JP5279624B2 - 衛星通信システム、地上局および衛星通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、地上局と移動端末との通信を中継する衛星局を備える衛星通信システムおよび衛星通信方法に関する。

１基以上の地上局と、１基以上の衛星局と、複数の端末と、で構成される移動体衛星通信システムにおいて、衛星局は、既存の通信ネットワークに接続される地上局から信号を受信し、受信した信号から送信信号を生成し、地上の端末へと送信信号を送出する。または、端末が衛星局に信号を送信し、同様に衛星局が、受信した信号から送信信号を生成し、地上局へと送信信号を送信する。

従来の移動体衛星通信システムとしては、たとえば、下記非特許文献１に記載のシステムがある。下記特許文献１に記載の移動体衛星通信システムでは、衛星局のアンテナが、地上局から送られた送信信号を受信し、周波数変換部が、受信した無線周波数の信号をベースバンド信号へと変換する。衛星局のＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部が、受信信号をアナログからディジタルに変換し、分波部が、ディジタル変換された受信信号を分波する。衛星局のスイッチマトリックス部は、分波された信号を、通信相手先に応じて並び替え、合波部が、地上に送信する送信ビーム単位で並び替え後の各信号を合波し送信信号とする。そして、衛星局は、送信信号をディジタルからアナログに変換し、さらにベースバンド帯域から無線周波数の送信信号へと変換して、アンテナから送出されるビームで地上へと送信され、端末がその信号を受信する。

一方、下記非特許文献２には、衛星局を介した地上局と端末との衛星通信システムにおいて、衛星局に大型アンテナを搭載し、サービスエリアである日本および日本近辺が１００程度のセルで構成されるようなセル設計を行い、それらの各セルをマルチビームで覆う技術が開示されている。

下記非特許文献１に記載されているシステムでは、地上局−衛星局（以降、この回線をフィーダリンクという）と、衛星局−各端末（以降、この回線をユーザリンクという）は、上り（送信）回線，下り（受信）回線ともに、異なる周波数帯域を用いている。フィーダリンクにはＫａ帯の４５０ＭＨｚ、ユーザリンクにはＳ帯の３０ＭＨｚを、それぞれ上りおよび下りの回線で用いている。

また、下記非特許文献１に記載されているシステムでは、周波数利用効率の観点から、７セルを１単位とし（以降、この１単位をクラスターと呼ぶ）、クラスター単位で同一の周波数を使う、７セル繰り返し方式を用いている。クラスターを構成する７セルは互いに異なる周波数を用い、クラスター間では、クラスター内の同一位置のセルは同一の周波数を用いる。

橋本幸雄，"音声通信用搭載交換機"，通信総合研究所季報，Ｖｏｌ．４９，Ｎｏｓ．３／４，２００３ 蓑輪正ら，"安心・安全のための地上/衛星統合移動通信システム"，電子情報通信学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ９１−Ｂ Ｎｏ．１２，ｐｐ．１６２９−１６４０，２００８

