JP2005516528A - ハイブリッドマルチスポット衛星ブロードキャストシステムにおける効率的な周波数使用のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

それぞれの周波数帯域幅Ｆ１；Ｆ２；Ｆ３で、ビームをマルチビームブロードキャストするための少なくとも１つの衛星Ｓ；Ｓ１；Ｓ２を含む、ハイブリッドマルチポット衛星ブロードキャストシステムで使用するためのシステムおよび方法。このシステムはさらに、前記ビームを受信し処理し、受信されたビームの帯域幅のものとは異なる周波数帯域幅で再送するための複数の地上中継器Ｒ１；Ｒ２；Ｆ３を含む。それぞれの地上中継器Ｒ１；Ｒ２；Ｒ３は、前記衛星からブロードキャストされた異なるビームに対応する帯域幅の組合せを、地上再送信のために再利用する。

Description

本発明は、ハイブリッドマルチスポット衛星ブロードキャストシステムにおいて、周波数を効率的に使用するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、モバイルエンドユーザに、マルチメディアコンテンツをブロードキャストするための衛星ブロードキャストシステムに関する。本発明によって提案される解決策では、地上中継のために、衛星周波数を再利用することによって、システムの周波数スペクトル資源を効率的に使用する。本発明は、それに限定されないが、いわゆる衛星によるデジタルブロードキャスト、つまりＤＢＳシステムに適用可能である。

モバイル地上受信機に向けてブロードキャストするための衛星システムは一般に、１から２ＧＨｚの範囲をカバーするいわゆるＬバンド、または２から３ＧＨｚの範囲をカバーするいわゆるＳバンドで動作する。これらの両方のバンドでは、周波数スペクトルが限られるため、使用可能な帯域幅が制限されることが分かっている。さらに、こうしたシステムには通常、マルチパス効果によってもたらされる伝送の劣化およびフェージングならびに／または衛星からの視線遮断の影響を克服するために、地上中継器の使用が必要である。たとえば、高い建物が存在する都市部では、遮断効果は、さらに大きくなり得る。

したがって、衛星がよく見える位置に設置された地上中継器が使用される。こうした中継器は、衛星信号を受信し、ある特定の内部処理の後に、それぞれのカバーエリア内で、同じ信号を再送することができ、このカバーエリア内で、ユーザは、望ましい品質の前記信号を受信することができる。

関連技術分野から知られているように、前記中継器によって使用される周波数帯は、衛星によって使用されるものとは異なり、それらは一般に、スペクトル資源も乏しい周波数範囲内で動作する。

さらに、マルチメディアブロードキャストのまさしく本質のために、大量のプログラムが通常、ユーザに送信される必要があり、それによって、比較的に大きいシステム容量が必要になる。多言語のマルチメディアアプリケーションが必要であり、したがって、さらに高い容量の必要性がもたらされる欧州のシステムでは、この要因が、さらに重要なものになる。より大きなシステム容量を必要とすることは、実際の問題として、周波数資源がさらに必要になることと解釈すべきであり、それは、地上中継器を使用する場合、独立型の衛星の少なくとも２倍の周波数資源を結果的に必要し得ることに留意されたい。

しかし、既に上記で述べたように、周波数資源は、実際には限られており、したがって、これに関するトレードオフの直接的な結果として、システム容量の損失が生じる。

さらに、現在存在する衛星モバイルブロードキャストシステムは通常、単一ビームの衛星システムである。こうしたシステム内の衛星は、四位相偏移（ＱＰＳＫ：quadrature phase shift keyed）変調のもとで、時間分割多重（ＴＤＭ：time division multiplexing）ビットストリームをブロードキャストする。次いで、たとえば都市部では、たとえば直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ：orthogonal frequency division multiplexing）波形を、別個の帯域で使用して、上述の中継器によって、信号が中継される。

ＤＢＳシステムはしばしば、時間ダイバーシチを利用する。時間ダイバーシチは、衛星信号伝送の地上受信を向上させるために使用される機能である。この機能によれば、第１の衛星から適切に離れた位置に配置され、第１の衛星の信号と実質上同じ信号を、しかし第１の衛星から送信される信号と比べて、所定の時間遅延内で送信する追加の衛星を使用する。

