JP2007221196A

JP2007221196A - モバイル衛星放送システム

Info

Publication number: JP2007221196A
Application number: JP2006036103A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Niihara; 廣記新原
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】厳しい使用感環境下の再生中継ギャップフィラー局に高安定度の発信器や精密機器が必要とされている。
【解決手段】アップリンク局UPL1は音楽や映像信号を変調したKU帯（衛星波）CDM波のみを衛星へ送信する。衛星SAT1は、アップリンク局からのKU帯CDM波を受信してモバイル端末に配信するS帯CDM信号と再生用KU帯CDM波と周波数制御用KU帯CDM波を生成する。再生中継型ギャップフィラー局SGF1は、周波数制御用KU帯CDM波により制御されるＶＣＯの出力との混合により、衛星からの再生用KU帯CDM波を、衛星からモバイル端末へ直接に配信されS帯CDM信号の周波数と同じ周波数のS帯CDM信号に変換してモバイル端末に配信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車，船および飛行機等で移動中のユーザーに、モバイル端末により衛星放送の広域性を活かして音楽や映像を提供するモバイル衛星放送システムに関する。

モバイル端末は高速で移動中（例えば新幹線内）の時でも信号の受信・復調が可能な性能を有している。しかし、衛星からの放送信号を直接受信できないビルや山の陰等の不感エリアが存在する。そこで、従来は、高層ビルの屋上等にギャップフィラー（GAP FILLER）装置を設置して、衛星からの放送信号を受信し増幅した後、受信した放送信号を同一周波数に保持したまま、不感エリアに向け再送信するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、上記モバイル衛星放送システムを忠実に図示したものではないが、同様の技術思想を図面化した概念図である。このモバイル衛星放送システムは、図５に示すように、衛星SAT2，アップリンク局UPL2，再生中継型ギャップフィラー局SGF2，リピータ型ギャップフィラー局RGFおよび携帯電話等や自動車等に搭載している端末であるモバイル端末MBLで構成されている。再生中継型ギャップフィラー局SGF2の設置意義は、ギャップフィラー局を経由するCDM波のC/Nを改善するためと思われる。

アップリンク局UPL2は、KU帯（衛星波）のCDM（Code Division Modulation：符号分割変調）波およびTMD（Time Division Demodulation：時分割復調）波を衛星SAT2へ送信する。CDM波は静止放送衛星である衛星SAT2において2.6GHzのS帯（SHF:Super High Frequency）CDM信号に周波数変換され、モバイル端末MBL，リピータ型ギャップフィラー局RGFおよびアップリンク局UPL2に配信される。一方、TDM波は12GHzに周波数変換され、再生中継型ギャップフィラー局SGF2へ配信される。再生中継型ギャップフィラー局SGFは、TDM波はCDM波に復元した後にS帯CDM波に変換しモバイル端末に配信される。

アップリンク局UPL2では、送信するKU帯CDM波およびTDM波KU帯の周波数13.8GHzを受信したS帯CDM波の2.6GHzにより制御する。これによって、捕獲周波数範囲（capture frequency range）が狭い衛星中継局部の発信器の周波数偏差を±数PPM(数十Hz)以内に維持し、移動中のモバイル端末におけるソフトトラスファーを実現する。なお、S帯CDM波で高EIRPを得るべく大口径のアンテナを搭載している。

リピータ型ギャップフィラー局RGFは2.6GHzのS帯CDM信号を復調してモバイル端末MBLへ再送する。一方、再生中継型ギャップフィラー局SGF2は、衛星SAT2から配信された12.2GHzのKU帯CDM波を復調した後に2.6GHzのS帯CDM信号に周波数変換してモバイル端末MBTへ再送する。

モバイル端末MBLは、衛星SAT2から直接にS帯CDM波を受信し、またリピータ型ギャップフィラー局RGFあるいは再生中継型ギャップフィラー局SGF2を中継してS帯CDM波を受信し、音楽や映像の再生を行う。再生のためS帯CDM波を採用しているので、移動中であっても安定した受信が可能である。

