JPH11163777A - マルチビーム衛星増幅器のためのダイナミックな電力割当てシステムおよび方法 - Google Patents

マルチビーム衛星増幅器のためのダイナミックな電力割当てシステムおよび方法

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JPH11163777A
JPH11163777A JP10248394A JP24839498A JPH11163777A JP H11163777 A JPH11163777 A JP H11163777A JP 10248394 A JP10248394 A JP 10248394A JP 24839498 A JP24839498 A JP 24839498A JP H11163777 A JPH11163777 A JP H11163777A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、トラフィック量に応じて増幅器22
a, bの電力をダイナミックに調整可能な衛星用の電力割
当てシステムを提供することを目的とする。 【解決手段】 トラフィックと共に変化するアップリン
ク信号を受信し、このアップリンク信号を増幅し、動作
点が給電端子に供給される供給電圧Ｖs によって変化す
る増幅器22a, bと、この増幅器22a, bで増幅する前に信
号の電力レベルを感知してその感知された電力レベルに
基づいて供給する供給電圧を制御する制御装置42とを具
備し、増幅器22a, bが信号電力レベルが低いときには消
費する電力が少なくなり、信号電力レベルが高いときに
は飽和しないように制御されることを特徴とする。電力
割当ては地上ステーションから制御されることもでき
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、マルチビーム通信
衛星に関し、特に、可変のトラフィック状況に合致させ
るように電力をフレキシブルにダイナミックに高電力増
幅器に割当てながら増幅器の効率を維持するシステムお
よび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの現在の衛星システムは、異なる地
理学上の領域に位置するユーザにキャパシティを割当て
るために多数のスポットビームを使用する。これらのシ
ステムの例は、高帯域幅データを分配するために幾つか
の大きいビームが使用される固定衛星サービス（ＦＳ
Ｓ）から、移動および固定のユーザと公衆交換電話回線
網（ＰＳＴＮ）へ接続しているローカルゲートウェイス
テーションとの間でデジタル音声および低速データを接
続するために次世代システムにおいて数百のスポットビ
ームが使用される移動衛星サービス（ＭＳＳ）まで及ん
でいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】受信ステーションにお
いて明確な受信を確実にするために、衛星はアップリン
ク信号を増幅して強力なダウンリンク信号を生成しなけ
ればならない。しかしながら、軌道を旋回している衛星
上で使用可能な電力は、衛星の太陽電池パネルによって
発生された電力の量によって限定される。既知のシステ
ムは固定量の電力を各チャンネルに割当てている。結果
的に、チャンネル上のトラフィックが軽負荷であるとき
には電力は無駄にされ、トラフィックが高負荷であると
きには増幅器は飽和し、それによって増幅は明確な受信
を確実にするには不十分となる。
【０００４】ヒューズ・エアクラフト社に譲渡されたCr
ampton氏等による米国特許第5,119,042 号明細書におい
て、飽和せずに線形領域での動作を維持するために各チ
ャンネル増幅器の動作点をダイナミックに調節する方法
が開示されている。Crampton氏等による発明では、受信
されたアップリンク信号の電力レベルが測定され、増幅
器がその線形領域で動作するようにその動作点が調整さ
れる。そのシステムは他のチャンネルの電力要求を監視
しない。また、それは使用されなかった電力をあるチャ
ンネルから一層重負荷の信号トラフィックを有するチャ
ンネルに割当てない。
【０００５】別の既知の電力割当てシステムは、バトラ
ーマトリックス構成の固体半導体電力増幅器を使用す
る。Sandrin の文献“The Butler Matrix Transponder
”(COMSAT Taechnical Review, Vol.4, No.2, Fall 19
