WO2019012638A1

WO2019012638A1 - 送信局、受信局、制御局、データ伝送システムおよびデータ伝送システムの制御方法

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Publication number: WO2019012638A1
Application number: PCT/JP2017/025483
Authority: WO
Inventors: 重紀谷; 元吉　克幸; 康義能田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2019-01-17
Also published as: EP3648374B1; JPWO2019012638A1; EP3648374A4; US11070284B2; EP3648374A1; US20200186241A1; JP6632769B2

Abstract

送信局（１００）は、送信信号を増幅する増幅部（１０８）と、増幅された送信信号を無線送信する送信アンテナ（１０９）と、送信信号が受信局で受信されるときの信号品質である受信品質の推定値に基づいて、送信信号の周波数と、増幅部への入力電力とを調整する制御部（１１０）と、を備えることを特徴とする。

Description

送信局、受信局、制御局、データ伝送システムおよびデータ伝送システムの制御方法

　本発明は、無線信号としてデータを伝送する送信局、受信局、制御局、データ伝送システムおよびデータ伝送システムの制御方法に関する。

　地球の周りを低軌道で周回する観測衛星などの人工衛星が取得したデータを、地球上の受信局へ無線伝送するデータ伝送システムが開発されている。低軌道とは、静止軌道よりも高度が低い軌道であり、一般には高度２０００ｋｍ以下の軌道である。人工衛星が搭載する観測機器の高精度化に伴って、人工衛星から受信局へ伝送するデータのデータ量は増大している。データ量の増大に伴って、伝送速度の高速化が望まれている。以下、低軌道で周回する人工衛星を衛星と略す。

　伝送速度を上げる方法としては、変調多値度および符号化率を上げて周波数利用効率を上げる方法がある。しかしながら、変調多値度および符号化率が高いほど、受信局でデータ識別の誤りが生じる可能性が高くなってしまい、受信局の受信する受信信号の信号品質である受信品質への要求値は高くなる。衛星を用いたデータ伝送システムでは、衛星と地球上の受信局との間の距離および仰角が衛星の移動に伴って変化し、送信信号が衛星と受信局との間の通信路で減衰する量が経時的に変化するため、受信品質は経時的に変化する。このため、受信品質の経時的な変化に合わせて、送信信号の変調多値度、符号化率などを変更する適応変調が用いられる。

　非特許文献１は、ＡＣＭ（Adaptive　Coding　and　Modulation）と呼ばれる適応変調方式またはＶＣＭ（Variable　Coding　and　Modulation）と呼ばれる適応変調方式を用いる通信システムを開示している。非特許文献１に記載の通信システムでは、受信品質が低くなるにつれて変調多値度を下げて、受信品質が高くなるにつれて変調多値度を上げることで、所望の誤り率を満たすようにデータを伝送することが可能になる。

ＥＴＳＩ　ＥＮ　（European　Telecommunications　Standards　Institute　European　Standard）　３０２　３０７－１　Ｖ１．４．１，２０１４年１１月

　上記非特許文献１に記載の通信システムにおいて、伝送速度をさらに向上させるには、シンボルレートを上げる必要がある。シンボルレートを上げる場合、送信局は信号の送信電力を上げる必要があり、増幅部を用いて送信電力が調整される。しかしながら、送信信号が衛星と受信局との間の通信路で減衰する量は、衛星と受信局との位置関係に伴って経時的に変化する。このため、増幅部への入力電力を決めた後に衛星と受信局との間の仰角が高くなると、たとえ適応変調を行ったとしても送信電力が過剰になる場合があり、周波数および電力の利用効率が低下してしまうという問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線信号としてデータを伝送する際に、周波数および電力の利用効率を向上させることが可能な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、送信信号を増幅する増幅部と、増幅された送信信号を無線送信する送信アンテナと、送信信号が受信局で受信されるときの信号品質である受信品質の推定値に基づいて、送信信号の周波数と、増幅部への入力電力とを調整する制御部と、を備えることを特徴とする。

　本発明にかかる送信局は、無線信号としてデータを伝送する際に、周波数および電力の利用効率を向上させることが可能であるという効果を奏する。

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を示す図図１に示す送信局の機能構成を示す図図１に示す受信局の機能構成を示す図図１に示す制御局の機能構成を示す図図１に示す送信局、受信局および制御局の機能を実現するための制御回路を示す図図４に示す制御局の動作を示すフローチャート図１に示す送信局および受信局の間の仰角と、変調方式および符号化率の組み合わせに対応する回線マージンとの関係を示す図図２に示す送信局の増幅部への入力電力と、増幅部からの出力電力および送信アンテナから出力される無線信号の変調精度との関係を示す図図２に示す波形整形部のフィルタ特性の第１の例を示す図図２に示す波形整形部のフィルタ特性の第２の例を示す図本発明の実施の形態２にかかる送信局の機能構成を示す図本発明の実施の形態２にかかる制御局の動作を示すフローチャート図１１に示す送信局および図１に示す受信局の間の仰角と、変調方式、符号化率およびチャネル数の組み合わせに対応する回線マージンとの関係を示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる送信局、受信局、制御局、データ伝送システムおよびデータ伝送システムの制御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１の構成を示す図である。データ伝送システム１は、送信局１００と、受信局２００と、制御局３００とを有する。送信局１００は、地球の周りを低軌道で周回する衛星に搭載されている。受信局２００は、地球上に設置された無線通信装置であり、送信局１００が搭載される衛星が収集したデータを送信局１００から受信する。制御局３００は、地球上に設置された無線通信装置であり、送信局１００と受信局２００との間の無線通信を制御する制御情報を生成して、生成した制御情報を送信局１００および受信局２００に通知する。

