JP7060232B2

JP7060232B2 - 通信システム、宇宙側送信局装置、地上側受信局装置、及びプログラム

Info

Publication number: JP7060232B2
Application number: JP2018035139A
Authority: JP
Inventors: 友也深見
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2019149782A; WO2019167833A1

Description

本発明は、人工衛星等と地上局との間の通信等に用いられる通信システム、宇宙側送信局装置、地上側受信局装置、及びプログラムに関する。

近年、地上の状況等を人工衛星を用いて観測し、当該観測したデータを地上局へ送信するシステムが数多く開発されている。このような人工衛星は、その軌道によっては地上局との間の通信可能時間が限られる場合がある。

また、人工衛星から地上局へのデータ通信では、一つの変調波を用いて、比較的高速なデータ通信を行う方法（シングルキャリア方式）と、多数の変調波を用いて、それぞれの変調波では比較的低速なデータ通信を行う方法（マルチキャリア方式）とが存在する。

ここでマルチキャリア方式では、各変調波で変調された信号間の干渉を避けるため、各変調波により変調される信号の占有周波数帯域間に、信号のない周波数帯域（ガードバンド）を設けている。このため、マルチキャリア方式を採用する場合、シングルキャリア方式に比べると、周波数利用効率が低下する。

Philippe Hostiou et.al., A TeamCast Focus: Wideband Satellite Gbit/s Over DVB-S2X With Annex M, SatMagazine-2016, Oct.（ＵＲＬ：http://satmagazine.com/2016/SM_Oct2016.pdf，２０１７年２月１日検索）

このように、人工衛星等から地上局への通信は、シングルキャリア方式により行うことが周波数利用効率の面からは好適であるが、この場合は、従来、マルチキャリア方式のように並列的にデータ処理を行っていないため、当該変調波にて伝送される信号を高速に復調し、また当該信号に含まれるデータを高速に復号しなければならず、受信機のコストが著しく高価となってしまう。

なお、複数の地上局に対しての信号をシングルキャリア方式により時分割的に送出する技術が非特許文献１に開示されている。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、比較的安価な受信機を用いつつ、シングルキャリア方式による通信を実現できる通信システム、宇宙側送信局装置、地上側受信局装置、及びプログラムを提供することを、その目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決する本発明は、一つの地上側受信局装置へシングルキャリア信号を送出する宇宙側送信局装置であって、一つの地上側受信局装置に対する送信対象となるデータを受け入れる受入手段と、前記送信対象のデータを、当該データよりもサイズの小さい、複数の部分データに分割する分割手段と、前記分割して得られた各部分データに固有の部分データ識別情報を含め、符号化する符号化手段と、前記符号化した各部分データにそれぞれ所定の符号化データ識別情報を付して互いに連接し、シングルキャリア信号として送出する送信手段と、を有することとしたものである。

このようにデータを分割しておくことにより、各部分データに相当する信号を地上局側にて、互いに異なる受信機を用いて時分割的に処理させることが可能となり、比較的安価な受信機を用いつつ、シングルキャリア方式による通信を実現できる。

本発明の実施の形態に係る通信システムの例を表す概略図である。本発明の実施の形態に係る宇宙側送信局装置の例を表す構成ブロック図である。本発明の実施の形態に係る地上側受信局装置の例を表す構成ブロック図である。本発明の実施の形態に係る宇宙側送信局装置の例を表す機能ブロック図である。本発明の実施の形態に係る宇宙側送信局装置における送信対象データの分割態様の例を表す説明図である。本発明の実施の形態に係る宇宙側送信局装置が送出する信号の一例を表す説明図である。本発明の実施の形態に係る宇宙側送信局装置の動作例を表すフローチャート図である。本発明の実施の形態に係る宇宙側送信局装置が送出する信号のもう一つの例を表す説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る通信システム１は、図１に例示するように、人工衛星２に搭載された宇宙側送信局装置１０と、地上側の施設３に配置された地上側受信局装置２０とを含んで構成されている。

この人工衛星２は、例えば地上の状況等を観測する少なくとも一つのセンサを有し、当該センサにて検出したデータを一つの地上側受信局装置２０に対して送出する。またこの人工衛星２は、人工衛星の姿勢等の状況を表すステータス情報をセンサで検出したデータとともに地上側受信局装置２０に対して送出する。

宇宙側送信局装置１０は、図２に例示するように、制御部１１と、記憶部１２と、データ入力部１３と、無線部１４とを含んで構成されている。また地上側受信局装置２０は、図３に例示するように、無線受信部２１と、分配器２２と、複数の受信器２３ａ，ｂ，…ｎと、出力部２４とを含んで構成されている。

ここで宇宙側送信局装置１０の制御部１１は、ＣＰＵ等のプログラム制御デバイスであり、記憶部１２に格納されたプログラムを実行する。本実施の形態では、この制御部１１は、一つの地上側受信局装置２０に対してシングルキャリア信号を送出する処理を行うものである。

この制御部１１は、一つの地上側受信局装置に対する送信対象となるデータを受け入れ、当該受け入れた送信対象のデータを、当該データよりもサイズの小さい、複数の部分データに分割する。そして制御部１１は、分割して得られた各部分データに固有の部分データ識別情報を含めて符号化し、当該符号化した各部分データにそれぞれ所定の符号化データ識別情報を付して互いに連接して、無線部１４を介してシングルキャリア信号として送出する。この制御部１１の動作については後に詳しく述べる。

