JPH01500478A - 周波数再使用を用いた衛星通信システム - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 周波数再使用を用いた衛星通信システム［技術分野］ 本発明は、広義において地上の複数の小規模な開口基地の間に通信リンクを形成 するように、地球の静止軌道上にある衛星を使用するタイプの衛星通信システム に関する。特に本発明は両方向および放送通信システムを備えた混合通信能力を 有する通信衛星に関する。小規模開口地上基地の間における両方向通信は、地上 の領域の接近した区域において一定の周波数スペクトルを多重折返し再使用する ことにより達成される。

［技術的背景コ 非常に多くの極小開口地上基地を相互結合するトメスティック通信衛星システム において、システム能力に影響する最も重要なパラメータは有効アイソトロピッ ク放射電力（Ｅｒｆｅｃｔｉｖｅ　ｌ５ｏｔｒｏｐｉｃ　Ｒａｄｉａｔｅｄ　Ｐ ｏｗｅｒ：　Ｅ　Ｉ　ＲＰ）および利用可能な帯域幅である。ＥＩＲＰはアンテ ナの利得を考慮した衛星の送信装置の電力の測定に関するものである。

ＥＩＲＰは、実際に使用される送信装置およびアンテナと同じ成果をもたらす送 信装置および等方性のアンテナの電力である。

過去において高いアンテナ利得および多重周波数の再使用は、サービスされる地 上の区域または他の領域をカバーする複数のアップおよびダウンリンクビームを 使用することによって達成されてきた。周波数分割および時分割システムは、丑 ｔ＝Ｗｏ狸グ］ｌ−丼幻ナー名杓小袖トス子−ルっ゛７カ九ニのＪ）＝堂ｌご客 数の信号を相互に接続するように使用されたり、設計されてきた。時分割システ ムは、衛星送信装置を効果的に動作させる。これはある時間におけるただ１つの 時分割信号抱けが送信装置において増幅され、それは最も効果的な動作点である 信号チャンネル飽和またはその付近で動作されるためである。

しかしながら時分割システムは、高い電力の地上送信装置および高価な信号処理 を必要とするためコストの安い地上ステーションには適合しない。周波数分割シ ステムはコストの安い地上ステーションにより適しているが、各送信装置が多重 搬送波を使用するため衛星通信装置の効率は低い。多重搬送波増幅器は、通信装 置の効率が増加されるにつれて電力を増していく望ましくない相互変調積を発生 するため、通信装置の効率と相互変調積発生との最適の妥協点としては比較的低 いうしん装置効率となる。

Ｋｕ帯域において衛星通信帯域は、非常に小規模な基地の間での両方向サービス に最も適しており、雨による信号の減衰はシステムを設計する際に考慮すべき重 要な事項である。

従来のシステムにおいて、この減衰は明瞭な天気サービスよりも約４倍高いチャ ンネル毎の衛星通信装置電力を使用することによってダウンリンク上で克服され る。それ故この雨による減衰の調節は、利用可能なチャンネル数が少ない高価な 衛星が生じることになる。

衛星システＪ、の利用可能な帯域幅は、割当てられた周波数スペクトルが再使用 される回数によって決定される。ビームるために用いられてきた。しかし分離ビ ームの数が増加するにつれて、ユーザー全てを相互に結合することは非常に複雑 な問題となり、再使用する周波数スペクトルの数を制限する要因の１つである。

本発明は上記の欠点をそれぞれ克服するものである。

［発明の要約］ 本発明は非常に小さい多数の開口地上基地を互いに結合し、利用可能な帯域幅だ けでなく衛星ＥＩＲＰも最大にする衛星通信システムを提供するものである。シ ステムは、実質的にＥＩＲＰを増加する高い方向的に近接したダウンリンク上ま たは送信信号のビームを使用し、割当てられた周波数スペクトルの多重再使用を 可能にする。その結果ポイント−ポイントへのサービスを提供できる通信数が最 大にされる。高い多重搬送波送信装置の効率は相互変調積の分散の結果として達 成され、ダウンリンクチャンネルへの雨の悪影響は、蓄積された送信電力を使用 することによって容易に克服される。多数のユーザーの相互接続はフィルタ相互 結合マトリクスの結合および高度に方向的にアドレス可能なダウンリンクビーム によって達成される。

本発明によると、システムは、通信衛星を使用する両方向通信のために地上の領 域内の複数の地上基地のいくつかを相互に接続するように設けられている。衛星 のサービスを受ける領域をカバーする隣接区域からそれぞれ発生する複数のアッ プリンクビームが形成される。アップリンクビームは第１の予め定められたアッ プリンク周波数範囲にわたって複数のチャンネルを送信する。アップリンクゾー ンは、それぞれ予め定められた同じ周波数範囲を使用する。それ故アップリンク 周波数は各ゾーンによって再使用され、衛星によって使用されることのできる通 信チャンネルの数を効果的に増倍する。

ダウンリンクゾーンに送信される複数のダウンリンクビームも予め定められた第 ２の周波数範囲にわたって複数のチャンネルを送信する。各々のダウンリンクゾ ーンに対するビームは予め定められた第２の同じ周波数範囲を使用してこれら周 波数の多重再使用を行なう。衛星は、異なるゾーンにおけるチャンネルを相互に 結合するためにフィルタ相互結合マトリクスを使用する。

例えば東西のようなある方向には狭く、その直角方向には広いファンビームは、 送信アレイアンテナと共に使用されるビーム形成回路網によって発生される。カ バーされた領域内のビームの東西方向はダウンリンク周波数によって決定され、 これは一定の差でアップリンク周波数と関連している。それ故アップリンク周波 数はダウンリンク周波数を決定し、これがビーム形成回路網および送信アレイの 動作でダウンリンクビームの方向およびその目的地を決定する。このような配列 は、周波数アドレス可能なビームとして参照されている。ビームのサイドローブ は隣接する区域における周波数スペクトルの再使用を充分可能にするように低く 設計されている。

送信装置は固体電力増幅器であることが好ましく、送信アレイアンテナに組込ま れ、１つの送信装置はアンテナの各ステイブに関連している。このような増幅器 はそれぞれ衛星によって供給される何方もの信号を全て増幅する。ダウンリンク 電力は、全てこの送信装置の信号蓄積によって供給されるため、非常に多くの減 損されていない信号に利用口■能な電力をほんの僅かに減少させるだけで雨の影 響を受けた領域に向けられた比較的少ない信号に比較的高い電力を供給すること は容易なことである。

送信ビームの方向はそれらの信号の周波数と関連し、電力増幅器において発生さ れた相互変調積の周波数はそれらを生じる信号の周波数とは異なり、相互変調積 は信号とは異なる方向に伝達する。この過程は相互変調積の空間的な分散を生じ る。この分散は多重ダウンリンクゾーンの使用によって高められ、等しくないゾ ーンの幅を使用することによってさらに高められる。これは、それらが同調され る周波数帯域における全ての地上基地での低い相互変調積密度となる。この減少 された相互変調積に対する感応性は、衛星において電力増幅器がより効果的に動 作されることを可能にする。

それ数本発明の主な目的は、高い衛星送信アンテナ利得を使用する多数の非常に 小さい開口アンテナ基地を相互接続し、ポイント−ポイントの通信サービスを受 けることができる通信チャンネルの数を実質的に増やすために割当てられた周波 数スペクトルの多重再使用を可能にするための通信衛星を提供することである。

本発明の他の目的は送信装置の信号蓄積からダウンリンク電力を供給し、雨によ って減衰されている信号がさらに衛星伝達電力を容易に割当てられることができ るようにすることである。

本発明の他の目的は、送信装置の効率を増すために相互変調積を分散する通信衛 星を提供することである。

さらに本発明の目的は、上記のように放送およびポイント−ポイントの通信サー ビスの両者を提供する通信衛星を提供することである。

本発明のこのような目的および有効性は、本発明の以下の記述によって明瞭にさ れ、明確なものとなるであろう。

［図面の簡単な説明］ 第１図は通信衛星の斜視図であり、アンテナサブシステムを示す。

第２図は第１図に示されたアンテナサブシステムの頂部から見た図である。

第３図は第２図のライン３−３に沿って得られた断面図である。

第４図は第２図のライン４−４に沿って得られた断面図である。

第５図は合衆国の図であり、本発明の人工衛星によってカバーされる多重の隣接 する受信ゾーンを示し、適用範囲の主要領域はハツチングで示され、競合範囲の 領域は点描によって示されている。

