JP2003273789A

JP2003273789A - マルチビーム衛星通信システムにおける通信衛星

Info

Publication number: JP2003273789A
Application number: JP2002072694A
Authority: JP
Inventors: Muneo Konishi; 宗生小西; Masahiro Inoue; 雅広井上; Koji Horikawa; 浩二堀川; Yasuki Nishi; 泰樹西
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、フィーダ・リンクにおける周波数
利用効率を向上させ、比較的小型でコストの廉価な通信
衛星を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による通信衛星は、周波数軸上で
所定の間隔で並んだ複数の第１周波数資源と、該複数の
第１周波数資源に重複しないように並んだ複数の第２周
波数資源とを、偏波特性の異なる２つの偏波を利用し
て、フィーダ・リンクを通じて地球基地局と通信を行う
第１送受信機と、サービス・エリア内のユーザとサービ
ス・リンクを通じて通信を行う第２送受信機と、前記サ
ービス・リンクを形成するビームの各々と前記複数の第
１および第２周波数資源とを関連付ける割当手段を有す
る。単独の第１および第２周波数資源の帯域幅は、前記
ユーザに割り当てれられるチャネルの帯域幅より大き
く、前記サービス・リンクで必要な帯域幅より小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に衛星通信の
技術分野に関し、特にマルチビーム衛星通信システムに
おける通信衛星に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、この種の技術分野で一般的に使
用されているマルチ・ビーム方式の衛星通信システム１
００の概略図を示す。この衛星通信システム１００は、
地球基地局１０２と、この地球基地局１０２とフィーダ
・リンク１０４を通じて通信を行う通信衛星１０６と、
サービス・エリア１１２内のユーザ局１１４とを有す
る。通信衛星１０６は、複数のアンテナ・ビーム１１０
より成るサービス・リンク１０８を通じてユーザ局１１
４との通信を行う。複数のアンテナ・ビーム１１０は、
地表面上に複数の電波照射領域（サービス・エリア）１
１２を形成する。このサービス・エリア１１２内に位置
するユーザ局１１４は、通信衛星１０６および地球基地
局１０２を介して所望の通信を行うことが可能である。
現在、日本で運用されているシステムの一例では、フィ
ーダ・リンク１０４ではＣバンドの周波数帯域が使用さ
れ、サービス・リンク１０８ではＳバンドの周波数帯域
が使用されている。地球基地局１０２から通信衛星１０
６を介してユーザ局１１４へ向かう通信リンクは、フォ
ワード・リンクと呼ばれる。ユーザ局１１４から通信衛
星１０６を介して地球基地局１０２へ向かう通信リンク
は、リターン・リンクと呼ばれる。

【０００３】図２は、このような衛星通信システムにお
ける従来の通信衛星２００の概略ブロック図を示す。こ
の例では、サービス・エリアが４つのビームで覆われる
マルチ・ビーム方式が採用されている。図１と同一の要
素には同一の参照番号が付されている。このような衛星
通信システムに関しては、例えば、K. Furukawa, Y.Nis
hi, H. Kondo, T. Ueda, and Yasuda,“N-STAR Mobile
Communication System", GLOBECOM ’96, pp. 390-39
5, 1996.の文献がある。通信衛星２００は、地球基地局
１０２からの信号をフィーダ・リンク１０４を介して、
Ｃバンド用のダイプレクサＣＤＰＸおよび受信機ＣＲＸ
により受信する。受信信号は、周波数変換および帯域制
限等の処理を行うデマルチプレクサまたは分波器ＤＥＭ
ＵＸに入力された後に、各サービス・エリアに送信する
ためのＳバンド用の送信機ＳＴＸにそれぞれ入力され
る。ビーム数に対応した４つの送信機ＳＴＸからの出力
は、マトリクス増幅器ＭＰＡにて増幅され、４つのＳバ
ンド用のダイプレクサＳＤＰＸを通じて、各々のビーム
・アンテナから放出される。ビームの各々はサービス・リ
ンク１０８を形成し、サービス・エリア１１２内のユー
ザ局１１４に至る。一方、ユーザ局からの信号は、この
サービス・リンク１０８を介して、Ｓバンド用のダイプ
レクサＳＤＰＸおよび受信機ＳＲＸにより受信される。
この受信信号は、帯域制限および周波数変換等の処理を
行う分波器ＤＥＭＵＸに入力され、Ｃバンド用の送信機
ＣＴＸ，大電力増幅器ＣＨＰＡおよびダイプレクサＣＤ
ＰＸを通じて、出力される。この出力信号は、フィーダ
・リンク１０４を通じて地球基地局１０２に至る。

【０００４】ところで、４つのビームのトラフィック分
布は変動し得る量であり、４つのビームに均等に分散し
ている場合もあれば、１つのビームに集中するような極
端な場合もある。このようなトラフィック変動に柔軟に
対処するために、従来は、フィーダ・リンクにおいてビ
ーム毎に周波数資源を管理していた。サービス・エリア
１１２の全体で利用可能なチャネル数がＮｓ（例えば、
１０００チャネル）であり、サービス・リンク上で使用
可能な周波数帯域幅がＢＷｓ（例えば、１４ＭＨｚ）で
あるとすると、フィーダ・リンクで必要とする周波数帯
域ＢＷｆは、次式で表される。

