JP4954332B2 - 通信装置および通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数のビームで通信エリアをカバーするマルチビーム通信システムに関し、特に、地上系無線システムと衛星系移動体システムとで共有するハイブリッド移動体通信システムに関する。

複数ビームで通信エリアをカバーする従来のマルチビーム衛星通信システムの一例として、下記特許文献１に記載の衛星通信システムについて説明する。下記特許文献１に記載の衛星通信システムは、衛星と地上ネットワーク回線に接続する地上局とを備え、衛星は複数のビームを形成する。衛星が形成するビームにより無線端末と衛星が通信可能な領域であるビームエリアとするとき、各ビームエリアと通信する回線全てをユーザーリンク無線回線とよぶこととする。

なお、この通信システムでは、ユーザーリンク無線回線で使用する周波数帯は、どのビームエリアでも同一（周波数ｆ１）とするが、衛星と地上局との無線回線であるフィーダーリンク無線回線で使用する周波数帯は、ｆ１とは異なる周波数とする。なお、衛星は静止衛星または地球を周回する周回衛星のいずれかとする。

はじめに、フォワードリンクの通信（地上ネットワーク回線に接続されたユーザーから衛星を経由して無線端末に送信される方向）の流れについて説明する。衛星は、地上局を介して、地上ネットワーク回線からの各フォワードリンク信号を、フィーダーリンク無線回線を用いて受信する。さらに、衛星は、受信した地上ネットワーク回線からの各フォワードリンク信号を分波、抽出後、地上局からの制御コマンド情報に従って各ビームエリアに振り分けながらビーム単位で合波し、ユーザーリンク無線回線を用いて各ビームエリアに送信する。以上の信号処理フローにより、各ビームエリア内に存在する無線端末は、地上ネットワーク回線のユーザーから送信された信号を受信することができる。

つぎに、リターンリンク（無線端末から衛星を経由して地上ネットワーク回線に送信される方向）の通信の流れについて説明する。衛星は、各ビームエリア内の無線端末からのリターンリンク信号を、ユーザーリンク無線回線を用いて受信する。さらに、衛星は、受信した各ビームエリアからのリターンリンク信号を、地上局からの制御コマンド情報に従って分波、抽出後、複数のビームからの信号を合波し、フィーダーリンク無線回線を用いて地上局に送信する。地上局は、衛星からの受信信号を分波、抽出して、地上ネットワーク回線に送信する。以上の信号処理フローにより、各ビームエリア内の無線端末から送信された信号を、地上ネットワーク回線のユーザーに伝送することができる。

この従来の衛星通信システムの衛星はユーザーリンク（ユーザーリンク無線回線）側のマルチビーム送受信を、ディジタルビームフォーミング技術で実現している。具体的には、この衛星はユーザーリンク側送受信機を備え、ユーザーリンク側送受信機は、Ｎ（Ｎは自然数）個のアレーアンテナ素子で構成される受信アレーアンテナ素子，低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amp），ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ），受信アナログフィルタ，ＡＤ（Analog to Digital）変換器，受信ＤＢＦ（Digital Beam Forming)ネットワーク，受信ＤＢＦ制御部，受信ＦＢ（Filter Bank），受信ＦＢ制御部，送信ＦＢ制御部，送信ＦＢ，送信ＤＢＦ制御部，送信ＤＢＦネットワーク，ＤＡ変換器，送信アナログフィルタ，アップコンバータ（Ｕ／Ｃ），パワーアンプ（ＰＡ），送信アレーアンテナ素子を備えている。

ユーザーリンク側送受信機は、受信アレーアンテナで、各ビームエリア内の無線端末から送信された信号を受信する。なお、この際、各受信アレーアンテナは反射鏡を介して、各ビームエリアからの信号を受信する場合もある。Ｎ個のＬＮＡは、それぞれ１つのアレー素子に対応する受信アレーアンテナが受信した受信信号を増幅し、Ｎ個のＤ／Ｃはそれぞれ対応する増幅後の受信信号を直流（ＤＣ）または中間（ＩＦ）周波数に周波数変換し、Ｎ個の受信アナログフィルタは、それぞれ対応する周波数変換後の受信信号から所望のシステム帯域信号を抽出する。さらに、Ｎ個のＡ／Ｄ変換器は、それぞれ対応する受信アナログフィルタ通過後の信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。

受信ＤＢＦ制御部は、地上局からフィーダーリンク無線回線経由で送信される制御コマンド情報（衛星の位置や姿勢から計算されるビーム放射方角等の情報）やＡ／Ｄ変換された各ディジタル信号に基づいて、所望の信号の到来方向に向けた受信アンテナパターンを形成するための各ウエイト値を計算し、その結果を受信ＤＢＦネットワークに出力する。受信ＤＢＦネットワークは、Ｎ個のディジタル信号中のＬ（Ｌは自然数）個に対応する各ウエイト値を乗算して振幅と位相制御を行った後、全て加算することで第１の受信アンテナパターンを形成し、その加算結果を第１の受信ビーム信号として出力する。

同様に、別のＬ個に対応する各ウエイト値を乗算して、全て加算することで第２の受信アンテナパターンを形成し、その加算結果を第２の受信ビーム信号として出力する。このようにして、受信ＤＢＦネットワークは、第１の受信ビーム信号から第Ｍ（Ｍは自然数）の受信ビームまでの合計Ｍ個の受信ビーム信号を出力する。

また、受信ＦＢ制御部は、フィーダーリンク無線回線経由で送信される制御コマンド情報に基づいて、各受信ビーム信号の分割内容を示す周波数分割指示情報をＭ個の受信ＦＢに出力する。Ｍ個の受信ＦＢは、それぞれ対応する受信ビーム信号を、受信ＦＢ制御部からの周波数分割指示情報に基づいて複数の信号に分波する。

ここで、受信ＦＢおよび後述の送信ＦＢは、たとえば、下記非特許文献１に記載の構成により実現することができる。下記非特許文献１は、入力信号の帯域の｛２分割，４分割，８分割｝を実現する構成である。この受信ＦＢは、第１〜第７の７つの２分割フィルタバンク，選択部を備える。そして、各２分割フィルタバンクは、入力信号の周波数帯を２分割し、分割した高い方の周波数成分を抽出後、サンプリング速度を１／２にダウンサンプリングする高周波数側デシメータと、分割した低い方の周波数成分を抽出後、サンプリング速度を１／２にダウンサンプリングする低周波数側デシメータと、で構成される。

そして、受信ＦＢに入力された信号は、まず、第１の２分割フィルタバンクに入力され、第１の２分割フィルタバンクの高周波数側デシメータの出力，低周波数側デシメータの出力は、それぞれ第２の２分割フィルタバンクと第３の２分割フィルタバンクに入力される。そして、第２の２分割フィルタバンクの高周波数側デシメータの出力，低周波数側デシメータの出力は、それぞれ第４の２分割フィルタバンクと第５の２分割フィルタバンクに入力され、第３の２分割フィルタバンクの高周波数側デシメータの出力，低周波数側デシメータの出力は、それぞれ第６の２分割フィルタバンクと第７の２分割フィルタバンクに入力される。そして、第１〜第７の２分割フィルタバンクの出力は選択部に入力される。

たとえば、Ｆ１〜Ｆ４の４つの周波数帯（Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４、Ｆ１の周波数帯域幅を１とするとき、Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の周波数帯域幅をそれぞれ１，２，４とする。）が含まれる入力信号の場合、選択部は、第７の２分割フィルタバンクの低周波数側デシメータの出力を選択することにより、Ｆ１の周波数帯の信号を得ることができ、第７の２分割フィルタバンクの高周波数側デシメータの出力を選択することにより、Ｆ２の周波数帯の信号を得ることができる。また、第３の２分割フィルタバンクの高周波数側デシメータの出力を選択することにより、Ｆ３の周波数帯の信号を得ることができ、第１の２分割フィルタバンクの高周波数側デシメータの出力を選択することにより、Ｆ４の周波数帯の信号を得ることができる。

また、この衛星システムで使用する周波数帯以外の周波数成分については、選択部は、選択せずに破棄する、たとえば、Ｆ４の周波数帯の信号がこの衛星システムの信号ではない場合（例えば、干渉波や他システムの信号の場合）、選択部は、第１の２分割フィルタバンク高周波数側デシメータの出力を選択しないで、破棄する。

そして、選択部が選択して出力する各分波信号は、他の受信ビーム信号に対して分波された信号とともに衛星で合波され、フィーダーリンク無線回線を用いて地上局に送信される。

つぎに、送信動作について説明する。各ビームに対応する送信ＦＢは、フィーダーリンク無線回線から送られてきた各信号を、送信ＦＢ制御部からの周波数合成指示情報に基づいて１つの送信ビーム信号に合波する。即ちＭ個の送信ＦＢから、Ｍ個の送信ビーム信号が出力される。送信ＤＢＦネットワークは、送信ＤＢＦ制御部から指示されるＬ´個のウエイト値を、Ｌ´個にコピーされた所定の送信ビーム信号に乗算する。この処理をＭ個の送信ビーム信号に対してそれぞれ実施すると、Ｌ´×Ｍ個の信号が得られるが、送信アレー素子の共有化により適宜合成することにより、送信ＤＢＦネットワークは、Ｎ（＜Ｌ´×Ｍ）個のＤＢＦ送信信号を出力する。

そして、Ｎ個のＤ／Ａ変換器は、それぞれ対応するＤＢＦ送信信号を、ディジタルからアナログ信号に変換する。Ｎ個の送信アナログフィルタは、それぞれ対応するアナログ信号からイメージ成分を除去し、Ｎ個のＵ／Ｃは、対応するイメージ除去後の信号（アナログＤＢＦ信号）を、受信側の周波数とは異なる無線周波数に周波数変換する。

さらに、Ｎ個のＰＡは、それぞれ対応する無線周波数に変換されたアナログＤＢＦ信号を増幅し、送信アレーアンテナは、増幅された各アナログＤＢＦ信号を空間に出力する。この際、送信アレーアンテナは、反射鏡を介して各アナログＤＢＦ信号を空間に出力してもよい。

