(57)【要約】【課題】衛星通信システムの端末が衛星からの信号を検出する性能を向上させる衛星通信システムを得ること。【解決手段】端末と地上に設置される地上基地局との通信を衛星中継器によって中継する衛星通信システムであって、地上基地局は、衛星通信システムの情報を端末に通知するシステム情報信号を生成したのち、端末と通信するためのユーザリンクビームの周波数の帯域幅にシステム情報信号をスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散されたシステム情報信号を衛星中継器と通信するためのフィーダリンクビームで送信し、衛星中継器は、受信したフィーダリンクビームから端末と通信するためのユーザリンクビームを端末が存在する地域に向けて形成するとともに、スペクトラム拡散されたシステム情報信号を周波数変換したのちにユーザリンクビームで送信する。【選択図】          図１
2015195465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端末と地上に設置される地上基地局との通信を衛星中継器によって中継する衛星通信システムであって、
前記地上基地局は、前記衛星通信システムの情報を前記端末に通知するシステム情報信号を生成したのち、前記端末と通信するためのユーザリンクビームの周波数の帯域幅に前記システム情報信号をスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散された前記システム情報信号を前記衛星中継器と通信するためのフィーダリンクビームで送信し、
前記衛星中継器は、受信した前記フィーダリンクビームから前記端末と通信するためのユーザリンクビームを前記端末が存在する地域に向けて形成するとともに、スペクトラム拡散された前記システム情報信号を周波数変換したのちに前記ユーザリンクビームで送信することを特徴とする衛星通信システム。
【請求項２】
前記衛星中継器は、前記システム情報信号として、前記端末が前記衛星通信システムと同期するためのシステム同期用信号、前記端末が前記ユーザリンクビームを識別するためのビーム識別信号、前記衛星通信システムの報知情報を送信する報知信号、または複数の前記端末を制御するための制御信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の衛星通信システム。
【請求項３】
前記地上基地局は、複数の前記システム情報信号から前記ユーザリンクビームの帯域幅とする多重信号を生成したのち、前記フィーダリンクビームで送信し、
前記衛星中継器は、前記フィーダリンクビームで受信した信号をコピー、またはスペクトラム拡散することにより複数の地域向けの各々の前記ユーザリンクビームの信号に変換して送信することを特徴とする請求項１または２に記載の衛星通信システム。
【請求項４】
端末と地上に設置される地上基地局との通信を衛星中継器によって中継し、前記衛星中継器から複数の地域それぞれに対して前記端末と通信するためのユーザリンクビームを形成する衛星通信システムであって、
前記地上基地局は、一つの地域と隣接する複数の地域が含まれるグループを、前記一つの地域に対し複数割り当て、各々の前記グループに対し、前記ユーザリンクビームの周波数のうち前記複数分、分割した帯域幅を割り当て、前記一つの地域と複数の前記グループのうちの一つに対応するビームを識別する信号を前記帯域幅にスペクトラム拡散し、前記一つの地域に割り当てられた複数の前記グループ数分組み合わせスペクトラム拡散されたビーム識別信号を前記衛星中継器と通信するためのフィーダリンクビームで送信し、
前記衛星中継器は、受信した前記ビーム識別信号を周波数変換したのちに前記ユーザリンクビームで送信することを特徴とする衛星通信システム。
【請求項５】
地上に設置され、衛星中継器を介して端末と通信する地上基地局であって、
前記端末が衛星通信システムと同期するためのシステム同期信号を生成するとともに、互いに直交する系列から、前記端末と前記衛星中継器とが通信するためのユーザリンクビームを識別するビーム識別信号を生成し、前記ユーザリンクビームの周波数の帯域幅にスペクトラム拡散して出力する同期信号生成部と、
報知情報を送信する報知信号を生成し、前記帯域幅にスペクトラム拡散して出力する報知信号生成部と、
複数の前記端末を制御するための制御信号を生成し、前記帯域幅にスペクトラム拡散して出力する制御信号生成部と、
前記システム同期信号から出力される前記システム同期信号と、前記ビーム識別信号生成部から出力される前記ビーム識別信号と、前記報知信号生成部から出力される前記報知信号と、前記制御信号生成部から出力される前記制御信号とを多重し、多重信号を生成する信号多重部と、
前記信号多重部から入力される前記多重信号を、前記地上局と前記衛星中継器とが通信するためのフィーダリンクビームで前記衛星中継器に送信する地上送信部と、
を備えることを特徴とする地上基地局。
【請求項６】
地上に設置され、衛星中継器を介して端末と通信する地上基地局であって、
前記端末が衛星通信システムと同期するためのシステム同期信号を生成するとともに、互いに直交する系列から、前記端末と前記衛星中継器とが通信するためのユーザリンクビームを識別するビーム識別信号を生成し、前記ユーザリンクビームの周波数を前記ビーム識別信号の数で分割した帯域幅にスペクトラム拡散して出力する同期信号生成部と、
報知情報を送信する報知信号を生成し、前記帯域幅にスペクトラム拡散して出力する報知信号生成部と、
複数の前記端末を制御するための制御信号を生成し、前記帯域幅にスペクトラム拡散して出力する制御信号生成部と、
前記システム同期信号から出力される前記システム同期信号と、前記ビーム識別信号生成部から出力される前記ビーム識別信号と、前記報知信号生成部から出力される前記報知信号と、前記制御信号生成部から出力される前記制御信号とを多重し、多重信号を生成する信号多重部と、
前記信号多重部から入力される前記多重信号を、前記地上局と前記衛星中継器とが通信するためのフィーダリンクビームで前記衛星中継器に送信する地上送信部と、
を備えることを特徴とする地上基地局。
【請求項７】
地上に設置され、衛星中継器を介して端末と通信する地上基地局であって、
