JP4481989B2 - フィーダ・リンクおよびユーザー・リンク帯域幅の混合再使用 - Google Patents

Description

米国特許法第１１９条の下の優先権主張
本特許出願は、２００３年９月２４日にファイルされた、仮出願Ｎｏ．60/506,102、題名“Mixed Reuse of Feeder Link And User Link Bandwidth”に対して優先権を要求し、この出願はこの譲受人に譲渡され、ここに引用文献として明らかに組込まれる。

発明の分野
本発明は一般に無線通信システムに係り、特に内蔵の冗長性があるマルチ-ビーム衛星広告（satellites ad）を使用する無線通信システムに関する。

衛星は１つの場所で送信機から信号を受け取り、ある他の場所の受信機へ信号を転送する。衛星から“跳ね返ってきた”信号により、衛星システムは通信を事実上どんな場所でも提供することができる。例えば、電話回線およびセルのタワーのような地上ベースのインフラストラクチャーが、非常に広い面積および/または非常に長距離にわたってカバーするためにほとんど必要ではないので、衛星システムはさらに比較的安くなり得る。これらの利点は、衛星システムを高速データ通信および/または無線の広帯域アクセスを含む広い様々のアプリケーションにとって理想的にする。

しかしながら、より効率的でより信頼できる衛星に基づいたデータ通信サービスを提供するために、まだ多くの挑戦を克服する必要がある。第一に、地球静止軌道中の単一のマルチ-ビーム衛星によって大きな国のサイズのサービス区域をカバーすることが可能であるが、数十から数百の範囲の比較的大きな数のビームが、所望の通信リンク容量を達成するために要求されるだろう。これらのビームは、多数のユーザーにサービスするサービス区域をカバーするために、密に詰め込まれた“セル”パターンを形成する。そのようなアプローチは、システムの総合効率に影響するビーム間干渉問題を引き起こす。そのような干渉は絶対最小値に維持する必要がある。したがって、より効率的なシステムを提供するためビーム間干渉問題に取り組む必要がある。

ここに示された実施例は、データ処理システムにおけるセキュリティのための方法の提供により、上記のニーズを処理する。１つの態様では、順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分が、利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる衛星通信システムのために使用された方法は、サービス区域を多数の地域に分割し、多数の地域において順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分の割り当てをシャフリングすることを含む。割り当てのシャフリングは、少なくとも第1の地域において順方向／アップリンクに第1の周波数帯を割り当て、かつリターン／アップリンクに第２の周波数帯を割り当て、少なくとも第２の地域のリターン／アップリンクに第1の周波数帯を割り当てることを含んでもよい。そのような場合、シャフリングはさらに、少なくとも第３の地域の順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンクのいずれか１つに第1の周波数帯を割り当て、少なくとも第２の地域の順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンクのいずれか１つに第３の周波数帯を割り当てるか、または、少なくとも第３の地域の順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンクのいずれか１つに第３の周波数帯を割り当ててもよい。代わりに、割り当てのシャフリングは、少なくとも第1の地域の順方向／アップリンクに第1の周波数帯を割り当て、かつリターン／アップリンクに第２の周波数帯を割り当て、少なくとも第２の地域の順方向／アップリンクに第２の周波数帯を割り当てることを含んでもよい。そのような場合、シャフリングはさらに、少なくとも第３の地域の順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンクのいずれか１つに第２の周波数帯を割り当て、少なくとも第２の地域の順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンクのいずれか１つに第３の周波数帯を割り当てるか、または、少なくとも第３の地域の順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンクのいずれか１つに第３の周波数帯を割り当てることを含んでもよい。

別の態様では、順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる衛星でアップリンク伝送を受信する方法は、サービス区域を多数の地域に分割し、多数の地域の利用可能な周波数帯域幅の混合モード割り当てで順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク信号を受信することを含む。順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク信号を受信することは、少なくとも第1の地域において第1の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を、および第２の周波数帯を使用してリターン／アップリンク信号を受信し、少なくとも第２の地域では第1の周波数を使用してリターン／アップリンクを受信することを含んでもよい。そのような場合、順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク信号を受信することはさらに、少なくとも第３の地域で第1の周波数を使用して順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンクのいずれか１つを受信し、少なくとも第２の地域で第３の周波数を使用して順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンク信号のいずれか１つを受信し、または、少なくとも第３の地域で第３の周波数を使用して順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンク信号のいずれか１つを受信することを含んでもよい。代わりに、順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク信号を受信することは、少なくとも第1の地域において第1の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を、および第２の周波数帯を使用してリターン／アップリンクを受信し、少なくとも第２の地域で第２の周波数を使用して順方向／アップリンク信号を受信することを含んでもよい。そのような場合、順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク信号を受信することはさらに、少なくとも第３の地域で第２の周波数を使用して順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンクのいずれか１つを受信し、少なくとも第２の地域では第３の周波数を使用して順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンク信号のいずれか１つを受信し、または、少なくとも第３の地域で第３の周波数を使用して順方向／アップリンクまたはリターン／アップリンク信号のいずれか１つを受信することを含んでもよい。

別の態様では、順方向／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられるゲートウェイからのアップリンク伝送のための方法は、サービス区域を多数の地域に分割して、ゲートウェイが第1の地域にある場合に、第1の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を送信し、そうでない場合に、第２の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を送信することを含む。

