(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトランスポンダを備える人工衛星と通信する衛星通信装置において、
割り当て帯域ごとの周波数対利得特性をテーブル化した補正テーブルと、
接続要求に応じて前記割り当て帯域内で割り当てられた送信周波数での、周波数に対する出力レベルを平準化すべく補正した複数のチャネルにわたる送信ディジタル信号を、前記補正テーブルに基づいて多重生成する演算部と、
前記複数のチャネルにわたる送信ディジタル信号からアップリンク信号を生成して前記人工衛星に送信する送信部と
を備える、衛星通信装置。
【請求項２】
前記補正テーブルは、前記周波数に対する出力レベルを前記チャネルごとに予め計測した値に基づいて、前記計測された値のうち最小値を基準として、前記チャネルごとの減衰量を設定して作成される、請求項１に記載の衛星通信装置。
【請求項３】
前記補正テーブルは、周波数対利得特性を前記チャネルごとにテーブル化したテーブルである、請求項１に記載の衛星通信装置。
【請求項４】
前記補正テーブルは、送信チャネル数に対する飽和レベルに基づく周波数対利得特性を前記チャネルごとにテーブル化したテーブルである、請求項１に記載の衛星通信装置。
【請求項５】
前記送信部は、さらに、
前記アップリンク信号を周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部の出力の利得を制御する利得制御部と
を備える、請求項１に記載の衛星通信装置。
【請求項６】
複数のトランスポンダを備える人工衛星と通信する衛星通信装置の周波数特性改善方法であって、
割り当て帯域ごとの周波数対利得特性をテーブル化した補正テーブルを予め記憶し、
接続要求に応じて前記割り当て帯域内で割り当てられた送信周波数での、周波数に対する出力レベルを平準化すべく補正した複数のチャネルにわたる送信ディジタル信号を、前記補正テーブルに基づいて多重生成し、
前記複数のチャネルにわたる送信ディジタル信号からアップリンク信号を生成して前記人工衛星に送信する、周波数特性改善方法。
【請求項７】
前記補正テーブルは、前記周波数に対する出力レベルを前記チャネルごとに予め計測した値に基づいて、前記計測された値のうち最小値を基準として、前記チャネルごとの減衰量を設定して作成される、請求項６に記載の周波数特性改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えばＶＳＡＴ（Very Small Aperture Terminal）に適用可能な衛星通信装置および周波数特性改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＳＡＴは、静止衛星と通信するための装置のうち、アンテナ開口が比較的小さなものとして知られている。車載型のハードウェアも提供されていて、その機動性を活かして災害現場などでの利用が始まっている。移動通信インフラと連携させて利用されることも多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２６７０５号公報
【特許文献２】特表２０１２−５２５７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のシステムにおいても、近年ではマルチチャネル／広帯域ＶＳＡＴと称して広帯域化、多チャネル化が図られようとしている。それに伴って衛星通信装置の構成が肥大化しがちであるが、何らかの工夫によりそれを抑えることが望まれている。受信系統だけでなく、電力消費量の多い送信系統を小型、軽量化することが望ましいが、帯域の拡大に伴って周波数特性が劣化しがちであることから何らかの解決策が要望されている。
【０００５】
目的は、構成簡易にして周波数特性の劣化を防止したおよび周波数特性改善方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、衛星通信装置は、複数のトランスポンダを備える人工衛星と通信する。この衛星通信装置は、補正テーブル、演算部、および送信部を備える。補正テーブルは、チャネルごとの周波数対利得特性をテーブル化したテーブルである。演算部は、接続要求に応じて割り当てられたチャネルにおける、周波数に対する出力レベルを平準化すべく補正した送信ディジタル信号を、補正テーブルに基づいて計算出力する。送信部は、送信ディジタル信号からアップリンク信号を生成して人工衛星に送信する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、ＶＳＡＴを利用した衛星通信システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、衛星通信において用いられる周波数帯域割り当ての一例を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る衛星通信装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、ＦＰＧＡ７０の一例を示す機能ブロック図である。
