JP4753528B2 - Ｐｓｄ制限下における移動衛星通信システム用リターンリンク設計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
この発明は、航空機などの移動プラットホームにテレビ番組およびデータサービスを提供するためのシステムに関し、より特定的には、衛星にある無線周波数中継器を共用する複数の航空機などの移動プラットホームの無線周波数伝送を管理することにより、無線周波数伝送の電力スペクトル密度の総計が、周波数帯域を共有する静止軌道衛星および非静止軌道衛星との干渉について予め定められた規制上の電力スペクトル密度制限を超過しないことを確実にするための、システムおよび方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
我々の社会および経済が依存度を増している広帯域のデータサービスおよび映像サービスは、今までのところ一般に、航空機、船舶、鉄道、自動車などの移動プラットホームに乗っているユーザに対しては容易に利用可能なものではなかった。このようなサービスをあらゆる形態の移動プラットホームに配信するための技術は存在するが、これまでの解決策は一般に極めて高価であり、データレートが低く、かつ／または政府／軍事関係のユーザのごく限られた市場や、或る高級顧客向けの海運市場（すなわち遊覧大型客船）に対してのみ開かれたものであった。
【０００３】
現在のところ、人工衛星のリンクを介して地上のユーザに多種多様なテレビ（ＴＶ）放送サービスが利用可能である。このようなサービスには、民間の固定衛星サービス（ＦＳＳ）または放送衛星サービス（ＢＳＳ）の衛星を介した商用の直接放送衛星（ＤＢＳ）サービス（たとえばDirecTVおよびEchoStar）、および再放送映像など特別仕様の映像が含まれる。衛星リンク経由で提供され得るデータサービスには、あらゆる従来のインターネットサービス（ｅメール、ウェブ閲覧、ネット会議等）ならびに企業関係および政府関係の顧客に対する仮想私設網（ＶＰＮ）が含まれる。
【０００４】
これまで、移動プラットホームに生放送ＴＶおよびデータサービスを提供しようとして開発されたシステムでは、限られた成功しか達成されてこなかった。１つの大きな障害は、このような広帯域のデータサービスおよび映像サービスへのアクセスの価格が高いことであった。もう１つの問題はこれまでに開発されたシステムの容量が限られていることであり、異なった番組チャネルまたは異なったデータサービスを各々が同時に要求し得る何十人、あるいは何百人もの人を運ぶ移動プラットホームに対し、この容量では不十分であった。さらに既存のシステムは一般に、旅行中の人々の需要に応じるために拡張することが容易ではない。
【０００５】
現在利用可能ないくつかのサービスは、上述のサービスのうち限られたごく一部を提供するにすぎない。このようなサービスの１つは、移動プラットホーム上のユーザに狭帯域幅のインターネット接続を提供している。他のサービスは、利用可能な直接放送信号からのＴＶ放送サービス（すなわちEchoStarおよびDirecTV）を提供、または専用衛星リンク経由の特別仕様のＴＶ放送信号（すなわちAirshow）を提供している。しかし現在のところ、移動プラットホームまたは遠隔プラットホーム上のユーザ群に対し高速（すなわち６４Ｋｂｐｓを上回る速度）のデータネットワークサービスを提供するためのシステムも方法も存在せず、まして、このような高速ネットワークサービスを映像サービスとともに提供するためのシステムも方法も存在していない。
【０００６】
商用の航空路線および遊覧大型客船上で、限られたインターネットデータサービスを提供する事業システムがいくつかある。これらシステムはそのリンク能力において極めて限られたものであり（主に電話通信のために開発された通信リンクを使用）、またサービスは極めて高価（音声接続のためには１分当り約１．００ドルを上回る）である。これらの理由のため、またこのようなシステムに関係する容量上の制限から、このようなシステムの商業上の成功および人気は限定的なものにとどまっていた。
【０００７】
一般に現在の事業システムは、移動プラットホームへの双方向接続を達成するためにインマルサット衛星通信リンクまたは地上無線通信リンク（すなわち米国航空機電話システム（National Air Telephone System：ＮＡＴＳ））を用いている。これらの接続形態にはいくつかの不都合がある。
【０００８】
１） 接続帯域幅が限られている（一般的に６４Ｋｂｐｓ未満）
２） 全体的なシステム容量が限られている（周波数スペクトルが限られているため）
３） 高価格
【０００９】
インマルサットはＬ帯の周波数スペクトルで動作するが、ここでは旅行中の人々に広帯域サービスを提供するのに利用可能な帯域幅および容量が極めて少ない。ＮＡＴＳベースの解決策（すなわちGTE Airfone7、AT&T Claircom）は、座席背面に取付けられた電話を使用する国内航空路線利用客にはなじみのものであるが、これが提供する容量もやはり、Ｌ帯での動作のため極めて限られたものにすぎない。これらのシステムにはさらに、陸の上方でしか接続が可能ではないという問題もある。
【００１０】
現在の移動プラットホームの接続方法は本来的に狭帯域であるため、通常のネットワークの業務が不可能となる程度までデータの流れが制限されてしまう。一般的にこの接続は、ユーザのコンピュータと、空対地または船舶対沿岸の電話システムとの間で、標準的なコンピュータ電話モデムを使用することで達成される。このやり方では、各ユーザは自分のネットワークセッションの期間中、通信チャネル一杯を排外的に使用し、電話システムの中のこの部分を他の人々が用いることを事実上妨げる。
【００１１】
複数の移動プラットホームが共用の衛星中継器にデータを送信するための手段の提供を試みる現在のシステムで特に重大な問題は、広い地理的範囲にわたって分散した複数の小開口移動送信端末をどのように効率的に作動させ管理するかであった。各移動端末は、その特定の開口サイズ、移動プラットホームの場所、およびデータを伝送するデータレートに従って、電力スペクトル密度（ＰＳＤ）の異なったレベルで伝送を行なう。電子的に走査されるフェーズドアレイアンテナ（ＰＡＡ）などの機上アンテナでは、傾向として従来の地上アンテナよりも開口サイズが小さいことが理解されるであろう。これはアンテナの低い空力抵抗のための重要な要件によるものである。したがって、移動プラットホームにある送信アンテナは、その傾向として従来型の超小型地上局（ＶＳＡＴ）アンテナ（典型的に約１メートル直径開口）よりも広いアンテナビームを有する。その結果、静止軌道（ＧＳＯ）面において隣接する衛星に対して、より多くの電力を照射する。さらに移動送信アンテナは、非静止軌道（ＮＧＳＯ）にある衛星での通信に干渉することがある。換言すれば、このような移動送信アンテナは、目標衛星と隣接するＧＳＯ衛星およびＮＧＳＯ衛星の作動に干渉する信号を生成することが往々にしてある。
【００１２】
隣接するＧＳＯ衛星およびＮＧＳＯ衛星に対して照射され得る最大の電力スペクトル密度（ＰＳＤ）には、連邦通信委員会（ＦＣＣ）および国際電気通信連合（ＩＴＵ）などの規制機関によって厳しい規制上の要件が課されている。所与の受信可能領域内にある共通の中継器に対して複数の移動プラットホームがＲＦ信号を伝送すると、中継器にアクセスする移動プラットホームの総数を最大限にしようと試みながら、同時に個々の移動プラットホームのＰＳＤを管理して「総計（aggregate）」のＰＳＤが規制上の制限を決して超過しないようにすることは、極めて困難なこととなる。
【００１３】
単一の中継器にアクセスする複数の送信機の伝送を管理する上述の問題に対処する、以前から開発されていた一手法は、単キャリア波多重チャネル（ＭＣＰＣ）操作を採用することであった。インテルサットによって開発されたこの方法では、各々のＶＳＡＴアンテナに対して衛星中継器帯域幅の一部が割振られる。換言するとこの方法では、周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）を用いて、多数の端末が同時に中継器にアクセスできるようにする。この技術を用いると、各チャネル内で、規制上の制限を下回るＰＳＤで伝送を行なうのはただ１つの端末（キャリア）だけである。この動作方法では各チャネル内の使用されないＰＳＤは使用不可能であり、ＰＳＤが無駄になっている。さらに、効率的なＰＳＤ動作にＭＣＰＣを適応させることは不可能であるが、それは特に移動端末を用いた応用ではチャネル管理が法外に複雑になるからである。この発明は、ＰＳＤが経時変化する移動プラットホームの単純なリンク管理解決策を提供する。時分割多重接続（ＴＤＭＡ）法でも同様に、任意の時にチャネルまたはタイムスロットにアクセスする端末は１つしかなく、このため利用可能なチャネルＰＳＤは固定され、通常はチャネルユーザの要件を超過してしまう。したがってＰＳＤは無駄になり、再利用できない。以前に開発されたこれらの方法では通常、個々のアクセスは許容可能な最大ＰＳＤで行なわれないため、あらゆるチャネル内に使用されないまたは無駄にされるＰＳＤの量が通常いくらかあることになる。これは以前に開発された方法すべてにある大きな欠点である。
【００１４】
上述のように、任意の時点においてチャネルまたはタイムスロット内で１個の端末のみが伝送を行なうやり方では、可変サイズのユーザに対して固定サイズのリソース（すなわちＰＳＤ）を割振る古典的な問題が生じる。この後、固定サイズのリソースのサイズは最悪の場合（すなわちＰＳＤが最大）のユーザに合わせられなければならず、このためこれらの手法には常に非効率性が伴うことになる。ユーザ間のばらつきが小さければこの非効率性は適度に低いこともあるだろうが、ユーザＰＳＤ要件に大きな相違がある、あらゆるその他の応用では、非効率性がかなりのものになってしまう。
【００１５】
単一の中継器にアクセスする多数の端末に対処する、以前に開発されたもう１つの方法が符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）であり、ここでは単一のチャネルが多数のユーザによって共有される。ＣＤＭＡではより効率的な動作が達成され得るが、それは大きな集団のユーザが共通のリソース（すなわち中継器）を共用するからである。ほとんどのＣＤＭＡシステムは総ＰＳＤへの制約なしに作動する（たとえば携帯電話システムなど）。典型的にユーザ端末またはハンドセットは、総ＰＳＤに対するいかなる規制上の制約もなく、干渉を克服するのに必要な電力レベルで伝送を行なう。この動作方法ではＰＳＤレベルに統計的なばらつきがあり、さらにユーザ間には、高品質衛星データ通信システムにとって許容できないような干渉がある。対照的に衛星にある通信システムはしばしば、総ＰＳＤに対する厳しい規制上の制限内で作動しなければならない。これは特にＫｕ帯の固定衛星サービス（ＦＳＳ）部分で極めて重要であり、ここでは移動衛星サービス（ＭＳＳ）はＩＴＵによる副次的な周波数の割振りを与えられ、主たるＦＳＳシステムとの干渉がないことを保証しなければならない。したがってＰＳＤ制限の環境でＣＤＭＡ衛星システムを管理するためには、特に端末が航空機などの移動プラットホームに配置される場合、ユーザ端末のすべてによって生成される総ＰＳＤを管理するための新たな方法が必要となる。
【００１６】
したがってこの発明の主な目的は、所与の受信可能領域内で作動し共用の衛星中継器にアクセスする複数の移動端末により生成された総ＰＳＤを管理することにより、ＧＳＯ衛星およびＮＧＳＯ衛星との干渉についての規制上のＰＳＤ制限を総ＰＳＤが超過しないようにするための、システムおよび方法を提供することである。
【００１７】
さらにこの発明の別の目的は、所与の受信可能領域内で作動し共用の衛星中継器にアクセスする複数の移動端末のうちの各移動端末のＰＳＤを監視し、移動端末が伝送することになるＲＦ信号の総ＰＳＤが、予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過しないことを確実にするための中央制御システムであって、移動端末の各々によるＲＦ伝送を認可するのに用いられるものを使用するための、システムおよび方法を提供することである。
【００１８】
さらにこの発明の目的は、ＰＳＤが異なるＲＦ信号を各々が生成する複数の移動端末からの伝送を監視および認可するための装置および方法であって、移動端末による衛星中継器へのアクセスを管理するように作動し、移動端末すべてからの伝送の総ＰＳＤが、予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過しないようにするための、装置および方法を提供することである。この方法の目的は、衛星にある中継器へのアクセスの引き起こす総ＰＳＤが、予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過する場合には、このようなアクセスを拒絶し、総ＰＳＤが規制上の制限を下回れば中継器へのアクセスを許可する、制御システムを提供することである。
【００１９】
【発明の概要】
上記およびその他の目的は、テレビおよびデータサービスを移動プラットホームに提供するための或る方法および装置によって達成される。より特定的にこの発明は、所与の受信可能領域内で作動し共用の宇宙にある中継器にアクセスする複数の移動端末の総ＰＳＤを管理することにより、ＧＳＯ干渉およびＮＧＳＯ干渉について予め定められた規制上のＰＳＤ制限を総ＰＳＤが超過しないようにするための、方法および装置に関する。好ましい一実施例で、この発明のシステムは中央コントローラを有する地上部を利用する。
【００２０】
各々の移動端末は、宇宙にある中継器に対して「伝送認可要求」信号を送り、次にこの信号は中継器によって地上局に中継され、地上局は要求を受信して中央コントローラに送る。この信号は、伝送認可が与えられれば特定の移動端末により伝送されることになるＲＦ信号のＰＳＤを中央コントローラが求めることができるようにするさまざまな情報を含む。この情報は典型的に、移動端末の場所（すなわち移動端末と関連付けられた移動プラットホームの緯度および経度における場所）、この移動端末の伝送の対象である宇宙にある中継器の場所、移動端末上で用いられている送信アンテナの種類および設計、移動端末の伝送電力（Ｐi）、および移動送信アンテナの方向指示座標（すなわち方位角および仰角）を含む。任意には、アンテナ座標の代わりに移動プラットホームの向首角、ピッチ角および横転角を送ることもできる。中央コントローラは上述の情報を用い、移動端末が送信すべきＲＦ信号のＰＳＤを求めて、中継器チャネルを共用する他の移動プラットホームの総ＰＳＤに加える。次に中央コントローラは新たな総ＰＳＤを予め定められた規制上のＰＳＤ制限と比較し、移動端末が伝送を許されてもＰＳＤ制限を超過しないことを確実にする。ＰＳＤ制限を超過しなければ、中央コントローラは宇宙にある中継器を介して「伝送認可」信号を移動端末に送り、移動端末によるＲＦ伝送を認可する。
【００２１】
受信可能領域内で作動するあらゆる移動端末は、宇宙にある中継器を介して伝送要求信号を中央コントローラに送る。中央コントローラは各移動端末のＰＳＤを求め、ＰＳＤを合計して総ＰＳＤをもたらす。総ＰＳＤが規制上のＰＳＤ制限を下回る場合にのみ、次に中央コントローラは特定の移動端末の伝送を認可する。この後の、伝送の認可を要求する移動端末のいずれかについてのＰＳＤが、予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過するであろう総ＰＳＤをもたらすと中央コントローラにより判断されれば、中央コントローラは、要求を行なっている移動端末に伝送の認可を拒絶する。この態様で、各移動プラットホームからのＲＦ伝送の総ＰＳＤが予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過しなければ、複数の移動端末は宇宙にある中継器へのアクセスを許される。この態様で、規制上のＰＳＤ制限の近くで作動することにより、このシステムの効率もまた最大限にされる（ここで、ＰＳＤの推定には適当な誤差が見込まれる）。高価な衛星中継器の容量を最大限に利用することは、システム稼動コストを減少させ収益性を最大化するためには必須である。
【００２２】
上述の動作を達成するために、各移動端末からのＲＦ伝送信号は周波数について拡散され、任意の所与周波数でのＰＳＤを減少させる。好ましい実施例では、各移動端末のＰＳＤは衛星中継器の全帯域幅Ｂにわたって拡散される。この方法を用いて、多数の移動端末がリターンリンク中継器へのアクセスを同時に共用する。典型的には、数十あるいは数百の移動端末が中継器を共用でき、中央コントローラが総ＰＳＤを規制上の制限未満に維持する。
【００２３】
これに代わる実現例では、各移動端末のＰＳＤは中継器帯域幅内の予め定められた周波数チャネルにわたって拡散され、こうして中継器帯域幅は複数のＮ個の周波数チャネルへ分割され、チャネル帯域幅はＢ／Ｎである（ここで“Ｂ”は中継器帯域幅一杯を表わす）。各移動端末は特定のチャネルに割当てられ、その信号をチャネル帯域幅一杯にわたって拡散する。多数の移動端末が各チャネルで作動するように割当てられ、一方で中央制御システムは各チャネルでの総ＰＳＤを規制上の制限未満に維持する。
【００２４】
この発明の上記の実施例の両方で、周波数について伝送信号を拡散する方法が必要となる。一般的に用いられるいくつかの異なった拡散方法をこの発明に対して用いることができるが、好ましい拡散方法は直接拡散スペクトルであり、これは擬似雑音（ＰＮ）符号を用いて信号エネルギを予め定められた周波数帯域にわたって分散させる。多数の移動端末は、異なったＰＮ拡散符号を用いることにより、単一の中継器または中継器チャネルに同時にアクセスできる。移動端末からの信号が衛星中継器により受信され、地上へ転送された後、地上局にある受信機は、各移動端末に割当てられた特定のＰＮ符号に対応するフィルタを用いて、各移動端末からの信号を分離する。多数の移動端末間の干渉は、多数の移動端末からのＰＮ符号伝送を同期することによって最小限にされ得るが、実際にはこれは移動端末では達成困難であるため、好ましい実施例では非同期符号伝送が用いられる。
【００２５】
この発明の鍵となる特徴は、移動端末に対する需要割当多重接続を提供することである。移動端末は、移動端末にいるユーザによるデータレートへの瞬間的な需要に従ってデータレートを要求および放出する。衛星へ、そして地上局へ伝送を行なうために移動端末が要求する伝送電力は、データレートに比例する。したがって中央コントローラは、伝送電力、したがってＰＳＤにおける変化に従って、移動端末からの異なったデータレートに対する要求を処理する。したがって、増加したデータレートに対する要求は実質的にはより大きなＰＳＤに対する要求であり、中央コントローラは、先に記載の態様で、要求が認められる前に総ＰＳＤがＰＳＤの規制上の制限よりも小さいかどうかを評価することになる。一方で、使用されていないデータレートを移動端末が放出する場合、ＰＳＤ寄与は総計から減じられ、こうしてこのＰＳＤを、中継器またはチャネルを共用する他の移動端末にとって利用可能にできる。
【００２６】
ＮＯＣは、フォワードリンクを用いて非活動の機上端末すべてを定期的にポーリングする。ポーリングメッセージは、機上端末の伝送を可能にするためにＧＳＯ円弧のＥＩＲＰスペクトル密度について十分な容量をＮＯＣが確保したリターンリンク中継器を特定する。機上端末はそのポーリングメッセージを受信すると、割当てられたリターンリンク中継器を介してＮＯＣへ応答を送信し、ＮＯＣは機上端末に「活動」の状態を割当てる。
【００２７】
この発明の好ましい実現例はさらに、二重の閉ループ電力制御方法を利用し、これによって中央コントローラは、第１の制御閉ループに従って受信可能領域内の移動端末の各々と通信し、移動端末の各々に指令を送信することによって、監視される信号の受信信号対雑音比（“Ｅｂ／Ｎｏ”）に基づき、必要に応じ伝送ＥＩＲＰを増加または減少させて通信リンクを閉じたまま維持するように、移動端末に指示する。この方法によって、地上局は受信したＲＦ信号のＥｂ／Ｎｏを測定し、移動端末に定期的に指令を送り返すことによって、所望の制御範囲内にＥｂ／Ｎｏを維持するようにこのような移動端末の各々についての伝送電力を増加または減少させる。
【００２８】
電力制御指令間の合間で、伝送ＥＩＲＰを指令されたレベルに維持するために第２の制御ループが移動端末によって用いられる。第２の制御閉ループは、移動プラットホームの急激な移動および／または姿勢の変化の際に伝送ＥＩＲＰを安定させるのに必要である。このように第２の制御閉ループは、地上の中央コントローラと移動端末との間における、往復でおよそ０．５秒の往復遅延によって引起こされる電力制御エラーを減少させる。
【００２９】
これに代わる開ループ電力制御実現例では、各移動端末は地球上での自分の位置および姿勢を判断する。移動端末にはさらに、自分が通信することになる宇宙にある中継器の場所に関する記憶された情報が与えられる。この情報から移動端末は、衛星に対するＲＦ信号の伝送中に生じるリターンリンク損失を推定し、これに従ってその伝送電力を調整する。この方法で、移動端末は自分の伝送電力、位置および姿勢を中央コントローラに定期的に報告することになり、こうしてそのＰＳＤ寄与が監視され得るようにする。
【００３０】
好ましい実施例でこの発明はさらに、各移動端末のＰＳＤ寄与をより正確に求めるための「逆方向算出」方法を利用する。「逆方向算出」方法は、移動端末が行なう伝送ＥＩＲＰの推定を用いることによる移動端末ＰＳＤの「順方向算出」よりも、航空機ＰＳＤを求めるはるかに正確な方法である。移動端末が伝送ＥＩＲＰを正確に推定することは、実際には困難で費用もかかる。このためこの発明は、地上局での受信Ｅｂ／Ｎｏを知り、リンクを通じて逆方向に進んで、移動端末の対応する伝送ＥＩＲＰを求めることによって移動端末ＥＩＲＰを「逆方向算出」する、新規の方法を用いる。一旦伝送ＥＩＲＰが求められると、ＧＥＯ面に沿ったＰＳＤ、およびＧＥＯ軌道面から離れたＰＳＤが、以下に記載の態様で求められ得る。
【００３１】
この発明の好ましい実施例では、移動端末と地上局との間のリターンリンクの性能は、航空機と衛星との間のリンク部分によって制限される。衛星と地上との間のリターンリンクの部分は、好ましい実施例でリターンリンクの性能を低下させない。これは、十分に高い利得対雑音温度（Ｇ／Ｔ）を有する地上局アンテナの選択によって実際に達成される。この条件下で、地上局での受信Ｅｂ／Ｎｏは衛星での受信Ｅｂ／Ｎｏと等しく、移動端末のＥＩＲＰを逆方向算出するための方程式は著しく単純化されるため、実際のシステムでこの方法の使用が可能となる。
【００３２】
逆方向算出方法を用いてＮＯＣが移動端末のＥＩＲＰを一旦求めると、次のステップで移動端末のＰＳＤ寄与を算出する。これを達成するためには、ＮＯＣは移動端末の場所および姿勢を知ることが必要となる。したがって移動端末は、フォワードリンク上でＮＯＣにこれらパラメータを定期的に報告することが必要である。位置／姿勢報告がＮＯＣで受信されるたびに、この移動端末からのＰＳＤ寄与が再算出され、そのＰＳＤ寄与が総計に加えられる。移動端末のＰＳＤを算出する方法は、正確なアンテナ利得モデルを用いて、移動端末について報告された場所および姿勢、ならびに衛星についての既知の場所によって規定される幾何学的関係を知ることで、ＧＥＯ面上にＥＩＲＰを投影することに関する。
【００３３】
移動端末からのリターンリンク信号に対する電力制御を実現するための好ましいシステムもまた開示される。このシステムでは、移動端末がある移動プラットホームの姿勢が変化するにつれて移動端末の伝送する信号に生じる電力のばらつきを勘案するために、走査角補償器を利用して、移動端末の送信アンテナに対して適用すべき補償信号を決定する。報告アルゴリズムおよび地上コントローラを組込んだ別個の制御ループを用いて、宇宙にある中継器から地上局で受信された電力のばらつきを調べ、移動プラットホームに電力修正指令を返し、これら電力修正指令によって、移動端末の送信する信号の電力レベルがより厳密に制御される。走査角補償器は本質的に開ループ制御回路を形成し、この制御回路は、移動プラットホームの移動端末から伝送される信号の電力レベルに対して移動プラットホームの姿勢の変化が与える影響に関する、予め記憶された情報との関連で機能する。走査角補償器は、走査角測定を分析、またはたとえば移動プラットホームの慣性座標単位（ＩＲＵ）によって与えられる姿勢情報から必要な走査角測定情報を推測することができ、走査角補償器はさらに、移動端末から伝送されている信号の電力レベルで必要な変化を素早く求めることによって、目標衛星以外の衛星との干渉を防止することができる。
