特表 2023-538800 リソース制限されたデバイスと、非静止衛星および関連システムとの間のデータの送信のための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-12

(54)【発明の名称】リソース制限されたデバイスと、非静止衛星および関連システムとの間のデータの送信のための方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/19 20060101AFI20230905BHJP

   H04W 84/06 20090101ALI20230905BHJP

【ＦＩ】

H04B7/19

H04W84/06

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022580913

(86)(22)【出願日】2020-07-02

(85)【翻訳文提出日】2023-02-22

(86)【国際出願番号】 IB2020000886

(87)【国際公開番号】W WO2022003387

(87)【国際公開日】2022-01-06

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522501306

【氏名又は名称】ユーテルサット・エス・アー

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヒルシュ，アントナン

(72)【発明者】

【氏名】ブリヒラー，ジョフロワ

(72)【発明者】

【氏名】コラール，フロリアン

【テーマコード（参考）】

5K067

5K072

【Ｆターム（参考）】

5K067AA13

5K067AA43

5K067BB27

5K072DD03

5K072DD17

5K072FF15

(57)【要約】

本発明は、地上デバイスによって記憶されたデータの、非静止衛星への送信のための方法に関し、この方法は、デバイスによって実行され、以下のステップ、すなわち、：覚醒モードに入るステップ、連続するドップラシフト推定を実行するステップであって：覚醒モード中にデバイスによって、周波数パラメータおよび高度発信基準を含む信号を、衛星から受信し、受信された信号の周波数に基づいて、ドップラシフト推定を実行する、ステップ；デバイスの相対位置を取得するために、ドップラ周波数変化率を推定するステップ、衛星の位置に対するデバイスの位置が、高度発信基準を検証する間の、送信ウィンドウを定義するステップ、衛星の位置に対するデバイスの位置が、高度発信基準を検証する場合：デバイスによって記憶されたデータを含む信号を、周波数パラメータにおいて発信するステップを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部の、少なくとも１つの非静止衛星への送信のための方法であって、方法は、地上デバイスによって実行され、以下のステップ、すなわち、
－ 覚醒モードに入るステップ、
－ 連続するドップラシフト推定を実行するステップであって、複数のドップラシフト推定のうちのドップラシフト推定は、
覚醒モード中に地上デバイスによって、非静止衛星から少なくとも１つの信号を受信するステップであって、信号は、非静止衛星によって使用される現在の受信周波数の少なくとも１つの周波数パラメータと、少なくとも１つの高度発信基準とを含む、ステップ、
受信された信号の周波数に基づいて、ドップラシフト推定を実行するステップを含む、ステップ、
－ 非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置を取得するために、ドップラ周波数変化率を推定するステップであって、推定は、複数の計算されたドップラ周波数変化率に対して推定方法を使用することによって実行され、ドップラ周波数変化率の計算は、ドップラシフト推定値を導出することを含む、ステップ、
－ 送信ウィンドウを定義するステップであって、送信ウィンドウは、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置が高度発信基準を検証する期間である、ステップ、
－ 送信ウィンドウに含まれる送信時間において、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置が、高度発信基準を検証する場合、
送信時間および現在の受信周波数で、地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部を含む、少なくとも１つの信号を発信するステップ
を含む、方法。

【請求項2】

地上デバイスによって発信される少なくとも１つの信号が、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

非静止衛星から受信された信号が、信号の発信時の非静止衛星の現在の高度の少なくとも１つの情報をさらに含み、現在の高度情報が、調整された送信ウィンドウを定義するための送信ウィンドウを定義するステップで使用されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

覚醒モードに入るステップが、短縮された時間ウィンドウ中に実行され、短縮された時間ウィンドウが、非静止衛星から以前に受信した信号を使用して、非静止衛星の軌道周期を計算することによって計算されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

非静止衛星の軌道周期が、ピーク・トゥ・ピークアルゴリズムを使用して計算されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

非静止衛星の軌道周期を計算することが、受信された信号に含まれる現在の高度情報をさらに使用することを特徴とする、請求項２および３に記載の方法。

【請求項7】

高度発信基準が、非静止衛星の現在のビームサイズまたは高度発信しきい値の情報であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

地上デバイスが、掩蔽された環境にあり、発信するステップが、地上デバイスが送信時間前の期間中に非静止衛星から別の信号を受信する場合にのみ、実行されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部の、少なくとも１つの非静止衛星への送信のための方法であって、方法は、非静止衛星によって実行され、以下のステップ、すなわち、
－ 少なくとも１つの信号を地球に向けて定期的に発信するステップであって、信号は、非静止衛星によって使用される現在の受信周波数の少なくとも１つの周波数パラメータと、少なくとも１つの高度発信基準とを含む、ステップ、
－ 地上デバイスの位置に対する非静止衛星の位置が、高度発信基準を検証する場合、
現在の受信周波数で地上デバイスによって送信された少なくとも１つの信号を受信するステップであって、信号は、少なくとも１つの地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部を含む、ステップ
を含む、方法。

【請求項10】

地上デバイスによって送信され、非静止衛星によって受信される少なくとも１つの信号が、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置をさらに含み、非静止衛星が、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置に基づいて、および、非静止衛星の絶対位置に基づいて、地上デバイスの絶対位置を計算することを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

定期的に発信される信号が、発信時の非静止衛星の現在の高度情報をさらに含むことを特徴とする、請求項９または１０に記載の方法。

【請求項12】

高度発信基準が、非静止衛星の現在のビームサイズまたは高度発信しきい値の情報であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部の、少なくとも１つの非静止衛星への送信のための通信システムであって、非静止衛星は、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成され、地上デバイスは、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、通信システム。

【請求項14】

非静止衛星が、低地球軌道衛星であることを特徴とする、請求項１３に記載の通信システム。

【請求項15】

地上デバイスが、リソース制限されたデバイスであることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の通信システム。

【請求項16】

プログラムがコンピュータによって実行されると、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法のうちのいずれか１つを、コンピュータに実行させる命令を含む、コンピュータプログラム製品。

【請求項17】

コンピュータによって実行されると、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法のうちのいずれか１つを、コンピュータに実行させる命令を含む、コンピュータ可読媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の技術分野は、非静止衛星および地上デバイスを備えるシステムにおける通信の分野である。

【0002】

本明細書は、リソース制限されたデバイスと、非静止衛星および関連システムとの間のデータの送信のための方法に関し、特に、非静止衛星は、低地球軌道（「ＬＥＯ」）衛星であり、ＬＥＯ衛星のビーコン信号の利用を活用することによって、通信が強化される。

【背景技術】

【0003】

モノのインターネット（「ＩｏＴ」）ネットワークおよび低電力広域ネットワーク（「ＬＰＷＡＮ」）の発展に伴い、低地球軌道衛星コンステレーションは、そのようなシステムと特に良好に統合されるため、興味深いことが判明した。実際、ＬＥＯ衛星によると、たった１つの衛星から、全世界をカバーできる。ＬＥＯ衛星コンステレーションは、たとえば、データ収集、ＬＰＷＡＮまたはＩｏＴネットワークの一部からのデータの取得、および前記ネットワークの他の部分へのデータの配信に使用される。

【0004】

ほとんどの場合、これらコンステレーションは、位置に起因してネットワークの残りの部分と通信できない地上オブジェクトから、データを取得し、前記データを、ネットワークの地上局に配信して、このデータを、ネットワークの残りの部分によるアクセスを可能にする。オブジェクトは、衛星の無線可視範囲にあるとき、ＬＥＯ衛星にメッセージを発信し、ＬＥＯ衛星は、地上局の無線可視範囲にあるとき、地上局にメッセージを発信する。そのため、ＬＥＯ衛星コンステレーションは、コンステレーションと、ＬＰＷＡＮまたはＩｏＴネットワークとを備えるシステムにおける中継として使用される。

【0005】

Ａｒｇｏｓ（Ｒ）、Ｏｒｂｃｏｍｍ（Ｒ）など、これらシステムの大部分では、ＬＥＯコンステレーションによって提供されるカバレッジは、一定ではなく、これは、オブジェクトが、メッセージを送信するために、常に無線可視範囲にＬＥＯ衛星を有している訳ではないことを意味する。

