特許 7277634 光フィーダリンクを使用した広帯域衛星通信システム

(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】

(24)【登録日】2023-05-10

(45)【発行日】2023-05-19

(54)【発明の名称】光フィーダリンクを使用した広帯域衛星通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/118 20130101AFI20230511BHJP

   H04J 14/02 20060101ALI20230511BHJP

   H04B 10/67 20130101ALI20230511BHJP

   H04B 7/15 20060101ALI20230511BHJP

   H04B 10/50 20130101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

H04B10/118

H04J14/02

H04B10/67

H04B7/15

H04B10/50

【請求項の数】 50

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022033193

(22)【出願日】2022-03-04

(62)【分割の表示】P 2018534159の分割

【原出願日】2016-12-30

(65)【公開番号】P2022084696

(43)【公開日】2022-06-07

【審査請求日】2022-03-30

(31)【優先権主張番号】62/273,730

(32)【優先日】2015-12-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(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】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】メンデルソーン，アーロン

【審査官】佐藤 敬介

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１４６６８２４（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許第０６２４６４９８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１００３３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６４０４３９８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－０１６４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２５９４９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０２７２３００１（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／１１８

Ｈ０４Ｊ １４／０２

Ｈ０４Ｂ １０／６７

Ｈ０４Ｂ ７／１５

Ｈ０４Ｂ １０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のディジタル出力を有する光受信機と、
ディジタル入力とアナログ出力とを有する複数の無線周波数変調器であって、前記ディジタル入力が、前記光受信機の前記複数のディジタル出力のうちの１つに連結されている、複数の変調器と、
前記アナログ出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有するビーム形成器であって、ビーム形成器入力の数が、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器が、複数のビーム形成器出力を更に有する、ビーム形成器と、
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイであって、それぞれのアンテナ素子が、前記ビーム形成器出力のうちの対応する１つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、を備える、衛星。

【請求項2】

複数の無線周波数（ＲＦ）出力を有する光受信機と、
前記ＲＦ出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有するビーム形成器であって、ビーム形成器入力の数が、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器が、複数のビーム形成器出力を更に有する、ビーム形成器と、
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイであって、それぞれのアンテナ素子が、前記ビーム形成器出力のうちの対応する１つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、を備える、衛星。

【請求項3】

複数のＬＮＡを更に備え、それぞれのＬＮＡが、前記複数の変調器のうちの１つと前記ビーム形成器入力のうちの対応する１つとの間に連結されている、請求項１に記載の衛星。

【請求項4】

前記アンテナ素子のうちの少なくともいくつかのアンテナパターンが重なり合い、その結果、そこから送信された信号が互いの上に重ねられ、ひいてはコヒーレントに合成されて利用者スポットビームを形成することになる、請求項１または２に記載の衛星。

【請求項5】

利用者スポットビームが、利用者ビームカバレッジエリアよりも実質的に大きい衛星サービスカバレッジエリアの上に分散された利用者ビームカバレッジエリアに向けられている、請求項４に記載の衛星。

【請求項6】

前記光受信機が、入力と複数の出力とを有する光逆多重化装置を含み、それぞれの出力が、対応する光波長と関連付けられている、請求項２または３に記載の衛星。

【請求項7】

前記光逆多重化装置の前記出力と関連付けられている前記波長が、光帯域にグループ化されている、請求項６に記載の衛星。

【請求項8】

同じ光帯域内の波長が、一意の光チャネルを画定する、請求項７に記載の衛星。

【請求項9】

前記光受信機が、前記光受信機の対応するディジタル出力に連結されているディジタル出力をそれぞれ有する複数の衛星受信機用光検知器を含む、請求項１または２に記載の衛星。

【請求項10】

それぞれの衛星受信機用光検知器が光入力を有し、前記ディジタル出力が２つの論理的な状態を有しており、第１の論理的な状態は、第１の強度レベルを上回っている、前記衛星受信機用光検知器の入力に連結されている受信光信号と関連付けられており、第２の論理的な状態は、第２の強度レベルを下回っている前記信号と関連付けられている、請求項９に記載の衛星。

【請求項11】

前記変調器が２相変調器である、請求項１に記載の衛星。

【請求項12】

前記変調器がＱＡＭ変調器である、請求項１に記載の衛星。

【請求項13】

対応するビーム形成器出力と対応するアンテナ素子入力との間に連結されている少なくとも１つの周波数変換器を更に備える、請求項１または２に記載の衛星。

【請求項14】

周波数変換器の出力と対応するアンテナ素子入力との間に連結されている電力増幅器を更に備える、請求項１３に記載の衛星。

【請求項15】

複数の光受信機を更に備えており、それぞれが複数の光受信機出力を有し、それぞれの光受信機出力が、対応する変調器のディジタル入力に連結されている、請求項１に記載の衛星。

【請求項16】

追加のビーム形成器と追加の光受信機とを更に備えており、それぞれの追加の光受信機は複数のディジタル出力を有し、前記追加のビーム形成器は、前記追加の光受信機のアナログ出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有し、ビーム形成器入力の数は、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器は複数のビーム形成器出力を更に有し、それぞれの追加のビーム形成器からのビーム形成器出力の数は、１つの利用者スポットビームを形成するために使用されるビーム素子信号の数に等しい、請求項１に記載の衛星。

【請求項17】

システムにおいて、
複数の光変調器を含む光送信機であって、それぞれの光変調器が無線周波数（ＲＦ）入力と光出力とを有する、光送信機と、
複数の入力を有する光コンバイナであって、それぞれの入力が、前記複数の光変調器のうちの対応する１つの前記光出力に連結されている、光コンバイナと、
レンズと、
を含む、少なくとも１つの衛星アクセスノード（ＳＡＮ）と、
複数の無線周波数（ＲＦ）出力を有する光受信機と、
前記ＲＦ出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有するビーム形成器であって、ビーム形成器入力の数が、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器が、複数のビーム形成器出力を更に有する、ビーム形成器と、
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイであって、それぞれのアンテナ素子が、前記ビーム形成器出力のうちの対応する１つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、
を含む衛星と、を備えるシステム。

【請求項18】

前記アンテナ素子のうちの少なくともいくつかのアンテナパターンが重なり合い、その結果、そこから送信された信号が互いの上に重ねられ、ひいてはコヒーレントに合成されて利用者スポットビームを形成することになる、請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

利用者スポットビームが、利用者ビームカバレッジエリアよりも実質的に大きい衛星サービスカバレッジエリアの上に分散された利用者ビームカバレッジエリアに向けられている、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

複数の光変調器を含む光送信機であって、それぞれの光変調器が電気入力と光出力とを有する、光送信機と、
複数の入力を有する光コンバイナであって、それぞれの入力が、前記複数の光変調器のうちの対応する１つの前記光出力に連結されている、光コンバイナと、
レンズと、を含む、少なくとも１つの衛星アクセスノード（ＳＡＮ）と、
前記光送信機から光信号を受信するように構成されている少なくとも１つの光受信機であって、前記光受信機が複数のディジタル出力を有する、少なくとも１つの光受信機と、
ディジタル入力とアナログ出力とを有する複数の電気変調器であって、前記ディジタル入力が、前記光受信機の前記複数のディジタル出力のうちの１つに連結されている、複数の無線周波数（ＲＦ）変調器と、
前記アナログ出力のうちの対応するものに連結されている複数のビーム形成器入力を有するビーム形成器であって、ビーム形成器入力の数が、前記ビーム形成器によって形成される利用者スポットビームの数に等しく、前記ビーム形成器が、複数のビーム形成器出力を更に有する、ビーム形成器と、
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイであって、それぞれのアンテナ素子が、前記ビーム形成器出力のうちの対応する１つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、を含む、衛星と、を備える、衛星通信システム。

【請求項21】

前記光受信機が、入力と複数の出力とを有する光逆多重化装置を含み、それぞれの出力が、対応する光波長と関連付けられている、請求項１９または２０に記載のシステム。

【請求項22】

前記光逆多重化装置の前記出力と関連付けられている前記波長が、光帯域にグループ化されている、請求項２１に記載のシステム。

【請求項23】

前記光受信機が、前記光受信機の対応するＲＦ出力に連結されているＲＦ出力をそれぞれ有する複数の衛星受信機用光検知器を含む、請求項１７に記載のシステム。

【請求項24】

それぞれの光受信機が、前記複数の衛星受信機用光検知器のうちの少なくとも１つの前記入力に連結されている出力を有する操縦可能なレンズを更に含む、請求項２３に記載のシステム。

【請求項25】

前記ビーム形成器出力のうちの対応する１つと前記アンテナ素子入力のうちの対応する１つとの間に連結されている少なくとも１つの周波数変換器を更に備える、請求項１７または２０に記載のシステム。

【請求項26】

前記複数の周波数変換器のうちの１つの出力と前記アンテナ素子入力のうちの対応する１つとの間に連結されている電力増幅器を更に備える、請求項２５に記載のシステム。

【請求項27】

前記アンテナ素子のうちの少なくともいくつかのアンテナパターンが重なり合い、その結果、そこから送信された信号が互いの上に重ねられ、コヒーレントに合成されて利用者スポットビームを形成することになる、請求項２０に記載のシステム。

【請求項28】

前記利用者スポットビームが利用者ビームカバレッジエリアに向けられている、請求項２０に記載のシステム。

【請求項29】

利用者スポットビームが、利用者ビームカバレッジエリアよりも実質的に大きい衛星サービスカバレッジエリアの上に分散された利用者ビームカバレッジエリアに向けられている、請求項２８に記載のシステム。

【請求項30】

前記光受信機が、前記光受信機の対応するディジタル出力に連結されているディジタル出力をそれぞれ有する複数の衛星受信機用光検知器を含む、請求項２０に記載のシステム。

【請求項31】

それぞれの衛星受信機用光検知器が光入力を有し、前記ディジタル出力が２つの論理的な状態を有しており、第１の論理的な状態は、第１の強度レベルを上回っている、前記衛星受信機用光検知器の入力に連結されている受信光信号と関連付けられており、第２の論理的な状態は、第２の強度レベルを下回っている前記信号と関連付けられている、請求項３０に記載のシステム。

【請求項32】

複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ）を更に備え、それぞれが、光受信機出力と対応するビーム形成器入力との間に連結されている、請求項２に記載の衛星。

【請求項33】

前記衛星受信機用検知器からの前記ＲＦ信号出力が、前記衛星受信機用検知器の入力に印加された前記光信号の前記強度を追跡する振幅を有する、請求項２に記載の衛星。

【請求項34】

それぞれの光受信機が、前記複数の衛星受信機用光検知器のうちの少なくとも１つの前記入力に連結されている出力を有する操縦可能なレンズを更に含む、請求項３３に記載の衛星。

【請求項35】

前記操縦可能なレンズが、地上コマンドに応じて少なくとも２つの軸の周りの回転によって位置決めされることができる、請求項３４に記載の衛星。

【請求項36】

前記操縦可能なレンズが、オンボード処理に応じて少なくとも２つの軸の周りの回転によって位置決めされることができる、請求項３４に記載の衛星。

【請求項37】

前記衛星受信機用光検知器がフォトダイオードである、請求項３３に記載の衛星。

【請求項38】

複数の光受信機を更に備えており、それぞれが複数の光受信機出力を有し、それぞれの光受信機出力が、ビーム形成器入力に連結されている、請求項２に記載の衛星。

【請求項39】

衛星通信システムの衛星を介して情報を送信する方法であって、
衛星内で光信号を受信する工程と、
前記光信号を逆多重化し、複数の逆多重化された光信号を出力する工程であって、前記複数の逆多重化された光信号のそれぞれが、一意の光チャネル内で波長を有する、工程と、
複数のアナログ電気信号を生成する工程であって、それぞれが、前記逆多重化された光信号のうちの１つの光強度に応じて決定される振幅を有する、工程と、
前記複数のアナログ電気信号を前記衛星に搭載されたビーム形成器に印加する工程と、
前記ビーム形成器からビーム素子信号を受信する工程と、
前記ビーム素子信号が互いと重なると利用者スポットビームを形成するように、アンテナアレイから前記ビーム素子信号を送信する工程と、を含む、方法。

【請求項40】

前記ビーム形成器内でコマンドを受信してビーム素子信号を生成する工程を更に含み、前記ビーム素子信号のそれぞれが、衛星アクセスノード（ＳＡＮ）と前記衛星との間の前記光リンクの前記品質に基づいて第１の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを形成するようにビーム加重される、請求項３９に記載の方法。

【請求項41】

前記受信されたコマンドが、ビーム素子信号を生成するためのコマンドを含み、前記ビーム素子信号のそれぞれが、第１の期間中には第１の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを形成するように、第２の期間中には第２の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを形成するように、ビーム加重される、請求項４０に記載の方法。

【請求項42】

前記ビーム素子信号を送信前に増幅する工程を更に含む、請求項３９に記載の方法。

【請求項43】

複数のアンテナ出力を有するアンテナと、
複数の周波数変換器であって、それぞれが、前記複数のアンテナ出力のうちの対応する１つに連結されている、複数の周波数変換器と、
複数のビーム形成器入力及びビーム形成器出力を有するビーム形成器であって、それぞれのビーム形成器入力が、前記周波数変換器のうちの対応する１つに連結されている、ビーム形成器と、
複数の無線周波数（ＲＦ）復調器であって、それぞれが、対応するビーム形成器出力からＲＦ信号を受信するように構成されているＲＦ復調器入力を有し、かつ、ディジタルデータストリームを出力するように構成されている、複数のＲＦ復調器と、
それぞれが前記ＲＦ復調器のうちの対応する１つの出力に連結されている、複数のディジタル入力を有し、かつ、前記ディジタルデータストリームが上に変調されている多重化された光チャネルを有する光信号を出力するように構成されている光出力を有する、光送信機と、を備える、衛星。

【請求項44】

前記ＲＦ復調器がバイナリ復調器である、請求項４３に記載の衛星。

【請求項45】

前記ＲＦ復調器がＱＡＭ復調器である、請求項４３に記載の衛星。

【請求項46】

複数のアンテナ出力を有するアンテナと、
複数の周波数変換器であって、それぞれが、前記アンテナ出力のうちの対応する１つに連結されている変換器入力を有し、かつ、変換器出力を有する、複数の周波数変換器と、
複数のビーム形成器入力及びビーム形成器出力を有するビーム形成器であって、前記ビーム形成器入力のそれぞれが、前記複数の周波数変換器のうちの１つの対応する出力に連結されている、ビーム形成器と、
それぞれが対応するビーム形成器出力に連結されている、複数の無線周波数（ＲＦ）入力を有し、かつ、光出力を有する、光送信機であって、前記光出力が、前記ＲＦ入力に連結されている信号によって変調されている多重化された光チャネルを有する光信号を出力するように構成されている、光送信機と、を備える、衛星。

【請求項47】

複数のアンテナ出力を有するアンテナと、
複数の周波数変換器であって、それぞれが、前記複数のアンテナ出力のうちの対応する１つに連結されている、複数の周波数変換器と、
複数のビーム形成器入力及びビーム形成器出力を有するビーム形成器であって、それぞれのビーム形成器入力が、前記周波数変換器のうちの対応する１つに連結されている、ビーム形成器と、
複数の無線周波数（ＲＦ）復調器であって、それぞれが、対応するビーム形成器出力からＲＦ信号を受信するように構成されているＲＦ復調器入力を有し、かつ、ディジタルデータストリームを出力するように構成されている、複数のＲＦ復調器と、
それぞれが前記ＲＦ復調器のうちの対応する１つの出力に連結されている、複数のディジタル入力を有し、かつ、前記ディジタルデータストリームが上に変調されている多重化された光チャネルを有する光信号を出力するように構成されている光出力を有する、光送信機と、を含む、衛星と
光信号を前記衛星から受信するように構成されている操縦可能な光学レンズと、
前記光信号を前記光学レンズから受信するように連結されている逆多重化装置入力と、前記光信号から逆多重化された光チャネルを出力するように構成されている複数の逆多重化装置出力と、を有する光逆多重化装置と、
複数の光検知器であって、それぞれの光検知器が、前記逆多重化装置出力のうちの対応する１つに連結されており、前記光検知器が検知器出力を有する、複数の光検知器と、を含む、衛星アクセスノード（ＳＡＮ）と、を備える、衛星通信システム。