74, pages 320-321参照) に記載されたバトラーマトリ
ックス構成は、２つの相補的なバトラーマトリックス・
ネットワークを使用する。その一方が１組の増幅器に先
行し、他方は後続する。そのネットワークは各増幅器間
で各信号を分配および収集する。この構成は、入来する
信号を増幅器間で分配し、増幅された信号をそれらのそ
れぞれの出力に再度分配することによってフレキシブル
な電力の割当てを行う。バトラーマトリックス構成を使
用すると、全てのチャンネルの信号電力が等しいときに
最適の性能を達成できる。このシステムは、より重負荷
のトラフィックを処理するチャンネルに余分な電力を割
当てず、また、そのようなことを意図しない。むしろ、
Sandrin の電力増幅器は全ての入力信号を等しく増幅す
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、増幅器の効率
を維持し、ピークトラフィックの要求を満足させ、トラ
フィックが低い期間中の電力の消費を減少するために、
衛星の高電力増幅器に電力をダイナミックに割当てる。
これは、チャンネル上でトラフィックを監視し、トラフ
ィックに基づいて使用可能な電力を割当てることによっ
て達成される。
【０００７】一実施形態において、各チャンネルは、増
幅の前にダウンリンク信号の電力レベルを感知する。増
幅器に供給された電力は、入力信号の変化を追跡し、そ
れによってトラフィックが低い期間中に電力を保留し、
ピーク要求の期間中に増幅器が飽和するのを防ぐ。この
実施形態において、衛星はアップリンク信号を受信し、
それをダウンリンク信号に変換する。検出器は、チャン
ネルのトラフィックを反映するダウンリンク信号の電力
レベルを感知し、電力レベルを電力供給に対する基準と
して使用し、それによって増幅器に与えられた供給電圧
を変化させる。
【０００８】別の実施形態において、多数のチャンネル
上のトラフィックは監視され、衛星の使用可能な電力
は、別のチャンネルに関連したチャンネルの要求に基づ
いて各チャンネルに割当てられる。各チャンネルのダウ
ンリンク信号の電力レベルは感知されてＤＣ電圧に変換
され、合計されて合計電圧を生成する。合計電圧は、各
チャンネルのそれぞれのＤＣ電圧に対して評価され、そ
れによって別のチャンネルに関連したチャンネルの電力
要求が決定される。衛星の使用可能な電力の割合（百分
率）を変化させるために使用されたそれぞれ評価された
電圧は、それぞれの増幅器に割当てられる。調整可能な
電力供給によって、それぞれの評価された電圧に従って
それぞれの増幅器の供給端子に与えられた供給電圧が変
化される。ピークトラフィック要求を満足させるため
に、衛星上の使用可能な電力がそれらの相対的な要求に
基づいてチャンネルに割当てられる。このシステムは、
未使用の電力をあるチャンネルからもっと重負荷のトラ
フィックを処理するチャンネルに割当てることによって
既知の増幅システムの欠点を克服する。それはまた、増
幅器の線形動作範囲を拡大することによってピークトラ
フィック中の飽和を回避し、トラフィックが軽負荷であ
るチャンネル上の電力の消費を減少する。
【０００９】別の実施形態において、衛星から送信され
たダウンリンク信号の電力レベルは地上ステーションか
ら制御される。指令は地上ステーションから受信され、
衛星上で生成された合計電圧の代りに指令電圧レベルを
使用するために電力割当てシステムに導かれる。この構
成は、時間スロットに基づいて入力信号を分配する時分
割マトリックス（ＴＤＭ）システムに特に有効である。
ＴＤＭ流は地上ステーションで生成されるので、チャン
ネルトラフィックは送信の前に容易に監視される。ＴＤ
Ｍ流と共に送信された指令は衛星上で使用され、それに
よってさらに重負荷のトラフィックのチャンネルに増加
した電力を割当てる。
【００１０】ダイナミックに調整可能な増幅システムを
使用して、衛星上では貴重である電力は、チャンネル上
のトラフィックに従ってダウンリンク信号を増幅するこ
とによって保存される。
【００１１】本発明のこれらおよびその他の特徴は、添
付図面（正確な縮尺率で描かれていない）を参照して以
下の詳細な説明から当業者には明らかとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】ダイナミックに調整可能な電力割
当てシステムは、トラフィックレベルに基づいて高電力
増幅器に供給された電力を調整し、それによって電力の
消費を減少し、ピークトラフィック要求を満足させる。
