(57)【要約】  スケジューラは、各受信機が存在する領域に基づいて、１つの受信機宛の送信データＡおよび別の受信機宛の送信データＢを送信する時間および無線チャネルを決定するスケジューリングを行う。送信部は、スケジューラが決定した時間および無線チャネルで、送信データＡ、Ｂを衛星局に送信する。
2019021648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビーム方式で信号を送信する衛星局を介して少なくとも１つの受信機と通信を行う送信機であって、
前記少なくとも１つの受信機が存在する領域に基づいて、前記受信機宛のデータを送信する時間および無線チャネルを決定するスケジューリングを行うスケジューラと、
前記スケジューラが決定した時間および無線チャネルで、前記受信機宛のデータの信号を前記衛星局に送信する送信部と、
を備え、
前記送信部から第ｉ（ｉは１以上の整数）無線チャネルで送信された信号は、前記衛星局から第ｉビームで前記受信機に送信され、
前記衛星局から各ビームで送信される信号の周波数は同一である、
送信機。
【請求項２】
前記スケジューラは、
第１ビームの第１カバレッジエリアと第２ビームの第２カバレッジエリアとの重なり領域を含む特定領域に存在する前記少なくとも１つの受信機宛のデータを、同一時間に、第１無線チャネルと第２無線チャネルで送信するようにスケジューリングを行う、
請求項１に記載の送信機。
【請求項３】
前記送信部は、
前記特定領域に存在する前記少なくとも１つの受信機宛に、同一時間に、前記第１無線チャネルと前記第２無線チャネルで同一のデータを送信する、
請求項２に記載の送信機。
【請求項４】
前記送信部は、
前記特定領域に存在する前記少なくとも１つの受信機宛に、前記少なくとも１つの受信機で分離できるように、同一時間に、前記第１無線チャネルと前記第２無線チャネルで異なるデータを送信する、
請求項２に記載の送信機。
【請求項５】
前記送信部は、
互いに異なる偏波で、前記第１無線チャネルと前記第２無線チャネルで異なるデータを送信する、
請求項４に記載の送信機。
【請求項６】
前記少なくとも１つの受信機は、第１受信機と、第２受信機と、を含み、
前記第１カバレッジエリアあるいは前記第２カバレッジエリアの前記特定領域以外の領域に前記第１受信機が存在し、前記特定領域に前記第２受信機が存在する場合、
前記スケジューラは、
前記第１受信機宛の第１データと前記第２受信機宛の第２データを時分割送信するようにスケジューリングを行う、
請求項２から５のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項７】
前記スケジューラは、
前記第１データの第１送信時間の長さと前記第２データの第２送信時間の長さとを異ならせるスケジューリングを行う、
請求項６に記載の送信機。
【請求項８】
前記スケジューラは、
前記第１送信時間よりも前記第２送信時間が短くなるようにスケジューリングを行う、
請求項７に記載の送信機。
【請求項９】
前記第１カバレッジエリアの前記特定領域以外の領域に前記第１受信機が存在し、前記第２カバレッジエリアの前記特定領域以外の領域に前記第２受信機が存在する場合、
前記スケジューラは、
前記第１データを前記第１無線チャネルで連続送信し、前記第２データを前記第２無線チャネルで連続送信するようにスケジューリングを行う、
請求項６から８のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項１０】
前記特定領域に前記第１受信機および前記第２受信機が存在する場合、
前記スケジューラは、
前記第１データと前記第２データを時分割送信し、前記第１データと前記第２データを前記第１無線チャネルと前記第２無線チャネルで送信するようにスケジューリングを行う、
請求項６から９のいずれか一項に記載の送信機。
【請求項１１】
送信機が、マルチビーム方式で信号を送信する衛星局を介して受信機にデータを送信する送信方法であって、
前記衛星局から各ビームで送信される信号の周波数は同一であり、
前記送信機が、
前記受信機が存在する領域に基づいて、前記受信機宛のデータを送信する時間および無線チャネルを決定し、
前記決定した時間および無線チャネルで、前記受信機宛のデータの信号を前記衛星局に送信し、
前記衛星局が、
前記送信機から第ｉ（ｉは１以上の整数）無線チャネルで送信された信号を中継して第ｉビームで前記受信機に送信する、
送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、送信機および送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＶ（television）放送の高画質化や、航空機、船舶等のブロードバンド通信の利用の増加に伴い、衛星通信の需要が増加している。これに伴い、ハイスループット衛星（High Throughput Satellite(HTS)）と呼ばれる衛星通信システムの開発が進められている（特許文献１）。ハイスループット衛星は、送信ビームの本数を増やしてカバレッジエリアを絞り込むことにより、端末の受信電力を増加させるマルチビーム方式を採用する。端末の受信電力が増加することにより、より高効率な変復調・符号化方式が利用可能になるため、スループットを向上させることができる。【０００３】
マルチビーム方式においては、各ビームが地表近傍に向けて円錐型のビームパターンを形成する。各ビームに対応する円形または略円形のカバレッジエリアで地表近傍の領域を隙間なく埋めようとすると、隣接するカバレッジエリアに重なり領域が生じる。なお、重なり領域とは、所望ビームの信号電力と近接ビームの信号電力の比、すなわち、所望ビームの信号電力／近接ビームの信号電力が、第１閾値（例えば−３ｄＢ）以上、かつ、第２閾値（例えば３ｄＢ）以下となる領域である。【０００４】
従来では、重なり領域における干渉抑圧対策として、４つの周波数の繰り返しや、２つの周波数と垂直、水平の２偏波での繰り返しを採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−５５０７号公報
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一態様は、マルチビーム方式の衛星通信システムにおいて、重なり領域における干渉抑圧とシステム全体のスループットの向上との両立を実現できる送信機および送信方法の提供に資する。
【０００７】
本開示の一態様に係る送信機は、マルチビーム方式で信号を送信する衛星局を介して受信機と通信を行う送信機である。送信機は、スケジューラと、送信部と、を有する。スケジューラは、受信機が存在する領域に基づいて、受信機宛のデータを送信する時間および無線チャネルを決定するスケジューリングを行う。送信部は、スケジューラが決定した時間および無線チャネルで、受信機宛のデータの信号を衛星局に送信する。送信部から第ｉ（ｉは１以上の整数）無線チャネルで送信された信号は、衛星局から第ｉビームで受信機に送信される。衛星局から各ビームで送信される信号の周波数は同一である。
【０００８】
本開示の一態様に係る送信方法は、送信機が、マルチビーム方式で信号を送信する衛星局を介して受信機にデータを送信する送信方法である。衛星局から各ビームで送信される信号の周波数は同一である。送信方法は、送信機が、受信機が存在する領域に基づいて、受信機宛のデータを送信する時間および無線チャネルを決定することを含む。また、送信方法は、送信機が、決定した時間および無線チャネルで、受信機宛のデータの信号を衛星局に送信することを含む。さらに、送信方法は、衛星局が、送信機から第ｉ（ｉは１以上の整数）無線チャネルで送信された信号を中継して第ｉビームで受信機に送信することを含む。
【０００９】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００１０】
本開示の一態様によれば、マルチビーム方式の衛星通信システムにおいて、重なり領域における干渉抑圧とシステム全体のスループットの向上との両立を実現できる。
【００１１】
本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】セル間協調送信方式を説明する図
【図２】セル間協調送信方式のスケジューリングの一例を示す図
【図３】セル間協調送信方式のスケジューリングの一例を示す図
【図４】ｅＩＣＩＣ（enhanced Inter-Cell Interference Coordination）とセル間協調送信方式との組み合わせを説明する図
【図５】本開示の実施の形態１に係る衛星通信システムの構成を示す図
【図６】本開示の実施の形態１に係る衛星通信システムの受信機の配置パターンの一例を示す図
【図７】本開示の実施の形態１に係る地上局の一部の構成を示すブロック図
【図８】本開示の実施の形態１に係る地上局の構成を示すブロック図
【図９】衛星局の構成を示すブロック図
【図１０】本開示の実施の形態１に係る受信機の構成を示すブロック図
【図１１】本開示の実施の形態１における図６の場合のスケジューリングの一例を示す図
【図１２】本開示の実施の形態１に係る衛星通信システムの受信機の配置パターンの一例を示す図
