(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の地上局(1208)と通信している静止軌道上にある第１の衛星(1202)と第２の地上局(1204)と通信している非静止軌道上にある第２の衛星(1206)との間の通信干渉を軽減する方法において、
第２の衛星(1206)が第２の衛星群の中の複数の衛星の１つであり、
第２の地上局(1204)と第２の衛星群の中の第２の衛星(1206)との間の地理的関係を評価し、
評価された地理的関係にしたがって第２の地上局(1204)と第２の衛星群中の第２の衛星(1206)との間で通信を行うステップを含み、
前記地理的関係を評価するステップは、第２の衛星群の中の各衛星(1206)に対する仰角を測定するステップを含み、ここにおいて、各衛星(1206)の仰角は第２の地上局(1204)の局部水平線(1704)に対する衛星(1206)の角度であり、
評価された地理的関係にしたがって第２の地上局(1204)と第２の衛星群との間で通信を行うステップは、最大の仰角に位置する第２の衛星群の衛星に第２の地上局(1204)との通信を引き渡すステップを含んでいる方法。
【請求項２】
第１の地上局(1208)と通信している静止軌道上にある第１の衛星(1202)と第２の地上局(1204)と通信している非静止軌道上にある第２の衛星(1206)との間の通信干渉を軽減する方法において、
第２の衛星(1206)が第２の衛星群の中の複数の衛星の１つであり、
第２の地上局(1204)と第２の衛星群の中の第２の衛星(1206)との間の地理的関係を評価し、
評価された地理的関係にしたがって第２の地上局(1204)と第２の衛星群中の第２の衛星(1206)との間で通信を行うステップを含み、
前記地理的関係を評価するステップは、第２の衛星群の中の各衛星(1206)に対する仰角を測定するステップを含み、ここにおいて、各衛星(1206)の仰角は第２の地上局(1204)の局部水平線(1704)に対する衛星(1702)の角度であり、
評価された地理的関係にしたがって第２の地上局(1204)と第２の衛星群との間で通信を行うステップは、第２の衛星(1206)の仰角が予め定められた仰角より低くなったときに、最大の仰角に位置する第２の衛星群の衛星に第２の地上局(1204)との通信を引き渡すステップを含んでいる方法。
【請求項３】
第２の衛星(1206)は周回中軌道上にある請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
第２の衛星(1206)は低軌道上にある請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
第１の地上局と通信している静止軌道上にある第１の衛星と非静止軌道上にある第２の衛星との間の通信干渉を軽減する方法において、
第２の衛星が第２の衛星群の中の複数の衛星の１つであり、
第２の衛星群の中の各衛星(1206)の分離角度を測定し、ここで分離角度とは、第１の衛星(1202)および第２の地上局(1204)を結ぶ線と第２の衛星(1206)および第２の地上局(1204)を結ぶ線とのなす角度であり、
第2の衛星群の少なくとも１つの衛星の分離角度が第２の衛星(1206)の分離角度より大きくなったときに、第２の地上局(1204)と第２の衛星(1206)との間の通信を前記大きくなった分離角度の第2衛星群の１つに引き渡すステップを含んでいる方法。
【請求項６】
通信が第2の衛星群のうちの最大分離角度を有する衛星に引き渡される請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星通信システムの設計、動作および保守を行うシステムおよび方法に関し、とくに異なった軌道における衛星通信システム間の通信干渉を軽減するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球規模の通信を行う必要性が急速に増してきている。通信およびコンピュータ工業の収斂や無線技術の急速な拡大、そして、今や日常生活に深く食い込んでいるが、ますますその使用が拡大していくインターネットがこの増加に拍車をかけている。データ関連通信の急速な成長には、小規模およびホームオフィスの増加、移動産業労働人口の出現、マルチメディア適用の発達もまた寄与している。
【０００３】
インターネット／イントラネット／エクストラネット接続に対して出現した市場には、短い遅延、広域カバレージおよび広帯域幅通信を提供することのできる衛星システムが必要である。急増したインターネット接続への要求のために、アクセスサービス（ＡＳ）として知られている広帯域データ通信が必要とされている。
【０００４】
インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）および関連通信プロバイダは、現在の既存の技術を強化し、インターネットサービスをサポートすべき新しいインフラストラクチャを生成している。ウェブアクセス、電子コマースおよび遠隔アクセスは、間もなく誰でもそのサービスを利用できるようになる。オンラインデータ適用は、はやくも基本的な電子メールおよびファイル転送機能の範囲を越えて、ビデオ会議、対話式マルチメディアコラボレーションおよびマルチキャスティングのようなサービスを含んでいる。
【０００５】
インターネットおよびマルチメディア適用によりインターネットワーキングサービス市場がますます急成長していくにつれて、これらのサービスの最終消費者は、サービスプロバイダがもっと多量のデータを迅速に送信および処理することを要求する。
【０００６】
ワールドワイドウェブがニュース、情報、通信文およびエンターテイメントを配信する優れたテクノロジープラットフォームであると気づかれて、オンラインユーザが急増している。２０００年までには、インターネットユーザの数は、全世界で３億人近くに達し、４００万以上のビジネスサイトがインターネット上に設立されると予測される。２０００年までに使用されるコンピュータは５億８０００万を越え、世界的なＩＰサービスの総収益は２００２年までに１６０億ドルを上まわると予測される。さらに、米国の総オンライン世帯は２０００年までに３５００万戸に達すると予測される。
【０００７】
また、著しい速さで成長しているｅコマースが、もっと多くの帯域幅に対する要求をあおっている。企業はインターネット上で商取引を行うことによってもっと多くの人を経済的に動かすことができると認識している。消費者は、その便利さと時間が節約できる性質のためにｅコマースを受け入れている。その結果、ｅコマースは２００２年までに４０００億ドル産業に成長すると予測され、世界中の全小売り購買のほぼ８％を占めると予測される。
【０００８】
とくに、インターネットインフラストラクチャがほとんどあるいは全く利用できず、広範囲にわたる地上インフラストラクチャを生成するためにかなりの費用と時間を要する世界の区域において、これら何百万ものオンライン取引は即時接続方法を必要としている。さらに、ユーザタスク（価格比較のような）を容易にすることのできるインテリジェント・エージェントが帯域幅要求をさらに増大させる。
【０００９】
帯域幅に対する要求をあおる別の発達はインターネット電話サービスであり、それは劇的な増加のために準備されたこれから発生する市場である。世界中のインターネット電話サービスは、１９９９年までに実質的に無から５億６０００万ドル産業に成長し、２００１年までにパケット交換網が約１２５億分相当のグローバル長距離トラフィックの約１％を占めると予測されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の説明から、広い帯域幅のデータ通信サービスを提供するシステムが必要とされていることが認識できる。この要求は、通常の地上データ通信システムにより満足させることができる。しかしながら、このようなシステムの実施は困難かつ高価である。この要求はまた、静止（ＧＳＯ）軌道にある衛星システムにより満足されることができるが、軌道スロット数は制限されており、このような衛星と通信できる合理的な電力レベルおよび複雑さの地球局を構成することは困難である。
【００１１】
したがって、広い帯域幅通信を行う非静止システムＮＧＳＯが必要とされている。同時に、ＮＧＳＯシステムとの通信は既存または将来的なＧＳＯシステムを妨害してはならない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、グローバルネットワークの相互接続用の帯域幅に対する莫大な要求のかなりの部分を満たすシステム衛星群によりその必要性を満足させる。
【００１３】
上述された要求を満たすために、本発明は、広い帯域幅サービスを広範囲に分散した種々の顧客に提供する衛星通信システムアーキテクチャを開示している。
【００１４】
本発明の１つの特徴は、狭い通信アンテナビーム幅およびインテリジェントハンドオーバを使用して宇宙空間中に配置された別の衛星との干渉を軽減するＬＥＯ、ＭＥＯまたは組合せられたＬＥＯ／ＭＥＯ衛星群で配置された衛星システムにおいて説明される。衛星システムは、種々の２方向広帯域サービスを企業および家庭の両顧客に提供する。
【００１５】
衛星システムは、たとえば７０個の衛星の群のような複数の衛星を含んでおり、無線通信リンク、衛星間リンク、ならびにテレメトリ、追跡およびコマンド（ＴＴ＆Ｃ）リンクを含んでいることが好ましい。スポットビームおよび二重偏波技術の使用によって、各衛星は３０回まで通信スペクトルを再使用することができる。
【００１６】
本発明はまた、静止（以降まとめてＧＳＯと呼ぶ）軌道における宇宙船への有害な干渉の発生を回避するためにスペクトルを共有して使用する。衛星システムは、米国内および世界中の広い範囲にわたるユーザに広帯域通信サービスを提供し、Ｋｕ帯域を効率的に使用して、既存のＧＳＯ衛星システムの性能を強化することができる。この衛星システムは、スペクトル共有志向システム設計、簡単なペイロードアーキテクチャおよび小型ユーザ端末により、短い遅延、広域カバレージおよび高度な帯域幅通信を提供することによってインターネット／イントラネット／エクストラネット接続の出現した市場の要求を満足させる。
【００１７】
衛星システムは、５１２Ｋｂｐｓから１０Ｍｂｐｓまでの範囲のデータ速度を含む種々のデータ速度のサービスにより広い範囲の通信要求を満足させる。衛星システムはさらに、対話式の広帯域サービスに対する迅速なネットワーク接続を広範囲の顧客に、とくに個人ユーザまたは小規模オフィス／ホームオフィス（ＳＯＨＯ）ユーザに提供する。衛星システムは、インターネット接続に対する急増した要求をサービスするためにインターネットアクセスサービスを行う。インターネットアクセスサービスはまた遠隔地のビジネスサイトから集合的な広域ネットワーク（ＷＡＮ）のセンターまでの広帯域接続を提供する。最後に、本発明はまた、遠隔地へのイントラネット接続を拡張するエクストラネットアクセスサービスを多国籍企業、とくに遠隔／辺境区域および発展途上国におけるビジネスサイトに提供する。
【００１８】
衛星システム群設計は、望ましくない干渉からＧＳＯ衛星システムを完全に保護しながら、グローバルなカバレージを提供する。このシステム設計は、低要求区域にかなりのサービスを提供しながら、北米大陸（ＣＯＮＵＳ）および欧州のような高要求区域にリソースが集中されることを可能にする。
【００１９】
世界のサービスが行き届いていない地域に対するそのグローバルカバレージにより、本発明のシステムは、人々がどこにいてもｅコマースの利点を入手できるようにする。衛星システムの少ない待ち時間は、対話式インターネットプロトコル（ＩＰ）通信および音声サービスへのアクセスを容易にする。