さらに、下記特許文献１に記載の衛星通信システムの衛星は、他のシステムとの周波数共有を実現するため、他のシステムからの信号（＝干渉波）を検出し、検出した場合はその到来方向に対するアンテナパターンのヌル形成により、干渉に対する影響回避を行う。なお、信号源の到来方向の推定方法に関しては、既に様々な手法が確立されており、たとえばビーム・フォーマ法や、多重信号分離法（ＭＵＳＩＣ）が代表的である。

干渉回避のための具体的な信号処理は、受信ＤＢＦ制御部が行う。受信ＤＢＦ制御部は、到来する信号の信号源を解析し、自衛星通信システム以外の信号であると判定した場合は、干渉波と判断し、干渉方向に対してアンテナパターンのヌル形成を行うようにウエイト値を計算し、受信ＤＢＦネットワークに出力する。受信ＤＢＦネットワークは、このウエイト値を用いて干渉方向に対するアンテナパターンへのヌル形成を行い、通信に影響を与えない程度まで干渉低減を行う。

特開平１０−１４５２６０号公報

"マルチレート信号処理"，貴家仁志，昭晃堂，pp.94 図6.5（a）,（b） "安全・安心のための地上・衛星共用モバイル通信システム"，電子情報通信学会，２００８年 総合大会 BP-1-3

ところで近年、地上系無線セルラシステムとマルチビーム衛星システムで共有するハイブリッド移動体通信システムが検討されている（たとえば、上記非特許文献２参照）。このハイブリッド移動体通信システムでは、例えばＩＭＴ（International Mobile Telecommunication）−２０００で衛星系に分配された周波数帯（３０ＭＨｚ）を、衛星系システムと別の地上系携帯電話システムで共有することで、周波数有効利用を図ろうとしている。しかし、この周波数共有方式では、互いの干渉を回避することが課題となる。

この方式では、衛星の受信系への干渉源は、対象のビームエリアと同一周波数を使用する近隣エリアの地上系無線セルラシステムの各携帯電話の電波となる。ここで、衛星のビームエリアの半径を１００ｋｍとし、地上系無線セルラの半径を１ｋｍと仮定すると、衛星の１ビームエリア面積あたりの地上系セルラの数は約１００００個と見積もることができる。このように、近隣エリアから発せられる干渉波（＝携帯電話からの電波）の数は、無数に存在することになる。したがって、従来のように、衛星が干渉波１つ１つに対して到来方向を推定し、全ての干渉波に対して、アンテナパターンへのヌル形成を実現することは困難である。

たとえば、地上に存在する各都市部が複数存在する場合、各都市からの無数の干渉波が生じる。地上系無線セルラシステムとマルチビーム衛星システムの両システムで共有する周波数を、本衛星システム側の使用のみに制限しているエリア（以下、制限エリアという）以外のエリアでは、地上系無線セルラシステムは、マルチビーム衛星システムと共有の周波数を使用することができる。したがって、衛星に、無数の携帯電話からの干渉波が到来することになるが、その干渉波の発生分布は、その時々の人口密度に比例する。特に都市部からの干渉波の数は膨大な数になり、初期設定時の受信アンテナパターンのサイドローブでは除去しきれない大きなレベルの干渉源が、各都市部を中心に多数発生する。衛星は、これらの全ての干渉源に対してヌルを形成する必要があるが、受信ＤＢＦ制御部において膨大な演算と、無数のヌルを形成するための膨大な回路規模となるため、ハードウエアの実現が極めて困難となる。

なお、ここでは簡単化のため、両システムで共有する周波数帯を１つとして説明したが、実際はマルチビーム衛星システムを構成する無線端末の移動性を考慮して、共有する周波数帯を複数に分割し、分割した周波数帯を異なるセルで用いる。たとえば、両システムで共有する周波数帯を３分割し、分割した周波数帯をそれぞれｆ１，ｆ２，ｆ３とする。この場合、分割した各周波数単位（ｆ１，ｆ２，ｆ３）で、周波数共有化が行われるため、上述の分割しない場合（共有する周波数帯と１つとする場合）と同様の問題が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模の増加を抑え、かつ、地上系無線セルラシステムからの干渉の影響を低減することができる通信装置および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、本発明は、Ｎ（Ｎは自然数）個のアレーアンテナ素子で構成される受信アレーアンテナと、ディジタルビーム形成処理により前記アレーアンテナ素子ごとの受信信号を用いてビームエリアの異なるＭ（Ｍは自然数）個の受信ビームを形成する受信ビーム信号を生成する受信ビーム形成手段と、前記受信ビーム信号を周波数分波した周波数分波受信ビーム信号を生成する受信フィルタバンクと、を備える通信装置であって、受信ビームごとに、あらかじめ定めた初期の受信ビーム特性に基づいて推定したその受信ビームに干渉を与えるビームエリアである干渉候補ビームエリアを保持し、前記周波数分波受信ビーム信号に基づいて受信ビームごとに受信スペクトラムを求め、受信ビームごとの受信スペクトラムと前記干渉候補ビームエリアを指向する受信ビームの受信スペクトラムとに基づいて、受信ビームと周波数との組み合わせごとに干渉源となるビームエリアである干渉源エリアを求める干渉源検出手段、を備え、前記受信ビーム形成手段は、受信ビームと周波数との組み合わせごとに前記干渉源エリアの方向にヌル形成を行うよう前記受信ビーム信号を生成することを特徴とする。

この発明によれば、本実施の形態では、干渉源検出手段が、最小周波数単位で分波した信号に基づいて平均電力を算出し、受信信号スペクトラムを求め、受信信号スペクトラムと干渉源エリアと予測されるエリアからの送信信号との関係とに基づいて、強い干渉波が生じている隣接エリアである干渉件源エリアを検出し、検出した干渉件源エリアに対してヌル形成を行うようウエイトを算出するようにしたので、回路規模の増加を抑え、かつ、地上系無線セルラシステムからの干渉の影響を低減することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の受信ＦＢの機能構成例を示す図である。 図３は、最小周波数単位で分波した各信号の平均電力の一例を示す図である。 図４は、システム帯域の分割例を示す図である。 図５は、実施の形態１の通信システムのビームエリアと使用する周波数の一例を示す図である。 図６−１は、衛星に到来する信号のスペクトラム例を示す図である。 図６−２は、衛星に到来する信号のスペクトラム例を示す図である。 図７は、エリア６４の方向に対して初期の受信ビーム形成を行った場合の受信ビーム信号形成処理の例を示す図である。 図８は、エリア６３の方向に対して初期の受信ビーム形成を行った場合の受信ビーム信号形成処理の例を示す図である。 図９は、エリア６５の方向に対して初期の受信ビーム形成を行った場合の受信ビーム信号形成処理の例を示す図である。 図１０は、エリア６３，６４，６５に対してそれぞれ受信ビームを向けた場合の受信スペクトラムを並べて示した図である。 図１１は、干渉除去処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１２は、地上系セルラシステムがＣＤＭＡ方式である場合の干渉信号の一例を示す図である。 図１３は、エリア６４に受信ビームを向けエリア６３に対してヌルを形成した場合のｆ４の受信信号スペクトラムの一例を示す図である。 図１４は、エリア６４に受信ビームを向けエリア６３およびエリア６１に対してヌルを形成した場合のｆ４の周波数帯の受信信号スペクトラムの一例を示す図である。 図１５は、エリア６４に受信ビームを向けエリア６３およびエリア６１に対してヌルを形成した場合の受信信号スペクトラムの一例を示す図である。 図１６は、実施の形態３の通信装置の機能構成例を示す図である。 図１７は、実施の形態４の通信装置の機能構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる通信装置および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。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。本実施の形態の通信装置は、静止衛星や周回衛星等の衛星に搭載されていることとする。図１に示すように、本実施の形態の通信装置は、受信アレーアンテナ素子１−１〜１−Ｎ（Ｎは自然数）で構成される受信アレーアンテナと、受信アレーアンテナ素子１−１〜１−Ｎにそれぞれ接続されるＬＮＡ２−１〜２−Ｎと、ダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）３−１〜３−Ｎと、受信アナログフィルタであるFilter４−１〜４−Ｎと、ＡＤ変換器（Ａ／Ｄ）５−１〜５−Ｎと、受信ＤＢＦネットワーク６と、受信ＤＢＦ制御部７と、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍ（Ｍは自然数）と、受信ＦＢ制御部９と、干渉源検出部１０と、を備えている。また、本実施の形態の通信装置は、さらに、送信ＤＢＦ制御部１１と、送信ＦＢ制御部１２と、送信ＦＢ１３−１〜１３−Ｍと、送信ＤＢＦネットワーク１４と、ＤＡ変換器（Ｄ／Ａ）１５−１〜１５−Ｎと、送信アナログフィルタであるFilter１６−１〜１６−Ｎと、アップコンバータ（Ｕ／Ｃ）１７−１〜１７−Ｎと、パワーアンプ（ＰＡ）１８−１〜１８−Ｎと、送信アレーアンテナ素子１９−１〜１９−Ｎと、を備えている。

本実施の形態の通信装置は、マルチビームを構成し（Ｍ個のビームエリアを構成する）、また、地上ネットワークに接続される地上局とフィーダーリンク回線で通信を行うこととする。また、本実施の形態の通信装置と上述の地上局と各ビームエリア内で自装置と無線通信するユーザー端末とで通信システムを構成する。本実施の形態の通信システム内のユーザー端末は、本実施の形態の通信装置と地上局経由で地上ネットワーク上のユーザーと通信を行うことができる。

また、本実施の形態では、地上系無線セルラシステムと、本実施の形態の通信システム（マルチビーム衛星システム）でシステム帯域を共有することとする。また、本実施の形態の通信システムでは、システム帯域を所定の数に分割し、分割した周波数をビームエリアごとに割り当てて用いることとする。

本実施の形態では、マルチビームを構成する従来の衛星が備える受信ＦＢの機能を用い、各受信ＦＢが分波した信号電力の平均値を求め、平均値に基づいて平均的に強い干渉を発生しているビームエリアを特定し、ビームエリア単位でアンテナパターンのヌル形成を行う。この処理により、従来、受信ＤＢＦ制御部で行っていた干渉波の到来方向を推定する複雑な演算処理を無くし、かつヌル形成を行う数も大幅に減らすことができるため、信号処理や回路規模の大きな削減をもたらし、地上系無線セルラシステムとシステム周波数を共有し、干渉波が無数に存在する場合でも衛星に搭載される通信装置のハードウエア化を実現可能とする。