【図１３】本開示の実施の形態１における図１２の場合のスケジューリングの一例を示す図
【図１４】周波数利用効率の改善を説明する図
【図１５】本開示の実施の形態１の変形例１における図１２の場合のスケジューリングの一例を示す図
【図１６】本開示の実施の形態１の変形例２に係る衛星通信システムの受信機の配置パターンの一例を示す図
【図１７】本開示の実施の形態１の変形例２における図１６の場合のスケジューリングの一例を示す図
【図１８】本開示の実施の形態１の変形例３に係る衛星通信システムの受信機の配置パターンの一例を示す図
【図１９】本開示の実施の形態１の変形例３に係る衛星通信システムの受信機の配置パターンの別の一例を示す図
【図２０】ＳＩＳＯ（Single Input Single Output）およびＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）の概念図
【図２１】本開示の実施の形態２における図１２の場合のスケジューリングの一例を示す図
【図２２】本開示の実施の形態３における図１２の場合のスケジューリングの一例を示す図
【図２３】本開示の実施の形態４における図１２の場合のスケジューリングの一例を示す図
【図２４】本開示の実施の形態５に係る衛星通信システムの受信機の配置パターンの一例を示す図
【図２５】本開示の実施の形態５における図２４の場合のスケジューリングの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の実施の形態の説明に先立ち、従来の技術における問題点を簡単に説明する。従来の干渉抑圧対策では、隣接ビーム間で異なる周波数を使用するため、リソースの利用率が低下し、システム全体のスループットが低下してしまうという問題がある。
【００１４】
まず、陸上移動通信におけるセル境界での干渉を抑圧する方法について説明する。
【００１５】
［陸上移動通信でのセル間干渉抑圧技術］
従来から、陸上移動通信におけるセル間干渉抑圧技術として、フラクショナル周波数繰り返し（Fractional Frequency Reuse）が知られている。フラクショナル周波数繰り返しは、上記のマルチビーム方式における重なり領域のように他セルとの重なり部分（セル境界）を有するセルに適用される。
【００１６】
セルの基地局近傍においては、端末と基地局との距離が小さく、基地局からの信号の減衰が小さいので、基地局は、小さい電力で端末と通信することができる。一方、セル境界においては、端末と基地局との距離が大きく、基地局からの信号の減衰が大きいので、基地局は、大きい電力で端末と通信する必要がある。
【００１７】
フラクショナル周波数繰り返しでは、各セルについて、基地局近傍の小さい送信電力とセル境界の大きい送信電力の２つの送信電力に分け、かつ、隣接セルにおいて大きい送信電力を同一周波数、同一時刻で使用しないように制御する。
【００１８】
［ＬＴＥでのセル間干渉抑圧技術］
また、従来から、ＬＴＥ（Long-Term Evolution）におけるセル間干渉抑圧技術の一例として、ｅＩＣＩＣ（enhanced Inter-Cell Interference Coordination）が知られている。ｅＩＣＩＣは、ＬＴＥにおいて、マクロセルに対して同一の周波数を用いてスモールセルを構成する際に適用される。
【００１９】
マクロセルのカバレッジ内において、例えば、多くのユーザが集まる駅、繁華街等の場所に、スモールセルが配置される。マクロセルの基地局は、大きい送信電力を使用する。スモールセルの基地局は、小さい送信電力を使用する。
【００２０】
ｅＩＣＩＣにおいては、スモールセルの基地局は、重要なデータであるProtected Resourceと、重要でないデータであるNon-protected Resourceとを、時分割で送信する。スモールセルの基地局がProtected Resourceを送信する間、マクロセルの基地局は、データ区間の送信を停止し、干渉電力測定に用いるＬＴＥ−ＣＲＳ（Cell-Specific Reference Signal）のみを送信する。一方、スモールセルの基地局がNon-protected Resourceを送信する間、マクロセルの基地局は、データ区間を送信する。これにより、多くのユーザが集まる場所に配置したスモールセルの通信を優先的に行うことができ、面積当たりのスループットを向上させることができる。
【００２１】
次に、陸上移動通信におけるセル境界での受信品質を向上させる方法について説明する。
【００２２】
［ＬＴＥでのセル間協調送信方式］
従来から、セル境界において、複数の基地局が協調送信を行うことにより、ＳＮ比（信号対雑音電力比）を向上させ、より高い周波数利用効率を実現するセル間協調送信方式が知られている。
【００２３】
セル間協調送信方式では、図１に示すように、基地局１のセル１と基地局２のセル２の重なり領域に端末Ａ（受信機３）が存在する場合、図２に示すように、基地局１および基地局２の各々が、それぞれ、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４に、同一のデータＡ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４）を端末Ａに送信する。
【００２４】
その際、基地局１および基地局２が、基準タイミングを同期させ、かつ、端末Ａにおける基地局１からのデータの到達時刻と基地局２からのデータの到達時刻との差がガードインターバルに収まるように調整する。これにより、端末Ａでは、基地局１からのデータと基地局２からのデータを合成することができるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２５】
あるいは、セル間協調送信方式では、図１の状態において、基地局１および基地局２の内、端末ＡのＳ／Ｎ比が高くなる方の基地局からのみデータを送信する。例えば、時間ｔ１，ｔ４においては、基地局１からのデータのＳＮ比が、基地局２からのものより高く、時刻ｔ２，ｔ３においては、基地局２からのデータのＳＮ比が、基地局１からのものよりも高いとする。この場合、図３に示すように、基地局１が、時間ｔ１，ｔ４において、それぞれデータＡ（１），Ａ（４）を端末Ａに送信し、基地局２が、時間ｔ２，ｔ３において、それぞれデータＡ（２），Ａ（３）を端末Ａに送信する。
【００２６】
この場合も、基地局１および基地局２が、基準タイミングを同期させる。これにより、端末Ａでは、通信状態が最適である基地局からデータを受信することができる。
【００２７】
［セル間干渉抑圧技術とセル間協調送信方式の組み合わせ］
次に、セル間干渉抑圧技術とセル間協調送信方式の組み合わせについて検討する。
【００２８】
まず、フラクショナル周波数繰り返しとセル間協調送信方式との組み合わせについて検討する。フラクショナル周波数繰り返しにおいては、隣接セルの間で大きい送信電力に異なる周波数を使用することにより、セル間の干渉を抑圧している。したがって、隣接セルの間で同一の周波数を使用するセル間協調送信方式を、フラクショナル周波数繰り返しと組み合わせることはできない。
【００２９】
次に、ｅＩＣＩＣとセル間協調送信方式との組み合わせについて検討する。図４では、基地局１のセル１の、基地局２のセル２と重ならない領域Ｒに端末Ａ（受信機３−１）が存在し、セル１とセル２の重なり領域Ｑに端末Ｂ（受信機３−２）が存在する場合を示している。
【００３０】
ｅＩＣＩＣにおいては、マクロセルには、マクロセルの基地局からの電波が届き、マイクロセルには、マクロセルの基地局からの電波とマイクロセルの基地局からの電波の両方が届く。また、図４の場合、セル１には、基地局１からの電波が届き、セル２の領域Ｑには、基地局１，２からの電波の両方が届く。したがって、ｅＩＣＩＣのマクロセルとマイクロセルが、それぞれ、図４のセル１とセル２とに対応する。
【００３１】
ｅＩＣＩＣにおいては、セル２（マイクロセル）の基地局２が端末ＢにNon-protected Resourceを送信すると同時に、セル１（マクロセル）の基地局１が同一の周波数で端末Ａにデータを送信する。したがって、端末Ｂにおいて干渉が発生するので、基地局２からのデータには干渉に強い変復調方式や誤り訂正符号を使用することが必要となり、伝送レートが低くなる。このように、ｅＩＣＩＣにセル間協調送信方式を組み合わせても、セル境界におけるＳＮ比を向上させることができない。
【００３２】
以上のように、従来技術での周波数軸または時間軸でのセル境界の干渉抑圧方法と、複数基地局からの同時または選択送信によるセル境界のＳ／Ｎ比向上技術を同時に適用することはできない。
【００３３】
［陸上移動通信と衛星通信の通信環境の相違点］
次に、陸上移動通信と衛星通信の通信環境の相違点について説明する。
【００３４】
一般に、陸上移動通信においては、セル半径が小さい（例えば、２００ｍ〜数ｋｍ）ので、複数の基地局から電波が届く場合が多く、干渉を受ける領域と受けない領域とを判定するのが比較的困難である。これに対して、衛星通信においては、カバレッジエリアの半径が大きい（例えば、数百ｋｍ〜１０００ｋｍ）ので、干渉を受ける領域と干渉を受けない領域とを判定するのが比較的容易である。
【００３５】
