JP5818108B2 - 地球局装置および地球局装置制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターゲット衛星局を追尾し、他の衛星局や地上の固定無線局に対する与干渉を考慮しながらターゲット衛星局と通信を行う地球局装置および地球局装置制御方法に関する。

衛星通信は広範なサービスエリアをもつため、地上回線の使用が困難な海上の船舶、航空機などの移動体の通信手段として、またルーラルエリアなどのディジタルディバイド領域で広く利用されている。しかし、ブロードバンド通信などで使用される静止衛星は、静止軌道上に２〜４度間隔で配置されているため、地球局のアンテナの指向方向がずれると他の衛星局や地上の固定無線局に干渉を与えてしまう恐れがある。そのため、地球局のアンテナに指向方向（仰角および方位角）を機械的に制御する追尾機構を設け、移動体の移動や動揺に対してアンテナを常に衛星方向に指向させる追尾アンテナが用いられる（非特許文献１）。

ところで、移動体に追尾アンテナを設置する際には、移動体の位置（緯度・経度）、方位、動揺による移動体の傾きなどを考慮して、方位角で 360度、仰角で０〜90度の見通しを確保できる場所に設置することが望ましい。しかし、移動体の構造によっては、そのような見通しを確保できる場所に追尾アンテナを設置できないこともある。

その場合、図３に示すように、地球局の追尾アンテナ１１は、移動体（ここでは船舶）の移動に伴い衛星局Ｓを追尾して指向方向を変化させるものの、追尾アンテナ１１と衛星局Ｓとの間に移動体の構造物が障害物として電波を遮断（ブロッキング）すると、通信ができない状態となる。

さらに、図４に示すように、ターゲット衛星局Ｓ０に対する追尾アンテナ１１の指向方向と障害物との離隔角度θが３度以下になった場合に、障害物による反射・回折によって他の衛星局Ｓ１，Ｓ２の方向へ不要波を放射しないために、ターゲット衛星局Ｓ０への通信信号の停波を行うなどの措置がとられる（非特許文献２）。

桧垣、土屋、「船舶用ブロードバンドアンテナにおける防振機構系と追尾制御系の設計手法について」、電子情報通信学会論文誌、Vol.J91-B 、No.12 、2008/12 回線設定実施要領4-3-12運用場所の選定 p.29 www.lascom.or.jp/member/iomver/iomver4 303.pdf

障害物からの離隔角度θに応じて、障害物による反射・回折によって他の衛星局や地上の固定無線局への与干渉が大きくなるような場合には、停波によって通信ができない時間が生じ、通信稼働時間が短くなる課題があった。

本発明は、障害物による反射・回折の影響を考慮し、ターゲット衛星局に対して他の通信局（他の衛星局や地上の固定無線局）への与干渉を低減し、通信稼働時間を向上させることができる地球局装置および地球局装置制御方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、移動体に設置された追尾アンテナの指向方向をターゲット衛星局に向け、追尾アンテナとターゲット衛星局との間で無線通信を行う地球局装置において、追尾アンテナの指向方向と障害物との離隔角度θと、ターゲット衛星局に対して他の通信局方向における回折波レベル値とを対応付けて保持した回折波レベル値テーブルと、離隔角度θを検出し、回折波レベル値テーブルから現在の離隔角度θに対応する他の通信局方向における回折波レベル値を読み出し、その回折波レベル値の少なくとも１つが所定の閾値以上となった場合に、現在の送信周波数をさらに高い周波数に切り替える制御を行う制御手段とを備える。

第１の発明の地球局装置において、制御手段は、隔離角度θに対応するすべての回折波レベル値が所定の閾値未満であれば、現在の送信周波数をさらに低い周波数に切り替える制御を行う構成である。

第２の発明は、移動体に設置された追尾アンテナの指向方向をターゲット衛星局に向け、追尾アンテナとターゲット衛星局との間で無線通信を行う地球局装置制御方法において、追尾アンテナの指向方向と障害物との離隔角度θと、ターゲット衛星局に対して他の通信局（他の衛星局や地上の固定無線局）方向における回折波レベル値とを対応付けて保持した回折波レベル値テーブルを用い、離隔角度θを検出し、回折波レベル値テーブルから現在の離隔角度θに対応する他の通信局方向における回折波レベル値を読み出し、その回折波レベル値の少なくとも１つが所定の閾値以上となった場合に、現在の送信周波数をさらに高い周波数に切り替える制御を行う。

第２の発明の地球局装置制御方法において、隔離角度θに対応するすべての回折波レベル値が所定の閾値未満であれば、現在の送信周波数をさらに低い周波数に切り替える制御を行う。

