(57)【要約】【課題】複数の追尾アンテナと複数の衛星局との間に形成される伝搬路を並列に用いて通信を行う衛星通信システムにおいて、一部の伝搬路が障害物等によって使用できなくなっても、複数の追尾アンテナからの送信信号を同相合成させる手法を活用して通信容量の低下を抑える。【解決手段】複数ｍ個の伝搬路のうち、使用できない伝搬路を形成する追尾アンテナｉに他の衛星局ｊを追尾させる第１の手段と、追尾アンテナｉから送信する信号と他の衛星局ｊを追尾する追尾アンテナｊから送信する信号を多重化して変調し、さらに各追尾アンテナｉ，ｊから送信して同相合成させる位相制御を行うとともに、各追尾アンテナｉ，ｊから送信する信号の変調方式を他の伝搬路に適用されている変調方式より周波数利用効率の高い変調方式に変更する第２の手段とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数ｍ個の追尾アンテナを有し、各追尾アンテナに互いに異なる複数ｍ個の衛星局を追尾させ、各追尾アンテナと各衛星局との間を１対１で接続する複数ｍ個の伝搬路を形成し、各伝搬路を並列に用いて衛星局と通信する移動局装置において、
前記複数ｍ個の伝搬路のうち、使用できない伝搬路を形成する追尾アンテナｉに他の衛星局ｊを追尾させる第１の手段と、
前記追尾アンテナｉから送信する信号と前記他の衛星局ｊを追尾する追尾アンテナｊから送信する信号を多重化して変調し、さらに各追尾アンテナｉ，ｊから送信して同相合成させる位相制御を行うとともに、各追尾アンテナｉ，ｊから送信する信号の変調方式を他の伝搬路に適用されている変調方式より周波数利用効率の高い変調方式に変更する第２の手段と
を備えたことを特徴とする移動局装置。
【請求項２】
請求項１に記載の移動局装置において、
前記複数ｍ個の追尾アンテナのそれぞれの指向方向と障害物との離隔角度を逐次算出する第３の手段を備え、
前記第１の手段および前記第２の手段は、前記複数ｍ個の追尾アンテナと前記複数ｍ個の衛星局との間に、該離隔角度が許容値以上になるｍ個の伝搬路の組み合わせができない場合に、該離隔角度が許容値未満となる追尾アンテナからの信号を、前記追尾アンテナｉと同様に前記追尾アンテナｊからの信号と同相合成させる構成とする
ことを特徴とする移動局装置。
【請求項３】
複数ｍ個の追尾アンテナを有し、各追尾アンテナに互いに異なる複数ｍ個の衛星局を追尾させ、各追尾アンテナと各衛星局との間を１対１で接続する複数ｍ個の伝搬路を形成し、各伝搬路を並列に用いて衛星局と通信する移動局制御方法において、
前記複数ｍ個の伝搬路のうち、使用できない伝搬路を形成する追尾アンテナｉに他の衛星局ｊを追尾させる第１のステップと、
前記追尾アンテナｉから送信する信号と前記他の衛星局ｊを追尾する追尾アンテナｊから送信する信号を多重化して変調し、さらに各追尾アンテナｉ，ｊから送信して同相合成させる位相制御を行うとともに、各追尾アンテナｉ，ｊから送信する信号の変調方式を他の伝搬路に適用されている変調方式より周波数利用効率の高い変調方式に変更する第２のステップと
を有することを特徴とする移動局制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の移動局制御方法において、
前記複数ｍ個の追尾アンテナのそれぞれの指向方向と障害物との離隔角度を逐次算出する第３のステップを有し、
前記第１のステップおよび前記第２のステップは、前記複数ｍ個の追尾アンテナと前記複数ｍ個の衛星局との間に、該離隔角度が許容値以上になるｍ個の伝搬路の組み合わせができない場合に、該離隔角度が許容値未満となる追尾アンテナからの信号を、前記追尾アンテナｉと同様に前記追尾アンテナｊからの信号と同相合成させる処理を行う
