(57)【要約】  衛星受信機は、Ｎ本の受信アンテナ素子と、Ｎ個の分波部と、Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号について、受信電力が最大の受信アンテナ素子を基準素子として各受信信号の相関処理を行うことで相対位相差を算出し、算出した相対位相差をもとに、受信アンテナ素子間の位相差を打ち消す励振係数をサブチャネル単位で算出する相関検出部と、Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号に対して、サブチャネル単位で励振係数を乗算するＮ個の位相補償部と、Ｎ個の位相補償部による乗算結果をサブチャネル単位で合成し、出力信号を生成する合成部とを備える。
2019155952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ本の受信アンテナ素子と、
前記Ｎ本の受信アンテナ素子によるそれぞれの受信信号をサブチャネル単位に分波するＮ個の分波部と、
前記Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号について、受信電力が最大の受信アンテナ素子を基準素子として各受信信号の相関処理を行うことで相対位相差を算出し、算出した前記相対位相差をもとに、受信アンテナ素子間の位相差を打ち消す励振係数を前記サブチャネル単位で算出する相関検出部と、
前記Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号に対して、前記サブチャネル単位で前記励振係数を乗算するＮ個の位相補償部と、
前記Ｎ個の位相補償部による乗算結果を前記サブチャネル単位で合成し、出力信号を生成する合成部と
を備え、
Ｎは、２以上の整数である
衛星受信機。
【請求項２】
地上管制局から送信される、前記相関検出部による前記相関処理を行う周波数を限定するための通知情報を、受信する地上コマンド取得アンテナと、
前記地上コマンド取得アンテナを介して取得した前記通知情報を元に、限定された周波数のスペクトル分解信号に対する相関を取るように、前記相関検出部に通知するデータ処理部と
をさらに備える請求項１に記載の衛星受信機。
【請求項３】
衛星受信機と、スイッチと、衛星送信機とを備えて構成される衛星通信システムであって、
前記衛星受信機は、
Ｎ本の受信アンテナ素子と、
前記Ｎ本の受信アンテナ素子によるそれぞれの受信信号をサブチャネル単位に分波するＮ個の分波部と、
前記Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号について、受信電力が最大の受信アンテナ素子を基準素子として各受信信号の相関処理を行うことで相対位相差を算出し、算出した前記相対位相差をもとに、受信アンテナ素子間の位相差を打ち消す励振係数を前記サブチャネル単位で算出する相関検出部と、
前記Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号に対して、前記サブチャネル単位で前記励振係数を乗算するＮ個の位相補償部と、
前記Ｎ個の位相補償部による乗算結果を前記サブチャネル単位で合成し、前記Ｎ本の受信アンテナ素子に対応した出力信号を生成する合成部と
を有し、
前記スイッチは、前記合成部で生成された前記出力信号を周波数領域でサブチャネルごとに入れ替え、送信信号を出力し、
前記衛星送信機は、
送信ビームの送信方向と関連付けられた送信用励振係数を記憶する記憶装置と、
前記記憶装置から前記送信ビームの送信方向に応じた送信用励振係数を読み出し、前記スイッチから出力された前記送信信号に対して、読み出した前記送信用励振係数を乗算するＮ個の移相部と、
前記Ｎ個の移相部によるそれぞれの乗算結果に対して周波数軸上で合波するＮ個の合波部と、
前記Ｎ個の合波部によるそれぞれの合波後の信号を空間に放射することで送信ビームを生成するＮ個の送信アンテナと
を有し、
Ｎは、２以上の整数である
衛星通信システム。
【請求項４】
前記衛星受信機は、
地上管制局から送信される、前記相関検出部による前記相関処理を行う周波数を限定するための通知情報を、受信する地上コマンド取得アンテナと、
前記地上コマンド取得アンテナを介して取得した前記通知情報を元に、限定された周波数のスペクトル分解信号に対する相関を取るように、前記相関検出部に通知するデータ処理部と
をさらに有する請求項３に記載の衛星通信システム。
【請求項５】
受信ビームと送信ビームが同方向の場合には、
前記衛星受信機内の前記相関検出部は、算出した前記励振係数を前記衛星送信機内の前記記憶装置に記憶させ、
前記Ｎ個の移相部は、前記記憶装置から読み出した前記励振係数を前記送信用励振係数とし、前記スイッチから出力された前記送信信号に対して、前記送信用励振係数を乗算する
