JP2019169792A - 通信システム、及び受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価な受信機を用いつつ、シングルキャリア方式による通信を実現できる通信システム、及び受信装置を提供する。【解決手段】宇宙側送信局装置と、地上側受信局装置とを備え、宇宙側送信局装置は地上側受信局装置への送信対象となるデータを、シングルキャリア信号に変調して送出し、地上側受信局装置は、宇宙側送信局装置から到来する信号を受信してディジタル信号に変換して出力し、当該ディジタル信号を波形情報として蓄積して記録する。そして当該記録された波形情報を、宇宙側送信局装置が送出したシンボルレートとは異なるシンボルレートで読み出して、当該波形情報に基づく復調処理を行い、送信対象となったデータを再生する通信システムである。【選択図】図１

Description

本発明は、人工衛星等と地上局との間の通信等に用いられる通信システム、及び受信装置に関する。

近年、地上の状況等を人工衛星を用いて観測し、当該観測したデータを地上局へ送信するシステムが数多く開発されている。このような人工衛星は、その軌道によっては地上局との間の通信可能時間が限られる場合がある。

また、人工衛星から地上局へのデータ通信では、一つの変調波を用いて、比較的高速なデータ通信を行う方法（シングルキャリア方式）と、多数の変調波を用いて、それぞれの変調波では比較的低速なデータ通信を行う方法（マルチキャリア方式）とが存在する。

ここでマルチキャリア方式では、各変調波で変調された信号間の干渉を避けるため、各変調波により変調される信号の占有周波数帯域間に、信号のない周波数帯域（ガードバンド）を設けている。このため、マルチキャリア方式を採用する場合、シングルキャリア方式に比べると、周波数利用効率が低下する。

つまり、人工衛星等から地上局への通信は、シングルキャリア方式により行うことが周波数利用効率の面からは好適であるが、この場合は、従来、マルチキャリア方式のように並列的にデータ処理を行っていないため、当該変調波にて伝送される信号を高速に復調し、また当該信号に含まれるデータを高速に復号しなければならず、受信機のコストが著しく高価となってしまう。

なお、計測データの波形情報を記録して処理する装置の例が特許文献１に開示されている。

特開２０１６−０５０８３０号公報

通常、比較的低軌道を周回する観測衛星等の人工衛星からの信号は、地上局側においては大型のパラボラアンテナを用いて受信される。このような人工衛星ではその軌道ため、通信可能な時間が制限され、限られた時間で比較的大容量の観測データを送受信する必要がある。そこで人工衛星から地上局宛の信号のシンボルレートは比較的高めに設定している。

しかし、一旦地上側に受信されてしまえば、その後の復調等の信号処理は、リアルタイムで行う必要がないことが多い。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、比較的安価な受信機を用いつつ、シングルキャリア方式による通信を実現できる通信システム、及び受信装置を提供することを、その目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決する本発明の一態様は、宇宙側送信局装置と、地上側受信局装置とを備える通信システムであって、前記宇宙側送信局装置は、地上側受信局装置への送信対象となるデータを、シングルキャリア信号に変調して送出し、前記地上側受信局装置は、前記宇宙側送信局装置から到来する信号を受信してディジタル信号に変換して出力する受信手段と、前記受信手段が出力するディジタル信号を波形情報として蓄積して記録する記録手段と、前記記録された波形情報を、前記宇宙側送信局装置が送出したシンボルレートとは異なるシンボルレートで読み出して、当該波形情報に基づく復調処理を行い、前記送信対象となったデータを再生するデータ再生手段と、を有することとしたものである。

ここで、波形情報を読み出すシンボルレートを、受信機が処理可能なシンボルレートとすることにより、比較的安価な受信機を用いつつ、シングルキャリア方式による通信を実現できる。

本発明の実施の形態に係る通信システムの概要を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムの概略構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る地上側受信局装置の構成例を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムの動作例を表す流れ図である。 本発明の実施の形態に係る地上側受信局装置の一部の別の構成例を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る地上側受信局装置の一部のまた別の構成例を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る地上側受信局装置が受信する信号に対するドップラー効果の影響を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る地上側受信局装置の一部のさらに別の構成例を表すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る地上側受信局装置が用いるドップラー効果の影響を打ち消す周波数の設定情報の例を表す説明図である。 本発明の実施の形態に係る地上側受信局装置の一部のさらにもう一つの構成例を表すブロック図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る通信システム１は、図１に例示するように、人工衛星２に搭載された宇宙側送信局装置１０と、地上側の施設３に配置された地上側受信局装置２０とを含んで構成されている。

この人工衛星２は、例えば地上の状況等を観測する少なくとも一つのセンサを有し、当該センサにて検出したデータを地上側受信局装置２０に対して送出する。またこの人工衛星２は、人工衛星の姿勢等の状況を表すステータス情報をセンサで検出したデータとともに地上側受信局装置２０に対して送出する。

宇宙側送信局装置１０は、図２に例示するように、制御部１１と、記憶部１２と、データ入力部１３と、無線部１４とを含んで構成されている。また地上側受信局装置２０は、無線受信部２１と、データ処理部２２と、記憶部２３と、出力部２４とを含んで構成されている。

ここで宇宙側送信局装置１０の制御部１１は、ＣＰＵ等のプログラム制御デバイスであり、記憶部１２に格納されたプログラムを実行する。本実施の形態では、この制御部１１は、地上側受信局装置２０に対してシングルキャリア信号を送出する処理を行うものである。

この制御部１１は、地上側受信局装置２０に対する送信対象となるデータを受け入れ、当該受け入れた送信対象のデータに所定の誤り訂正符号を付し、当該誤り訂正符号を付したデータを、無線部１４を介して地上側受信局装置２０に対してシングルキャリア信号として送出する。この制御部１１の動作については後に詳しく述べる。

記憶部１２は、ディスクデバイスやメモリデバイス等を含み、制御部１１によって実行されるプログラムを格納している。この記憶部１２は、また、制御部１１のワークメモリとしても動作する。

データ入力部１３は、地上側受信局装置に対する送信対象となるデータの入力を受け入れる。本実施の形態の一例では、このデータ入力部１３は、人工衛星２に搭載された各種のセンサの出力やステータス情報を受け入れて制御部１１に出力する。本実施の形態の一例では、センサは光学カメラや、レーダー等であり、それぞれのセンサは、観測データを出力する。

無線部１４は、制御部１１が出力する符号化データを単一の搬送波で変調し、シングルキャリア信号として地上側受信局装置２０に対して送出する。

地上側受信局装置２０の無線受信部２１は、宇宙側送信局装置１０が送出したシングルキャリア信号を受信してデータ処理部２２に出力する。データ部２２は、無線受信部２１が出力する信号をディジタル信号に変換して復調処理し、送信対象となったデータを再生して出力する。

本実施の形態の一例では、このデータ処理部２２は、無線受信部２１が出力する信号をＡ／Ｄ変換してディジタル信号とし、このディジタル信号を波形情報として、記憶部２３に蓄積して記録する。またこのデータ処理部２２は、当該記録した波形情報を、宇宙側送信局装置１０が送出したシンボルレートとは異なるシンボルレートで読み出して、当該波形情報に基づく復調処理を行い、送信対象となったデータを再生する。このデータ処理部２２の動作については、後に詳しく述べる。

記憶部２３は、ディスクデバイスやメモリデバイス等を含む。この記憶部２３は、また、データ処理部２２のワークメモリとしても動作し、波形情報を記憶する。出力部２４は、データ処理部２２により復調されたデータを出力する。

