JP6239219B2 - 通信衛星、回線制御装置および衛星通信システム - Google Patents

Description

本発明は、地上端末と地上基地局との通信を中継する通信衛星、回線制御装置および衛星通信システムに関する。

衛星通信システムにおいて、降雨などの影響による下りフィーダリンクの不稼働率を低減する方法として、非特許文献１および特許文献１などに開示されている技術がある。フィーダリンクとは、通信衛星と地上基地局との間の回線であり、下りフィーダリンクとは通信衛星から地上基地局へ送信する方向の回線である。

非特許文献１には、予備の地上基地局を備え、伝搬路の状況に応じて通信衛星が接続する地上基地局を切り換えることにより、下りフィーダリンクの不稼働率を低減する選択送信ダイバーシチを用いる衛星通信システムが開示されている。また、特許文献１には、専用線を用いずにサイトダイバーシチを実現する技術が開示されている。サイトダイバーシチは、通信衛星が複数の地上基地局に対して同じ信号を送信することにより、下りフィーダリンクの不稼働率を低減する技術である。

特開昭６３−１７９６２９号公報

Ｇｈａｒａｎｊｉｋ ｅｔ ａｌ.，"Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｇａｔｅｗａｙ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎ Ｑ/Ｖ Ｂａｎｄ Ｆｅｅｄｅｒ Ｌｉｎｋｓ," ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ.６３, ＮＯ.３，ＭＡＲＣＨ ２０１５

通信衛星は、地上端末から送信された通信データを地上基地局へ中継する中継装置として機能する。非特許文献１に開示されるような選択送信ダイバーシチを行う衛星通信システムでは、送信する通信データの中継先を地上基地局単位で一括して別の地上基地局に切り換える。地上端末と通信衛星との間の地上端末から通信衛星へ向かう方向の回線である上りユーザリンクに対する要求品質、すなわち要求される伝搬路品質が、地上端末間で差がある場合、最も高い要求品質を基準に地上基地局を切り替えることになる。このため、要求品質の低い地上端末、すなわち最も高い要求品質より要求品質が低い地上端末にとっては不要な切り替えが多発することとなる。切り替えの際には一時的に通信が途切れるため、要求品質の低い地上端末では、通信の効率が低下するという問題があった。

また、特許文献１に開示されるようなサイトダイバーシチを行う衛星通信システムでは、複数の地上基地局に同一の信号を送信する。このため、上りユーザリンクに対して地上端末の要求品質に差がある場合、要求品質が低くサイトダイバーシチによる送信が不要な端末であっても、複数の地上基地局に対して信号が中継される。このため、周波数利用効率が悪くなるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信効率の低下および周波数の利用効率の低下を抑制しつつ下りフィーダリンクの不稼働率を低減させることができる通信衛星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、本発明にかかる通信衛星は、各々が異なる第１のビームを形成可能な複数の第１のアンテナと、各々が地上基地局へ信号を送信するための異なる第２のビームを形成可能な複数の第２のアンテナと、を備える。また、本発明にかかる通信衛星は、第１のビームにより受信した受信信号を、送信元の地上端末ごとの信号であるユーザリンク信号に分割する分波部を第１のアンテナごとに備え、入力された信号を合波して第２のアンテナに出力する合波部を第２のアンテナごとに備える。また、本発明にかかる通信衛星は、ユーザリンク信号ごとに決定された該ユーザリンク信号を複製するか否かを示す情報に基づいて情報により複製を指示されたユーザリンク信号を複製して複製信号を生成し、複製信号およびユーザリンク信号を、複製信号およびユーザリンク信号にそれぞれ割当てられた第２のビームに対応する合波部へ出力するスイッチ、を備える。

本発明によれば、通信効率の低下および周波数の利用効率の低下を抑制しつつ下りフィーダリンクの不稼働率を低減させることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる衛星通信システムの構成例を示す図 実施の形態１の通信衛星１および回線制御装置の構成例を示す図 実施の形態１の衛星通信システムにおける中継動作を模式的に示す図 図３に示した動作を詳細に説明するための図 実施の形態１の回線制御装置の詳細構成例を示す図 実施の形態１の中継器制御情報生成部における切替規則の生成手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の切替規則の一例を示す図 実施の形態１の通信衛星の制御用送受信部の構成例を示す図 実施の形態１の中継器制御部の構成例を示す図 実施の形態１の処理回路の構成例を示す図 実施の形態１の制御回路の構成例を示す図 実施の形態２の衛星通信システムにおける中継方法を示す図 実施の形態２の衛星通信システムにおける中継方法を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる通信衛星、回線制御装置および衛星通信システム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、本発明の実施の形態１にかかる衛星通信システム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３００は、通信衛星１、地上端末２−１〜２−４、地上基地局３−１〜３−３、回線制御装置９および制御局１０で構成される。通信衛星１は、ユーザビーム６−１，６−２、およびフィーダビーム７−１〜７−３を形成可能である。ユーザビーム６−１，６−２は、通信衛星１とユーザ端末である地上端末２−１〜２−４との通信のために形成されるビームである。フィーダビーム７−１〜７−３は、通信衛星１と地上基地局３−１〜３−３との通信のために形成されるビームである。

なお、図１では、ユーザビームを２つ、フィーダビームを３つ図示しているが、ユーザビームおよびフィーダビームの数は、それぞれ図１にした例に限定されず、いくつであってもよい。また、地上基地局の数、およびユーザビーム６−１，６−２のそれぞれに在圏する地上端末の数についても、図１の例に限定されない。

図１に示すように、地上端末２−１および地上端末２−２が、ユーザビーム６−１に在圏しており、地上端末２−３および地上端末２−４が、ユーザビーム６−２に在圏している。また、フィーダビーム７−１，７−２，７−３には、それぞれ地上基地局３−１，３−２，３−３が在圏する。通信衛星１は、地上端末２−１〜２−４から送信された通信データを、地上基地局３−１〜３−３へ中継する中継装置として機能する。なお、本実施の形態では、通信衛星１が、地上端末２−１〜２−４から送信された通信データを、地上基地局３−１〜３−３へ中継する方向の通信について説明するが、通信衛星１は、さらに、地上基地局３−１〜３−３から送信された通信データを地上端末２−１〜２−４へ中継してもよい。通信衛星１が、地上基地局３−１〜３−３から送信された通信データを地上端末２−１〜２−４へ中継するための構成および動作については一般的な構成および動作でよく、どのような構成および動作でもよいため詳細な説明は省略する。

地上端末２−１および地上端末２−２は、それぞれ上りユーザリンクにより通信衛星１へ通信データを送信する。上りユーザリンク信号４−１，４−２は、地上端末２−１，２−２からそれぞれ通信衛星１へ上りユーザリンクにより送信される信号を示している。下りフィーダリンク信号５−１，５−２，５−３は、通信衛星１から下りフィーダリンクにより地上基地局３−１，３−２，３−３へそれぞれ送信される信号を示している。通信衛星１は、上りユーザリンク信号４−１，４−２を、それぞれに対応する地上端末２−１，２−２が在圏するユーザビーム６−１により受信し、上りユーザリンク信号４−３，４−４を、それぞれに対応する地上端末２−３，２−４が在圏するユーザビーム６−２により受信する。通信衛星１は、上りユーザリンク信号４−１〜４−４を、それぞれ下りフィーダリンク信号５−１，５−２，５−３のうちの１つ以上に含めて送信する。

地上基地局３−１〜３−３および回線制御装置９は、地上ネットワーク８を介して相互に接続される。また、地上基地局３−１〜３−３および回線制御装置９は、地上ネットワーク８に接続されている図１には示されていない通信装置とも、直接的に、または他の装置および他の地上ネットワークを介して間接的に接続され得る。

回線制御装置９は、制御局１０と接続され、通信衛星１を制御するための指令である制御コマンドを作成して制御局１０へ送信する。すなわち、回線制御装置９は、通信衛星１へ送信する制御情報を含む制御コマンドを生成する。なお、回線制御装置９と制御局１０とを合わせて制御局と呼ぶこともできる。制御局１０は、地上に設置され、通信衛星１へ制御コマンドを送信する送信機と通信衛星１からテレメトリと呼ばれるデータを受信する受信機とを備える。テレメトリは、通信衛星１の状態を地上において把握するためにあらかじめ定められたデータ、または制御コマンドにより指定されたデータである。本実施の形態では、テレメトリには、通信衛星１における、各ユーザビームにより受信した受信信号の受信電力、フィーダビームにより送信する送信信号の送信電力、後述する分波後の各狭帯域信号の受信電力といったものが含まれる。制御局１０と通信衛星１との間の通信には、図１では図示を省略した制御回線が用いられる。制御局１０は、回線制御装置９から受信した制御コマンドを通信衛星１へ送信する。

