(57)【要約】本発明を適用するゲートウェイ局（３）と通信する静止衛星（２）および少なくも２つの他のゲートウェイ局（４）を含む衛星通信システムにおける、アップリンク電力制御の方法および装置を説明する。本発明は、衛星通信システム内に存在する信号を利用して、シンチレーションおよび降雨フェージング効果のような大気ひずみを補償する。本方法は、通信システム内の本発明を利用するゲートウェイに関して対称であり、それによりシステム内の全ての通信信号の調整を改善する。
2004528788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星通信システム内の第１のゲートウェイ地球局（３）におけるアップリンク電力制御の方法であって、前記衛星通信システムは、静止衛星（２）と、前記衛星（２）を経て信号搬送波（３０）を通信する少なくとも２つの他の地理的に分散した地球ゲートウェイ局（４）と、複数のユーザ局（５）と、を含み、前記方法は、
第１のゲートウェイ（３）から前記衛星へ第１の出信号（１０）を送信するステップと、
前記第１の出信号（１０）の電力レベルを決定する前記第１のゲートウェイ（３）において、前記衛星（２）からループバックされた前記第１の出信号（１１）を受信するステップと、を含み、
同じ前記通信システム内の少なくとも第２のゲートウェイ局（４）および少なくとも第３のゲートウェイ局（４）からの、前記衛星（２）を経由した信号搬送波（３１）を前記第１のゲートウェイ局（３）において受信し、前記第２のゲートウェイ（４）からの信号（３１）の信号電力レベルおよび前記第３のゲートウェイ（４）からの信号（３１）の信号電力レベルを決定するステップと、
前記第１のゲートウェイ（３）における、前記第２のゲートウェイ（４）から、または前記第３のゲートウェイ（４）からの受信信号（３１）の信号電力レベルを、もし前記信号（３１）の一方が前記信号電力レベルのための第１の所定スレショルド値よりも低ければ、所定の公称電力値レベルにより置き換えるステップと、
前記第２のゲートウェイ局（４）および前記第３のゲートウェイ局（４）からの前記信号（３１）の前記信号電力レベルの平均値を前記第１のゲートウェイ局（３）において計算するステップと、
前記第１のゲートウェイ（３）からの前記第１の出信号（１０）に由来する前記第１の信号（１１）の電力レベルと、前記衛星（２）から前記第１のゲートウェイ（３）へループバックされた出信号の公称信号電力レベルとの間の、第１の差を計算するステップと、
前記第２のゲートウェイ（４）からの前記第２の信号（３１）および前記第３のゲートウェイ（４）からの前記第３の信号（３１）の前記平均信号電力レベルと、前記第２のゲートウェイ（４）からの信号および前記第３のゲートウェイ（４）からの信号の公称平均電力レベルとの間の、第２の差を計算するステップと、
前記第１の差と、前記第２の差と、の差により形成される誤差信号を計算するステップと、
前記第１のゲートウェイ局（３）の出信号の電力レベルを、前記電力レベルの許容範囲内の前記誤差信号に基づく量だけ調整するステップと、
を特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記第１のゲートウェイ（３）において、前記第１の所定スレショルド値よりも高い全ての前記受信信号レベルの信号（３１）を、
2004528788.tif 000031
の形式のハイパスフィルタによりフィルタリングするステップであって、ここで、ＴＭＰtは、現在の時刻ｔにおける一時的変数であり、Ｋ1は、０と１との間にあるようにセットされる係数であり、Ｐは、時刻ｔにおいてゲートウェイ（３）が受信しつつある信号（１１、３１）の現在の測定電力であり、ＴＭＰt-1は、一時的変数ＴＭＰの前のサンプル値であり、Ｐ'tは、前記信号電力レベル（３１）の所望のハイパスフィルタ値である、前記フィルタリングするステップ、
を特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
もし信号（３１）の前記受信レベルが前記第１のスレショルド値より低ければ、前記ハイパスフィルタの出力を０により置き換えるステップ、
をさらなる特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
もし前記受信信号の電力レベル（３１）が、前記第２の受信電力レベルの信号（３１）および前記第３の電力レベルの信号（３１）の現在の平均信号電力レベルから第２の所定スレショルド値よりも大きく逸れたならば、現在の受信信号電力レベル（３１）を平均処理において一定の公称値により置き換えるステップ、
を特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第２のゲートウェイ（４）からの前記第２の信号（３１）の信号レベルおよび前記第３のゲートウェイ（４）からの前記第３の信号（３１）の信号レベルの平均値を、もし前記現在の平均値と、１処理ステップだけ前の前記平均値との間の第３の差が、第３のスレショルド値よりも低ければ、
2004528788.tif 000032
の形式のローパスフィルタによりローパスフィルタリングするステップであって、ここで、Ｄ'tは、現在のサンプル時刻ｔにおけるフィルタ出力であり、Ｋ2は、前記所定の第３のスレショルド値よりも高い、または低い前記第３の差の変化の絶対速度に依存して０と１との間の２つの異なる値の第１の値にセットされるパラメータであり、Ｄは、影響力がある前記第３の差であり、Ｄ't-1は、１処理ステップだけ前の前記平均値である、前記ローパスフィルタリングするステップ、
を特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
シンチレーションの追跡を可能にするために、もし前記平均値が前記第３のスレショルド値を越えれば、前記パラメータＫ2を０と１との間の第２の値により置き換えるステップ、
をさらなる特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
注入された基準信号レベルと、前記信号の信号レベルの公称値との間の第４の差を計算するステップと、
前記ローパスフィルタリングされた信号の前記第３の差と、前記第４の差との間の差により形成される誤差信号を計算するステップと、
前記第１のゲートウェイ局（３）の出信号の電力レベルを、前記電力レベルの許容範囲内の前記誤差信号に基づく量だけ調整するステップと、