しかしながら、上記非特許文献１に記載の技術によれば、移動体通信システムを実現させるため、スイッチマトリックスを用いて、各送信信号を通信相手先に照射されるビーム毎に並び替えるという方式を採っている。そのため、サービス提供エリアの増加や利用周波数帯域の増加が発生したり、または周波数利用効率化のためにシステムの運用に用いるビーム数が増えたりした場合、または非特許文献２に記載のような１００ビームのシステムを考慮した場合、スイッチマトリックス部で並び替える信号の数が膨大となる。したがって、衛星局のスイッチマトリックスの回路規模が大きくなり、消費電力も増加する、といった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、衛星局のスイッチマトリックスが実施する処理を簡素化し、衛星局の回路規模縮小および電力消費量低減を達成することができる衛星通信システムおよび衛星通信方法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、地上局と、端末と、複数のビームを用いて前記ビームが構成するセル内の前記端末と前記地上局との通信を中継する衛星局と、を備える衛星通信システムであって、前記セルの位置に基づいて前記セルを複数のグループにグループ分けし、また、グループごとに前記地上局から前記衛星局への送信に用いる周波数領域であるグループ周波数領域をあらかじめ定めておき、前記地上局は、前記端末の位置を位置情報として保持し、また、前記セルの位置とそのセルが属するグループとの対応をセル情報として保持することとし、送信データごとに送信データと前記位置情報に基づいて宛先となる前記端末の位置を求め、求めた位置に対応するグループを前記セル情報に基づいて宛先グループとして求め、求めた宛先グループに対応するグループ周波数領域内の周波数でその送信データが送信されるよう、送信データを周波数軸上に配置する地上局スイッチマトリックス手段、を備え、前記衛星局は、グループごとに、そのグループのグループ周波数領域内の周波数で前記地上局から送信された受信データを、受信データの宛先のセルごとに、前記衛星局がそのセル内の前記端末への送信に用いる周波数領域であるセル周波数領域内の周波数でその受信データが前記端末へ送信されるよう、周波数軸上に配置する衛星局スイッチマトリックス手段、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、地上局の地上局スイッチマトリックス手段が送信信号に対して通信相手の位置に基づいてあらかじめクラスター単位の並び替えを行った後に送信信号を送信し、衛星局の衛星局スイッチマトリックス手段が受信した送信信号に対して地上局クラスター内のセルに対応する並び替えを行うようにしたので、衛星局の回路規模縮小および電力消費量低減を達成することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の衛星通信システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１のセル配置例を示す図である。 図３は、地上局の構成例を示す図である。 図４は、地上局スイッチマトリックス部が実施する並び替え処理のイメージを示す図である。 図５−１は、従来の地上局変調部によって生成されたフィーダリンク信号の周波数イメージの一例を示す図である。 図５−２は、本実施の形態の地上局変調部によって生成されたフィーダリンク信号の周波数イメージの一例を示す図である。 図６は、実施の形態１の衛星局の機能構成例を示す図である。 図７は、クラスター内の宛て先セル別の送信信号イメージの一例を示す図である。 図８は、実施の形態２の衛星通信システムの構成例を示す図である。 図９は、通信制御部が行う周波数の割り当てイメージの一例を示す図である。 図１０−１は、クラスターへの送信周波数割り当ての一例を示す図である。 図１０−２は、クラスターへの送信周波数割り当ての一例を示す図である。 図１１は、セル番号順でない送信周波数割り当てのイメージの一例を示す図である。 図１２は、地上局の地上局復調部の機能構成例を示す図である。

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。

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る。図１に示すように、本実施の形態の衛星通信システムは、地上局１と、衛星局２と、各種端末３−１〜３−３と、で構成される。また、地上局１は地上ネットワーク４に接続されており、地上ネットワーク４には、例えば一般電話５，移動体基地局６，ＩＰネットワーク７，交換スイッチ８などが接続されている。なお、地上局１および衛星局２は、本実施の形態ではそれぞれ１基を例示しているが、これに限らず、それぞれ複数基であっても良い。各種端末３−１〜３−３は、たとえば、持ち運びや携帯が可能な端末、また船上無線装置や定点設置を行う端末であり、衛星局２と通信できる設備を有する装置であればよくある特定の種別に限定されることはない。

本実施の形態では、図１の地上局１から信号を送信し、衛星局２を経由して各種端末３と通信を行う場合について述べる。本実施の形態の衛星通信システムでは、フィーダリンクとユーザリンクは、それぞれ異なる周波数を用いることとする。具体的には、フィーダリンクではＫａ帯の周波数のうち４５０ＭＨｚ幅の帯域を上り回線／下り回線で使用し、ユーザリンクはＳ帯の周波数のうち３０ＭＨｚ幅の帯域を上り回線／下り回線で使用する。また、サービス提供エリアは１００のセルから構成され、７セルを１クラスターとして、各クラスターで同一周波数を用いる、７セル繰り返し方式を用いる。

図２は、本実施の形態のセル配置例を示す図である。セル９内には、各セルの番号が示されており（＃１，＃２，…，＃７）、＃１〜＃７の７つのセルでクラスター１０−１〜１０−４を構成する。なお、図２では、１００のセルの一部として、クラスター１０−１〜１０−４に対応するセルを示しているが、全体としては、クラスター１０−１〜クラスター１０−１５の１５のクラスターが存在する。クラスター内では、３０ＭＨｚの帯域を分割してセルごとに割当てることとする。

また、地上局１は、各種端末３−１〜３−３のそれぞれ位置情報を、衛星局２を介した通信シーケンスによって、保持する。たとえば、各種端末３は、衛星局２から定期的に発せられる信号を受信し、それに応じた信号を、衛星局２を介して地上局１に送信することにより、地上局１は、各種端末３の位置情報を知ることができる。なお、各種端末３の位置情報を知る手段として、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）情報を利用した取得や、地上にある地上局１とは異なる設備経由といった手段を用いてもよい。

