JPH10209939A - 衛星によるユーザ端末の通信電力制御 - Google Patents

衛星によるユーザ端末の通信電力制御

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JPH10209939A
JPH10209939A JP9342699A JP34269997A JPH10209939A JP H10209939 A JPH10209939 A JP H10209939A JP 9342699 A JP9342699 A JP 9342699A JP 34269997 A JP34269997 A JP 34269997A JP H10209939 A JPH10209939 A JP H10209939A
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satellites
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signal
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ケイ． ガラガー ヴィジャヤ
A Monte Paul
エイ． モント ポール
A Wiedemann Robert
エイ． ウィーデマン ロバート
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】衛星からの自律的制御を用いた電力制御システ
ムを提供する。 【解決手段】ユーザ端末５と、地上ゲートウェイ局を有
する地上セグメントと、非静止軌道上の複数の衛星を含
む宇宙セグメントとからなる。衛星通信システムで、ユ
ーザ端末の送信電力Ｐを制御する。ユーザ端末から少な
くとも二つの衛星に同時にアップリンク信号を送信し、
二つの衛星でアップリンク信号を受信する。さらに、宇
宙セグメントにおいて、受信信号の強度指示と所望の受
信信号の強度指示との差分を表す値を確定し、差分に対
応してユーザ端末で用いる電力制御コマンドを宇宙セグ
メントにおいて生成し、電力制御コマンドを宇宙セグメ
ントからユーザ端末へ送信し、電力制御コマンドに従い
アップリンク信号の送信電力を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は概して衛星通信シス
テムに関し、より詳細には静止軌道（geosynchronous o
rbit：GSO）衛星および非静止軌道（non-geosynchronou
s orbit：non-GSO）衛星通信システムに用いられるＲＦ
電力制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】移動および固定局用の衛星電話システム
は新しい地球規模のビジネスとして台頭してきた。これ
らのシステムは効果的な通信のために、一つの衛星、あ
るいは多数の衛星を経由する個々の多数の回路を利用し
ている。衛星電話システムの価値は、地上に多くの小さ
なセルを作らなくとも地上の至る所に大面積のカバレッ
ジエリアを提供できる点にある。衛星通信の周波数には
割り当てがあるので、衛星通信システムの展開について
は多くの提案がなされてきた。概してこれらの提案に
は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multip
le Access）技術や符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code
Division Multiple Access）技術が含まれている。
【０００３】それに加えて衛星の運用自体について、一
般的な二つの提案がなされている。一つの提案は、フィ
ーダーリンクの帯域低減のため衛星自身内での信号処理
および多重化を含む衛星搭載型信号処理に関するもので
ある。衛星搭載型信号処理は、アップリンク送信された
伝送信号をベースバンド（すなわちデジタル信号）に落
とし、衛星間リンクを介して他の衛星に信号を切り替え
ダウンリンク送信するための処理を含む。第二の提案
は、衛星内では信号処理やベースバンドへの変換などを
全くせずに信号の受信、周波数変換、送信を行う古典的
な中継器として「ベントパイプ(bent-pipe)」型衛星中
継器を用いるものである。
【０００４】第一のタイプのシステム（すなわち衛星搭
載型信号処理）では、公衆電話交換網(PSTN :Public Sw
itched Telephone Network)への地上挿入点として機能
する地上ゲートウェイ局は任意の位置に置いても良い。
衛星搭載型の信号処理は、「ベントパイプ」中継器の簡
単さとはトレードオフであるが多くの利点を有してい
る。衛星搭載型処理の顕著な利点の一つは、ユーザ通信
トラヒック信号（たとえば音声またはデータ）、ユーザ
端末や他の装置の制御に必要な合図信号が衛星内で確立
され実行されるからである。さらにＣＤＭＡシステムな
どでは、ダウンリンクでの自己干渉を避けることがで
き、したがってシステム容量を増加することが可能であ
る。また衛星間リンクを介して様々な衛星ノード間での
信号のルーティングが可能なため、呼の接続において極
めてフレキシブルである。さらに、非効率な「ベントパ
イプ」型システムで用いていないスペクトル部分を利用
してスペクトルを節約することができる。
【０００５】衛星搭載型処理の利点は、衛星に届いた、
または衛星から送られた信号が衛星の受信した情報によ
り衛星内で制御されるか、または衛星から制御地点に中
継される点である。一般的にはこの制御地点は地上局で
あった。後者の技術では、制御地点（たとえば地上局）
は制御ループに加わるために一層複雑に作られなければ
ならなかった。したがってシステム全体および制御地点
を単純化するのが望まれる。
【０００６】この点に関する文献としては、米国特許第
4,991,199号のサーム(Saam)による「衛星トランスポン
ダからの一定出力維持のためのアップリンク電力制御メ
