(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、
前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置と
を備えた分散アレーアンテナシステムにおいて、
前記分散アレー制御装置は、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段と
を備え、
前記第１の送信レベル制御手段は、前記アンテナ装置の停止により生じる位相誤差に伴うＥＩＲＰ（送信性能）の低下が許容誤差の範囲になる送信レベルまで低下させて再稼働する構成である
ことを特徴とする分散アレーアンテナシステム。
【請求項２】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、
前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置と
を備えた分散アレーアンテナシステムにおいて、
前記分散アレー制御装置は、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段と
を備え、
前記同相合成制御手段は、前記出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値と、当該アンテナ装置を再稼働する際に低下させた送信レベルの値とを用いて送信した信号の位相誤差を算出し、前記位相誤差補償に供する構成である
ことを特徴とする分散アレーアンテナシステム。
【請求項３】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、
前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置と
を備えた分散アレーアンテナシステムにおいて、
前記分散アレー制御装置は、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段と
を備え、
前記同相合成制御手段は、前記出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値を比較し、再稼働後のモニタ値が小さくなる場合には、再稼働するアンテナ装置に 180度位相を与える構成である
ことを特徴とする分散アレーアンテナシステム。
【請求項４】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御装置において、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段と
を備え、
前記第１の送信レベル制御手段は、前記アンテナ装置の停止により生じる位相誤差に伴うＥＩＲＰ（送信性能）の低下が許容誤差の範囲になる送信レベルまで低下させて再稼働する構成である
ことを特徴とする分散アレー制御装置。
【請求項５】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御装置において、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段と
を備え、
前記同相合成制御手段は、前記出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値と、当該アンテナ装置を再稼働する際に低下させた送信レベルの値とを用いて送信した信号の位相誤差を算出し、前記位相誤差補償に供する構成である
ことを特徴とする分散アレー制御装置。
【請求項６】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御装置において、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段と
を備え、
前記同相合成制御手段は、前記出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値を比較し、再稼働後のモニタ値が小さくなる場合には、再稼働するアンテナ装置に 180度位相を与える構成である
ことを特徴とする分散アレー制御装置。
【請求項７】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御方法において、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１のステップと、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う第２のステップと、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第３のステップと
を有し、
前記第１のステップでは、前記アンテナ装置の停止により生じる位相誤差に伴うＥＩＲＰ（送信性能）の低下が許容誤差の範囲になる送信レベルまで低下させて再稼働する
ことを特徴とする分散アレー制御方法。
【請求項８】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御方法において、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１のステップと、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う第２のステップと、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第３のステップと
