(57)【要約】【課題】マルチビームを形成する衛星通信システムにおいて、通信データが失われることなくビーム切替を行うことを目的とする。【解決手段】マルチビームを形成する通信衛星１が、移動局２に割り当てられた通信チャネルを移動局２の属するビームに対応づけて、移動局２及び基地局３間の無線通信を中継する衛星通信システムであって、基地局３が、通信衛星に対し、ビーム切替時刻を指定する衛星コマンド発生器３０７を有し、通信衛星１が、基地局３により指定されたビーム切替時刻に通信チャネル及びビームの対応関係を切り替えるマトリクススイッチ制御部４２１を有する。【選択図】        図１
2004304287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビームを形成する通信衛星が、移動局に割り当てられた通信チャネルを移動局の属するビームに対応づけて、移動局及び基地局間の無線通信を中継する衛星通信システムにおいて、
移動局が、ビーム切替を要求するビーム切替要求手段を有し、
基地局が、移動局からのビーム切替要求に基づいて、通信衛星に対し、ビーム切替時刻を指定する切替時刻指定手段を有し、
通信衛星が、基地局により指定されたビーム切替時刻に通信チャネル及びビームの対応関係を切り替えるビーム切替手段を有する特徴とする衛星通信システム。
【請求項２】
上記基地局が、ビーム切替時刻に通信衛星において中継されるダミーデータを下り送信データに挿入するダミーデータ挿入手段を有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】
上記基地局が、ビーム切替時刻及び通信衛星の軌道情報に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを求めるタイミング制御手段を有し、
上記ダミーデータ挿入手段が、この挿入タイミングに基づいて、下り送信データにダミーデータを挿入することを特徴とする請求項２に記載の衛星通信システム。
【請求項４】
上記移動局が、ビーム切替時刻に通信衛星において中継されるダミーデータを上り送信データに挿入するダミーデータ挿入手段を有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５】
上記移動局が、ビーム切替時刻及び通信衛星の軌道情報に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを求めるタイミング制御手段を有し、
上記ダミーデータ挿入手段が、この挿入タイミングに基づいて、上り送信データにダミーデータを挿入することを特徴とする請求項４に記載の衛星通信システム。
【請求項６】
上記基地局が、移動局に対し、ダミーデータの挿入タイミングを指定する挿入タイミング指示手段を有し、
上記ダミーデータ挿入手段が、この挿入タイミングに基づいて、上り送信データにダミーデータを挿入することを特徴とする請求項４に記載の衛星通信システム。
【請求項７】
上記挿入タイミング指示手段は、移動局の属するビームの位置情報に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを求めることを特徴とする請求項６に記載の衛星通信システム。
【請求項８】
上記移動局が、基地局に対し、自局の位置情報を送信する位置情報送信手段を有し、
上記挿入タイミング指示手段は、移動局から受信した位置情報に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを求めることを特徴とする請求項６に記載の衛星通信システム。
【請求項９】
上記挿入タイミング指示手段が、移動局におけるダミーデータの挿入タイミングを基地局からの信号受信時を基準として指定することを特徴とする請求項６に記載の衛星通信システム。
【請求項１０】
マルチビームを形成する通信衛星が、移動局に割り当てられた通信チャネルを移動局の属するビームに対応づけることによって、通信衛星を介して移動局との通信を行う基地局において、
移動局からのビーム切替要求に基づいて、通信衛星に対し、ビーム切替時刻を指定する切替時刻指定手段と、
ビーム切替時刻に通信衛星において中継されるダミーデータを下り送信データに挿入するダミーデータ挿入手段を有することを特徴とする基地局。
【請求項１１】
ビーム切替時刻及び通信衛星の軌道情報に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを求めるタイミング制御手段を有し、
上記ダミーデータ挿入手段が、この挿入タイミングに基づいて、下り送信データにダミーデータを挿入することを特徴とする請求項１１に記載の基地局。
【請求項１２】
移動局に対し、上り送信データに対するダミーデータの挿入タイミングを指定する挿入タイミング指示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１３】
マルチビームを形成する通信衛星が、移動局に割り当てられた通信チャネルを移動局の属するビームに対応づけることによって、通信衛星を介して基地局との通信を行う移動局において、
基地局に対してビーム切替を要求するビーム切替要求手段と、
基地局から指定されるビーム切替時刻及び通信衛星の軌道情報に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを求めるタイミング制御手段と、
この挿入タイミングに基づいて、上り送信データにダミーデータを挿入するダミーデータ挿入手段とを備えたことを特徴とする移動局。
【請求項１４】
マルチビームを形成する通信衛星が、移動局に割り当てられた通信チャネルを移動局の属するビームに対応づけることによって、通信衛星を介して基地局との通信を行う移動局において、
基地局に対してビーム切替を要求するビーム切替要求手段と、
