JP6227961B2 - マルチビーム衛星ネットワークにおいてｉｐパケットを経路指定する方法および装置 - Google Patents

Description

本開示の分野は一般に、衛星通信に関し、より詳細には衛星ネットワークにおいてインターネットプロトコル（ＩＰ）パケットを経路指定する方法および装置に関する。

通常の最新の中継型（または「ベントパイプ」）衛星は、電源（例えば１つまたは複数の電池、太陽電池、および／または同様なもの）、および様々な電子構成部品、ならびに１つまたは複数のアンテナを収容した金属または複合材料フレームを有する。構成部品は一般に、１つまたは複数の無線受信器、周波数変換器、および／または送信器を含んだ、１つまたは複数の「トランスポンダ」を含む。衛星の合計の帯域幅はトランスポンダの数に基づく。例えば１つの知られている商用衛星は、４５個のＣバンドおよび１６個のＫｕバンドトランスポンダにわたって分割された３．５２８ＭＨｚの合計の利用可能な帯域幅を有する。このようなトランスポンダは衛星の「搭載機器」と総称される。

通常のアナログ中継型通信搭載機器は、アップリンクアンテナを通じて地球または他の衛星から複数のアップリンクビームを受信する。それぞれの受信したビームは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）を用いて増幅され、さらに処理するためにダウンコンバート（Ｄ／Ｃ）される。次いでダウンコンバートされたビームは、切り替えられ、多重化（ＭＵＸ）され、または別の形で経路指定され、アップコンバートおよび地球または他の衛星への再送信の前に結合され得る。

デジタル衛星搭載機器は一般に、チャネル化された形または再生型の形で機能する。チャネル化された搭載機器は従来の固定アナログトランスポンダのように機能するが、衛星上の帯域幅および電力割当てを細かく分割し、制御し、監視する能力も含む。デジタル中継型搭載機器は通常は、入力部の出力部への柔軟な切替えを有する。中継型チャネルは、変更されることなく単に反復された信号である。したがってトランスポンダ搭載機器は、フォーマットまたは変調モードを問わず任意のタイプの信号を伝えることができる。デジタルトランスポンダシステムは、比較的容易にアナログトランスポンダシステムとの下位互換性を有するように変更することができる。中継型搭載機器とは異なり、再生型搭載機器は、アップリンクされた信号の復調および再変調を行うことができる。このようなシステムではユーザ信号、および信号に埋め込まれたユーザデータは、復元され処理されて、搭載機器が所望のやり方でユーザデータに作用することを可能にする。埋め込まれたデータは、これまで、パケットもしくはフレームベースのシステムにおける自律的切替え、および／またはセキュリティ機能のために用いられてきた。具体的には、埋め込まれたデータが再送信される前に、埋め込まれたデータに対して誤り検出および訂正を行うことができる。しかし、特定の信号およびデータタイプに対する再生型システムの要件のために、この再生型システムは、一般に下位互換性がない。

本開示の一態様によれば、衛星搭載機器通信のための例示のシステムは、デジタルチャネライザと、再生型通信サブシステム（ＲＣＳ）とを含む。デジタルチャネライザは、複数のアップリンクビームから複数の信号を受け取るための複数の入力部と、複数の信号を複数のダウンリンクビームに出力するための複数の出力部とを含む。再生型通信サブシステムは、デジタルチャネライザ出力部から信号を受け取るようにデジタルチャネライザ出力部に選択可能に接続された複数の入力部と、処理された信号をデジタルチャネライザ入力部に送出するようにデジタルチャネライザ入力部に選択可能に接続された複数の出力部とを含む。再生型通信サブシステムは、複数のアップリンクビームからの複数の信号のうちから選択された複数の信号を処理して、処理された信号を、複数のダウンリンクビームに送られる複数の信号へと創出するように構成されている。

本開示の他の態様は、衛星通信に用いるための方法である。本方法は、アップリンクビームから複数の信号を受け取ること、複数の出力部を含むデジタルチャネライザの複数の入力部に複数の信号を供給すること、デジタルチャネライザ出力部のうちの少なくとも１つからの出力信号を再生型通信サブシステム（ＲＣＳ）に供給すること、および再生型通信サブシステムからの処理された信号をデジタルチャネライザ入力部のうちの少なくとも１つに供給して、処理された信号がデジタルチャネライザによってダウンリンクビームのための複数の信号に切り替えられることを可能にすることを含む。

