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【発明の名称】 衛星通信システムにおける中継システム
【発明者】 【氏名】ロバート エイ． ウィーデマン
【目的】
【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 地球に位置するユーザ端末と第１周波数帯域に含まれる第１通信信号を送受信するとともに地球に位置する地上局と第２周波数帯域に含まれる第２通信信号を送受信する手段を有するとともに衛星サービス領域を地上に有する少なくとも２つの低地球軌道衛星と、前記低地球軌道衛星のうちの第１低地球軌道衛星の第１衛星サービス領域と第２低地球軌道衛星の第２衛星サービス領域との間の重複領域に位置し、前記第１衛星サービス領域に対応する前記第１衛星から第１通信信号を受信するとともに受信した第１通通信信号を前記第２衛星サービス領域に対応する前記第２衛星に送信する第１トランシーバを有する少なくとも１つの地球中継局と、を有し、前記第１衛星サービス領域に位置する第１地上局と、前記第２衛星サービス領域に位置する第２地上局と、の間に、通信順方向リンクが形成されることを特徴とする通信システム。
【請求項２】 前記地球中継局は、前記第２衛星サービス領域に対応する前記第２衛星から第１通信信号を受信するとともに受信した第１通信信号を前記第１衛星サービス領域に対応する前記第１衛星に送信する第２トランシーバをさらに有し、前記第１地上局と前記第２地上局との間に通信戻りリンクが形成されることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
【請求項３】 前記地球中継局は、前記第１衛星から受信した呼出要求送信を復調する復調手段と、復調した呼出要求送信から電話をつなぐ宛先情報を抽出する手段と、をさらに有することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
【請求項４】 前記地球中継局は、前記地球中継局からの前記送信を受信する衛星を選択する手段をさらに有することを特徴とする請求項３記載の通信システム。
【請求項５】 前記復調手段は、前記第１衛星から受信されたスペクトラム拡散信号を逆拡散する手段を含むことを特徴とする請求項３記載の通信システム。
【請求項６】 前記第１及び第２低地球軌道衛星は、低地球軌道（ＬＥＯ）中継衛星の配列の一部を構成することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
【請求項７】 前記第１及び第２低地球軌道衛星は、低地球軌道（ＬＥＯ）中継衛星の配列の一部を構成し、前記配列は、１の軌道面当たり６個の衛星が等距離に配置されている軌道面の８つに分布する４８個の衛星からなり、前記軌道面は赤道に対して５２度傾斜していることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
【請求項８】 地球のトランシーバと双方向に通信を行うために地上サービス領域を各々が有するとともに低地球軌道（ＬＥＯ）に配列された低地球軌道中継衛星を有し、且つ前記地上サービス領域に配置された地上局及びユーザ端末を含む通信システムを操作する制御方法であって、通信の宛先を指定する情報を含む通信要求を作成することによって第１地上局によって通信を開始する行程と、前記第１地上局から第１低地球軌道中継衛星に前記通信要求を送信する行程と、前記第１低地球軌道中継衛星にて前記通信要求を受信して送信することによって前記通信要求を中継する行程と、前記第１低地球軌道中継衛星の地上サービス領域に位置する地上中継局にて前記通信要求を受信する行程と、受信した前記通信要求から通信の宛先を指定した情報を抽出する抽出行程と、抽出した前記情報の少なくとも一部に基づいて、第２低地球軌道中継衛星を選択する行程と、前記第１低地球軌道中継衛星の地上サービス領域と重複する地上サービス領域を有して選択された第２低地球軌道中継衛星に前記地上中継局から通信要求を送信する行程と、選択された第２低地球軌道中継衛星にて前記通信要求を受信して送信することによって前記通信要求を中継する行程と、第２地上局にて中継された前記通信要求を受信する行程と、前記呼出要求によって指定された宛先により地球の通信回線網に通信リンクを形成する行程と、を有することを特徴とする制御方法。
【請求項９】 前記抽出行程は、スペクトラム拡散通信信号を逆拡散して復調する行程を含むことを特徴とする請求項８記載の制御方法。
【請求項１０】 前記衛星の配列は、８つの軌道面に４８個の衛星が分布し且つ１の軌道面当たりに６個の衛星が等間隔に配置されており、前記軌道面は赤道に対して５２度傾斜していることを特徴とする請求項８記載の制御方法。
【請求項１１】 各々が地上サービス領域を有する複数の低地球軌道（ＬＥＯ）通信衛星とともに使用される地上に設けられた中継局であって、第１サービス領域を有する第１低地球軌道通信衛星からのダウンリンク送信を受信するとともに受信した送信を前記第１サービス領域と重複する第２サービス領域を有する第２低地球軌道通信衛星にアップリンクにて送信する第１トランシーバと、前記第２サービス領域を有する前記第２低地球軌道通信衛星からのダウンリンク送信を受信するとともに受信した送信を前記第１サービス領域を有する前記第１低地球軌道通信衛星にアップリンクにて送信する第２トランシーバと、前記第１低地球軌道通信衛星から受信した呼出要求送信を復調する復調手段と、復調した呼出要求送信から電話をつなぐ宛先情報を抽出する手段と、前記アップリンク送信を受信する低地球軌道通信衛星を選択する手段と、を有することを特徴とする中継局。