次に、本実施の形態の地上側受信局装置２０におけるデータ処理部２２の構成及び動作について説明する。

本実施の形態の一例では、データ処理部２２は、図３に例示するように、記録モジュール３１と、読み出しモジュール３２とを含んで構成される。また記録モジュール３１は、受入部２０１と、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０２と、ディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）２０３と、記録処理部２０４を含み、読み出しモジュール３２は、信号読出部２０５と、Ｄ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ）２０６と、受信機２０７とを含んで構成される。

受入部２０１は、無線受信部２１が出力する信号（ＲＦ信号）を受け入れてＡ／Ｄコンバータ２０２に出力する。なお、この受入部２０１は、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）を備えて、ＲＦ信号を中間周波の信号（ＩＦ信号）に変換してから出力してもよい。

Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０２は、受入部２０１が出力する信号を所定のタイミングごとにディジタル値に変換して、ディジタル信号に変換する。ディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）２０３は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processer）等で構成できる。ＤＳＰのようなプログラム制御デバイスを用いる場合、そのプログラムは、記憶部２３に格納しておいてもよい。

ディジタルダウンコンバータ２０３は、Ａ／Ｄコンバータ２０２が出力するディジタル信号（シングルキャリアで変調された信号）を、直交復調して同相成分の信号（以下Ｉ信号と呼ぶ）と、直交位相成分の信号（以下Ｑ信号と呼ぶ）とを得る。そしてこのディジタルダウンコンバータ２０３は、これらＩ信号及びＱ信号のそれぞれを、ローパスフィルタを介して出力する。

なお、このディジタルダウンコンバータ２０３は、Ｉ信号及びＱ信号をそれぞれ所定の間隔で間引きして（Ａ／Ｄコンバータ２０２の変換のタイミングごとに得られる信号の一部に係る信号を出力しないようにして）もよい。

記録処理部２０４は、ディジタルダウンコンバータ２０３が出力する信号（Ｉ信号とＱ信号との組）を、互いに関連付けて（同じタイミングで変換されたディジタル信号に基づくＩ信号とＱ信号とを関連付けて）記憶部２３に蓄積して記録する。このように比較的高速に信号を記録するため、記憶部２３としては、ＳＳＤ（Solid State Drive）や、ＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks：ＳＳＤによるＲＡＩＤを含む）に構成されたハードディスクドライブ等が用いられてもよい。

信号読出部２０５は、信号の再生のタイミング（処理の対象とする信号が、記録処理部２０４により記憶部２３に格納された後であれば、このタイミングは、記録処理部２０４の記録中であると、記録後であるとを問わない）で、記憶部２３に格納された処理対象の信号（Ｉ信号及びＱ信号）を読み出す。

本実施の形態の一例では、この信号読出部２０５は、ディジタルアップコンバータ（ＤＵＣ）を含む。そして信号読出部２０５は、読み出したＩ信号及びＱ信号を、ディジタルアップコンバータにより、所定の周波数の搬送波で直交変調し、当該直交変調したディジタル信号を出力する。

Ｄ／Ａコンバータ２０６は、信号読出部２０５が出力するディジタル信号を所定のタイミングごとに（所定のサンプリングレートで）アナログ信号に変換して出力する。受信機２０７は、Ｄ／Ａコンバータ２０６が出力するアナログ信号を復調し、復調して得たデータを復号して、送信対象となったデータを再生して出力する。

ここで、信号読出部２０５の信号の読み出しのタイミングを、受信機２０７が処理可能なシンボルレートに合わせれば、受信機２０７の復調、復号の処理が比較的低速であっても、データを再生できることとなる。

［動作例］
本実施の形態は以上の構成を備えており、次のように動作する。なお、以下の例では、人工衛星２は、地上を光学的に撮像した光学観測データと、レーダで観測したレーダ観測データと、不定期に発生する人工衛星の姿勢等の状況を表すステータス情報とを地上局側へ送信するものとする。

人工衛星２に搭載された宇宙側送信局装置１０は、図４に例示するように、この、地上側受信局装置２０に対する送信対象となるデータを受け入れる（Ｓ１）。

宇宙側送信局装置１０は、当該データを誤り訂正符号化して符号化後データを生成する。宇宙側送信局装置１０は、ここで誤り訂正符号化したデータ（符号化後データ）を所定の無線周波数で変調し、地上局側へ送信する（Ｓ２）。

地上側受信局装置２０は、宇宙側送信局装置１０が送出したシングルキャリア信号を受信して、ディジタル信号に変換してディスクデバイスなどのストレージに蓄積して記録する（Ｓ１１）。

その後、地上側受信局装置２０は、ストレージに蓄積して記録したディジタル信号を、内蔵する受信機が処理可能なシンボルレートとなるタイミングごとに順次読み出して、受信機に出力する（Ｓ１２）。

地上側受信局装置２０は、受信機を用いて、当該読み出した信号を復調（Ｓ１３）し、復調して得たデータ（符号化後データに相当する）を復号して、送信の対象となるデータ（光学観測データやレーダ観測データ及び、ステータス情報）を再生して出力する（Ｓ１４）。

［変形例Ａ：アナログで直交復調を行う例］
以上で説明した例によると、記録モジュール３１では、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０２にてディジタル信号に変換した後、ディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）２０３にて直交復調を行うこととしていたが、本実施の形態の地上側受信局装置２０は、以上の構成に限られない。

例えば、本実施の形態の一例では、図５に例示するように、地上側受信局装置２０のデータ処理部２２の記録モジュール３１は、受入部２０１と、直交復調器３０１と、一対のＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３０２と、記録処理部２０４とを含んで構成されてもよい。なお、ここまでに説明した例と同じ構成となるものについては同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。

本実施の形態のこの例では、直交復調器３０１は、受入部２０１が出力するＲＦ信号、またはＩＦ信号を直交復調し、同相成分のアナログ信号（以下アナログＩ信号と呼ぶ）と、直交位相成分のアナログ信号（以下アナログＱ信号と呼ぶ）とを得て、それぞれの信号を、ローパスフィルタを介して出力する。なお、アナログ信号を直交復調する直交復調器３０１の具体的な回路構成については、広く知られたものを採用できるので、ここでの詳しい説明を省略する。

Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３０２は、直交復調器３０１が出力するアナログＩ信号と、アナログＱ信号とのそれぞれに対応して一対設けられ、それぞれ対応する信号（アナログＩ信号またはアナログＱ信号）を所定のタイミングごとにディジタル値に変換して、ディジタル信号に変換する。

記録処理部２０４は、一対のＡ／Ｄコンバータ３０２がそれぞれ出力する信号を、それぞれ関連付けて（アナログＩ信号を変換したディジタル信号と、当該アナログＩ信号に対応する（同じタイミングで変換された）アナログＱ信号に基づくディジタル信号とを関連付けて）、記憶部２３に蓄積して記録する。

なお、読み出しモジュール３２の構成はすでに述べた例と同じでよいので、繰り返しての説明を省略する。

［変形例Ｂ：アナログで直交変調を行う例］
また、ここまでの説明では、読み出しモジュール３２が記憶部２３からデータを読み出した後に直交変調を行うにあたり、ディジタル信号を変調することとしていたが、アナログ信号に変換してから直交変調を行ってもよい。

本実施の形態のこの例では、図６に例示するように、地上側受信局装置２０のデータ処理部２２の読み出しモジュール３２は、信号読出部３１０と、一対のＤ／Ａコンバータ３１１と、アナログ直交変調器３１２と、受信機２０７とを含んで構成される。ここでも、ここまでに説明した例と同じ構成となるものについては同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。

