(57)【要約】  実施形態は、非処理衛星のコンステレーションにおけるテラリンクおよびクロスリンクトラフィックを柔軟にサービスするために（例えば、衛星通信システム内の柔軟な順方向チャネルおよび戻り経路容量を容易にするために）衛星経路の飛行中構成を提供する。例えば、コンステレーション内の各衛星は１つまたは複数の動的構成可能経路を含み得、切り替えおよび／またはビーム形成は、経路構成スケジュールに従って多くのタイムスロットのうちのそれぞれにおいて各経路を順方向チャネル経路または戻りチャネル経路になるように構成するために使用され得る。経路のうちの少なくともいくつかはさらに、各タイムスロットにおいて「テラリンク」トラフィックを地上端末へおよび／またはそれから運ぶとともに「クロスリンク」トラフィックをコンステレーションの１つまたは複数の他の衛星へおよび／またはそれから運ぶように選択的に構成され得る。【選択図】図１
2018528659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ネットワークを提供するためのマルチ衛星コンステレーションに使用される衛星システムにおいて、前記衛星システムは、
第１および第２のテラリンクビームとクロスリンクビームとを含む複数のスポットビームを含むアンテナシステムと、
前記複数のスポットビームに関連するベントパイプ経路と、
前記経路と結合され、その上に格納された経路構成スケジュールを有するメモリと、
前記経路構成スケジュールに従って、選択された一対の前記スポットビーム間に信号経路を形成するために複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記経路を順次構成する経路構成システム、とを含み、
前記経路は前記第１および第２のテラリンクビーム間の接続性を確立するために、第１のタイムスロットにおいて構成され、前記経路は前記第１のテラリンクビームと前記クロスリンクビーム間の接続性を確立するために第２のタイムスロットにおいて構成されることを特徴とする、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記経路は複数の経路の１つであり、各経路は前記複数のスポットビームのそれぞれのサブセットへ割り当てられ、各経路は前記経路構成スケジュールに従ってスポットビームの選択された一対の前記それぞれのサブセット間に信号経路を形成するために各タイムスロット内で連続的に構成可能であることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記衛星は低地球軌道衛星であることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記衛星は中地球軌道衛星であることを特徴とするシステム。
【請求項５】
複数のベントパイプ衛星を含む衛星コンステレーションシステムにおいて、
各衛星は、第１および第２のテラリンクビームとクロスリンクビームとを含む複数のスポットビームを有するアンテナシステムを含み、
各衛星は、経路構成スケジュールに従って前記衛星の選択された一対の前記スポットビーム間の信号経路を形成するために複数のタイムスロットのそれぞれのタイムスロット内で連続的に構成可能な経路を含み、その結果、衛星毎に、
前記経路は少なくとも１つのタイムスロット期間中に前記第１および第２のテラリンクビーム間の接続性を確立し、
前記経路は少なくとも別のタイムスロット期間中に前記第１のテラリンクビームと前記クロスリンクビーム間の接続性を確立することを特徴とする、システム。
【請求項６】
各衛星は前記コンステレーションの複数の軌道経路のそれぞれの１つに沿って移動することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
各地上スポットビーム足跡は、前記地上スポットビーム足跡を照射する前記衛星の前記軌道経路に対応する地上航跡を辿ることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
複数の地上端末間の通信を容易にするマルチ衛星コンステレーションを有する衛星通信システム内の接続性切り替えをスケジューリングするためのシステムにおいて、前記方法は、
前記コンステレーションの複数の衛星の軌道パラメータと、前記コンステレーションと通信する複数の地上ユーザ端末の通信資源要求パラメータと、前記コンステレーションと通信する複数の地上ゲートウェイ端末の通信資源提供パラメータとを格納したデータ記憶装置と、
前記データ記憶装置と通信可能に結合された経路構成サブシステムであって、前記軌道パラメータ、前記通信資源要求パラメータおよび前記通信資源提供パラメータに応じて経路構成スケジュールを計算し、これにより、複数のビーム間の接続性を確立することにより前記複数の地上端末間の信号経路を形成するために複数のタイムフレームのそれぞれにおいて前記複数の衛星のベントパイプ経路の順次構成を定義するように動作する経路構成サブシステムと、を含み、各衛星は前記複数のビームのそれぞれの部分を含むアンテナシステムを含み、
その結果、前記経路構成スケジュールに従って、少なくとも１つの経路が、１つの時間フレーム内でそのそれぞれの衛星により提供されるそれぞれの一対のテラリンクビーム間の接続性を確立し、別の時間フレーム内ではそのそれぞれの衛星により提供されるテラリンクビームおよびクロスリンクビーム間の接続性を確立するように構成されることを特徴とする、システム。
【請求項９】
前記複数の衛星を含むマルチ衛星コンステレーションをさらに含む請求項８に記載のシステムにおいて、各衛星は複数のスポットビームを有するアンテナを含み、前記スポットビームの少なくとも１つはテラリンクビームであり、前記スポットビームの少なくとも別のものはクロスリンクビームであり、各衛星は、前記経路構成スケジュールに従ってそのスポットビーム間の接続性を確立するために前記複数の時間フレームのそれぞれにおいて順次構成可能な前記ベントパイプ経路の少なくとも１つを含むことを特徴とする、システム。
【請求項１０】
前記マルチ衛星コンステレーションと通信する複数の地上端末を有する地上セグメントネットワークをさらに含む請求項８に記載のシステムにおいて、前記データ記憶装置と前記経路構成サブシステムは前記地上セグメントネットワーク内に配置されることを特徴とする、システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムにおいて、前記経路構成サブシステムはさらに、前記マルチ衛星コンステレーションの前記衛星の少なくとも１つへ前記経路構成スケジュールを伝達するように動作することを特徴とする、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記経路構成サブシステムは帯域外通信リンク上で前記経路構成スケジュールを前記少なくとも１つの衛星へ伝達するように動作することを特徴とする、システム。
【請求項１３】
前記経路構成スケジュールは前記衛星と前記地上端末間の時変相互接続性の責任を負うことを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記地上端末の少なくとも１つは帰路ネットワークと通信可能に結合されたゲートウェイ端末であることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記地上端末の少なくとも１つは固定位置端末、携帯端末または空中端末であることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記経路構成システムは、前記経路構成スケジュールに従って前記選択された一対のスポットビームを結合する物理的回路を形成するために前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて経路を順次構成することを特徴とする、システム。
【請求項１７】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、
前記経路は受信機と結合された受信側を有し、
前記経路は送信機と結合された送信側を有する
ことを特徴とする、システム。
【請求項１８】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記アンテナシステムは前記テラリンクビームと前記クロスリンクビームとをサービスする複数の固定フィードホーンを含むことを特徴とする、システム。
【請求項１９】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記経路構成システムは、前記受信フィードと前記経路の送信側に結合された送信フィードとの間の接続性を確立し、これにより前記経路構成スケジュールに従って前記選択された一対のスポットビーム間の前記信号経路を形成するために前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記経路を順次構成するために、前記経路構成スケジュールに従って、前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記アンテナシステムの複数の受信フィードのうちの１つへ前記経路の受信側を選択的に結合する受信スイッチを含むことを特徴とする、システム。
【請求項２０】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記経路構成システムは、前記送信フィードと前記経路の受信側に結合された受信フィードとの間の接続性を確立し、これにより前記経路構成スケジュールに従って前記選択された一対のスポットビーム間の前記信号経路を形成するために前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記経路を順次構成するために、前記経路構成スケジュールに従って、前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記アンテナシステムの複数の送信フィードのうちの１つへ前記経路の送信側を選択的に結合する送信スイッチを含むことを特徴とする、システム。
【請求項２１】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記経路構成システムは、
前記経路構成スケジュールに従って前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記アンテナシステムの複数の受信フィードのうちの１つへ前記経路の受信側を選択的に結合する受信スイッチと、
前記経路構成スケジュールに従って前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記アンテナシステムの複数の送信フィードのうちの１つへ前記経路の送信側を選択的に結合する送信スイッチと、を含み、
これにより前記受信フィード、前記経路および前記送信フィードを介し前記経路構成スケジュールに従って受信スポットビームと送信スポットビームとの間の各タイムスロットにおける接続性を確立することを特徴とする、システム。
【請求項２２】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記アンテナシステムは前記テラリンクビームと前記クロスリンクビームとをサービスするフェーズドアレイアンテナを含むことを特徴とする、システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、前記経路構成システムは前記フェーズドアレイアンテナと前記経路の受信側との間に結合される受信ビーム形成ネットワークを含み、前記受信ビーム形成ネットワークは、前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて受信ビームと前記経路の前記受信側との間の信号結合を形成するビーム重み付けを調整し、これにより前記経路構成スケジュールに従って前記選択された一対のスポットビーム間の前記信号経路を形成するために前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記経路を順次構成するように動作可能であり、前記選択された一対のスポットビームの１つは前記受信ビームであることを特徴とする、システム。
【請求項２４】
前記経路構成システムは前記フェーズドアレイアンテナと前記経路の送信側との間に結合される送信ビーム形成ネットワークを含み、前記送信ビーム形成ネットワークは、前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて送信ビームと前記経路の前記送信側との間の信号結合を形成するビーム重み付けを調整し、これにより前記経路構成スケジュールに従って前記選択された一対のスポットビーム間の前記信号経路を形成するために前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記経路を順次構成するように動作可能であり、前記選択された一対のスポットビームの１つは前記送信ビームであることを特徴とする、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
請求項２２に記載のシステムにおいて、前記経路構成システムは、
前記フェーズドアレイアンテナと前記経路の受信側との間に結合された受信ビーム形成ネットワークであって、前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて受信ビームと前記経路の前記受信側との間の信号結合を形成するビーム重み付けを調整するように動作可能である受信ビーム形成ネットワークと、
前記フェーズドアレイアンテナと前記経路の送信側との間に結合された送信ビーム形成ネットワークであって、前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて送信ビームと前記経路の前記送信側との間の信号結合を形成するビーム重み付けを調整し、
これにより前記経路構成スケジュールに従って前記選択された一対のスポットビーム間の前記信号経路を形成するために前記複数のタイムスロットのそれぞれにおいて前記経路を順次構成するように動作可能であり、前記選択された一対のスポットビームは前記受信ビームと前記送信ビームとを含む、送信ビーム形成ネットワークと
を含むことを特徴とする、システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムにおいて、前記受信ビーム形成ネットワークは前記フェーズドアレイアンテナの第１の反射器と前記経路の前記受信側との間に結合され、
前記送信ビーム形成ネットワークは前記フェーズドアレイアンテナの第２の反射器と前記経路の前記送信側との間に結合されることを特徴とする、システム。
【請求項２７】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記アンテナシステムは前記テラリンクビームをサービスする複数の固定フィードホーンと前記クロスリンクビームをサービスするフェーズドアレイアンテナとを含むことを特徴とする、システム。
【請求項２８】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記経路構成スケジュールは前記コンステレーションの前記衛星間の時変相互接続性の責任を負うことを特徴とする、システム。
【請求項２９】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、前記経路構成スケジュールは前記フレームに従って前記経路を順次構成し、各フレームは前記複数のタイムスロットを含み、各フレーム内の前記タイムスロットの第１の部分は順方向トラフィックを支援し、各フレーム内の前記タイムスロットの第２の部分は戻りトラフィックを支援し、前記第１および第２の部分は順方向容量と戻り方向容量間の所望計算比に従って選択されることを特徴とする、システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のシステムにおいて、各フレーム内の前記タイムスロットの前記第１および第２の部分の一部はテラリンクトラフィックを支援し、各フレーム内の前記タイムスロットの前記第１および第２の部分の他の部分はクロスリンクトラフィックを支援することを特徴とする、システム。
【請求項３１】
請求項１、５または８に記載のシステムにおいて、
前記テラリンクビームの１つはアップリンク帯域とアップリンク偏波においてアップリンクトラフィックを伝達し、
前記テラリンクビームの他方はダウンリンク帯域とダウンリンク偏波においてダウンリンクトラッフィックを伝達し、
前記アップリンク帯域は前記ダウンリンク帯域と異なり、および／または前記アップリンク偏波は前記ダウンリンク偏波と異なる
ことを特徴とする、システム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムにおいて、前記クロスリンクビームは前記アップリンク帯域または前記ダウンリンク帯域の少なくとも１つと異なるクロスリンク帯域においてクロスリンクトラフィックを伝達することを特徴とする、システム。
【請求項３３】
マルチ衛星コンステレーションの衛星内のスケジューリングされた接続性切り替え方法において、
前記衛星のメモリ内に格納された経路構成スケジュールに従って第１のタイムスロットにおいて第１のテラリンクビームと第２のテラリンクビームとの間の接続性を確立するベントパイプ信号経路を形成するために前記衛星の経路を構成する第１の工程であって、前記衛星は前記第１および第２のテラリンクビームとクロスリンクビームとを含む複数のスポットビームを含むアンテナを有する、工程と、
前記経路構成スケジュールに従って第２のタイムスロット内の前記第１のテラリンクビームと前記クロスリンクビームとの間の接続性を確立するベントパイプ信号経路を形成するために経路を構成する第２の工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法において、前記衛星が飛行中に前記地上端末の１つから前記衛星により前記経路構成スケジュールを受信する工程をさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項３５】
請求項３３に記載の方法において、
前記第１の構成工程の後に、前記第１のテラリンクビームにより照射された第１の地上端末から第１のアップリンク通信として第１のトラフィックを受信する第１の工程と、
前記第２のテラリンクビームにより照射された第２の地上端末へ前記経路を介しダウンリンク通信として前記第１のトラフィックを送信する第１の工程と、
前記第２の構成工程の後に、前記第１のテラリンクビームにより照射された前記第１の地上端末から第２のアップリンク通信として第２のトラフィックを受信する第２の工程と、
前記クロスリンクビームにより照射された前記コンステレーションの別の衛星へ前記経路を介しクロスリンク通信として前記第２のトラフィックを送信する第２の工程と、
をさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項３６】
請求項３３に記載の方法において、前記構成する第１の工程は、前記経路構成スケジュールに従って前記第１のテラリンクビームと前記第２のテラリンクビームとの間の接続性を確立する物理的回路を形成する工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項３７】
複数の地上端末間の通信を容易にするマルチ衛星コンステレーションを有する衛星通信システム内の接続性切り替えをスケジューリングする方法において、
前記コンステレーションの複数の衛星の軌道パラメータと、前記コンステレーションと通信する複数の地上ユーザ端末の通信資源要求パラメータと、前記コンステレーションと通信する複数の地上ゲートウェイ端末の通信資源提供パラメータとを取得する工程と、
前記軌道パラメータ、前記通信資源要求パラメータおよび前記通信資源提供パラメータに応じて経路構成スケジュールを計算し、これにより、複数のビーム間の接続性を確立することにより前記複数の地上端末間の信号経路を形成するために複数のタイムフレームのそれぞれにおいて前記複数の衛星のベントパイプ経路の順次構成を定義する、工程であって、各衛星は前記複数のビームのそれぞれの部分を含むアンテナシステムを含み、
その結果、前記経路構成スケジュールに従って、少なくとも１つの経路が、１つの時間フレームではそのそれぞれの衛星により提供されるそれぞれの一対のテラリンクビーム間の接続性を確立し、別の時間フレームではそのそれぞれの衛星により提供されるテラリンクビームおよびクロスリンクビーム間の接続性を確立する、工程と、
それぞれの衛星通信リンク上で前記経路構成スケジュールを前記コンステレーションの前記複数の衛星へ伝達する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、前記経路構成スケジュールに従って前記タイムスロットの１つのタイムスロットにおいて飛行中の前記衛星を構成する工程をさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項３９】
請求項３７に記載の方法において、
前記計算する工程は地上端末により行われ、
前記伝達工程は帯域外通信リンク上で前記地上端末により行われる
ことを特徴とする、方法。
【請求項４０】
請求項３３または３７に記載の方法において、前記経路を構成する前記工程は、前記経路構成スケジュールに従って受信スイッチを切り替えて前記経路の受信側を前記複数のタイムスロットの少なくとも１つにおいて複数のアンテナ受信フィードのうちの１つへ選択的に結合する工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項４１】
請求項３３、３７または４０に記載の方法において、前記経路を構成する前記工程は、前記経路構成スケジュールに従って送信スイッチを切り替えて、前記経路の送信側を前記複数のタイムスロットの少なくとも１つにおいて複数のアンテナ受信フィードのうちの１つへ選択的に結合する工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項４２】
請求項３３または３７に記載の方法において、前記経路を構成する前記工程は、フェーズドアレイアンテナと前記経路の受信側との間に結合された受信ビーム形成ネットワーク内のビーム重み付けを前記経路構成スケジュールに従って前記複数のタイムスロットの少なくとも１つにおいて調整する工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項４３】
請求項３３、３７または４２に記載の方法において、前記経路を構成する前記工程は、フェーズドアレイアンテナと前記経路の送信側との間に結合された送信ビーム形成ネットワーク内のビーム重み付けを前記経路構成スケジュールに従って前記複数のタイムスロットの少なくとも１つにおいて調整する工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項４４】
請求項３３または３７に記載の方法において、前記経路構成スケジュールは前記コンステレーションの前記衛星間の時変相互接続性の責任を負うことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は一般的には、衛星通信システムに関し、具体的にはベントパイプ（ｂｅｎｔ−ｐｉｐｅ）衛星コンステレーションにおいて柔軟な容量を提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星コンステレーションでは、多くの衛星は、その衛星のうちのいかなるものも自身でカバーできないような広い領域をカバーするために協力し合う。例えば、低地球軌道（ＬＥＯ：ｌｏｗ  Ｅａｒｔｈ  ｏｒｂｉｔ）衛星は通常、１００分程度の軌道周期で１００マイル程度の高度で地球を周回し得、一方、静止衛星は通常、地球の回転にほぼ合致するために約２４時間（一恒星日）の軌道周期で約２６，２００マイルの高度で地球を周回する。したがって、ＬＥＯ衛星はしばしば、比較的高いリンク予算（例えば、地上端末に対する衛星の相対的近接性に起因する）で、そして比較的短い遅延（例えば、静止衛星の約１２５ミリ秒とは対照的にＬＥＯ衛星の約１〜４ミリ秒）でもって動作し得る。しかし、地球に対するＬＥＯ衛星の相対的近接性はまた、そのカバレッジエリアを低減し得る。したがって、ＬＥＯ衛星のコンステレーションは集合的に増加されたカバレッジエリアを発揮するために使用され得、これにより、衛星が低軌道により提供される増加リンク予算と低減遅延とを使用する一方でより広い領域をサービスできるようにする。ＬＥＯコンステレーションは、地球の全表面にわたって薄く広がるシステム容量をもたらし得、その容量の多くは比較的少ない要求があり得る海洋上でだけ利用可能である。
【０００３】
有用かつ経済的な通信サービスを提供するための一群のＬＥＯ衛星には多くの挑戦的課題がある。例えば、単一衛星の範囲を越える通信が望まれれば、これは、コンステレーションの複数の衛星間のクロスリンクを含み得る。クロスリンクは宇宙船上の追加出力および質量を使用し、したがって非効率的であり得る。さらに、衛星が移動する際の接続性を保証するためのクロスリンクの連携が複雑性を加える。このようなクロスリンクを維持するために、ＬＥＯ衛星コンステレーションは通常、コンステレーション内の各衛星が地上端末との通信を扱うための自身のオンボード処理とコンステレーション内の他の衛星との連携とを含むように「処理済み（ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）」衛星でもって配備される。この処理は、データの送信先が判断されるようにするためにアップリンク上の衛星へ伝達されるデータを復調する工程を含む。次に、データは再変調され、適切な送信先へ配送される。この処理は、かなりの複雑さ、重量および経費を衛星へ追加し得る。
【発明の概要】
【０００４】
とりわけ、例えば衛星通信システムにおける容量の柔軟な分配を容易にするために非処理（ｎｏｎ−ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）衛星のコンステレーションにおけるテラリンク（ｔｅｒｒａ−ｌｉｎｋ）およびクロスリンクトラフィックを柔軟にサービスする衛星経路の飛行中構成を提供するためのシステムと方法について説明する。実施形態は、順方向チャネルまたは戻りチャネルトラフィックを選択的に運ぶための少なくとも１つの動的構成可能経路（例えば、トランスポンダ）をそれぞれが有する非静止（例えば、低地球軌道（ＬＥＯ）、中地球軌道（ＭＥＯ：ｍｅｄｉｕｍ  Ｅａｒｔｈ  ｏｒｂｉｔ）など））非処理（例えば、ベントパイプ）衛星のコンステレーションの情況において動作する。例えば、コンステレーション内の各衛星は複数の経路を含み得、切り替えおよび／またはビーム形成は、経路構成スケジュールに従って多くのタイムスロットのうちの各タイムスロット内で各経路を順方向チャネル経路または戻りチャネル経路になるように構成するために使用され得る。コンステレーション内の衛星の少なくとも１つ（例えば、すべて）の衛星は、１つまたは複数の地上端末と通信し得る（「テラリンク」通信として）とともにコンステレーションの１つまたは複数の他の衛星と通信し得る（「クロスリンク」通信として）アンテナシステムを有し得る。衛星の経路のうちの少なくとも１つはテラリンクまたはクロスリンクを介し通信するために各タイムスロット内で動的に構成され得る。例えば、各タイムスロットでは、コンステレーションの各衛星の各経路は、順方向チャネルテラリンクトラフィック、戻りチャネルテラリンクトラフィック、順方向チャネルクロスリンクトラフィックまたは戻りチャネルクロスリンクトラフィックを運ぶために選択的に構成され得る（スケジュールに従って）。いくつかの実施形態では、コンステレーションのいくつかの衛星は、テラリンクトラフィックだけ、クロスリンクトラフィックだけ等々を運ぶように（飛行前および／または飛行中に）構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本開示は添付図面と併せて説明される。
【０００６】
【図１】図１は、様々な実施形態による例示的衛星通信環境を示す。
【図２】図２は、様々な実施形態による経路の飛行中構成の切り替えを使用する例示的経路構成環境を示す。
【図３】図３Ａ〜Ｂは、様々な実施形態による順方向経路の例を示す。
【図３】図３Ｃ〜Ｄは、様々な実施形態による戻り経路の例を示す。
【図４】図４は、様々な実施形態による経路の飛行中構成のビーム形成を使用する例示的経路構成環境を示す。
【図５】図５は、様々なビーム形成実施形態を実施するための例示的衛星アーキテクチャを示す。
【図６】図６Ａ〜Ｃは、３つのその後の時刻のそれぞれにおける第１の通信シナリオにおける例示的衛星通信環境をそれぞれ示す。
【図７】図７Ａ〜Ｃは、それぞれが複数のタイムスロットを含む複数のその後の時刻における第２の通信シナリオにおける例示的衛星通信環境それぞれを示す。
【図８】図８Ａ〜Ｄは、複数のその後の時刻における第３の通信シナリオにおける例示的衛星通信環境をそれぞれ示す。
【図９】図９は、様々な実施形態によるコンステレーションの少なくとも１つの衛星と通信する地上端末を含む衛星通信システムの例示的部分を示す。
【図１０】図１０は、様々な実施形態による帰路ネットワークと通信する複数のゲートウェイ端末と多くの衛星とを含む衛星通信システムの別の例示的部分を示す。
【図１１】図１１は、様々な実施形態によるコンステレーションにおける衛星経路の飛行中構成の例示的方法の流れ図を示す。
【０００７】
添付図面では、同様な構成要素および／または特徴は同じ参照ラベルを有し得る。さらに、同じタイプのさまざまな構成要素は、同様な構成要素を識別する第２のラベルにより参照ラベルを辿ることによって識別され得る。第１の参照ラベルだけが本明細書において使用される場合、その説明は第２の参照ラベルにかかわりなく同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素の任意の１つに適用可能である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の説明では、多くの具体的詳細が本発明を十分に理解するために記載される。しかし、当業者は、本発明がこれらの具体的詳細無しに実行され得るということを認識すべきである。場合によっては、回路、構造および技術については本発明を曖昧にしないように詳細には示さなかった。
【０００９】
図１は様々な実施形態による衛星通信システム１００の簡略図である。衛星通信システム１００は、それぞれが地球周囲の軌道経路１１０を辿る衛星群１０５を含む。各衛星１０５は任意の好適なタイプの通信衛星であり得、各衛星１０５の例としては低地球軌道（ＬＥＯ）衛星、中地球軌道（ＭＥＯ）衛星などが挙げられる。例えば、ＬＥＯ衛星の例示的コンステレーションでは、各衛星１０５は９０分毎にその軌道経路１１０に沿って地球を周回し得る。
【００１０】
衛星１０５は地上端末１５０と通信することにより通信サービスを提供し得る。地上端末１５０は他のタイプの地上端末１５０も企図されるがゲートウェイ端末およびユーザ端末を含み得る。例えば、地上端末１５０は通常、「地上」の端末を参照し示され説明されるが、地上端末１５０のいくつかの実施形態は、地球表面の上または下にある端末（例えば、衛星１０５の高度と比較し地球表面に依然として比較的近いが部分的に地下、部分的または十分に空中にあるユーザ端末など）を含み得る。地上端末１５０は、衛星通信に好適な通信ハードウェアおよび機能（例えば、１つまたは複数のアンテナなど）と、他の関連装置、ネットワークなどと通信するための通信ハードウェアおよび機能とを含み得る。例えば、地上端末１５０は、ＤＶＢ（例えば、ＤＶＢ−Ｓ、ＤＶＢ−Ｓ２、ＤＶＢ−ＲＣＳ）標準規格、ＷｉＭＡＸ標準規格、ＬＴＥ標準規格、ＤＯＣＳＩＳ標準規格、および／またはその固有または適応（修正）形式の他の標準規格により定義されたものなど１つまたは複数のプロトコルまたは形式に従って通信し得る。
【００１１】
ユーザ端末は、衛星通信サービスのエンド消費者に関連付けられた任意の好適なタイプの端末を含み得る。例えば、ユーザ端末は、コンステレーションの衛星１０５（例えば、以下に述べるようなユーザ端末を現在照射する衛星１０５のうちの任意のもの）と、コンピュータ、ローカルエリアネットワーク（例えば、ハブまたはルータを含む）、インターネット装置、無線ネットワーク、衛星モデム、衛星テレビジョン受信機など様々な消費者構内機器（ＣＰＥ：ｃｏｎｓｕｍｅｒ  ｐｒｅｍｉｓｅｓ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）と通信するためのアンテナを含み得る。一実施形態では、アンテナとユーザ端末は併せて、直径約０．７５メートルにわたりかつ約２ワットの送信出力を有するアンテナを有する超小型衛星通信地球局（ＶＳＡＴ：ｖｅｒｙ  ｓｍａｌｌ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｔｅｒｍｉｎａｌ）を構成する。
【００１２】
ゲートウェイ端末は時にハブまたは地上局と呼ばれる。各ゲートウェイ端末は、通信リンクをコンステレーションの衛星１０５（例えば、以下に述べるようなゲートウェイ端末を現在照射する衛星１０５のうちの任意のもの）とネットワーク１６０（例えば、帰路ネットワークなど）とへ提供し得る。ゲートウェイ端末は、ネットワーク１６０、衛星１０５、ユーザ端末などとの通信のための通信をフォーマット化（例えば、データパケット、フレームなどへ）し得る。ゲートウェイ端末のいくつかの実施形態はまた、ユーザ端末への接続性をスケジューリングし得る。以下に述べるように、接続性をスケジューリングすることは衛星のコンステレーション１０５全体にわたるトラフィックおよび接続性をスケジューリングすることを含み得る。例えば、接続性スケジューリングは各タイムスロットにおける端末と衛星間の信号経路を物理的に表すためにアンテナフィード等間の電気経路を動的に再構成し得、トラフィックスケジューリングは各タイムスロットにおいてどの順方向チャネルおよび／または戻りチャネルトラフィックをそれらの信号経路を介し送信すべきかを判断し得る。スケジューリングは代替的に、いずれも図を過剰に複雑化しないように示されない１つまたは複数のネットワークオペレーションセンタ（ＮＯＣ：ｎｅｔｗｏｒｋ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  ｃｅｎｔｅｒ）、ゲートウェイ指令センタなど衛星通信システム１００の他の部分において行われ得る。例えば、スケジューリング情報は地上ネットワーク、衛星指令リンク、通信システムなどを介しＮＯＣ（群）、ゲートウェイ指令センタ（群）、衛星（群）およびユーザ端末間で伝達され得る。
【００１３】
例えば、衛星通信システム１００のいくつかの実施形態は「ハブスポーク（ｈｕｂ−ｓｐｏｋｅ）」システムとして構築され得、ここでは、順方向チャネルトラフィックが１つまたは複数の衛星１０５を介し１つまたは複数のゲートウェイ端末から１つまたは複数のユーザ端末へ伝達されるとともに戻りチャネルトラフィックが１つまたは複数のユーザ端末から１つまたは複数の衛星１０５を介し１つまたは複数のゲートウェイ端末へ伝達される（すなわち、ユーザ端末は他のユーザ端末と直接通信しない）。例えば、このようなアーキテクチャでは、ユーザ端末とネットワーク１６０（例えば、インターネット）間のいかなる通信も１つまたは複数の衛星１０５および１つまたは複数のゲートウェイ端末を介し中継される。ネットワーク１６０は、任意の好適なタイプのネットワーク（例えば、インターネット、ＩＰネットワーク、イントラネット、広域ネットワーク（ＷＡＮ：ｗｉｄｅ−ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：ｌｏｃａｌ−ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ）、仮想私設ネットワーク（ＶＰＮ：ｖｉｒｔｕａｌ  ｐｒｉｖａｔｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ）、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：ｐｕｂｌｉｃ  ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ）、公衆陸上移動体ネットワークなど）であり得る。ネットワーク１６０は有線、無線、光、または他のタイプのリンクを含む様々な種類の接続を含み得る。ネットワーク１６０はまた、ゲートウェイ端末と、衛星１０５のうちの１つまたは複数と通信状態であり得る他のゲートウェイ端末とを接続し得る。
【００１４】
いくつかの実施形態では、地上端末１５０は、順方向アップリンク信号を衛星１０５へ送信し、戻りダウンリンク信号を衛星１０５から受信するために１つまたは複数のアンテナを使用し得る。例えば、地上端末１５０のアンテナは、高指向性（例えば、１つまたは複数の軌道経路１１０と交差する天空の特定場所へ向けられる）と他の方向では低指向性とを有する反射器を含み得；アンテナは（例えば、それぞれの軌道経路１１０に沿って走行する際にコンステレーションの衛星１０５とより多くの接触を維持するために）より広い視野を有し得；および／または、アンテナは操縦可能であり得る（例えば、アンテナを物理的に向け直すことにより、様々な方向に向けられた複数の受信機を使用することにより、様々な方向に効果的に向くためにビーム形成を使用することにより、および／または任意の他の好適な技術を使用することにより）。アンテナは、様々な構成で実現され得、直交偏波間の高絶縁、動作周波数帯域における高効率、低騒音などの特徴を含み得る。いくつかの実施形態は、通信に利用可能な限定周波数スペクトルの使用を最適化するために様々な技術を活用する。例えば、ゲートウェイ端末と衛星１０５間の通信リンクは、衛星１０５とユーザ端末間に使用されるものと比較して、互いに同じ、重複、または異なる伝送特性（例えば、搬送波周波数と伝送帯域、偏波など）を使用し得る。いくつかの地上端末１５０は周波数再使用を容易にするようなやり方で地理的に分散またはそうでなければ配置され得る（例えば、いくつかまたはすべてのゲートウェイ端末はユーザ端末から離れて配置され得る）。