【請求項48】

前記検知器出力が、ディジタルデータストリームを出力するように構成されている、請求項４７に記載の衛星通信システム。

【請求項49】

前記検知器出力が、ＲＦ信号を出力するように構成されており、前記ＲＦ信号の振幅が、前記逆多重化装置出力のうちの前記対応する１つから前記検知器に連結されている信号の強度に比例する、請求項４７に記載の衛星通信システム。

【請求項50】

複数のアンテナ出力を有するアンテナと、
複数の周波数変換器であって、それぞれが、前記アンテナ出力のうちの対応する１つに連結されている変換器入力を有し、かつ、変換器出力を有する、複数の周波数変換器と、
複数のビーム形成器入力及びビーム形成器出力を有するビーム形成器であって、前記ビーム形成器入力のそれぞれが、前記複数の周波数変換器のうちの１つの対応する出力に連結されている、ビーム形成器と、
それぞれが対応するビーム形成器出力に連結されている、複数の無線周波数（ＲＦ）入力を有し、かつ、光出力を有する、光送信機であって、前記光出力が、前記ＲＦ入力に連結されている信号によって変調されている多重化された光チャネルを有する光信号を出力するように構成されている、光送信機と、を含む、衛星と、
光信号を前記衛星から受信するように構成されている操縦可能な光学レンズと、
前記光信号を前記光学レンズから受信するように連結されている逆多重化装置入力と、前記光信号から逆多重化された光チャネルを出力するように構成されている複数の逆多重化装置出力と、を有する光逆多重化装置と、
複数の光検知器であって、それぞれの光検知器が、前記逆多重化装置出力のうちの対応する１つに連結されており、前記光検知器が検知器出力を有する、複数の光検知器と、を含む、衛星アクセスノード（ＳＡＮ）と、を備える、衛星通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示される技術は、広帯域衛星通信システムのリンクに関し、より具体的には、衛星アクセスノードと衛星との間の広帯域通信のために光リンクを使用した衛星に関する。

【背景技術】

【0002】

衛星通信システムは、オーディオ、ビデオ、及び様々な他の種類のデータを含めて、データをある場所から別の場所へと通信することができる手段を提供する。このような衛星通信システムの使用は、広帯域通信への需要が高まるにつれて普及してきた。これに合わせて、各衛星でのより大きな容量への需要が高まっている。

【0003】

衛星システムでは、情報は、本明細書において衛星アクセスノード（ＳＡＮ）と称する地球局（いくつかの事例では地上局であるが、空中局、海上局などもあり得る）から発信され、衛星まで送信される。いくつかの実施形態では、衛星は静止衛星である。静止衛星は、地球の回転に同期する軌道を有しており、それにより、衛星は地球に対して本質的に静止した状態を維持している。あるいは、衛星は、衛星がその軌道経路に沿って移動すると、衛星のフットプリントが地球の表面の上を移動することになる、地球を回る軌道内にある。

【0004】

衛星によって受信された情報は、地上の利用者ビームカバレッジエリアに再送信され、第２の地球局（利用者端末など）によって受信される。通信は、一方向性（例えば、ＳＡＮから利用者端末へ）にするか、又は双方向性（即ち、ＳＡＮと利用者端末の両方で発信され、衛星を介して他方に至る経路を通過する）のいずれかにすることができる。比較的多数のＳＡＮ及びスポットビームを提供し、衛星が同一周波数でいくつかの異なるＳＡＮと通信することを可能にする周波数再利用計画を確立することにより、システムの容量を増やすことができる可能性がある。利用者スポットビームは、信号を特定の利用者カバレッジエリアに向けるアンテナパターンである（例えば、複数の給電部が共通の反射器を照射するマルチビームアンテナであり、それぞれの給電部が異なるスポットビームを生成する）。しかしながら、それぞれのＳＡＮを構築し、維持するには高額な費用がかかる。そのため、少数のこのようなＳＡＮで高い容量を提供できる技術を見つけることが望まれる。

【0005】

更に、衛星通信システムの容量が増加すると、様々な問題が発生する。例えば、スポットビームは周波数再利用の増加（ひいては容量の増加）を可能にする一方、スポットビームは、容量の実際の需要に対して良好な一致をもたらさず、いくつかのスポットビームは過剰に予約され、他のスポットビームは過小に予約されることがある。容量の増加はまた、結果としてフィーダリンク帯域幅の需要を増加させる傾向もある。一方、フィーダリンクに割り当てられた帯域幅は、利用者リンクに使用可能な帯域幅を減少させることがある。これに合わせて、高容量広帯域衛星システムを提供するための改良された技術が望まれる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

開示される技術は、１つ又は２つ以上の様々な実施形態により、以下の図を参照して説明されている。図面は、単に例示の目的で提供され、開示される技術のいくつかの実施形態の単なる実施例を表すに過ぎない。これらの図面は、開示される技術の読者の理解を容易にするために提供される。これらの図面は、特許請求される発明の広さ、範囲、又は適用性を限定するものと見なすべきではない。明確にするために、及び例示を容易にするために、これらの図面は、必ずしも一定の比率ではないことに留意されたい。

【0007】

【図1】衛星と通信するために無線周波数信号を使用し、高容量システムを作成するために比較的多数の衛星アクセスノード（「ＳＡＮ」、「ゲートウェイ」とも称される）を有する、衛星通信システムの実施例の説明図である。

【0008】

【図2】ＲＦ信号を使用してＳＡＮと通信する簡略化した衛星の説明図である。

【0009】

【図3】往路リンク上で使用される中継器の実施例の簡略化した説明図である。

【0010】

【図4】フィーダリンク上で通信するために光リンクが使用されている、３つのシステムアーキテクチャのうちの第１のアーキテクチャの実施例の簡略化した概略図である。

【0011】

【図5】いくつかの実施形態においてシステムによって使用されるＩＦ信号、光チャネル、及び光帯域の関係の実施例を示す。

【0012】

【図6】光信号上へのバイナリデータストリームの光変調を行うために使用される光送信機の実施例を示す。

【0013】

【図7】図４のシステムの復路の実施例の説明図である。

【0014】

【図8】フィーダリンク上で通信するために光リンクが使用されている、第３のシステムアーキテクチャの実施例の簡略化した概略図である。

【0015】

【図9】図８のシステム内でのサブチャネルと、搬送波と、光信号との間の関係の実施例の説明図である。

【0016】

【図10】ＳＡＮの実施例の簡略化した説明図である。

【0017】

【図11】図８のシステムの復路リンクの実施例の説明図である。

【0018】

【図12】衛星がオンボードビーム形成を有する、システムアーキテクチャの実施例の簡略化した概略図である。

【0019】

【図13】加重／コンバイナモジュールの実施例の簡略化したブロック図である。

【0020】

【図14】光信号がＳＡＮにおいてＲＦ変調され、オンボードビーム形成能力を有する衛星に送信される、システムアーキテクチャの実施例の簡略化した概略図である。

【0021】

【図15】地上ビーム形成を使用し、光往路アップリンク及び無線周波数往路ダウンリンクを含む、衛星通信システムの往路リンクの実施例の説明図である。

【0022】

【図16】地上ビーム形成を行うシステムで使用される往路ビーム形成器の実施例である。

【0023】

【図17】地上ビーム形成を使用した例示的なシステムの往路リンクを受信及び送信するために使用される衛星の構成要素の簡略化した説明図である例示的な図１８内での復路リンク構成要素の実施例のより詳細な説明図である。

【0024】

【図18】衛星の構成要素の実施例を詳細に示す。

【0025】

【図19】米国本土の上に形成された利用者ビームカバレッジエリアの実施例の説明図である。

【0026】

【図20】ビーム素子信号及びタイミングパイロット信号のタイミングを調整するためのタイミングモジュールを有する光送信機の実施例の説明図である。

【0027】

【図21】Ｋ個の往路ビーム入力信号のそれぞれがＳ本の５００ＭＨｚ幅のサブチャネルを含んでいるシステムである。

【0028】

【図22】ビーム形成器の実施例の簡略化したブロック図である。

【0029】

【図23】ＳＡＮの実施例の説明図である。

【0030】

【図24】地上ビーム形成を有するシステムの復路リンクの実施例の説明図である。

【0031】

【図25】復路リンク内のＳＡＮのうちの１つの実施例の説明図である。

【0032】

【図26】例示的な復路ビーム形成器の説明図の例である。

【0033】

図面は、網羅的であること、又は特許請求される発明を開示される特定の形態に限定することを意図しない。開示される技術は、修正及び変更が行われる場合があり、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物だけによって限定されるべきであることを理解されたい。

【発明を実施するための形態】

【0034】

最初に、衛星アクセスノード（ＳＡＮ）と衛星との間で無線周波数（ＲＦ）通信リンクを使用するシステムについて論じる。この前置きに続いて、広帯域容量衛星のためのいくつかの光送信技術について論じる。光フィーダリンクを有するシステムの導入的な議論の後、光フィーダリンク上で信号を変調するための３つの技術について論じる。加えて、これらの技術を実装するための３つのアーキテクチャを提供する。

【0035】

図１は、比較的大容量のシステム１００を作成するために、比較的多数の地球局（本明細書において「ＳＡＮ」と称するが、「ゲートウェイ」と称されることもある）１０２がフィーダリンクと利用者リンクの両方でＲＦ信号を使用して衛星１０４と通信する、衛星通信システム１００の説明図である。情報は、ＳＡＮ １０２から衛星１０４を経由して、複数の利用者端末１０６が存在し得る利用者ビームカバレッジエリアに送信される。いくつかの実施形態では、システム１００は、数千の利用者端末１０６を含む。いくつかのこのような実施形態では、ＳＡＮ １０２のそれぞれは、衛星１０４に対してフィーダアップリンク１０８を確立すること、及び衛星１０４からフィーダダウンリンク１１０を受信することができる。いくつかの実施形態では、ＳＡＮ １０２から衛星１０４へのフィーダアップリンク１０８は、帯域幅３．５ＧＨｚを有する。いくつかの実施形態では、フィーダアップリンク信号は、１６直交振幅変調（ＱＡＭ）を使用して変調されることができる。１６ＱＡＭ変調の使用は、ヘルツ当たり約３ビット／秒の容量をもたらす。スポットビーム当たり３．５ＧＨｚの帯域幅を使用することにより、それぞれのスポットビームは約１０～１２Ｇｂｐｓの容量を提供することができる。それぞれが３．５ＧＨｚ帯域幅の信号を送信することができる、８８個のＳＡＮを使用することにより、システムは、およそ３０８ＧＨｚ帯域幅又は約１０００Ｇｂｐｓ（即ち、１Ｔｂｐｓ）の容量を有する。

【0036】

図２は、図１のシステムで使用されることができる簡略化した衛星の説明図であり、衛星は、ＳＡＮと通信するためにＲＦ信号を使用する。図３は、図２の衛星内において往路リンク上で使用される（即ち、ＲＦフィーダアップリンクを受信し、ＲＦ利用者ダウンリンクを送信する）中継器２０１の簡略化した説明図である。衛星１０４のフィーダリンクアンテナ（図示せず）内の給電部２０２は、ＳＡＮ １０２からのＲＦ信号を受信する。詳細に示されてはいないが、利用者リンクアンテナは、１つ又は２つ以上のマルチビームアンテナアレイ（例えば、複数の給電部が共有の反射器を照射する）、直接放射型給電部、又は他の好適な構成のうちのいずれかにすることができる。また、利用者リンク及びフィーダリンクのアンテナは、給電部（例えば、二重帯域の組み合わされた送信、受信を使用して）、反射器、又は両方を共有することができる。一実施形態では、給電部２０２は、２つの直交する偏波（即ち、右円偏波（ＲＨＣＰ）及び左円偏波（ＬＨＣＰ）又は代替的には、水平偏波及び垂直偏波）上で信号を受信することができる。このような一実施形態では、１つの偏波（例えば、ＲＨＣＰ）からの出力２０３は、第１の中継器２０１に供給される。出力は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３０４の入力に連結されている（図３を参照されたい）。ＬＮＡ ３０４の出力は、ダイプレクサ３０６の入力に連結されている。ダイプレクサは、信号を第１の出力信号３０８及び第２の出力信号３１０に分割する。第１の出力信号３０８は、第１のＲＦ周波数にある。第２の出力信号３１０は、第２のＲＦ周波数にある。出力信号３０８、３１０のそれぞれは、周波数変換器３１２、３１４に連結されている。局部発振器（ＬＯ）３１５もまた、周波数変換器３１２、３１４のそれぞれに連結されている。周波数変換器は、出力信号の周波数を利用者ダウンリンク送信周波数にシフトさせる。いくつかの実施形態では、同一ＬＯ周波数が両方の周波数変換器３１２、３１４に適用される。周波数変換器３１２、３１４の出力は、チャネルフィルタ３１６、３１８を介してハイブリッド３２０に連結されている。ハイブリッド３２０は、２つのチャネルフィルタ３１６、３１８の出力を合成し、合成した信号を線形化チャネル増幅器３２２に連結している。

【0037】

ハイブリッド３２０内で信号を合成することにより、信号を１つの進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）３２４によって増幅することが可能になる。線形化チャネル増幅器３２２の出力は、ＴＷＴＡ ３２４に連結されている。ＴＷＴＡ ３２４は、信号を増幅し、増幅した出力をハイパスフィルタ及びダイプレクサ３２６の入力に連結している。ハイパスフィルタ及びダイプレクサ３２６は、信号を元の信号の周波数に基づいて分割して２つの出力に戻し、周波数が高い方の信号部分は第１のアンテナ給電部３２８に連結され、周波数が低い方の信号部分は第２のアンテナ給電部３３０に連結されている。第１のアンテナ給電部３２８は、利用者ダウンリンクビームを第１の利用者ビームカバレッジエリアＵ１に送信する。第２のアンテナ給電部３３０は、利用者ダウンリンクビームを第２の利用者ビームカバレッジエリアＵ３に送信する。

【0038】

第２の偏波（例えば、ＬＨＣＰ）からの給電部２０２の出力３３１は、中継器の第２のアーム３３２に連結されている。第２のアーム３３２は、第１の２０１と類似した態様で機能するが、利用者ビームカバレッジエリアＵ２及びＵ４に送信される出力周波数は、利用者ビームカバレッジエリアＵ１及びＵ３に送信される周波数とは異なるものになる。

【0039】

いくつかの実施形態では、各ＳＡＮ １０２から衛星１０４へのフィーダアップリンク１０８及び衛星から各ＳＡＮ １０２へのフィーダダウンリンク１１０の帯域幅を広げるために、光リンクを使用することができる。これにより、より多くのスペクトルが利用者リンクに対して使用可能になることも含めて、数々の利点をもたらすことができる。更に、フィーダリンク１０８、１１０の帯域幅を広げることにより、ＳＡＮ １０２の数を減らすことができる。各ＳＡＮ １０２へ／からの各フィーダリンクの帯域幅を広げることによってＳＡＮ １０２の数を減らすと、システム容量を減少させることなく、システムの全体的なコストが減少する。一方、光送信信号の使用に伴う課題の１つは、光信号が、大気中を通過しているときに減衰しやすいことである。特に、衛星からＳＡＮまでの経路に沿って空が澄んでいない場合は、光信号は、信号の減衰に起因した有意な伝搬損失を呈することになる。

【0040】

視程の低下に起因した減衰に加えて、シンチレーションが、大気の悪条件下で発生する。そのため、大気条件に起因する光信号のフェーディングの影響を軽減するための技術を使用することができる。特に、以下により詳細に論じるように、光信号を受信するために使用される、衛星に搭載されたレンズ、及び光信号を送信するために使用される、衛星に搭載されたレーザを、いくつかのＳＡＮのうちの１つに向けることができる。これらのＳＡＮは、大気の悪条件を呈する可能性が別々の時間に高くなるように地球上に散在している（即ち、衛星と特定のＳＡＮとの間の経路上でフェーディングが起こる可能性が高いとき、衛星と他のＳＡＮのそれぞれとの間の経路上ではフェーディングが起こる可能性が相対的に低くなる）。

