(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力周波数範囲において受信された多重化信号から第１の周波数の範囲の複数の信号を選択し、前記選択した複数の信号を、前記入力周波数範囲とは異なる出力周波数範囲へ変換するために、通信衛星において用いられる装置であって、前記装置は、
前記第１の周波数の範囲の中心周波数での前記受信された信号内の信号が中間周波数（ＩＦ）へ変換されるように、前記受信された信号をダウンコンバートするために、前記受信された信号を第１の局部発振器（ＬＯ）信号と混合する第１のミキサと、
前記混合された信号を、フィルタ処理の帯域幅が前記第１の周波数の範囲の幅を規定するように前記フィルタ処理し、前記ＩＦでの中心周波数を含む通過域を有するチャネルフィルタと、
前記フィルタ処理されたＩＦの信号を第２のＬＯ信号と混合して、前記ＩＦの信号を前記出力周波数範囲にまでアップコンバートする第２のミキサと、
を備え、
前記第１及び第２のＬＯ信号の一方が、前記第１及び第２のＬＯ信号の他方を第３のＬＯ信号と混合することによって得られる混合ＬＯ信号であり、
前記第１のミキサによって前記中間周波数にまでダウンコンバートされる前記中心周波数を変更することによって、前記第１の周波数の範囲として異なる周波数範囲を選択し、前記選択した複数の信号が前記第２のミキサによってアップコンバートされる前記出力周波数範囲を変更するように、前記第３のＬＯ信号と前記第１及び第２のＬＯ信号の前記他方とが独立して制御可能であり、
前記チャネルフィルタは、それぞれが異なる帯域幅を有する複数のフィルタを有し、前記チャネルフィルタが前記複数のフィルタの間で切替可能であり、複数の信号が選択される前記第１の周波数の範囲の異なる帯域幅を選択する
装置。
【請求項２】
前記第２のＬＯ信号は、前記ＩＦの信号がアップコンバートされる前記出力周波数範囲を変更するように制御可能である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィルタ処理されたＩＦの信号が前記出力周波数範囲にまでアップコンバートされる前に、前記フィルタ処理されたＩＦの信号を増幅するチャネル増幅器を更に備える請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
受信された多重化信号から複数のダウンリンクビームへ複数の信号をルーティングするために通信衛星において利用するシステムであって、前記システムは、
請求項１から３のいずれか１項に記載の前記装置を各々が有する複数の周波数変換モジュールと、
前記多重化信号を受信して、前記複数の周波数変換モジュールへ前記受信された信号を送信する入力段と、
前記周波数変換モジュールの少なくとも１つに各々が接続され、前記少なくとも１つの周波数変換モジュールによって出力された前記アップコンバートされた信号を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅された信号を受信し、各々が１又は複数の前記増幅された信号を含む前記複数のダウンリンクビームを形成する出力段とを備える
システム。
【請求項５】
前記複数の増幅器は、複数の可変増幅器であり、
前記複数の可変増幅器の各々は、変換された信号の帯域幅占有率に従って、前記複数の周波数変換モジュールの１つによって出力された前記変換された信号を送信電力レベルにまで増幅する請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記出力段は、入力と複数の出力とを含むデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）、及び／又は、出力と複数の入力とを含む出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）を更に有し、
前記ＤＥＭＵＸの入力は、複数の前記増幅された信号のうちの１つを受信し、
前記複数の周波数変換モジュールの１つを制御して、前記増幅された信号を複数の前記ＤＥＭＵＸの出力の１つの通過域周波数範囲に調整することによって、前記複数の増幅された信号の前記１つが、複数の前記ＤＥＭＵＸの出力の前記１つに接続された前記ダウンリンクビームにルーティングされることができるように、ＤＥＭＵＸの出力の各々が、複数の前記ダウンリンクビームの異なる１つに接続され、
前記ＯＭＵＸの出力が、複数の前記ダウンリンクビームの１つに接続され、
複数の前記増幅された信号が前記ＯＭＵＸの出力に接続された前記ダウンリンクビームにおいて結合されて送信されることができるように、ＯＭＵＸの入力の各々が、複数の前記増幅された信号の１つを受信する
請求項４又は５に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の周波数変換モジュールは、複数の第１の周波数変換モジュールと複数の第２の周波数変換モジュールとを有し、
前記複数の第１の周波数変換モジュールは、第１の受信された信号を受信し、
前記複数の第２の周波数変換モジュールは、第２の受信された信号を受信し、
前記システムは、
前記複数の第１の周波数変換モジュールの１つによって出力された前記変換された信号を、前記複数の第２の周波数変換モジュールの１つによって出力された前記変換された信号と結合し、前記結合された信号を前記複数の増幅器の１つに送信する手段を更に備える
請求項４から６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記入力段が、前記受信された信号を、前記第１及び第２の受信された信号へ分離し、
前記第１の受信された信号が、偏波信号であり、前記第２の受信された信号が、前記第１の受信された信号とは反対の偏波を有する信号である
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記入力段は、第１のソースからの前記第１の受信された信号と第２のソースからの前記第２の受信された信号とを受信する少なくとも１つのアンテナを有する
請求項７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記出力段は、前記複数のダウンリンクビームの１つを形成するアンテナと、複数の前記増幅された信号の１つをフィルタ処理して、前記フィルタ処理して増幅された信号を前記アンテナに送信するフィルタとを有し、
前記フィルタは第１の帯域幅を含み、
前記周波数変換モジュールが、前記複数のダウンリンクビームの前記１つの前記第１の帯域幅の範囲内に前記出力周波数を再調整するように制御されることができるように、前記増幅された信号は、前記第１の帯域幅より小さい第２の帯域幅を用いて前記ＩＦの信号をフィルタ処理する前記複数の周波数変換モジュールの１つから受信された信号である
請求項４から９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記出力段は、第１の複数の前記周波数変換モジュールが第１の複数の前記ダウンリンクビームの周波数再利用パターンを変更するように再調整されることができるように、前記第１の複数の周波数変換モジュールを前記第１の複数のダウンリンクビームに接続する適応性周波数再利用モジュールを有し、
前記適応性周波数再利用モジュールは、
前記第１の複数の周波数変換モジュールの１つに接続された入力と複数の出力とを各々が有する複数のデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）と、
前記第１の複数のダウンリンクビームの１つに接続された出力と複数の入力とを各々が有する複数の出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）とを備え、
前記ＤＥＭＵＸの複数の出力と前記ＯＭＵＸの複数の入力とは、各ＤＥＭＵＸが複数の前記ＯＭＵＸの１つずつに接続されるように接続される
請求項４から６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記出力段は、前記複数のダウンリンクビームを形成する少なくとも１つのアンテナを有し、
前記少なくとも１つのアンテナは、前記複数のダウンリンクビームの方向を変えるように再構成可能又は可動である
請求項４から９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
入力周波数範囲において受信された多重化信号から第１の周波数の範囲の複数の信号を選択し、前記選択した複数の信号を、前記入力周波数範囲とは異なる出力周波数範囲へ変換するために、通信衛星において利用される方法であって、前記方法は、