【０００５】ＢＷｆ＝ＢＷｓ×（ビーム数）＋ＢＷｇ×（ビーム数−１）・・・（１）ただし、ＢＷｇは、通信衛星上で各ビームに対応する周
波数帯域を取得するために必要となるガード帯域（例え
ば、６ＭＨｚ）である。

【０００６】図３は、フィーダ・リンクにおける上記
（１）式の関係を示す。

【０００７】通信衛星２００（特に、分波器ＤＥＭＵＸ
の部分）では、フィーダ・リンクの帯域ＢＷｆから４つ
の周波数帯域ＢＷｓを抽出する。この場合において、帯
域１ないし４はそれぞれ異なる周波数帯域にあるので、
それぞれ異なるフィルタで４つの帯域ＢＷｓを切り出
す。抽出された４つの周波数帯域は、４つのビームのそ
れぞれでそのまま使用されるものである。すなわち、こ
れら４つの周波数帯域が、同一の周波数帯域で重ね合わ
せられてサービス・エリア１１２に照射される。ただ
し、この重ね合わせでチャネル同士が重複しないように
各チャネル（周波数）が配置されている。このように、
フィーダ・リンク上でビーム毎に区別して信号を伝送し
ているので、ビームの電力配分等もビーム毎に容易に制
御することが可能になる。さらに、通信衛星では、フィ
ーダ・リンク上の信号をビーム毎に切り出してサービス・
エリアに送信し、またはビーム毎に受信する信号をその
まま合成して地球局に送信すればよい。このため、フィ
ルタリング、周波数変換、高出力増幅等の基本的な技
術、すなわち宇宙実績の豊富なアナログ回路技術で通信
衛星を構築できる点で有利である。更に、通信衛星内で
は複雑な信号処理を要しないので、装置自体の大きさを
小さくできる点でも有利である。

【０００８】しかしながら、このような手法によれば、
サービス・エリアで利用可能な周波数帯域ＢＷｓに対し
て、フィーダ・リンクでは（１）式に示すような周波数
帯域ＢＷｆを必要とする。例えば、サービス・エリア全
体で１４ＭＨｚを使用して１０００チャネルのサービス
を提供しようとする場合に、フィーダ・リンクでは、１
４×４＋６×（４−１）＝７４ＭＨｚもの周波数帯域を
必要としてしまう。さらに、ビーム数を増加させると、
サービス・エリアで使用する周波数帯域が同じであって
も、フィーダ・リンクで必要となる周波数帯域を増加さ
せる必要が生じ、ビーム数の大きなシステムを構築する
ことは困難である。このように、従来の手法には、フィ
ーダ・リンクにおける周波数の利用効率が必ずしも良好
でないという問題点がある。

【０００９】このような問題点に対する手法の１つに、
通信衛星にオンボードの信号処理装置を搭載させ、ビー
ム単位ではなく（ユーザ局ごとの）チャネル単位の信号
処理を行う技術が提案されている。この技術に関して
は、例えば、Nam P. Nguyen, Pedro A. Buhion Jr., Ad
i R. Adiwoso "The Asia Cellular Satellite System",
International Mobile Satellite Conference ’97.
や、Stuart C. Taylor andAdi R. Adiwoso, "The Asia
Cellular Satellite System", AIAA-96-1134-CP.等の文
献がある。確かに、この技術を採用すれば、通信衛星上
でチャネル毎に行き先のビームの振り分けを行うことが
可能になるので、上記（１）式のような広範な周波数帯
域を必要とせず、サービス・リンクと同程度の周波数帯
域で足りる。また、ビーム数が増加しても周波数の利用
効率は劣化しない。しかしながら、この手法によれば、
極めて多数のチャネル毎にビームの振り分け等の信号処
理を行う必要があるので、非常に高速の動作を要し、消
費電力も大きい。このため、通信衛星が比較的大型にな
り、コストも高くなってしまうという問題点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本願第１の課題は、フ
ィーダ・リンクにおける周波数利用効率を向上させる通
信衛星を提供することである。

【００１１】本願第２の課題は、比較的小型でコストの
廉価な通信衛星を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以下に説明する手段によ
って、上記課題が解決される。

【００１３】本発明による解決手段によれば、周波数軸
上で所定の間隔で並んだ複数の第１周波数資源と、該複
数の第１周波数資源に重複しないように並んだ複数の第
２周波数資源とを、偏波特性の異なる２つの偏波を利用
して、フィーダ・リンクを通じて地球基地局と通信を行
う第１送受信機と、サービス・エリア内のユーザとサー
ビス・リンクを通じて通信を行う第２送受信機と、前記
サービス・リンクを形成するビームの各々と前記複数の
第１および第２周波数資源とを関連付ける割当手段を有
し、単独の第１および第２周波数資源の帯域幅が、前記
ユーザに割り当てれられるチャネルの帯域幅より大き
く、前記サービス・リンクで必要な帯域幅より小さいと
ころの通信衛星が提供される。

