JP5676031B2 - 二次ペイロードインターフェース - Google Patents

Description

本発明は、二次ペイロードが、一次ペイロード通信チャンネルを使用して通信することを可能にする二次ペイロードインターフェースに関する。

例えば静止（ＧＳＯ）衛星および非ＧＳＯ衛星のような通信衛星は通常、地球上の１つの場所から別の場所へのベントパイプ（ｂｅｎｔ−ｐｉｐｅ）送信の通信または処理されたデジタルデータトラフィックを容易にするように設計される。かくて、通信衛星の一次ペイロードは、非常に高い通信帯域幅を提供する。

これらの衛星は通常、この単一の目的を意図して構築されるが、二次ペイロードに対するプラットフォームを提供し得る。例えば、通信衛星は、電力制御、熱制御、および姿勢制御システム（ＡＣＳ）機能、ならびに他のサービスを二次ペイロード（例えば、地球観測ペイロードまたは気象モニタリングペイロード）に提供し得る。補助的高速通信システムが、通信衛星に提供され得、二次ペイロードを収容し得る。しかしながら、他の要因が、かかる解決を実装することを難しくし得る。例えば、二次ペイロード自体は、それほどは資源を消費しないことがあり得るが、通信衛星は、二次ペイロードに加えて、補助的通信システムのサイズ、重量、および／または電力を取り扱うことができないことがあり得る。

（発明の概要）
本発明に従って、一次ペイロード通信チャンネルを使用するペイロード通信のための二次ペイロードインターフェースが提供され、二次ペイロードが一次ペイロード通信チャンネルの一部分を借りることを可能にする。二次ペイロードインターフェースは、複数の入力／出力カプラを含み得、該複数の入力／出力カプラは、一次ペイロード通信チャンネルを二次ペイロードに接続し得る。複数の入力／出力カプラは、無線周波数（ＲＦ）指向性カプラまたは電力分割器、アイソレート式ベースバンドデータポート、専用のＲＦポート、オープンコレクタインターフェースを備えたマルチプレックス式共有バス、オープンコレクタトランジスタドライバ、光アイソレート式データポート、スイッチ、フィルタ、抵抗要素、または任意の他のタイプの信号インターフェースを含み得るが、これらに限定されない。

本発明の別の局面に従って、二次ペイロードの動作は、一次ペイロードの動作から分離されている。例えば、二次ペイロードがうまく機能しないか、または故障した場合でも、一次ペイロードの動作の中断は防止される。さらに、二次ペイロードが、機密データを送受信する戦略的資産である場合には、二次ペイロードのオペレータは、二次ペイロードを確実に制御し、二次ペイロードと往復するデータ送信を安全にすることを欲し得る。

したがって、共有の取り決めを一次ペイロードと二次ペイロードの両方のオペレータにとって容認可能とするために、一部の実施形態において、複数の入力／出力カプラが、一次ペイロード通信チャンネル内に分離された二次ペイロード通信チャンネルを確立し得る。例えば、指向性カプラは、一次ペイロード通信チャンネルのトランスポンダ経路と結合し得、二次ペイロード通信チャンネルを確立し得る。同様に、一次ペイロード（例えば、処理ペイロード）におけるルータの専用のポートが、一次ペイロード通信チャンネル内に分離された二次ペイロード通信チャンネルを確立するために使用され得る。

複数の入力／出力カプラ（任意のインターフェースコンポーネントを含む）は、二次ペイロードが、通信衛星のオペレーションセンタによる介入なしに、一次ペイロードの通信インフラストラクチャを共有することを可能にし得る。逆に、複数の入力／出力カプラはまた、二次ペイロードの状態に関わりなく、一次ペイロードの動作の確実性および継続性を保証し得る。例えば、入力／出力カプラは、二次ペイロード２１８が地上局と通信しながら、一次ペイロードが一次ペイロード通信チャンネルの残りを使用することを可能にし得る。さらに、二次ペイロードが地上局と通信していない場合には、複数の入力／出力カプラは、一次ペイロード通信チャンネルのすべてが、一次ペイロードに回復されること可能にし得る。このようにして、二次ペイロードがうまく機能せず、もはや通信することができない場合でも、一次ペイロードは、一次ペイロード通信チャンネルに完全にアクセスして、中断なく通信を継続し得る。さらに別の例として、一次ペイロードの動作が、一次ペイロード通信チャンネルの全帯域幅を必要とする場合には、二次ペイロードに利用可能であるか、またはこれによって使用されている帯域幅を確保または回復する（例えば、入力／出力カプラを使用するかまたはこれを通して）ことが可能であり得る。この特徴の使用は、一次ペイロードおよび二次ペイロードのオペレータ間の合意に依存する。好ましい実装において、入力／出力カプラは、二次ペイロードまたは二次ペイロードインターフェースの故障の場合、一次ペイロードの通信サービスの耐障害性を提供する。

二次ペイロード通信チャンネルの分離に加えて、二次ペイロードインターフェースは、ダウンリンクとアップリンクの両方のデータストリームに対してデータを処理するための暗号化モジュールおよび復号モジュールならびにさらなる回路を含み得る。データの送信については、回路は最初に、暗号化モジュールから暗号化されたデータを受信し得る。回路は次に、出力カプラを介してデータをダウンリンクデータストリームの中に注入する前に、暗号化されたデータを符号化し、かつ変調し得る。データの受信については、回路は、入力カプラを介してアップリンクデータストリームからデータを受信し得、データを復号モジュールへ送る前に、データを復調し、かつ処理し得る。復号モジュールがデータを復号した後、二次ペイロードインターフェースは、データを二次ペイロードへ通す。

