JPH06503458A - 端末用低軌道衛星通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 端末用低軌道衛星通信システム 本発明は、移動もしくは非移動端末であって、送受信器又は受信器のみの機能を 果たす端末用の低軌道衛星通信システムに関する。

これまでに研究されてきた移動端末間の衛星通信は２種類の軌道を使用する。即 ち、静止衛星軌道又は大きく傾斜した楕円軌道である。これらの軌道はどちらも 、平均すれば、「ヴアンアレン帯」と称する粒子濃度の高い宇宙空間領域の上方 に配置されるという特性を有する。最近では、より低い軌道が検討されている。

この種の軌道の高度は８００〜２０００Ｋｍである。このような軌道を使用する 衛星通信システムの特徴の１つは、多数の移動端末、例えば携帯型端末との通信 が可能なことにある。しかしながら、移動端末は電波性能（ｐｅｒｆｏｒｍａｎ ｃｅ　ｒａｄｉｏ−！１６ｃｔｒｉｑｕｅ）が低いため、衛星の高い電波性能に よって補償するようにしなければならない。「ヴアンアレン帯」より高い高度の 軌道と、より低い高度の軌道との開の差は、衛星が地球に近ければ近いほど空間 減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ｄ’ｅｓｐａｃｅ）が小さいということにある 。

この種の通信では、使用可能な周波数帯に応じて２つの伝送体系（ａｒｃｈｉｔ ｅｃｕｒｅ　ｄｅ　ｔｒａｎｓｅ＋１ｓｓｉｏｎ）が可能である。

第１の伝送体系は、移動−衛星リンクにバンドしのみを使用し、もう１つの伝送 体系はバンドし及びＳを使用する。

また、これらの伝送体系は国語に変化し得る。なぜなら、例えばＡＭＲＴ　（Ｔ ＤＭＡ）アクセス技術の使用、ＡＭＲＣ（ＣＤＭＡ）型技術の使用といった多数 の伝送規格が使用可能だからである。

本発明の通信システムはＧ　Ｓ　Ｍ　（ｇｒｏｕｐｅ　５ｐｅｃｉａｌ　ｍｏｂ ｉｌｅｓ）規格に適合している０本発明のシステムは、ＡＭＲＣ（ＣＤＭＡ）伝 送技術にも適合し得る。このシステムは端末−衛星リンクに１つの周波数帯しか 使用しない。

本発明の目的は特定の伝送順序を提案することにある。

なぜなら、衛星も端末も受信及び送信を同時に実施することはできないからであ る。そのためには、送信／受信フレームを設け、ＡＭＲＴ　（ＴＤＭＡ）システ ムの場合には時間に関して、またＡＭＲＣ（ＣＤＭＡ）システムの場合には時間 及びコードに関して、特定の同期機能を使用できるようにしなければならない、 ＣＣＩＲの報告書（文書Ｎｏ。

ＵＳ　ＩＭＰ　８／１４−５２．１９９０年８月１日）”Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　 ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｅｓ　ｏｒ　ａ　ｐｅｒｏｎａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉ ｃａｔｉｏｎ　ｍｏｂｉｌｅ　５ａｔｅｌｌｉｔｅ　５ｙｓｔｅａ”には、複数 のマルチビームアンテナを用いる低軌道衛星通信システムが開示されている。前 記マルチビームアンテナは各々が３７の円錐ビームを有する。この種のシステム には、それぞれが地上に小さな軌跡（ｔｒａｃｅ　）を形成する多数のビームを 有するという大きな欠点がある。また、ユーザが移動し且つ衛星が進行するため 、ビームが経時的に変化し得る。この変化には通常リソースの変化が伴う（）１ ンドオーバ（ｈａｎｄ−ｏｖｅｒ））。会話中のビーム変化の増加は、リンクの 質と聴取の快適さとを損なう現象である。このようなシステムには、長い送受信 フレームを有するという欠点がある。

本発明の目的は、短い送受信フレームを用いて衛星の容量を大幅に改善するよう な通信システムを実現することにより前述の欠点を解消することにある。

従って本発明は、端末用低軌道衛星通信システムであって、各衛星カバレージの ビームが「ビームホ・ンビング（ｂｅａ−ｈｏｐｐｉｎｇ）　Ｊと称する空間走 査（ｂａｌａｙａｇｅ　５ｐａｔｉａｌ）によって放射され（ａｌｌｕｍｌり　 、各衛星及び各端末毎に送信及び受信が同期されると共に時間的に分離され、且 つ時分割二重化（ｄｕｐｌｅｘａｇｅ　ｔｅｍｐｏｒｅｌ　）が使用されること を特徴とする羞囃端末用低軌道衛星通信システムを提供する。

一つの実施例では、各衛星の通信アンテナシステムが、衛星の進行方向に延び有 利には楕円形であり得る複数のビームからなる均等フラックス（ｉｓｏｆｌｕｘ ）カバレージを実現する。

