WO2019229827A1 - 中継局、制御局、データ伝送システムおよびデータ伝送方法 - Google Patents

中継局、制御局、データ伝送システムおよびデータ伝送方法 Download PDF

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WO2019229827A1
WO2019229827A1 PCT/JP2018/020453 JP2018020453W WO2019229827A1 WO 2019229827 A1 WO2019229827 A1 WO 2019229827A1 JP 2018020453 W JP2018020453 W JP 2018020453W WO 2019229827 A1 WO2019229827 A1 WO 2019229827A1
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WO
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cluster
relay station
irradiation
terminal
irradiation range
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Application number
PCT/JP2018/020453
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English (en)
French (fr)
Inventor
重紀 谷
元吉　克幸
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2018/020453 priority patent/WO2019229827A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10—Polarisation diversity; Directional diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/204—Multiple access
    • H04B7/2041—Spot beam multiple access

Definitions

  • the present invention relates to a relay station that relays data from a transmitting station to a receiving station, a control station that controls the relay station, a data transmission system, and a data transmission method.
  • Multi-beam transmission is used in which data transmission is performed by reusing the same frequency or the same polarization in an area where interference between beams is sufficiently small.
  • Non-Patent Document 1 discloses a beam hopping method that switches a plurality of destination beams in the time domain.
  • the beam hopping method is a method in which a so-called time division irradiation is performed in which a group called a cluster is created using a plurality of beams covering a coverage area, and a transmission destination beam is switched in the time domain within the cluster.
  • the control period of time division irradiation in the beam hopping method is performed in units of frames.
  • a beam to be irradiated is changed for each slot generated by dividing a frame.
  • one cluster irradiates one frame of beam in the control period, so the number of beams that the transmitter irradiates simultaneously to the terminal is the same as the number of clusters.
  • DVD Digital Video Broadcasting
  • Non-Patent Document 1 irradiation is performed by switching in the time domain within the cluster, and therefore the maximum transmission capacity in units of clusters is the transmission capacity when one beam is always irradiated.
  • the maximum transmission capacity in units of clusters is the transmission capacity when one beam is always irradiated.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a relay station that suppresses a decrease in time efficiency and a decrease in frequency utilization efficiency for data transmission.
  • the relay station can irradiate a plurality of irradiation ranges with a plurality of beams, and forms clusters in two or more of the irradiation ranges.
  • a beam forming unit for irradiating a beam based on allocation information indicating slots allocated to the irradiation range in cluster units, wherein one irradiation range belongs to a plurality of clusters.
  • the relay station according to the present invention has an effect that it is possible to suppress a decrease in time efficiency and a decrease in frequency utilization efficiency for data transmission.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a data transmission system according to a first embodiment; The figure which shows the flame
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a control circuit according to a first embodiment;
  • the figure which shows the example of the slot allocation concerning Embodiment 1 1 is a flowchart illustrating a control example of a control station according to a first embodiment.
  • the figure which shows the example of the positional relationship of the cluster concerning Embodiment 2, and irradiation range The figure which shows the example of the position of the terminal concerning Embodiment 2, and a beam pattern
  • the figure which shows another example of the position of the terminal concerning Embodiment 2, and a beam pattern 10 is a flowchart illustrating a control example of a control station according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the data transmission system according to the first embodiment.
  • the data transmission system 10 is, for example, a cellular system or a satellite communication system.
  • the data transmission system 10 includes a relay station 101, a gateway 102-1, a gateway 102-2, and a control station 103.
  • a dotted line indicates that communication is performed wirelessly
  • a solid line indicates that communication is performed wired.
  • the gateway 102-1 and the gateway 102-2 are connected to the public network 104, and provide services of other communication systems (not shown) outside the data transmission system 10 to the terminal 105 via the Internet and the relay station 101.
  • the gateway 102-1 and the gateway 102-2 do not have to be connected to the public network 104.
  • the number of gateways is not limited to two, and a plurality of gateways may be installed for redundancy.
  • the gateway 102-1 and the gateway 102-2 are shown without distinction, they are referred to as the gateway 102.
  • the control station 103 controls the beam hopping operation performed by the relay station 101.
  • Irradiation ranges 201-1 to 201-p and irradiation ranges 202-1 to 202-q indicate irradiation ranges on the ground surface of each beam that can be irradiated by the relay station 101.
  • the relay station 101 forms a cluster 210-1 composed of irradiation ranges 201-1 to 201-p.
  • the relay station 101 forms a cluster 210-2 composed of irradiation ranges 202-1 to 202-q.
  • the irradiation ranges 201-1 to 201-p and the irradiation ranges 202-1 to 202-q are shown without distinction, they are referred to as an irradiation range 200.
  • the number of irradiation ranges 200 is not limited to the numbers described in the irradiation ranges 201-1 to 201-p and irradiation ranges 202-1 to 202-q.
  • the clusters 210-1 and 210-2 are described, but the number of clusters is not limited to two. When each of the cluster 210-1 and the cluster 210-2 is shown without distinction, it is referred to as a cluster 210.
  • the terminal 105-1 is located in the irradiation range 201-1, and the relay station 101 transmits a beam to the irradiation range 201-1 and transmits data to the terminal 105-1.
  • the terminal 105-r is in the irradiation range 201-p, and the relay station 101 irradiates the irradiation range 201-p with a beam and transmits data to the terminal 105-r.
  • terminals 105-1 to 105-r are shown without being distinguished from each other, they are referred to as terminals 105. In FIG.
  • the terminal 105-1 is arranged in the irradiation range 201-1, but a plurality of terminals 105 may be arranged in the irradiation range 201-1.
  • an apparatus including the relay station 101 and the control station 103 is a base station.
  • the relay station 101 is a repeater mounted on an artificial satellite.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a frame according to the first embodiment.
  • the number of slots per frame is ten.
  • the number of slots in one frame is not limited to ten.
  • the control cycle of time division irradiation for each cluster 210 in the beam hopping method is performed in units of frames shown in FIG. Further, the relay station 101 changes the irradiation range 200 to be irradiated for each slot for dividing the frame.
  • FIG. 3 is a diagram of functional blocks of the relay station 101 according to the first embodiment.
  • the relay station 101 includes a receiving unit 110, a switching unit 120, a beam forming unit 130, a transmitting unit 140, and a control unit 150.
  • the receiving unit 110 receives data transmitted by the gateway 102.
  • the exchange unit 120 distributes the slots into which the frames are divided for each irradiation range 200.
  • the beam forming unit 130 forms the irradiation range 200 and the cluster 210.
  • the transmission unit 140 transmits data to the terminal 105. Detailed operations of these functional units will be described later.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating functional blocks of the control unit 150 according to the first embodiment.
  • the control unit 150 includes a first transmission / reception unit 151, a first storage unit 152, a first time management unit 153, an exchange control unit 154, and a beam formation control unit 155.
  • the first transmission / reception unit 151 receives data transmitted from the control station 103 and transmits the data to the first storage unit 152.
  • the first storage unit 152 stores the data transmitted by the first transmission / reception unit 151.
  • the first time management unit 153 synchronizes time with the control station 103.
  • the exchange control unit 154 generates data necessary for the exchange unit 120 to allocate slots to the irradiation range 200.
  • the beam forming control unit 155 generates data necessary for the beam forming unit 130 to form the irradiation range 200. Detailed operations of these functional units will be described later.
  • the second time management unit 163 performs time synchronization with the relay station 101.
  • the line quality monitoring unit 164 monitors the line quality of the line with which the terminal 105 communicates.
  • the traffic monitoring unit 165 monitors the traffic amount requested by the terminal 105.
  • the resource control unit 166 adds up the required number of slots for each irradiation range 200.
  • the cluster control unit 167 changes the combination of the irradiation ranges 200 constituting the cluster 210. Detailed operations of these functional units will be described later.
