(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御局と、該制御局の制御下の無線チャネルのビームを形成する衛星と、該衛星へビームチャネルを送信しかつ該衛星からビームチャネルを受信する複数の地球局とを備えており、異なるビーム内で同一のチャネルが再利用される衛星通信ネットワークにおける、
発呼局から発せられた呼設定要求メッセージを前記衛星の信号チャネルを介して前記制御局で受信することに応答して、該制御局により空きビームチャネルを発呼局及び被呼局へ割り当てる方法であって、
前記方法が、前記発呼局及び被呼局の各々について独立した、第１及び第２の選択肢の１つの前記制御局におけるシミュレーションと最終ステップとを伴っており、
（ａ）少なくとも１つの空きチャネルが前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成するビームに属する場合の前記第１の選択肢が、前記少なくとも１つの空きチャネルを前記発呼局及び被呼局の各々に割り当てるステップを備えており、
（ｂ）空きチャネルが前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成するビームに存在しない場合の前記第２の選択肢が、
（ｂ１）前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成する前記ビームに最も近いものから最も遠いものまでの隣り合うビームの各々内の空きチャネルを捜しこれによって空きチャネルを識別するステップ、及び
（ｂ２）前記隣り合うビームの各々内で識別された前記空きチャネルに応答して、シミュレート法により、前記発呼局及び被呼局の各々を含む前記カバレッジの表面を減少させかつ前記発呼局及び被呼局の各々が前記隣り合うカバレッジ内に含まれるように該隣り合うカバレッジの表面を増大させて前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジと前記隣り合うビームの各々に伴う隣り合うカバレッジとの間で負荷の転送を行うことによって前記隣り合うビームの各々内で識別された前記空きチャネルの１つを前記発呼局及び被呼局の各々に割り当て、各々が同一チャネルを再利用可能なビームを備えた、ビームの最適なサブセットを決定し、前記隣り合うビームの各々内で識別された前記空きチャネルの前記１つを、前記隣り合うビームの各々を含むビームの前記最適なサブセットの１つにおいて少なくとも利用されるものとして選択するステップ、
からなる繰返しステップを備えており、
（ｃ）前記最終ステップが、識別された前記空きチャネルの前記１つが前記発呼局及び被呼局の各々に割り当てられると直ちに、呼設定許可メッセージを前記制御局から前記発呼局へ出力するステップを備えていることを特徴とする通信チャネルの割り当て方法。
【請求項２】
ビームの最適なサブセットを決定する前記ステップが、
Ｔを２から始まりＩまで前記繰返しステップ毎に１づつインクリメントされる整数とすると、前記ネットワークのＩ個のビームからＴ個のビームの
【数１】
0003613826.tif 000014
個の隔離されたサブセットを構成するステップ、及び
Ｔ個のビームの前記
【数２】
0003613826.tif 000015
個のサブセットの少なくとも１つについて計算されるＴ個のアイソレーションレベルが所定のスレッショルドより大きいことを確立する条件付の関係が満足される場合に、Ｔ個のビームの前記
【数３】
0003613826.tif 000016
個のサブセットの各々について、Ｔ個のビームの前記
【数４】
0003613826.tif 000017
個のサブセットの各々内の前記ビームのそれぞれ１つの主ローブのアンテナ利得とＴ個のビームの前記
【数５】
0003613826.tif 000018
個のサブセットの各々内の他のビームの第２ローブの最大アンテナ利得それぞれの和との比に各々が等しいＴ個のアイソレーションレベルを計算するステップ、
からなる繰返しステップを備えており、
ビームの前記最適なサブセットが、ＴＬ  を前記条件付の関係が満足されないＴと仮定された整数値とすると、各々のサブセットについて、計算された［ＴＬ  −１］個のアイソレーションレベルが前記スレッショルドより大きい
【数６】
0003613826.tif 000019
個のサブセットからのビームのサブセットで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記制御局で実行されるシミュレーション内に、前記発呼局及び被呼局の各々がいかなるビームカバレッジにも含まれていない場合の第３の選択肢が含まれており、該第３の選択肢が、
前記ネットワーク内に存在するビームカバレッジから前記発呼局及び被呼局の各々に最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジを決定するステップ、
最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジの各々について、繰返しにより、該最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジの各々と異なる前記カバレッジの各々のサイズを、前記呼設定要求メッセージを受け取る前に活性化される局を該カバレッジ内に維持させつつ該最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジの各々がその内部にそれぞれのアンテナ利得を有する前記発呼局及び被呼局の各々を含むように増大されるまで、減少させるステップ、及び