【００１４】請求項１記載の発明によれば、２つの偏波
を利用してフィーダ・リンクで搬送される第１および第
２周波数資源を単位として各ビームへの周波数資源の振
り分けが行われるので、ビーム毎に管理する場合に比べ
て周波数の利用効率を向上させることが可能になる。

【００１５】請求項２記載の発明によれば、各ビームに
割り当てる第１および第２周波数資源の個数を、サービ
ス・リンクのトラフィックに応じて変化させるので、チ
ャネル毎にビーム管理をする場合に比べて低速の処理で
動作させることが可能になる。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、周波数資源
のうちのいくつかは所定のビームに固定的に割り当てら
れるので、総てのサービス・エリアに対して所定量以上
の周波数資源が割り当てられる。

【００１７】請求項４，５又は６発明によれば、フィル
タ手段やマトリクス・スイッチ手段のようなアナログ手
段を利用することが可能である。したがって、従来から
使用されている信頼性の高い技術を使用して通信衛星を
構築することが可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図４および図５を参照しな
がら本発明の原理を説明する。

【００１９】図４は、本願第１実施例におけるフィーダ
・リンクで伝送される信号を示す。説明の便宜上、上下
２つの周波数軸を描いているが、実際にはこれら２つの
信号がフィーダ・リンク上で重なって伝送される。上側
に示す周波数軸上の信号は、それぞれが所定の周波数帯
域を有し、等間隔に並んだ複数の第１の周波数資源（周
波数ブロック）を示す。周波数ブロックは、例えば２Ｍ
Ｈｚの所定の帯域幅を有する周波数資源であり、通信資
源の１単位（リソース・ユニット）でもある。図示され
た例では、このような周波数ブロックが、周波数軸上で
１つおきに６つ並んでいる。周波数ブロックは、所定の
偏波特性を有する偏波を利用して、フィーダ・リンク上
で伝送される。下側に示す周波数軸上の信号は、それぞ
れが所定の周波数帯域を有し等間隔に並んだ複数の第２
の周波数資源（周波数ブロック）を示す。この周波数ブ
ロックも、例えば２ＭＨｚの周波数帯域幅を有し、周波
数軸上で１つおきに６つ並んでいるので、周波数範囲は
全体で２４ＭＨｚである。ただし、この第２の周波数ブ
ロックは、上側の第１の周波数ブロックと周波数軸上で
重ならないように配置されている。第２の周波数ブロッ
クは、上記の偏波とは異なる偏波特性を有する偏波を利
用して、フィーダ・リンク上で伝送される。偏波特性と
しては、円偏波、楕円偏波、直線偏波等を利用すること
が可能であり、互いに直交する偏波特性を有する任意の
２つの偏波を利用することが可能である。フィーダ・リ
ンクにおける信号は、これら２つの偏波が合成されたも
のになっているので、フィーダ・リンクにおける周波数
軸上では総ての区間（２４ＭＨｚ）に有意の信号が配置
されていることになる。フィーダ・リンクにおけるこれ
らの２つの偏波により搬送された信号は、通信衛星で受
信された後に、それぞれの偏波に分離され、各偏波によ
り搬送された２つの信号系列が得られる。

【００２０】図５は、本願第１実施例による通信衛星５
００の概略ブロック図を示す。この通信衛星５００は、
第１の偏波により搬送される第１の周波数ブロックを帯
域制限することによって抽出する第１フィルタ５１０
と、第２の偏波により搬送される第２の周波数ブロック
を帯域制限することによって抽出する第２フィルタ５１
１とを有する。第１フィルタ５１０は、４つのフィルタ
部５０２，５０４，５０６，５０８を有する。第２フィ
ルタ５１１も、４つのフィルタ部５０３，５０５，５０
７，５０９を有する。フィルタ部５０２の出力は、第１
ビーム・フィルタ５２２に結合される。フィルタ部５０
９の出力は、第２ビーム・フィルタ５２４に結合され
る。フィルタ部５０４の出力は、第１マトリクス・スイ
ッチ手段５２６に結合される。フィルタ部５０７の出力
は、第２マトリクス・スイッチ手段５２８に結合され
る。フィルタ部５０６の２つの出力は共に第２マトリク
ス・スイッチ手段５２８に結合される。フィルタ部５０
５の２つの出力は共に第１マトリクス・スイッチ手段５
２６に結合される。フィルタ部５０８の出力は、第２ビ
ーム・フィルタ５２４に結合される。フィルタ部５０３
の出力は、第１ビーム・フィルタ５２２に結合される。
第２ビーム・フィルタ５２４は、第２ビーム処理部５３
２に結合される。第１および第２ビーム処理部５３０，
５３２は、マルチ・ビームを構成する各々のビームと周
波数ブロックとの間の変換および波形整形の処理を行
う。第１ビーム・フィルタ５２２は、第１ビーム処理部
５３０に結合される。第１，２ビーム・フィルタ５２
２，５２４は、サービス・エリアでの周波数帯域（例え
ば、１２ＭＨｚ）に適合させるための帯域制限を行う。
第１、第２ビーム処理部５３０，５３２は、ビーム形成
や増幅等のアンテナ・ビームを形成して送信するための
処理を行う。