【図５】図５は、衛星通信装置１００（ＦＰＧＡ７０）の周波数対利得特性の一例を示す図である。
【図６】図６は、衛星通信装置１００（ＦＰＧＡ７０）の、割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０ごとの周波数対利得特性の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施形態により得られる効果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、ＶＳＡＴを利用した衛星通信システムの一例を示す図である。このシステムは、複数のトランスポンダを搭載する静止軌道上の通信衛星ＳＡＴを中核として形成される。地上側には、固定局１１，１４〜１ｎが例えば県庁所在地などに設置される。車載局１２あるいは可搬局１３を、災害現場などに設置することも可能である。固定局１１，１４〜１ｎ、車載局１２、および可搬局１３はそれぞれ衛星通信装置（ＶＳＡＴ局）を備え、それぞれ通信衛星ＳＡＴを経由して通信することが可能である。
【０００９】
例えば、災害現場の映像を衛星回線で主要拠点（固定局１１）や各拠点（固定局１４〜１ｎ）に送信して、災害状況の把握の一助とすることができる。また、衛星回線によるＶｏＩＰ（Voice over IP）通話やＴＶ会議により、関係部署間の情報共有や災害対応協議にも利用できる。この種のシステムは自治体の防災システムの一つとして構築されることが多い。
【００１０】
例えば、２３個（Ｎ＝２３）のトランスポンダを搭載する人工衛星がある。このうち帯域の隣接する３つ（Ｍ＝３）のトランスポンダを利用する自治体防災システムが知られている。この種のシステムでは、或る局から発信要求が生じると、各地球局（固定局１１、１４〜１ｎ、車載局１２、および可搬局１３）に対して予め確保された割り当て帯域内から回線制御装置（図示せず）が使用可能なチャネルを選択し、接続要求元に割り当てる。このような回線割り当て方式はＤＡＭＡ（Demand Assignment Multiple Access：接続要求割り当て）と称される。
【００１１】
図２は、衛星通信において用いられる周波数帯域割り当ての一例を示す図である。図２は、地上から衛星へのアップリンク通信に用いられる帯域割り当ての例を示す。図２において、１４ＧＨｚ〜１４．５ＧＨｚのＫｕバンド（バンド幅は５００ＭＨｚ）が周波数分割され、さらに水平偏波と垂直偏波とで多重されて２３個の帯域が設定される。図中、占有帯域１〜１２は水平偏波で使用され、占有帯域１３〜２３は垂直偏波で使用される。ちなみに衛星から地上へのダウンリンク通信の帯域は、１２．２５ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚに設定され、アップリンクと同様にバンド幅が５００ＭＨｚである。
【００１２】
いわゆるマルチチャネルＶＳＡＴでは、人工衛星に備わる３つのトランスポンダを利用して、１２０ＭＨｚ（３８ＭＨｚ×３トランスポンダ＋ガードバンド）の同時使用帯域（割り当て帯域）が発信要求元に割り当てられる。図２において、隣接する３個の帯域をまとめて１０個の割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０が設定される。それぞれの割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０のバンド幅は１２０ＭＨｚである。
【００１３】
この種のシステムにおける１チャネルあたりの帯域は例えば５０ｋＨｚに設定される。ＤＡＭＡによれば、呼設定時にアサインされた割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０のいずれかにおいて、５０ｋＨｚのチャネルを複数、利用することが可能である。実施形態では最大で４チャネルの通信能力を持つ衛星通信装置について説明する。
