KR100404824B1

KR100404824B1 - 정지궤도에배치된비용효과적인이동위성통신시스템

Info

Publication number: KR100404824B1
Application number: KR1019960705889A
Authority: KR
Inventors: 애런 웨인버그
Original assignee: 스탠포드 텔레코뮤니케이션즈 인코포레이티드
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 2004-03-30
Also published as: FI964226A0; AU2426695A; JPH10502223A; BR9507485A; WO1995029538A1; FI964226A; EP0756787A1; EP0756787A4; AU688501B2; US5589834A; CA2188254A1

Abstract

본 발명은 전세계적인 범위의 통신을 위해 지구에 대하여 0°이상의 설정된 각도로 경사진, 바람직하게는 대략 28.5°로 경사져 정지 궤도에 배치된 하나 이상의 위성(제3도)을 포함하는 위성 통신 시스템에 관한 것이다. 각 위성은 멀티-요소 정상열 안테나(RL, FL)와 지구 표면에 공간적으로 식별되는 스폿 방사 비임을 제공하기 위해 멀티-요소 정상열 안테나에 선택적으로 연결된 전송 및 수신 회로(제10도)와, 그 내부에 연결된 조향가능한 우주/지상 안테나 및 트랜스미터-리시버회로를 갖는다. 적어도 하나의 게이트웨이 지상 터미널(제2도)은 소정의 사용자 위치로 직접 위성 전송을 하기 위해 정상열 안테나의 업링크 위상 조정을 포함하는 모든 우주선 명령과 제어를 수행하는 수단을 구비한다.

Description

정지 궤도에 배치된 비용 효과적인 이동 위성 통신 시스템

[기술의 분야]

전지구적인 서비스를 제공하기 위한 넓은 범위의 미래 위성 통신(satcom) 시스템을 구성하는 것에 대해 최근 몇년 동안 막대한 자원의 소비 및 활동이 이루어지고 있다. 이러한 서비스는 정지 및 이동중인 사용자 모두를 수용할 수 있고, 일방향 페이징으로 부터 복잡한 범위의 통신 및 양방향 고품질 음성 통신을 수용할 수 있다. 최근 몇년 동안의 활동에는 1990년대 중반 후기까지 개발, 발사 및 작동 처리 승인을 수신하기 위한 FCC를 갖는 많은 파일링을 또한 포함하고 있다. 다음과 같은 매우 다양한 개념이 제안되었다:

1. 낮은 지구 궤도(LEO) - 즉, 모토롤라의 이리디엄호와, 로럴의 글로벌스타호와, 오비탈 사이언스 오브컴호 - 26 내지 66개의 위성을 갖도록 작동 배치가 제안된.

2. 중간 지구 궤도 - 즉, TRW의 오디세이호 - 대략 12개의 위성 수를 갖는 작동 배치가 제안된.

3. 정지 궤도(CEO) - 즉, 정지궤도에 있는 미국 모빌 위성 - 국부적인 지역을 커버하도록 제공되거나, 또는 위도 70°까지의 전세계를 커버하는 4개 내지 5개의 위성수가 필요한.

많은 트레이드오프(tradeoff)가 이러한 시스템을 기술하는 보고서에서 제기되어 왔다. 예를 들어 다음과 같은 것이 있다 :

궤도 높이를 줄이는 잇점:

1. 위성 발사당 비용이 감소된다.

2. 사용자 및 위성은 파워를 보내고 안테나의 컴플렉서티는 감소된다.

3. 전파 지연이 감소된다.

궤도 높이를 크게하는데 따른 잇점 :

1. 작동 위성 및 지상 지원 스테이션의 수가 감소된다.

2. 위성 핸드오버 컴플렉서티가 감소되며, GEO 구조물에서 제거된다.

3. GEO 구조물을 위한, 전 작동 능력이 발사에 의해 동시에 하나의 전세계적인 범위로 전개될 수 있다.

4. 위성 수명이 반 알렌 벨트 이상의 고도의 경우 증가한다.

기타 고려사항 :

1. 비정지 위성 시스템은 매력적인 사용자-대-위성 고도 각도를 제공도록 좀더 다루기 쉽다.

2. 작동 위성의 수는 진정한 세계적인 범위의 통신(100%의 시간) 대 대안 (즉, 단지 대륙 또는 극지방에서만 100% 이하인), 및 최소한의 수용가능한 사용자 대 위성 고도 각도에 크게 조종된다.

궁극적으로, 성공적인 상업 시스템을 위한 조정자는 비용과 서비스와 질적인 이익과 신뢰도의 조합을 감소시켜야만 한다. 비용 계산에는 많은 상세한 가정이 고려되며, 도 1 은 위성 컴플렉서티와 발사 비용과 위성수를 포함하는 양방향 음성을 포함하는 양방향 음성을 지원하는 특정한 이동 위성 통신(satcom) 시스템에 대한 비용 트레이드 분석(다른 사람에 의해 행해진) 결과를 도시한 것이다. 이것은 오디세이 MEO 시스템의 비용 효과적인 결과를 설명한다. 동시에, 이러한 결과는, 비록 각각의 GEO 위성 비용이 높을 지라도, 훨씬 작은 배치 사이즈와 적은 수의 지상 스테이션과 더욱 단순한 제어와 각 위성의 긴 수명을 제공하므로 GEO 시스템 비용이 훨씬 작다는 중요한 메시지를 제공한다.

도 1 의 분석은 GEO 시스템과 관련하여 훨씬 넓은 범위와 흥미로운 메시지를 제공한다는 것을 보다 상세하게 알 수 있다:

만약 GEO 위성 당 발사 비용 감소와 충분한 수단(중량, 사이즈, 파워, 컴플렉서티)가 이루어질 수 있고, 동시에 범위 및 위성/사용자간 고도 각도를 높일 수 있다면, 이때 GEO 배치는 세계적인 이동 위성 통신을 제공하기 위한 가장 저렴한 대안으로 잠정적으로 판정된다. 또한, 이상적으로 GEO 위성에 맞는 신중하게 선택된 일련의 이동 및 비이동의 경우를 목표로 함으로써 GEO 비용 이익을 극대화할 수 있다.

본 발명의 목적은 정지 궤도를 이용하는 개량된 위성 통신 시스템을 제공하는 것이다.

