JP2011119982A - 回線設計方法、回線設計装置及び回線設計装置のプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】
他の無線回線からの干渉の影響を考慮した上で、同時に使用できる回線の数を求めることができる回線設計方法を提供する。
【解決手段】
所定のパラメータに基づいて、第１の無線局と第２の無線局とが接続された第１の無線システムの第１の回線に対する、第３の無線局と第４の無線局とが接続された第２の無線システムの第２の回線による第１の干渉電力を求める第１のステップと、第１の干渉電力に基づいて、第１の回線が使用可能かどうかを判断する第２のステップと、判断の結果に基づいて、第１の回線と同時に使用可能な第２の無線システムの回線の数を求める第３のステップと、を備える。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、回線設計方法、回線設計装置及び回線設計装置のプログラムに関し、特に、干渉を考慮した無線回線の回線設計技術に関する。

周波数の有効活用を目的として、地上通信回線と衛星通信回線とで同一の周波数帯を利用した移動体衛星通信システム（以下、「周波数共用システム」という。）が検討されている。周波数共用システムにおいて、地上通信回線（以下、「地上回線」という。）と衛星通信回線（以下、「衛星回線」という。）とが同一の地域で同時に同一の周波数の電波を使用すると、地上回線と衛星回線との間で電波の干渉が発生する可能性がある。

電波の干渉は、それぞれの回線における通信品質を低下させる。このような、電波の干渉による通信品質の低下の防止に関連する技術が、以下の特許文献１〜３に記載されている。

特許文献１は、同一周波数帯を使用する地上回線と衛星回線との間の、干渉による通信品質の低下を防ぐための衛星通信方式を記載している。特許文献１に記載された衛星通信方式は、地上回線と衛星回線とが同一の周波数帯を使用する場合に、衛星回線で使用する周波数を地上回線の周波数配置の間隙に設定する。その結果、特許文献１に記載された衛星通信方式は、衛星回線と地上回線との間の電波の干渉を回避することができる。

また、特許文献２は、使用する回線数における電波の干渉量に対応して固定局及び移動局の送信電力を設定する移動通信システムを記載している。

さらに、特許文献３は、地上に設置された基地局から放射される電波の干渉を考慮した伝搬シミュレーションを行い、基地局との通信が可能なエリアを求める電磁環境設計方法を記載している。

特開昭６３−１６９８３１号公報（公報２頁左上段及び右上段） 特開２００３−００８４８８号公報（段落［００１９］） 特開２００１−０９４５０２号公報（段落［００２４］〜［００３４］）

特許文献１に記載された技術は、同一周波数帯を共用する地上回線と衛星回線とがそれぞれ異なる周波数を使用することで、両回線間の干渉を回避する。しかしながら、この技術は、実際の干渉発生の可能性の有無にかかわらず、共用する周波数帯の中で地上回線及び衛星回線の回線が使用可能な周波数を予め限定する。このため、特許文献１に記載された技術を適用した場合、地上回線及び衛星回線のいずれか又は両方において、利用可能な通信帯域を充分に確保できない可能性がある。

特許文献２に記載された技術は、衛星が使用している回線数に応じて、衛星に向けて送信する電波の送信電力を決定する。しかしながら、特許文献２に記載された技術は、同一の周波数を使用する地上回線からの干渉を考慮していない。その結果、特許文献２に記載された技術を適用した衛星回線は、地上回線からの干渉により通信品質が劣化する可能性がある。

特許文献３に記載された電磁環境設計方法は、地上回線の電波伝搬シミュレーションを行う。地上回線と周波数帯を共用する衛星回線の回線設計においては、あらかじめ衛星回線と地上回線との双方による干渉を考慮した電波伝搬のシミュレーションを行うことで、所定の干渉量における衛星回線の回線数を求めることができる。しかしながら、特許文献３に記載された技術は、他の地上回線からの干渉を考慮して、シミュレーションの対象となる地上回線の干渉量を求めるものである。従って、特許文献３に記載された技術は、地上回線からの干渉を考慮した衛星回線の伝搬シミュレーションを行うことはできない。

本願発明の目的は、他の無線システムからの干渉の影響を考慮した上で、使用できる回線の数を求めることができる回線設計方法、回線設計装置及び回線設計装置のプログラムを提供することにある。

本願発明の回線設計方法は、所定のパラメータに基づいて、第１の無線局と第２の無線局とを備える第１の無線システムの第１の回線に対する、第３の無線局と第４の無線局とを備える第２の無線システムの第２の回線による第１の干渉電力を求める第１のステップと、第１の干渉電力に基づいて、第１の回線が使用可能かどうかを判断する第２のステップと、判断の結果に基づいて、第１の回線と同時に使用可能な第２の無線システムの回線の数を求める第３のステップと、を備える。

本願発明の回線設計装置は、所定のパラメータが入力される入力部と、第１の無線システムの第１の回線に対する第２の無線システムの第２の回線による第１の干渉電力を求め、第１の干渉電力に基づいて、第１の回線が使用可能かどうかを判断し、判断の結果に基づいて、第１の回線と同時に使用可能な前記第２の無線システムの回線の数を求める演算部と、演算部の演算結果を出力する出力部と、を備える。

本願発明の回線設計装置のプログラムは、回線設計装置のコンピュータを、計算のためのパラメータの入力を受け付ける入力手段、第１の無線システムの第１の回線に対する第２の無線システムの第２の回線による第１の干渉電力を求め、第１の干渉電力に基づいて、第１の回線が使用可能かどうかを判断し、判断の結果に基づいて、第１の回線と同時に使用可能な第２の無線システムの回線の数を求める演算手段、演算部の演算結果を出力する出力手段、として機能させる。