前記入力周波数範囲の多重化信号を受信する段階と、
選択された周波数範囲の中心周波数での前記受信された信号内の信号が中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートされるように、前記受信された信号を第１の局部発振器（ＬＯ）信号と混合する段階と、
それぞれが異なる帯域幅を有し、チャネルフィルタに含まれる複数のフィルタの１つを選択する段階と、
前記ＩＦでの中心周波数の通過域を含む前記選択されたフィルタの帯域幅が前記第１の周波数の範囲の幅を規定するように、前記選択されたフィルタを用いて前記ＩＦの信号をフィルタ処理する段階であって、前記チャネルフィルタは、複数の信号が選択される前記第１の周波数の範囲の異なる帯域幅を選択するように前記複数のフィルタの間で切替可能である、前記フィルタ処理する段階と、
前記フィルタ処理されたＩＦの信号を第２のＬＯ信号と混合して、前記フィルタ処理された信号を、前記出力周波数範囲にアップコンバートする段階とを備え、
前記第１及び第２のＬＯ信号の一方が、前記第１及び第２のＬＯ信号の他方を第３のＬＯ信号と混合することによって得られた混合ＬＯ信号であり、
前記方法は、
前記中間周波数にまでダウンコンバートされる前記中心周波数を変更することによって、前記第１の周波数の範囲として異なる周波数範囲を選択し、前記選択した複数の信号がアップコンバートされる前記出力周波数範囲を変更すべく、前記第３のＬＯ信号と前記第１及び第２のＬＯ信号の前記他方とを独立に制御する段階を更に備える
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信衛星において信号を変換することに関する。
特に、本発明は、第１の局部発振器ＬＯ信号を用いて受信信号を中間周波数ＩＦへダウンコンバートし、ＩＦの信号をフィルタリングして受信信号内で信号を選択し、フィルタ処理された信号を第２のＬＯ信号を用いて出力周波数へアップコンバートすることに関し、第１と第２のＬＯ信号の一方が、第１と第２のＬＯ信号の他方を第３のＬＯ信号と混合することによって得られた混合ＬＯ信号である。
【背景技術】
【０００２】
通信衛星は、送信及び受信のために異なる周波数帯域を用いて、入力される信号と出力される信号との間での干渉を回避するようにされることができる。この場合、アップリンク帯域において受信された複数の信号が、それらが送信される前に、ダウンリンク帯域における適切な周波数に変換されるべきである。デジタルシステムにおいて、受信されたアナログ信号は、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）によってデジタル領域に変換され、デジタル信号は、デジタル信号処理モジュールにおいて必要に応じて処理される。処理された、例えば周波数変換されたデジタル信号は、送信前にアナログ領域へ変換して戻されるために、デジタル・アナログコンバータ（ＤＡＣ）に送信され、チャネルルーティングにおける適応性を提供するようにされる。しかし、デジタル信号処理システムは、大きな帯域幅での利用には適切ではない。
【０００３】
信号の適応性ルーティング及び変換のためのアナログシステムは当該技術分野において周知であり、２つの別個のカテゴリに分類される。第１のカテゴリは、Ｎｉ×Ｎｏディメンションの導波管スイッチマトリックスを用いて、Ｎｉ入力ポートとＮｏ出力ポートとの間で信号を切り替える。このようなスイッチマトリックスは大きく、かなりの量を衛星の最大ペイロードに追加し、多数のポート、例えば形成される多数のダウンリンク（ユーザ）ビームがある場合には非実用的になる。第２のカテゴリでは、特定の周波数帯域における信号を分離するために、各自のフィルタ部と混合部を用いて、不必要な高周波数信号と低周波数信号とを順次除いていく。システムの例はＵＳ４，２２８，４０１に開示されている。これらのシステムは、複数の局部発振器ＬＯ信号の利用に起因して、比較的高い位相ノイズに苦しむ。
【０００４】
発明はこの状況で作成される。
【発明の概要】
【０００５】
本発明では、入力周波数範囲において受信された多重化信号から第１の周波数の範囲の信号を選択するために、通信衛星において用いられる装置が提供される。当該装置は、第１の周波数の範囲の中心周波数での受信された信号内の信号がＩＦへ変換されるように、受信された信号をダウンコンバートするために、受信された信号を第１の局部発振器ＬＯ信号と混合する第１のミキサと、混合された信号を、フィルタ処理の帯域幅が第１の周波数の範囲の幅を規定するようにフィルタ処理し、ＩＦでの中心周波数を含む通過域を有するバンドパスフィルタと、フィルタ処理されたＩＦの信号を第２のＬＯ信号と混合して、ＩＦの信号を入力周波数範囲とは異なる出力周波数範囲にまでアップコンバートする第２のミキサと、を備える。第１のＬＯ信号は、第１の周波数の範囲として異なる周波数範囲を選択すべく、ミキサによって中間周波数にまで変換される周波数を変更するように制御可能であり、第１及び第２のＬＯ信号の一方が、第１及び第２のＬＯ信号の他方を第３のＬＯ信号と混合することによって得られる混合ＬＯ信号である。混合されたＬＯ信号が、アップコンバート又はダウンコンバートに用いられるので、第１及び第２のＬＯ信号の一方が、ダウンコンバート段階とアップコンバート段階の両方で用いられる。
これは、ダウンコンバート／アップコンバート中に第１及び第２のＬＯ信号の一方によって導入された位相ノイズが、アップコンバート／ダウンコンバート中に実質的に削除され、複数のＬＯ信号を用いる従来技術のシステムに比べて位相ノイズを低減するという結果を有する。
【０００６】
第２のＬＯ信号は、ＩＦの信号がアップコンバートされる出力周波数範囲を変更するように制御可能であってよい。
【０００７】
バンドパスフィルタの帯域幅は、複数の信号が選択される第１の周波数の範囲の幅を変更するように調整可能であるようにされてよい。
【０００８】
バンドパスフィルタは、フィルタ処理の帯域幅を調節するように、複数の所定の帯域幅の間で切換可能であるようにされてよい。
【０００９】
装置は、フィルタ処理されたＩＦの信号が出力周波数範囲にまでアップコンバートされる前に、フィルタ処理されたＩＦの信号を増幅するチャネル増幅器を更に備えてよい。
【００１０】
本発明では、受信された多重化信号から複数のダウンリンクビームへ複数の信号を柔軟にルーティングするために通信衛星において利用するシステムが提供される。当該システムは、上記装置を各々が有する複数の周波数変換モジュールと、複数の周波数変換モジュールへ受信された信号を送信する入力段と、周波数変換モジュールの少なくとも１つに各々が接続され、少なくとも１つの周波数変換モジュールによって出力されたアップコンバートされた信号を増幅する複数の増幅器と、複数の増幅されて変換された信号を受信し、各々が１又は複数の増幅されて変換された信号を含む複数のダウンリンクビームを形成する出力段とを備える。
各周波数変換モジュールは、受信された信号を受け取って、受信された信号内の任意の周波数の範囲から信号を選択できるので、システムは、複雑な導波管スイッチマトリックスの必要がなく、任意のアップリンクビームから任意のダウンリンクビームへ信号を適応的にルーティングすることができる。
【００１１】
増幅器は、可変増幅器であり、各々は、変換された信号の帯域幅占有率に従って、周波数変換モジュールの１つによって出力された変換された信号を送信電力レベルにまで増幅するようにされていてよい。
これは、衛星において利用可能な電力が、各ビームの帯域幅占有率に依存して複数のダウンリンクビームの間で共有されることを可能にする。
【００１２】
出力段は、入力と複数の出力とを含むデマルチプレクサＤＥＭＵＸ、及び／又は、出力と複数の入力とを含む出力マルチプレクサＯＭＵＸを更に有する。ＤＥＭＵＸの入力は、複数の変換された信号のうちの１つを受信する。複数の周波数変換モジュールの１つを制御して、変換された信号を複数のＤＥＭＵＸの出力の１つの通過域周波数範囲に調整することによって、複数の変換された信号の１つが、複数のＤＥＭＵＸの出力の１つに接続されたダウンリンクビームにルーティングされることができるように、ＤＥＭＵＸの出力の各々が、複数のダウンリンクビームの異なる１つに接続される。ＯＭＵＸの出力が、複数のダウンリンクビームの１つに接続される。複数の変換された信号がＯＭＵＸの出力に接続されたダウンリンクビームにおいて結合されて送信されることができるように、ＯＭＵＸの入力の各々が、複数の変換された信号の１つを受信するようにされている。
ダウンリンクビームに接続されたＯＭＵＸの利用によって、最初の帯域幅割り当てに加えて、１又は複数のチャネルが、ダウンリンクビームにおける出力帯域セグメントの非占有部分の内のいずれにも適応的に挿入されることができる。
