特許 6064154 ハブ・スポーク型のスポット・ビーム衛星通信システムにおける干渉管理

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6064154

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】ハブ・スポーク型のスポット・ビーム衛星通信システムにおける干渉管理

(51)【国際特許分類】

   H04W 72/12 20090101AFI20170116BHJP

   H04W 72/04 20090101ALI20170116BHJP

   H04W 84/06 20090101ALI20170116BHJP

   H04W 16/28 20090101ALI20170116BHJP

   H04B 7/185 20060101ALI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H04W72/12

   H04W72/04 131

   H04W84/06

   H04W16/28

   H04B7/185

【請求項の数】28

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2014-546121(P2014-546121)

(86)(22)【出願日】2012年12月7日

(65)【公表番号】特表2015-503297(P2015-503297A)

(43)【公表日】2015年1月29日

(86)【国際出願番号】US2012068471

(87)【国際公開番号】WO2013086338

(87)【国際公開日】20130613

【審査請求日】2015年12月1日

(31)【優先権主張番号】61/568,569

(32)【優先日】2011年12月8日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/568,578

(32)【優先日】2011年12月8日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/591,810

(32)【優先日】2012年1月27日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/667,688

(32)【優先日】2012年7月3日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】513180451

【氏名又は名称】ヴィアサット，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＶｉａＳａｔ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】ミラー，マーク ジェイ．

【審査官】 青木 健

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０６３７７５６１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００３−２４９８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１３５９０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−９２５４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｗ ４／００ − ９９／００

Ｈ０４Ｂ ７／１４ − ７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

衛星を介して通信を実行するための方法において、
前記衛星のアンテナ・サブシステムを使用して、ハブ・スポーク型のスポット・ビーム衛星通信システムで、目的に従ってビーム・グループに割り当てられる複数の固定位置スポット・ビームを実現するステップにおいて、
第１のビーム・グループが、（ａ）第１のゲートウェイ端末を照射する前記スポット・ビームのうちの１つのビーム、および（ｂ）第１のユーザ端末を照射する前記スポット・ビームのうちの１つのビームを含み、
第２のビーム・グループが、（ａ）第２のゲートウェイ端末を照射する前記スポット・ビームのうちの１つのビーム、および（ｂ）第２のユーザ端末を照射する前記スポット・ビームのうちの１つのビームを含み、
前記衛星が、前記第１のビーム・グループに関連する第１の経路、および前記第２のビーム・グループに関連する第２の経路を含むステップと、
前記第１の経路に関連する少なくとも１つの送信側スイッチを、第１の送信ビーム切替えパターンに従って、前記第１の経路の出力を前記第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切り替えて、ゲートウェイと少なくとも１つのユーザ端末との間のトラフィックを確立するステップと、
前記第２の経路に関連する少なくとも１つの送信側スイッチを、第２の送信ビーム切替えパターンに従って、前記第２の経路の出力を前記第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切り替えて、ゲートウェイと少なくとも１つのユーザ端末との間のトラフィックを確立するステップと、
前記第２のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィックと同じ周波数で、前記第１のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィック間のかなりの干渉を回避するよう、前記第１の送信ビーム切替えパターンおよび前記第２の送信ビーム切替えパターンを調整するステップと
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法において、前記調整するステップが、前記第１のユーザ端末へのトラフィック送信と前記第２のユーザ端末へのトラフィック送信との間のかなりの干渉を回避するステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法において、前記調整するステップが、前記第１のゲートウェイ端末へのトラフィック送信と前記第２のゲートウェイ端末へのトラフィック送信との間のかなりの干渉を回避するステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法において、前記調整するステップが、前記第１のユーザ端末へのトラフィック送信と前記第２のゲートウェイ端末へのトラフィック送信との間のかなりの干渉を回避するステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法において、
前記第１の経路に関連する少なくとも１つの受信側スイッチを、第１の受信ビーム切替えパターンに従って、前記第１の経路の入力を前記第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切り替えるステップと、
前記第２の経路に関連する少なくとも１つの受信側スイッチを、第２の受信ビーム切替えパターンに従って、前記第２の経路の入力を前記第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切り替えるステップと、
前記第２のビーム・グループのスポット・ビームからのトラフィック受信と同じ周波数で、前記第１のビーム・グループのスポット・ビームからのトラフィック受信間のかなりの干渉を回避するよう、前記第１の受信ビーム切替えパターンおよび前記第２の受信ビーム切替えパターンを調整するステップと
をさらに含むことを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項５に記載の方法において、前記第１の受信ビーム切替えパターンおよび前記第２の受信ビーム切替えパターンを調整するステップが、前記第１のユーザ端末からのトラフィック受信と前記第２のユーザ端末からのトラフィック受信との間のかなりの干渉を回避するステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項５に記載の方法において、前記第１の受信ビーム切替えパターンおよび前記第２の受信ビーム切替えパターンを調整するステップが、前記第１のゲートウェイ端末からのトラフィック受信と前記第２のゲートウェイ端末からのトラフィック受信との間のかなりの干渉を回避するステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項8】

請求項５に記載の方法において、前記第１の受信ビーム切替えパターンおよび前記第２の受信ビーム切替えパターンを調整するステップが、前記第１のユーザ端末からのトラフィック送信と前記第２のゲートウェイ端末からのトラフィック受信との間のかなりの干渉を回避するステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項9】

請求項１に記載の方法において、前記スポット・ビームのうちの少なくとも２つのビームの半径が著しく異なることを特徴とする方法。

【請求項10】

請求項１に記載の方法において、前記目的が、ビーム・グループ間で要求をバランスさせることであることを特徴とする方法。

【請求項11】

請求項１に記載の方法において、前記目的が、ビーム・グループ内のビームの分離角を最小限に抑えることによって干渉を最小限に抑えることであることを特徴とする方法。

【請求項12】

請求項１に記載の方法において、前記目的が、最繁時が互いに異なるビームを同じビーム・グループに配置することであることを特徴とする方法。

【請求項13】

請求項１に記載の方法において、前記目的が、様々なビーム・グループ内のビーム間で排除しなければならないビーム衝突の数を最小限に抑えることであることを特徴とする方法。

【請求項14】

請求項１に記載の方法において、前記目的が、全てのペアのビーム・グループ間での干渉の合計を最小限に抑えることによって、軟干渉を最小限に抑えることであることを特徴とする方法。

【請求項15】

請求項１に記載の方法において、繰返しプロセスを使用して割当てを更新することにより、前記スポット・ビームがビーム・グループに割り当てられ、繰返しステップにおいて、（ａ）前記割当てに変更がもたらされ、（ｂ）前記目的が評価されて、改善がなされたかどうか判定し、（ｃ）改善がなされた場合は、前記変更が受け入れられることを特徴とする方法。

【請求項16】

請求項１５に記載の方法において、前記繰返しステップの結果として局所最適に達することができ、前記局所最適に達すると、前記割当てに無作為の変更がもたらされ、さらなる繰返しステップを実行して少なくとも１つの目的を改善することを特徴とする方法。

【請求項17】

請求項１に記載の方法において、前記アンテナ・サブシステムが、各々がそれ自体のフィード・アレイをもつ複数の反射器を有するビーム当たり単一フィード（ＳＦＰＢ）アーキテクチャを使用し、前記第１のビーム・グループ内の前記スポット・ビーム用のフィードが、第１のフィード・アレイに配置され、前記第２のビーム・グループ内の前記スポット・ビーム用のフィードが、前記第１のフィード・アレイとは異なる第２のフィード・アレイに配置されることを特徴とする方法。

【請求項18】

請求項１に記載の方法において、前記第１のビーム・グループ内の前記スポット・ビームが、第１の地理的領域の各部分を照射し、前記第２のビーム・グループ内の前記スポット・ビームが、前記第１の地理的領域とは異なる第２の地理的領域の各部分を照射することを特徴とする方法。

【請求項19】

複数のゲートウェイ端末と、
複数のユーザ端末と、
前記複数のゲートウェイ端末および前記複数のユーザ端末とハブ・スポーク型構成で通信する衛星と
を備える衛星通信システムにおいて、
前記衛星は、
複数の固定位置のスポット・ビームを形成するように構成された指向性アンテナ・サブシステムにおいて、前記スポット・ビームが、目的に従ってビーム・グループに割り当てられる指向性アンテナ・サブシステム、
前記指向性アンテナ・サブシステムに結合された複数の経路において、各経路が、ビーム・グループに関連していてもよく、各ビーム・グループが、（ａ）ゲートウェイ端末を含むゲートウェイ・スポット・ビームのカバレージ・エリアを照射するスポット・ビーム、および（ｂ）ユーザ端末を含むユーザ・スポット・ビームのカバレージ・エリアを照射するスポット・ビームを含む複数の経路、
第１の経路の出力に結合され、第１の送信ビーム切替えパターンに従って、前記第１の経路の前記出力を第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するように順次切替えを実行して、第１のゲートウェイ端末と第１のユーザ端末との間のトラフィックを確立するように構成された第１の送信側スイッチ、
第２の経路の出力に結合され、第２の送信ビーム切替えパターンに従って、前記第２の経路の前記出力を第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するように順次切替えを実行して、第２のゲートウェイ端末と第２のユーザ端末との間のトラフィックを確立するように構成された第２の送信側スイッチ、ならびに
前記第１の送信側スイッチおよび前記第２の送信側スイッチに結合され、前記第２のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィックと同じ周波数で、前記第１のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィック間のかなりの干渉を回避するよう、前記第１の送信ビーム切替えパターンおよび前記第２の送信ビーム切替えパターンを調整するように構成されたビーム切替え制御装置
を備えることを特徴とする衛星通信システム。

【請求項20】

請求項１９に記載の衛星通信システムにおいて、前記衛星がさらに、
前記第１の経路の入力に結合され、第１の受信ビーム切替えパターンに従って、前記第１の経路の前記入力を前記第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切替えを実行するように構成された第１の受信側スイッチと、
前記第２の経路の入力に結合され、第２の受信ビーム切替えパターンに従って、前記第２の経路の前記入力を前記第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切替えを実行するように構成された第２の受信側スイッチと
を備え、
前記ビーム切替え制御装置が、前記第１の受信側スイッチおよび前記第２の受信側スイッチに結合され、前記第２のビーム・グループのスポット・ビームから受信されたトラフィックと同じ周波数で、前記第１のビーム・グループのスポット・ビームから受信されたトラフィック間のかなりの干渉を回避するよう、前記第１の受信ビーム切替えパターンおよび前記第２の受信ビーム切替えパターンを調整するようにさらに構成されることを特徴とする衛星通信システム。

【請求項21】

複数の固定位置のスポット・ビームを形成するように構成された指向性アンテナ・サブシステムにおいて、前記スポット・ビームが、目的に従ってビーム・グループに割り当てられる指向性アンテナ・サブシステムと、
前記指向性アンテナ・サブシステムに結合された複数の経路において、各経路が、ビーム・グループに関連している複数の経路と、
第１の経路の出力に結合され、第１の送信ビーム切替えパターンに従って、前記第１の経路の前記出力を第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するように順次切替えを実行して、トラフィックを確立するように構成された第１の送信側スイッチと、
第２の経路の出力に結合され、第２の送信ビーム切替えパターンに従って、前記第２の経路の前記出力を第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するように順次切替えを実行して、トラフィックを確立するように構成された第２の送信側スイッチと、
前記第１の送信側スイッチおよび前記第２の送信側スイッチに結合され、前記第２のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィックと同じ周波数で、前記第１のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィック間のかなりの干渉を回避するよう、前記第１の送信ビーム切替えパターンおよび前記第２の送信ビーム切替えパターンを調整するように構成されたビーム切替え制御装置と
を備えることを特徴とする通信衛星。

