリント９０（第１図）を投影する少なくとも１つ以上の放射エネルギ
８０（第１図）のビームを供給可能な少なくとも１つの衛星２０（第１図）を有
する衛星通信システムにおいて実施することが望ましい。好ましくは、方法４０
０は、多数のＣＵ３０および多数の衛星２０を有する衛星通信システムにおいて
実施する。望ましくは、システム１０内の各衛星２０を、方法４００を実行する
ように設計し構成するが、方法４００の１つ以上のステップを別のシステム・ノ
ードによって実行可能とすることも可能である。方法４００は、衛星２０が多数
のセル１４０（第２図）を含むフットプリント９０（第２図）を供給可能である
と仮定するが、フットプリント９０は、本発明を実施するために、必ずしも多数
のセルに分割即ち区分する必要はない。

【００２２】 方法４００は、ステップ４１０において開始し、ここでフットプリント９０の
多数のセル１４０をビーム・ストライプ１３０（第２図）、即ち、経度軸１２０
（第２図）の方向にフットプリント９０全域に及ぶセルの列に配列する。フット
プリント９０は、あらゆる数のセル１４０を含むことができるが、本発明の好適
実施例では、フットプリント９０は５０４個のセルを含み、２６本のビーム・ス
トライプを形成するように配列する。第２図では、フットプリント９０を多数の
セルに区分即ち分割したものとして図示するが、代わりに、フットプリント９０
を多数のセルに分割即ち区分せずに、経度軸１２０の方向にフットプリント９０
全域に及ぶ１本以上のビーム・ストライプにフットプリント９０を区分すること
も可能である。また、本発明の精神から逸脱することなく、各ビーム・ストライ
プは、フットプリント９０の全長に及ぶ単一のセルで構成することも可能である
。 ステップ４２０において、ビーム・ストライプを１つ以上のビーム・グルー
プ１５０（第３図）にグループ化する。ビーム・グループ１５０は、第３図に示
すように、１本のビーム・ストライプ１３０のみで構成することが可能であり、
この場合、ビーム・グループ１５０は単一のセル列１４０で構成するか、あるい
はビーム・グループ１５０は多数のビーム・ストライプ１３０で構成することが
できる。ビーム・グループ１５０内に含まれるビーム・ストライプ１３０の本数
を、ここでは、ビーム・グループ１５０の「幅」と呼ぶことにする。以下で更に
詳しく論ずるが、ビーム・グループ１５０の幅（即ち、経度軸１２０に垂直な方
向にビーム・グループに含まれるビーム・ストライプおよび／またはセルの数）
を変更して、システム要求およびシステム１０に用いるその他の変数に対処する
ことができる。第３図におけるハードウエア・グループのビーム・グループへの
割り当て例は、セル１４０の太線の行として図示し、単一のビーム・ストライプ
１３０のみから成る、ビーム・グループ１５０を示す（即ち、第３図では、ビー
ム・グループ１５０は、第３図のビーム・ストライプ１３０と同等である）。こ
の例は、例示の目的のために明示したのであり、本発明の範囲を限定することを
意図するものではない。

【００２３】 ステップ４３０において、第３図を参照して既に説明したように、衛星２０機
内のハードウエア資源をハードウエア・グループ３００にグループ化する。尚、
ハードウエア・グループ３００に含まれるものとして図示する機器の具体的な品
目は、図示の目的のために明示するのであり、本発明の範囲を限定することを意
図する訳ではない。本発明の精神から逸脱することなく、ハードウエア資源には
種々のその他の組み合わせを採用することも可能である。例えば、衛星２０およ
びＣＵ３０間の放射エネルギの伝達方向（例えば、放射エネルギの送信および受
信）に応じて、復調器を変調器と置換することも可能であり、更に本発明の精神
から逸脱することなく、ハードウエア品目の多数のその他の種類および／または
組み合わせを第３図に示すハードウエア品目と交換することも可能である。

【００２４】 ステップ４４０においてフットプリント９０の少なくとも１つのビーム・グル
ープ１５０内で行われる通信に対応するように、少なくとも１つのハードウエア
・グループ３００を割り当てる。ハードウエア・グループ割り当ての一例を第３
図に示す。この場合、リンクの矢印３７０で示すように、ビーム・グループ１５
０に対応するように、ハードウエア・グループ３００を割り当てる。現好適実施
例では、ハードウエア・グループの割り当ては、衛星設計および構成プロセスの
一部として、衛星アンテナ７０（第１図）内にある特定のアンテナ・ビーム・ポ
ートと相関付けるように行なう。しかしながら、衛星が軌道内にある間割り当て
を動的に変更可能とし、ビーム・グループ幅に対する動的な調節に対処すること
が望ましい。

【００２５】 ビーム管理方法４００のステップ４１０ないし４４０は、ハードウエア・グル
ープ３００（第３図）を別個に管理可能とすることによって、システム１０（第
１図）における衛星２０（第１図）機内のハードウエア管理を幅広く改良し、チ
ャネル管理を劇的に簡略化する。また、方法４００のステップ４１０ないし４４
０は、処理およびパワー要件を極力抑えることにより、衛星ペイロードの大幅な
簡略化も可能とする。更に、方法４００のステップ４１０ないし４４０は、同じ
ビーム・グループ内のセル間で通信ユニットを受け渡す際にハードウエアの切り
替えを極力減らすことにより、衛星内および隣接する衛星間のセル間ハンド・オ
フも大幅に簡略化する。

【００２６】 方法４００は、ステップ４４０で終了することができる。しかしながら、本発
明の好適実施例では、方法４００は、ステップ４５０ないし４７０も含み、これ
らは方法４００のステップ４１０ないし４４０の利点を最大限実現することを可
能にする。方法４００にステップ４５０ないし４７０を含ませることによって、
衛星２０が地球の軌道を回る際の衛星２０直下にある地球の相対的な運動の結果
生ずる、システム１０に対する望ましくない影響を補償するために用いることが
できる。これらのステップについては、第７図を参照しながら更に詳しく説明す
る。