カニズム(Uplink Power Control Mechanism For Mainta
ining Constant Output Power From Satellite Transpo
nder)」、米国特許第4,752,967号のバスタマンテ(Busta
mante)等による「衛星通信のための電力制御システム(P
ower Control SystemFor Satellite Communication
s)」、米国特許第5,339,330号のマリンクロット(Mallin
ckrodt)による「統合セルラー通信システム(Integrated
Cellular Communications System)」、米国特許第4,75
2,925号のトンプソン(Thompson)等による「２ホップ配
置衛星通信システム(Two-Hop Collocated Satellite Co
mmunicationsSystem)」、米国特許第5,126,748号のエイ
ミス(Ames)等による「２重衛星ナビゲーションシステム
とその方法(Dual Satellite Navigation System And Me
thod)」、米国特許第5,109,390号のギルーセン(Gilhous
en)等による「ＣＤＭＡセルラー電話システムにおける
ダイバーシチ受信機(Diversity Receiver In A CDMACel
lular Telephone System)」および米国特許第5,138,631
号のテイラー(Taylor)による「衛星通信ネットワーク(S
atellite Communication Network)」がある。
【０００７】一般に開示されている文献として、米国特
許出願、シリアル番号08/467,209、１９９５年６月６日
出願のロバート Ａ．ウィーデマンおよびマイケル
Ｊ．サイツ(Robert A. Wiedeman and Michael J. Site
s)による「低周回軌道衛星通信システム用閉ループ電力
制御(Closed Loop Power Control For Low Earth Orbit
Satellite Communications System)」がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、衛星
システムからの自律的な制御を用いた電力制御システム
を提供し、したがって地上局を単純化し、システムの複
雑さを低減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は非静止(non-GS
O)衛星を含む衛星通信システムに関する。本発明は、中
央地上ゲートウェイ局を用いずに衛星搭載処理を行うこ
とによって、それぞれのユーザ端末の電力を個々に制御
する要求を満たす電力制御ループを用いている。
【００１０】本発明にしたがい、少なくとも一つのユー
ザ端末と、少なくとも一つの地上ゲートウェイ局を有す
る地上セグメントと、複数の衛星を含む宇宙セグメント
と、からなるタイプの衛星通信システムにおいて、ユー
ザ端末の送信電力を制御する方法を開示している。本方
法は、(a)ユーザ端末から宇宙セグメントの少なくとも
二つの衛星に、同時にアップリンク信号を送信するステ
ップと、(b)前記少なくとも二つの衛星のそれぞれで前
記アップリンク信号を受信するステップと、からなる。
本方法はさらに、(c)宇宙セグメントにおいて、該少な
くとも二つの衛星のそれぞれに関して、受信信号の強度
指示(indication)と所望の受信信号の強度指示との差分
を表す値を確定するステップと、(d)前記差分に対応し
て、ユーザ端末で用いる少なくとも一つの電力制御コマ
ンドを宇宙セグメントにおいて生成するステップと、
(e)該生成した少なくとも一つの電力制御コマンドを宇
宙セグメントからユーザ端末へ送信するステップと、
(f)前記少なくとも一つの電力制御コマンドに従い、ア
ップリンク信号の送信電力を調整するステップと、から
なる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明の開示
するところにしたがい、第一の低軌道周回（LEO:Low Ea
rth Orbit）衛星群などのＮＧＳＯ(non-GSO)衛星群や、
第二の高軌道衛星群（中軌道(MEO:Medium Earth Orbit)
衛星群またはＧＳＯ衛星群）を用いユーザ端末および衛
星の電力消費制御を向上する技術について示している。
以下の米国特許はＬＥＯ衛星群および関連する通信シス
テムについての様々な局面に関し開示している。それら
は、Ｆ．Ｊ．ディートリックとＰ．Ａ．モンテ（F.J.Di
etrich and P.A.Monte)による「多重経路衛星通信リン
ク用アンテナ（Antenna for Multipath Satellite Comm
unication Links）」と題する１９９６年９月３日発行
の米国特許第5,552,798号、Ｅ．ハーシュフィールドと
Ｃ．Ａ．ツァオ（E.Hirshfield and C.A.Tsao)による
「移動通信衛星ペイロード（Mobile Communication Sat
ellite Payload）」と題する１９９５年６月６日発行の
米国特許第5,422,647号、Ｅ．ハーシュフィールド（E.H
irshfield)による「強度テーパ付きアクティブ送信フェ
ーズドアレーアンテナ（Active Transmit Phased Array
Antennawith Amplitude Taper）」と題する１９９６年
４月２日発行の米国特許第5,504,493号、１９９５年９
月５日発行の米国特許第5,448,623号およびＲ．Ａ．ウ
ィーデマンとＰ．Ａ．モンテ（R.A.Wiedeman and P.A.M
onte)による「地上通信システムとのネットワーク共同
ゲートウェイ運用を用いた衛星通信システム（Satellit
e Telecommunications System Using Network Coordina
