JPH1065593A

JPH1065593A - 静止衛星通信システムおよび方法

Info

Publication number: JPH1065593A
Application number: JP9150432A
Authority: JP
Inventors: Raymond Joseph Ing Leopold; レイモンド・ジョセフ・レオポルド; Dennis Paul Ing Diekelman; デニス・ポール・ダイケルマン
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-03-06
Also published as: GB2313743A; FR2749458B1; GB2313743B; FR2749458A1; GB9708373D0; US6226493B1; DE19720720A1

Abstract

(57)【要約】【課題】静止軌道スロット内のデータ搬送容量を増大
させることのできる方法および装置を提供する。【解決手段】静止衛星システム１０は、同一の地上経
路１８に沿って移動したり、共通軌道スロット３２内に
位置する静止衛星１６間のクロスリンク３０を用いて、
トラフィック搬送容量を増大させ、信号遅延を削減す
る。静止衛星１６は、緯度４０，４２の広い範囲内に品
質の高いカバレージを提供するために、実質的な傾斜角
を有することができる。また、軌道を楕円形にして、北
半球または南半球のどちらか一方に、ネットワーク容量
を集中させることができる。同位置衛星１７１〜１７４
に関しては、軌道摂動を導入して、介在衛星１７２，１
７３により起こるクロスリンク妨害を排除する。静止衛
星システムを配備および動作する方法により、ネットワ
ーク容量を改善７０８し、配信８０４，クロスリンク１
００８およびハンドオフ９０８を制御することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に衛星システムに
関し、さらに詳しくは、静止衛星を用いる衛星通信シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】静止
衛星（geosynchronous satellite）を維持する配置およ
び局は、国際規約により定められる。これらの規約で
は、静止衛星の地上経路は、許容ウィンドウ内すなわち
衛星に割り振られる「軌道スロット」内で赤道と交差す
ることが求められる。通常、各軌道スロットは、ある１
つ経度を中心としており、中心位置から０．０５ないし
０．０１度の経度と定義される。軌道スロットは、現在
は２度毎の経度を中心に配置される（すなわち地球の周
囲に１８０のスロットが存在する）。この間隔は、隣接
する軌道スロット内に位置する衛星から発射された信号
が互いに大きな干渉を行わないようにすることを助け
る。

【０００３】軌道スロットの利用可能性が有限であるた
めに、衛星設計者は、可能な限り最大のデータ搬送容量
を有する静止衛星を設計することを求められる。静止衛
星の容量は、通常は衛星の寸法に比例し、現在の先端技
術により制約を受ける。従来技術による大型の静止衛星
は、軌道内に構築および配置するには高価である。費用
の点から、寸法が小さかったり旧式な技術のためにトラ
フィック搬送容量が小さすぎる静止衛星を頻繁に交換す
ることは実用的とはいえない。

【０００４】従来技術のシステムにおいては、１つの軌
道スロット内に複数の静止衛星を配置して、スロット内
のシステムのトラフィック搬送容量を増大することが行
われるものもある。これを同位置配置（co-positioning
またはco-location ）と呼ぶ。たとえば、複数の静止ア
ストラ衛星は、東経１９．２度を中心にした軌道スロッ
ト内で動作される。米国特許第５，５０６，７８０号
（Montenbruck 他）も、多重同位置衛星を含む静止衛星
システムを開示する。ここで用いる２つの同位置衛星と
は、その２つの衛星間に他の衛星がない場合は互いに
「隣接する」ものと見なされる。つまり、他の衛星がそ
の２つの衛星間に位置する場合、２つの衛星は「非隣接
状態」となる。２つの同位置衛星の間に位置する衛星
を、ここでは「介在(intervening) 」衛星と呼ぶ。

【０００５】異なる静止衛星の重複しないカバレージ・
エリア内に位置する２つの地上通信装置の間で通信を行
うためには、信号は第１衛星まで上げられ、次に両方の
衛星の視野内にある地上局に下げられ、それから第２衛
星に上げられ、最後にもう一方の装置に下げられる。こ
の１つの衛星からアップダウンする経路を、「ベント・
パイプ(bent pipe) 」と呼ぶ。

【０００６】ベント・パイプ・リンクを用いると、衛星
群と地上通信装置との間の距離により、大きな信号遅延
を招く。静止衛星と地表との間に大きな距離があるため
に、地球の赤道付近から発射された無線信号には、約１
２０ミリ秒（ms）の時間的遅延が起こる。従来技術のシ
ステムにおいては、無線信号はスペクトルの他の部分に
変換され（すなわち干渉を回避するために）、信号の宛
先に送信される。そのため、信号には少なくとも合計２
４０msの遅延が起こる。信号を複数のベント・パイプ静
止リンクを介して送信しなければならない場合は、幾何
級数的に倍増する。

【０００７】より高緯度に位置する地上装置から発射さ
れた信号は、赤道外の点と静止衛星との間の距離が、赤
道付近の点と赤道との間の距離よりも大きくなるので、
時間的遅延ははるかに長くなる。ベント・パイプ・リン
クに固有の遅延のために、静止衛星間の直接的通信リン
クが望ましいものになる。

【０００８】しかし、隣接しない同位置静止衛星間の狭
ビーム直接リンクは、介在衛星が非隣接リンク間の見通
し線を妨害して、リンクを破壊するので、従来技術のシ
ステムにおいては可能でない。

【０００９】時間的遅延の増大の他にも、非赤道信号で
は、地球の湾曲，増大する大気の問題および装置と静止
衛星との間の見通し線に沿って位置する地上障害物によ
り、信号品質が低下する。実際に、ある緯度の上方で
は、地上設備が従来技術による静止衛星とは通信するこ
とができない。基本的に、静止衛星のカバレージ・エリ
アは、赤道付近の地域に比較的固定される。トラフィッ
ク需要の最も大きい地域が赤道と一致しないので、この
ような制約があることは不運である。

