JPH11505688A - High capacity communication satellite - Google Patents

High capacity communication satellite

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JPH11505688A
JPH11505688A JP8534006A JP53400696A JPH11505688A JP H11505688 A JPH11505688 A JP H11505688A JP 8534006 A JP8534006 A JP 8534006A JP 53400696 A JP53400696 A JP 53400696A JP H11505688 A JPH11505688 A JP H11505688A
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light modulator
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modulator array
signal
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JP8534006A
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トーマス ダブリュー. グリン
Original Assignee
トーマス ダブリュー. グリン
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/185Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18515Transmission equipment in satellites or space-based relays

Abstract

(57)【要約】 完全に双方向式であり、高い帯域幅、高いチャネル容量を有する完全な交換接続式の通信システムとするため、高容量の通信衛星は多数の平行ビームおよび光学的処理技術を使用する。この衛星は、多重ビームおそれぞれにおいて割当てられた帯域幅を再利用している。ビームはRFあるいは光学手段により形成される。各ビームにおける特定のユーザは次いで空間光変調器(SLM)アレイの相関技術を使用して光学的に分離される。単一の大型のSLM、あるいは複数のより小さいSLMを組み合わせたものが使用される。個々のユーザは次いで、光学的なSLM混合および再相関によりアレイ内で再配置される。次いで、ミキサとして使用される他のSLMアレイによって再変調され、また再結合されて適切な出力ビームが再形成される。これにより、単一の衛星上において、全体のシステムが完全に交換接続式で、高い帯域幅、高い容量の通信ネットワークとなる。 (57) [Summary] To be a fully switched connection communication system that is fully bi-directional and has high bandwidth and high channel capacity, a high-capacity communication satellite uses a large number of parallel beam and optical processing technologies. Use The satellite is reusing the allocated bandwidth in each of the multiple beams. The beam is formed by RF or optical means. The specific users in each beam are then optically separated using spatial light modulator (SLM) array correlation techniques. A single large SLM or a combination of multiple smaller SLMs is used. Individual users are then repositioned in the array by optical SLM mixing and re-correlation. It is then remodulated by another SLM array used as a mixer and recombined to reshape the appropriate output beam. This results in a completely switched connection, high bandwidth, high capacity communication network on a single satellite.

Description

【発明の詳細な説明】 高容量の通信衛星 発明の背景 技術分野 本発明は、通信衛星に関し、特に、単一の衛星内における、帯域幅が広く、チ ャネル容量が大きく、全自動で、完全に交換接続式であり、完全な双方向式であ る通信ネットワークに関するものである。本発明のシステムは高容量の通信衛星 、つまりHCCSである。 関連技術の記載 衛星は何年もの間にわたって通信のために使用されている。衛星の1つの一般 的な使用としては、1つあるいは2つのビームを有する直接的な放送衛星(dire ct broadcas satellite)である、CおよびKuバンドの通信衛星のような、分 散型の送信が含まれる。これらの衛星は、静止軌道(つまり、それらの軌道速度 と高度が地表上の特定の位置の上空を静止飛行しているように見える)であり、 多数の個々の地上局に対して1方向に一連の同時「プログラム」を放送する。ポ イント間つまり双方向的な(2方向)の衛星はない。しかしながら、この種の衛 星はかなり広い帯域幅(一般的には100−500MHz)を有している。 通信衛星の他の用途としては、いわゆるポイントツーポイントのゲートウェイ タイプの用途があり、この場合には、受信用ビームが大きな送信用ディッシュ( 例えば、欧州)に向けられ、また対応する送信用ビームは米国内の受信用ディッ シュ(例えば、Intersat)に向けられている。このシステムはまた、静 止および広帯域幅(100−500NHz)であるが、ビームの数が制限される (このようなシステムでは、例えば8つのビームは大きな数となる)。同様に、 これらのシステムによりカバーされる地域が制限され、交換接続が制限されて、 非常に少ない通信チャネルしか処理できない。 より新しいいくつかのデザイン(Iridium、Ellipsat、Cal ling Communications)においては、完全に双方向式なネッ トワークを作り出すために相互間でメッセージ通過を行う多数(66から840 )の低軌道の衛星を含んでいる。これらは非常に複雑であり、また高価なシステ ムであって、帯域幅が狭く(10KHz以下)、また容量が小さい(全体のシス テムにおいて50−200チャネル)。 衛星内に含ませることができる標準的なビデオ交換接続を使用した、典型的な 衛星通信システムは、帯域幅(例えば、50−500MHzで50−500チャ ネルだけしか処理できない)および交換接続用ネットワークが制限され、10− 100の交換接続用チャネルしか処理することができない。を有する現用の全国 的な電話システムは音声だけを取り扱うものであるが、より低い帯域(10KH z以下)を有し、約100万のカスタマを同時に交換接続している。地上の電話 システムは、1000億ドルを越えるコストで、10、000−20、000の 交換接続用施設を含んでいる。 多数のチャネルおよび広い帯域幅を有し、また完全に交換接続式で、双方向式 である衛星システムを提供することが望まれている。例えば共願の第08/13 3、879号から明白なように、光学ベースの空間光変調器(SLM)の技術、 またこの技術が空気を通る送信のために使用できることは知られているが、大き な容量の衛星通信を提供するためにSLM技術を応用することは、本発明者が知 る限りでは知られていない。 発明の要約 本発明の目的は、上記の欠点のない、通信衛星を作り出すことにある。 本発明の特別な目的は、多数のアンテナビームと新規な光学式処理および交換 接続用のSLM技術を利用したシステムを組み合わせたシステムを提供すること にある。 多数の平行ビーム(100から4、000)、および各ビーム内のカスタマ( 100から1、000カスタマ/ビーム)を識別し個々のカスタマを適切な出力 ビームおよび出力周波数にシフトするために空間光変調器(SLM)をベースと する光学式処理を利用することで、本発明は、100万の同時的な1MHz(全 ビデオ)信号までの同時的な交換接続を行うことができて、完全に双方向式なビ デオネットワークを実現している。 本発明により達成される帯域幅は高価な低い地球軌道のシステムの帯域幅の1 00倍であり、また単一の衛星内で同時に20倍のカスタマを処理しており、現 在必要とされる66から840の衛星とは対照的である。この結果、本発明のシ ステムは相対的なコストが非常に低い。SLMおよびビーム形成の装置は非常に 安価な単一の集積回路であり、現在の衛星のデザインの場合の半分以下に衛星の 重量を減じることができる。 HCCSシステムは100−4、000の同時的なビームを使用している(ベ ースラインのデザインは1、000)。ビームが正しく符号化された場合には各 ビーム内の全スペクトルを再利用することが可能であるので、ビーム当たり50 0のカスタマを処理することができて、全体で約100万のカスタマが同時に使 用することが可能となる。 残りの問題は、500、000の出力チャネルの交換接続をどのようにするか である。上記したように、本電話システムは、同じ数のより狭い帯域幅の音声チ ャネルを交換接続するために10、000−20、000の施設を必要とし、さ らにHCCSシステムは同じ数のより広い帯域幅(1MHz)のビデオチャネル を小さい衛星内で交換接続しなければならない。 量子井戸技術を使用したSLMにおける最近の進歩により、全反射から略ゼロ 反射まで(ダイナミックレンジが40dBを越える)において1GHzの速度で 駆動することができる、1024×1024ピクセルのアレイが作れる可能性が ある。このサイズのアレイは本発明を完全に実施することができ、また好ましい 実施の形態であるが、現在の実際の問題としてはより小さいSLMが必要な品質 およびコストで入手できる点である。より大きなSLMSにより達成される性能 に匹敵する性能を提供するために多数の(2、4、8、あるいは16ないし必要 に応じてそれより多くのもの)より小さいSLMを使用することは、本発明の意 図した範囲内のことである。 本発明の交換接続技術の好ましい実施の形態によれば、ビーム当たり500チ ャネルが周波数割当あるいは広帯域符号化により最初に符号化される。次いで、 1024×1024のSLMアレイ(単一のSLMあるいは複合のより小さなS LMから作られる)は、割当られた周波数からの入来する周波数をベースバンド に混合し、これらの周波数は検出および帯域通過される。あるいは、広帯域符号 化された場合には、復号化された信号は入力により乗算され、ビーム当たり50 0チャネルを分離するために積分される。分離され検出されたならば、適当なビ ームへ移動するため、あるいは情報を再送信するために出力ビームあたり適合名 広い帯域幅を生成するために、他のSLMのセットにより再変調される。全体の システムは大体7から10の1024×1024のSLMアレイ、いくつかの検 出器アレイ、および適切な光学素子を備えたいくつかの線形(1024×102 4)アレイを備えている。 より大量の地域内通話を扱う場合のために、各ビームの一部をその同じ地域に 戻して向きを変えるための別の光学素子を加えることができる。 いくつかのチャネルをさらに100以上の音声チャネルに分類するため、ある いは高品位テレビ(HDTV)の送信のために多数のチャネルを結合するために 必要に応じて特定の回路を追加することも本発明の範囲内である。 図面の簡単な説明 本発明の特徴および特長は、全体を通して同じ参照符号が対応している図面に 関連した、以下に記載した詳細な説明から明らかとなる。 第1図は、単一の通信衛星システムとして使用される本発明の1つの実施の形 態の全体の図である。 第2図Aから第2図Cは、本発明による、多数のビームアンテナのデザインを 作り出すための一連の技術のより詳細な図である。 第3図は本発明の第1の実施の形態において光学式処理を実行するための構造 のより詳細な図である。 第4図Aと第4図Bは、各ビームの一部を同じ地域に戻して再送信するための 機構を説明した図である。 第5図は周波数符号化に代えてデジタル符号化を使用した別の実施の形態の説 明図である。 第6図は本発明の第2の実施の形態による「任意」クロスバスイッチの構成の 詳細な説明図である。 好ましい実施の形態の詳細な説明 第1図は、本発明による大容量通信衛星システムを示したものであり、ビーム 当たりMの同時カスタマを備えたN個のビーム2が図示されている。これらMの カスタマはビーム内の全部のカスタマの小部分である。しかしながら、カスタマ の約1%だけが一度に2方向通信システムを利用しているので、これらMの同時 ユーザは、小アンテナ、トランシーバ、およびビデオカメラおよびTVプレーヤ をそれぞれ有する100×Mの潜在的なカスタマあるいは端末を表してる。 Mの同時ユーザ(Mは100から4、000、典型的には500)は、典型的 な構成において全部で500の信号に対して、1MHz帯域(あるいはデジタル の同等量)に各信号を圧縮するために低いレベルの無損失に近いビデオ圧縮を有 している。それぞれ1MHzの帯域幅を有するこれらの500の信号は、互いに 区別するために周波数符号化あるいはデジタル符号化される。これら信号は、静 止衛星(図示せず)上の多重ビームアンテナ受信システムによって作り出される 、N個の平行な受信ビーム(典型的にはN=1000)3の1つにより受信され る。 衛星上では、1000のビーム3(それぞれ500の同時ユーザを含んでいる )が、Mの光学チャネル6を形成するためにレーザにより照明された1×NのS LMを使用してN個のチャネルに沿って多重ビーム形成器5に送信される。