【００２０】
衛星通信システムは、一般にマルチレートで多機能の通信サービスおよびとくにインターネットへの高速データアクセスで、世界的な高いデータ転送速度の広帯域対話式通信サービスの量および種類を増加することによって、国内情報インフラストラクチャ（ＮＩＩ）およびグローバル情報インフラストラクチャ（ＧＩＩ）を進歩させる通信能力を提供することができる。このシステム設計は、この能力が安価に短い配備期間により提供されることができることを保証する。
【００２１】
これはとくに、インターネット使用によってもたらされるデータトラフィックの大幅な増加のためにとくに重要であり、データトラフィック用の別の通路を配備する必要性を強調している。本発明は、既存のネットワークを補うと共にこれらとインターフェースして、広範囲の通信サービスをサポートするデータインフラストラクチャを提供する。
【００２２】
その高いデータ転送速度通信能力により、本発明は、高速情報転送および企業と顧客との間の対話式マルチメディア交換を含む商業通信をサポートし、それによって国際的なネットワークに接続される必要のある取引の新しい効率および生産性が生まれる。本発明はまた、発展途上国が通信衛星システムの能力を使用して、高い費用をかけずに、全区域におけるタワー設置、ケーブル敷設および地上ネットワーク施設建築の遅延の影響を被ることなく、彼等自身の国内通信インフラストラクチャを改良できるようにすることを可能にする。
【００２３】
本発明はまた、ユーザがアプリケーションを容易に更新および検索し、機密保持された安全なＩＰマルチキャストセッションを生成して高速ファイル転送を行うこと、メディアストリームをサポートすること、対話式距離学習に参加すること、ならびにデータベース更新およびパーソナルコンピュータ（ＰＣ）との間での複製を行うことができるようにする。この衛星通信システムは、個人および小規模／ホームオフィスユーザ（ＳＯＨＯ）へのインターネットアクセス、および全ての企業へのイントラネット／エクストラネットアクセスを実現する。それはまた、ＩＰ電話およびｅコマースのような関連サービスを可能にする。
【００２４】
衛星システム設計は、効率的で経済的なサービスの提供をサポートする。これは、ひとつに、スペクトルが再使用される効率を増加させるスポットビーム技術の使用によって行われる。これによって、本発明は世界の人口の多い区域に対して大きい容量を提供することが可能となる。このシステムの特性は、高度に対話式の広帯域サービスをサポートするのに理想的である。このシステムは、もっと多くの帯域幅への容易なアクセスに対するこれら全ての要求を満足させるように広帯域アクセスインフラストラクチャを構築する助けとなるであろう。
【００２５】
衛星通信システムは、大規模な市場や、高速インターネットアクセス、ＩＰ電話およびｅコマースのような適用に対話式サービスを提供することにより、グローバルな広帯域市場にサービスするように設計される。
【００２６】
上記によると、本発明はまた、通信衛星システムを規定する方法によって説明される。この方法は、複数の通信干渉シナリオを識別し、発生頻度に基づいて第２の衛星のそれぞれにおける最大干渉信号強度統計値を特定する干渉要件をカテゴリに類別し、各シナリオおよび各干渉要件カテゴリに対して１以上の干渉軽減戦略を識別し、そのシナリオおよび干渉要件カテゴリのそれぞれに対して干渉軽減における識別された干渉軽減戦略の各有効性を決定し、この決定された干渉軽減戦略の有効性にしたがって、第１の衛星通信システムに対して識別された軽減手段の１以上のものを選択するステップを含んでいる。
【００２７】
本発明のさらに別の特徴は、地上局と通信している第１の衛星と第２の衛星との間の通信干渉を軽減する方法によって説明され、それにおいて第２の衛星は第２の衛星群の中の複数の衛星の１つである。この方法は、第２の地上局と第２の衛星群の中の衛星との間の地理的関係を評価し、評価された地理的関係にしたがって第２の地上局と第２の衛星との間の通信を導くステップを含んでいる。
【００２８】
本発明のさらに別の特徴は、上述した動作を行う手段を具備している衛星群システムにおいて実現される。
【００２９】
本発明は、家庭ユーザおよび商業ユーザの両者に対して広帯域インターネットアクセスを提供するために技術的限界、調整制約およびマーケットセグメント内で全体的な最適化を行う。
【００３０】
本発明はまた、静止軌道（ＧＳＯ）および非静止軌道（ＮＧＳＯ）衛星システム間におけるスペクトル共有能力を改善し、一方既存のＫｕ帯域衛星サービスを保護する。スペクトル共有を促進すると考えられる区域には、衛星群アーキテクチャおよび宇宙船アンテナ、ユーザ端末、ペイロードアーキテクチャ、ならびにリンクバジェット設計が含まれている。
【００３１】
予測される市場および世界中に分布している人口に相関された不均一なカバレージを提供し、その一方で既存のＧＳＯ資産による干渉が最小にされることを確実にしながらシステム投資を最小にする衛星群設計（少数の衛星使用を含む）が規定される。
【００３２】
リンクバジェット設計は、小型から中型のユーザ端末と中速データ通信とをサポートする制約の下で最適化される。開示されているユーザ端末は１ｍ未満であり、データ速度は５１２Ｋｂｐｓ乃至１０Ｍｂｐｓである。
【００３３】
本発明は、ＧＳＯリンクへの有害な干渉を回避するためにＧＳＯ衛星オペレータによって提案されている最大有効電力束密度（ＥＰＦＤ）要求を満たす一方でサイドローブ減衰制御を行うための直接放射アレイアンテナに適用される。
【００３４】
リソース管理によって、最少のリソースによる最大容量が実現される。動的リソース管理エンジンは、ペイロード電力レベル、宇宙船トラフィック要求、区域スペクトル利用度およびネットワーク統計を監視するためにネットワーク制御センター（ＮＯＣ）に配置されている。それは、１００％の通信接続を提供するだけでなく、最適化されたリソース割当てに基づいてシステムリソース（電力およびスペクトル使用のような）の調節もまた行う。その結果、既存の宇宙資産に対する干渉は過度の有効等方性放射電力（ＥＩＲＰ）を減少することにより最小にされ、スペクトル効率が最大にされる。
【００３５】
本発明は、フェーズドサービス配備（ｐｈａｓｅｄ  ｓｅｒｖｉｃｅ  ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ）を行う。衛星群を選択することによって、４個の少ない衛星の打上げによりほぼ世界的なサービスが提供されることが可能となる。本発明には、ＭＥＯ衛星を追加し、技術の完全な発達およびサービス要求に基づいて増加された容量により完全な世界的接続を行うことによって増強される衛星システムが開示されている。
【００３６】
本発明のシステムアーキテクチャは７ビームクラスタ周波数の再使用を行い、ユーザがインターネット、イントラネットおよびエクストラネットを含む種々のネットワークにローカルゲートウェイ局（ＧＳ）により接続されることを可能にする。各ＧＳは、７ビームクラスタ内の近接した区域にサービスし、トラフィックを適切な地上ネットワークまたは別のＧＳにルートして、二重ホップによって別のシステムユーザと通信する。これによって、加入者は、世界中のどことでも接続されることが可能になる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の別の特徴、観点および利点は、ここに含まれている図面および説明から明らかになるであろう。
以下の説明において、本発明のいくつかの実施形態の一部分を形成し、例示として示されている添付図面を参照する。本発明の技術的範囲を逸脱することなく別の実施形態が使用され、また構造上の変更が行われてもよいことが理解される。
【００３８】
本発明は、非ＧＳＯ（ＮＧＳＯ）軌道上の複数の衛星を有する通信システムによって説明される。本発明の１実施形態において、衛星群は低軌道（ＬＥＯ）上の複数の衛星を含んでいる。このシステムは“ＬＥＯシステム”と呼ばれる。本発明の別の実施形態では、ＬＥＯシステムは周回中軌道（ＭＥＯ）に配置された複数の衛星を含む衛星群によって増強または置換される。このシステムは、ここではＭＥＯシステム2100と呼ばれる。
【００３９】
ＬＥＯシステムおよびＭＥＯシステム衛星ネットワークは共に、１以上のビームクラスタを発生する１以上の通信アンテナをそれぞれ備えた衛星を含んでいる。ビームクラスタは、複数の（代表的に７つの）近接して配置された操縦可能な通信ビームを含んでいる。各衛星はまた、ユーザ端末通信サービス要求にしたがって通信ビームを動的に導くフレキシブルなチャネライザを具備している。したがって、高い帯域幅サービスを要求する多数のユーザ端末が存在する区域に多数の重複したビームが導かれることが可能であり、一方においてユーザが少数しか存在しない帯域幅要求の低い区域には少数のビームが導かれることができる。
【００４０】
ユーザはインターネット、イントラネット、あるいは公衆通信交換網（ＰＳＴＮ）と複数のゲートウェイノードを介して通信する。各ゲートウェイノードは、ビームクラスタによってサービスされるユーザ端末と関連付けられる。したがって、一般的な場合において、７つのビームの各クラスタは、７つのビームのビームフットプリント内のユーザ端末の全てにサービスを提供し、これらのユーザのそれぞれがゲートウェイノードと関連付けられている。ユーザ端末は、通信サービスに対するリクエストを衛星に送信し、この衛星がそのリクエストをゲートウェイに中継する。その後、ゲートウェイは、このリクエストを通信サービスに転送する。同様に、通信サービスからのメッセージは、ゲートウェイによって受信され、ネットワーク中の衛星の１つに送信され、ユーザ端末に中継される。このようにして、ゲートウェイノードは、衛星システム中の衛星を介して通信サービスとユーザとの間においてメッセージを中継する。
【００４１】
［ＬＥＯシステム(100) 衛星システム］
ＬＥＯシステム100 は、米国内のおよび世界中のユーザに広帯域通信サービスを５１２Ｋｂｐｓから１０Ｍｂｐｓまでのデータ速度で提供する。ＬＥＯシステムからのスポットビームカバレージは、軌道上で再構成されることができる。スポットビームおよび二重偏波を使用することによって、Ｋｕ帯域スペクトルが各ＬＥＯシステム衛星により３０回再使用されることが可能となる。システムは、ＮＧＳＯおよびＧＳＯの両方の別のシステムとの周波数共有を容易にするように設計されている。
【００４２】
図１は、ＬＥＯシステム100 の概略図である。ＬＥＯシステム100 は、衛星群の中の複数の衛星102 を有する宇宙セグメントを含んでいる。１実施形態において、ＬＥＯシステム100 は、ほぼ１４９０ｋｍの高度の円軌道上において１０個の円平面中に合計７０個の衛星を含んでいる。１つの衛星（たとえば衛星102A）とＬＥＯ衛星群中の別の衛星（たとえば衛星102B）との間の通信は、光衛星間リンク（ＩＳＬ）104 によって行われる。
【００４３】
ＬＥＯシステム100 はさらに、ユーザ端末（ＵＴ）114 、システムアクセスノード130 およびネットワーク動作制御センタ（ＮＯＣ）124 および衛星動作センタ（ＳＯＣ）128 を含む地上セグメントを含んでいる。衛星102 は、地上ベースのユーザ端末（ＵＴ）114 、ゲートウェイ106 およびこの衛星群の中の別の衛星と通信する。
【００４４】
