JP4842883B2

JP4842883B2 - 移動体衛星通信システム

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Publication number: JP4842883B2
Application number: JP2007117210A
Authority: JP
Inventors: 孝仁野田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: JP2008278004A

Description

この発明は、航空機や船舶などの移動体における衛星通信システムに関するもので、特に衛星資源を最適に、かつ有効活用を図るようにした移動体衛星通信システムに関するものである。

衛星通信システムの多元接続には、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ＝ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：以下、ＦＤＭＡという）方式、時分割多元接続（ＴＤＭＡ＝ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：以下、ＴＤＭＡという）方式、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ＝ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：以下、ＣＤＭＡという）方式と呼ばれる３種類の方式があり、必要な通信容量、周波数帯域、衛星中継局の電力、地球局の規模、無線回線の種類などを考慮していずれの方式を使用するか決定している。

また衛星通信システムの多元化接続におけるアクセス方式には、一般的に固定割当多元接続（ＰＡＭＡ＝Ｐｒｅ−ＡｓｓｉｇｎｅｄＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：以下、ＰＡＭＡという）方式と、要求割当多元接続（ＤＡＭＡ＝ＤｅｍａｎｄＡｓｓｉｇｎｅｄＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：以下、ＤＡＭＡという）方式が広く利用されている。
ＰＡＭＡ方式は、予め各固定局に規定の情報速度および通信チャンネル数が割当てられており、予め固定局毎に規定の通信チャンネル数を確保しておくことが出来る為、固定局毎でアクセスする移動局数と通信チャンネル数がほぼ同等な場合には、常に通信チャンネルが確保され、低呼損率で運用することが可能である。但し、通信チャンネルが未使用な状態でも、常に割当てられた状態である為、場合によっては回線利用効率が低下する方式である。

一方ＤＡＭＡ方式は、固定局または移動局からの呼要求発生時に規定の情報速度の通信チャンネルをその固定局―移動局間に割当てる方式であり、ＰＡＭＡ方式の様に予め各固定局に回線数を割当てており、未使用状態であっても他の固定局が使用出来ない方式に比べ、回線効率が非常によい方式と言える。但し、通信チャンネル数に比べ移動局が多くなるにつれ呼損率が増加する傾向となる為、ユーザの通信運用に応じてＰＡＭＡ方式とＤＡＭＡ方式の両方式を選択または両方式を組み合わせた方式を利用することが行われる。

上記ＤＡＭＡ方式を利用した衛星通信伝送システムにおいて、呼の発生時に衛星チャンネルの伝送速度を呼が要求するものにし、その呼に対して衛星チャンネルを割当てることにより中継局の衛星に搭載したトランスポンダの使用電力が使用可能範囲を超える場合は、衛星チャンネルの伝送速度及び送信電力の少なくとも一方を下げるようにして、トランスポンダの使用電力が使用可能範囲になるようにする。一方、呼の切断によりトランスポンダの使用電力にまだ余裕がある場合は可変速度変復調器に指示を出して衛星チャンネルの伝送速度を上げるようにする。こうしてトランスポンダの使用電力に応じて衛星チャンネルの伝送速度または送信電力を制御し、伝送効率を向上させるようにしたものがある。（特許文献１参照）

また、ＣＤＭＡ方式を利用した衛星通信伝送システムにおいて、地球局から衛星通信チャンネルへの接続要求があると、衛星局に搭載された中継器の電力密度を測定し、この電力密度が許容値以上のときには接続の要求を行った地球局の衛星回線の使用を制限し、電力密度が許容値よりも小さいときには接続の要求を行った地球局及びその通信相手となる地球局による衛星回線の使用を許可するようにして、衛星通信回線の効率的な利用を図るようにした衛星通信回線接続方法がある。（特許文献２参照）

特許第２８５０６８２号公報特開２００３−３３２９６６号公報

しかしながら、従来は、特許文献１、２のいずれも衛星局に搭載された中継器の使用電力あるいは電力密度を測定して、通信チャンネルの情報速度を制御したり、通信回線の接続を制御するもので、各固定局−移動局間で通信回線を接続した後の送信局と受信局間における通信回線の環境に応じた通信状況が充分考慮されていない。例えば、送信局と受信局との回線間の天候条件、信号の干渉などによる電力減衰条件は充分考慮されていないため、送信局と受信局との間で一度通信回線が設定された後はその設定された条件で送信局と受信局との間の通信が継続されることとなり、衛星資源を最適に且つ有効活用して、回線利用の効率を図るためには最適な制御とは言えないものであった。特に航空機、船舶等の移動体における衛星通信システムでは、移動体局の位置、姿勢、天候状態、他衛星からの干渉、他回線との相互干渉により、時々刻々と受信状態が変化し、このような回線環境における通信状況を考慮することは非常に重要である。