【0041】

国土の様々な地域における大気条件の違いを考慮に入れることにより、衛星と特定のＳＡＮとの間の大気が光信号の送信に好ましくないときは、大気条件がより好ましいものである別のＳＡＮを使用する決定を行うことができる。例えば、米国本土の南西部は、比較的澄んだ空を有する。これに合わせて、国土内のこれらの澄んだ場所にＳＡＮを配置すると、国土の他の地域にあるＳＡＮと衛星との間の空が遮られているときに、それらのＳＡＮを介して送信されることになっていたデータのための入り口を提供することができる。

【0042】

衛星へ／からの好ましい大気経路を有するそれらのＳＡＮと通信するように衛星を向けることに加えて、いくつかの光受信機／送信機のうちの１つを介して衛星によって受信／送信される信号は、選択された利用者ビームカバレッジエリアへの送信用のいくつかのアンテナのうちの１つに向けることができる。光アップリンク上で受信することができる光信号の発信源の決定における柔軟性と、発信源から受信した信号が送信されることになる特定のアンテナを選択する能力との組み合わせにより、システムは、ＳＡＮと衛星との間の変わりやすい大気条件による悪影響を軽減することが可能になる。

【0043】

本明細書に開示されているように、情報を、ＳＡＮから、衛星を介して、利用者端末が存在し得る利用者ビームカバレッジエリアに伝達するために、少なくとも３つの異なる技術を使用することができる。ここからは、このような３つの技術について説明する。それぞれの極めて簡潔な概要を示し、続いて、各アーキテクチャをより詳細に開示する。

【0044】

簡潔には、第１の技術は、バイナリ変調された光信号をアップリンク上で使用する。いくつかのＳＡＮはそれぞれ、利用者ビームカバレッジエリア内に存在する利用者端末に送信される情報を受信する。光信号は、ディジタル情報で変調される。いくつかの実施形態では、それぞれのＳＡＮは、こうしたバイナリ変調された光信号を衛星に送信する。ディジタル情報は、利用者端末が存在し得る利用者ビームカバレッジエリアに送信されることを意図した情報を表すものであってよい。信号は、フォトダイオードなど、光検知器を使用して、衛星内で検知される。いくつかの実施形態では、結果として生じたディジタル信号は、次いで、中間周波数（ＩＦ）信号を変調する２位相偏移変調（ＢＰＳＫ）など、バイナリ符号化を提供するために使用される。次いで、ＩＦ信号は、衛星ＲＦダウンリンク搬送波周波数にアップコンバートされる。ＲＦ信号をＢＰＳＫで変調することは比較的簡単に行うことができ、衛星上でのサイズ、電力、及び熱適応は小さい。しかしながら、ＢＰＳＫを利用者ダウンリンク１１４上のＲＦ信号に対するベースバンド変調として使用すると、システムの最大容量が提供されないことがある。即ち、ＲＦ利用者ダウンリンク１１４の最大潜在能力は、ＲＦ利用者ダウンリンク１１４上でＢＰＳＫの代わりに１６ ＱＡＭなどのより稠密な変調方式が使用された場合に可能であり得るものから減少する。

【0045】

第２の技術もまた、バイナリ変調方式を使用してアップリンク上の光信号を変調する。変調された光信号は、フォトダイオードによって検知される。結果として生じたディジタル信号は、モデムに連結される。モデムは、直交振幅変調（ＱＡＭ）など、比較的帯域幅効率の良い変調方式を使用して、ディジタル情報をＩＦ信号上に符号化する。ＱＡＭは、本明細書において、例えば、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、オフセットＱＰＳＫ、８位相偏移変調、１６ ＱＡＭ、３２ ＱＡＭ、振幅位相偏移変調（ＡＰＳＫ）、及び関連する変調形式を含めて、シンボル当たり２ビットを超える符号化を行う変調形式を参照するために使用される。より稠密なＱＡＭ方式の使用は、より効率的なＲＦ利用者リンクの使用をもたらすが、このような符号化をＲＦ利用者ダウンリンク１１４上で使用するには、比較的に複合的なディジタル／中間周波数（ＩＦ）変換ブロック（例えば、モデム）を必要とする。こうした複合性は、サイズ、質量、コスト、電力消費量、及び放熱量を増加させる。

【0046】

第３の技術は、（最初の２つの技術のバイナリ変調された光信号とは対照的に）ＲＦ変調された光信号を使用する。この実施形態では、利用者ビームカバレッジエリアに送信されるディジタル情報で光信号を変調するのではなくて、ＲＦ信号が光搬送波上に直接変調される（即ち、強度変調される）。その後、衛星は、ＲＦ変調された信号を光信号から検知し（即ち、光信号の強度エンベロープを検知し）、その信号を利用者ダウンリンク周波数に周波数アップコンバートするだけでよく、その結果、複合モデムの必要性が衛星から取り除かれる。ＲＦ変調された光信号の使用は、衛星の複合性を低減すると同時に、利用者リンクＲＦ信号のより稠密な変調を可能にすることによって、通信システムの全体的な容量を増加させる。光信号において使用可能な帯域幅のおかげで、多くのＲＦ搬送波を光搬送波上に多重化することができる。しかしながら、ＲＦ信号で強度変調された光信号は、光信号のフェーディングを含め、いくつかの要因による誤りの影響を受けやすい。

【0047】

これら３つの技術のそれぞれは、ＳＡＮから衛星への光チャネルに信頼できないものが存在するという事実に悩まされている。そのため、信頼できない光フィーダリンクチャネルの問題を軽減するために、３つのシステムアーキテクチャについて論じる。それぞれの構成では、衛星への光リンクに内在する信頼性の欠如を埋め合わせるために追加のＳＡＮが使用されている。信号は、任意のＳＡＮから任意の利用者ビームカバレッジエリアに送られることができる。追加のＳＡＮを使用することにより、衛星への高品質な光リンクを有する所望の数のＳＡＮが使用可能であることが保証される。更に、衛星を介した経路の選択における柔軟性（即ち、本明細書において「フィーダリンク多様性」と称するもの）により、データは、所望の品質の光チャネルを有するそれらのＳＡＮからフィーダリンク上の衛星に、及び利用者リンク上の利用者スポットビームに、柔軟な方法で送信されることが可能になる。

【0048】

ここからは、これら３つの技術のそれぞれについて詳細に論じる。これらの技術のそれぞれは、特定の数の構成要素（即ち、ＳＡＮ、各ＳＡＮのレーザ、衛星内のトランスポンダなど）を有する実施形態に照らして論じられる。しかしながら、このような具体的な実施形態は、単に議論を明確にかつ容易にするためにのみ提供されている。更に、幅広いＩＦ及び／又はＲＦ周波数、光波長、ＳＡＮの数、衛星上のトランスポンダの数などは、開示される実施形態の範囲内におけるものである。したがって、特定の周波数、波長、アンテナアレイ素子、及び類似の並列チャネル、構成要素、デバイス、利用者ビームカバレッジエリアの数などは、本明細書に添付された特許請求の範囲によって明示的に制限されない限り、開示されるシステムが実装されることのできる態様に関する制限として見なされるべきではない。

【0049】

図４は、上記の３つの技術のうちの第１の簡略化した概略図である。第１の技術を実装するためのシステム６００は、複数のＳＡＮ ６０２と、少なくとも１つのビーム当たり単一給電のアンテナ６３８、６４０を有する衛星６０４と、利用者ビームカバレッジエリア１８０１（図１９を参照されたい）内の複数の利用者端末６０６と、を含む。代替的には、直接放射型アンテナなど、任意のアンテナを使用することができ、アンテナは複数の入力を有し、入力のそれぞれは、利用者ビームカバレッジエリアに利用者スポットビームで送信することが可能な信号を受信することができる。アンテナ６３８、６４０は、直接放射型アレイ、又は反射器／アンテナシステムの一部であってもよい。いくつかの実施形態では、システム６００は、Ｍ個のＳＡＮ ６０２を有する。例示的なシステム６００では、また本開示の全体にわたって論じられる実施例のそれぞれに対しては、Ｍ＝８である。しかしながら、本明細書に開示されるシステムはいずれも、この数に制限されるものではない。Ｍ＝８は、単に都合のよい実施例でしかなく、他の実施形態では、Ｍは、２、４、１０、１２、１６、２０、３２、４０、又は任意の他の好適な値にすることができる。いくつかの実施形態では、ＳＡＮ ６０２は、発信源（図示されていないコアノードなど）からシステムを通って伝達される「往路トラヒック」を受信し、発信源は、情報ネットワーク（例えば、インターネット）から情報を受信し得る。コアノードからＳＡＮ ６０２に伝達されるデータは、バイナリデータストリームの形態を含めて、ＳＡＮ ６０２へのデータの効率的な伝達を可能にする任意の形態で提供されることができる。いくつかの実施形態では、データは、光信号上に変調されたバイナリデータストリームとして提供され、光ファイバ上でＳＡＮに送信される。往路トラヒックは、特定の利用者ビームカバレッジエリア１８０１で識別されるストリームにおいて受信される。いくつかの実施形態では、データはまた、データの送信先である特定の利用者端末又は利用者端末のグループと関連付けられてもよい。いくつかの実施形態では、データは、データを搬送する信号の周波数及び／又はタイミングに基づいて端末と関連付けられる。代替的には、データヘッダ又は他の識別子が、データと共に提供されても、データに含められてもよく、又はデータ内にあってもよい。

【0050】

受信されると、往路トラヒックは、バイナリデータストリーム６０１である。即ち、いくつかの実施形態では、往路トラヒックは、強度変調された又は位相変調された光信号など、バイナリ表現である。代替実施形態では、往路トラヒックは、任意の他のバイナリ表現に復号されることができる。

【0051】

図５は、いくつかの実施形態においてシステムによって使用されるＩＦ信号９０３、光チャネル９１５、及び光帯域９０７、９０９、９１１、９１３の関係を示している。特定の帯域幅、周波数、チャネル数、及び波長の選択は、概念の開示を容易にするために提供された単なる実施例に過ぎない。他の光波長、チャネル数、並びに他のＲＦ及び／又はＩＦ帯域幅及び周波数に加えて、代替変調方式も使用することができる。示されている方式は、単に使用され得る１つの特定の方式を例示するために提供されているに過ぎない。示されているように、複数の３．５ＧＨｚ幅バイナリ変調ＩＦ信号（例えば６４個）９０３が、１つの利用者スポットビームで送信されるバイナリデータを搬送する。使用可能な他の帯域幅の実施例には、５００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、１．４ＧＨｚ、１．５ＧＨｚ、１．９ＧＨｚ、２．４ＧＨｚ、又は任意の他の好適な帯域幅が挙げられる。

【0052】

それぞれの３．５ＧＨｚ幅バイナリ変調ＩＦ信号９０３上に変調されているバイナリ（即ち、ディジタル）コンテンツは、４つの光帯域９０５のうちの１つの内部にある１６本の光チャネルのうちの１つのバイナリ強度変調を行うために使用される。いくつかの実施形態では、光スペクトルの４つの帯域９０７、９０９、９１１、９１３は、１１００ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び２１００ｎｍである。一方で、有用な光スペクトル（即ち、大気通過中に過度に減衰することなく少なくとも最低限に使用可能な光スペクトルの部分）内の任意の場所に存在する帯域が選択されてもよい。一般には、選択していない帯域と比較して減衰が大きくない光帯域が選択される。即ち、いくつかの光帯域は、残りの光帯域よりも小さい減衰を有し得る。このような実施形態では、それらの光帯域の部分集合が選択される。それらの選択された帯域のいくつかは、非常によく似た減衰を呈し得る。

【0053】

一実施例では、それぞれの光チャネルはチャネルの中心の波長によって画定され、それぞれの光チャネルはおよそ０．８ｎｍ離して離間配置される（即ち、１００ＧＨｚ幅）。光チャネル上に変調されているＲＦ信号９０３は３．５ＧＨｚ幅でしかないが、間隔があいていることにより、光信号は効率的に逆多重化されることができる。いくつかの実施形態では、それぞれのＳＡＮ ６０２は、いくつか（例えば、６４個）のこのような３．５ＧＨｚ光信号９０３（即ち、４×１６個）を共に光出力信号上に波長分割多重化（ＷＤＭ）する。これに合わせて、６４本の光チャネルのディジタルコンテンツは、１つのＳＡＮ ６０２から送信されることができる。

【0054】

図６は、光信号上へのバイナリデータストリーム６０１の光変調を行うために使用される光送信機６０７を示している。図５に示されている方式を実装する実施形態によれば、光送信機６０７は、４つの光帯域モジュール６０８ａ～６０８ｄ（簡略化のために２つ図示されている）及び光コンバイナ６０９を含む。４つの光帯域モジュール６０８のそれぞれは、１６個の光変調器６１１（簡略化のために２つ図示されている）を含み、合計で６４個の変調器６１１になる。６４個の変調器６１１のそれぞれは、６４本の光チャネル９１５のうちの１つに存在する光信号を出力する（図５を参照されたい）。チャネルは、４つの光帯域９０７、９０９、９１１、９１３に分割される。

【0055】

変調器６１１は、光信号を生成する光源６５４の波長λ１に基づいて光チャネル９１５を決定する。ＭＺＭ ６５２は、バイナリデータストリーム６０１の振幅に比例した強度で第１の光源６５４の出力を強度変調する。バイナリデータストリーム６０１は、加算器６５６においてＤＣバイアスと加算される。バイナリデータストリーム６１０はディジタル信号（即ち、２つの振幅のみを有する信号）なので、結果として生じる光信号は、バイナリ変調された光信号である。ＭＺＭ変調器６５２からの変調された光出力は、光コンバイナ６０９に連結されている。図５に例示されているものなどの変調方式を使用したシステムでは、同じ光帯域モジュール６０８内に存在する１６個の光源６５４のそれぞれは、１６個の異なる波長λ１のうちの１つで光信号を出力する。１６個の波長は、第１の光帯域９０７内の１６本の光チャネル９１５に対応する。同様に、他の各光帯域モジュール６０８内にある光変調器６１１内の光源６５４は、対応する光帯域９０９、９１１、９１３内のチャネルの波長に等しい波長λ１を有する光信号を出力する。これに合わせて、４つの光帯域モジュール６０８ａ～６０８ｄからの６４個の光出力９１５はそれぞれ、異なる波長を有しており、６４個の光源６５４によって生成される信号の波長λ１によって画定される４つの帯域の１６本の光チャネル内にある。光コンバイナ６０９は、各信号９１５の合成体である波長分割多重化（ＷＤＭ）光信号６６０を出力する。

【0056】

ＳＡＮ ６０２は、光フィーダアップリンク１０８を介して光信号６６０を衛星６０４に送信する（図４を参照されたい）。光送信機６０７によって放出された光信号は、衛星６０４内のレンズ６１０によって受信される。いくつかの実施形態では、レンズ６１０は、光受信機６２２内の望遠鏡の一部である。いくつかの実施形態では、レンズ６１０は操縦可能である（即ち、システム内のいくつかのＳＡＮ ６０２のいずれか１つ、又は部分集合内からいずれか１つに向くように方向付けることができる）。レンズ６１０をＳＡＮ ６０２のうちの２つ以上に向けることができることにより、レンズ６１０は、信号フェーディングの影響を現在受けていない衛星への光路を有するＳＡＮ ６０２に向けられることができる。レンズ６１０は、機械的な２軸位置決め機構を使用して向けられてもよい。レンズを向けることは、光チャネルを介して送信された信号の受信信号強度を測定し、この信号強度を使用して、十分な品質の（即ち、所望の品質閾値を上回る）光リンクを有するＳＡＮにレンズが向けられたときを識別することによって達成され得る。地上コマンド又はオンボード処理のいずれかが、レンズ６１０を所望のＳＡＮ ６０２へ正確に向けるように、レンズ位置決め機構に対する指示を提供し得る。

【0057】

光受信機６２２は、フィルタ又はプリズムなど、光逆多重化装置６５０を更に含む。光受信機６２２は複数の出力を有し、それぞれの出力は光波長と対応している。図４に示されているように、光受信機６２２は６４個の出力を有する。しかしながら、上述したように、特定の周波数、光帯域数、及び波長の選択、ひいては光受信機６２２からの出力数は、本明細書において単に実施例として提供されるに過ぎず、システム６００などのシステムを特定の数値に制限することを意図するものではない。