を特徴とする請求項１、請求項５または請求項６に記載の方法。
【請求項８】
衛星通信システム内の第１のゲートウェイ地球局（３）におけるアップリンク電力制御の装置であって、前記衛星通信システムは、静止衛星（２）と、前記衛星（２）を経て信号搬送波（３０）を通信する少なくとも２つの他の地理的に分散した地球ゲートウェイ局（４）と、複数のユーザ局（５）と、を含み、前記装置は、
第１のゲートウェイ（３）から前記衛星へ第１の出信号（１０）を送信する手段と、
前記第１の出信号（１０）の電力レベルを決定する前記第１のゲートウェイ（３）において、前記衛星（２）からループバックされた前記第１の出信号（１１）を受信する手段と、を含み、
同じ前記通信システム内の少なくとも第２のゲートウェイ局（４）および少なくとも第３のゲートウェイ局（４）からの、前記衛星（２）を経由した信号搬送波（３１）を前記第１のゲートウェイ局（３）において受信し、前記第２のゲートウェイ（４）からの信号（３１）の信号電力レベルおよび前記第３のゲートウェイ（４）からの信号（３１）の信号電力レベルを決定する手段と、
前記第１のゲートウェイ（３）における、前記第２のゲートウェイ（４）から、または前記第３のゲートウェイ（４）からの受信信号（３１）の信号電力レベルを、もし前記信号（３１）の一方が前記信号電力レベルのための第１の所定スレショルド値よりも低ければ、所定の公称電力値レベルにより置き換える手段と、
前記第１のゲートウェイ（３）からの前記第１の出信号（１０）に由来する前記第１の信号（１１）の電力レベルと、前記衛星（２）から前記第１のゲートウェイ（３）へループバックされた出信号の公称信号電力レベルとの間の、第１の差を計算する手段と、
前記第２のゲートウェイ（４）からの前記第２の信号（３１）および前記第３のゲートウェイ（４）からの前記第３の信号（３１）の前記平均信号電力レベルと、前記第２のゲートウェイ（４）からの信号および前記第３のゲートウェイ（４）からの信号の公称平均電力レベルとの間の、第２の差を計算する手段と、
前記第１の差と、前記第２の差と、の差により形成される誤差信号を計算する手段と、
前記第１のゲートウェイ局（３）の出信号の電力レベルを、前記電力レベルの許容範囲内の前記誤差信号に基づく量だけ調整する手段と、
を特徴とする前記装置。
【請求項９】
前記第１のゲートウェイ（３）において、前記第１の所定スレショルド値よりも高い全ての前記受信信号レベルの信号（３１）を、
2004528788.tif 000033
の形式のハイパスフィルタによりフィルタリングする手段であって、ここで、ＴＭＰtは、現在の時刻ｔにおける一時的変数であり、Ｋ1は、０と１との間にあるようにセットされる係数であり、Ｐは、時刻ｔにおいてゲートウェイ（３）が受信しつつある信号（３１）の現在の測定電力であり、ＴＭＰt-1は、一時的変数ＴＭＰの前のサンプル値であり、Ｐ'tは、前記信号電力レベル（３１）の所望のハイパスフィルタ値である、前記フィルタリングする手段、
を特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
もし信号（３１）の前記受信レベルが前記第１のスレショルド値より低ければ、前記ハイパスフィルタの出力を０により置き換える手段、
をさらなる特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
もし前記受信信号の電力レベル（３１）が、前記第２の受信電力レベルの信号（３１）および前記第３の電力レベルの信号（３１）の現在の平均信号電力レベルから第２の所定スレショルド値よりも大きく逸れたならば、現在の受信信号電力レベル（３１）を平均処理において一定の公称値により置き換える手段、
を特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１２】
前記第２のゲートウェイ（４）からの前記第２の信号（３１）の信号レベルおよび前記第３のゲートウェイ（４）からの前記第３の信号（３１）の信号レベルの平均値を、もし前記現在の平均値と、１処理ステップだけ前の前記平均値との間の第３の差が、第３のスレショルド値よりも低ければ、
2004528788.tif 000034
の形式のローパスフィルタによりローパスフィルタリングする手段であって、ここで、Ｄ'tは、現在のサンプル時刻ｔにおけるフィルタ出力であり、Ｋ2は、前記所定の第３のスレショルド値よりも高い、または低い前記第３の差の変化の絶対速度に依存して０と１との間の２つの異なる値の第１の値にセットされるパラメータであり、Ｄは、影響力がある前記第３の差であり、Ｄ't-1は、１処理ステップだけ前の前記平均値である、前記ローパスフィルタリングする手段、
を特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１３】
シンチレーションの追跡を可能にするために、もし前記平均値が前記第３のスレショルド値を越えれば、前記パラメータＫ2を０と１との間の第２の値により置き換える手段、
をさらなる特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
注入された基準信号レベルと、前記信号の信号レベルの公称値との間の第４の差を計算する手段と、
前記ローパスフィルタされた信号の前記第３の差と、前記第４の差との間の差により形成される誤差信号を計算する手段と、
前記第１のゲートウェイ局（３）の出信号の電力レベルを、前記電力レベルの許容範囲内の前記誤差信号に基づく量だけ調整する手段と、
を特徴とする請求項８、請求項１２または請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
衛星通信システム内の第１のゲートウェイ地球局（３）におけるアップリンク電力制御の方法であって、前記衛星通信システムは、静止衛星（２）と、前記衛星（２）を経て信号搬送波（３０）を通信する少なくとも３つの他の地理的に分散した地球ゲートウェイ局（４）と、複数のユーザ局（５）と、を含み、前記方法は、
第１のゲートウェイ（３）から前記衛星へ第１の出信号（１０）を送信するステップと、
前記第１の出信号（１０）の電力レベルを決定する前記第１のゲートウェイ（３）において、前記衛星（２）からループバックされた前記第１の出信号（１１）を受信するステップと、を含み、
