JP6341333B2

JP6341333B2 - ビーム配置装置およびビーム配置方法

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Inventors: 翔伍津崎
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Description

この発明は、マルチビーム衛星から照射される複数のビームの配置を決定するビーム配置技術に関する。

従来、宇宙空間の地球周回軌道で動作する通信衛星等を用いて、地球上の船舶や航空機など間で通信を行う衛星通信システムが運用されている。このような衛星通信システムでは、地球上の通信機器から送信された信号を通信衛星にて受信し、当該信号を地球上の別の通信機器に送信(中継)することによって地球上の通信機器間で通信が行われる。

近年、通信容量の大容量化のため、照射範囲の異なる複数のビームを用いるマルチビーム衛星を用いた衛星通信システムの導入が進められている。マルチビーム衛星の運用では、照射範囲の異なる複数のビームについて、それぞれのビームの照射範囲をどのように配置するか（ビーム照射範囲の配置をビーム配置と称する）を決定する必要がある。
ビーム配置を決定する手法として、衛星出力電力、周波数帯域、要求カバレッジエリア、他の無線システムからの干渉電力などのパラメータに基づいて、接続回線数を最大化するビームパターン配置を決定する回線設計方法が提案されている（特許文献１）。

国際公開第２０１１／０６８１４１号（図２）

上述の従来の回線設計方法を用いてマルチビーム衛星のビーム配置を決定するビーム配置装置では、自システムが他システムから受ける影響を考慮したビーム配置を決定することが可能であるが、例えば隣接する他国との間で定められる他国の通信システムに対して許容される干渉電力（隣国間干渉電力と称す）など、自システムが他システムに対して与えることが許容される与干渉電力の規定を満たすビーム配置を決定することが困難であるという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、マルチビーム衛星のビーム配置の決定において、定められた他の無線システムの被干渉電力の許容値の規定の範囲内のビーム配置を得ることを目的とする。

この発明のビーム配置装置は、マルチビーム衛星が要求カバレッジエリアに放射する複数のビームの送信電力に基づいて他の無線システムに対する複数のビームの与干渉電力を求め、求めた与干渉電力が他の無線システムについて定められた被干渉電力の許容値以下である、要求カバレッジエリアにおける複数のビームのカバレッジエリアの配置を定めるビーム配置を決定する演算処理部と、演算処理部が決定したビーム配置に関する情報を出力するインタフェースと、備えるようにしたものである。

この発明のビーム配置方法は、マルチビーム衛星が要求カバレッジエリアに放射する複数のビームのカバレッジエリアの配置を決定するビーム配置装置が行うビーム配置方法であって、マルチビーム衛星が放射する複数のビームの送信電力に基づいて他の無線システムに対する複数のビームの与干渉電力を求めるステップと、求めた与干渉電力が定められた他の無線システムの被干渉電力の許容値以下である、要求カバレッジエリアにおける複数のビームのカバレッジエリアの配置を定めるビーム配置を決定するステップと、備えるようにしたものである。

この発明のビーム配置装置によれば、マルチビーム衛星が放射する複数のビームの配置の決定において、定められた他の無線システムの被干渉電力の許容値の規定の範囲内のビーム配置を得ることができる。

この発明のビーム配置方法によれば、マルチビーム衛星が放射する複数のビームの配置の決定において、定められた他の無線システムの被干渉電力の許容値の規定の範囲内のビーム配置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置の機能構成の一例を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置を適用した無線通信システムの構成の一例を示す模式図である。マルチビーム衛星の機能構成の一例を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置が行うビーム配置を決定する処理のフローチャートである。この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置における要求カバレッジエリアと中心ビーム座標の関係を説明する模式図である。この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置における中心ビーム座標とビーム配置の関係を説明する模式図である。この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置におけるビーム削除について説明する模式図である。この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置が出力する移相器制御情報のフォーマットに一例を示す模式図である。この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置が行う端末およびマルチビーム衛星の位置情報取得の手順を示すシーケンス図である。この発明の実施の形態２に係るビーム配置装置が行うビーム配置を決定する処理のフローチャートである。マルチビーム衛星の位置とビームの照射範囲について説明する模式図である。