ことを特徴とする移動局制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動局に備える複数の追尾アンテナと複数の衛星局との間に形成される伝搬路を並列に用いて通信を行う衛星通信システムの移動局装置および移動局制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星通信は広範なサービスエリアをもつため、地上回線の使用が困難な海上の船舶、航空機などの移動体の通信手段として、またルーラルエリアなどのディジタルディバイド領域で広く利用されている。しかし、ブロードバンド通信などで使用される静止衛星は、静止軌道上に２〜４度間隔で配置されているため、移動局のアンテナの指向方向がずれると他の衛星に干渉を与えてしまう恐れがある。そのため、移動局のアンテナに指向方向（仰角および方位角）を機械的に制御する追尾機構を設け、移動体の移動や動揺に対してアンテナを常に衛星方向に指向させる追尾アンテナが用いられる（非特許文献１）。
【０００３】
ところで、移動体に追尾アンテナを設置する際には、移動体の位置（緯度・経度）、方位、動揺による移動体の傾きなどを考慮して、方位角で 360度、仰角で０〜90度の見通しを確保できる場所に設置することが望ましい。しかし、移動体の構造によっては、そのような見通しを確保できる場所に追尾アンテナを設置できないこともある。
【０００４】
その場合、図５に示すように、追尾アンテナＡは、移動体（ここでは船舶）の移動に伴い衛星局Ｓを追尾して指向方向を変化させるものの、追尾アンテナＡと衛星局Ｓとの間に移動体の構造物が障害物として電波を遮断（ブロッキング）すると、通信ができない状態となる。さらに、ターゲット衛星局に対する追尾アンテナの指向方向と障害物との離隔角度が３度以下になった場合に、障害物による反射・回折によって他の衛星局の方向へ不要波を放射しないために、ターゲット衛星局への通信信号の停波を行うなどの措置がとられる。このように、衛星局と追尾アンテナとの間の見通しが遮断される場合や障害物との離隔角度に応じて、通信ができない時間が生じて通信稼働時間が短くなることがあった。
【０００５】
また、図６に示すように、移動体（ここでは船舶）に複数ｍ個の追尾アンテナＡ１〜Ａｍを配置し、各追尾アンテナに互いに異なる複数ｍ個の衛星局Ｓ１〜Ｓｍを追尾させ、各追尾アンテナと各衛星局との間を１対１で接続する複数ｍ個の伝搬路を形成し、各伝搬路を並列に用いて通信を行う無線通信システムがある。このような無線通信システムでは、各追尾アンテナと各衛星局との間に形成される各伝搬路において、同じ帯域、変調方式、符合化率を用いて伝送速度Ｕ(bps）が実現される場合、ｍ個の伝搬路による合計の伝送速度はｍＵ(bps）となる。
【０００６】
また、無線通信システムの通信性能を柔軟に向上させる手法として、複数の追尾アンテナを連携動作させる方法が提案されている（非特許文献２）。この技術では、図７(1) のように、変調器７１から出力された変調信号は、信号分配器７２でアンテナ数に応じて複数に分配され、位相設定部７３により衛星局において同相となるように位相を制御して送信機７４に入力し、複数の追尾アンテナから送信された信号を同相合成することで通信性能を向上させている。通信衛星からの折り返し信号は、図７(2) のように、複数の追尾アンテナから受信機７６に受信され、振幅・位相設定部７７および信号合成器７８で振幅と位相を調整して合成Ｓ／Ｎが最大となる制御を行って復調器７９に入力される。この技術によると、送受信機の通信性能が同じと仮定した場合、アンテナ数Ｎに対してＥＩＲＰはＮ2 倍、Ｇ／ＴはＮ倍となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】桧垣、土屋、「船舶用ブロードバンドアンテナにおける防振機構系と追尾制御系の設計手法について」、電子情報通信学会論文誌、Vol.J91-B 、No.12 、2008/12
