JP2002506588A - 電気通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、地球がエリア（２６）に分割され、エリア（２６）内の複数エリアのための通信に割り当てられた衛星などのスペースクラフト上の送信および受信手段によって通信が実行される電気通信システムに関する。前記システムは、第１のカテゴリの隣接する２つのエリアに異なる偏波及び搬送周波数を有する信号が割り当てられるように、第１のカテゴリ（２８）のエリア（２６₁₀、２６₁₁、２６₁₂）に、偏波（Ｐ_D、Ｐ_G）と搬送周波数（ΔＦ₁、ΔＦ₂）を有する信号が割り当てられる。第２のカテゴリ（３０）の各エリアには、すべての利用可能な偏波とすべての利用可能な搬送周波数を有する信号が割り当てられる。

Description

【発明の詳細な説明】 電気通信システム 本発明は、高速データビットレートおよび最小伝搬時間を提供する電気通信シ ステムに関する。 例えば、数百キロメートルにわたる特定の地理的エリア内の地上移動体または 地上局の間の高速ビットレート通信を提供する、１０００ｋｍから１５００ｋｍ の範囲の高度にある低軌道衛星のネットワークを含むシステムがすでに提案され ている。そのようなシステムでは、各衛星が、それぞれ所定のエリア専用である 送受信アンテナグループを含む。各グループ内で、受信アンテナが、そのエリア 内の基地局からの信号を受信し、送信アンテナが、同じエリア内の別の基地局に 向けて受信信号を中継する。衛星が移動する際、あるグループのアンテナは、そ のエリアが衛星の照射範囲内にある限り、常にそのエリアを指向する。従って、 衛星ごとに、地球上のある地域がｎ個のエリアに分割され、衛星がある地域の上 を移動するときに、送受信アンテナグループが、各エリアに割り当てられ、常に このエリ アを指向する。 このようにすると、送受信アンテナのグループはあるエリアに１つしか割り振 られないので、衛星がある地域上を移動している間に、例えば約２０分かかり、 その間、通信の速度または品質を損なうことがある、あるアンテナから別のアン テナへの切替が回避される。 さらに、衛星の高度が低いと伝送時間が最小限に抑えられるので、特に、いわ ゆる「マルチメディア」型の用途に対する対話型の通信には好ましい。 本発明は、様々なエリアにおいて衛星に搭載された装置を最適化することを目 的とする。 電気通信システムを最適化するために、本発明は、エリアを少なくとも２つの カテゴリに分けることを提案する。第１のカテゴリは、通信またはトラフィック の需要がしきい値より小さいエリアを含み、第２のカテゴリは、前記需要がしき い値に等しいかまたはそれより大きいエリアを含む。第１のカテゴリ(低トラフ ィック)の各エリア内で送受信される信号のそれぞれの偏波および搬送周波数は 、異なる偏波または異なる搬送周波数を有する信号が隣接する２つのエリアに割 り振られるように選 択される。すべての利用可能な偏波とすべての利用可能な搬送周波数を有する信 号は、第２のカテゴリ（高トラフィック）の各エリアに割り振られる。 このようにして、限られたリソースが第１のカテゴリのエリアに割り振られ、 すべての信号リソースが第２のカテゴリのエリアに割り振られる。 偏波は、円偏波かまたは直線偏波である。 上記の手法によって使用される装置は、要求されるものに適合する。特に、低 トラフィックエリア用の装置は簡単な設計のものでよい。したがって、低トラフ ィックエリアに割り振られた衛星またはスペースクラフト上の送受信アンテナに 課せられる制約は、高トラフィックエリア用の送受信アンテナに課せられる制約 よりも厳しくない。 各地域内の高トラフィックエリアは、全エリア数の約２５％にしかならないが 、総トラフィックの４０％〜５０％を占めることがわかっている。 低トラフィックエリアに割り振られた衛星の送受信アンテナは、例えばアクテ ィブアンテナ、すなわち放射パターンが電子手段によって完全に形成され、指向 されるアンテナである。こ のパターンの形状も電子手段によって変更される。地上に向けて送信された放射 の形状はエリアに対する衛星の位置によって変化するので、電気通信分野に固有 のパターンの形状を変更する必要があることに留意されたい。例えば、地表のカ バーすべきエリアが円形の場合、そのエリアの真上にある衛星からは円形のエリ アと「観測される」。反対に、衛星がこの位置から移動する際は、衛星からはこ のエリアが楕円形に観測される。 