前記最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジの１つを、該最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジについて前記発呼局及び被呼局の各々が選択されたカバレッジに含まれるようにそれぞれ計算された２つのアンテナ利得の高い方の関数として該選択されたカバレッジに選択するステップ、
を備えており、
前記選択するステップの次に前記第１及び第２の選択肢並びに前記最終ステップの１つが続くことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ネットワーク内に存在するビームの１つ内の話中無線チャネルの数が前記ネットワーク内に存在するビームの数に対する該ネットワーク内の話中無線チャネルの数の比の整数部より大きいことに応答して、ビームの前記１つ内の話中無線チャネルの数が前記整数部より大きいときに、ビームの前記１つのカバレッジに属する各局がビームの前記１つにおける１つの無線チャネルを空きにするためにビームの該１つに隣り合うビームの無線チャネルに割り当てられるように、ビームの該１つによってカバーされる該各局について前記第２の選択肢を実行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
制御局と、該制御局の制御下の無線チャネルのビームを形成する衛星と、該衛星へビームチャネルを送信しかつ該衛星からビームチャネルを受信する複数の地球局とを備えており、異なるビーム内で同一のチャネルが再利用される衛星通信ネットワークにおける、
発呼局から発せられた呼設定要求メッセージを前記衛星の信号チャネルを介して前記制御局で受信することに応答して、該制御局により空きビームチャネルを発呼局及び被呼局へ割り当てる方法であって、
前記方法が、前記発呼局及び被呼局の各々について独立した、第１及び第２の選択肢の１つの前記制御局におけるシミュレーションと最終ステップとを伴っており、
（ａ）少なくとも１つの空きチャネルが前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成するビームに属する場合の前記第１の選択肢が、前記少なくとも１つの空きチャネルを前記発呼局及び被呼局の各々に割り当てるステップを備えており、
（ｂ）空きチャネルが前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成する
ビームに存在しない場合の前記第２の選択肢が、
（ｂ１）前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成する前記ビームに最も近いものから最も遠いものまでの隣り合うビームの各々内の空きチャネルを捜しこれによって空きチャネルを識別するステップ、及び
（ｂ２）前記空きチャネルの１つと同一のチャネルを利用する全てのビームを備えたビームの最適なサブセット内において、該最適なサブセット内の前記全てのビームからのそれぞれのビームの主ローブのアンテナ利得と該最適なサブセット内の他のビームの第２ローブの最大アンテナ利得の和との比に等しい各アイソレーションレベルが所与のスレッショルドより大きい場合に直ちに、前記隣り合うビームの各々内で識別された前記空きチャネルの前記１つを前記発呼局及び被呼局の各々に割り当てるステップ、
からなる繰返しステップを備えており、
（ｃ）前記最終ステップが、識別された前記空きチャネルの前記１つが前記発呼局及び被呼局の各々に割り当てられると直ちに、呼設定許可メッセージを前記制御局から前記発呼局へ出力するステップを備えていることを特徴とする通信チャネルの割り当て方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、衛星を介した送受地球局間の通信に関する。
【０００２】
【従来の技術】
より正確には、本発明は、発呼局によって制御局（ＳＣ）へ伝送された呼設定要求に応答した周波数再利用を行う衛星通信ネットワークにおける発呼局及び被呼局への通信チャネルの割り当て方法に関する。図１に示すように、衛星通信ネットワークは、通常、複数Ｎ＝９の送受地球局Ｓ１〜Ｓ９、制御局ＳＣ、及び衛星ＳＡによって定義される。複数の局のうちの局Ｓ３のごとき発呼局と局Ｓ６のごとき被呼局との間の呼設定は、チャネル又は周波数帯Ｂ３の発呼局Ｓ３への及びチャネルＢ６の被呼局Ｓ６への割り当てを伴う。これらチャネルＢ３及びＢ６の各々は、所与のビームに付属している。局Ｓ３で生成された伝送されるべきデータは、アップリンクチャネルＢ３により衛星ＳＡへ伝送され、ダウンリンクチャネルＢ６により衛星ＳＡから被呼局Ｓ６へ再伝送される。
【０００３】
呼設定フェーズは、衛星ＳＡを介して制御局ＳＣへ向けた呼設定要求メッセージを生成する発呼局Ｓ３の先導でスタートする。この呼設定要求メッセージは、アップリンク信号チャネルＢＳにより発呼局から衛星へ伝送され、ダウンリンク信号チャネルＢＳにより衛星から制御局ＳＣへ再伝送される。制御局ＳＣは、２つのチャネル（この例ではチャネルＢ３及びＢ６）が局Ｓ３及びＳ６にそれぞれ割り当て可能となると直ちに呼設定メッセージを発呼局Ｓ３へ返送する。
【０００４】
従来技術では、低電力衛星ＳＡに関連する衛星ネットワークにおいて無線ビームのカバレッジを管理する２つの方法が提供される。
【０００５】
第１の方法において、ネットワークは所定数のチャネルを有しており、トラフィックレベルに応じた可変数のチャネルが各ビームに割り当てられる。このためには、当該無線ビームに対するトラフィックデマンドに応じて、衛星ＳＡのペイロードチャネルのダイナミック再割り当てが無線ビーム間でなされる。この種の方法ではビームは固定である。即ち、そのチャネルの各々についての各ビームのカバレッジは、アンテナ利得により最小利得より低く規定される一定の大きさを有している。一方、与えられた１つのビームに対するチャネル数は時間に従って変化する。１つのビーム内のチャネル数を１つ減少させると、他のビーム内のチャネル数が１つ増加する。この方法を実施している衛星は、容量の再割り当てマトリクス衛星と称される。
