WO2024095411A1 - 無線通信装置、無線通信方法及び無線通信プログラム - Google Patents

無線通信装置、無線通信方法及び無線通信プログラム Download PDF

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満 西野
史洋 山下
順一 阿部
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    • H04W88/02—Terminal devices

Definitions

  • This disclosure relates to a wireless communication device, a wireless communication method, and a wireless communication program.
  • amplifiers such as TWTAs (Traveling Wave Tube Amplifiers) are used to obtain high-output transmission signals. If the characteristics of these amplifiers deteriorate due to aging or other reasons, the noise level of the wireless communication signal increases, causing a deterioration in the quality of the communication data.
  • TWTAs Traveling Wave Tube Amplifiers
  • the TWTA has a mechanism for detecting deterioration based on the applied current value, etc.
  • this mechanism has the problem that it is difficult to detect deterioration when the degree of deterioration is small.
  • Patent Document 1 discloses a technology that detects signal degradation by comparing a transmission signal received via a transmission path with a transmission signal.
  • multiple modulated waves are mixed, which makes it difficult to accurately compare each carrier.
  • the first objective of this disclosure is to provide a wireless communication device that can prevent deterioration of communication data quality by detecting deterioration of wireless communication signals in advance.
  • a second object of the present disclosure is to provide a wireless communication method that can prevent degradation of communication data quality by detecting degradation of wireless communication signals in advance.
  • a third object of the present disclosure is to provide a wireless communication program that can prevent degradation of communication data quality by detecting degradation of wireless communication signals in advance.
  • the first aspect of the present disclosure is a wireless communication device that transmits a signal to a receiving station via a relay station, and is preferably configured to perform a transmission process for transmitting a signal to the relay station, a reception process for receiving the signal returned by the relay station, a determination process for determining the quality of the signal, and, if the determination process determines that the signal has deteriorated, a prevention process for preventing deterioration in the quality of the signal transmitted to the receiving station via the relay station.
  • a second aspect of the present disclosure is a wireless communication method performed by a wireless communication device that transmits a signal to a receiving station via a relay station, and preferably includes the steps of: transmitting a signal to the relay station; receiving the signal returned by the relay station; determining the quality of the signal; and, if the determination process determines that the signal has deteriorated, performing a process to prevent deterioration in the quality of the signal transmitted to the receiving station via the relay station.
  • a third aspect of the present disclosure is a wireless communication program to be executed by a wireless communication device that transmits a signal to a receiving station via a relay station, the wireless communication program preferably including a program for causing a computer to execute a transmission process for transmitting a signal to the relay station, a reception process for receiving the signal returned by the relay station, a determination process for determining the quality of the signal, and, if the determination process determines that the signal has deteriorated, a prevention process for preventing deterioration in the quality of the signal transmitted to the receiving station via the relay station.
  • degradation of communication data quality can be prevented by detecting degradation of wireless communication signals in advance.
  • FIG. 1 illustrates a conventional wireless communication system.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between an input signal and an output signal in a TWTA.
  • FIG. 2 is a diagram showing noise levels in an input signal and an output signal.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a wireless communication system according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between C/N and BER.
  • 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of a quality determining unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a process of determining communication data quality according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a wireless communication system according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first modulation method for data communication.
  • FIG. 13 is a diagram showing a second modulation method for data communication. 13 is a flowchart showing a process of determining communication data quality according to a second embodiment of the present disclosure.
  • a figure showing a wireless communication system according to a third embodiment of the present disclosure. 13 is a flowchart showing a process of determining communication data quality according to a third embodiment of the present disclosure.
  • First embodiment [Configuration of a conventional wireless communication system] 1 is a diagram showing a conventional wireless communication system 500.
  • the conventional wireless communication system 500 is a satellite communication system in which a wireless station and a receiving station transmit and receive signals via a relay station.
  • the wireless communication system 500 includes a wireless station 2.
  • the wireless station 2 transmits and receives signals to and from a receiving station 6 via a relay station 4.
  • the first signal is a signal 8 that is transmitted from the wireless station 2 via the relay station 4 and received by the receiving station 6.
  • the second signal is a signal 10 that is transmitted from the receiving station 6 via the relay station 4 and received by the wireless station 2.
  • the third signal is a signal 12 that is transmitted from the wireless station 2 via the relay station and is returned to and received by the wireless station 2.
  • signals 10 and 12 are also processed in the same way, although they are transmitted and received by different wireless stations.
  • data 14 input to the wireless station 2 is sent to the encoding processing unit 16.
  • the encoding processing unit 16 adds error correction information to the encoded data and sends it to the modulation processing unit 18.
  • the modulation processing unit 18 modulates the data and sends it to the transmission amplification unit 20.
  • the transmission amplification unit 20 amplifies the data signal and transmits it as signal 8.
  • Signal 8 is transmitted via a relay station and received by the receiving station 6.
  • the signal 8 received by the receiving station 6 is transmitted to the receiving amplifier 22.
  • the receiving amplifier 22 amplifies the received signal and transmits it to the demodulation processor 24.
  • the demodulation processor 24 demodulates the received signal and transmits it to the error correction decoding processor 26.
  • the error correction decoding processor 26 performs error correction processing on the received signal, decodes it, and outputs it as data 28.
  • the wireless communication system 500 may also be a satellite communication system.
  • the relay station is a communication satellite
  • the wireless station and the receiving station are earth stations.
  • Figure 2 shows the relationship between the input signal and output signal in a TWTA.