同じ前記通信システム内の少なくとも第２のゲートウェイ局（４）および少なくとも第３のゲートウェイ局（４）からの、前記衛星（２）を経由した信号搬送波（３１）を前記第１のゲートウェイ局（３）において受信し、信号自身からその信号のローパスフィルタリングされたバージョンを減算する形式の個々のハイパスフィルタにおいて受信信号（３１）ををフィルタリングし、瞬時変化レベル信号を発生するステップと、
全ての前記信号搬送波（３１）の変化の平均から前記瞬時変化レベル信号を減算することにより絶対変化レベル信号を計算し、また前記差の絶対値を計算するステップと、
それぞれの信号における前記絶対値変化レベルを２ないし５乗することにより、それぞれの前記信号（３１）の分散を計算し、その結果をローパスフィルタにおいてフィルタリングするステップと、
それぞれの信号が重みを乗算された時に、それぞれの信号が同じ分散を寄与するように、前記分散の逆数をとることによりそれぞれの信号のための前記重みを計算するステップと、
それぞれの前記信号のための正規化重みを、前記正規化重みの和が１になるように計算するステップと、
前記瞬時変化レベル信号に、関連する正規化重みをまず乗算することによりダウンリンク推定を計算し、全ての前記積を合計して瞬時ダウンリンク推定を形成するステップと、
前記瞬時ダウンリンク推定および受信されたループバックパイロット信号１１と、ＲＦ基準信号との間の差として誤差信号を計算するステップと、
前記第１のゲートウェイ局（３）の出信号の電力レベルを、前記電力レベルの許容範囲内の前記誤差信号に基づく量だけ調整するステップと、
を特徴とする前記方法。
【請求項１６】
衛星通信システム内の第１のゲートウェイ地球局（３）におけるアップリンク電力制御の装置であって、前記衛星通信システムは、静止衛星（２）と、前記衛星（２）を経て信号搬送波（３０）を通信する少なくとも３つの他の地理的に分散した地球ゲートウェイ局（４）と、複数のユーザ局（５）と、を含み、前記装置は、
第１のゲートウェイ（３）から前記衛星へ第１の出信号（１０）を送信する手段と、
前記第１の出信号（１０）の電力レベルを決定する前記第１のゲートウェイ（３）において、前記衛星（２）からループバックされた前記第１の出信号（１１）を受信する手段と、を含み、
同じ前記通信システム内の少なくとも３つの他のゲートウェイ局（４）からの、前記衛星（２）を経由した信号搬送波（３１）を前記第１のゲートウェイ局（３）において受信し、信号自身からその信号のローパスフィルタリングされたバージョンを減算する形式の個々のハイパスフィルタにおいて受信信号（３１）をフィルタリングし、瞬時変化レベル信号を発生する手段と、
全ての前記信号搬送波（３１）の変化の平均から前記瞬時変化レベル信号を減算することにより変化レベル信号を計算し、また前記差の絶対値を計算する手段と、
それぞれの信号における前記絶対値変化レベルを２ないし５乗することにより、それぞれの前記信号（３１）の分散を計算し、その結果をローパスフィルタにおいてフィルタリングする手段と、
それぞれの信号が重みを乗算された時に、それぞれの信号が同じ分散を寄与するように、前記分散の逆数をとることによりそれぞれの信号のための前記重みを計算する手段と、
それぞれの前記信号のための正規化重みを、前記正規化重みの和が１になるように計算する手段と、
前記瞬時変化レベル信号に、関連する正規化重みをまず乗算することによりダウンリンク推定を計算し、全ての前記積を合計して瞬時ダウンリンク推定を形成する手段と、
前記ダウンリンク推定をローパスフィルタリングする手段と、
前記瞬時ダウンリンク推定および受信されたループバックパイロット信号１１と、ＲＦ基準信号との間の差として誤差信号を計算する手段と、
前記第１のゲートウェイ局（３）の出信号の電力レベルを、前記電力レベルの許容範囲内の前記誤差信号に基づく量だけ調整する手段と、
を特徴とする前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信の分野に関し、特に、請求項１、請求項８、請求項１５および請求項１６による、静止衛星通信システムのための耐シンチレーション（scintillation）電力制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星通信システムは、一般に、１つまたはそれ以上のゲートウェイ局、衛星および多数のユーザ局を含む。ゲートウェイ局は、地上ネットワークに対するインタフェースをなし、衛星へ、また衛星から、高周波の通信搬送波を送信し、また受信する。衛星は、通信搬送波のための増幅器および／または周波数変換器として機能する。ユーザ局は、固定型のものであってもよく、移動型のものであってもよい。多数の小形ユーザ局（固定型または移動型）にサービスする少数の大形ゲートウェイ局を含むシステムにおいては、衛星のコストは、通常、順方向伝送リンクの、すなわち、ゲートウェイからユーザ局へ向かっての、特性により支配される。これは、コスト上の理由から、ユーザ局において小形アンテナを用いる必要があり、ひいては特定の伝送品質を実現するために多くの衛星電力を必要とすることに由来する。これは、良好なシステムの経済性を実現するために、順方向リンクにおける高い電力効率を必要とする。
【０００３】
通信搬送波は、ゲートウェイからユーザ局までの経路に沿って、信号品質または信号レベルに影響を及ぼすいくつかの効果に曝される。
最も重要な要素は以下のものである。
・  衛星に向けての出力電力に変動を起こさせる、送信機の利得の変動。
・  大きい信号変動を起こさせる、降雨（rain）フェージングおよびシンチレーションのようなアップリンク大気効果。
・  衛星トランスポンダの信号利得の変動。
・  降雨フェージングおよびシンチレーションのようなダウンリンク大気効果。
【０００４】
これらの効果の厳しさは、地上局における気候条件および地上局の動作搬送周波数により変化する。大気効果は、衛星が地平線上に浅い角度で見られるような位置にある地上地球局（ゲートウェイまたはユーザ局）に対しては増大する。その理由は、大気経路の長さが、仰角が低くなるのにつれて増大するからである。
【０００５】
これらの寄与は全て、地上における受信信号レベルにかなりの変動を追加し、そのため、最低限の品質レベルを保証するためには、過剰な余裕をもって信号を送信することが必要となる。この余裕は衛星からの電力を低下させ、それによりシステムの容量を減少させ、従ってシステム全体の経済性を低下させる。
【０００６】
