JPH0884023A - 多重路衛星通信リンクのアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】多重路衛星配備通信システムにて使用されるア
ンテナシステムを提供する。 【解決手段】アンテナ７０は、地表に垂直な軸（法線）
に対して第１の角度（例えば９０゜）に向けられた主面
を有する第１基礎構造体７２を含む。アンテナは、第１
基礎構造体の主面に対して第２の角度に配置されたロー
カル主面を各々が有する複数の第２基礎構造体７４も含
む。複数の基礎構造体の各々は、ローカル主面から外側
に向けられた法線を有し、かかる法線は、隣接する基礎
構造体の外側を向く法線から軸の周囲に第３の角度を向
いている。複数の基礎構造体の各々の外側を向く法線
は、軸から遠ざかる方向を向くように配置されている。
少なくとも１つのアンテナ素子７６は、第１基礎構造体
や複数の第２基礎構造体の各々によって保持されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、多重路通信システムに関し、特
に、多重路衛星配備通信システムにて使用されるアンテ
ナシステムに関する。

【０００２】

【背景技術】衛星配備通信システムは、周知であり、従
来からの技術である。例えば、１９９４年４月１２日に
発行したロバート・Ａ・ウィーデマン（Robert A. Wied
eman）による「無線電話・衛星システム（Wireless Tel
ephone/Satellite Roaming System ）」と題された米国
特許第５，３０３，２８６に参照される。多くの米国特
許、外国特許、及び米国特許第５，３０３，２８６号に
参照される。

【０００３】本発明に対する特別な関心は、１９９３年
８月３日に発行されたステファン・Ａ・アメス（Stepha
n A. Ames ）により「中継器ダイバーシチスペクトラム
拡散通信システム（Repeater Diversity Spread Spectr
um Communication System ）」と題された米国特許第
５，２３３，６２６号である。この特許は、送信機
（１）と受信機（７）との間で殆どフェード（fade）の
無い通信を行う中継器ダイバーシチスペクトラム拡散シ
ステムを教示する。送信信号は、送信信号のコピーを生
成する複数の線形通信中継器（３−６）を介して中継さ
れ、コピーの各々は独立なフェージング信号路を経由し
て到達する。送信機や受信機は、可動プラットホーム
（mobile platform ）に装着され、複数の中継器は、地
上にあったり、または低地球軌道や地球静止軌道にある
衛星に備えられる。受信機は、受信信号を処理して、互
いに遅延、周波数及び位相を等しくし、多重受信等化信
号コピーを合成して、フェージングの深さがかなり減少
した複合信号を生成する。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、多重路衛星配備通信システム
で使用されるアンテナシステムに関し、かかるシステム
は、低地球軌道（ＬＥＯ）通信衛星の集合体の複数の低
地球軌道衛星と送受信する能力を有する地上局や端末を
提供するものである。本発明のアンテナは、ＬＥＯ衛星
信号の受信機と送信機との両方を含むユーザ端末に高利
得を提供する。アンテナによって得られたさらなる受信
機利得によって、衛星（中継器）送信機出力電力の減少
が可能となる。出力電力の減少は、ＬＥＯ衛星が使用す
る限られた電力を考慮すると、有効な結果である。衛星
電力の減少は、順方向リンク（ゲートウェイからユーザ
に）と逆リンク（ユーザからゲートウェイへ）の両方に
おいて実現される。アンテナによって供給された利得に
よって、ユーザ端末送信機出力電力の減少も可能にな
る。

【０００５】アンテナは、地表に垂直な軸（法線）に対
して第１の角度（例えば９０゜）に向けられた主面を有
する第１基礎構造体を含む。アンテナ７０は、第１基礎
構造体の主面に対して第２の角度（例えば４５゜）に配
置されたローカル主面を各々が有する複数Ｎ（例えば６
つ）の第２基礎構造体７４も含む。複数の基礎構造体の
各々は、ローカル主面から外側を向く法線を有し、かか
る法線は、隣接する基礎構造体の外側を向く法線から軸
の周囲に第３の角度（例えば６０゜）に向けられてい
る。しかしながら、Ｎ及びその結果である第３の角度
は、例えば８及び４５゜などの異なる値を取ることがで
きる。複数の基礎構造体の各々の外側を向く法線は、軸
から離れる方向を向くように配置されている。

【０００６】ホーンや、パッチ、またはパッチのアレイ
などの少なくとも１つのアンテナ素子は、第１基礎構造
体によって、さらには複数の第２基礎構造体の各々によ
って保持されている。第１基礎構造体及び少なくともい
くつかの複数の第２基礎構造体のアンテナ素子によっ
て、低地球軌道衛星の仰角の広範囲において、端末と少
なくとも１つの低地球軌道衛星との間でスペクトラム拡
散通信が可能になる。

【０００７】使用のための特定の基礎構造体のアンテナ
素子の選択は、衛星エフェメリス（ephemeris ）データ
に基づいた、予想される衛星の仰角及び方位角に基づき
行われ、または、複数の基礎構造体のアンテナ素子を順
次走査することにより受信した信号強度の測定に基づい
て行われる。衛星エフェメリスデータ予測値と測定され
た信号強度との組合せも用いられる。

【０００８】複数の低地球軌道衛星の少なくとも１つの
衛星と通信を送受信する端末を操作する方法も開示され
る。複数の衛星の各々は、端末の視界にある任意の時間
に、特定の仰角に向けられている。かかる方法は、仰角
の第１の範囲に対して、通信を送受信するためにアンテ
ナ構造体の第１の部分を選択する行程を含み、かかる第
１の部分は、地表の法線である軸に対して第１の角度に
配置されている。仰角の第２の範囲に対して、方法は、
通信を送受信するためにアンテナ構造体の第２の部分を
選択し、かかる第２の部分は、地表の法線である軸に対
して第２の角度に配置されている。仰角の起こり得る第
３及びその後の範囲に対して、方法は、通信を送受信す
るためにアンテナ構造体のさらなる部分を選択し、かか
る部分は、地表の法線である軸に対して第１の角度に配
置されている。

【０００９】方法は、さらに、複数の衛星の少なくとも
１つの別の衛星からの同期信号を受信する行程と、かか
る同期信号を追跡する行程とを同時に実行するものであ
る。本発明の好ましい実施例において、受信される通信
は、スペクトラム拡散通信であり、受信及び追跡の行程
は、少なくとも１つの別の衛星によって送信されるパイ
ロットチャネルにロックする行程を含む。

【００１０】

【実施例】本発明の特徴は、添付図面とともに以下の詳
細な説明によってより明らかにされる。図１に、本発明
のアンテナシステムの好ましい実施例と共に使用される
衛星通信システム１０の好ましい実施例を示す。本発明
を詳細に説明する前に、本発明のアンテナシステムをよ
り完全に理解するために、通信システムを最初に説明す
る。

【００１１】通信システム１０は、概念的に複数のセグ
メント１，２，３，４に細分される。セグメント１は宇
宙セグメントとして、セグメント２はユーザセグメント
として、セグメント３は地上（地球上）セグメントとし
て、セグメント４は電話システム基盤セグメント４とし
て参照される。本発明は、ユーザセグメント２を対象と
し、特に、図７及び図８に示す固定アンテナ構造体７０
に関する。アンテナ構造体７０と接続された電子システ
ムによって、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星１２の集合体を
形成する複数の衛星と同時のユーザ通信が可能になる。

【００１２】本発明の好ましい実施例において、１４１
０ｋｍのＬＥＯに全部で４８の衛星が存在する。衛星１
２は８つの軌道面に分布して、１軌道面当たり６の衛星
が等しく離間配置されている（ウォーカー配置［Walker
constellation］）。この軌道面は、赤道に対して５２
度傾斜しており、各衛星は、１１４分毎に１回軌道を周
回している。これによって、殆ど地球全体を照射領域と
することができ、好ましくは、南緯７０度と北緯７０度
との間に位置する特定のユーザから任意の時刻に視界に
少なくとも２つの衛星が存在する。その結果、ユーザ
は、地上の任意の一地点から他の地点への、１つまたは
複数のゲートウェイ１８及び１つまたは複数の衛星１２
を経由して、可能であれば電話基盤セグメント４の一部
も使用して、通信を行うことができる。

【００１３】システム１０の上記記載は、本発明のアン
テナ構造体及びシステムの使用が見られる通信システム
の適切な実施例を単に表すものである。すなわち、通信
システムの詳細は、本発明を実行する際の限定と捕らえ
るべきではない。システム１０の説明を続けると、衛星
１２間、さらには、各衛星によって送信される１６のス
ポットビームの各々の間でのソフトの伝達（受け渡し）
処理（図４）は、スペクトラム拡散（ＳＳ）、符号分割
多元接続（ＣＤＭＡ）方式を介して非破壊の通信を提供
する。好ましいＳＳ−ＣＤＭＡ方式は、ＴＩＡ／ＥＩＡ
暫定基準「２重モード帯域スペクトラム拡散セルラシス
テムの移動ステーション設置ステーション互換性基準
（Mobile Station-Base Station Compatibility Standa
rd for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular
System ）」ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５（１９９３年
７月）と互換性を有する。

