JP7203357B2 - 送信機および送信方法 - Google Patents
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Description
従来から、陸上移動通信におけるセル間干渉抑圧技術として、フラクショナル周波数繰り返し(Fractional Frequency Reuse)が知られている。フラクショナル周波数繰り返しは、上記のマルチビーム方式における重なり領域のように他セルとの重なり部分(セル境界)を有するセルに適用される。
また、従来から、LTE(Long-Term Evolution)におけるセル間干渉抑圧技術の一例として、eICIC(enhanced Inter-Cell Interference Coordination)が知られている。eICICは、LTEにおいて、マクロセルに対して同一の周波数を用いてスモールセルを構成する際に適用される。
従来から、セル境界において、複数の基地局が協調送信を行うことにより、SN比(信号対雑音電力比)を向上させ、より高い周波数利用効率を実現するセル間協調送信方式が知られている。
次に、セル間干渉抑圧技術とセル間協調送信方式の組み合わせについて検討する。
次に、陸上移動通信と衛星通信の通信環境の相違点について説明する。
図5は、衛星通信システム10の一例を示す図である。衛星通信システム10は、地上局(送信機)100と、衛星局200と、受信機300と、から構成される。衛星局200は、マルチビーム方式を採用するHTSの衛星である。各ビームB1、B2、B3、B4は、地表近傍に向けて円錐型のビームパターンを形成し、地表近傍のカバレッジエリアE1,E2,E3,E4に照射される。
実施の形態1では、説明を簡単にするために、図6に示すように、地上局100が、衛星局200を介して、2つの受信機300-1、300-2と同時に通信を行い、衛星局200が、2つのビームB1、B2(カバレッジエリアE1、E2)を形成する場合について説明する。
図7は実施の形態1に係る地上局100の一部の構成を示すブロック図である。図7に示す地上局100において、スケジューラ106は、各受信機300-1、300-2が存在する領域(R1、Q、R2)に基づいて、受信機300-1宛の送信データAおよび受信機300-2宛の送信データBを送信する時間および無線チャネルC1、C2を決定するスケジューリングを行う。送信部111は、スケジューラ106が決定した時間および無線チャネルで、送信データA、Bを衛星局200に送信する。
図9は、衛星局200の構成を示すブロック図である。なお、衛星局200の構成は、従来のものと変わらない。
図10は、実施の形態1に係る受信機300の構成を示すブロック図である。図10において、受信機300は、アンテナ301と、無線受信部302と、制御部303と、抽出部304と、復調部305と、復号部306と、を有する。
次に、地上局100のスケジューラ106が行うスケジューリングの詳細について説明する。
このように、本実施の形態では、受信機が存在する領域に基づいて、各受信機宛にデータを送信する時間および無線チャネルを決定し、決定に従って同一周波数にてデータを送信する。具体的には、全ての受信機が、重なり領域以外の、干渉が発生しない領域に存在する場合には、各受信機宛にデータを連続送信し、リソースの利用率を維持する。また、一部の受信機が重なり領域に存在する場合には、時分割送信を行い、かつ、重なり領域に存在する受信機に、マルチビームで同一のデータを送信することにより、電力合成によるSN比の向上を図る。これにより、重なり領域における干渉抑圧とシステム全体のスループットの向上との両立を実現できる。
上記に説明したように、重なり領域Qに1つの航空機が存在する場合(図12、図13)、時分割多重により、受信機300-1に割り当てられる受信時間は、全時間の1/2となり、伝送レートが低下する。受信機300-2に割り当てられる受信時間も全時間の1/2となるが、ビームB1,B2からの信号を合成受信することができるので、SN比の向上により、受信機300-1よりも伝送レートを増加させることができる。このように、重なり領域Qに1つの航空機が存在する場合、一方の伝送レートが低下し、他方の伝送レートが増加するという、2つの極端な結果が同時に発生する。
以上のように、本実施の形態の変形例1では、重なり領域に存在する受信機にデータを送信する期間T1と、重なり領域に存在しない受信機にデータを送信する期間T2を調整する。これにより、受信機間の伝送レートの分配を行うことができ、各受信機の伝送レートの平準化を図ることができる。
本実施の形態の変形例2では、図16に示すように、受信機300-1を搭載する航空機Aと受信機300-2を搭載する航空機Bの両方とも重なり領域Qに存在する場合について説明する。スケジューラ106は、位置特定部105から取得した航空機A,Bのそれぞれの位置情報に基づいて、重なり領域Qに存在する航空機A,Bをペアリングする。