各光 学チャネル6は次いで、個々のチャネルレゾルバ7においてN×MのSLMアレ イを照明するために発散用円柱レンズを使用して1次元内に拡散される。このN ×MのSLMアレイは、所望の個々のチャネルをビデオにダウンコンバートする ために、そのバックプレーン上の適切な正弦波信号により駆動される。適切な検 出およびフィルタ処理の後、各ビームの各チャネルは効率的に複合化され、また その信号はN×Mの検出器アレイの1つのピクセル上で分離され、N×Mの光学 チャネル8を作り出す。 有効なクロスバースイッチ9は次いで、いずれかの所望の出力位置にいずれか の個々のチャネルを切り換えるために適用される。その最も簡単な実施の形態に おいては、一度検出されたことを確保する理由で、信号をそのソースにおいて符 号化することにより、所望のコラム内において所望の受信位置に送信するために る行われる。これは衛星の部分における「知能」、および衛星の操作における変 更を必要としない。 これより幾分複雑な構成においては、選択された(あるいは全ての)ビーム内 の地上のトランシーバが信号を受信し、またこれを所望の地点にルート変更する 「ダブルホップ」機能が付加される。これにより、必要に応じて、別の経路指定 を行うことができる。 より一般的な実施の形態においては、選択されたピクセルが任意の周波数(あ るいは符号)で「再変調」され、ダウンコンバートおよび検出プロセスがいずれ かのプレーン内で繰り返される。完全なランダムクロスバー結合を許容するため に、いずれかのピクセル上の信号はいずれかの他のピクセルに移動される。 各信号は、復号化および検出されたならば、N×Mの光学信号経路10を生成 するための他のN×M SLMを変調するために使用される。これらは、次いで 、再送信されたビームの帯域幅を満たすためにそのバックプレーンが適当な正弦 波状あるいは符号変調を含む他のN×M SLMを含む、個々のチャネル変調器 11に供給される。N×Mの光学チャネル12上に出力された信号は次いで、1 ×Nの検出器アレイおよび円柱状の光学素子を含み、N個の光学チャネル14を 生成するビーム結合器13に供給される。次いで、N個の受信ビームを同軸であ るN個の再送信されたビーム17を逆に生成するために、多数のビーム形成器1 5が使用される。これらのビーム(典型的には1000個)は、それぞれ完全な ビデオ、100万のカスタマの同時的な通信を行う500チャネルを含んでいる 。 Kの直接的なチャネル18を細分することで多数のビームフォーマから生成さ れる。これは、周波数が周波数符号化されている場合には、ダイレクトリターン フィルタのような簡単なフィルタ19により最も簡単に行える。フィルタ処理さ れたチャネルは、各局所のビーム内における局所的な多数のビデオ接続を可能と するために、多数のビーム形成器にKの直接的なチャネル20に沿って加えられ る。 第2図Aから第2図Cは「多数のアンテナビーム」を生成する他の方法を示し たものである。第2図Aは、一般的にクルゴリオ供給多重ビームアンテナ(Greo gorian fed multiple beam antenna)と称される、標準的な多重供給曲線反射器 (multiple feed curved reflector)のデザインを示したものである。このアン テナでは、一連の実際のRF供給21は、大きな領域(米国のような)をカバー する一連のビーム23を生成するために、曲線反射器22の焦点面に位置決めさ れている。第2図Bは、いずれかの平行光線を球体の遠方端上の地点に焦点を合 わせるために可変の誘電率を有する誘電球体を利用したRFルーネベルグレンズ を示したものである。Mの供給部が適当な地点25上の位置決めされた場合、所 望の領域をカバーするM個のビーム23が生成される。 上記した2つの技術は当業技術分野における当業者にはより知られたものであ り、さらに詳しく説明することを要しない。しかしながら、これらの技術は、衛 星システムに採用された場合には扱い難いものとなる。ルーネベルグ光学レンズ 手法が示されている、より容量効率の良いデザイン2を第2図Cに示した。この 場合、M個の入来するビーム26は、M個のビームを生成するために適切な素子 数のRF多重素子アレイ27によりサンプリングされ、離間され、また各素子は ピクセルとアレイ素子の態様でN×M SLM29に接続されている。SLM2 9への出力の前に、アレイ27の出力はRFからダウンコンコンバータ28内の ベースバンドにダウンコンバートされる。レーザ30はSLMを適当な円柱状光 学素子31とハーフミラー32を照明し、また出力ビームはM個のビームをサン プリングするために可変の誘電球体33を使用して適切なM個の検出器上に焦点 が合わされる。M個の供給部34(ダイオードレーザのような)は出力するビー ムを生成するために配列される。当然のことであるが、第2図Cの実施の形態は 第2図AあるいはBの実施の形態よりも完全に1ビット小さいものである。 第3図は入来用のビーム形成器5の出力(N個の光学チャネル)6から、出力 用ビーム形成器15の入力(N個の光学チャネル)を通る内部処理を示したもの である。第3図を参照して、入来用のビーム形成器5からの信号は、それぞれM 個の周波数あるいはデジタル符号化された同時信号(典型的にはM=500)を 含む分離された信号パス100(典型的には1000個のパス)上のN個のアン テナビーム信号によって構成される。これらの信号パスは1×NのSLMアレイ 101に接続されている。このアレイは平行レンズ104およびハーフミラー1 03を通してレーザ105により照明されており、レーザ105の出力は次いで 円柱状レンズ102によりラインアレイ101上に焦点が合わされる。レンズ1 02はまた、他のSLMアレイ106の完全な列をカバーするために、各結合ビ ーム反射信号を拡散する。このアレイは、各列を一緒にハードウェア結合し且つ 個々のチャネルレソルバ107内の同じ信号により変調する。最後の列が周波数 Mf1により変調されるまで、例えば第1の列は周波数f1により変調され、第 2の列は周波数2f1により変調され、第3の列は周波数3f1により変調され る。よって、f1からMf1までの全ての周波数を含むビームは、次いで、その 列内の位置にしたがってf1からMf1により変調された各ピクセルの反射率が 乗算される。(上記の工程は、両方の次元をカバーするために、実際には同相( I)および象限(Q)内において行われる。)このようにして、周波数は効率的 に「シフト」されて、所望のチャネルがビデオにシフトあるいはダウンコンバー トされる。信号のアレイは次いでハーフミラー103で戻り、また平行レンズ1 08により検出器/アキュムレータアレイ109上に焦点が結ばれる。この手順 により信号を検出し、また各ピクセルに対して所望の信号がローパスフィルタさ れる。 検出器/アキュムレータアレイ109は、ピクセル毎のベースで、平行レンズ 112およびハーフミラー111を通ってレーザ113により照明された他のS LMアレイ110に接続される。この時点では、それぞれの個々のチャネルは完 全に検出され、またその信号はSLMアレイ110のN×Mピクセルの1つの上 に位置される。このイメージは次いで、出力するビームを「満たす」ために個々 の信号を「再変調」するSLMアレイ114で反射される。この時点では、入来 するN個のビームはビーム1が列1であり、ビーム2が列2である各列を横切っ て拡散する。列はビームの内側の個々のカスタマを表し、つまり列1はカスタマ 1を、列2はカスタマ2を表す。本実施の形態においてはSLMアレイ106と 同一であるが90°回転されている、個々のチャネルの変調器SLM115は、 この復調されたアレイを取得し、信号をカスタマ1に対しては、ビーム1に対し て周波数f1を、カスタマ2に対して、ビーム2に対して周波数2f1などを復 調する。SLMアレイ106の場合と同じく、手順は同相(I)ステップおよび 象限(Q)ステップで行われる。次いで、各信号は、ハーフミラー111におい て反射された後、円柱状レンズ116により、出力ビーム1となる単一のピクセ ルに圧縮される。ビームのそれぞれはこの方法で圧縮され、またビームは1×N の検出器アレイ117を経てN個のアンテナ供給部118に出力される。これは 、復調が各「カスタマ1」を異なる周波数で変調する効果を有することから可能 であり、受信側のカスタマがそれらの各呼びを区別することができる。 こうして、全てのNビームからの各カスタマJが復調されて、周波数において 分離され、新しい出力ビームJを生成するために光学的に結合される。 ビーム当たり1000の同時カスタマ、および1000のビームに対しては、 上記した実施の形態において、1つのカスタマが各ビームから他のビームのそれ ぞれにおけるカスタマを呼び出すことが許容される。システムの能力は明らかに かなり大きくなっているにも係わらず(1万の同時ビデオ回路)、典型的な通信 用途には非常に良く適合するものではない。これは、典型的には、多数の呼びが 局所的および非局所的なものであり、密度地域(例えば、ニューヨーク市、ワシ ントンD.C.)に集中する傾向にあることによるものである。 呼びの密度の問題を緩和するための1つの技術として、中継機を多数の有効地 域に配置することがある。これらの中継機はビームKを元の地点と所望の目的地 との間のストップオーバとして使用される。この技術はビームKが機能している 地域Kの容量のいつくかを使用しながら、システムの融通性を著しく改善するこ とができる。 第4図Aと第4図Bは、周波数f1からfkを「地域の」呼びとして専用化す ることで、利用可能な地域内(つまり、ビーム内)通話の数を増大するための2 つの機構を示したものである。これは、ビーム毎のベースで、第4図Aを参照し て説明する技術である直接的なフィルタ処理、あるいは、第4図Bを参照して説 明する技術である、すべてのf1からfkの信号をそれらが空間的にフィルタ処 理された後にフィルタ処理をすることで行われる。第4図Aは電子的な解決法( 信号フィルタバイパス)を説明したものであり、部分的な帯域幅バイパスを行う ためにN×Mのアレイの光学的な変更を含んでいる。第4図Aにおいて、入来す る信号200はディバイダ201により2つの信号に分割される。信号の1つは 上記した処理のために1×NのSLMアレイ101上に継続される。他のチャ ネルは帯域フィルタ202においてフィルタ処理され、また1×Nの検出器アレ イ117から入来する出力信号と直接結合される。これらの信号は加算器203 において加算されて、出力ビーム204を同じ入力ビームに対応して駆動するた めに使用される、加算信号が供給される。 第4図Bは同じ問題の光学的な解決法を示したものである。ハーフミラー11 を通って入来する信号は、領域a内から領域bにあるものを写像するために垂直 ミラー206および他の45°のミラーを反射する、45°を向いたフルミラー 205により部分的に遮断される。なお、領域bは領域aに対して90°だけ回 転されている。適切な変調の後、出力ビームは、同じビーム内で送信された周波 数f1からfkと同じ周波数f1からfkを含んでいる。 第5図は、ダウンコンバート用のSLM106および復調用のSLM115を デジタル符号乗算により置き換えた他の実施の形態を示したものである。この図 において使用されている標準名称は、異なる符号が2つの方向における通信にお いて使用されていることを示している。図示したように、周波数f1は符号K+ 1により置き換えられ、周波数f2は符号K+2により置き換えられ、またダウ ンコンバートプロセスにおいて同様に置き換えられ、さらに、周波数f1は符号 3に置き換えられ、周波数f2は符号2に置き換えられ、また復調プロセスにお いて同様に置き換えられる。反射信号は次いで所望の信号を復号するために積分 される。この技術により、従来の符号分割多重化アクセス(CDMA)と比べて 、与えられた帯域幅内により多くのチャネルを含ませることができる。 最も簡単な実施の形態では、利用可能な地域内通話を増大するためにビーム内 の中継器および部分的な帯域幅バイパス技術を備えた場合でも、2つの別々のビ ーム間の多くの呼びを扱うことは困難である。中継器技術を使用することは、余 分の呼び当たり1つのチャネルを使用する。よって、例えば、Beam10(ロ サンゼルス)とBeam342(ワシントンD.C.)との間の10の呼びは全 部で19のチャネルを利用する。その実施の形態を第6図に示した、完全に任意 クロスバスイッチは、この問題を容易に処理することができる。 第6図の任意クロスバスイッチ構成は第3図の構成をすべて含んでいるが、N ×MのSLMアレイ110と追加の検出器/アキュムレータ109およびSLM アレイ110の間に光学素子を追加している。第1の検出器/アキュムレータ1 09とSLMアレイ110は、列により入来するカスタマを、また行により各ビ ームをそれぞれ識別している。SLM110からの光学的出力はハーフミラー3 01を通ってハーフミラー300により転換され、またレンズ302によりN× Mの任意変調器SLMアレイ303(任意変調器#1)上に焦点を合わされる。 このアレイ303は、いずれかの周波数f1−Mf1に対してN×Mアレイ内の いずれかのピクセルを変調することができる、複合N×Mアレイである。任意変 調器#1を備えることで、各ピクセルは、各ピクセルに対して異なる任意のKf 1により乗算することができる。 アレイ303からの反射され任意変調された信号は次いで、第1の円柱状レン ズ304によりライン上に焦点が合わされ、また第2の円柱状レンズ304によ りハーフミラー305を通り、各ピクセルをそのf1−Mf1の位置にダウンコ ンバートする他のSLMアレイ306に拡散する。アレイ306により出力され たイメージは次いでハーフミラー305によりハーフミラー307を通って、各 ピクセルを各ピクセルに対して異なる任意の値Lf1により乗算する第2のN× Mの任意変調器SLMアレイ308(任意変調器#2)に反射される。SLMア レイ308の出力はハーフミラー307により反射され、SLMアレイ303の 出力を処理するのと同様に、第1および第2の円柱状レンズ309、309を通 過する。このようにして、各ピクセルはSLMアレイ311上でそのf1からf Nの位置にダウンコンバートされる。 第1のSLMアレイ306は面#1内の信号を効率的に移動させ、第2のSL Mアレイ311は、面#1と直交する面#2内の信号を効率的に移動させる。信 号は次いで再検出され(検出器/アキュムレータ109により行われるように) 、また他のSLMアレイ(SLMアレイ110のような)を変調するために使用 され、またSLMアレイ110からの元の信号と結合される。