基地局から指定される挿入タイミングに基づいて、上り送信データにダミーデータを挿入するダミーデータ挿入手段とを備えたことを特徴とする移動局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星通信システム、基地局及び移動局に係り、更に詳しくは、通信衛星、例えば準天頂衛星を用いてマルチビームを形成した移動体通信システムにおけるビームハンドオーバーの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の通信衛星システムの一例を示した概略図である。この衛星通信システムは、通信衛星１、移動局２及び基地局３より構成され、移動局２、基地局３間の無線通信を通信衛星１を用いて中継する移動体通信システムである。通信衛星１、移動局２間の通信回線はサービスリンクと呼ばれ、通信衛星１、基地局３間の通信回線はフィーダリンクと呼ばれる。
【０００３】
通信衛星１は、複数の指向性アンテナを備え、各指向性アンテナごとに無線信号を送受信可能なエリアとしてのビームを形成している。図１２には、ビーム数が３の場合（ビーム＃１〜＃３）が示されている。通信衛星１は、この様にして複数のビーム（マルチビーム）を形成し、全ビーム＃１〜＃３のカバーするエリアをサービスエリアとする無線通信を提供している。つまり、サービスリンクはマルチビームによって提供される。
【０００４】
マルチビーム方式は、各ビームのカバーエリアが狭く、送信電力をこのビーム内に集中させる方式であることから、移動局２のアンテナ径を小さくすることができ、その送信電力を低減することができるという利点がある。このため、近年では、１０ＧＨｚ以上の高い周波数帯の衛星通信システムにマルチビーム方式がしばしば適用される。一方、基地局３は、移動局２に比べて、アンテナ径及び送信電力が大きくなるようにシステムが構成されている。
【０００５】
ビーム＃１〜＃３内に属する移動局２には通信チャネルが動的に割り当てられ、各移動局２は、割り当てられた通信チャネルを用いて、通信衛星１との間で無線通信を行っている。また、基地局３は、通信衛星１との間で、移動局２ごとの通信チャネルを多重化した多重通信を行っている。ここでは、サービスリンクにおいて、移動局２ごとに３つの周波数チャネルｆ１，ｆ２，ｆ３が割り当てられ、フィーダリンクにおいて、これらの周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）が行われているものとする。
【０００６】
移動局２に割り当てられた周波数チャネルは、当該移動局２が属するビームに対応づけておく必要があり、この対応づけは通信衛星１において行われる。このため、基地局３からの送信信号は、通信衛星１を介して、移動局２の存在するビームに対して送信される。逆に、移動局２からの送信信号は、多重化されて基地局３に送信される。
【０００７】
移動局２への周波数チャネルの割り当ては、移動局２がビーム間を移動しても維持され、通信中の移動局２は同じ周波数チャネルを使用し続けることができる。この場合、移動局２がビーム間を移動することによって、周波数チャネル及びビームの対応関係を切り替える必要がある。この切替処理はビームハンドオーバーと呼ばれ、通信衛星１内において行われる。
【０００８】
図１３は、図１２の通信衛星１の構成例を示したブロック図である。この通信衛星１は、サービスリンクの各ビームを形成するアンテナ６と、フィーダリンクに使用されるアンテナ７と、基地局３から移動局２への下り送信信号を中継する下りトランスポンダ４と、移動局２から基地局３への上り送信信号を中継する上りトランスポンダ５からなる。アンテナ６及びアンテナ７は、下りトランスポンダ４及び上りトランスポンダ５によって共用される。
【０００９】
図１４は、図１３の下りトランスポンダ４の詳細構成を示したブロック図である。下りトランスポンダ４は、マトリクススイッチ４００、複数の周波数変換器４０１、分配器４０２、複数の周波数変換器４０３、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１１〜４１３、コマンド受信器４２０及びマトリクススイッチ制御器４２１により構成される。
【００１０】
周波数変換器４０１は、ビーム＃１〜＃３ごとに設けられ、移動局２への送信に使用されるサービスリンク用のアップコンバータである。一方、周波数変換器４０３は、周波数チャネルｆ１〜ｆ３ごとに設けられ、基地局３からの受信に使用されるフィーダリンク用のダウンコンバータである。また、ＢＰＦ４１１〜４１３も、周波数チャネルｆ１〜ｆ３ごとに設けられ、受信信号の帯域を制限し、対応する周波数チャネルの信号をそれぞれ抽出している。
【００１１】
基地局３から送信されたＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号は、アンテナ７で受信され、分配器４０２によって各周波数変換器４０３及びコマンド受信器４２０へ分配される。各周波数変換器４０３でＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に変換された受信信号は、ＢＰＦ４１１〜４１３において各周波数チャネルｆ１〜ｆ３ごとの信号となり、マトリクススイッチ４００に入力される。
【００１２】
マトリクススイッチ４００は、周波数チャネルをビームに対応づけるビーム切替手段であり、各周波数チャネルは、その周波数チャネルが割り当てられた移動局２の存在するビーム＃１〜＃３に対応づけられている。従って、ＢＰＦ４１１〜４１３から出力された周波数チャネルｆ１〜ｆ３ごとの受信信号は、マトリクススイッチ４００により、ビームごとの周波数変換器４０１に振り分けられ、ＲＦ信号に変換された後にアンテナ６から移動局２へ送信される。
【００１３】
また、コマンド受信器４２０は、基地局３からの衛星コマンドを受信し、マトリクススイッチ制御器４２１が、この衛星コマンドに基づいて、マトリクススイッチ４００を切り替えることによって、ビームハンドオーバーが行われる。
【００１４】
例えば、ビーム＃１内に存在する移動局２が周波数チャネルｆ１を使用して基地局３と通信している場合であれば、基地局３からのＲＦ信号は、周波数変換器４０３でＩＦ信号に変換され、周波数チャネルｆ１のＢＰＦ４１１で帯域制限された後に、マトリクススイッチ４００に入力される。移動局２がビーム＃１に存在するなら、マトリクススイッチ４００は、白丸印のスイッチがオンとなっている。このため、周波数チャネルｆ１のＩＦ信号は、ビーム＃１の周波数変換器４０１へ出力され、ＲＦ信号に変換された後にアンテナ６からビーム＃１へ送信される。
【００１５】