【０００６】
第２の方法は、１９９４年１０月１１日に発行された米国特許第５，３５５，１３８号に記載されている。その内容については、以下の記載に参照することによって説明される。この方法では、衛星ネットワークが、カバレッジ再構築によって管理される。この第２の方法においては、上述した第１の方法と異なり、各無線ビーム内のチャネル数は固定であり、各ビームのカバレッジがネットワーク内で生じる呼設定要求に応じてカバレッジエリアを減少又は増大することにより時間に応じて変化せしめられる。実際には、各ビーム内のチャネル数は一定であるが、ビーム間でチャネルの交換を行う用意がある。第１のビームのチャネルを第２のビームに割り当てることは、第２のビームのチャネルを第１のビームに割り当てることを伴う。従って、１つのビームのチャネルの組による「帯域幅」は一定のままである。ビームカバレッジのサイズは、以下の方法によって再構築される。
【０００７】
ネットワークの発呼局と被呼局との間で衛星ＳＡを介して呼、即ちリンク、を設定するために、発呼局は最初に呼設定要求メッセージを衛星ＳＡの信号チャネルＢＳを介して制御局ＳＣへ送る。発呼局及び被呼局に関するネットワークの構成における発展は、制御局でもシミュレートされる。発呼局及び被呼局の両方についてシミュレートされた許可が制御局ＳＣによって発生せしめられると、呼設定許可メッセージが制御局ＳＣによって発呼局へ伝送される。これらシミュレートされた許可の各々は、発呼局及び被呼局それぞれについての空きチャネルの起こり得る割り当てに対応している。
【０００８】
制御局におけるシミュレーションの２つの主なるプランが各局について用意されている。これら２つのプランの各々は、衛星ＳＡの制約されている電力に直接的に関係している。
【０００９】
着呼局又は被呼局がいかなる無線ビームカバレッジにも属していないという状況に関する第１のプラン（米国特許第５，３５５，１３８号の図５）では、その局に最も近いカバレッジが最初に選択される。選択されたカバレッジの他のカバレッジは、これら他のビームについての衛星ＳＡの電力出力の一部を解放するべくカバレッジのサイズが減少せしめられる。この解放された一部電力は、その局を選択されたカバレッジ内に含めるべくそのカバレッジの表面（フットプリント）を広げるのに用いられる。制御局において、選択されたカバレッジの表面が広げられることによってその局がそのカバレッジ内に含まれ得ると共に選択されたビームカバレッジにおいてチャネルが空きとなると直ちにシミュレートされた許可が得られる。
【００１０】
着呼局又は被呼局が、ある無線ビームカバレッジに含まれているという状況に関する第２のプラン（米国特許第５，３５５，１３８号の図１１）には、２つのサブプランがある。即ち、このカバレッジを伴うビームが空きチャネルを有している（この場合、この空きチャネルはその局に割り当てられている）か、又はその局を含むカバレッジのビーム内に空きチャネルがない（この場合、このカバレッジに最も近い、空きチャネルを有するカバレッジが捜される）かである。後者の場合、空きチャネルを有する最も近いカバレッジとその局を含むカバレッジとの間で負荷の転送（引渡し）が行われる。この負荷転送は、その局がその最も近いカバレッジ内に含まれるようにそのカバレッジの表面を広げること、及びこれに相応した量だけ、局を含むカバレッジの表面を狭めることを伴う。その局が隣り合うカバレッジ内に含まれ得ると共にその隣り合うカバレッジにおいてチャネルが空きであると直ちにその局に対してシミュレートによる許可が出される。
【００１１】
発呼局及び被呼局の両方についてシミュレートによる許可が制御局ＳＣで発生せしめられると直ちにこの制御局は、関係するカバレッジの（即ち、実行されるシミュレーションによって発呼局及び被呼局を含むカバレッジの）形態を変更すべく電力及び位相シフトの制御値を衛星ＳＡへ伝送する。発呼局及び被呼局間の通信フェーズが介しされるように、呼設定許可メッセージも衛星ＳＡを介して発呼局へ伝送される。
【００１２】
局がいかなるカバレッジにも含まれないという状況に関する第１のプランの変更例においては、最も近いカバレッジのみならずネットワーク内の最狭表面を有するカバレッジをも選択し、この最も近いカバレッジか又は最狭表面を有するカバレッジのどちらかである選択されたカバレッジ内にその局が含まれるように、これら２つのカバレッジの各々について他のカバレッジ表面を狭めることが行われる。この変更例において、最も近いカバレッジ又は最狭表面を有するカバレッジのどちらにその局が含まれるかに応じてそれぞれ決まる、その局の２つの利得が、制御局ＳＣのシミュレーションで計算される。局Ｓを含むカバレッジとしては、最も高い利得のカバレッジが選ばれる。これにより、衛星アンテナの放射素子用の電力及び位相シフトの制御値が、制御局ＳＣによって衛星ＳＡへ伝送される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた第１及び第２の従来技術方法は、ネットワーク内の周波数再利用を考慮しないので、異なるビーム内の同一周波数帯についてのチャネル管理に問題が生じる。衛星において得られる周波数帯域幅の制約上、異なるビーム内で同一のチャネル又は周波数帯を再利用することが有益である。
【００１４】
それにもかかわらず、異なるビームにおいて同一周波数帯をこのように再利用することは、それら異なるビーム間の角度の隔たりに応じて干渉が生じると思われる。
【００１５】