本実施の形態のこの例では、信号読出部３１０は、信号の再生のタイミング（処理の対象とする信号が、記録処理部２０４により記憶部２３に格納された後であれば、このタイミングは、記録処理部２０４の記録中であると、記録後であるとを問わない）で、記憶部２３に格納された処理対象の信号（Ｉ信号及びＱ信号）を読み出して出力する。この信号処理部３１０は、読み出したＩ信号及びＱ信号を直交変調することなく出力する。

一対のＤ／Ａコンバータ３１１の一方のＤ／Ａコンバータ３１１ａは、Ｉ信号をアナログ信号（アナログＩ信号）に変換して出力する。また、他方側のＤ／Ａコンバータ３１１ｂは、Ｑ信号をアナログ信号（アナログＱ信号）に変換して出力する。

アナログ直交変調器３１２は、一対のＤ／Ａコンバータ３１１がそれぞれ出力するアナログＩ信号とアナログＱ信号とを所定の周波数の搬送波で直交変調し、当該直交変調したアナログ信号を出力する。このようなアナログ直交変調器３１２の具体的な回路構成については、広く知られているので、ここでの詳細な説明を省略する。

そして本実施の形態のこの例では、受信機２０７は、アナログ直交変調器３１２が出力するアナログ信号を復調し、復調して得たデータを復号して、送信対象となったデータを再生して出力する。

なお、本実施のこの例では記録モジュール３１は、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０２にてディジタル信号に変換した後、ディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）２０３にて直交復調を行うものであっても、アナログ信号の状態で直交復調を行い、アナログＩ信号とアナログＱ信号とをそれぞれＡ／Ｄ変換して記録するものであっても、どちらのものであってもよい。

［ドップラーシフト］
ところで人工衛星２によっては、当該人工衛星２に搭載された宇宙側送信局装置１０と、地上側受信局装置２０との距離は時間とともに変化する。このため人工衛星２から到来する信号は、宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度によって、信号の変調周波数（変調信号の中心周波数）と、シンボルレートとがそれぞれドップラー効果の影響を受けている。

具体的に、人工衛星２の軌道が地球側の受信局のアンテナと地球の中心とを含む面内にあり（つまりアンテナから見て天頂を通過するものとする）、地球の中心を中心とした高さ（地表からの高さ６００ｋｍ）の円軌道として、人工衛星２がこの円軌道上を等速で移動しているものと近似する。ここで中心周波数８２００ＭＨｚ（Ｘバンド）の信号を宇宙側送信局装置１０が送出するときの中心周波数のずれ（この中心周波数の変動量が中心周波数に対するドップラー効果の影響の大きさに相当する）は、図７に示すように、人工衛星２がアンテナに対して近接する方向に移動している間は正の方向に中心周波数がずれ、天頂付近を通過するときに急激に変化して、人工衛星２がアンテナから遠ざかる方向に移動する間は負の方向に中心周波数がずれる。なお、この人工衛星２に対しては、一つのアンテナが信号を受信できる時間（人工衛星２の出から入までの時間）は７７１秒となるので、図７では横軸が時間であり、この７７１秒の間の変化を図示している。

また図７において実線は中心周波数のずれ量を表し、縦軸の上方が正の方向としている。また、破線は中心周波数の１秒あたりの変化率（Ｈｚ／ｓ）を示しており、天頂付近を通過するときに、変化率の絶対値が大きくなっていることが理解される。つまり、地上側のアンテナに対して最も近接する時点の前後では、中心周波数の変化が大きくなることが理解される。

さらにシンボルレートとの関係では、比較的高いシンボルレートの信号であれば、１シンボル区間での中心周波数の変化が小さい（シンボル区間が短いので、中心周波数の変動量が小さい）ため、中心周波数に対するドップラー効果の影響は相対的に小さくなり、ドップラー効果の影響を補償する必要がないが、比較的低いシンボルレートの信号を処理する場合は、中心周波数に対するドップラー効果の影響を考慮するのが一般的である。

しかしシンボルレートについては、シンボルレートの高低に関わらず、ドップラーシフトの影響を受けて、シンボルレートが変動する（この変動量がシンボルレートに対するドップラー効果の影響の大きさに相当する）ので、この影響を除去しておくことが好ましい。

また、宇宙側送信局装置１０が深宇宙探査機に搭載されている場合、深宇宙探査機は人工衛星等よりも、地上側受信局装置２０との間の相対速度が大きくなるため、ドップラー効果の影響を補償する必要が生じる。

ここで、受信機において復調・復号において許容する周波数誤差を大きくする方法もある。例えば、ＱＰＳＫ等の低次の変調方法で変調されているのであれば、シンボルレートに同期するループ帯域を広くすればよい。しかしながら宇宙側送信局装置１０は３２ＡＰＳＫ、６４ＡＰＳＫ等の高次の多値変調を用いるので、ドップラーシフトを補償せずにループ帯域を広くすると、ビット誤り率が大きくなる。つまり、許容する周波数誤差の範囲を大きくするほど、受信感度が低下し、復調・復号可能な信号のＳ／Ｎ比の最低限度が上昇してしまう。しかし人工衛星等との通信ではＳ／Ｎ比が低い場合も存在するので、受信感度はできるかぎり維持するべき要請がある。

そこで本実施の形態では、記録処理部２０４が信号を記憶部２３に記録するまでの過程（記録工程）または、記録された信号を読み出して受信機に出力するまでの過程（読み出し工程）の少なくとも一方において、中心周波数に対するドップラー効果の影響と、シンボルレートに対するドップラー効果の影響との少なくとも一方を補償する処理を行ってもよい。以下、その具体的な方法の例について述べる。

［中心周波数の補償］
中心周波数を補償する場合、記録工程では、
１．アナログ信号のダウンコンバート時に補償する方法、
２．アナログ直交復調の際に補償する方法、
３．Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレートにより補償する方法、
４．ＤＤＣにて補償する方法、
のいずれかの方法を採用できるので、以下にそれぞれの例について説明する。まず、１．アナログ信号のダウンコンバート時に補償する方法について説明する。

この例では、記録モジュール３１の受入部２０１が、図８に例示するように、アンテナにて受信したＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器４０１と、ダウンコンバータ４０２とを含んで構成される。

ここでダウンコンバータ４０２は、図８に例示したように、局部発振器（ＬＯ）４１１と、混合器４１２と、フィルタ部４１３とを備える。さらに局部発振器４１１は、指定された周波数の信号を発振する信号発振器４２１と、周波数指定部４２２とを含む。

信号発振器４２１は例えば、ＤＣＯ（ディジタルコントロールオシレータ）で構成され、周波数指定部４２２が指定する周波数の信号を出力する。周波数指定部４２２は、図７に例示したような宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度に応じて、時間とともに変化する周波数の指示を出力する。

例えばこの周波数指定部４２２は、人工衛星２等、地球のまわりを周回する衛星に搭載されている宇宙側送信局装置１０からの信号を受信する際には、処理する信号を受信するアンテナから見た人工衛星２の出（地平線から上昇し、信号が受信可能となる時点）から入（地平線下に没し、信号が受信不能になる時点）までの間の各時刻ごとに、各時刻での人工衛星２と地上側受信局装置２０のアンテナとの相対速度（人工衛星２の軌道は定まっているので、計算により求めることができる）に応じて予め周波数を設定しておく。この設定は例えば時刻の関数として数式により行われてもよいし、時刻ごとの周波数のずれ量Δｆを記述したデータテーブルにより行われてもよい。以下の例では、データテーブルにより設定が行われるものとする（２．アナログ直交復調の際に補償する方法、３．Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレートにより補償する方法、４．ＤＤＣにて補償する方法、においても同様とする）。

