JP2017139754A - 衛星通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】通信衛星とゲートウェイ局の間に通信中継装置をおいて通信信号を分割することによりシステムの通信効率を向上させる。【解決手段】衛星通信システム１００は、地球を周回する通信衛星１０２と、ユーザーリンク１１０を介して通信衛星１０２と無線通信するユーザー端末１０６と、約６５，０００フィートの高度で動作し、フィーダーリンク１２０を介して通信衛星１０２と光通信する通信中継装置１１８と、ゲートウェイリンク１１４を介して前記通信中継装置１１８と無線通信するゲートウェイ局１１２とを含む。【効果】フィーダーリンク１２０に光通信リンクを適用することにより、標準的な無線通信リンクに比べて大幅に大きい利用可能帯域幅および高いデータ転送速度が実現できる。【選択図】図１

Description

本開示は、概して衛星通信に関し、より具体的には、衛星と地上局との通信に光中継リンクを用いる衛星通信システムに関する。

ハイスループット衛星（High-throughput satellites:「ＨＴＳ」）は、同じ軌道スペクトル（over the same orbital spectrum）でも、固定衛星サービス（fixed-satellite service:「ＦＳＳ」）の衛星よりも大幅に多くのスループットを実現する。容量の大幅な増加は、周波数の再使用（繰り返し使用）及びスポットビームに関するハイレベルな技術によって、達成されている。この技術によって、たとえばセルラーネットワークにおいて、焦点の狭い複数のスポットビーム（通常数百キロメートルのオーダー）において周波数を再使用することが可能となっている。しかしながら、衛星通信に対する需要が増え続けるにつれて、より多くのスループットを実現するように構成された衛星が必要とされ続けている。このように帯域幅に対する必要性が増え続けている一方で無線周波数（ＲＦ）スペクトルには限界があるため、より多くのゲートウェイ地上局がより広い範囲に分散することが必要となる。このため、ゲートウェイ地上局が望ましくない場所に設けられる場合がある。

従って、当業者は、ハイスループット衛星通信の分野において研究及び開発努力を続けている。

一例において、本開示の衛星通信システムは、地球を周回する通信衛星と、ユーザーリンクを介して通信衛星と無線通信するユーザー端末と、フィーダーリンクを介して通信衛星と光通信する通信中継装置と、ゲートウェイリンクを介して通信中継装置と無線通信するゲートウェイ局と、を含みうる。

別の例において、本開示の衛星通信中継装置は、ゲートウェイ局に対して、ゲートウェイリンクを介して無線周波数通信信号を送受信するための無線周波数端末と、通信衛星に対して、フィーダーリンクを介して光通信信号を送受信するための光端末と、を含みうる。

さらに別の例において、衛星通信を提供するための本開示の方法は、（１）通信衛星とユーザー端末との間に、第１無線通信のためのユーザーリンクを生成する工程、（２）前記通信衛星と通信中継装置との間に、光通信のためのフィーダーリンクを生成する工程であって、前記通信中継装置は、約３９，０００フィートと約１８０，０００フィートとの間の高度で動作する工程、（３）前記通信中継装置とゲートウェイ局との間に、第２無線通信のためのゲートウェイリンクを生成する工程、を含みうる。

本開示のシステム、装置、及び方法の他の例は、以下に示す詳細な説明、添付図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

本開示の衛星通信システムの一例の概略図である。 本開示の衛星通信システムの一例の概略図である。 本開示の衛星通信システムの一例の概略図である。 衛星通信システムの本開示の通信衛星の一例の概略ブロック図である。 衛星通信システムの本開示の通信中継装置の一例の概略図ロック図である。 衛星通信を提供するための本開示の方法の一例のフローチャートである。 航空機の製造及び保守方法を示すブロック図である。 航空機の概略図である。

以下の詳細な説明は添付の図面を参照しており、これらの添付図面は、本開示による具体的な例を示すものである。異なる構造及び動作を有する他の例も、本開示の範囲から逸脱するものではない。なお、同様の部分、要素、コンポーネント、又は特徴については、異なる図面においても、同様の参照数字で示している。

本明細書において、「例」「一例」「別の例」などという際は、当該例に関連させて述べる１つ又は複数の部分、構造、要素、コンポーネント、又は特徴が、少なくとも１つの実施形態又は実施態様に含まれることを意味する。従って、本開示の様々な箇所で用いられる「一例において」「一例として」という語句やこれらと同様の表現は、必ずしも同じ例をさすとは限らない。また、任意の一例を特徴づける要旨が、任意の他の例を特徴づける要旨を含む場合もあるが、必ずしもそうしなければならないわけではない。

本開示による要旨の例示的且つ非排他的な例を、特許請求の範囲に記載のものも、記載していないものも含め、以下に述べる。

図１を参照して、概括的にシステム１００として示した衛星通信システムの一例を開示する。システム１００を、衛星通信ネットワークと称することもある。システム１００は、地球（明示せず）を周回する少なくとも１つの通信衛星を含み、これを概括的に衛星１０２と称する。システム１００は、少なくとも１つのゲートウェイ・ハブ１２２及び少なくとも１つのユーザーエリア１０８をさらに含む。図２に示すように、一例において、複数の衛星１０２が衛星アレイ１０４を形成している。

衛星１０２は、任意の楕円軌道内の任意の物体であり、例えば地球に対して送受信の通信を行うように構成されたものである。一例として、衛星１０２は、対地静止（geostationary）軌道上のものである。別の例として、衛星１０２は、対地同期（geosynchronous）軌道上のものである。別の例として、衛星１０２は、モルニヤ軌道（Molniya orbit）上のものである。