本発明の目的は、同一周波数帯である異なる無線ビームのチャネルが特別の最大レベルより大きな干渉を引き起こさないことを保証する、局へのチャネル割り当て管理方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の態様において、本発明は、カバレッジ再構築を利用した衛星ネットワークに関する。
【００１７】
即ち、本発明によれば、制御局と、該制御局の制御下の無線チャネルのビームを形成する衛星と、該衛星へビームチャネルを送信しかつ該衛星からビームチャネルを受信する複数の地球局とを備えており、異なるビーム内で同一のチャネルが再利用される衛星通信ネットワークにおける、発呼局から発せられた呼設定要求メッセージを前記衛星の信号チャネルを介して前記制御局で受信することに応答して、該制御局により空きビームチャネルを発呼局及び被呼局へ割り当てる第１の方法が提供される。
【００１８】
この第１の方法は、前記発呼局及び被呼局の各々について独立した、第１及び第２の選択肢の１つの前記制御局におけるシミュレーションと最終ステップとを伴っている。
【００１９】
（ａ）少なくとも１つの空きチャネルが前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成するビームに属する場合の前記第１の選択肢は、前記少なくとも１つの空きチャネルを前記発呼局及び被呼局の各々に割り当てるステップを備えている。
【００２０】
（ｂ）空きチャネルが前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成するビームに存在しない場合の前記第２の選択肢は、
（ｂ１）前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジを形成する前記ビームに最も近いものから最も遠いものまでの隣り合うビームの各々内の空きチャネルを捜しこれによって空きチャネルを識別するステップ、及び
（ｂ２）前記隣り合うビームの各々内で識別された前記空きチャネルに応答して、シミュレート法により、前記発呼局及び被呼局の各々を含む前記カバレッジの表面を減少させかつ前記発呼局及び被呼局の各々が前記隣り合うカバレッジ内に含まれるように該隣り合うカバレッジの表面を増大させて前記発呼局及び被呼局の各々を含むカバレッジと前記隣り合うビームの各々に伴う隣り合うカバレッジとの間で負荷の転送を行うことによって前記隣り合うビームの各々内で識別された前記空きチャネルの１つを前記発呼局及び被呼局の各々に割り当て、各々が同一チャネルを再利用可能なビームを備えた、ビームの最適なサブセットを決定し、前記隣り合うビームの各々内で識別された前記空きチャネルの前記１つを、前記隣り合うビームの各々を含むビームの前記最適なサブセットの１つにおいて少なくとも利用されるものとして選択するステップ、
からなる繰返しステップを備えている。
【００２１】
（ｃ）前記最終ステップは、識別された前記空きチャネルの前記１つが前記発呼局及び被呼局の各々に割り当てられると直ちに、呼設定許可メッセージを前記制御局から前記発呼局へ出力するステップを備えている。
【００２２】
好ましくは、ビームの最適なサブセットを決定する前記ステップが、
Ｔを２から始まりＩまで前記繰返しステップ毎に１づつインクリメントされる整数とすると、前記ネットワークのＩ個のビームからＴ個のビームの
【数７】
0003613826.tif 000002
個の隔離されたサブセットを構成するステップ、及び
Ｔ個のビームの前記
【数８】
0003613826.tif 000003
個のサブセットの少なくとも１つについて計算されるＴ個のアイソレーションレベルが所定のスレッショルドより大きいことを確立する条件付の関係が
満足される場合に、Ｔ個のビームの前記
【数９】
0003613826.tif 000004
個のサブセットの各々について、Ｔ個のビームの前記
【数１０】
0003613826.tif 000005
個のサブセットの各々内の前記ビームのそれぞれ１つの主ローブのアンテナ
利得とＴ個のビームの前記
【数１１】
0003613826.tif 000006
個のサブセットの各々内の他のビームの第２ローブの最大アンテナ利得それぞれの和との比に各々が等しいＴ個のアイソレーションレベルを計算するステップ、
からなる繰返しステップを備えている。
【００２３】
ビームの前記最適なサブセットが、ＴＬ  を前記条件付の関係が満足されないＴと仮定された整数値とすると、各々のサブセットについて、計算された［ＴＬ  −１］個のアイソレーションレベルが前記スレッショルドより大きい
【数１２】
0003613826.tif 000007
個のサブセットからのビームのサブセットで形成されている。
【００２４】
第１の方法が、前記制御局で実行されるシミュレーション内に、前記発呼局及び被呼局の各々がいかなるビームカバレッジにも含まれていない場合の第３の選択肢を含むことが有利である。該第３の選択肢は、
前記ネットワーク内に存在するビームカバレッジから前記発呼局及び被呼局の各々に最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジを決定するステップ、
最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジの各々について、繰返しにより、該最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジの各々と異なる前記カバレッジの各々のサイズを、前記呼設定要求メッセージを受け取る前に活性化される局を該カバレッジ内に維持させつつ該最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジの各々がその内部にそれぞれのアンテナ利得を有する前記発呼局及び被呼局の各々を含むように増大されるまで、減少させるステップ、及び