マルチチャンネルシステムの場合、使用可能なシステム
の電力をチャンネル間で割当てるために多数のチャンネ
ル上のトラフィックが監視される。チャンネル上のトラ
フィックが増加すると、そのチャンネルに割当てられる
電力は対応して増加する。別の実施形態において、電力
は地上ステーションから発生されて送信された指令によ
って制御される。
【００１３】図１に示されているように、マルチビーム
衛星2 は、単一の地上ステーション6 からアップリンク
信号4 を受信し、それらをこの例においては４つの地球
上の領域8a乃至8dに送信する。複数の送信チャンネルに
対するアップリンク信号は、周波数多重化された搬送波
あるいは時間スロットを使用して送信される。周波数多
重化された搬送波に対するチャンネルの目的地を決定す
るために、各チャンネル受信機は特定の帯域内の信号に
応答するように同調されている。受信アンテナの周波数
スペクトルは、そのアンテナによって供給されたチャン
ネルの周波数帯域を含んでいる。時分割マトリックス
（ＴＤＭ）システムは、時間スロット内の信号のバース
トを使用する。衛星に搭載された時分割マトリックスス
イッチは、それが占有する時間スロットに基づいて受信
された信号バーストをそれらの正確な目的地に送信す
る。ダイナミックな電力増幅システムは搬送波の両方の
タイプに適用可能であり、それは、チャンネルトラフィ
ックにおける増加が増加した入力信号電力レベルによっ
て反映されるからである。
【００１４】個々のダウンリンクビームにおいて送信さ
れた情報の量は、入来トラフィックと共に変化する。１
つの方法において、図２および図３に詳細に示されてい
るように、チャンネルは独立して調整され、それによっ
て増幅器の電力はそのチャンネルにおいてのみアップリ
ンク信号の電力を追跡する。別の方法において、図５に
詳細に説明されているように、増幅器の電力は別のチャ
ンネルに関連してそのチャンネルにおいてアップリンク
信号の電力を追跡する。ピークチャンネル要求を満足さ
せるために、使用可能な電力は低いトラフィックチャン
ネルから高いトラフィックチャンネルにシフトされる。
例えば、ビーム10a および10b のダウンリンクの帯域内
のアップリンク信号4 の数がそれぞれ大きい、および小
さいとき、ダウンリンクビーム10a において送信された
ダウンリンク信号を増幅するために必要な付加的な電力
は、ダウンリンクビーム10b からシフトオーバーされ
る。これによって十分な増幅が行われ、結果的に信号の
送信が受信ステーションによって強力に良好に受信さ
れ、一方でシステムの電力消費が減少される。
【００１５】図２は、図１に示されたタイプのマルチビ
ーム衛星の単一のチャンネルのためのダイナミックに調
整可能な衛星増幅システム12の概略図である。受信アン
テナ14は、アップリンク信号を受信し、それを受信機16
に供給し、そこにおいてアップリンク信号は濾波されて
それぞれのダウンリンク信号に変換される。方向性結合
器あるいはＴジャンクション等のサンプリング装置18
は、高電力増幅器22によって増幅される前にダウンリン
ク信号をサンプリングする。ダイオードあるいは結晶検
出器等の検出器24はサンプリングされた信号を感知し、
それを対応するＤＣ電圧レベルに変換し、それによって
基準電圧が与えられる。電源28は、増幅器22に供給され
た電力を、その供給端子30に与えられた供給電圧Ｖs を
基準電圧に従って変化させることによって調整する。電
力増幅器22は、ドレイン電圧および出力電力の範囲にわ
たってその効率を維持するように設計されるべきであ
る。動作点がダイナミックに調整された半導体電力増幅
器はCrampton氏等による米国特許第5,119,042 号明細書
に記載されている。増幅システムは、ダウンリンク信号
をサンプリングするために結合器を使用するものとして
説明されてきたが、受信機16と増幅器22との間に接続さ
れた検出器はダウンリンク信号の電圧レベルを直接検出
することができる。
【００１６】チャンネル上のトラフィックが変化する
と、新しい増幅システムは、電力増幅器22の供給端子30
に与えられた供給電圧をダイナミックに調整する。図３
において、高電力増幅器22の線形動作範囲が示されてい
る。増幅器22の動作点は、増幅器22に与えられた供給電
圧Ｖs を変化させることによって変化される。曲線は、
公称供給電圧Ｖs の線形動作範囲を示し、曲線31は、ピ
ークトラフィック期間中の飽和を回避するために増加さ
れた供給電圧Ｖs を増幅器22に与えたときの増幅器22の