【００３４】
このシステムの地上ループコントローラ部は、衛星にある中継器が受信した信号のＥｂ／Ｎｏを調べて、目標衛星の近傍にある衛星との干渉を防止するために移動端末が信号に適用する必要がある適当な電力レベル修正指令を決定するように作動する。地上ループコントローラは、宇宙にある中継器を介して移動端末に電力レベル修正指令を送信し、宇宙にある中継器は、電力レベル修正の必要な程度を移動端末に知らせる役割を担う。有利なことに、電力レベル修正指令は単に伝送される信号の電力レベルで必要な増分変化を示す値を表わすにすぎず、かつ意味のある修正が適用され得ると地上ループコントローラが判断したときにのみ伝送されるため、これら指令の伝送に必要な帯域幅は、特定の電力レベルに関する信号を、これが影響を与えるであろう電力レベル修正を問わず規則的な間隔で伝送する場合よりも小さくなる。このように走査角補償器および地上ループコントローラは、移動端末から伝送される信号の電力レベルをより正確に制御するための２つの独立の制御ループを提供する。
【００３５】
【好ましい実施例の詳細な説明】
この発明のさまざまな利点は、以下の明細書および前掲の特許請求の範囲を熟読し、添付の図面を参照することによって当業者に明らかとなるであろう。
【００３６】
図１を参照すると、この発明の好ましい実施例に従うシステム１０が示され、これは、１つ以上の別個の受信可能領域１４ａおよび１４ｂにある複数の移動プラットホーム１２ａ〜１２ｆとデータコンテンツをやり取りするためのものである。システム１０は一般に、地上部１６と、宇宙部１７を形成する複数の衛星１８ａ〜１８ｆと、各移動プラットホーム１２上に配置された移動システム２０とを含む。移動プラットホームは航空機、遊覧大型客船、またはその他移動するどのような乗物も含むことができる。したがって、ここに移動プラットホーム１２を図面で航空機として例示し、以下の説明全体にわたり移動プラットホームを航空機として参照していることは、例示的なものと理解されるべきであり、システム１０の適用可能性を航空機のみに限定するものと解釈されるべきではない。
【００３７】
宇宙局１７は、各受信可能領域１４ａおよび１４ｂの各々において、各領域に受信可能性を提供するのに必要な任意の数の衛星１８を含み得る。衛星１８ａ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｅはＫｕ帯またはＫａ帯の衛星であることが好ましい。衛星１８ｃおよび１８ｆは放送衛星サービス（ＢＳＳ）衛星である。さらに、衛星１８の各々は静止軌道（ＧＳＯ）または非静止軌道（ＮＧＳＯ）に位置付けられる。この発明で用いられ得る可能なＮＧＳＯ軌道の例には、周回低軌道（ＬＥＯ）、周回中軌道（ＭＥＯ）および楕円軌道（ＨＥＯ）が含まれる。衛星１８の各々は少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）中継器、より好ましくは複数のＲＦ中継器を含む。たとえば衛星１８ａは、４つの中継器１８ａ1〜１８ａ4を有するものとして例示されている。ここに例示する他の衛星１８の各々は、受信可能領域で作動すると予想される数の航空機１２に対処するのに必要なだけ、より多数または少数のＲＦ中継器を含み得ることが理解されるであろう。中継器は、航空機１２と地上部１６との間の「ベントパイプ」通信を提供する。これら通信リンクに用いられる周波数帯域は、およそ１０ＭＨｚから１００ＧＨｚまでのあらゆる無線周波数帯域を含み得る。中継器は好ましくは、固定衛星サービスＦＳＳまたはＢＳＳ衛星について連邦通信委員会（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による、Ｋｕ帯の中継器を含む。さらに、異なった種類の中継器を採用することもでき（すなわち各衛星１８は、同一種の複数の中継器を含む必要はなく）、各中継器は異なった周波数で作動することができる。中継器１８ａ1〜１８ａ4の各々はさらに、受信可能である広い地理的な領域、高い実効等方向放射電力（ＥＩＲＰ）、および高い利得／雑音温度（Ｇ／Ｔ）を含む。
【００３８】
図１をさらに参照すると、地上部１６は地上局２２を含み、この地上局２２はコンテンツセンター２４およびネットワークオペレーションセンター（ＮＯＣ）２６と双方向で通信する。２つ以上の別個の受信可能領域がサービスのために必要である場合には、第２の受信可能領域１４ｂに配置される第２の地上局２２ａを用いることもできる。この場合には、地上局２２ａもまた、ＮＯＣ２６との通信リンクを確立するための地上リンクまたはその他の任意の好適な手段によって、ＮＯＣ２６と双方向で通信することになる。地上局２２ａはコンテンツセンター２４ａとも双方向で通信する。ここでの議論のために、受信可能領域１４ａで行なわれる作動との関連でシステム１０を説明する。しかしながら、衛星１８ｄ〜１８ｆについて同一の作動が受信可能領域１４ｂで行なわれることが理解されるであろう。さらにこの発明は、上述の態様で任意の数の受信可能領域１４へ拡張可能であることが理解されるであろう。
【００３９】
地上局２２は、衛星１８ａおよび１８ｂにデータコンテンツを送信するのに必要なアンテナおよび関連のアンテナ制御電子機器を含む。地上局２２のアンテナはさらに、受信可能領域１４ａ内の各航空機１２の移動システム２０から発して中継器１８ａ1〜１８ａ4により中継されたデータコンテンツを受信するのにも用いられ得る。地上局２２は受信可能領域１４ａ内であればどこに配置されてもよい。同様に、地上局２２ａが組込まれていれば、これも第２の受信可能領域１４ｂ内のどこに配置されてもよい。
【００４０】
コンテンツセンター２４は、さまざまな外部のデータコンテンツプロバイダと通信し、これが受信した映像およびデータ情報の地上局２２への伝送を制御する。好ましくはコンテンツセンター２４は、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）３０、映像コンテンツ源３２および公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）３４と交信する。任意には、コンテンツセンター２４はさらに１つ以上の仮想施設網（ＶＰＮ）３６と通信する。ＩＳＰ３０は、インターネットへのアクセスを各航空機の各搭乗者に提供する。映像コンテンツ源３２は、たとえばケーブルニュースネットワーク（ＣＮＮ）およびＥＳＰＮなどの生放送テレビ番組を提供する。ＮＯＣ２４は、伝統的なネットワーク管理、ユーザ認証、課金、顧客サービス、および請求書作成発送を行なう。第２の受信可能領域１４ｂにある地上局２２ａに関連のコンテンツセンター２４ａもまた、ＩＳＰ３８、映像コンテンツプロバイダ４０、ＰＳＴＮ４２、および任意にはＶＰＮ４４と通信することが好ましい。衛星リターンリンクについての代替案として、航空機電話システム２８を任意に含めることもできる。
【００４１】
次に図２を参照して、各航空機１２に配置された移動システム２０を以下に詳細に説明する。便宜上、システム１０の構成要素および／または動作の説明を支援するために、航空機１２ａへの特定的な参照を適宜行なう。各移動システム２０は、ルータ／サーバ５０（以下「サーバ」）の形のデータコンテンツ管理システムを含み、これは通信サブシステム５２、制御ユニットおよび表示システム５４、ならびにローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）５６の形の配信システムと通信する。任意には、サーバ５０はさらに、米国航空機電話システム（ＮＡＴＳ）５８、乗務員情報サービスシステム６０、および／または機内娯楽システム（ＩＦＥ）６２と接続して作動するように構成され得る。
【００４２】
通信サブシステム５２は、送信機サブシステム６４および受信機サブシステム６６を含む。送信機サブシステム６４は、サーバ５０から送信アンテナ７４へ、データコンテンツ信号を符号化、変調、および周波数を高くして変換するための、符号器６８、変調器７０およびアップコンバータ７２を含む。受信機サブシステム６６は、受信アンテナ８２で受信された信号を、ベースバンド映像信号および音声信号、ならびにデータ信号となるように復号、復調、および周波数を低くして変換するための、復号器７６、復調器７８、およびダウンコンバータ８０を含む。ここではただ１つの受信機サブシステム６６を示すが、一般的には、複数のＲＦ中継器からのＲＦ信号の同時受信を可能にするために、複数の受信機サブシステム６６を含めることが好ましいと理解されるであろう。複数の受信機サブシステム６６を示すとすれば、これに対応する複数の構成要素７６〜８０もまた必要となるだろう。
【００４３】
受信機サブシステム６６が受信した信号は次にサーバ５０に入力される。移動システム２０のサブシステムすべてを制御するために、システムコントローラ８４が用いられる。具体的に、システムコントローラ８４は信号をアンテナコントローラ８６に供給し、これは受信アンテナ８２を電子的に操縦するために用いられ、これにより受信アンテナを特定の一衛星１８（以下「目標」衛星と呼ぶ）に向けて維持する。送信アンテナ７４は受信アンテナ８２のスレーブとなり、こうしてこれもまた目標衛星１８を追跡する。移動アンテナの種類によっては、同じ開口から送信と受信とが可能であることが理解されるであろう。この場合には、送信アンテナ７４および受信アンテナ８２は組み合わされて単一のアンテナとなる。
【００４４】
さらに図２を参照すると、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）５６は、サーバ５０と、航空機１２ａ上の各々の座席の場所と関連付けられた複数のアクセス局８８とのインターフェイスを取るために用いられる。各アクセス局８８は、サーバ５０と、ユーザのラップトップコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）またはユーザのその他のパーソナルコンピュータ装置とを直接インターフェイスするのに用いられ得る。アクセス局８８の各々はさらに、座席背面に取付けられたコンピュータ／ディスプレイも含むことができる。ＬＡＮ５６は、ユーザのコンピュータ装置とサーバ５０との間の双方向データ通信を可能にし、こうして各ユーザは、航空機１２にいる他のユーザとは独立に、所望のテレビ番組チャネルを要求、所望のウェブサイトにアクセス、自分のｅメールにアクセス、またはその他の多種多様な作業を行なうことができる。
【００４５】
受信アンテナ８２および送信アンテナ７４は、どのような形態の操縦アンテナをも含み得る。好ましい一形態でこれらアンテナは、電子的に走査されるフェーズドアレイアンテナを含む。フェーズドアレイアンテナは、空力抵抗が重要な問題である航空用途に対して特に適切である。この発明で用いるのに適切な電子走査フェーズドアレイアンテナの特定の一形態は、ザ・ボーイング・カンパニーに譲渡された米国特許第５，８８６，６７１号に開示されている。
【００４６】
再び図１を参照し、システム１０の作動について、データコンテンツは好ましくは、インターネットプロトコル（ＩＰ）パケットへフォーマットされてから、地上局２２により、または各移動システム２０の送信アンテナ７４から送信される。ここでの議論のため、ＩＰパケットの形のデータコンテンツを地上局２２から送信することを「フォワードリンク」送信と呼ぶ。さらに、ユニキャスト、マルチキャストおよびブロードキャスト伝送を用いて、受信可能領域１４ａ内で作動する航空機１２の各々へデータコンテンツを同時に与えることができるように、ＩＰパケットの多重化を採用することが好ましい。
【００４７】
中継器１８ａ1〜１８ａ4の各々が受信したＩＰデータコンテンツパケットは次に、中継器によって、受信可能領域１４ａ内で作動する各航空機１２へ中継される。受信可能領域１４ａにわたって多数の衛星１８を例示するが、米国の大陸部全体を覆う区域に対して、現在は単一の衛星で受信可能性を提供できることが理解されるであろう。したがって、受信可能領域の地理的な大きさと、領域内で予想される移動プラットホームの交通量とに依存して、全領域に受信可能性を提供するには単一の中継器を組込む単一の衛星だけでよいこともあり得る。米国の大陸部以外の別個の受信可能領域には、ヨーロッパ、南／中央アメリカ、東アジア、中東、北大西洋などが含まれる。米国大陸部よりも大きなサービス領域では、領域内の完全な受信可能性を提供するために、１つ以上の中継器を各々が組込む複数の衛星１８が必要となることもあると予想される。
【００４８】
受信アンテナ８２および送信アンテナ７４の各々は、その関連付けられた航空機１２の胴体の上部に配置されることが好ましい。各航空機１２の受信アンテナ７４は、符号化されたＲＦ信号のＲＦ伝送全体を受信し、これは中継器１８ａ1〜１８ａ4の中の少なくとも１つからのＩＰデータコンテンツパケットを表わす。受信アンテナ８２は水平偏波（ＨＰ）信号および垂直偏波（ＶＰ）信号を受信し、これらは受信機６６の中の少なくとも１つに入力される。２つ以上の受信機６６が組込まれていれば、一受信機は、これが向けられている目標衛星１８で運ばれる特定の中継器１８ａ1〜１８ａ4と共に用いられるように指定される。受信機６６は符号化されたＲＦ信号を復号し、復調し、周波数を低くして変換することにより、映像信号および音声信号、ならびにデータ信号を生成し、これらはサーバ５０に入力される。サーバは、航空機１２ａ上のユーザに対して意図されていないあらゆるデータコンテンツをフィルタ処理して破棄し、残ったデータコンテンツをＬＡＮ５６経由で適当なアクセス局８８に送る。この態様で各ユーザは、番組またはその他の情報のうち、自分が要求していた部分のみを受信する。こうして各ユーザは、航空機１２ａ上にいる他のユーザすべてから独立して、所望の番組チャネルを要求して受信、ｅメールにアクセス、インターネットにアクセス、およびその他のデータ転送作業を実行することが自由にできる。
【００４９】
この発明の利点は、システム１０が生放送テレビ番組（たとえばニュース、スポーツ、天気、娯楽など）のＤＢＳ伝送も受信できることである。ＤＢＳサービスプロバイダの例にはDirecTVおよびEchostarが含まれる。ＤＢＳ伝送は放送衛星サービス（ＢＳＳ）に指定された周波数帯域で行なわれ、北アメリカでは一般に円偏波である。したがって、北アメリカで放送衛星サービスを受信するために、受信アンテナ８２に対して線形偏波変換器が任意に追加され得る。データサービスを搬送するＦＳＳ周波数帯域と、ＤＢＳ伝送を搬送するＢＳＳ周波数帯域とは、Ｋｕ帯の中で互いに隣接する。システム１０の任意の一実施例では、単一のＫｕ帯の受信アンテナを用いて、ＤＢＳ衛星１８ｃおよび１８ｆからＢＳＳ帯域でＤＢＳ伝送を受信、またはＦＳＳ衛星１８ａまたは１８ｂのうち１つからＦＳＳ帯域でデータサービスを受信することができ、または同じ受信アンテナ８２を用いて両方を同時に行なうこともある。多数の衛星１８からの同時受信は、マルチビーム受信アンテナ８２を用いるか、または同じ静止軌道スロットに位置付けられた衛星とともに単一のビーム受信アンテナ８２を用いることによって達成される。
【００５０】
再放送テレビまたはカスタマイズされた映像サービスもまた、移動システム２０により同じ態様で受信および処理される。再放送またはカスタマイズされた映像コンテンツは、映像コンテンツ源３２から入手されて地上局２２経由でＦＳＳ衛星１８ａおよび１８ｂに送信される。映像コンテンツは、コンテンツセンター２４によって伝送のために適当に符号化されてから、地上局２２により放送される。移動システム２０のサーバ５０（図２）で再放送コンテンツに対しいくらかのカスタマイズを行なうことで、特定の市場または航空機１２ａ上のユーザの関心に合わせて広告およびその他の情報コンテンツを調整することもある。
【００５１】
各航空機１２上のユーザに提供される大量のデータコンテンツは、民間のポータルデータコンテンツを用いて提供される。これは各移動システム２０のサーバ５０に保存された１組のＨＴＭＬページとして実現される。コンテンツは、更新された部分を、コンテンツセンター２４に配置される地上サーバから定期的に伝送することで新しく保たれ、これは地上部１６のＮＯＣ２６で制御されるスケジューリング機能に従って行なわれる。サーバ５０は、ユーザログオン情報を受付けてユーザの認証および許可をサポートするように、およびユーザおよびネットワーク課金情報を追跡して請求書作成発送システムをサポートするように容易に構成可能である。認証および課金システムは、地上部１６と通信して、蓄積されたデータを都合のよい間隔でＮＯＣ２６へ転送するように構成され得る。
【００５２】
この発明のシステム１０はさらに、たとえば航空機１２にいるユーザが、サーバ５０でキャッシュに保存されていないデータコンテンツを入手したいと望む場合、またはコンテンツ源が民間ポータルに新しいコンテンツを提供するための通路としてなど、さまざまな目的のために、衛星リンク経由の直接のインターネット接続を提供する。サーバは、最も頻繁に要求されるウェブページをキャッシュで保存するために用いられ、さらに最も頻繁にアクセスされるドメインのドメインネームシステム（ＤＭＳ）ルックアップ表を受け入れるために用いられ得る。ＤＭＳルックアップ表は、コンテンツセンター２４により維持され、移動システム２０上で定期的に更新されることが好ましい。ポータルのキャッシュに保存されたコンテンツのリフレッシュは、飛行中定期的に「押される（pushed）」キャッシュリフレッシュによって、または空港ターミナルのゲートで、航空機１２ａへの任意の形態の有線接続または無線接続を用いて達成することができ、または、航空機１２の乗務員がＣＤＲＯＭを機内に持込んでこれをキャッシュサーバに入れる、手動キャッシュリフレッシュによって達成されることもある。発明１０は、衛星リンクによる、飛行中の定期的に押されるキャッシュリフレッシュ更新を実現している。好ましくは、キャッシュコンテンツのリフレッシュは衛星リンクへの需要が少ない期間に行なわれる。
【００５３】
地上部１６への見通し線のリンクが確立されて物理的なインフラストラクチャが与えられる場合には、システム１０で航空機電話システム２８を任意に採用することもできる。たとえば航空機電話システムを組込む任意の実現例を、低データレートのリターンリンク（２．４ｋｂｐｓから９．６ｋｂｐｓ）のために用いることができる。ヨーロッパおよびアジアなど他の地域には、地上のセルラー式通信リンクを用いて航空機と通信する類似の航空機電話システムがあることが理解されるであろう。航空機電話システム（たとえば北アメリカのＮＡＴＳ）は、電話トラフィックを搬送するように設計されたものであるが、単一のユーザのコールごとのポイント・ツー・ポイントアナログモデムデータを伝えるように適合されている。この発明では、移動システム２０からのリターンリンクトラフィック全体は、サーバ／ルータ５０、スイッチまたはＰＢＸ（図示せず）で組み合わされてから、アナログモデム経由で、または直接デジタルインターフェイス（たとえばＣＥＰＴ−Ｅ１）経由で航空機電話リターンリンクと結合される。ルータ／スイッチから航空機電話システムへの多重同時接続を確立することで、拡張された容量を提供することができる。機上およびＮＯＣルータ間でデータストリームの分割／合流を達成するために、マルチリンクのポイント・ツー・ポイント（ＰＴＰ）データカプセル封じを用いることもある。航空機電話システム経由の多数接続によって、容量が拡張されるのに加え、単一の接続障害に対する許容度が増大する。移動プラットホームが多数の受信可能領域を通過する際、別個の航空機電話システムアンテナ塔間の引渡しは航空機電話システムによって管理され、それぞれの航空および地上ルータ間の接続は自動的に管理される。
【００５４】
この発明で想定される重要な応用例は、地球上で衛星中継器による受信可能性が現在ほとんどない、または全くない海上または遠隔の地域（極地域を含む）の上を長時間飛行する航空機に関するものである。この発明は、全地球規模の受信可能性（極地域を含む）を提供するために、将来海上軌道に打ち上げられる予定のＧＳＯ衛星または新たな配列のＮＧＳＯ衛星とともに作動することができる。
【００５５】
さらに図１を参照して、航空機１２ａから地上局２２へのデータコンテンツの送信を説明する。この送信を「リターンリンク」送信という用語で呼ぶ。アンテナコントローラ８６は、送信アンテナ７４がそのアンテナビームを目標衛星１８ａに向くように維持する。各移動システム２０から地上局２２へと戻る通信に用いられるチャネルは、地上部１６のＮＯＣ２６によって個々に割当てられ動的に管理されるポイント・ツー・ポイントリンクを表わす。システム１０が数百またはそれ以上の航空機１２に対処できるように、所与の衛星１８によって運ばれる各中継器に対して多数の航空機を割当てる必要がある。リターンリンクで好ましい多重アクセス方法は、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）、周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）、またはこれらを組合せたものである。これにより、多数の移動システム２０を単一の中継器１８ａ1〜１８ａ4に割当てることができる。移動システム２０を組込む多数の航空機１２が受信可能領域１４ａ内で作動する場合には、必要な中継器の数もこれに従って増加する。
【００５６】
受信アンテナ８２は、アンテナビームを方向付け、かつ受信信号振幅に基づきアンテナの偏波を調節するための、閉ループ追跡システムを実現し得る。送信アンテナ７４は、受信アンテナ８２の方向付けおよび偏波に従属する。これに代わる実現例では開ループの追跡方法を用いることができ、方向付けおよび偏波は、機上の慣性座標単位（ＩＲＵ）を用いた移動プラットホームの位置および姿勢についての知識と、衛星１８の場所についての知識とによって決定される。
【００５７】
符号化されたＲＦ信号は、所与の航空機１２の移動システム２０の送信アンテナ７４から、中継器１８ａ1〜１８ａ4のうち割当てられた一中継器に送信され、指定の中継器によって地上局２２へ中継される。地上局２２はコンテンツセンター２４と通信し、ユーザが要求した適当なデータ（たとえばワールドワイドウェブからのコンテンツ、ｅメール、またはユーザのＶＰＮからの情報）を決定および提供する。
【００５８】
さらにシステム１０について考慮すべき問題は、受信アンテナ８２の開口サイズが小さいため、その結果として生じ得る干渉の可能性である。受信アンテナ８２の開口サイズは一般的に、従来の「超小型地上局（ＶＳＡＴ）」アンテナよりも小さい。したがって受信アンテナ８２からのビームは、静止軌道の円弧に沿って隣接する衛星を含めてしまうことがある。この結果、特定の移動システム２０が受信している目標衛星以外の衛星からの干渉が生じるおそれがある。この潜在的な問題を克服するために、システム１０は、隣接する衛星からの干渉を克服する通常未満のフォワードリンクデータレートを用いることが好ましい。たとえばシステム１０は、典型的なＦＳＳのＫｕ帯中継器（たとえばTelstar−６）と、有効な開口が約１７×２４インチ（４３．１８×６０．９６ｃｍ）であるアンテナとを用い、中継器当り少なくとも約５Ｍｂｐｓの好ましいフォワードリンクデータレートで作動する。これと比較すると、典型的なＫｕ帯中継器は通常、従来のＶＳＡＴアンテナを用いておよそ３０Ｍｂｐｓのデータレートで作動する。
【００５９】
標準的なＤＶＢ（Digital Video Broadcast）波形を用いると、フォワードリンク信号は一般に、合計２７ＭＨｚの中継器帯域幅のうち８ＭＨｚ未満を占める。しかし、最大限未満の中継器帯域幅に中継器の電力を集中させると、規制上の問題が生じ得る。ＦＣＣ規制は現在、間隔の狭い衛星間での干渉を防ぐために、中継器からの最大実効等方向放射電力（ＥＩＲＰ）スペクトル密度を規制している。したがって、この発明の好ましい一実施例では、変調器７０でスペクトル拡散変調技術を採用し、周知の信号拡散技術を用いて中継器帯域幅にわたるフォワードリンク信号を「拡散」させる。これにより、中継された信号のスペクトル密度が減少し、こうして２つ以上の移動システム２０間の干渉の可能性がなくなる。
【００６０】
さらに、目標衛星１８に隣接する衛星への干渉を防ぐ規制上の要件を、送信アンテナ７４もまた満たすことが等しく重要である。ほとんどの移動用途で用いられる送信アンテナもまた、従来のＶＳＡＴアンテナ（一般的に直径１メートルの反射アンテナ）よりも小さくなる傾向にある。航空用途に用いられる移動送信アンテナは、空気抵抗が低く、軽量で電力消費が少なく、さらに比較的小さなサイズである必要がある。これらすべての理由から、送信アンテナ７４のアンテナ開口は従来のＶＳＡＴアンテナよりも小さいことが好ましい。ＶＳＡＴアンテナのサイズは、静止軌道の円弧上にある単一のＦＳＳ衛星を照らすのに十分狭いアンテナビームをもたらすようにされる。これは重要なことであるが、それは、ＦＳＳ衛星が静止軌道の円弧に沿って２°の間隔で隔てられるからである。この発明で用いられる送信アンテナ７４のアンテナ開口はこのように通常よりも小さいので、場合によっては静止軌道の円弧に沿って目標衛星に隣接する衛星を照射するのに十分広いアンテナビームがもたらされ、ＲＦエネルギが、干渉の問題を生じさせ得る電力スペクトル密度を有することがある。