図１では、ユーザビームを２つ図示しているが、ユーザビームの数が１００にも及ぶような多数のユーザビームを用いる衛星通信システムも存在する。本実施の形態の構成および動作は、このように、多数のユーザビームを用いる衛星通信システムにも適用可能である。多数のユーザビームを用いる衛星通信システムでは、周波数利用効率を向上させるために、周波数を繰返し使用する方法が用いられることがある。繰返し使用する方法では、隣接するユーザビーム間では、互いに異なる周波数または互いに異なる偏波を用い、一定距離以上離れたユーザビーム間では、同一の周波数および偏波を用いることを許容する。

図１の例では、ユーザビーム６−１，６−２は、互いに隣接する例を示しており、互いの干渉を回避または軽減するために、周波数および偏波のうち少なくとも一方を異ならせる。以下の説明では、ユーザビーム６−１，６−２とで、異なる周波数を用いる例を説明する。なお、上述したように、ユーザビーム６−１，６−２とで、同一周波数の異なる偏波を用いてもよい。一方、図１の例では、フィーダビーム７−１〜７−３は、相互に一定距離以上離れており、互いの干渉は考慮しなくてよいとし、フィーダビーム７−１〜７−３のそれぞれに同一の周波数および偏波を割当て可能なものとする。なお、３つ以上のユーザビームを用いる衛星通信システムでは、通信衛星１がユーザビームごとに備える構成要素をユーザビーム分備えればよい。

図２は、実施の形態１の通信衛星１および回線制御装置９の構成例を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の通信衛星１は、ユーザビームアンテナ１１−１，１１−２、アンテナ１４、フィーダビームアンテナ２４−１〜２４−３、中継器制御部１２、制御用送受信部１３および中継器３０を備える。複数の第１のアンテナであるユーザビームアンテナ１１−１，１１−２は、各々が異なる第１のビームであるユーザビーム６−１，６−２を形成可能なアンテナである。複数の第２のアンテナであるフィーダビームアンテナ２４−１，２４−２，２４−３は、各々が地上基地局３−１〜３−３へ信号を送信するための異なる第２のビームであるフィーダビーム７−１，７−２，７−３を形成可能なアンテナである。

図２に示すように、中継器３０は、受信ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部（図では、ＲＸと略す）１５−１，１５−２、分波部１６−１，１６−２、受信利得制御部１７−１，１７−２、スイッチ１８、送信利得制御部１９−１〜１９−３、合波部２０−１〜２０−３、および送信ＲＦ部（図ではＴＸと略す）２１−１〜２１−３を備える。図２に示すように、通信衛星１は、受信ＲＦ部、分波部、受信利得制御部をユーザビームの数分備え、送信利得制御部、合波部および送信ＲＦ部をフィーダビーム数分備える。

受信ＲＦ部１５−１は、ユーザビームアンテナ１１−１により受信された受信信号に対して増幅、フィルタ処理および周波数変換といったアナログ信号処理を施し、処理後の受信信号を分波部１６−１へ出力する。

分波部１６−１は、受信ＲＦ部１５−１から入力された受信信号を、入力された受信信号の帯域幅より帯域幅が狭い信号である狭帯域信号に細分化し、狭帯域信号を受信利得制御部１７−１を介してスイッチ１８へ出力する。狭帯域信号は、上りユーザリンク信号に対応する帯域、または上りユーザリンク信号に対応する帯域より狭い帯域の信号であり、１つ以上の狭帯域信号が１つの上りユーザリンク信号に対応する。すなわち、分波部１６−１は、ユーザビーム６−１により受信した受信信号を、送信元の地上端末ごとの信号であるユーザリンク信号である上りユーザリンク信号に分割して、受信利得制御部１７−１へ出力する。分波部１６−１における分波の詳細については後述する。

受信利得制御部１７−１は、分波部１６−１から出力された狭帯域信号に対して、それぞれ振幅および位相のうち少なくとも一方を調整し、調整後の狭帯域信号をスイッチ１８へ出力する。なお、通信衛星１は、受信利得制御部１７−１を備えなくてもよく、また、受信利得制御部１７−１を分波部１６−１内に備えてもよい。

受信ＲＦ部１５−２、分波部１６−２および受信利得制御部１７−２も、ユーザビームアンテナ１１−２により受信された受信信号に対して受信ＲＦ部１５−１、分波部１６−１および受信利得制御部１７−１と同様の処理を実施する。これにより、スイッチ１８には、受信利得制御部１７−２から振幅および位相のうち少なくとも一方が調整された後の狭帯域信号が入力される。

スイッチ１８は、中継器制御部１２から指示された切替規則に従って、入力された狭帯域信号に対して、接続先のフィーダビームおよび周波数配置の交換処理を実施する。接続先のフィーダビームの交換処理は、狭帯域信号ごとに、切替規則により定められた宛先のフィーダビームに対応する送信利得制御部１９−１〜１９−３へ狭帯域信号を出力する処理である。周波数配置の交換処理は、同一のフィーダビームで送信する信号内での、狭帯域信号の配置を定める処理である。周波数配置の交換処理の具体的実装方法に制約はないが、例えば、次のように実現することができる。スイッチ１８から送信利得制御部１９−１〜１９−３へそれぞれ複数の信号線により交換処理後の狭帯域信号が入力され、送信利得制御部１９−１〜１９−３からそれぞれ複数の信号線により各合波部２０−１〜２０−３へ出力されるとする。各信号線の番号と周波数配置とをあらかじめ対応させておけば、スイッチ１８が送信利得制御部１９−１〜１９−３へ狭帯域信号を出力する際に、出力先の信号線を選択することにより合波部２０−１〜２０−３が合波を実施する際の各狭帯域信号の周波数配置を指定することができる。なお、通信衛星１は、送信利得制御部１９−１〜１９−３を備えなくてもよく、また、送信利得制御部１９−１〜１９−３をそれぞれ対応する合波部２０−１〜２０−３内に備えてもよい。

さらに、本実施の形態では、スイッチ１８は、中継器制御部１２から指示された切替規則に従って、狭帯域信号のうちの少なくとも一部を複製し、複製後の狭帯域信号を送信利得制御部１９−１〜１９−３のうちの１つ以上に出力する複製処理を実施することもある。すなわち、スイッチ１８は、上りユーザリンク信号ごとに決定された該上りユーザリンク信号を複製するか否かを示す情報に基づいて、この情報により複製を指示された上りユーザリンク信号を複製して複製信号を生成し、複製信号および上りユーザリンク信号を、複製信号および上りユーザリンク信号にそれぞれ割当てられたフィーダビーム７−１〜７−３に対応する合波部２０−１〜２０−３へ出力する。本実施の形態の切替規則の内容については後述する。複製処理は、交換処理の前で行ってもよいし、交換処理の後で行ってもよいが、複製された狭帯域信号を２つ以上のフィーダビームに分配する場合には交換処理の前で複製する。

送信利得制御部１９−１は、スイッチ１８から出力された狭帯域信号に対して振幅および位相のうち少なくとも一方を調整し、調整後の狭帯域信号を合波部２０−１へ出力する。

合波部２０−１は、送信利得制御部１９−１から出力された１つ以上の狭帯域信号を、周波数変換処理などを用いて広帯域信号に合成、すなわち合波し、合波後の信号を送信ＲＦ部２１−１へ出力する。すなわち、合波部２０−１は、入力された信号を合波して送信ＲＦ部２１−１を介してフィーダビームアンテナ２４−１に出力する。

送信ＲＦ部２１−１は、合波部２０−１から合波された信号に対して、周波数変換処理、フィルタ処理および増幅といったアナログ信号処理を施し、処理後の信号をフィーダビームアンテナ２４−１へ出力する。送信利得制御部１９−２、合波部２０−２および送信ＲＦ部２１−２も送信利得制御部１９−１、合波部２０−１および送信ＲＦ部２１−１と同様の処理を実施し、送信ＲＦ部２１−２は、フィーダビームアンテナ２４−２へ処理後の信号を出力する。送信利得制御部１９−３、合波部２０−３および送信ＲＦ部２１−３も送信利得制御部１９−１、合波部２０−１および送信ＲＦ部２１−１と同様の処理を実施し、送信ＲＦ部２１−３は、フィーダビームアンテナ２４−３へ処理後の信号を出力する。