拡張された動作範囲を示している。同様に、低トラフィ
ックの期間中に、電力消費はグラフ35によって示されて
いるように低供給電圧で増幅器22を動作することによっ
て減少される。図３に示されているように、増幅器の利
得は、チャンネルトラフィックにおける変化を追跡する
ようにその動作点が変化する間維持される。
【００１７】図４に示されているように、システムは衛
星上で感知された電力レベルか、あるいは衛星に送信さ
れたトラフィックを監視する地上ステーションによって
供給された基準電圧のいずれかに応答して変調されるこ
とができる。地上ステーションは、送信された指令電圧
に従ってダウンリンク信号を増幅するように衛星に選択
的に指令を送信してそれを導く。そのような指令が受信
されたとき、スイッチ32は指令電圧を電源28にスイッチ
ングする。そうでなければ、衛星上で感知された信号電
圧レベルは電源28に送られる。
【００１８】新しいダイナミックに調整可能な増幅シス
テムは、複数のチャンネル上でトラフィックを監視する
ときに特に有効である。複数のチャンネルを監視するこ
とによって、電力はより重い負荷のトラフィックを受け
るチャンネルに割当てられるが、より軽い負荷のトラフ
ィックのチャンネルの電力増幅を減少することができ
る。このシステムを使用すると、システムの全体の電力
要求を増加させずにチャンネルに対して使用可能な電力
が増加される。実効的に増幅されたトラフィックの期間
中に１つのチャンネルによって要求された付加的な電力
は軽負荷のトラフィックを有するチャンネルから借りら
れる。
【００１９】図５および図６に示されているように、衛
星受信アンナテ14a および14b はアップリンク信号を受
信し、受信機16a および16b はそれらを増幅のためにそ
れぞれのダウンリンク信号に変換し、送信アンテナ34a
および34b から放送する。図１に示されているように、
太陽電池パネル36は電力を衛星に供給し、その一部はダ
ウンリンク信号の増幅に使用できる。増幅の前に、検出
器24a および24b はそれらのそれぞれのチャンネルのダ
ウンリンク信号の電力レベルを感知し、それをＤＣ電圧
に変換する（ステップ38）。制御装置42は使用可能な増
幅電力をチャンネル上の相対的なトラフィックレベルに
基づいて増幅器に割当てる。この例において、制御装置
42は加算あるいは積分回路44を含み、それによってＤＣ
電圧を加算し、監視されたチャンネルの加算された電圧
を生成する（ステップ46）。各チャンネルのＤＣ電圧は
加算された電圧によって測定（スケール）され（ステッ
プ48）、それによってそのチャンネルに割当てられた使
用可能な電力の割合（百分率）を決定する。測定された
電圧は基準電圧として使用され、それによってそれぞれ
の増幅器22a および22b の供給端子30a および30b に与
えられたＤＣ供給電圧を決定する（ステップ50）。この
例において、測定は加算された電圧を可変抵抗器52a お
よび52b の一方の端子に供給し、一方、感知されたＤＣ
電圧を他方に供給することによって達成される。抵抗器
52a および52b を横切る電圧の降下は、感知された電圧
と加算された電圧との間の差、すなわち測定された電圧
である。電源28a および28b の制御端子26a および26b
に与えられた測定された基準電圧（ステップ55）は、そ
のトラフィックに基づいたチャンネルに対する電力要求
を反映している。各チャンネルの増幅器22a および22b
は、（ステップ56および58において）それぞれの電源28
a および28b によって供給された供給電圧Ｖs を受け、
それは別のチャンネルの電力要求に関連した電力要求を
反映している。チャンネルのトラフィックレベルが変化
するので、チャンネル間での電力の割当ても変化する。
一方の増幅器への電力の割当てを効果的に低下させる
と、チャンネル上のトラフィックが増加しているために
一層電力を要求する増幅器に対して使用可能な電力が増
加する。
【００２０】チャンネルのトラフィック、従ってチャン
ネルの電力要求は、地上ステーションから監視され、制
御されることができる。地上ステーションから受信され
た指令（ステップ60）は、（ステップ64において）電源
28a および28b の制御端子26a および26b に供給される
測定された基準電圧を（ステップ62において）生成する
ために、システムが加算された電圧の代わりに受信され
た基準電圧を使用するように指令する。図５に示されて