【００６１】
上述の潜在的な問題は、この発明の好ましい一実現例で、共用される共通の中継器（たとえば衛星中継器１８ａ1）経由の多数の衛星リターンリンクを作動させ管理するための方法、より特定的には、移動システム２０の各々により送信されるＲＦ信号の最大照射ＰＳＤを管理して、総ＰＳＤが規制上の最大ＰＳＤ制限を超過しないようにするための方法によって除去される。したがってこの発明の実現によって、各々が移動システム２０を有する大量（数百または数千）の航空機であって、多種多様にわたる異なったアンテナで作動する航空機１２からなる通信システムにおいて、リターンリンクシステム容量の効率的な管理が可能となる。この発明ではさらに、移動システム２０の各々が送信を行ない得る異なったデータレート、およびたとえば米国大陸部などの地理的に見て広範囲の受信可能領域にわたる各航空機１２の場所の影響が考慮される。
【００６２】
上述の干渉の問題は、図３に示される。移動システム２０は、「目標」衛星に向かって電力を照射する。しかしながら、移動システム２０で使用される小開口伝送アンテナ７４のため、照射されたエネルギが目標の衛星１８ａだけでなく、静止軌道の円弧９０に沿って目標の衛星１８ａの近隣に配置される衛星１８ｇから１８ｊに当たる。このことによって、衛星１８ｇから１８ｊの作動に干渉が生じ得るため、ＦＣＣおよびＩＴＵなどの規制当局はブロードキャストされるＲＦ信号のＰＳＤを厳しく規制している。Ｋｕ周波数帯での移動衛星システムの運用についての規制上の要件は、近隣の衛星の潜在的な干渉の総計が、−１４ｄＢＷ／４ＫＨｚの電力をそのアンテナに受け、静止衛星軌道の可視部に沿ったすべての角度についてＦＣＣ無線規制のセクション２５．２０９（ａ）のサイドローブ要件を満たすアンテナを備えて作動する、単一の地球局によって引き起こされるであろう干渉を超えないことである。同様の規制上の制限がヨーロッパおよび世界の他の地域での運用に適用されている。ＦＣＣはさらに、いかなる数の移動端末からのＲＦ伝送がもたらす近隣の衛星の干渉の確定的な総計が、いかなるときも単一のＶＳＡＴ地球局によって引き起こされるであろう干渉を超過しないことを要求している。さらにＦＣＣは、独立した移動ユニットはフォワードリンクを経由して中央ハブ端末からの指令を受けたときのみ伝送するように要求している。したがって、複数の独立した移動端末が作動する際、総ＰＳＤはいかなるときも予め定められたＰＳＤ制限を超過してはならず、さらに移動端末の各々は中央ハブ端末からの指令を受けたときのみ伝送可能である。
【００６３】
この発明の一実現例が図４に示され、ここで受信可能領域は米国大陸部（「ＣＯＮＵＳ」）として示される。地上部１６の基準地上局２２はカンザス州ウィチタにある。衛星１８′は静止衛星（この例では、西経９３°にあるテレスター（Telestar）６）である。ＣＯＮＵＳ内で実施される際、この発明の目的は、たとえばテレスター６衛星の中継器を共有するすべての移動端末によって生成される総干渉が、図４に示されるようにＣＯＮＵＳ受信可能領域の中央にある基準地上局２２によって静止軌道９０°の円弧に沿って照射される最大許容ＥＩＲＰスペクトル密度を超過しないようにすることである。単一の移動システム２０からのＥＩＲＰスペクトル密度のパターンは、その伝送電力、アンテナ利得パターンおよび占有する信号帯域幅によって決定される。（利得の固定された）ある特定のアンテナの場合、ＰＳＤを制御するために利用可能なパラメータは伝送電力（Ｐ）および信号帯域幅（Ｂ）のみである。移動アンテナは必然的に低利得アンテナであるため、衛星中継器１８ａ1との通信リンクを閉じるのに必要なＥＩＲＰを達成するにはより大きい伝送電力が必要である。ＥＩＲＰは、利得（Ｇ）と伝送電力（ＰI）との積としても表わすことができる。したがって、通信リンクを閉じるのに或る所望のＥＩＲＰが必要である場合、ＥＩＲＰ密度を制御するために利用可能な変数は信号帯域幅（Ｂ）のみである。よって、ＥＩＲＰスペクトル密度は、ＥＩＲＰ／Ｂとして表わすことができる。
【００６４】
実際には、中位から高いデータレート（１６Ｋｂｐｓより大きい）で作動し、典型的なＦＳＳ中継器を使用する低利得（小開口）アンテナでは、信号の帯域幅は、信号を周波数で「拡散」することなく規制上の要件を満たすのに不十分である。周波数拡散のための方法はこれまでに多く開発されているが、使用される特定の拡散技術はこの発明の実施にとって重要ではない。考慮すべきことは、何らかの拡散方法を用いて帯域幅（Ｂ）を制御し、伝送された信号のＥＩＲＰスペクトル密度を十分に減少させて規制要件を満足させ、さらに拡散方法によって、受容できない干渉を互いに対して引き起こすことなく複数の移動端末が共通の周波数チャネルにアクセスすることが可能となるいうことである。この発明で使用するのに好ましい、そのような拡散方法の既存の方法の１つが既に述べた直接スペクトル拡散である。移動システム２０の各々は、この拡散を容易にするため、中央コントローラ２６によって擬似雑音拡散コードを割当てられる。
【００６５】
総ＥＩＲＰスペクトル密度が既知の規制上の制限を下回るように維持するには、リターンリンク衛星中継器（たとえば中継器１８ａ1）を共有する各移動システム２０が厳しい送信電力制御の下に置かれることが必要となる。システム１０は二重ループ制御システム方式を用い、これによって地上部１６は、この方式を用いるシステムにアクセスしている、またはアクセスしようとしている各移動システムについての受信「Ｅｂ／Ｎｏ」を測定する。第１の閉制御ループは地上部１６を経由して用いられ、各航空機１２からの受信Ｅｂ／Ｎｏを測定し、ＥＩＲＰ制御指令を移動システム２０に伝送することによって、移動システムからの受信信号のＥｂ／Ｎｏを厳しく予め定められた範囲内に維持する。航空機１２上の移動システム２０で実現される第２の制御ループは、前記第１の制御ループを使用して、航空機が急速に移動している間、地上部１６によって指令されたレベルに伝送ＥＩＲＰを維持するために使用される。航空機上の第２の制御ループは、フェーズドアレイなど、走査角度とともに指向性が変化する（ＥＩＲＰの変化を引き起こす）移動伝送アンテナに必要とされることが多い。この発明の好ましい実施例は前記第２の制御ループを含むが、この発明は、走査角度とともに指向性が変化する反射器およびレンズアンテナなどの「一定の開口」伝送アンテナを使用する場合、または姿勢が急速に変化しない移動プラットフォームの場合に前記第２の制御ループなしに実現することができる。航空機−地上制御ループ（すなわち第１の制御ループ）には０．５秒の往復ＧＥＯ遅延があるため、航空機の移動にすばやく反応することができない。
【００６６】
上述の二重制御ループ制御方式は、各航空機１２からの受信信号Ｅｂ／Ｎｏを航空機の典型的な動きの全範囲について約９９．７％の確率で約±０．５ｄＢの厳しい制御範囲内に維持することができる。この電力制御システムによって２つの重要な目的が達成される。つまり、すべての航空機１２について受信Ｅｂ／Ｎｏが所望のビットエラーレート（すなわち１Ｅ−９）に対応するしきい値Ｅｂ／Ｎｏレベルを上回るように維持すること、およびＥｂ／Ｎｏの経時変化を厳しい制御範囲（すなわち±０．５ｄＢ）内に維持することが達成される。移動端末が最低限の伝送ＥＩＲＰ（および対応するＰＳＤ）を使用して所望のビットエラーレート（ＢＥＲ）で通信リンクを閉じることが目標である。１Ｅ−９ ＢＥＲについてのしきい値Ｅｂ／Ｎｏレベルは、選択されたフォワードエラー修正（ＦＥＣ）コード（すなわち、レート１／３、レート等）およびその他の波形パラメータに依存する。システム１０によって使用される好ましいＥｂ／Ｎｏ制御範囲の１つが図７に示される。制御ループの性能は多くの設計パラメータによって求められるが、その中で鍵となるのは地上での受信Ｅｂ／Ｎｏを測定する場合におけるエラーである。地上局２２に関連づけられる地上受信機（図示せず）には、通常、測定値の雑音によって引き起こされるランダムな（急速に変化する）エラーに加え、固定された、またはゆっくりと変化するエラーがある。この例では、図７に示されるように、固定エラー項によって制御範囲が０．２５ｄＢずつずらされることが要求されるため、実際のＥｂ／Ｎｏはしきい値レベルより上方にある。
【００６７】
ＥＩＲＰ指令は、絶対レベルではなくデルタレベルを使用して、地上局２２から航空機１２に伝送される。これは絶対ＥＩＲＰレベルは通常航空機１２上では正確に設定することはできないが、１つのレベルから別のレベルへの変化は非常に正確であり得るためである。絶対ＥＩＲＰは航空機１２上で正確に設定することはできないため、リターンリンク電力制御下にない新たな移動システム２０がシステム１０にアクセスしようとする場合、通常、電力制御範囲より上方の或るＥＩＲＰレベルで最初の伝送を行なう。電力制御システムはそれらを数秒以内にすばやく制御範囲内に持ち込む。システム１０はポーリング方式を使用し、さらにリターンリンクを獲得しているすべての航空機について最悪の場合のＰＳＤ寄与を記録することによって、いつ何台の航空機がリンクに入ることが許されるかを厳密に制御して、通信リンクに入ることを許された新たな航空機１２によって寄与される付加的なＰＳＤを勘案する。
【００６８】
航空機１２ａの動きによって最大かつ最速の制御ループ妨害が引き起こされる。航空機１２ａの伝送アンテナ７４は常にそのビームを目標衛星１８ａに向けているため、図８に示されるように、航空機のピッチと横転の変化によってその移動システム２０のアンテナ７４（またはアンテナ８２）の仰角走査角度が変動することになる。伝送フェーズドアレイアンテナが移動システム２０に用いられている場合、ＥＩＲＰがｃｏｓ1/2θに比例する特性があり、ここでθは衛星１８ａに対する仰角走査角度を示す。したがって、航空機のピッチ／横転妨害によってアンテナ仰角走査角度の変化が起こることがあり、このことによってアンテナの指向性が変化し、ＥＩＲＰの変化につながることがある。ＥＩＲＰが変化すると、地上局２２の受信機によって測定される、地上での受信Ｅｂ／Ｎｏが比例して変化する。電力制御システムは、ＥＩＲＰを上か下かに調整するための指令を航空機に送り返す。実際には、各航空機１２上の移動システム２０によって管理される制御ループが、アンテナ仰角走査角度の変化を測定し、アンテナへの駆動レベル（および伝送電力）を調整することによってアンテナの指向性の変化を補償し、ＥＩＲＰを最後に指令されたレベルに維持することによって、航空機の妨害によって引き起こされるＥＩＲＰの変動を最低限に抑える。
【００６９】
ＮＯＣ２６も、先に述べたように、システム１０にアクセスしている（またはアクセスしようとしている）各移動システム２０のＰＳＤ寄与を求めるために使用される。各移動システム２０のＰＳＤは、「逆方向算出」方式を使用することによって求められる。航空機ＰＳＤを求めるための第１のステップは、航空機１２ａ上の伝送サブシステム６４の信号のＥＩＲＰを求めることである。システム１０は、各航空機１２にそのＥＩＲＰを直接ＮＯＣ２６に報告させるのではなく、はるかに正確な方法を使用して、目標衛星１８を通じて地上局２２で既知の受信Ｅｂ／Ｎｏから逆方向に進んで移動システム２０からの信号の伝送ＥＩＲＰを求める。この発明の好ましい実施例では、リターンリンクの性能は航空機１２ａと目標衛星１８ａとの間のリンクによって完全に駆動される。この条件では、地上局２２での受信Ｅｂ／Ｎｏは、衛星中継器の出力でのＥｂ／Ｎｏと同一であることが知られている。第１原理を使用すると、地上局２２での受信Ｅｂ／Ｎｏの関数として目標衛星１８ａに向けて投影される航空機のＥＩＲＰを求める以下の式は、次の式１を介して容易に導かれる。
【００７０】
ＥＩＲＰt＝１６π2ｄ2Ｒ（Ｅｂ／Ｎｏ)(ｋＴ＋Ｉo）／（ＬＧrλ2） （式１）
ここで、
ｄ＝航空機から衛星への距離
Ｒ＝リターンリンクデータレート
Ｅｂ／Ｎｏ＝地上局での受信Ｅｂ／Ｎｏ
Ｋ＝ボルツマン定数
Ｔ＝中継器の雑音温度
Ｉo＝干渉雑音スペクトル密度
Ｌ＝航空機から衛星へのアップリンクでの大気および雨による減衰
Ｇr＝中継器受信アンテナ利得
λ＝伝送の波長。
【００７１】
一旦、式１を使用して目標衛星に向けられるＥＩＲＰが求められると、ＧＥＯの円弧に沿ったオフセット角度θの関数としてのＧＥＯ平面に到達するＥＩＲＰは、機上伝送アンテナ７４についてアンテナ指向性パターンＧ（θ）を知ることで求められる。これは以下の式２で表わされる。
【００７２】
ＥＩＲＰi（θ）＝ＬＥＩＲＰtＧ（θ）／Ｇt （式２）
ここで、ＥＩＲＰtは式１によって求められ、目標衛星１８ａに対する伝送アンテナ利得Ｇtは、アンテナモデルから容易に計算される。式１を式２に代入すると、損失項Ｌが相殺され、ＧＥＯの円弧に到達する実際のＥＩＲＰが求められる。
【００７３】
パラメータｄ、Ｒ、Ｇr、Ｅｂ／Ｎｏおよびλは、ＮＯＣ２６によって把握される。航空機１２ごとの受信Ｅｂ／Ｎｏは、常に監視され制御される。（ｋＴ＋Ｉo）／Ｇrの項は、各リターンリンク中継器について地上局２２で独立して測定される。Ｉoの項は、他の衛星システム、および中継器を共有する他の移動端末２０からの干渉雑音電力スペクトル密度に等しい。
【００７４】
式（１）と（２）とを解くためには、移動端末２０と目標衛星１８との間の幾何学的関係を正確に知らなくてはならない。したがって、この発明は、すべての移動端末２０がリターンリンクを使用して定期的にそれらの場所および姿勢をＮＯＣ２６に報告する方法を含む。
【００７５】
規制を守るため、総ＰＳＤは、すべてのθについて次の式で求められる。
【００７６】
【数１】
【００７７】
ここで、
ＥＩＲＰi（θ）＝θ方向のｉ番目の移動システム２０のＥＩＲＰ
Ｂs＝拡散帯域幅
Ｎ＝システムに同時にアクセスしている移動システム２０の数。
【００７８】
例示的なＰＳＤの規制上のマスクが表１に示され、図５にグラフで示される。この規制上のマスクは、ＰＳＤの制限を示し、この発明はこの制限を下回るように電力スペクトル密度を管理しなければならない。この例示的な規制上のマスクは、アンテナに−１４ｄＢＷ／４ＫＨｚの電力スペクトル密度を受ける超小型地上局（ＶＳＡＴ）についてのＦＣＣの要件２５．２０９に基づく。
【００７９】
【表１】
【００８０】
この発明の方法は、すべての移動システム２０が固定帯域幅（Ｂ）でそれらの伝送信号を拡散することを必要とし、この場合、Ｂは合計ＥＩＲＰスペクトル密度についての規制上の制限を超過することなく複数のユーザ端末が同時にシステムにアクセスできるように十分な大きさになるように選ばれる。１つの好ましい実現例では、Ｂは中継器（たとえば衛星中継器１８ａ1）の帯域幅に等しく設定される。典型的なＫｕ帯中継器の帯域幅は、２７ＭＨｚ、３６ＭＨｚまたは５４ＭＨｚである。これらの帯域幅は、通常、規制上の制限を超えることなく複数の移動システム２０が同時に単一のリターンリンク中継器にアクセスすることを可能にするのに十分な広さである。図６は、どのように複数の移動端末２０1〜２０nからのＥＩＲＰを中継器の帯域幅全体にわたって拡散し、結果としての総ＰＳＤが規制上の制限を下回るように維持するかを示す。
【００８１】
この発明の第２の重要な特徴は、単一の中央コントローラ２６ａを使用することであり、これは通信リソース（すなわち衛星に搭載された中継器１８ａ1-4）の使用を管理し、受信可能領域内で作動する多数の移動システム２０からのリターンリンクへのアクセスを調整するＮＯＣ２６（図１）の一部であることが好ましい。この発明は、さらに「要求割当複数アクセス」（ＤＡＭＡ）のための制御スキームに関わり、これによって各移動システム２０は中央コントローラ２６ａを通じて容量（データレート）を要求および放出する。中央コントローラ２６ａは、規制を守りつつ最大限の効率を達成するため、衛星に搭載された中継器の使用を調整するように動作する。
【００８２】
各移動システム２０からのＰＳＤ寄与は、その場所に（ＰＡＡアンテナの場合は走査角度にも）依存し、航空機１２の場所は時とともに変化するため、各移動システム２０からのＰＳＤ寄与も経時変化する。したがって、システム１０は、各移動システム２０がその場所およびそのアンテナの指す角度を定期的に中央コントローラ２６ａに報告して、総計に対する各移動システムのＰＳＤ寄与を更新できるようにすることを必要とする。しかしながら、いかなる所与の移動システム２０からのＲＦ信号のＰＳＤは、商用ジェット機などの比較的高速で移動する移動プラットフォームの場合でも、時とともにゆっくりと変化すると考えられる。したがって、中央コントローラ２６ａは通常、数分ごとに１回よりも頻繁に移動システムＰＳＤパターンを計算する必要はない。これについての例外は、利得パターンが走査角度に対して非常に敏感である移動アンテナ（たとえばフェーズドアレイアンテナなど）で起こる。これらのアンテナを有する移動システム２０は、航空機または移動システム２０が急速にその向首角または姿勢を変えている場合、より頻繁にそれらのパラメータ（位置およびアンテナ走査角度）を報告しなければならない。
【００８３】
図９を参照すると、ステップ１００において、まず移動システム２０nからの容量の要求が中央コントローラ２６ａによって受取られたか、または移動システム２０nが容量を放出しているかの判断が行なわれる。容量の放出が行なわれている場合、中央コントローラ２６ａは容量を放出している移動システム２０nのＰＳＤを総ＰＳＤから減ずる。これはステップ１０２に示される。
【００８４】
移動システム２０nは、以前に認可されたデータレートより高いデータレートで中継器１８ａ1にアクセスしたい場合、またはある特定のデータレート（電力）で作動するために最初の認可を得たい場合、中央コントローラ２６ａにデータレート（電力）の要求を行なう必要がある。この要求によって、中央コントローラ２６ａには移動システム２０nによって伝送されるべきＲＦ信号のＰＳＤを中央コントローラが求めるために必要な上述の情報が提供される。ステップ１０４において、中央コントローラ２６ａは、伝送信号の軸上（静止軌道の円弧に沿った）および軸外のＰＳＤの両方についてＰＳＤを求める。ステップ１０６で、中央コントローラ２６ａは、現在衛星１８ａにアクセスしている他のすべての移動システム２０の総ＰＳＤにこのＰＳＤを追加する。次に、中央コントローラ２６ａは、新たな総ＰＳＤを規制上のＰＳＤ制限と比較する。これはステップ１０８に示される。この比較によって、現在アクセスを要求している移動端末２０nのＰＳＤによって、新たな総ＰＳＤが軸上または軸外オフセット角度において予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過すると示された場合、ステップ１１０に示されるように、システム１０へのアクセスは拒否される。ステップ１１２に示されるように、任意で、付加的な容量の要求は中央コントローラ２６ａが付加的な容量が利用可能だと判断するまで順番待ちすることができる。十分なＰＳＤ（すなわち容量）が（たとえば別の移動システム２０によるデータレート電力の放出によって）利用可能になって初めて中央コントローラ２６ａは移動システム２０nに信号伝送の認可を送る。これはステップ１１４に示される。
【００８５】
同様に、移動システム２０がもはやデータレート（すなわち電力）を必要としなくなった場合、これは中央コントローラ２６ａに放出されるため、中継器を共有する他の移動システム２０によって使用することができる。移動システム２０が容量を放出する前に中央コントローラ２６ａの認可は必要とされない。中央コントローラ２６ａが所与の移動システム２０からデータレートメッセージの放出を受取ると、総ＰＳＤから放出されたデータレートのＰＳＤを減じて新たな総ＰＳＤを形成する。
【００８６】
実際には、中央コントローラ２６ａによって監視される総ＰＳＤは常に変化する。これは受信可能領域内で作動するさまざまな移動システム２０がシステム１０に対し容量（すなわちデータレート）を要求および放出し、システム１０との通信セッションを開始および終了するためである。ある特定の移動システム２０からの伝送認可要求が中央コントローラ２６ａによって拒否された場合、システム１０は任意で、要求を行なっているその移動システムを利用可能なＰＳＤ容量を有する別の中継器に割当てることができる。中央コントローラ２６ａがシステム１０にアクセスしようとしている移動システムのＲＦ放射によってシステム１０に現在アクセスしているすべての移動システム２０の総ＰＳＤが規制上のＰＳＤ制限を超えないと判断しなければ、システム１０にアクセスしようとしている移動システム２０には伝送の認可は与えられない。
【００８７】
受信可能領域内で作動するすべての移動システム２０は、それらのデータレート、場所、配向などが通信セッション中に変化するのに伴い、定期的に電力を要求および放出するように作動する。各移動システム２０は、衛星１８ａの中継器１８ａ1との通信リンクを閉じるために必要な分だけの電力をもって信号を送る。この伝送電力はデータレートおよびその他の多くのパラメータ（すなわち距離、アンテナ走査角度等）の関数である。伝送電力を調整して通信リンクを閉じたままで維持する動作を「電力制御」と称してもよい。
【００８８】
この発明のシステムおよび方法は、中央コントローラ２６ａが（たとえば定期的なメッセージングによって）電力の変化を知ることができる電力制御方法であれば、どのような電力制御方法にも使用することができる。電力制御の好ましい方法は、上述の二重ループ電力制御方法である。
【００８９】
電力制御のもう１つの方法は、開ループのアプローチであり、この場合、各移動システムは、地球上で既知のその位置（通常ＧＰＳを介して提供される）およびその姿勢を通信したい衛星の場所に関する情報とともに使用して、適切な伝送電力を求める。繰返すが、選択される伝送ＥＩＲＰは、衛星との通信リンクを閉じるのを可能にする量である。開ループアプローチでは、移動システム２０は定期的にその伝送電力を中央コントローラ２６ａに報告しなければならない。どちらのアプローチでも、システム１０にアクセスしている各移動システム２０の伝送電力を中央コントローラ２６ａに知らせることが重要である。
【００９０】
図１０を参照すると、この発明のシステムおよび方法の運用の一例が記載される。この例では、３機の航空機１２ａ、１２ｂおよび１２ｃが衛星中継器１８ａ1と通信している。航空機１２ａはワシントン州シアトル上空、航空機１２ｂはテキサス州ヒューストン上空、航空機１２ｃはメイン州バンガー上空にある。この例のため、さらに各航空機１２はサイズの異なるフェーズドアレイアンテナ（ＰＡＡ）を有し、各々が異なるデータレートで衛星１８ａ1の中継器にアクセスしていると仮定する。航空機１２ａは、２５６素子（１６×１６）アクティブフェーズドアレイアンテナを使用し、３４ｄＢＷのＥＩＲＰを使用して６４Ｋｂｐｓで伝送している。航空機１２ｂは、より大きな５１２素子ＰＡＡを使用し、３９ｄＢＷのＥＩＲＰおよび２５６Ｋｂｐｓのデータレート内で伝送する。最後に、航空機１２ｃは、１２８Ｋｂｐｓおよび３７ｄＢＷで作動する、さらに大きな開口の１０２４素子ＰＡＡを有する。各航空機１２ａ、１２ｂおよび１２ｃの移動システム２０の各々は、東経９３°にある衛星中継器１８ａ1にそれらのアンテナを向けている。
【００９１】
航空機１２ａからのＲＦ信号のＥＩＲＰスペクトル密度が図１１に示され、参照番号１１２で示される。航空機１２ｂからのＲＦ信号のＥＩＲＰスペクトル密度は図１２に示され、参照番号１１４によって示される。航空機１２ｃからのＲＦ信号のＥＩＲＰスペクトル密度は図１３に示され、参照番号１１６によって示される。図１４は、中央コントローラ２６ａによって求められる総ＰＳＤを示す。３機すべての航空機からの総ＰＳＤが波形１１８によって示される。図１４から、総ＰＳＤ１１８は、静止軌道の円弧に沿ったすべての点において軸上の規制上のＰＳＤ制限（すなわち「マスク」）１２０を下回っていることがわかる。同様のチェックが軸外ＰＳＤについても行なうことができる。
【００９２】