制御用送受信部１３は、制御局１０から送信された制御コマンドを受信し、制御局１０へテレメトリを送信する送受信機である。制御用送受信部１３は、制御局１０から受信した制御コマンドのうちの中継動作に関する制御コマンドに含まれる情報である中継制御情報を中継器制御部１２へ出力する。中継器制御部１２は、中継制御情報に基づいて中継器３０を制御する。中継制御情報には、例えば、中継器３０のスイッチ１８における交換規則、受信利得制御部１７−１，１７−２および送信利得制御部１９−１〜１９−３における利得、すなわち振幅および位相のうち少なくとも一方を調整するための情報などが含まれる。なお、ここでいう利得は複素利得を示すものとし、利得は、振幅の調整量および位相の調整量のうちの少なくとも一方を示すこととする。中継器３０は、中継器制御部１２からの指示に基づいて、ユーザビームアンテナ１１−１，１１−２により受信した通信データをフィーダビームアンテナ２４−１〜２４−３へ出力する。

また、図２に示すように、本実施の形態の回線制御装置９は、記憶部９１、計算部９２および送受信部９３，９４を備える。計算部９２は、制御コマンドを生成する処理を実施する。制御コマンドを生成する処理には、後述するように、本実施の形態の切替規則の算出処理が含まれる。送受信部９３は、地上ネットワーク８との間の通信を実施する送受信機である。送受信部９４は、制御局１０との間の通信を実施する送受信機である。記憶部９１は、計算部９２の処理に用いる各種データを記憶し、また計算部９２の処理を実現するためのプログラムを記憶する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。図３は、本実施の形態の衛星通信システムにおける中継動作を模式的に示す図である。通信衛星１は、地上端末２−１〜２−２からそれぞれ送信される上りユーザリンク信号４−１〜４−２をユーザビーム６−１により受信し、地上端末２−３〜２−４からそれぞれ送信される上りユーザリンク信号４−３〜４−４をユーザビーム６−２により受信する。図３に示す例では、上りユーザリンク信号４−１，４−３は、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）により変調された信号であり、上りユーザリンク信号４−２，４−４は、１６ＡＰＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）により変調された信号である。

一般に変調方式の多値数が大きい程、要求される通信品質を満足するための要求Ｃ／Ｎ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）は高くなる。したがって、上りユーザリンク信号４−２，４−４に対する要求Ｃ／Ｎは、上りユーザリンク信号４−１，４−３に対する要求Ｃ／Ｎより高い。一般的な選択送信ダイバーシチおよびサイトダイバーシチでは、降雨減衰などにより伝送路状態が悪化した場合、地上基地局単位で、上りユーザリンク信号の転送先の切替えまたは上りユーザリンク信号の複製が行われる。図２の構成例に例えると、各合波部２０−１〜２０−３へ入力される信号単位で、上りユーザリンク信号の切替えまたは複製が行われる。上りユーザリンク信号間で要求Ｃ／Ｎに差がある場合、一般的な選択送信ダイバーシチおよびサイトダイバーシチでは、要求Ｃ／Ｎが最も高い上りユーザリンク信号に合わせて、上記の切替えまたは複製が行われることになる。すなわち、要求Ｃ／Ｎが最も高い上りユーザリンク信号以外の上りユーザリンク信号である要求Ｃ／Ｎが低い上りユーザリンク信号に対しては、不要な切替えまたは複製が行われることになる。したがって、通信効率の低下または周波数利用効率の低下が生じる。

これに対し、本実施の形態では、各上りユーザリンク信号に対する要求Ｃ／Ｎ、すなわち各上りユーザリンク信号に対して要求される通信品質に応じて、上りユーザリンク信号を複製するか否かが決定される。

図３の例では、通信衛星１の中継器３０は、要求Ｃ／Ｎの高い上りユーザリンク信号４−２，４−４を複製して、複数のフィーダリンクビームにより送信する。具体的には、上りユーザリンク信号４−２を複製して、フィーダビーム７−１およびフィーダビーム７−２により送信し、上りユーザリンク信号４−４を複製して、フィーダビーム７−２およびフィーダビーム７−３により送信する。すなわち上りユーザリンク信号と該上りユーザリンク信号が複製された複製信号とは、異なるフィーダビームに割当てられる。これにより、上りユーザリンク信号４−２は、地上基地局３−１で受信されるとともに地上基地局３−２で受信され、上りユーザリンク信号４−４は、地上基地局３−２で受信されるとともに地上基地局３−３で受信される。このようにして、要求Ｃ／Ｎの高い上りユーザリンク信号４−２，４−４に対してサイトダーバシチを実現することができ、フィーダリンクの不稼働率を向上させることができる。

一方、図３の例では、通信衛星１の中継器３０は、要求Ｃ／Ｎの低い上りユーザリンク信号４−１，４−３は複製せず、それぞれ１つのフィーダリンクビームにより送信する。一般的な選択送信ダイバーシチおよびサイトダイバーシチでは、上りユーザリンク信号４−１，４−３についても切替えまたは複製が行われるが、本実施の形態では、上りユーザリンク信号４−１，４−３については切替えまたは複製が行われない。本実施の形態では、要求Ｃ／Ｎの高い上りユーザリンク信号を複製して、複数のフィーダリンクビームにより送信し、要求Ｃ／Ｎの低い上りユーザリンク信号を複製しないことにより、サイトダイバーシチを実現しつつ、通信効率の低下、および周波数利用効率の低下を抑制することができる。

図４は、図３に示した動作を詳細に説明するための図である。図４を用いて、通信衛星１内の動作を詳細に説明する。なお、図４では、動作の説明をわかりやすくするために、中継器３０内の構成要素の一部を省略しているが、実際には、中継器３０内の構成は図２に示した構成である。

図４に示すように、ユーザビームアンテナ１１−１が受信する受信信号には、上りユーザリンク信号４−１および４−２が周波数多重されている。また、ユーザビームアンテナ１１−２が受信する受信信号には、上りユーザリンク信号４−３および４−４が周波数多重されている。ここでは、上述したように、ユーザビーム６−１，６−２が隣接して異なる周波数を用いる前提であるため、ユーザビームアンテナ１１−１が受信する受信信号の周波数と、ユーザビームアンテナ１１−２が受信する受信信号の周波数とは、重ならないように配置されている。ユーザビームアンテナ１１−１が受信する受信信号と、ユーザビームアンテナ１１−２が受信する受信信号との間で、偏波が直交する場合、例えば一方が右旋円偏波で他方が左旋円偏波の場合には、ユーザビームアンテナ１１−１が受信する受信信号の周波数と、ユーザビームアンテナ１１−２が受信する受信信号の周波数とは重なっていてもよい。また、ユーザビーム６−１，６−２が、干渉の影響が無視できる程度に離れている場合であれば、ユーザビームアンテナ１１−１が受信する受信信号の周波数と、ユーザビームアンテナ１１−２が受信する受信信号の周波数とは重なっていてもよい。周波数および偏波の割当方法は、通信衛星１側で各ユーザビームにより受信した受信信号を分離できるものであれば任意の割当方法を用いることができる。

中継器３０では、分波部１６−１，１６−２が、受信ＲＦ部１５−１，１５−２を介して、それぞれユーザビームアンテナ１１−１，１１−２により受信された受信信号を細分化して狭帯域信号を生成する。分波部１６−１，１６−２は、複数の狭帯域フィルタで構成されるフィルタバンクであり、入力された信号から中継器制御部１２により設定された周波数帯域の信号を抽出することにより狭帯域信号を生成する。図４の例では、分波部１６−１は、ユーザビームアンテナ１１−１により受信された受信信号から、上りユーザリンク信号４−１および上りユーザリンク信号４−２にそれぞれ対応する周波数帯域の信号を抽出することにより、２つの狭帯域信号を生成する。また、分波部１６−２は、ユーザビームアンテナ１１−２により受信された受信信号から、上りユーザリンク信号４−３および上りユーザリンク信号４−４にそれぞれ対応する周波数帯域の信号を抽出することにより、２つの狭帯域信号を生成する。

図４の例では、上りユーザリンク信号４−１と上りユーザリンク信号４−２とが同じ周波数帯域幅を持ち、分波部１６−１から出力される狭帯域信号の周波数帯域幅が、上りユーザリンク信号４−１および上りユーザリンク信号４−２の周波数帯域幅と同一である例を示しているが、各信号の帯域幅、すなわち周波数帯域幅は図４の例に限定されない。例えば、上りユーザリンク信号４−１と上りユーザリンク信号４−２とで周波数帯域幅が異なっていてもよい。また、分波部１６−１が、各上りユーザリンク信号の帯域幅より狭い帯域幅の狭帯域信号を生成しても良い。この場合、１つの上りユーザリンク信号は、複数の狭帯域信号に分解されることになる。このように、１つの上りユーザリンク信号を分解しても、１つの上りユーザリンク信号が分解された狭帯域信号が同一の合波部２０−１〜２０−３に入力され、合波部２０−１〜２０−３が分解された狭帯域信号を構成するようにすれば、元の上りユーザリンク信号が復元される。このように分波部、スイッチおよび合波部を備える中継器は一般にチャネライザとして知られている。チャネライザはアナログ素子のみで構成するもの、デジタル信号処理で構成するもの、両者のハイブリッド構成等、その実現方法は様々だが、実施の形態１にかかる衛星通信システムでは、特定の上りユーザリンク信号を抽出することが可能であり、かつ信号成分の複製が可能なチャネライザであればその構成方法は特に問わない。

