JPS62500834A - 地上端末間通信のための衛星通信システム及び地上端末間通信を提供するための方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 ２ホツプ配列衡星通信システム 発明の痒１ 本発明は、衛星通信システムに関し、特に多数の地上局端末間に通信を提供する ようなシステムに関する。

大勢の人々に宇宙技術の利益を享受させるような方法の一つとしては、多数の安 価な端末間の通信を許すシステムを提供することである。そのような動向は、電 イｊから電話への移行に於いて発生した。かつて、ビジネスマンは、電信間に行 き、街の外に宛てたメツセージを伝達するために、特に訓練されたオペレータを 頼みにしていた。今日、多数の通（Ｈが、Ｂ１．１１月つ手頃な端末、即ち電話 を使用して、オフィスからしたらされている。しかしながら、例えば出類転移は 、そのように便利に進歩はしなかった。

人工衛星は、我々の通信能力を伸ばすことを約束する。しかしながら、普通の電 話が高価且つ複雑な相互交換のシステムの偽りであることを示すのとまさに同様 に、簡単且つ安価な顧客信内端末（ＣＰＴ）が、高価且つ複雑な人工衛星システ ムを要求する。

コスト及び複雑さを端末から送信システム′へ移動させることは、後ちが人工衛 星を含む時には、遥かに多い影響を持つ。

付加的な複雑さは通例容積及び重量を増加させ、この増加は次には打上げコスト に影響を及ぼす。

人工衛星に対する複雑さの移動は、非実用的な多くの手直し及び改造を必要と成 らしめる。休止時間のコス］・及び損傷を受けた人工衛星の取替え金額は、特に 複雑なものでは、恐ろしい割合いに達する。

人工衛星に要求される出資のために、１−分な活用、十分な性能、及び人工Ｗ１ 星能力と通信Φ要、！１ミとの不適当な粗合せは、非常に高価である。通信ωパ ターンは一般的に、人工衛星の寿命以上に増加し且つ移！ｉＩ噂−る。しかしな がら、宇宙申付システムに於いて性能の向上及び通信学パターンの変更を提供す ることは、独特な挑戦を与える。

危険分散及び融通性が、多人工斯り二システムによって提供することができると いうことが理解される９、シかしながら、通信衛星のため員も有効な、静止軌道 に於ける“溝（スロット）″の数は、制限されている。そのうλ、多人工命？シ ステムの個々の人工衛星は、お互いと通信するために、さらに複雑さを増さねば ならず、さもなければＪ、記システムの全性より利用し易い地上局にＴＩスト及 び複雑さの幾らかを移すために、２ホツプ通信システムが提唱されできている。

そのようなシステムに於いては、起貞ＣＰＴからの信号が第１の人工衛星によっ て中央地上処理局に向けられる。この処理局は、イを号を増幅及び、′又は別な ふうに再フ４−マツティングし、目的ＣＰＴへの伝送のために第２の人工ＩＩに その信号を再び向ける。

２ホツプ・システムのコスト及び複雑さの多くは、中央地上処理局に存する。こ れは、人工衛星のコストを低下させ、多くの手直し及び品質向上のため利用し易 いシステムを与える。

これに反して、そのような提唱された２ホツプ・システムは、静止軌道に多晶を 要求覆る。そのような洞のための増加された競合は、そのような２ホツプ・シス テムを非実用的にしている。また、２個の人工衛星がある故に、人工衛星故障に 対して該システムがさらされている状態は、２倍にされる。

人工衛星の故障で、２ホツプ動作が失われ、システムが低下し、でなければ１ホ ツプ通信が頼りにされねばならない。

多軌道満の要求を避けるのに対し、２ホツプ・システムの効果を保つような両足 通信システムが必要とされている。そのうえ、そのようなシステムは、人工Ｗｕ 故障の場合に存続できる２ホツプ動作を許すベきである。

発明の要約 本発明に従って、両足通信システムは、単一軌道溝に配列され、遠隔両型間交換 （ＲＩＳＥ）局にＦ！５連して多数のＣＰＴ門に２ホツプ通信を提供する。衛星 通信システムを配列することは、本発明によってアドレスされる付加的な問題を 導く。

゛′配列された“とは、ＣＰＴによって区別できない軌道位置実際は配列された とは、静止又は他の共有された軌道に於ける１°以下の角度置換えを指している 。′配列された”とは、別々の人工ｗ１星の位置の特徴を表わすことができるが 、しかし単一人工衛星の一部である複数のシステムもまた包含することができる 。

配列されたシステムに於いては、多溝２ホップ・システムに利用できる可変の人 工１ｆｆｉ星位置が失われ、配列された２ホツプ・システムのために１７２の潜 在的な帯１幅の不利益を包含ブる。帯域幅の不利益を改善するために、本発明は 、その偏波案を共有づるＣＰＴがら空間的に分離されたＲＩＳＥ局の使用を提供 する。

“配列された”の幾分か反意的な語“空間的な分離“とは、照星通信システムに よって区別できるような角度方向を示す。

ここで１３が、人工′ＷＩ星から見てＲＩＳＥとその偏波案を共有する最も近い ＣＰＴとの間の角度置換えに応用する事実上の最小値である。この配置は、末端 のユーザを接続しない中間リンクの存在にも拘らず、利用できる帯域幅の全効宋 を得る。

空間的に分離されたＲＩＳＥは、１ホツプのアプローチと比較すれば、最小の効 率損失を有する経済的な２ホツプ通信を提供するように、第１のホップの広帯域 トランスポンダと共に動作することができる。

さらに、動作周波数及び種々のトランスホンダの偏波は、２個の人工衛星の一方 が故障しても、末端のユーザに最小の損害がしか与えないように選択されること ができる。これは、それぞれの人工衛星のための共通偏波案を有することにより もたらされる。

