JPH0759152A - マルチビーム無線通信用無線局装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マルチビームアンテナから照射する複数のビ
ームでサービスエリア全体をカバーし、各ビームに対応
するサービスエリア内の通信端末（移動機）と通信を行
うマルチビーム無線通信用無線局装置に関し、大規模な
スイッチマトリクスを使用せずに、フィーダリンクの周
波数利用効率の向上と、ビーム間のトラヒック分布の変
動に柔軟に対応できることを目的とする。 【構成】 通信に使用する全周波数帯域を複数の周波数
帯域に分割する周波数帯域分割回路と、分割された各周
波数帯域ごとに複数のビームを同時に形成し、かつ各サ
ービスエリアのトラヒック分布に応じて各ビームの照射
先を独立にスキャンさせ、１つ以上のビームを各サービ
スエリアに割り当てるマルチビーム形成回路とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マルチビームアンテナ
から照射する複数のビームでサービスエリア全体をカバ
ーし、各ビームに対応するサービスエリア内の通信端末
（移動機）と通信を行うマルチビーム無線通信用無線局
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体衛星通信では、衛星に搭載するア
ンテナを大型化し、照射ビームを絞り、移動局の受信電
界強度を高めることにより、移動局の小型化が可能とな
るマルチビーム方式が検討されている。しかし、マルチ
ビーム方式は、サービスエリアを複数のビームで分割す
ることになるので、シングルビーム方式では不要であっ
たビーム間のトラヒック分布の変動に対する対応が不可
欠となる。

【０００３】サービスエリアを１つのビームで覆うシン
グルビーム方式では、各移動局に対するチャネルの割り
当てを任意に行うことができる。しかし、マルチビーム
方式では、基地局において、移動局がいるサービスエリ
アを照射するビームと対応がとれるようにチャネル割り
当てを行う構成が必要となる。すなわち、ビーム間のト
ラヒック分布に変動が生じても、チャネル割り当てを柔
軟に行うことができる構成がマルチビーム無線通信用無
線局装置に必要となる。

【０００４】この要求に応える従来のマルチビーム無線
通信用無線局装置Ａの構成例を図８に示す。図におい
て、地球局１０と無線局（衛星中継器）の受信アンテナ
２１は、フィーダリンク１１を介して接続される。受信
アンテナ２１に受信した信号は、受信部２２を介してフ
ィルタバンク２３ａに入力され、複数の周波数帯域に分
割される。各周波数帯域の信号は、周波数変換部２４で
送信周波数に変換され、高出力増幅部２５を介して送信
アンテナ２６ａに送出され、それぞれ対応するビームで
送信される。各ビームは、サービスリンク１２を介して
それぞれ対応するサービスエリア１３を照射する。

【０００５】このような無線局装置では、図９に示す各
部の周波数配置例のように、フィーダリンク１１上にビ
ームごとの周波数帯域を設け、無線局装置から送信した
いビームに対応する周波数帯域にチャネルを割り当てて
通信を行う。したがって、いずれのビームに対してもチ
ャネル割り当てを行うことができ、ビーム間のトラヒッ
ク変動に柔軟に対応できるようになっている。

【０００６】しかし、フィーダリンク（地球局−衛星）
の周波数帯域幅として、ビーム数分のサービスリンク
（衛星−移動局）の周波数帯域を必要としながら、チャ
ネル割り当てはサービスリンクの周波数帯域分しかでき
なかった。すなわち、フィーダリンク１１の周波数利用
効率が悪かった。将来、移動局の小型化を目指してさら
にマルチビーム化が進んだ場合には、フィーダリンクの
周波数利用効率はさらに悪化することが避けられない。

【０００７】一方、狭帯域フィルタバンクとスイッチマ
トリクスを用いることにより、フィーダリンクの周波数
帯域を有効に利用することができる無線局装置も検討さ
れている。その構成例を図１０に示す。

【０００８】図において、地球局１０と無線局（衛星中
継器）の受信アンテナ２１は、フィーダリンク１１を介
して接続される。受信アンテナ２１に受信した信号は、
受信部２２を介して狭帯域フィルタバンク２３ｂに入力
され、複数の単位周波数帯域に分割される。各単位周波
数帯域の信号は、スイッチマトリクス２７で制御回路２
８の制御によりトラヒック分布に応じた合成・組み替え
が行われる。その出力は、周波数変換部２４で送信周波
数に変換され、高出力増幅部２５を介して送信アンテナ
２６ａに送出され、それぞれ対応するビームで送信され
る。各ビームは、サービスリンク１２を介してそれぞれ
対応するサービスエリア１３を照射する。