先に述べたように、システム１０はモデルを使用するが、このモデルによって中央コントローラ２６ａは、航空機から衛星へのビーム発射の幾何学的関係に基づいて伝送アンテナの照射パターンを正確に計算することができる。実際には、このアンテナモデルは中央コントローラ２６ａによって使用されるため、システム１０にアクセスするために使用されるであろうアンテナの各タイプについてアンテナ利得パターンを計算することができる。図１１から１３に示されるように、伝送電力、利得パターンおよび拡散帯域幅がわかれば、ＰＳＤパターンを各移動システムについて計算することができる。これは各移動システム２０からのＰＳＤ寄与を合計して、図１４に示される総ＰＳＤを計算する定型化した加算演算になる。この例では、総ＰＳＤは規制上のＰＳＤの制限を下回るため、付加的な移動システム２０によるシステム１０へのアクセスを許可するか、または既存のユーザがそれらの伝送電力（すなわちデータレート）を増やすことが可能である。データレートは伝送電力に比例し、伝送電力はＰＳＤに比例するため、この発明は、電力、ＰＳＤ、データレートまたは容量を管理するといえる。
【００９３】
図１５〜１８を参照すると、すべての航空機１２の総ＰＳＤを監視および制御するためのシステム１０がさらに詳しく説明される。この発明１０は、リターンリンク電力コントローラ（ＲＬＰＣ）１３０を組込む。ＲＬＰＣ１３０は、走査角度補償器１３２および機上受送信サブシステム（ＡＲＴＳ）１３４を含む。走査角度補償器１３２はソフトウェアプログラムを含むが、これはＲＬＰＣ１３０の重要な構成要素である。この構成要素については後続の図面でさらに詳しく述べるが、これは、航空機１２上にあり航空機にある他のハードウェアとインターフェイスするソフトウェアで本質的に実現される。これは、航空機１２の比較的高速な横転およびピッチの動きを補償する。さらに具体的には、これは航空機の動きの直接的な結果である伝送アンテナ７４の走査角度の変化を補償する。これは「高速」走査角度補償器と称されるが、なぜなら秒当り約１０の指令の割合で修正指令を生成するためで、これはＲＬＰＣ１３０の他の部分と比較すると１０倍の速さである。走査角度補償器１３２への入力は、実際の伝送アンテナ走査角度である。走査角度補償器１３２からの出力は、ＡＲＴＳ１３４アンテナ電力レベルの形での修正指令の時系列を表わす。
【００９４】
ＡＲＴＳ１３４はハードウェア構成要素であり、通信サブシステム５２（図２）と通信する。ＡＲＴＳ１３４は、地上局２２または機上の走査角度補償器１３２から指令を受取ってアンテナ７４電力レベルを設定し、指令された電力レベルにできるだけ近い出力電力レベルを生成する。ＡＲＴＳ１３４への入力は、実際のアンテナ走査角度、走査角度補償器１３２からの電力指令、および地上中央コントローラ２６ａからの電力指令である。ＡＲＴＳ１３４の出力は、Ｅｂ／Ｎｏの模擬的な値である。ＡＲＴＳ１３４は、Ｅｂ／Ｎｏの値だけでなく他のものも出力することができるが、ここでの説明では、Ｅｂ／Ｎｏがあれば十分である。
【００９５】
ブロック１３６は、システム１０が制御することを意図されるＥｂ／Ｎｏの入力レベルを示す。ＲＬＰＣ１３０の実際の運用では、この値は通常、何らかの外部エンティティによって設定され、ＲＬＰＣ１３０の地上部によって受け入れられる。ブロック１３６の出力は、指令されたＥｂ／Ｎｏの値の時系列を表わす。
【００９６】
ＲＬＰＣ１３０はさらに、加算要素１３８と報告アルゴリズム１４０とを含む。加算要素１３８は、ブロック１３６によって示される指令された（所望の）Ｅｂ／Ｎｏと、測定され報告アルゴリズム１４０（これについては後に述べる）から報告された値との差をとり、これによってＲＬＰＣシステム１３０を駆動するために使用するエラーを生成する。加算要素１３８は、図１に示される地上局２２の一部を形成するデータセンター１５５の１台以上のコンピュータで作動するソフトウェアにある。加算要素１３８の出力は、完全にソフトウェア内にあるエラーの値の時系列を表わす。
【００９７】
報告アルゴリズム１４０は、ＲＬＰＣ１３０の主な部分を含む。これはデータセンター１５５に関連づけられるコンピュータ機器にあるソフトウェアプログラムである。これは、地上送受信システム（ＧＲＴＳ）１４３によって生成されるＥｂ／Ｎｏ測定値をサンプリングするために使用する。ＧＲＴＳ１４３はＲＬＰＣシステム１３０の一部ではない。報告アルゴリズム１４０は、Ｅｂ／Ｎｏ測定値のサイズを制限して、不定期のスプリアスの測定値データがＲＬＰＣシステム１３０によって使用されるようにする。報告アルゴリズム１４０からの出力は、その出力が特定かつ定期的な時間間隔でのみとられたという点を除いて、入力Ｅｂ／Ｎｏ測定値の単なる繰返しである。
【００９８】
加算要素１３８の出力は低速ループ地上コントローラ１４２へ入力されるが、低速ループ地上コントローラ１４２もＲＬＰＣシステム１３０の重要な構成要素を形成する。低速ループ地上コントローラ１４２は多くの下位構成要素を含むが、これらについては後に述べる。これはデータセンター１５５（図１）のコンピュータにあるソフトウェアで実現される。
【００９９】
低速ループ地上コントローラ１４２は、データセンター１５５のコンピュータによって測定可能ないかなる形のＥｂ／Ｎｏにおける妨害も補償する。これが「低速」と称されるのは、実質的に毎秒約１回だけ電力修正を生成し得るためである。低速ループ地上コントローラ１４２への入力はエラー信号であり、その出力は計算された電力レベル指令であり、これらは航空機１２に伝送される。
【０１００】
図１６を参照すると、走査角度補償器１３２がさらに詳しく示される。走査角度補償器１３２は、ＡＲＴＳ１３４の機上のソフトウェアに含まれる「走査角度測定間隔」サブシステム１４４を含む。このサブシステムは、本質的に定期的な間隔で走査角度測定値をサンプリングする。ここで好ましいサンプリング間隔は１００ミリ秒である。したがって、１００ミリ秒ごとに走査角度の新たなサンプルが採られる。サンプルが採られない期間中は、次のサンプルが採られるまで、最後にサンプリングされた値がサブシステム１４４の出力上に保持される。
【０１０１】
ブロック１４６は「バックラッシュ」を表わす。このブロックは、航空機１２の機上のＡＲＴＳ１３４に関連づけられるソフトウェアに含まれ、その入力にバックラッシュを与えるために使用される。つまり、ブロック１４６からの出力は、入力がある値を超えて変化しなければ変化しない。入力がある値を超えて変化した場合、出力は、入力が変化した分だけ変化する。入力の方向が変化した場合、入力が予め定められた程度だけ変化するまで出力は変化しない。この機能は、ＲＬＰＣシステム１３０が非常に小さい雑音スパイクに反応しないようにするために役立つ。ここで好ましいバックラッシュ「デッドゾーン（deadzone）」はゼロであり、したがって、ブロック１４６はその入力に影響を与えない。しかしながら、これはシステムＲＬＰＣ１３０の性能を細かくチューニングするために利用可能である任意の要素として示される。
【０１０２】
「コサイン」ブロック１４８も航空機１２の機上のＡＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれ、その入力のコサインを出力するために使用される。「コサイン冪乗」ブロック１５０も航空機１２の機上のソフトウェアに含まれる。ブロック１５０は、ブロック１４８の出力を或る特定の冪乗にするために使用される一定の値（好ましくは１．２の値）を出力する。ブロック１５０の機能は、伝送アンテナ７４の実際の挙動に近似させようとすることである。なぜなら、それ自身の利得がｃｏｓ（θ）1.2の形の走査角度に影響されるためである。この場合、「θ」は走査角度を示す。したがって、走査角度補償器１３２は、この挙動の影響に対抗してアンテナ７４が何をするかを予測することができる。
【０１０３】
ブロック１４８と１５０との出力は「冪乗」ブロック１５２に入力されるが、これも走査角度補償器１３２の重要な部分である。ブロック１５２は航空機上のＡＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれ、コサインブロック１４８からの出力の値をコサイン電力ブロック１５０の出力の値で冪乗するために使用される。ブロック１５２も、走査角度補償器１３２がアンテナ７４が何をしているかを予測し、この挙動の影響に対抗しようとするのを支援する。
【０１０４】
冪乗ブロック１５２からの出力は、この発明の重要な部分である「逆方向の」ブロック１５４に入力される。ブロック１５４は航空機１２の機上のＡＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれ、その入力の逆数を出力する。これを行なうのは、高速の走査角度補償器１３２の出力が最終的にＡＲＴＳ１３４（図１５）からの実際の所望の電力レベルを乗算するからである。したがって、この値（１／ｘ）が実際の値（ｘに近くなるべきであり、ブロック１４８から１５２はこれを予測しようとする）によって乗算される場合、結果は１に近くなるべきである。これは走査角度がどのようであれ、最終的な出力は常に１に近くなるということを意味する。この値を使用してシステム１３０内の他の値を乗算するが、この値が１に近く保持されると、システム全体の最終的な値は大きくは変わらない。
【０１０５】
ブロック１５６はデシベル変換ブロックであり、航空機１２の機上のＡＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれる。ブロック１５６はその入力上の信号をデシベル（ｄＢ）に変換する。デシベルは、大抵の通信システムにおける一般的な測定単位である。ＲＬＰＣ１３０の正確なアーキテクチャに依存して、ブロック１５６は必要でない場合もある。
【０１０６】
ブロック１５８は、ブロック１５６からの出力上で「総計する」働きをする。ブロック１５６は、実際には「量子化器」１５８ａと「ｄｉｆｆ１」ブロック１５８ｂとの組合せである。サンプリング時間ごとに、ｄｉｆｆ１ブロック１５８ｂの出力は、以前のサンプルからの入力と現在のサンプルからの入力との差である。総計ブロック１５８は、各時間ステップごとにその入力の変化を出力する働きをする。この例では、ブロック１４４が１００ミリ秒ごとにサンプリングするため、時間ステップは１００ミリ秒ごとである。１００ミリ秒ごとに、ブロック１５８ａと１５８ｂとは前の１００ミリ秒からの入力の変化を計算し、この変化を出力する。量子化器１５８ａは、変化が報告される前に、変化が少なくともある特定のレベル（ここでは０．１ｄＢ）にあるようにする。総計ブロック１５８からの出力は入力され、ＡＲＴＳ１３４へ伝送される。
【０１０７】
図１７を参照すると、図１５の低速ループ地上コントローラ１４２がさらに詳しく示される。まず、ブロック１６０を参照すると、このブロックはデータセンター１５５のソフトウェアに含まれる。これは加算要素１３８（図１５）から入力エラー信号を受取り、それに合わせて出力信号を生成する。
【０１０８】
ブロック１６０からの出力は、エラー雑音フィルタ１６２と制御フィルタシステム１６４とに入力される。ブロック１６２はデータセンター１５５のソフトウェアに含まれる。ブロック１６２はその入力をフィルタリングして、雑音の影響を減少させる。これは、好ましくは１０Ｈｚのサンプリングレートを備える離散１次低域フィルタを含む。ブロック１６２の出力は、その入力をフィルタリングしたものである。
【０１０９】
エラー雑音フィルタ１６２からの出力は、ヒステリシスを備える対称的リレーに入力される。ブロック１６６もデータセンター１５５で使用されるコンピュータに関連づけられるソフトウェアに含まれる。ブロック１６６は、入力の履歴に依存して、「１」、「０」、または「−１」を出力する。入力がある所与の値を上回る（またはこの値の負の数を下回る）場合、出力は１（または−１）である。入力が別の所与の値を下回る（またはこの値の負の数を上回る）場合、出力は０である。入力がこれら２つの値の間である場合、出力は前の出力が何であれ前の出力となる。ブロック１６２で使用される値は、ＲＬＰＣシステム１３０の細かいチューニングを行なうのに必要であれば変更することが可能である。ブロック１６６は、ブロック１６２からのフィルタリングされたエラーの出力が（正または負の方向に）大き過ぎるかどうかをテストするために使用される。大き過ぎるならば、０でない値が出力され、このことによって電力修正が必要であることがＲＬＰＣシステム１３０の残りに示される。
【０１１０】
ブロック１６８は地上のソフトウェアに含まれる。ブロック１６８の出力は、「１」、「０」または「−１」であるその入力の絶対値である。このため、３つのブロック１６２、１６６および１６８の最終的な出力は、「１」または「０」のどちらかである。「１」はエラーが大き過ぎることを示し、「０」はエラーが現在のところ受容可能であることを示す。
【０１１１】
制御フィルタブロック１６４も地上のソフトウェアに含まれ、この発明の重要なサブシステムである。制御フィルタブロック１６４は図１８に詳しく示され、後に説明される。しかしながら、このブロック１６４の機能は本質的に、一旦エラーが大き過ぎると判断された場合に必要な電力修正を計算することである。出力は電力修正指令であり、航空機１２に送られる。
【０１１２】
ブロック１７０は任意であるが、これは絶対指令から指令の増分を作成する働きをし、データセンター１５５のコンピュータのソフトウェアに含まれる。ブロック１７２は、図１６のブロック１５８と同じ働きをする。このブロック１７２も低速ループ地上コントローラ１４２にとって任意である。
【０１１３】
ブロック１７２は、ブロック１７２から（またはブロック１７０が省略される場合ブロック１６４から）出力を受取る。ブロック１７２もデータセンター１５５のコンピュータに関連づけられるソフトウェアに含まれる。これは図１５のＡＲＴＳ１３４へその入力を出力する。実際の実現例では、修正指令の伝送は、衛星中継器に送り出されて航空機１２に戻る前に、いくつかの介在素子を通じて進められることが多いが、このことが修正指令の伝送で起こる時間遅延の主な原因である。これら介在素子はこの発明の一部ではない。それらは典型的には、コンピュータ相互ネットワークに関連づけられる素子（たとえば、イーサネット（Ｒ）カード、ルータ、スイッチ、ファイアウォール等）、および通信システム５２に関連づけられる素子（たとえば、変調器、アップコンバータ、符号器、アンテナ等）である。それらはすべて協働して機能し、電力指令の経路を定め、電力指令をブロック１７２からＡＲＴＳ１３４へ伝送する。したがって、ブロック１７２はこれら残りすべての介在素子に対するインターフェイスにすぎず、その詳細はシステム１０の最終的な実行ステップに隠されている。
【０１１４】
図１８を参照すると、制御フィルタブロック１６４が詳しく示される。このブロックは本質的に、１秒に等しいサンプル間隔（Ｔ）とアンチワインドアップとを備えた典型的な離散２次フィルタである。可能化スイッチ１７４は、データセンター１５５のコンピュータのソフトウェアに含まれ、ＡＢＳブロック１６８（図１７）からの出力が１を上回るか、または１に等しい場合のみ、制御フィルタブロック１６４が実行されるのを可能にする。このチャート上で信号のフローを追跡することにより、フィルタリングされた入力エラーが大き過ぎる場合のみ、可能化スイッチ１７４によって、制御フィルタブロック１６４の実行が可能となることがわかるであろう。これは中央コントローラ２６ａから指令が送られる回数を減らす役目をするＲＬＰＣ１３０の重要な部分であり、中央コントローラ２６ａから指令が送られる回数を減らすことによって、さもなくば販売可能な帯域幅の使用を減少させることができる。
【０１１５】
ブロック１７６は任意であるが、これも中央コントローラ２６ａのソフトウェアに含まれる。ブロック１７６は測定値エラー信号を制御フィルタブロック１６４（図１７）に伝送する役目をする。これは包含ブロック（ブロック１４２）のどこから信号がこのブロックに入るのかを示す基準点を表す。
【０１１６】
ブロック１７６の出力は、比例利得増幅器１７８に入力される。増幅器１７８は中央コントローラ２６のソフトウェアに含まれる。比例利得増幅器１７８は受取った入力を或る所与の値で乗算した状態で出力する。この値はＲＬＰＣシステム１３０の設計にとって重要であるが、チューニングの必要性に応答して変更することが可能である。
【０１１７】
第２の比例利得増幅器１８０は増幅器１７８から出力を受取る。比例利得増幅器１８０も中央コントローラ２６ａのソフトウェアに含まれる。この増幅器１８０は増幅器１７８と同じ機能を果たすが、その入力を異なる値で乗算する。
【０１１８】
ブロック１８２は地上のソフトウェアに含まれる「制限された離散時間積分器」である。ブロック１８２は、その出力上でその入力の時間積分を生成する。積分は、いわゆる「前進オイラー」法を使用して離散時間の態様で行なわれる。この積分器のサンプル間隔は１秒である。この積分器は、出力がある所与の値を上回った場合（またはその値の負の数を下回った場合）に積分を停止するという点で制限されている（いわゆる「アンチワインドアップ」）。入力の符号が逆になって出力をその制限された値より減少させるとき、積分を再開する。
【０１１９】
ブロック１８４は乗算器でありＧＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれる。このブロックはブロック１７８と同じ機能を果たすが、異なる値によってその入力を乗算する。
【０１２０】
乗算器１８０および１８２からの出力は加算接合部１８６に与えられ、これはこれらの値を加算し、加算された値を比例利得増幅器１８８に出力する。比例利得増幅器１８８はデータセンター１５５のソフトウェアに含まれ、増幅器１７８と同じ役割を果たすが、異なる値によってその入力を乗算する。
【０１２１】
さらに図１８を参照すると、離散時間積分器１９０は比例利得増幅器１８０から出力を受取る。離散時間積分器１９０はデータセンター１５５のコンピュータのソフトウェアに含まれる。この積分器１９０は、積分器１８２（同じサンプル時間および積分方法を備える）と同じ役割を果たすが、ブロック１８２のように制限されていない。インターフェイスブロック１９２は、離散時間積分器１９０から出力を受取る。ブロック１９２からの出力は、図１７のブロック１７０に入力される。
【０１２２】
低速ループ地上コントローラ１４２は、非常に低い雑音および／またはさまざまなシステムパラメータに関する広範な知識を必要とするであろう公知の「絶対的な（dead-bang）」制御方法の代わりにフィルタを実現する。全ループ地上コントローラ１４２は強固な安定性および分析的な扱いやすさも提供する。さらに、これはモデルの不確実性およびばらつきに対する反応性もよく、不確実性およびばらつきはオンラインで容易にチューニングされ、最適の性能が得られる。低速地上ループコントローラ１４２は、指令「増分」を作成するため、これらの増分を航空機１２に伝送する際に必要となる帯域幅が少なくて済み、有利である。可能化スイッチ１７４は、エラーが設定可能な制限を上回る場合にのみ、フィルタを実行することによって指令の生成を制限する。可能化スイッチ１７４はさらに、ブロック１６４内で各ブロックを可能化または不能化する働きをする。低速ループ地上コントローラ１４２はさらに、ブロック１６６内に含まれるヒステリシスを使用して、ジッターおよび「ハンチング」を防止する。
【０１２３】
この発明の方法および装置は、さまざまな移動ＲＦ伝送プラットフォームからの通信を管理および監視して、その移動プラットフォームのすべての総ＰＳＤが予め定められた規制上の制限を超過しないようにするための手段を提供する。中央コントローラを使用して、移動システム２０の各々からのシステム１０へのアクセス要求を受取り監視し、軸上および軸外の総ＰＳＤに密な制御を行なうことができる点がこの発明の重要な利点である。通信リンクを閉じたまま維持するのに必要な電力量のみをもって各移動システム２０に伝送させることによって、システム１０の効率は最大化され、総ＰＳＤが規制上の制限を超過することなく多数の移動システムがシステム１０にアクセスすることが可能となる。
【０１２４】
上述の説明から、当業者にはこの発明の広範な教示がさまざまな形で実現され得ることが理解されるであろう。したがって、この発明はその具体的な例に関連して記載されているが、この発明の真の範囲はそのように限定されるべきではない。これは、図面、明細書および前掲の特許請求の範囲を検討することにより、その他の変形が当業者には明らかになるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のシステムにおける３つの主要構成要素を例示する簡略化したブロック図である。
【図２】 各移動プラットホームに搭載される移動システムのブロック図である。
【図３】 静止軌道上で目標衛星に隣接して位置する複数の衛星と、目標衛星を意図したＲＦ伝送により引起こされ得る潜在的な干渉とを例示する図である。
【図４】 米国大陸部で表わす受信可能領域と、地理的に見て受信可能領域のほぼ中心に位置付けられた基準ＶＳＡＴアンテナとを例示する図である。
【図５】 図４に示す、カンザス州ウィチタ（Kansas, Wichita）に位置付けられた基準ＶＳＡＴアンテナと、西経９３°にある目標衛星とについての現在のＦＣＣ規制下で許容される静止軌道の円弧に沿った最大ＥＩＲＰスペクトル密度のグラフである。
【図６】 中継器帯域幅全体にわたって信号が拡散された複数の移動端末からのＰＳＤの総計を例示し、かつ超過してはならない規制上のＰＳＤ制限を示す簡略化したグラフである。
【図７】 この発明の電力制御方法により用いられる、好ましい信号対雑音（Ｅｂ／Ｎｏ）制御範囲を例示するグラフである。
【図８】 目標衛星に対する移動システムのアンテナの高度走査角を簡単に例示する図である。
【図９】 この発明に従うシステムによって、共用の衛星中継器に対するアクセスおよびデータレート要求の管理において実行される動作の基本的なステップを示すフローチャートである。
【図１０】 共通の受信可能領域内で異なった場所に位置する３機の航空機であって、すべて衛星上の単一の中継器にアクセスを行なっているものを示す図である。
【図１１】 図１０に示す３機の航空機の各々により伝送されるＲＦ信号のＧＥＯ円弧に沿ったＰＳＤを示すグラフである。
【図１２】 図１０に示す３機の航空機の各々により伝送されるＲＦ信号のＧＥＯ円弧に沿ったＰＳＤを示すグラフである。
【図１３】 図１０に示す３機の航空機の各々により伝送されるＲＦ信号のＧＥＯ円弧に沿ったＰＳＤを示すグラフである。
【図１４】 図１０に示す３機の航空機からの信号の総ＰＳＤが、ＧＥＯ円弧に沿ったすべての地点でどのように規制上のＰＳＤ制限未満に留まるかを例示するグラフである。
【図１５】 この発明の好ましい実施例に従うリターンリンク電力コントローラを示すブロック図である。
【図１６】 この発明の走査角補償器をより詳細に示すブロック図である。
【図１７】 図１５のリターンリンク電力コントローラの地上ループコントローラ部を示すブロック図である。
【図１８】 図１７の制御フィルタブロックの構成要素をより詳細に示すブロック図である。
【技術分野】
この発明は、航空機などの移動プラットホームにテレビ番組およびデータサービスを提供するためのシステムに関し、より特定的には、衛星にある無線周波数中継器を共用する複数の航空機などの移動プラットホームの無線周波数伝送を管理することにより、無線周波数伝送の電力スペクトル密度の総計が、周波数帯域を共有する静止軌道衛星および非静止軌道衛星との干渉について予め定められた規制上の電力スペクトル密度制限を超過しないことを確実にするための、システムおよび方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
我々の社会および経済が依存度を増している広帯域のデータサービスおよび映像サービスは、今までのところ一般に、航空機、船舶、鉄道、自動車などの移動プラットホームに乗っているユーザに対しては容易に利用可能なものではなかった。このようなサービスをあらゆる形態の移動プラットホームに配信するための技術は存在するが、これまでの解決策は一般に極めて高価であり、データレートが低く、かつ／または政府／軍事関係のユーザのごく限られた市場や、或る高級顧客向けの海運市場（すなわち遊覧大型客船）に対してのみ開かれたものであった。
【０００３】
現在のところ、人工衛星のリンクを介して地上のユーザに多種多様なテレビ（ＴＶ）放送サービスが利用可能である。このようなサービスには、民間の固定衛星サービス（ＦＳＳ）または放送衛星サービス（ＢＳＳ）の衛星を介した商用の直接放送衛星（ＤＢＳ）サービス（たとえばDirecTVおよびEchoStar）、および再放送映像など特別仕様の映像が含まれる。衛星リンク経由で提供され得るデータサービスには、あらゆる従来のインターネットサービス（ｅメール、ウェブ閲覧、ネット会議等）ならびに企業関係および政府関係の顧客に対する仮想私設網（ＶＰＮ）が含まれる。
【０００４】