例えば、システム１００は、特に、高軌道（High Earth orbit:「ＨＥＯ」）（例えば、３５，０００キロメートル(２２，０００マイル）以上の高度）に適し、有益である。ただし、システム１００は、低地球軌道（「ＬＥＯ」）（例えば、約２，０００キロメートル（１，２００マイル）以下の高度）、あるいは、中軌道（「ＭＥＯ」）（例えば、約２，０００キロメートルと３５，０００キロメートルの間の高度）などの、他のタイプの軌道上の衛星１０２に使用することもできる。

具体的且つ非限定的な一例として、衛星１０２は、ハイスループット衛星（「ＨＴＳ」）である。非限定的な一例として、衛星１０２は、約１．０ＧＨｚと約９０ＧＨｚとの間のマイクロ波周波数範囲をカバーする電波を送受信するように構成されうる。

一例において、ゲートウェイ・ハブ１２２は、少なくとも１つのゲートウェイ局１１２（一般に、地上局又はテレポートとも称される）を含む。ゲートウェイ局１１２は、衛星１０２（又は衛星アレイ１０４）（図２）と通信するために用いられる１つ又は複数の送受信アンテナを含みうる。一般的な一例として、ゲートウェイ・ハブ１２２は、オーディオ、ビデオ及び／又はデータサービスのプロバイダのうちの１つ又は複数である。一例として、ゲートウェイ・ハブ１２２は、インターネットサービスプロバイダである。一例として、ゲートウェイ・ハブ１２２は、電話、音声、及び／又はデータサービスである。一例として、ゲートウェイ・ハブ１２２は、テレビ、ビデオ、及び／又はオーディオの放送局である。

ゲートウェイ局１１２は、例えば地球上のネットワーク１１６に接続されている。一例として、ネットワーク１１６は、インターネットなどの通信ネットワークを含む。従って、ゲートウェイ局１１２は、衛星１０２及び通信中継装置１１８を介しての、ユーザー端末１０６とネットワーク１１６との接続性を提供することができる。

明確に図示していないが、各ゲートウェイ局１１２は、ゲートウェイ・ハブ１２２を介する信号の通信を制御するゲートウェイ局制御装置を含むか、あるいは、これに接続されうる。ゲートウェイ局制御装置は、プロセッサ、記憶装置（例えばメモリ）、入力装置、及び／又はディスプレイを含みうる。ゲートウェイ局制御装置は、ゲートウェイ局１１２から離隔させて設けてもよいし、ゲートウェイ局と同じ位置に（例えば一体に）設けてもよい。

一例において、ユーザーエリア１０８は、衛星１０２と通信可能な複数のユーザー端末１０６を含む地理的エリアを規定する。（図示の明確化のため、各ユーザーエリアに１つのユーザー端末のみを示している。）一例として、ユーザーエリア１０８は、衛星１０２から地表面に照射されるスポットビームのフットプリントを表す。スポットビームは、例えば、所定の信号強度（例えば出力）を有することにより、ユーザーエリア１０８によって表される地上の限られた地理的エリアのみをカバーするようになっている。

各ユーザー端末（本明細書では、ユーザー端末１０６とも称する）は、衛星１０２と通信するために使用される１つ又は複数の送受信アンテナを含む。ユーザー端末１０６は、エンドユーザーによって使用される任意の通信装置（例えば、オーディオ、ビデオ、又はデータ通信装置）を含みうる。従って、オーディオ、ビデオ、及び／又はデータサービスのプロバイダが、ユーザーエリア１０８内に位置するユーザー端末１０６にサービス提供しうる。

図１及び図２に明確に図示していないが、別の例において、ユーザーエリア１０８は、１つ又は複数の地球上の通信ネットワークサイト（site）又はタワー（tower）も含みうる。通信ネットワークサイトは、衛星１０２及びユーザー端末１０６と通信するために使用される１つ又は複数の送受信アンテナを含みうる。すなわち、通信ネットワークサイトは、衛星１０２とユーザー端末１０６との間や、ユーザー端末１０６同士の間の、地球上の通信リンク又は中継器としての役割を果たす。

明確に図示していないが、各ユーザー端末１０６は、ユーザーエリア１０８での信号の通信を制御するユーザー端末制御装置を含むか、あるいはこれに接続されていてもよい。ユーザー端末制御装置は、プロセッサ、記憶装置（例えばメモリ）、入力装置、及び／又はディスプレイを含みうる。ユーザー端末制御装置は、ユーザー端末１０６から離隔させて設けてもよいし、ユーザー端末と同じ位置に（例えば一体に）設けてもよい。

一例において、システム１００は、概括的に装置１１８として表される、少なくとも１つの通信中継装置をさらに含む。装置１１８は、衛星１０２と１つ又は複数のゲートウェイ局１１２との間の通信リンク、ノード、又は中継装置としての役割を果たす。すなわち、装置１１８は、１つ又は複数のゲートウェイ・ハブ１２２に対してサービスを提供する。

