JP6542013B2 - 多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システムおよび方法に関する。より具体的には、各スポットに割り当てられた容量の動的な調整を必要とする任務のため衛星通信等の宇宙用途の分野に適用可能である。

多スポットカバレッジが可能な現在の衛星通信システムは一般に、各スポットに対して固定されていて、従って衛星が打ち上げられた後では修正不可能な容量（各スポットに割り当てられた周波数帯域および電力）を有している。特に、人工衛星の耐用年数の間、未使用のトラフィック容量をあるスポットから別のスポットに再割当することは不可能である。衛星の耐用年数が極めて長く（１５年のオーダー）、従ってカバレッジの各領域に対応する容量ニーズの長期にわたるトレンドをオペレータが推定することが困難なため、容量の分配が固定されていることは不利益をもたらす。これは潜在的に、特定のカバレッジ領域での過剰容量および他の領域での過少容量の問題につながる。

柔軟なメカニズムを含む衛星通信システムもあるが、これらのシステムはデジタルプロセッサまたは中間周波数のＩＦ帯域内で動作するプロセッサのいずれかを用いるため、高価、複雑、且つ帯域幅が限定される短所を有している。

本発明の目的の一つは、システムの容量および総コストに対する影響が少なく、且つデジタルプロセッサまたはＩＦプロセッサを一切使用することなく、多スポットカバレッジが可能なミッションにおいて各スポットに割り当てられた容量の分配を柔軟性に行うことにより、多スポットカバレッジが可能な公知の衛星通信システムの短所を克服することである。

本発明の別の目的は、打ち上げフェーズでは衛星通信システムを少ない容量で動作可能にすることにより結果的に地上配備ゲートウェイ局を減らしても運用可能にして、ゲートウェイ局を段階的に配備可能にすることである。

上記目的のため、本発明は、多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システムに関し、当該システムは、少なくとも１つのゲートウェイ局、地理的カバレッジ領域内で均一に分配された異なるセルに位置する複数のユーザー、および衛星に搭載されていてゲートウェイ局とユーザーとの間での無線周波数信号の中継に適した少なくとも１つのリピータを含み、当該リピータは少なくとも１つのスポット生成装置に接続された複数の受信チャネルを含み、各スポットは専用のユーザーセルをカバー可能である。全ての受信チャネルが同一の帯域幅を有し、スポット生成装置は、可変ゲインおよび一定の出力電力を有すると共に全ての受信チャネルの電力レベルを等化可能なチャネルアンプであって全ての出力電力レベルが一定且つ全てのチャネルで同一であるチャネルアンプと、各々がチャネルアンプの出力端に接続されていて各チャネルに割り当てられた帯域幅を異なる周波数を有するＮ個のキャリアに対応するＮ個の同じ幅のサブ帯域に分割することを目的とする複数の周波数デマルチプレクサと、全てのキャリアを選択して全てのスポット間で分配することにより、受信チャネル内の２つの隣接するキャリアが２つの異なるスポットに割り当てられるようにする少なくとも１つの装置と、対応するスポット用に選択されたキャリアを組み合せるべく各々が各スポット専用である複数の周波数コンバイナとを含み、各スポットに割り当てられるキャリアの個数は、対応するユーザーのニーズの関数としてスポット毎に可変である。

有利な特徴として、キャリア選択／分配装置は、２位置スイッチおよび３位置スイッチを含み、当該スイッチは自身の位置に応じて、全ての周波数コンバイナから選択された周波数コンバイナに各キャリアを選択的に接続する。

有利な特徴として、多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システムは、各受信チャネル専用であって受信周波数帯域を送信周波数帯域に変換することを目的とする周波数変換器を更に含み、可変ゲインおよび一定の出力電力を有するチャネルアンプは周波数変換器の出力端に接続されている。

有利な特徴として、各スポットは０個以上Ｎ個以下の専用キャリアを含み、１スポット当たりのキャリアの平均個数は所定且つＮ個未満である。

有利な特徴として、当該複数のスポットを多数の相異なるグループに関連付けることができる。この場合、スポット生成装置は、多数の独立したキャリア選択／分配装置を含み、各々の選択／分配装置はスポットのグループ専用である。

スポットの相異なるグループは、同一個数のスポットまたは異なる個数のスポットを含んでいてよい。

スポットの各グループは、１スポット当たり同一の平均個数のキャリアを含んでいてよい。

本発明はまた、多スポットカバレッジが可能であり且つ、少なくとも１つのゲートウェイ局と地理的カバレッジ領域内で均一に分配された異なるセルに位置する複数のユーザーとの間で可変容量分配が可能な衛星通信方法に関し、当該方法は、衛星に搭載された状態で、受信チャネルを介して受信した無線周波数信号をゲートウェイ局とユーザーとの間で中継するステップを含んでいる。本方法は、各受信チャネルに同一の帯域幅を割り当てるステップと、全ての受信チャネルの電力レベルを等化するステップと、各受信チャネルに割り当てられた帯域幅を、同一帯域幅を有し且つ異なる周波数を有するＮ個のキャリアに対応するＮ個のサブ帯域に分割するステップと、全てのキャリアを選択して全てのスポット間で分配することにより、受信チャネル内の２つの隣接するキャリアが２つの異なるスポットに割り当てられるようにするステップと、各スポットに対して、選択された対応キャリアを組み合わせるステップとを含み、各スポットに割り当てられるキャリアの個数は、対応するユーザーのニーズに応じてスポット毎に可変である。