いるように、スイッチ66は、加算された電圧あるいは基
準電圧のいずれかを測定装置に与えるために使用され
る。スイッチ66の位置は、地上ステーションから受信さ
れた指令によって制御される。この別の実施形態は、時
分割マトリックスを使用する衛星に特に適している。マ
トリックスは、増幅および放送のためにその対応するチ
ャンネルに各時間スロット内の情報を分配する。ストリ
ームは単一の地上ステーションから送信されるので、ト
ラフィックは容易に監視されることができる。全トラフ
ィックに対応する指令はストリームと共に送信され、そ
れによって新しい増幅システムがストリーム中の指令に
従って多数のチャンネル上で供給電圧を変化させる。
【００２１】ダイナミックに調整可能な電力割当てシス
テムを使用することの利点は、それがそのチャンネル上
のトラフィックおよび別のチャンネルの要求に関連して
各チャンネルに電力を割当てることである。新しいシス
テムはまた、地上から電力割当てを制御し、それによっ
て制限された衛星の電力が軽負荷のトラフィックを有す
るチャンネルから重負荷のトラフィックを処理するチャ
ンネルに効率的にシフトされるようにする方法を提供す
る。重負荷のトラフィックを経験するチャンネルに電力
を割当てると、結果的に地上ステーションでのダウンリ
ンク信号の受信が改良され、トラフィックが軽負荷であ
る期間中の電力の消費は減少する。
【００２２】半導体増幅器を使用したダイナミックな電
力割当てシステムを説明してきたが、それは進行波管
（ＴＷＴ）増幅器等の別の増幅装置に使用することもで
きる。しかしながら、ＴＷＴ増幅器でこのシステムを実
施するために、ＴＷＴ増幅器は陰極の電流を調整するよ
うに付加的な制御陽極を必要とする。別の実施形態も当
業者によって行われるであろう。そのような変更および
修正は、添付された特許請求の範囲において定義された
本発明の意図および技術的範囲から逸脱せずに意図さ
れ、実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】異なる地理的領域のユーザに放送する多数のス
ポットビームを有するマルチビーム通信衛星の実施形態
の概略図。
【図２】増幅器に与えられた供給電圧をダイナミックに
調整する単一チャンネル増幅システムの概略図。
【図３】本発明による増幅器の線形動作範囲のグラフ
図。
【図４】選択可能なオペレータ制御によりダイナミック
に調整可能な電力増幅器の概略図。
【図５】複数のチャンネルを監視し、それぞれの増幅器
に与えられた供給電圧を調整するダイナミックに調整可
能な電力割当てシステムの概略図。
【図６】本発明に従って増幅器に与えられた供給電圧を
ダイナミックに調整する方法のフロー図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・ダブリュ・メイフィールド アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90505、トランス、オードレー・アヴェニ ュー 23219 (72)発明者 マーヴィン・アール・ワックス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91302、カラバサス、ポール・リヴィア・ ドライブ 22555

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トラフィックと共に変化するアップリン
    ク信号を受信する衛星のためのダイナミックに調整可能
    な電力割当てシステムにおいて、 前記アップリンク信号を増幅し、供給電圧を受けるため
    の給電端子を有し、動作点が前記供給電圧と共に変化す
    る増幅器と、 前記増幅器の前に前記信号の電力レベルを感知し、前記
    感知された電力レベルに基づいて前記供給電圧を供給
    し、それによって前記増幅器は信号電力レベルが低いと
    きには消費する電力が少なくなり、信号電力レベルが高
    いときには飽和しないように制御する制御装置とを具備
    している電力割当てシステム。
  2. 【請求項２】 電力割当ては地上ステーションから制御
    され、さらに、 前記感知された電力レベルと前記地上ステーションから
    受信された指令信号との間で切換え、それによって前記
    供給電圧が前記指令信号の存在しているときにそれに基
    づいて変化され、それによって前記増幅器への電力の割
    当てが前記地上ステーションから制御されるスイッチン