【請求項22】

請求項２１に記載の衛星において、
前記第１の経路の入力に結合され、第１の受信ビーム切替えパターンに従って、前記第１の経路の前記入力を前記第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切替えを実行するように構成された第１の受信側スイッチと、
前記第２の経路の入力に結合され、第２の受信ビーム切替えパターンに従って、前記第２の経路の前記入力を前記第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切替えを実行するように構成された第２の受信側スイッチと
をさらに備え、
前記ビーム切替え制御装置が、前記第１の受信側スイッチおよび前記第２の受信側スイッチに結合され、前記第２のビーム・グループのスポット・ビームから受信されたトラフィックと同じ周波数で、前記第１のビーム・グループのスポット・ビームから受信されたトラフィック間の干渉を回避するよう、前記第１の受信ビーム切替えパターンおよび前記第２の受信ビーム切替えパターンを調整するようにさらに構成されることを特徴とする衛星。

【請求項23】

請求項２１に記載の衛星において、前記スポット・ビームのうちの少なくとも２つのビームの半径が著しく異なることを特徴とする衛星。

【請求項24】

請求項２１に記載の衛星において、前記目的が、ビーム・グループ間で要求をバランスさせることであることを特徴とする衛星。

【請求項25】

請求項２１に記載の衛星において、前記目的が、ビーム・グループ内のビームの分離角を最小限に抑えることによって干渉を最小限に抑えることであることを特徴とする衛星。

【請求項26】

請求項２１に記載の衛星において、前記目的が、最繁時が互いに異なるビームを同じビーム・グループに配置することであることを特徴とする衛星。

【請求項27】

請求項２１に記載の衛星において、前記目的が、様々なビーム・グループ内のビーム間で排除しなければならないビーム衝突の数を最小限に抑えることであることを特徴とする衛星。

【請求項28】

請求項２１に記載の衛星において、前記目的が、全てのペアのビーム・グループ間での干渉の合計を最小限に抑えることによって、軟干渉を最小限に抑えることであることを特徴とする衛星。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年１２月８日出願の米国仮特許出願第６１／５６８，５６９号明細書、２０１１年１２月８日出願の米国仮特許出願第６１／５６８，５７８号明細書、２０１２年１月２７日出願の米国仮特許出願第６１／５９１，８１０号明細書、および２０１２年７月３日出願の米国仮特許出願第６１／６６７，６８８号明細書の優先権を主張し、あらゆる目的で、これらの開示をそっくりそのまま参考として本明細書に援用する。

【0002】

以下の米国非仮特許出願の開示を、あらゆる目的で、そっくりそのまま参考として本明細書に援用する。
−２０１２年７月２７日出願の米国非仮特許出願第１３／５６０，７８８号明細書
−２０１２年７月２７日出願の米国非仮特許出願第１３／５６０，８２５号明細書
−本出願と同時出願の米国非仮特許出願第１３／７０８，４９３号明細書（依頼人整理番号８１０９４−８４２２３６、顧客整理番号ＶＳ−０５１８−ＵＳ）

【0003】

本発明は一般に、衛星通信システムに関し、より詳細には、ハブ・スポーク型の衛星通信システムにおける干渉管理を実現することに関する。

【背景技術】

【0004】

衛星通信システムは、ゲートウェイ端末とユーザ端末をリンクさせる衛星を含むことができる。ゲートウェイ端末は、インターネットまたは公衆交換電話網などのネットワークとのインターフェースを設けることができる。各ゲートウェイ端末は、通常、１つまたは複数のスポット・ビーム内に配置された複数のユーザ端末にサービス提供する。互いに異なるスポット・ビームで同じ周波数を再使用することにより、システム容量を改善することができる。しかし、同じ周波数を再使用するには、干渉を避けるために各スポット・ビームが十分に分離していなければならない。これにより、達成できる総合システム容量に制限が加わることがある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態により、ビーム・グループ間でのビーム切替えパターンを調整することによって、ハブ・スポーク型衛星通信システムにおける干渉管理が改善される。

【0006】

本発明の一実施形態によれば、衛星を介して通信を実行するための方法は、衛星のアンテナ・サブシステムを使用して、ハブ・スポーク型のスポット・ビーム衛星通信システムで複数の固定位置スポット・ビームを提供するステップを含む。各スポット・ビームは、目的に従ってビーム・グループに割り当ててもよい。第１のビーム・グループは、（ａ）第１のゲートウェイ端末を照射するスポット・ビームのうちの１つのビーム、および（ｂ）第１のユーザ端末を照射するスポット・ビームのうちの１つのビームを含んでもよく、第２のビーム・グループは、（ａ）第２のゲートウェイ端末を照射するスポット・ビームのうちの１つのビーム、および（ｂ）第２のユーザ端末を照射するスポット・ビームのうちの１つのビームを含んでもよい。衛星は、第１のビーム・グループに関連する第１の経路、および第２のビーム・グループに関連する第２の経路を含んでもよい。第１の経路に関連する少なくとも１つの送信側スイッチが、第１の送信ビーム切替えパターンに従って、第１の経路の出力を第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切り替えられて、ゲートウェイと少なくとも１つのユーザ端末との間のトラフィックを確立してもよい。第２の経路に関連する少なくとも１つの送信側スイッチが、第２の送信ビーム切替えパターンに従って、第２の経路の出力を第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切り替えられて、ゲートウェイと少なくとも１つのユーザ端末との間のトラフィックを確立してもよい。第２のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィックと同じ周波数で、第１のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィック間のかなりの干渉を回避するよう、第１の送信ビーム切替えパターンおよび第２の送信ビーム切替えパターンを調整することができる。

【0007】

一実施形態では、この調整するステップは、第１のユーザ端末へのトラフィック送信と第２のユーザ端末へのトラフィック送信との間のかなりの干渉を回避するステップを含む。

【0008】

別の実施形態では、この調整するステップは、第１のゲートウェイ端末へのトラフィック送信と第２のゲートウェイ端末へのトラフィック送信との間のかなりの干渉を回避するステップを含む。

【0009】

別の実施形態では、この調整するステップは、第１のユーザ端末へのトラフィック送信と第２のゲートウェイ端末へのトラフィック送信との間のかなりの干渉を回避するステップを含む。

【0010】

別の実施形態では、第１の経路に関連する少なくとも１つの受信側スイッチが、第１の受信ビーム切替えパターンに従って、第１の経路の入力を第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切り替えられてもよい。第２の経路に関連する少なくとも１つの受信側スイッチが、第２の受信ビーム切替えパターンに従って、第２の経路の入力を第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するよう順次切り替えられてもよい。第２のビーム・グループのスポット・ビームからのトラフィック受信と同じ周波数で、第１のビーム・グループのスポット・ビームからのトラフィック受信間のかなりの干渉を回避するよう、第１の受信ビーム切替えパターンおよび第２の受信ビーム切替えパターンを調整することができる。

【0011】

別の実施形態では、第１の受信ビーム切替えパターンおよび第２の受信ビーム切替えパターンを調整するステップは、第１のユーザ端末からのトラフィック受信と第２のユーザ端末からのトラフィック受信との間のかなりの干渉を回避するステップを含む。

【0012】

別の実施形態では、第１の受信ビーム切替えパターンおよび第２の受信ビーム切替えパターンを調整するステップは、第１のゲートウェイ端末からのトラフィック受信と第２のゲートウェイ端末からのトラフィック受信との間のかなりの干渉を回避するステップを含む。

【0013】

別の実施形態では、第１の受信ビーム切替えパターンおよび第２の受信ビーム切替えパターンを調整するステップは、第１のユーザ端末からのトラフィック送信と第２のゲートウェイ端末からのトラフィック受信との間のかなりの干渉を回避するステップを含む。

【0014】

別の実施形態では、スポット・ビームのうちの少なくとも２つのビームの半径が著しく異なる。

【0015】

別の実施形態では、目的は、ビーム・グループ間で要求をバランスさせることである。

【0016】

別の実施形態では、目的は、ビーム・グループ内のビームの分離角を最小限に抑えることによって干渉を最小限に抑えることである。

【0017】

別の実施形態では、目的は、最繁時が互いに異なるビームを同じビーム・グループに配置することである。

【0018】

別の実施形態では、目的は、様々なビーム・グループ内のビーム間で排除しなければならないビーム衝突の数を最小限に抑えることである。

【0019】

別の実施形態では、目的は、全てのペアのビーム・グループ間での干渉の合計を最小限に抑えることによって、軟干渉を最小限に抑えることである。

【0020】

別の実施形態では、繰返しプロセスを使用して割当てを更新することにより、スポット・ビームがビーム・グループに割り当てられ、繰返しステップにおいて、（ａ）割当てに変更がもたらされ、（ｂ）目的が評価されて、改善がなされたかどうか判定し、（ｃ）改善がなされた場合は、変更が受け入れられる。この繰返しステップの結果として局所最適に達することができ、局所最適に達すると、割当てに無作為の変更がもたらされ、さらなる繰返しステップを実行して少なくとも１つの目的を改善することができる。

【0021】

別の実施形態では、アンテナ・サブシステムが、各々がそれ自体のフィード・アレイをもつ複数の反射器を有するビーム当たり単一フィード（ＳＦＰＢ）アーキテクチャを使用し、第１のビーム・グループ内のスポット・ビーム用のフィードが、第１のフィード・アレイに配置され、第２のビーム・グループ内のスポット・ビーム用のフィードが、第１のフィード・アレイとは異なる第２のフィード・アレイに配置される。

【0022】

さらに別の実施形態では、第１のビーム・グループ内のスポット・ビームが、第１の地理的領域の各部分を照射し、第２のビーム・グループ内のスポット・ビームが、第１の地理的領域とは異なる第２の地理的領域の各部分を照射する。

【0023】

本発明の別の実施形態によれば、衛星通信システムは、複数のゲートウェイ端末と、複数のユーザ端末と、これら複数のゲートウェイ端末および複数のユーザ端末とハブ・スポーク型構成で通信する衛星とを備える。衛星は、複数の固定位置のスポット・ビームを形成するように構成された指向性アンテナ・サブシステムを備える。各スポット・ビームは、目的に従ってビーム・グループに割り当ててもよい。衛星はまた、指向性アンテナ・サブシステムに結合された複数の経路を備える。各経路は、ビーム・グループに関連していてもよく、各ビーム・グループは、（ａ）ゲートウェイ端末を含むゲートウェイ・スポット・ビームのカバレージ・エリアを照射するスポット・ビームと、（ｂ）ユーザ端末を含むユーザ・スポット・ビームのカバレージ・エリアを照射するスポット・ビームとを備えてもよい。衛星はまた、第１の経路の出力に結合された第１の送信側スイッチを備える。第１の送信側スイッチは、第１の送信ビーム切替えパターンに従って、第１の経路の出力を第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するように順次切替えを実行して、第１のゲートウェイ端末と第１のユーザ端末との間のトラフィックを確立するように構成してもよい。衛星はまた、第２の経路の出力に結合された第２の送信側スイッチを備える。第２の送信側スイッチは、第２の送信ビーム切替えパターンに従って、第２の経路の出力を第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するように順次切替えを実行して、第２のゲートウェイ端末と第２のユーザ端末との間のトラフィックを確立するように構成してもよい。衛星はまた、第１の送信側スイッチおよび第２の送信側スイッチに結合されたビーム切替え制御装置を備える。ビーム切替え制御装置は、第２のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィックと同じ周波数で、第１のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィック間のかなりの干渉を回避するよう、第１の送信ビーム切替えパターンおよび第２の送信ビーム切替えパターンを調整するように構成してもよい。