第６図は通信衛星のための通信用電子装置のブロック図である。

第７図は入力を有するポイント−ポイント受信供給ホーンを第６図に示された通 信用電子装置へ相互結合する結合網の概略図である。

第８図はポイント−ポイントシステムのための受信ゾーンと送信ゾーンを接続す るために用いられる相互結合チャンネルの基準図である。

第９図は人工衛星によってカバーされる多重隣接送信ゾーンを示す合衆国の概略 図と、合衆国にわたる、各ゾーンのための相互結合されたチャンネルの地域配分 の概略図である。

第９Ａ図は東西方向においてビームの中央からの距離に関してポイント−ポイン トシステムにおける各ゾーンのための送信アンテナビームの利得の変化を示すグ ラフである。

第９Ｂ図は南北方向における利得の変゛化を示す第９Ａ図と同様のグラフである 。

第１０図はポイント−ポイントシステムにおいて用いられたフィルタ相互結合マ トリックスの詳細な概略図である。

第１１図はポイント−ポイントシステムにおいて用いられたビーム形成回路網の 詳細な図である。

第１２図は第１１図に示されたビーム形成回路網の一部の拡大された断片図であ る。

第１３図はポイント−ポイントシステムのための送信アレイの前面図であり、各 送信素子における水平スロットは図を簡潔にするため示されていない。

第１４図は第１３図に示されたアレイの送信素子の側口であり、素子のための集 合供給回路網を示す。

第１５図は第１３図の送信アレイにおいて用いられる送信素子の１つの斜視図で ある。

第１６図はポイント−ポイントシステムのための受信供給ホーンの前面図である 。

第１７図は送信波と、ポイント−ポイントシステムのための送信供給アレイの一 部との関係を示す概略図である。

好ましい実施例の説明 第１図乃至第４図を参照すると、地球表面上の静止軌道に位置する通信衛星１０ が示されている。以下に更に詳細に説明されるが人工衛星のアンテナシステムは 典型的に、アンテナシステムが地面に関して一定の方向を維持するように地球方 向プラットホーム上に取付けられる。

人工衛星１０は、特定の周波数帯域、例えば静止衛星サービスにυ帯域における ２つの異なるタイプの通信サービスを与えるハイブリッド通信型人工衛星である 。以下にポイント−ポイントサービスと呼ばれるようなタイプの通信サービスは 比較的狭い帯域の音声およびデータ信号の非常に小さな口径アンテナターミナル 間で送受信通信を行う。周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）の使用および割当 てられた周波数スペクトルの再使用によって、致方のこのような通信チャンネル は単一の線形偏波において同時に適応される。人工衛星ｌＯによって提供された ほかのタイプの通信サービスは放送サービスであり、それは他の線形偏波で伝達 される。放送サービスはまず、人工衛星１０によって提供された地域の至る所で ビデオおよびデータの一方向の配給のため用いられる。このように、送信アンテ ナビームは全地域をカバーする。この説明において例として、ポイント−ポイン トおよび放送サービスの両方によってサービスされる地理的範囲がアメリカ合衆 国であると仮定する。従って、放送サービスは以下にＣ０ＮＵＳ（Ｃｏｎｔｉｎ ｅｎｔａｌ　Ｕｎｌｔｅｄ　５ｔａｔｅ）と呼ばれる。

人工衛Ｍ１０のアンテナシステムは通常の無方向性アンテナ１３および各々ポイ ント−ポイントおよびＣ０ＮｔＪＳシステムを提供するための２つのアンテナサ ブシステムを含む。ポイント−ポイントアンテナサブシステムが送受信通信のた め地上基地を相互通信するため設けられる。Ｃ０ＮＵＳアンテナシステムはアメ リカ合衆国全土をカバーする広いパターン上で地上の１以上の特定の位置によっ て受信される信号を放送するトランスポンダとして機能する。ポイント−ポイン ト送信信号およびＣ０ＮＵＳ受信信号は垂直偏波される。

Ｃ０ＮＵＳ送信およびポイント−ポイント受信信号は水平偏波される。このアン テナシステムは２つの反射鏡１２ａ、　１２ｂを有する大きな反射鏡アセンブリ １２を含む。２つの反射鏡１２ａ、　１２ｂは共通軸を中心に互いに回転されそ れらの中間点で交差する。反射鏡１２ａは水平に偏波され水平偏波された信号に よって動作するが、一方、反射鏡１２ｂは垂直に偏波されそれ故に垂直偏波され た信号によって動作する。結果的に反射鏡１２ａ、　１２ｂの各々は他方の反射 鏡１２ａ、　１２ｂが送信する信号を反射する。

周波数選択スクリーン１８は半分に分けられた部分１８ａ。

１８ｂを含んでおり、スクリーンの半分１８ａ、１８ｂは第２図で最もよくわか るように人工衛星１０を直径方向に通過する中心線の反対側に配置されて支持体 ３０を取付けられている。周波数選択スクリーン１８は周波数の異なる帯域を分 離するためのダイプレクサとして機能し、銅のような任意の適切な材料から形成 された分離した導電素子のアレイを含む。様々な種類の既知の周波数選択スクリ ーンがこのアンテナシステムにおいて用いられてもよい。しかしながら、シャー プな変化特性と、互いに比較的接近している２つの周波数帯域を分離する能力を 示す１つの適切な周波数選択スクリーンは米国特許出願（整理番号ＰＤ−８５５ １２号）明細書に開示されている。

周波数選択スクリーン１８はＣ０ＮＵＳおよびポイント−ポイントサブシステム の両方のための送信されたおよび受信された信号を効果的に分離する。スクリー ン１８の２つの半分の部分１８ａ、　１８ｂは水平および垂直偏波される個々の 信号を分離するように各々適合される。

信号ビームによって全国をサービスするＣ０ＮＵＳサブシステムはこの例ではそ の送信機８２として高電力進行波管増幅器を各々有する８個の通常のトランスポ ンダを有する（第６図参照）。Ｃ０ＮＵＳ受信アンテナは垂直偏波を用い、ポイ ント−ポイント送信システムと垂直偏波された反射鏡！２ｂを共有する。Ｃ０Ｎ ＵＳ受信信号は周波数選択スクリーンの半分の部分１８ｂを通過し、反射鏡１２ ｂの焦点平面２８に置かれた受信供給ホーン１４上に焦点を結ぶ。そのように形 成されたアンテナパターンはＣ０ＮＵＳをカバーするように形作られている。Ｃ ＯＮ　１７　Ｓ送信アンテナは水平偏波を用い、ポイント−ポイント受信システ ムと反射鏡１２ａを共有する。送信供給ホーン２４からの信号放射は水平偏波の 周波数選択スクリーン１８ａによってその第２のパターンがＣ０ＮＵＳをカバー するように形作られている反射鏡１２ａへ反射される。

ポイント−ポイントサブシステムは広く送信アレイ２０．サブ反射鏡２２、およ び受信供給ホーン１６を含む。後に更に詳細に説明されるが送信アレイ２０はス クリーン１８のすぐ下の支持体３０上に取付けられている。サブ反射鏡２２は送 信アレイ２０の前方でスクリーン１８のわずかに下に取付けられている。送信ア レイ２０から放射する信号はサブ反射鏡２２によってスクリーン１８の一方の半 分の部分１８ｂ上へ反射される。主反射鏡１２とサブ反射鏡２２とは送信アレイ ２０から放出する信号のパターンを効果的に拡大し拡張する。サブ反射鏡２２か ら反射された信号は順次スクリーン１８の半分の部分Ｌ８ｂによって大きな反射 鏡１２ｂ上へ反射され、それは順次ポイント−ポイント信号を地上へ反射する。

この装置によって、大きな口径の位相アレイの性能が得られる。受信供給ホーン １６は反射鏡１２ａの焦点面２Ｂに位置される。それは第１６図に示されている ４個の主ホーン５０．５４．５８．６２と３個の補助ホーン５２．５６．６０か ら成る。

次にｆｆ１１３図乃至第１５図を参照すると、送信アレイ２０は第１３図に示さ れるように、アレイを形成するため平行関係で配置された複数の、例えば４０個 の送信導波管素子１０Ｂを含む。

送信導波管素子１．０６の各々は垂直偏波信号を発生する複数の、例えば２６個 の水平で、垂直に間隔を置かれたスロット１０８を含む。第１４図に示されるよ うに、送信アレイ２０は、４つの場所１１４でアレイ素子を励振する全体を番号 １１０によって示された集合供給回路網によって送信信号を供給される。集合供 給回路網１１００目的は送信導波管素子ＩＨに対して広帯域の整合を行うことで ある。導波管開口１１２への信号入力は、スロット励振が南北方向における偏平 パターンを与えるように設計されるようにアレイスロット１０８を励振する。