【００２１】動作を次に説明する。２つの偏波のうち第
１の周波数ブロックを含む信号が、第１フィルタ手段５
１０内の各フィルタ部５０２，５０４，５０６，５０８
に供給され、第２の周波数ブロックを含む信号が、第２
フィルタ手段５１１内の各フィルタ部５０３，５０５，
５０７，５０９に供給される。各フィルタ部は、帯域制
限を行って個々の周波数ブロックを取り出す。周波数ブ
ロック数に相当する帯域制限フィルタを用意して、個々
の周波数ブロックを取り出すことが可能である。後述す
るように、周波数ブロックは、サービス・エリアで使用
する周波数帯域の一部分に相当し、比較的狭帯域であ
る。一般に、狭帯域になる程フィルタの実現性が困難に
なる。本発明の特徴による周波数ブロックが１つおきに
配置できる構成では、抽出しようとする周波数ブロック
の帯域幅と同程度のガードバンドが確保される、すなわ
ち１００％のガードバンドが確保できる。このため、実
績のある技術でフィルタを実現することが可能になる。
一方、通信衛星のような周波数変換を必要とするシステ
ムでは、周波数変換器の数を低減することが望ましい。
そこで、変換周波数を共有できる範囲内で周波数ブロッ
クを抽出するフィルタを束ねるよう構成することによ
り、周波数変換器の数を削減し、ひいては装置の小型化
を行うのが有利である。本実施例では、フィルタ部５０
２，５０６，５０５，５０９は、２つ分の周波数ブロッ
クを一括して抽出した後に個々の周波数ブロックを出力
するフィルタ・バンクとしての機能を有するよう構成し
ている。これらのフィルタ部は図中「Ａ」で示されてい
る。各フィルタ部から出力される信号線の１つは、１つ
の周波数ブロックに対応する。すなわち、第１フィルタ
手段５１０は、第１の偏波から６つの周波数ブロックを
抽出する。第２フィルタ手段５１１も６つの周波数ブロ
ックを抽出する。フィルタ部５０２および５０３からの
出力は、第１ビーム・フィルタ５２２に結合され、第１
ビーム処理部５３０を経て、本実施例では３つのビーム
・アンテナにそれぞれ結合される。これら３つの周波数
ブロックは、３つのビームに固定的に割り当てられる。
同様に、フィルタ部５０９および５０８からの出力は、
第２ビーム・フィルタ５２４に結合され、第２ビーム処
理部５３２を経て、３つのビーム・アンテナにそれぞれ
結合される。これら３つの周波数ブロックも、上記とは
異なる３つのビームに固定的に割り当てられる。本実施
例では、全部で６つのビームが利用されるが、これらの
ビームの総てに少なくとも１周波数ブロック（２ＭＨ
ｚ）の周波数資源が固定的に割り当てられている。これ
により、総てのサービス・エリアで、例えば緊急的な通
信を行うための周波数資源を確保することが可能にな
る。

【００２２】次に、フィルタ部５０４からの１つの周波
数ブロックおよびフィルタ部５０５からの２つの周波数
ブロックが、第１マトリクス・スイッチ手段５２６に入
力される。第１マトリクス・スイッチ手段５２６の３つ
の出力は、３つのビームに対応する信号経路にそれぞれ
結合される。第１マトリクス・スイッチ手段５２６は、
サービス・エリアにおけるトラフィックに基づいて変化
する制御信号に応じて、入力された３つの周波数ブロッ
クの全部又は一部を１つの出力から提供する。たとえ
ば、サービス・エリアにおけるトラフィックが全体的に
分散している場合は、３つの周波数ブロックを３つのビ
ームに均等に割り当てるように、３つの出力のそれぞれ
から周波数ブロックを１つずつ出力する。また、特定の
サービス・エリアにおけるトラフィックが極端に大きい
場合は、３つ総ての周波数ブロックをそのトラフィック
の大きいサービス・エリアに対応するビームに割り当て
るように、３つの周波数ブロックを出力し、他のビーム
に関する出力からは周波数ブロックが提供されないよう
にする。このように、第１マトリクス・スイッチ手段５
２６は、入力された３つの周波数ブロックをトラフィッ
クに応じて各ビームに割り当てる。各ビームの側から見
れば、１つのビームは、固定的に割り当てられる１つの
周波数ブロックと、マトリクス・スイッチ手段と介して
トラフィックに応じて動的に提供される０，１，２又は
３個の周波数ブロックとを利用することができる。本実
施例では、サービス・エリアにおけるトラフィックの変
動により、通信衛星における周波数ブロックの割り当て
で収容できなくなった場合に、マトリクス・スイッチ手
段を切り替えればよい。その切替を行う頻度は、チャネ
ル毎の配信切替の頻度に比べて極めて遅い。第１マトリ
クス・スイッチ手段５２６は、さほど高速の動作を要し
ないので、信頼性の高い安価な既存のアナログ・スイッ
チで構築することが可能である。第２マトリクス・スイ
ッチ手段５２８についても同様である。こうして、各ビ
ームに対して周波数資源が割り当てられ、サービス・リ
ンクを通じて、サービス・エリア内のユーザ局との通信
が行われる。