【００２７】 第５図は、地球の相対的運動に関して示す、地球軌道を回る衛星の軌道トラッ
クの概略図を表わす。第５図に示すように、衛星２０（第２図）が軌道軌跡１１
０において地球５０上で飛行方向６０に沿って移動する際、地球も衛星２０直下
で西から東の方向１１５に回転している。

【００２８】 第６図は、４８°に傾斜した円軌道において地球の軌道を回る衛星の衛星地上
トラックの概略図を示す。第６図は、衛星２０から地球の一部を上空で見たとこ
ろを示す。衛星２０が地球上空の軌道軌跡１１０（第５図）内において移動する
際、衛星は地表上またはその近くに、対応する地上トラック１００即ち経路を投
影する。フットプリント９０は地上トラック１００に沿って移動する。殆どのＬ
ＥＯ衛星において、当該衛星のロール軸(roll axis)が、当該衛星の飛行方向６ ０（第１図）と整合するように衛星を飛行させる。衛星がその軌道の北端および
南端において地球を周回している場合（本発明の好適実施例にしたがって傾斜軌
道内を飛行しているか、あるいは衛星が極または他の軌道内を飛行しているかに
は係らず）、地球および衛星の速度が一致し、地上から衛星の見かけ上の横方向
運動は見られない。

【００２９】 地上を向いている衛星から見ると、地球上の地点（および、地球上またはその
近くに位置するシステム・ユーザまたはＣＵも同様）は、（これらの地点におけ
る地上トラック１００（第６図）にほぼ平行な）衛星軌道軌跡の運動６０の方向
を表わす速度ベクトルによって第２図中に示されるように、衛星軌道軌跡と整合
して衛星フットプリントを通過する。しかしながら、衛星がその軌道の北端およ
び南端から遠ざかり、赤道に近づくに連れて、衛星の飛行方向６０（第２図）を
表わすベクトルと、地上の１つ以上の固定地点の速度を表わすベクトルとの間に
ずれが生ずる。衛星および当該衛星２０直下にある地球の相対的運動の結果とし
て（したがって、その上に位置するシステム・ユーザおよび／またはＣＵの運動
の結果として）、地上トラック１００は、これらの緯度において、衛星軌道軌跡
１１０（第５図）から僅かにずれることになる。その結果、フットプリント９０
の経度軸１２０（第２図）は、地球の表面上またはその近くに位置する固定地点
（あるいは、システム・ユーザまたはＣＵ）の経路から僅かにずれることになる
。

【００３０】 第７図は、衛星フットプリントの経度軸と、衛星がその軌道内を移動する際に
フットプリントを通過するシステム・ユーザまたはＣＵとの間に発生する角度偏
差を示す。ブロック７１０において、ＣＵトラック７００は、衛星が投影するフ
ットプリント９０が地球上のＣＵの場所を通過する際、およびＣＵをセル間でハ
ンド・オフする際、即ち、衛星投影フットプリント９０がその軌道軌跡の北端ま
たは南端付近の地点（即ち、赤道から離れた地点）に位置する場合にフットプリ
ント９０内にある単一ビーム・ストライプ（多数のセルに区分即ち分割すること
も分割しないことも可能である）内をＣＵが通過する際に、システム・ユーザま
たはＣＵ３０がフットプリント９０を介して追従するトラック即ち経路を表わす
。例示の目的上、システム・ユーザまたはＣＵの場所に関してＣＵトラック７０
０について論じているが、ＣＵトラック７００は、地球の表面上またはその近く
におけるあらゆる相対的固定地点に対して引いたベクトルも表わし、地上または
その近くの地点に対する地球および衛星の相対的運動の影響を例示することがで
きる。したがって、ＣＵトラック７００は、必ずしもシステム１０（第１図）に
おけるいずれか特定のＣＵに対して決定する必要はなく、むしろ地球（またはそ
の他の天体）の表面上または近くにおける事実上あらゆる相対的固定地点に対し
て決定することができる。

【００３１】 フットプリント９０の経度軸１２０は、ＣＵトラック７００に対してある方位
を有し、これは緯度の関数として変動する。第７図のブロック７１０に表わすよ
うに、衛星がその軌道の北端および南端を通過する際には、フットプリント９０
の経度軸１２０およびＣＵトラック７００間には偏差は殆どまたは全く生じない
（例えば、ＣＵトラック７００は経度軸１２０とほぼ平行である）。したがって
、第４図を再度参照すると、方法４００のステップ４１０ないし４４０を実行す
ることができ、ＣＵ３０は、隣接するビーム・ストライプ１３０への横方向ハン
ド・オフを全く行なわずに、フットプリント９０の単一ビーム・ストライプ１３
０（第２図）を直接通過することができ、当該単一ビーム・ストライプのカバレ
ッジ区域内に位置する全てのＣＵとの通信のために、単一ビーム・ストライプ１
３０から成るビーム・グループ１５０（第３図）に対応するように、ハードウエ
ア・グループ３００（第３図）を割り当てることができる。しかしながら、第７
図のブロック７２０，７３０に示すように、この理想的なビーム管理状況は、衛
星がその軌道内において赤道近くを通過する際に変化する。

【００３２】 ブロック７２０は、ＣＵ３０上を通過する際の、赤道において北側(northboun
d direction)に移動する衛星からの上空図を示す。図示のように、フットプリン
ト９０の経度軸１２０は、もはやＣＵトラック７００とほぼ平行ではなく、地球
の相対的運動の結果として（そして、その上に位置するＣＵ、およびその上に位
置するその他のあらゆる相対的固定地点の相対的運動の結果として）、θで表わ
す角度偏差だけＣＵトラック７００からわずかにずれている。同様に、ブロック
７３０は、ＣＵ３０上と通過する際の、南側(southbound direction)に移動する
衛星からの上空図を示す。例示の目的上、角度偏差θの大きさは誇張してある。
角度偏差の結果として、ＣＵ３０は直接単一ビーム・ストライプ１３０（第２図
）を通過することができず、横方向の通過即ちハンド・オフが必要となる。角度
偏差θの大きさ即ち値は、経度，衛星高度，衛星軌道の傾斜，および関連するフ
ァクタの関数として変動する。