水平偏波ポイント−ポイント受信システムによって供給されたほぼ方形のビーム 適用範囲が示されている第５図を参照する。この特定の例において、ポイント− ポイントシステムによってサービスされる領域はアメリカ合衆国である。ポイン ト−ポイント受信システムは４つのアップリンクゾーン８２゜３４、３８．３８ からそれぞれ人工衛星へ放射する４つのビームＲ１、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を含み、 ビームＲ１乃至Ｒ４の各々は各ゾーン３２．３４．３６．３８において個々の位 置（ｓｉｔｅ）から発する複数の個々のアップリンクビームから成り、その位置 から個々の信号を伝達する。個々の位置からのアップリンクビーム信号は各ゾー ンのための複数のチャンネルへ配列される。

例えば、ゾーン３２はゾーン３２で対応するアップリンク位置から数百の個々の ビーム信号を伝達するこのようなチャンネルの各々によって複数の、例えば］６ 個の２７ＭＨｚチャンネルを含んでもよい。

各々符号３２．３４．３Ｂ、および３８によって示されている４つのビームパタ ーン輪郭の各々についての信号強度はそれら各ビームのピークからおよそ３ｄＢ 下である。アンテナビームはハツチング範囲３９．４１．４３．４５において周 波数スペクトルの４倍の再使用を可能にするためそれらの間で充分な分離を達成 するように設計されている。点描範囲４０．４２．および４４において、この分 離は隣接するゾーンにおいて発する同じ周波数の信号間の識別には不十分である 。これらの範囲で発する各信号は２つのダウンリンク信号を発生し、一方は予定 されたものでありもう一方は臨時的なものである。これらの領域において臨時信 号の発生については以下に更に詳細に論議される。

ビーム３２．３４．３８．３８によってカバーされた４つのゾーンは幅が等しく ない。ビーム３２によってカバーされる東海岸ゾーンはおよそ１．２度の広がり である。ビーム３４によってカバーされる中央ゾーンはおよそ１．２度の広がり である。ビームパターン３６によってカバーされる西中央ゾーンはおよそ２．０ 度の広がりである。ビームパターン３８によってカバーされる西海岸ゾーンはお よそ２．０度の広がりである。４つの受信ゾーン３２．３４．３Ｅｉおよび３８ の各々の幅は基地数および国の様々な範囲での人口密度によって決定される。従 って、ビームパターン３２は合衆国の東部における比較的高い人口密度に適応す るために比較的狭く、一方、ビームパターン３６は山岳地帯における比較的狭い 人口密度のため比較的広い。各ゾーンが全周波数スペクトルを用いるので、ゾー ンの幅は人口密度の高い地域においてはチャンネル使用についての高い要求に適 応させるため狭（されている。

第９図に示されるように、ポイント−ポイント送信システムは各々４つの送信ゾ ーン３１．３３．３５．３７をカバーする４つのビームＴ１．Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４ から成り、その各ビームＴ１乃至Ｔ４はそれぞれ各ゾーン３１．３３．３５．３ ７の個々のダウンリンク位置について予定された複数の個々のダウンリンクビー ムからなり、個々の信号をその位置へ伝達する。個々のダウンリンク位置で受信 されるように予定されたダウンリンクビーム信号は各ゾーンのための複数のチャ ンネルへ配列される。例えば、ゾーン３１は数百の個々のビーム信号をゾーン３ ２の対応するダウンリンク位置へ伝達するこのようなチャンネルの各々による複 数の、例えば１６個の２７ＭＨｚチャンネルを含んでもよい。

幅の等しくない多重ダウンリンクゾーンおよびダウンリンクゾーンの使用は、相 互変調積の大部分が地上基地で受信されることが妨げられるように地理的に分散 されるように以下に論議される固体電力増幅器によって発生する相互変調積の生 成を助ける。真の効果は、システムが更に相互変調積を黙認できるので、増幅器 が更に効率的に動作されることである。送信ゾーン３１．３３．３５．３７の幅 が受信ゾーンＲ１，Ｒ２゜Ｒ３，Ｒ４のそれらとほぼ同じであるけれども、２つ の組の小さな差はシステムの容量を最良にするために発見された。

個々の送信ビーム２９の半分の電力ビーム幅は実質的に、送信ゾーン３１．３３ ．３５．３７の幅よりも狭い。このことは所望された高利得を生じ、受信ゾーン 配列を特徴とする競合範囲のゾーン４０．４２．４４を避ける。これらの個々の ビーム２９は個々の目的基地の方向でダウンリンクＥＩＲＰを最大化するためゾ ーン中に向けられなければならない。送信ポイント−ポイント周波数アドレス可 能狭帯域２９は、その見掛けの大きさがラボラによって拡大されるアレイ２０に よって生成される。各ビーム２９の東西方向は送信素子２０のアレイ１０６に沿 ってその信号の位相経過によって決定される（第１３図および第１５図）。

この位相経過は以下に論議されるビーム形成回路網９８によって確立され、信号 周波数の関数である。送信アレイ素子２０の各々は後に論議される固体電力増幅 器によって駆動される。

アレイ素子ｌＯ６へ供給される電力は均一ではなくその代わりに１０ｄＢ以上低 いエツジ素子まで次第に弱くなっている。

次第に弱くなるビーム２９は送信アレイ素子２０の位置に従って送信利得を調節 することによって達成される。励起パターンは第９Ａ図に示された送信の２次パ ターンの特徴を決定する。第９図を参照すると、送信ゾーン３１．３３．３５． ８７の間の最も接近した空間がゾーン３１と３３の間に発生し、それはおよそ１ ．２度である。このことは特定の周波数を用いるゾーン３３ヘアドレスされる信 号がそのビーム中心から１．２度のサイドローブによってゾーン３１において同 じ周波数を用いる信号と干渉することを意味する。しかしながら、個々の送信利 得は低いサイドローブレベルを提供するように調節され、それによって隣接する ゾーンにおける周波数再使用を許容する。

第９Ａ図を参照すると、ビーム中央からのこの角度でのサイドローブが更に３０ ｄＢ以上小さく、そのためこのような干渉が無視してよい程度に小さいことがわ かる。ゾーン３５および３７における同じ周波数使用は更に角度が移動され、こ の故にこれらのゾーンにおけるサイドローブの干渉は一層小さい。

第９Ｂ図は南北方向の送信ビームパターンの説明である。

各送信導波管素子１０６の２６個のスロット１０８はほぼ平坦な南北パターンを 形成するように励振され、南北照準方向からプラスマイナス１．４度のカバーさ れた範囲に広がる。

ポイント−ポイントおよびＣ０ＮＵＳシステムの両方は同じアップリンクおよび ダウンリンク帯域を用い、ポイント−ポイントシステムはそのアップリンク偏波 のため水平偏波を用い、Ｃ０ＮＵＳシステムは先に記述されたように垂直偏波を 用いる。例えば両方のサービスは同時に、１１．７ＧＨｚと１２．２ＧＨｚの間 の全５００ＭＨｚダウンリンク周波数帯域と、１４ＧＨｚと１４．５ＧＨｚの間 の全５００ＭＨｚアップリンク周波数帯域とを用いる。ポイント−ポイントサー ビスを用いる受信ゾーン３２．３４．３８．３８と送信ゾーン３１゜３３、３５ ．３７の各々は全周波数スペクトル（即ち５００ＭＨｚ）を用いる。更に、この 縁周波数スペクトルは複数のチャンネル、例えば各々が２７ＭＨｚの有効な帯域 幅と３０ＭＨｚの間隔を有する１６のチャンネルへ分割される。次に、１６個の チャンネルの各々はおよそ８００のサブチャンネルを適用してもよい。この故に 、およそ１２，５００　（１６チヤンネル×８００サブチヤンネル）の各ゾーン で３２キロビット毎秒のチャンネルが任意の与えられた瞬間で適応される。以下 に説明されるように、ポイント−ポイントシステムの通信構成は任意の基地が任 意のその他の基地と直接通信することを許容する。従って、単一偏波中で、合計 ５０，０００のサブチャンネルが全国的に適応される。

