JP2003249884A

JP2003249884A - 柔軟性ハブ−スポーク衛星通信ネットワークを実装するための装置および方法

Info

Publication number: JP2003249884A
Application number: JP2003005844A
Authority: JP
Inventors: Daniel R Franzen; ダニエル・アール・フランゼン; Daniel R Lane; ダニエル・アール・レイン; Nicholas F Dicamillo; ニコラス・エフ・ディカミロ
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2003-09-05
Also published as: US20030134592A1; EP1328076A3; US6973287B2; EP1328076A2

Abstract

(57)【要約】【課題】衛星通信ネットワークにおいて、ペイロード
・アーキテクチャのコストおよび重量を極力抑え、軌道
上において容量の再割り当てを可能とし、費用をかけず
に簡単にペイロード・アーキテクチャをビーム毎に試験
する。【解決手段】多重ビーム衛星は、複数の第１スポット
・ビームを受信する入力部と、複数の第２スポット・ビ
ームを送信する出力部とを備えている。ペイロード・ア
ーキテクチャが入力部と出力部との間に結合されてい
る。これは、入力部が受信した複数の第１スポット・ビ
ームからの信号の切換および濾波を柔軟かつ選択的に行
い、信号を前記出力部に供給し、前記複数の第２スポッ
ト・ビームとして送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には通信衛
星の分野に関する。更に特定すれば、本発明は、柔軟な
ハブ−スポーク衛星通信ネットワークを実現するための
装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、通信衛星は電話通信に制限されて
いた。しかしながら、現在では、音声、データ、ビデ
オ、テレビジョン、およびラジオを含み、しかもこれら
とは限らないあらゆる形態の通信が、静止（同期）衛星
によって中継されている。主要な産業の中には、信頼性
の高い衛星通信サービスが連続的に利用できるか否かに
大きく依存するものもある。図１は、２機の衛星によっ
て通信のために冗長性を備えた、従来の衛星通信ネット
ワークを示す図である。衛星６２０および６４０は、均
一カバレッジ配置方法を用いて、地球のある領域６１０
の内部に位置する地上局６３０と通信を行う。この均一
カバレッジ配置方法では、限定する訳ではないが、北ア
メリカのような地球のある領域６１０全域との通信を可
能にする。衛星６２０または衛星６４０の一方が仮に故
障したとすると、他方の衛星がその通信機能を引き継ぐ
ことになる。しかしながら、この冗長性は、単に一方が
故障した場合に備えて２機の衛星を用いなければならな
いため、実現には費用がかかる。更に、ある場所で需要
が増大した場合、あるエリアにおいて見られるトラフィ
ック増大に伴う追加の負荷を処理するように、軌道内で
衛星を再構成することができない。加えて、衛星を設計
しているときには、衛星内に過剰な容量を設けることは
不可能である。何故なら、これは打ち上げよりも１年以
上前という場合もあるからである。その時点では、市場
の需要が確定していないということもあり得る。

【０００３】前述の冗長性および容量の問題を克服する
ために、ある機構は多数のフィード(feed)を利用して多
数のスポット・ビームを形成し、地球上の特定の場所６
１０を目標（ターゲット）としている。これまでは、フ
ィード・ホーン(feed horn)のサイズが大きいことか
ら、単一のアンテナ内に配置できるのは比較的少数のフ
ィードのみであった。しかしながら、米国特許第６，２
１１，８２５号、米国特許第６，２１５，４５２号、お
よび米国特許第６，２３６，３７５号に示されるよう
に、以後半球地球カバレッジ・アンテナ(hemisperical
earth coverage antenna)と呼ばれるものを用いると、
多数のスポット・ビームを有することができ、各スポッ
ト・ビームが個々に地球上の特定の場所６１０を目標と
することが可能になる。これらの特許は、本願の譲受人
に譲渡されており、その内容はこの言及により全体的に
本願にも援用されるものとする。また、ペイロード内で
異なる信号をスイッチングし（切り換え）、異なるフィ
ードに対する受信／送信を行うこともできる。