【００１４】
図３は、実施形態に係る衛星通信装置の一例を示す機能ブロック図である。図３に示される衛星通信装置１００は、信号処理部１０、送信部２０、無線部３０、アンテナ４０、および受信部５０を備える。
【００１５】
信号処理部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０および集積回路としてのＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１２を備える。信号処理部１０において、ＦＰＧＡ７０は、割り当てられたチャネルの送信ディジタル信号を、ＣＰＵ６０の制御に従って計算出力する。この送信ディジタル信号は送信部２０のディジタル／アナログコンバータ（Ｄ／Ａ）２１でアナログに変換されたのち、直交変調部（ＭＯＤ）２２で直交変調されて送信信号（アップリンク信号）が生成される。
【００１６】
アップリンク信号は帯域フィルタ２３で帯域制限されたのちアッテネータ２４で利得調整され、ミキサ２５に入力される。ミキサ２５は、アップリンク信号をローカル発振器ＬＯ１の局部発振信号とミキシングして周波数変換する。この周波数変換後の信号はバンドパスフィルタ２６経由で増幅器２７、アッテネータ２８および出力アンプ２９を経て利得制御されたのち、無線部３０に入力される。
【００１７】
増幅器２７、アッテネータ２８および出力アンプ２９の系列を設けることで、例えば温度変化などによる衛星通信装置１００の特性の変動に追従することが可能になる。
【００１８】
無線部３０は、アップリンク信号をさらに周波数変換したのちアンテナ４０の送信アンテナ（ＴＸ ＡＮＴ）から通信衛星ＳＡＴ（図１）に向け送信する。送信アンテナのアンテナ素子は、平面アンテナ上に形成されても良い。また、同じ平面アンテナに、受信アンテナ（ＲＸ ＡＮＴ）のアンテナ素子を形成しても良い。
【００１９】
一方、通信衛星ＳＡＴのトランスポンダから到来したダウンリンク信号は、アンテナ４０の受信アンテナから無線部３０に送られ、ＩＦ（Intermediate Frequency）信号に周波数変換されて受信部５０に入力される。受信部５０はアッテネータ５１および受信増幅器５２でＩＦの受信信号を利得調整し、直交復調部（ＤＥＭ）５３に入力する。
【００２０】
直交復調部５３は、ローカル発振器ＬＯ２の局部発振信号に基づき受信信号を直交復調して、互いに直交するベースバンドのＩＱ複素信号を生成する。このＩＱ複素信号はアナログ／ディジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）５４でディジタル信号に変換され、信号処理部１０のＦＰＧＡ７０に入力される。ＦＰＧＡ７０はＣＰＵ６０の制御に基づいて、ディジタル信号から受信データを再生する。
【００２１】
図４は、ＦＰＧＡ７０の一例を示す機能ブロック図である。ＦＰＧＡ７０は、複数の補正テーブルＴ１〜Ｔ１０と、演算部１２ａとを備える。
【００２２】
補正テーブルＴ１〜Ｔ１０は、ＦＰＧＡ７０の諸元に基づく周波数と利得との関係を、予め計測された実測値に基づいてテーブル化したデータである。補正テーブルＴ１〜Ｔ１０は、例えば図２の割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０ごとに設けられる。
【００２３】
演算部１２ａは、割り当てられた送信周波数のアップリンク信号の元になるデータとしての送信ディジタル信号を計算し、出力する。その際、演算部１２ａは、送信されるアップリンク信号の送信周波数に対する出力レベルを平準化すべく、送信ディジタル信号の利得をディジタル演算的に調整する。この演算にあたり演算部１２ａは補正テーブルを参照する。演算部１２ａは、ＣＰＵ６０からの制御に従って最大で４チャネルの送信ディジタル信号を生成し、Ｄ／Ａ２１に入力する。
【００２４】
３つのトランスポンダ（３トラポン）分、すなわち１２０ＭＨｚの帯域内にＦＰＧＡ７０で４チャネルのベースバンド信号を作り、ミキサ２５への局部発振周波数を変えることで、図２の２３個の帯域の全て、つまり５００ＭＨｚ帯域までの送信アップリンク信号を生成することができる。
【００２５】