つづいて、本実施の形態の動作について説明する。まず、送信動作について説明する。本実施の形態の送信ＦＢ１３−１〜１３−Ｍは、フィーダーリンク無線回線から送られてきた各信号を、送信ＦＢ制御部１２からの周波数合成指示情報に基づいてそれぞれ１つの送信ビーム信号に合波する。即ちＭ個の送信ＦＢ１３−１〜１３−Ｍから、Ｍ個の送信ビーム信号が出力される。送信ＤＢＦネットワーク１４は、送信ＤＢＦ制御部１１からの指示されるＬ´個のウエイト値を、Ｌ´個にコピーされた所定の送信ビーム信号に乗算する。なお、周波数合成指示情報およびＬ´は地上局からあらかじめ送信されることとする。この処理をＭ個の送信ビーム信号に対してそれぞれ実施すると、Ｌ´×Ｍ個の信号が得られるが、送信アレー素子の共有化により適宜合成することにより、送信ＤＢＦネットワーク１４は、Ｎ（＜Ｌ´×Ｍ）個のＤＢＦ送信信号を出力する。

そして、Ｄ／Ａ１５−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、それぞれ対応するＤＢＦ送信信号を、ディジタルからアナログ信号に変換する。Filter１６−ｉは、Ｄ／Ａ１５−ｉが変換したアナログ信号からイメージ成分を除去し、Ｕ／Ｃ１７−ｉは、Filter１６−ｉがイメージ除去した信号（アナログＤＢＦ信号）を、受信側の周波数とは異なる無線周波数に周波数変換する。

さらに、ＰＡ１８−ｉは、Ｕ／Ｃ１７−ｉが無線周波数に変換したアナログＤＢＦ信号を増幅し、送信アレーアンテナ素子１９−ｉは、ＰＡ１８−ｉが増幅したアナログＤＢＦ信号を空間に出力する。この際、送信アレーアンテナ素子１９−ｉは、反射鏡を介して各アナログＤＢＦ信号を空間に出力してもよい。

つぎに、受信動作について説明する。本実施の形態の通信装置は、受信アレーアンテナ（受信アレーアンテナ素子１−１〜１−Ｎで構成されるアレーアンテナ）で、自装置が生成する各ビームエリア内の無線端末から送信された信号を受信する。なお、この際、各受信アレーアンテナは反射鏡を介して、各ビームエリアからの信号を受信する場合もある。

ＬＮＡ２−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、受信アレーアンテナ素子１−ｉが受信した受信信号を増幅し、Ｄ／Ｃ３−ｉはＬＮＡ２−ｉが増幅した受信信号を直流（ＤＣ）または中間（ＩＦ）周波数に周波数変換し、Filter４−ｉは、Ｄ／Ｃ３−ｉが周波数変換した受信信号から所望のシステム帯域信号を抽出する。さらに、Ａ／Ｄ５−ｉは、Filter４−ｉが抽出した信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。

受信ＤＢＦ制御部７は、地上局からフィーダーリンク無線回線経由で送信される制御コマンド情報（衛星の位置や姿勢から計算されるビーム放射方角等の情報）とＡ／Ｄ５−１〜５−Ｎが処理した各ディジタル信号とに基づいて、所望の信号の到来方向に向けた受信アンテナパターンを形成するための各ウエイト値を計算し、その計算結果を受信ＤＢＦネットワーク６に出力する。受信ＤＢＦネットワーク６は、Ａ／Ｄ５−１〜５−Ｎが処理したＮ個のディジタル信号中のＬ（Ｌは自然数）個に対応する各ウエイト値を乗算して振幅と位相制御を行った後、全て加算することで第１の受信アンテナパターンを形成し、その加算結果を第１の受信ビーム信号として出力する。

同様に、受信ＤＢＦネットワーク６は、別のＬ個に対応する各ウエイト値を乗算して、全て加算することで第２の受信アンテナパターンを形成し、その加算結果を第２の受信ビーム信号として出力する。このようにして、受信ＤＢＦネットワーク６は、第１の受信ビーム信号から第Ｍ（Ｍは自然数）の受信ビームまでの合計Ｍ個の受信ビーム信号を出力する。

また、受信ＦＢ制御部９は、フィーダーリンク無線回線経由で送信される制御コマンド情報に基づいて、各受信ビーム信号の分割内容を示す周波数分割指示情報を受信ＦＢ８−１〜８−Ｍに出力する。受信ＦＢ８−１〜８−Ｍは、受信ＤＢＦネットワーク６から出力されるそれぞれの受信ビーム信号を、受信ＦＢ制御部９からの周波数分割指示情報に基づいて複数の信号に分波する。

図２は、本実施の形態の受信ＦＢ８−１の機能構成例を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の受信ＦＢ８−１は、２分割フィルタバンク２１−１〜２１−７と選択部２２とで構成される。本実施の形態の受信ＦＢ８−１は、たとえば、「“マルチレート信号処理”，貴家仁志，昭晃堂，pp.94 図6.5（a），（b）」に示されるような、従来の受信ＦＢの構成により実現できる。ただし、本実施の形態の受信ＦＢ８−１では、２分割フィルタバンク２１−４〜２１−７の出力信号（図中の出力信号２３）、すなわち、使用可能な周波数帯域を分割した最小周波数帯単位で分波した信号が、干渉源検出部１０に入力される点が従来の受信ＦＢと異なる。なお、この改修点は、単に出力を追加するだけであるため、従来の受信ＦＢから回路規模に変更はない。

２分割フィルタバンク２１−１〜２１−７は、それぞれ入力信号の周波数帯を２分割し、分割した高い方の周波数成分を抽出後、サンプリング速度を１／２にダウンサンプリングする高周波数側デシメータ３１と、分割した低い方の周波数成分を抽出後、サンプリング速度を１／２にダウンサンプリングする低周波数側デシメータ３２と、で構成される。なお、受信ＦＢ８−２〜８−Ｍも、受信ＦＢ８−１と同一の構成とする。

受信ＦＢ８−１に入力された信号は、まず、２分割フィルタバンク２１−１に入力され、２分割フィルタバンク２１−１の高周波数側デシメータ３１の出力，低周波数側デシメータ３２の出力は、それぞれ２分割フィルタバンク２１−２，２分割フィルタバンク２１−３に入力される。そして、２分割フィルタバンク２１−２の高周波数側デシメータ３１の出力，低周波数側デシメータ３２の出力は、それぞれ２分割フィルタバンク２１−４,と２分割フィルタバンク２１−５に入力され、２分割フィルタバンク２１−３の高周波数側デシメータ３１の出力，低周波数側デシメータ３２の出力は、それぞれ２分割フィルタバンク２１−６と２分割フィルタバンク２１−７に入力される。そして、２分割フィルタバンク２１−１〜２１−７の出力は選択部２２に入力される。選択部２２は、２分割フィルタバンク２１−１〜２１−７から、自通信システムで使用する周波数帯の信号を選択し、後段のユーザー装置等に出力し、また、自通信システムで使用する周波数帯以外の周波数成分の信号を破棄する。

干渉源検出部１０は、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍから出力される最小周波数単位で分波した各信号の平均電力を求め、求めた平均電力に基づいて干渉源が多く発生しているエリアを特定していく。具体的には、以下の処理を行う。はじめに干渉源検出部１０は、出力信号２３の各信号の電力を計算し、それらの電力の時間平均を平均電力として求め、Ｍ個の（ビームごとの）平均電力系列を得る。

図３は、最小周波数単位で分波した各信号の平均電力の一例を示す図である。下段の平均電力４１〜４９は、最小周波数単位で分波した（分割した）分割周波数ごとの平均電力を示す。この平均電力は、上述のように干渉源検出部１０が算出した平均電力である。入力スペクトラム信号（受信信号のスペクトラム）を上段のような形状とするとき、下段に示すような平均電力４１〜４９が得られる。すなわち、最小周波数単位で分波した信号の平均電力を求めることにより、最小周波数単位で表した入力信号のスペクトラムを得ることができる。

すなわち、あらかじめ、ビームエリアごとの送信信号のスペクトラムの形状がわかっている場合、干渉源検出部１０が求めた平均電力系列とそのスペクトラムの形状が一致する場合、その形状に対応するビームエリアに向けた信号を受信したと判断することができる。なお、以降では、干渉源検出部１０が求める平均電力系列を受信信号スペクトラムとよぶこととする。

つぎに、干渉源検出部１０が実施する受信信号スペクトラムを用いた干渉源エリア推定処理について説明する。図４は、システム帯域の分割例を示す図である。図４に示すように、地上系無線セルラシステムと、本実施の形態の通信システムで共有するシステム帯域を｛ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６，ｆ７｝に７等分する場合を例に説明する。

図５は、本実施の形態の通信システムのビームエリアと使用する周波数の一例を示す図である。図５では、図４に示した７分割された周波数を各ビームエリアに割り当てて使用することとする。図５に示した各円は、衛星が生成する各ビームエリア（セル）を示している。なお、ここでは、図５のビームエリアは地上に固定の範囲（エリア）を示しており、本実施の形態の通信装置が搭載される衛星の位置にかかわらず、本実施の形態の通信装置がそのエリアに向けたビームを生成したときにカバーするビームエリアを示していることとする。図５に示すように、隣接するビームエリアでは異なる周波数を用いることとし、ここでは、７つの周波数を７セル単位で繰返して使用することとする。たとえば、エリア６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７は、それぞれ周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６，ｆ７の異なる周波数を用いている。また、エリア６１〜６７に隣接するエリア６８，６９，７０，７１は、それぞれ周波数ｆ７、ｆ２、ｆ５，ｆ１を用いる。

本実施の形態の通信システムと周波数を共有する地上系無線セルラシステムでは、図５で示す各ビームエリアでは、円内に記載の周波数（∈｛ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６，ｆ７｝）以外の周波数を使うことができる。また、図５のエリア６３は、首都圏などの大都市部をカバーし、エリア６１，６４，６８は、中規模な都市群をカバーし、エリア６２，６５，７１は、地上系無線セルラシステムが存在しない海上をカバーし、その他のエリアは、農業地帯または山間地帯をカバーすることとする。