この状態において、移動局２がビーム＃１からビーム＃２へ移動しつつあるとすれば、移動局２が、基地局３に対してビーム切替を要求する。基地局３は、このビーム切替要求に基づいて、周波数チャネルｆ１をビーム＃２に対応づけるようにマトリクススイッチ４００の切り替えを指示する衛星コマンドを生成し、通信衛星１に対して送信する。この結果、マトリクススイッチ４００中のオンされたスイッチが、白丸から黒丸に移動し、ビームハンドオーバーが完了する。
【００１６】
図１５は、図１３の上りトランスポンダ５の詳細構成を示したブロック図である。上りトランスポンダ５は、マトリクススイッチ５００、複数の周波数変換器５０１、合成器５０２、複数の周波数変換器５０３、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５１１〜５１３により構成される。
【００１７】
周波数変換器５０１は、ビーム＃１〜＃３ごとに設けられ、移動局２からの信号受信に使用されるサービスリンク用のダウンコンバータである。一方、周波数変換器５０３は、周波数チャネルｆ１〜ｆ３ごとに設けられ、基地局３への信号送信に使用されるフィーダリンク用のアップコンバータである。また、ＢＰＦ５１１〜５１３も、周波数チャネルｆ１〜ｆ３ごとに設けられ、受信信号の帯域を制限し、対応する周波数チャネルの信号をそれぞれ抽出している。なお、ここでは、便宜上、下り周波数チャネル及び上り周波数チャネルとして同じ記号ｆ１〜ｆ３を用いて説明しているが、下りチャネルと上りチャネルで周波数を異ならせてもよい。例えば、同じ記号ｆ１で示された下りチャネル及び上りチャネルは、異なる周波数であってもよい。
【００１８】
移動局２から送信されたＲＦ信号は、アンテナ６で受信され、各周波数変換器５０１でＩＦ信号に変換された後に、マトリクススイッチ５００へ入力される。マトリクススイッチ５００は、図１４のマトリクススイッチと全く同様のビーム切替手段であり、周波数変換器５０１から出力されたビームごとの受信信号は、マトリクススイッチ５００により、周波数チャネルｆ１〜ｆ３ごとのＢＰＦ５１１〜５１３に振り分けられ、各周波数チャネルの信号が抽出される。そして、周波数変換器５０３においてＲＦ信号に変換され、合成器５０２において各周波数変換器５０３からのＲＦ信号が合成され、アンテナ７から基地局３へ送信される。なお、ビームハンドオーバーにおけるマトリクススイッチ５００の切り替えも、下りトランスポンダ４内のマトリクススイッチ制御器４２１により制御される。
【００１９】
例えば、ビーム＃１内に存在する移動局２が周波数チャネルｆ１を使用して基地局３と通信している場合であれば、マトリクススイッチ５００は、白丸印のスイッチがオンとなり、移動局２がビーム＃１からビーム＃２へ移動すれば、マトリクススイッチ５００中のオンされたスイッチが、白丸から黒丸に移動する。
【００２０】
図１６は、図１２の移動局２の詳細構成を示したブロック図である。この移動局２は、送信部、受信部、ビーム切替要求発生器２００及び送受信アンテナ２１０により構成される。送信部は、多重化処理部２０１、ベースバンド処理部２０２、変調器２０３、周波数変換器２０４及び高出力増幅器（ＨＰＡ）２０５からなる。また、受信部は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２２１、周波数変換器２２２、復調器２２３及びベースバンド処理部２２４からなる。
【００２１】
送信データは、基地局３へ送信するデジタルデータからなるベースバンド信号であり、ベースバンド処理部２０２において、誤り訂正、スクランブル化、フレーム化等の処理が行われた後、変調器２０３で変調されてＩＦ信号となる。このＩＦ信号は、周波数変換器２０４においてＲＦ信号に変換された後、ＨＰＡ２０５で増幅され、アンテナ２１０から通信衛星１に向けて送信される。
【００２２】
また、通信衛星１を介してアンテナ２１０で受信された基地局３からのＲＦ信号は、ＬＮＡ２２１で増幅され、周波数変換器２２２においてＩＦ信号に変換される。このＩＦ信号は、復調器２２３で復調され、ベースバンド処理部２２４において、誤り訂正、スクランブル解除等の処理が行われ、ベースバンド受信信号となる。
【００２３】
ビーム切替要求発生器２００は、自局がビーム間を移動する際、ビーム切替要求を発生する。例えば、基地局３からの信号受信レベルの低下や、カーナビゲーション装置等の位置測定装置により計測された自局の位置情報に基づいてビーム切替要求が行われる。ビーム切替要求発生器２００により生成されたビーム切替要求は、多重化処理部２０１において送信データに多重化され、基地局３へ送信される。
【００２４】
図１７は、図１２の基地局３の詳細構成を示したブロック図である。この基地局３は、送信部、受信部、衛星コマンド発生器３０７、コマンド送信部３０８及び送受信アンテナ３００により構成される。送信部は、ベースバンド処理部３１０、変調器３１１、周波数変換器３１２合成器３１３及びＨＰＡ３１４からなる。また、受信部は、ＬＮＡ３０１、分配器３０２、周波数変換器３０３、復調器３０４、ベースバンド処理部３０５及び切替要求分離器３０６からなる。なお、移動局２中のブロックに相当するブロックには同一名称が付されている。
【００２５】
ベースバンド処理部３１０、変調器３１１及び周波数変換器３１２からなる一連の送信処理系は、周波数チャネルごとに設けられ、それぞれに送信データが入力され、ＲＦ信号が生成される。これらのＲＦ信号は、合成器３１３において合成され、ＨＰＡ３１４で増幅された後にアンテナ３００から通信衛星１に向けて送信される。
【００２６】
また、周波数変換器３０３、復調器３０４、ベースバンド処理部３０５及び切替要求分離器３０６からなる一連の受信処理系も、周波数チャネルごとに設けられている。通信衛星１を介してアンテナ３００で受信された移動局２からのＲＦ信号は、ＬＮＡ３０１で増幅され、分配器３０２で各受信処理系に分配され、周波数チャネルごとのベースバンド受信信号が得られる。
【００２７】