これまで、移動プラットホームに生放送ＴＶおよびデータサービスを提供しようとして開発されたシステムでは、限られた成功しか達成されてこなかった。１つの大きな障害は、このような広帯域のデータサービスおよび映像サービスへのアクセスの価格が高いことであった。もう１つの問題はこれまでに開発されたシステムの容量が限られていることであり、異なった番組チャネルまたは異なったデータサービスを各々が同時に要求し得る何十人、あるいは何百人もの人を運ぶ移動プラットホームに対し、この容量では不十分であった。さらに既存のシステムは一般に、旅行中の人々の需要に応じるために拡張することが容易ではない。
【０００５】
現在利用可能ないくつかのサービスは、上述のサービスのうち限られたごく一部を提供するにすぎない。このようなサービスの１つは、移動プラットホーム上のユーザに狭帯域幅のインターネット接続を提供している。他のサービスは、利用可能な直接放送信号からのＴＶ放送サービス（すなわちEchoStarおよびDirecTV）を提供、または専用衛星リンク経由の特別仕様のＴＶ放送信号（すなわちAirshow）を提供している。しかし現在のところ、移動プラットホームまたは遠隔プラットホーム上のユーザ群に対し高速（すなわち６４Ｋｂｐｓを上回る速度）のデータネットワークサービスを提供するためのシステムも方法も存在せず、まして、このような高速ネットワークサービスを映像サービスとともに提供するためのシステムも方法も存在していない。
【０００６】
商用の航空路線および遊覧大型客船上で、限られたインターネットデータサービスを提供する事業システムがいくつかある。これらシステムはそのリンク能力において極めて限られたものであり（主に電話通信のために開発された通信リンクを使用）、またサービスは極めて高価（音声接続のためには１分当り約１．００ドルを上回る）である。これらの理由のため、またこのようなシステムに関係する容量上の制限から、このようなシステムの商業上の成功および人気は限定的なものにとどまっていた。
【０００７】
一般に現在の事業システムは、移動プラットホームへの双方向接続を達成するためにインマルサット衛星通信リンクまたは地上無線通信リンク（すなわち米国航空機電話システム（National Air Telephone System：ＮＡＴＳ））を用いている。これらの接続形態にはいくつかの不都合がある。
【０００８】
１） 接続帯域幅が限られている（一般的に６４Ｋｂｐｓ未満）
２） 全体的なシステム容量が限られている（周波数スペクトルが限られているため）
３） 高価格
【０００９】
インマルサットはＬ帯の周波数スペクトルで動作するが、ここでは旅行中の人々に広帯域サービスを提供するのに利用可能な帯域幅および容量が極めて少ない。ＮＡＴＳベースの解決策（すなわちGTE Airfone7、AT&T Claircom）は、座席背面に取付けられた電話を使用する国内航空路線利用客にはなじみのものであるが、これが提供する容量もやはり、Ｌ帯での動作のため極めて限られたものにすぎない。これらのシステムにはさらに、陸の上方でしか接続が可能ではないという問題もある。
【００１０】
現在の移動プラットホームの接続方法は本来的に狭帯域であるため、通常のネットワークの業務が不可能となる程度までデータの流れが制限されてしまう。一般的にこの接続は、ユーザのコンピュータと、空対地または船舶対沿岸の電話システムとの間で、標準的なコンピュータ電話モデムを使用することで達成される。このやり方では、各ユーザは自分のネットワークセッションの期間中、通信チャネル一杯を排外的に使用し、電話システムの中のこの部分を他の人々が用いることを事実上妨げる。
【００１１】
複数の移動プラットホームが共用の衛星中継器にデータを送信するための手段の提供を試みる現在のシステムで特に重大な問題は、広い地理的範囲にわたって分散した複数の小開口移動送信端末をどのように効率的に作動させ管理するかであった。各移動端末は、その特定の開口サイズ、移動プラットホームの場所、およびデータを伝送するデータレートに従って、電力スペクトル密度（ＰＳＤ）の異なったレベルで伝送を行なう。電子的に走査されるフェーズドアレイアンテナ（ＰＡＡ）などの機上アンテナでは、傾向として従来の地上アンテナよりも開口サイズが小さいことが理解されるであろう。これはアンテナの低い空力抵抗のための重要な要件によるものである。したがって、移動プラットホームにある送信アンテナは、その傾向として従来型の超小型地上局（ＶＳＡＴ）アンテナ（典型的に約１メートル直径開口）よりも広いアンテナビームを有する。その結果、静止軌道（ＧＳＯ）面において隣接する衛星に対して、より多くの電力を照射する。さらに移動送信アンテナは、非静止軌道（ＮＧＳＯ）にある衛星での通信に干渉することがある。換言すれば、このような移動送信アンテナは、目標衛星と隣接するＧＳＯ衛星およびＮＧＳＯ衛星の作動に干渉する信号を生成することが往々にしてある。
【００１２】
隣接するＧＳＯ衛星およびＮＧＳＯ衛星に対して照射され得る最大の電力スペクトル密度（ＰＳＤ）には、連邦通信委員会（ＦＣＣ）および国際電気通信連合（ＩＴＵ）などの規制機関によって厳しい規制上の要件が課されている。所与の受信可能領域内にある共通の中継器に対して複数の移動プラットホームがＲＦ信号を伝送すると、中継器にアクセスする移動プラットホームの総数を最大限にしようと試みながら、同時に個々の移動プラットホームのＰＳＤを管理して「総計（aggregate）」のＰＳＤが規制上の制限を決して超過しないようにすることは、極めて困難なこととなる。
【００１３】
単一の中継器にアクセスする複数の送信機の伝送を管理する上述の問題に対処する、以前から開発されていた一手法は、単キャリア波多重チャネル（ＭＣＰＣ）操作を採用することであった。インテルサットによって開発されたこの方法では、各々のＶＳＡＴアンテナに対して衛星中継器帯域幅の一部が割振られる。換言するとこの方法では、周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）を用いて、多数の端末が同時に中継器にアクセスできるようにする。この技術を用いると、各チャネル内で、規制上の制限を下回るＰＳＤで伝送を行なうのはただ１つの端末（キャリア）だけである。この動作方法では各チャネル内の使用されないＰＳＤは使用不可能であり、ＰＳＤが無駄になっている。さらに、効率的なＰＳＤ動作にＭＣＰＣを適応させることは不可能であるが、それは特に移動端末を用いた応用ではチャネル管理が法外に複雑になるからである。この発明は、ＰＳＤが経時変化する移動プラットホームの単純なリンク管理解決策を提供する。時分割多重接続（ＴＤＭＡ）法でも同様に、任意の時にチャネルまたはタイムスロットにアクセスする端末は１つしかなく、このため利用可能なチャネルＰＳＤは固定され、通常はチャネルユーザの要件を超過してしまう。したがってＰＳＤは無駄になり、再利用できない。以前に開発されたこれらの方法では通常、個々のアクセスは許容可能な最大ＰＳＤで行なわれないため、あらゆるチャネル内に使用されないまたは無駄にされるＰＳＤの量が通常いくらかあることになる。これは以前に開発された方法すべてにある大きな欠点である。
【００１４】
上述のように、任意の時点においてチャネルまたはタイムスロット内で１個の端末のみが伝送を行なうやり方では、可変サイズのユーザに対して固定サイズのリソース（すなわちＰＳＤ）を割振る古典的な問題が生じる。この後、固定サイズのリソースのサイズは最悪の場合（すなわちＰＳＤが最大）のユーザに合わせられなければならず、このためこれらの手法には常に非効率性が伴うことになる。ユーザ間のばらつきが小さければこの非効率性は適度に低いこともあるだろうが、ユーザＰＳＤ要件に大きな相違がある、あらゆるその他の応用では、非効率性がかなりのものになってしまう。
【００１５】
単一の中継器にアクセスする多数の端末に対処する、以前に開発されたもう１つの方法が符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）であり、ここでは単一のチャネルが多数のユーザによって共有される。ＣＤＭＡではより効率的な動作が達成され得るが、それは大きな集団のユーザが共通のリソース（すなわち中継器）を共用するからである。ほとんどのＣＤＭＡシステムは総ＰＳＤへの制約なしに作動する（たとえば携帯電話システムなど）。典型的にユーザ端末またはハンドセットは、総ＰＳＤに対するいかなる規制上の制約もなく、干渉を克服するのに必要な電力レベルで伝送を行なう。この動作方法ではＰＳＤレベルに統計的なばらつきがあり、さらにユーザ間には、高品質衛星データ通信システムにとって許容できないような干渉がある。対照的に衛星にある通信システムはしばしば、総ＰＳＤに対する厳しい規制上の制限内で作動しなければならない。これは特にＫｕ帯の固定衛星サービス（ＦＳＳ）部分で極めて重要であり、ここでは移動衛星サービス（ＭＳＳ）はＩＴＵによる副次的な周波数の割振りを与えられ、主たるＦＳＳシステムとの干渉がないことを保証しなければならない。したがってＰＳＤ制限の環境でＣＤＭＡ衛星システムを管理するためには、特に端末が航空機などの移動プラットホームに配置される場合、ユーザ端末のすべてによって生成される総ＰＳＤを管理するための新たな方法が必要となる。
【００１６】
したがってこの発明の主な目的は、所与の受信可能領域内で作動し共用の衛星中継器にアクセスする複数の移動端末により生成された総ＰＳＤを管理することにより、ＧＳＯ衛星およびＮＧＳＯ衛星との干渉についての規制上のＰＳＤ制限を総ＰＳＤが超過しないようにするための、システムおよび方法を提供することである。
【００１７】
さらにこの発明の別の目的は、所与の受信可能領域内で作動し共用の衛星中継器にアクセスする複数の移動端末のうちの各移動端末のＰＳＤを監視し、移動端末が伝送することになるＲＦ信号の総ＰＳＤが、予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過しないことを確実にするための中央制御システムであって、移動端末の各々によるＲＦ伝送を認可するのに用いられるものを使用するための、システムおよび方法を提供することである。
【００１８】
さらにこの発明の目的は、ＰＳＤが異なるＲＦ信号を各々が生成する複数の移動端末からの伝送を監視および認可するための装置および方法であって、移動端末による衛星中継器へのアクセスを管理するように作動し、移動端末すべてからの伝送の総ＰＳＤが、予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過しないようにするための、装置および方法を提供することである。この方法の目的は、衛星にある中継器へのアクセスの引き起こす総ＰＳＤが、予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過する場合には、このようなアクセスを拒絶し、総ＰＳＤが規制上の制限を下回れば中継器へのアクセスを許可する、制御システムを提供することである。
【００１９】
【発明の概要】
上記およびその他の目的は、テレビおよびデータサービスを移動プラットホームに提供するための或る方法および装置によって達成される。より特定的にこの発明は、所与の受信可能領域内で作動し共用の宇宙にある中継器にアクセスする複数の移動端末の総ＰＳＤを管理することにより、ＧＳＯ干渉およびＮＧＳＯ干渉について予め定められた規制上のＰＳＤ制限を総ＰＳＤが超過しないようにするための、方法および装置に関する。好ましい一実施例で、この発明のシステムは中央コントローラを有する地上部を利用する。
【００２０】
各々の移動端末は、宇宙にある中継器に対して「伝送認可要求」信号を送り、次にこの信号は中継器によって地上局に中継され、地上局は要求を受信して中央コントローラに送る。この信号は、伝送認可が与えられれば特定の移動端末により伝送されることになるＲＦ信号のＰＳＤを中央コントローラが求めることができるようにするさまざまな情報を含む。この情報は典型的に、移動端末の場所（すなわち移動端末と関連付けられた移動プラットホームの緯度および経度における場所）、この移動端末の伝送の対象である宇宙にある中継器の場所、移動端末上で用いられている送信アンテナの種類および設計、移動端末の伝送電力（Ｐi）、および移動送信アンテナの方向指示座標（すなわち方位角および仰角）を含む。任意には、アンテナ座標の代わりに移動プラットホームの向首角、ピッチ角および横転角を送ることもできる。中央コントローラは上述の情報を用い、移動端末が送信すべきＲＦ信号のＰＳＤを求めて、中継器チャネルを共用する他の移動プラットホームの総ＰＳＤに加える。次に中央コントローラは新たな総ＰＳＤを予め定められた規制上のＰＳＤ制限と比較し、移動端末が伝送を許されてもＰＳＤ制限を超過しないことを確実にする。ＰＳＤ制限を超過しなければ、中央コントローラは宇宙にある中継器を介して「伝送認可」信号を移動端末に送り、移動端末によるＲＦ伝送を認可する。
【００２１】
受信可能領域内で作動するあらゆる移動端末は、宇宙にある中継器を介して伝送要求信号を中央コントローラに送る。中央コントローラは各移動端末のＰＳＤを求め、ＰＳＤを合計して総ＰＳＤをもたらす。総ＰＳＤが規制上のＰＳＤ制限を下回る場合にのみ、次に中央コントローラは特定の移動端末の伝送を認可する。この後の、伝送の認可を要求する移動端末のいずれかについてのＰＳＤが、予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過するであろう総ＰＳＤをもたらすと中央コントローラにより判断されれば、中央コントローラは、要求を行なっている移動端末に伝送の認可を拒絶する。この態様で、各移動プラットホームからのＲＦ伝送の総ＰＳＤが予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過しなければ、複数の移動端末は宇宙にある中継器へのアクセスを許される。この態様で、規制上のＰＳＤ制限の近くで作動することにより、このシステムの効率もまた最大限にされる（ここで、ＰＳＤの推定には適当な誤差が見込まれる）。高価な衛星中継器の容量を最大限に利用することは、システム稼動コストを減少させ収益性を最大化するためには必須である。
【００２２】
上述の動作を達成するために、各移動端末からのＲＦ伝送信号は周波数について拡散され、任意の所与周波数でのＰＳＤを減少させる。好ましい実施例では、各移動端末のＰＳＤは衛星中継器の全帯域幅Ｂにわたって拡散される。この方法を用いて、多数の移動端末がリターンリンク中継器へのアクセスを同時に共用する。典型的には、数十あるいは数百の移動端末が中継器を共用でき、中央コントローラが総ＰＳＤを規制上の制限未満に維持する。
【００２３】
これに代わる実現例では、各移動端末のＰＳＤは中継器帯域幅内の予め定められた周波数チャネルにわたって拡散され、こうして中継器帯域幅は複数のＮ個の周波数チャネルへ分割され、チャネル帯域幅はＢ／Ｎである（ここで“Ｂ”は中継器帯域幅一杯を表わす）。各移動端末は特定のチャネルに割当てられ、その信号をチャネル帯域幅一杯にわたって拡散する。多数の移動端末が各チャネルで作動するように割当てられ、一方で中央制御システムは各チャネルでの総ＰＳＤを規制上の制限未満に維持する。
【００２４】
この発明の上記の実施例の両方で、周波数について伝送信号を拡散する方法が必要となる。一般的に用いられるいくつかの異なった拡散方法をこの発明に対して用いることができるが、好ましい拡散方法は直接拡散スペクトルであり、これは擬似雑音（ＰＮ）符号を用いて信号エネルギを予め定められた周波数帯域にわたって分散させる。多数の移動端末は、異なったＰＮ拡散符号を用いることにより、単一の中継器または中継器チャネルに同時にアクセスできる。移動端末からの信号が衛星中継器により受信され、地上へ転送された後、地上局にある受信機は、各移動端末に割当てられた特定のＰＮ符号に対応するフィルタを用いて、各移動端末からの信号を分離する。多数の移動端末間の干渉は、多数の移動端末からのＰＮ符号伝送を同期することによって最小限にされ得るが、実際にはこれは移動端末では達成困難であるため、好ましい実施例では非同期符号伝送が用いられる。
【００２５】
この発明の鍵となる特徴は、移動端末に対する需要割当多重接続を提供することである。移動端末は、移動端末にいるユーザによるデータレートへの瞬間的な需要に従ってデータレートを要求および放出する。衛星へ、そして地上局へ伝送を行なうために移動端末が要求する伝送電力は、データレートに比例する。したがって中央コントローラは、伝送電力、したがってＰＳＤにおける変化に従って、移動端末からの異なったデータレートに対する要求を処理する。したがって、増加したデータレートに対する要求は実質的にはより大きなＰＳＤに対する要求であり、中央コントローラは、先に記載の態様で、要求が認められる前に総ＰＳＤがＰＳＤの規制上の制限よりも小さいかどうかを評価することになる。一方で、使用されていないデータレートを移動端末が放出する場合、ＰＳＤ寄与は総計から減じられ、こうしてこのＰＳＤを、中継器またはチャネルを共用する他の移動端末にとって利用可能にできる。
【００２６】
ＮＯＣは、フォワードリンクを用いて非活動の機上端末すべてを定期的にポーリングする。ポーリングメッセージは、機上端末の伝送を可能にするためにＧＳＯ円弧のＥＩＲＰスペクトル密度について十分な容量をＮＯＣが確保したリターンリンク中継器を特定する。機上端末はそのポーリングメッセージを受信すると、割当てられたリターンリンク中継器を介してＮＯＣへ応答を送信し、ＮＯＣは機上端末に「活動」の状態を割当てる。
【００２７】
この発明の好ましい実現例はさらに、二重の閉ループ電力制御方法を利用し、これによって中央コントローラは、第１の制御閉ループに従って受信可能領域内の移動端末の各々と通信し、移動端末の各々に指令を送信することによって、監視される信号の受信信号対雑音比（“Ｅｂ／Ｎｏ”）に基づき、必要に応じ伝送ＥＩＲＰを増加または減少させて通信リンクを閉じたまま維持するように、移動端末に指示する。この方法によって、地上局は受信したＲＦ信号のＥｂ／Ｎｏを測定し、移動端末に定期的に指令を送り返すことによって、所望の制御範囲内にＥｂ／Ｎｏを維持するようにこのような移動端末の各々についての伝送電力を増加または減少させる。
【００２８】
電力制御指令間の合間で、伝送ＥＩＲＰを指令されたレベルに維持するために第２の制御ループが移動端末によって用いられる。第２の制御閉ループは、移動プラットホームの急激な移動および／または姿勢の変化の際に伝送ＥＩＲＰを安定させるのに必要である。このように第２の制御閉ループは、地上の中央コントローラと移動端末との間における、往復でおよそ０．５秒の往復遅延によって引起こされる電力制御エラーを減少させる。
【００２９】
これに代わる開ループ電力制御実現例では、各移動端末は地球上での自分の位置および姿勢を判断する。移動端末にはさらに、自分が通信することになる宇宙にある中継器の場所に関する記憶された情報が与えられる。この情報から移動端末は、衛星に対するＲＦ信号の伝送中に生じるリターンリンク損失を推定し、これに従ってその伝送電力を調整する。この方法で、移動端末は自分の伝送電力、位置および姿勢を中央コントローラに定期的に報告することになり、こうしてそのＰＳＤ寄与が監視され得るようにする。
【００３０】
好ましい実施例でこの発明はさらに、各移動端末のＰＳＤ寄与をより正確に求めるための「逆方向算出」方法を利用する。「逆方向算出」方法は、移動端末が行なう伝送ＥＩＲＰの推定を用いることによる移動端末ＰＳＤの「順方向算出」よりも、航空機ＰＳＤを求めるはるかに正確な方法である。移動端末が伝送ＥＩＲＰを正確に推定することは、実際には困難で費用もかかる。このためこの発明は、地上局での受信Ｅｂ／Ｎｏを知り、リンクを通じて逆方向に進んで、移動端末の対応する伝送ＥＩＲＰを求めることによって移動端末ＥＩＲＰを「逆方向算出」する、新規の方法を用いる。一旦伝送ＥＩＲＰが求められると、ＧＥＯ面に沿ったＰＳＤ、およびＧＥＯ軌道面から離れたＰＳＤが、以下に記載の態様で求められ得る。
【００３１】
この発明の好ましい実施例では、移動端末と地上局との間のリターンリンクの性能は、航空機と衛星との間のリンク部分によって制限される。衛星と地上との間のリターンリンクの部分は、好ましい実施例でリターンリンクの性能を低下させない。これは、十分に高い利得対雑音温度（Ｇ／Ｔ）を有する地上局アンテナの選択によって実際に達成される。この条件下で、地上局での受信Ｅｂ／Ｎｏは衛星での受信Ｅｂ／Ｎｏと等しく、移動端末のＥＩＲＰを逆方向算出するための方程式は著しく単純化されるため、実際のシステムでこの方法の使用が可能となる。
【００３２】
逆方向算出方法を用いてＮＯＣが移動端末のＥＩＲＰを一旦求めると、次のステップで移動端末のＰＳＤ寄与を算出する。これを達成するためには、ＮＯＣは移動端末の場所および姿勢を知ることが必要となる。したがって移動端末は、フォワードリンク上でＮＯＣにこれらパラメータを定期的に報告することが必要である。位置／姿勢報告がＮＯＣで受信されるたびに、この移動端末からのＰＳＤ寄与が再算出され、そのＰＳＤ寄与が総計に加えられる。移動端末のＰＳＤを算出する方法は、正確なアンテナ利得モデルを用いて、移動端末について報告された場所および姿勢、ならびに衛星についての既知の場所によって規定される幾何学的関係を知ることで、ＧＥＯ面上にＥＩＲＰを投影することに関する。
【００３３】
移動端末からのリターンリンク信号に対する電力制御を実現するための好ましいシステムもまた開示される。このシステムでは、移動端末がある移動プラットホームの姿勢が変化するにつれて移動端末の伝送する信号に生じる電力のばらつきを勘案するために、走査角補償器を利用して、移動端末の送信アンテナに対して適用すべき補償信号を決定する。報告アルゴリズムおよび地上コントローラを組込んだ別個の制御ループを用いて、宇宙にある中継器から地上局で受信された電力のばらつきを調べ、移動プラットホームに電力修正指令を返し、これら電力修正指令によって、移動端末の送信する信号の電力レベルがより厳密に制御される。走査角補償器は本質的に開ループ制御回路を形成し、この制御回路は、移動プラットホームの移動端末から伝送される信号の電力レベルに対して移動プラットホームの姿勢の変化が与える影響に関する、予め記憶された情報との関連で機能する。走査角補償器は、走査角測定を分析、またはたとえば移動プラットホームの慣性座標単位（ＩＲＵ）によって与えられる姿勢情報から必要な走査角測定情報を推測することができ、走査角補償器はさらに、移動端末から伝送されている信号の電力レベルで必要な変化を素早く求めることによって、目標衛星以外の衛星との干渉を防止することができる。
【００３４】
このシステムの地上ループコントローラ部は、衛星にある中継器が受信した信号のＥｂ／Ｎｏを調べて、目標衛星の近傍にある衛星との干渉を防止するために移動端末が信号に適用する必要がある適当な電力レベル修正指令を決定するように作動する。地上ループコントローラは、宇宙にある中継器を介して移動端末に電力レベル修正指令を送信し、宇宙にある中継器は、電力レベル修正の必要な程度を移動端末に知らせる役割を担う。有利なことに、電力レベル修正指令は単に伝送される信号の電力レベルで必要な増分変化を示す値を表わすにすぎず、かつ意味のある修正が適用され得ると地上ループコントローラが判断したときにのみ伝送されるため、これら指令の伝送に必要な帯域幅は、特定の電力レベルに関する信号を、これが影響を与えるであろう電力レベル修正を問わず規則的な間隔で伝送する場合よりも小さくなる。このように走査角補償器および地上ループコントローラは、移動端末から伝送される信号の電力レベルをより正確に制御するための２つの独立の制御ループを提供する。
【００３５】
【好ましい実施例の詳細な説明】
この発明のさまざまな利点は、以下の明細書および前掲の特許請求の範囲を熟読し、添付の図面を参照することによって当業者に明らかとなるであろう。
【００３６】
図１を参照すると、この発明の好ましい実施例に従うシステム１０が示され、これは、１つ以上の別個の受信可能領域１４ａおよび１４ｂにある複数の移動プラットホーム１２ａ〜１２ｆとデータコンテンツをやり取りするためのものである。システム１０は一般に、地上部１６と、宇宙部１７を形成する複数の衛星１８ａ〜１８ｆと、各移動プラットホーム１２上に配置された移動システム２０とを含む。移動プラットホームは航空機、遊覧大型客船、またはその他移動するどのような乗物も含むことができる。したがって、ここに移動プラットホーム１２を図面で航空機として例示し、以下の説明全体にわたり移動プラットホームを航空機として参照していることは、例示的なものと理解されるべきであり、システム１０の適用可能性を航空機のみに限定するものと解釈されるべきではない。