一例において、装置１１８は、高い高度で動作可能な可動プラットフォームである。通常、装置１１８の動作高度は、あらゆる空電高度よりも高い。一例として、装置１１８は、約３９，０００フィート（１２ｋｍ）と約１８０，０００フィート（５５ｋｍ）との間の高度（例えば成層圏）で動作する。別の例として、当該装置は、５５，０００フィート（１６ｋｍ）と約１６４，０００フィート（５０ｋｍ）との間の高度で動作する。別の例として、装置１１８は、約６５，０００フィート（２０ｋｍ）の高度で動作する。さらに別の例として、装置１１８は、約６５，０００フィート（２０ｋｍ）以上の高度で動作する。一例として、装置１１８は、無人航空機（「ＵＡＶ」）である。装置１１８は、例えば１つ又は複数のゲートウェイ・ハブ１２２などの、地上の所与の地理的エリアの上空で、所定の飛行経路で飛行しうる。装置１１８は、動作高度において、長期間（例えば数か月）飛行可能でありうる。一例として、装置１１８は、ソーラーＵＡＶ（solar-powered electric UAV）である。

図１を参照すると、衛星１０２は、（例えば直接、あるいは、地球上の通信ネットワークサイトを介して）ユーザー端末１０６と通信する。衛星１０２は、ユーザー端末１０６に対して、無線周波数（「ＲＦ」）通信信号の送受信を行うように構成されうる。同様に、ユーザー端末１０６は、衛星１０２に対して、ＲＦ通信信号の送受信を行うように構成されうる。衛星１０２とユーザー端末１０６との間のあらゆるＲＦ通信信号を、本明細書では、ユーザーリンク１１０と称する。従って、ユーザーリンク１１０は、ＲＦ（ＲＦ通信）リンクである。各ユーザー端末１０６は、衛星１０２から照射される複数のスポットビームからなるパターン（明確に図示せず）のうちの関連するスポットビーム内のＲＦ通信信号を受信しうる。複数スポットビームのパターンは、ユーザーエリア１０８を規定する複数の焦点の狭いスポットビーム（例えば数百キロメートルのオーダー）において、周波数を再使用しうる。

衛星１０２は、装置１１８とも通信する。衛星１０２は、装置１１８に対して、光通信信号の送受信を行うように構成されうる。同様に、装置１１８は、衛星１０２に対して、光通信信号の送受信を行うように構成されうる。衛星１０２と装置１１８との間のあらゆる光通信信号を、本明細書において、フィーダーリンク１２０と称する。従って、フィーダーリンク１２０は、光（光通信）リンクである。

装置１１８は、ゲートウェイ局１１２と通信する。装置１１８は、ゲートウェイ局１１２に対して、ＲＦ通信信号の送受信を行うように構成されうる。同様に、ゲートウェイ局１１２は、装置１１８に対して、ＲＦ通信信号の送受信を行うように構成されうる。装置１１８とゲートウェイ局１１２との間のあらゆるＲＦ通信信号を、本明細書において、ゲートウェイリンク１１４と称する。従って、ゲートウェイリンク１１４は、ＲＦ（ＲＦ通信）リンクである。

図３を参照し、図１及び図２も併せて参照すると、衛星１０２及び装置１１８は、ユーザーエリア１０８（例えばユーザー端末１０６）の各々と、ゲートウェイ・ハブ１２２（例えばゲートウェイ局１１２）の各々との間に、双方向通信を提供するように構成されている。一例として、図３に示すように、ユーザーエリア１０８は、ＲＦ信号（ユーザーアップリンク無線周波数通信信号とも称される）としてのユーザーアップリンク１１０ａ（例えばユーザーアップリンク信号）を、衛星１０２に送信する。衛星１０２は、光信号（フィーダーダウンリンク光通信信号とも称される）としてのフィーダーダウンリンク１２０ｂ（例えばユーザーアップリンク信号の中継送信信号）を、装置１１８に送信する。すると、装置１１８は、ＲＦ信号（ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号とも称される）としてのゲートウェイダウンリンク１１４ｂ（例えばユーザーアップリンク信号のさらなる中継送信信号）を、ゲートウェイ局１１２に送信する。

同様に、一例として、ゲートウェイ局１１２は、ＲＦ信号（ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号とも称される）としてのゲートウェイアップリンク１１４ａ（例えばゲートウェイアップリンク信号）を、装置１１８に送信する。装置１１８は、光信号（フィーダーアップリンク光通信信号とも称される）としてのフィーダーアップリンク信号１２０ａ（例えばゲートウェイアップリンク信号の中継送信信号）を、衛星１０２に送信する。すると、衛星１０２は、ＲＦ信号（ユーザーダウンリンク無線周波数通信信号とも称される）としてのユーザーダウンリンク１１０ｂ（例えばゲートウェイアップリンク信号のさらなる中継送信信号）を、ユーザー端末１０６に送信する。