また、一般に航空機、船舶等の移動体における衛星通信システムでは、ユーザが要求する規定の衛星サービスエリア内で通信する全ての移動体が衛星サービスエリアの端（ＥＯＣ＝ＥｄｇｅｏｆＣｏｖｅｒａｇｅ：以下、ＥＯＣという）に位置し、最悪動揺状態でも確実に固定局と通信可能となる回線設計を行うことが前提条件であり、他にも天候条件、使用周波数の伝播特性、フェージング、ＣＤＭＡ干渉等による電力減衰条件を加味した回線設計が行なわれる。しかし、移動体の位置は変化することから全ての移動体が常にＥＯＣで、最悪動揺状態である確率は低く、衛星サービスエリアの比較的内側でかつ安定した動揺状態で通信している確率が高いにも関わらず、各移動体の移動局および固定局の等価等方輻射電力（ＥＩＲＰ＝ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＩｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙＲａｄｉａｔｅｄＰｏｗｅｒ：以下、ＥＩＲＰという）は常に一定である。

したがって、従来の移動体衛星通信システムは、接続前に指定された通信速度を保証する方式であり、その後のいかなる電波状況にも影響されず指定された通信速度で通信チャネルを保持する保証型の、いわゆる情報速度保証型の「Ｇｕａｒａｎｔｅｅ」方式を採用し、ＣＤＭＡ干渉、移動体の位置／動揺状態、天候状態等の環境変化の全ての最悪条件を予め見込んで、規定ビット・エラー・レート（ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ：以下、ＢＥＲという）および固定情報速度を確立させる為のＥＩＲＰを送信しており、確実に所要のＢＥＲおよび情報速度の通信は確立するものの、環境条件が最悪条件まで達しない良好な状態、すなわち規定ＢＥＲ、情報速度を満たす受信搬送波電力と雑音電力の比Ｃ／Ｎ（ＣａｒｒｉｅｒｔｏＮｏｉｓｅ：以下、受信Ｃ／Ｎという）値よりも良好でかつ更に情報速度の増大が可能な受信Ｃ／Ｎ値であっても情報速度を多種の速度に可変できる方式ではなく、送信局と受信局との間の通信状況に応じて情報速度をマルチ・レート（Ｍｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ）化出来るようなベスト・エフォート（ＢｅｓｔＥｆｆｏｒｔ）方式の移動体衛星通信システムではないという問題点があった。

また、規定ＢＥＲおよび固定情報速度の通信を確立する規定受信Ｃ／Ｎ値よりも余剰に受信電力を受信した場合に、環境の変化に追従し、規定受信Ｃ／Ｎ値が一定になるように送信ＥＩＲＰを制御する仕組みがない為、余剰な電力を送信することになり、その結果、ＣＤＭＡ干渉が増大し、電力利用方法が非効率である。

更にＰＡＭＡ方式による移動体衛星通信システムでは、予め移動体、固定局に固定情報速度の回線を所要数分割当てられたもので、複雑な機器構成を要さず通信システムを実現可能とするが、時期、情勢により通信所要は月、日単位から時間単位毎へと変化する傾向にあり、リアルタイムに通信チャンネルの状態を監視、統制し、ユーザの通信所要に応じた通信構成を構築することができていない問題がある。

従来、情報速度を増大する為には、移動体に搭載される電力増幅器の大容量化による送信ＥＩＲＰの増大や送受信アンテナの高利得化、衛星局に搭載された中継器の性能向上などを実施していたが、費用的な面だけではなく、現実的に実現困難な場合が多い。移動体搭載においては、器材の小型化、軽量化が求められ、容易に電力増幅器の大電力化、送受信アンテナの大型化による高利得化は困難であった。また、通信衛星は約１０年といったような長期スパンの運用を前提としている為、容易に高性能化することは不可能である。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、今利用している移動体衛星通信システムの衛星資源を最適、かつ有効活用することを目的とし、より具体的には、各固定局−移動局間で設定された通信回線の受信Ｃ／Ｎをリアルタイムに監視して情報の情報速度或いは送信ＥＩＲＰを制御することで、またリアルタイムに回線の空きチャンネルを監視して情報の情報速度を制御することで、送信ＥＩＲＰの増大や通信衛星の性能向上を図ることなく通信回線の情報速度増大、更に回線利用効率の向上を図るようにし、その結果、いわゆる「Ｇｕａｒａｎｔｅｅ」方式を維持しつつ、さらにベスト・エフォート（ＢｅｓｔＥｆｆｏｒｔ）方式にも対応した新規な移動体衛星通信システムを提供することを目的とするものである。

この発明は、地上の固定局と移動体に搭載された移動局とが衛星局を介してＣＤＭＡ方式を使用して通信を行うと共に、通信衛星サービスエリア内で上記固定局と移動局との衛星通信回線チャネル数が所定の通信チャネル数で且つ通信チャネル毎にアップリンク／ダウンリンクとも固定の情報速度となるように回線設計された移動体衛星通信システムにおいて、上記固定局または移動局から送信される電力を受信して受信電力と雑音電力の比（Ｃ／Ｎ）を検出するＣ／Ｎ判定部を上記固定局および移動局にそれぞれ設け、Ｃ／Ｎ判定部で検出された受信Ｃ／Ｎ値を衛星局を介して送信側の固定局または移動局に、移動局の動揺特性、移動速度に依存する上記受信Ｃ／Ｎ値の変化に追従する周期にて通知し、送受信とも規定のＢＥＲ（ビット・エラー・レート）を満足しつつ、固定情報速度で復調出来る受信Ｃ／Ｎ以上のＣ／ＮをＣ／Ｎ判定部が検出した場合は、余剰電力量に応じて固定局または移動局が送信する情報量を増大させ、通信チャネルの情報速度をリアルタイムに増大するようにしたものである。

