(57)【要約】【課題】  簡易な方法で移動体端末までの伝播路予測を行って、移動体端末へのデータ送信のスループットを向上させる移動体衛星通信システムの基地局を提供する。【解決手段】  基地局は、送信データを蓄積する送信データ蓄積手段と、各移動体端末が送信するリターンリンク信号の受信レベルから、各移動体端末への伝播路状態が見通し状態であるか否かを判定する伝播路判定手段と、伝播路判定手段での判定結果と、伝播路状態の持続時間及び発生確率とに基づき、送信データが移動体端末に到着する時刻まで見通し状態が続く確率である見通し継続確率を、移動体端末毎に算出する見通し継続確率算出手段と、見通し継続確率及び閾値に基づき、移動体端末を送信可又は送信不可と判定し、送信データ蓄積手段に蓄積されている送信データのうち、送信可である移動体端末宛ての送信データを送受信部に出力するデータ送信判定手段とを有する。【選択図】  図１
2006279719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星経由で、移動体端末へデータを送信する基地局であって、
衛星と無線信号を送受信する送受信手段と、
移動体端末への送信データを蓄積する送信データ蓄積手段と、
各移動体端末が送信するリターンリンク信号の受信レベルから、各移動体端末への伝播路状態が見通し状態であるか否かを判定する伝播路判定手段と、
伝播路判定手段での判定結果と、伝播路状態の持続時間及び発生確率とに基づき、送信データが移動体端末に到着する時刻まで見通し状態が続く確率である見通し継続確率を、移動体端末毎に算出する見通し継続確率算出手段と、
見通し継続確率及び第１の閾値に基づき、移動体端末を送信可又は送信不可と判定し、送信データ蓄積手段に蓄積されている送信データのうち、送信可である移動体端末宛ての送信データを送受信部に出力するデータ送信判定手段と、
を有することを特徴とする基地局。
【請求項２】
データ送信判定手段が送信不可と判定した移動体端末宛ての無線リソースを、送信可と判定した移動体端末に配分して、配分結果を送受信手段に通知するリソース配分手段を有し、
送受信手段は、リソース配分手段からの通知に従い送信を行うことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
リソース配分手段は、見通し継続確率の小さい移動体端末ほど多くの無線リソースを振り分けることを特徴とする請求項２に記載の基地局。
【請求項４】
リソース配分手段は、配分可能な無線リソースの最大値を有し、最大値以下の範囲内で配分を行い、配分されない無線リソースがある場合には、データ送信判定手段に通知し、
データ送信判定手段は、送信不可と判定した移動体端末のうち見通し継続確率の大きい移動体端末から、配分されない無線リソースで決定される数だけ送信可と変更することを特徴とする請求項２に記載の基地局。
【請求項５】
リターンリンク信号は移動体端末の位置情報を含み、
リソース配分手段は、移動体端末の位置情報に基づき、送信可である移動体端末の位置に係らず、スループットが同一となるように無線リソースの配分を行うことを特徴とする請求項２に記載の基地局。
【請求項６】
リターンリンク信号は移動体端末が要求するスループット情報を含み、
リソース配分手段は、送信可である移動体端末が要求したスループットに基づき無線リソースの配分を行うことを特徴とする請求項２に記載の基地局。
【請求項７】
見通し継続確率算出手段は、伝播路判定手段が見通し状態以外の状態と判定した移動体通信端末について、伝播路状態の持続時間及び発生確率に基づき、送信データが移動体端末に到着する時刻までに見通し状態となる確率である見通し外不継続確率を算出し、
データ送信判定手段は、見通し継続確率に基づき送信不可と判定した移動体端末から、見通し外不継続確率が第２の閾値以上の移動体端末を送信可とすることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項８】
データ送信判定手段は、総ての移動体端末が送信不可となる場合は、総てを送信可とすることを特徴とする請求項１又は７に記載の基地局。
【請求項９】
送信可である移動体端末の見通し継続確率の低い順から、高優先となる優先度を付与する優先度判定手段を有し、
送受信手段は、優先度の高い移動体端末から順にデータ送信を行うことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
【請求項１０】
各移動体端末への伝播路状態の履歴を保存する伝播路状態蓄積手段と、
前記履歴から、前記伝播路状態の持続時間及び発生確率を算出する統計処理手段と、
を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の基地局。
【請求項１１】
移動体端末の見通し状態の持続時間及び／又は発生確率が小さい程、リターンリンク信号の送信間隔が短くなるように送信間隔を設定して、送受信手段経由で前記移動体端末に、設定したリターンリンク信号の送信間隔を通知するリターンリンク信号送信間隔決定手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の基地局。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の基地局と、衛星と、複数の移動体端末から構成される移動体衛星通信システムであって、