　送信局１００は、無線通信を用いて受信局２００にデータを伝送することができる。送信局１００が受信局２００に伝送するデータは、送信局１００が搭載された観測衛星が収集する観測データなどである。

　なお、図１においてブロック間を接続する点線および実線は接続の形態を示しており、点線は無線接続を示し、実線は有線接続を示している。つまり、図１の送信局１００および受信局２００の間は無線接続であり、送信局１００および制御局３００の間は無線接続であり、受信局２００および制御局３００の間は有線接続である。ただし受信局２００および制御局３００の間は無線接続であってもよい。

　図２は、図１に示す送信局１００の機能構成を示す図である。送信局１００は、データ生成部１０１と、送信バッファ１０２と、符号化部１０３と、変調部１０４と、波形整形部１０５と、入力電力調整部１０６と、周波数変換部１０７と、増幅部１０８と、送信アンテナ１０９と、制御部１１０とを有する。

　データ生成部１０１は、観測情報などの送信するデータを生成し、生成したデータを送信バッファ１０２に記憶させる。送信バッファ１０２は、制御部１１０から指定されたデータ転送レートで、記憶されたデータを符号化部１０３に出力する。送信バッファ１０２からのデータ転送レートを変えることによって、シンボルレートが調整され、送信信号の周波数が調整されるため、送信バッファ１０２は、周波数調整部の一例である。符号化部１０３は、送信バッファ１０２から出力されたデータを、制御部１１０から指定された符号化方式で符号化する。符号化部１０３は、符号化後のデータを変調部１０４に出力する。なお符号化方式は、符号化の種類および符号化率を含む。変調部１０４は、符号化部１０３が出力したデータを、制御部１１０から指定された変調方式で変調する。変調部１０４は、変調後のデータを波形整形部１０５に出力する。

　波形整形部１０５は、変調部１０４が出力したデータを、制御部１１０から指定されたロールオフで帯域制限するように波形整形する。ロールオフは、波形整形部１０５が有するフィルタの特性を示し、ロールオフをα（０≦α≦１）とすると、シンボルレートの理想矩形フィルタに対して１＋α倍で帯域制限される。ロールオフが大きいほど、信号の振幅変化が緩やかであり、ロールオフが小さいほど、信号の振幅変化が急峻である。ロールオフが小さいほど周波数利用効率は上がるが、受信品質の要求値が高くなる。ロールオフを変更することによって、送信信号の周波数が調整されるため、波形整形部１０５は、周波数調整部の一例である。波形整形部１０５は、整形後のデータを入力電力調整部１０６に出力する。入力電力調整部１０６は、波形整形部１０５が出力したデータに制御部１１０から指定された係数を乗算する。入力電力調整部１０６は、係数を乗算した後のデータを周波数変換部１０７に出力する。入力電力調整部１０６が係数を乗算することによって、増幅部１０８に入力される信号の電力が調整されるため、入力電力調整部１０６は、増幅部１０８への入力電力を調整することになる。

　周波数変換部１０７は、入力電力調整部１０６が出力したデータを、制御部１１０から指定された周波数変換量を用いて、無線送信周波数帯の信号に変換する。周波数変換部１０７は、変換後の信号を増幅部１０８に出力する。増幅部１０８は、周波数変換部１０７が出力した信号の電力を増幅する。増幅部１０８は、増幅後の信号を送信アンテナ１０９に出力する。送信アンテナ１０９は、増幅部１０８が出力した信号を無線信号として送信する。

　制御部１１０は、制御局３００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１００の各部の動作を制御する。制御情報には、送信バッファ１０２に指定するデータ転送量、符号化部１０３に指定する符号化方式、変調部１０４に指定する変調方式、波形整形部１０５に指定するフィルタのロールオフ、入力電力調整部１０６に指定する係数、および周波数変換部１０７に指定する周波数変換量のうち１つ以上が含まれる。制御情報は、送信局１００に、送信信号の周波数、増幅部１０８への入力電力などを指示するための情報である。