さらに別の態様では、リターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる端末からのアップリンク伝送のための方法は、サービス区域を多数の地域に分割し、端末が第1の地域にある場合に、第1の周波数帯を使用してリターン／アップリンク信号を送信し、そうでない場合に、第２の周波数帯を使用してリターン／アップリンク信号を送信することを含む。

さらなる態様では、順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる衛星通信システムのための装置は、サービス区域を多数の地域に分割する手段と、多数の地域の順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分の割り当てをシャフリングする手段とを含んでもよい。順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる衛星でアップリンク伝送を受信するために使用される装置は、サービス区域を多数の地域に分割する手段と、多数の地域における利用可能な周波数帯域幅の混合モード割り当てで、順方向／アップリンク信号およびリターン／アップリンク信号を受信する手段とを含む。順方向／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられるゲートウェイからのアップリンク伝送のための装置は、サービス区域を多数の地域に分割する手段と、ゲートウェイが第1の地域にある場合に、第1の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を送信し、そうでない場合に、第２の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を送信する手段とを含む。リターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる端末からのアップリンク伝送のための装置は、サービス区域を多数の地域に分割する手段と、端末が第1の地域にある場合に、第1の周波数帯を使用してリターン／アップリンク信号を送信し、そうでない場合に、第２の周波数帯を使用してリターン／アップリンク信号を送信する手段とを含む。

同様な参照数字が同様な要素を表す次の図面を参照して様々な実施例が詳細に記述されるだろう。

詳細な説明

一般に、実施例は無線通信システムの順方向アップリンクおよびリターン・アップリンクの間のアップリンク・スペクトルの混合使用を示す。次の記述では、特定の詳細は実施例の完全な理解を提供するために与えられる。しかしながら、実施例がこれら特定の詳細なしで実行されるかもしれないことは当業者によって理解されるだろう。また、実施例がフローチャート、フローダイアグラム、構造ダイアグラムまたはブロック図として描かれるプロセスとして記述されるかもしれないことが注目される。フローチャートは逐次プロセスとして作動を記述するが、多くの作動は並列または同時に行なわれることができる。さらに、作動の順序は再整列されるかもしれない。その作動が完成する場合、プロセスは終了する。プロセスは方法、機能、手順、サブルーチン、サブプログラムなどに相当するかもしれない。プロセスが機能に相当する場合、その終端は呼出機能または主機能への機能のリターンに相当する。

さらに、ここに示されるように、端末は衛星との通信に適応され、限定するわけではないが、携帯電話、無線ハンドセット、無線モデム、データ・トランシーバー、ページングまたは位置決定受信機、または移動無線電話を含んでいる多くの異なるタイプの固定および移動ユーザー端末のうちの１つかもしれない。さらに、端末は望まれるように、乗り物（例えば自動車、トラック、ボート、列車および航空機を含んでいる）に取付けられたような手で持つ携帯型、または固定型であるかもしれない。端末は、無線通信デバイス、ユーザー端末、移動局、移動ユニット、加入者ユニット、移動無線または無線電話、無線ユニットと呼ばれ、またはいくつかの通信システムで単に“ユーザー”、“加入者”、“移動”と呼ばれるかもしれない。

さらに、衛星はＴＤＭＡまたはＣＤＭＡタイプの変調か、順方向リンクまたは逆方向リンク上の信号のためのエアー・インターフェースのいずれか、またはその組合せを使用することができる。衛星に現在使用されるスペクトル拡散（ＳＳ）符号分割多元接合（ＣＤＭＡ）技術は、米国電気通信工業会／電子工業企業体協会（ＴＩＡ／ＥＩＡ）標準ＩＳ−９５と呼ばれる、ＴＩＡ／ＥＩＡ暫定標準“Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System” ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５、１９９３年７月に似ている。しかしながら、他のスペクトル拡散とＣＤＭＡの技術およびプロトコル、または時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムのいくつかのタイプさえ使用することができる。他の通信システムは、一般に広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）、ｃｄｍａ２０００（例えばｃｄｍａ２０００ １x−rxtt ｃｄｍａ２０００ 1x, 3x, またはＭＣ標準のような）またはＴＤ−ＳＣＤＭＡと呼ばれるものをカバーする、国際的な移動体通信システム２０００／ユニバーサル移動体通信システム、またはＩＭＴ−２０００／ＵＭ標準に記述される。衛星ベースの通信システムはまたこれらまたは同様の既知の標準を利用する。様々な変調方式が使用されることはここで注目されるべきである。

図１は、サービス区域をカバーする地域上にビーム１１０を投影する衛星１２０を含んでいる無線通信システム１００の例を示す。ビーム１１０内にいくつかの地上局があり、ゲートウェイ１８０および多くの端末１３０を含んでいる。ゲートウェイ１８０は、例えば、インターネット、広帯域のワイヤレスまたは他のあるネットワーク（示されない）へのアクセスを提供することができる。そのような場合、端末１３０は衛星１２０およびゲートウェイ１８０によって外部ネットワークと通信してもよい。

