JP5946528B2 - 航空機ベースの空対地通信システムおよび既存の静止衛星サービスの間でシェアしているスペクトル - Google Patents
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Description
[0001] 本出願は、米国特許2011年6月29日に出願の出願番号第13/172,539号の優先権を主張する。2011年6月29日に出願の米国特許出願番号第13/172,539号は、2008年6月12日に出願の米国特許出願番号第12/137,995号の一部継続出願であり; それは2003年12月7日に出願の米国特許出願番号第10,730,329号の一部継続出願であり、2006年9月26日に米国特許第7,113,780号として発行されており;更に、2006年7月24日に出願の米国特許出願番号第11/492,545号の一部継続出願であり、2010年7月6日に米国特許第7,751,815号として発行されており;それは2003年12月7日に出願の米国特許出願番号第10/730,329号の一部継続出願であり、2006年9月26日に米国特許第7,113,780号として発行されている。2011年6月29日に出願の米国特許出願番号第13/172,539号はまた、2009年4月14日に出願の米国特許出願番号第12/423,555号の一部継続出願であり、それは2003年12月7日に出願の米国特許出願番号第10/730,329号の一部継続出願であり、2006年9月26日に米国特許第7,113,780号として発行されている。前述の出願は、完全に、あたかも本願明細書において開示されるかのように本願明細書にリファレンスとして組み入れられる。
[0015] 図1は、オンボード航空機12に配置されている(図示せず)通信装置に通信サービスを提供するために、本周波数シェアリングシステム11と静止衛星サービスシステム13との間の無線周波数スペクトルシェアリング計画の例示的な実施形態のグラフィック表現を示す。現在のスペクトルシェアリングシステム11は、航空機12のスペクトルシェアリングシステムの地上局の11Gからのアップリンク送信は、既存の衛星ダウンリンク周波数帯域F1を(および、既存の衛星アップリンク周波数帯域F2をオプション、既存のATG周波数帯域を任意に)使用し、一方、航空機12からのスペクトルシェアリングシステムの地上局11gにダウンリンク送信は、既存の衛星アップリンク周波数帯域F2キーを(および、既存のATG周波数帯域を任意に)使用する。二つのシステム(スペクトルシェアリングシステム11と静止衛星サービスシステム13)は、共スペクトルであり、アップリンクおよびダウンリンクの両方の方向であってもよい相互干渉の可能性が存在する。
1.スペクトルシェアリングシステム航空機送信機(図示せず、ただし、航空機12に配置される)から静止衛星サービスシステム衛星レシーバに;
2.スペクトルシェアリングシステム地上局送信機から、静止衛星サービスシステム地上局レシーバに;
3.静止衛星サービスシステム地上局送信機から、スペクトルシェアリングシステム地上局レシーバに;および
4.静止衛星サービスシステム衛星送信機から(図示しないが、航空機12に配置された)スペクトルシェアリングシステム航空機受信機に;対する
4つの干渉の可能性がある。
[0017] ケース1の干渉は、比較的低く、周波数F2上の航空機無線周波数伝送は、衛星受信された無線周波数信号と干渉する。静止衛星サービスシステム13の地球局13Gで使用されるように、周波数F1の静止衛星サービス信号は、正確に指し示された高利得アンテナで受信していない限り非常に弱い。静止衛星サービス地球局アンテナは通常、上向きに静止衛星サービス地球局13Gが通信する衛星14に向けて非常に狭いビームでのみ放射する高利得アンテナである。スペクトルシェアリングシステムの地上局の11Gの場所にある最小の予防策では、この干渉を容易に回避することができる。
・水平線上の角度で任意の北方に面する信号と低仰角での信号のためのスペクトルシェアリングシステム地上局アンテナの「南方」ポインティング。このように、スペクトルシェアリングシステム地上局の送信が固定衛星サービス地球局の受信アンテナのための主要なビームの外にある。図5に示すように、任意の特定の緯度でのスペクトルシェアリングシステムのアンテナのカバレッジの限界は、地球局の受信アンテナの最大ビーム幅のための小さな追加の許容度を、軌道弧に方位角の範囲によって規定する。
・スペクトルシェアリングシステムの地上局送信に低電力スペクトル密度を維持するために、信号は、スペクトルの大部分にわたって拡散される必要があり得る。幸いにも、いくつかの衛星群バンドは数百MHzもの範囲を提供する。そして、それは接地点から航空機まで高データ信号速度を維持すると共に、スペクトル密度を十分に低いレベルに下げるために充分である。
1.スペクトルシェアリングシステム地上ステーションの配置;
2.ビーム形成およびビームステアリングを包含するスペクトルシェアリングシステム地上ステーションのアンテナ・パターン;
3.信号拡散
4.パワー制御;