記憶部１２は、ディスクデバイスやメモリデバイス等を含み、制御部１１によって実行されるプログラムを格納している。この記憶部１２は、また、制御部１１のワークメモリとしても動作する。

データ入力部１３は、一つの地上側受信局装置に対する送信対象となるデータの入力を受け入れる。本実施の形態の一例では、このデータ入力部１３は、人工衛星２に搭載された各種のセンサの出力やステータス情報を受け入れて制御部１１に出力する。本実施の形態の一例では、センサは光学カメラや、レーダー等であり、それぞれのセンサは、観測データを出力する。

無線部１４は、制御部１１が出力する符号化データを単一の搬送波で変調し、シングルキャリア信号として地上側受信局装置２０に対して送出する。

ここで具体的に、この宇宙側送信局装置１０の制御部１１の動作について説明する。この制御部１１は、記憶部１２に格納されたプログラムを実行することで、図４に例示するように、受入部３１と、分割部３２と、符号化部３３と、通信制御部３４とを含む構成を実現する。

受入部３１は、一つの地上側受信局装置に対する送信対象となるデータを、センサ等から受け入れる。ここで送信対象となるデータは、複数の種類のデータ（複数のセンサが出力するデータや、ステータス情報等）を含んでもよい。

受入部３１は、当該送信対象のデータを一体のデータとして（例えば広く知られているアーカイバによって一体のデータに結合して）、分割部３２に出力する。

分割部３２は、入力された送信対象となるデータを、複数の、送信対象となるデータよりもサイズの小さい、複数個の部分データに分割する。具体的にこの分割部３２は、図５に例示するように、送信対象となるデータの先頭側から順に受信側の性能により定められる長さ（具体的には後に説明する受信器２３が一度に受け入れられるデータの長さ、例えばDVB-S2X規格の１パケットのサイズに対応する長さ）に分割して、それぞれを部分データＰｄ１，Ｐｄ２…とする。なお、この長さは、符号化部３３の符号化率に影響されるため、符号化部３３が一度に受け入れるデータの単位となる。一般に、人工衛星２と地上側の受信局との距離情報に基づいて符号化率が動的に設定されるので、符号化部３３が一度に受け入れるデータの単位は時間によって変化している。従って、ここでの部分データのサイズは、常に一定（固定された長さ）となるものではない。

符号化部３３は、分割して得た部分データのそれぞれに、固有の部分データ識別情報を含める。ここで部分データ識別情報は、分割された部分データの結合順を指定して、送信対象のデータを再構成するための情報である。一例としてこの部分データ識別情報は、各部分データが送信対象となるデータ（分割前の元データ）の先頭から何番目の部分データに対応するかを表すシリアル番号であってもよい。図５の例であれば、送信対象となるデータの最も先頭の部分に対応する部分データＰｄ１に対する部分データ識別情報を「１」、次の部分データＰｄ２に対する部分データ識別情報を「２」…としていく。なお、この部分データ識別情報は分割して得られた部分データとは区別して取り出せるようにしておく。一例としてこの部分データ識別情報は予め定めたビット数で表すものとし、必要があれば「０」をパディングする。また部分データ識別情報は部分データの予め定めた部分（例えば前方にヘッダとして、あるいは後方にトレイラとして、など）に含めるものとする。

符号化部３３は、さらに、固有の部分データ識別情報を含めた部分データのそれぞれを、所定の符号化方法で符号化する。一例としてここでの符号化は誤り訂正符号を付加する符号化としておく。

通信制御部３４は、符号化した各部分データに、それぞれ所定の符号化データ識別情報を付加する。ここで符号化データ識別情報は、地上側受信局装置２０が備えるｎ個（ｎは２以上の整数）の受信器２３の、どの受信器２３が復号を担当するかを表す情報（復調・復号を行う受信器２３を割り振る情報）である。この符号化データ識別情報の一例としては、符号化した部分データに含めた部分データ識別情報のシリアル番号を、地上側受信局装置２０が備える受信器２３の数ｎで除した余りに「１」を加えた値である。このようにすると、「１」から「ｎ」までの連番が繰り返し、符号化データ識別情報として設定されることとなる。

なお、この符号化データ識別情報も符号化した部分データの本体部分とは区別して取り出せるようにしておく。一例としてこの符号化データ識別情報は予め定めたビット数で表すものとし、必要があれば「０」をパディングする。また符号化データ識別情報は符号化した部分データの予め定めた部分（例えば前方にヘッダとして、あるいは後方にトレイラとして、など）に含めるものとする。

通信制御部３４は、このように符号化した部分データが一連のシングルキャリア信号となるようにして（各符号化した部分データに対応する信号が互いに連接された状態として）送出されるよう、無線部１４を制御する。一例としてこの通信制御部３４は、符号化した部分データを互いに連接してから無線部１４に出力し、無線部１４にて連接した後のデータを無線周波数で変調し、送信させる。あるいはこの通信制御部３４は、符号化した部分データを逐次的に無線部１４に出力し、無線部１４に各符号化した部分データに対応するデータを無線周波数で変調させ、変調後の信号を続けて（連接した状態として）送信させる。

図６はこの処理により無線部１４が送信する信号の内容の概略を示したものである。図６に例示するように、宇宙側送信局装置１０が送出したシングルキャリア信号は、符号化データ識別情報（Ｈ）と符号化した部分データ（Ｂ）とが繰り返し含まれたものとなる。

