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【発明の名称】 多重衛星中継器の制御方法
【発明者】 【氏名】ロバート エイ． ウィーデマン

【氏名】ポール エイ． モント

【氏名】ステファン エス． カーター

【氏名】ウィリアム エイムズ
【目的】
【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 低地球軌道に配列される低地球軌道衛星であって各々が１の地上局の視野にある任意の時刻において特定の仰角に位置する複数の低地球軌道衛星を介して通信トラフィックを割り当てる通信トラフィック制御方法であって、前記地上局からの通信リンクを受信する受信機と、ユーザ端末に通信リンクを送信する送信機と、ユーザ端末からの通信リンクを受信する受信機と、前記地上局に通信リンクを送信する送信機とを前記衛星の各々に設ける行程と、サービス要求に応答して、仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができるか否かを判定する判定行程と、仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができる場合は、新しい通信リンクを仰角が最大の衛星に割り当てる割当行程と、仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができない場合は、仰角が最大角よりも小なる衛星を新しい通信リンクに割り当てることができるか否かを判定する判定行程と、仰角が最大角よりも小なる衛星を新しい通信リンクに割り当てることができる場合は、新しい通信リンクを仰角が最大角よりも小なる衛星に割り当てる割当行程と、を有することを特徴とする通信トラフィック制御方法。
【請求項２】 前記判定行程の各々は、前記衛星に既に割り当てられている通信リンクが所定最大数に達しているか否かを判定する行程を含むことを特徴とする請求項１記載の通信トラフィック制御方法。
【請求項３】 前記判定行程の各々は、前記衛星が最大ピーク磁束密度に相当する電力レベルで送信を行っているか否かを判定する行程を含むことを特徴とする請求項１記載の通信トラフィック制御方法。
【請求項４】 衛星の各々は地球に対して複数のビームを送信し、前記判定行程の各々は、新たな通信リンクに割り当てられる予定のビームが最大所定電力レベルで動作しているか否かを判定する行程を含むことを特徴とする請求項１記載の通信トラフィック制御方法。
【請求項５】 衛星の各々は地球に対して複数のビームを伝送し、前記判定行程の各々は、新たな通信リンクに割り当てられる予定のビームが最大ピーク磁束密度に相当する電力レベルで送信を行っているか否かを判定する行程を含むことを特徴とする請求項１記載の通信トラフィック制御方法。
【請求項６】 割当行程の各々は、前記通信リンクを対応するユーザ端末にてダイバーシチ受信モードで動作すべきか否かを判定する判定行程と、前記通信リンクを対応するユーザ端末にてダイバーシチ受信モードで動作せしめる場合は、新たな通信リンクに仰角が２番目に大きい衛星の少なくとも１つを割り当てることができるか否かを判定する判定行程と、新たな通信リンクに仰角が２番目に大きい衛星の少なくとも１つを割り当てることができる場合、通信リンクを仰角が２番目に大きい衛星にも割り当てて通信リンクを少なくとも２つの衛星を介して同時に設ける行程と、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の通信トラフィック制御方法。
【請求項７】 ユーザ端末にてサービス要求を発する行程を含むことを特徴とする請求項１記載の通信トラフィック制御方法。
【請求項８】 地上局を介してサービス要求を発する行程を含むことを特徴とする請求項１記載の通信トラフィック制御方法。
【請求項９】 低地球軌道に配列される低地球軌道衛星であって各々が１の地上局の視野にある任意の時刻において特定の仰角に位置する複数の低地球軌道衛星のうちの１つの衛星から他の衛星に通信リンクをハンドオフする通信リンク制御方法であって、前記地上局からの通信リンクを受信する受信機と、ユーザ端末に通信リンクを送信する送信機と、ユーザ端末からの通信リンクを受信する受信機と、前記地上局に通信リンクを送信する送信機とを前記衛星の各々に設ける行程と、ハンドオフ要求に応答して、仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができるか否かを判定する判定行程と、仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができる場合は、新しい通信リンクとしてのハンドオフ通信リンクを仰角が最大の衛星に割り当てる割当行程と、仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができない場合は、仰角が最大角よりも小なる衛星を新しい通信リンクに割り当てることができるか否かを判定する判定行程と、仰角が最大角よりも小なる衛星を新しい通信リンクに割り当てることができる場合は、新しい通信リンクとしてのハンドオフ通信リンクを仰角が最大角よりも小なる衛星に割り当てる割当行程と、を有することを特徴とする通信リンク制御方法。
【請求項１０】 前記判定行程の各々は、前記衛星に既に割り当てられている通信リンクが所定最大数に達しているか否かを判定する行程を含むことを特徴とする請求項９記載の通信リンク制御方法。
【請求項１１】 前記判定行程の各々は、前記衛星が最大ピーク磁束密度に相当する電力レベルで送信しているか否かを判定する行程を含むことを特徴とする請求項９記載の通信リンク制御方法。
【請求項１２】 衛星の各々は地球に対して複数のビームを送信し、前記判定行程の各々は、新たな通信リンクに割り当てられる予定のビームが最大所定電力レベルで動作しているか否かを判定する行程を含むことを特徴とする請求項９記載の通信リンク制御方法。
【請求項１３】 衛星の各々は地球に対して複数のビームを伝送し、前記判定行程の各々は、新たな通信リンクが割り当てられる予定のビームが最大ピーク磁束密度に相当する電力レベルで送信を行っているか否かを判定する行程を含むことを特徴とする請求項９記載の通信リンク制御方法。
【請求項１４】 前記割当行程の各々は、前記ハンドオフ通信リンクを対応するユーザ端末にてダイバーシチ受信モードで動作させるべきか否かを判定する判定行程と、前記ハンドオフ通信リンクを対応するユーザ端末にてダイバーシチ受信モードで動作せしめる場合、仰角が２番目に大きい衛星の少なくとも１つを新たな通信リンクに割り当てることができるか否かを判定する判定行程と、仰角が２番目に大きい衛星の少なくとも１つを新たな通信リンクに割り当てることができる場合は、ハンドオフ通信リンクを仰角が２番目に大きい衛星にも割り当ててハンドオフ通信リンクを少なくとも２つの衛星を介して同時に設ける行程と、をさらに含むことを特徴とする請求項９記載の通信リンク制御方法。
