(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークを経由するマルチバンドＲＦ信号の伝送および受信のためのスペクトルネットワークシステムであって、前記マルチバンドＲＦ信号が、少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルを備え、前記システムが、
ダウンサンプラーであって、
より広い帯域幅チャネルから前記少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルを抽出することと、
前記少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルを少なくとも１つのスペクトルチャネルに変換することであって、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルが、前記少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルのデジタル化表現であることと、
を行うように構成された、ダウンサンプラーと、
前記少なくとも１つのスペクトルチャネルをＩＰパケットとしてカプセル化するように構成されたパケットエンコーダであって、前記ＩＰパケットの各パケットが、グローバル時間基準に基づく作成時刻（ＴＯＣ）を含み、かつ前記ＩＰネットワークを経由する伝送のために構成されている、パケットエンコーダと、
前記少なくとも１つのスペクトルチャネルをカプセル化解除して再構成し、各パケットのＴＯＣに基づいて前記マルチバンドＲＦ信号の伝送および受信の確定的レイテンシ制御を提供するように構成されたパケットデコーダと、
前記少なくとも１つのスペクトルチャネルを前記マルチバンドＲＦ信号に変換して、前記少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルを前記より広い帯域幅チャネルに挿入するように構成されたアップサンプラーと、
別のスペクトルネットワークシステムに連結された自動フェイルオーバーユニットであって、前記自動フェイルオーバーユニットが、サイトダイバーシティをサポートするために、前記スペクトルネットワークシステムの第１のアンテナおよびモデム機器と、前記別のスペクトルネットワークシステムの第２のアンテナおよびモデム機器との間でのデータストリームのシームレスな切替えを提供するように構成されており、前記自動フェイルオーバーユニットが、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルの処理中に適応相関機能を用い、前記適応相関機能が、前記スペクトルネットワークシステムおよび前記別のスペクトルネットワークシステムからの信号を相互に相関させることにより、前記スペクトルネットワークシステムの第１のアンテナおよびモデム機器と、前記別のスペクトルネットワークシステムの第２のアンテナおよびモデム機器との間の経路遅延差の推定値を計算する、自動フェイルオーバーユニットと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記パケットエンコーダが、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルの信号をＡＮＳＩ／ＶＩＴＡ−４９無線トランスポート規格（ＶＲＴ）パケットにカプセル化する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記パケットエンコーダが、パケット順方向誤り訂正（Ｐ−ＦＥＣ）技術を使用して、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルを実装および管理する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記パケットエンコーダが、前記ＶＲＴパケットをインターリーブされたパリティグループ内に配置することにより、前記Ｐ−ＦＥＣ技術を前記ＶＲＴパケットに追加するようにさらに構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ＶＲＴパケットの同相および直角位相サンプルが、前記サンプル間の未使用ビットと共に前記少なくとも１つのスペクトルチャネルの信号に挿入される、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
各サンプルが、固定小数点の符号付き数であり、サンプル当たりのビット数が、遠隔送信先において処理機器により必要とされる信号対雑音比に基づいて調整可能である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記パケットデコーダが、ＶＲＴパケットの複数のグループの各々に対するＶＲＴパリティパケットを使用して、カプセル化されかつ符号化されたメッセージデータをカプセル化解除して復号するようにさらに構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記自動フェイルオーバーユニットが、パッシブスプリッタおよびパッシブコンバイナのうちの少なくとも１つをさらに備え、
前記パッシブスプリッタが、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルの信号をダイバーシティのために複数の送信側信号に分割するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークを経由するマルチバンドＲＦ信号の伝送および受信のための装置であって、前記マルチバンドＲＦ信号が、少なくとも１つの無線周波数信号を備え、前記装置が、
前記少なくとも１つの無線周波数信号を少なくとも１つのスペクトルチャネルに変換するための手段であって、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルが、前記１つ以上の無線周波数信号のデジタル化表現である、変換するための手段と、
前記少なくとも１つのスペクトルチャネルをＩＰパケットとしてカプセル化するための手段であって、前記ＩＰパケットの各パケットが、パケット切替えネットワークを経由する伝送の後に、変換された無線周波数信号に関するタイミングを維持するための時間基準に基づく作成時刻（ＴＯＣ）を含む、カプセル化するための手段と、
ＩＰネットワークを経由して前記無線周波数信号を前記ＩＰパケットとしてトランスポートするための手段と、
前記ＴＯＣに基づいて前記ＩＰパケットの確定的レイテンシ制御を提供するために、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルをカプセル化解除して再構成するための手段と、
前記ＩＰパケットを前記１つ以上の無線周波数信号に変換するための手段と、
アンテナおよび処理サイトダイバーシティをサポートするために、スペクトルネットワークシステムの第１のアンテナおよびモデム機器と、別のスペクトルネットワークシステムの第２のアンテナおよびモデム機器との間でデータストリームをシームレスに切り替えるための手段であって、前記シームレスに切り替えるための手段が、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルの処理中に適応相関機能を用い、前記適応相関機能が、前記スペクトルネットワークシステムおよび前記別のスペクトルネットワークシステムからの信号を相互に相関させることにより、前記スペクトルネットワークシステムの第１のアンテナおよびモデム機器と、前記別のスペクトルネットワークシステムの第２のアンテナおよびモデム機器との間の経路遅延差の推定値を計算する、シームレスに切り替えるための手段と、
を含む、装置。
【請求項１０】
前記カプセル化するための手段が、前記少なくとも１つのスペクトルチャネルの信号をＡＮＳＩ／ＶＩＴＡ−４９無線トランスポート規格（ＶＲＴ）パケットにカプセル化する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
異なる送信側、送信先および周波数の間で前記マルチバンドＲＦスペクトルの分割、再結合、および移動のうちの少なくとも１つのための手段
をさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
パケット順方向誤り訂正を実行するための手段
をさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記マルチバンドＲＦスペクトルのスライスのデジタル化表現を提供するための手段
をさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記デジタル化表現を少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルに細分化するための手段
をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記細分化するための手段が、
前記少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルをより広い帯域幅チャネルから抽出するための手段
を備える、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号伝達に関し、より詳細には、無線周波数信号トランスポートに関する。
【背景技術】
【０００２】
増大するインターネットトラフィックと歩調を合わせるために、通信事業者は、光ファイバーおよび光伝送機器を広範囲にわたって配備しており、それらは、バックボーンネットワークの容量を実質的に増やす。それに対応したアクセスネットワーク容量における増加も、インターネットプロトコル（ＩＰ）ビデオ、高速データ、およびパケット音声を含め、エンドユーザーの増大する帯域幅需要を満たすために必要になる。デジタル加入者回線（ＤＳＬ）およびケーブルモデムなどの、帯域幅のソリューションを用いても、現在のアクセスネットワークによって提供される制限された帯域幅は、広帯域幅をエンドユーザーに配信する際にボトルネックとなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、マルチバンドＲＦスペクトルの、ネットワーク帯域幅を最小限にするデジタルネットワークを経由した確定的かつ正確なトランスポートを提供する。
【０００４】
一実施態様では、スペクトルネットワーク装置が開示される。本装置は、送信機および受信機のうちの少なくとも１つを含み、送信機は、アナログ領域とデジタル領域との間でメッセージデータを変換して、より広い帯域幅チャネルから少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルを抽出するように構成されたダウンサンプラー、少なくとも１つのスペクトルチャネルを実装および管理して、メッセージデータをカプセル化するように構成されたパケットエンコーダを含み、受信機は、少なくとも１つのスペクトルチャネルを実装および管理して、メッセージデータを再構成するように構成されたパケットデコーダ、メッセージデータをデジタル領域とアナログ領域との間で変換して、少なくとも１つのより狭い帯域幅チャネルをより広い帯域幅チャネルに挿入するように構成されたアップサンプラーを含む。
【０００５】
別の実施態様では、機器が開示される。本機器は、デジタルネットワークを経由してマルチバンドＲＦスペクトルをトランスポートするための手段を含み、それは、無線周波数信号をインターネットプロトコルパケットに変換するための手段と、変換された無線周波数信号に対してタイムスタンプを付与してタイミングを維持するための手段と、無線トランスポート規格を使用して無線周波数信号をトランスポートするための手段とを含む。
【０００６】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付の図を検討すると、当業者にはさらに容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の一実施形態における、デジタルネットワークを経由してマルチバンドＲＦスペクトルを「確定的かつ正確に」トランスポートするように構成されたスペクトルネットワークシステム（例えば、ＳｐｅｃｔｒａｌＮｅｔ（商標））の機能ブロック図である。
【図２】４つの狭帯域通信信号のグループを扱う１つのスペクトルチャネルおよび単一の広帯域キャリアを包含する第２のチャネルを含む、衛星ダウンリンクを示す。
【図３】各グループに対してＭメッセージのＮ個のグループに編成されたインバウンドメッセージを示す。
【図４】本開示の一実施形態における、機器レベルの自動フェイルオーバー構成を示す。
【図５】高精度時間オフセット計算およびレイテンシ制御を実行するためのスペクトルネットワーク装置（ＳＮＤ）の機能を、データ送信側間で迅速に切り替えるその機能と合わせて示しており、その機能は、通信システムがシームレスなサイトダイバーシティを実装するのを可能にする。
【図６Ａ】全ての顧客に届けるために、コンテンツ制作者がデータを複数のテレポートに送信する必要があるシステムを示す。
【図６Ｂ】高価なテレポートハブ装置および地上局における関連ロジスティックス／人員配置の必要性を削減するために、スペクトルネットワーク装置が使用されるシステムを示す。
【図７Ａ】遠隔地上局の従来の構成を示す。
【図７Ｂ】本開示の一実施形態における、スペクトルネットワーク装置と共に構成されたミッション運用センターと通信する簡略化された遠隔地上局を示す。
【図８】スペクトルネットワーク装置を使用し、ＷＡＮを経由して通信する、複数のミッション運用センターおよび複数の遠隔地上局を示す。
【図９】地上局からのデータが、衛星中継を使用して、別の地上局にルーティングされるデータネットワークシステムを示す。
【図１０】２つの主要な要素、商品データセンターおよびネットワーク化された遠隔アンテナサイトを含む衛星地上アーキテクチャである。
【図１１】ＷＡＮを経由して地上局と通信する地上分析施設を示す。
【図１２】通信信号などの受信無線周波数（ＲＦ）信号を正確に取り込み、イーサネット（登録商標）などのデジタルネットワークを経由してそれの信号を効率的にトランスポートするように設計されたインテリジェント動的信号トランスポートシステム（ＩＤｙｎＳＴＳ）の機能ブロック図である。
【図１３】オーバーラップ保存ストリーミングＦＦＴ実装に関与するステップを示す。
【図１４】信号再構成機能の一例を示す。
【図１５】ダウンサンプラーの機能ブロック図である。
【図１６】アップサンプラーの機能ブロック図である。
【図１７】整数比生成器の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上述のように、現在のアクセスネットワークによって提供される制限された帯域幅は、広帯域幅をエンドユーザーに配信する際にボトルネックを提示する。それに応じて、必要とされているのは、デジタルネットワークを経由してマルチバンドＲＦスペクトルを送信するための、時間において確定的であって、全ての信号特性を正確に維持するトランスポートメカニズムの設計および実装を提供する方法である。
【０００９】
本明細書に記述する、ある実施態様は、ネットワーク帯域幅を最小限にするデジタルネットワークを経由して、マルチバンドＲＦスペクトルを確定的かつ正確にトランスポートすることを提供する。本記述を読めば、本発明を様々な実施態様および用途で実装する方法が明らかになるであろう。本発明の様々な実施態様が本明細書で記述されるが、これらの実施態様は限定としてではなく一例として提示されていることを理解されたい。そのため、様々な実施態様のこの詳細な記述は、本発明の範囲または広さを制限すると解釈されるべきでない。
【００１０】
一実施形態では、デジタルネットワークを経由して、マルチバンドＲＦスペクトルを送信するための、時間において確定的であって、全ての信号特性を正確に維持するスペクトルネットワークシステムが本明細書で記述されている。スペクトルネットワークシステムは、（１）デジタル変換：ＩＦからＩＰパケットへ、（２）高忠実度のタイムスタンプ付与および信号タイミングの維持、ならびに（３）ネットワークにわたる低い、確定的レイテンシを使用して、無線周波数（ＲＦ）世界をインターネットプロトコル（ＩＰ）世界と直接接続する。スペクトルネットワークシステムは、（１）米国規格協会（ＡＮＳＩ）ＶＩＴＡ−４９または特別データ公表基準（ＳＤＤＳ）のコマンドデータフォーマットを用いたトランスポート、（２）信頼できないＷＡＮ動作を「ロングワイヤー」のようにする、（３）変調形式、コーディング、フレーミング、暗号化、ＴＲＡＮＳＥＣ、ＲＦバンドに依存しない、（４）複数の装置を使用した自動フェイルオーバーで連続的データを提供する、ならびに（５）データ損失を回避しながらアンテナおよび処理サイトダイバーシティをサポートするために、異なるアンテナとモデム機器との間でのデータストリームのシームレスな切替えなどの、保証を用いてデータを移動させる。スペクトルネットワークシステムは、（１）レガシーモデムまたはスペクトル分析のためのＩＰからアナログへの変換、（２）アナログ変換なしでのデジタルモデムまたはソフトウェアモデムの供給、ならびに（３）異なる送信側、送信先、および周波数の間でのスペクトルの分割／再結合／移動を可能にするなどの、アナログおよびデジタル処理の両方もサポートする。