【0024】

本発明のさらに別の実施形態によれば、通信衛星は、複数の固定位置のスポット・ビームを形成するように構成された指向性アンテナ・サブシステムを備える。各スポット・ビームは、目的に従ってビーム・グループに割り当ててもよい。複数の経路を指向性アンテナ・サブシステムに結合してもよい。各経路はビーム・グループに関連していてもよい。第１の送信側スイッチは、第１の経路の出力に結合し、第１の送信ビーム切替えパターンに従って、第１の経路の出力を第１のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するように順次切替えを実行して、トラフィックを確立するように構成してもよい。第２の送信側スイッチは、第２の経路の出力に結合し、第２の送信ビーム切替えパターンに従って、第２の経路の出力を第２のビーム・グループ内の様々なスポット・ビームに接続するように順次切替えを実行して、トラフィックを確立するように構成してもよい。ビーム切替え制御装置は、第１の送信側スイッチおよび第２の送信側スイッチに結合してもよい。ビーム切替え制御装置は、第２のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィックと同じ周波数で、第１のビーム・グループのスポット・ビームに送信されたトラフィック間のかなりの干渉を回避するよう、第１の送信ビーム切替えパターンおよび第２の送信ビーム切替えパターンを調整するように構成してもよい。

【0025】

図面によっては、サブラベルが参照番号に関連しており、複数の類似構成要素のうちの１つであることを示すよう、ハイフンの後に続く。既存のサブラベルを指定することなく参照番号を参照するときは、そのような類似構成要素の全てを指すものである。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による、ハブ・スポーク型の衛星通信システムの略図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の一実施形態による、衛星の経路の一例の簡略化したブロック図である。

【図2B】図２Ｂは、本発明の一実施形態による、衛星の経路の一例の簡略化したブロック図である。

【図2C】図２Ｃは、本発明の一実施形態による、衛星の経路の一例の簡略化したブロック図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態による、衛星のゲートウェイ（ＧＷ）切替えグループの簡略化したブロック図である。

【図4A】図４Ａは、本発明の一実施形態による、容量の柔軟な割当ての例を示す簡略化したブロック図である。

【図4B】図４Ｂは、本発明の一実施形態による、容量の柔軟な割当ての例を示す簡略化したブロック図である。

【図4C】図４Ｃは、本発明の一実施形態による、容量の柔軟な割当ての例を示す簡略化したブロック図である。

【図5】図５は、本発明の一実施形態による、スポット・ビームのカバレージ・エリアの例を示す、北アメリカの各部分の簡略化した地図である。

【図6】図６は、本発明の一実施形態による、スポット・ビームのカバレージ・エリアの例を示す、北アメリカおよび／または南アメリカの各部分の簡略化した地図である。

【図7】図７は、本発明の一実施形態による、スポット・ビームのカバレージ・エリアの例を示す、北アメリカおよび／または南アメリカの各部分の簡略化した地図である。

【図8】図８は、本発明の一実施形態による、干渉管理の一例を示す、簡略化したブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

次に、各図面に示した例示的な実施形態を参照する。本明細書においては具体的な文言を使用してそれらを説明する。それでもやはり、それにより、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されよう。本明細書において示した発明性のある特徴の改変およびさらなる修正、ならびに本明細書において示した発明の原理のさらなる応用例は、本開示を受けた当業者には想起し得るものであり、本発明の範囲内にあると見なすべきである。

【0028】

本発明を説明する際には、以下の用語を使用することになる。すなわち、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうでないことが示されていなければ、複数の対象を含む。したがって、たとえば、あるアイテムへの言及には、１つまたは複数のアイテムへの言及が含まれる。用語「ｏｎｅｓ」は、１つ、２つ、またはそれ以上を指し、一般には、全体のうちいくつかまたはその全てを選択することに当てはまる。用語「複数」は、アイテムのうち２つ以上を指す。用語「約」は、数量、寸法、サイズ、式、パラメータ、形状、および他の特性が正確でなくてもよく、概略でもよく、かつ／または要望通りに大きくても小さくてもよく、受入れ可能な許容差、変換係数、丸め処理、測定誤差など、ならびに当業者に知られている他の要因を表してもよい。用語「実質的」は、記述した特性、パラメータ、または値が、正確に達成される必要がなく、たとえば、許容差、測定誤差、測定確度の限界、および当業者に知られている他の要因を含む偏差または変動が、この特性がもたらすと考えられる影響を排除しない程度に発生する可能性があることを意味する。本明細書においては、数値データは、範囲指定形式で表しても示してもよい。このような範囲指定形式は、単に便宜上また簡潔に説明するために使用され、したがって、範囲の限度として明示した数値だけでなく、個々の数値またはその範囲内に含まれる部分範囲が明示されている場合と同様に、各数値および部分範囲の全てを含むものと柔軟に解釈すべきであることを理解されたい。一例として、約１〜５という数値範囲は、約１〜約５という明示した値だけでなく、示した範囲内の個々の値および部分範囲をも含むものと解釈すべきである。したがって、この数値範囲には、２、３、４などの個々の数値、および１〜３、２〜４、３〜５などの部分範囲が含まれている。これと同じ原理が、１つだけの数値で示す範囲（たとえば、「約１を超える」）に適用され、範囲の幅または記述される特性にかかわらず適用すべきである。複数のアイテムは、便宜上、共通のリストで提示してもよい。しかし、これらのリストは、リストの各要素が、別々で固有の要素として個別に識別される場合と同様に解釈すべきである。したがって、このようなリストの個々の要素は、逆の表示がない共通グループ内での表現にもっぱら基づいて、同じリストのうち他の任意の要素の事実上の均等物と解釈すべきではない。さらに、用語「および」および「または」が、アイテムのリストとともに使用されるとき、リストされたアイテムのうち任意の１つまたは複数を、単独で、またはリストされた他のアイテムとともに使用してもよいという点において、これらの用語は広く解釈すべきである。用語「あるいは（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｌｙ）」は、２つ以上の選択肢から１つを選択することを指し、文脈上明らかにそうでない限り、これらリストされた選択肢だけ、またはある時点でリストされた選択肢のうちの１つだけに選択を限定するものではない。

【0029】

本明細書では、用語「結合された」は、各構成要素が直接互いに接続されていなくてもよい。その代わりに、この用語はまた、結合された構成要素間に１つまたは複数の他の構成要素が含まれてもよい直接接続を有する構成を含むものである。たとえば、このような他の構成要素には、増幅器、減衰器、アイソレータ、方向性結合器、冗長スイッチなどが含まれ得る。

【0030】

図１は、本発明の一実施形態による、ハブ・スポーク型の衛星通信システム１００の略図である。衛星通信システム１００は、ゲートウェイ端末１１５と１つまたは複数のユーザ端末１３０とをリンクする衛星１０５を含んでもよい。衛星通信システム１００は、宇宙区間と地上区間を含む。宇宙区間は、１つまたは複数の衛星を含んでもよく、地上区間は、多数のユーザ端末、ゲートウェイ端末、ネットワーク運用センタ（ＮＯＣ）、衛星およびゲートウェイ端末の司令センタなどを含んでもよい。説明を明確にするため、全ての要素を図示しているわけではない。

【0031】

ゲートウェイ端末１１５は、ハブまたは地上局と呼ばれることがある。ゲートウェイ端末１１５は、ゲートウェイ端末１１５と衛星１０５の間の通信リンク１３５、１４０を設けることができる。ゲートウェイ端末１１５はまた、ユーザ端末１３０へのトラフィックをスケジュール設定することができる。あるいは、スケジュール設定は、衛星通信システム１００の他の部分で（たとえば、この実施形態では両方とも図示していない、１つまたは複数のＮＯＣおよび／またはゲートウェイ司令センタにおいて）実行してもよい。スケジュール設定情報は、従来技法を使用する地上ネットワーク、衛星コマンド・リンク、通信システムなどを介して、ＮＯＣと、ゲートウェイ司令センタと、衛星と、ユーザ端末との間で伝達することができ、したがって、これについてさらに説明することはない。

【0032】

ゲートウェイ端末１１５はまた、ネットワーク１２０と衛星１０５の間のインターフェースを設けてもよい。ゲートウェイ端末１１５は、ネットワーク１２０からデータおよび情報を受信することができ、このデータおよび情報は、ユーザ端末１３０に送られる。ゲートウェイ端末１１５は、衛星１０５を介してユーザ端末１３０に送達するために、データおよび情報をフォーマット化してもよい。ゲートウェイ端末１１５はまた、衛星１０５からのデータおよび情報を伝送する信号を受信することができる。このデータおよび情報は、ユーザ端末１３０からのものでもよく、ネットワーク１２０を介してアクセス可能な宛先に送ってもよい。ゲートウェイ端末１１５は、ネットワーク１２０を介して送達するために、このデータおよび情報をフォーマット化してもよい。

【0033】

ネットワーク１２０は、任意の適切なタイプのネットワーク、たとえば、インターネット、ＩＰネットワーク、イントラネット、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、仮想プライベート・ネットワーク（ＶＰＮ）、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、公衆陸上移動網などでもよい。ネットワーク１２０は、有線、無線、光、または他のタイプのリンクを含め、様々なタイプの接続を含んでもよい。ネットワーク１２０はまた、ゲートウェイ端末１１５と他のゲートウェイ端末とを接続してもよく、これら他のゲートウェイは、衛星１０５または他の衛星と通信してもよい。

【0034】

ゲートウェイ端末１１５は、１つまたは複数のアンテナ１１０を使用して、フォワード・アップリンク信号１３５を衛星１０５に送信し、リターン・ダウンリンク信号１４０を衛星１０５から受信することができる。図１に示すアンテナ１１０は、衛星１０５の方向で指向性が高く、他の方向では指向性が低い反射器を備える。アンテナ１１０は、様々な構成で実装してもよく、直交偏波間の高アイソレーション、動作周波数帯での高効率、低雑音などの特徴を含んでもよい。

【0035】

衛星通信システムによっては、伝送に利用可能な周波数スペクトルが制限されることもある。衛星１０５とユーザ端末１３０の間の通信リンク１４５、１５０と比較して、ゲートウェイ端末１１５と衛星１０５の間の通信リンク１３５、１４０は、同じ周波数でも、重複する周波数でも、または異なる周波数でもよい。実施形態によっては、ゲートウェイ端末１１５は、ユーザ端末１３０から離れて配置してもよく、それによって周波数再使用が容易になる。他の実施形態では、ユーザ端末１３０は、ゲートウェイ端末１１５の近くに配置してもよい。