図３は、地上局１の構成例を示す図である。図３に示すように、本実施の形態の地上局１は、地上局変調部１００を備える。なお地上局１は地上局変調部１００以外の機能を備えているが、本実施の形態の動作には用いないため、ここではその説明を省略する。地上局変調部１００は、通信制御部１１と、地上局スイッチマトリックス部１２と、変調部１３−１〜１３−１５と、合波部１４−１〜１４−１５と、周波数変換部１５−１〜１５−１５と、加算部１６と、アンテナ部１７と、で構成される。

地上局１は、地上ネットワーク４から各種の送信データを受信すると、まず、地上局変調部１００の通信制御部１１が、送信データと通信相手先である各種端末３の位置情報との紐つけが行われる。地上局スイッチマトリックス部１２は、送信データを、通信相手先の位置するクラスターごとに並び替えを行う。

図４は、地上局スイッチマトリックス部１２が実施する並び替え処理のイメージを示す図である。図４に示すように、３つの送信データＤ１〜Ｄ３が地上局スイッチマトリックス部に入力されたとする。この送信データＤ１〜Ｄ３は、それぞれ通信相手が異なり、図中の送信データＤ１〜Ｄ３を示す矩形なかの数字は、その送信データの通信相手先が位置するセルを示す数値である。この数字「＃ｔ−ｎ」は、通信相手先がクラスター１０−ｔ内のセル＃ｎ（図２のセル内の番号、＃１〜＃７に対応する）に存在することを意味している。図４に示すように、地上局スイッチマトリックス部１２は、送信データＤ１をクラスター１０−１に対応する経路として変調部１３−１に、送信データＤ２をクラスター１０−３に対応する経路として変調部１３−３に、送信データＤ３をクラスター１０−１０に対応する経路として変調部１３−１０に、それぞれ出力するよう並び替えを行う。

なお、前述のように、フィーダリンクの帯域幅は４５０ＭＨｚであり、クラスターの数が１５であるため、ここでは、たとえば、４５０ＭＨｚを１５の帯域に分割し、分割した帯域ごとに、変調部１３−１〜１３−１５以降の処理を実施するようにしている。

その後、変調部１３−１〜１３−１５は、入力されるクラスターごとに並び替えが行われた送信データに対して所定の変調処理を行い変調信号とし、合波部１４−１〜１４−１５が、変調信号の合波処理を行う。そして、周波数変換部１５は、合波処理後の信号に対してＫａ帯への周波数変換を行い、加算部１６が周波数変換部１５からの出力される周波数変換後の信号を加算し、アンテナ部１７が、加算後の信号を衛星局２に向けてフィーダリンク信号として送出する。なお、各構成要素の現在の能力を考慮し、クラスターごとに変調部１３−１〜１３−１５、合波部１４−１〜１４−１５および周波数変換部１５−１〜１５−１５をそれぞれ備えることとしているが、これに限らず、たとえばそれぞれ１つの変調部、合波部および周波数変換部が全クラスターに対応する処理を実施するようにしてもよい。

図５−１，５−２は、地上局変調部１００によって生成されたフィーダリンク信号の周波数イメージの一例を示す図である。図５−１，５−２では、横軸は周波数を表している。図５−１は、従来の地上局によって生成されたフィーダリンク信号の周波数イメージの一例を示し、図５−２は、本実施の形態の地上局変調部１００によって生成されたフィーダリンク信号の周波数イメージの一例を示している。図５−１，５−２では、図４と同様に、各信号データに対応する通信相手先のクラスターとセルの情報を「＃ｔ−ｎ」という形式で示している。図５−１に示すように、従来の地上局では、通信相手先に係わらず、周波数の空いているところから信号を並べている。これに対して、図５−２に示すように、本実施の形態の地上局変調部１００では、地上局スイッチマトリックス部１２が通信相手先のクラスターごとに送信信号の並び替えを行っている。

図６は、本実施の形態の衛星局２の機能構成例を示す図である。図６に示すように、衛星局２は、フィーダリンク用アンテナ２０と、周波数変換部２１−１〜２１−１５と、分波部２２−１〜２２−１５と、衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５と、合波部２４−１１〜２４−１７，２４−２１〜２４−２７，…，２４−１５１〜２４−１５７と、周波数変換部２５−１１〜２５−１７，２５−２１〜２５−２７，…，２５−１５１〜２５−１５７と、ユーザリンク用アンテナ２６−１１〜２６−１７，２６−２１〜２６−２７，…，２６−１５１〜２６−１５７を備えている。