一部の実施形態において、二次ペイロードインターフェースは、一次ペイロードおよび／またはホスト衛星のオペレータ（これは同じかまたは異なり得る）との制御およびテレメトリ相互作用が限定されるように設計され得る。例えば、制御相互作用は、電力の接続に限定され得る。別の例として、テレメトリ相互作用は、二次ペイロードインターフェースの基本的な健全性への洞察を提供する離散的なテレメトリポイントに限定され得る。その結果として、二次ペイロードはなおも、一次ペイロードおよび／またはホスト衛星のオペレーションセンタによる関与なく、そのオペレータによって確実に制御され得る。このアプローチは、一部の暗号化システムによって必要とされるような、暗号化状態と非暗号化状態との間の信号の区別（例えば、「レッド／ブラック」インターフェース）を提供する。

よって、本発明に従って、一次ペイロード通信チャンネルを使用する二次ペイロード通信のための二次ペイロードインターフェースが提供される。このインターフェースは、一次ペイロード通信チャンネルを二次ペイロードに接続するための複数の入力／出力カプラと、二次ペイロードが一次ペイロード通信チャンネルを使用して地上局と通信することを可能にする回路とを含み得る。

二次ペイロードによる通信を可能にするための方法も提供される。

本発明は、さらに以下の手段を提供する。
（項目１）
一次ペイロード通信チャンネルを使用する二次ペイロード通信のための二次ペイロードインターフェースであって、該二次ペイロードインターフェースは、
該一次ペイロード通信チャンネルを二次ペイロードに接続するための複数の入力／出力カプラと、
該二次ペイロードが、該一次ペイロード通信チャンネルを使用して、地上局と通信することを可能にするための回路と
を備えている、二次ペイロードインターフェース。
（項目２）
上記二次ペイロードは通信衛星においてホストされる、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目３）
上記複数の入力／出力カプラは、上記一次ペイロード通信チャンネル内に二次ペイロード通信チャンネルを確立し、該二次ペイロード通信チャンネルは、該一次ペイロード通信チャンネルの残りから分離される、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目４）
上記複数の入力／出力カプラは指向性カプラである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目５）
上記複数の入力／出力カプラはオープンコレクタトランジスタドライバである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目６）
上記複数の入力／出力カプラは固体スイッチである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目７）
上記複数の入力／出力カプラは電気機械スイッチである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目８）
上記複数の入力／出力カプラはＲＦスイッチである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目９）
上記複数の入力／出力カプラはＩＦスイッチである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１０）
上記複数の入力／出力カプラはベースバンドデータポートである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１１）
上記複数の入力／出力カプラは電力分割器である、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１２）
上記複数の入力／出力カプラは光アイソレートデータポートである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１３）
上記複数の入力／出力カプラはフィルタである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１４）
上記複数の入力／出力カプラは抵抗要素である、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１５）
上記複数の入力／出力カプラは無線周波数ポートである、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１６）
上記回路は、
上記二次ペイロードからデータを受信することと、
該データを暗号化することと
のための暗号化モジュールを備えている、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１７）
上記回路は、データのビットをデータパケットにフレーミングするデータフレーミングモジュールを備えている、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１８）
上記回路は、上記データパケットを上記一次ペイロード通信チャンネルに対して適切なフォーマットに変調する変調器を備えている、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目１９）
上記フォーマットは直交振幅変調信号を備えている、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目２０）
上記複数の入力／出力カプラは、上記二次ペイロードが上記地上局と通信している間に、上記一次ペイロードが上記一次ペイロード通信チャンネルの残りを使用することを可能にする、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目２１）
上記複数の入力／出力カプラは、上記二次ペイロードが上記地上局と通信していないとき、上記一次ペイロード通信チャンネルのすべてが、上記一次ペイロードに対して回復されることを可能にする、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目２２）
上記複数の入力／出力カプラは、上記二次ペイロードの動作状態に関わりなく、上記一次ペイロード通信チャンネルのすべてが、上記一次ペイロードに回復されることを可能にする、上記項目のいずれか１項に記載の二次ペイロードインターフェース。
（項目２３）
一次ペイロード通信チャンネルを使用するペイロード通信のための方法であって、該方法は、
該一次ペイロード通信チャンネルのトランスポンダ経路と結合し、該一次ペイロード通信チャンネル内に二次ペイロード通信チャンネルを確立することと、
該二次ペイロード通信チャンネルを使用して、二次ペイロードが地上局と通信することを可能にすることと
を包含する、方法。
（項目２４）
上記二次ペイロードは、通信衛星においてホストされる、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目２５）
上記二次ペイロード通信チャンネルは、上記一次ペイロード通信チャンネルの残りから分離される、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目２６）
上記結合することは、
複数の指向性カプラを使用して、上記一次ペイロード通信チャンネルの上記トランスポンダ経路と結合することを包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目２７）
上記結合することは、
オープンコレクタトランジスタドライバを使用して、上記一次ペイロード通信チャンネルの上記トランスポンダ経路と結合することを包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目２８）
上記結合することは、
固体スイッチを使用して、上記一次ペイロード通信チャンネルの上記トランスポンダ経路と結合することを包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目２９）
上記結合することは、
電気機械スイッチを使用して、上記一次ペイロード通信チャンネルの上記トランスポンダ経路と結合することを包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目３０）
上記結合することは、
ＲＦスイッチを使用して、上記一次ペイロード通信チャンネルの上記トランスポンダ経路と結合することを包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目３１）
上記結合することは、
ＩＦスイッチを使用して、上記一次ペイロード通信チャンネルの上記トランスポンダ経路と結合することを包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目３２）
上記可能にすることは、
上記二次ペイロードからデータを受信することと、
該データを上記一次ペイロード通信チャンネルに対して適切なフォーマットに変調することと、
該変調されたデータを上記地上局に送信することと
を包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目３３）
上記可能にすることは、
上記地上局からデータを受信することと、
該データを復調することと、
該復調されたデータを上記二次ペイロードに送信することと
を包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目３４）
上記二次ペイロードの通信をディセーブルし、上記一次ペイロード通信チャンネルのすべてを一次ペイロードに対して回復することをさらに包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目３５）
通信衛星においてホストされた少なくとも１つの二次ペイロードを制御する方法であって、該方法は、
二次ペイロードインターフェースを使用して、該通信衛星上の一次ペイロード通信チャンネル内の二次ペイロード通信チャンネルを分離することであって、該二次ペイロードインターフェースは、該二次ペイロード通信チャンネルを分離する複数の指向性カプラを備えている、ことと、
該分離された二次ペイロード通信チャンネルを介して、該少なくとも１つの二次ペイロードを確実に制御することと
を包含する、方法。
（項目３６）
上記通信衛星との制御相互作用を、上記二次ペイロードインターフェースに電力を提供する接続に限定することをさらに包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。
（項目３７）
上記通信衛星とのテレメトリ相互作用を、搬送波ロック、温度、ハートビートおよびフレームロックのうちの少なくとも１つを備えている離散的なテレメトリポイントに限定することをさらに包含する、上記項目のいずれか１項に記載の方法。