また、一般に、陸上移動通信においては、端末の移動、周辺の人、車等の移動、周辺の建物等によりフェージングが発生し、複数の基地局から届く電波の強度の時間変動が比較的大きい。これに対して、衛星通信においては、見通し通信の環境で通信するので、受信電界強度の時間変動が比較的小さい。
【００３６】
また、一般に、陸上移動通信においては、基地局と端末の間の距離が短いので、端末における測定結果を基地局へ報告する場合の遅延が比較的小さい。これに対して、衛星通信においては、航空機、船舶等が搭載する受信機から衛星を介して地上局に報告するので、遅延が比較的大きい。
【００３７】
また、一般に、陸上移動通信においては、人、車等の移動経路を予測するのは困難である。これに対して、衛星通信においては、受信機を搭載する航空機、船舶等が移動する経路が予め提示されている場合が多く、また、移動方向も一定である場合が多いので、移動経路を予測するのが容易である。
【００３８】
上記の相違点に着目することで、マルチビーム方式の衛星通信システムにおいて、重なり領域における干渉抑圧とスループットの向上との両立を実現する本開示はなされた。以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
［衛星通信システムの概要］
図５は、衛星通信システム１０の一例を示す図である。衛星通信システム１０は、地上局（送信機）１００と、衛星局２００と、受信機３００と、から構成される。衛星局２００は、マルチビーム方式を採用するＨＴＳの衛星である。各ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、地表近傍に向けて円錐型のビームパターンを形成し、地表近傍のカバレッジエリアＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４に照射される。
【００４０】
地上局１００は、各受信機３００宛の信号を衛星局２００に送信する。衛星局２００は、中継局としての役割を果たし、地上局１００から受信した信号を各受信機３００に送信する。
【００４１】
具体的には、衛星局２００は、地上局１００から受信した信号をフィルタによって各受信機３００宛の信号に分離し、各受信機３００が存在するカバレッジエリアに対応するビームで、各受信機３００宛の信号を送信する。
【００４２】
衛星局２００と各受信機３００の間には障害物がないので、衛星局２００と各受信機３００とは、見通し通信の環境で通信することができる。
【００４３】
＜実施の形態１＞
実施の形態１では、説明を簡単にするために、図６に示すように、地上局１００が、衛星局２００を介して、２つの受信機３００−１、３００−２と同時に通信を行い、衛星局２００が、２つのビームＢ１、Ｂ２（カバレッジエリアＥ１、Ｅ２）を形成する場合について説明する。
【００４４】
なお、図６では、受信機３００−１が航空機Ａに搭載され、受信機３００−２が航空機Ｂに搭載されているものとする。また、図６では、航空機Ａが、カバレッジエリアＥ１の、重なり領域Ｑを除いた領域Ｒ１に存在し、航空機Ｂが、カバレッジエリアＥ２の、重なり領域Ｑを除いた領域Ｒ２に存在している場合を示している。
【００４５】
地上局１００は、ビームＢ１に対応する無線チャネルＣ１およびビームＢ２に対応する無線チャネルＣ２で信号を送信する。衛星局２００は、無線チャネルＣ１に乗せられた信号をビームＢ１で送信し、無線チャネルＣ２に乗せられた信号をビームＢ２で送信する。ビームＢ１で送信される信号の周波数と、ビームＢ２で送信される信号の周波数は同一である。
【００４６】
［地上局の構成］
図７は実施の形態１に係る地上局１００の一部の構成を示すブロック図である。図７に示す地上局１００において、スケジューラ１０６は、各受信機３００−１、３００−２が存在する領域（Ｒ１、Ｑ、Ｒ２）に基づいて、受信機３００−１宛の送信データＡおよび受信機３００−２宛の送信データＢを送信する時間および無線チャネルＣ１、Ｃ２を決定するスケジューリングを行う。送信部１１１は、スケジューラ１０６が決定した時間および無線チャネルで、送信データＡ、Ｂを衛星局２００に送信する。
【００４７】
図８は、実施の形態１に係る地上局１００の構成を示すブロック図である。図８に示すように、地上局１００は、符号化部１０１−Ａ，１０１−Ｂと、変調部１０２−Ａ，１０２−Ｂと、バッファ１０３−Ａ，１０３−Ｂと、メモリ１０４と、位置特定部１０５と、スケジューラ１０６と、チャネル選択部１０７と、無線送信部１０８−１，１０８−２と、アンテナ１０９と、から主に構成される。チャネル選択部１０７と、無線送信部１０８−１，１０８−２と、により送信部１１１を構成する。
【００４８】
符号化部１０１−Ａは、航空機Ａ（受信機３００−１）宛の送信データＡを符号化し、符号化データＡを変調部１０２−Ａに出力する。符号化部１０１−Ｂは、航空機Ｂ（受信機３００−２）宛の送信データＢを符号化し、符号化データＢを変調部１０２−Ｂに出力する。
【００４９】
変調部１０２−Ａは、符号化データＡを変調し、変調データＡをバッファ１０３−Ａに出力する。変調部１０２−Ｂは、符号化データＢを変調し、変調データＢをバッファ１０３−Ｂに出力する。
【００５０】
バッファ１０３−Ａは、変調データＡを一時的に保存する。バッファ１０３−Ｂは、変調データＢを一時的に保存する。
【００５１】
メモリ１０４は、衛星局２００の各ビームＢ１、Ｂ２のカバレッジエリアＥ１、Ｅ２、航空機Ａ、Ｂの運行計画表等を記憶する。
【００５２】
位置特定部１０５は、メモリ１０４に記憶された航空機Ａ、Ｂの運行計画表に基づいて、現在の航空機Ａ、Ｂの位置を特定する。なお、位置特定部１０５は、航空機Ａ、Ｂの位置示す情報（以下、「位置情報」という）を、受信機３００−１、３００−２から取得しても良い。この場合、地上局１００は、衛星局２００を経由して、位置情報を含む信号を受信しても良く、他の通信路にて位置情報を取得しても良い。位置特定部１０５は、位置情報をスケジューラ１０６に出力する。
【００５３】
なお、位置特定部１０５により特定される航空機Ａ、Ｂの位置の更新頻度は、航空機Ａ、Ｂが存在する領域を判定することができる限りにおいて、粗くても構わない。
【００５４】
スケジューラ１０６は、位置特定部１０５から出力された位置情報と、メモリ１０４に記憶されたカバレッジエリアＥ１、Ｅ２に基づいて、航空機Ａ、Ｂが存在する領域（Ｒ１、Ｑ、Ｒ２）を判定する。スケジューラ１０６は、航空機Ａ、Ｂが存在する領域に基づいて、送信データＡ、Ｂを送信する時間および無線チャネルＣ１、Ｃ２を決定するスケジューリングを行う。なお、スケジューラ１０６のスケジューリングの詳細については後述する。
【００５５】
スケジューラ１０６は、スケジューリング結果に基づいてチャネル選択部１０７を制御する。また、スケジューラ１０６は、受信機３００にスケジューリング結果を通知する。
【００５６】
チャネル選択部１０７は、スケジューラ１０６の制御に従って、無線送信部１０８−１および無線送信部１０８−２の少なくとも一方に、バッファ１０３−Ａに保存された変調データＡ、および、バッファ１０３−Ｂに保存された変調データＢを出力する。
【００５７】
無線送信部１０８−１は、チャネル選択部１０７から出力された変調データＡあるいは変調データＢに対してアップコンバート、増幅等の無線送信処理を行い、アンテナ１０９から無線チャネルＣ１で衛星局２００に送信する。無線送信部１０８−２は、チャネル選択部１０７から出力された変調データＡあるいは変調データＢに対して無線送信処理を行い、アンテナ１０９から無線チャネルＣ２で衛星局２００に送信する。
【００５８】
［衛星局の構成］
図９は、衛星局２００の構成を示すブロック図である。なお、衛星局２００の構成は、従来のものと変わらない。
【００５９】
衛星局２００は、受信アンテナ２０１−１、２０１−２と、トランスポンダ２０２−１、２０２−２と、送信アンテナ２０３−１、２０３−２と、を有する。送信アンテナ２０３−１、２０３−２は、マルチビーム送信アンテナを構成する。
【００６０】
トランスポンダ２０２−１は、バンドパスフィルタ２２１−１と、増幅器２２２−１と、周波数変換器２２３−１と、バンドパスフィルタ２２４−１と、増幅器２２５−１と、を有する。同様に、トランスポンダ２０２−２は、バンドパスフィルタ２２１−２と、増幅器２２２−２と、周波数変換器２２３−２と、バンドパスフィルタ２２４−２と、増幅器２２５−２と、を有する。なお、トランスポンダ２０２−１、２０２−２は、それぞれ、送信アンテナ２０３−１、２０３−２から送信される信号の周波数が同一となるように、受信アンテナ２０１−１、２０１−２からの入力信号に乗算する発振周波数を調整できる。
【００６１】
アンテナ２０１−１は、地上局１００から無線チャネルＣ１で送信された無線周波数信号を受信する。アンテナ２０１−２は、地上局１００から無線チャネルＣ２で送信された無線周波数信号を受信する。
【００６２】
バンドパスフィルタ２２１−１は、アンテナ２０１−１に受信された無線周波数信号をフィルタリングして無線チャネルＣ１の信号を取り出し、増幅器２２２−１に出力する。バンドパスフィルタ２２１−２は、アンテナ２０１−２に受信された無線周波数信号をフィルタリングして無線チャネルＣ２の信号を取り出し、増幅器２２２−２に出力する。
【００６３】