ビーム１１０は４つのタイプの通信リンクを含んでいる。順方向／アップリンク１４０はゲートウェイ１８０から衛星１２０に送信される信号を含んでいる。リターン／ダウンリンク１５０は衛星１２０からゲートウェイ１８０へ送信される信号を含んでいる。順方向／ダウンリンク１６０は衛星１２０からビーム１１０中の端末１３０へ送信される信号を含んでいる。リターン／アップリンク１７０は端末１３０から衛星１２０へ送信される信号を含んでいる。従って、順方向／アップリンク１４０およびリターン／アップリンク１７０はともにアップリンクを含み、それは衛星１２０に行く信号を含んでいる。順方向／ダウンリンク１６０およびリターン／ダウンリンク１５０はともにダウンリンクを含み、それは衛星から送信される信号を含んでいる。同様に、順方向／アップリンク１４０および順方向／ダウンリンク１６０はともに順方向リンクを含み、それはゲートウェイ１８０から端末１３０へ行く信号を含んでいる。リターン／アップリンク１７０およびリターン／ダウンリンク１５０はともにリターン・リンクを含み、それは端末１３０からゲートウェイ１８０へ行く信号を含んでいる。更に、順方向／ダウンリンク１６０およびリターン／アップリンク１７０はともにユーザー・リンクを含み、それは端末によって送信および受信される信号を含んでいる。順方向／アップリンク１４０およびリターン／ダウンリンク１５０はともにフィーダリンクを含み、それはゲートウェイによって送信および受信される信号を含んでいる。

衛星１２０はゲートウェイ１８０および端末１３０との通信で使用される、ある量の周波数帯域幅またはスペクトルを割り付けられる。互いに信号が干渉することなく信号を送りかつ受信する衛星１２０のために、衛星１２０はしばしばアップリンクとダウンリンクを別々の周波数帯に分離、即ち分割する。アップリンクとダウンリンクの帯域が必ずまたは典型的に周波数隣接しないことが注目される。例えば、Ｋｕ帯域はアップリンクとダウンリンクの部分の間として周波数の非隣接割付を持っている。特に、Ｋｕ帯域ダウンリンク周波数割付は１１．７ＧＨｚから１２．２ＧＨｚであり、一方でＫｕ帯域アップリンク周波数割付は１４．０ＧＨｚから１４．５ＧＨｚである。

図２は様々な通信リンク中の帯域幅の分割の例を示す。示されるように、帯域幅２１０はアップリンク２２０とダウンリンク２３０に分割される。帯域幅２１０の各部分、ブロックまたはセクションは順方向とリターンの部分に分割される。すなわち、アップリンク２２０に利用可能な帯域幅は、順方向リンク部分２４０およびリターン・リンク部分２５０に分割される。ダウンリンク２３０に利用可能な帯域幅は、順方向リンク部分２６０およびリターン・リンク部分２７０に分割される。帯域幅の順方向とリターン部分間の境界２８０および２９０はシステムの必要に基づいて決められるかもしれない。すなわち、順方向対リターン帯域幅の比率は変更されるかもしれない。

いくつかのシステムでは、衛星はサービス区域をカバーする地域に単一ビームよりむしろ多数のビームを投影する。図３はマルチ-ビーム衛星通信システム３００の例を示す。システム３００では、衛星３２０はそのサービス区域３１０を多数のビーム３３０に分割する。各ビーム３３０は、ビーム３３０が潜在的に多くの端末（示されない）および恐らくゲートウェイ３５０を含む多くの地上局にサービスするかもしれないという点で図１のビーム１１０に類似している。多数のビームシステムは、利用可能な周波数帯域幅の再使用によりシステムを通して全体的なデータ容量を増加させるために使用することができる。

システム３００では、サービス区域３１０は２４本のビームに分割され、ビームはそれぞれ、リターン／アップリンクおよび順方向／ダウンリンクのために利用可能な周波数帯域幅の略三分の一を使用し、その結果２４本のビームのうちの８本が同じ周波数帯を使用する。この配置は、８の因数の増加のために、周波数分割、Ｋ＝３の数で割られたビーム、Ｎ＝２４の数によってシステムを通して全体のデータ容量を潜在的に増加させることができる。

示されるように、利用可能な周波数帯域幅の第1の帯域を使用するビーム３３０が“１” としてラベル付けされ、第2の帯域を使用するビーム３３０が“２”としてラベル付けされ、第３の帯域を使用するビーム３３０が“３”としてラベル付けされる。同じ周波数帯を使用する２本のビームが隣接しないようにビーム３３０が配列される。同じ周波数帯を使用するビームの分離は、ビーム間の干渉を減少する。さらに、８つのゲートウェイ３５０が２４本のビーム３３０をサポートするかもしれない。これは、３本のビームが利用可能な帯域幅を共有し、単一のゲートウェイが３本のビームをサービスすることができるように、各ゲートウェイ３５０が利用可能な帯域幅全体を使用することができるからである。従って、各フィーダリンク３４０は衛星３２０とそれぞれのゲートウェイの間の順方向／アップリンクおよびリターン／ダウンリンクの両方を含んでおり、各フィーダリンク３４０はそれぞれのゲートウェイによりサポートされる３本のビーム用データを運ぶ。ゲートウェイが再使用方式およびシステム設計者に知られている他の拘束に依存して、３本のビームより多いまたは少ないサポートであってもよいことが注目される。