を有し、
前記第２のステップでは、前記出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値と、当該アンテナ装置を再稼働する際に低下させた送信レベルの値とを用いて送信した信号の位相誤差を算出し、前記位相誤差補償に供する
ことを特徴とする分散アレー制御方法。
【請求項９】
分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、前記複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御方法において、
前記通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１のステップと、
前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、前記複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う第２のステップと、
前記同相合成状態の確立後に前記再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第３のステップと
を有し、
前記第２のステップでは、前記出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値を比較し、再稼働後のモニタ値が小さくなる場合には、再稼働するアンテナ装置に 180度位相を与える
ことを特徴とする分散アレー制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信システムの地球局装置に複数のアンテナ装置を協調動作させる分散アレーアンテナを用いた分散アレーアンテナシステム、分散アレー制御装置および分散アレー制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星通信システムは広範なサービスエリアと災害に強い特徴を有しているため、地上回線の使用困難な洋上やデジタルディバイド地域、災害時の通信環境構築に広く利用されている。しかしながら、36,000ｋｍ上空の静止衛星を中継して通信する場合に伝搬損失が非常に大きいので、伝送速度や伝送容量を向上させるために地球局装置の性能を向上させる必要がある。非特許文献１では、地球局装置の性能向上を低コストで実現する技術として、複数のアンテナ装置を組み合わせて協調的に動作させる分散アレーアンテナを用いた構成が検討されている。
【０００３】
一般的な地球局装置は、図６(a) に示すように、１つのアンテナ装置１１と変復調装置１３により構成される。分散アレーアンテナを用いた地球局装置は、図６(b) に示すように、複数のアンテナ装置１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、これらのアンテナ装置を協調的に動作させる分散アレー制御装置１２と、分散アレー制御装置１２を介して各アンテナ装置に接続される変復調装置１３とにより構成される。分散アレー制御装置１２の機能は、送信時においては、変復調装置１３からの送信信号をアンテナ装置１１−１〜１１−Ｎへ分配し、各アンテナ装置から通信衛星アンテナに対して同相となるように位相制御を行うことで、ＥＩＲＰ（Equivalent Isotropically Radiated Power ：送信性能・実効放射電力）を向上させる。一方、受信時は、各アンテナ装置１１−１〜１１−Ｎの受信信号が同相または最大比合成されるように利得および位相制御を行うことで、Ｇ／Ｔ（Gain to Noise Temperature Ratio ：受信性能）を向上させる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】鈴木，須崎，廣瀬，杉山，“衛星通信システムにおける分散アレイアンテナ構成技術，”ＮＴＴ技術ジャーナル，Vol.25，No.5，pp.42-44，2013年５月
【非特許文献２】須崎，鈴木，廣瀬，小林，杉山，“衛星通信システムにおける船上地球局向け分散アレーアンテナ技術の実験検証，”電子情報通信学会論文誌，Vol.J97-B,No.11,pp.1022-1031，2014年11月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
分散アレーアンテナを用いた地球局装置の技術適用範囲は、一般的な衛星通信システムと同様、地上回線の使用が困難な洋上や離島、過疎地等のデジタルディバイド地域、災害時の通信環境構築が想定される。しかしながら、地球局装置が置かれる状況によって、分散アレーアンテナで必須となる位相制御（同相合成制御）の実現方法には大きく違いが生じる。
【０００６】
デジタルディバイド地域や災害時の通信環境の構築、衛星通信の基地局等、地球局装置自体が移動環境に無い固定局向けの場合、アンテナ装置間の位相変動要因は、アンテナ装置を構成するＲＦ機器であるＢＵＣ（Block Up Convertor）やＬＮＢ（Low Noise Block Converter ）である。各ＲＦ機器の位相変動は独立事象であるため、時間が経つにつれて相対的に位相関係が変動する。
【０００７】