有利な特徴として、当該複数のスポットを多数の相互に独立した相異なるグループに関連付けることができる。この場合、スポットの他のグループからは独立して、複数のキャリアが選択されてスポットの各グループに分配される。

本発明の他の特定の特徴および利点は、以下において、添付された模式図を参照しながら、純粋に説明用あって非限定的な例として与える記述により明らかになろう。

本発明による、多スポットカバレッジ領域内での通信衛星の容量の例示的な分配の模式図である。 本発明による、異なるチャネル間で０〜４つのキャリアを、１キャリア当たりの電力が一定なように可変割当てを行う例示的模式図である。 本発明による、４つのスポット間における１２個のキャリアの分配に対応する第１の例示的なスポット生成装置を示す衛星通信システムの例示的なアーキテクチャの構成図である。 本発明による、４つのスポット間における１２個のキャリアの分配に対応する全ての可能な組合せを示す表である。 本発明による、４つのスポット間における８つのキャリアの分配に対応する第２の例示的なスポット生成装置を示す衛星通信システムの例示的なアーキテクチャを示す構成図である。 本発明による、４つのスポット間における８つのキャリアの分配に対応する全ての可能な組合せを示す表である。 本発明による、３つのスポット間における６つのキャリアの分配に対応する第３の例示的なスポット生成装置を示す衛星通信システムの例示的なアーキテクチャを示す模式図である。 本発明による、３つのスポット間における６つのキャリアの分配に対応する全ての可能な組合せを示す表である。 本発明の第１の例示的な実施形態に対応するケースにおける、ゲートウェイ局の段階的な配備に適したキャリアの選択および分配の例である。 本発明の第１の例示的な実施形態に対応するケースにおける、ゲートウェイ局の段階的な配備に適したキャリアの選択および分配の例である。 本発明の第２の例示的な実施形態に対応するケースにおける、ゲートウェイ局の段階的な配備に適したキャリアの選択および分配の一例である。 本発明の第３の例示的な実施形態に対応するケースにおける、ゲートウェイ局の段階的な配備に適したキャリアの選択および分配の一例である。

通信衛星用のプラットフォームは、電池を備えた太陽電池パネルにより供給される最大全電力を配信するべく寸法決めされている。供給される電力が大きいほど、太陽電池パネル、電池、衛星の寸法が大きくなり、且つ衛星および打ち上げのコストが増大する。当該電力は、衛星の打ち上げ前に決定および固定され、それ以降は変更することができない。同様に、衛星に搭載されるペイロードの寸法、特にゲートウェイ局とカバレッジ領域に位置するユーザーとの間での無線周波数信号の中継を目的とする通信チャネルの個数が衛星の打ち上げ前に決定され、それ以降は変更することができない。

図１に示す模式図は、カバレッジ領域２０内で均一に分配され、衛星搭載のリピータ内で生成された各々のスポットにより照射されることを目的とする多数のセル２１、２２、２３、２４、．．．に分割されたカバレッジ領域２０の例である。これらのスポットは、衛星通信システムの専用通信チャネルにより異なるセルに位置する複数のユーザーへ配信される無線周波数信号を含んでいる。各スポットの送信周波数帯域および各スポットに割り当てられた無線周波数信号の偏波は、従来のいわゆる４色スキームにより定義され、異なる色は異なる値の周波数帯域および偏波対に対応し、同一色のスポットは同一周波数および偏波値を再利用している。一般に、全てのチャネルは、同一の帯域幅および同一の電力、従って同一の容量を有している。

本発明は、異なるスポットにより照射されたカバレッジ領域の異なるセルの容量に柔軟性をもたせるべく、各専用のチャネルに同一の帯域幅ＤＦおよび同一の電力密度を有するスポットを割り当て、当該帯域幅ＤＦを同一の帯域幅ＤＰ（ＤＰ＝ＤＦ／Ｎは異なる周波数に対応）を有するＮ個の異なるキャリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３、．．．ＰＮに分割すると共に、対応するスポットによりサービスを受けるクライアントの容量に関するニーズに応じて割り当てるキャリアの個数をスポット毎に異ならせるものである。同一色を有するスポット間でキャリアが攪乱されないように、各キャリアに同一の電力レベル、従って同一の帯域幅ＤＰを割り当てる必要がある。デジタルプロセッサを用いる既存のシステムとは異なり、個数を選択することにより各スポットに割り当てられるのはキャリアであって、当該スポット点の帯域内の周波数ではない。