도 1 은 TRW사에 의해 수행된 낮고, 중간 궤도에 있는 즉, 종래 정지 궤도에 있는 위성을 사용하는 시스템 사이의 비용 대 거래 비율을 나타낸 그래프이다,

도 2 는 본 발명의 위성 시스템에 의해 제공될 수 있는 넓은 범위의 대표적인 서비스를 도시한 것이다,

도 3 은 비교적 적은 수의 위성과 지상 스테이션을 필요로 하며, 이용자 및 위성 트래킹을 위해 GPS 배치를 선택적으로 이용하는 세계적인 위성 시스템 구조를 나타낸 것이다,

도 4 및 도 5 는 5개와 6개의 두가지 경우의 위성 배치에 대한 제안된 정지 궤도-경사 위성 시스템의 지상 경로를 나타낸 것이다,

도 6 및 도 7 은 대륙 범위의 통신을 강조하기 위해 배치된 궤도 파라미터를 갖는 5 개 내지 6 개의 위성 배치를 통해 이루어질 수 있는 최소의 위성 대 지상 고도 각도를 나타낸 것이다.

도 8 은 주요 도시의 위치에서 얻을 수 있는 극도로 인력적인 위성 대 지상 고도 각도를 나타냄으로써 6 개의 위성 배치를 위한 추가적인 정보를 제공한다,

도 9 는 통신 페이로드의 이동가능한 부분만이 존재하는 공대지 링크 안테나와 큰 정지 페이즈드 어레이를 포함하는 낮은-컴플렉서티 위성을 도시한 것이다,

도 10 은 본 발명과 결합된 위성 통신 페이로드의 기능적인 블록 다이어그램이다,

도 11 은 본 발명과 결합된 각 지상 터미널의 기능적인 블록 다이어그램을 나타낸 것이다.

본 발명의 정지 궤도 이동 위성 통신(GEMS) 시스템(이하 GEMS라고 칭함)은 매우 많고 다양한 이동 및 정지 사용자가 비용-효과적으로 이용하기 위해 전체적으로 새로운 위성 배치 및 위성 구조이다. GEM 개념은, 지상 사용자에게 전송하기 위한 좀더 한정된 용량을 가지며, 지상 사용자에서 위성으로의 높은 용량, 저전력, 랜덤 액세스 전송을 강조한다. 대표적인 사용예로는 수색 및 구난 업무와, 위성으로의 주기적인 전송을 통한 트럭 대열, 보트 및 탱커의 추적과, 사용자가 외진곳에 있을 때(즉, 지상의 셀방식 네트워크를 증가시킬 때 ; 도 2 참조) 양방향 통신을 포함한다.

새로운 위성 배치 및 위성 구조는 정지 궤도 위성 및 LEO/MEO 위성의 이점들을 함께 조합한 것이다. 청구범위에 기재된 독특한 위성 시스템의 특징은 다음과 같다:

1. 28.5° 기울어진 정지 궤도 위성의 배치. 0°의 경사는 종래 정지 궤도 위성의 접근법을 나타내고, 특정 지역 범위에 대하여 유리하며, 더욱 크게 제안된 경사는 0° 경사를 통해서는 얻을 수 없는 독특한 장점을 제공한다:

a. 5개 내지 6개의 위성이 상당한 인구 밀도를 갖는 모든 대륙에 걸쳐서 높은 고도 각도(즉, 25° - 30° 이하)를 가지고 끊임없이 세계적인 범위의 서비스를 제공한다. 이러한 고도 각도는 빌딩과 같은 구조물을 갖는 지역내의 신뢰성 있는 위성 통신의 경우 중요하다.

b. 이러한 동일한 위성 배치에 대하여, 고도 각도는 또한 대양 및 극 지방을 포함하는 기타 다른 세계적인 지역에서 15° - 20°를 초과하며, 지구상의 모든 지점은 10° 이상의 연속적인 고도 각도를 갖는다. 더욱 갖은 고도 각도가 허용될 수도 있지만 이러한 "개방 지역" 은 밀집된 구조물을 갖지 못한다.

c. 28.5°의 경사는 케이프 케네디의 중요한 발사 기지로부터 최소의 에너지 발사구조를 제공하여, 발사 비용을 감소시키고 우주선 수명을 증가시키기 위해 궤도상에서 연료를 증가시킨다.

d. GEMS 위성 운동은 지상 사용자에게 위치 결정을 위한 신호원을 제공한다. 이것은 하나 이상의 다음과 같은 접근법 - 래인징/도플러 소스로 GEM을 사용: 차동 GPS(DGPS)를 위한 참조로 각 GEMS를 사용: 높은 정확도의 전리레이어 보정(이것은 감시와 같은 고정확 사용에 특히 가치가 있다)을 얻기 위해 GPS와 GEMS 사이에 1 GHz의 주파수 분리 이용 - 을 통해 GPS를 정확성 및 강인성에 대해서 강화시킬 수 있다.

2. 본 발명의 정지 궤도 위성 배치는 상당히 중요한 장점을 제공하고 제시하는 LEO및 MEO 이동 위성 통신 개념으로부터 출발한다:

a. 필요한 위성수의 상당한 감소-즉, 모토롤라의 이리디엄호와 비교하여 5 내지 6개 만큼 감소될 수 있다.

b. 훨씬 간단한 작동. 특히, 지상 사용자는 서비스 주기동안 한 위성으로부터 다른 위성까지 전환할 필요가 없다. 또한, 위성의 상대적으로 느린 운동은 신호 운동을 감소시켜, 사용자 신호 습득 과정의 속도를 높이고 단순화시킨다.

c. 높은 정지 궤도는 드래그를 감소시키고 방사 효과를 줄여서, 우주선 수명을 증가시키고 연료 공급의 필요성을 줄이며, 따라서 수명 주기 비용을 감소한다. 위성 구조의 단순함(하기에 기술)은 또한 작동 안정성과 수명을 증가시킨다. 적어도 우주선의 수명을 15년 연장시킬 수 있다.

d. 단지 3-4개의 지상 스테이션만이 연속적인 TT&C를 위한 지구/우주 지상 연결의 제공에 필요하다.

e. 정기 궤도 배치/능력은 서비스 단절없이 동시에 하나의 세계적인 범위를 포함할 수 있다. 이것은 LEO 또는 MEO 배치와 극적으로 대비된다.