【請求項１５】 少なくとも１つの地上局からの複数の通信フィーダリンクを受信する手段、及び受信したフィーダリンクを地上に位置するユーザ端末の複数に送信する手段を各々が有して低地球軌道に配列された複数の低地球軌道衛星と、前記通信フィーダリンクを前記衛星の少なくとも１つに送信する手段、及び前記通信フィーダリンクを地上に位置する電気通信システムに接続する手段を含む地上局の少なくとも１つと、を有する通信システムであって、前記衛星の各々は、前記地上局の視野にある任意の時刻において特定の仰角に位置し、通信リンクを設けるサービス要求に反応して、仰角が最大の衛星を新たな通信リンクに割り当てることができるか否かを判定して、仰角が最大の衛星を新たな通信リンクに割り当てることができる場合は新たな通信リンクを仰角が最大の衛星に割り当てる判定手段をさらに有し、前記判定手段は、仰角が最大の衛星を新たな通信リンクに割り当てることができない場合は、仰角が最大角よりも小なる衛星を新たな通信リンクに割り当てることができるか否かを判定し、仰角が最大角よりも小なる衛星を新たな通信リンクに割り当てることができる場合は、新たな通信リンクを仰角が最大角よりも小なる衛星に割り当てることを特徴とする通信システム。
【請求項１６】 データリンクを介して前記地上局と双方向に接続される通信システム制御手段をさらに有し、前記判定手段は、前記データリンクを介して受信される情報の少なくとも一部に基づいて１つの衛星に既に割り当てられている通信リンクが所定最大数に達しているか否かを判定することを特徴とする請求項１５記載の通信システム。
【請求項１７】 データリンクを介して前記地上局と双方向に接続される通信システム制御手段をさらに有し、前記判定手段は、前記データリンクを介して受信される情報の少なくとも一部分に基づいて最大ピーク磁束密度に相当する電力レベルで１つの衛星が送信を行っているか否かを判定することを特徴とする請求項１５記載の通信システム。
【請求項１８】 各衛星は地球に複数のビームを伝送し、データリンクを介して前記地上局と双方向に接続される通信システム制御手段をさらに有し、前記判定手段は、新たな通信リンクに割り当てられる予定のビームが、前記データリンクを介して受信される情報の少なくとも一部に基づいて最大所定電力レベルで動作しているか否かを判定することを特徴とする請求項１５記載の通信システム。
【請求項１９】 各衛星は地球に複数のビームを伝送し、データリンクを介して前記地上局と双方向に接続される通信システム制御手段をさらに有し、前記判定手段は、新たな通信リンクに割り当てられる予定のビームが、最大ピーク磁束密度に相当する電力レベルで送信を行っているか否かを判定することを特徴とする請求項１５記載の通信システム。
【請求項２０】 前記判定手段は、前記通信リンクを対応するユーザ端末にてダイバーシチ受信モードで動作させるべきか否かを判定し、ダイバーシチ受信モードで動作させる場合は仰角が２番目に大きい衛星を新たな通信リンクに割り当てることができるか否かを判定し、仰角が２番目に大きい衛星を新たな通信リンクに割り当てることができる場合は通信リンクを仰角が２番目に大きい衛星に割り当てて少なくとも２つの衛星を介して通信リンクを同時に設ける手段をさらに有することを特徴とする請求項１５記載の通信システム。
【請求項２１】 低地球軌道に配列されるとともに各々が１の地上局の視野にある任意の時刻において特定の仰角に位置する複数の低地球軌道衛星を介して通信トラフィックを割り当てる通信トラフィック制御方法であって、前記地上局からのスペクトラム拡散通信リンクを受信する受信機と、ユーザ端末にスペクトラム拡散通信リンクを送信する送信機と、ユーザ端末からのスペクトラム拡散通信リンクを受信する受信機と、前記地上局にスペクトラム拡散通信リンクを送信する送信機とを前記衛星の各々に設ける行程と、新たなスペクトラム拡散通信リンクを設けるサービス要求に応答して、前記地上局の視野にある衛星のうち仰角が最大である衛星から順番に他の通信リンクに割り当てることができるか否かを判定していく行程と、新たな通信リンクを少なくとも２つの衛星に割り当てる行程と、を有することを特徴とする通信トラフィック制御方法。
【請求項２２】 低地球軌道に配列されるとともに各々が１の地上局の視野にある任意の時刻において特定の仰角に位置する複数の低地球軌道衛星を介して通信トラフィックを割り当てる通信トラフィック制御方法であって、前記地上局からのスペクトラム拡散通信リンクを受信する受信機と、ユーザ端末にスペクトラム拡散通信リンクを送信する送信機と、ユーザ端末からのスペクトラム拡散通信リンクを受信する受信機と、前記地上局にスペクトラム拡散通信リンクを送信する送信機とを前記衛星の各々に設ける行程と、既存の通信リンクをハンドオフする要求に応答して、前記地上局の視野にある衛星のうち仰角が最大である衛星から順番に他の通信リンクに割り当てることができるか否かを判定していく行程と、ハンドオフ通信リンクを少なくとも２つの衛星に割り当てる行程と、を有することを特徴とする通信トラフィック制御方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中継器を含む通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】衛星を含む通信システムは、例えば１９９４年４月１２日に特許となり「無線電話・衛星移動システム（Wireless Telephone/Satellite Roaming System ）」の名称を有する米国特許第５，３０３，２８６号などの多数の米国特許や、外国特許、さらには様々な刊行物により周知である。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、通信システムと、低地球軌道に配列された複数の低地球軌道衛星を介して通信トラフィックを割り当てるために通信システムによって実行される方法とに関する。各衛星は、１の地上局の視野にある任意の時刻において特定の仰角に位置している。本発明の方法は、（ａ）地上局からの通信リンクを受信する受信機と、ユーザ端末に受信した通信リンクを送信する送信機とを、衛星の各々に設ける行程と、（ｂ）サービス要求に応答して、仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができるか否かを判定する判定行程と、（ｃ）仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができる場合は、新しい通信リンクを仰角が最大の衛星に割り当てる割当行程と、（ｄ）仰角が最大の衛星を新しい通信リンクに割り当てることができない場合は、仰角が２番目に大きい衛星を新しい通信リンクに割り当てることができるか否かを判定する判定行程と、（ｅ）仰角が２番目に大きい衛星を新しい通信リンクに割り当てることができる場合は、新しい通信リンクを仰角が２番目に大きい衛星に割り当てる割当行程と、からなる。または、複数の衛星が、通信リンクをユーザ端末に送信するために使用される。