【００１１】
スペクトルネットワークシステムの重要な概念は、（１）イーサネットまたは同期型光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）／同期デジタルハイアラーキ（ＳＤＨ）ネットワークを経由したデジタル化ＲＦまたはＩＦアナログ信号のトランスポート、（２）ネットワーク遅延変動を克服する、プログラム可能で一定のエンドツーエンドのレイテンシ、（３）ＲＦスペクトルのあるスライスを選択するための双方向スペクトルチャネル（ダウンサンプラーは帯域幅を縮小し、他方、アップサンプラーは帯域幅を増加させる）、（４）デジタル化アナログデータの業界標準フォーマット（例えば、ＡＮＳＩ  ＶＩＴＡ−４９またはＳＤＤＳ）へのパッケージング、（５）障害のあるネットワークを経由した信頼できるトランスポート（例えば、パケット順方向誤り訂正（ＰＦＥＣ）、信頼できるＵＤＰ（インテリジェント高信頼プロトコル−ＩＲＰ）、ネットワークダイバーシティ）、（６）データフローを確実にするための１組の装置間での自動フェイルオーバーおよび（７）ネットワークを経由した、データ損失のないアナログデータフロー変更を可能にする複数の送信側／受信側間での信号のシームレスな切替えを含む。
【００１２】
ＰＦＥＣに対する必要性は、（１）ＩＰネットワークは、一度にパケット全体のデータを失うこと、（２）従来型のビットベースの順方向誤り訂正技術（例えば、リードソロモン）は、ＩＰパケットのペイロードに適用される場合、効果がないこと（例えば、パケットが失われた場合、失われたビットの非常に長い「バースト」を修復できない）、（３）いくつかのＩＰプロトコルは、失われたパケットを修復するために再送信を使用すること（すなわち、ＴＣＰはパケット損失を検出するために肯定応答および否定応答を使用する、実用的な一般マルチキャスト（ＰＧＭ）は否定応答を使用することならびに（４）再送信は、基幹業務データを、準最適な特性（例えば、長レイテンシ、頻繁なパケット損失、制約された帯域幅）をもつＩＰ  ＷＡＮを経由して転送するのに十分でないことを含む。しかし、再送信は、（１）基幹業務データは、確定的レイテンシおよび連続的データフロー（およびビット誤りなし）を必要とすること、（２）損失が多く、長レイテンシのネットワーク上で、ＮＡＫ／修復サイクルが予測できないこと、（３）最悪状態のＮＡＫ／修復サイクルに対応するためにバッファリングが大規模になること、（４）高パケット損失は、多くの修復試行およびＮＡＫインプロージョンをもたらすこと、ならびに（５）ほぼピーク容量で運用している場合、最小限のパケット損失でさえ、ＮＡＫインプロージョンを引き起こし得ることという意味を含む。パケットベースの順方向誤り訂正（Ｐ−ＦＥＣ）は、極度に障害の多いネットワークを経由した、損失のない確定的で連続的データフローを可能にする。例えば、（１）再送信が必要ない、（２）長レイテンシで、損失の多いネットワークに対して理想的である、（３）データ保護を追加するための単純で高速な方式を使用する（４）マルチギガビットレートが可能である、（５）ポイントツーポイントＵＤＰまたはマルチキャスト配信方式と併用するように意図されている、（６）構成パラメータにより必要なオーバーヘッドおよびレイテンシを最小限にしながら、ネットワーク障害を克服するようにＰ−ＦＥＣを調整できる、（７）バースト損失または単一パケットを克服するように設計されている、（８）Ｐ−ＦＥＣは現在、重大な国家プログラムをサポートして、使用されている、ならびに、（９）Ｐ−ＦＥＣは、１％のパケット損失で、リンクを経由した損失のないデータ伝送を可能にすることが操作上、証明されている。
【００１３】
図１は、本開示の一実施形態において、デジタルネットワークを経由してマルチバンドＲＦスペクトルを「確定的かつ正確に」トランスポートするように構成されたスペクトルネットワークシステム１００（例えば、ＳｐｅｃｔｒａｌＮｅｔ（商標））の機能ブロック図である。スペクトルネットワークシステム１００は、ＲＦスペクトルを、イーサネットまたはＳＯＮＥＴ／ＳＤＨなどの、デジタルネットワークを経由してトランスポートするように設計されており、イーサネットまたはＳＯＮＥＴ／ＳＤＨは、レーザーまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）からの高度にコヒーレントな光を使用し、光ファイバーを経由して、複数のデジタルビットストリームを同調して伝送する標準化プロトコルである。
【００１４】
例示的な実施形態である図１では、システム１００は、ダウンリンクアンテナ１０２、ダウンリンクスペクトルポート１０４、スペクトルチャネル送信側１３６、ダウンサンプラー１１０、パケットエンコーダおよび順方向誤り保護ユニット１３０、パケットデコーダおよび順方向誤り保護ユニット１４０、アップサンプラー１２０、スペクトルチャネル受信側１４６、アップリンクスペクトルポート１０６、ならびにアップリンクアンテナ１０８を含む。ダウンリンクアンテナ１０２は、入力ＲＦスペクトルを受信して、ダウンリンクスペクトルポートに伝送する。アップリンクアンテナ１０８は、出力ＲＦスペクトルを受信して、信号を伝送する。
【００１５】
スペクトルポートは、ある期間に対するＲＦスペクトル内の周波数スロットのアナログ形式である。スペクトルポートで使用される用語には、周波数範囲、中心周波数、最大帯域幅、方向（アップリンクまたはイン対ダウンリンクまたはアウト）、開始／終了時間、出力レベル、インピーダンス、コネクタスタイル、および識別子を含む。一例では、スペクトルネットワークシステム１００によって処理されるＲＦスペクトルは、情報を伝達するために使用されるＶＨＦ（３０ＭＨｚ）からＫａバンド（４０ＧＨｚ）にわたる電波を含む。例えば、ＶＨＦ、Ｌ、Ｓ、Ｃ、ＫｕおよびＫａバンドは、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）および遠隔計測追跡制御（ＴＴ＆Ｃ）に対して最も普及している。
【００１６】
スペクトルチャネル１３２、１４２は、主に中心周波数および帯域幅によって特性化されるＲＦスペクトルのスライスのデジタル化表現である。従って、スペクトルチャネル１３２、１４２は、ネットワーク帯域幅を最小限にするデジタルネットワークを経由した、マルチバンドＲＦスペクトルの「確定的で信頼できる」トランスポートであるように構成される。地上ネットワークケーブルを経由したリアルタイムＲＦスペクトル中継を提供することにより、スペクトルネットワークシステム１００は、デジタルおよびＲＦスペクトル機器の両方を含む任意のネットワークにわたって処理機能を分散するための選択肢を有効にする。例えば、スペクトルネットワークシステム１００は、衛星、空気伝達、または他の航空宇宙プラットフォーム通信用に使用されるアナログ関連器具類の大部分の再配置および／または大幅な削減の可能性を（例えば、仮想化によって）生み出す。スペクトルネットワークシステムの非確定的ＩＰネットワークを経由した正確なタイミングを維持する機能は、迅速でシームレスなアンテナおよびモデム切替えをさらに有効にして、サイトダイバーシティ性能を向上させて、低コスト端末装置の使用を可能にする。
【００１７】
スペクトルネットワーク装置１５０は、デジタル化スペクトルをトランスポートするために使用されるスペクトルチャネル送信側１３６とスペクトルチャネル受信側１４６との間の経路である。例えば、スペクトルチャネル送信側は、０、１またはＮ個の回路を供給することができるが、スペクトルチャネル受信側は、０または１個の回路からのデータだけを受け入れることができる。
【００１８】
スペクトルチャネル（例えば、１３２、１４２）は、さらに小さいチャネルに細分化できる。例えば、ダウンサンプラー１１０は、より狭い帯域幅のチャネルをより広い帯域幅のチャネルから抽出する。アップサンプラー１２０は、より狭い帯域幅のチャネルをより広い帯域幅のチャネルに挿入する。ダウンサンプラー１１０およびアップサンプラー１２０はアナログ領域とデジタル領域との間での変換のために構成される。