【００１４】低地球軌道によって、低電力固定ユーザ端
末や移動ユーザ端末１３は、衛星１２を経由して通信す
ることができる。かかる衛星１２の各々は、本発明の好
ましい実施例において、単なる「折曲パイプ（bent pip
e ）」中継器として機能し、ユーザ端末１３やゲートウ
ェイ１８から会話やデータなどの通信トラフィック信号
（communications traffic signal ）を受信し、受信し
た通信トラフィック信号を別の周波数帯域に変換し、次
に変換された信号を再送信する。すなわち、受信した通
信トラフィック信号の搭載処理が発生せず、衛星１２
は、送受信される通信トラフィック信号が搬送されてい
ることに少しも気付かない。

【００１５】さらに、衛星１２間の直接通信リンクを必
要としない。すなわち、衛星１２の各々は、ユーザセグ
メント２に位置する送信機や地上セグメント３に位置す
る送信機からの信号のみを受信し、ユーザセグメント２
に位置する受信機や地上セグメント３に位置する受信機
のみに信号を送信する。ユーザセグメント２は、衛星１
２との通信に適した複数の種類のユーザ端末１３を含
む。ユーザ端末１３は、例えば、無線電話機１４、移動
無線電話機１５、ページング／メッセージングタイプの
装置１６など（これらに限定されず）を含む複数の異な
る種類の固定ユーザ端末及び移動ユーザ端末を含む。

【００１６】本発明での特定の対象は、アンテナ構造体
７０とこれに接続された受信機電子回路６８ａとを有す
るユーザ端末６８であり、かかるユーザ端末６８は、本
発明により構成されて動作する。詳細を説明するよう
に、アンテナ構造体７０によって、複数の衛星１２から
の信号の同時受信とかかる複数の衛星１２への信号の送
信とが可能となり、衛星１２の各々は、最も好ましく
は、任意の時刻において、アンテナ構造体７０に対して
異なる仰角に配向されている。これによって、最強の信
号を送信する衛星を選択的に追跡し、且つ頭上を通過す
る衛星の後を追う能力が提供される。さらに、衛星１２
の各々によって送信される非通信トラフィック同期信号
（例えばパイロット信号）を受信してかかる信号とロッ
クオンする能力が備えられる。これによって、１つの衛
星１２から別の衛星１２への迅速且つ平滑な転移や受け
渡しが可能となり、衛星の各々は、音声通信などの同じ
ＳＳ−ＣＤＭＡ通信リンクの同一のコピーをユーザ端末
６８に送信できる。これによって、フェージングや他の
信号減衰の影響を緩和するダイバーシチ受信モードが提
供される。ユーザ端末６８から複数の衛星１２へのユー
ザ通信の伝送も、アンテナ構造体７０の使用によって可
能となる。

【００１７】図３を参照すると、ユーザ端末１３は、全
２重モードで動作し、例えばＬバンドＲＦリンク（アッ
プリンク）及びＳバンドＲＦリンク（ダウンリンク）を
経由してリターン衛星トランスポンダ１２ａ及び順方向
衛星トランスポンダ１２ｂを介してそれぞれ通信を行う
ことができる。アップリンクＬバンドＲＦリンクは、帯
域幅１６．５ＭＨｚの１．６１ＧＨｚから１．６２６５
ＧＨｚまで周波数範囲内で動作し、好ましいスペクトラ
ム拡散方式により音声信号やディジタル信号と共に変調
される。ダウンリンクＳバンドＲＦリンクは、帯域幅１
６．５ＭＨｚの２．４８３５ＧＨｚから２．５ＧＨｚま
での周波数範囲内で動作する。ダウンリンクＲＦリンク
１７も、スペクトラム拡散方式により音声信号やディジ
タル信号と共にゲートウェイ１８で変調される。

【００１８】地上セグメント３は、例えば５ＧＨｚを中
心とする範囲内で動作する全２重ＣバンドＲＦリンク１
９を介して衛星１２と通信を行う複数のゲートウェイ１
８を含む。ＣバンドＲＦリンクは、通信フィーダリンク
を双方向に伝達し、衛星のコマンドも伝達し（順方向リ
ンク）、テレメトリ情報を受信する（リターンリン
ク）。

【００１９】衛星フィーダリンクアンテナ１２ｇ，１２
ｈは、地球を照射領域とするアンテナであり、Ｌバンド
アンテナ及びＳバンドアンテナは、対応するサービス領
域内に地球の照射領域を形成するマルチビーム（好まし
くは１６ビーム）アンテナである。Ｌバンドアンテナ１
２ｇ及びＳバンドアンテナ１２ｈは、互いに一致してい
る。例えば、全部でおよそ３０００の全２重通信は、衛
星１２の所定の１つを経由して現れる。システム１０の
特徴により、２つまたはそれ以上の衛星１２は、それぞ
れ所定のユーザ端末１３と１つのゲートウェイ１８との
間で同一の通信を伝達する。故に、この動作モードは、
詳細は後述するが、フェージングに対する抵抗の増大を
導き、さらにソフトの受け渡し手順の実行を容易としな
がら、対応する受信機でのダイバーシチの合成に備え
る。

【００２０】周波数、帯域、及び本発明にて説明される
ものの全ては、単に１つの特定のシステムを表したにす
ぎない。他の周波数や周波数帯域は、議論すべき原理に
少しも変化を与えずに使用される。一例として、ゲート
ウェイと衛星との間のフィーダリンクは、Ｃバンド以外
の他の帯域、例えばＫｕバンドやＫａバンドの周波数を
使用しても良い。

【００２１】ゲートウェイ１８は、衛星１２の通信機器
（トランスポンダ１２ａ，１２ｂ、Ｌバンド受信アンテ
ナ１２ｃ、Ｓバンド送信アンテナ１２ｄ、Ｃバンド電力
増幅器１２ｅ、Ｃバンド低雑音増幅器１２ｆ、及びＣバ
ンドアンテナ１２ｇ，１２ｈ）を電話基盤セグメント４
に接続するように機能する。電話基盤セグメント４は、
既存の電話システムからなり、セルラゲートウェイ２
０、総括局（Regional Bell Operating Centers:ＲＢＯ
Ｃ）２２または他のローカル電話サービス提供局、長距
離搬送局（long distance carriers）２４、国際搬送局
（international carriers）２６、私設ネットワーク２
８及び公衆電信電話システム３０を含む。通信システム
１０は、ユーザセグメント２と電話基盤セグメント４の
電話機３２との間に通信を提供するように動作し、ゲー
トウェイ１８を介してユーザセグメント２のユーザ装置
の各々間での通信を可能とするように動作する。

【００２２】図１及び図５に示すように、地上セグメン
ト３の一部として、衛星動作制御センター（Satellite
Operations Control Center: ＳＯＣＣ）３６と、地上
動作制御センター（Ground Operations Control Cente
r:ＧＯＣＣ）３８とが存在する。通信路３９は、グロー
バルスターデータネットワーク（Globalstar Data Netw
ork:ＧＤＮ）５８を含み（図２を参照）、地上セグメン
ト３のゲートウェイ１８及びＴＣＵ１８ａ、ＳＯＣＣ３
６及びＧＯＣＣ３８を相互に接続するために設けられて
いる。通信システム１０のこの部分によって、衛星制御
機能の全体が形成される。グローバルスターは、ローラ
ルクアルコムサテライトサービス株式会社（Loral Qual
comm Satellite Services Inc.）の商標である。

【００２３】図２に、ゲートウェイ１８を詳細に示す。
各ゲートウェイ１８は、４つまでの２重偏波ＲＦ・Ｃバ
ンド２次システムを含む。２重偏波ＲＦ・Ｃバンド２次
システムの各々は、パラボラアンテナ４０と、アンテナ
駆動部４２と、低雑音受信機４４と、高電力増幅器４６
とからなる。これらの全部品は、レードーム構造体（ra
dome structure）の内部に配置されて、周囲から分離さ
れている。

【００２４】ゲートウェイ１８は、さらに、受信ＲＦ搬
送波信号及び送信ＲＦ搬送波信号をそれぞれ処理するダ
ウンコンバータ４８とアップコンバータ５０とを含む。
ダウンコンバータ４８及びアップコンバータ５０は、Ｃ
ＤＭＡ２次システム５２に接続されている。ＣＤＭＡ２
次システム５２は、公衆交換電話ネットワーク（Public
Switched Telephone Network:ＰＳＴＮ）にＰＳＴＮイ
ンターフェース５４を介して接続されている。

【００２５】ＣＤＭＡ２次システム５２は、信号加算器
・スイッチユニット５２ａと、グローバルスター・トラ
ンシーバ２次システム（ＧＴＳ）５２ｂと、ＧＴＳコン
トローラ５２ｃと、ＣＤＭＡ相互接続２次システム（Ｃ
ＩＳ）５４ｄと、交換基地局（Switched Base Station:
ＳＢＳ）５４ｅとを含む。ＣＤＭＡ２次システム５２
は、基地局管理部（Base Station Manager: ＢＳＭ）に
よって制御され、ＣＤＭＡ互換性（例えばＩＳ−９５コ
ンパチブル）基地局と類似した方法で動作する。ＣＤＭ
Ａ２次システム５２も、所望周波数合成器５２ｇとグロ
ーバルポジショニングシステム（Global Positioning S
ystem:ＧＰＳ）受信機５２ｈとを含む。

