JPWO2016174774A1 - 送信局、制御局、受信局、データ伝送システムおよびデータ伝送方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、データ伝送システムにおいて複数の受信局における受信信号品質を所望の値以上に維持することができる送信局を得ることを目的とし、本発明にかかる送信局１は、指向方向を変更可能な送信アンテナ１６と、送信アンテナ１６から送信されたデータを受信する受信局の候補となる受信局における受信信号品質の推定値に基づいて送信アンテナ１６から送信されたデータを受信する受信局とともに決定された送信アンテナ１６の指向方向に従って、送信アンテナ１６の指向方向を制御する制御部１７１と、を備える。

Description

本発明は、無線信号としてデータを伝送するデータ伝送システムにおける送信局、制御局、受信局およびデータ伝送方法に関する。

観測衛星等、宇宙空間の地球周回軌道上において動作する人工衛星等を用いて取得したデータを、人工衛星等から地球上の受信局へ伝送するデータ伝送システムが導入されている。近年では、観測衛星が搭載する観測機器の高精度化に伴い、観測衛星が伝送するデータ量が増大している。このため、これまでよりも高速にデータを伝送すべく、広い帯域を利用可能な２６ＧＨｚ帯などを用いたデータ伝送システムが検討されている。以下、人工衛星を衛星と略す。

衛星を用いたデータ伝送システムでは、衛星から送信された信号を受信局が受信する際に降雨、降雪等に起因する降雨減衰等の信号減衰が生じる。特に、周波数帯が高くなるにつれて降雨による信号の減衰量は大きくなる。そこで、降雨減衰対策として種々の方法が検討されている。降雨減衰対策としては、例えば、複数の受信局を用いるサイトダイバーシチ、適応変調等が挙げられる。

複数の受信局を用いるサイトダイバーシチは、例えば、非特許文献１に記載されているように、衛星に搭載された送信局が送信するデータを地球上に配置された複数の受信局が受信し、中央局が複数の受信局からデータを受信し、受信したデータを合成する方法である。地理的に離れた複数の受信局の全てが同一時刻に降雨状態である確率は、単一の受信局が降雨状態である確率に比べて低い。このため、上述したサイトダイバーシチを用いると、単一の受信局を用いる場合に比べ、降雨により信号減衰が生じる確率を低減させることができる。したがって、上述したサイトダイバーシチを用いると、中央局がデータを正しく受信できる確率すなわち受信したデータが送信局から送信されたデータと一致する確率は、単一の受信局を用いて該受信局がデータを正しく受信できる確率と比べて高くなる。なお、上述したサイトダイバーシチを用いる場合は、正しく受信できることは、中央局が合成したデータが正しいデータであることを示す。

また、適応変調は、受信信号品質に応じて送信信号の変調方式、符号化率等を変更する方式であり、例えば非特許文献２において、ＡＣＭ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）またはＶＣＭ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と称される方法である。この方法によれば、受信品質が低い場合は変調多値数および符号化率を減らし、受信品質が高い場合は変調多値数および符号化率を増やすといった制御を行うことで、所望の誤り率を満たすように送受信することが可能となる。

上述したように、サイトダイバーシチを用いると、単一の受信局を用いる場合に比べ、降雨等による信号減衰が生じる確率を低減させることができるため、回線設計で見積もるべき降雨減衰量は少なくなり、受信信号品質の設計値が向上する。したがって、変調多値数と符号化率を高く設定し、スループットを向上させることができる。

ＩＴＵ−Ｒ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ） Ｐ．６１８−１１，２０１３年９月 ＥＴＳＩ ＴＳ （Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ） ３０２ ３０７−１ Ｖ１．４．１，２０１４年１１月

衛星で観測されたデータのデータ量の増大に伴い、データ伝送用の周波数帯が上がると、同一アンテナ径における送信アンテナが形成するビームのビームパタンは狭域になる。ビームパタンは、アンテナの放射特性を示すパタンであり、例えばアンテナの中心からの角度に応じたアンテナの利得として表される。ビームパタンが狭域とは、アンテナの利得がしきい値以上となる角度の範囲が狭くなることを示す。送信アンテナが形成するビームのビームパタンが狭域になると、ビームがカバーできる地表面の領域であるフットプリントの面積は減少する。なお、ビームがカバーできる地表面の領域とは例えば送信アンテナの利得がしきい値以上となる地表面の領域である。一方、アンテナ径を小さくすればビームパタンは広域になるが、送信アンテナの利得が下がるため、受信品質が低下するという問題がある。

また、太陽同期準回帰軌道等の周回衛星では、衛星軌道の地上軌跡が変化する。このため、衛星の軌道上の位置によって受信局における衛星の仰角と受信局と衛星との間の距離とが変化するため、衛星が照射するビームの面積と形状が変化する。すなわち、サイトダイバーシチを行う複数の受信局において受信信号品質が所望の値となるようにビームの指向方向を定めたとしても、衛星の位置の変化により受信局における受信信号品質が所望の値を下回る可能性があるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の受信局における受信信号品質を所望の値以上に維持することができる送信局を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる送信局は、指向方向を変更可能な送信アンテナを備える。また、この送信局は、送信アンテナから送信されたデータを受信する候補の受信局における受信信号品質の推定値に基づいて送信アンテナから送信されたデータを受信する受信局とともに決定された送信アンテナの指向方向に従って、送信アンテナの指向方向を制御する制御部、を備える。

本発明にかかる送信局は、複数の受信局における受信信号品質を所望の値以上に維持することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるデータ伝送システムの構成例を示す図 実施の形態１の送信局の構成例を示す図 実施の形態１の制御回路の構成例を示す図 実施の形態１の送信局の制御部の制御処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の受信局の構成例を示す図 実施の形態１の受信局の制御部の制御処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の中央局の構成例を示す図 実施の形態１の制御局の構成例を示す図 稼働率と降雨減衰量の関係を模式化した図 極軌道衛星に搭載された送信局のビームのフットプリントの変化の一例を示す図 実施の形態１の受信品質推定部におけるビーム決定処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の受信品質推定値の算出処理手順の一例を示すフローチャート ビーム中心と送信局から受信局へ向かうベクトルとのなす角θを説明するための図 実施の形態１の受信局グループおよびビーム中心候補の選択を行った場合のビームのフットプリントの一例を示す図 仰角と受信品質推定値の関係の一例を示す図 実施の形態１の仰角ごとの受信品質推定値に応じた符号化方式と変調方式の変更パタンのテーブルの一例を示す図 実施の形態２にかかるデータ伝送システムの構成例を示す図 実施の形態２の受信品質推定部におけるビーム決定処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態２の受信品質推定値の算出処理手順の一例を示す図 実施の形態２のビーム決定処理により選択されたビーム照射方向の一例を示す図 実施の形態３にかかるデータ伝送システムの構成例を示す図 実施の形態３の送信局の構成例を示す図 実施の形態３の仰角に応じて選択条件を変更する場合の処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態３の仰角に応じたビームの選択を行った場合の送信局のビームのフットプリントの一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる送信局、制御局、受信局、データ伝送システムおよびデータ伝送方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるデータ伝送システムの構成例を示す図である。本実施の形態のデータ伝送システムは、送信局１と、受信局２−１，２−２と、中央局３と、制御局４とを備える。なお、図１では受信局を２つのみ示しているが、受信局の数はこれに限定されない。以下では、受信局２−１，２−２を区別せずに示す場合、受信局２と記載する。

送信局１は、衛星に搭載される送信装置である。なお、ここでは、送信局１が衛星に搭載される例を説明するが、送信局１は航空機等に搭載されてもよい。受信局２−１，２−２は地球上に設置される。中央局３および制御局４も地球上に設置される。図１において、局間を繋ぐ点線および実線は局間の接続形態を示し、点線は無線接続、実線は有線接続である。送信局１と受信局２−１，２−２とは無線で接続され、受信局２−１，２−２と中央局３とは有線で接続される。また、制御局４は受信局２−１，２−２および中央局３と有線で接続され、送信局１と無線で接続される。なお、制御局４と送信局１との間の無線回線と送信局１と受信局２−１，２−２との間の無線回線は異なる無線回線である。制御局４と送信局１との間の無線回線を、適宜、制御回線と呼び、送信局１と受信局２−１，２−２との間の無線回線を、適宜、データ回線と呼ぶ。制御回線とデータ回線は、例えば周波数が異なる。

フットプリント６は、送信局１がデータ回線により照射する電波の受信可能範囲を地表面の範囲として示したものである。送信局１がデータ回線により照射する範囲をビームと呼ぶ。なお、制御局４と送信局１との間の制御回線を用いた通信方法は送信局１と受信局２−１，２−２との間のデータ回線を用いた通信方法と異なることを前提とする。このため、送信局１が制御回線を用いて送信する電波の受信可能範囲はデータ回線を用いて照射する電波の受信可能範囲とは異なっていてよい。

図２は、本実施の形態の送信局１の構成例を示す図である。本実施の形態の送信局１は、データ生成部１１、送信バッファ１２、符号化部１３、変調部１４、無線送信部１５、送信アンテナ１６および制御情報受信部１７を備える。データ生成部１１は、観測情報などの送信するデータすなわち送信データを生成する。データ生成部１１は、例えば、観測機器等であってもよいし、観測機器から観測データを圧縮等の処理を施して送信するデータを生成する処理回路であってもよい。送信バッファ１２は、データ生成部１１により生成されたデータを蓄積する。

符号化部１３は、送信バッファ１２から出力されるデータすなわち送信データを符号化する。符号化部１３における符号化で用いる符号は、畳み込み符号、ＬＤＰＣ（Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ）、ＲＳ（Ｒｅｅｄ Ｓｏｌｏｍｏｎ）符号等を用いることができるが、これらに限定されない。変調部１４は、符号化されたデータを変調する。変調部１４における変調方式としては、例えば、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等を用いることができるが、これらに限定されない。変調無線送信部１５は、変調されたデータを無線送信周波数帯の信号に変換し増幅して無線信号として送信アンテナ１６を介して送信する。送信アンテナ１６は、指向方向を変更可能なアンテナである。制御情報受信部１７は、制御局４から制御情報を受信し、受信した制御情報に基づいて送信局１を構成する各部の動作を制御する。制御情報受信部１７の受信部１７２は、制御局４から制御情報を受信して制御部１７１へ入力し、制御情報受信部１７の制御部１７１は、入力された制御情報に基づいて送信局１を構成する各部の動作を制御する。

制御情報には、送信アンテナ１６の指向方向を指定する情報が含まれる。すなわち、受信部１７２は、制御局４において受信する受信局の候補となる受信局２における受信信号品質の推定値に基づいて送信アンテナ１６から送信されたデータを受信する受信局とともに決定された送信アンテナ１６の指向方向を、制御局４から受信する。制御部１７１は、受信部１７２により受信された指向方向に従って、送信アンテナ１６の指向方向を制御する。制御情報受信部１７が実施する制御については後述する。また、制御情報には、符号化方式および制御方式を示す情報が含まれることもある。この場合、受信部１７２は、制御局４から、制御局４において送信アンテナ１６の指向方向に対応する受信局２における受信信号品質の推定値に基づいて決定された符号化方式および変調方式を示す情報を受信し、制御部１７１は、受信した符号化方式および変調方式を示す情報に基づいて、符号化部１３へ符号化方式を指示し、変調部１４へ変調方式を指示する。なお、制御情報の形式はどのようなものであってもよいが、例えば、非特許文献２に記載のＭＯＤＣＯＤフィールドを用いることができる。

図２に示した各部は、各々を単独の装置または回路等のハードウェアとして実現することができる。データ生成部１１は、観測機器またはデータを生成する処理回路等であり、送信バッファ１２は、メモリであり、符号化部１３はエンコーダであり、変調部１４はモジュレータまたはモデムであり、無線送信部１５はアナログデジタル変換回路、周波数変換回路および増幅回路等を含む処理回路である。制御情報受信部１７の受信部１７２は、受信機であり、制御情報受信部１７の制御部１７１は、制御情報に基づいて各部を制御する処理回路である。上記の各部は、単独の回路または装置として構成されてもよいし、複数の機能部が１つの回路または装置として構成されてもよい。

データ生成部１１（データを生成する処理回路である場合）、制御情報受信部１７内の制御部１７１、符号化部１３および変調部１４は、専用のハードウェアであっても、メモリおよびメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）とを備える制御回路であってもよい。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等が該当する。

上記のデータ生成部１１（データを生成する処理回路である場合）、制御情報受信部１７内の処理回路、符号化部１３および変調部１４が、専用のハードウェアで実現される場合、これらは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。

データ生成部１１（データを生成する処理回路である場合）、制御情報受信部１７内の処理回路、符号化部１３および変調部１４がＣＰＵを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図３に示す構成の制御回路２００である。図３に示すように制御回路２００は、外部から入力されたデータを受信する受信部である入力部２０１と、ＣＰＵであるプロセッサ２０２と、メモリ２０３と、データを外部へ送信する送信部である出力部２０４とを備える。入力部２０１は、制御回路２００の外部から入力されたデータを受信してプロセッサ２０２に与えるインターフェース回路であり、出力部２０４は、プロセッサ２０２又はメモリ２０３からのデータを制御回路２００の外部に送るインターフェース回路である。データ生成部１１（データを生成する処理回路である場合）、制御情報受信部１７内の処理回路、符号化部１３および変調部１４が図３に示す制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２０２がメモリ２０３に記憶された、各部の各々の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ２０３は、プロセッサ２０２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