例えば、図２において、帯域幅ＤＦは、同一の帯域幅ＤＰを有している４つの異なるキャリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に分割される。各スポットには、サブチャネルにより分配された異なるキャリアにより電力が供給され、各キャリアには最大電力の４分の１が（最大電力は４つのキャリアに相当）に割り当てられる。従って、１００Ｗの電力が帯域幅ＤＦに割り当てられた場合、各キャリアに割り当てられる電力は２５Ｗに等しい。各スポットに割り当てられるキャリアの個数は、スポット毎に異なる値をとることができる。図２の例では、第１のスポットに専用の通信チャネル１１にはキャリアがゼロ個含まれている、すなわち、第１のスポットには電力が割り当てられない。第１のスポットはクライアントが存在しないカバレッジのセル２１、例えば未だサービスが提供されていないセルをカバーすることを目的としている。セル２２をカバーすることを目的とする第２のスポットに専用の第２の通信チャネル１２は１つのキャリアを含み、従って２５Ｗの電力が割り当てられる。セル２３をカバーすることを目的とする第３のスポットに専用の第３のチャネル１３、およびセル２４をカバーすることを目的とする第４のスポットに専用の第４のチャネル１４は各々２つおよび３つのキャリアを含み、これは各々５０Ｗおよび７５Ｗの電力に相当する。第５のスポット２５に専用の最後の通信チャネル１５は、４つのキャリアおよび１００Ｗの電力からなる。１スポット当たりのキャリアの最大個数Ｎは、カバレッジ領域の異なるセルをサービスしている異なるスポットにオペレータが割り当てたい容量の粒度の関数として選択される。

オペレータにより識別されたクライアントのニーズ、オペレータが求めるコストおよび容量に応じて、各チャネルに割り当てられた帯域幅ＤＦは従って、Ｎ個（Ｎは１より大きい整数）の異なるキャリアに対応する同一の幅ＤＰを有するＮ個の異なる連続的なサブ帯域に分割され、１スポット当たりのキャリアの平均個数Ｋ（ＫはＮより小さい整数）が選択され、１スポット当たりのキャリアの平均個数にスポットの総数を乗じた値が衛星通信システムの最大容量に対応している。本発明は従って、キャリアを選択してスポット間で分配する装置を定義するものであり、当該装置は、キャリアの電力を等化し、次いでカバレッジ領域内での各セルの容量に対するニーズに応じてスポット間で異なるキャリアを分配可能にする。これにより、各スポットに固有であって各セルに位置しているクライアントの真のニーズに適した帯域幅および電力で各スポットを起動させて、未使用の容量を制限することによりシステムコストを制限することが可能になる。

図１、２の模式図において、各チャネル１１、１２、１３、１４、１５に割り当てられた帯域幅ＤＦは、各々が帯域幅の４分の１を占める４つの異なるキャリアＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に対応する４つの異なるサブ帯域に分割され、キャリアの分配は、平均的に１スポット当たり３つのキャリアである。従って、カバレッジの対応するセルのニーズに応じてゼロ個または１つまたは２つまたは３つまたは４つのキャリアを割り当てることが可能な各々のスポットに割り当てられる容量を調整することが可能である。本例では、１スポット当たりのキャリアの平均個数は３に等しくなるように選択され、各スポットの帯域幅容量は従って、平均的に、全帯域幅の４分の３が使用され、４分の１が使用可能であってニーズが変化した場合にシステムの全容量を増大させるべく後続して打ち上げ可能な第２の衛星用にアクセス可能である。本例では、衛星の打ち上げ時における衛星通信システムの初期設定は従って、各スポット用に４つのキャリアに相当する電力を供給が要求されず、使用度の高いスポットに４つのキャリアを提供することが可能になるため、未使用の容量を制限することが可能になる。

カバレッジの多数のセルの容量に関してニーズが変化した場合、キャリアの分配は固定されておらず、いくつかのセルの容量を増やして他のセルの容量を減らすべく衛星の耐用年数を通じて動的に調整することができ、１スポット当たりのキャリアの平均個数、従って分配対象のキャリアの総数は一定のままである。

総電力に関する容量が、カバレッジ領域内のユーザーの全てのニーズを満たすには不充分になる場合、第２の通信衛星を打ち上げて、電力に関して容量を増大させる必要があるカバレッジのセルに追加的なキャリアを割り当てることにより、衛星通信システムの総容量を増大させることが可能である。

同様に、サービスが初期化された際に、本発明によるシステムは、より少ない個数ながら全てのスポットにわたり分配された個数キャリアにより動作可能であるため、システムが全てのユーザーセルにサービス提供するためにより少ない個数のゲートウェイ局により動作可能になる。システム立ち上げフェーズの後、クライアントのニーズが増大した場合、システムに追加的な接続を行って１スポット当たり平均Ｋ個のキャリアでの動作を可能にすることができる。

スポットの総数、各スポットの帯域幅内にある異なるキャリアの個数Ｎ、および１スポット当たりのキャリアの平均個数Ｋの選択は最初に設定され、衛星が打ち上げられた後では変更することができない。

明らかに、異なるキャリアの個数Ｎは４とは異なるように選択することができ、１スポット当たりのキャリアの平均個数Ｋは３とは異なるように選択することができる。帯域幅内のキャリアの個数Ｎが増大した場合、各スポットに提供される容量の粒度が増大するため、容量をより良く分配できるようになるが、帯域幅内のキャリアの個数Ｎが増大するほど、ペイロードのアーキテクチャの複雑さ、コスト、および重量が増大する。

本発明の別の重要なパラメータは、容量の分配が、多数のスポットのグループとしてスポットを考慮することによりなされることであり、各グループは、同一の個数であるＣ個の、または生成されるスポットの総数以下の異なる個数であるＣ個のスポットを含んでいてよい。従って、Ｃ個のスポットのグループにおいて、ユーザーが定めるニーズに応じて、Ｃ個のスポットの間でＫ×Ｃ個のキャリアが分配されることなり、各スポット当たり０個〜Ｎ個のキャリアになる。Ｃが大きくなるほど、容量の分配に対するユーザーの自由度が多くなるが、複雑さおよび従ってコストがより増大する。衛星通信システムが高々２つの異なる受信周波数帯域Ｆｒ１、Ｆｒ２で動作する必要がある場合、同一周波数帯域を用いるスポット間で容量が分配されるため、スポットのグループ最大サイズはスポットの総数の半分に等しいことに注意されたい。