【００２６】ＰＳＴＮインターフェース５４は、ＰＳＴ
Ｎサービススイッチポイント（ＳＳＰ）５４ａと、サー
ビス制御ポイント（ＳＣＰ）５４ｂと、ビジターロケー
ションレジスタ（Visitor Location Register:ＶＬＲ）
５４ｃと、ホームロケーションレジスタ（Home Locatio
n Register: ＨＬＲ）へのインターフェース５４ｄとを
含む。

【００２７】ゲートウェイ１８は、ＳＳＰ５４ａによっ
て形成された標準インターフェースを経由して遠距離通
信ネットワークに接続される。ゲートウェイ１８は、イ
ンターフェースを行い、予備レートインターフェース
（Primary Rate Interface: ＰＲＩ）を介してＰＳＴＮ
に接続されている。ゲートウェイ１８は、さらに、移動
交換センター（Mobile Switching Center:ＭＳＣ）と直
接接続できるようになっている。

【００２８】ゲートウェイ１８は、ＳＳ−７・ＩＳＤＮ
固定信号をＳＣＰ５４ｂに提供する。このインターフェ
ースのゲートウェイ側では、ＳＣＰ５４ｂは、基地局コ
ントローラ（ＢＳＣ）とインターフェースをとり、次に
ＣＤＭＡ２次システム５２とインターフェースをとる。
ＳＣＰ５４ｂは、グローバルスターエアーインターフェ
ース（ＧＡＩ）に対するプロトコル転送機能を提供す
る。かかるＧＡＩは、ＣＤＭＡ通信に対するＩＳ−９５
暫定基準の変形バージョンに基づいている。

【００２９】ブロック５４ｃ，５４ｄは、通常ゲートウ
ェイ１８と外部のセルラ電話ネットワークとの間のイン
ターフェースを形成する。かかるセルラ電話ネットワー
クは、例えばＩＳ−４１（北アメリカ標準、ＡＭＰＳ）
セルラシステムや、ＧＳＭ（欧州標準、ＭＡＰ）セルラ
システムとコンパチブルであり、特に、呼び出す場所が
電話のホームシステムから外れている人を操作する方法
である。ゲートウェイ１８は、グローバルスター／ＡＭ
ＰＳ電話及びグローバルスター／ＧＭＳ電話に対するユ
ーザ端末の証明を支援する。既存の遠距離通信基盤が無
いサービス領域において、ＨＬＲが、ゲートウェイ１８
に加えられて、ＳＳ−７信号インターフェースとインタ
ーフェースする。

【００３０】通常サービス領域での呼出を行う移動中の
ユーザは、確認されれば、システム１０によって便宜が
図られる。移動中のユーザがいずれかの領域内に見いだ
される場合、ユーザは、同一の端末装置を使用して、世
界中のどこからでも呼び出すことができ、必要なプロト
コルの変換がゲートウェイ１８によって行われる。プロ
トコルコンバータ５４ｄは、必要でないときは無視され
る。

【００３１】ゲートウェイ全体の制御は、ゲートウェイ
コントローラ５６によって行われる。ゲートウェイコン
トローラ５６は、上述のグローバルスターデータネット
ワーク（ＧＤＮ）５８へのインターフェース５６ａと、
サービス提供者コントロールセンター（ＳＰＣＣ）６０
へのインターフェース５６ｂとを含む。ゲートウェイコ
ントローラ５６は、通常、ＢＳＭ５２ｆを介してさらに
はアンテナ４０の各々に接続されたＲＦコントローラ４
３を介してゲートウェイ１８と相互に接続されている。
ゲートウェイコントローラ５６は、さらに、ユーザのデ
ータベースや衛星エフェメリスデータなどのデータベー
ス６２と、ゲートウェイコントローラ５６とアクセスを
得るパーソナルサービスを可能とするＩ／Ｏユニット６
４とに接続されている。ＧＤＮ５８も、テレメトリコマ
ンド（Telemetry and Command:Ｔ＆Ｓ）ユニット６６と
双方向にインターフェースできる。かかるテレメトリコ
マンドユニット６６は、ＴＣＵ基礎システム１８ａとの
インターフェースを形成する（図１及び図５）。

【００３２】図５を参照すると、ＧＯＣＣ３８の機能
は、ゲートウェイ１８による衛星の利用を計画し制御す
ることであり、さらに、この利用をＳＯＣＣ３６で調整
することである。通常、ＧＯＣＣ３８は、トラフィック
計画を生成し、衛星１２及びゲートウェイ１８の両方に
電源を割り当て、システム１０全体の性能を監視する。
ＳＯＣＣ３６は、軌道を提供して監視し、衛星のバッテ
リ状態を含む各衛星１２の機能全体を監視するように動
作し、衛星１２内のＲＦ信号路に対する利得を設定し、
さらに地表に対する衛星の最適な配向を保証するように
動作する。

【００３３】上述の如く、各ゲートウェイ１８は、信号
や音声、またはデータ通信のために所定のユーザをＰＳ
ＴＮに接続し、また、支払を目的としてデータベース６
２（図２）を介してデータを生成するように機能する。
選択されたゲートウェイ１８は、Ｃバンドリターンリン
クにおいて衛星１２によって送信されるテレメトリデー
タを受信し且つコマンドを衛星１２に送信するテレメト
リコマンドユニット（ＴＣＵ）１８ａを含む。ＧＤＮ５
８は、ゲートウェイ１８、ＧＯＣＣ３８及びＳＯＣＣ３
６を相互に接続するように動作する。

【００３４】通常、ＬＥＯ集合体の衛星１２の各々は、
情報をゲートウェイ１８からユーザに中継し（Ｃバンド
アップリンクからＳバンドダウンリンク）、情報をユー
ザからゲートウェイ１８に中継する（Ｌバンドアップリ
ンクからＣバンドダウンリンク）ように動作する。この
情報は、電力制御信号に加え、ＳＳ−ＣＤＭＡパイロッ
トチャネル、同期チャネル、及びページングチャネルを
含む。衛星エフェメリスの更新データも、衛星１２を経
由してユーザ端末１３の各々にダウンロードされる。衛
星１２は、また、アクセス指令、電力変化指令、及び登
録指令を含む信号情報をユーザ端末１３からゲートウェ
イ１８に中継するように機能する。衛星１２は、ユーザ
とゲートウェイ１８との間で通信信号を中継し、未登録
の使用を軽減する安全性を付与する。

【００３５】動作する際、衛星１２は、衛星の動作状態
の測定値を含む宇宙船テレメトリデータを送信する。衛
生からのテレメトリの流れ、ＳＯＣＣ３６からのコマン
ド、及び通信フィーダリンクは、全てＣバンドアンテナ
１２ｇ，１２ｈを共有する。ＴＣＵ１８ａを含むこれら
のゲートウェイ１８に対して、受信された衛星テレメト
リデータは、ＳＯＣＣ３６に直ちに送られ、または、テ
レメトリデータは、記憶された後、多くはＳＯＣＣの指
令によりＳＯＣＣ３６に送られる。いずれの場合におい
ても、テレメトリデータは、パケットメッセージ（pack
et messages ）としてＧＤＮ５８を介して送られ、各パ
ケットメッセージは、単一のマイナーテレメトリフレー
ム（minor telemetry frame ）を含むものである。複数
のＳＯＣＣ３６が衛星の支援を行う場合、テレメトリデ
ータは全てのＳＯＣＣを巡る。

【００３６】ＳＯＣＣ３６は、ＧＯＣＣ３８とのインタ
ーフェース機能を主に３つ有する。第１のインターフェ
ース機能は、軌道位置情報であり、ＳＯＣＣ３６は、各
ゲートウェイ１８がかかるゲートウェイの視界にある４
つの衛星を正確に追跡するように、ＧＯＣＣ３８に軌道
情報を提供する。このデータはデータ表を含み、かかる
データ表はゲートウェイ１８が周知のアルゴリズムを使
用して衛星交信リストを伝搬するためのものである。こ
れらのゲートウェイが作成した交信リストは、ＳＯＣＣ
３６にも送られてテレメトリ情報の収集及びコマンドの
伝達を支援する。

【００３７】第２のインターフェース機能は、ＧＯＣＣ
３８からＳＯＣＣ３６への利用統計の提供である。利用
統計は、各衛星１２の実際の通信の質と利用（ゲートウ
ェイ評価）に関係する。この情報は、予測される行動と
変則的な行動とを区別するために、衛星のテレメトリデ
ータと相関が採られる。第３のインターフェース機能
は、ＳＯＣＣ３６からＧＯＣＣ３８に報告される衛星状
態の提供である。衛星状態情報は、衛星／トランスポン
ダの利用性、バッテリ状態、及び軌道情報を含み、通信
目的に対して、衛星１２の全部または一部の使用を排除
する衛星関連の制限を組み込む。システム１０の重要な
概念は、ゲートウェイ受信機やユーザ端末受信機でのダ
イバーシチの合成に関するＳＳ−ＣＤＭＡの使用であ
る。ダイバーシチ合成は、信号が複数の異なるパス長を
介して複数の衛星からユーザ端末１３やゲートウェイ１
８に到着したときのフェージングの影響を緩和するため
に使用される。レーキ（Rake）受信機が、複数の信号源
から信号を受信して合成するために使用される。例え
ば、ユーザ端末１３やゲートウェイ１８は、同時に３つ
の衛星１２を介して送受信される順方向リンク信号やリ
ターンリンク信号に対してダイバーシチ合成を行う。