増幅器２２２−１は、バンドパスフィルタ２２１−１を通過した信号を増幅し、周波数変換器２２３−１に出力する。増幅器２２２−２は、バンドパスフィルタ２２１−２を通過した信号を増幅し、周波数変換器２２３−２に出力する。
【００６４】
周波数変換器２２３−１は、増幅器２２２−１から出力された信号の周波数を、所定の出力周波数に変換し、バンドパスフィルタ２２４−１に出力する。周波数変換器２２３−２は、増幅器２２２−２から出力された信号の周波数を、所定の出力周波数に変換し、バンドパスフィルタ２２４−２に出力する。
【００６５】
バンドパスフィルタ２２４−１は、周波数変換器２２３−１から出力された信号をフィルタリングし、増幅器２２５−１に出力する。バンドパスフィルタ２２４−２は、周波数変換器２２３−２から出力された信号をフィルタリングし、増幅器２２５−２に出力する。
【００６６】
増幅器２２５−１は、バンドパスフィルタ２２４−１を通過した信号を増幅し、送信アンテナ２０３−１に出力する。増幅器２２５−２は、バンドパスフィルタ２２４−２を通過した信号を増幅し、送信アンテナ２０３−２に出力する。
【００６７】
送信アンテナ２０３−１は、増幅器２２５−１から出力された信号をビームＢ１で送信する。送信アンテナ２０３−２は、増幅器２２５−２から出力された信号をビームＢ２で送信する。
【００６８】
この結果、地上局１００で無線チャネルＣ１に乗せられた信号（送信データＡあるいは送信データＢ）は、衛星局２００からビームＢ１で送信される。また、地上局１００で無線チャネルＣ２に乗せられた信号（送信データＡあるいは送信データＢ）は、衛星局２００からビームＢ２で送信される。
【００６９】
［受信機の構成］
図１０は、実施の形態１に係る受信機３００の構成を示すブロック図である。図１０において、受信機３００は、アンテナ３０１と、無線受信部３０２と、制御部３０３と、抽出部３０４と、復調部３０５と、復号部３０６と、を有する。
【００７０】
無線受信部３０２は、衛星局２００からビームＢ１およびビームＢ２の少なくとも一方で信号を送信され、アンテナ３０１で受信された無線周波数信号に対して、増幅、ダウンコンバート等の無線受信処理を行い、ベースバンドの受信信号を抽出部３０４に出力する。
【００７１】
制御部３０３は、地上局１００から通知されたスケジューリング結果に応じて、抽出部３０４に対して、自局宛の信号を抽出するタイミングを制御する。
【００７２】
抽出部３０４は、制御部３０３の制御に従って、無線受信部３０２から出力された受信信号から自局宛の信号を抽出する。
【００７３】
復調部３０５は、抽出部３０４から出力された受信信号を、変調部１０２の変調方式に対応する復調方式にて復調し、復調データを復号部３０６に出力する。
【００７４】
復号部３０６は、復調部３０５から出力された復調データを、符号化部１０１の符号化方式に対応する復号方式にて復号し、受信データを得る。
【００７５】
なお、受信機３００は、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナを備え、ＧＰＳアンテナで受信した衛星からの信号を用いて、受信機３００の位置を検知してもよい。この場合、受信機３００の位置情報を含む信号が、地上局１００に送信される。
【００７６】
［スケジューリングの詳細］
次に、地上局１００のスケジューラ１０６が行うスケジューリングの詳細について説明する。
【００７７】
スケジューラ１０６は、航空機Ａ、Ｂが存在する領域（Ｒ１、Ｑ、Ｒ２）に応じて、無線チャネルＣ１、Ｃ２のそれぞれにおいて送信するデータを決定する。
【００７８】
まず、図６に示したように、重なり領域Ｑに航空機が存在しない場合について説明する。図６の例では、受信機３００−１を搭載する航空機Ａが、カバレッジエリアＥ１の重なり領域Ｑを除いた領域Ｒ１に存在し、受信機３００−２を搭載する航空機Ｂが、カバレッジエリアＥ２の重なり領域Ｑを除いた領域Ｒ２に存在している。
【００７９】
この場合、受信機３００−１は、ビームＢ１で送信された信号を受信でき、ビームＢ２で送信された信号を受信できない。同様に、受信機３００−２は、ビームＢ２で送信された信号を受信でき、ビームＢ１で送信された信号を受信できない。
【００８０】
また、領域Ｒ１では干渉が発生しないので、受信機３００−１は、ビームＢ２で信号が送信されていても、ビームＢ１で送信された信号を受信できる。同様に、領域Ｒ２では干渉が発生しないので、受信機３００−２は、ビームＢ１で信号が送信されていても、ビームＢ２で送信された信号を受信できる。
【００８１】
そこで、スケジューラ１０６は、重なり領域Ｑに航空機が存在しない場合、図１１に示すように、送信データＡ、Ｂをそれぞれ連続送信するようにスケジューリングを行う。
【００８２】
地上局１００は、衛星局２００に、連続時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、無線チャネルＣ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４）を連続送信し、同時に、無線チャネルＣ２でそれぞれ送信データＢ（１），Ｂ（２），Ｂ（３），Ｂ（４）を連続送信する。
【００８３】
この結果、衛星局２００から、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４）が連続送信され、同時に、ビームＢ２でそれぞれ送信データＢ（１），Ｂ（２），Ｂ（３），Ｂ（４）が連続送信される。
【００８４】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４）を受信する。受信機３００−２は、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ２でそれぞれ送信データＢ（１），Ｂ（２），Ｂ（３），Ｂ（４）を受信する。
【００８５】
このように、全ての受信機が、重なり領域以外の、干渉が発生しない領域に存在する場合には、同一周波数にて、各受信機宛にデータを連続送信する。
【００８６】
次に、図１２に示すように、重なり領域Ｑに１つの航空機が存在する場合について説明する。図１２の例では、航空機Ａが領域Ｒ１に存在し、航空機Ｂが重なり領域Ｑに存在している。
【００８７】
この場合、受信機３００−１は、ビームＢ１で送信された信号を受信でき、ビームＢ２で送信された信号を受信できない。
【００８８】
一方、受信機３００−２は、ビームＢ１で送信された信号およびビームＢ２で送信された信号の両方を受信できる。しかも、衛星局２００と航空機Ｂとの間においてビームＢ１の経路長とビームＢ２の経路長の差は殆ど無いため、受信機３００−２は、両方の信号を、ＬＴＥで採用されているＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号のガードインターバル以内で受信できる。したがって、受信機３００−２は、ビームＢ１，Ｂ２で送信された同一の信号（送信データＢ）をアンテナ３０１で合成できる。
【００８９】
また、重なり領域Ｑでは、ビームＢ１、Ｂ２から互いに異なる信号を送信すると干渉が発生する。例えば、ビームＢ１で送信データＡの信号が送信され、同時に、ビームＢ２で送信データＢの信号が送信されると、受信機３００−２は、ビームＢ１からの信号が干渉となり、ビームＢ２からの信号（送信データＢ）を受信できない。
【００９０】
そこで、スケジューラ１０６は、重なり領域Ｑに１つの航空機が存在する場合、図１３に示すように、干渉を回避するために時分割送信を行い、かつ、重なり領域Ｑ内の受信機３００−２にはマルチビーム送信を行うようにスケジューリングを行う。
【００９１】
図１３の例に示すように、地上局１００は、衛星局２００に、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において、無線チャネルＣ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ｂ（２），Ａ（３），Ｂ（４）を送信し、時間ｔ２、ｔ４において、無線チャネルＣ２でそれぞれ送信データＢ（２），Ｂ（４）を間欠送信する。
【００９２】
この結果、衛星局２００から、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ｂ（２），Ａ（３），Ｂ（４）が連続送信され、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ２でそれぞれ送信データＢ（２），Ｂ（４）が間欠送信される。
【００９３】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ１で送信された送信データＡ（１），Ａ（３）をそれぞれ受信する。受信機３００−２は、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１、Ｂ２で送信データＢ（２），Ｂ（４）をそれぞれ受信し、合成する。
【００９４】
合成が行われることにより、受信機３００−２の受信電力が増加し、ＳＮ比が増加する。ＳＮ比が増加した分、周波数利用効率が改善される。
【００９５】