【請求項１２】 前記復調手段は、前記第１低地球軌道通信衛星から受信したスペクトラム拡散信号を逆拡散する手段を含むことを特徴とする請求項１１記載の中継局。
【請求項１３】 地球のトランシーバと双方向に通信を行うために地上サービス領域を各々が有するとともに低地球軌道（ＬＥＯ）に配列された低地球軌道中継衛星を有し、且つ前記地上サービス領域に配置された地上局及びユーザ端末を含む通信システムを操作する制御方法であって、ユーザ端末から第１低地球軌道中継衛星に送信を送ることによって通信を開始する行程と、前記第１低地球軌道中継衛星を介して第１地上局に送信を中継する行程と、通信の宛先を指定する情報を含む通信要求を前記第１地上局にて作成する行程と、前記第１地上局から前記第１低地球軌道中継衛星に前記通信要求を送信する行程と、前記第１低地球軌道中継衛星にて前記通信要求を受信して送信することによって前記通信要求を中継する行程と、前記第１低地球軌道中継衛星の地上サービス領域内に位置する地上中継局によって前記通信要求を受信する行程と、前記第１低地球軌道中継衛星の地上サービス領域と重複する地上サービス領域を有する第２低地球軌道中継衛星に前記地上中継局から前記通信要求を送信する行程と、前記第２低地球軌道中継衛星にて前記通信要求を受信して送信することによって前記通信要求を中継する行程と、第２地上局によって中継された前記通信要求を受信する行程と、前記呼出要求によって指定された宛先に基づいて地球の通信回線網に通信リンクを形成する行程と、を有することを特徴とする制御方法。
【請求項１４】 前記送信行程及び前記受信行程の各々は、スペクトラム拡散通信信号を増幅する行程を含むことを特徴とする請求項１３記載の制御方法。
【請求項１５】 前記衛星の配列は、８個の軌道面に４８個の衛星が分布するとともに１の軌道面当たりに６個の衛星が等距離に配置され、前記軌道面は赤道に対して５２度傾斜していることを特徴とする請求項１３記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信システムに関し、特に低地球軌道（以下、ＬＥＯと称す）衛星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 ）」の名称を有するロバート Ａ．ウィーデマン（Robert A. Wiedeman）の米国特許第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】本発明の対象は、低地球軌道にある複数の衛星を使用している、「ＬＥＯ」システムや "ＬＥＯＳ" と呼ばれる通信システムの分野である。ＬＥＯＳは、地上の信号の足跡状、すなわちフットプリント（footprints）のパターンが移動することに特徴がある。衛星は地球の周囲に軌道を描いて周回しているので、地上において、各足跡状は衛星によって送信され受信されるビームのサービスエリア、すなわちサービス領域に相当する。衛星は、ゲートウェイと呼ばれる地上局と通信を行う。
【０００４】ＬＥＯに配列された衛星において、２つ以上の衛星の足跡状やサービスエリアが重複することはよくあることである。サービスエリアの重複によって、地上の受信機は、サービスエリアが重複している複数の衛星から同時に通信信号を受信することができ、また、かかる衛星を介して通信信号を同時に送信することもできる。複数の衛星を介して同じ信号の多重コピーを受信する受信機にに対しては、マルチパスによるフェージングや信号の遮断による影響をかなり減らすことができる。この点については、１９９３年８月３日に特許となり「中継器ダイバーシチスペクトラム拡散通信システム」と題名が付されたステファン Ａ．アメスによる米国特許第５，２３３，６２６号に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】中継器ダイバーシチを使用する通信システムは、スペクトラム拡散（以下、ＳＳと称す）技術を使用し、通信容量を最大限に活用するために変調方式として符号分割多元接続（以下、ＣＤＭＡと称す）も使用している。しかし、上記システムにおいて、衛星の足跡状と生成される内部ビームとによって重複領域をできる限り広く採って、フェージングや遮蔽を減らすためにダイバーシチ技術の使用を最大限に活用することが求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ＬＥＯ衛星通信システムにおいて重複している足跡状を使用してシステムの連結性を増大せしめ、サービスの可用性を拡大せしめることである。特に、本発明は、少なくとも２つの衛星のサービス領域が重複している地上領域に配置された少なくとも１つのＬＥＯＳ中継局を使用して、第１サービス領域と接続しているゲートウェイから第２サービス領域と接続しているゲートウェイへの通信の中継を開示する。音声通信などの通信を、複数のサービス領域やゲートウェイを介して送るために、複数のＬＥＯＳ中継局が設けらて、基礎をなす通信システムのかなりの部分を周回させることができる。