  • amplifiers are used in the transmission amplification section to obtain a high-power transmission signal.
  • the distance to the communication partner is very long, which results in large attenuation.
  • systems that use high frequency bands such as the Ku band are affected by rainfall.
  • amplifiers such as TWTAs are often used to obtain a high-power transmission signal.
  • the relationship between the input signal and output signal when a TWTA is used is shown.
  • the output signal level when using a TWTA is a linear amplification proportional to the input signal level.
  • the output signal level when using a TWTA is a nonlinear amplification that is not proportional to the input signal level. In other words, part of the input signal is wasted as noise.
  • the input signal level is reduced below a threshold.
  • this process is referred to as backoff.
  • the threshold for the input signal that becomes nonlinearly amplified may become lower. In other words, even if backoff is used, the output signal may become nonlinearly amplified, and the noise level may increase.
  • Figure 3 shows the noise levels in the input and output signals.
  • the left diagram in Figure 3 shows the level of the input signal. This input signal contains almost no noise, so only peak 30 is shown.
  • the diagram on the right of Figure 3 shows the level of the output signal.
  • an amplifier such as a TWTA
  • the output signal is shown by only peak 30a. In other words, the output signal contains almost no noise.
  • the threshold of the input signal that is amplified nonlinearly may become lower.
  • the output signal is represented by peak 30b and multiple peaks 32b.
  • the output signal includes peak 32b, which is caused by noise, and the level of peak 30b, which is the desired output signal, decreases.
  • the quality of communication data correlates with the signal-to-noise ratio (C/N).
  • C/N signal-to-noise ratio
  • TWTAs deteriorate gradually over time. For this reason, TWTAs have a mechanism for detecting deterioration based on the applied current value, etc. However, when the degree of deterioration is small, it is difficult for this mechanism to detect characteristic deterioration. For this reason, it is difficult to prevent deterioration in communication data quality.
  • modulation methods are often devised to counter nonlinear amplification.
  • ASK Amplitude Shift Keying
  • PSK Phase Shift Keying
  • PSK modulation is not completely immune to the effects of nonlinear amplification either. Therefore, although the impact is less than with ASK modulation, the noise level increases due to the effects of nonlinear amplification. In other words, even with PSK modulation, degradation of communication data quality occurs as the C/N ratio decreases.
  • Patent Document 1 discloses a technique for analyzing the IQ signal of a transmission signal received via a transmission path and the IQ signal of a transmission signal, and comparing the phase components.
  • a module that analyzes the phase components of the IQ signal must be incorporated into the wireless station, which also creates the problem of increased costs.
  • Fig. 4 is a diagram showing a wireless communication system according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the wireless communication system 100 differs from a conventional wireless communication system 500 in that it has a configuration for measuring a BER (Bit Error Ratio).
  • BER Bit Error Ratio
  • the receiving station 6 is omitted in order to clarify the difference from the wireless communication system 500.
  • the wireless communication system 100 includes a wireless station 2a.
  • the wireless station 2a receives a signal 12 that is transmitted from the wireless station 2a via a relay station and is then returned to the wireless station 2a for reception.
  • the signal 12 received by the wireless station 2a is transmitted to a reception amplifier 22.
  • the reception amplifier 22 amplifies the received signal and transmits it to a demodulation processor 24.
  • the demodulation processor 24 demodulates the received signal and transmits it to a BER measurement unit 34.
  • the BER measurement unit 34 measures the signal 12 and transmits the obtained BER before error correction to the quality determination unit 36.
  • the quality determination unit 36 determines the quality of the communication data based on the obtained BER.
  • Figure 5 shows the relationship between C/N and BER. As shown in Figure 5, the BER before error correction is worse than the BER after error correction. In other words, using the BER before error correction makes it easier to detect minor quality degradation of communication data.
  • the quality of the communication data is determined using the signal before it is sent to the error correction decoding processing unit 26. Specifically, an appropriate threshold is set for the BER before error correction, and if the BER falls below this threshold, it is determined that the signal has deteriorated. This makes it possible to detect deterioration in the transmitted signal while the BER after error correction is error-free, thereby preventing deterioration in the quality of the communication data.
  • FIG. 6 is a diagram showing a hardware configuration of a quality determination unit according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the quality determination unit 36 includes a CPU 118.
  • the CPU 118 is connected to a bus line 120.
  • Memory devices such as a ROM 122, a RAM 124, and a storage 126 are connected to the bus line 120.
  • the memory device stores a data communication quality determination program executed by the CPU 118.
  • the quality determination unit 36 can realize functions unique to this embodiment by the CPU 118 executing the data communication quality determination program.
  • a communication interface 128 is also connected to the bus line 120.
  • the quality determination unit 36 communicates with the network via the communication interface 128.
  • An operation unit 130 and a display unit 132 are also connected to the bus line 120. The operation unit 130 and the display unit 132 function as a user interface for handling the quality determination unit 36.
  • the quality determination unit 36 can realize the functions unique to this embodiment by the CPU 118 executing the data communication quality determination program.
  • the quality determination unit 36 can also be realized by a computer and the program.
  • the program can be recorded on a recording medium or provided via a network.
  • the hardware configuration shown in FIG. 6 is also the same for the quality determination unit 44 and the quality determination unit 48 described below.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a process for determining communication data quality according to the first embodiment of the present disclosure.
  • a local station signal is transmitted.