【００１３】
複数の周波数変換モジュールは、複数の第１の周波数変換モジュールと複数の第２の周波数変換モジュールとを有し、複数の第１の周波数変換モジュールは第１の受信された信号を受信し、複数の第２の周波数変換モジュールは、第２の受信された信号を受信し、システムは、複数の第１の周波数変換モジュールの１つによって出力された変換された信号を、複数の第２の周波数変換モジュールの１つによって出力された変換された信号と結合し、結合された信号を複数の増幅器の１つに送信する手段を更に備えてよい。
複数の出力信号を結合することにより、複数の異なるソース間及び／又は複数の偏波間での周波数共用をすることができる。これは、結合信号を受信するユーザビームが、第１の受信された信号と第２の受信された信号との両方において帯域幅を利用できるためである。
【００１４】
入力段が、受信された信号を、第１及び第２の受信された信号へ分離し、第１の受信された信号が、偏波信号であり、第２の受信された信号が、第１の受信された信号とは反対の偏波を有する信号であってよい。
この場合、反対の偏波の間での周波数共用が可能である。
【００１５】
入力段は、第１のソースからの第１の受信された信号と第２のソースからの第２の受信された信号とを受信するようにされた少なくとも１つのアンテナを有してよい。この場合、複数のソースの間での周波数共用が、例えば複数のゲートウェイの間で可能である。
【００１６】
出力段は、複数のダウンリンクビームの１つを形成するアンテナと、複数の増幅された信号の１つをフィルタ処理して、フィルタ処理して増幅された信号をアンテナに送信するフィルタとを有してよい。フィルタは第１の帯域幅を含む。周波数変換モジュールが、複数のダウンリンクビームの１つの第１の帯域幅範囲内に出力周波数を再調整するように制御されることができるように、増幅された信号は、第１の帯域幅より小さい第２の帯域幅を用いてＩＦの信号をフィルタ処理する複数の周波数変換モジュールの１つから受信された信号であってよい。
【００１７】
出力段は、第１の複数の周波数変換モジュールが第１の複数のダウンリンクビームの周波数再利用パターンを変更するように再調整されることができるように、第１の複数の周波数変換モジュールを第１の複数のダウンリンクビームに接続する適応性周波数再利用モジュールを有してよい。適応性周波数再利用モジュールは、第１の複数の周波数変換モジュールの１つに接続された入力と複数の出力とを各々が有する複数のデマルチプレクサＤＥＭＵＸと、第１の複数のダウンリンクビームの１つに接続された出力と複数の入力とを各々が有する複数の出力マルチプレクサＯＭＵＸとを備える。ＤＥＭＵＸの複数の出力とＯＭＵＸの複数の入力とは、各ＤＥＭＵＸが複数のＯＭＵＸの１つずつに接続されるように接続されてよい。
適応性周波数再利用モジュールは、第１の複数の周波数変換モジュールを再調整して、異なる出力周波数の信号をアンテナの異なる出力周波数へ向けることによって、第１の複数のダウンリンクビームの周波数再利用パターンが、軌道上で変更されるようにすることができる。
【００１８】
出力段は、複数のダウンリンクビームを形成する少なくとも１つのアンテナを有し、少なくとも１つのアンテナは、複数のダウンリンクビームの方向を変えるように再構成可能又は可動であるようにされている。
【００１９】
本発明では、第１の周波数の範囲の複数の信号を出力周波数範囲へ変換するために通信衛星において利用される方法を提供する。当該方法は、入力周波数範囲の多重化信号を受信する段階と、選択された周波数範囲の中心周波数での受信された信号内の信号が中間周波数ＩＦにダウンコンバートされるように、受信された信号を第１のＬＯ信号と混合する段階と、ＩＦでの中心周波数を含む通過域の幅が第１の周波数の範囲の幅を規定するように、通過域を用いてＩＦの信号をフィルタ処理する段階と、フィルタ処理されたＩＦの信号を第２のＬＯ信号と混合して、フィルタ処理された信号を、入力周波数範囲と異なる出力周波数範囲にアップコンバートする段階と、第１のＬＯ信号を制御して、中間周波数へ変換される周波数を変更し、異なる周波数範囲を第１の周波数の範囲として選択する段階とを備える。第１及び第２のＬＯ信号の一方が、第１及び第２のＬＯ信号の他方を第３のＬＯ信号と混合することによって得られた混合ＬＯ信号である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、ただの例によって以下説明される。
【図１】本発明の実施形態に従って、通信衛星において、受信された多重化信号から複数のダウンリンクビームに信号をルーティングするシステムを示す。
【図２】本発明の実施形態に従って、図１のシステムにおいて、周波数変換モジュールとして用いられる装置を示す。
【図３】本発明の更なる実施形態に従って、通信衛星において、受信された多重化信号から複数のダウンリンクビームへ信号をルーティングするシステムを示す。
【図４】本発明の実施形態に従って、入力周波数帯域における第１の周波数の範囲から複数の信号を選択し、選択された信号を要求された出力周波数へ変換する例を示す。
【図５】本発明の実施形態に従って、通信衛星の復路（リターンパス）のペイロードで用いられるシステムを示す。
【図６】本発明の実施形態に従った、特定のダウンリンクビームを形成する衛星のペイロードの一部を示す。
【図７】図６の装置によって形成されたダウンリンクビームにおいて選択可能な複数のチャンネル位置を示す。
【図８】本発明の実施形態に従った、複数のユーザビームのための適応性周波数再利用パターンを示す。
【図９】周波数再利用パターンを適応的に変更する交差接続されたＯＭＵＸとＤＥＭＵＸを含むシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図１を参照すると、本発明の実施形態に従って、通信衛星において、受信された多重化信号から複数のダウンリンクビームへ信号をルーティングするシステムが示されている。
図１に示されたシステムは、説明の目的でのみ提供され、発明の原理を不明瞭にしないために簡略化されたものである。
【００２２】
システムは、入力段１１０と、信号変換部１２０と、増幅部１３０と、出力段１４０とを備えている。入力段１１０は、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）１１２に接続されたアンテナ１１１を有する。アンテナ１１１は、例えばサービスプロバイダの地上送信機からアップリンク信号を受信するようにされている。本実施例において、受信された信号は、ゲートウェイから受信されたゲートウェイ信号ＧＷ１である。受信された信号ＧＷ１は、大きな周波数範囲にわたって複数の信号を含む多重化信号であり、ブロードバンド信号と称されうる。ＬＮＡ１１２は、とても低い電力レベルで受信された受信信号を増幅する。入力段１１０は、ＬＮＡ１１２に接続された信号スプリッタ１１３を更に有する。  信号スプリッタ１１３は、増幅された受信信号を複数の同一の信号へ分け、それらの各々は、受信信号において全周波数を含む。
【００２３】
信号変換部１２０は、複数の周波数変換モジュール１２０ａを有し、これらは、以下、チャネルアジャイルコンバージョンエキップメント（ＣＡＣＥ）と称する。各ＣＡＣＥ１２０ａが他のＣＡＣＥと同じ信号を受信するように、例えば、各ＣＡＣＥが増幅された受信信号を受信するように、複数のＣＡＣＥ１２０ａが、入力段１１０の信号スプリッタ１１３に接続されている。各ＣＡＣＥ１２０ａが、受信信号内の第１の周波数の範囲から複数の信号を選択し、選択された信号を所望の出力周波数帯域へ変換するように適合されている。特に、各ＣＡＣＥは、第１と第２のＬＯ信号を混合することによって得られた局部発振器（ＬＯ）信号と混合することにより、受信された信号を中間周波数（ＩＦ）へダウンコンバートし、第２のＬＯ信号と混合することによってＩＦ信号を出力周波数帯域へアップコンバートする。ＩＦ信号は、バンドパスフィルタを介して通され、所望の信号、例えば、受信された信号における第１の周波数の範囲内の信号を選択することができる。
【００２４】
第２のＬＯ信号がアップコンバートとダウンコンバートの両方のために用いられるため、ダウンコンバート中に第２のＬＯ信号によって導入された任意の位相ノイズが、ＩＦ信号がアップコンバート中に第２のＬＯ信号と再度混合されるときに、効果的に削除される。具体的には、ダウンコンバートにおいて、ＬＯ信号と入力信号との間の周波数差が用いられ、一方、アップコンバートにおいて、周波数の和が用いられる。このため、信号変換部１２０によって導入された位相ノイズは、複数のＬＯを用いるシステムに比べて、低減され、これは、本実施形態におけるＣＡＣＥの全ての位相ノイズ寄与が主に第１のＬＯ信号の寄与のみによるためである。