衛星局２は、フィーダリンク用アンテナ２０を用いて、地上局１から送信されたフィーダリンク信号を受信する。衛星局２の周波数変換部２１−１〜２１−１５は、受信したフィーダリンク信号をベースバンド信号へと変換する。なお、本実施の形態では、現在のハードウェア実現性を考慮し、周波数変換部２１−１〜２１−１５では、それぞれが１クラスターの帯域幅と同一である３０ＭＨｚ単位で周波数変換を行うこととしている。したがって、受信した４５０ＭＨｚのフィーダリンク信号を周波数変換するため、合計１５個の周波数変換部２１−１〜２１−１５を備えている。ただし今後のハードウェアの性能向上によってはこの限りではなく、４５０ＭＨｚの帯域幅を一括で周波数変換を行うようにしてもよい。

ところで、周波数変換部２１−１〜２１−１５がそれぞれ周波数変換した３０ＭＨｚ帯域幅の信号の中には、信号帯域幅の異なる信号が複数含まれている。これは、利用ユーザによって、使用サービスが音声通話であったりデータ通信であったりと、使用サービスによって必要な周波数帯域が異なるためである。分波部２２−ｉ（ｉ＝１，２，…，１５）は、周波数変換部２１−ｉが周波数変換した３０ＭＨｚの帯域幅の信号を分波し、これらの各使用周波数帯域の信号を抽出する。

分波された各信号は、通信相手先の存在するセルに対応したユーザリンク用アンテナ２６−１１〜２６−１７，２６−２１〜２６−２７，…，２６−１５１〜２６−１５７から、最終的に各種端末３−１〜３−３へと送信されるが、通信相手先のセルに対応して送信信号の合成を行う必要がある。衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５は、制御部２７からの指示に基づいて分波された各信号を通信相手先のセルに応じて並び替えを行う。なお、各種端末３−１〜３−３の存在位置情報は、前述のように、地上局１の通信制御部１１が保持および更新しており、地上局１はこれらの位置情報に基づいて、衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５を制御するための情報や、各信号の周波数配置、送信するセルエリア情報を制御情報として生成し、別の通信回線を用いて、制御部２７に対してその制御情報を送信する。制御部２７はその制御情報に基づいて、衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５に対して並び替えの指示を行う。

なお、地上局１から送信されたフィーダリンク信号は地上局１の地上局スイッチマトリックス部１２であらかじめクラスター単位に並び替えられているため、衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５は、１クラスター内、すなわち７セルの範囲の並び替えを行えばよい。

たとえば、音声サービスを想定して最小信号帯域幅を１０ｋＨｚとすると、分波部２２−１〜２２−１５は、３０ＭＨｚの大域幅の送信信号を１０ｋＨｚで最大３０００波の信号に分波する。本実施の形態では、分波部を１５個備えるものとしているため、仮に地上局スイッチマトリックス部１２が送信信号の並び替えを行っていない場合、衛星局２の衛星局スイッチマトリックス部では、最大４５０００波（３０００波×１５個）の信号の並び替えを行う必要がある。これに対し、本実施の形態では、地上局スイッチマトリックス部１２においてクラスター単位で信号の並び替えを行っているため、衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５では、最大３０００波の送信信号に対して、信号の並び替えを行えばよい。

衛星局スイッチマトリックス部は、周波数変換部および分波部と同じく、１５個備える必要があるが、最大３０００波の送信信号の並び替え処理が可能であれば良いため、１つの衛星局スイッチマトリックスで最大４５０００波の信号並び替えを行う場合に比べ、回路規模を抑えることができる。

そして、衛星局スイッチマトリックス部２３−ｉは、制御部２７からの指示に基づいて、分波された信号をその信号の通信相手のセルごとに並び替え、信号の通信相手のセルに対応する合波部２４−ｉｊ〜２４−ｉｊ（ｊ＝１，２，…，７）に出力する。なお、合波部２４−ｉｊ〜２４−ｉｊは、セル＃ｊに対応する処理を行うこととする。合波部２４−ｉ１〜２４−ｉ７は、衛星局スイッチマトリックス部２３−ｉから入力された信号を、各セルへ送信するビーム単位で合波処理を行う。