【００１０】必要とされるのは、特定の静止軌道スロッ
ト内のデータ搬送容量を、需要に応じて、また先端技術
と組み合わせて増大させることのできる方法および装置
である。さらに、非隣接同位置静止衛星が介在衛星から
の妨害を受けずに、互いに直接的に通信することができ
るようにして、同位置静止衛星に対する信号遅延を小さ
くする方法および装置が必要である。また、高緯度に位
置して、静止衛星を利用して通信する地上装置のための
信号品質を高めながら、信号遅延を小さくする方法およ
び装置が必要である。さらに、現在のところ静止衛星サ
ービスを受けることのできない高緯度にある地上装置を
含めるように、静止衛星システムのカバレージ・エリア
を大きくする方法および装置も必要である。また、静止
衛星容量を非赤道地域に選択的に提供する方法および装
置も必要である。さらに、静止衛星を用いて地球全体の
通信カバレージを提供する方法および装置が必要であ
る。

【００１１】

【実施例】本発明の方法および装置により、特定の静止
軌道スロット内のデータ搬送容量を、需要に応じて、ま
た先端技術と組み合わせて増大させることができる。本
発明の方法および装置は、非隣接同位置静止衛星が介在
衛星からの妨害を受けずに、互いに直接的に通信するこ
とができるようにして、同位置静止衛星に対する信号遅
延を小さくする。また、本発明の方法および装置は、高
緯度に位置し、静止衛星を利用して通信する地上装置の
ための信号品質を高めながら、信号遅延を小さくするこ
とも行う。さらに、本発明の方法および装置は、現在の
ところ静止衛星サービスを受けることのできない高緯度
にある地上装置を含めるように、静止衛星システムのカ
バレージ・エリアを大きくする。また、本発明の方法お
よび装置は、静止衛星容量を非赤道地域に選択的に提供
する。さらに、本発明の方法および装置は、静止衛星を
用いて地球全体の通信カバレージを提供する。

【００１２】本発明の方法および装置を以下に詳細に説
明する。簡単に述べると、上記に列記した本発明の利点
は、共通地上経路に沿って複数の静止衛星を同位置に配
置し、衛星間にクロスリンクを提供することにより達成
される。静止衛星間のクロスリンクは、衛星間のネット
ワーク容量を有するシステムを提供し、信号遅延を小さ
くする。また、共通地上経路に沿って追加の衛星を配備
することにより、ネットワークのデータ搬送容量を需要
に比例して増大させることができる。

【００１３】同位置静止衛星間にクロスリンクを設け、
選択された同位置衛星の軌道に意図的に小さな摂動を導
入することにより、介在衛星から妨害を受けずにこれら
の衛星を維持することによっても利点が得られる。

【００１４】高緯度にある地上装置に関しては、赤道に
対して傾斜された軌道を有する多重静止衛星を設けるこ
とにより信号遅延を小さくする。これにより、各衛星が
その地上経路内でより高い緯度に到達し、それによって
高緯度装置間での距離を小さくする。また、傾斜軌道に
より、静止衛星は、従来技術のシステムからはサービス
を受けることのできなかった緯度にある地上装置にサー
ビスを提供することができるようになる。傾斜軌道を偏
心させることにより非赤道地域（すなわち北半球または
南半球）で、増大したネットワーク容量を調節すること
ができる。異なる軌道スロット内に位置する多重静止衛
星ネットワークをリンクすることによって、地球規模の
カバレージが得られる。

【００１５】図１は、本発明の好適な実施例による多重
衛星１６を利用する静止衛星ネットワーク１０を示す。
ネットワーク１０は、衛星１６の地上経路１８が赤道１
４に関して対称になるように、地球１２の軌道を周回す
る衛星１６を備える。

【００１６】衛星１６は、その地上経路１８が共通軌道
スロット３２内で赤道と交差する静止衛星である。好適
な実施例においては、衛星１６は、公称値（たとえば数
度未満）より大きな傾斜角を有するので、衛星１６は従
来技術による静止衛星が到達した緯度よりはるかに高い
緯度に到達することができる。このような傾斜軌道を用
いることにより、静止衛星は地表のより高緯度の位置の
通信範囲に出入りすることになる。図１は、衛星１６の
地上経路１８が、緯度４０〜４２の範囲内の緯度に到達
することができることを示す。

【００１７】好適な実施例においては、各衛星１６の軌
道は、同じ角度に傾斜する。代替の実施例においては、
衛星１６の軌道は異なる角度に傾斜することもあり、こ
の場合は異なる地上経路に従う衛星となるが、各地上経
路は同一の軌道スロット内で赤道と交差する。

【００１８】好適な実施例においては、衛星１６は、ほ
ぼ同一の地上経路１８をたどる軌道内に配置される。衛
星１６が地上経路１８に沿った種々の地点に分配される
ように、衛星１６はその軌道内で位相が調整される。あ
る実施例においては、衛星１６はその軌道内で等分に位
相が分割される。すなわち、衛星１６は衛星１６の数で
３６０度を除算した値だけ、互いに位相が隔てられる。
図１のように５つの衛星がある場合、衛星１６は３６０
／５度すなわち７２度互いに位相が隔てられる。このた
め、各衛星１６の上昇ノードの赤経は、７２度に分割さ
れる。

【００１９】代替の実施例においては、衛星１６は等し
い位相に分割する必要はない。たとえば、トラフィック
需要の増大のために、ネットワーク１０のトラフィック
搬送容量を増大させる必要がある場合、衛星を追加し、
それらも地上経路１８を有する軌道内に配備することも
できる。追加された衛星の各々を、地上経路１８に沿っ
た任意の地点に置く位相に配備することができる。配備
に際して、または追加の衛星がネットワーク１０に加え
られる場合に、衛星１６を等しい位相に置く物理的な要
件は存在しない。

【００２０】衛星の位相が不均等に配置されると、通信
網全体を通して、不均一で時間に依存するトラフィック
搬送容量を生むことがある。このような不均一な容量を
時間的に制御して、特定の領域の特定の現地時間におい
て、より多くのあるいはより少ない容量を提供すること
もできる。たとえば、他の衛星に関して等しく位相が調
整されないネットワークに新しい衛星を追加する場合、
新衛星が位置する地上経路内の地点範囲の領域では、よ
り多くの容量がネットワークに追加される。特定の時刻
に需要の高くなる地域に容量を増大して提供するよう
に、地上経路に沿った新衛星の位置を計画することもで
きる。