    グ回路を具備している請求項１記載の電力割当てシステ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記衛星は複数のチャンネルに対するア
    ップリンク信号を受信するマルチビーム衛星であり、前
    記アップリンク信号は前記チャンネル上のトラフィック
    と共に変化し、さらに、 それぞれのアップリンク信号を増幅するための複数の増
    幅器と、 前記複数の増幅器に使用可能な電力を供給する衛星に搭
    載された電源と、 前記チャンネル上の相対的なトラフィックに基づいて前
    記それぞれの増幅器に使用可能な電力を割当て、それに
    よってトラフィックが軽負荷であるチャンネル上での電
    力の消費を減少し、トラフィックが重負荷であるチャン
    ネル上での増幅器の飽和を防ぐ制御装置とを具備してい
    る請求項１記載のダイナミックに調整可能な電力割当て
    システム。
  4. 【請求項４】 前記制御装置は、 前記アップリンク信号の電力レベルを感知し、それぞれ
    のＤＣ信号を生成する複数の検出器と、 前記それぞれのＤＣ信号を加算して加算された電圧を生
    成する加算装置と、 前記加算された電圧に対する前記各ＤＣ信号を測定し、
    それによって前記チャンネル上の相対的なトラフィック
    に基づいて前記複数の増幅器に前記使用可能な割合の電
    力を割当てるために基準電圧として使用されるそれぞれ
    の測定された電圧を生成する測定装置とを含んでいる請
    求項３記載の調整可能な電力割当てシステム。
  5. 【請求項５】 軌道衛星上で受信されたアップリンク信
    号を増幅するために電力をダイナミックに割当てる方法
    において、 前記衛星によって受信された前記アップリンク信号の電
    力レベルを感知し、前記アップリンク信号の前記電力レ
    ベルはチャンネルトラフィックと共に変化し、 前記衛星上の使用可能な電力の一部を前記感知された電
    圧レベルに基づいて増幅器に割当て、それによって前記
    増幅器の電力の消費はアップリンク信号のレベルが低い
    ときには減少され、アップリンク信号のレベルが高いと
    きには増加されて飽和を防ぎ、 前記衛星からの送信のための前記アップリンク信号をそ
    れぞれのダウンリンクビームにおいて増幅するステップ
    を含んでいる電力割当て方法。
  6. 【請求項６】 さらに、地上ステーションから前記衛星
    に対して指令電圧を送信し、 前記ＤＣ信号と前記指令信号との間でスイッチングして
    基準電圧を与え、 前記地上ステーションからの前記指令信号が存在してい
    るときにそれに従って前記入力信号を増幅するために前
    記増幅器に供給電圧を割当てるように前記基準電圧を電
    源に与えるステップを含んでいる請求項５記載の電力割
    当て方法。
  7. 【請求項７】 前記衛星は複数の増幅器を有しており、
    さらに、前記衛星上のそれぞれのチャンネル中の複数の
    入力信号の電力レベルを感知し、前記入力信号の電力レ
    ベルは前記チャンネル上のトラフィックと共に変化し、 前記それぞれの感知された電力レベルを加算して加算さ
    れた電圧を生成し、 それぞれの複数の測定装置によってそれぞれの感知され
    た電力レベルに対する前記加算された電圧を測定し、そ
    れによってそれぞれの複数の測定された電圧を生成し、 前記衛星上の前記使用可能な割合の電力を前記複数の測
    定された電圧に基づいて前記複数の増幅器に割当て、 前記それぞれの測定された電圧に従って前記複数の増幅
    器によって前記複数の入力信号を増幅し、それによって
    前記それぞれの入力信号の電力レベルに基づいて使用可
    能な電力をダイナミックに割当てるステップを含んでい
    る請求項５記載の電力割当て方法。
JP10248394A 1997-09-02 1998-09-02 マルチビーム衛星増幅器のためのダイナミックな電力割当てシステムおよび方法 Expired - Fee Related JP3043714B2 (ja)

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US922687 1997-09-02

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