【００２５】
信号変換部１２０からの出力信号、例えば複数のＣＡＣＥによって出力周波数帯域に変換された信号が、増幅部１３０に送信され、増幅部は、各変換された信号を所望の送信電力に増幅する複数の可変増幅器１３０ａを有する。可変増幅器を利用することによって、各増幅信号の送信電力が、その信号の帯域幅占有率に従って制御されるようにできる。可変増幅器は、可変の進行波管増幅器（Ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｔｕｂｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：Ｆｌｅｘ  ＴＷＴＡ）であってよく、又は、マルチポート増幅器（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｒｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＭＰＡ）のような他のタイプの可変高出力増幅器であってもよい。
【００２６】
最後に、増幅信号は、出力段１４０に送信され、出力段は、複数の出力フィルタ１４１ａと、複数のダウンリンクビームＵ１からＵ３を形成する少なくとも１つのアンテナ１４２ａとを備える。出力段１４０のアンテナは、衛星の利用中に所定のダウンリンクビームの方向変換をできるように再構成可能／可動のアンテナであってよく、又は、非再構成可能／非可動であってよい。各ダウンリンクアンテナ１４２ａは、ダウンリンクビームＵ１，Ｕ２，Ｕ３のうちの１又は複数を形成することができる。図１において、別々のアンテナが各ダウンリンクビームについて明瞭のために示されているが、実際には、各ビームについて物理的に別々のアンテナを提供する必要は無い。例えば、図１の３つのダウンリンクビームＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、単一のアンテナによって形成されてよい。また、図１においては３つのみのダウンリンクビームが示されているが、概して、任意の数のダウンリンクビームが提供されてよい。
【００２７】
本実施例において、システムは、衛星の送信のペイロード部分において利用され、ゲートウェイ（例えばサービスプロバイダ）からエンドユーザに信号をルーティングするようにされ、このため、ダウンリンクビームはユーザビームと呼んでよい。各ユーザビームは、ユーザビームによってカバーされたエリア内の任意の数のユーザにより受信されてよい。他の実施形態では、同様のシステムが、返送のペイロード部分において利用されるように適合されてよく、この場合、複数のアップリンク信号が複数のユーザから受信され、ダウンリンクビームは、ゲートウェイに送信される多重化ビームである。
【００２８】
図１に示されるように、各ダウンリンクビームは、増幅器１３０ａとフィルタ１４１ａとを介して特定のＣＡＣＥ１２０ａに接続される。出力段１４０の構成は固定され、例えば、ＣＡＣＥと、増幅器と、フィルタと、ダウンリンクビームとの間の物理的接続は、通信衛星の打ち上げ後は再構成できなくてよい。また、例として、任意のユーザビームＵ１内に含まれることができる周波数の範囲は、ユーザビームＵ１に接続されたバンドパスフィルタ１４１ａの帯域幅及び中心周波数によって決定される。このため、ダウンリンクビームＵ１に接続されたＣＡＣＥ１２０ａは、フィルタ１４１ａの通過域内の出力周波数範囲における変換された信号を出力するようにされるべきである。それでも、各ＣＡＣＥは、受信されたアップリンク信号内の全周波数を含む同じ入力信号を受信し、ダウンコンバートに用いられたＬＯ周波数を制御することによって、受信された信号内の任意の周波数の範囲で入力信号を選択することができるため、システムは、受信されたビームの信号のいずれかを、任意のダウンリンクビームに適応的にルーティングすることができる。これは、複雑な導波管スイッチングネットワークが任意の入力信号を任意の出力信号へ向けることを必要とする従来技術の解決策と比較して、衛星の構造を単純化する。
【００２９】
図２を参照して、図１のシステムの周波数変換モジュールとして用いられる装置が本発明の実施形態に従って示される。当該装置は、受信されたブロードバンド信号から、例えば、第１の周波数の範囲内でかつ他の周波数での信号を含む受信された信号から、第１の周波数の範囲の信号を選択するために、通信衛星において用いられることができる。当該装置は、第１の周波数の範囲から複数の信号を選択して、装置に接続された特定のダウンリンクビームにおける送信のために、選択された信号を所望の出力周波数範囲へ変換することができる。以下、図２の装置はＣＡＣＥと称する。本発明が、図２に示された特定の構造に限定されず、同様の機能を提供できる他の配置がありうることは理解されるべきである。
【００３０】
図２に示されたように、本実施形態において、ＣＡＣＥ２２０は、第１のミキサ２２１、ローパスフィルタ２２２、チャネルフィルタ（ＣＨ  ＦＩＬＴＥＲ）２２３、チャネル増幅器２２４、第２のミキサ２２５、及び出力フィルタ２２６を備え、これらは連続して接続されている。ＣＡＣＥは、第１のミキサ２２１にＬＯ信号を提供するための、第３のミキサ２２７とバンドパスフィルタ２２８とを更に備える。具体的には、第１のミキサ２２１は、受信された信号ＩＩＮを局部発振器信号ＬＯと混合することによって、受信された信号ＩＩＮを、例えば、入力段から受信した信号を、中間周波数（ＩＦ）へ変換するようにされている。ＩＦ信号とも称される変換された信号は、その後、第２のミキサ２２５によって要求された出力周波数範囲での出力信号ＩＯＵＴへＩＦから変換される前に、チャネルフィルタ２２３によってフィルタ処理され、チャネルベースのゲインをセットするためにチャネル増幅器２２４によって増幅される。出力フィルタ２２６は、第２のミキサ２２５によって生成された不所望の混合生成物を取り除く。チャネル増幅器２２４は、チャネルゲインが、システムの他のＣＡＣＥによって適用される他のチャネルゲインとは独立にセットされることを可能にする。
【００３１】
上記したように、受信された信号ＩＩＮは、第１の周波数の範囲の、例えば信号が選択される周波数の範囲の信号を含み、第１の周波数の範囲の外の他の周波数での信号も含むことができる。例えば、受信された信号ＩＩＮが、２７．５から２９．５ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数の範囲の信号を含む場合、信号が選択される第１の周波数の範囲は、２７．５から２７．７５ＧＨｚの範囲であってよく、又は、２７．５と２９．５ＧＨｚの間の他の周波数範囲であってよい。２７．５から２７．７５ＧＨｚの例についは、第１の周波数の範囲は、２７．６２５ＧＨｚの中心周波数及び２５０ＭＨｚの帯域幅を有する。これらの周波数の範囲の適応性のある選択は、単なる例であり、本発明の実施形態は任意の周波数で用いられてよい。
【００３２】
第１のミキサ２２１の出力は、混合された信号ＩＩＮ及びＬＯの周波数の和と差の両方での信号を含む。本実施形態において、第１のミキサ２２１の出力は、ローパスフィルタ２２２を通され、不所望の混合生成物、この場合は入力周波数、ＬＯ信号、又はその高調波の和をもつ信号を含むより高い周波数の信号を取り除く。すなわち、本実施形態において、第１のミキサ２２１からの所望の信号は、ダウンコンバートされた信号、例えば、ＩＩＮ及びＬＯ周波数の間の差での混合生成物である。
【００３３】
入力信号ＩＩＮをＬＯ信号と混合することによって、入力信号は、ＣＡＣＥ内での更なる処理のためにＩＦへダウンコンバートされる。本実施形態においては、２．３ＧＨｚのＩＦが用いられるが、他のＩＦが他の実施形態では用いられてよい。ＩＦへのダウンコンバート後、変換された信号は、チャネルフィルタ２２３によってフィルタ処理され、受信された信号の不所望の周波数での、例えば、第１の周波数の範囲の外の周波数での任意の信号を取り除く。チャネルフィルタ２２３の帯域幅は、信号が選択される第１の周波数の範囲の帯域幅を画定し、チャネルフィルタ２２３の中心周波数（例えば、ＩＦ、２．３ＧＨｚ）が、受信された信号内の第１の周波数の範囲の位置を画定する。すなわち、受信された信号内の異なる周波数範囲は、ＬＯ信号入力を第１のミキサ２２１へ制御することによって選択されることができ、これにより、受信された信号の異なる周波数がＩＦにダウンコンバートされる。同時に、第１のミキサ２２１とチャネルフィルタ２２３によって、ＣＡＣＥが受信された信号ＩＩＮ内で任意の周波数の範囲を選択し、入力信号ＩＩＮから他の周波数における信号を取り除くことができる。
【００３４】