【０００４】図２は、前述のアンテナ・システムを利用
した非均一カバレッジ分散によって、地球上の所定の場
所に配置されたスポット・ビームの一例を示す図であ
る。衛星７１０は、西経４７度にあるその位置から、南
アメリカおよびアメリカ合衆国の東海岸をカバーするよ
うにそのスポット・ビーム７４０を位置付ける。一方、
衛星７２０は、そのスポット・ビーム７５０がアジアお
よびオーストラリアの部分をカバーするように配置され
ている。更に、スポット・ビームの位置決めは、衛星の
アンテナにおけるフィードの物理的整合、および静止軌
道において衛星が位置する経度によって左右される。そ
の詳細は、米国特許第６，２１１，８３５号、第６，２
１５，４５２号、および第６，２３６，３７５号に記載
されており、この言及によりこれらの全体が本願にも援
用されるものとする。一旦フィードが衛星内部で設定さ
れると、これらを個々に変更して別の地理的場所を目標
にすることはできない。しかしながら、均一カバレッジ
配置方法とは異なり、需要が最も多く収益性が最大とな
るエリアに向けてスポット・ビームを指向させすること
ができる。したがって、スポット・ビームを発生するた
めのフィードの位置決めは、衛星通信ネットワークの収
益を決定する上で非常に重要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】スポット・ビーム・ブ
ロードバンド・システムは、頻繁にシステムの容量をビ
ーム・グループに分割する。典型的なシステムでは、各
ビーム・グループは、地上におけるある数のカバレッジ
領域、およびこれらの領域に供するために割り当てられ
た関連衛星資源から成る。ハブ−スポーク・ネットワー
クでは、一サイトから生成されたアップリンク、即ち、
ゲートウェイがある。従来のハブ−スポーク・システム
では、一般に、ゲートウェイが所定のカバレッジ・エリ
ア内になければならない。衛星上のペイロードは、スポ
ット・ビームを受信または送信する位置を変更するスイ
ッチを有し、個々の切換例は共通である。これまで、シ
ステムは、カバレッジ・エリア間でのスペクトル割り当
てをどのように行うかについて予め規定しており、ハー
ド・ワイヤ電力分割器、電力分割モジュールまたはその
他のモジュールを用いてアップリンク帯域幅を割り当て
ていた。この手法に伴う問題は、システムの需要度が著
しく変動し、セルによっては割り当てられる資源が過剰
になったり、過少になる可能性が非常に高いことであ
る。その結果、契約容量の低下や、急激なシステム収益
の低下を招く。したがって、グループ内のセル間で衛星
アップリンク・チャネル帯域幅を軌道上で再割り当てす
るために、柔軟性を高めた手法が求められている。

【０００６】軌道上にある間、衛星を試験（テスト）
し、これらが予測通りに動作し続けていることを確認す
る必要がある。これには、個別試験段階（フェーズ）が
含まれ、その中で衛星製造業者は、衛星が元の仕様要件
通りに機能し動作し続けることを証明する必要がある。
動作可能であることを宣言するためには、衛星が適正に
機能し動作することを証明する必要がある。この試験段
階は多くの場合軌道上テスト（ＩＯＴ：in-orbit tes
t）と呼ばれており、受信利得対システム温度比（Ｇ／
Ｔ）、有効等方性放射電力（ＥＩＲＰ：Effective Isot
ropic Radiated Power)、帯域幅、並びにアップリンク
およびダウンリンク・キャリア対干渉（Ｃ／Ｉ）比を含
むことができる。

【０００７】ハード・ワイヤ接続性(hard-wired connec
tivity)を有するシステムの試験は困難である。従来の
衛星試験方法は、衛星までビームまたは信号を送信し、
この信号を衛星に中継させて地上局または地球上に位置
する試験局まで返送させることから成る。次いで、受信
信号のパラメータを、最初に衛星まで送信した信号のパ
ラメータと比較する。従来の衛星のビームは少数に過ぎ
なかったので、試験は１カ所または少数の箇所の地上局
で行うことができた。しかしながら、衛星が多数のビー
ムを送信および受信できるようになり、試験段階におい
てロジスティックな問題(logistical problems)が生ず
る可能性も出てきた。このような状況では、各アップリ
ンク・ビームおよび各ダウンリンク・ビームを試験する
には、費用がかかり、しかも極度に困難であり手間がか
かる。ビーム毎に衛星まで信号を送信し、中継して第２
ビームにおいて信号を地球まで返送する必要がある。こ
のためには、各試験対象ビームに対応して、地球全域の
異なる場所に、例外的に多数の地上局または試験局を配
置することが必要になる場合がある。ビームの送信およ
び受信には多数の地上局が関わるので、この種の試験は
非常に手間がかかる。また、機内テスト信号発生器も公
知であるが、この解決策も費用がかかる。したがって、
多重ビーム衛星の試験効率を向上させる手段を提供する
ことが望まれている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】好適な実施形態は、ペイ
ロード・アーキテクチャのコストおよび量(mass)を極力
抑えつつ、利用可能な帯域幅を最大限確保し、軌道上に
おいて容量を再割り当てすることができる衛星通信ネッ
トワークに関する。この総合的な目的を達成するに当た
り、軌道上における柔軟性を、低コスト、小重量、およ
び低電力の最新アンテナ設計によって、実用的かつ簡素
に実現可能とした。

【０００９】好適な実施形態の目的は、多重ビーム衛星
に基づくブロードバンド通信ネットワークを提供し、軌
道上において、アップリンク・ビームのために、選択し
たグループ内の各スポット・ビームからリアル・タイム
で信号情報を抽出し、柔軟性のあるアップリンクの実現
およびペイロード周波数計画にこの信号情報を投入する
ことができるようにすることである。柔軟性のあるアッ
プリンクの実現により、スポット・ビームの組み合わせ
を選択し、各ビーム毎に所望のアップリンク容量を処理
する。このようなネットワークによって、帯域幅を最大
化し、いずれの選択したビーム・グループにおいてもス
ポット・ビーム間においてチャネル能力(容量)の再割り
当てを軌道上で行うことが可能となる。

【００１０】また、好適な実施形態は、軌道上試験ユニ
ットのコストや重量、または多数の試験地の費用も解消
することも目的とする。好適な実施形態は、連結（接続
形態）の切換によって、単一の現場から試験を行うこと
ができる。

