JP2009153137A - 適応可能な地上中継局を伴うハイブリッド地上−衛星通信ネットワーク - Google Patents
適応可能な地上中継局を伴うハイブリッド地上−衛星通信ネットワーク Download PDFInfo
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Abstract
【課題】
適応可能な地上中継局を伴うハイブリッド地上−衛星通信ネットワークを提供する。
【解決手段】
部分的区域(ZA、ZB、ZC)から成る地理的区域をカバーする少なくとも1つの信号を送信する、少なくとも1つの衛星(S)、衛星(S)からの衛星信号を受信及び処理した信号を部分的区域(ZA、ZB、ZC)内に送信する地上中継局(R)及び移動受信端末(T)とを備えたハイブリッド通信ネットワークであって、部分的区域(ZA、ZB、ZC)における衛星信号の受信品質のマッピングを行う第1の手段、マッピング情報を地上中継局(R)に送信する第2の手段を備え、地上中継局(R)がマッピング情報を受信し、該マッピング情報に基づき部分的区域(ZA、ZB、ZC)における衛星信号の受信品質を改善する信号を送信する第3の手段を備える。
【選択図】 図1
適応可能な地上中継局を伴うハイブリッド地上−衛星通信ネットワークを提供する。
【解決手段】
部分的区域(ZA、ZB、ZC)から成る地理的区域をカバーする少なくとも1つの信号を送信する、少なくとも1つの衛星(S)、衛星(S)からの衛星信号を受信及び処理した信号を部分的区域(ZA、ZB、ZC)内に送信する地上中継局(R)及び移動受信端末(T)とを備えたハイブリッド通信ネットワークであって、部分的区域(ZA、ZB、ZC)における衛星信号の受信品質のマッピングを行う第1の手段、マッピング情報を地上中継局(R)に送信する第2の手段を備え、地上中継局(R)がマッピング情報を受信し、該マッピング情報に基づき部分的区域(ZA、ZB、ZC)における衛星信号の受信品質を改善する信号を送信する第3の手段を備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、地上の再送信中継局を含むハイブリッド地上−衛星ネットワークに関する。
特に携帯電話のような移動端末を対象としたグローバルな地理的通信範囲(geographical coverage)を伴う電気通信に対して増大する要求に応えるために、ネットワークは新しいグローバルな電気通信インフラストラクチャーにおいて益々重要な役割を果たす衛星を備えている。従って、第3世代パートナーシップ・プロジェクト(3rd Generation Partnership Project)を表わす3GPPとも呼ばれる第3世代の携帯電話技術規格のような標準化規格、又は頭文字がDVB−Hを表わすデジタル・ビデオ放送−携帯(Digital Video Broadcasting−Handheld)規格は、衛星を含む通信ネットワークと定義している。例として、衛星−UMTS(ユニバーサル移動体通信システム:Universal Mobile Telecommunications System))規格は、2000年末にETSI(欧州電気通信標準化機構:European Telecommunications Standards Institute))により承認された最初の技術規格であった。
地上の電気通信システムにおける衛星の著しい発展は、ネットワークの構築及び構成に新たな問題を引き起こしている。具体的には、衛星はセル(cells)と呼ばれる一定の数の地理的受信領域(geographical reception areas)をカバーしている。様々な再送信のシナリオによっては、セル又は2つのセル間のスペースが隣のセルによりカバーされ得ない不適切なカバレッジ・ゾーン(coverage zones:通信範囲区域)が存在する。そのような現象は、地理的な起伏、大型の建物、又は悪い気象条件に関連する障害である。
これらの不適切な通信範囲区域は、加入者の端末で受信される信号の品質を損ない、またネットワークが割り込みを管理及び回避する能力を減少させる。従って、ネットワークの通信範囲が狭い地理的区域(geographical zone)においては、利用者を満足させるサービスは得られない。
地上の電気通信システムに関して、これらの欠点を軽減するための幾つかの解決策が提案されている。この件に関して、エリクソン社(Ericsson)の「悪いネットワーク通信範囲のマッピング(Poor network coverage mapping)」と題された特許文献1およびモトローラ社(Motorola)の「悪いネットワーク通信範囲をマッピングする方法(Method for mapping poor coverage networks)」と題された特許文献2がある。