【００１５】
各衛星１０５は信号の送信および受信のための１つまたは複数のアンテナ１２５を有するアンテナサブシステム１２０を含み得る。本明細書で使用されるように、「アンテナ」は通常、アンテナハードウェアの１つまたは複数のインスタンスを指し得る（すなわち、「アンテナ」への言及は、１つのアンテナおよび／または複数のアンテナへの明示的または暗黙的言及と交換可能であるように意図されている）。例えば、本明細書で述べるように、アンテナ１２５は、複数の固定反射器間の切り替えを使用し、１つまたは複数の可動反射器を向け直し、ビーム形成し、および／または他の技術を使用することにより複数のスポットビームを（同時にまたは順次）含み（例えば、表し）得る。アンテナ素子（例えば、フィード、ポートなど）は、それぞれが衛星との双方向通信のためのカバレッジエリアを効果的に提供するスポットビームを表わす照射パターを生成するために励起され得る。照射パターン（すなわち、スポットビーム）は、例えばビーム当たり単一フィード、ビーム当たり複数フィード、フェイズドアレイ、および／または他のビーム形成技術などを使用することなど任意の好適なやり方で形成され得る。いくつかの実施形態は、スポットビーム毎に１つまたは複数の反射器（例えば、固定された）および１つまたは複数のフィードホーン（ｆｅｅｄ  ｈｏｒｎ）を有する１つまたは複数の指向性アンテナ１２５を含む。フィードホーンはアップリンク信号を受信しダウンリンク信号を送信するために採用され得る。アンテナサブシステムとしては、多くのタイプのアンテナ（例えば、テラリンク用ビーム形成アレイとクロスリンク用固定ホーン）が挙げられ得る。
【００１６】
スポットビームの輪郭は、特定なアンテナ１２５設計により部分的に決定され得、その反射器に対するフィードホーンの位置、反射器のサイズ、フィードホーンのタイプなどの要因に依存し得る。各スポットビームの地球上の輪郭は通常、送信および／または受信動作ためのスポットビームカバレッジエリアを照射する円錐断面形状（例えば、円、楕円、放物線、双曲線など）を有し得る。例えば、「単一スポットビーム」への言及は、送信動作と受信動作との両方を行うためのスポットビームカバレッジエリアを示し得；複数のスポットビームへの言及は（例えば、様々な偏波および／または搬送波を使用することにより）ほぼ同じカバレッジエリアを共有する送信ビームおよび受信ビームを示し得る；等々。衛星１０５のいくつかの実施形態は、多重スポットビームモードで動作し、様々なスポットビーム内の多くの信号を受信および送信し得る。各スポットビームは、単一搬送波（すなわち、１つの搬送波周波数）、連続周波数範囲（すなわち、１つまたは複数の搬送波周波数）、または多くの周波数範囲（各周波数範囲内に１つまたは複数の搬送波周波数を有する）を使用し得る。例えば、アップリンクトラフィックは第１の周波数帯域（例えば、２０ＧＨｚ）内で伝達され得、ダウンリンクトラフィックは第２の周波数帯域（例えば、３０ＧＨｚ）内で伝達され得、クロスリンクトラフィックは同じ周波数帯域（群）（例えば、２０ＧＨｚおよび／または３０ＧＨｚ）内および／または異なる周波数帯域（群）（例えば、２３ＧＨｚ、４０ＧＨｚ、６０ＧＨｚなど）内で伝達され得る。
【００１７】
図示のように、コンステレーションの少なくともいくつかの衛星１０５は多くの非処理（ｎｏｎ−ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）経路１３０を含む。経路１３０のそれぞれは、所与時刻に順方向経路（すなわち順方向チャネル通信を運ぶための経路）としてまたは戻り経路（すなわち、戻りチャネル通信を運ぶための経路）として機能し得る。例えば、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の第１の経路１３０は順方向経路として専用化され得、１つまたは複数の第２の経路１３０（第１の経路１３０と異なる）は戻り経路として専用化され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の経路１３０は、本明細書でさらに説明されるようにフレーム構造を使用することにより異なる時間に順方向および戻り方向の両方に使用され得る。例えば、アップリンクまたはクロスリンク信号は、アンテナ（群）１２５および第１の送受信機１３５ａ（すなわち、この場合１つまたは複数の受信機）を介し衛星１０５により受信され、経路１３０のうちの１つまたは複数に沿って第２の送受信機１３５ｂ（すなわち、この場合１つまたは複数の受信機）へ向けられ、ダウンリンクまたはクロスリンク信号としてアンテナ（群）１２５（例えば、同じまたは異なるアンテナ（群）１２５）を介し衛星１０５から送信される。いくつかの実施形態では、衛星１０５は、順方向または戻り方向に使用される完全に構成可能な経路１３０、順方向に使用される部分的に構成可能な経路１３０、戻り方向に使用される部分的に構成可能な経路１３０、専用（非構成可能）経路１３０、および／またはそれらの任意の組合せを含み得る。本明細書で使用されるように、「構成可能」経路は、衛星１０５が経路構成サブシステム１４０を使用することにより飛行中である間に動的に構成可能な経路１３０を意味するように意図されている。例えば、経路構成サブシステム１４０は、多くのタイムスロットのうちのそれぞれにおいていくつかまたはすべての経路１３０のそれぞれの構成を示し得る経路構成スケジュールを維持する。タイムスロットは、フレーム、サブフレーム、スーパーフレーム、個々のスロットに従ってまたは任意の好適なやり方で配置され得る。場合によっては、構成可能経路は、特定経路構成スケジュールに従っていくつかまたはすべてのタイムスロットの静的構成を維持し得る。例えば、衛星１０５は、その構成可能経路のうちのいくつかが静的構成へ当初割り当てられるようなやり方で設計され得、それらの経路の構成は経路構成スケジュールを変更することによりその後（例えば、飛行中に）変更され得る。対照的に、非構成可能経路は経路構成スケジュールにより変更され得ない静的構成により先験的に設計される（例えば、経路は２つのアンテナフィード間の固定信号経路を提供する）。
【００１８】
以下に述べるように、経路構成サブシステム１４０は、例えば高速スイッチング、ビーム形成、および／または他の技術を使用する任意の好適なやり方で経路１３０を動的に再構成し得る（すなわち、構成可能経路）。例示のために、特定経路１３０は、当該タイムスロット期間中に順方向チャネルトラフィックを受信するようにスケジューリングされたアンテナへ経路の受信側を結合するために、そして当該タイムスロット期間中に順方向チャネルトラフィックを送信するようにスケジューリングされたアンテナへ送信側を結合するためのスイッチングまたは他の技術を使用することにより第１のタイムスロットにおいて順方向経路として構成され得；特定経路１３０は、当該タイムスロット期間中に戻りチャネルトラフィックを受信するようにスケジューリングされたアンテナへ経路の受信側を結合するために、そして当該タイムスロット期間中に戻りチャネルトラフィックを送信するようにスケジューリングされたアンテナへ経路の送信側を結合するためにスイッチングまたは他の技術を使用することにより、第２のタイムスロットにおいて戻り経路として構成され得る。ベントパイプスタイル経路切り替え（処理およびパケット交換を使用する従来のＬＥＯシステムとは対照的に一種の回路切り替えと見なされ得る）の１つの恩恵は様々な波形および変調フォーマットに対する透明性の増加であり得る。
【００１９】
動的経路構成が、様々な種類の特徴を提供するために使用され得る。１つのこのような特徴は、要求の変化、ゲートウェイ数および／または位置の変化などに対するコンステレーション容量の動的適応を容易にすることを含む。別のこのような特徴は、送信元および送信先端末間の論理的接続性を確定および／または維持するために時間の経過と共に物理的接続性をコンステレーションの移動に適合させることを含む。例えば、特定の送信元端末と送信先端末間の接続性は、様々な衛星１０５が上記端末に対し視程内に出入りするにつれて異なる一組のテラリンクおよびクロスリンクを横切るように調整され得る。別の例として、２つのエリアを接続するために使用される特定の一組のクロスリンクは、高要求を有する衛星または領域周囲にクロスリンクトラフィックを接続するように変更され得る。さらに別のこのような特徴は、上述のように、衛星１０５容量（および対応ハードウェアおよびソフトウェア資源）のどの部分が各タイムスロットにおいて順方向チャネルトラフィックおよび戻りチャネルトラフィックをサービスするためにおよび／またはスポットビーム構成を動的に調節するために使用されるか（例えば、どのスポットビームが使用され、何のタイプのトラフィックが支援し、どこに向いているか）を各タイムスロットにおいて動的に調節することを含む。例えば、各時間フレーム内の第１の部分の時間（例えば、各フレーム内のタイムスロットのうちのいくつか）が順方向トラフィックを支援するために使用され、各時間フレーム内の第２の部分の時間が戻りトラフィックを支援するために使用され、第１および第２の部分が順方向容量と戻り方向容量との所望および／または必要比に基づき（例えば、動的に）選択されるように、経路構成スケジュールは定義され得る。上記によると、動的経路構成、経路切り替えおよび／または等々への言及は通常、上記または他のこのような特徴のうちの任意のものを容易にすることに向けられ得る。
【００２０】
本明細書で述べたように、コンステレーションの衛星１０５は、地上端末１５０と、コンステレーションの他の衛星１０５と通信することにより、衛星通信サービスを提供する。コンステレーションのいくつかまたはすべての衛星１０５は、１つまたは複数の「テラリンク」１４５上の通信（すなわち、特定の衛星１０５と１つまたは複数の地上端末１５０との間の直接無線通信リンク）に向けられた１つまたは複数のスポットビームを使用することにより（例えば、１つまたは複数の搬送波、１つまたは複数の偏波などを使用することにより）地上端末１５０と通信し得る。コンステレーションのいくつかまたはすべての衛星１０５は、１つまたは複数の「クロスリンク」１５５上の通信（すなわち、コンステレーション内の２つの衛星１０５間の直接無線通信リンク）に向けられた１つまたは複数のスポットビームを使用することにより（例えば、１つまたは複数の搬送波、１つまたは複数の偏波などを使用することにより）他の衛星１０５と通信し得る。いくつかの実施形態では、コンステレーションの１つまたは複数の衛星１０５はテラリンク１４５だけを介し通信するおよび／またはコンステレーションの１つまたは複数の衛星１０５はクロスリンク１５５だけを介し通信する。例えば、経路構成サブシステム１４０による経路１３０の動的構成は、特定のスポットビーム（特定タイムスロット内の）が、１つまたは複数のテラリンク１４５を介し１つまたは複数のゲートウェイ端末の順方向チャネルまたは戻りチャネル容量を選択的に提供できるようにし、１つまたは複数のそれぞれのテラリンク１４５を介し多くのユーザ端末の順方向チャネルまたは戻りチャネル容量を選択的に提供できるようにし、１つまたは複数のそれぞれのテラリンク１４５を介しゲートウェイとユーザ端末の両方の順方向チャネルまたは戻りチャネル容量を選択的に提供できるようにし、クロスリンク１５５を介し別の衛星１０５の順方向チャネルまたは戻りチャネル容量を選択的に提供できるようにし得る。
【００２１】
衛星通信サービスを単一の低軌道衛星１０５に提供するのは非実用的であるまたはそうでなければ望ましくない可能性がある。例えば、飛行中に、各衛星１０５は地球の１つまたは複数の領域を（例えば、その１つまたは複数のスポットビームにより）効果的に照射し得る。衛星１０５の軌道高度が低下するにつれその最大実効スポットビームカバレッジエリアは同様に低下し得る。さらに、非静止衛星１０５に関して、スポットビームの実効的照射領域は、衛星１０５が様々な時間に地球の様々な領域を照射するようにその衛星１０５がその軌道経路１１０に沿って移動するにつれ移動し得る（例えば、典型的ＬＥＯ衛星は約１０分で地上端末位置に対し１つの水平線から次の水平線へ移動し得る）。加えて、実効的照射領域は、地上トポロジー、障害物などの変化により時間の経過と共にサイズおよび／または形状が変化し得る。例えば、様々な地理的位置では、地球の表面は軌道経路１１０に近いまたはそれから遠い可能性があり（例えば、山または谷のため、赤道への近接性などのために）、その結果、スポットビームカバレッジエリアは若干大きいかまたは小さい；地形および／または障害物は衛星１０５と地上端末１５０間の見通し線に影響を与え得、その結果、スポットビームによりサービスされる実効カバレッジエリアが不規則である；等々。スポットビームカバレッジエリア上の地形と障害物のこのような影響は低軌道衛星１０５に関しより顕著であり得る。したがって、単一の低軌道衛星１０５は通常、絶えず位置を変える比較的小さなカバレッジエリアを呈し得、障害物と地形の変化とに対し脆弱である。
【００２２】
したがって、衛星通信システム１００の実施形態は、コンステレーションとして協働する多くのこのような衛星１０５を含む。コンステレーションアーキテクチャを使用することにより、複数の衛星１０５は、いかなる単一の軌道および／または非静止衛星よりもはるかに広く場合によってはより安定したカバレッジエリアをサービスするように連協働し得る。しかし、コンステレーションとして行動することは衛星１０５間の連携を含み得る。例えば、地上端末１５０が衛星１０５を介しデータを受信しており、衛星１０５が地上端末１５０の領域をもはや照射していない場所へ移動すれば、地上端末１５０との通信を維持することは、コンステレーション内の別の衛星１０５へ通信を引き渡すことを含み得る。通信の適切な引き渡しは、地上端末１５０に対する経時的な衛星１０５の位置、通信特性１５０（例えば、トラフィックの現在のおよび／または予測送信元と送信先、現在のおよび／または予測容量割り振り、現在のおよび／または予測リンク状態など）、および／または他の情報の衛星通信システム１００による認識に依存し得る。
【００２３】
伝統的な衛星コンステレーションは通常、受信信号を復調し、その信号を送信のために再変調する所謂「処理中：ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」（または「処理済み」）衛星を含む。いくつかのこのような処理中衛星アーキテクチャでは、コンステレーションの衛星間の連携は通常、衛星同士自体により行われ得る。これにより、非実用的に大きな数のゲートウェイ端末を含むことなく大きなコンステレーション（例えば、多くの衛星を有するおよび／または大きなエリア全体に広がった）にわたって衛星が動作を連携および中継できるようにさせ得る。
【００２４】
本明細書で述べた衛星１０５の実施形態は「ベントパイプ」（また「非処理」と呼ばれる）衛星であり、その結果、経路１３０を通る信号は処理衛星アーキテクチャと同様に復調または再変調される必要がない。その代りに、ベントパイプ衛星１０５による信号操作は、データ復調／変調および誤り訂正復号／符号化を省略する一方で、周波数変換、偏波変換、フィルタリング、増幅などの機能を提供し得る。上述のように、コンステレーション内の衛星１０５のいくつかまたはすべては、それぞれがベントパイプ経路１３０である１つまたは複数の飛行構成可能経路１３０を有し得る。
【００２５】
本明細書で説明する実施形態による衛星コンステレーションは、処理済み衛星とオンボードルーティング（時に、「宇宙内パケット交換：ｐａｃｋｅｔ−ｓｗｉｔｃｈ  ｉｎ  ｓｐａｃｅ」と呼ばれる）とを使用する伝統的ＬＥＯコンステレーションに勝るかなりの恩恵および特徴を提供し得る。例えば、衛星通信システムの収益は通常、スループット（すなわち、システムの様々なノード間の実際のデータ伝送）に基づく。したがって、収益は、地上端末１５０から供給されるまたはそれに吸い込まれるデータ量で換算され得る。このように考えると、クロスリンクトラフィックは資源を浪費する（例えば、地上データ源以外からのデータのいかなる受信および／または地上送信先以外へのデータのいかなる送信も、収益を直接生成すること無しに宇宙船の容積、重量、出力などを使用する）。クロスリンクに起因する浪費資源を軽減するための１つの従来技術は、より長距離のより高い速度（例えば、これによりビット当たりより多くの収益を得る）および／またはその送信元と送信先の地上端末間で複数の「ホップ」を経験する他のトラフィックに課金することである。
【００２６】
本明細書で説明する実施形態の様々な特徴はクロスリンクに起因する浪費衛星コンステレーション資源を軽減し得る。最初に、非処理衛星１０５の使用は、軌道上資源を各クロスリンクにおけるデータの復調および再変調に浪費しないことによりクロスリンク非効率性の一部を回避し得る。第２に、コンステレーションは柔軟な接続性を有するので、衛星資源（経路１３０）を最適に効率的な構成へ動的に適合させることが可能である。例えば、上に指摘したように、クロスリンクは浪費資源と見なされ得る。したがって、トラフィックの大部分がクロスリンクされていると、これは準最適配置を示し得、システム内の容量の増加はクロスリンクトラフィックの量を低減するようにゲートウェイを配備（または再配置）することにより取得され得る。動的経路構成により提供される柔軟性はさらに、地上端末１５０の数および／または位置の変化に衛星１０５が飛行中に適合するようにさせ得る。例えば、衛星通信システムは、比較的少量のトラフィックを支援するために比較的少数のゲートウェイでもって配置され得る。トラフィック（したがって容量要求）が増加すると、クロスリンクトラフィックを低減する（および、これにより容量を増加する）ためにゲートウェイが追加され得る。例えば、単一ゲートウェイでは、コンステレーション容量はＸと見なされ得る。ここでＸは単一衛星１０５の容量である（例えば、コンステレーション内のすべての衛星１０５が同じ容量を有すると仮定する）。クロスリンクに使用されているいかなる量の容量（例えば、時間）もトラフィックを地上で供給または吸い込むためには利用できない。したがって、クロスリンクの量を低減する位置にゲートウェイを追加することで、より多くの容量を効果的に利用し得る。十分なゲートウェイが正しく配置されれば、すべてのクロスリンクは理論的に削除され得、コンステレーション容量をＮ×Ｘへ駆り立てる。ここでＮは衛星１０５の数である。より一般的には、より高い要求の地理的エリア近くの地上位置にゲートウェイが追加されることになり、クロスリンクの大量使用は、より低い要求を有する海洋および他のエリア上でなされることになる。要求は大都市内／周囲でピークに達する傾向があるので、同様なエリア内のゲートウェイの配置は通常、クロスリンクの必要性を低減し、コンステレーション容量の増加を可能にする。