【００１１】本発明の第１の態様では、柔軟性のあるア
ップリンクの実現によって、ユーザ・セルのグループ間
におけるアップリンク帯域幅の再割り当てを軌道上で行
うことが可能となる。所与のスポット・ビームからの信
号を電力分割し、１組のスイッチおよびマルチプレクサ
にルーティング（経路選択）する。スイッチおよびマル
チプレクサは、この信号を選択し、信号をフィルタリン
グ（濾波）し、これを別の信号と結合する。結合された
信号は、次いで増幅され、ダウンリンク・ビームを通じ
て送信される。

【００１２】本発明の第２の態様では、スイッチおよび
マルチプレクサは、スポット・ビームの点検および試験
によって、費用をかけずに軌道上でビーム・スポットを
使用可能にする方法を実現する。柔軟なアップリンクに
よって、試験目的のためにのみ、各セルからダウンリン
クへ、更に同じセルにという、アップリンクの接続形態
が可能となる。言い換えると、これは、アップリンク信
号の接続形態に関しては、各セルがゲートウェイとして
動作することを可能にする。これによって、単一の試験
現場から全てのスポット・ビームを試験することができ
る。このサイトでアップリンクを生成し、ダウンリンク
を観察する。各ビーム内における振る舞いを試験するに
は、走査パターンにしたがって衛星のアンテナ構造の向
きを変える。このようにして、スポット・ビームの位置
を変え、適切なアップリンク接続形態を指令することに
よって、各ビームを順番に試験することができる。この
構成によって、地球上にある１カ所の局からのテスト信
号を用いて、各衛星スポット・ビームを１つずつ試験す
ることが可能となる。これによって、各ユーザ・ビーム
を試験の目的のためのゲートウェイと見なすことができ
る。

【００１３】本発明のその他の目的、利点および顕著な
特徴は、本発明の好適な実施形態を開示する添付図面と
関連した以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】これより、添付図面を参照しなが
ら本発明について詳細に説明する。図面では、同様の参
照番号は同様のエレメントを表すこととする。

【００１５】本発明の好適な実施形態を多重ビーム衛星
に関して以下に説明する。この多重ビーム衛星は、ビー
ム・グループ単位で複数のビームを（地球から）受信す
る入力部と、ビーム・グループ単位で複数のビームを
（地球に）送信する出力部とを含む。ペイロード・アー
キテクチャが、入力部および出力部間に結合されてい
る。ペイロード・アーキテクチャは、信号のスイッチン
グ（切換）およびフィルタリング（濾波）を組み合わせ
て行う柔軟な実装態様を含む。この信号は、入力部が受
信した第１複数のビーム（即ち、アップリンク・ビー
ム）に対応し、出力部にルーティング（経路選択）さ
れ、第２複数のビーム（即ち、ダウンリンク・ビーム）
として送信され、特定的な所望の動作上の効果をもたら
す。好適な実施形態は単なる一例に過ぎず、本発明ある
いはその応用または使用を制限する意図は全くない。信
号、複数の信号、ビーム、または複数のビームという用
語を全体を通じて用いるが、相互に交換可能であること
を意図している。

【００１６】詳細な説明の前に、衛星ペイロード・アー
キテクチャの一例について、簡単にその概要を述べてお
く。一例とした衛星ペイロード・アーキテクチャは、複
数の受信アンテナにおいて高周波アップリンク・ビーム
を受信し、チャネルの切換および濾波のために、この高
周波数をこれよりも低い周波数に変換し、この低周波信
号をそれよりも高い周波数に変換し、高電力信号を複数
の送信アンテナの内１つに分配することができる。

【００１７】図３は、本発明の好適な実施形態による、
多重ビーム衛星の一ビーム・グループのみに対するペイ
ロードにおける電子回路を示すブロック図である。衛星
ペイロードは、他のビーム・グループ各々にも、同様の
電子回路を含むことができる。衛星は、多数のビーム・
グループ、例えば、８つのビーム・グループの送受信を
行うために、様々な種類のアンテナ構造を含むことがで
きる。例えば、アプリンク・スポット・ビームを受信す
るための第１アンテナまたはアンテナ・セット、および
ダウンリンク・スポット・ビームを受信するための第２
アンテナまたはアンテナ・セットを含むことができる。
あるいは、１つ以上の共有アンテナ・アパーチャ(anten
na aperture)を設け、各々がアップリンクおよびダウン
リンク・スポット・ビームを受信および送信するように
してもよい。

【００１８】図３は、第１二重偏波アンテナ２０、第２
二重偏波アンテナ３０、第３二重偏波アンテナ４０、お
よび第４二重偏波アンテナ５０を示し、各々、地球から
のアンプリンク・ビームを周知の方法で受信する。アッ
プリンク信号（ブロードバンド通信信号等）をアンテナ
で受信すると、受信信号は、４つの偏分波器（ＯＭＴ：
オルソモード・トランスデューサ：ortho-mode transdu
cer）１１０を通過し、８つのバンド・パス・フィルタ
（ＢＰＦ）１２０に達する。濾波された信号は、８つの
低ノイズ増幅器／ダウンコンバータ（ＬＮＡＤ／Ｃ）
１３０に達する。ＬＮＡＤ／Ｃ１３０は、受信および
濾波された信号を（Ｋa−バンドにおける約３０ＧＨｚ
のような）高周波数から、（Ｃ−バンドにおける約４ま
たは５ＧＨｚのような）それよりも低い周波数に変換す
る。