【０００７】特に、本発明は、各々が地上にサービス領域を有する複数の低地球軌道（ＬＥＯ）通信衛星とともに使用するために地上に設けられた中継局を開示する。中継局は、第１サービス領域に対応する第１ＬＥＯ通信衛星からのダウンリンク送信を受信するとともに受信した送信を第１サービス領域と重複する第２サービス領域に対応する第２ＬＥＯ通信衛星にアップリンクを介して送信する第１トランシーバを含む。中継局は、さらに、第２サービス領域に対応する第２ＬＥＯ通信衛星からのダウンリンク送信を受信するとともに受信した送信を第１サービス領域に対応する第１ＬＥＯ通信衛星にアップリンクを介して送信する第２トランシーバを含む。中継局は、さらに、第１ＬＥＯ通信衛星から受信した呼出要求送信を復調する復調器と、復調した呼出要求送信から電話をつなぐ宛先情報を抽出するとともにアップリンク送信を受信するＬＥＯ通信衛星を選択するコントローラとを含む。
【０００８】本発明の好ましい実施例において、復調器は、第１ＬＥＯ通信衛星から受信したスペクトラム拡散信号を逆拡散してトラッキングを行う回路を含む。
【０００９】
【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、通信システム１０の説明を最初に行い、本発明をより完全に理解するものとする。
【００１０】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。
【００１１】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（ＬＥＯ）に全部で４８の衛星が存在している。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、すなわち有効領域とすることができる。さらに、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とが好ましい。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つ以上のゲートウェイ１８と１つ以上の衛星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。
【００１２】なお、システム１０の上記記載は、本発明の使用が見ら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、本発明は制限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の間のソフト転送（すなわち、ハンドオフ）処理や、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（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、適した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ため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。
【００１３】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。本発明の好ましい実施例において、これらの衛星１２の各々は、「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するものである。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。
【００１４】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する。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、１つ以上の衛星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が備えられていることが好ましい。
【００１５】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つ以上の衛星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。
【００１６】図３も参照すると、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、すなわち戻りリンク（return link ）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（forward link）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、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ゲートウェイ１８で変調されている。
【００１７】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。戻りリンクは、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、戻りリンクにおいて複数の衛星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戻りリンクＲＦチャネルに割り当てられる。
