WO2022137564A1 - 無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラム - Google Patents

無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラム Download PDF

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WO2022137564A1
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signal
wireless communication
unit
transmission
communication device
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喜代彦 糸川
康義 小島
大介 五藤
一光 坂元
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日本電信電話株式会社
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    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication device, a wireless communication system, a wireless communication method, and a program.
  • the IoT (Internet of Things) system that realizes various applications by connecting a small terminal device to the Internet is widespread.
  • IoT Internet of Things
  • a system is known in which a plurality of IoT terminals sense environmental information such as temperature, room temperature, acceleration, and luminosity, transmit it as a wireless signal, and collect environmental information on the cloud side.
  • IoT terminals equipped with various sensors are installed in various places. For example, it is expected that IoT will be used to collect data on places where it is difficult to install base stations, such as buoys and ships on the sea, and mountainous areas.
  • a wireless system that performs wireless communication between multiple communication devices on the ground using a communication satellite or UAV (Unmanned Aerial Vehicle) as a relay station.
  • a radio system using a communication satellite as a relay station a low earth orbit satellite (LEO: Low Earth Orbit) orbiting at an altitude of around 1,000 [km] is used, and an altitude of 36,000 [km] is orbiting.
  • Geostationary Orbit (GEO) may be used.
  • Low earth orbit satellites have a shorter propagation distance than geostationary satellites. Therefore, when a low earth orbit satellite is used as a relay station, it is possible to realize communication with low delay and low propagation loss.
  • low earth orbit satellites orbit over the earth, so the direction of the satellite as seen from the communication equipment on the ground constantly changes.
  • the visible time per orbit of a low earth orbit satellite in each communication device on the ground is about 10 minutes or less. Therefore, the time zone in which the low earth orbit satellite and each communication device on the ground can communicate is limited.
  • LPWA Low Power Wide Area
  • LPWA Low Power Wide Area
  • a satellite IoT system in which a communication satellite collects data from an IoT terminal using LPWA is being studied.
  • wireless communication between a communication satellite and a terrestrial communication device has a longer propagation distance than wireless communication in which direct communication is performed between a plurality of terrestrial communication devices.
  • the use of low earth orbit satellites makes it possible to apply LPWA.
  • IoT terminals in the aviation field, the ship field, and the rural area, which was difficult with ordinary LPWA alone. Further, in this case, since a hub station is not required, service development becomes easy.
  • the communication device mounted on the communication satellite is mainly supplied with power by a solar cell, and the power that can be consumed is limited.
  • a technique for reducing the power consumption of a communication device mounted on a communication satellite has been conventionally studied (see, for example, Patent Document 1).
  • the power supply capacity may be limited because the device is required to be smaller, lighter, and simpler.
  • long-term driving is required, low power consumption is required.
  • the transmission output required for transmitting a signal from the IoT terminal to the low earth orbit satellite depends on the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite. For example, the closer the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite, the smaller the transmission output can be used to transmit and receive signals.
  • the signal is transmitted with a constant transmission output regardless of the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite.
  • a signal is transmitted with a transmission output large enough to transmit and receive a signal even if the distance between the ground station and the satellite station is long. Therefore, conventionally, when the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite is short, the signal is transmitted with an unnecessarily large transmission output, so that there is a problem that power is wasted.
  • an object of the present invention is to provide a wireless communication device, a wireless communication system, a wireless communication method, and a program capable of suppressing power consumption.
  • One aspect of the present invention is a transmission unit that transmits a signal to another wireless communication device mounted on a mobile body, and the transmission unit starts transmission of the signal at a timing capable of communicating with the other wireless communication device.
  • the timing control unit acquires the orbital information indicating the orbital orbit and the self-position information indicating the self-position of the moving body, and the self-position and the moving body at the timing are based on the orbit information and the self-position information.
  • One aspect of the present invention is a wireless communication system including a first wireless communication device, a relay device mounted on a mobile body, and a second wireless communication device, wherein the first wireless communication device is the relay.
  • a first signal transmission unit that transmits the first signal to the device, a timing control unit that starts transmission of the first signal by the first signal transmission unit at a timing communicable with the relay device, and an orbit of the moving body.
  • a distance that acquires the orbit information indicating the orbit and the self-position information indicating the self-position, and calculates the positional relationship between the self-position and the position of the moving body at the timing based on the orbit information and the self-position information.
  • the relay device includes a calculation unit and an output control unit that controls the transmission output of the first signal by the first signal transmission unit according to the positional relationship, and the relay device is the transmission of the first wireless communication device.
  • a first signal receiving unit that receives the first signal
  • a storage unit that stores waveform data indicating the waveform of the first signal received by the first signal receiving unit, and the waveform data stored in the storage unit.
  • a second signal transmission unit for transmitting the indicated second signal to the second wireless communication device at a timing capable of communicating with the second wireless communication device is provided, and the second wireless communication device is transmitted by the relay device.
  • a second signal receiving unit that receives the second signal, a second signal receiving processing unit that performs reception processing of the second signal received by the second signal receiving unit and acquires the waveform data, and the first signal receiving unit.
  • a first signal reception processing unit that performs reception processing of the first signal indicated by the waveform data acquired by the signal reception processing unit and acquires data set in the first signal by the first wireless communication device. It is a wireless communication system provided.
  • One aspect of the present invention is a transmission step of transmitting a signal to another wireless communication device mounted on a mobile body, and starting transmission of the signal in the transmission step at a timing capable of communicating with the other wireless communication device.
  • the timing control step, the orbital information indicating the orbital trajectory of the moving body, and the self-position information indicating the self-position are acquired, and the self-position and the moving body at the timing are based on the orbit information and the self-position information.
  • It is a wireless communication method including a distance calculation step for calculating a positional relationship with a position of the above, and an output control step for controlling the transmission output of the signal in the transmission step according to the positional relationship.
  • One aspect of the present invention is a wireless communication method executed by a wireless communication system including a first wireless communication device, a relay device mounted on a mobile body, and a second wireless communication device, wherein the first wireless communication device is used.
  • the first signal transmission step in which the communication device transmits the first signal to the relay device, and the first signal in the first signal transmission step at the timing when the first wireless communication device can communicate with the relay device.
  • the timing control unit for starting transmission and the first wireless communication device acquire the orbit information indicating the orbital orbit of the moving body and the self-position information indicating the self-position, and use the orbit information and the self-position information.
  • the first wireless communication device is the first in the first signal transmission step according to the positional relationship.
  • An output control step that controls the transmission output of the signal, a first signal reception step in which the relay device receives the first signal transmitted by the first wireless communication device, and the relay device receives the first signal.
  • a storage step for storing waveform data indicating the waveform of the first signal received in the step, and a second signal indicating the waveform data stored in the storage step by the relay device are stored in the second wireless communication device.
  • the second signal reception processing step in which the second wireless communication device performs reception processing of the second signal received in the second signal reception step to acquire the waveform data, and the second wireless communication device The first signal reception processing step of performing the reception processing of the first signal indicated by the waveform data acquired in the second signal reception processing step and acquiring the data set in the first signal by the first wireless communication device. It is a wireless communication method having.
  • One aspect of the present invention is a program for operating a computer as the above-mentioned wireless communication device.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless communication system 1 according to the first embodiment.
  • the wireless communication system 1 has a mobile relay station 2, a terminal station 3, and a base station 4.
  • the number of each of the mobile relay station 2, the terminal station 3, and the base station 4 included in the wireless communication system 1 is arbitrary, but it is assumed that the number of the terminal stations 3 is large.
  • the wireless communication system 1 is a communication system that transmits information that does not require immediacy.
  • the information transmitted from each of the plurality of terminal stations 3 is transmitted via the mobile relay station 2 and collected by the base station 4.
  • the mobile relay station 2 is an example of a relay device mounted on a mobile body and in which a communicable area moves with the passage of time.
  • the mobile relay station 2 is provided in, for example, a LEO (Low Earth Orbit) satellite.
  • the altitude of the LEO satellite is about 2000 [km] or less, and it orbits over the earth in about 1.5 hours.
  • the terminal station 3 and the base station 4 are installed on the earth such as on the ground or at sea.
  • the plurality of terminal stations 3 exist in different places from each other.
  • the terminal station 3 is, for example, an IoT terminal.
  • the terminal station 3 collects data such as environmental data detected by the sensor and wirelessly transmits the data to the mobile relay station 2. In the figure, only two terminal stations 3 are shown.
  • the mobile relay station 2 receives data transmitted from each of the plurality of terminal stations 3 by wireless signals while moving over the earth.
  • the mobile relay station 2 accumulates these received data, and wirelessly transmits the accumulated data to the base station 4 at a timing when communication with the base station 4 is possible.
  • the base station 4 receives the data collected by the terminal station 3 from the mobile relay station 2.
  • the mobile relay station 2 it is conceivable to use a geostationary satellite or a relay station mounted on an unmanned aerial vehicle such as a drone or HAPS (High Altitude Platform Station).
  • a relay station mounted on a geostationary satellite although the coverage area (footprint) on the ground is wide, the link budget for the IoT terminal installed on the ground is very small due to the high altitude.
  • the link budget is high, but the coverage area is narrow.
  • the drone needs a battery
  • the HAPS needs a battery and a solar panel to charge it.
  • the mobile relay station 2 is mounted on the LEO satellite. Therefore, in addition to keeping the link budget within the limit, the LEO satellite has no air resistance and consumes less fuel because it orbits outside the atmosphere. In addition, the footprint is larger than when a relay station is mounted on a drone or HAPS.
  • the mobile relay station 2 mounted on the LEO satellite communicates while moving at high speed, the time during which each terminal station 3 or base station 4 can communicate with the mobile relay station 2 is limited. Specifically, when viewed from a terminal station on the ground, the mobile relay station 2 passes over the sky in about 10 minutes or less. Further, a wireless communication method having various specifications is used for the terminal station 3.
  • the mobile relay station 2 receives the terminal uplink signal from the terminal station 3 in the coverage at the current position during movement, and stores the waveform data of the received terminal uplink signal.
  • the mobile relay station 2 wirelessly transmits the base station downlink signal set with the waveform data of the terminal uplink signal to the base station 4 at the timing when the base station 4 exists in the coverage.
  • the base station 4 demodulates the base station downlink signal received from the mobile relay station 2 to obtain waveform data of the terminal uplink signal.
  • the base station 4 obtains terminal transmission data which is the data transmitted by the terminal station 3 by demodulating and decoding the terminal uplink signal represented by the waveform data.
  • the mobile relay station 2 includes an antenna 21, a terminal communication unit 22, a data storage unit 23, a base station communication unit 24, and an antenna 25.
  • the terminal communication unit 22 has a reception unit 221 and a reception waveform recording unit 222.
  • the receiving unit 221 receives the terminal uplink signal by the antenna 21.
  • the reception waveform recording unit 222 samples the reception waveform of the terminal uplink signal received by the reception unit 221 and generates waveform data showing the value obtained by the sampling.
  • the reception waveform recording unit 222 writes the reception waveform information in which the reception time of the terminal uplink signal in the antenna 21 and the generated waveform data are set in the data storage unit 23.
  • the data storage unit 23 stores the received waveform information written by the received waveform recording unit 222.
  • the base station communication unit 24 transmits the received waveform information to the base station 4 by the base station downlink signal of any wireless communication method.
  • the base station communication unit 24 includes a storage unit 241, a control unit 242, a transmission data modulation unit 243, and a transmission unit 244.
  • the storage unit 241 stores the transmission start timing calculated in advance based on the orbit information of the LEO satellite equipped with the mobile relay station 2 and the position of the base station 4.
  • the orbit information of LEO is information that can obtain the position, speed, moving direction, etc. of the LEO satellite at an arbitrary time.
  • the transmission time may be represented by, for example, the elapsed time from the transmission start timing.
  • the control unit 242 controls the transmission data modulation unit 243 and the transmission unit 244 so as to transmit the received waveform information to the base station 4 at the transmission start timing stored in the storage unit 241.
  • the transmission data modulation unit 243 reads the received waveform information from the data storage unit 23 as transmission data, modulates the read transmission data, and generates a base station downlink signal.
  • the transmission unit 244 converts the base station downlink signal from an electric signal to a wireless signal and transmits it from the antenna 25.
  • the terminal station 3 includes a data storage unit 31, a transmission unit 32, one or more antennas 33, a reception unit 34, and a transmission control unit 35.
  • the data storage unit 31 stores sensor data and the like.
  • the transmission unit 32 reads sensor data from the data storage unit 31 as terminal transmission data, and wirelessly transmits a terminal uplink signal set with the read terminal transmission data from the antenna 33.