本実施例において、第１の周波数の範囲が、例えば信号が選択される受信された信号の範囲が、２７．５から２７．７５ＧＨｚである。２．３ＧＨｚの中心周波数ＩＦへダウンコンバートした後は、例えば２７．５から２７．７５ＧＨｚの第１の周波数の範囲からの信号が、以下２．１７５から２．４２５ＧＨｚの範囲にある。すなわち、第１の周波数の範囲の中心周波数が、２７．６２５ＧＨｚから２．３ＧＨｚへダウンコンバートされている。これは、２５．３２５ＧＨｚのＬＯ信号が第１のミキサ２２１へ入力されることが必要である。
【００３５】
さらに、いくつかの実施形態では、チャネルフィルタ２２３通過域の帯域幅を、第１の周波数の範囲の幅が変更されることができるように調節できる。チャネルフィルタ２２３の構造に依存して、帯域幅が複数の所定の帯域幅から選択されてよい。例えば、１つの実施形態では、チャネルフィルタは、３つの個別のフィルタを含んでよく、１つは、１２５ＭＨｚの通過域幅を有し、１つは、２５０ＭＨｚの通過域幅を有し、１つは、５００ＭＨｚの通過域幅を有する。各フィルタの通過域はＩＦに中心がある。チャネルフィルタは、必要に応じて適切な帯域幅を選択すべく、各フィルタ間で切換可能とすることができる。
【００３６】
図２を続けて参照すると、ＩＦにおける増幅されてフィルタ処理された信号は、第２のミキサ２２５によって、要求された出力周波数範囲へアップコンバートされる。出力周波数範囲が、第１の周波数の範囲、例えば受信された信号における選択された信号の周波数の範囲とは異なるため、第２のミキサ２２５は、第１のミキサ２２１へ供給されたＬＯ信号とは異なるＬＯ信号を必要とする。ＣＡＣＥ２２０は、第１のＬＯ信号ＬＯ１と第２のＬＯ信号ＬＯ２とを受信し、第２のＬＯ信号ＬＯ２を第２のミキサ２２５へ直接適用して、ＩＦでのチャネル信号を出力周波数範囲へアップコンバートするようにされている。このため、第２のＬＯ信号ＬＯ２は、出力周波数範囲の中心周波数とＩＦとの間の差に従った周波数を有するべきである。本実施例において、要求された出力周波数範囲は、１９．７から１９．９５ＧＨｚであり、ＩＦは２．３ＧＨｚである場合、第２のＬＯ信号ＬＯ２が
（１９．９５−１９．７）／２＋１９．７−２．３＝１７．５２５ＧＨｚ
の周波数を有するべきであることを意味する。
【００３７】
更に、本実施例において、２５．３２５ＧＨｚのＬＯ信号は、上記したように第１のミキサ２２１によってダウンコンバートするのに必要である。このため、第１のＬＯ信号ＬＯ１を１７．５２５ＧＨｚの第２のＬＯ信号ＬＯ２と混合することによってこのＬＯ信号を得るためには、第１のＬＯ信号ＬＯ１が、２５．３２５−１７．５２５＝７．８ＧＨｚの周波数を有してよく、この場合、第３のミキサ２２７の所望の混合生成物はＬＯ１周波数とＬＯ２周波数の和である。もしくは、ＬＯ１が２５．３２５＋１７．５２５＝４２．８５ＧＨｚの周波数を有し、この場合、所望の混合生成物は、ＬＯ１周波数とＬＯ２周波数との間の差である。第２のバンドパスフィルタ２２６は、不所望の混合生成物を取り除く。
【００３８】
このような局部発振器の利用は、通信衛星内で選択的にルーティングして信号を変換するＣＡＣＥの能力に実質的な自由を提供する。例えば、第２のＬＯ信号ＬＯ２は、出力周波数範囲、例えば送信ビームへ送信される出力信号ＩＯＵＴの周波数の範囲を変更するように調節されることができる。同時に、第１のミキサ２２１へ適用される信号ＬＯが、同じ入力周波数が選択されるように一定のままであるように、第１のＬＯ信号ＬＯ１は同様に調節されることができる。もしくは、第２のＬＯ信号ＬＯ２は、同じ出力周波数範囲を維持すべく一定にされ、一方、入力信号ＩＩＮから異なる周波数範囲を選択するために、第１のＬＯ信号ＬＯ１が第１のミキサ２２１へ適用される信号ＬＯを変更するように調節されることができる。さらに、第１及び第２のＬＯ信号ＬＯ１，ＬＯ２は、第１の周波数の範囲と出力周波数範囲との両方を同時に変更するように共に調節されることができる。このため、ＣＡＣＥは、概して、任意の入力周波数範囲を選択し、選択された周波数範囲の信号をＩＦへ変換し、ＩＦ信号を増幅し、増幅されたＩＦ信号を任意の出力周波数範囲へ変換することができる。
【００３９】
ＣＡＣＥは、ＬＯ信号ＬＯ１，ＬＯ２の一方又は両方を自身で生成してよく、又は、別個のＬＯ生成器から信号を受信してよい。例えば、衛星は、ＣＡＣＥとは別個の専用のＬＯ生成器を更に含んでよく、当該生成器は、ＣＡＣＥへ送信されるＬＯ信号ＬＯ１，ＬＯ２を生成し、信号の一方又は両方の周波数を変更するように制御可能である。
【００４０】
図１では、各ＣＡＣＥが単一のダウンリンクビームを送り、各ダウンリンクビームが単一のＣＡＣＥのみから信号を受信するシステムを示しているが、より複雑な配置もまた可能である。通信衛星において受信された多重化信号から複数のダウンリンクビームへ信号をルーティングするシステムの更なる例は、本発明の実施形態に従って図３に示される。図３のシステムは、図１のシステムと多数の点で同じであり、同様のもののそのよう詳細な説明はここでは省かれる。しかし、図１のシステムとは異なり、図３のシステムは、２つのアップリンクＧＷ信号を受信するための２つの受信アンテナ３１１−１、３１１−２を有する入力段３１０を備える。また、複数のＬＮＡによって増幅され、複数のＣＡＣＥモジュール３２０−１，３２０−２，３２０−３，３２０−４，３２０−５，３２０−６，３２０−７，３２０−８へ送信されるべく、各アンテナ３１１−１、３１１−２によって受信された信号は、水平及び垂直偏波信号Ｈ，Ｖへ分けられる。水平及び垂直偏波が図３において用いられるが、概して信号は、反対の偏波を有する複数の偏波信号へ分けられる。例えば、複数の反対の円偏波が水平及び垂直偏波の代わりに用いられてよい。同様に、本発明は、図３に示したような２つのみではなく、複数のアップリンク信号に適用可能である。本実施形態では、別個の受信アンテナ３１１−１，３１１−２が各アップリンク信号について提供されたが、他の実施形態では、複数の受信ビームを形成する複数の受信アンテナ又は１つの受信アンテナが、複数のソースから信号を受信してよい。
【００４１】
システムは、複数のＣＡＣＥモジュールを含む信号変換部３２０を更に備えてよい。図３において、第２、第４、第６、及び第７のＣＡＣＥモジュール３２０−２、３２０−４、３２０−６、３２０−７は、図１及び図２で前に説明したものと同様である。しかし、第１、第３、第５、及び第８のモジュール３２０−１、３２０−３、３２０−５、３２０−８は、対のＣＡＣＥを有し、その各々が図１及び図２に示した個々のＣＡＣＥと同様である。対のＣＡＣＥモジュール３２０−１、３２０−３、３２０−５、３２０−８において、２つのＣＡＣＥモジュールによって出力された変換された信号は結合され、結合信号は、増幅部３３０の複数の可変増幅器の１つに送信される。信号を結合するのに適した手段は、１又は複数のハイブリッド結合器又はコンバイナを含んでよい。対のＣＡＣＥモジュールは、例えば、図３の第１及び第８のＣＡＣＥモジュール３２０−１、３２０−８の場合のように、同じゲートウェイからの及び同じ偏波の信号を結合するために用いられることができる。もしくは、対のＣＡＣＥモジュールは、図３の第３のＣＡＣＥモジュール３２０−３の場合のように、同じゲートウェイからの反対の偏波の信号を、図３の第５のＣＡＣＥモジュール３２０−５の場合のように、異なるゲートウェイからの同じ偏波の信号を、又は、異なるゲートウェイからの反対の偏波の信号を結合するために用いられてよい。複数のＣＡＣＥの出力を結合することによる周波数共用の例は以下説明する。
【００４２】
さらに、２又は３以上のＣＡＣＥの出力を結合することにより、衛星操作中の特定のユーザビームの容量要求の変化に対応するために、衛星リソースのフレキシブルな利用が可能となる。図３の受信アンテナ３１１−１の６つのユーザビームＵ１からＵ６の例を考慮すると、帯域幅は、以下のような２つの偏波におけるゲートウェイの複数のビームに最初に割り当てられてよい。図３の水平（Ｈ）偏波である第１の偏波において、５００ＭＨｚがビームＵ１に割り当てられ、１２５ＭＨｚがビームＵ２に割り当てられ、１２５ＭＨｚがビームＵ３に割り当てられ、１２５ＭＨｚがビームＵ６に割り当てられる。図３の垂直（Ｖ）偏波である第２の偏波において、３７５ＭＨｚがビームＵ４に割り当てられ、５００ＭＨｚがビームＵ５に割り当てられる。このため、１７５０ＭＨｚの全容量は、初めに両方の偏波にわたって割り当てられる。本実施例において、複数のビーム間で共用する電力と容量は、これらのビームに割り当てられた例えば１７５０ＭＨｚの全容量及び割り当てられた全容量の１７５０ＭＨｚをサポートする衛星等価等方放射電力（ＥＩＲＰ）密度（ｅｉｒｐ／ＭＨｚ）は、超えられるべきではないものである。利用において、例えば、ビームＵ４が５００ＭＨｚの容量を必要とし、その割り当てられた容量の５００ＭＨｚのうちの２５０ＭＨｚのみをビームＵ１が利用する場合がある。この場合、Ｕ１に割り当てられた帯域幅の不使用部分がＵ４によって利用されうる。これを達成するために、ビームＵ４に接続された対のＣＡＣＥモジュールが、例えば、ビームＵ４における偏波間での周波数共用を可能にするために、両方の偏波を受信するようにされるべきである。