【００１８】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よりも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、全２重ＣバンドＲＦリンク１９は、衛星に向かう順方向リンク１９Ａと、衛星からの戻りリンク１９Ｂとからなる。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、さらに、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。
【００１９】衛星フィーダリンクアンテナ１２Ｇ，１２Ｈは、ＬＥＯ衛星１２から見える地上のサービスエリアを最大とするように境界を仕切る広域カバレッジアンテナであることが好ましい。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）のサービスエリアが生成される。
【００２０】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領域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、図４に示すように、ビームパターンがほぼ一致していることが好ましい。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することを示している。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。
【００２１】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中継している。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。
【００２２】なお、周波数と、帯域と、本実施例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、議論し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。
【００２３】ゲートウェイ１８は、衛星１２の通信ペイロード、すなわち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。
【００２４】電話基盤セグメント４は、通信回線網として、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、音声通信やデータ通信を双方向に行うように動作する。
【００２５】図１に、さらに図５にも示すように、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。
【００２６】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バンドサブシステムを含む。各２重偏波ＲＦ・Ｃバンドサブシステムは、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。
【００２７】ゲートウェイ１８は、受信したＲＦ搬送波信号を処理するダウンコンバータ４８と、送信される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サブシステム５２に接続されている。ＣＤＭＡサブシステム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。衛星対衛星リンクが使用される場合、ＰＳＴＮは省略されることがある。
【００２８】ＣＤＭＡサブシステム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サブシステム（以下、ＧＴＳと称す）５２Ｂと、ＧＴＳコントローラ５２Ｃと、ＣＤＭＡ相互接続サブシステム（以下、ＣＩＳと称す）５２Ｄと、セレクタバンクサブシステム（Selector Bank Subsystem ：以下、ＳＢＳと称す）５２Ｅとを含む。ＣＤＭＡサブシステム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互換性用のＣＤＭＡ互換性を有する基地局と同じように機能する。ＣＤＭＡサブシステム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。
【００２９】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の内部に配置されている。
【００３０】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介して電気通信網、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）と直接に接続できるようになっている。
【００３１】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サブシステム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通信用のＩＳ−９５暫定標準と似ている。