本願発明の回線設計方法、回線設計装置及び回線設計装置のプログラムは、他の無線システムからの干渉の影響を考慮した上で、同時に使用できる回線数を求めることができるという効果を奏する。

第１の実施形態における、周波数共用システムの構成を示す図。 第１の実施形態における、被干渉回線に対する与干渉回線の干渉量を求めるフローチャート。 第２の実施形態における、上り衛星回線の最大回線数を求めるフローチャート。 第３の実施形態のフローチャート。 第４の実施形態における、回線設計装置の構成を示す図。 第４の実施形態における、回線設計装置の動作を示すフローチャート。 第４の実施形態における、衛星ビームの座標変換を行うフローチャート。 第４の実施形態における、マルチビームシステムの衛星ビームを地表面に対して配置する例を示す図。 第４の実施形態における、出力表示の例を示す図。 第５の実施形態における、回線設計装置の構成を示す図。 第６の実施形態において、本願発明の回線設計方法が適用される無線システムの構成図。 第６の実施形態における、回線設計方法のフローチャート。

［第１の実施形態］
以下に、本願発明の回線設計方法の実施形態について説明する。第１の実施形態は、本願発明の回線設計方法を、周波数共用システムに適用した例である。第１の実施形態においては、周波数共用システムの衛星回線は、衛星携帯端末（以下、「衛星端末」という。）と衛星とを接続する。そして、周波数共用システムの地上回線は、地上携帯端末（以下、「地上端末」という。）と基地局とを接続する。

図１は、周波数共用システム１００の構成を示す図である。Ｘ個（Ｘ≧１）の衛星端末２１〜２Ｘが、衛星回線２０１〜２０Ｘにより衛星２００とそれぞれ接続されている。また、Ｙ個（Ｙ≧１）の地上端末３１〜３Ｙが、地上回線３０１〜３０Ｘにより基地局３００とそれぞれ接続されている。

第１の実施形態は、本願発明の回線設計方法を、ある１回線の衛星回線に対して同時に使用可能な、同一周波数の回線数を計算する手順に適用したものである。

第１の実施形態においては、衛星端末２１〜２Ｘから衛星２００に向けて送信される衛星回線２１１〜２１Ｘを上り回線、衛星２００から衛星端末２１〜２Ｘに向けて送信される衛星回線２２１〜２２Ｘを下り回線と呼ぶ。さらに、他の回線から干渉を受ける回線を被干渉回線、被干渉回線に干渉を与える回線を与干渉回線と呼ぶ。

また、以下の説明では、上り回線が使用する周波数帯域と、地上端末３１〜３Ｙから基地局３００方向の地上回線３１１〜３１Ｙとが使用する周波数帯は同一であるとする。また、下り回線が使用する周波数帯域と、基地局３００から地上端末３１〜３Ｙ方向の地上回線３２１〜３２Ｙとが使用する周波数帯は同一であるとする。

図１の破線は、与干渉回線４０１及び４０２を示す。基地局３００から地上端末３１に送信される地上回線３２１が衛星回線２２１と同一周波数を使用するとする。この場合、地上回線３２１は与干渉回線４０１として衛星回線２２１に干渉を与える。

同様に、地上回線３１１が衛星回線２１１と同一周波数の周波数を使用する場合には、地上回線３１１は与干渉回線４０２として衛星回線２１１に干渉を与える。

このように、上り衛星回線２２１〜２２Ｘと同一の周波数を使用する地上回線３２１〜３２Ｙは、地上回線と同一の周波数を使用する衛星端末において干渉を発生させる可能性がある。そして、上り衛星回線２１１〜２１Ｘと同一の周波数を使用する地上回線３１１〜３１Ｙは、衛星２００において干渉を発生させる可能性がある。

また、ある衛星回線が、他の衛星回線に干渉を与える場合もある。すなわち、上り衛星回線２１１〜２１Ｘの中で互いに同一の周波数を使用する回線があると、衛星２００において干渉が発生する可能性がある。例えば、衛星端末２１と衛星端末２２とがそれぞれの衛星回線２１１、２１２で同一の周波数を使用した場合、衛星端末２１が送信した電波と衛星端末２２が送信した電波とを同時に受信する衛星２００において、干渉が発生する可能性がある。

同様に、下り衛星回線２２１〜２２Ｘの中で互いに同一の周波数を使用する回線がある場合には、これらの異なる下り回線の電波を同時に衛星２００から受信する衛星端末２１〜２Ｘのいずれかにおいて、干渉が発生する可能性がある。

このように、周波数共用システムでは、衛星端末及び衛星において、同一の周波数を使用する地上回線及び他の衛星回線からの干渉が発生する可能性がある。

第１の実施形態においては、このような干渉の影響を低減するための、所定の与干渉回線の条件において、ある衛星回線が利用可能な回線数を求める手順を説明する。

以下に、電波の干渉量から、同時に利用可能な回線数を計算により求める手順について説明する。計算は、地上端末、基地局、衛星端末及び衛星に関するパラメータに基づいて行われる。パラメータは、例えば、使用される周波数、変調方式、計算の対象となる地上及び空間的な領域、位置、送信電力及びアンテナ特性の情報を含んでいてもよく、また、これらに限定されない。

衛星アンテナのビームパターンは、一般的には衛星座標軸上で定義される。計算では、それを地上座標系に座標変換して使用してもよい。また、衛星回線の受信電波強度計算は、自由空間による電波伝搬特性に基づいて行ってもよい。また、地上回線の受信電波強度計算は、地上の電波伝搬特性に基づいて行ってもよい。