【００２１】好適な実施例においては、衛星１６はクロ
スリンク３０を介して互いに通信する。クロスリンク３
０は、無線周波数（RF）リンク，光学リンクまたはレー
ザ・リンクとすることができる。クロスリンク３０は、
同じ軌道スロット内に位置し、互いに通信範囲内にある
任意の２つの衛星１６の間に開設することができる。他
の好適な実施例においては、「クロススロット(cross-s
lot)」リンク（図示せず）を、ある軌道スロット３２内
に位置する衛星１６と、別の軌道スロット（図示せず）
内に位置する、あるいは非静止軌道内に位置する衛星
（図示せず）との間に開設することもできる。クロスリ
ンク３０とクロススロット・リンクとを組み合わせるこ
とにより、ネットワーク１０は地球全体の通信カバレー
ジを提供することができる。たとえば、ネットワーク１
０を、クロスリンク３０およびクロススロット・リンク
によりリンクされた静止衛星と非静止衛星との任意の組
み合わせを用いるより大きなハイブリッド・システムの
一部とすることもできる。各衛星１６は、それに伴うカ
バレージ・エリア２０を有し、この中で衛星１６は地表
１２またはその付近に位置する装置と通信することがで
きる。衛星１６は、地上局２２および通信ユニット２４
などの地上装置とダウンリンク２６，２８をそれぞれ介
して通信する。リンク２６，２８は、たとえばRF，光学
および／またはレーザ・リンクとすることができ、同一
のあるいは異なるスペクトル帯域を用いることができ
る。

【００２２】地上局２２は、たとえば制御設備または切
換ゲートウェイ設備とすることができる。制御設備は、
ネットワーク制御機能を実行し、図７に関してより詳細
に説明される。ゲートウェイは、衛星１６がたとえば地
上陸上回線またはセルラ通信網またはその他の衛星ネッ
トワークなどの１つ以上の異なるネットワーク（図示せ
ず）とメッセージを交換することを可能にする。ゲート
ウェイは、図８に関してより詳細に説明される。

【００２３】通信ユニット２４は、たとえばセルラ電
話，無線機，ページャまたは衛星１６と単信および／ま
たは複信通信を行うことができるデータ送受信装置（た
とえばビデオ・データ・トランシーバ）とすることがで
きる。通信ユニット２４は、図９に関して説明されるよ
うに、１つ以上の可動パラボラアンテナ（アンテナ・デ
ィッシュ）を用いて衛星１６を追跡することができる。
あるいは、通信ユニット２４は、衛星１６を追跡する必
要のない全方向性アンテナを用いることもできる。

【００２４】図１では５つの衛星１６を示すが、本発明
の利点を実現するためには、２つまで減らした場合を含
めて、使用する衛星の数をより多くすることも少なくす
ることもできる。好適な実施例においては、ネットワー
ク１０（特に衛星の数が少ない場合は）においては奇数
個の衛星が用いられ、同位相の衛星１６が同時に赤道を
横切らないようにする。これにより、赤道上で衛星が衝
突する可能性がなくなる。しかし、衝突を回避しダウン
リンク干渉の問題が解決されれば、ネットワーク１０
は、偶数個の衛星を用いることもできる。１つの静止衛
星により得られるカバレージ・エリアよりも実質的に大
きなカバレージ・エリアを得るために、３つまで減らし
てもよいことが分かっている。５つ以上の静止衛星を用
いるネットワークは、優れたカバレージを提供すること
が分かっている。

【００２５】図２は、本発明の好適な実施例による傾斜
楕円軌道内に多重衛星１１６を利用する静止衛星ネット
ワーク１００を示す。ネットワーク１００は、衛星群１
１６を備え、衛星１１６は、衛星１１６の地上経路１１
８が赤道１４に関して非対称になるよう地球１２の軌道
を周回する。図２は、５つの衛星１１６を示すが、２つ
まで減らした場合を含めて、使用する衛星の数をより多
くすることも少なくすることもできる。

【００２６】好適な実施例においては、衛星１１６は公
称値より大きな傾斜角を有する静止衛星であり、衛星１
１６は従来技術による静止衛星が到達できるよりはるか
に高い緯度に到達することができる。好適な実施例にお
いては、各衛星１１６の軌道は同じ角度に傾斜する。代
替の実施例においては、衛星１１６の軌道は異なる角度
に傾斜することもあり、この場合は衛星は異なる地上経
路をたどる。

【００２７】好適な実施例においては、衛星１１６は、
衛星１１６がほぼ同一の地上経路１１８をたどる軌道内
に位置する。図１に関して説明されるネットワークと同
様に、衛星１１６が地上経路１１８に沿った種々の地点
に分配されるように、衛星１１６はその軌道内で位相が
調整される。衛星１１６は、その軌道内で等分に、ある
いは不均一な位相に分割される。

【００２８】各衛星１１６は、それに伴うカバレージ・
エリア１２０を有し、この中で衛星１１６は地表１２ま
たはその付近に位置する装置と通信することができる。
衛星１１６は、地上局１２２および通信ユニット１２４
などの地上装置とダウンリンク１２６，１２８をそれぞ
れ介して通信する。リンク１２６，１２８は、たとえば
RF，光学および／またはレーザ・リンクとすることがで
き、同一のあるいは異なるスペクトル帯域を用いること
ができる。地上局１２２および通信ユニット１２４は、
図１に関して説明される。

【００２９】地上経路１１８は、衛星１１６の軌道が楕
円形であるために、滴形のパターン(tear drop patter
n) を形成する。地上経路１１８の形状により、ネット
ワーク１００は北半球または南半球のどちらかで、より
大きなカバレージを提供することが可能になる。図２に
示されるように、３つの衛星が赤道１４より上の緯度に
同時に位置し、２つの衛星１１６が赤道より下の緯度に
位置する。また、赤道１４より上に位置する衛星は空間
的により近くに位置して、そのカバレージ・エリア１２
０が実質的に重複するようになる。従って、地上装置１
２６，１２８は、北半球に位置する３つの衛星１１６の
どれを用いても通信することができる。多重衛星１１６
によりサービスを受ける地域では、トラフィック搬送容
量を大きくして、より大きなトラフィック需要に対応す
ることができる。