分波部１６−１，１６−２により生成された狭帯域信号はスイッチ１８に入力される。スイッチ１８は、中継器制御部１２から指示される切替規則に従って、入力された狭帯域信号を合波部２０−１〜２０−３に分配する。切替規則は、上述したように、回線制御装置９により決定された制御局１０から送信され、通信衛星１のアンテナ１４および制御用送受信部１３を介して中継器制御部１２へ入力される。また、切替規則には、狭帯域信号の複製に関する規則も含まれる。図３および図４の例では、切替規則において、上りユーザリンク信号４−１，４−２はフィーダビーム７−１から送信され、上りユーザリンク信号４−３，４−４はフィーダビーム７−３から送信されることが規定されるとともに、上りユーザリンク信号４−２，４−４は複製されてフィーダビーム７−２から送信されることが規定されている。

スイッチ１８は、上りユーザリンク信号４−２を複製して、フィーダビーム７−１に対応する合波部２０−１とフィーダビーム７−２に対応する合波部２０−２とに出力する。また、スイッチ１８は、上りユーザリンク信号４−４を複製して、フィーダビーム７−２に対応する合波部２０−２とフィーダビーム７−３に対応する合波部２０−３とに出力する。また、スイッチ１８は、上りユーザリンク信号４−１を、フィーダビーム７−１に対応する合波部２０−１へ出力し、上りユーザリンク信号４−３を、フィーダビーム７−３に対応する合波部２０−３へ出力する。合波部２０−１〜２０−３のそれぞれは、入力された狭帯域信号を合波して、対応する送信ＲＦ部２１−１〜２１−３を介して、対応するフィーダビームアンテナ２４−１〜２４−３へ出力する。合波部２０−１〜２０−３における合波の際の各狭帯域信号の周波数上の配置は、切替規則により定められている。フィーダビームアンテナ２４−１〜２４−３は、それぞれ入力された信号を下りフィーダリンク信号５−１〜５−３としてフィーダビーム７−１〜７−３により送信する。

ここで、図３および図４を用いて説明した例において、フィーダビーム７−１に対応するエリアで降雨が発生して、下りフィーダリンク信号５−１に降雨減衰が生じ、フィーダビーム７−２に対応するエリアでは降雨が発生していないとする。この場合、要求Ｃ／Ｎの高い上りユーザリンク信号４−２は、フィーダビーム７−１とフィーダビーム７−２の双方により送信されるので、地上基地局３−１および地上基地局３−２で受信される。したがって、降雨減衰のない地上基地局３−２で受信した信号から上りユーザリンク信号４−２を抽出することで、上りユーザリンク信号４−２を降雨減衰の影響を受けずに受信することができる。したがって、地上基地局３−１および地上基地局３−２がそれぞれ上りユーザリンク信号４−２を復調し、復調結果に誤りがある場合には、他方の地上基地局から復調結果を取得する。すなわち、地上基地局３−１および地上基地局３−２のうち上りユーザリンク信号４−２または上りユーザリンク信号４−２が複製された複製信号が含まれる信号を通信衛星１から受信した地上基地局である第１の地上基地局は、通信衛星１から受信した信号を復調する。そして、第１の地上基地局は、復調結果である第１の復調結果に誤りが含まれると判断した場合、通信衛星２から受信した上りユーザリンク信号４−２と同一の上りユーザリンク信号４−２を通信衛星から受信した地上基地局３−１，３−２のうち他方すなわち自身でない地上基地局である第２の地上基地局から、第２の地上基地局において通信衛星から受信した上りユーザリンク信号４−２を復調した結果である第２の復調結果を取得する。なお、上りユーザリンク信号４−２と上りユーザリンク信号４−２が複製された複製信号は、同一の上りユーザリンク信号である。そして、地上基地局３−１，３−２は、自局で取得した復調結果と他方の地上基地局から取得した復調結果とのうち誤りの無い方を選択する。これにより、降雨減衰による通信の誤りが回避される。また、地上基地局３−１と地上基地局３−２との間で受信信号同士を送受信することが可能であれば、地上基地局３−１における復調前の受信信号と地上基地局３−２における復調前の受信信号とを、ダイバーシチ合成するといったことも可能である。すなわち、上りユーザリンク信号４−２または上りユーザリンク信号４−２が複製された複製信号である第１の信号を通信衛星１から受信した上記の第１の地上基地局は、上記の第２の地上基地局から、第２の地上基地局において受信した信号である第２の信号を取得し、第１の信号と第２の信号を合成して復調してもよい。

次に、本実施の形態の回線制御装置９における切替規則の生成方法について説明する。上述したように、本実施の形態の切替規則は、回線制御装置９により生成される。図５は、本実施の形態の回線制御装置９の詳細構成例を示す図である。図５に示すように、計算部９２は、ユーザ制御情報生成部９２１、基地局制御情報生成部９２２および中継器制御情報生成部９２３を備える。

ユーザ制御情報生成部９２１は、地上端末２−１〜２−４を制御するための制御情報を生成し、送受信部９３、地上ネットワーク８、地上基地局３−１〜３−３および通信衛星１を介して、地上端末２−１〜２−２へ該制御情報を送信する。なお、図５では、通信衛星１が、図１には図示していないが、地上端末２−１〜２−２から地上基地局３−１〜３−３へ向かう方向の通信を中継する機能を有している場合の回線制御装置９の構成例を示している。通信衛星１が、地上端末２−１〜２−２から地上基地局３−１〜３−３へ向かう方向の通信を中継しない場合には、回線制御装置９は、ユーザ制御情報生成部９２１を備えなくてよい。

基地局制御情報生成部９２２は、地上基地局３−１〜３−３を制御するための制御情報を生成し、該制御情報を送受信部９３および地上ネットワーク８経由で、地上基地局３−１〜３−３へ送信する。地上基地局３−１〜３−３を制御するための制御情報には、各地上基地局３−１〜３−３がどの上りユーザリンク信号をどの周波数帯で受信するか、すなわちどの地上端末から送信された信号をどの周波数帯で受信するかの情報が含まれる。また、ダイバーシチ合成を実施する場合には、各地上基地局がどの地上基地局との間でダイバーシチ合成を実施するかを示す情報も含まれる。

中継器制御情報生成部９２３は、通信衛星１の中継器３０を制御するための中継制御情報を制御コマンドとして生成し、制御コマンドを送受信部９４および制御局１０経由で通信衛星１へ送信する。記憶部９１には、通信方式情報、要求Ｃ／Ｎ情報、回線マージン情報、アップリックモニタ情報、およびフィーダリンク品質情報が格納される。

通信方式情報は、地上端末ごとの送信信号の形式を示す情報である。通信方式は、地上端末２−１〜２−４の変調方式、伝送速度および誤り訂正符号化率等である。また、通信方式には、地上端末が使用する周波数帯域も含む。回線制御装置９のユーザ制御情報生成部９２１が制御情報により通信方式を地上端末へ指示する場合には、各地上端末２−１〜２−４の通信方式を記憶部９１に記憶しておく。または、回線制御装置９は、各地上端末２−１〜２−４の通信方式を、地上端末から通信衛星１を介して取得してもよいし、または、あらかじめ各地上端末２−１〜２−４の通信方式が回線制御装置９に設定されていてもよい。

要求Ｃ／Ｎ情報は、地上端末２−１〜２−４ごとの要求Ｃ／Ｎすなわち地上端末２−１〜２−４ごとの要求される通信品質情報である。例えば、地上端末２−１〜２−４ごとの要求Ｃ／Ｎは、各地上端末２−１〜２−４の通信方式、すなわち通信方式情報に基づいて算出される。または、回線制御装置９は、通信衛星１、地上端末２−１〜２−４および地上ネットワーク８経由で、地上端末２−１〜２−４から要求Ｃ／Ｎを取得してもよい。通信方式から要求Ｃ／Ｎを算出する方法は、どのような方法を用いてもよいが、例えば、変調方式ごとに要求Ｃ／Ｎをテーブルにより定めておく方法を用いることができる。例えば、事前のシミュレーション等で、要求されるビット誤り率等の要求される通信品質に対応するＣ／Ｎを変調方式毎に算出しておき、これに降雨減衰等の回線マージンを加味したものを要求Ｃ／Ｎとして算出することができる。変調方式を選択する際には、回線のＣ／Ｎが要求Ｃ／Ｎ以上となる変調方式のうち、例えば通信速度が最大となる変調方式を選択することで回線の利用効率向上を図ることができる。

