JP2012507211A

JP2012507211A - 宇宙ベースローカルエリアネットワーク（ｓｂｌａｎ）

Info

Publication number: JP2012507211A
Application number: JP2011533433A
Authority: JP
Inventors: ヤンソン，ジェラルド; ヤフマー，サーリム
Original assignee: インテルサットグローバルサービスリミテッドライアビリテイカンパニー
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: EP2340624A1; US8693388B2; JP5557844B2; EP2340624A4; CN102273096B; US20120020280A1; CN102273096A; WO2010051308A1; EP2340624B1

Abstract

動的に割り当てられるダウンリンクサービスを対地静止軌道にある宇宙機に提供する宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。このシステムは、衛星間通信ペイロードをホストする少なくとも２つのクライアント衛星と、衛星間通信ペイロード、ダウンリンク通信ペイロード、及びアグリゲーターペイロードをホストするハブ衛星と、ハブ衛星に対してデータを送受信する地上局とを備える。ハブ衛星は、衛星間通信ペイロードによって衛星間リンクにより少なくとも２つのクライアント衛星から受信される少なくとも２つのデータフローを、アグリゲーターペイロードを用いてアグリゲートし、ダウンリンク通信ペイロードを用いて、宇宙／地上リンクにより地上局にダウンリンクされるデータストリームにする。

Description

本発明と一致する装置、システムアーキテクチャ、及び方法は、宇宙ベース通信に関し、より詳細には、宇宙ベースローカルエリアネットワーク（ＳｂＬＡＮ）に関する。

［関連出願のクロスリファレンス］
本願は、２００８年１０月２８日に出願された米国仮出願第６１／１０９，０６０号の優先権を主張する。

従来の技術では、衛星等の宇宙機は、宇宙／地上（space-to-ground）リンクにより通信する。宇宙／地上リンクを容易にするのに必要とされる宇宙機内の従来の通信サブシステムは、サイズ、重量、及び電力（ＳＷａＰ）の点で損失が大きい。

従来の宇宙機内の従来の通信サブシステムのＳＷａＰは、宇宙機ミッションに専用化することができる能力を制限する。加えて、宇宙／地上リンクを容易にするのに必要とされる通信サブシステムのＳＷａＰを収容するには、より大きくかつよりコストのかかる宇宙機が必要とされる。したがって、オペレーションコストは、宇宙／地上リンクを容易にするのに必要とされる通信サブシステムに起因して増加する。

本発明の例示の実施の形態は、上記不利な点及び上述していない他の不利な点を克服することができる。本発明は、必ずしも、上述した不利な点の少なくともいくつかを克服することを必要とされるとは限らず、本発明の例示の実施の形態は、上述した問題の少なくともいくつかを克服しない場合がある。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲を確認するために考慮されるべきである。

本発明の例示の実施の形態は、宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム、宇宙ベースローカルエリアネットワーキングキット、及び動的に割り当てられるダウンリンクサービスを対地静止軌道にある宇宙機に提供する方法に関する。

本発明の一例示の実施の形態によれば、動的に割り当てられるダウンリンクサービスを対地静止軌道にある宇宙機に提供する宇宙ベースローカルエリアネットワークシステムが提供される。該システムは、衛星間通信ペイロードをホストする少なくとも２つのクライアント衛星と、衛星間通信ペイロード、ダウンリンク通信ペイロード、及びアグリゲーターペイロードをホストするハブ衛星と、該ハブ衛星に対してデータを送受信する地上局と、を含む。

前記ハブ衛星は、前記衛星間通信ペイロードによって衛星間リンクにより前記少なくとも２つのクライアント衛星から受信される少なくとも２つのデータフローを、前記アグリゲーターペイロードを用いてアグリゲートし、前記ダウンリンク通信ペイロードを用いて、宇宙／地上リンクにより前記地上局にダウンリンクされるデータストリームにする。

別の実施の形態では、前記地上局は、ゲートウェイルーターと、ソフトウェア無線とを含む宇宙ベースローカルエリアネットワークキットを含む。前記ゲートウェイルーターは、前記宇宙／地上リンクにより前記ハブ衛星に対してデータを送受信する前記ソフトウェア無線を通じてデータをルーティングする。

別の実施の形態では、前記ハブ衛星は、ソフトウェア無線と、インターネットプロトコルルーターとを含む宇宙ベースローカルエリアネットワーキングキットを含むスイッチドデジタルハブである。前記ハブ衛星で受信される信号は復調され、パケットはルーティングされ、パケットデータは再変調されて前記宇宙／地上リンク又は衛星間リンクに向けられる。

別の実施の形態では、前記ソフトウェア無線は前記インターネットプロトコルルーターをホストする。

別の実施の形態では、前記インターネットプロトコルルーターは前記ソフトウェア無線から分離している。

別の実施の形態では、前記ハブ衛星は、無線周波数スイッチングネットワークを備える宇宙ベースローカルエリアネットワーキングキットを含むベントパイプハブである。

別の実施の形態では、前記無線周波数スイッチングネットワークは、前記宇宙／地上リンク用の第１の専用アップリンクＲＦチャネル及び第１の専用ダウンリンクＲＦチャネルと、ハブ／クライアントリンク用の第２の専用アップリンクＫａバンドチャネル及び第２の専用ダウンリンクＫａバンドチャネルとを含む。

別の実施の形態では、前記無線周波数スイッチングネットワークは、クライアント衛星間の通信用のＫａ／Ｋａバンド変換をさらに含む。

別の実施の形態では、前記少なくとも２つのクライアント衛星は、ソフトウェア無線と、インターネットプロトコルルーターとを含む宇宙ベースローカルエリアネットワークキットを含む。

別の実施の形態では、前記少なくとも２つのクライアント衛星と前記ハブ衛星との間における前記衛星間リンクによるデータ転送に、２２．５ＧＨｚを中心とする周波数帯域が用いられる。

別の実施の形態では、前記衛星間リンクは８０２．１６の物理層を用いる。

別の実施の形態では、前記８０２．１６の物理層は、８ＰＳＫ変調及び低密度パリティチェック符号化方式を用いる。

別の実施の形態では、前記ハブ衛星はセクタービームアンテナをさらに含み、前記少なくとも２つのクライアント衛星は可動スポットビームアンテナをさらに備える。

別の実施の形態では、前記少なくとも２つのクライアント衛星は、前記ハブ衛星の３００ｋｍ内に位置決めされる。

別の実施の形態では、前記ソフトウェア無線は、第１のＩＦ／ＲＦデジタルスライスと、第２のＩＦ／ＲＦデジタルスライスとを含む。前記第１のＩＦ／ＲＦデジタルスライス及び前記第２のＩＦ／ＲＦデジタルスライスはそれぞれ、複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、高速メモリ、及びＩ／Ｏポートの集積パッケージを含む。

別の実施の形態では、前記第１のＩＲ／ＲＦデジタルスライスはＫａバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスであり、前記第２のＩＦ／ＲＦデジタルスライスはＣバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスである。前記第１のＩＦ／ＲＦデジタルスライスは、Ｋａバンド信号送信を実行するソフトウェア又はファームウェアを含み、前記第２のＩＦ／ＲＦデジタルスライスは、Ｃバンド信号送信を実行するソフトウェア又はファームウェアを含む。

別の実施の形態では、前記ソフトウェア無線はＫａバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスを含む。前記ＫａバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスは、複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、高速メモリ、及びＩ／Ｏポートの集積パッケージを含み、前記ＫａバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスは、Ｋａバンド信号送信を実行するソフトウェア又はファームウェアを含む。