【００２７】
図２〜図５は、経路１３０の様々な実施形態と、その飛行中構成のための技術とを示す。図２は、様々な実施形態による経路１３０の飛行中構成の切り替えを使用する例示的経路構成環境２００を示す。経路構成環境２００は１つまたは複数の経路１３０を含む。一般的に、経路１３０は、衛星１０５により受信されたアップリンク信号を衛星１０５により送信するためのダウンリンク信号への変換を提供し得る。各経路１３０は受信機（Ｒｘ）および送信機（Ｔｘ）（図示せず）を含み得る。各受信機は低雑音増幅器（ＬＮＡ：ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を含み得、各送信機は高出力増幅器（ＨＰＡ：ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）（例えば、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ：ｔｒａｖｅｌｉｎｇ  ｗａｖｅ  ｔｕｂｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）または固体電力増幅器（ＳＳＰＡ：ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｐｏｗｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））を含み得る。しかし、受信機および送信機は、これらの部品に限定されなく、例えば周波数変換（例えば、ダウンコンバータ）、フィルタリングなどを提供する部品を含む他の部品も含み得る。各経路１３０に含まれる特定部品およびそれらの部品の構成は特定用途に依存して変化し得る。
【００２８】
経路構成環境２００は、簡潔さのためにフィードと呼ばれるＮ個のテラリンク２２０およびＭ個のクロスリンク２２５を含み得る。ここで、フィードは１つまたは複数のアンテナ（例えば、図１を参照して説明したアンテナ（群）１２５）であり得るということが理解される。図示のように、Ｎ個のテラリンクフィード２２０がゲートウェイおよびユーザ端末などの地上端末１５０をサービスし、Ｍ個のクロスリンクフィード２２５はコンステレーションの１つまたは複数の他の衛星１０５をサービスすると仮定する。例えば、衛星１０５は、その軌道を共有する各隣接衛星１０５との通信を容易にするために２つのクロスリンクフィード２２５（すなわち、Ｍ＝２）を含み得；衛星１０５は、その軌道を共有する各隣接衛星１０５と各隣接軌道内の衛星１０５との通信を容易にするために４つのクロスリンクフィード２２５（すなわち、Ｍ＝４）を含み得；衛星１０５は、その軌道内の次の２つの先行衛星１０５と次の２つの後行衛星１０５のそれぞれとの通信を容易にするために４つのクロスリンクフィード２２５（すなわち、Ｍ＝４）またはコンステレーション内の他の衛星１０５との通信を容易にするために任意の好適な数のクロスリンクフィード２２５を含み得る。同様に、衛星１０５は地上端末と通信するための任意の好適な数のテラリンクフィード２２０を含み得る。例えば、衛星１０５は単一スポットビームに対応する１つのテラリンクフィード２２０（すなわち、Ｎ＝１）を含み得；衛星１０５は複数のスポットビームに対応する数十のテラリンクフィード２２０（例えば、Ｎ＝３０）を含み得る；等々。上述のように、示された構成は完全構成可能経路１３０を容易にし得るが、コンステレーション内のいくつかの衛星１０５は、テラリンクフィード２２０だけ、クロスリンクフィード２２５だけ、またはそれらの組合せだけを有し得る。フィードはスイッチ（例えば、フェライトスイッチなどの高速スイッチ）を介し経路１３０と選択的に結合され得る。例えば、各経路１３０の受信側は１つまたは複数の受信スイッチ２３０を介し特定のテラリンクフィード２２０またはクロスリンクフィード２２５と結合され得、各経路１３０の送信側は１つまたは複数の送信スイッチ２３５を介し特定のテラリンクフィード２２０またはクロスリンクフィード２２５と結合され得る。経路１３０の受信側と、順方向リンクトラフィックを受信するように現在スケジューリングされた特定のフィードとを結合するように受信スイッチ２３０を構成することにより、そして経路１３０の送信側と、順方向リンクトラフィックを送信するように現在スケジューリングされた特定のフィードとを結合するように送信スイッチ２３５を構成することにより、経路１３０は順方向経路として効果的に構成され得る。受信スイッチ２３０を、経路１３０の受信側と、戻りリンクトラフィックを受信するように現在スケジューリングされた特定のフィードとを結合するように構成することにより、そして送信スイッチ２３０を、経路１３０の送信側と、戻りリンクトラフィックを送信するように現在スケジューリングされた特定のフィードとを結合するように構成することにより、経路１３０は戻り経路として効果的に構成され得る。複数の経路１３０を構成する複数の受信スイッチ２３０および送信スイッチ２３５により、衛星１０５の容量は、順方向チャネルおよび戻りチャネル容量の望ましい割り振りとビームカバレッジの望ましい時間的および空間的特性とをサービスするように飛行中に動的かつ柔軟に割り当てられ得る。
【００２９】
受信スイッチ２３０および送信スイッチ２３５の構成（すなわち、したがって経路１３０の構成）は経路構成サブシステム１４０により指示され得る。図示のように、経路構成サブシステム１４０の実施形態は切り替えスケジュール２１０に従って動作し得る。例えば、切り替えスケジュール２１０は、多くのタイムスロットのそれぞれにおける受信スイッチ２３０および送信スイッチ２３５の構成を定義する。いくつかの実施形態では、衛星コンステレーションは、フレーム化ハブスポークビーム切り替え型経路（ｆｒａｍｅｄ  ｈｕｂ−ｓｐｏｋｅ  ｂｅａｍ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ｐａｔｈｗａｙ）アクセスプロトコルに従って動作し得る。例えば、このプロトコルは、各フレームの各タイムスロットが送信ビームから受信ビームへの順方向リンク（例えば、ユーザ端末へのゲートウェイ）または戻りリンク（例えば、ゲートウェイへのユーザ端末）トラフィックのいずれかに対応し得るということを除き、衛星切り替え型時分割多重接続（ＳＳ／ＴＤＭＡ：Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式のものと同様なタイムスロットを含み得る。さらに、タイムスロットは、同一衛星リンク（例えば、テラリンク間）またはマルチ衛星リンク（例えば、テラリンクからクロスリンクへ；クロスリンクからテラリンクへ）用であり得る。通常動作中、フレームの連続ストリームが通常、通信を容易にするために使用される。複数の端末が、周知の多重化および多重アクセス技術（例えば、時分割多重化（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、多重周波数時分割多重アクセス（ＭＦ−ＴＤＭＡ：Ｍｕｌｔｉ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ：Ｃｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）など）を使用することにより各タイムスロット期間中にサービスされ得る。例えば、順方向リンクタイムスロットは複数のサブスロットに分割され得、ここでは、様々な端末または様々なグループの端末への送信は各サブスロットにおいてなされる。同様に、戻りリンクタイムスロットは複数のサブスロットに分割され得る。いくつかのスロットまたはサブスロットはネットワーク制御または信号情報（例えば、スケジューリング情報の伝達）用に予約され得る。様々な実施形態によると、切り替えスケジュール２１０は、所望により、各フレーム内で、またはそれより頻繁に、またはそれほど頻繁ではなく切り替えパターンを繰り返し得る。例えば、複数の切り替えパターンは、切り替えスケジュール２１０の一部として格納され得、特定規則に従って自律的に（例えば、一日の異なる時間に異なる要求を満足するためにスケジュールに従って、または、衛星１０５が異なる地理的領域内にあるときに）、または指令を受信することに応じて（例えば、地上端末１５０などから別の衛星１０５を介し）のいずれかで選択され��る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、各衛星１０５は多数のビーム（例えば、フィード）間で切り替り得る。いくつかの実施形態は、例えば任意の経路１３０と任意のビームとを結合し得る切り替えを提供することによりビーム間の完全な柔軟性を許容する。他の実施形態では、経路１３０のサブセットがビームのサブセットと結合され得る。例えば、一実施形態では、各スイッチは、経路１３０のうちの８つとビームのうちの８つとを選択的に結合し得るように８×８マトリックススイッチなどである。したがって、ビームは、それらの共有される切り替えに従って「ビームグループ」にグループ化され得る。例えば、ビームグループは、要求を平衡化させる（例えば、各ビームグループの容量の総要求を平衡化させる）、容量を要求に合致させる（例えば、容量の総要求をビームグループにより提供される容量に合致させる）、干渉を最小化する（例えば、互いに近いビームは通常、互いに遠いビームより互いに大きな干渉を生じるので、互いに近いビームは他のビームと共にグループ化され得る）、最繁時負荷をシフトする（例えば、システム性能の改善は「最繁時」が同じビームグループ内にあるビームに対して異なる時間に発生すれば得られ、どのビームが最繁時に遭遇しているかに依存してビームグループ内のビーム間での容量のシフトを許容し得る）、スケジュール競合を最小化する（例えば、経路構成パターンの設計により競合解除（ｄｅ−ｃｏｎｆｌｉｃｔ）されなければならないビーム競合の数を最小化する）、等々など任意の好適な目的に対応する目的関数を最適化するように割り当てられ得る。他の考慮点もまたビームグループ化に影響を与え得る。例えば、グループ化は、唯一のゲートウェイビームがビームグループ毎に割り当てられるように制限され得、その結果、各ビームユーザはただ１つのビームグループへ割り当てられ、その結果、ビームグループ内のすべてのビームのフィードは同じフィードアレイ上に配置される（同じ反射器により照射される）、等々。いくつかの実施形態では、ビームグループは設計時構成（ｄｅｓｉｇｎ−ｔｉｍｅ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）であり（すなわち、ビームグループはスイッチへのそれらの接続に従って効果的にハードコード化される）、一方、経路１３０構成は飛行中構成（ｉｎ−ｆｌｉｇｈｔ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）である（例えば、経路構成サブシステム１４０は切り替えスケジュール２１０に従って飛行中に経路１３０結合を動的に切り替え得る）。
【００３１】
切り替えスケジュール２１０は各タイムスロットにおいて衛星１０５の経路１３０構成を定義するために使用され得、それらの経路１３０構成はコンステレーション内の複数の衛星１０５の動作を連携させるようにスケジューリングされ得る。例えば、各タイムスロットにおいて、コンステレーション全体にわたるエンドツーエンド接続性（例えば、順方向チャネルおよび戻りチャネルトラフィックを支援するための）は、複数の衛星１０５間に分散される１つまたは複数の切り替えスケジュール２１０により定義され得る。いくつかの実施形態では、コンステレーションの衛星１０５のいくつかまたはすべては当該衛星１０５の専用切り替えスケジュール２１０を維持し得；一方、他の実施形態では、コンステレーションの衛星１０５のいくつかまたはすべては各タイムスロットにおける複数の衛星１０５の切り替え構成を定義する共有切り替えスケジュール２１０を維持し得る。以下に述べるように、切り替えスケジュール２１０は任意の好適なやり方で衛星により受信され得る。例えば、切り替えスケジュール２１０は、別の衛星１０５から当該衛星１０５へ飛行中に中継され得（例えば、クロスリンクフィード２２５を介し）、地上端末１５０から（例えば、テラリンクフィード２２０を介しゲートウェイ端末から）飛行中に衛星１０５へ伝達され得、衛星１０５が飛行中となる前に予め格納され得る（例えば、ハードコード化、予めプログラムされるなど）、等々。
【００３２】
図３Ａと図３Ｂは様々な実施形態による順方向経路１３０の例を示す。示された経路１３０は、経時的スナップショットにおける（例えば、特定タイムスロットにおける）特定経路１３０構成、または部分的構成可能な（すなわち、送信切り替え能力だけを有する）経路１３０を表し得る。一般的に、順方向チャネルトラフィックは１つまたは複数のユーザ端末に向けられたトラフィックであると想定される。このようなトラフィックは通常、ゲートウェイ端末から発生し得る。しかし、コンステレーションの文脈では、順方向リンクトラフィックは別の衛星１０５から１つの衛星１０５において受信され得る（例えば、送信元ゲートウェイ端末から送信先ユーザ端末への信号経路は複数の衛星間ホップ（ｉｎｔｅｒ−ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｈｏｐ）を含み得る）。図３Ａに示すように、受信機１３５ａは、テラリンクビームフィード２２０（例えば、ゲートウェイビームフィード、ゲートウェイ／ユーザ端末ビームフィードなど）を介し１つまたは複数のゲートウェイ端末から順方向アップリンク信号を受信し得る。図３Ｂに示すように、受信機１３５ａはクロスリンクビームフィード２２５を介し１つまたは複数の衛星から順方向アップリンク信号を受信し得る。図示しないが、いくつかのアーキテクチャは順方向リンクトラフィックが送信元ユーザ端末から送信先ユーザ端末へ伝達されることを許容し得ると考えられる（例えば、非ハブスポークアーキテクチャにおいて）。
【００３３】
図３Ａと図３Ｂの両方では、受信機１３５ａの出力は送信機１３５ｂの入力へ結合され得る（経路１３０を介し）。送信機１３５ｂは１つまたは複数の送信スイッチ２３５へ結合され得る。例えば、送信スイッチ２３５は信号経路に沿った経路１３０の送信機１３５ｂの後に配置され得る。送信スイッチ２３５は、多くのテラリンクフィードのうちの任意のものの間の送信信号を動的に切り替える（例えば、Ｎ個のユーザビームフィードを介し１つまたは複数のユーザ端末をサービスする）ことにより経路１３０からの出力を制御するために使用される、および／または多くのクロスリンクフィード２２５のうちの任意のものの間の送信信号を動的に切り替える（例えば、Ｍ個の衛星ビームフィードを介し１つまたは複数の衛星１０５をサービスする）ことにより経路１３０からの出力を制御するために使用される。上述のように、送信スイッチ２３５は切り替えスケジュール２１０に従って経路構成サブシステム１４０により指示され得る。例えば、送信スイッチ２３５は、出力ビームフィードのそれぞれに関連付けられたビームを出力するための順方向リンク容量を提供するために、切り替えパターン（例えば、ビームグループの）に従って様々な切り替え位置を循環し得る。
【００３４】
切り替えパターンは、フレーム期間中の「一組の切り替え位置対時刻」を定義し、これによりどのフィードを送信スイッチ２３５が所定時に送信機１３５ｂへ接続するかを定義し得る。いくつかの実施形態では、切り替えスケジュール２１０は、経路構成サブシステム１４０内のメモリ内に格納され得る。切り替えスケジュール２１０は、帯域内であり得るアップリンク信号を使用することにより（例えば、通信システム内の特定タイムスロットまたは搬送波を使用することにより）、または帯域外であり得るアップリンク信号を使用することにより（例えば、衛星１０５への別個の指令制御およびテレメトリリンクを使用することにより）経路構成サブシステム１４０へアップロードされ得る。送信スイッチ２３５が各位置で費やす時間の一部が、各ビームに提供される順方向リンク容量を判断し得る。順方向リンク容量の柔軟な割り振りは、送信スイッチ２３５が各位置において費やす時間量を変更することにより実現され得る。換言すれば、順方向リンク容量は、経路１３０がビームをサービスする相対的デューティサイクルを変更することにより柔軟に割り振られる。時間割り当ては、各ビームにおける負荷の時間的変動に対処するために動的であり得る（例えば、当該日の時間の経過と共に変化し得る）。送信スイッチ２３５は、例えばＫａ帯周波数などの高周波（ＲＦ）で動作する高速スイッチ（フレームタイミングに対して迅速に切り替わることができる）であり得る。いくつかの実施形態では、フェライトスイッチが送信スイッチ２３５用に使用され得る。フェライトスイッチは、高速スイッチング、低挿入損失（例えば、等価等方放射出力（ＥＩＲＰ：ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ  ｒａｄｉａｔｅｄ  ｐｏｗｅｒ）または利得対雑音対温度（Ｇ／Ｔ：ｇａｉｎ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に実質的に影響を与えない）、および高出力処理能力を提供し得る。
【００３５】
図３Ｃと図３Ｄは、様々な実施形態による戻り経路１３０の例を示す。示された経路１３０は経時的スナップショットにおける（例えば、特定タイムスロットにおける）特定経路１３０構成、または部分的構成可能経路１３０（すなわち、受信切り替え能力だけを有するもの）を表し得る。一般的に、戻りチャネルトラフィックは１つまたは複数のゲートウェイ端末に向けられたトラフィックであると想定される。このようなトラフィックは通常、ユーザ端末から発生し得る。しかし、コンステレーションの文脈では、戻りリンクトラフィックは別の衛星１０５から１つの衛星１０５において受信され得る（例えば、送信元ユーザ端末から送信先ゲートウェイ端末への信号経路は複数の衛星間ホップを含み得る）。さらに、戻りリンクトラフィックは、衛星１０５から１つまたは複数の送信先ゲートウェイ端末へ直接または１つまたは複数の他の衛星１０５を介しのいずれかで送信され得る。
【００３６】
受信機１３５ａの入力は１つまたは複数の受信スイッチ２３０と結合され得る。例えば、受信スイッチ２３０は信号経路内の経路１３０の受信機１３５ａの前に配置され得る。受信スイッチ２３０は、多くのテラリンクフィードのうちの任意のものの間で受信信号を動的に切り替える（例えば、Ｎ個のユーザビームフィードを介し１つまたは複数のユーザ端末をサービスする）ことにより、および／または多くのクロスリンクフィード２２５のうちの任意のものの間で受信信号を動的に切り替える（例えば、Ｍ個の衛星ビームフィードを介し１つまたは複数の衛星１０５をサービスする）ことにより、経路１３０への入力を制御するために使用され得る。上述のように、受信スイッチ２３０は切り替えスケジュール２１０に従って経路構成サブシステム１４０により指示され得る。例えば、受信スイッチ２３０は、入力ビームフィードのそれぞれに関連付けられたビームを入力するための戻りリンク容量を提供するために、切り替えパターン（例えば、ビームグループの）に従って様々な切り替え位置を循環し得る。図３Ｃと図３Ｄの戻り経路実施形態に使用される切り替えパターンは、図３Ａと図３Ｂの順方向経路実施形態を参照して上に説明したものとほぼ同一なやり方で実施され得る、および／またはそれにほぼ対応する機能を行い得る。例えば、このパターンは、フレーム期間中の「一組の切り替え位置対時刻」を定義し得、したがって、どのフィードを受信スイッチ２３０が所定時に受信機１３５ａへ接続するかを定義し得；受信スイッチ２３０が各位置で費やす時間の一部は各ビームへ提供される戻りリンク容量を判断し得る。時間割り当ては（例えば、各ビームにおける負荷の時間的変動に対処するために）静的または時間の経過と共に動的であり得る。