さらに、衛星３２０は与えられた地理的地域内に予め決定されたまたは設計されたビームパターン、即ち、衛星の“フットプリント”を採用することがここで注目される。ビームパターンは、当業者に知られているように、円から細長い楕円に変わる場合があり、または様々な不規則形状または利得分散パターンを持っている。任意の適切なパターンまたはパターンの組が特定の通信システム設計によって使用されてもよく、そのようなパターンは発明を実施するための限定として作動しない。例えば、図４は図３のビームパターンをアメリカ大陸（ＣＯＮＵＳ）上でどのように投影することができるか示す。ビームのより多いまたはより少ない数が、使用されている信号のタイプまたは容量、カバーされる地理的地域、サービスされる端末の数、利用可能な電力、利用可能な周波数および他の衛星、またはシステム設計者に知られてシステム設計拘束に依存して使用されてもよい。従って、図３で示される例以外に、周波数再使用方式があるかもしれず、それは２４本のビームより多いまたは少ないビームを使用し、各ビームは利用可能な周波数帯域幅の三分の一より多くまたは少なく使用するかもしれない。さらに、システム３００のゲートウェイ３５０は“３”にラベル付けされたビームにある。しかしながら、ゲートウェイ３５０の場所はシステムの運転に影響せずに変更されるかもしれない。例えば、ゲートウェイ３５０は“１”にラベルが付けされたビームだけに、または“２”とラベルが付けされたビームだけに置かれてもよく、各ゲートウェイ３５０は３本のビームのうちの任意の１つに置かれてもよい。

さらに、いくつかのシステムでは、ビームパターンは複数のマルチ-ビーム衛星により生成されるかもしれない。典型的な衛星通信システムは、端末および１つ以上のゲートウェイ、地上局またはハブ間の双方向の転送信号により、１つ以上の端末のためのサービスを提供するために既知の軌道パターンのいくつかの衛星を使用するかもしれない。そのようなシステムは、大きな地理的区域または地域にわたる通信容量または報道範囲を供給する能力を持っている。衛星通信システムは、ほとんど全世界の報道範囲を提供する、例えば６の一連のよく定義された軌道面に存在する、例えば４８以上の衛星を使用するかもしれない。

図５はサービス区域のために複数のマルチ-ビーム衛星を使用しているマルチ-ビーム衛星通信システム５００を示す。システム５００は一連のマルチ-ビーム衛星５１０を使用して形成され、通信システムに“ｍ”個の衛星があり、ここでｍは１より大きい値の整数である。システム５００での各衛星はサービス区域５１５をカバーする地域へＮ／ｍビームを投影し、サービス区域５１５内でデータおよび/または他の通報信号、または命令を転送することにより、ユーザー端末のためにサービスを提供することを可能にするように装備または構成される。ともに得られた時、それぞれＮ／ｍビームを生成しているｍ衛星は、サービス区域をカバーするために望まれるＮビームを発生、即ち生成する。図示された例については、ｍは３に等しいが、望まれるように他の値が使用されてもよい。通信システムのために選ばれたサービス区域のサイズによって、Ｎは典型的にサービス区域５１５内で略３０〜１２０本のビーム合計に及ぶかもしれない。Ｎについて選ばれた値は、異なる通信システムに関して変わり、多くのよく知られた要因に基づくであろう。例えば、当業者によく知られているように、衛星フットプリントの全体的なサイズまたはカバーされるサービス区域、トラフィックまたは転送されるべき信号の量、予期される動作周波数または再使用パターン、ビームの形と同様に、どんなデータレートで転送されるかなどである。

衛星５１０のような衛星は、例えば周回低軌道（ＬＥＯ）、周回中軌道（ＭＥＯ）、又は地球同期軌道（ＧＥＯ）のような様々な軌道のうちの１つに置かれ、それぞれよく知られたまたは理解された特性を有する。地球同期軌道は時々地球静止軌道と呼ばれる。例えば、地球同期軌道は２３時間５６分４１秒の軌道周期を持っているかもしれず、それは衛星を、地球の表面の上の静止場所に駐在するように見せる効果がある。各衛星５１０がマルチ-ビームタイプであるという事実を除いて、衛星５１０はそうでなければその構造および動作が当技術で知られている広範囲の通信衛星を表わす。これらの知られている任意の適切なものまたは開発されるべき衛星が本発明を実行するために使用されるかもしれない。しかしながら、衛星は、それらが所望のビーム報道範囲を提供し、関連する電力および命令が通信システム内で制御するかぎり、すべての面において同一である必要はない。

システム５００では、衛星５１０に割り付けられたスペクトルは、アップリンクとダウンリンクとの間で分割される。アップリンクとダウンリンクの各々のために利用可能な周波数帯域幅は、次に複数のビームに分割されかつ割り付けられる。図６はアップリンク６１０における３本のビーム間のスペクトルの分割例を示す。示されるように、アップリンク６１０は３つのビーム部分６２０，６３０と６４０に分割される。各ビーム部分はさらに順方向とリターン部分に分割される。具体的には、ビーム６２０は順方向リンク６２２およびリターン・リンク６２５を含んでいる。ビーム６３０は順方向リンク６３２およびリターン・リンク６３５を含んでいる。ビーム６４０は順方向リンク６４２およびリターン・リンク６４５を含んでいる。様々な部分間の境界６５０，６６０および６７０はシステムの必要に基づいて設定されるかもしれない。