機械的に指向されたアンテナは、高トラフィックエリアのために、例えば、好 ましくは、配置に応じて放射パターンを変更するための、すなわち、アンテナに よって「観測される」エリアの形状に放射パターンを適合させる、電子的手段に 関連付けられて使用される。 本発明のその他の目的および特徴は、添付の図面を参照する本発明のいくつか の実施形態の説明を読めば明らかになろう。 第１図は、衛星システムを使用して、地上移動体または地上局をリンクする電 気通信システムを示す図である。 第２図は、本発明のシステムに関連するトラフィックの分散を示す図である 第３図は、本発明のシステムの衛星のためのアンテナ制御回 路を示す図である。 第４図は、第３図の回路によって制御されるアンテナを示す図である。 第５図は、本発明のシステムの衛星に搭載された高トラフィックエリア向けの 送受信アンテナを示す図である。 第５ａ図は、放射パネルを示す図である。 第６図は、第５図の送信アンテナが制御される様子を示す図である。 第７図は、第５図の受信アンテナが制御される様子を示す図である。 第８図は、本発明のシステムの衛星に搭載されたすべてのアンテナを示す図で ある。 記載する実施形態は、地球の表面１０（第１図）から約１３００ｋｍ上空の低 軌道衛星のコンステレーションを用いた電気通信システムに関する。 このシステムは、１つまたは複数の接続局２０を介してユーザ１２、１４、１ ６間で通信を設定すべきものである。システムはまた、ユーザと、接続局に接続 されたプロバイダ（図示せず）との間の通信を設定する。これらの通信は、衛星 ２２を介 して処理される。 ユーザ１２、１４、１６及び接続局２０と、衛星２２との間の通信では、４つ のタイプの信号が存在する。すなわち、衛星２２からユーザへの信号ＴＸＦ、ユ ーザ１２、１４、１６から衛星２２への信号ＲＸＲ、衛星２２から接続局２０へ の信号ＴＸＲ、および接続局から衛星２２への信号ＲＸＦである。説明の便宜上 、接尾辞Ｆは「ｆｏｒｗａｒｄ」（つまり接続局からユーザへの方向）を、Ｒは 、「ｒｅｔｕｒｎ」（つまりユーザから接続局への方向）を意味する。また一般 に、ＴＸは「送信」を、ＲＸは「受信」を意味する。ここでは送信および受信は 、、衛星に対して定義される。 上記のシステムでは、常に衛星２２が、地上の地域２４を観測し（第２図）、 この地域は、エリア２６₁、２６₂、．．．２６_nに分割される。実施形態では、 各地域２４が、３６個のエリアを含んでいる（ｎ＝３６）。 各エリア２６_iは、直径約７００ｋｍの円形である。各地域２４は、衛星に中 心を置き、衛星の高度によって決定される頂点で角度を有する、円錐７０によっ て区切られる。かくして、この地域は、衛星から見える地上部分である。衛星の 高度が１３ ００ｋｍの場合、頂点での角度は約１０４°である。 衛星は、各エリア２６に割り当てられる送受信アンテナグループを含む。各ア ンテナグループは、衛星が移動するとき、同じエリアを指向し続ける。言い換え れば、各アンテナの放射パターンは、原則として衛星が同一の地上エリア２６_i を観測している限り、このエリアへの指向を常に維持している。 アンテナに関する最大需要は、４ｎである。すなわち各エリアに対して４つの タイプの信号である。しかしながら、本発明は、後述するようにアンテナ総数が ４ｎ個よりもずっと少ない場合を考慮している。 衛星は、各エリア２６_iの内部で、ユーザ間およびユーザと接続局間の通信を 提供する。他方、エリア間の通信は、地上手段によって、たとえば同一エリアま たは異なるエリアの一部をなす様々なエリアの接続局間のケーブルを使用して提 供される。 衛星の数および配置は、常に、エリア２６_iが２個または３個の衛星を観測す るようなものとする。このようにして、エリア２６_iが、このエリアでの通信を 処理する衛星の照準範囲から出ると、その衛星をすぐに引き継げる衛星が存在し 、その通信は一方の衛星から他方の衛星へ瞬時に切り換えられる。だが、こ のような切換は、アンテナが常に同一エリアを指向し続けるので、それほど頻繁 に実施されるわけではなく、たとえば約２０分ごとで実施される。実際には、こ のエリア２６_iで、衛星の仰角が１０°未満になるときに、こうした切換が行わ れる。 本発明が適用される実施形態では、異なるトラヒック需要に対応して、少なく とも２個のカテゴリのエリアを地域２４に設けている。トラヒック需要は、たと えば、単位時間および単位面積当たりに伝送される平均情報量によって測定され る。 