  • the transmission unit 32 transmits a signal by, for example, LPWA (Low Power Wide Area).
  • LPWA includes LoRaWAN (registered trademark), Sigfox (registered trademark), LTE-M (LongTermEvolution for Machines), NB (NarrowBand) -IoT and the like, and any wireless communication method can be used.
  • the transmission unit 32 may transmit to another terminal station 3 by time division multiplexing, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), or the like.
  • the transmission unit 32 determines the channel used by the station to transmit the terminal uplink signal and the transmission start timing by a method predetermined in the wireless communication method to be used. Further, the transmitting unit may form a beam of signals transmitted from a plurality of antennas 33 by a method predetermined in the wireless communication method to be used.
  • the receiving unit 34 receives the notification signal transmitted from the mobile relay station 2.
  • the transmission control unit 35 controls the transmission output of the signal transmitted by the transmission unit 32. The configuration of the control processing of the transmission output of the signal by the transmission control unit 35 will be described later.
  • the base station 4 includes an antenna 41, a receiving unit 42, a base station signal receiving processing unit 43, and a terminal signal receiving processing unit 44.
  • the receiving unit 42 converts the terminal downlink signal received by the antenna 41 into an electric signal.
  • the base station signal reception processing unit 43 demodulates and decodes the received signal converted into an electric signal by the receiving unit 42, and obtains received waveform information.
  • the base station signal reception processing unit 43 outputs the received waveform information to the terminal signal reception processing unit 44.
  • the terminal signal reception processing unit 44 performs reception processing of the terminal uplink signal indicated by the received waveform information. At this time, the terminal signal reception processing unit 44 performs reception processing by the wireless communication method used for transmission by the terminal station 3 to acquire terminal transmission data.
  • the terminal signal reception processing unit 44 includes a terminal signal demodulation unit 441 and a terminal signal decoding unit 442.
  • the terminal signal demodulation unit 441 demodulates the waveform data and outputs the symbol obtained by the demodulation to the terminal signal decoding unit 442.
  • the terminal signal demodulation unit 441 may perform demodulation after performing a process of compensating for the Doppler shift of the terminal uplink signal received by the antenna 21 of the mobile relay station 2 with respect to the signal indicated by the waveform data.
  • the Doppler shift received by the terminal uplink signal received by the antenna 21 is calculated in advance based on the position of the terminal station 3 and the orbit information of the LEO on which the mobile relay station 2 is mounted.
  • the terminal signal decoding unit 442 decodes the symbol demodulated by the terminal signal demodulation unit 441 and obtains the terminal transmission data transmitted from the terminal station 3.
  • the terminal station 3 in the present embodiment calculates the distance between the mobile relay station 2 to which the signal is transmitted and its own position.
  • the terminal station 3 determines the transmission output of the signal to be transmitted to the mobile relay station 2 based on the calculated distance.
  • the transmission output required for transmitting a signal from an IoT terminal to a low earth orbit satellite depends on the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite. For example, the closer the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite, the smaller the transmission output can be used to transmit and receive signals.
  • the terminal station 3 in the present embodiment has a transmission output sufficient for transmitting a signal to the mobile relay station 2, and transmits with a smaller transmission output. As a result, the terminal station 3 in the present embodiment can suppress power consumption.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the transmission control unit 35 of the terminal station 3 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a data storage unit 31 of the terminal station 3 according to the first embodiment.
  • the transmission control unit 35 includes a timing control unit 351, a distance calculation unit 352, and an output control unit 353. Further, as shown in FIG. 3, the data storage unit 31 stores sensor data 311, orbit information 312, self-position information 313, and output control information 314.
  • the sensor data 311 is data generated by an IoT terminal having a terminal station 3 and transmitted from the terminal station 3 to the mobile relay station 2.
  • the sensor data 311 is, for example, environmental data indicating the temperature, humidity, tidal current, etc. around the IoT terminal having the terminal station 3.
  • the orbit information 312 is information indicating the orbit of a low earth orbit satellite equipped with the mobile relay station 2.
  • the orbit information 312 is information indicating, for example, which low earth orbit satellite is present at what time and position.
  • the self-position information 313 is information indicating the position of the self-terminal station 3.
  • the self-position information 313 is updated at any time.
  • the terminal station 3 is equipped with a positioning system such as GPS, and the self-position information 313 is updated by the position information measured at any time by the positioning system.
  • the output control information 314 is information in which the distance between the mobile relay station 2 and the terminal station 3 and the transmission output of the signal are associated with each other.
  • the output control information 314 is a function that outputs information indicating signal transmission output when information indicating distance is input.
  • the output control information 314 may be a table in which the information indicating the distance and the information indicating the transmission output of the signal are associated with each other.
  • the timing control unit 351 reads out the orbit information 312 and the self-position information 313 from the data storage unit 31.
  • the timing control unit 351 sets the timing at which the transmission unit 32 transmits a signal based on the sensor data 311 to the mobile relay station 2 based on the track information 312 and the self-position information 313 (hereinafter, referred to as “transmission start timing”). decide.
  • the transmission start timing is, for example, the transmission time of a signal based on the above sensor data 311.
  • the timing control unit 351 records the transmission start timing information indicating the determined transmission start timing in the data storage unit 31.
  • the distance calculation unit 352 acquires the transmission start timing information recorded in the data storage unit 31.
  • the distance calculation unit 352 reads out the orbit information 312 and the self-position information 313 from the data storage unit 31.
  • the distance calculation unit 352 specifies the position of the mobile relay station 2 at the transmission start timing based on the transmission start timing information and the trajectory information 312.
  • the distance calculation unit 352 determines the distance between the mobile relay station 2 and its own terminal station 3 at the transmission start timing based on the specified position of the mobile relay station 2 and the self-position indicated by the self-position information 313. calculate.
  • the distance calculation unit 352 records information indicating the calculated distance (hereinafter referred to as “distance information”) in the data storage unit 31.
  • the output control unit 353 acquires distance information from the data storage unit 31.
  • the output control unit 353 reads the output control information 314 from the data storage unit 31.
  • the output control unit 353 determines the transmission output of the signal by the transmission unit 32 based on the distance information and the output control information 314.
  • the output control unit 353 records the transmission output information indicating the determined transmission output in the data storage unit 31.
  • the output control unit 353 reads out the transmission output information recorded in the data storage unit 31 before the transmission start timing is reached.
  • the output control unit 353 controls the transmission unit 32 so that the signal is transmitted to the mobile relay station 2 by the transmission output based on the transmission output information at the transmission start timing.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the processing of the wireless communication system 1 when the terminal uplink signal is transmitted from the terminal station 3.
  • the terminal station 3 acquires data detected by a sensor (not shown) provided externally or internally at any time, and writes the acquired data as sensor data 311 in the data storage unit 31 (step S111).
  • the timing control unit 351 reads out the orbit information 312 and the self-position information 313 from the data storage unit 31.
  • the timing control unit 351 determines the transmission start timing based on the trajectory information 312 and the self-position information 313 (step S112).
  • the timing control unit 351 records the transmission start timing information indicating the determined transmission start timing in the data storage unit 31.
  • the distance calculation unit 352 acquires the transmission start timing information recorded in the data storage unit 31.
  • the distance calculation unit 352 reads out the orbit information 312 and the self-position information 313 from the data storage unit 31.
  • the distance calculation unit 352 specifies the position of the mobile relay station 2 at the transmission start timing based on the transmission start timing information and the trajectory information 312.
  • the distance calculation unit 352 determines the distance between the mobile relay station 2 and its own terminal station 3 at the transmission start timing based on the specified position of the mobile relay station 2 and the self-position indicated by the self-position information 313. Calculate (step S113).
  • the distance calculation unit 352 records the distance information indicating the calculated distance in the data storage unit 31.
  • the output control unit 353 acquires distance information from the data storage unit 31.
  • the output control unit 353 reads the output control information 314 from the data storage unit 31.
  • the output control unit 353 determines the transmission output of the signal by the transmission unit 32 based on the distance information and the output control information 314 (step S114).
  • the output control unit 353 records the transmission output information indicating the determined transmission output in the data storage unit 31.
  • the output control unit 353 reads out the transmission output information recorded in the data storage unit 31 before the transmission start timing is reached.
  • the output control unit 353 controls the transmission unit 32 so that the signal is transmitted to the mobile relay station 2 at the determined transmission output at the transmission start timing.
  • the transmission unit 32 reads the sensor data 311 from the data storage unit 31 as terminal transmission data.
  • the transmission unit 32 wirelessly transmits the terminal uplink signal set with the terminal transmission data from the antenna 33 at the transmission start timing determined by the timing control unit 351 in step S112. At this time, the transmission unit 32 wirelessly transmits the terminal uplink signal at the transmission output determined by the output control unit 353 in step S114 (step S115).
  • the terminal station 3 repeats the process from step S111.
  • the receiving unit 221 of the mobile relay station 2 receives the terminal uplink signal transmitted from the terminal station 3 (step S121). Depending on the wireless communication method of the source terminal station 3, there are cases where the terminal uplink signal is received from only one terminal station 3 on a time-division basis for the same frequency, and cases where the terminal uplink signal is received from multiple terminal stations 3 at the same frequency at the same frequency. It may receive a terminal uplink signal.
  • the reception waveform recording unit 222 writes the received waveform information in which the waveform data representing the waveform of the terminal uplink signal received by the receiving unit 221 and the reception time are associated with each other in the data storage unit 23 (step S122). The mobile relay station 2 repeats the process from step S121.
  • FIG. 5 is a flow chart showing the processing of the wireless communication system 1 when the base station downlink signal is transmitted from the mobile relay station 2.
  • the control unit 242 of the base station communication unit 24 of the mobile relay station 2 detects that the transmission start timing is stored in the storage unit 241, the transmission of the received waveform information is transmitted to the transmission data modulation unit 243 and the transmission unit 244.
  • Instruct step S211).
  • the transmission data modulation unit 243 reads the received waveform information stored in the data storage unit 23 as transmission data, modulates the read transmission data, and generates a base station downlink signal.
  • the transmission unit 244 wirelessly transmits the base station downlink signal generated by the transmission data modulation unit 243 from the antenna 25 (step S212).
  • the mobile relay station 2 repeats the process from step S211.
  • the antenna 41 of the base station 4 receives the base station downlink signal from the mobile relay station 2 (step S221).
  • the receiving unit 42 converts the base station downlink signal received by the antenna 41 into a received signal of an electric signal, and outputs the signal to the base station signal receiving processing unit 43.
  • the base station signal reception processing unit 43 demodulates the received signal and decodes the demodulated received signal (step S222).
  • the base station signal reception processing unit 43 outputs the reception waveform information obtained by decoding to the terminal signal reception processing unit 44.
  • the terminal signal reception processing unit 44 performs reception processing of the terminal uplink signal represented by the waveform data included in the received waveform information (step S223). Specifically, the terminal signal demodulation unit 441 specifies the wireless communication method used by the terminal station 3 to transmit the terminal uplink signal based on the information unique to the wireless communication method included in the received signal represented by the waveform data. .. The terminal signal demodulation unit 441 demodulates the received signal represented by the waveform data according to the specified wireless communication method, and outputs the symbol obtained by the demodulation to the terminal signal decoding unit 442. The terminal signal decoding unit 442 decodes the symbol input from the terminal signal demodulation unit 441 by the specified wireless communication method, and obtains the terminal transmission data transmitted from the terminal station 3. The terminal signal decoding unit 442 can also use a decoding method having a large calculation load, such as SIC (Successive Interference Cancellation).
  • the base station 4 repeats the process from step S221.
  • the terminal station 3 in the present embodiment calculates the distance between the mobile relay station 2 to which the signal is transmitted and its own position at the signal transmission start timing.
  • the terminal station 3 determines the transmission output of the signal to be transmitted to the mobile relay station 2 based on the calculated distance.
  • the transmission output required for transmitting a signal from an IoT terminal to a low earth orbit satellite in a satellite IoT system depends on the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite.
  • the terminal station 3 in the present embodiment has a transmission output sufficient for transmitting a signal to the mobile relay station 2, and transmits with a smaller transmission output.
  • the terminal station 3 does not transmit a signal with an unnecessarily large transmission output even when the distance between the mobile relay station 2 and its own position is short, so that power is wasted. It will not be consumed. Therefore, the terminal station 3 in the present embodiment can suppress the power consumption.
  • the mobile relay station transmits a base station downlink signal by a plurality of antennas.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • FIG. 6 is a configuration diagram of the wireless communication system 1a according to the second embodiment.