移動局２からの受信データに挿入されているビーム切替要求は、切替要求分離器３０６において他の受信データから分離される。ビーム切替要求を受信した場合、衛星コマンド発生器３０７は、ビーム切替を指示する衛星コマンドを生成する。この衛星コマンドは、コマンド送信器３０８においてＲＦ信号に変換され、合成器３１３において他の送信ＲＦ信号と合成され、通信衛星１に向けて送信される。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通り、従来の衛星通信システムにおけるビーム切り替えは、マトリクススイッチ４００及び５００の切り替えによって行われている。このため、マトリクススイッチの切り替え時に信号が瞬断され、通信データの一部が失われてしまうという問題があった。
【００２９】
また、マトリクススイッチの切替時に、通信衛星１上での信号経路が変更され、遅延時間が変化することによって、受信側における復調時に同期はずれを引き起こし、更に多くの通信データが失われるという問題があった。
【００３０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、マルチビームを形成する衛星通信システムにおいて、通信データが失われ難いビーム切替を行うことを目的とする。また、この様な衛星通信システムに適した基地局及び移動局を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明による衛星通信システムは、マルチビームを形成する通信衛星が、移動局に割り当てられた通信チャネルを移動局の属するビームに対応づけて、移動局及び基地局間の無線通信を中継する衛星通信システムにおいて、移動局が、ビーム切替を要求するビーム切替要求手段を有し、基地局が、移動局からのビーム切替要求に基づいて、通信衛星に対し、ビーム切替時刻を指定する切替時刻指定手段を有し、通信衛星が、基地局により指定されたビーム切替時刻に通信チャネル及びビームの対応関係を切り替えるビーム切替手段を有する。この様な構成により、通信衛星におけるビーム切替のタイミングを基地局から指定することができる。
【００３２】
また、本発明による衛星通信システムは、上記基地局が、ビーム切替時刻に通信衛星において中継されるダミーデータを下り送信データに挿入するダミーデータ挿入手段を有する。この様な構成により、ビーム切替時の瞬断によって下り送信データが失われるのを防止することができる。
【００３３】
また、本発明による衛星通信システムは、上記移動局が、ビーム切替時刻に通信衛星において中継されるダミーデータを上り送信データに挿入するダミーデータ挿入手段を有する。この様な構成により、ビーム切替時の瞬断によって上り送信データが失われるのを防止することができる。
【００３４】
また、本発明による衛星通信システムは、上記基地局が、移動局に対し、ダミーデータの挿入タイミングを指定する挿入タイミング指示手段を有し、上記ダミーデータ挿入手段が、この挿入タイミングに基づいて、上り送信データにダミーデータを挿入する。この様な構成により、上り送信データにダミーデータを挿入するタイミングを基地局から指定することができる。
【００３５】
また、本発明による衛星通信システムは、上記挿入タイミング指示手段が、移動局におけるダミーデータの挿入タイミングを基地局からの信号受信時を基準として指定する。この様な構成により、正確な時刻発生器を有しない移動局において上り送信データにダミーデータを挿入することができる。
【００３６】
また、本発明による基地局は、マルチビームを形成する通信衛星が、移動局に割り当てられた通信チャネルを移動局の属するビームに対応づけることによって、通信衛星を介して移動局との通信を行う基地局において、移動局からのビーム切替要求に基づいて、通信衛星に対し、ビーム切替時刻を指定する切替時刻指定手段と、ビーム切替時刻に通信衛星において中継されるダミーデータを下り送信データに挿入するダミーデータ挿入手段を有する。
【００３７】
また、本発明による移動局は、マルチビームを形成する通信衛星が、移動局に割り当てられた通信チャネルを移動局の属するビームに対応づけることによって、通信衛星を介して基地局との通信を行う移動局において、基地局に対してビーム切替を要求するビーム切替要求手段と、基地局から指定されるビーム切替時刻及び通信衛星の軌道情報に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを求めるタイミング制御手段と、この挿入タイミングに基づいて、下り送信データにダミーデータを挿入するダミーデータ挿入手段とを備える。
【００３８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による衛星通信システムの要部の一構成例を示したブロック図であり、基地局３の構成が示されている。この基地局３を図１７（従来の技術）の場合と比較すれば、時刻発生器３２１、衛星軌道予測器３２２、タイミング制御器３２３及びダミーデータ挿入部３２４を備えている点で異なる。
【００３９】
時刻発生器３２１は、正確な時刻データを生成し、タイミング制御器３２３へ出力している。この時刻データは、後述する通信衛星１内の時刻データとの誤差が、ビーム切替時の瞬断時間に比べて十分に短くなる精度を有していることが望ましい。ここでは、時刻発生器３２１により生成された時刻データが、ビーム切替時の瞬断時間に比べて十分に高い精度を有しているものとする。
【００４０】
衛星軌道予測器３２２は、通信衛星１の軌道情報を演算によって正確に予測し、タイミング制御器３２３へ出力している。この軌道情報は、それに基づいて求められる通信衛星１、基地局３間の信号伝搬時間がビーム切替時の瞬断時間に比べて十分に短くなる精度を有しているものとする。
【００４１】
タイミング制御器３２３は、移動局２からビーム切替の要求があった場合、時刻データ及び衛星軌道情報に基づいて、通信衛星１におけるビーム切替時刻を決定するとともに、基地局３の送信データにダミーデータを挿入するタイミングを決定している。ダミーデータ挿入部３２４は、この挿入タイミングに基づいて送信データにダミーデータを挿入する。
【００４２】
図２は、本発明の実施の形態１による通信衛星１の要部の一構成例を示したブロック図であり、下りトランスポンダ４の構成が示されている。この下りトランスポンダ４を図１４（従来の技術）の場合と比較すれば、時刻発生器４２２を備えている点で異なる。
【００４３】