一方、船舶、航空機、ヘリコプター等に搭載される地球局装置のように移動環境にある移動局向けの場合、前述のＲＦ機器の位相変動のみならず、移動・動揺に伴い通信衛星アンテナと各アンテナ装置間の経路長（位相）が変動する。非特許文献１では、固定局向けのＲＦ機器の位相変動補償を実現する具体例が報告され、非特許文献２では、移動局向けのＲＦ機器の位相変動補償および移動・動揺に伴う経路長補償を実現する具体例が報告されている。
【０００８】
また、船舶に搭載した地球局装置が船舶の移動に伴い、分散アレーアンテナを構成する各アンテナ装置と通信衛星との伝播路にマストや船橋等の構造物が入る場合に、図７(a),(b) に示すように、一部のアンテナ装置の伝播路が遮蔽されることがある。移動体衛星通信業務においては、通信の相手方となる通信衛星の搭載アンテナを追尾（捕捉）していない状態では、電波を発射することができないため、当該アンテナ装置からの電波を停止することが求められる。
【０００９】
しかしながら、非特許文献２においては、一部のアンテナ装置の伝播路が遮蔽されることや、再度、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾し、アンテナ装置を再稼動することに言及していない。したがって、記載の方法をそのまま適用した場合は、送信信号のフィードバックが途切れるため、再稼動するまでの時間に発生したＢＵＣの位相変動量を特定および補償できないために位相誤差となる。
【００１０】
各アンテナ装置からの送信信号の位相に誤差が生じると、位相誤差に応じて損失が生じる。同一性能の２つのアンテナ装置で構成される分散アレーアンテナを用いた地球局装置の位相誤差に伴う損失をプロットしたものを図８に示すが、位相誤差に応じてＥＩＲＰが低下する。例えば、位相差が120 度を超えると、損失が６dBを超えるため、分散アレー制御により得られるはずのＥＩＲＰ向上による効果が得られず、逆に単体アンテナの特性を下回る、すなわち合成しない方が良いことになる。
【００１１】
本発明では、移動する地球局装置に分散アレーアンテナを搭載する場合において、時々刻々と変化するアンテナの稼動状態に追従して、ＥＩＲＰを最大化もしくは短時間で合成利得を得ることができる分散アレーアンテナシステム、分散アレー制御装置および分散アレー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】
【００１２】
第１の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムにおいて、分散アレー制御装置は、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段とを備え、第１の送信レベル制御手段は、アンテナ装置の停止により生じる位相誤差に伴うＥＩＲＰ（送信性能）の低下が許容誤差の範囲になる送信レベルまで低下させて再稼働する構成である。
【００１４】
第２の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムにおいて、分散アレー制御装置は、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段とを備え、同相合成制御手段は、出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値と、当該アンテナ装置を再稼働する際に低下させた送信レベルの値とを用いて送信した信号の位相誤差を算出し、位相誤差補償に供する構成である。
【００１５】
第３の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムにおいて、分散アレー制御装置は、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段とを備え、同相合成制御手段は、出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値を比較し、再稼働後のモニタ値が小さくなる場合には、再稼働するアンテナ装置に 180度位相を与える構成である。
【００１６】
第４の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御装置において、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段とを備え、第１の送信レベル制御手段は、アンテナ装置の停止により生じる位相誤差に伴うＥＩＲＰ（送信性能）の低下が許容誤差の範囲になる送信レベルまで低下させて再稼働する構成である。
【００１７】
第５の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御装置において、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段とを備え、同相合成制御手段は、出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値と、当該アンテナ装置を再稼働する際に低下させた送信レベルの値とを用いて送信した信号の位相誤差を算出し、位相誤差補償に供する構成である。
第６の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御装置において、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１の送信レベル制御手段と、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う同相合成制御手段と、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第２の送信レベル制御手段とを備え、同相合成制御手段は、出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値を比較し、再稼働後のモニタ値が小さくなる場合には、再稼働するアンテナ装置に 180度位相を与える構成である。