請求項３または４に記載の衛星通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、衛星受信機、および衛星通信システムの通信効率の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信容量の増大に伴い、通信トラフィックの制御を柔軟に行う中継衛星システムが要求されている。通信トラフィックの最適化としては、周波数フレキシビリティの制御と、エリアフレキシビリティの制御とが考えられる。エリアフレキシビリティの制御として、複数のアンテナの励振係数、すなわち、振幅および位相を制御することで、送信ビームおよび受信ビームを形成するビームフォーミングネットワーク（ＢＦＮ）がある。【０００３】
ビームフォーミングの方式としては、マイクロ波の移相器を用いるマイクロ波ビームフォーミング（ＭＢＦ）、およびデジタル信号処理により励振係数の制御を行うデジタルビームフォーミング（ＤＢＦ）がある。デジタルビームフォーミングは、マイクロ波ビームフォーミングに比べて集積可能なことから、ビーム数の増大が望める。【０００４】
例えば、特許文献１に示される無線通信装置においては、デジタルビームフォーミングの方法として、受信ビームを周波数分割した後、デジタルビーム形成器にて各ビームと重み付け係数との積和演算を行いビーム形成する手段が述べられている。本構成では、入力信号のない周波数においてＤＢＦ演算を行わないことで、デジタル処理における電力消費を下げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３０３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係る従来の無線通信装置は、上述した構成をとることにより、回路規模を抑えながら複数のビームをデジタル処理で生成する効果を有する。しかしながら、特許文献１に係る従来の無線通信装置は、以下のような課題を有する。【０００７】
特許文献１に係る従来の無線通信装置において、デジタルビーム形成器における積和演算で用いられる重み付け係数は、通常、系のアンテナパターンのシミュレーションに基づき、所望のビームパターンが生成できるように設定される。このようなシミュレーションは、全系の設計パラメータに基づき行われる。【０００８】
しかしながら、従来の無線通信装置では、衛星搭載部品の特性変動などにより、所望のビームパターンが得られない可能性がある。また、従来の無線通信装置では、ユーザが移動した場合には、その情報をなんらかの方法で得なければ、受信効率が劣化するという課題があった。これは、ＤＢＦに限らず、他のビームフォーミング方式でも同様のことがいえる。【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、衛星搭載部品の特性変動がある場合、あるいはユーザが移動した場合にも、通信品質の劣化を防止する衛星受信機、および衛星通信システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る衛星受信機は、Ｎ本の受信アンテナ素子と、Ｎ本の受信アンテナ素子によるそれぞれの受信信号をサブチャネル単位に分波するＮ個の分波部と、Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号について、受信電力が最大の受信アンテナ素子を基準素子として各受信信号の相関処理を行うことで相対位相差を算出し、算出した相対位相差をもとに、受信アンテナ素子間の位相差を打ち消す励振係数をサブチャネル単位で算出する相関検出部と、Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号に対して、サブチャネル単位で励振係数を乗算するＮ個の位相補償部と、Ｎ個の位相補償部による乗算結果をサブチャネル単位で合成し、出力信号を生成する合成部とを備えるものである。【００１１】