  • the quality monitoring unit 164, the traffic monitoring unit 165, the resource control unit 166, and the cluster control unit 167 are realized by a processing circuit that is an electronic circuit that performs each process.
  • the processing circuit may be dedicated hardware or a control circuit including a memory and a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory.
  • the memory corresponds to, for example, a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), or a flash memory, a magnetic disk, or an optical disk.
  • the control circuit is, for example, a control circuit 300 having a configuration illustrated in FIG.
  • the control circuit 300 includes a processor 300a, which is a CPU, and a memory 300b.
  • the processor 300a implements it by reading and executing a program corresponding to each process stored in the memory 300b.
  • the memory 300b is also used as a temporary memory in each process performed by the processor 300a.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an arrangement example of the irradiation range 200 covered by the relay station 101 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a table in which the vertical axis represents the x direction and the horizontal axis represents the y direction.
  • An index is assigned to the irradiation range 200.
  • an index of 4-1 is assigned to the lower left irradiation range in FIG.
  • the left value assigned as the index of the irradiation range 200 is called x
  • the right value is called y.
  • the value of x decreases as it proceeds in the x direction
  • the value of y increases as it proceeds in the y direction.
  • the value of x in the irradiation range located at the lower left in FIG. 7 is 4, and the value of y is 1.
  • the coverage area of the data transmission system 10 is arranged in a plane, that is, spread in two independent directions.
  • the resource control unit 166 irradiates the polarization of the beam irradiated to the irradiation range 200 having the odd value x and the irradiation range 200 having the even value x in the index assigned to the irradiation range 200.
  • the beams are allocated so that the polarizations of the beams to be orthogonal are orthogonal.
  • the polarization includes linear polarization and circular polarization.
  • the resource control unit 166 assigns beams having different frequencies between the irradiation range 200 having an odd x value and the irradiation range 200 having an even x value. In this way, by assigning different polarizations or different frequencies to the beam irradiated to the irradiation range 200 according to the value of x, the combination of beams having the same frequency or the same polarization is only in the y direction. For this reason, it is possible to determine an irradiation position only in the y direction, that is, one-dimensionally, such that the interference of a plurality of beams becomes a certain value or less by performing time division irradiation using the beam hopping method. Further, the beam forming unit 130 irradiates the terminal 105 with a beam having the polarization and frequency assigned by the resource control unit 166.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the relationship between the irradiation range 200 and the cluster 210 according to the first embodiment.
  • one irradiation range 200 may belong to a plurality of clusters 210.
  • the irradiation range 200 is shown as irradiation ranges B1 to B16, respectively.
  • clusters C1 to C3 exist, and the cluster 210 is formed by including eight irradiation ranges 200, respectively.
  • the irradiation ranges B1 to B8 belong to the cluster C1.
  • the irradiation ranges B5 to B12 belong to the cluster C2.
  • the irradiation ranges B9 to B16 belong to the cluster C3.
  • the irradiation ranges B5 to B8 belong to two clusters, the cluster C1 and the cluster C2. Further, the irradiation ranges B9 to B12 belong to two clusters, a cluster C2 and a cluster C3.
  • the configuration of the cluster 210 illustrated in FIG. 8 is the same as the number of irradiation ranges 200 belonging to the cluster 210 or the number of irradiation ranges 200 overlapping between the clusters 210, but is an example.
  • the number of irradiation ranges 200 belonging to or the number of irradiation ranges 200 overlapping between the clusters 210 may be different for each cluster 210.
  • the distance w1 indicates the distance between the irradiation ranges 200.
  • the distance w1 between the irradiation ranges 200 is a fixed distance such that the irradiation ranges 200 do not overlap each other.
  • FIG. 8 shows a case where the irradiation ranges B1 to B16 are arranged in a straight line.
  • the present invention is not limited to this, and the irradiation ranges B1 to B16 are arranged in series so as to follow a curved trajectory. It may be formed.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the position and beam pattern of the terminal 105 according to the first embodiment.
  • a position 301 and a position 302 indicate the position of the terminal 105.
  • a beam pattern 303 and a beam pattern 304 indicate beam patterns of beams transmitted by the relay station 101.
  • Coordinates 305 and 306 indicate the center coordinates of the irradiation range 200.
  • the position of the beam irradiated by the relay station 101 is limited to the center coordinates of the irradiation range 200.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of slot allocation according to the first embodiment.
  • FIG. 10 shows an example of slot allocation in the configuration of the cluster 210 shown in FIG.
  • FIG. 10 includes a beam number, a requested slot number for each beam, a cluster number, a requested slot number for each cluster, and an assigned slot number for each beam.
  • the number of slots per frame is assumed to be 10 as in the frame described in FIG.
  • the beam numbers are the same numbers as the irradiation ranges B1 to B16 shown in FIG.
  • the cluster number is the number of the clusters C1 to C3 shown in FIG. Further, it is assumed that one frame shown in FIG. 2, that is, 10 slots is assigned to one cluster per control cycle.
  • the number of required slots for each beam indicates the number of slots required by the terminal 105 located in the irradiation range 200.
  • the number of slots required by the terminal 105 located in the irradiation range B1 is 1, and the number of slots required by the terminal 105 located in the irradiation range B5 is 5.
  • the number of slots requested by the terminal 105 is calculated based on the traffic volume requested by the terminal 105.
  • the number of required slots for each cluster indicates the total number of required slots for the irradiation range 200 for each cluster 210.
  • the number of assigned slots for each beam indicates the number of slots assigned by the control station 103 to the required number of slots for each beam. As shown in FIG.
  • FIG. 11 is a flowchart of a control example of the control station 103 according to the first embodiment.
  • the control station 103 determines the slot to be assigned to the irradiation range 200 by performing the control according to the flowchart shown in FIG. 11 for each slot, and notifies the relay station 101 of it. Note that the control station 103 may perform control according to the flowchart shown in FIG. 11 for each frame, determine slot assignment, and notify the relay station 101 of the determination.
  • the second transmission / reception unit 161 receives control information from the gateway 102 and stores the control information in the second storage unit 162.
  • the control information is information necessary for calculating the required number of slots in the irradiation range 200.
  • the traffic amount requested by the terminal 105, and the terminal 105 determines the gateway 102 and the relay station 101.
  • Line quality when communicating via the network The traffic monitoring unit 165 regularly aggregates the requested traffic amount requested by the terminal 105 accumulated by the second accumulation unit 162 and performs processing such as averaging the aggregated requested traffic amount.
  • the line quality monitoring unit 164 regularly aggregates the line quality of the terminal 105 accumulated by the second accumulation unit 162 and performs processing such as averaging the aggregated line quality.
  • the resource control unit 166 calculates the number of slots required for data transmission of the terminal 105 based on the requested traffic amount and the line quality, and totals the required number of slots of the terminal 105 located in each irradiation range 200. Then, the required number of slots for each irradiation range 200 is calculated (step S1).
  • the resource control unit 166 calculates the required number of slots for each cluster 210 by adding the required number of slots for each irradiation range 200 for each cluster 210 (step S2).
  • the combination of the irradiation ranges 200 constituting the cluster 210 follows a predetermined rule as shown in FIG.
  • the combination of the irradiation ranges 200 constituting the cluster 210 may be changed by the cluster control unit 167. For example, when the coverage area currently operated by the data transmission system 10 is changed, there is a possibility that the beam irradiation position may be changed. Therefore, the configuration of the cluster 210 is changed in accordance with the change of the beam irradiation position.
  • the resource control unit 166 determines the priority order of the cluster 210 for performing slot allocation determination (step S3).
  • the slot allocation determination is to determine whether or not the beam may be irradiated onto the irradiation range 200 that is a slot allocation candidate.