（摘要）
一次ペイロード通信チャンネルを使用するペイロード通信のための二次ペイロードインターフェースが提供される。二次ペイロードインターフェースは、複数の入力／出力カプラを含み得、該複数の入力／出力カプラは、一次ペイロード通信チャンネルを二次ペイロードに接続し得る。複数の入力／出力カプラは、一次ペイロード通信チャンネル内に分離された二次ペイロード通信チャンネルを確立し得る。二次ペイロードインターフェースは、通信衛星のオペレータとの制御およびテレメトリ相互作用が限定されるように設計され得る。

本発明のさらなる特徴、その性質、および様々な利点が、添付の図面と共に、以下の詳細な説明を考慮すると明らかであり、添付の図面においては、全体を通して同様の参照文字は同様の部品を指す。

図１は、本発明の一実施形態による、通信衛星と地上局とを含む通信システムの表示である。 図２は、本発明の一実施形態による、ホスト衛星の一次ペイロード通信チャンネルおよびサービスを利用する二次ペイロードの実施形態の一般的なブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態による、二次ペイロードインターフェースに結合された、通信衛星の一次ペイロード通信チャンネルの実施形態のブロック図である。 図４は、本発明の一実施形態による、例示的な二次ペイロードインターフェースのブロック図である。 図５は、本発明の一実施形態による、指向性カプラの概略的な表示である。

（詳細な説明）
従来の通信衛星は通常、単一のサービスを提供するための専用とされる。二次ペイロードを担持する例外は、二次ペイロードに対する専用の補助的な通信システムを提供している。しかしながら、一部の例においては、二次ペイロードを通信衛星に付加することが望ましくあり得るが、衛星は、二次ペイロード自体を収容し得るが、大きさ、重量、および／または電力の制限により、補助的な通信システムを収容することができないことがあり得る。

本発明は、一次ペイロード通信チャンネルを使用して二次ペイロード通信を可能にするために、二次ペイロードインターフェースを提供する。例えば、二次ペイロードは、地上局と通信する必要がある地球観測センサであり得る。二次ペイロードは、一次ペイロード通信チャンネルのトランスポンダ経路と結合し得、一次ペイロード通信チャンネル内に二次ペイロード通信チャンネルを確立し得る。

一次ペイロード通信チャンネルとの結合が可能とされるので、専用の二次ペイロード通信チャンネルに対する必要性が回避される。それ自体の専用通信チャンネルを必要としない二次ペイロードは、より小さく、より軽く、より安価であり得、そして電力をより少なく消費する。さらに、二次ペイロードが、通信衛星のオペレータとは異なるエンティティによって操作される場合、オペレータは、二次ペイロードをホストすることに対して料金を課し得るのみならず、二次ペイロードによる一次ペイロード通信チャンネルの使用に対して料金を課することによって、追加的な収益を引き出すことができることがあり得る。

図１は、本発明の一実施形態による、通信衛星と地上局とを含む通信システムの表示である。通信システム１００は、通信衛星１０２および１１２と、アップリンク地上局１０４および１０６と、ダウンリンク地上局１０８および１１０とを含み得る。通信衛星１０２は一次ペイロードをホストし得、該一次ペイロードは、アップリンク地上局１０４から受信された、または通信衛星１１２と１０２との間のクロスリンクによって受信された様々なデータを放送する。例えば、一次ペイロードは、アップリンク地上局１０４から受信された音声データをダウンリンク地上局１０８（例えば、可動プラットフォーム受信機または固定プラットフォーム受信機）へ放送する衛星無線放送を提供し得る。別の例として、一次ペイロードは、アップリンク地上局１０４から受信されたテレビジョンデータをダウンリンク地上局１０８へ提供し得る。アップリンク地上局１０４およびダウンリンク地上局１０８は、任務の条件に依存して、同じ場所に位置し得るか、または分離され得る。

一次ペイロードに加えて、通信衛星１０２は、二次ペイロードをホストし得、該二次ペイロードは、同じかまたは異なる地上局のセット（例えば、地上局１０６および１１０）へのデータ送信を取り扱う。例えば、アップリンク地上局１０６は、データ（例えば安全なデータ）を通信衛星１０２の二次ペイロードへ送信するアップリンク局であり得る。アップリンク地上局１０６からデータを受信した後、二次ペイロードは、指令信号のループバック検証のために、ダウンリンク地上局１１０へデータを送信し得る。一次ペイロードのアップリンク地上局およびダウンリンク地上局の場合のように、アップリンク地上局１０６およびダウンリンク地上局１１０は、同じ場所に位置し得るか、または分離され得る。一部の場合、二次ペイロードは、一次ペイロードのアップリンク地上局およびダウンリンク地上局を共有し得、そして、そのデータにフィルタをかけ、さらなる処理のために別の場所にそのデータを流す。

図２および図３は、通信衛星１０２の一次ペイロード通信チャンネルの実施形態のブロック図であり、本発明の実施形態にしたがって、二次ペイロードインターフェースと結合されている。一次ペイロード通信チャンネル２００は、一次ペイロードアンテナシステム２０２を含み得る。一部の実施形態において、一次ペイロードアンテナシステム２０２はレフレクタを含み得、該レフレクタは、通信衛星と地上局との間の両方向に送信された電磁波を反射し、かつ／または収集する。