地上側受信局装置２０の無線受信部２１は、宇宙側送信局装置１０が送出したシングルキャリア信号を受信して分配器２２に出力する。このとき、無線受信部２１は、シングルキャリア信号を中間周波の信号に変換してから分配器２２に出力してもよい。分配器２２は、無線受信部２１が出力するシングルキャリア信号を複製して、各受信器２３に出力する。

本実施の形態の一例では、各受信器２３は、担当する符号化データ識別情報が予め定められているものとする。受信器２３は、担当する符号化データ識別情報が付された、符号化された部分データを復号し、復号して得られた、部分データ識別情報を含む部分データを出力する。

具体的に受信器２３は、分配器２２が出力するシングルキャリア信号のうち、符号化データ識別情報が含まれる部分を参照し、当該参照した部分に、自己が担当するものとして予め定められた符号化データ識別情報が含まれると判断すると、それに引き続く（符号化データ識別情報が符号化した部分データの本体に先立って送信されているものとする）符号化した部分データの本体の部分を復調し、復調して得た、符号化された部分データを復号する。

この復調及び復号の際、個々の受信器２３は、次に自己が担当するものとして定められた符号化データ識別情報が到来するまでの期間をかけて、比較的遅い処理により復調・復号を行うことができ、高価な高速の受信器を利用する必要がない。

この復号の結果、各受信器２３は、それぞれが担当する符号化データ識別情報に関連付けられた、部分データ（部分データ識別情報を含む）を復号して出力する。

またこのような、符号化データ識別情報との一致を調べて、引き続く部分を復調する動作は、スライディング相関器と、遅延線とを用いた、広く知られた方法を採用して実現できるので、ここでの詳しい説明を省略する。

出力部２４は、複数の受信器２３の少なくとも一部が出力する部分データを受け入れ、受け入れた部分データに含まれる部分データ識別情報を参照して結合方法を決定し、当該決定した方法で、部分データ識別情報を削除した部分データを結合してデータを再生して出力する。このとき出力部２４は、部分データ識別情報は削除して結合する。この出力部２４は、ＣＰＵやＤＳＰ（Digital Signal Processer）等のプログラム制御デバイス、及びそのプログラムを格納する記憶部等を含む、コンピュータ装置によって実現できる。

一例としてこの出力部２４は、各受信器２３が出力する部分データを受け入れ、各部分データに含まれる部分データ識別情報を参照して、部分データを、分割前の元のデータ（宇宙側送信局装置１０で送信対象としたデータ）を再生するよう順番に結合する。具体的に部分データ識別情報が元のデータに含まれる順序を表すシリアル番号となっている場合、出力部２４は、このシリアル番号の順に、受信器２３が出力する部分データを結合して元のデータを再生し、出力する。

［動作］
本実施の形態は以上の構成を備えており、次のように動作する。なお、以下の例では、人工衛星２は、人工衛星の姿勢等の状況を表すステータス情報と、地上を光学的に撮像した光学観測データと、レーダで観測したレーダ観測データとを一つの地上局側へ送信するものとする。

人工衛星２に搭載された宇宙側送信局装置１０は、図７に例示するように、この、一つの地上側受信局装置に対する送信対象となるデータを受け入れると、当該データを先頭側から順に所定の長さごとの部分データに分割して、複数個の部分データＰｄ１，Ｐｄ２…を得る（Ｓ１）。

宇宙側送信局装置１０は、分割して得た部分データのそれぞれに、固有の部分データ識別情報を含める（Ｓ２）。ここでは部分データ識別情報は、各部分データが送信対象となるデータ（分割前の元データ）の先頭から何番目の部分データに対応するかを表すシリアル番号であるものとする。

すなわち宇宙側送信局装置１０は、送信対象となるデータの最も先頭の部分に対応する部分データＰｄ１に対する部分データ識別情報を「１」、次の部分データＰｄ２に対する部分データ識別情報を「２」…として、部分データのヘッダに含める。

宇宙側送信局装置１０は、さらに、固有の部分データ識別情報を含めた部分データＰｄｉ（ｉ＝１，２，…）のそれぞれを、誤り訂正符号化して符号化後データＣｉ（ｉ＝１，２，…）を生成する（Ｓ３）。宇宙側送信局装置１０は、ここで誤り訂正符号化した各部分データ（符号化後データ）Ｃｉに、それぞれ所定の符号化データ識別情報を付加する（Ｓ４）。ここでは、符号化後データの符号化前の部分データに含められた部分データ識別情報のシリアル番号ｉ（ｉ＝１，２，…）を、地上側受信局装置２０が備える受信器２３の数ｎで除した余りに「１」を加えた値とする。つまり、例えばｎ＝１０であれば、送信対象となるデータの先頭からｉ番目の部分に対応する部分データＰｄｉに対応する符号化後データＣｉには符号化データ識別情報として「（ｉ mod ｎ）＋１」を設定する。ここでｉ mod ｎは、ｉをｎで除した余りを意味する。宇宙側送信局装置１０は、符号化データ識別情報を符号化後データのヘッダとして含める。