【0006】

送信できるようにするために、オブジェクトは、コンステレーション内の衛星の将来の通過を予測する必要があり、多くの場合、衛星可視範囲は、その無線カバレッジに等しくないので、システムの無線カバレッジ内で送信し、無線送信を最適化するために、衛星可視範囲内での相対位置を知る必要もある。

【0007】

既存のシステムは、コンステレーション天体暦に依存して、送信のために、ＬＥＯ衛星の通過および時間ウィンドウを予測する。天体暦の使用には、主に２つの欠点がある。

【0008】

第１に、ＬＥＯ衛星の次の通過を予測できるようにするために、送信オブジェクトもそれ自体の位置を知る必要があり、これは：
－ 固定送信機オブジェクトの場合、送信機オブジェクトが使用されるときにその位置を送信機オブジェクトに示すこと、
－ モバイル送信機オブジェクトの場合、（たとえば、地球測位システム「ＧＰＳ」タイプの）無線測位システムを追加することを示唆する。ＧＰＳの追加は、オブジェクトの無線モジュールのコストと、オブジェクトのバッテリ消費とに大きな影響を与え、これは、送信機が非常に限られた電源で、数年間、メッセージを送信可能である必要がある性質上、ＬＰＷＡ送信の重要な特徴である。

【0009】

第２の欠点は、（特に、抗力摂動（ｄｒａｇ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）のモデル化が不正確であるため、高度５００から６００ｋｍを周回する衛星の場合）天体暦を規則的にオブジェクトに送信する必要があることである。送信機は：
－ 通過推定の誤差が、十分に信頼できることを保証するために、数週間程度のオーダの頻度で、および／または
－ オブジェクトの衛星可視時間などの短いウィンドウを推定する必要がある場合は、１日程度のオーダの頻度で
天体暦を更新する必要がある。

【0010】

更新された天体暦を送信するには：
－ 送信機がこの情報を、外部のソースから（たとえば、地上ネットワークを介して）衛星へダウンロードし、したがって、モバイルオブジェクトが、地上ネットワークから十分規則的に見えるようにすることが必要である。多くの用途では、これは当てはまらない。たとえば、海上輸送の場合、コンテナは、海上で数週間／数か月過ごすことがある。
－ あるいは、ＬＥＯ衛星が、これら天体暦を、通信チャネルを介して、オブジェクトにブロードキャストする。このソリューションの問題は、ＬＥＯ衛星に大きな影響を与え、毎秒数百ビットの送信チャネルの実現を必要とすることである。さらに、オブジェクトによるこれら天体暦の受信は、かなりの量の電力を消費する可能性があるため、自律性に影響を与える。

【0011】

モバイル地上オブジェクトの別の問題は、ＬＥＯ衛星の受信周波数にリンクしている。使用される周波数は、国によって地理的に異なる。たとえば、米国（９０２－９２１ＭＨｚ）におけるＩＳＭ帯域は、欧州（８６８－８７０ＭＨｚ）で使用されているものとは異なるため、衛星を介して通信するハイブリッドオブジェクトに、中心周波数および帯域幅情報を提供する必要がある。モバイルオブジェクトの場合、（ＧＰＳなどの測位モジュールを介して）その位置を知り、規制周波数を参照するテーブルを有する必要がある。天体暦と同様に、現在、この情報をダウンロードまたは更新するには、オブジェクトが地上ネットワークによってカバーされているか、または接続されている必要がある。

【0012】

主な問題は、現在のシステムが、オブジェクトの位置に関する情報を収集して有し、この情報を転送するために、地上オブジェクトにＧＰＳを装備する必要があることである。この要件は、地上オブジェクトのコストおよびエネルギ消費に影響を与える。この位置データは、情報の意図された受信者ではないエンティティによってさらに傍受され得る。

【0013】

別の問題は、衛星の無線カバレッジ内の地上オブジェクトの分布にリンクする衝突問題であり：複数のオブジェクトが同時に発信しようとすると、信号が衝突するリスクがあり、したがって、ＬＥＯ衛星がすべてのオブジェクトから、すべてのデータを受信しないという問題が発生する可能性がある。オブジェクトからの低いエネルギ消費しか要求せずに、衝突の低減を可能にするソリューションは、最新技術に存在しない。

【0014】

別の問題は、ＩＳＭ（産業、科学、および医療）帯域において、干渉のレベルが経時的に変化することである。ノイズフロアは、密集した無線エリア（たとえば、衛星が大都市の上空を通過する場合）において上昇する。これにより、リンクバジェットが閉じるエリアが減少する可能性がある。そのような場合、無線受信カバレッジ内にあるがカバレッジの端に位置するオブジェクトは、フレームを送信しようとするが、リンクバジェットが閉じないため（つまり、同等のリンクマージンが発生しないため）、フレームは衛星によって復号されない。これにより、サービス品質（ＱｏＳ）が低下する。

【0015】

したがって、地上デバイス側でより少ないエネルギ消費しか必要とせずに、低コストの地上デバイスで、どの衛星受信周波数を使用し、いつ発信するかを地上デバイスが知ることができるように、地上デバイスを位置決めするためのソリューションが必要とされる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本明細書は、低電力しか必要とせずに、非静止衛星にデータを送信できる、低コストの地上デバイスのためのソリューションを提供することによって、上記の問題を解決する。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明の第１の態様によれば、これは、地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部の、少なくとも１つの非静止衛星への送信のための方法を提供することによって満たされ、この方法は、地上デバイスによって実行され、以下のステップを含む：
－ 覚醒モードに入るステップ。
－ 連続するドップラシフト推定を実行するステップであって、複数のドップラシフト推定のうちのドップラシフト推定は：
－ 覚醒モード中に地上デバイスによって、非静止衛星から少なくとも１つの信号を受信するステップであって、この信号は、非静止衛星によって使用される現在の受信周波数の少なくとも１つの周波数パラメータと、少なくとも１つの高度発信基準とを備える、ステップ、
－ 受信された信号の周波数に基づいて、ドップラシフト推定を実行するステップを含む、ステップ。
－ 非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置を取得するために、ドップラ周波数変化率を推定するステップであって、この推定は、複数の計算されたドップラ周波数変化率に対して推定方法を使用することによって実行され、ドップラ周波数変化率の計算は、ドップラシフト推定値を導出することを含む、ステップ。
－ 送信ウィンドウを定義するステップであって、送信ウィンドウは、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置が高度発信基準を検証する期間である、ステップ。
－ 送信ウィンドウに含まれる送信時間において、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置が、高度発信基準を検証する場合：
－ 送信時間および現在の受信周波数で、地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部を含む少なくとも１つの信号を発信するステップ。

【0018】

本発明のおかげで、リソース制限された地上デバイスは、最新技術の知られているソリューションと比較して大量のエネルギを使用することなく、データをＬＥＯ（低地球軌道）衛星またはＭＥＯ（中地球軌道）衛星などの非静止衛星に送信することができる。

【0019】

実際、本発明では、地上デバイスは、非静止衛星によって送信された信号を有利に使用して、前記衛星に送信するときに、どの周波数を使用すべきかを知り、地上デバイスによって実施される位置決め手段に頼ることなく、送信ウィンドウおよびこのウィンドウ内の送信時間を計算し、したがって、エネルギを節約し、地上デバイスの製造コストを下げる。

【0020】

さらに、覚醒モードを実施することにより、地上デバイスは、非静止衛星の信号を常にリスンする訳ではなく、所定の場合にのみリスンし、さらに多くのエネルギを有利に節約できる。