  • the wireless communication system 1a has a mobile relay station 2a, a terminal station 3, and a base station 4a.
  • the mobile relay station 2a includes an antenna 21, a terminal communication unit 22, a data storage unit 23, a base station communication unit 26, and a plurality of antennas 25.
  • the base station communication unit 26 transmits received waveform information to the base station 4a by MIMO.
  • the base station communication unit 26 includes a storage unit 261, a control unit 262, a transmission data modulation unit 263, and a MIMO transmission unit 264.
  • the storage unit 261 stores the transmission start timing calculated in advance based on the orbit information of the LEO satellite equipped with the mobile relay station 2a and the position of the base station 4a. Further, the storage unit 261 stores in advance the wait for each transmission time of the base station downlink signal transmitted from each antenna 25.
  • the weight for each transmission time is calculated based on the orbit information of the LEO satellite and the position of each antenna station 410 included in the base station 4a. A constant weight may be used regardless of the transmission time.
  • the control unit 262 controls the transmission data modulation unit 263 and the MIMO transmission unit 264 so as to transmit the received waveform information to the base station 4a at the transmission start timing stored in the storage unit 261. Further, the control unit 262 instructs the MIMO transmission unit 264 to wait for each transmission time read from the storage unit 261.
  • the transmission data modulation unit 263 reads the received waveform information from the data storage unit 23 as transmission data, converts the read transmission data into a parallel signal, and then modulates it.
  • the MIMO transmission unit 264 weights the modulated parallel signal by the weight instructed by the control unit 262, and generates a base station downlink signal transmitted from each antenna 25.
  • the MIMO transmission unit 264 transmits the generated base station downlink signal from the antenna 25 by MIMO.
  • the base station 4a includes a plurality of antenna stations 410, a MIMO receiving unit 420, a base station signal receiving processing unit 430, and a terminal signal receiving processing unit 44.
  • the antenna station 410 is arranged at a position away from the other antenna stations 410 so that the difference in the arrival angles of the signals from each of the plurality of antennas 25 of the mobile relay station 2a becomes large.
  • Each antenna station 410 converts the base station downlink signal received from the mobile relay station 2a into an electric signal and outputs it to the MIMO receiving unit 420.
  • the MIMO receiver 420 aggregates the base station downlink signals received from the plurality of antenna stations 410.
  • the MIMO receiving unit 420 stores the weight for each reception time for the base station downlink signal received by each of the antenna stations 410 based on the orbit information of the LEO satellite and the position of each antenna station 410.
  • the MIMO receiving unit 420 multiplies the base station downlink signal input from each antenna station 410 by the weight corresponding to the reception time of the base station downlink signal, and synthesizes the received signal to which the weight is multiplied. The same weight may be used regardless of the reception time.
  • the base station signal reception processing unit 430 demodulates and decodes the synthesized received signal to obtain received waveform information.
  • the base station signal reception processing unit 430 outputs the received waveform information to the terminal signal reception processing unit 44.
  • the processing of the wireless communication system 1a when transmitting the terminal uplink signal from the terminal station 3 is the same as the processing of the wireless communication system 1 of the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 7 is a flow chart showing the processing of the wireless communication system 1a when the base station downlink signal is transmitted from the mobile relay station 2a.
  • the control unit 262 of the base station communication unit 26 of the mobile relay station 2a detects that it is the transmission start timing stored in the storage unit 261, it transmits the received waveform information to the transmission data modulation unit 263 and the MIMO transmission unit 264. (Step S311).
  • the transmission data modulation unit 263 reads the received waveform information stored in the data storage unit 23 as transmission data, converts the read transmission data in parallel, and then modulates it.
  • the MIMO transmission unit 264 weights the transmission data modulated by the transmission data modulation unit 263 by the weight instructed by the control unit 262 to generate a base station downlink signal which is a transmission signal transmitted from each antenna 25.
  • the MIMO transmission unit 264 transmits each generated base station downlink signal from the antenna 25 by MIMO (step S312).
  • the mobile relay station 2a repeats the process from step S311.
  • Each antenna station 410 of the base station 4a receives a base station downlink signal from the mobile relay station 2a (step S321).
  • Each antenna station 410 outputs a received signal obtained by converting the received base station downlink signal into an electric signal to the MIMO receiving unit 420.
  • the MIMO receiving unit 420 synchronizes the timing of the received signal received from each antenna station 410.
  • the MIMO receiving unit 420 multiplies and adds the received signal received by each antenna station 410 by a weight.
  • the base station signal reception processing unit 430 demodulates the added received signal and decodes the demodulated received signal (step S322).
  • the base station signal reception processing unit 430 outputs the reception waveform information obtained by decoding to the terminal signal reception processing unit 44.
  • the terminal signal reception processing unit 44 performs reception processing of the terminal uplink signal represented by the waveform data included in the received waveform information by the same processing as in step S223 in the processing flow of the first embodiment shown in FIG. 5 (step). S323). That is, the terminal signal demodulation unit 441 specifies the wireless communication method used by the terminal station 3 to transmit the terminal uplink signal based on the information unique to the wireless communication method included in the received signal represented by the waveform data. The terminal signal demodulation unit 441 demodulates the received signal represented by the waveform data according to the specified wireless communication method, and outputs the symbol obtained by the demodulation to the terminal signal decoding unit 442.
  • the terminal signal decoding unit 442 decodes the symbol input from the terminal signal demodulation unit 441 by the specified wireless communication method, and obtains the terminal transmission data transmitted from the terminal station 3.
  • the terminal signal decoding unit 442 can also use a decoding method having a large calculation load, such as SIC.
  • the base station 4a repeats the process from step S321.
  • the terminal station 3 in the present embodiment calculates the distance between the mobile relay station 2a to which the signal is transmitted and its own position at the signal transmission start timing.
  • the terminal station 3 determines the transmission output of the signal to be transmitted to the mobile relay station 2a based on the calculated distance.
  • the transmission output required for transmitting a signal from an IoT terminal to a low earth orbit satellite in a satellite IoT system depends on the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite.
  • the terminal station 3 in the present embodiment has a transmission output sufficient for transmitting a signal to the mobile relay station 2a, and transmits with a smaller transmission output.
  • the terminal station 3 does not transmit a signal with an unnecessarily large transmission output even when the distance between the mobile relay station 2a and its own position is short, so that power is wasted. It will not be consumed. Therefore, the terminal station 3 in the present embodiment can suppress the power consumption.
  • the mobile relay station receives data from a plurality of terminal stations and collectively transmits the stored data in a short time with good quality at a timing capable of communicating with the base station. be able to.
  • the mobile relay station receives the terminal uplink signal by a plurality of antennas.
  • the differences from the second embodiment will be mainly described.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the wireless communication system 1b according to the third embodiment.
  • the wireless communication system 1b has a mobile relay station 2b, a terminal station 3, and a base station 4b.
  • the mobile relay station 2b includes N antennas 21 (N is an integer of 2 or more), a terminal communication unit 22b, a data storage unit 23, a base station communication unit 26, and a plurality of antennas 25.
  • the N antennas 21 are described as antennas 21-1 to 21-N, respectively.
  • the terminal communication unit 22b has N reception units 221b and N reception waveform recording units 222b.
  • the N receiving units 221b are referred to as receiving units 221b-1 to 221b-N, and the N receiving waveform recording units 222b are referred to as receiving waveform recording units 222b-1 to 222b-N.
  • the receiving unit 221b-n (n is an integer of 1 or more and N or less) receives the terminal uplink signal by the antenna 21-n.
  • the received waveform recording unit 222bn samples the received waveform of the terminal uplink signal received by the receiving unit 221bn, and generates waveform data showing the value obtained by sampling.
  • the received waveform recording unit 222b-n writes the received waveform information in which the antenna identifier of the antenna 21-n, the reception time of the terminal uplink signal in the antenna 21-n, and the generated waveform data are set to the data storage unit 23. ..
  • the antenna identifier is information that identifies the antenna 21-n.
  • the data storage unit 23 stores received waveform information including waveform data of the terminal uplink signal received by each of the antennas 21-1 to 21-N.
  • the base station 4b includes a plurality of antenna stations 410, a MIMO receiving unit 420, a base station signal receiving processing unit 430, and a terminal signal receiving processing unit 450.
  • the terminal signal reception processing unit 450 performs reception processing of the terminal uplink signal indicated by the received waveform information. At this time, the terminal signal reception processing unit 450 performs reception processing by the wireless communication method used for transmission by the terminal station 3 to acquire terminal transmission data.
  • the terminal signal reception processing unit 450 includes a distribution unit 451, N terminal signal demodulation units 452, a synthesis unit 453, and a terminal signal decoding unit 454.
  • the N terminal signal demodulation units 452 are described as terminal signal demodulation units 452-1 to 452-N, respectively.
  • the distribution unit 451 reads out waveform data at the same reception time from the received waveform information, and outputs the read waveform data to the terminal signal demodulation units 452-1 to 452-N according to the antenna identifier associated with the waveform data. do. That is, the distribution unit 451 outputs the waveform data associated with the antenna identifier of the antenna 21-n to the terminal signal demodulation unit 452-n.
  • Each of the terminal signal demodulation units 452-1 to 452-N demodulates the signal represented by the waveform data, and outputs the symbol obtained by the demodulation to the synthesis unit 453.
  • the terminal signal demodulation unit 452-n performs a process of compensating for the Doppler shift of the terminal uplink signal received by the antenna 21-n of the mobile relay station 2 with respect to the signal represented by the waveform data, and then demodulates the signal. May be good.
  • the Doppler shift received by the terminal uplink signal received by each antenna 21-n is calculated in advance based on the position of the terminal station 3 and the orbit information of the LEO on which the mobile relay station 2b is mounted.
  • the synthesis unit 453 adds and synthesizes the symbols input from each of the terminal signal demodulation units 452-1 to 452-N, and outputs them to the terminal signal decoding unit 454.
  • the terminal signal decoding unit 454 decodes the additively synthesized symbol and obtains the terminal transmission data transmitted from the terminal station 3.
  • FIG. 9 is a flow chart showing the processing of the wireless communication system 1b when the terminal uplink signal is transmitted from the terminal station 3.
  • the terminal station 3 performs the same processing as the processing of steps S111 to S115 in the processing flow of the first embodiment shown in FIG.
  • the terminal station 3 may transmit to another terminal station 3 by time division multiplexing, OFDM, MIMO, or the like.
  • the receiving units 221b-1 to 221b-N of the mobile relay station 2b receive the terminal uplink signal transmitted from the terminal station 3 (step S421).
  • the terminal uplink signal is received from only one terminal station 3 on a time-division basis for the same frequency, and cases where the terminal uplink signal is received from multiple terminal stations 3 at the same frequency at the same frequency. It may receive a terminal uplink signal.
  • the received waveform recording unit 222b-n data is waveform data representing the waveform of the terminal uplink signal received by the receiving unit 221bn, and received waveform information in which the reception time and the antenna identifier of the antenna 21-n are associated with each other.
  • the mobile relay station 2b repeats the process from step S421.
  • step S323 the terminal signal reception processing unit 450 performs reception processing of the terminal uplink signal indicated by the received waveform information.
  • the distribution unit 451 reads out waveform data having the same reception time from the received waveform information, and reads the read waveform data according to the antenna identifier associated with the waveform data, from the terminal signal demodulation unit 452-1 to Output to 452-N.
  • the terminal signal demodulation units 452-1 to 452-N each use the wireless communication method used by the terminal station 3 to transmit the terminal uplink signal based on the information unique to the wireless communication method included in the received signal represented by the waveform data. Identify.
  • the terminal signal demodulation units 452-1 to 452-N demodulate the received signal represented by the waveform data according to the specified wireless communication method, and output the symbol obtained by the demodulation to the synthesis unit 453.
  • the synthesis unit 453 adds and synthesizes the symbols input from each of the terminal signal demodulation units 452-1 to 452-N.
  • the signal transmitted by the terminal station 3 is emphasized because it has a correlation, but the influence of randomly added noise is reduced. Therefore, the diversity effect can be obtained for the terminal uplink signal received by the mobile relay station 2b from only one terminal station 3 at the same time. Further, the terminal uplink signal received by the mobile relay station 2b from a plurality of terminal stations 3 at the same time corresponds to performing MIMO communication.
  • the synthesis unit 453 outputs the additively synthesized symbol to the terminal signal decoding unit 454.
  • the terminal signal decoding unit 454 decodes the symbol added and synthesized by the synthesis unit 453 by the specified wireless communication method, and obtains the terminal transmission data transmitted from the terminal station 3.