例示的な一実施態様において、ユーザーリンク１１０（例えばユーザーアップリンク１１０ａ及び／又はユーザーダウンリンク１１０ｂ）は、約１ＧＨｚと約４０ＧＨｚとの間の周波数範囲（例えば動作周波数又は動作周波数範囲）において動作しうる。別の例示的な実施態様において、ユーザーリンク１１０（例えばユーザーアップリンク１１０ａ及び／又はユーザーダウンリンク１１０ｂ）は、約２０ＧＨｚと約４０ＧＨｚとの間の周波数範囲（例えば動作周波数又は動作周波数範囲）（例えばＫバンド）において動作しうる。別の例示的な実施態様において、ユーザーリンク１１０（例えばユーザーアップリンク１１０ａ及び／又はユーザーダウンリンク１１０ｂ）は、約１９．０ＧＨｚと約３１ＧＨｚとの間の周波数範囲（例えば動作周波数又は動作周波数範囲）（例えばＫａバンド）において動作しうる。別の例示的な実施態様において、ユーザーリンク１１０（例えばユーザーアップリンク１１０ａ及び／又はユーザーダウンリンク１１０ｂ）は、約１２ＧＨｚと約１８ＧＨｚとの間の周波数範囲（例えば動作周波数又は動作周波数範囲）（例えばＫｕバンド）において動作しうる。他の例示的な実施態様において、ユーザーリンク１１０（例えばユーザーアップリンク１１０ａ及び／又はユーザーダウンリンク１１０ｂ）は、例えば、約８ＧＨｚと約１２ＧＨｚとの間（例えばＸバンド）、約５００ＭＨｚと約１０００ＭＨｚとの間（例えばＣバンド）、約１ＧＨｚと約２ＧＨｚとの間（例えばＬバンド）などの、他の様々な周波数範囲において動作しうる。

例示的な一実施態様において、ゲートウェイリンク１１４（例えばゲートウェイアップリンク１１４ａ及び／又はゲートウェイダウンリンク１１４ｂ）は、約１２ＧＨｚと約１８ＧＨｚとの間の周波数範囲（例えばＫｕバンド）において動作しうる。別の例示的な実施態様において、ゲートウェイリンク１１４（例えばゲートウェイアップリンク１１４ａ及び／又はゲートウェイダウンリンク１１４ｂ）は、約１９ＧＨｚと約３１ＧＨｚとの間の周波数範囲（例えばＫａバンド）において動作しうる。他の例示的な実施態様において、ゲートウェイリンク１１４（例えばゲートウェイアップリンク１１４ａ及び／又はゲートウェイダウンリンク１１４ｂ）は、他の様々な周波数範囲において動作しうる。

例示的な一実施態様において、フィーダーリンク１２０（例えばフィーダーアップリンク１２０ａ及び／又はフィーダーダウンリンク１２０ｂ）は、約１００ＴＨｚと約４００ＴＨｚとの間の周波数範囲において動作しうる。他の例示的な実施態様において、フィーダーリンク１２０（例えばフィーダーアップリンク１２０ａ及び／又はフィーダーダウンリンク１２０ｂ）は、様々な周波数範囲において動作しうる。

図４参照し、図３も併せて参照すると、一例において、衛星１０２は、ユーザー端末１０６に対してＲＦ通信信号（例えばユーザーリンク１１０）の送受信を行うように構成された衛星ＲＦ端末１２４を含む。一例として、衛星ＲＦ端末１２４は、ＲＦ信号を送信するように構成された衛星送信アンテナ１２６、及び、ＲＦ信号を受信するように構成された衛星受信アンテナ１２８を含む。一例として、衛星ＲＦ端末１２４（例えば衛星送信アンテナ１２６及び／又は衛星受信アンテナ１２８）は、フェーズドアレイアンテナである。一例として、衛星ＲＦ端末１２４は、ユーザーリンク１１０を介してユーザー端末１０６と通信するための高利得アンテナを含む。衛星ＲＦ端末１２４は、個別の衛星送信アンテナ及び衛星受信アンテナを有するものとして示されているが、別の例において、衛星ＲＦ端末１２４は、ＲＦ信号の送信と受信の両方が可能な単一の衛星アンテナを有していてもよい。

一例において、衛星１０２は、装置１１８に対して光通信信号（例えばフィーダーリンク１２０）の送受信を行うように構成された衛星光端末１３０を含む。一例として、衛星光端末１３０は、衛星１０２から光信号を送信するように構成された衛星光送信器１３２、及び、装置１１８から光信号を受信するように構成された衛星光受信器１３４を含む。衛星光端末１３０は、個別の衛星光送信器及び衛星光受信器を有するものとして示されているが、別の例において、衛星光端末１３０は、光信号の送信と受信の両方が可能な単一の衛星送受信器を有していてもよい。

図４を参照し、図３も併せて参照すると、一例において、衛星１０２は、衛星１０２によって送受信される通信信号を処理するように構成された衛星信号プロセッサ１３６を含む。一例として、衛星信号プロセッサ１３６は、ＲＦ信号を光信号に変換したり、光信号をＲＦ信号に変換したりする（あるいはそのように構成されている）。

一例として、衛星ＲＦ端末１２４がユーザーリンク１１０（例えばユーザーアップリンク１１０ａ）を介して受信するＲＦ信号には、装置１１８を介してゲートウェイ局１１２に中継送信するためのデータが含まれている。ＲＦ信号は、衛星信号プロセッサ１３６を介することによって、当該プロセッサにて光信号に変換され、フィーダーリンク１２０（例えばフィーダーダウンリンク１２０ｂ）を介して装置１１８に送信される。

一例として、衛星光端末１３０がフィーダーリンク１２０（例えばフィーダーアップリンク１２０ａ）を介して受信する光信号には、ユーザー端末１０６に中継送信するためのデータが含まれる。光信号は、衛星信号プロセッサ１３６を介することによって、当該プロセッサにてＲＦ信号に変換され、ユーザーリンク１１０（例えばユーザーダウンリンク１１０ｂ）を介してユーザー端末１０６に送信される。

一例として、衛星信号プロセッサ１３６は、例えば複数のユーザー端末１０６からユーザーリンク１１０を介して受信した複数のＲＦ信号を、１つの光信号に合成する（あるいはそのように構成されている）。