一次ペイロードアンテナシステム２０２において受信された電磁波は、広帯域受信機３０２に送られる前に、入力フィルタ３００によってフィルタがかけられ得る。一次ペイロード通信チャンネル２００は次に、入力マルチプレクサ３０４にデータを送り得、入力マルチプレクサ３０４は、データが様々なトランスポンダ経路を通って通信衛星のペイロードに分配されることを可能にし得る。トランスポンダは、データ圧縮およびマルチプレクシングの結果として、１つのチャンネル、および、一部の場合では、複数のチャンネルを含み得る。任意の周波数帯域が、一次ペイロード通信システム２００において使用され得る。

一次ペイロード通信チャンネル２００は、一次通信チャンネル２００の大電力増幅器冗長量スイッチングコンポーネントにデータを供給することによって、データを送信し得、一次通信チャンネル２００の大電力増幅器冗長量スイッチングコンポーネントは、スイッチネットワーク３０６および３０８と増幅器３１０とを含み得る。例えば、データは、スイッチネットワーク２１０を通して増幅器３１０に供給され得る。増幅器３１０は任意の適切な大電力増幅器、例えば進行波管電力増幅器または固体電力増幅器を含み得る。一次ペイロードアンテナシステム２０２への送信のために、増幅器３１０の出力は次に、スイッチネットワーク３０８を通して、出力マルチプレクサ３１２に適用され得る。多くの商業衛星で利用可能である３６ＭＨｚ帯域幅チャンネルが、ダウンリンクチャンネルに提供され得る。データが、一次ペイロードアンテナシステム２０２において受信された後、アンテナシステムは、データを地上局に送信し得る。

二次ペイロード２１８は、二次ペイロードインターフェース２２０を通して一次ペイロード通信チャンネル２００に結合され得る（図２を参照）。二次ペイロードインターフェース２２０は、入力マルチプレクサ３０４とスイッチネットワーク３０６との間のトランスポンダ経路と結合し得る。二次ペイロードインターフェース２２０は、任意の適切な数のポートを含み得る（例えば１つ以上のポート）。トランスポンダ経路と結合することによって、二次ペイロードインターフェース２２０は、通信衛星の既存の一次ペイロード通信チャンネル内に二次ペイロード通信チャンネルを確立し得る。二次ペイロード通信チャンネルは、一次ペイロード通信チャンネル（例えば、商業Ｃ帯域通信チャンネル）を使用して、二次ペイロード２１８から地上局へ高帯域幅データの送信を可能にし得る。

二次ペイロードインターフェース２２０の一次コンポーネントは、回路３１４と、暗号化モジュール３１６と、復号モジュール３１８と、ペイロード／暗号インターフェースユニット（ＣＩＵ）モジュール３２０と、入力／出力カプラ３２２および３２４とを含み得る。随意の暗号化モジュール３１６、復号モジュール３１８、およびＣＩＵモジュール３２０は、二次ペイロードのセキュリティ要件に関する要求に依存して、任意の適切なポイントで、二次ペイロードインターフェース２２０に統合され得る。例えば、暗号化モジュール３１６、復号モジュール３１８、およびＣＩＵモジュール３２０は、回路３１４内に組み込まれ得る。別の例として、図３に示されるように、暗号化モジュール３１６、復号モジュール３１８、およびＣＩＵモジュール３２０は、回路３１４と二次ペイロード２１８との間でインライン集積され得る。一旦二次ペイロード通信チャンネルが、確立されると、暗号化モジュール３１６、復号モジュール３１８、およびＣＩＵモジュール３２０は、二次ペイロード２１８のオペレータが、通信衛星のオペレーションセンタからの介入および関与なく、二次ペイロード２１８を制御し、データを保護することを可能にし得る。

図４をここで参照すると、本発明の一実施形態による、例示的な二次ペイロードインターフェースのブロック図が示される。二次ペイロードインターフェース２２０は、複数の二次ペイロード（例えば二次ペイロード２１８）に対するインターフェースとして役立ち得る。図２には２つの二次ペイロードが二次ペイロードインターフェース２２０に結合されるように示されているが、１つから、他の制限（例えばスペース、打ち上げ重量、および利用できる電力）によって決定される最大数までの、任意の数の二次ペイロードが結合され得ることが理解される。

ダウンリンク送信ストリームにおいて、二次ペイロード２１８は、データおよびクロック信号を二次ペイロードインターフェース２２０に送信し得る。これらのデータおよびクロック信号は、シングルエンド信号または差分信号（例えば低電圧差分信号（ＬＶＤＳ））であり得る。一部の実施形態において、二次ペイロードインターフェース２２０は、様々なデータ速度を支持することのできる暗号化モジュール（例えば暗号化モジュール３１６）を含み得る。例えば、差分データは、データを高速で高い帯域幅ＬＶＤＳシステム上で暗号化モジュール３１６（例えば、ＮＳＡ認定のＴｙｐｅ １ ＣＯＭＳＥＣ ＭＥＵ−１２１）へ走らせることによって暗号化され得る。さらに、シングルエンドデータは、データをシングルエンドシステム上で暗号化モジュール３１６へ走らせることによって暗号化され得る。二次ペイロードの秘密保全要求に依存して、各二次ペイロードは、それ自身の暗号化モジュールを有し得るか、または複数の二次ペイロードは、単一の暗号化モジュールを共有し得る。一部の実施形態において、ＣＩＵモジュール（例えば、図３のＣＩＵモジュール３２０）が、二次ペイロードに対して必要とされる任意の暗号機とインターフェースするために（例えば、「レッドサイド（ｒｅｄ−ｓｉｄｅ）」制御および状態を提供するために）使用され得る。