また、本発明に係る衛星通信システムは、衛星受信機と、スイッチと、衛星送信機とを備えて構成される衛星通信システムであって、衛星受信機は、Ｎ本の受信アンテナ素子と、Ｎ本の受信アンテナ素子によるそれぞれの受信信号をサブチャネル単位に分波するＮ個の分波部と、Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号について、受信電力が最大の受信アンテナ素子を基準素子として各受信信号の相関処理を行うことで相対位相差を算出し、算出した相対位相差をもとに、受信アンテナ素子間の位相差を打ち消す励振係数をサブチャネル単位で算出する相関検出部と、Ｎ個の分波部のそれぞれによって分波された後の各受信信号に対して、サブチャネル単位で励振係数を乗算するＮ個の位相補償部と、Ｎ個の位相補償部による乗算結果をサブチャネル単位で合成し、Ｎ本の受信アンテナ素子に対応した出力信号を生成する合成部とを有し、スイッチは、合成部で生成された出力信号を周波数領域でサブチャネルごとに入れ替え、送信信号を出力し、衛星送信機は、送信ビームの送信方向と関連付けられた送信用励振係数を記憶する記憶装置と、記憶装置から送信ビームの送信方向に応じた送信用励振係数を読み出し、スイッチから出力された送信信号に対して、読み出した送信用励振係数を乗算するＮ個の移相部と、Ｎ個の移相部によるそれぞれの乗算結果に対して周波数軸上で合波するＮ個の合波部と、Ｎ個の合波部によるそれぞれの合波後の信号を空間に放射することで送信ビームを生成するＮ個の送信アンテナとを有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、地上の複数の信号送信者に対して、受信効率を向上させることのできる構成を備えている。この結果、衛星搭載部品の特性変動がある場合、あるいはユーザが移動した場合にも、通信品質の劣化を防止する衛星受信機、および衛星通信システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る衛星受信機の内部構成を示した図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態１における分波処理の概要を説明するための図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態１における分波処理の概要を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るデジタル処理を行う衛星受信機の内部構成を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１における図３に示す分波部により実行される分波処理の概要を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るデジタル処理を行う衛星受信機の内部構成を示した図であり、先の図３とは異なる構成を有する図である。
【図６】本発明の実施の形態１における励振係数乗算部の機能を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る衛星通信システムの構成図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るデジタル処理を行う衛星通信システムの構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２におけるスイッチの機能を説明するための概念図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るデジタル処理を行う衛星通信システムの構成図であり、先の図８とは異なる構成を有する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る衛星受信機の内部構成を示した図である。図１に示した本実施の形態１に係る衛星受信機１は、受信アンテナ素子１１ａ〜１１ｄ、分波部１３ａ〜１３ｄ、および受信ビーム形成部２０を備えて構成されている。また、受信ビーム形成部２０は、相関検出部２２、合成部２３、および位相補償部２５ａ〜２５ｄを備えて構成されている。
【００１６】
図１において、衛星受信機１は、地点Ａ〜Ｄの４地点からの通信信号を、受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄとして、同時に受信する。ここで、受信ビーム１０Ａは、周波数ｆＡ、受信ビーム１０Ｂは、周波数ｆＢ、受信ビーム１０Ｃは、周波数ｆＣ、受信ビーム１０Ｄは、周波数ｆＤが、それぞれ割り当てられている。また、受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄの帯域は、それぞれ、ΔｆＡ、ΔｆＢ、ΔｆＣ、ΔｆＤとする。
【００１７】
４つの受信アンテナ素子１１ａ〜１１ｄのそれぞれは、４つの受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄを同時に受信する。分波部１３ａ〜１３ｄは、受信アンテナ素子１１ａ〜１１ｄに対応して１対１で設けられており、ある周波数帯域ごとに、受信信号をサブチャネル単位に分波する。
【００１８】