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面においては同一もしくは相当する部分に同一の符号を付している。なお、以下においてマルチビーム衛星とは、複数のビーム（電波）を地表にむけて放射する通信衛星等の人工衛星である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るビーム配置装置１００の機能構成の一例を示すブロック図である。ビーム配置装置１００は外部装置と情報の送受信を行うインタフェース（以降、ＩＦとも記す）１１０、マルチビーム衛星が放射する複数のビームの配置を決定する演算処理部１２０、情報を記憶する記憶部１４０、ビームの配置を決定する際のパラメータを取得する入力部１３０を備えている。図１において、制御局２００はマルチビーム衛星の制御を行う地上の衛星制御局であり、ビーム配置装置１００が出力するビーム配置の情報をマルチビーム衛星に向けて送信する。なお、制御局２００は衛星基地局の機能を備えているものとし、以降では基地局とも称す。

図２は、ビーム配置装置１００のハードウェア構成の一例を示す模式図である。ビーム配置装置１００はインタフェース１１０であるネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）１１１、記憶部１４０であるメモリ１４１、入力部１３０であるキーボード１３１およびプロセッサ１２１を備え、演算処理部１２０の機能は、プロセッサ１２１がメモリ１４１に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。なお、キーボード１３１に代えてその他の入力機器を用いてもよいし、バスインタフェースなどを備えてパラメータを電子データとして受け付けるようにしてもよい。また、ＮＩＣ１１１に代えて専用のインタフェースハードウェアを備えるようにするなどしてもよい。その他、様々な実現形態が考えられる。

次にこの実施の形態に係るビーム配置装置１００の動作を説明する。図３は、実施の形態１に係るビーム配置装置１００を適用して構成された衛星通信システムを示す模式図である。図３において、衛星３００は通信サービスを提供するマルチビーム衛星である。要求カバレッジエリア５００は衛星３００がサービスを提供することを求められる範囲である。なお、衛星３００は照射する複数のビームの方向を位相器、反射鏡等により変更可能であるとする。衛星３００はサービスリンクのビーム４００（４００ａ、４００ｂ、４００ｃ）により、それぞれのカバレッジエリア４１０（４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ）のユーザに対して通信サービスを提供する。端末４２０（４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ）はそれぞれのカバレッジエリア４１０において通信サービスを受けるユーザ端末である。また、衛星３００はフィーダリンクのビーム４００（４００ｄ）により基地局２００との間でデータ伝送を行う。なお、図３に示す基地局２００とビーム配置装置１００を１つの装置として実現することも考えられる。

図３において、サービスリンク、フィーダリンクの双方とも実際には地球側から衛星３００へのアップリンクのビームと衛星３００から地球側へのダウンリンクのビームがあるが、図３では簡略化のためサービスリンクのビーム４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、フィーダリンクのビーム４００ｄを双方向の矢印で表している。以降ではダウンリンクのビームが照射される範囲を当該ビームの照射範囲と称することとする。なお、図３は衛星通信システムの構成の一例を示すものであり、ビーム数、端末数等、この発明は図３に示すシステム構成に限定されるものではない。

図４は、衛星３００の構成の一例を示すブロック図である。衛星３００は、受信アンテナ３０１（３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ）、送信アンテナ３０２（３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ）、受信アンテナ３０１と送信アンテナ３０２間で信号を中継する中継器３０３、送信アンテナ３０２から送信する無線信号の位相を制御する位相器３０４（３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ）、制御部３０５を備えている。ここで、中継器３０３はフィルタ、アンプ、分波器、スイッチ、合波器などを備える構成であったり、あるいはさらに変調器と復調器を備えて再生中継を可能にする構成であったりするなど、既存の衛星搭載中継器であってよい。なお、中継器３０３は受信アンテナ３０１で受信した基地局２００からの衛星３００あての無線信号については制御部３０５に転送する。基地局２００から受信した無線信号を制御部３０５が処理するには受信した無線信号を復調する必要があるが、この機能は中継器３０３が備えてもよいし、制御部３０５が備えてもよい。