宇宙側送信局装置１０は、符号化後データを、符号化前の部分データに含まれる部分データ識別情報の順に互いに連接してから所定の無線周波数で変調し、地上局側へ送信する（Ｓ５）。この処理により、宇宙側送信局装置１０からは図６に例示したように、符号化データ識別情報（Ｈ）と符号化した部分データ（Ｂ）とが繰り返し含まれたものとなる。なお、ここでは地上側受信局装置２０が備えるｎ個の受信器２３の、どの受信器２３が復号を担当するかを表す情報である符号化データ識別情報が、符号化前の部分データに含まれる部分データ識別情報ｉをｎで除した余りに基づいて決定され、この部分データ識別情報の順に対応する符号化後データを連接しているので、地上側受信局装置２０の各受信器２３は、自己の担当する信号をｎ回に一回だけ受け入れることとなる。従って地上側受信局装置２０の各受信器２３は、宇宙側送信局装置１０から送信されるデータのビットレートｒよりｎ倍遅いビットレートｒ／ｎより高速に動作するものであれば構わないこととなり、高速に動作する受信器に比べ、比較的安価な受信器により実現できることとなる。

地上側受信局装置２０は、宇宙側送信局装置１０が送出したシングルキャリア信号を受信して、当該受信したシングルキャリア信号を受信器２３の数ｎだけ複製して、各受信器２３に出力する。なお、この地上側受信局装置２０は、受信したシングルキャリア信号を中間周波の信号に変換してから複製し、各受信器２３に出力してもよい。

受信器２３は、複製されて入力されたシングルキャリア信号のうち、符号化データ識別情報が含まれる部分の信号が、自己が担当するものとして予め定められた符号化データ識別情報が含まれることを表す信号となっているか否かをスライディング相関器等で調べる。

そして各受信器２３は、自己が担当するものとして予め定められた符号化データ識別情報をシングルキャリア信号から検出すると、検出した時点から所定の時間分の信号を取り込んで復調する。また復調して得たデータ（符号化後データに相当する）を復号して、部分データ（部分データ識別情報を含む）を再生して出力する。

ここで受信器２３ａは、符号化データ識別情報が「１」である符号化後データに相当する信号を復調・復号するものとし、受信器２３ｂは、符号化データ識別情報が「２」である符号化後データに相当する信号を復調・復号するものとする…といったように設定されているものとすると、受信器２３ａは、符号化後データＣ１を復号して得た部分データＰｄ１を出力することとなり、受信器２３ｂは、符号化後データＣ２を復号して得た部分データＰｄ２を出力する…といったように、各受信器２３が部分データを次々に出力することとなる。

また受信器２３ａは、符号化データ識別情報が「１」である符号化後データが再び入力される時点（符号化後データ一つ分の時間ｔに受信器２３の数ｎを乗じた時間ｎｔだけ後）に再び、符号化後データＣｎ＋１（例えばｎ＝１０であれば、符号化後データＣ１１）に相当する信号を復調・復号し、部分データＰｄｎ＋１を出力する。

受信器２３ｂも同様に、符号化データ識別情報が「２」である符号化後データが再び入力される時点（符号化後データ一つ分の時間ｔに受信器２３の数ｎを乗じた時間ｎｔだけ後）に再び、符号化後データＣｎ＋２（例えばｎ＝１０であれば、符号化後データＣ１２）に相当する信号を復調・復号し、部分データＰｄｎ＋２を出力する。

地上側受信局装置２０は、自己が備える複数の受信器２３がそれぞれ出力する部分データＰｄｉ（ｉ＝１，２…）に含まれる部分データ識別情報を参照して、当該部分データ識別情報の小さい順に結合する。このとき地上側受信局装置２０は、部分データ識別情報は削除する。地上側受信局装置２０は、このように部分データを結合することで、宇宙側送信局装置１０において送信対象となった元のデータを再生し、出力する。

［データ種類ごとに受信器の割り当てを設定する例］
ここまでの説明においては、分割して得た部分データを、地上側受信局装置２０の複数の受信器２３に順次担当させて復調・復号を行わせることとしていたが、本実施の形態はこの例だけに限られない。

例えば、元のデータの種類ごとに、信号の復調とデータの復号とを行う地上側受信局装置２０の受信器２３（の組）を異ならせてもよい。

一例として、人工衛星２が自身の姿勢等の状況を表すステータス情報と、地上を光学的に撮像した光学観測データと、レーダで観測したレーダ観測データとを一つの地上局側へ送信する場合に、ステータス情報については、特定の受信器２３ｘに担当させることとしてもよい。

この場合宇宙側送信局装置１０は、ステータス情報以外のデータ（以下、観測データと呼ぶ）については連接して一連のデータとしたうえで、当該一連のデータを、部分データに分割して符号化し、各部分データに対応する符号化後データを得る。また宇宙側送信局装置１０は、符号化後データのそれぞれに、上記受信器２３ｘ以外の受信器２３を担当とするよう符号化データ識別情報を設定する。一例として、符号化前の、対応する部分データに含められた部分データ識別情報のシリアル番号ｉ（ｉ＝１，２，…）を、地上側受信局装置２０が備える受信器２３の数から１を引いた数（受信器２３ｘを除いた数）ｎ－１で除した余りに「１」を加えた値とする。つまり、例えばｎ＝１０であれば、送信対象となるデータの先頭からｉ番目の部分に対応する部分データＰｄｉに対応する符号化後データＣｉには符号化データ識別情報として「（ｉ mod （ｎ－１））＋１」を設定する。