【００２３】このように、本実施例によれば、第１およ
び第２ビーム処理部５３０，５３２に結合される６つの
ビーム・アンテナに対して、１２個の周波数ブロックを
割り当てている。１周波数ブロックを２ＭＨｚとする
と、各ビームのそれぞれには、固定的に１つの周波数ブ
ロック（２ＭＨｚ）が割り当てられ、マトリクス・スイ
ッチ手段を介して動的に０，１，２又は３個の周波数ブ
ロック（０ないし６ＭＨｚ）が割り当てられ、サービス
・エリア全体では１２ＭＨｚが使用可能である。そし
て、フィーダ・リンクにおける周波数帯域は、２４ＭＨ
ｚ（１２個の周波数ブロックを含む周波数帯域）であ
る。したがって、フィーダ・リンクに必要な周波数帯域
は、サービス・リンクの周波数帯域の２倍に抑えること
が可能である。しかも、トラフィックに従って動的に周
波数資源を割り当てる、という周波数分配の柔軟性を失
ってはいない。なお、本実施例では、サービス・リンク
において周波数の繰り返しを行っていない。周波数の繰
り返し利用を行う場合には、繰り返し回数を乗じただけ
の周波数帯域がフィーダ・リンクで必要になる。

【００２４】図６は、本願第２実施例による通信衛星６
００の詳細なブロック図を示す。

【００２５】図７は、通信衛星６００に関するフィーダ
・リンクにおける各偏波に対する周波数ブロックを示
す。実際には、これらの周波数ブロックの他に後述する
制御信号に相当する部分も含まれているが、簡単のため
省略している。この実施例では、フィーダ・リンクにお
いて１偏波あたり１４個の周波数ブロック（全体で２８
周波数ブロック）を使用し、サービス・リンクで１４個
のビームを使用している。先の例と同様に、１周波数ブ
ロックは２ＭＨｚの周波数帯域を有するものとする。サ
ービス・リンクで使用可能な周波数帯域は１４ＭＨｚで
あり、周波数繰り返しを２回行うことで２８ＭＨｚ分の
容量を確保する例である。

【００２６】地球基地局からフィーダ・リンクを通じて
送信された信号は、通信衛星６００により受信され、直
交偏波分離により２系統の偏波成分（第１および第２の
周波数ブロック）に分離される。各系統の信号は、それ
ぞれ低雑音増幅器ＬＮＡ(LowNoise Amplifier)によって
電力が増幅され、ディバイダＤＩＶを介して周波数変換
器Ｄ／Ｃｘ（ｘ＝１，２，．．．，１８）に入力され、
所望の周波数にダウン・コンバートされる。この場合に
おいて、Ｄ／Ｃ１ないし１４は、総て同一周波数に変換
する要素であるが、それぞれの内容が異なる信号である
ため各別に設けられている。この周波数を利用する信号
としては、例えば制御用のチャネルであったり、同報通
信用のチャネルとすることが可能である。Ｄ／Ｃ１５な
いし１８は、図７における周波数軸上の区間１５−１，
１５−２ないし１８−１，１８−２における周波数ブロ
ックを抽出するための周波数変換を行う。周波数変換器
Ｄ／Ｃ１ないし１４でダウン・コンバートされた信号
は、周波数帯域の等しい帯域制限フィルタであるフィル
タＦＩＬに入力される。フィルタＦＩＬの出力は、各ビ
ーム（本実施例では７つ）に固定的に割り当てられる。
周波数変換器Ｄ／Ｃ１５に結合されたフィルタ・バンク
２は、周波数軸上の区間１５−２の３つの周波数ブロッ
クを一括して取得し、個々の周波数ブロックに分離して
出力する機能を有する。周波数ブロックは、サービス・
エリアで使用する周波数帯域の一部分に相当し、比較的
狭帯域である。一般に、狭帯域フィルタは群遅延特性が
厳しいので、ガードバンドが狭いと通信に影響の及ぶこ
とが懸念される。しかしながら、本願実施例によれば、
周波数ブロック１つおきに配置できる構成を採用するの
で、１００％のガードバンドを確保することが可能にな
る。このため、周波数ブロックを取得するための帯域制
限フィルタとして、群遅延特性の劣化の少ないもの、す
なわち急峻ではなく比較的緩やかなフィルタ特性を有す
る通信に適したフィルタを使用することが可能である。
本願実施例では、複数の周波数ブロックを一括して抽出
した後に個々の周波数ブロックを出力するフィルタ・バ
ンクとしての機能を有するよう構成している。その理由
は、図５に関連して説明したのと同様である。周波数変
換器Ｄ／Ｃ１６に結合されたフィルタ・バンク１は、周
波数軸上の区間１６−１の４つの周波数ブロックを一括
して取得し、個々の周波数ブロックに分離して出力す
る。周波数変換器Ｄ／Ｃ１７に結合されたフィルタ・バ
ンク２は区間１７−２の３つの周波数ブロックを、周波
数変換器Ｄ／Ｃ１８に結合されたフィルタ・バンク１は
区間１８−１の３つの周波数ブロックを、一括して取得
し、個々の周波数ブロックに分離して出力する。こうし
て、一方の偏波成分（図７の上側）に関する１４個の周
波数ブロックが抽出される。他方の偏波成分に関する１
４個の周波数ブロックも同様に抽出される。この場合
は、区間１５−１，１６−２，１７−１および１８−２
に関する周波数ブロックが抽出される。

