JP4667503B2 - 衛星通信システム - Google Patents

Description

本発明は、衛星通信システムに関し、特に、衛星からのダウンリンクの周波数帯域幅を圧縮して周波数利用効率の向上を実現する衛星通信システムに関する。

図７は、衛星通信システムの全体構成を示す図である。フィーダリンク局４は、衛星中継器５とサービスエリア１〜３に存在する各端末局（６，７）とを制御するための基地局である。なお、フィーダリンクを介して端末間の通信を行うダブルホップ型のシステムでは、フィーダリンク局４は、各端末からの通信チャネルも送受することになるが、ここでは、シングルホップ型システムと仮定している。

サービスエリア１〜３では、衛星通信のサービスを利用する端末局（小型衛星局，携帯端末，航空機，新幹線，船舶等）を収容している。各端末局は、一つのサービスエリアに複数存在する場合も考えられる。なお、近年ではマルチビーム化が進んでいるため、数十のサービスエリアも考えられるが、ここでは、説明を簡単化するため、サービスエリアを３つとしている。

フィーダリンク局４は、衛星中継器５を介した端末間の接続制御や、サービスエリア１〜３に存在する端末の送受信制御、を行うことで、衛星を中継したサービスエリア間通信やサービスエリア，フィーダリンク局間通信を実現する。

図７において、サービスエリア１〜３と衛星中継器５との間の通信路１１〜１３および７１〜７３をサービスリンクと呼び、フィーダリンク局４と衛星中継器５との間の通信路１４および７４をフィーダリンクと呼ぶ。また、サービスエリア１〜３内の各端末およびフィーダリンク局４から衛星中継器５に向かうサービスリンク１１〜１３とフィーダリンク１４を、アップリンクビームと呼び、衛星中継器５からサービスエリア１〜３内の各端末およびフィーダリンク局４に向かうリンク、すなわち、サービスリンク７１〜７３とフィーダリンク７４を、ダウンリンクビームと呼ぶ。

図８は、上記システムの具体的な通信シーケンスの一例として、サービスエリア１における端末局６がサービスエリア３に存在する端末局７と通信を行う場合のシーケンスを示す図である。

サービスエリア１の端末局６は、衛星中継器５を介して、フィーダリンク局４に送信要求信号を送信する（ステップＳ１）。送信要求信号には、通信要求情報とともに、使用したい帯域幅や、発信先（端末局７）および発信元（端末局６）に関する情報、も含まれる。

フィーダリンク局４は、システムに接続されている全ての端末、および各サービスエリアの周波数利用状況、を把握しており、端末局６からの送信要求信号を受信した場合、まず、発信先の端末局７がシステムに存在するか、について調査する（ステップＳ２）。

端末局７がシステムに存在する場合（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、フィーダリンク局４は、端末局６からのリクエストに応じた周波数帯域の割り当てが、アップリンク（端末局６→衛星中継器５），ダウンリンク（衛星中継器５→端末局７）ともに可能か、について調査する（ステップＳ３，Ｓ４：周波数の空きを調査する）。なお、端末局７がシステムに存在しない場合は（ステップＳ２，Ｎｏ）、処理を終了する。

つぎに、周波数帯域の割り当てがアップリンク，ダウンリンクともに可能な場合（ステップＳ４，Ｙｅｓ）、フィーダリンク局４は、衛星中継器５を介して、サービスエリア３の端末局７へ送信要求信号を送信する（ステップＳ５）。この送信要求信号には、通信要求情報とともに、通信に使用する周波数帯や発信先（端末局７），発信元（端末局６）に関する情報、も含まれる。なお、周波数帯域の割り当てが不可能な場合（ステップＳ４，Ｎｏ）、フィーダリンク局４は、ステップＳ３およびＳ４の処理を繰り返し実行する。

つぎに、端末局７は、フィーダリンク局４からの送信要求信号を受信すると、その送信要求に応じる場合、通信承認信号を、衛星中継器５を介してフィーダリンク局４に送信する（ステップＳ６）。同時に、フィーダリンク局４からの送信要求信号に示された周波数帯で端末局６からの信号を待ち受ける（ステップＳ６）。

フィーダリンク局４は、端末局７からの通信承認信号を受信すると、衛星中継器５に対して、サービスエリア１の端末局６からの信号をサービスエリア３の端末局７へ伝送できるように、中継制御を行うための中継制御情報を送信する（ステップＳ７）。

その後、フィーダリンク局４は、端末局６に対して、通信許可信号を衛星中継器５経由で送信する（ステップＳ８）。この通信許可信号には、端末局６が通信に使用する周波数帯情報も含まれる。

そして、端末局６は、フィーダリンク局４からの通信許可信号を受信できた段階で、通信許可信号に示される周波数帯を用いて端末局７に対して通信を開始する（ステップＳ９）。