よって、いずれか のビームからのいずれかの信号を、他のビームからのいずれかの他の信号のよう に移動することができて、非常に高い融通性が確保される。 以上、本発明を好ましい実施の形態を参照して説明したが、本発明の範囲およ び技術思想の範囲内における種々の変更および修正が可能であることは当業者に は自明である。よって、本発明は添付した請求の範囲によってのみ限定されるも のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION High capacity communication satellite Background of the Invention Technical field   The present invention relates to communication satellites, and in particular to high bandwidth, low bandwidth within a single satellite. Large channel capacity, fully automatic, fully interchangeable, fully bi-directional Communication network. The system of the present invention is a high-capacity communication satellite That is, HCCS. Description of related technology   Satellites have been used for communication for many years. One of the satellites in general Typical uses include direct broadcast satellites with one or two beams (dire ct broadcas satellite), such as C and Ku band communication satellites. Includes scattered transmissions. These satellites have a geosynchronous orbit (that is, their orbital velocities) And altitude appear to fly over a specific location on the surface of the earth). It broadcasts a series of simultaneous "programs" in one direction to a number of individual ground stations. Po There are no inter-point or two-way (two-way) satellites. However, this kind of Stars have a fairly wide bandwidth (typically 100-500 MHz).   Other uses for communication satellites include so-called point-to-point gateways Type applications, where the receiving beam is a large transmitting dish ( (For example, Europe) and the corresponding transmit beam is (Eg, Intersat). This system is also static Bandwidth and wide bandwidth (100-500 NHz) but limited number of beams (In such a system, for example, eight beams would be a large number). Similarly, The territories covered by these systems are limited, switching connections are limited, Only very few communication channels can be processed.   Some newer designs (Iridium, Ellipsat, Cal Ring Communications) is a fully bi-directional network. Many (66-840) passing messages between each other to create network A) low-orbit satellites. These are very complex and expensive systems. Low bandwidth (less than 10 KHz) and small capacity (total system) 50-200 channels in the system).   A typical, using a standard video exchange connection that can be included in the satellite Satellite communication systems have a bandwidth (eg, 50-500 channels at 50-500 MHz). And only the switching connection network is limited). Only 100 switching channels can be processed. Working nationwide with A typical telephone system handles only voice, but lower bandwidth (10KH) z or less), and about 1 million customers are simultaneously switched and connected. Ground phone The system costs 10,000-20,000 for over $ 100 billion. Includes switching connection facilities.   Has a large number of channels and wide bandwidth, and is fully switched and bidirectional It is desired to provide a satellite system. For example, 08/13 of co-application 3,879, the optical-based spatial light modulator (SLM) technology, It is also known that this technology can be used for transmission through air, It has been known by the present inventor to apply SLM technology to provide high capacity satellite communications. As far as is unknown. Summary of the Invention   It is an object of the present invention to create a communication satellite without the above disadvantages.   A special object of the present invention is the use of multiple antenna beams and novel optical processing and replacement. To provide a system combining a system using SLM technology for connection It is in.   Numerous parallel beams (100 to 4,000), and customers within each beam ( 100 to 1,000 customers / beam) and appropriate output for each customer Based on spatial light modulator (SLM) to shift to beam and output frequency By utilizing optical processing, the present invention provides one million simultaneous 1 MHz (total) Video) signal, and can be switched simultaneously to provide fully bi-directional video A video network has been realized.   The bandwidth achieved by the present invention is one of the bandwidths of expensive low earth orbit systems. 00x and processing 20x customers simultaneously within a single satellite. This is in contrast to the 66 to 840 satellites currently required. As a result, the system of the present invention Stems have very low relative costs. SLM and beam forming equipment is very A single, inexpensive integrated circuit that is less than half the size of current satellite designs. Weight can be reduced.   The HCCS system uses 100-4,000 simultaneous beams. The design of the baseline is 1,000). If the beam is encoded correctly, Since it is possible to reuse the entire spectrum in the beam, 50 per beam 0 customers can be processed, and a total of about 1 million Can be used.   The remaining question is how to make a switched connection of 500,000 output channels It is. As mentioned above, the telephone system provides the same number of narrower bandwidth audio channels. It requires 10,000-20,000 facilities to switch and connect channels. Furthermore, HCCS systems have the same number of wider bandwidth (1 MHz) video channels. Must be switched within a small satellite.   Recent advances in SLMs using quantum well technology have resulted in near zero Until reflection (dynamic range exceeds 40 dB) at 1 GHz speed 1024x1024 pixel array that can be driven is there. Arrays of this size can fully implement the invention and are preferred An embodiment, but the current practical problem is that a smaller SLM is needed And at a cost. Performance achieved by larger SLMS Multiple (2, 4, 8, or 16 or more) to provide performance comparable to The use of smaller SLMs depends on the invention. It is within the range shown.   According to a preferred embodiment of the switched connection technique of the present invention, 500 chips per beam The channel is first coded by frequency allocation or wideband coding. Then 1024 x 1024 SLM array (single SLM or composite smaller SLM LM) baseband the incoming frequency from the assigned frequency And these frequencies are detected and bandpassed. Or a wideband code When decoded, the decoded signal is multiplied by the input and 50 per beam. Integrate to separate 0 channels. If separated and detected, Match name per output beam to navigate to the beam or retransmit information It is re-modulated by another set of SLMs to produce a wide bandwidth. overall The system consists of roughly seven to ten 1024 x 1024 SLM arrays, several An emitter array and some linear (1024 × 102) with appropriate optics 4) An array is provided.   