【００３７】
受信機１３５ａの出力は（経路１３０を介し）送信機１３５ｂの入力へ結合され得る。送信機１３５ｂは１つまたは複数の送信スイッチ２３５へ結合され得る。図３Ｃに示すように、送信機１３５ｂは、戻りダウンリンク信号をテラリンクビームフィード２２０（例えば、ゲートウェイビームフィード、ゲートウェイ／ユーザ端末ビームフィードなど）を介し１つまたは複数のゲートウェイ端末へ送信し得る。図３Ｂに示すように、送信機１３５ｂは戻りダウンリンク信号をクロスリンクビームフィード２２５を介し１つまたは複数の衛星へ送信し得る。図示しないが、いくつかのアーキテクチャは戻りトラフィックが送信元ゲートウェイ端末から送信先ゲートウェイ端末へ伝達されることを許容し得ると考えられる（例えば、非ハブスポークアーキテクチャにおいて）。
【００３８】
図４は、様々な実施形態による経路１３０の飛行中構成のためのビーム形成を使用する例示的経路構成環境４００を示す。例えば、コンステレーションのいくつかまたはすべての衛星１０５は、小さなスポットビームを生成するために使用されるフェーズドアレイアンテナを有する非処理ベントパイプアーキテクチャを支援し得る。これらの衛星１０５（すなわち、経路構成環境４００）は、それぞれが任意のタイムスロット内で順方向経路または戻り経路として割り振り可能である（または、上述のようにいくつかの経路は部分的に構成可能であり得る）Ｋ個の一般的経路１３０を含み得る。大きな反射器は、反射器の寸法とアンテナ素子の数および配置により設定される制約内で任意の指向性パターンを作る能力を提供するフェイズドアレイにより照射され得る。フェイズドアレイ給電（ｐｈａｓｅｄ  ａｒｒａｙ  ｆｅｄ）反射器は受信アップリンク信号と送信ダウンリンク信号の両方用に採用され得る。各経路１３０に含まれる特定部品およびそれらの部品の構成は特定用途に依存して変化し得る。
【００３９】
経路構成環境４００はＮ個のテラリンクフィードとＭ個のクロスリンクフィード２２５とを含み得る。フィードは１つまたは複数のアンテナ（例えば、図１のアンテナ（群）１２５）のフィードであり得る。図示のように、Ｎ個のテラリンクフィードはゲートウェイおよびユーザ端末などの地上端末１５０をサービスし、Ｍ個のクロスリンクフィード２２５はコンステレーションの１つまたは複数の他の衛星１０５をサービスすると仮定する。上述のように、示された構成は完全構成可能経路１３０を容易にし得るが、コンステレーション内のいくつかの衛星１０５は、テラリンクフィード２２０だけ、クロスリンクフィード２２５だけ、またはそれらの組合せだけを有し得る。フィードは、ビーム重み付けを調整することにより経路１３０と効果的に選択的に結合され、これにより経路１３０の接続性を動的に構成し得る。例えば、ビーム重み付けは、１つまたは複数のテラリンクフィードおよび／またはクロスリンクフィード２２５により受信されたトラフィックを１つまたは複数の経路１３０の受信側へ効果的に通すように受信側ビーム形成ネットワーク２８０により設定され得、ビーム重み付けは、トラフィックを１つまたは複数の経路の送信側から１つまたは複数のテラリンクフィードおよび／またはクロスリンクフィード２２５へ効果的に通すように送信側ビーム形成ネットワーク２８５（または、より正確には送信側「フィード形成」ネットワーク）により設定され得る。各経路１３０は、順方向チャネルトラフィックの経路１３０を通る信号経路を生成するように受信側ビーム形成ネットワーク２８０と送信側ビーム形成ネットワーク２８５とを構成することにより順方向経路として構成され得、各経路１３０は、戻りチャネルトラフィックの経路１３０を通る信号経路を生成するように受信側ビーム形成ネットワーク２８０と送信側ビーム形成ネットワーク２８５とを構成することにより戻り経路として構成され得る。複数の経路１３０を構成する受信側ビーム形成ネットワーク２８０と送信側ビーム形成ネットワーク２８５とにより、衛星１０５の容量は、順方向チャネルおよび戻りチャネル容量の望ましい割り振りとビームカバレッジの望ましい時間的および空間的特徴とをサービスするために飛行中に動的かつ柔軟に割り当てられ得る。
【００４０】
受信側ビーム形成ネットワーク２８０と送信側ビーム形成ネットワーク２８５は動的であり得、送信ビームと受信ビームの両方の位置の迅速な移動を可能にする（例えば、送信ビーム位置と受信ビーム位置の両方を迅速にホップすることにより）。ビーム形成ネットワークは、タイムスロット滞留時間と呼ばれる期間中１つのビームホッピングパターンに留まり得、ビーム位置パターンまたはビーム重み付けパターンはビームホッピングフレームの順序に配置され得る。フレームは反復され得るが、動的および／または時変的であり得る。ビームホップタイムスロットに関連付けられた受信および送信ビームの継続期間と位置もまた、フレーム間とフレーム内の両方で変化し得る。
【００４１】
受信側ビーム形成サブシステム２８０と送信側ビーム形成サブシステム２８５と（すなわち、したがって経路１３０の構成）により適用される重み付けは経路構成サブシステム１４０により指示され得る。図示のように、経路構成サブシステム１４０の実施形態は重み付けスケジュール２６０に従って動作し得る。例えば、重み付けスケジュール２６０はどの重み付けを多くのタイムスロットのうちの各タイムスロットにおいて適用すべきかを定義する。重み付けスケジュール２６０は図２〜図３Ｄを参照して上に説明した切り替えスケジュール２１０とほぼ同じやり方で使用され得る。いくつかの実施形態では、ビーム形成は、大きな交換システム、ビームグループ化などを含むことなく多数の経路１３０全体にわたる十分な柔軟性を提供するために使用され得る。重み付けスケジュール２６０は、任意の好適なやり方で各衛星１０５へ提供および／またはその中に格納され得る。例えば、重み付けスケジュール２６０は、飛行中に別の衛星１０５から当該衛星１０５へ中継され得る（例えば、クロスリンクフィード２２５を介し）、地上端末１５０から衛星１０５へ飛行中に伝達され得る（例えば、テラリンクフィードを介しゲートウェイ端末から）、衛星１０５が飛行中になる前に予め格納され得る（例えば、ハードコーディング化、予めプログラムなどされ得る）等々。さらに、特定衛星１０５により維持される重み付けスケジュール２６０は、例えば当該衛星１０５の専用重み付けスケジュール２６０、コンステレーション内のいくつかまたはすべての衛星１０５の共有重み付けスケジュール２６０などを含む任意の好適な重み付けスケジュール２６０であり得る。
【００４２】
図５は、様々なビーム形成実施形態を実現するための例示的衛星アーキテクチャを示す。複数の偏波を支援するために左偏波（ＬＨＰ：ｌｅｆｔ−ｈａｎｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）と右偏波（ＲＨＰ：ｒｉｇｈｔ−ｈａｎｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）の両方のアンテナ素子５０２、５０４が示される。いくつかの実施形態（図示せず）では、衛星アーキテクチャは単一偏波だけを支援する。他の実施形態では、衛星アーキテクチャは複数の偏波を支援するが単一偏波により動作する。２つの別々のアンテナシステム（受信（Ｒｘ）用のものと送信（Ｔｘ）用のもの）が図５の例では使用されるが、一体化Ｔｘ／Ｒｘアンテナシステムも使用される可能性がある。各アンテナシステムは、アレイ内のＬ個のアンテナ素子からなるフェイズドアレイにより照射される大きな反射器５０６、５０８を含み得る。図５の例はそのアンテナシステムとしてフェイズドアレイ給電反射器を使用するが、直接放射アレイ（ＤＲＡ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｒａｄｉａｔｉｎｇ  Ａｒｒａｙ）、またはビーム形成ネットワークを使用する任意の他のタイプのフェイズドアレイベースアンテナシステムが他の実施形態において使用され得る。
【００４３】
Ｒｘ系はフェイズドアレイ内のＬｒｘ素子で構成され得、各素子ポートの出力は低雑音増幅器（ＬＮＡ：Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）へ接続され得る。各ＬＮＡはシステム雑音温度を最小化するために関連フィード素子近くに配置され得る。ＬＮＡはフィード素子へ直接結合され得、これにより最適雑音指数を生じ得る。２×ＬｒｘＬＮＡのそれぞれの出力は、ＬＨＰとＲＨＰ部の両方から構成され得るＲｘビーム形成ネットワーク２８０へ結合され得る。システム雑音指数はＬＮＡによりほぼ設定されるので、Ｒｘビーム形成ネットワーク２８０は例えば同軸ケーブルまたは導波管の相互接続によりＬＮＡから離れて配置され得る。Ｒｘビーム形成ネットワーク２８０は２×Ｌｒｘ入力を受け、それぞれがＫ個のＲｘビームのうちの１つに対応するＫ個の出力信号を提供し得る。Ｒｘビーム形成ネットワーク２８０は、この例では、Ｒｘ周波数で動作し、したがっていかなる周波数変換も提供し得ない。
【００４４】
ＬＨＰ部とＲＨＰ部の両方からのＲｘビーム形成ネットワーク２８０のＫ個の出力はＫ個の信号経路ハードウェア部に通され得る。いくつかの実施形態では、同数の経路１３０が利用可能偏波（例えば、ＬＨＰとＲＨＰ）毎に使用され得るが、通常は、各偏波の受信信号へ接続される異なる数の経路１３０が存在する。ベントパイプアーキテクチャの各経路１３０は通常、周波数変換処理、フィルタリング、および選択可能利得増幅で構成される。他の形式の処理（例えば、復調、再変調または受信信号の再生）はベントパイプアーキテクチャを使用する際に行われない。周波数変換は、例えばベントパイプアーキテクチャにおいて、アップリンク周波数におけるビーム信号を別のダウンリンク周波数へ変換するために必要とされ得る。フィルタリングは通常、ダウンコンバータ前のプリフィルタリングとダウンコンバータ後のポストフィルタリングとで構成され、望ましくない混合器相互変調積を削除するだけでなく送信される信号の帯域幅を設定するために存在する。選択可能利得チャネル増幅器は、図５の例におけるＫ個の経路のそれぞれの経路の独立利得設定を提供し得る。
【００４５】
ＬＨＰ部とＲＨＰ部の両方を含み得るＴｘビーム形成ネットワーク２８５はＫ個の経路出力信号から２×Ｌｔｘ出力を生成し得る。いくつかの実施形態では、ＬＨＰ受信ビームから導出する経路出力信号はＲＨＰ送信ビーム上に出力され得、逆も同様である。他の実施形態では、ＬＨＰ受信ビームから導出する経路出力信号はＬＨＰ送信ビーム上に出力され得る。Ｔｘビーム形成ネットワーク２８５はこの例ではＴｘ周波数で動作し得、いかなる周波数変換も提供し得ない。Ｔｘビーム形成ネットワーク２８５の出力は２×Ｌｔｘ高出力増幅器（ＨＰＡ）へ結合される。各ＨＰＡの出力へ接続される高調波フィルタ（ＨＦ）は、例えばＨＰＡの出力からの第２次および高次高調波の抑制を提供するために低域通過フィルタリングを行い得る。次に、高調波フィルタの出力はＴｘフェイズドアレイ内の２×Ｌｔｘフィード素子へ入力され得る。各ＨＰＡおよび高調波フィルタは損失を最小化するために関連Ｔｘフィード素子の近くに配置され得る。理想的には、ＨＰＡ／ＨＦはＴｘフィード素子へ直接取り付けられ得、これにより最適放射出力を生じ得る。
【００４６】
図５に示すように、別々の反射器５０６、５０８とフィードアレイがＴｘおよびＲｘビーム用に使用され得る。しかし、上述のように、いくつかの実施形態では、単一反射器と単一フィードアレイとがＴｘとＲｘ機能の両方を行うために使用される。これらの実施形態では、各フィードは２つのポート（Ｔｘに１つとＲｘに１つ）を含み得る。２つの分波（例えば、ＲＨＰおよびＬＨＰ）を使用するシステムでは、５ポートフィード（Ｔｘに２つとＲｘに２つ）が含まれ得る。許容可能なＴｘからＲｘへの絶縁を維持するために、このような単一反射器手法はまた、フィード素子のうちのいくつかまたはすべての中にダイプレクサまたは他のフィルタ用素子を採用し得る。これらのフィルタ用素子はＴｘ帯域内の抑制を提供する一方でＲｘ帯域を通し得る。フィード素子数の増大とＢＦＮの位相整合必要要件は、この手法を実施するのをより複雑にし得るが、複数の反射器と複数のフィードアレイに関連する費用を低減し得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、Ｒｘビーム形成ネットワーク２８０、Ｔｘビーム形成ネットワーク２８５、またはその両方は、受信ビーム位置、送信ビーム位置またはその両方を時間の経過と共にホップするために時変ビーム重み付けを使用し得る。これらのビーム重み付け値はビーム重み付けプロセッサ（ＢＷＰ：Ｂｅａｍ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）５１４内に格納され得る。ＢＷＰ５１４はまた、適切な時刻に適切なビーム重み付けを生成するために制御論理を提供し得る。ＢＷＰ５１４は、トラフィックデータの帯域内またはそれ自身のアンテナおよび送受信機の帯域外であり得る双方向データリンク５１６を介し地上へ接続され得る。双方向データリンク５１６は、正しいビーム重み付けがＢＷＰ５１４により受信されたということを保証するために図５の例では双方向性として示される。したがって、再送要求を含む誤り検出および／または補正技術が、双方向リンクを使用することにより支援され得る。他の実施形態では、単方向リンクが誤り検出および／または補正と共に使用される。いくつかの実施形態では、ビーム重み付けの初期設定は発射前にＢＷＰ５１４のメモリ内にロードされ得る。
【００４８】
データリンク５１６は例えば、予め計算されたビーム重み付けを受信し、このような重み付けをＢＷＰ５１４へ配送するために使用され得る。データリンク５１６は衛星１０５への任意の好適な通信リンクであり得る。いくつかの実施形態では、データリンク５１６は、衛星テレメトリ、追跡および指令（ＴＴ＆Ｃ：ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ，  ｔｒａｃｋｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｍｍａｎｄ）リンクとして実現され得る。他の実施形態では、データリンク５１６は専用（帯域外）通信リンク（例えば、経路１３０により使用されるものとは異なる通信帯域を使用するデータリンク）として実現され得る。他の実施形態では、データリンク５１６は帯域内通信リンクであり得る（例えば、スペクトルの一部またはいくつかのタイムスロットは衛星により受信および／または復調され得る）。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ビーム重み付けは、ネットワークオペレーションセンタ（ＮＯＣ：Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｅｒ）などのネットワーク管理エンティティにおいて地上で生成される。Ｋ個のＴｘおよびＲｘビームのそれぞれの所望位置はフィード素子放射パターンと共に、ビーム重み付け値を生成するために使用され得る。所与の所望ビーム位置に適切なビーム重み付けを生成するためのいくつかの技術が存在する。例えば、一手法では、ビーム重み付けは非リアルタイムで地上で生成され得る。次に、動的重み付けはデータリンク５１６を介しＢＷＰ５１４へアップロードされ、次に、ＲｘアップリンクとＴｘダウンリンクとの両方上でホッピングビームを生成するために動的やり方でＢＦＮへ適用される。
【００５０】
データリンク５１６のダウンリンク部分は、ＢＦＮの状態を報告するために、そしてアップリンクされたビーム重み付けの正しい受信の確認を提供するために使用され得る。ビーム重み付けの正しい受信は例えば伝統的なＣＲＣコードの使用により判断され得る。例えば照査すべきＣＲＣの失敗により示されるように正しくない受信が発生した場合、ビーム重み付け（または正しくないまたは無効であると見なされたビーム重み付けの部分）のアップリンク送信が再送され得る。いくつかの実施形態では、この処理は、地上局とＢＷＰ５１４間の自動反復要求ＡＲＱ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｒｅｐｅａｔ  ｒｅｑｕｅｓｔ）再送プロトコル（例えば、選択的反復ＡＲＱ、ストップアンドウェイトＡＲＱまたはｇｏ−ｂａｃｋ−Ｎ  ＡＲＱ、または任意の他の好適な再送、誤り検出、または誤り訂正プロトコルなど）により制御され得る。
【００５１】
一般的に、衛星アーキテクチャ５００はＫ個の一般的ホッピング経路１３０を提供する。各経路１３０は、フィルタリング、周波数変換、増幅などのうちの１つまたは複数のものなどの信号処理を提供するエレクトロニクスおよび回路系を介し一緒に接続されるＲｘビームとＴｘビームから機能的に構成される。経路１３０はそれぞれ、ハブスポーク構成またはメッシュ構成で使用され得るベントパイプ中継器として表され得る。例えば、メッシュ構成を有する一実施形態では、経路１３０は第１の複数の地上端末１５０と第２の複数の地上端末１５０間で衛星１０５を介し信号を運ぶ。他の実施形態では、経路１３０はコンステレーションの複数の衛星１０５間の通信を容易にし得る。本明細書で述べたシステムと方法によると、各経路１３０の終端点（例えば、Ｔｘビーム位置およびＲｘビーム位置）は動的でありかつプログラム可能であり得、非常に柔軟な衛星通信アーキテクチャをもたらす。
【００５２】
受信側ビーム形成ネットワーク２８０と送信側ビーム形成ネットワーク２８５は任意の好適なやり方で実現され得る。受信側ビーム形成ネットワーク２８０の１つの実施形態は、Ｌｒｘフィード素子から信号を取り込みＫｐ個のＬＨＰおよびＲＨＰ形式ビームの信号を出力として提供し得る。フィード素子からの各入力信号は最初にＫ個の同一複製物（ビーム毎に１つ）に分割され得、次に、Ｋｐ個の平行ビーム形成器が実現され得る。各ビーム形成器は、Ｌｒｘ個のスプリッタのうちの１つから入力信号を取り込み、振幅および位相調整を信号へ与える振幅および位相調整回路系と、１つの形成されたビームから信号を生成するためにＬｒｘ個の振幅および位相調整済み信号を合計する加算器回路系とを含み得る。次に、各Ｒｘビーム出力はＫｐ個の独立信号経路のうちの１つに送出され得る。送信側ビーム形成ネットワーク２８５の１つの実施形態は、Ｋｐ個の信号経路から信号を取り込み、この信号をＬｔｘ個のフィード素子のそれぞれへ提供する。経路からの各入力信号は最初に、Ｌｔｘ個の同一複製物（フィード素子毎に１つ）へ分割され得る。次に、Ｌｔｘ個の平行「フィード形成器」が実現され得る。各フィード形成器は、Ｋｐ個のスプリッタのうちの１つから入力信号を取り込み、振幅および位相調整を提供する振幅および位相調整回路系を含み得、加算器回路系は、１つのフィード内の送信のための信号を生成するためにＬｔｘ個の振幅および位相調整済み信号を合計し得る。受信側ビーム形成ネットワーク２８０と送信側ビーム形成ネットワーク２８５のいずれかまたは両方は、各ネットワークの両半部内のＫ個のビーム形成器（またはフィード形成器）のそれぞれの上に動的（可変）かつプログラム可能な複雑な重み付け値を提供し得る。実際、このネットワークは通常、それぞれの機能（例えば、分割、重み付けおよび合成）を行うために使用される装置の挿入損のいくつかまたはすべてを考慮するために構造内に増幅段を有し得る。