図３は、衛星搭載のリピータと、ユーザースポットにサービスする複数の異なるゲートウェイ局との間の通信リンクを含むサービスミッションに対応する衛星通信システムの例示的なアーキテクチャを示す構成図である。全てのゲートウェイ局が同一周波数帯域内で動作する。同図において、ゲートウェイ局から発せられた信号の異なるユーザーセルへのルーティングに対応するリピータの往路区間だけを示している。本例は、帯域幅ＤＦ当たりのキャリアの個数Ｎが４に等しくなるように選択され、１スポット当たりのキャリアの平均個数Ｋが３に等しくなるように選択され、容量の分配が行われるスポットのグループのサイズＣが全てのグループについて４に等しい、すなわちＮ＝４、Ｋ＝３、Ｃ＝４である場合に関する。

図３に示すように、衛星に搭載されたリピータは、１つ以上のゲートウェイ局３１とユーザー３２との間で無線周波数信号を中継可能な１つ以上の送受信アンテナ３０を含んでいる。各アンテナ３０は、公知のように、１つの反射器および複数の送受信フィード３３を含んでいてよい。各ゲートウェイ局は、２つの各々高および低周波数帯域Ｆｒ１、Ｆｒ２で動作し、および２つの異なる偏波ＰＯＬ１、ＰＯＬ２で動作する。各ゲートウェイ局に対して、２つの異なる偏波に対応する２つの異なる信号が専用の受信供給３３により受信され、フィルタリングされ、次いで低ノイズアンプにより増幅される。異なるゲートウェイ局から受信された高および低周波数帯域の各々は次いで、各ゲートウェイ局に対して４つの異なる信号（ＰＯＬ１Ｆｒ１、ＰＯＬ２Ｆｒ１、ＰＯＬ１Ｆｒ２、ＰＯＬ２Ｆｒ２）を取得すべくダイプレクサ３４内で２つの異なる帯域に分割される。各局に対して、偏波毎に１つのダイプレクサ、従って２つの異なるダイプレクサがある。例えば、６つの動作中のゲートウェイ局を含む衛星通信局には１２個のダイプレクサがあって１２個のダイプレクサ３４の出力端で２４個の異なる受信チャネルが得られ、そのうち１２個のチャネルが高周波数帯域Ｆｒ１に対応し、１２個のチャネルが低周波数帯域Ｆｒ２に対応している。高および低受信周波数帯域の各々に対応する帯域幅が５００ＭＨｚである場合、各チャネルには５００ＭＨｚに等しい帯域幅ＤＦが割り当てられる。

２つの受信周波数帯域、各々高Ｆｒ１および低Ｆｒ２、に対応する２４個の５００ＭＨｚチャネルは各々、２つの受信帯域Ｆｒ１、Ｆｒ２をユーザースポットの周波数に対応する２つの対応送信周波数帯域Ｆ１、Ｆ２に変換することを目的とする２４個の周波数変換器３５１、３５２に接続されている。

本発明によれば、周波数変換の後、２４個のチャネルは、少なくとも１つのスポット生成装置３６１、３６２の入力に接続される。２４個のチャネルの全てが同一ゲートウェイ局から電力供給される訳ではないため、それらの電力レベルはチャネル毎に均一ではなく、大気の状態に応じて変化し得る。この問題を解決すべく、本発明によれば、スポット生成装置３６１、３６２は、各々が各チャネルに専用であって、スポットを生成する前に全てのチャネルの電力レベルを等化することを目的とする可変増加チャネルアンプ３７１、３７２を含んでいる。可変増加チャネルアンプ３７１、３７２は各々、周波数変換器３５１、３５２の出力端に接続されていて、各チャネルアンプ３７１、３７２は、入力電力レベルに拘わらず予め決定されていて全てのチャネルアンプ３７１、３７２で同じ一定の出力電力を維持すべく制御されたゲインを有している。スポット生成装置３６１、３６２は、チャネルアンプ３７１、３７２の出力端において、各チャネル専用の帯域幅ＤＦを、Ｎ個の異なるキャリに対応する同一の帯域幅ＤＰを有するＮ個の異なるサブ帯域に確実に分割する周波数デマルチプレクサ３８１、３８２、およびキャリアを選択してスポット間で分配するための少なくとも１つの装置３９１、３９２を含んでいる。周波数コンバイナ４０１、４０２が各スポット専用に配置されていて、各周波数コンバイナ４０１、４０２は、自身の入力端で選択されて分配されたキャリアを確実に組み合わせて、自身の出力端に対応するスポットを生成する。図３に示す例のように、チャネルに割り当てられた各帯域幅ＤＦは、同一帯域幅ＤＰを有する４つの異なるキャリアに再分割可能であり、サブチャネルにより異なるキャリアが分配される。例えば、ＤＰは１２５ＭＨｚに等しくてよいが、本発明はこの例示的な実施形態に限定されず、キャリアの個数Ｎは４とは異なっていてよく、例えば２、または３、５、あるいは１より大きい他の任意の値であってよい。