以下、添付図面に基づき非限定的実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。

添付図面中、第１図は先行技術の衛星通信システムのカバレージを示す説明図で ある。

第２図は、本発明の衛星通信システムの説明図である。

第３図及び第４図は、第２図のシステムに関連した２種類の送受信フレームを示 す説明図である。

第５図は、本発明のシステムの特定実施例の説明図である。

ここで取り上げる衛星システム又は［星座（ＣＨ３ｔｅｌｌａＬｉｏｎ　Ｊは、 既存の地上通信システムを補完する、世界規模のカバレージを有するシステムで ある。このシステムでは、移動もしくは非移動端末であって、送受信器として機 能するか又は受信器としてのみ機能する端末が、公衆電話網又は将来のＲＮＩＳ （ＩＳＤＮ）のサービス全体への該端末のアクセスを可能にする恒久的公衆網へ の接続局を介して衛星により識別され、位置決定され且つ接続される。

全端末に割り当てられる電波リソースは複数の衛星セル（ｃｅｌｌｕｌｅ　５ａ ｔｅｌｌｉｔａｉｒｅ）に分割され、各衛星セルは、衛星カバレージよりも小さ く且つＧ　Ｓ　Ｍ　（Ｇｒｏｕｐｅ　５ｐｅｃｉａｌ　Ｍｏｂｉｌｅｓ）型移動 ネットワークの地上セル（ｃｅｌｌｕｌｅ　ｔｅｒｒｅｓｔｒｅ）よりら大きい 半径を有するゾーンに対応する。前記セルはある接続局に連結され、該接続局に は前記ゾーンに地理的に属する端末が連結される。

このような衛星通信システムでは、２種類の低軌道、即ち極軌道（ｏｒｂｉｔｅ 　ｐｏｌａｉｒｅ）及び傾斜軌道（ｏｒｂｉｔｅ　１ｎｃｌｉｎ６ｅ　）が可能 である。極軌道は、その平面が極を通る軌道である（又は、太陽同期（ｈ６１ｉ ｏｓｙｎｃｈｒｏｎｅ）軌道、即ちその平面が空間で固定されている軌道を考慮 すれば、単極軌道である）。この種の軌道は原則として、地球の永続的且つ全体 的なカバレージを保証するという特性を有する。傾斜軌道はその平面が赤道の平 面に対しである角度、実際には６０°以下の角度をなす軌道である。この場合は 永続的カバレージが、赤道と平行であり且つ赤道を挟んで対称をなす境界の２つ のバンドで構成される。

いずれの種類の軌道も軌道平面との交点を有する。極軌道の場合は交差ゾーンが 極の近傍にある。傾斜軌道の場合は交差ゾーンが赤道の近傍にある。また、衛星 のサービスゾーンは幾何学的条件によって決定される。即ち、所定値（実際の値 は１０°〜１５°）よりも大きい仰角（ユーザと衛星とを結ぶ方向が端末位置に おける地球との接平面に対してなす角）で衛星が観察される地上の点の集合体か らなる。

前記２種類の軌道は同じ特性を有する。即ち、各衛星のサービスゾーンが種々の 時点又は種々の場所で重なり合う。

極軌道の場合には、各衛星のサービスゾーンが極に向かう方向で少しずつ重なり 合って行く、傾斜軌道の場合には、この重なり合いの現象がより複雑であるが、 ゾーンによっては１００％に達し得る。特定のゾーンで４重のカバレージを行う 衛星星座さえ存在する。

このような特性は有利なものである。なぜなら、たいていの場合に少なくとも２ つの衛星との通信の確立を可能にするからである２本発明のシステムの概念は、 カバレージの間の干渉（ｂｒｏｕ　ｉ　ｌ　ｌａｇｅ　）を回避するために前述 の多重カバレージを考慮する。前述の低軌道衛星へのアクセスモードもやはり前 記干渉を考慮する。

既述したような先行技術の衛星通信システムでは、第１図に示すような複数のビ ーム１０を用いて地上にカバレージゾーンを形成する。得られる有効カバレージ はゾーン１１である。このようなカバレージには種々の欠点がある。例えば、端 末に向かう衛星の軌道上に、干渉の強度が極めて大きい複数のゾーンを有する。

これらのゾーンは、ＡＭＲＴ（ａｃｅ企ｓ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｌ　ｒ！ｐａｒ ｔｉｔｉｏｎ　ｄａｎｓ　ｌｅ　ｔｅｍｐｓ、時分割多元接続）でもＡ　Ｍ　Ｒ Ｃ（ａｃｃｅｓ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｈ　ｒ！ｐａｒＬｉｔｉｏｎｐａｒ　ｃｏ ｄａｇｅ、コーディング分割多元接続）でも大きさに影響を及ぼす（ｄｉ悄ｅｎ ｔｉｏｎｎａｎｔ）　、即ち当該衛星の寸法、重ｌ及びコストに大きく影響する 。更に軌道が傾斜している場合には、前記干渉が数十秒にわたるリンク切断につ ながり得る。また、細いビー１４を用いるこの種のカバレージは、かなり頻繁な リソースの交換を必要とする。そのため、ビーム数の多いシステムでは、例えば １分毎にリソース交換を行わなければならない。従って、地上で生じる処理負担 （ｃｈａｒｇｅ　ｄｅ　ｔｒａｉｔｅ鋼ｅｎｔ　）が無視できないものとなる。