【００１９】
システム１００は、パケット順方向誤り訂正（Ｐ−ＦＥＣ）技術を使用した多数のスペクトルチャネル１３２、１４２の実装および管理のため、ならびにデータのカプセル化／カプセル化解除（１３４，１４４）（例えば、ＡＮＳＩ  ＶＩＴＡ−４９またはＳＤＤＳメッセージフォーマットの使用）のための、パケットエンコーダ１３０およびパケットデコーダ１４０も含む。これらの要素について、以下で詳細に記述する。
【００２０】
デジタイザ機能およびダウンサンプラー
【００２１】
図１に示すように、ＲＦスペクトルは、ダウンリンクスペクトルポート１０４からスペクトルネットワークシステム１００に入り、ある期間存在するＲＦスペクトル内の周波数スライスのアナログ形式である。上述のように、スペクトルポートの特性は、周波数範囲、中心周波数、最大帯域幅、方向（ダウンリンク／イン対アップリンク／アウト）、開始／終了時間、出力レベル、インピーダンス、コネクタスタイル、および識別子を含む。ダウンサンプラー１１０は、ダウンリンクスペクトルポートの総帯域幅の一部だけを取り込むいくつかの数のスペクトルチャネルを作成する。
【００２２】
図２は、４つの狭帯域通信信号のグループを扱う１つのスペクトルチャネル２１０および単一の広帯域キャリアを包含する第２のチャネル２１２を含む、衛星ダウンリンク２００を示す。各スペクトルチャネルの中心周波数および帯域幅は、必要なネットワーク帯域幅を最小限にするために、デジタル化帯域幅をキャリアまたはキャリアグループに正確に一致させるように調節可能である。この例では、中央のキャリア２２０に対する現在のユーザーがなく、そのため、トランスポンダ帯域幅全体をトランスポートする代わりに、対象の２つのスペクトルセグメント２１０／２１２だけをトランスポートすることによりかなりのネットワーク帯域幅が節約される。
【００２３】
メッセージのカプセル化およびパケットエンコーダ
【００２４】
パケットエンコーダ１３０（図１を参照）は、スペクトルチャネル出力を２つのフォーマットのうちの１つにパッケージ化する。スペクトルチャネルによって作成された複素デカルトサンプル（すなわち、同相、またはＩ成分、および直角位相、またはＱ成分）は、ＡＮＳＩ／ＶＩＴＡ−４９無線トランスポート（ＶＲＴ）標準またはＳＤＤＳを使用してフォーマットできる。ＶＲＴ中間周波数（ＩＦ）データパケットを使用している場合、ＩおよびＱサンプルは「リンク効率の良い」方法を使用し、その方法では、ネットワーク帯域幅を最小限にするために、サンプルが、それらの間の未使用ビットと共にペイロードに挿入される。各サンプルは、固定小数点の符号付き数であるが、サンプル当たりのビット数は、遠隔送信先において処理機器が必要とする信号対雑音比に基づき調整可能である。ネットワークトランスポート費は、サンプル当たりのビット数を削減することによって最小限にでき、これは、それが対応するネットワーク帯域幅における削減につながるためである。スペクトルチャネル設定および状態を記述するメタデータがＶＲＴ  ＩＦコンテキストパケットで運ばれ、タイムスタンプ、中心周波数、帯域幅、サンプルレート、データペイロードフォーマット（ビット／サンプルを含む）、アナログ・デジタル変換器基準レベル（ｄＢｍ）、利得およびＲＦ中心周波数を含む。ＩＦコンテキストパケットは、通常、ネットワーク帯域幅を最小限にするために、メタデータが変更された場合にだけ送信される。対照的に、ＳＤＤＳフォーマットは、サンプルとメタデータの両方を同じメッセージで伝える。
【００２５】
パケットエンコーダ１３０は、図３に示すように、データをインターリーブされたパリティグループ内に配置することにより、順方向誤り訂正を情報ストリームに追加する。図３は、各グループに対してＭメッセージのＮ個のグループに編成されたインバウンドメッセージを示す。パケットエンコーダ１３０は、特定の行に対して全てのメッセージを一緒に排他的ＯＲを行うことにより、各グループ（図３における１行）に対してパリティブロックを生成する。メッセージをインターリーブすることにより、ストリームは、Ｎ個の連続したネットワークパケットの損失を経験し得、それでも、送信先において誤りのないデータを作成する。ＴＣＰ、ＰＧＭまたはＮＲＯＭのような他の信頼できるプロトコルを介してＰ−ＦＥＣを使用する利点は、肯定応答または修復要求のためのバックチャネルトラフィックが除去されることである。この特徴は、Ｐ−ＦＥＣを単方向ネットワークに対して理想的にするだけでなく、データが修復パケットを待って止められないので、エンドツーエンドのレイテンシも減少する。パリティパケットは、オーバーヘッドを情報ストリーム（１／Ｍ）に追加するが、Ｍは構成可能であり、ネットワーク帯域幅割当てに従うように設定できる。
【００２６】
元のメッセージおよびパリティパケットは次いで、適切なネットワークポートを通ってローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）に伝送される。ネットワークポートは、１Ｇｂ／１０ＧｂイーサネットまたはＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ接続のいずれかとして構成できる。各スペクトルチャネルは、ネットワーク接続および意図する送信先の容量に基づきネットワークポートに適合される。図１は、スペクトルネットワーク装置１５０を送信先として示しているが、それは、送信先における処理機器がアナログ信号インタフェースを有する場合だけである。しかし、ネットワークパケットは、ネットワーク入力を備えるモデム、または商品ラックもしくはブレードサーバー上で実行しているソフトウェアモデムに直接送信できるであろう。
【００２７】
パケットデコーダおよびメッセージのカプセル化解除
【００２８】
パケットデコーダ１４０は、各グループに対するパリティパケットを使用して、そのグループから失われているパケットを作成することにより、ネットワークポート上で受信した元のメッセージを再構成するか、またはカプセル化を解除する。グループ内で２つ以上のメッセージが失われている場合、失われているメッセージは復元できず、パケットタイミングを維持するために、パリティパケットがその代わりに送信される。パケット訂正は、パリティパケットが到着するのを待機するエンドツーエンドのレイテンシに対して最大でＭ×Ｎパケットの遅延の一因となる。しかし、サンプリングアナログ信号をトランスポートしている場合はパケットレートが高いので、これは通常、ＬＡＮ／ＷＡＮ遅延と比較して小さい。修復パケットの伝送を必要とするプロトコルを使用するリアルタイム情報ストリームは、少なくともそれらのエンドツーエンドのレイテンシに対する往復時間（ＲＴＴ）を経験し、他方、Ｐ−ＦＥＣは、ＲＴＴの半分に加えてわずかなＭ×Ｎ遅延を被るだけである。
【００２９】
Ｐ−ＦＥＣ処理から出てくるＶＲＴまたはＳＤＤＳメッセージは、パケットデコーダの第２段階で分解される。メタデータ（例えば、中心周波数、帯域幅、サンプルレート、ビット／サンプルなど）は、送信側に一致するアップリンクスペクトルチャネルをプロビジョニングするために使用される。Ｉ／Ｑサンプルは次いで、ＶＲＴまたはＳＤＤＳメッセージから除去され、それらが送信側で生成されたのと同じレートでスペクトルチャネルに供給される。
【００３０】
アップサンプラーおよび信号再構成
【００３１】
アップリンク側のスペクトルチャネルは、実質的にダウンサンプラーと同様に動作するが、逆順に動作する。スペクトルネットワーク装置によって処理されるダウンリンク数が同じ装置内のアップリンク数と同じでない場合があるので、全てのスペクトルチャネルは、ダウンサンプラーまたはアップサンプラーのどちらでも動作するように構成できる。各アップサンプラー１２０は、アップリンクスペクトルポート１０６の総帯域幅の一部だけを取り込む、ある数のスペクトルチャネルを作成する。アップサンプリング信号は、アナログ領域への変換前に、送信側に到着した際に以前の中心周波数とは異なる中心周波数に割り当てることができる。このメカニズムは、通信信号を特定のトランスポンダにマッピングする柔軟な方法を提供する。
【００３２】
図２は、衛星Ａのダウンリンク２００上の４つのキャリアのグループ２１０が、衛星Ｂのアップリンク２３０上のより高い中心周波数にシフトされる２４０のを示している。アップサンプリング信号は、複製して、複数のコピーとしてアナログ領域に変換できる。これは、スペクトルを複数の送信側にブロードキャストするか、または選択的であるが、方策に従ったやり方でスペクトルの一部を複製するためのメカニズムを提供する。