第１図、第２図、第６図、第７図、および第１６図を特に参照すると、ポイント −ポイント受信供給アレイ１６は７個の受信ホーン５０乃至６２を用いる。ホー ン５０．５４．５８．およびＧ２は各々ゾーン３２．３４．３Ｂ、および８８か ら信号を受信する。ホーン５２．５６および６０は競合範囲４０．４２および４ ４から信号を受信する。一連のハイブリッドカップラまたは電力分割器Ｃ１乃至 Ｃ，を用いて、ホーン５０乃至６２によって受信された信号は４つの出力６４乃 至７０へ結合される。例えば、競合範囲４４の領域から発し、ホーン６０によっ て受信される信号はカップラＣ２によって分割され、分割された信号の部分はカ ップラＣｉおよびカップラＣ４へ各々分割され、分割された信号はそれぞれホー ン５８．６２によって受信された入力信号と結合される。同様に、競合範囲４２ の領域から発し、ホーン５６によって受信される信号はカップラＣ５によって分 割される。分割された信号の一部はカップラＣ３によってカップラＣ４の信号出 力と結合され、一方、分割された信号の残りの部分はカップラＣ７によってホー ン５４によって受信された信号と結合される。

Ｃ０ＮＵＳおよびポイント−ポイントシステムの両方のための信号の受信および 送信用の電子装置をブロック図で表す第６図が特に注目される。ポイント−ポイ ント受信信号６４−７０（第７図参照）は第７図のポイント−ポイント受信供給 回路網から得られ、一方Ｃ０ＮＵＳ受信信号７２はＣ０ＮＵＳ受信供給ホーン１ ４から得られる（第１図および第３図）。ポイント−ポイントおよびＣ０ＮＵＳ 受信信号は５つの対応する受信器と入力ライン６４−７２を選択的に接続するス イッチング回路網７Ｂへ入力され、８個のその受信器は全体を７４で示される。

受信器７４は通常設計のものであり、そのうちの３個は余分に備えられたもので あり、受信器の１個が故障を起こさない限り通常は用いられないものである。故 障の発生において、スイッチング回路網７６はバックアップ受信器７４を適切な 入力ライン６４−７２に再接続する。受信器７４はフィルタ相互結合マトリック ス９０中のフィルタを駆動するように機能する。ライン６４−７０と接続されて いる受信器７４の出力は第２のスイッチング回路網７８によって４つの受信ライ ンＲ１−Ｒ４を経てフィルタ相互結合マトリックス９０へ結合される。以下に論 議されるように、フィルタ相互結合マトリックス（ＦＩＭ）は受信ゾーン８２． ３４．３Ｇ、　３８と送信ゾーン３１．３１．３５．３７との間に相互結合を提 供する。上述された５００ＭＨｚにおける動作が１６個の２７ＭＨｚチャンネル へ分離された周波数スペクトルを割当てられるので、１６個のフィルタの４組が 用いられる。１６個のフィルタの各組は全部で５００ＭＨｚの周波数スペクトル を使用し、各フィルタは２７ＭＩ（ｚの帯域幅を有する。後述するように、フィ ルタ出力Ｔ　１−Ｔ４は４つの群で配列され、各群は４つの送信ゾーン３１．３ ３．３５．３７の１つに予定される。

送信信号Ｔｌ−７４は各々、スイッチング回路網９４を経て６個の駆動増幅器９ ２のうちの４個へ接続され、このような増幅器９２のうちの２個は故障の発生に おいてバックアップ用に備えられているものである。増幅器９２のうちの１個の 故障の発生において、バックアップ増幅器９２の１個がスイッチング回路網９４ によって対応する送信信号Ｔｌ−７４へ再接続される。同様にスイッチング回路 網９Ｂは増幅器９２の増幅された出力をビーム形成回路網９ｇへ結合する。以下 に更に詳細に説明されるように、ビーム形成回路網９８は４つの遅延ラインに沿 って等しい間隔で接続された複数の伝送遅延ラインから成る。

遅延ラインのこれらの間隔および幅は所望された中央帯域ビームスキントと、サ ービスされる対応する送信ゾーン３１．３３゜３５、３７用の周波数を有するビ ーム走査速度を与えるように選択される。４つの遅延ラインから結合された送信 信号は第１１図および第１２図に示されるようなビーム形成回路網９８において 固体電力増幅器１００へ入力を供給するために合算され、それはポイント−ポイ ントシステムの送信アレイ２０に埋め込まれてもよい。以下に論議された実施例 において、４０個の固体電力増幅器（ＳＳＰＡ）１００が備えられている。５Ｓ ＰＡ１００の各々はビーム形成回路網９８によって形成された４０の信号の対応 する１つを増幅する。５ＳＰＡ１００は先に説明された次第に弱くなるアレイ励 振を提供するため異なる電力容量を有する。５ＳＰＡ、１００の出力は送信アレ イ２０の素子の１つの入力１１２（第１４図）へ接続される。

ライン７２上のＣ０ＮＵＳ用受信信号はスイッチング回路網７８、７８によって 適切な受信器７４へ接続される。Ｃ０ＮＵＳ信号と接続された受信器の出力は上 述されたように８個のチャンネルのために提供された入力マルチプレクサ８０へ 出力される。入力マルチプレクサ８０の目的は、サブ信号が個々に増幅されるこ とができるようにサブ信号へ１つの低レベルＣ０ＮＵＳ信号を分割することであ る。Ｃ０ＮＵＳ受信信号はＣ０ＮＵＳ送信信号が非常に小さな地上基地へ分配さ れるように高度に増幅される。入力マルチプレクサ８０の出力はスイッチング回 路網８４を経て１２個の高電力進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）８２のうちの８個へ 接続され、そのうちの４個のＴＷＴＡ８２は故障の発生においてバックアップの ために用いられる。８個のＴＷＴＡ８２の出力は別のスイッチング回路網８６を 経て、１つのＣ０ＮＵＳ送信信号へ８つの増幅された信号を再結合する出力マル チプレクサ８８へ接続される。マルチプレクサ８８の出力はＣ０ＮＵＳ送信器２ ４の送信ホーンへの導波管を経て送られる（第２図および第３図）。

フィルタ相互結合マトリックスＦ　Ｉ　Ｍ２Ｏ（第６図）を詳細に示す第１Ｏ図 に注目する。先に論議されたように、ＦＩＭ９０は、任意の受信ゾーン８２．３ ４．３８．３８中の任意のターミナル（第５図）と任意の送信ゾーン３１．３３ ．３５．３７の任意のターミナルとを効果的に相互結合する。ＦＩＭ９０は受信 信号Ｒ１゜Ｒ２，Ｒ３，およびＲ４をそれぞれ受信するための４つの導波管人力 １２０　、１２２　、１２４および１２Ｇを含む。先に説明されたように、対応 する受信ゾーン３２．３４．３６．３８　（第５図）から発生する受信信号Ｒ１ 乃至Ｒ４の各々は割当てられた全周波数スペクトル（例えば５００ＭＨｚ）を含 み、複数のチャンネル（例えば１６個の２７ＭＨｚチャンネル）へ分離される。

チャンネルは複数のサブチャンネルへ更に分離され、サブチャンネルの各々は対 応するアップリンク位置から信号を伝達する。ＦＩＭ９０は６４個のフィルタを 含み、その１つが参照番号１０２によって示されている。各フィルタ１０２はチ ャンネルの１つに対応するバスバンド（例えば１４０３乃至１４３０ＭＨｚ）を 有する。フィルタ１０２はそれぞれ各受信ゾーン３２．３４．３８．３８のため の４つの群において配列され、各群はサブグループ当り８個のフィルタの２つの バンクまたはサブグループを含む。フィルタ１０２の１つのサブグループは偶数 番号のチャンネルのためこれらのフィルタを含み、各群のその他のグループは奇 数番号のチャンネルのため８個のフィルタを含む。従って、たとえば、受信信号 Ｒ１用のフィルタ群は奇数チャンネル用フィルタ１０２のサブグループ１０４と 偶数チャンネル用フィルタ１０２のサブグループ１０６を含む。

以下の表はそれらのフィルタサブ群に対する受信信号およびゾーンに関するもの である。

３２　Ｒ１１０４１０６ ３４Ｒ２１０８１１０ ３６Ｒ３１１２１１４ ３８Ｒ４１１６１１８ 受信信号Ｒ１−Ｒ４がフィルタされるとき、フィルタされた出力は送信信号を形 成するため結合されるような独特な方法でフィルタはグループにされている。送 信信号Ｔｌ−７４もまた割当てられた全周波数スペクトル（例えば５００ＭＨｚ ）を用いる。説明した実施例において、送信信号Ｔ　Ｉ　−Ｔ４の各々は１６個 の２７ＭＨｚ幅のチャンネルを有し、４個の受信ゾーン３２−３８の各々から４ 個のチャンネルを含む（第５図）。

入力する受信信号Ｒ１−Ｒ４は、５０％の信号電力を各サブグループへ効果的に 向ける各関連するハイブリッドカップラ１２ｇ−１３４によって対応するサブグ ループへ分割される。

