JP4371809B2 - 複数の同時データレートを用いる衛星通信システムおよび方法 - Google Patents
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Description
この発明は、衛星リンクを用いる通信システムおよび方法に関し、より特定的には、地理的に分散された複数のユーザに対するデータスループットおよび受信可能範囲を最適化するために複数の同時データレートを用いる衛星リンクを使用する通信システムに関する。
衛星と移動プラットホーム(すなわち、航空機、船舶、鉄道、貨物自動車等)との間の通信リンクの性能は、多くの要因によって影響を受ける。最も顕著なのは、衛星アンテナの実効等方向放射力(EIRP)であり、これに加えて、衛星とのリンクを形成するのに用いられている受信アンテナの偏向範囲、降雨損失および利得対雑音温度(G/T)がある。衛星中継器のEIRPは、典型的には、偏向範囲および降雨損失と同様に、受信可能領域にわたって変動する。加えて、平面フェーズドアレイアンテナなどのアンテナには、走査角度を増しつつ、G/Tの大幅な低減を示すものもある。アンテナ走査角度、および、これにより受信G/Tは、移動プラットホームの位置および姿勢(縦揺れ、横揺れおよび偏揺れ)に応じて大幅に変化する可能性がある。結果として、衛星から移動プラットホームへの通信リンクの性能は、受信可能領域における(衛星に対する)移動プラットホームの位置および姿勢が好ましいかまたは好ましくないかに応じて、広い範囲にわたって変化し得ることとなる。実際には、この性能の変動は、受信可能領域にわたって10x(10dB)ほどに広範である可能性がある。移動受信機が異なる寸法の開口アンテナを用いる場合、性能の変動はさらに大きくなる可能性がある。アンテナが大きければ大きいほど、より良好なリンク性能が提供される。リンク性能は多くの方法で規定され得る。このことに関連して、それは、以下でさらに記載されるように、通信リンクが所与のビットエラーレート(BER)で動作することのできる最大限のデータレートとして規定される。
ムに対して通信リンクをクローズすることのできる最高のデータレートを選択する。たとえば、CONUSにわたる通信のために単一のデータレートを選択することを欲すると想定する。図2には、6Mbpsの等高線が、北部のノースダコタにおけるわずかな一部の土地を除いては、CONUSのほとんどすべてを覆うことが示される。したがって、CONUS動作に対しては、5〜6Mbpsを選択するのが良いだろう。しかしながら、このデータレートの2倍(すなわち、12Mbps)でリンクをクローズすることのできる領域がCONUS内に存在する。したがって、単一のデータレートでの動作は、極めて非効率的である。というのも、典型的には、さらに高いデータレートで動作することのできる多くの有利な移動プラットホームが存在するからである。言換えれば、単一の、より低いデータレートチャネルを用いて、所与の受信可能領域内で動作するすべての移動プラットホームを使用可能にする場合、有利な移動プラットホームは、それらのフォワードリンクにおいて、浪費されている大きな超過マージンを有する。
て、はるかに複雑かつ高価であり、性能は低下する。
この発明は、リンクのスループット、受信可能範囲および信頼性を増すために、異なったデータ伝送レートで動作する複数の同時通信チャネルを用いることにより、基地局と複数の移動プラットホームとの間に衛星通信リンクを提供するためのシステムおよび方法に関する。この発明の方法および装置は、衛星から、複数の搬送波を介して、多くの地理的に分散された移動プラットホームへデータを伝送するステップを利用し、各搬送波は、単一の独立した通信チャネルを形成し、上述の移動プラットホームの各々は、同時に複数のチャネルを受ける能力を有する。チャネルは、通信リンクのスループット、地理的受信可能範囲および信頼性を最適化するよう選択された複数の伝送レートで動作される。