本システムによってアドレスされる他の問題は、意図されたＲＩＳＥの近くの第 ２のホップのダウンリンクの電波密度に匹敵する、上記意図されたＲＩＳＥの近 くの第１のホップのダウンリンクの電波密度を持つことの要求である。目的ダウ ンリンクが、ＲＩＳＥでの受信力と容認できないほど干渉せず、且つ第１のホッ プのダウンリンクが近くのＣＰＴによる受信力と容認できないほど干渉しないと いうことを上記匹敵が保証する。この匹敵は、ＲＩＳＥと共に非常に狭いビーム ・リンクを使用して成し遂げられることができる。

本発明の一つの実現に於いては、ＲＩＳＥは周波数分割多重（ＦＤＭ）信号を時 分にｊ多重（Ｔ［ｌＨ）信号に変換する。これは、システム動作の以下の２ホツ プ・モードを許す。第１のホップで、ＣＰＴは狭い周波数帯域内で信号を送信し 、この帯域は周波数のレンジから選択される。人工衛星は多くのそのようなＣＰ Ｔから受信された信号を多重送信し、ＴＯＨに信号を変換するＲＩＳＥに結果の ＦＤ１４信号を送信する。

第２のホップでは、ＴＤＨ信号は配列された衛星通信手段に送信され、そこから 目的ＣＰＴに送信される。全システムは、比較的に低感度のＣＰＴによって受信 可能な強いＴＤ１４信弓を提供するために、少数のＲＩＳＥ局に与えられた比較 的高い出力の効果を得る。

本光、明の効果的な実現は、それぞれのゾーンにＲＩＳＥを、１当てるシステム によってアドレス可能なＣＰＴの２個のゾーンを定義する。それぞれのＲＩＳＥ は、そのそれぞれのゾーンの内側に配＠され、又は少なくともそれぞれでないゾ ーンの外側に配置される。特に、それぞれのＲＩＳＥは、それぞれでないゾーン から空間的に分離される。

本発明は、１個、２個、又は他の少数のＲＩＳＥ局にコスト及び複雑さの多くを 移すことにより、幾分速くアドレスされた問題の多くを解決する。これは打上げ 料金を減じ、通信量密度及びパターンを変更するために手直し、改良、及び調整 に対する非常に多くの利用し易さを承認する。

通信手段を配列することにより、天の不動産”が倹約される。それにも拘らず、 冗長及びシステム融通性が、複数の配列された人工ｗＩ星によって提供される。

例えば、本発明は、消費考要求が第２の人工衛星によって提供された性能を正し いとするま゛で、１個の人工衛星が流れられる動作開始段晧の間提供する。元来 、本発明に於いてはコスト及び複雑さは、少数のオペレータでアクセス可能なＲ ＩＳＥ局に存し、非常に多くのＣＰＴに又はアクセスできず且つ非常に敏感な人 工衛星に存しない。

本発明に従って配列された２ポツプ′ｆｆ１足通信システムは、領域内の多数の 経済的なＣＩ’Ｔ間の通信を提供する。本発明は、アクセス可能なＲＩＳＥ局に 対してシステムのコスト及び複雑さの多くの再分配を提供づるとはいえ、１ホツ プ・システムの帯域幅効率に接近するように実行される。空間的な位置。

周波数及び偏波によるシステム帯域幅の割当ては、都合の良い１西ヱ後援モード を許１ことを提供される。ＲＩＳＥに対する経抗的な広帯域の第１のホップのト ランスホンダ及び狭いビーム・リンクは、第１のホップ及び第２のホップのダウ ンリンク信号間の干渉を最小にする。

好ましい　施例の説明 米国の地続き部（ＣＯＮＵＳ）に配置されたＣＰＴを相互接続するための衛星通 信システムは、２個の衛星通信手段と、遠隔人工衛星間交１ｆｉ　（ＲＩＳＥ） 手段とを含む。該システムは、以下のリンクを有する通信を提供する。即ち、起 点ＣＰＴから人工衛星へのリンク（第１ａ図及び第１ｂ図）；人工衛星からＲＩ ＳＥへのリンク〈第２ａ図及び第２ｂ図）　；　ＲＩＳＥから人工衛星へのリン ク（第３ａ図及び第３ｂ図）；及び人工衛星から目的ＣＰＴへのリンク（第４ａ 図及び第４ｂ図）。該システムは、通信能力及び融通性を最適化するために、利 用できる周波数、偏波及び空間的な分離を使用する。

十分に配備された時、該通信システムは、同−軌道溝に配列された２個の本質的 に同一の人工衛星Ｓｅ及びＳｗを含む。

゛配列された”とは、人工衛星の位置がＣＰＴ及びＲＩＳＥによって区別できな いということを意味する。本システムに於いては、人工衛星は、お互いに０．２ °以内の、少なくとも１゜の静止軌道に配列されている６呼称゛東部“及び゛西 部”は、人工衛星に付けられた時、尽くされる主なゾーンのみを指し、人工衛星 の構造及び位置の特徴は表わさない。

該システムは、Ｃ０ＮＵＳ内の東部ゾーンＥ及び西部ゾーンｋを定義する。それ ぞれのゾーンは、２個の隣接していないエリアを含む。東部ゾーンＥは、大西洋 エリアへと山岳エリアＨを含む。西部ゾーン讐は、太平洋エリアＰと中央エリア Ｃを含む。

西部のＲＩＳＥ　Ｒｗは太平洋エリアＰに配置され、東部ゾーンＥからは空間的 に分離されている。東部のＲＩＳＥ　Ｒｅは大西洋エリア＾にＭｉ！ｆｆされ、 西部ゾーンｋからは空間的に分離されている。

本システムは、２ホツプ・システムである。これによって、メツセージがその予 定された目的地に着く前に、２個のアップリンクと２個のダウンリンクを経験す るということが意味される。２ホツプ・システムの一つの効果は、低出力のＣＰ Ｔ間の衛星通信を支援するためにシステムに要求される容積。

コスト及び複雑さの多くが、地上に配置されるということである。従って１重要 なシステムの構成要素は、人工衛星の危険に対してあまり弱くなく、システム・ オペレータに対してはより便利なものである。