【００２７】次に、１つの偏波について取得した計１４
個の周波数ブロックのうち、３つは第１ビーム・フィル
タに結合され、７ビームのうちの所定の３つのビームに
固定的に割り当てられる。計１４個の周波数ブロックの
うち、４つは第１マトリクス・スイッチに割り当てられ
る。さらに、計１４個の周波数ブロックのうち、３つは
第２マトリクス・スイッチに割り当てられ、残りの４つ
は第２ビーム・フィルタに結合され、７ビームのうちの
所定の４つのビームに固定的に割り当てられる。他方の
偏波について取得した計１４個の周波数ブロックについ
ても同様の割り当てが行われる。第１および第２マトリ
クス・スイッチ手段にそれぞれ入力された７つの周波数
ブロックのうち、全部又は一部が１つのビームに関する
経路に接続される。この点は、入力数が異なる点を除い
て図５で説明したマトリクス・スイッチ手段５２６，５
２８と同様である。したがって、各ビームの各々は、固
定的に割り当てられる１つの周波数ブロックと、トラフ
ィックに応じてマトリクス・スイッチ手段を介して動的
に割り当てられる０，１，２，３，４，５，６または７
個の周波数ブロックを利用して信号を伝送する。通信資
源の割り当てが行われた後は、第１および第２ビーム・
フィルタにおいて、サービス・エリアで使用する周波数
帯域に制限される（本実施例では、１４ＭＨｚ）。帯域
制限された各ビームに対する信号は、ビーム形成回路Ｂ
ＦＮ(Beam Forming Network)、マルチ・ポート増幅器Ｍ
ＰＡ(Multi-Port Amplifier)、フィルタおよびダイプレ
クサＤＰＸを経て各アンテナから放出される。なお、こ
の段階におけるフィルタは、第１，第２ビーム・フィル
タに比べて広めの帯域であり、高周波等の余分な帯域外
輻射成分を除去するためのものである。こうして各アン
テナから放出された信号は、全体としてマルチ・ビーム
を形成し、サービス・リンクを通じてサービス・エリア内
のユーザ局に到達する（図示せず）。この実施例では、
サービス・エリアの使用可能な周波数帯域は、１４ＭＨ
ｚ帯域の２回繰返による２８ＭＨｚであり、ビーム数は
１４個である。使用される周波数ブロックの数は１偏波
あたり１４個（２偏波で２８個）であり、フィーダ・リ
ンクで使用する周波数帯域は５６ＭＨｚになる。したが
って、（サービス・リンクで使用可能な周波数帯域）×
（繰返数）の２倍の周波数帯域をフィーダ・リンクで必
要とするに過ぎない。

【００２８】以上に説明した実施例では、フォワード・
リンクに関する通信衛星の構成および動作を説明してき
たが、リターン・リンクについても同様の議論が成り立
つ。ユーザ局からの信号は、サービス・リンクを通じて
ビーム毎に通信衛星に届く。ビーム毎に得られた信号に
対して周波数変換および帯域制限を行って、周波数ブロ
ックに分解する。通信衛星内でマトリクス・スイッチ手
段がどのように周波数ブロックを割り当てているかが既
知であるので、ビームの各々に割り当てるべき周波数ブ
ロックの数は、各ビームから個々の周波数ブロックを抽
出することが可能である。そして、図４または図７に関
連して説明したような周波数軸上に等間隔に１つおきに
並んだ周波数ブロックの系列を２組形成する。そして、
偏波特性の異なる２つの偏波を利用して、上記２組の周
波数ブロックの系列をフィーダ・リンクにおいてそれぞ
れ地球基地局に伝送する。地球基地局では、受信信号を
直交偏波によって２つの偏波に分離して、周波数ブロッ
クを抽出する。これらの周波数ブロックの位置を判別す
ることによって、例えば、どのビームからの信号である
か等を判定することが可能であり、ユーザ局との通信を
確立することも可能である。