具体的に人工衛星２が、既に挙げた例のように、その軌道が地球側の受信局のアンテナと地球の中心とを含む面内にあり（つまりアンテナから見て天頂を通過するものとする）、地球の中心を中心として地表から所定高さの円軌道であり、また、人工衛星２がこの円軌道上を等速で移動しているものと近似できるのであれば、各時刻ごとに図７に例示したと同様の曲線で表される周波数を指示する。

このように時間変化する指示を出力するため、周波数指定部４２２は図示しない計時部（クロックＩＣなどで実現できる）を有し、宇宙側送信局装置１０から信号が受信されてからの経過時間を計時する。そして例えば設定されたデータテーブルを参照して、当該経過時間に応じた時刻において指示すべき周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻において出力するべき周波数の値を推定してもよい。

これにより周波数指定部４２２は、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過するまでは、本来出力するべき局部発振器の周波数ｆに対して、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆを加算したｆ＋Δｆの周波数を指示する。人工衛星２が天頂に近接する（近接する時刻に近づく）につれ、周波数指定部４２２は、このΔｆを低下させ、天頂に達したとき（天頂を通過する時刻）にはΔｆ＝０となるよう制御する。

また天頂を通過した後は、周波数指定部４２２は、本来出力するべき局部発振器の周波数ｆに対して、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆを加算したｆ＋Δｆの周波数を指示する。周波数指定部４２２は、人工衛星２が天頂から離隔する（時刻が経過する）につれ、このΔｆをさらに低下させるが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御する。そして人工衛星２の入まで周波数指定部４２２は、ｆ＋Δｆの指示を出力する。

混合器４１２は、従って、このように周波数が時間変化する、局部発振器４１１の出力する信号と、アンテナ側から到来した信号とを混合して中間周波（ＩＦ）の信号を生成して出力する。このとき、ＩＦ信号の中心周波数は、元のＲＦ信号に混合される局部発振器４１１の出力する信号の周波数が、ＲＦ信号の中心周波数のずれに合わせて変動しているため、時間とともに変化することなく、予め定めた一定の周波数（予定されている周波数）ｆIFとなる。つまりこれにより、受信信号の中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償できる。

記録モジュール３１のＡ／Ｄコンバータ２０２は、このような受入部２０１が出力するＩＦ信号を所定のタイミングごとにディジタル値に変換して、ディジタル信号に変換することとなる。以降の動作は既に述べた通りであるので、繰り返しての説明を省略する。

次に、２．アナログ直交復調の際に補償する方法について説明する。この方法では、図５に例示した構成の記録モジュール３１が用いられる。

図５に例示した記録モジュール３１において、直交復調器３０１が、受入部２０１が出力するＲＦ信号、またはＩＦ信号を直交復調する際（この例でのＲＦ信号またはＩＦ信号はその中心周波数が、ドップラー効果の影響を受けて時間とともに変化している）に、次のように動作する。

直交復調器３０１は、直交復調のための局部発振器を備えるが、この局部発振器が図８に例示した局部発振器４１１と同様の構成を備えることとなる。すなわち、この例の局部発振器では、図８の局部発振器４１１の周波数指定部４２２に対応する周波数指定部が設けられ、宇宙側送信局装置１０から信号が受信されてからの経過時間を計時する。そして周波数指定部は、例えば設定されたデータテーブルを参照して、当該経過時間に応じた時刻において指示すべき周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻において出力するべき周波数の値を推定してもよい。

これにより周波数指定部は、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過するまでは、本来ここでの局部発振器が出力するべき信号の周波数ｆに対して、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆを加算したｆ＋Δｆの周波数を指示する。人工衛星２が天頂に近接する（近接する時刻に近づく）につれ、周波数指定部はこのΔｆを低下させ、天頂に達したとき（天頂を通過する時刻）にはΔｆ＝０となるよう制御する。

また天頂を通過した後は、周波数指定部は、本来出力するべき局部発振器の周波数ｆに対して、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆを加算したｆ＋Δｆの周波数を指示する。人工衛星２が天頂から離隔する（時刻が経過する）につれ、周波数指定部このΔｆをさらに低下させるが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御する。そして人工衛星２の入まで周波数指定部は、ｆ＋Δｆの指示を出力する。

直交復調器３０１は、従って、このように周波数が時間変化する、局部発振器が出力する信号を用いて、直交復調を行う。つまり元のＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれに合わせて、直交復調時の局部発振器の出力する信号の周波数が変動しているため、直交復調後のアナログＩ信号及びアナログＱ信号の中心周波数は、時間とともに変化することなく、予め定めた一定の周波数（予定されている周波数）ｆAとなる。つまりこれにより、受信信号の中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償できる。

さらに、本実施の形態の一例では、３．Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレートにより補償する方法を採用してもよい。この例では、Ａ／Ｄコンバータ２０２は、ディジタル値に変換するタイミング（サンプリングクロック）を、図７に例示したような宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度に応じて、時間とともに変化させる。具体的に、Ａ／Ｄコンバータ２０２は、図示しない計時部を備えて、宇宙側送信局装置１０から信号が受信されてからの経過時間を計時する。そしてＡ／Ｄコンバータ２０２は、例えば設定されたデータテーブルを参照して、当該経過時間に応じた時刻におけるサンプリングクロックの周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻におけるサンプリングクロックの周波数の値を推定してもよい。

これにより、Ａ／Ｄコンバータ２０２は、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過するまでは、本来のサンプリングクロック（周波数ｆｃ）に対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれ量Δｆに相当する、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆｃを加算した、ｆｃ＋Δｆｃの周波数のサンプリングクロック（比較的高いサンプリングクロック）で入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号をディジタル値に変換してディジタル信号を得る。

人工衛星２が天頂に近接する（近接する時刻に近づく）につれ、Ａ／Ｄコンバータ２０２は、このΔｆｃを低下させ、天頂に達したとき（天頂を通過する時刻）にはΔｆｃ＝０となるよう制御する。

また天頂を通過した後は、Ａ／Ｄコンバータ２０２は、本来のサンプリングクロック（周波数ｆｃ）に対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれ量Δｆに相当する、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆｃを加算したｆｃ＋Δｆｃの周波数のサンプリングクロック（比較的低いサンプリングクロック）で入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号をディジタル値に変換してディジタル信号を得る。人工衛星２が天頂から離隔する（時刻が経過する）につれ、このΔｆｃはさらに低下するが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなる。そして人工衛星２の入まで、Ａ／Ｄコンバータ２０２は、ｆｃ＋Δｆｃの周波数のサンプリングクロックで入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号をディジタル値に変換してディジタル信号を得る。

この例では、入力される信号がＲＦ信号である場合、中心周波数のみならず、信号のサンプリングタイミングが、人工衛星２と地上側受信局装置２０のアンテナとの相対速度に応じた、ＲＦ信号のシンボルレートのずれ量に応じても変化することとなるので、信号のシンボルレートについてもドップラー効果の影響が補償されることとなる。

さらにディジタルダウンコンバータ（ＤＤＣ）２０３により直交復調を行う場合、４．ＤＤＣにて補償する方法を採用してもよい。ディジタルダウンコンバータ２０３は、入力された信号に対して、数値制御発振器（ＮＣＯ）が出力する信号（それぞれ位相をπ／２だけ異ならせた一対の信号）を混合して、互いに位相が異なる信号（Ｉ信号，Ｑ信号）を生成し、それぞれの信号を、ローパスフィルタを出力することで、Ｉ信号及びＱ信号を得ている。