一例として、衛星信号プロセッサ１３６は、衛星１０２によって送受信されるＲＦ信号及び／又は光信号を、増幅する（あるいはそのように構成されている）。

一例として、衛星信号プロセッサ１３６は、衛星１０２によって送受信されるＲＦ信号及び／又は光信号をフィルタリングする（あるいはそのように構成されている）。

一例として、衛星信号プロセッサ１３６は、衛星１０２によって送信されるＲＦ信号を含む１つ又は複数のスポットビーム（１つ又は複数のユーザーエリア１０８を規定する）を形成する（あるいはそのように構成されている）。一例として、衛星信号プロセッサ１３６は、ＲＦ信号のうち、特定のユーザーエリア１０８に対応する部分を、そのユーザーエリア１０８に対応する特定のスポットビームに割り当てる。一例として、衛星信号プロセッサ１３６は、各スポットビームを特定の周波数範囲に対応するように形成するが、この特定の周波数範囲は、例えば、トータル帯域幅、チャネル帯域幅、及び／又は再使用率によって決まるものである。

従って、一例として、衛星信号プロセッサ１３６は、衛星信号変換器１３８、衛星信号合成器１４０、衛星信号増幅器１４２、衛星信号フィルター１４４、及び／又は、衛星ビーム形成器１４６を含む。衛星信号プロセッサ１３６は、上述の機能を実現するように構成されたハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを含みうる。明確に図示していないが、衛星信号プロセッサ１３６は、プロセッサ、記憶装置（例えばメモリ）、入力装置、及び／又はディスプレイを含みうる。衛星信号プロセッサ１３６は、明示していない他のコンポーネントも含みうる。

図５を参照し、図３も併せて参照すると、一例において、装置１１８は、ゲートウェイ局１１２に対してＲＦ通信信号（例えばゲートウェイリンク１１４）の送受信を行うように構成された装置ＲＦ端末１４８を含む。一例として、装置ＲＦ端末１４８は、ＲＦ信号を送信するように構成された装置送信アンテナ１５０、及び、ＲＦ信号を受信するように構成された装置受信アンテナ１５２を含む。一例として、装置ＲＦ端末１４８（例えば装置送信アンテナ１５０及び／又は装置受信アンテナ１５２）は、フェーズドアレイアンテナである。装置ＲＦ端末１４８は、個別の装置送信アンテナ及び装置受信アンテナを有するものとして示されているが、別の例において、装置ＲＦ端末１４８は、ＲＦ信号の送信と受信の両方が可能な単一の装置アンテナを有していてもよい。

一例において、装置１１８は、衛星１０２に対して光通信信号（例えばフィーダーリンク１２０）の送受信を行うように構成された装置光端末１５４を含む。一例として、装置光端末１５４は、装置１１８から光信号を送信するように構成された装置光送信器１５６、及び、衛星１０２から光信号を受信するように構成された装置光受信器１５８を含む。装置光端末１５４は、個別の装置光送信器及び装置光受信器を有するものとして示されているが、別の例において、装置光端末１５４は、光信号の送信と受信の両方が可能な単一の装置送受信器を有していてもよい。

図５を参照し、図３も併せて参照すると、一例において、装置１１８は、装置１１８によって送受信される通信信号を処理するように構成された装置信号プロセッサ１６０を含む。一例として、装置信号プロセッサ１６０は、ＲＦ信号を光信号に変換したり、光信号をＲＦ信号に変換したりする（あるいはそのように構成されている）。一例として、装置信号プロセッサ１６０は、フィーダーダウンリンク光通信信号をゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号に変換する。

一例として、装置ＲＦ端末１４８がゲートウェイリンク１１４（例えばゲートウェイアップリンク１１４ａ）を介して受信するＲＦ信号には、衛星１０２を介してユーザー端末１０６に中継送信するためのデータが含まれている。ＲＦ信号は、装置信号プロセッサ１６０を介することによって、当該プロセッサにて光信号に変換され、フィーダーリンク１２０（例えばフィーダーアップリンク１２０ａ）を介して衛星１０２に送信される。一例として、装置信号プロセッサ１６０は、ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号をフィーダーアップリンク光通信信号に変換する。

一例として、装置光端末１５４がフィーダーリンク１２０（例えばフィーダーダウンリンク１２０ｂ）を介して受信する光信号には、ゲートウェイ局１１２に中継送信するためのデータが含まれている。光信号は、装置信号プロセッサ１６０を介することによって、当該プロセッサにてＲＦ信号に変換され、ゲートウェイリンク１１４（例えばゲートウェイダウンリンク１１４ｂ）を介してゲートウェイ局１１２に送信される。

一例において、装置１１８は、（図５に示すように）１つ又は複数のゲートウェイ局１１２と通信可能な単一の装置ＲＦ端末１４８を含む。別の例（明確に図示せず）において、装置１１８は、２以上の装置ＲＦ端末１４８を含み、これらの端末の各々が、特定のゲートウェイ局１１２と通信可能である。

一例として、装置信号プロセッサ１６０は、例えば複数のゲートウェイ局１１２からゲートウェイリンク１１４を介して受信した複数のＲＦ信号を、１つの光信号に合成する（あるいはそのように構成されている）。