まず、各回線ごとに設定されたパラメータに基づいて、１個の無線回線の受信点における信号電力と雑音電力との比CNR（Carrier to Noise Ratio）＝C/(N0＋I0)が算出される。

ここでCは被干渉回線の信号の電力、N0は単位帯域あたりの熱雑音電力、I0は単位帯域あたりの干渉電力である。以下で説明するように、I0は、地上回線及び衛星回線で使用される同一周波数の回線から受信される電力の和から計算される。

ある被干渉回線を使用可能と判断するためには、被干渉回線の誤り率が通信サービスで要求される誤り率より低いことが必要である。そして、伝送路に要求される誤り率から１ビットあたりの信号電力Ebに対する雑音密度N0の比Eb/N0を求め、Eb/N0からCNRを求めることができる。この手順は当業者にはよく知られている。

従って、伝送路に要求される誤り率から必要とされるCNRを求め、これをC/(N0＋I0)から求めたCNRと比較することで、所定の干渉条件の下で、被干渉回線が要求される誤り率を満たすかどうかを判定することができる。

その結果、与干渉回線の本数が異なる場合において被干渉回線のCNRをそれぞれ求め、要求される誤り率に対応するCNRと比較することで、通信サービス上許容できる誤り率を満足する、与干渉回線の最大数を求めることができる。

まず、被干渉回線が上り回線である場合の、衛星における被干渉回線の信号対雑音比CNRuは、次式で与えられる。各変数の添字uは、その変数が上り回線の計算に使用される変数であることを示す。

CNRu=Cu/(N0u＋I0u) ・・・ （１）
I0u=I0su＋I0gu ・・・ （２）
ここで、式（１）及び式（２）の各変数の意味は以下の通りである。

Cu：計算の対象とする上り被干渉回線の衛星における受信電力
N0u：衛星における単位帯域あたりの熱雑音電力
I0u：単位帯域あたりの干渉電力
I0su：被干渉回線と同一周波数の他の衛星回線の上り与干渉回線よる干渉電力
I0gu：被干渉回線と同一周波数の地上回線の与干渉回線による干渉電力
そして、I0su及びI0guは式（３）、（４）で表される。

I0su＝Σ（EIRPsu(i)・Gssu(i)・L1u(i)） ・・・ （３）
I0gu＝Σ（EIRPgu(j)・Gsgu(j)・L2u(j)） ・・・ （４）
ここで、式（３）及び式（４）の各変数の意味は以下の通りである。

EIRPsu：衛星端末の単位帯域あたりの衛星方向へのEIRP（Equivalent Isotropically Radiated Power、等価等方放射電力）
EIRPgu：地上端末の単位帯域あたりの衛星方向へのEIRP
Gssu：干渉源となるi番目の衛星端末からの電波に対する、衛星の受信アンテナの利得
Gsgu：干渉源となるj番目の地上端末からの電波に対する、衛星の受信アンテナの利得
L1u(i)：衛星回線のi番目の上り与干渉回線の伝搬損失
L2u(j)：地上回線のj番目の与干渉回線の伝搬損失
i：m個の衛星端末による、衛星へのｉ番目の干渉波を示す添字（0≦i≦m）
j：n個の地上端末による、衛星へのｊ番目の干渉波を示す添字（0≦j≦n）
式（３）において、EIRPsuは、衛星端末の単位帯域あたりの衛星方向へのEIRPを示す。また、式（３）の記号Σはm個の干渉波についての和を求めることを意味する。

すなわち、式（３）は、同一周波数を利用する他のm本の衛星回線のビームを、衛星がアンテナのビーム間アイソレーションの不完全性により受信してしまうことによる干渉量を表す。ここで、衛星端末がオムニアンテナを使用する場合は、EIRPsuは送信方向によらず一定となる。

また、式（４）のEIRPguは、基地局へ電波を送信する地上端末の単位帯域あたりの衛星方向へのEIRPを表す。また、式（４）の記号Σはn個の干渉波についての和を求めることを意味する。すなわち、式（４）は、n個の地上端末が放射する電波を、同一周波数の電波を利用する衛星が受信してしまうことによる干渉量を表す。ここで、地上端末がオムニアンテナを使用する場合は、EIRPguは送信方向によらず一定となる。

地上端末から衛星までの距離を考慮すると、地上端末から放射された電波の衛星における受信電力は極めて軽微と考えられる。しかし、地上端末の数nが非常に大きくなると、その受信電力は無視できない量となる可能性がある。

また、式（３）及び式（４）から明らかなように、干渉量を少なくするためには、Gssu及びGsguは小さいことが好ましい。

式（２）〜式（４）を用いて、上り与干渉回線による干渉電力I0uすなわちI0su＋I0guを求めることができる。そして、求められた干渉電力I0uから、式（１）に示した上り被干渉回線のCNRu＝Cu/(N0u＋I0u)が計算される。このようにして計算されたCNRuが、被干渉回線に要求される誤り率に対応するCNRを下回らない範囲で、上り被干渉回線が使用可能である。

次に、下り衛星回線における干渉量の計算について説明する。被干渉回線が下り回線である場合の、衛星端末における被干渉回線の信号対雑音比CNRdは、次式で与えられる。各変数の添字dは、その変数が下り回線の計算に使用される変数であることを示す。

CNRd=Cd/(N0d＋I0d) ・・・ （５）
I0d=I0sd＋I0gd ・・・ （６）
ここで、式（５）及び式（６）の各変数の意味は以下の通りである。

Cd：計算の対象とする下り被干渉回線の衛星端末における受信電力
N0d：単位帯域あたりの熱雑音電力
I0d：単位帯域あたりの干渉電力
I0sd：被干渉回線と同一周波数の他の衛星回線の下り与干渉回線による干渉電力
I0gd：被干渉回線と同一周波数の地上回線の与干渉回線による干渉電力
そして、I0sd及びI0gdは式（７）、（８）で表される。