ting Gateways Operative with a Terrestrial Communi
cation System）」と題する１９９６年６月１１日発行
の米国特許第5,526,404号、およびＳ．Ａ．エイミス
（S.A.Ames)による「リピータダイバシチスペクトル拡
散通信システム（Repeater Diversity Spread Spectrum
Communication System）」と題する１９９３年８月３
日発行の米国特許第5,233,626号である。これらの米国
特許の開示するところはここにすべて文献として挙げ
る。以下で明確になるように、これらの開示するところ
は変形され、ある実施態様においては、ユーザ端末から
の送信信号の衛星内処理や衛星間リンクを与える場合が
ある。
【００１２】本発明の望ましい実施態様では、ＬＥＯ衛
星群は８個の円形平面内の高度１４００ｋｍの衛星２か
らなる。これらの平面は、互いに４５度のオフセットを
有し赤道に対し５２度傾き、各平面は６個の衛星２を有
する（ウォーカー星雲：Walker constellationと呼ばれ
る場合がある。）。カバレッジの効果を最適化するた
め、経路ダイバーシチが木、建物や山のような局所的障
害を緩和するために用いられる。経路ダイバーシチで
は、水平線から約１０度以上の仰角に２つ以上の衛星を
地上のユーザ端末が見ることができることが必要であ
る。上記のＬＥＯ衛星群によって多数の衛星カバレッジ
エリアを得ることができる。
【００１３】図１は本発明による衛星システム１の概略
構成を示す。衛星通信システム１は非静止軌道（NGSO:n
on-geosynchronous orbit）衛星または複数のＮＧＳＯ
衛星２を有し、これらの衛星は集合的に衛星星雲と呼ば
れる場合がある。この星雲は上記に文献として挙げた米
国特許に類似のものかもしれないが、本発明はこの特定
のＬＥＯシステムにのみ限定されるものではない。この
ＮＧＳＯ衛星２は非静止軌道１２を周回する。複数の衛
星２が必ずしも必要という訳ではないが、多くの衛星か
ら構成されるのが望ましい。衛星２はそれぞれがカバレ
ッジエリア２１を有している。図１はまた望ましい実施
態様として、静止軌道１１を周回する静止（ＧＳＯ：ge
osynchronous）衛星３を示している。静止軌道は衛星３
が地表点に対し明確には動かない一つの軌道である。衛
星３は、ＮＧＳＯ衛星２との高度の違いから、カバレッ
ジエリア２１よりかなり大きな地表カバレッジエリア２
２を有する。
【００１４】ＧＳＯ軌道内に衛星３がいる必要はなく、
実際非静止状態たとえば中軌道（ＭＥＯ：Medium Earth
Orbit）にあるかもしれない。またＮＧＳＯ衛星２を支
援し、ほぼ全地球をサポートするのに通常、衛星３は複
数である。しかしどんな場合でも衛星３の高度は衛星２
より高い。ＮＧＳＯ衛星群およびより高高度の周回衛星
群を衛星通信システムの宇宙セグメントと集合的に呼ぶ
場合がある。
【００１５】図２を参照し衛星通信システム１を結びつ
けているリンクの様々な要素について説明する。衛星通
信システムの地上セグメントの全てまたは一部を集合的
に形成するユーザ端末５および地上局またはゲートウェ
イ(GW)７，８は、地上または地上の近くに配置される。
ＮＧＳＯ衛星２のカバレッジエリアの中には、音声また
はデータを送受信できる少なくとも一つ、一般的には多
数の固定型、携帯型または移動型のユーザ端末５があ
る。ユーザ端末５はアップリンク３１，ダウンリンク３
２を用いてＮＧＳＯ衛星２と通信できる。これらの信号
はＮＧＳＯ衛星２を経て、ＮＧＳＯ衛星２のカバレッジ
エリア２１内のＮＧＳＯゲートウェイ(GW-NGSO)８に経
由されたり、あるいはＧＳＯ衛星３を経て、ＧＳＯ衛星
３のカバレッジエリア２２内のゲートウェイ(GW-GSO)７
に経由される。ＧＷ−ＮＧＳＯ８へのリンクにより公衆
電話交換網(PSTN)６または民間ネットワークに接続がで
きる。ユーザ端末５はユーザリンク３１，３２およびＮ
ＧＳＯ衛星２とＧＷ−ＮＧＳＯ８との間のアップリンク
３５、ダウンリンク３６により、ＮＧＳＯ衛星２を介し
てＧＷ−ＮＧＳＯ８に接続されている。ユーザ端末５は
ゲートウェイを経由せずＮＧＳＯ衛星２を介してそれら
の間で直接接続される場合がある。加えてユーザ端末５
はＧＳＯ衛星３のカバレッジエリア２２内にあるＧＷ−
ＧＳＯ７と接続されている場合がある。ＧＷ−ＧＳＯ７
はまた公衆電話交換網６または民間ネットワークに接続
されている場合がある。
【００１６】衛星の動作電力は、使える電力量がいつで
も有限であるため、制御すべき貴重なリソースである。
概してＮＧＳＯ衛星システムでは衛星群から得られる電
力は最も通信の込み合うピークアワーで用いる通信回路
の数に直接比例し、ピークアワーは時間帯（タイムゾー
ン）を移り変わる毎に変化する。したがっていつでもあ
るエリアを周回する衛星は、電力システムの状態、その
エリアをカバーする衛星の数、および用いるスペクトル
帯域に依存するある量の通信回線を提供する。したがっ
てスペクトル帯域が限定要因でないと仮定すれば、用い
ることのできる電力量と衛星の数が二つの支配的な要因
である。
【００１７】図３および図４に二つのＮＧＳＯシステム
の実施例を示す。衛星群Ａ（図３）ではＮＧＳＯ衛星２
のカバレッジエリアまたは領域２１は実質的に重なって
おらず、カバレッジエリア２１内のユーザ端末５はＮＧ
ＳＯ衛星の資源について競合せず、各ユーザ端末はある
時刻では一つの衛星から電力を引き出す。しかし衛星群
Ｂ（図４）ではカバレッジエリア２１は実質的に互いに
重なっており、重なったカバレッジエリア内のユーザ端
末５は二つ以上のＮＧＳＯ衛星２の資源について競合
し、ある端末がある時刻において複数の衛星２から電力
を引き出す場合が生じる。
【００１８】図３，図４に示す構成においては共に、両
方向のリンクの電力コストが重要である。図５を簡単に
参照すると、移動および携帯型のユーザ端末５はユーザ
端末制御プロセッサを備えるデジタル部５ｂ、デジタル