前記端末が衛星通信システムと同期するためのシステム同期信号を生成し、前記端末と通信するためのユーザリンクビームに割り当てられた周波数の帯域幅にスペクトラム拡散するとともに、一つの地域と隣接する複数の地域が含まれるグループを、前記一つの地域に対し複数割り当て、各々の前記グループに対し、前記ユーザリンクビームの周波数のうち前記複数分、分割した帯域幅を割り当て、前記一つの地域と複数の前記グループのうちの一つに対応するビームを識別する信号を前記帯域幅にスペクトラム拡散し、前記一つの地域に割り当てられた複数の前記グループ数分組み合わせスペクトラム拡散されたビーム識別信号を出力する同期信号生成部と、
報知情報を送信する報知信号を生成し、前記ユーザリンクビームに割り当てられた周波数の帯域幅にスペクトラム拡散して出力する報知信号生成部と、
複数の前記端末を制御するための制御信号を生成し、前記帯域幅にスペクトラム拡散して出力する制御信号生成部と、
前記システム同期信号から出力される前記システム同期信号と、前記ビーム識別信号生成部から出力される前記ビーム識別信号と、前記報知信号生成部から出力される前記報知信号と、前記制御信号生成部から出力される前記制御信号とを多重し、多重信号を生成する信号多重部と、
前記信号多重部から入力される前記多重信号を、前記地上局と前記衛星中継器とが通信するためのフィーダリンクビームで前記衛星中継器に送信する地上送信部と、
を備えることを特徴とする地上基地局。
【請求項８】
端末と地上に設置される地上基地局との通信を中継する衛星中継器であって、
前記地上基地局と通信するためのフィーダリンクビームで受信した信号をコピー、またはスペクトラム拡散して出力するチャネライザと、
前記チャネライザより入力された信号を、前記端末と通信するためのユーザリンクビーム向けの信号に周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部より入力された信号を前記ユーザリンクビームで送信する衛星送信部と、
を備えることを特徴とする衛星中継器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の通信システムには、衛星を利用した衛星通信システムと地上に設置した装置を利用する地上通信システムとがある。最近、衛星通信システムにおいて地上通信システムの周波数帯域と隣接する帯域を利用することが検討されている。しかし、実際には、衛星通信システムの端末は地上通信システムの干渉が強い地域では利用できず、地上通信システムの圏外で利用することが想定される。
【０００３】
衛星通信システムは、災害等が発生し、地上通信システムが一斉に停波した場合、あるいは輻輳状態となったときに安否確認等の用途として期待されている。地上通信システムが一斉に停波した場合、地上通信システムの圏外となり、衛星通信システムの端末は地上通信システムからの干渉を受けずに利用することができる。一方、地上通信システムの一部の基地局が動き続けている場合、地上通信システムからの干渉のため、現状では衛星通信システムの端末は通信することが難しい。今後、このような状況でも、衛星通信システムの端末が通信できるようになることが期待されている。
【０００４】
端末が通信するには、まず対象となる通信システムの信号を捕捉してリンクを確立する必要がある。
【０００５】
特許文献１に地上通信システムの下りリンク同期信号について、セクタ共通信号と、セクタごとに異なる信号、さらにセル固有の情報を重畳することにより、セクタ同定を含むセルサーチ処理に要する時間を短縮するとともに耐干渉性を向上させる技術が開示されている。
【０００６】
また、非特許文献１に端末が地上通信システムならびに在圏セルを検出するための信号、システムの情報を報知する信号等をシステム帯域の中心付近の限られた帯域に配置する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開２００７／１４５３５７号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】丹野、永田、岸山、樋口、佐和橋、”Ｅｖｏｌｖｅｄ  ＵＴＲＡ  下りリンク  ＳＣＨ  構成とセルサーチ法”、  ２００８年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、ＢＳ−４−２、２００８年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、衛星から送信される信号は地上通信システムの基地局から送信される信号に比べて微弱であり、特許文献１及び非特許文献１に記載の技術を衛星通信システムに適用しても地上通信システムからの干渉のレベルによっては、端末が衛星からの信号を検出することができないという問題点があった。
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、衛星通信システムの端末が衛星からの信号を検出する性能を向上させる衛星通信システムを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
端末と地上に設置される地上基地局との通信を衛星中継器によって中継する衛星通信システムであって、地上基地局は、衛星通信システムの情報を端末に通知するシステム情報信号を生成したのち、端末と通信するためのユーザリンクビームの周波数の帯域幅にシステム情報信号をスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散されたシステム情報信号を衛星中継器と通信するためのフィーダリンクビームで送信し、衛星中継器は、受信したフィーダリンクビームから端末と通信するためのユーザリンクビームを端末が存在する地域に向けて形成するとともに、スペクトラム拡散されたシステム情報信号を周波数変換したのちにユーザリンクビームで送信する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、衛星通信システムの端末が衛星からの信号を検出する性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る衛星通信システムの構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態１に係る同期信号生成部から出力されるシステム同期用信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図３】実施の形態１に係る同期信号生成部から出力されるビームＩＤ信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図４】実施の形態１に係る報知信号生成部が出力する報知信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図５】実施の形態１に係る制御信号生成部が出力する制御信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図６】実施の形態１に係るユーザ信号生成部が出力するユーザ信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図７】実施の形態１に係る信号多重部が出力する多重された信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図８】実施の形態２に係る衛星中継器の構成を示すブロック図。