これにより宇宙側送信局装置１０は、符号化後データＣ１，Ｃ２，…に、それぞれ符号化データ識別情報として「１」，「２」…，「ｎ－１」，「１」…といったように繰り返す情報を、符号化後データのヘッダに相当する位置等、所定の位置に結合する。

さらに宇宙側送信局装置１０は、ステータス情報については、上記部分データと同じサイズの部分ステータス情報に分割し、各部分ステータス情報を符号化して符号化後ステータス情報を得る。

宇宙側送信局装置１０は、符号化後ステータス情報には、受信器２３ｘに担当させることを表す符号化データ識別情報（例えば番号「ｎ」）を、そのヘッダに相当する位置等、所定の位置に結合する。

そして宇宙側送信局装置１０は、観測データに係る符号化後データと、符号化後ステータス情報とを含む情報列を、各符号化後データと符号化後ステータス情報とを連接して生成し、所定の無線周波数で変調し、地上局側へ送信する。なお、ステータス情報は、不定期に発生するため、宇宙側送信局装置１０は、通常は観測データに係る符号化後データ（符号化データ識別情報が「１」，「２」…，「ｎ－１」，「１」…といったように繰り返されるデータ）を送信しており、ステータス情報が発生した時点で、符号化データ識別情報が「ｎ」であるような符号化後ステータス情報を送出することとなる。この場合、地上側受信局装置２０の各受信器２３は、宇宙側送信局装置１０から送信されるデータのビットレートｒよりｎ－１倍遅いビットレートｒ／（ｎ－１）より高速に動作するものであればよいこととなる。

これにより例えば、図８に例示するように、符号化後データＣ１，Ｃ２，…Ｃｎ－１（それぞれに符号化データ識別情報として「１」，「２」…，「ｎ－１」が結合されている）の次に符号化後ステータス情報ＳＣ１（符号化データ識別情報として「ｎ」が結合されている）が変調されて送信され、さらに続いて符号化後データＣｎ，Ｃｎ＋１，…Ｃ２ｎ－２（ｎ－１個分の符号化後データであり、それぞれに符号化データ識別情報として「１」，「２」…，「ｎ－１」が結合されている）の次には観測データに係る符号化後データＣ２ｎ－１，Ｃ２ｎ，…が変調されて送信され…といったように、シングルキャリア信号が送信される。

このシングルキャリア信号を受信する地上側受信局装置２０は、受信したシングルキャリア信号を受信器２３の数ｎだけ複製して、各受信器２３に出力する。ここでもシングルキャリア信号は中間周波数に変換されてから複製され、各受信器２３に出力されてもよい。

各受信器２３は、複製されて入力されたシングルキャリア信号のうち、符号化データ識別情報が含まれる部分の信号が、自己が担当するものとして予め定められた符号化データ識別情報が含まれることを表す信号から所定の時間分の信号（当該符号化データ識別情報に対応する符号化後データまたは符号化後ステータス情報を変調した信号）を取り込んで復調する。

ここでは受信器２３ａ，２３ｂ…２３（ｎ－１）がそれぞれ符号化データ識別情報「１」，「２」，「ｎ－１」に対応する符号化後データの復調及び復号を担当するものとして設定され、また、受信器２３ｘが符号化データ識別情報「ｎ」に対応する符号化後ステータス情報の復調及び復号を担当するものとして設定されている。

そこで、受信器２３ａないし２３（ｎ－１）は、観測データに係る部分データを次々に出力する。また、受信器２３ｘは、ステータス情報に係る部分ステータス情報を次々に出力する。

地上側受信局装置２０は、受信器２３ａないし２３（ｎ－１）がそれぞれ出力する部分データＰｄｉ（ｉ＝１，２…）に含まれる部分データ識別情報を参照して、当該部分データ識別情報の小さい順に結合し、観測データを再生して出力する。

また、地上側受信局装置２０は、受信器２３ｘが出力する部分ステータス情報については、この部分ステータス情報のみを、出力時間順に結合して、ステータス情報を再生して出力する。

さらにここでは、ステータス情報のみを単独の受信器２３ｘに担当させる例について説明したが、別の例として、人工衛星２が自身の姿勢等の状況を表すステータス情報と、地上を光学的に撮像した光学観測データと、レーダで観測したレーダ観測データとを一つの地上局側へ送信する場合に、ステータス情報については、特定の受信器２３ｘに担当させ、光学観測データについては受信器２３ａ，ｂ，ｃに担当させ、レーダ観測データについては受信器２３ｄ，ｅに担当させ…というように設定してもよい。この設定は例えば各種類のデータのデータ量を勘案して行うことができる。

例えば、第１の種類のデータよりも、第２の種類のデータのデータ量がｋ倍であるときには、第１の種類のデータを担当させる受信器２３よりも、ｋ倍多い受信器２３に第２の種類のデータを担当させる、などというように設定してもよい。

この場合、宇宙側送信局装置１０は、担当させる受信器２３の組が異なっているデータの種類ごとに、それぞれの種類のデータを連接して一連のデータとしたうえで、当該一連のデータのそれぞれを、所定のサイズ（既に述べたように符号化部３３の入力単位に依存する）の部分データに分割して符号化し、各部分データに対応する符号化後データを得る。

このとき、各部分データには、一連のデータごと、かつ、部分データごとに固有の部分データ識別情報を設定する。この部分データ識別情報は、例えば一連のデータごとのシリアル番号となっていてもよい。