図５は、衛星通信装置１００の周波数対利得特性の一例を示す図である。図５に示されるように、出力レベルは割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０ごとに、周波数に対して曲線を描く。例えば凸状の曲線、あるいはＳ字を横に寝かせたようなカーブなど、出力レベルは周波数に対して変化する。図６に示されるように、それぞれの曲線は、１２０ＭＨｚ帯域を例えば１０ＭＨｚステップで計１３箇所にわたって測定した結果をプロットしたものである。この実施形態では、５００ＭＨｚ帯域で最小出力レベルの点を基準点とする。
【００２６】
基準点の周波数においてＦＰＧＡ７０が飽和しない最大レベルを出力するように設定する。そのうえで、アッテネータ２４とＦＰＧＡ７０のレベルを可変して衛星通信装置１００の出力レベルを所望値にセットする。送信するチャネル数（１〜４チャネル）が変わると、ＦＰＧＡ７０の飽和レベルも変化する。このような、ＦＰＧＡの周波数および出力レベルに係わる諸特性を、ＦＰＧＡの諸元と総称する。
【００２７】
特に、ディジタル型のアッテネータ２４は減衰量がステップ状に変化する。このため所望の出力レベル範囲に入らない場合には、ＦＰＧＡ７０の出力レベルを下げる方向で所望の出力レベルになるように、アッテネータ２４とＦＰＧＡ７０を調整する。これにより１２０ＭＨｚ帯域での周波数特性の劣化が防止される。なお測定値の無い周波数では、測定値の有る２点間を線形補間することで値を決め、同様に周波数特性を補正することができる。
【００２８】
そして、同様の手順を全ての割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０について実施することで、５００ＭＨｚ帯域での周波数特性は図７に示されるように平準化され、改善される。
【００２９】
以上述べたように実施形態では、最大で４チャネルのアップリンク信号の元となる送信ディジタル信号を多重生成する機能を共通のＦＰＧＡ７０にプログラムすることで、ハードウェア規模を縮小することができる。また、同じＦＰＧＡ７０に、割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０ごとの補正テーブルＴ１〜Ｔ１０を持たせ、平準化された出力を得られるようにする。さらにアッテネータ２４、および、増幅器２７、アッテネータ２８および出力アンプ２９の系列によりアナログ的に出力レベルを制御することでも、周波数特性の劣化を防止することができる。
【００３０】
既存の技術では４チャンネル分のアップリンク信号を処理するために、チャネルごとに専用のハードウェア基板を設けていた。このため構成が肥大化しがちであるだけでなく、電力消費量も大きくなることから、バッテリ駆動時などに長時間運用するには不向きであった。
【００３１】
これに対し実施形態では、共通のハードウェア基板から同時に最大４チャネルの送信信号を出力することが可能になるので、小型軽量化や消費電力の低減に有利である。さらに、ＦＰＧＡ７０に周波数特性の補正テーブルを予め記憶させ、各周波数に応じて信号の出力レベルを調整できるようにしたので、周波数特性の劣化も防止できる。従って実施形態によれば、構成簡易にして周波数特性の劣化を防止したおよび周波数特性改善方法を提供することが可能になる。
【００３２】
なお本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図４において割り当て帯域Ｂ１〜Ｂ１０に対応する１０個の補正テーブルＴ１〜Ｔ１０を設けたが、これを水平偏波用とし、さらに垂直偏波用の補正テーブルを用意しても良い。
【００３３】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１〜１２…占有帯域、１０…信号処理部、１１…固定局、１２…車載局、１２ａ…演算部、１３〜２３…占有帯域、１３…可搬局、１４〜１ｎ…固定局、２０…送信部、２１…ディジタル／アナログコンバータ、２２…直交変調部、２３…帯域フィルタ、２４…アッテネータ、２５…ミキサ、２６…バンドパスフィルタ、２７…増幅器、２８…アッテネータ、２９…出力アンプ、３０…無線部、４０…アンテナ、５０…受信部、５１…アッテネータ、５２…受信増幅器、５３…直交復調部、５４…アナログ／ディジタルコンバータ、６０…ＣＰＵ、７０…ＦＰＧＡ、１００…衛星通信装置、Ｂ１〜Ｂ１０…帯域、ＬＯ１…ローカル発振器、ＬＯ２…ローカル発振器、Ｔ１〜Ｔ１０…補正テーブル。
【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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