この発明は、通信チャンネル当りの送信ＥＩＲＰの増大や通信衛星の性能向上を図ることなく、現状の衛星資源の電力を有効活用することにより、これまでの情報速度を保証しつつ、更にベスト・エフォートに情報速度を増大したり送信電力を制限することが可能である。また、未使用な通信チャンネルが発生した場合は、その通信チャンネルを現在通信している通信チャンネルと同時利用することで、更に情報速度の増大が実現可能である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における移動体衛星通信システムについて図１乃至図６を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１、２による移動体衛星通信システムを模式的に示すシステム概要図、図２は図１に示すような移動体衛星通信システムの固定局として使用されるこの発明の実施の形態１による固定局を示すブロック構成図、図３は図１に示すような移動体衛星通信システムの移動局として使用されるこの発明の実施の形態１による移動局を示すブロック構成図、図４は受信電力の余剰部が発生する仕組みを説明した概念図である。図５はこの発明の実施の形態１によるマルチ・レート化実現の固定局−移動局間通信手順を示した図である。図６は受信Ｃ／Ｎと情報速度を対比させたテーブルである。

図１に示す移動体衛星通信システムの概要図において、航空機、船舶等の移動体に搭載された移動局１−１、１−２、・・・、１−ｎ（以下、一般化する場合は移動局１と称す）は、衛星に中継器を搭載した衛星局２を介して地上に配置された複数の固定局３−１、３−２、・・・、３−ｎ（以下、一般化する場合は固定局３と称す）のいずれかと衛星通信回線チャネルにより符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ方式）を使用した通信が行えるようになっている。複数の固定局３−１、３−２、・・、３−ｎは地上回線４−１、４−２、・・・、４−ｎにより通信統制局５に互いに接続され、通信統制局５はリアルタイムに、各固定局３で使用している回線数（通信チャンネル数）、回線使用頻度、通信時間などの通信使用状況の監視、および通信中の移動局１と固定局３の受信Ｃ／Ｎの監視を行い、また監視によりこれら収集した情報は各固定局３にその状態を配信している。
こうして複数の移動局１と衛星局２と複数の固定局３と通信統制局５により通信衛星サービスエリア６が構成される。この通信衛星サービスエリア６内でＣＤＭＡ方式を利用したＰＡＭＡ（固定割当多元接続）方式の移動体衛星通信が行われる。なお通信衛星サービスエリア６の外郭はエリアの端であるＥＯＣ６ａである。

このようなＰＡＭＡ（固定割当多元接続）方式の移動体衛星通信システムでは、通信衛星サービスエリア６内で固定局３と移動局１との衛星通信回線チャネル数が所定の通信チャネル数（Ｎチャンネル）で、且つ通信チャネル毎にアップリンク（移動局１または固定局３から衛星局２への通信回線）／ダウンリンク（衛星局２から移動局１または固定局３への通信回線）とも固定の情報速度となるように回線設計されている。

次に、図２の固定局のブロック構成図について説明する。固定局３は、中継器を搭載した衛星局２を介して任意の移動局１−１、１−２、・・・、１−ｎと送受信を行う空中線７、送信周波数変換機能および送信電力増幅機能を担う送信部８、受信周波数変換機能および低雑音増幅機能を担う受信部９、端末１１から送信する信号を変調し、また受信部９で受信した信号を復調する変調／復調機能を担う変復調部１０、固定電話や携帯電話やＰＣ端末などの端末１１−１、１１−２、・・・、１１−ｎ（以下、一般化する場合は端末１１と称す）、および通信制御および通信統制局５からの制御に基づき変復調部１０を制御する回線制御部１２から構成される。

変復調部１０の内部は、端末１１からのベースバンド信号を宇宙空間に無線として伝送する為に変調する変調部１０ａ、受信部９で無線として受信した信号を復調し、ベースバンド信号に変換する復調部１０ｂ、送信部８から送信される送信ＥＩＲＰを制御するための電力制御部１０ｃ、受信部９で受信した信号から搬送波電力と雑音電力の比である受信Ｃ／Ｎを検出して判定するＣ／Ｎ判定部１０ｄ、受信Ｃ／Ｎに基づいて情報速度の変更を制御する速度制御部１０ｅ、端末１１および回線制御部１２とインタフェースするインタフェース部１０ｆから構成されている。なお速度制御部１０ｅは、図６に示すような受信Ｃ／Ｎと情報速度を対比させたテーブルを有し、Ｃ／Ｎ判定部１０ｄで判定した受信Ｃ／Ｎに応じて通信チャネンネルの情報速度を決定し、情報速度を可変に制御することができる。変調部１０ａ・復調部１０ｂは速度制御部１０ｅからの制御に応じて情報速度を可変にすることができる変復調器となっている。このような可変速度変復調器は特開２００５−１６７８３４号公報に記載されているようなＭｕｌｔｉ−ＲａｔｅＳＳ変復調器が利用できる。こうして情報速度がマルチ・レート化できるようになっている。なお、インタフェース部１０ｆには、変調部１０ａ、復調部１０ｂ、電力制御部１０ｃ及び速度制御部１０ｅに対する制御信号を出力する一方、変調部１０ａ及び復調部１０ｂからの状態信号が通知される制御機能（図示省略）を有しており、このインタフェース部１０ｆが回線制御部（通信統制局クライアント）１２からの指示を受けて変調部１０ａ、復調部１０ｂ、電力制御部１０ｃ及び速度制御部１０ｅをそれぞれ制御し、また変調部１０ａ及び復調部１０ｂの状態、すなわち変調部１０ａ及び復調部１０ｂにおいて設定された情報速度等を監視する。