したがって、例えば導波管１２０でのＲ１信号入力の半分はフィルタ１０２のサ ブグループをサービスする送信ライン１３Ｂへ導かれ、Ｒ１信号の残りの半分は フィルタ１０２のサブグループ１０６をサービスする送信ライン１３８へ導かれ る。同様の方法で、フィルタ１０２のサブグループ１０４−ｉｔｓの各々はライ ン１３Ｇおよび１３８と同様の、対応する分配ラインによって供給される。

サブグループ１０４の構成について更に詳細に説明する。残りのサブグループ１ ０Ｂ−１１８はサブグループ１０４と構造が同じである。送信ライン１３６に沿 って間隔を置いて、８個のフェライトサーキュレータ１４０があり、それぞれ１ つが奇数番号のチャンネルフィルタ１０２と関連する。サーキュレータ１４０の 機能は送信ライン１３６をロスのない方法で奇数チャンネルの各々へ接続するこ とである。従って、例えば、Ｒ１信号は第１のサーキュレータ１４０　ａへ入り 、チャンネル１に対応する２７ＭＨｚの帯域の信号をサーキュレータ１４２へ通 すように反時計方向にそれを循環する。全てのその他の周波数は反射される。こ れらの反射された信号はサーキュレータを経て処理が繰返される次のフィルタへ 伝播される。この処理によって、Ｒ１受信信号はＲ１（ｍ号に対応する１６個の フィルタ１０４−１０８によって１６個のチャンネルフィルタされる。このよう に、チャンネル１の範囲の周波数を有するＲ１信号は第１のフェライトサーキュ レータ１４０ａを通過し、グループ１０４のフィルタ１によってフィルタされる 。

フィルタサブグループ１０４−１１８からの出力は、十文字パターンでフィルタ １０２の隣接グループからの出力を合計するフェライトサーキュレータ１４２の 第２の組によって選択的に結合される。例えば、グループ１０４のチャンネルフ ィルタ１゜５．９および１３の出力はフィルタグループ１１２のチャンネルフィ ルタ３，７．１１および１５の出力と合計される。この合計はＴ１用出力端子１ １４に現われる。第８図を参照すると、これらの信号は受信ゾーンＲ１とＲ３間 の結合および送信ゾーンＴ１に対応する。

送信および受信信号が任意のターミナル間の送受信通信を許容するためＦＩＭ９ ０によっていかにして相互結合されるかを示す第８図および第９図を注目する。

特に、第８図はいかに［７て受信および送信ゾーンが相互結合チャンネルによっ て一緒に結合されるかを示す表を与え、一方策９図はいかにしてこれらの相互結 合チャンネルが送信ゾーン３１．３３．３５．３７にわたって地理的に分配され るかを示す。第８図において、受信信号Ｒ１−Ｒ４は相互結合チャンネルの行毎 に読み出され、送信信号Ｔｌ−７４は相互結合チャンネルの列毎に読み出される 。送信信号Ｔ　１−Ｔ４の各々は各々４つの群に配列された１６個のチャンネル から生成され、各群が受信信号Ｒ１−Ｒ４の１つと関連していることが第８図か ら迅速に認められる。本発明の人工衛星通信システムは、パケット交換信号を経 て地上基地間の通信を調整する人工衛星ネットワーク制御センタと呼ばれる地上 基地と関連して使用される。ネットワーク制御センタは所望されるダウンリンク の位置に基づいたアップリンク周波数をアップリンクユーザに割当て、ダウンリ ンク経度が目的地のそれに最も近い有効な周波数を割当てる。周波数アドレス可 能なダウンリンク送信ビーム２９は従ってアップリンク信号の周波数によってア ドレスされる。

この方法はダウンリンク信号の利得を最大にする。

第９図に示されるように、アメリカ大陸は４つの基本的なゾーン３１．３３．３ ５．３７に分割される。ゾーン３１は東海岸ゾーンと呼ばれ、ゾーン３３は中央 ゾーンと呼ばれ、ゾーン３５は山岳ゾーンと呼ばれ、ゾーン３７は西海岸ゾーン である。先に説明されたように、ゾーン３１，３Ｌ　３５＋　３７の各々は割当 てられた全周波数スペクトル（例えば５００ＭＨｚ）を用いる。従って、５００ ＭＨｚの割当て周波数帯域の場合、ゾーン３１゜３３、３５．３７の各々に防護 帯域を加えた１６個の２７ＭＨｚチャンネルが存在する。

第９図のビーム２９で４回繰返された番号１−１６はそのように番号を付けられ たチャンネルの中心周波数に対応するビームの経度を示す。ビームの周波数感度 のため、チャンネルの最も低い周波数狭帯域信号と最も高い周波数狭帯域信号と の間の経度スパンはおよそ１チャンネル幅である。各ビームはその電力が半分に なる点の間で０．６度の幅であり、即ち、東海岸と中央ゾーンにおけるゾーン幅 の半分で、山岳ゾーンと西海岸ゾーンにおけるゾーン幅のほぼ３分の１である。

アンテナビーム２９は互いに高信号密度を確立するためオーバーランプする。即 ちビームが更にオーバーラツプすればするほど、与えられた領域のチャンネル容 量は大きくなる。従って、東海岸ゾーン３１において、東海岸ゾーン８１の信号 量が山岳ゾーン３５のそれよりかなり大きいので山岳ゾーン３５においてよりも 大きなオーバーラツプがある。

上述された相互結合スキーマについて、異なるゾーンの基地間の典型的な通信を 例として説明する。この例において、ミシガン州のデトロイトの発信者がカリフ ォルニア州のロサンジエルスの基地へ電話をしようとすると仮定する。従って、 中央ゾーンに位置するミシガン州のデトロイトはアップリンク位置であり、西海 岸ゾーン３７に位置するカリフォルニア州のロサンジエルスはダウンリンク目的 地である。第９図に示されるように、アメリカ大陸における各地理的位置は特定 のゾーンなおける特定のチャンネルと関連されることができる。

従って、ロサンジエルスは送信ゾーン３７のチャンネル１４と１５の間に位置を 定められている。

特に第５図、第８図、および第９図を同時に参照すると、受信および送信ゾーン Ｒ１とＴ１は東海岸ゾーン３２と３１に存在し、Ｒ２とＴ２は中央ゾーン３４と ３３に存在し、Ｒ３とＴ３は山岳ゾーン３６と３５に存在し、Ｒ４とＴ４は西海 岸ゾーン３８と３７に存在する。デトロイトは中央またはＲ２ゾーン３４に存在 するので、信号が西海岸またはＴ４ゾーン３７へ送信されることができるチャン ネルはチャンネル１．５．９および１３であることがわかる。これは行Ｒ２およ び列Ｔ４の交差によって第８図の表において決定される。それ故、デトロイトか ら、アップリンクユーザはチャンネル１，５．９または１３のいずれかのアップ リンクであり、これらのチャンネルのいずれもダウンリンク目的地に最も接近し ている。ロサンジェルスがチャンネル１４と１５との間に位置するので、ネット ワーク制御センタはチャンネル１３がチャンネル１４に最も近いためチャンネル １３の信号をアップリンクする。ダウンリンクビーム幅はロサンジェルスで高利 得を与えるのに充分広い。

反対に、アップリンク位置がロサンジェルスにあり、ダウンリンク目的地がデト ロイトにあるなら、第８図の行Ｒ４および列Ｔ２が考慮されなければならない。

この交差は信号がチャンネルがダウンリンク位置に最も近いことに依存してチャ ンネル１．５．９または１３上に送信されることができることを表す。チャンネ ル９が、デトロイトへ最も近いチャンネル１１へ最も近いので、ネットワーク制 御センタはチャンネル９上でロサンジェルスから信号をアップリンクする。

第１Ｏ図を参照すると、受信信号の送信信号への転換は、アップリンク位置がデ トロイトに、ダウンリンク位置がロサンジェルスにあるという上述の例と関連し て説明される。デトロイトから送信されたアップリンク信号は受信信号Ｒ２によ って伝達されたチャンネル１３に送信される。従って、Ｒ２受信信号は送信ライ ン１２２へ入力され、このような入力信号の一部はハイブリッドカップラ１３０ によってフィルタ１０２のサブグループ１０８の入力ラインへ導かれる。サブグ ループ１０８は奇数チャンネル用の８個のフィルタバンクを含み、チャンネル１ ３を含む。従って、入力する信号はフィルタ１３によってフィルタされ、サブ群 １０８と１１８からその他の信号と一緒にライン１６４上で出力される。チャン ネル１８のライン１６４上に存在する信号はハイブリッドカップラ１５８によっ て結合され、信号はサブグループ１０６と１１４から発し、出力ライン１５０上 にＴ４信号を形成する。送信信号Ｔ４はそれからロサンジエルスへダウンリンク される。