  • An example of a method for determining the priority order is an example in which the clusters 210 are sorted in descending order of the number of requested slots for each cluster 210, and the sorting result is used as a priority order for determining slot allocation.
  • the resource control unit 166 determines the priority order of the irradiation range 200 belonging to the cluster 210 (step S4). For example, the resource control unit 166 sorts the irradiation range 200 in the descending order of the number of requested slots, and sets the sorting result as a priority for performing slot allocation determination. If the priority is given to the order in which the number of required slots in the irradiation range 200 is large, the probability of insufficient slot allocation in the irradiation range 200 can be reduced. That is, the priority order for determining the slot assignment for each cluster 210 and each irradiation range 200 is determined.
  • the resource control unit 166 After determining the priority for each cluster 210 and each irradiation range 200, the resource control unit 166 performs slot allocation determination for the irradiation range 200 having a high priority (step S5).
  • the beam is irradiated to the adjacent irradiation range 200 at the same time and the same frequency. Beam interference increases between the irradiation ranges 200. For this reason, the resource control unit 166 makes it impossible to assign a slot to the irradiation range 200. In this case, slot allocation determination is performed using the irradiation range 200 having the next highest priority as an allocation candidate.
  • slot assignment information The information on the slot assigned to the irradiation range 200 determined by the slot assignment determination is referred to as slot assignment information.
  • the control station 103 After determining the irradiation range 200 to be assigned to each slot, the control station 103 notifies the relay station 101 of control information including slot assignment information.
  • the control unit 150 stores the control information in the first storage unit 152.
  • the exchange control unit 154 generates information used for distribution to the irradiation range 200 where the exchange unit 120 irradiates the beam according to the slot allocation information, and transmits the information to the exchange unit 120.
  • the beam forming control unit 155 generates information used by the beam forming unit 130 to form a beam, and notifies the beam forming unit 130 of this information.
  • the information generated by the exchange control unit 154 is switch information that controls the switch unit of the channelizer.
  • the information generated by the beam forming control unit 155 may be determined according to the means for forming the beam.
  • the means for forming the beam include a means for forming the beam with a single feed and a plurality of feeds for the beam.
  • the irradiation range 200 for irradiating the beam is switched in slot units, so that the gateway 102, the relay station 101, and the terminal 105 synchronize the time with the control station 103 and the slot determined by the control station 103. It is necessary to perform data transmission according to the allocation information. For this reason, the control unit 150 includes a first time management unit 153, and the control station 103 includes a second time management unit 163.
  • the control station 103, the relay station 101, the gateway 102, and the terminal 105 may each receive a satellite positioning system signal and manage the time, or the control station 103 and the relay station 101 may The time may be synchronized by synchronizing the time and transmitting a notification signal including time information to the gateway 102 and the terminal 105 by the relay station 101.
  • one irradiation range 200 belongs to a plurality of clusters 210, and control is performed.
  • the station 103 determines the irradiation range 200 irradiated in each slot for each cluster 210, and enables data to be transmitted from the plurality of clusters 210 to the arbitrary irradiation range 200. Therefore, when there is a cluster 210 having an insufficient number of slots while irradiating the beam in units of clusters 210, the insufficient slots can be allocated to the irradiation range 200 belonging to the plurality of clusters 210.
  • one irradiation range 200 belongs to a plurality of clusters 210, and the control station 103 determines the irradiation range 200 to be irradiated in each slot for each cluster 210, and a plurality of clusters to an arbitrary irradiation range 200. It was possible to transmit data from 210. However, the position where the relay station 101 shown in the first embodiment irradiates the irradiation range 200 is selected from a fixed arrangement so that a plurality of beams do not overlap, so the positions where the beams are irradiated are limited.
  • the signal to interference noise power ratio (SINR) of the beam irradiated by the relay station 101 is used. Ratio) is lower than when the terminal 105 is in the center of the irradiation range 200. For this reason, when the relay station 101 modulates a signal, it is necessary to use a transmission method with a low channel quality that lowers the coding rate, resulting in a decrease in frequency utilization efficiency.
  • SINR signal to interference noise power ratio
  • the coordinates for beam irradiation are subdivided, and the frequency utilization efficiency is improved by determining the center coordinates for beam irradiation so as to maximize the system throughput based on information such as the position of the terminal 105. To do.
  • the data transmission system 10 a includes a control station 103 a instead of the control station 103 of the data transmission system 10.
  • the control station 103 a includes a resource control unit 166 a instead of the resource control unit 166.
  • Other configurations are the same as those of the data transmission system 10.
  • constituent elements having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
  • the illustration of the data transmission system 10a is omitted.
  • the procedure in which the resource control unit 166a determines the beam irradiation position in each slot is different from that in the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the positional relationship between the cluster 210 and the irradiation range 200 according to the second embodiment.
  • the distance between the irradiation ranges 200 is expressed using a distance w2, and is expressed more finely than the distance w1 of the first embodiment. That is, the number of beam irradiation candidates shown in FIG. 8 is eight, which is the same as the number of beams in the cluster 210, whereas in FIG. 12, the beam irradiation is performed depending on the width value of the distance w2. The number of position candidates can be increased. Note that the particle size of the distance w2 depends on the formation accuracy of the irradiation range 200 of the beam forming unit 130, but high-precision beam formation is possible with digital beam forming.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the position and beam pattern of the terminal 105 according to the second embodiment.
  • the terminal 105 located at the position 301 cannot receive data with the maximum SINR of the beam. For this reason, the received power of the terminal 105 is reduced, communication is performed with a modulation scheme and coding rate with relatively low channel quality, and the frequency utilization efficiency of the terminal 105 is reduced.
  • the present embodiment as shown in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the position and beam pattern of the terminal 105 according to the second embodiment.
  • the resource control unit 166a determines the coordinate 308 of the beam center so that the null point of the beam pattern 304 matches the position 301 where the SINR of the beam pattern 303 is maximum.
  • the null point means a point at which the beam gain decreases. Accordingly, although the SINR of the beam pattern 304 slightly decreases at the position 302, the interference between the beam pattern 303 and the beam pattern 304 at the position 301 can be significantly reduced.
  • the beam pattern 303 and the beam pattern 304 are described in the form of the same beam pattern.
  • the beam pattern 304 is set so that the null point coincides at the position 301 where the SINR of the beam pattern 303 is maximum. You may change the shape.
  • the control station 103a notifies the relay station 101 of the irradiation position of the beam and the position of the null point, and the beam forming unit 130 of the relay station 101 forms the beam so that the null point faces the designated position. realizable.
  • the second transmission / reception unit 161 transmits the center coordinates and the null point determined by the resource control unit 166a to the relay station 101.
  • FIG. 15 is a flowchart of a control example of the control station 103a according to the second embodiment.
  • the resource control unit 166 calculates the number of required slots for each irradiation range 200
  • the resource control unit 166a calculates the number of required slots for each beam position.
  • the beam position is a position for each distance w2, which is the resolution of the central coordinates of the irradiation range 200 shown in FIG. 12, and in the example of FIG. This is the total number of requested slots of the terminal 105 to be used.
  • the resource control unit 166a calculates the total number of requested slots at the beam position for each cluster 210 (step S12), and determines the slot allocation determination priority for each cluster 210 in the same manner as in the first embodiment (step S13). ).
  • the resource control unit 166a determines the priority for each beam position in the cluster 210 (step S14).
  • the resource control unit 166a performs slot allocation determination for the beam position that is an allocation candidate in accordance with the priority order (step S15).
  • the first embodiment can determine whether or not the adjacent irradiation range 200 has been assigned. However, in this embodiment, the resource control unit 166a is used to subdivide the beam irradiation position. Determines the slot assignment so that the channel quality, that is, the SINR is maximized after estimating the amount of interference between the beams from the distance between the beam pattern and the assigned irradiation range 200.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a beam position according to the second embodiment.