【００４３】
上記実施例において、ユーザビームの占有周波数帯幅が増大するほど、可変増幅器は占有周波数帯幅に従って送信電力を増大させることができ、例えば、有能電力は、複数のビームの帯域幅占有に依存して、複数のユーザビーム間で共有されることができる。このため、可変増幅器と一体となったアジャイル周波数転換機能を有するＣＡＣＥの利用によって、第１の偏波におけるＵ１で利用可能な未活用の入力帯域と電力が、そのトラフィック要求をサポートするのには入力帯域が不十分である第２の偏波におけるビームＵ４に転送され、又はビームＵ４と共有されることができる。ここで、１２５ＭＨｚが、例としての転送可能な追加の帯域幅である。しかし、他の実施形態においては、ＣＡＣＥによる最大選択可能チャネル帯域幅は異なりうる。
【００４４】
更に、図３に示すように、出力段３４０は、複数の出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）の多様な組み合わせを含み、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）は、ユーザビームにおいて複数のチャネルを柔軟に組み合わせるために用いられることができる。例えば、対のＣＡＣＥモジュール３２０−１である図３の第１のＣＡＣＥからの、増幅され結合された信号は、ＤＥＭＵＸ３３１−１において分離される。ＤＥＭＵＸ３３１−１からの１つの信号は、第１のユーザビームＵ１につながり、他の信号はＯＭＵＸ３３１−２に送信されて、第２のＣＡＣＥ３２０−２からの信号と結合される。ＯＭＵＸ３３１−２の出力は、Ｕ１から容量を転送することによって、それが、その容量を柔軟に増大又は減少させることを可能にする第２のユーザビームＵ２に接続される。
【００４５】
また、複数のＣＡＣＥの出力は、出力帯域の非占有部分へチャネルを柔軟に挿入するために結合されることができる。例えば、ユーザビームは、１９．７から２０．２ＧＨｚの出力帯域内で周波数を送信することができ、初めは、この出力帯域内の２５０ＭＨｚの帯域幅を割り当てられてよい。２５０ＭＨｚの帯域幅を有するチャネルが第１のＣＡＣＥによって提供されることができる。後に、ユーザビームが追加の帯域幅、例えば追加の１２５ＭＨｚを必要とする場合、第２のＣＡＣＥは、チャネルに追加の１２５ＭＨｚを提供することができ、同じ入力チャネル中心周波数を維持するようにＬＯ１での対応する段階的減少又は増大とともにＬＯ２の段階的増大又は減少によって、追加の１２５ＭＨｚの帯域幅を、１９．７から２０．２ＧＨｚの帯域の非占有部分内のいずれにも配置するように調整されることができる。第１の及び第２のＣＡＣＥの出力は、結合され、ユーザビームへ送信されることができる。
【００４６】
出力段における複数のＯＭＵＸ及び複数のＤＥＭＵＸの複数の異なる組み合わせを提供することによって、複数のダウンリンクビームは、異なるチャネル組み合わせ、例えばＣＡＣＥによって選択され変換された信号の複数の異なる組み合わせを含むように形成されることができる。任意のＣＡＣＥは、受信された信号内の任意の周波数の範囲から信号を選択することができるため、もしＣＡＣＥのチャネルフィルタが要求された帯域幅にセット可能であれば、信号の任意の組み合わせが特定のダウンリンクビームへルーティングされることができる。このため、可変高出力増幅器とＯＭＵＸ／ＤＥＭＵＸの組み合わせとを有するＣＡＣＥを利用する本発明の実施形態は、マルチビーム衛星通信ペイロードを提供することができ、これは、複数のビーム間での帯域幅、周波数帯、及び電力のような衛星リソースを柔軟に利用し、ダウンリンクビーム内のどこにでもチャネルを挿入し、ゲートウェイの任意のユーザビームへ任意の入力チャネルを選択的にルーティングすることができる。異なる周波数範囲、例えば必要であれば異なるチャネルから信号を選択するために、信号は、１又は複数のＣＡＣＥを制御することによって適応的にルーティングされる。
【００４７】
以下図４を参照すると、本発明の実施形態に従った、入力周波数帯域の第１の周波数の範囲から信号を選択し、選択された信号を要求された出力周波数へ変換する実施例が示される。図４に示された実施例において、受信されたＧＷ信号４０１は、単一の偏波について、２７．５と２９．５ＧＨｚの間の合計２ＧＨｚ容量を有する。ＧＷから受信された信号は、１７．７−１８．２ＧＨｚ，１８．８−１９．３ＧＨｚ，１９．７−２０．２ＧＨｚ及び２１．４−２１．９ＧＨｚの範囲の複数の周波数４０２を有する複数のユーザビームのために用いられる。上記したように、本発明の実施形態は、受信したＧＷ信号の任意の部分を必要に応じて任意のユーザビームへ適応的にルーティングすることができる。すなわち、任意のＣＡＣＥは、任意の入力チャネルに調整し、調整されたＣＡＣＥが接続されたビームの要求された出力周波数帯域へそれをルーティングすることができる。
【００４８】
例えば、図４に示すように、２７．５から２７．７５ＧＨｚでの２５０ＭＨｚチャネルにおいて受信された信号は、１９．７から１９．９５ＧＨｚでのダウンリンクビームへルーティングされることができる。もしくは、２７．５から２７．７５ＧＨｚでの同じ入力信号は、２７．５から２．７５ＧＨｚチャネルへ調整すべく、対応するダウンリンクビームに接続されたＣＡＣＥを単に調整することによって、図４に示すように、ダウンリンク周波数のいずれかでの他のいかなるユーザビームへもルーティングされてよい。このため、初めにダウンリンクビームの１つにルーティングされた周波数は、必要であれば他のビームへ再度ルーティングされることができる。複数のＣＡＣＥの相互接続が、図３の３２０−３及び３２０−５の実施例のように実装される場合は、周波数は、異なるゲートウェイ間及び異なる偏波間で共有されることができる。例えば、衛星のライフタイムを通じて、ゲートウェイのリソース需要は増大し、また他のゲートウェイのリソース需要は減少しうる。そのような状況では、本発明の実施形態に従ったシステムによって、衛星が軌道上にある間に、リソースが必要に応じて再度割り当てられることができる。
【００４９】
上記有利な点に加えて、本発明の実施形態は、ダウンリンクビーム間での適応性の周波数再利用を可能にすることができる。周波数再利用は、複数の個別のビームにおける同じ周波数の同時の利用を参照し、これは、複数のビームの空間的な分離によって、及び／又は複数の個別のビームについて異なる偏波を用いることによって、可能となる。  適応性の周波数再利用は、例えば、衛星が新たな位置に移動する場合に必要とされうる。前にダウンリンクビームにおいて利用された周波数は、新たな位置に現存するサービスに、又は、同じ偏波を用いる空間的に隣接するビームにおいて現存するサービスに干渉する。この場合、現存のサービスに抵触しない出力周波数へ切り替えるべく、ダウンリンクビームへ接続されたＣＡＣＥを再調整することによって、ダウンリンクビームの出力周波数が変更されることができる。適応性の周波数再利用の例は、以下、図６及び７を参照して説明される。
【００５０】
図６は、特定のユーザビームＵｎを形成する衛星ペイロードの一部を示す。図１及び３のシステムと同様に、ＧＷ信号はアップリンクアンテナ６１１によって受信され、ＬＮＡ６１２によって増幅され、信号スプリッタ６１３を介してＣＡＣＥ６２０ｎへ送信され、可変増幅器６３０ｎによって増幅され、出力フィルタ６４１ｎによってフィルタ処理され、アンテナによって形成されたダウンリンクビームＵｎにおいて送信される。本実施例において、ＣＡＣＥ６２０ｎのチャネルフィルタの帯域幅は、１２５ＭＨｚにセットされ、ＣＡＣＥ６２０ｎに接続された出力フィルタ６４１ｎは、チャネルフィルタより大きい帯域幅、この場合５００ＭＨｚを有する。出力フィルタの帯域幅は、チャネル帯域幅より広いため、ＣＡＣＥは、１２５ＭＨｚチャネルを出力フィルタ６４１ｎの５００ＭＨｚ通過域内のいずれにも位置させるように調整されることができる。
【００５１】
これは、図７においてより詳細に示され、図６の装置によって形成されたダウンリンクビームにおいて選択可能な複数のチャネル位置を示す。具体的には、出力フィルタ６４１ｎの通過域７４１ｎは、１９．７から２０．２ＧＨｚまでの５００ＭＨｚの範囲をカバーする。ＣＡＣＥ６２０ｎによって出力された１２５ＭＨｚチャネルの４つの可能な位置は、Ａ１からＡ４と表示されて示される。例えば、衛星が初めにサービス中である場合、ダウンリンクビームＵｎの１２５ＭＨｚチャネルは、帯域Ａ４において、例えば２０．０７５から２０．２ＧＨｚの範囲において送信されてよい。しかし、衛星が後に新たな位置に移動し、ダウンリンクビームＵｎがこれらの周波数をもはや使用できない場合には、ＣＡＣＥ６２０ｎは、異なる帯域、例えば１９．７から１９．８２５ＧＨｚの間の帯域Ａ１を用いるように再調整されることができる。