【0036】

衛星１０５は、信号を送受信するように構成された静止衛星でもよい。衛星１０５は、フォワード・アップリンク信号１３５をゲートウェイ端末１１５から受信し、対応するフォワード・ダウンリンク信号１５０をユーザ端末１３０に送信することができる。衛星１０５はまた、リターン・アップリンク信号１４５をユーザ端末１３０から受信し、対応するリターン・ダウンリンク信号１４０をゲートウェイ端末１１５に送信することができる。

【0037】

衛星１０５は、信号１３５、１４０、１４５、１５０を送受信するための、１つまたは複数の固定指向性アンテナを備えてもよい。たとえば、指向性アンテナは、各スポット・ビームに対して１つまたは複数のフィード・ホーンを有する固定反射器を備えてもよい。フィード・ホーンを利用して、アップリンク信号１３５、１４５を受信し、ダウンリンク信号１４０、１５０を送信することができる。

【0038】

スポット・ビームのコンタは、ひとつには具体的なアンテナ設計によって決定され、反射器に対するフィード・ホーンの位置、反射器のサイズ、フィード・ホーンのタイプなどの要因に依存する。地表面上での各スポット・ビームのコンタは、一般に、円錐形（たとえば、円形または楕円形）を有し、送受信両方の動作におけるスポット・ビームのカバレージ・エリアを照射することができる。スポット・ビームは、地表または地表上空（たとえば、航空機搭載のユーザ端末など）に存在する端末を照射することができる。実施形態によっては、指向性アンテナを使用して、固定位置のスポット・ビーム（または、長期間にわたり実質的に同じスポット・ビームスポット・ビームに関連するカバレージ・エリア）を形成することができる。

【0039】

衛星１０５は、様々なスポット・ビームでの数多くの信号の送受信を、マルチ・スポット・ビーム・モードで運用することができる。個々の各スポット・ビームは、ゲートウェイ、多数のユーザ端末、またはゲートウェイと多数のユーザ端末の両方の要求を満たすことができる。すなわち、図１のゲートウェイ１１５およびユーザ端末１３０は、同じかまたは互いに異なるスポット・ビームのカバレージ・エリア内にあってもよい。各スポット・ビームは、単一搬送波（すなわち、１つの搬送波周波数）、連続した周波数範囲（すなわち、１つまたは複数の搬送波周波数）、または複数の周波数範囲（１つまたは複数の搬送波周波数が各周波数範囲に存在する）を使用してもよい。

【0040】

衛星１０５は、複数の非再生経路（この実施形態ではＫ個の経路として表してある）を含んでもよい。Ｋ個の経路の各々は、適時に任意の所与の時点で、フォワード経路またはリターン経路の役割を果たすことができる。たとえば、実施形態によっては、１つまたは複数の第１の経路がフォワード経路専用であり、１つまたは複数の第２の経路（第１の経路とは異なる）がリターン経路専用である。実施形態によっては、１つまたは複数の経路が、本明細書にさらに記載されているフレーム構造を使用して、互いに異なる時点においてフォワード経路とリターン経路の両方に使用することができる。実施形態によっては、衛星は、フォワードおよびリターン用に使用される完全に切替え可能な経路、フォワード用に使用される部分的に切替え可能な経路、リターン用に使用される部分的に切替え可能な経路、専用（非切替え）経路、ならびにこれらの任意の組合せを含んでもよい。衛星１０５が受信したアップリンク信号１３５、１４５は、各経路のうち１つまたは複数の経路に沿って送られた後、ダウンリンク信号１４０、１５０として送信される。

【0041】

再生または処理衛星アーキテクチャと同様に、経路を通過する信号を復調および再変調する必要はない。代わりに、非再生衛星による信号操作により、データ復調／変調および誤り訂正復号化／符号化を省略しながら、周波数変換、偏波変換、フィルタリング、増幅などの機能を実現することができる。

【0042】

フォワード・ダウンリンク信号１５０を、衛星１０５からユーザ端末１３０のうちの１つまたは複数に送信してもよい。ユーザ端末１３０は、アンテナ１２７を使用して、フォワード・ダウンリンク信号１５０を受信することができる。一実施形態では、アンテナおよびユーザ端末はともに、アンテナ直径が約０．７５メートルで、送信電力が約２ワットの超小型地球局（ＶＳＡＴ）を備える。他の実施形態では、様々な他のタイプのアンテナ１２７を使用して、衛星１０５からのフォワード・ダウンリンク信号１５０を受信してもよい。ユーザ端末１３０の各々は、コンピュータ、ローカル・エリア・ネットワーク（たとえば、ハブまたはルータを含む）、インターネット家電、無線ネットワークなど、様々な顧客端末（ＣＰＥ）に接続してもよい。

【0043】

ユーザ端末１３０は、データおよび情報を、ネットワーク１２０（たとえば、インターネット）を介してアクセス可能な宛先に送信してもよい。ユーザ端末１３０は、アンテナ１２７を使用して、リターン・アップリンク信号１４５を衛星１０５に送信してもよい。ユーザ端末１３０は、たとえば、ＤＶＢ（たとえば、ＤＶＢ−Ｓ、ＤＶＢ−Ｓ２、ＤＶＢ−ＲＣＳ）、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、ＤＯＣＳＩＳ、および、元々の形式または改変済み（修正済み）の形式での同様の規格によって規定されるフォーマットなど、様々なフォーマットに従って信号を送信してもよい。様々な実施形態では、リンク１３５、１４０、１４５、１５０の各々についての物理層の技法は、互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。

【0044】

図２Ａ〜２Ｃは、図１の衛星で使用できる経路の簡略化したブロック図である。一般に、各経路は、衛星が受信したアップリンク信号をダウンリンク信号に変換することができる。経路の各々は、受信機（Ｒｘ）および送信機（Ｔｘ）を備えてもよい。受信機はＬＮＡを備えてもよく、送信機はＨＰＡ（たとえば、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ））を備えてもよい。受信機および送信機は、これらの構成要素に限定されないが、たとえば、周波数変換（たとえば、ダウン・コンバータ）、フィルタリングなどを実行する構成要素を含め、他の構成要素を備えてもよい。各経路に含まれる特定の構成要素、およびこれら構成要素の構成は、特定の用途に応じて変化してもよい。

【0045】

衛星通信システムは、衛星切替時分割多元接続（ＳＳ／ＴＤＭＡ）方式のようなタイム・スロットを有する、フレーム化されたハブ・スポーク型ビーム切替え経路アクセス・プロトコルを使用してもよい。しかし、フレームの各タイム・スロットは、送信ビームから受信ビームに向かう、（ゲートウェイからユーザ端末に向かう）フォワード・リンクまたは（ユーザ端末からゲートウェイに向かう）リターン・リンクの何れかのトラフィックに対応してもよい。通常動作中は、通常、フレームの連続的なストリームが使用されて、通信を容易にする。よく知られた多重化技法および多元接続技法（たとえば、時分割多重化（ＴＤＭ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、マルチ周波数時分割多元接続（ＭＦ−ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）など）を使用して、各タイム・スロット中に複数の端末がサービスを受けることができる。たとえば、フォワード・リンク・タイム・スロットを複数のサブ・スロットに分割してもよく、各サブ・スロットにおいて、様々な端末または端末のグループに送信される。同様に、リターン・リンク・タイム・スロットを、複数のサブ・スロットに分割してもよい。スロットまたはサブ・スロットによっては、ネットワーク制御情報または信号情報（たとえば、スケジュール設定情報の伝達）用に予約することができる。

【0046】

フォワード経路
図２Ａには、部分的な切替え機能を実現する、一実施形態によるフォワード経路の一例が示してある。この実施形態では、受信機は、ゲートウェイ・ビーム・フィード（ＧＷ／Ｕフィードであり、一般にＧＷフィードは、実施形態によってはユーザ端末もカバーするので、ＧＷ／Ｕと呼ばれる）を介してゲートウェイからのフォワード・アップリンク信号を受信するように構成することができる。フォワード動作では、ゲートウェイ・ビーム・フィードは、１つまたは複数のゲートウェイ端末（たとえば、図１のゲートウェイ端末１１５）からの信号を受信することができる。受信機の出力は、送信機の入力に結合してもよい。

【0047】

送信機は、送信スイッチ（Ｔｘ ＳＷ）に結合してもよい。たとえば、送信スイッチは、信号経路に沿って経路の送信機の後に配置してもよい。送信スイッチを使用して、経路の出力を制御することができる。たとえば、送信スイッチは、Ｎ個のユーザ・ビーム・フィード（ユーザ・フィード）のうちの任意の１つ、またはゲートウェイ・ビーム・フィード（ＧＷ／Ｕフィード）の間の伝送信号を動的に切り替えることができる。Ｎ個のユーザ・ビーム・フィードの各々は、１つまたは複数のユーザ端末（図１のユーザ端末１３０）に信号を供給してもよい。ゲートウェイ・ビーム・フィードは、ゲートウェイ端末（したがって、宛先「ＧＷ／Ｕ」）と同じスポット・ビーム・カバレージ・エリア内に配置されたユーザ端末に信号を供給してもよい。共通の送信スイッチを共用するビームのセットは、送信ビーム・グループと呼ばれる。単一のゲートウェイのみが図示してあるが、実施形態によっては、２つ以上のゲートウェイを使用してもよい。

【0048】

送信スイッチは、ビーム・グループ送信切替えパターンに従って様々な切替え位置の間を巡回して、出力ビーム・フィードの各々に関連する出力ビームにフォワード・リンク容量を提供してもよい。ビーム・グループ送信切替えパターンは、切替え位置とフレーム時間のセットでもよく、送信スイッチがどのフィードを送信機に接続するのか規定する。

【0049】

ビーム・グループ送信切替えパターンは、ビーム切替え制御装置でのメモリに記憶してもよい。ビーム・グループ送信切替えパターンは、アップリンク信号を使用してビーム切替え制御装置にアップロードしてもよく、このアップリンク信号は、（たとえば、通信システム内で特定のタイム・スロットもしくは搬送波を使用する）帯域内でも、または（たとえば、衛星に向けての別々のコマンド制御およびテレメトリ・リンクを使用する）帯域外でもよい。送信スイッチが各位置で費やす時間の割合は、各ビームに提供されるフォワード・リンク容量を決定することができる。送信スイッチが各位置で費やす時間の長さを変更することによって、フォワード・リンク容量の柔軟な割当てが実現される。すなわち、経路が各ビームにサービス提供する際の相対的なデューティ・サイクルを変更することによって、フォワード・リンク容量が柔軟に割り当てられる。各ビームにおける負荷の時間変動に適応するよう、時間割当ては動的でもよい（たとえば、１日のうちの時間によって変化する）。

【0050】

送信スイッチは、高速スイッチ（たとえば、さらに以下で説明されるフレームに対して高速に切り替えることができる）でもよい。このスイッチは、Ｋａ帯周波数などの無線周波数（ＲＦ）で動作することができる。実施形態によっては、送信スイッチ向けにフェライト・スイッチを使用してもよい。フェライト・スイッチは、高速切替え、低挿入損失（たとえば、等価等方放射電力（ＥＩＲＰ）または利得対雑音温度（Ｇ／Ｔ）に大きな影響を及ぼさない）、および高出力処理能力を実現することができる。