かくして、地域２４の一部２８では（第２図）、トラヒックはそれほど多くな いが、他の部分３０ではトラヒックが多い。高トラヒック需要は、たとえば先進 国の都市エリアに対応し、低トラヒック需要は、たとえば非市街地エリアまたは 開発途上エリアに対応する。 各エリアの高トラヒック部分３０には、全ての信号リソースグループＡ、Ｂ、 Ｃ、Ｄを割り当てる。 「信号リソース」とは、偏波特性と、搬送周波数帯域の特性とを意味する。 実施形態では、偏波は、右円偏波（Ｐ_D）か左円偏波（Ｐ_G）であり、２個の別 個の搬送周波数帯域ΔＦ₁とΔＦ₂を設けてい る。 第２図から分かるように、Ａは、右円偏波Ｐ_D及び周波数帯域ΔＦ₁を、Ｂは、 右円偏波Ｐ_D及び周波数帯域ΔＦ₂を意味する。またＣは、左円偏波Ｐ_G及び周波 数帯域ΔＦ₁に対応し、Ｄは左円偏波Ｐ_G及び周波数帯域ΔＦ₂に対応する。 このようにして、高トラヒック部分３０では、各エリアに全てのリソースＡ、 Ｂ、Ｃ、Ｄが割り当てられる。 反対に、低トラヒック部分２８では、各エリアに単一リソースＡ、Ｂ、Ｃまた はＤが割り当てられる。さらに、信号リソースの分配は、２つの隣接エリアが同 じリソースを含まないように構成される。同じリソースが割り当てられるエリア は、リソースが異なる少なくとも１つのエリアによって分離される。従って、リ ソースＡ（右円偏波Ｐ_D及び周波数帯域ΔＦ₁）のエリア２６₁₀は、リソースＢ（ 右円偏波Ｐ_D及び周波数帯域ΔＦ₂）が割り当てられるエリア２６₁₁によって、同 じリソースを含むエリア２６₁₂から分離されている。 搬送周波数帯域ΔＦ₁とΔＦ₂は、同じ帯域幅または異なる帯域幅を有すること に留意されたい。たとえば部分２８のいくつかのエリアが、他のエリアよりも多 いトラヒック需要を有する 場合、搬送周波数帯域ΔＦ₂は、搬送周波数帯域ΔＦ₁よりも広い。 地域２４を低トラヒックエリアや高トラヒックエリアに分離することにより、 後述するように、衛星２２の搭載設備を最適化することができる。 エリア２６₁₀のようなエリア内では、右円偏波Ｐ_Dの偏波信号だけを送受信で きるようにアンテナを構成可能である。このため、より簡単な設備が使用できる 。反対に、部分３０のエリアでは、アンテナシステムが、信号間の干渉なしに（ 右円偏波および左円偏波）２つの円偏波信号を生成可能でなければならない。 衛星２２の搭載設備に対する制約に関しては、各アンテナがあるエリアを追跡 し、また衛星の照準範囲内に入ってくるエリアから出ていくエリアまでの１００ °〜１２０°の範囲の角度で見渡せなければならないことが分かる。さらに、放 射パターンの形状は、衛星の移動中に変化しなければならず、というのもアンテ ナは、衛星の垂直下方にあるエリアを、変形せずに、すなわち円として観測する が、地域の端にあるエリア、たとえばエリア２６₁または２６₂を、寸法が小さく て細長い楕円形と して観測するからである。衛星が地域を横切って移動する際、各エリアに対して あらゆる通信の可能性を保持しなければならないので、アンテナは、必要な操作 を行うように、また且つ目標方向に応じて放射パターンを制御するように、構成 しなければならない。 記載された実施形態では、こうした結果に到達するために、低トラヒックエリ アにアクティブアンテナ、すなわち電子的に指向し再構成可能なアンテナを割り 当て、高トラヒックエリアに機械的に指向し電子的に再構成可能なアンテナを割 り当てる。 アクティブアンテナは、傾斜の大きい値を満たし、複数の別個の手段を形成で きる。ただし、傾斜の値が大きい場合、隣接エリア間の分離品質は低下する。し たがって、アクティブアンテナは、高トラフィックエリアには適していない。た だし、低トラフィックエリアについて、信号リソースの分配を選択することで、 分離の平均品質は許容できるようになる。また、放射素子パネルによって、複数 のビームを同時に放射できるので、低トラフィックエリアの数が極めて多い場合 （例えば２４）、アクティブアンテナの選択は、低トラフィックエリアに極めて 適しており、その結果、各衛星のペイロードの低減が促進され る。 高トラフィックエリアに割り振られた、機械的に指向し、電子的に再構成でき るアンテナは、機械的に指向できるので、隣接エリア間の最良の分離を提供する 。ただし、このタイプのアンテナは、１つのエリアにしか割り振ることができな い。したがって、少なくとも高トラフィックエリアの数だけこのタイプのアンテ ナを提供する必要がある。ただし、高密度エリアは全エリア数の約２５％にしか ならず、このために必要なアンテナの数は限られている。 