アップリンク電力制御システムは、衛星通信システムにおいて衛星からの一定の送信電力を、アップリンク局における大気その他の妨害にかかわらず維持するためのさまざまな機構を提案している、いくつかの特許に説明されている。たいていの応用は、数分程度の時定数を有する降雨フェージングのような、伝送経路の比較的に遅い変動を補償することに関連し、そのために設計されている。
【０００７】
米国特許第４，５６７，４８５号は、衛星ネットワーク内の局の１つを、衛星が発生するビーコン信号を電力制御ループにおけるレベル基準として用いることにより安定させるシステムを説明している。この局は次に、この第１の局のスレーブとなるネットワーク内の他の局のためのレベル基準として用いられる。このシステムの動作モードは、衛星ビーコンに依拠し、それは、安定せしめられるべき信号の周波数帯に十分に近い周波数においては利用できない。例えば、約３．９ＧＨｚの通常の衛星ビーコンは、約１．５ＧＨｚの通信搬送波を有する移動体衛星通信システムにおいては有効でない。
【０００８】
米国特許第４，７５２，９６７号は、プロセスにおけるビーコン局としての、ネットワーク内の１つまたは２つの他の局からの信号を利用する、衛星地球局のアップリンク伝送経路における変動を補償するための、さまざまな方法を説明している。この提案においては、上述の米国特許第４，５６７，４８５号のように１つの特定のマスタ局を安定化させるのではなく、好ましい大気条件を有する場所にある１つまたは２つの局が、電力制御システムのための基準として選択される。提案されている方法は、ゆっくり変化する大気変動は極めて効率的に補償するが、それらの方法は、以下のようないくつかの欠点を有する。
安定化されるべき局よりも実質的に大気変動が少ないビーコン局が存在しなければならない。
上述の方法のいずれにおいても、衛星変動、ローカル局の送信機変動、またはこれらの双方は、補償されないままとなる。
ビーコン局における大気アップリンク変動は、それぞれのビーコン局からローカル局へ、１００％または５０／５０だけ転送される。
短期の送信機変動および／または長期のビーコン局の変動は、それぞれのビーコン局からローカル局へ、１００％または５０／５０だけ転送される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ゆっくり変化する降雨フェージングをなくすことのみでなく、衛星を低い仰角で見る衛星地球局に特に生じる速いシンチレーション効果を補償することをも目的とする。これらの変動は、電離層におけるゆらぎによって生じ、数秒の期間の間のかなりの信号のゆらぎを起こすことができ、それゆえ、（一般に１０秒またはそれ以上の）外部基準搬送波により誘起された誤差を除去するための、強いローパスフィルタリングに依拠したスキームは、そのような変動を補償することはできない。
シンチレーションもまた、強い周波数依存を示し、安定化されるべき搬送波に対して異なる周波数帯内のビーコン信号を利用する補償スキームを非効率的にする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は実施例において、上述の従来技術の全ての欠点を改善する。これは、以下のことにより実現される。
個々のビーコン局の特性への依拠を減少させるローカルダウンリンク条件を推定するための、一般に３つから５つの、より多数のビーコン局の使用。
ビーコン信号の現在の個々の動態により決定される、ビーコン信号に対する適応重みを用い、ローカルダウンリンクの変動を推定する優れた方法。
誤差のある、または異常な、ビーコン信号の、瞬時検出およびその後の抑制のための特殊機構の実施。
伝送経路における全ての望ましくない効果を同時に抑制することを可能にし、かつ他の望ましくない有害効果に対する感度を導入しないための、制御ループ内へのローカルＲＦ基準の導入。
【００１１】
信号経路に沿って受信信号電力レベルに課せられる変動は、次の方程式により与えられる。
【００１２】
【数１】
2004528788.tif 000003
ただし、ΔＴＸGwは、衛星に向けての出力電力の変動を生じさせる送信機利得の変動である。ΔＵｐGwは、大きい信号変動を生じさせる降雨フェージングおよびシンチレーションのようなアップリンク大気効果である。ΔＳａｔは、衛星トランスポンダ信号利得の変動である。ΔＤｗｎUSは、降雨フェージングおよびシンチレーションのようなダウンリンク大気効果である。
【００１３】
これらの信号レベルの変動は、さまざまなパラメータの公称レベル値からの偏差を観測することにより、観測され測定される。装置に関連する諸パラメータは、当業者にとって公知のように、その装置の制御用パラメータの公称セッティングにより決定される、それらの公称レベル値を有する。セッティングは、晴天の日に確認される。
【００１４】
本発明の目的は、通信システムの信号品質に対するこれらの効果を最小化し、通信システムに、晴天の日に観測されるのと同じ品質を与えることである。
多くのシステムにおいて用いられる一般的な方法は、システム効率を最大化するために、衛星からの一定の信号電力を維持するようにアップリンク電力制御（ＵＰＣ）を用いることである。基本原理は、ゲートウェイに、衛星からループバックされたそれ自身の搬送波（またはパイロット搬送波）の受信レベルを測定しうる測定受信機を備えることである。この情報は、地上で受信された時の信号レベルの変動を消去するための、逆方向における送信レベルを調整するために用いられる。
【００１５】
衛星電力およびシステム間妨害を最小化するためには、伝送経路における変動とは無関係に、衛星出力に、所定の一定レベルの通信搬送波を維持することが望ましい。これは、送信機のために、アップリンク効果および衛星効果を補償することにより行われる。ゲートウェイにおいて受信機から得られる信号レベル情報もまた、ダウンリンク効果および信号検出器（受信機）変動を含む。簡単なシステムは、経験的情報を用いて、全測定変動の固定量を、アップリンク効果および衛星効果に配分する。実際には、以下にあげる諸効果が、このスキームの有用性を制限し、それを多くのシステムに対して不適切なものとする。
・  アップリンク効果とダウンリンク効果との間の比が、一定ではなく、かなり変動するかもしれない。
・  受信機利得の変動が、電力調整の正確さにかなりの誤差を導入することがありうる。
・  もしアップリンク周波数とダウンリンク周波数とがかなり異なっていれば、アップリンクシンチレーションとダウンリンクシンチレーションとはコヒーレントでなく、シンチレーション事象中には、改善がほとんど、または全く行われない。