本システムはまた、人工衛星の危険を分散するための分離した打上げによる該シ ステムの２ステップ初期設定を許すため、及び人工衛星が故障した場合に冗長を 提供するために、２個の人工衛星間の宇宙中継能力の分割を提供する。人工衛星 は、静止軌道溝の不足した割当てで倹約するように配列されている。２個の人工 衛星が協同し、それぞれ通信Ｑをほぼ１／２に分配する。

２ホツプ・システムの結合配列は、通信帯域幅を半減させてしまう。しかしなが ら本システムは、ＲＩＳＥの空間的な分離及び送信周波数及び偏波の適当な分配 を使用することにより、この問題を克服する。説明された実施例に於いては、そ れぞれの人工衛星は、約４，０００の同時ＣＰＴアクセスの能力を持っている。

これは、両方の人工′ｆ５星動作で約８，０００のＣＰＴアクセースへと２倍に される。標準的な人工ＷＩ品の＠造は、第１のホップのＦＤＨ通信を実行するた めに８乃至１０　ＪＪ、上のトランスポンダを要求する。正確な数は、詳細な人 工１ｆｉ足設計の関数である。

該システムをアクセスするために、ユーザは、それぞれの人工衛星にＣＰＴから 信号を送信する。第１ａ図に示されるように、大西洋エリアへに配置された起点 ＣＰＴは、ビーム１０１に沿って東部人工衛星Ｓｅヘアツブリンク周波数レンジ の狭帯域内の送波を向ける。同様に、山岳エリアＨに配置された起点ＣＰＴは、 同一の人工衛星にビーム１０２に沿って送信する。

換言すれば、東部人ＩＷｉ星Ｓｅは、東部ゾーン［からの全ての起点アップリン クを受信する。

これを補足すると、西部人工衛星Ｓｗは、西部ゾーン−からの全ての起点アップ リンクを受信する。特に、中央エリアに生ずる信号は西部人工衛星Ｓｗにビーム １０３に沿って送信され、太平洋エリアＰに生ずる信号はビーム１０４に沿って 同一人工Ｗｉ星に達する。

人工衛星が配列されている故に、それぞれは全てのＣＰＴからの受信の可能性を 持っている。人工衛星は、それぞれの人工耐重が反対のゾーンからの信号を除去 することができるように、偏波に従って信号を識別するように装面されている。

東部ゾーンＥからの全てのＣＰＴ送信は水平偏波されており、西部ゾーンからの 全てのＣＰＴ信号は垂直偏波されている。

それぞれの人工衛星は、対応するゾーンからの受信をマルチプレクスし、その結 果のＦＤＨ信号をＲＩＳＥにダウンリンク周波数レンジ内で向は直す。説明され た実施例に於いては、ＲＩＳＥの選択は起点信号の周波数に依存する。アップリ ンク周波数レンジの下半分の信号は、上記ダウンリンク周波数レンジの下半分に シフトされて、対応するＲＩＳＥに向けられ、アップリンク周波数レンジの上半 分の信号は、他のＲＩＳＥに向けられる。東部のＲＩＳＥ　Ｒｅへのどちらの人 工ｍＷからの信号も水平偏波され、西部のＲＩＳＥへの４３号は垂直偏波される 。

換言すれば、アップリンク周波数レンジの下半分の東部のＣＰＴからの信号は、 第２ａ図のビーム２０１に沿って東部のＲＩＳＥ　Ｒｅに向は直される。この向 は直された信号は水平偏波されており、ダウンリンク周波数レンジの下半分の周 波数を持っている。アップリンク周波数レンジの上半分の東部のＣＰＴからの信 すは、ビーム２０２に沿って西部のＲＩＳＥ　ＲＷに向は直される６該ビーム２ ０２に沿った信号は垂直偏波されており、ダウンリンク周波数レンジの上半分の 周波数を持っている。

補足すれば、西部シーヘン−からのアップリンク周波数レンジの上半分の信号は 、第２ｂ図に示されたビーム２０３に沿って東部のＲＩＳＥ　Ｒｅに向は直され る。該ビーム２０３に沿った信号は水平偏波されており、ダウンリンク周波数レ ンジの上半分の周波数を持っている。西部ゾーン−からのアップリンク周波数レ ンジの下半分の信号は、ビーム２０４に沿って西部のＲＩＳＥ　Ｒｗに向は直さ れ、該ビーム２０４に沿ったＦＳ号は垂直偏波されており、ダウンリンク周波数 レンジの下半分内である。

ＲＩＳＥは信号を復調し、第２のホップのためのそれぞれの人工衛星に次に中継 して戻されるＴＯＮ４３＠のシリーズに情報を再フオーマツテイングする。該シ ステムの！雑さは、復調／再変調１能を行うＲＩＳＥに存する。変換された信号 は、ＣＰＴによって使用された同一アップリンク周波数レンジ内の対応する人工 衛星に向けられる。

東部のＲＩＳＥ　ＲｅからのＴＤＨ信号は、第３ａ図に示されるようにビーム３ ０１に沿って向けられ、該ビーム３０１に沿った（８号は、・第１ａ図のビーム １０１を生ずる大西洋エリアＡとの干渉を最小にするように垂直偏波されている 。西部のＲＩＳＥからのＴＯＮは、第３ｂ図に示されるようにビーム３０２に沿 −）て向けられ、該ビーム３０２に沿った信号は、第１ｂ図のビーム１０４を生 ずる太平洋との干渉を最小にするように水平偏波されでいる。

それぞれの人工西尾は、第２のホップの周波数のレンジ内の全ての他の周波数レ ンジの偏波を逆にする。従って、それぞれの人工西尾は、交互に配置された垂直 及び水平偏波された信号を送信する。東部人工衛ＷＳｅは、第４ａ図に示された ように、ビーム４０１に沿って大西洋エリアへに、及びビーム４０３に沿って山 岳エリアＨに垂直偏波された信号を送Ｆ３ｍ−る。

同一の人工衛星は、ビーム４０２に沿って中央エリアＣに及びビーム４０４に沿 って太平洋エリアに水平偏波された信号を送信する。

西部人工衛星Ｓｗは、ビーム４０５に沿って大西洋エリアＡに、及びビーム４０ ７に沿って山岳エリア間に垂直偏波された信号を送信する。同一の人工衛星は、 ビーム４０Ｇに沿って中央エリーアＣに及びビーム４０８に沿って太平洋エリア Ｐに水平偏波された信号を送信する。