データが暗号化モジュール３１６によって暗号化された後、二次ペイロードインターフェースは、データを回路３１４（例えば、二次ペイロードインターフェースモデム）に送り得る。回路３１４は次に、前方誤り訂正（ＦＥＣ）およびベースバンド符号化をフレーミングし、かつ実行し、最後に一次ペイロード通信チャンネルと整合するフォーマットを使用して、データを搬送波信号へ変調する。例えば、データフレーミングモジュール４００は、データのビットをデータパケットに符号化する。一部の実施形態において、データフレーミングモジュール４００は、一次ペイロード通信チャンネルと関連付けられた送信プロトコル知識および管理情報を追加し得る。

データがデータパケットにフレーミングされた後、ＦＥＣエンコーダ４０２は、前方誤り訂正（ＦＥＣ）を使用して、データパケットを符号化し得る。このようにして、データ送信の間に導入された誤りは訂正され得る。

データパケットのＦＥＣは、スループットを改良すること、および通信衛星の必要な送信電力を低減することを助ける。結果として、通信衛星の電力システムに対する総需要は減少する。あるいは、ビット速度は、同じ電力レベルおよびリンクマージンを保持しながら増加し得る。任意の適切な形のＦＥＣが、システムスループットを改良し、例えばブロックコード化、畳み込みコード化、連結コード化、およびターボコード化スキームのような電力消費を低減するために使用され得る。

データパケットは次に、ベースバンドエンコーダ４０４に送られる。ベースバンドエンコーダ４０４は、変調に先立ち、データパケットの任意の最終処理またはフォーマッティングを実行し得る。例えば、ベースバンドエンコーダ４０４は、２位相偏移キーイング（ＢＰＳＫ）および直交位相偏移キーイング（ＱＰＳＫ）アンビギュイティ解消に対して、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）からＮＲＺマーク（ＮＲＺ−Ｍ）へデータパケットを変換し得る。別の例として、ベースバンドエンコーダ４０４は、オフセットＱＰＳＫに対するコミュテータを含み得る。

適切なベースバンド符号化がデータパケットに対して実行された後、回路３１４が、符号化されたデータパケットを変調器４０６へ送り得る。変調器４０６は、例えば振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）、周波数偏移キーイング（ＦＳＫ）、位相変調（ＰＭ）、位相偏移キーイング（ＰＳＫ）、ＱＰＳＫ、直交振幅変調（ＱＡＭ）、超広帯域（ＵＷＢ）、または符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）のような情報変調（例えばアナログまたはデジタル）の任意の適切な手段を使用して、符号化されたデータパケットを搬送波信号へ変調し得る。

ＱＡＭは、搬送波信号の同相（Ｉ）および直交（Ｑ）成分の振幅および位相を変調することによってデータを伝達する変調スキームである。１６−シンボルＱＡＭは、Ｉ−Ｑ平面上に表現された１６のコンステレーション（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）ポイントを含み、該Ｉ−Ｑ平面においては、各コンステレーションポイントは、４ビットの情報を含み、４ｂｐｓ／Ｈｚのビット速度スペクトル密度が生じる。各シンボルは複素数として表現されているので、変調器４０６は、各シンボルの実数（Ｉ）および虚数（Ｑ）部によって２つの搬送波正弦波（９０°位相を外れている）の振幅および位相を変調することにより、符号化されたデータを伝達し得る。変調器４０６は次に、同じ周波数で２つの搬送波によってシンボルを送り得る。このアプローチが望ましい。なぜならば、データは、直交搬送波で２つのパルス振幅変調（ＰＡＭ）信号として容易に送信され、したがって容易に復調され得るからである。

一次ペイロード通信チャンネルによって提供された３６ＭＨｚ（図３を参照）帯域幅チャンネルを使用して、１４４Ｍｂｐｓ（ナイキスト限界）までのダウンリンクデータ速度が、１６−ＱＡＭによって達成され得る。さらに、３６ＭＨｚ帯域幅チャンネルが、ＱＰＳＫ変調によって７２Ｍｂｐｓまでのダウンリンクデータ速度を支持し得る。同様に、３６ＭＨｚ帯域幅チャンネルは、８ＰＳＫ変調によって１０８Ｍｂｐｓまでのダウンリンクデータ速度を支持し得る。

温度補償式水晶発振器（ＴＣＸＯ）４０８は、デジタル集積回路に対して非常に安定したクロック信号を支持する正確な周波数標準によって、二次ペイロードインターフェース２２０を提供し得る。このようにして、ＴＣＸＯ４０８は、デジタルクロック発生器として役立ち得る。ＴＣＸＯ４０８は、安定性および位相雑音に対して通信衛星によって必要とされる任意の基準周波数を提供し得ることが理解される。例えば、図４に示されるように、ＴＣＸＯ４０８は１０ＭＨｚに設定され得る。

一部の実施形態において、ＴＣＸＯ４０８は、変調器４０６の１６−シンボルＱＡＭに対する周波数を安定化させることを補佐し得る。例えば、ＴＣＸＯ４０８によって提供された基準周波数は、位相ロックループ（ＰＬＬ）４１０に送られ得、位相ロックループ（ＰＬＬ）４１０は、基準周波数よりもはるかに高い局部発振器周波数を発生させ得る。図４に示される例において、ＰＬＬ４１０は、１０ＭＨｚ ＴＣＸＯ４０８によって提供された周波数基準から、安定した３．７８ＧＨｚ局部発振器周波数を発生させ得る。３．７８ＧＨｚ局部発振器周波数は次に、周波数安定化のために変調器４０６に送信される前に、緩衝増幅器４１２に送られ得る。ＰＬＬ４１０は任意の適切なアプローチを使用して、例えば周波数増倍によって、直接的に発振器によって、数値制御発振器によって、または一次ペイロード通信チャンネルによって特定された別の手段によって、局部発振器周波数を引き出し得る。