【００３８】この点に関して、１９９３年８月３日に発
行したステファンＡ．アメスにより「中継器ダイバーシ
チスペクトラム拡散通信システム」と題された米国特許
第５，２３３，６２６号の開示は、１９９４年５月９日
に発行したロバートウィーデマン（Robert Wiedeman ）
及びポールＡ．モンテ（Paul A. Monte ）により「多重
路通信システム最適化機（Multipath Communications S
ystem Optimizer ）」と題された米国特許出願第Ｓ．
Ｎ．０８／２３９，７５０号の開示のように、本発明に
取り込まれている。

【００３９】連続ダイバーシチ受信モードの性能は、１
つの衛星中継器を介して１つの信号を受信するものより
も優れており、さらに、受信信号に不利な影響をもたら
す木や他の障害物からの干渉によりリンクが失われる通
信の破壊が無い。ゲートウェイ１８の所定の１つの多重
方向性アンテナ４０は、ユーザ端末１３のダイバーシチ
合成を支援するために、異なる衛星１２を介して順方向
リンク信号（ゲートウェイからユーザ端末へ）を送信す
ることができる。ユーザ端末１３の全方向性アンテナ１
３ａは、ユーザ端末１３から見える全衛星を介して送信
する。

【００４０】各ゲートウェイ１８は、低速フェード（sl
ow fades）をアドレスする送信機電力制御機能を支援
し、さらに高速フェード（fast fades）に媒体をアドレ
スするブロックインターリーブも支援する。電力制御
は、順方向リンクと逆方向リンクとの両方で実行され
る。電力制御機能の応答時間は、平均３０ｍ秒の衛星周
回遅延トリップ（satellite round trip delay）に適応
するように調整される。

【００４１】ブロックインターリーバー（interleaver
s：５３ｄ，５３ｅ，５３ｆ、図６参照）は、ボコーダ
５３ｇのパケットフレームに関係するブロック長におい
て動作する。最適インターリーバー長は、より長いもの
に交換され、故に縦断遅延（end-to-end delay）の増加
を犠牲にしてエラー訂正を改善する。好ましい最大縦断
遅延は、１５０ミリ秒であり、またはそれよりも短い。
この遅延は、ダイバーシチ合成器によって行われる受信
信号アライメントによる遅延、ボコーダ５３ｇの処理遅
延、ブロックインターリーバー５３ｄ−５３ｆの遅延、
及びＣＤＭＡ２次システム５２の一部を形成する図示せ
ぬビタビデコーダの遅延を全て含む。

【００４２】図６は、図２のＣＤＭＡ２次システム５２
の順方向リンク変調の構成図である。加算器ブロック５
３ａの出力は、周波数アップコンバータ５３ｂに送ら
れ、アップコンバータ５３ｂは、加算器及びスイッチブ
ロック５２ａに信号を送る。テレメトリ及び制御（Ｔ＆
Ｃ）情報も、ブロック５２ａに入力される。未変調直接
シーケンスＳＳパイロットチャネルは、所望のビットレ
ートで全てゼロのウォルシュ（Walsh ）コードを生成す
る。このデータの流れは、異なるゲートウェイ１８や異
なる衛星１２からの信号を分離するために使用される短
ＰＮコード（short PN code ）と合成される。パイロッ
トチャネルは、短コードに加えられた２を法とし、次
に、ＣＤＭＡ帯域にＱＰＳＫ拡散される。続いて異なる
疑似雑音（ＰＮ）コードオフセット、すなわち、（ａ）
ユーザ端末１３がゲートウェイ１８を確認できるＰＮコ
ードオフセット、（ｂ）ユーザ端末１３が衛星１２を確
認できるＰＮコードオフセット、（ｃ）ユーザ端末１３
が衛星１２から伝送される１６のビームの所定の１つを
確認できるＰＮコードオフセット、が提供される。異な
る衛星１２からのパイロットＰＮコードは、同一のパイ
ロットシード（seed）ＰＮコードとは異なる時間／位相
オフセットに割り当てられている。

【００４３】ゲートウェイ１８によって伝送されるパイ
ロットチャネルは、他の信号よりも高い電力レベルで伝
送される。パイロットチャネルによって、ユーザ端末１
３は、順方向ＣＤＭＡチャネルのタイミングを獲得し、
コヒーレントな復調のための位相基準を形成し、最初に
受け渡す時を判定するために信号強度の比較を行う機構
を形成することができる。しかしながら、パイロットチ
ャネルの使用は強制ではなく、他の方法をこの目的のた
めに使用することもできる。

【００４４】同期チャネルは、次の情報、すなわち、
（ａ）日付の時間（time of day ）、（ｂ）伝送ゲート
ウェイの確認、（ｃ）衛星エフェメリス、及び（ｄ）割
り当てられたページングチャネル、を含むデータの流れ
を生成する。同期データは、畳み込み符号器（convolut
ion encoder ）５３ｈに供給され、ここで、データは、
畳み込み符号化され（convolutionally encoded ）次に
ブロックインターリーブされ（block interleaved ）て
高速フェードと対抗する。その結果であるデータの流れ
は、同期ウォルシュコードに加えられた２を法とし、Ｃ
ＤＭＡ帯域にＱＰＳＫ拡散される。

【００４５】ページングチャネルは、畳み込み符号器５
３ｉに供給され、ここで、ページングチャネルは畳み込
み符号化され次にブロックインターリーブされる。その
結果であるデータの流れは、長コード発生器５３ｊの出
力と合成される。長ＰＮコードは、異なるユーザ端末１
３の帯域を分離するために使用される。ページングチャ
ネルと長コードとは、シンボルカバー（symbol cover）
に加えられて形成される２を法とし、その結果である信
号は、ウォルシュコードに加えられた２を法とする。次
に、この結果はＣＤＭＡ帯域にＱＰＳＫ拡散される。

【００４６】一般に、ページングチャネルは、次に示す
種類のメッセージ、すなわち、（ａ）システムパラメー
タメッセージ、（ｂ）アクセスパラメータメッセージ、
（ｃ）近傍リストメッセージ、及び（ｄ）ＣＤＭＡチャ
ネルリストメッセージ、を伝達する。システムパラメー
タメッセージは、ページングチャネルの構成、レジスト
レーション（registration）パラメータ、パイロットの
取得を補助するパラメータ、を含む。アクセスパラメー
タメッセージは、アクセスチャネルの構成とアクセスチ
ャネルデータレートとを含む。近傍リストメッセージ
は、近傍パイロット確認者と近傍ＰＮオフセットとを含
む。ＣＤＭＡチャネルリストメッセージは、関係するパ
イロット確認とウォルシュコード割り当てとを伝達す
る。

【００４７】ボコーダ５３ｋは、音声をＰＣＭ順方向ト
ラフィックデータ流に符号化する。順方向トラフィック
データ流は、畳み込み符号器５３ｌに供給され、ここ
で、データ流は畳み込み符号化されてブロックインター
リーブされる（ブロック５３ｆ）。その結果であるデー
タ流は、ユーザの長コードブロック５３ｋの出力と合成
される。ユーザの長コードは、異なる加入者のチャネル
と分けるために使用される。その結果であるデータ流
は、次にマルチプレクサ（ＭＵＸ）５３ｍで電力制御さ
れ、ウォルシュコードに加算された２を法とし、ＣＤＭ
Ａ通信チャネル帯域内にＱＰＳＫ拡散される。

【００４８】リターンリンク復調に関して、ゲートウェ
イ１８は、ＣＤＭＡリターンリンクを復調するように動
作する。リターンリンクに対して２つの異なるコード、
すなわち、（ａ）ゼロのオフセットパイロットコード、
（ｂ）長コード、が存在する。これらは、２つの異なる
種類のリターンリンクＣＤＭＡチャネル、すなわち、ア
クセスチャネルとリターントラフィックチャネルとによ
って使用される。

【００４９】アクセスチャネルに対して、ゲートウェイ
１８は、アクセスを指令するアクセスチャネルでバース
トを受信して復調する。アクセスチャネルメッセージ
は、比較的小量のデータが続く長プリアンブル（long p
reamble ）で具体化される。プリアンブルは、ユーザ端
末の長ＰＮコードである。各ユーザ端末１３は、単一の
タイムオフセットによって共通のＰＮ発生器の多項式へ
と生成される唯一の長ＰＮコードを有する。アクセス指
令を受信した後、ゲートウェイ１８は、アクセス指令の
受信を認めるとともにウォルシュコードチャネルを割り
当ててトラフィックチャネルを設けながら、順方向リン
クページングチャネル（ブロック５３ｅ，５３ｉ，５３
ｊ）にメッセージを送る。ゲートウェイ１８もチャネル
素子を割り当て、ユーザ端末１３とゲートウェイ１８と
は、共に割り当てられたチャネル素子に切り替えて２重
通信を開始する。