  • the beam position is determined in one dimension with the distance w2 as shown in FIG. 14, but may be determined in two dimensions with the distance w2 and the distance w3 as shown in FIG. .
  • the beam position is determined in one dimension with the distance w2 as shown in FIG. 14, but may be determined in two dimensions with the distance w2 and the distance w3 as shown in FIG. .
  • the beam position is determined in one dimension with the distance w2 as shown in FIG. 14, but may be determined in two dimensions with the distance w2 and the distance w3 as shown in FIG. .
  • transmitting with different polarizations in the irradiation range 1-1 and the irradiation range 2-1 or by transmitting at different frequencies in the irradiation range 1-1 and the irradiation range 2-1 Even when the center position of the irradiation range 200 is changed, no interference occurs between the irradiation ranges 200.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating another example of the beam position according to the second embodiment.
  • a plurality of beams may be simultaneously irradiated on the same coordinates.
  • data can be transmitted with twice the transmission capacity.
  • the control station 103a subdivides the center coordinates for irradiating the beam, and determines the center coordinates so as to maximize the system throughput based on information such as the position of the terminal 105. It was decided to. Therefore, it is possible to improve the frequency utilization efficiency as compared with the case where the center coordinates are limited. As a result, it is possible to suppress a decrease in time efficiency and a decrease in frequency utilization efficiency for data transmission.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

本発明にかかる中継局（１０１）は、複数のビームによりそれぞれ複数の照射範囲を照射可能であり、照射範囲のうちの２つ以上でクラスタを形成し、クラスタ単位で照射範囲に割当てられたスロットを示す割当情報に基づいてビームを照射するビーム形成部（１３０）を備え、１つの照射範囲は複数のクラスタに属することを特徴とする。

Description

中継局、制御局、データ伝送システムおよびデータ伝送方法
　本発明は、送信局から受信局へのデータを中継する中継局、該中継局を制御する制御局、データ伝送システムおよびデータ伝送方法に関する。
　セルごとに基地局を設けて各基地局がセル内の携帯電話などの通信機能を有する端末と通信するセルラシステムは、ユーザ数の増大およびコンテンツの高度化に伴い、要求される伝送容量が増大している。伝送容量を増大させるための１つの方法として、セルラシステムでは、セル間の干渉が大きい隣り合う基地局同士では互いに異なる周波数を利用し、セル間の干渉が十分に小さい基地局間では同一周波数を利用する周波数繰り返しによって利用可能総帯域を増大させる方法が用いられる。また、近年のセルラシステムでは、従来の周波数に加えて、ミリ波などの従来よりも高い周波数帯を利用することで、周波数の広帯域化が検討されている。また、セルラシステムでは、狭域のマルチビームを用いてセルを構成して、信号対雑音比を向上させて多値化伝送によって通信することが検討されている。また、宇宙空間で動作する人工衛星等を用いて、地球上の船舶または航空機などに備わる端末と２点間で通信を行う衛星通信システムでは、伝送容量の増大化を実現するため、人工衛星がビーム間の干渉が十分に小さい地域で同一の周波数または同一の偏波を再利用してデータ伝送を行うマルチビーム化が用いられている。
　セルラシステムおよび衛星通信システムでは、マルチビーム化により周波数繰り返しの効果が増大し、データの伝送容量の増大化が期待できる。一方、マルチビーム化すると、基地局、人工衛星および中継局などの送信機は、端末に照射するマルチビームを同時に形成する必要があるため、マルチビームの送信にかかる周波数変換器および増幅器の個数が増大し、重量、消費電力、およびコストが増大するという問題がある。非特許文献１は、複数の送信先のビームを時間領域で切り替えるビームホッピング方式を開示する。ビームホッピング方式は、カバレッジエリアを覆う複数のビームを用いてクラスタと呼ばれるグループを作成し、クラスタ内で送信先のビームを時間領域で切り替える、いわゆる時分割照射を行う方式である。ビームホッピング方式における時分割照射の制御の周期は、フレーム単位で行う。また、ビームホッピング方式では、フレームを分割して生成されるスロット毎に照射するビームを変更する。つまり、ビームホッピング方式を用いることで、制御周期において、１クラスタが１フレーム分のビームを照射するため、送信機が端末に同時に照射するビームの数は、クラスタの数と同じ数となり、全てのビームを端末に同時照射する場合と比較して、ビームの送信にかかる周波数変換器および増幅器の個数の増大を抑制することができる。
Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｉｄｅｏ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ　（ＤＶＢ）　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，　Ｎｅｗｓ　Ｇａｔｈｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ；　Ｐａｒｔ　２　－　Ｓ２　Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ　（ＤＶＢ－Ｓ２Ｘ）
　しかしながら、非特許文献１に記載のビームホッピング方式は、クラスタ内において時間領域で切り替えて照射することから、クラスタ単位の伝送容量の最大値は、１ビームを常時照射した場合の伝送容量となる。送信機のカバレッジエリア内で端末が偏在している場合、クラスタ間で端末が要求する要求トラヒック量に偏りが生じる場合がある。この場合、要求トラヒック量がクラスタあたりの最大伝送容量を超過するクラスタではスロットの割当不足が生じる。一方、要求トラヒック量が最大伝送容量を下回るクラスタでは割当スロットの余剰が生じる。このため、割当スロットの余剰が生じているクラスタが存在するにもかかわらず、最大伝送容量を超過する分を、別の制御周期でビームを照射することとなり、データの送信にかかる時間効率、および周波数の利用効率が低下する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、データの送信にかかる時間効率の低下および周波数の利用効率の低下を抑制する中継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、本発明にかかる中継局は、複数のビームによりそれぞれ複数の照射範囲を照射可能であり、照射範囲のうちの２つ以上でクラスタを形成し、クラスタ単位で照射範囲に割当てられたスロットを示す割当情報に基づいてビームを照射するビーム形成部を備え、１つの照射範囲は複数のクラスタに属することを特徴とする。