【００５３】
図２〜図３Ｄは動的経路構成を可能にするためにスイッチングを使用する様々な技術を説明し、図４と図５は動的経路構成を可能にするためにビーム形成を使用するための様々な技術を説明する。他の実施形態は動的経路構成を可能にするために切り替えとビーム形成との両方の混合を使用し得る。例えば、いくつかの実施形態は、スイッチング部品に結合された１つまたは複数の固定位置フィードと、ビーム形成部品に結合された１つまたは複数のフェーズドアレイアンテナとを含み得る。このような構成は、追加柔軟性などの多くの特徴を提供し得、固定スポットビームとフェイズドアレイスポットビームの両方を支援し得る、等々。
【００５４】
上記説明は、コンステレーションの様々な実施形態において使用され得る衛星１０５の様々な実施形態を含む。上述のように、コンステレーションの衛星１０５の少なくともいくつかにおける経路１３０の連携されかつ動的な飛行中構成は時間的および／または空間的ビームカバレッジにおける柔軟性だけでなく順方向および戻りチャネル容量の柔軟な割り振りを可能にし得る。これらおよび他の能力は、図６Ａ〜図８Ｄにおける多くの例示的衛星通信システムアーキテクチャおよび例示的シナリオを使用することによりさらに説明される。上記アーキテクチャとシナリオは明瞭さを加えるように意図されており、本明細書で述べた実施形態の範囲を限定するようには意図されていない。
【００５５】
図６Ａ〜図６Ｃは、３つのその後の時刻のそれぞれにおける第１の通信シナリオにおける例示的衛星通信環境６００をそれぞれ示す。このシナリオは、それぞれの軌道経路１１０に沿って移動する衛星のコンステレーション１０５の情況において第２の地上端末１５０ｂと通信する第１の地上端末１５０ａを示す。例えば、これは、第１の地上端末１５０ａがゲートウェイ端末であり第２の地上端末１５０ｂはユーザ端末である順方向通信、または第１の地上端末１５０ａがユーザ端末であり第２の地上端末１５０ｂはゲートウェイ端末である戻り通信を表し得る。後続の各図は、ある「時刻」における接続性のそれぞれのスナップショットを示す。「時刻」は経路構成スケジュールの特定フレームの特定タイムスロット（例えば、シーケンス繰り返しなど）を表し得るが、タイムスロットは直接隣接するように意図されていなく、むしろ、長時間フレームにわたって発生し得る接続性変化を示すために時間的に離間される。例えば、後続図により表されるタイムスロットは、経路構成はさらに迅速に（例えば、秒当たり何回も）変化し得るが何分間だけ隔てられ得る。
【００５６】
例示のために、各時刻において、切り替え型経路構成は、１つまたは複数の衛星１０５を介し送信元地上端末１５０を送信先地上端末１５０へ接続する「回路」として効果的に現われる。経路１３０の物理的切り替えは「蓄積転送」パケット交換、非接続ルーティングなどルーティングベース手法と対比され得る。切り替えは送信元と送信先間の物理的接続性を変更するために使用される（「物理的」接続のいくつかのリンクは無線リンクである）。さらに、切り替えの「高速」多重化は、複数の異なる接続をフレーム当たり複数回（各回、完全な物理的接続を表わす）変更し得る（例えば、異なるタイムスロット期間中に異なる接続へ切り替える）。例えば、送信元から送信される信号は、信号伝播の速度で送信元からすべてのテラリンク、クロスリンクおよび経路１３０を通って実時間で（例えば、ある伝播遅延を含むが処理遅延無しに）移動し得る。
【００５７】
切り替え型経路構成は、コンステレーションが地上端末に対し移動したとしても任意の２つの地上端末１５０間の接続性が確立および／または維持されるようにし得る。時間の経過と共に、コンステレーションの異なる衛星１０５は、地上端末１５０の水平線に対して異なる時間に立ち上がり、設定することになりその結果、各地上端末１５０はコンステレーションの変化部分を時間の経過と共に「見る」。さらに、衛星１０５間の相互可視性は異なる衛星１０５が互いに視程内に出入りするにつれて変化し得る。これらの変化は衛星１０５の軌道特性（例えば、機構）および地上端末１５０の地理的位置に基づき予測され得る（すなわち、決定論的であり得る）。したがって、衛星コンステレーションを通るおよび特定の地上端末１５０間の所望接続性は、本明細書で述べたように個々の衛星上の所望経路接続を予め判断することにより配置され得る。このような経路接続は、例えば地上端末１５０のアップリンクを第１の衛星から異なる第２の衛星へ移動することにより、特定接続に沿ってクロスリンクを挿入または削除すること等々により、時間に応じて変化し得る。
【００５８】
第１の時刻では、図６Ａに示すように、第１の衛星１０５ａの第１のスポットビームは第１の地上端末１５０ａを含む地上領域を照射し、第１の衛星１０５ａの第２のスポットビームは第３の衛星１０５ｃを照射し、第３の衛星１０５ｃの第１のスポットビームは第２の地上端末１５０ｂを含む地上領域を照射している。さらに、第１の時刻では、第１の衛星の経路構成サブシステム１４０は、第１の地上端末１５０ａをサービスするテラリンク受信フィードと第３の衛星１０５ｃをサービスするクロスリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し、第３の衛星１０５ｃの経路構成サブシステム１４０は、第１の衛星１０５ａをサービスするクロスリンク受信フィードと第２の地上端末１５０ｂをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成した。この配置および構成における衛星１０５により、第１の地上端末１５０ａから第２の地上端末１５０ｂへの通信は、第１の通信リンク６０１ａ上で第１の地上端末１５０ａから第１の衛星１０５ａへ、第２の通信リンク６０１ｂ上で第１の衛星１０５ａから第３の衛星１０５ｃへ、そして第３の通信リンク６０１ｃ上で第３の衛星１０５ｃから第２の地上端末１５０ｂへ送信され得る。
【００５９】
第２の時刻では、図６Ｂに示すように、衛星１０５はそれらの軌道経路１１０に沿って移動し、これにより第１の地上端末１５０ａおよび第２の地上端末１５０ｂ（このシナリオでは静止していると仮定される）に対して位置を変更した。今、第３の衛星１０５ｃはもはや第２の地上端末１５０ｂをサービスしない。その代りに、第１の衛星１０５ａの第１のスポットビームは第１の地上端末１５０ａを含む地上領域を依然として照射しているが、第１の衛星１０５ａの第２のスポットビームは今や第４の衛星１０５ｄを照射しており、第４の衛星１０５ｄの第１のスポットビームは第２の地上端末１５０ｂを含む地上領域を照射している。したがって、第２の時刻では、第１の衛星１０５ａの経路構成サブシステム１４０は、第１の地上端末１５０ａをサービスするテラリンク受信フィードと第４の衛星１０５ｄをサービスするクロスリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し、第４の衛星１０５ｃの経路構成サブシステム１４０は、第１の衛星１０５ａをサービスするクロスリンク受信フィードと第２の地上端末１５０ｂをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成した。この配置および構成における衛星１０５により、第１の地上端末１５０ａから第２の地上端末１５０ｂへの通信は、第１の通信リンク６０２ａ上で第１の地上端末１５０ａから第１の衛星１０５ａへ、第２の通信リンク６０２ｂ上で第１の衛星１０５ａから第４の衛星１０５ｄへ、そして第３の通信リンク６０２ｃ上で第４の衛星１０５ｄから第２の地上端末１５０ｂへ送信され得る。
【００６０】
第３の時刻では、図６Ｃに示すように、衛星１０５はさらにそれらの軌道経路１１０に沿って移動し、再び地上端末１５０に対して位置を変更した。今、第１の衛星１０５ａはもはや第１の地上端末１５０ａをサービスしない。その代りに、第２の衛星１０５ｂの第１のスポットビームは第１の地上端末１５０ａを含む地上領域を照射しており、第２の衛星１０５ｂの第２のスポットビームは今や第４の衛星１０５ｄを照射しているが、第４の衛星１０５ｄの第１のスポットビームは第２の地上端末１５０ｂを含む地上領域を依然として照射している。したがって、第３の時刻では、第２の衛星１０５ｂの経路構成サブシステム１４０は、第１の地上端末１５０ａをサービスするテラリンク受信フィードと第４の衛星１０５ｄをサービスするクロスリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し、第４の衛星１０５ｃの経路構成サブシステム１４０は、第２の衛星１０５ｂをサービスするクロスリンク受信フィードと第２の地上端末１５０ｂをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成した。この配置および構成における衛星１０５により、第１の地上端末１５０ａから第２の地上端末１５０ｂへの通信は、第１の通信リンク６０３ａ上で第１の地上端末１５０ａから第２の衛星１０５ｂへ、第２の通信リンク６０３ｂ上で第２の衛星１０５ｂから第４の衛星１０５ｄへ、そして第３の通信リンク６０３ｃ上で第４の衛星１０５ｄから第２の地上端末１５０ｂへ送信され得る。
【００６１】
図７Ａ〜図７Ｃは、それぞれが複数のタイムスロットを含む複数のその後の時刻における第２の通信シナリオにおける例示的衛星通信環境７００をそれぞれ示す。このシナリオは第２の地上端末１５０ｂおよび第３の地上端末１５０ｃと通信する第１の地上端末１５０ａを示し；第３の地上端末１５０ｃは別の１つまたは複数の端末（図示せず）からの通信も受信し；これらはすべて、それぞれの軌道経路１１０に沿って移動する衛星のコンステレーション１０５の文脈におけるものである。例えば、これは、第１の地上端末１５０ａがゲートウェイ端末であり第２の地上端末１５０ｂおよび第３の地上端末１５０ｃはユーザ端末である複数の順方向通信；または第１の地上端末１５０ａがユーザ端末であり第２の地上端末１５０ｂおよび第３の地上端末１５０ｃはゲートウェイ端末である戻り通信を表し得る。後続の各図はある「時刻」における接続性のそれぞれのスナップショットを示し、各表された時刻は３つのタイムスロットを含む。例えば、この「時刻」は経路構成スケジュールの特定フレームを表し得る。その後の時刻は直接隣接するように意図されていなく、むしろ、より長い時間フレームにわたって発生し得る接続性変更を示すために時間的に離間される（例えば、図７Ａと図７Ｃ間の経過時間はコンステレーションの軌道特性および／または他の考慮点に依存して２０分などであり得る）。図示のように、論理的接続性（例えば、各通信に関連付けられた一対の論理的送信元および送信先識別子）はタイムスロットによりスケジューリングされ、物理的接続性（例えば、スイッチ構成により表されるように物理的送信元端末から特定テラリンクおよびクロスリンクを介し１つまたは複数の衛星を通る物理的送信先端末への回路）もまた論理的接続性を有効にするためにタイムスロットによりスケジューリングされる（すなわち、送信元から送信先への通信は論理レイヤ間の連携を含み得る）。例えば、図７Ａと図７Ｂに示される論理的接続性は、各第１のタイムスロットにおいて第１の地上端末１５０ａが第３の地上端末１５０ｃへ送信するということと、各第２のタイムスロットにおいて第１の地上端末１５０ａが第２の地上端末１５０ｂと通信するということと、各第３のタイムスロットにおいて第３の地上端末１５０ｃが他の地上端末１５０（図示せず）からトラフィックを受信するということとを定義する。しかし、各時刻において、衛星１０５の位置は異なり、その結果、物理的経路接続は地上端末間の同じエンドツーエンド接続を有効にするために変化する。
【００６２】
第１の時刻では、図７Ａに示すように、第１の衛星１０５ａの第１のスポットビームは第１の地上端末１５０ａを含む地上領域を照射し、第１の衛星１０５ａの第２のスポットビームは第２の衛星１０５ｂを照射し、第１の衛星１０５ａの第３のスポットビームは第３の地上端末１５０ｃを含む地上領域を照射し、第２の衛星１０５ｃの第１のスポットビームは第２の地上端末１５０ｂを含む地上領域を照射し、そして第３の衛星１０５ｃの第１のスポットビームは第２の衛星１０５ｂを照射している。第１の時刻の第１のタイムスロットにおいて、第１の衛星１０５ａの経路構成サブシステム１４０は、第１の地上端末１５０ａをサービスするテラリンク受信フィードと第３の地上端末１５０ｃをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成した；その結果、第１の地上端末１５０ａからのトラフィックは第１のタイムスロット期間中に通信リンク７０１ａ上で第１の地上端末１５０ａから第１の衛星１０５ａへ、そして通信リンク７０１ｂ上で第１の衛星１０５ａから第３の地上端末１５０ｃへ送信され得る。第１の時刻の第２のタイムスロットでは、第１の衛星１０５ａの経路構成サブシステム１４０は、第１の地上端末１５０ａをサービスするテラリンク受信フィードと第２の衛星１０５ｃをサービスするクロスリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し（例えば、同じ経路を再構成し、または異なる経路を構成し）、第２の衛星１０５ｂの経路構成サブシステム１４０は、第１の衛星１０５ａをサービスするクロスリンク受信フィードと第２の地上端末１５０ｂをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成した。この構成では、第１の地上端末１５０ａからのトラフィックは第２のタイムスロット期間中に通信リンク７１１ａ（第１のタイムスロットの通信リンク７０１ａと同じであってもよいし異なってもよい）上で第１の地上端末１５０ａから第１の衛星１０５ａへ、通信リンク７１１ｂ上で第１の衛星１０５ａから第２の衛星１０５ｂへ、そして通信リンク６１１ｃ上で第２の衛星１０５ｂから第２の地上端末１５０ｂへ送信され得る。第１の時刻の第３のタイムスロットでは（例えば、および／または第１のタイムスロット期間中）、第２の衛星１０５ｂの経路構成サブシステム１４０は、第３の衛星１０５ｃをサービスするクロスリンク受信フィードと第２の地上端末１５０ｂをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成した；その結果、第３の衛星１０５ｃからの（例えば、他の地上端末１５０（図示せず）から発生する）トラフィックは第３のタイムスロット期間中に通信リンク７２１ａ上で第３の衛星１０５ｃから第２の衛星１０５ｂへ、そして通信リンク７２１ｂ上で第２の衛星１０５ｂから第２の地上端末１５０ｂへ送信され得る。
【００６３】
第２の時刻では、図７Ｂに示すように、衛星１０５はそれらの軌道経路１１０に沿って移動し、これにより第１、第２、および第３の地上端末１５０（このシナリオでは静止していると仮定される）に対する位置を変更した。今や、第１の衛星１０５ａは自身のスポットビームによりすべての３つの地上端末１５０をサービスすることができ、第２の衛星１０５ｃもまた自身のスポットビームにより第２の地上端末１５０ｂを依然としてサービスしており、そして第３の衛星１０５ｃは自身のスポットビームにより第２の衛星１０５ｂを依然として照射している。第２の時刻の第１のタイムスロットでは、トラフィックを第１の地上端末１５０ａから第３の地上端末１５０ｃへ送信することが再び（図７Ａの第１のタイムスロットと同様に）望ましく、第１の衛星１０５ａは両方の地上端末１５０を依然としてサービスする。したがって、第１の衛星１０５ａの経路構成サブシステム１４０は再び、第１の地上端末１５０ａをサービスするテラリンク受信フィードと第３の地上端末１５０ｃをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し得る。その結果、トラフィックは通信リンク７０２ａ上で第１の地上端末１５０ａから第１の衛星１０５ａへ、そして通信リンク７０２ｂ上で第１の衛星１０５ａから第３の地上端末１５０ｃへ送信され得る。第２の時刻の第２のタイムスロットでは、トラフィックを第１の地上端末１５０ａから第２の地上端末１５０ｂへ送信することが再び（図７Ａの第２のタイムスロットと同様に）望ましいが、今や、第１の衛星１０５ａは両方の地上端末１５０をサービスする。したがって、第１の衛星１０５ａの経路構成サブシステム１４０は、第１の地上端末１５０ａをサービスするテラリンク受信フィードと第２の地上端末１５０ｂをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し得る；その結果、トラフィックは通信リンク７１２ａ上で第１の地上端末１５０ａから第１の衛星１０５ａへ、そして通信リンク７１２ｂ上で第１の衛星１０５ａから第２の地上端末１５０ｂへ送信され得る。第２の時刻の第３のタイムスロットでは、トラフィック（例えば、他の地上端末１５０（図示せず）から発生する）を第３の衛星１０５ｃから第２の地上端末１５０ｂへ送信することが再び（図７Ａの第３のタイムスロットと同様に）望ましく、第２の衛星１０５ｂは第２の地上端末１５０ｂを依然としてサービスする。したがって、第２の衛星１０５ｂの経路構成サブシステム１４０は、第３の衛星１０５ｃをサービスするクロスリンク受信フィードと第２の地上端末１５０ｂをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し得る。その結果、トラフィックは通信リンク７２２ａ上で第３の衛星１０５ｃから第２の衛星１０５ｂへ、そして通信リンク７２２ｂ上で第２の衛星１０５ｂから第２の地上端末１５０ｂへ送信され得る。
【００６４】