3. 본 위성 구조는 어떤 상업 위성 시스템을 대해 만나도록 제안되지 않았던 방식으로 페이즈드 어레이(phased array) 안테나 기술을 유일하게 사용한다. 이러한 구조는 연속적인 세계 범위의 통신을 손상하지 않고 정지 궤도 위성의 높은 경로 손실을 보상할 수 있다. 다른 말로 표현하면, 정지 궤도 위성은 LEO 또는 MEO와 비교할 수 있는 링크 품질을 제공한다. 또한, 페이즈드 어레이 구조는 독특한 작동 기준 및 긴 수명의 강인성을 제공한다. 사용자 대 위성 연결의 독특한 특징은 다음과 같다:

a. 높은 능력의 랜덤 액세스 통신은 코드 분할 다중 액세스(CDMA)와 지상 기초의 비임형성(beamforming)의 조합 사용을 통해 이루어질 수 있다. 4.8 kbps의 사용자 전송 속도는 반구체의 안테나로 1 watt 이상의 파워를 전송시킴으로써 얻어질 수 있다. 본 발명과 부합하는 각 GEMS 위성은 동시에 3000 명 이상의 사용자 전송을 수용할 수 있다.

b. 큰 페이즈드 어레이는 동시에 세계적인 범위의 통신과, 지리적으로 분포된 사용자 사이의 공간적인 식별과, 매우 높은 이득을 제공한다. 세계적인 범위의 통신은 각각의 페이즈드 어레이 안테나 요소에 의해 제공되며, 지상에 형성된 각각의 스폿 비임은 공간적인 식별과 높은 이득의 조합을 제공한다. 넓은 범위의 통신과 높은 이득은 서로 배척되므로 복잡/대량/저가의 멀티-스폿-비임 능력이 위성에 직접 결합되지 않으면, 이러한 능력은 종래 위성과 크게 다르게 된다. 본 발명에서, 넓은 비임 범위의 통신은 패시브 안테나 요소의 직선 전방향 배열을 통해 위성에서 이루어지며, 위성은 "벤트-파이프" 모드에서 작동한다. 즉, 어떠한 내장 컴퓨터 처리도 필요하지 않다. 더욱 복잡한 스폿 비임 능력은 지상에서 수행되며, 복잡성과 위험과 비용을 감소시킨다.

c. 본 발명의 지상-비임형성 접근법은 위성이 패시브하며 모든 처리 복잡성은 지상에 기초를 두고 있으므로 독특한 작동 유연성과, 발전 능력과, 안정성을 제공한다. 특히, 다음의 과정이 위성까지 분명하게 현장에서 이루어진다: 비임수의 변화과정; 각 비임의 사이즈 및 형태 변화과정; 개방-루프 또는 적용 비임형성 수행과정; 어떤 기내에 장착된 안테나 요소의 고장을 지상 비임형성 알고리즘에서 조정시킴으로써 수용. 또한, 지상 비임형성 하드웨어 및 소프트웨어는 위성에 영향을 주지 않고 시간 이상으로(즉, 기술 발달에 따라) 발전할 수 있으므로, 잠재적으로 발전되고 개량된 능력을 갖는 연장된 우주선 수명을 제공한다.

d. 위성 수행능력은 안테나 고장에 따라 낮아지므로, 온 보드(on-board) 착된 페이즈드 어레이만이 단단한 본 발명의 위성 통신 시스템을 제공한다. 다른 말로 하면, 60-80개의 요소중 하나 또는 몇개의 요소의 손실은 링크 수행능력에서 단지 dB 하락의 부분만을 도입한다. 또한, 상기에서 논의된 바와 같이, 이러한 요소의 실패는, 적어도 부분적으로는, 지상 비임형성 알고리즘에서 조정에 의해 수용될 수 있다.

e. 공대지 링크(SGL) 안테나는 통신 페이로드에서 유일하게 이동하는 부분이며, 종종 느리게 이동한다. 이것은 고도 제어를 용이하게 하며, 궤도에서의 연료 소비를 또한 감소시킨다.

f. SGL 다운링크는 1 GHz 정도의 할당 대역폭을 제공하는 Ka-대역을 사용한다. 이것은 지상 비임형성을 위해 64-80개의 기내에 장착된 요소로부터 필요한 개개의 다운링크 전송을 수용하기에 적당하다.

4. 본 발명의 위성 페이즈드 어레이는 또한 위성 대 사용자(바깥으로 가는) 링크에 독특한 능력을 제공한다. 이것은 다음과 같은 특징을 포함한다:

a. 하나 이상의 동시적인 비임이 형성된다. 비임형성은 어떤 위성 이동도 없이 지상 명령을 통해 온 보드 이상기(phase shifter)의 조정을 통해 수행된다. 전체적인 작동 유연성은 형성된 비임의 수 및 사이즈내부에 존재한다. 특정한 비임 파라미터는 시간과, 사용자의 위치와, 능력 필요조건과, 데이터 속도 및 시간당 작업처리량의 필요조건과, 우선적인 일(즉, 긴급상황)등의 함수로써 시간에 대하여 변한다.

b. 비임형성 유연성은 위성 형상이 넓은 범위의 데이터 속도(즉, 1 kbps 이상 100 kbps 이하)를 지원할 수 있도록 한다. 더 낮은 데이터 속도에서, 포텐셜은 사용자로의 수백건의 전송을 동시에 수용시키기 위해 존재한다. 이러한 다이내믹하고 가변적인 스폿 비임 능력은 종래 상업 위성에서 이용할 수 없는 능력이다.

c. 위성은 벤트-파이트로서 사용되므로, 변조/신호 구조는 속박되지 않으며, 우주선 수명 이상으로 변화될 수 있다. 이러한 가능성은 협대역 주파수 분할 다중액세스(FDMA)로부터 광대역 TDMA와 CDMA까지의 범위이다.

d. 인바운드 경우와 같이, 아웃바운드 능력은 지상 업그레이드만을 통해 -어떠한 위성 변경도 필요없이- 시간 이상으로 발전할 수 있다. 이것은 다른 상업 위성 시스템 개념을 통해서는 이용할 수 없는 독특한 유연한 작동과 안정성과 수명 주기 비용 효과를 발생한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 장점 및 특징은 첨부 도면을 참조하여 하기의 설명으로부터 좀더 분명하게 이해할 수 있다.

본 발명은 다음의 두가지 독특한 시스템 특징을 소개한다:

1. 정지 궤도에 경사진 위성의 배치

a 위성 운동은 세계적인 범위의 통신을 제공하며 사용자/위성 고도 각도를 향상시킨다.

b. 28.5°의 경사는 미국 케이프 케네디 기지에서 GEO 발사 에너지를 최소화한다.

c. 경사진 GEO 위성은 정지 궤도에 올라와 있는 상대편에 대하여 궤도 슬롯 할당을 단순화한다.

d. 경사진 GEO 위성은 정지 궤도에 올라와 있는 상대편에 대하여 기내에 장착된 컴퓨터 파워 시스템에 충격을 감소시키며 이는 축전기 용량을 감소시킨다.