衛星は、マルチビーム型衛星であり、ビーム間で周波数共用を行うことを特徴とする移動体衛星通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体衛星通信システムのフォワードリンク、すなわち、衛星を介しての基地局から移動体端末方向のリンクにおけるデータ送信に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体衛星通信システムや、陸上の移動体無線システムでは、無線信号は、伝播路中に存在する建物、樹木、その他周囲の構造物から、遮断、解析及び／又は反射を受け、その結果、信号の欠落が生じてスループットが低下する。また、移動体端末の移動に伴い周辺環境が絶えず変化するため、スループットは時間的にも変動する。スループットの低下を抑えるために、種々の技術が提案されており以下に説明する。
【０００３】
特許文献１には、陸上の移動体無線通信システムにおいて、基地局が、移動体端末から送信されてくるデータの受信レベルを基に移動体端末への伝播路の状態を測定し、測定した結果から、誤り率が最も少なくなる変復調方式と符号化方式を選択する方法が記載されている。
【０００４】
図１５は、特許文献１に記載の移動体無線通信システムの構成図である。基地局４０の受信レベル測定部は、移動体端末４１からの無線信号の受信レベルを測定し、受信レベルに基づき変復調方式決定部が最適な変復調方式を、符号化方式決定部が最適な符号化方式を決定する。送受信部は、決定した変復調方式及び符号化方式を用いて、データ入出力部から入力されるデータの送信を行い、かつ、受信信号の復調及び復号後にデータ入出力部にデータを出力する。
【０００５】
図１６は、特許文献２に記載の移動体無線通信システムの構成図である。基地局５０は複数のアンテナを有し、各アンテナに対応したチャネルには、それぞれ異なる移動体端末５１が割り当てられている。基地局５０の受信レベル測定部は、信号の受信レベルを測定し、データ送受信判定部は、受信レベルが閾値以上ある移動体端末５１に対してはデータ送信を行うと判定し、受信レベルが閾値未満である移動体端末５１に対してはデータ送信を行わないと判定する。電力配分部は、データ送信を行わないと判定した移動体端末５１へ割り当てられていた送信電力を、データ送信を行うと判定した移動体端末５１への送信電力に加算して移動体端末５１間での割当て送信電力の配分を行い、送受信部は、電力配分部が割り当てた送信電力で無線信号の送信を行う。つまり、基地局５０での受信レベルの低い移動体端末５１への送信電力を、受信レベルが大きい移動体端末５１向けに加算することで、より確実にデータ送信を行い、スループットを向上させている。
【０００６】
移動体衛星通信システムにおいて、衛星からの電波を受信するためには、衛星が見通せる場所にいる必要がある。しかし、市街地では高層ビルなどの建造物によって、衛星からの電波が完全に遮断されるシャドーイング状態が継続的に発生する。また、樹木等の比較的小さな障害物においては、電波が減衰する一部見通し状態が断続的に発生する。このように移動体衛星通信システムは、陸上の移動体無線システムとは伝播路の特性が異なり、また、基地局と移動体端末間の伝播遅延が大きいため、特許文献１や２に記載の方法では伝播路状況を十分に把握することができず、他の方法により伝播路の測定精度を高める必要がある。
【０００７】
図１７は、特許文献３に記載の移動体衛星通信システムの構成図である。移動体端末６１が、位置情報、速度情報及び進行方向情報を、それぞれ、位置センサ、速度センサ及び方位センサにより取得して衛星６２経由で、これら情報を基地局６０に送信する。基地局６０の、地図データベース部は、地図情報を保持しており、位置予測部は、移動体端末６１から受信した位置情報、速度情報及び進行方向情報から、移動体端末６１のある時刻における位置を予測する。また、見通しデータベース部は、地図データベース部の地図情報と対応づけられた見通し情報を保持し、見通し可能時間予測部は、位置予測部での予測と、見通し情報に基づき、見通し可能時間帯を算出する。更に、移動体端末から受信したデータを受信データ蓄積部に蓄積し、蓄積データから送信タイミング検出部が見通し可能時間帯を検出する。データ入出力部からの送信データは、一旦送信データ蓄積部に蓄積され、送受信部は、前記２つの方法又はいずれかの方法で得られた見通し可能時間帯に、送信データ蓄積部に蓄積されたデータを送信する。以上の構成により移動体端末が見通し状態にあるときのみデータ送信を行い、シャドーイング時や、一部見通し状態時にデータ送信を行うことによるデータ欠落を避け、スループットの低下を防いでいる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−０４１８７６号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２１８号公報