また、近接効果（ｅｆｆｅｔ　ｄｅ　ｐｒｏｘｉｍｉＬｅ、　ｎｅａｒ−、ｆａ ｒ　ｅｆｒｅｃｔ）が大きくなり得るＡＭＲＣ（ＣＤＭＡ）でも、ある１ｗ）は 振幅の大きい搬送波がそれほど強くない搬送波に及ぼす悪影響が知られているＡ ＭＲＴ　（ＴＤＭＡ）／ＡＭＲＦ　（ＦＤＭＡ）もしくはＡＭＲＦ　（ＦＤＭＡ ）　（ａｅｃ？！ｓ　躊ｕｌｔｉｐｌｅｈ　ｒ＆ｐａｒｔｉＬｉｏｎ　ｅｎ　ｆ ｒ６ｑｕｅｎｃｅ、周波数分割多元接続）でも、地上で受け取られる強度（単位 表面積当たり）をできるだけ均一にするようなアンテナ利得を有するのが望まし い。

移動端末との無線通信を行う地上システムの場合と同じ理由て、本発明の衛星シ ステム、例えば第２図に示すシステムはセルラシステム（ｓｙｓＬ！＋＊ｅ　ｃ ｅｌｌｕｌａｉｒｅ）であり、寸法のより大きいセルが各マルチビーム衛星１３ の種々のカバレージビーム１２の地上での軌跡によって構成される。

電波の観点から見れば、セルはリソース集合体（周波数、時間間隔、コード）に よって特徴付けられ、端末は呼の設定時に前記リソース集合体からエレメントを 抽出する。本発明のシステムはＮ個のビーム１２を有するシステムである。

星座の衛星１３による地上でのカバレージ１４を示す第２図の実施例では、星座 のＮ個のスポットの中から選択された一群のスポット１２が逐次形成される（ｅ ｃｌａｉｒ６＞。

この操作は送信でも受信でも実施されるため、当然のことながら伝送フレームが 必要となる。一般的には、カバレージは、ビームホッピングの法則に従って同時 に形成されるＮ個のスポット（円形、楕円形又は他の任意の形状を有し得る）の 集合体からなる。

種々のスポットにおける送信及び受信は、後述の衛星フレーム図に従って実施さ れる。

実際のところ、マルチビームシステムの場合には、１つの衛星に属する複数の隣 接ビームの間の干渉を解消する方法が２つある。その１つは、各ビームを常時放 射しく６ｃｌａを可能にする方法である。その場合は、使用可能なバンドの総て がビームで使用されるわけではない。もう１つの方法では使用可能なバンドの総 てがビームで使用される。隣接ビーム間の干渉を解消する技術は、空間走査、即 ちビームホッピングである。相互干渉のレベルが許容し得るものとなるように、 空間的に十分に離れている複数のビームが同時に放射される。

次に、異なる衛星のビーム間干渉の制限について説明する。２つ以上の衛星が交 差又は接近し合うと、これらの衛星の地上での軌跡は多かれ少なかれ部分的に重 なり合う。

マルチビームシステムではこれらの事象が比較的頻繁に起こる。また、オーバ・ ザ・ホライゾン（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｈｏｒｉｚｏｎ　）現象 の結果、更に別の干渉が発生し得る。この場合、このような任意に発生する干渉 はビームホッピング技術以外では制限できない。

総ての既存アクセスモードのうち、幾つかのモードは、復調器の性能（チャネル 数）と複雑さく従ってコスト）との間のバランスを適切にとるものである。この 種のモードは、周波数による信号の分離を使用するモード（ＡＭＲＦ（ＦＤＭＡ ））、時間による分離を使用するモード（ＡＭＲＴ　（ＴＤＭＡ））、コードに よる分離を使用するモード（ＡＭＲＣ（ＣＤＭＡ））、又はハイブリッドモード 、例えばＡＭＲＣ（ＣＤＭＡ）とＡＭＲＴ　（ＴＤＭＡ）とを組合わせたモード である。

最も有利なアクセスモードは、地上のセルラネットワークによって使用されてい るモードに適合し得るモードである。この種のモードは３つ存在する。

その１つである周波数分割アクセスモード（ＡＭＲＦ　（ＦＤＭＡ）’）は周波 数の二重化（ｄｕｐｌｅｘａｇｅ）を使用する。このモードは１つのリンクを確 立するのに４つの周波数帯を必要とする。即ち、端末と衛星との間のリンクを確 立するための２つの周波数帯、並びに衛星と地上のネットワークの固定局との間 のリンク（接続リンク）を確立するための２−）の周波数帯である。