一次ペイロード通信チャンネルを二次ペイロード２１８に接続するために、二次ペイロードインターフェース２２０は、任意の適切な数の入力／出力カプラを含み得る。例えば、図４に示されるように、入力／出力カプラ３２２および３２４は、指向性カプラであり得、該指向性カプラは、一次ペイロード通信チャンネルのトランスポンダ経路と結合し、かつ結合から外れ、通信チャンネル内で二次ペイロード通信チャンネルを確立する。一次ペイロード通信チャンネルと結合し、既存の通信インフラストラクチャを使用することによって、専用の二次ペイロード通信チャンネルに対する必要性が回避される。

一部の実施形態において、二次ペイロード通信チャンネルは、一次ペイロード通信チャンネルの残りから分離され得る。その結果、分離された二次ペイロード通信チャンネルは、オペレータが、二次ペイロード通信チャンネルを介して二次ペイロード２１８を確実に制御することを可能にし得る。図３に示される例において、二次ペイロード通信チャンネルの集積および分離を達成するために、二次ペイロードインターフェース２２０は、疎（例えば−２０ｄＢ）入力／出力カプラ３２２および３２４を利用する。当業者は、入力／出力カプラの任意の非常に確実な実装、例えば非常に確実なスイッチ（例えば固体スイッチ、電気機械スイッチ、または他のＲＦスイッチもしくはＩＦスイッチ）、無線周波数／中間周波数（ＲＦ／ＩＦ）結合に対するサーキュレータ、またはベースバンド信号結合に対するオープンコレクタもしくは非常に確実なトライステートデバイスもしくは専用のポートが使用され得ることを理解する。

入力／出力カプラ３２２および３２４は、金属導電体および誘電体を含み、好ましくは、本質的に放射線誘発の劣化を受けない（例えば、これらは「ラッドハード（ｒａｄ−ｈａｒｄ）」であると考えられる）。このように、入力／出力カプラ３２２および３２４は、静止衛星の厳しい放射線環境において、確実に動作すると期待され得る。逆に、電子スイッチ（例えば機械的スイッチマトリックスおよびピンダイオード）は、例えば単一イベント効果、単一イベントラッチアップ、ならびに汚染または破損による全イオン化線量効果および／または機械的故障のような放射線誘発の影響に対して脆弱であり得る。かかる劣化は、これらの電子スイッチの性能を損なうか、または破局的に劣化させ得、結果として、一次ペイロード通信チャンネルおよび一次ペイロードと二次ペイロードの両方に対するペイロード任務の実現可能性を損ない得る。さらに、電子スイッチはまた、確実性がない。なぜならば、スイッチが開かないかまたは閉じないことがあり得るからである。一部の場合においては、電子スイッチは、不確定な状態（閉じてもいるし開いてもいる）においてさえも動作し得る。しかしながら、入力／出力カプラ３２２および３２４は、動く部品または機械的なスイッチを含まず、したがって、より確実に動作する。

図５は、カプラがどのようにして、２つの隣接する伝送ラインを適切に構成し得、分離を達成し得るかを示す。カプラ５００の特性は、その幾何学的構成および／または構造的構成によって決定され得る。カプラ５００は、信号電波の方向に基づいて信号を分離する。例えば、入力ポート５０２の中に流れ込む信号のうちの幾らかの部分は、結合されたポート５０４に現れる。同様に、結合されたポート５０４の中に流れ込む信号のうちの幾らかの部分は、入力ポート５０２に完全に結合される。しかしながら、結合されたポート５０４および出力ポート５０２は分離され、その結果、出力ポート５０６の中に流れ込む信号は結合されたポート５０４には現れず、入力ポート５０２に完全に結合される。図５に示される構成において、分離されたポート５０８は整合負荷で終端する。

図４に戻って、二次ペイロード通信チャンネルを分離させるためのカプラの機能性がここで論議される。ダウンリンク側において、出力カプラ３２２（例えば、図５の結合されたポート５０４）に送信されるデータパケットに対する電力の一部分が、出力チャンネル（例えば、図５の入力ポート５０２）に現れる。特に、この例においては、出力カプラ３２２は、−２０ｄＢの結合損失を有するので、入力電力の１％が、出力チャンネルに現れる。しかしながら、出力カプラ３２２（例えば、図５の出力ポート５０６）に供給されるデータは、回路３１４から分離される。同様に、アップリンクサイドにおいて、入力カプラ３２４（例えば、入力ポート５０２）の入力チャンネルから受信されたデータに対する電力の一部分が、回路３１４（例えば、結合されたポート５０４）に現れる。しかしながら、入力カプラ３２４の結合されたポートは、出力ポートから分離される。入力／出力カプラ３２２および３２４の組み合わせは、分離された二次ペイロード通信チャンネルを作成する。さらに、出力は、入力から分離され、これによって、ダウンリンクからアップリンクへの自己干渉を低減する。一次ペイロードのオペレータから、二次ペイロード２１８の制御および二次ペイロード２１８からの出力を分離する能力は、特に、二次ペイロードが戦略的資産である場合、重要であり得る。

さらに、この結合実装は、一次ペイロードの通信サービルに対して、正味の確実性に関する影響を及ぼさないので、この実装は、一次ペイロードの任務の確実性および継続性を保証することへのロバストなアプローチを表現する。例えば、疎結合は、二次ペイロード２１８が地上局と通信しながら、一次ペイロードが一次ペイロード通信チャンネルの残り（例えば、二次ペイロード２１８によって利用されていない任意の帯域幅）を使用することを可能にする。このようにして、二次ペイロードが、一次ペイロード通信チャンネルの一部分をそのアップリンクおよびダウンリンクによって利用するだけである場合には、チャンネルの残りは、一次サービスエンドユーザによって利用され得る。別の例として、二次ペイロード２１８が地上局と通信していないとき（例えば、通信の欠如は、計画された打ち切りまたは計画されていない機能不良もしくは故障のいずれかであり得る）、入力／出力カプラ３２２および３２４の疎結合は、一次ペイロードが一次ペイロード通信チャンネルのすべてを使用することを可能にし得る。このようにして、二次ペイロードインターフェース２２０がパワーオフされるとき、正常なトラフィックが、一次ペイロード通信チャンネルのトランスポンダ経路において再開され得、全容量が、一次ペイロードに戻り得る。さらに別の例として、一次ペイロードが、二次ペイロード２１８によって現在使用されているかまたは二次ペイロード２１８に利用可能であるさらなる帯域幅を必要とするという決定に応答して、二次ペイロードインターフェース２２０は（例えば、入力／出力カプラ３２２および３２４を使用して）、二次ペイロードの通信をディセーブルし得、一次通信チャンネルの全帯域幅を確保するかまたはこれを回復し得る。この特徴の使用は、一次ペイロードおよび二次ペイロードのオペレータ間の合意に依存するが、この特徴は、技術的に支持され得る。