悪い再送信条件(poor retransmission conditions)を克服して、衛星ネットワークの通信範囲を改善する様々な利用技術もまた提案されている。それらの非常に広い帯域幅に関して、衛星のチャンネルでは、第3世代の携帯電話技術規格に使用される技術に基づくシステムである広帯域符号分割多元接続(Wideband Code Division Multiple Access)の頭文字を表わすWCDMAタイプの地上システムで通常有効活用され、RAKEタイプの端末で利用する大きな周波数ダイバーシティを要しない。
別の技術調査によれば、これらの件に関して、2001年7月のギリシャ、アテネにおける、第3世代のインフラストラクチャー及びサービス3GIS’01に関する国際シンポジウムでの、R.Tesi、L.Mucchi、Dj.Tujkovic、及びE.Kunnariによる多重衛星UMTSの送信ダイバーシティ(Transmit diversity of Multi−satellite UMTS)と題された出版物、及び2004年のThomas E.Sharon et al.(トーマス・E・シャロン他)による多重ビーム衛星通信システム(Multi−beam satellite communications system)と題された出版物が挙げられる。
別のプロジェクトは、地上中継局を備えるハイブリッド・ネットワークを設置することを目的している。テレビジョン・サービスと電気通信サービスを配信するための衛星ネットワーク及び地上ネットワークの双方を備えるハイブリッド・ネットワークの例として、IST MAESTRO(ISTマエストロのISTは情報社会技術(Information Society Technology)を表わす)と名付けられたヨーロッパのプロジェクトの目的は、UMTS規格を用いて、衛星デジタル・マルチメディア放送(Satellite Digital Multimedia Broadcast)の頭文字を表わすSDMBと呼ばれる新たなシステムを定義し、発展させ、設置することである。SDMBシステムは、利用者又は加入者の端末に重い制約を課すことなく、マルチメディア・サービス、テレビ又は通信チャンネルを移動体システムに配信するための能力を増加してUMTS地上移動体ネットワークを補うことを目指している。このハイブリッド構成は現在、衛星の通信範囲及び二地点間回線(point−to−point)と称される地上中継の双方を利用するネットワーク用の最善な技術的な歩み寄りを示している。起伏による障害を防止して、小さなデータ転送量のサービス能力を提供するため、MAESTRO構成は衛星との改良された双方向リンクを備えている。
結論として、MAESTROプロジェクトの目的は、衛星システムの利点を引き出し、そしてヨーロッパにおけるマルチメディアの採用を助成して、いわゆる3G(第3世代)規格の展開の成功に寄与するために、想定されるSDMBシステムがUMTS地上規格と完全に相互運用できるのを確実にすることである。
移動体通信システムのチャンネルは、フェーディングすなわち受信した信号の一時的な弱まりが現れる。従って、送信における時間的変動に応じて伝送パラメータを動的に適応させるために、発信元−受信者のリンクの品質に関するチャンネル状態の情報(Channel State Information)を表わすCSIと呼ばれるプロトコルが採用されるべきである。
従来の無線ネットワークは、このタイプの情報を送信者に送るためにフィードバック・チャンネルを用いている。それでもなお、衛星は非常に多くの利用者に情報を広く送信する特性があり、従ってそのようなフィードバックは収集するのが容易ではない。その上、そのようなフィードバック信号がエラーを含まないことを確実にすることは簡単でなく、あらゆるフィードバック信号は発信元への送信に相当に遅れる傾向がある。
固定された接続形態を伴う地上ネットワークにおいて、フィードバック信号の使用を制限するための、いわゆる発見的アプローチは、ネットワークの幾何学的あるいは地理的な解析を行ない、各種技術が悪い受信条件を補うことができる区域を決定することである。例えば、個人、室内、及び移動体の無線通信に関するIEEE国際シンポジウム、2006年9月において発行された無線フェーディング・チャンネルにおける協力的ダイバーシティのための適応変調技術(Adaptive Modulation Techniques for Cooperative Diversity in Wireless Fading Channels)と題されたE.YazdanとM.R.Pakravanによる出版物は、地上中継局のネットワークとの協力が有用な区域を特定するような、利用者の位置決定の協力の関数としての性能における改善を記述している。それでもなお、所定の接続形態を伴うこのネットワーク・モデルは、移動無線端末のネットワークには簡単に適用されない。