To handle larger volumes of local calls, a portion of each beam is located in that same region. Another optical element for turning back can be added.   To categorize some channels into more than 100 voice channels Or to combine multiple channels for the transmission of high definition television (HDTV) It is within the scope of the present invention to add specific circuits as needed. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The features and advantages of the present invention will be apparent from the drawings, The relevant details will become apparent from the detailed description provided hereinafter.   FIG. 1 illustrates one embodiment of the present invention used as a single communications satellite system. 1 is an overall view of a state.   2A to 2C show a multiple beam antenna design according to the present invention. FIG. 3 is a more detailed diagram of a set of techniques for producing.   FIG. 3 shows a structure for executing optical processing in the first embodiment of the present invention. FIG.   FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams for retransmitting a portion of each beam back to the same area. It is a figure explaining a mechanism.   FIG. 5 illustrates another embodiment using digital encoding instead of frequency encoding. FIG.   FIG. 6 shows the configuration of an "arbitrary" crossbar switch according to the second embodiment of the present invention. FIG. Detailed Description of the Preferred Embodiment   FIG. 1 shows a large-capacity communication satellite system according to the present invention. N beams 2 with M simultaneous customers per hit are shown. These M The customer is a small part of all customers in the beam. However, the customer , Only about 1% use a two-way communication system at a time, The user has a small antenna, a transceiver, and a video camera and TV player. , Each representing a potential customer or terminal of 100 × M.   M concurrent users (M is 100 to 4,000, typically 500) In a simple configuration, a 1 MHz band (or digital With low level near lossless video compression to compress each signal doing. These 500 signals, each with a bandwidth of 1 MHz, are It is frequency-coded or digital-coded to distinguish it. These signals are Produced by a multi-beam antenna receiving system on a geostationary satellite (not shown) , N parallel receive beams (typically N = 1000) 3 You.   On the satellite, 1000 beams 3 (each containing 500 concurrent users ) Is 1 × N S illuminated by a laser to form M optical channels 6 It is transmitted to the multiple beamformer 5 along N channels using LM. Each light The learning channel 6 then passes through an individual channel resolver 7 with an N × M SLM array. It is diffused in one dimension using a diverging cylindrical lens to illuminate a. This N XM SLM array downconverts desired individual channels to video Driven by an appropriate sine wave signal on the backplane. Proper inspection After exiting and filtering, each channel of each beam is efficiently combined and The signal is separated on one pixel of the N × M detector array and the N × M optical Create channel 8.   A valid crossbar switch 9 is then applied to any desired output position. Applied to switch the individual channels of In its simplest embodiment The signal at its source to ensure that it has been detected once. To transmit to the desired receiving position within the desired column Be done. This is the "intelligence" in the satellite part and changes in the operation of the satellite No changes are required.   In somewhat more complex configurations, the selected (or all) beam Terrestrial transceiver receives the signal and reroutes it to the desired point A "double hop" function is added. This allows you to alternate routing if needed It can be performed.   In a more general embodiment, the selected pixels are at any frequency (such as Or code), and the down-conversion and detection It is repeated in that plane. To allow perfect random crossbar join Then, the signal on any pixel is moved to any other pixel.   Each signal, once decoded and detected, produces an N × M optical signal path 10 Used to modulate other NxM SLMs. These are then The backplane has an appropriate sinusoid to fill the bandwidth of the retransmitted beam. Individual channel modulators, including other N × M SLMs including wavy or code modulation 11 is supplied. The signal output on the N × M optical channel 12 is then 1 × N detector channels and cylindrical optical elements, and N optical channels 14 It is supplied to the beam combiner 13 that produces the beam. Next, the N receive beams are coaxially In order to generate N retransmitted beams 17 in reverse, a number of beamformers 1 are used. 5 is used. Each of these beams (typically 1000) has a complete Video, including 500 channels for simultaneous communication of 1 million customers .   The K direct channel 18 is subdivided to generate from multiple beamformers. It is. This is a direct return if the frequency is frequency coded This is most easily performed by a simple filter 19 such as a filter. Filtered Channels allow for multiple local video connections within each local beam To be added along the K direct channel 20 to a number of beamformers. You.   2A to 2C show another method of generating a "multiple antenna beams". It is a thing. FIG. 2A shows generally a multi-beam antenna fed by a Kurgorio (Greo gorian fed multiple beam antenna), a standard multiple feed curve reflector (Multiple feed curved reflector). This Ann In Tena, a series of actual RF supplies 21 cover a large area (like the United States) Positioned at the focal plane of the curved reflector 22 to produce a series of beams 23 Have been. FIG. 2B focuses one of the parallel rays at a point on the far end of the sphere. RF Luneberg lens using a dielectric sphere with a variable dielectric constant to adjust It is shown. If the supply of M is positioned on the appropriate point 25, M beams 23 covering the desired area are generated.   