周波数再使用は、それぞれのＲＩＳＥが周囲の起点ＣＰＴのそれと反対の偏波で 送信され且つそれぞれのＲＩＳＥが周囲の目的ＣＰＴのそれと反対の偏波を受信 する故に、開示されたシステムで達成される。従って、１ホツプ・システムの帯 域幅効率は、配置Ｊされた人■Ｗｊ星を使用する２ホツプ・システムの効果に加 えて成し遂げられる。第１ａ図乃至第４ｂ図に描かれたシステムの動作は、第５ 図に要約される。

この通信システムは、単一人工衛星モードで動作することができる。これは、例 えば経済的な理由から、人工衛星打上げ間の間隔があるとΦ要なことである。ま た、単一人工衛星モードは、人工衛星の故障又は損失の場合に後援として仕える 。

その単一人工衛星モードに於いては、それぞれの人工ｆｆ１星は、ＣＰＴ信号を 受信し且つ送信Ｊるため及びＲＩＳＥ信号を受信し且つ送信するために４個のビ ームを提供することができる。第１のアップリンク（ＣＰＴから人工Ｉｎに）は 、大西洋。

中央、山岳及び太平洋エリアをカバーする４個の受信ビームと共に成し遂げられ る。東から西へ向かって、これらのビームは水平及び垂直偏波を交互に使用する 。これらの４個のビームに乗って到達する上口は、人工Ｗ５１ｆｆｉを介する送 信のため、第６図の可変出力結合器６０３で共に合計される。人工衛星は、東部 のＲＩＳＥかまたは西部のＲＩＳＥかにこれらの信号を送信ただ１個のＲＩＳＥ のみが１ｌｉ−人工ｗ１５！計画に於いて活動中であることを必要とする。人工 曲尾は、軌道の西部のＲＩＳＥビームに東部から切換え可能なものである。ＲＩ ＳＥは、２２　ＭＨｚ幅の１６側の個々の信号にＣＰ　Ｔ　（、ｉ号の放送帯ス ペクトルを再フオーマツテイングする。これらは、東から垂直偏波されたビーム に又は西から水平偏波されたビームに乗って人工衛星に送信される。　ＲＩＳＥ からのアップリンク信号は、国の同一の地理学的なエリアから来るＣＰＴ信号に 対して直交する偏波がされる。開示された周波数Ｘ偏波案は、ＣＰＴの偏波を変 えることなく生ずるように、１人工衛星から２人工衛星動作への移行を許すとい うことに注意されたい。

人工衛星は、１６個のＲＩＳＥアップリンク信号を受信し、それらをＣＰＴに再 送信する。奇数チャンネルは、偶数チャンネルが垂直偏波を使用して送信される のに対して、水平偏波を使用して送信される。

第２のホップのダウンリンクのために、４個のビームがＣ０ＮＵＳ上の送信可能 範囲のために提供される。太平洋及び中央ビームは水平偏波され、且つ８個の奇 数トランスポンダの使用を共有する。大西洋及び山岳ビームは垂直偏波され、且 つ８個の偶数トランスポンダの使用を共有する。それぞれのビーム対のために、 ８個のトランスポンダが通信量密度要求に基いて８個のビームにｖ１当てられる ことができる。

太平洋及び中央ビームは、大西洋及び山岳ビームが垂直偏波を使用するのに対し て、水平偏波を使用する。この水平偏波されたビームに関連する人工衛星の８個 のトランスポンダは一１太平洋及び中央エリア間を移されることができる。

同様に、垂直偏波されたビームと関連する８＠のトランスホンダは、大西洋及び 山岳エリア間を移されることができる。

この配置は、Ｃ０ＮＵＳの東半分に集中されることをトランスポンダに許す。そ の上、通信量の５０％が、垂直偏波されたビームによって供給される残り　５０ ｘと共に、水平偏波されたビームによって供給されるように、ビームの境界が選 択されている。。

上述されたように実行されることを東部人工衛星Ｓｅに可能とする中継器６００ が、第６図に示されている。西部人工衛星Ｓｗのための中継器は、実質上同一で ある。両方の中継器は、加えられた融通性及び冗長のために動作の代替モードを 提供する。

中継器６００は、１６個の狭帯域トラスボンダと２個の広帯域トランスポンダと を含む１８個のトラスボンダを持っている。

トランスポンダは、それぞれのトランスポンダを定義する帯域通過フィルタ６０ ２及び６０４に配置された英数字１−１６とＵ及び［によって第６図に確認され る。トランスポンダは、１乃至２メートルのアンテナを持つＣＰＴと通信するに 十分な出力を持っている。中継器６００は、両端６１７が接続され、同様に両端 ６１９が接続されるように、円筒上に構成される。

動作の一次モードに於いては、起点ＣＰＴアップリンク信丹は、フィード６０１ でビーム１０１及び１０２（第１ａ図）に沿って受信される。この信号は、受信 機コンプレックス６０５で増ただ１個の受信機のみが第１のホップのアップリン ク信号を掴むことを要求する２個の代わりに４個の冗長を提供するための４個の 受信橢及びルート変更スイッチ６４０を含む。

受信信号は、伝達ライン６０７に沿ってハイブリッド６０９に向けられる。ハイ ブリッド６０９は、２個の経路間に信号を分割するもので、一方の経路は中間進 行波管増幅器（Ｔ１４Ｔ＾）６２１と共に、第１のホップのための周波数レンジ の上半分のための広帯域１−ランスボンダを定義する高域通過フィルタｆ３０４ −Ｕを含む。このトランスポンダは、フィード６１１から東部のＲＩＳＥ　Ｒｅ に向けられるビーム２０１を形成する。