１実施形態において、ＬＥＯシステム100 は、宇宙から地球に送信するために１０．７乃至１２．７ＧＨｚ（領域２）および１０．７０乃至１２．７５ＧＨｚ（領域１および３）内のＫｕスペクトルの中の１ＧＨｚの帯域幅を使用し、また地球から宇宙に送信するために１２．７５乃至１３．２５ＧＨｚおよび１３．７５乃至１４．５ＧＨｚ内のスペクトルの中の１ＧＨｚを使用する。スポットビーム技術、二重偏波、ＧＳＯ締め出し（ｋｅｅｐｏｕｔ）ゾーンおよび特別なハンドオーバ追跡方法を含むここに説明する干渉軽減技術を使用することにより、各衛星はスペクトルを３０回まで再使用することができる。ＬＥＯシステム100 はそのように構成されているため、Ｋｕ帯域スペクトルを使用して５１２Ｋｂｐｓから１０Ｍｂｐｓまでの高いデータ速度のインターネットアクセスを行う。
【００４５】
地上ベースのユーザ端末114 はそれぞれ、直径が０．６ｍ（２４インチ）から０．９ｍ（３６インチ）の範囲で変化する大きさ、またはそれより大型でも小型でも可能な１以上のアンテナを含んでいる。加入者は衛星を介してデータ要求を行い、システムゲートウェイ106 を介してあるいはＵＴ114 への直接衛星送信によって要求時にダウンロードを受信する。
【００４６】
１実施形態において、各ゲートウェイ106 は、複数の（代表的に７個の）隣接して配置されたビーム（フットプリント134 によって示されている）を有するビームクラスタ122 を通信接続し、地上通信リンク112 、ゲートウェイ間リンク108 または衛星間リンク104 のいずれかによって相互接続される。システム設計はビームフットプリント134 によって明示された高い指向性の宇宙船アンテナビームを使用するため、この小さいＵＴ114 に対する高いデータ速度のサービスが可能である。これらの高い指向性のビームはまた干渉を減少するように機能する。高いスペクトル再使用および非常に多数の世界中に及ぶゲートウェイ106 が全体的なシステム容量をさらに増強する。
【００４７】
システムネットワーク120 の接続は、地上ゲートウェイ106 および衛星102 に搭載されたスイッチの両者によって行われる。ゲートウェイ106 は、設定期間中に（データ通信が初期化されたとき）ルーティング情報を提供し、搭載スイッチがユーザ端末114 と複数のゲートウェイ106 の中のそのゲートウェイ106 との間の接続、ならびに衛星間リンク（ＩＳＬ）とゲートウェイ106 との間の接続を行う。
【００４８】
ＬＥＯシステム100 により、ユーザは、インターネット、集合的イントラネット、ＷＡＮ、構内ネットワーク（ＬＡＮ）および自律転送モード（ＡＴＭ）ネットワークを含む広範囲の地上ネットワークにトランスペアレント接続される。
【００４９】
ＬＥＯシステム100 は、パケット切替えおよび回路切替え動作の両者をサポートする。パケット切替えまたは回路切替えのいずれを使用するかの決定は、ゲートウェイ106 によって行われる。その後、この決定に関する情報は、接続動作の残りを完了させ、パケット切替えおよび回路切替えされたデータを適切な目的地に導くためにゲートウェイ106 またはＮＯＣ124 から衛星102 にアップロードされる。
【００５０】
ＮＯＣ124 は、ユーザアクセス要求を制御するために衛星102 中の衛星搭載プロセッサ共に動作する。さらに、このＮＯＣ124 は、ＬＥＯシステム100 中におけるサービス利用度および容量、ビーム管理、ならびにハンドオーバを監視し、制御する。
【００５１】
［周波数プラン］
図２は、ＬＥＯシステム100 に対する例示的な周波数割当てを示す概略図である。各領域（地球から宇宙および宇宙から地球）における全帯域幅は、システム要求にしたがって選択されることができる。１実施形態において、各領域において合計１ＧＨｚが使用される。この１ＧＨｚスペクトルは、通信リンク（ユーザ端末114 と衛星102 との間の）に対する５００ＭＨｚのセグメントとフィーダリンク110 （ゲートウェイ106 と衛星102 との間の）に対する５００ＭＨｚのセグメントとの２つに分割される。その後、通信リンクセグメントは、７つの７０ＭＨｚサブセグメント202 に細分され、２つの各偏波204 、206 （右および左側の円偏波）で再使用される。
【００５２】
各衛星102 は、１以上の通信用の衛星アンテナを含んでいる。衛星アンテナの設計は、同じ周波数および偏波を有するビームのあいだの空間的な分離を最大にする。多数の７０ＭＨｚ帯域のセグメントは、動的なリソース管理により１つの衛星からの関連したビームフットプリント134 によって規定される同じ地理的区域内のサービス容量を最大にするように配置されることができるため、これによって高い要求の区域の高密度カバレージが可能になる。サービス要求に応じて、いくつかの異なったビーム放射パターンの１つが選択されることが可能であり、それはここで必要とされる多数の重複したビームを含んでいる。
【００５３】
１実施形態において、ＬＥＯシステム100 は、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）と時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）の組合せを使用して、フレキシブルなデータ速度を提供する。各ＦＤＭＡ搬送波は７０ＭＨｚであり、偏波当たり１００Ｍｂｐｓで２つの偏波の合計２００Ｍｂｐｓをサポートする。この実施形態では、６０ｃｍのアンテナを有するＵＴ114 に対する最大データ速度は、ほぼ１０Ｍｂｐｓであり、システムは２０００以上のユーザを１０Ｍｂｐｓのデータ速度で同時にサポートすることができる。低いデータ速度は、狭いＦＤＭＡ搬送波（＜７０ＭＨｚ）またはＴＤＭＡスロットの組合せによりサポートされることができる。たとえば最も低いデータ速度（約５１２Ｋｂｐｓ）のユーザは、７０ＭＨｚの搬送波を２００の時間スロットに分割することによってサポートされることが可能である。小さいビーム幅のフットプリント134 および二重偏波により、スペクトルは衛星当たり３０回再使用されることができる。
【００５４】
別の実施形態において、ＬＥＯシステム100 は、ＰＮ符号を使用して符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）変調技術を使用する。この実施形態は、上述のＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ形態と同じ周波数共有能力を有している。
【００５５】
［衛星特性］
図３は、衛星102 の１実施形態を物理的に示す概略図である。表Ｉは、適切な衛星特性のリストである。
【００５６】
0003990111.tif 000002
0003990111.tif 000003
［ペイロードアーキテクチャ］
ＬＥＯシステム100 は、１０Ｍｂｐｓまでの速度で広帯域データ通信を行う。回路は対称的または非対称的な、単信方式または二重通信方式であることが可能である。ペイロード管理および再構成は、システムの地上動作と共同して動作するＬＥＯシステム（“ＬＳ”）100 のＴＴ＆Ｃサブシステムおよび制御セグメントを介して行われる。表IIは、選択された通信パラメータを示す。
【００５７】
0003990111.tif 000004
図３を参照すると、各衛星102 は、１以上の送信アレイアンテナ304 および１以上の受信アレイアンテナ306 を含んでいる直接放射アレイを備えたアンテナサブシステムを具備している。アンテナ304 、306 は、最小の２０ｄＢの干渉偏波分離による二重偏波を使用し、それぞれ８６７のスポットビーム位置にサービスすることができる。衛星102 当たりほぼ２１０のスポットビームが付勢され、各ビームは二重偏波された送受信周波数スペクトルの１４０ＭＨｚを使用する。衛星102 はプロセッサ738 を含み、このプロセッサ738 はまた、特定のビームにおいて要求が高い場合には、多数のサブバンドを単一ビームに切替えることができる。各衛星102 は、それがサービス区域上を通過するとき、そのビームを特定の場所に導いてもよい。
【００５８】
図４は、４°の代表的なスポットビームに対するアンテナカバレージを示す図である。図４に示されているように、任意のある時期に、衛星102 当たり８６７のビームのうち２１０までの、４°のスポットビームが照射される。ビーム間および衛星間のビームハンドオーバ処理手順は、以下さらに詳細に説明するようにして行われる。
【００５９】
図５は、フェイズドアレイアンテナの送信および受信感度パターンを示すグラフである。
【００６０】
図６は、ＬＥＯシステムフェイズドアレイアンテナの送受信アンテナの輪郭線を示すグラフである。示されている利得輪郭線は、−２，−４，−６，−８，−１０，−１５および−２０ｄＢであり、これが最も外側の輪郭線である。最大利得Ｇmax は走査損失係数ΔＧscanだけ減少される。ここにおいて、走査損失係数はアンテナボアサイトからの走査角の関数である。
【００６１】
通信トラフィックの３つのクラスは、ＬＥＯシステム100 と関連している。これらのクラスは、（１）通信リンク116 ，118 、（２）ゲートウェイ間リンク108 およびフィーダリンク110 、ならびに（３）衛星間リンク104 を含んでいる。
【００６２】
図７は、ＬＥＯシステムデータペイロード処理システムを示すブロック図である。各受信アレイに到達した通信リンクの信号は、アレイ素子704 に取付けられたＬＮＡ702 によって増幅される。ＬＮＡ702 に続いて、各アレイ素子704 からの信号は、等しい部分に分割され、アナログビーム切替えネットワーク（ＢＳＮ）706 に導かれる。ＢＳＮ706 はアレイ素子信号を結合して、位相を適切に調節し、３０の活動的な規定されたクラスタ122 または２１０のビームを適当に形成する。各ＢＳＮ706 内の位相は、そのビームを選択して、別のビームハンドオーバ／衛星ハンドオーバが発生するまでそれらがそのユーザに指向した状態にしておくように調節される。
【００６３】
ＢＳＮ706 に続いて、各ビームからの信号はＫｕ／ＩＦダウンコンバータ712 によって中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートされる。その後、ＩＦの１００Ｍｂｐｓ搬送波がフレキシブルなチャネライザ714 のようなマイクロ波スイッチに送られる。
【００６４】
フレキシブルなチャネライザ714 は、各アップリンク信号をその適切に目的地である同じクラスタ122 中の別のゲートウェイであるゲートウェイ106 に導く。光クロスリンクから得られた搬送波はまた、光／ＩＦダウンコンバータ716 およびフレキシブルなチャネライザ714 により導かれる。フレキシブルなチャネライザ714 の出力において、別の衛星102Bに送られるべきこれらの信号は、ＩＦ／光アップコンバータ718 を介して衛星間リンクサブシステムに導かれる。同じ衛星上におけるダウンリンクビームにされる予定の信号は、フレキシブルなチャネライザ714 によってある帯域においてデジタル信号プロセッサの出力と再結合され、ＩＦ／Ｋｕアップコンバータ720 によってアップコンバートされ、その後送信ビーム形成ネットワーク722を通してＲＦ増幅器724 および送信アンテナ304に送られる。
【００６５】
任意の低速データ信号は、デジタル信号プロセッサ738 への中継器の入力で入力マルチプレクサ740 によって前に分離されており、このデジタル信号プロセッサ738 において信号帯域が個々のデジタルデータパケットに復調される。パケットはルータ736 を使用して適切なダウンリンクビームに導かれ、このルータ736 はまた、光クロスリンク104 への入力および出力信号インターフェースを有している。パケットは連続したデータ流に再度構成され、Ｋｕ帯域スポットダウンリンクに送られるように予定されたものは、出力マルチプレクサ742 における１００Ｋｂｐｓの搬送波との再結合のために、大容量のＯＱＰＳＫ搬送波に変調される。
【００６６】
