(57)【要約】【課題】衛星通信リンクを介して光信号を無線送信するためのデバイスを提供する。【解決手段】衛星通信リンク（１）を介して光信号を無線送信するためのデバイス（１０）が提供される。このデバイスは、第１送信装置（１１０，２１０）と、第１受信装置（１２０，２２０）とを備える。第１送信装置（１１０，２１０）は、光信号を、第１伝送経路（１００）及び第２伝送経路（２００）を介して第１受信装置に送信するように構成される。第１伝送経路（１００）は、第１伝送チャネル（１３０Ａ）を有し、第２伝送経路（２００）は、第２伝送チャネル（１３０Ｂ）を有する。ここで、第１伝送チャネル（１３０Ａ）は、第２伝送チャネルから物理的に切り離されており、第２伝送チャネルは、振幅変調光信号の伝送のための低速伝送チャネルである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星通信リンク（１）を介して光信号を無線送信するためのデバイス（１０）であって、
第１送信装置（１１０，２１０）と、
第１受信装置（１２０，２２０）と
を具備し、
前記第１送信装置（１１０，２１０）は、光信号を、第１伝送経路（１００）及び第２伝送経路（２００）を介して前記第１受信装置に送信するように構成され、
前記第１伝送経路（１００）は、第１伝送チャネル（１３０Ａ）を有し、
前記第２伝送経路（２００）は、第２伝送チャネル（１３０Ｂ）を有し、
前記第１伝送チャネル（１３０Ａ）は、第２伝送チャネルから物理的に切り離されており、
前記第２伝送チャネルは、振幅変調された光信号を送信するための低速伝送チャネルである、デバイス（１０）。
【請求項２】
第２送信装置（１１０，２１０）と、
第２受信装置（１２０，２２０）と
をさらに具備し、
前記第２送信装置は、前記第１受信装置と空間的に関連付けられ、
前記第２受信装置は、前記第１送信装置と空間的に関連付けられる、請求項１に記載のデバイス（１０）。
【請求項３】
第２送信装置（１１０，２１０）が、光信号を、前記第１伝送経路（１００）及び前記第２伝送経路（２００）を介して第２受信装置に送信するように構成される、請求項１又は２に記載のデバイス（１０）。
【請求項４】
前記第２伝送経路（２００）が、高速伝送経路である、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス（１０）。
【請求項５】
衛星通信リンク（１）であって、
請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス（１０）を具備し、
前記第１送信装置（１１０，２１０）が、軌道上の人工衛星（６）に搭載される、衛星通信リンク（１）。
【請求項６】
前記第１受信装置（１１０，２１０）が、地表面（２）に設置される、請求項５に記載の衛星通信リンク（１）。
【請求項７】
複数の第１受信装置（１２０，２２０）を具備し、
前記複数の第１受信装置（１２０，２２０）は、地表面（２）に設置され、前記第１送信装置から前記第２伝送経路を介してデータを受信するように構成される、請求項５又は６に記載の衛星通信リンク（１）。
【請求項８】
第２送信装置（１１０，２１０）と、
第２受信装置（１２０，２２０）と
をさらに具備し、
前記第２送信装置は、地表面（２）に設置され、
前記第２受信装置は、前記人工衛星（６）に搭載される、請求項５から７のいずれか一項に記載の衛星通信リンク（１）。
【請求項９】
前記第１受信装置（１２０，２２０）が、航空機（４）に搭載される、請求項５に記載の衛星通信リンク（１）。
【請求項１０】
第２送信装置（１１０，２１０）と、
第２受信装置（１２０，２２０）と
をさらに具備し、
前記第２送信装置は、前記航空機（４）に搭載され、
前記第２受信装置は、前記人工衛星（６）に搭載される、請求項９に記載の衛星通信リンク（１）。
【請求項１１】