【００２９】本実施例では、サービス・リンクで使用可
能な１４ＭＨｚに対して周波数の繰り返しを２回行うこ
とによって２８ＭＨｚ分の容量を確保した。これを拡張
して、繰り返し数を更に増加させ、更なる容量を確保す
ることも可能である。逆に、サービス・リンクが１４Ｍ
Ｈｚ分の容量で足りる場合は、周波数繰り返しを行うこ
となしに、例えば周波数ブロック１つ分の帯域を１ＭＨ
ｚとすることも可能である。この場合フィーダ・リンク
で必要な周波数帯域は２８ＨＨｚになる。このように周
波数ブロックの帯域幅やビーム数を変化させることによ
って様々なサービス・リンクの要請に応じることが可能
である。周波数ブロックの帯域幅についても様々な値を
取り得るが、少なくともその帯域幅は、ユーザの使用す
るチャネルの帯域幅より大きく、サービス・リンクで使
用する帯域幅よりは小さい。より具体的には、周波数ブ
ロックの帯域幅は、サービス・リンクで必要な帯域幅
（容量）と、使用するビーム数との比の倍数に基づいて
定められる。

【００３０】本実施例によれば、同一周波数の周波数ブ
ロック（周波数変換器Ｄ／Ｃ１ないし１４の側から供給
される）を、異なるサービス・エリアに対する通信に使
用することが可能である。複数のサービス・エリアにお
いて、同一周波数の信号を使用できるので、総ての子局
を対象とする制御信号、広い領域に送信することを要す
るページング信号、ストリーミングやマルチキャスト等
を含む放送形態の信号等を利用するシステムを、本発明
の通信衛星を利用して構築することが可能である。その
ようなシステムを構築する場合には、親局と子局（地球
基地局とユーザ局）には、それぞれの通信形態に応じた
設備を用意する必要があるが、各局間の中継を行う通信
衛星の構成を修正する必要はない。

【００３１】以上の本願各実施例によれば、フィーダ・
リンクにおいて、直交する偏波の間で周波数ブロックが
交互に配置されているので、フィーダ・リンクに必要な
周波数帯域幅を、少なくともビーム毎に管理していた従
来の場合と比較して狭くすることができる。また、この
ような周波数ブロックの配置によるガードバンドに起因
して、帯域外減衰の緩やかな帯域制限フィルタを使用す
ることが可能になる。一般に、フィルタのカットオフ周
波数付近の群遅延特性は劣化するが、本願実施例による
通信衛星は、充分なガードバンドを確保することができ
るので、群遅延特性の優れた部分のみを利用することが
可能である。さらに、本願実施例では、周波数ブロック
を抽出するための帯域制限フィルタと、サービス・リン
クの使用帯域に制限するためのビーム・フィルタとを組
み合わせて使用している。組み合わせなかった場合は、
帯域外減衰の急峻なフィルタ特性を有するフィルタを要
し、これは比較的高価である。本願実施例によれば、各
フィルタを比較的安価なフィルタで構成することができ
る。

【００３２】更に本願実施例によれば、帯域制限フィル
タ、マトリクス・スイッチ手段および周波数変換器のよ
うなアナログ素子を利用するので、信頼性の高い通信衛
星を形成することが可能になる。さらに、マトリクス・
スイッチ手段はトラフィックの変動に応じて切り替える
程度の速度で動作させればよいので、高速な動作処理を
要せず、通信衛星の低消費電力化および小型化を促進す
ることができる。その結果、コスト的に非常に有利にな
る。

【００３３】本願実施例によれば、マトリクス・スイッ
チ手段を利用して割り当てる周波数ブロックの数を動的
に変更させることが可能である。このため、ビーム間の
トラフィック量の相違に柔軟に対応し、周波数資源を有
効に利用することが可能である。すなわち、総てのビー
ムに均等に又は重みを付けて周波数ブロックを割り当て
る場合の他に１つのビームに割当可能な総ての周波数ブ
ロックを集中させるような場合に至るまで、トラフィッ
ク変動に対して非常に柔軟に対応することが可能であ
る。さらに、フィーダ・リンクで必要とする周波数帯域
幅は、サービス・エリアで使用する周波数帯域幅に依存
し、ビーム数には依存しない。より具体的には、ビーム
数を変更したとしても、使用する周波数ブロックの総数
を不変にしたままで、周波数ブロックの割り振りの方法
を変更することで対応可能であれば、フィーダ・リンク
における周波数帯域を増やす必要はない。

【００３４】ところで、上記の各実施例では、所定のビ
ームに固定的に割り当てる周波数ブロックと、マトリク
ス・スイッチ手段を介して動的に割り当てる周波数ブロ
ックの２種類の周波数ブロックを用意していた。固定的
に割り当てる周波数ブロック数および動的に割り当てる
周波数ブロック数は、共にビーム数に等しくしていた。
すなわち、ビーム数の２倍の周波数ブロックを用意して
いた。しかしながら、トラフィック変動に柔軟に対処す
るという条件を満たす観点からは、固定的に割り当てる
周波数ブロックを要しない。動的に割り当てる周波数ブ
ロックのみが用意されたシステムを構築することも可能
である。ただし、この場合は、周波数ブロックが全く割
り当てられないビームも存在し得るので、例えば緊急時
の通信のような要請に応じることは困難になる。しか
し、必要な周波数ブロック数は、ビーム数の２倍ではな
く、ビーム数以上であればよい。このことは、フィーダ
・リンクで必要な周波数帯域が、サービス・エリアにおけ
る周波数帯域と同程度の帯域で足りることを意味する。
周波数ブロックを固定的に割り当てることなしに、動的
に周波数ブロックを割り当てるシステムは、フィーダ・
リンクの周波数帯域を狭くすることが可能である。