回線マージン情報は、後述する中継器制御情報生成部９２３における処理により生成される情報であり、地上端末ごとの回線マージンの計算結果である。

アップリンクモニタ情報は、地上端末ごと、すなわちユーザビームごとの通信衛星１における受信品質すなわち通信品質を示す。ここでは、通信衛星１が、各ユーザビームにより受信した受信信号の受信電力を受信品質として用いるとする。回線制御装置９の送受信部９４は、ユーザビームにより受信した受信信号の受信電力は、通信衛星１の受信ＲＦ部１５−１〜１５−２により測定され、中継器制御部１２、制御用送受信部１３、アンテナ１４および制御局１０経由で受信し、記憶部９１に格納する。

フィーダリンク品質情報は、各フィーダリンクすなわち各フィーダビームの通信品質を示す情報であり、具体的には伝搬損失状況を示す情報である。各フィーダリンクの伝搬損失状況の算出情報については、後述する。

回線制御装置９の中継器制御情報生成部９２３は、各ユーザリンク信号をどのフィーダビームに割当てるかすなわち切替規則を、フィーダリンク伝搬損失情報および要求Ｃ／Ｎ情報等に基づいて決定する。すなわち、上りユーザリンク信号ごとに該上りユーザリンク信号を通信衛星１において複製するか否かの情報を決定し、上りユーザリンク信号および上りユーザリンク信号が複製された信号である複製信号に割当てるフィーダビームを決定する制御部である。例えば、中継器制御情報生成部９２３は、要求Ｃ／Ｎが最も高いユーザリンク信号を、伝搬損失の最も少ないフィーダリンクに対応するフィーダビームに割当てる。そして、以降、中継器制御情報生成部９２３は、要求Ｃ／Ｎの高い順に伝搬損失の少ない上りユーザリンク信号を各フィーダリンクに割当てた後に、割当てられていないフィーダリンクすなわち空フィーダリンクが存在する場合には、通信中の推定されるＣ／Ｎと要求Ｃ／Ｎとの差である回線マージンの小さい順にユーザリンク信号を選択し、選択したユーザリンク信号を複製して、複製したユーザリンク信号を空フィーダリンクに割当てる。中継器制御情報生成部９２３は、各ユーザリンク信号の周波数帯域に基づいて、各下りフィーダリンク信号における上りユーザリンク信号の周波数配置も決定する。また、各フィーダビームに配置可能な信号の数は個々のフィーダビームの品質すなわち伝搬損失および許容される送信電力に依存するので、これらの情報を元に品質の高いフィーダリンクには許容送信電力の範囲内でより多くの信号を配置するように制御する。

個々のフィーダリンクの伝搬損失状況は、例えば以下のような手順で推定できる。通信衛星１の送信ＲＦ部２１−１〜２１−３は、各フィーダビームにより送信する送信信号の送信電力を測定する。回線制御装置９は、フィーダビームごとの送信電力を、中継器制御部１２、制御用送受信部１３、アンテナ１４および制御局１０経由で受信し、記憶部９１に格納する。また、回線制御装置９は、地上基地局３−１〜３−３で測定した受信電力を、地上基地局３−１〜３−３から取得する。そして、中継器制御情報生成部９２３が、送信電力と受信電力とを比較することで、各フィーダビームの伝搬損失を推定することができる。中継器制御情報生成部９２３は各フィーダビームの伝搬損失をフィーダリンク品質情報として記憶部９１に格納する。

図６は、中継器制御情報生成部９２３における切替規則の生成手順の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、中継器制御情報生成部９２３は、通信衛星１の全フィーダビームの通信品質情報を取得済みか否かを判断する（ステップＳ１）。すなわち、中継器制御情報生成部９２３は、記憶部９１にフィーダリンク品質情報として全フィーダビームに対応する伝搬損失情報が格納されているか否かを判断する。中継器制御情報生成部９２３は、全フィーダビームの通信品質情報を取得済みでない場合（ステップＳ１ Ｎｏ）、ステップＳ１を繰り返す。なお、上述した通り、図６のフローとは別に、中継器制御情報生成部９２３は各フィーダビームの伝搬損失を上述した手順で算出してフィーダリンク品質情報として記憶部９１に格納する。

全フィーダビームの通信品質情報を取得済みである場合（ステップＳ１ Ｙｅｓ）、中継器制御情報生成部９２３は、全地上端末２−１〜２−４の通信品質情報を取得済みか否かを判断する（ステップＳ２）。全地上端末の通信品質情報は、通信衛星１から取得したユーザビームごとの受信電力と該ユーザビーム内の通信中の地上端末２−１〜２−４の数とに基づいて算出することができる。または、各地上端末２−１〜２−４から、地上端末が通信衛星１から受信した信号の受信電力を、通信衛星１、地上基地局３−１〜３−３および地上ネットワーク８を介して取得することにより、全地上端末の通信品質情報を取得してもよい。

中継器制御情報生成部９２３は、全地上端末２−１〜２−４の通信品質情報を取得済みでない場合（ステップＳ２ Ｎｏ）、ステップＳ２を繰り返す。全地上端末２−１〜２−４の通信品質情報を取得済みである場合（ステップＳ２ Ｙｅｓ）、中継器制御情報生成部９２３は、全地上端末２−１〜２−４の要求Ｃ／Ｎを取得済みか否かを判断する（ステップＳ３）。要求Ｃ／Ｎは、上述したように地上端末から取得されてもよいし、地上端末の通信方式に基づいて算出されてもよい。中継器制御情報生成部９２３は、全地上端末２−１〜２−４の要求Ｃ／Ｎを取得済みでない場合（ステップＳ３ Ｎｏ）、ステップＳ３を繰り返す。

全地上端末２−１〜２−４の要求Ｃ／Ｎを取得済みである場合（ステップＳ３ Ｙｅｓ）、中継器制御情報生成部９２３は、全地上端末の回線マージンを計算する（ステップＳ４）。ここで回線マージンとは、各地上端末の通信中のＣ／Ｎである通信Ｃ／Ｎと要求Ｃ／Ｎとの差、すなわち通信Ｃ／Ｎから要求Ｃ／Ｎを減じた値であり、通信Ｃ／Ｎが要求Ｃ／Ｎより高い場合には回線マージンは正の値となり、通信Ｃ／Ｎが高いほど、すなわち通信品質が高いほど、回線マージンは大きくなる。一方で、通信Ｃ／Ｎが要求Ｃ／Ｎより低い場合、回線マージンは負の値となり、通信Ｃ／Ｎが低い程、回線マージンの絶対値は大きくなる。また、通信Ｃ／Ｎは、例えば、以下の手順で算出することができる。
（１）信号が存在する帯域の電力を測定する。この測定値を、Ｃ＋Ｎとする。
（２）信号が存在しない帯域の電力を測定する。この測定値をＮとする。
上記の測定値を用いて通信Ｃ／Ｎを算出する。または、同一帯域において、信号が存在する時間で測定した電力をＣ＋Ｎとし、信号が存在しない時間に測定した電力をＮとすることで、通信Ｃ／Ｎを算出することもできる。

中継器制御情報生成部９２３は、回線マージンの小さい順に地上端末に番号を付ける（ステップＳ５）。具体的には、中継器制御情報生成部９２３は、回線マージンの最も小さい地上端末の番号を１とし、次に回線マージンの最も小さい地上端末の番号を２とする、といったように番号付けを行う。なお、ここでいう回線マージンの小さいとは、正負符号を考慮した大小関係をいう。すなわち、回線マージンが負の場合は、回線マージンが０の場合より回線マージンが小さく、回線マージンが負の値同士では、絶対値の大きいものほど回線マージンは小さい。

中継器制御情報生成部９２３は、ダイバーシチ送信無しの場合の割当てを実施する（ステップＳ６）。ダイバーシチ送信無しの場合の割当てとは、ダイバーシチ送信すなわち上りユーザリンク信号の複製を行わない場合に各上りユーザリンク信号に対するフィーダビームの割当てである。ダイバーシチ送信無しの場合の割当ての方法は任意の方法を採用すすることができるが、上述したように例えば、要求Ｃ／Ｎとフィーダビームごとの伝搬損失に基づいて割当てを行うことができる。次に、中継器制御情報生成部９２３は、地上端末の番号である端末番号を示す繰り返しループの変数ｎを初期化する（ステップＳ７）。次に、中継器制御情報生成部９２３は、端末番号の昇順に、ダイバーシチ送信に地上端末を割当てていくループ処理を実施する。このループ処理を終了する条件は、後述するように、全ての端末について処理した場合、または通信衛星１におけるダイバーシチ送信用リソースが無くなった場合である。