このように、実施の形態1の変形例2では、1つの重なり領域に複数の受信機が存在する場合、同一周波数にて時分割送信を行い、かつ、重なり領域に存在する全ての受信機に、マルチビームで同一のデータを送信する。これにより、重なり領域に存在する全ての受信機において、電力合成によるSN比の向上を図ることができる。
一般的に、重なり領域Qに近い領域(以下、「近傍領域」という)においても、複数のビームB1,B2での受信合成によるSN比の改善効果が得られる。この点に着目し、変形例3では、近傍領域に航空機が存在する場合について説明する。
このように、本実施の形態の変形例3では、一部の受信機が近傍領域に存在する場合、同一周波数にて時分割送信を行い、かつ、重なり領域に存在する全ての受信機に、マルチビームで同一のデータを送信する。これにより、近傍領域に存在する受信機において、電力合成によるSN比の向上を図ることができる。
上記実施の形態1では、地上局100が、重なり領域Qに存在する受信機300-2に対して、衛星局200を介して、ビームB1、B2で同一のデータを同一周波数で同時に送信する場合について説明した。これに対し、実施の形態2では、地上局100が、重なり領域Qに存在する受信機300-2に、衛星局200を介して、ビームB1、B2で互いに異なるデータを送信し、衛星局200と受信機300-2との間で2×2MIMO(Multiple Input Multiple Output)の通信を行う場合について説明する。
このように、本実施の形態によれば、衛星局200と受信機300-2との間の無線伝送路が2×2MIMOを構成するので、重なり領域Qに存在する受信機300-2への送信データ量をSISOに比べて2倍にすることができる。
上記実施の形態2では、衛星局200と受信機300-2との間で2×2MIMOの通信を行う場合について説明した。これに対して、実施の形態3では、複数の偏波を導入し、各ビームB1、B2で偏波毎に異なるデータを送信し、衛星局200と受信機300-2との間で偏波MIMOの通信を行う場合について説明する。
このように、本実施の形態によれば、衛星局200と受信機300-1との間の無線伝送路が偏波MIMOを構成するので、重なり領域Qに存在しない受信機300-1への送信データ量をSISOに比べて2倍にすることができる。また、本実施の形態によれば、受信機300-2において、複数のビームB1,B2での受信合成によるSN比の改善、スループットの増大を実現することができる。さらに、衛星局200と受信機300-2との間の無線伝送路が偏波MIMOを構成するので、重なり領域Qに存在する受信機300-2への送信データ量をSISOに比べて2倍にすることができる。なお、本実施の形態では、受信機300-1、300-2が、MIMO用の複数の受信アンテナを有する必要が無く、信号を分離するための数学的処理を行う必要も無い。
実施の形態3では、各ビームB1,B2で複数の偏波を用いて、偏波毎に異なるデータを送信する偏波MIMOを行い、さらに、重なり領域Qにおいては、偏波毎の電力合成と偏波MIMOを行う場合について説明した。これに対して、実施の形態4では、各ビームB1,B2で複数の偏波を用いて、偏波毎に異なるデータを送信する偏波MIMOを行い、さらに、重なり領域Qにおいて、ビームと偏波による4×4MIMOを行う場合について説明する。
このように、本実施の形態によれば、衛星局200と受信機300-1との間の無線伝送路が偏波MIMOを構成するので、重なり領域Qに存在しない受信機300-1への送信データ量をSISOに比べて2倍にすることができる。また、本実施の形態によれば、衛星局200と受信機300-2との間の無線伝送路が4×4MIMOを構成するので、重なり領域Qに存在する受信機300-2への送信データ量をSISOに比べて4倍にすることができる。
実施の形態1から実施の形態4と従来技術とのストリーム数および周波数利用効率の比較をまとめた表を以下に示す。
実施の形態5では、領域R1、重なり領域Qおよび領域R2に、航空機が同時に存在する場合について説明する。
このように、本実施の形態によれば、重なり領域Qに存在する受信機300-2に、複数のビームB1,B2を用いて同一のデータを送信する。さらに、領域R1に存在する受信機300-1にビームB1でデータを送信すると同時に、領域R2に存在する受信機300-3にビームB2でデータを送信する。これにより、電力合成により、SN比が改善されるとともに、無線伝送路のリソースをより無駄なく利用することができる。
10 衛星通信システム
100 地上局(送信機)
101-A、101-B 符号化部
102-A、102-B 変調部
103-A、103-B バッファ
104 メモリ
105 位置特定部
106 スケジューラ
107 チャネル選択部
108-1、108-2 無線送信部
109、301 アンテナ
111 送信部
200 衛星局
201-1、201-2 受信アンテナ
202-1、202-2 トランスポンダ
203-1、203-2 送信アンテナ
221-1、221-2、224-1、224-2 バンドパスフィルタ
222-1、222-2、225-1、225-2 増幅器