なお、上記シーケンスにおいて、フィーダリンク局４と各端末（６，７）との間の制御のための通信には、制御用に割り当てられた固定のチャネルが用いられる。

ところで、近年の衛星通信においては、音声から画像まで様々な帯域幅の信号を、端末局間（ダブルホップ型の場合は端末局−フィーダリンク局間でも）で周波数資源を有効に利用しながら送受することが望ましい。そのため、低速音声信号から高速データ通信までのトラフィック変動に柔軟に対応した、限られた周波数資源での通信の高効率化やシステム通信容量の増大、が期待されている。

上記周波数資源の有効利用を実現する従来技術としては、たとえば、下記非特許文献１に記載の技術がある。たとえば、スルーリピータ衛星を用いた衛星システムにおいて、あるサービスエリアにおけるダウンリンクビームの周波数帯域幅ＢＷｄは、
ＢＷｄ＝［各アップリンクビームの帯域幅ＢＷｕ］×［サービスエリアの数］
であったが、下記非特許文献１では、クラスタ多重化により、従来と同じ通信容量をダウンリンクビームの周波数帯域幅を圧縮しながら実現する。

図９は、下記非特許文献１に基づくシステムの動作例を示す図である。２つのグラフの内、左のグラフは、各サービスエリアのアップリンクの動作例を示しており、また、下記非特許文献１記載の方法を用いない場合のダウンリンクの動作例を示している図でも有る。一方、右のグラフは、下記非特許文献１記載の方法を用いた場合のダウンリンクの動作例を示している。各グラフにおいて、縦軸はサービスエリア１へのダウンリンクビームの周波数を、横軸が時間を示している。

図９においては、長方形Ａ〜Ｇはサービスエリア１〜３からサービスエリア１へ送られる全てのデータを、時間と周波数方向で示している。各長方形の縦軸がデータの送信に用いる周波数帯域幅を示している。データＡ，Ｂは、サービスエリア１からサービスエリア１への送信データ、データＣ，Ｄは、サービスエリア２からサービスエリア１への送信データ、データＥ〜Ｆは、サービスエリア３からサービスエリア１への送信データである。また、各グラフとも、時間軸下に記載の“↑”は、各データの送信要求が発生した時刻を示している。

図９の左のグラフでは、サービスエリア１のダウンリンクに必要な帯域幅ＢＷｄは「ＢＷｕ×３」であった。一方、下記非特許文献１の方法では、各アップリンクからの信号を衛星中継器５で周波数交換して、周波数の隙間を無くして詰めるように周波数を再配置（周波数軸方向で圧縮）してから、サービスエリア１へ送信する。図９の右側のグラフが、周波数圧縮を行った場合のダウンリンクにおける各データの様子を表している。

衛星中継器５は、各アップリンクの信号から必要なデータのみを抽出し、周波数軸方向に信号を詰めることで、各サービスエリアからサービスエリア１へ割り当てられたダウンリンク周波数帯域幅を、ＢＷｕからＢＷｃに圧縮する（ＢＷｕ＞ＢＷｃ）。図９から明らかなように、サービスエリア１へのダウンリンク周波数帯域幅は、衛星中継器５において行なわれる周波数再配置により、各通信に支障をきたすことなく、ＢＷｄからＢＷｄ´（＝ＢＷｃ×３）へ削減されている。

このように、下記非特許文献１においては、衛星中継器５による周波数交換の際に、衛星からのダウンリンク周波数帯域幅を圧縮することにより、周波数利用効率の向上を実現している。

電子情報通信学会 信学技報SAT2003-113 「次世代移動衛星通信システムにおける搭載機器技術」

しかしながら、上記非特許文献１に記載のように周波数軸方向で圧縮する場合には、あるサービスエリアから別のあるサービスエリアへの通信トラフックが急増すると、周波数割り当てができず、通信の待ち時間（キュー）が増加する、という問題があった。