　本発明にかかる中継局は、データの送信にかかる時間効率の低下および周波数の利用効率の低下を抑制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の例を示す図 実施の形態１にかかるフレームを示す図 実施の形態１にかかる中継局の機能ブロックを示す図 実施の形態１にかかる制御部の機能ブロックを示す図 実施の形態１にかかる制御局の機能ブロックを示す図 実施の形態１にかかる制御回路を示す図 実施の形態１にかかる中継局がカバーする照射範囲の配置例を示す図 実施の形態１にかかる照射範囲とクラスタとの関係の例を示す図 実施の形態１にかかる端末の位置およびビームパタンの例を示す図 実施の形態１にかかるスロット割り当ての例を示す図 実施の形態１にかかる制御局の制御例を示すフローチャート 実施の形態２にかかるクラスタと照射範囲との位置関係の例を示す図 実施の形態２にかかる端末の位置およびビームパタンの例を示す図 実施の形態２にかかる端末の位置およびビームパタンの別の例を示す図 実施の形態２にかかる制御局の制御例を示すフローチャート 実施の形態２にかかるビーム位置の例を示す図 実施の形態２にかかるビーム位置の別の例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる中継局、制御局、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、実施の形態１にかかるデータ伝送システムの構成の例を示す図である。データ伝送システム１０は、例えば、セルラシステムまたは衛星通信システムである。データ伝送システム１０は、中継局１０１と、ゲートウェイ１０２－１と、ゲートウェイ１０２－２と、制御局１０３とを備える。図１において点線は、無線で通信していることを示し、実線は有線で通信していることを示す。ゲートウェイ１０２－１およびゲートウェイ１０２－２は、公衆網１０４と接続し、データ伝送システム１０の外部の図示しない他の通信システムのサービスを、インターネットおよび中継局１０１を介して端末１０５に提供する。なお、他の通信システムのサービスを利用せず、データ伝送システム１０の内部で通信が完結する場合、ゲートウェイ１０２－１およびゲートウェイ１０２－２は、公衆網１０４と接続しなくてもよい。また、図１では、ゲートウェイは２台設置されているが、２台に限定されず、冗長化のために複数台設置されてもよい。ゲートウェイ１０２－１およびゲートウェイ１０２－２のそれぞれを区別せずに示すときは、ゲートウェイ１０２と称する。制御局１０３は、中継局１０１が行うビームホッピングの動作を制御する。
　照射範囲２０１－１～２０１－ｐおよび照射範囲２０２－１～２０２－ｑは、中継局１０１が照射可能な各ビームの地表における照射範囲を示している。中継局１０１は、照射範囲２０１－１～２０１－ｐで構成されるクラスタ２１０－１を形成する。同様に、中継局１０１は、照射範囲２０２－１～２０２－ｑで構成されるクラスタ２１０－２を形成する。照射範囲２０１－１～２０１－ｐおよび照射範囲２０２－１～２０２－ｑのそれぞれを区別せずに示すときは、照射範囲２００と称する。なお、照射範囲２００の数は照射範囲２０１－１～２０１－ｐおよび照射範囲２０２－１～２０２－ｑに記載される数に限定されない。また、本実施の形態では、クラスタ２１０－１およびクラスタ２１０－２を記載しているが、クラスタの数は２つに限定されない。クラスタ２１０－１およびクラスタ２１０－２のそれぞれを区別せずに示すときは、クラスタ２１０と称する。
　端末１０５－１は、照射範囲２０１－１に在圏し、中継局１０１は、照射範囲２０１－１へビームを照射して端末１０５－１にデータを送信する。同様に、端末１０５－ｒは、照射範囲２０１－ｐに在圏し、中継局１０１は、照射範囲２０１－ｐへビームを照射して端末１０５－ｒにデータを送信する。端末１０５－１～１０５－ｒのそれぞれを区別せずに示すときは、端末１０５と称する。なお、図１では照射範囲２０１－１に端末１０５－１のみが配置されているが、照射範囲２０１－１に複数の端末１０５が配置されていてもよい。なお、データ伝送システム１０がセルラシステムである場合、中継局１０１および制御局１０３を合わせた装置が基地局となる。また、データ伝送システム１０が衛星通信システムである場合、中継局１０１は、人工衛星に搭載される中継器となる。
　図２は、実施の形態１にかかるフレームを示す図である。本実施の形態では、１フレームあたりのスロット数を１０個とする。なお、本実施の形態では１フレームのスロット数は１０個に限定されない。ビームホッピング方式におけるクラスタ２１０毎の時分割照射の制御周期は、図２に示すフレーム単位で行う。また、中継局１０１は、フレームを分割するスロット毎に照射する照射範囲２００を変更する。
　本実施の形態における中継局１０１および制御局１０３の動作について説明する。なお、ゲートウェイ１０２および端末１０５は、本実施の形態において具体的な特徴は有さず、本技術領域に従事する者であれば類推可能なものであるため詳細な構成の説明は省略する。図３は、実施の形態１にかかる中継局１０１の機能ブロックを示す図である。中継局１０１は、受信部１１０と、交換部１２０と、ビーム形成部１３０と、送信部１４０と、制御部１５０とを備える。受信部１１０は、ゲートウェイ１０２が送信したデータを受信する。交換部１２０は、フレームを分割したスロットを照射範囲２００毎に振り分ける。ビーム形成部１３０は、照射範囲２００およびクラスタ２１０を形成する。送信部１４０は、端末１０５にデータを送信する。これらの機能部の詳細な動作は後述する。
　図４は、実施の形態１にかかる制御部１５０の機能ブロックを示す図である。制御部１５０は、第１の送受信部１５１と、第１の蓄積部１５２と、第１の時刻管理部１５３と、交換制御部１５４と、ビーム形成制御部１５５と、を備える。第１の送受信部１５１は、制御局１０３が送信するデータを受信し、第１の蓄積部１５２に送信する。第１の蓄積部１５２は、第１の送受信部１５１が送信したデータを蓄積する。第１の時刻管理部１５３は、制御局１０３と時刻の同期を行う。交換制御部１５４は、交換部１２０がスロットを照射範囲２００へ振り分けるために必要なデータを生成する。ビーム形成制御部１５５は、ビーム形成部１３０が照射範囲２００を形成するために必要なデータを生成する。これらの機能部の詳細な動作は後述する。
　図５は、実施の形態１にかかる制御局１０３の機能ブロックを示す図である。制御局１０３は、第２の送受信部１６１と、第２の蓄積部１６２と、第２の時刻管理部１６３と、回線品質監視部１６４と、トラヒック監視部１６５と、リソース制御部１６６と、クラスタ制御部１６７とを備える。第２の送受信部１６１は、ゲートウェイ１０２からデータを受信し、受信したデータを第２の蓄積部１６２に送信する。第２の蓄積部１６２は、第２の送受信部１６１が送信したデータを蓄積する。また、第２の送受信部１６１は中継局１０１を制御するために必要なデータを中継局１０１に送信する。第２の送受信部１６１は送受信部とも呼ばれる。第２の時刻管理部１６３は、中継局１０１と時刻の同期を行う。回線品質監視部１６４は、端末１０５が通信する回線の回線品質を監視する。トラヒック監視部１６５は、端末１０５が要求するトラヒック量を監視する。リソース制御部１６６は、照射範囲２００毎の要求スロット数を集計する。クラスタ制御部１６７は、クラスタ２１０を構成する照射範囲２００の組み合わせを変更する。これらの機能部の詳細な動作は後述する。
　実施の形態１にかかる受信部１１０、交換部１２０、ビーム形成部１３０、送信部１４０、制御部１５０、第２の送受信部１６１、第２の蓄積部１６２、第２の時刻管理部１６３、回線品質監視部１６４、トラヒック監視部１６５、リソース制御部１６６、およびクラスタ制御部１６７は、各処理を行う電子回路である処理回路により実現される。