前記第１受信装置（１２０，２２０）が、第２の人工衛星に搭載される、請求項５に記載の衛星通信リンク（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信リンクを介して光信号を無線送信するためのデバイスと、そのようなデバイスを備え、少なくとも一方が人工衛星である２つの端末の間の、例えば、地表面と第１人工衛星との間の、又は、航空機又は別の人工衛星と第１人工衛星との間の衛星通信リンクとに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠隔局を相手としてデータを受信及び／又は送信するデータ接続のために構成された人工衛星は、一般に、通信衛星と称される。通信衛星は、一方では、テレビ放送信号、音声信号、又はその他の情報データなどの情報信号を受信し、他方では、地表面の別の地域に向けて、そのようなデータを送信するように使用され得る。
【０００３】
高いデータ伝送量を実現するために、高速伝送プロトコル、すなわち、数ギガビット毎秒（Ｇｂｐｓ）程度の高いデータレートを有したプロトコルが典型的に使用される。典型的に、そのような伝送プロトコルは、例えば、利用可能な帯域幅が効率よく使用されるよう、エラーレートを可能な限り低く抑えるために、使用される個々の伝送プロトコルに最適化された専用の受信及び送信アセンブリを必要とする。伝送プロトコルに適応される送信及び受信装置は、高度な技術的複雑性を伴うことがあり、典型的に、それらは、ただ１つの伝送プロトコルしか提供しない。伝送プロトコルは、送信及び受信装置が送信及び受信ユニットを適応させる信号の物理的伝送方法に特に適用される。例えば、異なる送信及び受信ユニットを提供するためには、異なる波長範囲で電磁波を受信する必要があり得る。特に通信衛星の分野では、送信及び受信装置が複数の異なる伝送プロトコルを典型的に提供しないよう、導入されるデバイスの数量及び多様性が要点となる。
【０００４】
通信衛星の分野では、世界中で複数の異なる通信プロトコルが使用されており、これにより、具体的には、地表面に位置する遠隔局（固定局）又は航空機中の遠隔局（移動局）は、所望の任意の通信衛星を用いた高速な接続を介してデータを交換できない。
【０００５】
ある状況下では、移動又は固定遠隔局は、通信衛星を用いてデータを交換する必要が生じ、例えば、地球の大気内の航空機又は地表面上の受信機が通信衛星からデータを受信するためのものである場合、又は、地表面からのデータが未知の高速伝送プロトコルを用いる通信衛星に送信されるべきものである場合などである。しかしながら、通信衛星が単一の高速伝送プロトコル用にしか構成されていない場合、遠隔局は、その高速伝送プロトコルに適合した送信及び受信装置を使用する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、異なる高速伝送プロトコルを使用する通信衛星を用いたデータの交換を簡素化することに関する。詳細には、本発明の目的は、異なる高速伝送プロトコルを用いる端末間で、送信及び受信装置に高速伝送プロトコルについての複雑な調整を行うことなく、データの交換を可能にすることに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、添付の特許請求の範囲のうち、独立請求項に係る発明によって達成される。本発明のさらなる発展例は、従属請求項群及び以下の説明から明らかとなる。
【０００８】
本発明の一態様によれば、衛星通信リンクを介して光信号を無線送信するためのデバイスが提供される。このデバイスは、第１送信装置と、第１受信装置とを備える。第１送信装置は、光信号を、第１伝送経路及び第２伝送経路を介して第１受信装置に送信するように構成される。第１伝送経路は、第１伝送チャネルを含み、第２伝送経路は、第２伝送チャネルを含む。ここで、第１伝送チャネルは、第２伝送チャネルから物理的に切り離されており、第２伝送チャネルは、振幅変調された光信号を送信するための低速伝送チャネルである。