【００１８】
第７の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御方法において、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１のステップと、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う第２のステップと、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第３のステップとを有し、第１のステップでは、アンテナ装置の停止により生じる位相誤差に伴うＥＩＲＰ（送信性能）の低下が許容誤差の範囲になる送信レベルまで低下させて再稼働する。
【００１９】
第８の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御方法において、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１のステップと、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う第２のステップと、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第３のステップとを有し、第２のステップでは、出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値と、当該アンテナ装置を再稼働する際に低下させた送信レベルの値とを用いて送信した信号の位相誤差を算出し、位相誤差補償に供する。
第９の発明は、分散配置され、通信衛星の搭載アンテナを捕捉・追尾するアンテナをそれぞれ備える複数のアンテナ装置と、複数のアンテナ装置で送受信する送信信号および受信信号の分配・合成および位相制御を行う分散アレー制御装置とを備えた分散アレーアンテナシステムの分散アレー制御方法において、通信衛星の搭載アンテナの捕捉・追尾外れを検出したアンテナ装置の出力を停止した後に当該アンテナ装置を再稼働する際に、送信レベルを低下させる制御を行う第１のステップと、再稼働するアンテナ装置の送信レベルを低下させた状態で、複数のアンテナ装置の位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行う第２のステップと、同相合成状態の確立後に再稼働するアンテナ装置の送信レベルを運用レベルに設定する第３のステップとを有し、第２のステップでは、出力を停止したアンテナ装置を再稼働する前後の送信レベルのモニタ値を比較し、再稼働後のモニタ値が小さくなる場合には、再稼働するアンテナ装置に 180度位相を与える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、非稼動状態のアンテナが再稼動する際、位相誤差に伴うＥＩＲＰの低下を許容誤差内に抑えるために低レベルで送信し、その状態で送信信号レベルのモニタによる位相誤差量検出および位相誤差補償により同相合成状態を確立することができる。これにより、移動環境下におけるアンテナ再稼働時にＥＩＲＰ低下を許容誤差内に抑え、より短い時間で同相合成を確立する、もしくは合成利得を得ることが可能となり、アンテナ稼動状態に応じて適切なＥＩＲＰを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の分散アレーアンテナシステムおよび分散アレー制御装置の構成例を示す図である。
【図２】アンテナ稼働状態の遷移を示す図である。
【図３】アンテナ再稼働時の制御手順例を示すフローチャートである。
【図４】再稼働アンテナの減衰量と逆相合成時の損失との関係を示す図である。
【図５】再稼働アンテナの減衰量と合成前後の利得が等しくなる位相誤差との関係を示す図である。
【図６】一般的な地球局装置と分散アレーアンテナを用いた地球局装置の構成を示す図である。
【図７】船舶に搭載した分散アレーアンテナの稼働状態を示す図である。
【図８】分散アレーアンテナを用いた地球局装置の位相誤差に伴う損失を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の分散アレーアンテナシステムおよび分散アレー制御装置の構成例を示す。
図１において、本発明の分散アレーアンテナシステムは、Ｎ個のアンテナ装置１１−１〜１１−Ｎ、分散アレー制御装置１２、変復調装置１３により構成される。
【００２３】
各アンテナ装置１１は、移動環境下において通信衛星１の搭載アンテナを常に捕捉・追尾するアンテナ１１０および追尾アンテナ駆動・制御部１１１と、アンテナ１１０で送受信する無線周波数帯の送信信号と受信信号を分離するＯＭＴ（Ortho-Mode Transducer ）１１２と、変復調装置１３の変調部１３１から分散アレー制御装置１２を介して入力する送信信号を無線周波数帯に変換し、所定の出力レベルに増幅してＯＭＴ１１２を介してアンテナ１１０から送信させるＢＵＣ１１３と、アンテナ１１０に受信する微弱な無線周波数帯の受信信号をＯＭＴ１１２を介して入力して低雑音で増幅し、所定の周波数帯に変換した受信信号を出力するＬＮＢ１１４とにより構成される。