【０００４】１つの衛星を新たな通信リンクに割り当てることができるか否かを判定する際に、多数の判定基準が用いられる。例えば、判定行程の各々は、関係する衛星に割り当てられている通信リンクが既に所定最大数に達しているか否かを判定する行程を含む。また、例えば、判定行程の各々は、関係する衛星が、地上での最大ピーク磁束密度に相当する電力レベルで送信を行っているか否かを判定する行程を含む。さらに、例えば、ある衛星がその衛星のピーク送信電力で送信を行っているか否かが判定される。所定期間内にユーザ及びゲートウェイの両方の視野にある衛星が存在するか否かに基づいて、さらなる判定が行われる。
【０００５】本発明の好ましい実施例において、各衛星は、地球に複数のビームを送信する。故に、本発明の好ましい実施例において、判定行程の各々は、新たな通信リンクに割り当てられる予定のビームが、最大所定電力レベルで動作しているか否か、または最大ピーク磁束密度に相当する電力レベルで送信を行っているか否かを判定する行程を含んでいる。
【０００６】新たな通信やハンドオフ通信を割り当てるときに、上述の判定基準を組み合わせて使用することもできる。本発明の好ましい実施例において、割当行程の各々は、（ｉ）通信リンクを対応するユーザ端末にてダイバーシチ受信モードで動作させるべきか否かを判定する行程と、（ii）通信リンクを対応するユーザ端末にてダイバーシチ受信モードで動作させる場合、仰角が２番目に大きい衛星を新たな通信リンクに割り当てられることができるか否かを判定する行程と、（iii ）仰角が２番目に大きい衛星を新たな通信リンクに割り当てることができる場合、通信リンクを仰角が２番目に大きい衛星に割り当てて少なくとも２つの衛星を経由して通信リンクを同時に設ける行程と、をさらに含んでいる。
【０００７】
【実施例】本発明の特徴を、添付図面を参照しながら以下の本発明の詳細な説明に基づきより明らかにする。図１に、本発明の好ましい実施例での使用に適した衛星通信システム１０の好ましい実施例を一例として示す。本発明を詳細に説明する前に、本発明をより完全に理解するために、通信システム１０の説明を最初に行うものである。
【０００８】通信システム１０は、概念的に、複数のセグメント１，２，３，４に分割される。セグメント１は宇宙セグメントであり、セグメント２はユーザセグメントであり、セグメント３は地上（または地球）セグメントであり、セグメント４は電話システム基盤セグメント４、または電話システム支援セグメント４となっている。
【０００９】本発明の好ましい実施例において、例えば１４１４ｋｍの低地球軌道（以下、ＬＥＯと称す）に全部で４８の衛星が低地球軌道衛星として存在する。衛星１２は８つの軌道面に分布しており、１軌道面当たり６つの衛星が等間隔に配置されている。すなわち、４８の衛星は、ウォーカー配列（Walker constellation）を採っている。この軌道面は、赤道に対して５２度傾斜しており、各衛星は、１１４分毎に１回軌道を周回する。これによって、ほぼ地球全体をサービスエリア、すなわち有効範囲とすることができ、好ましくは、南緯７０度と北緯７０度との間に位置するユーザの１人に対して、任意の時刻にユーザの視野には少なくとも２つの衛星が存在している。このように、ユーザは、地上局としてのゲートウェイ（以下、ＧＷと称す）１８内のサービスエリア内の地上の任意の一地点と、地上の他の地点と、の間で、１つまたは複数のゲートウェイ１８と１つまたは複数の衛星１２とを経由して、場合によっては電話基盤セグメント４も使用して、さらにはＰＳＴＮを介して、通信を行うことができる。
【００１０】なお、システム１０の上記記載は、本発明の実施例が見いだされる通信システムの適切な実施例を表したにすぎない。すなわち、上述の通信システムの詳細によって、本発明は限定されるものではない。システム１０の説明を続けると、衛星１２の間や各衛星によって伝送される１６のスポットビーム（図４参照）の各々の間でのソフト転送（すなわち、ハンドオフ）処理によって、スペクトラム拡散（以下、ＳＳと称す）技術や符号分割多元接続（以下、ＣＤＭＡと称す）技術を介して非破壊の通信が行われる。様々なスペクトラム拡散ＣＤＭＡ（以下、ＳＳ−ＣＤＭＡと称す）技術やプロトコルを用いることができるが、好ましいＳＳ−ＣＤＭＡ技術は、ＴＩＡ／ＥＩＡ暫定標準「２重モード広域スペクトラム拡散セルラシステムの移動局を含む局互換性標準（Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System ）」ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５（１９９３年７月）と似ている。
【００１１】低地球軌道によって、低電力固定型ユーザ端末や低電力移動ユーザ端末１３は、衛星１２を経由して通信を行うことができる。なお、本発明において、「固定型（fixed ）」とは、移動自在ではなく、一地点から移動不能な状態に、すなわち固定状態に設置されていることと同義に用いるものである。これらの衛星１２の各々は、本発明の好ましい実施例において、「折曲パイプ（bent pipe ）」型中継器としてのみ機能し、ユーザ端末１３やゲートウェイ１８からの音声やデータなどの通信トラフィック信号（communications traffic signal ）を受信し、受信した通信トラフィック信号を他の周波数帯域に変換し、次に、変換された信号を再び送信している。すなわち、受信した通信トラフィック信号に対して、衛星での信号処理は行われず、衛星１２は、通信トラフィック信号が送受信されて搬送されていることを少しも認識していないのである。
【００１２】さらに、衛星１２間の直接通信リンクを必要としない。すなわち、衛星１２の各々は、ユーザセグメント２に位置する送信機や地上セグメント３に位置する送信機だけから信号を受信し、ユーザセグメント２に位置する受信機や地上セグメント３に位置する受信機のみに信号を送信している。ユーザセグメント２には、衛星１２との通信に適した複数種類のユーザ端末１３が含まれている。ユーザ端末１３には、例えば、携帯移動無線電話機１４、車載の移動無線電話機１５、ページング及びメッセージングタイプの装置１６や固定型無線電話機１４ａなどを含む複数の様々な種類の固定型ユーザ端末や移動ユーザ端末が含まれる。なお、かかる固定型ユーザ端末及び移動ユーザ端末は、各種電話機１４，１４ａ，１５，１６に限定されるものではない。ユーザ端末１３には、好ましくは、１つまたは複数の衛星１２を介して双方向に通信を行うために全方向性アンテナ１３ａが備えられている。
【００１３】なお、固定型無線電話機１４ａは、方向性アンテナを使用することもできる。これによって、干渉が低減され、その結果、１つまたは複数の衛星１２によって同時にサービスを行うことのできるユーザの数を増やすことができる。さらに、ユーザ端末１３は、２重使用装置であり、従来と同様な方法で地上のセルラシステムとも通信を行うことのできる回路を含んでいる。