【００１６】
もし衛星が、衛星からの通信搬送波のダウンリンクと同じ周波数帯内で動作するビーコン送信機を有すれば、実質的な改善を行うことができる。ビーコン信号は、衛星自身から安定した信号レベルで送信され、ダウンリンク効果およびゲートウェイ受信機誤差の影響のみを受ける。ループバック通信信号レベルをビーコン信号レベルと比較することにより、ダウンリンク効果は解消され、制御信号は所望の成分のみを含むことになる。
そのビーコン信号は、以下に示す信号レベルの変動を伴って、ゲートウェイにおいて受信される。
【００１７】
【数２】
2004528788.tif 000004
ただし、ΔＲｘGwは、ゲートウェイ受信機チェーンの変動である。
ループバックパイロット信号は、以下に示す信号レベルの変動を伴って、ゲートウェイにおいて受信される。
【００１８】
【数３】
2004528788.tif 000005
送信機利得を制御するために用いられる差は、次のようになる。
【００１９】
【数４】
2004528788.tif 000006
これは、次のように簡単化される。
【００２０】
【数５】
2004528788.tif 000007
衛星の出力における通信搬送波は、次のようになる。
【００２１】
【数６】
2004528788.tif 000008
これは、次のようになる。
【００２２】
【数７】
2004528788.tif 000009
【００２３】
これは、もしビーコン送信機と、補償された通信搬送波との間の周波数差が大き過ぎないことにより、ビーコン信号の大気妨害が、通信搬送波の妨害と同じであれば、十分な働きをする。
【００２４】
あるシステムは、通信搬送波の周波数に十分に近く、シンチレーション補償のためになんらかの役に立つ周波数を有するビーコン送信機をもたない。例として、移動通信用静止衛星システム（geostationary mobile satellite system）は、一般にＬ帯域信号（１．５／１．６ＧＨｚ）を用いる。衛星と移動体端末との間においては、一方、衛星とゲートウェイとの間のフィーダリンクはＣ帯域（６／４ＧＨｚ）にある。衛星ビーコン送信機は、約４ＧＨｚであり、これは、以上に示したシンチレーションの解消のために直接用いられるダウンリンクＬ帯域信号に十分に近くはない。
【００２５】
従って、この問題に対しては他の解決法が必要である。本発明は、それぞれのゲートウェイが衛星に搬送波を送信するいくつかのゲートウェイを含むネットワークにおいて、いずれかのゲートウェイによるこれらの搬送波の同時受信が、そのゲートウェイにおけるローカルダウンリンク大気条件を得るために使用できるという事実を利用する。この情報は次に、アップリンク電力制御システムにおいて、そのシステムを、ゲートウェイにおいて影響力があるダウンリンク効果から免れさせるために、上述の場合のビーコン送信機の使用と同様に、用いることができる。
【実施例１】
【００２６】
本発明の実施例（図４）においては、システムはいくつかのゲートウェイ（Ｎ１からＮｎ）４を含み、これらのそれぞれは、常に（例えば、時分割多重搬送波、ＴＤＭ）３０に基づき、通信搬送波または信号搬送波を送信する。ゲートウェイＮ１  ４からのＴＤＭ３１は、本発明を用いる受信機チェーン２００の入力にあるゲートウェイ３に受信され、それは信号レベルに、以下に示す変動を有する。
【００２７】
【数８】
2004528788.tif 000010
同様にして、ゲートウェイＮｎ  ４からのＴＤＭは、以下に示す信号レベルの変動を伴って受信される。
【００２８】
【数９】
2004528788.tif 000011
【００２９】
ゲートウェイ４は、大気条件が互いに無関係であると仮定できるように、互いに遠隔の位置に配置されている。同様にして、送信機の変動もまた無関係である。搬送波３１の多数の信号レベルを平均し、当業者にとって公知の適切な信号処理を適用することにより、互いに無関係な諸項は、取るに足らない雑音項へまで顕著に減少させることができる。この処理の後に、結果として得られる平均値は、次のように表される。
【００３０】
【数１０】
2004528788.tif 000012
ただし、Ｎは、平均処理後の残留雑音を表す。
【００３１】
搬送波３１のそれぞれの信号レベルの測定は、それぞれのＴＤＭ３１の信号に対して１組ある受信機か、または搬送波３１のそれぞれの信号レベルを高速で連続的に測定できる走査受信機により、またはこれら両者の組み合わせにより、行うことができる。この走査受信機および平均処理は、シンチレーション事象中の大気変動を正確に追跡するために高速でなければならず、実際の速度は含まれる搬送周波数に依存する。
ループバックパイロット信号１１は、以下に示す信号レベルの変動を伴って、ゲートウェイ３において受信される。
【００３２】
【数１１】
2004528788.tif 000013
送信機５００の利得を制御するために用いられる差は、次のようになる。
【００３３】
【数１２】
2004528788.tif 000014
これは、次のように簡単化される。
【００３４】
【数１３】
2004528788.tif 000015
衛星２の出力における通信搬送波の信号レベルの変動は、次の通りである。
【００３５】
【数１４】
2004528788.tif 000016
これは、次のようになる。
【００３６】
【数１５】
2004528788.tif 000017
これは、次のように簡単化される。
【００３７】
【数１６】
2004528788.tif 000018
大気変動およびゲートウェイ３での信号レベル変動は解消されたので、残留誤差は、衛星での信号レベル変動および小さい雑音項のみとなる。
【実施例２】
【００３８】
図６には、本発明の他の実施例が示されており、受信機チェーン２００における利得変化のリアルタイムの測定を可能にするために、基準発生器６００が、ゲートウェイ３の受信サブシステム２００に追加されている。
本発明の第１の実施例におけると同様に、異なるゲートウェイ４からのＴＤＭ信号３１の信号レベルの平均処理および測定が、以下に示す平均変動レベル信号を発生する。
【００３９】
【数１７】
2004528788.tif 000019
【００４０】
この平均値は、推定から遅い衛星２の変動を除去するが、速いシンチレーションは通過させるカットオフを有する、ハイパスフィルタリングを受ける。これはまた、ゲートウェイ受信機システム２００の遅い利得変動をも除去し、結果として以下に示すレベル信号の変動を生じる。