本発明によれば、キャリアを選択してスポット間で分配する装置３９１、３９２は、２または３つの異なる位置を有していて、それらの位置に応じて、周波数デマルチプレクサ３８１、３８２からスポットを生成することを目的とする周波数コンバイナ４０への出力として配信される全てのキャリアを選択的に接続する一組のスイッチ４１１、４１２を含んでいる。スイッチ４１１、４１２は例えば、電気機械式ロータリースイッチであってよく、低電力同軸技術またはフェライトスイッチあるいは電子スイッチにより製造することができる。異なるスポット間での容量の分配に関してニーズが変化したならば、スイッチ４１１、４１２の位置は、衛星の耐用年数にわたり、遠隔制御により変更することができる。スイッチ４１１、４１２により選択されて異なる周波数コンバイナ４０１、４０２に分配される異なるキャリアは、異なるスポットに対応するビームを形成すべく各周波数コンバイナ４０１、４０２により再び組み合わされる。各周波数コンバイナ４０１、４０２の出力端で形成された異なる光線は次いで、プリアンプ４９およびパワーアンプ５０により増幅されて、次いでフィルタリングされ、スポットは次いで多スポットアンテナの送信フィード４２によりユーザー３２へ送信される。

本発明によれば、オペレータは、各スポットに０個以上Ｎ個以下のキャリアを割り当てることができるが、Ｃ個のスポットのグループ内での分配の制限に注意する必要があり、当該制限はＫ×Ｃ個のキャリアに等しく、Ｋは１スポット当たりのキャリアの平均個数である。本発明によれば、「マルチパス」現象が生じないことを保証するキャリアの分配を保証することにより、異なるキャリア間に保護帯域を設ける必要性に起因する有用な帯域幅の損失を最小限にする方法も提供する。この目的のため、同一の受信チャネル内で２つの隣接するキャリアを同一スポットに割り当てられることはできない。

図３の例では従って、周波数帯域Ｆ１の４８個のキャリアを、１スポット当たり平均３つのキャリアを含む１６個の異なるスポット間で分配することが可能であり、同様に、周波数帯域Ｆ２の４８個のキャリアを他の１６個の異なるスポット間で分配することが可能である。キャリアの分配は、図３のように、例えば４つのスポットであり得るサイズのグループ内のスポットを考慮することにより行えるが、キャリア選択／分配装置３９１、３９２により各々実行されるキャリア分布関数の複雑さを高めることにより、８つまたは１６個のスポットまで拡張することもできる。図３の簡略図において、キャリアの分配は、４つのスポットからなる２つのグループについて示されているが、３２個のスポットを得るには４つの異なるスポットからなる８つのグループが必要である。その結果明らかに、４つのスポットからなる他の６つのグループの各々にフィードするために他の６つのキャリア選択／分配装置３９１、３９２を追加する必要がある。スポットの相異なるグループは同一個数のスポットを含んでいてよいが、これは必須条件ではない。スポットの各グループは他のグループから独立していて、衛星通信システムは、２０個のスポットを含むミッションのために、例えば４つのスポットからなるグループおよび１６個のスポットからなる１つのグループを含んでいてよい。更に、スポットの相異なるグループにおいて、１スポット当たりのキャリアの平均個数は同じであっても、異なっていてもよい。例えば、１スポット当たり平均３つのキャリアを含むグループ、および１スポット当たり平均２つのキャリアを含むグループがあってよい。

注目するスポットのグループのサイズに含まれるスポットの個数が多いほど、衛星通信システムの柔軟性が高まるが、スイッチの個数および可能な組合せが増大し、従って対応するシステムの複雑さが高まる。スポット生成装置に残された解決策は従って、所望の柔軟性のレベルと、その結果生じる複雑さのレベルとの間のトレードオフの結果による。

図３の例において、スポット間での異なるキャリアの分配は、チャネル３５１、３５２を３つのスポットからなるグループに関連付けて４つの異なるスポットを形成可能にすることにより行われ、４つのスポットからなる各グループが１スポット当たり平均３つのキャリアを観測する。この場合、３つのチャネルからなる各グループの４つのキャリアは、４つの異なる周波数コンバイナ４０１、４０２の入力端で分配されて、４つのスポットからなる各グループ内で１スポット当たり平均３つのキャリアを有するスポットに応じて、０、１、２または３つのキャリアの４つの異なるスポットを形成する。従って、本発明の当該実施形態によれば、スポット間のキャリアの分配は、８つの独立した選択／分配装置３９１、３９２により、４つのスポットの８つのグループに対して並行に行われ、それらのうち各々周波数Ｆ１、Ｆ２に対応している２つを図３に示している。選択／分配装置３９１、３９２は、全てのスイッチ４１１、４１２、およびスポットのグループを生成するためのキャリアの分配に関係する関連接続に付与された名前である。

１つ以上のスイッチ４１１、４１２が、周波数デマルチプレクサ３８１、３８２の各出力端と、スポット３６１、３６２を生成する装置の周波数コンバイナ４０１、４０２の各入力端との間で接続されている。各スイッチ４１１、４１２は、入力ポートおよび２つまたは３つの可能な出力ポートを含んでいる。一例として、図３において、接続構成から、各周波数デマルチプレクサ３８１、３８２の４つの出力端が、各々のロータリースイッチ４１１、４１２の入力端に接続されていること、および各周波数コンバイナ４０１、４０２の４つの入力端がロータリースイッチ４１１、４１２の出力端に接続されていることがわかる。スイッチ４１１、４１２の出力端は、周波数コンバイナ４０１、４０２に直接、または第２のスイッチを介して接続できる。各スポットにフィードする異なるキャリアが、それらの位置に応じてスイッチ４１１、４１２により選択されて割り当てられる。