光衛星間リンク（ＩＳＬ）端末308 は、別の衛星102 との相互動作のために使用されてもよい。これらのＩＳＬ端末308 からの信号は、衛星102 へのアップリンク信号とインターフェースされ、地上へ送信するために処理されるか、あるいは衛星間リンク104 によって別の衛星102 に送られる。
【００６７】
衛星データ通信システムは、２００Ｍｂｐｓのデータスループット速度を衛星当たり２１０のビームのそれぞれに与え、その結果、衛星当たり４２Ｇｂｐｓの合計データスループットが可能になる。
【００６８】
［アンテナ］
ＬＥＯシステム100 のアンテナは、効率的なシステムパッケージ内のカバレージ性能を最大にするように通信および宇宙船バスシステムと共に設計される。このシステムは、（１）二重偏波を有する８６７のビーム位置をそれぞれ供給する２個の直接放射送信アレイ304 またはフィードアレイアンテナと、（２）二重偏波を有する８６７のビーム位置をそれぞれ供給する２個の直接放射受信アレイ306 またはフィードアレイアンテナと、（３）同じ光学平面における２個の隣接した衛星と隣接した平面における２個の衛星とを接続する４以上のＩＳＬ端末308 と、（４）ＴＴ＆Ｃサービスを提供する２個のホーンアンテナから構成されたテレメタリおよび命令アンテナシステムとを具備している。
【００６９】
テレメータ信号はまた、地上通信アンテナ用の追跡ビーコンとして機能する。順方向アンテナは、軌道に関して垂直な動作のために使用される±２２．５０°のホーンである。船尾アンテナは、緊急動作のために使用される±７０°のホーンである。スポットビームのカバレージは、送信アレイアンテナ304 および受信アレイアンテナ306 を含む４アンテナ構体によって提供される。４個の全てのアンテナ304 、306 ならびに光ＩＳＬ装置308 は、衛星102 本体の地球に向いた側面上に取付けられている。アレイ304 、306 は固定した位置に取付けられ、展開する必要がない。開口直径が約０．７５ｍの２個のアンテナ304 は送信動作のために使用され、開口直径が約０．６５ｍの２個のアンテナ306 は受信動作のために使用される。これらのアンテナによって生成された各スポットビームは、約４．０°のビーム幅を有している。
【００７０】
図８は、７０個の衛星102 を有するＬＥＯシステム100 の視野（ＦＯＶ）を示す１０°の輪郭線を表した図である。示されているように、ＬＥＯシステム100 は、高い割合の２衛星可視率により５０州全て、プエルトリコおよび米国領ヴァージン諸島に対する完全なカバレージ、ならびに事実上全世界カバレージを提供する。
【００７１】
図９は、米国をカバーしているＬＥＯシステム衛星102 に対する仰角輪郭線を示す図である。１０°の最も外側の輪郭線まで１０°づつ段階的に増加する８０°の最も内側の輪郭線から始まる輪郭線が示されている。図９に示されているように、ＬＥＯシステム衛星102 は、そのサブ衛星地点がＣＯＮＵＳの中心に近いときにＣＯＮＵＳを全てカバーする。
【００７２】
［ＴＤＭＡスイッチ］
衛星切替えＴＤＭＡは、１００Ｍｂｐｓの搬送波について、アップリンクユーザをダウンリンクユーザに導くために使用される。このＴＧＭＡスイッチは、特定のアップビームにおける特定の時期の各ＴＤＭチャンネルをその割当てられているダウンビームに導く。ＴＤＭＡスイッチは、アップリンクトラフィックを適切なダウンリンクに時間ゲートする。同期情報が全てのユーザ地上端末114 に送信され、彼等の送信、受信および復調装置が衛星のＴＤＭＡスイッチに同期される。
【００７３】
［デジタル信号プロセッサ］
デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）サブシステム738 は、通信ペイロードのパケット切替え部分に必要とされる相互接続を行う。１０Ｍｂｐｓ以下でパケット化されたデータを含む各ビームに対するアップリンク周波数帯域セグメントは、ＤＳＰの復調器部分に送られ、そこにおいて全ての信号が復調され、エラー補正符号化が除かれる。その後、個々のデータパケットはルータに送られ、ルータはそれらを、パケットヘッダに含まれているアドレス情報に基づいて適切なダウンリンクデータ流に導く。その後、結果的に得られた各ダウンリンクビームに対するデータ流がバッファされ、Ｋｕ帯域スポットビームダウンリンクによる送信のために高速１００ＭｂｐｓＴＤＭのＯＱＰＳＫ搬送波に再度変調されるか、あるいは光衛星リンクに直接送られる。
【００７４】
［光衛星間リンク（ＩＳＬ）］
衛星を相互接続し、別の衛星との接続によって世界的に相互接続されるサービスを提供するためにＩＳＬ104 が使用される。搭載されたデジタル信号プロセッサ738 の選択された出力が、レーザ衛星間ペイロードにルート設定され、ここで３．５Ｇｂｐｓの最大衛星間リンク能力を提供するようにデータが処理される。宇宙環境に対して適切に修正された市販の装置の使用を可能にするために、１．５５μｍの波長が選択される。
【００７５】
［宇宙セグメントバスサブシステム］
衛星群の中の各衛星102 は、高度１４９０ｋｍの傾斜した軌道上で動作する。送信アレイアンテナ304 および受信アレイアンテナ306 を含むアンテナは、天底の方向に向けられ、太陽電池アレイは太陽に向けられる。この指向方向（太陽−天底ステアリングとしても知られている）はパワー集中度および熱除去率を最大にする。
【００７６】
衛星102 の構造は、その飛行任務期間中にわたって安定したプラットフォームを提供する。この構造は、発射負荷を効率的に分散するように最適化され、また多くの発射ビークルと適合する。
【００７７】
［追跡、テレメータおよび制御サブシステム］
衛星102 はまた、飛行任務および動作の全段階のあいだ宇宙船の命令、監視およびレンジングをサポートするためのアンテナと、受信機と、送信機と、デジタル装置とを提供する追跡、テレメータおよび制御サブシステム（ＴＴ＆Ｃ）を含んでいる。このサブシステムは命令アップリンクを受信して復調し、命令データを処理するために中央テレメータおよび命令装置（ＣＴＣＵ）に中継する。ＴＴ＆Ｃサブシステムは、ＣＴＣＵからの遠隔測定副搬送波をＲＩＦダウンリンク搬送波に変調する。このサブシステムはまた、レンジングトーンをアップリンク搬送波から復調し、このトーンをダウンリンク搬送波に再度変調して、宇宙船の正確な地上決定を可能にする。搭載された追跡、テレメタリおよび制御サブシステムは、Ｋｕ帯域で動作される。遠隔測定信号は通信ダウンリンク信号と同じ円偏波を有し、命令信号は通信アップリンク信号と同じ円偏波を有する。
【００７８】
［姿勢制御］
衛星102 はまた姿勢制御サブシステムを備えており、このサブシステムは飛行姿勢率および位置センサと、姿勢制御アクチュエータと、関連した電子処理装置とを有している。宇宙船制御プロセッサ（ＳＣＰ）はセンサ入力信号を処理し、姿勢アクチュエータを制御して、種々の飛行任務期間中に軌道データを処理する。姿勢制御サブシステム（ＡＣＳ）は、太陽−天底ステアリングを行って電力および温度性能を最適化するゼロ運動量バイアスシステムである。システムアクチュエータは３つの軸の全てを中心とするトルクを制御する４つの反動輪と、捕捉およびステーションキーピング運動を行う９個のスラスタと、太陽翼を向ける太陽翼駆動装置とを含み、反動輪は３つの冗長に対して４つ設けられている。
【００７９】
［推進］
衛星102 はまた、衛星上および地上命令に応答して衛星速度および姿勢制御運動を行う液体推進サブシステムを具備している。推進サブシステムは２個の完全に冗長なサブシステムを含み、これらサブシステムは、噴射エラー補正、軌道維持、ならびにステーションキーピングと、フェイジングと、飛行期間の終りのデオービットおよび軌道上動作とを含む運動中にスピンおよび、または姿勢制御を行うために使用される１２個のスラスタ（サブシステム当たり６個の）を有している。
【００８０】
［電力］
衛星102 はまた電力を宇宙船上の全てのサブシステムに供給する電力サブシステムを含んでいる。衛星は、単一の５０ボルト調整バスを使用し、そのエネルギを２個の太陽翼によって収集し、太陽翼は飛行期間の終りにほぼ１０ｋＷの電力を発生することができる。太陽アレイによって充電された電池は、日食中に宇宙船に全電力を供給する。電力サブシステムは、集積された電力制御装置（ＩＰＣ）と、電池セル電圧モニタとを有している電源電子装置を具備している。集中電力フュージング（ｆｕｓｉｎｇ）、スイッチングおよびバス電流遠隔測定は、バス電力分配装置およびペイロード電力分配装置によって行われる。
【００８１】
［温度制御］
衛星102 はまた温度制御サブシステムを含み、これが飛行任務中にわたって制御された温度環境を提供する。この温度制御サブシステムは、内部で発散された熱を宇宙空間に捨てて、内蔵された熱パイプにより“等温に”される複数のラジエータパネルを含む。衛星の装置の低温の極値を制限するためにヒータが使用される。
【００８２】
［衛星群］
ＬＥＯシステム100 の宇宙セグメントは、７０個の技術的に同じ衛星102 と、システムの信頼性を増強するために含まれている適切な数の軌道上および地上スペアとを含んでいる。衛星102 は高度１４９０ｋｍの１０個の円平面の軌道にのっており、各円平面において７個の衛星がそれぞれ５４．５°傾斜されている。１４９０ｋｍの軌道姿勢は、１．９３時間の軌道周期に対応する。ＬＥＯシステム衛星102 の群は、緯度において７０°までの完全なカバレージを提供し、このカバレージには米国の全て（アラスカおよびハワイを含む）が含まれる。部分的なカバレージは、７０°と８０°との間の緯度で利用可能である。これは９０°の最小仰角と非常によく適合することができる。ＬＥＯシステム100 の衛星群カバレージは、経度に関して均一であり、赤道に関して対称的である。
【００８３】
図１０は、ＬＥＯシステム100 の衛星群の可視衛星の数を緯度の関数として示すグラフである。図１０に示されているように、７０°までの全ての緯度に対して、連続した単一のＬＥＯシステム衛星102 のリンクが生成される。２衛星リンクは、９０％を越える期間のあいだ２０°と６８°との間の経度で利用可能である。３衛星リンクは、２０°と６０°との間の経度に対して９０％を越える期間のあいだに存在している。この衛星群は、最大の世界的な人口密度の区域である２０°乃至６０°の北緯および南緯境界線内における３衛星リンクダイバーシティの発生を最適化する。
【００８４】
［地上セグメント］
衛星オペレーションセンタ（ＳＯＣ）128 およびネットワークオペレーションセンタ（ＮＯＣ）124 である２つの完全に冗長なセンタがＬＥＯシステム100 の群を制御および管理する。ＳＯＣ128 は全ての衛星102 およびそれらの軌道を管理する。ＳＯＣ128 はまた主として、接続管理、アクセス制御、ハンドオーバ、電力制御、ならびに偏波およびスペクトル使用制御のような機能を行うために実時間で衛星と直接通信を行うことができる。
【００８５】
ＮＯＣ124 は、システムおよびペイロード動作に対してユーザのアクセスを管理する。これは、ＳＯＣ128 動作との相互動作によって行われる。ペイロードは、ビーム間および衛星間ハンドオーバ、電力レベル、ならびに偏波およびスペクトル使用を制御するために管理される。ビームパターンは衛星102 に関して固定されているため、衛星ビームのカバレージが地球局から逸れたときに、ビーム間ハンドオーバが発生してもよい。衛星間のハンドオーバは、１つの衛星102 が移動して見えなくなったときでも十分な衛星可視率を維持するように行われることができる。ここに説明するように、それはまた有害な干渉状況を回避するために行われる。変化する伝搬条件下において一定の電力束密度を地上で維持し、また干渉軽減技術およびその他の要因による変化を考慮するために必要ならば、個々のビーム電力レベルを変えてもよい。干渉を回避し、領域特定調整制約を満足させるために、ビーム偏波およびスペクトル使用法を変えてもよい。ＮＯＣはまた、主としてリソース管理、故障管理、決算および請求書作成発送のような機能を行うことができる。