前記最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジの１つを、該最も近いカバレッジ及び最も低い表面カバレッジについて前記発呼局及び被呼局の各々が選択されたカバレッジに含まれるようにそれぞれ計算された２つのアンテナ利得の高い方の関数として該選択されたカバレッジに選択するステップ、
を備えており、
前記選択するステップの次に前記第１及び第２の選択肢並びに前記最終ステップの１つが続く。
【００２５】
さらに、ネットワーク内のビームに話中無線チャネルを均等に配分するために、第１の方法は、前記ネットワーク内に存在するビームの１つ内の話中無線チャネルの数が前記ネットワーク内に存在するビームの数に対する該ネットワーク内の話中無線チャネルの数の比の整数部より大きいことに応答して、ビームの前記１つ内の話中無線チャネルの数が前記整数部より大きいときに、ビームの前記１つのカバレッジに属する各局がビームの前記１つにおける１つの無線チャネルを空きにするためにビームの該１つに隣り合うビームの無線チャネルに割り当てられるように、ビームの該１つによってカバーされる該各局について前記第２の選択肢を実行する。
【００２６】
第２の態様において、本発明は、容量再割り当てを利用した衛星ネットワークに関する。
【００２７】
即ち、本発明によれば、制御局と、該制御局の制御下の無線チャネルのビームを形成する衛星と、該衛星へビームチャネルを送信しかつ該衛星からビームチャネルを受信する複数の地球局とを備えており、異なるビーム内で同一のチャネルが再利用される衛星通信ネットワークにおける、発呼局から発せられた呼設定要求メッセージを前記衛星の信号チャネルを介して前記制御局で受信することに応答して、該制御局により空きビームチャネルを発呼局及び被呼局へ割り当てる第２の方法が提供される。第２の方法は、前記発呼局及び被呼局の各々について独立した、第１及び第２の選択肢の１つの前記制御局におけるシミュレーションと最終ステップとを伴っている。第１及び第２の方法において、第１の選択肢、第２の選択肢における第１のサブステップ（ｂ１）、及び最終ステップは、互いに同じである。
【００２８】
第２の方法は、第２のサブステップ（ｂ２）が第１の方法と異なっている。この第２のサブステップは、前記空きチャネルの１つと同一のチャネルを利用する全てのビームを備えたビームの最適なサブセット内において、該最適なサブセット内の前記全てのビームからのそれぞれのビームの主ローブのアンテナ利得と該最適なサブセット内の他のビームの第２ローブの最大アンテナ利得の和との比に等しい各アイソレーションレベルが所与のスレッショルドより大きい場合に直ちに、前記隣り合うビームの各々内で識別された前記空きチャネルの前記１つを前記発呼局及び被呼局の各々に割り当てるステップからなる繰返しステップを備えている。
【００２９】
【実施例】
本発明の他の構成及び効果は、対応する添付図面を参照した本発明の数個の実施例の以下の説明によってより明らかとなるであろう。
【００３０】
図２には２つのアンテナの放射特性がそれぞれ実線及び破線で示されている。図２は、角度θの関数として利得Ｇをプロットしたものである。これら２つの放射特性は、図１に示す衛星ネットワーク内のそれぞれのビームＦ１及びＦ２を伴っており、異なるビームにおける同一周波数帯のチャネル間の干渉の原因を示している。２つの放射特性の各々は、それぞれの主ローブＬＰ１、ＬＰ２と、主ローブに対するサイドローブであるそれぞれの第２ローブＬＬ１、ＬＬ２を有している。同一周波数帯の２つのそれぞれのチャネルを使用しておりここではＦ１及びＦ２として示す２つのビームが空間的に充分にアイソレートされていない場合、当該チャネルについて一方のビームの第２ローブＬＬ１、ＬＬ２と他方のビームの主ローブＬＰ２、ＬＰ１との間でチャネル干渉が生じる。その結果、一方のビームのそのチャネル上を伝送するデータは、他方のビームのそのチャネル上を伝送するデータによって乱される。実際には、他のビームの主ローブへの妨害を計算する際に考慮しなければならないため、ビームは、その第２ローブについてのみ対となって空間的に充分にアイソレートされていると仮定されている。
【００３１】
もちろん、このような干渉は、データを地球局から衛星ＳＡへ伝送するアップリンクチャネルのみならず、データを衛星ＳＡから地球局へ伝送するダウンリンクチャネルについても影響を及ぼす。２つのビームＦ１及びＦ２が同一周波数帯の２つのそれぞれのチャネルを伴っている場合、２つのチャネルの一方上で衛星により受信されたアップリンクデータは、２つのチャネルの他方上で受信されたデータにより、２つのビームＦ１及びＦ２のそれぞれのチャネル上で送信を行う２つの局の地理的な位置に応じて乱される。２つのビームが同一周波数帯の２つのそれぞれのチャネルを伴っている場合、ビームの一方によってカバーされる局により２つのチャネルの一方上で衛星ＳＡから受信されたダウンリンクデータは、ビームの他方によってカバーされる局により２つのチャネルの他方上で衛星から受信されたデータにより、２つの局の地理的な位置に応じて乱される。
【００３２】