部５ｂに電力を供給するバッテリ５ａ、および送信機、
受信機、ＲＦ信号処理部品からなるＲＦ部５ｃを有して
いる。これらの様々な装置の機能は、リンク３１，３２
を確立、保持しアンテナ５ｄを経て音声またはデータを
送受信することである。
【００１９】図６を参照すると、ＮＧＳＯ衛星２は電力
制御ユニット２ｃを介して一つまたは複数の太陽電池２
ｂにより充電されるバッテリ２ａを有している。太陽電
池２ｂが電力を供給しないとき（食の間）、デジタル部
２ｄおよびＲＦ部２ｅは電力制御ユニット２ｃを介して
バッテリ２ａから電力の供給を受け、適当なアンテナ２
ｆを介しリンク３１，３２，３３，３４，３５，３６を
確立、維持する。
【００２０】図５および図６の場合ではバッテリ５ａ，
２ａから引き出す電流量を注意深く制御し、またバッテ
リの重量と大きさを最小化することが重要である。ＮＧ
ＳＯ衛星２については、一般に太陽電池の製造・打ち上
げの費用は高くつくので太陽電池２ｂの重量と大きさを
最小化することもまた重要である。衛星の打ち上げ費用
は衛星の重量に大きく依存するので、適度な大きさのバ
ッテリや太陽電池で得られるワットおよびワット時の電
力がかなりの程度衛星通信システムの財政的な実現性を
決定する。
【００２１】ユーザ端末５のバッテリ５ａの重量および
衛星電力システム（２ａ−２ｃ）の重量と費用を最小化
するために、ユーザ端末５へのＲＦリンク３１，３２を
接続するのに必要な最小電力だけを送信するのが有用で
ある。リンク３１，３２は様々な障害を受けやすく、こ
れらの障害に打ち勝つために必要とされる電力は変動す
る。これらの障害に特有の性質は、動作の特性、送信信
号の変調の種類、ユーザ端末５と衛星２との直線距離な
どに依存する。
【００２２】ＮＧＳＯ衛星システムでは衛星２が頭上を
移動する間、直線距離は常に変動することに注意する必
要がある。全てではないがこれらの様々な障害には、全
周波数帯における木の葉による吸収・回折、建物のブロ
ッケージや他の妨害、５ＧＨｚ以上の周波数帯での降雨
減衰による障害などがある。さらに、もしすべてのユー
ザ端末の通信がある一定のレベルに制御されれば、ある
種の信号変調は障害、直線距離や他の変動に拘わらず非
常に効果的に動作する。このように動作する一つの信号
変調法として符号分割多元接続(Code Division Multipl
e Access)を用いたスペクトル拡散(Spread Spectrum)
法、すなわちＳＳ／ＣＤＭＡがある。ＳＳ／ＣＤＭＡ方
式のシステムでは、全てのユーザ端末５についてある一
定の周波数チャネルのアップリンク信号３１を衛星受信
アンテナ２ｆで受信時でもほぼ送信時と同じ電力密度に
することが目標である。衛星のアンテナで受信後におい
てもユーザ端末５を同じまたは最小の電力レベルに保つ
ための電力制御システムは変調方法、障害や選択する周
波数帯によらない。
【００２３】例として、図４の構成においてＳＳ／ＣＤ
ＭＡシステムを用いた２８ＧＨｚ帯のＫａバンドの降雨
減衰を考える。この点について図７を参照すると、この
システムはユーザ端末５と二つのＮＧＳＯ衛星、NGSO S
AT-1およびNGSO SAT-2との間のリンクを確立しようとす
る。ユーザ端末５はこの二つの衛星に向けて同時に電力
Ｐの信号を送信する。ユーザ端末５がこの二つの衛星か
ら受信した信号はユーザ端末５内でコヒーレントに結合
され一つのコンポジット信号が作られる。この点につい
ての文献としては前述の、Ｓ．Ａ．エイミス（S.A.Ame
s)による「リピータダイバシチスペクトル拡散通信シス
テム（Repeater Diversity Spread Spectrum Communica
tion System）」と題する１９９３年８月３日発行の米
国特許第5,233,626号がある。ユーザ端末５から二つの
衛星に送信された信号の最終目的地としては、ＧＳＯ衛
星３、ＮＧＳＯゲートウェイ８、ＧＳＯゲートウェイ７
（ＧＳＯ衛星３を経由して）、または他のユーザ端末５
がある。どの場合でも最終目的地で所望の結果を得るた
めに、ＮＧＳＯ衛星においてある一定の受信信号品質が
必要である。
【００２４】図７に示すように、アップリンク３１ａの
一つ、また多分ダウンリンク３２ａもまた降雨セル３３
によって減衰を受けている。NGSO SAT-1で受信した電力
Ｐ(NGSO SAT-1)は降雨減衰のため所望のレベルよりも小
さい。（またNGSO SAT-1は同時に他のユーザ端末５か
ら、障害が有るか無いかはわからないが、アップリンク
を受信している場合がある。）こういった障害を受けて
いること、またその障害のレベルを知ることにより、シ
ステムは他の全てのユーザ端末５に影響を与えること無
くこのリンクについてのみ（たとえばリンク３１ａの
み）補償することができる。このようにリンク毎にユー
ザ端末の電力を選択的に制御することにより電力を節約
でき、衛星のコスト、重量を最小化できる。
【００２５】従来技術のところに記載した様々な米国特
許に述べられているユーザリンクの減衰を補償するこれ
までの方法は、地上局から制御される電力制御ループを
用い、地上局から放射された信号を地上局に備えられた
リモート受信機で測定することが必要となる場合があ
る。この従来の方法には多くの欠点や不都合がある。本
発明では、衛星通信システムの宇宙セグメントでの処理
や宇宙セグメントから発せられる電力制御コマンドによ
って各ユーザ端末５の電力を個別に制御する電力制御ル
ープ（開ループまたは閉ループ）を用いる。
【００２６】図８はユーザ端末５の送信電力を制御する
望ましい技術を示している。ユーザ端末５から送信され
た電力Ｐは二つのアップリンク３１ａ，３１ｂを経て二
つのＮＧＳＯ衛星、NGSO SAT-1およびNGSO SAT-2により
それぞれ受信される。前述のようにそれぞれのアップリ
ンク信号は様々な障害（たとえば降雨セル３３など）に
より異なった強度を有している。
【００２７】本発明の実行については二つの実施態様が
ある。一つは、ユーザ端末５が送信および受信する二つ