ループ処理としては、まず、中継器制御情報生成部９２３は、ｎが端末数、すなわち全地上端末の数以下であるか否かを判断する（ステップＳ８）。ｎが端末数以下の場合（ステップＳ８ Ｙｅｓ）、中継器制御情報生成部９２３は、ダイバーシチ送信用のリソースが有るか否かを判断する（ステップＳ９）。ダイバーシチ送信用のリソースとは、通信衛星１の中継器３０のフィーダビームごとの下りのフィーダリンク信号として割当可能な周波数帯域、およびフィーダビームの送信電力などである。例えば、全フィーダビームについて、下りのフィーダリンク信号として割当可能な周波数帯域が無い場合、ダイバーシチ送信用のリソースは無い。また、仮に下りのフィーダリンク信号として周波数帯域に空きがあったとしても、フィーダビームの送信電力が上限を超える場合は、該フィーダビームを地上端末に割当てることができない。中継器制御情報生成部９２３は、送信電力が上限以下であり、かつ割当可能な周波数帯域が存在するフィーダビームが存在する場合に、ダイバーシチ送信用のリソースが有ると判断する。

ダイバーシチ送信用のリソースが有る場合（ステップＳ９ Ｙｅｓ）、中継器制御情報生成部９２３は、端末ｎすなわち端末番号がｎの地上端末を、ダイバーシチ送信に割当てる（ステップＳ１０）。ここで、ダイバーシチ送信に割当てるとは、端末ｎの上りユーザリンク信号を複製して、空いているダイバーシチ送信用のリソースを用いて送信することを意味する。なお、各フィーダビームに配置可能な信号の数は個々のフィーダビームの伝搬損失、および許容される送信電力に依存するので、ステップＳ１０では、中継器制御情報生成部９２３は、これらの情報を元に品質の高いフィーダリンクには許容送信電力の範囲内でより多くの信号を配置するように割当てればよい。次に、中継器制御情報生成部９２３は、ｎ＝ｎ＋１とし（ステップＳ１２）、ステップＳ８へ戻る。

ステップＳ８で、ｎが端末数より大きい場合（ステップＳ８ Ｎｏ）、およびステップＳ９で、ダイバーシチ送信用のリソースが無い場合（ステップＳ９ Ｎｏ）、中継器制御情報生成部９２３は、中継器制御情報を生成して、制御コマンドとして、通信衛星１へ伝送し（ステップＳ１１）、処理を終了する。具体的には、ステップＳ１１では、ステップＳ６のダイバーシチ送信無しの場合の割当ての結果とステップＳ９〜ステップＳ１０のループ処理により割当てられたダイバーシチ送信による割当て結果とに基づいて切替規則を生成し、切替規則を含む中継器制御情報として生成する。

図７は、本実施の形態の切替規則の一例を示す図である。図７に示す例では、地上端末すなわち地上端末の識別情報と、複製の有無すなわち該地上端末の上りユーザリンク信号に対する複製の有無と、フィーダビームすなわちフィーダビームの識別情報と、周波数帯すなわち該フィーダビームで送信される信号における周波数帯とを含む。制御規則内の複製の有無は、上りユーザリンク信号ごとに決定された該上りユーザリンク信号を複製するか否かを示す情報である。複製の有無が、「有」となる地上端末については、フィーダビームおよび周波数帯が複数組存在する。図７では、フィーダビームで送信可能な全周波数帯をＦ₁とＦ₂の２つの周波数帯に分割して、周波数配置をＦ₁またはＦ₂を指定することにより示している。周波数帯の分割数は一例であり、周波数帯の分割数は２に限定されない。また、周波数配置の指定方法も図７の例に限定されない。図７は一例であり、図７と同様の情報が含まれればよく、具体的な形式は図７の例に限定されない。なお、以上の説明では、上りユーザリンク信号が複製される際に、１つの上りユーザリンク信号が２つのフィーダビームで送信されるようにしたが、３つ以上のフィーダビームで送信されるようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、切替規則を地上の回線制御装置９が生成するようにしたが、通信衛星１内に、回線制御装置９と同様の処理を行う装置を設けて、通信衛星１が切替規則を生成するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、回線制御装置９は、地上端末ごとの要求Ｃ／Ｎすなわち要求される通信品質に基づいて、複製を行うか否かを決定するようにした。すなわち、切替規則における複製の有無の情報は、地上に設置された回線制御装置９において、ユーザリンク信号に要求される通信品質に基づいて決定される。図７に示した例では、複製の有無の情報は、上りユーザリンク信号の通信中の通信品質の推定値と上りユーザリンク信号に要求される通信品質との差である回線マージンに基づいて決定される。しかしながら、回線制御装置９は、これに限らず、要求Ｃ／Ｎが閾値以上の上りユーザリンク信号を複製し要求Ｃ／Ｎが閾値未満の上りユーザリンク信号を複製しないように複製の有無を決定してもよい。

中継器制御情報生成部９２３は、中継器制御情報を、制御コマンドとして、送受信部９４および制御局１０経由で通信衛星１へ送信する。すなわち、複製の有無の情報を含む中継器制御情報は、回線制御装置９から制御局１０を介して通信衛星１へ送信される。回線制御部９の送受信部９４または制御局１０は、制御コマンドに対して誤り訂正符号化処理および変調処理を施す。これにより、制御コマンドは誤り訂正符号化処理および変調処理が施された後に通信衛星１に送信される。この誤り訂正符号化処理および変調処理はどのような処理でもよい。

なお、図６に示した処理は、地上端末の数、各地上端末の通信方式、地上端末およびフィーダビームの通信品質等、通信システムを構成する各種パラメータが一定の値以上変化した場合は、再度実行される。

次に、図６の処理により送信された制御コマンドを受信した場合の通信衛星１における動作について説明する。図８は、本実施の形態の通信衛星１の制御用送受信部１３の構成例を示す図である。制御用送受信部１３は、スイッチ１２２、受信ＲＦ部１２３、復調部１２４、復号部１２５、送信ＲＦ部１２６、変調部１２７、符号化部１２８および送受信制御部１２９を備える。

制御局１０から送信された制御コマンドは、アンテナ１４で受信される。スイッチ１２２は、アンテナ１４により受信された受信信号を、受信ＲＦ部１２３に出力する。なお、図８では、アンテナ１４を送受共用のアンテナとしてスイッチ１２２により時分割により送受を切替える例を示したが、送受共用のアンテナを用いる場合に周波数で送受を分割する方式等が知られており、その場合はスイッチの代わりにデュプレクサが用いられる。

受信ＲＦ部１２３では、受信信号に対して、増幅、フィルタ処理、周波数変換などのアナログ信号処理を実施し、処理後の受信信号を復調部１２４へ出力する。受信信号は、受信ＲＦ部１２３における周波数変換により高周波信号からベースバンド信号に変換される。復調部１２４の入力インタフェースがデジタル信号の入力インタフェースである場合には、受信ＲＦ部１２３は、ベースバンド信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。またベースバンド信号の抽出を復調部１２４でデジタル信号処理にて実現する場合もあり、その場合は、受信ＲＦ部１２３は高周波信号を中間周波数に変換し、中間周波数の受信信号をデジタル信号に変換して復調部１２４に出力する。復調部１２４は、入力された受信信号を送信時に行われた変調に対応する復調を行うことにより、伝送されたビット系列を復元し、復元された信号を復号部１２５へ出力する。復号部１２５は、復調部１２４から出力された信号に対して、送信時に行われた誤り訂正符号化に対応する復号を行って、復号後の信号を送受信制御部１２９へ出力する。なお、送信時に誤り訂正符号化が行われていない場合には、復号部１２５は不要である。

送受信制御部１２９は、復号部１２５から入力された信号から中継器制御情報を抽出して、中継器制御情報を中継器制御部１２へ出力する。中継器制御情報には上述した切替規則が含まれる。

また、中継器３０内の各部の状態を示す情報、例えば、受信ＲＦ部１５−１、１５−２により測定された受信電力などは、中継器制御部１２を介して、制御用送受信部１３に入力される。送受信制御部１２９は、中継器制御部１２から入力された情報すなわち送信ビット系列を符号化部１２８に出力する。誤り訂正符号化を行う場合には、符号化部１２８は、入力されたビット系列を誤り訂正符号化して、変調部１２７へ出力する。変調部１２７は、誤り訂正符号化されたビット系列を変調して送信信号に変換し、送信信号を送信ＲＦ部１２６へ出力する。送信ＲＦ部１２６は、入力された送信信号に対してアナログ信号処理を実施して、スイッチ１２２およびアンテナ１４を介して送信する。また、制御用送受信部１３の中の各構成要素の動作状態制御も、送受信制御部１２９によって行われる。なお、図８において内部の構成要素の制御線は点線で表わしている。