たとえば、上記非特許文献１に記載の衛星システムにおいて、図９の時刻ｔＧにおいて、サービスエリア３からサービスエリア１へ新たにデータＧの送信要求が発生した場合を想定する。この場合、上記非特許文献１では、各サービスエリアからサービスエリア１へのダウンリンクの帯域幅をＢＷｕからＢＷｃまで狭めてしまったため、データＥあるいはデータＦの通信が終了しない限り、データＧをサービスエリア３から衛星中継器５を経由してサービスエリア１へ送信することができない。図９の右のグラフでは、データＥの送信が完了してからデータＧの送信が始まる様子が示されている。このように、従来のシステムでは、サービスエリア３から衛星中継器５までのアップリンク側の周波数は空いているが、衛星中継器５からサービスエリア１のダウンリンク側の周波数が空いていないため、データの送信待ち時間が生じ、これによりシステムスループットが低下する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、データ中継における送信時間のさらなる短縮化を実現する衛星通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる衛星通信システムは、フィーダリンク局が、複数のサービスエリアのいずれかに存在する端末（送信元端末）から送られてくる送信要求に応じて、アップリンク（送信元端末→中継衛星）およびダウンリンク（中継衛星→送信先端末）の周波数割り当てを行い、さらに、中継衛星が、前記フィーダリンク局による中継制御にしたがって、各サービスエリアに割り当てられたダウンリンク周波数帯域幅を圧縮して、各サービスエリア間の通信を中継する衛星通信システムであって、たとえば、複数のサービスエリアから複数のデータが特定のサービスエリアに送信されている状態において、新たなデータの送信要求が発生した場合に、前記フィーダリンク局が、前記特定サービスエリアのダウンリンク周波数帯域内で当該新たなデータが割り当て可能かどうかを検索し、いずれかのデータ通信が完了した時刻において、当該データ通信で使用していたダウンリンク周波数帯を前記新たなデータのダウンリンク周波数帯として割り当てる中継制御を行い、前記中継衛星が、前記フィーダリンク局による中継制御にしたがって、前記新たなデータを、前記データ通信が完了した直後のダウンリンク周波数帯に配置することを特徴とする。

この発明によれば、送信にかかる時間を従来技術よりもさらに短縮することができるとともに、アップリンクの高効率化を図ることができるため、衛星システム全体の通信効率を限られた周波数資源の中でさらに向上させることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる衛星通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 図２は、衛星通信システムの具体的な通信シーケンスの一例を示す図である。 図３は、実施の形態１の動作例を示す図である。 図４は、実施の形態２の動作例を示す図である。 図５は、実施の形態２の動作例を示す図である。 図６は、本発明にかかる衛星通信システムの実施の形態４の構成例を示す図である。 図７は、衛星通信システムの全体構成を示す図である。 図８は、従来の衛星通信システムの通信シーケンスの一例を示す図である。 図９は、非特許文献１に基づくシステムの動作を示す図である。

符号の説明

１〜３ サービスエリア
４ フィーダリンク局
５ 衛星中継器
１１〜１３，７１〜７３ サービスリンク
１４，７４ フィーダリンク
２０，２１ アンテナ
３１〜３３ 受信部
４０ フィルタバンク
５１ バッファ
５２ 周波数時間交換部
６１〜６３ 送信部
１０１ 送信部
１０２ 受信部
１０３ 復調部

以下に、本発明にかかる衛星通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の各実施の形態において、衛星通信システムの全体構成については、前述した図７と同様である。また、本発明は、アップリンクやダウンリンクがマルチビームであれば、サービスリンクやフィーダリンクに限らず適用可能である。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる衛星通信システムの実施の形態１の構成例を示す図であり、サービスエリア１〜３、フィーダリンク局４、サービスリンク１１〜１３，７１〜７３、フィーダリンク１４，７４、衛星中継器５から構成されている。なお、サービスリンク１１〜１３，７１〜７３、フィーダリンク１４，７４のうち、サービスリンク１１〜１３とフィーダリンク１４をアップリンクビームと呼び、サービスリンク７１〜７３とフィーダリンク７４をダウンリンクビームと呼ぶ。

また、上記衛星中継器５は、アンテナ２０，２１，受信部３１〜３３，フィルタバンク４０，バッファ５１，周波数時間交換部５２，送信部６１〜６３，送信部１０１，受信部１０２，復調部１０３、を備えている。

ここで、上記衛星中継器５の動作を説明する。まず、サービスエリア１〜３からアップリンクビーム１１〜１３を介して送信されたデータは、アンテナ２０において受信され、受信データは、受信部３１〜３３にて搬送波周波数からベースバンドへとダウンコンバートされ、さらに、フィルタバンク４０において複数の周波数帯域に分割される。分割されたデータは、各ダウンリンク７１〜７３に対応するように、周波数時間交換部５２においてスイッチングされ（ダウンリンク周波数帯域幅を圧縮）、送信部６１〜６３にて各搬送波周波数へとアップコンバートされる。そして、アップコンバートされた各データは、アンテナ２０からそれぞれ対応するダウンリンクビーム７１〜７３を用いてサービスエリア１〜３へ送信される。バッファ５１は、ダウンリンクへの周波数割り当てができない場合に、アップリンクおよびフィーダリンクからのデータを一時的に退避させるためのものである。

また、サービスエリア１〜３から送信される送信要求信号については、受信部３１〜３３にてダウンコンバートされた後、送信部１０１においてフィーダリンク（ダウンリンクビーム）７４の搬送波周波数にアップコンバートされ、アンテナ２１からフィーダリンク７４を介してフィーダリンク局４へと送信される。フィーダリンク局４では、衛星中継器５からの受信データに基づいて、送信要求信号や通信許可信号等の制御情報を生成し、フィーダリンク（アップリンクビーム）１４を介して衛星中継器５へと送信する。