の周波数帯でフェージングが相反的(reciprocal)であ
り、したがって一つのリンク補償のみでよい（開ルー
プ）と仮定することである。二つめの実施態様は、アッ
プリンク３１とダウンリンク３２を各周波数帯で個別に
制御し、アップリンクとダウンリンクとの間にフェージ
ング深さの相関を何ら仮定しない方法（閉ループ）であ
る。
【００２８】開ループ制御および閉ループ制御は同時に
用いることができることを述べておく。ここでは最初に
閉ループ制御の実施例について述べ、次に開ループ制御
について説明する。まず初めに本発明による閉ループ電
力制御の実行には種々の実施態様があることを述べてお
く。
【００２９】第一の閉ループの実施例は、ユーザ端末５
のアップリンク信号の電力制御を用いることで、各ＮＧ
ＳＯ衛星２で実行されアップリンク３３を経由してＧＳ
Ｏ衛星３に中継される。この場合、経路３１には障害が
あり、所望の電力レベルより低い電力でNGSO SAT-1で受
信されると仮定する。NGSO SAT-1での受信信号は完全に
または部分的に復調され、信号強度情報が抽出される。
信号が完全に復調されているときは、信号強度情報は符
号誤り率(bit error rate)またはフレーム誤り率を示す
指示または尺度となる。信号が完全に復調されていない
ときは、信号強度情報は受信信号強度に基づいている。
【００３０】一般に信号強度情報は本発明の目的からし
て、所定のＮＧＳＯ衛星２の一つで受信したときのアッ
プリンク信号３１の電力と品質を表しているとみなすこ
とができる。本発明の直接拡散（direct sequence：Ｄ
Ｓ）ＣＤＭＡ方式の実施例では、所定のＮＧＳＯ衛星２
の一つに送信するユーザ端末５のそれぞれから受信した
アップリンク信号３１の電力を実質的に等化することが
望ましい。
【００３１】信号が完全に復調および復号化されたら図
９に示すデジタル受信回路４０により処理される。デジ
タル受信回路はＤＳ−ＣＤＭＡ方式を仮定すれば通常の
構成のものでもよく、局部発振器(ＬＯ)信号とアップリ
ンクＲＦ信号をミキシングしＩＦ(中間周波)信号を作る
ミキサ４０ａ、擬似雑音（ＰＮ）コード発生器４０ｃと
共に動作しユーザ端末信号を抽出する逆拡散器４０ｂ、
復調器４０ｄ、デコーダ４０ｅを有している。デコーダ
４０ｅの出力はベースバンド信号である。この場合、復
調出力の強度または復調器４０ｄで軟判定された受信信
号強度の尺度として用いられる。衛星２で送信信号が部
分的にしか再生されていないときにはブロック４０ｄお
よび４０ｅは削除され、ブロック４０ｂの出力信号強度
が受信信号強度の尺度として用いられる。同じ周波数帯
の異なった拡散信号を送信する各ユーザ端末５は、図９
に示す回路の少なくとも幾つかと同じ回路を有すること
は理解できるであろう。
【００３２】再び図８を参照すると、ＮＧＳＯ衛星２は
図９で述べたユーザ端末５の信号強度を示す指示信号(i
ndication)をリンク３３ａ，３３ｂを経てＧＳＯ衛星３
に送信する。ＧＳＯ衛星３ではアップリンク３１ａおよ
び３１ｂからの信号強度の指示信号をアンテナ３ｂを経
てＲＦ装置３ａで受信しプロセッサ３ｃに渡す。プロセ
ッサ３ｃでは二つ（ユーザ端末からの信号を受信するＮ
ＧＳＯ衛星２の数によってはそれ以上）の信号強度の指
示信号が互いに比較される。すなわち幾つかのＮＧＳＯ
衛星２を経た異なる経路の信号強度をＧＳＯ衛星３で比
較する。図８の例では、NGSO SAT-1を経てアップリンク
信号３１ａは、降雨セル３３による減衰を受けないアッ
プリンク信号３１ｂに比べ障害が大きいことを知ること
ができる。
【００３３】望ましい実施態様では、NGSO SAT-1、NGSO
SAT-2から受信した信号強度の指示信号の和は所望の閾
電力または閾信号強度レベルと比較される。この閾値と
の差分あるいは不足分Ｓ（もしあれば）はＧＳＯ衛星３
からリンク３４ａまたは３４ｂを経てＮＧＳＯ衛星２に
送信される。次にこの情報は、ダウンリンク３２ａまた
は３２ｂを経てユーザ端末５に送られる。それに応じて
ユーザ端末５のデジタル部はNGSO SAT-1またはNGSO SAT
-2への電力を、その不足分Ｓで決定される分だけ増加し
て送信する。もしＳがある予め決められた値より、たと
えば１０ｄＢ、大きい場合、送信電力を増加して障害の
あるNGSO SAT-1 への経路を通すよりも、障害のないNGS
O SAT-2 への経路の電力を、たとえば３ｄＢだけ増加さ
せて用いる方が電力効率がよい。
【００３４】ユーザ端末５のアップリンク３１について
の閉ループ電力制御の第二の実施例は、ＧＳＯ衛星３上
で実行される。この実施例では、ＮＧＳＯ衛星２はユー
ザ端末５のアップリンク３１の信号をＧＳＯ衛星３に単
に線形中継するだけである。この場合ＧＳＯ衛星３は、
(a)中継された両方のアップリンク信号を受信し、その
全てまたは一部を同じように復調した後で、(b)それら
の中継信号を比較し、(c)所望のリンク品質を得るのに
不足している電力を計算し、(d)一つまたは、それ以上
のＮＧＳＯ衛星２を経由してユーザ端末５に電力制御指
示を発する。
【００３５】この実施例ではＧＳＯ衛星３には、完全な
復調を行うか、部分的な復調を行うかによって図９で示
した回路の全てまたは幾つかを備えられていると仮定し
ている。ユーザアップリンク信号の閉ループ電力制御の
第三の実施例は、ＮＧＳＯ衛星２のみによって実行され
る。前述の例のように、経路３１ａには障害があり、NG
SO SAT-1において所望のレベルより低いレベルで受信さ
れると仮定する。この信号は完全に復調されているか、
または部分的に復調されており、第一の実施例で述べた
方法により信号強度情報を抽出する。
【００３６】ユーザ端末５はリンク３１ｂを経てNGSO S
AT-2 へ向けて電力を送信する。このリンクもまた障害
を有する場合があるが、一般的には降雨セルはリンク３
１ａの方向で集中しており、障害はより小さい。NGSO S
AT-2で受信したリンク３１ｂの信号の受信レベルは、NG