【0051】

リターン経路
図２Ｂには、部分的な切替え機能を実現する、一実施形態によるリターン経路の一例が示してある。この実施形態では、受信スイッチは、Ｎ個のユーザ・ビーム・フィード（ユーザ・フィード）のうちの任意の１つ、またはゲートウェイ・ビーム・フィード（ＧＷ／Ｕフィード）の間で選択してもよい。Ｎ個のユーザ・ビーム・フィードの各々は、１つまたは複数のユーザ端末（図１のユーザ端末１３０）からのリターン信号を含んでもよい。ゲートウェイ・ビーム・フィードは、ゲートウェイ端末（したがって、宛先「ＧＷ／Ｕ」）と同じスポット・ビーム・カバレージ・エリア内に配置されたユーザ端末からのリターン信号を含んでもよい。受信スイッチ（Ｒｘ ＳＷ）出力は、経路の受信機に結合されてもよい。たとえば、受信スイッチは、信号経路に沿って経路の受信機の前に配置してもよい。共通の受信スイッチを共用するビームのセットは、受信ビーム・グループと呼ばれる。

【0052】

実施形態によっては、受信スイッチの前に１つまたは複数のＬＮＡを備えてもよい。たとえば、各入力ビーム・フィードは、ＬＮＡの後に配置された受信スイッチに関連するＬＮＡを有してもよい。あるいは、加算器を使用して、ＬＮＡからの出力を結合してもよく、ＬＮＡをオン／オフして、受信スイッチの切替え機能を実施してもよい。

【0053】

図２Ｂの経路はまた、リターン・ダウンリンク信号をゲートウェイ・ビーム・フィード（ＧＷ／Ｕフィード）に供給するように構成された送信機を含んでもよい。リターン動作では、ゲートウェイ・ビーム・フィードは、１つまたは複数のゲートウェイ端末（たとえば、図１のゲートウェイ端末１１５）への信号を含んでもよい。

【0054】

受信スイッチは、ビーム・グループ受信切替えパターンに従って様々な切替え位置の間を巡回して、入力ビーム・フィードの各々に関連する入力ビームにリターン・リンク容量を提供してもよい。受信スイッチの動作および制御（ビーム切替え制御装置を使用する）は、前述の送信スイッチの動作および制御と同様でもよい（すなわち、ビーム・グループ受信切替えパターンを衛星に伝達し、これを使用して、前述のフォワード・リンク動作と同様に、リターン・リンクでの時間とともに変化する柔軟な容量割当てを様々なビームに提供してもよい）。

【0055】

フォワード／リターン経路
図２Ｃには、全体的な切替え機能を実現する、一実施形態によるフォワード／リターン経路の一例が示してある。この実施形態では、受信機が、受信スイッチ（Ｒｘ ＳＷ）に結合されてもよく、送信機が、送信スイッチ（Ｔｘ ＳＷ）に結合されてもよい。受信スイッチを使用して、経路への入力を制御してもよく、送信スイッチを使用して、経路からの出力を制御してもよい。送信スイッチと受信スイッチを共用するビームのセットは、ビーム・グループと呼ばれる。

【0056】

図３は、２つのフォワード／リターン経路の簡略化したブロック図であり、経路の各々が、受信側スイッチおよび送信側スイッチに結合されて、本発明の一実施形態によるビーム切替えを実現する。これらの経路は、図１に示した衛星のＫ個の経路のうちの２つに対応してもよい。明確に示してはいないが、フォワード／リターン経路の各々は、図２Ａおよび２Ｂにそれぞれ示したフォワード経路およびリターン経路と同じ構成要素のうちの１つまたは複数を含んでもよい。したがって、各フォワード／リターン経路は、受信スイッチ（Ｒｘ ＳＷ）に結合された受信機、ならびに送信スイッチ（Ｔｘ ＳＷ）に結合された送信機を備えてもよい。送信スイッチと受信スイッチを共用するビームのセットは、ビーム・グループと呼んでもよい。

【0057】

ビーム切替え制御装置（ＢＳＣ）は、受信ビーム切替えパターンに従ってＲＸスイッチを制御することができ、送信ビーム切替えパターンに従ってＴＸスイッチを制御することができ、これらのパターンは、ともにビーム・グループ切替えパターンと呼ばれる。本発明の一実施形態によれば、経路のビーム・グループ切替えパターンは、フレームの一部分（フレーム全体を含め、そこに至るまで）がフォワード・リンク動作専用になり、同じフレームの他の部分（フレーム全体を含め、そこに至るまで）がリターン・リンク動作専用になるように構成することができる。たとえば、あるビーム・グループの切替えパターンと第２のグループの切替えパターンとをフレームの一部分において調整して、同じ時点に同じ周波数で送信される場合は互いに干渉し合うことになるビーム間で、かなりの干渉を回避することができる。

【0058】

実施形態によっては、ビーム・グループ切替えパターンは、フレーム間で同じでもよいが（複数の連続フレームでそれぞれ繰り返される）、実施形態によっては、ビーム・グループ切替えパターンは、フレーム間で変更してもよい。さらに別の実施形態では、特定の持続時間において特定のビーム・グループ切替えパターンを使用してもよいが、互いに異なる持続時間（たとえば、１日のうちの様々な時点、１週間のうちの様々な日など）において別のビーム・グループ切替えパターンを使用してもよい。本明細書において開示される各実施形態においては、切替えパターンの多くの変形形態、修正形態、および代替形態を使用してもよい。ビーム・グループ切替えパターンが同じままか、変更されるかは、ビーム間での所望の容量割当て、および／またはフォワード容量とリターン容量の間の所望の比に依存してもよい。

【0059】

図３の右側には、地表面上のビーム・カバレッジ・エリアＡ、Ｂ、およびＧＷ／Ｕの一例を示すカバレージ・マップが示してある。この実施形態では、第１の経路（経路１）が、受信側スイッチおよび送信側スイッチに結合されており、これらはそれぞれユーザ・ビーム・フィード（Ａ）に関連している。第２の経路（経路２）が、受信側スイッチおよび送信側スイッチに結合されており、これらはそれぞれユーザ・ビーム・フィード（Ｂ）に関連している。各スイッチは、前述の通り高速スイッチでもよい。ユーザ・ビーム・フィードＡ、Ｂの各々に関連するユーザ端末は、ゲートウェイ・ビーム・フィード（ＧＷ／Ｕ）に関連する同じゲートウェイ端末によって、サービス提供を受けてもよい。

【0060】

干渉を軽減するために、各経路でのゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕが直交偏波を使用してもよく、またアップリンク周波数がダウンリンク周波数と異なってもよい。経路１に至るアップリンク・ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕは、左偏波（Ｌ）を使用してもよく、経路２に至るアップリンク・ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕは、右偏波（Ｒ）を使用してもよい。この実施形態では、各経路が偏波を変換し、その結果、経路１からのダウンリンク・ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕは右偏波Ｒを使用し、経路２からのダウンリンク・ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕは左偏波Ｌを使用する。偏波および周波数が異なるので、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連するスポット・ビームは、フォワード信号とリターン信号の両方を同時に含んでもよい。

【0061】

実施形態によっては、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連するユーザ端末の２つのグループが存在してもよい。一方のグループは、左偏波Ｌを使用して送信し、右偏波Ｒを使用して受信してもよい。これらのユーザ端末は、経路１を介してサービス提供を受けてもよい。もう一方のグループは、右偏波Ｒを使用して送信し、左偏波Ｌを使用して受信してもよい。これらのユーザ端末は、経路２を介してサービス提供を受けてもよい。

【0062】

経路１に結合された受信側スイッチおよび送信側スイッチは、経路２に結合された受信側スイッチおよび送信側スイッチが使用する切替えパターンから独立した切替えパターンを使用してもよい。これにより、ビーム・フィード（Ａ、Ｂ、ＧＷ／Ｕ）のそれぞれの間の容量を時間的かつ空間的に割り当てる際、ならびにフォワード・トラフィックとリターン・トラフィックの間の容量を割り当てる際に柔軟性が得られる。

【0063】

図４Ａ〜４Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、容量の柔軟な割当ての例を示す簡略化したブロック図である。衛星通信システムは、衛星切替時分割多元接続（ＳＳ／ＴＤＭＡ）方式のようなタイム・スロットを有する、フレーム化されたハブ・スポーク型ビーム切替え経路アクセス・プロトコルを使用してもよい。ここでしかし、フレームの各タイム・スロットは、送信ビームから受信ビームに向かう、（ゲートウェイからユーザ端末に向かう）フォワード・リンクまたは（ユーザ端末からゲートウェイに向かう）リターン・リンクの何れかのトラフィックに対応してもよく、これは単に、ある端末から別の端末への単一の伝送ではない。

【0064】

通常動作中は、通常、フレームの連続的なストリームが使用されて、通信を容易にする。図４Ａに示した実施形態では、６４個のタイム・スロットを含む単一のハブ・スポーク型ビーム切替えフレームが示してある。図４Ａ〜４Ｃは単に例として提示したものであり、本発明の実施形態は、特定の経路アクセス・プロトコルまたはフレーム／スロット構成に限定されるものではない。多重化技法および多元接続技法（たとえば、時分割多重化（ＴＤＭ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、マルチ周波数時分割多元接続（ＭＦ−ＴＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）など）を使用して、各タイム・スロット中に複数の端末がサービスを受けることができる。

【0065】

図４Ｂ〜４Ｃには、フレーム中での容量の柔軟な割当ての例が示してある。これらの図は、この明細書全体を通して説明しているビーム切替えパターンを使用して実現できる、容量の柔軟な割当てを視覚的に表す。これらの例は、具体的には、図３に示した各経路（経路１、経路２）および各ビーム（Ａ、Ｂ、ＧＷ／Ｕ）に関する。

【0066】

図４Ｂには、あるフレーム（フレーム１）中に経路１および経路２を通過する信号が示してある。経路１上のフレーム１の第１の１９個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕで受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信される信号で占有されている。これらは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連するゲートウェイ端末からのフォワード・リンク信号であり、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連する少なくとも１つのユーザ端末に送られることになる。これら１９個のスロット中で、受信側スイッチは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連する入力切替え位置にあり、送信側スイッチは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連する出力切替え位置にある。

【0067】

経路１上のフレーム１の次の１４個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信される信号で占有されている。これらは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連する少なくとも１つのユーザ端末からのリターン・リンク信号であり、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連するゲートウェイ端末に送られることになる。これら１４個のスロット中で、受信側スイッチは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連する入力切替え位置にあり、送信側スイッチは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連する出力切替え位置にある。

【0068】

経路１上のフレーム１の次の１２個のスロットは、ユーザ・ビーム・フィードＡから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信される信号で占有されている。これらは、ユーザ・ビーム・フィードＡに関連する少なくとも１つのユーザ端末からのリターン・リンク信号であり、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連するゲートウェイ端末に送られることになる。これら１２個のスロット中で、受信側スイッチは、ユーザ・ビーム・フィードＡに関連する入力切替え位置にあり、送信側スイッチは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連する出力切替え位置にある。

