JP2011514085A - 地上処理およびデジタル送信によるビーム生成システム - Google Patents

Abstract

地上ビーム形成システム（１）は、衛星（２）と、ビーム形成手段（２０）を装備した地上処理基地（４）とを含んでいる。前記衛星（２）は、遠隔端末（８）との間でアナログ信号を送受信する第１の送信／受信手段（６、７）と、前記処理基地（４）と通信している地上の第３の送信／受信手段（３、１７、１９）との間で信号を送受信する第２の送信／受信手段（５、１４、１５、１６）と、を装備している。衛星（２）は、第１の送信／受信手段（６、７）で受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換することに適したデジタル化手段（９）であって、第１の送信／受信手段（６、７）に直接接続されているデジタル化手段（９）を含んでいる。

Description

本発明は、地上ビーム形成システム（ＧＢＢＦ）に関する。

「ビーム形成」という表現は、放射素子を有するアンテナから放射されるエネルギが特定の方向に向けられているシステムの果たす機能に関連する。また、このシステムの目的は、特定方向からの信号を優先的に受信すること、または信号を特定方向に優先的に送信することである。このようなシステムは、一般に、携帯電話やデジタル復号器のような遠隔端末に対して用いる。ビーム形成は、衛星、または地上に配置された基地局において実行可能である。

本発明は地上ビーム形成システムに関するものであるため、ビーム形成は基地局で行う。ビーム形成を地上で行うことには、様々な利点がある。まず、ビーム形成装置を衛星ではなく地上の基地局に配置するため、衛星の搭載負荷が軽減される。また、ビーム形成装置を衛星に搭載することに伴う技術的制約（たとえば、サイズや重量）に縛られないため、コストも軽減される。さらに、地上ビーム形成は、柔軟な運用ならびにシステムの「終わりがないこと」が見込まれており、これらは明らかに、ビーム形成を衛星で行う場合よりすぐれている点である。実際、地上ビーム形成では、衛星の運用寿命（一般にほぼ１０年程度）の間に、需要が増えればビーム形成装置を増やすことが容易に可能であり、技術の進歩に伴ってビーム形成装置またはこれに接続された処理機器を変更または更新することが容易に可能である。

しかしながら、地上ビーム形成システムでは、衛星が遠隔端末から受信した信号や、衛星が地上基地局に送信した信号の忠実なコピーを地上で取得することが困難である。同様に、衛星では、基地局が送信した信号の忠実なコピーを取得することが困難である。

本発明の１つの目的は、これらの弱点を軽減することである。

本発明の一態様によれば、地上ビーム形成システムが提案され、本システムは、衛星と、ビーム形成手段を備えた地上処理基地とを含み、前記衛星は、遠隔端末との間でアナログ信号を送受信する第１の放射／受信手段と、前記処理基地と通信している地上の第３の放射／受信手段との間で信号を送受信する第２の放射／受信手段と、を装備する。

衛星は、
第１の放射／受信手段で受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換することに適したデジタル化手段であって、第１の放射／受信手段に直接接続されている前記デジタル化手段と、
デジタル化手段に直接接続されたデジタル処理手段と、を含み、
処理基地は、ビーム形成手段と、前記第３の放射／受信手段に接続された処理手段とを含む。

遠隔端末から送信されたアナログ信号の受信源のできるだけ近くで、その信号をデジタル化することにより、衛星内での受信からデジタル化までの間の信号の劣化を回避することが可能である。

一実施形態では、前記第２および第３の放射／受信手段は、デジタル信号による通信に適している。

そのようなシステムは、衛星が遠隔端末から受信する信号と、衛星が送信して地上基地局が受信する信号との差を非常に小さくすることを可能にする。実際、デジタル形式での信号送信は、アナログ送信に比して伝送誤り率を大幅に低減することを可能にする。

