JPS59161940A - 衛星通信における送信電力制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、降雨減衰の大きな周波数帯を用いるマルチビ
ーム衛星通信方式において、成る特定のスポットビーム
の照射地域に降雨がある場合、衛星から地球へ向う回線
（下シ回糾）の電波の降雨による減衰を補償するために
、そのスポットビームの送信を、新しく設けた周波数帯
を使用する搭載用高出力送信装置に切り替えて行い、降
雨マージンを確保する下り回線送信電力制御方式に関す
るものである。

３０　／　２０　Ｇ　Ｈｚ帯の周波数を用いる衛星通信
においては、降雨による電波の減衰が大きく降雨時に回
線断となる可能性が大きい。

従って回線断にならないようにするには、降雨減衰の程
度に応じて送信電力を増減するか、あるいは成る一定の
降雨減衰までは回線断とならぬよう予め送信電力を高く
しておかなければならない。この増力分を降雨マージン
と呼んでいる。

地球から衛星に向う上り回線においては、地球局の送信
電力を、降雨による減衰量に応じて増減することによシ
減衰を補償することができる〇 一方、衛星から地球に向う下り回線においては、衛星搭
載送信機の送信電力の増減の制御は簡単ではないので、
予め、成程度の降雨減衰が発生しても、回線断にならな
いように、余裕を見込んで設計されている。

このため、衛星搭載機器についてみれば、晴天時であれ
は必要のない高電力で送信を継続していることになり、
その結果マルチビーム方式の場合、ビームの数に応じた
数の送信管も大型となシ消費電力も大きく、機器類も大
きくがっ重くなシ、故障率も高いという欠点がある。

また、降雨による減衰のみを考えて、衛星搭載送信機の
送信電力を増大していくと、今度は同一エリア内で同一
周波数を用いている他のスポットビームとの干渉を生ず
るという欠点がある。

本発明は、マルチビーム衛星通信システムにおいて、マ
ルチビームの中の降雨減衰を受けている一部のビーム用
の送信周波数をあらかじめ送信電力制御用に設けた周波
数に切り替えて送信出力の大きな進行波管を用いて送信
を行う下シ回線送信電力制御を実現し、これにより軌道
間隔の大幅な増加やビーム［ｌＪ干渉量の劣化を伴わず
に、下シ回線の不稼動率の改善、搭載送信機の消費電力
低減、軽量化を行うもので、以下図面について詳細に説
明する。

現在、行われているマルチビーム衛星通信方式は、第１
図に示す如く、１個の衛星がそれぞれ受は持つサービス
エリア２、同７、同８があシ、例えば衛星１２のサービ
スエリア２についてみれば、この中がまた複数のスポッ
トビームで照射される小エリア（査号１４．１５で示さ
れる如き小円のエリアで以下スポットエリアと呼ぶ。）
に分割されておシ、通信は、各スポットエリア間で衛星
を介して時分割的に行われている。

そして用いられる周波数は、スポットエリアの数だけ異
った周波数を月払るというのではなく、成るスポットエ
リアで用いた周波数を、そのスポットエリアと光分離れ
た他のスポットエリアにおいても使用するという周波数
の繰シ返し使用を行うことにより伝送容量の増加を図っ
ている。

そして、この同一周波数を用いているスポット間の干渉
については、ビーム幅を充分狭くして、正常な通信を行
うのに必要なＣ／Ｎ値（２相信号で約１０ｄＢ、４相信
号で約１３　ｄ　Ｂ　）”が充分に得られる相対分離角
αＤ（＝ψ／ψ０　但し、ψ：アンテナ主軸からの分離
角、ψ０：アンテナ半値幅）になるようにビーム幅を狭
くすると共に、同一周波数を用いるスポットエリアを離
して設定し、設計上では、ビーム間干渉が−２０〜−３
０ｄＢになるようにしている。

第２図は、世界無線諮問委員会（ＣＣＩ　Ｒ）リポート
５５８に示される衛星アンテナ放射パターンを示す図で
あるが、この図で相対分離角が３以上であればアンテナ
利得が一２０ｄＢになることが分かる。

従って、同一サービスエリア内であっても、２個のスポ
ットエリアが、衛星アンテナからみて相対分離角が３に
なるだけ離れていれば、同一周波数であっても一２０ｄ
ＢのＣ／Ｎが得られ干渉妨害は生じない。

他の衛星のサービスエリアに対しても相対分離角が３以
上とれていれは干渉の問題は生じない。そして隣接衛星
のサービスエリアに対しては、通常この値は得られるの
で、干渉防止のために２個の衛星の間隔を極端に離さな
ければならないということはない。