I0sd＝Σ（EIRPsd(i)・Gtsd(i)・L1d(i)） ・・・ （７）
I0gd＝Σ（EIRPgd(j)・Gtgd(j)・L2d(j)） ・・・ （８）
ここで、式（７）及び式（８）の各変数の意味は以下の通りである。

EIRPsd：衛星の単位帯域あたりの衛星端末方向へのEIRP
EIRPgd：地上基地局の単位帯域あたりの衛星端末方向へのEIRP
Gtsd：衛星端末の受信アンテナの衛星システムの与干渉回線に対する利得
Gtgd：衛星端末の受信アンテナの地上システムの与干渉回線に対する利得
L1d(i)：衛星回線のi番目の下り与干渉回線の伝搬損失
L1d(j)：地上回線のj番目の与干渉回線の伝搬損失
i：p個の衛星ビームによる、衛星端末へのｉ番目の干渉波を示す添字（0≦i≦p）
j：q個の地上基地局による、衛星端末へのｊ番目の干渉波を示す添字（0≦j≦q）
式（７）のEIRPsdは衛星の衛星端末方向へのEIRPである。式（７）の記号Σはp個の干渉波についての和を求めることを意味する。EIRPsdは、同一周波数を使用するのビーム間のアイソレーションの不完全性により、衛星端末において受信される与干渉回線の電波の、衛星における送信電力を表す。

また、式（８）の記号Σはq個の干渉波についての和を求めることを意味する。式（８）のEIRPgdは地上回線の基地局から衛星端末へ放射される電波の、基地局における送信電力を表す。

式（７）及び式（８）から明らかなように、干渉量を少なくするためには、Gtsd及びGtgdは小さいことが好ましい。

また、上り回線における説明と同様に、式（６）〜式（８）を用いて、下り与干渉回線による干渉電力I0dすなわちI0sd＋I0gdを求めることができる。そして、求められた干渉電力I0uから、式（５）で示した下り回線の信号対雑音比CNRdが計算される。上り回線の場合と同様に、このようにして計算されたCNRdが、被干渉回線に要求される誤り率に対応するCNRを下回らない範囲で、下り被干渉回線が使用可能である。

図２は、第１の実施形態における同時に使用可能な上り回線数を求める手順を示すフローチャートである。

図２において、まず、計算の対象とする被干渉回線のパラメータが設定される。また、与干渉回線の本数aをa=1とする（ステップ２０１）。また、被干渉回線に許容される誤り率から計算したCNRをCNR0とする。

次に、計算の対象とするa個の与干渉回線のパラメータを設定する（ステップＳ２０２）。計算開始時はa=1である。

そして、計算対象となるa個の各与干渉回線について式（３）、（４）を用いて干渉電力を求める。ここで、与干渉回線が衛星回線である場合には、式（３）を用いて干渉電力を計算する。また、与干渉回線が地上回線である場合には、式（４）を用いて干渉電力を計算する。そして、式（１）、（２）を用いてCNRuを求める（ステップＳ２０３）。

そして、ステップＳ２０３で求めたCNRuと、CNRの下限値であるCNR0とを比較し、CNRu＜CNR0であるか判定する（ステップＳ２０４）。

CNRu≧CNR0であれば（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、a=a+1として（ステップＳ２０５）、与干渉回線がa+1本の時に場合について、与干渉回線のパラメータの設定（ステップＳ２０２）、CNRの計算（ステップＳ２０３）及びCNRの比較（ステップＳ２０４）を繰り返す。a≧2の場合、ステップＳ２０３では、a本の与干渉回線の干渉電力の合計を求める。

ステップＳ２０４において、CNRu＜CNR0であれば（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、与干渉回線の数がa+1回線の場合にはCNRが許容値を下回ることになる。この場合、被干渉回線を含めてa+1回線が、収容可能な回線数であるとする（ステップＳ２０６）。

以上のように、特定の被干渉回線のCNRの計算を与干渉回線の条件を変えながら繰り返すことで、当該被干渉回線の条件下で同時に使用可能な与干渉回線の回線数を求めることができる。

なお、図２に示した手順は、使用可能な上り回線の本数を求める場合のものである。使用可能な下り回線の本数を求める場合には、ステップＳ２０３において、式（５）〜式（８）に基づいてCNRdを求め、CNRdとCNR0とを比較すればよい。また、上り回線と下り回線とで図２に示した手順によりそれぞれ得られた上り回線と下り回線との最大回線数のうち、大きい方あるいは小さい方のいずれかを、同時に使用可能な回線数としてもよい。

以上説明したように、第１の実施形態は、地上回線及び衛星回線の与干渉回線の干渉電力を計算し、これらを合計した干渉電力から被干渉回線のCNRを計算する。そして、与干渉回線の本数を変えながら、被干渉回線のCNRが、被干渉回線に要求される誤り率から求めたCNRよりも大きいかどうかを、その与干渉回線の本数ごとに判定している。その結果、第１の実施形態は、地上回線及び衛星回線の双方からの干渉の影響を考慮した上で、被干渉回線と同時に使用できる回線の数を求めることができる。