【非特許文献２】須崎、鈴木、小林、「ＥＳＶ用分散アレーアンテナの船上環境における経路長変動補償方法の検討」、電子情報通信学会技術研究報告、ＳＡＴ2011-9、pp.7-12 、July 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複数の追尾アンテナと複数の衛星局との間に形成される伝搬路を並列に用いて通信を行う無線通信システムでは、図８(1) に示すように、例えば追尾アンテナＡ２と衛星局Ｓ２との間の伝搬路が障害物等により遮断された場合、（ｍ−１）個の伝搬路による合計の伝送速度は（ｍ−１）Ｕ(bps）に低減することになる。ここで、障害物によりブロッキングされた追尾アンテナＡ２が他の衛星局を捕捉できればよいが、衛星局にも限りがあるので実現できない場合がある。
【０００９】
また、追尾アンテナＡ２と衛星局Ｓ２との間の伝搬路が遮断したときに、図８(2) のように、追尾アンテナＡ１〜Ａｍと衛星局Ｓ１〜Ｓｍとの接続関係を再構築し、改めてｍ個の伝搬路を形成できれば、合計の伝送速度はｍＵ(bps）を維持することができる。しかし、このような伝搬路の再構築が常に実現できるとは限らない。
【００１０】
本発明は、複数の追尾アンテナと複数の衛星局との間に形成される伝搬路を並列に用いて通信を行う衛星通信システムにおいて、一部の伝搬路が障害物等によって使用できなくなっても、複数の追尾アンテナからの送信信号を同相合成させる手法を活用して通信容量の低下を抑えることができる移動局装置および移動局制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、複数ｍ個の追尾アンテナを有し、各追尾アンテナに互いに異なる複数ｍ個の衛星局を追尾させ、各追尾アンテナと各衛星局との間を１対１で接続する複数ｍ個の伝搬路を形成し、各伝搬路を並列に用いて衛星局と通信する移動局装置において、複数ｍ個の伝搬路のうち、使用できない伝搬路を形成する追尾アンテナｉに他の衛星局ｊを追尾させる第１の手段と、追尾アンテナｉから送信する信号と他の衛星局ｊを追尾する追尾アンテナｊから送信する信号を多重化して変調し、さらに各追尾アンテナｉ，ｊから送信して同相合成させる位相制御を行うとともに、各追尾アンテナｉ，ｊから送信する信号の変調方式を他の伝搬路に適用されている変調方式より周波数利用効率の高い変調方式に変更する第２の手段とを備える。
【００１２】
第１の発明の移動局装置において、複数ｍ個の追尾アンテナのそれぞれの指向方向と障害物との離隔角度を逐次算出する第３の手段を備え、第１の手段および第２の手段は、複数ｍ個の追尾アンテナと複数ｍ個の衛星局との間に、該離隔角度が許容値以上になるｍ個の伝搬路の組み合わせができない場合に、該離隔角度が許容値未満となる追尾アンテナからの信号を、追尾アンテナｉと同様に追尾アンテナｊからの信号と同相合成させる構成とする。
【００１３】
第２の発明は、複数ｍ個の追尾アンテナを有し、各追尾アンテナに互いに異なる複数ｍ個の衛星局を追尾させ、各追尾アンテナと各衛星局との間を１対１で接続する複数ｍ個の伝搬路を形成し、各伝搬路を並列に用いて衛星局と通信する移動局制御方法において、複数ｍ個の伝搬路のうち、使用できない伝搬路を形成する追尾アンテナｉに他の衛星局ｊを追尾させる第１のステップと、追尾アンテナｉから送信する信号と他の衛星局ｊを追尾する追尾アンテナｊから送信する信号を多重化して変調し、さらに各追尾アンテナｉ，ｊから送信して同相合成させる位相制御を行うとともに、各追尾アンテナｉ，ｊから送信する信号の変調方式を他の伝搬路に適用されている変調方式より周波数利用効率の高い変調方式に変更する第２のステップとを有する。
【００１４】