相関検出部２２は、分波部１３ａ〜１３ｄによって分波された後の各受信信号の相関を、サブチャネル単位で算出する。位相補償部２５ａ〜２５ｄは、分波部１３ａ〜１３ｄに対応して１対１で設けられており、相関検出部２２で算出された相関を用いて、分波後のそれぞれの受信信号に対して位相補償を行う。さらに、合成部２３は、位相補償部２５ａ〜２５ｄによって位相補償されたそれぞれの信号を合成し、出力信号２４Ａ〜２４Ｄを生成する。
【００１９】
本発明に係る衛星受信機１は、最終的な出力信号２４Ａ〜２４Ｄの出力電力を最大化する機能を備えている。そこで、図１に示したように、同時に通信信号を送信する地点を４地点（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）とし、受信アンテナの素子数を４（ａ〜ｄ）として、具体的な動作を以下に説明する。
【００２０】
４つの送信地点Ａ〜Ｄより送信された通信信号に相当する受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄは、上述したように、それぞれ周波数ｆＡ〜ｆＤであるとし、各受信ビームの帯域は、それぞれΔｆａ〜Δｆｄであるとする。４つの送信地点Ａ〜Ｄは、受信アンテナ素子１１ａ〜１１ｄの放射パターンでカバーされる、地上の任意の点とする。
【００２１】
各地点Ａ〜Ｄのそれぞれから送信された通信信号は、受信アンテナ素子１１ａ〜１１ｄにより受信される。受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄは、空間的拡がりをもつため、全ての受信アンテナ素子１１ａ〜１１ｄにより、同一信号として入力される。
【００２２】
なお、通常、受信アンテナ素子１１ａ〜１１ｄのそれぞれから受信ビーム形成部２０までの距離に応じて、受信アンテナ素子間の位相差が発生する。ただし、ここでは、説明を簡略化するために、理想的に受信アンテナ素子間の経路長差はないものとする。
【００２３】
分波部１３ａは、受信アンテナ素子１１ａを介して受信した信号を、帯域Δｆｃｈのサブチャネルに分波する。同様に、分波部１３ｂ〜１３ｄは、それぞれ受信アンテナ素子１１ｂ〜１１ｄを介して受信した信号を、帯域Δｆｃｈのサブチャネルに分波する。
【００２４】
受信ビーム形成部２０は、分波部１３ａ〜１３ｄのそれぞれで分波された信号を受信する。なお、受信ビーム形成部２０は、サブチャネルごとに位相補償を行う機能を持つ場合には、必ずしもビーム数分なくてもよく、図１に示したように、最低で１つあればよい。
【００２５】
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の実施の形態１における分波処理の概要を説明するための図である。例えば、分波部１３ａで受信信号をサブチャネル分割し、各サブチャネルに対して位相補償することができれば、１つの受信ビーム形成部２０内の合成部２３により、出力信号２４Ａ〜２４Ｄを生成することができる。ただし、この場合には、図２Ａに示すように、受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄが使用する周波数に重複がないことが必要である。
【００２６】
図２Ｂに示すように、例えば、受信ビーム１０Ａが使用する周波数と受信ビーム１０Ｂが使用する周波数との間に重複がある場合には、１つの受信ビーム形成部２０により重複する部分での位相補償を行うことができず、１つの受信ビーム形成部２０内の合成部２３により、出力信号２４Ａと出力信号２４Ｂを生成することができない。この場合には、受信ビーム１０Ａと受信ビーム１０Ｂとで個別に分波部１３、受信ビーム形成部２０を設ける必要がある。ビームの分離にあたっては、例えば、偏波を用いることが考えられる。異なる偏波を有したビームを偏波分離器などにより分離したのち、各々異なる分波部１３、受信ビーム形成部２０に信号を入力することが考えられる。
【００２７】
なお、各受信ビーム１０Ａ〜１０Ｂの占有帯域の情報は、後述するように、地上からのコマンド送付等により、衛星受信機１に伝達することが可能である。
【００２８】
受信ビーム形成部２０内の相関検出部２２は、相関検出を行うにあたっては、受信電力が最大の受信アンテナ素子と、他の受信アンテナ素子との相関をとる。この結果、相関検出部２２は、受信電力が最大の受信アンテナ素子を基準素子とした相対位相差を求めることができる。すなわち、図１に示すように、受信アンテナ素子１１ａ〜受信アンテナ素子１１ｄの４個の素子を用いる構成では、相関検出部２２は、１本の基準素子を決め、この基準素子に対し、他の３個の受信アンテナ素子の相関を求めることができる。
【００２９】
また、相関検出部２２は、相関検出を行うにあたっては、分波部１３ａ〜１３ｄでのサブチャネルごとに相関を算出する。このようにして算出された受信アンテナ素子間の相対位相差は、受信ビームの到来方向に対応する。