【0021】

本発明の第１の態様による方法はまた、以下の特徴の１つ以上を有し得、個別に、または技術的に可能な以下の任意の組合せに従って考慮される：
－ 地上デバイスによって発信される信号は、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置を含む。
－ 非静止衛星から受信された信号は、信号の発信時の非静止衛星の現在の高度の少なくとも１つの情報をさらに含み、現在の高度情報は、調整された送信ウィンドウを定義するための送信ウィンドウを定義するステップで使用される。信号で地上デバイスによって受信された高度は、送信ウィンドウを、より正確に計算するために使用される。
－ 覚醒モードに入るステップは、短縮された時間ウィンドウ中に実行され、短縮された時間ウィンドウは、非静止衛星から以前に受信された信号を使用して、非静止衛星の軌道周期を計算することによって計算される。これにより、有利なウェイクアップ方法を、地上デバイスに組み込むことで、さらに多くのエネルギを節約できる。
－ 非静止衛星の軌道周期は、ピーク・トゥ・ピークアルゴリズムを使用して計算される。
－ 非静止衛星の軌道周期を計算することは、受信された信号に含まれる現在の高度情報をさらに使用する。
－ 高度発信基準は、非静止衛星の現在のビームサイズまたは高度発信しきい値の情報である。
－ 地上デバイスは、掩蔽された環境にあり、発信するステップが、地上デバイスが送信時間前の期間中に非静止衛星から別の信号を受信する場合にのみ、実行される。これにより、地上デバイスが屋内にあるときに、地上デバイスと衛星との間の送信を有利に強化することが可能になる。

【0022】

本発明の別の態様は、地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部の、少なくとも１つの非静止衛星への送信のための方法に関し、この方法は、非静止衛星によって実行され、以下のステップを含む：
－ 少なくとも１つの信号を地球に向けて定期的に発信するステップであって、この信号は、非静止衛星によって使用される現在の受信周波数の少なくとも１つの周波数パラメータと、少なくとも１つの高度発信基準とを含む、ステップ。
－ 地上デバイスの位置に対する非静止衛星の位置が、高度発信基準を検証する場合：
－ 現在の受信周波数で地上デバイスによって送信された少なくとも１つの信号を受信するステップであって、この信号は、少なくとも１つの地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部を含む、ステップ。

【0023】

本発明は、衛星によって定期的に送信されるビーコン信号を使用して、エネルギ集約的で高価なＧＰＳを使用する必要性を省く。さらに、本発明は、衛星の受信周波数の別の情報を送信するために信号の使用を有利に活用するので、この信号を受信する地上デバイスは、エネルギ集約的である可能性があるか、または地上ネットワークへの接続が必要である、他の任意の方式で、この情報を得る必要はない。

【0024】

本発明の他の態様による方法はまた、以下の特徴の１つ以上を有し得、個別に、または技術的に可能なその任意の組合せに従って考慮される：
－ 地上デバイスによって送信され、非静止衛星によって受信される少なくとも１つの信号は、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置をさらに含み、非静止衛星は、非静止衛星の位置に対する地上デバイスの位置に基づいて、および、非静止衛星の絶対位置に基づいて、地上デバイスの絶対位置を計算する。これにより、地上デバイス側で、ＧＰＳを使用せずに、地上デバイスが使用するリソースを制限することで、地上デバイスの位置を取得できる。
－ 定期的に発信される信号は、発信時の非静止衛星の現在の高度情報をさらに含む。
－ 高度発信基準は、非静止衛星の現在のビームサイズまたは高度発信しきい値の情報である。

【0025】

本発明の別の態様は、地上デバイスによって記憶されたデータの少なくとも一部の、少なくとも１つの非静止衛星への送信のための通信システムに関し、非静止衛星は、本発明の他の態様による方法を実行するように構成され、地上デバイスは、本発明の第１の態様による方法を実行するように構成される。

【0026】

本発明による通信システムはまた、以下の特徴の１つ以上を有し得、個別に、または技術的に可能なその任意の組合せに従って考慮される：
－ 非静止衛星は、低地球軌道衛星または中地球軌道衛星である。
－ 地上デバイスは、リソース制限されたデバイスである。

【0027】

本発明の別の態様は、プログラムがコンピュータによって実行されると、本発明の第１の態様または他の態様による方法のいずれか１つをコンピュータに実行させる命令を含むコンピュータプログラム製品に関する。

【0028】

本発明の別の態様は、コンピュータによって実行されると、本発明の第１の態様または他の態様による方法のいずれか１つをコンピュータに実行させる命令を含むコンピュータ可読媒体に関する。

【0029】

本発明は、地上デバイスがモバイルであり、地上ネットワークへの接続が不可能であるときに特に興味深い。実際、本発明は、リソース制限された地上デバイスが、天体暦を維持する必要なく、ＧＰＳに頼ることなく、位置を変更することができ、常に正確なポジショニングを有しながら、長期間、非静止衛星にデータを送信するのに十分な自律性を有することを可能にする。

【0030】

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、指針として、限定しない、以下に与えられる説明から明らかになる：

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明による通信システムの概略図である。

【図2】地上デバイスによって実行される本発明による方法の概略図である。

【図3】地上デバイスによって実行される本発明による方法のステップの概略図である。

【図4】非静止衛星によって実行される本発明による方法の概略図である。

【図5】図２の方法を実行する地上デバイスと、図４の方法を実行する非静止衛星との間の交換の概略図である。

【図6】地上デバイスによって実行される本発明による別の方法の概略図である。

【図7】非静止衛星によって実行される本発明による別の方法の概略図である。

【図8】非静止衛星によって実行される本発明による別の方法の概略図である。

【図9】地上デバイスによって実行される本発明による別の方法の概略図である。

【図10】非静止衛星による地域情報のブロードキャスティングと、別の地域に位置する地上デバイスによる情報の受信との概略図である。

【図11】非静止衛星による地域情報のブロードキャスティングと、２つの地上デバイスによる情報の受信との概略図である。

【図12】非静止衛星による地域情報のブロードキャスティングと、２つの地上デバイスによる情報の受信との概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

より明確にするために、同一または類似の要素は、すべての図において同一の参照符号によって印される。

【0033】

図１は、本発明による方法を実施する通信システム１を示す。通信システム１は、非静止衛星２０および地上デバイス１０を備える。

【0034】

非静止衛星２０は、地球などの天体を周回する衛星である。非静止衛星２０が地球を周回するとき、非静止衛星２０は、（軌道高度が２０００ｋｍ未満の）低地球軌道衛星、または（軌道高度が２０００ｋｍよりも高く、静止軌道よりも低い）中地球軌道衛星となることができる。非静止衛星２０は、少なくともプロセッサおよびメモリを備え、メモリは、プロセッサによって実行されると、後述する方法のステップをプロセッサに実行させる命令を記憶している。非静止衛星２０はさらに、少なくとも１つの通信ペイロードを備え、通信ペイロードは、天体に向けて信号を送受信するように構成された少なくとも１つのトランスポンダを備える。信号は、たとえば４０度または６０度（視野の半分の衛星ビーム）など、様々な幅のスポットビームで送信できる。

【0035】

地上デバイスは、少なくともプロセッサおよびメモリを備えるデバイスであり、メモリは、プロセッサによって実行されると、後述する方法のステップをプロセッサに実行させる命令を記憶している。好ましくは、地上デバイス１０は、モバイルデバイスであり、これは、デバイスが、たとえば軽量であることにより、またはデバイスを移動可能にする手段を備えることにより、移動可能であることを意味する。好ましくは、地上デバイス１０は、リソース制限されたデバイスである。リソース制限されたデバイスとは、低コストプロセッサおよび／または低コストメモリなどの限られたプロセッサおよび／または限られたメモリ、あるいは、Ｓｉｇｆｉｘ（Ｒ）ネットワーク、Ｌｏｒａ（Ｒ）ネットワーク、またはＩｏＴデバイスのリンクを可能にする他の任意のネットワークのようなＩｏＴネットワークに接続可能であるモノのインターネットデバイスなどのデバイスであると理解される。さらに、地上デバイスは、少なくとも非静止衛星２０と通信する、すなわち、信号を送受信するように構成された少なくとも通信モジュールを備える。さらに、地上デバイス１０の通信モジュールは、たとえば地上局３０に向かって、地上ＩｏＴネットワークを通して、または他の任意のネットワークを通して、有線手段またはワイヤレスで、通信するように構成できる。地上ＩｏＴネットワークを通して、または他の任意のネットワークを通して、有線手段またはワイヤレスによって、たとえば、地上局３０に向けて通信するために、地上デバイス１０は、別の通信モジュールを備えることができる。図１に表される例では、地上デバイス１０は、地上局３０に直接到達することも、地上局３０に到達することを可能にするネットワークに到達することもできない。好ましくは、リソース制限された地上デバイス１０は、本明細書に記載された本発明による方法のうちの少なくとも１つの方法を使用して、非静止衛星２０に到達することができる。

