JP2019500808A5

JP2019500808A5 -

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Publication number: JP2019500808A5
Application number: JP2018534159A
Authority: JP
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2036-12-30

Description

システム６００の復路リンクである、代替実施形態では、利用者端末６０６から衛星６０４への復路アップリンク上で使用される変調は、バイナリ変調よりも効率的な変調方式である。これに合わせて、バイナリ変調器４１０は、より複合的な変調器４１０である。復調器４１０から出力されるバイナリデータは、利用者端末６０６によってＩＦ信号上に変調された変調シンボルを復号した結果である。例えば、利用者アップリンク上で１６ＱＡＭが使用された場合、復調器から出力される信号は、１６ＱＡＭシンボルによって表現された値のディジタルストリームである。変換器５０２から出力されたバイナリ信号は、スイッチマトリックス４１６への入力に連結されている。バイナリ復調器及び複合復調器４１０はどちらも、光送信機６０７によってフィーダダウンリンク上に送信される光信号のバイナリ変調を行うために使用されるディジタルデータストリームを出力する。

加算器１５１２からの６４個の出力からなるそれぞれのグループが、８個のＳＡＮ１４１０のうちの異なる１つに連結され、そのＳＡＮによって送信されることになるので、タイミングモジュール１５１４が提供されている。タイミングモジュール１５１４は、６４個のＩＦビーム素子信号１４０９からなるそれぞれのグループが、利用者ビームカバレッジエリア１８０１に適当な時間に到着することを保証して、信号１４０９の重ね合わせが利用者ビームの適切な形成を確実にもたらすように、ビーム素子信号１４０９がビーム形成器から送信されるタイミングを調整する。代替的には、往路ビーム加重値は、それぞれのＳＡＮ１４１０から衛星１４０８への経路の長さ及び特性の差異を考慮して生成されることができる。これに合わせて、信号２１２２は、ビーム形成器１４０６に連結されることになるであろう。いくつかの実施形態では、タイミングモジュール１５１４は、往路ビーム形成器１４０６からそれぞれのＳＡＮ１４１０に送信されるタイミングパイロット信号１４１３を生成する。いくつかの実施形態では、１つのタイミングパイロット信号１４１３が生成され、等しい振幅の８つのコピーに分割され、それぞれのＳＡＮ１４１０に１つのコピーが送信される。代替的には、コピーの振幅は所定の比であってよい。タイミングパイロット信号１４１３間の比が既知である限り、ＲＦビーム素子信号１４１１は、それらが互いと重なって所望の利用者スポットビームを確実に形成するように、等化されることができる。ビーム形成器１４０６内のタイミングモジュール１５１４でアラインメントへの補正が行われるいくつかの実施形態では、往路ビーム形成器１４０６が、それぞれのＳＡＮ１４１０への信号のアラインメントに対する補正を決定することができるように、それぞれのＳＡＮ１４１０は、ＳＡＮタイミング補正信号１４１９から算出された信号２１２２をビーム形成器へのタイミング制御入力に戻す。いくつかの実施形態では、ＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、その後、ビーム素子信号１４０９のタイミングを調整するために、タイミングモジュール１５１４によって使用される。他の実施形態では、ＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、ビーム形成器１４０６からＳＡＮ１４１０のそれぞれを介して衛星１４０８に至るまでの経路の差異を考慮するようにビーム加重値を調整するために、往路ビーム加重値発生器１５０８によって使用される。上述したように、アラインメントへの補正は、それぞれのＳＡＮ１４１０において代替的に行われることができる。

図１９は、いくつかの実施形態により、米国本土の上に形成された利用者ビームカバレッジエリア１８０１の説明図である。他の実施形態では、利用者ビームカバレッジエリアは、異なる場所に、異なる間隔及びパターンで、位置してもよい。図４、図８、及び図１２に示されている実施形態など、いくつかの実施形態では、アンテナのそれぞれの給電部は、利用者スポットビームを１つの利用者ビームカバレッジエリアに向けるように焦点を合わせられている。図１０、図１１、図１２、図１４、及び図１５に示されているものなど、他の実施形態では、５１２個の往路ダウンリンクビーム素子信号１７１８は、利用者ビームカバレッジエリア１８０１に向けられた利用者ビームを形成するように互いの上に重ねられる。図１９に示されているように、利用者ビームカバレッジエリアは、利用者ビームカバレッジエリア１８０１よりも実質的に大きい衛星サービスエリアの上に分散されている。５１２素子アンテナアレイ１４１６は、往路ダウンリンク１４０４を介してＲＦビーム素子信号１４１１を５１２個の利用者ビームカバレッジエリア１８０１のそれぞれに送信する。それぞれの利用者ビームカバレッジエリア１８０１内にある利用者端末８０６は、５１２素子アンテナアレイ１４１６の５１２個の素子のそれぞれから送信されたＲＦビーム素子信号１４１１の重ね合わせによってその特定の利用者ビームカバレッジエリア１８０１に向けられた利用者ビームを受信する。