本発明の上記態様及び他の態様は、添付図面を参照して本発明の例示の実施形態を詳細に説明することによってより明らかになる。

ＳｂＬＡＮの一例示の実施形態のシステム図である。ＳｂＬＡＮの一例示の実施形態における衛星間リンク、宇宙地上リンク、及び地上世界リンクを示す図である。一例示の実施形態による地上局のＳｂＬＡＮキットの図である。ＳｂＬＡＮの一例示の実施形態による別個のＩＰルーターを含むスイッチド衛星デジタルハブの図である。ＳｂＬＡＮの別の例示の実施形態による、ＩＰルーティング機能がソフトウェア無線（ＳＤＲ）プラットフォームでホストされるスイッチドデジタルハブの図である。ＳｂＬＡＮの一例示の実施形態によるベントパイプハブの図である。ベントパイプハブの２チャネル実施形態を示す図である。ベントパイプハブの別の２チャネル実施形態を示す図である。２つのチャネルがクライアント衛星の専用クロスリンクパスウェイとして用いられるベントパイプハブの４チャネル実施形態を示す図である。別個のＩＰルーティングハードウェアを含むクライアント衛星のＳｂＬＡＮキットの一例示の実施形態を示す図である。ＩＰルーティング機能がＳＤＲでホストされるクライアント衛星のＳｂＬＡＮキットの別の例示の実施形態を示す図である。一例示の実施形態によるＳＤＲデジタルスライスブロック図である。一例示の実施形態によるＳＤＲに基づくハブＳｂＬＡＮキットのデジタルバージョンを示す図である。

例示の実施形態は、当業者によって容易に理解されるように添付図面を参照して以下で詳細に説明される。本発明は、本明細書に記載される例示の実施形態に限定されることなく、さまざまな形態で実施することができる。明確にするために、関連性のない部分の説明は省略され、同様の参照番号は本明細書の全体を通じて同様の要素を指す。

図１は、ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態を示している。このＳｂＬＡＮシステムは、動的に割り当てられるデータダウンリンクサービス及び相互接続性を対地静止軌道（ＧＥＯ）にある複数のユーザー宇宙機に提供する共用のインフラストラクチャである。商用通信衛星が、短距離衛星間通信ペイロードをホストしてミッション衛星又はクライアント衛星１１にデータダウンリンク通信能力を提供するハブ１０として用いられる。

クライアント衛星１１は、ＳｂＬＡＮ衛星間通信ペイロードを装備し、ＳｂＬＡＮハブ衛星１０へ／からのクライアントデータの受け渡しを行う。ハブ衛星１０は、各クライアント衛星１１と地上局１２との間のオンデマンド多元接続中継サービスを提供するより高性能のＳｂＬＡＮペイロードを含む。サービスは、レイテンシ６００ｍｓを有する１００Ｍｂｐｓ以上の集約中継データダウンリンク及び１００Ｍｂｐｓ以下の中継データアップリンクを含む。ＳｂＬＡＮ中継リンクは、標準的なＩＰベースＡＲＱメカニズムと共に低密度パリティチェック（ＬＤＰＣ）チャネル符号を用いて、ダウンリンク方向及びアップリンク方向の双方で誤りのないデータの配信を確保している。

一例示の実施形態によれば、ＳｂＬＡＮアーキテクチャは、クライアント電気通信サブシステムＳＷａＰを縮小し、共有オンデマンドサービスを介してオペレーションコストを下げ、より小さくかつより応答性のよいクライアント宇宙機１１を可能にする。一例示の実施形態では、クライアント電気通信サブシステムの総重量は、統合ルーターを用いるときは１２．８ｋｇであり、別個のルーターを用いるときは２２．８ｋｇである。クライアント電気通信サブシステムは、４．０”（１０．１６ｃｍ）（ｈ）×７．２”（１８．２８８ｃｍ）（ｗ）×８．６”（２１．８４４ｃｍ）（ｄ）の寸法を有するＳＤＲと、８．０”（２０．３２ｃｍ）×８．２”（２０．８２８ｃｍ）×１４．０”（３５．５６ｃｍ）の寸法を有するオプションの統合ルーターと、それぞれ１．０”（２．５４ｃｍ）×１６．１”（４０．８９４ｃｍ）×１７．２”（４３．６８８ｃｍ）の寸法を有する４つのソリッドステート電力増幅器と、１１．０”（２７．９４ｃｍ）の直径及び１７．０”（４３．１８ｃｍ）の高さを有する円柱体である可動アンテナとを含む。

図１に示すＳｂＬＡＮシステムでは、クライアント宇宙機１１は、商用通信ハブ１０から１５０ｋｍと３００ｋｍとの間を飛行する。図２に示すように、衛星間リンク（ＩＳＬ）２０は、ハブ衛星１０とクライアント宇宙機との間において１５０ｋｍまでの距離で２０Ｍｂｐｓまでのデータサービスを提供する。ハブ衛星１０は、クライアント宇宙機の１つ又は複数からの複数のこれらのデータフローを集約して、地上局１２にダウンリンクされる１００Ｍｂｐｓのデータストリーム２１にする。地上局１２において、データは、ゲートウェイルーターを通過して、インターネット又はグローバル情報グリッド（ＧＩＧ）２２を介して認証されたユーザーに与えられる。

概観
ＳｂＬＡＮシステムの例示の実施形態は３つのＳｂＬＡＮキットを含む。これらのキットは、すべてのハードウェア、ソフトウェア、及びインターフェース、すなわち、地上ＳｂＬＡＮ構成要素のキット、ハブＳｂＬＡＮ構成要素のキット、及びクライアントＳｂＬＡＮ構成要素のキットを含む全ペイロードパッケージである。地上局１２とハブ１０との間及びハブとクライアント衛星１１との間のシグナルチェーンは以下で論述される。

地上局
地上局１２のＳｂＬＡＮキットの一例示の実施形態が図３に示されている。このキットは、ネットワーク化された世界をＳｂＬＡＮに接続するゲートウェイルーター３０を含む。ゲートウェイルーター３０は、地上でＳＤＲ３１を通じてデータをルーティングする。ＳＤＲ３１は、Ｃバンドアンテナ３２を介して宇宙／地上リンク（ＳＧＬ）によりハブ衛星に対してデータを送受信する。代替的に、ＳＤＲ３１は、Ｋｕバンドアンテナ、Ｋａバンドアンテナ、Ｓバンドアンテナ、又はＸバンドアンテナを介してＳＧＬリンクによりハブ衛星１０に対してデータを送受信する。

ＳＤＲ３１は、モジュール式スライスベースアーキテクチャを用いて実施される。通常のスライス機能は、電源スライス、デジタルスライス、及びＩＦ／ＲＦスライスである。ＳＤＲ３１は以下でさらに論述される。地上局１２の実施態様は、宇宙用に設計されたハードウェアを必要とせず、したがって、その複雑度は３つのＳｂＬＡＮキットの中で最も低い。さらに、地上局コンポーネントは、ミッション期間中に容易に変更、アップグレード、又は置換することができる。

ハブ衛星
ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態によれば、ハブ衛星１０はスイッチドデジタルハブである。ＳｂＬＡＮシステムの別の例示の実施形態によれば、ハブ衛星１０はベントパイプ（bent-pipe）ハブである。スイッチドデジタルハブ及びベントパイプハブは以下で説明される。