2. 양-방향 이동-사용자/위성 링크는 각 위성의 큰 패시브 페이즈드 어레이에 의해 지지된다.

a. 페이즈드 어레이는 동시에 세계적인 범위의 통신과 높은 이득을 제공하여, 사용자 트랜스미터/리시버 필요조건을 LEO 또는 MEO 시스템과 비교가능하게 유지시킬 수 있다.

b. 게이트웨이를 갖는 공대지 링크의 경우를 제외하고는 어떠한 조향 안테나도 고도 제어 및 모멘텀 덤핑(momentum dumping)을 제거하지 못하며, 연료 소비를 줄일 수 없다.

c. 페이즈드 어레이의 전기 조향에 의해 위성 운동과 다양한 위성 위치를 수용할 수 있다. 수신 안테나의 경우, 전기 비임 조향은 평면 지역에 일반적으로 배열된 다수의 별도의 안테나 요소로부터 오는 신호가 비임이 형성된 방향 및 배열의 중앙으로부터의 거리에 의존하는 양에 의해 상 이동될 필요가 있다.

d. 사용자 대 게이트웨이 링크상의 비임형성은 지상에서 이루어져서, 위성 파워/복잡성/비용이 매우 감소되며 작동상/발전가능성/유연성이 크게 증가된다.

e. 비임형성 능력의 동적인 할당/조정은 고도 조정 시스템에 충격을 주지 않고 필요(즉, 긴급상황) 또는 부분적인 실패에 기초를 둔다.

통신 지역과, 시간 및 필요에 기초를 둔 동적으로 변하는 서비스의 수용에 대한 각 GEO 위성의 페이즈드 어레이의 트레일러링은 특히 중요하다. 도 2 에서 알수 있는 바와 같이, 대표적인 서비스에는 다음과 같은 것이 있다:

1. 저속도, 넓은 스펙트럼 코드 분할 다중 액세스(SS-CDMA) 랜덤 액세스 사용자 전송(즉, 가정과 사업장과 공장 등에서의 전기/가스/물 측정의 기록을 위한).문의는 단지 예외적인 경우에만 발생되므로, 위성 트랜스미터 필요조건을 최소화한다.

2. 다른 사용자 형태로부터의 저속도 랜덤 액세스 전송(즉, 세계적으로 분포된 과학 센서와, 긴급/수색 구난 업무 트랜스미터와, 동물 트래킹 장치등). 사용자에게 전송을 복귀시킬 필요가 없거나 또는 위성 트랜스미터 필요조건을 최소화할 필요가 있을때 사용자에게 전송이 복귀된다.

3. 4.8 kbps 까지의 혼합된 데이터 속도를 포함하는 양-방향 데이터 통신.

4. 4.8 kbps 음성 속도를 포함하는 양-방향 통신.

5. 다양한 측정 레벨에 대하여 위치 정확도를 제공할 수 있는 차동 GPS(DGPS) 정지 위치가 참조된다.

상술된 이러한 독특한 특징은 GEO 위성과 관련된 모든 문제를 극복할 수 있으며, GEO 위성의 이용에 대하여 적합한 작동 시스템으로 된다. 이와 같이, 상기 특징은 날짜에서 제안된 어떤 다른 MEO 또는 LEO 시스템 보다 더욱 비용-효과적인 세계적인 위성 통신 시스템(satcom)으로 되게 한다. 또한, 위성 기술을 수행하는 위험은 낮으며, 필요한 서브시스템은 이미 공지되어 있다. 하나의 예는 인공 위성이 기내에 장착된 페이즈드 어레이 안테나를 구비한 나사의 트래킹 및 데이터 릴레이 위성 시스템(TDRSS)이다.

시스템 구조 :

도 3 은 관심있는 GEO 위성 모두와 연결된 대표적인 세계 위성 시스템 구조를 나타낸 것이며, 위치의 주기적인 갱신을 필요로 하는 사용자에게 GPS 신호의 유용성을 가정한다. 도시된 세 개의 위성(10, 11, 12)만이 아웃셋에 도시되며, 특별히 필요한 위성의 수는 궁극적으로 시스템-레벨 필요조건의 함수이다. 특히, 배치내부에 있는 위성의 수 및 상호간의 위상은 특정한 드라이버에게 맞추어질 수 있다. 이러한 것에는 다음이 포함된다:

1. 지역 대 세계적인 범위의 통신.

2. 최소 고도 각도 대 지형적인 영역(즉, 지방, 시골 대 도시, 또는 인구 밀집지역).

3. 중간 지방 이상의 초기 및 백업 범위의 통신.

4. 도시 및 높은 인구 밀도 지역에서의 "높은" 고도 각도.

5. 높은 지방 및 대양 지역에서 허용가능한 "낮은" 고도 각도.

상술된 내용의 주요한 목적은 세계적인 범위의 통신이라는 시나리오이다. 분명하게, 지역적인 범위의 통신은 적은 위성을 사용하는 특별한 경우이다. 하기의 논의 및 결과는 관심있는 임의의 시나리오에 적용하는데 필요한 통찰 및 참조 기초를 제공한다.

위성 배치 설명 및 중요한 특징:

도 4 및 도 5 는 각각 5 개 및 6 개의 위성을 다루는 관심있는 대표적인 GEO 위성 배치의 위상 및 운동을 설명한다. 최소한의 위성 대 지상 고도 각도 성능은 도 6 및 도 7 에 표시되어 있다. 이러한 배치는 가장 높은 인구 밀도 지역을 에워싸고 있는 대륙 이상의 높은 고도 각도를 강조하기 위해 선택되었다. 도면에서 알 수 있듯이, 극지방에서 조차도 10° 이상의 고도 각도를 갖는 연속적인 세계적인범위의 통신을 제공한다. 6 개의 위성 배치는 나은 성능 및 안정성을 제공하지만 추가적인 위성 비용이 지출된다. 도 8 은 또한 여러 개의 실시예를 위해 6 개의 위성 배치에 대한 고도 각도 대 시간의 변화를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 고도 각도는 고려된 모든 도시에 대해 사실상 100%의 시간으로 30°를 초과하며, 거의 모든 경우에 있어서 40°를 초과한다.

이러한 기술의 나머지에 대하여, 6 개의 위성 배치 실시예가 선택되며, 수행을 위해 갯수, 상승 노드, 위상을 포함하는 최종적인 배치는 변할 수 있다. 그러나 이러한 것은 본 발명의 효과를 줄이지 못한다.

바람직한 배치 실시예의 중요한 특징의 요약은 다음과 같다:

1. 120° 만큼 이격된 단지 3 개의 지상 스테이션 게이트웨이가 6 개의 위성 배치를 지원하는데 필요하며, 각각의 게이트웨이는 2 개의 위성을 지원한다. 이것은 위성 상승 노드와 28.5°의 적당한 경사 각도의 조합의 결과이다.