【００１４】図３を参照すると、ユーザ端末１３は、全２重モードで動作でき、例えばアップリンク、すなわちリターンリンク１７ｂとしてのＬバンドＲＦリンクを経由してリターン衛星トランスポンダ１２ａを介して通信を行うことができ、さらに、ダウンリンク、すなわち順方向リンク１７ａとしてのＳバンドＲＦリンクを経由して順方向衛星トランスポンダ１２ｂを介して通信を行うことができる。リターンＬバンドＲＦリンク１７ｂは、１．６１ＧＨｚから１．６２５ＧＨｚまでの帯域幅１６．５ＭＨｚの周波数帯域内で動作し、スペクトラム拡散技術によりパケット化ディジタル音声信号やディジタル信号によって変調されている。順方向ＳバンドＲＦリンク１７ａは、２．４８５ＧＨｚから２．５ＧＨｚまでの帯域幅１６．５ＭＨｚの周波数帯域内で動作する。順方向ＲＦリンク１７ａも、ゲートウェイ１８にて、スペクトラム拡散技術によりパケット化ディジタル音声信号やディジタル信号によって変調されている。
【００１５】順方向リンクの１６．５ＭＨｚの帯域は、１３チャネルに分割され、例えば１チャネル毎に最多１２８のユーザが割り当てられる。リターンリンクは、様々な帯域を有し、ユーザ端末１３は、順方向リンクに割り当てられたチャネルとは別のチャネルに割り当てられたり、割り当てられなかったりする。しかしながら、リターンリンクにおいて２つ以上の衛星１２から受信するダイバーシチ受信モードで動作するとき、ユーザは、各衛星に対して同一の順方向及びリターンリンクＲＦチャネルに割り当てられる。
【００１６】地上セグメント３は、少なくとも１つのゲートウェイ１８を含む。なお、多くの場合、地上セグメント３は複数のゲートウェイ１８を含む。ゲートウェイ１８は、例えば、３ＧＨｚより高い周波数範囲内で、好ましくはＣバンド内で動作する全２重ＣバンドＲＦリンク１９を介して衛星１２と通信を行う。図１において、ゲートウェイ１８は、衛星に向かう順方向リンク１９ａと衛星からのリターンリンク１９ｂとを介して、衛星１２と通信を行う。ＣバンドＲＦリンクは、通信フィーダリンクを双方向に運び、衛星に対して衛星コマンドを運び、衛星からはテレメトリ情報を運ぶ。順方向フィーダリンク１９ａは、５ＧＨｚから５．２５ＧＨｚまでの帯域内で動作するが、リターンフィーダリンク１９ｂは、６．８７５ＧＨｚから７．０７５ＧＨｚまでの帯域内で動作する。
【００１７】衛星フィーダリンクアンテナ１２ｇ，１２ｈは、好ましくは、ＬＥＯ衛星１２から見える地上のサービスエリアを最大に仕切る広域カバレッジアンテナである。通信システム１０の好ましい実施例において、地上からの仰角を１０度と仮定した場合、１のＬＥＯ衛星１２が境界を仕切る角度は、およそ１１０度である。これによって、直径がおよそ５７９３．４８ｋｍ（３６００マイル）となるサービスエリアが生成される。
【００１８】Ｌバンドアンテナ及びＳバンドアンテナは、対応する地上のサービス領域内に有効範囲を形成するマルチビームアンテナである。Ｌバンドアンテナ１２ｃ及びＳバンドアンテナ１２ｄは、好ましくは、図４に示すように、ビームパターンがほぼ一致している。すなわち、これは、宇宙船からの送信ビーム及び受信ビームが地上の同一領域をカバーしていることを示す。しかし、これは、システム１０の動作に対して特に大切なことではない。
【００１９】例えば、数千の全２重通信が、１つの衛星１２を介して行われる。システム１０の特徴により、２つ以上の衛星１２が、１つのユーザ端末１３と１つのゲートウェイ１８との間の通信を同時に伝送している。この動作モードは、後述するように、フェージングに対する耐性を増大させつつソフトハンドオフ処理の実行を容易としながらも、各受信機でのダイバーシチ合成を考慮しているのである。
【００２０】なお、周波数と、帯域と、本発明にて説明された周波数及び帯域の全ては、１つのシステムを表すためのものにすぎない。他の周波数や周波数帯域を、議論されている原理に何の変化ももたらさずに使用することができる。一例として、ゲートウェイと衛星との間のフィーダリンクは、およそ３ＧＨｚから７ＧＨｚまでのＣバンド以外の他の帯域や、例えばおよそ１０ＧＨｚから１５ＧＨｚまでのＫｕバンドや、１５ＧＨｚよりも高周波数のＫａバンドなどの帯域の周波数を使用することもできる。
【００２１】ゲートウェイ１８は、衛星１２の通信機器やトランスポンダ１２ａ，１２ｂ（図３参照）を電話基盤セグメント４に接続するように機能する。トランスポンダ１２ａ，１２ｂは、Ｌバンド受信アンテナ１２ｃと、Ｓバンド送信アンテナ１２ｄと、Ｃバンド電力増幅器１２ｅと、Ｃバンド低雑音増幅器１２ｆと、Ｃバンドアンテナ１２ｇ，１２ｈと、ＬバンドからＣバンドへの周波数変換領域１２ｉと、ＣバンドからＳバンドへの周波数変換領域１２ｊと、を含む。さらに、衛星１２は、マスター周波数発生器１２ｋと、コマンド及びテレメトリ装置１２ｌとを含む。
【００２２】電話基盤セグメント４は、既存の電話システムからなり、公有地移動網（Public Land Mobile Network：以下、ＰＬＭＮと称す）ゲートウェイ２０と、地域公衆電話網（regional public telephone networks：以下、ＲＰＴＮと称す）２２や他のローカル電話サービスプロバイダなどのローカル電話交換局と、国内長距離ネットワーク２４と、国際ネットワーク２６と、私設ネットワーク２８と、その他のＲＰＴＮ３０と、を含む。通信システム１０は、ユーザセグメント２と、電話基盤セグメント４の公衆交換電話網（以下、ＰＳＴＮと称す）の電話機３２と、ＰＳＴＮには無い電話機３２と、私設ネットワークにある様々なタイプのユーザ端末と、の間で、双方向の音声通信やデータ通信を行うように動作する。
【００２３】図１及び図５に示すように、地上セグメント３の一部として、衛星動作制御センター（Satellite Operations Control Center ：以下、ＳＯＣＣと称す）３６と、地上動作制御センター（Ground Operations Control Center：以下、ＧＯＣＣと称す）３８とが存在する。地上データ網（Ground Data Network ：ＧＤＮ）３９を含む通信路（図２参照）は、地上セグメント３のゲートウェイ１８及びテレメトリ及びコマンドユニット（以下、ＴＣＵと称す）１８ａと、ＳＯＣＣ３６及びＧＯＣＣ３８とを相互に接続するために設けられている。通信システム１０のこの部分によって、全システム制御機能が構成される。
【００２４】図２に、ゲートウェイ１８を詳細に示す。各ゲートウェイ１８は、最大４つの２重偏波ＲＦ・Ｃバンド補助システム、すなわち２重偏波ＲＦ・Ｃバンドサブシステムを含む。各２重偏波ＲＦ・Ｃバンド補助システムは、パラボラアンテナ４０と、アンテナ駆動部４２と、ペデスタル４２ａと、低雑音受信機４４と、高電力増幅器４６とからなる。これらの部品は、全てレドーム構造の内部に配置されて、周囲の環境から保護されている。
【００２５】ゲートウェイ１８は、受信ＲＦ搬送波信号を処理するダウンコンバータ４８と、送信ＲＦ搬送波信号を処理するアップコンバータ５０とを含む。ダウンコンバータ４８及びアップコンバータ５０は、ＣＤＭＡ補助システム５２、すなわちＣＤＭＡサブシステム５２に接続されている。ＣＤＭＡ補助システム５２は、公衆交換電話ネットワーク（以下、ＰＳＴＮと称す）にＰＳＴＮインターフェース５４を介して接続されている。また、衛星対衛星リンクが使用される場合、ＰＳＴＮは無視されることがある。