例えば上述のように、光学観測データについては受信器２３ａ，ｂ，ｃに担当させ、レーダ観測データについては受信器２３ｄ，ｅに担当させるというように設定する場合、宇宙側送信局装置１０は、光学観測データを分割して得た部分データＰＩｄ１，ＰＩｄ２…にそれぞれシリアル番号「１」，「２」…を、部分データ識別情報として設定し、当該部分データ識別情報を、それぞれ対応する部分データＰＩｄ１，ＰＩｄ２…に、ヘッダ等として含める。

また宇宙側送信局装置１０は、レーダ観測データを分割して得た部分データＰＬｄ１，ＰＬｄ２…についても、それぞれシリアル番号「１」，「２」…を、部分データ識別情報として設定し、当該部分データ識別情報を、それぞれ対応する部分データＰＬｄ１，ＰＬｄ２…に、ヘッダ等として含める。

さらにこの場合も、宇宙側送信局装置１０は、ステータス情報については、上記部分データと同様に、部分ステータス情報に分割し、各部分ステータス情報を符号化して符号化後ステータス情報を得ておく。

宇宙側送信局装置１０は、光学観測データを分割して得た部分データＰＩｄ１，ＰＩｄ２…、レーダ観測データを分割して得た部分データＰＬｄ１，ＰＬｄ２…、についてそれぞれ所定の符号化（誤り訂正符号化等）を行い、符号化後データを生成する。

宇宙側送信局装置１０は、符号化後データについても、復調・復号を担当する受信器２３の組ごとに、当該組に含まれる受信器２３に順次復調・復号を行わせるよう、符号化データ識別情報を設定する。

上述のように、光学観測データについては受信器２３ａ，ｂ，ｃに担当させ、レーダ観測データについては受信器２３ｄ，ｅに担当させるというように設定する場合を例として符号化データ識別情報の設定例について説明すると、次のようになる。なお、以下の説明では例えば、受信器２３ａは符号化データ識別情報が「ａ」となっている符号化後データの復調・復号を担当し、受信器２３ｂは符号化データ識別情報が「ｂ」となっている符号化後データの復調・復号を担当し、…というように予め定めておくものとする。

宇宙側送信局装置１０は、光学観測データを分割して得た部分データＰＩｄ１，ＰＩｄ２…のそれぞれを符号化して、ＣＩ１，ＣＩ２…を生成する。また宇宙側送信局装置１０は、レーダ観測データを分割して得た部分データＰＬｄ１，ＰＬｄ２…のそれぞれを符号化して、ＣＬ１，ＣＬ２…を生成する。そして、宇宙側送信局装置１０は、部分データＰＩｄ１，ＰＩｄ２，ＰＩｄ３，ＰＩｄ４，…のそれぞれに、符号化データ識別情報「ａ」，「ｂ」，「ｃ」，「ａ」…というように、光学観測データを担当させる受信器２３を順番に、また繰り返して指定する符号化データ識別情報を設定する。

宇宙側送信局装置１０は、レーダ観測データを分割して得た部分データＰＬｄ１，ＰＬｄ２，ＰＬｄ３，…についても同様に、符号化データ識別情報「ｄ」，「ｅ」，「ｄ」，…というように、レーダ観測データに係る部分データの復調・復号を担当させる受信器２３を順番に、また繰り返して指定する符号化データ識別情報を設定する。

さらに宇宙側送信局装置１０は、符号化後ステータス情報には、特定の受信器２３ｆに担当させることを表す符号化データ識別情報（例えば「ｆ」とする）を、そのヘッダに相当する位置等、所定の位置に結合して設定する。

そして宇宙側送信局装置１０は、担当する受信器２３を順次変更する順序で符号化後データを配列して連接する。なお、ステータス情報が得られたときには、その時点で、当該符号化後データの列に符号化後ステータス情報を含めて配列し、互いに連接する。具体的な例として、宇宙側送信局装置１０は、符号化データ識別情報「ａ」，「ｂ」，「ｃ」がヘッダに付された部分データＰＩｄ１，ＰＩｄ２，ＰＩｄ３に続き、符号化データ識別情報「ｄ」，「ｅ」がヘッダに付された部分データＰＬｄ１，ＰＬｄ２を連結し、続いてステータス情報が生じれば、ここで符号化データ識別情報「ｆ」がヘッダに付された符号化後ステータス情報ＳＣ１を連結する。そして宇宙側送信局装置１０は、次に、符号化データ識別情報「ａ」，「ｂ」，「ｃ」がヘッダに付された上述の部分データとは別の部分データＰＩｄ４，ＰＩｄ５，ＰＩｄ６を連結し…というように、繰り返して符号化後データや符号化後ステータス情報を連結する。宇宙側送信局装置１０は、連結して得た情報列を、所定の無線周波数で変調し、地上局側へ送信する。

ここでは受信器２３ａ，２３ｂ，２３ｃがそれぞれ符号化データ識別情報「ａ」，「ｂ」，「ｃ」に対応する符号化後データの復調及び復号を担当するものとして設定され、受信器２３ｄ，２３ｅがそれぞれ符号化データ識別情報「ｄ」，「ｅ」に対応する符号化後データの復調及び復号を担当するものとして設定され、受信器２３ｆが符号化データ識別情報「ｆ」に対応する符号化後ステータス情報の復調及び復号を担当するものとして設定されているものとしているので、地上側受信局装置２０は、次のように動作することとなる。