また、図４に示す構成の衛星３００では、送信アンテナ３０２はフェーズドアレイアンテナであり、位相器３０４が送信アンテナ３０２から送信する無線信号の位相を制御することで、フェーズドアレイアンテナから送出される電波（ビーム）の照射方向が変更可能である。なお、フェーズドアレイアンテナと位相器３０４に代えて、可動式の反射鏡を備え、反射鏡の向きを変えることでビームの照射方向を変更する構成も可能である。制御部は、基地局２００を介してビーム配置装置１００から受信する制御情報（例えば照射角度）に従って位相器３０４あるいは反射鏡を制御して、ビームの照射方向を変更することによりそれぞれのビームの照射範囲を変更する。

この実施の形態では、ビーム配置装置１００は、隣国に設けられた他の無線システムの被干渉電力の許容値（被干渉電力許容値）を超えない範囲で、要求カバレッジエリア５００のカバー率が最大となるように衛星３００から放射される各ビームのカバレッジエリアの配置（ビーム配置と称す）を決定し、当該ビーム配置となるビームの放射方向の情報を生成して、基地局２００を介して衛星３００に当該情報を通知する。なお、放射方向の情報はビームの照射角とするなど、実装に合わせて適切な形式の情報とすればよい。また、この例では隣国の他の無線システムを対象とするが隣国に限定されるものではない。

図５はこの実施の形態のビーム配置装置１００が行うビーム配置決定処理の処理フローの一例を示すフローチャートでる。なお、このフローチャートは一例であり、同等の処理結果が得られる範囲において異なる順序でおこなうようにしてもよい。なお、この実施の形態では記憶部１４０が端末４２０および衛星３００の位置をあらかじめ記憶しているものとする。

はじめに、演算処理部１２０は入力部１３０が受け付けた外部からのビーム配置条件のパラメータを取得する（Ｓ１００１）。ここで、パラメータとは、要求カバレッジエリア５００の位置情報、衛星３００の送信アンテナ３０２の放射パターン、衛星３００が照射可能なビーム数、被干渉電力許容値である隣国間干渉電力、端末１台あたりのビーム送信電力とする。なお、その他のパラメータを合わせて用いてもよい。また、これらのパラメータの少なくとも一部を記憶部１４０が記憶し、演算処理部１２０は記憶部１４０から当該パラメータを取得するようにしてもよい。

次に、演算処理部１２０は記憶部１４０に記憶された要求カバレッジエリアに存在する端末４２０の位置情報と衛星３００の位置情報を取得する（Ｓ１００２）。なお、これらの位置情報は入力部１３０から入力されるようにしてもよい。

次に、演算処理部１２０は照射する複数のビームの中心に位置するビーム（中心ビーム）を照射する座標の候補ごとのビーム配置候補を決定するループ１（Ｌ１）の処理を行う。なお、中心ビームの照射範囲の中心の座標を中心ビーム座標と称することとし、ここでは、中心ビーム座標の候補はあらかじめ記憶部１４０に記憶されているものとする。なお、中心ビーム座標の候補は例えば以下に示す方法で決定する。

図６は中心ビーム座標９０１を起点として要求カバレッジエリア５００を覆うようにビームを配置した場合のビームの照射範囲を示した図である。図６で円がビームの照射範囲を表している。ビームを三角配置（３つのビームが重畳することのない配置の仕方）で配置する場合、中心ビームに隣接する照射範囲の中心が座標９０２であるビームを起点として、ビームを配置することで得られるビーム配置と、中心ビーム座標９０１を起点としてビームを配置することで得られるビーム配置は全く同じになる。従って、要求カバレッジエリア５００を覆うビーム配置の中心ビーム座標の候補点は図６に示す領域９０３にあるとしてよく、領域９０３を格子状に区切り、格子の交点を中心ビーム座標の候補点として決定することができる。