【００３３】 第８図は、４８°傾斜した低地球円軌道（約１４００ｋｍ）において衛星が地
球の軌道を回る際の、種々の緯度において見られる角度偏差をグラフ表現として
示す。グラフ８００では、縦軸８６５上の角度偏差に対して、衛星の緯度を横軸
８６３上にプロットしている。図示のように、角度偏差の値は、＋または−５０
°および０°の間で、それぞれ、０°およびほぼ＋または−４°の間で変動する
。これは、衛星のサブポイントまたは当該衛星直下にある地球上の地点において
決定される。横軸８６３および縦軸８６５を主軸とする楕円８６７は、衛星軌道
を表わし、衛星の軌道内にある種々の緯度における衛星サブポイントで角度偏差
θの大きさを外挿補間するために用いることができる。

【００３４】 グラフ８００は、傾斜軌道内を移動する低地球軌道衛星に生ずる角度偏差θの
大きさを表わすが、これは本発明を限定するものではなく、同様の角度オフセッ
ト値は、４８°以外の傾斜，および低地球軌道の高度以外の高度において、極軌
道または傾斜軌道内を運行する衛星にも生ずる。グラフ８００は、特定の緯度上
を移動する衛星に対して、衛星高度および軌道傾斜の関数として判定した近似角
度偏差の値の一例を表わす。数学および軌道力学の原理を用いれば、傾斜軌道ま
たは極軌道のいずれを運行するＮＧＳＯ衛星でも、事実上あらゆる場合について
角度偏差θの大きさを判定することができる。

【００３５】 更に、第８図は、衛星のサブポイントにおいて判定した角度偏差の値を示し、
主に比較的小さなフットプリントを投影する衛星について角度偏差の値を表わす
ものである。本発明の代替実施例では、より大きなフットプリントを投影し多く
の緯度をカバーする衛星について、種々の追加ファクタを考慮して角度偏差の値
を判定することができる。例えば、衛星フットプリントが多くの緯度をカバーす
る場合、角度偏差平均化技法にしたがって衛星フットプリントを調節することが
望ましい場合もあり得る（方法４００のステップ４５０ないし４７０を参照して
以下で更に詳しく論ずる）。この場合、衛星のサブポイントにおいて判定した角
度偏差の値に応じて衛星フットプリントを調節するのではなく、フットプリント
によってカバーされる種々の緯度について判定した角度偏差の値の加重平均とし
て判定した角度偏差の値に応じて、衛星フットプリントを調節する。

【００３６】 先に記した角度偏差平均化技法は、単純な数学的加重平均の使用を含み、ある
いはより精巧な技法を含むこともでき、大きなフットプリント内におけるランド
・マス(land mass)即ちシステム・ユーザが集中する場所のようなファクタを考 慮することも可能である。例えば、角度偏差平均化技法は、前記フットプリント
が主に海面ではなく陸地をカバーする場合、前記フットプリント内にある１箇所
以上の場所について判定した多数の角度偏差の値の前記加重平均として、角度偏
差の値を判定するステップを含むことができる。

【００３７】 衛星フットプリントは、フットプリントが主に海面ではなく陸地をカバーする
場合、当該フットプリント内にある個々の位置において判定した角度偏差の値に
応じて調節することができる。ランド・マスの場所に関する情報は、当業者には
既知の方法によって予め決定しておき、衛星に送って、角度偏差の判定、および
適切なフットプリント調節の判定に用いることができる。

【００３８】 あるいは、フットプリントの調節は、例えば、システム・ユーザから（更に具
体的には、システム・ユーザが操作するＣＵから）受信した、その場所を示す信
号のリアル・タイム機内処理によって、システム・ユーザの集中度の関数として
判定した角度偏差の値に応じて衛星フットプリントを調節することにより、動的
に行なうことも可能である。この実施例では、先に記した角度偏差平均化技法は
、フットプリントが主にシステム・ユーザが集中する場所または区域をカバーす
る場合、当該フットプリント内にある１箇所以上の場所について判定した多数の
角度オフセット値の加重平均として、角度オフセット値を決定するステップを含
むことができる。

【００３９】 先に注記したように、衛星軌道内の種々の地点において発生する角度偏差の存
在は、ビーム管理およびハードウエア管理の観点からは望ましくない。経度軸１
２０（第２図）をＣＵトラック７００と整合させることにより、衛星２０が上空
を通過する際に、単一ビーム・ストライプ１３０（第２図）を介して線形にシス
テム・ユーザ（またはＣＵ）を受け渡す即ちハンド・オフすることができれば望
ましい。横方向（即ち、ビーム・ストライプ間）ハンド・オフが不要であれば好
ましい。しかしながら、地球および衛星２０の相対的運動の結果として生ずる角
度偏差は、この理想的な管理手法を損なうものである。

【００４０】 再度第４図および方法４００を参照する。方法４００のステップ４５０ないし
４７０は、角度偏差に起因する望ましくない影響に対抗するために実行すること
ができる。方法４００のステップ４５０において、システム１０（第１図）は、
緯度およびその他の関連するファクタ（例えば、軌道上にある衛星の傾斜および
高度，衛星フットプリントの大きさ等）の関数として、角度偏差θの値即ち大き
さを判定する。先に注記したように、傾斜軌道または極軌道のいずれかを移動す
る事実上あらゆるＮＧＳＯ衛星に対する角度偏差θの大きさは、数学および軌道
力学の原理を用いて判定することができる。方法４００のステップ４５０は、衛
星２０（第１図）機内の衛星高度制御機器と共に動作するプロセッサによって実
行することができ、あるいは、少なくとも部分的に、衛星２０と組み合わせたＮ
ＣＦ４０（第１図）のような、衛星２０外部の別のシステム・ノード，あるいは
何らかのその他のノードまたはノードの組み合わせによって実行することも可能
である。角度偏差θの大きさ即ち値は、衛星が地球の軌道を回る際に動的に連続
して判定することができ、あるいは軌道内の特定の時間間隔周期で判定すること
も可能である。あるいは、角度偏差θの大きさ即ち値は、所定の基準に基づいて
推定したり、第８図に明記した例のように、衛星の位置または場所の関数として
角度偏差θの大きさのグラフに対応するデータ形態で、衛星２０機内のプロセッ
サ上でプログラムしたり、あるいはプロセッサに伝達することも可能である。衛
星２０がその場所，および特定の時点において運行している地球の緯度を把握す
れば、かかる所定のデータに基づいて、特定の時点における角度偏差の大きさを
判定することができる。