時刻発生器４２２は、正確な時刻データを生成し、マトリクススイッチ制御器４２１へ出力している。この時刻データは、ビーム切替時の瞬断時間に比べて十分に高い精度を有しているものとする。マトリクススイッチ制御器４２１は、ビーム切替時刻を含む衛星コマンドをコマンド受信器４２０から受け取っている。そして、時刻発生器４２２からの時刻データが、ビーム切替時刻に一致すれば、マトリクススイッチ４００及び５００の切り替えを行う。
【００４４】
図３は、本発明の実施の形態１による衛星通信システムの動作の一例を示したシーケンス図であり、通信衛星１、移動局２及び基地局３の各動作が示されている。移動局２は、自局のビーム間移動を検知した場合、基地局３に対しビーム切替を要求する。すなわち、送信データにビーム切替要求を多重化して、通信衛星１を介して、基地局３へ送信する。このビーム切替要求は、基地局３の切替要求分離器３０６において受信データから分離され、タイミング制御器３２３へ出力される。
【００４５】
タイミング制御器３２３は、このビーム切替要求に基づいて、まず、ビーム切替時刻を決定する。ビーム切替時刻は、通信衛星１においてマトリクススイッチ４００及び５００を切り替える時刻であり、衛星コマンドの伝搬遅延時間などを考慮して決定される。衛星コマンド発生器３０７は、この様にして決定されたビーム切替時刻を含む衛星コマンドを生成する。この衛星コマンドが、コマンド送信器３０８でＲＦ信号に変換され、合成器３１３及びＨＰＡ３１４を介して、アンテナ３００から通信衛星１へ向けて送信される。
【００４６】
次に、タイミング制御器３２３は、このビーム切替時刻に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを決定する。このタイミングは、挿入されたダミーデータが、ビーム切替時刻において通信衛星１で中継されるように決定される。すなわち、衛星軌道情報に基づいて、基地局３から通信衛星１までの信号伝搬時間が演算により求められ、ビーム切替時刻から、信号伝搬時間、基地局３での遅延時間及び通信衛星１での遅延時間を逆算することにより、挿入タイミングが求められる。
【００４７】
ダミーデータ挿入部３２４は、この挿入タイミングに基づいて送信データにダミーデータを挿入する。ダミーデータの挿入された送信データは、通常の送信データと同様にして、変調器３１１で変調され、周波数変換器３１２でＲＦ信号に変換された後、合成器３１３及びＨＰＡ３１４を介して、アンテナ３００から通信衛星１へ向けて送信される。この様にして、ビーム切替時刻において、通信衛星１の下りトランスポンダ４内のマトリクススイッチ４００を通過する送信信号をダミーデータにすることができる。
【００４８】
ここで、マトリクススイッチ４００の切り替えによる瞬断は所定の時間幅（つまり瞬断時間）を有している。このため、挿入されるダミーデータの長さをこの瞬断時間以上にすれば、瞬断時間中に通信衛星１を通過する基地局３からの全ての送信信号をダミーデータとすることができるので、ダウンリンクの通信データが失われるのを防止できる。
【００４９】
本実施の形態によれば、基地局３がビーム切替時刻を決定し、通信衛星１がこのビーム切替時刻にビーム切替を行うとともに、基地局３が、送信データにダミーデータを挿入している。また、この挿入タイミングは、ビーム切替時刻及び衛星軌道情報に基づいて決定される。このため、ビーム切替時刻に、通信衛星１で中継される基地局３からの送信信号をダミーデータとすることができ、ビーム切替によりダウンリンクの通信データが失われるのを防止できる。
【００５０】
実施の形態２．
実施の形態１では、基地局３からの送信信号にダミーデータを挿入し、ダウンリンクの通信データがビーム切替時に失われない衛星通信システムについて説明した。これに対し、本実施の形態では、移動局２からの送信信号にダミーデータを挿入し、アップリンクの通信データがビーム切替時に失われない衛星通信システムについて説明する。
【００５１】
図４は、本発明の実施の形態２による衛星通信システムの要部の一構成例を示したブロック図であり、基地局３の構成が示されている。この基地局３を図１（実施の形態１）の場合と比較すれば、タイミング制御器３２３及びダミーデータ挿入部３２４に代えて、タイミング制御器３３０及び切替情報挿入部３３１を備えている点で異なる。
【００５２】
タイミング制御器３３０は、移動局２からビーム切替の要求があった場合に、実施の形態１の場合と同様にして、通信衛星１におけるビーム切替時刻を決定する。本実施の形態では、更に、このビーム切替時刻を切替情報として切替情報挿入部３３１へ出力し、切替情報挿入部３３１が、この切替情報を送信データに挿入する。
【００５３】
図５は、本発明の実施の形態２による移動局２の一構成例を示したブロック図である。この移動局２を図１６（従来の技術）の場合と比較すれば、切替情報分離器２３０、時刻発生器２３１、タイミング制御器２３２、ダミーデータ挿入部２３３及び衛星軌道予測器２３４を備えている点で異なる。
【００５４】
切替情報分離器２３０は、基地局３からの受信データに挿入されている切替情報としてのビーム切替時刻を他の受信データから分離して、タイミング制御器２３２及び衛星軌道予測器２３４に出力している。
【００５５】
時刻発生器２３１は、正確な時刻データを生成し、タイミング制御器２３２へ出力している。この時刻データは、通信衛星１内の時刻データとの誤差が、ビーム切替時の瞬断時間に比べて十分に短くなる精度を有していることが望ましい。ここでは、時刻発生器２３１により生成された時刻データが、ビーム切替時の瞬断時間に比べて十分に高い精度を有しているものとする。
【００５６】
衛星軌道予測器２３４は、ビーム切替時における通信衛星１の軌道情報を演算によって正確に予測し、タイミング制御器２３２へ出力している。この軌道情報は、それに基づいて求められる通信衛星１、移動局２間の信号伝搬時間がビーム切替時の瞬断時間に比べて十分に短くなる精度を有しているものとする。
【００５７】
タイミング制御器２３２は、基地局３から切替情報としてビーム切替時刻が送信された場合、時刻データ、衛星軌道情報及びビーム切替時刻に基づいて、移動局２の送信データにダミーデータを挿入するタイミングを決定している。ダミーデータ挿入部２３３は、この挿入タイミングに基づいて送信データにダミーデータを挿入する。