【特許文献３】特開平０７−１５４８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び２の構成では、基地局と移動体端末間の伝播遅延時間内に伝播路の状態が変化した場合は、基地局での測定結果と伝播路状態との間にずれが生じ、このずれが原因でスループット向上の効果が得られない場合が生じ得る。特に移動体衛星通信システムのように、基地局と移動体端末間の遅延が大きい場合はずれが生じやすくなってしまうため、スループット向上の効果が得られない確率が高くなってしまう。更に、特許文献１及び２は、陸上の移動体無線システムを想定したものであるため、シャドーイング状態や、一部見通し状態が頻繁に発生することは考慮されておらず、移動体衛星通信システムに適用したとしても衛星経由の伝播路の正確な予測をできず、スループットの向上をもたらすことは出来ない。
【００１０】
また、特許文献３に記載の構成では、移動体端末６１に位置センサ、速度センサ及び方位センサ等の付加装置が必要となり、移動体端末の規模、消費電力及びコストを増大させてしまう。また、基地局では、見通し情報が格納された膨大な量のデータベースの更新、特に、季節による樹木の状態変動による更新が必要となり、柔軟で簡易なシステムとはいい難いものとなってしまう。
【００１１】
従って、本発明は、移動体端末には特別な付加装置を必要とせず、基地局には膨大な量のデータベースの保持を必要とせず、従って柔軟なシステム構成を可能とし、簡易な方法で移動体端末までの伝播路予測を行って、移動体端末へのデータ送信のスループットを向上させる移動体衛星通信システム及び移動体衛星通信システムの基地局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】
【００１２】
本発明における基地局によれば、
衛星経由で、移動体端末へデータを送信する基地局であって、衛星と無線信号を送受信する送受信手段と、移動体端末への送信データを蓄積する送信データ蓄積手段と、各移動体端末が送信するリターンリンク信号の受信レベルから、各移動体端末への伝播路状態が見通し状態であるか否かを判定する伝播路判定手段と、伝播路判定手段での判定結果と、伝播路状態の持続時間及び発生確率とに基づき、送信データが移動体端末に到着する時刻まで見通し状態が続く確率である見通し継続確率を、移動体端末毎に算出する見通し継続確率算出手段と、見通し継続確率及び第１の閾値に基づき、移動体端末を送信可又は送信不可と判定し、送信データ蓄積手段に蓄積されている送信データのうち、送信可である移動体端末宛ての送信データを送受信部に出力するデータ送信判定手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の基地局における他の実施形態によれば、
データ送信判定手段が送信不可と判定した移動体端末宛ての無線リソースを、送信可と判定した移動体端末に配分して、配分結果を送受信手段に通知するリソース配分手段を有し、送受信手段は、リソース配分手段からの通知に従い送信を行うことも好ましい。
【００１４】
また、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
リソース配分手段は、見通し継続確率の小さい移動体端末ほど多くの無線リソースを振り分けることも好ましい。
【００１５】
更に、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
リソース配分手段は、配分可能な無線リソースの最大値を有し、最大値以下の範囲内で配分を行い、配分されない無線リソースがある場合には、データ送信判定手段に通知し、データ送信判定手段は、送信不可と判定した移動体端末のうち見通し継続確率の大きい移動体端末から、配分されない無線リソースで決定される数だけ送信可と変更することも好ましい。
【００１６】
更に、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
リターンリンク信号は移動体端末の位置情報を含み、リソース配分手段は、移動体端末の位置情報に基づき、送信可である移動体端末の位置に係らず、スループットが同一となるように無線リソースの配分を行うことも好ましい。
【００１７】
更に、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
リターンリンク信号は移動体端末が要求するスループット情報を含み、リソース配分手段は、送信可である移動体端末が要求したスループットに基づき無線リソースの配分を行うことも好ましい。
【００１８】
更に、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
見通し継続確率算出手段は、伝播路判定手段が見通し状態以外の状態と判定した移動体通信端末について、伝播路状態の持続時間及び発生確率に基づき、送信データが移動体端末に到着する時刻までに見通し状態となる確率である見通し外不継続確率を算出し、データ送信判定手段は、見通し継続確率に基づき送信不可と判定した移動体端末から、見通し外不継続確率が第２の閾値以上の移動体端末を送信可とすることも好ましい。