図１４は、周波数利用効率の改善を説明するグラフである。グラフの横軸は、無線伝送路のＳＮ比（ｄＢ）を表し、グラフの縦軸は、無線伝送路の周波数利用効率（ｂ／ｓ／Ｈｚ）を表す。グラフには、無線伝送路のＳＮ比と無線伝送路の周波数利用効率との関係を示す線がプロットされている。
【００９６】
航空機Ｂの無線伝送路を構成するビームＢ１，Ｂ２のＳＮ比を、それぞれ、Ｓ／Ｎ１（２），Ｓ／Ｎ２（２）とする。ビームＢ１とビームＢ２の合成ＳＮ比Ｓ／Ｎ１２（２）は、次の式（１）から求められる。
【００９７】
【数１】
2019021648.tif 000003
【００９８】
式（１）から明らかなように、合成ＳＮ比Ｓ／Ｎ１２（２）は、ビームＢ１，Ｂ２のＳＮ比Ｓ／Ｎ１（２），Ｓ／Ｎ２（２）のいずれよりも大きい。したがって、ビームＢ１とビームＢ２が合成されることにより、ＳＮ比は、例えば、図１４に示すように、ｄ１（ｄＢ）だけ改善される。その結果、無線伝送路の効率もｄ２（ｂ／ｓ／Ｈｚ）だけ改善されることが判る。例えば、ＣＮ比（搬送波対雑音比）で３ｄＢだけ改善される。このように、ビームＢ１，Ｂ２が合成されることによりＳＮ比が改善されるので、より高い周波数利用効率をもって地上局１００が航空機Ｂにデータを送信することができる。
【００９９】
［実施の形態１の効果］
このように、本実施の形態では、受信機が存在する領域に基づいて、各受信機宛にデータを送信する時間および無線チャネルを決定し、決定に従って同一周波数にてデータを送信する。具体的には、全ての受信機が、重なり領域以外の、干渉が発生しない領域に存在する場合には、各受信機宛にデータを連続送信し、リソースの利用率を維持する。また、一部の受信機が重なり領域に存在する場合には、時分割送信を行い、かつ、重なり領域に存在する受信機に、マルチビームで同一のデータを送信することにより、電力合成によるＳＮ比の向上を図る。これにより、重なり領域における干渉抑圧とシステム全体のスループットの向上との両立を実現できる。
【０１００】
＜実施の形態１の変形例１＞
上記に説明したように、重なり領域Ｑに１つの航空機が存在する場合（図１２、図１３）、時分割多重により、受信機３００−１に割り当てられる受信時間は、全時間の１／２となり、伝送レートが低下する。受信機３００−２に割り当てられる受信時間も全時間の１／２となるが、ビームＢ１，Ｂ２からの信号を合成受信することができるので、ＳＮ比の向上により、受信機３００−１よりも伝送レートを増加させることができる。このように、重なり領域Ｑに１つの航空機が存在する場合、一方の伝送レートが低下し、他方の伝送レートが増加するという、２つの極端な結果が同時に発生する。
【０１０１】
本実施の形態の変形例１では、伝送レートの低下と増加が同時に生じる状態を解消するために、受信機３００−２の伝送レートの増加分を、受信機３００−１の伝送レートに分配する。
【０１０２】
具体的には、スケジューラ１０６が、受信機３００−１、３００−２の伝送レートが同等となるように、受信機３００−１、３００−２の各々の受信期間を制御する。
【０１０３】
例えば、図１２に示される状況において、航空機Ａ（受信機３００−１）が、ビームＢ１のＳＮ比：Ｓ／Ｎ１（１）を地上局１００に報告する。また、航空機Ｂ（受信機３００−２）が、ビームＢ１のＳＮ比：Ｓ／Ｎ１（２）と、ビームＢ２のＳＮ比：Ｓ／Ｎ２（２）とを地上局１００に報告する。
【０１０４】
一般に、衛星局２００から航空機Ａ，Ｂへの無線伝送路で利用可能な伝送量Ｃ（ｂ／ｓ）は、ビームＢ１，Ｂ２のＳＮ比に依存する。具体的には、シャノンの定理を用いると、Ｃは、次の式（２）から求めることができる。
【０１０５】
【数２】
2019021648.tif 000004
【０１０６】
式（２）において、Ｂは無線伝送路の帯域幅（Ｈｚ）を表し、Ｓは信号電力（Ｗ）を表し、Ｎは雑音電力（Ｗ）を表す。
【０１０７】
受信機３００−２が受信するビームＢ１，Ｂ２のそれぞれのＳＮ比を用いて、ビームＢ１，Ｂ２の合成ＳＮ比：Ｓ／Ｎ１２（２）を、上記の式（１）から求めることができる。
【０１０８】
次いで、シャノンの定理を用いて、受信機３００−１，３００−２へのそれぞれの無線伝送路の伝送量Ｃ（１），Ｃ（２）を、次の式（３），（４）から求めることができる。
【０１０９】
【数３】
2019021648.tif 000005
【０１１０】
【数４】
2019021648.tif 000006
【０１１１】
したがって、スケジューラ１０６は、受信機３００−１にデータを送信する期間Ｔ１と受信機３００−２にデータを送信する期間Ｔ２を、次の式（５）を満たすように決定する。これにより、図１５に示すように、期間Ｔ１を期間Ｔ２よりも長くすることができ、受信機３００−１，３００−２に対して、同等の伝送レートを割り当てることができる。
【０１１２】
【数５】
2019021648.tif 000007
【０１１３】
他の例として、スケジューラ１０６が、受信機３００−１，３００−２のそれぞれが要求する通信量Ｄ（１），Ｄ（２）に対して、その充足度が同等になるように、期間Ｔ１，Ｔ２を制御するようにしても良い。
【０１１４】
例えば、図１２に示される状況において、受信機３００−１が、ビームＢ１のＳＮ比を地上局１００に報告するとともに、通信量Ｄ（１）を地上局１００に要求しているものとする。また、受信機３００−２が、ビームＢ１，Ｂ２のＳＮ比を地上局１００に報告するとともに、通信量Ｄ（２）を地上局１００に要求しているものとする。
【０１１５】
スケジューラ１０６は、受信機３００−１にデータを送信する期間Ｔ１と受信機３００−２にデータを送信する期間Ｔ２を、次の式（６）を満たすように決定する。これにより、受信機３００−１，３００−２に、それぞれが要求する通信量Ｄ（１），Ｄ（２）に対して充足度が同等になる伝送レートを割り当てることができる。
【０１１６】
【数６】
2019021648.tif 000008
【０１１７】
［実施の形態１の変形例１の効果］
以上のように、本実施の形態の変形例１では、重なり領域に存在する受信機にデータを送信する期間Ｔ１と、重なり領域に存在しない受信機にデータを送信する期間Ｔ２を調整する。これにより、受信機間の伝送レートの分配を行うことができ、各受信機の伝送レートの平準化を図ることができる。
【０１１８】
＜実施の形態１の変形例２＞
本実施の形態の変形例２では、図１６に示すように、受信機３００−１を搭載する航空機Ａと受信機３００−２を搭載する航空機Ｂの両方とも重なり領域Ｑに存在する場合について説明する。スケジューラ１０６は、位置特定部１０５から取得した航空機Ａ，Ｂのそれぞれの位置情報に基づいて、重なり領域Ｑに存在する航空機Ａ，Ｂをペアリングする。
【０１１９】
この場合、地上局１００は、図１７に示すように、衛星局２００に、時間ｔ１、ｔ３において、無線チャネルＣ１、Ｃ２の各々でそれぞれ送信データＡ（１），Ａ（３）を送信し、時間ｔ２、ｔ４において、無線チャネルＣ１、Ｃ２の各々でそれぞれ送信データＢ（２），Ｂ（４）を送信する。
【０１２０】
この結果、衛星局２００から、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ１、Ｂ２の各々でそれぞれ送信データＡ（１），Ｂ（２），Ａ（３），Ｂ（４）が連続送信される。
【０１２１】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ１、Ｂ２の各々で送信された送信データＡ（１），Ａ（３）をそれぞれ受信する。受信機３００−２は、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１、Ｂ２の各々で送信された送信データＢ（２），Ｂ（４）をそれぞれ受信する。
【０１２２】
このとき、受信機３００−１、３００−２は、いずれも、ビームＢ１，Ｂ２で送信された同一の信号（送信データＢ）をアンテナ３０１で合成できる。
【０１２３】
合成が行われることにより、受信機３００−１，３００−２の受信電力が増加し、ＳＮ比が増加する。ＳＮ比が増加した分、周波数利用効率が改善される。
【０１２４】
［実施の形態１の変形例２の効果］
このように、実施の形態１の変形例２では、１つの重なり領域に複数の受信機が存在する場合、同一周波数にて時分割送信を行い、かつ、重なり領域に存在する全ての受信機に、マルチビームで同一のデータを送信する。これにより、重なり領域に存在する全ての受信機において、電力合成によるＳＮ比の向上を図ることができる。
【０１２５】
＜実施の形態１の変形例３＞
一般的に、重なり領域Ｑに近い領域（以下、「近傍領域」という）においても、複数のビームＢ１，Ｂ２での受信合成によるＳＮ比の改善効果が得られる。この点に着目し、変形例３では、近傍領域に航空機が存在する場合について説明する。
【０１２６】
図１８の例では、航空機Ａが領域Ｒ１に存在し、航空機Ｂが近傍領域Ｑａ１に存在している。近傍領域Ｑａ１は、カバレッジエリアＲ２を少し拡げた領域Ｒ２ａ（破線）とカバレッジエリアＲ１との重なり領域の内、重なり領域Ｑを除いた領域である。なお、近傍領域とは、所望ビームの信号電力と近接ビームの信号電力の比、すなわち，所望ビームの信号電力／近接ビームの信号電力が第３閾値（例えば−６ｄＢ）以上、かつ、第４閾値（例えば−３ｄＢ）未満となる領域である。
【０１２７】