次に、本実施の形態の送信局１における動作を説明する。送信局１のデータ生成部１１は、データを生成すると送信バッファ１２に当該データを格納する。送信バッファ１２は制御情報受信部１７から指定された時間に、指定された転送量でデータを符号化部１３へ出力する。なお、上述した指定された時間は、例えば、送信局１とデータの送信対象となる受信局２との仰角があらかじめ定められた角度以上になる時間であり、制御局４から通知されてもよく、制御部１７１が、自身の位置すなわち送信局１が搭載される衛星の位置と受信局２との位置に基づいて算出してもよい。なお、後者の場合、データの送信対象となる受信局２の位置は、制御局４から通知される。受信局２の位置については、あらかじめ制御部１７１の内部または外部のメモリに受信局２の位置と受信局２の識別情報とを対応付けて格納しておき、制御局４から受信局２の識別情報が通知されるようにしてもよい。また、自身の位置については、衛星では、一般に自身の位置を算出する機能を有しており、この機能により算出された位置を用いることができる。具体的には、例えば、「Ｇ．Ｍａｒｌ 他，“Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｈｉｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ”，ｐｐ.２６８−２６９，Ｗｉｌｅｙ出版」に記載されているように、以下の式（１）により仰角Ｅを算出することができる。
Ｅ＝ａｒｃｏｓ［（ｒ／Ｒ）ｓｉｎφ］ …（１）
Ｅ：仰角
ｒ：地球中心から衛星までの距離(地球半径+衛星高度)
Ｒ：地上局から衛星までの距離
φ：地球中心をＯ、地上局をＰ、衛星をＳとした時のＰＯＳのなす角度
また、上記の指定された転送量は、制御部１７１が、制御局４から通知された符号化方式、変調方式に基づいて算出する。

符号化部１３は、送信バッファ１２から出力されたデータを、制御情報受信部１７の制御部１７１から指定された符号化方式で符号化する。なお、符号化方式は、符号化の種類、符号化率、パンクチャパタンすなわちデータ列から取り除くビットの規則を含む。符号化の種類は、例えば畳み込み符号、ＬＤＰＣ符号等、用いる符号の種類を示す。符号化方式は、制御局４から通知されてもよいし、予め決められた変更パタンで符号化方式を変更してもよい。例えば、あらかじめ制御部１７１の内部または外部のメモリに、複数の符号化方式を記憶しておき、制御部１７１は、あらかじめ定められた条件に従って複数の符号化方式のうちの１つを選択する。例えば、制御部１７１は、自身の位置と受信局２の位置とに基づいて符号化方式を選択すればよい。具体的には、例えば、受信局２と送信局１との仰角に応じて符号化方式を選択する。例えば、仰角が第１の値以下の場合には、第１の符号化方式を用い、仰角が第１の値より大きく第２の値以下の場合には、第２の符号化方式を用い、仰角が第２の値より大きい場合には、第３の符号化方式を用いる。なお、第２の値＞第１の値である。仰角は、上述した自身の位置と、受信局２の位置とに基づいて算出することができる。また、符号化部１３は、制御情報受信部１７の制御部１７１から指定されたデータ送信に係る情報、すなわち符号化方式及び、変調方式等を示す伝送制御情報を受信局２へ送信するデータに含めてもよい。こうすることで、受信局２が送信局１からデータを受信した際に、符号化方式や変調方式が時々刻々と変化する場合においても、上記伝送制御情報をデータの復調に先だって受信することで、正しくデータを復調、復号することができる。

変調部１４は、符号化部１３から出力される符号化後のデータを、制御情報受信部１７の制御部１７１から指定された変調方式で変調する。なお、上述した符号化部１３の符号化方式と同様に、制御局４が変調方式を通知してもよいし、制御部１７１が予め決められた変更パタンで変調方式を変更してもよい。

すなわち、例えば、送信局１は、受信局２における送信局１の仰角ごとの受信品質推定値に応じた符号化方式および変調方式を示すインデックスの対応を変更パタンとして保持し、受信局２における送信局１の仰角と変更パタンとに基づいて符号化方式および変調方式を設定する。

無線送信部１５は、変調部１４により変調されたデータを、制御情報受信部１７の制御部１７１から指定された周波数に周波数変換し、周波数変換後のデータを増幅した後に送信アンテナ１６を介して無線信号として送信する。なお、符号化方式と同様に、制御局４が周波数を通知してもよいし、制御部１７１が予め決められた変更パタンで周波数を変更してもよい。

送信アンテナ１６は、無線送信部１５から入力される信号を、制御情報受信部１７の制御部１７１から指定された照射方向すなわち指向方向へ無線信号として照射する。ここで、送信アンテナ１６の照射方向、すなわちビームの中心方向の変更は、機械的にアンテナの向きを変更することにより行われてもよい。また、送信アンテナ１６としてフェーズドアレーアンテナを用いて複数の放射素子で任意のビームを形成する構成の場合、ビームの中心方向の変更は、各素子の位相および振幅を変更することにより実現されてもよい。

次に、制御情報受信部１７の制御部１７１の動作について説明する。図４は、制御部１７１の制御処理手順の一例を示すフローチャートである。図４では、符号化方式、変調方式、およびデータを送信するタイミングを制御局４から通知する例を示している。制御部１７１は、制御情報を受信したかすなわち受信部１７２から制御情報が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１０１）。制御情報を受信していない場合（ステップＳ１０１ Ｎｏ）、ステップＳ１０１を繰り返す。制御情報を受信した場合（ステップＳ１０１ Ｙｅｓ）、制御情報にビームの照射方向を指定する情報が有るか否かを判断する（ステップＳ１０２）。なお、制御局４から送信される制御情報には、例えば、どのような種類の情報が格納されるかを示す識別情報が格納されているとし、制御部１７１は、この識別情報に基づいてどのような情報が格納されているかを把握できるとする。制御情報にビームの照射方向を指定する情報が有る場合（ステップＳ１０２ Ｙｅｓ）、制御情報からビームの照射方向を指定する情報を抽出し、抽出した情報に基づいて送信アンテナ１６へ照射方向を指示する（ステップＳ１０３）。

制御部１７１は、制御情報に符号化方式を指定する情報が有るか否かを判断する（ステップＳ１０４）。制御情報に符号化方式を指定する情報が有る場合（ステップＳ１０４ Ｙｅｓ）、制御情報から符号化方式を指定する情報を抽出し、抽出した情報に基づいて符号化部１３へ符号化方式を指示する（ステップＳ１０５）。

また、制御部１７１は、制御情報に変調方式を指定する情報が有るか否かを判断する（ステップＳ１０６）。制御情報に変調方式を指定する情報が有る場合（ステップＳ１０６ Ｙｅｓ）、制御情報から変調方式を指定する情報を抽出し、抽出した情報に基づいて変調部１４へ変調方式を指示する（ステップＳ１０７）。

また、制御部１７１は、制御情報にデータを送信するタイミングを指定する情報が有るか否かを判断する（ステップＳ１０８）。制御情報にデータを送信するタイミングを指定する情報が有る場合（ステップＳ１０８ Ｙｅｓ）、制御情報から変調方式を指定する情報を抽出し、抽出した情報に基づいて送信バッファ１２へデータの出力を指示し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０２で、制御情報にビームの照射方向を指定する情報が無い場合（ステップＳ１０２ Ｎｏ）、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４で、制御情報に符号化方式を指定する情報が無い場合（ステップＳ１０４ Ｎｏ）、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６で、制御情報に変調方式を指定する情報が無い場合（ステップＳ１０６ Ｎｏ）、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８で、制御情報にデータを送信するタイミングを指定する情報が無い場合（ステップＳ１０８ Ｎｏ）、ステップＳ１０１へ戻る。

なお、上記の手順は、一例であり、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３と、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５と、ステップＳ１０６およびステップＳ１０７と、ステップＳ１０８およびステップＳ１０９と、の順序を変更してもよい。また、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３と、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５と、ステップＳ１０６およびステップＳ１０７と、ステップＳ１０８およびステップＳ１０９と、を並列に実行してもよい。また、以上の説明では、制御情報受信部１７が実施する処理のうち、本実施の形態のデータの伝送方法にかかる機能部の制御について説明したが、制御情報受信部１７は上述した処理以外の処理をさらに実施してもよい。また、図４では、符号化方式、変調方式、およびデータを送信するタイミングを制御局４から通知する例を示したが、上述したように、符号化方式、変調方式、およびデータを送信するタイミングのうち１つ以上を制御部１７１が決定してもよい。制御部１７１が符号化方式、変調方式、およびデータを送信するタイミングのうち１つ以上の項目を決定する場合、図４のフローチャートにおいて、これらの項目に対応する処理の替わりに、上述した方法で制御部１７１がそれぞれの項目を決定する処理を行う。また、無線送信部１５において周波数変換を行う周波数が制御局４から通知される場合には、制御部１７１は、図４の符号化方式、変調方式、およびデータを送信するタイミングと同様に、受信した制御情報から周波数を指定する情報を抽出し、抽出した情報に基づいて無線送信部１５に周波数を指示する。

図５は、本実施の形態の受信局２の構成例を示す図である。本実施の形態の受信局２は、受信アンテナ２１と、無線受信部２２と、復調部２３と、復号部２４と、受信バッファ２５と、制御情報受信部２６とを備える。受信アンテナ２１は、送信局１から送信された無線信号を受信する。無線信号受信部２２は、受信した無線信号を電気信号に変換して出力する。復調部２３は、無線受信部２２から出力される電気信号を復調する。復号部２４は、復調部２３により復調された信号を復号して、復号後のデータを受信バッファ２５へ格納する。制御情報受信部２６は、制御部４から制御情報を受信し、受信局２を構成する各部の動作を制御する。制御情報受信部２６の受信部２６２は、制御局４から制御情報を受信して制御部２６１へ入力し、制御部２６１は受信部２６１から入力される制御情報に基づいて受信局２の各部を制御する。

図５に示した各部は、各々を単独の装置または回路等のハードウェアとして実現することができる。無線受信部２２は、アナログデジタル変換回路等を含む受信機であり、復調部２３はデモジュレータまたはモデムであり、復号部２４はデコーダであり、受信バッファ２５はメモリであり、制御情報受信部２６の受信部２６２は受信機であり、制御情報受信部２６の制御部２６１は、各部を制御する処理回路である。上記の各部は、単独の回路または装置として構成されてもよいし、複数の機能部が１つの回路または装置として構成されてもよい。

復調部２３、復号部２４および制御部２６１は、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵとを備える制御回路であってもよい。復調部２３、復号部２４および制御部２６１が、専用のハードウェアとして実現される場合、これらは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものである。

復調部２３、復号部２４および制御部２６１がＣＰＵを備える制御回路により実現される場合、この制御回路は例えば図３に示す構成の制御回路２００である。復調部２３、復号部２４および制御部２６１が図３に示す制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２０２がメモリ２０３に記憶された、各部の各々の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。

次に、受信局２の動作について説明する。受信局２の受信アンテナ２１は、送信局１の送信アンテナ１６により照射された無線信号を受信する。なお、受信アンテナ２１は、指向方向を変更可能であり、制御情報受信部２６から指定された方向、すなわち送信局１が位置する方向を指向する。受信アンテナ２１の指向方向は、制御局４から通知される。ただし、制御情報受信部２６は、制御局４から自局が受信対象外であることを指定された場合は、受信アンテナ２１に対して送信局１からの信号の受信停止を指示してもよい。

無線受信部２２は、受信アンテナ２１により受信された信号を、制御情報受信部２６から指定された周波数に変換した後に、電気信号に変換して出力する。復調部２３は、無線受信部２２から出力された電気信号を、制御情報受信部２６から指定された復調方式で復調する。なお、復調方式の選択は送信局１の変調部１４で用いられた変調方式に対応した復調方式となるよう、制御局４から通知される、または予め定められた変更パタンで変更する。予め定められた変更パタンで変更する場合、この変更パタンは送信局１において設定された予め定められた変更パタンに対応したものとする。すなわち、送信局１が変調方式を変更する契機と受信局２が復調方式を変更する契機が同じになるように設定される。なお、送信局１が送信するデータの中に変調方式や符号化方式などを示す伝送制御情報が含まれる場合は、上記電気信号の中から伝送制御情報を抽出し、伝送制御情報に含まれる変調方式に対応した復調方式で復調してもよい。また、復調部２３は、復調を行うとともに電気信号である受信信号の受信品質を測定してもよい。具体的には、例えば、復調部２３は、受信信号に含まれる既知データを用いて信号対干渉雑音比であるＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）を計算する。復調部２３により測定された受信品質を制御局４へ通知すると、制御局４は後述する変調方式と符号化方式の選択において、直近の受信品質に応じた変調方式と符号化方式を選択することができる。