４０搬送波７ＭＨｚ／細ビームをやや下回る容量を得ることができる（１／２伝 送速度ＧＳＭ型、即ち音声信号（ｓｉｇｎａＬｄｅｐａｒｏｌｅ）が４８００ビ ット／秒でコードされるＧＳＭ型）。

時分割アクセスモード（ＡＭＲＴ　（ＴＤＭＡ）　）は、各１−ザがそれぞれに 予め割り当てられた短い時間しか衛星にアクセスできないように伝送速度を上げ るという点に特徴がある。本発明のシステムでは、伝送速度が大きくなりすぎな いように周波数帯内たり複数の搬送波を使用する。

選択される伝送速度は、衛星システムによって補完される地上のセルラネットワ ークの伝送速度である。例えば、ヨーロッパでは０３Ｍネットワークの伝送速度 （欧州規格ＥＴＳＴ）、アメリカではＤＡＭＰＳネットワークの伝送速度（ＵＳ Ａ規格）を選択するのが好ましい。この種のアクセスでは、各搬送波によって使 用される周波数帯がドツプラ効果より大きいため、ビームホッピングを使用する 。しかしながらこのビームホッピングは、衛星でも端末でも、送信と受信との間 の同期を必要とする。移動端末に対して使用し得る周波数帯に応じて、下記のよ うな複数の方法が可能である。

移動端末−衛星間行程に２つの周波数帯を使用し得る一般的な場合には、やはり 時間で分離される送信及び受信を用いて端末の構造を単純化することができる（ この技術は時分割二重化（ｄｕｐｌｅｘａｇｅ　ｔｅｍｐｏｒｅｌ）と称し、Ｔ ＤＤと表記される）。この場合のアクセスの原理は次の通りである。

通信を確立するために周波数リソースを割り当て（搬送周波数の選択）、次いで 該リソース内で送信時点を決定する。

同期は端末及び接続局によって確保されなければならない。

同期はまず特定チャネルで実施され、次いで伝送チャネルで行われる。前記伝送 チャネルでは、送信時点の変化がインクリメントによってなされる。

移動端末−衛星間リンクに対して使用し得る周波数帯が１つの場合には、移動端 末及び衛星がＴＤＤで機能しなければならない。このようにすると、衛星のリソ ース割り当て（ｃｈａｒｇｅ　ｕｔｉｌｅ　（ａｓｓｉｎｇｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒ ｅｃｓｏｕｒｃｅｓ）　）が極めて単純になる。移動端末の送信の同期は、まず 特定チャネルを使用し、次いで、送信時点をインクリメント又はデクリメントす る閉ループ操作を用いることにより実施される。

この場合は、前述の場合と同様に、周波数リソースの集中管理によって干渉が制 限される。また、頻繁なリソース交換（ハンドオーバ）の必要もないわけではな い。しかしながら、本発明のシステムは、これらの機能を既に備えている地上ネ ットワークを補完するためのものである。この管理は以下の原理に基づく、衛星 の高度がある限界を超えると、干渉の可能性のある地理的ゾーンが制限される。

このようなゾーンではスペクトルリソースの分割が行われる。

他の総てのゾーンでは、端末がスペクトル全体にアクセスし得る。それにもかか わらず、干渉が生じても短時間しか持続しないように、緩慢な周波数ホッピング （ｓａｕｔ　ｄｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ　１ｅｎｔ）を使用してシステムの完全 集中管理に拠らずに干渉を解消する方法を見付けることは可能である。

この場合に達成し得る容量は３５搬送波／ＭＨｚをやや下回る（この容量はＡＭ ＲＦ　（ＦＤＭＡ）について述べたものより小さいように思われる。しかしなが ら、周波数帯が１つしかないことを考慮しなければならない。この種のシステム は実際、実質的に２倍の容量を有する）。この種のシステムの主な利点は、極め て簡単な衛星リソース割り当てを使用できることにある。

コード分割アクセスモード（ＡＭｒ（Ｃ（ＣＤＭＡ）’Ｉ、即ち「スペクト・ル 分割（Ｉ！ｔａｌｅｍｅｎｔ　ｄｅ　５ｐｅｃｔｒｅ）　、１は、干渉問題の分 散的解決方法（ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｄ６ｃｅｎｔｒａｌｉｓ＆ｅ）を提供する。

