JP6099773B2 - 衛星通信システム、ゲートウェイ、通信網制御局及び衛星通信方法 - Google Patents
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Description
近年では、衛星通信システムの大容量化を実現するため、地域毎に異なるビームでデータ伝送を行うマルチビームデータ伝送が運用されている(下記特許文献1及び非特許文献1参照)。
以下に、本発明にかかる衛星通信システム及び通信方法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本発明が限定されるものではない。
図1から図4を用いて非特許文献1および特許文献1に示されるマルチビームデータ伝送の例を示す。
図1は、マルチビームデータ伝送におけるシステム構成を示すブロック図である。本システムは、端末102−1a〜nb、衛星中継器103、ゲートウェイ105−1〜mから構成され、それぞれが無線で接続されている。図1において、点線は無線で接続されていることを示す。また、ゲートウェイ105は公衆網106に対して有線で接続されている。
ユーザリンクビーム101−1〜nは衛星通信システムのカバレッジエリアを面的にカバーするように配置される。各ユーザリンクビーム101−1〜nは隣接する4個のビームで異なる周波数及び偏波を利用する。つまり、地理的に離れたユーザリンクビーム101−1と101−(n−3)は同一の周波数と偏波を利用することができる。偏波の種類には直線偏波と円偏波があり、円偏波の場合、右旋偏波(以下、RHCP(Right Hand Circular Polarization)と称す)と左旋偏波(以下、LHCP(Left Hand Circular Polarization)と称す)がある。
図4は、ゲートウェイから端末へ送信する場合の周波数の割り当ての一例を示す図である。
図3及び図4において、ユーザリンクビーム101−1〜nに割り当て可能な帯域幅はWfである。フィーダリンクビーム104−1〜mに割り当て可能な帯域幅は偏波を含め4×Wfとなる。また、ユーザリンクビーム101−1〜4はフィーダリンクビーム104−1にのみ接続される。ユーザリンクビーム101−5〜8はフィーダリンクビーム104−2にのみ接続される。同様にしてすべてのユーザリンクビームについて接続するフィーダリンクビームが固定されている。
図5は、実施の形態1に係る衛星通信システムの構成を示すブロック図である。衛星通信システムは、端末502−1a〜nb、衛星中継器503、ゲートウェイ505−1〜m、及び、通信網制御局506から構成されている。公衆網507は、本実施の形態の衛星通信システムの外部に接続されたその他の通信システムを介してインターネットなどのサービスを利用する場合に用いられる。本実施の形態の衛星通信システム内で通信が完結する場合、公衆網507は必ずしも必要ではない。
図7は、実施の形態1に係る衛星通信システムにおける周波数の割り当ての一例を示す図である。各ビームへの周波数の割当は通信網制御局506が制御することとし、具体的な制御方法については後述する。
図12は、実施の形態1に係る端末502の処理の流れを示すフローチャートである。
端末502が処理を開始すると、位置管理部812は、電源がオンか、又は端末502が移動したのかを判定する(S1201)。S1201が真の場合、位置管理部812は位置情報を取得し、送信データとして符号化部803に出力する。符号化部803が符号化し、変調部804が変調した後に、無線送信部805が衛星中継器503に送信する。衛星中継器503が中継し、端末502の位置情報はゲートウェイ505に通知される(S1202)。
図13は、本実施の形態1に係るゲートウェイ505の処理の流れを示すフローチャートである。
周波数情報1901により、送受信制御部819は、各ビームに在圏する端末502が送受信する周波数を決定する。
図14は、本実施の形態1に係るゲートウェイ505における端末502への送信処理の流れを示すフローチャートである。ゲートウェイ505は、周期的又は不定期に本処理を実行する。
図15は、本実施の形態1に係るゲートウェイ505における端末502からの受信処理の流れを示すフローチャートである。ゲートウェイ505は、周期的又は不定期に本処理を実行する。
図16は、本実施の形態1に係る通信網制御局506における処理の流れを示すフローチャートである。通信網制御局506は、不定期又は周期的に本処理を実行する。
ユーザリンクビームとフィーダリンクビームは同じ位置に配置されるものとする。図17において、a〜gはクラスタを示す記号で、4ビームで1つのクラスタを形成する。数字1〜4はクラスタ内での副番を示している。
例えばuu1は図17の副番1に該当するビームa−1〜g−1、uu2は、図17の副番2に該当するビームa−2〜f−2、uu3は、図17の副番3に該当するビームa−3〜e−3、uu4は、図17の副番4に該当するビームa−4〜d−4をそれぞれ割り当てることで4色繰り返しを実現する。
例えば、ビームd−1において要求ユーザリンク帯域幅が増加し、(1)のuu1で割り当てた帯域幅を超過した場合、(2)または(3)に示すように、周波数制御部1106は、ビームd−1に対して割り当てる帯域幅を増加する。
図20は、本実施の形態1に係るビームとクラスタの関係を示す図である。a〜g、pはクラスタを示す記号で、4ビームで1つのクラスタを形成する。数字1〜4はクラスタ内での副番を示している。a−1〜g−1を狭域ビーム、p−1〜p−4を広域ビームとする。狭域ビームと広域ビームではビーム径が異なるため、ビーム間の干渉量が均一ではなくなり周波数繰り返しができない。このような場合、ビーム種別毎に異なる周波数で4色繰り返しを行い、ユーザリンクの帯域幅はビーム種別毎に決定すればよい。また、ビーム種別間の帯域幅の比率はビーム毎の要求サービスリンク帯域幅の比率で決定してもよい。