【００３３】
全てのスペクトルチャネルの出力はまとめられ、アナログ領域に変換され、アップリンクスペクトルポート１０６から送出される。アップリンクポート１０６は、ダウンリンクポート１０４と同じ特性（すなわち、周波数範囲、中心周波数、最大帯域幅、開始／終了時間、出力レベル、インピーダンス、コネクタスタイル、および識別子）を共有して、アナログ信号を、アンテナアップコンバータ、アナログ入力またはシミュレーションを備えるモデム、および信号生成または監視用のテスト機器に供給する。
【００３４】
レイテンシ制御
【００３５】
衛星システム運営者は、確定的であって、通常少ない（１秒未満）必要がある、衛星〜地上間および地上〜衛星間のリンク移動時間を担う必要がある。衛星測距操作は、遅延が数ナノ秒以内で一定に保たれることを要求する。時分割多重アクセス（ＴＭＤＡ）方式は、衛星を通過する往復時間が既に０．５秒に近いので、非常に低い地上機器遅延を必要とする。システムオペレータは、タイミングバジェット全体のある部分をリンクの各セグメント（例えば、変調器、アップコンバータ、自由空間伝搬、復調器、トランスポート、処理など）に割り当てる。ネットワークは、各パケットに対して同じ遅延を生成せず、その結果、到着時間（ＴＯＡ）ジッタとなっている。ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨネットワークは、イーサネットネットワークと比較してはるかに低いＴＯＡジッタを有するが、どちらも、パケット化ＲＦのトランスポートに対して十分に低いＴＯＡジッタを有していない。スペクトルネットワーク装置は、ネットワーク内でのＴＯＡジッタを克服するために、構成可能な一定のエンドツーエンドレイテンシを提供する。送信側または受信側のスペクトルネットワーク装置に起因した遅延寄与は、遅延全体のごく一部である。各装置は、衛星システムのレイテンシ要求を満たすために、グローバル周波数および時間基準を必要とする。グローバル周波数基準（通常、ＧＰＳ受信機から１０ＭＨｚ正弦波）は、全てのアナログ・デジタル変換器、デジタル・アナログ変換器、およびスペクトルチャネルが同じサンプリングレートで動作することを保証する。ＶＲＴまたはＳＤＤＳパケットに含まれる作成時刻（ＴＯＣ）タイムスタンプは、送信側装置でのグローバル時間基準から導出される。送信先装置は、各ＴＯＣタイムスタンプを、グローバル時間基準に従属する、その現在の時刻と比較して、エンドツーエンドのレイテンシ目標が達成されている場合に限り、データをスペクトルチャネルにリリースする。スペクトルチャネルおよび変換装置を通して遅延は一定であり、先験的に知られている。
【００３６】
自動フェイルオーバー
【００３７】
各スペクトルネットワーク装置１５０に組み込まれた自動フェイルオーバー機能は、５〜９に近い信頼度数を提供できる。コンピューティングでは、フェイルオーバーは、以前にアクティブだったアプリケーション、サーバー、システム、ハードウェア構成要素、もしくはネットワークが故障したか、または異常終了した際に、冗長または予備のコンピュータサーバー、システム、ハードウェア構成要素もしくはネットワークに切り替えることである。
【００３８】
図４は、本開示の一実施形態における、アプライアンスレベルの自動フェイルオーバー構成４００を示す。図４の例示的な実施形態では、自動フェイルオーバー構成４００は、パッシブスプリッタ４１０、送信側Ａ４２０およびＢ４２２、受信側Ａ４３０およびＢ４３２、ならびにパッシブコンバイナ４４０を含む。パッシブスプリッタ４１０は、ＲＦ送信側信号を受信して、ＲＦ信号を受動的に分割し、その信号を送信側Ａ４２０および送信側Ｂ４２２に供給する。送信先には、２つの受信側装置、受信側Ａ４３０および受信側Ｂ４３２があるが、一度にそれらのうちの１つだけが、ＲＦ受信側信号を生成するために、信号をパッシブコンバイナ４４０に送る。たとえ送信側装置および受信側装置が同じクロック速度で動作していても、再構成されたアナログ信号が一緒にまとめられた場合、ユニット間のわずかな位相差によって、不要なシンボル間干渉が生じるであろう。自動フェイルオーバー機能は、ネットワークダイバーシティの有無に関わらず、動作できる。
【００３９】
ネットワークダイバーシティを使用する場合、より高速なファイルオーバー時間が生じる。このモードでは、送信側Ａ４２０がネットワークストリームを受信側Ａ４３０に供給し、同時に、送信側Ｂ４２２がそのネットワークストリームを受信側Ｂ４３２に供給する。２つの受信側４３０、４３２は、どれが一次（非スケルチ）ユニットとして動作するかを決定するために、ローカルなピアツーピアネットワーク接続を経由して通信する。バックアップユニットが着信ネットワークストリームの処理を続けるが、そのアナログ出力をスケルチして、それが一次ユニットの出力信号に干渉しないようにする。バックアップユニットは、一次ユニットを常に監視していて、一次ユニットが活動中であって、ネットワークストリームを依然として受信していることを確認する。バックアップユニットが、数回の試行後に一次ユニットから応答を受信しないか、または一次ユニットがもはやネットワークストリームを受信していないことを一次ユニットがバックアップユニットに通知する場合、バックアップユニットは一次ユニットの役割を引き受けて、そのアナログ出力を非スケルチにする。決定はネットワーク遅延によって影響を受けないので、フェイルオーバーは非常に迅速に（例えば、１ミリ秒未満）遂行できる。本方法は、常に、ネットワーク内にデジタル化ＲＦデータの２つのコピーを必要とする。ネットワーク帯域幅要件は、ネットワークダイバーシティを使用しないことにより、ファイルオーバー時間の増加という代償で半分に短縮できる。
【００４０】
自動フェイルオーバー機能がネットワークダイバーシティなしで動作する場合、図４に示す２つの経路のうちの１つだけがどの時点においても動作中である。２つの受信側４３０、４３２は、ネットワークダイバーシティが使用されていた時に行っていたのと同じ会話を続行するが、今や、その２つの送信側４２０、４２２が類似の会話を有する。一次ユニットだけがデータをネットワークに出力できるので、それらは、ピアツーピア接続を使用してどれが一次ユニットの役割を果たすかを決定する。このモードでは、各受信側４３０、４３２からそのそれぞれの送信側４２０、４２２への、その存在を通知する追加のメッセージがある。例えば、送信側Ａ４２０が一次ユニットとして現在動作中であるが、送信側Ａ４２０が受信側Ａ４３０からメッセージをもはや受信していないと仮定すると、送信側Ａはその結果、送信側Ｂ４２２に一次ユニットの役割を引き継ぐように通知する。受信側Ｂ４３２がＲＦ信号の生成を開始できるまでに少なくともネットワークのＲＴＴの半分がかかるので、フェイルオーバーはこのモードではより時間がかかる。
【００４１】
装置レベルの自動フェイルオーバー機能は、次のように要約できる。（１）装置は、どれがデータを送信および受信するかを決定するためにローカルピアおよびリモートピアと通信する、（２）入力ＲＦ信号が分割されて両方の送信側装置に送信される（送信側装置は互いにサンプル同期でない）、（３）１つの受信側装置だけがＩＦ信号を生成する（受信側装置は互いにサンプル同期でない）、ならびに（４）フェイルオーバーが生じる時にデータ損失がわずかである（１ミリ秒未満）。
【００４２】
シームレスなダイバーシティ切替え
【００４３】
自動フェイルオーバー処理は、多様な経路間でのシームレスなデータ切替えを提供するために強化もされている。この機能は、例えば、モデムとアンテナとの間を流れるスペクトルチャネル情報が、たとえモデムと２つのアンテナとの間の経路長が異なっている場合でも、リンク上でのデータ損失なしで、異なるアンテナに切り替えられるのを可能にする。これは、スペクトルチャネル処理内の適応相関機能を用いて達成される。適応相関機能は、２つの異なるスペクトルチャネルからの信号を相互に相関させることにより２つのサイト間の経路遅延差の推定値を計算する。相互相関応答は、経路差のリアルタイム推定値を生成し、それは、信号が処理または送信宛先に実質的に同じ時刻に到着するように、レイテンシ制御機能によってデータストリームを再サンプリングまたはオフセットするために使用される。信号は時間で整列されるので、信号ストリームはその結果、システム停止、天候悪化（レインフェード）、またはある位置での電波妨害もしくは干渉などの悪い信号環境を克服するために切り替えられ得る。