本実施の形態のこの例では、このディジタルダウンコンバータ２０３内部の数値制御発振器が出力する信号の周波数を、図７に例示したような宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度に応じて、時間とともに変化させる。

具体的に、このディジタルダウンコンバータ２０３は、図示しない計時部を備えて、宇宙側送信局装置１０から信号が受信されてからの経過時間を計時する。そしてディジタルダウンコンバータ２０３は、例えば設定されたデータテーブルを参照して、当該経過時間に応じた時刻において数値制御発振器が出力するべき信号の周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻において数値制御発振器が出力するべき信号の周波数の値を推定してもよい。

これにより、ディジタルダウンコンバータ２０３内部の数値制御発振器は、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過するまでは、本来の数値制御発振器が出力するべき信号の周波数ｆに対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれ量Δｆに相当する、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆを加算した、ｆ＋Δｆの周波数の信号を出力する。

ディジタルダウンコンバータ２０３は、人工衛星２が天頂に近接する（近接する時刻に近づく）につれ、このΔｆを低下させ、天頂に達したとき（天頂を通過する時刻）にはΔｆｃ＝０となるよう制御する。

また天頂を通過した後は、ディジタルダウンコンバータ２０３は、その内部の数値制御発振器が出力する信号の周波数を、本来出力するべき信号の周波数ｆに対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれ量Δｆに相当する、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆを加算したｆ＋Δｆの周波数の信号を出力する。

ディジタルダウンコンバータ２０３は、人工衛星２が天頂から離隔する（時刻が経過する）につれ、このΔｆをさらに低下させるが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御する。そして人工衛星２の入まで、ディジタルダウンコンバータ２０３は、数値制御発振器の出力する信号の周波数を、ｆ＋Δｆとして、直交復調を行う。

このディジタルダウンコンバータ２０３によると、元のＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれに合わせて、直交復調時に用いる信号の周波数を変動させているため、直交復調後のＩ信号及びＱ信号の中心周波数は、時間とともに変化することなく、予め定めた一定の周波数（予定されている周波数）となる。つまりこれにより、受信信号の中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償できる。

また、中心周波数を補償する読み出し工程での方法として、
５．ディジタルアップコンバータ（ＤＵＣ）にて補償を行う方法、
６．Ｄ／Ａコンバータのサンプリングレートにより補償する方法、
７．アナログ直交変調の際に補償する方法、
８．アナログ信号のアップコンバート時に補償する方法、
の各４通りの補償の方法がある。

これらの例では、記録工程での中心周波数の補償は行わないものとする。つまり、記憶部２３に格納されている波形情報は、ドップラー効果の影響が含まれている状態にあるものとする。

まず、５．ディジタルアップコンバータ（ＤＵＣ）にて補償を行う方法は、信号読出部２０５に含まれるディジタルアップコンバータが、記憶部２３から読み出した波形情報の表す信号に対して、数値制御発振器（ＮＣＯ）が出力する信号（それぞれ位相をπ／２だけ異ならせた一対の信号）を混合して、合成処理して直交変調を行う場合に採用できる。

この例では、信号読出部２０５のディジタルアップコンバータ内部の数値制御発振器が出力する信号の周波数を、図７に例示したような宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度を反転したもの（図９）に応じて、時間とともに変化させる。

具体的に、波形情報が記録された時刻（以下の説明では人工衛星２の出、つまり最初に波形情報が記録された時点を時刻「０」とする）ごとに、各時刻での人工衛星２と地上側受信局装置２０のアンテナとの相対速度（人工衛星２の軌道は定まっているので、計算により求めることができる）に応じて予め周波数を設定しておく。この設定は例えば時刻の関数として数式により行われてもよいし、時刻ごとの周波数のずれ量Δｆを記述したデータテーブルにより行われてもよい。以下の例では、データテーブルにより設定が行われるものとする（６．Ｄ／Ａコンバータのサンプリングレートにより補償する方法、７．アナログ直交変調の際に補償する方法、８．アナログ信号のアップコンバート時に補償する方法においても同様とする）。

具体的にここでは、人工衛星２の出から入までの時間をＴとし、記録された波形情報の数が全体でＮであるとすると、記録された時刻の順に先頭からｉ番目の波形情報が記録された時刻ｔはｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎとして得られる。

そこで、ｉ番目の波形情報の入力を受けた信号読出部２０５は、例えば設定されたデータテーブルを参照して、時刻ｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎ（Ｔ，Ｎは設定されていて、既知であるものとする）においてそのディジタルアップコンバータの数値制御発振器が出力するべき信号の周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻において数値制御発振器が出力するべき信号の周波数の値を推定してもよい。

これによると信号読出部２０５は、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過するまでの時刻に記録された波形情報に基づく信号が入力されている間は、本来の数値制御発振器が出力するべき信号の周波数ｆに対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれ量Δｆに相当する、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆを減算した、ｆ−Δｆの周波数の信号を出力する。

信号読出部２０５のディジタルアップコンバータは、時刻ｔが、人工衛星２が天頂に近接する時刻に近づくにつれ、このΔｆを低下させ、天頂に達したとき（天頂を通過する時刻）にはΔｆｃ＝０となるよう制御する。

また時刻ｔが、天頂を通過した時刻を経過した後は、信号読出部２０５のディジタルアップコンバータは、その内部の数値制御発振器が出力する信号の周波数を、本来出力するべき信号の周波数ｆに対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれ量Δｆに相当する、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆを減算したｆ−Δｆの周波数の信号を出力する。

信号読出部２０５のディジタルアップコンバータは、時刻ｔが、人工衛星２が天頂を通過した時点から遠ざかるにつれ、このΔｆをさらに低下させるが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御する。そして人工衛星２の入まで、信号読出部２０５のディジタルアップコンバータは、数値制御発振器の出力する信号の周波数を、ｆ−Δｆとして、直交変調を行う。

このディジタルアップコンバータを含む信号読出部２０５によると、元のＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれと逆のずれに合わせて、直交変調時に用いる信号の周波数を変動させているため、直交変調後のＩ信号及びＱ信号の中心周波数が、時間とともに変化することなく、予め定めた一定の周波数（予定されている周波数）となる。つまりこれにより、受信信号の中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償できる。

次に、６．Ｄ／Ａコンバータのサンプリングレートにより補償する方法について説明する。この例では、Ｄ／Ａコンバータ２０６は、入力されたディジタル信号をアナログに変換するタイミング（サンプリングクロック）を、図９に例示したような、宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度に基づく中心周波数の変動を反転させた変動量に応じて、時間とともに変化させる。

この例でも、Ｄ／Ａコンバータ２０６は、人工衛星２の出から入までの時間をＴとし、記録された波形情報の数が全体でＮであるとして、記録された時刻の順に先頭からｉ番目の波形情報が記録された時刻ｔをｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎとして得る。

そしてｉ番目の波形情報に対応する信号の入力を受けたＤ／Ａコンバータ２０６は、例えば設定されたデータテーブルを参照して、時刻ｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎ（Ｔ，Ｎは設定されていて、既知であるものとする）におけるサンプリングクロック（次の信号を処理するタイミング）の周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻におけるサンプリングクロックの周波数の値を推定してもよい。

これにより、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過する時刻に対応する信号を処理している間は、Ｄ／Ａコンバータ２０６は、本来のサンプリングクロック（周波数ｆｃ）に対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれ量Δｆに相当する、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆｃを減算した、ｆｃ−Δｆｃの周波数のサンプリングクロック（比較的低いサンプリングクロック）で、入力されるディジタル信号をアナログ信号に変換して出力する。