  • a relay station return signal is demodulated, and a BER measurement is performed before error correction.
  • This return signal corresponds to the signal 12 described above.
  • step 104 it is checked whether the BER has deteriorated to a threshold value or more. If it has deteriorated, proceed to step 106. If it has not deteriorated, proceed to step 108.
  • step 106 it is determined that the transmission signal has deteriorated. Then, this state is notified and the wireless station automatically switches to the redundant system. These correspond to preventive processes to prevent deterioration of signal quality in advance.
  • the transmission signal has deteriorated, it is effective for the maintenance of the wireless communication system to notify the user or maintenance person of the status, or to connect to a monitoring network and notify a remote monitor of the status. Also, if the system has a redundant system in the wireless station, automatic switching to the redundant system is also effective for the maintenance of the wireless communication system.
  • step 108 it is determined that the transmitted signal is normal. Communication then continues and the process returns to step 102.
  • Embodiment 2 Fig. 8 is a diagram showing a wireless communication system according to a second embodiment of the present disclosure.
  • the wireless communication system 200 differs from a conventional wireless communication system 500 in that the wireless communication system 200 has a configuration for transmitting and receiving wireless signals using a modulation method different from the modulation method used for actual data transmission.
  • the receiving station 6 is omitted in order to clarify the difference from the wireless communication system 500.
  • the wireless communication system 200 includes a wireless station 2b.
  • Data 14 input to the wireless station 2b is transmitted to an encoding processing unit 16.
  • the encoding processing unit 16 adds error correction information to the encoded data and transmits it not only to the modulation processing unit 18 but also to the modulation processing unit 38.
  • the modulation processing unit 38 modulates the data using a modulation method different from that used by the modulation processing unit 18, and transmits it to the transmission amplification unit 20.
  • the transmission amplification unit 20 amplifies the data signal and transmits it as a signal 12a.
  • Wireless station 2b receives signal 12a that is transmitted from wireless station 2b via a relay station and returned to wireless station 2b for reception.
  • Signal 12a received by wireless station 2b is transmitted to reception amplifier 22.
  • Reception amplifier 22 amplifies the received signal and transmits it not only to demodulation processor 24 but also to demodulation processor 40.
  • Demodulation processor 40 demodulates the received signal using a method corresponding to modulation processor 38 and transmits it to BER measurement unit 42.
  • the BER measurement unit 42 measures the signal 12a and transmits the obtained BER before error correction to the quality determination unit 44.
  • the quality determination unit 44 determines the quality of the communication data based on the obtained BER.
  • FIG. 9 shows a first modulation method for data communication.
  • the amplitude is constant and it is not easily affected by nonlinear amplification.
  • An example of the modulation method shown in FIG. 9 is PSK modulation.
  • FIG. 10 shows a second modulation method for data communication.
  • the amplitude fluctuates, so it is susceptible to the effects of nonlinear amplification.
  • An example of the modulation method shown in FIG. 10 is ASK modulation.
  • the quality of communication data is determined using a transmission signal processed using a different modulation method as shown in FIG. 10. Specifically, an appropriate threshold is set for the BER demodulated using the different modulation method, and if the BER falls below that threshold, it is determined that the signal has deteriorated. This makes it possible to detect deterioration of the transmission signal at a stage when the BER of the normally used transmission signal is error-free, thereby preventing deterioration in the quality of communication data.
  • Error correction after demodulation of a signal modulated by a different method may or may not be performed. If error correction is not performed, it is conceivable that signal desynchronization may suddenly occur before the BER of the normally used transmission signal deteriorates. In that case, however, it is sufficient to determine that the transmission signal has deteriorated due to the signal modulated by a different method becoming out of synchronism during demodulation.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a process for determining communication data quality according to the second embodiment of the present disclosure.
  • a signal modulated by a different method is transmitted.
  • the signal returned from the relay station, modulated by a different method is demodulated and a BER measurement is performed. This returned signal corresponds to the signal 12 described above.
  • step 114 it is confirmed whether the BER has deteriorated to a threshold value or more, or whether communication out of synchronization has occurred. If deterioration or communication out of synchronization has occurred, proceed to step 116. If there has been no deterioration, proceed to step 118.
  • step 116 it is determined that the transmission signal has deteriorated. Then, this state is notified and the radio station automatically switches to a redundant system. If it is determined that the transmission signal has deteriorated, it is effective for the maintenance of the wireless communication system to notify the user or maintenance person of the state, or to connect to a monitoring network or the like to notify a remote monitor of the state. Furthermore, if the system has a redundant system for the radio station, automatic switching to the redundant system is also effective for the maintenance of the wireless communication system.
  • step 118 it is determined that the transmitted signal is normal. Communication then continues and the process returns to step 102.
  • Embodiment 3 Fig. 12 is a diagram showing a wireless communication system according to a third embodiment of the present disclosure.
  • the wireless communication system 300 differs from a conventional wireless communication system 500 in that the wireless communication system 300 has a configuration for measuring the spectrum of a received signal. Note that in Fig. 12, the receiving station 6 is omitted in order to clarify the difference from the wireless communication system 500.
  • the wireless communication system 300 includes a wireless station 2c.
  • the wireless station 2c receives a signal 12 that is transmitted from the wireless station 2c via a relay station and is then received by the wireless station 2c.
  • the signal 12 received by the wireless station 2c is transmitted to a reception amplifier 22.
  • the reception amplifier 22 amplifies the received signal and transmits it to a demodulation processor 24.