有利なことに、デジタルチャネライザ出力部のうちの少なくとも１つから出力された信号を再生型通信サブシステムに供給することは、デジタルチャネライザ出力部のうちの少なくとも１つが、再生型通信サブシステムに通信可能に接続されるように選択することを含むことができる。本方法は、デジタルチャネライザ出力部のうちの少なくとも１つから出力された信号を再生型通信サブシステムを用いて再生的に処理して、処理された信号を発生することをさらに含むことができる。本方法はさらに、再生型通信サブシステムに通信可能に接続されるように選択されなかったデジタルチャネライザ出力部から出力された信号をダウンリンクビームに供給することを含むことができる。

有利なことに、再生型通信サブシステムからの処理された信号をデジタルチャネライザ入力部のうちの少なくとも１つに供給することは、処理された信号を、処理された信号とアップリンクビームから受け取った信号とをチャネライザに選択的に接続するセレクタに接続することを含むことができる。

本開示の他の態様は、衛星搭載機器通信のためのシステムである。本システムは、チャネライザと、再生型通信サブシステム（ＲＣＳ）と、コントローラとを含む。チャネライザは、複数の入力部と、複数の出力部とを含む。複数の入力部は、複数のアップリンクビームから信号を受け取るように構成されている。複数の出力部は、出力信号を複数のダウンリンクビームに接続するように構成されている。再生型通信サブシステムは、複数の入力部と、複数の出力部とを含む。複数の再生型通信サブシステム出力部のそれぞれは、チャネライザ入力部のうちの別の入力部に接続される。再生型通信サブシステムは、その入力部で受け取った信号を再生的に処理し、処理された信号をその出力部を通じて出力するように構成されている。コントローラは、ダウンリンクビームからのチャネライザ出力部のうちの１つまたは複数の出力信号を再生型通信サブシステム入力部のうちの１つまたは複数に選択的に切り替えるように構成されている。

有利なことに、再生型通信サブシステムは、複数の再生型通信サブシステム入力部に接続されたベースバンドモデムと、チャネライザ入力部に接続されたＩＰルータと、ベースバンドモデムとＩＰルータの間に接続された集約スイッチとを含むことができる。本システムは、複数のセレクタをさらに含むことができ、各セレクタは、前記再生型通信サブシステム出力部のうちの別の出力部と、チャネライザ入力部のうちの別の入力部とに接続される。好ましくは、アップリンクビームのうちの別のアップリンクビームは、セレクタのそれぞれに接続され、セレクタは、アップリンクからの信号または再生型通信サブシステムからの処理された信号をチャネライザ入力部に選択的に供給するように構成されている。

有利なことに、本システムは、チャネライザに接続された複数の出力スイッチをさらに含むことができ、出力スイッチの各スイッチは、チャネライザ出力部のうちの別の出力部から信号を受け取り、受け取った信号を、ダウンリンクビームまたは再生型通信サブシステム入力部のうちの１つに選択的に接続するように構成されている。

有利なことに、処理された信号はインターネットプロトコルパケットを含むことができる。

例示の衛星システムのブロック図である。 図１に示される衛星システムに用いることができる例示の搭載機器のブロック図である。 図１および図２のシステムおよび搭載機器を動作させる例示の方法のフロー図である。

本明細書で用いられる、単数形で記載され、「ａ」または「ａｎ」の語が先行する要素またはステップは、明示的にそのような除外が記載されない限り、複数の要素またはステップを除外しないものと理解されるべきである。さらに本発明の「一実施形態」または「例示的実施形態」と呼ぶものは、記載された特徴をやはり組み込んだ他の実施形態の存在を除外すると解釈されることを意図するものではない。

本明細書で述べられる例示の方法およびシステムは、衛星をベースとする通信に関する。より具体的には、本明細書で述べられる例示的実施形態は、マルチビーム衛星ネットワーク環境におけるインターネットプロトコル（ＩＰ）パケットの効率的な経路指定を容易にする。本明細書で述べられる方法およびシステムは、概して、チャネライザをベースとする衛星搭載機器と、デジタル再生型通信システムと組み合わせる。チャネライザの出力部のうちの１つまたは複数は、処理のために再生型通信システムに導かれ、ＩＰパケットとしてチャネライザに戻るように出力される。結果としてのシステムは、ユーザに対するサービス品質を改善しながら、データを引き渡すために必要な衛星ホップの数の低減を容易にし、それにより信号の伝送における遅延を低減することができる。さらに、述べられる方法および装置は、衛星ネットワークにおける再生型システムをもたらすための比較的低コストで増分的な手法を実現する。さらに衛星ホップの低減は、ネットワークにわたる経路指定データベースの再同期における遅延が低減されるので、複数の衛星ビームにわたるパケットベースのネットワークを、故障に対してより反応できるようにすることが可能となる。