ハブ衛星１０がスイッチドデジタルハブである実施形態及びハブ衛星１０がベントパイプハブである実施形態は、ハブ衛星１０の機能が異なる。スイッチドデジタルハブの実施形態は、中継サービスの一部として、衛星に搭載された復調（demod）ルーティング機能及び再変調（remod）機能を実行するデジタル処理アーキテクチャに基づいている。アナログベントパイプの実施形態では、帯域幅効率、ネットワーク柔軟性、及び打上げ後のアップグレード可能性を犠牲にして、複雑度、ＳＷａＰ、及びコストがすべて低減される。

スイッチドデジタルハブ
ＳｂＬＡＮスイッチドデジタルハブの一例示の実施形態では、ハブ１０で受信されるすべての信号が復調され、パケットがルーティングされる。パケットデータは、その後、再変調され、ダウンリンクされる場合にはＳＧＬ２１に向けられ、クロスリンクされる場合にはＩＬＳ２０に向けられる。ＳＧＬ２１及びＩＳＬ２０用に選択された物理層プロトコル（たとえば、例示の実施形態によれば８０２．１６及びＤＶＢ−Ｓ２）に応じて、データトラフィックがＳＧＬ２１を通じてルーティングされるとき、プロトコル変換がハブで必要とされる場合がある。

さまざまなＳｂＬＡＮスイッチドデジタルハブの実施形態は、ネットワークルーティング機能の異なる実施態様を含む。図４は、７００Ｍｂｐｓデータレートが可能な別個のフル機能ＩＰルーター（ＩＰＲ）４１を含むスイッチドデジタルハブ４０の一実施形態を示している。この実施形態では、すべてのネットワークデータはＩＰＲ４１０を通過する。この実施形態における７００ＭｂｐｓのＩＰルーティング能力は、スタンドアロンＩＰＲのＳＷａＰを追加することを犠牲にして成り立つ。

宇宙／地上ＲＦリンク（たとえばＣバンドアンテナ４２）、Ｋａバンドセクター１アンテナ４３、及びＫａバンドセクター２アンテナ４４を介してハブ４０で受信されるすべての信号はＳＤＲ４５によって復調され、パケットはＩＰＲ４１によってルーティングされる。パケットデータは、その後、ＳＤＲ４５によって再変調され、ダウンリンクされる場合にはＳＧＬ２１に向けられ、クロスリンクされる場合にはＩＳＬ２０に向けられる。ＳＧＬ２１及びＩＳＬ２０用に選択された物理層プロトコル（たとえば、例示の実施形態によれば８０２．１６及びＤＶＢ−Ｓ２）に応じて、データトラフィックがＳＧＬ２１を通じてルーティングされるとき、プロトコル変換がハブで必要とされる場合がある。

図５は、ＳＷａＰがより少なくなる手法を表すスイッチドデジタルハブ５０の別の実施形態を示している。この実施形態では、ＩＰルーティング機能は、ルーティングスループットが下がることを犠牲にしてＳＤＲプラットフォーム５１内でホストされる。宇宙／地上ＲＦリンク（たとえばＣバンドアンテナ４２）、Ｋａバンドセクター１アンテナ４３、及びＫａバンドセクター２アンテナ４４を介してハブ４０で受信されるすべての信号はＳＤＲ５１によって復調され、ルーティング機能はＳＤＲ５１によって実行される。ルーティング機能がＳＤＲ５１内のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）でホストされると同時に、ルーティングテーブルが既存のＳＤＲＣＰＵのソフトウェアスタックに保持される場合、質量の増加はない。この実施形態では、ＳＤＲ５１の電力消費は、ルーティング機能を収容するために５Ｗ〜１０Ｗだけ増加する。ＳＤＲベースのルーターは、スタンドアロンＩＰＲの実施形態の１Ｇｂｐｓの能力と比較してスループット容量が１２０Ｍｂｐｓに下がる。双方の実施形態は、１００ＭｂｐｓＤＬパイプを管理するのに必要とされる１００Ｍｂｐｓ集約Ｈｕｂレートを満たす。１２０ＭｂｐｓのＳＤＲルーターレート限界は現在のＳＤＲメモリ制限から由来している。現在、ＳＤＲルータースループットは、チップ当たり２Ｗのコストで、追加のメモリチップ当たり６０Ｍｂｐｓの増分で増加させることができる。このコストを下げると共にレート限界を増加させる今後の進歩が期待される。

アナログベントパイプハブ
図６は、ベントパイプハブ構成６０を含むＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態を示している。この実施形態では、ハブ６０は、宇宙／地上ＲＦリンク（たとえばＣバンドアンテナ４２）、Ｋａバンドセクター１アンテナ４３、及びＫａバンドセクター２アンテナ４４を介して到来するすべてのインバウンド信号の、固定マッピングに基づくアウトバウンド周波数への周波数変換を実行する。この結果、業界標準のアナログＲＦ構成部品に基づくハードウェア実施態様のコスト及びＳＷａＰは低くなる。

ベントパイプ実施形態６０は、ＳＧＬ２１用の専用アップリンク（ＵＬ）地上／宇宙ＲＦリンクチャネル及び専用ダウンリンク（ＤＬ）宇宙／地上ＲＦリンク（たとえばＣバンドアンテナ）チャネルと共にＲＦスイッチングネットワーク６１を用いる。ハブ／クライアントリンク用のＫａバンドの対応するＵＬチャネル及びＤＬチャネルも存在する。図７及び図８は、ＣバンドからＫａバンドへのマッピング７０、及びＫａバンドからＣバンドへのマッピング７３を示している。このマッピングは、ＵＬチャネル及びＤＬチャネルに対して直接的である。ここで、Ｆ_ＵＬ７１はＵＬチャネルであり、Ｆ_ＤＬ７２はＤＬチャネルである。しかしながら、クライアント対クライアント通信を提供するには、図７に示すように、データを地上にダウンリンクして、宛先のクライアント衛星にアップリンクしなければならないか、又は図８に示すように、追加のＫａ／Ｋａバンド変換８０をハブ６０’に設けなければならない。Ｋａ／Ｋａ変換８０が図８に示すように用いられる場合、その結果、全二重ブロードキャストチャネルは、地上で管理される時分割多元接続（ＴＤＭＡ）プロトコルを必要とする。

ＴＤＭＡシステムの場合、Ｋａ／Ｋａ変換器８０が用いられるか否かに関わらず、どの時点においても、１つのクライアント衛星１１しかＤＬチャネルで送信することができない。Ｋａ／Ｋａ変換器８０が用いられる場合、どの時点においても、ネットワークにおける１つのノードしかＵＬチャネルにアクセスすることができない。図９に示す一代替的な実施形態では、クライアント衛星１１用の専用クロスリンクパスウェイとして追加の２つのチャネルがＫａバンドに割り当てられる。（Ｆ_ＵＬ，Ｆ_ＤＬ）チャネル７１、７２は、もっぱらＳＧＬ２１のＵＬ／ＤＬに専用化され、Ｋａバンドチャネルの新たなセット（Ｆ_ＩＳＬ１，Ｆ_ＩＳＬ２）７３，７４は、クライアント／クライアントＩＳＬ２０に専用化される。２チャネルの実施形態と同様に、多元接続メカニズムが（Ｆ_ＩＳＬ１，Ｆ_ＩＳＬ２）７３，７４のチャネルに必要とされるが、必ずしも地上局１２による管理を必要とするとは限らない。代わりに、スロット化ＡＬＯＨＡタイプの方式を適用してもよいが、その方式固有のスループット非効率性を有する。代替的に、地上で管理されるクロスリンクＴＤＭＡ方式を用いてもよい。