それぞれのＳＡＮタイミング補正信号１４１９は、タイミングパイロット信号１４１３が他のタイミングパイロット信号（例えば、参照衛星タイミング信号１４１５）に対してどのくらいずれているかを示すタイミングアラインメント情報を提供する。いくつかの実施形態では、タイミング情報は、ＳＡＮ１４１０を介してビーム形成器１４０６内のタイミングモジュール１５１４（図１６を参照されたい）に送信される。タイミングモジュール１５１４は、それぞれのＳＡＮ１４１０にビーム素子のアラインメントを送信する前に、それらを調整する。代替的には、タイミングアラインメント情報は、ＳＡＮ１４１０からの送信のタイミングを調整して、それぞれのＳＡＮ１４１０からのＲＦビーム素子信号１４１１が揃った状態で衛星１４０８に到着するように、それぞれのＳＡＮ１４１０によって使用される。図２０は、ビーム素子信号１４０９及びタイミングパイロット信号１４１３のタイミングを調整するためのタイミングモジュール１４６２を有する光送信機１４６０の説明図である。タイミングモジュール１４６２は、衛星１４０８から（以下に更に論じられている）復路ダウンリンクを介してタイミング補正信号１４６４を受信する。タイミングモジュールは、適当な遅延を信号１４０９、１４１３に適用して、ＳＡＮ１４１０によって送信された信号をシステム１４００の他のＳＡＮ１４１０によって送信された信号と揃える。

図２１は、Ｋ個の往路ビーム入力信号１４５２のそれぞれがＳ本の５００ＭＨｚ幅のサブチャネルを含んでいるシステム１４５０である。いくつかの実施形態では、Ｋ＝５１２及びＳ＝７である。例えば、いくつかの実施形態では、７本の５００ＭＨｚ幅のサブチャネルは、１つの利用者カバレッジエリア１８０１に送信される。図２２は、往路ビーム入力信号１４５２が７本の５００ＭＨｚ幅のサブチャネルを含み、それぞれがビーム形成器１３００への一意の入力に連結されている、ビーム形成器１３００の説明図である。これに合わせて、上述したように、サブチャネルは、図１４、図１５に示されているように、ＩＦ搬送波に合成された後にビーム形成されることができる。代替的には、図２１、図１３に示されているように、サブチャネル１４５２は、ビーム形成器１３００を使用して、合成される前にビーム形成されることができる。これに合わせて、ビーム形成器１３００は、Ｓ×Ｎ個のビーム素子信号を出力し、（Ｓ×Ｎ）／Ｍ個のこのようなビーム素子信号が、それぞれのＳＡＮ１４１０に送信される。例示的なシステム１４５０では、Ｓ＝７、Ｎ＝５１２、及びＭ＝８である。上述したように、これらの数は、都合のよい実施例として提供されており、システム１４５０などのシステムをこれらの特定の値に制限することを意図するものではない。