223-1、223-2 周波数変換器
3、300、300-1、300-2 受信機
302 無線受信部
303 制御部
304 抽出部
305 復調部
306 復号部
B1、B2、B3、B4 ビーム
C1、C2 無線チャネル
E1、E2、E3、E4 カバレッジエリア
Q 重なり領域
Qa1、Qa2 近傍領域
R1、R2 領域(重なり領域を除いた領域、カバレッジエリア)
R1a、R2a 領域
Rx 受信アンテナ
Tx 送信アンテナ
Claims (9)
- マルチビーム方式で信号を送信する衛星局を介して少なくとも1つの受信機と通信を行う送信機であって、
前記少なくとも1つの受信機が存在する領域に基づいて、前記受信機宛のデータを送信するために前記衛星局への送信に用いられる時間および無線チャネルを決定するスケジューリングを行うスケジューラと、
前記時間および前記無線チャネルで、前記受信機宛のデータの信号を前記衛星局に送信する送信部と、
を備え、
前記送信部から第i(iは1以上の整数)無線チャネルで送信された信号は、前記衛星局から第iビームで前記受信機に送信され、
前記衛星局から各ビームで送信される信号の周波数は同一であり、
前記スケジューラは、第1ビームの第1カバレッジエリアと第2ビームの第2カバレッジエリアとの重なり領域を含む特定領域に存在する前記少なくとも1つの受信機宛のデータを、同一時間に、第1無線チャネルと第2無線チャネルで送信するようにスケジューリングを行い、
前記少なくとも1つの受信機は、第1受信機と、第2受信機と、を含み、
前記第1カバレッジエリアあるいは前記第2カバレッジエリアの前記特定領域以外の領域に前記第1受信機が存在し、前記特定領域に前記第2受信機が存在する場合、前記スケジューラは、前記第1受信機宛の第1データと前記第2受信機宛の第2データを時分割送信するようにスケジューリングを行う、
送信機。 - 前記送信部は、
前記特定領域に存在する前記少なくとも1つの受信機宛に、同一時間に、前記第1無線チャネルと前記第2無線チャネルで同一のデータを送信する、
請求項1に記載の送信機。 - 前記送信部は、
前記特定領域に存在する前記少なくとも1つの受信機宛に、前記少なくとも1つの受信機で分離できるように、同一時間に、前記第1無線チャネルと前記第2無線チャネルで異なるデータを送信する、
請求項1に記載の送信機。 - 前記送信部は、
互いに異なる偏波で、前記第1無線チャネルと前記第2無線チャネルで異なるデータを送信する、
請求項3に記載の送信機。 - 前記スケジューラは、
前記第1データの第1送信時間の長さと前記第2データの第2送信時間の長さとを異ならせるスケジューリングを行う、
請求項1から4のいずれか一項に記載の送信機。 - 前記スケジューラは、
前記第1送信時間よりも前記第2送信時間が短くなるようにスケジューリングを行う、
請求項5に記載の送信機。 - 前記第1カバレッジエリアの前記特定領域以外の領域に前記第1受信機が存在し、前記第2カバレッジエリアの前記特定領域以外の領域に前記第2受信機が存在する場合、
前記スケジューラは、
前記第1データを前記第1無線チャネルで連続送信し、前記第2データを前記第2無線チャネルで連続送信するようにスケジューリングを行う、
請求項1から6のいずれか一項に記載の送信機。 - 前記特定領域に前記第1受信機および前記第2受信機が存在する場合、
前記スケジューラは、
前記第1データと前記第2データを時分割送信し、前記第1データと前記第2データを前記第1無線チャネルと前記第2無線チャネルで送信するようにスケジューリングを行う、
請求項1から7のいずれか一項に記載の送信機。 - 送信機が、マルチビーム方式で信号を送信する衛星局を介して少なくとも1つの受信機にデータを送信する送信方法であって、
前記衛星局から各ビームで送信される信号の周波数は同一であり、
前記送信機が、
前記少なくとも1つの受信機が存在する領域に基づいて、前記受信機宛のデータを送信するために前記衛星局への送信に用いられる時間および無線チャネルを決定し、
前記時間および前記無線チャネルで、前記受信機宛のデータの信号を前記衛星局に送信し、
前記衛星局が、
前記送信機から第i(iは1以上の整数)無線チャネルで送信された信号を中継して第iビームで前記受信機に送信し、
前記送信機は、第1ビームの第1カバレッジエリアと第2ビームの第2カバレッジエリアとの重なり領域を含む特定領域に存在する前記少なくとも1つの受信機宛のデータを、同一時間に、第1無線チャネルと第2無線チャネルで送信することを決定し、
前記少なくとも1つの受信機は、第1受信機と、第2受信機と、を含み、
前記第1カバレッジエリアあるいは前記第2カバレッジエリアの前記特定領域以外の領域に前記第1受信機が存在し、前記特定領域に前記第2受信機が存在する場合、前記送信機は、前記第1受信機宛の第1データと前記第2受信機宛の第2データを時分割送信することを決定する、
送信方法。
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