図７Ｃは、衛星１０５が図７Ｂと同様にそれぞれのほぼ同じ軌道位置に存在する間の要求の変化を表す（例えば、衛星１０５の軌道位置に対して依然として第２の「時刻」であるが図７Ｂに代表される時刻「２」以降の要求のその後の変化を示すために時刻「２．２」として表される）。要求の変化により、トラフィック（例えば、他の地上端末１５０（図示せず）から発生する）を第１と第２の両方のタイムスロットにおいて第１の地上端末１５０ａから第３の地上端末１５０ｃへ送信し、第１と第３の両方のタイムスロットにおいて第３の衛星１０５ｃから第２の地上端末１５０ｂへ送信することが望ましい。時刻２．２の第１と第２のタイムスロットのそれぞれでは、第１の衛星１０５ａの経路構成サブシステム１４０は、第１の地上端末１５０ａをサービスするテラリンク受信フィードと第３の地上端末１５０ｃをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し得；その結果、トラフィックは、通信リンク７０３ａ／７１３ａ上で（第１と第２のタイムスロットそれぞれにおいて）第１の地上端末１５０ａから第１の衛星１０５ａへ、そして通信リンク７０３ｂ／７１３ｂ上で（第１と第２のタイムスロットそれぞれにおいて）第１の衛星１０５ａから第３の地上端末１５０ｃへ送信され得る。時刻２．２の第１と第３のタイムスロットのそれぞれでは、第２の衛星１０５ｂの経路構成サブシステム１４０は、第３の衛星１０５ｃをサービスするクロスリンク受信フィードと第２の地上端末１５０ｂをサービスするテラリンク送信フィードとの間に信号経路を形成するように経路１３０を構成し得る；その結果、トラフィックは、通信リンク７０３ｃ／７２３ａ上で（第１と第３のタイムスロットそれぞれにおいて）第３の衛星１０５ｃから第２の衛星１０５ｂへ、そして通信リンク７０３ｄ／７２３ｂ上で（第１と第３のタイムスロットそれぞれにおいて）第２の衛星１０５ｂから第２の地上端末１５０ｂへ送信され得る。
【００６５】
図８Ａ〜図８Ｄはそれぞれ、複数のその後の時刻における第３の通信シナリオにおける例示的衛星通信環境８００を示す。このシナリオは、軌道経路（図示せず）を辿る衛星のコンステレーション１０５（図示せず）を介し２つの地上端末１５０（ゲートウェイ端末８１０として示される）と通信する５つの地上端末１５０（ユーザ端末８２０として示される）を示す（示されるのは、軌道経路に対応する「地上航跡」１１０であり、例えば衛星直下点により追跡される経路であり得る）。衛星がそれらの地上軌道経路を辿るにつれて、それらのスポットビームはそれぞれの「スポット足跡」８４０（簡単のため円形足跡として示される）を照射し、その結果、特定の地上端末１５０が衛星のスポット足跡８４０内に存在する（すなわち、衛星が地上端末の視野内にいる）ときだけ特定の衛星１０５によりサービスされ得る。衛星コンステレーションはゲートウェイ端末８１０とユーザ端末８２０とを含む「サービス領域」８３０へ通信サービスを提供するように設計される。サービス領域８３０は副領域で構成され得る。副領域はすべて単一衛星コンステレーションによりサービスされ、任意の好適なやり方で定義される。例えば、副領域は地理的に定義され得る（例えば、地球規模で、地域的に、より小さな地理的エリアなどにより）、または政治的に定義され得る（例えば、１つのサービス領域は仏国とすべての仏国の世界中属領地とを加えたもの）。異なる副領域は異なる必要要件を有し得る（例えば、すべての仏国トラフィックは地上送信元および送信先にかかわらず仏国内のゲートウェイを通過しなければならなく、一方別のサービス副領域は国籍にかかわらず最近接ゲートウェイを使用し得る）。図８Ａ〜図８Ｄのそれぞれは、４つのその後の時刻のそれぞれにおけるユーザ端末８２０からゲートウェイ端末８１０へのコンステレーションを介した戻りチャネル接続性を説明するための情況を提供する。上記図７Ａ〜図７Ｃの第２のシナリオを参照して説明したように、各「時刻」は複数のタイムスロットを有する特定フレームなどを表し得る。
【００６６】
各時刻（図８Ａ〜図８Ｄそれぞれにより示される）における各ユーザ端末８２０の戻りチャネル接続性は次表内に要約される。
2018528659.tif 000003
表で、「ＵＴ」はユーザ端末８２０を示し、「Ｓ」は衛星１０５を示し（例えば、Ｓ１はスポット足跡８４０ａを生成する衛星１０５に対応し、Ｓ２はスポット足跡８４０ｂを生成する衛星１０５に対応するなど）、「ＧＷ」はゲートウェイ端末８１０を示す（例えば、「ＧＷ１」はゲートウェイ端末８１０ａに対応し、「ＧＷ２」はゲートウェイ端末８１０ｂに対応する）。
【００６７】
第１の時刻では、図８Ａ（そして表の第１の無ヘッダー行）に示すように、ゲートウェイ端末８１０ａ、ユーザ端末８２０ｂおよびユーザ端末８２０ｄは同じスポット足跡８４０ａ（すなわち、衛星１０５ａによりサービスされる）内におり；ゲートウェイ端末８１０ｂおよびユーザ端末８２０ｃは異なるスポット足跡８４０ｂ（すなわち、衛星１０５ｂによりサービスされる）内におり；ユーザ端末８２０ａおよびユーザ端末８２０ｅはスポット足跡８４０ｃ（すなわち、衛星１０５ｃによりサービスされる）内におり；いかなる地上端末１５０もスポット足跡８４０ｄ（すなわち、衛星１０５ｄによりサービスされる）内にはいない。したがって、ユーザ端末８２０ａからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｃと衛星１０５ａを介し（すなわち、２つのスポット足跡８４０にまたがって）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｂからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａ（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）を介しゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｃからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｂ（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）を介しゲートウェイ端末８１０ｂへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｄからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａ（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）を介しゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｅからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｃと衛星１０５ａを介し（すなわち、２つのスポット足跡８４０にまたがって）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得る。
【００６８】
第２の時刻では図８Ｂ（そして表の第２の無ヘッダー行）に示すように、衛星１０５はそれらの軌道経路１１０に沿って移動し、その結果、ゲートウェイ端末８１０ａ、ユーザ端末８２０ｂ、ユーザ端末８２０ｄ、および今やユーザ端末８２０ａはスポット足跡８４０ａ（すなわち、衛星１０５ａによりサービスされる）内におり；ゲートウェイ端末８１０ｂとユーザ端末８２０ｃはスポット足跡８４０ｂ（すなわち、衛星１０５ｂによりサービスされる）内に依然としており；ユーザ端末８２０ｅだけが今やスポット足跡８４０ｃ（すなわち、衛星１０５ｃによりサービスされる）内におり；いかなる地上端末１５０もスポット足跡８４０ｄ（すなわち、衛星１０５ｄによりサービスされる）内と、今や可視であるスポット足跡８４０ｅおよびスポット足跡８４０ｆ（すなわち、衛星１０５ｅと衛星１０５ｆとによりそれぞれサービスされる）内にいない。したがって、ユーザ端末８２０ａからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａ（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）を介しゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｂからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａを介し（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｃからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｂを介し（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）ゲートウェイ端末８１０ｂへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｄからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａを介し（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｅからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｃと衛星１０５ａを介し（すなわち、２つのスポット足跡８４０をまたがって）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得る。
【００６９】
第３の時刻では、図８Ｃ（そして表の第３の無ヘッダー行）に示すように、衛星１０５はさらにそれらの軌道経路１１０に沿って移動し、その結果、ゲートウェイ端末８１０ａ、ユーザ端末８２０ｄ、ユーザ端末８２０ａ、および今やユーザ端末８２０ｅはスポット足跡８４０ａ（すなわち、衛星１０５ａによりサービスされる）内におり；ユーザ端末８２０ｂは今やスポット足跡８４０ｅ（すなわち、衛星１０５ｅによりサービスされる）内におり；ゲートウェイ端末８１０ｂは今やスポット足跡８４０ｆ（すなわち、衛星１０５ｆによりサービスされる）内におり；ユーザ端末８２０ｃはスポット足跡８４０ｂ（すなわち、衛星１０５ｂによりサービスされる）内に依然としており；いかなる地上端末１５０もスポット足跡８４０ｃ（すなわち、衛星１０５ｃによりサービスされる）内にいなく；スポット足跡８４０ｄはもはや視野内にいない（すなわち、もはやサービス領域８３０と重ならない）。したがって、ユーザ端末８２０ａからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａ（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）を介しゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｂからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｅと衛星１０５ａを介し（すなわち、２つのスポット足跡８４０にまたがって）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｃからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｂと衛星１０５ｆを介し（すなわち、２つのスポット足跡８４０にまたがって）ゲートウェイ端末８１０ｂへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｄからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａを介し（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｅからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａを介し（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得る。
【００７０】
第４の時刻では、図８Ｄ（そして表の第４の無ヘッダー行）に示すように、衛星１０５はさらにそれらの軌道経路１１０に沿って移動し、その結果、ゲートウェイ端末８１０ａ、ユーザ端末８２０ｂおよびユーザ端末８２０ｄはスポット足跡８４０ｅ（すなわち、衛星１０５ｅによりサービスされる）内におり；ゲートウェイ端末８１０ｂおよびユーザ端末８２０ｃはスポット足跡８４０ｆ（すなわち、衛星１０５ｆによりサービスされる）内におり；ユーザ端末８２０ａとユーザ端末８２０ｅはスポット足跡８４０ａ（すなわち、衛星１０５ａによりサービスされる）内におり；いかなる地上端末１５０もスポット足跡８４０ｂ（すなわち、衛星１０５ｂによりサービスされる）内にいない。特に、スポット足跡８４０ｅ、８４０ｆ、８４０ａおよび８４０ｂの時刻４における位置はスポット足跡８４０ａ、８４０ｂ、８４０ｃおよび８４０ｄそれぞれの時刻１（図８Ａ）における位置とほぼ同じである（地上端末に対し）。したがって、接続性は、コンステレーションの異なる衛星１０５が使用されているということを除きほぼ同じであるように見える。特に、ユーザ端末８２０ａからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａと衛星１０５ｅを介し（すなわち、２つのスポット足跡８４０にまたがって）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｂからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｅを介し（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｃからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｆを介し（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）ゲートウェイ端末８１０ｂへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｄからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ｅを介し（すなわち、１つのスポット足跡８４０内のすべて）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得、ユーザ端末８２０ｅからの戻りチャネルトラフィックは衛星１０５ａと衛星１０５ｅを介し（すなわち、２つのスポット足跡８４０をまたがって）ゲートウェイ端末８１０ａへ伝達され得る。
【００７１】
上記システムおよびシナリオはコンステレーション内の衛星１０５の飛行中経路構成を含む。上述のように、コンステレーション内のいくつかまたはすべての衛星１０５は、経路構成スケジュール（例えば、切り替えスケジュール２１０、重み付けスケジュール２６０など）に従って動作する経路構成サブシステム１４０を使用することにより飛行中経路構成機能を実施し得る。衛星通信システムの実施形態は、コンステレーションのいくつかまたはすべての経路構成サブシステム１４０により使用される経路構成スケジュールを計算および／または配送するための１つまたは複数の接続性計算システムを含み得る。
【００７２】
図９は、様々な実施形態によるコンステレーションの少なくとも１つの衛星１０５（図を過剰に複雑化しないように１つの衛星１０５だけが示される）と通信する地上端末１５０を含む衛星通信システム９００の例示的部分を示す。衛星通信システム９００は、図６Ａ〜図８Ｄの任意のものと同様な衛星コンステレーション、または任意の他の好適な配置を含み得る。地上端末１５０は接続性計算システム９１０と通信サブシステム９３０とを含む。例えば、接続性計算システム９１０はゲートウェイ端末で実現されてもよいし複数のゲートウェイ端末にわたって分散されてもよい。
【００７３】
図示のように、接続性計算システム９１０は、コンステレーションの衛星１０５のいくつかまたはすべての衛星の軌道パラメータ９４３と衛星通信システム９００の地上端末１５０（および／または衛星１０５）のいくつかまたはすべての地上端末の通信資源パラメータ９４５とを格納し得るデータ記憶装置９４０を含み得る。データ記憶装置９４０は、例えば連結、分散等々される１つまたは複数のデータ記憶装置として、任意の好適なやり方で実現され得る。軌道パラメータ９４３は、例えば衛星１０５の軌道（例えば、軌道経路、地上航跡、高度、速度、既知の見通し線または閉塞情報などの数学的定義を含む）、衛星１０５の経時的位置（例えば、相対的、ゲートウェイおよび／または他の地上端末に対する、地球地勢に対する、絶対三次元空間または他の座標空間などにおける）、衛星１０５の経時的カバレッジ（例えば、スポット足跡サイズおよび／または位置など）等々を含み得る。通信資源パラメータ９４５は、例えばコンステレーションと通信するユーザ端末の通信資源要求パラメータ（例えば、ユーザ端末の現在のおよび／または予想容量ニーズまたはユーザ端末のグループ、端末の地理的位置、ユーザ端末のリンク品質など）、コンステレーションと通信するゲートウェイ端末の通信資源提供パラメータ（例えば、ゲートウェイ端末の現在のおよび／または予想容量、ゲートウェイ停止、ゲートウェイの地理的位置、ユーザ端末−ゲートウェイ関連性、認可された通信エリアなど）、コンステレーションの衛星１０５の通信資源スループットパラメータ（例えば、経路の数および／または容量、衛星１０５の総容積、支援されるビームまたはフィード数、支援される周波数帯域および／または分波、現在の構成パラメータなど）等々を含み得る。
【００７４】
接続性計算システム９１０の実施形態は、経路スケジューリングサブシステム９２０を実現する一組の（すなわち、１つまたは複数の）部品を含み得る。経路スケジューリングサブシステム９２０は、いくつかまたはすべてのタイムスロットにおけるコンステレーション内の衛星１０５のいくつかまたはすべての衛星１０５のベントパイプ経路９３０の順次構成（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を定義する経路構成スケジュール９２５を計算し得る。経路構成スケジュール９２５は、軌道パラメータ９４３と通信資源パラメータ９４５とに応じて計算され、どのように接続性がコンステレーションを介し地上端末１５０間に構成されるかを各タイムスロットにおいて効果的に定義し得る。例示のために、ゲートウェイがトラフィック（すなわち、順方向チャネルトラフィック）をユーザ端末へ送信したいと仮定する。この送信を有効にすることは次の（ｉ）と（ｉｉ）を連携させることを含み得る：（ｉ）特定の１つまたは複数のタイムスロット期間中、ゲートウェイは当該トラフィックをユーザ端末へ送信するようにスケジューリングされる（そして、いくつかの実施形態では、ユーザ端末は当該トラフィックをゲートウェイから受信するようにスケジューリングされる）；（ｉｉ）同じ１つまたは複数のタイムスロット期間中、コンステレーションの１つまたは複数の衛星１０５は、ゲートウェイからユーザ端末への接続性（例えば、信号経路）を生成するように構成されたそれぞれの１つまたは複数の経路を有する。例えば、トラフィックスケジューリングと経路スケジューリングの両方は、飛行中経路構成の情況においてコンステレーションを介した効果的接続性のために連携される。このような連携の実施は、軌道パラメータ９４３により与えられるような送信の所望時刻におけるコンステレーションの構成（例えば、様々な衛星１０５がゲートウェイとユーザ端末とに対してどこにいるか）に従ってどの経路をどの信号経路内に構成すべきか（例えば、どの送信フィードおよび受信フィードが経路を介し結合されるべきか）と、いつトラフィックが通信資源パラメータ９４５により与えられる送信のためにスケジューリングされるべきか（例えば、いつスケジューリングされ得るべきか）とを計算することを含み得る。例えば、トラフィックのスケジュールは、衛星通信システム９００の１つまたは複数の機能（例えば、同じまたは異なる地上端末１５０の機能）により生成され得、スケジュールは、経路スケジューリングサブシステム９２０により使用される通信資源パラメータ９４５に動的に影響を与え得る。代替的に、計算された経路構成スケジュール９２５は、トラフィックの適切なスケジュールの計算に使用される衛星通信システム９００の１つまたは複数の機能へフィードバックされ得る（例えば、トラフィックは、経路構成スケジュールの知識に従ってゲートウェイなどへの通信のためにスケジューリングされ得る）。