【０００９】
換言すれば、そのようなデバイスは、２つの物理的に切り離された伝送チャネルを提供し、このとき、高速な信号は、第１伝送チャネルを介して送信され、さらに、低速な信号は、第２伝送チャネルを介して送信される。高速な信号と低速な信号との両方は、レーザーによって送信されてよく、これは、送信装置中のレーザエミッタが対応するレーザー信号を放射し、放射されたレーザー信号が受信装置において対応する受信ユニットによって検出可能であることを意味する。レーザー信号は、可干渉性の光信号であると理解される。レーザー信号の波長は、応用の分野に応じて異なり得る。
【００１０】
伝送チャネルの物理的な切り離しは、例えば、一方の高速伝送チャネルと、他方の低速伝送チャネルとで、異なるキャリア信号を使用すること及び／又は異なる送信／受信ユニットを使用することであると理解される。具体的には、高速伝送チャネルに加えて、第２の、別個の低速伝送チャネルが提供されても、そのような第２の伝送プロトコルを送信又は受信するように高速伝送チャネルの送信装置及び受信装置が適合される必要が無いことを可能にする。
【００１１】
詳細には、振幅変調された光信号は、低速伝送チャネルを介して送信される。振幅変調された光信号は、時間とともに強度が変化する信号である。このような伝送プロトコルを使用する低速伝送チャネルは、僅かな技術的労力で提供できる。具体的には、対応する送信機及び／又は受信機は、技術的に複雑でなく、軽量であることを特徴とする。よって、例えば、送信機は、人工衛星に搭載でき、又は、高速伝送チャネルに並列して存在する既存のレーザーダイオードは、低速伝送チャネルを介したデータの伝送のために使用され得る。このとき、既存のレーザーダイオードの振幅だけ、すなわち、強度だけが、振幅変調によって第２の低速伝送チャネルを形成するために時間とともに変化することが必要とされる。よって、データが振幅変調を介して人工衛星から地表面に向けて送信されるとき、単純な受信機、例えば、レーザー信号を受信するように構成されたカメラの形態をとる受信機は、低速伝送チャネルを介してデータを受信するために十分な働きをする。受信デバイスは、移動デバイス、例えば、最も単純な例としては、光受信装置を備えたスマートフォン又は同様のポータブルコンピューティングデバイスに一体化されてよい。
【００１２】
デバイスは、データを単方向に又は双方向に送信してよく、すなわち、人工衛星から地表面に、もしくはその反対方向に、またはそれら両方の方向に送信してもよい。送信装置は、地表面上の基地局に、又は軌道上の人工衛星、例えば、静止衛星に設置されてよく、受信装置は、そのような人工衛星又は地表面に設置されてよい。
【００１３】
特に双方向伝送の場合、このようなデバイスから得られる利点は、伝送プロトコルが異なるせいで２つの端末が高速伝送チャネルを介してデータを交換できなくとも、技術的に複雑でなく、かつ僅かな労力しか提供できないこれらの２つの端末間で、特に第２の振幅変調された伝送チャネルを介して、情報データを送信できることである。記載した目的のために、伝送プロトコルは、具体的には、伝送に関与する端末ユニットの電気的又は光学的構成に対する要求項目であると理解できる。この構想下では、伝送媒体を介した伝送のための光信号の処理（例えば、コーディング及び波長処理）方法もまた、考慮されてよい。
【００１４】
明細書中に記載されるデバイスは、さまざまな高速転送プロトコルを使用する既存の通信衛星と共に使用するために、特に適する。具体的には、例えば、高速伝送プロトコルの既存の送信及び受信装置を置き換える必要はない。よって、既存の通信衛星に高額な改修を施す必要は生じない。
【００１５】