ループ１の処理は、このように定めた中心ビーム座標の候補点のそれぞれについて実施するので、格子の間隔を広くすれば中心ビーム座標の候補点の数が少なくなり、ビーム配置を決定するために要する計算時間は減少するが、精度が悪くなる。一方、格子の間隔を狭くするとより精度の高いビーム配置が可能になる。格子の交点の全てをループ１の処理の対象にするのではなく、ＧＡ(Genetic Algorithm)法などの最適化アルゴリズムを用いて候補を限定するようにしてもよい。

ループ１の処理では、演算処理部１２０はまず中心ビーム座標の候補を１つ選択する（Ｓ１００３）。そして、演算処理部１２０は選択した中心ビーム座標を起点として他のビームを配置する（Ｓ１００４）。ある位置に存在するマルチビーム衛星が要求カバレッジエリア５００を覆うビームを放射するときのビーム配置は、三角配置でビームを配置する場合、中心ビームの座標を元に決めることができる。図７に中心ビーム座標９０１のビームの照射範囲９０４の周囲に他のビームの照射範囲が配置されたビーム配置の例を示す。なお、図７においては説明を簡単にするために、要求カバレッジエリア５００を四角形、ビームの照射範囲を円で示すが、実際には地形に合わせた形状にするなど他の形状であってよい。

Ｓ１００３、Ｓ１００４を実施することによりＳ１００３で選択した中心ビーム座標について、要求カバレッジエリア５００を覆う、ビーム配置を得ることができる。

次に、演算処理部１２０はＳ１００４で定めたビーム配置に基づいた各ビームに在圏する端末数をカウントする（Ｓ１００５）。この処理は、各ビームの照射範囲の座標と、Ｓ１００２で取得した端末の位置情報に基づいて実施する。なお、端末数のカウントは、パラメータとして要求カバレッジエリア５００内の各座標の端末密度を取得している場合には、端末密度をカバー面積で面積分することで取得することも可能である。この場合はＳ１００２で端末の位置情報を取得する必要はない。なお、この発明は端末数の取得方法を限定するものではなく、その他の方法で求めるようにしてもよい。

次に、演算処理部１２０は各ビームの出力電力を計算する（Ｓ１００６）。各ビームの出力電力は、例えば、Ｓ１００１で取得した端末１台あたりのビーム送信電力と、Ｓ１００５で求めた各ビームの照射範囲内の端末数の積を求めることにより算出可能である。

次に、演算処理部１２０はループ２（Ｌ２）の処理を実施する。ループ2の処理では、演算処理部１２０はＳ１００４で定めたビーム配置を、隣国間干渉電力以下の与干渉電力となるように変更する。演算処理部１２０はまず、衛星３００の座標と隣国の座標と各ビームの出力電力と送信アンテナ３０２の放射パターンに基づいて隣国の他の無線システムへの与干渉電力を計算する（Ｓ１００７）。与干渉電力は、衛星３００の座標と隣国の座標とから定まる衛星３００と隣国のなす角と、送信アンテナ３０２の放射パターンを用いることにより、フリスの伝達公式で求めることが可能である。

次に、演算処理部１２０はＳ１００７で求めた隣国への与干渉電力と隣国間干渉電力を比較し、隣国間干渉電力以下であるかを判定する（Ｓ１００８）。Ｓ１００８で隣国間干渉電力以下でない場合には、演算処理部１２０は、Ｓ１００９の処理を実施する。一方、隣国間干渉電力以下であった場合にはＳ１０１０の処理を実施する。

演算処理部１２０はＳ１００９の処理で、与干渉電力が隣国間干渉電力以下になるように、Ｓ１００４で定めたビーム配置からビームを間引いてビームを削減する。この処理はＳ１００４で定めたビーム配置に対して“間引く”もしくは“間引かない”を決定する処理であるため、０−１整数計画問題を解く処理となる。なお、ここでは要求カバレッジエリア５００の面積のカバー率を減少が小さなるようにビームを削減することとする。０−１整数計画問題を解くことが可能なアルゴリズムとしては、動的計画法、完全列挙法、有効勾配法、ＧＡ法などがあるが、その他の方法を含めていずれの方法を用いてもよい。図８は、Ｓ１００９の処理により図７に示したビーム配置からビームを削減した後のビーム配置の例を示している。図８において、破線の円は削減対象となったビームの照射範囲である。