【０００９】このような無線局装置では、図１１に示す
各部の周波数配置例のように、狭帯域フィルタバンク２
３ｂでビーム数を越える複数の単位周波数帯域に分割し
た後に、スイッチマトリクス２７で各ビームのトラヒッ
ク分布に応じた合成・組み替えを行う。したがって、ト
ラヒック変動に対する自由度は低下するが、フィーダリ
ンクにサービスリンクと同等の周波数帯域を配置すれば
対応でき、フィーダリンクの周波数利用効率を高めるこ
とができる。しかし、マルチビーム化が進んだ場合に
は、大規模なスイッチマトリクスが必要となり、それに
伴って制御機能も複雑化する問題点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の無線局装置は、ビーム間のトラヒック変動に柔軟
に対応できるもののフィーダリンクの周波数利用効率が
低かったり、フィーダリンクの周波数を有効に利用しよ
うとすれば大規模なスイッチマトリクスが必要になるな
ど、いずれも一長一短であった。

【００１１】本発明は、大規模なスイッチマトリクスを
使用せずに、フィーダリンクの周波数利用効率の向上
と、ビーム間のトラヒック分布の変動に柔軟に対応する
ことができるマルチビーム無線通信用無線局装置を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の基本構
成例を示すブロック図である。(a) は無線局送信装置と
しての構成例であり、(b) は無線局受信装置としての構
成例である。

【００１３】図において、本発明のマルチビーム無線通
信用無線局装置は、通信に使用する全周波数帯域を複数
の周波数帯域に分割する周波数帯域分割回路１と、分割
された各周波数帯域ごとに複数のビームを同時に形成
し、かつ各サービスエリアのトラヒック分布に応じて各
ビームの照射先を独立にスキャンさせ、１つ以上のビー
ムを各サービスエリアに割り当てるマルチビーム形成回
路２とを備える。なお、無線局受信装置は無線局送信装
置を反転させた構成になっている。

【００１４】

【作用】本発明は、トラヒック要求の多いサービスエリ
アに、同時に複数のビームを重ね合わせるスキャン制御
を行うことができる。すなわち、各サービスエリアに照
射されるビーム数を変えることができる。したがって、
所定の周波数帯域ごとに分割された信号を各ビームに割
り当て、かつその照射先を指定することにより、各サー
ビスエリアのトラヒック分布に応じた制御を行うことが
できる。

【００１５】

【実施例】図２は、本発明を通信衛星に適用した実施例
を示す。図において、地球局１０と無線局（衛星中継
器）の受信アンテナ２１は、フィーダリンク１１を介し
て接続される。受信アンテナ２１に受信した信号は、受
信部２２を介して狭帯域フィルタバンク２３ｂに入力さ
れ、複数の単位周波数帯域に分割される。各単位周波数
帯域の信号は、周波数変換部２４で送信周波数に変換さ
れ、マルチビーム形成回路２９で各周波数帯域ごとにビ
ーム形成制御され、高出力増幅部２５を介して送信アン
テナ２６ｂに送出される。

【００１６】本発明の特徴は、サービスエリア１３の数
よりも、送信アンテナ２６ｂから照射するビームの数を
多くし、かつ各ビームを独立にスキャンするところにあ
る。また、マルチビーム形成回路２９で形成する１つ以
上のビームで各サービスエリア１３を照射するところに
ある。たとえば、あるサービスエリアには１つのビーム
で照射し、別のサービスエリアには複数のビームで照射
するようにする。さらに、トラヒックに応じて、重ね合
わせるビームの組み合わせを変えることにより、各サー
ビスエリアに割り当てる伝送容量をトラヒック変動に柔
軟に対応させる。したがって、図３に示すように、本実
施例における各部の周波数配置，フィーダリンク用周波
数帯域およびサービスリンク用周波数帯域は、図１１に
示すスイッチマトリクス２７を用いた場合と同等にな
る。ただし、従来例は各サービスエリア対応のビームに
各単位周波数帯域の信号を割り当てていたが、本実施例
は各単位周波数帯域の信号を割り当てたビームの照射先
をスキャンし結果的に各サービスエリアのトラヒックに
対応させている。

【００１７】以下、図４および図５(a),(b) を参照し、
各サービスエリアに割り当てる伝送容量の切り替えにつ
いて具体的に説明する。図４に示すように、５つのサー
ビスエリアがあり、その内サービスエリアのトラヒッ
ク量が最大であり、サービスエリアのトラヒック量が
次に多く、他のサービスエリア，，のトラヒック
量が小さいものとする。

【００１８】ここで、図５(a) に示すように、サービス
を行う伝送信号の周波数帯域を11個の単位周波数帯域ａ
〜ｋに分割して構成し、このすべての帯域についてビー
ムの照射方向を可変とする。図４に示すトラヒック分布
の場合には、サービスエリアに５個の単位周波数帯域
ｆ〜ｊを割り当て、サービスエリアに３個の単位周波
数帯域ｂ〜ｄを割り当て、サービスエリア，，に
それぞれ単位周波数帯域ａ，ｅ，ｋを割り当てる。トラ
ヒック分布に変動が生じた場合には、必要に応じて単位
周波数帯域の組み合わせを変え、各ビームをそれぞれ対
応するサービスエリアに照射させればよい。