【００４１】
【数１８】
2004528788.tif 000020
【００４２】
上記ハイパスフィルタは、信号レベルを平均する前に、ＴＤＭ３１信号のそれぞれの受信信号レベルに適用される。
このフィルタは、次の形式で実施することができる。
【００４３】
【数１９】
2004528788.tif 000021
ただし、ＴＭＰtは、現在の時刻ｔにおける一時的変数であり、Ｋ1は、０と１との間にあるようにセットされる係数であり、Ｐは、時刻ｔにおいて走査検出器３２０が同調しているＴＤＭ３１の現在の測定電力であり、ＴＭＰt-1は、一時的変数ＴＭＰの前のサンプル値であり、Ｐ'tは、ＴＤＭ３１信号の電力レベルの所望のハイパスフィルタ値である。
受信システム２００の入力に注入された基準信号のレベルの測定される変動は、次の通りである。
【００４４】
【数２０】
2004528788.tif 000022
この値はＴＤＭの推定に加算され、以下に示す値を与える。
【００４５】
【数２１】
2004528788.tif 000023
ループバックパイロット信号１１は、以下に示す信号レベルの変動を伴ってゲートウェイ３において受信される。
【００４６】
【数２２】
2004528788.tif 000024
送信機５００の利得を制御するために用いられる差は、以下に示すようになる。
【００４７】
【数２３】
2004528788.tif 000025
これは、次のように簡単化される。
【００４８】
【数２４】
2004528788.tif 000026
衛星２の出力における通信搬送波信号の変動のレベルは、以下に示す通りである。
【００４９】
【数２５】
2004528788.tif 000027
これは次のようになる。
【００５０】
【数２６】
2004528788.tif 000028
これは、次のように簡単化される。
【００５１】
【数２７】
2004528788.tif 000029
これは、小さい雑音項に過ぎない。
【００５２】
本発明の以上２つの代表的実施例の開示において、雑音項は小さい。しかし、その雑音項をさらに減少させるために、多重ＴＤＭ推定計算に対し以下の諸ステップを適用することができる。
【００５３】
１．もしゲートウェイ４からのＴＤＭ３１の電力レベルが、所定スレショルド（Ｔｈｒ１）よりも低下すれば、その電力レベルの測定値は、パフォーマンスに対する、欠陥のあるゲートウェイ４の影響を制限するために、平均処理において定数値により置き換えられる。
２．もしＴＤＭ３１の特別な電力レベルの瞬時値が、諸ＴＤＭ（３１）の全ての電力レベルの瞬時平均値から、第２の所定値（Ｔｈｒ２）よりも大きく逸れたならば、それは平均処理において定数値により置き換えられる。これは、ローカルアップリンクシンチレーションが、ゲートウェイ４においてさえ電力調整に対してもつことができる影響を実質的に減少させる。
３．もし全てのＴＤＭ（３１）の現在の平均値と、１つの処理サンプルだけ前の平均との間のレベル差の絶対値が、第３のスレショルド（Ｔｈｒ３）よりも低ければ、その平均は、適切な帯域幅を有するローパスフィルタによりフィルタされる。もしＴｈｒ３を越えれば、すなわち、シンチレーション事象がゲートウェイ３において検出されれば、そのフィルタの帯域幅は、高速追跡モードがシンチレーションを条件が満たされる限り正確に追跡し、かつ抑制することを可能にするように、増大せしめられる。
上述のステップ３におけるローパスフィルタは、次の形式のものでありうる。
【００５４】
【数２８】
2004528788.tif 000030
ただし、Ｄ'tは、現在のサンプル時刻ｔにおけるフィルタ出力であり、Ｋ2は、所定スレショルドＴｈｒ３よりも高い、または低い第３の差の変化の絶対速度に依存して０と１との間の２つの異なる値の一方にセットされることができ、それにより高速追跡モードを使用可能にするパラメータであり、Ｄは、影響力がある第３の差であり、Ｄ't-1は、前のサンプルのフィルタ出力である。
【００５５】
現存のゲートウェイ３地球局においては、本発明のいくつかの実施が可能である。本発明は、ゲートウェイの送信機が、電子的利得制御の可能なものであることを必要とする。もしこれが、現存の既設部分として存在しなければ、そのような機能性は、当業者にとって公知の、標準的な、いつでも購入可能なＵＰＣ制御装置を含めることにより実現できる。通常はパイロット信号１１のみにより制御されるＵＰＣ制御装置は、出力信号ΔＧainGwにより制御される。電力制御は、通常はＵＰＣ制御装置における指令のセッティングにより、閉ループまたは開ループにおいて行われるように選択できる。
【実施例３】
【００５６】
図７には、さらに他の実施例が示されており、全体的制御システムは前と同様であるが、ダウンリンク推定が適応性のものとされている。各ＴＤＭ３１の信号の現在の個々の動態により決定される、ＴＤＭ３１の信号に対する適応重みを用いる、ダウンリンク変動の基本推定器のアルゴリズム（図８）の諸ステップは、以下に示す機能ブロックとして示されている。
【００５７】
ブロック１０１：信号レベルをハイパスフィルタする。
入力は、走査検出器３２０により検出された、ＴＤＭ３１の信号のレベルである。
それぞれの検出されたＴＤＭ３１の信号レベルは、個々のハイパスフィルタを通過する。それは、信号自身から、その信号のローパスフィルタされたバージョンを減算する形式をとる。その出力は、長期的平均値に対する瞬時的レベル変化を表す。
【００５８】
ブロック１０２：瞬時分散を計算する。
このブロックは、ブロック１０１から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、それぞれの信号の変化と、他の諸信号の変化の平均との間の差を計算する。次に、それは、その差の絶対値を計算する。
【００５９】
ブロック１０３：分散をローパスフィルタする。
このブロックは、ブロック１０２から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、上記分散のローパスフィルタされたバージョンを発生する。フィルタの出力は、全てのＴＤＭ３１の搬送波の平均に関する、それぞれの搬送波の現在の分散の推定である。
【００６０】
ブロック１０４：相対重みを計算する。