次に、図３の移動局のブロック構成図について説明する。移動局１は、中継器を搭載した衛星局２を介して任意の固定局３−１、３−２、・・・、３−ｎと送受信を行う空中線１３、送信周波数変換機能および送信電力増幅機能を担う送信部１４、受信周波数変換機能および低雑音増幅機能を担う受信部１５、端末１７から送信する信号を変調し、また受信部１５で受信した信号を復調する変調／復調機能を担う変復調部１６、固定電話や携帯電話やＰＣ端末などの端末１７−１、１７−２、・・・、１７−ｎ（以下、一般化する場合は端末１７と称す）、および通信制御および通信統制局５からの制御に基づき変復調部１６を制御する回線制御部１８から構成される。

変復調部１６の内部は、端末１７からのベースバンド信号を宇宙空間に無線として伝送する為に変調する変調部１６ａ、受信部１５で無線として受信した信号を復調し、ベースバンド信号に変換する復調部１６ｂ、送信部１４から送信される送信ＥＩＲＰを制御するための電力制御部１６ｃ、受信部１５で受信した信号から搬送波電力と雑音電力の比である受信Ｃ／Ｎを検出して判定するＣ／Ｎ判定部１６ｄ、受信Ｃ／Ｎに基づいて情報速度の変更を制御する速度制御部１６ｅ、端末１７および回線制御部１８とインタフェースするインタフェース部１６ｆから構成されている。なお速度制御部１６ｅは、図６に示すような受信Ｃ／Ｎと情報速度を対比させたテーブルを有し、Ｃ／Ｎ判定部１６ｄで判定した受信Ｃ／Ｎに応じて通信チャネンネルの情報速度を決定し、情報速度を可変に制御することができる。変調部１６ａ・復調部１６ｂは速度制御部１６ｅからの制御に応じて情報速度を可変にすることができる変復調器となっている。このような可変速度変復調器は固定局３で使用される変調部１０ａ・復調部１０ｂと同様なＭｕｌｔｉ−ＲａｔｅＳＳ変復調器が利用できる。こうして情報速度がマルチ・レート化できるようになっている。なお、インタフェース部１６ｆには、変調部１６ａ、復調部１６ｂ、電力制御部１６ｃ及び速度制御部１６ｅに対する制御信号を出力する一方、変調部１６ａ及び復調部１６ｂからの状態信号が通知される制御機能（図示省略）を有しており、このインタフェース部が回線制御部（通信統制局クライアント）１８からの指示を受けて変調部１６ａ、復調部１６ｂ、電力制御部１６ｃ及び速度制御部１６ｅをそれぞれ制御し、また変調部１６ａ及び復調部１６ｂの状態、すなわち変調部１６ａ及び復調部１６ｂにおいて設定された情報速度等を監視する。

なお、回線制御部１２、１８に制御情報を送受信する方法としては、１つ目は１回線の中で信号情報と制御情報を多重化して送受信する方法と、２つ目は信号情報と制御情報をＣＤＭＡ多重して送受信する方法の２通りがあり、１つ目の方法は、識別子を付加して制御情報と信号情報を判別出来るようにパケット化して送受信する方法で、２つ目の方法は、拡散符号で制御情報と信号情報を判別して送受信する方法である。

受信Ｃ／Ｎは図４に示すように以下で説明する環境条件により変動するが、この様な環境条件においても確実に規定のＢＥＲおよび情報速度を確立させる為に最悪条件を考慮して回線設計される。図４の左図は回線設計上の受信電力を示し、受信局側における搬送波の受信信号電力Ｐｒと，受信時に発生する熱雑音や他の回線からの干渉によるＣＤＭＡ干渉等の雑音電力Ｐｚとがあり、この受信信号電力Ｐｒと雑音電力Ｐｚとの比を信号対雑音比Ｃ／Ｎと定義し、このＣ／Ｎ値により規定のＢＥＲおよび情報速度で復調可能かが決定される。なお回線の品質を左右するのは、信号のＳ／Ｎ（信号電力対雑音電力比）であるが、変調器及び復調器の特性を分離し、衛星回線部分の特性を一般的に規定するため、ここでは搬送波電力対雑音電力比（Ｃ／Ｎ）を使用しているが、信号のＳ／Ｎを用いてもよい。
上記で説明した通り最悪環境条件の元でも通信チャンネルを確立させる為には送信局ＥＩＲＰが受信局側に到達するまでに環境条件により減衰する量を予め送信局側で規定のＢＥＲおよび情報速度を復調出来るＥＩＲＰに加算して送信することにより、受信局側では復調出来る。