【0036】

本発明による第１の方法が、図２に表される。図２に表される方法Ｍ１ａは、地上デバイス１０によって実行され、６つのステップを含む。

【0037】

第１のステップ１１において、地上デバイス１０は覚醒モードに入る。地上デバイス１０は、たとえば、覚醒モードおよび休止モードなどのいくつかの機能モードを有することができる。休止モードでは、地上デバイス１０は、通信を受信できない可能性があり、したがってエネルギを節約する。休止モードにある地上デバイス１０は、処理能力が制限される可能性がある。覚醒モードでは、地上デバイス１０は、非静止衛星２０からの信号を能動的に探索する。覚醒モードには、定期的に、たとえば１分ごとに５秒間入る。そのようにして、地上デバイス１０は、最新技術と比較してエネルギを節約し、依然として非静止衛星２０と通信することができる。覚醒モードにあるとき、地上デバイスは、非静止衛星２０からの少なくとも１つの信号をリスンする。地上デバイス１０が覚醒モードにある間、たとえば５秒間の間、少なくとも１つの信号を受信しない場合、地上デバイス１０は、所定の期間、休止モードに戻る。

【0038】

ステップ１２において、連続するドップラシフト推定が実行される。ドップラシフト推定は、２つのサブステップ１２１およびサブステップ１２２を含む。

【0039】

最初に、受信のサブステップ１２１において、地上デバイス１０は、地上デバイス１０が覚醒モードにある間、非静止衛星２０から少なくとも１つの信号を受信する。この信号は、以下、「ビーコン信号」または「信号」と同様に呼ばれる。受信された信号は、非静止衛星２０によって使用される現在の受信周波数の少なくとも１つの周波数パラメータと、少なくとも１つの高度発信基準とを含む。有利なことに、本発明は、ドップラシフトを推定するために信号が受信されるという事実と、受信された信号の内容との両方を使用して、エネルギ消費を制限しながら地上デバイス１０の能力を高めることを可能にする。

【0040】

この受信は、図４に表される方法Ｍ２ａのステップ２１における非静止衛星２０による信号の発信に続く。方法Ｍ２ａでは、信号を地上デバイス１０に向けて発信するステップが、非静止衛星２０によって定期的に実行され、信号は、非静止衛星２０によって使用される現在の受信周波数の少なくとも１つの周波数パラメータと、少なくとも１つの高度発信基準とを含む。このステップは、たとえば、非静止衛星２０側のエネルギを節約するために５秒ごとに１秒間定期的に繰り返されるが、連続的に実行することもできる。衛星側で連続的に実行されるとき、５秒ごとに１秒間とは対照的に、地上デバイス１０は、その５分の１しかリスンできない。したがって、このパラメータは、非静止衛星２０に搭載された電力と、地上デバイス１０の自律性との両方を考慮して選択する必要がある。

【0041】

「周波数パラメータ」とは、信号の発信時に非静止衛星２０によって使用された現在の受信周波数を、地上デバイス１０が取得できるようにする任意のインディケーションであると理解される。現在の受信周波数は、好ましくは、使用される中心周波数およびチャネル幅を含む。このインディケーションは、信号におけるビットで符号化されることが好ましい。ビット数は、非静止衛星２０によって使用される可能な受信周波数の総数に依存する。たとえば、８つの異なる受信周波数（または８つの異なる無線構成）の場合、３ビットしか使用できず、１６の異なる受信周波数の場合、４ビットを使用できる。インディケーションを受信すると、地上デバイス１０は、たとえば、ビット形式の番号が、使用されるべき所与の周波数、およびチャネル幅にリンクされているルックアップテーブルをチェックする。たとえば、第１の構成は、中心周波数が８６８．４ＭＨｚであり、チャネル幅が４００ｋＨｚである欧州の構成とすることができる。別の構成では、たとえばアジアでは、中心周波数が９０２ＭＨｚであり、チャネル幅が４００ｋＨｚであり得る。別の実施形態では、非静止衛星２０に発信するときに使用すべき周波数とチャネル幅とを、信号に挿入することによって、パラメータを、信号に直接含めることができる。このことは、地上デバイス１０における周波数ルックアップテーブルの必要性を取り除くが、信号データを、より大きくする。本発明は、ビーコン信号で地上デバイス１０に送信するために、または、ビーコン信号を使用して地上デバイス１０に送信するために、この情報をフォーマットする他の任意の手法をカバーする。

【0042】

「高度発信基準」とは、地上デバイス１０が非静止衛星２０に発信するために、非静止衛星２０が検証すべき、地上デバイス１０の上方の最小高度を定義する基準を、地上デバイスが取得できるようにする任意のインディケーションであると理解される。インディケーションを受信するときに、地上デバイスは、たとえば、ビット形式の番号が、高度しきい値にリンクされるルックアップテーブルを備える。インディケーションは、信号内のビットで符号化されることが好ましい。ビット数は、可能な無線構成の数に依存する可能性がある。可能な無線構成は、非静止衛星２０ビームの幅に依存する可能性がある。たとえば、２つの可能な構成は、狭いビームの場合は「狭」、広いビームの場合は「広」であり得る。インディケーションを受信すると、地上デバイス１０は、たとえば、ビット形式の構成番号が、非静止衛星２０に発信するために使用されるべき所与の高度しきい値にリンクされているルックアップテーブルをチェックする。高度しきい値は、各構成にリンクされ得る。たとえば、広ビーム構成の場合、２０度の高度しきい値を指定できる一方、狭ビーム構成の場合、４５度の高度しきい値を指定できる。別の実施形態では、高度基準は、非静止衛星２０に発信するときに使用されるべき高度しきい値を信号に挿入することによって、信号に直接含めることができる。このことは、地上デバイス１０における周波数ルックアップテーブルの必要性を取り除くが、信号データを、より大きくする。本発明は、ビーコン信号で地上デバイス１０に送信するため、またはビーコン信号を使用して地上デバイス１０に送信するために、この情報をフォーマットする他の任意の手法をカバーする。

【0043】

サブステップ１２２において、地上デバイス１０は、受信された信号の周波数に基づいてドップラシフト推定を実行する。そのようなドップラシフトは、Ｈｚ単位において、信号で発信された連続波の受信された周波数と、地上デバイス１０によって記憶された、連続波の発信時に予想された周波数との差を計算することによって取得される。

【0044】

地上デバイス１０は、好ましくはリソース制限されたデバイスであるため、低コストまたは低品質の発振器を使用して、以前のドップラシフト推定を実行する。このように、地上デバイス１０によって実行されるドップラシフト推定は、大きく偏り、ドップラシフトの全振幅を超える可能性のある誤差をもたらす。バイアスは通常約２０ｐｐｍであるが、ドップラシフトは高度５５０ｋｍで＋／－２３ｐｐｍ変動する。本発明は、図２および図５に表されるように、ステップ１２で連続するドップラシフト推定を実行し、連続するドップラシフト推定に基づく複数の周波数ドップラ変化率に基づいてドップラ変化率を推定することにより、その問題を克服することを可能にする。