【００３０】図示された構造により、ネットワーク１０
０は、そのトラフィック搬送容量を北半球に集中するこ
とができる。方位の異なる楕円軌道を用いることによ
り、ネットワーク１００はそのトラフィック搬送容量を
南半球に集中させることもできる。

【００３１】好適な実施例においては、衛星１１６はク
ロスリンク１３０を介して互いに通信する。クロスリン
ク１３０は、無線周波数（RF）リンク，光学リンクまた
はレーザ・リンクとすることができる。クロスリンク１
３０は、同じ地上経路をたどり、互いに通信範囲内にあ
る任意の２つの衛星１１６の間に開設することができ
る。他の好適な実施例においては、「クロススロット」
リンク（図示せず）を、ある地上経路１１８をたどる衛
星１１６と、非静止軌道内の衛星を含めて異なる地上経
路をたどる衛星（図示せず）との間に開設することもで
きる。ネットワーク１００を、クロスリンク１３０とク
ロススロット・リンクによりリンクされた静止衛星と非
静止衛星との任意の組み合わせを用いるより大きなハイ
ブリッド・システムの一部とすることもできる。

【００３２】楕円静止衛星軌道は、米国特許第４，９４
３，８０８号（Dulck 他）に開示される。Dulck のシス
テムにおいては、１つの静止衛星が、楕円軌道により定
義される実質的に三角形のカバレージ・エリア内にカバ
レージを提供する。他の衛星を用いて、異なる地域にカ
バレージを提供することもできる。Dulck のシステム
は、特定の地域をカバーするために多重衛星を用いるこ
とも、衛星間のクロスリンクを用いることもない。従っ
て、Dulck のシステムは、ネットワーク容量を適応的に
増大させることも、ベント・パイプ・システムに固有の
信号遅延を削減することもできない。

【００３３】図３は、本発明の好適な実施例による多重
同位置衛星１５１〜１５４を利用する静止衛星ネットワ
ーク１４０を示す。衛星１５１〜１５４は、地球１２の
周囲の軌道１５０内に分散され、規定許容値ウィンドウ
を表す軌道スロット１５６内の同位置に配置される。図
３では４つの衛星１５１〜１５４が図示されるが、２つ
まで減らした場合を含めて、使用する衛星の数を多くす
ることも少なくすることもできる。

【００３４】衛星１５１〜１５４は、軌道スロット１５
６内にとどまらなければならないので、衛星１５１〜１
５４間の角距は非常に小さい（たとえば数百分の１
度）。衛星１５１〜１５４は円形軌道に沿って分散され
るが、互いに近接するためにその方位はほぼ同一線上に
ある。

【００３５】隣接衛星１５１〜１５４間のクロスリンク
により、ネットワーク１４０は、ネットワーク機能を有
することができ、さらにベント・パイプ・リンクに固有
の遅延を削減することができる。しかし、衛星１５１〜
１５４のほぼ同一直線状の方位のために、非隣接衛星間
で、クロスリンク特に狭帯域クロスリンクの開設および
維持が困難になる。たとえば、非隣接衛星１５１と１５
３との間に狭帯域クロスリンクを開設しようとする場
合、介在衛星１５２がクロスリンクを妨害しやすい。図
４および図５は、非隣接衛星間の妨害されるクロスリン
クの問題を克服するネットワーク構造を示す。

【００３６】図４は、本発明の好適な実施例による摂動
軌道にある多重同位置衛星１７１〜１７４を利用する静
止衛星ネットワーク１６０を示す。図３と同様に、衛星
１７１〜１７４は、地球周囲の軌道１７０内に分散さ
れ、軌道スロット内の同位置に配置される。しかし、衛
星１７２，１７３の軌道は、クロスリンクが妨害される
問題をなくするために意図的に多少摂動される。

【００３７】衛星１７２は、反時計方向１７７で地上経
路１７６をたどるよう図示される。衛星１７３は、時計
方向１７９に地上経路１７８をたどるよう図示される。
衛星１７２，１７３がその軌道において適切に位相が調
整されると、非隣接衛星１７１，１７３間のクロスリン
クは介在衛星１７２の妨害を受けない。

【００３８】図４に示される軌道摂動を行うために、衛
星１７２，１７３の軌道に小さい傾斜角（たとえば０．
０４度）と偏心距離（たとえば０．００００５）とが加
えられた。さらに、衛星１７２，１７３に関する近地点
引き数（argument of perigee ）は、反対方向に回転す
る楕円地上経路を得るために、２７０度および９０度の
値に調整された。最後に、衛星１７２，１７３をその軌
道内で互いに変位させるために位相シフトが導入され
た。

【００３９】代替の実施例においては、異なる組み合わ
せの摂動を用いて、衛星１７２，１７３の軌道に影響を
与えたり、衛星１７２，１７３以外の衛星に摂動を与え
て、非隣接衛星間の妨害をなくするのと同じ効果を得る
こともできる。たとえば、衛星１７２，１７３ではなく
衛星１７１，１７３に摂動を与えることもできる。本発
明の範囲は、異なる組み合わせの摂動および変動する数
の同位置衛星を含めるものである。

【００４０】図５は、本発明の代替の実施例による摂動
軌道内の多重同位置衛星１８１〜１８４を利用する静止
衛星ネットワーク１９０を示す。図３と同様に、衛星１
８１〜１８４は、地球周囲の軌道１８０内に分散され、
軌道スロット内の同位置に配置される。しかし、衛星１
８２，１８３の軌道は、クロスリンクが妨害される問題
をなくするために意図的に多少摂動される。

【００４１】衛星１８２，１８３は、８の字形のパター
ンを形成する地上経路１８６，１８８をそれぞれたどる
よう図示される。衛星１８２，１８３がその軌道におい
て適切に位相が調整されると、非隣接衛星１８１，１８
３間のクロスリンクは介在衛星１８２の妨害を受けな
い。