  • the terminal signal decoding unit 454 can also use a decoding method having a large calculation load, such as SIC.
  • the terminal station 3 in the present embodiment calculates the distance between the mobile relay station 2b to which the signal is transmitted and its own position at the signal transmission start timing.
  • the terminal station 3 determines the transmission output of the signal to be transmitted to the mobile relay station 2b based on the calculated distance.
  • the transmission output required for transmitting a signal from an IoT terminal to a low earth orbit satellite in a satellite IoT system depends on the distance between the IoT terminal and the low earth orbit satellite.
  • the terminal station 3 in the present embodiment has a transmission output sufficient for transmitting a signal to the mobile relay station 2b, and transmits with a smaller transmission output.
  • the terminal station 3 does not transmit a signal with an unnecessarily large transmission output even when the distance between the mobile relay station 2b and its own position is short, so that power is wasted. It will not be consumed. Therefore, the terminal station 3 in the present embodiment can suppress the power consumption.
  • the mobile relay station receives the terminal uplink signal received from the terminal station by diversity reception, MIMO reception, or the like. Therefore, the link budget with the terminal station can be improved.
  • the mobile relay station receives data from a plurality of terminal stations and collectively transmits the stored data in a short time with good quality at a timing capable of communicating with the base station. be able to.
  • the mobile relay station can store and store the received signal waveform information and communicate with the base station without demodulating the wireless terminal uplink signal received from the terminal station. It is transmitted wirelessly at the right timing.
  • the base station performs reception processing such as demodulation / decoding on the terminal uplink signal represented by the received signal waveform in the mobile relay station. Therefore, a non-regenerative relay method that does not depend on the communication method can be applied to a wireless communication system using a low earth orbit satellite. Further, since non-regenerative relay is performed, the mobile relay station does not need to implement the wireless communication method used for the terminal station.
  • the mobile relay station is mounted in the above embodiment has been described as a LEO satellite, it may be a geostationary satellite, a drone, a HAPS, or another aircraft flying over the sky.
  • the wireless communication device includes a transmission unit, a timing control unit, a distance calculation unit, and an output control unit.
  • the wireless communication device is the terminal station 3 in the embodiment
  • the transmission unit is the transmission unit 32 and the antenna 33 in the embodiment
  • the timing control unit is the timing control unit 351 in the embodiment
  • the distance calculation unit Is the distance calculation unit 352 in the embodiment
  • the output control unit is the output control unit 353 in the embodiment.
  • the transmitter transmits a signal to another wireless communication device mounted on the mobile body.
  • the other wireless communication device is the mobile relay stations 2, 2a, 2b in the embodiment
  • the signal is the terminal uplink signal in the embodiment.
  • the timing control unit starts transmission of a signal by the transmission unit at a timing capable of communicating with another wireless communication device.
  • the distance calculation unit acquires the orbit information indicating the orbital trajectory of the moving body and the self-position information indicating the self-position, and the position of the self-position and the position of the moving body at the timing based on the orbit information and the self-position information. Calculate the relationship.
  • the orbit information is the orbit information 312 in the embodiment
  • the self-position information is the self-position information 313 in the embodiment.
  • the output control unit controls the transmission output of the signal by the transmission unit according to the positional relationship.
  • the distance calculation unit may calculate the positional relationship indicating the distance between the self-position and the position of the moving body.
  • the output control unit may control the transmission output to be smaller as the distance is shorter.
  • the distance calculation unit may calculate the positional relationship indicating the elevation angle from the self-position to the moving body.
  • the output control unit may control the transmission output to be smaller as the elevation angle is larger.
  • the wireless communication system includes a first wireless communication device, a relay device mounted on a mobile body, and a second wireless communication device.
  • the first wireless communication device is the terminal station 3 in the embodiment
  • the relay device is the mobile relay stations 2, 2a, 2b in the embodiment
  • the second wireless communication device is the base station 4 in the embodiment. 4a and 4b.
  • the first wireless communication device includes a first signal transmission unit, a timing control unit, a distance calculation unit, and an output control unit.
  • the first signal transmission unit is the transmission unit 32 and the antenna 33 in the embodiment
  • the timing control unit is the timing control unit 351 in the embodiment
  • the distance calculation unit is the distance calculation unit 352 in the embodiment.
  • the output control unit is the output control unit 353 in the embodiment.
  • the first signal transmission unit transmits the first signal to the relay device.
  • the first signal is the terminal uplink signal in the embodiment.
  • the timing control unit starts the transmission of the first signal by the transmission unit at the timing when it can communicate with the relay device.
  • the distance calculation unit acquires the orbit information indicating the orbital trajectory of the moving body and the self-position information indicating the self-position, and the position of the self-position and the position of the moving body at the timing based on the orbit information and the self-position information. Calculate the relationship.
  • the orbit information is the orbit information 312 in the embodiment
  • the self-position information is the self-position information 313 in the embodiment.
  • the output control unit controls the transmission output of the first signal by the transmission unit according to the positional relationship.
  • the relay device includes a first signal receiving unit, a storage unit, and a second signal transmitting unit.
  • the first signal receiving unit is the receiving unit 221 and 221b in the embodiment
  • the storage unit is the data storage unit 23 in the embodiment
  • the second signal transmitting unit is the base station communication unit 24 in the embodiment. 26.
  • the first signal receiving unit receives the first signal transmitted by the first wireless communication device.
  • the storage unit stores waveform data indicating the waveform of the first signal received by the first signal receiving unit.
  • the second signal transmission unit transmits a second signal indicating the waveform data stored in the storage unit to the second wireless communication device at a timing capable of communicating with the second wireless communication device.
  • the second signal is a base station downlink signal in the embodiment.
  • the second wireless communication device includes a second signal receiving unit, a second signal receiving processing unit, and a first signal receiving processing unit.