【００１９】
更に、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
データ送信判定手段は、総ての移動体端末が送信不可となる場合は、総てを送信可とすることも好ましい。
【００２０】
更に、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
送信可である移動体端末の見通し継続確率の低い順から、高優先となる優先度を付与する優先度判定手段を有し、送受信手段は、優先度の高い移動体端末から順にデータ送信を行うことも好ましい。
【００２１】
更に、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
各移動体端末への伝播路状態の履歴を保存する伝播路状態蓄積手段と、前記履歴から、前記伝播路状態の持続時間及び発生確率を算出する統計処理手段とを有することも好ましい。
【００２２】
更に、本発明の基地局における他の実施形態によれば、
移動体端末の見通し状態の持続時間及び／又は発生確率が小さい程、リターンリンク信号の送信間隔が短くなるように送信間隔を設定して、送受信手段経由で前記移動体端末に、設定したリターンリンク信号の送信間隔を通知するリターンリンク信号送信間隔決定手段を有することも好ましい。
【００２３】
本発明における移動体衛星通信システムによれば
前記基地局と、衛星と、複数の移動体端末から構成される移動体衛星通信システムであって、衛星は、マルチビーム型衛星であり、ビーム間で周波数共用を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
基地局において、簡単な演算により見通し継続確率を算出し、算出した見通し継続確率に基づきデータ送信を行うことにより、伝播路遅延時間の大きい通信システムにおいても伝播路状態の変更による信号の欠落を、ある確率の元で回避することが可能となり、スループット向上の効果が得られる。また、移動体端末は、位置、速度及び移動方向についての情報を収集する必要が無く、移動体端末を小型化、軽量化及び低コスト化することが可能となる。
【００２５】
送信不可と判定された移動体端末向けの無線リソースを送信可と判定された移動体端末向けに配分することで、確実なデータ送信が可能となり、スループット向上の効果が得られる。また、配分される無線リソースには最大値を設け、送信可である総ての移動体端末に最大値の無線リソースを配分してもまだ余りがある場合には、余った無線リソースを用いて送信不可の端末を送信可としてデータ送信を行うことで、不必要に無線リソースを割り与えることを防ぎ、確率的にスループットの向上を図っている。
【００２６】
また、衛星ビーム内の場所によるビーム利得やビーム間干渉が異なる環境でも、環境に応じた無線リソースの配分を行うことで移動体端末同士のスループット差をなくすことができる。
【００２７】
また、見通し継続確率に基づき移動体端末に優先度を設けることでスループットを向上させることができる。更に、伝播路状態の時間変化の度合いに応じて移動体端末が送信するリターンリンク信号の送信間隔を決定して、移動体端末に通知することで、移動体端末は、不要なリターンリンク信号の送信を抑制でき、基地局では、多くのリターンリンク信号の処理負荷を軽減することができる。
【００２８】
更に、見通し継続確率の算出のための伝播路の持続時間及び発生確率を伝播路の履歴から統計処理して求めることで、移動体端末の移動に係らず精度の高い見通し継続確率の算出を可能としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。
【００３０】
図１４は、本発明による移動体衛星通信システムの構成図である。図１４によると、移動体衛星通信システムは、基地局１０と、複数の移動体端末１１と、衛星１２とを有する。基地局１０は、ゲートウェイ１３等を介してインターネット１４等の外部ネットワークと接続されている。衛星１２は、ビーコン１７を送信し、各移動体端末１１は、ビーコン１７の受信レベルから、自装置のビーム内での位置を測定し、基地局に、ビーム内位置を示す位置情報及び移動体端末の識別番号を格納したリターンリンク信号を、一定の送信電力で送信している。尚、基地局１０から移動体端末１１方向の通信リンクをフォワードリンク１５と、移動体端末１１から基地局１０方向の通信リンクをリターンリンク１６と呼ぶ。
【００３１】
図１は、本発明による基地局１０の構成図である。図１によると基地局１０は、データ入出力部１０１と、見通し継続確率算出部１０２と、端末状態記憶部１０３と、伝播路判定部１０４と、送受信部１０５と、送信データ蓄積部１０６と、データ送信判定部１０７と、リソース配分部１０８と、リターンリンク信号送信間隔決定部１０９と、統計処理部１１０と、伝播路状態蓄積部１１１と、優先度判定部１１２とを備える。
【００３２】
データ入出力部１０１は、インターネット１４からゲートウェイ１３を経由して入力される移動体端末１１宛てのデータを送信データ蓄積部１０６に出力し、送信データ蓄積部１０６は、入力されるデータの蓄積を行う。