【００５０】リターントラフィックチャネルは、ローカ
ルデータソースやユーザ端末ボコーダからのディジタル
データを畳み込み符号化することによって、ユーザ端末
１３で生成される。次に、データは、所定間隔でブロッ
クインターリーブされ、さらに１２８の（128-Ary ）変
調器及びデータバースト確率化器（randomizer）に供給
されてクラッシュ（clashing）を低減する。次に、デー
タは、ゼロオフセットＰＮコードに加算されて、１つま
たは複数の衛星１２を介してゲートウェイ１８に伝送さ
れる。

【００５１】ゲートウェイ１８は、例えば高速ハダマー
ド変換（Fast Hadamard Transform：ＦＨＴ）を使用し
てリターンリンクを処理して、１２８のウォルシュコー
ドを復調し、復調された情報をダイバーシチ合成器に供
給する。上記記載は、通信システム１０の好ましい実施
例の記載である。ユーザ端末６８（図１）と１つまたは
複数の衛星１２との間で通信信号を送受信するアンテナ
構造体７０及び接続された電子回路の好ましい実施例を
次に記載する。

【００５２】アンテナ構造体７０の重要な概念は、かか
るアンテナ構造体によって２つまたはそれ以上の衛星１
２と同時通信が可能となることである。これは、多重フ
ィンガ（multi-finger）スペクトラム拡散受信機６８ａ
を備えたユーザ端末６８を提供することによって容易に
行われる。かかる多重フィンガＳＳ受信機は、レーキ
（Rake）受信機として周知である。１つの適正な受信機
の種類がアメスによる米国特許第５，２３３，６２６号
の図２及び図５に開示されている。この種類の受信機の
使用によって、２つまたはそれ以上の信号源からのスペ
クトラム拡散信号の同時受信と、ダイバーシチ受信モー
ドにおけるこれら信号のディジタル合成とが可能とな
る。受信機６８ａは、衛星の移動によるドップラ周波数
オフセットにおける差や、伝搬遅延の差、及び移相の差
に対して様々な入力信号を等しくするように動作する。
同時に受信した信号の各々の信号源の確認は、前述のよ
うに、衛星送信機の各々に対して異なるＰＮオフセット
を使用することによって可能となる。これによって、単
に単一の信号の受信に優るノイズ及び妨害に対する信号
比が改善される。

【００５３】アンテナ構造体７０の好ましい実施例を示
すために図７及び図８を参照する。アンテナ構造体７０
は、高利得アンテナ７１と基準アンテナ７３とを含む。
高利得アンテナ７１は、垂直（Ｖ）配向アンテナ構造体
として７２で示されるアンテナ基礎構造体と、垂直アン
テナ基礎構造体７２に対して所定の角度θに配置された
複数（６つ）のアンテナ基礎構造体７４との７つの別々
のアンテナ基礎構造体からなる。基礎構造体７４は、ア
ンテナ構造体７０が取り付けられたとき、北（Ｎ）、北
東（ＮＥ）、南西（ＳＥ）、南（Ｓ）、南西（ＳＷ）、
北西（ＮＷ）に面するように向けられる。アンテナ基礎
構造体７２，７４の各々は、１つまたは複数のアンテナ
素子７６からなる。アンテナ素子７６は、ホーンアンテ
ナ、または図７に示すように、パッチやパッチのアレイ
などの適切な形状の適度な利得アンテナである。図示し
た実施例において、アンテナ基礎構造体７２，７４の各
々は、互いに接続された４つのアンテナ素子７６を含
む。各素子の中心間の間隙は、好ましくは対象となる波
長の倍数であり、例えば、中心間の間隙は、波長λのお
よそ０．５倍から０．８倍の範囲内である。一般に、間
隙が広くなるにつれて、利得は高くなる。しかしなが
ら、間隙が増大すると、格子ローブ（grating lobes ）
の振幅も増加する。例えば、アンテナ基礎構造体７２の
全体の幅は０．５メータであり、アンテナ素子間の間隙
は１０．６ｃｍ（０．８λ）であり、各素子７６は直径
がおよそ５ｃｍである。高利得アンテナ７１は、好まし
くは、アンテナ構造体７２の上面が地表の法線と垂直に
なるようにマスト８２に取り付けられる。基準アンテナ
７３は、例えば地表の法線と垂直となるように向けられ
た単一のアンテナ素子８０を含む。

【００５４】角度θは、好ましくはおよそ３０゜から６
０゜までの範囲にあり、選択される角度はビーム形状の
関数になっている。角度は、およそ１０゜の仰角から９
０゜の仰角（天頂）までに向けられた衛星に対して可能
な高利得が得られるように選択される。４５゜の使用
は、図１２を参照して後述するように、満足できる結果
が得られることが判っている。

【００５５】基礎構造体７４は、基礎構造体７２と接触
したり、または基礎構造体７２と隣接する必要性は無い
のである。例えば、図１４を参照すると、１つまたは複
数の基礎構造体７４は、様々な基礎構造体の間の上述の
角度関係が維持されている限り、基礎構造体７２の縁部
から任意の距離Ｄだけ離れて配置させても良い。このよ
うに、本発明は、地表に垂直な軸（法線）に対して第１
の角度（例えば９０゜）に配向されている主面を有する
第１基礎構造体７２を含むアンテナを提供するものであ
る。アンテナ７０は、第１基礎構造体の主面に対して第
２の角度（例えば４５゜）に配置されたローカル主面
（local major plane ）を各々が有する複数Ｎ（例えば
６つ）の第２基礎構造体７４も含む。複数の基礎構造体
７４の各々は、ローカル主面から外側を向く法線を有
し、かかる法線は、隣接する基礎構造体７４の外側を向
く法線から軸の回りに第３の角度（例えば６０゜）に向
けられている。さらに例えば、Ｎ及びその結果である第
３の角度は、異なる値、例えば８と４５゜とを採ること
ができる。複数の基礎構造体７４の各々の外側を向く法
線は、軸から離れる方向を向くように配置されている。

【００５６】本発明の好ましい実施例において、基礎構
造体７２，７４と基準アンテナ素子８０の支持体７８と
は、銅メッキされたガラス繊維やテフロン部材から組み
立てられている。図示した実施例において、アンテナ基
礎構造体７２は、六角形状を有し、垂直方向に向けられ
ている。６つの基礎構造体７４は、方位角において６０
゜セグメントに垂直基礎構造体７２の縁部を中心に配列
され、角度θに傾斜されて４５゜の仰角にビームのピー
クが位置している。傾斜される基礎構造体７４の正確な
個数は、増大される照射領域と複雑さ／価格との兼ね合
いで決まる。６つの基礎構造体７４の使用は、示した方
向に面し、図１３に示すように、衛星１２の軌道に十分
な結果をもたらすことが判る。図１３において、６つの
典型的なスポットビーム（１５゜の視界）の軌跡が存在
するので、１つの衛星１２の地上での軌跡が示されてい
る。

【００５７】本発明の実施例において、受信機６８ａに
最大の利得を提供するために複数の素子７６及び基礎構
造体７２，７４のいずれが任意の時刻にて選択されるの
かに関する比較的簡単な判定が行えるように、アンテナ
構造体７０は、衛星１２エフェメリスデータを認識して
動作される。動作する際、基礎構造体７２，７４の一方
の素子７６が、任意の所定時刻に受信機６８ａに接続さ
れるが、垂直指向性基準アンテナ素子は、常時受信機６
８ａに接続されている。

【００５８】図１２は、例えば南西から北東に通過する
衛星１２に対するアンテナ構造体７０の予想性能を示
す。衛星１２は、最初にＳＷ（南西）対向アンテナ素子
７６と対向し、水平線（−０゜仰角）でおよそ１ｄＢｉ
から４５゜の仰角でおよそ１１ｄＢｉまで変化する利得
を得る。次に利得は減少し、７０゜の仰角でおよそ８ｄ
Ｂｉになり、この時、ＳＷ対向アンテナ素子７６の利得
がＶアンテナ素子７６の垂直ビームの利得と釣り合う。
衛星１２の仰角が６０゜から８０゜までの範囲であると
き、ユーザ端末６８の受信機６８ａ（図１）への入力
は、ＳＷ対向アンテナ素子７６からＶ（垂直）対向アン
テナに切り替わる。衛星１２がＶアンテナ素子７６のビ
ームを通過すると、利得は再び増加しておよそ１１ｄＢ
ｉになり、次に低下しておよそ８ｄＢｉになる。この
時、受信機６８ａは、Ｖアンテナ素子からＮＥ（北東）
対向アンテナ素子７６へと切り替えられる。衛星１２が
ＮＥ対向アンテナ素子７６のビームを通過すると、利得
は再び増加しておよそ１１ｄＢｉになり、次に低下して
衛星が水平線を通過する前の０゜の仰角で１ｄＢｉにな
る。

【００５９】伝搬損失などの実践的な検討によって、利
用可能な衛星の最小の仰角をおよそ１０゜からおよそ２
０゜までの範囲に制限できる。この条件下で、アンテナ
構造体７０は、およそ７．５ｄＢｉの最小利得を提供す
る。これによって、衛星配備通信システムに対する信号
強度にかなりの効果がもたらされ、衛星電力消費の低減
の達成が可能になる。