なお、第１の実施形態で説明した式（１）〜式（８）は被干渉回線が衛星回線の場合について干渉電力を計算するための式である。ここで、式（１）〜式（８）における衛星アンテナの熱雑音電力及び利得を基地局アンテナの熱雑音電力及び利得と置き換え、さらに、衛星アンテナ及び衛星端末に対するEIRPをそれぞれ基地局アンテナ及び地上端末に対するEIRPに置き換えてもよい。この置き換えにより、被干渉回線を地上回線とした場合の被干渉回線に対する干渉電力を式（１）〜（８）と同様の手順で求め、さらに、図２を用いて説明した手順により、被干渉回線が地上回線の場合の、被干渉回線と同時に使用できる回線の数を求めることができる。
［第２の実施形態］
第１の実施形態においては、１個の被干渉回線において、地上システム及び衛星回線の双方からの干渉の影響を考慮した上で、使用可能な回線数を求める手順を説明した。第２の実施形態では、複数の被干渉回線について、同時に使用可能な衛星回線の回線数を求める手順を説明する。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の手順を、衛星が使用する周波数帯域に含まれる複数の衛星回線に対してそれぞれ行うことで、衛星回線で使用される全ての回線に対して使用できる衛星回線の最大回線数を求めることができる。その結果、衛星が収容可能な最大回線数を求めることができる。

第２の実施形態では、使用する周波数帯域内の他の被干渉回線に対しても与干渉回線数の計算を実施する。対象となる被干渉回線は、衛星回線として使用される周波数帯域に含まれる全ての回線としてもよい。

図３は、第２の実施形態における上り衛星回線の最大回線数を求めるフローチャートである。また、図３において、１個の被干渉回線について使用可能な回線数を求める手順は、第１の実施形態と同様である。

まず、被干渉回線を示す番号cの初期値を１とする（ステップＳ４００）。そして、c番目の被干渉回線のパラメータを設定し、与干渉回線の個数dの初期値を１とする（ステップＳ４０１）。

次に、与干渉回線がd本の場合の与干渉回線のパラメータを設定する（ステップＳ４０２）。そして、計算対象となるd個の各与干渉回線について式（３）、（４）を用いて干渉電力を求める。そして、式（１）、（２）を用いてCNRuを求める（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３の手順は、図２で説明したCNRuを求める手順と同様であるので、詳細な説明は省略する。

そして、ステップＳ４０３で求めたCNRuと、許容される誤り率から求めたCNRuの下限値であるCNR0とを比較し、CNRu＜CNR0であるか判定する（ステップＳ４０４）。

CNRu≧CNR0であれば（ステップＳ４０４：Ｎｏ）、d=d+1として（ステップＳ４０５）、与干渉回線がd+1本の時に場合についてCNRの計算（ステップＳ４０３）とCNRの比較（ステップＳ４０４）とを繰り返す。d≧2の場合、ステップＳ４０３では、d本の与干渉回線の干渉電力の合計を求める。

ステップＳ４０４において、CNRu＜CNR0であれば（ステップＳ４０４：Ｙｅｓ）、与干渉回線の数がd+1回線の場合には、c番目の被干渉回線のCNRが許容値を下回っていることになる。従って、この場合、c番目の被干渉回線の使用可能な回線数は、被干渉回線を含めてd+1回線が、使用可能な回線数であるとする（ステップＳ４０６）。

そして、計算の対象とした全ての被干渉回線について使用可能な回線数を計算したかを判断する（ステップＳ４０７）。全ての被干渉回線についての使用可能な回線数を求めていない場合（ステップＳ４０７：Ｎｏ）、c=c+1として（ステップＳ４０８）、次の被干渉回線についてステップＳ４０２〜ステップＳ４０７の手順を繰り返す。

全ての被干渉回線について使用可能な回線数を求めると（ステップＳ４０７：Ｙｅｓ）、計算を終了する。

このようにして、衛星回線として使用される周波数帯域に含まれる各々の被干渉回線について、干渉量が所定の誤り率以下となる回線数が計算される。

なお、図３においては、図２と同様に、使用可能な上り衛星回線の本数を求める場合について説明した。下り回線について同様な計算を行う場合の手順は、第１の実施形態における下り回線の計算に関する説明と同様である。すなわち、ステップＳ４０３において、式（５）〜式（８）を用いてCNRdを求め、ステップＳ４０４においてCNRdとCNR0とを比較すればよい。また、上り回線と下り回線とで図３に示した手順によりそれぞれ得られた上り回線と下り回線との最大回線数のうち、大きい方あるいは小さい方のいずれかを、当該被干渉回線において同時に使用可能な回線数としてもよい。

以上説明したように、第２の実施形態は、使用する周波数帯域内の各被干渉回線に対して地上回線及び衛星回線の与干渉回線の干渉電力をそれぞれ計算し、これらを合計した干渉電力から各被干渉回線のCNRを計算する。そして、与干渉回線の本数を変えながら、各被干渉回線のCNRが、被干渉回線に要求される誤り率から求めたCNRよりも大きいかどうかを、その与干渉回線の本数ごとに判定している。その結果、第２の実施形態は、第１の実施形態の効果に加えて、使用する周波数帯域に含まれる回線それぞれに対して、地上回線及び衛星回線の双方からの干渉の影響を考慮した上で、衛星が収容可能な最大回線数を求めることができる。

なお、第２の実施形態においても、衛星アンテナの熱雑音電力及び利得を基地局アンテナの熱雑音電力及び利得と置き換え、さらに、衛星アンテナ及び衛星端末に対するEIRPをそれぞれ基地局アンテナ及び地上端末に対するEIRPに置き換えてもよい。この置き換えにより、第１の実施形態と同様に、地上回線と同時に使用できる回線数を求めることが可能となる。
［第３の実施形態］
第２の実施形態で求めた同時に使用できる回線数は、衛星の個々のビームに割り当てられる周波数帯域、各ビームの衛星からの送信電力、衛星アンテナのパターン及び利得、さらには地上領域における空間ガードバンドといった衛星の設計パラメータによって変化する。すなわち、第２の実施形態で求めた回線数は、衛星の設計パラメータを変数とする多変数関数の値ということができる。