以上の条件の場合に、エリア６１〜７１から衛星に到来する信号のスペクトラム例を図６−１，６−２に示す。図６−１，６−２の、白色の台形で示される各信号スペクトラムは、本実施の形態の通信システム内のユーザー端末から送信される信号のスペクトラムを示している。それ以外の各網掛けされたスペクトラムは、地上系無線セルラシステムの各ユーザー端末から送信される信号のスペクトラムを示している。図６−１，６−２から明らかなように、大都市部をカバーするエリア６３では、地上系無線セルラシステムからの信号スペクトラムの出力が特に高く、逆に海上をカバーするエリア６２，６５，７１では地上系無線セルラシステムから送信される信号スペクトラムが存在しない。

図７〜９に、図４の周波数配置および図６−１，６−２で示した条件の場合の受信ビーム信号形成処理の例を示す。図７は、エリア６４の方向に対して初期の受信ビーム形成を行った場合の受信ビーム信号形成処理の例を示し、図８は、エリア６３の方向に対して初期の受信ビーム形成を行った場合の受信ビーム信号形成処理の例を示し、図９は、エリア６５の方向に対して初期の受信ビーム形成を行った場合の受信ビーム信号形成処理の例を示す。

図７〜９のパターン８０は、本実施の形態の通信装置が形成する初期時の受信アンテナビームパターンを示している。なお、ここで、受信アンテナビームパターンのサイドローブ特性により、受信ビームを向けた対象のビームエリアからの信号の受信レベルは保持し（＝０［ｄＢ］）であり、隣接するビームエリアからの信号レベルはＸ［ｄＢ］減衰し、さらに、次隣接以上のエリアからの信号は完全に除去されると仮定する。

この場合、本実施の形態の通信装置が受信するある受信ビームから受信する受信信号は、受信ビームを向けたエリア内から送信される信号と、６つの隣接するエリア内から送信されるＸ［ｄＢ］減衰したサイドローブ成分の信号が合成されたものとなる。したがって、たとえば、エリア６４に向けられた受信ビームの受信信号（受信ビーム信号）のスペクトラムは、図７に示すように本来の信号レベルからＸ［ｄＢ］減衰したエリア６１，６２，６３，６５，６６，６７から送信された信号スペクトラムと、エリア６４から送信された信号スペクトラムを合成したものになる。

図７中のスペクトラム８１は、エリア６４に向けられた受信ビーム信号のスペクトラムの周波数ｆ４の成分である。なお、図７〜９では、同一の網掛け種類で示した矩形は同一のエリアから送信された同一種類の信号の成分を示すこととする。図７のスペクトラム８１に示すように、この受信ビーム信号には、所望波であるエリア６４からの信号以外に干渉波としてエリア６３およびエリア６１の地上系無線セルラシステムの各ユーザー端末から送信された信号が含まれている。このように、図７の例では、初期時の受信アンテナビームパターンでは干渉波が除去しきれずに残り、所望波のレベルより干渉波のレベルが大きく、通信が成立しない状態である。

ここで、エリア６１，６２，６３，…，７１にエリア＃ｎ（ｎ＝１，２，３，…，１１）と順に番号を振り、エリア＃ｎから到来する信号の周波数ｆｍ（ｍ＝１，２，３，…，７）の信号をエリア＃ｎに受信ビームを向けた場合に受信した場合の受信電力をＰin（ｎ，ｍ）とし、隣接エリアからのアンテナパターンのサイドローブによる信号の減衰比（その隣接エリアに受信ビームを向けた受信した場合の受信電力に対するサイドローブの電力比）ｗを、ｗ＝１０（−Ｘ／１０）とする。

このとき、本実施の形態の通信装置が、エリア♯ｎの方向に受信ビームを向けた（形成した）場合の周波数ｆｍの受信電力Ｐout（ｎ，ｍ）は式で表すことができ、たとえば、図７に示したようにエリア６４（ｎ＝４）の方向に対して受信ビームを向けた場合の周波数ｆ４（ｍ＝４）の受信電力Ｐout（４，４）は、以下の式（１）で表すことができる。
Ｐout（４，４）
＝Ｐin（４，４）＋ｗ×Ｐin（１，４）＋Ｐin（２，４）＋Ｐin（３，４）＋Ｐin（５，４）＋Ｐin（６，４）＋Ｐin（７，４）） …（１）

また、図８に示すように、エリア６３に向けられた受信ビーム信号のスペクトラムは、Ｘ［ｄＢ］減衰したエリア６１，６４，６６，６８，６９，７０からの信号スペクトラムと、エリア６３からの信号スペクトラムを合成したものになる。図８のスペクトラム８２は、エリア６３に向けられた受信ビーム信号の周波数ｆ４の受信ビーム信号のスペクトラムである。図８に示すように、スペクトラム８２は、エリア６３からの周波数ｆ４成分、すなわち、エリア６３からの地上系無線セルラシステムから信号が、支配的となる。このとき、Ｐout（３，４）は以下の式（２）で表すことができる。
Ｐout（３，４）
＝Ｐin（３，４）＋ｗ×（Ｐin（１，４）＋Ｐin（４，４）＋Ｐin（６，４）
＋Ｐin（８，４）＋Ｐin（９，４）＋Ｐin（１０，４）） …（２）

図６−１に示すように、エリア６３からの受信ビーム信号は、所望信号であるｆ３の周波数より、他の周波数成分の方が、レベルが高い。また、Ｐout（４，４）のサイドローブの成分の合計はＰout（３，４）のサイドローブの成分の合計と同程度以下と仮定すると、以下の式（３）が成立する。
Ｐout（３，４） ＞ Ｐout（４，４） …（３）

一方、図９に示すように、エリア６５に向けられた受信ビーム信号のスペクトラムは、本実施の形態の通信システムがカバーするエリアの端のビームであるためＸ［ｄＢ］減衰したエリア６２，６４，６５，６７，７１の信号スペクトラムと、エリア６５の信号スペクトラムを合成したものになる。ここでは、本実施の形態の通信システムがカバーしない隣接エリアからの干渉は無いとして説明するが、もちろん、本実施の形態の通信システムがカバーしない隣接エリアからの干渉が発生する場合は、その干渉波がＸ［ｄＢ］減衰した成分を加算する。

図９のスペクトラム８３は、エリア６５に向けられた受信ビーム信号の周波数ｆ４のスペクトラムである。図９に示すように、エリア６５の隣接エリアの周波数ｆ４帯には地上系無線セルラシステムの強い信号が存在しないため、エリア６４の周波数ｆ４帯からの信号が支配的となる。エリア６５の受信ビーム信号の受信電力Ｐout（５，４）は、以下の式（４）で表すことができる。
Ｐout（５，４）
＝Ｐin（５，４）＋ｗ×（Ｐin（２，４）＋Ｐin（４，４）
＋Ｐin（７，４）＋Ｐin（１１，４）） …（４）

したがって、図７と図９から明らかなように、次の式（５）が成り立つ。よって、エリア６５に向けられた周波数ｆ４の受信ビーム信号のスペクトラムと、エリア６４に向けられた周波数ｆ４の受信ビーム信号のスペクトラムを比較しても明らかなように、次式が成り立つ。
Ｐout（４，４） ＞ Ｐout（５，４） …（５）

以上の式（３），（５）から、以下の式（６）が成り立つ。
Ｐout（３，４） ＞ Ｐout（４，４） ＞ Ｐout（５，４） …（６）

図１０は、エリア６３，６４，６５に対してそれぞれ受信ビームを向けた場合の受信スペクトラム（スペクトラム８１〜８３）を並べて示した図である。図１０からわかるように、エリア６３の地上系無線セルラシステムからの強い信号の影響によりＰout（３，４）は高い値を示し、また、エリア６３の地上系無線セルラシステムからの強い信号の影響がＰout（４，４）に干渉成分として加わっている。

以上述べたような性質を利用し、干渉源検出部１０は、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍからの出力信号に基づいて求めた受信信号スペクトラムを、上記のＰout（ｎ，ｍ）として用い、Ｐout（ｎ，ｍ）と既知であるアンテナパターンサイドローブの減衰量ｗとに基づいて、Ｐin（ｎ，ｍ）を算出する。なお、電力の周波数方向分解能の劣化を許容する場合、求める受信信号スペクトラムは、最小周波数単位で分波した信号である必要は無く、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍ内の分波過程の、より粗い周波数単位で分波した信号を用いて求めてもよい。

具体的には、以下のようにＰin（ｎ，ｍ）を求める。Ｐin（ｎ，ｍ）は、Ｐin（１，１），Ｐin（１，２），…，Ｐin（１，７）を周波数方向に並べたものが、図６−１のエリア６１の電力（最上段）に対応し、同様に、Ｐin（ｎ，１），Ｐin（ｎ，２），…，Ｐin（ｎ，７）を周波数方向にならべたものが、図６−１，図６−２に示した各スペクトラムとなる。しかし、サイドローブの影響により、干渉源検出部１０が受信スペクトラムとして求めるのはＰout（ｎ，ｍ）である。

Ｐin（ｎ，ｍ）を求めるための計算の方法として、たとえば、Ｐout（ｎ，ｍ）とＰin（ｎ，ｍ）との間には、上記の式（１），（２），（４）に示すように一定の関係がある。これらの関係を全てのｎ，ｍについて求め、連立方程式とし、連立方程式をＰin（ｎ，ｍ）について解くことにより、Ｐin（ｎ，ｍ）を得ることができる。なお、この場合、ｎ＝Ｍとなり、ｎ個の各エリアはそれぞれＭ個の受信ビームに対応する。

つぎに、干渉源検出部１０は、各受信ビームエリアについて、得られたＰin（ｎ，ｍ）の中に、自通信システムの通信に障害となるような強い干渉波が発生している受信ビームを検出する。