上に議論されたように、衛星システムは、それが単一ビームであるかマルチ・ビームであるかにかかわらず、順方向／アップリンクがアップリンク帯域幅の固定部分を使用し、逆方向／アップリンクがアップリンク帯域幅の残りの部分を使用するという意味で、アップリンク帯域幅の固定の割り当てを使用する。しかしながら、割り当てられたスペクトルの固定使用は問題を引き起こすかもしれない。特に、マルチ-ビーム衛星システムは、割り付けられたスペクトルの広帯域使用で高いスペクトル効率を生成する、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）レベルを生成するのに十分高い送信電力レベルを保持することを要望するのと同様に、多数の端末からＧＥＯアークの近隣衛星のオフ軸場所内へ同時の電力レベル送信の組合せによる新しい挑戦をもたらす。

従って、記述された実施例は、順方向／アップリンクとリターン／アップリンクの間のアップリンク帯域幅の混合割り当てのための“シャフリング方式”を使用する。典型的には、周波数再使用方式が考慮され、フィーダリンクまたはユーザー・リンクのいずれか内のアプリケーションでよく知られている。１：１，３：１，４：１から７：１までのような再使用方式がよく知られている。特に、３：１は別々にフィーダリンクまたはユーザー・リンクのいずれかのために望ましい方式であり、セルラー産業で長年地球上のシステムに適用された。しかしながら、下記に述べられるようなシャフリング方式はユーザー・リンクおよびフィーダリンクの送信を同じスペクトル割り付けに混合する。これは、マルチ-ビーム方式の至る所で地理的にスペクトル混合再使用パターンを生成する。

特に、シャフリング方式は、例えば、アンテナの形および/またはサイズのような、ゲートウェイおよび端末の設計差をてこ入れし、割り付けられたスペクトルのより有益および/または効率的使用を提供する。一般に、シャフリング方式は、端末によるフィーダリンク周波数の再使用、およびゲートウェイによるユーザー・リンク帯域幅の再使用を許容する。これは総計オフ軸電力を減少し、それによって、衛星システム電力端子の増加、および/または規定レベルに合うまで同じ帯域幅チャネルにおける同時伝送の量の増加を許容する。さらに、干渉電力レベルは拘束内に維持される。したがって、フィーダリンク・アップリンク帯域幅およびユーザー・アップリンク帯域幅が分離させられたままである時、そうでなければ可能であるよりも、割り付けられたスペクトルのより効率的な使用が達成される。

図７は、順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分が、利用可能な帯域幅内に割り当てられるシステムで使用されるシャフリング方式を実施する方法７００の例を示す。方法７００は、単一ビーム衛星システム、または１つ又は複数の衛星を備えたマルチ-ビーム衛星システムで使用されてもよい。方法７００では、サービス区域は多数の地域に分割される（７１０）。利用可能な周波数内の順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分の割り当ては、次に多くの地域にシャフル（７２０）される。割り当てがシャフルされる場合、順方向／アップリンクは１つの地域の中でアップリンク帯域幅の１つの部分を使用し、別の地域の中でアップリンク帯域幅の異なる部分を使用するかもしれない。同様に、リターン／アップリンクは、１つの地域の中でアップリンク帯域幅の１つの部分を使用し、別の地域の中でアップリンク帯域幅の異なる部分を使用するかもしれない。

図８Ａは、順方向対リターン帯域幅の比率がほぼ１：１である場合、１本のビームのシャフリング方式の例を示す。すなわち、アップリンク帯域幅のほぼ半分はフィーダリンクであり、また、半分はユーザー・リンクである。示されるように、第1のレイアウトでは、順方向／アップリンクは前半に割り当てられ、また、リターン／アップリンクはアップリンク帯域幅の後半に割り当てられる。別のレイアウトでは、リターン／アップリンクは前半に割り当てられ、また、順方向／アップリンクはアップリンク帯域幅の後半に割り当てられる。したがって、２つのレイアウトまたは２つの再シャフリングが生成され得る。

図８Ｂは、順方向対リターン帯域幅の比率がほぼ２：１である場合、１本のビームのシャフリング方式の例を示す。すなわち、アップリンク帯域幅のおよそ２／３がフィーダリンクであり、また、１／３はユーザー・リンクである。そのような場合、順方向／アップリンクは最初の２／３に割り当てられ、また、リターン／アップリンクは、第1のレイアウトではアップリンク帯域幅の残りの１／３に割り当てられる。別のレイアウトでは、順方向／アップリンクは最初の１／３および最後の１／３に割り当てられ、また、リターン／アップリンクはアップリンク帯域幅の中間の１／３に割り当てられる。第３のレイアウトでは、リターン／アップリンクは最初の２／３に割り当てられ、順方向／アップリンクはアップリンク帯域幅の残りの１／３に割り当てられる。したがって、３つの再シャフリングが生成され得る。

一般に、帯域幅使用法が有理分数、ｘ／ｙおよび（ｙ−ｘ）／ｙである場合、ｙ−選択−ｘレイアウトまたは組合せがある。ここで、ｙ−選択−ｘは数学上以下のように表現することができる。

また、マルチ-ビーム衛星システムについては、１本のビームのために生成されたレイアウトは、多数のビームのために繰り返されるかもしれない。例えば、図９は、順方向対リターン帯域幅の比率がほぼ１：１である場合、アップリンク帯域幅を３本のビームに分割する、３：１の周波数再使用方式のためのシャフリング方式の例を示す。示されるように、第1のレイアウトでは、各ビームはアップリンク帯域幅内の利用可能な帯域幅の前半に割り当てられた順方向／アップリンク、および後半に割り当てられたリターン／アップリンクを有する。別のレイアウトでは、各ビームはアップリンク帯域幅内の利用可能な帯域幅の前半に割り当てられたリターン／アップリンク、および後半に割り当てられた順方向／アップリンクを有する。