  • the demodulation processor 24 demodulates the received signal and transmits it to a spectrum measurement unit 46.
  • the spectrum measurement unit 46 measures the spectrum of the signal 12 and transmits the obtained C/N to the quality determination unit 48.
  • the C/N is measured, for example, by comparing the strength of the signal transmitted from the own station with the strength of the noise floor signal.
  • the quality determination unit 48 determines the quality of the communication data based on the obtained C/N.
  • the quality of communication data is judged using the C/N of the spectrum. Specifically, an appropriate threshold is set for the C/N ratio, and if the C/N ratio falls below this threshold, it is judged that the signal has deteriorated. This makes it possible to detect deterioration of the transmission signal at a stage when the BER of the normally used transmission signal is error-free, thereby preventing deterioration in the quality of communication data.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a process for determining communication data quality according to the third embodiment of the present disclosure.
  • a local station signal is transmitted.
  • a relay station return signal is received and the spectrum is measured. This return signal corresponds to the signal 12 described above.
  • step 124 it is confirmed whether the C/N ratio of the spectrum has deteriorated by more than the threshold value. If it has deteriorated, proceed to step 126. If it has not deteriorated, proceed to step 128.
  • step 126 it is determined that the transmission signal has deteriorated. Then, this state is notified and the radio station automatically switches to a redundant system. If it is determined that the transmission signal has deteriorated, it is effective for the maintenance of the wireless communication system to notify the user or maintenance person of the state, or to connect to a monitoring network or the like to notify a remote monitor of the state. Furthermore, if the system has a redundant system for the radio station, automatic switching to the redundant system is also effective for the maintenance of the wireless communication system.
  • step 1208 it is determined that the transmitted signal is normal. Communication then continues and the process returns to step 122.
  • embodiment 1, embodiment 2, and embodiment 3 may be implemented in appropriate combinations.

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Abstract

この開示は、無線通信装置、無線通信方法及び無線通信プログラムに関する。この無線通信装置は、中継局を介して受信局に信号を送信する無線通信装置である。また、この無線通信装置は、中継局に向けて信号を発信する発信処理と、中継局が折り返した信号を受信する受信処理と、信号の品質を判定する判定処理と、判定処理にて信号劣化と判定された場合、中継局を介して受信局に送信される信号の品質劣化を未然に防止するための防止処理とを実施するよう構成されている。