資源使用の面では、時間ダイバーシチの使用の直接的な結果として、１つの周波数ブロックに通常収まる１つのＴＤＭビットストリームをブロードキャストするのに、４つ以上の周波数ブロック、すなわち第１の衛星の１周波数ブロック、衛星遅延のレプリカのための別の１周波数ブロック、より堅牢な符号化を必要とする地上中継器のための複数の周波数ブロックが必要になる。したがって、時間ダイバーシチは、ユーザ端末側の受信容量を向上させるのに役立つが、さらに高いレベルの資源の使用を必要とする。

システム資源の使用の上記欠点を克服するために、マルチメディアプログラムミングをモバイルユーザに提供するための、動作容量が比較的に高く、またダウンリンク信号の地上受信およびユーザへの再送時にシステム資源を効率的に使用することができる、ハイブリッドマルチスポット衛星ブロードキャストシステムを提供することが望まれる。

この目的は、本発明によって提供される解決策によって達成される。本発明では、マルチビームアーキテクチャーが使用され、それぞれの地上中継器が、前記中継器によって受信された信号の地上再送信のために、隣接するダウンリンクビームの周波数帯を使用するように構成されるという条件に従って、衛星ダウンリンク送信によって占有された周波数帯が、地上再送時に再利用される。

以下でさらに論じるように、本発明によって提供される解決策によって、衛星ブロードキャストシステムの容量の大幅な増加がもたらされる。たとえば、以下でさらに論じるように、Ｌバンドの現在の応用例では、１２０個のマルチメディアプログラムの範囲内のプログラミング容量を提供するが、本発明によって提案される解決策は、より小さい帯域幅を使用して、１８０個のマルチメディアプログラムのプログラミング容量を提供することができる。

したがって、本発明の一目的は、それぞれの周波数帯域幅で、ビームをマルチビームブロードキャストすることができる少なくとも１つの衛星を含み、前記ビームの各々が、前記ビームを受信し処理し、受信されたビームの帯域幅とは異なる周波数帯域幅で再送することができる地上中継器に向けてブロードキャストされるように構成された、ハイブリッドマルチスポット衛星ブロードキャストシステムを提供することであり、第１の地上中継局から再送される信号の帯域幅が、前記衛星から少なくとも１つの第２の地上中継器にブロードキャストされたビームのために使用された帯域幅と実質上同じ周波数範囲を含むことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、前記再送される信号の帯域幅内の前記周波数範囲は、一方の周波数が他方の周波数と異なる、少なくとも２つの帯域幅を含み、前記帯域幅が、前記衛星から第２および第３の各中継器にブロードキャストされた各ビームのために使用された帯域幅と実質上同じである。

本発明の別の態様によれば、前記衛星は、それぞれが第１、第２および第３の各地上中継器に向けられる、少なくとも第１、第２および第３のビームをブロードキャストし、前記第１の地上中継器が、前記第２および前記第３のビームの各帯域幅の組合せである帯域幅を使用して、前記第１のビームを再送する。

本発明の別の目的は、それぞれの周波数帯域幅で、ビームをマルチビームブロードキャストするための少なくとも１つの衛星を含み、前記ビームの各々が、前記ビームを受信し処理し、受信されたビームの帯域幅のものとは異なる周波数帯域幅で再送することができる地上中継器に向けてブロードキャストされる衛星システムを用いた、ハイブリッドマルチスポットブロードキャストのための方法を提供することであり、前記第１の地上中継器が、前記衛星から少なくとも第２の地上中継器にブロードキャストされたビームで使用された帯域幅に実質上等しい周波数範囲を含む帯域幅で、前記信号を再送することを特徴とする方法。

本発明のこうしたおよび別の特徴、ならびにその利点について、添付の図面を用いて、以下の説明および特許請求の範囲で、より詳しく説明する。

図１ａに示す模式図に、単一ビームの構成でブロードキャストする、従来の衛星システムが示されている。こうしたシステムでは、衛星Ｓ１は、衛星Ｓ１からブロードキャストされるビームを受信し、処理し、再送することができる地上中継器Ｒ１に向けてブロードキャストする。

以下の一実施形態の説明は、ＴＤＭモードの伝送の例を用いて行われているが、本発明は、他の伝送モード、具体的には、符号分割多重、すなわちＣＤＭにも適用可能であることに留意されたい。