異なるシャフリング方式によって生成された多数のレイアウトは、分割されたサービス区域の多数の地域で使用されてもよい。利用可能なレイアウトがあるよりも多いサービス区域の地域がある場合、１つを越える地域は同じレイアウトを使用するかもしれない。例えば、図８Ａで示されるように、２つのレイアウトが利用可能な場合、第1の地域は第1のレイアウトを使用し、第２の地域は第２のレイアウトを使用するかもしれない。２つを越える地域がある場合、追加の地域はサービス区域がどのように分割されるかに基づいて第1のレイアウトまたは第２のレイアウトのいずれを使用してもよい。図１０Ａおよび１０Ｂは、４つの地域に分割されたサービス区域の例を示す。サービス区域１０１０については、１番目と４番目の地域は１つのレイアウトを使用するが、２番目と３番目の地域は別のレイアウトを使用するかもしれない。サービス区域１０２０については、１番目と３番目は１つのレイアウトを使用するが、２番目と４番目地域は別のレイアウトを使用するかもしれない。ここで、図８Ｂに示されるように、３つのレイアウトが利用可能ならば、４つの地域のうちの２つは同じレイアウトを使用するであろう。サービス区域１０１０については、１番目と４番目の地域または２番目と３番目の地域は１つのレイアウトを使用するかもしれないが、残りのレイアウトは、残りの地域にそれぞれ割り当てられている。

利用可能なレイアウトより少ない地域がある場合、システム性能、ニーズおよび他の既知の拘束に基づいた地域について、一組のレイアウトが利用可能なレイアウトから選ばれるかもしれない。例えば、２つの地域に対して図８Ｂに示されるように３つのレイアウトが利用可能な場合、１つの地域は第1のレイアウトを使用し、別の地域は第２または第３レイアウトを使用するかもしれない。または１つの地域は第２のレイアウトを使用し、別の地域は第１または第３レイアウトを使用してもよいし、１つの地域は第３のレイアウトを使用し、別の地域は第１または第２レイアウトを使用してもよい。

したがって、衛星、ゲートウェイおよび端末は利用可能な周波数の混合再使用で信号を受信および/または送信するように作動する。特に、図１１は、順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる衛星でアップリンク送信を受信するために使用される方法１１００の例を示す。方法１１００では、サービス区域は多数の地域に分割される（１１１０）。次に、順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク信号は、多数の地域の利用可能な周波数帯域幅のシャフルされた割り当てに基づいて、衛星により受信される（１１２０）。同様に、図１２は、順方向／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられるゲートウェイからアップリンク送信のために使用された方法の例を示す。方法１２００では、サービス区域はまた多数の地域に分割される（１２１０）。次に、ゲートウェイは、ゲートウェイが第1の地域にある場合、第1の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を送信し（１２２０）、そうでなければ、第２の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を送信する（１２３０）。例えば、ゲートウェイが第２の地域にあるならば、ゲートウェイは第２の周波数帯を使用して順方向／アップリンク信号を送信するだろう。更に、図１３は、リターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる端末からアップリンク送信に使用される方法１３００を示す。方法１３００では、サービス区域は多数の地域に分割される（１３１０）。次に、端末は、端末が第1の地域にある場合、第1の周波数帯を使用してリターン／アップリンクを送信し（１３２０）、そうでなければ、第２の周波数帯を使用してリターン／アップリンクを送信する（１３３０）。例えば、端末が第２の地域にあるならば、端末は第２の周波数を使用してリターン／アップリンク信号を送信するだろう。

衛星、ゲートウェイおよび端末が、それぞれの方法１１００、１２００および１３００を行なうために、他の既知の素子と同様に、機械可読媒体とプロセッサで実施されるであろうことは注目されるべきである。また方法１１００、１２００および１３００は、シングルビーム方式とマルチ-ビーム方式のために使用されてもよい。最後に、例えば１つ以上のマルチ-ビーム衛星により支援されたサービス区域がＣＯＮＵＳであると仮定する。

図１４は多数の地域に分割されたＣＯＮＵＳの簡略ブロック図を示す。ここで、ＣＯＮＵＳは５４本のビームによってカバーされ、３つの地域、すなわち西の地域、中央の地域および東の地域に地理的に分割される。また、３本のビームの１８の組があり、その中で三角形、円および正方形はそれぞれ利用可能なスペクトルの部分を割り当てられる。ゲートウェイは、アウトバウンド・トラフィックおよびインバウンド・トラフィックのための１８の組の各々を支援する。次にゲートウェイは一度に６つずつ、西の地域、中央の地域および東の地域にグループ化される。ここで、ゲートウェイは、例えば円によって表わされるビームに配置されるかもしれない。異なるパターンのビームおよび/または異なる分割を使用して、ＣＯＮＵＳをカバーすることができることは当業者に明白である。さらに、ＣＯＮＵＳはビームの異なる数によってカバーされ、および/またはより多いまたはより少ない地域に分割されることができる。