より具体的に図面を参照すると、図１は、例示の衛星通信システム１００のブロック図である。例示的実施形態では衛星通信システム１００は、アップリンクアンテナ１０２およびダウンリンクアンテナ１０４を含む。アップリンクアンテナ１０２は、１つまたは複数の地上の発信源（図示せず）から、および／または他の衛星（図示せず）から、アップリンクビーム１０６を受け取る。ダウンリンクアンテナ１０４は、ダウンリンクビーム１０８を１つまたは複数の地上の発信源（図示せず）に、および／または他の衛星（図示せず）に送信する。図１には単一のアップリンクアンテナ１０２および単一のダウンリンクアンテナ１０４のみが示されるが、通信衛星１００は任意の適当な数のアップリンクアンテナ１０２およびダウンリンクアンテナ１０４を含むことができる。

アップリンクビーム１０６は衛星通信システム１００によって、フィルタされ、増幅され、ダウンコンバートされる。結果としての信号は、複数のセレクタ１１２を通じてチャネライザ１１０に供給される。アップリンクビーム１０６のうちの別のアップリンクビームは、セレクタ１１２のそれぞれに接続することができる。セレクタ１１２は、それらの２つのセレクタ入力部のうちの１つを、チャネライザ１１０のチャネライザ入力部１１４に選択的に供給する。他の実施形態ではセレクタ１１２は、２つより多いセレクタ入力部を含むことができる。チャネライザ１１０は、入力信号の各サブバンドを周波数スライスにデジタル的に分割し、周波数スライスは別々に、切り替えられ、処理され、経路指定され、および／またはチャネライザ出力部１１６に供給される出力サブバンドにて再結合することができる。他の実施形態では入力信号は、さらに処理することなく切り替えられ、多重化される。図１には３つのチャネライザ入力部１１４および３つのチャネライザ出力部１１６が示されるが、チャネライザ１１０は任意の適当な数のチャネライザ入力部１１４およびチャネライザ出力部１１６を含むことができる。

スイッチ１１８は、チャネライザ出力部１１６に接続される。スイッチ１１８のそれぞれは、チャネライザ出力部１１６のうちの別の出力部から信号を受け取るように構成することができる。スイッチ１１８は、チャネライザ１１０からの出力信号を、ダウンリンクアンテナ１０４に、または再生型通信サブアセンブリ（ＲＣＳ）１２０に選択的に供給する。再生型通信サブシステム１２０は、チャネライザ１１０から出力信号を受け取るための再生型通信サブシステム入力部１２２を含む。再生型通信サブシステム１２０は、チャネライザ１１０からの出力信号に対して任意の適当な再生型処理を行うことができる。例えば一実施形態では再生型通信サブシステム１２０は、信号を復調し、その中に蓄えられたデータにアクセスする。一部の実施形態ではデータは、ＩＰパケット経路指定、暗号化によるセキュリティ、および認証、音声およびデータサービスのためのセッション確立、誤り検出および／または訂正のために用いられる。スイッチ１１８によって再生型通信サブシステム１２０に供給された出力信号に埋め込まれたデータを処理した後に、データは再変調され、再生型通信サブシステム出力部１２４を通じてセレクタ１１２に出力される。

再生型通信サブシステム１２０からの出力信号は、セレクタ１１２を通してチャネライザ１１０に接続される。例えばセレクタ１１２のそれぞれは、それぞれの再生型通信サブシステム出力部１２４、アップリンクビーム１０６のうちの１つ、およびチャネライザ入力部１１４のうちの１つに接続することができる。より具体的には再生型通信サブシステム出力信号は、アップリンクビーム１０６からの信号の場合に上述したのと同じやり方でチャネライザ１１０によって取り扱われ、ダウンリンクアンテナ１０４に引き渡すようにスイッチ１１８に経路指定される。

例示的実施形態では、衛星１００はコントローラ１２６を含む。コントローラ１２６は、本明細書で述べられるやり方でスイッチ１１８、セレクタ１１２、チャネライザ１１０、および再生型通信サブシステム１２０の動作を制御する。単一の個別のコントローラとして示されるが、衛星通信システム１００は、複数の別々のコントローラ１２６を含むことができる。例えば、再生型通信サブシステム１２０が１つまたは複数のコントローラ１２６を含むこと、チャネライザ１１０が１つまたは複数のコントローラ１２６を含むことなどが可能である。コントローラ１２６は、本明細書で述べられるような衛星通信システム１００の動作を制御するために用いられる任意の他の適当なアナログおよび／またはデジタルコントローラとすることができる。