The above two techniques are more known to those skilled in the art. And need not be described in further detail. However, these technologies are not When adopted in the star system, it becomes unwieldy. Luneberg optical lens FIG. 2C shows a more capacity-efficient design 2 showing the approach. this In the case, M incoming beams 26 are elements suitable for producing M beams. Are sampled and spaced by a number of RF multiplex element arrays 27, and each element is It is connected to the N × M SLM 29 in the form of pixels and array elements. SLM2 9, the output of array 27 is converted from RF to downcon converter 28. Downconverted to baseband. The laser 30 is a SLM The element 31 and the half mirror 32 are illuminated, and the output beam is M beams. Focus on appropriate M detectors using variable dielectric spheres 33 to pull Are combined. M supplies 34 (such as diode lasers) Array to generate the system. Naturally, the embodiment of FIG. It is one bit smaller than the embodiment of FIG. 2A or B.   FIG. 3 shows the output (N optical channels) 6 of the incoming beamformer 5 Of internal processing through the input (N optical channels) of the beamformer 15 It is. Referring to FIG. 3, the signals from the incoming beamformer 5 are M Multi-frequency or digitally encoded simultaneous signals (typically M = 500) N signals on the isolated signal path 100 (typically 1000 paths) It is constituted by a tena beam signal. These signal paths are 1 × N SLM arrays It is connected to 101. This array includes a parallel lens 104 and a half mirror 1 03 and is illuminated by the laser 105, the output of the laser 105 is then The columnar lens 102 focuses on the line array 101. Lens 1 02 also covers each coupling via to cover the complete row of the other SLM array 106. Diffuse the reflected signal. This array hardware connects each column together and Modulation is performed by the same signal in each channel resolver 107. Last column is frequency Until modulated by Mf1, for example, the first column is modulated by frequency f1, The second column is modulated by frequency 2f1, and the third column is modulated by frequency 3f1. You. Thus, a beam containing all frequencies from f1 to Mf1 is then The reflectance of each pixel modulated by f1 to Mf1 according to the position in the column is Multiplied. (The above process is actually in-phase to cover both dimensions ( I) and in quadrant (Q). ) In this way, the frequency is efficient The desired channel is shifted or down-converted to video. Is The array of signals is then returned by the half mirror 103 and the parallel lens 1 08 focuses on the detector / accumulator array 109. This procedure And the desired signal is low-pass filtered for each pixel. It is.   The detector / accumulator array 109 is a parallel lens on a pixel-by-pixel basis. 112 and other S illuminated by laser 113 through half mirror 111 Connected to LM array 110. At this point, each individual channel is complete Fully detected and the signal is on one of the N × M pixels of the SLM array 110. Is located. This image is then individually used to “fill” the output beam. Is reflected by the SLM array 114 which "remodulates" the signal. At this point, the incoming N beams cross each row where beam 1 is row 1 and beam 2 is row 2 Spread. The columns represent the individual customers inside the beam, ie column 1 is the customer 1 and column 2 represent customer 2. In the present embodiment, the SLM array 106 The modulators SLM115 for the individual channels, which are identical but rotated 90 °, Obtain this demodulated array and send the signal to customer 1 and beam 1 Frequency f1 for customer 2 and frequency 2f1 for beam 2 Adjust. As with the SLM array 106, the procedure is in-phase (I) steps and This is performed in the quadrant (Q) step. Next, each signal is detected by the half mirror 111. After being reflected by a single pixel, a single pixel Compressed. Each of the beams is compressed in this way, and the beam is 1 × N Are output to the N antenna supply units 118 through the detector array 117. this is Possible because demodulation has the effect of modulating each "customer 1" at a different frequency And the receiving customer can distinguish between those calls.   Thus, each customer J from all N beams is demodulated and in frequency Separated and optically combined to produce a new output beam J.   For 1000 concurrent customers per beam, and 1000 beams, In the embodiment described above, one customer can use each beam as the other beam. Calling customers at each is allowed. The power of the system is clear Despite being quite large (10,000 simultaneous video circuits), typical communication It does not fit very well into the application. This typically means that many calls Local and non-local, in dense areas (eg New York City, Eagle Tonton D. C. ).   One technique to mitigate the problem of call density is to use repeaters in multiple locations. May be placed in the area. These repeaters move beam K between the original point and the desired destination. Used as a stopover between This technology works with beam K Significantly improve system flexibility while using some of the capacity of Region K Can be.   FIGS. 4A and 4B dedicate frequencies f1 to fk as "local" calls. To increase the number of available in-region (ie, intra-beam) calls. It shows two mechanisms. This is on a per beam basis, see FIG. 4A. Direct filtering, which is a technique described in FIG. The technique described, they spatially filter all f1 to fk signals. It is performed by performing filter processing after processing. FIG. 4A shows an electronic solution ( Signal Filter Bypass) and performs a partial bandwidth bypass For this purpose, an optical modification of the N × M array is included. In FIG. 4A, the incoming Signal 200 is divided by a divider 201 into two signals. One of the signals is The above processing is continued on the 1 × N SLM array 101. Other cha The channel is filtered in bandpass filter 202 and a 1 × N detector array is used. B. It is directly coupled with the output signal coming from b. These signals are added to adder 203 To drive the output beam 204 corresponding to the same input beam. An additional signal is provided, which is used for   FIG. 4B shows an optical solution to the same problem. Half mirror 11 The signal coming in through is vertical to map what is in area b from within area a. 45 ° facing full mirror reflecting mirror 206 and other 45 ° mirrors It is partially blocked by 205. In addition, the region b is rotated 90 ° with respect to the region a. Has been turned over. After appropriate modulation, the output beam is transmitted at the frequency transmitted in the same beam. It contains the same frequencies f1 to fk as the numbers f1 to fk.   