【００３３】
伝播路判定部１０４は、送受信部１０５が受信する、移動体端末１１からのリターンリンク信号の受信レベルを測定して、伝播路状態が、見通し状態、一部見通し状態又はシャドーイング状態のいずれであるかを判定して、判定結果と、リターンリンク信号に格納されている移動体端末１１の識別番号及び位置情報とを、時刻と共に端末状態記憶部１０３に保存する。尚、既に同一識別番号を有する移動体端末１１の状態が記憶されている場合には、既に記憶している情報を消去して、新しい情報を保存する。
【００３４】
図２は、伝播路判定部１０４での伝播路状態の判定を説明する図である。リターンリンク信号の受信レベルは、衛星伝播路の状態により変化する。リターンリンク信号の送信電力をＳ、移動体端末から基地局の間で発生する損失をＬ、樹木等の障害による損失をＴとすると、伝播路が見通し状態にある間は、マルチパス等による若干の変動が加わるものの、リターンリンク信号の受信レベルは、ほぼＳ−Ｌ付近となり、伝播路が一部見通し状態にある間は、リターンリンクの受信レベルは、ほぼＳ−Ｌ−Ｔ付近となり、伝播路がシャドーイング状態にある間は、信号がほぼ完全に遮断されるため、リターンリンクの受信レベルは、ほぼ０となる。
【００３５】
従って、閾値を、Ｓ−ＬとＳ−Ｌ−Ｔの間に設定することにより、伝播路判定部１０４は、受信レベルが閾値以上ある場合には、伝播路が見通し状態、閾値未満の場合には、伝播路が一部見通し状態、リターンリンク信号が一定期間内に届かなかった場合には、伝播路がシャドーイング状態と判定する。
【００３６】
見通し継続確率算出部１０２は、端末状態記憶部１０３が記憶している情報に基づき見通し継続確率を算出する。これは以下の理由による。
【００３７】
図３は、移動体端末１１での受信レベル変動を示す図である。時刻ｔ以前においては、基地局１０と移動体端末１１間の伝播路は見通し状態であり、基地局１０が時刻ｔでデータ送信を行ったものとする。伝播遅延時間内に伝播路の状態が、例えば、シャドーイング状態に変化した場合、送信データは移動体端末１１で受信されず、一部見通し状態に変化した場合には、送信データの欠落が生じる。従って、基地局１０の伝播路判定部１０４での伝播路状態の判定にのみ基づきデータ送信するのではなく、伝播路の状態変化を確率的に予測し、予測値に応じてデータ送信を行うことが必要となる。このため、見通し継続確率算出部１０２において見通し継続確率の算出を行う。
【００３８】
図４は、伝播路状態の状態遷移図である。図中の記号Ｐｘｙ（ｘ、ｙ＝ｉ、ｊ、ｋ）は、Δｔ秒後に状態ｘから状態ｙに遷移する確率を表している。また、Ｐｘｘ（ｘ＝ｉ、ｊ、ｋ）は、Δｔ秒後にも状態ｘにとどまる確率を表している。これら９つの状態遷移確率Ｐｉｉ、Ｐｉｊ、Ｐｉｋ、Ｐｊｊ、Ｐｊｉ、Ｐｊｋ、Ｐｋｋ、Ｐｋｉ及びＰｋｊには、衛星経由の伝播路状態が独立、すなわち、前の状態には依存しないことから、マルコフモデルを適用することができる。マルコフモデルを用いた状態遷移確率は次式となる。
【００３９】
【数１】
2006279719.tif 000003
ここで、τｘ（ｘ＝ｉ、ｊ、ｋ）は移動体端末１１が状態ｘにとどまる持続時間、つまり移動体端末１１がある時刻に状態ｘとなった場合に、状態ｘであり続ける平均的な時間であり、Ｐｘ（ｘ＝ｉ、ｊ、ｋ）は、状態ｘの発生確率、つまり、ある瞬間での移動体端末１１が状態ｘである確率である。
【００４０】
各伝播路状態の持続時間τｉ、τｊ、τｋと発生確率Ｐｉ、Ｐｊ、Ｐｋとは、移動体端末１１が現在存在している位置での地理的特徴により決定される。構造物が立ち並び、伝播路状態が頻繁に変化する市街地では、見通し状態の発生確率が小さく、シャドーイング状態の発生確率が大きくなり、構造物が少ない郊外では、見通し状態の発生確率は大きく、シャドーイング状態の発生確率が小さくなる。表１に、文献（Ｋａｒａｓａｗａ  ｅｔ  ａｌ，“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ    Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ  Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｉｎ  ＬＭＳＳ  ｂｙ  Ｍｅａｎｓ  ｏｆ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｔｈｒｅｅ−Ｓｔａｔｅ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｍｏｄｅｌ”、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｖｅｈｉｃｌ．、Ｔｅｃｈ．、ｖｏｌ．４６、ｎｏ．４、ｐｐ１０４７、１９９７年）から引用した値を示す。
【００４１】
【表１】
2006279719.tif 000004
また、表１の値での、式（１）及び（２）から計算した状態遷移確率を表２に示す。
【００４２】
【表２】