従って、設計パラメータを変化させて多変数関数の最大値を求めることにより、最大の回線数を収容できる衛星の設計パラメータを見出すことが可能である。しかしながら、上記の多変数関数の最大値を解析的に求めることは一般には困難である。このような場合には、数値計算により最大収納数を与える衛星の設計パラメータを見いだしてもよい。

最大収容回線数Qは、上記の式（１）〜（８）の干渉条件を考慮して、一般的に式（９）のように表すことができる。

Q＝Q(B,P,G) ・・・ （９）
ここで、
Q：収容最大回線数
B：周波数バンド幅
P：衛星送信電力
G：空間ガードバンド
である。

ここで、周波数バンド幅Bは、システムで使用できる帯域の中で、衛星に搭載されたアンテナのビームで使用できる周波数のバンド幅である。また、空間ガ−ドバンドGは、衛星回線と同じ周波数での利用が困難な地上回線の空間的領域を表す。Qを目的関数として、他の変数を一定値に固定した場合に、最大の回線数を与える時のバンド幅Bは、下式を満たす。

dQ／dB＝0 ・・・ （１０）
すなわち、バンド幅Bを繰り返し変化させて、Qが式（１０）を満たす場合に、Qは回線数の極値を与える。従って、バンド幅Bを変化させて繰り返しQを計算することで、Qが最大となるBの最適値を求めることができる。また、バンド幅Bに代えて、衛星送信電力Pまたは空間ガードバンドを変化させてQの最大値を求めてもよい。

ここで、式（１０）を満たすBを探索する方法として、最急降下法や準ニュートン法を用いることができる。最急降下法や準ニュートン法は、数値計算により多変数関数の最大値又は最小値を求めるための方法である。これらの方法による計算方法はよく知られているので、その手順に関する説明は省略する。

図４は、第３の実施形態における、最大回線数を求めるフローチャートである。まず、最大化する目的関数と、その変数を定義する（ステップＳ５０１）。ここで、目的関数を、第２の実施形態で算出された、同時に使用可能な回線数とし、第１及び第２の実施形態で計算に使用した設計パラメータを変数としてもよい。

次に、変数のうち１つをを変化させ、他の変数を固定して繰り返し目的関数を演算し、目的関数が最大値となる変数の値を見いだす（ステップＳ５０２）。ここで、目的関数の演算には、第１及び第２の実施形態で説明した、同時に使用可能な回線数を求める手順を用いてもよい。また、目的関数が最大値となる変数の値を見いだす手順として、最急降下法や準ニュートン法を用いてもよい。

そして、目的関数の最大値と、その際の変数の値を出力する（ステップＳ５０３）。

以上のように、第３の実施形態は、同時に使用可能な回線数の最大値を与える関数を目的関数として、変数を変化させながら計算を繰り返すことで、最大回線数を与える最適な変数の値を見いだすことができる。
［第４の実施形態］
図５は、周波数共用システムで使用可能な回線数を計算するための、回線設計装置の構成を示す図である。図５において、回線設計装置６０１は、入力部６０２、演算部６０３、出力部６０４、記憶部６０５及び外部インタフェース部６０６を備えている。

入力部６０２は、データを入力する。入力部は、例えばキーボード、マウス等の入力デバイスを備えるが、これらには限定されない。

演算部６０３は、内部にCPU（Central Processing Unit）を備え、記憶部６０５に記憶されたプログラムに基づき、入力されたデータを処理する。

出力部６０４は、計算結果を出力する。出力部６０４は、ディスプレイやプリンタを備えるが、これらには限定されない。

記憶部６０５は、プログラムやデータを保存する。記憶部６０５は、典型的には、半導体メモリや磁気ディスク装置であるが、これらには限定されない。なお、記憶部６０５は演算部６０３と直接接続されていてもよいし、例えばネットワークを介して演算装置６０３に対して遠地に置かれていてもよい。記憶部は、第１〜第３の実施形態において、図２、図３及び図４を用いて説明した回線設計方法の手順を、演算装置に実行させるためのプログラムを格納していてもよい。

外部インタフェース部６０６は、外部の機器とデータを入出力するインタフェースである。外部インタフェース部の例としては、LAN（Local Area Network）インタフェースがある。しかし、他の機器と接続可能であればLAN以外のインタフェースでもよい。外部インタフェース部６０６は、例えば他の衛星通信設計装置のデータを取り込むことに用いられる。従って、回線設計装置は、他の回線設計装置や衛星回線のシミュレータの計算結果を外部エンタフェース部から取り込んで計算に用いることができる。

図６は、図５に示した回線設計装置の動作を示すフローチャートである。

回線設計装置は、入力部６０２から入力されたパラメータを、記憶部６０５に記憶させる（ステップＳ７０１）。

パラメータは、周波数共用システムで使用される周波数、変調方式、計算の対象となる地上及び空間的な領域、位置、送信電力及びアンテナ特性の情報を含んでいてもよく、また、これらに限定されない。また、外部インタフェース装置から入力されたデータをパラメータとして記憶部６０５に記憶させてもよい。そして、干渉計算の対象となる回線に要求される誤り率から算出したCNRの値も、記憶部６０５に記憶される。

次に、回線設計装置は、式（１）〜式（６）に基づいて干渉電力の計算を行い、入力した条件での被干渉回線と同時に使用可能な回線数を求める（ステップＳ７０２）。この手順は、第１及び第２の実施形態で説明したものと同様である。従って、詳細な説明は省略する。