復号部２４は、復調部２３により復調されたデータを、制御情報受信部２６から指定された復号方式で復号し、復号データを受信バッファ２５へ格納する。なお、復号方式の選択は復調部２３における復調方式と同様に、制御局４から指定される、または予め決められた変更パタンで変更する、または伝送制御情報に含まれる情報に従う。復号方式は、送信局１における符号化方式に対応した復号方式とする。また、復号部２４が出力する復号データは硬判定値でもよいし、軟判定値でもよい。また、復号部２４は、復号データとともに、復号の成功もしくは失敗を示す受信結果を受信バッファ２５へ格納する。なお、復号の成功または失敗は、例えば、送信局１の符号化部１３において、符号化としてＬＤＰＣ等の誤り訂正符号化だけでなく、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）符号などの誤り検出符号化を行っておくことで、ＣＲＣ符号の復号により判定できる。

受信バッファ２５は、復号部２４から受信した復号データと受信結果とを保持し、保持している復号データと受信結果とを任意のタイミングで中央局３へ出力する。なお、中央局３と受信局２−１，２−２とは、専用回線等により接続され、受信バッファ２５からデータを中央局３へ出力可能であるとする。なお、中央局３と受信局２−１，２−２との間の回線は、専用回線に限らず、公衆網であってもよい。例えば、ベストエフォートサービスの公衆網を用いてもよく、また、公衆網の中でＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を確立して、帯域保証型通信を用いてもよい。

次に、制御情報受信部２６の制御部２６１の動作について説明する。図６は、制御部２６１の制御処理手順の一例を示すフローチャートである。図６では、受信アンテナの指向方向、復号方式、復調方式、および受信局２に該受信局２を受信対象局とするか否かを示す情報を制御局４から通知する例を示している。制御部２６１は、制御情報を受信したかすなわち受信部２６２から制御情報が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１１１）。制御情報を受信していない場合（ステップＳ１１１ Ｎｏ）、ステップＳ１１１を繰り返す。制御情報を受信した場合（ステップＳ１１１ Ｙｅｓ）、制御部２６１は、制御情報に受信アンテナの指向方向を指定する情報が有るか否かを判断する（ステップＳ１１２）。制御情報に受信アンテナの指向方向を指定する情報が有る場合（ステップＳ１１２ Ｙｅｓ）、制御部２６１は、制御情報から受信アンテナの指向方向を指定する情報を抽出し、抽出した情報に基づいて受信アンテナ２１へ指向方向を指示する（ステップＳ１１３）。

制御部２６１は、制御情報に復号方式を指定する情報が有るか否かを判断する（ステップＳ１１４）。制御情報に復号方式を指定する情報が有る場合（ステップＳ１１４ Ｙｅｓ）、制御部２６１は、制御情報から復号方式を指定する情報を抽出し、抽出した情報に基づいて復号部２４へ復号方式を指示する（ステップＳ１１５）。

また、制御部２６１は、制御情報に復調方式を指定する情報が有るか否かを判断する（ステップＳ１１６）。制御情報に復調方式を指定する情報が有る場合（ステップＳ１１６ Ｙｅｓ）、制御情報から復調方式を指定する情報を抽出し、抽出した情報に基づいて復調部２３へ復調方式を指示する（ステップＳ１１７）。

また、制御部２６１は、制御情報に自局がデータを受信する対象局でないことを示す情報が有るか否かを判断する（ステップＳ１１８）。制御情報に自局がデータを受信する対象局でないことを示す情報が有る場合（ステップＳ１１８ Ｙｅｓ）、受信アンテナ２１へ受信停止を指示し（ステップＳ１１９）、ステップＳ１１１へ戻る。

ステップＳ１１２で、制御情報に受信アンテナの指向方向を指定する情報が無い場合（ステップＳ１１２ Ｎｏ）、ステップＳ１１４へ進む。ステップＳ１１４で、制御情報に復号方式を指定する情報が無い場合（ステップＳ１１４ Ｎｏ）、ステップＳ１１６へ進む。ステップＳ１１６で、制御情報に復調方式を指定する情報が無い場合（ステップＳ１１６ Ｎｏ）、ステップＳ１１８へ進む。ステップＳ１１８で、制御情報に自局がデータを受信する対象局でないことを示す情報が無い場合（ステップＳ１１８ Ｎｏ）、ステップＳ１１１へ戻る。なお、上記の手順は、一例であり、図４で示した制御例と同様に各ステップの順序を変更してもよいし、復調方式および復号方式などのうち、一つ以上を制御部１７１が決定してもよい。

図７は、本実施の形態の中央局３の構成例を示す図である。本実施の形態の中央局３は、受信バッファ３１−１〜３１−ｎと、データ選択部３２と、データ再生部３３と、制御情報送受信部３４とを備える。ｎは２以上の整数である。受信バッファ３１−１〜３１−ｎには、それぞれ受信局２−１〜２−ｎから出力された復号データおよび受信結果が格納される。データ選択部３２は、受信局２−１〜２−ｎから受信したデータの重複または欠落を管理して、連続する受信データを出力してデータ再生部３３へ出力する。データ再生部３３は、データ選択部３２から出力されるデータを画像などのアプリケーションデータとして再生する。制御情報送受信部３４は、制御局４との間で制御情報を送受信し、データ選択部３２の動作を制御する。制御情報送受信部３４の送受信部３４２は、制御局４から制御情報を受信して制御部３４１へ入力し、制御部３４１により生成された制御情報を制御局４へ送信する。制御部３４１は、送受信部３４２から入力される制御情報に基づいて受信の対象となる受信局２を把握し、受信の対象となる受信局２をデータ選択部３２へ通知する。また、制御部３４１は、データ選択部３２によりデータの欠落が検出された場合、欠落したデータを示す情報を格納した制御情報を生成して送受信部３４２へ出力する。

図７に示した各部は、各々を単独の装置または回路等のハードウェアとして実現することができる。受信バッファ３１−１〜３１−ｎは、メモリであり、データ選択部３２、データ再生部３３および制御部３４１は処理回路であり、送受信部３４２は送信機および受信機である。上記の各部は、単独の回路または装置として構成されてもよいし、複数の機能部が１つの回路または装置として構成されてもよい。

データ選択部３２、データ再生部３３および制御部３４１は、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵとを備える制御回路であってもよい。データ選択部３２、データ再生部３３および制御部３４１が、専用のハードウェアとして実現される場合、これらは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものである。

データ選択部３２、データ再生部３３および制御部３４１がＣＰＵを備える制御回路により実現される場合、この制御回路は例えば図３に示す構成の制御回路２００である。データ選択部３２、データ再生部３３および制御部３４１が図３に示す制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２０２がメモリ２０３に記憶された、各部の各々の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。

次に、中央局３の動作について説明する。中央局３の受信バッファ３１−１〜３１−ｎには、受信局２−１〜２−ｎから出力された復号データと受信結果が格納される。データ選択部３２は、受信バッファ３１−１〜３１−ｎに保持された復号データを読み出し、復号データの重複と欠落を管理し、連続したデータ列となるように各受信バッファ３１−１〜３１−ｎに格納された復号データを選択して読み出す。ここで、例えば、送信局１のデータ生成部１１により生成されたデータはフレーム化されているとし、データ生成部１１は各フレームにシーケンス番号を付加しているとする。また、符号化部１３は、フレーム単位でシーケンス番号を含めてデータを符号化しているとする。この場合、復号データは、フレーム単位で生成され、各復号データにはシーケンス番号が含まれる。このような場合、データ選択部３２は、受信バッファ３１−１〜３１−ｎに格納された復号データをシーケンス番号に基づいて正しい順序に並べることができる。復号データが重複する場合、すなわち同一シーケンス番号の復号データが複数存在する場合、いずれの復号データも受信結果より正しく復号されていることが確認できていれば、全て同一のデータとみなすことができる。よって、いずれか１つのデータを任意の方法で選択すればよい。この際、データ選択部３２は、制御部３４１から通知される受信の対象となる受信局２に基づいて、受信の対象となる受信局２に対応する受信バッファ３１−１〜３１−ｎに格納された復号データからデータを選択してもよい。

また、データ選択部３２は、上述した受信結果を用いて正しく受信できなかった復号データを破棄するようにすれば、シーケンス番号が誤っている復号データを用いることがなく、データ選択部３２の誤動作を防ぐことができる。更には、データ選択部３２はデータの選択に加え、データの並び替えを行ってもよい。例えば、各受信局２と中央局との間にルータなどによりデータの順序逆転が生じた場合においても、データ選択部３２が、シーケンス番号によってデータの並び替えを行うことで連続したデータ列を生成できる。また、データ選択部３２が、データの欠落を検出した場合に、制御部３４１に欠落したシーケンス番号を通知し、制御部３４１が欠落したシーケンス番号を示す情報を格納した制御情報を生成して送受信部３４２を介して制御局４へ通知してもよい。この場合、制御局４は、送信局１に対して欠落したデータの再送を指示することができ、これにより信頼性の高い伝送を実現することができる。更には、制御部３４１が、欠落したシーケンス番号と対応する復号データの送信元の受信局２の識別情報を制御情報に格納しておくと、制御局４は、受信局２ごとに受信失敗を検出することができる。これにより、制御局４は、ある受信局２における受信失敗が所定のしきい値回数以上通知された場合は、当該受信局２は異常状態と判断し、受信対象候補から外すことができる。

なお、受信局２の復号部２４が復号データとして軟判定値を出力する場合は、データ選択部３２は、重複して受信した２つの受信局２からの信号を信頼度情報で重みづけした後、ベクトル合成、データ判定および復号を行うことができる。例えば、２つの受信局より受信した信号に対し、受信信号品質の比によって２つの信号に重みづけを行って合成することで、合成後の信号は受信信号品質の良い、即ちデータの信頼度が高い信号の成分を多くすることができる。この場合、上記のようにデータが重複した場合に１つを選択することにより複数の受信局のデータを合成する場合と比較して、受信信号の信頼度を高くすることができるため、復号後の誤り率を低減することができる。

データ再生部３３は、データ選択部３２から出力される連続したデータ列を、画像などのアプリケーションデータへ再生する。

図８は、本実施の形態の制御局４の構成例を示す図である。本実施の形態の制御局４は、受信品質推定部４１と、ビーム制御部４２と、符号化変調制御部４３と、制御情報送受信部４４と、位置管理部４５と、を備える。

受信品質推定部４１は、送信局１が送信した信号を受信局２が受信する際の受信品質を推定する。すなわち、受信品質推定部４１は、送信局１の送信アンテナ１６から送信された信号を受信する受信局２における受信信号品質の推定値である受信品質推定値を算出する。ビーム制御部４２は、受信品質推定部４１により推定された受信品質に基づいて送信局１のビームの照射方向と送信局１が送信する信号を受信する対象局となる受信局２とを選択する。すなわち、ビーム制御部４２は、受信品質推定値に基づいて、送信局１の送信アンテナ１６の指向方向を決定する。符号化変調制御部４３は、送信局１と受信局２との間の通信に用いる符号化方式および変調方式を決定する決定部である。制御情報送受信部４４は、送信局１、受信局２、中央局３との間で制御情報を送受信する。制御情報送受信部４４の送信部４４２は、送信局１へ制御情報を無線信号として送信する。位置管理部４５は、送信局１が搭載される衛星の位置を算出する。位置管理部４５による衛星の位置の算出方法についてはどのような方法を用いてもよいが、例えば軌道決定および軌道伝搬計算により衛星の位置を算出する。

制御情報送受信部４４の送受信部４４３は、受信局２との間、および中央局３との間で制御情報を送受信する。制御部４４１は、ビーム制御部４２により選択されたビームの照射方向、符号化変調制御部４３が選択した符号化方式および変調方式を格納した制御情報を生成して送信部４４２へ出力する。また、制御部４４１は、符号化変調制御部４３が選択した符号化方式および変調方式を受信局２へ通知するための制御情報を生成して送受信部４４３へ出力する。または、制御部４４１は、符号化変調制御部４３が選択した符号化方式および変調方式に対応する復号方式および復調方式を受信局２へ通知するための制御情報を生成して送受信部４４３へ出力する。なお、ここでは、制御局４が、符号化方式および変調方式を送信局１へ通知し、復号方式および復調方式を受信局２へ通知する例を説明したが、これに限らず、上述したように、制御局４が、符号化方式および変調方式をあらかじめ定めた変更パタンで変更してもよく、受信局２が、復号方式および復調方式をあらかじめ定めた変更パタンで変更してもよい。また、制御情報送受信部４４の制御部４４１は、送受信部４４３経由で中央局３から、欠落したデータを示す情報を格納した制御情報を受信すると、欠落したデータの再送を指示するための制御情報を生成して送信部４４２へ出力する。また、制御部４４１は、送信局１が送信する信号を受信する対象局となる受信局２を示す情報を格納した制御情報を生成して送受信部４４３を介して中央局３へ通知してもよい。また、受信局２が受信信号品質を測定して制御情報として送信する場合、制御部４４１は、送受信部４４３経由で受信したこの制御情報に格納された受信信号品質を受信品質推定部４１に通知する。そして、受信品質推定部４１は、通知された受信信号品質に基づいて、受信信号品質の推定値を補正してもよい。例えば、通知された受信信号品質と受信信号品質の推定値との差が所定の閾値以上の場合は、両者の平均値を補正後の受信信号品質推定値とすることで、実際の伝搬路状態に近い推定値へ補正することができる。