Description

無線通信装置、無線通信方法及び無線通信プログラム
　本開示は無線通信装置、無線通信方法及び無線通信プログラムに関する。
　通信距離の長い無線通信システムでは、高出力の送信信号を得るため、ＴＷＴＡ（Traveling Wave Tube Amplifier）等の増幅器を用いる。この増幅器の特性が経年劣化等により劣化すると、無線通信信号の雑音レベルが増加するため、通信データ品質が劣化する。
　そこで、ＴＷＴＡは、印加電流値等により劣化を検出する仕組みを有する。しかし、この仕組みでは、劣化度合いが少ない場合の検出が困難である課題があった。
特開２０１２－１７８７４０号広報
電子情報通信学会 知識ベース 4群1編 無線通信基礎 4章 ディジタル変調 4-3 変調方式　https://www.ieice-hbkb.org/files/04/04gun_01hen_04.pdf 電子情報通信学会 知識ベース 5群7編 衛星通信 4章 地球局 4-2 送受信装置　https://www.ieice-hbkb.org/files/05/05gun_07hen_04.pdf
　上述の課題を解決するため、特許文献１には、伝送路を経由して受信した送信信号と送信信号を比較することで、信号の劣化を検出する技術が開示されている。しかし、複数の周波数チャネルを有するマルチキャリア通信の場合、複数の変調波が混在するため、キャリアごとの比較を正確に行うのが困難となる課題があった。
　本開示は上述の課題を解決するため、無線通信信号の劣化を事前に検出することで、通信データ品質の劣化を未然に防止できる無線通信装置を提供することを第一の目的とする。
　また、本開示は、無線通信信号の劣化を事前に検出することで、通信データ品質の劣化を未然に防止できる無線通信方法を提供することを第二の目的とする。
　また、本開示は、無線通信信号の劣化を事前に検出することで、通信データ品質の劣化を未然に防止できる無線通信プログラムを提供することを第三の目的とする。
　本開示の第一の態様は、中継局を介して受信局に信号を送信する無線通信装置であって、中継局に向けて信号を発信する発信処理と、中継局が折り返した信号を受信する受信処理と、信号の品質を判定する判定処理と、判定処理にて信号劣化と判定された場合、中継局を介して受信局に送信される信号の品質劣化を未然に防止するための防止処理とを実施するよう構成されている無線通信装置であることが好ましい。
　本開示の第二の態様は、中継局を介して受信局に信号を送信する無線通信装置が行う無線通信方法であって、中継局に向けて信号を発信することと、中継局が折り返した信号を受信することと、信号の品質を判定することと、判定処理にて信号劣化と判定された場合、中継局を介して受信局に送信される信号の品質劣化を未然に防止するための処理を行うこととを備える無線通信方法であることが好ましい。
　本開示の第三の態様は、中継局を介して受信局に信号を送信する無線通信装置に実行させる無線通信プログラムであって、中継局に向けて信号を発信する発信処理と、中継局が折り返した信号を受信する受信処理と、信号の品質を判定する判定処理と、判定処理にて信号劣化と判定された場合、中継局を介して受信局に送信される信号の品質劣化を未然に防止するための防止処理とをコンピュータに実施させるためのプログラムを含む無線通信プログラムであることが好ましい。
　本開示の第一から第三の態様によれば、無線通信信号の劣化を事前に検出することで、通信データ品質の劣化を未然に防止できる。
従来の無線通信システムを示す図である。 ＴＷＴＡにおける入力信号と出力信号の関係を示す図である。 入力信号と出力信号における雑音レベルを示す図である。 本開示の実施の形態１に係る無線通信システムを示す図である。 Ｃ／ＮとＢＥＲの関係を示す図である。 本開示の実施の形態１に係る品質判定部のハードウェア構成を示す図である。 本開示の実施の形態１に係る、通信データ品質の判定処理を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態２に係る無線通信システムを示す図である。 データ通信の第一の変調方式を示す図である。 データ通信の第二の変調方式を示す図である。 本開示の実施の形態２に係る、通信データ品質の判定処理を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態３に係る無線通信システムを示す図である。 本開示の実施の形態３に係る、通信データ品質の判定処理を示すフローチャートである。
実施の形態１
［従来の無線通信システムの構成］
　図１は、従来の無線通信システムを示す図である。従来の無線通信システム５００は、無線局と受信局が、中継局を経由した信号の送受信を行う衛星通信システムである。
　無線通信システム５００は、無線局２を備える。無線局２は、中継局４を介し、受信局６と信号の送受信を行う。無線局２が送受信を行う信号には三種類ある。第一の信号は、無線局２から中継局４を介して送信され、受信局６に受信される信号８である。第二の信号は、受信局６から中継局４を介して送信され、無線局２に受信される信号１０である。第三の信号は、無線局２から中継局を介して送信され、無線局２に折り返して受信される信号１２である。
　無線通信システム５００における信号の送受信について、詳細に述べる。ここでは、信号８の送受信を例として説明する。なお、信号１０及び信号１２についても、送受信する無線局は異なるが、処理方法は同様である。
　まず、無線局２へ入力されたデータ１４は、符号化処理部１６へ送信される。符号化処理部１６は、誤り訂正情報を付加して符号化したデータを、変調処理部１８へ送信する。変調処理部１８は、データを変調処理し、送信増幅部２０へ送信する。送信増幅部２０は、データの信号を増幅し、信号８として送信する。信号８は、中継局を介して送信され、受信局６に受信される。
　受信局６に受信された信号８は、受信増幅部２２に送信される。受信増幅部２２は、受信した信号を増幅し、復調処理部２４に送信する。復調処理部２４は、受信した信号を復調処理し、誤り訂正復号処理部２６へ送信する。誤り訂正復号処理部２６は、受信した信号の誤り訂正処理を行った上で復号し、データ２８として出力する。