【００４２】図４に示されるネットワークと同様に、図
５に示される軌道摂動を行うために、衛星１８２，１８
３の軌道に小さい傾斜角が加えられた。しかし、地上経
路１８６，１８８は、楕円ではなく８の字形を形成す
る。これは、衛星１８２，１８３に関する近地点引き数
が、０度および１８０度の対向値に調整され、軌道の偏
心距離が０であるためである。最後に、衛星１８２，１
８３をその軌道内で互いに変位させるために位相シフト
が導入された。

【００４３】代替の実施例においては、異なる組み合わ
せの摂動を用いて、衛星１８２，１８３の軌道に影響を
与えたり、衛星１８２，１８３以外の衛星に摂動を与え
て、非隣接衛星間の妨害をなくするのと同じ効果を得る
こともできる。

【００４４】図６は、本発明の好適な実施例による静止
衛星２００（たとえば図１および図２の衛星１６，１１
６）のブロック図を示す。静止衛星２００は、地上装置
と衛星との間でデータを交換するために用いられる。好
適な実施例においては、静止衛星２００は、プロセッサ
２０２および少なくとも１つのクロスリンク・トランシ
ーバ２０４，２０６，２０８を備える。地上装置と通信
する静止衛星に関しては、衛星２００はダウンリンク・
トランシーバ２１０も備える。

【００４５】静止衛星２００は、クロスリンク・トラン
シーバ２０４，２０６，２０８を介して、少なくとも１
つの他の静止衛星からデータを受信する。好適な実施例
においては、他の衛星は、衛星２００と共通の地上経路
に沿って（たとえば共通軌道スロット内に）位置する
が、静止衛星２００は異なる地上経路に沿って位置する
他の静止衛星または非静止軌道にある衛星とのクロスス
ロット・リンクを維持することもできる。

【００４６】前述のように、クロスリンクは、２つの衛
星間のRFリンク，光学リンクまたはレーザ通信リンクと
することができる。好適な実施例においては、静止衛星
２００は、複数の他の衛星が通信範囲内にあるときは、
多重クロスリンクを維持することができる。ただし、静
止衛星２００が１つのクロスリンク・トランシーバ２０
４との単独のクロスリンクだけに対応することができれ
ば、本発明の利点を得ることはできる。

【００４７】プロセッサ２０２はクロスリンク・トラン
シーバ２０４，２０６，２０８とダウンリンク・トラン
シーバ２１０を制御し、さらにクロスリンクおよびダウ
ンリンク上に受信されるデータの配信を制御するために
用いられる。プロセッサ２０２の機能は、図１２に関し
て詳細に説明する。

【００４８】好適な実施例においては、特定のネットワ
ークの各静止衛星は、少なくとも１つのダウンリンク・
トランシーバ２１０を介して少なくとも１つのダウンリ
ンクを維持することができる。代替の実施例において
は、静止衛星がクロスリンク・データの配信のみに用い
られて、ダウンリンク・トランシーバ２１０を必要とし
ない場合もある。

【００４９】ダウンリンク・トランシーバ２１０は、た
とえば制御設備，切換ゲートウェイまたは通信ユニット
などの地上装置とデータを交換するために用いられる。
たとえば、制御設備と通信するため、また通信ユニット
と通信するためには異なる種類のダウンリンク・トラン
シーバ２１０が必要になることもある。

【００５０】図７は、本発明の好適な実施例による制御
設備３００のブロック図を示す。制御設備３００は、静
止衛星ネットワークの動作を制御するために用いられ
る。好適な実施例においては、制御設備３００は、プロ
セッサ３０２とダウンリンク・トランシーバ３０４とを
備える。

【００５１】ダウンリンク・トランシーバ３０４は、衛
星とのデータの送受信に用いられる。被受信データは、
たとえば、制御設備３００がネットワークの状態を監視
することを可能にする遠隔測定および／または位置デー
タとすることができる。制御設備３００は、ダウンリン
ク・トランシーバ３０４を介して衛星に制御情報を送る
ことも行う。

【００５２】制御情報は、プロセッサ３０２により生成
される。好適な実施例においては、プロセッサ３０２
は、静止衛星が通信範囲に入るリンク・セットアップ時
刻を決定し、衛星トランシーバの指示角を計算し、クロ
スリンクがリンク・セットアップ時刻に開設できるよう
に衛星に制御情報を送ることにより、クロスリンクの形
成を制御する。この手順は、図１４に関してさらに詳細
に説明する。代替の実施例においては、これらの計算お
よび制御機能の一部または全部を、制御設備３００では
なく衛星により実行することもできる。

【００５３】好適な実施例においては、制御設備３００
は、メモリ装置３０６も備えるが、これは本発明にとっ
て重要なことではない。メモリ装置３０６は、ネットワ
ークの制御に有用な軌道および遠隔測定データなどの衛
星に関わる情報を記憶するために用いることが望まし
い。

【００５４】図８は、本発明の好適な実施例によるゲー
トウェイ４００のブロック図である。ゲートウェイ４０
０は、静止衛星ネットワークと他のネットワークとの間
の切換インタフェ−スとして用いられる。好適な実施例
においては、ゲートウェイ４００は、プロセッサ４０２
と、ダウンリンク・トランシーバ４０４と、少なくとも
１つの１つの外部ネットワーク・インタフェ−ス４０
６，４０８，４１０とを備える。

【００５５】ダウンリンク・トランシーバ４０４は、衛
星とのデータの送受信に用いられる。ダウンリンク・ト
ランシーバ４０４により送受信されるデータには、通
常、トラフィック関連データが含まれるが、制御データ
も交換することができる。トラフィック関連データに
は、たとえば、音声，データ，呼セットアップ／分解情
報，課金，登録および遠隔測定情報が含まれる。ダウン
リンク・トランシーバ４０４を介して衛星から受信され
たデータは、プロセッサ４０２により、ネットワーク・
インタフェ−ス４０６，４０８，４１０に配信される。

【００５６】ネットワーク・インタフェ−ス４０６，４
０８，４１０は、ゲートウェイ４００を、たとえば地上
ハード配線ネットワーク，地上セルラ・ネットワークま
たはその他の衛星ネットワークなどの他のネットワーク
とインタフェ−スする。ゲートウェイ４００は、単独の
または複数の他のネットワークとインタフェ−スするこ
とができる。