【００４１】 ステップ４６０において、一旦角度偏差θの大きさを判定したなら、システム
は、角度偏差θの大きさが何らかの所定閾値πを超過しているか否かについて問
い合わせる。この所定閾値πは、許容可能な最小角度偏差の大きさ、即ち、方法
４００（第４図）のステップ４１０ないし４４０を参照しながら説明したビーム
管理方法を損なうことのない値を反映する。好ましくは、この閾値は０°である
が、フットプリント９０（第２図）におけるセル１４０（第２図）のサイズによ
っては、０°よりも多少大きな角度偏差の大きさ（即ち、ユーザ・トラック７０
０（第７図）間の多少の偏差）を許容するようにシステムを構成することも可能
である。

【００４２】 ステップ４６０において、システムが角度偏差θの大きさは、当該角度偏差の
大きさを測定した特定時点において、閾値πを超過していないと判断した場合、
システムは、角度偏差値を補正するための衛星フットプリントの調節を全く行な
わずに、ステップ４５０を繰り返し、システムは、衛星が地球の軌道を回り続け
異なる緯度を通過していく際に、角度偏差の値を判定し続ける。一方、角度偏差
の大きさを測定した特定時点において、角度偏差の大きさが閾値πを超過した場
合、システムは、ステップ４７０において、衛星フットプリントを調節し、衛星
が位置する特定の緯度における地球の相対的運動を補償する。このフットプリン
トに対する調節は、所与の時点におけるフットプリントの方位を調節することに
より、フットプリント９０（第７図）の経度軸１２０（第７図）をＣＵトラック
７００（第７図）と実質的に平行に整合させることから成るものとすることがで
きる。即ち、このフットプリントの調節は、フットプリント９０の方位に対して
調節を行なってもまたは全く行なわなくても、フットプリント９０内にあるビー
ム・グループに対して行なう調節を含むことができる。

【００４３】 ステップ４７０は、いくつかの方法で行なうことができる。好適実施例では、
ステップ４７０は、改良した衛星制御技法を用いることを含む。即ち、好適実施
例では、衛星が軌道内を飛行している間に、少なくとも１つの衛星姿勢パラメー
タを調節してこれを操舵し、衛星（第７図）から投影されるフットプリント９０
の経度軸１２０（第７図）を、ＣＵトラック７００（第７図）と概略的に平行に
整合することによって、ＣＵトラック７００に対する衛星フットプリント９０の
方位を調節する。衛星の姿勢調節は、先に論じたように衛星がその軌道内におい
て地球の表面上を移動する際に、連続的に衛星の姿勢を調節して、実際に判定し
た角度偏差の値を補償することによって、動的に行なうことができる。これは、
少なくとも部分的に、衛星機内に配置した姿勢および軌道制御システムによって
行なうことができる。これについては、第９図ないし第１１図に関して以下で更
に詳しく説明する。あるいは、衛星の姿勢調節は、動的ではなく固定的に行なう
ことも可能である。例えば、衛星２０は、タイマを含み、これを較正して衛星機
内のプロセッサに通知し、衛星２０内のパラメータにプログラムされている（例
えば、第８図に示す角度偏差の値のような）所定の角度偏差値に応じて特定の時
点における衛星の軌道内におけるその場所の知識に基づいて、所定の時点におい
て所定のパラメータによって衛星の姿勢を調節することができる。

【００４４】 第９図は、軌道内にある衛星の概略図を示し、第１図の衛星２０のような、衛
星のヨー，ピッチおよびロール姿勢パラメータを図示する。衛星２０は、飛行方
向６０に移動し、望ましくは、地球５０の中心に向かう方向を指すヨー軸９００
，地球の水平線に平行なロール軸９１０，ならびにヨー軸９００およびロール軸
９１０双方に垂直なピッチ軸９２０によって方位付けする。本発明の好適実施例
では、方法４００（第４図）のステップ４７０は、衛星の少なくとも１つの姿勢
（ヨー，ロール，またはピッチ）パラメータを調節し、衛星フットプリント９０
（第７図）の経度軸１２０を概略的にＣＵトラック７００（図７）と平行に整合
することから成る。好ましくは、ステップ４７０は、ヨー補償操作を実施し、フ
ットプリント９０の経度軸１２０を概略的にＣＵトラック７００と平行に整合す
ることから成る。ヨー補償操作とは、ここでは、方法４００のステップ４５０に
応じて判定した角度オフセットの値を補償するのに十分な量だけ、衛星２０（第
９図）をヨー軸９００（第９図）を中心として回転させることと定義する。これ
については、第１０図および第１１図を参照しながら以下で更に詳しく説明する
が、衛星２０内において数種類の方法のいずれでも行なうことが可能である。

【００４５】 第１０図は、本発明の好適実施例による衛星の簡略ブロック図を示す。第１１
図は、本発明の利点を得るために用いることができる、潜在的に可能な多数の衛
星設計の１つを概略図で示す。好ましくは、システム１０（第１図）内にある全
ての衛星２０が、図示のような機器を含む。衛星２０は、姿勢センサ１０００の
ような、姿勢検出手段を内蔵する。１つ以上の姿勢センサ１０００が、ヨー（９
００、第９図），ロール（９１０、第９図），およびピッチ（９２０、第９図）
方向における衛星の方位を検出する。姿勢センサ１０００は、当業者には既知の
１種類以上の姿勢センサのいずれとすることもでき、例えば、ジャイロスコープ
，太陽センサ，星センサ，または地球センサを、監視対象の姿勢パラメータに応
じて含むことができる。姿勢センサ１０００は、太陽または星、そして場合によ
ってはおそらく地球というような天体に対する衛星２０の方位を推定するために
用いられる。