近傍領域Ｑａ１に存在する航空機Ｂの受信機３００−２は、ビームＢ１で送信された信号を、単独で復調できる強い受信電力で受信でき、かつ、ビームＢ２で送信された信号を、単独では復調できない程度の弱い受信電力で受信できる。ビームＢ１、Ｂ２で送信された信号を合成して復調することにより、ビームＢ１で送信された信号単独で復調するよりも受信品質が向上する。
【０１２８】
そこで、近傍領域Ｑａ１に１つの航空機が存在する場合（図１８）、地上局１００のスケジューラ１０６は、図１３に示した例と同様に、スケジューリングを行う。
【０１２９】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ１で送信された送信データＡ（１），Ａ（３）をそれぞれ受信する。受信機３００−２は、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１、Ｂ２の各々で送信データＢ（２），Ｂ（４）をそれぞれ受信し、合成する。
【０１３０】
合成が行われることにより、受信機３００−２の受信電力が増加し、ＳＮ比が増加する。ＳＮ比が増加した分、周波数利用効率が改善される。
【０１３１】
図１９の例では、航空機Ａが近傍領域Ｑａ２に存在し、航空機Ｂが近傍領域Ｑａ１に存在している。近傍領域Ｑａ２は、カバレッジエリアＲ１を少し拡げた領域Ｒ１ａ（破線）とカバレッジエリアＲ２との重なり領域の内、重なり領域Ｑを除いた領域である。
【０１３２】
近傍領域Ｑａ２に存在する航空機Ａの受信機３００−２は、ビームＢ２で送信された信号を、単独で復調できる強い受信電力で受信でき、かつ、ビームＢ１で送信された信号を、単独では復調できない程度の弱い受信電力で受信できる。
【０１３３】
そこで、各近傍領域Ｑａ１、Ｑａ２に１つずつ航空機が存在する場合（図１９）、地上局１００のスケジューラ１０６は、図１７に示した例と同様に、スケジューリングを行う。
【０１３４】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ１、Ｂ２の各々で送信された送信データＡ（１），Ａ（３）をそれぞれ受信し、合成する。受信機３００−２は、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１、Ｂ２の各々で送信データＢ（２），Ｂ（４）をそれぞれ受信し、合成する。
【０１３５】
合成が行われることにより、受信機３００−１、３００−２の受信電力が増加し、ＳＮ比が増加する。ＳＮ比が増加した分、周波数利用効率が改善される。
【０１３６】
［実施の形態１の変形例３の効果］
このように、本実施の形態の変形例３では、一部の受信機が近傍領域に存在する場合、同一周波数にて時分割送信を行い、かつ、重なり領域に存在する全ての受信機に、マルチビームで同一のデータを送信する。これにより、近傍領域に存在する受信機において、電力合成によるＳＮ比の向上を図ることができる。
【０１３７】
＜実施の形態２＞
上記実施の形態１では、地上局１００が、重なり領域Ｑに存在する受信機３００−２に対して、衛星局２００を介して、ビームＢ１、Ｂ２で同一のデータを同一周波数で同時に送信する場合について説明した。これに対し、実施の形態２では、地上局１００が、重なり領域Ｑに存在する受信機３００−２に、衛星局２００を介して、ビームＢ１、Ｂ２で互いに異なるデータを送信し、衛星局２００と受信機３００−２との間で２×２ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）の通信を行う場合について説明する。
【０１３８】
なお、本実施の形態におけるシステム構成は、図６、図１２に示したものと同一である。また、本実施の形態における地上局１００の構成は、図８に示したものと同一である。また、本実施の形態における受信機３００の構成は、図１０に示したものと同一である。ただし、本実施の形態では、受信機３００がＭＩＭＯ用の２つの受信アンテナＲｘを有する。また、本実施の形態では、衛星局２００の送信アンテナ２０３−１、２０３−２が、ＭＩＭＯ送信における２つの送信アンテナＴｘとなる。
【０１３９】
図２０は、ＳＩＳＯおよびＭＩＭＯの概念図である。図２０の上段には、ＳＩＳＯ（Single Input Single Output）の概念図が示され、図２０の下段には、２×２ＭＩＭＯの概念図が示されている。２×２ＭＩＭＯにおいて、送信機は、２つの送信アンテナＴｘを有し、受信機は、２つの受信アンテナＲｘを有する。送信機は、２つの送信アンテナＴｘから、同一の周波数帯で、異なるデータＤ１，Ｄ２を送信する。受信機は、２つの受信アンテナＲｘにて、それぞれ、２つの送信アンテナＴｘから送信され混信した信号を受信し、数学的処理を行うことにより、データＤ１，Ｄ２を分離する。これにより、２×２ＭＩＭＯで送信することができるデータ量が、ＳＩＳＯに対して２倍になる。
【０１４０】
重なり領域Ｑに１つの航空機Ｂが存在する場合（図１２）、本実施の形態では、図２１に示すように、地上局１００は、衛星局２００に、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において、無線チャネルＣ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ｂ１（２），Ａ（３），Ｂ１（４）を連続送信し、時間ｔ２、ｔ４において、無線チャネルＣ２でそれぞれ送信データＢ２（２），Ｂ２（４）を間欠送信する。
【０１４１】
この結果、衛星局２００から、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ｂ１（２），Ａ（３），Ｂ１（４）が連続送信され、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ２でそれぞれ送信データＢ２（２），Ｂ４（４）が間欠送信される。
【０１４２】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ１で送信された送信データＡ（１），Ａ（３）をそれぞれ受信する。
【０１４３】
受信機３００−２は、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１でそれぞれ送信データＢ１（２），Ｂ１（４）、および、ビームＢ２でそれぞれ送信データＢ２（２），Ｂ２（４）を受信する。受信機３００−２は、数学的処理を行うことにより、時間ｔ２において送信データＢ１（２）と送信データＢ２（２）を分離し、時間ｔ４において送信データＢ１（４）と送信データＢ２（４）を分離する。
【０１４４】
［実施の形態２の効果］
このように、本実施の形態によれば、衛星局２００と受信機３００−２との間の無線伝送路が２×２ＭＩＭＯを構成するので、重なり領域Ｑに存在する受信機３００−２への送信データ量をＳＩＳＯに比べて２倍にすることができる。
【０１４５】
＜実施の形態３＞
上記実施の形態２では、衛星局２００と受信機３００−２との間で２×２ＭＩＭＯの通信を行う場合について説明した。これに対して、実施の形態３では、複数の偏波を導入し、各ビームＢ１、Ｂ２で偏波毎に異なるデータを送信し、衛星局２００と受信機３００−２との間で偏波ＭＩＭＯの通信を行う場合について説明する。
【０１４６】
なお、本実施の形態におけるシステム構成は、図６、図１２に示したものと同一である。また、本実施の形態における地上局１００の構成は、図８に示したものと同一である。ただし、本実施の形態では、地上局１００が、２つの偏波（Ｈ偏波、Ｖ偏波）で各送信データを送信する。また、本実施の形態における受信機３００の構成は、図１０に示したものと同一である。ただし、本実施の形態では、受信機３００が、２つの偏波（Ｈ偏波、Ｖ偏波）で自局宛の送信データを受信する。また、本実施の形態では、衛星局２００のビームＢ１、Ｂ２のそれぞれで、２つの偏波（Ｈ偏波、Ｖ偏波）で各送信データを送信する。
【０１４７】
重なり領域Ｑに１つの航空機Ｂが存在する場合（図１２）、本実施の形態では、図２２に示すように、地上局１００は、衛星局２００に、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において、無線チャネルＣ１のＶ偏波でそれぞれ送信データＡ１（１），Ｂ１（２），Ａ１（３），Ｂ１（４）を連続送信し、無線チャネルＣ１のＨ偏波でそれぞれ送信データＡ２（１），Ｂ２（２），Ａ２（３），Ｂ２（４）を連続送信する。また、地上局１００は、衛星局２００に、時間ｔ２、ｔ４において、無線チャネルＣ２のＶ偏波でそれぞれ送信データＢ１（２），Ｂ１（４）を間欠送信し、無線チャネルＣ２のＨ偏波でそれぞれ送信データＢ２（２），Ｂ２（４）を間欠送信する。
【０１４８】
この結果、衛星局２００から、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ１のＶ偏波でそれぞれ送信データＡ１（１），Ｂ１（２），Ａ１（３），Ｂ１（４）が連続送信され、ビームＢ１のＨ偏波でそれぞれ送信データＡ２（１），Ｂ２（２），Ａ２（３），Ｂ２（４）が連続送信される。また、衛星局２００から、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ２のＶ偏波でそれぞれ送信データＢ１（２），Ｂ１（４）が間欠送信され、ビームＢ２のＨ偏波でそれぞれ送信データＢ２（２），Ｂ２（４）が間欠送信される。