さらに、デジタル形式で信号を送信する場合、ノイズの付加は、アナログ信号送信に比して大幅に抑えられる。

一実施形態では、衛星のデジタル処理手段は、デジタル信号のフィルタリングに適したデジタルフィルタリング手段を含む。

そのようなフィルタリングは、信号の品質を向上させる。

一実施形態では、衛星のデジタル処理手段は、デジタル信号を圧縮する圧縮手段を含む。

このデータ圧縮により、信号の送信に必要な帯域幅が抑えられる。

一実施形態では、衛星のデジタル処理手段は、デジタル化された信号に時分割多重情報を付加する手段と、デジタル信号時分割多重手段とを含む。

したがって、信号の時分割多重は、前記信号が地上で受信されたときに、対応する分離多重を行えるように情報を付加することによって行うことが可能である。

一実施形態では、地上処理基地の処理手段は、デジタル信号多重分離手段を含む。

一実施形態では、地上処理基地の前記処理手段は、デジタル信号圧縮解除手段を含む。

一実施形態では、前記第２の放射／受信手段は、追加で、デジタル信号を変調する変調器を含む。

一実施形態では、本システムは、衛星から受信されたデジタル信号を復調する地上復調器を含む。

こうして元の信号が復元される。

本発明の別の態様によれば、やはり地上ビーム形成システムが提案され、本システムは、衛星と、ビーム形成手段を備えた地上処理基地とを含み、前記衛星は、遠隔端末との間でアナログ信号を送受信する第１の放射／受信手段と、前記処理基地と通信している地上の第３の放射／受信手段との間で信号を送受信する第２の放射／受信手段と、を装備する。

衛星は、
第２の放射／受信手段で受信されたデジタル信号をアナログ信号に変換することに適した変換手段であって、第１の放射／受信手段に直接接続されている前記変換手段と、
変換手段に直接接続されたデジタル処理手段と、を含み、
処理基地は、ビーム形成手段と、前記地上の第３の放射／受信手段に接続された処理手段とを含む。

このように衛星が地上基地局から受信したデジタル信号は、衛星からのアナログ信号の放射源のできるだけ近くでアナログ信号に変換され、これによって、アナログへの変換から遠隔端末への放射までの間の信号の劣化が回避される。

一実施形態では、前記第２および第３の放射／受信手段は、デジタル信号による通信に適している。

そのようなシステムは、地上基地局が送信して衛星が受信する信号と、衛星が遠隔端末に送信する信号との差を非常に小さくすることを可能にする。実際、デジタル形式での信号送信は、現行のアナログ送信に比して伝送誤り率を著しく低減することを可能にする。

さらに、デジタル形式で信号を送信する場合、ノイズの付加は、アナログ信号送信に比して大幅に抑えられる。

一実施形態では、地上処理基地の処理手段は、デジタル信号のフィルタリングに適したデジタルフィルタリング手段を含む。

これによって、信号の品質は向上する。

一実施形態では、地上処理基地の処理手段は、デジタル信号を圧縮する圧縮手段を含む。

このデータ圧縮により、信号送信に必要な帯域幅が抑えられる。

一実施形態では、地上処理基地の処理手段は、デジタル化された信号に時分割多重情報を付加する手段と、デジタル信号時分割多重手段とを含む。

したがって、信号の時分割多重は、前記信号が衛星で受信されたときに、対応する分離多重を行えるように情報を付加することによって行うことが可能である。

一実施形態では、衛星のデジタル処理手段は、デジタル信号多重分離手段を含む。

一実施形態では、衛星のデジタル処理手段は、デジタル信号圧縮解除手段を含む。

一実施形態では、地上の第３の放射／受信手段は、デジタル信号を変調する変調器を含む。

一実施形態では、前記第２の放射／受信手段は、地上処理基地から受信されたデジタル信号を復調する復調器を含む。

こうして最初の信号が取り出される。

一実施形態では、前記遠隔端末は、携帯電話またはデジタルテレビ端末を含む。

本発明の別の態様によれば、地上ビーム形成方法も提案され、本方法では、遠隔端末が送信して衛星が受信したアナログ信号がデジタル信号に変換され、前記変換は、受信信号に対するどの後続の処理よりも先に行われる。

本発明の別の態様によれば、やはり地上ビーム形成方法が提案され、本方法では、地上処理基地が放射して衛星が受信したデジタル信号がアナログ信号に変換され、前記変換は、信号が遠隔端末に放射される直前に行われる。

限定ではない例として説明され、かつ、以下の添付図面で図示される、いくつかの実施形態を検討することにより、本発明はよりよく理解されるであろう。

（遠隔端末からの信号を衛星で受信し、これらの信号を地上処理基地に送信する）本発明の第１の態様による地上ビーム形成システムを示す図である。 （地上処理基地からの信号を衛星で受信し、これらの信号を遠隔端末に放射する）本発明の第２の態様による地上ビーム形成システムを示す図である。

図１に示すように、地上ビーム形成システム１は、衛星２と、地上放射／受信アンテナ３と、地上処理基地４とを含んでいる。一変形として、地上受信／放射を、すべてが基地４と通信している複数の放射／受信アンテナで行ってもよいことは明らかである。以下、本明細書では、限定ではないが、衛星２と基地局４との間の通信は、衛星２の単一の放射／受信素子５と、単一の地上放射／受信アンテナ３とによって行うものとする。