【００３７】
宇宙局１７は、各受信可能領域１４ａおよび１４ｂの各々において、各領域に受信可能性を提供するのに必要な任意の数の衛星１８を含み得る。衛星１８ａ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｅはＫｕ帯またはＫａ帯の衛星であることが好ましい。衛星１８ｃおよび１８ｆは放送衛星サービス（ＢＳＳ）衛星である。さらに、衛星１８の各々は静止軌道（ＧＳＯ）または非静止軌道（ＮＧＳＯ）に位置付けられる。この発明で用いられ得る可能なＮＧＳＯ軌道の例には、周回低軌道（ＬＥＯ）、周回中軌道（ＭＥＯ）および楕円軌道（ＨＥＯ）が含まれる。衛星１８の各々は少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）中継器、より好ましくは複数のＲＦ中継器を含む。たとえば衛星１８ａは、４つの中継器１８ａ1〜１８ａ4を有するものとして例示されている。ここに例示する他の衛星１８の各々は、受信可能領域で作動すると予想される数の航空機１２に対処するのに必要なだけ、より多数または少数のＲＦ中継器を含み得ることが理解されるであろう。中継器は、航空機１２と地上部１６との間の「ベントパイプ」通信を提供する。これら通信リンクに用いられる周波数帯域は、およそ１０ＭＨｚから１００ＧＨｚまでのあらゆる無線周波数帯域を含み得る。中継器は好ましくは、固定衛星サービスＦＳＳまたはＢＳＳ衛星について連邦通信委員会（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による、Ｋｕ帯の中継器を含む。さらに、異なった種類の中継器を採用することもでき（すなわち各衛星１８は、同一種の複数の中継器を含む必要はなく）、各中継器は異なった周波数で作動することができる。中継器１８ａ1〜１８ａ4の各々はさらに、受信可能である広い地理的な領域、高い実効等方向放射電力（ＥＩＲＰ）、および高い利得／雑音温度（Ｇ／Ｔ）を含む。
【００３８】
図１をさらに参照すると、地上部１６は地上局２２を含み、この地上局２２はコンテンツセンター２４およびネットワークオペレーションセンター（ＮＯＣ）２６と双方向で通信する。２つ以上の別個の受信可能領域がサービスのために必要である場合には、第２の受信可能領域１４ｂに配置される第２の地上局２２ａを用いることもできる。この場合には、地上局２２ａもまた、ＮＯＣ２６との通信リンクを確立するための地上リンクまたはその他の任意の好適な手段によって、ＮＯＣ２６と双方向で通信することになる。地上局２２ａはコンテンツセンター２４ａとも双方向で通信する。ここでの議論のために、受信可能領域１４ａで行なわれる作動との関連でシステム１０を説明する。しかしながら、衛星１８ｄ〜１８ｆについて同一の作動が受信可能領域１４ｂで行なわれることが理解されるであろう。さらにこの発明は、上述の態様で任意の数の受信可能領域１４へ拡張可能であることが理解されるであろう。
【００３９】
地上局２２は、衛星１８ａおよび１８ｂにデータコンテンツを送信するのに必要なアンテナおよび関連のアンテナ制御電子機器を含む。地上局２２のアンテナはさらに、受信可能領域１４ａ内の各航空機１２の移動システム２０から発して中継器１８ａ1〜１８ａ4により中継されたデータコンテンツを受信するのにも用いられ得る。地上局２２は受信可能領域１４ａ内であればどこに配置されてもよい。同様に、地上局２２ａが組込まれていれば、これも第２の受信可能領域１４ｂ内のどこに配置されてもよい。
【００４０】
コンテンツセンター２４は、さまざまな外部のデータコンテンツプロバイダと通信し、これが受信した映像およびデータ情報の地上局２２への伝送を制御する。好ましくはコンテンツセンター２４は、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）３０、映像コンテンツ源３２および公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）３４と交信する。任意には、コンテンツセンター２４はさらに１つ以上の仮想施設網（ＶＰＮ）３６と通信する。ＩＳＰ３０は、インターネットへのアクセスを各航空機の各搭乗者に提供する。映像コンテンツ源３２は、たとえばケーブルニュースネットワーク（ＣＮＮ）およびＥＳＰＮなどの生放送テレビ番組を提供する。ＮＯＣ２４は、伝統的なネットワーク管理、ユーザ認証、課金、顧客サービス、および請求書作成発送を行なう。第２の受信可能領域１４ｂにある地上局２２ａに関連のコンテンツセンター２４ａもまた、ＩＳＰ３８、映像コンテンツプロバイダ４０、ＰＳＴＮ４２、および任意にはＶＰＮ４４と通信することが好ましい。衛星リターンリンクについての代替案として、航空機電話システム２８を任意に含めることもできる。
【００４１】
次に図２を参照して、各航空機１２に配置された移動システム２０を以下に詳細に説明する。便宜上、システム１０の構成要素および／または動作の説明を支援するために、航空機１２ａへの特定的な参照を適宜行なう。各移動システム２０は、ルータ／サーバ５０（以下「サーバ」）の形のデータコンテンツ管理システムを含み、これは通信サブシステム５２、制御ユニットおよび表示システム５４、ならびにローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）５６の形の配信システムと通信する。任意には、サーバ５０はさらに、米国航空機電話システム（ＮＡＴＳ）５８、乗務員情報サービスシステム６０、および／または機内娯楽システム（ＩＦＥ）６２と接続して作動するように構成され得る。
【００４２】
通信サブシステム５２は、送信機サブシステム６４および受信機サブシステム６６を含む。送信機サブシステム６４は、サーバ５０から送信アンテナ７４へ、データコンテンツ信号を符号化、変調、および周波数を高くして変換するための、符号器６８、変調器７０およびアップコンバータ７２を含む。受信機サブシステム６６は、受信アンテナ８２で受信された信号を、ベースバンド映像信号および音声信号、ならびにデータ信号となるように復号、復調、および周波数を低くして変換するための、復号器７６、復調器７８、およびダウンコンバータ８０を含む。ここではただ１つの受信機サブシステム６６を示すが、一般的には、複数のＲＦ中継器からのＲＦ信号の同時受信を可能にするために、複数の受信機サブシステム６６を含めることが好ましいと理解されるであろう。複数の受信機サブシステム６６を示すとすれば、これに対応する複数の構成要素７６〜８０もまた必要となるだろう。
【００４３】
受信機サブシステム６６が受信した信号は次にサーバ５０に入力される。移動システム２０のサブシステムすべてを制御するために、システムコントローラ８４が用いられる。具体的に、システムコントローラ８４は信号をアンテナコントローラ８６に供給し、これは受信アンテナ８２を電子的に操縦するために用いられ、これにより受信アンテナを特定の一衛星１８（以下「目標」衛星と呼ぶ）に向けて維持する。送信アンテナ７４は受信アンテナ８２のスレーブとなり、こうしてこれもまた目標衛星１８を追跡する。移動アンテナの種類によっては、同じ開口から送信と受信とが可能であることが理解されるであろう。この場合には、送信アンテナ７４および受信アンテナ８２は組み合わされて単一のアンテナとなる。
【００４４】
さらに図２を参照すると、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）５６は、サーバ５０と、航空機１２ａ上の各々の座席の場所と関連付けられた複数のアクセス局８８とのインターフェイスを取るために用いられる。各アクセス局８８は、サーバ５０と、ユーザのラップトップコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）またはユーザのその他のパーソナルコンピュータ装置とを直接インターフェイスするのに用いられ得る。アクセス局８８の各々はさらに、座席背面に取付けられたコンピュータ／ディスプレイも含むことができる。ＬＡＮ５６は、ユーザのコンピュータ装置とサーバ５０との間の双方向データ通信を可能にし、こうして各ユーザは、航空機１２にいる他のユーザとは独立に、所望のテレビ番組チャネルを要求、所望のウェブサイトにアクセス、自分のｅメールにアクセス、またはその他の多種多様な作業を行なうことができる。
【００４５】
受信アンテナ８２および送信アンテナ７４は、どのような形態の操縦アンテナをも含み得る。好ましい一形態でこれらアンテナは、電子的に走査されるフェーズドアレイアンテナを含む。フェーズドアレイアンテナは、空力抵抗が重要な問題である航空用途に対して特に適切である。この発明で用いるのに適切な電子走査フェーズドアレイアンテナの特定の一形態は、ザ・ボーイング・カンパニーに譲渡された米国特許第５，８８６，６７１号に開示されている。
【００４６】
再び図１を参照し、システム１０の作動について、データコンテンツは好ましくは、インターネットプロトコル（ＩＰ）パケットへフォーマットされてから、地上局２２により、または各移動システム２０の送信アンテナ７４から送信される。ここでの議論のため、ＩＰパケットの形のデータコンテンツを地上局２２から送信することを「フォワードリンク」送信と呼ぶ。さらに、ユニキャスト、マルチキャストおよびブロードキャスト伝送を用いて、受信可能領域１４ａ内で作動する航空機１２の各々へデータコンテンツを同時に与えることができるように、ＩＰパケットの多重化を採用することが好ましい。
【００４７】
中継器１８ａ1〜１８ａ4の各々が受信したＩＰデータコンテンツパケットは次に、中継器によって、受信可能領域１４ａ内で作動する各航空機１２へ中継される。受信可能領域１４ａにわたって多数の衛星１８を例示するが、米国の大陸部全体を覆う区域に対して、現在は単一の衛星で受信可能性を提供できることが理解されるであろう。したがって、受信可能領域の地理的な大きさと、領域内で予想される移動プラットホームの交通量とに依存して、全領域に受信可能性を提供するには単一の中継器を組込む単一の衛星だけでよいこともあり得る。米国の大陸部以外の別個の受信可能領域には、ヨーロッパ、南／中央アメリカ、東アジア、中東、北大西洋などが含まれる。米国大陸部よりも大きなサービス領域では、領域内の完全な受信可能性を提供するために、１つ以上の中継器を各々が組込む複数の衛星１８が必要となることもあると予想される。
【００４８】
受信アンテナ８２および送信アンテナ７４の各々は、その関連付けられた航空機１２の胴体の上部に配置されることが好ましい。各航空機１２の受信アンテナ７４は、符号化されたＲＦ信号のＲＦ伝送全体を受信し、これは中継器１８ａ1〜１８ａ4の中の少なくとも１つからのＩＰデータコンテンツパケットを表わす。受信アンテナ８２は水平偏波（ＨＰ）信号および垂直偏波（ＶＰ）信号を受信し、これらは受信機６６の中の少なくとも１つに入力される。２つ以上の受信機６６が組込まれていれば、一受信機は、これが向けられている目標衛星１８で運ばれる特定の中継器１８ａ1〜１８ａ4と共に用いられるように指定される。受信機６６は符号化されたＲＦ信号を復号し、復調し、周波数を低くして変換することにより、映像信号および音声信号、ならびにデータ信号を生成し、これらはサーバ５０に入力される。サーバは、航空機１２ａ上のユーザに対して意図されていないあらゆるデータコンテンツをフィルタ処理して破棄し、残ったデータコンテンツをＬＡＮ５６経由で適当なアクセス局８８に送る。この態様で各ユーザは、番組またはその他の情報のうち、自分が要求していた部分のみを受信する。こうして各ユーザは、航空機１２ａ上にいる他のユーザすべてから独立して、所望の番組チャネルを要求して受信、ｅメールにアクセス、インターネットにアクセス、およびその他のデータ転送作業を実行することが自由にできる。
【００４９】
この発明の利点は、システム１０が生放送テレビ番組（たとえばニュース、スポーツ、天気、娯楽など）のＤＢＳ伝送も受信できることである。ＤＢＳサービスプロバイダの例にはDirecTVおよびEchostarが含まれる。ＤＢＳ伝送は放送衛星サービス（ＢＳＳ）に指定された周波数帯域で行なわれ、北アメリカでは一般に円偏波である。したがって、北アメリカで放送衛星サービスを受信するために、受信アンテナ８２に対して線形偏波変換器が任意に追加され得る。データサービスを搬送するＦＳＳ周波数帯域と、ＤＢＳ伝送を搬送するＢＳＳ周波数帯域とは、Ｋｕ帯の中で互いに隣接する。システム１０の任意の一実施例では、単一のＫｕ帯の受信アンテナを用いて、ＤＢＳ衛星１８ｃおよび１８ｆからＢＳＳ帯域でＤＢＳ伝送を受信、またはＦＳＳ衛星１８ａまたは１８ｂのうち１つからＦＳＳ帯域でデータサービスを受信することができ、または同じ受信アンテナ８２を用いて両方を同時に行なうこともある。多数の衛星１８からの同時受信は、マルチビーム受信アンテナ８２を用いるか、または同じ静止軌道スロットに位置付けられた衛星とともに単一のビーム受信アンテナ８２を用いることによって達成される。
【００５０】
再放送テレビまたはカスタマイズされた映像サービスもまた、移動システム２０により同じ態様で受信および処理される。再放送またはカスタマイズされた映像コンテンツは、映像コンテンツ源３２から入手されて地上局２２経由でＦＳＳ衛星１８ａおよび１８ｂに送信される。映像コンテンツは、コンテンツセンター２４によって伝送のために適当に符号化されてから、地上局２２により放送される。移動システム２０のサーバ５０（図２）で再放送コンテンツに対しいくらかのカスタマイズを行なうことで、特定の市場または航空機１２ａ上のユーザの関心に合わせて広告およびその他の情報コンテンツを調整することもある。
【００５１】
各航空機１２上のユーザに提供される大量のデータコンテンツは、民間のポータルデータコンテンツを用いて提供される。これは各移動システム２０のサーバ５０に保存された１組のＨＴＭＬページとして実現される。コンテンツは、更新された部分を、コンテンツセンター２４に配置される地上サーバから定期的に伝送することで新しく保たれ、これは地上部１６のＮＯＣ２６で制御されるスケジューリング機能に従って行なわれる。サーバ５０は、ユーザログオン情報を受付けてユーザの認証および許可をサポートするように、およびユーザおよびネットワーク課金情報を追跡して請求書作成発送システムをサポートするように容易に構成可能である。認証および課金システムは、地上部１６と通信して、蓄積されたデータを都合のよい間隔でＮＯＣ２６へ転送するように構成され得る。
【００５２】
この発明のシステム１０はさらに、たとえば航空機１２にいるユーザが、サーバ５０でキャッシュに保存されていないデータコンテンツを入手したいと望む場合、またはコンテンツ源が民間ポータルに新しいコンテンツを提供するための通路としてなど、さまざまな目的のために、衛星リンク経由の直接のインターネット接続を提供する。サーバは、最も頻繁に要求されるウェブページをキャッシュで保存するために用いられ、さらに最も頻繁にアクセスされるドメインのドメインネームシステム（ＤＭＳ）ルックアップ表を受け入れるために用いられ得る。ＤＭＳルックアップ表は、コンテンツセンター２４により維持され、移動システム２０上で定期的に更新されることが好ましい。ポータルのキャッシュに保存されたコンテンツのリフレッシュは、飛行中定期的に「押される（pushed）」キャッシュリフレッシュによって、または空港ターミナルのゲートで、航空機１２ａへの任意の形態の有線接続または無線接続を用いて達成することができ、または、航空機１２の乗務員がＣＤＲＯＭを機内に持込んでこれをキャッシュサーバに入れる、手動キャッシュリフレッシュによって達成されることもある。発明１０は、衛星リンクによる、飛行中の定期的に押されるキャッシュリフレッシュ更新を実現している。好ましくは、キャッシュコンテンツのリフレッシュは衛星リンクへの需要が少ない期間に行なわれる。
【００５３】
地上部１６への見通し線のリンクが確立されて物理的なインフラストラクチャが与えられる場合には、システム１０で航空機電話システム２８を任意に採用することもできる。たとえば航空機電話システムを組込む任意の実現例を、低データレートのリターンリンク（２．４ｋｂｐｓから９．６ｋｂｐｓ）のために用いることができる。ヨーロッパおよびアジアなど他の地域には、地上のセルラー式通信リンクを用いて航空機と通信する類似の航空機電話システムがあることが理解されるであろう。航空機電話システム（たとえば北アメリカのＮＡＴＳ）は、電話トラフィックを搬送するように設計されたものであるが、単一のユーザのコールごとのポイント・ツー・ポイントアナログモデムデータを伝えるように適合されている。この発明では、移動システム２０からのリターンリンクトラフィック全体は、サーバ／ルータ５０、スイッチまたはＰＢＸ（図示せず）で組み合わされてから、アナログモデム経由で、または直接デジタルインターフェイス（たとえばＣＥＰＴ−Ｅ１）経由で航空機電話リターンリンクと結合される。ルータ／スイッチから航空機電話システムへの多重同時接続を確立することで、拡張された容量を提供することができる。機上およびＮＯＣルータ間でデータストリームの分割／合流を達成するために、マルチリンクのポイント・ツー・ポイント（ＰＴＰ）データカプセル封じを用いることもある。航空機電話システム経由の多数接続によって、容量が拡張されるのに加え、単一の接続障害に対する許容度が増大する。移動プラットホームが多数の受信可能領域を通過する際、別個の航空機電話システムアンテナ塔間の引渡しは航空機電話システムによって管理され、それぞれの航空および地上ルータ間の接続は自動的に管理される。
【００５４】
この発明で想定される重要な応用例は、地球上で衛星中継器による受信可能性が現在ほとんどない、または全くない海上または遠隔の地域（極地域を含む）の上を長時間飛行する航空機に関するものである。この発明は、全地球規模の受信可能性（極地域を含む）を提供するために、将来海上軌道に打ち上げられる予定のＧＳＯ衛星または新たな配列のＮＧＳＯ衛星とともに作動することができる。
【００５５】
さらに図１を参照して、航空機１２ａから地上局２２へのデータコンテンツの送信を説明する。この送信を「リターンリンク」送信という用語で呼ぶ。アンテナコントローラ８６は、送信アンテナ７４がそのアンテナビームを目標衛星１８ａに向くように維持する。各移動システム２０から地上局２２へと戻る通信に用いられるチャネルは、地上部１６のＮＯＣ２６によって個々に割当てられ動的に管理されるポイント・ツー・ポイントリンクを表わす。システム１０が数百またはそれ以上の航空機１２に対処できるように、所与の衛星１８によって運ばれる各中継器に対して多数の航空機を割当てる必要がある。リターンリンクで好ましい多重アクセス方法は、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）、周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）、またはこれらを組合せたものである。これにより、多数の移動システム２０を単一の中継器１８ａ1〜１８ａ4に割当てることができる。移動システム２０を組込む多数の航空機１２が受信可能領域１４ａ内で作動する場合には、必要な中継器の数もこれに従って増加する。
【００５６】
受信アンテナ８２は、アンテナビームを方向付け、かつ受信信号振幅に基づきアンテナの偏波を調節するための、閉ループ追跡システムを実現し得る。送信アンテナ７４は、受信アンテナ８２の方向付けおよび偏波に従属する。これに代わる実現例では開ループの追跡方法を用いることができ、方向付けおよび偏波は、機上の慣性座標単位（ＩＲＵ）を用いた移動プラットホームの位置および姿勢についての知識と、衛星１８の場所についての知識とによって決定される。
【００５７】
符号化されたＲＦ信号は、所与の航空機１２の移動システム２０の送信アンテナ７４から、中継器１８ａ1〜１８ａ4のうち割当てられた一中継器に送信され、指定の中継器によって地上局２２へ中継される。地上局２２はコンテンツセンター２４と通信し、ユーザが要求した適当なデータ（たとえばワールドワイドウェブからのコンテンツ、ｅメール、またはユーザのＶＰＮからの情報）を決定および提供する。
【００５８】
さらにシステム１０について考慮すべき問題は、受信アンテナ８２の開口サイズが小さいため、その結果として生じ得る干渉の可能性である。受信アンテナ８２の開口サイズは一般的に、従来の「超小型地上局（ＶＳＡＴ）」アンテナよりも小さい。したがって受信アンテナ８２からのビームは、静止軌道の円弧に沿って隣接する衛星を含めてしまうことがある。この結果、特定の移動システム２０が受信している目標衛星以外の衛星からの干渉が生じるおそれがある。この潜在的な問題を克服するために、システム１０は、隣接する衛星からの干渉を克服する通常未満のフォワードリンクデータレートを用いることが好ましい。たとえばシステム１０は、典型的なＦＳＳのＫｕ帯中継器（たとえばTelstar−６）と、有効な開口が約１７×２４インチ（４３．１８×６０．９６ｃｍ）であるアンテナとを用い、中継器当り少なくとも約５Ｍｂｐｓの好ましいフォワードリンクデータレートで作動する。これと比較すると、典型的なＫｕ帯中継器は通常、従来のＶＳＡＴアンテナを用いておよそ３０Ｍｂｐｓのデータレートで作動する。
【００５９】
標準的なＤＶＢ（Digital Video Broadcast）波形を用いると、フォワードリンク信号は一般に、合計２７ＭＨｚの中継器帯域幅のうち８ＭＨｚ未満を占める。しかし、最大限未満の中継器帯域幅に中継器の電力を集中させると、規制上の問題が生じ得る。ＦＣＣ規制は現在、間隔の狭い衛星間での干渉を防ぐために、中継器からの最大実効等方向放射電力（ＥＩＲＰ）スペクトル密度を規制している。したがって、この発明の好ましい一実施例では、変調器７０でスペクトル拡散変調技術を採用し、周知の信号拡散技術を用いて中継器帯域幅にわたるフォワードリンク信号を「拡散」させる。これにより、中継された信号のスペクトル密度が減少し、こうして２つ以上の移動システム２０間の干渉の可能性がなくなる。
【００６０】
さらに、目標衛星１８に隣接する衛星への干渉を防ぐ規制上の要件を、送信アンテナ７４もまた満たすことが等しく重要である。ほとんどの移動用途で用いられる送信アンテナもまた、従来のＶＳＡＴアンテナ（一般的に直径１メートルの反射アンテナ）よりも小さくなる傾向にある。航空用途に用いられる移動送信アンテナは、空気抵抗が低く、軽量で電力消費が少なく、さらに比較的小さなサイズである必要がある。これらすべての理由から、送信アンテナ７４のアンテナ開口は従来のＶＳＡＴアンテナよりも小さいことが好ましい。ＶＳＡＴアンテナのサイズは、静止軌道の円弧上にある単一のＦＳＳ衛星を照らすのに十分狭いアンテナビームをもたらすようにされる。これは重要なことであるが、それは、ＦＳＳ衛星が静止軌道の円弧に沿って２°の間隔で隔てられるからである。この発明で用いられる送信アンテナ７４のアンテナ開口はこのように通常よりも小さいので、場合によっては静止軌道の円弧に沿って目標衛星に隣接する衛星を照射するのに十分広いアンテナビームがもたらされ、ＲＦエネルギが、干渉の問題を生じさせ得る電力スペクトル密度を有することがある。
【００６１】
上述の潜在的な問題は、この発明の好ましい一実現例で、共用される共通の中継器（たとえば衛星中継器１８ａ1）経由の多数の衛星リターンリンクを作動させ管理するための方法、より特定的には、移動システム２０の各々により送信されるＲＦ信号の最大照射ＰＳＤを管理して、総ＰＳＤが規制上の最大ＰＳＤ制限を超過しないようにするための方法によって除去される。したがってこの発明の実現によって、各々が移動システム２０を有する大量（数百または数千）の航空機であって、多種多様にわたる異なったアンテナで作動する航空機１２からなる通信システムにおいて、リターンリンクシステム容量の効率的な管理が可能となる。この発明ではさらに、移動システム２０の各々が送信を行ない得る異なったデータレート、およびたとえば米国大陸部などの地理的に見て広範囲の受信可能領域にわたる各航空機１２の場所の影響が考慮される。
【００６２】