5.ビームステアリングの場合には活性化干渉打ち消し。
[0020] 例えば、大陸米国から見るとき、静止衛星の軌道は南の方向にある。そのため、静止衛星サービス地球局アンテナのすべてが、南の方を向いている。地上局の緯度に従い、衛星の一部の静止弧だけは、見える。状況は、図3において例示される。地上局のいかなる与えられた地理的位置に関して、静止弧の可視部分を制限する2つの経度があり、それはlEおよびlWとして分類される。したがって、地上局のアンテナは、常にこの静止弧の可視部分上のある場所を示している。地上局の緯度が北の方へ増加するにつれて、可視アークの分はより少なくなる。約80度より北にある地上局に関しては、静止軌道は見えない。
[0024] 図1に示す無線周波数再使用シナリオを参照すると、2つのシステム間の干渉の緩和のための条件の一つは、スペクトルシェアリングシステム地上局の無線周波数伝送が、地球局アンテナの主ビームの外側にあることであることは明らかである。これは、周波数共用システム地上局は、(地球局アンテナのビーム幅を回避するために、必要に応じて追加の小さな減少で)式(3)及び(4)によって指定された方位角の範囲内で南に向けて送信される必要があることを意味する。このように、周波数共用システム地上局からの信号は、静止衛星サービス地球局アンテナのバックローブにある。図4は、静止衛星サービス地球局アンテナのメインローブの外部周波数共用システムのアップリンク伝送のために必要な条件をグラフ形式で示す。
(*)EiRP値は、20MHzのチャネルを仮定して計算される
[0029] 表2に基づいて、システム・アップリンク伝達を共有しているスペクトルのための許された力のスペクトル密度は、比較的低い。表には、地球局アンテナのバックローブから追加の減衰が存在しないことを前提としている。また、表はスペクトルシェアリングシステム地上ステーション・アンテナからの区別がないと仮定して導出される。実用的な実施態様では、これらの追加要素は、必要なデータレートとスペクトルシェアリングシステムのセルサイトのリンクバジェットに基づいて評価されるべきである。
[0031] 衛星受信機の観点から、エネルギーは、スペクトルシェアリングシステム航空機から送信された衛星受信アンテナの雑音温度を増加させる。衛星受信アンテナは、290Kの公称雑音温度を有する地球に向かっている。したがって、スペクトルシェアリングシステム航空機伝達によって生じるパワーのスペクトル密度が地球の放射線によって発生する熱雑音のパワーのスペクトル密度より著しく小さい限り、分担しているスペクトルの影響はごくわずかである。スペクトルシェアリングシステム航空機伝達の力のスペクトル密度は、航空機のEiRP、スペクトルシェアリングシステムサービスのバンド幅および衛星アンテナの全幅の範囲内で、いかなる与えられた時間にも作動している航空機の数に依存する。
[0039] スペクトルシェアリング衛星受信アンテナによって覆われた空間のボリューム内に1000の航空機が動作しているシステムのケースを考慮する。保護閾値がTadd=20dBにセットされ、航空機の全てが概して衛星レシーバ・アンテナのメインビームであると仮定する。図2によれば、各々の航空機の伝送は、43dBm/MHz(1MHzのバンド幅で20ワット)のパワースペクトル密度制限を有する。
1.分析は、航空機の全てが最大出力によって伝達していると仮定する。活動中のシナリオにおいて、航空機の伝送は、パワー制御下にあって、常に最大値以下にある。
2.分析では、航空機のEiRPが地上と衛星アンテナに向けたサービス提供セルに対して同じであることを前提としている。実用的な実施態様において、航空機アンテナが接地点に大部分のエネルギーを向けると仮定することは合理的であり、空の方の放射線の量は著しく低い。自由空間経路損失だけは、考慮される。実用的なシナリオでは、大気現象による追加損失は、航空機によって生成された信号の減衰に追加する。
[0041] スペクトルスペクトルシェアリングシステム間の共有と静止衛星サービスが可能である。しかし、スペクトルシェアリングシステム地上ステーションおよび静止衛星サービス地上局レシーバ側間の干渉の共有している技術的に可能で慎重な管理をすることは必要である。
Claims (12)
- 選択されたカバー領域で作動可能な航空機に配置された通信装置に無線通信サービスを提供するためのシステムであって、
少なくとも1つの静止衛星通信システムが、選択されたカバー領域で作動可能であり、少なくとも1つの静止衛星通信システムは、複数の地球局によって生成された無線周波数リンクを使用し、該複数の地球局の各々が、(i)第1の無線周波で無線周波数信号を地球の赤道上空に向けて方向付けられた狭い形状のビームで衛星に送信し、(ii)第2の無線周波数で無線周波数信号を狭い形状のビームを使用して衛星から受信し、
システムが、
無線周波数カバー領域で作動可能な1又はそれ以上の航空機に無線周波数リンクを提供する無線周波数カバー領域を生成するための少なくとも1つの地上ステーションを有し、
前記少なくとも1つの地上ステーションが、