【００８６】
９９．５％乃至９９．７％の利用率を達成するために、多数のクラスの端末が地上局の位置、サービスカテゴリおよびその他のシステムパラメータに応じて使用される。１実施形態において、地上端末は、ＵＴ114 とゲートウェイ端末106 とを具備している。ＵＴ114 は約１００Ｍｂｐｓまでのデータ速度を提供し、ゲートウェイ端末106 は約７００Ｍｂｐｓまでのデータ速度を提供する。以下の表III およびIVは、端末特性の実例を要約して示している。
【００８７】
0003990111.tif 000005
［非ＬＥＯシステム衛星との干渉］
干渉は、所望の搬送波対干渉比率（Ｃ／Ｉ）が要求される保護しきい値より低くなったときに発生する可能性が高い。別の衛星システムとの間の干渉レベルを最小にするために、ＬＥＯシステム100 は、衛星ダイバーシティを含むスペクトル共有技術（ハンドオーバ切替えおよびその他追加されたものによる多数の衛星の利用度および使用）と、狭いビーム幅のアンテナとを使用する。さらに、ＬＥＯシステム衛星102 の群のパラメータは、ＧＳＯサービスに対する可能性のある干渉を最小にするように選択および設計される。
【００８８】
ＩＳＬ104 に対するＬＥＯシステムの光トランシーバ308 の非常に狭いビーム幅は、そのレーザビームの直接路の外側の衛星の受信機が有害な干渉を回避することを確実にする。狭いビーム幅は、実際に、別の衛星がトランシーバの見通し線を遮ることを防止する。これらの理由のために、また、軌道およびその他パラメータがシステム間で異なっているために、異なったシステムの衛星間リンクの間において発生する有害な干渉の可能性は無視できる。
【００８９】
図１１は、別の衛星との通信干渉要件を満足させるシステムレベルの方法により衛星通信システムを設計するために使用された方法のステップを示すフロー図である。一般に、干渉要件は、別の（干渉された）衛星のアンテナにおける最大等化電力束密度（ＥＰＦＤ）または平均電力束密度（ＡＰＦＤ）として通常はｄＢＷ／ｍ2 ／４ＫＨｚ単位で表される。ブロック1102に示されているように、複数の干渉シナリオが識別される。その後、ブロック1104に示されているように、発生頻度にしたがって干渉要件（上記のＥＰＦＤのような）がカテゴリに分けられる。ブロック1106に示されているように、各シナリオおよび各干渉要件カテゴリに対して１以上の干渉軽減戦略が識別される。所望されるならば、１以上のシナリオと発生頻度に対して特定の干渉戦略が使用されることが可能である。その後、干渉要件のシナリオおよびカテゴリのそれぞれに対して、識別された干渉軽減戦略の各有効性が決定される。これは、ブロック1108に示されている。所望された場合、衛星通信システムの設計の決め手になった（その主な要因である）シナリオおよび戦略に対してのみ、このステップを行なうことができる。その後、ブロック1108で得られた結果にしたがって、１以上の干渉軽減戦略が選択される（ブロック1110）。
【００９０】
本発明の別の実施形態において、半静止軌道上の衛星システムと静止軌道上の衛星システムの中の衛星との間における最大通信干渉を特定する干渉要件から短期間の干渉要件および長期間の干渉要件を規定することによりこの方法が行われる。このような干渉の原因は、衛星通信システムがそれらの各地上局と通信するために使用した送信および受信アンテナの軸外れ感度特性である。１実施形態において、短期間干渉要件は、潜在的に高い強度で発生して短期間のあいだ持続する干渉によって明示され、長期間干渉要件はそれより低い強度でもっと頻繁に発生した干渉によって明示される。次に、結果的に得られた短期間干渉が短期間干渉要件を満たすように、第１の衛星システムにおいて使用されるアンテナの軸外れ感度特性が選択される。それによって、アンテナ追跡戦略ルールは、第１の衛星システムにおける第１の各衛星がその関連した地上局との通信できるようになる時期を表す。
【００９１】
以下、上述した方法ステップの適用例を説明する。１２の異なったシナリオが規定されることができ、それにおいてＧＳＯリンク（既存の衛星能力）とＮＧＳＯリンクとの間で干渉が生じる可能性がある。重要度（有害度に関して）の高い順に整列した場合、それらは次のようになる：（１）ＧＳＯ地上局の主ビームがＮＧＳＯ衛星の主ビームと干渉する；（２）ＮＧＳＯ衛星の主ビームがＧＳＯ地上局の主ビームと干渉する；（３）ＧＳＯ衛星の主ビームがＮＧＳＯ地上局の主ビームと干渉する；（４）ＮＧＳＯ地上局の主ビームがＧＳＯ衛星の主ビームと干渉する；（５）ＧＳＯ地上局の主ビームがＮＧＳＯ衛星のサイドローブと干渉する；（６）ＮＧＳＯ衛星のサイドローブがＧＳＯ地上局の主ビームと干渉する；（７）ＧＳＯ衛星のサイドローブがＮＧＳＯ地上局の主ビームと干渉する；（８）ＮＧＳＯ地上局の主ビームがＧＳＯ衛星のサイドローブと干渉する；（９）ＧＳＯ地上局のサイドローブがＮＧＳＯ衛星の主ビームと干渉する；（１０）ＧＳＯ衛星の主ビームがＮＧＳＯ地上局のサイドローブと干渉する；（１１）ＮＧＳＯ衛星の主ビームがＧＳＯ地上局のサイドローブと干渉する；（１２）ＮＧＳＯ地上局のサイドローブがＧＳＯ衛星の主ビームと干渉する。
【００９２】
上記の（１）乃至（４）および（８）の場合の主ビーム間干渉は、衛星102 のダイバーシティを使用して回避されることが可能である。
【００９３】
図１２は、ＬＥＯシステム衛星102 が衛星ダイバーシティおよび２つのアンテナボアサイト間における十分な分離角度を使用してＧＳＯ衛星1202との主ビーム間干渉をどのようにして回避するかを示している。この戦略は、シナリオ（１）乃至（４）および（８）に示されている場合の主ビーム間干渉を防止するのに有効である。この非サービスゾーン戦略により、ＮＧＳＯ地上局1204（たとえば、ＵＴ114 またはゲートウェイ106 ）からＮＧＳＯ衛星1206（たとえば、衛星102 ）に対するベクトルからビームの任意の地点が１０°以上離れていないうちは信号の送信が避けられる。これは、ＧＳＯの弧に沿ったＮＧＳＯ衛星システムに対する非サービスゾーンを示唆し、通常ＧＳＯ弧保護ゾーンと呼ばれる。図１２は、ＧＳＯ弧保護角（θ1 ）が１０°であるように選択された場合、非ＧＳＯからＧＳＯ主ビームに対する最小軸外れ角（θ2 ）が１０°より大きくなることを示している。
【００９４】
図１３は、ＧＳＯアンテナボアサイトとＮＧＳＯアンテナボアサイトとの間の分離角度の強制した一例を示す概略図である。図１３は、ロサンジェルスに位置しているユーザ端末から最も近い動作しているＬＥＯシステム衛星に対するアンテナ追跡軌道を示す。ユーザ端末114 は、追跡しているＬＥＯシステム衛星102 （この時点でＵＴ114 と通信しているもの）がほぼ10 °で規定されたＧＳＯ締め出し（ｋｅｅｐｏｕｔ）孤に接近したときには常に別の可視衛星にスイッチする。この非動作ゾーンは、非動作ゾーンの中央に示されたＬＥＯシステム衛星102 との通信干渉からＧＳＯ衛星を保護するために与えられる。活動的なＮＧＳＯ衛星の位置は、ＧＳＯ保護ゾーン以外の全天空を占める円として示されている。ＮＧＳＯ地上端末は、活動的な衛星が最高仰角でもはや見えなくなった場合、あるいはそれがＧＳＯ保護ゾーンに入った場合は常に別の衛星にスイッチ（ハンドオーバ）される。
【００９５】
（５）乃至（１２）の場合の干渉は、衛星ダイバーシティ、適切にアンテナボアサイト分離角度および十分なアンテナ区別を使用することにより十分に軽減可能である。ＬＥＯシステム100 に対して、地上アンテナは通常宇宙船アンテナより大型である。これは、軸外れ放射は地上アンテナによるほうがより区別されることを示唆している。その結果、（５）乃至（８）の場合の干渉状態は、主として地上アンテナが比較的に軸外れ放射を良好に区別するために（９）乃至（１２）の場合の干渉状態より悪い。（５），（８），（９），および（１２）の場合、ＧＳＯアップリンクがＮＧＳＯアップリンクに対して生じさせる干渉は、逆の場合よりも大きく、それは地上とＮＧＳＯ衛星1206との間の伝搬距離が短いためである。
【００９６】
したがって、スペクトル共有を容易にするために、ＬＥＯシステム100 は（１）十分な地上アンテナ弁別を行い、（２）十分な宇宙船アンテナ弁別を行うと共にアンテナボアサイト分離角度を提供し、（３）十分な衛星可視率統計値を提供するように設計される。ＧＳＯ地上局1208が見たＧＳＯ1202とＮＧＳＯ衛星1206との間の分離角度と、ＮＧＳＯ衛星1206が見たＧＳＯ1208とＮＧＳＯ地上局1204との間の分離角度とは、ＮＧＳＯ衛星1206の直線距離およびそれが放射した電力束密度を考慮に入れるような十分なものでなければならない。ＧＳＯ衛星1202とＮＧＳＯ衛星1206と間の角度の選択はまた、ＧＳＯ地上局のアンテナ弁別特性の合理的な推定値を明らかにしなければならず、また、ＮＧＳＯ地上局とＧＳＯ地上局と間の角度もまたＮＧＳＯ衛星1206のアンテナの弁別特性を考慮に入れなければならない。
【００９７】
図１４のａ、ｂおよびｃは、ＬＥＯシステム100 がＧＳＯ衛星1202およびそれらのリンクと干渉する可能性の高い付加的なシナリオを示している概略図である。図１４のａはシナリオ（６）を示し、一方図１４のｂおよびｃはシナリオ（１１）および（１２）をそれぞれ示ている。シナリオ（１）、（２）、（３）および（４）はＧＳＯ非サービスゾーンの使用によって除去されると仮定すると、これらのシナリオは干渉全体の重大な要因である。
【００９８】
シナリオ（６）は、ＧＳＯ地上局1208から若干離れて配置されたＵＴ114 のようなＮＧＳＯ地上局1204に送信したときの、ＮＧＳＯ衛星1206のアンテナ（たとえば、アンテナサイドローブを介する）からのエネルギの軸外れ放射による干渉を含む。シナリオ（１１）は、ＧＳＯ地上局1208と同じ位置に、あるいはほぼ同じ位置に配置されたＮＧＳＯ地上局1204に送信しているＮＧＳＯ衛星1206による干渉を含む。この場合、ＧＳＯ衛星1202からの送信は、ＧＳＯ地上局アンテナのサイドローブまたはその他の軸外れ感度特性を介したＮＧＳＯ衛星からの信号の受信によって妨害される可能性が高い。シナリオ（１２）は、ＮＧＳＯ衛星1206に送信しているＧＳＯ地上局1208と同じ位置に、あるいはほぼ同じ位置に配置されたＮＧＳＯ地上局1204による干渉を含む。この場合、ＮＧＳＯ地上局1204からサイドローブまたは軸外れソースを介して送信されたエネルギは、ＧＳＯ衛星1202によって受信され、ＧＳＯ地上局1208からＧＳＯ衛星1202に送信された信号と干渉する。
【００９９】
上述されたシナリオの中の干渉を減少するために、異なった干渉軽減技術を使用することができる。最初に、干渉要件は、干渉シナリオと遭遇すると予測される頻度を表す発生頻度統計に分けられることができる。たとえば、発生頻度統計値は、干渉シナリオの状態が一日の中に発生した全体の総秒数によって表されることができる。一例において、これらの統計は短期間、過渡期、長期間のようなカテゴリに分けられる。短期間カテゴリの干渉状態は、わずかな比率でしか発生しないが、しばじは高レベルの干渉を伴う傾向がある。長期間カテゴリの干渉状態はもっと頻繁に、おそらく１％の比率で発生するが、一般に低レベルの干渉を伴う。過渡期カテゴリの干渉状態は、これら２者の間のものである。これらの各干渉カテゴリは、以下の表Ｖの対応した軽減戦略を与えられる。
【０１００】
0003990111.tif 000006