また、アンテナ２１において受信したデータは、受信部１０２にてベースバンドにダウンコンバートされ、この内、中継制御情報については復調部１０３にて復調される。復調された中継制御情報は、周波数時間変換部５２に入力され、周波数時間交換部５２では、フィーダリンク局４からの中継制御情報に基づいてスイッチングする。また、フィーダリンク局４から各端末局への送信要求信号や通信許可信号は、復調部１０３から送信部６１〜６３へ入力され、送信部６１〜６３からアンテナ２０，サービスリンク（ダウンリンクビーム）７１〜７３を介して各端末へ送信される。なお、各端末局への送信要求信号や通信許可信号は、衛星中継器５で復調する必要はない。

つづいて、上記衛星通信システムの具体的な通信シーケンスを、図２，図７を用いて説明する。図２は、上記衛星通信システムの具体的な通信シーケンスの一例として、サービスエリア１における端末局６がサービスエリア３に存在する端末局７と通信を行う場合のシーケンスを示す図である。

まず、サービスエリア１の端末局６は、衛星中継器５を介して、フィーダリンク局４に送信要求信号を送信する（ステップＳ１１）。送信要求信号には、通信要求情報とともに、使用したい帯域幅，送信時間（または送信データ長），発信先（端末局７），発信元（端末局６）に関する情報、が含まれる。

フィーダリンク局４は、システムに接続されている全ての端末、各サービスエリアの周波数利用状況、各通信がいつからいつまで行なわれるか等のスケジュール、および衛星中継器５にバッファリングしているデータ容量、を把握しており、端末局６からの送信要求信号を受信した場合、まず、発信先の端末局７がシステムに存在するか、について調査する（ステップＳ１２）。

端末局７がシステムに存在する場合（ステップＳ１２，Ｙｅｓ)、フィーダリンク局４は、端末局６からの要求に応じた周波数割り当てが、アップリンク（端末局６→衛星中継器５)で可能か、について調査する（ステップＳ１３，Ｓ１４：アップリンク周波数の空きを調査する）。なお、端末局７がシステムに存在しない場合は（ステップＳ１２，Ｎｏ）、処理を終了する。

つぎに、周波数帯域の割り当てについてアップリンクが可能な場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、フィーダリンク局４では、ダウンリンク側の周波数に関しては、従来のようにサービスエリア１からサービスエリア３用の帯域（ＢＷｃ）内の空き状況だけを確認するのではなく、サービスエリア３のダウンリンクの全帯域（本実施の形態では、ＢＷｄ´＝３ＢＷｃ）内で割り当て可能か、を調査する（ステップＳ１５）。なお、周波数帯域の割当てがアップリンクで不可能な場合（ステップＳ１４，Ｎｏ）、フィーダリンク局４は、ステップＳ１３およびステップＳ１４の処理を繰り返し実行する。

そして、ステップＳ１５の処理にて、サービスエリア３のダウンリンクの全帯域内で周波数割り当て可能な場合（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、フィーダリンク局４では、衛星中継器５を介して、サービスエリア３の端末局７へ送信要求信号を送信する（ステップＳ１６）。この送信要求信号には、通信要求情報とともに、通信に使用する周波数帯や発信先（端末局７），発信元（端末局６）に関する情報、が含まれる。なお、通信に使用する周波数帯を決める際には、送信要求が出てから送信開始までの時間が最短であることが、周波数と時間の効率を考えると望ましい。したがって、たとえば、図３においては、データＡが最も早く送信終了となるため、新たに送信を開始するデータＧをデータＡの後ろに配置している。

つぎに、端末局７は、フィーダリンク局４からの送信要求信号を受信すると、その送信要求に応じる場合、通信承認信号を、衛星中継器５を介してフィーダリンク局４に送信する（ステップＳ１７）。同時に、フィーダリンク局４からの送信要求信号に示された周波数帯で端末局６からの信号を待ち受ける（ステップＳ１７）。

フィーダリンク局４は、端末局７からの通信承認信号を受信すると、衛星中継器５に対して、サービスエリア１の端末局６からの信号をサービスエリア３の端末局７へ伝送できるように、中継制御を行うための中継制御情報を送信する（ステップＳ１８）。中継制御情報は、具体的には、衛星中継器５内の周波数時間交換部５２に対して作用する。

その後、フィーダリンク局４は、端末局６に対して、通信許可信号を衛星中継器５経由で送信する（ステップＳ１９）。この通信許可信号には、端末局６が通信に使用する周波数帯情報が含まれる。

そして、端末局６は、フィーダリンク局４からの通信許可信号を受信できた段階で、通信許可信号に示される周波数帯を用いて端末局７に対して通信を開始する（ステップＳ２０）。