【0045】

連続するドップラシフト推定は、たとえば５秒ごとなどの固定周期ベースで、またはたとえば、５秒間隔、その後２０秒間隔、その後１５秒間隔、その後５秒間隔、または、たとえば５秒間隔で５回の測定、その後３０秒間待機してから、その後再び５秒間の５回の測定など、不規則周期ベースで実行することができる。固定回数のドップラシフト測定、つまり同じエネルギ消費の場合、たとえば、５秒間隔で５回の測定を実行し、その後、３０秒間待機し、その後、５秒間の５回の測定を再び実行する方が、５秒間隔で１０回の測定を実行するより効果的であるため、不規則周期ベースは、規則的周期よりも、より効率的である。実際、第１のケースでは、カバーされる衛星軌道弧は、第２のケースにおけるよりも大きく、そのため、第１のケースおよび第２のケースにおける同じエネルギ消費に対して、地上デバイス１０の上方の経路の幾何形状の推定精度が改善される。

【0046】

図５に表されるように、非静止衛星２０は、ステップ２１において、少なくとも周波数パラメータおよび高度基準パラメータを含むビーコン信号を、非静止衛星２０が周回する天体に向けて発信する。ビーコン信号は、方法Ｍ１ａのステップ１２を実行する、すなわち、受信された信号の周波数に基づいてドップラシフト推定を実行する地上デバイス１０によって受信される。その後、地上デバイス１０は、ドップラ周波数変化率の推定のステップ１３における、後での使用のために、実行されたドップラシフトを記憶する。

【0047】

方法Ｍ１ａにおける図２において、および図５において表されるステップ１３では、地上デバイスは、ドップラ周波数変化率の推定を実行して、非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置を取得し、推定は、複数の計算されたドップラ周波数変化率に関する推定方法を使用することによって実行され、ドップラ周波数変化率の推定は、ドップラシフト測定の導出を含む。たとえば、時間ｔ１からｔＮで実行されるＮ個のドップラシフト推定ｆ１、．．．、ｆＮの場合、地上デバイス１０は：

【数1】

を計算することによってＮ－１個の導関数を計算する。

【0048】

次いで、これらドップラシフト導関数（すなわち、ドップラ周波数変化率）は、ピーク時の衛星の最大高度によって定義された、衛星の現在の経路の幾何形状、および衛星の現在の経路における一時的な地上デバイス１０の位置を決定するために、たとえば最小二乗推定方法などの推定方法における入力として使用される。これは、アバカス（つまり、１つ以上の行列）を作成することによって実行され、アバカスは、ピーク時の最大高度と、ピーク前の時間とに応じて、ドップラシフトの値を与える。次いで、地上デバイス１０は、推定方法を使用してこれらアバカスを補間し、ドップラ率の連続値からピーク時およびピーク前の時間における最大高度の値を取得する。前記アバカスは、以下の方法から取得される：

【0049】

【数2】

ここで、Ｒｅは、天体の半径、Ｒ＿ｓａｔは、衛星の高度と天体の半径Ｒの加算、ωは、天体を中心とした固定フレーム内の衛星のｒａｄ／ｓ単位での角速度、θ＿ｍａｘは、ラジアン単位での経路最大高度、ｔは、ピーク前の時間、ｃは、光速、およびｆは、周波数である。

【0050】

このようにして、非静止衛星２０に対する地上デバイス１０の位置が取得される。

【0051】

ドップラシフトの導関数（すなわち、ドップラ周波数変化率）に推定方法を適用することによって、低コスト発振器によって導入された固定バイアスが除去され、結果に影響を与える唯一の値は、ドップラ推定分散である。

【0052】

さらに、方法Ｍ１ａのステップ１４において、地上デバイス１０は、送信ウィンドウを定義し、送信ウィンドウは、非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置が高度発信基準を検証する期間である。非静止衛星２０の推定された現在の経路と、現在の経路における一時的な地上デバイス１０の位置とを使用して、高度が高度発信基準よりも上方にある時間ウィンドウの開始および終了の瞬間を推定することによって、たとえば、時間に応じて非静止衛星２０の高度を決定するために以下の式を使用して、ウィンドウを定義することができる：

【0053】

【数3】

ここで、γ（ｔ）は、［「Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＬＥＯ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ」，Ｉｒｆａｎ Ａｌｉら、１９９８年３月］に記載されたように、球面三角形において表される場合、時間ｔにおける非静止衛星２０の天底と、地上デバイス１０との間の距離である。球面三角形は、３つの頂点Ｍ，ＮおよびＰを含み、ここで、γ（ｔ＿０）は、頂点Ｍ（最大高度における非静止衛星２０の天底）とＰ（地上デバイス１０）との間の距離であり、γ（ｔ）は、頂点Ｎ（時刻ｔにおける非静止衛星２０の天底）とＰ（地上デバイス１０）との間の距離である。頂点Ｍと頂点Ｎとの間の辺は、非静止衛星２０が、時間ｔから地上デバイス１０にとって最大高度にある時間ｔ＿０まで、地上トレースに沿って天体の表面上で測定された角距離である。
γ（ｔ）は、以下の式を用いて計算できる：

【0054】

【数4】

ここで

【数5】

であり、ここで、ｔ＿０は最大高度における瞬間であり、ｔ＿ｖは、非静止衛星２０が、地上デバイス１０から見えるようになった瞬間であり、γ＿０は、瞬間ｔ＿ｖにおける、非静止衛星２０の天底と地上デバイス１０との間の距離である。

【0055】

最後に、Ｒ＿ｓａｔは、以下の式を使用して判明される：

【0056】

【数6】

【0057】

ステップ１５では、送信ウィンドウ内の送信時間が定義される。送信時間は、別の実施形態で後述するように、ランダムに定義することができる、または、地上デバイス１０の位置が、高度基準を検証する最初の時間として、または、送信ウィンドウの開始後の所定の固定遅延における時間、または他の任意の定義として定義することができる。この送信時間の最終的な選択は、衝突数を最小限に抑えること、オンボードでメッセージを良好に受信するための十分なリンクバジェットを確保すること、およびデバイス側の複雑さを最小限に抑えることの間のトレードオフである。

【0058】

ステップ１６において、地上デバイス１０は、送信ウィンドウに含まれる送信時間において、非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置が、高度発信基準を検証することを検証する。このチェッキングは、非静止衛星２０に対する地上デバイス１０の、以前のドップラシフト測定値を使用して、以前に計算された相対位置を使用して、実行できるか、または、別の推定が、より少ない数の新たなドップラシフト導関数、およびドップラ率計算を使用して実行できる。たとえば、これは３つの受信された信号を使用して実行できる。

【0059】

方法Ｍ１ａのステップ１７では、地上デバイス１０は、送信時間およびビーコン信号で受信された現在の受信周波数で、地上デバイス１０によって記憶されたデータの少なくとも一部を含む少なくとも１つの信号を発信する。ステップ１７において、地上デバイス１０によって発信された信号はさらに、ステップ１３またはステップ１６で推定された非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置を含むことができる。

【0060】

別の実施形態では、地上デバイス１０は、ステップ１７において、発信する前に、地上デバイス１０が掩蔽された環境にあるか否かであるという事実を有利に考慮する。そうするために、地上デバイス１０は、地上デバイス１０が送信時間前の期間中に非静止衛星２０から別の信号を受信する場合にのみ、発信のステップ１７を実行する。この期間は、たとえば１０秒とすることができる。これにより、可能な場合にのみ発信することにより、サービス品質（ＱｏＳ）を向上させ、非静止衛星２０による受信を行わない、または受信を低下させる発信を低減することができる。

【0061】

方法Ｍ２ａのステップ２２では、図４および図５に表されるように、非静止衛星２０は、ビーコン信号内で送信された現在の受信周波数で地上デバイス１０によって送信された信号を受信し、信号は、少なくとも１つの地上デバイス１０によって記憶されたデータの少なくとも一部を含む。受信された信号はまた、非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置と、非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置が推定されている時間に関するタイムスタンプとを含む。これにより、地上デバイス１０の位置を特定すること、および／または、位置を、地上デバイス１０によるその位置の推定時における、受信されたデータの一部に関連付けることが可能になる。非静止衛星２０がその絶対位置を知っているので、または地上衛星局４０が知っているので、非静止衛星および／または地上衛星局４０は、非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置に基づいて、および非静止衛星２０の絶対位置に基づいて、地上デバイス１０の絶対位置を計算することができる。