第２伝送チャネルを介して、例えば、接続の状態に関するステータス情報又は受信機の確認応答が送信できる。このことは、衛星通信リンクの端末が受信側だけで高速伝送チャネルとして構成されている場合、すなわち、単方向通信のために構成されており、戻りチャネルが利用可能でない場合に、特に有用となり得る。そのような場合、高速伝送チャネル上での伝送をコントロールするために有用な情報は、低速伝送チャネルを介して送信できる。
【００１６】
換言すれば、デバイスは、高速伝送チャネルの補助として、緩慢な振幅変調を用いた第２伝送チャネルを有する。第２伝送チャネルは、例えば、位相変調データチャネルとして構成されてよい。このような緩慢なレーザー振幅変調は、波長を用いた受信機及び変調方法、例えば、異なる製造者の受信機によっても、比較的に単純な手段を用いて受信され、復号され得る。
【００１７】
本発明の一実施態様によれば、デバイスは、第２送信装置と、第２受信装置とを備える。ここで、第２送信装置は、第１受信装置と空間的に関連付けられ、第２受信装置は、第１送信装置と空間的に関連付けられる。
【００１８】
よって、外向き及び戻りチャネルが提供でき、すなわち、衛星通信リンクを介して２つの方向にデータを送信できる。具体的には、情報データは、第２振幅変調伝送チャネルを介して２つの端末間で２つの方向で送信できる。
【００１９】
本発明のさらなる実施態様によれば、第２送信装置は、光信号を、第１伝送経路及び第２伝送経路を介して第２受信装置に送信するように構成される。
【００２０】
第１伝送経路と第２伝送経路との両方は、双方向伝送経路として使用できる。
【００２１】
本発明のさらなる実施態様によれば、第２伝送経路は、高速伝送経路である。
【００２２】
低速伝送経路は、例えば、数１００ヘルツ（Ｈｚ）から数ｋＨｚ、例えば、１０ｋＨｚまでの信号レートで信号を送信する。高速伝送経路は、数Ｇｂｐｓの信号レート又はデータレートで信号を送信する。第２伝送経路は、追加的な伝送経路であり、高速伝送経路に追加して提供され、かつ、高速伝送経路から物理的に切り離される。よって、技術的に単純な送信／受信方法及び複雑度が低い送信／受信装置を備えた２つの端末間で情報を送信できる。異なる伝送方法又は伝送プロトコルを使用するせいで高速伝送経路を介したデータ接続を構築できない端末が、第２伝送経路を介して相手とデータ交換を行える。よって、低速伝送経路は、例えば、高速伝送経路を介しては相手との互換性がない端末間の汎用制御チャネルとして使用され得る。
【００２３】
本発明のさらなる態様によれば、衛星通信リンクが特定される。衛星通信リンクは、先に記載したデバイスを含む。ここで、第１送信装置は、軌道上の人工衛星に搭載される。
【００２４】
光信号は、長距離、例えば、静止軌道から、比較的に強い収束形態で地表面に送信することもできるよう、好ましくはレーザー信号であり、又はレーザーによって生成される。振幅変調の使用により、単純な受信装置が、人工衛星から送信される信号を受信し、検出し得る。
【００２５】
レーザー信号は、静止軌道から送信されるとき、比較的に強い収束形態で地表面上に到達するだけの強度を有し、それにより、対応する信号を直径約０．５ｋｍの面上で検出できる。しかしながら、このような強い収束は、レーザー信号が受信装置と空間的に交差するよう、送信装置に受信装置との位置合わせを強いることにもなる。送信装置の位置合わせのための制御情報は、第２の低速伝送チャネルを介して送信できる。
【００２６】
本発明のさらなる実施態様によれば、第１受信装置は、地表面に設置される。
【００２７】
第１受信装置は、レーザー信号を受信し、その振幅、すなわち、強度を決定するように構成された、例えば、移動デバイスであってよく、それにより、送信された信号をレーザー信号から復調できる。一例として、受信装置は、レーザー強度を決定し、復調器を提供するカメラであってよい。ここで、復調器は、ビット列などの信号パターンを決定し、この信号パターンは、ビット列から情報データを決定する復号単位を提供する。
【００２８】
あるいは、第１受信装置は、地表面に対して固定された位置にある基地局として構成されてもよい。