一方、ステップＳ１５の処理において、サービスエリア３のダウンリンクの全帯域内で周波数割り当て不可能な場合（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、フィーダリンク局４では、端末局６に対して、端末局６から衛星中継器５へのアップリンク送信だけ先に指示する。具体的には、まず、フィーダリンク局４は、端末局６からの送信要求情報から端末局６のデータ量を求め、そのデータ量がバッファ５１の空き容量未満である場合、衛星中継器５を介して、サービスエリア１の端末局６へ通信許可信号を送信する（ステップＳ２１）。この送信要求信号には、通信要求情報とともに、通信に使用する周波数帯や発信先（端末局７），発信元（端末局６）に関する情報、が含まれる。

端末局６は、フィーダリンク局４からの通信許可信号を受信すると、その通信許可信号に示されている周波数帯を用いて、衛星中継器５に対して通信を開始する（ステップＳ２２）。

衛星中継器５は、端末局６からのデータを受信すると、そのデータをバッファ５１に一時的に退避させる（ステップＳ２３）。バッファ５１への退避操作は、フィーダリンク局４からの中継制御情報によって行なわれる。

フィーダリンク局４は、サービスエリア３のダウンリンクの全帯域について検索し、端末局６からの信号の周波数割り当てが可能な時間となりしだい、その周波数帯を、端末局６→端末局７のダウンリンク用に割り当てると同時に、衛星中継器５を介して、サービスエリア３の端末局７へ送信要求信号を送信する（ステップＳ２４）。この送信要求信号には、通信要求情報とともに、通信に使用する周波数帯や発信先（端末局７），発信元（端末局６）に関する情報、も含まれる。

端末局７は、フィーダリンク局４からの送信要求信号を受信すると、その送信要求に応じる場合は、衛星中継器５を介して通信承認信号をフィーダリンク局４に送信する（ステップＳ２５）。同時に、フィーダリンク局４からの送信要求信号に示された周波数帯で、端末局６からの信号を待ち受ける。

フィーダリンク局４は、端末局７からの通信承認信号を受信すると、衛星中継器５のバッファ５１に一時的に退避させていた端末局６からの信号を読み出す命令を衛星中継器５に対して与え、退避させていた信号を衛星中継器５からサービスエリア３の端末局７へ伝送できるように、周波数時間交換部５２の周波数をリアルタイムで切り替える（ステップＳ２６）。

最終的に、サービスエリア１の端末局６から送られてきた信号は、衛星中継器５内でバッファリングされ、多少遅延が付与された後、サービスエリア３の端末局７に転送される（ステップＳ２７）。

このように、制御チャネルを用いて行なわれるサービスエリア３の端末局７への送信要求や、フィーダリンク局４への通信承認、ならびにアップリンク側の送信は、上記ステップＳ２４によるダウンリンク周波数割り当てが可能になる前に行なわれるため、特にアップリンク側の通信効率の効率化が図れる。

図３は、上記通信シーケンスに基づいた実施の形態１の動作例を示す図である。ここでは、図９と同一の条件、かつ、データＡ〜Ｆがサービスエリア１に送られている状態において、データＧの送信要求が時刻ｔＧで発生した場合の例を示している。

この場合、時刻ｔＧでは、ダウンリンク周波数ＢＷｄ´が全て他の通信に使用されているため、データＧをダウンリンク側において送信することはできないが、アップリンク側では、バッファ５１が空いているため、データＧのアップリンク送信が行われる。このようにダウンリンク側の通信ができない場合であっても、アップリンク側の通信が可能な場合は、アップリンク送信だけを先に開始することで、アップリンク側の通信の効率化を高めることができる。

また、データＧは衛星中継器５内のバッファ５１に一時的に退避することになるが、サービスエリア１内の端末局間で行われていたデータＡの通信が完了した時刻ｔＸの直後から、衛星中継器５では、バッファ５１に退避していたデータＧを読み出し、送信している。これにより、従来、データＥの通信が終了（時刻ｔＹ）するまで送信できなかったデータＧの待ち時間を、（ｔＹ−ｔＸ）だけ減らすことができる。また、データＡ〜Ｇまでの送信が終了する時間についても、（ｔＺ−ｔＷ）だけ減らすことができる。

このように、本実施の形態においては、送信にかかる時間を従来技術よりもさらに短縮することができるとともに、アップリンクの高効率化を図ることができるため、衛星システム全体の通信効率を、限られた周波数資源の中でさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、上記に限らず、たとえば、バッファ５１を設けない構成としてもよい。この場合、アップリンクの効率化は図れなくなるが、バッファ５１を設けない場合には上記ステップＳ２１〜Ｓ２７が不要となるため、システム構築の簡単化を実現することができる。