次に、演算処理部１２０は現在のビーム配置（Ｓ１００９を実施した場合はビーム削減後のビーム配置、行っていない場合はＳ１００４で定めたビーム配置）のビーム数をカウントし、衛星３００が照射可能なビーム数か否かを判定する（Ｓ１０１０）。Ｓ１０１０の処理で衛星３００が照射可能なビーム数を超えている場合は、Ｓ１０１１を実施する。一方、超えていない場合はＳ１０１２を実施する。

Ｓ１０１１では、演算処理部１２０は衛星３００が照射可能に搭載可能なビーム数と等しくなるまで、ビームの間引きを行ってビーム数を削減する。Ｓ１０１１の処理では、照射範囲の面積が小さいビームから順に削減する。これにより、ビーム削減による要求カバレッジエアリア５００のカバー率の減少を小さくする。

次に、演算処理部１２０は現在のビーム配置（Ｓ１０１１を実施した場合はＳ１０１１でビーム削減したビーム配置、Ｓ１０１１を実施せず、Ｓ１００９を実施した場合はＳ１００９でビーム削減したビーム配置、Ｓ１０１１とＳ１００９のいずれも実施しなかった場合はＳ１００４で定めたビーム配置）を現在選択している中心ビーム座標に対応するビーム配置候補として決定する。

Ｓ１００３からＳ１０１２までの処理がループ１で行われる処理であり、演算処理部１２０は対象の中心ビーム座標候補のそれぞれについてループ１の処理を実施してループ１のループ処理を完了する。そして、演算処理部１２０は次にＳ１０１３を実施する。

演算処理部１２０は、Ｓ１０１３の処理で、中心ビーム座標候補のそれぞれに対応して定めたビーム配置候補について、要求カバレッジエリア５００の面積のカバー率を求め、カバー率の大きいビーム配置候補を最終的なビーム配置として決定する。

次に、演算処理部１２０は、衛星３００がビームをＳ１０１３で決定されたビーム配置で照射するように照射方向を定める制御情報を生成する（Ｓ１０１４）。ここで制御情報とは、例えば、衛星３００の各ビームの照射角度などである。そして、演算処理部１２０は制御情報をＩＦ１１０に転送し（Ｓ１０１５）、ＩＦ１１０は制御情報を基地局２００に対して送信する。制御情報は、基地局２００から衛星３００に送信され、上述のように衛星３００は受信した制御情報に応じてビームの照射を制御する。図９は、制御情報として衛星３００の位相器３０４の制御信号を送信する場合の送信情報のフォーマットの一例である。

なお、この実施の形態では、Ｓ１００９の処理およびＳ１０１１の処理において、要求カバレッジエリア５００の面積のカバー率の減少が小さくなるようにビームを間引いて削減するようにしたが、ビーム内における端末数を評価指標に含めて、端末数の減少が小さくなるように間引くビームを決定するようにしてもよい。このようにすることで、より多くの端末を衛星通信システムに収容することが可能となる。

上述の実施の形態では、Ｓ１００２において端末４２０と衛星３００の位置情報を記憶部１４０から取得するが、ビーム配置装置１００が、図１０に一例のシーケンス図を示す処理を任意のタイミングで実行することにより、この位置情報を収集するようにしてもよい。また、この処理は図５に示したフローチャートの組み込んでもよいし、独立した処理にしてもよい。