【００３２】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っている。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の外側で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したり、サポートする。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ている。
【００３３】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は省略される。
【００３４】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。
【００３５】ゲートウェイの全制御は、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、またアンテナ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）。
【００３６】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。
【００３７】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化せしめるように動作する。
【００３８】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、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、戻りリンク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。
【００３９】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バンド戻りリンク１７ＢからＣバンド戻りリンク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に中継するように機能する。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。
【００４０】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の要求により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が衛星サポートを行う場合は、テレメトリデータは全てのＳＯＣＣに送られる。
【００４１】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つまで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の身元を単に確認するのみである。
【００４２】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、通信目的のために衛星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、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に信号が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、複数の信号源からの信号を受信して合成するために用いられている。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る順方向リンク信号や受信される戻りリンク信号に対してダイバーシチ合成を行っている。
【００４３】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。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つ以上の衛星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。
【００４４】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秒の衛星周回遅延引きはずし（satellite round trip delay）に適応するように調整される。
【００４５】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）全体は増大するが、エラー訂正は改善される。最大終端間遅延は、１５０ミリ秒であり、またはそれ以下であることが好ましい。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の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サブシステム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。
【００４６】図６に、図２のＣＤＭＡサブシステム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。
【００４７】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を識別するためのＰＮコードオフセットと、（ｂ）ユーザ端末１３が衛星１２を識別するための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つを識別するための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、同じパイロットシード（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。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送信される。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用意し、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。
【００４８】同期チャネルは、次に示す情報、すなわち、（ａ）時刻と、（ｂ）送信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。
【００４９】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。
【００５０】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。
【００５１】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。
【００５２】ゲートウェイ１８は、ＣＤＭＡ戻りリンクを復調するように動作する。戻り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種類の戻りリンク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。
【００５３】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化される。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。
【００５４】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。
【００５５】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つ以上の衛星１２を介してゲートウェイ１８に伝送される。
【００５６】ゲートウェイ１８は、例えば高速ハダマード変換（ＦＨＴ）を使用して戻り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。図７及び図８に示されたゲートウェイからゲートウェイへの中継システムの好ましい実施例について説明する。
【００５７】本発明により、複数のトランシーバ中継器は、２つ以上の衛星１２のサービスエリア、すなわち有効範囲が重複している領域に配置されている。多数の中継器を使用することができるが、１のＬＥＯＳ中継局７０に対して、Ａ，Ｂとそれぞれ符号が付された２つのゲートウェイ１８，１８と、一部が重複しているサービスエリア１，２をそれぞれ有する２つの衛星１２，１２’とを用いて説明する。
【００５８】最初に、順方向リンクを図７に基づいて説明する。ゲートウェイＡは、頭上にある第１衛星１２に、経路指定情報などのルーティング情報と他のシステムの動作情報とを含む信号を送信する。この信号は、アンテナ１２Ｈによって受信されて受信機に送られ、受信機は信号を増幅し周波数を変換して送信機に送り、さらに送信アンテナ１２Ｄに送る。アンテナ１２Ｈは単一ビームアンテナやマルチビームアンテナの１のビームアンテナなどからなる。また、送信アンテナ１２Ｄも、単一のビームアンテナやマルチビームアレイの１のビームアンテナなどからなり、地上に第１サービス領域を形成する。第２衛星１２’は、第２サービス領域を形成する受信アンテナ１２Ｃを有し、この第２サービス領域は、第１サービス領域と領域７２において重なり合っている。なお、受信アンテナ１２Ｃは、単一ビームアンテナやマルチビームアンテナの１のビームアンテナなどからなる。重複領域７２に、ＬＥＯＳ中継局７０が地球中継局や地上中継局として配置されている。ＬＥＯＳ中継局７０は、第１衛星１２から送信された信号をアンテナ７０Ｄと受信機７０Ａとで受信する。なお、アンテナ７０Ｄは、方向性アンテナやトラッキングアンテナ、または全方向性アンテナなどからなる。受信機７０Ａは、受信した信号を復調して、少なくとも信号経路指定情報を抽出する。次に、ＬＥＯＳ中継局７０は、送信機７０Ｂとアンテナ７０Ｅとを使用して、周波数をシフトせしめた信号を第２衛星１２’に送信する。なお、アンテナ７０Ｅは、方向性アンテナやトラッキングアンテナ、または全方向性アンテナなどからなる。受信機７０Ａによって抽出された信号経路指定情報は、コントローラ７０Ｃによって処理される。送信された信号は、衛星アンテナ１２Ｃによって受信されて、受信機に送られる。この受信機は、信号を増幅し周波数を変換せしめて送信機に送り、さらに、アンテナ１２Ｇを介してゲートウェイＢに送る。なお、衛星アンテナ１２Ｃは、単一ビームアンテナやマルチビームアンテナの１のビームアンテナなどからなり、アンテナ１２Ｇは、単一ビームアンテナやマルチビームアンテナの１のビームアンテナなどからなる。ゲートウェイＢは、第２サービス領域にサービスを行っている。