他方の経路は、第１のホップのための周波数レンジの下半分のための広帯域トラ ンスポンダを定義する低域通過フィルタ６０４−Ｌを含む。このトランスポンダ は、ビーム２０２に沿ってフィード６１２から西部のＲＩＳＥ　Ｒｗに向けられ る信号を形成する。可変減衰器６３１は、軌道に於けるトランスポンダ利得の調 整を許す。受信機拒絶フィルタ６３３は、受信様周波数のノイズを抑制する。広 帯域トランスポンダＵ及び［の使用は、人工衛星Ｓｅ及びＳｗの製造及び動作を 非常に簡単にする。

東部のＲＩＳＥ　Ｒｅからのビーム３０１に沿ったＴＤ１４アップリンクは、フ ィード６１３を介して上記受信機コンプレックス６０５によって受゛信される。

これらから信号は、ハイブリッド６１５で分割され、狭帯域トランスポンダにル ートされる。

−次動作モードのためのトランスホンダは、白抜き三角形として描かれた中間Ｔ １４ＴＡ　６２１と共に番号の付されたフィルタ１−１６によって確認される。

円“［”として描かれたスイッチ６２３を含む代替経路及び塗潰された三角形と して描かれたＴＷＴＡ　６２５は、代替の１ホツプ及び混成モードのためのトラ ンスホンダを定義する。

狭帯域トランスポンダ経路の信号は、出力多岐管６２７を通ってエリア・フィー ド６２９にルートされ、ビーム４０１−４に沿ってそれぞれのエリアＡ、　Ｃ， Ｍ及びｐの目的ＣＰＴにルートされる。

第６図に四角形及び丸で描かれた多数の経路指定スイッチ６４０は、冗長及び動 作の代替モードを提供する。これらのモードの幾らかは、代替フィード６４１及 び６４２を使用する。特に、それぞれの人工衛星は、全てのエリア及び両方のＲ ＩＳＥからのＣＰＴアップリンクを受信することができ、フィード６４２によっ てｃｏｕｕｓ上に信号地域ビームを送信する。代替モードは、可変出力結合器６ ０３を使用して種々の場合に併用することができる。

ビーム２０１及び２０２に沿った第１のダウンリンク信号は、ＦＤＭ信号を掴ま えるためにそれらの比較的低い出力リニア領域で動作されねばならない起点ＣＰ Ｔ及び人工衛星のＴＷＴ八〇へ１の出力によって制限される。第２のダウンリン ク信号は、ＲＩＳＥの送信出力の効果を有し、且つ関連するＴＷＴＡ６２１がそ れらの高出力領域で動作することができるという効果を持つている。

１１１−フィード６１１及び６１２によって形成された非常に狭い第１のダウン リンク・ビームは、ＲＩＳＥで匹敵する。即ち注文の大きさ内であるフラックス 密度を達成するように、第１及び第２のダウンリンク間の総出力不一致を補正す る。このラフ・バランスは、それぞれのＲＩＳＥ及び近くのＣＰＴが、それぞれ でない信号による過度の干渉なしにそれらのそれぞれの信号を受信することがで きるということを提供する。

第６図及び関連する説明から明らかなように、開示されたシステムは、種々の動 作モードの可能なものである。該システムは、１ホツプ、２ホツプ及び混成モー ドで動作することができる。該システムは、１，２又はそれ以上の人工衛星で１ 能することができ、どちらの、どちらかの又は両方のＲＩＳＥで１能することが できる。また、中継器が不完全なＩ−ランスボンダをバイパスすることによって 完全な動作を維持するように、必要を満たすに十分なルート変更を使用するとい うことに注意されたい、８個までのこれらのトランスポンダは、Ｃ０ＮＵＳ受信 可能範囲に個々に切換え可能である。

２７個のＴＷＴＡが、環冗長配列の１８個のアクティブ・トランスポンダのため に提供される。第１のポツプに関連する低域及び高域トランスポンダは、環のＴ 旧Ａの６個に対するアクセスを持つ。この配列で、二重ホップ・サービスの第１ のホップが影響を及ぼされる前に、５個のＴＷＴＡが作用しなくならねばならな い。第２のホップに関連する１６個のトランスホンダは、５０％のＴ１４ＴＡ予 備によって保護されている。環の配列は、Ｔ１４Ｔ＾故陣の場合には、高程度の 予備のための融通性を提供する。

名目上、８個の奇数トランスポンダの内の３個が、中央ビームにルートされる残 りの５個と共に、太平洋ビームに関連す−る。しかしながら、幾らかの付加的な マルチプレクサ・フィルタ及びスイッチが、２／６分配又は４／４分配に変更さ れることを、この３１５分配に許すように提供されている。

同様の配列は、偶数トランスホンダでも使用される。名目上、これらのｌ−ラン スボンダの２個は、東ビームに行く残りの６個と共に、山岳にルートされる。し かしながら、この２７６分配は、付加的なフィルタ及びスイッチで１７７又は３ １５に変更されることができる。従って、時間を越える通信Ｑ分配の変化は、適 応させられることができる。

変更通信量パターンの場合に於（プる融通性を提供する他の特徴は、ビームのオ ーバラップである。例えば、ジョーシア州及びフロリダ州は、大西洋及び中央ビ ームの両方によってカバーされることができる。従って、もし通信量パターンが 変わっても、一方は、大西洋か又は中央エリアかにオーバラップ・エリアのＣＰ Ｔの割当てによってどちらかのビームの通信量を増すことができ、又は減らすこ とができる。

同様のオーバラップは、山岳及び中央ビームの間に提供され、特に東部テキサス の重通信量エリアに提供される。同様のオーバラップは、太平洋及び山岳ビーム の間に提供される。

西に於けるオーバラップは、西部の州に於ける低い通信（［度のため、余り効果 的でない。

２ホツプ・サービスの第２のホップのためには、アップリンク信号がフィードの 一方によって受信され、受信楯コンプレックス６０５にルートされる。受信機か ら、信号は次に１６チヤンネル入カマルチブレクサを通される。それぞれのチャ ンネルは、はぼ２７　ＭＨｚである。チャンネル分離後、それぞれの信号はＴ１ ４ＴＡを介してルートされ、その過当な出力マルチプレクサ６２７に出る。それ ぞれの出力マルチプレクサ６２７に関連するチャネルの数は、Ｃ０ＮＵＳのそれ ぞれのエリアに関連する通信量のパーセンテージに名目上比例する。