【００６０】多重衛星通信の長所の説明が行われた。こ
の説明は、受信機能について行われている。なお、図９
の低雑音増幅器（ＬＮＡｓ）８２ａ，８２ｂを電力増幅
器に交換し、さらに信号の流れの方向を変えると、この
議論を送信機能にあてはめることができる。基準アンテ
ナ７３は、別のＬＮＡ８２ｂの使用によって高利得メイ
ンアンテナ７１に接続されている。このＬＮＡ８２ｂ
は、アンテナが直接接続されたときに生じる３ｄＢの利
得損失を防止するために、信号合成器８４の前に位置す
る。例えば、合成器８４は、周知のウィルキンソン（Wi
lkinson ）ハイブリッド合成器である。ＬＮＡ８２ｂの
使用によって、基準アンテナ７３の感度が維持される。
合成器８４の出力が入力されるものとして図９で引用さ
れる受信機６８ａは、好ましくは多重スペクトラム拡散
伝送の同時受信、分離、及び復調の能力を有する多重フ
ィンガ受信機である。好ましい多重フィンガスペクトラ
ム拡散受信機の１つは、アメスの米国特許第５，２３
３，６２６号に記載されている。しかしながら、この特
定のＳＳ受信機の使用は、本発明の実施を制限するもの
ではなく、異なる構成を有する他のＳＳ受信機も用いる
こともできる。

【００６１】基準アンテナ７３は、衛星１２から１つま
たは複数の非通信信号を受信する。基準アンテナ７３が
全方向性の場合、垂直方向に向けられているので、これ
らの受信非通信信号の多くは、音声通信などの現在の通
信を搬送する「使用している」信号よりも低い信号強度
を有する。本発明の好ましい実施例において、基準アン
テナ７３は、アンテナ構造体７０の視界にあるあらゆる
衛星１２から送信される前述のパイロット信号を受信す
る。同時に受信することのできるパイロット信号の数に
関する実際の制限は、同時に基準アンテナ７３を視界に
捕らえることのできる衛星１２の個数と、受信したパイ
ロット信号にロックオンするために受信機６８ａが利用
できるフィンガやチャネルの数である。なお、現行の通
信を受信して拡散を解くためには少なくとも１つのフィ
ンガが必要である。

【００６２】他の衛星１２からの同期信号の存在によっ
て、システム１０は、受信機６８ａを「使用している」
衛星１２からパイロットが受信されている他の衛星の１
つに移ることができる。これが、受け渡し処理であり、
高利得アンテナ７１を、「使用中している」衛星１２か
ら仰角が増加している他の衛星に切り替えることによっ
て行われる。上昇してくる衛星の確認は、そのエフェメ
リスデータから判定され、かかるデータは、ユーザ端末
６８に記憶されたり、またはユーザ端末６８とアクセス
自在になっている。

【００６３】なお、パイロット信号チャネルの使用は必
要とされず、また、他の実施例においては、同期信号を
搬送する他のチャネルを用いることもできる。図１０
は、アンテナ構造体７０の構成図であり、ユーザ端末６
８のコントローラからスイッチ制御信号を受け取るスイ
ッチ８６に送られる７つの基礎構造体７２，７４の各々
からの素子７６の出力を示す。

【００６４】例えば、図１１に示すように、スイッチ８
６は、当業者に周知の複数のＰＩＮダイオードスイッチ
８６ａを含む。ユーザ端末スイッチコントローラ８７
は、唯一の衛星から信号を受信したとき、基礎構造体の
１つから１グループの素子７６を選択して、信号ライン
８７ａの１つにおいてＰＩＮダイオード８６ａの１つに
適切なバイアスレベルを印加することによって、ＬＮＡ
８２ａの入力に信号が送られる。

【００６５】第２の衛星１２からの同期信号（例えばパ
イロットチャネル）の受信と、ユーザ端末６８の受信機
６８ａが既に同期チャネルとロックオンしてこの同期チ
ャネルを追跡しながらも第１の使用中の衛星１２から通
信信号を受信しているという事実とは、第１の衛星から
第２の衛星への切り替えを非常に円滑でユーザに対して
眼に見えないものにしている。

【００６６】第１の衛星から第２の衛星への切り替え
（受け渡し）が生じた後、基準アンテナ７３は第３の衛
星からパイロット信号を受信することが最適である。そ
の前、受信機６８ａに、新たに受信した同期信号にフィ
ンガの割当てが生じ、次にこの信号を捕捉してロックオ
ンしながらも、第２の衛星から通信を受信する。近未来
に、第２の衛星から第３の衛星に通信を受け渡すため
に、上記処理は繰り返される。

【００６７】原則として、この処理は、「新しい」衛星
が水平線に見えるので、また、「古い」衛星が水平線よ
りも下方に消滅するので、いつまでも継続する。この多
重路ダイバーシチ受信方式は、上述の受け渡しの他に多
くの効果をもたらす。例えば、使用中の衛星のパスが任
意の理由により信号の遮断や損失を被るとき、第１の効
果が現れる。この場合、システム１０は、パイロットチ
ャネルが既に得られて実際に追跡されている異なる衛星
からのより質の高い信号に高利得アンテナを迅速に切り
替えることができる。

【００６８】第２の効果は、衛星システムの全体の通信
容量が、最強の信号を送信する衛星の使用によって増加
することである。すなわち、最強の信号の使用は、この
信号を送信する衛星から全必要電力を減らすので、他の
ユーザに対して利用可能な電力を作ることになる。衛星
エフェメリスデータを必要としない、またはかかるデー
タと共に使用される本発明のさらなる実施例を示すため
に図１５を参照する。すなわち、本実施例において、受
信アンテナシステムは、信号がＰＩＮダイオードスイッ
チ８６に到着して信号の相対強度を比較する前に、各セ
グメントのダウンリンク信号強度をサンプルすることに
よって、様々なアンテナセグメントでの衛星の相対信号
強度を検出するために使用される。おそらく、信号は、
実際に使用されているアンテナの中では最強である。し
かしながら、使用される基礎構造体の強度に接近するよ
うに別の基礎構造体（７２，７４）での信号強度が増加
していることが判った場合、受信機が直にそのアンテナ
セグメントに切り替えられることを示す。受信信号の連
続的な監視によって、「現行の」アンテナと「新たな候
補」アンテナでの信号がほぼ等しいときに、切り替えの
実行が可能になる。本実施例は、通信用に使用される受
信機とは別の受信機を使用しているが、別の受信機は、
ＳＳ−ＣＤＭＡ信号の復調のみを必要とし、ある時間に
て視界にあるアンテナセグメントと相関のある出力表示
電圧を供給する。

【００６９】様々な基礎構造体（７２，７４）に配置さ
れたアンテナ素子７６からの受信信号のサンプリング
は、ＰＩＮダイオード８６ａと第２のＰＩＮダイオード
（８６ａ’）の組とに信号を送る複数の結合器８９の使
用によって行われる。すなわち、指向性結合器８９を使
用することによって、主アンテナのＰＩＮダイオードス
イッチ８６ａからアンテナ選択システムを切り離すこと
が必要になる。ＰＩＮダイオード８６ａ’は、アンテナ
サンプリング制御受信機９１９１へと信号が送られる第
２のハイブリッド合成器８４’に集められる。ＰＩＮダ
イオード８６ａ’は、好ましくは、「Ｖ−ＳＷ−ＮＷ−
Ｎ−ＮＥ−ＳＥ−Ｓ」などの繰り返しパターンでアンテ
ナ操作ＰＩＮダイオードコントローラ８７’を介して走
査され、受信信号強度は、各アンテナ位置で記録され、
記憶値や他の基礎構造体（７２，７４）のアンテナ素子
７６から測定された値などの所定のしきい値と比較され
る。次に、比較の結果は、別のアンテナ素子７６や別の
基礎構造体（７２，７４）の選択に使用され、さらに、
他の基礎構造体（７２，７４）のアンテナ素子７６に通
信受信機を切り替える最適の時間を判定するためにも使
用される。

【００７０】使用している衛星１２の動きを予測するこ
とに加え、本発明の本実施例は、アンテナ構造体７０の
視界に来た別の（さらなる）衛星を検出できることであ
る。さらなる衛星の受信信号強度が、通信のために実際
に使用されている衛星からの受信信号強度を上回ること
が判ったとき、衛星を切り替える時間であることの表示
が行われる。次に、前述の追跡処理は、新たに捕捉され
た衛星に対して繰り返される。

【００７１】さらに、衛星の追跡と捕捉とが、衛星エフ
ェメリスデータに基づき、さらに上述の受信信号強度に
基づき、予想される衛星の仰角と方位角との両方を使用
して行われる。例えば、衛星エフェメリスデータは、基
礎構造体７４を選択するために使用されて最初に衛星の
捕捉を開始し、一方、衛星がアンテナ構造体７０に対す
る軌道で進むので、受信信号強度は、衛星の位置を追跡
するために引続き使用される。