シナリオ（６）に関して、１０°のＧＳＯ非サービスゾーンの位置付けは、短期間干渉要件に従うには不十分である。その結果、付加的な干渉軽減戦略、すなわち、ＮＧＳＯ衛星1206のアンテナサイドローブ指向性を減少させる戦略が使用される。１実施形態において、アンテナサイドローブの指向性は、図５に示されているようにほぼ４°であるように選択される。過渡期間および長期間の干渉要件は、シナリオ（１１）の考慮事項によって左右される。
【０１０１】
シナリオ（１１）に関して、短期間干渉要件は、上述したＧＳＯ非サービスゾーンを使用することにより満足されることができる。しかしながら、非サービスゾーンは、長期間または過渡期間に分類される干渉に対して有効な干渉軽減戦略ではない。シナリオ（１１）においてこれらの干渉要件を満足させるために、付加的な干渉軽減戦略が使用される。この“ダイバーシティ”ベースの軽減戦略には、どのＮＧＳＯ地上局1204がどのＮＧＳＯ衛星1206と通信するかを決定する追跡アルゴリズムの修正が含まれる。
【０１０２】
以下の表VIは、可能性のある軽減戦略をまとめたものである。
【０１０３】
0003990111.tif 000007
図１５は、軽減戦略の１実施形態で使用される例示的な方法ステップを示すフロー図である。最初に、ブロック1502に示されているように、地上局（たとえば、ＮＧＳＯ地上局1204）と衛星群の中の衛星（ＮＧＳＯ衛星1206）との間の幾何学的関係が評価される。次に、ブロック1504に示されているように、地上局1204とＮＧＳＯ衛星1206との間の通信が評価された幾何学的関係にしたがって行われる。
【０１０４】
図１６は、ＮＧＳＯ衛星1206の仰角がハンドオーバ条件（通信が１つのＮＧＳＯ衛星1206から別のものにハンドオーバされる時期）を決定し、ハンドオーバ衛星（ＮＧＳＯ衛星群中の異なった衛星によって先に処理された通信を処理するように割当てられた衛星）を識別するための判別式として使用される軽減戦略の１実施形態で使用される例示的な方法ステップを示すフロー図である。この技術によって、ＧＳＯ衛星1202または地上局1208と干渉するＮＧＳＯ衛星1206または地上局1208の統計的な尤度がさらに低くなる。
【０１０５】
図１７は、図１６に示されているフローチャートで説明されている幾何学的関係を示す概略図である。
【０１０６】
図１６を参照すると、ブロック1602に示されているように、各“可視”ＮＧＳＯ衛星1702に対する仰角が決定される。これに関して、“可視”は地球の縁部の上方にある衛星を示す。ＮＧＳＯ地上局1204の局部水平線1704からの各衛星の仰角が決定される。これは、ＳＯＣ128 またはＮＯＣ124 あるいはＮＧＳＯ地上局1204の残りのものから得られた情報を使用して決定されることができる。その後、この時点でＮＧＳＯ地上局1204と通信している衛星（図１７における仰角γの衛星1702A ）の仰角が他のあらゆる可視衛星1702に対する仰角以下である場合、最高仰角の衛星（図１７において角度βに配置されたＮＧＳＯ衛星1702D ）をハンドオーバ衛星と呼ぶ。これは、図１６のブロック1604および1606に示されている。その後、ブロック1608に示されているように、ＮＧＳＯ衛星群とＮＧＳＯ地上局1204との間の通信が現在の衛星1702A からハンドオーバ衛星1702D にハンドオーバされる。上述したものに類似した実施形態において、ハンドオーバ衛星は、現在地上局と通信している衛星1702C のような衛星ではなく、最高仰角を有する任意の衛星として識別される。図１８は、ＮＧＳＯ地上局1204と現在通信している衛星の仰角が最小仰角（図１７における仰角γのような）より低くなった場合に、衛星ハンドオーバが行われる軽減戦略の１実施形態で使用される例示的な方法のステップを示すフロー図である。ブロック1802は、ＮＧＳＯ地上局1204と現在通信しているＮＧＳＯ衛星（たとえば、図１７における衛星1702A ）の仰角を決定する。ブロック1804は、ＮＧＳＯ地上局と現在通信しているＮＧＳＯ衛星の仰角が最小仰角（図１７における角度γのような）より小さいかどうかをチェックして調べる。そうならば、ＮＧＳＯ衛星群の中の各可視衛星に対する仰角が決定され、通信が最高仰角の衛星（1702D ）にハンドオーバされる。これはブロック1806乃至1810に示されている。本発明の１実施形態において、最小仰角γはほぼ９°であるように選択される。
【０１０７】
本発明の別の実施形態において、ハンドオーバは現在の衛星の仰角が最小仰角γより小さくなった後でも行われるが、そのハンドオーバ衛星は、必ずしも最高仰角にある衛星とは限らず、可視衛星（1702B-1702D ）の中からランダムに指定される。この形態では、ハンドオーバ衛星はランダムに選択されるので、ブロック1806および1808に示されている動作は不要である。
【０１０８】
図１９は、ＮＧＳＯ地上局1204とＮＧＳＯ衛星1206とＧＳＯ衛星1202とによって規定された分離角度（図１２においてθ1 で示されている）がハンドオーバ衛星を識別し、そのハンドオーバ衛星に通信がハンドオーバされる時期を決定するために使用される本発明の別の実施形態で使用される例示的な処理ステップを示すフロー図である。最初に、ブロック1902に示されているように、ＮＧＳＯ衛星群の中の各可視衛星に対する分離角度θ1 が決定される。その後、衛星の１つの分離角度θ1 がＮＧＳＯ地上局1204と現在通信しているＮＧＳＯ衛星1206の分離角度θ1 より大きくなった場合、通信はＮＧＳＯ衛星群の中の別の衛星にハンドオーバされる。これはブロック1904および1906に示されている。ハンドオーバ衛星は、最大分離角度を有するＮＧＳＯ衛星として、または最高仰角の衛星としてＮＧＳＯ衛星群の中の可視衛星からランダムに選択されることができる。
【０１０９】
例示するために、上述の干渉軽減技術をＮＧＳＯとＧＳＯの衛星システム間の干渉を減少させるために適用されるものとして説明してきた。しかしながら、上述した技術は、異なったＮＧＳＯ衛星群のあいだの干渉を防止または減少するために使用されることもできる。
【０１１０】
図２０および２１は、表VIに概説した追跡方法を使用するＬＥＯシステム100 の予測統計ＥＰＦＤおよびＧＳＯの１０°保護ゾーンを示すグラフである。図２０のａは、０．６ｍのＧＳＯ地上局端末1208のアンテナを使用するＬＥＯシステムの予測統計ＥＰＦＤを示す。図２１のａおよびｂは、３．０ｍおよび１０．０ｍのアンテナをそれぞれ使用するＬＥＯシステム100 の予測ＥＰＦＤを示す。
【０１１１】
これらの結果は、最悪の場合の幾何学的配列の下にシナリオ（６）および（１１）を組合わせたものである。一般に、衛星追跡方法４は、ＧＳＯシステムに対して最良の保護を提供し、とくに小型のＧＳＯアンテナに対して長期間干渉を無害なレベルまで減少させる。また、ＧＳＯ地上局端末1208のアンテナが大きい場合、シナリオが短期間干渉レベルを支配し、また、このソースからのこの干渉は衛星アンテナサイドローブアンテナによって改善できることにも注意すべきである。
【０１１２】
一般に、シナリオ（６）、（１１）および（１２）では、衛星ダイバーシティを使用して軽減を行うために、ＮＧＳＯシステムが十分な個数の可視衛星を提供する必要がある。シナリオ（６）および（１１）において、ＮＧＳＯシステムは宇宙からおよび近くのリンクまでに必要とされるｐｆｄレベルを減少させるのに十分な大きさの地上端末を提供する可能性がある。シナリオ（６）では、宇宙船からの適切な軸外れ角における著しいサイドローブ減衰を必要とする。シナリオ（１１）では、スペクトル共有を容易にし（過渡期ゾーンにおいて）、特に小さいアンテナ開口を備えたＧＳＯ地上局を保護するために低レベル干渉追跡方法を必要とする。シナリオ（１２）はまた、ＮＧＳＯアップリンクから発生されたまとまった干渉を減少するためにＧＳＯ孤回避にとって十分な角度を必要とする。
【０１１３】
［ＭＥＯシステム衛星システム］
図２２は、ＭＥＯシステム衛星通信システム2100の概略図である。このＭＥＯシステム2100は、ＬＥＯシステム衛星通信システム100 の代わりに使用されることができ、あるいは世界的なサービスを増やすためにＬＥＯシステム通信システム100 と共に使用されてもよい。
【０１１４】
ＭＥＯシステム2100は、広帯域通信サービスを米国内および世界中の顧客に提供し、１．５４Ｍｂｐｓ（Ｔ1 ）から１５５Ｍｂｐｓ（ＯＣ−3 ）までのデータ速度でサービスを提供する。ＭＥＯシステム2100は、宇宙セグメント、地上セグメントおよびサービスセグメントを含んでいる。宇宙セグメントは、複数のＭＥＯシステム衛星2102をＭＥＯ軌道中に含んでおり、それらがＭＥＯシステム衛星間リンク（ＩＳＬ）2104を介して互いに通信する。
【０１１５】
地上セグメントは、複数のＭＥＯシステムのユーザ端末2106、システムアクセスノード、ならびにＴＴ＆Ｃ制御を容易にする１以上のＮＯＣ124 および１以上のＳＯＣ128 とを含む制御センタを含んでおり、ユーザ端末2106の設計はＬＥＯシステムのユーザ端末114 と類似していてもよいし、同じであってもよい。各ＮＯＣ124 は、衛星搭載プロセッサと共同して、ユーザアクセス要求を制御し、したがってインターネット接続を容易にする。ＮＯＣ124 はまたサービス利用度および容量、ビーム管理、およびシステム全体にわたるハンドオーバを監視する。１実施形態において、ＭＥＯシステムのユーザ端末2106は、直径寸法が１ｍ（４０インチ）乃至２ｍ（７９インチ）のアンテナを有するＭＥＯシステムのユーザ端末2106の一群から構成されている。
【０１１６】
ＭＥＯシステム衛星2102からのスポットビームカバレージは、市場要求に応答して軌道で再構成されることができる。ＬＥＯシステム100 のように、スポットビームおよび二重偏波の使用により、Ｋｕ帯域スペクトルは、各ＭＥＯシステム衛星2102によって２５回再使用されることが可能になる。システムは別のシステムであるＮＧＳＯおよびＧＳＯの両者との周波数共有を容易にするように設計されている。ＭＥＯシステムネットワーク2100により、ユーザはインターネット、集合的イントラネット、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、構内ネットワーク（ＬＡＮ）および自律転送モード（ＡＴＭ）ネットワークを含む広範囲の地上ネットワークにトランスペアレント接続される。
【０１１７】
［周波数プラン］
ＭＥＯシステムネットワーク2100は、ＭＥＯシステム衛星2102に設けられたスイッチによるパケット切替えおよび回路切替え動作の両者をサポートする。搭載スイッチマトリックスは、アップリンクからダウンリンクビームへ、および衛星間リンク2104への接続を行い、これによってパケット切替えおよび回路切替えデータが適切な目的地に経路を設定される。
【０１１８】
ＮＯＣ124 は衛星搭載プロセッサと共同して、ユーザアクセス要求を制御する。さらに、それはサービス利用度および容量、ビーム管理、およびシステム全体にわたるハンドオーバを監視する。
【０１１９】
図２３は、ＭＥＯシステムの例示的な周波数プランを示す概略図である。スペクトルは、各領域において利用可能なスペクトルに応じてアップリンクおよびダウンリンク信号に対する多数の２５０ＭＨｚのセグメントに分割される。その後、各セグメントは２つの１２５ＭＨｚのサブセグメントに分割され、２つの各偏波（右および左回りの円偏波）で再使用される。
【０１２０】
ＭＥＯシステム衛星2102のアンテナシステムの設計は、同じ周波数および偏波を有するビーム間における空間分離を最大にする。この設計により、高い要求区域の高密度カバレージが可能になる。これは、多数の１２５ＭＨｚ帯域のセグメントが同じ地理区域内のサービス容量を最大にするように配置されることができるためである。サービス要求に応じて、いくつかの異なったビームレイアウトパターンの１つが１つのサービス区域で選択される。