FIG. 5 shows the SLM 106 for down-conversion and the SLM 115 for demodulation. 14 shows another embodiment replaced by digital code multiplication. This figure The standard names used in the two countries are different codes for communication in two directions. Is used. As shown, the frequency f1 has the sign K + 1, the frequency f2 is replaced by the sign K + 2, and Are similarly replaced in the conversion process, and the frequency f1 is 3 and the frequency f2 is replaced by code 2 and also in the demodulation process. And are similarly replaced. The reflected signal is then integrated to decode the desired signal Is done. With this technology, compared to conventional code division multiplexed access (CDMA) , More channels can be included within a given bandwidth.   In the simplest embodiment, the intra-beam is used to increase the available local calls. With two separate repeaters and partial bandwidth bypass technology It is difficult to handle many calls between teams. The use of repeater technology is Use one channel per minute call. Therefore, for example, Beam10 (b 10 calls between San Jose (San Jose) and Beam 342 (Washington, DC) The unit uses 19 channels. Its embodiment is shown in FIG. A crossbar switch can easily handle this problem.   The arbitrary crossbar switch configuration in FIG. 6 includes all the configurations in FIG. XM SLM array 110 and additional detector / accumulator 109 and SLM Optical elements are added between the arrays 110. First detector / accumulator 1 09 and the SLM array 110 identify incoming customers by column and each Each of the teams is identified. The optical output from the SLM 110 is the half mirror 3 01, and is converted by the half mirror 300 and N × by the lens 302. Focused on M arbitrary modulator SLM array 303 (arbitrary modulator # 1). This array 303 has a frequency in the N × M array for any of the frequencies f1-Mf1. A composite N × M array that can modulate any pixel. Arbitrary variable By providing the Tone # 1, each pixel has a different arbitrary Kf for each pixel. It can be multiplied by one.   The reflected arbitrary modulated signal from the array 303 is then applied to the first cylindrical lens. Lens 304 focuses on the line, and the second cylindrical lens 304 Through the half mirror 305, and down-copy each pixel to its f1-Mf1 position. And spread to other SLM arrays 306 to be inverted. Output by array 306 The image is then passed through half mirror 307 by half mirror 305, A second Nx multiplying the pixel by a different arbitrary value Lf1 for each pixel The M arbitrary modulators are reflected by the SLM array 308 (arbitrary modulator # 2). SLM The output of ray 308 is reflected by half mirror 307 and The first and second cylindrical lenses 309, 309 are passed through in the same manner as the output is processed. Spend. In this way, each pixel is represented on the SLM array 311 by its f1 to f1 Downconverted to N position.   The first SLM array 306 moves signals in plane # 1 efficiently and the second SLM M array 311 efficiently moves signals in plane # 2 orthogonal to plane # 1. Faith The signal is then rediscovered (as done by detector / accumulator 109). Used to modulate other SLM arrays (such as SLM array 110) And is combined with the original signal from SLM array 110. So either Any signal from one beam, like any other signal from another beam Can be moved to a very high degree of flexibility.   As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea. Is self-evident. Therefore, the present invention is limited only by the appended claims. It is.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04J 14/04 14/06 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB ,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TT, UA,UG,UZ,VN──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H04J 14/04 14/06 (81) Designated country EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE , MW, SD, SZ, UG), AM, AT, AU, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, IS , JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LR, LT, LU, LV, MD, MG, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, E, SG, SI, SK, TJ, TM, TT, UA, UG, UZ, VN

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1. 1つの衛星だけを使用した2方向通信システムにおいて信号を光学的に交 換接続するための方法において、 第1のセットのNのビームを受信するステップ、 前記Nのビームの各1つから第1のセットのNの光チャネルを形成するステッ プ、 第1のN×Mのアレイを照射するために1次元内で前記第1のセットのNの光 チャネルのそれぞれを拡散するステップ、 第1のN×Mアレイの1つの位置に存在する信号を第2のセットのNの光チャ ネルのいずれかの位置に交換接続するステップ、 前記第2のセットのNの光チャネルから第2のセットのNのビームを形成する ステップ、および 前記第2のセットのNのビームを送信するステップであって、前記第2のセッ トのビームはMのカスタマを同時にサービスしている、各ステップからなる方法 。 2. 前記光チャネル形成手段が、第1の1×M空間光変調器を含んでいる、請 求の範囲第1項記載のシステム。 3. 前記拡散手段が、拡散用円筒状レンズを含んでいる、請求の範囲第1項記 載のシステム。 4. 前記交換接続手段が、 N×Mチャネル内の前記拡散手段からの出力を受けるためのチャネル分解手段 、 チャネル分解手段からの出力を受信し復号しN×Mチャネルを分離するための クロスバスイッチ、および 前記クロスバスイッチからの出力を受信し前記非拡散手段および前記ビーム形 成手段による続く圧縮および変換のためにN×Mチャネルを再符号化するための チャネル変調手段を含んでいる、請求の範囲第1項記載のシステム。 5. 前記チャネル分解手段が、 前記拡散手段からの出力を受信する、第1のN×M空間光変調器アレイ、 前記第1のN×M空間光変調器アレイに第1のレーザビームを照射するための 第1のレーザビームソース手段、および 前記第1のレーザビームにより照明される第1のハーフミラーを含んでいる、 請求の範囲第4項記載のシステム。 6. 前記クロスバスイッチが、 前記チャネル分解手段の出力を受信し分離されたチャネル内でN×M出力を供 給するN×M検出器/アキュムレータ、および N×M素子のいずれかを経て前記N×M検出器/アキュムレータのN×M出力 のいずれかを受信するためのN×M素子を有する第2のN×M空間光変調器アレ イからなる、請求の範囲第4項記載のシステム。 7. 前記チャネル変調手段が、 前記クロスバスイッチからの出力を受信する第3のN×M空間光変調器アレイ 、 前記第3のN×M空間光変調器アレイに第2のレーザビームを照射するための 第2のレーザビームソース手段、および 前記第2のレーザビームにより照明される第2のハーフミラーからなる、請求 の範囲第4項記載のシステム。 8. 前記非拡散手段が拡散用円柱状レンズを含んでいる、請求の範囲第1項記 載のシステム。 9. 前記ビーム形成手段が第2の1×N空間光変調器を含む、請求の範囲第1 項記載のシステム。 10. 少なくとも1つの地上ベースの送信機を含み、前記少なくとも1つの地 上ベースの送信機は前記Nのビームのそれぞれによりサービスされる前記Mのカ スタマの信号を周波数符号化するための手段を含み、前記Mのカスタマの他のも のに関連する前記信号の他のものと前記Mのカスタマの特定の1つに関連する前 記信号の1つとを識別し、前記拡散手段が前記Mのカスタマからの前記信号を分 離した光パスに沿って拡散してN×M周波数符号化された信号を供給する、請求 の範囲第1項記載のシステム。 11. 前記クロスバスイッチが、 前記拡散手段からのN×M周波数符号化された信号を受信し復号して前記第1 の空間光変変調器アレイ内に供給された復号用周波数にしたがってN×M復号さ れた信号を提供するための第1のN×M空間光変調器アレイ、および 前記N×M復号された信号を受信し前記N×M復号された信号をN×Mの個々 のチャネルに分離するための第1のN×M検出器アレイを含む、請求の範囲第1 0記載のシステム。 12. 