衛星２は、放射素子７を有するアンテナ６を含んでおり、各放射素子は、携帯電話８などの遠隔端末から受信したアナログ信号を出力する。一変形として、本発明は、他のタイプの遠隔端末（たとえば、デジタルテレビ端末）にも当てはまる。アンテナ６には、放射素子７に関連付けられた反整流フィルタを設けることが可能である。デジタル化モジュール９が、アンテナ６に直接接続されており、これは、放射素子７で受信された各アナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル化された信号は、モジュール１０に送られ、モジュール１０で情報（フレーマ）を付加される。フレーマによって、時分割多重化器１１が、デジタル化モジュール９から受け取ったすべての信号を多重化することが可能になる。

次に、これらの信号を、オプションのデジタルフィルタ１２でフィルタリングし、オプションの圧縮モジュール１３で圧縮することが可能である。これらの目的は、それぞれ、取得した信号の品質を向上させること、ならびに、必要な帯域幅を少なくすることである。衛星２はさらに、変調器１４を含んでおり、変調器１４は、デジタル信号を搬送波に載せて送信するためにデジタル信号を変調する。衛星２はさらに、デジタル信号を増幅して放射／受信素子５から送信するための周波数変更モジュール１５および増幅器１６を含んでいる。

アンテナ３は、衛星２から送信されたデジタル信号を受信し、復調のために復調器１７に送る。復調された信号は、基地４に送られる。基地４は、圧縮解除モジュール１８、多重分離器１９、および処理モジュール２０を含んでいる。圧縮解除モジュール１８は、信号が衛星２で圧縮されている場合のオプションである。多重分離器１９は、受信時に、衛星２でデジタル化された信号に相当するデジタル信号を処理モジュール２０に出力する。処理モジュール２０は、ビーム形成と、場合によってはさらなる処理操作とを実施することが可能である。

図１は、遠隔端末８からの信号を衛星２が受信することと、それらの信号を地上処理基地４に送信することとを表している。

図２は、図１のシステムと同等のシステムを示しており、地上処理基地４からの信号を衛星２が受信することと、その信号を遠隔端末８に放射することとを表している。図１にある要素と同じ要素には、同じ参照符号を付している。

図２に示すように、地上ビーム形成システム１は、衛星２と、地上放射／受信アンテナ３と、地上処理基地４とを含んでいる。衛星２と基地局４との間の通信は、たとえば、衛星２の単一の放射／受信素子５と、単一の地上放射／受信アンテナ３とによって行う。

基地４のビーム形成処理モジュール２０が、デジタル信号をモジュール２１に出力し、モジュール２１は、これらの信号に情報（フレーマ）を付加する。フレーマによって、時分割多重化器２２がこれらの信号を多重化することが可能になる。次に、これらの信号を、オプションのデジタルフィルタ２３でフィルタリングし、オプションの圧縮モジュール２４で圧縮することが可能である。これらの目的は、それぞれ、取得した信号の品質を向上させること、ならびに、必要な帯域幅を少なくすることである。地上処理はさらに、基地局４の出力において、変調器２５、周波数変更モジュール２６、および増幅器２７を含んでいる。変調器２５は、デジタル信号を搬送波に載せて送信するためにデジタル信号を変調する。周波数変更モジュール２６および増幅器２７は、それらのデジタル信号を、地上放射／受信アンテナ３から衛星２への送信のために増幅する。

衛星２の放射／受信素子５は、これらの信号を受信し、復調のために復調器２８に送る。次に、復調された信号を、オプションの圧縮解除モジュール２９で（オプションで）圧縮解除し、多重分離器３０で多重分離することが可能である。多重分離器３０は、多重分離された信号の一式を出力する。多重分離された信号は、次に、変換器３１でアナログ信号に変換され、次に、放射素子７を有するアンテナ６から遠隔端末８への、アナログ形式での送信のために、周波数変更モジュール３２で周波数を変更され、増幅器３３で増幅される。要素６、７、３２、３３は、放射時および／または受信時にアクティブアンテナを形成する。

図２は、処理基地４からの信号を衛星２が受信することと、それらの信号を遠隔端末８に送信することとを表している。

別の実施形態では、地上ビーム形成システムが、図１の実施形態の要素と、図２の実施形態の要素との両方を含んでよいことは明らかである。

本発明は、地上に送信される信号の劣化を抑えることを可能にする地上ビーム形成を可能にするものである。さらに、デジタル形式を用いることによるデジタル処理の流れは、消耗を抑え、置き場所を最小化することを可能にするであろう。

Claims (21)