図２に示すように、同一周波数帯のそれぞれのチャネルを伴う２つのビームについて、実際には２つのアイソレーションレベルが存在する。２つのチャネルのリンクの最低品質をそれぞれ表わすこれら２つのアイソレーションレベルの各々を計算するために、局の位置には無関係に、２つのビームＦ１及びＦ２における２つのチャネルの各々が、妨害されるチャネル及び妨害するチャネルとして順次考慮される。図２において、ビームＦ１のチャネルに対するビームＦ２のチャネルのアイソレーションについての第１のアイソレーションレベルは、最小利得ＧＬＰ２  と呼ばれるビームＦ２のカバレッジの境界における主ローブＬＰ２のアンテナ利得と、ビームＦ１の第２ローブＬＬ１の最大アンテナ利得ＧＬＬ１  との比に等しい。ビームＦ２のチャネルに対するビームＦ１のチャネルのアイソレーションについての第２のアイソレーションレベルは、最小利得ＧＬＰ１  と呼ばれるビームＦ１のカバレッジの境界における主ローブＬＰ１のアンテナ利得と、ビームＦ２の第２ローブＬＬ２の最大アンテナ利得ＧＬＬ２  との比に等しい。より一般的には、同一周波数帯のＮ個のそれぞれのチャネルを伴うＮ個のビームの場合、１つのビームのＮ個のチャネルの１つに対して他のビームの（Ｎ−１）個のチャネルによってなされる妨害を順次計算することによって、Ｎ個のアイソレーションレベルが決定される。Ｎ個のアイソレーションレベルの各々は、他のビームの第２ローブの最大アンテナ利得の和と、当該ビームの境界におけるビームの１つの主ローブの最小アンテナ利得との比に等しい。
【００３３】
上述した考えに基づくビームの最適なサブセットを決定するための一般的なアルゴリズムについて、図３を参照して以下に説明する。本発明を実施するためのこのアルゴリズムの２つの変形実施態様又はこのアルゴリズムのステップが、容量の再割り当てを利用した固定カバレッジを有する衛星ネットワークとカバレッジ再構築を利用した衛星ネットワークとのそれぞれについて、図４及び図５を参照して順次説明される。制御局ＳＣ内のシミュレーションで用いられるこの種のアルゴリズムの目的は、ビームの最適なサブセットを決定すること、即ち各々がビーム間で干渉を生じさせることなく同一周波数帯のチャネルを再利用できかつ最大数のビームを含んでいるビーム群を決定することにある。このアルゴリズムは、これら最適なサブセットを相互作用によって決定する。
【００３４】
以下の記載では、ビーム間のアイソレーションレベルの計算がアップリンク及びダウンリンクについて「対称性」を有するタイプであることに注意すべきである。これは、アップリンク及びダウンリンクのそれぞれについて、複数の妨害するビームチャネルに対する妨害されたビームチャネルの２つのアイソレーションレベルが等しいことを意味している。この「対称性」タイプは、制御局において実行されるべき計算を簡易化する。
【００３５】
実際に、同一周波数帯の２つのチャネルを再利用する２つの局について１つのビームの他のビームに関するアイソレーションレベルを正確に計算するには、それによってアンテナ利得を減少するために、２つのビームのカバレッジ内にそれぞれある２つの局の地理的な位置に関する知識を必要するであろう。単純化すると、最小アイソレーションレベルは第１のビームの境界においてその第１のビームについての主ローブ利得Ｇの関数として計算され、１つの第２のビームの最大第２ローブ利得Ｇ又は複数の第２のビームについての複数の最大第２ローブ利得Ｇの和として計算される。
【００３６】
図３の初期化ステップＥＩ０及び主ステップＥ１に示すように、アルゴリズムは、衛星ネットワークのＩ個の無線チャネルビームから形成可能な、サイズＴ＝２の、即ち２つのビームの全てのサブセットを決定することによってスタートする。組み合わせ論理によれば、２つのビームを備えた
【数１３】
0003613826.tif 000008
個のサブセットは、次のごとく決定される。
【数１４】
0003613826.tif 000009
この方法で決定されたＭ個のサブセットは、このアルゴリズムでは、
【数１５】
0003613826.tif 000010
として示される。
【００３７】
ｍを１に初期化するステップＥＩ２及びこのｍを１ずつインクリメントするステップＥＩ５で示すように、ｍを
【数１６】
0003613826.tif 000011
とするとこれらサブセットＳＥ（ｍ）の各々について、Ｔ個のアイソレーションレベルの計算ＣＮＩが行われる。Ｔ＝２個のビームのサブセットの各ＳＥ（ｍ）について、Ｔ＝２個のアイソレーションレベルＮ（１）及びＮ（２）の各々がスレッショルドＴＨと比較される（ステップＥＴ０）。１≦ｔ≦Ｔ＝２であるアイソレーションレベルＮ（ｔ）の各々は、サブセットＳＥ（ｍ）内のビームのうちのそれぞれ１つのこのビームのカバレッジの境界における主ローブの利得ＧＰ（ｔ）と、他のｋ（ｋ≠ｔ及びｋ＜Ｔ）個のビームの第２ローブのそれぞれの最大利得
【数１７】
0003613826.tif 000012
の和との比に等しい。Ｔ＝２の場合、上述の和はただ１つの利得値からなる。
【００３８】
繰返しの判別ステップＥＴ０及びＥＴ１並びにインクリメントステップＥＴ４により示されているように、サブセットＳＥ（ｍ）について計算される、１≦ｔ≦ＴであるＴ個のアイソレーションレベルＮ（ｔ）がスレッショルドＴＨより大きい場合、同一周波数帯のＴ＝２個のそれぞれのチャネルはサブセットＳＥ（ｍ）を構成する２つのビーム内で再利用可能である（ステップＥ３）。一方、少なくとも１つのアイソレーションレベルＮ（ｔ）がスレッショルドＴＨより小さい場合、そのサブセットＳＥ（ｍ）のビーム内における同一周波数帯のチャネルの再利用は許可されない（ステップＥ４）。ステップＥ３からの出口側のステップＥＴ２及びＥＩ５並びにステップＥ４からの出口側のステップＥＴ３及びＥＩ７により示されているように、２つのアイソレーションレベルの計算ＣＮＩはネットワークのＴ＝２個のビームの
【数１８】
0003613826.tif 000013
個のサブセットの各々について行われる。同一周波数帯のチャネルを再利用できるサブセットの特性は記憶される。
【００３９】
他の変数ＮＳは、このアルゴリズムのスタート時にステップＥＩ１でゼロに初期化されるものであり、同一のチャネルを利用できるサイズＴ＝２のサブセットの数を表わしている。この変数は、ステップＥ３からの出口のステップＥＩ４において１つインクリメントされる。
【００４０】