【図９】実施の形態２に係る同期信号生成部が出力する信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図１０】実施の形態２に係る報知信号生成部が出力する信号の時間と周波数の関係を模式した図。
【図１１】実施の形態２に係る制御信号生成部が出力する信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図１２】実施の形態２に係るユーザ信号生成部が出力する信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図１３】実施の形態２に係る信号多重部が出力する多重された信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図１４】実施の形態２に係るチャネライザ部が出力する各ビーム向けの信号の時間と周波数の関係を示す図。
【図１５】実施の形態２に係るチャネライザ部がシステム同期用信号を出力する動作を模式的に示す図。
【図１６】実施の形態２に係るチャネライザ部がビームＩＤ信号を出力する動作を模式的に示す図。
【図１７】実施の形態３に係るユーザリンク信号のビームと地上端末の位置の関係を示す図。
【図１８】実施の形態３に係るユーザリンク信号のビームについて、地上端末の相対利得を示す図。
【図１９】実施の形態３に係るシステム同期用信号に割り当てる周波数帯域とビームとの関係を示す図。
【図２０】実施の形態３に係るビームＩＤ信号に割り当てる周波数帯域とビームとの関係を示す図。
【図２１】実施の形態３に係るビームＩＤ信号の周波数帯域をサブバンドに分割する一例を示す図。
【図２２】実施の形態３に係るビームＩＤ信号のグループ化の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る衛星通信システムの構成を示すブロック図である。衛星通信システムとして、衛星が地域毎に異なるビームで伝送するマルチビーム衛星通信システムを想定している。衛星通信システムは、地上基地局１００、衛星中継器２００、及び地上端末３００−１〜３００−Mで構成される。地上基地局１００と衛星中継器２００との通信をフィーダリンク、衛星中継器２００と地上端末３００−１〜３００−Mとの通信をユーザリンクと呼ぶ。フィーダリンク信号１０は、フィーダリンクのアップリンクの信号である。ユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎは、ユーザリンクのダウンリンクの信号である。フィーダリンク信号１０、及びユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎはビームを示す。
【００１５】
地上基地局１００は、信号生成制御部１０１、同期信号生成部１０２、報知信号生成部１０３、制御信号生成部１０４、ユーザ信号生成部１０５、信号多重部１０６、地上送信部１０７、地上送信アンテナ１０８で構成される。
【００１６】
衛星中継器２００は、衛星受信アンテナ２０１、衛星受信部２０２、分波部２０３、周波数変換部２０４−１〜２０４−Ｎ、衛星送信部２０５−１〜２０５−Ｎ、衛星送信アンテナ２０６−１〜２０６−Ｎで構成される。
【００１７】
地上端末３００−１〜３００−Mは、それぞれ地上受信アンテナ３０１−ｉ、地上受信部３０２−ｉ、復調部３０３−ｉで構成される。ｉは地上端末３００−１〜３００−Mを識別する１からＭの値とする。
【００１８】
地上基地局１００、衛星中継器２００、及び地上端末３００−１〜３００−Mは、地上基地局１００から衛星中継器２００を介して地上端末３００−１〜３００−Mに信号を送信するフォワードリンクに関する構成要素を記載している。
図１において、地上基地局１００を１台としているが、複数あってもよい。また、衛星送信アンテナ２０６−１〜２０６−ＮがＮ本、ユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎのビーム本数がＮ本としているが、アンテナ本数とビーム本数は必ずしも一致していなくてもよい。
【００１９】
次に動作を説明する。
地上基地局１００は、衛星中継器２００を介して地上端末３００−１〜３００−Mに向けて様々な種類の信号が多重された信号を送信する。多重する信号には、地上端末３００−１〜３００−Mが衛星通信システム全体ならびに地上端末３００−１〜３００−Mが在圏しているビームを捕捉してシステムと同期を取るための同期信号がある。また、多重する信号には、衛星通信システム全体、および在圏するビームに関する情報を報知する報知信号、地上端末３００−１〜３００−Mの動作を制御するための制御信号、音声やデータパケットなどのエンドユーザが実際に通信したい情報を伝送するユーザ信号等も含まれる。同期信号、報知信号、及び制御信号は衛星通信システムの情報を地上端末３００−１〜３００−Mに通知するシステム情報信号の一種である。
【００２０】
多重される信号は、信号の種別に応じて、同期信号生成部１０２、報知信号生成部１０３、制御信号生成部１０４、又はユーザ信号生成部１０５が、信号生成制御部１０１の指示に従って生成する。同期信号生成部１０２は同期信号を生成する。報知信号生成部１０３は報知信号を生成する。制御信号生成部１０４は制御信号を生成する。ユーザ信号生成部１０５はユーザ信号を生成する。同期信号生成部１０２、報知信号生成部１０３、制御信号生成部１０４、又はユーザ信号生成部１０５は生成した信号を信号多重部１０６に出力する。信号多重部１０６は入力された信号を多重する。地上送信部１０７が多重された信号を送信ＲＦ信号に変換し、地上送信アンテナ１０８から衛星中継器２００に向けてフィーダリンク信号１０として送信する。