周波数変換部２５−ｉ１〜２５−ｉ７は、合波処理された信号に対してＳ帯へ周波数変換を施し、対応するユーザリンク用アンテナ２６−ｉ１〜２６−ｉ７へ周波数変換後の信号をそれぞれ出力する。ユーザリンク用アンテナ２６−ｉ１〜２６−ｉ７は、自身の送信先のセルに向けて入力された信号を送信する。このようにして、衛星局２から送信される信号は、各セルに向けられたマルチビームで地上に対して照射され、各種端末３−１〜３−３は、衛星局２から送信された信号を受信して、復調処理を行う。

図７は、クラスター１０−１内の宛て先セル別の送信信号イメージの一例を示す図である。図７では、横軸は周波数を表している。衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５が実施する信号並び替えは、たとえば、図７の左側の（ａ）のように、セル内の周波数配置はフィーダリンク信号内のクラスター１０−１に対応する周波数位置の順番と同じ順番となるように並び替えてもよいし、右側の（ｂ）のように、セル番号順に周波数位置を並び替えてもよい。

なお、本実施の形態では、サービスエリアに対するセル設計を７セル繰り返しとしたが、７セル繰り返しでなくても良い。たとえば、３０ＭＨｚを３つの周波数に分割してセル設計を行うような、１クラスターが３つのセルから構成される３セル繰り返しの場合にも、本実施の形態の動作を適用することができる。

また、本実施の形態では、７セルを単位とするクラスター単位で地上局スイッチマトリックス部１２が送信信号に対して並び替えを行うようにしたが、これに限らず、衛星局２のマルチビームが構成するセルをセルの位置に基づいて複数のグループにグループ分けし、グループ単位で地上局スイッチマトリックス部１２が送信信号に対して並び替えを行い、衛星局２では、グループ内のセルに対する並び替えを行うようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態では、地上局１の地上局スイッチマトリックス部１２が送信信号に対して通信相手の位置に基づいてあらかじめクラスター単位の並び替えを行った後に送信信号を送信し、衛星局２の衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５は、受信した送信信号に対して地上局クラスター内のセルに対応する並び替えを行うようにした。そのため、衛星局２側の信号の送信先に応じた信号の並び替え処理が簡素化され、衛星局２の衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５の回路規模を削減することができる。

実施の形態２．
図８は、本発明にかかる衛星通信システムの実施の形態２の構成例を示す図である。本実施の形態の衛星通信システムの構成は実施の形態１の衛星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。

実施の形態１では、地上局１から衛星局２を経由し、各種端末３−１〜３−３に信号を送信する場合について説明したが、本実施の形態では、各種端末３−１〜３−３から衛星局２を経由し、地上局１に信号を送信する場合について説明する。本実施の形態の衛星局２は、実施の形態１の衛星局２と同様であるが、さらに図８で示した構成要素を備える。なお、各種アンテナについては（フィーダリンク用アンテナ２０，ユーザリンク用アンテナ２６−１１〜２６−１７，２６−２１〜２６−２７，…，２６−１５１〜２６−１５７）、送受信の両方の機能を有することとして、図６中の実施の形態と同一の符号を付し実施の形態１で説明した機能と本実施の形態で説明する機能の両方を有することとしているが、送信用、受信用でそれぞれ異なるアンテナを用いてもよい。

また、衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５についても、実施の形態１で説明した機能と本実施の形態で説明する機能の両方を有することとしているが、本実施の形態で説明する機能を有する衛星局スイッチマトリックス部を実施の形態１の衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５とは別に１５個備えるようにしてもよい。

本実施の形態の衛星局２は、フィーダリンク用アンテナ２０と、ユーザリンク用アンテナ２６−１１〜２６−１７，２６−２１〜２６−２７，…，２６−１５１〜２６−１５７と、周波数変換部２８−１１〜２８−１７，２８−２１〜２８−２７，…，２８−１５１〜２８−１５７と、分波部２９−１１〜２９−１７，２９−２１〜２９−２７，…，２９−１５１〜２９−１５７と、衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５と、合波部３０−１〜３０−１５と、周波数変換部３１−１〜３１−１５と、加算部３２と、を備えている。

つぎに、本実施の形態の動作を説明する。各種端末３−１〜３−３は、衛星局２を介して地上局１から通知された、地上局１の通信制御部１１が管理する送信周波数を用いて発信を行う。地上局１の通信制御部１１は、各種端末３−１〜３−３の位置情報を保持しており、この位置情報を元に、各種端末３−１〜３−３が発信を行う際に使用する送信周波数の割り当てを行う。