現在、一定数の通信衛星、多数の地上中継局、及び一定数の固定又は移動端末を含む電気通信システムにおいて、利用者の端末による受信が悪い衛星、それが多かれ少なかれ妨害されている他の衛星、そして最後に、それが満足すべき他の衛星によってカバーされる区域が存在する。このように信号の受信品質は様々の品位に定められる。従って信号の品質は移動体が動き、そして地理的、形態学的、及び局部的データに依存するときは定まらない。干渉に起因するシステムの一時的な障害に加えて、悪い気象条件が信号の品質に変動を生じさせる。例えば、雨は12GHz〜14GHzの間の再送信周波数に対して、8dB〜10dBの間の減衰を生じる。このことに関して、衛星通信システム(Satellite Communication Systems)と題された出版社John Wiley and Sons、1993年第2版のG.MaralとM.Bousquetによる研究、及び衛星によるデジタル通信(Digital Communication by Satellite)と題された出版社Prentice−Hall、1977年のJ.J.Spilkerによる研究が挙げられる。
本発明は、移動端末が受信の品質の悪い区域内にある場合であっても正確に情報が受信できるようにするとともに、受信を許さない区域ではその受信を妨害するようにする、適応可能な地上中継局を伴うハイブリッド地上−衛星通信ネットワークを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、小さな面積の部分的区域(ZA、ZB、ZC)で構成された所定の地理的区域をカバーする少なくとも1つの信号を送信する、少なくとも1つの通信中継衛星(S)と、前記通信中継衛星(S)からの衛星信号を受信及び処理し、該受信及び処理した信号を前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)内に送信する地上中継局(R)と、移動受信端末(T)とを備えたハイブリッド通信ネットワークであって、前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)における前記衛星信号の受信品質のマッピングを行う第1の手段と、前記マッピング情報を前記地上中継局(R)に送信する第2の手段とを備え、前記地上中継局(R)は、前記マッピング情報を受信し、該受信したマッピング情報に基づき前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)における前記衛星信号の受信品質を改善する信号を送信する第3の手段を備えることを特徴とする。
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記マッピング情報は、前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)の地形による受信品質の情報と、気象条件による受信品質の情報との2つのタイプであることを特徴とする。
また、請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)における受信品質は、少なくとも前記移動受信端末(T)が前記衛星信号を正しく受信する第1レベルと、前記移動受信端末(T)が前記衛星信号を部分的または変動的に受信する第2レベルと、前記移動受信端末(T)が前記衛星信号を正しく受信しない第3レベルとの3つの明確なレベルを有することを特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項1の発明において、前記ハイブリッド通信ネットワークは、前記地上中継局(R)の送信信号を制御する第4の手段を備えることを特徴とする。
また、請求項5の発明は、請求項1の発明において、前記地上中継局(R)は、前記移動受信端末(T)からの情報を受信する第5の手段を備えることを特徴とする。
また、請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記移動受信端末(T)からの情報は、前記移動受信端末(T)による受信品質の情報であることを特徴とする。
また、請求項7の発明は、請求項1の発明において、前記地上中継局(R)から送信される信号は、前記衛星信号が正しく受信されることを禁じられた特定の部分的区域(ZA、ZB、ZC)における有害な妨害信号またはノイズの多い妨害信号であることを特徴とする。
また、請求項8の発明は、請求項1の発明において、前記地上中継局(R)の位置は、前記衛星信号の受信品質のマッピングに応じて決定され、その位置が絶対的又は一時的であることを特徴とする。
本発明によれば、移動端末が受信の品質の悪い区域内にある場合であっても正確に情報が受信できるようにすることができる。