SO SAT-1受信した同じ信号の受信レベルより大きい。こ
の受信信号は完全に復調されるか、または部分的に復調
されて、前述のように信号強度情報が抽出される。
【００３７】この実施例ではＮＧＳＯ衛星２はそれぞれ
独立にアップリンク３１ａ，３１ｂの信号強度の増減を
判断し、ユーザ端末５に送信電力を適切に調整するため
の信号を送信する。望ましい実施態様では、ユーザ端末
５は自身の送信電力をそれら二つの指示電力レベルのよ
り小さい方に合わせるよう、あるいはそれらの間の値に
なるように調整する。
【００３８】この実施例ではＮＧＳＯ衛星２はまた、リ
ンク３３ａ，３３ｂを経由してＧＳＯ衛星３に電力制御
コマンドを中継する。この場合ＧＳＯ衛星３は、遅い長
遅延時間電力制御器として機能する。すなわち、ＮＧＳ
Ｏ衛星２はユーザ端末５に短遅延時間電力制御ループ
（たとえば、１フレーム時間(たとえば20ミリ秒)当たり
１電力制御コマンド）の電力制御コマンドを中継し、Ｇ
ＳＯ衛星３は長遅延時間ループ（たとえば、ｎフレーム
時間当たり１電力制御コマンド、ここでｎは１以上）の
オーバーライド(override)電力制御コマンドをＮＧＳＯ
衛星２の一方または双方を経由してユーザ端末５に送信
する。ＧＳＯ衛星３から受信した指示値で送信電力を設
定した後、その後のｎフレームについての長期の値を調
整するため短遅延時間電力制御ループが用いられる。
【００３９】ＮＧＳＯ衛星２はまた、衛星間リンクを通
して互いに制御メッセージを送信することができ、ユー
ザ端末５に送信すべき適切な電力制御コマンドの決定に
関し協力し合う。この場合、ＧＳＯ衛星３は不要であ
る。もしＮＧＳＯ衛星間リンクを用いなければ、ユーザ
端末５からの信号を受信するＮＧＳＯ衛星２の間でのメ
ッセージを交換するのにＧＳＯ衛星３を用いることがで
きる。
【００４０】前述ではユーザ端末アップリンク３１の電
力制御の観点から説明したが、ダウンリンク３２の電力
制御もまた行うことができる。この場合には、ユーザ端
末５がNGSO SAT-1からのダウンリンク３２ａがフェージ
ングを受けており、NGSO SAT-2からのダウンリンク３２
ｂの方がより良好な受信品質（たとえば、より大きな受
信信号強度、より少ないビット誤りまたはフレーム誤
り、など）であることを検知する。ユーザ端末５は、NG
SO SAT-1からのダウンリンク３２ａの減衰を補償する
（たとえば、ダウンリンク３２ｂに等しくなるまで）の
に必要な電力増加量を決定し、直接にNGSO SAT-1と、ま
たはＧＳＯ衛星３（もしくは、NGSO SAT-1との制御信号
交換リンク）を経由して電力増加要求を中継するNGSO S
AT-2と交信する。フェージングがきついときには、「悪
い」リンクを使うよりは「良い」リンクの電力を、たと
えば３ｄＢ増加して使う方が望ましい。この判断は二つ
のリンク３２ａ，３２ｂの受信信号レベルを比較して行
われる。ここまでは本発明による閉ループ制御について
の実施例を説明したが、以下に開ループ制御の実施例に
ついて述べる。本実施例は、アップリンクとダウンリン
クのフェージングに密接な相関がある場合を前提として
おり、この相関を用いて開ループ制御を行うものであ
る。たとえばダウンリンクのフェージングに対するアッ
プリンクのフェージングの比がＲ（アップリンク、ダウ
ンリンクの周波数の違いによって）とした場合にこの値
を開ループ制御に用いる。例として、ユーザ端末５がNG
SO SAT-1からのダウンリンク３２ａがフェージングを受
けていることを検出したとき、ダウンリンクのフェージ
ングと比率Ｒに応じてユーザ端末５は自主的にNGSO SAT
-1へのアップリンク３１ａの送信強度を増加する。
【００４１】ユーザ端末５はこれらの信号を別々の拡散
符号またはデータストリーム中に挿入されたソース識別
ビットを用いて識別する。また前述の閉ループ制御の実
施例においても、様々な電力制御コマンド源を識別する
のにこれと同様な技術を用いることができる。また同様
にフェージングがきついときには、フェージングを受け
る経路よりはフェージングを受けない経路のアップリン
ク電力を、たとえば３ｄＢ増加して用いる方が望まし
い。この判断はこれら二つの経路の受信信号レベルを比
較してなされる。
【００４２】図１０を参照すると、本発明の開示する方
法は (A)ユーザ端末からのアップリンク信号を宇宙セグ
メントの少なくとも二つの衛星に同時に送信するステッ
プと、(B)前記少なくとも二つの衛星がそれぞれ前記ア
ップリンク信号を受信するステップと、(C)宇宙セグメ
ント内において、前記少なくとも二つの衛星のそれぞれ
に対して受信した信号強度指示と所望の受信信号強度指
示との差分を確定するステップと、(D)前記差分に応じ
てユーザ端末が用いる少なくとも一つの電力制御コマン
ドを宇宙セグメント内において生成するステップと、
(E)宇宙セグメントからユーザ端末へ前記少なくとも一
つの電力制御コマンドを送信するステップと、(F)前記
少なくとも一つの電力制御コマンドに従ってアップリン
ク信号の送信電力を調整するステップと、からなる。
【００４３】上記では主に低軌道周回衛星および静止軌
道衛星からなる宇宙セグメントに関して説明したが、本
発明の開示するところによれば低軌道周回衛星および中
軌道周回衛星、また中軌道周回衛星および静止軌道衛星
についても応用することが可能である。以上では、本発
明の望ましい実施態様に関して特に述べたが、本発明の
範囲と思想から逸脱せずに構成と詳細を変えられること
を、当業者であれば理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】非静止軌道（ＮＧＳＯ）衛星群および静止軌道
（ＧＳＯ）衛星群の相互関係および地球との関係を説明
する簡略化した模式図である。
【図２】様々なユーザ端末、非ＧＳＯゲートウェイ、Ｇ
ＳＯゲートウェイ、ＧＳＯ衛星群およびこれらの間の通
信リンクを示し、図１をさらに詳しく説明する図であ
る。
【図３】ＮＧＳＯ衛星のカバレッジエリアが重ならない