このブロックは、ブロック１０３から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、それぞれの信号が重みを乗算された時に、それらのそれぞれが同じ分散を寄与するように、それぞれの信号のための重みを計算する。すなわち、相対重みは分散の逆数である。
【００６１】
ブロック１０５：重みを正規化する。
このブロックは、ブロック１０４から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、重みを、相対比を維持しつつ、重みの和が１であるように正規化する。すなわち、正規化重みは、相対重みの和により除算された相対重みに等しい。
【００６２】
ブロック１０６：ダウンリンク推定を計算する。
このブロックは、ブロック１０１およびブロック１０５から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、まずブロック１０１から出力されたレベル変化に、ブロック１０５から出力された関連する正規化重みを乗算することにより、ダウンリンク推定を計算する。得られた積は、次に加算されて瞬時ダウンリンク推定を形成する。
【００６３】
ブロック１０７：推定をローパスフィルタする。
このブロックは、ブロック１０６から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、ダウンリンク推定のローパスフィルタされたバージョンを発生する。時定数は、シンチレーションの特性に対し、（数秒またはそれ以下に）最適化される。
【実施例４】
【００６４】
図９には、本発明の最良の態様の実施例が示されている。これは、特殊事象検出器を追加することにより改善された、図８に示されている推定器の改善バージョンである。この改善された推定器の諸ステップは、図９にブロックとして示されている。これらのステップは、ブロック２０８、２０９および２１０が諸ステップに追加されている点を除外すれば、図８におけるものと同じである。これらのブロックは、ＴＤＭ３１の信号異常を検出し、制御ループに誘起される誤差を防止する処置を直ちに行う。
【００６５】
ブロック２０１：信号レベルをハイパスフィルタする。
入力は、走査検出器３２０からのＴＤＭ３１の信号レベルである。それぞれの検出されたＴＤＭ３１の信号レベルは、個々のハイパスフィルタを通過する。それは、信号自身から、その信号のローパスフィルタされたバージョンを減算する形式をとる。その出力は、長期的平均値に対する瞬時的レベル変化を表す。
【００６６】
ブロック２０８：搬送波の存在を検出する。
入力は、走査検出器３２０からの信号である。それぞれの検出されたＴＤＭ３１の信号レベルは、事前設定されたスレショルドと比較される。もし信号レベルがそのスレショルドよりも高ければ、その信号に関連する修飾子は１にセットされ、そうでなければそれは０にセットされる。
【００６７】
ブロック２０２：瞬時分散を計算する。
このブロックは、入力として、ブロック２０１から出力された信号と、ブロック２０８からの修飾子とを受け取る。１に等しい修飾子を有する信号のみが処理される。このブロックは、それぞれの認定信号の変化と、全てのＴＤＭ３１の認定信号の変化の平均との差を計算する。それは次に、その差の絶対値を計算する。その絶対値は次に、ｎ乗され、ｎは推定プロセスにおいてどれだけ多くのＴＤＭが利用可能であるかに依存し、一般に２から４までの範囲内にある。
【００６８】
ブロック２０３：分散をローパスフィルタする。
このブロックは、ブロック２０２から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、ローパスフィルタされた分散のバージョンを発生する。これらのフィルタの出力は、ＴＤＭ３１の搬送波の平均に対するそれぞれの搬送波の現在の分散の推定である。
【００６９】
ブロック２０４：相対重みを計算する。
このブロックは、ブロック２０３から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、それぞれのＴＤＭ３１の信号が重みを乗算された時に、それらのそれぞれが同じ分散を寄与するように、それぞれの信号のための重みを計算する。すなわち、計算された相対重みは、ブロック２０３において計算された分散の逆数である。
【００７０】
ブロック２０９：異常搬送波を検出する。
このブロックは、ブロック２０２から出力された信号を入力として受け取る。それぞれのＴＤＭ３１の信号の瞬時分散が、事前設定されたスレショルドと比較される。もし分散のレベルがそのスレショルドよりも小さければ、その信号に関連する第２の修飾子が１にセットされ、もしスレショルドよりも大きければ、それは０にセットされる。
【００７１】
ブロック２１０：異常搬送波を抑制する。
このブロックは、ブロック２０４から出力された信号と、ブロック２０９からの第２の修飾子とを入力として受け取る。１に等しい第２の修飾子を有する信号は出力へ送られ、０に等しい第２の修飾子を有する信号は、それ以上処理されないように阻止される。
【００７２】
ブロック２０５：重みを正規化する。
このブロックは、ブロック２１０から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、重みを、相対比を維持しつつ、重みの和が１であるように正規化する。すなわち、正規化重みは、相対重みの和により除算された相対重みに等しい。
【００７３】
ブロック２０６：ダウンリンク推定を計算する。
このブロックは、ブロック２０１およびブロック２０５から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、まずブロック２０１から出力されたレベル変化に、ブロック２０５から出力された関連する正規化重みを乗算することにより、ダウンリンク推定を計算する。得られた積は、次に加算されて瞬時ダウンリンク推定を形成する。
【００７４】
ブロック２０７：推定をローパスフィルタする。
このブロックは、ブロック２０６から出力された信号を入力として受け取る。このブロックは、ダウンリンク推定のローパスフィルタされたバージョンを発生する。時定数は、シンチレーションの特性に対し、（数秒またはそれ以下に）最適化される。
【００７５】
本発明の最良の態様の実施例は、従来のアップリンク電力制御システムにおける、パイロット信号１１の検出器の通常の使用および構成を、「マルチチャネルシンチレーションおよびフェージング処理受信機」を含む構成により置き換える。この装置は、伝統的なＵＰＣ装置と共に、上述の代表的実施例において説明された実施例の諸ステップを行う。