そして、求めた回線数を目的関数として、変数を変化させた場合の、最大回線数の最大値を求める（ステップＳ７０３）。この手順は、第３の実施形態で説明したものと同様である。従って、詳細な説明は省略する。

ここで、演算部６０３が備えるCPUは、記憶部６０５に記憶されたプログラムに従って、ステップＳ７０２及びステップＳ７０３の処理を行ってもよい。

計算が終了すると、回線設計装置は、計算結果を出力部に出力し、処理を終了する（ステップＳ７０４）。

図７は、本願発明の衛星ビームの座標変換を行うフローチャートである。衛星に搭載されたアンテナは、衛星座標軸で表現され、地上局が存在する地表面の緯度・経度に直接対応しない。このため、回線設計装置は、図６のステップＳ７０２〜Ｓ７０４の処理に先だって、衛星ビームの座標系を衛星座標系から地上座標系にに変換してもよい。

図７において、回線設計装置は、衛星座標系による衛星ビームのデータを記憶部６０５から読み出し（ステップＳ８０１）、入力された座標データに対して衛星座標系から地上座標系への変換を行う（ステップＳ８０２）。そして、ステップＳ８０２で生成された地上座標系のデータを記憶部６０５に記憶させる（ステップＳ８０３）。このようにして、衛星座標系で入力されたデータが、地上座標系に変換される。

衛星アンテナがマルチビームシステムである場合には、所望のサービス領域が１０〜１００ビーム程度のビームで覆われる。図８は、マルチビームシステムの衛星ビームを地表面に対して配置する例を示す図である。図８において、同一の番号のビームには同一の周波数が割り当てられる。ここで、回線設計装置は、指定された領域に対するビームの配置を自動的に行ってもよい。

図８において、例えば（２，１）は、同一周波数が、右へビーム２本分、上へビーム１本分進むと同じ周波数が割り当てられるように定められていることを示す。回線設計装置は、さらに、各ビームに対する周波数を、この割り当て規約に基づいて、自動的に割り当てるようにしてもよい。

図９は第４の実施形態における、出力表示の例を示している。出力部６０４は、計算の結果同時に使用可能と判断された衛星ビームの地上における配置を、図１１に示すようにディスプレイの地図上に表示する。図９において、ｆ１、ｆ２等は衛星ビームの周波数に対応する。出力部６０４は、さらに、収納可能な回線数等の計算に用いたパラメータや、基地局の配置図等を同時に表示してもよい。

以上説明したように、第４の実施形態の回線設計装置は、第１から第３の実施形態で説明した手順を演算装置で実行させ、その結果を出力装置に出力する。その結果、周波数共用システムにおいて、地上回線及び衛星回線の双方からの干渉の影響を考慮した上で、使用できる衛星回線の最大回線数を求め、その結果を表示することができる。
［第５の実施形態］
図１０は、本願発明の第５の実施形態における、回線設計装置の構成を示す図である。図１０に示した回線設計装置５００は、入力部５０１と、演算部５０２と、出力部５０３と、と備える。

入力部５０１には、計算のためのパラメータが入力される。演算部５０２は、入力されたパラメータに基づいて、衛星端末と衛星とが無線回線で接続された衛星回線に対する他の衛星端末による衛星回線への第１の干渉電力を求め、衛星回線に対する他の無線回線による第２の干渉電力を求める。演算部５０２は、さらに、第１の干渉電力及び第２の干渉電力に基づいて、衛星回線が使用可能かどうかを判断し、衛星回線と同時に使用可能な回線数を求める。出力部５０３は、演算部の演算結果を出力する。

回線設計装置５００は、この構成を備えることで、地上回線及び衛星回線からの干渉電力を求め、計算の対象となった衛星回線が使用できるかどうかを判断し、その結果に基づいて、使用可能な衛星回線の回線数を求めることができるという効果を奏する。
［第６の実施形態］
本願発明の第６の実施形態は、本願発明の回線設計方法を、無線システムに適用したものである。

図１１は、第６の実施形態において、本願発明の回線設計方法が適用される無線システムの構成図である。図１１において、第１の無線システム１１００は、第１の無線局１１０１と第２の無線局１１０２を備える。また、第２の無線システム１２００は、第３の無線局１２０１と第４の無線局１２０２とを備える。

そして、第１の回線１１０３は、第１の無線局１１０１と第２の無線局１１０２とを接続している。また、第２の回線１２０３は、第３の無線局１２０１と第４の無線局１２０２とを接続している。

さらに、干渉回線１２０４は、第２の回線１２０３が第１の回線１１０３に干渉を与える回線を示している。

図１２は、本願発明の第６の実施形態における回線設計方法のフローチャートである。図１２において、第６の実施形態の回線設計方法は、所定のパラメータに基づいて、第１の回線１１０３に対する、第２の回線１２０３による干渉回線１２０４の電力（以下、「第１の干渉電力」という。）を求め（ステップＳ９０１）、第１の干渉電力に基づいて、第１の回線が使用可能かどうかを判断する（ステップＳ９０２）。そして、ステップＳ９０２における判断の結果に基づいて、第１の回線１１０３と同時に使用可能な第２の無線システム１２００の回線の数を求める。

すなわち、第６の実施形態の回線設計方法は、第２の無線システム１２００からの干渉回線１２０４の電力に基づいて、所定のパラメータの下で、第１の回線１１０３が使用可能かどうかを判断する。そして、第６の実施形態の回線設計方法は、その判断結果に基づいて第１の回線１１０３と同時に使用可能な第２の無線システム１２００の回線の数を求めている。