前記クロスバスイッチがさらに、 前記N×Mの個々のチャネル内の前記N×M復号された信号を受信し前記N× Mの個々のチャネルのいずれかの他のものの内の前記N×M復号されt亜信号を 送信するための第2のN×M空間光変調器、および 前記第3の空間光変調器アレイ内に供給された符号化用周波数にしたがって前 記N×M復号された信号を周波数変調および再符号化するための第2のN×M空 間光変調器アレイを含む、請求の範囲第11項記載のシステム。 13. 少なくとも1つの地上ベースの送信機を含み、前記少なくとも1つの地 上ベースの送信機は前記Nのビームのそれぞれによりサービスされる前記Mのカ スタマの信号をデジタル的に符号化して前記Mのカスタマの他のものに関連する 前記信号の他のものから前記Mのカスタマの特定の1つに関連する前記信号の1 つを識別する、請求の範囲第1項記載のシステム。 14. 前記拡散手段からのM×Nのデジタル的に符号化された信号を受信し復 号して前記第1の空間光変調器アレイ内に供給された復号用情報にしたがってM ×Nの復号された信号を供給する第1のN×M空間光変調器アレイ、および 前記N×Mの復号された信号を受信し前記N×Mの復号された信号をN×Mの 個々のチャネルに分離するための第1のN×M検出器アレイを含む、請求の範囲 第13項記載のシステム。 15. 前記クロスバスイッチがさらに、 前記N×Mの個々のチャネル内の前記N×Mの復号された信号を受信し前記N ×Mの個々のチャネルのいずれかの他のものの内の前記N×Mの復号された信号 を送信するための第2のN×M空間光変調器アレイ、および 前記第3の空間光変調器アレイ内に供給されたデジタル符号化情報にしたがっ て前記N×Mの復号された信号を変調および再符号化するための第3のN×M空 間光変調器アレイを含む、請求の範囲第14項記載のシステム。 16. Nが約1000である、請求の範囲第1項記載のシステム。 17. Mが約500である、請求の範囲第1項記載のシステム。 18. 前記交換接続手段が、 前記拡散手段からのN×Mの信号を受信し復号して前記第1の空間光変調器ア レイに供給された復号用情報にしたがってN×Mの復号された信号を供給する第 1のN×M空間光変調器アレイ、 前記N×Mの復号された信号を受信し前記N×Mの復号された信号を第1のセ ットのN×Mの個々のチャネルに復号するための第1のN×M検出器アレイ、 前記N×Mの個々のチャネル内の前記N×Mの復号された信号を受信し前記第 1のセットのN×Mの個々のチャネルのいずれかの他のもの内の前記N×Mの復 号された信号を送信するための第2のN×M空間光変調器アレイ、 前記N×Mの復号された信号をN×Mの個々のピクセルとして変調するための 第3のN×M空間光変調器アレイ、 前記N×Mの個々のピクセルを第1の面に沿って移動するための第4のN×M 空間光変調器アレイ、 前記N×Mの個々のピクセルをさらに変調してN×Mのさらに変更されたピク セルを供給するための第5のN×M空間光変調器アレイ、 前記N×Mのさらに変更されたピクセルを、前記第1の面と直交する、第2の 面に沿って移動してN×Mの移動され変更されたピクセルを供給する第6の空間 光変調器アレイ、 前記第6のN×M空間光変調器アレイからの前記N×Mの移動され変更された ピクセルを受信し前記N×Mの移動され変更されたピクセルを別のセットのN× Mの個々のチャネル内で分離するための第2のN×M検出器アレイ、 前記別のセットのN×Mの個々のチャネルを受信し前記別のセットのN×Mの 個々のチャネルを前記別のセットのN×Mの個々のチャネルのいずれかの他のも のに沿って送信するための第7のN×M空間光変調器アレイ、および 前記第8の空間光変調器アレイ内に供給される符号化情報にしたがって、、前 記第7のN×M空間光変調器アレイから受信した、前記別のセットのN×Mの個 々のチャネル内の復号された信号を変調および再符号化するための第8のN×M 空間光変調器アレイからなる、請求の範囲第10項記載のシステム。 19. 第1のソースから第1の目的地に予め決定された符号化スキームにした がって選択された特定のチャネルに沿って送信された信号を、前記特定のチャネ ルが占有されている場合において少なくとも1つの中間の目的地/ソースのペア を経て、再経路指定するための手段をさらに含む、請求の範囲第1項記載のシス テム。 20. 前記第1のN×M空間光変調器アレイが単一のN×M空間光変調器から なる、請求の範囲第5項記載のシステム。 21. 前記第1のN×M空間光変調器アレイが複数の空間光変調器からなる、 請求の範囲第5項記載のシステム。 22. 前記第2のN×M空間光変調器アレイが単一のN×M空間光変調器から なる、請求の範囲第6項記載のシステム。 23. 前記第2のN×M空間光変調器アレイが複数の空間光変調器からなる、 請求の範囲第6項記載のシステム。 24. 前記第3のN×M空間光変調器アレイが単一のN×M空間光変調器から なる、請求の範囲第7項記載のシステム。 25. 前記第3のN×M空間光変調器アレイが複数の空間光変調器からなる、 請求の範囲第7項記載のシステム。 26. 前記第1から第3のN×M空間光変調器アレイがそれぞれ単一のN×M 空間光変調器からなる、請求の範囲第12項記載のシステム。 27. 前記第1から第3のN×M空間光変調器アレイがそれぞれ複数の空間光 変調器からなる、請求の範囲第12項記載のシステム。 28. 前記第1から第3のN×M空間光変調器アレイがそれぞれ単一の空間光 変調器からなる、請求の範囲第15項記載のシステム。 29. 前記第1から第3のN×M空間光変調器アレイがそれぞれ複数の空間光 変調器からなる、請求の範囲第15項記載のシステム。 30. 前記第1から第8のN×M空間光変調器アレイがそれぞれ単一の空間光 変調器からなる、請求の範囲第18項記載のシステム。 31. 前記第1から第8のN×M空間光変調器アレイがそれぞれ複数の空間光 変調器からなる、請求の範囲第18項記載のシステム。[Claims] 1. Optically exchange signals in a two-way communication system using only one satellite. In the method for exchange connection,   Receiving a first set of N beams;   Forming a first set of N optical channels from each one of said N beams. ,   The first set of N lights in one dimension to illuminate a first N × M array Spreading each of the channels;   A signal present at one location of the first N × M array is converted to a second set of N optical channels. Exchange connection to any location on the panel,   Forming a second set of N beams from the second set of N optical channels; Steps, and   Transmitting the second set of N beams, wherein the second set of N beams is transmitted. G's beam serves M customers simultaneously, a step-by-step method . 2. The optical channel forming means includes a first 1 × M spatial light modulator. The system of claim 1. 3. 2. The method of claim 1, wherein said diffusing means includes a diffusing cylindrical lens. On-board system. 4. The exchange connection means,   Channel decomposition means for receiving an output from said spreading means in an N × M channel ,   For receiving and decoding the output from the channel decomposition means and separating the N × M channels Crossbar switch, and   Receiving the output from the crossbar switch and receiving the non-spreading means and the beam shape For re-encoding the N × M channel for subsequent compression and transformation by The system of claim 1, including channel modulation means. 5. The channel disassembly means,   A first N × M spatial light modulator array for receiving the output from the spreading means;   For irradiating the first N × M spatial light modulator array with a first laser beam; First laser beam source means, and   A first half mirror illuminated by the first laser beam; The system according to claim 4. 6. The crossbar switch,   Receives the output of the channel decomposition means and provides N × M output in the separated channel. N × M detector / accumulator to supply, and   N × M output of the N × M detector / accumulator through one of the N × M elements N × M spatial light modulator array having N × M elements for receiving any of 5. The system according to claim 4, comprising: a. 7. The channel modulation means,   A third N × M spatial light modulator array for receiving an output from the crossbar switch ,   For irradiating the third N × M spatial light modulator array with a second laser beam. Second laser beam source means, and   And a second half mirror illuminated by the second laser beam. 5. The system according to claim 4, wherein: 8. 2. The method according to claim 1, wherein said non-diffusion means includes a diffusion cylindrical lens. On-board system. 9. 2. The method of claim 1, wherein said beam forming means includes a second 1 × N spatial light modulator. The system described in the section. 10. At least one terrestrial-based transmitter, said at least one terrestrial-based transmitter; The top-based transmitter transmits the M carriers served by each of the N beams. A means for frequency encoding the signal of the star, the other of the M customers Before the signal associated with the other one of the M customers and the particular one of the M customers And the spreading means separates the signal from the M customer. Providing an N × M frequency-encoded signal spread along a separate optical path. The system of claim 1 wherein: 11. The crossbar switch,   Receiving and decoding the N × M frequency-encoded signal from the spreading means, N × M decoded according to the decoding frequency supplied in the spatial light modulator array of A first N × M spatial light modulator array for providing a modulated signal; and   The N × M decoded signal is received, and the N × M decoded signal is converted into N × M individual signals. And a first N × M detector array for separating into a plurality of channels. The system of claim 0. 