【００２９】
本発明のさらなる実施態様によれば、衛星通信リンクは、複数の受信装置を含む。複数の受信装置は、地表面に設置され、第２伝送経路を介して第１送信装置からデータを受信するように構成される。
【００３０】
よって、第１送信装置は、情報データを、低速な振幅変調信号を介して地表面の複数の受信機に配布し得る。例えば、人工衛星によって、地球上の離れた地域に情報を送信できる。ここで、情報は、変調方法として振幅変調が使用されるので、単純な受信装置を用いて受信でき、復号できる。
【００３１】
本発明のさらなる実施態様によれば、衛星通信リンクは、第２送信装置と、第２受信装置とをさらに含む。ここで、第２送信装置は、地表面に設置され、第２受信装置は、人工衛星に設置される。
【００３２】
この実施態様は、既存の高速伝送チャネルに加えて、低速伝送チャネルを介した、地表面と人工衛星との間のデータ伝送を可能にする。双方向性のデータ交換は、低速伝送チャネルと高速伝送チャネルとの両方を介して実行可能となる。
【００３３】
さらなる実施態様によれば、第１受信装置が航空機に搭載される、衛星通信リンクが提供される。
【００３４】
このことは、特に航空機のフライト中に、低速伝送チャネルを介した航空機へのデータの伝送を可能にする。換言すれば、これは、人工衛星と低空飛行中の航空機との間でデータを送信できることを意味する。具体的には、低空飛行中の航空機は、地球の大気中、すなわち、数１０ｋｍまでの高度に位置し得る。原理上は、このときのデータ転送は、地表面上の端末と人工衛星との間と同様の方法で行い得、それにより、これらの実施態様に対する上記の説明が、変更すべきところは変更しつつ、同じように適用される。
【００３５】
本発明のさらなる実施態様によれば、衛星通信リンクは、第２送信装置と、第２受信装置とをさらに含む。ここで、第２送信装置は、航空機に搭載され、第２受信装置は、人工衛星に設置される。
【００３６】
この実施態様は、既存の高速伝送チャネルに加えて、低速伝送チャネルを介した、航空機と人工衛星との間のデータ伝送を可能にする。
【００３７】
本発明のさらなる実施態様によれば、第１受信装置は、第２の人工衛星に搭載される。
【００３８】
この実施態様は、高速伝送チャネルに異なる伝送プロトコルを使用するか、又は他の理由により、高速伝送チャネルを介して相手とデータを交換できない２つの人工衛星間で、低速伝送チャネルを介した伝送を可能にする。
【００３９】
本発明は、換言すれば、以下のように表現できる。
【００４０】
衛星通信リンクは、数１００Ｈｚから数ｋＨｚの周波数を少なくとも有したレーザー信号を読み取り可能なユニットを備えた、送信装置及び受信装置を備える。これらのレーザー信号は、振幅変調により、高速伝送チャネルに加えて、物理的に切り離された伝送チャネルを介して送信される。よって、レーザー信号は、単純、頑強で、かつ低感度なインターフェースを介して送信される。このことは、高速伝送チャネルを介してデータを交換できない端末間でのデータの転送を可能にする。このことは、特に、純粋な受動型受信機（単方向性の受信機）にデータを送信できるという利点をもたらす。無人型の航空機は、低速伝送チャネルを介して人工衛星と情報を交換し得、例えば、人工衛星からのルート情報を無人型の航空機に送信できる。
【００４１】
以下では、本発明の例示的な諸実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態による、信号を送信するためのデバイスの概略図である
【図２】本発明のさらなる実施形態による衛星通信リンクの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図中の描写は、概略的なものであり、正確な縮尺ではない。図中、同一の参照符号が使用され、これらは、同一の又は類似の要素を表す。
【００４４】