しかし、図４の右図に示すように、実回線上の通信においては常に天候が悪条件とは限らず、常に通信チャンネルが全て確立されている状態でもなく、全ての移動局１がＥＯＣに位置する確率も少ない状態で、各移動局が安定した動揺状態であれば余剰に電力を受信することが出来る。図４の右図において、天候が比較的晴天であり、ＣＤＭＡ干渉が無い状態では等価的に雑音電力Ｐｚが低下した状態の為、余剰電力Ｐｎｏｉｓｅが発生する。また、衛星局２に対して仰角が高い位置に移動局１が位置し、動揺状態が安定している場合は余剰電力Ｐｒｅｃｅｉｖｅが発生する。

この様な原理から、図４の左図が規定のＢＥＲおよび情報速度を確立するための受信Ｃ／Ｎで受信信号電力Ｐｒが回線設計上、受信すると推定される受信信号電力とすると、図４の右図の余剰電力Ｐｎｏｉｓｅ或いは余剰電力Ｐｒｅｃｅｉｖｅを受信することにより雑音電力よりもより多くの信号電力を受信していることになり、その結果、受信Ｃ／Ｎが余剰に発生することが考えられる。したがって固定局３では図２に示すＣ／Ｎ判定部１０ｄ、移動局１では図３に示すＣ／Ｎ判定部１６ｄで受信Ｃ／Ｎを常時監視することで、現時点でどれだけ情報速度を増大させることが可能かリアルタイムで判断することが可能である。

上記のように実際の回線上では回線設計上の受信電力と比較して余剰電力が存在することから、この発明はこのようなことを前提に受信Ｃ／Ｎを常時監視しながら情報速度をマルチ・レート（Ｍｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ）化するようにしたものである。即ち、既定のＢＥＲを満足しつつ、固定の情報速度で復調できる受信Ｃ／Ｎ以上の受信Ｃ／Ｎが得られた場合には、その余剰電力量に応じて送信局側の情報量を増大させ、通信チャンネルの情報速度を増大するようにしたものである。以下、例えば移動局１を送信局側とし、移動局１から固定局３方向への情報速度をＭｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ化する方法について図５を用いて説明する。

図５において、（１）は通信回線の接続後に移動局１から固定局３に衛星局２を介してキャリア（電波）を送信している状態である。（２）は受信局である固定局側３において移動局１から送信されている電波を受信し、その受信Ｃ／Ｎを監視している状態を示しており、固定局３では移動局１から送信されている電波を受信部９を介して受信し、その受信Ｃ／Ｎを図２に示すＣ／Ｎ判定部１０ｄにより常時監視する。（３）は監視した受信Ｃ／Ｎ値を送信部８を介して移動局１側に所定の周期で通知する。（４）は固定局３から通知された受信Ｃ／Ｎ値を移動局１側で受信し、その受信Ｃ／Ｎ値に基づいて通信回線の情報速度Ｖを変更する状態を示しており、移動局１では固定局３から通知された受信Ｃ／Ｎ値を受信部１５を介して受信し、その受信Ｃ／Ｎをインタフェース部１６ｆを介して速度制御部１６ｅに通知する。速度制御部１６ｅでは、図６に示すような受信Ｃ／Ｎと情報速度を対比させたテーブルを参照し、固定局３から通知された受信Ｃ／Ｎに余剰電力があると判定した場合には、それに対応して通信回線の情報速度Ｖを増大するよう変調部１６ａを制御して現在の情報速度Ｖを変更する。（５）は固定局３側も同様に送信局側１に通知した受信Ｃ／Ｎ値に基づいて通信回線の情報速度Ｖを変更する状態を示しており、固定局３では、Ｃ／Ｎ判定部１０ｄにより判定された受信Ｃ／Ｎ値がインタフェース部１０ｆを介して速度制御部１０ｅに通知され、速度制御部１０ｅが移動局１から送信された信号を図６に示すようなテーブルを参照して復調可能な情報速度Ｖで待ち受けられる状態に、すなわち移動局１側で変更された情報速度に対応して通信回線の情報速度Ｖを増大するよう復調部１０ｂの情報速度Ｖを変更する。こうして（１）→（２）→（３）→（４）（５）のように情報の情報速度変更サイクルをリアルタイムに行うことで、回線効率を向上することができる。
なお上記の例では、移動局１を送信局側としたが、固定局３を送信局側とした場合も同様である。すなわち固定局３から移動局１方向への情報速度をＭｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ化する場合には送信局側と受信局側が入れ替わるだけで、全く同様な方法である。

通信チャンネルが規定のＢＥＲおよび固定情報速度で確立された後は、固定局３では図２に示すＣ／Ｎ判定部１０ｄ、移動局では図３に示すＣ／Ｎ判定部１６ｄで互いにリアルタイムに受信Ｃ／Ｎを監視し、受信電力の余剰を監視しているが、この受信Ｃ／Ｎを図２に示す変復調部１０と図３に示す変復調部１６で多重化して定周期で互いに送信している。送信周期は、移動局の動揺特性、移動速度に依存し、受信Ｃ／Ｎの変化に限りなく追従して情報速度をＭｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ化する為には、比較的受信Ｃ／Ｎの変化が多い航空機は送信周期を早く、比較的受信Ｃ／Ｎの変化が少ない船舶は送信周期を遅くすることで実現可能である。