場合、受信されたデータパケットには高い割合でエラーが含まれ、受信機はデータを破棄する。このため、クローズされる通信チャネルだけを用いて、データを地上にあるシステムから移動プラットホームに送らなければならず、そうでない場合データが失われることとなる。地上にあるシステムは、移動プラットホームが受けている複数の通信チャネルのうちどれが、その移動プラットホームに向けられるデータを送るのかを決定する。地上にあるシステムは、典型的には、リンククロージャが達成される最高のデータレート通信チャネルを選択する。この態様では、情報伝送レートは、各々の特定の移動プラットホームに合わせて調整することができる。というのも、その移動プラットホームが、全体の情報伝送レートを最大限にするように所与の受信可能領域のさまざまな小区域間を移動するからであり、このため、全体の通信効率性は増すが、いずれの特定の移動プラットホームにもデータの損失はもたらされない。
好ましい実施例の以下の説明は、本質的には単に例示的なものであり、この発明、その適用例および用途を限定することを意図するものではない。
波数帯域は、約10MHz〜100GHzのいずれの無線周波数帯域をも含み得る。中継器は、好ましくは、固定衛星サービスFSSまたはBSSの衛星に対して、連邦通信委員会(FCC)および国際電気通信連合(ITU)により指定された周波数帯域のKu帯中継器を含む。
受信機サブシステム66は、受信アンテナ82が受信した信号をベースバンド映像および音声信号ならびにデータ信号へと復号し、復調し、かつダウンコンバートするための復号器76、復調器78およびダウンコンバータ80を含む。
ムは、他の航空機12にアドレス指定されたデータパケットを含み得、このため、ルータ50は、宛先の航空機12にアドレス指定されたこれらのパケットのみをフィルタ処理して取除き、残りの部分を破棄する。
星18aとの再調整または再構成を必要としない点である。この発明の好ましい実施例では、航空機の受信機66a〜66fは、航空機12がサービス領域(すなわち、米国本土)に入る際に特定の中継器周波数(またはチャネル)に同調され、航空機がサービス領域を横断する際にはこれらのチャネルに同調されたままである。リンクが利用可能である場合、データパケットは、受信機66a〜66fのすべてによって、航空機12上で受信される。リンクが利用不可能である場合、パケットはいずれも受信機66a〜66fにおいて受信されない。好ましい実施例では、受信機66a〜66fは、深刻な誤りのあるパケットを破棄してから、これらを移動ルータ66に送る。したがって、図7に示される例においては、8Mbpsチャネルに同調される受信機66は、その関連付けられる航空機12が等高線106の外側にあるときに、誤ったデータパケットを作ることとなる。8Mbpsリンクが等高線106の外側で利用不可能であると考えられるので、地上ルータ100は、航空機12がこの領域にあるときに、データパケットを、航空機12が用いている8Mbpsデータ伝送レートには切換えない。代わりに、地上ルータ100は、航空機が等高線106の外側にあり、等高線108の内側にある場合に、データパケットを2Mbpsチャネルに切換えることとなる。ルータ50は、受信機66a〜66fのすべてからパケットを受取り、その航空機12に向けられたこれらのパケットをフィルタ処理して取除く。このように、特定のデータパケットを受取る受信機66a〜66fのうち特定の1つは、ルータ50の動作には不適切である。
探索することとなる。航空機12は、次いで、地上にあるコントローラ105にチャネル変更を知らせることとなる。これは、ハンドオフシーケンス中に、航空機12の移動端末20を地上にあるコントローラ105に合わせることを必要とする。これまたは他の理由のために、単一の受信機の動作は、複数のチャネルを介して伝送される情報を同時に受信するために複数の受信機を用いるほど好ましくないと予想される。
ps領域114の外側であり、参照番号118によって規定される区域は、移動プラットホーム12によって2Mbpsでしかパケットを受信し得ない。したがって、地理的区域118内の総負荷は、適切なロードバランシングに対して2Mbpsを超えるべきではない。
Claims (17)
- 各々、互いに異なる情報伝送レートで情報を伝送する複数の通信チャネルのうちの、選択された情報伝送レートに対応した通信チャネル上で、情報を伝送するよう動作可能なベース通信システムと、