一例として、装置信号プロセッサ１６０は、装置１１８によって送受信されるＲＦ信号及び／又は光信号を増幅する（あるいはそのように構成されている）。

一例として、装置信号プロセッサ１６０は、装置１１８によって送受信されるＲＦ信号及び／又は光信号をフィルタリングする（あるいはそのように構成されている）。

一例として、装置信号プロセッサ１６０は、装置１１８によって送信されるＲＦ信号を含む１つ又は複数のスポットビーム１７４（図３）（１つ又は複数のゲートウェイ・ハブ１２２を規定する）を形成する（あるいはそのように構成されている）。一例として、装置信号プロセッサ１６０は、ＲＦ信号のうち、特定のゲートウェイ局１１２に対応する部分を、そのゲートウェイ・ハブ１２２に対応する特定のスポットビーム１７４に割り当てる。一例として、装置信号プロセッサ１６０は、各スポットビーム１７４を特定の周波数範囲に対応するように形成するが、この特定の周波数範囲は、例えば、トータル帯域幅、チャネル帯域幅、及び／又は再使用率によって決まるものである。

従って、一例として、装置信号プロセッサ１６０は、装置信号変換器１６２、装置信号合成器１６４、装置信号増幅器１６６、装置信号フィルター１６８、及び／又は、装置ビーム形成器１７０を含む。装置信号プロセッサ１６０は、上述の機能を実現するように構成されたハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを含みうる。明確に図示していないが、装置信号プロセッサ１６０は、プロセッサ、記憶装置（例えばメモリ）、入力装置、及び／又はディスプレイを含みうる。装置信号プロセッサ１６０は、明示していない他のコンポーネントも含みうる。

図５を参照すると、一例において、装置１１８は、制御ユニット１７２を含む。制御ユニット１７２は、装置１１８に対して命令及び制御を与えうる（あるいはそのように構成されうる）。非限定的な例として、制御ユニット１７２は、装置１１８の飛行経路、装置１１８の飛行期間、装置１１８の高度、装置１１８が１つ又は複数のどのゲートウェイ局１１８と通信するか、装置１１８が１つ又は複数のどの衛星と通信するか、などを制御する。制御ユニット１７２は、上述の機能を実現するように構成されたハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを含みうる。明確に図示していないが、制御ユニットは、プロセッサ、記憶装置（例えばメモリ）、入力装置、及び／又はディスプレイを含みうる。

図１及び図２を参照すると、本開示のシステム１００は、様々な態様で実施することができる。一例として、図１に示すように、システム１００は、１つの装置１１８に光学的に接続された１つの衛星１０２を含みうる。一例として、図２に示すように、システム１００は、１つの装置１１８に光学的に接続された複数の衛星１０２を含む。別の例として、図２に示すように、システム１００は、複数の装置１１８に光学的に接続された複数の衛星１０２を含む。

図６を参照し、図１〜図５も併せて参照して、概括的に２００とする方法の一例を開示する。方法２００は、例えば本開示のシステム１００を用いて、衛星通信を提供する方法の例示的な一実施形態である。本開示の範囲から逸脱することなく、方法２００に対して変形、追加、又は削除を行うことが可能である。方法２００に工程を追加したり、省いたり、変更したりすることが可能である。また、工程は、任意の順序で行うことができる。

例示的な一実施態様において、方法２００は、ブロック２０２に示すように、通信衛星１０２と１つ又は複数のユーザー端末１０６との間に、第１無線通信のためのユーザーリンク１１０（例えば、無線周波数通信信号）を生成する工程を含む。

例示的な一実施態様において、方法２００は、ブロック２０４に示すように、通信衛星１０２と通信中継装置１１８との間に、光通信のためのフィーダーリンク１２０（例えば、光通信信号）を生成する工程を含む。一例において、通信中継装置１１８は、約３９，０００フィート（１２ｋｍ）と約１８０，０００フィート（例えば５５ｋｍ）との間の高度、例えば約（例えば少なくとも）６５，０００フィート（２０ｋｍ）で動作する。

例示的な一実施態様において、方法２００は、ブロック２０６に示すように、通信中継装置１１８と１つ又は複数のゲートウェイ局１１２との間に、第２無線通信のためのゲートウェイリンク１１４（例えば、無線周波数通信信号）を生成する工程を含む。

別段の示唆が無い限り、「第１」、「第２」等の用語は本明細書において単に標識として用いており、これらの用語で言及している要素に対し、順序、位置、又は階層的な要件を課すものではない。また、例えば「第２」の要素について言及することによって、より小さい序数の要素（例えば、「第１」の要素）、及び／又は、より大きい序数の要素（例えば、「第３」の要素）の存在を要件としたり、排除したりするものではない。

このように、本開示のシステム１００は、衛星１０２と装置１１８との間のフィーダーリンク１２０（光リンク）、及び、装置１１８とゲートウェイ局１１２との間のゲートウェイリンク１１４（ＲＦリンク）によって、衛星１０２と１つ又は複数のゲートウェイ局１１２との間の通信信号中継を提供する。装置１１８を用いて衛星１０２とゲートウェイ局１１２との間の通信信号を分割することによって、システム１００は、通信効率を向上させることができる。フィーダーリンク１２０（例えば光通信リンク）は、通信衛星とゲートウェイ局との間の標準的なＲＦ通信リンクに比べて、大幅に大きい利用可能帯域幅および高いデータ転送速度を実現するとともに、リンク効率を改善する。