図１５は３つのレイアウトが利用可能な場合、３つの地域のスペクトル割り当てを示す。西の地域について、ゲートウェイはアップリンク帯域幅の第１および第２の部分を使用して送信し、一方端末は第３の部分を使用して送信する。中央の地域では、ゲートウェイは第１と第３の部分を使用して送信し、一方端末は第２の部分を使用して送信する。東の地域では、ゲートウェイは第２と第３の部分を使用して送信し、一方端末は第1の部分を使用して送信する。方式は、それぞれの地理的なビーム場所から近隣の衛星システム内に送信する、ゲートウェイ送信および端末の結合された組によって放射された少量の正味のオフ軸電力を考慮に入れる。この方式なしで、同じスペクトルから端末によって生成された正味の放射電力は、１８のビーム場所から来るから、近隣衛星システム内に放射されるより多くの正味の電力をもたらすであろう。従って、スペクトルシャフリング方式を使用することにより、近隣システムまで放射されるより少ない合計電力と共に、ＦＣＣの要求されたオフ軸電力制限に合うまで端末のための電力増大を許容する。

アップリンクの利用可能な帯域幅を横切って順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク送信を混合することによって、より効率的かつ有効な伝送が達成される。ゲートウェイと端末の両方は十分な割り付けられたアップリンク帯域幅を通して送信を生成することができ、それによって、全体のシステムによって生成された許可されたオフ軸電力レベルの正味レベルを下げる。端末はまた、割り付けられたスペクトルのより効率的な使用と同様により高いＳＮＲおよびより大きな容量に帰着する、それらの電力レベルを上げる利益を受ける。これは、グループとして、それらがより高くより最適な電力レベルで送信することができ、システムのためのデータレート、スペクトル効率および容量と同様に、信号対雑音比を改善するような、端末のためのより高い電力許容量を導く。従って、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡアップリンク送信波形方式の両方のためのシステム性能が改善される。

更に、上に記述された実施例がハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコードまたはそれの任意の組合せによって実施されるかもしれないことは注目されるべきである。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェアまたはマイクロコードで実施された時、必要なタスクを行なうプログラムコードまたはコードセグメントは機械可読媒体（示されない）に格納されるかもしれない。プロセッサは必要なタスクを行なうかもしれない。コードセグメントは手続き、機能、サブプログラム、プログラム、ルーチン、サブルーチン、モジュール、パッケージ・ソフト、クラス、または命令、データ構造またはプログラム文の任意の組合せを表わすかもしれない。コードセグメントは、情報、データ、変数、パラメーターまたはメモリ内容を渡すおよび/または受取ることにより、別のコードセグメントまたはハードウェア回路に接続するかもしれない。情報、変数、パラメーター、データなどは、メモリ・シェアリング、メッセージ・パッシング、トークン・パッシング、ネットワーク伝送などを含む任意の適切な手段を経由して、渡され、転送され、または送信されるかもしれない。

したがって、先の実施例はある例であり、発明の限定として解釈されるべきでない。実施例の記述は例示として意図され、請求項の範囲を限定することを意図しない。そのため、本教示は他のタイプの装置および多くの代替、変更に容易に適用することができ、変形は当業者に明白になるであろう。

衛星通信システムの例を示す。 様々な通信リンク中の帯域幅の分割の例を示す。 マルチ-ビーム衛星通信システムにおけるビームパターンの例を示す。 ＣＯＮＵＳ上でどのようにビームパターンを投影することができるか示す。 複数の衛星を使用するマルチ-ビーム衛星通信システムの例を示す。 マルチ-ビーム衛星通信システムにおける異なる通信リンク中の帯域幅の分割の例を示す。 シャフリング方式を実施する方法の例を示す。 シャフリング方式の例を示す。 シャフリング方式の例を示す。 シャフリング方式の別の例を示す。 ４つの地域に分割されたサービス区域の例を示す。 ４つの地域に分割されたサービス区域の例を示す。 衛星によって通信に使用された方法の例を示す。 ゲートウェイによって送信に使用された方法の例を示す。 端末によって送信に使用された方法の例を示す。 多数の地域に分割されたＣＯＮＵＳのブロック図を示す。 多数の地域のためのスペクトル割り当ての例を示す。

Claims (22)