実際、スペクトル時分割の使用は、１つ以上の衛星から送られてくる複数の搬送 波の重なり合いを可能にする。

このモードは、ＦＤＤ型アクセス（送信及び受信が異なる周波数帯を有する）又 はＴＤＤ型アクセスと共に使用し得る。

移動端末−衛星間リンクに対する周波数帯が２つの場合には、前記２種類のアク セス、即ちＦＤＤアクセス又はＴＤＤアクセスが可能である。ＴＤＤ型アクセス を用いる方法は、傾斜軌道の場合の多重カバレージに起因する干渉の割合を減少 させる。実際、カバレージの重なり合いがあると局部的に容量低下が生じるが、 この容量低下は電力制御装置（ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｆ　ｄｅ　ｃｏｎｔｒδｌｅ 　ｄｅ　ｐｕｉｓｓａｎｃｅ）によって補償し得る。このような装置は、本質的 に衛星一端末間の行程で有用である。この種の装置は、各ユーザに最小限の通信 品質を保証する。実際、多重カバレージ状態では、干渉パワーが大きすぎるとい う理由で罰則を受けるユーザもある。逆に、干渉が余り大きくない場合には、ユ ーザへの衛星の電力（ｐｕ　１ｓｓａｎｃｅ　）を増加させることができる。そ の結果得られる総合的電力増加は、一般的には最少になる。

しかしながら、この増加は他のユーザのリンクの質に影響し、これら他のユーザ への干渉パワーを高める。従って、電力制御装置の使用には、超えてはならない 限度がある。

ＡＭＲＴ（ＴＤＭＡ）の場合と同様に、単一の周波数帯で機能することが可能で ある。その場合は、アクセスプロセスがＴＤＤ型である。しかしながら、スペク トル分割には幾つかの特定の問題が伴う。スペクトル分割信号の復調は、受信器 が送信に使用された時間基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｅ＋＊ｐｏｒｅｌｌｅ） を見付けることができることを前提とする。これには２つの方法を使用し得る。

その１つは、受は取った信号から時間基準を再構成することからなる。しかしな がら、システム内に同時に存在する複数のユーザの数によって必要とされる長い コードの使用に起因して、この方法の使用は極めて複薙である。もう１つの方法 は、時間基準をメモリに記憶し、次いで２つのパケットの受け取りの間に生じ得 る前記時間基準の変化の推定に基づいて、受信時に前記時間基準を再構成するこ とからなる。

ＴＤＤアクセスの主な問題は、初期の送信同期達成にある。この同期は、ネット ワークを制御する局を介して、まず開ループで、次いで閉ループで実施される。

最初は端末がネットワークの信号チャネルを獲得する。この端末は次いで、伝送 が必要であれば、第１のメツセージを送出し、このメツセージの受信によって、 完全な同期のために適用するのに適した時間のずれ（ｄ！ｃａｌａｇｅ　ｔｅｍ ｐｏｒｅｌ）が決定される。このループ同期が実施され、端末が同期されると、 該同期のトラッキング（ｐｏｕｒｓｕ　ｉ　ｔｅ　）及び制御が、電話網とのイ ンタフェースを行う地上局で行われる前記同期の測定によって実施される。しか しながら、前記操作を適用する必要がなく、端末による信号の受信だけで同期情 報が得られる。極めて簡単なＴＤＤ機能の場合がある。端末だけがＴＤＤで機能 する場合がこれに当たる。その場合は、端末が２つの周波数で（ｂｉ−ｆｒ！ｑ ｕｅｎｃｅ）、但しこれらの周波数を交互に使用して機能する。端末は衛星から の信号を受け取るとすぐに送信する。衛星側では、距離の差に起因して、端末か らの総ての信号を同一のビームで同時に受け取ることはできない。衛星送信はビ ームホッピングでフレーム化される（　ｔｒ＋ｕ＋６）。即ち、半数のビームず つ交互に実施される。各送出ビームは非送出ビームによって別の送出ビームから 分離される１次のステップではこれが逆になる。

しかしながら、距離の分散に起因して時間が分散されるため、衛星の受信は連続 的でなければならない。コードアクセスは同一周波数の種々の搬送波の振幅分散 に対して感受性を示す、この現象が顕著にならないようにするためには、完全に 直角に直交しく例えばｈｌａｌｓｈ−Ｈａｄａｍａｒｄコード）且つ完全に同期 したコードを使用する。しかしながら低軌道衛星では、同期は極めて良好であっ ても完全ということはない、従って、“ｎｅａｒ−ｆａｒ　ｐｒｏｂｌｅｍ−と して知られている問題を回避したい場合には、衛星アンテナによって得られるカ バレージの形状が極めて重要である。換言すれば、振幅の大きい搬送波は振幅の 小さい搬送波よりも遥かに大きい干渉を示す。従って、正確に作動しているシス テムでは、総ての搬送波ができるだけ接近したレベルにされる。

本発明のシステムでは、２つの異なるフレーム構造につながる２つの同期方法が 可能である。これらの方法を説明する前に、まず制約条件（ｃｏｎｔｒａｉｎｔ ｅ）を明らかにしておくのが適切と思われる。

第１に、ここで取り上げる衛星星座は少なくとも２つの衛星によって地上の各点 のカバレージを保証するため、衛星間の干渉を抑制する必要がある。最も有害な 干渉は、仰角の大きい衛星が使用されている時に仰角の小さい衛星に起因して起 こる干渉である。