【００５８】
図６は、本発明の実施の形態２による衛星通信システムの動作の一例を示したシーケンス図であり、通信衛星１、移動局２及び基地局３の各動作が示されている。移動局２は、自局のビーム間移動を検知した場合、基地局３に対しビーム切替を要求し、基地局３の切替要求分離器３０６において受信データから切替要求が分離され、タイミング制御器３３０へ出力される。
【００５９】
タイミング制御器３３０は、このビーム切替要求に基づいて、ビーム切替時刻を決定する。衛星コマンド発生器３０７は、このビーム切替時刻を含む衛星コマンドを生成し、この衛星コマンドがアンテナ３００から通信衛星１へ向けて送信される。また、切替情報挿入部３３１が、上記ビーム切替時刻を含む切替情報を送信データに挿入し、送信データと同様にしてアンテナ３００から通信衛星１へ向けて送信される。
【００６０】
この切替情報は、移動局２の切替情報分離器２３０において受信データから分離され、タイミング制御器２３２へ出力される。タイミング制御器２３２は、この切替情報に含まれるビーム切替時刻に基づいて、ダミーデータの挿入タイミングを決定する。このタイミングは、挿入されたダミーデータが、ビーム切替時刻において通信衛星１で中継されるように決定される。すなわち、衛星軌道情報に基づいて、移動局２から通信衛星１までの信号伝搬時間が演算により求められ、ビーム切替時刻から、信号伝搬時間、移動局２での遅延時間及び通信衛星１での遅延時間を逆算することにより、挿入タイミングが求められる。
【００６１】
ダミーデータ挿入部２３３は、この挿入タイミングに基づいて送信データにダミーデータを挿入する。ダミーデータの挿入された送信データは、通常の送信データと同様にして、変調器２０３で変調され、周波数変換器２０４でＲＦ信号に変換された後、ＨＰＡ２０５を介して、アンテナ２１０から通信衛星１へ向けて送信される。この様にして、ビーム切替時刻において、通信衛星１の上りトランスポンダ５内のマトリクススイッチ５００を通過する送信信号をダミーデータにすることができる。
【００６２】
ここで、マトリクススイッチ５００の切り替えによる瞬断は所定の時間幅（つまり瞬断時間）を有している。このため、挿入されるダミーデータの長さをこの瞬断時間以上にすれば、瞬断時間中に通信衛星１を通過する移動局２からの全ての送信信号をダミーデータとすることができるので、アップリンクの送信データが失われるのを防止できる。
【００６３】
実施の形態３．
実施の形態２では、移動局２において挿入タイミングを決定し、送信信号にダミーデータを挿入する衛星通信システムについて説明した。これに対し、本実施の形態では、移動局２によるダミーデータの挿入タイミングを基地局３が決定して移動局２に対して指示する衛星通信システムについて説明する。
【００６４】
図７は、本発明の実施の形態３による衛星通信システムの要部の一構成例を示したブロック図であり、基地局３の構成が示されている。この基地局３を図４（実施の形態２）の場合と比較すれば、タイミング制御器３３０及び切替情報挿入部３３１に代えて、タイミング制御器３４０及びタイミング指示挿入部３４１を備えている点で異なる。
【００６５】
タイミング制御器３４０は、実施の形態１及び２の場合と同様、移動局２からビーム切替の要求があった場合、通信衛星１におけるビーム切替時刻を決定する。本実施の形態では、更に、タイミング制御器３４０が、移動局２において送信データにダミーデータを挿入するタイミングを決定し、この挿入タイミングを移動局２に対して指示するタイミング指示データをタイミング指示挿入部３４１へ出力する。タイミング指示挿入部３４１は、タイミング指示データを送信データに挿入する。
【００６６】
図８は、本発明の実施の形態３による移動局２の一構成例を示したブロック図である。この移動局２を図５（実施の形態２）の場合と比較すれば、時刻発生器２３１及び衛星軌道予測器２３４を有しない点で異なる。また、切替情報分離器２３０及びタイミング制御器２３２に代えて、タイミング指示分離器２４０及びタイミング制御器２４１を備えている点で異なる。
【００６７】
タイミング指示分離器２４０は、基地局３からの受信データに挿入されているタイミング指示データを他の受信データから分離して、タイミング制御器２４１に出力している。
【００６８】
タイミング制御器２４１は、基地局３からタイミング指示データが送信された場合、このタイミング指示データに基づいて、移動局２の送信データにダミーデータを挿入するタイミングを決定している。ダミーデータ挿入部２３３は、この挿入タイミングに基づいて送信データにダミーデータを挿入する。
【００６９】
このとき、タイミング制御器２４１は、正確な時刻データを用いることなく、タイミング指示データを受信した時刻を基準として、挿入タイミングを決定している。例えば、タイミング制御器２４１がタイミング指示データを受け取ると、直ちにダミーデータ挿入部２３３にダミーデータの挿入を行わせ、あるいは、一定時間の経過又はタイミング指示データに含まれる指定時間の経過をタイマ計測した後にダミーデータの挿入を行わせる。
【００７０】
図９は、本発明の実施の形態３による衛星通信システムの動作の一例を示したシーケンス図であり、通信衛星１、移動局２及び基地局３の各動作が示されている。移動局２からのビーム切替要求は、基地局３の切替要求分離器３０６において受信データから分離され、タイミング制御器３４０へ出力される。
【００７１】
タイミング制御器３４０は、このビーム切替要求に基づいて、ビーム切替時刻を決定する。衛星コマンド発生器３０７は、このビーム切替時刻を含む衛星コマンドを生成し、この衛星コマンドがアンテナ３００から通信衛星１へ向けて送信される。
【００７２】
また、タイミング制御器３４０は、このビーム切替時刻に基づいて、移動局２におけるダミーデータの挿入タイミングを決定する。このタイミングは、移動局２で挿入されたダミーデータが、ビーム切替時刻において通信衛星１で中継されるように決定される。すなわち、衛星軌道情報及び移動局２の属するビームの位置情報に基づいて、移動局２から通信衛星１までの信号伝搬時間が演算により求められ、ビーム切替時刻から、この信号伝搬時間、移動局２での遅延時間及び通信衛星１での遅延時間を逆算することにより、挿入タイミングが求められる。