２７ＭＨｚ幅チャンネルが実際に多数の小さなチャンネル、例えば３２ＫＨｚの 帯域幅の８００のサブチャンネルから成るので、ネットワーク制御センタが２７ ＭＨｚ帯域幅ではなく特定のチャンネルを割当てるため、上記例はやや簡潔化さ れている。

第５図、第８図および第９図を再び参照すると、アップリンク信号が競合範囲の 領域４０．４２．４４　（第５図）から発生する場合に、このような信号はその 所望されるダウンリンク目的地へ送信されるのみでなく、無視できない程度の信 号が他の地理的領域へ送信される。例えば、アップリンク信号が競合範囲４２の 領域にあるイリノイ州のシカゴから発生し、この信号がカリフォルニア州のロサ ンジエルスへ向けられると仮定する。競合範囲４２はゾーン３４および３６を形 成するビームのオーバーラツプによって生成される。この故に、アップリンク信 号は受信信号Ｒ２またはＲ３として送信され得る。ネットワーク制御センタはア ップリンク通信が受信信号Ｒ２またはＲ３のいずれによって伝達されるかを決定 する。この実施例において、シカゴがゾーン３６により近いので、アップリンク 通信は受信信号Ｒ３上で伝達される。

先に論議されたように、ダウンリンク目的地、即ちロサンジェルスはゾーン３７ に位置し、チャンネル１４と１５との間に存在する。第８図に示されるように、 Ｒ３の列Ｔ４との交差部分は通信が発送され得るチャンネルを生ずる。従って、 シカゴアップリンク信号はチャンネル２，８．１０あるいは１４のいずれか１つ で送信される。ロサンジエルスがチャンネル１４へ最も近いので、チャンネル１ ４はアップリンクチャンネルとしてネットワーク制御センタによって選択される 。しかしながら、所望されない信号がまたチャンネル１４上でゾーン３４から送 信されることが注目される。所望されない信号がどこにダウンリンクされるかを 決定するため、第８図の表が考慮される。第８図の表はＲ２ゾーン３４のチャン ネル１４上を伝達されるアップリンク信号がＴ１送信ゾーン３１ヘダウンリンク されることを表す。所望された信号はロサンジエルスへ送信され、所望されない 信号（即ち無関係な信号）は東海岸（即ちゾーン３１）へ送信される。ネットワ ーク制御センタは周波数割当てをするとき、これらの無関係な信号の軌跡を維持 する。これらの無関係な信号の影響はシステムの容量をわずかに減少することで ある。

第６図を再び参照すると、ビーム形成回路網９８は送信信号ＴＩ−Ｔ４を受信し 、各信号用の送信アンテナビームが形成されるようにこれらの送信信号中の個々 の通信信号の全てを一緒に結合するように機能する。割当てられた周波数スペク トルが５００ＭＨｚである上述された例において、総計およそ５０，０００のオ ーバーラツプアンテナビームは、システムが狭帯域信号によって完全に負荷され るときビーム形成回路網９８によって形成される。各アンテナビームは、それが システムの特性を最良にする方向に向けられるような方向で形成される。隣接す る素子間の増加位相シフトはアンテナビームの方向を決定する。この位相シフト が信号周波数によって決定されるので、このシステムはアドレスされた周波数と 呼ばれる。

ビーム形成回路網９８の詳細を示す第１１図および第１２図が注目される。第１ １図で全体を符号９８で示されたビーム形成回路網は一般的に弧状に配置されて おり、通常人工衛星の通信相（図示されず）に取付けられている。ビーム形成回 路網９８の弧状形状は、信号通過路が正しい長さであることを確実にした装置が 容易に得られるようにするものである。

ビーム形成回路網９８は第１の組の周辺に伸びている伝送遅延ライン１６８　、 １７０　、遅延ライン１６８と１７０から放射状に空間をとられている第２の組 の伝送遅延ライン１７２　、１７４　、および複数の放射状に伸びる導波管アセ ンブリ１７６を含む。説明された実施例において、４０の導波管アセンブリ１７ ６が備えられ、送信アレイ２０の素子１０６の各々に対して１個づづ設けられて いる（第１３図）。導波管アセンブリ１７Ｂは遅延ライン１８８−１７４の各々 を交差し等しい角度間隔で配置されている。

各導波管アセンブリ１７Ｂは放射方向の合算器を定め、遅延ライン１６８−１７ ４の各々と交差する。第１２図に示されるように、交差点で、放射方向ライン合 算器１７Ｇと伝送遅延ライン１８８−１７４の間に、十字形結合器１８０が備え られている。十字形結合器１８０は放射方向ライン合算器１７６と遅延ライン１ ８ｇ−１７４とを接続する。十字形結合器１８０の機能については以下に更に詳 細に論議される。

４つの遅延ライン１８８乃至１７４は４つの送信ゾーンＴｌ−Ｔ４のために各々 備えられている（第９図）。したがって、送信信号Ｔ１は遅延ライン１７０の入 力へ供給され、Ｔ２は遅延ライン１６８の入力へ供給され、Ｔ３は遅延ライン１ ７４の入力へ供給され、Ｔ４は遅延ライン１７２の入力へ供給される。

第１２図に示されるように、放射方向ライン合算器間の距離は文字“Ｌ”で示さ れ、各遅延ラインの幅は文字“Ｗ”で示される。放射方向ライン合算器１７６は 遅延ライン１６ｇ−１７４に沿った等しい角度間隔で位置しているけれども、遅 延ライン１６８−１７４が互いに放射状に位置しているためそれらの間の距離は 遅延ラインから遅延ラインへと変化する。従って、放射方向ライン合算器１７６ によって形成される弧状形状の中心から離れるほど、それらが遅延ライン１６８ −１７４と交差する点における放射方向ライン合算器１７６間の距離は大きくな る。

言替えると、遅延ライン１８８についての放射方向ライン合算器１７６の間の間 隔“Ｌ”は遅延ライン１７４についての隣接する放射方向ライン合算器１７８間 の間隔より小さい。“Ｌ”と“Ｗｏの大きさについて典型的な値を以下にあげる 。

遅延ライン　信号　Ｌ２インチ　Ｗ２インチ１６８　Ｔ２　１．６６　０．６４ １７０　Ｔｌ　１．７２　０．６６ １７２　Ｔ４　２．４５　０．７４ １７４　７３　２．５５　０−７６ 遅延ライン１８ｇ−１７４の幅“Ｗ”および隣接する放射方向ライン合算器間の 距離“Ｌ”は、ビームボインティングが各チャンネルについて正しいように所望 された中央ビームスキントおよびビーム走査速度を与えるため選択される。この ことは送信ゾーンＴ　１−Ｔ４の各々のため所望された始点および終点を生じる 。

第１２図を特に参照すると、送信信号Ｔ２は第１の放射方向ライン合算器１７６ へ到達する点で、正確な距離で遅延ライン１８８を伝播する。Ｔ２信号の一部は 、送信信号Ｔ２の送信電力の１パーセントが放射方向ライン合算器１７Ｂの下・ ＼引出されるような、例えば２０ｄＢカツプラの十字形結合器１．８０を通過す る。この引出された。エネルギは対応する固体電力増幅器１００に向けて導波管 １７Ｂを伝播する（第６図および第１１図）。この過程は遅延ライン１７０を伝 播する信号Ｔ１について繰返される。十字形結合器１８０によって引出された信 号Ｔ１およびＴ２の一部は放射方向ライン合算器１７Ｂ中で合計され、結合され た信号０．０１　（Ｔ１＋７２）は次の組の遅延ライン１７２　、１７４へ向け て放射状に外側へ伝播する。この同じカップリング過程が遅延ライン１７４と１ ７２の各々で信号Ｔ３とＴ４に対して繰返される。即ち、０．０１の信号Ｔ３と Ｔ４は十字形結合器１８０を経て放射方向ライン合算器１７Ｇへ結合される。合 成結合信号０．０１　（ＴＩ＋Ｔ２＋７３＋Ｔ４）は送信のための伝播において 増幅される関連する固体状態電力増幅器１００へ放射状に外方へ伝播する。

第１の放射方向ライン合算器１７Ｂに遭遇した後で、信号Ｔ　Ｉ−Ｔ４の残余０ ．９９は信号の別の１パーセントが合算器１７６へ引出される第２の放射方向ラ イン合算器へ伝播する。