４チャネルの実施形態では、Ｋａ／Ｋａ周波数変換器８０を用いるとき、ハードウェアは２チャネルの実施形態のものと同じであるが、クライアントクロスリンクとＳＧＬ２１との間で衝突はない。しかしながら、これらのシナリオの双方の損失は、スペクトルリソースの使用が非常に非効率的であるということである。このタイプの利用の場合、専用ＵＬチャネルは大部分が用いられなくなる。４チャネルの実施形態では、これらのリンクはまばらにしか用いられないと仮定するのも妥当であり（ただし、用いられるときは、容量近くになる可能性がある）、この場合も、用いられないリソースの量が多くなる。

クライアント衛星
図１０は、別個のＩＰルーティングハードウェア１００、ＳＤＲ１０１、及びＫａバンドアンテナ１０２を含むクライアント衛星１１のＳｂＬＡＮキットの一例示の実施形態を示している。図１１は、ＩＰルーティング機能がＳＤＲ１１０内でホストされるクライアント衛星１１’のＳｂＬＡＮキットの別の例示の実施形態を示している。クライアント衛星のＳｂＬＡＮキットも、Ｋａバンドアンテナ１０２を含む。

クライアントキットにおけるＳＷａＰに最も大きく寄与するものは、１０ｋｇに寄与し３２Ｗを消費するＩＰＲ１００である。しかしながら、十分なルーティング機能がハブ１０によって提供される場合、クライアント衛星におけるＩＰＲ１００は必要でない場合がある。したがって、一例示の実施形態では、クライアントＳｂＬＡＮキットは、クライアント衛星１１における送信元／宛先ノード（複数可）から／へのスイッチングのみを提供する。

無線周波数選択
ＩＳＬ通信２０の適切なＲＦ周波数（又は複数の周波数）の選択は、ＳｂＬＡＮシステムの例示の実施形態の最適化にとって重要な要請である。ＳｂＬＡＮシステムの例示の実施形態に最も適切なＩＳＬ周波数帯域を選択する間、利用可能な帯域幅等の特徴、市販の民生（ＣＯＴＳ）ハードウェアの入手可能性、干渉制御の必要性、及び監督官庁との調整の容易さを検討した。

すべてのファクターを注意深く検討した後、ＩＴＵ及び他の国際監督官庁は、ＩＳＬオペレーション用にＫａバンドの選択された周波数を割り当てている。これらの周波数のうち、２２．５ＧＨｚを中心とする周波数帯域が、商用に利用可能であること及び宇宙機技術が成熟していることによって最適である。さらに、２２．５ＧＨｚは、水蒸気の吸収周波数であり、したがって、地上システムからの干渉に対する天然の保護を提供する。

したがって、一例示の実施形態では、２２．５ＧＨｚを中心とする周波数帯域が、ＳｂＬＡＮシステムにおけるハブ（ホスト）衛星とユーザー（ミッション）衛星との間のＩＳＬデータ転送用に選択される。

変調方式
ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態において物理層（ＰＨＹ）の選択に影響を与える検討事項は、チャネル特性及びハードウェア実施態様の双方を含む。ＳｂＬＡＮシステムの一実施形態では、クライアント衛星１１がハブ１０の視野内にあると共に、アンテナの特性及び配置の結果として散乱／マルチパス源が最小になるという点で、チャネルは基本見通し線（ＬＯＳ）チャネルである。さらに、ドップラーダイナミクスも低い。その結果、マルチパス効果及び移動度効果の緩和は問題でなく、したがって、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）シグナリング方式を用いることから本質的な利益は導き出されない。

ＳｂＬＡＮ衛星間ＲＦ環境が与えられると、一例示の実施形態によれば、ＰＨＹは、好ましくは、単純な単一搬送波変調方式を用いる。このために、８０２．１６は、２２ＧＨｚ〜２３ＧＨｚの動作周波数用に特別に設計された単一搬送波変調を組み込む。単一搬送波変調を用いる８０２．１６で利用可能な変調は、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭ、及び６４ＱＡＭである。増幅器に提示されるシグナリングエンベロープをさらに改善するには、ＰＨＹを、ＱＡＭコンステレーションの代わりに８値ＰＳＫ信号コンステレーションを用いるように変更することができる。

アンテナビーム幅
無指向性サービスは、アドホックロケーションにおける協働ハブ（collaborative hub）１０及びユーザー衛星１１の追尾及びロケーション特定に役立つ。一代替案は、より指向性のあるアンテナビームの選択肢である。その性能は無指向性の代替案よりも改善されるが、ロケーションを求めることが必要となる。現在のＫａバンドアンテナ技術は、無指向性カバレッジの選択肢、セクターカバレッジの選択肢、又は高指向性（スポットビーム）カバレッジの選択肢を提供する。アンテナのカバレッジエッジ（ＥＯＣ（Edge of Coverage））利得は、−３ｄＢ（半値電力）レベルにおけるアンテナの利得として定義される。

ＳｂＬＡＮシステムの例示の実施形態は、ホスト１０及びミッション衛星１１に無指向性アンテナ、セクターカバレッジアンテナ、及び／又は高利得可動スポットビームカバレッジアンテナを用いる。無指向性アンテナは０ｄＢの通常のＥＯＣ利得を有する。セクターカバレッジアンテナは６０度の半値電力ビーム幅を有し、５ｄＢのＥＯＣ利得を有する。高利得可動スポットビームカバレッジアンテナは６度の半値電力ビーム幅及び２４．８ｄＢのＥＯＣ利得を有する。

商用通信衛星においてトランスポンダー用に割り当てられる帯域幅は、一般に３６ＭＨｚ又は５４ＭＨｚである。クライアント衛星１１は、３Ｄ高精細ＴＶ信号を快適に送信するために３０Ｍｂｐｓの最大データレートを必要とする。必要とされる（クライアント衛星１１からハブ１０への）公称の衛星間データレートは、大部分の用途について約２０Ｍｂｐｓである。最新の成熟した符号化技法（たとえばＬＤＰＣ）及び高スペクトル効率変調（たとえば８ＰＳＫ）が利用可能であることにより、必要とされる動作帯域幅は約１５ＭＨｚである。したがって、ハブ衛星１０の単一のトランスポンダーが、複数のクライアント衛星１１を快適にサポートする。

増幅器出力レベルが評価され、ＳｂＬＡＮシステムの３ｄＢの最小リンクマージンが得られる。

クライアント衛星１１がハブ衛星１０から２００ｋｍの距離にあり、衛星間データレートが３０ＭｂｐｓであるときにＨＰＡ電力要件を評価した。リンク計算を実行している間、異なるアンテナの組み合わせを検討してきた。電力レベルを導出している間、ＥＯＣ利得値がすべてのアンテナに用いられる。

ＳｂＬＡＮシステムのさまざまな実施形態で用いられるアンテナが以下で論述される。

ハブ衛星及びクライアント衛星の双方における高利得スポットビームアンテナ
この実施形態では、アンテナは高利得狭ビームを生成するので、追尾が双方のアンテナに必要とされ、その結果、システムはバルキーになる。さらに、ハブ衛星１０は複数のクライアント衛星１１を追尾する必要があり、これは、複雑なフェーズドアレイアンテナによってのみ達成することができる。クライアント衛星１１は、アンテナ入力において３０Ｍｂｐｓのスループットを達成するのに約０．３ｗのＲＦ電力しか必要しない。

高利得スポットビームハブアンテナ及びセクタービームクライアントアンテナ
この実施形態では、クライアント衛星１１は、自身のロケーションをハブ衛星１０に開示しなければならない。さらに、ハブ衛星１０が複数のクライアント衛星１１を追尾するには、フェーズドアレイアンテナ技術が必要とされる。各衛星は、アンテナ入力において３０Ｍｂｐｓのスループットを達成するのに約３０ＷのＲＦ電力を必要とする。