図９は、通信制御部１１が行う周波数の割り当てイメージの一例を示す図である。なお、本実施の形態では、実施の形態１の図２とで説明したように、サービス提供エリアは１００のセルで構成され、７セルで１クラスターを構成する。通信制御部１１は、図９に示すように、クラスター内の各セルの使用周波数が重ならないように、セルごとに送信周波数の割り当ておよび管理を行っている。また、通信制御部１１は、通信を開始しようとする各種端末３−１〜３−３に対して、衛星局２経由で使用周波数の通知を行う。なお、１クラスター内の送信周波数の割り当ては、各セル等分でも良いし、周波数利用状況に応じて動的に変化させるようにしても良い。

図１０−１，１０−２は、クラスター１０−１への送信周波数割り当ての一例を示す図である。図１０−１は、クラスター１０−１のセル＃１からセル＃７までに対して使用周波数帯を等分割して割当てる例を示している。クラスター１０−１の総周波数帯域を３０ＭＨｚとすると、各セルに対して３０／７ＭＨｚが割り当てられる。一方、図１０−２は、通信制御部１１が周波数の利用状況を考慮して各セルへの割り当てを行った例を示している。この例では、クラスター１０−１のセル＃２、セル＃３には、送信信号を送出する各種端末が多数存在するとし、セル＃６、セル＃７には比較的各種端末が少ないとする。通信制御部１１は、通信状況に基づいてこれの状況を検知し、セル＃２、セル＃３には、送信周波数が多く必要であり、セル＃６、セル＃７にはそれほど必要ないと判断し、セル＃２、セル＃３で使用する送信周波数を多く割り当て、その分、セル＃６、セル＃７の割り当て量を少なくしている。

また、送信周波数の割り当ては、セル番号順でなくても良い。図１１は、セル番号順でない送信周波数割り当てのイメージの一例を示す図である。図１１は、ある１クラスターの送信周波数割り当ての状態を示したものである。図１１に示した送信周波数割り当てでは、図１０−１，１０−２のようにセル番号順ではなく、たとえば、各セルに存在する各種端末から発信の要求があった場合に、その要求に基づいて各種端末が存在するセルに対して使用する送信周波数の割り当てを行う。

衛星局２は、各種端末３−１〜３−３から送信された信号を、ユーザリンク用アンテナ２６−１１〜２６−１７，２６−２１〜２６−２７，…，２６−１５１〜２６−１５７で受信する。周波数変換部２８−１１〜２８−１７，２８−２１〜２８−２７，…，２８−１５１〜２８−１５７は、受信した信号を無線周波数帯からベースバンド帯域へと変換する。分波部２９−１１〜２９−１７，２９−２１〜２９−２７，…，２９−１５１〜２９−１５７は、ベースバンドに変換された受信信号に含まれる、各種端末３−１〜３−３から受信した様々な信号の分波処理を行う。

衛星局スイッチマトリックス部２３−ｉ（ｉ＝１，２，…，１５）は、分波部２９−ｉ１〜分波部２９−ｉ７から出力される１クラスター内（＝７セル）からの分波処理された受信信号を、地上局１へ送信する信号と、各種端末３−１〜３−３へ送信する信号とに分け、それぞれ信号の並び替えを行う。地上局１へ送信する信号は、図１０−１，１０−２に示されるように、各種端末３−１〜３−３がそれぞれ使用する送信周波数帯域はあらかじめ決定されているため、衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５は、同一クラスターの各種端末３−１〜３−３の信号を収集し、合波部３０−１〜３０−１５へ収集した各種端末３−１〜３−３からの信号を、フィーダリンクの周波数配置を示す周波数は位置情報とともに合波部３０−ｉへ転送する。なお、周波数配置情報は、制御部２７が決定し保持していることとする。なお、このときのフィーダリンクの周波数配置は、たとえば、実施の形態１で説明した図５−２の配置のように、クラスターごとに周波数が配置されるとする。