例えば、地域あたり８〜１２の高トラフィックエリアがあり、１６〜２４の低 トラフィックエリアがある。 上記のように、衛星２２上のアクティブアンテナの同じ放射素子パネル４０（ 第４図）を使用して、複数の低トラフィックエリア２６₁₀、２６₁₁、などに割り 振られた信号を送信（または受信）することができる。また、同じタイプの放射 素子パネルを複数のタイプの信号に割り振ることができる。 したがって、第３図に示された例では、ｐ個の放射素子５２₁、．．．、５２_p を含む同じパネルを使用して、Ｎ個の低トラフィックエリアに信号を送信するこ とができる。 したがって、第３図に示された回路４２は、それぞれが１つのエリアに割り振 られた信号ＴＸＦ（またはＴＸＲ）を受信するＮ個の入力４４₁、４４₂、．．． 、４４_nを有する。 入力４４_i、例えば、基準入力４４₁に加えられる信号は、振幅減衰ａと位相変 化φのために、回路４８₁、４８₂、．．．４８_pの入力４６₁、４６₂、．．．、 ４６_pに送達される。この種の振幅および位相制御回路４８_iに送達される各信号 は、放射素子５２_iに向けられている。制御回路４８_iは、入力４４₁、４４₂など に加えられる信号を対応するエリアに送信する。 同じ放射素子５２_iに割り振られたＮ個の信号は、加算器５０_iのそれぞれの入 力に加えられ、各加算器の出力は、増幅器５４_iと帯域通過フィルタ５６_iを介し て、対応する放射素子５２_iに接続される。送信の場合は、増幅器５４はソリッ ドステート電力増幅器（ＳＳＰＡ）で、受信の場合は、これらの増幅器は低雑音 増幅器（ＬＮＡ）である。 一実施形態では、数Ｎ、すなわち、同じ送信（または受信）アンテナが使用さ れるエリアの数は、６から８の範囲にある。 放射素子パネル４０を複数のエリアに割り振ることで給電回路が最適化される 。例えば、信号が実際には同時に最大電力に 達することはないとすると、各増幅器５４の電力は、各エリアについて提供され た最大電力のＮ倍に等しいことはなく、それを下回ることがある。 第４図は、放射素子５４₁、５２₂などのパネル４０の物理的配置の一例を示す 。パネル４０は、一般に放射面６０と裏面６２を備えたディスクの形状を有する 。裏面は、一般に円筒状または管状の外形を有する導波路であるフィルタ５６_i を受け入れる。これらのフィルタの反対の端部は、増幅器５４_iに接続される。 増幅器５４_iは、増幅器５４_iによって生成された熱を排出するミニチュア熱パ イプ網を含むパネル６４に結合される。振幅および位相制御構成要素４８_iと加 算器５０_iを含む回路４２の残りは、パネル４０の反対側のパネル６４の下に配 置される。 パネル４０の寸法は、各エリアの寸法および最大傾斜角に応じて選択される。 傾斜は、パネル４０の法線に対する放射パターンの中心方向の傾きで、したがっ て、最大傾斜角は、その中で衛星２２から地球１０が観測できる円錐７０（第１ 図）の頂点での角度の半分である。最大傾斜は、５０°〜６０°程度で、したが って、指向方向のアンテナの突出表面領域とアクティブ アンテナの線対称の性能特性を考慮するために、パネルからまっすぐエリアに向 けて送信するために必要な領域の約４倍に等しい領域を、パネル４０について選 択する必要がある。 また、放射素子５２_iの間の距離は、地上の有効エリア内のアレイローブ（ａ ｒｒａｙ ｌｏｂｅ）と呼ばれる干渉ローブの発生を防止できる程度に十分小さ いピッチを表さなければならない。六角格子の場合、このピッチは、０．５５λ 〜０．６λ程度（λはアンテナによって送信されるべき信号の波長）でなければ ならない。放射素子間の距離は、最大傾斜に応じている。 第５図は、高トラヒックエリア用のアンテナを示している。このアンテナは送 受信が可能である。 このアンテナは、２つの放射素子パネル７４、７６を収容するプレート７２を 含む。パネル７４は送信用で、パネル７６は受信用である。 支持プレート７２は、第５図では水平方向に示されているが、仰角モータと称 されるモータ８０によりプレート７２の面に平行な水平軸７８を中心として回転 し、水平軸７８を中心とするこうした回転により仰角における指向が行われる。 さらに、垂直軸８４を備えた別のモータ８２が、仰角モータ ８０の下に設けられている。垂直軸８４を中心とする回転によって、方位角にお ける指向が行われる。 送信用の放射素子パネル７４は、ほぼ楕円形であり、長軸８６を備える。