2. GEO 배치 때문에, 전세계적인 능력이 단계에서 발전될 수 있고, 각 단계는 지역적인 범위의 통신 및 안정성의 다른 정도를 도입하고 설립한다. 예를 들어, 상승 노드당 하나의 위성을 삽입하는 발사 스케듈은 세개의 발사 단계를 통해 동시에 일지역에서 완전히 작동가능하며, 연속적인, 중간-위도의 지구 범위 통신으로 전개시킬 수 있다. 이러한 일련의 발사는 또한 시간의 65% 이하의 모든 지방에서 통신 범위를 발생시킨다. 연이은 세 발사 단계는 안정성과 중간-고도 이상에서 이중 통신 범위를 도입하여, 극 지방에서 세계적인 범위의 통신을 완성한다. 이것은 어떤 지역에서 100 % 작동 서비스를 제공하기 위해서는 실질적으로 전체적인 배치발사가 필요한 LEO 또는 MEO 시스템과 반대라는 점에 주의해야 한다.

3. GEO 위성은 서비스 지원 기간 동안 하나의 위성으로부너 다른 위성까지 사용자(정지하거나 또는 이동하고 있는)를 전환시킬 필요가 없다.

4. 도 7 에 도시된 바와 같이, 위성 위치 및 위상은 다양한 고도 각도의 필요성을 수용하기 위해 조정되어야만 한다. 예를 들어, 도시 및 다른 인구 밀도 높은 지역은 높은 위성 대 지상 고도 각도(즉, 30° 이상의 각도)에 의해 수용되어야만 하는 방해물(빌딩과 같은)을 포함한다. 다른 한편으로는, 인구 밀도가 작은 지역과 대양은 10° - 20° 범위(즉, 사이언스 플랫폼과 수색 구난 업무를 지원하기 위한) 이하까지의 고도 각도를 수용시킬 수 있다.

5. 이러한 위성 통신 시스템은 설치된 지상 셀방식 네트워크와 결합되도록 제조될 수 있다. 특히, 위성 통신 양방향 음성 채널은 지상 셀방식을 이용할 수 없을 때(즉, 바쁜 구간 및 외딴 지역)만 사용된다. 이와 같이, 수용되어야만 하는 양방향 음성 채널의 수는 크게 감소될 수 있다. 또한, 이동하는 양방향 음성 사용자는 지상 셀방식 네트워크를 사용할 수 없을 때 250 밀리세컨드 전파 지연을 경험할 뿐이다. 마지막으로, 이러한 위성 통신 시스템은 음성 채널을 이용할 수 없을땐 언제나 저속, 저비용 메시지 서비스를 수용할 수 있다; 이것은 외딴 지역으로부터 자동-보수를 위해 메시지(전화를 하는 대신)를 보내는 것과 같은 계획하에서 의미가 있다. 비용-효과적인 서비스의 경우에 있어서, 이것은 일반적인 소비자/이동하는 사용자에게 매력이 있다.

6. 독특한 온 보드 페이즈드 어레이(하기에 기술되는)와 결합된 이러한 위성통신 시스템은 커버하고 있는 특정 지역으로의 위성 당 스폿 비임의 갯수와, 사이즈와, 형상을 만들 수 있다. 예를 들어, 가장 좁은 스폿 비임은 가장 높은 사용자 밀도/가장 높은 데이터 속도 지역(즉, 4.8 kbps까지 작동하는 휴대용 트랜시버를 지지하는 높은 인구 밀도의 도시)로 할당된다. 다른 한편으로는, 넓은 비임은 낮은 데이터 속도 사용자(즉, 수색 구난 업무, 또는 낮은 속도 사이언스 플랫포옴) 또는 배치된 곳에 큰 터미널(예를 들어, 선박)을 갖는 높은 속도의 사용자를 지원하는 대양 지역에 할당될 수 있다.

7. 사용자/위성 링크상의 도플러는 LEO 또는 MEO 이동 위성 통신 시스템과 비교할 때, 비교적 중요하지 않은 이득/트래킹 사건이다.

8. 위성의 궤도 운도은 매우 정확한 궤도 결정을 요구한다. 이러한 정확성은 GPS의 증가(즉, 본 발명의 각 위성은 차동적인 GPS 또는 DGPS에 대한 참고로 사용된다)에 따라 본 발명에서 사용된 위성 운동을 사용함으로써 증가시킬 수 있다.

9. 사용자 안테나 비임폭은 본 발명의 각 위성의 제한된 운동 때문에 LEO 또는 MEO 시스템과 비교하여 좁아질 수 도 있다.

위성 및 지상 시스템에 대한 상세한 설명은 도 9, 도 10 및 도 11 을 참조하여 하기에서 기술된다.

위성 및 지상 시스템에 대한 설명:

본 발명의 양호한 실시예는 다음과 같이 수행된다:

1. 오랜 수명 - 즉, 15 년.

2. 낮은 수명 주기 비용.

3. 낮은 위험.

4. LEO 또는 MEO 시스템과 비교되는 통신 링크 성능.

이러한 네 개의 중요한 시스템 특성은 위성 구조, 궤도, 지상 시스템과의 작동 인터페이스에서 생긴다.

위성 구조에 대한 설명:

도 9 는 큰 정지 페이즈드 어레이(PA)와 조향가능한 공대지 링크 안테나(SA)로 이루어진 위성을 개략적으로 도시한 것이다. 조향가능한 공대지 링크 안테나(SA)는 다음과 같다:

· 수평을 유지하는(gimballed) 2 미터 Ka-대역 공대지 링크 안테나

· 이송 대역

- 19-20 GHz

- 이중, 선형 분극(polarization)

· 수신 대역, 29.5-30 GHz

통신 페이로드의 기능 설명은 도 10 에 도시되어 있다. 위성의 주요한 특징은 정지 패시브 페이즈드 어레이(RL, FL)이다. 이러한 페이즈드 어레이 개념은 종래, 나사의 TDRS의 궤도 배치( "위성 통신 시스템의 이용을 증가시키기 위한 시스템" 이라는 명칭으로 1993년 11월 19일 출원되어 계류중인 출원번호 제 08/154,410호 참조)에 의해 성공적으로 사용되고 있는 배열의 연장이며, 이것은 또한 다중 계약자에 의해 미래 TDRS에 대해 제안된 특징을 반영하고 있다. 전기 파워는 태양 패널(SP)에 의해 공급된다.

페이즈드 어레이의 특징:

1. 경량 패치 안테나 요소(PA)의 이중 레이어. 어레이 사이즈는 우주선(SC)의 본체에 장착된 60-80개의 요소를 포함하는 직경 4-5 미터 정도이다.