【０１４９】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ１のＶ偏波で送信された送信データＡ１（１），Ａ１（３）、および、ビームＢ１のＨ偏波で送信された送信データＡ２（１），Ａ２（３）をそれぞれ受信する。受信機３００−１は、フィルタリングを行うことにより、時間ｔ２において送信データＡ１（１）と送信データＡ２（１）を分離し、時間ｔ３において送信データＡ１（３）と送信データＡ２（３）を分離する。
【０１５０】
受信機３００−２は、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１およびビームＢ２のＶ偏波の各々でそれぞれ送信データＢ１（２），Ｂ１（４）を受信し、合成する。また、受信機３００−２は、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１およびビームＢ２のＨ偏波の各々でそれぞれ送信データＢ２（２），Ｂ２（４）を受信し、合成する。そして、受信機３００−２は、フィルタリングを行うことにより、時間ｔ２において送信データＢ１（２）と送信データＢ２（２）を分離し、時間ｔ４において送信データＢ１（４）と送信データＢ２（４）を分離する。
【０１５１】
［実施の形態３の効果］
このように、本実施の形態によれば、衛星局２００と受信機３００−１との間の無線伝送路が偏波ＭＩＭＯを構成するので、重なり領域Ｑに存在しない受信機３００−１への送信データ量をＳＩＳＯに比べて２倍にすることができる。また、本実施の形態によれば、受信機３００−２において、複数のビームＢ１，Ｂ２での受信合成によるＳＮ比の改善、スループットの増大を実現することができる。さらに、衛星局２００と受信機３００−２との間の無線伝送路が偏波ＭＩＭＯを構成するので、重なり領域Ｑに存在する受信機３００−２への送信データ量をＳＩＳＯに比べて２倍にすることができる。なお、本実施の形態では、受信機３００−１、３００−２が、ＭＩＭＯ用の複数の受信アンテナを有する必要が無く、信号を分離するための数学的処理を行う必要も無い。
【０１５２】
＜実施の形態４＞
実施の形態３では、各ビームＢ１，Ｂ２で複数の偏波を用いて、偏波毎に異なるデータを送信する偏波ＭＩＭＯを行い、さらに、重なり領域Ｑにおいては、偏波毎の電力合成と偏波ＭＩＭＯを行う場合について説明した。これに対して、実施の形態４では、各ビームＢ１，Ｂ２で複数の偏波を用いて、偏波毎に異なるデータを送信する偏波ＭＩＭＯを行い、さらに、重なり領域Ｑにおいて、ビームと偏波による４×４ＭＩＭＯを行う場合について説明する。
【０１５３】
なお、本実施の形態におけるシステム構成は、図６、図１２に示したものと同一である。また、本実施の形態における地上局１００の構成は、図８に示したものと同一である。ただし、本実施の形態では、地上局１００が、２つの偏波（Ｈ偏波、Ｖ偏波）で各送信データを送信する。また、本実施の形態における受信機３００の構成は、図１０に示したものと同一である。ただし、本実施の形態では、受信機３００が、ＭＩＭＯ用の２つの受信アンテナＲｘを備え、２つの偏波（Ｈ偏波、Ｖ偏波）で自局宛の送信データを受信する。また、本実施の形態では、衛星局２００の送信アンテナ２０３−１、２０３−２が、ＭＩＭＯ送信における２つの送信アンテナＴｘとなり、ビームＢ１、Ｂ２のそれぞれで、２つの偏波（Ｈ偏波、Ｖ偏波）で各送信データを送信する。
【０１５４】
重なり領域Ｑに１つの航空機Ｂが存在する場合（図１２）、本実施の形態では、図２３に示すように、地上局１００は、衛星局２００に、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において、無線チャネルＣ１のＶ偏波でそれぞれ送信データＡ１（１），Ｂ１１（２），Ａ１（３），Ｂ１１（４）を連続送信し、無線チャネルＣ１のＨ偏波でそれぞれ送信データＡ２（１），Ｂ１２（２），Ａ２（３），Ｂ１２（４）を連続送信する。また、地上局１００は、衛星局２００に、時間ｔ２、ｔ４において、無線チャネルＣ２のＶ偏波でそれぞれ送信データＢ２１（２），Ｂ２１（４）を間欠送信し、無線チャネルＣ２のＨ偏波でそれぞれ送信データＢ２２（２），Ｂ２２（４）を間欠送信する。
【０１５５】
この結果、衛星局２００から、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ１のＶ偏波でそれぞれ送信データＡ１（１），Ｂ１１（２），Ａ１（３），Ｂ１１（４）が連続送信され、ビームＢ１のＨ偏波でそれぞれ送信データＡ２（１），Ｂ１２（２），Ａ２（３），Ｂ１２（４）が連続送信される。また、衛星局２００から、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ２のＶ偏波でそれぞれ送信データＢ２１（２），Ｂ２１（４）が間欠送信され、ビームＢ２のＨ偏波でそれぞれ送信データＢ２２（２），Ｂ２２（４）が間欠送信される。
【０１５６】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ１のＶ偏波で送信された送信データＡ１（１），Ａ１（３）、および、ビームＢ１のＨ偏波で送信された送信データＡ２（１），Ａ２（３）をそれぞれ受信する。受信機３００−１は、フィルタリングを行うことにより、時間ｔ２において送信データＡ１（１）と送信データＡ２（１）を分離し、時間ｔ３において送信データＡ１（３）と送信データＡ２（３）を分離する。
【０１５７】
受信機３００−２は、それぞれ時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１のＶ偏波で送信データＢ１１（２），Ｂ１１（４）を受信し、ビームＢ２のＶ偏波で送信データＢ２１（２），Ｂ２１（４）を受信し、ビームＢ２のＶ偏波で送信データＢ１２（２），Ｂ１２（４）を受信し、ビームＢ２のＶ偏波で送信データＢ２２（２），Ｂ２２（４）を受信する。そして、受信機３００−２は、フィルタリングおよび数学的処理を行うことにより、時間ｔ２において送信データＢ１１（２）、Ｂ２１（２）、Ｂ１２（２）およびＢ２２（２）を分離し、時間ｔ４において送信データＢ１１（４）、Ｂ２１（４）、Ｂ１２（４）およびＢ２２（４）を分離する。
【０１５８】
［実施の形態４の効果］
このように、本実施の形態によれば、衛星局２００と受信機３００−１との間の無線伝送路が偏波ＭＩＭＯを構成するので、重なり領域Ｑに存在しない受信機３００−１への送信データ量をＳＩＳＯに比べて２倍にすることができる。また、本実施の形態によれば、衛星局２００と受信機３００−２との間の無線伝送路が４×４ＭＩＭＯを構成するので、重なり領域Ｑに存在する受信機３００−２への送信データ量をＳＩＳＯに比べて４倍にすることができる。
【０１５９】
［実施の形態１から実施の形態４のまとめ］
実施の形態１から実施の形態４と従来技術とのストリーム数および周波数利用効率の比較をまとめた表を以下に示す。
【０１６０】
【表１】
2019021648.tif 000009
【０１６１】
＜実施の形態５＞
実施の形態５では、領域Ｒ１、重なり領域Ｑおよび領域Ｒ２に、航空機が同時に存在する場合について説明する。
【０１６２】
図２４の例では、受信機３００−１を搭載する航空機Ａが領域Ｒ１に存在し、受信機３００−２を搭載する航空機Ｂが重なり領域Ｑに存在し、受信機３００−３を搭載する航空機Ｃが領域Ｒ２に存在している。
【０１６３】
この場合、スケジューラ１０６は、図２５に示すように、干渉を回避するために、受信機３００−１または受信機３００−３と受信機３００−２とにおいて時分割送信を行い、かつ、重なり領域Ｑ内の受信機３００−２にはマルチチャネル送信を行うようにスケジューリングを行う。また、受信機３００−１と受信機３００−３との間では干渉が起こらないので、受信機３００−１と受信機３００−３とにおいて同一時間において空間分割送信を行うようにスケジューリングを行う。
【０１６４】
図２５の例では、地上局１００は、衛星局２００に、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において、無線チャネルＣ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ｂ（２），Ａ（３），Ｂ（４）を連続送信し、無線チャネルＣ２でそれぞれ送信データＣ（１），Ｂ（２），Ｃ（３），Ｂ（４）を連続送信する。
【０１６５】
この結果、衛星局２００から、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４において、ビームＢ１でそれぞれ送信データＡ（１），Ｂ（２），Ａ（３），Ｂ（４）が連続送信され、ビームＢ２でそれぞれ送信データＣ（１），Ｂ（２），Ｃ（３），Ｂ（４）が連続送信される。
【０１６６】
受信機３００−１は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ１で送信された送信データＡ（１），Ａ（３）をそれぞれ受信する。受信機３００−２は、時間ｔ２，ｔ４において、ビームＢ１、Ｂ２の各々でそれぞれ送信データＢ（２），Ｂ（４）を受信し、合成する。受信機３００−３は、時間ｔ１，ｔ３において、ビームＢ２で送信された送信データＣ（１），Ｃ（３）をそれぞれ受信する。