　制御部１１０は、制御局３００から制御情報を受信すると、送信バッファ１０２、符号化部１０３、変調部１０４、波形整形部１０５、入力電力調整部１０６および周波数変換部１０７のそれぞれに通知する情報要素が含まれているか否かを確認する。通知する情報要素が含まれている場合、制御部１１０は、制御情報に従って、送信バッファ１０２、符号化部１０３、変調部１０４、波形整形部１０５、入力電力調整部１０６および周波数変換部１０７のうちいずれか１つ以上を制御する。このような構成により、制御部１１０は、送信バッファ１０２のデータ転送レート、符号化部１０３が用いる符号化方式、変調部１０４が用いる変調方式、波形整形部１０５のロールオフ、入力電力調整部１０６が用いる係数、周波数変換部１０７が用いる周波数変換量などを調整することになる。

　図３は、図１に示す受信局２００の機能構成を示す図である。受信局２００は、受信アンテナ２０１と、周波数変換部２０２と、波形整形部２０３と、復調部２０４と、復号部２０５と、受信バッファ２０６と、制御部２０７とを有する。

　受信アンテナ２０１は、送信局１００の送信アンテナ１０９から送信された無線信号を受信する。受信アンテナ２０１は、受信した信号を周波数変換部２０２に出力する。周波数変換部２０２は、受信アンテナ２０１が出力した信号を、制御部２０７から指定された周波数に変換した後、電気信号に変換して出力する。波形整形部２０３は、周波数変換部２０２が出力した電気信号を、制御部２０７から指定されたロールオフで波形整形する。波形整形部２０３は、波形整形後のデータを復調部２０４に出力する。

　復調部２０４は、波形整形部２０３が出力したデータを、制御部２０７から指定された復調方式で復調する。復調部２０４は、復調後のデータを復号部２０５に出力する。復号部２０５は、復調部２０４が出力したデータを制御部２０７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２０６に記憶させる。

　制御部２０７は、制御局３００から制御情報を受信し、受信した制御情報に基づいて、受信局２００の各部の動作を制御する。制御情報には、周波数変換部２０２に指定する周波数、波形整形部２０３に指定するロールオフ、復調部２０４に指定する復調方式、および復号部２０５に指定する復号方式のうち１つ以上が含まれる。

　制御部２０７は、制御局３００から制御情報を受信すると、周波数変換部２０２、波形整形部２０３、復調部２０４および復号部２０５のそれぞれに通知する情報要素が含まれているか否かを確認する。通知する情報要素が含まれている場合、制御部２０７は、制御情報に従って、周波数変換部２０２、波形整形部２０３、復調部２０４および復号部２０５の少なくともいずれかを制御する。

　制御情報には、送信局１００に対して通知する情報要素と対応する情報要素が含まれているため、受信局２００は、送信信号を正しく受信することが可能になる。対応する情報要素とは、送信局１００で処理された信号を受信局２００で正常に取り扱うことができるようにするための情報要素であり、送信局１００に符号化率０．５の符号化方式を指定した場合、受信局２００が符号化率０．５のデータを復号可能な復号方式などである。また受信局２００の波形整形部２０３に指定するロールオフは、送信局１００の波形整形部１０５に指定するロールオフと同一に調整される。

　図４は、図１に示す制御局３００の機能構成を示す図である。制御局３００は、位置管理部３０１と、受信品質推定部３０２と、伝送制御部３０３と、制御情報送受信部３０４とを有する。

　位置管理部３０１は、送信局１００が搭載される衛星の位置、および受信局２００の位置を管理する。衛星の位置は、経時的に変化し、受信局２００の位置は固定されている。　　　

　受信品質推定部３０２は、送信局１００が送信した信号を受信局２００が受信する際の受信品質を推定する。受信品質推定部３０２は、位置管理部３０１が管理する送信局１００および受信局２００の位置を用いて、受信品質を推定することができる。受信品質の推定値は、受信品質を示す値であればよく、減衰量、受信信号の信号レベルなどである。受信品質の推定値は、通常、複数の要素によって構成される。例えば、受信品質は、受信局２００からみた送信局１００の仰角、受信局２００の配置された場所における降雨状況、送信局１００が備える送信アンテナ１０９の指向方向およびビームパターン、送信局１００の送信電力、受信局２００の固有の雑音レベルなどに応じて変化する。

　受信品質推定部３０２は、送信局１００および受信局２００の間の距離を算出し、算出した距離を用いて、送信局１００と受信局２００との間で生じる、信号の距離減衰を推定する。また受信品質推定部３０２は、位置管理部３０１が管理する受信局２００の位置を用いて、信号の降雨減衰量を推定する。受信品質推定部３０２は、複数の要素を考慮して受信品質の推定値を算出することができる。また受信品質推定部３０２は、送信アンテナ１０９の指向方向およびビームパターン、送信局１００の送信電力、受信局２００の固有の雑音レベルなどを固定とした場合、受信局２００からみた送信局１００の仰角を受信品質の推定値として使用することもできる。受信品質推定部３０２は、受信品質の推定値を算出し、算出した推定値を伝送制御部３０３に出力する。

　或いは、受信品質推定部３０２は、送信局１００が定期的に既知信号を送信している場合、受信局２００で受信した既知信号の信号レベルを用いて、受信品質を推定することもできる。