【0069】

経路１上のフレーム１の次の１９個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ユーザ・ビーム・フィードＡに送信される信号で占有されている。これらは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連するゲートウェイ端末からのフォワード・リンク信号であり、ユーザ・ビーム・フィードＡに関連する少なくとも１つのユーザ端末に送られることになる。これら１９個のスロット中で、受信側スイッチは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに関連する入力切替え位置にあり、送信側スイッチは、ユーザ・ビーム・フィードＡに関連する出力切替え位置にある。

【0070】

経路１の場合と同じレベルの詳細に立ち入ることなく、経路２上のフレーム１の第１の１２個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ユーザ・ビーム・フィードＢに送信されるフォワード・リンク信号で占有されている。経路２上のフレーム１の次の１５個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるフォワード・リンク信号で占有されている。経路２上のフレーム１の次の２１個のスロットは、ユーザ・ビーム・フィードＢから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるリターン・リンク信号で占有されている。経路２上のフレーム１の最後の１６個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるリターン・リンク信号で占有されている。これら構成のそれぞれにおいて、経路２に関連する受信側スイッチおよび送信側スイッチは、受信ビーム切替えパターンおよび送信ビーム切替えパターンに基づいて、適切な入力および出力の切替え位置に切り替えられる。

【0071】

図４Ｃには、異なるフレーム（フレーム２）中に経路１および経路２を通過する信号が示してある。このフレームは、時間的にフレーム１に隣接していてもよく、またはフレーム１とフレーム２の間に任意の数のフレームが存在していてもよい。経路１上のフレーム２の第１の１２個のスロットは、ユーザ・ビーム・フィードＡから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるリターン・リンク信号で占有されている。経路１上のフレーム２の次の１９個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるフォワード・リンク信号で占有されている。経路１上のフレーム２の次の１９個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ユーザ・ビーム・フィードＡに送信されるフォワード・リンク信号で占有されている。経路１上のフレーム２の最後の１６個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるリターン・リンク信号で占有されている。

【0072】

経路２上のフレーム２の第１の１７個のスロットは、ユーザ・ビーム・フィードＢから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるリターン・リンク信号で占有されている。経路２上のフレーム２の次の１７個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるフォワード・リンク信号で占有されている。経路２上のフレーム２の次の１６個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕに送信されるリターン・リンク信号で占有されている。経路２上のフレーム２の最後の１４個のスロットは、ゲートウェイ・ビーム・フィードＧＷ／Ｕから受信され、ユーザ・ビーム・フィードＢに送信されるフォワード・リンク信号で占有されている。

【0073】

容量
衛星の容量は、次式で推定することができる。

ここで、Ｋは衛星上の経路の数であり、Ｗ_ｋはｋ番目の経路で使用されるスペクトルの量であり、

はフォワード・リンク構成で経路ｋが使用される時間の割合であり、γ_ｋはｋ番目の経路における平均伝送速度（ＢＰＳ／Ｈｚ）である。γ_ｋの値はリンク・バジェットから決定することができ、ビーム・サイズ、衛星電力増幅器のサイズ、ゲートウェイ端末とユーザ端末のＥＩＲＰおよびＧ／Ｔ性能、ならびに、同一チャネル干渉（ＣＣＩ−下記の干渉管理においてより完全に説明する）からのＣ／Ｉ計算などの要因に依存することがある。γｋの上付き文字ｆおよびｒは、それぞれフォワードおよびリターンの方向を示す。図２Ａに示す経路については、

である。図２Ｂに示す経路については、

である。図３に示す経路については、

は０〜１の間の値と仮定する。全ての経路が同一である（同じ量のスペクトルを使用し、フォワード動作とリターン動作の間で時間割当てが同じである）特定の構成において、容量はＣ＝ＫＷγであり、ここでγは経路の重み付き平均伝送速度である。したがって、容量は一般に、経路の数と１ビーム当たりに割り当てられるスペクトルの両方に比例する。１経路当たりに全スペクトルを使用すると、結果として生じるＣＣＩによって信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）が低くなりすぎてγを押し下げるようなことがない限り、結果として容量が最大になる。さらに以下で説明される技法を使用して、ＣＣＩを管理することができる。

【0074】

Ｋａ帯の衛星では、現在の衛星技術を使用して、Ｋ＝８０の経路の値を実現することができる。このような衛星の容量の一例として、狭いスポット・ビーム（≒０．１度のビーム半径）、Ｗ＝１５００ＭＨｚ、および７５ｃｍのユーザ端末を使用することにより、２ｂｐｓ／Ｈｚを超える伝送速度を実現して、２５０Ｇｂｐｓ超の総合衛星容量を得ることができる。

【0075】

カバレージ・エリア
システム・カバレージ・エリアは、ビーム・フィードの数と各ビームのサイズによって決定することができる。ビーム・フィード（したがってビーム）の数を経路の数よりも多くして、広いカバレージ・エリアを可能にしてもよい。数多くの小さいビームの配置の一例が図５に示してある。ＧＷ／Ｕビームとユーザ・ビームの両方が示してある。この例では、Ｋ＝７２の経路を使用して、Ｎ＝１のユーザ・ビームとＧＷ当たり１つのＧＷ／Ｕビームを使用する１４４のビームを可能にする。ＧＷ／Ｕビーム内のユーザにサービス提供できることを考えると、ＧＷ／Ｕビームもユーザ・ビームを兼ねることができる。高容量ビームを配置して、加入者密度の高いエリアをカバーし、これらのエリアに柔軟なフォワード容量およびリターン容量を提供することができる。

【0076】

より大きいビームのグリッドを使用して、所望のカバレージ・エリアを覆うことにより、非常に広い隣接カバレージ・エリアを実現することができる。図６に例に示すように、Ｋ＝７２の経路を使用して、経路当たりＮ＝８本のユーザ・ビームを使用する５７６本までのユーザ・ビームを生成することができる。７２本の比較的小さいビームでユーザにサービス提供してもよい、７２本のＧＷ／Ｕビームは示していない。図６に示す例は、図５で使用される手法よりも容量が少ないことがあるが、それというのも大きいビームは指向性が弱いからである。この結果として、伝送速度（ｂｐｓ／Ｈｚ）が低くなる可能性がある。

【0077】

これらの手法を混成したものを使用して、広いカバレージ・エリアを生成し、加入者密度の高い領域に高容量を実現することができる。図７に例示したように、Ｋ＝６２の経路を使用して、経路当たりＮ＝１本のビームを使用する６２本の高容量ユーザ・ビーム（≒０．１度のビーム半径／小さい円）を実現することができる。Ｋ＝１８の経路を使用して、経路当たりＮ＝８本のユーザ・ビームを使用する１４４本の大きいユーザ・ビーム（≒０．６度のビーム半径）を実現することができる。４０のゲートウェイ・サイト（非常に小さい円）も知られている。各ゲートウェイ端末は、２つの直交偏波を使用して、所望のゲートウェイの数を８０から４０に減らしてもよい。各ゲートウェイ・サイトは、それに関連する小さいユーザ・ビームを有して、６２本の高容量ユーザ・ビームに加えて、合計１０２本の高容量ユーザ・ビームを実現してもよい。個々の大きいビームおよび小さいビームのカバレージ・エリアは、部分的または完全にオーバラップしてもよい。ハイブリッド・システムは、２つ、３つ以上の異なるサイズのビームを利用してもよい。このようなハイブリッド・システムでのビーム半径の比は、約１．２：１、２：１、３：１、１０：１などの範囲に及んでもよい。

【0078】

図５〜７に示す例のそれぞれでは、各ビームが、同じスペクトル割当てを再使用してもよい。たとえば、Ｋａ帯で１ＧＨｚの帯域幅を割り当てられたシステムは、各スポット・ビームにおいて同じ１ＧＨｚのスペクトルを再使用してもよい。

【0079】

干渉管理
隣接および／またはオーバラップ（たとえば部分的にオーバラップ）するビームにより、各ビームにおいて同じ（またはオーバラップする）周波数が使用されるとき、互いにかなりの干渉が生じることがある。同じ周波数を使用する２つの信号は、互いに異なる帯域幅でもよい、帯域幅の狭い方の信号は、広い方の信号の帯域幅内に部分的または完全に含まれてもよい。隣接および／またはオーバラップするビームを逆偏波に配置することにより、互いに異なる２つの偏波を使用して、一部の干渉を管理してもよい。しかし、状況によっては、かなりの干渉が残る可能性が依然として存在することがある。かなりの干渉により、変調、符号化など、システムが提供する選択肢を使用して通信が実行されるのを妨げるか、または影響を受けたビームの容量を望ましくないレベルまで低下させることがある。

【0080】

干渉管理により、近接（たとえば、隣接またはオーバラップ）していて、同じ偏波にある２つのビームが、同時に送信または受信しないようスロット使用をスケジュール設定することによって、干渉を軽減することができる。この管理は、ビーム・グループ化とビーム・スケジュール設定の組合せによって支援することができる。

【0081】

ビーム・グループは、単一の経路に関連するビームのグループである。図２Ａ〜２Ｂには、ビーム・グループが１本のＧＷ／ＵビームとＮ本のユーザ・ビームからなる様子が示してある。図１を参照すると、衛星は、Ｋ個ほどのビーム・グループ（各経路につき１つ）を有してもよい。ビーム・グループ化は、各ビーム・グループの各々に、ビーム（ユーザ・ビームとＧＷ／Ｕビームの両方）を割り当てるプロセスである。同じビーム・グループ内の各ビームは、互いに大きく干渉することはないが、それというのも、これらのビームは同じ経路を使用し、したがって、同時に送信または受信できないからである。互いに近接していて同じ偏波を使用するビームを、同じビーム・グループに配置することによって、干渉を管理することができる。

【0082】

ビーム・スケジュール設定を使用して、干渉を管理することもできる。ビーム・スケジュール設定は、全てのビーム・グループ内のビームの全てについて切替えパターンを生成するプロセスである。同じビーム・グループになく、互いに異なる偏波にない、近接（隣接またはオーバラップ）しているビームが、同時に送信または受信するように割り当てられないよう、複数ビームの切替えパターンを調整することができる。極端な場合を除いて、各ビームは、１００％の時間送信することもなく、または１００％の時間受信することもないので、これが可能になる場合がある。

【0083】

たとえば、１経路当たりＮ本のユーザ・ビームと１本のＧＷ／Ｕビームを有する衛星を考えてみる。トラフィックが、フォワード・チャネル・トラフィックとリターン・チャネル・トラフィックの間で５０％／５０％に分割されて、これらＮ＋１本のビームのそれぞれに均一に分散されていると仮定する。経路がＮ＋１通りに（等しく）時分割され、フォワード・チャネル・トラフィックとリターン・チャネル・トラフィックの間で５０％／５０％に分割されている場合、各ユーザ・ビームは、０．５／（Ｎ＋１）に等しい時間の割合だけ受信し、０．５／（Ｎ＋１）に等しい時間の割合だけ送信することになる。Ｎ＝１については、時間の割合は０．２５である。Ｎ＝４については、時間の割合は０．１０である。したがって、様々な時点で近傍のユーザ・ビームをスケジュール設定する可能性があることが理解できる。