　なお、無線通信システム５００は、衛星通信システムでも良い。その場合、中継局は通信衛星であり、無線局及び受信局は地球局である。
　図２は、ＴＷＴＡにおける入力信号と出力信号の関係を示す図である。無線通信システムでは、高出力の送信信号を得るため、送信増幅部において増幅器を用いる。特に、衛星通信システムでは、通信相手との距離が非常に長いことから、減衰が大きくなる。さらに、Ｋｕ帯等の高い周波数帯を用いるシステムの場合、降雨の影響を受ける。以上により、高強度の送信信号を得るため、ＴＷＴＡ等の増幅器を用いることが多い。そこで、ここでは、ＴＷＴＡを用いた場合の、入力信号と出力信号の関係を示している。
　入力信号レベルが閾値よりも低い場合、ＴＷＴＡを用いた際の出力信号レベルは、入力信号レベルに比例する線形増幅となる。しかし、入力信号レベルが閾値よりも高い場合、ＴＷＴＡを用いた際の出力信号レベルは、入力信号レベルに比例しない非線形増幅となる。すなわち、入力信号の一部が雑音として浪費されることとなる。
　そこで、ＴＷＴＡによる増幅を線形増幅とするため、入力信号レベルを閾値以下に低下させる。以降、この処理をバックオフと称する。これにより、入力信号を浪費することなく、効率良い無線通信を行うことができる。しかし、経年劣化等によりＴＷＴＡの特性が劣化した場合、非線形増幅となる入力信号の閾値が低くなることがある。すなわち、バックオフを取っていても、出力信号が非線形増幅となり、雑音レベルが増加することがある。
　図３は、入力信号と出力信号における雑音レベルを示す図である。図３左の図は、入力信号のレベルを示す。この入力信号には、雑音がほとんど含まれないため、ピーク３０のみで示されている。
　図３右の図は、出力信号のレベルを示す。ＴＷＴＡ等の増幅器において、通信特性が劣化していない場合、出力信号はピーク３０ａのみで示される。すなわち、出力信号には雑音がほとんど含まれていない。
　しかし、ＴＷＴＡ等の増幅器において、特性が劣化している場合、前述の通り、非線形増幅となる入力信号の閾値が低くなることがある。このとき、出力信号は、ピーク３０ｂ及び複数のピーク３２ｂで示される。すなわち、出力信号に、雑音由来のピークである３２ｂが含まれることで、目的とする出力信号のピークである３０ｂのレベルが低下する。
　一般に、通信データの品質は、信号対雑音レベル比（Ｃ／Ｎ）と相関する。すなわち、Ｃ／Ｎが大きいほど通信データの品質は良好となり、Ｃ／Ｎが小さいほど通信データの品質は悪化する。
　前述の通り、経年劣化等によりＴＷＴＡの特性が劣化し、出力信号が非線形増幅となると、雑音レベルが増加するため、Ｃ／Ｎは小さくなる。すなわち、通信データ特性が劣化する。
　ＴＷＴＡの経年劣化は、徐々に進行する。そのためＴＷＴＡは、印加電流値等により劣化を検出する仕組みを持つ。しかし、劣化度合いが少ない場合、この仕組みにより特性劣化を検出するのは困難である。そのため、通信データ品質の劣化を未然に防ぐのは困難である。
　衛星通信システムでは、非線形増幅への対策として、変調方式を工夫することが多い。具体的には、振幅成分を持ち線形性を必要とするＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)変調ではなく、振幅成分が少なく非線形増幅の影響を受けにくいＰＳＫ(Phase Shift Keying)変調を用いる。しかし、ＰＳＫ変調も非線形増幅の影響を全く受けない場合ではない。そのため、ＡＳＫ変調よりも影響は少ないものの、非線形増幅の影響により雑音レベルが増加する。すなわち、ＰＳＫ変調の場合も、Ｃ／Ｎが小さくなることに伴う通信データ品質の劣化は発生する。
　別の方法として、特許文献１には、伝送路を経由して受信した送信信号のＩＱ信号と、送信信号のＩＱ信号を分析し、位相成分を比較する技術が開示されている。しかし、例えば複数の周波数チャネルを有するマルチキャリア通信の場合、複数の変調波が混在するために、キャリアごとのＩＱ信号の位相成分を正確に把握するのは困難である。また、無線局にＩＱ信号の位相成分を解析するモジュールを組み込む必要があるため、コストが上昇する問題も生じる。
［本開示の実施の形態１に係る無線通信システムの構成］
　図４は、本開示の実施の形態１に係る無線通信システムを示す図である。無線通信システム１００は、ＢＥＲ(Bit Error Ratio)を測定する構成を有する点が、従来の無線通信システム５００と異なる。なお、図４では、無線通信システム５００との差異を明確にするため、受信局６を省略して示している。
　無線通信システム１００は、無線局２ａを備える。無線局２ａは、無線局２ａから中継局を介して送信され、無線局２ａに折り返して受信される信号１２を受信する。無線局２ａに受信された信号１２は、受信増幅部２２に送信される。受信増幅部２２は、受信した信号を増幅し、復調処理部２４に送信する。復調処理部２４は、受信した信号を復調処理し、ＢＥＲ測定部３４へ送信する。
　ＢＥＲ測定部３４は、信号１２を測定し、得られた誤り訂正前のＢＥＲを品質判定部３６へ送信する。品質判定部３６は、得られたＢＥＲに基づき、通信データの品質を判定する。
　図５は、Ｃ／ＮとＢＥＲの関係を示す図である。図５で示す通り、誤り訂正前のＢＥＲは、誤り訂正後のＢＥＲよりも悪い値となる。すなわち、誤り訂正前のＢＥＲを用いれば、通信データの軽微な品質劣化を検出しやすくなる。
　本実施形態では、誤り訂正復号処理部２６へ送信される前の信号を用いて、通信データの品質を判定している。具体的には、誤り訂正前のＢＥＲに適切な閾値を設け、その閾値を下回った場合に、信号が劣化したと判定している。これにより、誤り訂正後のＢＥＲではエラーフリーである段階で、送信信号が劣化したことを検出できるため、通信データの品質劣化を未然に防止できる。
　図６は、本開示の実施の形態１に係る品質判定部のハードウェア構成を示す図である。品質判定部３６は、ＣＰＵ１１８を備える。ＣＰＵ１１８は、バスライン１２０に接続されている。バスライン１２０には、ＲＯＭ１２２、ＲＡＭ１２４およびストレージ１２６のようなメモリ装置が接続されている。メモリ装置には、ＣＰＵ１１８により実行されるデータ通信品質判定プログラムが格納されている。品質判定部３６は、ＣＰＵ１１８が、そのデータ通信品質判定プログラムを実行することにより、本実施形態に特有な機能を実現できる。