【００１９】次に、低周波Ｃ−バンド信号を、８つのＣ
−バンド用増幅器１４０によって増幅し、入力マルチプ
レクサ（ＩＭＵＸ）および切換集合体２００に伝達す
る。ＩＭＵＸ／切換アセンブリ（ＩＭＵＸおよび切換ア
センブリ）２００は、アプリンク４：２連結（接続形
態）切換ネットワーク２１０を含み、これは電力分割切
換ネットワークとすることができる。アップリンク４−
２接続形態切換ネットワーク２１０から出力された信号
は、２つのアウトバウンド入力マルチプレクサ（ＩＭＵ
Ｘ）２２０の一方または４：１逆ＩＭＵＸ２３０のいず
れかに入力することができる。ＩＭＵＸ２２０は、Ｏ
１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４を出力し、Ｃ−バンド冗長切換ネ
ットワーク３１０に接続されている。４：１逆ＩＭＵＸ
２３０の出力Ｉ１は、Ｃ−バンド冗長切換ネットワーク
３１０に接続されている。

【００２０】Ｃ−バンド冗長切換ネットワーク３１０の
出力は、５つのアップコンバータ（Ｕ／Ｃ）３２０に接
続されている。Ｕ／Ｃ３２０は、低周波信号を、それよ
りも高い（約２０ＧＨｚのような）Ｋ−バンド周波数信
号に変換し、地球への返送に用いる。次に、高周波Ｋ−
バンド信号は、５つのＫ−バンド線形化チャネル増幅器
（ＬＣＡＭＰ）３３０および５つのＴＷＴＡ３４０を通
過する。５つのＴＷＴＡ３４０は、送信ＲＦ電力を供給
しダウンリンク送信を行う高電力増幅器である。５つの
ＴＷＴＡ３４０は、４つのアウトバウンド信号Ｏ−１、
Ｏ−２、Ｏ−３、Ｏ−４をユーザに出力し、１つのイン
バウンド信号Ｉ−１をゲートウェイ（図示せず）に出力
する。Ｋ−バンド冗長切換ネットワーク３５０は、信号
Ｉ−１、Ｏ−１、Ｏ−２、Ｏ−３、Ｏ−４を出力マルチ
プレクサ（ＯＭＵＸ）および切換アセンブリ４００に接
続する。

【００２１】ＯＭＵＸ／切換アセンブリ（ＯＭＵＸおよ
び切換アセンブリ）４００は、信号Ｉ−１、Ｏ−１、Ｏ
−２、Ｏ−３、Ｏ−４をアウトバウンド・マルチプレク
サ（ＯＭＵＸ）４２０に結合する機械式スイッチ４１０
を含むことができる。これらの信号は、ＯＭＵＸ４２０
を通過し、機械式スイッチ４１０に適切に分配される。
スイッチ４３０は、アウトバウンド信号を、ダウンリン
クＯＭＴ５１０の１つ、ならびに第１二重偏波ダウンリ
ンク・アンテナ５２０、第２二重偏波ダウンリンク・ア
ンテナ５３０、第３偏波ダウンリンク・アンテナ５４
０、および第４二重偏波ダウンリンク・アンテナ５５０
のような対応するダウンリンク・アンテナに分配する。

【００２２】電力変換ユニット１５０も設けて、ＤＣ電
力をＬＮＡＤ／Ｃ１３０およびＣ−バンド用増幅器１
４０に供給することができる。加えて、集中周波数ソー
ス（源）ユニット１６０が、局部発振（ＬＯ）信号をＬ
ＮＡＤ／Ｃ１３０およびＵ／Ｃ３２０に供給する。電
力変換ユニット１５０および集中周波数源ユニット１６
０は、衛星のビーム・グループ全ての間で共有されてい
る。

【００２３】ＩＭＵＸ／切換アセンブリ２００ならびに
ＯＭＵＸ／切換アセンブリ４００は、アップリンク・ア
ンテナ２０、３０、４０、５０のいずれかからダウンリ
ンク・アンテナ５２０、５３０、５４０、５５０のいず
れかへのアップリンク信号でも適切に切り換え濾波する
ように動作する。図３はＩＭＵＸ／切換アセンブリ２０
０の一実施形態ならびにＯＭＵＸ／切換アセンブリ４０
０の一実施形態を示すが、他の実施形態および構成も本
発明の範囲に含まれるものとする。ＩＭＵＸ／切換アセ
ンブリ２００は、ＯＭＵＸ／切換アセンブリ４００より
も低い（４ＧＨｚのような）周波数で動作する。