２つの隣接する周波数帯域の間で保護帯域の幅を狭めるため、本発明によれば、同一の周波数デマルチプレクサ３８１、３８２からの、従って同一の受信チャネルから発せられた２つの隣接する周波数帯域を同一のスポットに割り当てることはできない。その結果、２つの非隣接キャリアに対応する、同一の周波数デマルチプレクサの２つの非隣接出力端だけを同一の周波数コンバイナに接続することができる。当該同一スポットに割り当て可能な追加的なキャリアは全て、同一グループのスポットに関連付けられた別の周波数デマルチプレクサから発せられなければならない。例えば、図３において、各スイッチ４１１、４１２は各々、４つのスポットからなるグループの２つの異なるスポットを生成すべく、２つの異なる周波数コンバイナに直接または別のスイッチを介して接続された２つの可能な出力端を含んでいる。各スイッチ４１１、４１２は、自身の位置に応じて、自身の入力端を自身の第１または第２の出力端に接続できるため、要求された容量に応じてキャリアを選択して当該グループの４つのスポットに割り当てることが可能になる。従って、例えば図３において、各々の入力端が第１の周波数デマルチプレクサ３８１の２つの非隣接出力端に接続されたスイッチ４１１ａ１およびｃ１は、スポット１の生成専用である周波数コンバイナに直接接続された第１の出力端、およびスポット２の生成専用である周波数コンバイナにスイッチ４１１の別の組であるａ２、ｃ２を介して各々接続された第２の出力端を有している。各々の入力端が第２の周波数デマルチプレクサの２つの非隣接出力端に接続されたスイッチ４１１ｂ１およびｄ１は、スポット１専用の周波数コンバイナに直接接続された第１の出力端、およびスイッチ４１１の別の組であるｂ２、ｄ２を介して各々接続されたスポット２専用の周波数コンバイナの第２の出力端を有している。第４のスポットは、同一グループの３つの他のスポットに割り当てられていないキャリアにより供給され、注目するスポットのグループに関連付けられた各周波数デマルチプレクサ３８１の出力端に接続された各スイッチ４１１用に確保された位置に応じて、０、１、２または３つのキャリアを含んでいてよい。４つのスポットからなる各グループに対して、キャリアの同一分配を用いて、同一接続スキームを各スポット専用の周波数デマルチプレクサと周波数コンバイナの出力端間で再現することができる。４つのスポットからなる各グループに対して、異なるスイッチは従って、遠隔制御により変更可能なそれらの位置に応じて、対応するグループの４つのスポット間で、１２個の利用可能なキャリアの全ての可能な分配を保証可能にする。スポットのグループの全てが必ずしも同一サイズではない、および／または１スポット当たりのキャリアの平均個数が必ずしも同一ではない場合において、異なる個数のスポットを有する、および／または１スポット当たりのキャリアの平均個数が異なるグループ専用の選択／分配装置は異なっている。

４つのスポットからなるグループについて、スポット間でのキャリアの個数の可能な分配の例を示す表を図４に示しており、各チャネル用の帯域幅ＤＦが、４つのキャリアに等しい個数Ｎおよび１スポット当たり３つのキャリアに等しい平均分配個数Ｋに分割されている。表の第１行で、スポット１はキャリアを有しておらず、スポット２、３、４は各々４つのキャリアを含んでいる。この第１の可能な分配は、図３に明示的に示す接続と対応している。図４の表の他の行に示す他の可能な分配は、選択／分配装置３９１、３９２のスイッチ４１１、４１２の位置を変更することにより行うことができる。

各々の選択／分配装置３９１、３９２は、低周波数帯域Ｆ１または高周波数帯域Ｆ２のいずれかで動作する。２つの異なる低および高周波数帯域における衛星通信システムの動作には従って、少なくともスポットの２つのグループおよび２つの独立した選択／分配装置３９１、３９２を有していることが必要であり、各々の選択／分配装置３９１、３９２は周波数帯域専用である。偏波の選択が行われ、且つ４色スキームに従いスポットの送信が実行されるのは多スポットアンテナレベルにおいてである。

図５に、スポットを、各々が４つの異なるキャリアを配信する２つの異なる周波数デマルチプレクサ３８１で形成された４つのスポットからなるグループとして考慮するスポット生成装置３６１を含む第２の例示的なアーキテクチャを示す。４つのスポット間での８つのキャリアの分配は、１スポット当たり平均２つのキャリアの選択に対応している（Ｎ＝４、Ｋ＝２、Ｃ＝４）。４つの異なるコンバイナ４０１が各々４つのスポットの形成専用である。本例では、周波数デマルチプレクサ３８１の出力端に接続された各スイッチ４１１は３つの位置を有している。２つの位置は各々４つの異なるコンバイナから選択された２つの周波数コンバイナ４０１に接続されていて、第３の位置は３つの位置を有する別のスイッチに接続されていて、それらのうち２つの位置は２つの他の周波数コンバイナに接続されている。従って、選択／分配装置３９１の２つの周波数デマルチプレクサの出力端へ配信された８つのキャリアが選択されてスポット１〜４にフィードする。１スポット当たり平均２つのキャリアを有する４つのスポット間での８つのキャリアの全ての可能な分配を図６の表に示す。