【００２１】
衛星中継器２００は、フィーダリンク信号１０を衛星搭載アンテナ２０１で受信し、衛星受信部２０２に出力する。衛星受信部２０２は、入力された信号の増幅や周波数変換、フィルタ処理といった高周波信号処理の一部または全てを行い、分波部２０３に出力する。分波部２０３は、複数の下りビーム向けの信号が多重された入力信号から、個々のビーム向けの信号の抽出等を行い、周波数変換部２０４−１〜２０４−Ｎに出力する。周波数変換部２０４−１〜２０４−Ｎは、分波部２０３から入力された信号をビーム毎に下り送信信号周波数に変換し、衛星送信部２０５−１〜２０５−Ｎに出力する。衛星送信部２０５−１〜２０５−Ｎは、高周波信号処理を行い、衛星アンテナ２０６−１〜２０６−Ｎに出力する。衛星アンテナ２０６−１〜２０６−Ｎはユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎを送信する。
【００２２】
地上端末３００−１〜３００−Mは衛星通信システムの圏内にいれば、ユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎのうち少なくともいずれかの信号を地上受信アンテナ３０１−１〜３０１−Ｍで受信する。地上受信アンテナ３０１−１〜３０１−Ｍは、受信した信号を地上受信部３０２−１〜３０２−Ｍに出力する。地上受信部３０２−１〜３０２−Ｍは、入力された信号を復調部３０３−１〜３０３−Ｍに出力する。復調部３０３−１〜３０３−Ｍは、入力された信号を復調し、地上基地局１００から送信された情報を復元する。
【００２３】
次に、地上基地局１００における多重信号の生成方法を図２から図７を用いて説明する。
【００２４】
図２は、実施の形態１に係る同期信号生成部１０２が出力するシステム同期用信号１１１の時間と周波数の関係を示す図である。横軸が時間、縦軸が周波数を示す。
【００２５】
システム同期用信号１１１は地上端末３００−１〜３００−Mが衛星通信システムを捕捉するために最初に検出する信号である。したがって、信号に対する干渉及び雑音電力比が低い場合でも地上端末３００−１〜３００−Mが検出できるように、同期信号生成部１０２はシステム同期用信号１１１を周波数帯域の大部分を占める広帯域な信号に拡散する。本発明において、拡散とはスペクトラム拡散を指す。信号生成制御部１０１が送信周期や送信信号パターン等を決定し、同期信号生成部１０２に指示する。なお、同期信号生成部１０２が固定的または内部の計算の結果として一部のパラメータを保持するようにしてもよい。
【００２６】
図３は、実施の形態１に係る同期信号生成部１０２が出力するビーム識別信号としてのビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎの時間と周波数の関係を示す図である。横軸が時間、縦軸が周波数を示す。
【００２７】
ビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎは、地上端末３００−１〜３００−Mが自分の在圏するビームを識別するための信号であるため、ビーム毎に異なる信号である必要がある。ビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎは、地上通信システムにおいて端末がセルを識別するための信号に相当し、基地局が送信する。地上通信システムでは複数の基地局間での同期が必ずしも保証されないことや、端末との伝搬距離が基地局毎に異なることなどからアダマール符号などの直交系列は用いられず、相互相関の低い非直交系列がセル毎に割り当てられる。
【００２８】
一方、衛星通信システムの場合は、地上端末３００−１〜３００−Mから見た送信信号の発射点はすべて衛星中継器２００であり、すべてのビームで同一であり伝搬距離も等しい。したがって、ビーム毎に直交する信号をビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎに割り当てる。これにより、衛星中継器２００が同一のタイミングでビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎを一斉に送信した場合でも、地上端末３００−１〜３００−MはビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎを識別することが可能である。
【００２９】
同期信号生成部１０２は、ビーム数分のビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎを生成し、出力タイミングを揃えて出力する。システム同期用信号１１１と同様に、信号生成制御部１０１が送信周期や送信信号パターン等を決定し、同期信号生成部１０２に指示する。なお、同期信号生成部１０２が固定的または内部の計算の結果として一部のパラメータを保持するようにしてもよい。
【００３０】
図４は、実施の形態１に係る報知信号生成部１０４が出力する報知信号１１３−１〜１１３−Ｎの時間と周波数の関係を示す図である。横軸が時間、縦軸が周波数を示す。
【００３１】
報知信号１１３−１〜１１３−ＮもビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎと同様にビーム毎に異なる報知情報を送信する。報知信号生成部１０４は、地上端末３００−１〜３００−Mがビーム毎の報知情報を分離できるように、報知情報を一次変調した後に、ビーム間で直交する系列によって拡散し、報知信号１１３−１〜１１３−Ｎを生成する。衛星中継器２００は、複数のビームの報知信号１１３−１〜１１３−Ｎを同一タイミングで送信する。なお、報知信号生成部１０４は、直交符号として、周波数方向のみ直交符号で拡散してもよいし、周波数方向に加えて時間方向でも直交符号を用いて拡散してもよい。後者は、報知情報の伝送レートとシステム帯域の関係によっては、周波数領域の直交符号だけではビーム数分の直交符号が確保できない場合に適している。
【００３２】
図５は、実施の形態１に係る制御信号生成部１０５が出力する制御信号１１４−１〜１１４−Ｎの時間と周波数の関係を示す図である。横軸が時間、縦軸が周波数を示す。
【００３３】