第2の無線周波数で無線周波数信号を生成し、無線周波数リンクを使用して、無線周波数カバー領域で作動可能な1又はそれ以上の航空機に送信するように作動するトランスミッタと、
地球の赤道上空に向けて方向付けられ、静止衛星通信システムの複数の地上局の狭い形状のビームに実質的に放射しない、広いビームを第2の無線周波数で生成された無線周波数信号の広いビームを生成するアンテナと、
を有する
ことを特徴とする無線通信サービスを提供するためのシステム。 - 航空機が、無線周波数信号を少なくとも1つの地上ステーションに送信するために第1の無線周波数を使用することを特徴とする請求項1に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
- 少なくとも1つの地上ステーションのアンテナが、広いビームの近地表部が複数の地上ステーションによって受信されないように上空に向けられた広いビームを方向付けることを特徴とする請求項1に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。
- 少なくとも1つの地上ステーションが更に、
航空機から少なくとも1つの地上ステーションに送信された無線周波数信号を受信するように第1の無線周波数で作動するレシーバを
有することを特徴とする請求項1に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。 - 静止衛星通信システムの各地球局が、フロントローブおよびバックローブを備えたレシーバアンテナパターンを有し、
広帯域無線周波数が、静止衛星通信システムの複数の地上局のフロントローブに実質的に放射しない、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。 - 静止衛星通信システムの各地上局が、衛星に向けて空に向けて方向付けられた狭い形状のビームフロントローブを備えたトランスミッタアンテナパターンを有し、
各地上ステーションの少なくとも1つが、狭い形状のビームフロントローブのパスの外にあるそれぞれの場所に配置されることを特徴とする請求項1に記載の無線通信サービスを提供するためのシステム。 - 選択されたカバー領域で作動する航空機に配置された無線通信装置に無線通信サービスを提供する方法であって、
少なくとも1つの静止衛星通信システムが、選択されたカバー領域で作動可能であり、少なくとも1つの静止衛星通信システムは、複数の地球局によって生成された無線周波数リンクを使用し、該複数の地球局の各々が、(i)第1の無線周波で無線周波数信号を地球の赤道上空に向けて方向付けられた狭い形状のビームで衛星に送信し、(ii)第2の無線周波数で無線周波数信号を狭い形状のビームを使用して衛星から受信し、
該方法が、
無線周波数カバー領域で作動可能な1又はそれ以上の航空機に無線周波数リンクを提供する無線周波数カバー領域を生成するための少なくとも1つの地上ステーションを作動させるステップを有し、
該ステップが、
第2の無線周波数で無線周波数信号を生成し、無線周波数リンクを使用して、無線周波数カバー領域で作動可能な1又はそれ以上の航空機に送信するトランスミッタを作動させるステップと、
地球の赤道上空に向けて方向付けられ、静止衛星通信システムの複数の地上局の狭い形状のビームに実質的に放射しない、広いビームを第2の無線周波数で生成された無線周波数信号の広いビームを生成するようにアンテナを作動させるステップと、
を有することを特徴とする無線通信サービスを提供する方法。 - 航空機が、無線周波数信号を少なくとも1つの地上ステーションに送信するように第1の無線周波数を使用することを特徴とする請求項7に記載の無線通信サービスを提供する方法。
- 少なくとも1つの地上ステーションのアンテナを作動させるステップが、広いビームの近地表部が複数の地球局によって受信されないように広いビームを方向付けるように少なくとも1つの地上ステーションのアンテナを作動させるステップを有することを特徴とする請求項7に記載の無線通信サービスを提供する方法。
- 少なくとも1つの地上ステーションを作動させるステップが更に、
航空機から少なくとも1つの地上ステーションまで送信された無線周波数信号を受信するように第1の無線周波数でレシーバを作動させるステップを有することを特徴とする請求項7に記載の無線通信サービスを提供する方法。 - 静止衛星通信システムの各地球局が、フロントローブおよびバックローブを備えたレシーバアンテナパターンを有し、
広帯域無線周波数が、静止衛星通信システムの複数の地上局のフロントローブに実質的に放射しない、
ことを特徴とする請求項7に記載の無線通信サービスを提供する方法。 - 静止衛星通信システムの各地上局が、衛星に向けて空に向けて方向付けられた狭い形状のビームフロントローブを備えたトランスミッタアンテナパターンを作動させ、
各地上ステーションの少なくとも1つが、狭い形状のビームフロントローブのパスの外にあるそれぞれの場所に配置されることを特徴とする請求項7に記載の無線通信サービスを提供する方法。
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