【００３０】
位相補償部２５ａ〜２５ｄのそれぞれは、相関検出部２２により算出された相対位相差をもとに、分波後のそれぞれの受信信号に対して位相補償を行う。そして、最終的に、合成部２３は、位相補償部２５ａ〜２５ｄによって位相補償されたそれぞれの信号を合成し、出力信号２４Ａ〜２４Ｄを生成する。このような一連処理を行うことにより、衛星受信機１は、最終的な出力信号２４Ａ〜２４Ｄの出力電力を最大化することができる。
【００３１】
また、説明を簡略化するために、理想的に受信アンテナ素子間の経路長差がないものとしたが、衛星受信機を構成する部品の特性変動により、受信アンテナ素子間の経路長差が発生した場合でも、相関検出部２２以前の経路長差は、素子間の位相差として相関検出部２２で検出されるため、位相補償部２５ａ〜２５ｄで補償される。
【００３２】
次に、本実施の形態１に係る衛星受信機１を実現するに当たって、適切な構成例として、デジタル処理を採用する場合について、詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係るデジタル処理を行う衛星受信機の内部構成を示した図である。
【００３３】
先の図１の構成と比較すると、図３は、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２ａ〜１２ｄをさらに備えるとともに、位相補償部２５ａ〜２５ｄの具体的な構成として励振係数乗算部２１ａ〜２１ｄを用いている点が異なっている。そこで、これらの相違点を中心に、図３に示した衛星受信機１ａの動作について、以下に詳細に説明する。
【００３４】
ＡＤＣ１２ａは、受信アンテナ素子１１ａと分波部１３ａとの間に設けられている。同様に、ＡＤＣ１２ｂ〜１２ｄのそれぞれは、受信アンテナ素子１１ｂ〜１１ｄと分波部１３ｂ〜１３ｄとの間に設けられている。そして、ＡＤＣ１２ａ〜１２ｄのそれぞれは、受信アンテナ素子１１ａ〜１１ｄによる受信信号をデジタル変換する。そして、分波部１３ａ〜１３ｄは、ある周波数帯域ごとに、デジタル変換された受信信号をサブチャネル単位に分波する。
【００３５】
受信アンテナ素子１１ａにより受信された信号は、ＡＤＣ１２ａにおいてデジタル変換される。ＡＤＣ１２ａのサンプリング周波数ｆｓは、受信信号に対してサンプリング定理を満たすように選択される。元の周波数が、サンプリング定理を満たさない場合には、ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）変換などをさらに適用することにより、サンプリング定理の条件を満たすようにする。また、必要に応じて、フィルタ処理により、エイリアシングの除去を行うことも可能である。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態１における図３に示す分波部により実行される分波処理の概要を説明するための図である。分波部１３ａは、ＡＤＣ１２ａによりデジタル変換された受信信号を直交検波し、スペクトル解析する機能を有している。分波部１３ａは、総帯域Δｆで、帯域Δｆｃｈの分解能のサブチャネルごとに、信号をスペクトル分解する。よって、サブチャネルの数Ｎｃｈは、下式となる。
Ｎｃｈ＝Δｆ÷Δｆｃｈ
【００３７】
また、直交検波により、Ｉ信号およびＱ信号の２つのスペクトル分解信号が出力される。図４は、その片方のみを描写した概念図である。
【００３８】
ＤＢＦ受信部２０’内の相関検出部２２は、相関検出を行うにあたっては、受信電力が最大の受信アンテナ素子と、他の受信アンテナ素子とのスペクトル分解信号について相関を取る。この結果、相関検出部２２は、受信電力が最大の受信アンテナ素子を基準素子とした相対位相差を求めることができる。さらに、相関検出部２２は、算出した相対位相差をもとに、受信アンテナ素子間の位相差を打ち消す励振係数を算出する。
【００３９】
図５は、本発明の実施の形態１に係るデジタル処理を行う衛星受信機１ｂの内部構成を示した図であり、先の図３とは異なる構成を有する図である。先の図３の構成と比較すると、図５に示す衛星受信機１ｂは、地上コマンド取得アンテナ１４およびデータ処理部２７をさらに備えている。
【００４０】
相関検出部２２で相関を取るスペクトル分解信号は、その該当周波数に、通信波等、有意な信号が存在している必要がある。地上コマンド取得アンテナ１４およびデータ処理部２７は、このような有意な信号の存在の有無を確認するために設けられている。例えば、通信システム全体を管理する地上管制局３は、有意な信号に関する通知情報をコマンド回線で通知する。具体的には、地上管制局３は、地上端末の送信ビームの周波数および帯域割り当てをコマンドとして送信することができる。
【００４１】