また、例えば特定のフィーダリンクビーム内で降雨があった場合、降雨減衰によって上記フィーダリンクと接続するユーザリンクビームは通信速度が低下もしくは遮断される。このような場合、本実施の形態では、降雨が発生していないフィーダリンクビームに変更することができる。
例えば特定の地域で災害が起きた場合や、故障などによって稼働できるゲートウェイ数は減少する場合がある。また、Ka帯は降雨減衰量が大きいため、降雨によって稼働率が低下する場合もある。さらには、計画的設備投資によって、衛星打ち上げ後にゲートウェイ数を増やすといったことも考えられる。
ゲートウェイ属性管理部1103は、各ゲートウェイから通知される情報から、ゲートウェイ505の稼働状況を確認する。例えば、送信リソース状況、受信リソース状況で通信量が0と通知された場合や、ゲートウェイ505から通知を受信しない場合は、不稼働として判定する。なお、稼働状況を把握するため、通信網制御局506から各ゲートウェイに対してヘルスチェックの要求を送信してもよい。
実施の形態1では、図17のビームd−1でトラヒックが増加した場合、図18の(2)又は(3)のようにユーザリンク帯域幅を増加した。しかし、(2)及び(3)はいずれも隣接するビームのユーザリンク帯域または、フィーダリンク帯域を減少するというデメリットがある。そこで、新たにゲートウェイ505を追加し、フィーダリンク帯域を空間的に再利用することで、上記デメリットを解消できる。
また、ゲートウェイ505が追加された後の手順については実施の形態1で説明した図16のS1601〜S1604に従えばよい。
102−1a〜nb、502−1a〜nb 端末
103、503 衛星中継器
104−1〜m、504−1〜n フィーダリンクビーム
105−1〜m、505−1〜m ゲートウェイ
106、507 公衆網
506 通信網制御局
301〜302−L、701〜708−L 左旋偏波
301〜302−R、701〜708−R 右旋偏波
801 パケット受信部
802 受信バッファ
803 符号化部
804 変調部
805 無線送信部
806 無線受信部
807 復調部
808 復号部
809 パケット送信部
810 送信バッファ
811 通信制御部
812 位置管理部
813 回線品質測定部
814 バッファ管理部
815 通信方式指示部
816 送受信指示部
817 再送制御部
818 外部通信装置
901、901a〜b 受信RF部
902、902a〜b A/D変換部
903、903a〜b 分波部
904 スイッチ部
905、905a〜b 利得制御部
906、906a〜b 合波部
907、907a〜b D/A変換部
908、908a〜b 送信RF部
909 電力測定部
910 制御情報送受信部
1001 パケット受信部
1002 受信バッファ
1003 符号化部
1004 変調部
1005 多重部
1006 無線送信部
1007 無線受信部
1008 分離部
1009 復調部
1010 復号部
1011 パケット送信部
1012 送信バッファ
1013 通信制御部
1014 位置管理部
1015 リソース管理部
1016 回線品質測定部
1017 バッファ管理部
1018 通信方式制御部
1019 送受信制御部
1020 再送制御部
1101 制御情報送受信部
1102 制御情報蓄積部
1103 ゲーェイ属性管理部
1104 ラヒック監視部
1105 回線品質監視部
1106 周波数制御部
1107 ビーム間接続制御部
1901 周波数情報
Claims (17)
- 端末と地上に設置されるゲートウェイとの通信を衛星中継器によって中継する衛星通信システムであって、
前記衛星中継器は、前記端末と通信するためのユーザリンクのビームと前記ゲートウェイと通信するためのフィーダリンクのビームとを同じ地域に形成するとともに、トラフィックの状況に基づいて、
前記ユーザリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更する、
前記フィーダリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更する、
前記ユーザリンクのビームと前記フィーダリンクのビームとの対応付けを変更する、
のうちの少なくとも1つを実施し、
前記衛星通信システムは、さらに、
前記ユーザリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つと、
前記フィーダリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つと、
前記ユーザリンクのビームと前記フィーダリンクのビームとの対応付けと、
のうちの少なくとも1つを、前記衛星中継器と前記ゲートウェイとに通知する通信網制御局を備える
ことを特徴とする衛星通信システム。 - 前記ゲートウェイは、複数のゲートウェイを接続する回線の容量を保持し、前記通信網制御局に前記容量を通知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。
- 前記ゲートウェイは、自身に割り当てられたフィーダリンクの回線容量を測定し、前記通信網制御局に前記回線容量と前記フィーダリンクのビームを識別するビーム識別子とを通知することを特徴とする請求項1又は2に記載の衛星通信システム。
- 前記ゲートウェイは、前記フィーダリンクの周波数の利用率と前記ユーザリンクに送信するデータ量と前記ユーザリンクから受信するデータ量とを前記通信網制御局に通知することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の衛星通信システム。