【００２４】
なお、追尾アンテナ駆動・制御部１１１は、通信衛星の軌道情報、位置情報、地球局装置（移動体）の傾き、進行方向、受信信号等が与えられることにより、通信衛星１を追尾するためのアンテナ１１０の制御量を算出し、この結果を元に捕捉・追尾制御を行う。また、受信信号（自局向けの通信信号、ビーコン、アンテナ追尾用の信号等）から追尾状況を把握する機能を有する。
【００２５】
分散アレー制御装置１２は、送信系においては、変復調装置１３の変調部１３１から入力する送信信号をアンテナ装置数に分配する信号分配部１２１と、分配された各送信信号に対して、移動環境下で発生する経路長変動量を補償する移動動揺補償部１２２と、ＢＵＣ間の相対的な位相変動を補償するＢＵＣ変動補償部１２３と、送信信号レベルを調整する送信振幅調整部１２４とにより構成される。受信系においては、各アンテナ装置のＬＮＢ１１４から出力される受信信号に対して受信信号レベルを調整する受信振幅調整部１２５と、各ＬＮＢ対応の受信振幅調整部１２５から出力される受信信号の最大比合成または同相合成を行う信号合成部１２６とを備え、ＬＮＢ間の相対的な位相変動および移動環境下で発生する経路長変動量の補償を行い、変復調装置１３の復調部１３２に出力する。
【００２６】
また、分散アレー制御装置１２では、送信系の各調整部、補償部のための制御量を算出する各種手段を有する。移動動揺補償量算出部Ｃ１は、各受信信号の位相の時間変動をモニタし、送信信号との波長比を考慮することで、送信系における移動動揺補償量を算出し、移動動揺補償部１２２を制御する。送信レベル検出部Ｃ２は、固定局分散アレーと同様、各アンテナ装置１１からの送信信号に対する通信衛星１の折り返し信号をモニタすることで送信レベルを検出する。もしくは、制御回線等を介して、各アンテナ装置１１の送信レベル情報の通知を受けてもよい。ＢＵＣ間位相差算出部Ｃ３は、送信レベル検出部Ｃ２で検出される各アンテナ装置１１の送信レベルを元に、ＢＵＣ間位相差を算出する。
【００２７】
振幅調整制御部Ｃ４は、送信振幅調整部１２４に対して、各アンテナ装置１１の追尾状況を元に停波処理（最大の減衰量設定、もしくは、終端器への切り替え）を実施し、再稼動時や衛星事業者からの指示に応じて送信出力の調整を行う。受信振幅調整部１２５に対しては、各アンテナ装置１１の追尾状態に応じて、信号合成部１２６への雑音混入を回避するための減衰量設定、もしくは、終端器への切り替えを行う。ＢＵＣ変動補償制御部Ｃ５は、送信レベル検出部Ｃ２で検出される各アンテナ装置１１の送信レベルをモニタしながら、ＢＵＣ変動補償部１２３で付与する位相を決定する。衛星追尾状況検出部Ｃ６は、各アンテナ装置１１の追尾状況を受信信号レベル、追尾アンテナ駆動・制御部１１１からの追尾状況、各アンテナ装置１１で受信した信号の同期状況から、追尾状況を検出する。
【００２８】
変復調装置１３は、変調部１３１と復調部１３２とにより構成され、分散アレーアンテナに特化したものではなく通常の機能を備える。
【００２９】
本発明は、非特許文献１および非特許文献２では考慮されていない移動環境下において刻々と変化するアンテナ稼働状況に応じて、ＥＩＲＰの最大化もしくはアレー利得を獲得するための制御手順を特徴とする。アンテナの稼動状態としては、
1.  遮蔽／追尾外れに伴う稼動アンテナの減少（減少時）
2.  稼動アンテナ数に変更なし（定常時）
3.  再捕捉・追尾に伴う再稼動による稼動アンテナの増大（増大時）
の３つである。
【００３０】
減少時状態１については、追尾外れを検出後、即時に当該アンテナの出力を停止する必要がある。このとき、送信振幅調整部１２４および受信振幅調整部１２５の減衰量を最大にする、もしくは終端器に接続すればよい。定常時状態２については、定常的な動作としてＢＵＣ変動補償部１２３および移動動揺変動補償部１２２を稼働する。
【００３１】
本発明のポイントは、増大時状態３において、アンテナ再稼動時に所定のＥＩＲＰを実現する制御手順にある。各状態間の遷移としては、図２に示すように、
減少時状態１と定常時状態２の相互遷移
定常時状態２と増大時状態３の相互遷移
増大時状態３から減少時遷移１への遷移
が考えられる。なお、減少時状態１から増大時状態３への遷移が想定されていないのは、稼動アンテナの減少時は出力を停止するだけであり、出力停止してすぐに定常時状態２に移行するためである。アンテナ再稼動時の課題としては、位相誤差が残留した状態で信号を送信すると、位相誤差に応じて損失が発生し、位相誤差が大きい場合、アンテナを再稼動したことによりＥＩＲＰが低下することである。
【００３２】
（実施例１）
図３は、アンテナ再稼働時の制御手順例を示す。
図３において、アンテナ再稼動時に、振幅調整制御部Ｃ４および送信振幅調整部１２４を用いて送信レベルを低下させる制御を行い（Ｓ１）、その状態で送信レベル検出部Ｃ２、ＢＵＣ変動補償制御部Ｃ５およびＢＵＣ変動補償部１２３を用いて、位相誤差補償により同相合成状態を確立する制御を行い（Ｓ２）、その後に振幅調整制御部Ｃ４および送信振幅調整部１２４を用いて送信レベルを運用レベルに設定する制御を行う（Ｓ３）。各手順の詳細は以下に説明する。これにより、アンテナ再稼動時の位相誤差が大きくても、ＥＩＲＰの低下を最小限に抑えることができる。
【００３３】
図４は、アンテナ装置数を２とした場合の再稼動アンテナの減衰量と逆相合成時の損失との関係を示す。図４において、アンテナ再稼動時に送信レベルを20dB減衰させた場合、逆相合成時にＥＩＲＰの１dB程度の低下が確認できるが、減衰量については許容低下量に応じて決定すればよい。
