JP2006516867A - 衛星通信データのデジタル処理のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2003年1月28日に出願された、米国仮出願連続番号第60/443,517号の優先権を主張する。本願はさらに、2003年1月29日に出願された、米国仮出願連続番号第60/443,664号の優先権をも主張する。
本発明は、一般に衛星に関し、より特定的には、衛星用デジタルアーキテクチャに関する。
衛星は、ナビゲーション、通信、環境の監視、気象予報、放送などの多様な分野で極めて貴重な道具となってきた。現在、何百もの人工衛星が軌道を描いて地球を回り、毎年、さらに多くが世界中のさまざまな国から打ち上げられる。さらに、現在では、多くの家庭、企業および政府機関が、娯楽、通信、情報収集および他の目的のために、日常的に衛星システムを利用する。
(ブロードキャスト)に接続を与える。この構成は、運ばれる信号の種類に関しては比較的柔軟であるが、帯域幅効率および送信出力制御の観点からは、著しく不利である。たとえば、ある衛星の顧客が、トランスポンダによって与えられるよりもわずかに大きい帯域幅を必要とする場合、その衛星の顧客は、一般に、33MHz−70MHzの別の「トランスポンダサイズ」の帯域幅セグメントを購入しなければならない。さらに、ある衛星の顧客がそのトランスポンダの帯域幅のすべてを利用しないのであれば、この余剰の容量は未使用のまま残り、限りある貴重な物資が無駄になる。ある顧客らは、購入したトランスポンダの帯域幅を、専用の地上端末装置および拡張された特別装置を介して他のエンドユーザに再割当することによって、この非効率性を解決しようと試みたが、再割当のためには、典型的には、エンドユーザが自己の出力および帯域幅の利用を管理することを、衛星の顧客が信用することが求められる。なぜなら、衛星上の帯域幅および出力の消費を取り締まるための積極的な規制は用意されていないからである。加えて、しばしば、衛星の「海賊」が、未使用のトランスポンダの帯域幅に信号を「便乗」させ、送信出力を奪って、正当なユーザのための通信リンクの性能を低下させる。これらの非効率性および他の要素が大きな原因となって、地上通信システムと比較して衛星通信のコストは比較的高額にとどまり、そのため、衛星通信が多くの用途に幅広く採用されることを制限している。
のシステムは、特定の信号およびデータの種類を要求するので、一般に、下位互換性がない。アナログ方式でトランスポンドされたペイロードから、はるかにより効率的な、デジタル方式でトランスポンドされたペイロードへの移行が明らかである一方、レガシーシステムのユーザを逃すことなく、また、衛星に著しくより多くの処理電子機器を搭載することを必要とすることなく、さらにより効率的な再生式のペイロード能力を与えるに至る過程は、困難であった。稼動の損失を回避し、継続的な収入の流れをもたらすために、衛星の既存の顧客は、一般に、高価な衛星資産の長期的寿命にわたって、徐々に、トランスポンドされたエンドユーザを再生式のサービスに移行させたいと望む。
さまざまな例示的実施例において、デジタル方式でトランスポンドされた機能およびデジタル方式の再生式の機能の両方が、オールデジタルの衛星ペイロード内で与えられる。トランスポンドされた機能および再生式の機能を共通のデジタルプラットフォームに組合せることにより、規模の効率性が多く実現され、衛星の全体的な効率性および機能性が劇的に向上される。
、および他の局面は、下記に詳細に説明される。
下記の詳細な説明は、本質的に例示的であって、本発明、または本発明の用途および使用を限定することを意図しない。さらに、上記の発明の背景、または下記の詳細な説明に示される、いかなる理論にも拘束されることを意図しない。
示すが、幅広い一連の代替的実施例において、他のいかなる周波数帯域または範囲も用いられ得る。たとえば、高品質なアナログデジタルコンバータが用いられることができて、入ってくるサブバンドを、550MHzもの速度、またはそれ以上の速度でサンプリングすることができ、それにより、下記にさらに十分に説明されるように、多くの実施例において、増幅されたサブバンドをダウンコンバートする必要を低減するか、またはなくす。従来の衛星は最も普通にCバンドおよびKuバンドの受信または送信周波数を用いるが、ここに説明される技術は、UHF、L、S、Kaバンドの周波数、および他のあらゆる周波数に拡張可能である。
03および315は、独立してアドレス可能な任意の数の送信/受信要素を有する、デジタルまたはアナログのビーム形成アンテナで実現される。そのようなアンテナの例には、カリフォルニア州ロサンゼルスのボーイングサテライトシステムズ社および他社から入手可能な、さまざまなスポットビームデッシュ、マルチビームフィードアンテナ、直接放射アレイアンテナ、および/またはフェーズドアレイアンテナが含まれる。
ル信号およびデータ処理を通じて、大幅に増強される。さらに、システム300の有効帯域幅は、ユーザ信号およびユーザデータを、最小限の使用不可能なセグメントを含む利用可能な帯域幅に収まるように、ともに圧縮することができるという効率性によって、類似のアナログ回路ベースのシステムと比較して大幅に増大している。これは、信号およびデータが、固定されたサイズのエンドツーエンド回路ではなく、比較的小さなセグメントで処理され得るからである。帯域幅、出力消費、および他の要因から見たシステム300の全体的効率性が大幅に強化されるのは、1つのビーム(またはビームの部分)204の追加的な能力に対する需要が、同じビームまたは別のビームからの、利用可能な余剰の容量で満たされ得るからである。
)のためのデータ処理および他の機能は、複数のカード404、406の間で共有されることができ、システム404の冗長性および負荷分散をさらに向上させる。