【００５９】戻りリンクを図８に基づいて説明する。ゲートウェイＢは、信号を衛星１２’に送信する。なお、この信号は、経路指定情報や他のシステムの動作情報を含むものである。信号は、アンテナ１２Ｈによって受信されて受信機に送られる。この受信機は、信号を増幅し周波数を変換して送信機に、次に送信アンテナ１２Ｄに送る。なお、アンテナ１２Ｈは、単一のビームアンテナや、マルチビームアンテナの１のビームアンテナなどからなる。送信アンテナ１２Ｄも、単一のビームアンテナや、マルチビームアレイの１のビームアンテナなどからなり、地上に第１サービス領域を形成する。衛星１２は、第２サービス領域を有する受信アンテナ１２Ｃを有する。なお、受信アンテナ１２Ｃは、単一のビームアンテナや、マルチビームアンテナの１のビームアンテナなどからなる。第２サービス領域は、重複領域７２によって第１サービス領域と重なり合っている。ＬＥＯＳ中継局７０は、衛星１２’から送信された信号を、アンテナ７０Ｄ’と第２送受信機対（トランシーバ）の受信機７０Ａ’とによって受信する。なお、アンテナ７０Ｄ’は、方向性アンテナやトラッキングアンテナ、または全方向性アンテナなどからなる。受信機７０Ａ’は、受信した信号を復調して信号経路指定情報を少なくとも抽出する。次に、ＬＥＯＳ中継局７０は、送信機７０Ｂ’とアンテナ７０Ｅ’とを使用して、周波数をシフトせしめた信号を衛星１２に送信する。アンテナ７０Ｅ’は、方向性アンテナやトラッキングアンテナ、または全方向性アンテナなどからなる。送信された信号は、衛星アンテナ１２Ｃによって受信されて受信機に送られる。受信機は、信号を増幅し周波数を変換せしめて送信機に送り、さらにアンテナ１２Ｇを介してゲートウェイＡに信号を送る。なお、衛星アンテナ１２Ｃは、単一のビームアンテナや、マルチビームアンテナの１のビームアンテナなどからなる。アンテナ１２Ｇは、単一のビームアンテナや、マルチビームアンテナの１のビームアンテナなどからなる。
【００６０】上記記載や、衛星１２の様々な送信アンテナ及び受信アンテナを示す図３も参照することにより、ＬＥＯＳ中継局７０は、通常ユーザ端末１３によって使用される周波数のＳＳ信号を受信したり送信することが判る。衛星１２，１２’の仰角は変化するので、障害物による信号の遮断やフェージングに対抗するために、複数のＬＥＯＳ中継局を配置せしめることができるが、１の重複領域７２内に１のＬＥＯＳ中継局のみを配置することが要求される。地表の大部分が重複しているサービス領域７２になることが好ましい。よって、ＬＥＯＳ中継局７０は、大抵ゲートウェイＡとゲートウェイＢとの中間点に配置されている。ＬＥＯＳ中継局７０内部のコントローラ７０Ｃは、必要に応じて迂回中継を行うこともできる。
【００６１】システムは、図９のフローチャートに示すように動作する。図７も参照して、ユーザが、ゲートウェイＡを使用して、ゲートウェイＢを介して別のユーザに電話をかけると仮定する（ブロックＡ）。呼出セットアップデータが、ゲートウェイＡにて、呼出経路指定（宛先コード）情報を含むようにパケット化されたりフォーマットされ、サービス要求が、経路指定情報とともに衛星１２を介して、衛星１２の視野や衛星１２のビーム内に含まれるＬＥＯＳ中継局７０の全てに送信される（ブロックＢ，Ｃ）。各ＬＥＯＳ中継局７０は、ＳＳ−ＣＤＭＡ逆拡散器及び復調器を使用して、宛先情報や命令情報の抽出に十分なポイントやベースバンドに、受信信号をダウンコンバートして、受信信号から宛先符号情報を抽出する。受信を行っている少なくとも１つのＬＥＯＳ中継局７０のコントローラ７０Ｃは、信号を他のゲートウェイ１８に送るために、衛星１２を選択したり、またはＬＥＯＳ中継局７０の視野にある全衛星に同時に通信を行う。リレー衛星は、パケット化された呼出ルーティング情報に含まれている宛先情報に応じて選択されたり、またはデータベースのルックアップテーブルに基づいて選択される。ゲートウェイＢが選択されると仮定した場合、次に、信号は衛星１２’を介してゲートウェイＢに送られる（ブロックＤ）。ゲートウェイＢは、受信した信号をベースバンドにダウンコンバートし、宛先コードに応じて、ブロックＥにてゲートウェイＢが目的の宛先ゲートウェイであるか否かの判定を行う。判定の結果が否定であれば、呼出が他の衛星１２やゲートウェイ１８、またはＬＥＯＳ中継局７０を介して行われているブロックＢに戻る。ブロックＥでの判定の結果が肯定であれば、ゲートウェイＢは、電話をローカルＰＳＴＮに送るなど、呼出をローカル電話基盤セグメント４に接続する（ブロックＦ）。リターンメッセージも同様に処理される。ニアリアルタイム音声やデータ、メッセージングが、この技術を使用して可能となる。
【００６２】ＬＥＯＳ中継局７０は、対をなして動作する２つのトランシーバ（７０Ａ，７０Ｂ），（７０Ａ’，７０Ｂ’）を有して構成されていることが好ましい。ＬＥＯＳ中継局７０は、サービスを行っているゲートウェイ１８の制御により動作し、コントローラ７０Ｃに含まれているプログラムにより、リアルタイムやプログラムに組まれた経路指定の判定を、ＬＥＯＳ中継局７０で局部的に行うことができる。方向性アンテナ７０Ｄ，７０Ｅ（図７）と方向性アンテナ７０Ｄ’，７０Ｅ’（図８）とが、ＬＥＯＳ中継局７０で使用されているが、無方向性アンテナや全方向性アンテナを使用することもできる。ＬＥＯＳ中継局７０の各々は、図２及び図６に示すような回路を含んで、スペクトラム拡散信号の逆拡散や復調、トラッキング、さらに送信を行う。各ＬＥＯＳ中継局７０は、多重ＳＳ信号を同時に受信したりトラッキングをなすことができる多重フィンガレイキ受信機などの受信機を有するように構成されているのが好ましい。故に、単一のＬＥＯＳ中継局を、１の衛星のサービス領域から他の衛星のサービス領域に電話などの多重通信を同時に中継するために使用することができる。