【００７２】上記記載に基づくと、本発明は、広範囲の
仰角において衛星に送信し且つ衛星から受信することの
できる簡単且つ低価格の高利得アンテナシステムを提供
するものである。アンテナシステムは、移動する衛星を
追跡するために動く部分を必要とせず、替りに、受信機
の入力部や送信機の出力部に選択的にアンテナ素子を接
続する電子切替え装置を使用する。さらに、アンテナシ
ステムによって、通信信号を複数の衛星から同時に受信
したり、さらには前述のダイバーシチ受信モードの動作
で受信信号を合成することができる。また、１つの衛星
からの通信信号は、受信されて追跡されながらも、１つ
または複数の他の衛星からパイロット信号などの非通信
同期信号を受信する。

【００７３】上記記載のアンテナシステム及び構造は、
様々に変形されるものである。例えば、４つよりも多い
または少ないアンテナ素子７６が基礎構造体７２，７４
の各々に含まれる。例えば、干渉状態がアンテナ素子７
６で生じない限り、基準アンテナ素子８０を素子８０’
として図７に示すように基礎構造体７２に配置しても良
い。

【００７４】さらに、上述の（ＳＷ），（Ｖ），及び
（ＮＥ）追跡の例が、垂直アンテナ基礎構造体７２を直
接通過する衛星の場合（「頭上」または仰角が大きい場
合の通過）に行われる。しかしながら、仰角の低い衛星
の通過に対して、（Ｓ）及び（ＳＥ）対向基礎構造体な
どの基礎構造体７４の１つまたは複数のみが必要にな
る。他の衛星通過に対して、例えば衛星の仰角や方位角
に依存して、（ＳＷ），（Ｖ），（ＮＷ），及び（Ｎ）
基礎構造体７４に接続するアンテナ素子、または（Ｓ
Ｗ），（ＮＷ），（Ｎ），（ＮＥ）基礎構造体７４に接
続されたアンテナ素子を選択することができる。

【００７５】このように、本発明は、特に好ましい実施
例に関して示し説明したが、当業者においては、本発明
の請求項から逸脱すること無く形態や詳細を変化させる
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンテナシステムの好ましい実施例に
より構成されて動作される衛星通信システムの構成図で
ある。

【図２】図１に示すゲートウェイの構成図である。

【図３】図１に示す衛星の通信機器の構成図である。

【図４】図１に示す衛星から送信されるビームパターン
の一部を説明する図である。

【図５】衛星のテレメトリ機能と制御機能とを支援する
地上装置を示す構成図である。

【図６】図２のＣＤＭＡ２次システムを示す構成図であ
る。

【図７】本発明の好ましい固定アンテナ構造体の上面図
である。

【図８】図７の線分７−７に沿って切断されたアンテナ
構造体の断面図である。

【図９】本発明のアンテナシステムの構成図である。

【図１０】図９の高利得アンテナ部分の構成図である。

【図１１】図１０のピンダイオードスイッチマトリック
スの構成図である。

【図１２】本発明の固定アンテナシステムの天頂角
（度）と絶対利得（ｄＢｉ）との関係を説明するグラフ
である。

【図１３】図７のアンテナ基礎構造体７４の向きを説明
するときに役立つ衛星軌跡の一例を示す図である。

【図１４】図７のアンテナ構造体のさらなる実施例の上
面図である。

【図１５】受信信号強度がアンテナの選択と切り替えと
に使用される本発明のさらなる実施例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１２ 低地球軌道衛星 １２ａ，１２ｂ トランスポンダ １８ 地上局としてのゲートウェイ ６８ 端末 ７０ アンテナ構造体 ７２ 第１基礎構造体 ７４ 第２基礎構造体 ７６ アンテナ素子 ８２ 軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０４Ｂ 7/185