また、受信を許さない区域では、その区域に、その受信を妨害する有害な妨害信号及び/又はノイズの多い妨害信号を送信して受信を妨害することができる。
以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係わるネットワークNの全体図である。
ネットワークNは、格子状で、より小さな面積のサブ・ゾーン(sub−zones:部分的区域)で構成された所定のジオグラフィカル・ゾーン(geographical zone:地理的区域)をカバーする、少なくとも1つの信号を送信する通信中継衛星Sと、その衛星信号を受信及び処理する、少なくとも1つの地上中継局Rと、移動受信端末Tとを備える。
図1において、送信及び受信された各種信号は波形パターンで構成される矢印により表わされている。
図1において、衛星(通信中継衛星S)によりカバーされた部分的区域Zは、例として六角形により表わされているが、勿論、それらは異なる形であっても良い。中継局の性能を踏まえれば、衛星(通信中継衛星S)と中継局(地上中継局R)間のチャンネルは常に十分なものであり、エラーがない。他方で、上述のように、その受信手段がそれらの中継局のものよりも大幅に性能の低い移動端末(移動受信端末T)による受信は、十分なものとは言えないかも知れない。再送信の品質は、その端末(移動受信端末T)の格子上の位置及び/又は、例えば気象条件に依存する一時的な変動に応じて変化する。
従って、端末(移動受信端末T)から見ると、衛星信号は、これらの様々な区域において同一の品質ではない。例として、図1において3つのタイプの区域が区別されており、これらはZAタイプ(白):移動体(移動受信端末T)に対して良好な衛星信号、ZBタイプ(点):移動体(移動受信端末T)に対して送信エラーの可能性を有する中位の衛星信号、ZCタイプ(黒):悪い衛星信号である。
各区域での受信の品質の測定は、技術的には何ら問題となるものではない。ネットワークは、また、各部分的区域における衛星信号の受信の品質を動的にマッピングする手段を備えている。このマッピングは、2次元又は3次元で行なわれる。
地上ネットワークを構成する中継局(地上中継局R)の位置、又は新たな中継局(地上中継局R)の位置選定は、受信品質のこのマッピングに応じて決定されることに注意されたい。
図1の破線の楕円は、衛星のものよりも小さい、中継局(地上中継局R)により確保される通信範囲の限界Lを表わす。例えば、中継局(地上中継局R)の通信範囲は単に1つ又は僅かな区域しかカバーできない。この通信範囲は中継アンテナの放射パターン及び送信出力に依存する。
ネットワーク(ネットワークN)は、マッピング情報を地上中継局(地上中継局R)に送信する手段を備えている。中継局(地上中継局R)はマッピング情報を受信する機能および受信したマッピング情報に応じて、再送信が不良か又はゼロである区域にある端末(移動受信端末T)が、それでもなお正しく情報を受信できるようにするための信号を送信する手段を備えている。それらの改善手段は局部的情報(local information)の中継を通じて通信情報を分化させる手段と、その送信の中継を適応させる、あるいは中継局(地上中継局R)間で協力することにより、端末(移動受信端末T)の信号の品質を向上させる手段である。
中継局(地上中継局R)により送信された信号は、受信が望まれないか、又は許されない通信範囲区域を特定するためにも使用される。そして、その通信範囲区域に衛星の正しい受信を妨げるための有害な妨害信号及び/又はノイズの多い妨害信号を送信することが可能である。
図2、3、及び4は、本発明に係わる地上中継局(地上中継局R)の3つの「インテリジェント」モードの動作を示している。
各図において、様々な通信リンクは白の矢印で示されている。
図2において、中継局(地上中継局R)は衛星(通信中継衛星S)からの情報を受信する。中継局(地上中継局R)は悪い気象条件でも衛星(通信中継衛星S)の受信状態が常に良好であるように配置される。中継局(地上中継局R)はネットワークからの情報を受信する。この情報は本質的に各部分的区域における衛星信号の受信品質の動的マッピングであり、そのマッピング情報には時間と共に変化しない情報、例えば悪い受信品質の原因が地形の起伏による場合、及び時間と共に変化する情報、例えば悪い受信品質が気象条件による場合が含まれる。
そして、地上中継局(地上中継局R)は、情報(マッピング情報)を移動端末(移動受信端末T)宛に送信する。
図3において、中継局(地上中継局R)は、更に、ネットワーク(ネットワークN)から発生する制御信号を受信する。この信号は中継局(地上中継局R)に対して、カバーされるべき区域、又はその現在の通信範囲を示す信号である。この信号は、また中継局(地上中継局R)が連続的に動作するように意図されていない場合、それをオン又はオフするための信号でもある。