上述の干渉の問題は、図３に示される。移動システム２０は、「目標」衛星に向かって電力を照射する。しかしながら、移動システム２０で使用される小開口伝送アンテナ７４のため、照射されたエネルギが目標の衛星１８ａだけでなく、静止軌道の円弧９０に沿って目標の衛星１８ａの近隣に配置される衛星１８ｇから１８ｊに当たる。このことによって、衛星１８ｇから１８ｊの作動に干渉が生じ得るため、ＦＣＣおよびＩＴＵなどの規制当局はブロードキャストされるＲＦ信号のＰＳＤを厳しく規制している。Ｋｕ周波数帯での移動衛星システムの運用についての規制上の要件は、近隣の衛星の潜在的な干渉の総計が、−１４ｄＢＷ／４ＫＨｚの電力をそのアンテナに受け、静止衛星軌道の可視部に沿ったすべての角度についてＦＣＣ無線規制のセクション２５．２０９（ａ）のサイドローブ要件を満たすアンテナを備えて作動する、単一の地球局によって引き起こされるであろう干渉を超えないことである。同様の規制上の制限がヨーロッパおよび世界の他の地域での運用に適用されている。ＦＣＣはさらに、いかなる数の移動端末からのＲＦ伝送がもたらす近隣の衛星の干渉の確定的な総計が、いかなるときも単一のＶＳＡＴ地球局によって引き起こされるであろう干渉を超過しないことを要求している。さらにＦＣＣは、独立した移動ユニットはフォワードリンクを経由して中央ハブ端末からの指令を受けたときのみ伝送するように要求している。したがって、複数の独立した移動端末が作動する際、総ＰＳＤはいかなるときも予め定められたＰＳＤ制限を超過してはならず、さらに移動端末の各々は中央ハブ端末からの指令を受けたときのみ伝送可能である。
【００６３】
この発明の一実現例が図４に示され、ここで受信可能領域は米国大陸部（「ＣＯＮＵＳ」）として示される。地上部１６の基準地上局２２はカンザス州ウィチタにある。衛星１８′は静止衛星（この例では、西経９３°にあるテレスター（Telestar）６）である。ＣＯＮＵＳ内で実施される際、この発明の目的は、たとえばテレスター６衛星の中継器を共有するすべての移動端末によって生成される総干渉が、図４に示されるようにＣＯＮＵＳ受信可能領域の中央にある基準地上局２２によって静止軌道９０°の円弧に沿って照射される最大許容ＥＩＲＰスペクトル密度を超過しないようにすることである。単一の移動システム２０からのＥＩＲＰスペクトル密度のパターンは、その伝送電力、アンテナ利得パターンおよび占有する信号帯域幅によって決定される。（利得の固定された）ある特定のアンテナの場合、ＰＳＤを制御するために利用可能なパラメータは伝送電力（Ｐ）および信号帯域幅（Ｂ）のみである。移動アンテナは必然的に低利得アンテナであるため、衛星中継器１８ａ1との通信リンクを閉じるのに必要なＥＩＲＰを達成するにはより大きい伝送電力が必要である。ＥＩＲＰは、利得（Ｇ）と伝送電力（ＰI）との積としても表わすことができる。したがって、通信リンクを閉じるのに或る所望のＥＩＲＰが必要である場合、ＥＩＲＰ密度を制御するために利用可能な変数は信号帯域幅（Ｂ）のみである。よって、ＥＩＲＰスペクトル密度は、ＥＩＲＰ／Ｂとして表わすことができる。
【００６４】
実際には、中位から高いデータレート（１６Ｋｂｐｓより大きい）で作動し、典型的なＦＳＳ中継器を使用する低利得（小開口）アンテナでは、信号の帯域幅は、信号を周波数で「拡散」することなく規制上の要件を満たすのに不十分である。周波数拡散のための方法はこれまでに多く開発されているが、使用される特定の拡散技術はこの発明の実施にとって重要ではない。考慮すべきことは、何らかの拡散方法を用いて帯域幅（Ｂ）を制御し、伝送された信号のＥＩＲＰスペクトル密度を十分に減少させて規制要件を満足させ、さらに拡散方法によって、受容できない干渉を互いに対して引き起こすことなく複数の移動端末が共通の周波数チャネルにアクセスすることが可能となるいうことである。この発明で使用するのに好ましい、そのような拡散方法の既存の方法の１つが既に述べた直接スペクトル拡散である。移動システム２０の各々は、この拡散を容易にするため、中央コントローラ２６によって擬似雑音拡散コードを割当てられる。
【００６５】
総ＥＩＲＰスペクトル密度が既知の規制上の制限を下回るように維持するには、リターンリンク衛星中継器（たとえば中継器１８ａ1）を共有する各移動システム２０が厳しい送信電力制御の下に置かれることが必要となる。システム１０は二重ループ制御システム方式を用い、これによって地上部１６は、この方式を用いるシステムにアクセスしている、またはアクセスしようとしている各移動システムについての受信「Ｅｂ／Ｎｏ」を測定する。第１の閉制御ループは地上部１６を経由して用いられ、各航空機１２からの受信Ｅｂ／Ｎｏを測定し、ＥＩＲＰ制御指令を移動システム２０に伝送することによって、移動システムからの受信信号のＥｂ／Ｎｏを厳しく予め定められた範囲内に維持する。航空機１２上の移動システム２０で実現される第２の制御ループは、前記第１の制御ループを使用して、航空機が急速に移動している間、地上部１６によって指令されたレベルに伝送ＥＩＲＰを維持するために使用される。航空機上の第２の制御ループは、フェーズドアレイなど、走査角度とともに指向性が変化する（ＥＩＲＰの変化を引き起こす）移動伝送アンテナに必要とされることが多い。この発明の好ましい実施例は前記第２の制御ループを含むが、この発明は、走査角度とともに指向性が変化する反射器およびレンズアンテナなどの「一定の開口」伝送アンテナを使用する場合、または姿勢が急速に変化しない移動プラットフォームの場合に前記第２の制御ループなしに実現することができる。航空機−地上制御ループ（すなわち第１の制御ループ）には０．５秒の往復ＧＥＯ遅延があるため、航空機の移動にすばやく反応することができない。
【００６６】
上述の二重制御ループ制御方式は、各航空機１２からの受信信号Ｅｂ／Ｎｏを航空機の典型的な動きの全範囲について約９９．７％の確率で約±０．５ｄＢの厳しい制御範囲内に維持することができる。この電力制御システムによって２つの重要な目的が達成される。つまり、すべての航空機１２について受信Ｅｂ／Ｎｏが所望のビットエラーレート（すなわち１Ｅ−９）に対応するしきい値Ｅｂ／Ｎｏレベルを上回るように維持すること、およびＥｂ／Ｎｏの経時変化を厳しい制御範囲（すなわち±０．５ｄＢ）内に維持することが達成される。移動端末が最低限の伝送ＥＩＲＰ（および対応するＰＳＤ）を使用して所望のビットエラーレート（ＢＥＲ）で通信リンクを閉じることが目標である。１Ｅ−９ ＢＥＲについてのしきい値Ｅｂ／Ｎｏレベルは、選択されたフォワードエラー修正（ＦＥＣ）コード（すなわち、レート１／３、レート等）およびその他の波形パラメータに依存する。システム１０によって使用される好ましいＥｂ／Ｎｏ制御範囲の１つが図７に示される。制御ループの性能は多くの設計パラメータによって求められるが、その中で鍵となるのは地上での受信Ｅｂ／Ｎｏを測定する場合におけるエラーである。地上局２２に関連づけられる地上受信機（図示せず）には、通常、測定値の雑音によって引き起こされるランダムな（急速に変化する）エラーに加え、固定された、またはゆっくりと変化するエラーがある。この例では、図７に示されるように、固定エラー項によって制御範囲が０．２５ｄＢずつずらされることが要求されるため、実際のＥｂ／Ｎｏはしきい値レベルより上方にある。
【００６７】
ＥＩＲＰ指令は、絶対レベルではなくデルタレベルを使用して、地上局２２から航空機１２に伝送される。これは絶対ＥＩＲＰレベルは通常航空機１２上では正確に設定することはできないが、１つのレベルから別のレベルへの変化は非常に正確であり得るためである。絶対ＥＩＲＰは航空機１２上で正確に設定することはできないため、リターンリンク電力制御下にない新たな移動システム２０がシステム１０にアクセスしようとする場合、通常、電力制御範囲より上方の或るＥＩＲＰレベルで最初の伝送を行なう。電力制御システムはそれらを数秒以内にすばやく制御範囲内に持ち込む。システム１０はポーリング方式を使用し、さらにリターンリンクを獲得しているすべての航空機について最悪の場合のＰＳＤ寄与を記録することによって、いつ何台の航空機がリンクに入ることが許されるかを厳密に制御して、通信リンクに入ることを許された新たな航空機１２によって寄与される付加的なＰＳＤを勘案する。
【００６８】
航空機１２ａの動きによって最大かつ最速の制御ループ妨害が引き起こされる。航空機１２ａの伝送アンテナ７４は常にそのビームを目標衛星１８ａに向けているため、図８に示されるように、航空機のピッチと横転の変化によってその移動システム２０のアンテナ７４（またはアンテナ８２）の仰角走査角度が変動することになる。伝送フェーズドアレイアンテナが移動システム２０に用いられている場合、ＥＩＲＰがｃｏｓ1/2θに比例する特性があり、ここでθは衛星１８ａに対する仰角走査角度を示す。したがって、航空機のピッチ／横転妨害によってアンテナ仰角走査角度の変化が起こることがあり、このことによってアンテナの指向性が変化し、ＥＩＲＰの変化につながることがある。ＥＩＲＰが変化すると、地上局２２の受信機によって測定される、地上での受信Ｅｂ／Ｎｏが比例して変化する。電力制御システムは、ＥＩＲＰを上か下かに調整するための指令を航空機に送り返す。実際には、各航空機１２上の移動システム２０によって管理される制御ループが、アンテナ仰角走査角度の変化を測定し、アンテナへの駆動レベル（および伝送電力）を調整することによってアンテナの指向性の変化を補償し、ＥＩＲＰを最後に指令されたレベルに維持することによって、航空機の妨害によって引き起こされるＥＩＲＰの変動を最低限に抑える。
【００６９】
ＮＯＣ２６も、先に述べたように、システム１０にアクセスしている（またはアクセスしようとしている）各移動システム２０のＰＳＤ寄与を求めるために使用される。各移動システム２０のＰＳＤは、「逆方向算出」方式を使用することによって求められる。航空機ＰＳＤを求めるための第１のステップは、航空機１２ａ上の伝送サブシステム６４の信号のＥＩＲＰを求めることである。システム１０は、各航空機１２にそのＥＩＲＰを直接ＮＯＣ２６に報告させるのではなく、はるかに正確な方法を使用して、目標衛星１８を通じて地上局２２で既知の受信Ｅｂ／Ｎｏから逆方向に進んで移動システム２０からの信号の伝送ＥＩＲＰを求める。この発明の好ましい実施例では、リターンリンクの性能は航空機１２ａと目標衛星１８ａとの間のリンクによって完全に駆動される。この条件では、地上局２２での受信Ｅｂ／Ｎｏは、衛星中継器の出力でのＥｂ／Ｎｏと同一であることが知られている。第１原理を使用すると、地上局２２での受信Ｅｂ／Ｎｏの関数として目標衛星１８ａに向けて投影される航空機のＥＩＲＰを求める以下の式は、次の式１を介して容易に導かれる。
【００７０】
ＥＩＲＰt＝１６π2ｄ2Ｒ（Ｅｂ／Ｎｏ)(ｋＴ＋Ｉo）／（ＬＧrλ2） （式１）
ここで、
ｄ＝航空機から衛星への距離
Ｒ＝リターンリンクデータレート
Ｅｂ／Ｎｏ＝地上局での受信Ｅｂ／Ｎｏ
Ｋ＝ボルツマン定数
Ｔ＝中継器の雑音温度
Ｉo＝干渉雑音スペクトル密度
Ｌ＝航空機から衛星へのアップリンクでの大気および雨による減衰
Ｇr＝中継器受信アンテナ利得
λ＝伝送の波長。
【００７１】
一旦、式１を使用して目標衛星に向けられるＥＩＲＰが求められると、ＧＥＯの円弧に沿ったオフセット角度θの関数としてのＧＥＯ平面に到達するＥＩＲＰは、機上伝送アンテナ７４についてアンテナ指向性パターンＧ（θ）を知ることで求められる。これは以下の式２で表わされる。
【００７２】
ＥＩＲＰi（θ）＝ＬＥＩＲＰtＧ（θ）／Ｇt （式２）
ここで、ＥＩＲＰtは式１によって求められ、目標衛星１８ａに対する伝送アンテナ利得Ｇtは、アンテナモデルから容易に計算される。式１を式２に代入すると、損失項Ｌが相殺され、ＧＥＯの円弧に到達する実際のＥＩＲＰが求められる。
【００７３】
パラメータｄ、Ｒ、Ｇr、Ｅｂ／Ｎｏおよびλは、ＮＯＣ２６によって把握される。航空機１２ごとの受信Ｅｂ／Ｎｏは、常に監視され制御される。（ｋＴ＋Ｉo）／Ｇrの項は、各リターンリンク中継器について地上局２２で独立して測定される。Ｉoの項は、他の衛星システム、および中継器を共有する他の移動端末２０からの干渉雑音電力スペクトル密度に等しい。
【００７４】
式（１）と（２）とを解くためには、移動端末２０と目標衛星１８との間の幾何学的関係を正確に知らなくてはならない。したがって、この発明は、すべての移動端末２０がリターンリンクを使用して定期的にそれらの場所および姿勢をＮＯＣ２６に報告する方法を含む。
【００７５】
規制を守るため、総ＰＳＤは、すべてのθについて次の式で求められる。
【００７６】
【数１】
ここで、
ＥＩＲＰi（θ）＝θ方向のｉ番目の移動システム２０のＥＩＲＰ
Ｂs＝拡散帯域幅
Ｎ＝システムに同時にアクセスしている移動システム２０の数。
【００７８】
例示的なＰＳＤの規制上のマスクが表１に示され、図５にグラフで示される。この規制上のマスクは、ＰＳＤの制限を示し、この発明はこの制限を下回るように電力スペクトル密度を管理しなければならない。この例示的な規制上のマスクは、アンテナに−１４ｄＢＷ／４ＫＨｚの電力スペクトル密度を受ける超小型地上局（ＶＳＡＴ）についてのＦＣＣの要件２５．２０９に基づく。
【００７９】
【表１】
この発明の方法は、すべての移動システム２０が固定帯域幅（Ｂ）でそれらの伝送信号を拡散することを必要とし、この場合、Ｂは合計ＥＩＲＰスペクトル密度についての規制上の制限を超過することなく複数のユーザ端末が同時にシステムにアクセスできるように十分な大きさになるように選ばれる。１つの好ましい実現例では、Ｂは中継器（たとえば衛星中継器１８ａ1）の帯域幅に等しく設定される。典型的なＫｕ帯中継器の帯域幅は、２７ＭＨｚ、３６ＭＨｚまたは５４ＭＨｚである。これらの帯域幅は、通常、規制上の制限を超えることなく複数の移動システム２０が同時に単一のリターンリンク中継器にアクセスすることを可能にするのに十分な広さである。図６は、どのように複数の移動端末２０1〜２０nからのＥＩＲＰを中継器の帯域幅全体にわたって拡散し、結果としての総ＰＳＤが規制上の制限を下回るように維持するかを示す。
【００８１】
この発明の第２の重要な特徴は、単一の中央コントローラ２６ａを使用することであり、これは通信リソース（すなわち衛星に搭載された中継器１８ａ1-4）の使用を管理し、受信可能領域内で作動する多数の移動システム２０からのリターンリンクへのアクセスを調整するＮＯＣ２６（図１）の一部であることが好ましい。この発明は、さらに「要求割当複数アクセス」（ＤＡＭＡ）のための制御スキームに関わり、これによって各移動システム２０は中央コントローラ２６ａを通じて容量（データレート）を要求および放出する。中央コントローラ２６ａは、規制を守りつつ最大限の効率を達成するため、衛星に搭載された中継器の使用を調整するように動作する。
【００８２】
各移動システム２０からのＰＳＤ寄与は、その場所に（ＰＡＡアンテナの場合は走査角度にも）依存し、航空機１２の場所は時とともに変化するため、各移動システム２０からのＰＳＤ寄与も経時変化する。したがって、システム１０は、各移動システム２０がその場所およびそのアンテナの指す角度を定期的に中央コントローラ２６ａに報告して、総計に対する各移動システムのＰＳＤ寄与を更新できるようにすることを必要とする。しかしながら、いかなる所与の移動システム２０からのＲＦ信号のＰＳＤは、商用ジェット機などの比較的高速で移動する移動プラットフォームの場合でも、時とともにゆっくりと変化すると考えられる。したがって、中央コントローラ２６ａは通常、数分ごとに１回よりも頻繁に移動システムＰＳＤパターンを計算する必要はない。これについての例外は、利得パターンが走査角度に対して非常に敏感である移動アンテナ（たとえばフェーズドアレイアンテナなど）で起こる。これらのアンテナを有する移動システム２０は、航空機または移動システム２０が急速にその向首角または姿勢を変えている場合、より頻繁にそれらのパラメータ（位置およびアンテナ走査角度）を報告しなければならない。
【００８３】
図９を参照すると、ステップ１００において、まず移動システム２０nからの容量の要求が中央コントローラ２６ａによって受取られたか、または移動システム２０nが容量を放出しているかの判断が行なわれる。容量の放出が行なわれている場合、中央コントローラ２６ａは容量を放出している移動システム２０nのＰＳＤを総ＰＳＤから減ずる。これはステップ１０２に示される。
【００８４】
移動システム２０nは、以前に認可されたデータレートより高いデータレートで中継器１８ａ1にアクセスしたい場合、またはある特定のデータレート（電力）で作動するために最初の認可を得たい場合、中央コントローラ２６ａにデータレート（電力）の要求を行なう必要がある。この要求によって、中央コントローラ２６ａには移動システム２０nによって伝送されるべきＲＦ信号のＰＳＤを中央コントローラが求めるために必要な上述の情報が提供される。ステップ１０４において、中央コントローラ２６ａは、伝送信号の軸上（静止軌道の円弧に沿った）および軸外のＰＳＤの両方についてＰＳＤを求める。ステップ１０６で、中央コントローラ２６ａは、現在衛星１８ａにアクセスしている他のすべての移動システム２０の総ＰＳＤにこのＰＳＤを追加する。次に、中央コントローラ２６ａは、新たな総ＰＳＤを規制上のＰＳＤ制限と比較する。これはステップ１０８に示される。この比較によって、現在アクセスを要求している移動端末２０nのＰＳＤによって、新たな総ＰＳＤが軸上または軸外オフセット角度において予め定められた規制上のＰＳＤ制限を超過すると示された場合、ステップ１１０に示されるように、システム１０へのアクセスは拒否される。ステップ１１２に示されるように、任意で、付加的な容量の要求は中央コントローラ２６ａが付加的な容量が利用可能だと判断するまで順番待ちすることができる。十分なＰＳＤ（すなわち容量）が（たとえば別の移動システム２０によるデータレート電力の放出によって）利用可能になって初めて中央コントローラ２６ａは移動システム２０nに信号伝送の認可を送る。これはステップ１１４に示される。
【００８５】
同様に、移動システム２０がもはやデータレート（すなわち電力）を必要としなくなった場合、これは中央コントローラ２６ａに放出されるため、中継器を共有する他の移動システム２０によって使用することができる。移動システム２０が容量を放出する前に中央コントローラ２６ａの認可は必要とされない。中央コントローラ２６ａが所与の移動システム２０からデータレートメッセージの放出を受取ると、総ＰＳＤから放出されたデータレートのＰＳＤを減じて新たな総ＰＳＤを形成する。
【００８６】
実際には、中央コントローラ２６ａによって監視される総ＰＳＤは常に変化する。これは受信可能領域内で作動するさまざまな移動システム２０がシステム１０に対し容量（すなわちデータレート）を要求および放出し、システム１０との通信セッションを開始および終了するためである。ある特定の移動システム２０からの伝送認可要求が中央コントローラ２６ａによって拒否された場合、システム１０は任意で、要求を行なっているその移動システムを利用可能なＰＳＤ容量を有する別の中継器に割当てることができる。中央コントローラ２６ａがシステム１０にアクセスしようとしている移動システムのＲＦ放射によってシステム１０に現在アクセスしているすべての移動システム２０の総ＰＳＤが規制上のＰＳＤ制限を超えないと判断しなければ、システム１０にアクセスしようとしている移動システム２０には伝送の認可は与えられない。
【００８７】
受信可能領域内で作動するすべての移動システム２０は、それらのデータレート、場所、配向などが通信セッション中に変化するのに伴い、定期的に電力を要求および放出するように作動する。各移動システム２０は、衛星１８ａの中継器１８ａ1との通信リンクを閉じるために必要な分だけの電力をもって信号を送る。この伝送電力はデータレートおよびその他の多くのパラメータ（すなわち距離、アンテナ走査角度等）の関数である。伝送電力を調整して通信リンクを閉じたままで維持する動作を「電力制御」と称してもよい。
【００８８】
この発明のシステムおよび方法は、中央コントローラ２６ａが（たとえば定期的なメッセージングによって）電力の変化を知ることができる電力制御方法であれば、どのような電力制御方法にも使用することができる。電力制御の好ましい方法は、上述の二重ループ電力制御方法である。
【００８９】
電力制御のもう１つの方法は、開ループのアプローチであり、この場合、各移動システムは、地球上で既知のその位置（通常ＧＰＳを介して提供される）およびその姿勢を通信したい衛星の場所に関する情報とともに使用して、適切な伝送電力を求める。繰返すが、選択される伝送ＥＩＲＰは、衛星との通信リンクを閉じるのを可能にする量である。開ループアプローチでは、移動システム２０は定期的にその伝送電力を中央コントローラ２６ａに報告しなければならない。どちらのアプローチでも、システム１０にアクセスしている各移動システム２０の伝送電力を中央コントローラ２６ａに知らせることが重要である。
【００９０】
図１０を参照すると、この発明のシステムおよび方法の運用の一例が記載される。この例では、３機の航空機１２ａ、１２ｂおよび１２ｃが衛星中継器１８ａ1と通信している。航空機１２ａはワシントン州シアトル上空、航空機１２ｂはテキサス州ヒューストン上空、航空機１２ｃはメイン州バンガー上空にある。この例のため、さらに各航空機１２はサイズの異なるフェーズドアレイアンテナ（ＰＡＡ）を有し、各々が異なるデータレートで衛星１８ａ1の中継器にアクセスしていると仮定する。航空機１２ａは、２５６素子（１６×１６）アクティブフェーズドアレイアンテナを使用し、３４ｄＢＷのＥＩＲＰを使用して６４Ｋｂｐｓで伝送している。航空機１２ｂは、より大きな５１２素子ＰＡＡを使用し、３９ｄＢＷのＥＩＲＰおよび２５６Ｋｂｐｓのデータレート内で伝送する。最後に、航空機１２ｃは、１２８Ｋｂｐｓおよび３７ｄＢＷで作動する、さらに大きな開口の１０２４素子ＰＡＡを有する。各航空機１２ａ、１２ｂおよび１２ｃの移動システム２０の各々は、東経９３°にある衛星中継器１８ａ1にそれらのアンテナを向けている。
【００９１】
航空機１２ａからのＲＦ信号のＥＩＲＰスペクトル密度が図１１に示され、参照番号１１２で示される。航空機１２ｂからのＲＦ信号のＥＩＲＰスペクトル密度は図１２に示され、参照番号１１４によって示される。航空機１２ｃからのＲＦ信号のＥＩＲＰスペクトル密度は図１３に示され、参照番号１１６によって示される。図１４は、中央コントローラ２６ａによって求められる総ＰＳＤを示す。３機すべての航空機からの総ＰＳＤが波形１１８によって示される。図１４から、総ＰＳＤ１１８は、静止軌道の円弧に沿ったすべての点において軸上の規制上のＰＳＤ制限（すなわち「マスク」）１２０を下回っていることがわかる。同様のチェックが軸外ＰＳＤについても行なうことができる。
【００９２】
先に述べたように、システム１０はモデルを使用するが、このモデルによって中央コントローラ２６ａは、航空機から衛星へのビーム発射の幾何学的関係に基づいて伝送アンテナの照射パターンを正確に計算することができる。実際には、このアンテナモデルは中央コントローラ２６ａによって使用されるため、システム１０にアクセスするために使用されるであろうアンテナの各タイプについてアンテナ利得パターンを計算することができる。図１１から１３に示されるように、伝送電力、利得パターンおよび拡散帯域幅がわかれば、ＰＳＤパターンを各移動システムについて計算することができる。これは各移動システム２０からのＰＳＤ寄与を合計して、図１４に示される総ＰＳＤを計算する定型化した加算演算になる。この例では、総ＰＳＤは規制上のＰＳＤの制限を下回るため、付加的な移動システム２０によるシステム１０へのアクセスを許可するか、または既存のユーザがそれらの伝送電力（すなわちデータレート）を増やすことが可能である。データレートは伝送電力に比例し、伝送電力はＰＳＤに比例するため、この発明は、電力、ＰＳＤ、データレートまたは容量を管理するといえる。
【００９３】
図１５〜１８を参照すると、すべての航空機１２の総ＰＳＤを監視および制御するためのシステム１０がさらに詳しく説明される。この発明１０は、リターンリンク電力コントローラ（ＲＬＰＣ）１３０を組込む。ＲＬＰＣ１３０は、走査角度補償器１３２および機上受送信サブシステム（ＡＲＴＳ）１３４を含む。走査角度補償器１３２はソフトウェアプログラムを含むが、これはＲＬＰＣ１３０の重要な構成要素である。この構成要素については後続の図面でさらに詳しく述べるが、これは、航空機１２上にあり航空機にある他のハードウェアとインターフェイスするソフトウェアで本質的に実現される。これは、航空機１２の比較的高速な横転およびピッチの動きを補償する。さらに具体的には、これは航空機の動きの直接的な結果である伝送アンテナ７４の走査角度の変化を補償する。これは「高速」走査角度補償器と称されるが、なぜなら秒当り約１０の指令の割合で修正指令を生成するためで、これはＲＬＰＣ１３０の他の部分と比較すると１０倍の速さである。走査角度補償器１３２への入力は、実際の伝送アンテナ走査角度である。走査角度補償器１３２からの出力は、ＡＲＴＳ１３４アンテナ電力レベルの形での修正指令の時系列を表わす。
【００９４】