また、本実施の形態の処理は、空いている周波数帯域を有効利用できる発明であり、たとえば、ＯＦＤＭＡ等のようなマルチキャリア通信におけるサブキャリアの有効利用が可能となる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２の動作について説明する。なお、衛星通信システムの構成例については、前述の実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、前述の実施の形態１と異なる処理について説明する。

図４は、実施の形態２の動作例を示す図である。ここでは、前述の実施の形態１の図３と同様、図９と同一の条件、かつ、データＡ〜Ｆがサービスエリア１に送られている状態において、データＧの送信要求が時刻ｔＧで発生した場合の例を示している。

本実施の形態においては、通信中のデータが占有する周波数帯を、送信途中に変化させて空き周波数を無くすように詰め込み、リアルタイムな周波数交換処理を可能としている。たとえば、図４において、データＡ〜Ｇの再配置に際して、割り当てられた周波数帯に未使用区間が生じないように、通信中の各データに空き周波数を占有させることにより、データＡ〜Ｇのそれぞれの送信時間を減らす。これにより、データＡ〜Ｇの送信が終了する時間を、(ｔＷ−ｔＶ）だけ減らすことができる。このデータＡ〜Ｇは、たとえば、データの中にデータの量や送信レートなど通信に必要な情報が組み込まれている“パケット”を想定している。

つづいて、上記衛星通信システムの具体的な通信シーケンスを前述の図２を用いて説明する。なお、ここでは、図２に示す通信シーケンスと異なる部分についてのみ説明する。

まず、ステップＳ１１〜ステップＳ１４については、前述の実施の形態１と同様である。つぎに、周波数割り当てがアップリンク側で可能な場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、かつ、サービスエリア３のダウンリンクの全帯域内で周波数割り当ても可能な場合（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、フィーダリンク局４では、ダウンリンク側の周波数割り当てを行う際に、全周波数帯（ＢＷｄ´）において可能な限り広い周波数帯を、端末局６→端末局７のダウンリンク用に割り当てるような制御を行う（図４参照）。これを実現するため、実施の形態２では、実施の形態１と異なり、通信許可信号や送信要求信号に、使用する周波数帯と使用する時間帯の２次元的な情報を含んでいる。なお、以降のステップＳ１６〜Ｓ２０の処理については、実施の形態１と同様である。

一方、周波数帯域の割り当てが、アップリンクでは可能であるが（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、ダウンリンクでは全帯域内で周波数割り当て不可能な場合（ステップＳ１５，Ｎｏ)、フィーダリンク局４では、実施の形態１と同様、アップリンク側のデータを一時バッファ５１に退避し、ダウンリンク全帯域内で周波数割り当てが可能になった時点で、バッファ５１内のデータをダウンリンク側に送信する制御を行うが、その際、全周波数帯（ＢＷｄ´）において可能な限り広い周波数帯を、端末局６→端末局７のダウンリンク用に割り当てるような制御を行う（図４参照）。なお、以降のステップＳ２１〜Ｓ２７の処理については、実施の形態１と同様である。

その後、本実施の形態では、フィーダリンク局４が、通信要求に応じて、現在通信中の各端末局に対して、使用する周波数帯と時間帯の情報の変更を指示するための使用チャネル変更情報を定期的に通知する。

そして、通信中の各端末局は、フィーダリンク局４から上記使用チャネル変更情報を受信すると、その情報を用いて、使用している周波数帯と時間帯を変更する。

このように、本実施の形態においては、フィーダリンク局４が、各データの送信開始時刻から終了時刻、およびデータが占有する周波数帯が変わる時刻を、パケットとして把握し、衛星中継器５が、これらの情報に基づいて、ダウンリンクの周波数帯において可能な限り広い周波数帯を、ダウンリンク用として端末局に割り当てることとした。これにより、従来よりも早くデータＡ〜Ｇの送信を終了することができる。

なお、本実施の形態においては、端末局から緊急的に送信して欲しいという送信要求が発生した場合には、この緊急通信を優先的に割り当てることが可能である。図５にその様子を示す。たとえば、図５の左側に記載のデータＦが緊急の送信要求とした場合、本実施の形態では、この緊急の送信要求Ｆに対してデータ送信待ち時間が生じないよう、かつ、早く送信が終了するように、図５の右側に示すように再配置する。これにより、従来のデータＦにかかる送信時間（ｔＵ−ｔＦ）が（ｔＵ´−ｔＦ）に短縮可能となる。このように、データの配置に優先順位を持たせることにより、総送信時間を最短化しつつ緊急度の高いデータ（データＦ）を優先的に送信することができる。

ところで、以上のように、本実施の形態２では、ダウンリンク側の全周波数帯を有効的に利用する内容で記載したが、アップリンク側においても、同様に、各サービスエリアのアップリンク側の周波数帯（ＢＷｕ）の中で、データが占有する周波数帯に空き周波数を無くすように詰め込む制御を、フィーダリンク局４が行うことで、アップリンク側の周波数利用効率を向上や、待ち時間短縮を実現することもできる。この場合、フィーダリンク局４が、あるサービスエリア内の各端末局からの送信要求信号に応じて、アップリンク周波数帯（ＢＷｕ）の範囲内において可能な限り広い周波数帯を、各端末局に割り当てるような制御を行う。