この 楕円形は、アンテナによって観測される水平線に近いエリアの形状に対応し、こ のときアンテナは該エリアを指向し、すなわちプレート７２の垂直軸８８が水平 線に隣接するエリアに指向されている。 より詳しくは、楕円形は、最大指向角度が５４°であるときに、約５０°の指 向角度に対応するカバーエリアの形状に適合されている。軸８６は、このような ５０°の指向角度に対してエリアが観測されるような楕円形の長軸に垂直である 。 以上の説明において垂直方向および水平方向は、絶対的な方向を示すためでは なく、様々な要素の相対的な方向を示すために用いていることが明らかである。 受信用のパネル７６は、パネル７４と同様に、ほぼ楕円形であり、パネル７４ の長軸８６に平行な、長軸９０を備える。 パネル７４は、同時にＴＸＦ信号用とＴＸＲ信号用である。パネル７６も同じ くＲＸＦ信号とＲＸＲ信号用である。 第６図は、送信パネル７４のための制御回路を示す。この実 施形態では、ＴＸＦ信号（ユーザへの送信）用の３つの搬送周波数副帯域と、Ｔ ＸＲ信号（接続局への送信）用の１つの搬送周波数帯域とが設けられている。か くして、３つの増幅器９２、９４、９６が、ＴＸＦ信号に割り当てられ、１つの 増幅器９８が、ＴＸＲ信号用に提供されている。 もちろん第６図の回路は、ＴＸＦ信号用の３つの副帯域とＴＸＲ信号用の１つ の帯域へのこうした分割に制限されるわけではない。ＴＸＦ信号用に２つの帯域 、ＴＸＲ信号用に２つの帯域といった他の分割も可能である。 増幅器９２〜９８の出力は、マルチプレクサ１００の入力に送られ、マルチプ レクサ１００は、ビーム形成回路又はビーム形成網１０２を介して、パネル７４ の放射素子に信号を送る。 本発明の特徴によれば、ビーム形成網１０２は、アンテナが割り当てられるエ リアに対する衛星の位置に放射パターンを適合させる。換言すれば、方位角モー タ８２および仰角モータ８０（第５図）により、軸８８が対応エリアに常に指向 され、この「機械的」指向と電子制御１０２が組み合わさり、アンテナとエリア との相対的な位置にビームを適合させるようにする。 衛星がエリアの真上にあるときビームの断面は円形であり、 エリアが水平線に隣接するときビームの断面は楕円形である（第２図）。このた め、特に送信の場合、アンテナが真上にあるときは、円に沿って配列された放射 素子だけが作動開始される。衛星がエリアの真上から去ると、送信機の放射素子 に供給される信号の振幅制御が作動開始され、それに応じて他の要素も順次作動 開始され、作動される放射素子の数は、アンテナがエリアの照射域をまさに去ろ うとするときに最大になる。 回路１０２は、実施形態では、出力１０４₁〜１０４_qであるｑ個の配電装置を 含む。これらの配電装置は、再構成可能である。これらは、増幅器９２〜９８の 出力側に配置されるので低損失装置である。 出力１０４_iの配電装置は、パネル７４の放射素子に供給される信号の位相で はなく振幅を割り当てる。実際、放射素子は、指向には係わらない。従って、そ れらに割り当てられる信号の位相を変化させることは不要である。 しかも、各放射素子の振幅を個々に制御することもまた不要であることが認め られた。そのため実施形態では、ｑ個の数の配電装置が、放射素子の数の約数で ある。また実施形態では、放射素子の数は６４または８０であるが、ｑは１６で ある。 こうした単純化は、放射パターンが、パネルの機械的指向方向に対して線対称 であるという考察に基づいている。このような条件で、パネルの中心から同一距 離に配置される放射素子は、同一振幅レベルで励起されるので、励起もまた同じ 形で、すなわち同じ構成要素によって行うことができる。 第５ａ図は、細長い形状に配置された放射素子パネルの一例を示す。各放射素 子は、円１４０によって示されている。各放射素子の内部には、１から１６まで の数字すなわちインデックスを示した。同じ数字は、振幅レベルが同じ励起に対 応する。したがって、たとえば中央のインデックス１の４つの放射素子は全て同 じ振幅で励起される。たとえば、この第５ａ図では一般に、放射素子が、同じ形 で励起される４つの象限１５２、１５４、１５６、１５８に従って分割されるこ とが分かる。 第７図は、受信に割り当てられる放射素子パネル７６で受信された信号を処理 するための回路を示している。 この回路は、フィルタ１１０、低雑音増幅器１１２、可変減衰器１１４および 可変移相器１１５を含む。減衰器１１４と移相器１１５の機能は、第６図の減衰 器１０４の機能と同じであって、すなわちエリアに対する衛星の相対位置に放射 パターン を適合させることにある。