すなわち、受信器２３ａないし２３ｃは、光学観測データに係る部分データを次々に出力し、受信器２３ｄ，２３ｅは、レーダ観測データに係る部分データを次々に出力し、受信器２３ｆは、ステータス情報に係る部分ステータス情報を次々に出力する。なお、いずれの受信器２３も、受信器２３の数をｎ（ここではｎ＝６）とするとき、シングルキャリア信号のビットレートＲに対して、Ｒ／（ｎ－１）以上（ステータス情報は不定期に発生するので、ｎ－１で除している）のビットレートで復調及び復号を行えばよいので、比較的遅い処理により復調・復号を行うことができ、高価な高速の受信器を利用する必要がない。

地上側受信局装置２０は、受信器２３ａないし２３ｃがそれぞれ出力する部分データＰＩｄｉ（ｉ＝１，２…）に含まれる部分データ識別情報を参照して、当該部分データ識別情報の小さい順に結合し、光学観測データを再生して出力する。同様に、地上側受信局装置２０は、受信器２３ｄ，２３ｅがそれぞれ出力する部分データＰＬｄｉ（ｉ＝１，２…）に含まれる部分データ識別情報を参照して、当該部分データ識別情報の小さい順に結合し、レーダ観測データを再生して出力する。

また、地上側受信局装置２０は、受信器２３ｆが出力する部分ステータス情報については、この部分ステータス情報のみを、出力時間順に結合して、ステータス情報を再生して出力する。

［データ種類ごとに異なるビットエラーレートを異ならせる例］
また上述の例において、データの種類によって要求されるビットエラーレート（ＢＥＲ）は異なる。例えばレーダ観測データと、光学観測データとでは、要求されるＢＥＲは、大きく異なっており、レーダ観測データでは、１０^-4未満、圧縮された光学観測データでは１０^-10未満となる。そこで例えば、必要なＢＥＲを確保するため最も厳しいＢＥＲ（上記の２つの例では、１０^-10未満）に合わせて通信の品質を決定すると、一部の種類のデータについては品質が過剰となり、データの通信時間や帯域が有効に利用できないといった問題が生じる。

そこで本実施の形態の一例では、データの種類ごとに、誤り訂正符号等、符号化方法の種類や変調の方法を異ならせてもよい。ここで変調の方法を異ならせる場合は、搬送波が共通であるような、互いに異なる変調方式により、符号化後データの変調を行う。例えば光学観測データに係る符号化後データは３２ＡＰＳＫ（Amplitude Phase-Shift Keying）にて変調し、レーダ観測データに係る符号化後データは６４ＡＰＳＫにて変調してもよい。

このときには、光学観測データについての符号化後データの復調を担当する受信器２３ａ，ｂ，ｃは、３２ＡＰＳＫの信号を復調して光学観測データについての符号化後データを得て、これを復号する。また、レーダ観測データについての符号化後データの復調を担当する受信器２３ｄ，ｅは、６４ＡＰＳＫの信号を復調してレーダ観測データについての符号化後データを得て、これを復号する。

［担当する受信器をそれぞれ一つとする例］
また本実施の形態の例では、データの種類ごとに、当該種類のデータに係る信号の復調・復号を担当する地上側受信局装置２０の受信器２３を、シングルキャリア信号のビットレートＲ未満、かつ、当該種類のデータの平均ビットレートＲ′以上のビットレートの信号を復調・復号可能な程度に高速なものとしておくことで、各種類のデータに係る信号の復調・復号を担当する地上側受信局装置２０の受信器２３を、それぞれ一つずつとすることが可能である。

このようにする場合、各受信器２３の出力を復号の時系列順に連接すれば、そのままそれぞれの種類のデータの再生結果として取り出すことができるため、複数の受信器２３の出力を結合する必要はない。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態によると、人工衛星側で、送信の対象となるデータを分割し、それぞれを個別に符号化、変調して順次シングルキャリア方式の信号として送信することにより、地上局側では各部分データに相当する信号を、複数の受信機を用いて時分割的に処理させることが可能となり、比較的低速で安価な受信機を用いつつ、シングルキャリア方式による通信を実現できる。

１通信システム、２人工衛星、３施設、１０宇宙側送信局装置、１１制御部、１２記憶部、１３データ入力部、１４無線部、２０地上側受信局装置、２１無線受信部、２２分配器、２３受信器、２４出力部、３１受入部、３２分割部、３３符号化部、３４通信制御部。