従って、第６の実施形態は、第２の無線システムからの干渉の影響を考慮して、第１の無線システムの回線と同時に使用できる第２の無線システムの回線の数を求めることができるという効果を奏する。

１００ 周波数共用システム
２００ 衛星
２１〜２Ｘ 衛星端末
２０１〜２０Ｘ 衛星回線
２１１〜２１Ｘ 上り回線
２２１〜２２Ｘ 下り回線
３００ 基地局
３１〜３Ｙ 地上端末
３０１〜３０Ｙ 地上回線
３１１〜３１Ｙ 地上回線
３２１〜３２Ｙ 地上回線
４０１、４０２ 与干渉回線
１１００ 第１の無線システム
１１０１ 第１の無線局
１１０２ 第２の無線局
１１０３ 第１の回線
１２００ 第２の無線システム
１２０１ 第３の無線局
１２０２ 第４の無線局
１２０３ 第２の回線
１２０４ 干渉回線

Claims (17)

1. 所定のパラメータに基づいて、第１の無線局と第２の無線局とを備える第１の無線システムの第１の回線に対する、第３の無線局と第４の無線局とを備える第２の無線システムの第２の回線による第１の干渉電力を求める第１のステップと、
   前記第１の干渉電力に基づいて、前記第１の回線が使用可能かどうかを判断する第２のステップと、
   前記判断の結果に基づいて、前記第１の回線と同時に使用可能な前記第２の無線システムの回線の数を求める第３のステップと、
   を備えることを特徴とする、回線設計方法。
2. 前記第１の回線に対する、前記第１の無線システムの第３の回線による第２の干渉電力を求める第４のステップをさらに備え、
   前記第２のステップは、前記第１の干渉電力及び前記第２の干渉電力に基づいて、前記第１の回線と同時に使用可能な前記第２の無線システムの回線の数を求めることを特徴とする、請求項１に記載された回線設計方法。
3. 前記第２のステップは、前記第１の干渉電力及び前記第２の干渉電力に基づいて、さらに、前記第１の回線と同時に使用可能な前記第１の無線システムの回線の数を求めることを特徴とする、請求項２に記載された回線設計方法。
4. 前記第１のステップは、前記第１の無線局から前記第２の無線局に向かう上り回線に対する前記第１の干渉電力を求める、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された回線設計方法。
5. 前記第１のステップは、前記第１の無線局から前記第２の無線局に向かう上り回線に対する前記第１の干渉電力を求め、
   前記第４のステップは、前記上り回線に対する前記第２の干渉電力を求める、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載された回線設計方法。
6. 前記第１のステップは、前記第２の無線局から前記第１の無線局に向かう下り回線に対する前記第１の干渉電力を求める、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された回線設計方法。
7. 前記第１のステップは、前記第２の無線局から前記第１の無線局に向かう下り回線に対する前記第１の干渉電力を求め、
   前記第４のステップは、前記下り回線に対する前記第２の干渉電力を求める、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載された回線設計方法。
8. 前記第２のステップは、前記第１の干渉電力が前記第１の回線に許容される干渉電力以下となるかどうかに基づいて、前記第１の回線が使用可能かどうかを判断する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載された回線設計方法。
9. 前記第２のステップは、前記第１の干渉電力及び前記第２の干渉電力の合計が前記第１の回線に許容される干渉電力以下となるかどうかに基づいて、前記第１の回線が使用可能かどうかを判断する、
   ことを特徴とする、請求項２乃至８のいずれかに記載された回線設計方法。
10. 前記第１の無線システムが使用する帯域内の前記第１の回線毎に、前記第１の回線と同時に使用可能な前記第２の無線システムの回線数をそれぞれ求める第５のステップを備える、
    ことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載された回線設計方法。
11. 前記第５のステップは、第１の無線システムが使用する帯域内の前記第１の回線毎に、さらに、前記第１の回線と同時に使用可能な前記第１の無線システムの回線数をそれぞれ求める、
    ことを特徴とする、請求項１０に記載された回線設計方法。
12. 前記所定のパラメータを変化させることで、前記第１の回線と同時に使用可能な前記第２の無線システムの回線数の最大値を求める第６のステップをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載された回線設計方法。
13. 前記第６のステップは、前記所定のパラメータを変化させることで、さらに、前記第１の回線と同時に使用可能な前記第１の無線システムの回線数の最大値を求める、
    ことを特徴とする請求項１２に記載された回線設計方法。
14. 前記第１の無線局は衛星端末であり、前記第２の無線局は衛星である、
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載された回線設計方法。
15. 前記第２の無線システムは、前記第１の無線システムと周波数帯を共用する無線システムである、
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載された回線設計方法。
16. 所定のパラメータが入力される入力部と、
    前記パラメータに基づいて、第１の無線システムの第１の回線に対する第２の無線システムの第２の回線による第１の干渉電力を求め、前記第１の干渉電力に基づいて、前記第１の回線が使用可能かどうかを判断し、前記判断の結果に基づいて、前記第１の回線と同時に使用可能な前記第２の無線システムの回線の数を求める演算部と、
    前記演算部の演算結果を出力する出力部と、
    を備えることを特徴とする、回線設計装置。
17. 回線設計装置のコンピュータを、
    所定のパラメータの入力を受け付ける入力手段、
    前記パラメータに基づいて、第１の無線システムの第１の回線に対する第２の無線システムの第２の回線による第１の干渉電力を求め、前記第１の干渉電力に基づいて、前記第１の回線が使用可能かどうかを判断し、前記判断の結果に基づいて、前記第１の回線と同時に使用可能な第２の無線システムの回線の数を求める演算手段、
    前記演算部の演算結果を出力する出力手段、
    として機能させるための回線設計装置のプログラム。

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