第２の発明の移動局制御方法において、複数ｍ個の追尾アンテナのそれぞれの指向方向と障害物との離隔角度を逐次算出する第３のステップを有し、第１のステップおよび第２のステップは、複数ｍ個の追尾アンテナと複数ｍ個の衛星局との間に、該離隔角度が許容値以上になるｍ個の伝搬路の組み合わせができない場合に、該離隔角度が許容値未満となる追尾アンテナからの信号を、追尾アンテナｉと同様に追尾アンテナｊからの信号と同相合成させる処理を行う。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、障害物等の影響により、追尾アンテナｉと衛星局ｉとの間の伝搬路が使用できなくなった場合に、追尾アンテナｉを他の衛星局ｊを追尾させ、追尾アンテナｉ，ｊから衛星局ｊに送信される信号を同相合成させ、当該伝搬路の回線品質を向上させることにより、当該伝搬路で周波数利用効率の高い変調方式を選択することができ、通信容量の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の移動局装置を含む衛星通信システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の移動局装置の実施例構成を示す図である。
【図３】制御回路１７における制御処理手順を示すフローチャートである。
【図４】離隔角度θijと許容角度変位θ０の関係を示す図である。
【図５】従来の追尾アンテナの課題を説明する図である。
【図６】従来の移動局装置を含む衛星通信システムの構成例を示す図である。
【図７】複数の追尾アンテナを用いる移動局装置の構成例を示す図である。
【図８】従来の移動局装置の課題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の移動局装置を含む衛星通信システムの構成例を示す。
図１において、移動体（ここでは船舶）に搭載される移動局装置は、複数ｍ個の追尾アンテナＡ１〜Ａｍを有し、各追尾アンテナに互いに異なる複数ｍ個の衛星局Ｓ１〜Ｓｍを追尾させ、各追尾アンテナと各衛星局との間を１対１で接続する複数ｍ個の伝搬路を形成し、各伝搬路を並列に用いて通信する構成である。
【００１８】
ここで、本発明の移動局装置は、例えば追尾アンテナＡ２と衛星局Ｓ２との間の伝搬路が障害物等によりブロッキングされた場合に、追尾アンテナＡ２に他の衛星局（ここではＳ３）を追尾させ、追尾アンテナＡ３から衛星局Ｓ３に送信される信号と、追尾アンテナＡ２から衛星局Ｓ３に送信され信号とを同相合成させ、その伝搬路に適用する変調方式を他の伝搬路の変調方式より周波数利用効率の高いものに変更することを特徴とする。
【００１９】
この２つの追尾アンテナＡ２，Ａ３からの送信性能が同等であれば、非特許文献２の記載によれば６ｄＢの回線品質向上が見込まれるため、変調方式として他の伝搬路の周波数利用効率より高い、すなわち変調多値数および／または符号化率の高いものに変更することにより、一部の伝搬路の遮断による全体の通信容量の低下を抑えることが可能となる。例えば、基本伝搬路において、周波数利用効率１bit/s/Hzの変調方式を使用していた場合、同相合成する追尾アンテナＡ２，Ａ３からの伝搬路で周波数利用効率２bit/s/Hzの変調方式を使用できれば、伝送速度を維持することが可能となる。
【００２０】
ここで、１bit/s/Hzの変調方式を選択しうる所要Ｃ／Ｎに対して、２倍の周波数利用効率を実現するためには、所要Ｃ／Ｎを原理的に３ｄＢ以上改善する必要がある。また、２bit/s/Hzの変調方式から２倍の周波数利用効率を実現するためには、所要Ｃ／Ｎを原理的に６ｄＢ以上改善する必要がある。市販モデム（Comtech EF DATA 社のCDM-625 ）の変調方式等に対する伝送速度および所望Eb／Noを表１に示すが、各伝搬路において、ＱＰＳＫ、符号化率0.803 を使用していた場合、周波数利用効率は1.61であり、この時のEb／Noは 3.8ｄＢであることが確認できる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