【0062】

次に、非静止衛星２０が、地上衛星局４０の上空を通過するとき、非静止衛星２０は、図５に表されるように、データの少なくとも一部を地上局４０に送信する。

【0063】

方法Ｍ１ａの別の実施形態では、非静止衛星２０によって送信され、地上衛星２０によって受信されるビーコン信号は、信号の発信時間における、非静止衛星２０の現在の高度の少なくとも１つの情報をさらに含む。この実施形態では、現在の高度情報を、送信ウィンドウを定義するステップ１４で使用して、調整された送信ウィンドウを定義することができる。以前に示したように、高度は、アバカスの計算に介入する。高度情報を使用して、地上デバイス１０は、いくつかのアバカスが、地上デバイス１０において実施される場合、最適なアバカスを選択することができる。この選択は、複雑さとパフォーマンスとの間のトレードオフである。高度は、可視範囲の持続時間および高度の計算にも介入する。両方のケースで高度を考慮すると、推定誤差を下げることができるため、送信ウィンドウを推定する際のマージンを少なくすることができる。調整された送信ウィンドウは、送信のためにより最適な送信ウィンドウであり、たとえば、同時にまたは重複期間中に発信する異なる地上デバイス１０の信号間の信号衝突を回避するためのより大きな送信ウィンドウである。

【0064】

ビーコン信号が高度情報を含む実施形態と互換性のある方法Ｍ１ａの別の実施形態では、地上デバイス１０は、強化されたウェイクアップ方法を使用し、覚醒モードに入るステップ１１は、図３に表されるように、２つのサブステップ１１１およびサブステップ１１２を含む。

【0065】

第１のサブステップ１１１では、短縮されたウェイクアップ時間ウィンドウが、地上デバイス１０によって計算される。短縮されたウェイクアップ時間ウィンドウの計算は、非静止衛星２０の他の通過中に、サブステップ１２１で、非静止衛星２０から以前に受信した信号を使用して、非静止衛星２０の軌道周期を計算することを含む。

【0066】

短縮されたウェイクアップ時間ウィンドウ計算は、以下の３つのサブステップを含む：
－ 第１は、軌道周期の計算または取得である。このサブステップは、以前の実施形態のビーコン信号に含まれる高度を使用して、および／または、後述するピーク・トゥ・ピークアルゴリズムを使用して実行することができる。高度を使用する場合、軌道周期は、次の式を使用して判明される：

【0067】

【数7】

ここで、Ｔは、非静止衛星２０の軌道周期であり、μは、天体標準重力パラメータ（天体の重力定数とその質量との積）であり、Ｒ＿ｓａｔは、非静止衛星２０が周回している天体の半径Ｒ＿ｅに、非静止衛星２０の高度を加算して計算される、非静止衛星２０の半径である。
－ 第２は、現在の経路のピークの決定である。これは、ステップ１４で、送信ウィンドウの定義を使用して、または、ドップラシフトの符号の変化（ドップラシフトがヌルであるとき、これは、非静止衛星２０が、その現在の経路のピークにあることを意味する）を観察することによって行うことができる。
－ 第３は、（誤差マージンありで）決定されたピークにおける次の経路を推定するための軌道周期の適用である。次の通過の時間を決定するために軌道周期を適用するときは、以下の点を考慮する必要がある：
－ 非静止衛星２０が、（南から北への）上昇経路（それぞれ、北から南への下降経路）から上昇経路（それぞれ下降経路）へと移る場合、２つのピーク間の差は、１軌道周期に等しい。
－ 非静止衛星２０が、上昇経路（それぞれ下降経路）から下降経路（それぞれ上昇経路）へと移る場合、２つのピーク間の差は、もはや１軌道周期ではなく、（１＋ｆ１）＊軌道周期（それぞれ、（１＋ｆ２）＊軌道周期）に等しい。これら分率ｆ１および分率ｆ２は、後述するピーク・トゥ・ピークアルゴリズムを使用して計算される。

【0068】

次に、ピーク・トゥ・ピークアルゴリズムが説明される。

【0069】

ピークにおける非静止衛星２０の各経路において、地上デバイス１０は、時間を記憶し、時間を非静止衛星２０に関連付ける。次に、地上デバイス１０は、記憶されたすべての時間から、軌道周期を決定する。地上デバイス１０はまた、前述したｆ１分率およびｆ２分率も決定する：
－ 軌道周期を取得するために、地上デバイス１０は、第１に、ピーク間のデルタ時間を、ハードコードされた軌道周期推定値で除算する。ハードコードされた値は、第１の計算のためには、たとえば、高度５５０ｋｍにおける衛星の、知られている軌道周期である。たとえば、初期化時に、地上デバイス１０は、高度５５０ｋｍにおける衛星に対して、９５．６分の軌道周期を使用する。
－ 上昇経路から上昇経路へ、または下降経路から下降経路への２つの経路の間で計算を実行する場合、この除算は実質的に整数となる。ピーク間の異なるデルタ時間について、ピーク間のデルタ時間を、取得されたこの整数で複数回除算し、その結果の平均値を計算することによって、軌道周期の正確な値が判明する。
－ 計算が、上昇経路から下降経路へ、または下降経路から上昇経路への２つの経路間で実行される場合、除算は、複数回実行され、平均値の計算により、（上昇経路から下降経路への）分率ｆ１および（下降経路から上昇経路への）分率ｆ２が得られる。

【0070】

軌道周期を取得するために、計算を実行するのに十分な経路が利用可能である場合、上昇経路から上昇経路への経路、または下降経路から下降経路への経路のみを使用することができる。十分な経路がない場合は、すべての経路を使用して軌道周期を取得し、上昇経路から下降経路への経路、または下降経路から上昇経路への経路を考慮することができる。

【0071】

次の１つ以上の経路が知られると、地上デバイス１０は、ウェイクアップするための短縮された時間ウィンドウを定義し、電力消費を大幅に低減する。非静止衛星２０が地上デバイス１０の上方にある初期時間Ｔ０から、地上デバイス１０は：
－ 上昇経路から上昇経路へ、または下降経路から下降経路へ：Ｔが軌道周期である場合、時間Ｔ０＋Ｔにおいて
－ 上昇経路から下降経路へ：時間Ｔ０＋Ｔ＊ｆ１において
－ 下降経路から上昇経路へ：時間Ｔ０＋Ｔ＊ｆ２において
ウェイクアップする必要がある。

【0072】

ウェイクアップする間の時間ウィンドウの数をよりさらに低減するために、非静止衛星２０によって発信されるビーコン信号は、経路のタイプ（上昇または下降経路）に関する情報をさらに含むことができる。

【0073】

サブステップ１１２において、地上デバイス１０は、定義された短縮された時間ウィンドウの間だけ、覚醒モードに入る。これにより、有利なことに、非静止衛星２０が地上デバイス１０の近くを通過する短縮された時間ウィンドウにおいて、非静止衛星２０からの信号を探索するだけで、地上デバイス１０のエネルギ消費を低減できる。

【0074】

本発明による第２の方法が、図６に表される。図６に表される方法Ｍ１ｂは、複数の地上デバイス１０によって実行され、５つのステップを含む。各地上デバイス１０は、それ自体で方法を実行し、方法Ｍ１ｂは、少なくとも２つの地上デバイス１０の両方が、非静止衛星２０の無線カバレッジ内に同時にある、または重なり合う期間中に、少なくとも２つの地上デバイス１０が、非静止衛星２０に発信したいときに、信号間の衝突を低減することを可能にする。

【0075】

方法Ｍ１ｂのステップ１２，１３，１４および１７は、方法Ｍ１ａのステップ１２，１３，１４および１７と同じである。方法Ｍ１ｂは、送信ウィンドウに含まれる送信時間において、非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置が、高度発信基準を検証するか否かをチェックするステップ１６を含まない。

【0076】

実際、方法Ｍ１ｂでは、送信時間は、ランダムに定義される。方法Ｍ１ｂの発明は、有利には、送信ウィンドウ内の発信のランダム化を使用することによって、衝突の可能性が、大幅に減少し、非静止衛星２０の無線カバレッジ内の地上デバイス１０の分布とは無関係になるという事実に依存する。これは、かなりの数の地上デバイス１０が、同じ限られたエリア内で発信する必要があるときに特に有利である。