受信機内の移相器の使用により、ビームの形成を最適 化することができる。移相器が、低雑音増幅器１１２の首都力側にあるので、こ うした使用により接続のコストが損なわれない。 また第６図の場合と同様に、減衰器１１４及び移相器１１５は、エリアに対す る衛星の相対位置に応じて制御される。 しかも、受動コンバイナ（ｐａｓｓｉｖｅ ｃｏｎｂｉｎｅｒ）１１６が、減 衰器１１４によって供給される信号を加える。 コンバイナ１１６の出力信号は、ＲＸＦ信号とＲＸＲ信号を分割するマルチプ レクサ１２０に供給される。実施形態では、第６図の実施形態で構成されたもの と同じ方法で、３つのＲＸＦ信号帯域と１つのＲＸＲ信号帯域が設けられている 。 もちろん、第６図の実施形態と同様に、ＲＸＦ信号およびＲＸＲ信号用の帯域 間の分配が異なるものであってもよい。 第５図から第７図に示したように、ケーブルまたは電気導体が、回転ジョイン ト１３０、１３２を通過しており、これらのケーブルが、仰角および方位角の調 整に対応する回転に従うことに留意されたい。 仰角に応じた放射パターンの再構成は、フェライトまたはＭ ＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ Ｃ ｉｒｃｕｉｔ「モノリシックマイクロ波集積回路」）をベースとするビーム形成 網により行われる。送信アンテナの場合には、好適にはフェライトをベースとす る回路を用いるが、このような回路は、出力増幅後の低損失ビームの形成により よく適合するからである。こうした出力増幅は、低効率を有するＳＳＰＡによっ て提供され、従って大量の熱を消費する。従って、一般には、熱消費手段を殆ど 持たないパネル７２からこの回路を離すことが好ましい。そのため、この回路は 、いわゆる「地上」パネル１３４の下に設置される（第５図）。地上パネル１３ ４は、常に地球の中心に向けて指向されており、より大きな熱消費手段を備えて いる。 ビーム形成網は、受信時には、ＭＭＩＣ技術を使用する。低雑音増幅器は、接 続によるオームの法則に従う損失を最小化するように放射パネルの近傍に配置さ れる。 プレート７２の機械的指向は、放射素子パネル７４、７６に必要以上の大きさ を与えなくてもよいため、電子的指向に比べて特に有利である。 電子的指向を行わないで、信号リソースを最適利用すること により、広幅の通過帯域にわたって、ビームを形成することができる。特に、電 子的指向を使用しないので、指向のための位相勾配がないことに関連して周波数 分散がなくなる。 放射素子の配列のピッチは、約０．９λとすることができる。かくして、アレ イローブの形成が容易に回避される。さらに、隣接する放射素子間の距離によっ て、各種の制御素子の設置が容易になり、連結が制限される。そのうえ、所与の サイズのパネル７４、７６について、アレイのピッチが約０．６λであるアクテ ィブアンテナに対して、放射素子数が小さいので、検査やコストへの要求も低減 される。 有効エリアへのパネルの機械的指向により、放射素子パネルによって信号が送 られる放射パターンの有効エリアを±１２°に制限可能である。このようにして 、あるエリアにおいて、右円偏波を有する信号を左円偏波を有する信号から適正 に分離することができるので、２０ｄＢを越える偏波分離を実現可能である。 また送信時におけるフェライトベースのビーム形成網の使用によって、実現さ れる放射パターンにアンテナの有効面を適合させることができる。 以上のように、常にガウシアンパターンが生成され、放射パターンの形状や指 向角度がいかなるものであろうとも、二次ローブのレベルは極めて低くなる。従 って、隣接エリア間の分離は最適化される。 アポタイゼーションの法則が送信に用いられるので二次ローブが解消され、定 格動作点より下で増幅器が動作する場合に、増幅器の差動伝達関数に関連する問 題が解消される。 第８図は、衛星２２上のすべてのアンテナ、すなわち、機械的に指向し再構成 されるプレート７２を有する１２のアンテナと、それぞれが６つのエリアに割り 振られた、アクティブアンテナ放射素子を載架する１２のパネルを示す。 この例では、４つのパネル４０₁、４０₂、４０₃、４０₄がＴＸＦ信号用で、パ ネル４０₅〜４０₈がＴＸＲ信号用であり、残りの４つのパネル４０₉〜４０₁₂が ＲＸＲ信号とＲＸＦ信号用である。ＴＸ接続は、ＲＸ接続から分離されているの で、フィルタリングでＴＸ信号がＲＸ信号に干渉することを防止できる。