第２に、携帯端末の使用に起因する制約の適合リンクバランス（ｂｉｌａｎ　ｄ ｅ　１ｉａｉｓｏｎ　ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）を確立するために、細いビームに よるカバレージを得る必要がある。カバレージの最少数は６である。従って、あ るビームが別のビームに与える干渉は抑制されなければならず、そのためにＡＭ ＲＴ（ＴＤＭＡ）ではビームホッピングが使用される。６本のビームのうち２本 又は３本が、アクティブ放射ビームの間に２本ないし３本の分離ビームを残して 同時に放射される。

本発明のシステムでは周波数帯を１つしか使用しない。

従って、交互に機能する必要がある。このような半二重機能は、衛星直下点の近 傍に存在する移動端末及びカバレージの縁部に存在する移動端末に関して可能で なければならない。

ｊ’Ｈ＆の制約条件から、下記のような２つのフレーム構造が想到される。

ａ）各ビームにおいて衛星がちの送信Ｅが受信時点Ｒと同様に時間的に関連して いるものとする。その場合は、フレームの持続時間が衛星から最も遠い移動体の 時分割二重化機能によって決定される。各ビームの送信時点及び受信時点が同じ 持続時間を有するとすれば、該拘束条件は下記の不等式によって示される： （［ｌ−１）Ｔｅ≧２　Ｄ　ｍ　ａ　ｘ　／　ｃＦ−＝２ｎＴｅ 前記式中、ｎは送信時点の数であり、Ｔｅは各送信時点の持続時間であり、Ｄｍ ａｘはく最少仰角での）最大距離であり、Ｆはフレームの持続時間である。

「短」フレームと称するこの種のフレームを第３図に示した。このフレームは、 長さＴｆのフレームを構成する一連の送信−受信対からなる。所与の送信に対し て、対応する受信はフレーム１つ分後で実施される。

送信−受信バゲットが衝突しないという条件は、ＤｍｉｒｌとＤｍａｘとの間の 高度範囲に実線で描かれてるバンドＥ　、’　Ｈの分離によって幾何学的に示さ れる。

第４図に示す本発明のシステムの特に好ましい実施例では、衛星の６つのスポッ トから選択された２つのスポットからなるグループが順次形成される。この操作 は送信でも受信でも実施される。このシステムでは、ビーム１２の幾何学的形状 が変化している。即ち、円形から細長い楕円になっている。その結果、通信時間 が「ハンドオーバ」なしにかなり増加する。この楕円の長軸は衛星の進行方向１ ５と平行に配置されている。このようにすると、ユーザは、衛星が見える状態に ある限り、通信の間中同一のビームを継続的に受ける。従って、細長い楕円形の ビームの数を限定すれば、システムのレベルに確実な利点（ｐｌｕｓ−ｖａｌｕ ｅ　）が与えられる。即ち、複数のサブシステムの複雑さが低下しくフロー制御 （ｃｈａｒｇｅ　ｕｔｉｌｅ）、アンテナ）、特定機能の管理が全体的に簡略化 される（通信及びリソースの管理）、そのため、移動端末との間の通信システム の柔軟性（ｓ。

ｕｐｌｅｓｓｅ　）と使用可能性（ｄｉｓｐｏｎｉｂｉｌｉｔｅ＞とが高まる。

本発明のシステムは有利には、’　Ｗａｌｋｅｒの対称星座」として分類されて いる公知の星座に属する衛星星座を含む（これについては、５ｉｔｅｌｌｉｔｅ 　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｐｅｒ　ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｓｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ａ ｎｄ”５ｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ”；　ＩＥＥＥ　ｃｏｎｆｅｒｅｒｅｎｃｅ　 ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ　９５；１９７３に記載のＪ、ＧＪａｌｋｅｒの論文“ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｗｈ。

ｌｅ　ｅａｒｔｈ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｂｙ　ｃｉｒｃｕｌａｒ−ｏｒｂｉｔ　 ５ａｔｅｌｌｉｔｅｓ”を９照されたい）、これらの星座は、同一軌道上での衛 星の規則的な分布、並びに空間における軌道面の分布及び同等傾斜によって対称 形をなす、これらの星座が選択されたのは、所与のカバレージ当たりの衛星数を 最少にすることができ、且つ緯度帯（ｂａｎｄｅ　ｄｅ　１ａＬｉｔｕｄｅ）を カバーする上で特に有効だからである。

Ｗａｌｋｅｒ星座は下記の５つのパラメータによって特徴付けられる。

−高度、この場合は１３８９ｋｍ　（耐用期間の理由で）、−傾斜、 −パラメータ三重環Ｔ／Ｐ／Ｆ　。

Ｔは衛星の総数、Ｐは軌道面の数、Ｆは隣接する軌道面の衛星の相対位置を示す フェーズパラメータである。

居住ゾーン、即ち赤道と緯度（北緯又は南緯）６５°との間に念まれるゾーンの カバレージを最適化するためには。

ＷａｌｋｅｒＪｉ座（１３８９に＋＊、５２°、４８／８／１　）が必要である 。この星座は、特に仰角の観点から見て、前記ゾーンの最適カッ（レージを可能 にするという利点を有するが、多数の衛星を含む総ての星座と同様に、設置に最 低２年はかかるという欠点がある。そこで当該システムは、連続的に設置できる ２つの星座を使用する。