【００２４】図４は、一地理的エリアに対して容量を増
加するために、軌道上において衛星のスポット・ビーム
容量を柔軟に割り当てる構造を概念的に示す図である。
この柔軟な割り当てが望まれるのは、例えば、需要がこ
の地理的エリアにおいて増大したからである。衛星の１
つ以上のアンテナ内部に配置されたフィードが通常カバ
ーするビームとして、衛星と共に４つのスポット・ビー
ムが描かれている。図４に示すように、信号０１、０
２、０３または０４の各々を異なる地理的エリアにそれ
ぞれ指向させることができ、あるいは全ての信号をいず
れかの地理的エリアに集中させることもできる。図４は
極端な信号再割り当てシナリオ（状況）を示すのであ
り、他の信号分配の組み合わせも数多くある。したがっ
て、特定の地理的エリア内で需要が上昇した場合、追加
の信号を高需要エリアにルーティングさせ、ビーム・グ
ループ内の他のエリアから信号を引き上げることも可能
である。衛星機内で命令可能なスイッチを利用すること
によって、いずれの所与の時点においてもチャネルの割
り当てを変更することができる。例えば、優先度の高い
ビームに２つのトランスポンダを設け、需要が少ない２
つのビームの各々に１つのトランスポンダを割り当てる
こともできる。これらの構成は軌道上で変更することが
できる。

【００２５】図５に関して更に以下で説明するが、好適
な実施形態における衛星は、８つの独立したビーム・グ
ループを有し、その各々が４つの地上セルにカバレッジ
を提供する。したがって、衛星当たり合計で３２個の地
上セルにカバレッジを提供する。各ビーム・グループ
は、単一のアクティブ・ゲートウェイ、４つのアウトバ
ウンド・トランスポンダ、および１つのインバウンド・
トランスポンダを有する。この設計はモジュール状であ
り、追加のビーム・グループも容易に受け入れ、更に大
きなカバレッジを提供することができる。

【００２６】このペイロード・アーキテクチャでは、４
つまでのビーム間で、一グループにおいて４つのアウト
バウンド・トランスポンダを４つまでのビーム間で分配
することができる。容量は、１つのビームに集中させた
り、数個のビーム間で拡散させたり、または４つのビー
ム全ての間で均一に拡散させることができる。分配の変
更は、軌道上で行うことができる。好適な実施形態にお
ける衛星は、インターネットのようなブロードバンド通
信に用いる半球状地球カバレッジ衛星(hemispherical e
arth coverage satellite)である。衛星は、（米国特許
第６，２３６，３７５号に開示されているような）多数
のスポット・ビームを有する多数のアンテナ構造を含む
ことができる。

【００２７】各ビーム・グループは、当該グループ内に
ある４つのセルのいずれかまたは全てにおいてユーザに
対応し、当該グループ内にある２つのセルの一方におい
てアクティブ・ゲートウェイに対応する。この連結（接
続形態）または接続性(connectivity)を「４：２」と表
記する。何故なら、アウトバウンド容量を４つのビーム
間で分配し、ゲートウェイに可能な場所が２箇所あるか
らである。対照的に、「２：１」接続形態では、４つの
アウトバウンド・トランスポンダを２つのビーム間で割
り当て、ゲートウェイの場所は１つである。４：２接続
形態に変更するために必要な追加のハードウエアは僅か
に過ぎない。何故なら、最新のアンテナは、アンテナま
たはＲＦ光学部品を変更することなく、３２本以上のビ
ームに適応する（収容可能である）からである。常に高
い性能を全てのビームに与えることにより、このアンテ
ナは４：２柔軟手法を可能とし、多数の有用なビームを
配信することができる。

【００２８】４：２接続形態は、軌道上で構成でき、
２：１接続形態の機能性全てを備えることができる。そ
の際、単に２つのビームのみの間で４つのアウトバウン
ド・トランスポンダを割り当てることを選択し、ゲート
ウェイの場所を選択するだけでよい。しかしながら、
４：２接続形態は、２：１接続形態で可能なものを上回
る有用な割り当てを提供する。図４の左側に示すよう
に、必要であれば、４つのビーム間で均等に容量を拡散
することができる。また、図４の右側に示すように、１
つのセルのみに容量を集中させることもできる。勿論、
２つまたは３つのビーム間で容量を分割する中間割り当
ても可能である。

【００２９】４つのセルに渡って容量を分配することに
より、４ビーム・グループ化では、２ビーム・グループ
化と比較して、カバレッジの配備および容量の分配にお
いて柔軟性を格段に高めることができる。この接続形態
は、半球状アンテナおよびその他の広視野アンテナを利
用し、アンテナ当たりのカバレッジを倍増し、最初は低
い容量密度で広範なエリアをカバーする。このように容
量を最初に広げることにより、容量の過少利用という危
険性を低下させ、最少数の衛星打ち上げによって広範な
サービスを提供し、市場参入のための時間短縮および初
期コスト削減がもたらされる。２：１アーキテクチャ
は、２つのビーム間で４つのアウトバウンド・トランス
ポンダを共有するので、初期容量の分散を一層密度濃く
行う必要があり、そのためカバレッジを確保するために
必要な衛星も多くなる。４：２設計は、トランスポンダ
をビームの適切なサブセットに割り当てることによっ
て、２ビーム・グループ化のために構成することもで
き、容量の密度およびカバレッジに対する強化度合いの
変化に合わせて、配備計画を連続的に遂行する柔軟性が
得られる。軌道上での柔軟性のために、通信マーケット
の発展、およびサービスの新規公開(ロールアウト)の進
展に連れて、資源の再割り当てを行うことができる。