　バスライン１２０には、また、通信インターフェース１２８が接続されている。品質判定部３６は、通信インターフェース１２８を介して、ネットワークとの通信を実現する。バスライン１２０には、更に、操作部１３０および表示部１３２が接続されている。操作部１３０および表示部１３２は、品質判定部３６を取り扱うためのユーザインターフェースとして機能する。
　上述の通り、品質判定部３６は、ＣＰＵ１１８が、データ通信品質判定プログラムを実行することにより、本実施形態に特有な機能を実現できる。すなわち、品質判定部３６は、コンピュータと当該プログラムによっても実現できる。また、当該プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
　なお、図６に示したハードウェア構成は、後述する品質判定部４４及び品質判定部４８においても同様である。
　図７は、本開示の実施の形態１に係る、通信データ品質の判定処理を示すフローチャートである。まず、ステップ１００で、自局信号を送信する。次に、ステップ１０２で、中継局折り返し信号を復調し、誤り訂正前にＢＥＲ測定を行う。この折り返し信号が、前述した信号１２に該当する。
　次に、ステップ１０４で、ＢＥＲが閾値以上に悪化しているか確認する。悪化している場合、ステップ１０６に進む。悪化していない場合、ステップ１０８に進む。
　ステップ１０６では、送信信号劣化と判定する。そして、その状態を通知すると同時に、無線局を冗長系に自動切替する。これらは、信号の品質劣化を未然に防止するための防止処理に該当する。
　送信信号劣化と判定した場合、利用者あるいは保守者に状態通知を行ったり、監視ＮＷ等に接続して遠隔監視者に状態通知を行ったりすることは、無線通信システムの保全のために有効である。また、無線局に冗長系を持つシステムであれば、冗長系に自動切替することも、無線通信システムの保全のために有効である。
　ステップ１０８では、送信信号正常と判定する。そして通信継続し、ステップ１０２に戻る。
　上述の通り、無線局２ａに折り返して受信される信号１２を受信し、誤り訂正前のＢＥＲから送信信号の品質を判定することで、無線通信信号の劣化を事前に検出できる。これにより、通信データ品質の劣化を未然に防止できる。
実施の形態２
　図８は、本開示の実施の形態２に係る無線通信システムを示す図である。無線通信システム２００は、実際のデータ送信に用いる変調方式とは異なる変調方式を用いた無線信号を、送受信する構成を有する点が、従来の無線通信システム５００と異なる。なお、図８では、無線通信システム５００との差異を明確にするため、受信局６を省略して示している。
　無線通信システム２００は、無線局２ｂを備える。無線局２ｂへ入力されたデータ１４は、符号化処理部１６へ送信される。符号化処理部１６は、誤り訂正情報を付加して符号化したデータを、変調処理部１８だけでなく、変調処理部３８にも送信する。変調処理部３８は、変調処理部１８とは異なる変調方式で、データを変調処理し、送信増幅部２０へ送信する。送信増幅部２０は、データの信号を増幅し、信号１２ａとして送信する。
　無線局２ｂは、無線局２ｂから中継局を介して送信され、無線局２ｂに折り返して受信される信号１２ａを受信する。無線局２ｂに受信された信号１２ａは、受信増幅部２２に送信される。受信増幅部２２は、受信した信号を増幅し、復調処理部２４だけでなく、復調処理部４０にも送信する。復調処理部４０は、変調処理部３８に対応する方式で受信した信号を復調処理し、ＢＥＲ測定部４２へ送信する。
　ＢＥＲ測定部４２は、信号１２ａを測定し、得られた誤り訂正前のＢＥＲを品質判定部４４へ送信する。品質判定部４４は、得られたＢＥＲに基づき、通信データの品質を判定する。
　図９は、データ通信の第一の変調方式を示す図である。図９で示す変調方式では、振幅が一定であり、非線形増幅の影響を受けにくい。図９で示す変調方式としては、ＰＳＫ変調が例示できる。
　図１０は、データ通信の第二の変調方式を示す図である。図１０で示す変調方式では、振幅が変動するため、非線形増幅の影響を受けやすい。図１０で示す変調方式としては、ＡＳＫ変調が例示できる。
　本実施形態では、図１０に示すような別方式の変調方式で処理した送信信号を用いて、通信データの品質を判定している。具体的には、別方式の変調方式で復調したＢＥＲに適切な閾値を設け、その閾値を下回った場合に、信号が劣化したと判定している。これにより、通常使用する送信信号のＢＥＲではエラーフリーである段階で、送信信号が劣化したことを検出できるため、通信データの品質劣化を未然に防止できる。
　なお、別方式で変調された信号を復調した後の誤り訂正は、実施しても良いし、実施しなくても良い。誤り訂正を実施しない場合、通常使用する送信信号のＢＥＲが悪化する前に、信号同期外れが突然発生することが考えられる。しかし、その際は、別方式で変調された信号が、復調の際に信号同期外れを起こしたことにより、送信信号が劣化したと判定すれば良い。
　図１１は、本開示の実施の形態２に係る、通信データ品質の判定処理を示すフローチャートである。まず、ステップ１１０で、別方式で変調した信号を送信する。次に、ステップ１１２で、中継局折り返しの、別方式で変調された信号を復調し、ＢＥＲ測定を行う。この折り返し信号が、前述した信号１２に該当する。
　次に、ステップ１１４で、ＢＥＲが閾値以上に悪化している、あるいは通信同期外れが発生しているか確認する。悪化または通信同期外れが発生している場合、ステップ１１６に進む。悪化していない場合、ステップ１１８に進む。
　ステップ１１６では、送信信号劣化と判定する。そして、その状態を通知すると同時に、無線局を冗長系に自動切替する。送信信号劣化と判定した場合、利用者あるいは保守者に状態通知を行ったり、監視ＮＷ等に接続して遠隔監視者に状態通知を行ったりすることは、無線通信システムの保全のために有効である。また、無線局に冗長系を持つシステムであれば、冗長系に自動切替することも、無線通信システムの保全のために有効である。
　ステップ１１８では、送信信号正常と判定する。そして通信継続し、ステップ１０２に戻る。