図６は図５に示した従来のモバイル衛星放送システムにおけるアップリンク局UPL2の詳細を示す。アップリンク局UPL2において、音声や映像信号はTDM 変調器１で４相位相変調(QPSK)される。このTDM信号は分配器９にて２分岐される。分岐されたTDM信号の内の１つは、CDM 変調器２でスペクトラム拡散符号により符号分割多重変調される。変調されたCDM信号は、第1送信器３で周波数変換ならびに電力増幅される。

分配器９で分岐された他のTDM信号は、同様に第2送信器10で周波数変換ならびに電力増幅される。第1送信器３からのCDM信号と第2送信器10からのTDM信号は合成器11にて合成され、第1給電器４にて直線偏波に変換され13.8GHzのKU帯CDM波と13.8GHzのKU帯TDM波となって衛星SAT2へ送信される。

また、衛星SAT2から送信されてくる2.6GHzのS帯CDM波は、第2給電器５で収束、偏波変換（円→直線）され、受信器６にて低雑音増幅される。低雑音増幅された信号は、周波数差検出器７に入力される。周波数差検出器７では周波数偏差を検出し、その情報を周波数制御器８へ送る。周波数制御器８は、周波数制御器７からの情報を元に13.8GHzのKU帯CDM波の周波数制御量を演算し、第１送信器３へその制御量を伝送する。この一連の制御の結果、衛星SAT1から配信されるS帯CDM波の周波数偏差は±数十Hz以内に抑制される。

図７は図５に示した従来のモバイル衛星放送システムにおける衛星SAT2の詳細を示す。衛星SAT2はサテライト（SATELLITE）局として機能する放送衛星であって、アップリンク局UP2から受信した13.8GHzのCDM信号およびTDM信号の周波数変換・電力増幅および配信を行なう。CDM信号は13.8GHz(KU帯)から2.6GHz(S帯)に周波数変換され、TDM信号は13.8GHz(KU帯)から12.2GHz(KU帯)に周波数変換される。

衛星SAT2において、アップリンク局UP2から送信された13.8GHzのKU帯CDM信号および13.8GHzのKU帯TDM信号は、受信系給電器21に給電され、低雑音受信器22にて低雑音増幅される。低雑音増幅されたKU帯CDM信号およびKU帯TDM信号は第1分配器23にて分岐される。CDM信号は第1混合器25に送られ、第1局部信号発生器24から出力される信号で周波数が減算されて2.6GHzに周波数変換される。この2.6GHzのCDM信号は、S帯送信器26にて電力増幅された後に、S帯給電器27にて円偏波に変換され各モバイル端末MBTに配信される。また、2.6GHzのCDM信号はアップリンク局UPL2へも送信される。

一方、分岐された13.8GHzのTDM信号は、第2混合器31に送られ、第2局部信号発生器28から出力される信号と加えられ12.2GHzに周波数変換される。更に、KU帯送信器33にて電力増幅された後に、KU帯給電器34にて各再生中継型ギャップフィラー局SGF2に配信される。

図８は図５に示した従来のモバイル衛星放送システムにおける再生中継型ギャップフィラー局SGF2の詳細を示す。再生中継型ギャップフィラー局SGF2は、前述のように、衛星SAT2から配信されるS帯CDM波を直接受信できないビルの陰やトンネル内に衛星波を中継して再配信する設備である。

衛星SAT2から配信された12.2GHzのTDM信号は、KU帯給電器41にて収束され、KU帯受信器50にて低雑音増幅後周波数変換される。また、TDM復調器51にてデータに復元される。復元されたデータは、今度は、CDM変調器52にてCDM信号に変換される。

CDM信号は、混合器44に送られ、局部信号発生器53から出力される信号と加えられて2.6GHzに周波数変換される。その後、送信器45にて電力増幅された後、S帯給電器46にて各モバイル端末MBTに配信される。

特開平10-308695号公報（第７頁、図１）

モバイル衛星放送サービスは、移動中のユーザーを対象としており、音質、画質重視より、コンテンツ重視と考えられる。また、サービスの充実を図るためには不感エリアであるデッドゾーンを無くす必要があり、多くのギャップフィラー局が必要とされる。ギャップフィラー局の数，厳しい環境条件，長期間の保守等を考慮すると、ギャップフィラー局は、極力、シンプルな構成で、かつ安価であるべきである。