合波部３０−ｉは、衛星局スイッチマトリックス部２３−ｉから出力された信号を地上局１に送信する信号を、衛星局スイッチマトリックス部２３−ｉから得た周波数配置情報に基づいて合波処理する。そして、周波数変換部３１−ｉは、合波部３０−ｉが合波処理した信号をベースバンド帯域からＫａ帯に周波数変換し、周波数変換後の信号を、加算部３２に出力する。加算部３２は、周波数変換部３１−１〜３１−１５から出力された信号を加算し、合計４５０ＭＨｚの帯域のフィーダリンク信号とし、フィーダリンク用アンテナ２０が、フィーダリンク信号を地上局１へ送信される。

図１２は、地上局１の地上局復調部１０１の機能構成例を示す図である。地上局１は、実施の形態１で述べたように、地上局変調部１００を備えるが、地上局変調部１００と共有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付している。図１２に示すように、地上局１の地上局復調部１０１は、フィーダリンク用アンテナ４１と、周波数変換部４２−１〜４２−１５と、分波部４３−１〜４３−１５と、復調部４４−１〜４４−１５と、地上局スイッチマトリックス部１２と、通信制御部１１と、で構成される。

フィーダリンク用アンテナ４１は、衛星局２より送信された４５０ＭＨｚの帯域幅のフィーダリンク信号を受信する。地上局１の地上局復調部１０１は、周波数変換部および分波部をそれぞれ１５個備えている。各周波数変換部は、それぞれクラスター単位で分割された受信信号３０ＭＨｚずつを、Ｋａ帯からベースバンドへと変換し、分波部は、分割された３０ＭＨｚに含まれる各セルからの信号を取り出すために分波処理を行う。

復調部４４−１〜４４−１５は、クラスター単位で分波された信号の復調処理を行うが、ビットレートの異なる信号を復調できるよう、複数の復調器で構成される。復調部４４−１〜４４−１５で復調された受信信号はビットデータとなり、地上局スイッチマトリックス部１２に入力される。地上局スイッチマトリックス部１２は、実施の形態１の場合と逆の流れでクラスター単位でのビットデータの並び替えを行い、通信制御部１１へ出力する。なお、通信制御部１１は、地上局スイッチマトリックス部１２の並び替え処理に関する制御を行う。最後に、通信制御部１１は、ビットデータを地上ネットワーク４へ送信する。

このように、本実施の形態では、地上局１の通信制御部１１が、各種端末３−１〜３−３が送信に用いる周波数を各種端末３−１〜３−３の存在する位置（セル）に基づいて決定するようにした。そのため、衛星局２の衛星局スイッチマトリックス部２３−１〜２３−１５が信号の並び替えを行う必要がなくなり、衛星局２の回路規模を削減することができる。

以上のように、本発明にかかる衛星通信システムおよび衛星通信方法は、地上局と移動端末との通信を中継する衛星局を備える衛星通信システムに有用であり、特に、多数のセルで構成されるマルチビームを用いる衛星通信システムに適している。

１ 地上局
２ 衛星局
３−１〜３−３ 各種端末
４ 地上ネットワーク
５ 一般電話
６ 移動体基地局
７ ＩＰネットワーク
８ 交換スイッチ
９ セル
１０−１〜１０−４ クラスター
１１ 通信制御部
１２ 地上局スイッチマトリックス部
１３−１〜１３−１５ 変調部
１４−１〜１４−１５ 合波部
１５−１〜１５−１５，２１−１〜２１−１５，２５−１１〜２５−１７，２５−２１〜２５−２７，…、２５−１５１〜２５−１５７，２８−１１〜２８−１７，２８−２１〜２８−２７，…、２８−１５１〜２８−１５７，３１−１〜３１−１５，４２−１〜４２−１５ 周波数変換部
１６ 加算部
１７ アンテナ部
２０，４１ フィーダリンク用アンテナ
２２−１〜２２−１５，２９−１１〜２９−１７，２９−２１〜２９−２７，…，２９−１５１〜２９−１５７，４３−１〜４３−１５ 分波部
２３−１〜２３−１５ 衛星局スイッチマトリックス部
２４−１１〜２４−１７，２４−２１〜２４−２７，…，２４−１５１〜２４−１５７，３０−１〜３０−１５ 合波部
２６−１１〜２６−１７，２６−２１〜２６−２７，…，２６−１５１〜２６−１５７ ユーザリンク用アンテナ
２７ 制御部
３２ 加算部
４４−１〜４４−１５ 復調部
１００ 地上局変調部
１０１ 地上局復調部
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 送信データ

Claims (7)