図８に示した各部は、各々を単独の装置または回路等のハードウェアとして実現することができる。受信品質推定部４１、ビーム制御部４２、符号化変調制御部４３、位置管理部４５および制御部４４１は処理回路であり、送受信部４４３は送信機および受信機であり、送信部４４２は無線送信機である。上記の各部は、単独の回路または装置として構成されてもよいし、複数の機能部が１つの回路または装置として構成されてもよい。

受信品質推定部４１、ビーム制御部４２、符号化変調制御部４３、位置管理部４５および制御部４４１は、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵとを備える制御回路であってもよい。受信品質推定部４１、ビーム制御部４２、符号化変調制御部４３、位置管理部４５および制御部４４１が、専用のハードウェアとして実現される場合、これらは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものである。

受信品質推定部４１、ビーム制御部４２、符号化変調制御部４３、位置管理部４５および制御部４４１がＣＰＵを備える制御回路により実現される場合、この制御回路は例えば図３に示す構成の制御回路２００である。受信品質推定部４１、ビーム制御部４２、符号化変調制御部４３、位置管理部４５および制御部４４１が図３に示す制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２０２がメモリ２０３に記憶された、各部の各々の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。

ここで、本実施の形態のデータ伝送システムにおけるサイトダイバーシチについて説明する。本実施の形態のデータ伝送システムにおけるサイトダイバーシチは、上記非特許文献１に記載されているように、複数の受信局を用いることにより降雨減衰が生じる確率を低減させる手法である。例えば２つの受信局２を用いてサイトダイバーシチを行う場合の稼働率が９０％となる場合の、各受信局２における稼働率が８０％であったとする。稼働率は、受信局２において降雨減衰量がしきい値より小さくなる時間率を示す。例えば、２つの受信局２を用いてサイトダイバーシチを行う場合、一方が雨で降雨減衰量がしきい値以上となっていたとしても、他方の受信局２が晴れていれば、この他方の受信局２において受信されたデータを用いれば降雨減衰の影響は受けない。このように、サイトダイバーシチを行う場合の稼働率は、単独の受信局を用いた場合の稼働率より高くなる。

図９は、稼働率と降雨減衰量の関係を模式化した図である。なお、図中の数値は例を示したものであり、実際の稼働率と降雨減衰量は図中の数値に限定されない。図９より、稼働率８０％のときに回線設計で見積もるべき降雨減衰量は−２０ｄＢである。一方、図９より、稼働率９０％のときに回線設計で見積もるべき降雨減衰量は−３０ｄＢである。すなわち、サイトダイバーシチを行う場合は単一の受信局で受信する場合と比較して降雨減衰量を１０ｄＢ低く見積もることができる。このため、受信品質の推定値が高くなる。一般に、受信品質の推定値が高いほど、変調多値数と符号化率を高く設定することができる。このため、サイトダイバーシチを行う場合は単一の受信局で受信する場合と比較して変調多値数と符号化率を高く設定することができ、これによりスループットを向上させることができる。

一方、データ伝送用の周波数帯が上がると、同一アンテナ径における送信アンテナが形成するビームのビームパタンは狭域になる。このため、サイトダイバーシチを行う複数の受信局にビームが照射されるようにビームの指向方向を制御する必要がある。また、送信局１が搭載される衛星の軌道が静止軌道でない場合、衛星の直下点の地上位置は変化する。特に、送信局１が太陽同期準回帰軌道等のように極軌道衛星に搭載される場合、衛星の直下点の緯度および経度は大きく変化し、また、地上局からみた衛星の仰角も大きく変化する。

図１０は、太陽同期準回帰軌道等のように極軌道衛星に搭載された送信局１のビームのフットプリントの変化の一例を示す図である。図１０の左側は、送信局１を搭載する衛星１０１が、第１の軌道を通過する際の送信アンテナ１６の形成するビームの中心１０２およびフットプリント１０３を示している。図１０の例では、地球１００上に設置された受信局２−１〜２−４の４つを図示している。図１０の右側は、送信局１を搭載する衛星１０１が、第２の軌道を通過する際の送信アンテナ１６の形成するビームの中心１０５およびフットプリント１０６を示している。なお、第１の軌道、第２の軌道は、同一の衛星が太陽同期準回帰軌道等を周回する場合の異なる時刻の軌道を示している。図１０に示すように、図１０の右側の状態で送信局１の送信アンテナ１６のビームの指向方向を、サイトダイバーシチを行う受信局２−２，２−４にビームが照射されるように、一旦設定したとしても、上記の衛星の直下点の緯度および経度の変化と、地上局からみた衛星の仰角の変化とにより、図１０の左側に示すようにサイトダイバーシチを行う２つの受信局に適切にビームが照射されなくなる可能性がある。

そこで、本実施の形態では、制御局４が、受信局２における受信信号品質を推定して、推定した受信信号品質に基づいて、受信の対象局となる受信局２を選択してビームの照射方向を選択する。これにより、サイトダイバーシチを行う複数の受信局における受信信号品質を所望の値以上に維持することができ、スループットを向上させることができる。

次に、本実施の形態の制御局４の動作について説明する。以下では、制御局４が、送信局１のビームの照射方向すなわちビーム指向方向、送信局１から送信された無線信号を受信してサイトダイバーシチを行う受信局２の組み合わせ、変調方式、符号化方式などを決定する例について説明する。

図１１は、ビーム制御部４２におけるビーム決定処理手順の一例を示すフローチャートである。図１１に示すように、まず、ビーム制御部４２は、全てのビーム探索候補のループを開始する（ステップＳ１）。このループでは、ビーム探索候補を識別するために用いる変数をｉとするとき、ｉ＝１，２，…，Ｎ_iがループの条件となる。Ｎ_iは、ビーム探索候補の総数であり任意の値に設定できる。ここで、ビーム探索候補とは、送信局１の送信アンテナ１６のビームの中心の地表面への投影点を、例えば緯度経度で表したものである。送信局１の送信アンテナ１６のビームの中心の地表面への投影点を緯度経度で表したものを、以下、ビーム中心座標と呼ぶ。各ビーム中心座標候補をｉと対応付けておく。例えば、ビーム中心座標の探索範囲を緯度経度ともに１０度とし、０．１度刻みでビーム中心座標の候補を設定する場合、ビーム中心座標の候補は１万点となる。この場合、ビーム探索候補の総数すなわちビーム中心座標の候補の総数Ｎ_iは１００００となり、ステップＳ１で開始するループの条件は、ｉ＝１，２，…，１００００となる。

次に、ビーム制御部４２は、受信局グループのループを開始する（ステップＳ２）。このループでは、受信局グループを識別するために用いる変数をｊとするとき、ｊ＝１，２，…，Ｎ_jがループの条件となる。Ｎ_jは受信局グループの総数である。ここで、受信局グループとは、同一時刻に送信局１から同一データを受信する受信局２の組のことを示す。例えば、サイトダイバーシチのために同一時刻に送信局１から同一データを受信する受信局２の組である。なお、本実施の形態では、サイトダイバーシチのために同一時刻に送信局１から同一データを受信する受信局２の組を決定する例を説明するが、同一時刻に送信局１から同一データを受信する受信局２の組の利用目的はサイトダイバーシチに限定されない。受信局グループを示す変数であるｊと受信局２との対応は、あらかじめ定めてビーム制御部４２内または外部のメモリにテーブル等により保持しておく。例えば、１（ｊ＝１）番目の受信グループは、受信局２−１と受信局２−２、２（ｊ＝２）番目の受信グループは、受信局２−１と受信局２−３、等のように受信グループの番号と受信局２の識別情報を対応付けておく。

受信局２の数をｎとし、Ｃを、コンビネーションを表すとすると、ｊの最大値Ｎ_jは、以下の式（２）で示すことができる。なお、以下の式（２）では、単一の受信局２で所望の受信品質を確保できる場合には、受信局グループを構成する受信局２は単一でもよいとしている。受信局グループを構成する受信局を２つ以上とする場合には、下記式（２）の右辺の最後の項は削除する。また、受信局グループを構成する受信局２の数の上限が定められている場合には、下記の式（２）において、受信局２の数をｎの替わりに、受信局２の数の上限値を用いればよい。
Ｎ_j＝_nＣ_n＋_nＣ_n-1＋…_nＣ₁…（２）

次に、ビーム制御部４２は、受信局２のループを開始する（ステップＳ３）。このループでは、受信局２を識別するために用いる変数をｋとするとき、ｋ＝１，２，…，Ｎ_kがループの条件となる。Ｎ_kは受信局グループ内の受信局２の総数である。例えば、受信グループ内の受信局２の識別情報が最も若いものをｋ＝１とし、識別情報が次に若いものをｋ＝２とし、というように、若い順にｋを割当てておく。例えば、ｊ＝１であり、１番目の受信グループは受信局２−１，受信局２−２で構成され、受信局２−１，受信局２−２の識別情報をそれぞれ２−１，２−２とするとき、受信局２−１はｋ＝１に対応し、受信局２−２はｋ＝２に対応する。また、ｊ＝２であり、２番目の受信グループは受信局２−１，受信局２−３で構成され、受信局２−１，受信局２−３の識別情報をそれぞれ２−１，２−３とするとき、受信局２−１はｋ＝１に対応し、受信局２−３はｋ＝２に対応する。

次に、ビーム制御部４２は、受信品質推定部４１へｉ，ｊ，ｋを指定して、受信品質推定値Ｃ_N（ｉ，ｊ，ｋ）の算出を指示する（ステップＳ４）。受信品質推定部４１は、受信品質推定値Ｃ_N（ｉ，ｊ，ｋ）を算出して、ビーム制御部４２へ受信品質推定値Ｃ_N（ｉ，ｊ，ｋ）を通知する。Ｃ_N（ｉ，ｊ，ｋ）は、ｉ番目のビーム探索候補を選択して、ｊ番目の受信グループを選択したときの受信グループ内のｋ番目の受信局２における受信品質推定値を示す。受信品質推定値の算出方法については後述する。

次に、ビーム制御部４２は、Ｃ_N（ｉ，ｊ，ｋ）がＣ_m（ｉ，ｊ）より小さいか否かを判断する（ステップＳ５）。Ｃ_m（ｉ，ｊ）は、ｉ番目のビーム探索候補を選択して、ｊ番目の受信グループを選択したときの最小の受信品質推定値となる値であり、Ｃ_m（ｉ，ｊ）の初期値は、想定される最小の受信品質推定値より大きな値に設定しておく。例えば、Ｃ_m（ｉ，ｊ）の初期値は、想定される受信品質推定値の平均値より大きな値に設定しておく。ビーム制御部４２は、Ｃ_N（ｉ，ｊ，ｋ）がＣ_m（ｉ，ｊ）より小さい場合（ステップＳ５ Ｙｅｓ）、Ｃ_m（ｉ，ｊ）＝Ｃ_N（ｉ，ｊ，ｋ）とし（ステップＳ６）、ステップＳ７へ進む。Ｃ_N（ｉ，ｊ，ｋ）がＣ_m（ｉ，ｊ）より小さくない場合（ステップＳ５ Ｎｏ）、ステップＳ７へ進む。

受信局のループを終了する（ステップＳ７）と、ビーム制御部４２は、ｉ番目のビーム探索候補を選択して、ｊ番目の受信グループを選択したときの最小の受信信号品質Ｃ_m（ｉ，ｊ）が、Ｃ_Nrefより大きいか否かを判断する（ステップＳ８）。Ｃ_Nrefは、計算済みのｉ，ｊの組み合わせ内での最大の受信品質推定値を示し、初期値は、想定される最大の受信品質推定値より小さい値に設定される。Ｃ_m（ｉ，ｊ）が、Ｃ_Nrefより大きい場合（ステップＳ８ Ｙｅｓ）、ビーム制御部４２は、Ｃ_Nref＝Ｃ_m（ｉ，ｊ）とし、選択する受信局グループ候補をｊに更新し、選択するビーム中心候補をｉに更新する（ステップＳ９）。そして、ビーム制御部４２は、受信局グループを終了（ステップＳ１０）した後に、ビーム探索候補のループを終了し（ステップＳ１１）、処理を終了する。ステップＳ８で、Ｃ_m（ｉ，ｊ）が、Ｃ_Nrefより大きくない場合（ステップＳ８ Ｎｏ）、ステップＳ１０へ進む。

以上の処理により、処理を終了した時点で、全ての受信局グループおよびビーム中心候補のうち、該受信グループを構成する受信局２の受信品質推定値の最小値が最も大きい受信局グループおよびビーム中心候補が選択されている。

以上のように、ビーム制御部４２は、送信アンテナ１６の指向方向の候補と、送信アンテナ１６からのデータを同時に受信する受信局２のグループである受信局グループの候補と、の組み合わせごとに、受信局グループに属する受信局２における受信品質推定値の最小値を算出し、最小値が最も大きい送信アンテナの指向方向の候補と、受信局グループの候補と、の組み合わせを選択し、選択した送信アンテナ１６の指向方向の候補を、送信アンテナの指向方向として決定する。