【００５２】
複数のユーザビームのための適応性周波数再利用パターンは図８に示される。図８の左側には、４つのユーザビームＵ１からＵ４の周波数再利用パターンが、それらの初めの周波数割り当てとともに、図７に示された帯域Ａ１からＡ４を用いて示されている。各ユーザビームＵ１からＵ４は、図６に示されたような装置を用いて形成される。サービスに入った後のある時点で、衛星は新たな位置に移動してよく、ここでは、当該新たな位置での現存のサービスに干渉しうるため、例えばビームＵ１がもはや帯域Ａ１の周波数を使用できない。同様に、他のビームに対して、初めの周波数割り当ての利用に制限がありうる。しかし、各出力ビームを供給するＣＡＣＥは、図８の右側の図において示されるように、新たな周波数帯域へ再調整されることができる。ビームＵ１が直ちにＡ１の代わりに帯域Ａ３の周波数を使用するため、現存のサービスへの干渉は避けられる。周波数再利用パターンは、このため、変更され、周波数の再利用によって初めの容量を維持する。
【００５３】
上記のように、本発明の実施形態は、ビームを供給するＣＡＣＥのチャネルフィルタより広い帯域幅を有するダウンリンクビームについて、出力フィルタを用いることにより、適応性の周波数再利用を可能にすることができる。これにより、ビームの出力周波数が、異なる周波数帯域へ再調整されることが可能となる。しかし、他の実施形態では、出力フィルタは、チャネル帯域幅と同じ帯域幅を有しうる。これは、ビームの出力周波数範囲を再調整できないということである。この場合、再構成可能／可動のアンテナは、必要な場合、例えばそのビームによって利用される周波数がその位置で他のサービスに干渉しうる場合、ユーザビームの方向を変えるために利用されることができる。再構成可能／ビーム可変アンテナの場合、ビーム重みを変更して、ビームの要求された周波数再利用パターンに合うようにビームを導くことができる。
【００５４】
図８に示された例は４セル再利用パターンである。しかし、本発明の実施形態は、任意の数のセル再利用パターン、例えば任意の数のダウンリンクビームに適用され、軌道上のサービス位置において又は衛星が異なる位置に移動している時に、アンテナの入力へ送る中継器の出力部分への変更を行わないで、周波数再利用パターンを柔軟に変更することができる。
【００５５】
また、他の本発明の実施形態は、広帯域フィルタを利用しないで、適応性周波数再利用パターンを提供することができる。以下図９を参照すると、周波数再利用パターンを適応的に変更するための交差接続されたＯＭＵＸ及びＤＥＭＵＸを含むシステムが、本発明の実施形態に従って示されている。この実施形態において、２つのダウンリンクユーザビームＵＡ及びＵＢが示されているが、当業者は、同様の実施形態が、必要に応じて、追加のＣＡＣＥ及び交差接続されたＤＥＭＵＸ／ＯＭＵＸを提供することによって、任意の数のダウンリンクビームへ適合されうることは認識するであろう。また、図９において、入力段は示されていないが、概して、ＣＡＣＥ９２０−１、９２０−２は、入力段から同じ信号を受信し又は異なる信号を受信し、例えば同じ又は反対の偏波の信号を受信し、及び複数の同じ又は異なるゲートウェイから信号を受信しうる。
【００５６】
図９の実施形態において、２つのＣＡＣＥ９２０−１，９２０−２は、適応性の周波数再利用モジュール９４１によって、２つのダウンリンクビームＵＡ，ＵＢに接続される。上記のように、ユーザビームＵＡ、ＵＢは、別々のアンテナによって又は同じアンテナによって形成されうる。適応性の周波数再利用モジュール９４１は、ＣＡＣＥ９２０−１，９２０−２を再調整することによって、ユーザビームＵＡ、ＵＢの周波数再利用パターンが軌道上で変更されうるように構成される。
【００５７】
より詳細には、適応性の周波数再利用モジュール９４１は、２つのデマルチプレクサＤＥＭＵＸ９４１−１ａ、９４１−２ａ及び２つの出力マルチプレクサＯＭＵＸ９４１−１ｂ、９４１−２ｂを備える。各ＤＥＭＵＸ９４１−１ａ、９４１−２ａは、複数の出力と、ＣＡＣＥ９２０−１、９２０−２の一方に接続された入力とを有する。各ＯＭＵＸ９４１−１ｂ、９４１−２ｂは、複数の入力と、ユーザビームＵＡ、ＵＢの一方に接続された出力とを有する。また、ＤＥＭＵＸの出力とＯＭＵＸの入力は、各ＤＥＭＵＸ９４１−１ａ、９４１−２ａが、ＯＭＵＸ９４１−１ｂ、９４１−２ｂのそれぞれひとつずつに接続されるように接続される。
【００５８】
各ＤＥＭＵＸ９４１−１ａ、９４１−２ａは、各ＯＭＵＸ９４１−１ｂ、９４１−２ｂに接続されるため、要求されたビームへ向けられた、例えばそのビームを送るＯＭＵＸ９４１−１ｂ、９４１−２ｂに接続された特定のＤＥＭＵＸ出力の通過域内に入るように出力周波数を調整することによって、各ＣＡＣＥ９２０−１，９２０−２は、ユーザビームＵＡ、ＵＢのいずれかに信号をルーティングすることができる。さらに、各入力が異なる周波数範囲を受け入れる必要があることはＯＭＵＸの固有の特徴である。このため、例えばユーザビームＵＢが第１のＤＥＭＵＸ９４１−１ａを介して第１のＣＡＣＥ９２０−１から信号を受信するとき、信号は、必然的に、第２のＤＥＭＵＸ９４１−２ａを介して第２のＣＡＣＥ９２０−２から受信された信号とは周波数が異なる。結果的に、各ユーザビームにおいて占有された周波数は、そのユーザビームのために信号を提供するようにＣＡＣＥの異なる一方を調整することによって、軌道上で変更されることができる。
【００５９】
当業者は、ＤＥＭＵＸを省いて、代わりに複数の専用ＣＡＣＥを提供して各ＯＭＵＸを送ることが理論上できることは認識するだろう。しかし、このような配置は、単一のＣＡＣＥのみが任意の時間に任意のビームのために用いられうるので、多数の余分なＣＡＣＥが必要となる。図９に示すように、ＤＥＭＵＸと交差接続する配置とを用いることによって、より少ないＣＡＣＥが使用されうる。
【００６０】
また、本実施形態において、ＤＥＭＵＸ９４１−１ａ、９４１−２ａは、可変増幅器９３０−１，９３０−２を介してＣＡＣＥ９２０−１，９２０−２に接続され、ＯＭＵＸ９４１−１ｂ、９４１−２ｂは、ユーザビームＵＡ、ＵＢに、例えば各ユーザビームを形成するアンテナに直接接続される。しかし、他の実施形態では、ＣＡＣＥは、適応性周波数再利用モジュールに接続され、増幅器は、適応性周波数再利用モジュールの後に、例えば適応性周波数再利用モジュールとアンテナの間に配置されることができる。
【００６１】
本発明の実施形態は説明され、マルチビーム衛星システムが、複数のダウンリンクビームとゲートウェイのような限定的な数のアップリンクビームを用いることによって、高容量トラフィックを柔軟にサポートすることができる。帯域幅と電力は、ゲートウェイ内のユーザダウンリンクビーム間で、ゲートウェイ間と同様に適応的に共有されることができる。さらに、チャネル位相ノイズは、特に図１のようなＣＡＣＥ構造が利用される場合には、許容限度で又は未満で維持されることができる。
【００６２】
往路（Ｆｏｒｗａｒｄ  ｐａｔｈ）ペイロードが、マルチビーム適応性衛星通信ペイロードについて図３で示されるが、当業者は、同様の原理が復路（Ｒｅｔｕｒｎ  ｐａｔｈ）ペイロードに適用されうることを認識するであろう。本発明の実施形態に従った復路ペイロードの例は、図５に示される。アップリンク信号がユーザから受信され、ダウンリンク信号がゲートウェイへ送信されること以外は、多くの態様で、復路ペイロードは往路ペイロードと同様である。多くのユーザ信号を単一のダウンリンクＧＷビームへ組み合わせるために、復路システムは、複数のＣＡＣＥからの信号を多重化して、多重化信号を出力段のアンテナへ送信するチャネルマルチプレクシング部５５０を更に含む。
【００６３】
加えて、本発明の実施形態は説明され、混合されたＬＯ信号が、図２に示すようにダウンコンバートのために用いられる。しかし、他の実施形態では、混合されたＬＯ信号は、代わりにアップコンバートに利用されることができる。例えば、第１のＬＯ信号は、ＩＦへのダウンコンバートに用いられ、第１のＬＯ信号を第３のＬＯ信号と混合することによって得られた第２のＬＯ信号は、ＩＦから出力周波数帯域へのアップコンバートに用いられ、第２のＬＯ信号は混合されたＬＯ信号である。この例では、第１のＬＯ信号はダウンコンバートとアップコンバートとの両方に用いられ、結果的に、ダウンコンバート中に第１のＬＯ信号によって導入された位相ノイズがアップコンバート中に削除される。