1. 地上局と、端末と、複数のビームを用いて前記ビームが構成するセル内の前記端末と前記地上局との通信を中継する衛星局と、を備える衛星通信システムであって、
   前記セルの位置に基づいて前記セルを複数のグループにグループ分けし、また、グループごとに前記地上局から前記衛星局への送信に用いる周波数領域であるグループ周波数領域をあらかじめ定めておき、
   前記地上局は、
   前記端末の位置を位置情報として保持し、また、前記セルの位置とそのセルが属するグループとの対応をセル情報として保持することとし、送信データごとに送信データと前記位置情報に基づいて宛先となる前記端末の位置を求め、求めた位置に対応するグループを前記セル情報に基づいて宛先グループとして求め、求めた宛先グループに対応するグループ周波数領域内の周波数でその送信データが送信されるよう、送信データを周波数軸上に配置する地上局スイッチマトリックス手段、
   を備え、
   前記衛星局は、
   グループごとに、そのグループのグループ周波数領域内の周波数で前記地上局から送信された受信データを、受信データの宛先のセルごとに、前記衛星局がそのセル内の前記端末への送信に用いる周波数領域であるセル周波数領域内の周波数でその受信データが前記端末へ送信されるよう、周波数軸上に配置する衛星局スイッチマトリックス手段、
   を備えることを特徴とする衛星通信システム。
2. 前記地上局は、
   セルごとにそのセル内に位置する端末が衛星局へデータを送信する際に用いる周波数領域を端末周波数領域として決定し、前記端末の位置に基づいて、前記端末が位置するセルを求め、求めたセルに対応する端末周波数領域をその端末へ通知する通信制御手段、
   をさらに備え、
   前記端末は、通知された端末周波数領域を用いて衛星局へデータを送信する、
   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. 前記通信制御手段は、セルごとのそのセル内に存在する前記端末数と、そのセルの周辺セル内に存在する前記端末数と、の少なくとも１つに基づいて、前記端末周波数領域を決定することを特徴とする請求項２に記載の衛星通信システム。
4. 前記グループを互いに隣接する複数の前記セルで構成されるクラスターとする、
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信システム。
5. 前記地上局は、前記端末の位置をＧＰＳ情報に基づいて求める、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の衛星通信システム。
6. 地上局と、端末と、複数のビームを用いて前記ビームが構成するセル内の前記端末と前記地上局との通信を中継する衛星局と、を備える衛星通信システムにおける前記地上局であって、
   前記セルの位置に基づいて前記セルを複数のグループにグループ分けし、また、グループごとに前記地上局から前記衛星局への送信に用いる周波数領域であるグループ周波数領域をあらかじめ定めておき、
   前記端末の位置を位置情報として保持し、また、前記セルの位置とそのセルが属するグループとの対応をセル情報として保持することとし、送信データごとに送信データと前記位置情報に基づいて宛先となる前記端末の位置を求め、求めた位置に対応するグループを前記セル情報に基づいて宛先グループとして求め、求めた宛先グループに対応するグループ周波数領域内の周波数でその送信データが送信されるよう、送信データを周波数軸上に配置する地上局スイッチマトリックス手段、
   を備えることを特徴とする地上局。
7. 地上局と、端末と、複数のビームを用いて前記ビームが構成するセル内の前記端末と前記地上局との通信を中継する衛星局と、を備える衛星通信システムにおける衛星通信方法であって、
   前記セルの位置に基づいて前記セルを複数のグループにグループ分けし、また、グループごとに前記地上局から前記衛星局への送信に用いる周波数領域であるグループ周波数領域をあらかじめ定めておき、
   前記地上局が、前記端末の位置を位置情報として保持し、また、前記セルの位置とそのセルが属するグループとの対応をセル情報として保持することとし、送信データごとに送信データと前記位置情報に基づいて宛先となる前記端末の位置を求め、求めた位置に対応するグループを前記セル情報に基づいて宛先グループとして求め、求めた宛先グループに対応するグループ周波数領域内の周波数でその送信データが送信されるよう、送信データを周波数軸上に配置する地上局周波数配置ステップと、
   前記衛星局が、グループごとに、そのグループのグループ周波数領域内の周波数で前記地上局から送信された受信データを、受信データの宛先のセルごとに、前記衛星局がそのセル内の前記端末への送信に用いる周波数領域であるセル周波数領域内の周波数でその受信データが送信されるよう、周波数軸上に配置する衛星局周波数配置ステップと、
   を含むことを特徴とする衛星通信方法。

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