【００４４】
サイトダイバーシティは、複数の送信、受信、および／または処理位置を提供することにより、通信システム全体をローカルな障害に対して強固にする方法で、通信システム全体が実装できる機能である。サイトダイバーシティに対する最も一般的な必要性は、ＫｕおよびＫａバンド通信システムにおいてであり、それらの通信システムは、雨によって引き起こされる天候誘発の信号減衰に非常に影響を受けやすい。レインフェード問題に対する従来の解決策は、天候悪化を「突き抜ける」ために十分なリンクマージンを提供する大規模で高出力のアンテナサイトのプロビジョニング、および天候が厳しい場合に処理を１つのアンテナからバックアップアンテナに移動している間に信号停止の期間を受け入れることを含む。サイトダイバーシティに対する他の使用は、ローカルな信号干渉（意図的な電波妨害または不注意による共サイト信号干渉）、またはアンテナサイトにおける機械的な問題を克服するための必要性を含む。
【００４５】
図５は、高精度時間オフセット計算およびレイテンシ制御を実行するためのスペクトルネットワーク装置（ＳＮＤ）の機能を、データ送信側間で迅速に切り替えるその機能と合わせて示しており、これにより、通信システムがシームレスなサイトダイバーシティを実装するのを可能にする。図５の例示的な実施形態では、スペクトルネットワーク装置５１０、５１２、５１４、５１６は、ユーザーが、大規模／高出力のアンテナおよびフィードを、小規模／低出力のアンテナシステム５２０と交換し、かつ／または多様に配置された、より小規模なテレポートシステム５２２、５２４を、それらの現在のより大規模なＫａ／Ｋｕバンドテレポートシステムと比較してはるかに低コストで、地上ネットワーク５３０に追加するのを可能にする。スペクトルネットワーク装置５１０、５１２、５１４、５１６を使用すると、多様に配置された／低出力アンテナフィードからのダウンリンク信号を、リアルタイムで切り替えて、下流装置に送ることができる。多様な信号送信側からのこの「最良の送信側」信号は、下流のモデム装置には透過であり、その下流モデム装置では、１つの信号送信側から別の信号送信側への（検出されたレインフェードまたはフェイルオーバーに起因した）切替え５４０が、信号ロックの損失またはキャリア再取得がモデムで生じるのを回避するのに十分な迅速さで起こる。それに応じて、スペクトルネットワークシステムは、ＫｕバンドまたはＫａバンドアンテナサイトが、大気による信号レインフェード、またはアンテナサイトに対する装置劣化一般に起因したデータ損失の問題点を解決するのを可能にする。従って、各問題は、装置コスト全体を削減して、データ損失を軽減し、これらのアンテナサイトを使用して衛星アクセスの可用性／サービス品質（ＱｏＳ）を向上させる方法で解決される。
【００４６】
使用事例−仮想テレポート
【００４７】
図６Ａは、全ての顧客に届けるために、コンテンツ制作者６１０がデータを複数のテレポート６２０に送信する必要があるシステム６００を示す。図６Ａの例示的な実施形態では、各テレポート６２０に設置されたハブ６２２装置が高価であって、かなりのラック空間を使用し、各テレポートにおいて保守要員を必要とする。
【００４８】
対照的に、図６Ｂは、スペクトルネットワーク装置６７０、６７２が、高価なテレポートハブ装置６２２および地上局における関連ロジスティックス／人員配置の必要性を削減するために使用されるシステム６５０を示す。図６Ｂの例示的な実施形態では、コンテンツ制作者６１０は、高価なハブ装置６６０の単一のコピーをその施設内で維持し、ネットワークを使用して、スペクトルチャネルデータを１つ以上のテレポート６２０にルーティングする。
【００４９】
使用事例−遠隔サイトの簡略化
【００５０】
図７Ａは、遠隔地上局７００の従来の構成を示す。図７Ａに示すように、従来の遠隔地上局７００は、ＲＦ信号をその場で処理して、復調したデータストリームを、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を通じてミッション運用センターに送信しなければならない。オンサイト処理装置７２０は、ブロックアップ／ダウンコンバータ（ＢＵＣ／ＢＤＣ）７３０を、ＩＦスイッチ７２２を経由してモデム７１８およびスペクトルモニター７１４に接続するためのＲＦ−光施設間リンク（ＩＦＬ）７２４、７２６を含む。暗号化／復号モデムシリアル信号を変換し、ＷＡＮを介してそれら信号をトランスポートする、暗号化装置７１６およびゲートウェイ７１２があってもよい。遠隔サイト７００は、増幅器（ＨＰＡ／ＬＮＡ）７３２およびアンテナ７３４も含む。
【００５１】
図７Ｂは、本開示の一実施形態において、スペクトルネットワーク装置７６４、７７２と共に構成されたミッション運用センター７６０と通信する簡略化された遠隔地上局７７０を示す。ＲＦ−光ＩＦＬは、広帯域幅を有するが、低ダイナミックレンジしか有しておらず、アップ／ダウンコンバータとＩＦスイッチ間の最大距離間隔を制限する。スペクトルネットワーク装置７６４、７７２内の変換装置は、より高いダイナミックレンジを提供し、最大距離間隔は、基本的に無制限である。図７Ｂの例示的な実施形態では、ＩＦスイッチおよびゲートウェイはもはや必要でなく、モデム７６２、暗号化装置７６６、およびスペクトルモニター７６８は、ミッション運用センター７６０に移動できる。それに応じて、図７Ｂに示す結果として生じる構成は、資本コストおよび維持費が大幅に低下し、同様に、安全な施設の必要性も実質的に低下させる。簡略化された遠隔地上局７７０は、スペクトルネットワーク装置７７２、ＢＵＣ／ＢＤＣ７７４、ＨＰＡ／ＬＮＡ７７６、およびアンテナ７７８を含む。
【００５２】
使用事例−スペクトルネットワーキング
【００５３】
複数のミッション運用センターおよび複数の遠隔地上局を有することはよく行われていることである。図８は、スペクトルネットワーク装置８３０、８３２、８３４、８４０、８４２、８４４を使用し、ＷＡＮを経由して通信する、複数のミッション運用センター８１０、８１２、８１４および複数の遠隔地上局８２０、８２２、８２４を示す。スペクトルネットワーク装置は、任意のミッションセンターが、ＷＡＮを経由して任意の遠隔地上局と通信するのを可能にする。これにより、処理装置は複数のサイトにわたって共有することができる。
【００５４】
使用事例−ＳＡＴＣＯＭ容量乗算器
【００５５】
Ｓａｔｃｏｍプロバイダは、顧客の配信要求を満たすために、ユーザーの信号をいくつかの自身の衛星を通過してホップさせる必要があり得る。スペクトルネットワーク装置は、地上波ネットワークを通して同じデータを送信することにより、衛星ホップを除外するために使用できる。例えば、図９は、地上局からのデータが衛星中継を使用して、別の地上局にルーティングされるデータネットワークシステム９００を示す。このように、図９の例示的な実施形態では、地上局Ａ９２０からのＲＦデータは、（例えば、別の大陸内の）地上局Ｂ９２６にルーティングされるのを意図しているが、初めに衛星Ａ９１０にアップロードされて、地上局Ｃ９２２に中継される。通常、衛星Ａから地上局Ｃ９２２に中継されるこのデータは、衛星Ｂ９１２までの衛星中継を通じて、地上局Ｄ９２４にルーティングされる。しかし、それぞれ地上局Ｃおよび地上局Ｄに設置されたスペクトルネットワーク装置９３０、９３２を使用すると、ＲＦデータは、地上波ネットワーク（例えば、ＷＡＮ）を通してルーティングでき、それにより、衛星Ｂ９１２への衛星中継９４０、９４２の必要性を取り除く。スペースアセット（例えば、衛星Ｂ）内で広げられた容量が今や、顧客に販売できる。地上波ネットワークコストは低下し続けているので、追加容量の余地は向上し続けるであろう。
【００５６】
使用事例−デジタルまたはソフトウェアモデムイネーブラ
【００５７】
図１０は、２つの主要な要素、つまりミッション運用のための商品データセンター１０１０、およびインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）へのアクセスがある限り、衛星の地上フットプリント内の最も有利な地点に配置できる、デジタル化ＲＦを処理するネットワーク化された遠隔アンテナサイト１０２０、１０２２、１０２４を含む、衛星地上アーキテクチャ１０００である。
【００５８】