ＴＸＦ 信号とＴＸＲ信号のレベルは、かなり異なるので、ＴＸＦ信号は、ＴＸＲ信号と 同じパネルによって送信されない。アンテナは、接続局２０のアンテナよりも感 度が低いので、信 号は高レベルでユーザに向けて送信しなければならない。 ただし、一般に低雑音増幅器間に相互変調は存在しないので、接続局からの信 号用とユーザからの信号用に同じ受信パネルを使用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｑ 25/04 Ｈ０４Ｂ 7/15 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ボワザン，フイリツプ フランス国、エフ―31170・トウルヌフイ ユ、リユ・デ・カピトウル、９ (72)発明者 カサソプラナ，デイデイエ フランス国、エフ―78100・サン・ジエル マン・アン・レ、リユ・サン―レジエ、１ バテイマン・アー・７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．地球がいくつかのエリア（２６）に分割され、複数エリアのための通信に割 り当てられた衛星等のスペースクラフト（２２）上の送受信手段によって、エリ ア（２６）内の通信が実行される電気通信システムであって、 第１のカテゴリの隣接する２つのエリアに異なる偏波または異なる搬送周波数 を有する信号が割り当てられるように、第１のカテゴリ（２８）のエリア（２６₁₀ 、２６₁₁、２６₁₂）にそれぞれの偏波と搬送周波数を有する信号が割り当てら れ、 第２のカテゴリ（３０）の各エリアにすべての利用可能な偏波とすべての利用 可能な搬送周波数を有する信号が割り当てられることを特徴とするシステム。 ２．信号の偏波が、円偏波であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のシ ステム。 ３．搬送周波数の少なくとも２つの別個の帯域が信号に提供され、別個の帯域の 幅が等しいかまたは等しくないことを特徴とする請求の範囲第１項または第２項 に記載のシステム。 ４．第１のカテゴリ（２８）のエリアが、低い通信密度に割り 振られ、 第２のカテゴリ（３０）のエリアが、より高い通信密度に割り振られることを 特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載のシステム。 ５．各エリア内で、信号がユーザ（１２、１４、１６）と少なくとも１つの接続 局（２０）によって送受信されることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項 のいずれか一項に記載のシステム。 ６．別個のエリアが、接続局（２０）間の地上リンクを介して通信することを特 徴とする請求の範囲第５項に記載のシステム。 ７．第１のカテゴリのエリアのために提供された偏波および／または周波数を有 する信号だけを受信および／または送信するための送信および／または受信装置 が、第１のカテゴリのエリア内に提供されることを特徴とする請求の範囲第１項 から第６項のいずれか一項に記載のシステム。 ８．スペースクラフトが、低地球軌道の衛星（２２）であり、 送受信システムが、エリアごとに提供され、衛星（２２）から該エリアが観測 される限り、関連付けられたエリアを指向することを特徴とする請求の範囲第１ 項から第７項のいずれか一 項に記載のシステム。 ９．第１のカテゴリのエリアについて、電子的な指向および再構成を使用する送 信および／または受信用アクティブアンテナをスペースクラフト（２２）上に含 むことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の電気通信システム内で使用される 送受信装置。 １０．第１のカテゴリの複数のエリアについて、放射素子（４０）の組が提供さ れることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。 １１．接続局（２６）からの信号とユーザ（１２、１４、１６）からの信号を受 信するために放射素子の同じ組が提供されることを特徴とする請求の範囲第５項 に記載の電気通信システム内で使用する請求の範囲第９項または第１０項に記載 の装置。 １２．ユーザへの送信のための放射素子が、接続局（２０）への送信のための放 射素子とは別個であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の電気通信シス テム内で使用する請求の範囲第９項から第１１項のいずれか一項に記載の装置。 １３．第２のカテゴリのエリアについて、アンテナをエリアに指向させる機械的 手段を含む少なくとも１つの送信および／ま たは受信用アンテナをスペースクラフト（２２）上に含むことを特徴とする請求 の範囲第８項に記載の通信システム内で使用する送受信装置。 １４．アンテナによって観測されるエリアの形状にパターンを適合させるために 、スペースクラフト（２２）とそれに対応するエリアの相対位置に応じて放射パ ターンを変更するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載 の装置。 １５．放射パターンを変更するための手段が、放射素子を有する送信用アクティ ブアンテナを含み、 放射素子に供給される信号の振幅を変更することで前記パターンが変更される ことを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。 １６．放射パターンを変更するための手段が、放射素子を有する受信用アクティ ブアンテナを含み、 放射素子に供給される信号の振幅と位相を変更することで前記パターンが変更 されることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。 １７．複数の放射素子が、同じ振幅を受信することを特徴とする請求の範囲第１ ５項または第１６項に記載の装置。 １８．アンテナが、方位角モータと仰角モータによって方向を変えることができ る表面を有することを特徴とする請求の範囲第１３項から第１７項のいずれか一 項に記載の装置。 １９．アンテナが、別個である送信部分と受信部分を有することを特徴とする請 求の範囲第１３項から第１８項のいずれか一項に記載の装置。 ２０．送信のためにフェライトベースのビーム形成回路が提供されることを特徴 とする請求の範囲第１３項から第１９項のいずれか一項に記載の装置。 ２１．送信および／または受信用アンテナが、細長い表面、特に楕円上に配置さ れた放射素子の組を含むことを特徴とする請求の範囲第１３項から第２０項のい ずれか一項に記載の装置。 ２２．電気通信システム内で使用する衛星などのスペースクラフト（２２）上の 一組の送受信装置であり、 地球がいくつかのエリア（２６）に分割され、該エリア（２６）内で、それを 介して通信が実行される、一組の送受信装置であって、 エリアが２つのカテゴリに分割され、第１のカテゴリ（２８）のエリアが低い 通信密度を有し、前記一組の送受信装置が第１ のカテゴリのエリア用の第１のタイプのアンテナを含み、 それよりかなり高い通信密度を有する第２のカテゴリ（３０）のエリアについ て、前記一組の送受信装置が第１のタイプとは異なる第２のタイプの少なくとも １つの送受信用アンテナを含むことを特徴とする一組の送受信装置。 ２３．スペースクラフトが、低地球軌道の衛星（２２）であり、一組の送受信装 置が、エリアごとに提供され、該エリアを照射している限り、関連付けられたエ リアを指向し、 第１のタイプの送受信用アンテナが、電子的な指向と再構成を使用するアクテ ィブアンテナであり、 第２のタイプのアンテナが、アンテナをエリアに指向させる機械的手段を有す る少なくとも１つの送受信用アンテナを含むことを特徴とする請求の範囲第２２ 項に記載の一組の送受信装置。 ２４．第２のタイプのアンテナが、送信および受信パターンの形状を電子的に再 構成するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の一組の 送受信装置。 ２５．地球がいくつかのエリア（２６）に分割され、該エリア（２６）内の複数 エリアのための通信に割り当てられた衛星な どのスペースクラフト（２２）上の送受信手段によって通信が実行される電気通 信方法であって、 第１のカテゴリの隣接する２つのエリアに異なる偏波または異なる搬送周波数 を有する信号が割り当てられるように、第１のカテゴリ（２８）のエリア（２６₁₀ 、２６₁₁、２６₁₂）にそれぞれの偏波と搬送周波数を有する信号が割り当てら れ、 第２のカテゴリ（３０）の各エリアにすべての利用可能な偏波とすべての利用 可能な搬送周波数を有する信号が割り当てられることを特徴とする方法。 ２６．第１のカテゴリ（２８）のエリアが、低い通信密度に割り当てられ、 第２のカテゴリ（３０）のエリアが、より高い通信密度に割り当てられること を特徴とする請求の範囲第２５項に記載の方法。