　本処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央演算装置）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、光ディスクなどが該当する。本処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合、この制御回路は例えば、図６に示す構成の制御回路３００となる。
　図６に示すように、制御回路３００は、ＣＰＵであるプロセッサ３００ａと、メモリ３００ｂとを備える。図６に示す制御回路３００により実現される場合、プロセッサ３００ａがメモリ３００ｂに記憶された、各処理に対応するプログラムを読みだして実行することにより実現される。また、メモリ３００ｂは、プロセッサ３００ａ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。
　中継局１０１および制御局１０３の動作について詳細に説明する。図７は、実施の形態１にかかる中継局１０１がカバーする照射範囲２００の配置例を示す図である。図７は、縦軸をｘ方向、横軸をｙ方向とする表である。照射範囲２００は、インデックスが割り振られる。例えば、図７において最も左下の照射範囲には４－１のインデックスが割り振られる。また、照射範囲２００のインデックスとして割り振られる左の値をｘ、右の値をｙと呼ぶ。ｘの値はｘ方向に進むに従って小さくなり、ｙの値はｙ方向に進むに従って大きくなる。例えば、図７において最も左下に位置する照射範囲のｘの値は４であり、ｙの値は１である。
　照射範囲２００を用いてクラスタ２１０を形成することで、データ伝送システム１０のカバレッジエリアは面的、つまり２つの独立した方向の広がりに配置される。ここで、隣接する照射範囲２００に同一時間、同一周波数、または同一偏波でビームを照射するとビームが互いに干渉し合う。このため、リソース制御部１６６は、照射範囲２００に付与したインデックスのうち、ｘの値が奇数の照射範囲２００に照射されるビームの偏波と、ｘの値が偶数の照射範囲２００に照射されるビームの偏波が直交するようにビームを割り当てる。なお、偏波は直線偏波および円偏波を含むものとする。または、リソース制御部１６６は、ｘの値が奇数の照射範囲２００とｘの値が偶数の照射範囲２００とで異なる周波数のビームを割り当てる。このようにｘの値に応じて、照射範囲２００に照射されるビームに異なる偏波または異なる周波数を割り当てることで、同一周波数または同一偏波となるビームの組み合わせはｙ方向のみとなる。このため、ビームホッピング方式を用いて時分割照射することで複数のビームの干渉が一定値以下になるような照射位置をｙ方向のみの一直線、つまり１次元的に決定することができる。また、ビーム形成部１３０は、リソース制御部１６６が割り当てた偏波および周波数のビームを端末１０５に照射する。
　図８は、実施の形態１にかかる照射範囲２００とクラスタ２１０との関係の例を示す図である。本実施の形態では、１つの照射範囲２００が複数のクラスタ２１０に属する場合がある。図８では、照射範囲２００をそれぞれ照射範囲Ｂ１～Ｂ１６として示す。また、図８では、クラスタＣ１～Ｃ３が存在し、クラスタ２１０は、それぞれ８つの照射範囲２００を含むことによって形成されている。照射範囲Ｂ１～Ｂ８はクラスタＣ１に属する。照射範囲Ｂ５～Ｂ１２はクラスタＣ２に属する。照射範囲Ｂ９～Ｂ１６はクラスタＣ３に属する。つまり、照射範囲Ｂ５～Ｂ８は、クラスタＣ１およびクラスタＣ２の２つのクラスタに属している。また、照射範囲Ｂ９～Ｂ１２は、クラスタＣ２およびクラスタＣ３の２つのクラスタに属している。なお、図８で示したクラスタ２１０の構成は、クラスタ２１０に属する照射範囲２００の数、またはクラスタ２１０間で重複する照射範囲２００の数が全て同じになっているが、一例であり、クラスタ２１０に属する照射範囲２００の数、またはクラスタ２１０間で重複する照射範囲２００の数はクラスタ２１０毎に異なる値であってもよい。また、距離ｗ１は、照射範囲２００間の距離を示す。本実施の形態では、照射範囲２００間の距離ｗ１は照射範囲２００が互いにオーバラップしないような固定的な距離となる。なお、図８では、照射範囲Ｂ１～Ｂ１６を一直線に配置した場合を示しているが、これに限らず、照射範囲Ｂ１～Ｂ１６を曲線的な軌道に沿うように直列に配置してクラスタ２１０を形成しても構わない。
　図９は、実施の形態１にかかる端末１０５の位置およびビームパタンの例を示す図である。図９において、位置３０１および位置３０２は、端末１０５の位置を示す。ビームパタン３０３およびビームパタン３０４は、中継局１０１が送信するビームのビームパタンを示す。また、座標３０５および座標３０６は、照射範囲２００の中心座標を示す。本実施の形態では、中継局１０１が照射するビームの位置は、照射範囲２００の中心座標に限定する。
　図１０は、実施の形態１にかかるスロット割り当ての例を示す図である。図１０は、図８に示すクラスタ２１０の構成におけるスロット割り当ての例である。図１０は、ビーム番号と、ビーム毎の要求スロット数と、クラスタ番号と、クラスタ毎の要求スロット数と、ビーム毎の割り当てスロット数とを含む。１フレームあたりのスロット数は図２に記載されるフレームと同様に１０とする。ビーム番号は、図８に示される照射範囲Ｂ１～Ｂ１６と同様の番号である。クラスタ番号は、図８に示されるクラスタＣ１～Ｃ３の番号である。また、１クラスタには、制御周期あたりに図２に示される１フレーム、つまり１０スロットが割り当てられるものとする。ビーム毎の要求スロット数は、照射範囲２００に在圏する端末１０５が要求するスロットの数を示す。例えば、照射範囲Ｂ１に在圏する端末１０５が要求するスロット数は１であり、照射範囲Ｂ５に在圏する端末１０５が要求するスロット数は５である。端末１０５が要求するスロットの数は、端末１０５が要求するトラヒック量を基に算出される。クラスタ毎の要求スロット数は、クラスタ２１０毎の照射範囲２００の要求スロット数の総和を示す。ビーム毎の割り当てスロット数は、ビーム毎の要求スロット数に対し制御局１０３が割り当てたスロット数を示す。図１０に示すようにクラスタＣ２が、クラスタＣ１またはクラスタＣ３に属する照射範囲Ｂ５～Ｂ１２を含むことで、クラスタＣ１の要求スロット数が１０よりも多い場合、クラスタＣ２に属する照射範囲Ｂ５～Ｂ８にクラスタＣ１が不足する数分のスロットを割り当てることで、クラスタＣ１が不足する割り当てスロット数を充足することができる。
　図１１は、実施の形態１にかかる制御局１０３の制御例を示すフローチャートである。制御局１０３は、図１１に示すフローチャートによる制御をスロット毎に行うことにより、照射範囲２００に割り当てるスロットを決定し、中継局１０１に通知する。なお、制御局１０３は、フレーム毎に図１１に示すフローチャートによる制御を行い、スロットの割り当てを決定し、中継局１０１に通知してもよい。
　第２の送受信部１６１は、ゲートウェイ１０２から制御情報を受信し、第２の蓄積部１６２に制御情報を蓄積する。制御情報とは、照射範囲２００の要求スロット数を算出するために必要な情報であり、具体的には、端末１０５が要求しているトラヒック量と、端末１０５がゲートウェイ１０２と中継局１０１とを介して通信する際の回線品質とを含む。トラヒック監視部１６５では、第２の蓄積部１６２が蓄積した端末１０５が要求する要求トラヒック量を定常的に集計し、集計した要求トラヒック量の平均化などの処理を行う。回線品質監視部１６４は、第２の蓄積部１６２が蓄積した端末１０５の回線品質を定常的に集計し、集計した回線品質の平均化などの処理を行う。リソース制御部１６６は、要求トラヒック量と回線品質とに基づいて、端末１０５のデータ伝送に要するスロット数を計算するとともに、各照射範囲２００に在圏する端末１０５の所要スロット数を合計することで、照射範囲２００毎の要求スロット数を算出する（ステップＳ１）。