制御信号１１４−１〜１１４−Ｎは、各ビームに在圏する地上端末３００−１〜３００−Mの制御を行うための情報のうち、ビーム内の複数の地上端末３００−１〜３００−Mで受信する必要のある情報を送信するための信号である。また、衛星中継器２００は、ビーム毎に異なる制御信号１１４−１〜１１４−Ｎを送信する必要がある。
【００３４】
したがって、報知信号１１３−１〜１１３−Ｎと同様に、制御信号生成部１０５は制御信号１１４−１〜１１４−Ｎを一次変調した後に、ビーム間で直交する系列によって拡散する。衛星中継器２００は、複数のビームの制御信号１１４−１〜１１４−Ｎを同一タイミングで送信する。なお、制御信号生成部１０５は、直交符号として、周波数方向のみ直交符号で拡散してもよいし、周波数方向に加えて時間方向でも直交符号を用いて拡散してもよい。後者は、制御情報の伝送レートとシステム帯域の関係によっては、周波数領域の直交符号だけではビーム数分の直交符号が確保できない場合に適している。
【００３５】
図６は、実施の形態１に係るユーザ信号生成部１０６が出力するユーザ信号１１５−１〜１１５−Ｍの時間と周波数の関係を示す図である。横軸が時間、縦軸が周波数を示す。
ユーザ信号１１５−１〜１１５−Ｍは、通信中のＭ個のユーザが伝送したい音声やパケットなどの情報を伝送するための信号であり、ユーザ毎に生成する。またユーザ毎に帯域が異なる。
【００３６】
図７は、実施の形態１に係る信号多重部１０６が出力する多重された信号の時間と周波数の関係を示す図である。横軸が時間、縦軸が周波数を示す。
【００３７】
信号多重部１０６は、同期信号生成部１０２、報知信号生成部１０３、制御信号生成部１０４、及びユーザ信号生成部１０５から入力された信号を多重し、地上送信部１０７に出力する。地上送信部１０７が多重された信号を高周波信号に変換し、変換された信号がフィーダリンク信号１０である。フィーダリンク信号１０は、衛星中継器２００が送信するＮビーム分のユーザリンク信号を衛星中継器２００に送信する。そこで、信号多重部１０６は、入力された信号からビーム毎のユーザリンク信号を周波数多重したものを生成する。
【００３８】
システム同期用信号１１１は全ビームで共通なため、信号多重部１０６はシステム同期用信号１１１をビーム数分コピーして出力する。ビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎ、報知信号１１３−１〜１１３−Ｎ、及び制御信号１１４−１〜１１４−Ｎは、ビーム数分入力されるため、信号多重部１０６はこれらの信号を各ビームに対応する周波数領域に送信すればよい。また、ユーザ信号１１５−１〜１１５−Ｍについては、例えば図１に図示しないリソーススケジューラが、どのビームのどの周波数で送信すればよいかを信号多重部１０６に指示する。
【００３９】
なお、図７では各ビームの信号を周波数方向で隙間無く埋めた場合の例を示したが、信号間にガード周波数を確保するため、周波数間隔を空けてもよい。周波数間隔を空けた方が、衛星中継器２００の分波部２０３においてフィーダリンク信号から各ビームのユーザリンク信号を抽出するフィルタバンクの設計が容易となる。しかし、フィーダリンクの所要帯域は増えるため、両者のトレードオフから適切な値を決定すればよい。
【００４０】
衛星中継器２００の衛星受信アンテナ２０１は、図７に示すような多重信号を受信すると、分波部２０３に出力する。分波部２０３は、各ビームの信号を分離し、周波数変換部２０４−１〜２０４−Ｎに出力する。周波数変換部２０４−１〜２０４−Ｎは、分波部２０３から入力された信号をビーム毎に下り送信信号周波数に変換し、衛星送信部２０５−１〜２０５に出力する。衛星送信部２０５−１〜２０５−Ｎは、高周波信号処理を行い、衛星アンテナ２０６−１〜２０６−Ｎに出力する。衛星アンテナ２０６−１〜２０６−Ｎはユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎを送信する。
【００４１】
したがって、端末と地上に設置される地上基地局との通信を衛星中継器によって中継する衛星通信システムであって、地上基地局は、衛星通信システムの情報を端末に通知するシステム情報信号を生成したのち、端末と通信するためのユーザリンクビームの周波数の帯域幅にシステム情報信号をスペクトラム拡散し、スペクトラム拡散されたシステム情報信号を衛星中継器と通信するためのフィーダリンクビームで送信し、衛星中継器は、受信したフィーダリンクビームから端末と通信するためのユーザリンクビームを端末が存在する地域に向けて形成するとともに、スペクトラム拡散されたシステム情報信号を周波数変換したのちにユーザリンクビームで送信するので、干渉の大きい通信環境において、地上端末３００−１〜３００−Mが衛星中継器２００からの信号を検出する性能を向上させることができる。
【００４２】
また、衛星通信システムを捕捉するための信号が複数のビームで共通化されているので、ビーム境界のように個別のビームの利得が低下している領域でも、隣接するビームの送信電力も合成して用いることが可能となる。よって、地上端末３００−１〜３００−Mが衛星通信システムを捕捉する確率が向上する。
【００４３】
また、ビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎや報知信号１１３−１〜１１３−Ｎ、制御信号１１４−１〜１１４−Ｎ等の信号も広帯域に拡散させることが可能である。よって地上端末３００−１〜３００−Mがビームの捕捉および端末が在圏するビームや隣接ビーム固有の情報を取得する性能が向上する。
【００４４】
実施の形態２．
以上の実施の形態１では、衛星通信システムを捕捉するための信号を広帯域に拡散させることにより、地上端末が信号を捕捉する確率を向上させるようにしたものであるが、本実施の形態においては、衛星中継器が周波数分解や交換等の処理を行うことにより、フィーダリンク信号の帯域を削減する実施の形態を示す。
【００４５】
図８は、実施の形態２に係る衛星中継器２１０の構成を示すブロック図である。
図１の衛星中継器２００との差異は、分波部２０３がチャネライザ２１１に変更された点である。衛星受信部２０２は、衛星搭載アンテナ２０１から入力された信号の処理を行い、チャネライザ２１１に信号を出力する。チャネライザ２１１は、入力された信号を処理し、周波数変換部２０４−１〜２０４−Ｎに出力する。
【００４６】