場合において、二つのユーザ端末の動作を説明する図で
ある。
【図４】二つのＮＧＳＯ衛星のカバレッジエリアの重複
エリアにおけるユーザ端末の動作を説明する図である。
【図５】ユーザ端末の簡略化したブロック図である。
【図６】ＮＧＳＯ衛星の一つの簡略化したブロック図で
ある。
【図７】図４の重複したカバレッジエリアの場合をさら
に説明する図である。
【図８】ＧＳＯ衛星の一つの簡略化したブロック図およ
び図４、図７の重複したカバレッジエリアの場合をさら
に詳しく説明する図である。
【図９】受信したユーザ端末信号をベースバンドに復調
する回路の簡略化したブロック図である。
【図１０】本発明の方法に従った論理フローチャートで
ある。
【符号の説明】
１ 衛星通信システム ２ 非ＧＳＯ衛星 ２ａ，５ａ バッテリ ２ｂ 太陽電池 ２ｃ 電力制御ユニット ２ｄ，５ｂ デジタル部 ２ｅ，５ｃ ＲＦ部 ２ｆ，５ｄ アンテナ ３ ＧＳＯ衛星 ３ｂ アンテナ ５ ユーザ端末 ６ 公衆電話交換網 ７ ＧＳＯゲートウェイ ８ ＮＧＳＯゲートウェイ １１ 静止軌道 １２ 非静止軌道 ２１，２２ カバレッジエリア ３１ ユーザアップリンク ３２ ユーザダウンリンク ３３ 降雨セル ３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ リンク ３５ アップリンク ３６ ダウンリンク ４０ デジタル受信回路 ４０ａ ミキサ ４０ｂ 逆拡散器 ４０ｃ ＰＮコード発生器 ４０ｄ 復調器 ４０ｅ デコーダ
フロントページの続き (72)発明者 ロバート エイ． ウィーデマン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94074 ロスアルトス モーラコート 1735

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一つのユーザ端末を有する地
    上セグメントおよび複数の非静止軌道衛星を有する宇宙
    セグメントを含む衛星通信システムのユーザ端末の送信
    電力を制御する方法であって、 前記ユーザ端末からのアップリンク信号を前記宇宙セグ
    メントの少なくとも二つの衛星に同時に送信するステッ
    プと、 前記少なくとも二つの衛星がそれぞれ前記アップリンク
    信号を受信するステップと、 前記宇宙セグメント内において、前記少なくとも二つの
    衛星のそれぞれにおいて受信信号の強度指示(indicatio
    n)と所望の受信信号強度指示との差分を確定するステッ
    プと、 前記宇宙セグメント内において、前記差分に応じた前記
    ユーザ端末が用いる少なくとも一つの電力制御コマンド
    を生成するステップと、 前記宇宙セグメントから前記ユーザ端末へ前記少なくと
    も一つの電力制御コマンドを送信するステップと、 前記少なくとも一つの電力制御コマンドに従ってアップ
    リンク信号の送信電力を調整するステップと、からなる
    方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって、前記ア
    ップリンク信号を受信するステップが該受信したアップ
    リンク信号をベースバンドに復調するステップを含むこ
    とを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法であって、前記ア
    ップリンク信号を受信するステップが、前記ユーザ端末
    に割り当てられた拡散コードを用い該受信したアップリ
    ンク信号を逆拡散するステップを含むことを特徴とする
    方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法であって、前記差
    分を確定するステップが確定した差分を前記少なくとも
    二つの衛星のそれぞれから、より高高度軌道にある第三
    の衛星に送信するステップをさらに含むことを特徴とす
    る方法。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の方法であって、前記第
    三の衛星が中軌道衛星または静止軌道衛星であることを
    特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の方法であって、前記少
    なくとも一つの電力制御コマンドを生成するステップが
    前記第三の衛星によってなされることを特徴とする方
    法。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の方法であって、前記ア
    ップリンク信号を受信するステップが、 該受信したアップリンク信号を前記第三の衛星に中継す
    るステップと、 前記第三の衛星において、該中継されたアップリンク信
    号の全てまたは一部を復調し前記差分を確定するステッ
    プと、をさらに有し、 前記少なくとも一つの電力制御コマンドを生成するステ
    ップが前記第三の衛星によってなされることを特徴とす
    る方法。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の方法であって、 オーバーライド(override)電力制御信号を生成し、前記
    オーバーライド電力制御信号をユーザ端末に送信するス
    テップ、をさらに有し、 前記少なくとも一つの電力制御コマンドを生成し送信す
    るステップが第一の間隔でなされ、前記オーバーライド
    電力制御信号を生成し送信するステップが第二の間隔で
    なされ、第二の間隔が第一の間隔より長いことを特徴と
    する方法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の方法であって、 前記第一の間隔で生成および送信される前記電力制御コ
    マンドが、低軌道衛星または中軌道衛星からなる衛星群
    の前記少なくとも二つの衛星によって生成され、前記オ