この干渉波発生エリアの検出は、たとえば、Ｐin（ｎ，ｍ）に基づいて受信ビームごとに、その受信ビームに対応するＰin（ｎ，ｍ）に基づいて所望波レベルＳを求め、隣接するエリアのＰin（ｎ，ｍ）に基づいてその所望波の周波数の干渉波レベルＩを求め、Ｓ／Ｉ比を求める。そして、Ｓ／Ｉ比が所定の閾値より小さい受信ビームを抽出し、抽出した受信ビームに対して、干渉源として影響を及ぼしている隣接エリア（干渉源エリア）とその干渉量を検出する。そして、干渉源検出部１０は、検出した干渉源エリアと干渉量を受信ＤＢＦ制御部７に通知する。受信ＤＢＦ制御部７は、従来技術とは異なり、自ら干渉波の到来方向を推定することはせず、干渉源検出部１０からの干渉源エリアの情報に基づいてその干渉方向にヌル形成を行う。したがって、受信ＤＢＦ制御部７の演算量は少なく、受信ＤＢＦ制御部７は小規模の回路で実現することができる。

以上の一連の干渉除去処理を周期的に行うことで、干渉源が集中する都市部等の方向に対してのみヌル形成を実現することができ、軽い演算量で、マルチビーム衛星システムの干渉除去を実現することができる。

図１１は、上述した干渉除去処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、受信ＤＢＦ制御部７は、衛星の姿勢や位置情報に基づいて、各ビームエリアに向けた初期受信ビーム形成を行う（ステップＳ１１）。つぎに、干渉源検出部１０は、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍの出力信号を平均することにより、受信ビームごとの受信信号スペクトラムを測定する（ステップＳ１２）。すなわち、干渉源検出部１０は、Ｐout（ｎ，ｍ）を求める。そして、干渉源検出部１０は、上述のように連立方程式を解くことで、Ｐin（ｎ，ｍ）を求め、Ｐin（ｎ，ｍ）に基づいて強い干渉波が生じている隣接エリアを検出する（ステップＳ１３）。

そして、干渉源検出部１０は、強い干渉波が生じている隣接エリアが検出されたか否かを判断し（ステップＳ１４）、検出された場合（ステップＳ１４ Ｙｅｓ）は、干渉源エリアに対してヌル形成を行う（ステップＳ１５）。具体的には、干渉源検出部１０は、所望波を求めた受信ビームとその受信ビームに対する干渉源エリアと干渉量を受信ＤＢＦ制御部７に通知し、受信ＤＢＦ制御部７は、その受信ビームに対応するビームエリアにアンテナの指向性を向けつつ、干渉源エリアに対してヌル形成を実現するウエイト値を算出し、算出したウエイト値を受信ＤＢＦネットワーク６に出力する。そして、ステップＳ１２に戻り処理を繰り返す。また、ステップＳ１４で強い干渉波が生じている隣接エリアが検出されなかった場合（ステップＳ１４ Ｎｏ）は、ステップＳ１２に戻る。

なお、本実施の形態では、周波数を７セルを１単位として割り当て、７セルごとに繰返す場合について説明したが、周波数配置はこれに限らず、３セル以上を単位とする繰り返しであれば、どのような周波数配置としてもよい。

また、本実施の形態では、初期時の受信アンテナビームパターンの特性を、ビームを向けたエリアからの信号レベルは保持し（＝０［ｄＢ］）、隣接するビームエリアからの信号レベルはＸ［ｄＢ］減衰し、更に次隣接以上のビームエリアからの信号は完全に除去されると仮定したが、初期時の受信アンテナビームパターンの特性は、これに限らず、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）によって形成された指向性を有するアンテナパターン特性であればどのような特性でも良い。たとえば、サイドローブ特性が緩やかで、隣接ビームエリアだけでなく、次隣接ビームエリアからの信号まで十分減衰できない特性でも、上記の干渉回避処理は実現できる。この場合、次隣接ビームエリアの信号も考慮して連立方程式をたて、Ｐout（ｎ，ｍ）から、Ｐin（ｎ，ｍ）を求めることができる。

なお、衛星側の演算規模、回路規模、消費電力削減のため、干渉源検出部１０、受信ＤＢＦ制御部７ａが行う演算処理の一部または全てを、地上局が行うようにしてもよい。この場合、たとえば、衛星の通信装置は、フィーダーリンク無線回線、または別の無線回線を用いて、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍが最小周波数単位で分波した各信号を地上局に送信する。そして、地上局が上記Ｐout（ｎ，ｍ）の算出、連立方程式の計算、干渉源エリアの検出、およびヌル形成を実現するウエイト値算出を実施し、地上局は、ウエイト値等の計算結果を、衛星に搭載される通信装置にフィーダーリンク無線回線または別の無線回線を用いて送信する。

また、本実施の形態では、地上系無線セルラシステムと周波数を共有する周波数共有方式を前提としたが、地上系無線セルラシステムとの周波数共用を行わない周波数分離方式の場合でも、本衛星システムに影響を与える干渉源が無数存在し、かつ特定の複数のエリアに集中するような場合に、本実施の形態の干渉除去処理は有効である。たとえば、初期ビーム形成後の受信アンテナパターンの指向性が緩やかな場合に生じ得る、自通信システム内での干渉への回避にも有効である。この場合、あるエリアに向けた受信ビーム信号に対して、本実施の形態の通信システム内の同一周波数を使用している別エリアからの衛星に向けたアップリンクの信号が干渉源となる。この別エリアに本ユーザーが集中し干渉量が大きくなる場合に、特に有効である。

また、初期時のビーム形成時に、本実施の形態の通信システムのサービスエリアに関する地図情報や人口密度情報を用いて、あらかじめ干渉が生じると予想される方向（都市部への方向など）にビームのヌルを向ける設定とすることで、初期ビーム形成してから、干渉回避によって通信可能な状態となるまでの時間短縮を図っても良い。

また、干渉源検出部１０は、検出した干渉源エリアの出現、消失に関する時間方向の規則性、または干渉量変化に関する時間方向の規則性（たとえば１日単位または１週間単位の周期性）を検出し、規則性を検出した場合には、その規則性に基づいてアンテナパターンのヌル形成を予測して制御することで、干渉源の時間変動に対する追従特性を高めてもよい。さらに、干渉源検出部１０は、現在得られている干渉源エリアと、上記検出した規則性の情報の両方を用いることで、不規則な干渉波発生にも対応したリアルタイムな干渉回避も行うことで、更に性能を挙げてもよい。

なお、本実施の形態の通信システムと周波数を共有する地上系セルラシステムの多重アクセス方式をＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）とし、本マルチビーム衛星システムの多重アクセス方式を、ＣＤＭＡ以外（ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access），ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access），ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等）とすることで、以下の（Ａ）〜（Ｃ）のメリットが生じるため、このような方式とすることが望ましい。

（Ａ）地上系セルラシステムから衛星に到来する信号スペクトラムが、ＣＤＭＡのシステム帯域内（＝ＢＷ_CDMA）でフラットになるため、このＢＷ_CDMA内に点在する本実施の形態の通信システムの各周波数の信号に対して、均等な干渉電力密度の干渉源となる。したがって、このＢＷ_CDMA内に点在する実施の形態の通信システムの各周波数の信号、どの周波数に配置してもＳ／Ｉが変わらないため、システム設計（Ｓ／Ｉの算出や、回線設計等）が容易になる。

図１２は、地上系セルラシステムがＣＤＭＡ方式である場合の干渉信号の一例を示す図である。図１２中、スペクトラム１００，１０１は、隣接エリアの地上系無線セルラシステムからのＣＤＭＡ信号スペクトラムを示し、スペクトラム１０２，１０３，１０４，１０５は、ｆ４の周波数帯を使用する本実施の形態の通信システム内のユーザーからの信号を示し、スペクトラム１０６は干渉信号のスペクトラムを示す。このように、スペクトラム１００，１０１は、ＣＤＭＡのシステム帯域内（＝ＢＷ_CDMA）でフラットであり、その信号レベルの増減は、地上系無線セルラシステムのユーザー数に比例する。このスペクトラム１００，１０１が、アンテナパターンのサイドローブ特性によってＸ［ｄＢ］減衰して、ｆ４の周波数帯を使用する実施の形態の通信システム内のユーザー信号に干渉を与えることになるが、その干渉信号のスペクトラム１０６もフラットになるため、スペクトラム１０２，１０３，１０４，１０５に及ぼす影響は同じであり、どの場合も同じＳ／Ｉとなる。この効果により、本マルチビーム衛星システムの設計が容易となる。

（Ｂ）図１２に示したように、スペクトラム１００，１０１が、ＣＤＭＡのシステム帯域内（＝ＢＷ_CDMA）でフラットであるため、受信ＦＢ８−１〜８−Ｎの最小周波数単位が粗く、また、受信信号スペクトラムの周波数分解能が粗い場合でも、干渉源検出部１０は、地上系無線セルラシステムからの干渉量を正確に算出することができる。

（Ｃ）逆方向として本実施の形態の通信システムが地上系無線セルラシステムに対して干渉を与える場合は、本実施の形態の通信装置から送信された複数の信号が、無線セルラシステムの受信機が行う逆拡散処理によって周波数拡散されるため、その拡散利得に応じたＣ／Ｉ（Carrier to Interference）の改善により、干渉に強い地上系無線セルラシステムが実現できる。

なお、本マルチビーム衛星システムの多重アクセス方式をＣＤＭＡ方式とし、周波数を共用する地上系セルラシステムの多重アクセス方式をＣＤＭＡ以外（ＴＤＭＡ，ＦＤＭＡ，ＯＦＤＭ）としても良い。この場合、以下の（ａ）〜（ｃ）の効果が得られる。

（ａ）地上系セルラシステムからの各信号（＝干渉波）は、地上局に転送され、地上局が行う逆拡散処理によって、スペクトラム拡散されるため、上記（Ａ）の効果と同様に、その干渉量が、ある特定の周波数に偏ることは無い。したがって、逆拡散後のＳ／Ｉは、その干渉波が発生した周波数によって左右されることは無く、地上系無線セルラシステムのユーザー数に対してのみ比例する。この効果により、本実施の形態の通信システムの設計が容易となる。

（ｂ）本実施の形態の通信システムの１波あたりの帯域幅がスペクトラム拡散によって広くなるため、通信装置の受信ＦＢ８−１〜８−Ｍおよび送信ＦＢ１３−１〜１３−Ｍの分波／合波の最小周波数単位が粗くて良くなる。これによって受信ＦＢ８−１〜８−Ｍおよび送信ＦＢ１３−１〜１３−Ｍの回路規模、消費電力を減らすことができる。