【００３４】
アンテナ再稼働時の制御手順Ｓ１〜Ｓ３では、移動動揺補償部１２２は実行しながら定常のＢＵＣ変動補償部１２３は停止して、以下の手順を実施する。
Ｓ11：アンテナ再稼動前の送信レベル検出部Ｃ２のモニタ値をr12 とする。
Ｓ12：再稼動アンテナから既知である任意の位相の信号に所定の減衰量を与えて送信し（減衰後の送信レベルはr22 ）、送信レベル検出部Ｃ２で検出するモニタ値r2を元に、送信した信号の位相誤差δθを下式より算出する。
cos(δθ) ＝｜(r2 −r12 −r22 )／2r1r2｜
【００３５】
Ｓ13：Ｓ12で算出した位相誤差δθは、符号の情報がないため、ＢＵＣ変動補償部１２３において一定量の位相変化（＋φ）を与えたときに、送信レベル検出部Ｃ２におけるモニタ値がr2より大きくなれば正しい符号であることを、小さくなれば与えた符号の誤りであることを確認する。
【００３６】
Ｓ14：Ｓ13において符号を含めた位相誤差が確認できたため、これを補償する位相をＢＵＣ変動補償部１２３の設定値として与えることで同相合成状態を確立する。
Ｓ15：再稼動アンテナの減衰量を稼動時の値（運用レベル）に設定する。
Ｓ16：増大時状態３から定常時状態２に遷移する。
【００３７】
なお、本手順においては、Ｓ12およびＳ13のステップで設定を変えて送信し、その衛星折り返し信号を元に送信レベル検出部Ｃ２でモニタした結果によって位相誤差を検出するため、通信衛星の遅延時間(250ｍｓ）を考慮しても、 500ｍｓ後にはアンテナの再稼動が実現できることになる。なお、送信レベル検出については、伝播に伴うフェージングの影響や、再稼動アンテナにおける送信レベルが小さい等で、十分に精度が得られないことが想定されるが、Ｓ16のＢＵＣの変動補償再開により、結果として同相合成状態は確立することが可能となる。
【００３８】
（実施例２）
実施例２として、より簡易な手法で、アンテナ再稼動後にＥＩＲＰを最大化して合成利得を得る方法について説明する。
図５は、アンテナ装置数を２とした場合の再稼動アンテナの減衰量と合成前後の利得が等しくなる位相誤差との関係を示す。
【００３９】
図５において、曲線より下の領域は、合成後の利得が合成前の利得より大きくなる（合成後に利得が獲得できる）領域であり、曲線より上の領域は、合成後の利得が合成前の利得より小さくなる（合成後に損失となる）領域である。図５から、合成後の利得が合成前の利得より小さくなるのは、位相誤差が90度以上の場合であり、位相誤差を90度以下にすることにより、合成後の利得が合成前の利得より大きくなることが分かる。
【００４０】
よって、アンテナ再稼働時の制御手順Ｓ１〜Ｓ３として、以下の手順を実施する。
Ｓ21：アンテナ再稼動前の送信レベル検出部Ｃ２のモニタ値をr12 とする。
Ｓ22：再稼動アンテナから所定の減衰量を与えて送信し、送信レベル検出部Ｃ２のモニタ値をr2とする。
【００４１】
Ｓ23：r12 ＞r2の場合は、位相誤差が90度以上であるため、再稼動アンテナに 180度位相を与えることで位相誤差は必ず90度以下となり、利得を獲得できるようになる。一方、r12 ≦r2の場合は、利得が得られているので、そのままの位相とする。
Ｓ24：再稼動アンテナの減衰量を稼動時の値（運用レベル）に設定する。
Ｓ25：増大時状態から定常時状態に遷移する。
【００４２】
本手順においては、定常時においても位相誤差が残留していることが想定されるが、定常状態におけるＢＵＣ変動補償により徐々に位相誤差が解消される。実施例１に比べて、１ステップ少なく再稼動アンテナの減衰量を稼動時の値に設定しても、利得を獲得できる点が特徴である。ステップＳ23を実施する際に、送信レベル検出部Ｃ２のモニタ値r2の検出については、伝播に伴うフェージングの影響や、再稼動アンテナにおける送信レベルが小さい等で、レベル差が確認できない場合は、レベル差が検出できるまで徐々に再稼動アンテナに与える減衰量を小さくし、出力を増大させてもよい。
【００４３】
（実施例３）
実施例３としては、実施例１において再稼動アンテナから信号を送信後、モニタ値が低下した場合は、実施例２に記載の通り 180度位相を与え、一旦、合成利得を得た状態から位相誤差／符号を検出して同相合成状態を確立する処理手順でもよい。
【００４４】
なお、本手順は移動体通信におけるアンテナ停止からアンテナ再稼動時の制御方法を示すが、固定局において、一部アンテナが故障した後、故障から復帰させる際の手順として適用してもよい。固定局に適用する場合は、移動動揺変動補償の実施は不要となる。
【符号の説明】
【００４５】
１    通信衛星
１１  アンテナ装置
１２  分散アレー制御装置
１３  変復調装置
１１０  アンテナ
１１１  追尾アンテナ駆動・制御部
１１２  ＯＭＴ（Ortho-Mode Transducer ）
１１３  ＢＵＣ（Block Up Convertor）
１１４  ＬＮＢ（Low Noise Block Converter ）
１２１  信号分配部
１２２  移動動揺補償部
１２３  ＢＵＣ変動補償部
１２４  送信振幅調整部
１２５  受信振幅調整部
１２６  信号合成部
１３１  変調部
１３２  復調部
【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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