実施の形態３．
実施の形態３では、データが非パケット信号の場合について説明する。なお、衛星通信システムの構成例については、前述の実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、前述の実施の形態１または２と異なる処理について説明する。

たとえば、データが非パケット信号の場合、フィーダリンク局４では、非パケット信号の送信終了時刻が把握できない場合が考えられる。そこで、本実施の形態においては、図２の処理を下記のように変更する。なお、ここでは、端末局６と端末局６´（サービスエリア１内の端末局）からの送信信号が非パケット信号の場合について説明する。

たとえば、図４のデータＥを非パケットとする。ここでは、この非パケットデータＥを端末局６が送信中に、別の端末局６´が、端末局７に対してデータ（データＦ）の通信要求を行った場合を考える。

まず、端末局６´とフィーダリンク局４との間で、前述したステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を行う。しかしながら、非パケットデータＥが割り当て周波数帯（ＢＷｃ（３→１））全部を占有しているため（図４の右側参照）、フィーダリンク局４は、周波数割り当て変更の要求を、衛星中継器５を介して端末局６に送信する。

端末局６では、周波数割り当て変更の要求を受信すると、送信周波数帯を狭める処理を行う。

そして、フィーダリンク局４では、端末局６が送信周波数帯を狭めたことを確認すると、端末局６´に対して送信開始指示を出す。また、フィーダリンク局４は、端末局７に対して、これまでデータＥが占有していた帯域に、データＥとデータＦの２種類のデータが割り当てられていることを知らせる。

端末局６´は、フィーダリンク局４から送信開始指示を受信すると、送信を開始する。また、端末局６は、フィーダリンク局４から送信開始指示を受け取ると、データＦの占有帯域分だけ狭い周波数帯にて、衛星中継器５を介して端末局７への送信を続ける。

フィーダリンク局４では、端末局６からのデータ送信終了を確認すると、端末局６´と端末局７に対して、端末局６´が全帯域を使って端末局７へ送信する旨を伝える。なお、データ送信終了の検出は、たとえば、バッファ５１へ入力されるデータの有無で判断する等が考えられる。

最後に、端末局６´は、上記端末局６´が全帯域を使って端末局７へ送信する旨の情報を受信すると、全帯域を用いてデータＦを衛星を介して端末局７へと送信する。

このように、本実施の形態においては、上記処理により、非パケット通信の場合であっても、前述の実施の形態２と同様に時間効率化を実現できる。

実施の形態４．
図６は、本発明にかかる衛星通信システムの実施の形態４の構成例を示す図であり、前述した実施の形態１〜３の構成にスケジューラ５３が追加されている。実施の形態４は、前述の実施の形態３について、さらなる効率化を図ったものである。

たとえば、実施の形態３のような処理を行う場合、衛星中継器５を、図６のような構成とすることにより、さらなる時間の効率化が見込める。このような効果を、図４の右側を用いて説明する。

スケジューラ５３は、フィーダリンク局４から、端末局からの送信要求信号および通信承認信号を随時受信している。この状態で、図４右側の非パケットデータＥの送信終了を監視中に、時刻ｔＦにて、フィーダリンク局４からデータＦを送信したい旨を通知された場合、スケジューラ５３は、非パケットデータＥの送信終了を（たとえば、バッファ５１からの情報で）確認した後、フィーダリンク局４からの制御信号を待たずに、直ちに空いた周波数帯（ＢＷｃ）をデータＦに割り当てる。そして、端末局６´と端末局７に対して同周波数帯を用いてデータを送受信するよう、命令信号を各送信部へ送る。

また、同時に、スケジューラ５３は、上記割り当て内容をフィーダリンク局４に通知する。これにより、フィーダリンク局４は、スケジューラ５３が独自に周波数を割り当てた場合でも、各チャネルの周波数割り当ての状態をリアルタイムで把握することができる。

以上の動作により、たとえば、実施の形態３では、送信周波数帯の変更にあたり、フィーダリンク局４と衛星中継器５との間で複数回にわたって通信を行なっていたが、本実施の形態４においては、上記スケジューラ５３の処理により、衛星中継器５とフィーダリンク局４との間の通信の回数を削減できるため、さらに送信時間の短縮化を実現できる。

以上のように、本発明にかかる衛星通信システムは、フィーダリンク局の制御による衛星通信に有用であり、特に、衛星からのダウンリンクの周波数帯域幅を圧縮することにより周波数利用効率向上を図る場合の応用技術として適している。

Claims (8)