次に、上記のステップＳ４の受信品質推定値の算出について説明する。図１２は、本実施の形態の受信品質推定値の算出処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１２は一例であり、受信品質推定値の算出手順は図１２の例に限定されない。図１２に示すように、受信品質推定部４１は、受信品質推定部４１の内部または外部のメモリに予め格納されている送信局１の送信電力Ｐ_tを読み出す（ステップＳ２１）。なお、送信局１の送信電力Ｐ_tを変更可能なように構成してもよい。

次に、受信品質推定部４１は、送信局１の位置と、受信局２の位置と、ｉ番目のビーム探索候補に対応する送信局１のアンテナ指向方向と、送信局１のビームパタンとに基づいて、送信局１の送信アンテナ利得Ｇ_tを算出する（ステップＳ２２）。具体的には、例えば、受信品質推定部４１は、次のように、送信アンテナ利得Ｇ_tを算出する。ここでは、ビームパタンは、ビームの中心からの角度に応じた送信アンテナ利得を示すものであるとする。ビームパタンは、あらかじめビーム制御部４２の内部または外部のメモリに保持されている。受信品質推定部４１は、送信局１の位置を、位置管理部４５から取得する。また、受信局２の位置は、受信品質推定部４１の内部または外部のメモリに予め格納されている。そして、受信品質推定部４１は、送信局１の位置からビーム探索候補に対応するビーム中心座標の方向がビーム中心となるように送信アンテナ１６の指向方向を設定したときの、ビーム中心と送信局１から受信局２へ向かうベクトルとのなす角θを算出する。図１３は、ビーム中心と送信局１から受信局２へ向かうベクトルとのなす角θを説明するための図である。図１３では、ビームパタン２００は模式的に送信局１を中心に記載しており、このビームパタン２００は照射されるビームそのものを示すものではない。そして、受信品質推定部４１は、ビームパタンを用いてθに対応する送信アンテナ利得Ｇ_tを算出する。

次に、受信品質推定部４１は、ｊ番目の受信局グループに属する受信局２がサイトダイバーシチを行う場合の降雨減衰量Ｌ_rを算出する（ステップＳ２３）。ここでは、ｊ番目の受信局グループに属する受信局２がサイトダイバーシチを行う前提で降雨減衰量を算出する。この降雨減衰量は、例えば、受信品質推定部４１は、サイトダイバーシチを行う場合の降雨減衰量Ｌ_rを、例えば、非特許文献１に記載されているように、サイトダイバーシチを行う全ての受信局２が同時に所望の降雨減衰量以上となる確率と目標稼働率とからサイトダイバーシチを行う場合のジョイント降雨減衰量推定値を算出する。そして、このジョイント降雨減衰量推定値に対応する単一の受信局における降雨減衰量をＬ_rとする。すなわち、Ｌ_rを、送信局１から送信されたデータを同時に受信する１つ以上の受信局が同時に所望の降雨減衰量以上となる確率と目標稼働率とから算出されるジョイント降雨減衰量推定値に対応する単独の前記受信局における降雨減衰量とすることができる。なお、サイトダイバーシチを適用しない場合は、単独の受信局２における降雨減衰量を算出すればよい。

次に、受信品質推定部４１は、送信局１と受信局２との距離に基づいて距離減衰量Ｌ_dを算出する（ステップＳ２４）。送信局１と受信局２との距離は、上述した送信局１の位置と受信局２の位置とに基づいて算出することができる。例えば、受信品質推定部４１は、距離減衰量Ｌ_dを、自由空間伝搬損失として求める。ただし、受信局２が山岳などに配置される場合等、送信局１と受信局２との直線上に障害物がある場合は障害物による損失も考慮する。

次に、受信品質推定部４１は、受信局２のアンテナ径に基づいて受信アンテナ利得Ｇ_rを算出する（ステップＳ２５）。受信局２ごとのアンテナ径は、受信品質推定部４１内または外部のメモリに格納されているとする。例えば、受信アンテナ利得Ｇ_rの具体的算出方法はどのような方法を用いてもよいが、例えば、「Ｇ．Ｍａｒｌ 他，“Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｈｉｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ”，ｐ.４９５，Ｗｉｌｅｙ出版」に記載されているように、受信アンテナ利得の最大値は以下の式（３）により算出することができる。
Ｇ=η（πＤ／λ）² …（３）
Ｇ：受信アンテナ利得の最大値(ビーム中心の利得)
η：アンテナ効率
Ｄ：アンテナ径
λ：波長(搬送波周波数の逆数)
なお、上述した送信アンテナ利得とは異なり、受信アンテナ２１は常に送信局を指向するよう制御されるため、角度差による利得減少の影響は送信アンテナ１６より小さいため、送信局１の方向とアンテナ中心すなわちビーム中心との間の角度は設計誤差など所定の値のみを考慮すればよい。したがって、受信アンテナ利得Ｇ_rは、上記の受信アンテナ利得の最大値Ｇと所定の値に基づいて算出することができる。

次に、受信品質推定部４１は、Ｐ_t＋Ｇ_t＋Ｌ_r＋Ｌ_d＋Ｇ_rを算出し、算出した値を受信品質推定値として（ステップＳ２６）、処理を終了する。なお、以上の処理では、受信品質推定部４１は、送信局の送信電力と、送信局１の送信アンテナ利得と、受信局２の受信アンテナ利得と、受信局２における降雨減衰量と、受信局における距離減衰との全てに基づいて受信品質推定値を算出したが、これに限らず、これらのうち１つ以上に基づいて受信品質推定値を算出すればよい。

以上述べた方法により受信局グループおよびビーム中心候補を選択した場合、衛星の位置が変化しても、高い受信信号品質を確保することができる。図１４は、本実施の形態の受信局グループおよびビーム中心候補の選択を行った場合のビームのフットプリントの一例を示す図である。図１４における第１の軌道、第２の軌道は、図１０の例と同様である。図１４の左側は、図１０の左側と同じ状態を示している。図１４の右側は、送信局１を搭載する衛星１０１が、第２の軌道上を移動している例を示している。図１４では、ビーム中心１０８は受信局２−３と受信局２−４の間となり、フットプリント１０９は受信局２−３と受信局２−４とをカバーしている。このように、本実施の形態では、衛星の位置に応じて、受信局２およびビームの照射方向を選択することができるため、衛星の位置が変化しても、高い受信品質推定値を保つことができる。

なお、上述したように受信局２の復調部２３が受信品質を測定する場合は、制御局４は、この受信品質を当該受信局２から受信し、受信した受信品質を用いて、上述した処理で算出した受信品質推定値を補正してもよい。

また、ビーム制御部４２は、選択された受信局グループ候補に属する受信局２ごとに、該受信局２の受信アンテナ２１の指向方向を決定する。指向方向は、受信局２の位置と送信局１の位置とに基づいて算出することができる。ただし、送信局１は移動するため、指向方向を時間ごとに求めるようにしてもよい。ビーム制御部４２は、決定した受信局２の受信アンテナ２１の指向方向を受信局２の識別情報とともに制御部４４１へ通知し、制御部４４１はビーム制御部４２から受け取った受信アンテナ２１の指向方向を制御情報に格納し、制御情報を宛先の受信局２へ送信するよう送受信部４４３へ指示する。また、ビーム制御部４２は、ビームおよび受信グループの選択結果に基づいて、選択されたビーム中心候補に対応するビーム照射方向を算出し、ビーム照射方向を制御部４４１へ通知する。制御部４４１は、ビーム照射方向を格納した制御情報を生成し、制御情報を送信局１へ送信するよう送信部４４２へ指示する。また、ビーム制御部４２は、ビームおよび受信グループの選択結果に基づいて、選択された受信局グループに属さない受信局に、受信の対象局でないことを示す情報を格納した制御情報を送信するよう制御部４４１へ指示する。制御部４４１は、指示に基づいて受信の対象局でないことを示す情報を格納した制御情報を生成し、制御情報を、選択された受信局グループに属さない受信局に送信するよう送受信部４４３へ指示する。また、ビーム制御部４２は、ビームおよび受信グループの選択結果に基づいて、選択された受信局グループ候補に属する受信局２を符号化変調制御部４３に通知する。

符号化変調制御部４３は、ビーム制御部４２から通知された受信局２に対応する受信品質推定値を受信品質推定部４１のメモリから読み出す。なお、受信品質推定部４１は、内部のメモリにステップＳ４で算出する受信品質推定値を全て一時的に保持しており、図１１に示した処理の終了時に、最終的に選択された受信グループおよびビーム中心候補に対応する受信グループ内の受信局ごとの受信品質推定値を内部のメモリに保持するとする。符号化変調制御部４３は、読み出した受信品質推定値に基づいて、所望の誤り率を満たすように符号化方式、変調方式を決定する。具体的には、受信品質推定値が低いと誤り率が高くなるため、受信品質推定値が低い場合、符号化変調制御部４３は、符号化方式として符号化率の低いものを選択し、変調方式として変調多値数の少ないものを選択する。例えば、受信品質推定値を複数の段階に分けて、段階ごとに所望の誤り率を満たす符号化方式、変調方式の組み合わせをあらかじめ定めておき、段階ごとの符号化方式、変調方式をテーブルとして保持しておく。そして、符号化変調制御部４３は、読み出した受信品質推定値とテーブルとに基づいて符号化方式および変調方式を選択する。

符号化変調制御部４３は、符号化方式および変調方式を制御情報送受信部４４に通知する。制御情報送受信部４４は、符号化方式および変調方式を格納した制御情報を生成して、送信局１、受信局２へ通知する。符号化方式および変調方式は、１つの制御情報により通知されてもよいし、符号化方式と変調方式とでそれぞれ異なる制御情報として通知されてもよい。なお、受信局２については、符号化方式、変調方式にそれぞれ対応した復号方式、変調方式を制御情報により通知してもよいし、符号化方式、変調方式を通知してもよい。受信局２では、符号化方式、変調方式がわかれば、これらに対応する復号方式、復調方式を選択することができるためである。ここで、符号化方式および変調方式の通知方法については、符号化方式と変調方式の組み合わせをテーブルで保持し、所望の組み合わせに対応したインデックスをあらかじめ定めておき、制御情報にインデックスを格納して通知してもよい。上記のテーブルは、例えば非特許文献２で示されるものを用いればよい。例えば、インデックス＃０は、符号化率Ｘ₁％、ＱＰＳＫ変調を示し、インデックス＃１は、符号化率Ｘ₂％、１６ＱＡＭ変調を示す等というように、インデックスの値ごとに、あらかじめ符号化方式と変調方式を定めておく。

また、受信品質推定値が仰角によって一意的に求められる場合は、仰角ごとの受信品質推定値に応じた符号化方式と変調方式を示す変更パタンを定めておき、送信局１と受信局２とが保持し、制御局４が変更パタンを指定することにより、送信局１と受信局２が仰角に応じて符号化方式と変調方式を決定するようにしてもよい。図１５は、仰角と受信品質推定値の関係の一例を示す図である。図１５では、受信信号品質３０１は、第１の受信局グループにおける仰角と受信品質推定値の関係を示し、受信信号品質３０２は、第２の受信局グループにおける仰角と受信品質推定値の関係を示している。衛星の軌道によっては、図１５に示すように、受信品質推定値が仰角によって一意的に求められる場合がある。また、図１５に示すように、この関係は、受信局グループにより、すなわち受信局グループを構成する地上局の位置により異なることがある。図１６は、仰角ごとの受信品質推定値に応じた符号化方式と変調方式の変更パタンのテーブルの一例を示す図である。図１６に示すように、例えば、符号化変調パタン＃０と符号化変調パタン＃１の２種類の変更パタンを仰角ごとに定めておく。符号化変調パタン＃０は、図１５に示した第１の受信局グループに対応し、符号化変調パタン＃１は、図１５に示した第２の受信局グループに対応する。各変更パタンには、仰角に応じた変調化方式および変調方式を示すインデックスが格納される。そして、制御局４は、選択した受信グループに応じて、どの変更パタンを用いるかの情報を通知する。これにより、送信局１および受信局２は、制御局４からのどの変更パタンを用いるかの情報の通知とテーブルに基づいて符号化方式および変調方式を決定することができる。これにより、制御情報の伝送量を抑えて、符号化方式および変調方式、復号方式および復調方式を通知することができる。

なお、上述した制御局４におけるビームおよび受信局グループの決定処理、すなわちビーム制御部４２における送信アンテナの指向方向を決定する処理を実施する周期は、周期を短くすると受信信号品質をより正確に反映でき、きめ細やかな制御が可能となるが、一方で、制御情報量が増大するといった問題がある。よって、上記の処理は、送信局１と受信局２との仰角がしきい値以上変化した場合に実施する、または送信局１が地球を一周するごとに実施するようにしてもよい。

また、受信品質推定部４１が受信品質推定値を導出するための各種パラメータが、本実施の形態におけるデータ伝送システムを運用開始する以前、すなわち通信を実際に行う以前に既知であるならば、あらかじめ上述した制御局４におけるビームおよび受信局グループの決定処理をコンピュータシミュレーションなどで計算し、送信局１、受信局２に対してビームの指向方向、符号化方式、変調方式などの各種情報を設定しておくことで、運用期間中の制御情報量を少なくすることができる。