2. 각 요소는 지구 범위 20°, 2 dB 비임폭보다 적당히 크게 제공된다. 하기에 기술된 비이형성은 소정의 스폿 비임을 생산한다.

· 전송 : 2.5 GHz ±7.5 MHz

· 수신 : 1.6 GHz ±7.5 MHz

3. 패치 요소의 프런트 레이어(FL)

- 할당된 FCC는 2500 MHz 주위에 집중된 15 MHz 대역폭 전송;

- 각 요소는 SSPA 2 와트 구비;

- 각 요소의 전기 페이싱은 지상 명령을 통해 기내에 장착된 컴퓨터가 수행;

4. 패치 요소의 프런트 레이어(FL)은 세계를 추적하는 하나 이상의 비임을 형성하기 위해 사용된다; 즉,

- 넓은 비임, 낮은 속도응용(즉, 인식, 방해, 페이징)에 할당된 요소(10개)의 서브셋;

- 대부분의 요소는 높은 밀도의 대륙 지역에서 스폿 비임으로 할당;

- 만약 하나의 스폿내에 집중된다면, 최대 효과의 등방성의 방사 파워(EIRP)～55dBW는 작은 사용자 핸드셋, 또는 큰 수 @ 낮은 데이터 속도를 갖는 4.8 kbps 채널 지원 가능;

- 하나의 요소를 통한 최소 사용자 EIRP ～20dBW는 작은 핸드셋을 갖는～300-500 bps 또는 "서류가방" 크기 안테나(즉 차량 또는 선박에서)를 갖는 4.8kbps 음성을 지원;

- 비임은 필요에 따라 어떤 기계적인 조정없이 빠르고 동적으로 할당 가능;

- 비임폭은 최소 ～2°에서 최대 ～20°까지 포함;

5. 리어 레이어(RL):

- 할당된 FCC를 이용하여 ～1600 MHz 주위에 집중된 15 MHz 대역을 수신;

- 각 요소에 직접 부착된 낮은 노이즈 증폭기는 실제적으로 패시브 손실을 제거하며 요소 비임 엣지에서 높은 G/T ～-10 dB/°K-형성된 비임당 8-9 dB/°K-를 형성한다;

- 각 요소의 LAN 출력은 주파수 번역기(FTL)에서 각각 15 MHz 대역으로 번역된다; 각 중간 주파수는 주파수 분할 다중 조합기(COM)에서 조합된다. 다른 기내에 장착된 시스템(OBD)으로부터의 제어 및 데이터는 원격 측정 변조기(TM)에 의해 조합기(COM)로 공급되며 높은 파워 증폭기(HPA)를 통해 디플렉서(DP)와 안테나(SA)로 공급되고 상향 변조(UC)된다. 안테나(SA)에 의해 수신된 신호는 디플렉서(DF)에 의해 RF 전면-단부(RFE)로 공급되며, 신호를 명령 리시버(CR)와 기내에 장착된 데이터 조정기(ODB)로 발송하며 요소의 페이즈드 어레이 프런트 레이어(FL)에 대하여 요소의 중량을 지지한다. 파워 스플릿터(PS)는 페이즈드 어레이 안테나 요소(1...N)까지 신호의 방향을 지시하며, 이러한 신호는 증폭기(SSPA)이고 페이즈드 어레이에서 각 요소를 구동하기 위해 사용된다.

- 하나의 분극상의 1 GHz는 ～64개의 요소까지 지원한다; 추가의 요소는 대향 분극상에서 지원될 수 있다; 또한, 두개의 분극은 필요한 다운링크 대역폭을 감소시키기 위해 사용될 수 있다;

- 비임형성 및 보정은 지상에서 수행된다; 기내에 장착된 요소의 수와 대략 동등하게 형성될 수 있는 최대 비-중첩 비임의 수와 위성에 영향을 주지 않고 오버 타임 업그레이드 가능한 알고리즘을 갖는 지상 처리과정을 통해서만 비임 사이즈 및 형상을 발생시킬 수 있다.

6. 패치 요소의 리어 레이어는 지상에서 임의의 수신 비임의 수를 형성하기 위해 사용된다.

- 최대 비-중첩 비임의 수는 기내에 장착된 요소의 수(즉, 60-80개)와 대략 동일하게 형성될 수 있으며, 이러한 최대 비임 수는 전세계적인 범위의 통신을 발생시킬 수 있다;

- 모든 필요한 보정은 또한 지상에서 수행될 수 있다;

- 지상의 비임형성은 전기 과정을 통해 비임 사이즈 및 형태를 발생한다;

- 비임형성 및 보정 알고리즘은 시간 이상으로 업그레이드시킬 수 있으며, 위성에 영향을 주지 않고 최신 기술(예를 들어, 간섭 무효에 대하여, 부분적인 요소 실패를 수용하거나, 또는 스위칭 속도를 향상시키는 등)을 이용할 수 있다; 이것은 위성의 이용성을 증가시킬 수 있고 위성 수명을 증가시킬 수 있어서, 투자가 최대로 복구된다;

- 형성된 비임당 비임폭은 ～2°보다 작으나, 넓은 비임폭이 요소의 전송과, 프런트 레이어(front layer)에 대하여 상술된 것과 유사한 방식으로 사용될 수 있다;

- 각 지상-형성 비임은 50-100 랜덤 액세스 사용자 전송 @ 4.8 kbps를 수용하며, 낮은 데이터 속도에서 더 큰 숫자를 갖는다; 따라서, 60 이상으로 형성된 것을 갖는 각 위성은 적어도 3000-6000명의 사용자를 동시에 수용할 수 있다.

7. 이러한 패시브 페이즈드 어레이는 모든 위성을 상호교환할 수 있도록 허용하며, 비임은 배열의 전기적인 위상에 의해서만 수용된 것을 가리킨다. 이것은 배치 안정성과 수명을 향상시키며, 고도 제어 및 모멘텀 덤핑을 용이하게 한다.

8. 비임 위치와 형상의 전송 및 수신은 사용에 알맞게 독립적으로 또한 동적으로 제어가능하다.

부가적인 위성 특징:

1. 벤트-파이프, 주파수 천이.

2. 2 미터 Ka-대역 우주/지상 링크(SGL) 안테나(SA)

- 통신 페이로드의 유일한 기계적으로 조향가능한 부분;

- 다운링크를 위해 수평/수직으로 분극된 19-20 GHz는 지상 비임형성을 위해 모든 신호를 수용한다;

- 업링크를 위한 단일 분극의 30 GHz ±75 GHz는 수십만개의 동시적인 아웃바운드 신호(데이터 속도에 의존하는)까지 수용한다.