【００４６】 また、衛星２０は、姿勢コントローラ１０１０のような姿勢制御手段も含み、
衛星２０の姿勢を調節および制御する。姿勢コントローラ１０１０は、１つ以上
のアクチュエータを含み、衛星２０内の１つ以上の機器，あるいは地上または衛
星２０から離れた他のある地点に配置された１つ以上の機器によって活性化を可
能とすることが望ましい。本発明の好適実施例では、アクチュエータは、反応ホ
イール(reaction wheel)として知られている１つ以上の回転ホイールを備えてい
る。トルク反応ホイールは、いずれの方向にも回転可能な「ゼロ・モーメンタム
」システム，または単一方向に回転するモーメンタム・ホイールを含むことがで
きる。好適実施例では、姿勢制御は、第１１図に概略的に示すように、衛星２０
の本体１１１０内で回転する少なくとも１つの回転ホイールの使用によって行わ
れる。より大きく更に複雑な衛星では、３つの別個の反応ホイールを直交構成で
有し、おそらくは第４ホイールを予備として含む、三軸反応ホイール構成を用い
ることによって、三軸安定化(three axis stabilization)を処理することができ
る。ジンバルまたはターンテーブル１１２０上に１つ以上のモーメンタム・ホイ
ール１１００（第１１図）を取り付けることも可能であるが、本発明の利点を得
るためには、ターンテーブル上にモーメンタム・ホイール１１００を取り付ける
ことは不要である。

【００４７】 モーメンタム・ホイール１１００のような反応ホイールの使用に代わるものと
して、衛星のファイヤリング・スラスタ(firing thruster)（図示せず）によっ て姿勢制御を行なうことができる。しかしながら、姿勢制御にスラスタを用いる
ことは、所望の姿勢制御効果を得るには比較的高価な手段であるので、本発明に
おいて姿勢制御を行なう好適な方法ではない。

【００４８】 また、衛星２０は、姿勢センサ１０００および姿勢コントローラ１０１０，メ
モリ素子１０４０，送受信機１０５０，ならびに種々のハードウエア通信リソー
ス３００に結合されたプロセッサ１０３０を含む。望ましくは、プロセッサ１０
３０は、衛星２０が地球の軌道を回る際の、地球に対する衛星の姿勢に関する出
力信号および情報を姿勢センサ１００から受信する。また、プロセッサ１０３０
は、望ましくは、姿勢センサ１０００から受信した情報を用いて、方法４００（
第４図）のステップ４５０にしたがって、角度オフセットθの大きさを動的に判
定するための計算も行なうことができる。あるいは、プロセッサ１０３０は、例
えば、第８図に明示したものと同様のデータを含むグラフを含む、衛星位置また
は場所に関する角度偏差に関する所定のデータのような、メモリ素子１０４０に
格納されている情報を用いて、衛星の軌道内の様々な地点における角度オフセッ
トの値を判定することができる。

【００４９】 また、プロセッサ１０３０は、方法４００のステップ４６０にしたがって、角
度オフセット値が閾値πよりも大きいか否かについて判定を行なうことも可能で
ある。プロセッサ１０３０は、１つ以上の送受信機１０５０にリンクされている
ことが望ましい。送受信機１０５０は、とりわけ、ハードウエア・グループ３０
０を介した通信ユニット（第１図の３０）との通信をサポートする。ハードウエ
ア・グループ３００も送受信機１０５０に結合されている。また、プロセッサ１
０３０は、既に第３図を参照しながら論じ、更に第１２図を参照しながら以下で
も論ずるように、ハードウエア・グループ３００の適切なビーム・グループへの
割り当てを指揮することも可能である。先に記したように、ハードウエア・グル
ープ３００は、例えば、モデム，変換器，スイッチ，チューナ，バッファ，ルー
タ，コントローラ，および／または１つ以上の衛星２０および通信ユニット３０
間および／またはシステム１０（第１図）の２つ以上の異なる通信ユニット３０
間における通信をサポートするために用いられる種々のその他のハードウエア資
源を含む、ハードウエア資源の様々な組み合わせで構成することが可能である。

【００５０】 アンテナ７０は、ビーム・フォーマ１０７０および放射インターフェース１０
８０を含み、地球の表面上またはその近くに複数のビームまたはセル（第１図の
１４０）を投影する。好ましくは、ビームはスペクトル再利用計画を実現し、衛
星２０によって与えられるパターン全域においてチャネルを再利用する。好適実
施例では、ビーム形成装置１０７０は、第２図に示したセル・パターンのように
、衛星２０の運動方向に平行にセルの列状配列を形成し、投影することができる
。ビーム形成装置１０７０は、衛星フットプリント９０内に多数の小さなセルを
形成する、レンズ型の整相アレイ(phased array)を含むこともできる。例えば、
ロットマン・レンズ整相アレイが、本発明における使用に適している。尚、本発
明には、当業者には既知のその他のビーム形成装置も使用可能であることは認め
られよう。

【００５１】 先に論じたヨー補償操作の代わりとして、方法４００（第４図）の姿勢調節ス
テップ４７０は、衛星の方位を衛星のロール軸に沿って調節しフットプリント９
０の経度軸をＣＵトラック７００にほぼ平行に整合することも含む「ロール操舵
操作」を備えることができ、あるいはヨーおよびロール操舵の組み合わせを実施
し、フットプリントの整合に対する地球の回転の影響を、地上に関して、補償す
ることから成るものとすることができる。しかしながら、ヨー操舵操作の採用が
、ロール操舵操作の採用よりも好ましい。この理由は、地球の回転の影響（１４
００ｋｍの高度において約５°）を補償するのに必要となるロール操舵量のみで
は、衛星によって投影されるフットプリントの遠端におけるビーム・サイズおよ
び形状に歪みが生じ、フットプリントのサイズによっては、ビームが地球から浮
上してしまう可能性もあるからである。このビーム浮上作用は、更に複雑なアン
テナを用いて追加のビームを発生し、浮上したビームを補償すれば、許容可能と
することができる。さもなければ、浮上したビームは全く使用することができな
い。