【0058】

いくつかの実施形態では、それぞれの波長は、４つの光帯域９０７、９０９、９１１、９１３のうちの１つの内部に存在する。それぞれの光波長は、光チャネルの中心に位置する。１つの帯域内にある光チャネルは、およそ０．８ｎｍ離して離間配置される（即ち、１００ＧＨｚ）。光チャネルを間隔全体に作製すると、６４本の光チャネルのそれぞれを別個の出力上で提供するように光信号を逆多重化することができる光逆多重化装置６５０を提供することがより容易になる。いくつかの実施形態では、追加のレンズ６１３は、光逆多重化装置６５０の出力をフォトダイオード６１２などの光検知器の入力に焦点を合わせるように提供されている。フォトダイオード６１２は、フォトダイオードへの光入力において与えられた光信号６６０の強度エンベロープを検知することによって電気信号を生成する。光信号６６０が２つの強度レベルの一方に強度変調されたいくつかの実施形態では、論理的な「１」を表す第１の強度レベルは、やはり論理的な「１」を表す第１の振幅を有する電気信号をもたらす。論理的な「０」を表す第２の強度レベルは、論理的な「０」を表す振幅の電気信号をもたらす。そのため、電気信号は、光信号６６０の強度が論理的な「１」を表す状態にあるときは第１の状態に置かれ、光信号６６０の強度が論理的な「０」を表す状態にあるときは第２の状態に置かれる。これに合わせて、光受信機は、複数のディジタル出力６１５を有する。フォトダイオード６１２のディジタル出力６１５からの電気信号出力は、２相変調器など、変調器６１４に連結されている。図４の実施形態など、いくつかの実施形態では、ＬＮＡ ６１７が、フォトダイオード６１２と２相変調器６１４との間に提供されている。２相変調器６１４の出力は、２つの相を有するＢＰＳＫ変調ＩＦ信号（即ち、アナログ信号）である。ＢＰＳＫ変調器６１４は、第１の振幅の（即ち、第１の状態にある）電気入力信号に応じて、論理的な「１」を表す第１の相を有する信号を出力する。変調器６１４への入力が論理的な「０」を表す振幅（即ち、第２の状態）を有するときは、ＢＰＳＫ変調器６１４の出力の相は、第１の相とは異なる第２の相にシフトされる。変調器６１４の出力は、スイッチマトリックス６１６の入力に連結されている。

【0059】

図４の簡略化した概略図では、第２のＳＡＮ ６０２、レンズ６１０、光受信機６２２、及び複数（即ち、６４個）の２相変調器６１４がスイッチマトリックス６１６に連結されている。図４には２つのＳＡＮ ６０２のみが示されているが、衛星は、いくつか（例えば、８個）のＳＡＮ ６０２から光信号を受信してもよいことを理解されたい。

【0060】

いくつかの実施形態では、図４に示されているスイッチマトリックス６１６は、それぞれのレンズ６１０に対して複数（例えば、６４個）の入力を有する。即ち、衛星６０４が８個のレンズ６１０を有する場合は、マトリックススイッチ６１６は５１２個の入力を有し、それぞれが変調器６１４のうちの１つに連結されている。スイッチマトリックス６１６により、スイッチマトリックス６１６の出力での信号は、スイッチマトリックス６１６の入力に選択的に連結されることができる。いくつかの実施形態では、任意の入力を任意の出力に連結することができる。一方、いくつかの実施形態では、１つの入力のみをいずれか１つの出力に連結することができる。代替的には、入力及び出力は、入力が同じグループ内の出力にしか連結されることができないようにグループ化される。入力を連結することができる出力の数を制限すると、システムの柔軟性は低下するが、スイッチマトリックス６１６の複合性は減少する。

【0061】

スイッチマトリックス６１６の出力はそれぞれ、アップコンバータ６２６に連結されている。アップコンバータ６２６は、信号を利用者ダウンリンク搬送波の周波数にアップコンバートする。例えば、いくつかの実施形態では、スイッチマトリックス６１６から出力される信号は、３．５ＧＨｚ幅ＩＦ信号である。３．５ＧＨｚ幅ＩＦ信号は、２０ＧＨｚ中心周波数を有するＲＦ搬送波にアップコンバートされる。それぞれのアップコンバータ６２６の出力は、対応する電力増幅器６３０に連結されている。それぞれの増幅器６３０の出力は、アンテナ６３８、６４０の一方の入力（例えば、図示されていないアンテナ給電部）など、複数のアンテナ入力のうちの１つに連結されている。これに合わせて、スイッチマトリックス６１６の出力のそれぞれは、アンテナ入力のうちの対応する１つに効果的に連結されている。いくつかの実施形態では、それぞれのアンテナ６３８、６４０のそれぞれの入力は、利用者スポットビームを１つの利用者ビームカバレッジエリア１８０１（図１９を参照されたい）に送信する。スイッチマトリックス６１６は、どの入力（即ち、２相変調器６１４）がどの出力（即ち、アップコンバータ６２６）に連結されるかを選択することができる。これに合わせて、ＳＡＮ ６０２のうちの１つからの信号がフェーディングし、誤りが許容できないほどになると（又はそうなる前に）、スイッチマトリックス６１６は、アップコンバータ６２６（即ち、関連するアンテナ給電部）の入力を、有意なフェーディングを呈していない光信号を送信しているＳＡＮ ６０２に連結することができる。いくつかの実施形態では、スイッチマトリックス６１６により、特定のＳＡＮからのコンテンツを２つ以上の利用者スポットビーム（即ち、アンテナ給電部）に分配することができるように、アンテナ入力に供給されるコンテンツを時分割多重化することができる。

【0062】

即ち、それぞれのレンズ６１０が、その向いている方向にあるＳＡＮ ６０２から信号を受信しているとき、そのレンズ６１０に関連した光受信機６２２からの６４個の出力のそれぞれは、信号を有することになる。アンテナ６３８、６４０へのそれぞれのアンテナ入力が利用者スポットビームを特定の利用者カバレッジエリア１８０１に送信する実施形態では、全ての利用者カバレッジエリア１８０１が信号を受信することになる（スイッチマトリックス６１６が、それぞれの入力を１つの出力に連結するようにマッピングされていることを仮定している）。スイッチマトリックス６１６は、２相変調器６１４からのどのアナログ出力をそれぞれのアンテナ入力に（即ち、それぞれの利用者スポットビーム内で）連結する（例えば、ビーム当たり単一給電のアンテナ６３８、６４０のそれぞれの給電部に送信する）かを選択する。一方、特定のＳＡＮ ６０２からの光信号がフェーディングしても、信号は依然として全てのアンテナ入力に提供されて、いずれの利用者カバレッジエリア１８０１もカバレッジを失うことはない。１つのＳＡＮからの信号を６５個以上のアンテナ入力に時分割多重化すると、１つのＳＡＮ ６０２は、信号を６５個以上の利用者カバレッジエリア１８０１に提供することができる。システムの合計容量は減少するが、それぞれの利用者カバレッジエリアにコンテンツを提供するシステムの可用性は強化される。これは、光フィーダリンクを有するシステムにおいて有益である。いくつかの実施形態では、弱い光リンクを有するＳＡＮ ６０２に向けられているレンズ６１０が、より強い光リンクが存在する別のＳＡＮに向け直される間、このような時分割多重化が短時間行われる。より一般には、マトリックス６１６は、光受信機６２２から出力されたアナログ信号を２つ以上の利用者スポットビームに時分割多重化するために使用されることができ、第１の期間中は、アナログ信号は、第１の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを送信する第１のアンテナ入力（例えば、給電部）に連結されている。第２の期間中は、アナログ信号は、第２の利用者ビームカバレッジエリアに向けられた利用者スポットビームを送信する第２のアンテナ入力（例えば、給電部）に連結されている。

【0063】

それぞれのレンズ６１０が十分に強い光信号を受信している状態になると、スイッチマトリックス６１６は、再びそれぞれの出力を入力から出力への１対１の対応で一意の出力にマッピングすることができる。いくつかのこのような実施形態では、スイッチマトリックス６１６の制御は、制御局からの遠隔測定信号によって提供される。ほとんどの実施形態では、同じＳＡＮ ６０２からの６４個のＩＦ信号は全て共に劣化することになるので、スイッチマトリックス６１６は、Ｋ／６４個の出力の間で選択することができさえすればよい。ここで、Ｋは利用者スポットビームの数、６４は１つの光受信機６２２内にあるフォトダイオード６１２の数である。上述したように、衛星を介した経路の選択を制御してＳＡＮ ６０２を利用者スポットビームにマッピングするプロセスは、本明細書においてフィーダリンク多様性と称する。以下に論じるように、フィーダリンク多様性は、３つの異なる方法で提供することができる。

【0064】

いくつかの実施形態では、衛星６０４は、トランスポンダ（即ち、光受信機からスイッチ６３４、６３６までの経路）よりも多い数のアンテナ入力を有する。即ち、電力増幅器（ＰＡ）６３０、アップコンバータ６２６などを含む、限定された数のトランスポンダを使用して、相対的により多い数の利用者ビームカバレッジエリアに信号を送信することができる。アンテナ入力間でトランスポンダを共有することにより、それぞれのフォトダイオード６１２からの出力は、時分割多重化されて、衛星６０４上に提供されているトランスポンダの数よりも多く存在する複数の利用者ビームカバレッジエリアに情報を提供することができる。この実施形態では、ＲＦスイッチ６３４は、異なる時間に、アンテナ６３８、６４０の一方又は両方の異なる入力に、ＰＡ ６３０の出力を向けるために使用される。時間は、信号上に存在する情報が、入力の向いている（即ち、給電部の向いている）利用者ビームカバレッジエリアに送信されることが意図されているものとなるように調整される。これに合わせて、１つのトランスポンダは、時分割多重化される方法で情報をいくつかの利用者ビームカバレッジエリアに提供するために使用されることができる。信号を特定のアンテナ６３８、６４０へ向けるようにスイッチ６３４、６３６を設定することにより、レンズ６１０のそれぞれによって受信された信号は、特定のスポットビームに向けられることができる。これにより、システムの容量の動的な割り当てにおいて柔軟性がもたらされる。

【0065】

スイッチ６３４、６３６は、衛星に搭載されているアンテナ６３８、６４０のいずれかの入力へ信号を向ける。いくつかの実施形態では、スイッチ６３４、６３６からの出力は、アンテナの部分集合に向けられてもよい。それぞれのアンテナ６３８、６４０は、特定の利用者ビームカバレッジエリアに向けられたビーム当たり単一給電のアンテナであり、それにより、スポットビームを生成する。代替実施形態では、ＰＡ ６３０は、アンテナ入力に直接接続されてもよく、マトリックススイッチ６１６が、それぞれの特定のフォトダイオード６１２によって検知されたどの信号が、どの利用者ビームカバレッジエリアに送信されるかを決定する。加えて、等しい数の衛星トランスポンダ及びアンテナ入力が存在する実施形態であっても、スイッチ６３４、６３６を有することにより、スイッチマトリックス６１６の複合性を減少させることができる。即ち、スイッチマトリックス６１６とスイッチ６３４、６３６とを組み合わせて使用すると、スイッチマトリックス６１６は、それぞれの入力をそれぞれの出力に連結することができなくてもよい。むしろ、マトリックス入力、出力、及びアンテナ入力は、グループの任意の入力がそれと同じグループの任意の出力にのみ連結されることができるように、グループ化することができる。スイッチ６３４、６３６は、１つのグループの出力が、別のグループのアンテナ入力に連結されることができるように、アンテナ入力（例えば、給電部）を切り替えることができる。

【0066】

スイッチマトリックス６１６は、静的に又は動的な時分割多重アクセスモードで動作してよい。静的な動作モードでは、スイッチマトリックス６１６を介した経路の構成は、比較的長い期間にわたって本質的に固定された状態であり続ける。スイッチマトリックス６１６の構成は、比較的長期間にわたる送信トラヒック量の変化、長期間にわたる特定リンクの品質の変化などに適応するためにのみ変更される。対照的に、動的な時分割多重アクセスモードでは、スイッチマトリックス６１６は、異なる往路ダウンリンクアンテナ入力間でデータを時分割多重化するために使用される。これに合わせて、スイッチマトリックス６１６は、どの入力をスイッチマトリックス６１６の出力に連結するかを選択する。この選択は、利用者端末８４２、８４４において信号の復調時に発生する誤りの数が許容範囲内になるほどに、入力信号が十分に強いかどうかに基づく。いくつかのこのような実施形態では、光受信機６２２のアナログ出力を異なるアンテナ入力に時分割多重化することにより、１つのＳＡＮ ６０２は、２つ以上の利用者ビームカバレッジエリアに情報を提供することが可能になる。第１の期間中は、光受信機６２２から出力された１つ又は２つ以上の信号はそれぞれ、アンテナ入力の第１の集合のうちの一意の１つ（即ち、利用者ビームカバレッジエリアの第１の集合のうちの一意の１つに向けられたアンテナ入力）にまで連結されることができる。第２の期間中は、それらの同じ信号のうちの１つ又は２つ以上が、異なるアンテナ入力（即ち、異なる利用者ビームカバレッジエリア）にまで連結されることができる。光受信機６２２からのアナログ出力６１５のこのような時分割多重化は、光受信機６２２のレンズ６１０のうちの１つが「弱い」ＳＡＮ ６０２（即ち、品質閾値を下回っている光リンクを有するＳＡＮ ６０２）に向いていることに応じて行われることができる。このような実施形態では、最初に弱いＳＡＮ ６０２に設定された第１のデータストリームは、コアノードによって「強い」ＳＡＮ ６０２（即ち、品質閾値を上回っている光リンクを有するＳＡＮ ６０２）に向け直されることができる。強いＳＡＮ ６０２はその情報を時分割多重化し、その結果、時間の一部にわたって、強いＳＡＮ ６０２は、第１のデータストリームの送信先として意図されている利用者ビームカバレッジエリアの第１の集合に向けられた情報を送信する。第２の期間中、強いＳＡＮ ６０２は、利用者ビームカバレッジエリアの第２の集合に向けられた第２のデータストリームを送信する。これに合わせて、ある期間中、弱いＳＡＮ ６０２と衛星６０４との間の低品質の光リンクによって衛星６０４への到達が妨げられている可能性のある情報は、強いＳＡＮ ６０２を介して衛星６０４に送信されることができる。この時間中、弱いＳＡＮ ６０２に向いているレンズ６１０は、衛星６０４への送信をまだ行っていない強いＳＡＮ ６０２に向くように、向け直されることができる。上述したように、この弱いＳＡＮから強いＳＡＮへと情報を向け直すプロセスは、フィーダリンク多様性の一態様である。

【0067】

フィーダアップリンク信号が許容不可能なフェーディングを呈しているときを決定することにより、データは、障害のあるフィーダアップリンクを使用しているＳＡＮ ６０２から離れて、許容可能な信号レベルを有するフィーダアップリンク信号を有するＳＡＮ ６０２へと送られることができる。次いで、フィーダリンク多様性のプロセスにより、選択されたＳＡＮ ６０２を介して送信された信号は、スイッチマトリックス６１６を介して、データの送信先として意図されているスポットビームに送られることができる。

【0068】

システム６００は、衛星６０４の内部での実装が比較的簡単であるという利点を有する。フォトダイオード６１２及び２相変調器６１４を使用した、バイナリ変調された光データからＢＰＳＫ変調ＩＦ信号への変換は、比較的簡単である。このような２相変調器は、構築することが比較的に容易かつ安価であり、比較的少量の電力しか必要とせず、比較的に小型かつ軽量にすることができる。しかしながら、ＲＦ利用者ダウンリンク１１４上でＢＰＳＫ変調を使用すると、有限のＲＦスペクトルを最大限に活用することはできない。即ち、ＲＦ利用者ダウンリンク１１４（図１を参照されたい）上でＢＰＳＫの代わりに１６ＱＡＭなどのより稠密な変調方式を使用することによって、より大きい容量のＲＦ利用者ダウンリンク１１４を達成することができる。