【0084】

ＧＷ／Ｕビームは、ユーザ・ビームよりも頻繁に使用してもよい。上記の例では、各ＧＷ／Ｕビームは、（ゲートウェイ・サイトに向けての）リターン・リンク・トラフィックを５０％の時間で受信し、（ＧＷ／Ｕビーム内のユーザに向けての）フォワード・リンク・トラフィックを０．５／（Ｎ＋１）に等しい時間の割合だけ受信する。したがって、ＧＷ／Ｕビームについての総合受信割合は、０．５＊（Ｎ＋２）／（Ｎ＋１）である。Ｎ＝１については、時間の割合は０．７５である。Ｎ＝４については、時間の割合は０．６０である。フォワード・トラフィックおよびリターンの・トラフィックは５０％／５０％で分割されるので、この例では、送信割合は同じである。

【0085】

フォワード・リンクとリターン・リンクの比が等しくないときのＧＷ／Ｕビームのスケジュール設定はより困難になることがあるが、それというのも、ＧＷ／Ｕビームが送信または受信する時間の割合が大きいからである。たとえば、フォワード・リンク・トラフィックが１００％（たとえば、放送衛星）の場合、各ＧＷ／Ｕビームは、１００％の時間で信号を送信している（ゲートウェイ・サイトからのフォワード・リンク）。近傍の他のビームは、ＧＷ／Ｕからの信号と干渉することなくいつでも信号を送信することはできない。しかし、この例での衛星はフォワード・リンクだけなので、全てのユーザ・ビームが受信することになる（送信しない）。したがって、ＧＷ／Ｕビームおよびユーザ・ビームは、互いに干渉しないことになる。しかし、２つのＧＷ／Ｕビームは互いに干渉することがある。各ゲートウェイ・サイトにおいて周波数を再使用できるよう、互いに十分に遠く離してゲートウェイ端末を配置することによって、この干渉を回避することができる。

【0086】

図８には、本発明のいくつかの実施形態による、干渉管理の一例が示してある。この簡略な例では、Ｋ＝２の経路、および経路当たりＮ＝１本のユーザ・ビームが示してある。２つの経路間での切替えを調整するビーム切替え制御装置は示していない。この例では、所望のフォワード・トラフィックとリターンの・トラフィックの比を３：１と仮定する。ＧＷ１／ＵおよびＵ１と表示されたビームが、経路１向けのビーム・グループにあり、ＧＷ２／ＵおよびＵ２と表示されたビームが、経路２に関連するビーム・グループにある。両方の経路とも、同じスペクトルおよび同じ偏波を使用してもよい。この例では、３つの干渉管理技法を利用して干渉を軽減する。第１に、２つのゲートウェイ位置（およびＧＷ／Ｕビーム）が十分離して配置されて、相当なレベルの干渉を伴わずに同時動作を可能にする。第２に、隣接ビームが同じグループに配置されて、干渉ペアをなくす。したがって、ＧＷ２／ＵおよびＵ２は、あるグループにあり、ＧＷ１／ＵおよびＵ１は別のグループにある。これら最初の２つの技法は、それ自体で、以下のビーム・ペア、すなわちＧＷ１／Ｕ＜−＞ＧＷ２／Ｕ、ＧＷ１／Ｕ＜−＞Ｕ１、およびＧＷ２／Ｕ＜−＞Ｕ２ついて許容可能なレベルにまで干渉を軽減することができる。ビーム・ペアＵ１＜−＞Ｕ２およびＵ１＜−＞ＧＷ２／Ｕは、十分に間隔が離れていて著しい干渉を排除できるので、残っている干渉ビーム・ペアは、ＧＷ１／Ｕ＜−＞Ｕ２だけである。第３の方策、調整されたビーム・スケジュール設定（図に示していないビーム切替え制御装置によって実施される）は、この干渉ペアに対処することができる。図８に示した例示的なビーム・スケジュールで見て分かるように、ＧＷ１／ＵもＵ２も、同時に送信し、または同時に受信するようにスケジュール設定されることはない。第１の時間区分において、ＧＷ１／Ｕビームは送信しており、Ｕ２ビームは受信している。次の時間区分において、ＧＷ１／Ｕビームは受信しており、Ｕ２ビームは送信している。フレーム内の残りの時間では、Ｕ２はアイドリング状態であり（送信も受信もしない）、したがって、このペアにおいて干渉を回避する。

【0087】

本明細書で開示されたビーム・スケジュール設定技法のいくつかの実施形態を使用すると、従来の衛星システムを凌ぐ改善された柔軟性を実現することができる。たとえば、従来システムでは、ビーム・グループ割当ては「設計時点」での決定であり、通常、この決定は衛星を組み立てる前になされるが、それというのも、衛星の内部配管に影響を及ぼす可能性があるからである。対照的に、ビーム・スケジュール設定は、本明細書において開示される実施形態に記述されているように、「実行時」の決定でもよい。切替えパターンを衛星にアップロードする機能を実現することにより、設計された切替えスケジュール設定を、衛星の寿命の間いつでも変更してよい。

【0088】

ビーム・グループ化
一例として、衛星は、各ビーム・グループ内にＮ本のユーザ・ビームと１本のＧＷ／Ｕビームを有する、Ｋ個のビーム・グループを含んでもよい。各ビーム・グループには、１つのゲートウェイ端末を任意に割り当ててもよい。第１のビーム・グループに含まれるよう、合計Ｋ＊Ｎ本のビームからＮ本のビームを選ぶ際には、［ＫＮ個のビームからＮ個のビームを選ぶ（ＫＮ ｃｈｏｏｓｅ Ｎ）］の考え得る組合せが存在する。第２のビーム・グループに含まれるよう、残りの（Ｋ−１）Ｎ本のビームからＮ本のビームを選ぶ際には、［（Ｋ−１）Ｎ個のビームからＮ個のビームを選ぶ（（Ｋ−１）Ｎ ｃｈｏｏｓｅ Ｎ）］の考え得る組合せが存在する。このプロセスを継続し、全ての組合せを掛け合わせると、以下の式を使用して、考え得るビーム・グループ化（Ｇ）の総数を求めることができる。

【0089】

ＫとＮの値が小さい非常に単純な衛星においても、考え得る組合せは非常に多い。たとえば、経路当たりＮ＝４本のビームを有するＫ＝１０の経路では、結果として、考え得るグループ化の組合せが１．２９Ｅ３４になる。したがって、ビーム・グループ化の選択は重要である。このセクションでは、ビーム・グループ化を生成するのに使用できる方法を説明する。

【0090】

まず、ビーム・グループ化のための目的関数を生成することができる。この目的関数は、定量値または定量スコアをビーム・グループ化に割り当てるための方式である。これにより、考え得るグループ化を比較し、何れがより望ましいか（結果として、より良好なスコアが得られる）決定できるようになる。目的関数は、ビーム・グループ化によって遂行しなければならない目的に基づいてもよい。考え得る目的が数多くある。これらの目的、および目的関数のいくつかを以下に説明する。

【0091】

目的１：需要均衡。ここで、目的は、ビーム・グループの各々の容量についての総合需要を均衡させることである。その動機づけとして、同一経路においては、各経路がほぼ同じ量の容量を提供するはずであるという事実がある。したがって、同様の総合需要を有するビーム・グループは、同様の容量を有する経路に良好に適合するはずである。目的関数は、以下の通りに確立される。

を、ビーム・グループｊに関連する、ＧＷ／Ｕビーム（ＧＷ／Ｕビーム内のユーザ）についてのトラフィック需要とする。

を、ビーム・グループｊでのｉ番目のユーザ・ビームについてのトラフィック需要とし、ここで、ｆ（ｉ，ｊ）は、ｉ番目のビームのビーム番号であり、ビーム番号ｆ（ｉ，ｊ）の地理的な位置は、そのビームについての需要を示す。そのビーム・グループについての総合需要は、次式で与えることができる。

【0092】

目的は、各ビーム・グループのそれぞれでの総合需要の均衡を保つことである。各ビーム・グループ化がこの目的をどの程度良好に達成するかの定量スコアを提示する目的関数が、次式によって与えられる。
Ｍ１＝Ｍａｘ（Ｄ_ｊ）−Ｍｉｎ（Ｄ_ｊ） （４）
ここで、ｊにわたって最大化および最小化が実行され、Ｍ１の値は小さい方が好ましい。関連する目的関数は、ビーム・グループ需要シーケンス（Ｄ_ｊ）のサンプル分散となるはずである。

【0093】

目的２：最小限の干渉。一般的に言えば、ビームが互いに近接していると、互いに離れているビーム同士よりも、互いに干渉が大きくなる。干渉を軽減するための１つの方式は、互いに近接しているビームを、互いに干渉できない場合と同じビーム・グループ内に配置することである。これにより、ビーム・グループ内の全てのビーム間の分離を小さくするという目的が達成される。

を、ビーム・グループｊ内のＧＷ／Ｕビームの中心と、ビーム番号ｆ（ｉ，ｊ）によって識別されるビーム・グループｊ内のｉ番目のユーザ・ビームの中心との間の、衛星から見た分離角とする。

を、ビーム・グループｊ内のビームｉ１とｉ２のビーム中心間の分離角とする。これらのビームは、ビーム番号ｆ（ｉ１，ｊ）およびｆ（ｉ２，ｊ）によって識別される。ビーム・グループｊ内の全てのビーム間の平均分離は、次式によって計算することができる。

【0094】

考え得る１つの目的関数は、全てのビーム・グループ平均ビーム分離の平均でもよい。別の目的関数は、各ビーム・グループ平均ビーム分離の最大値でもよい。これらの目的関数は、次式で表される。

前者は、全てのビーム・グループにわたっての平均ビーム分離の測定値を表し、後者は、最悪ケースのビーム・グループ内の平均ビーム分離の測定値を表す。両方の場合で、値が低いほどスコアは良好である。

【0095】

目的３：最繁時の負荷シフト。時間変動の大きいトラフィック・モデルにおいては、「最繁時」が、同じビーム・グループ内に存在する各ビームについて互いに異なる時点で発生する場合に、システム性能を改善することができる。これにより、何れのビームが最繁時に遭遇しているのかに応じて、ビーム・グループ内の各ビーム間で容量をシフトすることができるようになる。この技法は、２つのビームの最繁時が同時に発生しないときに最も有効である。この考えは、同じビーム・グループ内の各ビームを互いに異なる時間帯に配置し、これら時間帯の間に可能な限り長い時間分離を置くことである。時間帯は、ビームの地理的な位置の経度への相関性が高いので、１つの目的は、ビーム・グループ内の各ビームを経度上で可能な限り分離した状態を保つことである。前述の目的２と同様、

を、ビーム・グループｊ内のＧＷ／Ｕビームの中心と、ビーム番号ｆ（ｉ，ｊ）によって識別されるビーム・グループｊ内のｉ番目のユーザ・ビームの中心との経度差の絶対値と定義する。

を、ビーム・グループｊ内のビームｉ１とｉ２のビーム中心の経度差の絶対値とする。これらのビームは、ビーム番号ｆ（ｉ１，ｊ）およびｆ（ｉ２，ｊ）によって識別される。ビーム・グループｊ内の全てのビーム間の平均経度分離は、次式によって計算することができる。