第３図に、周波数の繰シ返し使用とスポットエリアの配
置の例を示す。図（→はｆ１〜ｆ３の３１１の周波数を
、図（ｂ）はｆ１〜ｆ４の４種の周波数を、図（ｃ）は
ｆ１〜ｆｙの７種の周波数を用いて各スポットに配置し
た例である０ 以上のシステムにおいて、例えは、第１図のスポットエ
リア１４で降雨があシ、減衰を生じたとでは送信電力増
大前の干渉によるＣ／Ｎが２０ｄＢであったとすれば、
送信電力の増大によりこのＣ／Ｎは１０ｄＢに低下して
しまう。この値は２相信号における要求Ｃ／Ｎ値に接近
した値であシ、４相信号における要求値に対しては３　
ｄＢだけ不足ということになる。

３０／２０　Ｇ　Ｈｚ帯では、降雨マージンは１０〜１
５ｄＢ確保する場合が多いので、ビーム間の干渉は上記
よシ更に大き′くなることが考えられる。

このように、周波数の繰り返し使用を行っているシステ
ムにおいては、降雨のあるスポットエリアを、照射する
スポットビームの送信電力を増大するだけでは、降雨に
よる減衰を補償し得ても、同一周波数の他のスポットエ
リアとの干渉とい″う問題を生ずる可能性がある。

このため本発明においては、降雨時に切替えて使用する
ことのできる、高電力でしかもサービスエリア内で使用
している周波数とは異なる別の周波数で送信する送信機
を衛星に搭載する方式を用いた。

第１図で、スポットビーム１４に降雨が生じた場合につ
いて本発明の詳細な説明する。スポットビーム１４の直
径は５０〜１５０ｋｍ程度（スポットビームの数すなわ
ち、衛星アンテナ直径によって異なる）と考えると、隣
りのスポットビーム１５内に同時に降雨の生ずる確率は
十分小さいと考えられる。

第４図は本発明の実施例の周波数構成例を示しており、
２０ＧＨｚ帯の３．５　ＧＨｚ帯域（１７，７〜２１．
２ＧＩｉｚ）を全部使用する周波数配置が採用されてい
る。周波数ｆ１の搬送波２０から周波数ｆ７の搬送波２
６までは、第１図の衛星１２のサービスエリア２内の周
波数に対応しておシ、これらの搬送波を送信する電力は
晴天時の規格を満足する低い値である０周波数ｆ８の搬
送波２７は例えばスポットビーム１４に降雨減衰が生じ
たとき、周波数ｆ２の搬送波２１に代って、降雨マージ
ンの見込まれた高電力で、スポットビーム１４によって
握信される新たな周波数の搬送波である。

このように周波数を違えであるため、高電力送信を行な
っても他のスポットビームとのビーム間干渉を増加させ
ることなく降雨マージンを確保することが可能となる。

第５図はこの発明を実現するための搭載中継器の構成例
を示す。本図の実施例においては、衛星受信アンテナ２
８に到達した地球局からの信号２９はその周波数を３０
ＧＨｚ帯のＦｌ、Ｆ２・・・・・・・・・Ｆ７まで持っ
ており、受信ホーン３０〜３３で集束され低雑音増幅器
３４〜３７で増幅され、受信周波数変換器３８〜４１で
ＩＦまたはベースバンドに周波数−変換される。この信
号は、衛星搭載切替器４２を経て送信周波数変換器４４
〜４８に接続される。この衛星搭載切替器４２は、衛星
上の切替器制御部４３により切替パターンが設定される
。

衛星搭載切替器４２からのベースバンド信号またはＩＦ
信号は送信周波数変換器４４〜４８によって高周波信号
ｆ１４ｆ＠の周波数に周波数変換される。この信号は搭
載用進行波管４９〜５３で増幅され、ホーン５４〜５７
から放射され、アンテナ鏡面５８で反射されて地上の目
的とするサービスエリアに照射される。　　　□ ２０ＧＨｚ帯の周波数ｆ１〜ｆｙの搬送波を増幅する搭
載用進行波管４９〜５２は下り回線サービスエリアが晴
天の場合に使用するもので、この場合は晴天時の回線規
格を満足できるだけで良く、降雨マージンが不要である
ので、降雨時に使用する搭載用進行波管５３よシ小さな
（例えば７〜１２ｄＢ）電力（例えばＩＷ）で送信する
。

この結果、晴天時にはスポットビーム１４の系列に着目
すれば、衛星搭載切替器４２の接続点はＡ点５９が閉じ
、搭載用進行波管５０が使用され、進行波管切替のため
に設けた高周波切替器６２は進行波管５０側にとじる。

第１図のサービスエリア２の中のスポットビーム１４の
中の地球局エリアに降雨が生じたと仮定すると、この情
報は当該地球局からの信号に含めて送られ、衛星で復調
され切替器制御部４３に送られ、ここで衛星搭載切替器
４２の接続点をＡ点５９から３点６０に変更する指令を
発する。この結果、大出力の搭載用進行波管５３に接続
される。