セクタービームハブアンテナ及び高利得スポットビームクライアントアンテナ
この実施形態では、それぞれが東方向及び西方向に向いているハブ衛星１０の２つのセクタービームアンテナが、２００ｋｍの距離内のすべてのクライアント衛星１１をカバーする。また、クライアント衛星１１は、自身の位置又はロケーションをハブ宇宙機に開示する必要はない。各衛星は、アンテナ入力において３０Ｍｂｐｓのスループットを達成するのに約３０ＷのＲＦ電力を必要とする。

ハブ衛星及びクライアント衛星の双方におけるセクタービームアンテナ
この実施形態では、追尾はいずれの宇宙機にも必要とされない。１５０Ｗの業界標準のＴＷＴＡ出力ＲＦ電力によって、達成されるスループットは約１．２Ｍｂｐｓである。

高利得スポットビームハブアンテナ及び無指向性クライアントアンテナ
この実施形態では、クライアント衛星１１は、自身のロケーションをハブ衛星１０に開示しなければならない。さらに、ハブ衛星１０が複数のクライアント衛星１１を追尾するには、フェーズドアレイアンテナ技術が必要とされる。各衛星は、アンテナ入力において３０Ｍｂｐｓのスループットを達成するのに約９５ＷのＲＦ電力を必要とする。

無指向性ハブアンテナ及び高利得スポットビームクライアントアンテナ
この実施形態では、ハブ衛星１０に追尾は必要とされない。各衛星は、アンテナ入力において３０Ｍｂｐｓのスループットを達成するのに、約９５ＷのＲＦ電力を必要とする。

セクタービームハブアンテナ及び無指向性クライアントアンテナ
この実施形態では、それぞれが東方向及び西方向に向いているハブ衛星１０の２つのセクタービームアンテナが、２００ｋｍの距離内のすべてのクライアント衛星１１をカバーする。１５０Ｗの出力電力の実際のＴＷＴＡを用いると、達成されるスループットは約３７５Ｋｂｐｓとなる。

無指向性ハブアンテナ及びセクタービームクライアントアンテナ
この実施形態では、各衛星は１５０ＷのＴＷＴＡを必要とし、スループットは約３７５Ｋｂｐｓに落ちる。

ハブ衛星及びクライアント衛星の双方における無指向性アンテナ
この実施形態では、アンテナは構成が単純であり、ＴＷＴＡが１５０Ｗ出力電力を生成する場合、スループットデータレートは約１２０Ｋｂｐｓに落ちる。

ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態によれば、ａ）スループットデータレートは、ＨＤＴＶ送信を維持することができるほど十分大きくあるべきであり、ｂ）ＳＳＰＡがクライアント衛星１１にとって好ましいが、３０Ｗ出力電力を達成するには宇宙用の設計が必要であり、ｃ）クライアント衛星１１はＬＰＩ特性及びＬＰＤ特性を示すべきであり、ｄ）フェーズドアレイアンテナと比べて反射鏡アンテナ及び開口面アンテナがより単純であり、より低いコストを有する。

ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態では、ハブ衛星１０にセクタービームアンテナを用い、クライアント宇宙機１１に可動スポットビームアンテナを用いると、最適な結果が提供される。

ハブセクターアンテナ１２４及びクライアントスポットビームアンテナ１２０の実施形態の場合、最小所要電力レベルは３．２ワットである。この電力出力は、既存のＳＳＰＡ技術に対する最小限の変更で実現可能であり、ユニットの質量及び電力のかなりの節約につながる。

ハブ１０と任意のクライアント衛星１１との間の最小離隔距離を１５０ｋｍになるように維持することによって、これらの衛星を２つの別々の制御ボックスで維持することができ、ハブ１０とクライアント衛星１１との間の調整が必要とされない。したがって、この１５０ｋｍの中間距離についてＲＦ電力要件を求めた。公称スループットデータレートは２０Ｍｂｐｓに維持される。ハブセクタービームアンテナ１２４及びクライアントスポットビームアンテナ１２０の実施形態の場合、所要ＳＳＰＡ電力レベルは７．１ワットである。

干渉解析
ハブ衛星１０の環境内には、主として２つのクラスのシステム内散乱源がある。

（１）アンテナフィードホーン、地球センサー、パネルエッジ等の露出した機材は、ライン散乱効果を引き起こす可能性がある。通常のシナリオでは、これらの源からの散乱エネルギーは、直接の見通し線（ＬＯＳ）信号を下回る最小の２０ｄＢである。

（２）反射鏡アンテナ、太陽放射アレイパネル等の大きな物体は、鏡面反射効果を引き起こす可能性がある。鏡面反射された信号は、いくつかの場合に、ＬＯＳ信号と同程度に強くなる可能性がある。

最悪の場合のシナリオでは、チャネルライスフェージング（channel Ricean Fading）が発生し、所望のＬＯＳ通信信号に影響を及ぼす。その結果生じるライス界（Ricean Field）は、ＬＯＳ成分と散乱界成分とのベクトル和である。ＬＯＳ界を下回る散乱界２０ｄＢを有するライン散乱源の場合、ライスフェージングの最大の深さは約０．９ｄＢである。鏡面反射源の場合、チャネル密度関数はレイリー分布としてモデル化することができる。レイリー分布干渉は、このタイプの散乱体に入射する信号の強度に応じて、無限のフェージング又は全信号キャンセルをもたらす可能性がある。

ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態で用いられるアンテナは、これらの干渉問題を軽減する。高利得スポットビームアンテナ及びセクタービームアンテナは、散乱源の方向で２０ｄＢをはるかに下回る通常のサイドローブレベルを示す。これらの低いサイドローブレベルは、その結果として最小の干渉効果をもたらす。

ＳｂＬＡＮシステムの一代替的な実施形態に含まれる無指向性アンテナは、通常、アジマス放射パターンを示す。このアンテナは、散乱源の方向に約１２ｄＢの付加的な拒絶を提供する。この鏡面反射を有する最悪の場合のフェージングレベルは約２．５ｄＢである。十分な全体のシステムマージン（最小で３ｄＢ）が維持されているので、これらの干渉効果は十分に軽減される。さらに、無指向性アンテナの代わりにセクタービームアンテナをハブ宇宙機１０で用いることの付加的な利益が示される。

ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態のシステム間干渉源は、主として、同じ周波数で動作する任意のＧＥＯ衛星、ＭＥＯ衛星、及びＬＥＯ衛星、並びに地上システムに起因する。ＩＴＵは、ＫａバンドＩＳＬ周波数（２２．５ＧＨｚ）を、ＧＥＯロケーション又はＭＥＯロケーションのどの通信衛星にも割り当てていない。ＬＥＯアーク（LEO arc）のイリジウムコンステレーションでは、２３．２ＧＨｚを中心とするＩＳＬ動作を有する。ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態は、提案した２２．５ＧＨｚのＩＳＬ周波数を有するので、イリジウムコンステレーションからの直接の干渉はないことになる。イリジウムシステムで用いられるＩＳＬアンテナは、ＧＥＯ方向で低いサイドローブ放射を伴う高い指向性を有する。さらに、干渉信号は、ＬＥＯからＧＥＯに進んでいる間に３３ｄＢの付加的なパス損失を受ける。これらのすべてのファクターを考慮すると、イリジウム衛星からの最大干渉信号レベルは、４０ｄＢよりも大きいが、通常のＳｂＬＡＮ搬送波レベルを下回ることになる。非常に高い水蒸気吸収レベルのおかげで、地上システムは、この周波数帯域にわたって動作せず、したがって、地上システムからの判明している干渉源はない。