このときＤ／Ａコンバータ２０６は、人工衛星２が天頂に近接する時刻に、時刻ｔが近づくにつれて、このΔｆｃを低下させ、時刻ｔが天頂を通過する時刻となったときにはΔｆｃ＝０となるよう制御する。

さらに時刻ｔが、天頂を通過した時刻より後となると、Ｄ／Ａコンバータ２０６は、本来のサンプリングクロック（周波数ｆｃ）に対して、入力されるＲＦ信号の中心周波数のずれ量Δｆに相当する、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆｃを減算したｆｃ−Δｆｃの周波数のサンプリングクロック（比較的高いサンプリングクロック）で、入力されるディジタル信号をアナログ信号に変換して出力する。

Ｄ／Ａコンバータ２０６は、人工衛星２が天頂を通過した時点から、時刻ｔが離れるにつれ、このΔｆｃをさらに低下させるが、その低下量（変化量）が時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御する。

この例では、入力される信号がＲＦ信号である場合、中心周波数のみならず、信号のサンプリングタイミングが、人工衛星２と地上側受信局装置２０のアンテナとの相対速度に応じた、ＲＦ信号のシンボルレートのずれ量に応じても変化することとなるので、信号のシンボルレートについてもドップラー効果の影響が補償されることとなる。

また本実施の形態のある例では、７．アナログ直交変調の際に補償する方法を採用してもよい。図６に例示した構成の読み出しモジュール３２が用いられる。この例では、アナログ直交変調器３１２が、一対のＤ／Ａコンバータ３１１から入力されるアナログＩ信号及びアナログＱ信号を直交変調する際、その搬送波となる信号を発振する発振器が、図８に例示した局部発振器４１１と同様の構成を備えることとなる。

ここでも、アナログ直交変調器３１２が、人工衛星２の出から入までの時間をＴとし、記録された波形情報の数が全体でＮであるとして、記録された時刻の順に先頭からｉ番目の波形情報が記録された時刻ｔはｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎとして得る。

そこで、ｉ番目の波形情報の入力を受けたアナログ直交変調器３１２は、例えば設定されたデータテーブルを参照して、時刻ｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎ（Ｔ，Ｎは設定されていて、既知であるものとする）において搬送波となる信号を発振する発振器が出力するべき信号の周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻において発振器が出力するべき信号の周波数の値を推定してもよい。

すなわち、この例の発振器では、図８の局部発振器４１１の周波数指定部４２２に対応する周波数指定部が設けられ、時刻ｔが、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過する時刻となるまでは、本来ここでの局部発振器が出力するべき信号の周波数ｆに対して、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆを減算したｆ−Δｆの周波数を指示する。この周波数指定部は、人工衛星２が天頂に近接する時刻に、時刻ｔが近づくにつれ、このΔｆを低下させ、天頂に達したとき（天頂を通過する時刻）にはΔｆ＝０となるよう制御する。

また時刻ｔが、天頂を通過した時刻より後となったときには、この周波数指定部は、本来出力するべき信号の周波数ｆに対して、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆを減算したｆ−Δｆの周波数を指示する。周波数指定部は、人工衛星２が天頂を通過した時刻から時刻ｔが離れるにつれ、このΔｆをさらに低下させるが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御される。この間にアナログ直交変調器３１２の周波数指定部が指定し、発振器が出力する信号の周波数は、図９に例示したように時間とともに変化することとなる。

アナログ直交変調器３１２は、従って、このように周波数が時間変化する発振器が出力する信号を用いて、直交変調を行うこととなる。つまり元のＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれを反転させたずれ量に合わせて、直交変調時の搬送波の周波数を変動させるため、直交変調後の信号の中心周波数は、時間とともに変化することなく、予め定めた一定の周波数となる。つまりこれにより、受信信号の中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償できる。

さらに８．アナログ信号のアップコンバート時に補償する方法について説明する。この例では、読み出しモジュール３２が、図１０に例示するように、信号読出部２０５と、Ｄ／Ａコンバータ２０６と、アップコンバータ２０８と、受信機２０７とを含んで構成される。なお、既に説明したものと同様の構成をとるものについては同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

この例のアップコンバータ２０８は、図１０に例示したように、局部発振器（ＬＯ）５１１と、混合器５１２と、フィルタ部５１３とを備える。さらに局部発振器５１１は、指定された周波数の信号を発振する信号発振器５２１と、周波数指定部５２２とを含む。

信号発振器５２１は例えば、ＤＣＯ（ディジタルコントロールオシレータ）で構成され、周波数指定部５２２が指定する周波数の信号を出力する。周波数指定部５２２は、図９に例示したような、宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度に応じて、時間とともに変化する周波数の指示を出力する。

この例においても、周波数指定部５２２は、人工衛星２の出から入までの時間をＴとし、記録された波形情報の数が全体でＮであるとして、記録された時刻の順に先頭からｉ番目の波形情報が記録された時刻ｔはｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎとして得る。

そこで、ｉ番目の波形情報の入力を受けたときに、周波数指定部５２２は、例えば設定されたデータテーブルを参照して、時刻ｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎ（Ｔ，Ｎは設定されていて、既知であるものとする）において指定するべき周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻において指定するべき周波数の値を推定してもよい。

この例の周波数指定部５２２によると、時刻ｔが、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過する時刻となるまでは、本来局部発振器５１１が出力するべき信号の周波数ｆに対して、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆを減算したｆ−Δｆの周波数を指示する。周波数指定部５２２は、人工衛星２が天頂に近接する時刻に、時刻ｔが近づくにつれ、このΔｆを低下させ、天頂に達したとき（天頂を通過する時刻）にはΔｆ＝０となるよう制御する。

また時刻ｔが天頂を通過した時刻より後となると、周波数指定部５２２は、本来出力するべき局部発振器の周波数ｆに対して、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆを減算したｆ−Δｆの周波数を指示する。周波数指定部５２２は、人工衛星２が天頂を通過した時刻から時刻ｔが離れるにつれ、このΔｆをさらに低下させるが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御する。そして人工衛星２の入まで周波数指定部５２２は、ｆ−Δｆの指示を出力する。

混合器５１２は、従って、このように周波数が時間変化する、局部発振器５１１の出力する信号と、Ｄ／Ａコンバータ２０６が出力する信号とを混合して中間周波（ＩＦ）の信号を生成して出力する。このとき、ＩＦ信号の中心周波数は、元のＲＦ信号に混合される局部発振器５１１の出力する信号の周波数が、ＲＦ信号の中心周波数のずれを打ち消すように変動しているため、時間とともに変化することなく、予め定めた一定の周波数（予定されている周波数）ｆIFとなる。つまりこれにより、受信信号の中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償できる。

このように本実施の形態では、記録モジュール３１にてドップラー効果の影響を補償する際には、直交復調までの間で、ＲＦ信号またはＩＦ信号の中心周波数のずれに応じて信号を処理することで、ドップラー効果の影響を補償した波形情報を記録することが可能となる。この場合は、当該ドップラー効果の影響を補償した波形情報に基づいて生成したＩＦ信号が受信機２０７に出力される。

また、記録モジュール３１にてドップラー効果の影響を補償せず、読み出しモジュール３２にてドップラー効果の影響を補償する際には、直交変調からＩＦ信号を生成して出力するまでの間で、受信したＲＦ信号または受信した信号を変換したＩＦ信号の中心周波数のずれを打ち消すように、変調時の周波数を制御したり、Ｄ／Ａ変換のサンプリングタイミング等の処理タイミングを変化させることで、ドップラー効果の影響を補償した状態の信号を、受信機２０７に出力することが可能となる。