　伝送制御部３０３は、送信局１００および受信局２００に通知する制御情報を生成する。伝送制御部３０３は、受信品質推定部３０２が出力する受信品質の推定値を用いて、所望の誤り率を満たす適切な変調方式、符号化率などの情報要素を選択する。伝送制御部３０３が制御情報を生成する方法の詳細については、後述する。伝送制御部３０３は、選択した情報要素を含む制御情報を生成し、生成した制御情報を制御情報送受信部３０４に出力する。

　制御情報送受信部３０４は、伝送制御部３０３が出力した制御情報を送信局１００および受信局２００のそれぞれに送信する。

　ここで、送信局１００、受信局２００および制御局３００の機能を実現するためのハードウェア構成について説明する。図５は、図１に示す送信局１００、受信局２００および制御局３００の機能を実現するための制御回路１０を示す図である。

　制御回路１０は、入力部１１と、プロセッサ１２と、メモリ１３と、出力部１４とを有する。入力部１１は、制御回路１０の外部から入力されたデータを受信してプロセッサ１２に出力するインタフェース回路である。プロセッサ１２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）であり、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、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などとも呼ばれる。メモリ１３は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクなどである。出力部１４は、プロセッサ１２またはメモリ１３からのデータを制御回路１０の外部に出力するインタフェース回路である。

　プロセッサ１２は、メモリ１３に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、送信局１００、受信局２００および制御局３００の機能を実現することができる。メモリ１３は、プロセッサ１２が実行する各処理における一時メモリとしても用いられる。

　また、送信局１００、受信局２００および制御局３００の機能は、上記の制御回路１０に加えて、専用のハードウェアを用いて実現することもできる。専用のハードウェアは、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などである。

　また、送信局１００、受信局２００および制御局３００の各部の機能は、それぞれが単独の回路または装置を用い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を用いて構成されてもよい。

　次に、伝送制御部３０３が制御情報を生成する方法の詳細について説明する。図６は、図４に示す制御局３００の動作を示すフローチャートである。ここでは、受信品質の推定値として仰角を用いている。

　制御局３００の受信品質推定部３０２は、送信局１００が送信する送信信号が受信局２００で受信されるときの信号品質である受信品質を推定する（ステップＳ１０１）。伝送制御部３０３は、推定された受信品質に基づいて、変調方式および符号化率を選択する（ステップＳ１０２）。

　図７は、図１に示す送信局１００および受信局２００の間の仰角と、変調方式および符号化率の組み合わせに対応する回線マージンとの関係を示す図である。図７の横軸は、送信局１００および受信局２００の間の仰角であり、図７の縦軸は、回線マージンである。回線マージンとは、所望の誤り率を満たすために必要な受信品質の要求値と、それぞれの仰角における受信品質の推定値との差である。つまり、回線マージンが正の場合、所望の誤り率を満たしている状態であり、回線マージンが負の場合、所望の誤り率を満たさない状態である。仰角が高いほど距離減衰および降雨減衰は低下する。このため、送信局１００の送信電力が一定の場合、回転マージンは、仰角が高いほど大きくなる。

　図７のＭＯＤＣＯＤは、変調方式および符号化率の組み合わせを示しており、添え字の数字が大きくなるほど変調多値数および符号化率が高いことを示している。つまり数字が大きいほど、受信品質の要求値は高い。伝送制御部３０３は、回線マージンが正であり、且つ周波数利用効率の高い、変調方式および符号化率の組み合わせを選択する。

　例えば、仰角がａ１からａ２までの間である場合、伝送制御部３０３は、ＭＯＤＣＯＤ（１）を選択する。仰角がａ２からａ３までの間である場合、伝送制御部３０３は、ＭＯＤＣＯＤ（２）を選択する。仰角がａ３以上である場合、伝送制御部３０３は、ＭＯＤＣＯＤ（３）を選択する。

　図６の説明に戻る。伝送制御部３０３は、変調方式および符号化率を選択した後、受信品質に基づいて、送信局１００の増幅部１０８への入力電力の値を調整する（ステップＳ１０３）。

　図８は、図２に示す送信局１００の増幅部１０８への入力電力と、増幅部１０８からの出力電力２１および送信アンテナ１０９から出力される無線信号の変調精度２２との関係を示す図である。

　図８の横軸は、増幅部１０８への入力電力であり、図８の縦軸は、増幅部１０８からの出力電力２１または送信アンテナ１０９から出力される無線信号の変調精度２２である。増幅部１０８は、入力電力の値によって、増幅特性が線形を示す場合と、増幅特性が非線形を示す場合とがある。図８の例では、入力電力の値がｉ１までは、増幅部１０８への入力電力と増幅部１０８からの出力電力との関係は線形となり、入力電力は一定のゲインαで増幅される。増幅部１０８に入力される入力電力の値がｉ１である場合、出力電力の値はｏ_１となる。入力電力の値がｉ１よりも大きい場合、入力電力と出力電力との関係は非線形となる。入力電力の値がｉ３である場合、出力が飽和してαよりも小さいゲインで増幅されて出力電力の値はｏ_３となる。