本実施の形態における地上基地局１００は、構成は実施の形態１と同じである。しかし、衛星中継器２００の分波部２０３がチャネライザ２１１に変更されたため、地上基地局１００における多重信号の生成方法は実施の形態１とは異なる。したがって、地上基地局１００の各構成部は付加的な機能を有するものもある。
【００４７】
チャネライザは、入力信号を複数のサブバンドに分解して、周波数やビームを交換して出力する衛星搭載の交換機の一種である。従来の衛星中継器はベントパイプ型と呼ばれ、打ち上げ後に中継経路を変更することが難しかった。チャネライザにより、中継経路を柔軟に変更することが可能となる。チャネライザは、信号が存在しない空き周波数をつめることによって、フィーダリンクの周波数の利用率を向上させることができる。
【００４８】
また、デジタルチャネライザは、周波数分解や交換といった一連の処理をデジタル信号で処理する。交換は、スイッチングとも呼ばれる。デジタルチャネライザは、単純な交換機能の他に、入力された信号のあるサブバンドを複数のビームあるいはサブバンドにコピーするマルチキャスト機能や、複数のサブチャネル信号を加算する機能を有する。また、デジタルチャネライザは、サブチャネル毎に実数または複素数の利得を設定する利得制御機能を有する場合もある。
【００４９】
本実施の形態では、チャネライザ２１１として、上記のようなデジタルチャネライザを用いる。実施の形態１では地上基地局１００が行っていた処理の一部を衛星中継器２１０のチャネライザ２１１が行うことにより、フィーダリンクの帯域を大幅に削減することが可能となる。
【００５０】
チャネライザは、Ｌ／Ｓ帯の移動体通信衛星等にすでに搭載されている。しかし、フィーダリンクの帯域を削減しつつ、端末における信号の検出性能を向上させるために衛星から広帯域な信号を送信することは実施していない。
【００５１】
図９は、実施の形態２に係る同期信号生成部１０２が出力するシステム同期用信号１１１及びビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋの時間と周波数の関係を示す図である。
【００５２】
同期信号生成部１０２は、システム同期用信号１１１、及び、ビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋを出力する。システム同期用信号は、実施の形態１と同じであり、広帯域な信号である。実施の形態１において、同期信号生成部１０２は、複数のビーム分の互いに直交するビームＩＤ信号を送信していた。本実施の形態において、同期信号生成部１０２は、Ｋ個のサブブロックからなるビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋを生成して出力する。
【００５３】
衛星中継器２１０のチャネライザ２１１が、ビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋを複数のビームにコピーし、サブブロック毎に拡散してビーム毎に直交する系列として送信する。つまり、ビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋを複数のビームにマルチキャストする。ビーム毎に直交する系列のため、地上端末３００−１〜３００−Ｍはビームを識別することができる。また、サブブロック毎に拡散されるため、ビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋは、実施の形態１のビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎよりも帯域が狭くてよい。
【００５４】
図１０は、実施の形態２に係る報知信号生成部１０３が出力する報知信号１１７−１〜１１７−Ｎの時間と周波数の関係を示す図である。
【００５５】
報知信号生成部１０３は、報知信号１１７−１〜１１７−Ｎを出力する。Ｎはビーム数を表わす。チャネライザ２１１は、ある帯域を持った信号を周波数方向にコピーし、さらにサブバンド単位の利得制御を活用して周波数領域の拡散符号を乗算することができる。報知信号生成部１０３はチャネライザ２１１により拡散される前の信号を生成すればよいため、実施の形態１の報知信号１１３−１〜１１３−Ｎよりも信号の帯域は狭くてよい。なお、直交空間を十分確保するためには時間方向でも直交符号を乗算する必要があるが、チャネライザは一般に時間方向のコピーは難しい。よって、報知信号生成部１０３は時間方向について各ビーム用の信号を出力する必要がある。
【００５６】
図１１は、実施の形態２に係る制御信号生成部１０４が出力する制御信号１１８−１〜１１８−Ｎの時間と周波数の関係を示す図である。
制御信号生成部１０４はチャネライザ２１１により拡散される前の信号を生成すればよいため、実施の形態１の制御信号１１４−１〜１１４−Ｎよりも信号の帯域は狭くてよい。
【００５７】
図１２は、実施の形態２に係るユーザ信号生成部１０５が出力するユーザ信号１１９−１〜１１９−Ｍの時間と周波数の関係を示す図である。
地上端末３００−１〜３００−Mが衛星通信システムを捕捉し、接続した後にユーザ信号を送受信できるようになる。したがって、ユーザ信号生成部１０５は、本実施の形態においても実施の形態１と同様にユーザ信号１１９−１〜１１９−Ｍを出力する。
【００５８】
図１３は、実施の形態２に係る信号多重部１０６が出力する多重された信号の時間と周波数の関係を示す図である。多重された信号では、複数のユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎ向けの信号が、システム同期用信号１１１の帯域幅におさまっている。つまり、１ビーム分の帯域幅に複数のユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎ向けの信号が含まれている。また、報知信号１１７−１〜１１７−Ｎ、及び制御信号１１８−１〜１１８−Ｎは、ともにビームＩＤ信号のサブブロックと同じ帯域幅となっている。
信号多重部１０６は、システム同期用信号１１１、ビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋ、報知信号１１７−１〜１１７−Ｎ、制御信号１１８−１〜１１８−Ｎ、及びユーザ信号１１９−１〜１１９−Ｍを多重した信号を地上送信部１０７に出力する。
【００５９】