しかしながら、ギャップフィラー局を経由するCDM波のキャリア・ノイズ比（C/N）を改善するため、再生中継型ギャップフィラー局が採用されることが多いが、再生中継型ギャップフィラー局は、TDM復調器とCDM変調器という精密機器を搭載する必要がある。しかも、ギャップフィラー局は鉄塔の上や、ビルの屋上等に設置されるため、厳しい環境条件下で運用されるのである。

また、モバイル端末の捕獲周波数範囲（capture frequency range）が狭く、再生中継型ギャップフィラー局の発信器の周波数偏差を±数PPM(数十Hz)以内という高い周波数安定度に維持する必要がある。このため、従来のモバイル衛星放送システムにおける再生中継型ギャップフィラー局は、高安定度の発信器を備える必要がある。

更に、再生中継型ギャップフィラー局における周波数変換による遅延時間を補完するために、アップリンク局は、直接送信用信号であるCDM波と再生中継型ギャップフィラー局向けの信号であるTDM波の２波を衛星へ送信する必要性が生じる。

そこで、本発明の目的は、高安定度の発信器や精密機器を必要としないシンプルな構成で安価な再生中継型ギャップフィラー局で足りるモバイル衛星放送システムを提供することにある。

本発明のモバイル衛星放送システムは、衛星を中継してモバイル端末（図１のMBT）に音楽や映像を配信するモバイル衛星放送システムにおいて、音楽や映像信号を変調したKU帯（衛星波）CDM波のみを衛星へ送信するアップリンク局（図１のUPL1）と、アップリンク局からのKU帯CDM波を受信してモバイル端末に配信するS帯CDM信号と再生用KU帯CDM波と周波数制御用KU帯CDM波を生成する衛星（図１のSAT1）と、周波数制御用KU帯CDM波により制御されるＶＣＯの出力との混合により、衛星からの再生用KU帯CDM波を、衛星からモバイル端末へ直接に配信されS帯CDM信号の周波数と同じ周波数のS帯CDM信号に変換してモバイル端末に配信する再生中継型ギャップフィラー局（図１のSGF1）を設けたことを特徴とする。

より詳しくは、上記アップリンク局（図１のUPL1）は、音声や映像信号を４相位相変調(QPSK)するTDM 変調器（図２の１）と、位相変調されたTDM信号をスペクトラム拡散符号により符号分割多重変調するCDM 変調器（図２の２）と、符号分割多重変調されたCDM信号を周波数変換ならびに電力増幅する送信器（図２の３）と、送信器の出力を直線偏波に変換してKU帯CDM波として衛星へ送信する給電器（図２の４）を有することを特徴とする。

また、上記衛星（図１のSAT1）は、アップリンク局から送信されてきたKU帯CDM信号を低雑音増幅後に２分岐する第1分配器（図３の23）と、基本周波数のマスタ信号を発生している第1局部信号発生器（図３の24）および第2局部信号発生器（図３の28）と、第1分配器で分岐されたKU帯CDM信号と第1局部信号発生器からのマスタ信号とでS帯CDM信号を生成する混合器（図３の25）と、第1分配器で分岐された他方のKU帯CDM信号と第2局部信号発生器からのマスタ信号とで再生用KU帯CDM波を生成する第2混合器（図３の31）と、第1局部信号発生器からのマスタ信号の周波数を逓倍して周波数制御用KU帯CDM波を生成する周波数逓倍器（図３の30）を有することを特徴とする。

また、上記再生中継型ギャップフィラー局（図１のSGF1）は、衛星からから配信されてきた再生用KU帯CDM波と周波数制御用KU帯CDM波を低雑音増幅後に分配する第1分配器（図４の43）と、周波数制御用KU帯CDM波と略同じ周波数の信号を発生しているＶＣＯ（図４の47）と、再生用KU帯CDM波とＶＣＯの出力を混合してモバイル端末に配信するS帯CDM信号を生成する混合器（図４の44）と、周波数制御用KU帯CDM波とＶＣＯの出力の周波数を比較してＶＣＯの周波数を制御する周波数比較器（図４の49）を有することを特徴とする。