［シンボルレートの補償］
また既に述べたように、記録モジュール３１にてドップラー効果の影響を補償する際には、ＩＦ信号に変換して処理しない場合（ＲＦ信号のまま処理する場合）は、３．Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレートにより補償する方法を採用することで、受信信号の中心周波数に対するドップラー効果の影響が補償されるとともに、シンボルレートに対するドップラー効果の影響も補償される。

同様に、読み出しモジュール３２にてドップラー効果の影響を補償する際には、記憶部２３にＲＦ信号に対応する波形情報を記録している場合は、６．Ｄ／Ａコンバータのサンプリングレートにより補償する方法を採用することで、受信信号の中心周波数に対するドップラー効果の影響が補償されるとともに、シンボルレートに対するドップラー効果の影響も補償される。

［組み合わせによる補償］
また、ここまでに説明したドップラー効果の影響の補償方法は、組み合わせて用いられてもよい。例えば、記録モジュール３１にてＩＦ信号に変換した後にＡ／Ｄコンバータ２０２のサンプリングレートを調整すること（変換タイミングの調整）によりシンボルレートに対するドップラー効果を補償し、併せて、アナログ信号のダウンコンバート時の局部発振器４１１の発振周波数を中心周波数のずれ量だけ補正するか、直交復調のための局部発振器の発振周波数を中心周波数のずれ量だけ補正するか、または、ディジタルダウンコンバータの数値制御発信器が出力する信号の周波数を中心周波数のずれ量だけ補正することで中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償してもよい。

ここで、ディジタルダウンコンバータの数値制御発信器が出力する信号の周波数を中心周波数のずれ量だけ補正する場合や、アナログ信号をダウンコンバートするときに局部発振器４１１の発振周波数を中心周波数のずれ量だけ補正する場合には、ＩＦ信号をＡ／ＤコンバータによりＡ／Ｄ変換する際のサンプリングレートの調整による中心周波数の変動量も加算して、数値制御発信器が出力する信号の周波数や、局部発振器４１１の発振周波数を補正する。

同様に、読み出しモジュール３２において、Ｄ／Ａコンバータ２０６のサンプリングレートを調整すること（変換タイミングの調整）によりシンボルレートに対するドップラー効果を補償し、併せて、ディジタルアップコンバータの数値制御発信器が出力する信号の周波数を中心周波数のずれ量だけ補正するか、アナログ直交変調のための局部発振器の発振周波数を中心周波数のずれ量だけ補正するか、アナログ信号のアップコンバート時の局部発振器の発振周波数を中心周波数のずれ量だけ補正することで中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償してもよい。

この例など、ディジタルアップコンバータの数値制御発信器が出力する信号の周波数を中心周波数のずれ量だけ補正して、中心周波数のずれ量を補正する場合など、中心周波数のずれ量が０ＨｚであるようなＩ／Ｑ信号をそれぞれＤ／Ａ変換する場合を除き、Ｄ／Ａコンバータ２０６におけるサンプリングレートを調整すること（変換タイミングの調整をすること）による中心周波数の変動量も考慮して、Ｄ／Ａコンバータ２０６のサンプリングレートの調整量を決定してもよい。

［リサンプリングによるシンボルレートの補償］
もっとも、中心周波数に対するドップラー効果の影響を補償する必要がない場合は、Ａ／Ｄコンバータ２０２またはＡ／Ｄコンバータ３０２が出力する信号を、所定のサンプリングタイミングごとにリサンプリングして出力することで、シンボルレートに対するドップラー効果の影響を補償してもよい。

この例では、リサンプリングのタイミング（サンプリングクロック）を、図７に例示したような宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度に応じて、時間とともに変化させる。すなわちこの例においても、処理する信号を受信するアンテナから見た人工衛星２の出（地平線から上昇し、信号が受信可能となる時点）から入（地平線下に没し、信号が受信不能になる時点）までの間の各時刻ごとに、各時刻での人工衛星２と地上側受信局装置２０のアンテナとの相対速度（人工衛星２の軌道は定まっているので、計算により求めることができる）に応じて予め周波数を設定しておく。この設定は例えば時刻の関数として数式により行われてもよいし、時刻ごとの周波数のずれ量Δｆを記述したデータテーブルにより行われてもよい。以下の例では、データテーブルにより設定が行われるものとする。

具体的にリサンプリングを行うリサンプラは、図示しない計時部（クロックＩＣなどで実現できる）を有し、宇宙側送信局装置１０から信号が受信されてから（処理するべき信号が最初に入力されてから）の経過時間を計時する。そして例えば設定されたデータテーブルを参照して、当該経過時間に応じた時刻におけるサンプリングクロックの周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻におけるサンプリングクロックの周波数の値を推定してもよい。

これによると、リサンプラは、人工衛星２の出から人工衛星２がアンテナの天頂を通過するまでは、所定のサンプリングクロック（例えばＡ／Ｄコンバータ２０２またはＡ／Ｄコンバータ３０２のサンプリングクロックと同じ周波数ｆｃ）に対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号のシンボルレートのずれ量Δｆに相当する、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆｃを加算した、ｆｃ＋Δｆｃの周波数のサンプリングクロック（比較的高いサンプリングクロック）で、Ａ／Ｄコンバータ２０２またはＡ／Ｄコンバータ３０２が出力する信号をリサンプリングする。

このリサンプラは、人工衛星２が天頂に近接する（近接する時刻に近づく）につれて、このΔｆｃを低下させ、天頂に達したとき（天頂を通過する時刻）にはΔｆｃ＝０となるよう制御する。

また天頂を通過した後は、リサンプラは、所定のサンプリングクロック（周波数ｆｃ）に対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号のシンボルレートのずれ量Δｆに相当する、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆｃを加算したｆｃ＋Δｆｃの周波数のサンプリングクロック（比較的低いサンプリングクロック）で、Ａ／Ｄコンバータ２０２またはＡ／Ｄコンバータ３０２が出力する信号をリサンプリングする。

このとき、リサンプラは、人工衛星２が天頂から離隔する（時刻が経過する）につれ、このΔｆｃをさらに低下させるが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御する。

この例では、記録モジュール３１にてシンボルレートに対するドップラー効果の影響が補償される。また、読み出しモジュール３２にてシンボルレートに対するドップラー効果の影響を補償してもよい。

この場合は、読み出しモジュール３２において、Ｄ／Ａコンバータ２０６またはＤ／Ａコンバータ３１１が出力する信号を、所定のサンプリングタイミングごとにリサンプリングして出力することで、シンボルレートに対するドップラー効果の影響を補償する。

この際、当該リサンプリングのタイミング（サンプリングクロック）を、図９に例示したような宇宙側送信局装置１０と地上側受信局装置２０との相対速度に応じて、時間とともに変化させる。すなわちこの例においても、処理する信号を受信するアンテナから見た人工衛星２の出（地平線から上昇し、信号が受信可能となる時点）から入（地平線下に没し、信号が受信不能になる時点）までの間の各時刻ごとに、各時刻での人工衛星２と地上側受信局装置２０のアンテナとの相対速度（人工衛星２の軌道は定まっているので、計算により求めることができる）に応じて予め周波数を設定しておく。この設定は例えば時刻の関数として数式により行われてもよいし、時刻ごとの周波数のずれ量Δｆを記述したデータテーブルにより行われてもよい。以下の例では、データテーブルにより設定が行われるものとする。