二重ホップ・サービスに加えて、中継器は、８個まで個々に切換え可能なＣ０Ｎ ｔｌＳ　ｌ−ランスボンダの単一ホップ・サービスのための能力を提供する。こ れらの単一ホップ・トランスポンダは、人工衛星の残部が二重ホップ・モードで 動作するのに対して、このモードで使用されることができる。さらに、過当なス イッチが、単一ホップ・モードで全体の中継器を動作するように受信機の後に提 供されている。このモードに於いては、１６個のトランスポンダが、エリア・ビ ーム上に提供される。

出力マルチプレクサ６２７のチャンネル・フィルタが、共通多岐管上に設けられ ている。チャンネル・フィルタは、はぼ３０　Ｈｌｉｚの帯域幅を持ち且つ隣接 するチャンネル帯域中心で１５　ｄＢ減衰を提供する４区画チェビシェフ指向性 フィルタである。この減衰レベルは、３１　ｄＢの許容できるキャリア対干渉（ Ｃ／Ｉ）レベルにＴＷＴ＾のスペクトル・ローブ再成長に関連する隣接チャンネ ル干渉を制限するために必要とされる。

ビーム・サイズ及び配置の決定に於ける一つのファクタは、ＲＩＳＥのための適 当な位置の望ましさである。、ＲＩＳＥへのビームは、局部エリアのＣＰＴビー ムと直交する偏波がされることができ、国の他の部分をカバーする同−一波のビ ームからは、空゛間的に分離されることができる。

例えば、東部のＲＩＳＥは、メイン州に配置されることができる。大西洋エリア のためのエリア・ビームが垂直偏波されている故に、東部のＲＩＳＥへのそれぞ れのビームは、干渉を最小にするために水平偏波されている。東部のＲＩＳＥビ ームはまた、最も近い水平偏波ビームから十分な角度外されている。この場合、 そのビームは中央ビームであり、十分な空間分離が達成されるように１．５°の 分離が提供されている。

同様に、西部のＲＩＳＥビームは垂直偏波されており、太平洋ＣＲＴビームに使 用された一波と直交する。それはまた、山岳エリアの垂直偏波ビームから１．５ °の角度分離を持っている。

開示されたシステムのための周波数創面は、以下のようである。１４　ＧＤ３　 （実際は、１４，０乃至１４．５　Ｇ１１ｚ　）のＣＰＴアップリンク信号は、 ２個の広帯域トランスポンダＵ及びＬのそれぞれの人工ＩｉＷに送イ８される。

それぞれのトランスポンダの帯域幅は２２４　Ｈｌｉｚであり、３２　Ｈｌｌｚ の保護帯域がこれらの２個のトランスポンダの間に提供される。ＲＩＳＥへの第 １のホップのダウンリンクは、１２　Ｇｌｔｚ　（実際は、１１．７乃至１２． ２　ＧＨｚ　）で行なわれ、１１１に２個の広帯域トランスホンダ合成信号の周 波数−ジノ中継である。ＣＰＴは、７５にｌｌｚの周波数分離と共にこの第１の ホップ配列で送信することができる。この配列は、５．９７４個のキャリアまで を許す。

第２のホップで、どちらのＲＩｓＥも、偶数または奇数トランスポンダの選択に よっていずれかのＣＰＴをアクセスすることができる。これは、ＣＰＴが第２の ホップのダウンリンクのため周波数の鋭敏さの成る量を持つことが好ましいとい うことを意味する。即ち、それぞれのＣＰＴは、偶数か又は奇数チャンネルかを 受信することを要求される。要約すると、この配列と共に、どのＣＰＴもどちら のＲＩＳＥをもアクセスすることができ、次にはどちらのＲＩＳＥもいずれかの ＣＰＴをアクセスすることができる。２＠の人工ｗＪ星は、４，０００　ｆｉｌ ｌのＣＰＴまでの同時アクセスをそれぞれ提供すると共に、配列されたスタイル でお互いと共に動作する。人工衛星又はＲＩＳＥの故障の場合には、該システム は、故障が！！繕されるまで、半分の能力（４，０００個のＣＰＴのアクセス） で動作する。

リンクの第２のホップは、再ホーマツティングされたＣＰＴ信号のＲＩＳＥ送信 を提供する。ＲＩＳＥアップリンクは１４　ＧＨｚに応答し、この第２のホップ のために提供された１６何の狭帯域トランスポンダを使用する。Ｉ−ランスボン ダ周波数間隔は３０　ＭＨｚであり、それぞれのトランスホンダは３　ＨＮ３の 分離と共に、２７　ＭＨｚの使用可能な帯域幅を持っている。

それぞれの人工衛星は、ダウンリンク上のこの１６個のトランスポンダ配列で、 ＣＰＴへのＲＩＳＥアップリンクを中継する。第２のホップのダウンリンク周波 数は、第１のホップのダウンリンク周波数と同様の１２　ＧＨｚ帯域である。両 方のアップリンク及び両方のダウンリンクが同一周波数帯域を伴う故に、周波数 再使用は、偏波分離と空間的分離の組合せで成し遂げられる。周波数計画に於い ては、２０　ＭＨｚは、遠隔測定ビーコンのダウンリンクと同様に、コマンドの アップリンクを提供するように帯域の高端に保有される。

従って、それぞれの描かれた人工衛星は、５００　ＭＨｚのＣＲＴアップリンク 信号を提供することができる。これらの信号は次に、ＲＩＳＥにルートされる。

人工衛星Ｓｅは、東部のＲＩＳＥに２５０　ＭＨｚ以下をルートし、西部のＲＩ ＳＥに２５０　ＭＨｚ以上をルートする。西部人工衛星Ｓｖは、補足的な仕方で ２個のＲＩＳＥにそのダウンリンク上弓をルートする。特にこの特徴は、５００ 　ＭＨｚスペクトルの上半分又は下半分を選択することにより、東部か又は西部 のＲＩＳＥかをアクセスすることをいずれのＣＰＴにも許す。