【００２６】ＣＤＭＡ補助システム５２は、信号加算器及びスイッチユニット５２ａと、ゲートウェイトランシーバ補助システム（以下、ＧＴＳと称す）５２ｂと、ＧＴＳコントローラ５２ｃと、ＣＤＭＡ相互接続補助システム（以下、ＣＩＳと称す）５２ｄと、セレクタバンク補助システム（Selector Bank Subsystem ：以下、ＳＢＳと称す）５２ｅとを含む。ＣＤＭＡ補助システム５２は、基地局管理部（Base Station Manager: 以下、ＢＳＭと称す）５２ｆによって制御され、例えばＩＳ−９５互換性などのＣＤＭＡ互換性を有する基地局と同じように機能する。ＣＤＭＡ補助システム５２も、所望の周波数合成器５２ｇとグローバルポジショニングシステム（Global Positioning System:以下、ＧＰＳと称す）受信機５２ｈとを含む。
【００２７】ＰＳＴＮインターフェース５４は、ＰＳＴＮサービス交換ポイント（以下、ＳＳＰと称す）５４ａと、電話制御プロセッサ（以下、ＣＣＰと称す）５４ｂと、ビジターロケーションレジスタ（Visitor Location Register:以下、ＶＬＲと称す）５４ｃと、ホームロケーションレジスタ（Home Location Register: 以下、ＨＬＲと称す）へのプロトコルインターフェース５４ｄとを含む。ＨＬＲは、セルラゲートウェイ２０（図１参照）やＰＳＴＮインターフェース５４内部に配置されている。
【００２８】ゲートウェイ１８は、ＳＳＰ５４ａによって形成される標準インターフェースを経由して電気通信網、すなわちテレコミュニケーションネットワークに接続されている。ゲートウェイ１８は、１次レートインターフェース（Primary Rate Interface: 以下、ＰＲＩと称す）を介してＰＳＴＮとインターフェースをとって、ＰＳＴＮと接続している。さらに、ゲートウェイ１８は、移動交換センター（Mobile Switching Center:以下、ＭＳＣと称す）と直に接続せしめられるようになっている。
【００２９】ゲートウェイ１８は、ＳＳ−７・ＩＳＤＮ固定信号をＣＣＰ５４ｂに供給する。このインターフェースのゲートウェイ側では、ＣＣＰ５４ｂは、ＣＩＳ５２ｄとインターフェースをとって、ＣＤＭＡ補助システム５２とインターフェースをとっている。ＣＣＰ５４ｂは、システムエアインターフェース（system Air Interface：以下、ＡＩと称す）に対してプロトコル転送機能を提供する。かかるＡＩは、ＣＤＭＡ通信のＩＳ−９５暫定標準と似ている。
【００３０】ブロック５４ｃ，５４ｄは、通常ゲートウェイ１８と外部のセルラ電話網との間のインターフェースをとる。このインターフェースは、例えばＩＳ−４１（北アメリカ標準、ＡＭＰＳ）セルラシステムや、ＧＳＭ（欧州標準、ＭＡＰ）セルラシステムと互換性を有し、特に、電話のホームシステムから外れたところから電話を使用するユーザを扱う方法に対して互換性を有する。ゲートウェイ１８は、システム１０対ＡＭＰＳ電話、及びシステム１０対ＧＳＭ電話に対して、ユーザ端末の認証を支援する。既存の電気通信基盤が無いサービス領域では、ＨＬＲが、ゲートウェイ１８に加えられて、ＳＳ−７信号方式インターフェースとのインターフェースがとられる。
【００３１】通常のサービス領域から電話をかけているユーザは、確認されるとシステム１０によって取り込まれる。ユーザは、どの領域にいても、同一の端末装置を使用して、世界中のどこからでも電話をかけることができ、必要なプロトコルの変換がゲートウェイ１８によって行われる。例えばＧＳＭからＡＭＰＳへの変換が不要のとき、プロトコルインターフェース５４ｄは無視される。
【００３２】ＧＳＭ移動交換センタに固有の「Ａ」インターフェースや、ＩＳ−４１移動交換センタに対するベンダ対オーナ（vendor-proprietary）インターフェースに加えて、またはかかるインターフェースの替わりに、セルラゲートウェイ２０に対して専用の汎用（universal ）インターフェースを設けることも、本発明に含まれる。図１に示すように、ＰＳＴＮ−ＩＮＴと記された信号路のように、ＰＳＴＮに直接インターフェースを設けることも、本発明に含まれる。
【００３３】ゲートウェイ全体の制御は、ゲートウェイコントローラ５６によって行われる。ゲートウェイコントローラ５６は、上述の地上データネットワーク（以下、ＧＤＮと称す）３９へのインターフェース５６ａと、サービスプロバイダ制御センタ（以下、ＳＰＣＣと称す）６０へのインターフェース５６ｂとを含む。ゲートウェイコントローラ５６は、通常、ＢＳＭ５２ｆを介して、さらにはアンテナ４０の各々に接続されたＲＦコントローラ４３を介して、ゲートウェイ１８と相互に接続されている。さらに、ゲートウェイコントローラ５６は、ユーザのデータベースや衛星エフェメリスデータなどのデータベース６２に接続され、また、Ｉ／Ｏユニット６４にも接続されている。なお、このＩ／Ｏユニット６４は、ゲートウェイコントローラ５６とアクセスするパーソナルサービスを可能とするものであり、ディスプレイやキーボードなどを有する。ＧＤＮ３９も、テレメトリ及びコマンド（以下、Ｔ＆Ｃと称す）ユニット６６に対して双方向にインターフェースをとっている（図１及び図５参照）。
【００３４】図５を参照すると、ＧＯＣＣ３８の機能は、ゲートウェイ１８による衛星の使用を計画して制御することであり、この衛星の使用をＳＯＣＣ３６に対して調整することである。通常、ＧＯＣＣ３８は、傾向を解析し、トラフィック計画を生成し、電力やチャネルなどのシステム資源や衛星１２の割り当てを行い、システム１０全体の性能を監視し、リアルタイムで、または前もって、使用指示をゲートウェイ１８にＧＤＮ３９を介して送っている。なお、システム資源は、電力やチャネルに限定されるものではない。
【００３５】ＳＯＣＣ３６は、他の機能に加えて、軌道を維持するとともに監視し、ゲートウェイに衛星使用情報を中継してＧＤＮ３９を介してＧＯＣＣ３８に入力せしめ、衛星のバッテリ状態を含む各衛星１２の機能全体を監視し、衛星１２内のＲＦ信号路に対する利得を設定し、地表に対する衛星の姿勢を最適とするように動作する。
【００３６】上述の如く、各ゲートウェイ１８は、信号伝送（signalling）と、音声やデータの通信との両者のために、ユーザをＰＳＴＮに接続したり、または、請求を目的としてデータベース６２（図２参照）を介してデータを生成したりする。選択されたゲートウェイ１８は、テレメトリ及びコマンドユニット（以下、ＴＣＵと称す）１８ａを含み、リターンリンク１９ｂにおいて衛星１２によって送信されるテレメトリデータを受信するとともに、順方向リンク１９ａを介してコマンドを衛星１２まで送信する。ＧＤＮ３９は、ゲートウェイ１８と、ＧＯＣＣ３８と、ＳＯＣＣ３６と、を相互に接続するように動作する。
【００３７】通常、ＬＥＯ配列の衛星１２の各々は、Ｃバンド順方向リンク１９ａからＳバンド順方向リンク１７ａへと情報をゲートウェイ１８からユーザに中継し、また、Ｌバンドリターンリンク１７ｂからＣバンドリターンリンク１９ｂへと情報をユーザからゲートウェイ１８に中継する。この情報は、電力制御信号に加え、ＳＳ−ＣＤＭＡ同期チャネルとＳＳ−ＣＤＭＡページングチャネルとを含む。様々なＣＤＭＡパイロットチャネルも、順方向リンクでの干渉をモニタするために使用される。衛星エフェメリス更新データも、衛星１２を介してゲートウェイ１８からユーザ端末１３の各々に向けて通信される。衛星１２も、アクセス指令や電力変化指令、登録指令を含む信号方式情報をユーザ端末１３からゲートウェイ１８に中継する。衛星１２も、ユーザとゲートウェイ１８との間の通信信号を中継したり、未登録者や未登録端末による使用を軽減するための防護手段を備えることもできる。