図９は、中継器制御部１２の構成例を示す図である。中継器制御部１２は、地上側インタフェース回路１１１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１２、メモリ１１３および衛星側インタフェース回路１１４を備える。地上側インタフェース回路１１１は、制御用送受信部１３から伝達された中継器制御情報に対して、ＣＰＵ１１２に入力するための形式変換等を行ってＣＰＵ１１２に入力する。ＣＰＵ１１２は、メモリ１１３に格納された中継器制御プログラムを実行することにより、メモリ１１３に中継制御情報および処理の過程の中間値等を格納しつつ、入力された中継制御情報を中継器３０の制御インタフェース用信号に変換する。ここでＣＰＵ１１２が実行する変換とは、例えば地上から送信される中継制御情報には、中継器３０内部の各構成要素を示す情報と、各構成要素に対する個々の構成要素の制御パラメータとがペアで含まれており、ＣＰＵ１１２は、これらのペアを解釈して、中継器３０内の各構成要素への制御信号に変換する。例えばスイッチ１８に対しては制御パラメータとして切替規則が指示される。衛星側インタフェース回路１１４は、中継器３０内の各構成要素への制御信号を電気信号に変換して中継器３００の対応する構成要素に入力される。

また、中継器制御部１２は、上述したように中継器３０の状態、例えば受信ＲＦ部１５−１，１５−２により計測された受信電力などを、地上基地局３−１〜３−３および地上ネットワーク８経由で回線制御装置９へ送信する。この場合、衛星側インタフェース回路１１４は、電気信号として入力される中継器３０の状態をＣＰＵ１１２に入力可能なデジタル信号に変換してＣＰＵ１１２に入力し、ＣＰＵ１１２は、中継器３０から入力された信号を地上へ送信するテレメトリのフォーマットに変換する。地上側インタフェース回路１１１は、ＣＰＵ１１２により地上へ送信する形式に変換された情報を制御用送受信部１３へ入力可能な形式に変換して制御用送受信部１３へ入力する。

ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等が該当する。

なお、ここでは、中継器制御部１２における変換処理をＣＰＵ１１２およびメモリ１１３を用いてソフトウェアにより実現する例を説明したが、中継器制御部１２における変換処理を専用のハードウェアにより実現してもよい。この場合、中継器制御部１２は、ＣＰＵ１１２およびメモリ１１３は、図１０に示す処理回路１００である。図１０は、実施の形態１の処理回路１００の構成例を示す図である。処理回路１００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。

中継器制御部１２のハードウェア構成例については、図９を用いて説明したが、以下に中継器制御部１２以外のハードウェア構成について説明する。図２に示した構成要素のうち、中継器制御部１２以外の構成要素は、アナログ処理を行う電子回路または専用の処理を行うハードウェアにより構成することができる。または、図２に示した構成要素のうち一部がＣＰＵを用いた制御回路により実現されてもよい。専用のハードウェアで実現される各構成要素は、図１０に示す処理回路１００により実現される。処理回路１００は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものである。

図２に示した構成要素のうち一部がＣＰＵを用いた制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図１１に示す構成の制御回路２００である。図１１は、実施の形態１の制御回路２００の構成例を示す図である。図１１に示すように制御回路２００は、ＣＰＵなどであるプロセッサ２０１と、メモリ２０２とを備える。図２に示した構成要素のうち一部が制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２０１がメモリ２０２に記憶された、図２に示した構成要素のうち一部の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ２０２は、プロセッサ２０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

また、回線制御装置９における計算部９２は、専用のハードウェアとして実現されてもよいし、ソフトウェアにより実現されてもよい。計算部９２は、専用のハードウェアとして実現される場合、計算部９２は図１０に示す処理回路１００である。計算部９２が、ソフトウェアにより実現される場合、計算部９２は、ＣＰＵなどのプロセッサであり、ＣＰＵが、メモリである記憶部９１に記憶された計算部９２による処理を実現するためのプログラムを実行することにより、計算部９２が実現される。記憶部９１は、計算部９２を実現するＣＰＵが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

以上のように、本発明の実施の形態１にかかる衛星通信システムでは、地上端末単位でサイトダイバーシチの実施の有無すなわちユーザリンク信号の複製の有無を決定し、要求される通信品質が高い地上端末に対応するユーザリンク信号を優先的に複数の地上基地局に分配して送信するようにした。このため、フィーダリンクの不稼働率を向上させつつ、通信効率の低下を防ぎ、地上基地局およびフィーダリンク帯域の利用効率の低下を防ぐことができる。このため、衛星通信システム全体のコストを低減する効果が得られる。

実施の形態２．
図１２および図１３は、本発明にかかる実施の形態２の衛星通信システムにおける中継方法を示す図である。図１２は、中継器３０における詳細動作を周波数帯域とともに示した図であり、図１３は、上りユーザリンク信号の行先を概念的に示す図である。本実施の形態の衛星通信システムの構成および、衛星通信システムを構成する各装置の構成は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる点を説明する。

実施の形態１では、要求される通信品質に基づいて選択された上りユーザリンク信号を通信衛星１上で抽出して、複数の地上基地局に同時に中継することでダイバーシチ効果を得られるようにした。実施の形態１では、サイトダイバーシチを行う複数の地上基地局間で同時に復調し、復調結果のうち適切な結果を選択するなどといった地上基地局間での情報の送受信を含む処理が追加で必要となる。

実施の形態２では、地上端末２−１〜２−４の上りユーザリンク信号を、複数の地上基地局に分配するのではなく、単一の地上基地局に対してフィーダビームの周波数軸上で信号を複製して送信する。すなわち、実施の形態２では、上りユーザリンク信号と該上りユーザリンク信号が複製された複製信号とは、同一のフィーダビームの異なる周波数帯に割当てられる。そして、地上基地局でこれらを合成して復調することで、複数の地上基地局間での復調結果照合が不要となる。したがって、本実施の形態では、回線制御装置９は、図６に示す手順で切替規則を生成するが、ステップＳ１０の地上端末の割当てにおいて、１つの上りユーザリンク信号を複製した複数の上りユーザリンク信号を単一のフィーダビームに割当てる。したがって、複製する上りユーザリンク信号の数が決定されるまで、各上りユーザリンク信号に対応するフィーダビームを決定することができないため、本実施の形態２では、ステップＳ６においては、各上りユーザリンク信号に対応するフィーダビームの割当てまでは行わず、全上りユーザリンク信号へフィーダビームにおける周波数帯を割当てた場合の残りのリソースを算出しておく。例えば、フィーダビームで送信する周波数帯をＦ₁，Ｆ₂の２つに分けるとする。この例において、３つのフィーダビームを使用可能であるとすると、３×２＝６つの周波数帯がリソースとして使用可能である。そして、１つの上りユーザリンク信号が１つの周波数帯に対応する場合、合計６つの上りユーザリンク信号を送信可能である。複製を行わない場合の上りユーザリンク信号の総数を４つとすると、残りのリソースは２つ分の周波数帯となる。

そして、本実施の形態２では、複製を行う上りユーザリンク信号への割当てが実施された後に、ステップＳ１１において、複製を行わない上りユーザリンク信号への割当てを実施する。

図１２および図１３の例では、実施の形態１の図３の例と同様に、上りユーザリンク信号４−１，４−３がＱＰＳＫにより生成され、上りユーザリンク信号４−２，４−４が１６ＡＰＳＫにより生成される。上りユーザリンク信号４−２は、スイッチ１８で複製され、複製された２つの上りユーザリンク信号４−２がフィーダビーム７−１で送信する送信信号の異なる周波数帯に配置される。上りユーザリンク信号４−４は、スイッチ１８で複製され、複製された２つの上りユーザリンク信号４−４がフィーダビーム７−３で送信する送信信号の異なる周波数帯に配置される。上りユーザリンク信号４−１，４−３は、複製されず、フィーダビーム７−２で送信する送信信号の異なる周波数帯に配置される。

地上基地局３−１および地上基地局３−３は、周波数帯の異なる２波、すなわち同一の上りユーザリンク信号が複製された２つの信号、を合成することで通信品質を向上させることができる。地上基地局３−１および地上基地局３−３は、復調前に信号をコヒーレント合成してから復調してもよいし、誤り訂正符号を併用しているのであれば、２波で個別に復調して軟判定値を生成し、これを合成して誤り訂正復号する方式を用いることもできる。すなわち、上りユーザリンク信号および複製信号が含まれる信号を通信衛星１から受信した地上基地局３−１および地上基地局３−３は、受信した信号に含まれる複数の同一の信号を合成して復調してもよいし、上りユーザリンク信号が誤り符号化されている場合には、受信した信号に含まれる複数の同一の信号をそれぞれ復調し、復調により得られる軟判定値を合成して復号してもよい。