2006279719.tif 000005
例えば、表２において、状態ｉから状態ｊへの状態遷移確率Ｐｉｊは０．０１３９である。
【００４３】
図５は、状態遷移確率を用いて計算した見通し継続確率を示す図である。横軸は、基地局の伝播路判定部１０４が、伝播路状態を見通し状態と判定した時刻からの経過時刻であり、縦軸は、横軸の時間まで見通し状態が継続する確率、すなわち、見通し継続確率である。図５には、表１に示す見通し状態発生確率が６０％のときの見通し継続確率の他に、状態発生確率が７０％と４０％のときの見通し継続確率も合わせて表示している。
【００４４】
リターンリンク信号の受信結果より伝播路状態が見通し状態であると判定し、それと同時にデータ送信を行う場合において、データが移動体端末１１に到着する際にも見通し状態である確率は、基地局１０から衛星１２を経由して移動体端末１１へデータが到着するまでの伝播路遅延は約０．２５秒であるため、図５に示すように、見通し状態の発生確率７０％では約８５％、見通し状態の発生確率６０％では約８３％、見通し状態の発生確率４０％では約７５％となる。また、データ送信をリターンリンク信号受信と同時ではなく、例えば、１．７５秒後にデータ送信を行うとした場合には、図５に示すように、見通し状態の発生確率７０％では約７９％、見通し状態の発生確率６０％では約７５％、見通し状態の発生確率４０％では約６５％となる。
【００４５】
見通し継続確率算出部１０２は、送信データ蓄積部１０６に蓄積されているデータの宛先である移動体通信端末１１の識別番号に基づき、端末状態記憶部１０３に保存されている当該移動体通信端末についての情報の書き込み時刻から、伝播遅延時間後における宛先移動体端末１１への見通し継続確率を算出する。
【００４６】
データ送信判定部１０７は、送信の可否を判断するための閾値を有しており、見通し継続確率算出部１０２で算出した確率が閾値以上である移動体端末を送信可とし、送信可である移動体端末宛のデータを送信データ蓄積部１０９より取り出して送受信部１０５に出力し、閾値未満である移動体端末を送信不可とし、送信不可の移動体端末宛のデータは、送信データ蓄積部１０９に蓄積したままとしておく。
【００４７】
送受信部１０５は、入力データを衛星１２に送信する。
【００４８】
以上、基地局１０が、見通し継続確率算出部１０２が算出した見通し継続確率に基づきデータ送信を行うことにより、伝播遅延により伝播路状態の変更による信号の欠落を、ある確率の元で回避することが可能となり、スループット向上の効果が得られる。また、移動体端末１１は、位置、速度及び移動方向についての情報を収集する必要が無く、移動体端末１１を小型化、軽量化及び低コスト化することが可能となる。更に、基地局では計算により予測を行い、地図データベースや見通しデータベースの保存、管理を行う必要はないため、任意の地域における移動体端末１１へのデータ送信に適用でき、簡易で柔軟なシステムとすることができる。
【００４９】
図１に戻り、リソース配分部１０８は、複数存在する移動体端末１１間での無線リソースの配分を行う。ここで、無線リソースとは、移動体端末１１へのデータ送信に使用する周波数帯域、送信電力、符号化方式、符号化率、変調方式、更に時分割多重接続を用いる場合にはタイムスロットをいうが、以下では送信電力の場合を例にして説明を行う。
【００５０】
図６は、リソース配分部１０８での無線リソース配分を示す図である。図６（ａ）に示すように、送信データ蓄積部１０６には、移動体端末Ａ、移動体端末Ｂ、移動体端末Ｃ及び移動体端末Ｄ宛てのデータが蓄積されているものとする。（ｂ）に示すように、データ送信判定部１０７は、移動体端末Ａ及びＤについては、見通し継続確率に基づき送信可能と、移動体端末Ｂ及びＣについては、送信不可と判定したものとする。この場合（ｃ）に示すように、リソース配分部１０８は、移動体端末Ｂ及びＣに使用する予定であった送信電力を、移動体端末Ａ及びＤに加算する処理を行う。この結果、データを送信する移動体端末に対して通常より大きな送信電力で信号送信でき、データの欠落を抑えスループットを向上させることができる。リソース配分部１０８での配分処理結果は、送受信部１０５に通知され、送受信部１０５は通知に基づき衛星１２に信号の送信を行う。
【００５１】
またこのとき、送信可能な移動体端末１１に対して、均等に送信電力の割当てを行うのではなく、見通し継続確率の小さな移動体端末１１ほど、より多くの無線リソースを加算する処理を行う。見通し継続確率が小さいとは、実際にデータが移動体端末１１に到着するときには、一部見通し状態や、シャドーイング状態に変化している可能性が高いということであり、このような移動体端末に対しては、他の送信可能な移動体端末１１より大きい送信電力や、帯域といった無線リソースを配分することで、送信データの欠落が生じる確率を減らしスループットを向上させることができる。
【００５２】