サイズＴ＝２の全てのサブセットが、同一周波数帯のそれぞれのチャネルの再利用を許可されたビームをこれらサブセットのどれが含んでいるかの決定を行うべく処理された後、２者のうちの一方が選択されねばならない。その一方においては（ステップＥＴ５でＹＥＳ）、同一周波数帯の２つのそれぞれのチャネルを利用することができるＴ＝２個のビームを含む少なくとも１つのサブセット及びＭ個のサブセットの大部分が決定されており、サイズＴ＝Ｔ＋１＝３のサブセットについての前述のステップ（ステップＥＩ８＝ステップＥＩ６）はビームを含むサイズ３のサブセットのうちどれが同一周波数帯のそれぞれのチャネルを利用することができるかを決定するために繰返される。これは、サイズＴ＝Ｔ＋１（Ｔ≦Ｉ）のサブセットの繰返しによって行われる。その他方では（ステップＥＴ５でＮＯ）、同一周波数帯を再利用できるビームを含むサイズＴのいかなるサブセットも決定されず、この場合（ステップＥＦ）、チャネル再利用についての条件は同一チャネルを再利用できるサイズｔ＝（Ｔ−１）のサブセットに制限される。これは、同一周波数帯のそれぞれのチャネルを再利用できる最大サイズの（Ｔ−１）個のビームのグループを構成するという意味で「最適な」サブセットを決定する。実際には、サブセット間の共通部分は必ずしも空きでなく、従って、サイズ（Ｔ−１）のサブセット内で利用可能な同一のそれぞれのチャネルは隔離されている。
【００４１】
図３のアルゴリズムは、本発明を実施するための一般的なアルゴリズムである。衛星ネットワークが容量再割り当てを用いるかカバレッジ再構築を用いるかにそれぞれ応じてこのアルゴリズムの一部又は全部が適用される。
【００４２】
図４のアルゴリズムは、容量再割り当てを利用する衛星ネットワークに関している。この種のネットワークにおいては、ビームが固定されており従ってビームは一定のサイズを有している。ネットワーク管理は、当該ビームカバレッジ内のトラフィックと共に変化する数のチャネルを各々が含んでいるビーム間でのチャネルのダイナミック再割り当てからなっている。この図４のアルゴリズムは、Ｓｌ  で示す被呼局への呼を設定したい発呼局（Ｓｋ  で示す）からの呼設定要求メッセージの受け取りに応じて、制御局ＳＣにおいて実施される。局Ｓｋ  及び局Ｓｌ  間に設定されるべき呼について、局がその中に位置しているカバレッジを定義するビーム内の各局にチャネルが割り当てされねばならない。その結果、ステップＥ１０に示すように、図４のアルゴリズムは、このアルゴリズムの残りの部分では共にＳで示されている発呼局Ｓｋ  及び被呼局Ｓｌ  の両方に関係する。
【００４３】
第１の判別ステップＥＴ１０は、局Ｓがその内側に位置しているカバレッジを規定するビームＦ内の少なくとも１つの空きチャネルが存在するか判別する。空きチャネルがある場合は、それが局Ｓに割り当てられる（ステップＥＦ１）。空きチャネルがない場合、局Ｓを含むビームＦのカバレッジに最も近いカバレッジから最も遠いカバレッジまでの一連のカバレッジをそれぞれ規定するビームＦａが、少なくとも１つの空きチャネルが存在するかどうかチェックされる（ステップＥ１１及びＥＴ１１）。局Ｓを含むカバレッジを規定するビームＦに最も近いものから最も遠いものまでの一連のビームＦａのどれにも空きチャネルが存在しない場合、アルゴリズムが次のビームについて繰返される。
【００４４】
本発明によれば、これらビームの１つ内で少なくとも１つの空きチャネルが見つかると、直ちに、図３を参照して既に述べたアイソレーションレベルの計算ＣＮＩを含むステップが実行される。図４ではＥ１２で示されるこのステップは、局Ｓを含むカバレッジを規定するビームＦに隣り合うビームＦａの１つ内で見つけられた空きチャネルと同一周波数帯のチャネルを利用するビームを結合するサブセットＳＥ（ｍ）に適用される。この結果得られた例えばＴ個のビームを含むサブセットＳＥ（ｍ）について、Ｔ個のアイソレーションレベルＮ（ｔ）が計算される。ただし、１≦ｔ≦Ｔである。図３のブロックＣＮＩ内に示されているように、これらＴ個のアイソレーションレベルＮ（ｔ）の各々は、そのビームのカバレッジの境界において取り込まれたサブセットのそれぞれの１つのビームにおける主ローブのアンテナ利得と、得られたサブセットＳＥ（ｍ）内の他のビームの第２ローブのそれぞれの最大アンテナ利得の和との比に等しい。これらＴ個のアイソレーションレベルＮ（ｔ）の各々がスレッショルドＴＨより大きい場合、隣り合うビームの上述した１つ内で見つけられた空きチャネルが局Ｓを含むカバレッジを規定するビームに割り当てられる（ステップＥＦ２）。これらＴ個のアイソレーションレベルＮ（ｔ）の各々がスレッショルドＴＨより小さい場合、隣り合う次のビームについて繰返して行われる空きチャネルの捜索が続けられる。空きチャネルが見つかると、直ちに、アイソレーションレベルを計算するステップＥ１２が実行され、図４のステップＥ１２及びＥ１１間の結合で示されているように、見つけられた空きチャネルと同一周波数帯を利用するビームを含むサブセットについて計算したアイソレーションレベルが全て前記スレッショルドＴＨより大きくない限りは、同様の処理が繰返して実行される。
【００４５】
容量の再割り当てを利用した衛星ネットワークに関する本発明の上述した実施態様においては、ビームのカバレッジが固定であるとみなされている。カバレッジ再構築を利用したネットワークにおいては、各ビーム内のチャネルの数は一定であるが、カバレッジの形状は可変である。次に、カバレッジ再構築を利用したこの種の衛星ネットワークに関する本発明の実施態様についてのチャネル割り当て方法の使用について、図５を参照して説明する。
【００４６】
上述したように、容量の再割り当てを利用した衛星ネットワークに関する本発明の実施態様について、図５のアルゴリズムは、発呼局Ｓｋ  及び被呼局Ｓｌ  の両方に関しており、制御局ＳＣ内にで実施される。このアルゴリズムのステップＥ２０以下の部分において、発呼局Ｓｋ  及び被呼局Ｓｌ  は共にＳとして示される。ステップＥＴ２０では、局ＳがビームＦのカバレッジＣに属するか又は属しないかをまず判別する。