信号Ｔｌ−７４の１パーセントを引出すこの過程は放射方向ライン合算器１７６ の各々に対して繰返される。

放射方向ライン合算器１７Ｂを通って５ＳＰＡに向けて伝播する信号は４つの送 信信号Ｔ　１−７４の全ての混合されたものである。しかしながら、送信信号Ｔ ｌ−７４の各々は１２．５００のサブ信号を含む。結果的に、放射方向ライン合 算器１７６を経て伝播する４０の信号は、割当てられた周波数スペクトルが５０ ０ＰｖｌＨｚの幅であるという上述の実施例の場合は５０．０００の信号全ての 混合であってもよい。それ故、５ＳＰＡ１００の各々は複数の導波管アセンブリ １７Ｂの各々から発信する５０，０００の信号の全てを増幅する。

５ＳＰＡ１００の各々が国の全範囲について予定される５０．０００の信号の全 てを増幅するので、全ての狭い高利得ダウンリンクビームは送信器の共通プール 即ち全ての５ＳＰＡ１００から形成される。この装置は、全国をカバーする各ダ ウンリンクビームが全５ＳＰＡ１００を用いて生成されるので、電力の全国的な プールを効果的に与えると考えられる。結果的に、他のビームの信号電力を実質 的に減少することな（個々のベースで特定の不利なダウンリンクユーザを適応さ せるため、電力のこの全国的なプールの一部を転換できる。例えば、ダウンリン クユーザはビームの信号強度を減衰するダウンリンク目的地における雨によって “不利”にされる。このような雨によって不利となるユーザは対応するアップリ ンクビームの信号強度を増加することによって個々に調整される。このことは不 利なダウンリンクビームへ、全国的な送信電力のプールから電力の小さな部分（ 即ち５ＳＰＡによって供給された電力の小部分）を分けて与えることによって達 成される。個々のアップリンクビームの電力は対応するダウンリンクビームのそ れに比例している。結果的に、ダウンリンクビームの電力を増加するため、アッ プリンクビームの電力を増加することが単に必要であるにすぎない。

実際、先に説明されたネットワーク制御センタは雨が降っている国のそれらの範 囲の全ての軌跡を維持し、どのアップリンクユーザが雨の影響を受ける地域にお いてダウンリンク目的地へ通信を送るかを決定する。ネットワーク制御センタは それから、パケット交換信号を用いて、雨の影響を受けた地域について予定され たそれらの信号のためそのアップリンク電力を増加するために、これらの各アッ プリンクユーザを指示する。アップリンクユーザ信号電力の増加は雨の影響を受 けた地域に対応するダウンリンクビームを生じるため、５ＳＰＡ１００によって これらの信号の更に集合的な増幅を生じ、それは雨の減衰を補うため充分に増加 された電力レベルを有する。典型的に、雨の影響を受けた地域について予定され た信号の数は５ＳＰＡ１００の総プールによって取扱われる信号の総数に比例し て小さい。従って、雨の影響を受けていないゾーンにおけるその他のダウンリン クユーザは、それらの信号において発生する小さな損失が何千ものユーザに及ぶ ので実質的な信号損失を受けることはない。

５ＳＰＡ１００　（第８図および第１１図）が、例えば人工衛星の通信相（図示 せず）の縁に取付けられても良い。５ＳＰＡ１００によって増幅された信号は送 信アレイ２０の対応する素子１０８へ供給される（第１３図および第１４図）。

先に説明されたように、増加位相シフトは４０の放射方向ライン合算器１７６に おいて結合される信号間で達成される。

したがって、ビーム形成回路網９８は送信アレイ２０から発するアンテナビーム （第１図、第２図および第１３図）が周波数割当てによって方向を定められるこ とを許容する。増加位相シフトは周波数と同様に導波管１７６の間の時間遅延に 関連する。

４０の送信アレイ素子１０Ｂの４つの概略図およびそれから発する電波の波面を 示す第１７図が注目され、ここでは“ｄ”は送信アレイ素子１０６の間の間隔に 等しい。合成アンテナビームはｅの角度の傾斜を有し、ここではｅはビーム走査 角度として定められる。このことはｅが送信ビームの中心の法線からの角度であ る。遅延ライン装置によって生じる増加位相シられる。

ΔΦ−（２πｄ／λ）　５ｉｎｅ 式中、 λ−信号波長 ｅ−ビーム走査角度 ｄ−アレイ素子間の間隔 従って、アンテナビームの東西方向はビーム形成回路網９８の４つの遅延ライン １６８−１７４に対して異なっている増加位相シフトによって決定され、先に記 述された４つの送信ゾーンＴ　１−Ｔ４を生じる。

以上本発明について説明されたが、当業者が技術に対するこの貢献の技術的範囲 を外れることなく本発明を説明するため選択された好ましい実施例に様々な修正 および付加がなされても良いことが認められる。従って、請求の範囲に記載され た事項および本発明の技術的範囲に含まれる全ての等６物に対して保護がめられ ることが理解されるべきである。

−１，４”　−１，２”　−ＬＯ’−，８＠−，６・−，４’−，２＠０　．２ ’　、４・、ｆ　、８”　１．（１”　１．．２”　Ｌ４・ビ゛−ム中Ｉυなラ −＞ＰＳ度 東−西 ビーーム中杷゛か５のｊ！奏“ 北−掬 閤際輝査餠失 ”　’　”　ＰＣＴ／ＵＳａ７１０ニア１８［τＯＴ”　ＺＮＴＥＲＮＡＴＩＯ ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　ＯＮｒ＠ｐｏｒｔ υＳ−人−４コ８１５６２　２６１０４／ＩＢ３　Ｎｏｎｅ