　上述の通り、無線局２ｂに折り返して受信され、別方式で変調された信号１２ａを受信し、ＢＥＲから送信信号の品質を判定することで、無線通信信号の劣化を事前に検出できる。これにより、通信データ品質の劣化を未然に防止できる。
実施の形態３
　図１２は、本開示の実施の形態３に係る無線通信システムを示す図である。無線通信システム３００は、受信信号のスペクトラムを測定する構成を有する点が、従来の無線通信システム５００と異なる。なお、図１２では、無線通信システム５００との差異を明確にするため、受信局６を省略して示している。
　無線通信システム３００は、無線局２ｃを備える。無線局２ｃは、無線局２ｃから中継局を介して送信され、無線局２ｃに折り返して受信される信号１２を受信する。無線局２ｃに受信された信号１２は、受信増幅部２２に送信される。受信増幅部２２は、受信した信号を増幅し、復調処理部２４に送信する。復調処理部２４は、受信した信号を復調処理し、スペクトラム測定部４６へ送信する。
　スペクトラム測定部４６は、信号１２のスペクトラムを測定し、得られたＣ／Ｎを品質判定部４８へ送信する。Ｃ／Ｎ測定としては、例えば、自局から送信した信号の強度と、ノイズフロアの信号の強度を比較することで行う。品質判定部４８は、得られたＣ／Ｎに基づき、通信データの品質を判定する。
　前述の通り、送信信号が非線形増幅により劣化すると、Ｃ／Ｎも悪化する。本実施形態では、スペクトラムのＣ／Ｎを用いて、通信データの品質を判定している。具体的には、Ｃ／Ｎに適切な閾値を設け、その閾値を下回った場合に、信号が劣化したと判定している。これにより、通常使用する送信信号のＢＥＲではエラーフリーである段階で、送信信号が劣化したことを検出できるため、通信データの品質劣化を未然に防止できる。
　図１３は、本開示の実施の形態３に係る、通信データ品質の判定処理を示すフローチャートである。まず、ステップ１２０で、自局信号を送信する。次に、ステップ１２２で、中継局折り返し信号を受信し、スペクトラムを測定する。この折り返し信号が、前述した信号１２に該当する。
　次に、ステップ１２４で、スペクトラムのＣ／Ｎが閾値以上に悪化しているか確認する。悪化している場合、ステップ１２６に進む。悪化していない場合、ステップ１２８に進む。
　ステップ１２６では、送信信号劣化と判定する。そして、その状態を通知すると同時に、無線局を冗長系に自動切替する。送信信号劣化と判定した場合、利用者あるいは保守者に状態通知を行ったり、監視ＮＷ等に接続して遠隔監視者に状態通知を行ったりすることは、無線通信システムの保全のために有効である。また、無線局に冗長系を持つシステムであれば、冗長系に自動切替することも、無線通信システムの保全のために有効である。
　ステップ１２８では、送信信号正常と判定する。そして通信継続し、ステップ１２２に戻る。
　上述の通り、無線局２ｃに折り返して受信される信号１２を受信し、スペクトラムのＣ／Ｎから送信信号の品質を判定することで、無線通信信号の劣化を事前に検出できる。これにより、通信データ品質の劣化を未然に防止できる。
　なお、実施の形態１、実施の形態２及び実施の形態３に係る態様は、適宜組み合わせて実施しても良い。
　２、２ａ、２ｂ、２ｃ　無線局
　４　中継局
　６　受信局
　８、１０、１２、１２ａ　信号

Claims (8)

  1. 　中継局を介して受信局に信号を送信する無線通信装置であって、
    　前記中継局に向けて信号を発信する発信処理と、
    　前記中継局が折り返した前記信号を受信する受信処理と、
    　前記信号の品質を判定する判定処理と、
    　前記判定処理にて信号劣化と判定された場合、前記中継局を介して前記受信局に送信される信号の品質劣化を未然に防止するための防止処理と
    　を実施するよう構成されている無線通信装置。
  2. 　前記判定処理が、
    　前記信号のＢＥＲを測定する処理と、
    　前記ＢＥＲが閾値以上に悪化しているかを確認する処理と
    　を含む請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 　前記発信処理が、非線形増幅の影響を受けにくい変調方式により信号を変調する処理を含み、
    　前記受信処理が、前記信号を前記変調方式により復調する処理を含み、
    　前記判定処理が、
    　前記復調された信号のＢＥＲを測定する処理と、
    　前記ＢＥＲが閾値以上に悪化しているかを確認する処理と
    　を含む請求項１に記載の無線通信装置。
  4. 　前記判定処理が、
    　前記信号のスペクトラムを測定し、Ｃ／Ｎを算出する処理と、
    　前記Ｃ／Ｎが閾値以上に悪化しているかを確認する処理と
    　を含む請求項１に記載の無線通信装置。
  5. 　前記防止処理が、利用者、保守者あるいは遠隔監視者に状態通知を行う処理である
    　請求項１に記載の無線通信装置。
  6. 　前記防止処理が、無線局を冗長系に自動切替する処理である、
    　請求項１に記載の無線通信装置。
  7. 　中継局を介して受信局に信号を送信する無線通信装置が行う無線通信方法であって、
    　前記中継局に向けて信号を発信することと、
    　前記中継局が折り返した前記信号を受信することと、
    　前記信号の品質を判定することと、
    　前記判定にて信号劣化と判定された場合、前記中継局を介して前記受信局に送信される信号の品質劣化を未然に防止するための処理を行うことと
    　を含む無線通信方法。
  8. 　中継局を介して受信局に信号を送信する無線通信装置に実行させる無線通信プログラムであって、
    　前記中継局に向けて信号を発信する発信処理と、
    　前記中継局が折り返した前記信号を受信する受信処理と、
    　前記信号の品質を判定する判定処理と、
    　前記判定処理にて信号劣化と判定された場合、前記中継局を介して前記受信局に送信される信号の品質劣化を未然に防止するための防止処理と

    　をコンピュータに実施させるためのプログラムを含む無線通信プログラム。
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