【００４７】
局ＳがビームカバレッジＣに属する場合、ステップＥＴ２１では、このカバレッジを伴うビームが少なくとも１つの空きチャネルを含んでいるかどうか判別する。１つの空きチャネルが存在する場合、この空きチャネルが局Ｓに割り当てられる。局Ｓを含むカバレッジを有するビーム内において複数の空きチャネルが見つかった場合、これら空きチャネルのうちの、カバレッジが局Ｓを含んでいるビームを包含する最適なサブセット内で少なくとも利用される１つの空きチャネルがその局Ｓに割り当てられる（ステップＥ２３）。最適なサブセットが図３のアルゴリズムで決定されることを思い起こすべきである。
【００４８】
局Ｓを含むカバレッジが空きチャネルを有していない場合、局Ｓを含むカバレッジＣに最も近いものから最も遠いものまでのこれに続くビームカバレッジが、これらカバレッジのどれが空きチャネルを有するビームで構成されているか判別するべく検査される（ステップＥ２１及びＥＴ２２）。局Ｓを含むカバレッジＣと隣り合うこれらカバレッジの１つが識別されると直ちに、局Ｓを含むカバレッジを伴うビームＦ及び空きチャネルを含むビームＦａ間で負荷転送（ステップＥ２２）が行われる。前述した米国特許第５，３５５，１３８号の図１１を参照して説明したように、この転送は、局Ｓを含むビームＦのカバレッジのサイズを減少させ、これに釣り合わせて、空きチャネルを含むビームＦａによるカバレッジのサイズをこの後者のカバレッジが局Ｓを含むことができるように増大させることからなる。前にも述べたように、隣り合うカバレッジ内でただ１つの空きチャネルが見つけられた場合、この空きチャネルは局Ｓに割り当てられる。隣り合うカバレッジ内で複数の空きチャネルが見つけられた場合、これら空きチャネルのうちの、隣り合うビームを含む最適なサブセット内で少なくとも利用される１つの空きチャネルがその局Ｓに割り当てられる（ステップＥ２３）。
【００４９】
定義により、最適なサブセットは、ビームカバレッジの形状に、従ってビームの形態に依存する。ステップＥ２２を参照して記載した負荷転送は、カバレッジの形状を変更する。その結果、負荷転送（ステップＥ２２）と隣り合うビーム内で少なくとも利用される空きチャネルの局Ｓへの割り当てとの間に、図３に示すアルゴリズムを利用する最適なサブセットを決定するステップＥＤが存在する。負荷転送（ステップＥ２２）の次に、ステップＥＤは、局Ｓを含みかつ空きチャネルを有する隣り合うビームに伴ったそれぞれのカバレッジに関連する変更に従って最適なサブセットを再定義する。
【００５０】
ステップＥＴ２０の他の選択肢に戻ると、局Ｓがいかなるビームカバレッジにも含まれない場合、本発明はステップＥ２４に示すようなカバレッジ再構築ステップを提供する。前述した米国特許第５，３５５，１３８号の図５を参照して説明したように、この再構築は、局Ｓに最も近いカバレッジか又は地面の最も低い表面のカバレッジを選択することからなる。制御局ＳＣは、これら２つのカバレッジの各々について、衛星ＳＡの電力の一部をシミュレーションによって免除しこれによってカバレッジ内に部局Ｓが含まれるようにその各々のカバレッジのサイズを増大させるべく、当該各々のカバレッジと異なるカバレッジの表面を減少させるようにシミュレーションを実行する。局Ｓを含むことができるこれら２つのカバレッジのどちらかは、より高いアンテナ利得を有しており、従ってこれが選択される（ステップＥＴ２３）。次いで、上述したステップＥＴ２１、Ｅ２１、ＥＴ２２、Ｅ２２、ＥＤ及びＥ２３が、局Ｓを現在含むカバレッジについて実行される。
【００５１】
最も近いカバレッジ及び最も低い表面のカバレッジのいずれも局Ｓを含むことができない場合、発呼局からの呼設定要求は待ちとなる（ステップＥＦ）。
【００５２】
ステップＥ３０に示すように、各ビームが同一数の話中チャネルを含むように、ビーム内の話中チャネルを再配分する方法もある。この再配分は、全てのチャネルが話中であるビームの数を減少させることにより、ネットワーク管理を容易にする。このため、所与のビーム内の話中チャネルの数Ｆがビーム毎の話中チャネルのほぼ平均数、例えばＥ（ＣＯ／Ｉ）、より大きい場合（ただし、Ｅは整数部関数、ＣＯはネットワーク内の話中チャネル数、Ｉはネットワーク内の無線ビーム数）、ステップＥ２１、ＥＴ２２、Ｅ２２、ＥＤ及びＥ２３がこの所与のビームに適用され、その所与のビーム内の幾つかの局がそのビーム内の１つのチャネルを空きとすべくその所与のビームに隣り合うビームのチャネルに割り当てられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１つの衛星及び複数の地球局を含む衛星ネットワーク設備を示す図である。
【図２】２つのビームのチャネル間の干渉現象を説明する２つのアンテナの放射特性図である。
【図３】許容できる干渉を有した、ビームの最適サブセットを決定するための一般的なアルゴリズムを示す図である。
【図４】ビーム間の再割り当て容量を用いた周波数再利用を行う衛星ネットワークにおいてチャネルを割り当てするためのアルゴリズムを示す図である。
【図５】周波数再利用を用いたカバレッジ再構築を行う衛星ネットワークにおいてチャネルを割り当てするためのアルゴリズムを示す図である。
【符号の説明】
Ｂ１〜７  チャネル
ＢＳ  信号チャネル
Ｆ１、Ｆ２  ビーム
Ｓ１〜Ｓ９  送受地球局
ＳＡ  衛星
ＳＣ  制御局
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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