ここでアップリンクストリームを参照して、データが、入力カプラ３２４を介して、二次ペイロード通信チャンネルから受信された後、回路３１４は、結合された信号を復調、処理、かつ復号し得る。この例においては、入力カプラ３２４は、−２０ｄＢの結合損失を有するので、入力電力の非常に小さな部分（１％）が、回路３１４に現れる。このようにして、回路３１４の低雑音増幅器（ＬＮＡ）４１４が、受信されたデータの電力を増幅するために使用され得る。ＬＮＡ４１４は、雑音およびひずみをできるだけ少なく追加しながら電力を上げることができる能動コンポーネントである。さらに、ＬＮＡ４１４は、一次ペイロード通信チャンネルのトランスポンダ経路に損傷を与えない。

増幅された信号は次に、ベクトル復調器４１６に供給される。一般化Ｉ／Ｑ復調に対して、ベクトル復調器４１６は、直トラフィック号成分（例えば正弦および余弦）によって信号を増倍させ得、２つのべースバンド信号（例えば、Ｉ（ｔ）およびＱ（ｔ））を生み出し得る。温度またはエージングによる周波数変動が、周波数変換プロセスに導入され得るので、安定した発信器が望まれる。この基準は、ＰＬＬ４１０から受信され、バッファ増幅器４１８によって増幅された安定した３．７８ＧＨｚ局部発振器周波数によって提供され得る。

回路３１４は次に、Ｉ（ｔ）とＱ（ｔ）の両方を帯域フィルタ（ＢＰＦ）４２０およびＢＰＦ４２２に送り得る。ＢＰＦ４２０および４２２は次に、特定の周波数範囲の外の周波数項が除去され、同相にある（または直交する）成分が抽出されるように、Ｉ（ｔ）およびＱ（ｔ）を処理し得る。Ｉ（ｔ）およびＱ（ｔ）にフィルタがかけられた後、Ｉ（ｔ）は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２４に通され得、Ｑ（ｔ）は、Ａ／Ｄ変換器４２６に通され得る。最後に、Ｉ（ｔ）およびＱ（ｔ）は、復調器４２８によって合併、復調させられ得る。復調器４２８は、例えばＱＰＳＫ、ＱＡＭ，ＰＳＫなど、変調器４０６によって使用される変調スキームに対して補足的な任意の適切な復調スキームを使用し得る。回路３１４は次に、復調させられたデータをベースバンド復号器４３０に送り得、ベースバンド復号器４３０は、ベースバンドエンコーダ４０４と反対の動作を実行し得る。

復号モジュール３１８（例えばＭＣＵ−１１０デクリプタ）は、復号されたデータを受信し得、データが二次ペイロード２１８にルートされ得るように復号を実行し得る。アップリンクデータ速度が約１Ｍｂｐｓである場合には、ＲＳ−４２２バス（図３に示される）は、復号モジュール３１８と二次ペイロード２１８との間のインターフェースを提供し得る。暗号化モジュール３１６と同様に、二次ペイロードの秘密保全要求に依存して、各二次ペイロードはそれ自体の復号モジュールを有し得るか、または複数の二次ペイロードが、単一の復号モジュールを共有し得ることを当業者は理解する。

一部の実施形態において、二次ペイロードインターフェース２２０は、通信衛星のオペレータとの制御およびテレメトリ相互作用は限定されるように設計され得る（例えば、図２のホスト衛星サービス２３０）。例えば、通信衛星との制御相互作用は、電力を二次ペイロードインターフェース２２０に提供する接続に限定され得る。図４に示されるように、Ｖ供給接続は、電力が電源４３２に提供されることを可能にする。さらに、Ｖ戻りは、通信衛星に対する電力制御信号を提供し得る。別の例として、通信衛星とのテレメトリ相互作用は、二次ペイロードインターフェース２２０の基本的な健全性への洞察を提供する離散的なテレメトリポイントに限定され得る。適切なテレメトリポイントは、例えば搬送波ロック（例えばＵ／Ｌ搬送波ロック）、ビットロック（例えばＵ／Ｌビットロック）、復号ロック（例えばＵ／Ｌ復号ロック）、温度、ハートビート、およびフレームロックを含み得るが、これらに限定されない。光アイソレータステータスモジュール４３４は、これらのテレメトリポイントを通信衛星に提供し得る。

二次ペイロードインターフェース２２０と通信衛星との間の継続的な制御およびテレメトリ相互作用に対する帯域幅要件は、必要とされるデータ速度に依存して変動し得る。例えば、２．０Ｍｂｐｓのデータ速度に対して、帯域幅要件は、実装された変調スキーマのビット速度スペクトル密度に依存する。このようにして、一次ペイロード通信チャンネルによって提供されたチャンネル帯域幅の一部分は、アップリンクチャンネルを支持するために使用され得る。この設計の結果として、二次ペイロード２１８の動作の一部（例えば、制御およびテレメトリ相互作用）は、通信衛星の通信サービスに接続されるが、二次ペイロードはそれでも、通信衛星のオペレーションセンタによる関与なく、二次ペイロードのオペレータによって確実に制御され得る。二次ペイロードインターフェース２２０は、任意のペイロード対通信システムインターフェースであって、二次ペイロードが他のサービスによって共有された通信チャンネルの一部分またはすべてを利用し得る、ペイロード対通信システムインターフェースに拡張され得ることを当業者は理解する。