【００３０】図５に示すように、８つのビーム・グルー
プの各々は、２つのセルの一方における単一のアクティ
ブ・ゲートウェイと４つのセルのいずれかにおけるユー
ザ端末全てとの間で同時双方向通信を提供する。ビーム
・グループ毎に、アクティブ・ゲートウェイを主要Ａセ
ルまたは主要Ｂセルのいずれかに配置することができ
る。ゲートウェイの選択は、軌道上で指令可能であり、
必要であれば軌道上でサービスの復元も可能である。ゲ
ートウェイから出て行く（アウトバウンド）トラフィッ
クでは、ペイロードはアクティブ・ゲートウェイから二
重偏波アップリンクを受信し、４つのアウトバウンド・
チャネル（Ｏ−１、Ｏ−２、Ｏ−３、Ｏ−４で示す）の
各々を、４つの地上セルのいずれにおいても、ユーザ端
末にダウンリンクする。図５に示す例では、各地上セル
が１つのアウトバウンド・チャネルを受信することを例
示しているが、好適な実施形態におけるペイロード・ア
ーキテクチャには柔軟性があり、１つ、２つ、３つ、ま
たは４つのアウトバウンド・チャネルをいずれの地上セ
ルにでもルーティングすることができ、これによって軌
道上で容量を割り当てし直すことができる。

【００３１】ゲートウェイに入来する（インバウンド）
トラフィックでは、ペイロード・アーキテクチャは４つ
のサブチャネル・アップリンク（図５ではＩ−ａ、Ｉ−
１ｂ、Ｉ−１ｃ、Ｉ−１ｄで示す）を、４つアウトバウ
ンド・チャネルに対応する４つまでの地上セル内のユー
ザから受信する。ペイロード・アーキテクチャは、４つ
のサブチャネルを多重化し、結合した（組み合わせた）
信号をアクティブ・ゲートウェイにルーティングする。
図５では、Ｏ−２アウトバウンド・チャネルはインバウ
ンド・サブチャネルＩ−１ａに対応し、Ｏ−４は１−１
ｃに対応し、Ｏ−１は１−１ｂに対応し、Ｏ−３は１−
１ｄに対応すると想定している。しかしながら、このペ
イロード・アーキテクチャには柔軟性があり、地上のコ
マンドに基づいて、アウトバウンド・チャネルおよびイ
ンバウンド・チャネル間のマッピングを変更することが
できる。

【００３２】アウトバウンド処理では、多重ビーム・ア
ンテナは主要Ａセルまたは主要Ｂセルのいずれかから二
重偏波ゲートウェイ・アップリンクを受信する。各偏波
上の信号をＣ−バンドにダウンコンバートし、増幅し、
１：２ＩＭＵＸによってチャネル化し、４つのチャネル
Ｏ−１、Ｏ−２、Ｏ−３、Ｏ−４を生成する。次に、４
つのチャネルの各々をアップコンバートし、利得を制御
し、線形化ＴＷＴＡによって増幅する。ＯＭＵＸ／切換
アセンブリは、必要に応じて、アウトバウンド・チャネ
ルの切換および結合（組み合わせ）を行い、０ないし４
つのチャネルをビーム・グループ内の各地上セルに供給
する。次に、信号をダウンリンク・アンテナにルーティ
ングし、ビーム・グループ内の１つ、２つ、３つ、また
は４つのセルに送信する。

【００３３】多重ビーム・アンテナは、ビーム・グルー
プ内の１つ、２つ、３つ、または４つのセルのいずれか
から、４つのユーザ・アップリンク・インバウンド・サ
ブチャネルを受信する。４つのサブチャネルを４：１ス
イッチにルーティングし、次いで４：１逆ＩＭＵＸにル
ーティングし、これらを結合して１つのＩ−１チャネル
にする。このＩ−１チャネルをアップコンバートし、利
得を制御し、線形化ＴＷＴＡによって増幅する。ＯＭＵ
Ｘ／切換アセンブリは、Ｉ−１チャネルを適切なアウト
バウンド・チャネルと結合し、次いで、ゲートウェイ地
上セルに対応するダウンリンク・フィードに信号を切り
換える。

【００３４】図６は、図３のペイロード・アーキテクチ
ャにおけるアップリンク４：２接続形態切換機構２１０
の詳細の第１例を示す。このアップリンクの実現によっ
て、ペイロード・アーキテクチャの複雑性に対する影響
を極力抑え、性能には何等影響を与えることなく、柔軟
なアップリンク接続形態およびカバレッジが可能とな
る。

【００３５】各スポット・ビームからの信号は、１：３
電力分割（ＰＤ）回路または１：２電力分割（ＰＤ）回
路において電力が分割される。次に、２：１スイッチ
（ＳＷ）または４：１スイッチ（ＳＷ）から成るスイッ
チにルーティングされる。スイッチは、アップリンク信
号を選択し、続いて、図３のペイロード・アーキテクチ
ャに示すように、この信号が濾波、増幅され、ダウンリ
ンクを通じて送信される。

【００３６】先に説明したように、この柔軟なアップリ
ンクの実現によって、ゲートウェイを４つのセルから成
るグループにおける２つのセルのいずれかに置くことが
可能となる。ユーザの帯域幅は、４つのセル全ての間
で、１つのセルにおいて、またはその間のあらゆる組み
合わせで用意することができる。柔軟なアップリンクの
実現によって、軌道上で帯域幅および接続形態の指定が
可能となる。