【0069】

例えば、上記の３つの技術の第２を実装するシステム６００の代替実施形態では、利用者ダウンリンク上で送信されることになるアナログ信号６１８は、より稠密な変調方式で変調される。アナログ信号６１８に対して複合変調を生成するので、変調器は、ディジタルデータストリームを取得し、データストリームを１つ又は２つ以上の複合変調された信号に変換する、極めて複合的な変調器でなければならない。複合変調された信号６１８は、例えば、６４－ＱＡＭ、８ｐｓｋ、ＱＰＳＫなどの高次変調にすることができる。代替的には、シンボルをＩＦ搬送波上に変調することができる任意の他の変調方式を使用することもでき、シンボルは、３つ以上の論理的な状態を表す。即ち、光信号のバイナリ強度変調は、光受信機６２２の出力６１５をもたらし、元のコンテンツを表現しているバイナリ変調を有する電子信号を提供する。アナログ信号６１８を１６ＱＡＭなどのより複合的な変調方式で変調するために、変調器６１４は、ＱＡＭ変調器であり、したがって、フォトダイオード６１２から出力されたディジタルコンテンツに基づいてＩＦ信号のＱＡＭ変調を行う。

【0070】

これに合わせて、いくつかの実施形態では、システム６００の２相変調器６１４は、ＱＡＭ変調器６１４（即ち、それぞれのシンボルが３ビット以上を表現する変調器）で置き換えられる。これに合わせて、ＩＦ信号６１８の変調をＢＰＳＫなどのバイナリ変調方式（即ち、２つの論理的な状態）に制限するのではなくて、変調器６１４により、ＩＦ信号６１８は、より稠密な変調方式（即ち、ＱＡＭなど、シンボルが３つ以上の値を表現することができる方式）で変調されることができる。より複合的なＱＡＭ変調器は、より効率的なＩＦ信号６１８の変調を提供するが（ＱＡＭ対ＢＰＳＫ）、２相変調器と比べて、より複合的であり、より電力を必要とし、より重くかつ高価である。

【0071】

図７は、システム６００の復路の説明図である。利用者端末６０６は、バイナリ変調された信号を衛星６０４に送信する。アンテナの各素子（例えば、給電当たり単一ビームのアンテナ４０４、４０６）に連結されているスイッチ４０２は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４０８、周波数変換器４０９、及びディジタル復号器４１０を含む衛星トランスポンダの中から選択する。周波数変換器４０９は、受信した信号を利用者アップリンク周波数からＩＦにダウンコンバートする。復号器４１０は、受信したＩＦ信号上のバイナリ変調を復号する。これに合わせて、それぞれの復号器４１０の出力は、ディジタル信号である。ディジタル復号器４１０は、スイッチマトリックス４１６への入力に連結されている。スイッチマトリックス４１６により、利用者スポットビームのそれぞれを介して受信された信号は、各ＳＡＮ ６０２への光ダウンリンク上に有意なフェーディングが存在するかどうかに応じて異なる光リンク上に変調される（即ち、異なるＳＡＮ ６０２に送信される）ことができる。スイッチマトリックス４１６の出力は、光送信機６０７への入力に連結されている。それぞれの光送信機６０７は、図６に示されている上述の光送信機６０７と本質的に同じである。光スペクトルが、往路フィーダリンク上で使用されるのと本質的に同じ態様で使用される（図５を参照されたい）、いくつかの実施形態では、４つの光帯域モジュール６０８のそれぞれが、マトリックススイッチ４１６から１６個の出力を受信し、光送信機６０７に対して合計で６４個の入力になる。衛星が８つのＳＡＮ ６０２から光信号を受信することができる、いくつかの実施形態では、合計で５１２個の出力をスイッチマトリックス４１６から受信することができる８つのこのような光送信機６０７が存在する。それぞれの光送信機６０７は、光信号６６０を出力する。光信号６６０は、ＳＡＮ ６０２内の光受信機４１４の内部にあるレンズ４１２によって受信される。光受信機４１４及びレンズ４１２は、図４を参照して上述したように、衛星６０４の内部にある光受信機６２２及びレンズ６１０と本質的に同じである。これに合わせて、光受信機４１４の出力は、バイナリデータストリームである。光受信機の出力は、往路トラヒックをＳＡＮ ６０２に提供したネットワークなど、情報ネットワークに送信される。

【0072】

システム６００の復路リンクである、代替実施形態では、利用者端末６０６から衛星６０４への復路アップリンク上で使用される変調は、バイナリ変調よりも効率的な変調方式である。これに合わせて、バイナリ変調４１０は、より複合的な変調器４１０である。復調器４１０から出力されるバイナリデータは、利用者端末６０６によってＩＦ信号上に変調された変調シンボルを復号した結果である。例えば、利用者アップリンク上で１６ＱＡＭが使用された場合、復調器から出力される信号は、１６ＱＡＭシンボルによって表現された値のディジタルストリームである。変換器５０２から出力されたバイナリ信号は、スイッチマトリックス４１６への入力に連結されている。バイナリ復調器及び複合復調器４１０はどちらも、光送信機６０７によってフィーダダウンリンク上に送信される光信号のバイナリ変調を行うために使用されるディジタルデータストリームを出力する。

【0073】

図８は、第３の技術を実装するためのシステム８００の簡略化した概略図である。システム８００のいくつかの実施形態では、ＳＡＮ ８０２は、ＩＦ変換器１６０５へのベースバンドの入力に連結されている「ベースバンド」信号８０９として往路トラヒックを受信する。いくつかの実施形態では、７本の５００ＭＨｚ幅ベースバンドサブチャネル８０９が、３．５ＧＨｚ幅ＩＦ信号８１１に合成される。３．５ＧＨｚ幅信号８１１のそれぞれは、１つの利用者カバレッジエリア１８０１に送信される。図９は、システム８００内でのベースバンドサブチャネル８０９と、ＩＦ信号８１１と、光信号との間の関係を例示している。
使用可能な他の帯域幅の実施例には、５００ＭＨｚ（例えば、単一の５００ＭＨｚサブチャネル）、９００ＭＨｚ、１．４ＧＨｚ、１．５ＧＨｚ、１．９ＧＨｚ、２．４ＧＨｚ、又は任意の他の好適な帯域幅が挙げられる。

【0074】

図１０は、図８に示されているＳＡＮ ８０２など、ＳＡＮ ８０２の簡略化した説明図である。いくつかの実施形態では、６４個のベースバンドからＩＦへの変換器１６０５が存在し、これらは、４つのＩＦコンバイナ１６０２に組織化されて図示されており、それぞれのＩＦコンバイナは１６個の変換器１６０５を含む。ＩＦ変換器１６０２内でのベースバンドからＩＦへの変換器１６０５のグループ化は、図８では図を簡略化するために示されていない。６４個のベースバンドからＩＦへの変換器１６０５のそれぞれは、Ｓ個の入力を有しており、Ｓはサブチャネル８０９の本数である。サブチャネル８０９が帯域幅５００ＭＨｚを有し、かつ、信号８１１が帯域幅３．５ＧＨｚを有する、いくつかの実施形態では、Ｓは７に等しい。それぞれの入力は、サブチャネル８０９のうちの１つを対応する周波数変換器１６０６に連結する。周波数変換器１６０６は、サブチャネル８０９の部分集合（例えば、図１０ではＳ＝７）が加算器１６０８で加算されることができるように、周波数オフセットを提供する。これに合わせて、図１０に例示されているものなど、いくつかの実施形態では、ＳＡＮ ８０２は、それぞれが３．５ＧＨｚ幅の６４本のチャネルを処理する。いくつかの実施形態では、３．５ＧＨｚ幅の信号は、中心をＤＣに合わせることができる（即ち、ゼロＩＦ変調を使用する）。代替的には、信号８１１は、中心を特定のＲＦ周波数に合わせることができる。特定の一実施形態では、ＲＦ搬送波８１１は、中心をＲＦダウンリンク周波数に合わせられている（この場合、衛星は、以下に更に説明されるように、アップコンバータ６２６が不要になる）。それぞれの加算回路１６０８からの出力８１１は、６４個の光変調器６１１のうちの１つに連結されているＩＦ信号８１１である。６４個の光変調器６１１は、４つの光帯域モジュール６０８にグループ化されている。それぞれの光変調器６１１は、図６に示されている上述の光変調器６１１と本質的に同様に動作する。しかしながら、それぞれの光変調器６０８への入力８１１はアナログ信号なので、それぞれの光変調器６１１から出力される光信号は、ＩＦ信号８１１の振幅に従った振幅エンベロープを有する強度変調された光信号である。

【0075】

光コンバイナ６０９は、６４個の光変調器６１１のそれぞれからの出力を合成して、波長分割多重化（ＷＤＭ）合成光信号１６２４を生成する。ベースバンドからＩＦへの変換器１６０５の数、及び光帯域モジュール６０８内の光変調器６１１の数は、様々であり得る。図９に示されているように、４つの光変調器６１１は、中心に１１００ナノメートル、１３００ナノメートル、１５５０ナノメートル、及び２１００ナノメートルの波長を有する光信号を出力するように設計されることができる。

【0076】

システム８００では、光送信機６０７（図４の光送信機６０７と同様のもの）は、ＲＦ変調された合成光信号１６２４を放出する。ＲＦ変調された合成光信号１６２４は、衛星８０４の内部でレンズ６１０によって受信される（図８を参照されたい）。レンズ６１０は、光信号を衛星８０４に送信することができる複数のＳＡＮ ８０２のうちのいずれかに向けられることができる。レンズ６１０の出力は、フォトダイオード６１２（例えばＰＩＮダイオード）など、光検知器の入力に連結されている。フォトダイオード６１２は、光信号のエンベロープ（即ち、強度の外形）を検知し、光信号のエンベロープを電気信号に変換する。光信号はＩＦ信号８１１で強度変調されているので、フォトダイオード６１２から出力された、結果として生じた電気信号は、ＳＡＮ ８０２によって合成光信号１６２４上に変調されたＩＦ信号８１１と本質的に同じである。フォトダイオード６１２は、増幅器８０８に連結されている。次いで、増幅器８０８から出力された信号は、マトリックススイッチ６１６の入力に連結されている。マトリックススイッチ６１６は、図４に関して上で論じたマトリックススイッチ６１６と同様に機能する。これに合わせて、スイッチマトリックス６１６は、どの入力をスイッチマトリックス６１６の出力に連結するかを選択する。マトリックススイッチ６１６の出力は、信号８１１がゼロＩＦに位置している実施形態では上述のシステム６００の場合と同様に処理される。ＳＡＮ内でベースバンドからＩＦモジュール６０７へと出力された信号８１１が、衛星８０４からそのまま送信される周波数に位置している実施形態では、アップコンバータ６２６が不要であることを除けば、処理は同様になる。

【0077】

図１１は、システム８００の復路リンクの説明図である。システム８００の復路リンクは、本質的には図７に示されているのと同じである。しかしながら、利用者端末６０６が、バイナリ変調を有する信号を送信するのではなくて、利用者端末６０６は、より効率的な変調（例えば、ＱＰＳＫではなくて１６ＱＡＭ）を有する信号を送信する。これに合わせて、出力ディジタル復号器４１０は不要である。ダウンコンバータ８５０は、利用者アップリンク上で使用されているＲＦ周波数を適当なＩＦ周波数にダウンコンバートする。いくつかの実施形態では、ＩＦ周波数信号は、３．５ＧＨｚ幅のゼロＩＦ信号である。それぞれのダウンコンバータ８５０の出力は、スイッチマトリックス４１６の入力に連結されている。そのため、ＭＺＭ変調器６５２の入力（図６を参照されたい）は、スイッチマトリックス４１６からアナログ信号を受信する。これに合わせて、それぞれの光変調器６１１の出力は、強度エンベロープがダウンコンバータ８５０から出力された信号を追跡している、強度変調された光信号である。いくつかの実施形態では、光変調器６１１は、ＲＦ利用者アップリンク周波数を光信号上に直接変調する。これに合わせて、周波数変換器８５０は不要である。ダウンコンバータ８５０が利用者アップリンク周波数をゼロＩＦ信号に減少させる実施形態では、合成された光信号６６０は、図７に関して論じたのと同様に処理される。光信号が利用者アップリンク周波数で変調される実施形態では、ダウンコンバータは、モデム４１８内に、又は光受信機４１４からの信号をモデム４１８に連結する前に、含められてもよい。

【0078】

フィーダリンク上の信号を変調するための３つの異なる技術について論じてきたが、これらの技術のそれぞれは、第１のシステムアーキテクチャを使用しており、このアーキテクチャは、受信した搬送波を利用者スポットビームへ柔軟に割り当てることを可能にするためにマトリックススイッチ６１６を使用する衛星を有する。ここからは、第２及び第３のシステムアーキテクチャについて論じる。第２のシステムアーキテクチャは、オンボードビーム形成を有する衛星を含んでいる。第３のシステムアーキテクチャは、地上ビーム形成を使用する。

【0079】

図１２は、図４に示されている技術を使用したシステム１０００の簡略化した概略図である（即ち、光フィーダアップリンクをバイナリ変調で変調し、そのバイナリコンテンツを使用してＲＦ利用者ダウンリンクを変調する）。ただし、システム１０００は、衛星１００４がオンボードビーム形成を行うことができる、第２のシステムアーキテクチャを使用する。システム１０００は、上述のシステム６００と同様に動作する。しかしながら、それぞれの２相変調器６１４からのＩＦ出力は、スイッチマトリックス６１６ではなくて、加重／コンバイナモジュール１００６に連結されている。

【0080】

図１３は、Ｋ個の往路ビーム信号１００２が加重／コンバイナモジュール１００６内でビーム形成器入力モジュール１０５２によって受信される、加重／コンバイナモジュール１００６の簡略化したブロック図である。Ｋ個の信号１００２は、入力モジュール１０５２を介してＮ経路分割モジュール１０５４に送られる。Ｎ経路分割モジュール１０５４は、Ｋ個の信号１００２のそれぞれを、それぞれの往路ビーム信号のＮ個のコピーに分割し、Ｎは、Ｋ本の利用者スポットビームを形成するために使用されるアンテナアレイ内の素子の数である。

【0081】

図４に関して上述したシステムの実施例では、８個のアクティブなＳＡＮが存在し、それぞれが、６４本の光チャネルを含む光信号を送信している。６４本の光チャネルのそれぞれは、３．５ＧＨｚのＩＦ信号（即ち、往路ビーム信号）を搬送する。したがって、５１２個の往路ビーム信号（即ち、８個のＳＡＮ×６４個のＩＦ信号）が存在する。これに合わせて、Ｋ＝５１２である。いくつかの実施形態では、衛星は、５１２個のアレイ素子を有するアンテナアレイ１００８を有する。これに合わせて、Ｎ＝５１２である。

【0082】

Ｎ経路分割モジュール１０５４からのそれぞれの出力は、５１２個の加重及び加算モジュール１０５６のうちの１つの対応する入力に連結されている。５１２個の加重及び加算モジュール１０５６のそれぞれは、５１２個の加重回路１０５８を含む。５１２個の加重回路１０５８のそれぞれは、Ｎ経路分割モジュール１０５４から出力された５１２個の信号のうちの対応する１つに対して加重値を配する（即ち、増幅し、位相シフトさせる）。加重回路１０５８からの加重出力は、加算器１０６０によって加算されて、５１２個のビーム素子信号１０６２を形成する。５１２個のビーム素子信号１０６２のそれぞれは、ビーム形成器出力モジュール１０６４を介して出力される。図１２を再び見ると、加重／コンバイナモジュール１００６から出力された５１２個のビーム素子信号１０６２はそれぞれ、５１２個のアップコンバータ６２６のうちの対応する１つに連結されている。アップコンバータ６２６は、ＰＡ ６３０に連結されている。ＰＡ ６３０の出力はそれぞれ、アンテナアレイ１００８の５１２個のアンテナ素子のうちの対応する１つに連結されている。アンテナアレイは、直接放射型アレイ（それぞれのアンテナ素子が所望の方向に直接放出する）、アレイ給電反射器（それぞれのアンテナ素子が、全てのアンテナ素子によって共有されている反射器を照射する）、又は任意の他の好適なアンテナ構成のうちのいずれかにすることができる。アンテナアレイ１００８と加重コンバイナモジュール１００６との組み合わせは、フェーズドアレイアンテナとも称される。

【0083】

信号の相対加重値がフェーズドアレイアンテナ１００８内のそれぞれの位置で素子に適用されると、複数の加重された信号が互いの上に重なって、ひいてはコヒーレントに合成されて、利用者ビームを形成することになる。