逆方向として本実施の形態の通信システムが地上系無線セルラシステムに対して干渉を与える場合は、衛星に搭載された通信装置から送信される各信号は、周波数拡散された干渉波となるため、この周波数拡散された帯域内で、地上系無線セルラシステムの各信号の周波数によってＳ／Ｉが変わることはなく、地上系無線セルラシステムのＳ／Ｉは、本実施の形態の通信システム内のユーザー数に比例する。この効果により、地上系無線セルラのシステム設計が容易となる。

このように、本実施の形態では、干渉源検出部１０が、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍから得られる最小周波数単位で分波した信号に基づいて平均電力を算出し、受信信号スペクトラムをＰout（ｎ，ｍ）として求め、Ｐout（ｎ，ｍ）とＰin（ｎ，ｍ）との所定の関係に基づいて、Ｐin（ｎ，ｍ）を求めるようにした。そして、干渉源検出部１０は、求めたＰin（ｎ，ｍ）に基づいて、強い干渉波が生じている隣接エリアを検出し、受信ＤＢＦ制御部７は、検出した隣接エリアに対してヌル形成を行うようウエイトを算出するようにした。このため、無数の干渉波が存在する場合であっても、従来の受信ＦＢから回路規模を増大させることなく、かつ、地上系無線セルラシステムからの干渉の影響を低減することができる。

なお、実施の形態では、本実施の形態の通信システムと地上系無線セルラシステムとの間で周波数を共有するハイブリッド移動体通信システムを例に説明したが、周波数を共用するシステムは、地上系無線セルラシステムに限らず、別の無線システムであってもよい。たとえば、周波数を共用するシステムは、地上系無線セルラシステムではなく、別のマルチビーム衛星システムや、無線ＬＡＮシステムでも良い。

また、本実施の形態では、衛星に搭載された通信装置の場合について説明したが、衛星に搭載される場合だけでなく、複数のエリアにビームを向けて通信を行う無線通信システムに幅広く適応することができる。たとえば、室内の天井に設置され、複数の小エリアに存在する複数の無線端末と通信を行う室内無線基地局（アクセスポイント）や、屋外の鉄塔や柱の上に設置され、複数エリアに存在する複数の移動機と通信を行う屋外無線基地局として、本実施の形態の通信装置を用いることができる。

実施の形態２．
つづいて、本発明にかかる通信装置の実施の形態２について説明する。本実施の形態の通信装置の構成および通信システムの構成は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。

本実施の形態では、実施の形態１で記載した連立方程式を用いることなく、簡単な比較処理および減算処理で、干渉源エリアと干渉量の検出を実現する。実施の形態１で述べたとおり、連立方程式を解いてＰout（ｎ，ｍ）からＰin（ｎ，ｍ）を求めることができるか、演算回路の規模上、このような連立方程式を解く処理を行うことが困難な場合も考えられる。したがって、本実施の形態では、Ｐin（ｎ，ｍ）を算出して干渉源エリアを特定するのではなく、Ｐout（ｎ，ｍ）と所定のしきい値との比較および減算処理によって干渉源エリアとその干渉量を特定する。

たとえば、実施の形態１で説明した図１０に示したＰout（３，４），Ｐout（４，４），Ｐout（５，４）を比較すると、エリア６３の地上系無線セルラシステムからの信号レベルが高いため、エリア６３にビームを向けて得られるＰout（３，４）が大きな値を示す。このように、干渉源検出部１０は、エリア６４が用いる周波数帯であるｆ４の周波数帯について、隣接するエリアのＰout（ｎ，ｍ）を抽出し、それらの大きさを比較する。図１０の場合、干渉源検出部１０は、エリア６４に向けているビームに対して、エリア６３が干渉源エリアであると判定することができる。この判定結果を受けて受信ＤＢＦ制御部７は、エリア６４へ向けたビームについてエリア６３のヌル形成を行う。

図１３は、エリア６４に受信ビームを向けエリア６３に対してヌルを形成した場合のｆ４の受信信号スペクトラムの一例を示す図である。スペクトラム８４は、この場合の周波数帯ｆ４の受信信号スペクトラムＰout（４，４）である。図１３に示す通り、Ｐout（４，４）の値は、エリア６３からの干渉量削減によって減少し、その結果、エリア６４に向けたビームの所望波レベルＳ／干渉波レベルＩ比は増加する。

このように、たとえば、エリア６４に向けたビームでは、その周辺のエリアに向けたビームから得られるＰout（１，４），Ｐout（２，４），Ｐout（３，４），Ｐout（５，４），Ｐout（６，４），Ｐout（７，４）の中で、所定のしきい値ＰＴＨより高い値が存在する場合、高い値に対応するエリアを干渉源エリアと判定することができる。干渉源検出部１０は、このようにして判定した干渉源エリアとその干渉量を受信ＤＢＦ制御部７に出力する。

たとえば、初期状態として図７に示した状態であった場合、Ｐout（１，４）とＰout（３，４）がしきい値を超えたとする。このとき干渉源検出部１０は、エリア６４に向けたビームの周波数帯ｆ４の受信信号に対して、エリア６１から中レベル（Ｐout（１，４）−ＰＴＨ）、エリア６３から大レベル（Ｐout（３，４）−ＰＴＨ）の干渉が加算されていると判定する。

この判定結果を受け、受信ＤＢＦ制御部７は、エリア６４に向けたビームについてエリア６１とエリア６３にアンテナのヌル形成を実現する各ウエイト値を出力することで、受信スペクトラムＰout（４，４）から干渉波が減少する。図１４は、エリア６４に受信ビームを向けエリア６３およびエリア６１に対してヌルを形成した場合のｆ４の周波数帯の受信信号スペクトラムの一例を示す図である。スペクトラム８５は、この場合の周波数帯ｆ４の受信信号スペクトラムＰout（４，４）である。図１５は、エリア６４に受信ビームを向けエリア６３およびエリア６１に対してヌルを形成した場合の受信信号スペクトラムの一例を示す図である。図１５のスペクトラム８１ａは、各エリアから左側に示したような送信信号がある場合に、エリア６４に受信ビームを向けエリア６３およびエリア６１に対してヌルを形成した場合の周波数帯ｆ４の受信信号スペクトラムである。図１４，１５に示すように、干渉波の除去により高いＳ／Ｉを実現することができる。

なお、以上の処理を行い干渉源エリアにヌル形成を行っても、受信信号レベル（上記の例では、Ｐout（４，４））の減衰が生じない場合は、干渉源検出部１０は、干渉源エリアからの干渉が、所望信号に影響を与えている量は僅かであると判断し、ヌル形成を緩和するまたは解除するフィードバック処理を行っても良い。

また干渉源検出部１０は、しきい値ＰＴＨを超えるＰout（ｊ，４）の中で大小関係を求め、その数値が大きい順番に、それが該当するエリアに対する干渉回避を段階的に行なうようにしてもよい。

以上ではエリア６４に向けたビームの周波数帯ｆ４に対する処理について説明したが、干渉源検出部１０は、同様に周波数帯ｆ４の全てのＰout（ｎ，４）（ｎ＝１，２，３，…）に基づいて、周波数帯ｆ４を用いる本実施の形態の通信システムへの干渉源となるエリアと、その干渉量を検出する。同様に、干渉源検出部１０は、全てのＰout（ｎ，ｍ）を用いて、本通信システムで使用する全ての周波数帯とすべての受信ビームに対して、干渉源となるエリアと、その干渉量を検出し、その結果を受信ＤＢＦ制御部７に出力する。そして、受信ＤＢＦ制御部７は、干渉源エリアにヌル形成するようウエイトを算出する。以上説明した以外の本実施の形態の動作は実施の形態１と同様である。

また、初期時のアンテナビーム特性が、次隣接ビームエリアの信号も考慮する必要がある特性である場合には、干渉源エリア検出の際に使用するＰout（ｎ，ｍ）を、隣接エリアから次隣接エリアまでに拡大して収集し、それらをしきい値ＰＴＨと比較して検出していくことで、同様に干渉回避処理を実現できる。

このように、本実施の形態では、受信ビームごとに、その受信ビームエリアの隣接エリアのＰout（ｎ，ｍ）がしきい値を超える場合にその隣接エリアを干渉源エリアと判定するようにした。このため、実施の形態１に比べ、さらに、演算量、回路規模、消費電力を大幅に減らすことができる。

実施の形態３．
図１６は、本発明にかかる通信装置の実施の形態３の機能構成例を示す図である。図１６に示すように本実施の形態の通信装置は、実施の形態１の通信装置に自動利得制御部（ＡＧＣ：Automatic Gain Control)９０を追加し、Ｄ／Ｃ３−１〜３−Ｎ，受信ＤＢＦネットワーク６，受信ＤＢＦ制御部７，送信ＤＢＦ制御部１１をそれぞれＤ／Ｃ３ａ−１〜３ａ−Ｎ，受信ＤＢＦネットワーク６ａ，受信ＤＢＦ制御部７ａ，送信ＤＢＦ制御部１１ａに替える以外は実施の形態１の通信装置と同様である。本実施の形態の通信システムの構成は、実施の形態１の通信装置を本実施の形態の通信装置に替える以外は、実施の形態１の通信システムと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態１に対して、以下の２つの機能を追加している。
（１）非常に強いレベルの干渉波が入力された場合でも、通信や干渉回避動作への影響を軽減するためのＡＧＣ機能
（２）衛星が、地上系無線セルラのユーザーに対して与える干渉を軽減する機能

まず、上記（１）の機能について説明する。実施の形態１の通信装置では、地上系無線セルラシステムからの干渉レベルが非常に強い場合、または非常に強い妨害波が受信アンテナ素子１−１〜１−Ｎに入力された場合、受信信号がＡ／Ｄ５−１〜５−Ｎの入力レベル範囲（Ａ／Ｄの正常動作範囲）を超えることがある。この場合、Ａ／Ｄサンプル後のデータは、最大と最小の２値のみで出力されるため、それ以降の受信ＤＢＦネットワーク６の信号処理（受信ビーム信号の形成や、干渉源エリアに対するヌル形成）が正常に行われないことになる。

この影響を回避するため、本実施の形態では、受信ＤＢＦネットワーク６ａが、Ａ／Ｄ５−１〜５−Ｎのそれぞれがサンプリングしたディジタルデータの電力（受信電力）を算出し、ＡＧＣ９０が、Ａ／Ｄ５−１〜５−Ｎごとに算出した受信電力の平均値を求める。