【0096】

考え得る目的関数は、全てのビーム・グループ平均経度分離の平均値と、ビーム・グループ平均経度分離の最小値である。これらの目的関数は、次式で表すことができる。

前者は、全てのビーム・グループにわたっての平均経度分離の測定値を表し、後者は、最悪ケースのビーム・グループ内の平均経度分離の測定値を表すことができる。両方の場合で、値が高いほどスコアは良好である。

【0097】

目的４：スケジュール設定の衝突数。ここで、目的は、切替えパターンの設計によって回避しなければならないビーム衝突の数を最小限に抑えることである。関数ｑ^ｕ（ｉ１，ｊ１，ｉ２，ｊ２）では、許容できない干渉レベルにより、ビーム・グループｊ２内のビームｉ２が送信／受信しているのと同じ時点でビーム・グループｊ１内のビームｉ１が送信／受信できない場合は、１の値を仮定する。２つのビームが同時に送信／受信することが許容できる場合、この関数は０の値を仮定する。同様に、関数ｑ^ＧＷ／Ｕ（ｊ１，ｉ２，ｊ２）では、著しい干渉により、ビーム・グループｊ２内のビームｉ２と同じ時点でビーム・グループｊ１内のＧＷ／Ｕビームが送信／受信できない場合は、０の値を仮定する。ビーム・グループｊ１とｊ２の各ビーム間での衝突の数は、次式で表すことができる。

【0098】

目的関数は、ビーム・グループの全てのペア間での全ての衝突の合計でもよい。

また、値が低いほどスコアは良好である。

【0099】

目的５：軟干渉。総合干渉の測定値は、前述の目的４と同様にして生成することができる。関数ｓ^ｕ（ｉ１，ｊ１、ｉ２、ｊ２）を、ビーム・グループｊ１内のビームｉ１とビーム・グループｊ２内のビームｉ２との間の干渉レベルとする。干渉レベルは、搬送波レベルに正規化することができ、その結果、関数ｓ^ｕ（ｉ１，ｊ１、ｉ２、ｊ２）は、２つのビーム間の干渉対信号レベル（Ｉ／Ｃ）である。ｉ１、ｊ１ビームをビームＡとし、ｉ２、ｊ２ビームをビームＢとすると、少なくとも４つの異なる干渉状況を考えることができる。すなわち：
１．ＵＬ：ＡからＢに。これは、ビームＡ内のアップリンク信号が、ビームＢ内のアップリンクに干渉する場合のＵＬ干渉（Ｉ／Ｃ）である。
２．ＵＬ：ＢからＡに。これは、ビームＢ内のアップリンク信号が、ビームＡ内のアップリンクに干渉する場合のＵＬ干渉（Ｉ／Ｃ）である。
３．ＤＬ：ＡからＢに。これは、ビームＡへのダウンリンク信号が、ビームＢへのダウンリンクに干渉する場合のＤＬ干渉（Ｉ／Ｃ）である。
４．ＤＬ：ＢからＡに。これは、ビームＢへのダウンリンク信号が、ビームＡへのダウンリンクに干渉する場合のＤＬ干渉（Ｉ／Ｃ）である。

【0100】

ビーム・ペアが、アップリンクへのＩ／Ｃについてダウンリンクとして異なる値を有することは珍しい。また、特に各ビームのサイズが異なるとき、ＡからＢへの干渉は、ＢからＡへの干渉とは全く異なる。前述の４つの状況全てを、Ｉ／Ｃ値で特徴付けることができる。関数ｓ^ｕ（ｉ１，ｊ１、ｉ２、ｊ２）について、４つの状況のうち最大のＩ／Ｃ値を使用することができる。

【0101】

同様に、関数ｓ^ＧＷ／Ｕ（ｊ１，ｉ２，ｊ２）を、ビーム・グループｊ１内のＧＷ／Ｕビームとビーム・グループｊ２内のユーザ・ビームｊ２との間の干渉（Ｉ／Ｃ）のレベルとする。この関数は、２つのビーム間での４つの状況のうち最大のＩ／Ｃ値をもたらすはずである。次いで、ビーム・グループｊ１とｊ２の各ビーム間での総合干渉は、次式で与えることができる。

【0102】

目的関数は、ビーム・グループの全てのペア間での干渉の合計でもよい。

また、値が低いほどスコアは良好である。

【0103】

目的に加えて、いくつかのルール（または制約条件）を確立して、ビーム・グループ化を規定してもよい。たとえば、第１の制約条件は、ビーム・グループ当たり、唯一のＧＷ／Ｕビームが割り当てられることでもよい。別の制約条件は、１つだけのビーム・グループに各ユーザ・ビームを割り当ててもよいことである。設計によっては、制約条件はこれらだけである。設計によっては、追加の制約条件を取り入れて、一定の目的を達成することができる。いくつかの例を以下に挙げる。
−各々が独自のフィード・アレイを有する反射器を使用する、ビーム当たり単一フィード（ＳＦＰＢ）のアンテナ・アーキテクチャにおいては、（同じ反射器によって照射される）同じフィード・アレイに配置された、ビーム・グループ内の全てのビーム向けのフィードを有することが望ましいことがある。これにより、より簡略な導波管の経路設定が衛星内で可能になる。ビーム・グループ内の全てのビームが同じ反射器上に存在する必要があるという制約条件を作成することによって、この目的を遂行することができる。
−用途によっては、ある地理的領域または国での各ビームを、（１つまたは複数の）同じビーム・グループ内に保持することが望ましい。ビーム・グループ内の全てのビームが、同じ地理的領域または国からのものでなければならないという制約条件を規定することによって、これを達成することができる。

【0104】

目的関数が選択され、ビーム・グループ化の制約条件（ルール）が確立すると、以下の繰返しステップを使用して、好ましいビーム・グループ化を見つけることができる。
１．有効な初期ビーム・グループ割当てを見つける。すなわち、この割当ては、どんなルールも侵害しない。この初期グループ化は、目的関数の値に関係なく得ることができる。妥当性検査を用いて、各ビーム・グループにビームを無作為に割り当てるとうまくいく。この初期ビーム・グループ割当ては、現在のビーム・グループ割当てである。
２．初期ビーム割当てを使用して、目的関数のスコアを計算する。これは、現在のスコアである。
３．順序付きリストから、無作為または順次にユーザ・ビームを選択する。選択されたこのビームを移動して、目的関数のスコアを改善しようとする。
４．（３）で選択されたビームと、別のビーム・グループ内のビームとを交換する。
５．新規のビーム・グループ割当てを、ルールに照らして検査する。この割当てが妥当な割当てである場合、新規の目的関数のスコアを計算する。このスコアおよびビーム・グループ割当てを記憶し、次いで、現在のビーム・グループ割当てに交換したビームを復元する。
６．選択されたビームのビーム・グループを除いて、あらゆるビーム・グループ内のあらゆるビームについてステップ（４）および（５）を繰り返す。
７．（５）で得られる最良の目的スコアを選択する。このスコアが現在のスコアよりも良好である場合、現在のスコアをこの最良スコアに置き換える。次いで、最良スコアを生成したビーム交換を使用することによって、現在のビーム・グループ割当てを修正する。このスコアが現在のスコアよりも良好でない場合、現在のスコアまたは現在のビーム・グループ割当てには変更を加えない。
８．多数の試行（Ｎ_ｓｔｏｐ）を繰り返してもスコアが改善しなくなるまで、ステップ（３）〜（７）を繰り返す。

【0105】

結局、数多くの試行を重ねても、スコアは、もはや著しく改善しないことが分かる。ここにおいて、このアルゴリズムは局所最適に至り、これは、大域的最適であってもなくてもよい。スコアに関係なく、ただしビーム・グループ割当ての妥当性を維持しながら、ビーム割当てのかなりの割合（α）（０．２５≦α≦１．０）を無作為に再割当することにより、さらに良好な局所最適を見つける試みを実行することができる。これを実行する簡略な方式は、無作為にビームを選択し、そのビームと、無作為に選択された互いに異なるビーム・グループからの別の無作為なビームとを交換することである。しかし、交換すべきビームは、ビーム・グループ割当ての妥当性を維持するように選択しなければならない。この無作為なビーム交換プロセスは、ビーム割当ての所望の割合が変更されるまで繰り返してもよい。新規な現在のビーム・グループ割当てとしてこれを使用してもよく、ステップ（２）〜（８）を実行して、その結果得られる局所最適が以前のものより良好かどうか確かめてもよい。

【0106】

ビーム・グループ割当てのこの無作為な再初期化と、それに続くステップ（２）〜（８）の実行は、最良の局所最適を求めて数多くの回数おこなうことができる。このアルゴリズムの実行速度と実行性能は、パラメータＮ_ｓｔｏｐとαによって制御される。各パラメータを試みて、選択された目的関数と衛星構成（ビーム、経路、およびビーム・グループの数）を用いて、最良の性能を決定することができる。

【0107】

本発明の実施形態は、本明細書に図示し、または説明する例に限定されるものではない。たとえば、本発明の実施形態は、任意の数の経路で使用してもよく、受信側スイッチと送信側スイッチは、任意の適切な数のビーム・フィードに関連して、様々なサイズのビーム・グループを形成してもよい。衛星上の様々な経路は、同じ数または異なる数のビーム・フィードに関連する受信側スイッチと送信側スイッチに結合してもよい。

【0108】

本発明の実施形態によっては、干渉管理機能を提供する衛星が実現する。この衛星は、複数の経路を備えてもよい。各経路は、前述の各例のうち何れのものでもよい。各経路は、ビーム切替えのための手段に関連する複数のビームを含む、ビーム・グループの間でのビーム切替えのための手段に結合してもよい。たとえば、ビーム切替えのための手段は、前述の通り、送信スイッチ、受信スイッチ、または送信スイッチと受信スイッチの任意の組合せとすることができる。ビーム切替えのための手段は、切替えパターンに従って、複数のビームの間で切り替えてもよい。

【0109】

衛星はさらに、複数の経路を互いに切り替えるステップを調整するための手段を備えてもよい。たとえば、調整するための手段により、第２のスポット・ビーム・カバレージ・エリアとの間で伝送されるフォワード／リターン・トラフィックと同じ周波数上の、第１のスポット・ビーム・カバレージ・エリアとの間で伝送されるフォワード／リターン・トラフィックが、かなりの干渉が回避できるようになる。たとえば、調整するための手段は、複数の経路の受信および／または送信スイッチを制御する単一の制御装置、または、クロックなど共通の調整信号を共用する複数の単一経路制御装置とすることができる。切替えパターンは、制御装置のメモリに記憶してもよい。この切替えパターンは、アップリンク信号を使用して制御装置にアップロードしてもよく、このアップリンク信号は、（たとえば、通信システム内で特定のタイム・スロットもしくは搬送波を使用する）帯域内でも、または（たとえば、衛星に向けての別々のコマンド制御およびテレメトリ・リンクを使用する）帯域外でもよい。アップリンク制御信号により、または衛星ローカル制御の下で、複数のパターンを衛星上に格納し、迅速に運用してもよい。

【0110】

さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、１つまたは複数の実施形態の特徴を、他の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。したがって。この明細書および各図面は、限定的意味ではなく例示的なものと解釈すべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明に関して決定すべきではなく、特許請求の範囲の全ての範囲の均等物とともに、添付の特許請求の範囲に関して決定すべきである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】