【００６４】
上記のように本発明の実施形態が説明されたが、当業者は、添付のクレームにおいて定義されたような発明の範囲をはずれることなく、多くの変化及び変更が可能であることを理解するであろう。任意の記載した実施形態の任意の特徴は、他の記載した実施形態の任意の特徴との組み合わせに用いられてよい。
本発明の例を下記の各項目として示す。
［項目１］
入力周波数範囲において受信された多重化信号から第１の周波数の範囲の複数の信号を選択するために、通信衛星において用いられる装置であって、前記装置は、
前記第１の周波数の範囲の中心周波数での前記受信された信号内の信号が中間周波数ＩＦへ変換されるように、前記受信された信号をダウンコンバートするために、前記受信された信号を第１の局部発振器ＬＯ信号と混合する第１のミキサと、
前記混合された信号を、フィルタ処理の帯域幅が前記第１の周波数の範囲の幅を規定するように前記フィルタ処理し、前記ＩＦでの中心周波数を含む通過域を有するバンドパスフィルタと、
前記フィルタ処理されたＩＦの信号を第２のＬＯ信号と混合して、前記ＩＦの信号を前記入力周波数範囲とは異なる出力周波数範囲にまでアップコンバートする第２のミキサと、
を備え、
前記第１のＬＯ信号は、前記第１の周波数の範囲として異なる周波数範囲を選択すべく、前記ミキサによって前記中間周波数にまで変換される前記周波数を変更するように制御可能であり、
前記第１及び第２のＬＯ信号の一方が、前記第１及び第２のＬＯ信号の他方を第３のＬＯ信号と混合することによって得られる混合ＬＯ信号である
装置。
［項目２］
前記第２のＬＯ信号は、前記ＩＦの信号がアップコンバートされる前記出力周波数範囲を変更するように制御可能である項目１に記載の装置。
［項目３］
前記バンドパスフィルタの前記帯域幅は、複数の信号が選択される前記第１の周波数の範囲の前記幅を変更するように調整可能である項目１又は２に記載の装置。
［項目４］
前記バンドパスフィルタは、前記フィルタ処理の帯域幅を調節するように、複数の所定の帯域幅の間で切換可能である項目３に記載の装置。
［項目５］
前記フィルタ処理されたＩＦの信号が前記出力周波数範囲にまでアップコンバートされる前に、前記フィルタ処理されたＩＦの信号を増幅するチャネル増幅器を更に備える項目１から４のいずれか１項に記載の装置。
［項目６］
受信された多重化信号から複数のダウンリンクビームへ複数の信号をルーティングするために通信衛星において利用するシステムであって、前記システムは、
項目１から５のいずれか１項に記載の前記装置を各々が有する複数の周波数変換モジュールと、
前記多重化信号を受信して増幅し、前記複数の周波数変換モジュールへ前記受信された信号を送信する入力段と、
前記周波数変換モジュールの少なくとも１つに各々が接続され、前記少なくとも１つの周波数変換モジュールによって出力された前記アップコンバートされた信号を増幅する複数の増幅器と、
複数の前記増幅されて変換された信号を受信し、各々が１又は複数の前記増幅されて変換された信号を含む前記複数のダウンリンクビームを形成する出力段とを備える
システム。
［項目７］
前記複数の増幅器は、複数の可変増幅器であり、
前記複数の可変増幅器の各々は、変換された信号の帯域幅占有率に従って、前記複数の周波数変換モジュールの１つによって出力された前記変換された信号を送信電力レベルにまで増幅する項目６に記載のシステム。
［項目８］
前記出力段は、入力と複数の出力とを含むデマルチプレクサＤＥＭＵＸ、及び／又は、出力と複数の入力とを含む出力マルチプレクサＯＭＵＸを更に有し、
前記ＤＥＭＵＸの入力は、複数の前記変換された信号のうちの１つを受信し、
前記複数の周波数変換モジュールの１つを制御して、前記変換された信号を複数の前記ＤＥＭＵＸの出力の１つの通過域周波数範囲に調整することによって、前記複数の変換された信号の前記１つが、複数の前記ＤＥＭＵＸの出力の前記１つに接続された前記ダウンリンクビームにルーティングされることができるように、ＤＥＭＵＸの出力の各々が、複数の前記ダウンリンクビームの異なる１つに接続され、
前記ＯＭＵＸの出力が、複数の前記ダウンリンクビームの１つに接続され、
複数の前記変換された信号が前記ＯＭＵＸの出力に接続された前記ダウンリンクビームにおいて結合されて送信されることができるように、ＯＭＵＸの入力の各々が、複数の前記変換された信号の１つを受信する
項目６又は７に記載のシステム。
［項目９］
前記複数の周波数変換モジュールは、複数の第１の周波数変換モジュールと複数の第２の周波数変換モジュールとを有し、
前記複数の第１の周波数変換モジュールは第１の受信された信号を受信し、
前記複数の第２の周波数変換モジュールは、第２の受信された信号を受信し、
前記システムは、
前記複数の第１の周波数変換モジュールの１つによって出力された前記変換された信号を、前記複数の第２の周波数変換モジュールの１つによって出力された前記変換された信号と結合し、前記結合された信号を前記複数の増幅器の１つに送信する手段を更に備える
項目６から８のいずれか１項に記載のシステム。
［項目１０］
前記入力段が、前記受信された信号を、前記第１及び第２の受信された信号へ分離し、
前記第１の受信された信号が、偏波信号であり、前記第２の受信された信号が、前記第１の受信された信号とは反対の偏波を有する信号である
項目９に記載のシステム。
［項目１１］
前記入力段は、第１のソースからの前記第１の受信された信号と第２のソースからの前記第２の受信された信号とを受信する少なくとも１つのアンテナを有する
項目９又は１０に記載のシステム。
［項目１２］
前記出力段は、前記複数のダウンリンクビームの１つを形成するアンテナと、複数の前記増幅された信号の１つをフィルタ処理して、前記フィルタ処理して増幅された信号を前記アンテナに送信するフィルタとを有し、
前記フィルタは第１の帯域幅を含み、
前記周波数変換モジュールが、前記複数のダウンリンクビームの前記１つの前記第１の帯域幅の範囲内に前記出力周波数を再調整するように制御されることができるように、前記増幅された信号は、前記第１の帯域幅より小さい第２の帯域幅を用いて前記ＩＦの信号をフィルタ処理する前記複数の周波数変換モジュールの１つから受信された信号である
項目６から１１のいずれか１項に記載のシステム。
［項目１３］
前記出力段は、第１の複数の前記周波数変換モジュールが第１の複数の前記ダウンリンクビームの周波数再利用パターンを変更するように再調整されることができるように、前記第１の複数の周波数変換モジュールを前記第１の複数のダウンリンクビームに接続する適応性周波数再利用モジュールを有し、
前記適応性周波数再利用モジュールは、
前記第１の複数の周波数変換モジュールの１つに接続された入力と複数の出力とを各々が有する複数のデマルチプレクサＤＥＭＵＸと、
前記第１の複数のダウンリンクビームの１つに接続された出力と複数の入力とを各々が有する複数の出力マルチプレクサＯＭＵＸとを備え、
前記ＤＥＭＵＸの複数の出力と前記ＯＭＵＸの複数の入力とは、各ＤＥＭＵＸが複数の前記ＯＭＵＸの１つずつに接続されるように接続される
項目６から１２のいずれか１項に記載のシステム。
［項目１４］
前記出力段は、前記複数のダウンリンクビームを形成する少なくとも１つのアンテナを有し、
前記少なくとも１つのアンテナは、前記複数のダウンリンクビームの方向を変えるように再構成可能又は可動である
項目６から１１のいずれか１項に記載のシステム。
［項目１５］
第１の周波数の範囲の複数の信号を出力周波数範囲へ変換するために通信衛星において利用される方法であって、前記方法は、
入力周波数範囲の多重化信号を受信する段階と、
選択された周波数範囲の中心周波数での前記受信された信号内の信号が中間周波数ＩＦにダウンコンバートされるように、前記受信された信号を第１のＬＯ信号と混合する段階と、
前記ＩＦでの中心周波数を含む通過域の幅が前記第１の周波数の範囲の幅を規定するように、前記通過域を用いて前記ＩＦの信号をフィルタ処理する段階と、
前記フィルタ処理されたＩＦの信号を第２のＬＯ信号と混合して、前記フィルタ処理された信号を、前記入力周波数範囲と異なる出力周波数範囲にアップコンバートする段階と、
前記第１のＬＯ信号を制御して、前記中間周波数へ変換される前記周波数を変更し、異なる周波数範囲を前記第１の周波数の範囲として選択する段階とを備え、
前記第１及び第２のＬＯ信号の一方が、前記第１及び第２のＬＯ信号の他方を第３のＬＯ信号と混合することによって得られた混合ＬＯ信号である
方法。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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