【0084】

これに合わせて、複数の信号１００２に所望の加重を適用して、加重／コンバイナモジュール１００６から出力されるビーム素子信号１０６２を生成することにより、加重／コンバイナモジュール１００６のそれぞれの入力に印加された信号１００２は、複数の利用者ビームカバレッジエリアのうちの１つに向けられることができる。衛星１００４は、加重／コンバイナモジュール１００６及びアレイアンテナ１００８を使用して、任意の受信信号を任意の利用者ビームカバレッジエリアに向けることができるので、許容不可能なフェーディングを呈している特定のフィーダアップリンクを介して送信されることになっていた情報は、他のＳＡＮのうちの１つに送られることができる。これに合わせて、情報は、マトリックススイッチ６１６との関連で上述されているように、許容不可能なフェーディングを呈していないＳＡＮ ６０２を介して衛星１００４に送信されて、フィードリンク多様性を提供することができる。上述したようにレンズ６１０のうちの１つによって受信された信号をいくつかの利用者スポットビームで送信するために、同様の時分割多重化を行うことができる。

【0085】

オンボードビーム形成を有する衛星１００４を使用すると、複数のＳＡＮ ６０２から受信された信号に関してフィーダリンク多様性を可能にする柔軟性が提供される。オンボードビーム形成の使用は、図４に示されているスイッチマトリックス６１６を不要にする。同様のアーキテクチャは、復路（即ち、利用者アップリンク及びフィーダダウンリンク）上で用いられることができる。即ち、利用者地上端末６０６は、利用者アップリンク上で衛星１００４までＲＦ信号を送信する。アンテナアレイ１００８内の受信素子は、ＲＦ信号を受信する。加重／コンバイナモジュール１００６は、アンテナ１００８のそれぞれの受信素子によって受信された受信信号を加重して受信ビームを作成する。加重／コンバイナモジュール１００６からの出力は、ＲＦからＩＦにダウンコンバートされる。

【0086】

いくつかの実施形態では、アップコンバータ６２６が、加重／コンバイナモジュール１００６の、出力にではなくて、入力に配置される。したがって、ＲＦ信号（例えば、２０ＧＨｚの信号）が加重され、加算される。次いで、ビーム素子信号は、アンテナアレイ素子のそれぞれを介して送信される。

【0087】

いくつかの実施形態では、衛星は、いくつかの加重／コンバイナモジュールを有する（簡略化のために図示せず）。それぞれの加重／コンバイナモジュールへの入力は、１つ又は２つ以上の光受信機６２２に連結されている。いくつかの実施形態では、１つの光受信機６２２からの全ての出力は、同じ加重／コンバイナモジュールに連結されている。それぞれの加重／コンバイナモジュールは、Ｎ個の出力を生成する。それぞれの加重／コンバイナモジュールからのＮ個の出力は、１つのＮ素子アンテナアレイ（簡略化のために１つのみ図示されている）の素子に１対１で連結されている。これに合わせて、アンテナアレイ１００８と加重／コンバイナモジュール１００６との間に１対１の関係が存在する。

【0088】

いくつかの実施形態では、図１２に示されている第２のアーキテクチャ（即ち、オンボードビーム形成）は、システム６００と同様に、ＱＡＭ変調器６１４と共に使用される。ただし、衛星１１０４は、オンボードビーム形成を有する。

【0089】

図１４は、光信号がＳＡＮ ８０２においてＲＦ変調される図８に関して論じた技術を使用するシステム１２００の簡略化した概略図である。ただし、衛星アーキテクチャは、衛星１２０４がオンボードビーム形成能力を有する図１２及び図１１のものと同様である。ＳＡＮ ８０２、レンズ８１０、光検知器（フォトダイオード８１２など）、増幅器６１３、及びアップコンバータ６２６は全て、図８に関して説明したものと同様である。一方、加重／コンバイナモジュール１００６及びアレイアンテナ１００８は、図１０、図１０Ａ、及び図１１に関して説明したものと同様である。図１２で説明したアーキテクチャと同様に、加重／コンバイナ１００６及びアレイアンテナ１００８は、衛星１００４が、ＳＡＮ ８０２のうちの１つ又は２つ以上から受信された信号のコンテンツを利用者ビームカバレッジエリアのいずれかに送信することを可能にし、それにより、フィーダリンク多様性を提供する。したがって、ＳＡＮ ８０２から衛星へのフィーダアップリンクの１つ又は２つ以上が、許容不可能なフェーディングを有する場合、そのフィーダアップリンク上で送信されることになっていたコンテンツは、代わりに他のＳＡＮ ８０２のうちの１つを介して、許容不可能なフェーディングを呈していないフィーダアップリンクを使用して、送信されることができる。

【0090】

図１５は、光往路アップリンク１４０２及び無線周波数往路ダウンリンク１４０４を含む、第３のシステムアーキテクチャ（即ち、地上ビーム形成）を使用した衛星通信システム１４００の往路リンクの説明図である。いくつかの実施形態では、システム１４００は、５１２個の利用者ビームカバレッジエリア１８０１（以下に詳細に論じられている図１９を参照されたい）内に位置する利用者端末８０６と通信するための比較的大容量の高信頼性システムを作成するように、往路リンク地上ビーム形成器１４０６、衛星１４０８、及び比較的多数（Ｍ個）のＳＡＮ １４１０を含む。システム１４００の議論の全体を通して、実施例ではＭ＝８のＳＡＮ １４１０が示されている。しかしながら、Ｍ＝８は、単に都合のよい実施例でしかなく、システム１４００などの開示されるシステムを特定の数のＳＡＮ １４１０に制限することを意図するものではない。また、システム１４００の実施例では、６４本の光チャネルが示されている。更に、アンテナアレイは、５１２個の素子を有するものとして示されている。上述したように、特定の周波数、波長、アンテナアレイ素子、及び類似の並列チャネル、構成要素、デバイス、利用者ビームカバレッジエリアの数などは、本明細書に添付された特許請求の範囲によって明示的に制限されない限り、開示されるシステムが実装されることのできる態様に関する制限として見なされるべきではない。

【0091】

システム１４００を介して伝達される往路トラヒック（即ち、往路ビーム入力信号１４０７）は、最初にインターネットなどの発信源から、コアノード又は類似のエンティティなどの配信機器を介して（図示せず）、ビーム形成器１４０６に提供される。配信機器は、他の機能を行うことに加えて、送信用の周波数及び／又はタイムスロットの個々の利用者端末への割り当てを管理し、宛先が特定のビームとなる送信用データをグループ化してもよい。ビーム形成器１４０６への入力信号１４０７（又は往路ビーム入力信号１４０７によって搬送されている情報のいくらかの部分）は、５１２本の利用者ビームのそれぞれに向けられたデータストリーム（又は変調されたデータストリーム）を表現することができる。一実施形態では、５１２個の往路ビーム入力信号１４０７のそれぞれは、３．５ＧＨｚ幅ＩＦ信号である。いくつかの実施形態では、往路ビーム入力信号１４０７は、ビーム形成器１４０６の入力に連結されている合成３．５ＧＨｚ幅搬送波である。

【0092】

往路ビーム入力信号１４０７のそれぞれは、ビーム形成器１４０６によって利用者ビームカバレッジエリア１８０１に「向けられる」。ビーム形成器１４０６は、（図１６に関して以下に更に説明されるように）ビーム加重値を５１２個の往路ビーム入力信号１４０７に適用して、Ｎ個のビーム素子信号１４０９からなる集合を形成することによって、往路ビーム入力信号１４０７を特定の利用者ビームカバレッジエリア１８０１に向ける。一般には、ＮはＫ以上である。いくつかの実施形態では、Ｎ＝５１２及びＫ＝５１２である。５１２個のビーム素子信号１４０９は、増幅され、周波数変換されて、ＲＦビーム素子信号１４１１を形成する。それぞれは、Ｎ素子（即ち、５１２素子）アンテナアレイ１４１６の素子から送信される。ＲＦビーム素子信号１４１１は、利用者ビームカバレッジエリア１８０１内で互いの上に重なる。送信されたＲＦビーム素子信号１４１１の重ね合わせは、利用者ビームカバレッジエリア１８０１内で利用者ビームを形成する。

【0093】

いくつかの実施形態では、５１２個のビーム素子信号１４０９は、いくつかのＳＡＮ １４１０の間で分割される。これに合わせて、ビーム素子信号１４０９の部分集合（例えば、５１２／８）は、それぞれのＳＡＮ １４１０に連結されており、８はＳＡＮ １４１０の数である。したがって、８個のＳＡＮ １４１０の組み合わせは、ビーム形成器１４０６から衛星１４０８に５１２個のビーム素子信号１４０９を送信することになる。いくつかの実施形態では、ビーム形成器１４０６は、ＳＡＮ １４１０のうちの１つと同じ場所に位置する。代替的には、ビーム形成器１４０６は別の場所に位置する。更に、いくつかの実施形態では、ビーム形成器１４０６は、いくつかの場所の間で分散されていてもよい。このような一実施形態では、ビーム形成器１４０６の部分は、それぞれのＳＡＮ １４１０と同じ場所に位置する。ビーム形成器１４０６のこのようなそれぞれの部分は、往路トラヒック１４０７の全てを受信するが、ビーム形成器１４０６のその部分と同じ場所に位置するＳＡＮ １４１０に送信されるそれらの６４（即ち、５１２／８）個の信号１４０９のみにビーム加重値を適用する。いくつかの実施形態では、いくつかのビーム形成器が提供される（簡略化のために図示せず）。それぞれのビーム形成器は、Ｎ個の出力（即ち、ビーム素子信号）を生成する。Ｎ個のビーム素子信号は、衛星１４０８上の１つのＮ素子アンテナアレイ（簡略化のために１つのみ図示されている）の素子に１対１で連結されることになる。これに合わせて、アンテナアレイ１４１６とビーム形成器１４０６との間に１対１の関係が存在する。１つのビーム形成器１４０６からのビーム素子の全てが、１つのＳＡＮ １４１０を介して衛星１４０８に送信される、いくつかの実施形態では、別のＳＡＮ １４１０からの送信のタイミングを調整する必要はない。代替的には、同じビーム形成器１４０６から出力されたビーム素子が異なるＳＡＮを介して衛星１４０８に送信される実施形態では、ビーム素子信号のタイミングは、以下に更に論じるようにタイミング制御を使用して考慮される。

【0094】

アンテナアレイ１４１６のＮ個の素子のそれぞれから送信されたＲＦビーム素子信号１４１１のそれぞれの間の位相関係、及びそれぞれの相対振幅により、ビーム素子信号が適切に重なって、所望の利用者ビームカバレッジエリア１８０１内にビームが形成されるかどうかが決まる。８個のＳＡＮ １４１０（即ち、Ｍ＝８）が存在するいくつかの実施形態では、それぞれのＳＡＮ １４１０は、６４個のビーム素子信号１４０９を受信する。

【0095】

５１２個のＲＦビーム素子信号１４１１の互いに対する位相及び振幅の関係を維持するために、ビーム形成器１４０６は、Ｎ個のビーム素子信号１４０９に加えて、８個のタイミングパイロット信号１４１３をそれぞれのＳＡＮ １４１０に対して１つずつ出力する。それぞれのタイミングパイロット信号１４１３は、ビーム形成器１４０６からそれぞれのＳＡＮ １４１０への送信時には、他のタイミングパイロット信号と揃っている。加えて、それぞれのタイミングパイロット信号１４１３の振幅は等しくなっている。

【0096】

図１６は、往路ビーム形成器１４０６の詳細な説明図である。往路ビーム形成器１４０６は、システム１４００を介して送信される往路トラヒックを表している５１２個の往路ビーム信号１４０７を受信する。信号１４０７は、マトリックス乗算器１５０１によって受信される。マトリックス乗算器１５０１は、ビーム形成器入力モジュール１５０２、５１２経路分割モジュール１５０４、並びに５１２個の加重及び加算モジュール１５０６を含む。マトリックス乗算器の他の配置、実装、又は構成を使用することができる。５１２個の往路ビーム信号１４０７のそれぞれは、５１２個の利用者ビームカバレッジエリア１８０１のうちの対応する１つの内部で受信されることが意図されている。これに合わせて、５１２個の利用者ビームカバレッジエリア１８０１と５１２個の往路ビーム信号１４０７との間には１対１の関係が存在する。いくつかの実施形態では、往路トラヒックをビーム形成器１４０６に提供する配信機器（例えば、コアノード）は、特定の利用者ビームカバレッジエリア１８０１に送信される情報が、その利用者ビームカバレッジエリア１８０１に対応した往路ビーム入力信号１４０７の内部に含まれていることを保証する。

【0097】

５１２経路分割モジュール１５０４は、５１２個の往路ビーム信号１４０７のそれぞれを５１２個の全く同じ信号に分割し、その結果、５１２×５１２（即ち、Ｎ×Ｋ）個の信号が５１２経路分割モジュール１５０４から出力される。Ｎが５１２に等しく、かつ、Ｋが５１２に等しい場合、分割モジュール１５０４は、５１２×５１２＝５２４，２８８個の信号を出力する。分割モジュール１５０４から出力された５１２個の一意の信号は、５１２個の加重及び加算モジュール１５０６に連結されている。加重及び加算モジュール１５０６のそれぞれに連結されている信号は、往路ビーム加重値発生器１５０８によって計算されたビーム加重値に従って加重される（即ち、位相シフトされ、振幅調整される）。同じアレイ素子Ｎに対応した５１２個の加重された信号のそれぞれは、５１２個の加算器１５１２のうちの１つで加算される。

【0098】

加算器１５１２からの６４個の出力からなるそれぞれのグループが、８個のＳＡＮ １４１０のうちの異なる１つに連結され、そのＳＡＮによって送信されることになるので、タイミングモジュール１５１４が提供されている。タイミングモジュール１５１４は、６４個のＩＦビーム素子信号１４０９からなるそれぞれのグループが、利用者ビームカバレッジエリア１８０１に適当な時間に到着することを保証して、信号１４０９の重ね合わせが利用者ビームの適切な形成を確実にもたらすように、ビーム素子信号１４０９がビーム形成器から送信されるタイミングを調整する。代替的には、往路ビーム加重値は、それぞれのＳＡＮ １４１０から衛星１４０８への経路の長さ及び特性の差異を考慮して生成されることができる。これに合わせて、信号２１２２は、往路ビーム加重値発生器１５０８に連結されることになるであろう。いくつかの実施形態では、タイミングモジュール１５１４は、往路ビーム形成器１４０６からそれぞれのＳＡＮ １４１０に送信されるタイミングパイロット信号１４１３を生成する。いくつかの実施形態では、１つのタイミングパイロット信号１４１３が生成され、等しい振幅の８つのコピーに分割され、それぞれのＳＡＮ １４１０に１つのコピーが送信される。代替的には、コピーの振幅は所定の比であってよい。タイミングパイロット信号１４１３間の比が既知である限り、ＲＦビーム素子信号１４１１は、それらが互いと重なって所望の利用者スポットビームを確実に形成するように、等化されることができる。ビーム形成器１４０６内のタイミングモジュール１５１４でアラインメントへの補正が行われるいくつかの実施形態では、往路ビーム形成器１４０６が、それぞれのＳＡＮ １４１０への信号のアラインメントに対する補正を決定することができるように、それぞれのＳＡＮ １４１０は、ＳＡＮタイミング補正信号１４１９から算出された信号２１２２をビーム形成器へのタイミング制御入力に戻す。いくつかの実施形態では、ＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、その後、ビーム素子信号１４０９のタイミングを調整するために、タイミングモジュール１５１４によって使用される。他の実施形態では、ＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、ビーム形成器１４０６からＳＡＮ １４１０のそれぞれを介して衛星１４０８に至るまでの経路の差異を考慮するようにビーム加重値を調整するために、往路ビーム加重値発生器１５０８によって使用される。上述したように、アラインメントへの補正は、それぞれのＳＡＮ １４１０において代替的に行われることができる。

【0099】

ビーム素子信号１４０９が適切に加重され、必要なタイミング調整が全て行われた後、５１２個の信号１４０９のそれぞれは、ＳＡＮ １４１０のうちの１つに連結されている。即ち、８個のＳＡＮ １４１０のそれぞれは、６４個のビーム素子信号１４０９（即ち、５１２／８）を往路ビーム形成器１４０６から受信する。それぞれのＳＡＮ １４１０内の光送信機１４０１は、受信するそれらの６４個のビーム素子信号１４０９を受信し、多重化し、光搬送波上に変調する。