Claims

衛星アクセスノード（ＳＡＮ）において、
電気入力と光出力とをそれぞれ有する複数の光変調器（６１１）であって、少なくとも１つの電気入力はビーム素子信号（１４０９）を受信するように構成されていて、少なくとも１つの電気入力はタイミングパイロット信号（１４１３）を受信するように構成されている、複数の光変調器（６１１）と、
前記複数の光変調器の前記光出力を合成するための光コンバイナ（６０９）と、
前記光コンバイナの出力と連結され、光信号を衛星に送信するように構成されている光学レンズ（２００２）と、を備えることを特徴とするＳＡＮ。
請求項１に記載のＳＡＮにおいて、
前記ビーム素子信号及び前記タイミングパイロット信号を受信するように構成されている入力と、適切に遅延されたビーム素子信号及びタイミングパイロット信号を出力するように構成されている複数の出力と、を有するタイミングモジュール（１４６２）を更に備え、前記出力が、前記複数の光変調器の前記電気入力に連結されていることを特徴とするＳＡＮ。
請求項１又は２に記載のＳＡＮにおいて、
前記複数の光変調器のそれぞれが、４つの光帯域のうちの１つの範囲内の光波長で動作している少なくとも１つの光源（６５４）を含むことを特徴とするＳＡＮ。
請求項３に記載のＳＡＮにおいて、
前記４つの光帯域が、およそ１１００ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び２１００ｎｍに中心を有することを特徴とするＳＡＮ。
請求項３に記載のＳＡＮにおいて、
同じ光帯域内にあるそれぞれの光源の前記波長が、およそ０．８ｎｍ幅であることを特徴とするＳＡＮ。
請求項３に記載のＳＡＮにおいて、
前記複数の光変調器への前記電気入力が、およそ３．５ＧＨｚの帯域幅を有する信号を受信するように更に構成されていることを特徴とするＳＡＮ。
請求項１又は２に記載のＳＡＮにおいて、
複数のベースバンドからＩＦへの変換器（８０５）を更に備え、それぞれが、
出力（８１１）と、
出力を有する複数の周波数変換器（１６０６）と、
複数の入力と出力とを有する加算回路（１６０８）であって、それぞれの入力が、前記複数の周波数変換器出力のうちの対応する１つに連結されている、加算回路と、を有しており、
前記複数のベースバンドからＩＦへの変換器のそれぞれの前記出力が、前記複数の光変調器のうちの対応する１つの前記電気入力に連結されていることを特徴とするＳＡＮ。
請求項７に記載のＳＡＮにおいて、
前記複数の周波数変換器が、ビーム素子信号を受信するように構成されている入力を有することを特徴とするＳＡＮ。
請求項７に記載のＳＡＮにおいて、
前記周波数変換器のうちの少なくとも１つが、タイミングパイロット信号（１４１３）を受信するように構成されていることを特徴とするＳＡＮ。
請求項１又は２に記載のＳＡＮにおいて、
光信号を受信するように、かつ、複数のビーム素子信号（２１１６）を出力するように構成されている光受信機（６２２）を更に備えることを特徴とするＳＡＮ。
請求項１０に記載のＳＡＮにおいて、
前記光受信機が、タイミングパイロット信号（２１２２）を出力するように更に構成されていることを特徴とするＳＡＮ。
衛星通信システムであって、
それぞれが、利用者スポットビームに向けられる信号を受信するように構成されている複数のビーム形成器入力（１４０７）と、
それぞれが、ビーム素子信号を出力するように構成されている複数のビーム形成器出力（１４０９）と、
タイミングパイロット信号（１４０３）を出力するように構成されているパイロット出力と、を含むビーム形成器（１４０６）と、
電気入力と光出力とをそれぞれ有する複数の光変調器（６１１）であって、少なくとも１つの電気入力は、前記ビーム形成器からの対応する出力に連結されていて、少なくとも１つの電気入力は、前記タイミングパイロット信号を受信するように構成されている、複数の光変調器（６１１）と、
前記複数の光変調器の前記光出力に連結されている光コンバイナ（６０９）と、
前記光コンバイナの出力に連結され、光信号を衛星（１４０８）に送信するように構成されている光学レンズ（２００２）と、を含む衛星アクセスノード（ＳＡＮ）（１４１０）とを含み、
前記衛星が、
前記ＳＡＮに向いていて、前記光学レンズによって送信された前記光信号を受信するように構成されている操縦可能なレンズ（１７０２）を有する衛星光受信機（１４１０）であって、複数の無線周波数（ＲＦ）出力（１４１８）を有する衛星光受信機と、
複数の電力増幅器（ＰＡ）（１７１４）であって、それぞれが入力と出力とを有しており、前記入力は前記ＲＦ出力に連結されている、複数の電力増幅器（ＰＡ）と、