また、リソース配分部１０８は、移動体端末へ割当て可能な送信電力の最大値を保持し、送信不可と判定された移動体端末への送信電力を、送信可能な移動体端末に加算する場合でも、最大値までとして、余った送信電力がある場合は、データ送信判定部１０７に通知して送信不可と判定された移動体端末のデータ送信を余った送信電力を用いて行わせる。ここで、移動体端末へ割当て可能な送信電力の最大値は、データ送信が失敗する確率が非常に小さくなる値とする。送信不可と判定された移動体端末であっても確率的に送信が成功する場合があるからであり、これにより、必要以上に大きな送信電力での送信を抑え、確率的にスループットの向上を図る。尚、余った送信電力により送信不可と判定された移動体端末宛てのデータ送信を行う場合には、見通し継続確率の高い移動体通信端末から順に、余った送信電力に応じた数の移動体端末を選択する。
【００５３】
更に、リソース配分部１０８は、端末状態記憶部１０３が保持している移動体端末１１の位置情報に基づいたリソース配分を行う。以下に説明を行う。
【００５４】
図７は、衛星１２が照射するビーム内のエリア位置と、ビーム利得の関係を示す図である。図７の横軸は、ビーム内の位置をセクタ番号で表したものであり、ビームの中心程、セクタ番号が小さく、ビームの周辺程、セクタ番号が大きくなるように番号を割り振ったものである。図７から、ビーム内の位置によりビーム利得が異なることが分かる。衛星１２がマルチビーム型であり、ビーム間で周波数帯域を共用する場合、注目ビームに対しては、周波数帯域の共用を行っている他のビームからの、漏れこみ電力が干渉となる。図８は、他のビームからの漏れこみ電力による干渉を示す図である。図８から、干渉量もビーム内の位置により異なることが分かる。
【００５５】
移動体端末１１の伝送速度は、図９に示すように、周波数帯域、変調方式、符号化方式符号化率等の移動体端末１１に配分する無線リソースに加え、干渉電力、受信電力（送信電力、ビーム利得）で決まるが、データ送信判定部１０７で送信可能と判定された移動体端末１１の位置によりビーム利得や干渉電力は異なり、ビーム内で使用可能な送信電力や周波数帯域を、送信可能である移動体端末１１に等分して割り当てた場合、移動体端末１１間のスループットに差が生じる。この場合、リソース配分部１０８は、端末状態記憶部１０３が保持している移動体端末１１の位置情報に基づき、各移動体端末１１への伝送速度を同一となるようにリソース配分を行う。この様子を図１０に示す。
【００５６】
マルチビーム衛星通信システムでは、ビーム内位置による干渉量を考慮した無線リソース配分が信号品質向上に大きく貢献するため、以上の方法による無線リソース配分は、大きな効果が得られる。
【００５７】
また、移動体端末１１が、基地局１０へ送信するリターンリンク信号に、要求するスループットを格納し、基地局１０の端末状態記憶部１０３に位置情報と共に保存し、リソース配分部１０８は、前記情報に基づき無線リソースの配分を行うことも可能である。
【００５８】
更に、データ送信判定部１０７における送信可否の判定において、見通し継続確率に基づき、送信不可とされた移動体端末１１から、後述する見通し外不継続確率に基づき移動体端末１１を選択して送信可と変更し、選択されなかった移動体端末１１への無線リソースを、送信可と変更された移動体端末１１に割り当ててデータ送信を行う利点もある。
【００５９】
図１１は、見通し外不継続確率を説明する図である。見通し外不継続確率は、伝播路判定部１０４で、一部見通し状態及びシャドーイング状態と判定された移動体端末の、時間の経過により見通し状態となる確率であり見通し継続確率算出部１０２が算出する。データ送信判定部１０７は、見通し外不継続確率の閾値を保持しており、見通し継続確率に基づき、送信不可と判定された移動体端末１１のうち、例えば、データが移動体端末に到着する時刻ｔ１での見通し外不継続確率が閾値以上であるものを送信可に変更する。このとき、リソース配分部１０８は、送信不可の移動体端末１１向けの無線リソースを、見通し外不継続確率の値により送信可と変更された移動体端末１１に割り与える。
【００６０】
見通し外不継続確率の値により送信可とされた移動体端末１１は、データが移動体端末に到着する時刻では、見通し状態となる確率が一定以上あるものであり、これらに送信不可の移動体端末の無線リソースを割り与えることで、スループットを向上させることができる。
【００６１】
尚、総ての移動体端末１１が送信不可と判定された場合は、総ての移動体端末１１を送信可とみなし、データ送信を行う。送信が成功する場合もあり、結果的に、スループットの向上に寄与するからである。
【００６２】
図１に戻り、伝播路状態蓄積部１１１は、伝播路判定部１０４が判定する移動体端末１１への伝播路状態を蓄積する。
【００６３】
統計処理部１１０は、伝播路状態蓄積部１１１の蓄積データから、各状態の持続時間の平均と、各状態の発生確率を求める。発生確率は、伝播路状態蓄積部１１１の蓄積データの確率度数分布を統計処理して求める。図１２（ａ）は、伝播路状態蓄積部１１１の蓄積データを説明する図であり、（ｂ）は、統計処理部１１０が求める確率度数分布を示す図である。統計処理部１１０が求めた各状態の持続時間と、発生確率は、見通し継続確率算出部１０２での見通し継続確率及び見通し外不継続確率の算出に用いられる。
【００６４】