前記ベース通信システムと移動通信システムとの間で中継するための、空間にある衛星上の中継器システムとを含み、前記情報は、前記複数の通信チャネルの中から選択された通信チャネルを介して受信され、
前記移動通信システムは、移動プラットホームに搭載して担持されるよう適合され、前記複数の通信チャネルを介して前記中継器システムと通信するよう動作可能であり、
情報を伝送する通信チャネルとして選択される通信チャネルは、前記移動プラットホームから伝送される、前記移動プラットホームの位置に関する位置報告ならびに伝送された情報の実質的な損失なしに通信チャネルを動作することのできる最大限の情報伝送レートを前記移動プラットホームの各位置毎に示すデータを用いて、伝送された情報の実質的な損失なしに通信チャネルを動作することのできる最大限の情報伝送レートの通信チャネルに、リアルタイムで変更される、通信システム。 - 前記ベース通信システムは地上にあり、前記通信チャネルの選択を制御する、請求項1に記載のシステム。
- 前記移動通信システムは、前記複数の情報伝送レートのうちの1つで伝送された情報を受信するように、各々、前記複数の通信チャンネルのうちの1つに関連付けられる、複数の受信機を含み、各前記受信機は、前記複数の通信チャネルのうち関連付けられる1つに同調される、請求項1に記載のシステム。
- 前記ベース通信システムは、
前記複数の情報伝送レートのうちの1つで情報を伝送するように、各々、前記複数の通信チャンネルのうちの1つに関連付けられる、複数の送信機を含み、各前記送信機は、予め選択された情報伝送レートで、前記チャネルのうち関連付けられる1つを介して前記情報を伝送するよう適合され、前記ベース通信システムはさらに、
コンテンツ源から、前記送信機のうち選択された1つに前記情報を向けるためのルータを含む、請求項1に記載のシステム。 - 前記移動プラットホーム上に担持され、前記受信機が受信する前記情報を受信し、前記移動プラットホーム上に担持される情報処理構成要素に対するためのルータをさらに含む、請求項4に記載のシステム。
- 可変の情報伝送レートを有する通信リンクを提供するための通信システムであって、
選択された情報伝送レートに対応し、各々、互いに異なる情報伝送レートで情報を伝送する複数の通信チャネルのうちの一つの通信チャネルを介して情報を伝送する地上にあるシステムを含み、前記地上にあるシステムは、前記複数の情報伝送レートのうちの1つで情報を伝送するように、各々、前記複数の通信チャンネルのうちの1つに関連付けられる、複数の送信機を有し、前記通信システムはさらに、
前記地上にあるシステムから受信される情報を中継するための衛星にある中継器システムと、
移動プラットホーム上に担持されるよう適合された移動通信システムとを含み、前記移動通信システムは、前記複数の情報伝送レートのうちの1つで情報を伝送するように、各々、前記複数の通信チャンネルのうちの1つに関連付けられ、かつ各々が前記伝送チャネルのうち関連付けられた1つに同調される複数の受信機を含む受信機システムを有して、前記衛星にある中継器システムによって中継される前記情報を受信し、
前記情報が伝送される最初の通信チャネルは、少なくとも前記移動プラットホームの位置ならびに前記情報に対して最小限の予め定められたビットエラーレートを維持する情報伝送レートを前記移動プラットホームの位置毎に示すデータに基づいて、前記地上にあるシステムによって、前記情報に対して、最小限の予め定められたビットエラーレートを維持する情報伝送レートの通信チャネルに決定され、
前記通信チャネルは、少なくとも前記移動プラットホームの位置ならびに前記情報に対して最小限の予め定められたビットエラーレートを維持する情報伝送レートを前記移動プラットホームの位置毎に示すデータに基づいて、前記地上にあるシステムによって、前記情報に対して、最小限の予め定められたビットエラーレートを維持する情報伝送レートの通信チャネルに変更される通信システム。 - 前記地上にあるシステムは、複数の前記送信機を介して前記移動通信システムに伝送される前記情報のパケットを、前記移動プラットホームの動作および状況に関するか否か基づいて経路設定するためのルータを含む、請求項6に記載のシステム。