これに対して、データ処理部２７は、地上コマンド取得アンテナ１４を介して取得した通知情報を元に、指定されたスペクトル分解信号に対する相関を取るように、相関検出部２２に通知することができる。具体的には、データ処理部２７は、受信したコマンドを、サブチャネルがどのビームに対応するかという情報に変換し、相関検出部２２に通知する。
【００４２】
この結果、相関検出部２２は、データ処理部２７からの通知に基づいて、有意な信号が存在する周波数を特定した上で、サブチャネル単位での相関処理を行うことができる。この結果、例えば、使用していない帯域がある場合には、その帯域の相関検出処理を行わなくてよくなり、低消費電力化に貢献することができる。
【００４３】
さらに、地上管制局３は、端末に割り当てるトラフィックを決定し、図示していない地上の基地局などを介して、端末に利用帯域の情報を通知、設定することができる。例えば、地上管制局３は、地点Ａで局所的に大容量の通信を行いたい場合には、地点Ａに広帯域を割り当てることもできる。
【００４４】
励振係数乗算部２１ａ〜２１ｄは、分波部１３ａ〜１３ｄによるそれぞれの分波後の信号に対して、相関検出部２２で算出された励振係数を乗算する。仮に励振係数を乗算しないで、各受信アンテナ素子の受信信号を合成部２３で合成した場合には、各受信アンテナ素子の受信信号が相対位相差を持つこととなり、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が劣化する。
【００４５】
一方、図６は、本発明の実施の形態１における励振係数乗算部の機能を説明するための図である。本実施の形態１における衛星受信機１の構成では、相関検出部２２において受信アンテナ素子間の相対位相差をサブチャネル単位で自動的に算出し、分波部１３ａ〜１３ｄによるそれぞれの分波後の信号に対して、励振係数乗算部２１ａ〜２１ｄにおいて相対位相差を補正する励振係数を乗算する。この結果、Ｓ／Ｎ比の劣化を防止でき、受信効率が改善される。
【００４６】
合成部２３は、励振係数が乗算された各受信アンテナ素子の信号をサブチャネル単位で合成する。この結果、各受信アンテナ素子の位相が揃うことにより、出力信号２４Ａ〜２４ＤのＳ／Ｎが、自動的に最適化される。
【００４７】
以上のように、図３から図６に示したような構成によりデジタル処理を行う場合には、ＡＤＣ１２ａ〜１２ｄによってサンプリングされたデータ列を、分波部１３ａ〜１３ｄにより、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いてサブチャネルに分割する。そして、サブチャネルごとに分割されたデータは、サブチャネルごとに、相関検出部２２により各受信アンテナ素子の励振係数が演算され、さらに、励振係数乗算部２１ａ〜２１ｄにより各受信アンテナ素子の位相補償が行われる。
【００４８】
従って、デジタル処理を採用することで、ＡＤＣ１２ａ〜１２ｄの後段を、ＡＳＩＣあるいはＦＰＧＡといった集積回路で実現することができ、衛星受信機１ａ、１ｂを小型化できる利点がある。
【００４９】
なお、励振係数は、サブチャネルごとに個別に設定できる。このため、ビームの数が増えた場合にも、それぞれのサブチャネルでの相対位相差を求めれば、適切な励振係数を求めることができる。
【００５０】
また、サブチャネルごとに相対位相差を求める機能を持つ場合には、ＤＢＦ受信部２０’は、必ずしも受信ビーム数分なくてもよく、図３あるいは図５に示したように、最低で１つあればよい。すなわち、例えば、受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄの処理をひとつのＤＢＦ受信部２０’で行ってもよい。これは、励振係数がサブチャネルごとに設定できることに基づいている。ただし、この場合には、受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄで使用する周波数に重複がないことが条件となる。
【００５１】
また、上述した実施の形態１では、受信ビーム数を４、受信アンテナ素子数を４としたが、これに限らず、それぞれの数は、増やすことが可能である。
【００５２】
以上のように、本実施の形態１に係る衛星受信機を備えた衛星通信システムは、従来の衛星通信システムと比較した場合、以下のような効果を奏する。
（効果１）地上の複数の信号送信者に対して、衛星受信機における受信効率を最大化することができる。
（効果２）地上の送信者が移動した場合にも、自動的に励振係数が再算出され、受信効率を維持することができる。
【００５３】
実施の形態２．
本実施の形態２では、実施の形態１で説明した衛星受信機に対して、衛星送信機を組み合わせることで構成される衛星通信システムについて説明する。
【００５４】