図２は、衛星通信システム１００の代替実施形態のブロック図である。この実施形態では、アップリンクビーム１０６はアナログフロントエンド２００、アナログ／デジタル変換器２０２、およびデジタル信号プロセッサ２０４によって処理され、その後に信号はセレクタ１１２を通じてチャネライザ１１０に経路指定される。再生型通信サブシステム１２０に向けて切り替えられなかったチャネライザ１１０からのデジタル出力信号は、ＤＳＰプロセッサ２０６、デジタル／アナログ変換器２０８、およびアナログバックエンド２１０によって処理され、その後にダウンリンクアンテナ１０４に送出される。再生型通信サブシステム１２０に向けて切り替えられた信号は、保護スイッチ２１２を通じて再生型通信サブシステム１２０に接続される。例示的実施形態では保護スイッチ２１２は、システム１００内に冗長性をもたらすＮ：Ｍ保護スイッチである。他の実施形態では、任意の他の適当なタイプの保護スイッチを用いることができる。

この実施形態では、再生型通信サブシステム１２０は、ベースバンドモデム２１４、集約スイッチ２１６、およびＩＰルータ２１８を含む。集約スイッチ２１６は、ＩＰルータ２１８と、再生型通信サブシステム１２０入力部のうちの少なくとも１つとの間に接続することができる。ベースバンドモデム２１４は、集約スイッチ２１６と、再生型通信サブシステム１２０入力部のうちの少なくとも１つとの間に接続することができる。ベースバンドモデム２１４は、チャネライザ１１０から信号を受け取るための入力部１２２を含み、ベースバンド信号を集約スイッチ２１６に出力する。集約スイッチ２１６は、単方向性のダウンリンクビームへのパケットラフィック、アップリンクビームからのパケットラフィックを集約し、集約されたトラフィックをＩＰルータ２１８の双方向性インターフェースにもたらす。ＩＰルータ２１８は、処理された信号を出力部１２４を通して経路指定する。再生型通信サブシステム１２０から出力される処理された信号は、保護スイッチ２２０を通じてセレクタ１１２に供給される。例示的実施形態では保護スイッチ２２０は、システム１００内に冗長性をもたらすＮ：Ｍ保護スイッチである。他の実施形態では、任意の他の適当なタイプの保護スイッチを用いることができる。

図３はシステム１００などの、システムおよび搭載機器を動作させる例示の方法３００のフロー図である。方法３００は、３０２でアップリンクビームから複数の信号を受け取ることを含む。複数の信号は３０４で、複数の出力部を含むデジタルチャネライザの複数の入力部に供給される。デジタルチャネライザ出力部のうちの少なくとも１つからの出力信号は、３０６で再生型通信サブシステム（ＲＣＳ）に供給される。再生型通信サブシステムからの処理された信号は、３０８でデジタルチャネライザ入力部のうちの少なくとも１つに供給される。

本明細書で述べられる例示の方法およびシステムは、マルチビーム衛星ネットワーク環境におけるＩＥＴＦ標準のインターネットプロトコル（ＩＰ）パケットの効率的な経路指定を容易にし、複数の衛星ビーム（または地球カバレージエリア）にわたるＩＰベースのネットワークの設計を可能にする。結果としてのシステムは、データを引き渡すために必要な衛星ホップの数を低減することを容易にし、それによって信号の伝送における遅延が低減され、ユーザに対するサービス品質が改善される。さらに、本明細書で述べられる実施形態は、衛星ネットワークにおける再生型システムをもたらすための比較的低コストで増分的な手法を実現する。さらにＩＰネットワークトポロジーにおける経路指定ピアとして衛星ノードを含めることによりネットワークにわたる経路指定データベースの再同期における遅延が低減されるので、衛星ホップの低減は、複数の衛星ビームにわたるパケットベースのネットワークを、故障に対してより反応できるようにすることを可能にする。

異なる有利な実施形態についての説明は、例示および説明のために示されたものであり、網羅的であること、または開示された形の実施形態に限定されることを意図するものではない。多くの変更形態および変形形態が当業者には明らかとなるであろう。異なる有利な実施形態は、他の有利な実施形態と比較して異なる利点をもたらすことができる。選択された（１つまたは複数の）実施形態は、実施形態の原理、実用的な応用例を最も良く説明し、他の当業者が企図される特定の用途に適するように様々な変更を有する様々な実施形態についての本開示の理解を可能にするように選ばれ述べられている。本文書による説明は、最良の形態を含む様々な実施形態を開示し、任意の装置またはシステムを製造することおよび使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含み当業者がそれらの実施形態を実施することを可能にするように、例を用いている。特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言とわずかな差異しか有しない等価な構造要素を含む場合は、特許請求の範囲に包含されることが意図される。