衛星からダウンリンク伝送でブロードキャストされる各ビームについて、占有される帯域幅がＢ_Ｓであると仮定する。中継器Ｒ１による対応する地上再送信には、さらに大きいコーディングレートが必要なので、同じ情報を送信するために、前記中継器Ｒ１によって使用される帯域幅は、Ｂ_Ｔ＝ｋ×Ｂ_Ｓ（ただし、ＴＤＭモードが使用される場合は、１≦ｋ≦２、ＣＤＭモードが使用される場合は、ｋ＝１）であると仮定される。

図１ｂに示すように、ダウンリンクビームの受信およびその再送信を実施するために必要な合計の周波数帯域幅は、従来システムでは、ダウンリンクについての、１帯域幅Ｂ_Ｓ、および再送信についての１つのＢ_Ｔを含む。したがって、必要な合計帯域幅は、Ｂ_Ｓ+Ｂ_Ｔである。

上記でさらに論じたように、衛星伝送でより高い受信品質を得るために、追加の衛星Ｓ２の使用を伴う、時間ダイバーシチが使用され得る。こうした場合、第２の衛星Ｓ２は、別の重複するビームをブロードキャストし、したがって、追加の帯域幅Ｂ_Ｓを占有し、それによって、単一の伝送に使用される合計帯域幅が、２Ｂ_Ｓ＋Ｂ_Ｔに増加することになる。

図２ａに示すように、マルチビーム構成で動作する衛星システムが使用され、衛星Ｓ１が、それぞれの地上中継器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３に、各ビームをブロードキャストする。ブロードキャストされた各ビームは、図１ａおよび１ｂの例と同様に、帯域幅Ｂ_Ｓを占める。地上中継器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、前記各ビームを受信し、処理し、再送することができる。

図２ａの例では、衛星からブロードキャストされるダウンリンクビームの３つのＴＤＭビットストリーム、すなわち３Ｂ_Ｓを必要とする、３つの中継器が示されている。しかし、本明細書で開示する本発明は、システム全体で使用可能な４つ以上の帯域幅を必要とする、より多くの中継器を含むシステムにも適用できることが当業者には理解されるように、本発明は、３つの帯域幅だけに限定されるものと見なすべきでない。

さらに、本発明のために、こうした帯域幅のそれぞれは、一様にＢ_Ｓと称されているが、それらは、それぞれ異なる周波数範囲を有し、したがって、中継器側では、それらが明らかに区別可能であることに留意されたい。

図２ａの例に戻って参照すると、それぞれの中継器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、それぞれの帯域幅で再送し、それは、ＴＤＭモード伝送についての図１の例と同様に、Ｂ_Ｔ＝ｋ×Ｂ_Ｓ（ただし、１≦ｋ≦２）の帯域幅を占めると仮定される。

それぞれの中継器は、最大値２Ｂ_Ｓをもつ帯域幅Ｂ_Ｔを必要とし、また少なくとも３つの使用可能な帯域幅Ｂ_Ｓがあり、衛星からのブロードキャストのために、そのうちの１つが使用されるので、前記中継器のそれぞれは、その再送信の必要のために、他の２つの帯域幅を使用することが許され得る。

次に図２ｂを参照すると、３つのＴＤＭダウンリンク伝送に使用される合計の衛星帯域幅は、時間ダイバーシチを用いない場合は、３Ｂ_Ｓであり、したがって、それぞれの地上中継器は、衛星からそこへのダウンリンクブロードキャストに使用されるものとは異なる周波数帯域幅を常に使用するという条件のもとで、３つの使用可能なビームのうちの２つを使用できることが観察され得る。

よりよく理解するために、図３に、こうした状況の仮定の構成が示されており、衛星Ｓは、ブロードキャスト対象の６つの地理的エリアをカバーするために、周波数範囲Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３で、３つのビームをブロードキャストすると仮定される。またそれぞれのカバーエリアには、中継器が備えられている。前記の図で観察され得るように、それぞれのエリアに対応する中継器は、２つの他のカバーエリアに対応する周波数帯域幅を使用する。したがって、周波数帯域幅Ｆ１で、衛星ダウンリンクビームを受信するエリアに位置する中継器は、前記地理的エリア内のエンドユーザに信号を再送するために、Ｆ２およびＦ３の帯域幅を使用するようにされる。同様に、周波数帯域幅Ｆ２およびＦ３によるカバーエリア内の中継器は、周波数帯域幅セットＦ１；Ｆ３およびＦ２；Ｆ１をそれぞれ使用する。それをよりよく理解するために、以下の表に、上記の説明を要約する。