使用する星座は下記のものである。

−Ｗａｌｋｅｒ　（１３８９ｋｍ、　４７＠、　２４１０８／３）　：　Ｃ０Ｎ ＵＳ　（ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ　Ｕｎｉｔｅ　５ｔａｔｅｓ）及び欧州南部（典 型的にはＬｉ１ｌｅの緯度まで）を正確にカバーするが、緯度３０’以下では大 きなカバレージのギャップ（ｔｒｏｕ　ｄｅ　ｃｏｕｖｒａｇｅ　）を有する・ −Ｗａｌｋｅｒ　（１３８９ｋｍ、５５°、２４１０８／３）　：世界の残りの 地域をカバーし、緯度１０°〜６０゛の国々のカバレージ、特に仰角を最適化す る。

このようにすると、例えば仰角１０°、高度１３８９ｋｍでは（ｎ−１）Ｔｅ≧ ２３．０５＋＊ｓ、即ち５Ｘ　Ｇ　Ｓ　Ｍフレームとなる。

ｎ＝２とすれば、フレームの最小持続時間は４Ｔｅ、即ちＦ＝９２．３簡Ｓであ る。

ｎ−＝３とすれば、ＧＳＭフレームの適当なＴｅ値は３であり、従ってＦ＝８３ ．Ｏフ＋ｓｓとなる。

ｎ−６とすれば、Ｔｅの値はｌ　×ＧＳＭフレームであり、Ｆ＝５５．３８論Ｓ である。

これらの時間は長いものであり、留意すべきこととしてｎの増加に伴いバンドの 容量が減少する。

ｂ）もう１つの可能性は、同時に機能するビームグループの各々について送信及 び受信を交互に実施することである。

この半二重機部は２つの制約条件につながる。１つは天頂に近い端末に由来する ものであり、もう１つはカバレージの縁部に存在する端末に由来するものである 。これらの制約条件は下記の２つの不等式によって規定される。

衛星を天頂に有する端末の場合は、 Ｔｅ＋Ｔｒ≦２　Ｄｍｉｎ／ｅ、 カバレージの縁部にある端末の場合は、５（Ｔｅ＋Ｔｒ）　−Ｆ Ｆ≧２０鴇ＩＸ／ｅ。

前記式中、Ｔｅは送信ビームの放射持続時間、Ｔ「は受信ビームの放射持続時間 、Ｄｍｉｎは最小距離（衛星の高度）　、　Ｄｍａｘは最小仰角での衛星とゾー ン縁部の移動端末との間の距離、ｍはフレームを構成する送信−受信対の数、ｆ はフレームの持続時間である。

「長」フレームと称するこの種のフレームは第４図に示した。１つのフレーム持 続時間の間に、総ての送信と対応する受信とが順次発生する。非衝突条件は、距 離ＤｍａｘまでのバンドＥ　／　Ｈの分離によって幾何学的に示される。

第５！２Ｉに示す実施例では、 −第１の制約条件により、丁ｅ＝ＴｒとしてＴｅ≦４．６３ｍ５であり、従って Ｔｅ＝ＩＸＧＳＭフレーム＝　４．８１５ｍ５である。

−第２の制約条件では、 仰角１０°テＦ＞２３．０７ｍ５、又はＦ＞５．０１ｘ　Ｇ　Ｓ　Ｍ　７　シー ４テあり、従って一＝３、Ｆ＝　２７．６９ｍ５であり、仰角２０°でＦ＞１８ ．３９ｍ５又はＦ＞　３．９８ｘ　Ｇ　Ｓ　Ｍフレームであり、従って■＝２、 Ｆ＝　１８．４６ｍ５である。

第５図に示すシステムに基づく有利な実施例では、Ｆ＝１８．４６ｍ５の短フレ ームを使用する同期方法を選択した。なぜなら、地球の大部分の地域に星座が配 置されれば、仰角は２０°を超えるからである。始動フェーズの間は、仰角０で 機能できるようにフレーム２つ分の持続時間を選択し得る。

２つのフレームは同時に機能できるため、緯度の低い地域、即ち通信量も低い地 域では、フレーム持続時間を３６．９２ｍ５とし得る。この状態で、偶数端末と 奇数端末とが区別され、各端末はフレーム１つ分の間隔で機能する。このような 二重フレームシステムを使用すれば、衛星の容量を最大にすることができる。