【0100】

図１７は、システム１４００のいくつかの実施形態で使用される光送信機１４０１の説明図である。光送信機１４０１は、図１０に関して上で論じた光送信機６０７と同様である。しかしながら、入力信号１４０９は、ビーム形成器１４０６によってビーム加重されているので異なる。更に、ビーム形成器１４０６によって提供されるタイミングパイロット信号１４１３は、光変調器６１１に連結されており、その光変調器６０８内の光源６５４の波長によって決定される、同じ光帯域モジュール１４０３内の他の光変調器６１１の帯域と同じ帯域内で光搬送波上に変調される。いくつかの実施形態では、それぞれの光帯域モジュール１４０３は全く同じである。ただし、タイミングパイロット信号１４１３を変調することは、単に１つのこのような光帯域モジュール１４０３で行われさえすればよい。代替的には、図１７に示されているように、１つの光帯域モジュール１４０３のみが、タイミングパイロット信号１４１３を変調するように構成されている。他の光帯域モジュール６０８は、図６に示されている上述した光帯域モジュール６０８と同様であってよい。いずれの実施形態でも、８個のＳＡＮ １４１０がそれぞれ、６４個のビーム素子信号１４０９を受信し、図５に示されているように、それらを４つの異なる光帯域内の１６本の光チャネル上に変調する、システムでは、それぞれのＳＡＮ １４１０において光送信機１４０１内に４つの光帯域モジュールが存在する。

【0101】

タイミングパイロット信号１４１３は、衛星までＩＦビーム素子信号１４０９と同じ経路を進む。したがって、衛星１４０８において、それぞれのＳＡＮ １４１０から送信されたタイミングパイロット信号の到着時間を比較することにより、ＩＦビーム素子信号の到着時間の差を決定することができ、そして補正信号を生成し、それぞれのＳＡＮ １４１０に送信することができる。光送信機６０７と同様に、図１７に示されているそれぞれの光変調器６１１によって出力された光チャネル９１５は、光コンバイナ６０９で合成される。合成光信号１６２４は、光送信機１４０１内の光学レンズ２００２から放出される。光学レンズ２００２は、光信号を衛星１４０８に送信することができる光信号送信機として動作する。

【0102】

６４個のビーム素子信号１４０９及びタイミングパイロット信号１４１３を含む、ＳＡＮ １４１０のそれぞれからの合成光信号１６２４は、光往路アップリンク１４０２上で衛星１４０８に送信され、衛星１４０８内の８個の光受信機１４１２のうちの１つによって受信される。衛星１４０８内の８個の光受信機１４１２のそれぞれは、合成光信号１６２４から６４本の光チャネル９１５を逆多重化する。

【0103】

図１８は、衛星１４０８（図１５を参照されたい）の構成要素をより詳細に示している。衛星１４０８は、地上ビーム形成を使用したシステムのいくつかの実施形態によれば、図１５を参照して上述したように、往路リンクを受信及び送信する。衛星１４０８の往路リンクの構成要素には、８個の光受信機１４１２、８個の増幅器／変換器モジュール１４１４、及び５１２素子アンテナアレイ１４１６が挙げられる。システム１４００のいくつかの実施形態では、８個のＳＡＮが存在する（即ち、Ｍ＝８）、図９、図１３、及び図１６に示されている実施形態と同様に、受信された合成信号１６２４は、それぞれ１６本からなる４つの帯域に分割されている６４本の光チャネルを含み、光チャネルのそれぞれは３．５ＧＨｚ幅のＩＦチャネルを搬送する。更に、Ｋ＝５１２個の利用者ビームカバレッジエリア１８０１及びアンテナアレイ内のＮ＝５１２個の素子が存在する。本議論の他の場所に述べられているように、これらの数は、単に実施例として及び議論を容易にするために提供されているに過ぎない。

【0104】

それぞれの光受信機１４１２は、対応する増幅器／変換器モジュール１４１４と関連付けられている。光受信機１４１２はそれぞれ、レンズモジュール１７０１、及びフォトダイオード１７０３など、複数の光検知器を含む。レンズモジュール１７０１は、レンズ１７０２（いくつかの実施形態では、図４に関して上述したレンズ６１０と同様のものであってよい）、光逆多重化装置１７０４、複数の光逆多重化装置１７０６、及び複数の出力レンズ１７０８を含む。

【0105】

動作中、合成光信号１６２４は、８個のＳＡＮ １４１０のそれぞれから受信される。レンズ１７０２は、それぞれの合成光信号１６２４を受信するように提供されている。いくつかの実施形態では、レンズ１７０２は、レンズ１７０２が受信する合成光信号１６２４の発信元となるＳＡＮ １４１０に焦点を合わせる（いくつかの実施形態では、機械的に向けられる）ことができる。レンズ１７０２は、別のＳＡＮ １４１０に向くように、後で焦点を合わせ直すことができる。レンズ１７０２はいくつかのＳＡＮ １４１０のうちの１つから合成光信号１６２４を受信するように焦点を合わせることができるため、衛星１４０８は、より大きな数の８＋Ｘ個のＳＡＮ １４１０の中から選択された８個のＳＡＮ １４１０から信号を受信することができる。いくつかの実施形態では、Ｘ＝２４である。したがって、３２個の異なるＳＡＮ １４１０が、システムで利用者ビームカバレッジエリア１８０１に伝達されることが意図されている情報を受信することができる。しかしながら、３２個のＳＡＮ １４１０のうちの８個のみが、送信される情報を有し、衛星１４０８によって受信されるように、選択される。

【0106】

次に、衛星１４０８の往路リンクを介した、合成光信号１６２４のうちの１つの信号経路を詳細に説明する。８個の受信された合成光信号１６２４によって取られる、衛星１４０８の往路リンクを介した８本の信号経路のそれぞれは、全く同じに機能することを理解されたい。レンズ１７０２によって受信される合成光信号１６２４は、光逆多重化装置１７０４に向けられる。図９に例示されている変調方式を使用したシステムでは、光逆多重化装置１７０２は、合成光信号１６２４を４つの帯域９０７、９０９、９１１、９１３に分割する（図９を参照されたい）。即ち、光逆多重化装置１７０４は、合成光信号１６２４を送信したＳＡＮ １４１０がビーム素子信号１４０７を変調した４つの光波長に合成光信号１６２４を分割する。光逆多重化装置１７０４からの光出力のそれぞれは、対応する光逆多重化装置１７０６に連結されている。４つの光逆多重化装置１７０６のそれぞれは、５１２／（４×８）個の光信号を出力し、合計で４×（５１２／（４×８）＝５１２／８＝６４個の光信号になる。４つの光逆多重化装置１７０６から出力された１６個の光信号のそれぞれは、出力レンズ１７０８に向けられている。出力レンズ１７０８のそれぞれは、対応する光信号の焦点をフォトダイオード１７０３などの対応する光検出器の上に合わせている。それぞれのフォトダイオード１７０３は、その入力側で光信号の振幅エンベロープを検知し、検知した振幅エンベロープに対応するＲＦ送信ビーム素子信号１４１８を出力する。これに合わせて、光受信機１４１２から出力されたＲＦ送信ビーム素子信号１４１８は、本質的に、ＳＡＮ １４１０によって光信号上に変調されたビーム素子信号１４０９である。

【0107】

次いで、ＲＦ出力信号は、増幅器／変換器モジュール１４１４に連結されている。増幅器／変換器モジュール１４１４は、５１２／８本の信号経路を含む。いくつかの実施形態では、それぞれの信号経路は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１７１０、周波数変換器１７１２、及びＰＡ １７１４を含む。他の実施形態では、信号経路は、周波数変換器１７１２及びＰＡ １７１４のみを含む。更に他の実施形態では、信号経路はＰＡ １７１４のみを含む（ＳＡＮによって生成された給電信号が既に所望の往路ダウンリンク周波数にある場合は、周波数変換器１７１２を省略することができる）。周波数変換器１７１２は、ＲＦ送信ビーム素子信号１４１８を往路ダウンリンク搬送波周波数に周波数変換する。いくつかの実施形態では、それぞれのアップコンバータ１７１２の出力は、中心周波数２０ＧＨｚでのＲＦ搬送波である。８個の増幅器／変換器モジュール１４１４からの５１２個の出力のそれぞれは、５１２素子アンテナアレイ１４１６の５１２個の素子のうちの対応する１つに連結されている。したがって、アンテナアレイ１４１６は、５１２個の往路ダウンリンクビーム素子信号１７１８を送信する。

【0108】

図１９は、いくつかの実施形態により、米国本土の上に形成された利用者ビームカバレッジエリア１８０１の説明図である。他の実施形態では、利用者ビームカバレッジエリアは、異なる場所に、異なる間隔及びパターンで、位置してもよい。図４、図８、及び図１２に示されている実施形態など、いくつかの実施形態では、アンテナのそれぞれの給電部は、利用者スポットビームを１つの利用者ビームカバレッジエリアに向けるように焦点を合わせられている。図１０、図１１、図１２、図１４、及び図１４Ａに示されているものなど、他の実施形態では、５１２個の往路ダウンリンクビーム素子信号１７１８は、利用者ビームカバレッジエリア１８０１に向けられた利用者ビームを形成するように互いの上に重ねられる。図１９に示されているように、利用者ビームカバレッジエリアは、利用者ビームカバレッジエリア１８０１よりも実質的に大きい衛星サービスエリアの上に分散されている。５１２素子アンテナアレイ１４１６は、往路ダウンリンク１４０４を介してＲＦビーム素子信号１４１１を５１２個の利用者ビームカバレッジエリア１８０１のそれぞれに送信する。それぞれの利用者ビームカバレッジエリア１８０１内にある利用者端末８０６は、５１２素子アンテナアレイ１４１６の５１２個の素子のそれぞれから送信されたＲＦビーム素子信号１４１１の重ね合わせによってその特定の利用者ビームカバレッジエリア１８０１に向けられた利用者ビームを受信する。

【0109】

それぞれの光受信機１４１２から出力されたＩＦビーム素子信号１４１８に加えて、それぞれの光受信機１４１２は、合成光信号１６２４から衛星タイミング信号１４１５を逆多重化する。衛星タイミング信号１４１５は、それぞれの受信機１４１２から出力され、対応する増幅器／変換器モジュール１４１４に連結されている。増幅器／変換器モジュール１４１４内のＬＮＡ １７１０は、衛星タイミング信号１４１５を増幅する。ＬＮＡ １７１０の出力１４１６は、衛星タイミングモジュール１４１７に連結されている。いくつかの実施形態では、衛星タイミングモジュール１４１７は、それぞれの光受信機１４１２によって受信された衛星タイミング信号１４１５を比較して、それらが揃っているかどうかを判断する。衛星タイミングモジュール１４１７は、８個のＳＡＮ １４１０のそれぞれに１つ戻される、８個のＳＡＮタイミング補正信号１４１９を出力する。いくつかの実施形態では、それぞれのＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、復路増幅器／変換器モジュール１９０４への入力に連結されている（図２４を参照されたい）。それぞれのＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、増幅され、往路ダウンリンク周波数に周波数変換され、ＳＡＮ １４１０内で提供されている光送信機１４０１と同様の、衛星１４０８内の８個の光送信機１４０１のうちの１つへの入力に連結されている。いくつかの実施形態では、８個のうちの１つは、他の７個のための参照である。これに合わせて、参照衛星タイミング信号を送信したＳＡＮ １４１０から送信された信号のタイミングに対して補正は行われない。したがって、そのＳＡＮ １４１０には、ＳＡＮタイミング補正信号１４１９は送信されない。ＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、衛星１４０８によってそれぞれのＳＡＮ １４１０に送信されたそれぞれの合成光信号上に変調されている。

【0110】

それぞれのＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、タイミングパイロット信号１４１３が他のタイミングパイロット信号（例えば、参照衛星タイミング信号１４１５）に対してどのくらいずれているかを示すタイミングアラインメント情報を提供する。いくつかの実施形態では、タイミング情報は、ＳＡＮ １４１０を介してビーム形成器１４０６内のタイミングモジュール１５１４（図１６を参照されたい）に送信される。タイミングモジュール１５１４は、それぞれのＳＡＮ １４１０にビーム素子のアラインメントを送信する前に、それらを調整する。代替的には、タイミングアラインメント情報は、ＳＡＮ １４１０からの送信のタイミングを調整して、それぞれのＳＡＮ １４１０からのＲＦビーム素子信号１４１１が揃った状態で衛星１４０８に到着するように、それぞれのＳＡＮ １４１０によって使用される。図２０は、ビーム素子信号１４０９及びタイミングパイロット信号１４１３のタイミングを調整するためのタイミングモジュール１４６２を有する光送信機１４６０の説明図である。タイミングモジュール１４６２は、衛星１４０８から（以下に更に論じられている）復路ダウンリンクを介してタイミング制御信号１４６４を受信する。タイミングモジュールは、適当な遅延を信号１４０９、１４１３に適用して、ＳＡＮ １４１０によって送信された信号をシステム１４００の他のＳＡＮ １４１０によって送信された信号と揃える。

【0111】

代替実施形態では、タイミング調整は、衛星タイミングモジュール１４１７によって生成された制御信号に基づいて衛星内のＲＦビーム素子信号１４１１に対して行うことができる。いくつかのこのような実施形態では、制御信号は、それぞれのＲＦビーム素子信号１４１１に対して光受信機１４１２とアンテナアレイ１４１６との間の信号経路内に配されるプログラム可能な遅延を制御する。

【0112】

代替実施形態では、衛星タイミング信号１４１５のうちの少なくとも２つが、衛星からそれぞれのＳＡＮ １４１０に返信される。第１は、全てのＳＡＮに返信される共通衛星タイミング信号１４１５である。即ち、受信された衛星タイミング信号１４１５のうちの１つは、他の全てがそれに揃えられることになる標準として選択される。第２は、衛星タイミング信号１４１５のループバックである。共通衛星タイミング信号１４１５をループバック衛星タイミング信号１４１５と比較することにより、それぞれのＳＡＮ １４１０は、２つの信号を揃えるために、ひいてはそれぞれのＳＡＮ １４１０からのＩＦビーム素子信号１４１８を衛星１４１０内で揃えるために必要な調整量を決定することができる。

【0113】

図２１は、Ｋ個の往路ビーム入力信号１４５２のそれぞれがＳ本の５００ＭＨｚ幅のサブチャネルを含んでいるシステム１４５０である。いくつかの実施形態では、Ｋ＝５１２及びＳ＝７である。例えば、いくつかの実施形態では、７本の５００ＭＨｚ幅のサブチャネルは、１つの利用者カバレッジエリア１８０１に送信される。図２２は、往路ビーム入力信号１４５２が７本の５００ＭＨｚ幅のサブチャネルを含み、それぞれがビーム形成器１３００への一意の入力に連結されている、ビーム形成器１３００の説明図である。これに合わせて、上述したように、サブチャネルは、図１４、図１５に示されているように、ＩＦ搬送波に合成された後にビーム形成されることができる。代替的には、図１４Ａ、図１３に示されているように、サブチャネル１４５２は、ビーム形成器１３００を使用して、合成される前にビーム形成されることができる。これに合わせて、ビーム形成器１３００は、Ｓ×Ｎ個のビーム素子信号を出力し、（Ｓ×Ｎ）／Ｍ個のこのようなビーム素子信号が、それぞれのＳＡＮ １４１０に送信される。例示的なシステム１４５０では、Ｓ＝７、Ｎ＝５１２、及びＭ＝８である。上述したように、これらの数は、都合のよい実施例として提供されており、システム１４５０などのシステムをこれらの特定の値に制限することを意図するものではない。