このように、システム全体で使用される合計の周波数帯域幅は、３Ｂ_Ｓだけである。上記でさらに論じた従来システムの場合の類似の状況では、ここでは３つのＴＤＭダウンリンクビットストリーム、および中継器によるそれぞれの再送についてであるが、３×（Ｂ_Ｓ＋Ｂ_Ｔ）が必要である。Ｂ_Ｔ＝ｋ×Ｂ_Ｓなので、従来の衛星システムで必要な合計帯域幅は、３×Ｂ_Ｓ×（１＋ｋ）である。

したがって、本発明によって提案される解決策を適用することによって、減少係数（１＋ｋ）が達成されることが示される。ｋが１から２まで変化し得ることに留意すると、減少係数は、値２と３の間であり得る。

時間ダイバーシチが使用される場合、図１ａ、１ｂ、２ａおよび２ｂを参照すると、状況は、以下のとおりである。

図１ａおよび１ｂに示す従来の衛星ブロードキャストシステムでは、２つの衛星からのダウンリンクブロードキャストの３つのＴＤＭビットストリーム、およびその各地上再送信に、３×（２Ｂ_Ｓ＋Ｂ_Ｔ）の帯域幅を占める必要がある。

本発明の解決策を適用する場合、この同じブロードキャスト容量すなわち３ＴＤＭに、２×３×Ｂ_Ｓしか必要ない。

したがって、こうして達成される帯域幅の減少分は、係数（１＋ｋ／２）、すなわち１．５から２であることが容易に理解される。

地上中継器による衛星ダウンリンクビームの受信およびそのそれぞれの処理、ならびに信号の再送の手順は、関連技術分野で一般に知られている手段および装置を使用して実施されることに留意されたい。

この類の典型的な中継器は、特に挙げると、適切なフィルタリングおよび増幅ブロックを含む入力ＲＦ段、変調手段を含むベースバンド段、ならびに周波数ミキサ、およびエンドユーザへの地上伝送のために、後にアンテナに渡される信号を増幅しフィルタリングする手段を含む出力段を使用する。

帯域幅の選択は、フィルタリング段で行われる。関連技術分野で知られている他の任意の手段を使用することもできるが、典型的な帯域幅選択の手段は、パスバンドＳＡＷフィルタであり得る。

こうしたすべての工程は、当技術分野では知られており、したがって、本発明によって提案される解決策を理解するために、それについてのさらなる説明は不要であると思われることに留意されたい。

本発明は、帯域幅の使用を大幅に節約し、したがって、システム容量を増加させるという利点をもたらす。

以下の例で、プログラミング対容量に関する上記の利点について示す。

Ｂ_Ｔ＝ｋＢ_Ｓの関係では、ｋの典型的な値は、１．５（ただし、上記でさらに論じたように、ｋは、たとえば３／４の衛星チャネルのコーディングレートを、たとえば１／２の地上チャネルのコーディングレートと比較した差に対応する）であり得る。

従来の衛星ブロードキャストシステムでは通常、伝送のために、以下の周波数ブロックが使用される。「有用な」コンテンツを運ぶための２Ｂ_Ｓ、時間ダイバーシチのための２Ｂ_Ｓ、および地上中継のための２Ｂ_Ｔ。２Ｂ_Ｔ＝３Ｂ_Ｓなので、こうした伝送に使用される合計の周波数ブロックは、７Ｂ_Ｓである。しかし、たとえばマルチメディアプログラムを運ぶ「有用な」コンテンツを含む、有効なスループットは、２Ｂ_Ｓにすぎない。

各Ｂ_Ｓブロック内のＴＤＭビットストリームの典型的な容量は、ソースコーディングの現在の慣行による６０プログラムである。したがって、２Ｂ_Ｓでは、総容量は、１２０プログラムである。

次に、本発明によって提供される解決策が、ブロードキャストされる３つのビームに適用される場合、合計６Ｂ_Ｓが使用され、そのうちの３Ｂ_Ｓが、たとえばマルチメディアプログラムなどの「有用な」コンテンツを運ぶために、また３Ｂ_Ｓが時間ダイバーシチのために使用される。それぞれのＢ_Ｓは、６０プログラムの有効な容量を有するので、合計で１８０プログラムをブロードキャストすることができ、したがって、上述のように、より少ない周波数ブロック、すなわち従来システムによる７ではなく、本発明による６が使用されながらも、システム全体の容量が増加することが容易に理解されよう。