図１０のシーケンス図の処理について説明する。まず、ビーム配置装置１００の演算処理部１２０が衛星通信システムの端末４２０に対して、位置情報をビーム配置装置１００に通知するよう要求する位置情報要求メッセージを生成して、ＩＦ１１０から基地局２００に対して送信する（Ｓ２００１）。位置情報要求メッセージは基地局２００、衛星３００を経由して端末４２０に転送される。なお、位置情報要求メッセージは報知メッセージとして同一メッセージを送信すればよい。位置情報要求メッセージを受信した端末４２０はビーム配置装置１００に対して自装置の位置情報（例えば経緯度座標）を通知する（Ｓ２００２）。

次に、ビーム配置装置１００の演算処理部１２０は衛星通信システムの衛星３００に対して、位置情報をビーム配置装置１００に通知するよう要求する位置情報要求メッセージを生成して、ＩＦ１１０から基地局２００に対して送信する（Ｓ２００３）。位置情報要求メッセージは基地局２００を経由して衛星３００に転送される。位置情報要求メッセージを受信した衛星３００はビーム配置装置１００に対して自装置の位置情報（例えば衛星座標）を通知する（Ｓ２００４）。端末４２０、衛星３００からの位置情報を受信したビーム配置装置１００の演算処理部１２０は受信した位置情報を記憶部１４０に記憶させる。なお、Ｓ２００１とＳ２００２、Ｓ２００３とＳ２００４の処理は独立に行ってもよい。

以上のようにこの実施の形態のビーム配置装置は、マルチビーム衛星が要求カバレッジエリアに放射する複数のビームの送信電力に基づいて他の無線システムに対する複数のビームの与干渉電力を求め、求めた与干渉電力が定められた他の無線システムの被干渉電力の許容値以下になる、要求カバレッジエリアにおける複数のビームのカバレッジエリアの配置であるビーム配置を決定する演算処理部と、演算処理部が決定した前記ビーム配置に関する情報を出力するインタフェースと、を備えるようにした。
これにより、マルチビーム衛星が他の無線システムに与える干渉電力の許容値の制約を満足するマルチビーム衛星のビーム配置を決定することができる。

また、ビーム配置装置が端末から当該端末の位置情報を取得し、取得した端末の位置情報に基づいて、それぞれのビームのカバレッジエリア内の端末数を求め、求めたそれぞれのカバレッジエリアの端末数に基づいてビーム配置を決定することで、運用中のマルチビーム衛星のビーム配置を決定する場合に、実際の端末数に基づいて、より多くの端末を収容可能なビーム配置を決定することができる。

また端末密度が既知である場合には、端末密度に基づいてカバレッジエリアの端末数を求めるようにすることで、運用前の衛星のビーム配置の決定において収容端末数に基づくビーム配置が可能になる。また、運用中の衛星のビーム配置を決定する場合には、端末から位置情報を取得する処理を削減することができる。

なお、ビーム配置装置を衛星に搭載し、ビーム配置装置と衛星の制御部が接続されるようにする構成にしてもよい。

実施の形態２．
ビーム配置装置は、稼働中の衛星のビーム配置のみではなく、衛星通信システムの設計時におけるビーム配置の決定に用いることができる。なお、設計時に衛星の打ち上げ座標が決定されておらず、複数候補がある場合には、図１１にフローチャートの一例を示すようにループ２を設けて、それぞれの衛星座標候補ごとのビーム配置を求めて、ビーム配置とともに衛星座標を定めるようにしてもよい。なお、この実施の形態のビーム配置装置の構成は図１に示した実施の形態１のビーム配置装置と同様である。

以下、図１１を参照してこの実施の形態のビーム配置装置１００の動作を説明する。なお、ループ２以外の処理は実施の形態１と同様であるので、ここではループ２の処理を中心に説明する。なお、Ｓ１００２の処理では、演算処理部１２０は複数の衛星座標候補を取得するものとする。