Claims

宇宙側送信局装置と、地上側受信局装置とを備える通信システムであって、
前記宇宙側送信局装置は、一つの地上側受信局装置への送信対象となるデータを受け入れる手段と、
前記送信対象のデータを、当該データよりもサイズの小さい、複数の部分データに分割する分割手段と、
前記分割して得られた各部分データに固有の部分データ識別情報を含めて符号化する符号化手段と、
前記符号化した各部分データにそれぞれ所定の符号化データ識別情報を付して互いに連接し、シングルキャリア信号として送出する送信手段と、
を有し、
前記地上側受信局装置は、
前記送信されたシングルキャリア信号を複製して出力する分配手段と、
前記分配手段により出力される複数のシングルキャリア信号のそれぞれの入力を受け入れる複数の受信器であって、各受信器が、予め定められた規則により、自己が担当する符号化データ識別情報が付された、符号化された部分データを復号し、復号して得られた、部分データ識別情報を含む部分データを出力する受信器と、
前記複数の受信器の少なくとも一部が出力する部分データを受け入れて、受け入れた部分データに含まれる部分データ識別情報を参照して結合方法を決定し、当該決定した方法で、部分データ識別情報を削除した部分データを結合してデータを再生する結合手段と、
を有する通信システム。
一つの地上側受信局装置へシングルキャリア信号を送出する宇宙側送信局装置であって、
一つの地上側受信局装置に対する送信対象となるデータを受け入れる受入手段と、
前記送信対象のデータを、当該データよりもサイズの小さい、複数の部分データに分割する分割手段と、
前記分割して得られた各部分データに固有の部分データ識別情報を含め、符号化する符号化手段と、
前記符号化した各部分データにそれぞれ所定の符号化データ識別情報を付して互いに連接し、シングルキャリア信号として送出する送信手段と、
を有する宇宙側送信局装置。
宇宙側送信局装置から、送信対象のデータを分割して得た部分データにそれぞれ部分データ識別情報を含めて符号化し、符号化された部分データのそれぞれに所定の符号化データ識別情報を付して連接したデータを、シングルキャリア信号として受信する地上側受信局装置であって、
前記受信したシングルキャリア信号を複製して出力する分配手段と、
前記分配手段により出力される複数のシングルキャリア信号のそれぞれの入力を受け入れる複数の受信器であって、各受信器が、予め定められた規則により、自己が担当する符号化データ識別情報が付された、符号化された部分データを復号し、復号して得られた、部分データ識別情報を含む部分データを出力する受信器と、
前記複数の受信器の少なくとも一部が出力する部分データを受け入れて、受け入れた部分データに含まれる部分データ識別情報を参照して結合方法を決定し、当該決定した方法で、部分データ識別情報を削除した部分データを結合してデータを再生する結合手段と、
を有する地上側受信局装置。
請求項２に記載の宇宙側送信局装置であって、
前記受入手段は、複数の互いに異なる種類のデータを、送信対象となるデータとして受け入れ、
前記分割手段は、送信対象データのうち、予め定めた種類のデータを他の種類のデータを含まない部分データに含めるよう部分データへの分割を行い、
前記送信手段は、前記予め定めた種類のデータを含む部分データを符号化したデータには、所定の符号化データ識別情報を付して送出する宇宙側送信局装置。
請求項２に記載の宇宙側送信局装置であって、
前記受入手段は、複数の互いに異なる種類のデータを、送信対象となるデータとして受け入れ、
前記分割手段は、互いに異なる種類のデータを、それぞれ他の種類のデータを含まない部分データに含めるよう部分データへの分割を行い、
前記送信手段は、前記互いに異なる種類のデータごとに固有の符号化データ識別情報を用い、前記部分データを符号化したデータに、当該部分データに含まれる種類のデータに対応する符号化データ識別情報を付して送出する宇宙側送信局装置。
請求項５に記載の宇宙側送信局装置であって、
前記符号化手段は、前記部分データを、それぞれ当該部分データに含まれるデータの種類に応じて選択した符号化方式により符号化する宇宙側送信局装置。
請求項５または６に宇宙側送信局装置であって、
前記送信手段は、前記符号化された部分データごとに、それぞれ当該部分データに含まれるデータの種類に応じて選択した変調方式により変調した信号を生成し、当該信号を時系列的に互いに連接して、シングルキャリア信号として送出する宇宙側送信局装置。
請求項３に記載の地上側受信局装置であって、
前記宇宙側送信局装置は、送信対象データのうち、予め定めた種類のデータを他の種類のデータを含まない部分データに含め、当該部分データに部分データ識別情報を含めて符号化し、他の種類のデータを含む部分データに部分データ識別情報を含めて符号化したデータとともに、それぞれ符号化された部分データに所定の符号化データ識別情報を付して連接したデータを、シングルキャリア信号として送出しており、
地上側受信局装置は、当該シングルキャリア信号を受信し、
前記受信器のうち、前記予め定めた種類のデータを含む部分データを符号化したデータに付された符号化データ識別情報を担当する受信器は、当該担当する符号化された部分データを復号し、復号して得られた、部分データ識別情報を含む部分データを、そのまま出力し、
前記受信器のうち、前記予め定めた種類のデータを含まない部分データを符号化したデータに付された符号化データ識別情報を担当する受信器は、当該担当する符号化された部分データを復号し、復号して得られた、部分データ識別情報を含む部分データを、前記結合手段に出力して、
前記結合手段が、前記複数の受信器の一部が出力する部分データを受け入れて、受け入れた部分データに含まれる部分データ識別情報を参照して結合方法を決定し、当該決定した方法で、部分データ識別情報を削除した部分データを結合してデータを再生する地上側受信局装置。
地上側受信局装置へシングルキャリア信号を送出する宇宙側送信局装置を、
送信対象となるデータを受け入れる受入手段と、
前記送信対象のデータを、当該データよりもサイズの小さい、複数の部分データに分割する分割手段と、
前記分割して得られた各部分データに固有の部分データ識別情報を含め、符号化する符号化手段と、
前記符号化した各部分データにそれぞれ所定の符号化データ識別情報を付して互いに連接し、シングルキャリア信号として送出する送信手段と、
として機能させるプログラム。