1. 衛星（２）と、ビーム形成手段（２０）を装備した地上処理基地（４）とを備え、前記衛星（２）は、遠隔端末（８）との間でアナログ信号を送受信する第１の放射／受信手段（６、７）と、前記処理基地（４）と通信している地上の第３の放射／受信手段（３、１７）との間で信号を送受信する第２の送信／受信手段（５、１４、１５、１６）と、を装備している、地上ビーム形成システム（１）であって、
   前記衛星（２）が、
   前記第１の放射／受信手段（６、７）で受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換することに適したデジタル化手段（９）であって、前記第１の放射／受信手段（６、７）に直接接続されている前記デジタル化手段（９）と、
   前記デジタル化手段（９）に直接接続されたデジタル処理手段（１０、１１、１２、１３）と、を備えることを特徴とし、
   かつ、前記処理基地（４）が、ビーム形成手段（２０）と、前記第３の放射／受信手段（３、１７）に接続された処理手段（１８、１９）とを備えることを特徴とする、システム。
2. 前記第２（５、１４、１５、１６）および第３（３、１７）の放射／受信手段は、デジタル信号による通信に適している、請求項１に記載のシステム。
3. 前記衛星（２）の前記デジタル処理手段は、デジタル信号のフィルタリングに適したデジタルフィルタリング手段（１２）を備える、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記衛星（２）の前記デジタル処理手段は、デジタル信号を圧縮する圧縮手段（１３）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記衛星（２）の前記デジタル処理手段は、前記デジタル化された信号に時分割多重情報を付加する手段（１０）と、デジタル信号時分割多重手段（１１）と、を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記地上処理基地（４）の前記処理手段は、デジタル信号多重分離手段（１９）を備える、請求項５に記載のシステム。
7. 前記地上処理基地（４）の前記処理手段は、デジタル信号圧縮解除手段（１８）を備える、請求項４から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記第２の放射／受信手段は、追加で、前記デジタル信号を変調する変調器（１４）を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記衛星（２）から受信されたデジタル信号を復調する地上復調器（１７）を備える、請求項８に記載のシステム。
10. 衛星（２）と、ビーム形成手段（２０）を装備した地上処理基地（４）とを備え、前記衛星（２）は、遠隔端末（８）との間でアナログ信号を送受信する第１の放射／受信手段（６、７、３２、３３）と、前記処理基地（４）と通信している地上の第３の放射／受信手段（３、２５、２６、２７）との間で信号を送受信する第２の送信／受信手段（５、２８）と、を装備している、地上ビーム形成システム（１）であって、
    前記衛星（２）が、
    前記第２の放射／受信手段（５、２８）で受信されたデジタル信号をアナログ信号に変換することに適した変換手段（３１）であって、前記第１の放射／受信手段（６、７、３２、３３）に直接接続されている前記変換手段（３１）と、
    前記変換手段（３１）に直接接続されたデジタル処理手段（２９、３０）と、を備えることを特徴とし、
    かつ、前記処理基地（４）が、ビーム形成手段（２０）と、前記地上の第３の放射／受信手段（３、２５、２６、２７）に接続された処理手段（２１、２２、２３、２４）とを備えることを特徴とする、システム。
11. 前記第２（５、２８）および第３（３、２５、２６、２７）の放射／受信手段は、デジタル信号による通信に適している、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記地上処理基地（４）の前記処理手段は、デジタル信号のフィルタリングに適したデジタルフィルタリング手段（２３）を備える、請求項１０または１１に記載のシステム。
13. 前記地上処理基地（４）の前記処理手段は、デジタル信号を圧縮する圧縮手段（２４）を備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記地上処理基地（４）の前記処理手段は、前記デジタル化された信号に時分割多重情報を付加する手段（２１）と、デジタル信号時分割多重手段（２２）と、を備える、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のシステム。
15. 前記衛星（２）の前記デジタル処理手段は、デジタル信号多重分離手段（３０）を備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記衛星（２）の前記デジタル処理手段は、デジタル信号圧縮解除手段（２９）を備える、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 前記地上の第３の放射／受信手段は、前記デジタル信号を変調する変調器（２５）を備える、請求項１０から１７のいずれか一項に記載のシステム。
18. 前記第２の放射／受信手段は、前記地上処理基地（４）から受信されたデジタル信号を復調する復調器（２８）を備える、請求項１８に記載のシステム。
19. 前記遠隔端末（８）は、携帯電話またはデジタルテレビ端末を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のシステム。
20. 遠隔端末（８）が放射して衛星（２）が受信したアナログ信号がデジタル信号に変換され、前記変換は、前記受信信号に対するどの後続の処理よりも先に行われることを特徴とする地上ビーム形成方法。
21. 地上処理基地（４）が放射して衛星（２）が受信したデジタル信号がアナログ信号に変換され、前記変換は、前記信号が遠隔端末に放射される直前に行われることを特徴とする地上ビーム形成方法。