【００５７】好適な実施例においては、ゲートウェイ４
００は、メモリ装置４１２を備えることもあるが、本発
明にとってこれは重要ではない。メモリ装置４１２は、
システム・ユーザに関する情報（たとえば登録，ホーム
・ゲートウェイおよび／または課金情報）と、配信プロ
セスを実行するために用いられる情報も記憶するために
用いられることが望ましい。

【００５８】図９は、本発明の好適な実施例による衛星
通信装置５００のブロック図である。衛星通信装置５０
０は、静止衛星ネットワークとの情報の受信および送信
に用いられる。好適な実施例においては、衛星通信装置
５００は、少なくとも２つの衛星パラボラアンテナ５０
４，５０８と、少なくとも２つのパラボラアンテナ方位
装置５０６，５１０と、プロセッサ５０２と、少なくと
も１つのダウンリンク・トランシーバ５１２とを備え
る。代替の実施例においては、衛星通信装置５００は、
１つの衛星パラボラアンテナ５０４とパラボラアンテナ
方位装置５０６を有することも、あるいは、単独のパラ
ボラアンテナ方位装置５０６を用いて複数の衛星パラボ
ラアンテナ５０４，５０８の方位を制御する場合もあ
る。

【００５９】プロセッサ５０２は、ダウンリンク・トラ
ンシーバ５１２とパラボラアンテナ方位装置５０６，５
０８を制御するために用いられる。ダウンリンク・トラ
ンシーバ５１２は、衛星パラボラアンテナ５０４，５０
８が収集したデータ・パケットを受信し、衛星パラボラ
アンテナ５０４，５０８を介して衛星にデータ・パケッ
トを送信する。

【００６０】衛星通信装置５００は、複信装置でも、信
号の送信または受信しかできない単信装置でもよい。衛
星通信装置５００が複信装置の場合は、ダウンリンク・
トランシーバ５１２は送信機および受信機を備える。衛
星通信装置５００が送信しかすることのできない単信装
置の場合は、ダウンリンク・トランシーバ５１２は送信
機のみを備える。同様に、衛星通信装置５００が受信し
かすることのできない単信装置の場合は、ダウンリンク
・トランシーバ５１２は受信機のみを備える。衛星パラ
ボラアンテナ５０４，５０８はアンテナを備え、静止衛
星からの信号の収集と、静止衛星への信号の送付との両
方を行うために用いられる。パラボラアンテナ方位装置
５０６，５０８は、衛星パラボラアンテナ５０４，５０
８を静止衛星に向けるために用いられる。前述のよう
に、好適な実施例においては、ネットワークの静止衛星
は、地上の指向性受信機の方位再設定を必要とする地上
経路をたどる。

【００６１】好適な実施例においては、衛星通信装置５
００が静止衛星間でブレーク前ハンドオフ（make-befor
e-break handoff ）を実行することができるように、複
数の衛星パラボラアンテナ５０４，５０８があることが
望ましい。衛星パラボラアンテナ５０４は、第１静止衛
星とのリンクを開設し、その衛星が軌道内を移動すると
それを追跡する。結局は、第１静止衛星は衛星通信装置
５００の通信範囲外に出ることができる。その前に、衛
星通信装置５００は、衛星パラボラアンテナ５０６を用
いて第２静止衛星と別のリンクを開設することとができ
るようにすることが望ましい。このハンドオフ手順は、
図１３に関して、より詳細に説明する。図１０は、本発
明の好適な実施例によるワイヤレス通信ユニット６００
のブロック図である。通信ユニット６００は、静止衛星
ネットワークとの情報の受信および送信に用いられる。
好適な実施例においては、通信ユニット６００は、プロ
セッサ６０２と、ダウンリンク・トランシーバ６０４
と、ユーザ・インタフェ−ス６０６とを備える。

【００６２】通信ユニット６００は、通信ユニット６０
０がダウンリンク・トランシーバ６０４を介して、衛星
パラボラアンテナを用いずに静止衛星との信号の受信お
よび／または送信を行うことができる点が、衛星通信装
置５００（図９）とは異なる。通信ユニット６００は、
複信装置であっても、信号の送信または受信しか行うこ
とのできない単信装置でもよい。通信ユニット６００が
複信装置の場合は、ダウンリンク・トランシーバ６０４
は送信機および受信機を備える。通信ユニット６００が
送信しかすることのできない単信装置の場合は、ダウン
リンク・トランシーバ６０４は送信機のみを備える。同
様に、通信ユニット６００が受信しかすることのできな
い単信装置の場合は、ダウンリンク・トランシーバ６０
４は受信機のみを備える。

【００６３】図１１は、本発明の好適な実施例により静
止衛星ネットワークを配備する方法を示す。本方法は、
ステップ７０２で、少なくとも１つの初期衛星を共通地
上経路に沿った静止軌道内に配備することにより開始さ
れる。静止軌道の特性は、ネットワークが採用する構造
の種類に依存する。ネットワーク構造の例は、図１ない
し図５に関して説明される。

【００６４】ステップ７０４でトラフィック需要が評価
される。この評価は、たとえば、衛星および／またはゲ
ートウェイから受信された、ネットワークが処理するト
ラフィック量を示す遠隔測定情報に基づいて実行するこ
とができる。

【００６５】ステップ７０６で、トラフィック需要がネ
ットワークのトラフィック搬送容量に近づくか否か（た
とえば、需要が容量値にあるか、その付近にあるか、あ
るいは容量を超えてしまったか）が判断される。トラフ
ィック搬送容量に近づかない場合は、手順は図１１に示
されるよう反復される。

【００６６】トラフィック需要がトラフィック搬送容量
に近づく場合、ステップ７０８が実行され、これによっ
て、共通地上経路に沿って追加の衛星が配備される。衛
星を追加することにより、ネットワークはそのトラフィ
ック搬送容量を増大することができる。次にこの手順
は、図１１に示されるように反復される。

【００６７】配備が終わると、共通地上経路に沿った衛
星は、クロスリンクを利用して、データを互いの間で配
信する。図１２は、本発明の好適な実施例により静止衛
星ネットワークを介して情報を配信する方法を示す。本
方法は、ステップ８０２で、衛星がデータ・パケットを
受信すると開始される。ステップ８０４で、衛星はデー
タ・パケットに関わる配信情報を評価する。