【００１９】また、ある程度の固定したトラヒック分布
が予想される場合には、図５(b) に示すように、予想さ
れたトラヒック分布に応じた割合で５個の周波数帯域Ａ
〜Ｅを用意しておき、照射ビームを固定して用いる。ト
ラヒック分布の変動に対しては、可変照射ビームである
３個の周波数帯域ａ，ｂ，ｃを用意し、必要に応じてト
ラヒックの多いサービスエリアを照射するようにする。
このようにすれば、マルチビーム形成回路２９における
ビーム形成の可変規模を縮小することができる。

【００２０】ところで、本発明無線局装置では、各ビー
ムの照射方向を可変させるスキャン機能が重要となる。
このスキャン機能には、フェーズド・アレーを用いた空
間電力合成方式がある。フェーズド・アレーにおいて
は、各放射素子から放射される信号の位相関係で電力合
成されるビームの方向が決められるので、この位相関係
を制御することによりビームの照射方向をスキャンする
ことができる。

【００２１】ここで、マルチビーム形成回路２９の実施
例構成を図６に示す。本実施例は、アクティブ・フェー
ズド・アレー・アンテナをマルチビームに適用した構成
になっている。

【００２２】マルチビーム形成回路２９は、狭帯域フィ
ルタバンク２３ｂで分割された単位周波数帯域の信号が
入力するビーム形成回路３０と、送信アンテナ２６ｂの
各放射素子に与える信号を出力する合波器３１により構
成される。ビーム形成回路３０は、入力信号を放射素子
の数（合波器３１の数）に分配する電力分配器と、分配
後の各信号の位相・振幅を制御する移相器・可変減衰器
とを有する。各ビーム形成回路３０で位相・振幅制御さ
れた信号はすべての合波器３１に分配される。この各移
相器・可変減衰器を制御してフェーズド・アレー・アン
テナに必要な信号の励振分布を与えれば、各ビームの放
射方向を制御することができる。これにより、トラヒッ
クの多いサービスエリアに対しては、複数のビームを重
ね合わせて信号帯域を割り当てるので、トラヒック変動
に柔軟に対応することができる。

【００２３】なお、以上示した実施例は、本発明のマル
チビーム無線通信用無線局装置を通信衛星に適用したも
のであるが、地上の無線システムにも同様に適用するこ
ともできる。地上無線システムの構成例を図７に示す。
トラヒックの多いサービスエリアに複数のビームを重ね
合わせて信号帯域を割り当てることにより、トラヒック
変動に柔軟に対応することができる。なお、基地局４１
は、無線局（衛星中継器）に対応する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、サービス
エリア間のトラヒック分布に変動が生じても、ビームを
スキャンすることにより柔軟に対応することができる。
また、分割された各周波数帯域の信号とビームとを容易
に対応させることができるので、フィーダリンクの周波
数帯域を有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成例を示すブロック図。

【図２】本発明を通信衛星に適用した実施例を示すブロ
ック図。

【図３】実施例主要部の周波数配置例を示す図。

【図４】各サービスエリアのトラヒック分布例を示す
図。

【図５】各サービスエリアの帯域割り当て例を示す図。

【図６】マルチビーム形成回路２９の実施例構成を示す
ブロック図。

【図７】本発明を適用した地上無線システムの構成例を
示す図。

【図８】従来のマルチビーム無線通信用無線局装置Ａの
構成例を示すブロック図。

【図９】従来のマルチビーム無線通信用無線局装置Ａの
主要部の周波数配置例を示す図。

【図１０】従来のマルチビーム無線通信用無線局装置Ｂ
の構成例を示すブロック図。

【図１１】従来のマルチビーム無線通信用無線局装置Ｂ
の主要部の周波数配置例を示す図。

【符号の説明】

１ 周波数帯域分割回路 ２ マルチビーム形成回路 ３ アンテナ ４ 周波数帯域合成回路 １０ 地球局 １１ フィーダリンク １２ サービスリンク １３ サービスエリア ２１ 受信アンテナ ２２ 受信部 ２３ フィルタバンク ２４ 周波数変換部 ２５ 高出力増幅部 ２６ 送信アンテナ ２７ スイッチマトリクス ２８ 制御回路 ２９ マルチビーム形成回路 ３０ ビーム形成回路 ３１ 合波器 ４１ 基地局

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マルチビームアンテナを有し、各ビーム
   により各サービスエリア内の複数の通信端末に対して無
   線信号を送受信するマルチビーム無線通信用無線局装置
   において、 通信に使用する全周波数帯域を複数の周波数帯域に分割
   する周波数帯域分割回路と、 分割された各周波数帯域ごとに複数のビームを同時に形
   成し、かつ各サービスエリアのトラヒック分布に応じて
   各ビームの照射先を独立にスキャンさせ、１つ以上のビ
   ームを各サービスエリアに割り当てるマルチビーム形成
   回路とを備えたことを特徴とするマルチビーム無線通信
   用無線局装置。