【００７６】
図６に示されているマルチチャネルシンチレーションおよびフェージング処理受信機は、搬送波信号入力１１、３１を、それらそれぞれの受信機３１０、３２０と共に含む。アナログディジタル変換器回路５３は、搬送波信号３１の信号レベルおよびパイロット信号１１のレベルを、マイクロコントローラ５２による処理に適した２進形式に変換する。マイクロコントローラ５２において実行されるマイクロプログラムは、本発明の代表的実施例において上述された、本発明の必要な諸ステップを行う。このマイクロプログラムの出力は、ディジタルアナログ変換器５４を経、出力手段５５を経て、ＵＰＣユニットのＡＧＣ入力へ供給される。このマイクロプログラムは、パイロット信号１１の信号レベルを測定するパイロット受信機３１０と、ＴＤＭ３１信号レベルを測定する走査受信機３２０とを読み取る。マイクロコントローラ５２において、小形多重タスク処理リアルタイムプログラムシステムを実施する最良の方法は、電力の調整を連続的に行うために、プログラムにより１００ｍｓ毎にパイロット信号１１を測定することである。一方、ＴＤＭ３１の走査速度は、毎秒１回またはそれ以下行われるように緩和できる。
【００７７】
本スキームの部分として（好ましくは少なくとも５つ）選択されるゲートウェイ４は、最低１箇月にわたる、可能な局４の選択されたものから受信される信号品質に基づく統計的解析を、基礎として選択すべきである。最良の信号品質を有する局４が、結果として得られる最良の安定性を実現するために、本スキームにおいて用いられるべきである。ＲＦ基準信号６００は、信号を標準信号発生器から得る方向性ＲＦ結合器により、ＲＦ信号経路内へ注入される。
【００７８】
本発明の主要利点の１つは、本発明が同じ通信システム内のいくつかのゲートウェイに対して適用された時の、実施例における対称性である。もし我々が、本発明を、ゲートウェイ４において、それを実施例において説明したゲートウェイ３と見なして実施し、ゲートウェイ３をゲートウェイ４として用いれば、両ゲートウェイ３および４は、それらの出信号の電力レベルを調整し、それにより全体的な信号品質を、通信システムにおけるアップリンク電力を調整するために用いられる信号を調整することにより改善する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】静止衛星２と、本発明を用いるゲートウェイ３と、同じ衛星２により動作する他のゲートウェイ４と、ゲートウェイ３と通信する多数のユーザ局５とを含む、典型的なシナリオを示す。ユーザ局５は、移動可能であっても、または固定位置にあってもよい。ゲートウェイ３および４は、出信号により衛星２を経てユーザ局５と通信し、また、ユーザ局５は、入信号により衛星２を経てゲートウェイ３および４と通信する。
【図２Ａ】１つのゲートウェイ３により衛星へ送信された出信号１０を示しており、衛星は次に信号１１を、ユーザ局５へのダウンリンクに再送信する。ゲートウェイはまた、通常は、その出信号１０をモニタする（信号１１）。
【図２Ｂ】ユーザ局により衛星へ送信された入信号２０を示しており、衛星は次に信号２１を、ゲートウェイ３へのダウンリンクに再送信する。
【図２Ｃ】他のゲートウェイ４により衛星を経て送信された出信号３０を、信号３１によりモニタするゲートウェイ３を示す。
【図３】ゲートウェイ局３の送信搬送波１０に対し電力制御４００を用いる、ゲートウェイ局３の主要部品を示す。それは、衛星２に対し信号１０、１１、３１を受発信するアンテナ１００と、受信機チェーン２００と、送信機チェーン５００と、信号検出器３００と、電力制御機能４００と、オプションの基準信号発生器６００とを含む。
【図４】本発明の第１の代表的実施例を示す。ＴＤＭ信号３０は衛星２により再送信され、本発明を用いるゲートウェイ３により信号３１としてモニタされる。パイロット検出器３１０は、受信パイロット信号１１の電力レベルを検出し、スキャナ検出器３２０は、シンチレーションを決定し、かつ送信チェーン５００における電力制御４００の必要な調整の量を決定するために本発明が用いる、選択されたＴＤＭ信号３１の電力レベルを検出する。
【図５】本発明の第２の実施例を示し、この実施例は、図４に示されている機能に加え、受信チェーン２００内にさらに、最終調整ループにおける衛星２の利得変動の解消を可能にする、受信システムの利得変動の特徴を得るための基準信号６００を含む。
【図６】本発明の最良の態様の実施を示す。信号調整および信号の同調のために必要な電子装置を含む受信手段３１０、３２０は、さまざまなＴＤＭ信号３１、またはパイロット信号１１、または基準信号６００を受信するように、マイクロコントローラ５２からの制御シーケンスにより調整可能である。アナログディジタル変換器５３は、受信信号１１、３１を、本発明の諸ステップを行うマイクロコントローラ５２における制御シーケンスによる処理のために、ディジタル形式に変換する。ディジタルアナログ変換器５４は、ＵＰＣ制御信号を、該信号を送信機チェーン５００の電力制御４００のＡＧＣ入力へインタフェースするために必要な電子装置を含む出力手段５５を経て、電力増幅器の標準的ＡＧＣ入力制御信号に接続するのに適切なアナログ形式に変換する。
【図７】電力制御システムの代表的な部品を示す。
【図８】本発明による適応ダウンリンク推定器のためのアルゴリズムにおける基本ステップを示す。
【図９】改善された適応ダウンリンク推定器のためのアルゴリズムにおける基本ステップを示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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】
2004528788.tif 000043
【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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2004528788.tif 000047
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2004528788.tif 000082
2004528788.tif 000083
【国際調査報告】
2004528788.tif 000084
2004528788.tif 000085