【００５２】 アンテナによって投影されるビーム数および衛星の特定の軌道高度に応じて、
ヨー操舵およびロール操舵を組み合わせて用い、衛星軌道内で変動する位置にお
ける地球の相対的な運動を補償することも可能である。衛星が、地球を回るその
経路即ちトラックの北端および南端を通過する際に、少量のピッチ操舵も使用す
ることができる。また、姿勢調節操作と組み合わせて、衛星アンテナの左および
右マージンに余分なビームを与え、フットプリント全体に比較的直線的な経路を
備えることにより、ハンド・オフの必要性を比較的軽減して、衛星内のセル間ま
たは衛星間でシステム・ユーザを受け渡すことが可能となる。

【００５３】 代替実施例では、方法４００（第４図）のステップ４７０において、ビーム・
グループ１５０（第３図）の幅を調節し、多数のビーム・ストライプから成るビ
ーム・グループに供するように１つ以上のハードウエア・グループ３００を割り
当てることによって、地球の相対的な運動を補償することも可能である。この実
施例では、衛星フットプリント９０を物理的に移動させず、ビーム・グループの
幅または組成に関して、フットプリントを内部で調節する。

【００５４】 第１２図は、本発明の代替実施例による、ハードウエア・グループのビーム・
グループへの割り当てを概略図で示す。この代替実施例によれば、ビーム・グル
ープ１５０の幅または組成を調節して、ＣＵ３０（第１図および第７図）が衛星
のフットプリント内に位置する限り、ＣＵをビーム・グループ内に留まらせるの
に十分な面積を与える。したがって、（例えば、第３図に示したように）セル１
４０の単一ビーム・ストライプ１３０を含むようにビーム・グループを規定する
のではなく、ビーム・グループは多数のビーム・ストライプを含む。例えば、第
１２図に示すように、ビーム・グループは、３本のビーム・ストライプ１３０を
含み、これらは全てハードウエア・グループ３００によってサポートされている
。フットプリントの第１端即ち近端においてフットプリント９０に入ったＣＵ３
０は、フットプリント９０内に留まる限り、ＣＵがビーム・グループ１５０内に
含まれるビーム・ストライプ１３０との横方向のセル間ハンドオフを何回か行な
うことが可能であっても、単一のビーム・グループ１５０内に留まり、単一のハ
ードウエア・グループからサービスを受けることが望ましい。ＣＵが遠方、即ち
、フットプリント９０の遠端に達した場合、頭上を通過する次の衛星フットプリ
ントにハンド・オフすることができる。

【００５５】 本発明の好適実施例では、フットプリント９０は、地球の表面上またはその近
くのＣＵから放射エネルギを受信しているか、あるいはＣＵに放射エネルギを送
信しており、フットプリント９０を、各々２本のビーム・ストライプ１３０から
成る約２５のビーム・グループに分割することが好ましい。好適実施例に用いら
れるビーム・ストライプ幅に関するこの説明は、しかしながら、全く限定を意図
するものではなく、本発明の精神から逸脱することなく、他の数のビーム・グル
ープ組成も採用可能である。この代替フットプリント調節技法は、例えば、大き
なカバレッジ区域が望ましくしかも、例えば、カバレッジが広いアンテナ、特に
多くの狭帯域ビームを有するものを用いる場合に完全な角度偏差の補償を行なう
のが難しいＬＥＯ衛星と共に用いることが望ましい。大きな衛星フットプリント
を与えるシステムでは、単一のフットプリントが、例えば、大陸全体をカバーし
、約４０°の緯度に及ぶ場合もある。したがって、先に論じたように、単一のフ
ットプリント内にある異なる地点では、補償を変化させなければならない場合も
あり得る。

【００５６】 この代替方法の使用によって、角度偏差補償技法を採用したビーム管理方法の
利点の一部が実現することは変わりなく、しかも従来の衛星システムを用いる場
合よりも、必要な横方向のセル間ハンド・オフは少なくて済む。この代替実施例
を採用すると、赤道付近の緯度においては、本発明の好適実施例を用いる場合（
衛星姿勢を調節して角度偏差を補正する）よりも、広い横方向ハンド・オフを行
なうことができるが、高い緯度では横方向ハンド・オフは最小となる。高い緯度
において行われる衛星間ハンド・オフでは、衛星速度が地球の回転に対してほぼ
接線方向にある場合、フットプリントの第１端部においてビーム・グループ１５
０の中心にＣＵ（または多数のＣＵ）を収容することができ、おそらくビーム・
グループ１５０内のビーム・ストライプ１３０間で横方向ハンド・オフを行なわ
ずに、フットプリントの遠端まで通過することができる。ＣＵは、そのフットプ
リントへの進入位置のために、フットプリントの遠端に達する前に、フットプリ
ント内で横方向ハンド・オフを必要とし、例えば、フットプリント９０内の中間
点またはその他のいずれかの地点において、第１ビーム・グループ１５０の境界
の外側に移り、隣接するビーム・グループ１５０において１つ以上のハードウエ
ア・グループによって処理することができるが、それでもフットプリント９０内
の非整合、非均一経路を通過するＣＵよりも、ハードウエア切り替えは少ない。