また、受信品質推定部４１が送信アンテナ利得Ｇ_tを計算する際に、ビームパタンが可変である場合は、複数のビームパタンの候補に対してそれぞれ送信アンテナ利得Ｇ_tを計算してもよい。例えば楕円などの非対称なビームパタンを有する場合は、アンテナを回転した際のビームパタンに対して送信アンテナ利得Ｇ_tを計算する。また、フェーズドアレーアンテナのように位相と振幅を変更する構成の場合は、位相と振幅の候補を決定し、そのときのビームパタンに対して計算してもよい。そして、図１１の処理において、ビームパタンのループも追加する。なお、上述したようにビームパタンを変更する場合は、制御局４は送信局１に対してビームの照射方向に加えてビームパタンも通知すればよい。

以上説明したように、本実施の形態では、送信局１が受信局２を介して中央局３へデータを伝送するデータ伝送システムにおいて、制御局４は受信局２における受信品質推定値に基づいて、受信対象となる受信局２と、送信局１が照射するビームの指向方向とを選択し、選択結果を送信局１、受信局２にそれぞれ指示することとした。このため、本実施の形態におけるデータ伝送システムは、高い受信品質でデータを伝送でき、複数の受信局における受信信号品質を所望の値以上に維持することができる。また、上述した選択結果により得られる受信品質に基づいてデータ伝送に係る符号化方式および変調方式を決定すると、稼働率の向上とデータ伝送速度の向上を同時に実現することができる。

実施の形態２．
図１７は、本発明の実施の形態２にかかるデータ伝送システムの構成例を示す図である。本実施の形態のデータ伝送システムは、送信局１−１，１−２と、受信局２−１〜２−４と、中央局３と、制御局４とを備える。なお、図１７では受信局を４つのみ示しているが、受信局の数はこれに限定されない。送信局１−１，１−２の構成は、実施の形態１の送信局１と同様である。受信局２、中央局３、制御局４の構成は、実施の形態１の受信局２、中央局３、制御局４の構成と同様である。本実施の形態では、制御局４の受信品質推定部４１およびビーム制御部４２と、中央局３のデータ選択部３２とにおける動作が一部実施の形態１と異なるが、これら以外の動作は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分を説明し、重複する説明を省略する。

実施の形態１では、送信局１を１つと仮定して受信局グループおよびビームの照射方向を決定したが、本実施の形態では、受信局２が複数の送信局からデータを受信可能な例について説明する。

図１８は、本実施の形態の受信品質推定部４１におけるビーム決定処理手順の一例を示すフローチャートである。図１８に示すように、まず、ビーム制御部４２は、全てのビーム組み合わせ探索候補のループを開始する（ステップＳ１２）。このループでは、ビーム組み合わせ探索候補を識別するために用いる変数をｐとするとき、ｐ＝１，２，…，Ｎ_pがループの条件となる。例えば、ｐ＝１のとき、送信局１−１のビーム中心候補１番目と、送信局１−２のビーム中心候補１番目とを用い、ｐ＝２のとき、送信局１−１のビーム中心候補１番目と、送信局１−２のビーム中心候補２番目とを用いる、等のようにｐの値に応じて各送信局のビーム中心候補を定めてく。Ｎ_pは、ビーム組み合わせ探索候補の総数であるが、実施の形態１と異なり、複数の送信局のビーム中心の組み合わせの総数となる。すなわち、２つの送信局が同時に送信を行う場合、Ｎ_pはＮ_i×Ｎ_iとなる。ここでは、２つの送信局が同じ構成であると仮定しているが、２つの送信局で送信アンテナの仕様が異なる場合には、送信局ごとにビーム探索候補の総数を決定し、ビーム探索候補の総数を全ての送信局分を乗算した値をＮ_pとしてもよい。

次に、ビーム制御部４２は、受信局グループ組み合わせのループを開始する（ステップＳ１３）。このループでは、受信局グループ組み合わせを識別するために用いる変数をｔとするとき、ｔ＝１，２，…，Ｎ_tがループの条件となる。Ｎ_tは受信局グループ組み合わせの総数である。受信局グループ組み合わせは、送信局ごとに定めた受信局グループを示す。例えば、ｔ＝１のとき、送信局１−１の受信局グループは受信局２−１，受信局２−２で構成され、送信局１−２の受信局グループは受信局２−３，受信局２−４で構成され、ｔ＝２のとき、送信局１−１の受信局グループは受信局２−２，受信局２−４で構成され、送信局１−２の受信局グループは受信局２−１，受信局２−３で構成され、等のように、ｔの値に応じて送信局ごとに受信局グループを構成する受信局を定めておく。この際、送信局１−１の受信局グループと送信局１−２の受信局グループとは、構成する受信局が重複しないように設定する。

ステップＳ３は、実施の形態１のステップＳ３と同様である。ただし、受信局ループは、送信局１−１の受信局グループに属する受信局２と送信局１−２の受信局グループに属する受信局２との総数のループとなる。ステップＳ３の後、ビーム制御部４２は、受信品質推定値Ｃ_N（ｐ，ｔ，ｋ）を算出するよう受信品質推定部４１へ指示する（ステップＳ１４）。この際、本実施の形態では、受信品質推定部４１は、後述するように、ビーム間干渉も考慮して受信品質推定値Ｃ_N（ｐ，ｔ，ｋ）を算出する。ステップＳ１３の後のステップＳ５〜ステップＳ８は、実施の形態１のステップＳ５〜ステップＳ８と同様である。ただし、実施の形態１の変数ｉの替わりに、上記の変数ｐを用い、実施の形態１の変数ｊの替わりに、上記の変数ｔを用いる。

ステップＳ８でＹｅｓの場合、ビーム制御部４２は、Ｃ_Nref＝Ｃ_m（ｐ，ｔ）とし、選択する受信局グループ候補をｊに更新し、選択するビーム中心組み合わせ候補をｐに更新する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の後のステップＳ１０〜ステップＳ１１は、実施の形態１のステップＳ１０〜ステップＳ１１と同様である。

本実施の形態では、ステップＳ１３において、ビーム間干渉も考慮して受信品質推定値Ｃ_N（ｐ，ｔ，ｋ）を算出する。図１９は、本実施の形態の受信品質推定値の算出処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１９は一例であり、受信品質推定値の算出手順は図１９の例に限定されない。ステップＳ２１〜ステップＳ２５は、実施の形態１のステップＳ２１〜ステップＳ２５と同様である。ただし、本実施の形態では、送信電力は、送信局ごとに保持しておき、また送信局の位置も送信局ごとに求めるとする。

ステップＳ２５の後、受信品質推定部４１は、ビーム間干渉Ｌ_Iを算出する（ステップＳ２７）。ビーム間干渉Ｌ_Iは、受信局２が受信の対象とする送信局以外の送信局から受信する信号電力である。本実施の形態では、受信局２が受信の対象とする送信局以外の送信局のビーム中心候補が設定されている。受信局２が受信の対象とする送信局以外の送信局を対象外送信局と呼ぶこととすると、受信品質推定部４１は、対象外送信局のビーム中心候補と対象外送信局のビームパタンと対象外送信局の送信電力と、対象外送信局と、受信局２の位置と、に基づいて対象外送信局から受信する干渉電力を算出することができる。すなわち、対象外送信局を送信局と見立てた場合のＰ_t＋Ｇ_t＋Ｌ_r＋Ｌ_d＋Ｇ_rがＬ_Iとなる。ただしこの場合のＧ_rは受信局のアンテナ指向方向が対象外送信局ではなく所望の送信局に向いている場合の受信アンテナ利得である。また、受信品質はＳＩＮＲで表すことから、干渉電力は対数表現で負の値となる。

そして、受信品質推定部４１は、Ｐ_t＋Ｇ_t＋Ｌ_r＋Ｌ_d＋Ｇ_r＋Ｌ_Iを算出し、算出した値を受信品質推定値として（ステップＳ２８）、処理を終了する。

制御局４は、受信品質推定部４１の選択結果に基づいて、実施の形態１と同様に、送信局１−１，１−２へビームの指向方向を通知し、受信局２へ、受信アンテナの指向方向を通知する。また、制御局４は、実施の形態１と同様に、符号化方式、変調方式等を決定して、送信局１−１，１−２、受信局２へ通知する。ただし、選択された受信局グループ内の受信局２の受信品質推定値が、所望の値未満となる場合、送信局のいずれかを送信対象から除外し、残りの送信局について再度図１８に示す処理を実行する。これにより、ビーム間干渉の増大によってデータ伝送速度が必要以上に低下することを防ぐことができる。なお、送信対象から除外する送信局１の選定基準は、例えば各送信局のデータ生成部１１が保持するデータの重要度などから送信局のそれぞれに対して優先度を付与し、優先度の低い送信局１を除外すればよい。

中央局３のデータ選択部３２は、各受信局２からの復号データを取得すると、同一の送信局から送信されたデータごとに、データの欠落および重複を管理し、連続するデータ列を出力する。なお、送信局と該送信局に対応する受信局グループを構成する受信局２との関係は、制御局４から中央局３へ通知される。

図２０は、本実施の形態のビーム決定処理により選択されたビーム照射方向の一例を示す図である。図２０では、送信局１−１を搭載する衛星１０１−１と、送信局１−２を搭載する衛星１０１−２が、同時に受信局２−１〜２−４へのビーム照射が可能な場合を示している。ビーム中心１１０、フットプリント１１１は、送信局１−１のビーム中心、ビームのフットプリントをそれぞれ示し、ビーム中心１１２、フットプリント１１３は、送信局１−２のビーム中心、ビームのフットプリントをそれぞれ示す。このように、近接した受信局へ複数の送信局がビームを照射すると、受信局２は、受信対象の送信局以外の送信局から送信されたビームの影響を受けることがある。本実施の形態では、上述したように、受信対象の送信局以外の送信局から送信される干渉電力を考慮してすなわちビーム間干渉も考慮して受信品質推定値を推定し、受信品質推定値が最大となるように、各送信局のビームの照射方向と受信局グループを選択しているので、複数の送信局が同時にデータを伝送しても、受信局２において高い受信信号品質を保つことができる。

以上説明したように、本実施の形態では、複数の送信局が受信局２を介して中央局３へデータを伝送するデータ伝送システムにおいて、制御局４が、他の送信局からの干渉電力を考慮して受信品質推定値を推定し、受信品質推定値に基づいて送信局ごとのビームの照射方向および受信局グループを決定するようにした。このため、同時に異なる送信局からデータを伝送することができ、システム全体のデータ伝送容量増大を実現する。

実施の形態３．
図２１は、本発明の実施の形態３にかかるデータ伝送システムの構成例を示す図である。本実施の形態のデータ伝送システムは、送信局５と、受信局２−１〜２−４と、中央局３と、制御局４とを備える。なお、図２１では受信局を４つのみ示しているが、受信局の数はこれに限定されない。受信局２、中央局３、制御局４の構成は、実施の形態１の受信局２、中央局３、制御局４の構成と同様である。本実施の形態では、送信局５と、制御局４の受信品質推定部４１、符号化変調制御部４３およびビーム制御部４２と、中央局３のデータ選択部３２とにおける動作が一部実施の形態１と異なるが、これら以外の動作は、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分を説明し、重複する説明を省略する。

図２２は、本実施の形態の送信局５の構成例を示す図である。図２２に示すように、本実施の形態の送信局５は、データ生成部５１、送信バッファ５２、符号化部５３−１〜５３−ｍ、変調部５４−１〜５４−ｍ、位相補正部５５−１〜５５−ｍ、無線送信部５６−１〜５６−ｍ、アンテナ切替部５７、送信アンテナ５８−１〜５８−ｑおよび制御情報受信部５９を備える。ｍは１以上の整数であり、ｑは２以上の整数である。ｍとｑは同じであってもよいし異なっていてもよい。

データ生成部５１、送信バッファ５２は、実施の形態１のデータ生成部１１、送信バッファ１２とそれぞれ同様である。符号化部５３−１〜５３−ｍは、送信バッファ５２から出力されるデータをそれぞれ符号化する。変調部５４−１〜５４−ｍは、符号化部５３−１〜５３−ｍにより符号化されたデータを変調する。位相補正部５５−１〜５５−ｍは、変調部５４−１〜５４−ｍにより変調されたデータの位相を補正する。無線送信部５６−１〜５６−ｍは、位相補正部５５−１〜５５−ｍにより位相補正された信号を無線送信周波数帯に変換し増幅してアンテナ切替部５７に入力する。アンテナ切替部５７は、無線送信部５６−１〜５６−ｍから入力されたデータを、制御情報受信部５９からの指示に応じて送信アンテナ５８−１〜５８−ｑのうち１つ以上へ出力する。制御情報受信部５９は、制御局４から制御情報を受信し、送信局５を構成する各部の動作を制御する。制御情報受信部３９の受信部３９２は、制御局４から制御情報を受信して制御部３９１へ入力し、制御情報受信部３９の制御部３９１は、入力された制御情報に基づいて送信局５を構成する各部の動作を制御する。