　したがって、受信品質の推定値が予め定められた閾値以上である場合、図７に示したように、回線マージンが余剰になるため、伝送制御部３０３は、増幅部１０８の増幅特性が線形となる入力電力の値を選択する。受信品質の推定値が予め定められた閾値未満である場合、高出力が要求されるため、増幅部１０８の増幅特性が非線形となる入力電力の値を選択する。

　図６の説明に戻る。伝送制御部３０３は、入力電力の値を調整すると、続いて調整後の入力電力に基づいて、波形整形部１０５のロールオフおよびシンボルレートの値を調整する（ステップＳ１０４）。

　増幅部１０８の増幅特性が非線形となるように入力電力の値が選択された場合、信号の歪みに起因した高調波が発生するため、伝送制御部３０３は、ロールオフを大きくし、システムに割り当てられた帯域外への干渉を防ぐために、シンボルレートを小さくする。増幅部１０８の増幅特性が線形となるように入力電力の値が選択された場合、信号の歪みが低減されるため、伝送制御部３０３は、増幅特性が非線形である場合よりもロールオフを小さくし、シンボルレートを大きくする。

　図９は、図２に示す波形整形部１０５のフィルタ特性の第１の例を示す図である。増幅部１０８の増幅特性が非線形である場合、伝送制御部３０３は、波形整形部１０５のフィルタ特性が図９に示すようなフィルタ特性となるようにロールオフを指定することができる。図１０は、図２に示す波形整形部１０５のフィルタ特性の第２の例を示す図である。増幅部１０８の増幅特性が線形である場合、伝送制御部３０３は、波形整形部１０５のフィルタ特性が図１０に示すようなフィルタ特性となるロールオフを指定することができる。ここで、ロールオフが変わっても阻止帯域ｆｍの値は同等である。

　図６の説明に戻る。伝送制御部３０３は、調整後の入力電力に基づいて、変調方式および符号化率を再選択する（ステップＳ１０５）。入力電力を調整した後、歪み成分が低下した場合、つまり増幅部１０８の増幅特性が線形となる場合、伝送制御部３０３は、所望の誤り率を満たすように、変調多値数と符号化率がさらに高くなるように、変調方式および符号化率を再選択することもできる。なおステップＳ１０５の処理は省略してもよい。

　伝送制御部３０３は、上記において選択または調整した、変調方式、符号化率、入力電力、ロールオフ、シンボルレートといった情報要素を含む制御情報を生成する（ステップＳ１０６）。制御情報送受信部３０４は、生成された制御情報を送信局１００および受信局２００に通知する（ステップＳ１０７）。

　なお、上記の例では、制御情報は、制御局３００から送信局１００および受信局２００のそれぞれに送信されることとしたが、送信局１００および受信局２００の各部に指定される情報要素を変更するタイミングを合わせるために、受信局２００に通知する制御情報は、送信局１００を介して伝送されてもよい。この場合、受信局２００は、伝送されたデータの中から、制御情報に相当する部分を予め復調し、制御情報を取得した後に、制御情報以外のデータ、つまり送信バッファ１０２から出力されたデータを復調する。このような構成により、送信局１００における送信処理と受信局２００における受信処理とを同期することができる。

　以上説明したように、本発明の実施の形態１では、受信品質の推定値に基づいて、送信信号の周波数と、増幅部１０８への入力電力とが調整される。このような構成により、送信局１００は、受信品質の推定値に基づいて、所望の誤り率を得るために適切な周波数の利用効率とすることができると共に、送信電力が過剰になることを抑制して信号の歪みを低減し、且つ、信号の歪みが発生する場合であっても受信品質の低下を抑制することが可能になる。したがって、周波数の利用効率と電力の利用効率とを共に向上させることができ、高速なデータ伝送を実現することができる。

　また、上記の実施の形態１によれば、シンボルレートとロールオフとが、受信品質の推定値に基づいて調整される。具体的には、受信品質の推定値に基づいて決定した入力電力を用いた場合、増幅部１０８の増幅特性が非線形となり信号に歪みが生じる場合、ロールオフを大きくして、信号の歪みに起因して生じる高調波を波形整形部１０５が遮断することが可能であり、受信品質の低下を抑制することができる。このときシンボルレートを小さくすると、データ伝送システム１に割り当てられた帯域外への干渉を防ぐことができる。

　上記の実施の形態において、送信局１００が偏波多重または周波数多重を行っている場合、仰角に基づいて、つまり受信品質の推定値に基づいて、多重するデータの内容を変更してもよい。受信品質の推定値が予め定められた閾値未満である場合、同一のデータを偏波多重または周波数多重を用いて多重してもよいし、ＳＴＢＣ（Space　Time　Block　Coding）を用いて同一のデータを多重してもよい。このような構成とすることで、データを確実に伝送することが可能になる。また受信品質の推定値が予め定められた閾値以上である場合、異なるデータが多重される。このような構成とすることで、データの伝送効率を向上させることが可能になる。