以上のように実施の形態１の発明では、各固定局−移動局間において規定のＢＥＲおよび固定情報速度で確立された後は、当該固定局−移動局間において受信Ｃ／Ｎをリアルタイムに監視し、その値に基づいてＭｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ化出来るように構成した変復調器の情報速度を制御するので、規定ＢＥＲを満足しつつ固定情報速度で復調出来る受信Ｃ／Ｎ以上のＣ／Ｎを得られた場合は、その余剰電力量だけ送信局側で情報量を増大しても復調することが可能であり、その結果、いわゆる「Ｇｕａｒａｎｔｅｅ」方式を維持しつつ、かつ、送信ＥＩＲＰの増大や通信衛星の性能向上を図ることなく、ベスト・エフォート（ＢｅｓｔＥｆｆｏｒｔ）方式にも対応した移動体衛星通信システムを実現することが可能である。

なお、図１に示すような通信衛星を利用した衛星通信システムでは、各固定局−移動局間における回線接続状況を共通の通信統制局５においても管理しており、このような共通の通信統制局５において各固定局−移動局間における受信Ｃ／Ｎの監視、さらに各固定局−移動局間の情報速度の制御を行うことも考えられるが、通信統制局５においてこれらの制御を行うように構成した場合、各固定局−移動局間において通信統制局５の処理時間の待ち状態が発生し、よりリアルタイムに情報速度或いは送信ＥＩＲＰを制御することができない。一方、各移動局が搭載された移動体はサービスエリア内を高速で移動し、その位置、姿勢等が刻々と変化するものであり、各固定局−移動局間における情報速度或いは送信ＥＩＲＰの制御はよりリアルタイム性が要求される。これに対し、実施の形態１による移動体通信システムでは、各固定局−移動局間における受信Ｃ／Ｎの監視、さらに各固定局−移動局間の情報速度の制御を各固定局−移動局で行うように構成しているので、通信統制局５における処理負担の増加等を防止することができ、より容易かつリアルタイムに情報速度或いは送信ＥＩＲＰを制御することができる移動体衛星通信システムを実現することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では受信Ｃ／Ｎの余剰電力値に応じて通信チャネルの情報速度を増大する例を説明した。しかしながら、端末１１、１７からのコンテンツの内容により情報速度を増大する必要がなく、常に固定情報速度で通信可能な場合がある。すなわち、図４に示すような余剰な受信Ｃ／Ｎが発生した場合において、送信側のＥＩＲＰを制限し、規定のＢＥＲおよび情報速度で復調可能な受信Ｃ／Ｎ値にすることで、電力を節約することが出来、他の通信チャンネルにおいてＣＤＭＡ干渉を低減させることに寄与することが可能である。この発明の実施の形態２は、余剰な受信Ｃ／Ｎが発生した場合に送信側のＥＩＲＰ（等価等方輻射電力）を制限するようにしたものである。

以下、この発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。この実施の形態２における移動体衛星通信システムの固定局として使用される固定局のブロック構成図および移動局として使用される移動局のブロック構成図は、実施の形態１における図２および図３と同様につき、説明は省略する。図７はこの発明の実施の形態２による電力制御実現の固定局−移動局間通信手順を示した図である。以下、移動局１が送信局側で、移動局１から固定局３方向への送信ＥＩＲＰを制限する方法を図６、図７に基づいて説明する。

図７において、（１）は移動局１から固定局３に衛星局２を介してキャリア（電波）を送信している状態である。（２）は受信局である固定局側３では図２に示すＣ／Ｎ判定部１０ｄで移動局１から送信されている電波を受信して受信Ｃ／Ｎを常時監視し、余剰電力を測定する。（３）は監視した受信Ｃ／Ｎ値を移動局１側に定周期で通知する。（４）は移動局１側では固定局３から通知された受信Ｃ／Ｎ値から余剰電力があれば、図６に示す受信Ｃ／Ｎと情報速度を対比させたテーブルを参照し、送信電力を下げるよう制限する。例えば、固定情報速度Ｖ１で通信する回線においては、図６より受信Ｃ／ＮはＰ１が必要であるが、Ｐ１以上の受信Ｃ／Ｎ：Ｐ２を受信した場合は、Ｐ２とＰ１の差分を算出し、送信側でＰ２とＰ１の差分だけＣ／Ｎが下がるように送信電力を制限する。このように規定のＢＥＲおよび固定情報速度で復調する為のＣ／Ｎとの差分を算出し、その差分に応じて図３に示す電力制御部１６ｃにより送信電力を制限した送信ＥＩＲＰに変更する。こうして（１）→（２）→（３）→（４）のように電力制御サイクルをリアルタイムに行うことで、回線効率を向上することができる。
なお上記の方法は、固定局３が送信局側で、固定局３から移動局１方向への送信電力を制限する場合も、送信局側と受信局側が入れ替わるだけで、全く同様な方法である。

以上のように実施の形態２の発明では、受信Ｃ／Ｎをリアルタイムに監視し、その値によって送信側の送信ＥＩＲＰを制限出来る変復調部を準備することで、規定ＢＥＲを満足しつつ、固定情報速度で復調出来る受信Ｃ／Ｎ以上の受信Ｃ／Ｎを得られた場合は、その余剰電力量だけ送信局側で送信ＥＩＲＰを制限し、受信局側では、規定ＢＥＲを満足しつつ固定情報速度で復調出来る受信Ｃ／Ｎ量のみ受信する状態にすることにより、ＣＤＭＡ干渉を低減し、他通信チャンネルの受信Ｃ／Ｎを増大させ、通信チャンネルの情報速度の増大を実現することができる。