リサンプリングを行うリサンプラは、人工衛星２の出から入までの時間をＴとし、記録された波形情報の数が全体でＮであるとして、記録された時刻の順に先頭からｉ番目の波形情報が記録された時刻ｔをｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎとして得る。

そしてｉ番目の波形情報に対応する信号の入力を受けたリサンプラは、例えば設定されたデータテーブルを参照して、時刻ｔ＝Ｔ×ｉ／Ｎ（Ｔ，Ｎは設定されていて、既知であるものとする）におけるサンプリングクロック（次の信号を処理するタイミング）の周波数の値を読み出す。なお、対応する時刻に相当する情報がない場合は、当該時刻の前後の時刻に関連付けられた周波数の値を内挿して、現在の時刻におけるサンプリングクロックの周波数の値を推定してもよい。

これによると、リサンプラは、時刻ｔが、人工衛星２の出の時刻から人工衛星２がアンテナの天頂を通過する時刻である間は、所定のサンプリングクロック（例えばＤ／Ａコンバータ２０６またはＤ／Ａコンバータ３１１のサンプリングクロックと同じ周波数ｆｃ）に対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号のシンボルレートのずれ量Δｆに相当する、正の方向のずれ量（つまり正の値の）Δｆｃを減算した、ｆｃ−Δｆｃの周波数のサンプリングクロック（比較的低いサンプリングクロック）で、Ｄ／Ａコンバータ２０６またはＤ／Ａコンバータ３１１が出力する信号をリサンプリングする。

このリサンプラは、人工衛星２が天頂に近接する（近接する時刻に近づく）につれて、このΔｆｃを低下させ、時刻ｔが天頂に通過する時刻となったときにはΔｆｃ＝０となるよう制御する。

また時刻ｔが、天頂を通過した後の時刻となると、リサンプラは、所定のサンプリングクロック（周波数ｆｃ）に対して、入力されるＲＦ信号またはＩＦ信号のシンボルレートのずれ量Δｆに相当する、負の方向のずれ量（つまり負の値となった）Δｆｃを減算したｆｃ−Δｆｃの周波数のサンプリングクロック（比較的高いサンプリングクロック）で、Ｄ／Ａコンバータ２０６またはＤ／Ａコンバータ３１１が出力する信号をリサンプリングする。

このとき、リサンプラは、人工衛星２が天頂を通過した時点から時刻が経過するにつれ、このΔｆｃをさらに低下させるが、その低下量（変化量）は時間の経過とともにゆるやかとなるよう制御する。

なお、深宇宙探査機についても、探査機自身の運動のほか、地球の公転・自転などによって相対速度が変化するので、上述と同様の補償を行うこととなる。

［複数の衛星に対する対応の例］
なお、記憶部２３には複数の人工衛星２等から受信した信号に基づく波形情報が記録されてもよい。このとき、記憶部２３が記録を行いつつ、読み出しが可能な程度に高速であれば、地上側受信局装置２０は、複数の読み出しモジュール３２を備えて、各読み出しモジュール３２が、それぞれが担当する人工衛星２から受信した信号に基づく波形情報を、記憶部２３から読み出して処理することとしてもよい。

あるいは、記憶部２３が、複数のＳＳＤやハードディスク等の記憶デバイスを備えて、それぞれの記憶デバイスが複数の人工衛星２のそれぞれが送出した信号に基づく波形情報を記録するように設定する。

すなわち、記録モジュール３１の記録処理部２０４が、ディジタルダウンコンバータ２０３が出力する信号（Ｉ信号とＱ信号との組）を、互いに関連付けて（同じタイミングで変換されたディジタル信号に基づくＩ信号とＱ信号とを関連付けて）、当該信号の送信元となった人工衛星２に対応するものとして設定された記憶デバイスに蓄積して記録することとしてもよい。

この場合、地上側受信局装置２０は、複数の読み出しモジュール３２を備えて、各読み出しモジュール３２が、それぞれが担当する人工衛星２から受信した信号に基づく波形情報を蓄積している記憶デバイスから、波形情報を読み出して処理する。

１ 通信システム、２ 人工衛星、３ 地上側の施設、１０ 宇宙側送信局装置、１１ 制御部、１２ 記憶部、１３ データ入力部、１４ 無線部、２０ 地上側受信局装置、２１ 無線受信部、２２ データ処理部、２３ 記憶部、２４ 出力部、３１ 記録モジュール、３２ 読み出しモジュール、２０１ 受入部、２０２ Ａ／Ｄコンバータ、２０３ ディジタルダウンコンバータ、２０４ 記録処理部、２０５ 信号読出部、２０６ Ｄ／Ａコンバータ、２０７ 受信機、２０８ アップコンバータ、３０１ 直交復調器、３０２ Ａ／Ｄコンバータ、３１０ 信号読出部、３１１ Ｄ／Ａコンバータ、３１２ アナログ直交変調器、４０１ 低雑音増幅器、４０２ ダウンコンバータ、４１１ 局部発振器、４１２ 混合器、４１３ フィルタ部、４２１ 信号発振器、４２２ 周波数指定部、５１１ 局部発振器、５１２ 混合器、５１３ フィルタ部、５２１ 信号発振器、５２２ 周波数指定部。

Claims (5)

1. 宇宙側送信局装置と、地上側受信局装置とを備える通信システムであって、
   前記宇宙側送信局装置は、地上側受信局装置への送信対象となるデータを、シングルキャリア信号に変調して送出し、
   前記地上側受信局装置は、
   前記宇宙側送信局装置から到来する信号を受信してディジタル信号に変換して出力する受信手段と、
   前記受信手段が出力するディジタル信号を波形情報として蓄積して記録する記録手段と、
   前記記録された波形情報を、前記宇宙側送信局装置が送出したシンボルレートとは異なるシンボルレートで読み出して、当該波形情報に基づく復調処理を行い、前記送信対象となったデータを再生するデータ再生手段と、
   を有する通信システム。
2. 宇宙側送信局装置から到来するシングルキャリア信号を受信してディジタル信号に変換して出力する受信手段と、
   前記受信手段が出力するディジタル信号を波形情報として蓄積して記録する記録手段と、
   前記記録された波形情報を、前記宇宙側送信局装置が送出したシンボルレートとは異なるシンボルレートで読み出して、当該波形情報に基づく復調処理を行い、前記送信対象となったデータを再生するデータ再生手段と、
   を有する受信装置。
3. 請求項２に記載の受信装置であって、
   宇宙側送信局装置と、地上側の受信施設との相対速度に基づくドップラー効果の影響を補償する信号補償手段をさらに備える受信装置。
4. 請求項２または３に記載の受信装置であって、
   前記受信手段は、前記宇宙側送信局装置から到来する信号を受信して所定のタイミングごとにディジタル信号に変換しており、当該ディジタル信号に変換するタイミングを、宇宙側送信局装置と、地上側の受信施設との相対速度に基づく、前記シングルキャリア信号に対するドップラー効果の影響の大きさに基づいて定める受信装置。
5. 請求項２または３に記載の受信装置であって、
   前記データ再生手段は、記録された波形情報を、前記宇宙側送信局装置が送出したシンボルレートとは異なるシンボルレートで読み出して、当該波形情報に基づく復調処理を行い、所定のタイミングごとにアナログ信号に変換して受信機に出力することで前記送信対象となったデータを再生し、
   前記アナログ信号に変換するタイミングを、変換の対象となるデータに対応する波形情報が記録された時点での宇宙側送信局装置と、地上側の受信施設との相対速度に基づく、前記シングルキャリア信号に対するドップラー効果の影響の大きさに基づいて定める受信装置。
   
   

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