【００３５】本願実施例によれば、例えば、周波数ブロ
ックのうち一部を従来のシステムに割り当て、残りを新
規システムに割り当てることによって、新システムと旧
システムの混在した中継処理を１つの通信衛星で行うこ
とが可能になる。さらに、この場合において、位相アレ
イ・アンテナで送受信系を構成すると、様々なアンテナ・
ビームを同時に形成することができるので、ハードウエ
アに大きな変更を加えることなしに新旧システムを並存
させることが可能になる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、フィーダ・リンクにお
ける周波数利用効率を向上させる通信衛星を提供するこ
とが可能になる。また、比較的小型でコストの廉価な通
信衛星を提供することも可能になる。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、マルチ・ビーム方式の衛星通信システ
ムの全体図を示す。

【図２】図２は、従来の通信衛星の拡大ブロック図を示
す。

【図３】図３は、従来の衛星通信システムにおけるフィ
ーダ・リンク上の周波数分布を示す。

【図４】図４は、本願実施例による衛星通信システムに
おけるフィーダ・リンク上の周波数分布を示す。

【図５】図５は、本願第１実施例による通信衛星の部分
ブロック図を示す。

【図６】図６は、本願第２実施例による通信衛星の部分
ブロック図を示す。

【図７】図７は、本願第２実施例による衛星通信システ
ムにおけるフィーダ・リンク上の周波数分布を示す。

【符号の説明】

１００マルチ・ビーム方式の衛星通信システム１０２地球基地局１０４フィーダ・リンク１０６通信衛星１０８サービス・リンク１１０アンテナ・ビーム１１２サービス・エリア１１４ユーザ局２００従来の通信衛星５００通信衛星５０２〜５０９フィルタ部５１０，５１１フィルタ手段５２２，５２４ビーム・フィルタ５２６，５２８マトリックス・スイッチ手段５３０，５３２ビーム処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀川浩二東京都千代田区永田町二丁目11番１号株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ内 (72)発明者西泰樹東京都千代田区永田町二丁目11番１号株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ内Ｆターム(参考） 5K072 AA13 BB23 CC31 DD06 DD16 DD17 EE01 EE12 FF22 GG15 GG26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数軸上で所定の間隔で並んだ複数の
第１周波数資源と、該複数の第１周波数資源に重複しな
いように並んだ複数の第２周波数資源とを、偏波特性の
異なる２つの偏波を利用して、フィーダ・リンクを通じ
て地球基地局と通信を行う第１送受信機と、サービス・エリア内のユーザとサービス・リンクを通じ
て通信を行う第２送受信機と、前記サービス・リンクを形成する所定数のビームの各々
と前記複数の第１および第２周波数資源とを関連付ける
割当手段を有し、単独の第１および第２周波数資源の帯
域幅が、前記ユーザに割り当てれられるチャネルの帯域
幅より大きく、前記サービス・リンクで必要な帯域幅よ
り小さいことを特徴とする通信衛星。
【請求項２】前記割当手段が、各ビームに割り当てる
第１および第２周波数資源の個数を、サービス・リンク
のトラフィックに応じて変化させることを特徴とする請
求項１記載の通信衛星。
【請求項３】前記複数の第１および第２周波数資源の
うちの第１部分は、予め定められたビームに固定的に割
り当てられ、前記複数の第１および第２周波数資源のう
ちの第２部分は、サービス・リンクのトラフィックに応
じて各ビームに動的に割り当てられることを特徴とする
請求項１記載の通信衛星。
【請求項４】サービス・リンクのトラフィックに応じ
て、前記割当手段が、複数の第１および第２周波数資源
のうちの全部又は一部を、少なくとも１つのビームに割
り当てるマトリクス・スイッチ手段を有することを特徴
とする請求項１記載の通信衛星。
【請求項５】前記フィーダ・リンクから前記第１およ
び第２周波数資源を抽出するフィルタ手段を有すること
を特徴とする請求項１記載の通信衛星。
【請求項６】前記フィルタ手段が、複数個の第１また
は第２周波数資源を一括して抽出するフィルタ・バンク
手段を有することを特徴とする請求項５記載の通信衛
星。
【請求項７】前記複数の第１周波数資源のうちの第１
部分は、所定のビームに固定的に対応付けられ、前記複
数の第１周波数資源のうちの第２部分は、サービス・リ
ンクのトラフィックに応じて各ビームに動的に対応付け
られ、前記複数の第２周波数資源のうちの第１部分は、所定の
ビームに固定的に対応付けられ、前記複数の第２周波数
資源のうちの第２部分は、サービス・リンクのトラフィ
ックに応じて各ビームに動的に対応付けられることを特
徴とする請求項１記載の通信衛星。
【請求項８】前記第１および第２周波数資源の合計数
が、前記サービス・リンクを形成するビーム数以上であ
ることを特徴とする請求項１記載の通信衛星。