図4において、中継局(地上中継局R)は、また端末(移動受信端末T)から来る情報を受信する。この情報は、例えば受信品質に関するフィードバック情報(満足又は不満足に関する情報)、或いは該中継局(地上中継局R)の現在の通信範囲である。
本発明に係わる通信ネットワーク(ネットワークN)は主に、3GPP、DVB放送又はデジタル・ビデオ放送(Digital Video Broadcasting)のような第3世代の移動体システム及び重なり区域を有する複数のセルの定義を可能にするパターンに従って配置され、そして所定の地理的領域において無線通信に対するサポートを提供する、あらゆる通信衛星ネットワークに適用することができる。
N ネットワーク、ハイブリッド通信ネットワーク
S 通信中継衛星
R 地上中継局
T 移動受信端末
L 中継局により確保される通信範囲の限界
ZA 衛星信号が正しく受信される部分的区域のタイプ
ZB 衛星信号が部分的または変動的に受信される部分的区域のタイプ
ZC 衛星信号が正しく受信されない部分的区域のタイプ
S 通信中継衛星
R 地上中継局
T 移動受信端末
L 中継局により確保される通信範囲の限界
ZA 衛星信号が正しく受信される部分的区域のタイプ
ZB 衛星信号が部分的または変動的に受信される部分的区域のタイプ
ZC 衛星信号が正しく受信されない部分的区域のタイプ
Claims (8)
- 小さな面積の部分的区域(ZA、ZB、ZC)で構成された所定の地理的区域をカバーする少なくとも1つの信号を送信する、少なくとも1つの通信中継衛星(S)と、前記通信中継衛星(S)からの衛星信号を受信及び処理し、該受信及び処理した信号を前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)内に送信する地上中継局(R)と、移動受信端末(T)とを備えたハイブリッド通信ネットワークであって、
前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)における前記衛星信号の受信品質のマッピングを行う第1の手段と、
前記マッピング情報を前記地上中継局(R)に送信する第2の手段と
を備え、
前記地上中継局(R)は、
前記マッピング情報を受信し、該受信したマッピング情報に基づき前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)における前記衛星信号の受信品質を改善する信号を送信する第3の手段を備える
ことを特徴とするハイブリッド通信ネットワーク。 - 前記マッピング情報は、
前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)の地形による受信品質の情報と、気象条件による受信品質の情報との2つのタイプである
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド通信ネットワーク。 - 前記部分的区域(ZA、ZB、ZC)における受信品質は、
少なくとも前記移動受信端末(T)が前記衛星信号を正しく受信する第1レベルと、前記移動受信端末(T)が前記衛星信号を部分的または変動的に受信する第2レベルと、前記移動受信端末(T)が前記衛星信号を正しく受信しない第3レベルとの3つの明確なレベルを有する
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド通信ネットワーク。 - 前記ハイブリッド通信ネットワークは、
前記地上中継局(R)の送信信号を制御する第4の手段を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド通信ネットワーク。 - 前記地上中継局(R)は、
前記移動受信端末(T)からの情報を受信する第5の手段を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド通信ネットワーク。 - 前記移動受信端末(T)からの情報は、
前記移動受信端末(T)による受信品質の情報である
ことを特徴とする請求項5に記載のハイブリッド通信ネットワーク。 - 前記地上中継局(R)から送信される信号は、
前記衛星信号が正しく受信されることを禁じられた特定の部分的区域(ZA、ZB、ZC)における有害な妨害信号またはノイズの多い妨害信号である
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド通信ネットワーク。 - 前記地上中継局(R)の位置は、
前記衛星信号の受信品質のマッピングに応じて決定され、その位置が絶対的又は一時的である
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド通信ネットワーク。
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