伝播路状態の持続時間及び発生確率は、各移動体端末が位置している地理的状態によって決まるが、統計処理部１１０及び伝播路状態蓄積部１１１により、移動体端末１１が移動して周辺環境が変化した場合においても、持続時間及び発生確率が更新され、より高い精度で送信可否の判定を行うことができる。
【００６５】
優先度判定部１１２は、データ送信判定部１０７で、送信可と判断された移動体端末１１が複数存在する場合に、それぞれの見通し継続確率を比較し、見通し継続確率の低い移動体端末１１ほど、高優先とする優先度を与え、送受信部１０５は、優先度順にデータ送信を行う。データ送信に要する時間Ｍ（秒）は、データ長をＬ（ビット）、伝送速度をＳ（ビット／秒）とするとＭ＝Ｌ／Ｓである。図１３に示すように、時刻ｔ２において優先度が１番高い移動体端末Ａ宛ての送信を開始し、時刻ｔ３において終了したものとする。続いて２番目に優先度の高い移動体端末Ｂ宛ての送信を開始する。時刻ｔ３における見通し継続確率は、時刻ｔ２時点よりも低くなってはいるが、優先度が１番高い移動体端末Ａの時刻ｔ２時点での見通し継続確率よりは高く、より確実にデータが届くと同時に、見通し継続確率が閾値未満となり、データ送信判定部１０７でデータ送信不可と判定される確率は、優先送信を行うことで低くできる。従って、より多くのデータ送信が可能となるため、スループットを向上させることができる。
【００６６】
リターンリンク信号送信間隔決定部１０９は、移動体端末１１が送信するリターンリンク信号の送信間隔を決定する。リターンリンク信号送信間隔決定部１０９は、統計処理部１１０が算出した各状態の持続時間が長い程、送信間隔を長く設定し、持続時間が短い程
、送信間隔を短く設定する。各状態の持続時間が長いことは、伝播路環境の変化が小さいことを意味するため、リターンリンク信号の送信間隔を長くすることでリターンリンクの帯域を無駄に消費することを抑えることができる。一方、各状態の持続時間が短いことは、伝播路環境の変化が大きいことを意味するため、リターンリンク信号の送信間隔を短くすることで伝播路環境の時間的な変化に対応し、伝播路の推定精度を高めることができる。また、統計処理部１１０が算出する見通し状態の発生確率が、他の状態より大きい場合には、リターンリンク信号の送信間隔を長く設定し、小さい場合には、リターンリンク信号の送信間隔を短くしても良い。
【００６７】
リターンリンク信号送信間隔決定部１０９が決定した送信間隔は、送信データ蓄積部１０６に蓄積され、送信データと共に移動体端末１１宛に送信される。リターンリンク信号の送信間隔を受信した移動体端末１１は、それ以降は、受信した送信間隔でリターンリンク信号を送信する。以上の構成により不要なリターンリンク信号の送信を抑え、通信回線の帯域消費を抑え、基地局での処理を簡易化することができる。
【００６８】
尚、リターンリンク信号には上述した、ビーム内位置と、移動体端末の識別番号と、移動体端末１１が要求するスループット以外の情報の送信に利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明による基地局の構成図である。
【図２】リターンリンク信号の受信レベルの変動を示す図である。
【図３】移動体端末１１での受信レベル変動を示す図である。
【図４】図４は、伝播路状態の状態遷移図である。
【図５】状態遷移確率を用いて計算した見通し継続確率を示す図である。
【図６】リソース配分部での無線リソース配分を示す図である。
【図７】衛星が照射するビーム内のエリアと、ビーム利得の関係を示す図である。
【図８】他のビームからの漏れこみ電力による干渉を示す図である。
【図９】無線リソースの関係を示す図である。
【図１０】位置情報による無線リソース配分を説明する図である。
【図１１】見通し外不継続確率を説明する図である。
【図１２】伝播路蓄積部の蓄積データと、統計処理部が求める確率度数分布を示す図である。
【図１３】優先度判定部での処理を説明する図である。
【図１４】本発明による移動体衛星通信システムの構成図である。
【図１５】従来技術による移動体無線通信システムの構成図である。
【図１６】従来技術による移動体無線通信システムの構成図である。
【図１７】従来技術による移動体衛星通信システムの構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０、４０，５０、６０  基地局
１１、４１、５１、６１  移動体端末
１２、６２  衛星
１３  ゲートウェイ
１４  インターネット
１５  フォワードリンク
１６  リターンリンク
１７  ビーコン
１０１  データ入出力部
１０２  見通し継続確率算出部
１０３  端末状態記憶部
１０４  伝播路判定部
１０５  送受信部
１０６  送信データ蓄積部
１０７  データ送信判定部
１０８  リソース配分部
１０９  リターンリンク信号送信間隔決定部
１１０  統計処理部
１１１  伝播路状態蓄積部
１１２  優先度判定部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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