１００ 衛星通信システム
１０２ アップリンクアンテナ
１０４ ダウンリンクアンテナ
１０６ アップリンクビーム
１０８ ダウンリンクビーム
１１０ チャネライザ
１１２ セレクタ
１１４ チャネライザ入力部
１１６ チャネライザ出力部
１１８ スイッチ
１２０ 再生型通信サブシステム、再生型通信サブアセンブリ
１２２ 再生型通信サブシステム入力部
１２４ 再生型通信サブシステム出力部
１２６ コントローラ
２００ アナログフロントエンド
２０２ アナログ／デジタル変換器
２０４ デジタル信号プロセッサ
２０６ ＤＳＰプロセッサ
２０８ デジタル／アナログ変換器
２１０ アナログバックエンド
２１２ 保護スイッチ
２１４ ベースバンドモデム
２１６ 集約スイッチ
２１８ ＩＰルータ
２２０ 保護スイッチ

Claims (10)

1. 衛星搭載機器通信のためのシステムであって、
   複数のアップリンクビームから複数の信号を受け取るための複数の入力部、および
   前記複数の信号を出力するための複数の出力部
   を備える、デジタルチャネライザと、
   前記複数の信号のうちから選択された複数の信号を処理して、処理された信号を創出するように構成された再生型通信サブシステム（ＲＣＳ）であって、
   前記デジタルチャネライザ出力部から信号を受け取るように前記デジタルチャネライザ出力部に選択可能に接続された複数の入力部、および
   前記処理された信号を前記デジタルチャネライザ入力部に送出するように前記デジタルチャネライザ入力部に選択可能に接続された複数の出力部
   を備える、再生型通信サブシステムと
   を備えるシステム。
2. 前記再生型通信サブシステムが、処理された信号を前記再生型通信サブシステムの複数の出力部を通じて出力するように構成された、インターネットプロトコル（ＩＰ）ルータをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記再生型通信サブシステムが、前記ＩＰルータと、前記複数の再生型通信サブシステム入力部のうちの少なくとも１つとの間に接続された集約スイッチをさらに備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記再生型通信サブシステムが、前記集約スイッチと、前記再生型通信サブシステム入力部のうちの少なくとも１つとの間に接続されたベースバンドモデムをさらに備える、請求項３に記載のシステム。
5. 前記チャネライザに接続された複数の出力スイッチをさらに備え、前記複数の出力スイッチのそれぞれが、前記複数のデジタルチャネライザ出力部のうちの別の出力部から信号を受け取るように構成されている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記出力スイッチのそれぞれが、信号をダウンリンクビームのうちの１つおよび前記複数の再生型通信サブシステム入力部のうちの１つに選択可能に供給するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
7. 複数のセレクタをさらに備え、前記セレクタのそれぞれが、前記再生型通信サブシステム出力部のそれぞれの出力部、前記アップリンクビームのうちの１つ、および前記複数のデジタルチャネライザ入力部のうちの１つに接続される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記セレクタのそれぞれが、前記アップリンクビームからの信号、または前記再生型通信サブシステム出力部のうちの１つからの処理された信号を、前記デジタルチャネライザ入力部のうちの１つに選択的に供給するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記デジタルチャネライザの前記複数の出力部と、前記再生型通信サブシステムの前記複数の入力部との間に接続された第１の保護スイッチと、
   前記再生型通信サブシステムの前記複数の出力部と、前記デジタルチャネライザの前記複数の入力部との間に接続された第２の保護スイッチと
   をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
10. 衛星通信に用いるための方法であって、
    アップリンクビームから複数の信号を受け取ること、
    複数の出力部を含むデジタルチャネライザの複数の入力部に、前記複数の信号を供給すること、
    再生型通信サブシステム（ＲＣＳ）に通信可能に接続されるように、前記デジタルチャネライザ出力部のうちの少なくとも１つを選択すること、
    前記デジタルチャネライザ出力部のうちの少なくとも１つからの出力信号を前記再生型通信サブシステムに供給すること、および
    前記再生型通信サブシステムからの処理された信号を前記デジタルチャネライザ入力部のうちの少なくとも１つに供給することであって、前記処理された信号を、前記処理された信号と前記アップリンクビームからの前記受け取った信号とを前記チャネライザに選択的に接続するセレクタに接続することを含む、前記処理された信号を供給すること
    を含む方法。

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