実施の形態２．
　本発明の実施の形態２においては、無線通信の広帯域化を実現するために、複数の無線信号を同時に送信する構成について説明する。本実施の形態２において、データ伝送システム１の全体構成は、図１に示す送信局１００の代わりに、以下に説明する送信局４００が用いられる点と、制御局３００の一部の動作以外は、実施の形態１の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。以下、実施の形態１との相違点を主に説明する。

　図１１は、本発明の実施の形態２にかかる送信局４００の機能構成を示す図である。なお図１１および以下の説明中において、送信局４００が同じ名称の構成要素を複数備える場合、符号の後にハイフンと数字を付して、複数の構成要素のそれぞれを区別している。複数の構成要素のそれぞれを区別する必要がない場合、符号の後に付したハイフンおよび数字を省略して示す。例えば、符号化部４０３－１および符号化部４０３－２のそれぞれを区別する必要がない場合、単に符号化部４０３と称する。

　送信局４００は、データ生成部４０１と、送信バッファ４０２と、符号化部４０３－１および符号化部４０３－２と、変調部４０４－１および変調部４０４－２と、波形整形部４０５－１および波形整形部４０５－２と、位相調整部４０６－１および位相調整部４０６－２とを有する。送信局４００は、さらに、入力電力調整部４０７－１および入力電力調整部４０７－２と、周波数変換部４０８－１および周波数変換部４０８－２と、増幅部４０９－１および増幅部４０９－２と、多重部４１０と、送信アンテナ４１１と、位相差検出部４１２と、制御部４１３とを有する。

　なお、図１１において同一の名称の複数の構成要素の個数は２つであるが、本発明は、かかる例に限定されない。送信局４００は、３以上の同一の名称の構成要素を備えることができる。また、上記の構成要素のうち、位相調整部４０６、位相差検出部４１２および多重部４１０以外の構成要素は、図２に示す同一の名称の構成要素と同様の機能を有するため、ここでは詳細な説明を省略する。

　データ生成部４０１は、観測情報などの送信するデータを生成し、生成したデータを送信バッファ４０２に記憶させる。送信バッファ４０２は、制御部４１３から指定された転送量で、記憶されたデータを複数の符号化部４０３のそれぞれに出力する。複数の符号化部４０３のそれぞれは、送信バッファ４０２から出力されたデータを、制御部４１３から指定された符号化方式で符号化する。複数の符号化部４０３のそれぞれは、符号化後のデータを複数の変調部４０４のそれぞれに出力する。

　複数の変調部４０４のそれぞれは、複数の符号化部４０３のそれぞれが出力したデータを、制御部４１３から指定された変調方式で変調する。複数の変調部４０４のそれぞれは、変調後のデータを複数の波形整形部４０５のそれぞれに出力する。複数の波形整形部４０５のそれぞれは、複数の変調部４０４のそれぞれが出力したデータを、制御部４１３から指定されたロールオフで帯域制限するように波形整形する。複数の波形整形部４０５のそれぞれは、波形整形後の信号を複数の位相調整部４０６のそれぞれに出力する。

　複数の位相調整部４０６のそれぞれは、位相差検出部４１２から通知された位相調整情報に基づいて、複数の波形整形部４０５のそれぞれが出力した信号の位相を回転させる。このとき位相調整部４０６は、複数の増幅部４０９のそれぞれが出力する信号の位相差がゼロとなるように、信号の位相を回転させる。複数の位相調整部４０６のそれぞれは、位相を回転させた信号を、複数の入力電力調整部４０７のそれぞれに出力する。

　複数の入力電力調整部４０７のそれぞれは、複数の位相調整部４０６のそれぞれが出力した信号に、制御部４１３から指定された係数を乗算する。複数の入力電力調整部４０７のそれぞれが係数を乗算することによって、複数の増幅部４０９に入力される信号の電力が調整されるため、入力電力調整部４０７は、増幅部４０９への入力電力を調整することになる。複数の入力電力調整部４０７のそれぞれは、入力電力を調整した後の信号を複数の周波数変換部４０８のそれぞれに出力する。

　複数の周波数変換部４０８のそれぞれは、複数の入力電力調整部４０７のそれぞれが出力した複数の信号のそれぞれを、制御部４１３から指定された周波数変換量を用いて、無線送信周波数帯の信号に変換する。複数の周波数変換部４０８のそれぞれは、変換後の信号を複数の増幅部４０９のそれぞれに出力する。

　複数の増幅部４０９のそれぞれは、複数の周波数変換部４０８のそれぞれが出力した信号を増幅する。複数の増幅部４０９のそれぞれは、増幅後の信号を多重部４１０および位相差検出部４１２のそれぞれに出力する。