なお、本実施の形態２にかかる方法では、通信衛星１の中継器３０で同一のフィーダビームに複製された２波を配置しているため、２波の周波数偏差は小さく抑えられるので復調前のコヒーレント合成は容易に実現できる。以上述べ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。

なお、フィーダビームの電力密度に制限の無い場合には、要求品質の高い信号を実施の形態１にかかる中継器で抽出して、この送信電力利得のみを選択的に上昇させることで要求品質を満足させることができる場合もある。しかしながら、一般に個々のフィーダビームには複数の上りユーザリンク信号が周波数多重されているので、特定のユーザリンク信号の信号電力だけを上昇させたとしても、周波数多重される他の信号に埋もれてしまうことがある。これに対し、本実施の形態２にかかる衛星通信システムでは、通信衛星１から送信する送信信号の電力周波数密度は変えずに周波数帯域幅を変えることで信号電力を向上させるので、他の信号が強い信号にも、他の信号に所望の信号が埋もれることを回避可能である。

以上に示したように、本発明の実施の形態２にかかる衛星通信システムでは、実施の形態１と同様に効果が得られるとともに、単一の地上基地局で通信品質の改善効果が得られるので、実施の形態１に比べて、地上設備のさらなる低コスト化を実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 通信衛星、２−１〜２−２ 地上端末、３−１〜３−３ 地上基地局、９ 回線制御装置、６−１，６−２ ユーザビーム、７−１〜７−３ フィーダビーム、８ 地上ネットワーク、１０ 制御局、１１−１，１１−２ ユーザビームアンテナ、１２ 中継器制御部、１３ 制御用送受信部、１４ アンテナ、２４−１〜２４−３ フィーダビームアンテナ、３０ 中継器、９１ 記憶部、９２ 計算部、３００ 衛星通信システム。

Claims (15)

1. 各々が異なる第１のビームを形成可能な複数の第１のアンテナと、
   各々が地上基地局へ信号を送信するための異なる第２のビームを形成可能な複数の第２のアンテナと、
   を備え、
   前記第１のビームにより受信した受信信号を、送信元の地上端末ごとの信号であるユーザリンク信号に分割する分波部を前記第１のアンテナごとに備え、
   入力された信号を合波して前記第２のアンテナに出力する合波部を前記第２のアンテナごとに備え、
   前記ユーザリンク信号ごとに決定された該ユーザリンク信号を複製するか否かを示す情報に基づいて前記情報により複製を指示された前記ユーザリンク信号を複製して複製信号を生成し、複製信号および前記ユーザリンク信号を、複製信号および前記ユーザリンク信号にそれぞれ割当てられた前記第２のビームに対応する前記合波部へ出力するスイッチと、
   を備えることを特徴とする通信衛星。
2. 前記情報は、地上に設置された回線制御装置において、前記ユーザリンク信号に要求される通信品質に基づいて決定され、前記回線制御装置から前記通信衛星へ送信された情報であることを特徴とする請求項１に記載の通信衛星。
3. 前記情報は、地上に設置された回線制御装置において、前記ユーザリンク信号の通信中の通信品質の推定値と前記ユーザリンク信号に要求される通信品質との差に基づいて決定され、前記回線制御装置から前記通信衛星へ送信された情報であることを特徴とする請求項２に記載の通信衛星。
4. 前記ユーザリンク信号と該ユーザリンク信号が複製された前記複製信号とは、異なる第２のビームに割当てられることを特徴とする請求項１、２または３に記載の通信衛星。
5. 前記ユーザリンク信号と該ユーザリンク信号が複製された前記複製信号とは、同一の第２のビームの異なる周波数帯に割当てられることを特徴とする請求項１、２または３に記載の通信衛星。
6. 各々が異なる第１のビームを形成可能な複数の第１のアンテナ、および各々が地上基地局へ信号を送信するための異なる第２のビームを形成可能な複数の第２のアンテナを備える通信衛星へ送信する制御情報を生成する回線制御装置であって、
   地上端末ごとの前記地上端末から通信衛星へ送信する信号であるユーザリンク信号ごとに該ユーザリンク信号を前記通信衛星において複製するか否かの情報を決定し、前記ユーザリンク信号および前記ユーザリンク信号が複製された信号である複製信号に割当てる通信衛星における地上基地局へ信号を送信するための第２のビームを決定する制御部、
   を備え、
   前記通信衛星は、
   前記第１のビームにより受信した受信信号を、前記ユーザリンク信号に分割する分波部を前記第１のアンテナごとに備え、
   入力された信号を合波して前記第２のアンテナに出力する合波部を前記第２のアンテナごとに備え、
   前記情報により複製を指示された前記ユーザリンク信号を複製して複製信号を生成し、複製信号および前記ユーザリンク信号を、複製信号および前記ユーザリンク信号にそれぞれ割当てられた前記第２のビームに対応する前記合波部へ出力するスイッチと、
   を備えることを特徴とする回線制御装置。
7. 通信衛星と、該通信衛星へ送信する制御情報を生成する回線制御装置と、地上基地局とを備える衛星通信システムであって、
   前記回線制御装置は、
   地上端末ごとの、前記地上端末から通信衛星へ送信する信号であるユーザリンク信号ごとに該ユーザリンク信号を前記通信衛星において複製するか否かの情報を決定し、前記ユーザリンク信号および前記ユーザリンク信号が複製された信号である複製信号に割当てる通信衛星における地上基地局へ信号を送信するための第２のビームを決定する制御部、
   を備え、
   前記通信衛星は、
   各々が異なる第１のビームを形成可能な複数の第１のアンテナと、
   各々が前記地上基地局へ信号を送信するための異なる第２のビームを形成可能な複数の第２のアンテナと、
   を備え、
   前記第１のビームにより受信した受信信号を、前記ユーザリンク信号に分割する分波部を前記第１のアンテナごとに備え、
   入力された信号を合波して前記第２のアンテナに出力する合波部を前記第２のアンテナごとに備え、
   前記情報により複製を指示された前記ユーザリンク信号を複製して複製信号を生成し、複製信号および前記ユーザリンク信号を、複製信号および前記ユーザリンク信号にそれぞれ割当てられた前記第２のビームに対応する前記合波部へ出力するスイッチと、
   を備えることを特徴とする衛星通信システム。
8. 前記回線制御装置は、前記情報を、前記ユーザリンク信号に要求される通信品質に基づいて決定し、前記通信衛星へ送信することを特徴とする請求項７に記載の衛星通信システム。
9. 前記回線制御装置は、前記情報を、前記ユーザリンク信号の通信中の通信品質の推定値と前記ユーザリンク信号に要求される通信品質との差に基づいて決定し、前記通信衛星へ送信することを特徴とする請求項８に記載の衛星通信システム。
10. 前記ユーザリンク信号と該ユーザリンク信号が複製された前記複製信号とは、異なる第２のビームに割当てられることを特徴とする請求項７、８または９に記載の衛星通信システム。
11. 前記ユーザリンク信号または前記複製信号が含まれる信号を前記通信衛星から受信した前記地上基地局である第１の地上基地局は、前記通信衛星から受信した前記信号を復調し、復調結果である第１の復調結果に誤りが含まれると判断した場合、前記通信衛星から受信した前記信号と同一の信号を前記通信衛星から受信した他の前記地上基地局である第２の地上基地局から、前記第２の地上基地局において前記通信衛星から受信した前記信号を復調した結果である第２の復調結果を取得することを特徴とする請求項１０に記載の衛星通信システム。
12. 前記ユーザリンク信号または前記複製信号が含まれる信号である第１の信号を前記通信衛星から受信した前記地上基地局である第１の地上基地局は、前記通信衛星から受信した前記信号と同一の信号を前記通信衛星から受信した他の前記地上基地局である第２の地上基地局から、前記第２の地上基地局において受信した信号である第２の信号を取得し、前記第１の信号と前記第２の信号を合成して復調することを特徴とする請求項１０に記載の衛星通信システム。
13. 前記ユーザリンク信号と該ユーザリンク信号が複製された前記複製信号とは、同一の前記第２のビームの異なる周波数帯に割当てられることを特徴とする請求項７、８または９に記載の衛星通信システム。
14. 前記ユーザリンク信号および前記複製信号が含まれる信号を前記通信衛星から受信した前記地上基地局は、前記信号に含まれる複数の同一の信号を合成して復調することを特徴とする請求項１３に記載の衛星通信システム。
15. 前記ユーザリンク信号および前記複製信号が含まれる信号を前記通信衛星から受信した前記地上基地局は、前記信号に含まれる複数の同一の信号をそれぞれ復調し、復調により得られる軟判定値を合成して復号することを特徴とする請求項１３に記載の衛星通信システム。

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