なお、実施の形態１と同様に、データ生成部５１、制御情報受信部３９内の制御部３９１、符号化部５３−１〜５３−ｍおよび変調部５４−１〜５４−ｍは、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵとを備える制御回路であってもよい。位相補正部５５−１〜５５−ｍも、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵとを備える制御回路であってもよい。

次に、本実施の形態の送信局５の動作について説明する。送信局５のデータ生成部５１は、データを生成すると、送信バッファ５２に当該データを格納する。送信バッファ５２は制御情報受信部５９から指定された時間に指定された転送量でデータを指定された符号化部５３−１〜５３−ｍのいずれかへ出力する。制御情報受信部５９における指定された時間は、実施の形態１と同様である。後述するように、符号化部５３−１〜５３−ｍの符号化方式はそれぞれ異なっていてもよいため、上記転送量は、符号化部５３−１〜５３−ｍでそれぞれ異なる値であってもよい。また、送信バッファ５２は符号化部５３−１〜５３−ｍに対して同一のデータを出力してもよいし、異なるデータを出力してもよい。例えば、１００メガバイトのデータを送信バッファ５２が保持している場合、バッファの先頭１メガバイトを符号化部５３−１へ出力し、次の１メガバイトを符号化部５３−２へ出力してもよい。また、バッファの先頭１メガバイトを複製して符号化部５３−１と符号化部５３−２へそれぞれ出力してもよい。

符号化部５３−１〜５３−ｍは、送信バッファ５２からデータを受信すると、制御情報受信部５９から指定された符号化方式でデータを符号化する。なお、符号化部５３−１〜５３−ｍはそれぞれ異なる符号化方式で符号化を行ってもよい。なお、符号化部５３−１〜５３−ｍの個々の符号化については、実施の形態１と同様に、符号化方式は、制御局４から通知されてもよいし、あらかじめ定められた変更パタンで変更されてもよい。

変調部５４−１〜５４−ｍは、符号化部５３−１〜５３−ｍにより符号化されたデータを制御情報受信部５９から指定された変調方式で変調する。なお、変調部５４−１〜５４−ｍの個々の変調については、実施の形態１と同様であり、変調方式は、制御局４から通知されてもよいし、あらかじめ定められた変更パタンで変更されてもよい。なお、変調部５４−１〜５４−ｍはそれぞれ異なる変調方式で変調を行ってもよい。

位相補正部５５−１〜５５−ｍは、変調部５４−１〜５４−ｍにより変調された変調データを、制御情報受信部５９から指定された遅延時間すなわち位相補正値に対応する遅延時間分遅延させる。なお、遅延させる方法としては、指定された遅延時間の間データの出力を停止するすなわち無出力としてもよいし、例えば指定された遅延時間の間任意の既知データなどを出力してもよい。また、位相補正部５５−１〜５５−ｍはそれぞれ異なる遅延時間でデータを出力してもよい。

制御情報受信部５９が指定する遅延時間は、制御局４から指定されてもよいし、送信局５に予め設定した値を用いてもよい。具体的には、例えば、制御情報受信部５９が指定する遅延時間は、後述するアンテナ切替部５７における経路によって生じる切替期間に応じて設定すればよい。例えば、アンテナ切替部５７が位相補正部５５−１から入力される信号を送信アンテナ５８−１へ出力している状態から、位相補正部５５−１から入力される信号を送信アンテナ５８−２へ出力する状態へ切替えるとする。このような切替が発生する場合、制御情報受信部５９は、この切替期間の間、位相補正部５５−１〜５５−ｍから出力されるデータを全て遅延させる。これにより、アンテナ切替部５７が送信アンテナ５８−１〜５８−ｑへ出力するタイミングを揃えることができる。言い換えると、位相補正部５５−１〜５５−ｍは、アンテナ切替部５７における送信アンテナの切替による遅延差を補正するようデータを遅延させて出力する。すなわち、送信アンテナの切り替えによって生じる送信信号間の遅延差を位相補正部５５−１〜５５−ｍで補正する。

無線送信部５６−１〜５６−ｍは、位相補正部５５−１〜５５−ｍからデータを受信すると、制御情報受信部５９から指定された周波数で変調データを周波数変換してアンテナ切替部５７へ出力する。なお、周波数の選択についても、実施の形態１と同様に、制御局４から周波数を指定してもよいし、予め決められた変更パタンで周波数を変更してもよい。また、無線送信部５６−１〜５６−ｍに対してそれぞれ異なる周波数を指定してもよい。

アンテナ切替部５７は、無線送信部５６−１〜５６−ｍから入力された信号を、制御情報受信部５９から指定された経路で送信アンテナ５８−１〜５８−ｑのいずれかへ出力する。なお、経路とは無線送信部５６−１〜５６−ｍから入力された信号をそれぞれどの送信アンテナ５８−１〜５８−ｑのへ出力するかを示す情報である。制御情報受信部５９は、制御部４から制御情報により通知される経路にしたがってアンテナ切替部５７へ経路を指定する。

なお、アンテナ切替部５７は、無線送信部５６−１〜５６−ｍから入力された信号のいずれか１つ以上について、入力された信号を分配器等で２つ以上に分配し、送信アンテナ５８−１〜５８−ｑのいずれか２つ以上へ出力してもよい。また、アンテナ切替部５７の切り替えに時間すなわち切替期間を要する場合は、切替期間と同期して上述した送信バッファ５２から出力を停止するよう制御情報受信部５９が送信バッファ５２へ指示してもよい。この場合、位相補正部５５−１〜５５−ｍにより信号を切替期間分の遅延させる処理は行わなくてよい。また、切替期間の間のアンテナ切替部５７からの出力は無出力としてもよいし、制御情報受信部５９が切替期間の間位相補正部５５−１〜５５−ｍへ例えば任意の既知データを出力するように指示し、位相補正部５５−１〜５５−ｍが既知データ等を出力するようにしてもよい。すなわち、送信局５は、アンテナ切替部５７が送信アンテナを切替える切替期間中に送信データを送信せず、切替期間中に既知データを送信してもよい。

送信アンテナ５８−１〜５８−ｑは、アンテナ切替部５７から信号が入力されると、制御情報受信部５９から指定された照射方向へそれぞれ信号を送信する。ここで、送信アンテナ５８−１〜５８−ｑの照射方向を変更する手段は、実施の形態１の送信アンテナ１６と同様に、機械的にアンテナの向きを変更してもよいし、フェーズドアレーアンテナ等により実現してもよい。

受信局２は、送信局５からの信号を受信すると、実施の形態１と同様に復号データを中央局へ出力する。また、中央局３は、受信局２から復号データを受信すると、実施の形態１と同様に連続したデータ列を生成する。

次に、本実施の形態の制御局４の動作について説明する。送信局５のビーム照射方向、受信局２の組み合わせ、変調方式、符号化方式などを決定する動作について説明する。本実施の形態では、以下に述べる一部の相違点を除き、実施の形態１の図１１で示したフローチャートと同様の手順で送信局５のビーム照射方向、受信局２の組み合わせを決定する。

本実施の形態と実施の形態１との相違点は、送信アンテナ５８−１〜５８−ｑのそれぞれのビームを決定する点であり、また、受信局ごとに受信の対象とする送信アンテナ５８−１〜５８−ｑを決定する点である。例えば、まず、サイトダイバーシチのための送信に使用する送信アンテナの数を定め、使用する送信アンテナの数に応じて、実施の形態１の図１１と同様の処理、または実施の形態１の図１１の処理を一部変更した処理を実施する。例えば、サイトダイバーシチのために使用する送信アンテナの数を１とする場合は、実施の形態１の図１１と同様の処理を実施すればよい。このとき、サイトダイバーシチのために使用する送信アンテナは、送信アンテナ５８−１〜５８−ｑから任意に選択することができる。この場合、選択されない送信アンテナ５８−１〜５８−ｑは、異なる周波数で別のデータを送信するために用いてもよい。

サイトダイバーシチのために使用する送信アンテナの数を２つとするときは、例えば、２つの送信アンテナから同一のデータを送信し、２つの送信アンテナがそれぞれ受信局へデータを送信する。このようにすると、フットプリントが狭い場合にも、高い受信信号品質を実現することができる。２つの送信アンテナがそれぞれ受信局へデータを送信する。

送信アンテナの数を２つのときの、ビームの選択方法は、図１１のステップＳ１において、２つの送信アンテナのビーム中心座標の組み合わせを１つのビーム探索候補として設定する。例えば、サイトダイバーシチのために送信アンテナ１−１と送信アンテナ１−２を使用する場合、ｉ＝１のときは、送信アンテナ５８−１のビーム中心座標が（ａ，ｂ）であり、送信アンテナ５８−２のビーム中心座標が（ｃ，ｄ）であり、ｉ＝２のときは、送信アンテナ５８−１のビーム中心座標が（ａ，ｂ）であり、送信アンテナ５８−２のビーム中心座標が（ｅ，ｆ）である、というように、ｉに応じて送信アンテナごとのビーム中心座標を決めておく。これ以降の処理は、図１１と同様である。なお、ステップＳ４の受信品質推定値の算出では、実施の形態２と同様に、受信対象のビーム以外のビームによる干渉電力を考慮してもよい。

また、例えば、送信局５の位置によって受信局２との仰角が異なる場合、仰角に応じて、サイトダイバーシチに用いる送信アンテナの数を変更するようにしてもよい。例えば、仰角がしきい値より小さい場合には、サイトダイバーシチに用いる送信アンテナの数を１とする条件すなわち第１の条件でビームの照射方向および受信局グループを選択し、仰角がしきい値以上の場合には、サイトダイバーシチに用いる送信アンテナの数を２とする条件すなわち第２の条件でビームの照射方向および受信局グループを選択する。なお、仰角は、受信局２の位置により異なるが、上記の判断に用いる仰角は、地上の一定の範囲内に存在する受信局２の代表的な受信局２、例えば、一定の範囲の中心に近い受信局２からみた送信局５の仰角を用いることができる。

図２３は、本実施の形態の仰角に応じて選択条件を変更する場合の処理手順の一例を示す図である。例えば、ビーム制御部４２は、受信局２からみた送信局５の仰角を算出し、送信局５が受信局２の可視範囲にあるか否かを判断する（ステップＳ３１）。なお、可視範囲の判定は、例えば、仰角が一定値以上の場合に送信局５が可視範囲にあると判定することができる。上記の一定値は、後述のステップＳ３２で用いるしきい値より小さい値であり、例えば５度程度である。なお、送信局５が受信局２の可視範囲にある場合（ステップＳ３１ Ｙｅｓ）、ビーム制御部４２は、受信局における送信局５の仰角が、しきい値より小さいか否かを判断する（ステップＳ３２）。受信局２における送信局の仰角が、しきい値より小さい場合（ステップＳ３２ Ｙｅｓ）、ビーム制御部４２は、第１の条件でビームを設定中であるか否かを判断する（ステップＳ３３）。第１の条件でビームを設定中でない場合（ステップＳ３３ Ｎｏ）。ビーム制御部４２は、第１の条件でビームを選択し（ステップＳ３４）、選択処理終了から一定時間経過したか否かを判断する（ステップＳ３５）。選択処理終了から一定時間経過した場合（ステップＳ３５ Ｙｅｓ）、ステップＳ３１へ戻る。なおステップＳ３４で選択処理が実施されると、制御部４は、選択結果に基づいて送信局５、受信局３へ送信アンテナの照射方向、受信アンテナの指向方向を通知する。本実施の形態では、送信アンテナの照射方向は、送信アンテナごとに通知する。

選択処理終了から一定時間経過していない場合（ステップＳ３５ Ｎｏ）、ステップＳ３５を繰り返す。ステップＳ３３で、第１の条件でビームを設定中である場合（ステップＳ３３ Ｙｅｓ）、ステップＳ３５へ進む。ステップＳ３２で、受信局２における送信局５の仰角が、しきい値以上である場合（ステップＳ３２ Ｎｏ）、ビーム制御部４２は、第２の条件でビームを設定中であるか否かを判断する（ステップＳ３６）。第２の条件でビームを設定中でない場合（ステップＳ３６ Ｎｏ）、ビーム制御部４２は、第２の条件でビームを選択し（ステップＳ３７）、ステップＳ３５へ進む。第２の条件でビームを設定中である場合（ステップＳ３６ Ｙｅｓ）、ステップＳ３５へ進む。ステップＳ３１で、送信局５が受信局２の可視範囲にない場合（ステップＳ３１ Ｎｏ）、ステップＳ３１を繰り返す。

なお、以上の処理では、一定時間ごとに、仰角がしきい値より小さいか否かを判断するようにしたが、送信局５の位置を予測して仰角がしきい値以上となる時刻を推定できる場合には、推定した時刻に基づいて、第１の条件によるビームを選択と第２の条件によるビームを選択とを切替えてもよい。また、第２の条件における受信局２の選定、およびビーム照射方向の決定にあたっては、例えば実施の形態２の図１８で示した方法を用いればよく、図１８では二つの衛星がそれぞれ異なる位置へビームを照射することを想定していたが、一つの衛星が二つのビームを照射した場合と換言して処理をすればよい。