なお実施の形態１および実施の形態２で述べた送信ＥＩＲＰとは、送信アンテナ利得Ｇ_１に送信機出力電力Ｐ_１を掛けたＰ_１Ｇ_１として定義されるもので、変復調器の送信電力の変更、電力増幅器の増幅率の変更、アンテナ利得の変更などにより、送信電力が変更されるもので、一般的に衛星通信での送信電力を送信ＥＩＲＰという。したがってここでは送信ＥＩＲＰとして説明しているが、一般の送信電力と同じことである。

実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１、２は受信Ｃ／Ｎをリアルタイムに監視し、規定ＢＥＲを満足しつつ、固定情報速度で復調出来る受信Ｃ／Ｎ以上のＣ／Ｎを得られた場合は、その余剰電力量に応じて情報速度を増大したり、送信局側のＥＩＲＰを制限していたが、この発明の実施の形態３は、回線の空き状況をリアルタイムに監視し、ユーザの回線利用要求に応じて、通信チャンネル回線に空きがあれば割当回線数を増やして情報速度を増大するようにしたものである。
以下、この発明の実施の形態３を図８に基づき説明する。図８は通信統制局５から固定局３にプリアサインされている通信チャンネルと通信状況を示すテーブルである。なお実施の形態３における移動体衛星通信システムの全体構成図及び固定局と移動局の回路構成は図１〜図３とほぼ同じであるので、説明を省略する。

図１に示す通信統制局５では、リアルタイムに各固定局３−１、３−２、・・・、３−ｎの通信利用状況情報を収集し、各固定局３にその状態を配信して、通信回線数および回線速度を統制している。即ち、通信統制局５の機能としては、１）各固定局３で使用している回線数、通信使用状況の監視と、２）受信Ｃ／Ｎの監視がある。１）の監視機能としては、各固定局での通信状況を監視することで、各固定局の回線使用頻度、通信時間を統計的に把握することが可能となり、ある固定局からの回線数増加要求にどの固定局の空き回線を割当てるかを瞬時に判断し、回線利用効率を向上させることが可能である。２）の監視機能としては、通信機器の送受信性能を常時監視することができ、ユーザの整備・維持に資することが可能で、また統計的に監視することで、衛星回線の実力を把握することが可能となり、運用に応じて柔軟に回線構成を変更することが可能となる。

今、図１に示す固定局３−ｎと移動局１−ｎが通信中に図２に示す端末１１−ｎで情報速度増大の要求が発生した場合は、図２に示すインタフェース部１０ｆ経由で図２の回線制御部１２に入力され、回線制御部１２より回線割当て要求を図２に示す通信統制局５に通知する。通信統制局５では、図８に示す通信テーブルを参照に空いている通信チャンネルを検索し、例えば空いている通信チャンネルＣ１を利用可能と判断した場合は、固定局３−ｎと移動局１−ｎ間に通信チャンネルＣ１と通信チャンネルＣｎの２つの通信チャンネルを使用して情報速度の増大を図ることが出来る。

図１に示す固定局３−ｎと移動局１−ｎが通信中に図３に示す端末１７−ｎで情報速度増大の要求が発生した場合は、図３に示すインタフェース部１６ｆ経由で図３の回線制御部１８に入力され、回線制御部１８より回線割当て要求を、変復調部１６、固定局３−ｎを経由して図２に示す通信統制局５に通知する。通信統制局５では図８に示す通信テーブルを参照に空いている通信チャンネルを検索し、例えば空いている通信チャンネルＣ１を利用可能と判断した場合は、固定局３−ｎと移動局１−ｎ間に通信チャンネルＣ１と通信チャンネルＣｎの２つの通信チャネルを使用して情報速度の増大を図ることが出来る。

回線を割当てる方法としては、１つ目は空き回線を検索する固定局の順番を予め決めておき、その順番に従って検索し、空き回線が見つかり次第、他の固定局へ割当てる方法がある。２つ目はユーザが判断する方法がある。

図１に示す固定局３−ｎと移動局１−ｎが通信チャンネルＣ１と通信チャンネルＣｎを利用して通信中に、固定局３−１が移動局１−１に呼を要求する場合は、固定局３−１の図２に示す回線制御部１２から通信統制局５経由で固定局３−ｎの図２に示す回線制御部１２に通信チャンネルＣ１の開放要求が通知され、固定局３−ｎと移動局１−ｎ間で通信チャンネルＣ１が開放された後、再び固定局３−ｎの図２に示す回線制御部１２から通信統制局５経由で固定局３−１の図２に示す回線制御部１２に通知され、固定局３−１と移動局１−１間で通信チャンネルＣ１が接続される。