複数のアンテナ素子を有するアンテナアレイ（１４１８）であって、それぞれのアンテナ素子が、前記ＰＡ出力のうちの対応する１つに連結されている入力を有する、アンテナアレイと、を含むことを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記操縦可能なレンズが、地上コマンドに応じて少なくとも２つの軸の周りの回転によって位置決めされることができることを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記操縦可能なレンズが、オンボード処理に応じて少なくとも２つの軸の周りの回転によって位置決めされることができることを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムが、第２のＳＡＮを更に備え、
当該第２のＳＡＮが、
それぞれ電気入力と光出力とを有する第２の複数の光変調器（６１１）であって、少なくとも１つの電気入力は、前記ビーム形成器からの対応する出力に連結され、少なくとも１つの電気入力は、前記タイミングパイロット信号を受信するように構成されている、複数の第２の光変調器と、
前記複数の第２の光変調器の光出力に連結された第２の光コンバイナ（６０９）と、
前記第２の光コンバイナの出力と連結され、第２の光信号を送信するように構成されている第２の光学レンズ（２００２）と、
を備え、
前記衛星が、
前記第２のＳＡＮに向いていて、前記第２の光信号を受信するように構成されている操縦可能なレンズ（１７０２）を有する第２の衛星光受信機（１４１０）であって、複数の第２の無線周波数（ＲＦ）出力（１４１８）を有する前記第２の衛星光受信機と、
それぞれが入力と出力とを有しており、当該入力が前記第２のＲＦ出力に連結されている複数の第２の電力増幅器（ＰＡ）（１７１４）と、を更に含み、
前記アンテナアレイが複数の第２のアンテナ素子を有し、それぞれの第２のアンテナ素子が、前記第２のＰＡ出力のうちの対応する１つに連結されている入力を有することを特徴とするシステム。
請求項１５に記載のシステムにおいて、
前記ＳＡＮがそれぞれ、衛星からの光信号を受信するように、かつ、前記光信号からタイミングパイロット信号（２１２２）を逆多重化し、復調するように構成されているＳＡＮ光受信機（６２２）を有することを特徴とするシステム。
請求項１６に記載のシステムにおいて、
前記ビーム形成器がタイミング制御入力を有するタイミングモジュール（１５１４）を更に含み、前記ＳＡＮが、前記ＳＡＮ光受信機に連結されているタイミングパイロットモデム（２１２０）を更に含み、前記タイミングパイロットモデムが、前記ビーム形成器タイミング制御入力に連結されている出力を有し、前記ビーム形成器内において前記タイミングモジュールが、前記タイミング制御入力に与えられた信号に応じてビーム素子信号の送信に遅延を発生させることを特徴とするシステム。
請求項１６に記載のシステムにおいて、
前記ＳＡＮが、前記ビーム形成器とそれぞれの光変調器との間に連結されているタイミングモジュール（１４６２）を更に含み、前記タイミングモジュールが、前記タイミングパイロット信号（２１２２）を前記ＳＡＮ光受信機から受信するように連結されているタイミング制御入力を有することを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記アンテナ素子のうちの少なくともいくつかのアンテナパターンが重なり合い、その結果、そこから送信された信号が互いの上に重ねられ、ひいてはコヒーレントに合成されて利用者スポットビームを形成することを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記衛星光受信機が、入力と複数の出力とを有する光逆多重化装置（１７０６）を含み、それぞれの出力が、対応する光波長と関連付けられており、前記光逆多重化装置の前記出力と関連付けられている前記波長が、光帯域にグループ化されており、同じ光帯域内の波長が一意の光チャネルを画定することを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記衛星光受信機が、前記衛星光受信機の対応するＲＦ出力に連結されているＲＦ出力をそれぞれ有する複数の衛星受信機用光検知器（１７０３）を含むことを特徴とするシステム。
請求項２１に記載のシステムにおいて、
前記衛星受信機用検知器からの前記ＲＦ信号出力が、前記衛星受信機用光検知器の入力に印加された前記光信号の前記強度を追跡する振幅を有することを特徴とするシステム。
請求項２２に記載のシステムにおいて、
前記衛星受信機用光検知器がフォトダイオード（１７０３）であることを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムが、前記光受信機の出力のうちの対応する１つと、アンテナ素子入力のうちの対応する１つとの間に連結されている少なくとも１つの周波数変換器（１７１２）を更に備えることを特徴とするシステム。
請求項１２に記載のシステムにおいて、