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. （１）地球軌道通信衛星を使用する両方向通信のために地上領域内の複数の基地 の任意のものを互いに接続する方法において、 （Ａ）前記領域をカバーする複数の区域のそれぞれからの複数の無線周波数アッ プリンクビームを地上から前記衛星に送信し、前記の各区域中のアップビームは 同じ第１の周波数範囲にわたる複数の通信信号を送信して前記第１の周波数範囲 が前記各区域内でアップリンクビームによって再使用され、（Ｂ）前記アップリ ンクビームを前記衛星で受信し、（Ｃ）前記衛星から複数の無線周波数ダウンリ ンクビームを前記区域内の位置にそれぞれ送信し、前記区域のそれぞれにおいて 受信されたダウンリンクビームは同じ第２の周波数範囲にわたる複数の通信信号 を有し、前記第２の周波数範囲は前記区域のそれぞれにおいて受信されるダウン リンクビームによって再使用される過程を含む方法。
2. （２）前記第１および第２の周波数範囲は、複数のチャンネル中にそれぞれ配置 され、各アップリンクチャンネルは対応する区域内のアップリンク位置からそれ ぞれ発生する複数の信号を含み、各ダウンリンクチャンネルは対応する区域内の ダウンリンク位置に対してそれぞれ送信される複数の信号を含み、前記方法は信 号が過程（Ａ）において送信される区域の位置に応じてアップリンクビーム上の 信号を送信し、信号が過程（Ｃ）において送信される区域の位置に応じてダウン リンクビーム上の信号を送信するために前記チャンネルのあるものを予め選択す る過程を含む請求の範囲１記載の方法。
3. （３）各チャンネルを各区域における静止位置と関連させ、アップリンクおよび ダウンリンクビーム上の信号の１つを前記１つの信号を受信するように意図され た基地の地上位置に応じて伝送するために予め選択されたチャンネルの１つを選 択する過程を含む請求項２記載の方法。
4. （４）隣接区域が接するように前記アップリンクビームを形成する請求項１記載 の方法。
5. （５）地球軌道通信衛星を使用して地上の領域上の複数の地上基地の任意のもの を互いに接続して通信する方法において、（Ａ）衛星と前記領域をカバーする地 上の複数のそれぞれ関連した区域との間に複数のアップリンク無線周波数ビーム を形成し、前記各区域を覆うアップリンクビームは対応する区域に設置されたア ップリンク基地の位置から発生する複数の信号を含み、少なくとも前記区域のあ るものにおいてアップリンク位置から発生する前記信号のあるものは前記ある区 域とは別の区域においてダウンリンク位置によって受信されるように意図され、 前記区域のそれぞれに対するアップリンクビーム信号は区域全部に対するアップ リンクビームが同じ周波数範囲を有するように第１の予め選択された周波数範囲 にわたって送信され、 （Ｂ）前記アップリンクビームを前記衛星で受信し、（Ｃ）衛星と前記区域のそ れぞれとの間に複数のダウンリンク無線周波数ビームを形成し、前記複数のダウ ンリンクビームはそれぞれ対応する前記区域の１つをカバーし、前記対応する区 域において前記アップリンク基地の位置から発生し、ダウンリンク基地の位置へ 送信される複数の信号を含み、少なくとも前記ダウンリンクビームのあるものに おける信号はこの信号が発生する区域とは別の区域に設置されたアップリンク基 地から発生し、各区域をカバーするダウンリンクビームの信号は全ての区域をカ バーするダウンリンクビームが同じ周波数範囲を有するように第２の予め選択さ れた周波数範囲で送信され、 （Ｄ）前記アップリンクビームの前記信号をこの信号を受信するように意図され たダウンリンク基地の位置を含む区域に対応するダウンリンクビームに変換する 過程を含む方法。
6. （６）過程（Ａ）は、複数の周波数チャンネルを前記第１の予め選択された周波 数範囲に形成する過程を有し、過程（Ｃ）は、複数の周波数チャンネルを前記第 ２の予め選択された周波数範囲に形成する過程を有し、過程（Ｄ）は、予め定め られたパターンに応じてダウンリンク基地の位置を前記第１および第２の周波数 範囲中のチャンネルと関連付け、前記信号を予め定められたパターンに応じて伝 送するためにチャンネルを選択する過程を有する請求項５記載の方法。
7. （７）両方向通信のために地上の領域をカバーする複数の地上基地を互いに接続 する衛星通信システムにおいて、地球の静止軌道に配置された衛星と、 前記衛星と前記領域をカバーするそれぞれ関連した複数の区域との間において複 数のアップリンク無線周波数ビームを形成する第１の手段と、 前記衛星と前記区域との間に複数のダウンリンクビームグループを形成する第２ の手段とを具備し、複数の前記アップリンクビームはそれぞれ対応する区域にお いてアップリンク基地の位置から発生し、前記区域の１つにおいてダウンリンク 基地の位置によって受信されるように送信される複数の信号を伝送し、各区域に 対するアップリンクビームは、同じ周波数範囲が前記信号を伝送するアップリン クビーム全てによって使用されるように第１の予め設定された周波数範囲で前記 信号を送信し、 前記ダウンリンクビームのグループはそれぞれ前記区域の１つにおいてダウンリ ンク基地の位置で受信される複数の信号を送信するシステム。
8. （８）前記ダウンリンクビームのグループは、前記区域の１つを同じ周波数範囲 が前記信号を伝送するダウンリンクビームのグループ全てによって使用されるよ うにカバーし、各グループは複数の前記信号を第２の予め設定された周波数範囲 で伝送する請求項７記載のシステム。
9. （９）前記ダウンリンクビームによって伝送された前記信号は、周波数分割多重 信号である請求項７記載のシステム。
10. （１０）第１の予め設定された周波数範囲は１組のチャンネルを有し、アップリ ンクビームは同一の前記チャンネルの組を有する請求項９記載のシステム。
11. （１１）前記区域はそれぞれほぼ長方形である請求項７記載のシステム。
12. （１２）前記アップリンクビームはそれぞれサイドローブを有し、ほとんどの前 記区域の前記領域にわたって前記隣接区域の隣接アップリンクビームにおける信 号の間の実質的な妨害を防ぐためにロープの信号強度は充分に低いことを特徴と する請求項７記載のシステム。
13. （１３）前記ダウンリンクビームはそれぞれサイドローブを有し、ほとんどの前 記区域の前記領域にわたって前記隣接区域の隣接ダウンリンクビームにおける信 号の間の実質的な妨害を防ぐためにロープの信号強度は充分に低いことを特徴と する請求項７記載のシステム。
14. （１４）前記区域は相互に隣接していることを特徴とする請求項７記載のシステ ム。
15. （１５）前記アップリンクビーム中の信号を前記ダウンリンクビーム中の信号に 変換する手段を有し、前記変換手段は前記アップリンクビームのそれぞれの信号 をそれぞれ受信するための複数の入力と、上記ダウンリンクビームの信号をそれ ぞれ送信するための複数の出力とを含む相互結合手段を含むことを特徴とする請 求項７記載のシステム。
16. （１６）前記相互結合手段は、前記アップリンクビームにおけるある信号をそれ ぞれ通すための前記入力と前記出力との間に結合されたバスバンドフィルタのマ トリクスを含み、前記区域の１つと関連したアップリンクビーム中の信号がダウ ンリンクビームによって前記区域の他のものに伝送される請求項１５記載のシス テム。
17. （１７）前記第２の手段は、 前記アップリンクビームのそれぞれの信号をそれぞれ伝送し、対応する前記アッ プリンクビーム信号の１つを受信する入力を含む第１の複数のラインと、 前記第１および第２の複数のラインの交差点で前記第１の複数のラインと交差す る前記第２の間隔を隔てて離れたラインとを具備し、 前記第２の複数のラインは前記交差点で前記第１の複数のラインとそれぞれ結合 され、前記第１のラインによってそれぞれ伝送されたアップリンクビーム信号の それぞれのエネルギの一部分は前記第２の複数のラインのそれぞれに伝達され、 前記第２の数のラインのそれぞれは前記ダウンリンクビームによって送信された 信号を出力する出力を有し、隣接する交差点の間の距離と前記第１の複数のライ ンそれぞれの幅は、前記ダウンリンクビーム信号の各位相における所望のシフト を生成するために予め定められ、前記ダウンリンクビーム信号は対応する区域に おいてそれぞれ関連した位置に導かれる請求項７記載のシステム。
18. （１８）前記第２の複数のラインは、前記第２の複数のラインがそれぞれ発散す るように基準点から本質的に放射方向に延在する請求項１７記載の装置。
19. （１９）前記第１の複数のラインは前記基準点を中心にその周囲に延在し、近接 して交差する点の間の距離が前記基準点からの交差点までの放射方向の距離の増 加と共に増加するように前記基準点に関して放射方向に間隔を付けられている請 求項１８記載の装置。
20. （２０）前記第１の複数のラインは電磁エネルギーをカバーするため複数の伝送 線を有し、前記第２の複数のラインは複数の電磁エネルギ導波管を有する請求項 １７記載の装置。
21. （２１）前記伝送線は、それぞれ前記導波管と電磁波十字形結合器によって結合 されている請求項２０記載の装置。
22. （２２）前記第１の複数のラインの２つ以上は、実質的にそれぞれ隣接している 請求項１７記載の装置。
23. （２３）前記第１の複数のラインの２つ以上が、それぞれ間隔を付けられている 請求項１７記載の装置。
24. （２４）区域はある方向に整列され、前記ある方向の前記区域の幅はダウンリン ク信号の相互変調歪曲の影響を減じるように変化している請求項７記載の装置。
25. （２５）両方向通信のために地上の領域をカバーする複数の地上基地を相互に結 合する衛星通信システムにおいて、衛星と、 前記領域にわたる複数の区域のそれぞれの間において複数の無線周波数アップリ ンクビームを形成する手段と、前記複数の区域をカバーするそれぞれのグループ に配列される複数のアドレス可能な無線周波数ダウンリンクビームを形成する手 段とを具備し、 前記複数のビームはそれぞれ対応する区域においてアップリンク基地の位置から 発生した複数の周波数アドレス可能な信号を送信し、前記複数のビームはそれぞ れ同じ周波数帯域にわたって対応する周波数アドレス可能な信号を送信し、前記 ビームはそれぞれ信号を伝送し、前記ダウンリンクビームによって伝送される信 号の少なくともあるものはこの信号を受信するダウンリンク基地の位置の区域と は異なる区域のアップリンク基地の位置から発生することを特徴とする衛星通信 システム。
26. （２６）両方向通信のために地上の領域をカバーする複数の地上基地を相互に結 合する衛星通信システムにおいて、地球の静止軌道上にある衛星と、 前記衛星と前記領域をカバーする複数の関連された区域それぞれとの間において 複数のアップリンク無線周波数ビームを形成する第１の手段と、 前記衛星と前記区域との間において複数のダウンリンク無線周波数ビームのグル ープを形成する第２の手段と、前記複数のアップリンクビームはそれぞれ対応す る区域におけるアップリンク基地の位置から発生し前記区域の１つにおけるダウ ンリンク基地の位置によって受信される複数の信号を送信し、 前記ダウンリンクビームのクループはそれぞれ前記区域の１つにおいてダウンリ ンク基地の位置によって受信される複数の信号を伝送し、各区域に対するダウン リンクビームは同じ周波数範囲が前記信号を伝送する全てのダウンリンクビーム により使用されるように第２の予め定められた周波数範囲で前記信号を伝送する ことを特徴とする衛星通信システム。