これと同時に高周波切替器６２の接点は０点６６から０
点６７に切り替えられると共に、切替器６５の接点は８
点６８に接続される。この結果、スポットと一ム１４の
中の地球局向けのホーン５５からは大出力（例えば２０
Ｗ）が送出され、降雨減衰を補償することができる。こ
の制御は、ｈ雨の発生した情報を衛星に送シ、この情報
を受けて切替器の制御を行なう高周波切替器制御部６９
によって行われる。

このような構成になっているだめに、他のスポットビー
ム上に降雨減衰を生じたときも、切替器制御部４３、高
周波切替器制御部６９により、衛星搭載切替器４２等を
切替えることにより、降雨減衰に対処することが可能と
なる。

説明に用いた搭載用進行波管の出力がさらに余裕のある
場合は、より降雨減衰が犬でも回線断とならずこのだめ
稼動率は向上し、またＣ／Ｎが大きくなるため多相化が
可能となり、その結果第４図の搬送波２７の帯域の狭帯
域化（例えば２相から４相にすれば帯域は半分になる）
が可能となる。

なお、第４図の周波数配置例では新しく追加する搬送波
２７は帯域の上端に配置しているが、地球局の受信機帯
域幅等の便宜から帯域の中心に配置することも考えられ
る。

このようにマルチビーム方式においては、半値幅の広い
シングルビームの場合と異なシ、隣接衛星のアンテナと
の間における充分な相対分離角を得ることが容易である
だめ、隣接衛星に与える干渉は殆ど問題なく、本発明の
方式を採用するに当って隣接軌道間隔（第１図中０１、
θ２で表わされる間隔）を従来より増大することは不要
である。

壕だ、マルチビーム間のビーム間干渉は周波数を違えで
あることによシ避けることが出来、従来のような周波数
くシ返しによる再利用を図ることが出来る。

第５図の例では搭載用高出力送信装置が１本の例を説明
しているが、この数は地域による同時降雨確率の差、所
要の年間回線稼動率、マルチビームのスポットの大きさ
等によシ最適な値が存在し、それによシ数を決めること
になる。

本発明では、地球局受信部にはｆ、−ｆ？の中のいずれ
かの搬送波および降雨時に使用するｆ８の搬送波用の復
調部分が必要となるが、地球局全体の装置規模に比べる
と、ｆ８の搬送波用の復調部分の割合は小さいものであ
シ、装置構成の複雑化という問題は生じない。

以上説明したように１、大形アンテナ使用により、鋭い
アンテナビームを用いたマルチビーム使用による衛星通
信方式において、新しく設けた周波数帯を用いて大電力
送信を行うことによυ、隣接衛星への干渉や、ビーム間
干渉を伴うことなく、降雨減衰に対処することが可能と
なるＯ これにより、従来、降雨マージンを満足する出力を持っ
た進行波管を搭載して、常に大出力を送信していた方式
に比較して、晴天時には、方式によって異なるが、例え
ば、約１０ｄＢ小さな出力を送信すれば良く、衛星の使
用電力を低減し、装置の大きさや重量を低減できミひい
ては、進行波管部分その他の故障率の低減に役立つ０ また、搭載進行波管の管球および電源を小形化すること
が可能で、上記の消費電力の低減化と相まって搭載中継
器台数を増加することができ、システム伝送容量を増大
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するマルチビームを用いた衛星通
信方式の例を示す図、第２図は衛星搭載アンテナ放射パ
ターンを示す図、第３図はマルチビーム方式の周波数く
り返し利用例を示す図、第４図と本発明の実施例の周波
数配置例を示す図、第５図は本発明の実施例における中
継器構成例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のスポットビーム間を衛星上そ時分割的に切り替え
   て通信を行うマルチビーム衛星通信方式において、衛星
   上に、晴天時通信用の周波数として各スポットビームに
   割シ当てられている周波数と干渉を生じない異った周波
   数の搬送波を発生する送信周波数変換器と、該搬送波を
   降雨による減衰が存在しても充分な回線品質を確保する
   に足シるだけの送信電力まで増幅する込信用電力増幅益
   と、降雨地域に向けられているスポットビームに供給さ
   れるべき地上の他エリアからの受信信号を前記送信周波
   数変換器の・　入力端へ切シ替えることが可能な切替器
   と、該切替器を制御する切替器制御部と前記送信用電力
   増幅器の出力を前記降雨地域に向けられているスポット
   ビームを形成するホーンへ供給するための高周波切替器
   と、該高周波切替器を制御する挑周波切替赫制御部とを
   有し、特定のスポットビームが照射する地域に降雨があ
   シミ波の減衰が生じたとき、該地域へ送信されるべき信
   号は、前記送信局°波数変換器および前記送信用電力増
   幅器を経由して前記特定のスポットビームな形成するホ
   ーンに供給されるように切り替えが可能であることを特
   徴とする衛星通信における送信電力制御方式。