上記で挙げた例で、地上中継器が、Ｂ_Ｔ＝１，５Ｂ_Ｓの周波数範囲を必要とし、また再送に使用可能な２Ｂ_Ｓを有すると仮定され、こうした周波数が、衛星から受信されたものとは異なる周波数範囲に対応する周波数帯域幅であるので、衛星ビームの地上中継に使用されずに、０．５Ｂ_Ｓが使用可能である。次いで、この超過の帯域幅は、システム資源使用の真の必要性に従って他の任意の目的のために、自由に使用されることができる。

本発明の別の利点は、マルチビーム方式によって、提供者は、多様なプロフィールをもつ人々にサービスを提供することができ、たとえば、より少ないシステム資源の使用で、多言語地域に、より効率的なサービスを提供することができる。

従来技術による単一ビームの構成でブロードキャストする衛星システムの概略図である。 図１ａの衛星システムによるビームブロードキャストの地上中継に必要な様々な帯域幅を示す図である。 本発明によって提案される解決策の一実施形態によるマルチビーム構成でブロードキャストする、衛星システムの概略図である。 周波数帯域幅の再利用の概念が示された、図２ａの衛星システムによるビームブロードキャストの地上中継に必要な様々な帯域幅を示す図である。 ３つの周波数帯域幅について、周波数帯域幅の再利用の概念が示された、本発明の具体的な一実施形態によるマルチビーム構成でブロードキャストする衛星システムの概略図である。

Claims (6)

1. それぞれの周波数帯域幅（Ｆ１；Ｆ２；Ｆ３）で、ビームをマルチビームブロードキャストすることができる、少なくとも１つの衛星（Ｓ；Ｓ１；Ｓ２）を含み、前記ビームの各々が、前記ビームを受信し処理し、受信されたビームの帯域幅のものとは異なる周波数帯域幅で再送することができる地上中継器（Ｒ１；Ｒ２；Ｒ３）に向けてブロードキャストされる、ハイブリッドマルチスポット衛星ブロードキャストシステムであって、
   第１の地上中継器から再送される信号の帯域幅が、前記衛星から少なくとも第２の地上中継器にブロードキャストされたビームで使用された帯域幅に実質上等しい周波数範囲を含むことを特徴とするハイブリッドマルチスポット衛星ブロードキャストシステム。
2. 前記再送される信号の帯域幅内の周波数範囲が、前記衛星から少なくとも第２および第３の各地上中継器にブロードキャストされた各ビームに使用された帯域幅に実質上等しい、一方が他方と異なる少なくとも２つの帯域幅を含む請求項１に記載の衛星システム。
3. 前記衛星が、それぞれが第１、第２および第３の各中継器に向けられる、少なくとも第１、第２および第３のビームをブロードキャストし、前記第１地上中継器が、前記第２および前記第３のビームの各帯域幅の組合せである帯域幅を使用して、前記第１のビームを再送する請求項１または２のいずれか一項に記載の衛星システム。
4. それぞれの周波数帯域幅（Ｆ１；Ｆ２；Ｆ３）で、ビームをマルチビームブロードキャストする少なくとも１つの衛星（Ｓ；Ｓ１；Ｓ２）を含み、前記ビームの各々が、前記ビームを受信し処理し、受信されたビームの帯域幅のものとは異なる周波数帯域幅で再送することができる地上中継器（Ｒ１；Ｒ２；Ｒ３）に向けてブロードキャストされる衛星システムを用いた、ハイブリッドマルチスポットブロードキャストのための方法であって、
   前記第１の地上中継器が、前記衛星から少なくとも第２の地上中継器にブロードキャストされたビームで使用された帯域幅に実質上等しい周波数範囲を含む帯域幅で、前記信号を再送することを特徴とする方法。
5. 前記再送される信号の帯域幅内の周波数範囲が、前記衛星から少なくとも第２および第３の各地上中継器にブロードキャストされた各ビームに使用された帯域幅に実質上等しい、一方が他方と異なる少なくとも２つの帯域幅を含む請求項４に記載の方法。
6. 前記衛星が、それぞれが第１、第２および第３の各中継器に向けられる、少なくとも第１、第２および第３のビームをブロードキャストし、前記第１の地上中継器が、前記第２および前記第３のビームの各帯域幅の組合せである帯域幅を使用して、前記第１のビームを再送する請求項４または５のいずれか一項に記載の方法。

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