そして、ＡＧＣ９０は、算出した各受信電力の平均値の全てが、所定のしきい値ＴＨａ以下の場合、受信信号がＡ／Ｄの入力レベルの範囲内であると判断し、Ｄ／Ｃ３ａ−１〜３ａ−Ｎのゲイン値を最大値（たとえば０ｄＢ）に設定する。一方、算出した各受信電力の平均値のいずれかが、しきい値ＴＨａを超えた場合、ＡＧＣ９０は、受信信号がＡ／Ｄの入力レベルの範囲を超えたと判断し、Ｄ／Ｃ３ａ−１〜３ａ−Ｎのゲイン値を低減する制御を行う（たとえば、０ｄＢから−６ｄＢに変更する）。この制御の後に、再び算出した各受信電力の平均値全てが、しきい値ＴＨａ以下となった場合、ＡＧＣ９０は、Ｄ／Ｃ３ａ−１〜３ａ−Ｎのゲイン値を最大値に上げる（たとえば、−６ｄＢから０ｄＢに変更する）制御を行う。

このようなフィードバック制御により、非常に強い干渉波レベルが入力された場合でも、受信信号がＡ／Ｄ５−１〜５−Ｎの入力レベル範囲を定常的に超えることはなく、ディジタル受信ビーム形成や干渉動作が不能となる問題を解決することができる。

ところで、非常に強い干渉波レベルが入力されると、受信信号中、干渉波成分が支配的となり、所望波の成分は減少することになる。したがって、受信信号がＡ／Ｄ５−１〜５−Ｎの入力レベル範囲に調整された後の所望波成分のエネルギーは減少し、その振幅ビット数が失われることになる。そこで、この問題も解決するため、受信ＤＢＦネットワーク６ａは、受信アレーアンテナ素子１−１〜１−Ｎごとの信号を合成した後の各受信ビームを、受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎに出力する際に、合成によって増加した受信信号の振幅のビット数を減らさずに（下位数ビットを削除せずに）出力する。受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎは、この振幅のビット精度を保持するように演算を行い、ビット精度の向上を図る。なお、従来の一般的な処理では、この合成後の信号を出力する際にビット数を削減している。

つぎに、上記（２）の機能について説明する。実施の形態１または実施の形態２で記載した処理により求めた干渉源エリアには、多数の地上系無線セルラシステムのユーザーが存在していることを意味している。衛星から本実施の形態の通信システムの各エリアに向けた送信信号は、地上系無線セルラシステムのユーザーに影響を与える。特に、干渉源エリアにはとして判定されるエリアには、多数の地上系無線セルラシステムのユーザーが存在しているため、このエリアに対して干渉が生じると影響を受けるユーザーが多くなるため、このエリアに対して干渉を与えないことが望ましい。

そこで送信ＤＢＦ制御部１１ａは、干渉源検出部１０から受け取る干渉源エリアやその干渉量を用いて、干渉源エリアの近傍に向けた各送信ビームの指向性を高め、干渉源エリアに影響するサイドローブレベルを極力落とすように制御する（アンテナパターンの指向性を絞るよう制御する)。以上説明した以外の本実施の形態の動作は実施の形態１と同様であり、Ｄ／Ｃ３ａ−１〜３ａ−Ｎ，受信ＤＢＦネットワーク６ａ，受信ＤＢＦ制御部７ａ，送信ＤＢＦ制御部１１ａは、上記（１）および（２）の追加機能の動作以外に、それぞれ実施の形態１のＤ／Ｃ３−１〜３−Ｎ，受信ＤＢＦネットワーク６，受信ＤＢＦ制御部７，送信ＤＢＦ制御部１１と同様の機能を有し同様の動作を行う。

なお、本実施の形態では、実施の形態１の通信装置に上記（１）と（２）の機能を追加したが、実施の形態２の通信装置に上記（１）と（２）の機能を追加するようにしてもよい。また、本実施の形態では上記（１）と（２）の両方の機能を追加するようにしたが、実施の形態１または実施の形態２の通信装置に、上記（１）または上記（２）の機能を単独で追加するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、ＡＧＣ９０が、受信電力がしきい値ＴＨａを超えるか否かを判定し、判定結果に基づいて、Ｄ／Ｃ３ａ−１〜３ａ−Ｎのゲインを制御するようにした。このため、非常に強い干渉波レベルが入力された場合でも、受信信号がＡ／Ｄ５−１〜５−Ｎの入力レベル範囲を定常的に超えることはなく、ディジタル受信ビーム形成や干渉動作が不能となる問題を解決することができる。

また、本実施の形態では、送信ＤＢＦ制御部１１ａが、求めた干渉源エリアの近傍に向けた各送信ビームの指向性を高め、干渉源エリアに影響するサイドローブレベルを極力落とすようにした。このため、多数の地上系無線セルラシステムのユーザーが存在するエリアに対して、本実施の形態の通信装置からの送信信号が与える干渉を低減することができる。

実施の形態４．
図１７は、本発明にかかる通信装置の実施の形態４の機能構成例を示す図である。図１７に示すように本実施の形態の通信装置は、実施の形態３の通信装置の受信ＦＢ８−１〜８−Ｍを受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎに替え、受信ＤＢＦネットワーク６ａの配置を受信ＦＢ８−１〜８−Ｍおよび受信ＦＢ制御部９の前段から、受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎおよび受信ＦＢ制御部９の後段に変更しているが、それ以外は、実施の形態３と同様である。本実施の形態の通信システムの構成は、実施の形態３の通信装置を本実施の形態の通信装置に替える以外は、実施の形態３の通信システムと同様である。実施の形態３と同様の機能を有する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎは、実施の形態３の受信ＦＢ８−１〜８−Ｍと同様に入力信号を分波するが、本実施の形態では、受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎは受信アレーアンテナ素子１−１〜１−Ｎごとにそれぞれ配置され、それぞれＡ／Ｄ５−１〜５−Ｎから入力されるディジタル信号に対して周波数分波を行う。そして、受信ＤＢＦネットワーク６ａは、受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎが周波数分波した各信号に対して受信ビーム信号を形成する。そして、受信ＤＢＦネットワーク６ａは、受信ビーム信号を干渉源検出部１０に出力し、干渉源検出部１０は受信ビーム信号に基づいて干渉源エリアや干渉量を検出する。このような構成とすることで、狭帯域に割当てられた既知信号を用いた主波の到来方向推定、指向性制御を高速に実現することができる。

以下に、本実施の形態の動作を詳細に説明する。本実施の形態の通信装置が搭載される衛星の姿勢が乱れると、地上の同一点からの信号の到来方向が変化する。したがって、衛星の姿勢が乱れる（指向精度が変動する）場合は、到来方向に対して常に送受信アンテナを向けるアンテナ指向性制御を行う必要がある。

この指向性制御の一手段として、例えば、地上局から発せられる既知信号（パイロット信号）を用いてフィードバック処理を行う方法がある。ここで既知信号（パイロット信号）に割当てられる周波数帯域は、一般に周波数有効利用の観点から、全システム帯域に対して僅か（たとえば数千分の１など）、残りは通信用の信号帯域に割当てられる。したがって、実施の形態１〜３の構成で、このパイロット信号を用いた指向性制御を実現する場合、受信ＤＢＦ制御部７または受信ＤＢＦ制御部７ａに入力される信号は、Ａ／Ｄ５−１〜５−Ｎから出力された分波される前の通信用信号とパイロット信号が合波された信号であるため、パイロット信号のみを用いることができない。

このため、受信ＤＢＦネットワーク６または受信ＤＢＦネットワーク６ａでビーム形成が行われた後に、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍで分波された後の信号から、パイロット信号を抽出して処理を行う必要がある。すなわち、実施の形態１〜３の構成でこの指向性制御を実現する場合には、ビーム形成後のパイロット信号を用いてフィードバック処理を行うことにより、受信ＤＢＦ制御部７または受信ＤＢＦ制御部７ａが各ウエイト値を更新し、徐々に指向性制御を実現する動作となる。

一方、本実施の形態の構成で、同様の指向性制御を実現する場合、受信ＤＢＦ制御部７ａは、受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎから出力されるアレーアンテナ素子ごとに、分波された信号からパイロット信号を抽出して、そのパイロット信号を用いて所望のアンテナ指向性を実現するウエイト値を算出することによってフィードバック制御を行うことができる。したがって、受信ＤＢＦ制御部７ａは各ウエイト値を受信ＤＢＦネットワーク６ａに直接設定することができるため、上記の実施の形態１〜３の構成で指向性制御を行う場合に比べ、高速に動作することができる。これ以外の本実施の形態の動作は、実施の形態３と同様である。

なお、図１７では、実施の形態３の構成を変更する例について説明したが、実施の形態１または２の通信装置を、受信ＦＢ８−１〜８−Ｍを受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎに替え、受信ＤＢＦネットワーク６の配置を受信ＦＢ８−１〜８−Ｍおよび受信ＦＢ制御部９の前段から、受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎおよび受信ＦＢ制御部９の後段に変更し、本実施の形態の指向性制御を実現するようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、高速な処理を行うために、図１７に示した構成としたが、処理時間に余裕のある場合などには、実施の形態１〜３の構成から受信ＤＢＦネットワーク６の配置を変更せずに、ビーム形成後のパイロット信号を用いてフィードバック処理を行うことにより、受信ＤＢＦ制御部７または受信ＤＢＦ制御部７ａが各ウエイト値を更新し、指向性制御を実現するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、受信ＤＢＦネットワーク６の前段に受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎおよび受信ＦＢ制御部９を配置し、受信ＦＢ制御部９が、ビーム形成前の信号を分波した受信ＦＢ８ａ−１〜８ａ−Ｎの出力からパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号に基づいてウエイト値を設定することにより指向性制御を行うようにした。このため、実施の形態１〜３の構成でパイロット信号を用いて指向性制御を行う場合に比べ、高速に処理を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる通信装置および通信システムは、複数のビームで通信エリアをカバーするマルチビーム通信システムに有用であり、特に、地上系無線システムと衛星系移動体システムとで共有するハイブリッド移動体通信システムに適している。