【００７３】
タイミング制御器３４０は、更に、この挿入タイミングに基づいて、タイミング指示データを生成して、タイミング指示挿入部３４１へ出力する。指示挿入部挿入部３４１は、このタイミング指示データを送信データに挿入する。
【００７４】
ここで、タイミング指示データの送信データへの挿入位置が、移動局２においてダミーデータを挿入するための基準時刻となる。このため、タイミング制御器３４０は、タイミング指示データの挿入タイミングを決定し、タイミング指示挿入部３４１に対し、タイミング指示データの挿入タイミングを出力している。このタイミングは、衛星軌道情報及び移動局２の属するビームの位置情報に基づいて、基地局３においてタイミング指示データを送信データに挿入してから、移動局２においてタイミング指示データが分離されるまでの時間を考慮して決定される。
【００７５】
このタイミング指示データは、移動局２のタイミング指示分離器２４０において受信データから分離され、タイミング制御器２４１へ出力される。タイミング制御器２４１は、タイミング指示データに基づいてダミーデータの挿入タイミングを決定する。すなわち、タイミング指示データの受信時刻を基準とすることにより、別途、時刻データを用いることなく、ダミーデータの挿入タイミングを決定している。ダミーデータ挿入部２３３は、この挿入タイミングに基づいて送信データにダミーデータを挿入する。
【００７６】
本実施の形態によれば、基地局３が、移動局２におけるダミーデータの挿入タイミングを指定し、移動局２が、このタイミング指示に基づいて、送信データにダミーデータを挿入している。このため、移動局２が、正確な時刻発生器を有しなくても、実施の形態２の場合と同様、ビーム切替によりアップリンクの通信データが失われるのを防止できる。
【００７７】
実施の形態４．
実施の形態３では、基地局３が、移動局２の属するビームの位置情報に基づいて、移動局２におけるダミーデータの挿入タイミングを求める衛星通信システムについて説明した。これに対し、本実施の形態では、基地局３が、移動局２により計測された位置情報に基づいて、移動局２におけるダミーデータの挿入タイミングを求める衛星通信システムについて説明する。
【００７８】
図１０は、本発明の実施の形態４による衛星通信システムの要部の一構成例を示したブロック図であり、移動局２の構成が示されている。この移動局２を図８（実施の形態３）の場合と比較すれば、位置検出器２５０を備えている点で異なる。
【００７９】
位置検出器２５０は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信し、自局の位置を特定する位置測定手段であり、計測された位置情報をビーム切替要求発生器２００に出力している。ビーム切替要求発生器２００は、この位置情報を含むビーム切替要求を生成する。その後、送信データに多重化され、基地局３へ送信される動作は、上記の各実施の形態の場合と同様である。
【００８０】
本実施の形態における基地局３の構成は、図７（実施の形態３）の場合と同様であり、上記ビーム切替要求は、基地局３の切替要求分離器３０６において、他の受信データから分離され、タイミング制御器３４０へ出力される。タイミング制御器３４０は、このビーム切替要求に含まれる移動局２の位置情報に基づいて、タイミング指示データを生成し、タイミング指示挿入部３４１へ出力する。その後の動作は、実施の形態３の場合と全く同様である。
【００８１】
実施の形態３では、移動局２の位置情報を当該移動局２が属するビームの位置情報で代用している。この場合、最大でビーム幅に相当する誤差が発生し得る。このため、移動局２、通信衛星１間の信号遅延時間を精度よく求めることができない。しかし、移動局２が、ビーム幅よりも高い精度で自局の位置を測定することができる場合には、計測された位置情報を用いることにより、より精度よくダミーデータの挿入を行なうことができる。実施の形態によれば、実施の形態３の場合に比べて、ビーム切替時に挿入するダミーデータの長さを短くすることができ、伝送効率を向上させることができる。
【００８２】
実施の形態５．
本実施の形態では、上記の実施の形態１〜４に好適な衛星通信システムの具体例について説明する。図１１は、ＧＰＳ衛星を用いた測位システムの一構成例を示した概略図である。図中の１０は準天頂衛星、２は移動局、３は基地局、１１〜１４はＧＰＳ衛星、２０は電子基準点である。
【００８３】
準天頂衛星１０は、移動局２、基地局３間の無線通信を中継する通信衛星である。従来の通信衛星は、静止衛星や低軌道の周回衛星であり、いずれも移動局２でのアンテナ仰角が小さく、建物、木立などが通信の障害となるシャドウイングが生じ易い。これに対して、準天頂衛星は、静止衛星よりも高度が高い長楕円軌道を周回させる衛星（８の字衛星など）であり、準天頂を通過させることによって、大きなアンテナ仰角を確保することができる。このため、通信衛星として準天頂衛星１０を用いることによって、シャドウイングが生じ難い移動体通信システムを提供することができる。
【００８４】
ＧＰＳ衛星１１〜１４は、正確な時刻データを出力する時刻発生器、例えば原子時計を内蔵し、この時刻データに基づいて電波を発信する移動衛星である。移動局２は、３以上のＧＰＳ衛星１１〜１４からの送信信号を受信することにより、自局の位置を測定することができる。
【００８５】
すなわち、移動局２が、正確な時刻発生器を備えている場合、３個のＧＰＳ衛星１１〜１３から電波を受信すれば、これらの受信時刻に基づいて移動局２から各ＧＰＳ衛星１１〜１３までの距離Ｒ１〜Ｒ３をそれぞれ求めることができる。このため、各ＧＰＳ衛星１１〜１３の軌道情報が既知であれば、自局の位置を演算によって求めることができる。
【００８６】
また、移動局２が、正確な時刻発生器を備えていない場合でも、４個のＧＰＳ衛星１１〜１４からの電波を受信することができれば、自局の位置を正確に求めることができる。一般に、移動局２は、小型化、軽量化のために正確な時刻発生器を備えていない場合が多く、通常は、４個のＧＰＳ衛星１１〜１４を用いて測位を行っている。しかしながら、移動局２は、常に４個のＧＰＳ衛星１１〜１４から電波を受信できるとは限らない。
【００８７】