【0077】

したがって、方法Ｍ１ｂのステップ１５は、送信時間を定義する方法Ｍ１ａのステップ１５であり、送信時間は、送信ウィンドウに含まれるが、方法Ｍ１ｂのステップ１５は、方法Ｍ１ａのステップ１５と比較して、ランダムに定義される送信時間に限定される。これにより、地上デバイス１０の両方が、非静止衛星２０の無線カバレッジ内で発信したいときに、地上デバイス１０間の同期の必要性を取り除くことが可能になる。

【0078】

好ましくは、スロット付きＡＬＯＨＡ方式が実施される。スロット付きＡＬＯＨＡ方式は、時間のスロットを定義するために、実施される時間基準を必要とし、スロットの開始時に地上デバイス１０が発信を試みるべきである。したがって、この時間基準は、非静止衛星２０によって送信される信号に含まれる。たとえば、時間基準は、非静止衛星２０によって送信された信号の「データ」部分の最初のビットの地上デバイス１０による受信時間であり得る。スロット付きＡＬＯＨＡ方式は、所定の期間のスロットを定義し、システムの総容量を最適化し、各スロットの開始時のみに地上デバイスが発信できるようにする。これにより、２つ以上の地上デバイス１０が、非静止衛星２０の無線カバレッジ内で発信したいときに、純粋なＡＬＯＨＡシステムと比較して最大で２分の１に、衝突のリスクをさらに低減することができる。スロット付きＡＬＯＨＡ方式は、送信時間のランダム化と共に実施でき、スロット付きＡＬＯＨＡ方式の送信のタイムスロットは、ランダムに定義される。

【0079】

方法Ｍ１ｂは、方法Ｍ１ａの覚醒モードおよび強化覚醒モードに入るステップ１１をさらに含むことができ、それにより、各地上デバイス１０のエネルギ消費を低減する。

【0080】

方法Ｍ１ａにおけるように、送信ウィンドウを定義するステップ１４は、高度情報をさらに使用して、調整された送信ウィンドウを定義することができる。

【0081】

本発明による第３の方法が図７に表される。図７に表される方法Ｍ２ｂは、非静止衛星２０によって実行され、４つのステップを含む。方法Ｍ２ｂは、少なくとも１つの無線カバレッジ測定を定期的に実行するステップ２３と、実行された最後の無線カバレッジ測定に基づいて動的高度発信基準を計算するステップ２４と、それぞれ信号を発信し、信号を受信する方法Ｍ１ｂのステップ２１およびステップ２２とを含む。

【0082】

第１のステップ２３において、非静止衛星２０は、定期的に少なくとも１つの無線カバレッジ測定を実行する。無線カバレッジ測定は、ノンストップで実行できる。また、観測されたシステムの状態が将来にわたって十分に静止し続けると決定するのに十分な期間、たとえば数十秒間、実行することもできる。無線カバレッジ測定は、たとえば、８６８ＭＨｚに近いＩＳＭ帯域において、１００Ｈｚ（１００ビット／秒）の１４ｄＢｍで、たとえば、ＳＤＲペイロード（「ソフトウェア定義無線」ペイロードに対する）を使用して、たとえば、スペクトル分析、ノイズフロア測定、および干渉測定を含むことができる。

【0083】

ステップ２３の無線カバレッジ測定が実行されると、非静止２０は、ステップ２４において、高度基準を定義するか、または既存の高度基準を更新する。ステップ２４におけるこの定義は、たとえば、リンクバジェット計算を実行することを含むことができる。

【0084】

リンクバジェット計算は、地上デバイス１０と、非静止衛星２０との間の異なる高度について、デシベル単位でリンクマージンを推定することを含む。たとえば、２０度の最小高度で干渉ノイズがない場合、８６８ＭＨｚに近いＩＳＭ帯域において、１００Ｈｚ（１００ビット／秒）の１４ｄＢｍで、リンクマージンは、２．５ｄＢになる可能性があり、これは、非静止衛星２０が、そのような高度で地上デバイス１０によって発信された信号を受信することが可能であることを意味する。したがって、非静止衛星２０は、動的高度基準を、２０度の値に設定できる。しかし、８６８ＭＨｚに近いＩＳＭ帯域において、１００Ｈｚ（１００ビット／秒）の１４ｄＢｍで、２０度の最小高度と干渉ノイズがある場合、リンクマージンは－５．２ｄＢになり得、これは、非静止衛星２０が、そのような高度で地上デバイス１０によって発信された信号を受信しないことを意味する。正のリンクマージンを有する次の最小高度は、０．８ｄＢのリンクマージンを有する４０度の高度である。次いで、非静止衛星２０は、動的高度基準を、４０度の値に設定することができ、その結果、有用なカバレッジが１１５０ｋｍ、すなわち、干渉ノイズがない場合と比較してほぼ７５％減少するが、フレームは喪失せず、したがって、カバレッジおよびサービス品質が、現在の環境に可能な限り一致することを保証する。

【0085】

ここでなされる説明は、２００ｋＨｚチャネル全体にわたる均一なノイズレベルを考慮している。本発明は、各スライスで測定されたノイズレベルに応じて、ビーコンが帯域スライス（たとえば、５０ｋＨｚまたは１０ｋＨｚ）ごとに異なる高度基準を送信するときをさらにカバーすると十分に理解できる。

【0086】

動的高度発信基準が設定されているとき、非静止衛星２０は、方法Ｍ２ａのステップ２１およびステップ２２を実行し、すなわち、高度発信基準を含む信号を定期的に発信し、地上デバイス１０の位置に対する非静止衛星２０の位置が、動的高度発信基準を検証するのであれば、非静止衛星２０は、地上デバイス１０によって送信された少なくとも１つの信号を受信し、この信号は、少なくとも１つの地上デバイス１０によって記憶されたデータの少なくとも一部を含む。非静止衛星２０によるビーコン信号の発信は、高度発信基準が変更されていない間は定期的に実行することができ、変更されたときには、新たな高度発信基準を定期的に発信し続けることができる。

【0087】

方法Ｍ２ｂのおかげで、高度発信基準は動的であり、つまり、地球に向かって定期的に送信される信号に含まれる高度発信基準は、非静止衛星２０によって実行される無線カバレッジ測定に応じて変化する。これは、地上デバイス１０が非静止衛星２０の実際の現在の無線カバレッジと首尾一貫する高度基準を使用するので、より良いサービス品質を有することを可能にする。

【0088】

本発明による第４の方法が図８に表される。図８に表される方法Ｍ２ｃは、非静止衛星２０によって実行され、２つのステップを含む。

【0089】

方法Ｍ２ｃは、少なくとも１つの非静止衛星２０から、少なくとも１つの地上デバイス１０へ、地域固有の情報を送信するための方法であり、方法Ｍ２ｃは、非静止衛星２０によって実行され、少なくとも１つの信号を定期的に地球に向けて発信するステップ２１を少なくとも含み、信号は、地域固有の情報および高度基準を含み、地域固有の情報は、非静止衛星の天底周辺の地域に固有であり、高度基準は、非静止衛星の天底周辺の地域に対する。

【0090】

実施形態では、方法Ｍ２ｃのステップ２１で発信される信号における地域固有の情報は、地上デバイス１０が、非静止衛星２０の天底周辺の地域にあるとき、非静止衛星２０に発信するときに、地上デバイス１０によって使用される、衛星２０の地域的な受信周波数である。地域固有の情報が、衛星２０の地域的な受信周波数である場合、方法Ｍ２ｃは、地上デバイス１０の位置に対する非静止衛星２０の位置が、高度発信基準を検証する場合、非静止衛星２０の地域的な受信周波数で、地上デバイス１０によって送信された少なくとも１つの信号を受信する、別のステップ２２を含むことができる。