図７に、スポットを、各々が３つの異なるキャリアを配信する２つの異なる周波数デマルチプレクサ３８１で形成された３つのスポットからなるグループとして考慮するスポット生成装置３６１を含む第３の例示的なアーキテクチャを示す。３つのスポット間での６つのキャリアの分配は、１スポット当たり平均２つのキャリアの選択に対応している（Ｎ＝３、Ｋ＝２、Ｃ＝３）。３つの異なる周波数コンバイナ４０１が各々３つのスポットの形成専用である。本例では、周波数デマルチプレクサの出力端に接続された各スイッチ４１１は２または３つの位置を有している。２つの位置を有するスイッチの１つの位置は３つの異なるコンバイナから選択された第１の周波数コンバイナに接続され、１つの位置は３つの位置を有するスイッチに接続されていて、当該３つのうち２つの位置は他の２つの周波数コンバイナに接続されている。従って、分配マトリックスの２つの周波数デマルチプレクサからの出力として分配された６つのキャリアが選択されてスポット１〜３にフィードする。１スポット当たり平均２つのキャリアを有する３つのスポット間での６つのキャリアの全て可能な分配を図８の表に示す。

図９ａ、９ｂ、１０、１１に、ゲートウェイ局の段階的な配備に適したキャリアを選択および分配する装置３９１の４つの例を示す。衛星通信システムの打ち上げフェーズにおいて、オペレータは、後で局の個数および容量を増やす可能性を残したまま、地上に配備された少数のゲートウェイ局および少ない容量から始めたいと願うかもしれない。図９ａ、９ｂに、図３の構成図の立ち上げフェーズに対応する２つの例を示しており、ゲートウェイ局の個数が図９ａでは３分の２、図９ｂでは３分の１減らされている。これら２つの図９ａ、９ｂにおいて、動作中であってデマルチプレクサからの出力として配信されたキャリアにより供給されたサブチャネルを太線で示し、細線で示す通信チャネルは供給されていないものの、衛星通信システムの要求が増大して、追加的ゲートウェイ局を追加したいとの要望があれば利用可能である。これらの２つの例において、Ｎ＝４、Ｋ＝３、Ｃ＝４、且つ利用可能な容量は均一に分配されているが、この減らされた容量を不均一に分配することも可能である。図９ａにおいて、選択／分配装置３９１は、図３に示すものと同一であるが、第１のデマルチプレクサ３８１だけに受信信号が供給されており、自身の４つの出力端に４つのキャリアを配信する。各キャリアは次いで、デマルチプレクサの出力端と、４つのスポットを生成することを目的とする４つの周波数コンバイナ４０１の入力端との間に接続されたスイッチ１１の位置に応じて４つのスポットのうち１つに割り当てられる。図９ｂにおいて、選択／分配装置３９１は図３に示すものと同一であるが、第１および第２のデマルチプレクサだけに受信信号が供給されており、自身の４つの出力端の各々に４つのキャリアを配信する。２つの動作中のデマルチプレクサにより配信された各キャリアは次いで、各々のデマルチプレクサの出力端と、４つのスポットを生成することを目的とする４つの周波数コンバイナの入力端との間に接続されたスイッチの位置に応じて４つのスポットのうち１つに割り当てられる。

図１０に、図５の構成図のゲートウェイ局の個数が半分に減らされた立ち上げフェーズに対応する例を示す。本例ではＮ＝４、Ｋ＝２、Ｃ＝４且つ利用可能な容量は均一に分配されているが、この減らされた容量を不均一に分配することも可能である。対応する選択／分配装置３９１は図５に示すものと同一であるが、第１のデマルチプレクサ３８１だけに受信信号が供給されており、自身の４つの出力端に４つのキャリアを配信する。各キャリアは次いで、デマルチプレクサの出力端と、４つのスポットを生成することを目的とする４つの周波数コンバイナの入力端との間に接続されたスイッチ４１１の位置に応じて４つのスポットのうち１つに割り当てられる。

図１１に、図７の模式図のゲートウェイ局の個数が半分に減らされた立ち上げフェーズに対応する例を示す。本例ではＮ＝３、Ｋ＝２、Ｃ＝３且つ利用可能な容量は均一に分配されているが、この減らされた容量を不均一に分配することも可能である。選択／分配装置３９１は図７に示すものと同一であるが、第１のデマルチプレクサだけに受信信号が供給されており、自身の３つの出力端に３つのキャリアを配信する。各キャリアは次いで、デマルチプレクサの出力端と、３つのスポットを生成することを目的とする３つの周波数コンバイナの入力端の間に接続されたスイッチの位置に応じて３つのスポットのうち１つに割り当てられる。

本発明について特定の実施形態に関して記述してきたが、本発明がこれらの実施形態には一切限定されず、記述されている手段のあらゆる技術的等価物を含み、且つそれらの組み合せも本発明の範囲内に含まれることは明らかである。