  • the second signal receiving unit receives the second signal transmitted by the relay device.
  • the second signal receiving unit is the antenna 41 and the receiving unit 42 in the embodiment, and the antenna station 410 and the MIMO receiving unit 420.
  • the second signal reception processing unit performs reception processing of the second signal received by the second signal reception unit to acquire waveform data.
  • the second signal reception processing unit is the base station signal reception processing unit 43 and the base station signal reception processing unit 430 in the embodiment.
  • the first signal reception processing unit performs reception processing of the first signal indicated by the waveform data acquired by the second signal reception processing unit, and acquires the data set in the first signal by the first wireless communication device.
  • the first signal reception processing unit is, for example, the terminal signal reception processing units 44 and 450 in the embodiment.
  • the first signal reception processing unit can perform reception processing by a plurality of wireless methods. Further, the reception process performed by the first signal reception processing unit includes a process of compensating for the Doppler shift received by the first signal received by the first signal reception unit.
  • the first signal receiving unit may receive the first signal by a plurality of antennas.
  • the storage unit stores waveform data indicating the waveform of the first signal received by each of the plurality of antennas.
  • the reception process performed by the first signal reception processing unit includes a process of demodulating the first signal represented by the waveform data corresponding to each of the plurality of antennas and decoding the signal obtained by synthesizing the demodulation results.
  • the mobile relay stations 2, 2a, 2b, the terminal station 3, and the base stations 4, 4a, 4b in the above-described embodiment may be realized by a computer.
  • a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read by a computer system and executed.
  • the term "computer system” as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.
  • the "computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, or a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system.
  • a "computer-readable recording medium” is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. It may also include a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that is a server or a client in that case. Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized by using a programmable logic device such as FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • Received waveform recording unit 241 and 261 ... Storage unit, 242, 262 ... Control unit, 243, 263 ... Transmission data modulator, 244 ... Transmitter, 264 ... MIMO transmitter, 311 ... Sensor data, 312 ... Orbit information, 313 ... Self-location information, 314 ... Output control information, 351 ... Timing control unit, 352 ... Distance calculation unit, 353 ... Output control unit, 410 ... Antenna station, 420 ... MIMO receiver, 441 ... Terminal signal demodulation unit, 442 ... Terminal signal decoding unit, 450 ... Terminal signal reception processing unit, 451 ... Distributor, 452-1 to 452-N ... Terminal signal demodulation unit, 453 ... Synthetic unit, 454 ... Terminal signal decoding unit

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Abstract

無線通信装置は、移動体に搭載された他の無線通信装置へ信号を送信する送信部と、前記他の無線通信装置と通信可能なタイミングで前記送信部による前記信号の送信を開始させるタイミング制御部と、前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出部と、前記位置関係に応じて前記送信部による前記信号の送信出力を制御する出力制御部とを備える。

Description

無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラム
　本発明は、無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラムに関する。
　小型の端末装置をインターネットに接続させて様々なアプリケーションを実現するＩｏＴ（Internet of Things）システムが普及している。ＩｏＴシステムの応用例として、複数のＩｏＴ端末が、気温、室温、加速度、及び光度などの環境情報をセンシングして無線信号で送信し、クラウド側で環境情報を収集するシステムが知られている。各種センサを備えたＩｏＴ端末は、様々な場所に設置される。例えば、海上のブイや船舶、及び山岳地帯など、基地局の設置が困難な場所のデータを収集するためにＩｏＴを活用することも想定されている。
　一方で、通信衛星又はＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle：無人航空機）などを中継局として、地上の複数の通信装置の間で無線通信を行う無線システムがある。通信衛星を中継局とする無線システムとして、高度１，０００［ｋｍ］前後の低い軌道を周回する低軌道衛星（ＬＥＯ：Low Earth Orbit）を用いる場合と、高度３６，０００［ｋｍ］を周回する静止衛星（ＧＥＯ：Geostationary Orbit）を用いる場合とがある。低軌道衛星は、静止衛星に比べて伝搬距離が短い。そのため、低軌道衛星を中継局とする場合、低遅延かつ低伝搬損失な通信の実現が可能である。また、この場合、低軌道衛星や地上の通信装置が備える高周波回路の構成が容易になる。ところが、低軌道衛星は、静止衛星とは異なり地球の上空を周回するため、地上の通信装置から見た衛星方向が常時変化する。地上の各通信装置における低軌道衛星の一周回当たりの可視時間は約１０分程度以下である。そのため、低軌道衛星と地上の各通信装置とが通信可能な時間帯が制限される。
　一方で、ＩｏＴ端末の通信に適した低電力かつ低伝送レートで広域通信が可能な無線システムとしてＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）が知られている。昨今、通信衛星がＬＰＷＡを用いてＩｏＴ端末からデータを収集する衛星ＩｏＴシステムの検討が行われている。一般的に、通信衛星と地上の通信装置との間の無線通信は、地上の複数の通信装置の間で直接通信を行う無線通信に比べて伝搬距離が長い。しかしながら、低軌道衛星を用いることによりＬＰＷＡの適用が可能になる。このような衛星ＩｏＴシステムの場合、通常のＬＰＷＡのみでは困難であった、航空分野、船舶分野、及びルーラルエリアでのＩｏＴ端末の収容が可能になる。また、この場合、ハブ局を必要としないためサービス展開が容易になる。
　ところで、通信衛星に搭載された通信装置には主に太陽電池によって電力が供給され、消費可能な電力には限りがある。このような課題に対し、従来、通信衛星に搭載された通信装置の低消費電力化に関する技術が検討されている（例えば、特許文献１参照）。また、衛星ＩｏＴシステムでは、通信衛星に搭載された通信装置だけでなく、ＩｏＴ端末においても低消費電力化が求められることがある。例えば、海上及び山岳地帯などで用いられるＩｏＴ端末においては、装置の小型軽量化及び簡素化が要求されることから、電源容量には限りがあることがある。その一方で、長時間の駆動が要求されるため、低消費電力化が求められる。
特開２００１－３０８７６７号公報
　衛星ＩｏＴシステムにおいて、ＩｏＴ端末から低軌道衛星への信号の送信のために必要となる送信出力は、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離に依存する。例えば、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離が近いほど、より小さい送信出力で信号の送受信が可能である。しかしながら、従来のシステムでは、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離に関わらず、一定の送信出力で信号の送信が行われる。一般的に、地上局と衛星局との間の距離が遠くても信号の送受信が十分に可能な程度に大きな送信出力で、信号の送信が行われる。そのため、従来、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離が近い時には、必要以上に大きな送信出力で信号の送信が行われるため、無駄に電力を消費してしまうという課題があった。
　上記事情に鑑み、本発明は、消費電力を抑制することができる無線通信装置、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラムを提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、移動体に搭載された他の無線通信装置へ信号を送信する送信部と、前記他の無線通信装置と通信可能なタイミングで前記送信部による前記信号の送信を開始させるタイミング制御部と、前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出部と、前記位置関係に応じて前記送信部による前記信号の送信出力を制御する出力制御部と、を備える無線通信装置である。
　本発明の一態様は、第一無線通信装置と、移動体に搭載された中継装置と、第二無線通信装置と、を有する無線通信システムであって、前記第一無線通信装置は、前記中継装置へ第一信号を送信する第一信号送信部と、前記中継装置と通信可能なタイミングで前記第一信号送信部による前記第一信号の送信を開始させるタイミング制御部と、前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出部と、前記位置関係に応じて前記第一信号送信部による前記第一信号の送信出力を制御する出力制御部と、を備え、前記中継装置は、前記第一無線通信装置が送信した前記第一信号を受信する第一信号受信部と、前記第一信号受信部が受信した前記第一信号の波形を示す波形データを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記波形データを示す第二信号を、前記第二無線通信装置と通信可能なタイミングで前記第二無線通信装置に送信する第二信号送信部と、を備え、前記第二無線通信装置は、前記中継装置が送信した前記第二信号を受信する第二信号受信部と、前記第二信号受信部が受信した前記第二信号の受信処理を行って前記波形データを取得する第二信号受信処理部と、前記第二信号受信処理部が取得した前記波形データが示す前記第一信号の受信処理を行って前記第一無線通信装置が前記第一信号に設定したデータを取得する第一信号受信処理部と、を備える、無線通信システムである。
　本発明の一態様は、移動体に搭載された他の無線通信装置へ信号を送信する送信ステップと、前記他の無線通信装置と通信可能なタイミングで前記送信ステップにおける前記信号の送信を開始させるタイミング制御ステップと、前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出ステップと、前記位置関係に応じて前記送信ステップにおける前記信号の送信出力を制御する出力制御ステップと、を有する無線通信方法である。
　本発明の一態様は、第一無線通信装置と、移動体に搭載された中継装置と、第二無線通信装置と、を有する無線通信システムが実行する無線通信方法であって、前記第一無線通信装置が、前記中継装置へ第一信号を送信する第一信号送信ステップと、前記第一無線通信装置が、前記中継装置と通信可能なタイミングで前記第一信号送信ステップにおける前記第一信号の送信を開始させるタイミング制御部と、前記第一無線通信装置が、前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出ステップと、前記第一無線通信装置が、前記位置関係に応じて前記第一信号送信ステップにおける前記第一信号の送信出力を制御する出力制御ステップと、前記中継装置が、前記第一無線通信装置が送信した前記第一信号を受信する第一信号受信ステップと、前記中継装置が、前記第一信号受信ステップにおいて受信された前記第一信号の波形を示す波形データを記憶する記憶ステップと、前記中継装置が、前記記憶ステップにおいて記憶された前記波形データを示す第二信号を、前記第二無線通信装置と通信可能なタイミングで前記第二無線通信装置に送信する第二信号送信ステップと、前記第二無線通信装置が、前記中継装置が送信した前記第二信号を受信する第二信号受信ステップと、前記第二無線通信装置が、前記第二信号受信ステップにおいて受信された前記第二信号の受信処理を行って前記波形データを取得する第二信号受信処理ステップと、前記第二無線通信装置が、前記第二信号受信処理ステップにおいて取得された前記波形データが示す前記第一信号の受信処理を行って前記第一無線通信装置が前記第一信号に設定したデータを取得する第一信号受信処理ステップと、を有する無線通信方法である。
　本発明の一態様は、上記の無線通信装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
　本発明により、消費電力を抑制することが可能となる。