発生し得る唯一の問題は、あるパリティの端末の送信が、該端末の近傍に位置す る逆のパリティの端末の受信時に小さい仰角で実施されることである。しかしな がら、このような事態は確率計算によれば発生頻度が低く、２つの方法で解決す ることができる。第１の方法は、同一局によるリソースの割り当てである。実際 、前述の２つの端末は互いに接近しているため、原則として同一接続局に属する 。リソース割り当てアルゴリズムは、偶数端末及び奇数端末が同一のチャネルに アクセスしないように実施し得る。このようにすれば、原則として大部分の作動 状態の問題が解決される。第２の方法は、残留妨害が検出された時点ですぐに「 ハンドオーバ」を実施することにある。

従って、選択したフレーム構造は、衛星から見ると、２つの送信−受信間隔を有 し、送信持続時間が受信持続時間に等しい。送信間隔の持続時間は０３Ｍフレー ムのそれに等しく　４．６１５＋＊ｓである。ベースフレームの持続時間は４× ＧＳＭフレームであるが、仰角２０°以下の機能モードを考慮して、２倍の持続 時間の機能モードも可能である。

従って、衛星の高度による制約により、０３Ｍフレームの構造が必要となる。し かしながら、フレームの構造（時間構成）は、少なくともこの半二重機能モード ではそのまま保持することはできない。但し機能的には、番号付けが変わっても 同じ型のチャネルを備えることが可能である。

フレームの伝送速度は、パケットの変調及び持続時間と同様に保持される。信号 チャネルも変わらない。従って、更に数ミリ秒の遅延をもって、同−操ｆＦを適 用し得る。

以上、本発明の好ましい実施例を説明してきたが、本発明はこれには限定されず 、構成エレメントは本発明の範囲を逸脱せずに別の類似のエレメントに替えるこ とができる。

１０　１１　ＩＱ ＦＩＧ、　２ 特表千６−５０３４５８　（１Ｑ） フロントページの続き （７２）発明者　タンギー、ヤニツク 、フランス国、７５０１５・パ唄　リュ・ピアラ、

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．請求用低軌道衛星通信システムであって、各カバレージ（１４）のビーム（ １２）が「ビームホッピング」と称する空間走査によって放射され、各衛星及び 各端末毎に送信及び受信が同期されると共に時間的に分離され、時分割二重化が 使用されることを特徴とする端末用低軌道衛星通信システム。
2. ２．各衛星の通信アンテナシステムが、複数のビーム（１２）からなる均等フラ ックスカバレージを実現することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. ３．ビームが、衛星（１５）の進行方向に延びる楕円ビームであることを特徴と する請求項２に記載のシステム。
4. ４．衛星へのアクセスモードがＡＭＲＴ（ＴＤＭＡ）モードであることを特徴と する請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. ５．衛星へのアクセスモードがＡＭＲＣ（ＣＤＭＡ）モードであることを特徴と する請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
6. ６．衛星が極軌道を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. ７．衛星が傾斜軌道を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. ８．Ｗａｌｋｅｒ型の２つの衛星星座を使用することを特徴とする請求項７に記 載のシステム。
9. ９．マルチビームカバレージ状態で地上にカバレージ放射ビームを供給するのに 適した、請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システムの一部分をなす衛 星のリソース割り当てであって、前記ビームの地上での軌跡が前記衛星通信シス テムのより大きい寸法のセルを構成することを特徴とする前記リソース割り当て 。
10. １０．カバレージが各衛星の種々のカバレージビームの地上での軌跡であるスポ ットの集合体からなる、請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システムの 一部分をなす衛星のリソース割り当てであって、前記リソース割り当てが衛星の Ｎ個のスポットから選択された複数のスポットからなる群を、「ビームホッピン グ」の法則に従って逐次連続的に形成することを特徴とする前記リソース割り当 て。
11. １１．請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システムの一部分をなす衛星 のリソース割り当てであって、ビーム間の干渉が周波数使用図によって回避され ることを特徴とする前記リソース割り当て。
12. １２．請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システムの一部分をなす衛星 のリソース割り当てであって、該リソース割り当てがビーム内の使用可能なバン ドの全体を使用し、ビーム間の干渉が空間ダイバーシティによる空間走査（ビー ムホッピング）によって回避されることを特徴とする前記リソース割り当て。
13. １３．請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システムの一部分をなす衛星 のリソース割り当てであって、該リソース割り当てが、同一通信時に実施されな ければならない「ハンドオフ」の回数を減少させるべく、衛星の進行方向と平行 な方向に延びるビームを供給するのに適していることを特徴とする前記リソース 割り当て。
14. １４．請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システムの一部分をなす端末 であって、該端末が、ネットワークを制御する局を介して、まず開ループで、次 に閉ループで同期を実施することを特徴とする前記端末。
15. １５．請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システムの一部分をなす端末 であって、該端末が、伝送の前にメッセージを送出し、該メッセージの受信によ って、完全な同期のために適用するのに適した時間差が決定されることを特徴と する前記端末。
16. １６．請求項１から８のいずれか一項に記載の通信システムの一部分をなす相互 接続地球局であって、該局が前記システムの端末及び衛星の送信及び伝送の同期 を測定、トラッキング及び制御する手段を備えていることを特徴とする前記相互 接続地上局。