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々が端末の視界にある任意の時間に特
   定の仰角に向いている低地球軌道衛星の集合体の複数の
   衛星に端末を接続するアンテナシステムであって、 地表に垂直な軸に対して第１の角度に向いている主面を
   有する第１基礎構造体と、 前記第１基礎構造体の前記主面に対して第２の角度に配
   置されたローカル主面を各々が有する複数Ｎの第２基礎
   構造体であって、各々が前記ローカル主面から外側を向
   く法線を有し、主面から外側を向く前記法線は隣接する
   前記基礎構造体の外側を向く法線から前記軸の周囲に第
   ３の角度を向いており、外側を向く前記法線は前記軸か
   ら遠ざかる方向を向くように配置されている複数Ｎの第
   ２基礎構造体と、 前記第１基礎構造体によって且つ前記複数Ｎの第２基礎
   構造体によって保持される少なくとも１つのアンテナ素
   子と、からなり、 前記第１基礎構造体及び少なくともいくつかの前記複数
   Ｎの第２基礎構造体のアンテナ素子によって、前記低地
   球軌道衛星の仰角の範囲において少なくとも１つの低地
   球軌道衛星と前記端末との間でスペクトラム拡散通信を
   可能とすることを特徴とするアンテナシステム。
2. 【請求項２】 前記第１の角度はおよそ９０度であり、
   前記第２の角度はおよそ３０゜からおよそ６０゜の範囲
   であることを特徴とする請求項１記載のアンテナシステ
   ム。
3. 【請求項３】 前記第３の角度はおよそ６０゜であり、
   Ｎは６に等しいことを特徴とする請求項１記載のアンテ
   ナシステム。
4. 【請求項４】 前記第３の角度はおよそ４５゜であり、
   Ｎは８に等しいことを特徴とする請求項１記載のアンテ
   ナシステム。
5. 【請求項５】 前記基礎構造体の各々によって保持され
   る前記アンテナ素子の複数が存在し、 前記複数のアンテナ素子の各々は、対象の波長の関数で
   ある距離を介して離間配置されていることを特徴とする
   請求項１記載のアンテナシステム。
6. 【請求項６】 前記基礎構造体の各々によって保持され
   ている前記アンテナ素子の複数が存在し、 前記複数のアンテナ素子の各々は、対象の波長をλとす
   る場合、およそ０．５λからおよそ０．８λの範囲内の
   距離を介して離間配置されていることを特徴とする請求
   項１記載のアンテナシステム。
7. 【請求項７】 地表に垂直な軸に対して前記第１の角度
   を向いている少なくとも１つの基準アンテナ素子をさら
   に有することを特徴とする請求項１記載のアンテナシス
   テム。
8. 【請求項８】 前記第１基礎構造体は、ほぼ平坦な正多
   角形の形状を有し、前記第２基礎構造体の各々は前記第
   １基礎構造体の１の縁部に隣接する縁部を有することを
   特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
9. 【請求項９】 前記第１基礎構造体と前記複数Ｎの第２
   基礎構造体との一方に配置される少なくとも１つのアン
   テナ素子から受信した信号を選択的に出力する手段をさ
   らに有することを特徴とする請求項１記載のアンテナシ
   ステム。
10. 【請求項１０】 前記第１基礎構造体と前記複数Ｎの第
    ２基礎構造体との一方に配置される少なくとも１つのア
    ンテナ素子に信号を選択的に入力する手段をさらに有す
    ることを特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
11. 【請求項１１】 前記第１の角度はおよそ９０゜であ
    り、 前記複数Ｎの第２基礎構造体の各々は、北（Ｎ）、北東
    （ＮＥ）、南東（ＳＥ）、南（Ｓ）、南西（ＳＷ）、及
    び北西（ＮＷ）にほぼ面し、またはこれら方位角方向の
    一部に面するように配向されていることを特徴とする請
    求項１記載のアンテナシステム。
12. 【請求項１２】 少なくとも１つの地上局から複数の通
    信フィーダーリンクを受信する手段と受信した通信フィ
    ーダーリンクを地球上に位置する複数の端末に送信する
    手段とを各々が有する低地球軌道衛星の集合体と、 少なくとも１つの前記衛星に前記複数の通信フィーダー
    リンクを送信する手段と前記複数のフィーダーリンクを
    地球上に位置する通信システムに接続する手段とを含む
    少なくとも１つの地上局とからなり、複数の衛星の各々
    は１つの前記端末の視界にある任意の時間に特定の仰角
    に向いている通信システムであって、 前記端末は、 地表に垂直な軸に対して第１の角度を向いている主面を
    有する第１基礎構造体と、 前記第１基礎構造体の前記主面に対して第２の角度に配
    置されるローカル主面を各々が有する複数Ｎの第２基礎
    構造体であって、各々が前記ローカル主面から外側を向
    く法線を有し、前記外側を向く法線は隣接する前記基礎
    構造体の外側を向く法線から前記軸の周囲に第３の角度
    に向けられており、前記外側を向く法線は前記軸から離
    れる方向を向くように配置されている複数Ｎの第２基礎
    構造体と、 前記第１基礎構造体によってさらに前記複数Ｎの第２基
    礎構造体の各々によって保持される少なくとも１つのア
    ンテナ素子とからなり、 前記第１基礎構造体のアンテナ素子と少なくともいくつ
    かの前記複数Ｎの第２基礎構造体のアンテナ素子によっ
    て、前記低地球軌道衛星の仰角の範囲において前記端末
    と少なくとも１つの低地球軌道衛星との間にスペクトラ
    ム拡散通信を可能とすることを特徴とする通信システ
    ム。
13. 【請求項１３】 前記アンテナは、地表に垂直な前記軸
    に対して前記第１の角度に向いている少なくとも１つの
    基準アンテナ素子からなり、 前記端末は、前記複数のアンテナ素子と前記少なくとも
    １つの基準アンテナ素子とに接続される入力を有する多
    重フィンガスペクトラム拡散受信機をさらに含み、 前記受信機は、前記少なくとも１つの低地球軌道衛星か
    らの前記スペクトラム拡散通信を受信するために前記フ
    ィンガの１つを割り当て、さらに前記少なくとも１つの
    別の低地球軌道衛星から少なくとも１つの基準アンテナ
    素子を介して受信される同期信号を受信するために少な
    くとも１つの別の前記フィンガを割り当てる手段を含む
    ことを特徴とする請求項１２記載の通信システム。
14. 【請求項１４】 前記第１及び第２基礎構造体の一方に
    接続されたアンテナ素子の出力を前記アンテナの出力と
    して選択する手段をさらに有し、 前記選択手段は前記少なくとも１つの衛星の予想位置と
    前記第１及び第２基礎構造体で測定される受信信号強度
    との少なくとも一方に反応することを特徴とする請求項
    １２記載の通信システム。
15. 【請求項１５】 前記第１及び第２基礎構造体の一方に
    接続されたアンテナ素子の出力を前記アンテナの出力と
    して選択する手段をさらに有し、 前記選択手段は前記少なくとも１つの衛星の追跡方向と
    仰角との少なくとも一方に反応することを特徴とする請
    求項１２記載の通信システム。
16. 【請求項１６】 前記少なくとも１つの低地球軌道衛星
    から前記少なくとも１つの他の低地球軌道衛星に前記ス
    ペクトラム拡散通信の受信を切り替えるために、前記第
    １及び第２基礎構造体の一方に接続されたアンテナ素子
    の出力を前記アンテナの出力として選択する手段をさら
    に有することを特徴とする請求項１２記載の通信システ
    ム。
17. 【請求項１７】 前記第１の角度はおよそ９０゜であ
    り、 前記複数Ｎの第２基礎構造体の各々は、通常北（Ｎ）、
    北東（ＮＥ）、南東（ＳＥ）、南（Ｓ）、南西（Ｓ
    Ｗ）、及び北西（ＮＷ）に面するように、またはこれら
    の方位角方向のうちの一部と対向するように、配向され
    ていることを特徴とする請求項１２記載の通信システ
    ム。
18. 【請求項１８】 データリンクを介して前記少なくとも
    １つの地上局と双方向に接続される通信システム制御手
    段をさらに有することを特徴とする請求項１２記載の通
    信システム。
19. 【請求項１９】 前記少なくとも１つの地上局は、 前記スペクトラム拡散通信が端末でダイバーシチ受信モ
    ードで動作される予定であるか否かを判定し、前記スペ
    クトラム拡散通信が端末でダイバーシチ受信モードで動
    作される予定であれば、複数の前記低地球軌道衛星を介
    して同時に前記スペクトラム拡散通信を発送する手段を
    さらに有することを特徴とする請求項１２記載の通信シ
    ステム。
20. 【請求項２０】 各々が端末の視界にある任意の時間に
    特定の仰角に且つ特定の方位角に向けられている複数の
    低地球軌道衛星の少なくとも１つの衛星から通信を受信
    する端末を操作する方法であって、 仰角及び方位角の第１の範囲に対して、通信を受信する
    ためにアンテナ構造体のうち地表の法線である軸に対し
    て第１の角度に配置されている第１の部分を選択する行
    程と、 仰角及び方位角の第２の範囲に対して、通信を受信する
    ためにアンテナ構造体のうち地表の法線である軸に対し
    て第２の角度に配置されている第２の部分を選択する行
    程とを含むことを特徴とする方法。
21. 【請求項２１】 仰角及び方位角の第３の範囲に対し
    て、通信を受信するためにアンテナ構造体のうち地表の
    法線である軸に対して第１の角度に配置されている第３
    の部分を選択する行程をさらに有することを特徴とする
    請求項２０記載の方法。
22. 【請求項２２】 第１の角度はおよそ３０゜からおよそ
    ６０゜までの範囲にあり、第２の角度はおよそ３０゜か
    らおよそ６０゜までの範囲及びおよそ９０゜のいずれか
    一方であることを特徴とする請求項２０記載の方法。
23. 【請求項２３】 複数の衛星の少なくとも１つの他の衛
    星からの同期信号を受信する行程と前記同期信号を追跡
    する行程とを同時に実行することを特徴とする請求項２
    ０記載の方法。
24. 【請求項２４】 受信される通信はスペクトラム拡散通
    信であり、 受信及び追跡行程は、少なくとも１つの他の衛星によっ
    て送信される同期チャネルにロックする行程を含むこと
    を特徴とする請求項２３記載の方法。
25. 【請求項２５】 選択行程の各々は、衛星エフェメリス
    データを使用して少なくとも１つの衛星の位置を予想す
    ることを特徴とする請求項２０記載の方法。
26. 【請求項２６】 選択行程の各々は、少なくとも１つの
    衛星から受信される信号の大きさを使用することを特徴
    とする請求項２０記載の方法。
27. 【請求項２７】 各々が端末の視界にある任意の時間に
    特定の仰角及び特定の方位角に向けられている複数の低
    地球軌道衛星の少なくとも１つの衛星に通信を伝送する
    端末を操作する方法であって、 仰角及び方位角の第１の範囲に対して、通信を伝送する
    ために、アンテナ構造体のうち地表の法線である軸に対
    して第１の角度に配置されている第１の部分を選択する
    行程と、 仰角及び方位角の第２の範囲に対して、通信を伝送する
    ためにアンテナ構造体のうち地表の法線である軸に対し
    て第２の角度に配置されている第２の部分を選択する行
    程とを含むことを特徴とする方法。
28. 【請求項２８】 仰角の第３の範囲に対して、通信を伝
    送するために、アンテナ構造体のうち地表の法線である
    軸に対して第１の角度に配置されている第３の部分を選
    択する行程をさらに有することを特徴とする請求項２７
    記載の方法。
29. 【請求項２９】 第１の角度はおよそ３０゜からおよそ
    ６０゜までの範囲にあり、第２の角度はおよそ３０゜か
    らおよそ６０゜までの範囲及びおよそ９０゜のいずれか
    一方であることを特徴とする請求項２７記載の方法。
30. 【請求項３０】 選択行程の各々は、衛星エフェメリス
    データを使用して少なくとも１つの衛星の位置を予測す
    ることを特徴とする請求項２７記載の方法。
31. 【請求項３１】 選択行程の各々は、少なくとも１つの
    衛星から受信される信号の大きさを使用することを特徴
    とする請求項２７記載の方法。
32. 【請求項３２】 各々が端末の視界にある任意の時間に
    特定の仰角に且つ特定の方位角に向けられている複数の
    低地球軌道衛星の少なくとも１つの衛星から通信を受信
    する端末を操作する方法であって、 少なくとも１つの衛星の仰角及び方位角の第１の予測範
    囲に対して、通信を受信するために、アンテナ構造体の
    うち地表の法線となる軸に対して第１の角度に配置され
    た第１の部分を選択する行程と、 少なくとも１つの衛星の仰角及び方位角の第２の予測範
    囲に対して、通信を受信するために、アンテナ構造体の
    うち地表の法線となる軸に対して第２の角度に配置され
    た第２の部分を選択する行程とを有することを特徴とす
    る方法。
33. 【請求項３３】 第１の角度はおよそ３０゜からおよそ
    ６０゜までの範囲にあり、第２の角度はおよそ３０゜か
    らおよそ６０゜までの範囲及びおよそ９０゜のいずれか
    一方であることを特徴とする請求項３２記載の方法。
34. 【請求項３４】 各々が端末の視界にある任意の時間に
    特定の仰角に且つ特定の方位角に向けられている複数の
    低地球軌道衛星のすくなくとも１つの衛星から通信を受
    信する端末を操作する方法であって、 仰角及び方位角の範囲内に配置された衛星からの衛星伝
    送を受信するように各々が配向されている複数のアンテ
    ナの少なくとも１つを用いて少なくとも１つの衛星から
    受信される信号の信号強度を測定する行程を有し、仰角
    及び方位角の範囲の特定のもの同士は互いに重なり合っ
    ており、 測定された信号強度が所定のしきい値を上回る少なくと
    も１つの衛星の仰角及び方位角の第１の範囲に対して、
    通信を受信するために、地表の法線となる軸に対して第
    １の角度に向むけられている第１のアンテナを選択する
    行程と、 測定された信号強度が所定のしきい値を上回る少なくと
    も１つの衛星の仰角及び方位角の第２の範囲に対して、
    通信を受信するために、地表の法線となる軸に対して第
    ２の角度に向けられている第２のアンテナを選択する行
    程とからなることを特徴とする方法。
35. 【請求項３５】 第１の角度はおよそ３０゜からおよそ
    ６０゜までの範囲にあり、第２の角度はおよそ３０゜か
    らおよそ６０゜までの範囲及びおよそ９０゜のいずれか
    一方であることを特徴とする請求項３４記載の方法。