通信システムの能力
システムのルーティング機能を駆動するＳｂＬＡＮシステムアーキテクチャの２つの重要な側面がある。第１に、ハブ１０に関連付けられたクライアント１１の数は、地上ベースＬＡＮと比較して少ない。特に、対象とする実証システムは、１つのハブ１０及び２つのクライアント１１で構成される一方、公称動作について想定されるクライアント１１の数は５〜１０となる可能性があり、もう１桁上になることは予定されていない。第２に、ＳｂＬＡＮクラウドにおけるクライアント１１の地上ベースグローバル情報グリッド（ＧＩＧ）又はインターネットバックボーン２２への接続は、地上局１２におけるゲートウェイルーター３０を通じたものとなる。したがって、クライアントパケットは、ＳｂＬＡＮ内の他のクライアント１１又はゲートウェイルーター３０にのみルーティングする必要があり、ゲートウェイルーター３０は、その後、それらのパケットをＧＩＧ内又はインターネットバックボーン２２内にルーティングする。その結果、クライアント１１及びハブ宇宙機１０の双方におけるルーティングテーブルは単純なもので十分であり、ルーティングテーブルの記憶及び処理の容量は、一例示の実施形態では最小である。

デジタルハブ４０、５０を有するＳｂＬＡＮシステムの一実施形態では、宇宙ベースネットワーク内でのルーティングがハブ衛星１０に要求される。これをサポートするために、スタンドアロンＩＰＲ４１を用いることもできるし、ＳＤＲ５１がルーティング機能をホストすることもできる。いずれの場合も、ＳｂＬＡＮネットワーク内でのルーティングに必要とされるメモリリソースよりもはるかに多くのメモリリソースが利用可能である。さらに、８０２．１６プロトコル及びＤＶＢ−Ｓ２プロトコルの双方が、ＩＰ層ルーティングとシームレスに一体化するＩＰコンバージェンス副層及び（８０２．１６の場合には）イーサネットコンバージェンス副層を含む。

スループット目標
ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態の重要な入力仮定は次の通りである。

商用通信衛星における割り当てられたチャネル帯域幅は一般に３６ＭＨｚ又は５４ＭＨｚである。

実績のある圧縮技術が利用可能である場合、一般的な衛星通信ペイロードでは、高精細ＴＶ番組であっても、１０Ｍｂｐｓのスループットしか必要としない。

３０Ｍｂｐｓの最大スループットデータレートは、ＳｂＬＡＮシステムが非常に高品質の３Ｄ信号を快適に送信することを助ける。１００Ｍｂｐｓのスループットを収容するために、変調及び符号化に関していくつかの変更された選択が行われるが、３６ＭＨｚチャネル及び５４ＭＨｚチャネルの可能性の範囲内でこのようなスループットを扱うことは十分実現可能である。具体的な選択は、地上／ハブリンク容量における利用可能性の程度によって容易にされる。換言すれば、地上／ハブ／地上リンク２１は、商用トラフィックによってすでに占有され、これは、商用衛星１０の存在が主な理由であった。クライアント衛星１１のコンステレーションへの地上トラフィック及びクライアント衛星１１のコンステレーションからの地上トラフィックを収容するために、地上／ハブ／地上容量の或る特定の割合をクライアント衛星１１に割り当てなければならない。さらに進めて、アップリンクパスとダウンリンクパスとの間のリンク速度の差が与えられると、クライアント衛星１１向けの予備（双方向）地上リンク割合容量を、アップリンクとダウンリンクとの間で不均等に割り当てなければならない。換言すれば、契約により、ダウンリンクが利用可能である割合はアップリンクよりも高いことが必要とされる。

８ＰＳＫ等の高効率変調技法及びＬＤＰＣ（低密度パリティチェック）等の成熟した符号化方式を適用することによって、３０Ｍｂｐｓスループット信号を１５ＭＨｚの周波数帯域幅で送信することができる。１６ＰＳＫ及びさらには３２ＰＳＫ等のＤＶＢ−Ｓ２によって他の可能性が提供される。これらによって、利用可能なチャネル帯域幅を潜在的に違反するおそれなく、より高い効果的なデータレートの可能性が得られる。

トランスポンダーが大部分非線形であり、ほとんど飽和状態で動作することを要する８ＰＳＫと異なり、より高次の変調の場合、トランスポンダーの線形性又は疑似線形性が問題となる場合がある。通例、このような変調方式は、地上局におけるより高いＣ／Ｎ（搬送波対雑音）比と、最も重要なこととしてトランスポンダーが誘導する線形効果と対抗する特定のプリディストーション法の実施との双方を必要とする。

ＶＣＭ（可変長符号化及び変調）アーキテクチャ的手法又はＡＣＭ（適応符号化及び変調）アーキテクチャ的手法（これらの双方はＤＶＢ−Ｓ２標準規格によって可能にされている）のいずれかから、異なる変調／符号化方式を容易に関与させることができる。ＳＤＲを実施するＦＰＧＡ手法は、明らかに、性能を確保する際の重要なファクターの１つである。

ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態によれば、コードのアップグレード又は交換のために「ホット」システム（実際に動作するシステムを意味する）をオフラインにすることもシャットダウンすることも必要とすることなく、それらのシステム上でソフトウェアのダウンロードを可能にするソフトウェア開発技法及びソフトウェア開発方法論が用いられる。

ハブ宇宙機１０内の単一の通信トランスポンダーが複数のクライアント衛星１１をサポートする。

ＳｂＬＡＮシステムの一例示の実施形態では、最大衛星間データレートは３０Ｍｂｐｓであり、公称データレートは、このような公称スループットが大部分のＳｂＬＡＮの用途にとって十分であることから、２０Ｍｂｐｓであると仮定される。

システム監視
ＳＤＲプラットフォームは、自己監視及びセーフモードコマンド能力を含むことができる。利用可能なシステムデータのタイプには、複数ポイントの温度監視と、電源電圧レベルと、電流消費と、コマンドログ、コマンドシーケンス実行結果、システム状態（たとえば、スタンバイ、送信／受信）、プロトコルスタック情報（送信フレーム、ビット／フレームエラーカウント）、リンク品質データ、検出可能及び訂正可能／訂正不能なハードウェアエラーカウント（シングルイベントアップセット（ＳＥＵ）に起因する）等を含むソフトウェア／オペレーティングシステムのステータスとが含まれる。この情報は、コマンド時にリトリーブ可能な内部システムログ及びＳＤＲの標準的な１５５３デジタルバスインターフェースに設けられるハートビートテレメトリーの双方を通じて入手可能である。

システムのハードウェア設計が以下で説明される。このハードウェア設計では、システムが、パワーオンブートアップ機能並びにアナログテレメトリー収集機能及びデジタルテレメトリー収集機能を提供するＳＤＲに組み込まれた耐放射線特性強化（rad-hard）構成部品であることが示される。これらの耐放射線特性強化構成部品は、軍事規格１５５３データバスの通信インターフェースも提供し、放射線耐性部品のいずれに障害があっても機能する。その結果、広範なシステム健全性監視及び性能ログ記録の能力だけでなく、障害回復の診断及び指揮（システムソフトウェア及びシステムファームウェアを再フラッシュすることを含む）の能力もロバストになる。１５５３バスインターフェースは、数十年の実績のあるフライト遺産（flight heritage）を有する業界標準である。ＳｂＬＡＮＳＤＲの配信によって、ホスト宇宙機との完全な互換性及び相互運用性を確実にする明瞭で包括的なインターフェース管理文書（ＩＣＤ）が生成される。