実施の形態１では選択した中心ビーム座標の候補ごとにＳ１００４からＳ１０１２の処理を実施したが、この実施の形態ではループ２を加えることで、衛星座標の候補ごとにもＳ１００４からＳ１０１２の処理を実施するようにする。図１２に示すように、静止衛星軌道９１０の座標９１１、９１２に静止衛星がある場合に、それぞれの位置から地点９２０に対してボアサイトを向けてビームを照射した場合、それぞれのビームの照射範囲９３１、９３２は同図に示すように異なる領域になる。要求カバレッジエリア５００の面積のカバー率がより高いビーム配置を求める場合、衛星３００の座標を考慮することは有効である。なお、Ｓ１００２で取得する衛星座標候補は、静止軌道を等間隔で区切った座標を求めておけばよい。ここで、静止軌道を区切る間隔を広くすれば、衛星座標の候補点の数が少なくなるため、計算量は少なくなるが、計算精度が悪くなる。一方、静止軌道を区切る間隔を狭くすれば、精度は向上するが計算時間は長くなる。精度向上と演算処理の負荷軽減のため、ＧＡ法などの最適化アルゴリズムを用いて候補点を限定してもよい。

この実施の形態のビーム配置装置１００の演算処理部１２０は、Ｓ１００３で中心ビーム座標の候補の一つを選択した後、Ｓ１００２で取得した衛星座標候補の一つを選択する（Ｓ１０１６）。そして演算処理部１２０は、Ｓ１００３で選択した中心ビーム座標の候補とＳ１０１６で選択した衛星座標候補について、Ｓ１００４からＳ１０１２までの処理を実施し、当該中心ビーム座標候補と衛星座標候補の組み合わせに対応するビーム配置候補を決定する。その後演算処理部１２０は、再びＳ１０１６の処理で衛星座標候補を選択して、選択した中心ビーム座標候補と衛星座標候補の組み合わせに対応するビーム配置候補を決定する。演算処理部１２０は、すべての衛星座標候補についてＳ１００４からＳ１０１２までの処理を実施すると、Ｓ１００３を実施して別の中心ビーム座標候補を選択し、再びすべての衛星座標候補についてＳ１００４からＳ１０１２までの処理を実施して、選択した中心ビーム座標候補とそれぞれの衛星座標候補との組み合わせに対応するビーム配置候補を決定する。ここで、Ｓ１０１０で用いる照射可能なビーム数は打ち上げする衛星３００の搭載可能なアンテナおよびアンテナ周辺機器の数に応じて定まる数としてもよい。

演算処理部１２０は、同様の処理をすべての中心ビーム座標候補について実施したのち、Ｓ１０１３の処理でビーム配置を決定するとともに、当該ビーム配置に対応する衛星座標候補を衛星座標に決定する。なお、ここではループ１の中にループ２を設けたが、ループ２の中にループ１を設けるように構成してもよい。

ループ１を終了後、演算処理部１２０はＳ１０１３の処理を実施してビーム配置を決定する。そして演算処理部１２０は決定したビーム配置をＩＦ１１０を介して外部に出力する。なお、演算処理部１２０は決定したビーム配置を記憶部１４０に記憶させ、ビーム配置を任意のタイミングで出力可能としてもよい。

上述のようにこの実施の形態のビーム配置装置は、マルチビーム衛星が位置する座標の候補である複数の衛星座標候補のそれぞれについて、マルチビーム衛星が要求カバレッジエリアに放射する複数のビームの送信電力に基づいて他の無線システムに対する複数のビームの与干渉電力を求め、求めた与干渉電力が定められた他の無線システムの被干渉電力の許容値以下である、要求カバレッジエリアにおける複数のビームのカバレッジエリアの配置を決定してビーム配置候補とし、複数のビーム配置候補からビーム配置を選択して決定するとともに、当該選択したビーム配置に対応する衛星座標候補をマルチビーム衛星が位置する座標として決定する演算処理部と、演算処理部が決定した前記ビーム配置に関する情報を出力するインタフェースと、を備えるようにした。

これにより衛星が位置する座標の候補が複数ある場合に、衛星が位置する座標を考慮して、他の無線システムに対する干渉電力の許容値の規定を満たすとともに、要求カバレッジエリアのカバー率がより高いビーム配置を得ることが可能になる。