　リソース制御部１６６は、照射範囲２００毎の要求スロット数をクラスタ２１０毎に合算することでクラスタ２１０毎の要求スロット数を算出する（ステップＳ２）。ここで、クラスタ２１０を構成する照射範囲２００の組み合わせは、図８に示されるように予め決められたルールに従う。また、クラスタ制御部１６７によって、クラスタ２１０を構成する照射範囲２００の組み合わせを変更してもよい。例えば、データ伝送システム１０が現在運用しているカバレッジエリアを変更するとき、ビームを照射する位置が変わる可能性があるため、ビームを照射する位置の変更に併せてクラスタ２１０の構成を変更する。クラスタ２１０毎の要求スロット数を算出すると、リソース制御部１６６は、スロット割当判定を行うためのクラスタ２１０の優先順位を決定する（ステップＳ３）。ここで、スロット割当判定とはスロットの割当候補となる照射範囲２００へビームを照射してもよいか否かを判定することである。優先順位の決定方法は、例えば、クラスタ２１０毎の要求スロット数が多い順にクラスタ２１０をソートし、ソート結果を、スロット割当判定を行うための優先順位とする例が挙げられる。クラスタ２１０の要求スロット数が多い順を優先順位とすることで、クラスタ２１０でスロットの割当不足が生じる確率を低減することができる。リソース制御部１６６は、クラスタ２１０に属する照射範囲２００の優先順位を決定する（ステップＳ４）。例えば、リソース制御部１６６は、照射範囲２００の要求スロット数が多い順にソートし、ソート結果を、スロット割当判定を行うための優先順位とする例が挙げられる。照射範囲２００の要求スロット数が多い順を優先順位すれば照射範囲２００でスロットの割当不足が生じる確率を低減することができる。つまり、クラスタ２１０毎、照射範囲２００毎にスロット割当判定を行うための優先順位が決定される。
　クラスタ２１０毎および照射範囲２００毎の優先順位の決定後、リソース制御部１６６は、優先順位の高い照射範囲２００に対してスロット割当判定を行う（ステップＳ５）。ある照射範囲２００の隣接で、異なるクラスタ２１０に属する別の照射範囲２００が同一スロットに既に割り当てられている場合は、同一時間および同一周波数で隣接する照射範囲２００へビームを照射することになり、照射範囲２００間でビームの干渉が大きくなる。このため、リソース制御部１６６は、この照射範囲２００にスロットを割り当てることを不可とする。この場合、次に優先度の高い照射範囲２００を割当候補とし、スロット割当判定を行う。また、割当可能となったら次に優先度の高いクラスタ２１０に属する照射範囲２００に対して割当判定を行う。全てのクラスタ２１０に対して割当判定を行った場合、処理を終了する。スロット割当判定によって決定された、照射範囲２００に割り当てるスロットの情報をスロット割当情報と呼ぶ。
　各スロットに割り当てる照射範囲２００の決定後、制御局１０３は、中継局１０１に対してスロット割当情報を含む制御情報を通知する。制御部１５０は、第１の送受信部１５１で制御情報を受信すると、第１の蓄積部１５２に制御情報を蓄積する。また、交換制御部１５４は、スロット割当情報に従い、交換部１２０がビームを照射する照射範囲２００へ振り分けるために用いる情報を生成し、交換部１２０に送信する。また、ビーム形成制御部１５５は、ビーム形成部１３０がビームを形成するために用いる情報を生成し、この情報をビーム形成部１３０に通知する。ここで、交換制御部１５４が生成する情報は、交換部１２０がチャネライザであれば、チャネライザのスイッチ部を制御するスイッチ情報とする。また、ビーム形成制御部１５５が生成する情報は、ビームを形成する手段に応じて決めればよく、ビームを形成する手段は、例えば、ビームを単一のフィードで形成する手段、ビームを複数のフィードで形成する手段、アナログフェーズドアレーを用いる手段、またはデジタルビームフォーミングを用いる手段が挙げられる。
　なお、本実施の形態ではビームを照射する照射範囲２００をスロット単位で切り替えることからゲートウェイ１０２、中継局１０１、および端末１０５は時間を制御局１０３と同期して、制御局１０３が決定したスロットの割当情報に従ってデータ伝送を行う必要がある。このため、制御部１５０は第１の時刻管理部１５３を備え、制御局１０３は第２の時刻管理部１６３を備える。時刻管理の方法は、例えば、制御局１０３、中継局１０１、ゲートウェイ１０２および端末１０５がそれぞれ、衛星測位システムの信号を受信して時刻を管理してもよいし、制御局１０３と中継局１０１が時刻の同期をとり、中継局１０１が時刻情報を含む報知信号をゲートウェイ１０２および端末１０５に送信することで時刻を同期してもよい。
　以上説明したように、本実施の形態にかかるデータ伝送システム１０は、端末１０５が中継局１０１を介してデータを伝送する過程において、１つの照射範囲２００が複数のクラスタ２１０に属するようにし、制御局１０３が各スロットで照射される照射範囲２００をクラスタ２１０毎に決定し、任意の照射範囲２００へ複数のクラスタ２１０からデータを伝送することを可能にした。したがって、クラスタ２１０単位でビームを照射しつつ、スロット数が不足しているクラスタ２１０がある場合に、複数のクラスタ２１０に属する照射範囲２００に不足分のスロットを割り当てることができる。このため、本実施の形態では、中継局１０１のビームの送信にかかる周波数変換器および増幅器の個数の増大を抑制しつつ、各照射範囲２００に対し所望のスロット数を割り当てることができる。このため、中継局１０１のデータの送信にかかる時間効率の低下および周波数の利用効率の低下を抑制することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、１つの照射範囲２００が複数のクラスタ２１０に属し、制御局１０３は、各スロットで照射される照射範囲２００をクラスタ２１０毎に決定し、任意の照射範囲２００へ複数のクラスタ２１０からデータを伝送することを可能にした。しかし、実施の形態１で示した中継局１０１が照射範囲２００に照射する位置は、複数のビームがオーバラップしないように固定配置から選択するため、ビームを照射する位置は限定されている。このため、端末１０５が一方の照射範囲２００と他方の照射範囲２００との境界に在圏する場合は、中継局１０１が照射するビームの信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ：Signal　to　Interference　and　Noise　power　Ratio）は端末１０５が照射範囲２００の中心に在圏する場合よりも低下する。このため、中継局１０１が信号を変調する時に、符号化率を下げるような回線品質の低い伝送方式を用いる必要が生じ、周波数利用効率の低下を招く。本実施の形態では、ビームを照射する座標を細分化し、端末１０５の位置などの情報をもとにシステムスループットが最大化するようにビームを照射する中心座標を決定することで周波数利用効率を改善する。
　実施の形態２にかかるデータ伝送システム１０ａは、データ伝送システム１０の制御局１０３の代わりに制御局１０３ａを備える。また、制御局１０３ａはリソース制御部１６６の代わりにリソース制御部１６６ａを備える。その他の構成はデータ伝送システム１０と同様である。なお、本実施の形態において実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、データ伝送システム１０ａの図示は省略する。本実施の形態では、リソース制御部１６６ａが各スロットでビームの照射位置を決定する手順が実施の形態１と異なる。
　図１２は、実施の形態２にかかるクラスタ２１０と照射範囲２００との位置関係の例を示す図である。本実施の形態では、図１２に示すように照射範囲２００間の距離を、距離ｗ２を用いて表し、実施の形態１の距離ｗ１よりも細分化して表す。すなわち、図８に示されるビームを照射する位置の候補は、クラスタ２１０のビームの数と同じ数の８通りのであったのに対し、図１２では距離ｗ２の幅の値次第でビームを照射する位置の候補数を増加させることができる。なお、距離ｗ２の粒度は、ビーム形成部１３０の照射範囲２００の形成精度に依存するが、デジタルビームフォーミングであれば高精度なビーム形成が可能となる。
　ビームの照射位置を細分化することによる効果について説明する。図１３は、実施の形態２にかかる端末１０５の位置およびビームパタンの例を示す図である。図９では、ビームの照射位置は、ビームの中心座標に限定されているため、位置３０１に位置する端末１０５は、ビームの最大のＳＩＮＲでデータを受信することができない。このため、端末１０５の受信電力が低下し、回線品質が相対的に低い変調方式と符号化率で通信することとなり、端末１０５の周波数利用効率が低下していた。本実施の形態では図１３に示すように、リソース制御部１６６ａは、距離ｗ２の粒度でビームを照射する位置を細分化するため、位置３０１および位置３０２において端末１０５がビームの最大のＳＩＮＲでデータを受信できるビームの中心座標である座標３０７および座標３０６を選択することができる。このため、本実施の形態では位置３０１に位置する端末１０５の受信電力を改善し、端末１０５の周波数利用効率を向上することができる。