前記複数の光変調器のそれぞれが、４つの光帯域のうちの１つの範囲内の光波長で動作している少なくとも１つの光源（６５４）を含み、前記４つの光帯域が、およそ１１００ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び２１００ｎｍに中心を有し、同じ光帯域内にあるそれぞれの光源の波長が、およそ１００ＧＨｚ離間しており、前記複数の光変調器への電気入力が、およそ３．５ＧＨｚの帯域幅を有する信号を受信するように更に構成されていることを特徴とするシステム。
請求項１２及び請求項１９乃至２４の何れか一項に記載のシステムにおいて、
前記ＳＡＮが、複数のベースバンドからＩＦへの変換器（８０５）を更に含み、それぞれが、
前記複数のビーム形成器出力のうちの対応する１つに連結されている入力と、
前記複数の光変調器のうちの対応する１つの前記電気入力に連結されている出力（８１１）とを有することを特徴とするシステム。
請求項１２及び請求項１９乃至２４の何れか一項に記載のシステムにおいて、
前記ＳＡＮが、光信号を受信するように、かつ、複数のビーム素子信号（２１１６）を出力するように構成されているＳＡＮ光受信機（６２２）を更に含むことを特徴とするシステム。
請求項２７に記載のシステムにおいて、
前記ＳＡＮ光受信機が、少なくとも１つのタイミングパイロット信号（２１２２）を出力するように更に構成されていることを特徴とするシステム。
衛星通信システムの衛星を介して情報を送信する方法であって、
当該方法が、
ビーム形成器内で複数のバイナリデータストリームを受信する工程であって、前記バイナリデータストリームが複数の利用者ビームカバレッジエリアへの送信用である、工程と、
複数のビーム素子信号を生成する工程であって、それぞれのビーム素子信号が、前記衛星内のアンテナアレイから送信されると前記ビーム素子信号が互いと重なって少なくとも１つの利用者スポットビームを形成するように生成される、工程と、
前記ビーム素子信号を前記ビーム形成器から衛星アクセスノード（ＳＡＮ）に送信する工程と、
ビーム素子信号を前記ＳＡＮで受信する工程と、
前記受信されたビーム素子信号を光搬送波上に変調する工程と、
前記変調された光搬送波を前記ＳＡＮから前記衛星に送信する工程と、
衛星内で前記変調された光搬送波を受信する工程と、
前記変調された光搬送波を逆多重化し、複数の逆多重化された光信号を出力する工程であって、前記複数の逆多重化された光信号のそれぞれが、一意の光チャネル内で波長を有する、工程と、
複数のアナログ電気信号を生成する工程であって、それぞれが、前記逆多重化された光信号のうちの１つの光強度に応じて決定される振幅を有する、工程と、
前記ビーム素子信号が互いと重なると少なくとも１つの利用者スポットビームを形成するように、前記複数のアナログ電気信号をアンテナアレイの素子に印加する工程と、
前記ビーム形成器内でタイミングパイロット信号を生成する工程と、
前記タイミングパイロット信号を前記ビーム素子信号と共に第１のＳＡＮ及び第２のＳＡＮに送信する工程と、
前記第１及び第２のＳＡＮ内でタイミングパイロット信号を受信する工程と、
前記第１及び第２のＳＡＮで受信されたタイミングパイロット信号を第１及び第２の光搬送波上にそれぞれ変調する工程と、
前記第１及び第２のＳＡＮから前記第１及び第２の光搬送波を送信する工程と、
前記衛星において、前記第１及び第２の光搬送波を前記第１及び第２のＳＡＮから受信する工程と、
前記衛星において、対応する第１のタイミングパイロット信号及び対応する第２のタイミングパイロット信号を得るために、前記第１及び第２の光搬送波を復調する工程と、
前記第１タイミングパイロット信号と前記第２のタイミングパイロット信号との間の時間差を特定し、前記時間差に基づいてタイミング補正信号を生成する工程と、
前記タイミング補正信号を前記第１及び第２のＳＡＮに送信する工程と、を含むことを特徴とする方法。
請求項２９に記載の方法において、
前記ＳＡＮのうちの１つ又は両方からの前記ビーム素子信号の前記送信を遅延させて、前記時間差を縮小させる工程を更に含むことを特徴とする方法。
請求項２９に記載の方法において、
前記衛星と前記ＳＡＮとの間の光リンクの品質に基づいて前記複数のビーム素子信号を生成する工程を更に含むことを特徴とする方法。
請求項２９に記載の方法において、
前記第１及び第２のＳＡＮのそれぞれが、前記複数のビーム素子信号の部分集合を受信することを特徴とする方法。
請求項２９に記載の方法において、
光信号を前記ＳＡＮの部分集合から受信するように、前記衛星内でレンズを位置決めする工程を更に含み、それぞれのＳＡＮと前記衛星との間の光リンクを介して送信された光信号の前記減衰に基づいてＳＡＮが前記部分集合に含められることを特徴とする方法。
請求項３３に記載の方法において、
前記レンズを位置決めする工程は、前記衛星が、現在、前記第２のＳＡＮから光信号を受信していない、かつ、前記衛星と前記第２のＳＡＮとの間の前記光リンクが、前記衛星と前記第１のＳＡＮとの間の前記光リンクよりも小さい減衰を有する場合に、前記第１のＳＡＮから離れる方向にレンズを向け直し、前記レンズを前記第２のＳＡＮに向ける工程を更に含むことを特徴とする方法。