以上のようにこの発明のビーム配置装置およびビーム配置方法によれば、マルチビーム衛星から照射される複数のビームの照射位置を決定する際に、他の無線システムの被干渉電力の許容値の規定を満足するとともに、効率よくサービスを提供することが可能なビーム配置を決定することができ、衛星無線システムの運用および設計において有効である。

１００ビーム配置装置、１１０インタフェース、１１１ネットワークインタフェースカード、１２０演算処理部、１２１プロセッサ、１３０入力部、１３１キーボード、１４０記憶部、１４１メモリ、２００制御局（基地局）、３００衛星、３０１、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ受信アンテナ、３０２、３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ送信アンテナ、３０３中継器、３０４、３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ位相器、３０５制御部、４００、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄビーム、４１０、４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃカバレッジエリア、４２０、４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ端末、５００要求カバレッジエリア、９０１中心ビーム座標、９０２座標、９０３領域、９０４照射範囲、９１０静止衛星軌道、９１１座標、９１２座標、９２０地点、９３１照射範囲、９３２照射範囲。

Claims

マルチビーム衛星が要求カバレッジエリアに放射する複数のビームの送信電力に基づいて他の無線システムに対する前記複数のビームの与干渉電力を求め、前記与干渉電力が定められた前記他の無線システムの被干渉電力の許容値以下である、前記要求カバレッジエリアにおける前記複数のビームのカバレッジエリアの配置を定めるビーム配置を決定する演算処理部と、
前記演算処理部が決定した前記ビーム配置に関する情報を出力するインタフェースと、を備えることを特徴とするビーム配置装置。
前記演算処理部は、前記要求カバレッジエリアに前記複数のビームのカバレッジエリアを配置し、当該配置における前記複数のビームの与干渉電力を求め、当該求めた与干渉電力が前記被干渉電力の許容値を超える場合に、前記要求カバレッジエリアにカバレッジエリアを配置した前記複数のビームのいずれかを削除して、前記与干渉電力が前記被干渉電力の許容値以下になる前記ビーム配置を決定することを特徴とする請求項１に記載のビーム配置装置。
前記インタフェースが出力する前記ビーム配置に関する情報は、前記マルチビーム衛星が照射する前記複数のビームのそれぞれの照射方向を定める制御情報であり、
前記演算処理部は、前記ビーム配置に基づいて前記制御情報を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビーム配置装置。
前記演算処理部は、前記要求カバレッジエリアに存在する端末の位置情報に基づいて、前記複数のビームのカバレッジエリアに存在する端末の数を求め、前記端末の数に基づいて前記ビーム配置を決定することを特徴とする請求項３に記載のビーム配置装置。
前記演算処理部は、前記端末の位置情報を前記端末から取得することを特徴とする請求項４に記載のビーム配置装置。
前記端末の位置情報は、前記要求カバレッジエリアにおける前記端末の密度であり、
前記演算処理部は、前記端末の密度に基づいて前記カバレッジエリアに存在する端末の数を求めることを特徴とする請求項４に記載のビーム配置装置。
前記マルチビーム衛星が位置する座標の候補である複数の衛星座標候補のそれぞれについて前記複数のビームのカバレッジエリアの配置を決定してビーム配置候補とし、当該複数のビーム配置候補から前記ビーム配置を選択して決定するとともに、当該選択したビーム配置に対応する衛星座標候補をマルチビーム衛星が位置する座標として決定することを特徴とする請求項１に記載のビーム配置装置。
マルチビーム衛星が要求カバレッジエリアに放射する複数のビームのカバレッジエリアの配置を決定するビーム配置装置が行うビーム配置方法であって、
前記マルチビーム衛星が放射する前記複数のビームの送信電力に基づいて他の無線システムに対する前記複数のビームの与干渉電力を求めるステップと、
前記与干渉電力が定められた他の無線システムの被干渉電力の許容値以下である、前記要求カバレッジエリアにおける前記複数のビームのカバレッジエリアの配置を定めるビーム配置を決定するステップと、
備えることを特徴とするビーム配置方法。