図７は、本発明の実施の形態２に係る衛星通信システムの構成図である。本実施の形態２に係る衛星通信システムは、地点Ａ〜Ｄの４地点からの通信信号である受信ビーム１０Ａ〜１０Ｄを同時に受信し、各通信信号の入れ替え、帯域の合成・分離を行った上で、新たなビームである送信ビーム４０Ａ’〜４０Ｄ’を形成し、地上の新たな地点Ａ’〜Ｄ’の受信者へ送信することを目的とする。
【００５５】
本実施の形態２においては、受信側である衛星受信機の構成は、先の実施の形態１と同じとする。本実施の形態２に係る衛星通信システムは、先の実施の形態１における衛星受信機１に対して、スイッチ２６、および衛星送信機２が付加された構成となっている。
【００５６】
スイッチ２６は、出力信号２４Ａ〜２４Ｄが入力され、各信号の入れ替え、帯域の合成・分離を行い、送信信号２４Ａ’〜２４Ｄ’を生成する。
【００５７】
衛星送信機２は、送信ビーム形成部３０、合波部３３ａ’〜３３ｄ’、および送信アンテナ素子３５ａ’〜３５ｄ’を備えて構成されている。送信ビーム形成部３０は、送信ビーム形成を行うための移相を、送信アンテナ素子ごとに設定する。合波部３３ａ’〜３３ｄ’は、各送信ビームの送信信号を周波数領域で合波し、送信アンテナ素子３５ａ’〜３５ｄ’を介して地上の新たな地点Ａ’〜Ｄ’に向けて放射する。
【００５８】
送信ビーム形成部３０は、記憶装置３２および移相部３６ａ’〜３６ｄ’を備えている。ここで、記憶装置３２は、特定の地上受信点である地点Ａ’〜Ｄ’のそれぞれに対して送信ビームを向ける際に設定される移相量があらかじめ記憶されている。また、後述するように、衛星受信機１の相関検出部２２で得た情報を元に、記憶装置３２に励振係数を記憶してもよいし、地上コマンドにより、移相部３６ａ’〜３６ｄ’で与える移相を決定してもよい。
【００５９】
そして、移相部３６ａ’〜３６ｄ’は、各送信アンテナ素子の送信信号２４Ａ’〜２４Ｄ’を、移相量に従ってシフトする。さらに、合波部３３ａ’〜３３ｄ’は、移相量に従ってシフトされた各ビームの送信信号を、周波数領域で合波し、時間領域の信号に変換することで、送信ビーム４０Ａ’〜４０Ｄ’を生成する。さらに、合波部３３ａ’〜３３ｄ’は、送信アンテナ素子３５ａ’〜３５ｄ’を介して、地点Ａ’〜Ｄ’に向けて送信ビーム４０Ａ’〜４０Ｄ’を放射する。
【００６０】
送信ビーム４０Ａ’は、周波数ｆＡ’、送信ビーム４０Ｂは、周波数ｆＢ’、送信ビーム４０Ｃ’は、周波数ｆＣ’、送信ビーム４０Ｄ’は、周波数ｆＤ’が割り当てられる。また、各送信ビームの帯域は、それぞれ、ΔｆＡ’、ΔｆＢ’、ΔｆＣ’、ΔｆＤ’とする。
【００６１】
本実施の形態２に係る通信衛星システムは、衛星中継器として、地上送信者からの通信信号の受信効率を最適化しながら、地上受信者に対する周波数割り当て、および衛星から地上への送信ビームを、フレキシブルに変更する機能を有する。
【００６２】
次に、本実施の形態２に係る通信衛星システムを実現するに当たって、適切な構成例として、デジタル処理を採用する場合について、詳細に説明する。なお、衛星受信機１の動作については、先の実施の形態１と同様のため、説明を省略する。図８は、本発明の実施の形態２に係るデジタル処理を行う衛星通信システムの構成図である。
【００６３】
先の図７の構成と比較すると、図８は、デジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）３４ａ’〜３４ｄ’をさらに備えるとともに、移相部３６ａ’〜３６ｄ’の具体的な構成として励振係数乗算部３１ａ’〜３１ｄ’を用いている点が異なっている。そこで、これらの相違点を中心に、図８に示した衛星通信システムの動作について、以下に詳細に説明する。
【００６４】
スイッチ２６は、衛星受信機１からの出力である出力信号２４Ａ〜２４Ｄが入力される。スイッチ２６は、周波数領域で出力信号２４Ａ〜２４Ｄの入れ替え、帯域の合成・分離を行い、送信信号２４Ａ’〜２４Ｄ’を出力する機能を有する。
【００６５】
図９は、本発明の実施の形態２におけるスイッチ２６の機能を説明するための概念図である。図９に示した例では、スイッチ２６は、次のような処理により送信信号２４Ａ’〜２４Ｄ’を形成している。
・出力信号２４Ａの周波数を変更し、送信信号２４Ａ’を形成
・出力信号２４Ｂの周波数を変更し、送信信号２４Ｃ’を形成
・出力信号２４Ｄを２つに分割し、出力信号２４Ｂと出力信号２４Ｄの一部とを合成して送信信号２４Ｂ’を形成
・出力信号２４Ｄの残余分を送信信号２４Ｄ’として形成
【００６６】
このようにして送信信号２４Ａ’〜２４Ｄ’を割り当てることで、スイッチ２６は、衛星中継器として、送受のスループットのフレキシビリティに寄与する。
【００６７】