　多重部４１０は、複数の増幅部４０９のそれぞれが出力した複数の信号を多重して、無線信号として送信アンテナ４１１を介して受信局２００へ送信する。位相差検出部４１２は、複数の増幅部４０９が出力した複数の信号の位相差を検出し、検出した位相差を示す位相調整情報を生成する。位相差検出部４１２は、生成した位相差調整情報を複数の位相調整部４０６のそれぞれに通知する。ここで位相調整情報は、位相差がゼロとなるように設定される。制御部４１３は、送信バッファ４０２、符号化部４０３、変調部４０４、波形整形部４０５、入力電力調整部４０７および周波数変換部４０８のそれぞれに、制御情報に基づいて情報要素を指定して、各部の動作を制御する。

　続いて制御局３００の動作について説明する。図１２は、本発明の実施の形態２にかかる制御局３００の動作を示すフローチャートである。なお、実施の形態１と同様の動作については、同じ符号を付して説明を省略する。以下、図６に示した実施の形態１の動作と異なる箇所を主に説明する。

　制御局３００の伝送制御部３０３は、推定された受信品質に基づいて、変調方式、符号化率およびチャネル数を選択する（ステップＳ２０２）。チャネル数は、多重部４１０が周波数領域で多重する信号の数である。多重部４１０が増幅部４０９－１の出力のみを多重する場合、チャネル数は１であり、増幅部４０９－１と増幅部４０９－２とが出力する信号が、異なるデータを異なる周波数に変換した信号である場合、チャネル数は２である。伝送制御部３０３は、調整後の入力電力に基づいて、変調方式、符号化率およびチャネル数を再選択する（ステップＳ２０５）。伝送制御部３０３は、変調方式、符号化率、チャネル数、入力電力、ロールオフ、およびシンボルレートを含む制御情報を生成する（ステップＳ２０６）。

　図１３は、図１１に示す送信局４００および図１に示す受信局２００の間の仰角と、変調方式、符号化率およびチャネル数の組み合わせに対応する回線マージンとの関係を示す図である。図１３の横軸は仰角であり、縦軸は回線マージンである。伝送制御部３０３は、仰角がａ４以上である場合、チャネル数を２とすることができる。

　なお上記では、多重部４１０は、異なるデータを異なる周波数で多重することとしたが、本発明は、かかる例に限定されない。受信品質の推定値が閾値未満である場合、多重部４１０は、同一のデータを多重してもよい。このとき多重部４１０は、同一のデータを異なる周波数で多重することができる。この場合、受信局２００は異なる周波数で受信した同一のデータを加算することで、受信品質を向上させることができる。また多重部４１０は、同一のデータを同一の周波数に変換して多重してもよい。この場合、増幅部４０９－１および増幅部４０９－２のそれぞれが出力する信号は、位相調整部４０６によって同位相となっているため、多重した後の信号電力は、増幅部４０９－１の出力のみを送信する場合と比較して向上させることができる。また受信品質の推定値が閾値以上である場合、多重部４１０は互いに異なるデータを多重することができる。

　さらに多重部４１０は、２つのチャネルを異なる周波数で多重することに代えて、異なる偏波に分けて多重してもよい。多重部４１０は、増幅部４０９－１の出力を左遷の円偏波とし、増幅部４０９－２の出力を右遷の円偏波として多重することができる。

　以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、無線通信の広帯域化を実現することができる。

　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。

　上記の実施の形態では、送信局１００は衛星に搭載されていることとしたが、本発明は、かかる例に限定されない。送信局１００は、航空機などの移動体に搭載されており、受信品質が経時的に変化する場合に本発明の技術を適用することができる。

　上記の実施の形態では、送信局１００および受信局２００の各部に指定する情報要素は、制御情報に含まれていることとしたが、本発明は、かかる例に限定されない。制御情報は、受信品質の推定値を含んでおり、送信局１００および受信局２００のそれぞれは、受信品質の推定値に基づいて、各部に指定する情報要素を決定してもよい。この場合、送信局１００および受信局２００のそれぞれは、情報要素の値と、受信品質の推定値との対応関係を予め記憶しており、この対応関係に基づいて情報要素の値を選択して、各部に指定する。或いは、情報要素の変更は、予め決められた変更パターンを用いて行われてもよい。送信局１００および受信局２００のそれぞれは、変更パターンを予め記憶しており、この変更パターンを用いて、制御情報を受信したときからの経過時間に基づいて、各部に指定する情報要素を変更することができる。

　１　データ伝送システム、１０　制御回路、１１　入力部、１２　プロセッサ、１３　メモリ、１４　出力部、１００，４００　送信局、１０１，４０１　データ生成部、１０２，４０２　送信バッファ、１０３，４０３，４０３－１，４０３－２　符号化部、１０４，４０４，４０４－１，４０４－２　変調部、１０５，４０５，４０５－１，４０５－２　波形整形部、１０６，４０７，４０７－１，４０７－２　入力電力調整部、１０７，４０８，４０８－１，４０８－２　周波数変換部、１０８，４０９，４０９－１，４０９－２　増幅部、１０９，４１１　送信アンテナ、１１０，２０７，４１３　制御部、２００　受信局、２０１　受信アンテナ、２０２　周波数変換部、２０３　波形整形部、２０４　復調部、２０５　復号部、２０６　受信バッファ、３００　制御局、３０１　位置管理部、３０２　受信品質推定部、３０３　伝送制御部、３０４　制御情報送受信部、４０６，４０６－１，４０６－２　位相調整部、４１０　多重部、４１２　位相差検出部。