１−１〜１−Ｎ 受信アレーアンテナ素子
２−１〜２−Ｎ ＬＮＡ
３−１〜３−Ｎ Ｄ／Ｃ
４−１〜４−Ｎ，１６−１〜１６−Ｎ Filter
５−１〜５−Ｎ Ａ／Ｄ
６，６ａ 受信ＤＢＦネットワーク
７，７ａ 受信ＤＢＦ制御部
８−１〜８−Ｍ，８ａ−１〜８ａ−Ｎ 受信ＦＢ
９ 受信ＦＢ制御部
１０ 干渉源検出部
１１，１１ａ 送信ＤＢＦ制御部
１２ 送信ＦＢ制御部
１３−１〜１３−Ｍ 送信ＦＢ
１４ 送信ＤＢＦネットワーク
１５−１〜１５−Ｎ Ｄ／Ａ
１７−１〜１７−Ｎ Ｕ／Ｃ
１８−１〜１８−Ｎ ＰＡ
１９−１〜１９−Ｎ 送信アレーアンテナ素子
２１−１〜２１−７ ２分割フィルタバンク
２２ 選択部
３１ 高周波数側デシメータ
３２ 低周波数側デシメータ
４１〜４９ 平均電力
６１〜７１ エリア
８０ パターン
８１〜８５，８１ａ，１００〜１０６ スペクトラム

Claims (13)

1. Ｎ（Ｎは自然数）個のアレーアンテナ素子で構成される受信アレーアンテナと、ディジタルビーム形成処理により前記アレーアンテナ素子ごとの受信信号を用いてビームエリアの異なるＭ（Ｍは自然数）個の受信ビームを形成する受信ビーム信号を生成する受信ビーム形成手段と、前記受信ビーム信号を周波数分波した周波数分波受信ビーム信号を生成する受信フィルタバンクと、を備える通信装置であって、
   受信ビームごとに、あらかじめ定めた初期の受信ビーム特性に基づいて推定したその受信ビームに干渉を与えるビームエリアである干渉候補ビームエリアを保持し、前記周波数分波受信ビーム信号に基づいて受信ビームごとに受信スペクトラムを求め、受信ビームごとの受信スペクトラムと前記干渉候補ビームエリアを指向する受信ビームの受信スペクトラムとに基づいて、受信ビームと周波数との組み合わせごとに干渉源となるビームエリアである干渉源エリアを求める干渉源検出手段、
   を備え、
   前記受信ビーム形成手段は、受信ビームと周波数との組み合わせごとに前記干渉源エリアの方向にヌル形成を行うよう前記受信ビーム信号を生成し、
   干渉源検出手段は、受信ビームがカバーするエリアである対象ビームエリアから送信される信号をエリア内送信信号とし、
   前記初期の受信ビーム特性に基づいて、受信ビームと周波数との組み合わせごとに、その受信ビームに対応するエリア内送信信号と、前記干渉候補ビームエリアを指向する受信ビームのエリア内送信信号と、その受信ビームの受信信号のスペクトラムの推定値と、の関係式を定めておき、前記組み合わせの異なる関係式を連立方程式とし、
   また、前記推定値に前記組み合わせの一致する受信スペクトラムを代入し、代入後の連立方程式に基づいてエリア内送信信号を求め、
   さらに、受信ビームごとに、その受信ビーム信号に干渉を与えるとあらかじめ推定されるビームエリアのエリア内送信信号に基づいて、前記組み合わせごとに干渉源エリアを求めることを特徴とする通信装置。
2. 前記受信ビーム形成手段は、前記受信信号に含まれるパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号に基づいて受信ビームを形成することにより指向性制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. Ｎ（Ｎは自然数）個のアレーアンテナ素子で構成される受信アレーアンテナと、前記アレーアンテナ素子ごとの受信信号を周波数分波した周波数分波信号を生成する受信フィルタバンクと、ディジタルビーム形成処理により前記周波数分波信号を用いてビームエリアの異なるＭ（Ｍは自然数）個の受信ビームを形成する周波数分波受信ビーム信号を生成する受信ビーム形成手段と、を備える通信装置であって、
   受信ビームごとに、あらかじめ定めた初期の受信ビーム特性に基づいて推定したその受信ビームに干渉を与えるビームエリアである干渉候補ビームエリアを保持し、前記周波数分波受信ビーム信号に基づいて受信ビームごとに受信スペクトラムを求め、受信ビームごとの受信スペクトラムと前記干渉候補ビームエリアを指向する受信ビームの受信スペクトラムとに基づいて、受信ビームと周波数との組み合わせごとに干渉源となるビームエリアである干渉源エリアを求める干渉源検出手段、
   を備え、
   前記受信ビーム形成手段は、受信ビームと周波数との組み合わせごとに前記干渉源エリアの方向にヌル形成を行うよう前記受信ビーム信号を生成し、
   前記初期の受信ビーム特性に基づいて、受信ビームと周波数との組み合わせごとに、その受信ビームに対応するエリア内送信信号と、前記干渉候補ビームエリアを指向する受信ビームのエリア内送信信号と、その受信ビームの受信信号のスペクトラムの推定値と、の関係式を定めておき、前記組み合わせの異なる関係式を連立方程式とし、
   また、前記推定値に前記組み合わせの一致する受信スペクトラムを代入し、代入後の連立方程式に基づいてエリア内送信信号を求め、
   さらに、受信ビームごとに、その受信ビーム信号に干渉を与えるとあらかじめ推定されるビームエリアのエリア内送信信号に基づいて、前記組み合わせごとに干渉源エリアを求めることを特徴とする通信装置。
4. 前記受信ビーム形成手段は、前記周波数分波信号に含まれるパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号に基づいて受信ビームを形成することにより指向性制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 前記干渉源検出手段は、前記干渉候補ビームエリアを指向する受信ビームの受信スペクトラムが所定のしきい値以上となる場合に、その干渉候補ビームエリアを干渉源エリアとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の通信装置。
6. 前記受信アレーアンテナが受信した信号をアナログディジタル変換しディジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換手段と、
   前記ディジタル信号に基づいて前記Ａ／Ｄ変換手段に入力する信号のレベルを調整するＡＧＣ手段と、
   をさらに備え、
   前記受信信号を前記ディジタル信号とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の通信装置。
7. 送信アレーアンテナ素子で構成される送信アレーアンテナと、
   ディジタルビーム形成処理により前記送信アレーアンテナ素子ごとの送信信号を用いてビームエリアの異なるＭ（Ｍは自然数）個の送信ビームを形成する送信ビーム信号を生成する送信ビーム形成手段と、
   をさらに備え、
   前記送信ビーム形成手段は、前記干渉源エリアに対する漏れの発生を低減するよう送信ビーム信号を生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の通信装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の通信装置を搭載する人工衛星と、
   前記通信装置と無線通信を行うユーザー端末と、
   前記人工衛星の位置および姿勢に基づいて受信ビームの放射方角を含むビーム情報を前記人工衛星に送信する地上局と、
   を備え、
   前記人工衛星は、前記ビーム情報に基づいて受信ビームを形成することを特徴とする通信システム。
9. Ｎ（Ｎは自然数）個のアレーアンテナ素子で構成される受信アレーアンテナと、ディジタルビーム形成処理により前記アレーアンテナ素子ごとの受信信号を用いてビームエリアの異なるＭ（Ｍは自然数）個の受信ビームを形成する受信ビーム信号を生成する受信ビーム形成手段と、前記受信ビーム信号を周波数分波した周波数分波受信ビーム信号を生成する受信フィルタバンクと、を備える通信装置を搭載する人工衛星と、前記通信装置と無線通信を行うユーザー端末と、前記人工衛星の位置および姿勢に基づいて受信ビームの放射方角を含むビーム情報を前記人工衛星に送信する地上局と、を備える通信システムであって、
   前記人工衛星の通信装置が、前記周波数分波受信ビーム信号を前記地上局に送信し、
   前記地上局が、受信ビームごとに、あらかじめ定めた初期の受信ビーム特性に基づいて推定したその受信ビームに干渉を与えるビームエリアである干渉候補ビームエリアを保持し、前記周波数分波受信ビーム信号に基づいて受信ビームごとに受信スペクトラムを求め、前記初期の受信ビーム特性に基づいて、受信ビームと周波数との組み合わせごとに、その受信ビームに対応するエリア内送信信号と、前記干渉候補ビームエリアを指向する受信ビームのエリア内送信信号と、その受信ビームの受信信号のスペクトラムの推定値と、の関係式を定めておき、前記組み合わせの異なる関係式を連立方程式とし、また、前記推定値に前記組み合わせの一致する受信スペクトラムを代入し、代入後の連立方程式に基づいてエリア内送信信号を求め、さらに、受信ビームごとに、その受信ビーム信号に干渉を与えるとあらかじめ推定されるビームエリアのエリア内送信信号に基づいて、前記組み合わせごとに干渉源となるビームエリアである干渉源エリアを求め、さらに、前記組み合わせごとに前記干渉源エリアの方向にヌル形成を行うためのウエイト値を計算し、前記ウエイト値を前記通信装置を搭載する人工衛星に送信し、
   前記人工衛星の通信装置が、前記ウエイト値に基づいて受信ビームを形成することを特徴とする通信システム。
10. ＣＤＭＡ方式を採用し、ＣＤＭＡ方式以外の多重アクセス方式を採用する無線システムと周波数を共用することを特徴とする請求項８または９に記載の通信システム。
11. ＣＤＭＡ方式以外の多重アクセス方式を採用し、ＣＤＭＡ方式を採用する無線システムと周波数を共用することを特徴とする請求項８または９に記載の通信システム。
12. 前記共用する周波数帯を複数の分割周波数帯に分割し、前記人工衛星の通信装置がカバーするビームエリアに、隣接するビームエリアで異なる分割周波数帯を用いるよう分割周波数帯を割り当て、
    前記無線システムは、前記ビームエリア内では、そのビームエリアに割り当てられている分割周波数帯と異なる周波数を用いることを特徴とする請求項１０または１１に記載の通信システム。
13. 前記異なる分割周波数帯を割り当てたビームエリアを１グループとし、隣接するビームエリアの割り当て分割周波数帯が異なるようグループを繰り返し配置することを特徴とする請求項１２に記載の通信システム。

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