【００６８】ステップ８０６で、配信情報に基づき、デ
ータ・パケットを共通地上経路に沿った宛先衛星に配信
すべきか否かが判断される。配信すべき場合は、データ
・パケットは受信衛星と宛先衛星との間のクロスリンク
を介して宛先衛星に送付される。

【００６９】好適な実施例においては、ステップ８０６
で、データ・パケットを共通軌道経路に位置する衛星に
送付すべきでないと指示されると、ステップ８１０で、
データ・パケットを異なる軌道経路に位置する宛先衛星
か、非静止の宛先衛星に配信すべきかが判断される。配
信すべきと判断されると、ステップ８１２で、データ・
パケットは共通地上経路に沿って位置しない宛先衛星に
送付される。そうでない場合は、宛先パケットは、ステ
ップ８１４で、適切なダウンリンクを介して、地上の宛
先装置に送付される。手順はここで終わる。

【００７０】ステップ８１０，８１２は、静止衛星（た
とえば図１ないし図５）の特定のネットワークが共通地
上経路に沿って、または同一の軌道スロット内に位置し
ない衛星とのクロススロット・リンクを開設することが
できる場合に限って、実行される。この能力がある場合
は、本発明の方法および装置を用いて地球規模の通信カ
バレージを得ることができる。

【００７１】傾斜軌道を有するネットワーク（たとえば
図１および図２）については、静止衛星は地上装置の通
信範囲の内外に移動することができる。好ましくは、ネ
ットワークの少なくとも１つの静止衛星が、常に地上装
置の視野に入る。場合によっては、地上設備との通信リ
ンクを第１静止衛星から第２静止衛星にハンドオフする
ことが望ましい場合もある。

【００７２】図１３は、本発明の好適な実施例により傾
斜静止衛星間で通信ユニットをハンドオフする方法を示
す。本方法は、静止衛星と任意の種類の地上装置（たと
えば通信ユニット，ゲートウェイまたは制御設備）との
間のリンクのハンドオフに適用される。

【００７３】本方法は、ステップ９０２で、通信ユニッ
トと第１静止衛星との間にリンクが開設されると開始さ
れる。必要に応じて、通信ユニットは、ステップ９０４
で第１衛星を追跡して、第１衛星がその軌道内で移動す
ると第１衛星に向けてアンテナの方位を再設定すること
によりリンクを維持する。たとえば、全方向アンテナを
有する通信ユニットに関しては、追跡は必要ない。

【００７４】ステップ９０６で、別の静止衛星にハンド
オフする時刻になったか、あるいは近づきつつあるかが
判断される。たとえば、第１衛星が通信ユニットの通信
範囲の外にまもなく出ようとするときは、ハンドオフの
時刻が到来している。あるいは、第１衛星の容量をまも
なく越そうとしている場合は、ハンドオフの時刻が到来
している。通信ユニットは、自身の計算または他の装置
（たとえばゲートウェイまたは制御設備）から受信され
たメッセージから、ハンドオフの時刻になったと判断す
ることができる。ハンドオフの時刻になっていない場合
は、手順は図１３に示されるように反復される。

【００７５】ハンドオフの時刻になった場合は、通信ユ
ニットはステップ９０８で第２静止衛星とのリンクを開
設する。第２リンクを開設するには、第２静止衛星が通
信ユニットの通信範囲内にあることが必要である。静止
衛星を追跡しなければならない通信ユニットに関して
は、リンクを開設するには、通信ユニットが第２衛星に
第２アンテナを向けて、第２衛星を捕捉することも必要
になる。

【００７６】第２リンクが開設されると、通信ユニット
はステップ９１０で第１衛星とのリンクを遮断（ブレー
ク）して、ハンドオフ手順が終了する。この手順では、
ブレーク前ハンドオフ手順が用いられ、これにより第１
リンクの遮断に先立ち、第２リンクが開設される。代替
の実施例においては、通信ユニットはブレーク前ハンド
オフ手順またはブレーク時ハンドオフ（simultaneous m
ake-break handoff ）手順を用いることもある。用いら
れるハンドオフ手順そのものは、本発明には重要ではな
い。

【００７７】前述のように、本発明の装置は静止衛星間
のクロスリンクを用いる。図１４は、本発明の好適な実
施例により静止衛星ネットワークの衛星間にクロスリン
クを開設する方法を示す。本方法は、好ましくは制御設
備により実行される。しかし、ステップの一部または全
部を、ゲートウェイ，衛星，通信ユニットまたはそれら
の組み合わせにより実行することもできる。

【００７８】本方法は、ステップ１００２で、第１静止
衛星が第２静止衛星の通信範囲内に入るリンク・セット
アップ時刻を判断することにより開始される。これは、
たとえば、衛星の遠隔測定データを評価する、さらに／
あるいは衛星の軌道パラメータを評価して第１および第
２衛星の位置を計算することにより判断することができ
る。

【００７９】次にステップ１００４で、衛星の幾何学的
関係および方位に基づいて、第１および第２衛星に関す
るクロスリンク・トランシーバの指示角が計算される。
指示角は、リンク・セットアップ時刻にクロスリンクを
開設するためには各衛星トランシーバがどこを指し示す
かを知らせる。

【００８０】次にステップ１００６で、リンク・セット
アップ時刻においてクロスリンク・トランシーバが他の
衛星を指し示すように制御される。第１および第２衛星
以外の装置がトランシーバの指示を制御する場合は、衛
星がリンクを開設することができるようにする制御情報
を衛星に送付することにより、制御は間接的に実行され
ることになる。

【００８１】クロスリンク・トランシーバが適切に指し
示されると、クロスリンクの開設がステップ１００８で
制御される。ここでも、第１および第２衛星以外の装置
がクロスリンクのセットアップを制御する場合は、衛星
に制御情報を送付することにより制御は間接的に実行さ
れることになる。クロスリンクが開設されると、手順は
終了する。

【００８２】要約して、新規の軌道構造を使用し、クロ
スリンクを介して互いに通信する複数の静止衛星を用い
る方法および装置が説明された。本発明の方法および装
置は、従来の技術に比べ数多くの利点を有し、従来技術
のシステムでは解決されなかった問題を解決する。