それぞれのＲＩＳＥは、それぞれの人工ｗＩ品からの２５０　ＭＨｚ帯域幅のＣ ＰＴ信ｑを受信覆る。両方のＲＩＳＥが情帽を復調し、１６個のアップリンク信 号にてれを再フオーマツテイングづる。

東部のＲＩＳＥ　Ｒｅは、第２のホップのために西部のＲＩＳＥが西部人工衛星 ｓＩＡを使用するのに対して、東部人工西尾Ｓｅを使用づ−る。それぞれの人工 衛星は、第２のホップのアップリンク信号を受信し、ＣＰＴに再送信するために これらの信号をチャンネル分離し且つ増幅する。

システム・パラメータの選択は、ＣＰＴハードウェアのコストに強り彰音された 。第１のホップで、システムはＦＤＨを利用する５６にｂｐｓの５ＣＰＣ（コ号 の送信を要求する。直角位相シフト・キード　（ＱＰＳＫ）変調及びレート３／ ４ソフト決定デコーデイングを使用すると、５６にｂｓのデータ・ストリームが 、４１ＫＨｚの帯域幅を要求する。信号は、第１のホップに捧げられた両方のト ランスポンダを横切って７５にＨｚの間隔を開けられている。信号間隔は、もし 必要ならば、よりタイトであることができる。

８．９及び７．５　（ＩＢのエネルギ／ビット対雑音比（Ｅｂ／Ｎｏ）は、１Ｘ １０　及び１ｘ１０−Ｌｓのビット誤リレー１へ・レベルにそれぞれ会うことを 要求される。要求されるイ３Ｂ対雑音比は、Ｅｂ／Ｎ。

よりも高い１．５　ｄＢである。従って、１０．４　ｄＢ及び９゜ＯｄＢの信号 対雑音比は、１ｘ１０　及び１ｘ１０　’のビット誤りレート・レベルにそれぞ れ会うことを要求される。

説明されたシステムは、第２のホップ上の１６個のトランスポンダ・チャンネル のそれぞれを通して、ｔ５　ｔ４ｂｐｓの時分ｇＪ多重（ＴＯＮ）信りを送イ３ する。差動２進位相シフト・キード（ＤＢＰＳに）変調及びレーｈ　３／４」− ディングを使用して、１５ＭｂｐＳのデータ・ストリームｔｙ＝　２２　ＭＨｚ の信号帯域幅を請求する。人工両足マルヂブレクザ要求は、３０　ＭＨｚのヂ１ フンネル間隔を命する。９．６及び７．８のＥｂ／Ｎｏ値は、１ｘ１０−７及び １ｘｌＯ’に等しいビット誤リレートにそれぞれ相当する。要求される信号対２ を音比は、Ｅｂ／Ｎｏ　Ｊζり低い０．４　ｄＢである。

５００　ＭＨｚ　Ｋｕ帯域（アップリンクのため１４．０乃至１４゜５ＧＨｚ　 、ダウンリンクのため１１．７乃至１２．２　ＧＨｚ　）が、第１のホップのた めの２＠の２２４　ＭＨｚの１−ランスボンダに分割される。、７５　ＫＨｚ間 隔で、どデＡ干渉を含むＲ［環境のため、同様の数のチャンネルが実際に利用で きるとはいえ、２，９８７個までの５６　ＫＯ３のチャンネルがそれぞれのトラ ンスポンダを通して同時に送信されることができる。そのうえ、第２のホップの データ・レート能力及びＣＰＴからの多目的地送信は、第１のホップで要求され るチャンネルの総数をさらに減する。

人工衡量中継器は、一方の人工衛星の動作のみのためＣ０ＮＵＳのどこかからの 、又は２個の人工衛星のための太平洋及び中央ビームか又は山岳及び大西洋ビー ムかからの、ＦＤＭ４ａ号を受信することが可能である。ＣＰＴ受イコイ３ビー ムめのシステム雑音温度に対する利得（Ｇ／Ｔ）は、公称１．５　ｄＢである。

それぞれのトランスポンダは、１０　ｄＢバックオフ（５ワツト）で動作するＴ ＷＴＡを含む。このバックオフは、キャリア出力より低い２５　ｄＢの相互変調 産物を保つ菅の直線特徴を向上させる。人工衛星は、５，９７４個の可能なチャ ンネルのそれぞれのため１７．７　ｄＢｗの効果的な等方性放射出力　（ＥＩＲ Ｐ）を提供するスポット・ビームによってそれぞれのＲＩＳＥに送信される。

５０（ｌ　Ｍｔｌｚの帯域幅は、第２のホップのための３０　ＭＨｚ間隔の１６ 個のトランスポンダに分割される。入力及び出力フィルタは、２７　ＭＨｚの使 用可能な帯域幅を許す。人工′ｆＦ１星中継器は、１３．５　ｄＢのＢ／Ｔで一 方のＲＩＳＥのみから、又は同時に両方のＲＩＳＥからのＴＤ１４信号を受信す ることが可能である。信号は次に、５０　ｄＢｗ以上のＥＩＲＰでＣＰＴに送信 される。

例証され）こシステムのための典型的ｈ　ＣＰＴは、４２．８　ｄＢの送信利得 と共に、３ワツトの送信別及びアンテナを使用する。

典型的な１．２メートルの放物線反射器もまた４１．１　ｄＢの利得を受信し、 ３５０　’にのシステム受信雑音温度と共に動作する。

２°間隔の隣接人工衛星信号が、ピーク・アンテナ利得よりＲＩＳＥは、ＣＰＴ から送信された信号のフラックス密度とほとんど釣合う５０ワツトで、それぞれ のＴＯ８チャンネルを放送する。これは、同一エリアに於けるＲＩＳＥとＣＰＴ 間の交差偏波干渉を最小にする。、８メートルのアンデノ・は、隣接人工衛星干 渉から３７　ｄＢ識別及びにＵ帯域で５９．１　ｄＢの送イ３利行を提供する。