図１は、光信号の無線送信のためのデバイス１０を示す。デバイス１０は、高速伝送チャネル１３０Ａを備えた第１伝送経路１００を有する。さらに、デバイス１０は、低速伝送チャネル１３０Ｂを備えた第２伝送経路２００を有する。
【００４５】
各伝送経路１００，２００は、送信装置１１０，２１０及び受信装置１２０，２２０に関連する。低速伝送経路及び高速伝送経路用の送信装置１１０，２１０は、共通のハウジングに収容されてよい。同様のことが、２つの関連する受信装置１２０，２２０にも言える。
【００４６】
図１は、送信装置１１０，２１０が一方の端末に位置し、かつ受信装置１２０，２２０が他方の端末に位置しているような、単方向性の構成を示す。双方向性のデータ交換を可能にするために、各端末が送信装置と受信装置との両方を備えてよい、ということに留意されたい。ここで、送信装置及び受信装置の主要な同一の構成は、各通信方向（第１端末から第２端末、及びその逆方向）に提供されてよい。このことは、これら２つの方向のそれぞれにおいて、データが、高速伝送経路を介して送信されると同時に、高速伝送経路から物理的に切り離された低速伝送経路を介して伝送されてよい、ということを意味する。
【００４７】
送信装置１１０は、レーザー信号を、数Ｇｂｐｓのデータレートで受信装置１２０に送信するように構成される。送信装置１２０は、変調ユニット２１２と、生成ユニット２１４と、送信ユニット２１６とを備える。生成ユニット２１４は、変調ユニット２１２が振幅変調によって信号に変調するデータを提供するように構成される。相応に変調された信号は、送信ユニット２１２、例えば、レーザーダイオードを介して、受信装置２２０の方向に送信される。受信装置２２０側では、レーザー信号は、受信ユニット２２６によって受信され、変調された信号が、復調ユニット２２２によって判定される。復調された信号は、さらなる処理のために読出し信号が提供されるように、信号読出しユニット２２４に提供される。
【００４８】
図２は、衛星通信リンク１を示す。地表面２上の基地局と人工衛星６との間、及び航空機４と人工衛星６との間には、さまざまな例示的な接続１３０が示されている。
【００４９】
地表面２上の基地局と人工衛星６との間の上りリンクは、地表面（送信装置）上に及び人工衛星（受信装置）上に符号Ａで示される。図１に示されるように、この上りリンクは、２つの伝送経路、特に、高速伝送経路及び低速伝送経路を有する。これは、図２に示される各接続についても言える。このような構成は、低速伝送チャネルを介する並列チャネル又は戻りチャネルによる確認パケット又は設定パケットの送信によって、高速伝送経路の頑強性及びエラーレートを向上できるので、特に有利となり得る。
【００５０】
同様に、上りリンクは、航空機４に搭載された送信装置１１０，２１０と、受信装置１２０，２２０との間で確立されてもよく、これにもまた、符号Ａが付される。
【００５１】
人工衛星６は、レーザー信号を発生させ、地表面２及び航空機４に向けて放射するために、送信装置１１０，２１０を備える。この接続は、下りリンクと称されてよく、関連する構成要素には、それぞれ、符号Ｂが付される。上りリンクは、基本的な構造において下りリンクに対応する。
【符号の説明】
【００５２】
１  衛星通信リンク
２  地表面
４  航空機
６  人工衛星
１０  信号の伝送のためのデバイス
１００  第１高速伝送経路
１１０  送信装置
１２０  受信装置
１３０  通信リンク
１３０Ａ  第１伝送チャネル
１３０Ｂ  第２伝送チャネル
２００  第２低速伝送経路
２１０  送信装置
２１２  変調ユニット
２１４  生成ユニット
２１６  送信ユニット
２２０  受信装置
２２２  復調ユニット
２２４  信号読出しユニット
２２６  受信ユニット
【図１】
2016119673.tif 000003
【図２】
2016119673.tif 000004
【外国語明細書】
2016119673000001.pdf