地上送信部１０７は、地上送信アンテナ１０８から衛星中継器２１０に向けて、多重した信号をフィーダリンク信号１０として送信する。衛星中継器２１０は、フィーダリンク信号１０を衛星搭載アンテナ２０１で受信し、衛星受信部２０２に出力する。衛星受信部２０２は、入力された信号の増幅や周波数変換、フィルタ処理といった高周波信号処理を行い、チャネライザ２１１に出力する。
【００６０】
図１４は、実施の形態２に係るチャネライザ２１１が出力する各ビーム向けの信号の時間と周波数の関係を示す図である。
【００６１】
ビーム＃１向けに多重された信号において、ビームＩＤ信号１２１−１〜１２１−Ｋは、チャネライザ２１１がビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋをサブブロック毎に拡散した信号である。報知信号１２４−１〜１２４−Ｎは、チャネライザ２１１がビーム＃１向けの報知信号１１７−１を拡散した信号である。制御信号１２７−１〜１２７−Ｎは、チャネライザ２１１が制御信号１１８−１〜１１８−Ｎを拡散した信号である。チャネライザ２１１は、システム同期用信号１１１、及びユーザ信号１１９−１については、地上基地局１００から受信した信号を出力する。
【００６２】
ビーム＃２向けに多重された信号において、ビームＩＤ信号１２２−１〜１２２−Ｋは、チャネライザ２１１がビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋをサブブロック毎に拡散した信号である。報知信号１２４−１〜１２４−Ｎは、チャネライザ２１１がビーム＃２向けの報知信号１１７−２を拡散した信号である。制御信号１２８−１〜１２８−Ｎは、チャネライザ２１１が制御信号１１８−１〜１１８−Ｎを拡散した信号である。チャネライザ２１１は、システム同期用信号１１１、及びユーザ信号１１９−２については、地上基地局１００から受信した信号を出力する。
【００６３】
ビーム＃Ｎ向けに多重された信号において、ビームＩＤ信号１２３−１〜１２３−Ｋは、チャネライザ２１１がビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋをサブブロック毎に拡散した信号である。報知信号１２５−１〜１２５−Ｎは、チャネライザ２１１がビーム＃Ｎ向けの報知信号１１７−２を拡散した信号である。制御信号１２９−１〜１２９−Ｎは、チャネライザ２１１が制御信号１１８−１〜１１８−Ｎを拡散した信号である。チャネライザ２１１は、システム同期用信号１１１、及びユーザ信号１１９−Ｎについては、地上基地局１００から受信した信号を出力する。
【００６４】
図１５は、実施の形態２に係るチャネライザ２１１がシステム同期用信号１１１を出力する動作を示す模式図である。
チャネライザ２１１は、システム同期用信号１１１が入力されると、ビーム＃１〜Ｎへの信号としてそのまま出力する。
【００６５】
図１６は、実施の形態２に係るチャネライザ２１１がビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋを入力され、ビームＩＤ信号１２１−１〜１２１−Ｋ、・・・、１２３−１〜１２３−Ｋを出力する動作を示す模式図である。
チャネライザ２１１は、ビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋが入力されると、複数のビーム分コピーしたのち、Ｋ個あるサブブロック毎にビーム間で直交する系列を乗算し、出力する。なお、ビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｋに直交系列を乗算するかわりに、たとえばＫ個あるサブブロックの周波数方向での入れ替えによって複数の直交系列を確保してもよいし、サブブロックの順序入れ替えと直交系列乗算を併用してもよい。
【００６６】
チャネライザ２１１は、報知情報１１７−１〜１１７−Ｎが入力されると、ビーム毎に抽出したのち、同一ビーム内での周波数方向のコピーや系列乗算等を用いて占有周波数帯域を拡大して出力する。制御信号１１８−１〜１１８−Ｎも報知情報１１７−１〜１１７−Ｎと同様である。チャネライザ２１１は、ユーザ信号１１９−１〜１１９−Ｍが入力されると、各ユーザの在圏するビームに割当てて出力する。
【００６７】
チャネライザ２１１の動作の制御は、別途準備されたＴＴＣ（Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ，  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍａｎｄ）回線や、フィーダリンク内に別途確保されたチャネライザ制御信号などを通じて行ってもよい。なお、ＴＴＣ回線は、衛星の状態監視やコマンド制御等に用いる回線である。
【００６８】
本実施の形態において、地上基地局１００が１台の構成を示したが、フィーダリンク信号１０の帯域が大きい場合には、地上基地局１００を地理的に離れた場所に複数設置してもよい。同一周波数で複数のフィーダリンク信号を出力することにより、フィーダリンクの帯域を確保することができる。ただし、この場合、地上基地局を複数設置することによるコストが課題となる。本実施の形態では、フィーダリンク信号１０の帯域を削減することができるため、実施の形態２にかかるマルチビーム衛星通信システムではフィーダリンクの帯域が節約できるため、地上基地局１００のコストを削減することができる。
【００６９】
したがって、地上基地局は、複数のシステム情報信号からユーザリンクビームの帯域幅とする多重信号を生成したのち、フィーダリンクビームで送信し、衛星中継器は、フィーダリンクビームで受信した信号をコピー、またはスペクトラム拡散することにより複数の地域向けの各々のユーザリンクビームの信号に変換して送信するので、フィーダリンク信号の帯域を実施の形態１よりも削減することができる。よって、地上基地局１００のコストを削減することができる。
【００７０】
実施の形態３．
以上の実施の形態２では、衛星中継器が周波数分解や交換等の処理を行うことにより、フィーダリンク信号の帯域を削減するようにしたものであるが、本実施の形態においては、ビームＩＤ信号の周波数帯域をサブバンドに分割することにより、地上端末でのビームＩＤ信号の検出性能を向上させる実施の形態を示す。
本実施の形態において、実施の形態１に記載の図１の構成として説明するが、実施の形態２に適用してもよい。
【００７１】