図２４は、本実施の形態の仰角に応じたビームの選択を行った場合の送信局５のビームのフットプリントの一例を示す図である。図２４に示すように、送信局５を搭載する衛星５０１の位置が第１の位置である場合には、地上局２からみた衛星５０１すなわち送信局５の仰角がしきい値より小さいため、第１の条件によりビームが選択され１つのビームにより複数の受信局をカバーするようビームが形成される。これにより、送信局２−５，２−６がフットプリント１２０内となる。衛星５０１の位置が第２の位置である場合、仰角がしきい値以上となるため、第２の条件によりビームが選択され２つのビームで受信局をカバーするようビームが形成される。この場合、送信局５のビームのフットプリント１２１内に受信局２−６が位置し、送信局５のビームのフットプリント１２２内に受信局２−７が位置する。衛星５０１の位置が第３の位置である場合、再び、仰角がしきい値より小さいため、第１の条件によりビームが選択され１つのビームにより複数の受信局をカバーするようビームが形成される。これにより、送信局２−６，２−７がフットプリント１２３内となる。以上のように、ビーム制御部４２は、仰角がしきい値以上であるか否かに基づいて、送信アンテナから送信されるデータを受信する受信局２として決定される受信局２の数を変更する。

図２４に示した衛星５０１が第２の位置に位置する場合のように、異なる送信アンテナから送信された信号を受信する受信局２−６，２−７に対して、異なる送信アンテナ間で同一のデータを送信してもよいし、異なるデータを送信してもよい。一方、衛星５０１が第１の位置に位置する場合には、同一の送信アンテナから複数の受信局へ同一のデータが送信される。すなわち、送信局５は、受信局２との仰角がしきい値より小さい時に、複数の受信局２へ同一のデータを送信し、受信局との仰角がしきい値以上の時に、複数の受信局２へ異なるデータを送信してもよい。送信アンテナごとにどのようなデータを送信するかについては、制御局４が、送信局５に対して送信バッファ５２から出力するデータの転送量と、転送先である符号化部５３−１〜５３−ｍとそれぞれ指示することで制御可能である。また、送信バッファ５２から出力された同一のデータを異なる符号化方式で符号化してそれぞれを異なる送信アンテナから送信してもよい。例えば、送信アンテナ間でパンクチャパタンを変えて送信することで信頼性の高い伝送が可能となる。例えば、制御局４は、符号化部５３−１〜５３−ｍのうち２つに対して異なるパンクチャパタンを指定し、これら２つの符号化部から出力された信号が異なる送信アンテナから送信されるように、アンテナ切替部５７の経路を指定することにより、送信アンテナ間でパンクチャパタンを変えて送信することができる。

また、図２４の例では、衛星５０１の位置が第２の位置である場合、２つのビームのビーム中心は異なっているが、複数のビームが同一の受信局２をカバーするようにビーム中心座標を選択してもよい。この場合、制御局４が、複数の送信アンテナが、互いに異なる周波数で送信を行うよう、送信局５へ指示してもよいし、複数の送信アンテナが同一の周波数で送信を行いかつ複数の送信アンテナから送信される信号の位相が揃うように位相補正部５５−１〜５５−ｍの位相を制御するようにしてもよい。複数の送信アンテナから送信される信号の位相が揃うように制御するための位相補正量は、制御局４が送信局５へ通知してもよいし、制御情報受信部５９の制御部５９１が決定してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１−１，１−２，５ 送信局、２，２−１〜２−７，２−ｎ 受信局、３ 中央局、４ 制御局、１１，５１ データ生成部、１２，５２ 送信バッファ、１３，５３−１〜５３−ｍ 符号化部、１４，５４−１〜５４−ｍ 変調部、１５，５６−１〜５６−ｍ 無線送信部、１６，５８−１〜５８−ｑ 送信アンテナ、１７，２６，５９ 制御情報受信部、２１ 受信アンテナ、２２ 無線受信部、２３ 復調部、２４ 復号部、２５，３１−１〜３１−ｎ 受信バッファ、３２ データ選択部、３３ データ再生部、３４，４４ 制御情報送受信部、４１ 受信品質推定部、４２ ビーム制御部、４３ 符号化変調制御部、５５−１〜５５−ｍ 位相補正部、５７ アンテナ切替部、１７１，２６１，４４１，５９１ 制御部、１７２，２６２，５９２ 受信部、４４２ 送信部、４４３ 送受信部。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる送信局は、指向方向を変更可能な送信アンテナを備える。また、この送信局は、送信アンテナから送信されたデータを受信する候補の受信局における受信信号品質の推定値に基づいて送信アンテナから送信されたデータを受信する受信局とともに決定された送信アンテナの指向方向に従って、送信アンテナの指向方向を制御する制御部、を備え、受信局における送信局の仰角ごとの受信信号品質の推定値に応じた符号化方式および変調方式を示すインデックスの対応を変更パタンとして保持し、受信局における送信局の仰角と変更パタンとに基づいて符号化方式および変調方式を設定する。

Claims (26)

1. 指向方向を変更可能な送信アンテナと、
   前記送信アンテナから送信されたデータを受信する候補の受信局における受信信号品質の推定値に基づいて前記送信アンテナから送信されたデータを受信する受信局とともに決定された前記送信アンテナの指向方向に従って、前記送信アンテナの指向方向を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする送信局。
2. 制御局において前記送信アンテナから送信された信号を受信する受信局における受信信号品質の推定値に基づいて決定された前記送信アンテナの指向方向を、前記制御局から受信する受信部、
   を備え、
   前記制御部は、前記制御局から受信した前記送信アンテナの指向方向に基づいて、前記送信アンテナの指向方向を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の送信局。
3. 送信データを符号化する符号化部と、
   前記符号化部により符号化されたデータを変調する変調部と、
   を備え、
   前記受信部は、前記制御局から、前記制御局において前記送信アンテナの指向方向に対応する前記受信局における前記受信信号品質の推定値に基づいて決定された符号化方式および変調方式を示す情報を受信し、
   前記制御部は、前記符号化方式および変調方式を示す情報に基づいて、前記符号化部へ符号化方式を指示し、前記変調部へ変調方式を指示することを特徴とする請求項２に記載の送信局。
4. 前記受信局における前記送信局の仰角ごとの前記受信信号品質の推定値に応じた符号化方式および変調方式を示すインデックスの対応を変更パタンとして保持し、前記受信局における前記送信局の仰角と前記変更パタンとに基づいて符号化方式および変調方式を設定することを特徴とする請求項１、２または３に記載の送信局。
5. ｑを２以上の整数とするとき、前記送信アンテナをｑ個備え、
   ｍを１以上の整数とするとき、前記符号化部および前記変調部を各々ｍ個備え、
   前記変調部ごとに、前記変調部により変調されたデータの位相を補正する位相補正部を備え、
   前記位相補正部による位相の補正後のデータをｑ個の前記送信アンテナのうちの１つ以上へ出力するアンテナ切替部と、
   を備えることを特徴とする請求項１、２または３に記載の送信局。
6. ｍ個の前記符号化部のうち少なくとも２つの符号化部は、異なるパンクチャパタンにより符号化を行い、
   前記アンテナ切替部は、異なるパンクチャパタンにより符号化されたデータを、異なる送信アンテナへ出力することを特徴とする請求項５に記載の送信局。
7. 前記位相補正部は、前記アンテナ切替部における前記送信アンテナの切替による遅延差を補正するようデータを遅延させて出力することを特徴とする請求項５または６に記載の送信局。
8. 前記アンテナ切替部が前記送信アンテナを切替える切替期間中に前記送信データを送信せず、前記切替期間中に既知データを送信することを特徴とする請求項５または６に記載の送信局。
9. 受信局との仰角がしきい値より小さい時に、複数の前記受信局へ同一のデータを送信し、受信局との仰角が前記しきい値以上の時に、複数の前記受信局へ異なるデータを送信することを特徴とする請求項５から８のいずれか１つに記載の送信局。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載の送信局の送信アンテナから送信されたデータを受信する受信局の候補となる受信局における受信信号品質の推定値である受信品質推定値を算出する受信品質推定部と、
    前記受信品質推定値に基づいて前記送信アンテナから送信されたデータを受信する前記受信局とともに前記送信アンテナの指向方向を決定するビーム制御部と、
    前記ビーム制御部により決定された前記送信アンテナの指向方向を前記送信局へ送信する送信部と、
    を備えることを特徴とする制御局。
11. 前記制御局は、前記送信局と前記受信局との間の通信に用いる符号化方式および変調方式を決定する決定部、
    を備え、
    前記送信部は、前記決定部により決定された符号化方式および変調方式を前記送信局へ送信することを特徴とする請求項１０に記載の制御局。
12. 前記送信局が前記受信局と前記送信局との仰角ごとの前記受信品質推定値に応じた符号化方式および変調方式を示す変更パタンを複数保持する場合に、
    前記制御局は、前記変更パタンを識別する情報を送信することを特徴とする請求項１０または１１に記載の制御局。
13. 前記受信品質推定部は、前記送信局の送信電力と、前記送信局の送信アンテナ利得と、前記受信局における降雨減衰量と、前記受信局の受信アンテナ利得と、前記受信局における距離減衰量と、のうち少なくとも１つを用いて前記受信品質推定値を算出することを特徴とする請求項１０、１１または１２に記載の制御局。
14. 前記受信品質推定部は、前記送信アンテナ利得を、前記送信局の位置と前記受信局の位置と、前記送信局のアンテナ指向方向と、前記送信アンテナのビームパタンとに基づいて算出することを特徴とする請求項１３に記載の制御局。
15. 前記降雨減衰量は、前記送信局から送信されたデータを同時に受信する１つ以上の前記受信局が同時に所望の降雨減衰量以上となる確率と目標稼働率とから算出されるジョイント降雨減衰量推定値に対応する単独の前記受信局における降雨減衰量であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の制御局。
16. 前記受信品質推定部は、前記距離減衰量を、前記送信局と前記受信局との距離に基づいて算出することを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の制御局。
17. 前記ビーム制御部は、複数の前記送信局の前記送信アンテナの指向方向を決定し、
    前記受信品質推定部は、さらに前記受信局における受信対象の前記送信局以外の前記送信局から送信された干渉電力に基づいて前記受信品質推定値を決定することを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１つに記載の制御局。
18. 前記ビーム制御部は、前記送信局の複数の前記送信アンテナの指向方向を決定する、
    ことを特徴とする請求項１０から１６のいずれか１つに記載の制御局。
19. 前記送信アンテナごとに、変調方式および符号化方式を決定し、前記送信局へ、決定した変調方式および符号化方式を送信することを特徴とする請求項１８に記載の制御局。
20. 前記ビーム制御部は、前記送信局と前記受信局との仰角がしきい値以上であるか否かに基づいて、前記送信アンテナから送信されるデータを受信する受信局として決定される受信局の数を変更することを特徴とする請求項１８または１９に記載の制御局。
21. 前記ビーム制御部は、前記送信アンテナの指向方向の候補と、前記送信アンテナからのデータを同時に受信する前記受信局のグループである受信局グループの候補と、の組み合わせごとに、前記受信局グループに属する前記受信局における前記受信品質推定値の最小値を算出し、前記最小値が最も大きい前記送信アンテナの指向方向の候補と、前記受信局グループの候補と、の組み合わせを選択し、選択した前記送信アンテナの指向方向の候補を、前記送信アンテナの指向方向として決定することを特徴とする請求項１０から２０のいずれか１つに記載の制御局。
22. 前記ビーム制御部における前記送信アンテナの指向方向を決定する処理を、前記送信局と前記受信局との仰角がしきい値以上変化した場合に実施することを特徴とする請求項１０から１６のいずれか１つに記載の制御局。
23. 前記送信局は人工衛星に搭載され、
    前記ビーム制御部における前記送信アンテナの指向方向を決定する処理を、前記人工衛星が地球を一周するごとに実施することを特徴とする請求項１０から１６のいずれか１つに記載の制御局。
24. 請求項１から９のいずれか１つに記載の送信局から送信されたデータを受信することを特徴とする受信局。
25. 請求項１から９のいずれか１つに記載の送信局と、
    請求項２４に記載の受信局と、
    請求項１０から２３のいずれか１つに記載の制御局と、
    を備えることを特徴とするデータ伝送システム。
26. 送信アンテナを備える送信局と、前記送信アンテナから送信されたデータを受信する受信局と、制御局とを備えるデータ伝送システムにおけるデータ伝送方法であって、
    前記制御局が、前記送信アンテナから送信されたデータを受信する受信局の候補となる受信局における受信信号品質の推定値である受信品質推定値を算出する第１のステップと、
    前記制御局が、前記受信品質推定値に基づいて前記送信アンテナから送信されたデータを受信する前記受信局とともに前記送信アンテナの指向方向を決定する第２のステップと、
    決定された前記送信アンテナの指向方向を前記送信局へ送信する第３のステップと、
    前記送信局が、前記制御局から受信した前記送信アンテナの指向方向に基づいて、前記送信アンテナの指向方向を制御する第４のステップと、
    を含むことを特徴とするデータ伝送方法。

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