スイッチ２６により新規に構成された送信信号２４Ａ’〜２４Ｄ’は、衛星送信機２に入力される。各送信信号２４Ａ’〜２４Ｄ’は、ＤＢＦ送信部３０’に入力され、送信アンテナ素子数分の信号に分離される。励振係数乗算部３１ａ’〜３１ｄ’のそれぞれは、送信ビームの生成に必要な励振係数を、各送信アンテナ素子ａ’〜ｄ’に対応する分離後の送信信号２４Ａ’〜２４Ｄ’に対して乗算する処理を実施する。
【００６８】
ここで、励振係数は、サブチャネル（帯域Δｆｃｈ）ごとに設定されている。記憶装置３２には、特定地点に対するビーム形成に必要な各送信アンテナ素子の励振係数のマップがあらかじめ記憶されている。従って、励振係数乗算部３１ａ’〜３１ｄ’のそれぞれは、送信方向に応じて、励振係数を読み出し、上述した乗算処理を実施する。
【００６９】
なお、ＤＢＦ送信部３０’は、必ずしも送信ビーム数分なくてもよく、図８に示したように、最低で１つあればよい。すなわち、例えば、送信ビーム４０Ａ’〜４０Ｄ’の処理をひとつのＤＢＦ送信部３０’で行ってもよい。これは、励振係数がサブチャネルごとに設定できることに基づく。ただし、この場合には、先の実施の形態１におけるＤＢＦ受信部２０’での説明と同様に、送信ビーム４０Ａ’〜４０Ｄ’が使用する周波数に重複がないことを条件とする。
【００７０】
また、衛星送信機２ａ側で使用される励振係数は、ＤＢＦ受信部２０’に含まれる相関検出部２２の情報を元にして、記憶装置３２に記憶させる構成とすることもできる。図１０は、本発明の実施の形態２に係るデジタル処理を行う衛星通信システムの構成図であり、先の図８とは異なる構成を有する図である。先の図８の構成と比較すると、図１０に示す記憶装置３２は、衛星受信機１内の相関検出部２２によって、相関処理に基づいて生成された励振係数を記憶する構成を備えている。
【００７１】
この場合には、送信ビーム４０Ａ’は、受信ビーム１０Ａと同方向となり、すなわち、地点Ａと地点Ａ’が同じになる。これにより、地上の移動端末に対して、送受の通信品質の維持が可能となる。
【００７２】
図８または図１０における合波部３３ａ’〜３３ｄ’は、ＤＢＦ送信部３０’の出力信号を周波数軸上で合波し、実時間のデジタル信号に変換する機能を有する。ＤＢＦ送信部３０’の出力信号は、Ｉ信号およびＱ信号からなる直交信号のスペクトルデータであり、合波部３３ａ’〜３３ｄ’により、実時間のデジタル信号に変換される。
【００７３】
ＤＡＣ３４ａ’〜３４ｄ’は、合波部３３ａ’〜３３ｄ’から出力されるそれぞれのデジタル信号を、アナログ信号に変換する。
【００７４】
送信アンテナ素子３５ａ’〜３５ｄ’は、ＤＡＣ３４ａ’〜３４ｄ’から出力されたアナログ送信信号を空間に放射することで、送信ビーム４０Ａ’〜４０Ｄ’を生成する。
【００７５】
上述した実施の形態２では、受信ビーム数を４、送信アンテナ素子数を４、送信ビームを４として説明したが、これに限らず、それぞれの数は、増やすことが可能である。
【００７６】
なお、先の実施の形態１で説明したように、相関検出部２２で相関を取るスペクトル分解信号は、その該当周波数に、通信波等、有意な信号が存在している必要がある。そこで、先の図５では、地上コマンド取得アンテナ１４およびデータ処理部２７を設け、地上コマンド回線から通知される情報を利用することで、このような有意な信号の存在の有無を確認できる構成について説明した。
【００７７】
そして、本実施の形態２におけるＤＢＦ送信部３０’で使用する励振係数についても、同様に、地上コマンド回線から通知される情報を元に決定する構成としてもよい。
【００７８】
以上のように、本実施の形態２に係る衛星通信システムは、従来の衛星通信システムと比較した場合、以下のような効果を奏する。
（効果１）地上の複数の信号送信者に対して、衛星通信システムにおける受信効率を最大化できる。
（効果２）地上の送受者が移動した場合にも、自動的に励振係数が再算出され、送受信効率を維持できる。
（効果３）複数の送受信者に対して割り当てる周波数利用帯域を、自由に変更できる。
【符号の説明】
【００７９】
１、１ａ、１ｂ  衛星受信機、２、２ａ  衛星送信機、３  地上管制局、１１ａ〜１１ｄ  受信アンテナ素子、１３ａ〜１３ｄ  分波部、１４  地上コマンド取得アンテナ、２１ａ〜２１ｄ  励振係数乗算部、２２  相関検出部、２３  合成部、２５ａ〜２５ｄ  位相補償部、２６  スイッチ、２７  データ処理部、３１ａ’〜３１ｄ’  励振係数乗算部、３２  記憶装置、３３ａ’〜３３ｄ’  合波部、３５ａ’〜３５ｄ’  送信アンテナ素子、３６ａ’〜３６ｄ’  移相部。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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