上述は、本発明の原理の例示であり、記述された実施形態以外によっても実行され得、該記述された実施形態は、限定の目的ではなく例示の目的で提示されたものであり、本発明は、以下の性有効によってのみ限定されることは理解される。

１００ 通信システム
１０２ 通信衛星
１０４ アップリンク地上局
１０６ アップリンク地上局
１０８ ダウンリンク地上局
１１０ ダウンリンク地上局
１１２ 通信衛星
２００ 一次ペイロード通信チャンネル
２０２ 一次ペイロードアンテナシステム
２１８ 二次ペイロード
２２０ 二次ペイロードインターフェース
２３０ ホスト衛星サービス

Claims (24)

1. 通信衛星であって、
   前記通信衛星は、
   複数のカプラを含む二次ペイロードインターフェースであって、前記複数のカプラは、前記通信衛星の一次ペイロードの一次ペイロード通信チャンネルに二次ペイロードを接続するように構成され、前記一次ペイロード通信チャンネルは、データを第２の通信衛星へと通信し、前記通信衛星の前記一次ペイロードは、前記通信衛星と関連した第１のサービスを提供し、前記二次ペイロードは、前記第１のサービスとは異なる第２のサービスを提供する、二次ペイロードインターフェースと、
   前記二次ペイロードが、前記一次ペイロードの前記一次ペイロード通信チャンネルを使用して、前記第２の通信衛星と通信することを可能にするように構成される回路と
   を備える、通信衛星。
2. 前記二次ペイロードは前記通信衛星上でホストされる、請求項１に記載の通信衛星。
3. 前記回路は、さらに、前記二次ペイロードが、クロスリンク通信チャンネルを介して前記第２の通信衛星と通信することを可能にするように構成される、請求項１に記載の通信衛星。
4. 前記複数のカプラは、前記一次ペイロード通信チャンネル内に二次ペイロード通信チャンネルを確立し、前記二次ペイロード通信チャンネルは、前記一次ペイロード通信チャンネルの残りから分離される、請求項１に記載の通信衛星。
5. 前記複数のカプラは、無線周波数（ＲＦ）指向性カプラ、アイソレート式ベースバンドデータポート、専用のＲＦポート、マルチプレックス式共有バス、オープンコレクタトランジスタドライバ、光アイソレート式データポート、スイッチ、フィルタまたは抵抗要素を含む、請求項１に記載の通信衛星。
6. 前記回路は、さらに、データを前記一次ペイロード通信チャンネルを介して受信することと、前記データを前記複数のカプラのうちの少なくとも１つのカプラを介して前記二次ペイロードへと送信することとを実行するように構成される、請求項１に記載の通信衛星。
7. 前記回路は、さらに、前記データを前記一次ペイロード通信チャンネルを介して場所へとストリーミングするように構成される、請求項６に記載の通信衛星。
8. 前記場所は、前記第２の通信衛星を含む、請求項７に記載の通信衛星。
9. 前記回路は、さらに、データを前記第２の通信衛星から受信するように構成される、請求項１に記載の通信衛星。
10. 前記複数のカプラは、前記二次ペイロードが前記第２の通信衛星と通信していないとき、前記一次ペイロード通信チャンネルの一部または全部が、前記一次ペイロードに対して回復されることを可能にする、請求項１に記載の通信衛星。
11. 前記複数のカプラは、前記二次ペイロードの通信をディセーブルすることにより、前記一次ペイロード通信チャンネルの一部または全部が、前記一次ペイロードに対して回復されることを可能にする、請求項１に記載の通信衛星。
12. 前記一次ペイロード通信チャンネルは、アップリンク通信およびダウンリンク通信のために構成される、請求項１に記載の通信衛星。
13. 二次ペイロード通信のための方法であって、前記方法は、
    二次ペイロードを通信衛星の一次ペイロードの一次ペイロード通信チャンネルに結合して、二次ペイロード通信チャンネルを確立することであって、前記一次ペイロード通信チャンネルは、データを第２の通信衛星へと通信し、前記通信衛星の前記一次ペイロードは、前記通信衛星と関連した第１のサービスを提供し、前記二次ペイロードは、前記第１のサービスとは異なる第２のサービスを提供する、ことと、
    前記一次ペイロードの前記一次ペイロード通信チャンネルを使用して、前記二次ペイロードが前記第２の通信衛星と通信することを可能にすることと
    を包含する、方法。
14. 前記二次ペイロードは、前記通信衛星上でホストされる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記二次ペイロードが前記第２の通信衛星と通信することを可能にすることは、クロスリンク通信チャンネルを介して通信することを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記二次ペイロードを前記一次ペイロード通信チャンネルに結合することは、
    複数のカプラを使用して、前記一次ペイロード通信チャンネルのトランスポンダ経路内に結合することを含む、請求項１３に記載の方法。
17. データを前記一次ペイロード通信チャンネルを介して受信することと、前記データを前記複数のカプラのうちの少なくとも１つのカプラを介して前記二次ペイロードへと送信することとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記データは、前記第２の通信衛星から受信される、請求項１７に記載の方法。
19. データを前記一次ペイロード通信チャンネルを介して場所へとストリーミングすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
20. 前記場所は、前記第２の通信衛星を含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記データを前記第２の通信衛星から地上局へと送信することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記二次ペイロード通信チャンネルは、前記一次ペイロード通信チャンネルの残りから分離される、請求項１３に記載の方法。
23. 前記二次ペイロードが前記第２の通信衛星と通信していないとき、前記一次ペイロード通信チャンネルの一部または全部が、前記一次ペイロードに対して回復されることを可能にすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
24. 前記一次ペイロード通信チャンネルは、アップリンク通信およびダウンリンク通信のために構成される、請求項１３に記載の方法。

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