ソフトウェア無線ペイロード
一例示の実施形態におけるＳＤＲプラットフォームは、モジュール式スライスベースアーキテクチャを用いて設計される。通常のスライス機能は、電源スライス、デジタルスライス、及びＩＦ／ＲＦスライスである。ＳＤＲプラットフォームの設計は、ハブ１０のＳｂＬＡＮキット及びクライアント１１のＳｂＬＡＮキットの双方について同様である。ハブ１０のＳＤＲ４５、５１とクライアント１１のＳＤＲ１０１、１１０との間のハードウェア実施態様の相違は、ＫａバンドＩＦ／ＲＦスライスに加えて、ハブ１０がＣバンドＳＧＬ２１用の第２のＩＦ／ＲＦスライスを含むということである。デジタルスライスに実装されるソフトウェア／ファームウェアは、ハブ／クライアント機能が差別化される箇所である。具体的には、ハブＳＤＲ４５、５１は、ポイントツーマルチポイントトポロジーにおいて基地局に特有の能力を含む一方、クライアントＳＤＲ１０１、１１０は、加入者局機能を含む。ベントパイプハブＳｂＬＡＮキットの実施形態６０が実施される場合、クライアントＳＤＲ１０１、１１０のハードウェア設計は、フルモデム、デジタル処理、及びルーティングの機能が依然として必要とされるので変化しない。ＳＤＲ４５、５１、１０１、１１０のハードウェア及びソフトウェアは以下で説明される。

ＳＤＲデジタルスライス
図１２は、一例示の実施形態によるＳＤＲデジタルスライスブロック図を示している。デジタルスライスは、ＳＤＲプラットフォームに、自身のロバストな柔軟性及び能力を提供する。デジタルスライスは、複数のＦＰＧＡ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、高速メモリ、及びＩ／Ｏポートの集積パッケージである。ＳＤＲプラットフォームの信頼性及び再プログラム可能性の設計思想は、デジタルスライスアーキテクチャの重要な構成部品に反映されている。

ハウスキーパー（ＨＫ）ＦＰＧＡ１２０：リアルタイムクロック、周波数基準、フロントエンド命令又は無線制御（すなわち増幅器イネーブル等）、アナログモニターインターフェース、ＦＰＧＡ及びプログラムメモリのスクラブ並びにエラー検出及びエラー訂正（ＥＤＡＣ：error detection and correction）、１５５３Ｉ／Ｏコア及びコマンドパスウェイ、並びにリセットラインを提供する耐放射線特性強化ＡＳＩＣである。これらは、メモリ保護並びにホスト宇宙機１０へのコマンド及び診断テレメトリーＩ／Ｏの提供と共に、ユニットが最初に電源投入されてＳＤＲオペレーティングシステムの初期化を開始したときに「オン」でなければならないすべての機能である。

中央処理装置（ＣＰＵ）又はペイロードマイクロコントローラー１２１：ＳＤＲオペレーティングシステムをホストする放射線耐性部品である。冗長回路部、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）及びメモリの組み込みＥＤＡＣスクラビング、並びに新しいプログラムのロード時及び各ブート時における組み込みチェックサムスクラブを通じて提供されるシングルイベントアップセット（ＳＥＵ）緩和。ＣＰＵは、宇宙機からのコマンド及び割り込みを処理し、ＳＤＲの残りの部分の構成パラメーターを維持する。

ＰＲＯＭ（プログラマブル読み出し専用メモリ）１２２：ＣＰＵブートコード、デフォルト／セーフモード構成、宇宙機インターフェースドライバー（１５５３）、並びに基本的なコマンド及び監視能力を含む１回焼き付けの耐放射線特性強化チップである。ＰＲＯＭ１２２は、新しいＣＰＵプログラムをＥＥＰＲＯＭにロードする能力を含む。

リプログラマブルＦＰＧＡ（複数可）１２３：放射線耐性リプログラマブルＦＰＧＡ１２３は、高速デジタルＩ／Ｏを含むすべての高速の特殊な計算及びデジタル処理を実行する。ＨＫによって行われるスクラビング、そのプログラムがＥＥＰＲＯＭにおいてＥＤＡＣされ、ＦＰＧＡ１２３への各ロード時にチェックされること、及び新しいプログラムロード時の組み込みチェックサムスクラブによって提供されるＳＥＵ緩和。ＳｂＬＡＮでは、このＦＰＧＡブロック１２３は、高速無線ネットワーキングに必要とされる高度化された媒体アクセス制御（ＭＡＣ）及びＰＨＹの実施態様に十分なリソースを提供するために、２つのＦＰＧＡで構成される。すべての重要なＦＰＧＡに基づく機能は、通常、シングルイベントアップセットに対する例外的な保護をこれらの機能に提供する３重モード冗長性形式でキャストされる。

ＳＤＲＡＭ１２４：ＣＰＵ１２１、ＨＫ、及びＦＰＧＡ１２３のプロセッサの処理機能用の高速メモリである。読み出し中のＨＫ及びＣＰＵコマンドによるＥＤＡＣスクラビングによって提供されるＳＥＵ緩和を有する放射線耐性。

Ｉ／Ｏポート１２５：高速ＬＶＤＳポート及びバッファー、１５５３バッファー及び変換器、ＡＤＣ、ＤＡＣ、並びにマルチプレクサはすべて耐放射線特性強化部品である。

ハブ衛星無線システム
デジタルハブ衛星ＳｂＬＡＮキット４０、５０の一例示の実施形態には、システム内のＴｘ／ＲｘリンクごとのＲＦチェーン及びＳＤＲ４５、５１へのそれらのＲＦチェーンの接続、並びにオプションのＩＰＲ４１がある。宇宙機のコマンド、制御、及びテレメトリーが、標準的な１５５３インターフェースを介して提供される。

ＳＤＲ４５、５１のスライスベースアーキテクチャを用いることによって、新しいミッションの用途に容易に適応することができるプラットフォーム。

図１３は、一例示の実施形態によるＳＤＲに基づくハブＳｂＬＡＮキットのデジタルバージョンを示している。ＳｂＬＡＮキットは、入力マルチプレクサ１３０とＲＦ電力増幅器のフロントエンド冗長スイッチネットワーク１３１との間のポイントにおいて通信ペイロードに受動的にタップする。ペイロードへ送信されるコマンドは、宇宙機オペレーターによって指定された地理的領域にわたって高利得を得るために最適化された通信アンテナ１３２を介して受信される。ＲＦ信号は、フィルタリングされ、増幅及びダウンリンク周波数へのアップ変換のために広帯域受信機１３３へ送信される。受信機１３３からは、信号が多重化されて、構成要素である３６ＭＨｚワイドチャネル（通常）にされる。１つの３６ＭＨｚワイドチャネルは、ＳｂＬＡＮ専用チャネルとして事前に選択されている。ＳｂＬＡＮチャネルは、増幅器入力冗長スイッチネットワーク１３１とインラインの２つの２０ｄＢ受動カプラーを有するという点でのみ既存の商用通信チャネルとは異なる。受動カプラーは、地上局１２から送信されたデータストリームを、宇宙機のコマンドのデータのハンドリングシステムを迂回してハブ衛星１０のＳｂＬＡＮペイロードに直接送信し次いで、ミッション衛星１１へ送信することを可能にする。