ここで、準天頂衛星１０が、正確な時刻発生器を内蔵し、この時刻データに基づいて電波を発信すれば、ＧＰＳ衛星の一つとして使用することができる。準天頂衛星１０はシャドーイングが生じにくいことから、移動局２は、より多くのＧＰＳ衛星から電波を受信できる可能性が高くなる。つまり、準天頂衛星１０が従来のＧＰＳ衛星１１〜１４を補完することによって、常に正確な測位を行うことができる測位システムを提供することができる。
【００８８】
この様にして、準天頂衛星１０を通信衛星として用いるとともに、ＧＰＳ衛星の一つとして用いることができる。換言すれば、同じ準天頂衛星１０を用いて、通信サービスと測位サービスからなる複合サービスを提供することができる。
【００８９】
電子基準点２０は、地上に固定的に設置され、ＧＰＳ衛星１１〜１４からの電波を受信する受信装置である。この電子基準点２０は、その正確な位置が既知であるため、ＧＰＳ衛星１１〜１４からの電波を受信することにより求められる位置情報について、その誤差を計測することができる。移動局２がこの誤差情報を用いることができれば、ＧＰＳ測位の誤差を補償することにより、より精度の高い測位を行うことができる。
【００９０】
このため、電子基準点２０で計測された誤差情報は、基地局３から通信衛星１を介して移動局２に送信される。移動局２は、この誤差情報に基づいて、ＧＰＳ衛星１１〜１４や準天頂衛星１０を用いて求められた位置情報の誤差を補償し、より高精度の位置情報を計測することができる。
【００９１】
この様にして、準天頂衛星１０が、通信サービスと測位サービスからなる複合サービスを提供することにより、その相乗効果として測位精度を向上させることができる。実施の形態１〜４の通信衛星１として、この様な準天頂衛星１０を用いた場合、ＧＰＳのための時刻発生器をビームハンドオーバーにも共用することができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、マルチビームを形成する衛星通信システムにおいて、通信データが失われ難いビーム切替を行うことができる。また、この様な衛星通信システムに適した基地局及び移動局を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による衛星通信システムの要部の一構成例を示したブロック図であり、基地局３の構成が示されている。
【図２】本発明の実施の形態１による通信衛星１の要部の一構成例を示したブロック図であり、下りトランスポンダ４の構成が示されている。
【図３】本発明の実施の形態１による衛星通信システムの動作の一例を示したシーケンス図である。
【図４】本発明の実施の形態２による衛星通信システムの要部の一構成例を示したブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２による移動局２の一構成例を示したブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２による衛星通信システムの動作の一例を示したシーケンス図である。
【図７】本発明の実施の形態３による衛星通信システムの要部の一構成例を示したブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３による移動局２の一構成例を示したブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３による衛星通信システムの動作の一例を示したシーケンス図である。
【図１０】本発明の実施の形態４による衛星通信システムの要部の一構成例を示したブロック図であり、移動局２の構成が示されている。
【図１１】ＧＰＳ衛星を用いた測位システムの一構成例を示した概略図である。
【図１２】従来の通信衛星システムの一例を示した概略図である。
【図１３】図１２の通信衛星１の一構成例を示したブロック図である。
【図１４】図１３の下りトランスポンダ４の詳細構成を示したブロック図である。
【図１５】図１３の上りトランスポンダ５の詳細構成を示したブロック図である。
【図１６】図１２の移動局２の詳細構成を示したブロック図である。
【図１７】図１２の基地局３の詳細構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１  通信衛星、２  移動局、３  基地局、４  下りトランスポンダ、
５  上りトランスポンダ、６，７  アンテナ、２００  ビーム切替要求発生器、
２０１  多重化処理部、２３０  切替情報分離器、２３１  時刻発生器、
２３２  タイミング制御器、２３３  ダミーデータ挿入部、
２３４  衛星軌道予測器、２４０  タイミング指示分離器、
２４１  タイミング制御器、２５０  位置検出器、３０６  切替要求分離器、
３０７  衛星コマンド発生器、３０８  コマンド送信器、３２１  時刻発生器、
３２２  衛星軌道予測器、３２３，３３０，３４０  タイミング制御器、
３２４  ダミーデータ挿入部、３３１  切替情報挿入部、
３４１  タイミング指示挿入部、４００  マトリクススイッチ、
４２０  コマンド受信器、４２１  マトリクススイッチ制御器、
４２２  時刻発生器、５００  マトリクススイッチ
【図１】
2004304287.tif 000003
【図２】
2004304287.tif 000004
【図３】
2004304287.tif 000005
【図４】
2004304287.tif 000006
【図５】
2004304287.tif 000007
【図６】
2004304287.tif 000008
【図７】
2004304287.tif 000009
【図８】
2004304287.tif 000010
【図９】
2004304287.tif 000011
【図１０】
2004304287.tif 000012
【図１１】
2004304287.tif 000013
【図１２】
2004304287.tif 000014
【図１３】
2004304287.tif 000015
【図１４】
2004304287.tif 000016
【図１５】
2004304287.tif 000017
【図１６】
2004304287.tif 000018
【図１７】
2004304287.tif 000019