スペクトルネットワーク装置１０４０、１０４２、１０４４の初期配備は、レガシーモデムおよびアナログＦＲまたはＩＦ入力用に設計されたスペクトル監視装置をサポートする。業界標準のメッセージフォーマット（ＶＩＴＡ−４９またはＳＤＤＳ）を使用するネットワーク入力を受け入れる、新しいモデムが現在配備されつつある。これらのモデムは、処理対象とするメッセージ速度に応じて２つの形式で提供される。（１）ミッションデータモデム１０３８は、数百Ｍｂｐｓ〜低Ｇｂｐｓのデータ速度で実行する。（２）テレメトリ、トラッキングおよびコマンディング（ＴＴ＆Ｃ）モデム１０３２は、（ＴＴ＆Ｃ処理１０３０によって生成された）数十Ｋｂｐｓ〜低Ｍｂｐｓのデータ速度で動作し、マルチコアラックまたはブレードサーバー上で実行する純粋なソフトウェア機能として実装できる。ミッションデータモデム１０３８は、変調および復調を実行するために並列化信号処理アルゴリズムを実行する１つ以上のＦＰＧＡを使用する。モデム１０３８は、ＶＩＴＡ−４９またはＳＤＤＳメッセージを備えるＵＤＰ／ＩＰネットワークパケットを直接ファームウェア内に受け入れることができ、そこでメッセージが分解される。サンプルは、スペクトルネットワークメッセージ内のメタデータを使用して構成される信号処理構成要素１０３４に供給される。ミッションデータおよびＴＴ＆Ｃデータの両方が、バス＆ペイロードデータベース１０３６に格納できる。
【００５９】
使用事例−軌道上異常処理
【００６０】
スペクトルネットワーク装置は、軌道上異常のトラブルシューティングのための強力なツールを提供するために記録機能で拡張できる。例えば、図１１は、ＷＡＮを経由して地上局１１４０と通信する地上分析施設１１００を示す。図１１の例示的な実施形態では、スペクトルネットワーク装置１１３０に連結された記録装置１１２０は、ローリング「ブラックボックス」記録装置として機能して、数時間〜数日のスペクトルデータを（例えば、地上局１１４０からスペクトルネットワーク装置１１３２を通して）格納でき、それは、問題を調査する際に、検査／分析装置１１１２および地上ストリング１１１４を使用したオフライン分析によって問い合わせることができる。トランスポンダ全体に対するスペクトルが保存されるので、記録されたデータは、イベントに至るまで、イベント中、およびイベント後のシステム動作を明らかにすることができる。トランスポンダ全体が保存されるので、近接過去における信号の地理的位置決めを行うことも可能であり、それは、問題を解決する際に別の有益なツールであり得る。
【００６１】
インテリジェント動的信号トランスポートシステム（ＩＤｙｎＳＴＳ）
【００６２】
図１２は、通信信号などの、受信無線周波数（ＲＦ）信号を正確に取り込み、イーサネットなどのデジタルネットワークを経由してそれらの受信無線周波数信号を効率的にトランスポートするように設計されたインテリジェント動的信号トランスポートシステム（ＩＤｙｎＳＴＳ）１２００の機能ブロック図である。図１２の例示的な実施形態では、ＲＦ信号１２１０が受信され、デジタイザ１２１２によってデジタル化され、ストリーミングＦＦＴ１２１４によって変換されて、ビン選択およびオーバーレイ１２１６によって重ね合わされ、圧縮ユニット１２１８によって圧縮される。次いで、遠端で取り込まれた信号を再構成することができ、それによって、あたかもユーザーが近端にいるかのように、元の情報が利用可能である。例えば、デジタルネットワークを経由して受信された信号は、展開ユニット１２２０によって展開され、ビン再構成１２２２によって再構成され、逆ＦＦＴ１２２４によって変換されて、信号再構成ユニット１２２６によって信号が再構成され、ＲＦ出力１２２８として生成される。このようにして、ＩＤｙｎＳＴＳ１２００は、ネットワーク帯域幅要件を最小限にするために、適応的かつ動的な方法を使用して、情報の効率的な通信を提供する。ＩＤｙｎＳＴＳ１２００の各ユニットについて、以下でさらに詳細に記述する。
【００６３】
デジタイザ機能および出力データ速度
【００６４】
受信した信号は、入力信号環境をサンプリングすることが可能で、サンプリングされたシステムに対するナイキスト基準を完全に満たす、ハードウェアデジタイザ１２１２を使用して取り込まれる。これは、デジタイザのサンプルレートが帯域幅Ｂｗの２倍より大きい（ｆｓ≧２Ｂｗ）ことを必要とする。適用するには、十分な信号忠実度が維持される必要があり、各サンプルは、サンプル時点において取り込まれた信号を正確に表すために十分に大きいことを必要とする。均一サンプリングのために、信号対雑音比が、ビット数Ｎｂに関して、ＳＮＲ＝６．０２×Ｎｂで示すことができる。現在のところ、ＲＦ信号を取り込むために設計されたデジタイザは、通常、４〜１６ビットの間の範囲を使用する。取り込まれた情報を伝えるために必要なデジタル化データ速度は、従って、総計ＤＲ＝ｆｓ×Ｎｂ＞２×Ｂｗ×Ｎｂである。一例として、所望の帯域幅が５０ＭＨｚであり、所望の信号対雑音比が８ビットサンプルを必要とすると仮定する。
ＤＲ≧２×５０（ＭＨｚ）×８＝８００Ｍｂｐｓ
このデータ速度および信号忠実度で、データがパッケージ化され、標準ギガビットイーサネットネットワークにわたってトランスポートできる。
【００６５】
ストリーミングＦＦＴ
【００６６】
ストリーミングＦＦＴ機能１２１４は、時間連続的信号を歪みなしで再構成する機能を保持しながら、サンプリングデータ値を周波数領域に変換するように設計されている。処理は、既知のオーバーラップ保存またはオーバーラップ加算アルゴリズムに従う。オーバーラップ保存ストリーミングＦＦＴ実装に関与するステップを図１３に例示する。図１３の例示的な実施形態では、入力データストリームが、概念的に長さＬのブロック１３００に分割されて、Ｍ−１のサンプル１３１０によって重ね合わされ、ここでＬおよびＭは処理要件を満たすように選択される。
【００６７】
ビン選択およびオーバーレイ
【００６８】
ビン選択およびオーバーレイ処理１２１６の目的は、有用な情報を有していない周波数ビンを除去することであり、従って、さらなる処理から廃棄される。極端な場合には、スペクトル全体内に対象の信号がないとき、どのデータも伝送する必要がない。
【００６９】
ビン選択処理１２１６は、複数の段階に分割されて、各分析段階は、異なる特性をもつ信号を取り込むように設計される。ある段階は、ほぼ一定の出力対時間特性を有する多くの正常な通信信号と関連付けられた特性を取り込むように設計される。この特性を処理する通信信号例には、ＰＳＫ、ＦＭ、ＱＡＭ、ＦＳＫ、およびＯＦＤＭが含まれる。これらの場合、信号分離は、単純な出力対周波数分析によって決定でき、単純な出力対周波数分析は、有用な情報を含んでいない周波数を無視できるようにする。別の段階は、周波数または時間アジャイル信号などの動的信号を取り込むように設計される。これらの特性を示している信号例には、周波数ホッピングスペクトラム拡散（ＦＨＳＳ）、および時分割多重（ＴＤＭ）変調が含まれる。信号の時間選択的特質に起因して、所望の時間窓が取り込まれるのを確実にするために、（時間における）周囲のアクティブなビンが伝送のために選択されるように、オーバーレイ処理が許可される。
【００７０】
圧縮
【００７１】
圧縮機能１２１８は、主に、ビン選択およびオーバーレイ処理から取得された情報を分析して、効率的にデータをビットに符号化する方法を決定することに関する。損失のないデータ圧縮のために、各アクティブなビングループが分析され、変調形式などの信号内容に従って分類される。識別された変調特性に基づく信号予測処理が適用される。この処理は、もっと周知の線形予測符号化アルゴリズムに対する拡張機能として比較できる。この符号化ステップからの残余が、ライス、算術、および／またはハフマン符号化などの、周知のエントロピー符号化技術を使用してさらに圧縮される。より高い圧縮の必要性に対しては、非可逆圧縮アルゴリズムも実装される。非可逆圧縮アルゴリズムは、各変調形式に関連付けられた測定基準に基づき忠実度の損失を制限する。一例として、ＱＰＳＫ変調信号について、圧縮および展開の処理は、誤り率に対する影響を制限すべきである。処理は、ビデオおよびオーディオなどの他の用途に適用される非可逆圧縮技術と概念が似ており、ビデオおよびオーディオの各々は、視覚または聴覚認識に対する影響を制限する。この用途では、通信信号に対するビット誤り率における上昇、またはナビゲーション信号に対する到着時間もしくは到着頻度を測定する機能における減少によって、圧縮波形の質が決定される。
【００７２】
展開
【００７３】
展開機能１２２０は、圧縮段階から元のデータストリームを復元するように構成される。符号化処理で適応符号化技術が採用される、いくつかの場合には、これらの機能は、元のデータストリームを再作成するために、ここで再作成する必要がある。
【００７４】