【００７５】
上述のように、計算された経路構成スケジュール９２５は任意の好適なやり方で衛星１０５のいくつかまたはすべてへアップロードされ得る。いくつかの実施形態では、経路構成スケジュール９２５は複数のゲートウェイ端末へ伝達され、各衛星１０５は、各衛星１０５が通信状態にあるゲートウェイ端末から経路構成スケジュール９２５（例えば、同じ経路構成スケジュール９２５、衛星１０５毎に異なるバージョンなど）のインスタンスを受信する。いくつかの実施形態では、いくつかの衛星１０５はコンステレーション内の別の衛星１０５から経路構成スケジュール９２５のインスタンスを受信し得る。例えば、１つまたは複数のゲートウェイ端末（または任意の好適な地上端末１５０）は、経路構成スケジュール９２５を１つまたは複数の衛星１０５へ伝達するためにそれぞれの通信サブシステム９３０を使用し得る。経路構成スケジュール９２５は、帯域内（例えば、通信システム内の特定タイムスロットまたは搬送波を使用する）または帯域外（例えば、衛星１０５に対する別個の指令制御およびテレメトリリンクを使用する）であり得るアップリンク（またはクロスリンク）信号を使用することにより各衛星１０５の経路構成サブシステム１４０へアップロードされ得る。いくつかの実施形態では、通信サブシステム９３０はさらに、衛星１０５および／または地上端末１５０から情報を受信し得る。この情報は、例えばデータ記憶装置９４０内の通信資源パラメータ９４５（例えば、現在の容量、要求、リンク状態、停止、天候など）の判断に影響を与えることによりトラフィックおよび／または経路スケジューリングに影響を与えるためにフィードバックされ得る（例えば、経路スケジューリングサブシステム９２０を介し）。
【００７６】
図１０は、様々な実施形態による帰路ネットワーク１０１０と通信する複数のゲートウェイ端末８１０と多くの衛星１０５とを含む衛星通信システム１０００の別の例示的部分を示す。衛星１０５はコンステレーションとして構成され、軌道経路１１０（例えば、非静止低または中地球軌道）を辿る。ゲートウェイ端末８１０は任意の好適なやり方で地理的に分散され得る。例えば、ゲートウェイ端末８１０は、帰路ネットワーク１０１０インフラストラクチャの近くで、ユーザ端末から離れ、互いに離れて配置され得る。いつでも、コンステレーションのいくつかまたはすべての衛星１０５は少なくとも１つのゲートウェイ端末８１０と直接通信状態であり得る（すなわち、少なくとも１つのゲートウェイ端末８１０を含む領域を照射し得る）、および／または１つまたは複数の衛星１０５はコンステレーションの１つまたは複数の他の衛星１０５を介し１つまたは複数のゲートウェイ端末８１０と間接通信状態であり得る。図９を参照して説明したように、いくつかの実施形態は、１つまたは複数の地上端末１０５（例えば、１つまたは複数のゲートウェイ端末８１０）において経路構成を計算するための接続性計算システム９１０を実現する。他の実施形態では、接続性計算システム９１０は帰路ネットワーク１０１０と通信する別個の機能として実現され得る。例えば、接続性計算システム９１０は、１つまたは複数の公衆または私設ネットワーク（例えば、インターネット）を介し帰路ネットワーク１０１０と通信する１つまたは複数のサーバ内に（例えば、クラウドベース機能として）実現され得る。
【００７７】
上記実施形態の任意のもの（例えば、図９と図１０を参照して説明したもの）では、経路構成スケジュール（群）９２５は任意の好適な時刻に衛星１０５へ伝達され得る。いくつかの実施形態では、経路構成スケジュール９２５は比較的頑強かつ非動的となるように意図されており、その結果、新しい、更新された、リフレッシュされた、または他の経路構成スケジュール９２５が衛星１０５へ伝達されることはまれである（例えば、新しいスケジュールは数時間おきに、日毎に、または週一回提供される）。他の実施形態では、経路構成スケジュール（群）９２５は大いに動的であるように意図されており（例えば、資源要求、容量などの変化に迅速に対応するために）、その結果、新しい、更新された、リフレッシュされた、または他の経路構成スケジュール９２５が衛星１０５へ比較的頻繁に伝達される（例えば、必要に応じ、比較的短期間に応じ定期的に、または、任意の他の好適なやり方で、例えば、一時間毎、数分毎、毎分複数回）。いくつかの実施形態は、接続性不具合および／または経路構成スケジュール９２５不具合から生じ易い他の通信懸念（例えば、衛星１０５により使用される正しくないまたは期限切れの経路構成スケジュール９２５、劣悪に計算された経路構成スケジュール９２５など）を検出し得、この検出に応じて別の経路構成スケジュール９２５をアップロードし得る。
【００７８】
図１１は、様々な実施形態によるコンステレーション内の衛星経路の飛行中構成の例示的方法１１００の流れ図を示す。方法１１００の実施形態は、コンステレーションの複数の衛星の軌道パラメータと、コンステレーションと通信する複数の地上ユーザ端末の通信資源要求パラメータと、コンステレーションと通信する複数の地上ゲートウェイ端末の通信資源提供パラメータとを取得することにより段階１１０４で開始する。例えば、軌道パラメータは衛星軌道または経路、衛星の相対または絶対位置、衛星の速度、スポットビームカバレッジエリアのサイズおよび／または形状などを含み得；通信資源要求パラメータはユーザ端末またはユーザ端末群の現在のおよび／または予想容量ニーズ、端末の地理的位置などを含み得；通信資源提供パラメータはゲートウェイ端末の現在のおよび／または予想容量、ゲートウェイ停止、ゲートウェイの地理的位置、ユーザ端末ゲートウェイ関連性、認可された通信エリアなどを含み得る。
【００７９】
段階１１０８では、実施形態は、軌道パラメータ、通信資源要求パラメータおよび通信資源提供パラメータに応じて経路構成スケジュールを計算し得る。経路構成スケジュールは、複数のビーム（例えば、一対のビーム）間の接続性を確立することにより地上端末間の信号経路を形成するために多くの時間フレームのそれぞれの時間フレーム内の衛星のベントパイプ経路の順次構成を定義し得る。上述のように、衛星はスポットビームのそれぞれの部分を含む（例えば、動作時に現われる）アンテナシステムを有する。段階１１１２では、経路構成スケジュールはそれぞれの衛星通信リンク上でコンステレーションの衛星のいくつかまたはすべてへ伝達され得る。例えば、経路構成スケジュールは、ゲートウェイからそれぞれのテラリンクビームを介しすべての衛星へ；１つまたは複数のゲートウェイから１つまたは複数のテラリンクビームを介し１つまたは複数の衛星へ、次に、１つまたは複数の衛星から１つまたは複数のクロスリンクビームを介し他の衛星へ；帯域内信号、帯域外（例えば、ＴＴ＆Ｃ）信号などとして伝達され得る。
【００８０】
方法１１００のいくつかの実施形態は、１つまたは複数の衛星において経路構成スケジュールを受信する（例えば、そして衛星のメモリ内に格納される）ことにより段階１１１６で開始または継続する。段階１１２０では、実施形態は第１に、経路構成スケジュールに従って第１のタイムスロットにおいて第１のテラリンクビームと第２のテラリンクビーム間の接続性を確立するベントパイプ信号経路を形成するように衛星の経路（例えば、物理的回路）を構成し得る。段階１１２４では、実施形態は第２に、経路構成スケジュールに従って第２のタイムスロットにおいて第１のテラリンクビームとクロスリンクビーム間の接続性を確立するベントパイプ信号経路を形成するように経路を構成する。例えば、第１のタイムスロットでは、衛星の経路は２つの地上端末間の接続性を効果的に確立し第２のタイムスロットでは、地上端末のうちの１つとコンステレーションの別の衛星との間の接続性を効果的に確立する。上述のように、経路を構成すること（例えば、段階１１２０および／または１１２４において）は、スイッチを介し経路の受信および送信側を適切なフィードへ結合することと、経路を介し適切なフィード間の信号経路を効果的に生成するためにビーム形成ネットワーク内の重み付けを調整すること、等々を含み得る。また上述のように、複数のスポットビームは物理的に分離されたスポットビームを含んでも含まなくてもよい。例えば、第１および第２のスポットビームは、アップリンク信号とダウンリンク信号間の干渉を軽減するために様々な搬送波周波数および／または分波を使用する一方でほぼ同じスポット足跡を有し得る。
【００８１】
本明細書において開示される方法は上記方法を実現するための１つまたは複数の行為を含む。上記方法および／または行為は特許請求の範囲から逸脱することなく互いに入れ替えられ得る。換言すれば、行為の特定順序が規定されない限り、特定行為の順序および／または使用は特許請求の範囲から逸脱することなく修正され得る。
【００８２】
説明された機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはそれらの任意の組み合せで実現され得る。ソフトウェアで実現されれば、機能は非一時的コンピュータ可読媒体上の１つまたは複数の指示として格納され得る。記憶媒体はコンピュータによりアクセスされ得る任意の利用可能な有形媒体であり得る。一例として、そして限定するものではなく、このようなコンピュータ可読媒体はＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、または他の磁気的格納デバイス、または指示の形式またはデータ構造で所望プログラムコードを運ぶまたは格納するために使用され得るとともにコンピュータによりアクセスされ得る任意の他の有形媒体を含み得る。ディスク（ｄｉｓｋ）とディスク（ｄｉｓｃ）は本明細書で使用されるように、コンパクトディスク（ＣＤ：ｃｏｍｐａｃｔ  ｄｉｓｃ）、レーザーディスク（ｌａｓｅｒ  ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｃ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  ｄｉｓｃ）、フロッピーディスク（ｆｌｏｐｐｙ  ｄｉｓｋ）およびＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（ｄｉｓｃ）を含む。ここでディスク（ｄｉｓｋ）は通常、データを磁気的に再生し、一方ディスク（ｄｉｓｃ）はデータをレーザにより光学的に再生する。
【００８３】
コンピュータプログラム製品は本明細書では呈示されたいくつかの動作を行い得る。例えば、このようなコンピュータプログラム製品は、その上に明確に格納（および／または符号化）された指示を有するコンピュータ可読有形媒体であり得、上記指示は、本明細書で述べた動作を行うために１つまたは複数のプロセッサにより実行可能である。コンピュータプログラム製品はパッケージ材を含み得る。ソフトウェアまたは指示はまた、送信媒体上で送信され得る。例えば、ソフトウェアは、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、撚線対、デジタル加入者線（ＤＳＬ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  ｌｉｎｅ）などの送信媒体、または赤外線、無線またはマイクロ波などの無線技術を使用することにより、ウェブサイト、サーバまたは他の遠隔ソースから送信され得る。
【００８４】
さらに、本明細書で述べた方法および技術を行うためのモジュールおよび／または他の適切な手段は、好適な端末によりダウンロードおよび／またはそうでなければ取得され得、および／または本明細書で述べた方法を行うための手段の転送を容易にするためにサーバなどへ結合され得る。代替的に、本明細書で述べた様々な方法は格納手段（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＤまたはフロッピーディスクなどの物理的記憶媒体など）を介し提供され得、その結果、ユーザ端末および／または基地局は、格納手段を装置へ結合または提供すると様々な方法を取得し得る。さらに、本明細書で述べた方法および技術を装置へ提供するための任意の他の好適な技術が利用され得る。特徴実施機能はまた、機能の一部が様々な物理的位置において実施されるように分散されることを含み、様々な位置に物理的に配置され得る。
【００８５】
本発明を説明する際、以下の用語が使用されることになる。冠詞及び不定冠詞の単数形態「ａ」「ａｎ」および「ｔｈｅ」は文脈が特に指示しない限り複数の参照物を含む。したがって、例えば、項目への言及は１つまたは複数の項目への言及を含む。「複数形名詞」は１または２以上を指し、通常は、一定量のうちのいくつかまたはすべての量の選択に適用される。用語「複数」は２つ以上の項目を指す。用語「約」は、「量、寸法、サイズ、構成、パラメータ、形状および他の特性が正確である必要はないが、許容可能な公差、変換係数、丸め込み、測定誤差などおよび当業者に知られた他の要因を反映して所望により近似され得るおよび／またはより大きいまたは小さい可能性がある」ということを意味する。用語「ほぼ」は、「列挙された特徴、パラメータ、または値が正確に達成される必要はないが、例えば公差、測定誤差、測定精度限界、および当業者に知られた他の要因を含む偏差または変動が、特徴が提供するように意図されていた効果を排除しない量において発生し得る」ということを意味する。数値データは本明細書では範囲形式で表現または呈示され得る。このような範囲形式は、単に利便性および簡潔さのために使用されるのであって、したがって、範囲の限界として明示的に列挙される数値だけを含むように柔軟に解釈されるべきだけではないが、各数値と副範囲が明示的に列挙されたかのように個々の数値のすべてまたは当該範囲に包含される副範囲を含むようにも解釈されるべきであるということを理解すべきである。例示として、「約１〜５」の数値範囲は、約１〜約５の明示的に列挙された値を含むようにだけでなく、示された範囲内の個々の値および副範囲も含むように解釈されるべきである。したがって、この数値範囲内に含まれるのは、２、３および４などの個々の値と１〜３、２〜４、３〜５などの副範囲などである。この同じ原理はただ１つの数値を列挙する範囲（例えば、「約１より多い」）へ適用され、したがって記載される範囲または特性の広さにかかわらず適用されるべきである。複数の項目が便宜上共通リスト内に呈示され得る。しかし、これらのリストは、あたかもリストの各メンバーが各別個および独自メンバーとして個々に識別されるかのように解釈されるべきである。したがって、このようなリストのいかなる個々のメンバーも、別途指示が無い限り、共通グループ内のそれらの提示だけに基づく同じリストの任意の他のメンバーの事実上の等価物として解釈されるべきではない。さらに、用語「および」と「または」が項目のリストと併せて使用される場合、これらは、リスト項目の任意の１つまたは複数が単独でまたは他のリスト項目と組み合わせて使用され得るという意味で広義に解釈されることになる。用語「代替的に」は、２つ以上の代替物の１つの選択を指し、文脈が明示しない限りこの選択を列挙代替物だけへまたは列挙代替案の１つだけへ限定するようには意図されていない。本明細書で使用される用語「結合された」は部品が互いに直接接続されるということを必要としない。その代りに、この用語はまた、１つまたは複数の他の部品が結合部品間に含まれ得る間接的接続を有する構成を含むように意図されている。例えば、このような他の部品は増幅器、減衰器、アイソレータ、方向性結合器、冗長スイッチなどを含み得る。また、特許請求の範囲を含み本明細書で使用されるように、「少なくとも１つ」により先行される項目のリスト内に使用される「または」は離接的（ｄｉｓｊｕｎｃｔｉｖｅ）リストを示し、例えば「Ａ、ＢまたはＣの少なくとも１つ」のリストはＡまたはＢまたはＣまたはＡＢまたはＡＣまたはＢＣまたはＡＢＣ（すなわち、ＡとＢとＣ）を意味する。さらに、用語「例示的」は記載例が他の例より好ましいまたは良好であるということを意味しない。本明細書で使用されるように、「一組」の素子は、一組が２以上のものを明示的に有する必要があるまたは空集合であることを明示的に許容される場合を除いて、それらの素子のうちの「１つまたは複数」を意味するように意図されている。
【００８６】
本明細書で述べた技術に対する様々な変更、置換および代替は、添付特許請求範囲により定義される教示の技術から逸脱することなくなされ得る。さらに、本開示の範囲と特許請求の範囲は、上述の処理、機械、製造、組成物、手段、方法および行為の特定態様に限定されない。ほぼ同じ機能を行うまたは本明細書で述べた対応態様としてほぼ同じ結果を達成する現存しているまたは後に開発される処理、機械、製造、組成物、手段、方法または行為が、利用され得る。したがって、添付特許請求範囲はこのような処理、機械、製造、組成物、手段、方法または行為をその範囲内に含む。
【図１】
2018528659.tif 000004
【図２】
2018528659.tif 000005
【図３Ａ−３Ｄ】
2018528659.tif 000006
【図４】
2018528659.tif 000007
【図５】
2018528659.tif 000008
【図６Ａ】
2018528659.tif 000009
【図６Ｂ】
2018528659.tif 000010
【図６Ｃ】
2018528659.tif 000011
【図７Ａ】
2018528659.tif 000012
【図７Ｂ】
2018528659.tif 000013
【図７Ｃ】
2018528659.tif 000014
【図８Ａ】
2018528659.tif 000015
【図８Ｂ】
2018528659.tif 000016
【図８Ｃ】
2018528659.tif 000017
【図８Ｄ】
2018528659.tif 000018
【図９】
2018528659.tif 000019
【図１０】
2018528659.tif 000020
【図１１】
2018528659.tif 000021
【国際調査報告】
2018528659.tif 000022
2018528659.tif 000023
2018528659.tif 000024
2018528659.tif 000025
2018528659.tif 000026