本発明の第１の実施形態による無線通信システムの構成図である。 同実施形態による端末局の送信制御部の機能構成を示すブロック図である。 同実施形態による端末局のデータ記憶部の概略を示すブロック図である。 同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。 同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。 第２の実施形態による無線通信システムの構成図である。 同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。 第３の実施形態による無線通信システムの構成図である。 同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態による無線通信システム１の構成図である。無線通信システム１は、移動中継局２と、端末局３と、基地局４とを有する。無線通信システム１が有する移動中継局２、端末局３及び基地局４のそれぞれの数は任意であるが、端末局３の数は多数であることが想定される。無線通信システム１は、即時性が要求されない情報の伝送を行う通信システムである。複数の端末局３からそれぞれ送信された情報は、移動中継局２を介して伝送され、基地局４によって収集される。
　移動中継局２は、移動体に搭載され、通信可能なエリアが時間の経過により移動する中継装置の一例である。移動中継局２は、例えば、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）衛星に備えられる。ＬＥＯ衛星の高度は凡そ２０００［ｋｍ］以下であり、地球の上空を１周約１．５時間程度で周回する。端末局３及び基地局４は、地上や海上など地球上に設置される。複数の端末局３は、互いに異なる場所に存在する。端末局３は、例えば、ＩｏＴ端末である。端末局３は、センサが検出した環境データ等のデータを収集し、移動中継局２へ無線により送信する。同図では、２台の端末局３のみを示している。
　移動中継局２は、地球の上空を移動しながら、複数の端末局３のそれぞれから送信されたデータを無線信号により受信する。移動中継局２は、受信したこれらのデータを蓄積し、蓄積しておいたデータを、基地局４との通信が可能なタイミングで一括して基地局４へ無線送信する。基地局４は、端末局３が収集したデータを移動中継局２から受信する。
　移動中継局２として、静止衛星や、ドローン、ＨＡＰＳ（High Altitude Platform Station）などの無人航空機に搭載された中継局を用いることが考えられる。しかし、静止衛星に搭載された中継局の場合、地上のカバーエリア（フットプリント）は広いものの、高度が高いために、地上に設置されたＩｏＴ端末に対するリンクバジェットは非常に小さい。一方、ドローンやＨＡＰＳに搭載された中継局の場合、リンクバジェットは高いものの、カバーエリアが狭い。さらには、ドローンにはバッテリーが、ＨＡＰＳにはバッテリー及びそれを充電する太陽光パネルが必要である。
　本実施形態では、ＬＥＯ衛星に移動中継局２を搭載する。よって、リンクバジェットは限界内に収まることに加え、ＬＥＯ衛星は、大気圏外を周回するために空気抵抗がなく、燃料消費も少ない。また、ドローンやＨＡＰＳに中継局を搭載する場合と比較して、フットプリントも大きい。
　ＬＥＯ衛星に搭載された移動中継局２は、高速で移動しながら通信を行うため、個々の端末局３や基地局４が移動中継局２と通信可能な時間が限られている。具体的には、地上の端末局から見ると、移動中継局２は、凡そ１０分程度以下で上空を通り過ぎる。また、端末局３には、様々な仕様の無線通信方式が使用される。
　そこで、移動中継局２は、移動中の現在位置におけるカバレッジ内の端末局３から端末アップリンク信号を受信し、受信した端末アップリンク信号の波形データを保存しておく。移動中継局２は、カバレッジに基地局４が存在するタイミングにおいて、端末アップリンク信号の波形データを設定した基地局ダウンリンク信号を、基地局４に無線送信する。基地局４は、移動中継局２から受信した基地局ダウンリンク信号を復調して端末アップリンク信号の波形データを得る。基地局４は、波形データが表す端末アップリンク信号に対して復調及び復号を行うことにより、端末局３が送信したデータである端末送信データを得る。
　各装置の構成を説明する。
　移動中継局２は、アンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２４と、アンテナ２５とを備える。
　端末通信部２２は、受信部２２１と、受信波形記録部２２２とを有する。受信部２２１は、アンテナ２１により端末アップリンク信号を受信する。受信波形記録部２２２は、受信部２２１が受信した端末アップリンク信号の受信波形をサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データを生成する。受信波形記録部２２２は、アンテナ２１における端末アップリンク信号の受信時刻と、生成した波形データとを設定した受信波形情報をデータ記憶部２３に書き込む。データ記憶部２３は、受信波形記録部２２２により書き込まれた受信波形情報を記憶する。
　基地局通信部２４は、任意の無線通信方式の基地局ダウンリンク信号により受信波形情報を基地局４へ送信する。基地局通信部２４は、記憶部２４１と、制御部２４２と、送信データ変調部２４３と、送信部２４４とを備える。記憶部２４１は、移動中継局２を搭載しているＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４の位置とに基づいて、予め計算された送信開始タイミングを記憶する。ＬＥＯの軌道情報は、任意の時刻におけるＬＥＯ衛星の位置、速度、移動方向などを得ることが可能な情報である。送信時刻は、例えば、送信開始タイミングからの経過時間で表してもよい。
　制御部２４２は、記憶部２４１に記憶された送信開始タイミングにおいて、受信波形情報を基地局４に送信するように送信データ変調部２４３及び送信部２４４を制御する。送信データ変調部２４３は、データ記憶部２３から受信波形情報を送信データとして読み出し、読み出した送信データを変調して基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、基地局ダウンリンク信号を電気信号から無線信号に変換し、アンテナ２５から送信する。
　端末局３は、データ記憶部３１と、送信部３２と、１本または複数本のアンテナ３３と、受信部３４と、送信制御部３５とを備える。データ記憶部３１は、センサデータなどを記憶する。送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出し、読み出した端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３３から無線により送信する。送信部３２は、例えば、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）により信号を送信する。ＬＰＷＡには、ＬｏＲａＷＡＮ（登録商標）、Ｓｉｇｆｏｘ（登録商標）、ＬＴＥ－Ｍ（Long Term Evolution for Machines）、ＮＢ（Narrow Band）－ＩｏＴ等があるが、任意の無線通信方式を用いることができる。
　また、送信部３２は、他の端末局３と時分割多重、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）などにより送信を行ってもよい。送信部３２は、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、自局が端末アップリンク信号の送信に使用するチャネル及び送信開始タイミングを決定する。また、送信部は、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、複数本のアンテナ３３から送信する信号のビーム形成を行ってもよい。
　受信部３４は、移動中継局２から送信された報知信号を受信する。
　送信制御部３５は、送信部３２によって送信される信号の送信出力を制御する。送信制御部３５による信号の送信出力の制御処理の構成については後述される。
　基地局４は、アンテナ４１と、受信部４２と、基地局信号受信処理部４３と、端末信号受信処理部４４とを備える。受信部４２は、アンテナ４１により受信した端末ダウンリンク信号を、電気信号に変換する。基地局信号受信処理部４３は、受信部４２が電気信号に変換した受信信号の復調及び復号を行い、受信波形情報を得る。基地局信号受信処理部４３は、受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。
　端末信号受信処理部４４は、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。このとき、端末信号受信処理部４４は、端末局３が送信に使用した無線通信方式により受信処理を行って端末送信データを取得する。端末信号受信処理部４４は、端末信号復調部４４１と、端末信号復号部４４２とを備える。
　端末信号復調部４４１は、波形データを復調し、復調により得られたシンボルを端末信号復号部４４２に出力する。端末信号復調部４４１は、波形データが示す信号に対して、移動中継局２のアンテナ２１が受信した端末アップリンク信号のドップラーシフトを補償する処理を行ってから、復調を行ってもよい。アンテナ２１が受信した端末アップリンク信号が受けるドップラーシフトは、端末局３の位置と、移動中継局２が搭載されているＬＥＯの軌道情報に基づき予め計算される。端末信号復号部４４２は、端末信号復調部４４１が復調したシンボルを復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。
　以下、端末局３の送信制御部３５による、信号の送信出力の制御処理の構成について説明する。本実施形態における端末局３は、信号の送信対象の移動中継局２と自己位置との間の距離を算出する。端末局３は、算出された距離に基づいて、移動中継局２へ送信する信号の送信出力を決定する。
　一般的に、衛星ＩｏＴシステムにおいて、ＩｏＴ端末から低軌道衛星への信号の送信のために必要となる送信出力は、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離に依存する。例えば、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離が近いほど、より小さい送信出力で信号の送受信が可能である。本実施形態における端末局３は、移動中継局２へ信号を送信するために十分な送信出力であり、かつ、より小さい送信出力で送信する。これにより、本実施形態における端末局３は、消費電力を抑制することができる。
　図２は、第１の実施形態による端末局３の送信制御部３５の機能構成を示すブロック図である。また、図３は、第１の実施形態による端末局３のデータ記憶部３１の構成を示すブロック図である。
　図２に示されるように、送信制御部３５は、タイミング制御部３５１と、距離算出部３５２と、出力制御部３５３とを備える。また、図３に示されるように、データ記憶部３１は、センサデータ３１１と、軌道情報３１２と、自己位置情報３１３と、出力制御情報３１４とを記憶する。
　センサデータ３１１は、端末局３を有するＩｏＴ端末によって生成され、端末局３から移動中継局２へ送信されるデータである。センサデータ３１１は、例えば、端末局３を有するＩｏＴ端末の周囲の温度、湿度、又は潮流等を示す環境データである。
　軌道情報３１２は、移動中継局２を搭載する低軌道衛星の軌道を示す情報である。軌道情報３１２は、例えば、どの低軌道衛星が、どの時刻に、どの位置に存在するかを示す情報である。
　自己位置情報３１３は、自己の端末局３の位置を示す情報である。なお、端末局３を有するＩｏＴ端末が時間とともに移動する装置である場合には、自己位置情報３１３は、随時更新される。この場合、例えば端末局３には、ＧＰＳ等の測位システムが搭載されており、当該測位システムによって随時測定された位置情報によって自己位置情報３１３が更新される。
　出力制御情報３１４は、移動中継局２と端末局３との間の距離と、信号の送信出力とが対応付けられた情報である。例えば、出力制御情報３１４は、距離を示す情報を入力した場合に、信号の送信出力を示す情報が出力される関数である。または、出力制御情報３１４は、距離を示す情報と、信号の送信出力を示す情報とが対応付けられたテーブルであってもよい。
　タイミング制御部３５１は、データ記憶部３１から、軌道情報３１２と自己位置情報３１３とを読み出す。タイミング制御部３５１は、軌道情報３１２と自己位置情報３１３とに基づいて、送信部３２がセンサデータ３１１に基づく信号を移動中継局２へ送信するタイミング（以下、「送信開始タイミング」という。）を決定する。送信開始タイミングとは、例えば上記のセンサデータ３１１に基づく信号の送信時刻である。タイミング制御部３５１は、決定された送信開始タイミングを示す送信開始タイミング情報をデータ記憶部３１に記録する。
　距離算出部３５２は、データ記憶部３１に記録された送信開始タイミング情報を取得する。距離算出部３５２は、データ記憶部３１から軌道情報３１２と自己位置情報３１３とを読み出す。距離算出部３５２は、送信開始タイミング情報と軌道情報３１２とに基づいて、送信開始タイミングにおける移動中継局２の位置を特定する。距離算出部３５２は、特定された移動中継局２の位置と、自己位置情報３１３が示す自己位置とに基づいて、送信開始タイミングにおける移動中継局２と自己の端末局３との間の距離を算出する。距離算出部３５２は、算出された距離を示す情報（以下、「距離情報」という。）をデータ記憶部３１に記録する。
　出力制御部３５３は、データ記憶部３１から距離情報を取得する。出力制御部３５３は、データ記憶部３１から出力制御情報３１４を読み出す。出力制御部３５３は、距離情報と出力制御情報３１４とに基づいて、送信部３２による信号の送信出力を決定する。出力制御部３５３は、決定された送信出力を示す送信出力情報をデータ記憶部３１に記録する。出力制御部３５３は、送信開始タイミングになる前に、データ記憶部３１に記録された送信出力情報を読み出す。出力制御部３５３は、送信開始タイミングにおいて、送信出力情報に基づく送信出力で移動中継局２への信号の送信が行われるように、送信部３２を制御する。
　無線通信システム１の動作を説明する。
　図４は、端末局３から端末アップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。端末局３は、外部又は内部に備えられた図示しないセンサが検出したデータを随時取得し、取得したデータをセンサデータ３１１としてデータ記憶部３１に書き込む（ステップＳ１１１）。
　タイミング制御部３５１は、データ記憶部３１から、軌道情報３１２と自己位置情報３１３とを読み出す。タイミング制御部３５１は、軌道情報３１２と自己位置情報３１３とに基づいて、送信開始タイミングを決定する（ステップＳ１１２）。タイミング制御部３５１は、決定された送信開始タイミングを示す送信開始タイミング情報をデータ記憶部３１に記録する。
　距離算出部３５２は、データ記憶部３１に記録された送信開始タイミング情報を取得する。距離算出部３５２は、データ記憶部３１から軌道情報３１２と自己位置情報３１３とを読み出す。距離算出部３５２は、送信開始タイミング情報と軌道情報３１２とに基づいて、送信開始タイミングにおける移動中継局２の位置を特定する。距離算出部３５２は、特定された移動中継局２の位置と、自己位置情報３１３が示す自己位置とに基づいて、送信開始タイミングにおける移動中継局２と自己の端末局３との間の距離を算出する（ステップＳ１１３）。距離算出部３５２は、算出された距離を示す距離情報をデータ記憶部３１に記録する。
　出力制御部３５３は、データ記憶部３１から距離情報を取得する。出力制御部３５３は、データ記憶部３１から出力制御情報３１４を読み出す。出力制御部３５３は、距離情報と出力制御情報３１４とに基づいて、送信部３２による信号の送信出力を決定する（ステップＳ１１４）。出力制御部３５３は、決定された送信出力を示す送信出力情報をデータ記憶部３１に記録する。出力制御部３５３は、送信開始タイミングになる前に、データ記憶部３１に記録された送信出力情報を読み出す。出力制御部３５３は、送信開始タイミングにおいて、決定された送信出力で移動中継局２への信号の送信が行われるように、送信部３２を制御する。
　送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータ３１１を端末送信データとして読み出す。送信部３２は、ステップＳ１１２においてタイミング制御部351によって決定された送信開始タイミングに、端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３３から無線送信する。このとき、送信部３２は、ステップＳ１１４において出力制御部３５３によって決定された送信出力で端末アップリンク信号を無線送信する（ステップＳ１１５）。端末局３は、ステップＳ１１１からの処理を繰り返す。
　移動中継局２の受信部２２１は、端末局３から送信された端末アップリンク信号を受信する（ステップＳ１２１）。送信元の端末局３の無線通信方式によって、同一の周波数については時分割で１台の端末局３からのみ端末アップリンク信号を受信する場合と、同一の周波数で同時に複数台の端末局３から端末アップリンク信号を受信する場合がある。受信波形記録部２２２は、受信部２２１が受信した端末アップリンク信号の波形を表す波形データと、受信時刻とを対応付けた受信波形情報をデータ記憶部２３に書き込む（ステップＳ１２２）。移動中継局２は、ステップＳ１２１からの処理を繰り返す。
　図５は、移動中継局２から基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。移動中継局２の基地局通信部２４が有する制御部２４２は、記憶部２４１に記憶された送信開始タイミングであることを検出すると、受信波形情報の送信を送信データ変調部２４３及び送信部２４４に指示する（ステップＳ２１１）。送信データ変調部２４３は、データ記憶部２３に蓄積していた受信波形情報を送信データとして読み出し、読み出した送信データを変調し、基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、送信データ変調部２４３が生成した基地局ダウンリンク信号を無線によりアンテナ２５から送信する（ステップＳ２１２）。移動中継局２は、ステップＳ２１１からの処理を繰り返す。