本発明は、追尾アンテナの指向方向と障害物との位置関係から送信周波数を可変させることにより障害物の回折波を低減し、ターゲット衛星局に対して他の通信局（他の衛星局や地上の固定無線局）への与干渉を低減し、よって通信稼働時間を向上させることができる。

本発明の地球局装置の実施例構成を示す図である。 送信周波数制御部１７の処理手順を示すフローチャートである。 従来の追尾アンテナの課題を説明する図である。 従来の追尾アンテナの課題を説明する図である。

図１は、本発明の地球局装置の実施例構成を示す。
図１において、地球局装置は、ターゲット衛星局を追尾する追尾アンテナ１１と、送信信号を追尾アンテナ１１に出力するモデム１２と、送信信号の周波数を可変させる送信周波数設定部１３と、追尾アンテナ１１の制御値（仰角、方位角、位置情報）を検出するアンテナ制御値検出部１４と、障害物となる移動体の構造物情報をデータ化して保持する障害物情報テーブル１５と、追尾アンテナ１１から衛星局への指向方向（見通し方向）と障害物との離隔角度θに対応する回折波レベル値データを保持する回折波レベル値テーブル１６と、アンテナ制御値検出部１４と障害物情報テーブル１５と回折波レベル値テーブル１６の情報に応じた送信周波数を選択し、送信周波数設定部１３を制御する送信周波数制御部１７とにより構成される。なお、移動体の構造物情報とは、例えば船舶上の艦橋やワイヤーなどの位置情報や形状、材質等の情報である。

まず、コンピュータシミュレーションを元に、他の衛星局の軌道上での受信電界強度や地上の固定無線局での受信電界強度を取得する。ここでは衛星局のみとし、衛星局が軌道上に４度間隔で存在すると仮定する。表１は、ターゲット衛星局に送信した信号が他の各衛星局の方向φ（４度〜28度、−４度〜−28度の４度間隔）で受信される信号電力（干渉レベル）であり、追尾アンテナ１１からターゲット衛星局への指向方向と障害物との離隔角度θ（障害物なし、 0.5度、 1.5度、３度、６度、12度、15度）をパラメータにしている。ここでは、障害物を完全電気導体の角柱（縦５ｍ×横５ｍ×高さ10ｍ）と仮定して計算した。ターゲット衛星局に対して負の方向（−４度〜−28度）の衛星局は障害物と反対側の軌道位置にあり（図４のＳ２）、正の方向（４度〜28度）の衛星局は障害物と同じ側の軌道位置にある（図４のＳ１）。

障害物なしの場合は、追尾アンテナ１１のメインローブおよびサイドローブに応じた各衛星局方向の信号電力となり、障害物との離隔角度θに応じて、障害物表面からの回折波と反射波が加わって信号電力が変化する。例えば、離隔角度θ＝0.5, 1.5, ３度の場合、正の方向（４度，８度，…）の衛星局における信号電力は、追尾アンテナ１１から見通しのない衛星局で受信される障害物の回折波による干渉レベルとなる。また、離隔角度θ＝６度の場合、４度の方向の衛星局における信号電力は、追尾アンテナ１１から見通しのある衛星局で受信される直接波と障害物の反射波および回折波を加算または減算した干渉レベルとなる。

ここで、障害物がない場合の信号電力を基準に、障害物との離隔角度θが変化したときのそれぞれの信号電力から引いたもの（相対値）を表２に示す。

この相対値の正負は、障害物表面からの回折波と反射波による各衛星局方向の干渉レベルの増減に対応し、ここでは「回折波レベル値」という。各衛星局方向における負の回折波レベル値は、障害物がない場合に比べて干渉レベルが減少していることを示し、正の回折波レベル値は障害物がない場合に比べて干渉レベルが増大していることを示す。

表２によれば、ターゲット衛星局に対して負の方向の衛星局における回折波レベル値は概ね負の値を示し、全般的に障害物がない場合に比べて干渉レベルが減少していることがわかる。これは、サイドローブ方向の干渉成分と障害物からの反射波および回折波が打ち消しあっているものと推察される。一方、ターゲット衛星局に対して正の方向の衛星局における回折波レベル値は概ね正の値を示し、全般的に障害物がない場合に比べて干渉レベルが増大していることがわかる。これは、衛星局の見通しにかかわらず、障害物からの反射波および回折波による干渉レベルが増大しているものと推察される。特に、障害物との離隔角度θ＝0.5 度では、見通しのない他の衛星局において、回折波レベル値が10ｄＢ以上の増加を示している。