ＡＲＴＳ１３４はハードウェア構成要素であり、通信サブシステム５２（図２）と通信する。ＡＲＴＳ１３４は、地上局２２または機上の走査角度補償器１３２から指令を受取ってアンテナ７４電力レベルを設定し、指令された電力レベルにできるだけ近い出力電力レベルを生成する。ＡＲＴＳ１３４への入力は、実際のアンテナ走査角度、走査角度補償器１３２からの電力指令、および地上中央コントローラ２６ａからの電力指令である。ＡＲＴＳ１３４の出力は、Ｅｂ／Ｎｏの模擬的な値である。ＡＲＴＳ１３４は、Ｅｂ／Ｎｏの値だけでなく他のものも出力することができるが、ここでの説明では、Ｅｂ／Ｎｏがあれば十分である。
【００９５】
ブロック１３６は、システム１０が制御することを意図されるＥｂ／Ｎｏの入力レベルを示す。ＲＬＰＣ１３０の実際の運用では、この値は通常、何らかの外部エンティティによって設定され、ＲＬＰＣ１３０の地上部によって受け入れられる。ブロック１３６の出力は、指令されたＥｂ／Ｎｏの値の時系列を表わす。
【００９６】
ＲＬＰＣ１３０はさらに、加算要素１３８と報告アルゴリズム１４０とを含む。加算要素１３８は、ブロック１３６によって示される指令された（所望の）Ｅｂ／Ｎｏと、測定され報告アルゴリズム１４０（これについては後に述べる）から報告された値との差をとり、これによってＲＬＰＣシステム１３０を駆動するために使用するエラーを生成する。加算要素１３８は、図１に示される地上局２２の一部を形成するデータセンター１５５の１台以上のコンピュータで作動するソフトウェアにある。加算要素１３８の出力は、完全にソフトウェア内にあるエラーの値の時系列を表わす。
【００９７】
報告アルゴリズム１４０は、ＲＬＰＣ１３０の主な部分を含む。これはデータセンター１５５に関連づけられるコンピュータ機器にあるソフトウェアプログラムである。これは、地上送受信システム（ＧＲＴＳ）１４３によって生成されるＥｂ／Ｎｏ測定値をサンプリングするために使用する。ＧＲＴＳ１４３はＲＬＰＣシステム１３０の一部ではない。報告アルゴリズム１４０は、Ｅｂ／Ｎｏ測定値のサイズを制限して、不定期のスプリアスの測定値データがＲＬＰＣシステム１３０によって使用されるようにする。報告アルゴリズム１４０からの出力は、その出力が特定かつ定期的な時間間隔でのみとられたという点を除いて、入力Ｅｂ／Ｎｏ測定値の単なる繰返しである。
【００９８】
加算要素１３８の出力は低速ループ地上コントローラ１４２へ入力されるが、低速ループ地上コントローラ１４２もＲＬＰＣシステム１３０の重要な構成要素を形成する。低速ループ地上コントローラ１４２は多くの下位構成要素を含むが、これらについては後に述べる。これはデータセンター１５５（図１）のコンピュータにあるソフトウェアで実現される。
【００９９】
低速ループ地上コントローラ１４２は、データセンター１５５のコンピュータによって測定可能ないかなる形のＥｂ／Ｎｏにおける妨害も補償する。これが「低速」と称されるのは、実質的に毎秒約１回だけ電力修正を生成し得るためである。低速ループ地上コントローラ１４２への入力はエラー信号であり、その出力は計算された電力レベル指令であり、これらは航空機１２に伝送される。
【０１００】
図１６を参照すると、走査角度補償器１３２がさらに詳しく示される。走査角度補償器１３２は、ＡＲＴＳ１３４の機上のソフトウェアに含まれる「走査角度測定間隔」サブシステム１４４を含む。このサブシステムは、本質的に定期的な間隔で走査角度測定値をサンプリングする。ここで好ましいサンプリング間隔は１００ミリ秒である。したがって、１００ミリ秒ごとに走査角度の新たなサンプルが採られる。サンプルが採られない期間中は、次のサンプルが採られるまで、最後にサンプリングされた値がサブシステム１４４の出力上に保持される。
【０１０１】
ブロック１４６は「バックラッシュ」を表わす。このブロックは、航空機１２の機上のＡＲＴＳ１３４に関連づけられるソフトウェアに含まれ、その入力にバックラッシュを与えるために使用される。つまり、ブロック１４６からの出力は、入力がある値を超えて変化しなければ変化しない。入力がある値を超えて変化した場合、出力は、入力が変化した分だけ変化する。入力の方向が変化した場合、入力が予め定められた程度だけ変化するまで出力は変化しない。この機能は、ＲＬＰＣシステム１３０が非常に小さい雑音スパイクに反応しないようにするために役立つ。ここで好ましいバックラッシュ「デッドゾーン（deadzone）」はゼロであり、したがって、ブロック１４６はその入力に影響を与えない。しかしながら、これはシステムＲＬＰＣ１３０の性能を細かくチューニングするために利用可能である任意の要素として示される。
【０１０２】
「コサイン」ブロック１４８も航空機１２の機上のＡＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれ、その入力のコサインを出力するために使用される。「コサイン冪乗」ブロック１５０も航空機１２の機上のソフトウェアに含まれる。ブロック１５０は、ブロック１４８の出力を或る特定の冪乗にするために使用される一定の値（好ましくは１．２の値）を出力する。ブロック１５０の機能は、伝送アンテナ７４の実際の挙動に近似させようとすることである。なぜなら、それ自身の利得がｃｏｓ（θ）1.2の形の走査角度に影響されるためである。この場合、「θ」は走査角度を示す。したがって、走査角度補償器１３２は、この挙動の影響に対抗してアンテナ７４が何をするかを予測することができる。
【０１０３】
ブロック１４８と１５０との出力は「冪乗」ブロック１５２に入力されるが、これも走査角度補償器１３２の重要な部分である。ブロック１５２は航空機上のＡＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれ、コサインブロック１４８からの出力の値をコサイン電力ブロック１５０の出力の値で冪乗するために使用される。ブロック１５２も、走査角度補償器１３２がアンテナ７４が何をしているかを予測し、この挙動の影響に対抗しようとするのを支援する。
【０１０４】
冪乗ブロック１５２からの出力は、この発明の重要な部分である「逆方向の」ブロック１５４に入力される。ブロック１５４は航空機１２の機上のＡＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれ、その入力の逆数を出力する。これを行なうのは、高速の走査角度補償器１３２の出力が最終的にＡＲＴＳ１３４（図１５）からの実際の所望の電力レベルを乗算するからである。したがって、この値（１／ｘ）が実際の値（ｘに近くなるべきであり、ブロック１４８から１５２はこれを予測しようとする）によって乗算される場合、結果は１に近くなるべきである。これは走査角度がどのようであれ、最終的な出力は常に１に近くなるということを意味する。この値を使用してシステム１３０内の他の値を乗算するが、この値が１に近く保持されると、システム全体の最終的な値は大きくは変わらない。
【０１０５】
ブロック１５６はデシベル変換ブロックであり、航空機１２の機上のＡＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれる。ブロック１５６はその入力上の信号をデシベル（ｄＢ）に変換する。デシベルは、大抵の通信システムにおける一般的な測定単位である。ＲＬＰＣ１３０の正確なアーキテクチャに依存して、ブロック１５６は必要でない場合もある。
【０１０６】
ブロック１５８は、ブロック１５６からの出力上で「総計する」働きをする。ブロック１５６は、実際には「量子化器」１５８ａと「ｄｉｆｆ１」ブロック１５８ｂとの組合せである。サンプリング時間ごとに、ｄｉｆｆ１ブロック１５８ｂの出力は、以前のサンプルからの入力と現在のサンプルからの入力との差である。総計ブロック１５８は、各時間ステップごとにその入力の変化を出力する働きをする。この例では、ブロック１４４が１００ミリ秒ごとにサンプリングするため、時間ステップは１００ミリ秒ごとである。１００ミリ秒ごとに、ブロック１５８ａと１５８ｂとは前の１００ミリ秒からの入力の変化を計算し、この変化を出力する。量子化器１５８ａは、変化が報告される前に、変化が少なくともある特定のレベル（ここでは０．１ｄＢ）にあるようにする。総計ブロック１５８からの出力は入力され、ＡＲＴＳ１３４へ伝送される。
【０１０７】
図１７を参照すると、図１５の低速ループ地上コントローラ１４２がさらに詳しく示される。まず、ブロック１６０を参照すると、このブロックはデータセンター１５５のソフトウェアに含まれる。これは加算要素１３８（図１５）から入力エラー信号を受取り、それに合わせて出力信号を生成する。
【０１０８】
ブロック１６０からの出力は、エラー雑音フィルタ１６２と制御フィルタシステム１６４とに入力される。ブロック１６２はデータセンター１５５のソフトウェアに含まれる。ブロック１６２はその入力をフィルタリングして、雑音の影響を減少させる。これは、好ましくは１０Ｈｚのサンプリングレートを備える離散１次低域フィルタを含む。ブロック１６２の出力は、その入力をフィルタリングしたものである。
【０１０９】
エラー雑音フィルタ１６２からの出力は、ヒステリシスを備える対称的リレーに入力される。ブロック１６６もデータセンター１５５で使用されるコンピュータに関連づけられるソフトウェアに含まれる。ブロック１６６は、入力の履歴に依存して、「１」、「０」、または「−１」を出力する。入力がある所与の値を上回る（またはこの値の負の数を下回る）場合、出力は１（または−１）である。入力が別の所与の値を下回る（またはこの値の負の数を上回る）場合、出力は０である。入力がこれら２つの値の間である場合、出力は前の出力が何であれ前の出力となる。ブロック１６２で使用される値は、ＲＬＰＣシステム１３０の細かいチューニングを行なうのに必要であれば変更することが可能である。ブロック１６６は、ブロック１６２からのフィルタリングされたエラーの出力が（正または負の方向に）大き過ぎるかどうかをテストするために使用される。大き過ぎるならば、０でない値が出力され、このことによって電力修正が必要であることがＲＬＰＣシステム１３０の残りに示される。
【０１１０】
ブロック１６８は地上のソフトウェアに含まれる。ブロック１６８の出力は、「１」、「０」または「−１」であるその入力の絶対値である。このため、３つのブロック１６２、１６６および１６８の最終的な出力は、「１」または「０」のどちらかである。「１」はエラーが大き過ぎることを示し、「０」はエラーが現在のところ受容可能であることを示す。
【０１１１】
制御フィルタブロック１６４も地上のソフトウェアに含まれ、この発明の重要なサブシステムである。制御フィルタブロック１６４は図１８に詳しく示され、後に説明される。しかしながら、このブロック１６４の機能は本質的に、一旦エラーが大き過ぎると判断された場合に必要な電力修正を計算することである。出力は電力修正指令であり、航空機１２に送られる。
【０１１２】
ブロック１７０は任意であるが、これは絶対指令から指令の増分を作成する働きをし、データセンター１５５のコンピュータのソフトウェアに含まれる。ブロック１７２は、図１６のブロック１５８と同じ働きをする。このブロック１７２も低速ループ地上コントローラ１４２にとって任意である。
【０１１３】
ブロック１７２は、ブロック１７２から（またはブロック１７０が省略される場合ブロック１６４から）出力を受取る。ブロック１７２もデータセンター１５５のコンピュータに関連づけられるソフトウェアに含まれる。これは図１５のＡＲＴＳ１３４へその入力を出力する。実際の実現例では、修正指令の伝送は、衛星中継器に送り出されて航空機１２に戻る前に、いくつかの介在素子を通じて進められることが多いが、このことが修正指令の伝送で起こる時間遅延の主な原因である。これら介在素子はこの発明の一部ではない。それらは典型的には、コンピュータ相互ネットワークに関連づけられる素子（たとえば、イーサネット（Ｒ）カード、ルータ、スイッチ、ファイアウォール等）、および通信システム５２に関連づけられる素子（たとえば、変調器、アップコンバータ、符号器、アンテナ等）である。それらはすべて協働して機能し、電力指令の経路を定め、電力指令をブロック１７２からＡＲＴＳ１３４へ伝送する。したがって、ブロック１７２はこれら残りすべての介在素子に対するインターフェイスにすぎず、その詳細はシステム１０の最終的な実行ステップに隠されている。
【０１１４】
図１８を参照すると、制御フィルタブロック１６４が詳しく示される。このブロックは本質的に、１秒に等しいサンプル間隔（Ｔ）とアンチワインドアップとを備えた典型的な離散２次フィルタである。可能化スイッチ１７４は、データセンター１５５のコンピュータのソフトウェアに含まれ、ＡＢＳブロック１６８（図１７）からの出力が１を上回るか、または１に等しい場合のみ、制御フィルタブロック１６４が実行されるのを可能にする。このチャート上で信号のフローを追跡することにより、フィルタリングされた入力エラーが大き過ぎる場合のみ、可能化スイッチ１７４によって、制御フィルタブロック１６４の実行が可能となることがわかるであろう。これは中央コントローラ２６ａから指令が送られる回数を減らす役目をするＲＬＰＣ１３０の重要な部分であり、中央コントローラ２６ａから指令が送られる回数を減らすことによって、さもなくば販売可能な帯域幅の使用を減少させることができる。
【０１１５】
ブロック１７６は任意であるが、これも中央コントローラ２６ａのソフトウェアに含まれる。ブロック１７６は測定値エラー信号を制御フィルタブロック１６４（図１７）に伝送する役目をする。これは包含ブロック（ブロック１４２）のどこから信号がこのブロックに入るのかを示す基準点を表す。
【０１１６】
ブロック１７６の出力は、比例利得増幅器１７８に入力される。増幅器１７８は中央コントローラ２６のソフトウェアに含まれる。比例利得増幅器１７８は受取った入力を或る所与の値で乗算した状態で出力する。この値はＲＬＰＣシステム１３０の設計にとって重要であるが、チューニングの必要性に応答して変更することが可能である。
【０１１７】
第２の比例利得増幅器１８０は増幅器１７８から出力を受取る。比例利得増幅器１８０も中央コントローラ２６ａのソフトウェアに含まれる。この増幅器１８０は増幅器１７８と同じ機能を果たすが、その入力を異なる値で乗算する。
【０１１８】
ブロック１８２は地上のソフトウェアに含まれる「制限された離散時間積分器」である。ブロック１８２は、その出力上でその入力の時間積分を生成する。積分は、いわゆる「前進オイラー」法を使用して離散時間の態様で行なわれる。この積分器のサンプル間隔は１秒である。この積分器は、出力がある所与の値を上回った場合（またはその値の負の数を下回った場合）に積分を停止するという点で制限されている（いわゆる「アンチワインドアップ」）。入力の符号が逆になって出力をその制限された値より減少させるとき、積分を再開する。
【０１１９】
ブロック１８４は乗算器でありＧＲＴＳ１３４のソフトウェアに含まれる。このブロックはブロック１７８と同じ機能を果たすが、異なる値によってその入力を乗算する。
【０１２０】
乗算器１８０および１８２からの出力は加算接合部１８６に与えられ、これはこれらの値を加算し、加算された値を比例利得増幅器１８８に出力する。比例利得増幅器１８８はデータセンター１５５のソフトウェアに含まれ、増幅器１７８と同じ役割を果たすが、異なる値によってその入力を乗算する。
【０１２１】
さらに図１８を参照すると、離散時間積分器１９０は比例利得増幅器１８０から出力を受取る。離散時間積分器１９０はデータセンター１５５のコンピュータのソフトウェアに含まれる。この積分器１９０は、積分器１８２（同じサンプル時間および積分方法を備える）と同じ役割を果たすが、ブロック１８２のように制限されていない。インターフェイスブロック１９２は、離散時間積分器１９０から出力を受取る。ブロック１９２からの出力は、図１７のブロック１７０に入力される。
【０１２２】
低速ループ地上コントローラ１４２は、非常に低い雑音および／またはさまざまなシステムパラメータに関する広範な知識を必要とするであろう公知の「絶対的な（dead-bang）」制御方法の代わりにフィルタを実現する。全ループ地上コントローラ１４２は強固な安定性および分析的な扱いやすさも提供する。さらに、これはモデルの不確実性およびばらつきに対する反応性もよく、不確実性およびばらつきはオンラインで容易にチューニングされ、最適の性能が得られる。低速地上ループコントローラ１４２は、指令「増分」を作成するため、これらの増分を航空機１２に伝送する際に必要となる帯域幅が少なくて済み、有利である。可能化スイッチ１７４は、エラーが設定可能な制限を上回る場合にのみ、フィルタを実行することによって指令の生成を制限する。可能化スイッチ１７４はさらに、ブロック１６４内で各ブロックを可能化または不能化する働きをする。低速ループ地上コントローラ１４２はさらに、ブロック１６６内に含まれるヒステリシスを使用して、ジッターおよび「ハンチング」を防止する。
【０１２３】
この発明の方法および装置は、さまざまな移動ＲＦ伝送プラットフォームからの通信を管理および監視して、その移動プラットフォームのすべての総ＰＳＤが予め定められた規制上の制限を超過しないようにするための手段を提供する。中央コントローラを使用して、移動システム２０の各々からのシステム１０へのアクセス要求を受取り監視し、軸上および軸外の総ＰＳＤに密な制御を行なうことができる点がこの発明の重要な利点である。通信リンクを閉じたまま維持するのに必要な電力量のみをもって各移動システム２０に伝送させることによって、システム１０の効率は最大化され、総ＰＳＤが規制上の制限を超過することなく多数の移動システムがシステム１０にアクセスすることが可能となる。
【０１２４】
上述の説明から、当業者にはこの発明の広範な教示がさまざまな形で実現され得ることが理解されるであろう。したがって、この発明はその具体的な例に関連して記載されているが、この発明の真の範囲はそのように限定されるべきではない。これは、図面、明細書および前掲の特許請求の範囲を検討することにより、その他の変形が当業者には明らかになるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のシステムにおける３つの主要構成要素を例示する簡略化したブロック図である。
【図２】 各移動プラットホームに搭載される移動システムのブロック図である。
【図３】 静止軌道上で目標衛星に隣接して位置する複数の衛星と、目標衛星を意図したＲＦ伝送により引起こされ得る潜在的な干渉とを例示する図である。
【図４】 米国大陸部で表わす受信可能領域と、地理的に見て受信可能領域のほぼ中心に位置付けられた基準ＶＳＡＴアンテナとを例示する図である。
【図５】 図４に示す、カンザス州ウィチタ（Kansas, Wichita）に位置付けられた基準ＶＳＡＴアンテナと、西経９３°にある目標衛星とについての現在のＦＣＣ規制下で許容される静止軌道の円弧に沿った最大ＥＩＲＰスペクトル密度のグラフである。
【図６】 中継器帯域幅全体にわたって信号が拡散された複数の移動端末からのＰＳＤの総計を例示し、かつ超過してはならない規制上のＰＳＤ制限を示す簡略化したグラフである。
【図７】 この発明の電力制御方法により用いられる、好ましい信号対雑音（Ｅｂ／Ｎｏ）制御範囲を例示するグラフである。
【図８】 目標衛星に対する移動システムのアンテナの高度走査角を簡単に例示する図である。
【図９】 この発明に従うシステムによって、共用の衛星中継器に対するアクセスおよびデータレート要求の管理において実行される動作の基本的なステップを示すフローチャートである。
【図１０】 共通の受信可能領域内で異なった場所に位置する３機の航空機であって、すべて衛星上の単一の中継器にアクセスを行なっているものを示す図である。
【図１１】 図１０に示す３機の航空機の各々により伝送されるＲＦ信号のＧＥＯ円弧に沿ったＰＳＤを示すグラフである。
【図１２】 図１０に示す３機の航空機の各々により伝送されるＲＦ信号のＧＥＯ円弧に沿ったＰＳＤを示すグラフである。
【図１３】 図１０に示す３機の航空機の各々により伝送されるＲＦ信号のＧＥＯ円弧に沿ったＰＳＤを示すグラフである。
【図１４】 図１０に示す３機の航空機からの信号の総ＰＳＤが、ＧＥＯ円弧に沿ったすべての地点でどのように規制上のＰＳＤ制限未満に留まるかを例示するグラフである。
【図１５】 この発明の好ましい実施例に従うリターンリンク電力コントローラを示すブロック図である。
【図１６】 この発明の走査角補償器をより詳細に示すブロック図である。
【図１７】 図１５のリターンリンク電力コントローラの地上ループコントローラ部を示すブロック図である。
【図１８】 図１７の制御フィルタブロックの構成要素をより詳細に示すブロック図である。
Claims (8)
- 宇宙にある中継器に対してＲＦ送受信機が方向付けられた移動プラットホーム（１２）からのＲＦ信号の電力スペクトル密度（ＰＳＤ）を監視および制御するための方法であって、
前記方法は、
前記宇宙にある中継器からの前記信号が地上局で受信される際に、前記信号の信号品質を測定するステップと、
前記移動プラットホームの軸上及び軸外のＰＳＤを求めるステップと、
前記求められた軸上及び軸外のＰＳＤに基づいて電力修正指令信号を生成し、該電力修正指令信号は前記信号の前記電力スペクトル密度を制御し、前記移動プラットホームの軸上および軸外の総ＰＳＤを予め定められた制限内に維持するために、前記宇宙にある中継器を介して移動プラットホームに送信されるステップとを有する方法。 - 請求項１の方法であって、さらに、
受信を行ない、前記宇宙にある中継器から中継された前記ＲＦ信号の信号対雑音比を求めるために、中央コントローラを使用するステップと、
前記中央コントローラにより受信された前記ＲＦ信号の前記信号対雑音比が、前記宇宙にある中継器の出力でのＲＦ信号の信号対雑音比とほぼ同一であると想定するステップと、
前記移動プラットホームにより前記宇宙にある中継器に対して方向付けられたＲＦ信号の実効等方向放射電力（ＥＩＲＰ）値を、前記中央コントローラが受信した前記ＲＦ信号の前記信号対雑音比の関数として決定し、前記ＥＩＲＰ値を目標ＥＩＲＰとするステップと、
前記宇宙にある中継器が存在するＧＥＯ円弧に到達する実際のＥＩＲＰを決定するために、前記目標ＥＩＲＰと前記移動プラットホームのアンテナのパターンとを使用するステップと、
前記移動プラットホームが送信している前記ＲＦ信号の前記軸上および軸外のＰＳＤを決定するために、前記ＧＥＯ円弧に到達する前記実際のＥＩＲＰを使用するステップとを含む、方法。 - 宇宙にある中継器に対してＲＦ送受信機が方向付けられた移動プラットホーム（１２）からのＲＦ信号の軸上および軸外の電力スペクトル密度（ＰＳＤ）を監視および制御するためのシステムであって、前記システムは、
地上ループコントローラを含み、前記地上ループコントローラは、前記宇宙にある中継器からの前記信号が地上局で受信される際に、前記信号の信号品質を測定し、かつ、前記信号の前記軸上および軸外の電力スペクトル密度を制御し、前記移動プラットホームの軸上および軸外の総ＰＳＤを予め定められた制限内に維持するために、前記宇宙にある中継器を介して移動プラットホームに送信される電力修正指令信号を生成し、さらに、前記移動プラットホーム（１２）の軸上および軸外のＰＳＤを決定するために中央コントローラ（２６ａ）が備えられる、システム。 - 前記地上ループコントローラは閉ループシステムを含み、前記閉ループシステムは、前記地上局で受信された前記信号の信号品質を予め定められた値と比較し、前記受信した信号と前記予め定められた値との間の信号品質についての差に基づいて前記電力修正指令信号を生成する、請求項３に記載のシステム。
- 前記地上ループコントローラは、前記信号の信号品質値が、所望の予め定められた値から予め定められた量だけ異なるときにのみ、前記電力修正指令信号を送信する、請求項４に記載のシステム。
- 前記電力修正指令信号は、前記信号の前記電力レベルを変更すべき増分値を表わす、請求項３に記載のシステム。
- 走査角補償システムをさらに含み、前記走査角補償システムは、前記移動プラットホームの前記ＲＦ送受信機から伝送される信号の、前記移動プラットホームの位置の変化によって変わる、電力レベルを監視し、かつ、前記宇宙にある中継器が前記信号を受信する際に、前記電力レベルの変動を最小限にするために、前記ＲＦ送信機から伝送される前記信号の前記電力レベルを調整する、請求項３に記載のシステム。
- 前記走査角補償システムは開ループシステムを含み、前記開ループシステムは、
機上の基準システムにより生成されたアンテナ方向指示情報または機上慣性基準システムにより生成された姿勢情報を、予め記憶された表に含まれる情報と比較し、前記予め記憶された表に含まれる前記情報に従って、前記信号の前記電力レベルを変更する、請求項７に記載のシステム。
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