同相合成する追尾アンテナＡ２，Ａ３からの伝搬路において、周波数利用効率1.61の２倍の周波数利用効率（3.22以上）を実現するためには、周波数利用効率が3.32以上の16−ＱＡＭ、符号化率0.829 または0.853 を選択する必要がある。これらのEb／Noは 7.5ｄＢまたは 8.0ｄＢであるため、各伝搬路のEb／No 3.8ｄＢに対して回線品質を 3.7ｄＢ以上または 4.2ｄＢ以上向上させる必要がある。上記のように、２つの追尾アンテナからの信号を同相合成した場合は６ｄＢの回線品質向上が見込まれるため、使用可能な伝搬路数が減っても、本発明によりこれらの周波数利用効率の高い変調方式に切り替えることにより、伝送速度を維持することが可能となる。
【００２３】
なお、３bit/s/Hzの変調方式から2 倍の周波数利用効率を実現するためには、所要Ｃ／Ｎを原理的に９ｄＢ以上改善する必要がある。したがって、周波数利用効率が２bit/s/Hzの変調方式より高いシステムでは、６ｄＢの改善では周波数利用効率を２倍とすることはできないが、周波数利用効率の上昇は見込めるため伝送速度の劣化を抑圧することができる。
【００２４】
図２は、本発明の移動局装置の実施例構成を示す。図２(1) は図６に対応する状態を示し、図２(2) は図１に対応する同相合成の状態を示す。
【００２５】
図２において、移動局装置は、直並列変換回路１１、経路切替／並直列変換回路１２、変調回路１３−１〜１３−ｍ、経路切替／複製回路１４、移相器１５−１〜１５−ｍ、送信回路１６−１〜１６−ｍ、制御回路１７、追尾アンテナＡ１〜Ａｍを備え、各追尾アンテナＡ１〜Ａｍが衛星局Ｓ１〜Ｓｍをそれぞれ追尾する構成である。
【００２６】
入力したデータ列は、ｍ個の追尾アンテナＡ１〜Ａｍから並列送信されるように、直並列変換回路１１を介してｍ並列のデータ列に変換される。ここで、追尾アンテナＡ１〜Ａｍと衛星局Ｓ１〜Ｓｍとの間の各伝搬路がそれぞれ形成されている場合には、図２(1) に示すように、直並列変換回路１１から出力されるｍ並列のデータ列は、経路切替／並直列変換回路１２を通過して変調回路１３−１〜１３−ｍに入力し、所定の変調方式により変調される。各変調信号は、経路切替／複製回路１４および移相器１５−１〜１５−ｍを通過して送信回路１６−１〜１６−ｍに入力し、無線信号として追尾アンテナＡ１〜Ａｍからそれぞれ対応する衛星局Ｓ１〜Ｓｍに送信される。
【００２７】
一方、図１に示すように、追尾アンテナＡ２と衛星局Ｓ２との間の伝搬路が障害物により遮断した場合には、追尾アンテナＡ２に衛星局Ｓ３を追尾させ、追尾アンテナＡ３から衛星局Ｓ３に送信される信号と、追尾アンテナＡ２から衛星局Ｓ３に送信される信号とを同相合成させる。このとき、制御回路１７は図２(2) に示すように、経路切替／並直列変換回路１２、変調回路１３−１〜１３−ｍ、経路切替／複製回路１４、移相器１５−１〜１５−ｍ、追尾アンテナＡ１〜Ａｍを制御する。
【００２８】
すなわち、経路切替／並直列変換回路１２は、追尾アンテナＡ２，Ａ３から並列送信されるデータ列（２，３）を直列データ列（２＋３）に多重化して変調回路１３−３に入力する。このとき、変調回路１３−２は休止する。変調回路１３−３は、他の変調回路に対して周波数変換効率が２倍となる変調方式に切り替える。上記の例では、ＱＰＳＫ、符号化率0.803 から16−ＱＡＭ、符号化率0.829 または0.853 の変調方式に切り替える。経路切替／複製回路１４は、変調回路１３−３から出力される変調信号（２＋３）を複製し、移相器１５−２，１５−３に出力する。移相器１５−２，１５−３は、追尾アンテナＡ２，Ａ３から送信される無線信号が同相合成されるように変調信号（２＋３）の移相量を設定し、送信回路１６−２，１６−３に出力する。送信回路１６−２，１６−３は、変調信号（２＋３）を無線信号として追尾アンテナＡ２，Ａ３から衛星局Ｓ３に送信し、同相合成される。