以上のようにして、所定の送信周波数（例えばｆ１）で求めた回折波レベル値を用い、表２のように障害物からの離隔角度θをパラメータとした回折波レベル値テーブル１６を作成する。実際には、障害物からの離隔角度θを例えば 0.1度間隔として回折波レベル値テーブル１６を作成する。

図２は、送信周波数制御部１７の処理手順を示す。
図２において、送信周波数制御部１７は、アンテナ制御値検出部１４と障害物情報テーブル１５を参照し、アンテナ制御値検出部１４で得られた追尾アンテナ１１の制御値と障害物情報テーブル１５から得られる障害物情報により、追尾アンテナ１１の指向方向（見通し方向）と障害物との離隔角度θを計算する（Ｓ１）。次に、現在の送信周波数に基づいて回折波レベル値テーブル１６を参照し、離隔角度θにおける各衛星局方向の回折波レベル値を取得し（Ｓ２）、各衛星局方向の回折波レベル値と設定した閾値とを比較する（Ｓ３）。

ここで、回折波レベル値の閾値を例えば８ｄＢとしたとき、表２の回折波レベル値テーブルでは、障害物からの離隔角度θが 0.5度、 1.5度、６度の場合に、太字で示すように１以上の衛星局方向の回折波レベル値が閾値以上となり、閾値以上と判定することができる。

このように、障害物からの離隔角度θと現在の送信周波数に基づいて回折波レベル値テーブル１６を参照し、得られた回折波レベル値と閾値とを比較した結果、すべての方向で回折波レベル値が閾値未満の場合は現在の送信周波数ｆ１とし（Ｓ４）、少なくとも１つの方向で回折波レベル値が閾値以上の場合は現在の送信周波数ｆ１より高い送信周波数ｆ２とし（Ｓ５）、周波数設定部１３を制御して送信信号の周波数を切り替える。

これは、同じアンテナを使用した場合、送信周波数が高い方が降雨減衰などの影響を強く受けるものの、回折の影響が小さくなることによる。そのため、障害物からの離隔角度θに対してある方向の回折波レベル値が閾値以上となる場合には、送信周波数を高く設定することにより他の衛星局における干渉レベルを低減することができ、通信稼働率の向上を図ることができる。

なお、複数の閾値を用い、各閾値に対して段階的に送信周波数を可変させるようにしてもよい。

１１ 追尾アンテナ
１２ モデム
１３ 送信周波数設定部
１４ アンテナ制御値検出部
１５ 障害物情報テーブル
１６ 回折波レベル値テーブル
１７ 送信周波数制御部

Claims (4)

1. 移動体に設置された追尾アンテナの指向方向をターゲット衛星局に向け、追尾アンテナとターゲット衛星局との間で無線通信を行う地球局装置において、
   前記追尾アンテナの指向方向と障害物との離隔角度θと、前記ターゲット衛星局に対して他の通信局方向における回折波レベル値とを対応付けて保持した回折波レベル値テーブルと、
   前記離隔角度θを検出し、前記回折波レベル値テーブルから現在の離隔角度θに対応する他の通信局方向における回折波レベル値を読み出し、その回折波レベル値の少なくとも１つが所定の閾値以上となった場合に、現在の送信周波数をさらに高い周波数に切り替える制御を行う制御手段と
   を備えたことを特徴とする地球局装置。
2. 請求項１に記載の地球局装置において、
   前記制御手段は、前記隔離角度θに対応するすべての回折波レベル値が前記所定の閾値未満であれば、現在の送信周波数をさらに低い周波数に切り替える制御を行う構成である ことを特徴とする地球局装置。
3. 移動体に設置された追尾アンテナの指向方向をターゲット衛星局に向け、追尾アンテナとターゲット衛星局との間で無線通信を行う地球局装置制御方法において、
   前記追尾アンテナの指向方向と障害物との離隔角度θと、前記ターゲット衛星局に対して他の通信局方向における回折波レベル値とを対応付けて保持した回折波レベル値テーブルを用い、
   前記離隔角度θを検出し、前記回折波レベル値テーブルから現在の離隔角度θに対応する他の通信局方向における回折波レベル値を読み出し、その回折波レベル値の少なくとも１つが所定の閾値以上となった場合に、現在の送信周波数をさらに高い周波数に切り替える制御を行う
   ことを特徴とする地球局装置制御方法。
4. 請求項３に記載の地球局装置制御方法において、
   前記隔離角度θに対応するすべての回折波レベル値が前記所定の閾値未満であれば、現在の送信周波数をさらに低い周波数に切り替える制御を行う
   ことを特徴とする地球局装置制御方法。

Images