１１、１２、１３、１４、１５ 通信チャネル
２０ カバレッジ領域
２１、２２、２３、２４ セル
３０ 送受信アンテナ
３１ ゲートウェイ局
３２ ユーザー
３３ 送受信フィード
３４ ダイプレクサ
４２ 送信フィード
４９ プリアンプ
５０ パワーアンプ
３５１、３５２ チャネル
３６１、３６２ スポット
３７１、３７２ チャネルアンプ
３８１、３８２ 周波数デマルチプレクサ
３９１、３９２ キャリア選択／分配装置
４０１、４０２ 周波数コンバイナ
４１１、４１２ スイッチ
ＤＦ、ＤＰ 帯域幅
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ キャリア
ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２ スイッチ

Claims (11)

1. 多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システムであって、少なくとも１つのゲートウェイ局（３０）、地理的カバレッジ領域内で均一に分配された異なるセルに位置する複数のユーザー（３２）、および衛星に搭載されていてゲートウェイ局とユーザーとの間での無線周波数信号の中継に適した少なくとも１つのリピータを含み、前記リピータが、少なくとも１つのスポット生成装置（３６１、３６２）に接続された複数の受信チャネルを含み、前記受信チャネルの全てが同一の帯域幅を有し、各スポットが専用のユーザーセルをカバー可能であって、前記スポット生成装置（３６１、３６２）が、可変ゲインおよび一定の出力電力を有すると共に全ての受信チャネルの電力レベルを等化可能なチャネルアンプ（３７１、３７２）であって全ての出力電力レベルが一定且つ前記受信チャネルの全てで同一であるチャネルアンプと、各々が前記チャネルアンプ（３７１、３７２）の出力端に接続されていて各受信チャネルに割り当てられた帯域幅を同一の帯域幅を有していてＮ個の異なるキャリアに対応するＮ個のサブ帯域に分割することを目的とする複数の周波数デマルチプレクサ（３８１、３８２）と、受信チャネル内の２つの隣接するキャリアが２つの異なるスポットに割り当てられるように、前記キャリアの全てを選択して前記スポット全ての間で分配するための少なくとも１つの装置（３９１、３９２）と、前記対応するスポット用に選択された前記キャリアを組み合せるべく各々が各スポット専用である複数の周波数コンバイナ（４０１、４０２）を含み、各スポットに割り当てられる前記キャリアの個数が、前記対応するユーザー（３２）のニーズに応じてスポット毎に可変である衛星通信システム。
2. 前記キャリアを選択して分配するための少なくとも１つの装置（３９１、３９２）が、２位置スイッチおよび３位置スイッチを含み、前記２位置スイッチおよび３位置スイッチ（４１１、４１２）が自身の位置に応じて、全ての周波数コンバイナから選択された周波数コンバイナ（４０１、４０２）に各キャリアを選択的に接続する、請求項１に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システム。
3. 各受信チャネル専用であって受信周波数帯域を送信周波数帯域に変換することを目的とする周波数変換器（３５１、３５２）を更に含み、可変ゲインおよび一定の出力電力を有するチャネルアンプが周波数変換器（３５１、３５２）の出力端に接続されている、請求項１または２のいずれか１項に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システム。
4. 各スポットが０個以上Ｎ個以下の専用キャリアを含み、１スポット当たりのキャリアの平均個数が所定且つＮ個未満である、請求項１または２のいずれか１項に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システム。
5. 前記複数のスポットを多数の相異なるグループに関連付けされていて、前記スポット生成装置が、多数の独立したキャリア選択／分配装置を含み、各々の選択／分配装置はスポットのグループに専用である、請求項１に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システム。
6. スポットの相異なるグループが同一個数のスポットを含んでいる、請求項５に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システム。
7. スポットの各グループが、１スポット当たり同一の平均個数のキャリアを含んでいる、請求項５に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システム。
8. 異なる個数のスポットを有しているスポットの相異なるグループを含んでいる、請求項５に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信システム。
9. 多スポットカバレッジが可能であり且つ、少なくとも１つのゲートウェイ局（３０）と地理的カバレッジ領域内で均一に分配された異なるセルに位置する複数のユーザー（３２）との間で可変容量分配が可能な衛星通信方法であって、前記方法が、衛星に搭載された状態で、受信チャネルを介して受信した無線周波数信号をゲートウェイ局とユーザーとの間で中継するステップを含み、前記方法が更に、各受信チャネルに同一の帯域幅ＤＦを割り当てるステップと、全ての受信チャネルの電力レベルを等化するステップと、各受信チャネルに割り当てられた帯域幅ＤＦを、同一帯域幅ＤＰを有し且つ異なる周波数を有するＮ個のキャリアに対応するＮ個のサブ帯域に分割するステップと、全てのキャリアを選択して全てのスポット間で分配することにより、受信チャネル内の２つの隣接するキャリアが２つの異なるスポットに割り当てられるようにするステップと、各スポットに対して、選択された対応キャリアを組み合わせるステップとを含み、各スポットに割り当てられるキャリアの個数が、対応するユーザー（３２）のニーズに応じてスポット毎に可変である方法。
10. 各スポットに割り当てられたキャリアの個数が０個以上Ｎ個以下であって、１スポット当たりのキャリアの平均個数が所定且つＮ個未満である、請求項９に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信方法。
11. 前記複数のスポットを多数の相互に独立した相異なるグループに関連付けるステップ、およびスポットの他のグループからは独立して、複数のキャリアを選択してスポットの各グループに分配するステップを更に含んでいる、請求項９に記載の多スポットカバレッジおよび可変容量分配が可能な衛星通信方法。

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