【０１２１】
ＬＥＯシステム100 のように、ＭＥＯシステム2100は、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）および時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）の組合せを使用して、フレキシブルなデータ速度でサービスを提供する。１２５ＭＨｚの搬送波帯域幅は１．５ｍの端末に対して１５５Ｍｂｐｓのサービスをサポートする。低いデータ速度は、狭いＦＤＭＡ搬送波（＜１２５ＭＨｚ）またはＴＤＭＡスロットの組合せによりサポートされることができる。たとえば、１．５５Ｍｂｐｓのサービスは、１２５ＭＨｚの搬送波を１００の時間スロットに分割することによってサポートされることが可能である。
【０１２２】
小さいビーム幅のフットプリントおよび二重偏波により、ＭＥＯシステム2100において使用されるスペクトルは、潜在的に衛星当たり２５回再使用されることができる。衛星2102当たり、ほぼ２５０のビーム位置と約５０の活動的なビームが利用できる。容量は変化するビーム位置と照射期間の長さとの組合せによってサービス区域に対してフレキシブルに割当てられることができる。ＭＥＯシステムユーザ端末2106およびＭＥＯシステム衛星2102からの通信は、たたみこみ連接、リード・ソロモン、エラー補正符号化によるオフセット直角位相シフトキーイング（ＯＱＰＳＫ）ベースバンド変調により行われる。
【０１２３】
［衛星特性］
図２４は、ＭＥＯシステム衛星2102の１実施形態の斜視図である。ＭＥＯシステム衛星2102は、ＨＥ高電力、本体を安定化された（ｂｏｄｙ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ）周回中軌道衛星である。以下の表VII に衛星特性を示す。
【０１２４】
0003990111.tif 000008
0003990111.tif 000009
ＭＥＯシステム2100は１５５Ｍｂｐｓまでの速度で広帯域データ通信を行う。回路は対称的または非対称的な、単信方式または二重通信方式であることが可能である。ペイロード管理および再構成は、システムの地上動作と共同して動作するＭＥＯシステムのＴＴ＆Ｃサブシステムおよび制御セグメントを介して行われる。以下の表VIIIにＭＥＯシステム2100の通信パラメータを示す。
【０１２５】
0003990111.tif 000010
Ｋｕ帯域サブシステムは、宇宙から地球に送信するために１０．７乃至１２．７ＧＨｚ（領域２）および１０．７０乃至１２．７５ＧＨｚ（領域１および３）内のＫｕスペクトルの中の１ＧＨｚの帯域幅を使用し、また地球から宇宙に送信するために１２．７５乃至１３．２５ＧＨｚおよび１３．７５乃至１４．５ＧＨｚ内のうちの１ＧＨｚを使用する。使用される厳密な帯域は、システムがサービスする各区域におけるスペクトル利用度にしたがって決定される。１０００ＭＨｚは８つの１２５ＭＨＺのサブバンドに分割される。各サブバンドは最大ＯＣ3 速度のデータ（１５５Ｍｂｐｓ）を伝送し、その後ＴＤＭＡによって複数の（例えば、１００の）Ｔ1 （１．５４Ｍｂｐｓ）搬送波に分解される。１０００ＭＨｚ内における種々のサービスタイプの組合せが可能であり、特定のユーザニーズを満足するようにされることができる。
【０１２６】
アンテナサブシステムは、複数のフィード反射器アンテナ（示されているような）、またはＭＥＯシステム受信アンテナ2306およびＭＥＯシステム送信アンテナ2304のような直接放射アレイを含んでいる。各アンテナは、２０ｄＢのクロス偏波分離による二重偏波を使用し、ほぼ２５０のスポットビーム位置を提供することができる。ＭＥＯシステム衛星2102当たりほぼ５０のスポットビームが提供され、各スポットビームは二重偏波された送信および受信周波数スペクトルの１２５ＭＨｚを使用する。ＭＥＯシステム衛星2102のプロセッサは、特定のビームにおいて要求が高い場合に、多数のサブバンドを単一ビームに切替えることができる。各衛星は、サービス区域上を通過しながら、そのビームを特定の場所に導いてもよいし（アレイ形態）、あるいは切替えてもよい（反射器アンテナ形態）。
【０１２７】
図２５は、ＭＥＯシステム衛星2102の通信ペイロードの１実施形態を示すブロック図である。各受信アンテナ2306に到達した信号は、アンテナフィード素子に取付けられたＭＥＯシステムＬＮＡ2402によって増幅される。ＭＥＯシステムＬＮＡ2402に続いて、各アンテナフィード素子からの信号は、ＭＥＯシステムダウンコンバータ2404によってＫＵ帯域からＳ帯域に下方変換され、スイッチマトリックス2406に供給され、ＭＥＯシステムアップコンバータ2408によってＳ帯域からＫＵ帯域に上方変換される。その後、信号はチャネライザ2410に導かれる。アナログＭＥＯシステムチャネライザ2410は、命令プロセッサ2412から受取った命令にしたがってアップコンバータ2408から信号を導く。
【０１２８】
ＭＥＯシステムチャネライザ2410に続いて、各ビームからの信号はＭＥＯシステムダウンコンバータ2414により１１ＧＨｚ帯域に下方変換され、次にＭＥＯシステム進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）2416によって増幅され、その後高電力スイッチマトリックス（ＳＭ）2418に送られる。スイッチマトリックス2418の出力は、要求されるダウンリンクビームを発生するために必要な送信反射器アンテナの中のフィード素子を選択する。光クロスリンク2104から得られた情報もまた、ＭＥＯシステムスイッチマトリックス2418によって導かれる。スイッチの出力に現れた信号は、同じ衛星上のダウンリンクビームにされる予定のものであるが、それらは送信アンテナ2304によって再結合され、送信される。
【０１２９】
チャネライザ2410は、別のＭＥＯシステム衛星2102に配信されることを意図された信号を衛星間リンクサブシステム2420に導く。この衛星間リンクサブシステム2420は、チャネライザ2410に結合されたトランシーバ装置2422A および2422B を具備している。各トランシーバ装置2422A および2422B は、衛星間リンク2104による送信を予定されたデータを受入れて処理し、この処理されたデータを望遠鏡（それぞれ2308A および2308B ）に供給し、その望遠鏡がデータを別のＭＥＯシステム衛星2102に光学的に送信する。同様に、各望遠鏡2308A および2308B はトランシーバ装置2422A および2422B からそれぞれ光学的に受信された情報を感知し、その情報をチャネライザ2410に供給する。
【０１３０】
衛星間リンクサブシステム2420は、別のＭＥＯシステム衛星2102との内部動作のために設けられた２個の光衛星間リンク（ＩＳＬ）端末を構成する。ＩＳＬ端末からの信号は、上述したようにＴＤＭＡ  ＯＣ3 回路切替えペイロードおよびパケット切替えプロセッサペイロードとインターフェースされる。
【０１３１】
中継器入力で入力マルチプレクサにより前に分離された任意の低速データ信号は、デジタルスイッチプロセッサ738 に送られ、ここにおいて信号帯域が個々のデジタルデータパケットに復調される。パケットは、ＭＥＯシステムルータを使用して適切なダウンリンクビームに導かれ、このルータはまた、光クロスリンクへの入力および出力信号インターフェースを有している。パケットは連続したデータ流に再度アセンブルされ、Ｋｕ帯域スポットダウンリンクに送られるように予定されたものが、出力マルチプレクサでＯＣ3 搬送波と再結合するために大容量のＯＱＰＳＫ搬送波に変調される。
【０１３２】
［アンテナ］
ＭＥＯシステム衛星2102は、多数の入力フィードをそれぞれ有する４個の送信アンテナ2304を含んでいる。送信アンテナ2304は合計５０のビーム（各偏波でそれぞれ２５）を放射する。４個の各送信反射器アンテナ2304は開口が公称約０．７５ｍであり、ＭＥＯシステム衛星2102の本体の東西各面上に取付けられている。送信アンテナ2304は、２．５°の直径を有するスポットビームを生成する。スポットビームの複合体は、宇宙船に関して固定されたビームパターンを形成し、その結果宇宙船が移動するにつれて移動するビームパターンが地上において得られる。
【０１３３】
ＭＥＯシステム衛星2102はまた、開口がほぼ０．６４ｍの４個の受信反射器アンテナ2306を含んでいる。多数のフィードを有する各受信反射器アンテナ2306は、合計５０のビーム（各偏波でそれぞれ２５）を受信する。
【０１３４】
ＭＥＯシステム衛星2102はまた、ＴＴ＆Ｃサービスを提供する２個のホーンアンテナから成るテレメタリおよび命令アンテナシステムを含んでいる。テレメタリの遠隔測定信号はまた、地上通信アンテナに対する追跡ビーコンとして機能する。順方向アンテナは、軌道に関して垂直な動作のために使用される±２２．５°のホーンである。船尾アンテナは、緊急動作のために使用される±７０°のホーンである。
【０１３５】
ＭＥＯシステム衛星2102はまた、２以上の光ＩＳＬ端末を含み、赤道平面衛星に対して東および西ＩＳＬビームを供給する。４個のＩＳＬアセンブリは、傾斜した軌道の衛星に対してさらに接続する。４個の受信反射器アンテナ2306およびＩＳＬ端末は、地球側に面して取付けられている。
【０１３６】
［ＴＤＭＡスイッチ］
アナログチャネライザ2410は、ＯＣ3 搬送波に対するアップリンクユーザをダウンリンクユーザにルートする衛星切替えを行う。ＴＤＭＡスイッチは、各ＴＤＭチャンネルを特定の時期に特定のアップリンクビームでその割当てられたダウンリンクビームに接続する。ＴＤＭＡスイッチは、アップリンクトラフィックを適切なダウンリンクに時間ゲートする。同期情報は、それらの送信、受信および復調装置を衛星ＴＤＭＡスイッチに同期するように全てのユーザ地上端末に送信される。
【０１３７】
デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）サブシステムは、通信ペイロードのパケット切替え部分を相互接続する。１０Ｍｂｐｓ以下でパケット化されたデータを含む各ビームに対するアップリンク周波数帯域セグメントは、ＤＳＰの復調器部分に送られ、ここにおいて信号は全て復調され、エラー補正符号化が除去される。その後、個々のデータパケットはルータに送られ、このルータが、パケットヘッダに含まれているアドレス情報に基づいてそれらを適切なダウンリンクデータ流に導く。各ダウンリンクビームに対して結果的に得られたデータ流はバッファされ、ＫＵ帯域スポットビームダウンリンクによって送信するために１５５ＭｂｐｓのＴＤＭ  ＯＱＰＳＫ搬送波に再度変調されるか、あるいは光衛星間リンクに直接送られる。
【０１３８】
［光衛星間リンク（ＩＳＬ）］
ＩＳＬ2104は、衛星間で情報を通信して、別のＨＥ衛星との接続によって世界的に相互接続されたサービスを提供するために使用される。ＭＥＯシステム2102の搭載プロセッサの選択された出力は、レーザ衛星間ペイロードにルートされ、ここにおいてデータが処理され、３．５Ｇｂｐｓの最大衛星間リンク能力を提供する。宇宙環境に対して適切に修正された市販の装置を使用するために、１．５５μｍの波長が選択される。
【０１３９】
［宇宙セグメントバスサブシステム］
ＭＥＯシステム衛星2102は、赤道平面およびＭＥＯの傾斜した軌道の両方において動作する。アンテナは天底に向かって方位付けされ、太陽電池アレイは太陽に向かって方位付けされる。この衛星の姿勢基準は、太陽−天底ステアリングと呼ばれている。この太陽−天底ステアリングは、傾斜軌道の衛星の集光度および熱除去率を最大にする。