- 前記地上にあるシステムは、前記移動システムに伝送されるべき前記情報のパケットを、その前記送信機のうち指定された1つのみに経路設定するためのルータを含み、これにより、前記パケットの伝送を前記移動システムにもたらす、請求項6に記載のシステム。
- 前記送信機の各前記情報伝送レートは、前記移動通信システムの受信特性によって決定される地理的な受信可能区域の予め定められた部分に関連付けられる、請求項6に記載のシステム。
- 移動する複数の移動プラットホームに情報を伝達するための通信システムであって、
複数の通信チャネルを介して情報を伝送するための地上にあるシステムを含み、各前記通信チャネルは予め定められた情報伝送レートを有し、前記通信システムはさらに、
各前記移動プラットホーム上に配置された移動通信システムを含み、各前記移動通信システムは、複数の独立したチャネル上で情報を受信するよう動作可能であり、
前記地上にあるシステムは、前記移動プラットホームから衛星を介して伝送される、前記移動プラットホームからの位置報告を用いて、各前記移動プラットホームの位置を監視するよう動作し、各前記移動プラットホームの位置ならびに伝送される情報に対して予め定められたビットエラーレートを超えない情報伝送レートを前記移動プラットホームの位置毎に示すデータに基づき、前記通信チャネルのどれを各前記移動プラットホームとともに用いるべきかを、前記移動プラットホームに伝送されるいずれの情報に対しても、予め定められたビットエラーレートを超えないように選択する、通信システム。 - 前記地上にあるシステムは、前記通信チャネルのうち特定の1つを介して、前記移動プラットホームのうち特定の1つに伝送されるべき情報を経路設定するためのルータを含む、請求項10に記載のシステム。
- 前記地上にあるシステムは、前記複数の情報伝送レートのうちの1つで情報を伝送するように、各々、前記複数の通信チャンネルのうちの1つに関連付けられる、複数の送信機を含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記地上にあるシステムは、前記移動プラットホームの特定の一つに伝送される情報を、前記移動プラットホームの動作および状況に関するか否に基づいて経路設定するためのルータを含む、請求項10に記載のシステム。
- 前記地上にあるシステムは、前記通信チャネルのうち特定の1つを介して、複数の前記移動プラットホームに伝送されるべき情報を経路設定するためのルータを含む、請求項10に記載のシステム。
- 地上にある通信システムと移動プラットホームとの間で通信を行なうための方法であって、
移動プラットホームに、受信可能領域内の前記移動プラットホームの位置を示す情報を、衛星を介して地上システムへと伝送させるステップと、
地上システムを用いて、前記受信可能領域内の前記移動プラットホームの位置ならびに前記情報の伝送中に前記情報の予め定められた伝送エラーレートを超えない情報伝送レートを前記移動プラットホームの位置毎に示すデータに基づき、前記移動プラットホームに情報を伝送する際に、複数の情報伝送レートのうちどれを用いるかを決定し、前記情報の伝送中に前記情報の予め定められた伝送エラーレートを超えないことを確実にする情報伝送レートの通信チャネルを選択するステップと、
前記地上にあるシステムを用いて、複数の通信チャネルのうちの前記選択された情報伝送レートに関連付けられる通信チャネルで、衛星にある中継器を介して、前記移動プラットホームに情報を伝送するステップと、
前記移動プラットホーム上の受信機を用いて、複数の通信チャネルのうちの前記選択された情報伝送レートに関連付けられる通信チャネルで前記情報を受信するステップとを含む、方法。 - 前記予め定められたエラー伝送レートは、前記伝送された情報に対する予め定められたビットエラーレートを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記移動プラットホームは、複数の独立した受信機のうち1つを用いて、前記伝送された情報を受信する、請求項16に記載の方法。
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