本発明は、衛星搭載の局部発信器出力の信号を再生中継型ギャップフラー局に送信し、再生中継型ギャップフィラー局はこの信号を元に周波数変換を行なう。このように、周波数の有効利用を図ることにより、再生中継型ギャップフラー局をTDM復調器，CDM変調器および高安定度の発信器が不要なシンプルな構成としつつ、衛星からモバイル端末へ直に送信するCDM波と、再生中継型ギャップフィラー局がモバイル端末へ再送信する周波数を同一にすることができる。

また、この方式を採用することにより、アップリンク局が衛星へ送信する信号はCDM波で足り、この点からも再生中継型ギャップフィラー局の簡素化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明のモバイル衛星放送システムの概念図である。このモバイル衛星放送システムは、図１に示すように、衛星SAT1，アップリンク局UPL1，再生中継型ギャップフィラー局SGF1，リピータ型ギャップフィラー局RGFおよび携帯電話等や自動車等に搭載されている端末であるモバイル端末MBTで構成されている。再生中継型ギャップフィラー局SGF1の設置意義は、ギャップフィラー局を経由するCDM波のC/Nを改善するためと思われる。

アップリンク局UPL1は、13.8GHzのKU帯（衛星波）CDM波のみを衛星SAT1へ送信する。このCDM波は静止放送衛星である衛星SAT1において2.6GHzのS帯CDM信号，12.2GHzおよび9.6GHzのKU帯CDM信号に周波数変換され、2.6GHzはモバイル端末MBT，リピータ型ギャップフィラー局RGFおよびアップリンク局UPL1に配信され、12.2GHzおよび9.6GHzは再生中継型ギャップフィラー局SGF1に配信される。

アップリンク局UPL1では、送信するKU帯CDM波の周波数13.8GHzを受信したS帯CDM波の2.6GHzにより制御する。これによって、捕獲周波数範囲（capture frequency range）が狭い衛星中継局部の発信器の周波数偏差を±数PPM(数十Hz)以内に維持し、移動中のモバイル端末MBTにおけるソフトトラスファーを実現する。なお、S帯CDM波で高EIRPを得るべく大口径のアンテナを搭載している。

リピータ型ギャップフィラー局RGFは2.6GHzのS帯CDM信号を復調してモバイル端末MBTへ再送する。一方、再生中継型ギャップフィラー局SGF1は、衛星SAT1から配信された12.2GHzのKU帯CDM波を2.6GHzのS帯CDM信号に周波数変換しモバイル端末MBTに配信する。9.6GHzのKU帯CDM波は、2.6GHzのS帯CDM波への周波数変換のために使用される。

モバイル端末MBLは、衛星SAT1から直接に2.6GHzのS帯CDM波を受信し、またリピータ型ギャップフィラー局RGFあるいは再生中継型ギャップフィラー局SGF1を中継して2.6GHzのS帯CDM波を受信し、音楽や映像の再生を行う。再生のためS帯CDM波を採用しているので、移動中であっても安定した受信が可能である。

図２は本発明のモバイル衛星放送システムにおけるアップリンク局UPL1の詳細を示す。アップリンク局UPL1において、音声や映像信号はTDM 変調器１で４相位相変調(QPSK)される。このTDM信号はCDM 変調器２にてスペクトラム拡散符号により符号分割多重変調される。変調されたCDM信号は、第1送信器３で周波数変換ならびに電力増幅される。そして、給電器４で直線偏波に変換され13.8GHzのKU帯CDM波となって衛星SAT1へ送信される。

また、衛星SAT1から送信されてくる2.6GHzのS帯CDM波は、第2給電器５で収束、偏波変換（円→直線）され、受信器(S RX)６にて低雑音増幅される。低雑音増幅された信号は、周波数差検出器７に入力される。周波数差検出器７では周波数偏差を検出し、その情報を周波数制御器８へ送る。周波数制御器８は、周波数制御器７からの情報を元に13.8GHzのKU帯CDM波の周波数制御量を演算し、第１送信器３へその制御量を伝送する。この一連の制御の結果、衛星SAT1から配信されるS帯CDM波の周波数偏差は±数十Hz以内に抑制される。