3. 위성 d-c 파워는 ～1.5 - 1 KW를 필요로 하며, 아웃바운드 파워 전송에 의해 조절된다.

4. 발사체: 델타 포텐셜

- GEMS 위성은 두개의 추가적으로 큰게 전개되지 않는 안테나를 포함하는 나사의 TDRS와 비교하여 작다.

- 만약 페이즈드 어레이가 접혀져 있고 궤도상에서 전개되지 않는다면 델타는 실행가능하다.

5. 다음과 결합된 15 년이상의 긴 수명;

- 반 알렌 벨트 이상의 GEO 궤도;

- 극히 낮은 고장률을 갖는 패치 요소; 만약 고장이 발생한다고 해도, 변화는 매우 작다(즉, 하나의 요소의 손실은 링크 품질에서 1 dB의 손실을 발생시킨다);

- SGL 안테나는 통신 페이로드의 유일하게 이동가능한 부분이며, 고도 제어, 모멘텀 덤핑, 연료 소비에 대한 영향을 감소시킨다.

지상 시스템:

지상 시스템은 전세계를 커버하기 위해 바람직하게는 3 개의 게이트웨이로 이루어지며, 각 게이트웨이는 적어도 두개의 우주선을 지원하는 다음과 같은 특징과 기능과 결합한다;

1. 모든 우주선 명령과 제어를 수행하며, 이러한 명령은 원하는 사용자 위치에 대하여 직접적인 위성 전송을 위해 페이즈드 어레이의 업링크 위상 조정 포함.

2. 거리 및 도플러 트래킹의 조합을 통해 움직이는 위성을 추적.

3. 위성 운동에 따라 Ka-대역 공대지 안테나의 방향 조정.

4. 사용자 인바운드 전송과 관련된 모든 지상-비임형성을 수행.

5. 모든 사용자 신호 변조 및 복조를 수행.

6. 외부 셀방식 및 지상 네트워크와 필요한 기초 인터페이스를 제공.

항목(4, 5)는 각 게이트웨이의 특별한 특징 및 기능을 나타내며, 도 1 에 확대되어 있다. 다음의 양태는 주의해야 한다:

1. 디플렉서(GDP)를 통한 안테나(GSA)로부터 입력된 Ka-대역(RF)은 RF/IF 프런트-엔드(GRF)에서 편리한 IF로 하향변환되고 이어서, 기내 장착 컴퓨터에서 위성을 식별하는 N 페이즈드 어레이 요소 신호를 출력하는 N 필터의 저장소로 구성된, 요소 분리기(GES)에 의해 처리된다. 이러한 N 신호는 위성으로 전송된 복잡한 모든 사용자 CDMA 신호를 구체화한다.

2. 각 요소 분리기 출력은 파워 스플릿터(GPS₁...GPS_N)에 의해 M 배로 나누어진 파워이며, 여기서 M은 형성된 독립된 비임의 전체 수이다. 시스템 사용자 능력은 M의 함수이다. 위성당 형성될 수 있는 독립적인 비-중첩 비임의 최대 수는 기내에 장착된 요소의 수, 즉 관심있는 아웃 케이스에 대하여 60-80 개, 와 대략 동일하다. 시스템 용량 M은 시스템이 위성에 영향을 주지 않고 기초 수정을 통해서만 수년 동안 작동한 후 확대될 수 있다.

3. N 파워 분할 신호의 M 세트는 비임과 무관한 M을 형성하기 위해 비임형성기(beamformer ; GB₁...GB_M)에 의해 위상 조정되며, 각 비임은 개개 요소의 G/T를 N배 까지 G/T를 갖는다. 예를 들어, 각 지구 범위 통신 요소의 G/T는 -10dB/°K 정도이며, 각 M 형성 비임에 대하여 +8 - +9 dB/°K 정도가 G/T에 포함된다. 이러한높은 G/T는 시스템의 높은 성능을 보장한다. 각 기초 비임형성기(GB₁...GB_M)으로부터의 신호는 각 복조기(GDM₁...GDM_R)까지 공급되고 이어서 지상 인터페이스로 공급된다. 사용자 및 우주선 명령(페이즈드 어레이의 프런트 레이어(FL)내의 요소에 대한 요소 중량을 포함하는)에서 전송을 위한 입력 데이터는 아웃바운드 변조기(GOB₁...GOB_L) 및 우주선 명령 변조기(GSCM)로 제공되며, 출력은 주파수 다중 송신 GFM이고 높은 파워 증폭기(GHPA) 및 디플렉서(GDP)를 통해 위성으로의 전송을 위해 안테나(GSA)로 공급된다.

4. 위성 당 고정된 많은 수의 비임형성기의 프레임워크내부에서, 기초 비임형성에서의 요소의 위상 조정/청감 보정을 제어하는 소프트웨어는 상당한 유연성과 적응성을 제공한다. 먼저, 각 비임의 최소 비임폭은 전체 배열 사이즈에 의해 강제되며, 현장에서의 전기 비임형성은 감소된 G/T에도 불구하고 작은 비임으로 넓은 범위의 통신을 제공하기 위해 어느 때라도 비임의 초점을 흐리게할 수 있다. 이것은 높은 고도 범위의 통신 또는 대양에서 사용할 때 의미가 있으며, 사용자는 좀더 넓게 분포되어 있으며 작동 환경은 낮은 비임형성 G/T(즉, 적은 다중 경로 손실, 또는 높은 EIRP를 갖는 사용자에 대한 적은 방해)를 사용할 수 있게 허용한다. 다른 중요한 고려사항은 필요 및 기술에 기초를 둘때 전기 기초-비임형성을 업그레이드할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 예기치않은 방해가 비-시스템 전송자에 의해 야기되는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 경우, 무효과정(nulling)이 기초 비임형성 과정에 도입될 수 있다.

본 발명은 양호한 실시예에 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 인식할 수 있다.