Claims

　送信信号を増幅する増幅部と、
　増幅された前記送信信号を無線送信する送信アンテナと、
　前記送信信号が受信局で受信されるときの信号品質である受信品質の推定値に基づいて、前記送信信号の周波数と、前記増幅部への入力電力とを調整する制御部と、
　を備えることを特徴とする送信局。
　前記送信信号として伝送されるデータを記憶し、指示されたデータ転送レートでデータを出力する送信バッファ、
　をさらに備え、
　前記制御部は、前記データ転送レートを変更して前記送信信号のシンボルレートを調整することによって、前記送信信号の周波数を調整することを特徴とする請求項１に記載の送信局。
　指定されるロールオフで前記送信信号の波形を整形する波形整形部、
　をさらに備え、
　前記制御部は、前記ロールオフを変更することによって、前記送信信号の周波数を調整することを特徴とする請求項２に記載の送信局。
　前記制御部は、前記入力電力を大きくする場合、前記ロールオフを大きくし、前記シンボルレートを小さくすることを特徴とする請求項３に記載の送信局。
　前記受信品質の推定値は、前記送信局と前記受信局との間の仰角を用いて算出されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の送信局。
　前記送信信号を変調する変調部と、
　前記送信信号を符号化する符号化部と、
　をさらに備え、
　前記制御部は、前記受信品質の推定値に基づいて、前記変調部に指定する変調方式の変調多値数、および前記符号化部に指定する符号化率のうち少なくともいずれかを調整することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の送信局。
　前記制御部は、前記入力電力の値に基づいて、前記変調多値数および前記符号化率のうち少なくともいずれかを調整することを特徴とする請求項６に記載の送信局。
　前記入力電力を小さくする場合、前記変調多値数および前記符号化率のうちいずれか１つ以上を大きくすることを特徴とする請求項７に記載の送信局。
　前記制御部は、前記受信品質の推定値に基づいて前記入力電力を調整することによって、前記増幅部の増幅特性を線形または非線形に調整し、前記増幅特性が線形となる値に前記入力電力を調整する場合、前記変調多値数および前記符号化率のうちいずれか１つ以上を大きくすることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の送信局。
　前記送信信号の周波数を変換する複数の周波数変換部と、
　複数の前記増幅部と、
　複数の前記増幅部が出力する前記送信信号を多重する多重化部と、
　を備え、
　前記制御部は、前記受信品質の推定値に従って、前記周波数変換部の周波数変換量と、前記多重化部が出力する信号の多重数とを調整することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の送信局。
　複数の前記周波数変換部が出力する信号の位相差を検出する位相差検出部と、
　前記位相差に基づいて、前記送信信号の位相差を調整する位相調整部と、
　をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の送信局。
　前記位相調整部は、複数の前記増幅部が出力する信号の位相が一致するように位相を調整することを特徴とする請求項１１に記載の送信局。
　前記受信品質の推定値が閾値未満である場合、複数の前記増幅部のそれぞれは、同一のデータを含む信号を出力し、前記受信品質の推定値が前記閾値以上である場合、複数の前記増幅部のそれぞれは、互いに異なるデータを含む信号を出力することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の送信局。
　前記同一のデータを含む信号は、同一のデータを複数の前記周波数変換部が互いに異なる周波数に変換した信号であることを特徴とする請求項１３に記載の送信局。
　請求項１に記載の送信局が送信した前記送信信号を受信する受信アンテナと、
　前記受信アンテナが受信した信号を復調する復調部と、
　前記受信品質の推定値に基づいて、前記復調部が用いる復調方式を調整する制御部と、
　を備えることを特徴とする受信局。
　請求項１に記載の送信局と無線通信する制御局であって、
　前記受信品質の推定値に基づいて、前記送信局に、前記送信信号の周波数および前記増幅部への入力電力の調整を指示するための制御情報を生成する伝送制御部と、
　前記制御情報を前記送信局に送信する制御情報送受信部と、
　を備えることを特徴とする制御局。
　請求項１に記載の送信局と、
　請求項１５に記載の受信局と、
　請求項１６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。
　送信信号を増幅する増幅部と、増幅された前記送信信号を無線送信する送信アンテナとを有する送信局と、前記送信信号を受信する受信局と、前記送信局と無線通信する制御局とを有するデータ伝送システムの制御方法であって、
　前記制御局は、前記送信信号が受信局で受信されるときの信号品質である受信品質の推定値に基づいて、前記送信信号の周波数と、前記増幅部への入力電力とを調整するための制御情報を生成し、
　前記制御局は、生成した制御情報を前記送信局および前記受信局に送信し、
　前記送信局は、前記制御情報に従って、前記周波数と、前記増幅部への前記入力電力とを調整することを特徴とするデータ伝送システムの制御方法。