1. 無線通信システムにおいて、順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅に割り当てられる方法であって、
   サービス区域を多数の地域に分割すること、および
   前記多数の地域の前記順方向／アップリンク部分および前記リターン／アップリンク部分の前記割り当てをシャフリングすることを含み、
   前記割り当てをシャフリングすることは、少なくとも第１の地域の前記順方向／アップリンクに第１の周波数帯を割り当て、かつ前記リターン／アップリンクに第２の周波数帯を割り当て、少なくとも第２の地域の前記リターン／アップリンクに前記第１の周波数帯を割り当てることを含む方法。
2. 前記割り当てをシャフリングすることは、
   少なくとも第３の地域の前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンクのいずれか１つに前記第1の周波数帯を割り当てることをさらに含む請求項１の方法。
3. 前記割り当てをシャフリングすることは、
   少なくとも第２の地域の前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンクのいずれか１つに第３の周波数帯を割り当てることをさらに含む請求項１の方法。
4. 前記割り当てをシャフリングすることは、
   少なくとも第３の地域の前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンクのいずれか１つに第３の周波数帯を割り当てることをさらに含む請求項１の方法。
5. 無線通信システムにおいて、順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数帯域幅に割り当てられる方法であって、
   サービス区域を多数の地域に分割すること、および
   前記多数の地域の前記順方向／アップリンク部分および前記リターン／アップリンク部分の前記割り当てをシャフリングすることを含み、
   前記割り当てをシャフリングすることは、少なくとも第1の地域の前記順方向／アップリンクに第1の周波数帯を割り当て、かつ前記リターン／アップリンクに第２の周波数帯を割り当て、少なくとも第２の地域の前記順方向／アップリンクに前記第２の周波数帯を割り当てることを含む方法。
6. 前記割り当てをシャフリングすることは、
   少なくとも第３の地域の前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンクのいずれか１つに前記第２の周波数帯を割り当てることをさらに含む請求項５の方法。
7. 前記割り当てをシャフリングすることは、
   少なくとも第２の地域の前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンクのいずれか１つに第３の周波数帯を割り当てることをさらに含む請求項５の方法。
8. 前記割り当てをシャフリングすることは、
   少なくとも第３の地域の前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンクのいずれか１つに第３の周波数帯を割り当てることをさらに含む請求項５の方法。
9. 前記無線通信システムがマルチ-ビーム通信システムである請求項１の方法。
10. 順方向／アップリンク部分およびリターン／アップリンク部分が、利用可能な周波数帯域幅内に割り当てられる無線通信システムのための装置であって、
    サービス区域を多数の地域に分割するための手段と、
    前記多数の地域の前記順方向／アップリンク部分および前記リターン／アップリンク部分の前記割り当てをシャフリングするための手段とを含み、
    前記割り当てをシャフリングするための手段は、少なくとも第１の地域の前記順方向／アップリンクに第１の周波数帯を割り当て、かつ前記リターン／アップリンクに第２の周波数帯を割り当て、少なくとも第２の地域の前記リターン／アップリンクに前記第１の周波数帯を割り当てるための手段を含む装置。
11. 前記無線通信システムがマルチ-ビーム通信システムである請求項１０の装置。
12. 順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンクが利用可能な周波数範囲内に割り当てられるアップリンク送信を受信する方法であって、
    サービス区域を多数の地域に分割すること、および
    前記多数の地域の前記利用可能な周波数帯域幅の混合モード割り当てにおける前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することを含み、
    前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することは、少なくとも第1の地域で第1の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンク信号を受信し、かつ第２の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンクを受信すること、および少なくとも第２の地域で前記第1の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンク信号を受信することを含む方法。
13. 前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することは、
    少なくとも第３の地域で前記第1の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンクの１つまたは前記リターン／アップリンクのいずれかを受信することをさらに含む請求項１２の方法。
14. 前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することは、
    少なくとも第２の地域で第３の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンク信号のいずれかを受信することをさらに含む請求項１２の方法。
15. 前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することは、
    少なくとも第３の地域で第３の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンク信号のいずれかを受信することをさらに含む請求項１２の方法。
16. 順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンクが利用可能な周波数範囲内に割り当てられるアップリンク送信を受信する方法であって、
    サービス区域を多数の地域に分割すること、および
    前記多数の地域の前記利用可能な周波数帯域幅の混合モード割り当てにおける前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することを含み、
    前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することは、少なくとも第1の地域で第1の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンク信号を受信し、かつ第２の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンクを受信すること、および少なくとも第２の地域で前記第２の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンク信号を受信することを含む方法。
17. 前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することは、
    少なくとも第３の地域で前記第２の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンクのいずれかを受信することをさらに含む請求項１６の方法。
18. 前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することは、
    少なくとも第２の地域で第３の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンク信号のいずれかを受信することをさらに含む請求項１６の方法。
19. 前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信することは、
    少なくとも第３の地域で第３の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンクまたは前記リターン／アップリンク信号のいずれかを受信することをさらに含む請求項１６の方法。
20. 順方向／アップリンクおよびリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数範囲内に割り当てられるアップリンク伝送を受信する装置であって、
    サービス区域を多数の地域に分割する手段と、
    前記多数の地域の前記利用可能な周波数帯域幅の混合モード割り当てで前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信する手段とを含み、
    前記順方向／アップリンクおよび前記リターン／アップリンク信号を受信する手段は、少なくとも第1の地域で第1の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンク信号を受信し、かつ第２の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンクを受信する手段、および少なくとも第２の地域で前記第1の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンク信号を受信する手段を含む装置。
21. 順方向／アップリンク部分とリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数範囲内に割り当てられるアップリンク伝送のための方法であって、
    サービス区域を多数の地域に分割すること、
    ゲートウェイが第1の地域にある場合に、第1の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンク信号を送信すること、および
    そうでない場合、第２の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンク信号を送信すること、
    端末が前記第1の地域にある場合に、前記第２の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンク信号を送信すること、および
    そうでない場合、前記第１の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンク信号を送信することを含む方法。
22. 順方向／アップリンク部分とリターン／アップリンク部分が利用可能な周波数範囲内に割り当てられるアップリンク伝送のための装置であって、
    サービス区域を多数の地域に分割する手段と、
    ゲートウェイが第1の地域にある場合、第1の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンク信号を送信し、そうでない場合、第２の周波数帯を使用して前記順方向／アップリンク信号を送信する手段と、
    端末が前記第1の地域にある場合に、前記第２の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンク信号を送信し、そうでない場合、前記第１の周波数帯を使用して前記リターン／アップリンク信号を送信する手段を含む装置。

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