３４．３　ｄＢ　／’ＨのアンテナのＧ／Ｔは、５７．８　ｄＢの受信アンテナ 利得役び２２５°にのシステム雑音温度を含む。

前述のことに従って、広帯域２ホップ人工衡星通信が提供される。説明された実 施例の多くの変更及び修正は、容易に理解できる。ゾーン及びエリアの異なった 数及び位置が、選択されることができる。他のコーディング案が使用されること ができる。１個、２個又は多数の人工衛星が使用されることができる。異なった 又は付加的な周波数帯域が提供されることができる。従って、開示された実施例 は、以下の請求の範囲で定酋されるにうな本発明の単なる例証に過ぎない。

図面の簡単な説明 第１ａ図は、本発明に従った衛星通信システムの人工衛星に対する２ｇＵの第１ のホップのアップリンクを示している。

第１ｂ図は、第１図と関連して示された衛星通信システムの他の人ＩＷ１星に対 する２個の第１のホップのアップリンクを示している。

第２ａ図は、第１ａ図の人工衛星からの２個の第１のホップのダウンリンクを示 している。

第２ｂ図は、第１ｂ図の人工ｗＩ星からの２個の第１のホップのダウンリンクを 示している。

第３ａ図は、第１ａ図の人工衛星に対する第２のホップのアップリンクを示して いる。

第３ｂ図は、第１ｂ図の人工衛星に対する第２のホップのアップリンクを示して いる。

第４ａ図は、第１ａ図の人工衛星からの第２のホップのダウンリンクを示してい る。

第４ｂ図は、第１ｂ図の人工衛星からの第２のホップのダウンリンクを示してい る。

第５図は、第１ａ図乃至第４ｂ図を要約している。

国際調量報告 １ｍ−１１Ｉ＠１４−＾ｓｔ＋ｂｍ＋、、ｅ、ｓ、、ｐｃＴ／ＧＢ　８５１０２ １６６ＡＮＮＥＸＴｏＴ！（ＥＩＮＴＥＲＮＡＴｒＯＮＡＬＳＥＡＲＣＨＲＥＰ ＯＲＴＯＮ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．領域内の地上端末間の通信を提供する衛星通信システムに於いて、 それぞれ前記地上局の幾らかからの信号を受信し且つ前記地上局の幾らかに信号 を送信することの可能なものである、配列された第１及び第２の衛星通信手段と 、及び前記第１の衛星通信手段からの信号を受信して変換し、且つ前記第２の衛 星通信手段に上記変換された信号を中継するための、前記配列された衛星通信手 段から遠く離れた中継手段と、 を具備する衛星通信システム。
2. ２．前記配列された第１及び第２の衛星通信手段が単一の人工衛星の一部である ことをさらに特徴とする請求の範囲第１項のシステム。
3. ３．前記配列された第１及び第２の衛星通信手段がそれぞれ第１及び第２の人工 衛星の一部であることをさらに特徴とする請求の範囲第１項のシステム。
4. ４．前記配列された第１及び第２の衛星通信手段が僅か１°によって分けられた 軌道にあることをさらに特徴とする請求の範囲第３項のシステム。
5. ５．前記配列された第１及び第２の衛星通信手段が僅か０．２°によって分けら れた軌道にあることをさらに特徴とする請求の範囲第３項のシステム。
6. ６．前記処理装置手段が周波数分割多重信号を時分割多重信号に変換することを さらに特徴とする請求の範囲第１項のシステム。
7. ７．それぞれの衛星通信手段は、前記処理装置手段に周波数分割多重信号を送信 することの可能な広帯域トランスボンダと、前記処理装置手段から時分割多重信 号を受信することの可能な少なくとも２つの狭帯域トランスポンダとを含むこと をさらに特徴とする請求の範囲第６項のシステム。
8. ８．前記処理装置手段は、前記配列された衛星通信手段に関してお互いから空間 的に分離されている２つの処理装置局を含むことをさらに特徴とする請求の範囲 第１項のシステム。
9. ９．前記配列された第１及び第２の衛星通信手段が前記領域内の第１及び第２の ゾーンを定義することができ、且つ前記処理装置手段が前記第２のゾーンの外側 に配置された第１の処理装置局を含むことをさらに特徴とする請求の範囲第１項 のシステム。
10. １０．前記処理装置手段が前記第１のゾーンの外側に配置された第２の処理装置 局を含むことをさらに特徴とする請求の範囲第９項のシステム。
11. １１．前記第１の処理装置局が前記第１のゾーン内に配置され、且つ前記第２の 処理装置局が前記第２のゾーン内に配置されていることをさらに特徴とする請求 の範囲第１０項のシステム。
12. １２．それぞれの処理装置局が周波数分割多重信号を時分割多重信号に変換する ことができることをさらに特徴とする請求の範囲第１１項のシステム。
13. １３．それぞれの衛星通信手段は、それぞれ前記第１及び第２の処理装置局に周 波数分割多重信号を送信することの可能な第１及び第２の広帯域トランスポンダ と、前記処理装置局のそれぞれからの時分割多重信号を受信することの可能な少 なくとも２つの狭帯域トランスポンダとを含むことをさらに特徴とする請求の範 囲第１２項のシステム。
14. １４．それぞれの衛星通信手段が第２のホップのダウンリンクに帰することの有 能な同一の前記処理装置局での注文の大きさの電波密度内の電波密度を有する向 けられた信号をそれぞれの処理装置局に伝えることができることをさらに特徴と する請求の範囲第１１項のシステム。
15. １５．それそれの衛星通信手段が前記処理装置局に送信するための狭帯域ビーム 形成手段を含むことをさらに特徴とする請求の範囲第１１項のシステム。
16. １６．前記第１のゾーン内に配置された地上局が第１の偏波で送信することがで き、前記第２のゾーン内に配置された地上局が前記第１の偏波と直交する第２の 偏波で送信することができることをさらに特徴とする請求の範囲第１１項のシス テム。
17. １７．前記第１のそれ内に配置された地上局が前記第２の偏波で受信することが でき、前記第１のゾーン内に配置された地上局が前記第１の偏波で受信すること ができることをさらに特徴とする請求の範囲第１６項のシステム。