　基地局４のアンテナ４１は、移動中継局２から基地局ダウンリンク信号を受信する（ステップＳ２２１）。受信部４２は、アンテナ４１が受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号の受信信号に変換して、基地局信号受信処理部４３に出力する。基地局信号受信処理部４３は、受信信号を復調し、復調した受信信号を復号する（ステップＳ２２２）。基地局信号受信処理部４３は、復号により得られた受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。
　端末信号受信処理部４４は、受信波形情報に含まれる波形データが表す端末アップリンク信号の受信処理を行う（ステップＳ２２３）。具体的には、端末信号復調部４４１は、波形データが表す受信信号に含まれる無線通信方式固有の情報に基づいて、端末局３が端末アップリンク信号の送信に用いた無線通信方式を特定する。端末信号復調部４４１は、特定した無線通信方式に従って、波形データが表す受信信号を復調し、復調により得られたシンボルを、端末信号復号部４４２に出力する。端末信号復号部４４２は、端末信号復調部４４１から入力したシンボルを特定された無線通信方式により復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。なお、端末信号復号部４４２は、ＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）のように、計算負荷が大きな復号方式を用いることも可能である。基地局４は、ステップＳ２２１からの処理を繰り返す。
　以上説明したように、本実施形態における端末局３は、信号の送信開始タイミングにおける、信号の送信対象の移動中継局２と自己位置との間の距離を算出する。端末局３は、算出された距離に基づいて、移動中継局２へ送信する信号の送信出力を決定する。前述の通り、一般的に、衛星ＩｏＴシステムにおいてＩｏＴ端末から低軌道衛星への信号の送信のために必要となる送信出力は、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離に依存する。本実施形態における端末局３は、移動中継局２へ信号を送信するために十分な送信出力であり、かつ、より小さい送信出力で送信する。これにより、端末局３は、例えば移動中継局２と自己位置との間の距離が近い時であっても、必要以上に大きな送信出力で信号の送信を行うことがないため、無駄に電力を消費してしまうことがない。よって、本実施形態における端末局３は、消費電力を抑制することができる。
（第２の実施形態）
　本実施形態では、移動中継局は、複数本のアンテナにより基地局ダウンリンク信号を送信する。以下では、基地局ダウンリンク信号の送信に、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を用いる場合を例にして、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
　図６は、第２の実施形態による無線通信システム１ａの構成図である。同図において、図１に示す第１の実施形態における無線通信システム１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。無線通信システム１ａは、移動中継局２ａと、端末局３と、基地局４ａとを有する。
　移動中継局２ａは、アンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２６と、複数のアンテナ２５とを備える。基地局通信部２６は、ＭＩＭＯにより基地局４ａへ受信波形情報を送信する。基地局通信部２６は、記憶部２６１と、制御部２６２と、送信データ変調部２６３と、ＭＩＭＯ送信部２６４とを備える。記憶部２６１は、移動中継局２ａを搭載しているＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４ａの位置とに基づいて、予め計算された送信開始タイミングを記憶する。さらに、記憶部２６１は、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号の送信時刻毎のウェイトを予め記憶している。送信時刻毎のウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、基地局４ａが備える各アンテナ局４１０の位置とに基づいて計算される。なお、送信時刻によらず、一定のウェイトを使用してもよい。
　制御部２６２は、記憶部２６１に記憶された送信開始タイミングにおいて、受信波形情報を基地局４ａに送信するように送信データ変調部２６３及びＭＩＭＯ送信部２６４を制御する。さらに、制御部２６２は、記憶部２６１から読み出した送信時刻毎のウェイトをＭＩＭＯ送信部２６４に指示する。送信データ変調部２６３は、データ記憶部２３から受信波形情報を送信データとして読み出し、読み出した送信データをパラレル信号に変換した後、変調する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、変調されたパラレル信号に、制御部２６２から指示されたウェイトにより重み付けを行い、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号を生成する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、生成した基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する。
　基地局４ａは、複数のアンテナ局４１０と、ＭＩＭＯ受信部４２０と、基地局信号受信処理部４３０と、端末信号受信処理部４４とを備える。アンテナ局４１０は、移動中継局２ａの複数のアンテナ２５のそれぞれからの信号の到来角差が大きくなるように他のアンテナ局４１０と離れた位置に配置される。各アンテナ局４１０は、移動中継局２ａから受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換してＭＩＭＯ受信部４２０に出力する。
　ＭＩＭＯ受信部４２０は、複数のアンテナ局４１０から受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。ＭＩＭＯ受信部４２０は、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１０の位置とに基づいて、各アンテナ局４１０のそれぞれが受信した基地局ダウンリンク信号に対する受信時刻毎のウェイトを記憶している。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０から入力した基地局ダウンリンク信号に対して、その基地局ダウンリンク信号の受信時刻に対応したウェイトを乗算し、ウェイトが乗算された受信信号を合成する。なお、受信時刻によらず同じウェイトを用いてもよい。基地局信号受信処理部４３０は、合成された受信信号の復調及び復号を行い、受信波形情報を得る。基地局信号受信処理部４３０は、受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。
　無線通信システム１ａの動作を説明する。
　端末局３から端末アップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ａの処理は、図４に示す第１の実施形態の無線通信システム１の処理と同様である。
　図７は、移動中継局２ａから基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ａの処理を示すフロー図である。移動中継局２ａの基地局通信部２６が有する制御部２６２は、記憶部２６１に記憶された送信開始タイミングであることを検出すると、受信波形情報の送信を送信データ変調部２６３及びＭＩＭＯ送信部２６４に指示する（ステップＳ３１１）。
　送信データ変調部２６３は、データ記憶部２３に蓄積していた受信波形情報を送信データとして読み出し、読み出した送信データをパラレル変換した後、変調する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、送信データ変調部２６３が変調した送信データに制御部２６２から指示されたウェイトにより重み付けを行って、各アンテナ２５から送信する送信信号である基地局ダウンリンク信号を生成する。ＭＩＭＯ送信部２６４は、生成した各基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（ステップＳ３１２）。移動中継局２ａは、ステップＳ３１１からの処理を繰り返す。
　基地局４ａの各アンテナ局４１０は、移動中継局２ａから基地局ダウンリンク信号を受信する（ステップＳ３２１）。各アンテナ局４１０は、受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換した受信信号をＭＩＭＯ受信部４２０に出力する。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０から受信した受信信号のタイミングを同期させる。ＭＩＭＯ受信部４２０は、各アンテナ局４１０が受信した受信信号にウェイトを乗算して加算する。基地局信号受信処理部４３０は、加算された受信信号を復調し、復調した受信信号を復号する（ステップＳ３２２）。基地局信号受信処理部４３０は、復号により得られた受信波形情報を端末信号受信処理部４４に出力する。
　端末信号受信処理部４４は、図５に示す第１の実施形態の処理フローにおけるステップＳ２２３と同様の処理により、受信波形情報に含まれる波形データが表す端末アップリンク信号の受信処理を行う（ステップＳ３２３）。すなわち、端末信号復調部４４１は、波形データが表す受信信号に含まれる無線通信方式固有の情報に基づいて、端末局３が端末アップリンク信号の送信に用いた無線通信方式を特定する。端末信号復調部４４１は、特定した無線通信方式に従って、波形データが表す受信信号を復調し、復調により得られたシンボルを端末信号復号部４４２に出力する。端末信号復号部４４２は、端末信号復調部４４１から入力したシンボルを、特定された無線通信方式により復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。なお、端末信号復号部４４２は、ＳＩＣのように、計算負荷が大きな復号方式を用いることも可能である。基地局４ａは、ステップＳ３２１からの処理を繰り返す。
　以上説明したように、本実施形態における端末局３は、信号の送信開始タイミングにおける、信号の送信対象の移動中継局２ａと自己位置との間の距離を算出する。端末局３は、算出された距離に基づいて、移動中継局２ａへ送信する信号の送信出力を決定する。前述の通り、一般的に、衛星ＩｏＴシステムにおいてＩｏＴ端末から低軌道衛星への信号の送信のために必要となる送信出力は、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離に依存する。本実施形態における端末局３は、移動中継局２ａへ信号を送信するために十分な送信出力であり、かつ、より小さい送信出力で送信する。これにより、端末局３は、例えば移動中継局２ａと自己位置との間の距離が近い時であっても、必要以上に大きな送信出力で信号の送信を行うことがないため、無駄に電力を消費してしまうことがない。よって、本実施形態における端末局３は、消費電力を抑制することができる。
　また、上述した実施形態によれば、移動中継局は、複数の端末局から受信し、蓄積しておいたデータを、基地局と通信可能なタイミングで、短い時間で一括して品質良く送信することができる。
（第３の実施形態）
　本実施形態では、移動中継局は、複数のアンテナにより端末アップリンク信号を受信する。以下では、第２の実施形態との差分を中心に説明する。
　図８は、第３の実施形態による無線通信システム１ｂの構成図である。同図において、図６に示す第２の実施形態における無線通信システム１ａと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。無線通信システム１ｂは、移動中継局２ｂと、端末局３と、基地局４ｂとを有する。
　移動中継局２ｂは、Ｎ本のアンテナ２１（Ｎは２以上の整数）と、端末通信部２２ｂと、データ記憶部２３と、基地局通信部２６と、複数本のアンテナ２５とを備える。Ｎ本のアンテナ２１をそれぞれ、アンテナ２１－１～２１－Ｎと記載する。
　端末通信部２２ｂは、Ｎ個の受信部２２１ｂと、Ｎ個の受信波形記録部２２２ｂとを有する。Ｎ個の受信部２２１ｂを、受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎと記載し、Ｎ個の受信波形記録部２２２ｂを、受信波形記録部２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎと記載する。受信部２２１ｂ－ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、アンテナ２１－ｎにより端末アップリンク信号を受信する。
　受信波形記録部２２２ｂ－ｎは、受信部２２１ｂ－ｎが受信した端末アップリンク信号の受信波形をサンプリングし、サンプリングにより得られた値を示す波形データを生成する。受信波形記録部２２２ｂ－ｎは、アンテナ２１－ｎのアンテナ識別子と、アンテナ２１－ｎにおける端末アップリンク信号の受信時刻と、生成した波形データとを設定した受信波形情報をデータ記憶部２３に書き込む。アンテナ識別子は、アンテナ２１－ｎを特定する情報である。データ記憶部２３は、アンテナ２１－１～２１－Ｎのそれぞれが受信した端末アップリンク信号の波形データを含む受信波形情報を記憶する。
　基地局４ｂは、複数のアンテナ局４１０と、ＭＩＭＯ受信部４２０と、基地局信号受信処理部４３０と、端末信号受信処理部４５０とを備える。
　端末信号受信処理部４５０は、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。このとき、端末信号受信処理部４５０は、端末局３が送信に使用した無線通信方式により受信処理を行って端末送信データを取得する。端末信号受信処理部４５０は、分配部４５１と、Ｎ個の端末信号復調部４５２と、合成部４５３と、端末信号復号部４５４とを備える。Ｎ個の端末信号復調部４５２をそれぞれ、端末信号復調部４５２－１～４５２－Ｎと記載する。
　分配部４５１は、受信波形情報から同じ受信時刻の波形データを読み出し、読み出した波形データを、その波形データに対応付けられたアンテナ識別子に応じて端末信号復調部４５２－１～４５２－Ｎに出力する。つまり、分配部４５１は、アンテナ２１－ｎのアンテナ識別子に対応付けられた波形データを、端末信号復調部４５２－ｎに出力する。
　端末信号復調部４５２－１～４５２－Ｎはそれぞれ、波形データが表す信号を復調し、復調により得られたシンボルを合成部４５３に出力する。端末信号復調部４５２－ｎは、波形データが表す信号に対して、移動中継局２のアンテナ２１－ｎが受信した端末アップリンク信号のドップラーシフトを補償する処理を行ってから、復調を行ってもよい。各アンテナ２１－ｎが受信した端末アップリンク信号が受けるドップラーシフトは、端末局３の位置と、移動中継局２ｂが搭載されているＬＥＯの軌道情報に基づき予め計算される。
　合成部４５３は、端末信号復調部４５２－１～４５２－Ｎのそれぞれから入力したシンボルを加算合成し、端末信号復号部４５４に出力する。端末信号復号部４５４は、加算合成されたシンボルを復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。
　無線通信システム１ｂの動作を説明する。
　図９は、端末局３から端末アップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ｂの処理を示すフロー図である。同図において、図４に示す第１の実施形態と処理フローと同じ処理には、同一の符号を付している。端末局３は、図４に示す第１の実施形態の処理フローにおけるステップＳ１１１～ステップＳ１１５の処理と同様の処理を行う。なお、端末局３は、他の端末局３と時分割多重、ＯＦＤＭ、ＭＩＭＯなどにより送信を行ってもよい。
　移動中継局２ｂの受信部２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎは、端末局３から送信された端末アップリンク信号を受信する（ステップＳ４２１）。送信元の端末局３の無線通信方式によって、同一の周波数については時分割で１台の端末局３からのみ端末アップリンク信号を受信する場合と、同一の周波数で同時に複数台の端末局３から端末アップリンク信号を受信する場合がある。
　受信波形記録部２２２ｂ－ｎは、受信部２２１ｂ－ｎが受信した端末アップリンク信号の波形を表す波形データと、受信時刻と、アンテナ２１－ｎのアンテナ識別子とを対応付けた受信波形情報をデータ記憶部２３に書き込む（ステップＳ４２２）。移動中継局２ｂは、ステップＳ４２１からの処理を繰り返す。
　移動中継局２ｂから基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ｂの処理は、以下の処理を除いて、図７に示す第２の実施形態の処理フローと同様である。すなわち、ステップＳ３２３において、端末信号受信処理部４５０は、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。
　具体的には、分配部４５１は、受信波形情報から受信時刻が同じ波形データを読み出し、読み出した波形データを、その波形データに対応付けられたアンテナ識別子に応じて端末信号復調部４５２－１～４５２－Ｎに出力する。端末信号復調部４５２－１～４５２－Ｎはそれぞれ、波形データが表す受信信号に含まれる無線通信方式固有の情報に基づいて、端末局３が端末アップリンク信号の送信に用いた無線通信方式を特定する。端末信号復調部４５２－１～４５２－Ｎは、特定した無線通信方式に従って、波形データが表す受信信号を復調し、復調により得られたシンボルを合成部４５３に出力する。