【0091】

実施形態では、非静止衛星２０の天底が、地域を変えると、信号に含まれる地域固有の情報が変化する。これは、地域的な受信周波数に適用される。

【0092】

天底周辺の地域は、地域固有の情報の情報リフレッシュレートと、地域固有の情報の不確実性の大きさとの間のトレードオフを実行することによって定義される。「情報リフレッシュレート」とは、地域固有の情報が、地上デバイス１０によって有効であるとみなされるレートであると理解される。たとえば、送信速度は２時間とすることができ、これは、地上デバイス１０が、２時間ごとに有効な情報を受信したとみなされることを意味する。トレードオフを実行するとき、「情報リフレッシュレート」は、たとえば、（高度５２５ｋｍを周回する非静止衛星２０の直径に対応する）直径３５１ｋｍ、２５９ｋｍ、１７１ｋｍ、および８５ｋｍの天底点を中心とする不確実性（または地域）に対応する、それぞれ７０，７５，８０および８５度など、様々な高度に対して評価される。

【0093】

この結果は、天底周辺の地域の大きさに求められる精度が小さいほど、送信速度が速くなることを示す。

【0094】

非静止衛星２０によって発信された信号は、非静止衛星２０の現在の受信周波数をさらに含むことができる。これは図１０から図１２に表される。

【0095】

図１０に表される例は、受信周波数が「周波数１」に設定された非静止衛星２０を含む。非静止衛星２０は、規制周波数が周波数１である地域Ａ上を通過する。地上デバイス１０は、非静止衛星２０の無線カバレッジ内にあり、図９に表される方法Ｍ１ｃに示されるように、ステップ１８において、地上デバイス１０は、周波数に関連する情報の２つの部分、すなわち：非静止衛星２０の受信周波数である周波数１と、図１０における周波数１でもある、非静止衛星２０の位置の天底周辺の地域における規制周波数とを含むビーコン信号を受信する。ビーコン信号は、規制周波数と共に、地域高度基準、すなわち、天底周辺の地域の大きさを定義する基準をさらに含むことができる。高度基準は、代わりに、地上デバイス１０によって決定または評価することができる。ステップ１９において、地上デバイス１０の位置に対する非静止衛星２０の位置が地域高度基準を検証する場合、それは、地上デバイス１０が、天底周辺の定義された地域（図１０のハッチングされたエリア）内にあるので、地上デバイス１０が、その発信周波数を、地域周波数、すなわち、図１０における周波数１として定義することを意味する。図１０に矢印で示すように、地上デバイス１０が、地域Ｂから地域Ａに移動する場合、および、地上デバイス１０が、地域Ｂの周波数２で発信するように構成されている場合、特に有利であり、このとき、地域Ａの規制周波数であるから、周波数１を使用する必要がある。次いで、地上デバイス１０は、非静止衛星２０の天底周辺の地域にあるので、地域高度基準を検証すると、規則周波数を周波数１に設定することができる。本発明は、非静止衛星２０に対する地上デバイス１０の位置が、地域高度基準を検証するとき、地上デバイス１０において地域情報を「正しい」と定義するだけで、地上デバイス１０において正確な地域情報を維持することを可能にする。実際、地域高度基準は、非静止衛星２０の天底周辺のハッチングされた地域を定義する。この実施形態では、地域高度基準および高度発信基準が、２つの異なる高度基準であることに注意することが重要であり：地域高度基準は、非静止衛星２０の天底周辺の地域を定義し、地上デバイス１０の位置が地域高度基準を検証する場合、地域固有の情報を記憶するために地上デバイス１０によって使用される一方、高度発信基準は、地上デバイス１０が非静止衛星２０に発信する状態であるか（つまり、適切に配置されているか）否かを知るために使用される。

【0096】

好ましくは、図９に表されるように、位置は方法Ｍ１ａにおけるように取得され、したがって、ビーコン信号の使用を活用し、位置を取得するための地上デバイス１０のエネルギ消費を制限する。ステップ１８およびステップ１９で説明される本発明は、ステップ１２からステップ１６を使用する位置の獲得に限定されず、地上デバイス１０の位置を獲得する任意の手法に限定されることが理解されるであろう。

【0097】

図９に表されるように、方法Ｍ１ｃは、連続するドップラシフトを推定するステップ１２と、ドップラ周波数変化率を推定して、非静止衛星２０の位置に対する地上デバイス１０の位置を取得するステップ１３とを含む。位置が取得されると、ステップ１９を実行することができる。さらに、任意選択的に、ステップ１４からステップ１６は、地上デバイス１０が、内部的に設定された規制周波数を使用して発信するために実行することができる。

【0098】

図１１に表されるように、地上デバイス１０ａは、非静止衛星２０の天底周辺の地域にある。衛星の受信周波数は、周波数２に設定され、規制周波数、つまり地域固有の情報は、周波数１である。この実施形態では、非静止衛星２０は、それ自体の受信周波数だけでなく、地域的な受信周波数もアドバタイズする。地上デバイス１０ａは、非静止衛星２０からビーコン信号を受信すると、その位置が、地域高度基準を検証するか否かをチェックし、図１０のハッチングされたエリアの円錐内に配置されているので、結果は肯定的である。したがって、ステップ１９において、地上デバイス１０ａは、その周波数を地域周波数「周波数１」として定義する。その後、地上デバイス１０ａは、ビーコンで受信された現在の受信周波数が、非静止衛星２０の現在の受信周波数と等しいか否かをチェックし、結果は否定的である。したがって、地上デバイス１０ａは、そのメッセージを発しない。地上デバイス１０ｂの位置は、地域の高度発信基準を検証しない（すなわち、ハッチングされたエリアにない）ので、その周波数を地域周波数として設定しない。しかしながら、地上デバイス１０ｂは、周波数２に設定されたその発信周波数を有し、非静止衛星２０は、周波数２に設定された受信周波数も有するので、したがって、非静止衛星２０に発信することができる。非静止衛星２０に設定された現在の受信周波数と、地域周波数とが異なるそのような場合は、たとえば、非静止衛星２０が、存在する第１の地域と、存在することになる第２の地域との間の境界を越えようとしており、地上デバイス１０の分布が、第２の地域において、より重要になる場合に生じる可能性がある。

【0099】

図１２に表されるように、地上デバイス１０ａは、非静止衛星２０の天底周辺の地域（すなわち、ハッチングされたエリア）に位置しておらず、その発信周波数は、地域Ａの地域周波数である周波数１に設定されている。非静止衛星は、周波数２に設定された受信周波数を有するので、地上デバイス１０ａの位置が、高度発信基準を検証しても、地上デバイス１０ａは、非静止衛星２０に発信できない。地上デバイス１０ｂは、周波数２に設定された発信周波数を有する。この発信周波数は、非静止衛星２０の受信周波数と同じであるため、非静止衛星２０に発信することができ、地上デバイス１０ｂはまた高度発信基準を検証する。地上デバイス１０ｂが、地域周波数が周波数２である地域Ｂから、地域周波数が周波数１である地域Ａに移動する場合、地上デバイス１０ｂは、周波数２に設定された発信周波数を依然として有する。したがって、地上デバイス１０ｂは、非静止衛星２０に依然として発信することができる。なぜならそれらの周波数が同じであるからである。しかし、地上デバイス１０ｂは、地域Ａにあり、その発信周波数がここで周波数１を使用する必要があるため、周波数２の使用は禁止される。本発明は、この問題を解決することを可能にする。そうするために、地上デバイス１０ｂが、ハッチングされたエリア、すなわち、非静止衛星２０の天底周辺の地域に入ると、地上デバイス１０ｂの位置が、ここで地域高度基準を検証し、次にその発信周波数を、非静止衛星２０によってビーコン信号でブロードキャストされる地域周波数として設定する。新たに設定された発信周波数は、現在、地域周波数である周波数１である。地域を変更した地上デバイス１０ｂはここで、その発信周波数、すなわち、周波数１として設定された正しい地域周波数を有するので、問題は解決される。この問題を解決すると、地上デバイス１０ｂは、周波数が異なるため、非静止衛星２０に発信できなくなり、これは、予想される振舞である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】