【００３８】動作時において、衛星１２は、衛星の動作状態の測定値を含む宇宙船テレメトリデータを送信する。衛星からのテレメトリストリームと、ＳＯＣＣ３６からのコマンドと、通信フィーダリンク１９とは、全てＣバンドアンテナ１２ｇ，１２ｈを共有する。ＴＣＵ１８ａを含むゲートウェイ１８に対して、受信された衛星テレメトリデータは、ＳＯＣＣ３６に直ちに送られ、または、一旦保存されて後になって、大抵はＳＯＣＣの指令によってＳＯＣＣ３６に送られる。テレメトリデータは、どのように送られようとも、パケットメッセージとしてＧＤＮ３９を介して送られる。なお、パケットメッセージの各々は、単一の小テレメトリフレーム（minor telemetry frame ）を含んでいる。複数のＳＯＣＣ３６が衛星の支援を行う場合は、テレメトリデータは全てのＳＯＣＣに送られる。
【００３９】ＳＯＣＣ３６は、ＧＯＣＣ３８とのインターフェース機能を複数有する。第１のインターフェース機能は、軌道位置情報であり、各ゲートウェイ１８が自身の視界にある衛星の最大４つを正確に追跡できるように、ＳＯＣＣ３６は、ＧＯＣＣ３８に軌道情報を提供する。このデータは、ゲートウェイ１８が周知のアルゴリズムを使用して衛星交信リストを明らかにすることができる程度のデータ表を含んでいる。ＳＯＣＣ３６は、ゲートウェイの追跡計画を知るためには不要である。ＴＣＵ１８ａは、ダウンリンクテレメトリ帯域を捜して、コマンドを伝える前に、各アンテナによって追跡されている衛星を確認するのみである。
【００４０】第２のインターフェース機能は、ＳＯＣＣ３６からＧＯＣＣ３８に報告される衛星状態情報である。衛星状態情報は、衛星やトランスポンダの可用性（availablity ）と、バッテリの状態と、軌道情報とを含み、通信のために衛星１２の全部または一部の使用を妨げる衛星関係の制限を含んでいる。システム１０の重要な概念は、ゲートウェイの受信機やユーザ端末の受信機でのダイバーシチ合成とともにＳＳ−ＣＤＭＡを使用することである。ダイバーシチ合成が用いられて、信号が長さが異なる複数の伝送路を介して複数の衛星からユーザ端末１３やゲートウェイ１８に到着したときのフェージングの影響を少なくしている。ユーザ端末１３やゲートウェイ１８においてレイク受信機が用いられて、複数の信号源からの信号を受信して合成している。例えば、ユーザ端末１３やゲートウェイ１８は、衛星１２のマルチビームを介して同時に送信され受信される順方向リンク信号やリターンリンク信号に対してダイバーシチ合成を行っている。連続ダイバーシチ受信モードの性能は、１つの衛星中継器を介して１つの信号を受信するモードの性能よりも優れており、さらに、受信信号に悪影響をもたらす木や障害物からの遮蔽や妨害によりリンクが失われる通信の中断が無いのである。
【００４１】１つのゲートウェイ１８のマルチ方向性アンテナ４０は、ユーザ端末１３におけるダイバーシチ合成を支援するために、１つまたは複数の衛星１２の様々なビームを介して、ゲートウェイからユーザ端末への順方向リンク信号を送信することができる。ユーザ端末１３の全方向性アンテナ１３ａは、ユーザ端末１３の視野にある衛星ビームの全てを経由して送信を行う。
【００４２】各ゲートウェイ１８は、送信機の電力制御機能を支援して低速フェード（slowfades）にアドレスせしめ、さらにブロックインターリーブも支援して媒体を高速フェード（fast fades）にアドレスせしめる。電力制御は、順方向リンクと逆方向リンクとの両方で行われる。電力制御機能の応答時間は、最悪３０ｍ秒の衛星周回の遅延引きはずし（satellite round trip delay）に適応するように調整される。
【００４３】ブロックインターリーブ回路（５３ｄ，５３ｅ，５３ｆ、図６参照）は、ボコーダ（音声符号化・復号化器）５３ｇのパケットフレームに関係するブロック長において動作する。最適インターリーブ長は、より長いものに交換されるので、終端間遅延（end-to-end delay）は増大するが、エラー訂正は向上する。好ましい最大終端間遅延は、１５０ミリ秒であり、またはそれよりも短い。この遅延は、ダイバーシチ合成器によって行われる受信された信号アライメントによる遅延と、ボコーダ５３ｇの処理遅延と、ブロックインターリーブ回路５３ｄ〜５３ｆの遅延と、ＣＤＭＡ補助システム５２の一部を構成する図示せぬビタビデコーダの遅延とを含む全遅延を含む。
【００４４】図６に、図２のＣＤＭＡ補助システム５２の順方向リンク変調部のブロック図を示す。加算器ブロック５３ａの出力部は、周波数アジィルアップコンバータ（frequency agile up-convertor）５３ｂに信号を送り、アップコンバータ５３ｂは、加算器及びスイッチブロック５２ａに信号を送る。テレメトリ及び制御（以下、Ｔ＆Ｃと称す）情報も、ブロック５２ａに入力される。
【００４５】無変調直接シーケンスＳＳパイロットチャネルは、所望のビットレートで全てゼロからなるウォルシュコードを生成する。このデータストリームは、様々なゲートウェイ１８や衛星１２から信号を分離するために使用される短ＰＮコード（short PN code ）と合成される。パイロットチャネルは、使用される場合、短コードに加えられた２を法とし、次に、ＣＤＭＡ・ＦＤ・ＲＦチャネル帯域においてＱＰＳＫ拡散されたりＢＰＳＫ拡散される。次に示す様々な疑似雑音（ＰＮ）コードオフセットが提供される。すなわち、（ａ）ユーザ端末１３がゲートウェイ１８の１つを確認するためのＰＮコードオフセットと、（ｂ）ユーザ端末１３が衛星１２の１つを確認するためのＰＮコードオフセットと、（ｃ）ユーザ端末１３が衛星１２から伝送される１６のビームのうちの１つを確認するためのＰＮコードオフセットとである。様々な衛星１２からのパイロットＰＮコードは、同一のパイロットシード（seed）ＰＮコードとは異なる時間オフセットや位相オフセットに割り当てられる。
【００４６】ゲートウェイ１８によって伝送されるパイロットチャネルの各々は、使用される場合、他の信号よりも高い電力レベルで、または低い電力レベルで伝送される。パイロットチャネルによって、ユーザ端末１３は、順方向ＣＤＭＡチャネルのタイミングを捕捉し、コヒーレントな復調のために位相基準を形成し、信号強度の比較を行ってハンドオフを開始する時を判定する機構を備えることができる。しかしながら、パイロットチャネルの使用は強制ではなく、他の技術を使用することもできる。
【００４７】同期チャネルは、次に示す情報、すなわち、（ａ）時刻と、（ｂ）伝送を行っているゲートウェイの身元と、（ｃ）衛星エフェメリスと、（ｄ）割り当てられたページングチャネルとに関する情報を含むデータストリームを生成する。同期データは、畳み込み符号器５３ｈに供給され、ここで、データは、畳み込み符号化され、次にブロックインターリーブされて高速フェードを減らす。生じたデータストリームは、同期ウォルシュコードに加算された２を法とし、ＣＤＭＡ・ＦＤ・ＲＦチャネル帯域においてＱＰＳＫ拡散されたり、またはＢＰＳＫ拡散されたりする。