    ーバーライド電力制御信号が前記少なくとも二つの衛星
    よりも高高度軌道にある第三の衛星によって生成および
    送信されることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の方法であって、該受
    信するステップが該受信したアップリンク信号を地上ゲ
    ートウェイ局に送信し、地上通信ネットワークと接続す
    ることを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 少なくとも一つのユーザ端末と少なく
    とも一つの地上ゲートウェイ局を有する地上セグメン
    ト、および複数の非静止軌道衛星を有する宇宙セグメン
    トを含む衛星通信システムであって、 前記ユーザ端末内に、アップリンク信号を前記宇宙セグ
    メントの少なくとも二つの衛星に同時に送信する送信機
    と、 前記少なくとも二つの衛星のそれぞれの中に、前記アッ
    プリンク信号を受信する受信機と、 前記宇宙セグメント内の前記少なくとも二つの衛星のそ
    れぞれが受信信号の強度指示と所望の受信信号強度指示
    との差分を確定する第一の制御器と、 前記宇宙セグメント内において前記差分に応じた前記ユ
    ーザ端末が用いる少なくとも一つの電力制御コマンドを
    生成する第二の制御器と、 前記宇宙セグメントから前記ユーザ端末へ前記少なくと
    も一つの電力制御コマンドを送信する送信機と、 前記ユーザ端末内に前記少なくとも一つの電力制御コマ
    ンドに従ってアップリンク信号の送信電力を調整する手
    段と、からなるシステム。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のシステムであっ
    て、前記受信機が該受信したアップリンク信号をベース
    バンドに復調する回路を備えていることを特徴とするシ
    ステム。
  13. 【請求項１３】 請求項１１に記載のシステムであっ
    て、前記受信機が前記ユーザ端末に割り当てられた拡散
    コードを用い該受信したアップリンク信号を逆拡散する
    回路を備えていることを特徴とするシステム。
  14. 【請求項１４】 請求項１１に記載のシステムであっ
    て、前記差分を確定する前記第一の制御器が前記少なく
    とも二つの衛星の双方に設置され、前記第二の制御器も
    また前記少なくとも二つの衛星の双方に設置され、さら
    に前記少なくとも二つの衛星の該確定した差分を直接、
    または他方を経由して送信する手段を有することを特徴
    とするシステム。
  15. 【請求項１５】 請求項１１に記載のシステムであっ
    て、前記差分を確定する前記第一の制御器が前記少なく
    とも二つの衛星の双方に設置され、前記第二の制御器が
    より高高度軌道にある第三の衛星に設置され、さらに該
    確定した差分を前記少なくとも二つの衛星から前記第三
    の衛星へ送信する手段を有することを特徴とするシステ
    ム。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のシステムであっ
    て、前記第三の衛星が中軌道衛星または静止軌道衛星で
    あることを特徴とするシステム。
  17. 【請求項１７】 請求項１１に記載のシステムであっ
    て、前記受信機が該受信したアップリンク信号を第三の
    衛星に中継する送信機に結合され、前記第三の衛星が該
    中継されたアップリンク信号の全てまたは一部を復調す
    る手段と、前記第一の制御手段および第二の制御手段と
    を有することを特徴とするシステム。
  18. 【請求項１８】 請求項１１に記載のシステムであっ
    て、前記第一の制御器および前記第二の制御器が前記少
    なくとも二つの衛星の双方に設置され、第一の間隔で送
    信される前記少なくとも一つの電力制御コマンドを生成
    し、さらに前記少なくとも二つの衛星よりも高高度軌道
    を周回する衛星中に、前記第一の間隔よりも長い第二の
    間隔で前記ユーザ端末に送信されるオーバーライド電力
    制御コマンドを生成する第一、第二の制御器を有するこ
    とを特徴とするシステム。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載のシステムであっ
    て、前記少なくとも二つの衛星が低軌道衛星群の一部で
    あり、前記第三の衛星が中軌道衛星または静止軌道衛星
    であることを特徴とするシステム。
  20. 【請求項２０】 請求項１１に記載のシステムであっ
    て、前記受信機の出力が地上通信ネットワークと接続す
    るために該受信したアップリンク信号を地上ゲートウェ
    イ局に送信する送信機と接続されていることを特徴とす
    るシステム。
  21. 【請求項２１】 衛星通信システムであって、 送信機および受信機を有する複数のユーザ端末と、 地上通信ネットワークと双方向的に接続された少なくと
    も一つのゲートウェイ局と、 周回軌道上の複数の衛星と、 前記複数の衛星に配置された、前記複数のユーザ端末の
    通信経路障害を補償するための送信電力制御コマンドを
    個別に生成する電力制御機能と、からなり前記複数の衛
    星の少なくとも一つが、通信経路を経由して前記ユーザ
    端末から通信信号を受信する手段と、前記通信信号を前
    記少なくとも一つのゲートウェイ局へ送信する手段と、
    を備えていることを特徴とするシステム。
JP9342699A 1996-12-12 1997-12-12 衛星によるユーザ端末の通信電力制御 Pending JPH10209939A (ja)

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