【０１６７】
［実施の形態５の効果］
このように、本実施の形態によれば、重なり領域Ｑに存在する受信機３００−２に、複数のビームＢ１，Ｂ２を用いて同一のデータを送信する。さらに、領域Ｒ１に存在する受信機３００−１にビームＢ１でデータを送信すると同時に、領域Ｒ２に存在する受信機３００−３にビームＢ２でデータを送信する。これにより、電力合成により、ＳＮ比が改善されるとともに、無線伝送路のリソースをより無駄なく利用することができる。
【０１６８】
なお、実施の形態２から実施の形態４において、航空機Ｃが領域Ｒ２に存在する場合、同様に、ビームＢ１で受信機３００−１に送信データＡを送信すると同時に、ビームＢ２で受信機３００−３に送信データＣを送信することができる。
【０１６９】
以上、本開示の実施の形態１から実施の形態５について説明した。
【０１７０】
本開示はソフトウェア、ハードウェア、または、ハードウェアと連携したソフトウェアで実現することが可能である。上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、部分的にまたは全体的に、集積回路であるＬＳＩ（Large-Scale Integration）として実現され、上記実施の形態で説明した各プロセスは、部分的にまたは全体的に、一つのＬＳＩまたはＬＳＩの組み合わせによって制御されてもよい。ＬＳＩは個々のチップから構成されてもよいし、機能ブロックの一部または全てを含むように一つのチップから構成されてもよい。ＬＳＩはデータの入力と出力を備えてもよい。ＬＳＩは、集積度の違いにより、ＩＣ（Integrated Circuit）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路、汎用プロセッサまたは専用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。本開示は、デジタル処理またはアナログ処理として実現されてもよい。さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１７１】
本開示の送信機は、マルチビーム方式で信号を送信する衛星局を介して少なくとも１つの受信機と通信を行う送信機である。送信機は、スケジューラと、送信部と、を有する。スケジューラは、少なくとも１つの受信機が存在する領域に基づいて、受信機宛のデータを送信する時間および無線チャネルを決定するスケジューリングを行う。送信部は、スケジューラが決定した時間および無線チャネルで、受信機宛のデータの信号を衛星局に送信する。送信部から第ｉ（ｉは１以上の整数）無線チャネルで送信された信号は、衛星局から第ｉビームで受信機に送信される。衛星局から各ビームで送信される信号の周波数は同一である。
【０１７２】
また、本開示の送信機では、スケジューラは、第１ビームの第１カバレッジエリアと第２ビームの第２カバレッジエリアとの重なり領域を含む特定領域に存在する少なくとも１つの受信機宛のデータを、同一時間に、第１無線チャネルと第２無線チャネルで送信するようにスケジューリングを行ってよい。
【０１７３】
また、本開示の送信機では、送信部は、特定領域に存在する少なくとも１つの受信機宛に、同一時間に、第１無線チャネルと第２無線チャネルで同一のデータを送信してよい。
【０１７４】
また、本開示の送信機では、送信部は、特定領域に存在する少なくとも１つの受信機宛に、少なくとも１つの受信機で分離できるように、同一時間に、第１無線チャネルと第２無線チャネルで異なるデータを送信してよい。
【０１７５】
また、本開示の送信機では、送信部は、互いに異なる偏波で、第１無線チャネルと第２無線チャネルで異なるデータを送信してよい。
【０１７６】
また、少なくとも１つの受信機は、第１受信機と、第２受信機と、を含んでよい。本開示の送信機では、第１カバレッジエリアあるいは第２カバレッジエリアの特定領域以外の領域に第１受信機が存在し、特定領域に第２受信機が存在する場合、スケジューラは、第１受信機宛の第１データと第２受信機宛の第２データを時分割送信するようにスケジューリングを行ってよい。
【０１７７】
また、本開示の送信機では、スケジューラは、第１データの第１送信時間の長さと第２データの第２送信時間の長さとを異ならせるスケジューリングを行ってよい。
【０１７８】
また、本開示の送信機では、スケジューラは、第１送信時間よりも第２送信時間が短くなるようにスケジューリングを行ってよい。
【０１７９】
また、本開示の送信機では、第１カバレッジエリアの特定領域以外の領域に第１受信機が存在し、第２カバレッジエリアの特定領域以外の領域に第２受信機が存在する場合、スケジューラは、第１データを第１無線チャネルで連続送信し、第２データを第２無線チャネルで連続送信するようにスケジューリングを行ってよい。
【０１８０】
また、本開示の送信機では、特定領域に第１受信機および第２受信機が存在する場合、スケジューラは、第１データと第２データを時分割送信し、第１データと第２データを第１無線チャネルと第２無線チャネルで送信するようにスケジューリングを行ってよい。
【０１８１】
また、本開示の送信方法では、送信機が、マルチビーム方式で信号を送信する衛星局を介して受信機にデータを送信する。衛星局から各ビームで送信される信号の周波数は同一である。送信方法は、送信機が、受信機が存在する領域に基づいて、受信機宛のデータを送信する時間および無線チャネルを決定することを含む。また、送信方法は、送信機が、決定した時間および無線チャネルで、受信機宛のデータの信号を衛星局に送信することを含む。さらに、送信方法は、衛星局が、地上局から第ｉ（ｉは１以上の整数）無線チャネルで送信された信号を中継して第ｉビームで受信機に送信することを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１８２】
本開示の一態様は、衛星通信システムに有用である。
【符号の説明】
【０１８３】
１、２  基地局
１０  衛星通信システム
１００  地上局（送信機）
１０１−Ａ、１０１−Ｂ  符号化部
１０２−Ａ、１０２−Ｂ  変調部
１０３−Ａ、１０３−Ｂ  バッファ
１０４  メモリ
１０５  位置特定部
１０６  スケジューラ
１０７  チャネル選択部
１０８−１、１０８−２  無線送信部
１０９、３０１  アンテナ
１１１  送信部
２００  衛星局
２０１−１、２０１−２  受信アンテナ
２０２−１、２０２−２  トランスポンダ
２０３−１、２０３−２  送信アンテナ
２２１−１、２２１−２、２２４−１、２２４−２  バンドパスフィルタ
２２２−１、２２２−２、２２５−１、２２５−２  増幅器
２２３−１、２２３−２  周波数変換器
３、３００、３００−１、３００−２  受信機
３０２  無線受信部
３０３  制御部
３０４  抽出部
３０５  復調部
３０６  復号部
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４  ビーム
Ｃ１、Ｃ２  無線チャネル
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４  カバレッジエリア
Ｑ  重なり領域
Ｑａ１、Ｑａ２  近傍領域
Ｒ１、Ｒ２  領域（重なり領域を除いた領域、カバレッジエリア）
Ｒ１ａ、Ｒ２ａ  領域
Ｒｘ  受信アンテナ
Ｔｘ  送信アンテナ
【図１】
2019021648.tif 000010
【図２】
2019021648.tif 000011
【図３】
2019021648.tif 000012
【図４】
2019021648.tif 000013
【図５】
2019021648.tif 000014
【図６】
2019021648.tif 000015
【図７】
2019021648.tif 000016
【図８】
2019021648.tif 000017
【図９】
2019021648.tif 000018
【図１０】
2019021648.tif 000019
【図１１】
2019021648.tif 000020
【図１２】
2019021648.tif 000021
【図１３】
2019021648.tif 000022
【図１４】
2019021648.tif 000023
【図１５】
2019021648.tif 000024
【図１６】
2019021648.tif 000025
【図１７】
2019021648.tif 000026
【図１８】
2019021648.tif 000027
【図１９】
2019021648.tif 000028
【図２０】
2019021648.tif 000029
【図２１】
2019021648.tif 000030
【図２２】
2019021648.tif 000031
【図２３】
2019021648.tif 000032
【図２４】
2019021648.tif 000033
【図２５】
2019021648.tif 000034
【国際調査報告】
2019021648.tif 000035
2019021648.tif 000036
2019021648.tif 000037
2019021648.tif 000038