【００５７】 更に他の代替フットプリント調節技法では、ステップ４７０は、アンテナを所
望の方向に向けることにより、衛星機内において電気的または機械的アンテナ調
節で地表上の回転運動を補正することから成るものとすることができる。これは
、数度だけ回転しオフセットを補償可能な回転ベース上に衛星アンテナを取り付
けることによって、行なうことができる。しかしながら、この技法は、実施が非
常に厄介なので、好ましくない。この技法を実施するには、数百（比較的大きな
衛星ではおそらく数千）の接続が運動可能なように衛星アンテナを設計する必要
がある。更に、この技法を用いると、衛星に信頼性の問題が発生する虞れがあり
、これら数百（または数千）の接続を多数回（少なくとも軌道毎に１回、毎日約
１２回）移動させるので、各軌道中に接続上で激しい摩耗が生じ、接続の寿命を
縮める可能性が高い。

【００５８】 要約すれば、本発明は、とりわけ、少なくとも部分的に地球の表面に対して移
動する衛星から成る衛星通信システムにおける改良されたビーム管理方法および
装置を提供する。また、本発明は、衛星通信システムにおいてハードウエア資源
の管理を改良し強化する方法および装置も提供する。本発明の方法および装置は
、ハンド・オフを簡略化してペイロード能力要件を緩和するように衛星ビームま
たはセルおよびハードウエア資源を管理することによって、衛星ペイロードの複
雑性を大幅に簡略化する。これは、衛星ハードウエア資源をハードウエア・グル
ープに集合化し、１つ以上のビーム・グループをサポートするように割り当てる
ことによって行われる。衛星姿勢調節，アンテナ方向調節，または代わりにビー
ム・グループの幅の調節を用いて、フットプリントを与える衛星に対する地球の
相対的運動の結果として発生する、衛星フットプリントの経度軸と地上の相対的
固定地点との間に生ずる角度偏差を補正することができる。

【００５９】 特定的な実施例に関する前述の説明は、本発明の全体的な特徴を完全に解明し
たので、他の者は現在の知識を適用することによって、総合的な概念から逸脱せ
ずに、かかる特定的な実施例を容易に変更することや、あるいは種々の用途に適
合化することができるので、かかる適合化および変更は、開示した実施例の均等
物の意味および範囲内に含まれることは当然であり、そのように意図するもので
ある。ここで用いた文章や用語は、限定ではなく説明の目的のためのものである
ことは理解されよう。したがって、本発明は、添付した特許請求の範囲の精神お
よび広義の範囲に該当する全ての代替物，変更物，均等物および変形を包含する
ことを意図するものである。

【００６０】 以上具体的な方法および装置に関連付け、更に好適実施例を参照しながら本発
明について説明したが、本発明の範囲に対する限定としてではなく、この記載は
一例として行なったに過ぎないことは明らかに理解されよう。本発明の範囲から
逸脱することなく、変更や修正が好適実施例において可能であることを当業者は
認めよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好適実施例による衛星通信システムの一部の超簡略図を示す。

【図２】 本発明の好適実施例による衛星フットプリントのビーム・パターンを示す。

【図３】 本発明の好適実施例によるビーム・グループへのハードウエア・グループの割
り当ての一例を概略図で示す。

【図４】 本発明の好適実施例による衛星通信システムにおいてビーム・パフォーマンス
を最適化するビーム管理方法を示す。

【図５】 地球の相対的運動に関して、地球の軌道を回る衛星の軌道軌跡を示す概略図で
ある。

【図６】 地球に対して４８°傾斜した軌道において地球の軌道を回る衛星の衛星地上ト
ラックを概略図で示す。

【図７】 衛星フットプリントの経度軸と、衛星がその軌道を移動する際にシステム・ユ
ーザまたはＣＵが通過するフットプリントとの間に生ずる角度オフセットを示す
。

【図８】 ４８°傾斜した低地球円軌道（約１４００キロメートル（ｋｍ））において衛
星が地球の軌道を回る際に、種々の緯度において遭遇する角度オフセットをグラ
フ表現で示す。

【図９】 軌道内にある衛星の概略図を示し、衛星のヨー，ピッチおよびロール姿勢パラ
メータを表わす。

【図１０】 本発明の好適実施例による衛星の簡略ブロック図を示す。

【図１１】 本発明の利点を得るために使用可能な衛星の潜在的に可能な多数の衛星設計の
１つを概略図で示す。

【図１２】 本発明の代替実施例による、ハードウエア・グループのビーム・グループヘの
割り当ての概略図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5J021 AA06 CA06 DB02 DB03 DB04 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA26 FA31 FA32 GA02 GA08 HA02 HA05 HA10 5J046 AA04 AB01 KA03 5K072 AA19 BB22 DD03 DD04 DD06 DD11 DD16 DD17 EE04 GG02 GG05 GG15 GG26