【0114】

図２２は、それぞれの搬送波がＳ本のサブチャネル１４５２を含むビーム形成器１３００の簡略化したブロック図であり、ここでは、Ｓ＝７である。サブチャネル１４５２のそれぞれは、独立した入力としてビーム形成器１３００内のマトリックス乗算器１３０１に提供されている。したがって、５１２×７本のサブチャネル１４５２がマトリックス乗算器１３０１に入力される。ここで、形成される利用者スポットビームは５１２個であり、７はそれぞれの搬送波内でのサブチャネルの本数である。即ち、Ｋ＝５１２及びＳ＝７である。５１２経路分割器１３０４は、５１２×７本のサブチャネル１４０７のそれぞれを受信し、５１２はアンテナアレイ１４１６内の素子の数である。代替的には、Ｎはアンテナ素子の任意の数であってよい。それぞれのサブチャネル１４５２は、５１２本の経路に分割される。これに合わせて、５１２×５１２×７個の信号が、分割器１３０４から三次元マトリックスで出力される。信号１，１，１～１，Ｋ，１（即ち、Ｋ＝５１２の場合は１，５１２，１）は、加重及び加算モジュール１３０６で加重され、加算される。同様に、信号１，１，７～１，５１２，７は、加重及び加算モジュール１３１３で加重され、加算される。類似の方法で、他の加重及び加算モジュールのそれぞれは、分割器１３０４からの出力を加重受信し、同出力を加重し、加算する。加重及び加算モジュール１３０６、１３１３からの５１２×７個の出力は、タイミングモジュール１５１４の入力に連結されている。タイミングモジュールは、上で論じたビーム形成器１４０６のタイミングモジュール１５１４と本質的に同じに機能する。ビーム形成器１３００は、５１２×７個のビーム素子信号１４５４をＳＡＮ １４１０に出力する。８個のＳＡＮ １４１０のそれぞれは、ＩＦコンバイナ１６０２を含む。

【0115】

図２３は、システム１４５０のＳＡＮ １４５６の説明図である。いくつかの実施形態では、第１のベースバンドからＩＦへの変換器８０５は、図１０に関して上で論じたベースバンドからＩＦへの変換器８０５と類似した方法で動作する。変換器８０５は、７個の５００ＭＨｚビーム素子信号１４５４の組み合わせである信号８１１を出力する。加えて、いくつかの実施形態では、ベースバンドからＩＦへの変換器１６０５のうちの少なくとも１つは、追加の周波数変換器１６０７を含む。追加の周波数変換器１６０７は、ビーム形成器１３００からタイミングパイロット信号１４１３を受信する。タイミングパイロット信号１４１３は、ビーム素子サブチャネル１４５２と合成され、光送信機６０７に連結されている。光送信機６０７に連結されているＩＦ信号８１１のそれぞれは、それぞれのＳＡＮ １４１０の光コンバイナ６０９で合成されて、送信合成光信号１６２４を形成する。タイミングパイロット信号１４１３は、周波数変換器１６０７の入力に連結されている。周波数変換器１６０７は、タイミングパイロット信号を、加算器１６０８によってビーム素子信号１４５４と加算されることができる周波数に配する。代替的には、タイミングパイロット信号１４１３は、タイミングパイロット信号１４１３を変調することに特化した追加の光変調器１６１０に直接連結されることができる。追加の変調器１６１０の出力は、コンバイナ６０９に連結されており、タイミングパイロット信号専用の一意の光チャネル上で他の信号と合成される。

【0116】

図２４は、地上ビーム形成を有するシステム１４００の復路リンクの説明図である。５１２個の利用者ビームカバレッジエリア１８０１のうちの複数内に位置する利用者端末８０６は、ＲＦ信号を衛星１４０８に送信する。衛星１４０８上の５１２素子アンテナアレイ１９０２（アンテナアレイ１４１６と同じであってもなくてもよい）は、利用者端末８０６からのＲＦ信号を受信する。５１２素子アンテナアレイ１９０２からの５１２／８個の出力は、８個の増幅器／変換器モジュール１９０４のそれぞれに連結されている。即ち、アンテナアレイ１９０２のそれぞれの素子は、増幅器／変換器モジュール１９０４のうちの１つの内部にある１つのＬＮＡ １９０６に連結されている。それぞれのＬＮＡ１９０６の出力は、周波数変換器１９０８及び前置増幅器１９１０への入力に連結されている。ＬＮＡ １９０６の増幅された出力は、ＲＦ利用者アップリンク周波数からＩＦに周波数ダウンコンバートされる。いくつかの実施形態では、ＩＦ信号は帯域幅３．５ＧＨｚを有する。いくつかの実施形態では、前置増幅器１９１０は、光搬送波上への変調の前に追加の利得を提供する。それぞれの増幅器／変換器モジュール１９０４の出力は、図４の光送信機６０７と同様に、８個の光送信機１４０１のうちの１つへの対応する入力に連結されている。８個の光送信機１４０１のそれぞれは、光信号を出力し、対応するＳＡＮ １４１０に送信する。ＳＡＮ １４１０は光信号を受信する。ＳＡＮ １４１０は、５１２／８個の復路ビーム素子信号１９１４をダウンリンクビーム形成器１９１６に出力する。ダウンリンクビーム形成器１９１６は、復路ビーム素子信号１９１４を処理し、それぞれが５１２個の利用者ビームカバレッジエリア１８０１のうちの１つに対応する、５１２個のビーム信号１９１８を出力する。

【0117】

増幅器／変換器モジュール１９０４から光送信機６０７に提供されたＩＦ信号はそれぞれ、５１２／８個の光変調器６１１のうちの１つに連結されている。例えば、アンテナアレイ１９０２内に５１２個の素子が存在し（即ち、Ｎ＝５１２）、かつ、システム１９００内に８個のＳＡＮ １４１０が存在すると、５１２／８＝６４になる。図９に示されているものなど、４つの帯域に分割された波長の上にＩＦ信号が変調されるシステムでは、光変調器６１１は、５１２／（４×８）個の光変調器６１１を有する光帯域モジュール６０８にグループ化される。

【0118】

それぞれの光変調器６１１は、上述の、図１０に示されているＳＡＮ １４１０のアップリンク光モジュール６１１と本質的に同じである。同じ光帯域モジュール６０８内のそれぞれの光変調器６１１は、１６個の波長λのうちの１つを有する光信号を生成する光源６５４を有する。これに合わせて、それぞれの光変調器６１１の出力は様々な波長になる。同じ光帯域モジュール６０８内で生成されたそれらの光信号は、同じ光帯域内にある波長を有することになる（即ち、図９に示されている事例の場合、例えば、光帯域は１１００ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び２１００ｎｍである）。それらの光信号のそれぞれは、波長λ２に基づいた帯域内の１６本の光チャネルのうちの１つにあることになる。それぞれの光変調器６１１からの光出力は、光コンバイナ６０９に連結されている。光コンバイナ６０９の出力は、光学レンズ２０１６を介してＳＡＮ １４１０のうちの１つに送信される合成光信号である。光学レンズ２０１６は、いくつかのＳＡＮ １４１０のうちの１つに向けられることができる。これに合わせて、８個の光送信機はそれぞれ、８個の光信号のうちの１つを８個のＳＡＮ １４１０のうちの１つに送信する。８個のＳＡＮからなる特定の集合は、候補ＳＡＮのより大きなグループから衛星とそれぞれの候補ＳＡＮとの間の光リンクの品質に応じて選択されることができる。

【0119】

図２５は、復路リンク内のＳＡＮ １４１０のうちの１つの説明図である。光受信機６２２は、衛星からレンズ２０１６によってＳＡＮ １４１０に向けられた光信号を受信するレンズ２１０２を含む。光帯域逆多重化装置２１０４は光信号を光帯域に分離する。例えば、４つのこのような帯域が存在するいくつかの実施形態では、４つの光出力２１０６のそれぞれは、光チャネル逆多重化装置２１０８に連結されている。光チャネル逆多重化装置２１０８は、衛星１４０８内で合成された５１２／（４×８）個の信号を分離する。４つの光チャネル逆多重化装置２１０８からの出力のそれぞれは、光チャネル逆多重化装置２１０８の光出力の焦点をフォトダイオード２１１２などの光検知器上に合わせる、対応するレンズ２１１０に連結されている。フォトダイオード２１１２からの出力信号２１１６はそれぞれ、５１２／８個のＬＮＡ ２１１４のうちの１つに連結されている。それぞれのＬＮＡ ２１１４からの出力は、復路リンクビーム形成器１９１６に連結されている（図２４を参照されたい）。加えて、光受信機６２２からの１つのチャネル出力は、本質的には衛星タイミングモジュールによって復路増幅器／変換器モジュール１４１４に提供されたＳＡＮタイミング補正信号１４１９（図１８を参照されたい）であるタイミング補正信号１４６４を出力する。いくつかの実施形態では、タイミング補正信号１４６４は、タイミングパイロットモデム２１２０に連結されている。タイミングパイロットモデムは、往路ビーム形成器１４０６に送信される信号２１２２を出力する。他の実施形態では、タイミング補正信号１４６４は、上で論じたタイミングモジュール１４６２（図２０を参照されたい）のタイミング制御入力に連結されている。

【0120】

図２６は、開示される技術のいくつかの実施形態による復路ビーム形成器１９１６をより詳細に例示している。５１２個の出力信号２１１６のそれぞれは、復路ビーム形成器１９１６によってＳＡＮ １４１０のそれぞれから受信される。復路ビーム形成器は、ビーム形成入力モジュール２２０３、タイミングモジュール２２０１、マトリックス乗算器２２００、及びビーム形成器出力モジュール２２０５を含む。マトリックス乗算器２２００は、Ｋ経路分割モジュール２２０２及び５１２個の加重及び加算モジュール２２０４を含む。マトリックス乗算器２２００は、ビーム信号のベクトルに加重マトリックスを乗じる。マトリックス乗算器２２００の他の配置、実装、又は構成を使用することができる。それぞれの信号２１１６は、ビーム形成器１９１６によってビーム形成器入力モジュール２２０３で受信され、タイミングモジュール２２０１に連結されている。タイミングモジュール２２０１は、衛星からＳＡＮ １４１０まで及びＳＡＮ １４１０から復路ビーム形成器１９１６までの経路の長さ及び特性におけるあらゆる差異が考慮されることを保証する。いくつかの実施形態では、これは、１つのパイロット信号を復路ビーム形成器１９１６からそれぞれのＳＡＮ １４１０に衛星に至るまで送信し、ＳＡＮ １４１０を介してこのパイロット信号を復路ビーム形成器１９１６に返信することによって行われてよい。復路ビーム形成器１９１６と衛星との間の経路における差異は、測定され、考慮されることができる。

【0121】

タイミングモジュールの出力は、それぞれの信号を５１２個の全く同じ信号に分割するＫ経路分割器２２０２に連結されている。５１２個の一意の信号は、５１２個の加重及び加算回路２２０４のそれぞれに印加される。５１２個の一意の信号のそれぞれは、加重回路２２０６内で加重され（即ち、位相及び振幅が調整され）、その結果、加算回路２２０８内で５１２個の他の加重された信号と加算されると、復路ビーム形成器の出力において復路リンク利用者ビームが形成される。

【0122】

上述のアーキテクチャのそれぞれは、衛星への光アップリンクに関して示されている。加えて、衛星から地上のＳＡＮへの光ダウンリンクは、本質的に、記載した光アップリンクの逆に動作する。例えば、図４に示されているアーキテクチャに関しては、衛星６０２からＳＡＮ ６０４への光ダウンリンクは、広帯域ダウンリンクを提供する。光アップリンクを受信するためのレンズ６１０ではなくて、レーザが、光ダウンリンクを送信するために提供される。更に、２相変調器６１４がＲＦ搬送波上で送信されるＢＰＳＫ変調された信号を生成するのではなくて、２相変調器は、光バイナリ変調方式を使用して光信号を変調する。また、光ダウンリンクは、図４に示されているものと同様のアーキテクチャを使用して提供されることができる。この実施形態では、変調器６１４は代わりに、ＱＡＭ変調されたＲＦ又はＩＦ信号を受信し、それぞれのシンボルのビットを復調するＱＡＭ復調器になり、光ダウンリンク上での送信用に光信号のバイナリ光変調を使用しているであろう。図８に示されているアーキテクチャの実施形態では、衛星からＳＡＮへのフィーダダウンリンクが光である、類似のアーキテクチャが使用されることができ、利用者端末８４２、８４４からの受信ＲＦ信号は、信号を受信するように選択されている特定のＳＡＮに向いたレーザへマトリックススイッチによって導かれる。ＲＦ信号は、フィーダアップリンク光信号がＳＡＮ ８０２内でベースバンド／ＲＦモデム８１１によってＲＦ変調される方法と同様に、光信号上にＲＦ変調される。

【0123】

いくつかの実施形態では、光フィーダダウンリンク信号を送信するために使用されるレーザは、いくつかのＳＡＮのうちの１つに向いている。これらのＳＡＮは、図４、図８、及び図１２のＳＡＮが選択される方法と同様に、衛星からそれぞれの使用可能なＳＡＮまでの光路における信号フェーディングの量に基づいて選択される。

【0124】

開示される技術は、実施形態及び実装の様々な実施例によって上述されているが、個々の実施形態のうちの１つ又は２つ以上に記載されている特定の特徴、態様、及び機能性は、それらの利用性において、それらが記載されている特定の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。したがって、特許請求される発明の広さ及び範囲は、上に開示された実施形態を説明する際に提供されているいずれの実施例によっても限定されるべきではない。

【0125】

本文書において使用される用語及び語句、並びにそれらの変形物は、別途明示的に記述されない限り、限定することとは対照的に、制約のないものであると解釈されるべきである。前述の例として、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、「限定することなく、含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）」又は同類のことを意味するものとして解釈されるべきであり、「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」という用語は論述中の項目の代表的な事例を提供するために使用され、その網羅的又は限定的なリストを提供するためのものではなく、「ａ」又は「ａｎ」という用語は、「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」、「１つ又は２つ以上の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」又は同類のことを意味するものとして解釈されるべきであり、「従来の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）」、「伝統的な（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）」、「通常の（ｎｏｒｍａｌ）」、「標準の（ｓｔａｎｄａｒｄ）」、「既知の（ｋｎｏｗｎ）」及び類似の意味の用語などの形容詞は、記述される項目を所与の期間に、又は所与の時点で利用可能な項目に、限定するものと受け取られるべきではなく、代わりに、現在又は将来において利用可能であり得る、従来の、伝統的な、通常の、又は標準の技術を包含するように解釈されるべきである。同様に、本文書が当業者にとって明白又は既知であろう技術を参照するときは、かかる技術は、現在又は将来において当業者に明白な又は既知の技術を包含する。

【0126】

接続詞「及び（ａｎｄ）」で結び付けられる一群の項目は、それらの項目のそれぞれ全てがその群の中に存在することを必要とするものとして解釈されるべきではなく、むしろ、別途明示的に記述されない限り、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」として解釈されるべきである。同様に、接続詞「又は（ｏｒ）」で結び付けられる一群の項目は、その群の中で相互排他的であることを必要とするものとして解釈されるべきではなく、むしろ、別途明示的に記述されない限り、やはり「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」として解釈されるべきである。更に、開示される技術の項目、要素、又は構成要素は、単数で説明され、又は特許請求され得るが、単数であることが明確に述べられていない限り、複数がその範囲内にあることが想定される。

【0127】

いくつかの事例における「１つ又は２つ以上の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」、「少なくとも（ａｔ ｌｅａｓｔ）」、「がこれらに限定されない（ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」又は他の同類の語句などの幅を広げる語又は語句の存在は、そのような幅を広げる語句がなかった場合に、より狭い事例を意図する、又は必要とすることを意味するためと解釈されるものではない。用語「モジュール（ｍｏｄｕｌｅ）」の使用は、モジュールの一部として説明される又は特許請求される構成要素又は機能性が全て、共通のパッケージ内に構成されていることを含意するものではない。実際には、モジュールの様々な構成要素のいずれか又は全ては、制御論理又は他の構成要素のいずれであるかにかかわらず、単一パッケージに組み合わされる又は別個に維持されることができ、複数の群若しくはパッケージ内に又は複数の場所にわたって更に配置されることができる。

【0128】

加えて、本明細書に記載される様々な実施形態は、ブロック図、流れ図、及び他の説明図を援用して説明される。本文書を読めば当業者には明白であるように、例示した実施形態及びそれらの様々な代替手段は、例示された実施例に制限されることなく実装されることができる。例えば、ブロック図及びそれらに付随する説明は、特定のアーキテクチャ又は構成を義務付けるものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】