以上のように実施の形態３の発明では、移動体衛星通信システムの複数ある固定局が移動体との通信に利用している通信チャンネルの使用数をリアルタイムに監視することにより、未使用の通信チャンネルが発生した場合には、その通信チャンネルを現在通信している移動体−固定局に加えて２チャネル分を同時に利用することにより、衛星中継器上の電力密度の制限値を超えることなく、情報速度の増大を実現することが出来る。また、上記の未使用であった通信チャンネルで呼要求が発生した場合は、衛星局に搭載された中継器上の電力密度が制限値を超えている為に呼を制限するのではなく、２チャネル同時通信のうち１チャネルを切断し、衛星中継器上の電力密度を下げた状態にした上で、呼の要求を受けることが出来、常に移動体衛星通信システムとしてＮ回線全てにおいて固定情報速度を保証しつつ、未使用通信チャンネル分を一時的に他の移動局-固定局で利用させることにより等価的に情報速度の増大を図ることが可能であり、かつリアルタイムにこれらを実現することが可能である。

なお以上の実施形態１〜３においては、固定割当多元接続（ＰＡＭＡ）方式で説明しているが、この発明はこれに限定されることなく、要求割当多元接続（ＤＡＭＡ）方式にも同様に適用可能なものである。即ち、両方式の制御方法等は異なるにしても、ＤＡＭＡ方式は概念的にはＰＡＭＡ方式に含まれるものである。ＤＡＭＡ方式は、例えば、図８に示すように、固定局３−２は通信チャネルが４回線割当てられており、もし移動局が４局以上ある場合は、この４回線の中で呼要求が発生する順に回線を割当てていくような方式であるが、これは各固定局が割当てた回線数の中でＤＡＭＡ方式として運用する形態であって、衛星中継器から見た全回線を各固定局に予め割当てた回線の中でＤＡＭＡ方式として運用する形態であることから広義ではＰＡＭＡ方式に含まれるものである。この発明で説明しているのは、各固定局に予め最大使用回線が割当てられて、もし他の固定局の回線を利用して回線増大を図るのであれば、再度各固定局に回線数をリアサインし、各固定局がアサインされた回線数内で使用することが可能であるということである。

この発明の実施の形態１による移動体衛星通信システムを模式的に示す概要図であるこの発明の実施の形態１による固定局を示すブロック構成図である。この発明の実施の形態１による移動局を示すブロック構成図である。受信電力の余剰部が発生する仕組みを説明した概念図である。この発明の実施の形態１によるＭｕｌｔｉ−Ｒａｔｅ化実現の固定局−移動局間通信手順を示した図である。この発明の実施の形態１による受信Ｃ／Ｎと情報速度を対比させたテーブルである。この発明の実施の形態２による電力制御実現の固定局−移動局間通信手順を示した図である。この発明の実施の形態３による固定局にプリアサインされている通信チャンネルと通信状況を示すテーブルである。

符号の説明

１−１〜４−ｎ移動局、２衛星局、
３−１〜３−ｎ固定局、４−１〜４−ｎ地上回線、
５通信統制局、６衛星サービスエリア、
６ａＥＯＣ、
７送受信アンテナ、８送信部、
９受信部、１０変復調部、
１０ａ変調部１０ｂ復調部
１０ｃ電力制御部１０ｄＣ／Ｎ判定部
１０ｅ速度制御部１０ｆインタフェース部、
１１端末、
１２回線制御部、１３送受信アンテナ、
１４送信部、１５受信部、
１６変復調部、１６ａ変調部
１６ｂ復調部１６ｃ電力制御部
１６ｄＣ／Ｎ判定部１６ｅ速度制御部
１６ｆインタフェース部、１７端末、
１８回線制御部。

Claims

地上の固定局と移動体に搭載された移動局とが衛星局を介してＣＤＭＡ方式を使用して通信を行うと共に、通信衛星サービスエリア内で上記固定局と移動局との衛星通信回線チャネル数が所定の通信チャネル数で且つ通信チャネル毎にアップリンク／ダウンリンクとも固定の情報速度となるように回線設計された移動体衛星通信システムにおいて、
上記固定局または移動局から送信される電力を受信して受信電力と雑音電力の比（Ｃ／Ｎ）を検出するＣ／Ｎ判定部を上記固定局および移動局にそれぞれ設け、
上記Ｃ／Ｎ判定部で検出された受信Ｃ／Ｎ値を上記衛星局を介して送信側の固定局または移動局に、移動局の動揺特性、移動速度に依存する上記受信Ｃ／Ｎ値の変化に追従する周期にて通知し、送受信とも規定のＢＥＲ（ビット・エラー・レート）を満足しつつ、上記固定情報速度で復調出来る受信Ｃ／Ｎ以上のＣ／Ｎを上記Ｃ／Ｎ判定部が検出した場合は、余剰電力量に応じて上記固定局または移動局が送信する情報量を増大させ、上記通信チャネルの情報速度をリアルタイムに増大するようにしたことを特徴とする移動体衛星通信システム。
Ｃ／Ｎ判定部で判定した受信Ｃ／Ｎと情報速度とを対比させたテーブルを有する速度制御部を設け、上記受信Ｃ／Ｎに余剰電力があれば、上記テーブルに基づいて、固定局または移動局の変復調部における情報速度を増大するようにした請求項１に記載の移動体衛星通信システム。
複数の固定局に接続された通信統制局を設け、この通信統制局は移動体衛星通信システムの各通信チャネルの通信使用状況及び通信中の移動局と固定局の受信Ｃ／Ｎを監視し、監視により収集した情報は各固定局に配信し、ユーザの回線利用要求に応じて、回線に空きがあればリアルタイムに各固定局への回線割当て構成を変更するようにした請求項１に記載の移動体衛星通信システム。