1. フィーダリンク局が、複数のサービスエリアのいずれかに存在する端末（送信元端末）から送られてくる送信要求に応じて、送信元のサービスエリアと送信先のサービスエリアの組み合わせごとにアップリンク（送信元端末→中継衛星）およびダウンリンク（中継衛星→送信先端末）の周波数割り当てを行い、さらに、中継衛星が、前記フィーダリンク局による中継制御にしたがって、送信先のサービスエリアごとに各サービスエリアに割り当てられたダウンリンク周波数帯域幅を圧縮して、各サービスエリア間の通信を中継する衛星通信システムであって、
   複数のサービスエリアから複数のデータが特定のサービスエリアに送信されている状態において、新たなデータの送信要求が発生した場合に、前記フィーダリンク局が、前記特定サービスエリアを送信先のサービスエリアとし前記複数のサービスエリアを送信元のサービスエリアとする組み合わせに割り当てられた圧縮後のダウンリンク周波数帯域内で当該新たなデータが割り当て可能かどうかを検索し、検索結果として割り当て可能なダウンリンク周波数帯域が得られた場合には当該割り当て可能なダウンリンク周波数帯域を前記新たなデータのダウンリンク周波数帯として割り当てる中継制御を行うことを特徴とする衛星通信システム。
2. 前記フィーダリンク局は、送信要求があった新たなデータに対してダウンリンク周波数の割り当てができない場合、前記送信元端末に対して先行してアップリンクのデータ送信を行うように指示し、さらに、前記中継衛星に対して当該アップリンクデータを一時的に保持するように指示し、前記特定のサービスエリアを送信先とするいずれかのデータ通信が完了した時刻において、当該データ通信で使用していたダウンリンク周波数帯を前記新たなデータのダウンリンク周波数帯として割り当て、
   前記中継衛星は、前記フィーダリンク局による中継制御にしたがって、前記特定のサービスエリアとの間の前記いずれかのデータ通信が完了した時点で前記保持された新たなデータを読み出し、読み出したデータを当該データ通信が完了した直後のダウンリンク周波数帯に配置することを特徴とする請求項１に記載の衛星通信システム。
3. 前記フィーダリンク局は、さらに、複数のサービスエリアから複数のデータが特定のサービスエリアに送信されている状態において、各データが占有しているダウンリンク周波数帯に未使用区間が生じないように、通信中のデータが占有するダウンリンク周波数帯を変化させる中継制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の衛星通信システム。
4. さらに、前記ダウンリンク周波数帯を変化させる中継制御において、重要度に応じてダウンリンク周波数帯を再配置することを特徴とする請求項３に記載の衛星通信システム。
5. 前記フィーダリンク局は、
   前記特定のサービスエリアに送信中のデータが非パケット信号の場合、送信中データの終端および未送信データの送信要求を検出し、
   未送信データの送信要求を検出した場合に、送信中のデータが占有するダウンリンク周波数帯を変化させ、前記未送信データにダウンリンク周波数を割り当てる中継制御を行い、
   さらに、送信中データの終端を検出した場合に、ダウンリンク周波数帯に未使用区間が生じないように、その他の送信中のデータが占有するダウンリンク周波数帯を変化させる中継制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の衛星通信システム。
6. 前記フィーダリンク局は、
   前記特定のサービスエリアに送信中のデータが非パケット信号の場合、送信中データの終端および未送信データの送信要求を検出し、
   未送信データの送信要求を検出した場合に、送信中のデータが占有するダウンリンク周波数帯を変化させ、前記未送信データにダウンリンク周波数を割り当てる中継制御を行い、
   さらに、送信中データの終端を検出した場合に、ダウンリンク周波数帯に未使用区間が生じないように、その他の送信中のデータが占有するダウンリンク周波数帯を変化させる中継制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の衛星通信システム。
7. 前記特定のサービスエリアに送信中のデータが非パケット信号の場合、
   前記中継衛星は、
   送信中データの終端および未送信データの送信要求を検出する機能と、ダウンリンク周波数のスケジューリング機能と、を有するスケジューラを備え、
   前記スケジューラは、送信要求を検出しかつ送信中データの終端を検出した場合、前記フィーダリンク局からの中継制御を待たずに、未送信データにダウンリンク周波数を割り当てることを特徴とする請求項５に記載の衛星通信システム。
8. 前記特定のサービスエリアに送信中のデータが非パケット信号の場合、
   前記中継衛星は、
   送信中データの終端および未送信データの送信要求を検出する機能と、ダウンリンク周波数のスケジューリング機能と、を有するスケジューラを備え、
   前記スケジューラは、送信要求を検出しかつ送信中データの終端を検出した場合、前記フィーダリンク局からの中継制御を待たずに、未送信データにダウンリンク周波数を割り当てることを特徴とする請求項６に記載の衛星通信システム。

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