【００４８】ページングチャネルは、畳み込み符号器５３ｉに供給され、ここで、ページングチャネルは畳み込み符号化されてブロックインターリーブされる。生成されたデータストリームは、長コード発生器５３ｊの出力と合成される。長ＰＮコードは、様々なユーザ端末１３の帯域を分離するために使用される。ページングチャネルと長コードとは、シンボルカバーに加算された２を法とし、ここで、生成された信号はウォルシュコードに加算された２を法としている。次に、この結果は、ＣＤＭＡ・ＦＤ・ＲＦチャネル帯域においてＱＰＳＫ拡散されたりＢＰＳＫ拡散されたりする。
【００４９】一般に、ページングチャネルは、（ａ）システムパラメータメッセージ、（ｂ）アクセスパラメータメッセージ、（ｃ）ＣＤＭＡチャネルリストメッセージを含む複数のメッセージを伝達する。システムパラメータメッセージは、ページングチャネルの構成と、位置決めパラメータと、捕捉を支援するパラメータとを含む。アクセスパラメータメッセージは、アクセスチャネルの構成とアクセスチャネルデータレートとを含む。ＣＤＭＡチャネルリストメッセージは、使用される場合、対応するパイロットの身元と割り当てられたウォルシュコードとを運ぶ。
【００５０】ボコーダ５３ｋは、音声を符号化してＰＣＭ順方向トラフィックデータストリームを生成する。順方向トラフィックデータストリームは、畳み込み符号器５３ｌに供給され、畳み込み符号器５３ｌにおいて、データストリームは畳み込み符号化されてブロック５３ｆにてブロックインターリーブされる。生成されたデータストリームは、ユーザの長コードブロック５３ｋの出力と合成される。ユーザの長コードは、様々な加入者チャネルを分離するために使用される。次に、生じたデータストリームは、マルチプレクサ（以下、ＭＵＸと称す）５３ｍにおいて電力制御され、ウォルシュコードに加算された２を法とし、ＣＤＭＡ・ＦＤ・ＲＦ通信チャネル帯域においてＱＰＳＫ拡散されたりまたはＢＰＳＫ拡散される。
【００５１】ゲートウェイ１８は、ＣＤＭＡリターンリンクを復調するように動作する。リターンリンクに対して異なる２つのコード、すなわち、（ａ）ゼロのオフセットコードと、（ｂ）長コードと、が存在する。これらのコードは、異なる２種類のリターンリンクＣＤＭＡチャネル、すなわち、アクセスチャネルとリターントラフィックチャネルとによって使用される。
【００５２】アクセスチャネルに対して、ゲートウェイ１８は、アクセスを要求するアクセスチャネルにてバーストを受信して復調する。アクセスチャネルメッセージは、比較的小量のデータが続く長プリアンブルにおいて具体的になる。プリアンブルは、ユーザ端末の長ＰＮコードである。各ユーザ端末１３は、単一の時間によって生成される唯一の長ＰＮコードを共通のＰＮ発生器の多項式へとオフセットする。
【００５３】アクセス要求を受信した後、ゲートウェイ１８は、アクセス要求の受信を承認するとともにウォルシュコードをユーザ端末１３に割り当ててトラフィックチャネルを設けながら、順方向リンクページングチャネル（ブロック５３ｅ，５３ｉ，５３ｊ）上でメッセージを送る。ゲートウェイ１８も周波数チャネルをユーザ端末１３に割り当てる。ユーザ端末１３とゲートウェイ１８とは、共に割り当てられたチャネル素子に切り替わって、割り当てられたウォルシュ（拡散）コードを使用しながら２重通信を開始する。
【００５４】リターントラフィックチャネルは、ローカルデータソースやユーザ端末のボコーダからのディジタルデータを畳み込み符号化することによって、ユーザ端末１３にて生成される。次に、データは、所定間隔毎にブロックインターリーブされて、１２８−Ａｒｙ変調器及びデータバーストランダム化器（randomizer）に供給されてクラッシュ（clashing）を減らす。次に、データは、ゼロのオフセットＰＮコードに加算されて、１つまたは複数の衛星１２を介してゲートウェイ１８に伝送される。
【００５５】ゲートウェイ１８は、例えば高速ハダマード変換（ＦＨＴ）を使用してリターンリンクを処理することによって、１２８−Ａｒｙウォルシュコードを復調し、復調された情報をダイバーシチ合成器に供給する。このように、通信システム１０の好ましい実施例を記載した。次に、本発明の好ましい実施例を記載する。
【００５６】図７に、本発明を説明する際に有効なシステム構成図を示す。上記システム構成要素も図７において符号が付されている。符号１８，１８’が付された２つのゲートウェイ１８は、３つの衛星１２を経由して送信を行うように示されている。衛星のうち、仰角が最大となる衛星に符号１２が付され、仰角が２番目に大となる衛星に符号１２’が付され、仰角が最小の衛星に符号１２”が付されている。
【００５７】第１の順方向リンクが、周波数決定ユニット４３によって設けられ、このユニット４３は、ゲートウェイ１８の送信アンテナ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを介して衛星１２，１２’，１２”に単一の通信信号を同一周波数で送信する。衛星１２，１２’，１２”は、受信した信号を中継して同一周波数でユーザ端末１３に送信する。衛星１２，１２’，１２”は、互いに近接していないので、ユーザ端末１３に到達するダウンリンク伝送の各々は、伝送時間が異なるとともに、被るマルチパス遅延も異なっている。ユーザ端末１３内のダイバーシチ合成器は、復調された受信信号を合成して、目的の信号をユーザに送る。
【００５８】第２の順方向リンクが、周波数測定ユニット４３’によって設けられ、このユニット４３’は、第２乃至第Ｎゲートウェイ１８の送信アンテナ４０ａ，４０ｂを介して衛星１２’，１２”までに単一の通信信号を同一周波数で送信する。衛星１２’，１２”は、受信された信号を中継して、同一周波数でユーザ端末１３’に送信する。衛星１２’，１２”は、互いに近接していないので、ダウンリンク伝送の各々は、様々なマルチパス遅延でユーザ端末１３’に到達する。ユーザ端末１３’内のダイバーシチ合成器は、復調された受信信号を合成し、目的の信号をユーザに送る。
【００５９】周波数決定ユニット４３，４３’の各々は、対応するコントローラ５６，５６’の制御の下に、後述する方法により、アップリンク伝送をそれぞれ送る。なお、衛星１２は、各軌道において地上を通過するので、衛星１２の相対仰角は、１つのゲートウェイ１８から観察した場合、互いに変化するものである。また、２つのゲートウェイ１８，１８’は、互いに百または千ｋｍのオーダで離れているものである。
【００６０】多数のユーザが各ゲートウェイ１８と接続されている。さらに、衛星の配列によって、ユーザ及びゲートウェイの視界に同時に複数の衛星が入る。一般的に、通信は、ユーザを視野にある衛星のうちで仰角が最大の衛星、すなわち本実施例においては衛星１２へとロードせしめると、最も効率が良くなる。しかし、視野に入っている衛星のうちユーザ端末１３，１３’が置かれている大陸の上に無い衛星があるかもしれないが、遮蔽や妨害による影響を減らすために、できる限り多数の衛星を経由して伝送を行うことが必要である。