また、装置１１８は、十分に高い高度（例えばあらゆる空電高度より高い高度）で動作するため、フィーダーリンク１２０に対する天気及び大気の影響が、仮に排除されないにしても、低減される。また、（例えば高い高度にある）装置１１８で形成されるゲートウェイリンク１１４（例えばＲＦ通信リンク）は、天気及び大気の影響を受けず、ゲートウェイ局１１２同士を空間的に近接させて配置させることによって、ＲＦスペクトルをより効率的に再使用することができる。従って、衛星１０２と装置１１８との間のフィーダーリンク１２０と、装置１１８とゲートウェイ局１１２との間のゲートウェイリンク１１４とを組み合わせることによって、すべてのユーザー端末からのすべてのユーザーリンク１１０の容量分の搬送を可能としうる。

さらに、装置１１８は、通常衛星１０２で行われるような１つ又は複数のタスク及び／又は機能を行うことができ、その例としては、限定するものではないが、完全あるいは部分的なビーム形成、信号処理などがある。

本開示の装置１１８の例を、図７に示す航空機の製造及び保守方法１１００、及び、図８に示す航空機１２００に関連させて説明する。例えば、航空機１２００は、装置１１８の一例（例えばＵＡＶ）である。

生産開始前において、例示的な方法１１００は、ブロック１１０２に示すように、航空機１２００の仕様決定及び設計（これは、装置ＲＦ端末１４８、装置光端末１５４、及び／又は装置信号プロセッサ１６０の設計を含みうる）を含み、且つ、ブロック１１０４に示すように、材料調達を含みうる。生産中の工程として、航空機１２００の、ブロック１１０６に示す部品及び小組立品の製造及びブロック１１０８に示すシステムインテグレーションが行われる。本明細書に記載の装置ＲＦ端末１４８、装置光端末１５４、及び／又は装置信号プロセッサ１６０は、生産工程、すなわち、部品及び小組立品の製造工程（ブロック１１０６）の一部及び／又はシステムインテグレーション（ブロック１１０８）の一部に組み込まれうる。その後、航空機１２００は、例えば、ブロック１１１０に示すように、認可及び納品の工程を経て、ブロック１１１２に示すように、使用期間に入る。使用期間では、航空機１２００は、ブロック１１１４に示すように、定期的な整備及び保守のスケジュールに組み込まれる。定期的な整備及び保守には、航空機１２００の１つ又は複数のシステムの変更、再構成、改修、などが含まれうる。

例示的な方法１１００の各工程は、例えば、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実行または実施することができる。なお、システムインテグレーターは、例えば、航空機メーカー及び主要システムの下請業者を任意の数だけ含んでいる。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよく、特に限定されない。オペレーターは、例えば、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織などであってもよい。

図８に示すように、例示的な方法１１００によって製造される航空機１２００は、例えば、機体１２０２に加えて、複数の高水準システム１２０４および内装１２０６を備えている。高水準システム１２０４の例としては、駆動系１２０８、電気系１２１０、油圧系１２１２及び／又は環境系１２１４などが挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。

本明細書において図示又は説明した装置は、製造及び保守方法１１００における段階のうち、任意の１つ又は複数の段階において採用することができる。例えば、部品及び小組立品製造工程（ブロック１１０６）に対応する部品又は小部品は、航空機１２００の使用期間（ブロック１１１２）中に作製される部品又は小部品と同様に作製することができる。また、装置の１つ又は複数の例を製造段階（ブロック１１０８及び１１１０）中に用いることができる。同様に、装置の１つ又は複数の例を、航空機１２００の使用中（ブロック１１１２）に、例えば、整備及び保守（ブロック１１１４）に用いてもよいが、これに限定されない。

また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。

付記１． 地球を周回する通信衛星と、
ユーザーリンクを介して前記通信衛星と無線通信するユーザー端末と、
フィーダーリンクを介して前記通信衛星と光通信する通信中継装置と、
ゲートウェイリンクを介して前記通信中継装置と無線通信するゲートウェイ局と、を含む衛星通信システム。

付記２． 前記ユーザーリンクは、無線周波数通信信号を含む、付記１に記載のシステム。

付記３． 前記ユーザーリンクの前記無線周波数通信信号は、約１ＧＨｚと約４０ＧＨｚとの間の動作周波数を有する、付記２に記載のシステム。

付記４． 前記ゲートウェイリンクは、無線周波数通信信号を含む、付記１〜３のいずれかに記載のシステム。

付記５． 前記ゲートウェイリンクの前記無線周波数通信信号は、約１２ＧＨｚと約１８ＧＨｚとの間の動作周波数、及び、約１９ＧＨｚと約３１ＧＨｚとの間の動作周波数のうちの少なくとも１つを含む、付記４に記載のシステム。

付記６． 前記フィーダーリンクは、光通信信号を含む、付記１〜５のいずれかに記載のシステム。

付記７． 前記通信中継装置は、約３９，０００フィートと約１８０，０００フィートとの間の高度で動作する、付記６に記載のシステム。

付記８． 前記通信中継装置は、無人航空機である、付記１〜７のいずれかに記載のシステム。

付記９． 前記通信中継装置は、前記ゲートウェイリンクを介して無線周波数通信信号を送受信するための無線周波数端末と、
前記フィーダーリンクを介して光通信信号を送受信するための光端末と、を含む、付記６〜８のいずれかに記載のシステム。

付記１０． 前記無線周波数端末は、前記ゲートウェイ局に、ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号を送信し、前記無線周波数端末は、前記ゲートウェイ局から、ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を受信する、付記９に記載のシステム。