【０１４０】
衛星の構造は、その飛行任務期間中にわたって安定したプラットフォームを提供する。これは、発射負荷を効率的に分散するように最適化されており、また、４ｍ以上のペイロード空間を支持する発射ビークルと適合する。
【０１４１】
［追跡、テレメタリおよび制御サブシステム］
追跡、テレメタリおよび制御サブシステム（ＴＴ＆Ｃ）は、飛行任務および動作の全段階のあいだ宇宙船の命令、モニタリングおよびレンジングをサポートするためのアンテナ、受信機、送信機およびデジタル装置を提供する。このサブシステムは命令アップリンクを受信して復調し、命令データを処理するために中央テレメタリおよび命令装置（ＣＴＣＵ）に中継する。それは、ＣＴＣＵからの遠隔測定副搬送波をＲＦダウンリンク搬送波に変調する。このサブシステムはまた、レンジングトーンをアップリンク搬送波から復調し、このトーンをダウンリンク搬送波に再度変調して、宇宙船の正確な地上決定を可能にする。搭載された追跡、テレメタリおよび制御サブシステムは、Ｋｕ帯域で動作される。遠隔測定信号は通信ダウンリンク信号と同じ円偏波を有し、制御信号は通信アップリンク信号と同じ円偏波を有する。
【０１４２】
［姿勢制御］
宇宙船の姿勢制御サブシステムはまた、姿勢センサと、姿勢制御アクチュエータと、関連した電子処理装置とを有している。宇宙船制御プロセッサ（ＳＣＰ）はセンサ入力信号を処理し、姿勢アクチュエータを制御して、種々の飛行任務段階中に軌道データを処理する。姿勢制御サブシステム（ＡＣＳ）は、太陽−天底ステアリングを行って電力および温度性能を最適化するゼロ運動量バイアスタイプのものである。このアクチュエータはトルクを制御するための４つの反動輪と、捕捉およびステーションキーピング操縦用のスラスタと、太陽翼を向ける太陽翼駆動装置とを含んでいる。
【０１４３】
［推進］
液体推進サブシステムは、機上および地上命令に応答して衛星速度および姿勢制御運動を行う。このシステムは２個の完全に冗長なサブシステムから構成されている。スラスタは、噴射エラー補正、軌道維持、ならびにステーションキーピングと、フェイジングと、飛行期間の終りのデオービットおよび軌道上動作とを含む運動中にスピンおよび、または姿勢制御を行うために使用される。
【０１４４】
［電力］
電力サブシステムは、宇宙船上の全てのサブシステムに電力を供給する。宇宙船は１つの調整バスを使用し、そのエネルギを２個の太陽翼によって収集する。太陽アレイによって充電された電池は、日食中に宇宙船に全電力を供給する。電力装置は、集積された電力制御装置（ＩＰＣ）を備えている。集中電力フュージング（ｆｕｓｉｎｇ）、スイッチングおよびバス電流遠隔測定は、バス電力分配装置およびペイロード電力分配装置によって行われる。
【０１４５】
［温度制御］
温度制御サブシステムは、飛行任務中にわたって制御された温度環境を提供する。ラジエータパネルは、内部で発散された熱を宇宙空間に捨てて、内蔵された熱パイプにより“等温に”される。衛星の装置の低温の極値を制限するためにヒータが使用される。
【０１４６】
［衛星群］
宇宙セグメントは、合計２２個の実質的に同じＭＥＯシステム衛星2102から構成され、そのうちの８個が赤道平面に配置され、１４個が傾斜した軌道上に配置されている。全てのＭＥＯシステム衛星2102は高度１５，０００ｋｍで動作し、それは８．６時間の軌道周期に対応する。システムの信頼性を高めるために、適切な数の軌道上および地上スペアが含まれている。
【０１４７】
赤道軌道に対して、衛星2102は１つの傾斜していない円平面おいて動作する。ＧＳＯ衛星とスペクトルを共有するために、赤道衛星は、赤道領域をカバーしない。傾斜軌道セグメントは１４個のＭＥＯ衛星2102から構成され、それらは７個の衛星の２つの円平面中に配置され、各平面はほぼ４５°傾斜されている。ＭＥＯ衛星群は経度に関して均一であり、赤道に関して対称的である。
【０１４８】
図２６は、ＭＥＯシステム衛星群における可視および非ＧＳＯ干渉衛星の数を緯度の関数として示すグラフである。これらは、１０°の最小仰角および最小ＧＳＯ孤分離により結果的に得られたものであり、また、緯度による世界人口のヒストグラムと比較されている。付加的な非動作ゾーンは、ＮＧＳＯ／ＧＳＯ帯域幅共有関係に依存する。総合すると、ＭＥＯシステム衛星2102は、スペクトル共有を容易にするために衛星ダイバーシティが適用されることのできる２以上の可視衛星により緯度で９０°までの完全なカバレージを提供する。
【０１４９】
［地上セグメント］
ＭＥＯシステム2100は、システムへのユーザアクセスおよびペイロード動作を管理するためにＮＯＣ124 およびＳＯＣ128 を使用する。
【０１５０】
［ユーザ装置］
９９．５％乃至９９．７％利用度を達成するために、地上局位置、サービスカテゴリおよび別のシステムパラメータに応じて、多くのクラスの端末が配置される。１実施形態において、地上端末2106は、１個の地上局クラス：ＭＥＯシステム小型およびＭＥＯシステム大型端末を含んでいる。ＭＥＯシステム小型端末は４５Ｍｂｐｓの最大データ速度を提供し、ＭＥＯシステム大型端末は１５５Ｍｂｐｓの最大データ速度を提供する。以下の表IXは例示的な小型端末特性の概要を示し、表Ｘは例示的な大型端末特性の概要を示す。
【０１５１】
0003990111.tif 000011
［非ＭＥＯシステム衛星による干渉］
所望のＣ／Ｉ比率が要求される保護しきい値より低くなったときに、干渉が発生する。ＭＥＯシステム2100は、ＬＥＯシステムのように、別の衛星との間の干渉を最小にするために、衛星ダイバーシティ（利用度、およびハンドオーバ切替えおよびその他の増強装置による多数の衛星の使用）および狭い帯域幅のアンテナを含むスペクトル共有技術を使用する。さらに、ＭＥＯシステム衛星2102の衛星群のパラメータは、ＧＳＯサービスに対する潜在的な干渉を最小にするように選択および設計される。
【０１５２】
図２７のａおよびｂは、表VIに概略的に示されている追跡方法とＧＳＯの１０°の保護ゾーンとを使用するＭＥＯシステム2100の予測ＥＰＦＤを示すグラフである。図２７のａは、０．６ｍのＧＳＯ地上局端末1208のアンテナを使用するＭＥＯシステム2100に対する予測統計ＥＰＦＤを示す。図２７のｂは、１．２ｍのＧＳＯ地上局端末1208のアンテナを使用するＭＥＯシステム2100に対する予測統計ＥＰＦＤを示す。図２８のａおよびｂは、３．０ｍおよび１０．０ｍのアンテナをそれぞれ使用するＭＥＯシステム2100に対する予測統計ＥＰＦＤを示す。
【０１５３】
要約すると、本発明は、異なった軌道上の衛星通信システム間における通信干渉を軽減する方法および装置について説明した。
【０１５４】
本発明の１つの特徴は、通信衛星システムを規定する方法を実用化したものである。この方法は、複数の通信干渉シナリオを識別し、発生頻度にしたがって第２の衛星のそれぞれにおける最大干渉信号強度統計値を特定する干渉要件をカテゴリに類別し、各シナリオおよび各干渉要件カテゴリに対して１以上の干渉軽減戦略を識別し、そのシナリオおよび干渉要件カテゴリのそれぞれに対して干渉の軽減時に識別された干渉軽減戦略の各効果を決定し、この決定された干渉軽減戦略の有効性にしたがって第１の衛星通信システムに対して識別された軽減手段の１以上のものを選択するステップを含む。
【０１５５】
本発明のさらに別の特徴は、第２の衛星が第２の衛星群の中の複数の衛星の１つである、地上局と通信している第１の衛星と第２の衛星との間の通信干渉を軽減する方法で実現される。この方法は、第２の地上局と第２の衛星群の中の衛星との間の地理的関係を評価し、評価された地理的関係にしたがって第２の地上局と第２の衛星との間の通信を導くステップを含んでいる。
【０１５６】
上記の本発明の好ましい実施形態は、例示および説明のために示されているに過ぎない。それは実施形態の全てを示すものではなく、また本発明を厳密に開示された形態に制限するものでもない。上記の教示に関して多数の修正および変形が可能である。本発明の技術的範囲は、この詳細な説明ではなく、添付された請求の範囲によって限定されるものである。上記の明細書、例およびデータは、本発明の構成内容の製造および使用を完全に説明するものである。本発明の技術的範囲を逸脱することなく多数の実施形態が行われることが可能であり、本発明は添付された請求の範囲によって規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＬＥＯシステムの１実施形態の概略図。
【図２】  ＬＥＯシステムの例示的な周波数プランを与える概略図。
【図３】  ＬＥＯシステム衛星の１実施形態を示す概略図。
【図４】  ４度の代表的なスポットビームに対するアンテナカバレージの概略図。
【図５】  フェイズドアレイアンテナの送信および受信感度パターンを示すグラフ。
【図６】  フェイズドアレイアンテナの送受信アンテナの輪郭線を示すグラフ。
【図７】  データペイロード処理システムを示すブロック図。
【図８】  ７０個の衛星を有する衛星システムから得られる視野の概略図。
【図９】  米国上に展開して配置されている衛星に対する仰角輪郭線を示す概略図。
【図１０】  システム衛星群の可視衛星の数に関する統計を緯度の関数として示すグラフ。
【図１１】  衛星通信システムを設計するために使用されている方法のステップを示すフロー図。
【図１２】  システム衛星が衛星ダイバーシティおよびアンテナボアサイト間の十分な分離角を使用してＧＳＯ衛星との主ビーム間干渉をどのようにして回避するかを示す概略図。
【図１３】  ＧＳＯボアサイトとＮＧＳＯボアサイトとの間の分離角の強制した一例を示す概略図。
【図１４】  システム衛星が既存のＧＳＯ衛星との通信と干渉する可能性のある付加的なシナリオを示す概略図。
【図１５】  軽減戦略の１実施形態で使用される例示的な方法のステップを示すフロー図。
【図１６】  ＮＧＳＯ衛星の仰角が決定ハンドオーバ条件に対する判別式として使用される軽減戦略の１実施形態で使用される例示的な方法のステップを示すフロー図。
【図１７】  図１６を参照して説明される幾何学的関係を示す説明図。
【図１８】  ＮＧＳＯ地上局と現在通信している衛星の仰角が最小仰角より低くなった場合に衛星ハンドオーバが行われる軽減戦略の１実施形態で使用される例示的な方法のステップを示すフロー図。
【図１９】  ＮＧＳＯ地上局とＮＧＳＯ衛星とＧＳＯ衛星とによって規定された分離角がハンドオーバ条件を決定するために使用される本発明の別の実施形態で使用される例示的な処理ステップを示すフロー図。
【図２０】  ＬＥＯシステムの予測ＥＰＦＤを示すグラフ。
【図２１】  ＬＥＯシステムの予測ＥＰＦＤを示すグラフ。
【図２２】  ＭＥＯシステムの概略図。
【図２３】  ＭＥＯシステム2100の１実施形態に対する周波数プランを示す概略図。
【図２４】  ＭＥＯシステム衛星の１実施形態の斜視図。
【図２５】  ＭＥＯシステム衛星の通信ペイロードの１実施形態を示すブロック図。
【図２６】  ＭＥＯシステム衛星群における可視および非ＧＳＯ干渉している衛星の数を緯度の関数として示すグラフ。
【図２７】  ＧＳＯの１０°の保護ゾーンおよび付加的な追跡方法を使用するＭＥＯシステム2100の予測ＥＰＦＤを示すグラフ。
【図２８】  ＧＳＯの１０°の保護ゾーンおよび付加的な追跡方法を使用するＭＥＯシステム2100の予測ＥＰＦＤを示すグラフ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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