　図１４は、実施の形態２にかかる端末１０５の位置およびビームパタンの別の例を示す図である。リソース制御部１６６ａは、図１４に示すようにビームパタン３０４のヌル点がビームパタン３０３のＳＩＮＲが最大となる位置３０１と一致するようにビームの中心の座標３０８を決定する。ヌル点とは、ビームの利得が低下する点をいう。このことにより、位置３０２ではビームパタン３０４のＳＩＮＲが若干低下するものの、位置３０１におけるビームパタン３０３とビームパタン３０４との干渉を大幅に低減することができる。なお、図１４では、ビームパタン３０３およびビームパタン３０４は、同一のビームパタンの形で記載しているが、ビームパタン３０３のＳＩＮＲが最大となる位置３０１でヌル点が一致するようにビームパタン３０４の形を変更してもよい。この場合、制御局１０３ａから中継局１０１へビームの照射位置とヌル点の位置とを通知し、中継局１０１のビーム形成部１３０が指定の位置へヌル点が向くようにビームを形成することで実現できる。また、第２の送受信部１６１は、リソース制御部１６６ａが決定した中心座標およびヌル点を中継局１０１に送信する。
　制御局１０３ａの動作を説明する。図１５は、実施の形態２にかかる制御局１０３ａの制御例を示すフローチャートである。実施の形態１では、リソース制御部１６６は、照射範囲２００毎の要求スロット数を算出していたのに対し、本実施の形態では、リソース制御部１６６ａは、ビーム位置毎における要求スロット数を算出する（ステップＳ１１）。ここで、ビーム位置とは、図１２に示される照射範囲２００の中心座標の分解能である距離ｗ２毎の位置であり、図１２の例では、照射範囲２００をおよそ４分割した範囲毎に在圏する端末１０５の要求スロット数の合計となる。リソース制御部１６６ａは、クラスタ２１０毎のビーム位置での要求スロット数の合計を算出し（ステップＳ１２）、クラスタ２１０毎にスロット割当判定の優先順位を実施の形態１と同様に決定する（ステップＳ１３）。リソース制御部１６６ａは、クラスタ２１０内のビーム位置毎の優先順位を決定する（ステップＳ１４）。リソース制御部１６６ａは、優先順位に従って、割当候補となるビーム位置に対してスロット割当判定を行う（ステップＳ１５）。なお、スロット割当判定において、実施の形態１では隣接する照射範囲２００が割当済か否かで決定ができたが、本実施の形態では、ビームの照射位置を細分化するため、リソース制御部１６６ａは、ビームパタンと割当済の照射範囲２００との距離からビーム間の干渉量を推定した後に回線品質、すなわちＳＩＮＲが最大となるようにスロットの割り当てを決定する。
　図１６は、実施の形態２にかかるビーム位置の例を示す図である。実施の形態１では、ビーム位置を図１４に示すように距離ｗ２の１次元で決定していたが、図１６が示すように距離ｗ２と距離ｗ３とを用いて２次元で決定してもよい。２次元で決定する場合、照射範囲１－１と照射範囲２－１とで異なる偏波で送信する、または、照射範囲１－１と照射範囲２－１とで異なる周波数で送信することで、照射範囲２００の中心位置を変えた場合においても照射範囲２００間で干渉は生じない。
　図１７は、実施の形態２にかかるビーム位置の別の例を示す図である。図１７に示すように複数のビームを同時に同じ座標に照射してもよく、例えば、照射範囲１－３と照射範囲２－３とを異なる偏波でビームを多重伝送することで、端末１０５に対して２倍の伝送容量でデータを送信することができる。
　以上説明したように、本実施の形態では、制御局１０３ａは、ビームを照射する中心座標を細分化し、端末１０５の位置などの情報をもとにシステムスループットが最大化するように中心座標を決定することとした。したがって、中心座標が限定されている場合と比較して周波数利用効率を改善することができ、ひいては、データの送信にかかる時間効率の低下および周波数の利用効率の低下の抑制することができる。
　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。
　１－１，１－３，２－１，２－３，２００，２０１－１～２０１－ｐ，２０２－１～２０２－ｑ，Ｂ１～Ｂ１６　照射範囲、１０，１０ａ　データ伝送システム、１０１　中継局、１０２，１０２－１，１０２－２　ゲートウェイ、１０３，１０３ａ　制御局、１０４　公衆網、１０５，１０５－１～１０５－ｒ　端末、１１０　受信部、１２０　交換部、１３０　ビーム形成部、１４０　送信部、１５０　制御部、１５１　第１の送受信部、１５２　第１の蓄積部、１５３　第１の時刻管理部、１５４　交換制御部、１５５　ビーム形成制御部、１６１　第２の送受信部、１６２　第２の蓄積部、１６３　第２の時刻管理部、１６４　回線品質監視部、１６５　トラヒック監視部、１６６，１６６ａ　リソース制御部、１６７　クラスタ制御部、２１０，２１０－１，２１０－２，Ｃ１～Ｃ３　クラスタ、３００　制御回路、３００ａ　プロセッサ、３００ｂ　メモリ、３０１，３０２　位置、３０３，３０４　ビームパタン、３０５，３０６，３０７，３０８　座標、ｗ１～ｗ３　距離。

Claims (12)

  1. 　複数のビームによりそれぞれ複数の照射範囲を照射可能であり、前記照射範囲のうちの２つ以上でクラスタを形成し、前記クラスタ単位で前記照射範囲に割当てられたスロットを示す割当情報に基づいて前記ビームを照射するビーム形成部を備え、
    　１つの前記照射範囲は複数の前記クラスタに属することを特徴とする中継局。
  2. 　複数の前記クラスタが面的に配置されることによってカバレッジエリアを構成することを特徴とする請求項１に記載の中継局。
  3. 　前記カバレッジエリアは、
    　直列に配置される前記照射範囲で形成された前記クラスタを複数用いることで形成され、
    　複数の前記クラスタは、互いに異なる周波数または互いに異なる偏波の前記ビームを用いることを特徴とする請求項２に記載の中継局。
  4. 　前記ビーム形成部は、
    　互いに異なる偏波または互いに異なる周波数の前記ビームを、同一時刻および同一座標に照射することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の中継局。
  5. 　請求項１から４のいずれか１つに記載の中継局が照射するビームの偏波および周波数の割り当て、およびスロットをクラスタに割り当てる判定を行うリソース制御部と、
    　前記ビームを照射する中心座標と前記ビームのビームパタンのヌル点とを前記中継局に送信する送受信部を備えることを特徴とする制御局。
  6. 　前記制御局は、
    　前記クラスタに属する前記照射範囲の組み合わせを変更するクラスタ制御部を備えることを特徴とする請求項５に記載の制御局。
  7. 　前記リソース制御部は、
    　端末の位置に基づいて照射される前記ビームの信号対干渉雑音電力比が最大となるように前記中心座標を決定することを特徴とする請求項５または６に記載の制御局。
  8. 　前記リソース制御部は、
    　一方の端末に照射するビームのヌル点が他方の端末に照射するビームの信号対干渉雑音電力比が最大となる位置と一致するように、前記一方の端末のビームの前記中心座標を決定することを特徴とする請求項５または６に記載の制御局。
  9. 　前記リソース制御部は、
    　一方の端末に照射するビームのヌル点が他方の端末に照射するビームの信号対干渉雑音電力比が最大となる位置と一致するように、前記一方の端末の前記ビームパタンを変更させること特徴とする請求項５または６に記載の制御局。
  10. 　請求項１から４のいずれか１つに記載の中継局と、
    　請求項５から９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。
  11. 　制御局による制御により中継局がビームを照射することで端末にデータを送信するデータ伝送方法であって、
    　前記中継局が、複数のビームによりそれぞれ複数の照射範囲を照射可能であり、前記照射範囲のうちの２つ以上でクラスタを形成し、前記クラスタ単位で前記照射範囲に割当てられたスロットを示す割当情報に基づいて前記ビームを照射する第１のステップを含み、
    　１つの前記照射範囲は複数の前記クラスタに属することを特徴とするデータ伝送方法。
  12. 　前記制御局が、前記中継局が照射するビームの偏波および周波数の割り当て、およびスロットをクラスタに割り当てる判定を行う第２のステップと、
    　前記制御局が、前記ビームを照射する中心座標と前記ビームのビームパタンのヌル点とを前記中継局に送信する第３のステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項１１に記載のデータ伝送方法。
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