12. The crossbar switch further comprises:   Receiving the N × M decoded signals in the N × M individual channels and The N × M decoded t sub-signals in any other of the M individual channels are A second N × M spatial light modulator for transmitting; and   According to the encoding frequency provided in the third spatial light modulator array, A second N × M space for frequency modulation and re-encoding the N × M decoded signal. The system of claim 11, comprising an inter-light modulator array. 13. At least one terrestrial-based transmitter, said at least one terrestrial-based transmitter; The top-based transmitter transmits the M carriers served by each of the N beams. Digitally encode the star's signal and associate it with the others of the M customer One of the signals associated with a particular one of the M customers from another of the signals 2. The system of claim 1, wherein the system identifies one. 14. Receiving an M × N digitally encoded signal from the spreading means and decoding M according to the decoding information supplied to the first spatial light modulator array A first N × M spatial light modulator array that provides × N decoded signals; and   Receiving the N × M decoded signal and converting the N × M decoded signal to an N × M Claims: Includes a first NxM detector array for separating into individual channels. 14. The system of claim 13. 15. The crossbar switch further comprises:   Receiving the N × M decoded signals in the N × M individual channels; The N × M decoded signals within any other of the × M individual channels A second N × M spatial light modulator array for transmitting   According to the digitally encoded information supplied in the third spatial light modulator array. A third N × M space for modulating and re-encoding the N × M decoded signal. 15. The system of claim 14, comprising an inter-light modulator array. 16. The system of claim 1, wherein N is about 1000. 17. The system of claim 1, wherein M is about 500. 18. The exchange connection means,   An N × M signal from the spreading means is received and decoded, and the first spatial light modulator A N × M decoded signal is supplied according to the decoding information supplied to the ray. One N × M spatial light modulator array,   The N × M decoded signal is received and the N × M decoded signal is received in a first cell. A first N × M detector array for decoding into N × M individual channels of   Receiving the N × M decoded signals in the N × M individual channels; The N × M decoding in any other of a set of N × M individual channels. A second N × M spatial light modulator array for transmitting the encoded signal;   For modulating said N × M decoded signals as N × M individual pixels. A third N × M spatial light modulator array,   A fourth N × M for moving the N × M individual pixels along a first plane Spatial light modulator array,   The N × M individual pixels are further modulated to provide a further modified N × M pixel. A fifth N × M spatial light modulator array for providing cells,   A second modified N × M pixel is orthogonal to the first plane. A sixth space moving along the plane to provide N × M moved and modified pixels Light modulator array,   The N × M moved and modified from the sixth N × M spatial light modulator array Receive pixels and replace the N × M moved and modified pixels with another set of N × M pixels A second N × M detector array for separation within M individual channels;   Receiving said another set of N × M individual channels and receiving said another set of N × M individual channels; Each individual channel may be any other of the other set of N × M individual channels. A seventh N × M spatial light modulator array for transmitting along   According to the encoding information provided in the eighth spatial light modulator array, The another set of N × M pieces received from the seventh N × M spatial light modulator array. Eighth N × M for modulating and re-encoding the decoded signal in each channel The system of claim 10, comprising a spatial light modulator array. 19. A predetermined encoding scheme from a first source to a first destination The signal transmitted along the specific channel thus selected is transmitted to the specific channel. At least one intermediate destination / source pair if the file is occupied 2. The system of claim 1, further comprising means for re-routing via Tem. 20. The first N × M spatial light modulator array comprises a single N × M spatial light modulator. The system of claim 5, wherein 21. The first N × M spatial light modulator array comprises a plurality of spatial light modulators; The system according to claim 5. 22. The second N × M spatial light modulator array comprises a single N × M spatial light modulator. 7. The system according to claim 6, comprising: 23. The second N × M spatial light modulator array comprises a plurality of spatial light modulators; The system according to claim 6. 24. The third N × M spatial light modulator array comprises a single N × M spatial light modulator. A system according to claim 7, comprising: 25. The third N × M spatial light modulator array comprises a plurality of spatial light modulators; The system according to claim 7. 26. The first through third N × M spatial light modulator arrays each comprise a single N × M 13. The system according to claim 12, comprising a spatial light modulator. 27. The first to third N × M spatial light modulator arrays each include a plurality of spatial light 13. The system according to claim 12, comprising a modulator. 28. The first to third N × M spatial light modulator arrays each comprise a single spatial light The system according to claim 15, comprising a modulator. 29. The first to third N × M spatial light modulator arrays each include a plurality of spatial light The system according to claim 15, comprising a modulator. 30. The first to eighth N × M spatial light modulator arrays each have a single spatial light. 20. The system of claim 18, comprising a modulator. 31. The first to eighth N × M spatial light modulator arrays each include a plurality of spatial light 20. The system of claim 18, comprising a modulator.
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