クライアント衛星無線システム
一例示の実施形態では、クライアント衛星１１、１１’のＳｂＬＡＮキットのハードウェア設計は、ハブの設計と同様である。しかしながら、クライアントのＳｂＬＡＮキットは、単一のアンテナ及びＲＦＩ／Ｏパスウェイのみを含む。したがって、ＳＤＲプラットフォームでは、デジタルスライスは同じままであるが、１つのＲＦスライスしか必要とされない。

ＳＤＲソフトウェア動作環境
ＳＤＲソフトウェア動作環境の一例示の実施形態では、ＳｂＬＡＮＳＤＲペイロードのオペレーティングシステム／動作環境としてｕＣＬｉｎｕｘを選択した。ＳｂＬＡＮシステムの性質及び複数の異なるオペレーター／ユーザーがシステム全体に一体化することになる可能性が与えられると、その結果、コードサイズにおける小コスト及び決定論的な挙動の柔軟性がはるかに大きくなる。

例示の実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の原理及び趣旨から逸脱することなくこれらの例示の実施形態に変更を行うことができることが当業者によって理解されよう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等なもので定められる。

Claims

動的に割り当てられるダウンリンクサービスを対地静止軌道にある宇宙機に提供する宇宙ベースローカルエリアネットワークシステムであって、
衛星間通信ペイロードをホストする少なくとも２つのクライアント衛星と、
衛星間通信ペイロード、ダウンリンク通信ペイロード、及びアグリゲーターペイロードをホストするハブ衛星と、
前記ハブ衛星に対してデータを送受信する地上局と、
を備え、
前記ハブ衛星は、前記衛星間通信ペイロードによって衛星間リンクにより前記少なくとも２つのクライアント衛星から受信される少なくとも２つのデータフローを、前記アグリゲーターペイロードを用いてアグリゲートし、前記ダウンリンク通信ペイロードを用いて、宇宙／地上リンクにより前記地上局にダウンリンクされるデータストリームにする、
宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記地上局は、
ゲートウェイルーターと、
ソフトウェア無線と、
を備える宇宙ベースローカルエリアネットワークキットを含み、
前記ゲートウェイルーターは、前記宇宙／地上リンクにより前記ハブ衛星に対してデータを送受信する前記ソフトウェア無線を通じてデータをルーティングする、
請求項１に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記ハブ衛星は、
ソフトウェア無線と、
インターネットプロトコルルーターと、
を備える宇宙ベースローカルエリアネットワーキングキットを含むスイッチドデジタルハブであり、
前記ハブ衛星で受信される信号は復調され、パケットはルーティングされ、
パケットデータは再変調されて前記宇宙／地上リンク又は衛星間リンクに向けられる、
請求項１に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記ソフトウェア無線は前記インターネットプロトコルルーターをホストする、請求項３に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記インターネットプロトコルルーターは前記ソフトウェア無線から分離している、請求項３に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記ハブ衛星は、無線周波数スイッチングネットワークを備える宇宙ベースローカルエリアネットワーキングキットを含むベントパイプハブである、請求項１に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記無線周波数スイッチングネットワークは、
前記宇宙／地上リンク用の第１の専用アップリンクＲＦチャネル及び第１の専用ダウンリンクＲＦチャネルと、
ハブ／クライアントリンク用の第２の専用アップリンクＫａバンドチャネル及び第２の専用ダウンリンクＫａバンドチャネルと、
を備える、請求項６に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記無線周波数スイッチングネットワークは、クライアント衛星間の通信用のＫａ／Ｋａバンド変換をさらに備える、請求項７に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記少なくとも２つのクライアント衛星は、
ソフトウェア無線と、
インターネットプロトコルルーターと、
を備える宇宙ベースローカルエリアネットワークキットを含む、請求項１に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記ソフトウェア無線は前記インターネットプロトコルルーターをホストする、請求項９に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記インターネットプロトコルルーターは前記ソフトウェア無線から分離している、請求項９に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記少なくとも２つのクライアント衛星と前記ハブ衛星との間における前記衛星間リンクによるデータ転送に、２２．５ＧＨｚを中心とする周波数帯域が用いられる、請求項１に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記衛星間リンクは８０２．１６の物理層を用いる、請求項１に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記８０２．１６の物理層は、８ＰＳＫ変調及び低密度パリティチェック符号化方式を用いる、請求項１３に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記ハブ衛星はセクタービームアンテナをさらに備え、前記少なくとも２つのクライアント衛星は可動スポットビームアンテナをさらに備える、請求項１に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記少なくとも２つのクライアント衛星は、前記ハブ衛星の３００ｋｍ内に位置決めされる、請求項１に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記ソフトウェア無線は、
第１のＩＦ／ＲＦデジタルスライスと、
第２のＩＦ／ＲＦデジタルスライスと、
を備え、
前記第１のＩＦ／ＲＦデジタルスライス及び前記第２のＩＦ／ＲＦデジタルスライスはそれぞれ、複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、高速メモリ、及びＩ／Ｏポートの集積パッケージを含む、請求項３に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記第１のＩＲ／ＲＦデジタルスライスはＫａバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスであり、前記第２のＩＦ／ＲＦデジタルスライスはＣバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスであり、
前記第１のＩＦ／ＲＦデジタルスライスは、Ｋａバンド信号送信を実行するソフトウェア又はファームウェアを含み、
前記第２のＩＦ／ＲＦデジタルスライスは、Ｃバンド信号送信を実行するソフトウェア又はファームウェアを含む、
請求項１７に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
前記ソフトウェア無線はＫａバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスを含み、
前記ＫａバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスは、複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、高速メモリ、及びＩ／Ｏポートの集積パッケージを含み、
前記ＫａバンドＩＦ／ＲＦデジタルスライスは、Ｋａバンド信号送信を実行するソフトウェア又はファームウェアを含む、
請求項９に記載の宇宙ベースローカルエリアネットワークシステム。
動的に割り当てられるダウンリンクサービスを対地静止軌道にある宇宙機に提供するハブ衛星の宇宙ベースローカルエリアネットワーキングキットであって、
ソフトウェア無線と、
インターネットプロトコルルーターと、
を備え、
前記ソフトウェア無線及び前記インターネットプロトコルルーターは、衛星間リンクにより少なくとも２つのクライアント衛星から又は宇宙／地上リンクにより地上局から受信される信号を復調し、パケットをルーティングし、パケットデータを再変調して前記衛星間リンク及び前記宇宙／地上リンクの一方に向けるように構成される、宇宙ベースローカルエリアネットワーキングキット。
動的に割り当てられるダウンリンクサービスを対地静止軌道にある宇宙機に提供する方法であって、
少なくとも２つのクライアント衛星から衛星間リンクにより送信されたデータをハブ衛星で受信すること、
前記少なくとも２つのクライアント衛星から前記衛星間リンクにより送信された前記データをアグリゲートすること、及び
前記アグリゲートされたデータを前記ハブ衛星から地上局へ宇宙／地上リンクにより送信すること、
を含む、方法。
前記衛星間リンク及び前記ＲＦ宇宙／地上リンクは、Ｃバンドチャネル、Ｋｕバンドチャネル、Ｋａバンドチャネル、Ｓバンドチャネル、又はＸバンドチャネルのうちの少なくとも１つを用いる、請求項２１に記載の方法。
前記少なくとも２つのクライアント衛星と前記ハブ衛星との間における前記衛星間リンクによるデータ転送に、２２．５ＧＨｚを中心とする周波数帯域が用いられる、請求項２１に記載の方法。
前記衛星間リンクは８０２．１６の物理層を用いる、請求項２１に記載の方法。
前記８０２．１６の物理層は、８ＰＳＫ変調及び低密度パリティチェック符号化方式を用いる、請求項２４に記載の方法。