付記１１． 前記光端末は、前記通信衛星に、フィーダーアップリンク光通信信号を送信し、前記光端末は、前記通信衛星から、フィーダーダウンリンク光通信信号を受信する、付記１０に記載のシステム。

付記１２． 前記通信中継装置は、信号プロセッサをさらに含み、前記信号プロセッサは、前記フィーダーダウンリンク光通信信号を前記ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号に変換し、前記信号プロセッサは、前記ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を前記フィーダーアップリンク光通信信号に変換する、付記１１に記載のシステム。

付記１３． 前記信号プロセッサは、複数のゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を、１つの合成ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号に合成する、付記１２に記載のシステム。

付記１４． 前記信号プロセッサは、前記合成ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を前記フィーダーアップリンク光通信信号に変換する、付記１３に記載のシステム。

付記１５． 前記信号プロセッサは、前記ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号を含むスポットビームを形成する、付記１２〜１４のいずれかに記載のシステム。

付記１６． ゲートウェイ局に対して、ゲートウェイリンクを介して無線周波数通信信号を送受信するための無線周波数端末と、
通信衛星に対して、フィーダーリンクを介して光通信信号を送受信するための光端末と、を含む、衛星通信中継装置。

付記１７． 前記無線周波数端末は、前記ゲートウェイ局に、ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号を送信し、
前記無線周波数端末は、前記ゲートウェイ局から、ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を受信し、
前記光端末は、前記通信衛星に、フィーダーアップリンク光通信信号を送信し、
前記光端末は、前記通信衛星から、フィーダーダウンリンク光通信信号を受信する、付記１６に記載の装置。

付記１８． 信号プロセッサをさらに含み、前記信号プロセッサは、
前記フィーダーダウンリンク光通信信号を前記ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号に変換し、
前記ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を前記フィーダーアップリンク光通信信号に変換し、
前記ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号を含むスポットビームを形成する、付記１７に記載の装置。

付記１９． 前記装置は、約３９，０００フィートと約１８０，０００フィートとの間の高度で動作する無人航空機である、付記１６〜１８のいずれかに記載の装置。

付記２０． 衛星通信を提供するための方法であって、
通信衛星とユーザー端末との間に、第１無線通信のためのユーザーリンクを生成し、
前記通信衛星と通信中継装置との間に、光通信のためのフィーダーリンクを生成し、前記通信中継装置は、約３９，０００フィートと約１８０，０００フィートとの間の高度で動作し、
前記通信中継装置とゲートウェイ局との間に、第２無線通信のためのゲートウェイリンクを生成する、方法。

本開示のシステム、装置及び方法について様々な実施例を図示及び説明したが、当業者が本明細書を読めば、様々な変形例を思いつくであろう。本願は、そのような変形例も包含するものであり、特許請求の範囲のみによって限定される。

Claims (15)

1. 地球を周回する通信衛星と、
   ユーザーリンクを介して前記通信衛星と無線通信するユーザー端末と、
   フィーダーリンクを介して前記通信衛星と光通信する通信中継装置と、
   ゲートウェイリンクを介して前記通信中継装置と無線通信するゲートウェイ局と、を含む衛星通信システム。
2. 前記ユーザーリンクは、無線周波数通信信号を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ユーザーリンクの前記無線周波数通信信号は、約１ＧＨｚと約４０ＧＨｚとの間の動作周波数を有する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記ゲートウェイリンクは、無線周波数通信信号を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記ゲートウェイリンクの前記無線周波数通信信号は、約１２ＧＨｚと約１８ＧＨｚとの間の動作周波数、及び、約１９ＧＨｚと約３１ＧＨｚとの間の動作周波数のうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記フィーダーリンクは、光通信信号を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記通信中継装置は、約３９，０００フィートと約１８０，０００フィートとの間の高度で動作する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記通信中継装置は、無人航空機である、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
9. 前記通信中継装置は、前記ゲートウェイリンクを介して無線周波数通信信号を送受信するための無線周波数端末と、
   前記フィーダーリンクを介して光通信信号を送受信するための光端末と、を含む、請求項６〜８のいずれかに記載のシステム。
10. 前記無線周波数端末は、前記ゲートウェイ局に、ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号を送信し、前記無線周波数端末は、前記ゲートウェイ局から、ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を受信する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記光端末は、前記通信衛星に、フィーダーアップリンク光通信信号を送信し、前記光端末は、前記通信衛星から、フィーダーダウンリンク光通信信号を受信する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記通信中継装置は、信号プロセッサをさらに含み、前記信号プロセッサは、前記フィーダーダウンリンク光通信信号を前記ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号に変換し、前記信号プロセッサは、前記ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を前記フィーダーアップリンク光通信信号に変換する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記信号プロセッサは、複数のゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を、１つの合成ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号に合成し、任意には、前記信号プロセッサは、前記合成ゲートウェイアップリンク無線周波数通信信号を前記フィーダーアップリンク光通信信号に変換する、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記信号プロセッサは、前記ゲートウェイダウンリンク無線周波数通信信号を含むスポットビームを形成する、請求項１２又は１３に記載のシステム。
15. 衛星通信を提供するための方法であって、
    通信衛星とユーザー端末との間に、第１無線通信のためのユーザーリンクを生成し、
    前記通信衛星と通信中継装置との間に、光通信のためのフィーダーリンクを生成し、前記通信中継装置は、約３９，０００フィートと約１８０，０００フィートとの間の高度で動作し、
    前記通信中継装置とゲートウェイ局との間に、第２無線通信のためのゲートウェイリンクを生成する、方法。

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