　合成部４５３は、端末信号復調部４５２－１～４５２－Ｎのそれぞれから入力したシンボルを加算合成する。加算合成により、端末局３が送信した信号は相関があるために強調されるが、ランダムに付加される雑音の影響は低減される。そのため、移動中継局２ｂが同時に１台の端末局３からのみ受信した端末アップリンク信号についてはダイバーシティー効果が得られる。また、移動中継局２ｂが同時に複数台の端末局３から受信した端末アップリンク信号についてはＭＩＭＯ通信を行うことに相当する。合成部４５３は、加算合成したシンボルを端末信号復号部４５４に出力する。
　端末信号復号部４５４は、合成部４５３により加算合成されたシンボルを特定された無線通信方式により復号し、端末局３から送信された端末送信データを得る。なお、端末信号復号部４５４は、ＳＩＣのように、計算負荷が大きな復号方式を用いることも可能である。
　以上説明したように、本実施形態における端末局３は、信号の送信開始タイミングにおける、信号の送信対象の移動中継局２ｂと自己位置との間の距離を算出する。端末局３は、算出された距離に基づいて、移動中継局２ｂへ送信する信号の送信出力を決定する。前述の通り、一般的に、衛星ＩｏＴシステムにおいてＩｏＴ端末から低軌道衛星への信号の送信のために必要となる送信出力は、ＩｏＴ端末と低軌道衛星との間の距離に依存する。本実施形態における端末局３は、移動中継局２ｂへ信号を送信するために十分な送信出力であり、かつ、より小さい送信出力で送信する。これにより、端末局３は、例えば移動中継局２ｂと自己位置との間の距離が近い時であっても、必要以上に大きな送信出力で信号の送信を行うことがないため、無駄に電力を消費してしまうことがない。よって、本実施形態における端末局３は、消費電力を抑制することができる。
　また、上述した実施形態によれば、移動中継局は、端末局から受信した端末アップリンク信号をダイバーシティー受信や、ＭＩＭＯ受信などにより受信する。よって、端末局との間のリンクバジェットを向上させることができる。
　また、上述した実施形態によれば、移動中継局は、複数の端末局から受信し、蓄積しておいたデータを、基地局と通信可能なタイミングで、短い時間で一括して品質良く送信することができる。
　以上説明した各実施形態によれば、移動中継局は、端末局から受信した無線の端末アップリンク信号を復調することなく、その受信信号波形の情報の保存及び蓄積を行い、基地局に通信可能なタイミングで無線により伝送する。基地局は、移動中継局における受信信号波形により表される端末アップリンク信号に復調・復号などの受信処理を行う。よって、低軌道衛星を用いた無線通信システムに、通信方式に依存しない非再生中継方式を適用することができる。また、非再生中継を行うため、移動中継局は、端末局に用いられる無線通信方式を実装する必要がない。例えば、新たな無線通信方式で通信する端末局が加わった場合でも、移動中継局に変更を行う必要なく、地上に設置された基地局にその無線通信方式を追加する変更を行えばよい。したがって、様々なＩｏＴシステムの同時収容が可能であり、ＩｏＴシステムの更新にも容易に対応可能である。また、各端末局が受けた大きなドップラーシフトを移動中継局で処理せず、基地局で行うことが可能であるため、ドップラーシフトを補償するための複雑な非線形演算を移動中継局に実装する必要がない。
　なお、上記実施形態において、移動中継局が搭載される移動体は、ＬＥＯ衛星である場合を説明したが、静止衛星、ドローンやＨＡＰＳなど上空を飛行する他の飛行体であってもよい。
　上述した実施形態によれば、無線通信装置は、送信部と、タイミング制御部と、距離算出部と、出力制御部と、を備える。例えば、無線通信装置は、実施形態における端末局３であり、送信部は、実施形態における送信部３２及びアンテナ３３であり、タイミング制御部は、実施形態におけるタイミング制御部３５１であり、距離算出部は、実施形態における距離算出部３５２であり、出力制御部は、実施形態における出力制御部３５３である。
　送信部は、移動体に搭載された他の無線通信装置へ信号を送信する。例えば、他の無線通信装置は、実施形態における移動中継局２，２ａ，２ｂであり、信号は、実施形態における端末アップリンク信号である。タイミング制御部は、他の無線通信装置と通信可能なタイミングで送信部による信号の送信を開始させる。距離算出部は、移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、軌道情報と自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける自己位置と移動体の位置との位置関係を算出する。例えば、軌道情報は、実施形態における軌道情報３１２であり、自己位置情報は、実施形態における自己位置情報３１３である。出力制御部は、位置関係に応じて送信部による信号の送信出力を制御する。
　なお、距離算出部は、自己位置と移動体の位置との間の距離を示す位置関係を算出するようにしてもよい。この場合、出力制御部は、距離が短いほど送信出力をより小さくするように制御するようにしてもよい。
　なお、距離算出部は、自己位置から移動体への仰角を示す位置関係を算出するようにしてもよい。この場合、出力制御部は、仰角が大きいほど送信出力をより小さくするように制御するようにしてもよい。
　また、上述した実施形態によれば、無線通信システムは、第一無線通信装置と、移動体に搭載された中継装置と、第二無線通信装置とを有する。例えば、第一無線通信装置は、実施形態における端末局３であり、中継装置は、実施形態における移動中継局２、２ａ、２ｂであり、第二無線通信装置は、実施形態における基地局４、４ａ、４ｂである。
　第一無線通信装置は、第一信号送信部と、タイミング制御部と、距離算出部と、出力制御部とを備える。例えば、第一信号送信部は、実施形態における送信部３２及びアンテナ３３であり、タイミング制御部は、実施形態におけるタイミング制御部３５１であり、距離算出部は、実施形態における距離算出部３５２であり、出力制御部は、実施形態における出力制御部３５３である。
　第一信号送信部は、中継装置へ第一信号を送信する。例えば、第一信号は、実施形態における端末アップリンク信号である。タイミング制御部は、中継装置と通信可能なタイミングで送信部による第一信号の送信を開始させる。距離算出部は、移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、軌道情報と自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける自己位置と移動体の位置との位置関係を算出する。例えば、軌道情報は、実施形態における軌道情報３１２であり、自己位置情報は、実施形態における自己位置情報３１３である。出力制御部は、位置関係に応じて送信部による第一信号の送信出力を制御する。
　中継装置は、第一信号受信部と、記憶部と、第二信号送信部とを備える。例えば、第一信号受信部は、実施形態における受信部２２１、２２１ｂであり、記憶部は、実施形態におけるデータ記憶部２３であり、第二信号送信部は、実施形態における基地局通信部２４、２６である。第一信号受信部は、第一無線通信装置が送信した第一信号を受信する。記憶部は、第一信号受信部が受信した第一信号の波形を示す波形データを記憶する。第二信号送信部は、記憶部に記憶された波形データを示す第二信号を、第二無線通信装置と通信可能なタイミングで第二無線通信装置に送信する。例えば、第二信号は、実施形態における基地局ダウンリンク信号である。
　第二無線通信装置は、第二信号受信部と、第二信号受信処理部と、第一信号受信処理部とを備える。第二信号受信部は、中継装置が送信した第二信号を受信する。例えば、第二信号受信部は、実施形態におけるアンテナ４１及び受信部４２、ならびに、アンテナ局４１０及びＭＩＭＯ受信部４２０である。第二信号受信処理部は、第二信号受信部が受信した第二信号の受信処理を行って波形データを取得する。例えば、第二信号受信処理部は、実施形態における基地局信号受信処理部４３及び基地局信号受信処理部４３０である。第一信号受信処理部は、第二信号受信処理部が取得した波形データが示す第一信号の受信処理を行って第一無線通信装置が第一信号に設定したデータを取得する。第一信号受信処理部は、例えば、実施形態における端末信号受信処理部４４、４５０である。
　なお、第一信号受信処理部は、複数の無線方式により受信処理が可能である。また、第一信号受信処理部が行う受信処理は、第一信号受信部において受信した第一信号が受けたドップラーシフトを補償する処理を含む。
　第一信号受信部は、複数のアンテナにより第一信号を受信してもよい。記憶部は、複数のアンテナのそれぞれが受信した第一信号の波形を示す波形データを記憶する。第一信号受信処理部が行う受信処理は、複数のアンテナのそれぞれに対応した波形データが表す第一信号を復調し、復調結果を合成した信号を復号する処理を含む。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　上述した実施形態における移動中継局２，２ａ，２ｂ、端末局３、及び基地局４，４ａ，４ｂをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
１、１ａ、１ｂ…無線通信システム，
２、２ａ、２ｂ…移動中継局，
３…端末局，
４、４ａ、４ｂ…基地局，
２１、２１－１～２１－Ｎ…アンテナ，
２２、２２ｂ…端末通信部，
２３…データ記憶部，
２４、２６…基地局通信部，
２５…アンテナ，
３１…データ記憶部，
３２…送信部，
３３…アンテナ，
３４…受信部，
３５…送信制御部，
４１…アンテナ，
４２…受信部，
４３、４３０…基地局信号受信処理部，
４４…端末信号受信処理部，
２２１、２２１ｂ－１～２２１ｂ－Ｎ…受信部，
２２２、２２２ｂ－１～２２２ｂ－Ｎ…受信波形記録部，
２４１、２６１…記憶部，
２４２、２６２…制御部，
２４３、２６３…送信データ変調部，
２４４…送信部，
２６４…ＭＩＭＯ送信部，
３１１…センサデータ，
３１２…軌道情報，
３１３…自己位置情報，
３１４…出力制御情報，
３５１…タイミング制御部，
３５２…距離算出部，
３５３…出力制御部，
４１０…アンテナ局，
４２０…ＭＩＭＯ受信部，
４４１…端末信号復調部，
４４２…端末信号復号部，
４５０…端末信号受信処理部，
４５１…分配部，
４５２－１～４５２－Ｎ…端末信号復調部，
４５３…合成部，
４５４…端末信号復号部

Claims (17)

  1. 　移動体に搭載された他の無線通信装置へ信号を送信する送信部と、
    　前記他の無線通信装置と通信可能なタイミングで前記送信部による前記信号の送信を開始させるタイミング制御部と、
    　前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出部と、
    　前記位置関係に応じて前記送信部による前記信号の送信出力を制御する出力制御部と、
    　を備える無線通信装置。
  2. 　前記距離算出部は、前記自己位置と前記移動体の位置との間の距離を示す前記位置関係を算出する
    　請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 　前記出力制御部は、前記距離が短いほど前記送信出力をより小さくするように制御する
    　請求項２に記載の無線通信装置。
  4. 　前記距離算出部は、前記自己位置から前記移動体への仰角を示す前記位置関係を算出する
    　請求項１に記載の無線通信装置。
  5. 　前記出力制御部は、前記仰角が大きいほど前記送信出力をより小さくするように制御する
    　請求項４に記載の無線通信装置。
  6. 　第一無線通信装置と、移動体に搭載された中継装置と、第二無線通信装置と、を有する無線通信システムであって、
    　前記第一無線通信装置は、
    　前記中継装置へ第一信号を送信する第一信号送信部と、
    　前記中継装置と通信可能なタイミングで前記第一信号送信部による前記第一信号の送信を開始させるタイミング制御部と、
    　前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出部と、
    　前記位置関係に応じて前記第一信号送信部による前記第一信号の送信出力を制御する出力制御部と、
    　を備え、
    　前記中継装置は、
    　前記第一無線通信装置が送信した前記第一信号を受信する第一信号受信部と、
    　前記第一信号受信部が受信した前記第一信号の波形を示す波形データを記憶する記憶部と、
    　前記記憶部に記憶された前記波形データを示す第二信号を、前記第二無線通信装置と通信可能なタイミングで前記第二無線通信装置に送信する第二信号送信部と、
    　を備え、
    　前記第二無線通信装置は、
    　前記中継装置が送信した前記第二信号を受信する第二信号受信部と、
    　前記第二信号受信部が受信した前記第二信号の受信処理を行って前記波形データを取得する第二信号受信処理部と、
    　前記第二信号受信処理部が取得した前記波形データが示す前記第一信号の受信処理を行って前記第一無線通信装置が前記第一信号に設定したデータを取得する第一信号受信処理部と、
    　を備える、
    　無線通信システム。
  7. 　前記距離算出部は、前記自己位置と前記移動体の位置との間の距離を示す前記位置関係を算出する
    　請求項６に記載の無線通信システム。
  8. 　前記出力制御部は、前記距離が短いほど前記送信出力をより小さくするように制御する
    　請求項７に記載の無線通信システム。
  9. 　前記距離算出部は、前記自己位置から前記移動体への仰角を示す前記位置関係を算出する
    　請求項６に記載の無線通信システム。
  10. 　前記出力制御部は、前記仰角が大きいほど前記送信出力をより小さくするように制御する
    　請求項９に記載の無線通信システム。
  11. 　前記第一信号受信処理部は、複数の無線方式により前記受信処理が可能である、
    　請求項６から１０のうちいずれか一項に記載の無線通信システム。
  12. 　前記第一信号受信処理部が行う前記受信処理は、前記第一信号受信部において受信した前記第一信号が受けたドップラーシフトを補償する処理を含む、
    　請求項６から１０のうちいずれか一項に記載の無線通信システム。
  13. 　前記第一信号受信部は、複数のアンテナにより前記第一信号を受信し、
    　前記記憶部は、複数の前記アンテナそれぞれが受信した前記第一信号の波形を示す波形データを記憶し、
    　前記第一信号受信処理部が行う前記受信処理は、複数の前記アンテナそれぞれに対応した前記波形データが示す前記第一信号を復調し、復調結果を合成した信号を復号する処理を含む、
    　請求項６から請求項１２のうちいずれか一項に記載の無線通信システム。
  14. 　前記中継装置は、低軌道衛星に備えられ、
    　前記第一無線通信装置及び前記第二無線通信装置は、地球上に設置される、
    　請求項６から請求項１３のうちいずれか一項に記載の無線通信システム。
  15. 　移動体に搭載された他の無線通信装置へ信号を送信する送信ステップと、
    　前記他の無線通信装置と通信可能なタイミングで前記送信ステップにおける前記信号の送信を開始させるタイミング制御ステップと、
    　前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出ステップと、
    　前記位置関係に応じて前記送信ステップにおける前記信号の送信出力を制御する出力制御ステップと、
    　を有する無線通信方法。
  16. 　第一無線通信装置と、移動体に搭載された中継装置と、第二無線通信装置と、を有する無線通信システムが実行する無線通信方法であって、
    　前記第一無線通信装置が、前記中継装置へ第一信号を送信する第一信号送信ステップと、
    　前記第一無線通信装置が、前記中継装置と通信可能なタイミングで前記第一信号送信ステップにおける前記第一信号の送信を開始させるタイミング制御部と、
    　前記第一無線通信装置が、前記移動体の周回軌道を示す軌道情報と自己位置を示す自己位置情報とを取得し、前記軌道情報と前記自己位置情報とに基づいて前記タイミングにおける前記自己位置と前記移動体の位置との位置関係を算出する距離算出ステップと、
    　前記第一無線通信装置が、前記位置関係に応じて前記第一信号送信ステップにおける前記第一信号の送信出力を制御する出力制御ステップと、
    　前記中継装置が、前記第一無線通信装置が送信した前記第一信号を受信する第一信号受信ステップと、
    　前記中継装置が、前記第一信号受信ステップにおいて受信された前記第一信号の波形を示す波形データを記憶する記憶ステップと、
    　前記中継装置が、前記記憶ステップにおいて記憶された前記波形データを示す第二信号を、前記第二無線通信装置と通信可能なタイミングで前記第二無線通信装置に送信する第二信号送信ステップと、
    　前記第二無線通信装置が、前記中継装置が送信した前記第二信号を受信する第二信号受信ステップと、
    　前記第二無線通信装置が、前記第二信号受信ステップにおいて受信された前記第二信号の受信処理を行って前記波形データを取得する第二信号受信処理ステップと、
    　前記第二無線通信装置が、前記第二信号受信処理ステップにおいて取得された前記波形データが示す前記第一信号の受信処理を行って前記第一無線通信装置が前記第一信号に設定したデータを取得する第一信号受信処理ステップと、
    　を有する無線通信方法。
  17. 　請求項１から５のうちいずれか一項に記載の無線通信装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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