【００２９】
移動局装置の受信側は、図２に示す手順と逆の手順により信号を復調する構成となる。すなわち、送信回路１６−１〜１６−ｍは受信回路に対応し、移相器１５−１〜１５−ｍおよび経路切替／複製回路１４は、図７(2) の振幅・位相制御部および信号合成器に対応し、変調回路１３−１〜１３−ｍは復調回路に対応し、経路切替／並直列変換回路１２は経路切替／直並列変換回路に対応し、直並列変換回路１１は並直列変換回路に対応する。
【００３０】
図３は、制御回路１７における制御処理手順を示す。
図３において、移動局装置の追尾アンテナｉと衛星局ｊとの間に伝搬路を形成できるか否かを判定するために、追尾アンテナｉの位置情報、衛星局ｊの位置情報、障害物の位置情報を用いて、図４に示すように追尾アンテナｉと衛星局ｊとの間の伝搬路と障害物との離隔角度θijを算出する（Ｓ１）。ここで、ｉ，ｊは、上記の例では１〜ｍの整数であり、離隔角度θijが移動体の動揺等の影響による許容角度変位θ０より大きければ、追尾アンテナｉと衛星局ｊとの間に伝搬路が形成できるものと判定される。追尾アンテナｉと衛星局ｊの離隔角度θijとを判定基準に基づき、すべての伝搬路が形成できるように組み合わせを行い（Ｓ２）、すべての伝搬路が形成できるか否かを判断する（Ｓ３）。そして、すべての伝搬路が形成できる場合（Ｓ３：Yes ）には、それぞれの伝搬路を用いて並列通信を行う（Ｓ４）。
【００３１】
一方、すべての伝搬路が形成できない場合（Ｓ３：No）には、伝搬路が形成できない追尾アンテナと他の衛星局との間に同相合成する伝搬路を設定し（Ｓ５）、その同相合成伝搬路の伝送品質が向上することから周波数利用効率の高い変調方式に切り替え（Ｓ６）、それぞれの伝搬路を用いて並列通信を行う（Ｓ７）。
【００３２】
また、移動体の移動に伴って離隔角度θijが時々刻々と変化するため、ステップＳ１〜Ｓ７の処理を繰り返す。ここで、離隔角度θijと許容角度変位θ０との差を常に監視し、所定の閾値θＴに対して（θij−θ0 ）＜θＴとなったときに、伝搬路形成の角度余裕が小さくなったと判断し、伝搬路の組み合わせを変えるようにしてもよい。また、同相合成している伝搬路があっても、伝搬路の再構成によりすべての伝搬路が形成できる場合には、同相合成に代えてすべての伝搬路を用いた通信に切り替えてもよい。
【００３３】
なお、本実施例では、合成していない伝搬路において同一の通信方式を使用しているが、個々の伝搬路において異なる通信方式を用いてもよい。さらに、同相合成する伝搬路は、合成数を２に限定するものでなく３以上であってもよい。この場合の伝搬路の回線品質は、非特許文献２により合成数の２乗に比例する。
【００３４】
また、ｍ個の衛星局に対してｍ＋１個以上の追尾アンテナ系を備え、一部の伝搬路の遮断に対応する冗長構成をとる衛星通信システムにおいて、本発明の同相合成を用いる手段を適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１１  直並列変換回路
１２  経路切替／並直列変換回路
１３  変調回路
１４  経路切替／複製回路
１５  移相器
１６  送信回路
１７  制御回路
Ａ    追尾アンテナ
Ｓ    衛星局
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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