【００３７】また、スイッチング・マトリクスによっ
て、費用をかけずに、軌道上でスポット・ビームの点検
および試験を行うことにより、ビーム・スポットを使用
可能にする方法を実施する。図３のアップリンク４：２
接続形態切換ネットワークの第２例を図７に示す。これ
は、試験目的のためにのみ、各セルからダウンリンク
へ、そして同じセルへという、アップリンクの接続形態
を可能にする。

【００３８】別途設けた電力分割および切換（スイッチ
ング）回路によって、いずれの副次（二次）セルのスポ
ット・ビームであっても（主要セルの代わりに）、試験
目的のためのアップリンク信号接続形態に関して「ゲー
トウェイ」として動作することができる。これによっ
て、単一の試験現場から全てのスポット・ビームの試験
が可能となる。この現場で、アップリンクを生成し、ダ
ウンリンクを観察する。各ビーム内における振る舞い
（動作）を試験するには、走査パターンにしたがって衛
星のアンテナ構造の向きを変える。別個の第１および第
２アンテナの場合やアンテナ・セットの場合、アンテナ
またはアンテナ・セットの位置を変える。１つ以上の共
有アンテナ・アパーチャの場合、共有アンテナ・アパー
チャ（複数のアパーチャ）の位置を変える。このように
して、スポット・ビームの位置を変え、適切なアップリ
ンク接続形態を指令することによって、各ビームを試験
することができる。この構成によって、地球上にある１
カ所の局からのテスト信号を用いて、各衛星スポット・
ビームを１つずつ試験することが可能となる。これによ
って、各ユーザ・ビームを試験の目的のためのゲートウ
ェイと見なすことができる。

【００３９】その結果、ペイロード・アーキテクチャを
ビーム毎に試験および点検する方法が、費用をかけずに
簡単に得られる。こうすると、機上試験ユニットの必要
性が回避され、低コスト化および小型軽量化がもたらさ
れる。これによって、試験の間多数の地上局を使用する
必要性も回避される。その結果、軌道上での試験段階に
おいて、時間および資金が大幅に節約できる。

【００４０】以上、好適な実施形態を具体的に参照しな
がら本発明について説明したが、好適な実施形態の説明
は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するように
解釈してはならない。種々のその他の修正や変更も、本
発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者に
は想起されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、総合冗長性を備えた２機の衛星を有す
る従来の衛星通信ネットワークを示す図である。