ビン再構成
【００７５】
ビット再構成ユニット１２２２は、入力信号の周波数領域表現全体を、逆ＦＦＴ機能と互換性がある連続ブロックに復元する機能を果たす。
【００７６】
逆ＦＦＴ
【００７７】
逆ＦＦＴ機能ユニット１２２４の目的は、周波数領域信号表現を時間領域信号に変換することである。この処理は、ブロックベースで実行されて、連続的時間領域信号を復元するために追加の処理を必要とする。
【００７８】
信号再構成
【００７９】
逆ＦＦＴからのデータのブロックは、ストリーミングＦＦＴ機能においてオーバーラップ保存またはオーバーラップ加算アルゴリズムが使用されたかどうかに応じて、特定の方法で結合する必要がある。信号再構成機能１２２６の目的は、ブロックベースの処理結果を時間連続的信号に復元することであり、時間連続的信号は、元の波形の正確な表現である。信号再構成機能１２２６の一例を図１４に示す。
【００８０】
最適化されたサブバンドチューナ／変換器
【００８１】
最適化されたサブバンドチューナ／変換器は、高設定分解能および精度を備えた、幅広い帯域幅選択を有するＲＦ／ＩＦ信号ダウンおよびアップサンプリング機能を提供する。これは、ユーザーが、周波数および帯域幅設定を、トランスポートしている信号に最適に適合できるようにして、潜在的に高価なネットワーク帯域幅を最小限する。このアプローチは、ＬＯ合成およびサンプルレート変更の両方に対して正確な（整数比）高分解能周波数設定を生成する。図１５および図１６は、それぞれ、ダウンサンプラー１５００およびアップサンプラー１６００機能の機能ブロック図である。ダウンサンプラー１５００およびアップサンプラー１６００の各々は、ＬＯ周波数生成器１５１０、１６１０および再サンプリングレート生成器１５２０、１６２０を含む。
【００８２】
整数比生成器
【００８３】
図１５および図１６に示すＬＯ周波数生成器および再サンプリングレート生成器は、各々が１つ以上の整数比生成器段階から成る。図１７は、正または負の入力指定されたＮ（分子）を備える整数モジュロＤ（分母）アキュムレータアルゴリズムを実装するためにソフトウェアによって予めロードされたデュアルポートＲＡＭを使用する、整数比生成器１７００の機能ブロック図である。サンプルレート周波数ｆｓでクロックされる場合、出力周波数ｆｏは、ｆｓ×（Ｎ／Ｄ）に正に等しい。
【００８４】
初期化中、デュアルポートＲＡＭは、書込み（左側）ポート１７１０、１７１２から、プロセッサ／ソフトウェアにより全ての可能なアキュムレータ出力シーケンスでロードされる。動作中、読取り（右側）ポートデータレジスタ出力ＬＳＢ１７２６は、モジュロＤアキュムレータの現在の状態を反映する。この値は、読取りポートアドレス入力ＬＳＢ１７２２に送り戻される。これは、現在の状態および初期化アルゴリズムによって使用されたＮ／Ｄ値によって決定された次のアキュムレータ状態をアクセスする。
【００８５】
以前の（あまり重要でない）生成器段階からの桁上げ入力は、任意選択で、追加の読取りポートアドレスレジスタ入力ＭＳＢ１７２０の包含を通して提供できる。ソフトウェア初期化アルゴリズムは、この入力が高い場合はいつでも、付加因数の１を加算（Ｎが正）または減算（Ｎが負）する。
【００８６】
任意選択の桁上げ出力は、後続の（より重要な）生成器段階に接続できるか、またはデジタル出力周波数信号として使用できる。桁上げ出力は、別の読取りポートデータレジスタ出力ＭＳＢ１７２４の追加によって提供され、ソフトウェア初期化アルゴリズムを通して制御される。
【００８７】
再サンプリングレート生成器の適用
【００８８】
チューナ／変換器のための図１５および図１６に示す再サンプリングレート生成器１５２０、１６２０は、単一の整数比生成器段階を使用する。各々のＲＡＭサイズは、２Ｋ×１２ビットであり、桁上げ（デジタル周波数）出力を含むが、桁上げ入力は含まない。１１の読取りポートアドレスビットおよび１１のＬＳデータレジスタビットは、最大で２０４８のアキュムレータ状態を表す。必要な出力レート／帯域幅の全てを生成するために、７２０〜１８００の６つの異なるＤ値の１つがＤ／２強〜Ｄ−１の間のＮ値と組み合わされて使用される。これは、各々が３つの１０進数の帯域幅制御分解能をもつ、３６ＭＨｚから１０ｋＨｚまでの、総計で３２６０の正確な帯域幅設定を可能にする。
【００８９】
再サンプリングレート生成器アキュムレータ状態出力は、対応する同期再サンプリングＦＩＲフィルタのための遅延制御係数を調べるためにも使用される。
【００９０】
２Ｋ×１２＝２４ＫビットＲＡＭは、典型的なＦＰＧＡ内の１〜３のＲＡＭブロックで実装できる。比較的低コスト／小規模のＦＰＧＡでさえ、一般に、何百ものこれらのブロックを提供し、そのため、この構成の実装は、通常、ＦＰＧＡリソース問題ではない。
【００９１】
ＬＯ周波数生成器の適用
【００９２】
チューナ／変換器のための図１５および図１６に示すＬＯ周波数生成器１５１０、１６１０は、４０ＭＨｚの基準クロック（ｆｓ）を使用して、１Ｈｚの周波数制御分解能を提供する。それらは各々、整数比周波数生成器段階に入る／から出る３つのカスケード式桁上げで実装される。各段階に対する固定の分母値は１６０（ＭＳ）、５００、および５００（ＬＳ）である。全体の総分母（ＤＴ）値は、その結果、１６０×５００×５００＝４０ｅ６であり、４０ＭＨｚ／４０ｅ６＝１Ｈｚチューニング分解能を提供する。
【００９３】
最も重要な段階は、２５６までの状態（１６０使用）を桁上げ入力と共に、桁上げ出力はなしで提供して、５１２×８ビット（４Ｋビット）のデュアルポートＲＡＭを必要とする。８つの読取りポートレジスタビットは、以前の（あまり重要でない）段階から入る桁上げとして機能するＭＳアドレスビットと共に、８つの読取りポートＬＳアドレスビットに送り戻される。
【００９４】
中間の／最も重要でない段階の各々は、桁上げ入力および桁上げ出力と共に、５１２までの状態（５００使用）を提供し、そのため、各々は１Ｋ×１０（１０Ｋビット）ＲＡＭで実装される。９つのＬＳ読取りポートレジスタデータビットは、９つのＭＳアドレスビットに送り戻される。ＭＳ読取りデータレジスタ出力およびアドレス入力ビットは、それぞれ桁上げ出力および桁上げ入力を示すために使用される。
【００９５】
これらのＲＡＭは、再サンプリングレート生成器に対して使用されるものよりも小さいので、それらのＲＡＭも通常、ＦＰＧＡリソース問題を提示しない。
【００９６】
正弦および余弦ＬＵＴを処理するための十分な分解能を備えるアキュムレータ出力値を得るために、２つの最も重要な段階のアキュムレータ状態出力が組み合わされて、正弦／余弦ＬＵＴに対する２進位相値を取得するためにスケーリングされる。
【００９７】
各生成器段階に対するＮ値は、要求された出力周波数ｆｓおよび入力として予め割り当てられたＤ値と共に、反復整数商／剰余除法アルゴリズムを使用して計算される。
【００９８】
開示した実施態様の上の記述は、任意の当業者が特許請求された発明を作製するか、または使用するのを可能にするために提供されている。本明細書で提示する記述または図は、本開示の例示的な実施態様を表しており、従って、本開示によって広く考えられる主題を代表することを理解されたい。本開示の範囲は、他の実装を完全に包含すること、および本発明の範囲はそれに応じて、添付の請求項以外の何によっても制限されないことをさらに理解されたい。
【図１】
0006622708.tif 000002
【図２】
0006622708.tif 000003
【図３】
0006622708.tif 000004
【図４】
0006622708.tif 000005
【図５】
0006622708.tif 000006
【図６Ａ】
0006622708.tif 000007
【図６Ｂ】
0006622708.tif 000008
【図７Ａ】
0006622708.tif 000009
【図７Ｂ】
0006622708.tif 000010
【図８】
0006622708.tif 000011
【図９】
0006622708.tif 000012
【図１０】
0006622708.tif 000013
【図１１】
0006622708.tif 000014
【図１２】
0006622708.tif 000015
【図１３】
0006622708.tif 000016
【図１４】
0006622708.tif 000017
【図１５】
0006622708.tif 000018
【図１６】
0006622708.tif 000019
【図１７】
0006622708.tif 000020