図１７は、実施の形態３に係るユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎのビームと地上端末３００−１〜３００−２の位置の関係を示す図である。図１７は、端末３００−１がビーム中心に位置し、端末３００−２がビーム境界に位置する場合を示している。
【００７２】
図１８は、実施の形態３に係るユーザリンク信号２０−１〜２０−Ｎのビームについて、地上端末３００−１〜３００−２の相対利得を示す図である。ビームの利得はビーム内で一定ではなく、ビーム中心が最大で、ビーム中心からの距離が離れる程に利得が低下する。例えば、地上端末３００−１は、ユーザリンク信号２０−１のビームの境界に位置するため、利得が低下する。そこで、ユーザリンク信号２０−１のビームのカバレッジエリアに、ユーザリンク信号２０−２のビームが重なるように配置する。しかしながら、ビーム境界では利得が低下することにより、通信品質がビーム中心より劣化することは避けられない。
【００７３】
図１９は、実施の形態３に係るシステム同期用信号１１１に割り当てる周波数帯域とビームとの関係を示す図である。
システム同期用信号１１１は、地上端末３００−１〜３００−Mが衛星通信システムを捕捉するための信号であるため、全ビームで同一の周波数帯域を割り当ててもよい。この場合、ビーム境界では隣接するビームからのシステム同期用信号１１１も合成されるため、ビーム境界での検出性能の劣化を防ぐことができる。
【００７４】
図２０は、実施の形態３に係るビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎに割り当てる周波数帯域とビームとの関係を示す図である。
ビームＩＤ信号１１６−１〜１１６−Ｎは、地上端末３００−１〜３００−Mが在圏するビームを識別する信号であるため、個々のビームで異なる周波数帯域の信号にする必要がある。
【００７５】
図２１は、実施の形態３に係るビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎの周波数帯域をサブバンドｆ１〜ｆ３に分割する一例を示す図である。ビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎの周波数帯域はサブバンドｆ１〜ｆ３に分割されている。
同期信号生成部１０２は、複数の隣接するビームを、サブバンド毎に異なる規則でグループ化し、個々のグループ内でビームＩＤ信号のサブバンド成分を共通化する。また、同期信号生成部１０２は、サブバンド成分をそれぞれサブバンドの帯域幅に拡散し、拡散したサブバンド成分を組み合わせる。
【００７６】
図２２は、実施の形態３に係るビームＩＤ信号１１２−１〜１１２−Ｎのグループ化の一例を示す図である。（ａ）はサブバンドｆ１のグループ化を示す。（ｂ）はサブバンドｆ２のグループ化を示す。（ｃ）はサブバンドｆ３のグループ化を示す。
【００７７】
３つのビーム境界に在圏する地上端末３００−１は、サブバンドｆ１およびｆ３ではそれぞれのグループの端となるが、サブバンドｆ２ではグループ中心となり、複数のビームの信号が合成される。また、サブバンドｆ１〜ｆ３を連結すると、全てのビームで異なるビームＩＤ信号を用いていることとなり、地上端末３００−１はビームを識別することが可能となる。
【００７８】
例えば、ビーム境界ではビーム中心よりも利得が３ｄＢ低下し、サブバンドｆ１〜ｆ３の帯域は同一とする。端末３００−１が受信するビームＩＤ信号の相対受信電力（ビーム中心比）は、グループ化しない場合には−３ｄＢとなる。グループ化した場合、ｆ２の電力が３倍化されるため、−０．８ｄＢとなり、従来方式から２．２ｄＢの改善となる。
サブバンドの分割方法は３分割に限定する必要はない。また、グループの大きさも３ビームに限定する必要はなく、識別が必要なビーム数などから決定すればよい。
【００７９】
したがって、端末と地上に設置される地上基地局との通信を衛星中継器によって中継し、衛星中継器から複数の地域それぞれに対して端末と通信するためのユーザリンクビームを形成する衛星通信システムであって、地上基地局は、一つの地域と隣接する複数の地域が含まれるグループを、一つの地域に対し複数割り当て、各々のグループに対し、ユーザリンクビームの周波数のうち複数分、分割した帯域幅を割り当て、一つの地域と複数のグループのうちの一つに対応するビームを識別する信号を帯域幅にスペクトラム拡散し、一つの地域に割り当てられた複数のグループ数分組み合わせスペクトラム拡散されたビーム識別信号を衛星中継器と通信するためのフィーダリンクビームで送信し、衛星中継器は、受信したビーム識別信号を周波数変換したのちにユーザリンクビームで送信するので、地上端末がビームＩＤ信号を検出する性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１００  地上基地局
１０１  信号生成制御部
１０２  同期信号生成部
１０３  報知信号生成部
１０４  制御信号生成部
１０５  ユーザ信号生成部
１０６  信号多重部
１０７  地上送信部
１０８  地上送信アンテナ
１１１  システム同期用信号
１１２−１〜１１２−Ｎ、１１６−１〜１１６−Ｋ、１２１−１〜１２１−Ｋ、１２２−１〜１２２−Ｋ、１２３−１〜１２３−Ｋ  ビームＩＤ信号
１１３−１〜１１３−Ｎ、１１７−１〜１１７−Ｎ、１２４−１〜１２４−Ｎ、１２５−１〜１２５−Ｎ、１２６−１〜１２６−Ｎ  報知信号
１１４−１〜１１４−Ｎ、１１８−１〜１１８−Ｎ、１２７−１〜１２７−Ｎ、１２８−１〜１２８−Ｎ、１２９−１〜１２９−Ｎ  制御信号
１１５−１〜１１５−Ｍ、１１９−１〜１１９−Ｍ  ユーザ信号
２００、２１０  衛星中継器
２０１  衛星受信アンテナ
２０２  衛星受信部
２０３  分波部
２０４−１〜２０４−Ｎ  周波数変換部
２０５−１〜２０５−Ｎ  衛星送信部
２０６−１〜２０６−Ｎ  衛星送信アンテナ
２１１  チャネライザ
３００−１〜３００−M  地上端末
３０１−１〜３０１−Ｍ  地上受信アンテナ
３０２−１〜３０２−Ｍ  地上受信部
３０３−１〜３０３−Ｍ  復調部
【図１】
2015195465.tif 000003
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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