テナに物理的により近いところで行われてもよい。
手可能ではない追加的機能を実現する。データハンドリング能力の例は、追加的な待ち行列を伴うパケット交換、順方向の誤り訂正(たとえば、チェックサム、CRC、ダイジェスト、または他の誤り訂正技術を用いる)、コードベースの多重化(たとえば、符号分割多重アクセス(code division multiple access)(CDMA))、および/または、ユーザ認証、アクセス許可、データ暗号化などを通じた強化されたセキュリティを含む。強化されたセキュリティの例は、ネットワーク登録、および/または、デジタル信任状(たとえばパスワード、デジタル署名など)を用いるアクセス制御を含む。
す一方で、さまざまな等価的実施例では、電力、アンテナ受信範囲などの他のリソースを割当てる。
タアクセステーブルまたは他のデータ構造に関連付けることにより、デジタルペイロード202(図2−図8)内でアクセス制御が実施され得る。多くの他の割当計画および技術が、幅広い一連の等価的実施例において作成され得る。
Claims (10)
- 通信衛星[200,1100]においてアップリンクビーム[204]で受信されるサブバンドスペクトルを処理するためのデジタルペイロード[202,300,500,600]であって、前記デジタルペイロードは、
前記サブバンドスペクトルを複数の周波数スライス[310]に分割するよう構成されるデジタルチャネライザ[302]と、
前記複数の周波数スライスの各々を複数の受取ポート[312]の少なくとも1つにルーティングするよう構成されるデジタルスイッチマトリクス[304]と、
前記受取ポートと通信して前記複数の周波数スライスを受取り、前記複数の周波数スライスを再び組合わせて、それにより、前記通信衛星の出力ビーム[216]で送信するための複数の出力サブバンドを形成するよう構成されるデジタルコンバイナ[306]とを含む、デジタルペイロード。 - 前記サブバンドスペクトルの少なくとも一部を、そこからデジタルビットストリームを抽出するために復調し、前記ビットストリームをデジタル処理し、かつ処理の後、前記ビットストリームを再変調するよう構成されるデジタル再生モジュール[308]をさらに含む、請求項1に記載のデジタルペイロード。
- 前記アップリンクビームを受取り、そこから前記サブバンドスペクトルを生成するよう構成されるアナログデジタル(A/D)コンバータをさらに含む、請求項1または2に記載のデジタルペイロード。
- 前記A/Dコンバータは、IF周波数の速度で前記アップリンクビームをサンプリングするようさらに構成される、請求項3に記載のデジタルペイロード。
- 通信衛星用のデジタルペイロードにおいてアップリンクビームで受信されるサブバンドスペクトルを処理する方法であって、前記方法は、
前記サブバンドスペクトルを複数の周波数スライスにデジタル方式で分割するステップと、
前記複数の周波数スライスの各々を複数の受取ポートの少なくとも1つにルーティングするステップと、
前記周波数スライスの少なくとも一部をデジタル方式で処理するステップと、
処理の後の前記複数の周波数スライスの一部をデジタル方式で再び組合わせ、それにより、前記通信衛星の出力ビームで送信するための複数の出力サブバンドを形成するステップとを含む、方法。 - 帯域幅の消費における変化を識別するために、前記サブバンドスペクトルをモニタするステップと、前記変化に応じて前記ルーティングするステップを調整し、それにより、前記デジタルペイロードの効率性を向上させるステップとをさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 前記デジタル方式で処理するステップは、前記周波数スライスの前記一部に対して誤り訂正を実行するステップを含む、請求項5または6に記載の方法。
- 前記デジタル方式で処理するステップは、前記周波数スライスの前記一部に対して符号分割多重化を実行するステップを含む、請求項5から7のいずれかに記載の方法。
- 前記デジタル方式で処理するステップは、前記周波数スライスの前記一部に対してアクセス制御を実行するステップを含む、請求項5から8のいずれかに記載の方法。
- 複数のアップリンクビーム[204]を受信して、複数のダウンリンクビーム[216]を生成する衛星[200,1100]であって、前記衛星は、
前記複数のアップリンクビームを受信するよう構成されるアップリンクアンテナ[303]と、
前記複数のダウンリンクビームを生成するよう構成されるダウンリンクアンテナ[315]と、
前記アップリンクビームをデジタル方式のアップリンク等価物に変換するよう構成されるアナログデジタル(A/D)コンバータ[502,604]とを含み、
前記衛星は、オールデジタルのペイロードによって特徴付けられ、前記ペイロードは、
前記デジタル方式のアップリンク等価物を受取り、前記デジタル方式のアップリンク等価物を複数の周波数スライス[310]に分割するよう構成されるデジタルチャネライザ[302]と、
前記複数の周波数スライスの各々を複数の受取ポート[312]の少なくとも1つにルーティングするよう構成されるデジタルスイッチマトリクス[304]と、
前記受取ポートと通信して前記複数の周波数スライスを受取り、前記複数の周波数スライスを再び組合わせ、それにより複数のデジタル方式の出力サブバンドを形成するよう構成されるデジタルコンバイナ[306]と、
前記デジタル方式の出力サブバンドを、前記ダウンリンクアンテナによって送信されるダウンリンクビームに変換するよう構成されるデジタルアナログ(D/A)コンバータ[316]とを含む、衛星。
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