図３は本発明のモバイル衛星放送システムにおける衛星SAT1の詳細を示す。衛星SAT1はサテライト（SATELLITE）局として機能する放送衛星であって、アップリンク局UPL1から受信した13.8GHzのKU帯CDM信号の周波数変換・電力増幅および配信を行なう。13.8GHz(KU帯CDM信号)は2.6GHz(S帯)と12.2GHz，9.6GHz(KU帯CDM信号)に変換される。

衛星SAT1において、アップリンク局UPL1から送信されてきた13.8GHzのKU帯CDM信号は、受信系給電器21に給電され、低雑音受信器22にて低雑音増幅される。低雑音増幅されたKU帯CDM信号は第1分配器23で２分岐される。その内の一つは第1混合器25に送られ、従来技術におけるのと同様に、第1局部信号発生器24から出力される信号と加えられて2.6GHzに周波数変換される。この周波数変換は、KU帯の周波数13.8GHzから、第1局部信号発生器24から出力されるマスタ信号の周波数1.6GHzを７回減算することによって行われる。2.6GHzのCDM信号は、S帯送信器26にて電力増幅された後に、S帯給電器27にて円偏波に変換され各モバイル端末MBTに配信される。また、2.6GHzのCDM信号はアップリンク局UPL1へも送信される。

一方、13.8GHzのCDM信号は、第２混合器31に送られ、第２局部信号発生器25から第2分配器29を経由して送られてくる1.6GHzの信号で減算され12.2GHzに周波数変換される。12.2GHzのCDM信号は、合成器32にて周波数逓倍器30の出力の信号と合成される。周波数逓倍器30は、第2局部信号発生器28から出力されマスタ信号を第2分配器29経由で受けて、その周波数1.6GHzを６回逓倍することにより周波数9.6GHzの信号を出力する。合成された12.2GHzのCDM信号と9.6GHzの信号（CW信号という）は、KU帯送信器33にて電力増幅された後に、KU帯給電器34にて各再生中継型ギャップフィラー局SGF1に配信される。

図４は本発明のモバイル衛星放送システムにおける再生中継型ギャップフィラー局SGF1の詳細を示す。再生中継型ギャップフィラー局SGF1は、従来技術で行っているデータの再生は行わないで、周波数変換および電力の増幅のみを行う。このため、従来の再生中継型ギャップフィラー局SGF2が備えている復調器51およびCDM変調器52および高安定の局部信号発生器53が不要となり、構成を簡素化することができる。

再生中継型ギャップフィラー局SGF1は、前述のように、衛星SAT1から配信されるS帯CDM波を直接受信できないビルの陰やトンネル内に衛星波を中継して再配信する設備である。衛星SAT1から配信された12.2GHzのCDM信号および9.6GHzのCW信号は、KU帯給電器41にて収束され、KU帯受信器42にて低雑音増幅後周波数変換される。これらの信号は第1分配器43にて分配され、12.2GHzのCDM波は混合器44に送られ、電圧制御周波数発信器(ＶＣＯ)47から出力され第2分配器48を経由して供給される9.6GHzの信号で減算されて2.6GHzに周波数変換される。この2.6GHzのCDM波は、送信器45にて電力増幅された後、S帯給電器46にて各モバイル端末MBLに配信される。

ＶＣＯ47から出力され第2分配器48を経由して供給される9.6GHzの信号は、衛星SAT1から送信され第1分配器43にて分配されたCW信号の周波数(9.6GHz)と周波数比較器49にて比較される。そして、比較結果により、ＶＣＯ47は、出力する周波数が衛星SAT1から送信されてくるCW信号の周波数と同一値になるように周波数制御される。その結果、モバイル端末MBLに衛星SAT1から直に送信されるCDM波と再生中継型ギャップフィラー局SGF1経由のCDM波間の周波数偏差は、最小値に低減される。ＶＣＯ47は、このように他から周波数制御されるため、従来の再生中継型ギャップフィラー局SGF2が備えている局部信号発生器53におけるように、それ自体が高安定である必要がない。

なお、上記の説明では、衛星SAT1から9.6GHzのCW信号を送出することとしているが、このCW信号は、衛星SAT1内の局部発信器使われている信号であれば、これ以外の周波数であっても支障はない。