【図２】図２は、半球地球カバレッジ・アンテナを利用
し、地球上の既定の場所に配置したスポット・ビームの
一例を示す図である。

【図３】図３は、本発明の実施形態の一例におけるペイ
ロード回路のブロック図である。

【図４】図４は、予測に反して需要が変化した地理的エ
リア内で容量を再割り当てするための衛星における容量
柔軟性を示す図である。

【図５】図５は、本発明の実施形態の一例における、ビ
ーム・グループの柔軟性を示す図である。

【図６】図６は、図３に示したペイロード・アーキテク
チャにおける、アップリンク４：２接続形態切換ネット
ワーク２１０の第１例を示す詳細なブロック図である。

【図７】図７は、図３に示したペイロード・アーキテク
チャにおける、アップリンク４：２接続形態切換ネット
ワーク２１０の第２例を示す詳細なブロック図である。

【符号の説明】

２０，３０，４０，５０二重偏波アンテナ１１０オルソモード・トランスデューサ１２０バンド・パス・フィルタ（ＢＰＦ）１３０低ノイズ増幅ダウンコンバータ（ＬＮＡＤ
／Ｃ）１４０Ｃ−バンド用増幅器１５０電力変換ユニット１６０集中周波数源ユニット２００入力マルチプレクサ（ＩＭＵＸ）／切換アセ
ンブリ２１０アップリンク接続形態切換ネットワーク２２０アウトバウンドＩＭＵＸ２３０４：１逆ＩＭＵＸ３１０Ｃ−バンド冗長切換ネットワーク３２０アップコンバータ（Ｕ／Ｃ）３３０Ｋ−バンド・リニアライザ／チャネル増幅器３４０ＴＷＴＡ３５０Ｋ−バンド冗長切換ネットワーク４００出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）／切換アセ
ンブリ４１０，４３０機械式スイッチ４２０マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）５１０ダウンリンクＯＭＴ５２０，５３０，５４０，５５０二重偏波ダウンリ
ンク・アンテナ６２０，６４０衛星６３０衛星ディッシュ７１０衛星７４０スポット・ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダニエル・アール・レインアメリカ合衆国カリフォルニア州90405, サンタ・モニカ，ユークリッド・ストリート 2450 (72)発明者ニコラス・エフ・ディカミロアメリカ合衆国カリフォルニア州90503, トーランス，クリスティン・アヴェニュー 20615 Ｆターム(参考） 5K072 BB22 CC03 DD02 DD06 EE04 GG02 GG15 GG22 GG23 GG26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多重ビーム衛星であって、複数の第１スポット・ビームを受信する入力部と、複数の第２スポット・ビームを送信する出力部と、前記入力部と前記出力部との間に結合されたペイロード
・アーキテクチャであって、前記入力部によって受信さ
れた前記複数の第１スポット・ビームからの信号のスイ
ッチングおよびフィルタリングを柔軟および選択的に行
い、スイッチングされフィルタリングされた信号を前記
出力部にルーティングし、前記複数の第２スポット・ビ
ームとして送信する、ペイロード・アーキテクチャと、
を備える多重ビーム衛星。
【請求項２】請求項１記載の衛星において、前記ペイ
ロード・アーキテクチャは、前記入力部によって受信さ
れた前記複数の第１スポット・ビームの内１つを選択し
てゲートウェイを収容し、前記複数の第１スポット・ビ
ームは、主ビームおよび二次ビームを含み、前記ペイロ
ード・アーキテクチャは主ビームを選択してゲートウェ
イを収容する多重ビーム衛星。
【請求項３】請求項１記載の衛星において、前記ペイ
ロード・アーキテクチャは、前記複数の第１スポット・
ビームのスイッチングおよびフィルタリングを行うこと
によって、前記複数の第１スポット・ビーム間でリター
ン・チャネルを割り当てる多重ビーム衛星。
【請求項４】請求項１記載の衛星において、前記ペイ
ロード・アーキテクチャは、前記複数の第１スポット・
ビームの電力分割およびスイッチングを行うことによっ
て、前記複数の第１スポット・ビームの内、ゲートウェ
イを収容するために選択された前記１つから、結合リタ
ーン信号を選択する多重ビーム衛星。
【請求項５】多重ビーム衛星であって、複数の第１スポット・ビームを受信する入力部と、複数の第２スポット・ビームを送信する出力部と、前記入力部と前記出力部との間に結合されたペイロード
・アーキテクチャであって、前記入力部で受信された前
記複数の第１スポット・ビームからの信号のスイッチン
グおよびフィルタリングを柔軟および選択的に行い、ス
イッチングされフィルタリングされた信号を、前記出力
部によって送信される前記複数の第２スポット・ビーム
としてルーティングし、前記複数の第１スポット・ビー
ムの各々、および前記複数の第２スポット・ビームの各
々の試験を実行する、ペイロード・アーキテクチャと、
を備える多重ビーム衛星。
【請求項６】請求項５記載の衛星において、前記ペイ
ロード・アーキテクチャは、前記複数の第１スポット・
ビームを選択的に切り換え、いずれのアップリンク・ビ
ームでもゲートウェイ・ビームとして動作可能とする多
重ビーム衛星。
【請求項７】請求項５記載の衛星において、単一の地
上局からのテスト信号を用いて前記試験を実行する多重
ビーム衛星。
【請求項８】請求項５記載の衛星において、前記ペイ
ロード・アーキテクチャは、前記複数の第２スポット・
ビームの内あるセルに対応する１つを、前記複数の第１
ビーム・スポットの内前記セルに対応する１つに対し
て、試験目的のみのための連結を可能にする多重ビーム
衛星。
【請求項９】請求項７記載の衛星において、前記試験
は、制御システムと共に行い、前記少なくとも１つの第
１アンテナおよび前記少なくとも１つの第２アンテナの
を位置を変更して、前記複数の第１スポット・ビームお
よび前記複数の第２スポット・ビームの各１つずつを、
前記単一の地上局から試験することを可能にした多重ビ
ーム衛星。
【請求項１０】請求項５記載の衛星において、前記複
数の第１スポット・ビームは、主要セルおよび二次セル
に対応するスポット・ビームを含み、前記試験は、二次
セルに対応する第１スポット・ビームの試験を含む多重
ビーム衛星。
【請求項１１】多重ビーム衛星の試験方法であって、前記衛星において複数の第１スポット・ビームを受信す
るステップと、前記衛星から複数の第２スポット・ビームを送信するス
テップと、前記複数の第１スポット・ビームをスイッチングし、あ
るセル内の第１スポット・ビームの当該セル内の第２ス
ポット・ビームとの連結を可能にするステップと、単一の地上局から、前記第１スポット・ビームおよび前
記第２スポット・ビームに対するテスト信号を送り、前
記第１スポット・ビームおよび前記第２スポット・ビー
ムを試験するステップと、を含む試験方法。
【請求項１２】請求項１１記載の方法において、更
に、前記複数の第１スポット・ビームの各１つ、および
前記複数の第２スポット・ビームの各１つに対して、前
記単一の地上局からテスト信号を送る前記ステップを繰
り返すステップを含む方法。
【請求項１３】請求項１２記載の方法において、前記
衛星は、前記複数の第１スポット・ビームを受信する第
１アンテナまたはアンテナ・セットと、前記複数の第２
スポット・ビームを送信する第２アンテナまたはアンテ
ナ・セットとを備え、前記複数の第１スポット・ビーム
および前記複数の第２スポット・ビームの内、あるセル
に対応する１つずつから成る各対毎に、前記第１アンテ
ナまたはアンテナ・セットおよび前記第２アンテナまた
はアンテナ・セットの位置を変更する方法。
【請求項１４】請求項１２記載の方法において、前記
衛星は、前記複数の第１スポット・ビームおよび前記複
数の第２スポット・ビームを受信する１つ以上の共有ア
ンテナ・アパーチャを備えており、前記複数の第１スポ
ット・ビームおよび前記複数の第２スポット・ビームの
内、あるセルに対応する１つずつから成る各対毎に、前
記共有アンテナ・アパーチャの位置を変更する方法。