【００６３】図１０に、本発明の第１実施例を示す。本実施例において、複数の衛星１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれのサービス領域（以下、ＣＡと称す）１〜４と対応している。サービス領域１〜４は、それぞれゲートウェイ１８Ａ〜１８Ｄによってサービスが行われている。重複領域７２が、様々なサービス領域の間に形成される。各重複領域に、少なくとも１つのＬＥＯＳ中継局（以下、ＲＳと称す）７０が存在する。本実施例において、システムユーザは、電話１を用いて地上の通信システム（すなわち、ＰＳＴＮ１）を介して、ＰＳＴＮ２に接続された電話２に電話をかける。電話１，２は千ｋｍのオーダの距離を介して離れており、電話１，２は固定型または移動型のいずれでも良い。電話１からの呼出に反応して、ゲートウェイ１８Ａは、宛先情報と他の命令とを含む呼出要求パケットを作成し、この呼出要求パケットをＬＥＯ衛星１２Ａに送信する。衛星１２Ａは、呼出要求パケットをダウンリンクで中継する。呼出要求は、ＣＡ１とＣＡ２との間の重複領域７２にあるＬＥＯＳ，ＲＳ７０によって受信される。このＬＥＯＳ，ＲＳ７０は、送信を逆拡散して復調し、呼出要求パケットから宛先情報を抽出する。宛先情報に基づいて、またはプログラムの命令により、ＬＥＯＳ，ＲＳ７０は、ＬＥＯ衛星１２Ｂを選択して送信を受信させる。全方向性アンテナがＬＥＯＳ，ＲＳ７０にて使用される場合、ＬＥＯＳ，ＲＳ７０は、視野にある衛星１２の全てに対して同時に通信を行うことができる。送信が衛星１２Ｂに送られたと仮定すると、衛星１２Ｂは、ＣＡ２，ＣＡ３，ＣＡ間の重複領域７２のＬＥＯＳ，ＲＳ７０に送信を中継する。このＬＥＯＳ，ＲＳ７０は、呼出要求パケットから宛先情報を抽出して、衛星１２Ｃを選択して送信を受信させる。衛星１２Ｃは、ゲートウェイ１８Ｃによって受信されるダウンリンクに送信を中継する。ゲートウェイ１８Ｃは、宛先情報に基づいて、電話をＰＳＴＮ２に接続して電話２まで送る。
【００６４】このように、ゲートウェイ１８Ｂやゲートウェイ１８Ｄに接続されたＰＳＴＮを使用せずに、ＰＳＴＮ１からＰＳＴＮ２に電話をつなげることができる。さらに、衛星から衛星への通信リンクを必要とせずに、電話をかけることができる。これによって、衛星１２，１２Ｂの構成や操作をかなり簡単にすることができる。
【００６５】図１１に 本発明の他の実施例を示す。ＣＡ１にあるユーザ端末１３によって、移動局（以下、ＭＳと称す）を持って移動しているユーザに電話をかける。なお、このＭＳは、基地局（以下、ＢＳと称す）と移動交換センタ（以下、ＭＳＣと称す）とを介して、ＣＡ４内のゲートウェイＤに接続されているＰＳＴＮに接続されている。移動しているユーザ１３によってかけられた電話は、図１に説明した方法によって、衛星１２Ａを介してゲートウェイ１８Ａに中継される。ゲートウェイ１８Ａは、宛先と他の情報とを含む呼出要求パケットを作成し、この呼出要求パケットをＬＥＯ衛星１２Ａに送信する。衛星１２Ａは、呼出要求パケットをダウンリンクに中継する。呼出要求は、ＣＡ１とＣＡ２との間の重複領域７２にあるＬＥＯＳ，ＲＳ７０によって受信される。このＬＥＯＳ，ＲＳ７０は、送信を逆拡散して復調し、呼出要求パケットから宛先情報を抽出する。宛先情報に基づいて、ＬＥＯＳ，ＲＳ７０は、ＬＥＯ衛星１２Ｂを選択して送信を受信させる。衛星１２Ｂは、ＣＡ２，ＣＡ３，ＣＡ４の間の重複領域７２にあるＬＥＯＳ，ＲＳ７０に送信を中継する。このＬＥＯＳ，ＲＳ７０は、呼出要求パケットから宛先情報を抽出し、衛星１２Ｄを選択して送信を受信させる。衛星１２Ｄは、ゲートウェイ１８Ｄによって受信されるダウンリンクに送信を中継する。ゲートウェイ１８Ｄは、宛先情報に基づいて、電話をＰＳＴＮに接続して、ＭＳＣ及びＢＳを介してＭＳに送る。
【００６６】本発明をＳＳ−ＣＤＭＡ通信システムに基づいて説明したが、本発明はＳＳ−ＣＤＭＡ通信システムに限定されるものではない。すなわち、本発明は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）や周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、またはＴＤ−ＳＳ通信システムのようなハイブリッドシステムなどの様々な種類の通信システムとともに使用することができる。さらに、本発明は、中軌道衛星システムなどの衛星がＬＥＯに無い、およそ５０００〜１００００海里（９２６６〜１８５３２ｋｍ）のところで軌道が傾いている衛星を含む衛星システムにおいても用いることができる。
【００６７】このように、本発明を好ましい実施例に基づいて説明したが、当業者においては、本発明の請求項から外れることなく本発明の形態や詳細に関する様々な変形をなし得るものと考える。
【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．
【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８−３３１０３４
【公開日】 平成８年（１９９６）１２月１３日
【出願番号】 特願平８−１００４３５