本発明のモバイル衛星放送システムの概念図図１におけるアップリンク局UPL1の詳細図図１における衛星1の詳細図図１における再生中継型局ギャップフィラー局SGF1の詳細図従来のモバイル衛星放送システムの概念図図５におけるアップリンク局UPL1の詳細図図５における衛星1の詳細図図５における再生中継型局ギャップフィラー局SGF1の詳細図

符号の説明

MBT モバイル端末
RGF リピータ型ギャップフィラー局
SAT1 衛星
SGF1 再生中継型ギャップフィラー局
UPL1 アップリンク局
１ TDM 変調器
２ CDM 変調器
２分配器
３第1送信器
４第1給電器
５第2給電器
６受信器
７周波数差検出器
８周波数制御器
21 受信系給電器
22 低雑音受信器
23 第1分配器
24 第1局部信号発生器
25 第1混合器
26 S帯送信器
27 S帯給電器
28 第2局部信号発生器
29 第2分配器
30 周波数逓倍器
31 第2混合器
32 合成器
33 KU帯送信器
34 KU帯給電器
41 KU帯給電器
42 KU帯受信器
43 第1分配器
44 混合器
45 送信器
46 S帯給電器
47 ＶＣＯ
48 第2分配器
49 周波数比較器

Claims

衛星を中継してモバイル端末に音楽や映像を配信するモバイル衛星放送システムにおいて、
音楽や映像信号を変調したKU帯（衛星波）CDM波のみを前記衛星へ送信するアップリンク局と、
前記アップリンク局からのKU帯CDM波を受信して前記モバイル端末に配信するS帯CDM信号と再生用KU帯CDM波と周波数制御用KU帯CDM波を生成する衛星と、
前記周波数制御用KU帯CDM波により制御されるＶＣＯの出力との混合により、前記衛星からの前記再生用KU帯CDM波を、前記衛星から前記モバイル端末へ直接に配信されS帯CDM信号の周波数と同じ周波数のS帯CDM信号に変換して前記モバイル端末に配信する再生中継型ギャップフィラー局とを設けたことを特徴とするモバイル衛星放送システム。
請求項１記載のモバイル衛星放送システムにおけるアップリンク局であって、
音声や映像信号を４相位相変調(QPSK)するTDM 変調器と、
前記位相変調されたTDM信号をスペクトラム拡散符号により符号分割多重変調するCDM 変調器と、
前記符号分割多重変調されたCDM信号を周波数変換ならびに電力増幅する送信器と、
前記送信器の出力を直線偏波に変換してKU帯CDM波として前記衛星へ送信する給電器とを有することを特徴とするアップリンク局。
請求項１記載のモバイル衛星放送システムにおけるであって、
前記アップリンク局から送信されてきたKU帯CDM信号を低雑音増幅後に２分岐する第1分配器と、
基本周波数のマスタ信号を発生している第1局部信号発生器および第2局部信号発生器と、
前記第1分配器で分岐されたKU帯CDM信号と前記第1局部信号発生器からのマスタ信号とで前記S帯CDM信号を生成する混合器と、
前記第1分配器で分岐された他方のKU帯CDM信号と前記第2局部信号発生器からのマスタ信号とで前記再生用KU帯CDM波を生成する第2混合器と、
前記第1局部信号発生器からのマスタ信号の周波数を逓倍して前記周波数制御用KU帯CDM波を生成する周波数逓倍器と有することを特徴とする衛星。
請求項１記載のモバイル衛星放送システムにおける再生中継型ギャップフィラー局であって、
前記衛星からから配信されてきた再生用KU帯CDM波と前記周波数制御用KU帯CDM波を低雑音増幅後に分配する第1分配器と、
前記周波数制御用KU帯CDM波と略同じ周波数の信号を発生しているＶＣＯと、
前記再生用KU帯CDM波と前記ＶＣＯの出力を混合して前記モバイル端末に配信するS帯CDM信号を生成する混合器と、
前記周波数制御用KU帯CDM波と前記ＶＣＯの出力の周波数を比較して前記ＶＣＯの周波数を制御する周波数比較器とを有することを特徴とする再生中継型ギャップフィラー局。