Claims

다수의 지상에 위치한 저전력 트랜시버와 외부 셀룰러 및 지상 네트워크 사이에 통신 링크를 제공하기 위한 위성 통신 시스템에 있어서,

지구에 대하여 0° 보다 큰 설정된 각도로 경사져 있고 정지 궤도에 있는 하나 이상의 위성과,

적어도 하나의 게이트웨이 지상 터미널과,

페이즈드 어레이 안테나의 선택된 요소를 통해 편방향 및 양방향 통신을 위한 다수의 지상에 위치한 저전력 트랜시버 수단을 포함하며,

상기 각 위성은 멀티-요소 페이즈드 어레이 안테나와 상기 멀티-요소 페이즈드 어레이 안테나에 선택적으로 연결되어 지표면상에 공간적으로 식별된 스폿 방사 비임을 제공하는 송신 및 수신 회로와, 조향가능한 공대지 안테나와 그 내부에 연결된 트랜스미터-리시버 회로를 가지며,

상기 게이트웨이 지상 터미널은 소정의 사용자 위치로의 직접적인 위성 전송을 위해 페이즈드 어레이 안테나의 업링크 위상 조정을 수행하기 위한 수단과, 범위 및 도플러 트래킹의 조합을 통해 움직이는 위성을 트래킹하기 위한 수단과, 위성의 움직임에 따라 상기 공대지 안테나를 조정하기 위한 수단과, 사용자 인바운드 전송과 관련된 모든 지상-비임형성을 수행하기 위한 수단과, 모든 사용자 신호 변조 및 복조를 수행하기 위한 수단과, 외부 셀룰러 및 지상 네트워크와의 필요한 지상 인터페이스를 제공하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템.
청구항 1 에 있어서, 상기 설정된 각도는 대략 28.5°인 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템.
청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서, 다수의 위성이 배치되어 있고 배치된 위성의 수는 6 개 이하인 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템.
다수의 지상에 위치한 저전력 트랜시버와 외부 셀룰러 및 지상 네트워크 사이에 통신 링크를 제공하기 위한 위성 통신 시스템에 있어서,

지구에 대하여 0 보다 큰 설정된 각도로 경사져 있고 정지 궤도에 있는 위성 배열과,

적어도 하나의 게이트웨이 지상 터미널과,

페이즈드 어레이 안테나의 선택된 요소를 통해 편방향 및 양방향 통신을 위한 다수의 지상에 위치한 저전력 트랜시버 수단을 포함하며,

상기 각 위성은 멀티-요소 페이즈드 어레이 안테나와 지표면상에 공간적으로 식별된 스폿 방사 비임을 제공하기 위해 상기 멀티-요소 페이즈드 어레이 안테나에 선택적으로 연결된 송신 및 수신 회로와, 조향가능한 공대지 안테나와 그 내부에 연결된 트랜스미터-리시버 회로를 가지며,

상기 게이트웨이 지상 터미널은 소정의 사용자 위치로의 직접적인 위성 전송을 위해 페이즈드 어레이 안테나의 업링크 위상 조정을 포함하여, 모든 우주선 명령과 제어를 수행하기 위한 수단과, 범위 및 도플러 트래킹의 조합을 통해 움직이는 위성을 트래킹하기 위한 수단과, 위성의 움직임에 따라 상기 공대지 안테나를 조정하기 위한 수단과, 사용자 인바운드 전송과 관련된 모든 지상-비임형성을 수행하기 위한 수단과, 모든 사용자 신호 변조 및 복조를 수행하기 위한 수단과, 외부 셀룰러 및 지상 네트워크와의 필요한 지상 인터페이스를 제공하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템.
다수의 지상에 위치한 저전력 트랜시버와 외부 셀룰러 및 지상 네트워크 사이에 통신 링크를 제공하기 위한 위성 통신 시스템에 있어서,

약 28.5° 기울어진 정상 궤도 위성 배치를 제공하는 단계와,

적어도 세개의 게이트웨이 지상 터미널을 제공하는 단계와,

위성 배치상의 멀티-요소 페이즈드 어레이 안테나를 통해 연결하기 위한 다수의 지상에 위치한 저전력 트랜시버 수단을 제공하는 단계를 포함하며,

상기 각 위성은 공간적인 식별과 높은 이득을 제공하기 위한 멀티-요소 페이즈드 어레이 안테나와 적어도 하나의 수평 유지 공대지 안테나 수단과 리시버 및 트랜스미터 회로를 구비하며,

상기 각 게이트웨이 지상 터미널은 소정의 사용자 위치로의 직접적인 위성 전송을 위해 페이즈드 어레이 안테나의 업링크 위상 조정을 수행하기 위한 수단과,

모든 우주선 명령과 제어를 수행하기 위한 수단과, 범위 및 도플러 트래킹의조합을 통해 움직이는 위성을 트래킹하기 위한 수단과, 위성의 움직임에 따라 수평 유지 공대지 안테나를 조정하기 위한 수단과, 사용자 인바운드 전송과 관련된 모든 지상-비임형성을 수행하기 위한 수단과, 모든 사용자 신호 변조 및 복조를 수행하기 위한 수단과, 외부 셀룰러 및 지상 네트워크와의 필요한 지상 인터페이스를 제공하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 위성 통신 방법.
많은 지상에 위치한 기지로부터의 데이터를 수집하고 중앙 지상국으로 수집된 데이터를 보내는 데이터 수집 시스템에 있어서,

지구에 대하여 0°이상의 설정된 각도로 경사져 있고 정지 궤도에 있는 위상과,

각 지상에 위치한 기지에 있는 다수의 지상에 위치한 필드 사용자 원격 데이터 소스 터미널을 포함하며,

상기 위성은 멀티-요소 페이즈드 어레이 안테나와, 많은 수의 동시적인 고품질 스폿 비임을 제공하기 위해 상기 다중-요소 페이즈드 어레이 안테나와 선택적으로 연결된 전송 및 수신 회로와 페이즈드 어레이 안테나로부터 수집된 데이터를 수신하고 상기 중앙 기지로 수집된 데이터를 전송하기 위해 내부에 연결된 트랜스미터/리시버 회로와 조향가능한 공대지 안테나 수단을 가지며,

상기 지상에 위치한 필드 사용자 원격 데이터 소스 터미널은 상기 데이터를 수집하고 선택된 요소에 대한 수집된 데이터를 페이즈드 어레이 안테나로 전송시키기 위한 수단을 구비하며,

상기 중앙 지상국은 위성으로부터 상기 수집된 데이터를 수신하고 지구의 주어진 지상 영역에 대해 상기 페이즈드 어레이 안테나를 동적으로 배열하도록 위성으로 안테나 제어 신호를 전송하기 위하여 조향가능한 공대지 안테나를 통해 위성과 통신하는 적어도 하나의 게이트웨이 지상 터미널을 갖는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템.
청구항 6 에 있어서, 상기 다수의 필드 사용자 원격 데이터 소스 터미널은 미터 판독과, 원격 이동 트래킹과, 과학적인 데이터 수집과, 수색 및 구난 업무와, 항공기 교통 감시와 같은 데이터 수집 서비스를 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템.
청구항 6에 있어서, 정지궤도 위성 배치가 존재하며 각 위성은 지구에 대하여 0° 이상의 설정된 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템.
청구항 8 에 있어서, 상기 설정된 각도는 대략 28.5°인 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템.
청구항 9 에 있어서, 상기 정지 궤도에 배치된 위성의 수는 6개 이하인 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템.