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 天体周囲の軌道を運動する少なくとも１つの衛星を有し、該衛星が複数のハー
   ドウエア資源と、前記天体の表面上またはその近くの衛星フットプリント内にお
   いて放射エネルギを送信または受信するように構成された放射インターフェース
   とを有する、衛星システムにおけるビーム管理方法であって： ａ）前記衛星フットプリント内に少なくとも１つのビーム・グループを与える
   段階であって、前記少なくとも１つのビーム・グループが、前記フットプリント
   を実質的に横切る少なくとも１本のビーム・ストライプから成るところの段階；
   および ｂ）前記複数のハードウエア資源のうち１つ以上のハードウエア資源を選択的
   に前記少なくとも１つのビーム・グループと関連付ける段階； から成ることを特徴とするビーム管理方法。
2. 【請求項２】 前記の段階ｂ）は： ｂ１）前記ハードウエア資源を１つ以上のハードウエア・グループにグループ
   化する段階；および ｂ２）前記少なくとも１つのビーム・グループから放射エネルギを受信するよ
   うに、または前記少なくとも１つのビーム・グループに放射エネルギを送信する
   ように、前記１つ以上のハードウエア・グループのうち少なくとも１つを割り当
   てる段階； から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記少なくとも１本のビーム・ストライプを、前記衛星の飛行方向に対応する
   方向において、前記フットプリントを実質的に横切る多数のセルに区分すること
   を特徴とする請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 前記衛星通信システムは、第１通信ユニット（ＣＵ）を有し、該第１ＣＵが前
   記天体の表面上またはその近くの地点に位置し、ＣＵトラックによって表わされ
   る経路に沿って前記フットプリントを通過する見掛け上の運行方向に運動し、前
   記衛星フットプリントは、前記衛星の前記飛行方向に対応する経度軸を有し、該
   経度軸が前記ＣＵトラックに対してある方位を有し、前記方法は： ｃ）前記フットプリントを調節し、該フットプリントの前記カバレッジ区域内
   に前記第１ＣＵが位置する期間において、前記第１ＣＵが第１ビーム・グループ
   内に留まるところの段階； より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 少なくとも１つの通信ユニット（ＣＵ）と、天体周囲の軌道を運動する少なく
   とも１つの衛星とを有する衛星システムにおけるビーム管理方法であって、該衛
   星が前記天体の表面上またはその近くの衛星フットプリント内において放射エネ
   ルギを送信または受信するように構成された放射インターフェースを有し、前記
   衛星が更に複数のハードウエア資源を含み、前記方法は： ａ）前記フットプリントを、前記衛星の飛行方向に対応する方向に、前記フッ
   トプリントを実質的に横切る多数のビーム・ストライプに区分する段階； ｂ）前記ハードウエア資源を１つ以上のハードウエア・グループにグループ化
   する段階；および ｃ）１つ以上の前記ビーム・ストライプに対して前記ハードウエア・グループ
   の少なくとも１つを割り当てる段階； から成ることを特徴とするビーム管理方法。
6. 【請求項６】 前記衛星フットプリントは前記飛行方向に対応する経度軸を有し、前記少なく
   とも１つのＣＵの第１ＣＵは、前記天体の表面上またはその近くの地点に位置し
   、ＣＵトラックによって表わされる経路に沿って前記フットプリント内において
   前記多数のセル間でハンド・オフされ、前記経度軸は前記ＣＵトラックに対して
   ある方位を有し、前記衛星が前記天体を周回して前記衛星が前記天体のある緯度
   を越えた場合、前記天体の前記衛星に対する相対的運動の結果として、前記ＣＵ
   トラックおよび前記経度軸に角度偏差が生じ、更に： ｄ）前記角度偏差の大きさを判定する段階；および ｅ）前記角度偏差の前記大きさが所定の閾値πを超過した場合、前記フットプ
   リントを調節する段階であって、前記第１ＣＵが前記フットプリントの前記カバ
   レッジ区域内に位置する期間において前記第１ＣＵが１本以上のビーム・ストラ
   イプから成る第１ビーム・グループ内に留まるところの段階； より成ることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 衛星通信システムであって、 天体の表面上またはその近くに少なくとも１本の放射エネルギ・ビームを与え
   、衛星フットプリントを形成可能な少なくとも１つの衛星であって、前記衛星フ
   ットプリントを多数のセルに分割し、前記フットプリントが経度軸を有し、前記
   衛星が複数のハードウエア資源を含むところの衛星； 前記多数のセルをビーム・ストライプ状に配列する手段であって、各前記ビー
   ム・ストライプが、前記経度軸に対応する方向に前記フットプリントを実質的に
   横切る複数の前記多数のセルを含むところの手段； 前記複数のハードウエア資源を多数のハードウエア・グループに区分する手段
   ；および １本以上のビーム・ストライプのカバレッジ区域内に位置する少なくとも１つ
   のＣＵに対して、前記ハードウエア・グループの少なくとも１つを割り当てる手
   段； から成ることを特徴とする衛星通信システム。
8. 【請求項８】 前記天体の表面上またはその近くの地点に位置する少なくとも１つの通信ユニ
   ット（ＣＵ）であって、該ＣＵは、ＣＵトラックによって表わされる経路に沿っ
   て前記フットプリント内において前記多数のセル間でハンド・オフされるように
   構成され、前記経度軸が前記ＣＵトラックに対してある方位を有し、前記衛星が
   前記天体を周回して前記衛星が前記天体のある緯度を越えた場合、前記天体の前
   記衛星に対する相対的運動の結果として、前記ＣＵトラックおよび前記経度軸に
   角度偏差が生ずるところの通信ユニット； 前記角度偏差の大きさを判定する手段；および 前記角度偏差の大きさが所定の閾大きさπを超過する場合、前記フットプリン
   トを調節し、１本以上のビーム・ストライプから成るビーム・グループ内に前記
   ＣＵが留まるところの手段； を更に含むことを特徴とする請求項７記載の衛星通信システム。
9. 【請求項９】 衛星通信システムにおいて用いる衛星であって、該衛星は、放射エネルギを送
   信または受信する衛星フットプリントを与えることができ、該フットプリントは
   経度軸を有し： 複数のハードウエア資源； 前記経度軸に対応する方向に前記フットプリントを実質的に横切る少なくとも
   １本のビーム・ストライプを与える手段； 前記複数のハードウエア資源を多数のハードウエア・グループに区分する手段
   ；および １本以上のストライプから成る第１ビーム・グループのカバレッジ区域内に位
   置する少なくとも１つのＣＵに対して、前記ハードウエア・グループの少なくと
   も１つを割り当てる手段； から成ることを特徴とする衛星。
10. 【請求項１０】 衛星通信システムにおいて使用される衛星であって： 送受信機； 前記送受信機に結合されたビーム・フォーマ； 前記ビーム・フォーマに結合された放射インターフェースであって、該放射イ
    ンターフェースは、放射エネルギ・ビームを送信または受信可能であり、かつ天
    体の表面上またはその近くに前記放射エネルギ・ビームを投影し、前記ビーム・
    フォーマと共に衛星フットプリントを形成可能であり、前記衛星は、移動可能な
    飛行方向にほぼ対応する方向に前記フットプリントを実質的に横切る１本以上の
    ビーム・ストライプに区分され、前記フットプリントは経度軸を有するところの
    放射インターフェース；および 前記送受信機に結合された複数のハードウエア資源； から成り、前記複数のハードウエア資源の１つ以上のハードウエア資源を選択的
    に１本以上の前記ビーム・ストライプに関連付けることを特徴とする衛星。