【００８３】本発明は、好適な実施例に関して上記に説
明された。しかし、本発明の範囲から逸脱せずに、これ
らの好適な実施例に変更および修正を加えることができ
ることは当業者には理解頂けよう。たとえば、本明細書
に述べられた過程および段階は、本明細書で述べられた
のとは別の方法で分類および編成されても、同等の結果
を得ることができる。また、衛星が散開される通信ペイ
ロードは、画像情報，ナビゲーション情報，監視情報お
よびネットワークの地球−宇宙形状から導かれた情報お
よびその情報の転送を含む。当業者には明白なこれら
と、その他の変更および修正は、本発明の範囲内に包含
されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例による傾斜軌道内の多重
衛星を利用する静止衛星ネットワークである。

【図２】本発明の好適な実施例による傾斜楕円軌道内の
多重衛星を利用する静止衛星ネットワークである。

【図３】本発明の好適な実施例による多重同位置衛星を
利用する静止衛星ネットワークである。

【図４】本発明の好適な実施例による摂動軌道内の多重
同位置衛星を利用する静止衛星ネットワークである。

【図５】本発明の代替の実施例による摂動軌道内の多重
同位置衛星を利用する静止衛星ネットワークである。

【図６】本発明の好適な実施例による静止衛星のブロッ
ク図である。

【図７】本発明の好適な実施例による制御設備のブロッ
ク図である。

【図８】本発明の好適な実施例によるゲートウェイのブ
ロック図である。

【図９】本発明の好適な実施例による衛星通信装置のブ
ロック図である。

【図１０】本発明の好適な実施例によるワイヤレス通信
ユニットのブロック図である。

【図１１】本発明の好適な実施例により静止衛星ネット
ワークを配備する方法を示す。

【図１２】本発明の好適な実施例により静止衛星ネット
ワークを介して情報を配信する方法を示す。

【図１３】本発明の好適な実施例により傾斜静止衛星間
で通信ユニットをハンドオフする方法を示す。

【図１４】本発明の好適な実施例により静止衛星ネット
ワークの静止衛星間でクロスリンクを開設する方法を示
す。

【符号の説明】

１０静止衛星システム１２地球１４赤道１６静止衛星１８地上経路２０カバレージ・エリア２２地上局２４通信ユニット２６，２８ダウンリンク３０クロスリンク３２軌道スロット４０，４２緯度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共通軌道スロット（３２）内に位置する
多重静止衛星（１６）であって、前記多重静止衛星（１
６）は前記多重静止衛星（１６）間の少なくとも１つの
クロスリンク（３０）を介して互いに通信し、前記多重
静止衛星（１６）のうち少なくとも１つの衛星が、前記
少なくとも１つの衛星と少なくとも１つの地上装置（２
２，２４）との間のダウンリンク（２６，２８）を介し
て前記少なくとも１つの地上装置（２２，２４）と通信
する多重静止衛星（１６）によって構成されることを特
徴とする衛星通信ネットワーク（１０）。
【請求項２】静止衛星（２００）であって：前記静止
衛星（２００）と共通の軌道スロット（３２）内に位置
する他の静止衛星（１６）との間でクロスリンク・デー
タを送受信する少なくとも１つのクロスリンク・トラン
シーバ（２０４）；および前記少なくとも１つのクロス
リンク・トランシーバ（２０４）に結合され、前記少な
くとも１つのクロスリンク・トランシーバを制御し、前
記クロスリンク・データの配信を制御するプロセッサ
（２０２）；によって構成されることを特徴とする静止
衛星（２００）。
【請求項３】共通地上経路に沿って位置する多重静止
衛星（１６）を含む静止衛星通信ネットワーク（１０）
の第１衛星（１６）からデータを受信する受信機（６０
４）であって、前記多重静止衛星（１６）が少なくとも
１つのクロスリンク（３０）を介して互いに通信する受
信機（６０４）；および前記受信機（６０４）に結合さ
れ、前記データを処理するプロセッサ（６０２）；によ
って構成されることを特徴とするワイヤレス通信ユニッ
ト（６００）。
【請求項４】静止衛星システム（１０）を介してデー
タ・パケットを配信する方法であって：ａ）前記静止衛星システム（１０）の静止衛星（１６）
によりデータ・パケットを受信する段階（８０２）であ
って、前記静止衛星（１６）が少なくとも１つの他の静
止衛星（１６）との共通地上経路に沿って移動し、少な
くとも１つのクロスリンク（３０）を介して前記少なく
とも１つの他の静止衛星（１６）と通信することのでき
る段階；ｂ）前記データ・パケットに関する配信情報を評価する
段階；ｃ）前記配信情報に基づき、前記データ・パケットが、
前記少なくとも１つのクロスリンク（３０）の第１クロ
スリンク（３０）を介して前記少なくとも１つの他の静
止衛星（１６）の第１衛星（１６）に配信されるべきか
否かを判断する段階（８０６）；およびｄ）前記配信情報により前記データ・パケットが前記第
１クロスリンク（３０）を介して前記第１衛星に配信さ
れるべきと示される場合に、前記データ・パケットを前
記第１クロスリンク（３０）を介して前記第１衛星に送
付する段階（８０８）；によって構成されることを特徴
とする方法。
【請求項５】静止衛星ネットワーク（１０）内の通信
ユニットを、第１静止衛星（１６）から第２静止衛星
（１６）にハンドオフする方法であって：ａ）前記第１静止衛星（１６）との第１通信リンクを維
持する段階（９０２，９０４）；ｂ）ハンドオフすべき時刻に到達したか否かを評価する
段階（９０６）；ｃ）ハンドオフすべき前記時刻に到達した場合に、前記
第２静止衛星（１６）との第２通信リンクを開設する段
階（９０８）であって、前記第１静止衛星（１６）およ
び前記第２静止衛星（１６）が共通軌道スロット（３
２）内に位置する段階（９０８）；およびｄ）前記第１静止衛星（１６）との前記第１通信リンク
を遮断する段階（９１０）；によって構成されることを
特徴とする方法。