【００６１】送信されたスペクトルは、複数の周波数分割（以下、ＦＤと称す）セグメントに分割される。各セグメントは、特定のゲートウェイ１８と対応しており、全ての衛星ビームに存在したり、または衛星ビームに必ずしも存在するものではない。衛星１２のローディングの制御は、後述する方法に基づいて行われ、この方法は、好ましくはＧＯＣＣ３８の内部に存在するマスターコントローラによって行われる。また、この方法は、ＧＤＮ５８を介してゲートウェイ１８のコントローラ５６に送られる。さらに、この方法は、ＧＯＣＣ３８から受信した情報も用いて、ゲートウェイ１８によっても実行される。目標は、衛星１２をロードするために、システム資源の割り当てを行い、ゲートウェイ１８の視野にある衛星をロードし過ぎないようにすることである。本発明の方法のうち、１つの方法はリアルタイムやほぼリアルタイムで動作するが、他の方法は予測モードで実行される。
【００６２】なお、ＧＯＣＣ３８は、各衛星の全送信電力を認識しており、衛星のローディングの全制御を行い、全ゲートウェイ１８と衛星１２との間に設けられたリンクの数に関する記録を維持している。図８において、例えばゲートウェイ１８，１８’の視野に３つの衛星１２，１２’，１２”が存在していると仮定した場合、サービス要求がゲートウェイ１８，１８’の一方に対して行われる（ブロックＡ）。１つのユーザ端末１３と通信リンクを設ける需要に応答して、サービス要求が行われる。または、衛星から既に設けられているリンクを他の衛星にハンドオフするために、サービス要求が発せられる。
【００６３】ブロックＢにおいて、仰角が最大の衛星が通信トラフィックに完全にロードされているか否かの判定が行われる。ブロックＢにて仰角が最大の衛星が通信トラフィックに完全にロードされていれば、すなわち「ＹＥＳ」であれば、ブロックＣにて、仰角が２番目に大きい衛星が通信トラフィックに完全にロードされているか否かの判定が行われる。ブロックＣにて仰角が２番目に大きい衛星が通信トラフィックに完全にロードされていれば、すなわち「ＹＥＳ」であれば、ブロックＤにて、仰角が最小の衛星が通信トラフィックに完全にロードされているか否かの判定が行われる。ブロックＤにて仰角が最小の衛星が通信トラフィックに完全にロードされていれば、すなわち「ＹＥＳ」であれば、ブロックＥにて、ゲートウェイ１８の視野にある衛星の全てが完全にロードされているので、ユーザに衛星は割り当てない。
【００６４】ブロックＢにて仰角が最大の衛星が通信トラフィックに完全にロードされていなければ、すなわち「ＮＯ」であれば、ユーザは最大仰角の衛星１２に割り当てられ、故に１つの衛星を経由した通信リンクが設けられる。フェージングの影響を減らすためにダイバーシチ受信が必要であることが思い出されて、ブロックＧにて、ダイバーシチ受信をユーザに対して行うべきか否かの判定が行われる。ブロックＧにてダイバーシチ受信を行わない場合、すなわち「ＮＯ」であれば、単一の通信リンクのみが維持されて、図８のアルゴリズムは終了する。ブロックＧにてダイバーシチ受信を行う場合、すなわち「ＹＥＳ」であれば、次にブロックＣに移行して、仰角が２番目に大きい衛星が完全にロードされているか否かの判定が行われる。
【００６５】ブロックＣにて仰角が２番目に大きい衛星が完全にロードされていなければ、すなわち「ＮＯ」であれば、ブロックＨにおいて、ブロックＢから入ってきた場合はユーザに対して仰角が２番目に大きい衛星１２’が割り当てられ、ブロックＧから入ってきた場合はユーザに対して仰角が２番目に大きい衛星１２’も割り当てられる。
【００６６】ブロックＩにて、ダイバーシチ受信をユーザに対して行うべきか否か、または、ユーザに対して既に少なくとも１つの衛星が割り当てられている場合においてもさらなるダイバーシチ受信を行うべきか否かの判定が行われる。ブロックＩにて判定が否定、すなわち「ＮＯ」であれば、図８のアルゴリズムは終了する。ブロックＩにて判定が肯定、すなわち「ＹＥＳ」であれば、次に、ブロックＤに移行して、仰角が最小の衛星が完全にロードされているか否かの判定が行われる。
【００６７】ブロックＤにて仰角が最小の衛星が完全にロードされていなければ、すなわち「ＮＯ」であれば、ブロックＣから来た場合は、ユーザに対して仰角が最小の衛星１２”が割り当てられ、ブロックＩから来た場合は、ユーザに対して仰角が最小の衛星１２”も割り当てられる。ブロックＧ，Ｉでの特定のユーザの通信をダイバーシチ受信で行うか否かに関する判定は、実際のシステムローディングや、例えば次のｎ分間に亘る所定期間の予測システムローディングなどの多数の判定基準に基づいている。例えば、ピーク通信トラフィック期間の間、ダイバーシチモードを行わないことが要求され、または、ダイバーシチモードでも例えば２つの衛星のみの使用が要求される。
【００６８】ブロックＢ，Ｃ，Ｄにて行われる判定も、様々な多数の判定基準に基づいている。例えば、１つの判定基準は、衛星が実際に中継している通信リンクが所定の最大数に達しているか否かに基づいている。衛星が中継している通信リンクが所定の最大数に達している、すなわち「ＹＥＳ」であれば、衛星は完全にロードされていると考えられる。
【００６９】他の判定基準は、１つの衛星の全電力出力に基づいている。または、関連した別の判定基準は、地上で測定される例えば−１５４dBW/m2/４kHzの所定ピーク磁束密度（ＰＦＤ）を越える電力レベルで１つの衛星ビームが動作しているか否かである。例えば、ある衛星は最大通信容量の７５％で動作しているが、新たなユーザがサービスを要求しているビームや、ユーザをハンドオフするビームは、ビームからのＲＦエネルギが地上のＰＦＤ限界を上回るようなレベルとほぼ等しい電力レベルで動作している。この場合、衛星は完全にロードされていると考えられるので、ユーザは、２番目に仰角が大となる衛星に割り当てられる。
【００７０】ＧＯＣＣ３８は、現在のトラフィックローディングと今までのトラフィックローディングの記録とに基づいて、ある期間に亘る通信トラフィックローディングを予測する。この予測に基づいて、１つまたは複数のゲートウェイ１８に対して、例えば次の５分間の間に１つまたは複数の衛星に新しいユーザの全てを割り当てるように指示を出すことができる。
【００７１】スペクトラム拡散通信システムについて記載したが、本発明は、例えば時分割多元接続（ＴＤＭＡ）技術を使用する他の衛星通信システムに対しても適用させることができるものである。さらに、本発明は、他の低地球軌道衛星通信システムにも適用せしめることができるものである。このように、本発明の好ましい実施例について特に説明したが、当業者においては、本発明記載の請求項の範囲内で本発明の形態及び詳細に対して変化を与えることができるものと考えられる。
【出願人】 【識別番号】５９６０２８９４１
【氏名又は名称】グローバルスター エル． ピー．
【識別番号】５９６０５５１９８
【氏名又は名称】クウォリコム インコーポレイテッド
【出願日】 平成８年（１９９６）４月２２日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】藤村 元彦
【公開番号】 特開平８−３３１０３０
【公開日】 平成８年（１９９６）１２月１３日
【出願番号】 特願平８−９９７７３