- 前記通信網制御局は、複数の前記フィーダリンクのビームの位置関係に基づいて、周波数を再利用して前記フィーダリンクのビームに割り当てることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の衛星通信システム。
- 前記通信網制御局は、前記ゲートウェイの追加又は削除を示すゲートウェイ稼働状況に基づいて、
前記ユーザリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更する、
前記フィーダリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更する、
前記ユーザリンクのビームと前記フィーダリンクのビームとの対応付けを変更する、
のうちの少なくとも1つを実施することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の衛星通信システム。 - 前記通信網制御局は、前記ゲートウェイから通知される回線品質に基づいて、前記フィーダリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の衛星通信システム。
- 前記通信網制御局は、前記ユーザリンクのビームを複数の前記フィーダリンクのビームに対応付けることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の衛星通信システム。
- 地上に設置され、端末と衛星中継器を介して通信するゲートウェイであって、
複数のゲートウェイを接続する回線の容量を保持し、衛星通信システムを制御する通信網制御局に前記容量を通知するリソース管理部を備えることを特徴とするゲートウェイ。 - 前記衛星中継器と通信するためのフィーダリンクのビームのうち自身が在圏する前記フィーダリンクのビームを識別するビーム識別子を取得する位置管理部と、
フィーダリンクの回線容量を測定し、前記通信網制御局に前記回線容量と前記ビーム識別子とを通知する回線品質測定部と、
を備えることを特徴とする請求項9に記載のゲートウェイ。 - 前記リソース管理部は、前記フィーダリンクの周波数の利用率と、前記端末と通信するためのユーザリンクに送信するデータ量と、前記ユーザリンクから送信されるデータ量とを前記通信網制御局に通知することを特徴とする請求項10に記載のゲートウェイ。
- 端末と地上に設置されるゲートウェイとの通信を衛星中継器によって中継する衛星通信システムを制御する通信網制御局であって、
前記ゲートウェイから通知されるリソースの状況に基づいて、前記端末と前記衛星中継器とが通信するためのユーザリンクのビームと、前記ゲートウェイと前記衛星中継器とが通信するためのフィーダリンクのビームとについて、中心周波数と帯域幅と偏波とのうちの少なくとも1つを割り当てる周波数制御部と、
前記ユーザリンクのビームと前記フィーダリンクのビームとの対応付けを決定するビーム間接続制御部と、
を備えることを特徴とする通信網制御局。 - 前記周波数制御部は、複数の前記フィーダリンクのビームの位置関係に基づいて、周波数を再利用して前記フィーダリンクのビームに割り当てることを特徴とする請求項12に記載の通信網制御局。
- 前記ゲートウェイの追加又は削除を示すゲートウェイ稼働状況を保持するゲートウェイ属性管理部を備え、
前記周波数制御部は、前記ゲートウェイ稼働状況に基づいて、
前記ユーザリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更する、
前記フィーダリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更する、
前記ユーザリンクのビームと前記フィーダリンクのビームとの対応付けを変更する、
のうちの少なくとも1つを実施することを特徴とする請求項12又は13に記載の通信網制御局。 - 前記ゲートウェイ属性管理部は、前記ゲートウェイから通知される回線品質を保持し、
前記周波数制御部は、前記ゲートウェイ属性管理部から通知される前記回線品質に基づいて、前記フィーダリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更することを特徴とする請求項14に記載の通信網制御局。 - 前記ビーム間接続制御部は、前記ユーザリンクのビームを複数の前記フィーダリンクのビームに対応付けることを特徴とする請求項12から15のいずれか一項に記載の通信網制御局。
- 端末と地上に設置されるゲートウェイとの通信を衛星中継器によって中継する衛星通信方法であって、
前記衛星中継器は、
前記端末と通信するためのユーザリンクのビームと前記ゲートウェイと通信するためのフィーダリンクのビームを同じ地域に形成するとともに
トラフィックの状況に基づいて、
前記ユーザリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更する、
前記フィーダリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つを変更する、
前記ユーザリンクのビームと前記フィーダリンクのビームとの対応付けを変更する、
のうちの少なくとも1つを実施し、
通信網制御局は、
前記ユーザリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つと、
前記フィーダリンクのビームに割当てる中心周波数と帯域幅と偏波との少なくとも1つと、
前記ユーザリンクのビームと前記フィーダリンクのビームとの対応付けと、
のうちの少なくとも1つを、前記衛星中継器と前記ゲートウェイとに通知する
ことを特徴とする衛星通信方法。
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