(57)【要約】【課題】基地局に負担をかけることなく、降雨減衰による通信環境の悪化を防止して、良好な通信を行う。【解決手段】各端末は、周回衛星の衛星軌道を計算する手段（衛星位置情報算出部２５）と、周回衛星を追尾する手段（アンテナ制御部２２）と、周回衛星からの送信電力情報、衛星軌道情報に基づく周回衛星の位置、および受信電力とに基づいて降雨減衰を測定する手段（伝搬減衰算出部２４）とを有している。測定した降雨減衰情報に基づいて、周回衛星の切り替えを行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上の基地局と複数の端末が周回衛星を介して通信を行う衛星通信システムであって、
前記基地局及び前記各端末は、前記周回衛星の衛星軌道を計算する手段と、前記周回衛星を追尾する手段と、前記周回衛星からの送信電力情報、前記衛星軌道情報に基づく前記周回衛星の位置、および受信電力とに基づいて降雨減衰を測定する手段とを有し、
前記測定した降雨減衰情報に基づいて、前記周回衛星の切り替えを行うことを特徴とする衛星通信システム。
【請求項２】
前記各端末が主導して、前記測定した降雨減衰情報に基づいて、前記周回衛星の切り替えを行うことを特徴とする請求項１記載の衛星通信システム。
【請求項３】
前記各端末が測定した前記降雨減衰情報に基づいて、前記各端末における送信電力を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の衛星通信システム。
【請求項４】
前記各端末が測定した前記降雨減衰情報を前記基地局に送信することにより、前記基地局が前記降雨減衰情報に基づいて通信環境を判定することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の衛星通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上の基地局と複数の端末が周回衛星を介して通信を行う衛星通信システムに関し、特に周回衛星の切り替え（ハンドオーバー）に特徴を有する衛星通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在利用されている衛星通信システムとしては、静止衛星を利用する衛星通信システムと、周回衛星を利用する衛星通信システムとが存在する。
さらに、周回衛星を利用する衛星通信システムには、携帯電話などの低速通信サービスを行うシステムと、データ伝送などの高速通信サービスを行うシステムとが存在する。
【０００３】
高速通信サービスを行う衛星通信システムでは、サービスエリアに対して基地局と多数の固定端末が存在し、周回衛星を介して基地局と端末が通信を行う形態の通信システムが考えられている。このような高速通信サービスを行うためには、常にアンテナを衛星方向に向けて電波を受信しながら通信を行わなければならず、周回衛星を追尾する方法として、基地局および各端末は、周回衛星の軌道を計算してアンテナを動かすことにより周回衛星を追尾したり、あるいは、基地局が周回衛星の軌道を計算し、周回衛星の軌道情報を各端末に知らせて、各端末がアンテナを動かすことにより周回衛星を追尾する等の方法が採用されている。
【０００４】
周回衛星を使用した衛星通信システムでは、周回衛星が地球の周りを常に周回しているため、１つの周回衛星の使用時間は限られており、通信を途絶えさせないためには、次々に通信する周回衛星を切り替えなければならない。
特に、低軌道周回衛星を使用したシステムでは、１つの周回衛星を利用できる時間が１０〜２０分程度に限られており、通信を途切れさせないためには、通信可能な周回衛星に対して次々と通信を切り替えなければならい。
【０００５】
このため、図１に示すように、１つのサービスエリアにおいて周回衛星を最低２個以上使用できるようなシステムが採用されている。また、このような衛星通信システムでは、各端末が周回衛星と通信するためには、必ず周回衛星の方向にアンテナを向けなければならない。このため、周回衛星を切り替える場合には、現在、通信している周回衛星と次に通信する周回衛星の２個の周回衛星を補足しなければならず、通常の場合、２個のアンテナもしくは、２個の周回衛星を補足可能なアンテナシステムを備えている。
【０００６】
従来の衛星通信システムでは、現在、通信している周回衛星が地表に隠れてしまう以前に、サービスエリア内に存在する各端末の全てを十分仰角のある他の周回衛星へ段階的に切り替えることにより、周回衛星の切り替えを行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図３は、段階的に周回衛星の切り替えを行う従来の衛星通信システムを示す模式図、図５は、段階的に周回衛星の切り替えを行う従来の衛星通信システムのシーケンスを示す説明図である。
【０００８】
すなわち、従来の衛星通信システムでは、図３に示すように、現在、通信している周回衛星１ｂが地表に隠れてしまいそうな場合に、当該周回衛星１ｂの通信スポット範囲５内に存在する端末のうち、周回衛星１ｂとの通信が途絶えてしまう端末２ｅ，２ｆにおけるアンテナの向きを切り替えて、正常に通信を行うことが可能な周回衛星１ａの方向へ向かせて、他の各端末２ａ〜２ｄと同様に、周回衛星１ａの通信スポット範囲４内に入るようにしている。
【０００９】
この場合、図５に示すように、各端末に対するハンドオーバー要求に対して、ハンドオーバー応答が返ってきた各端末毎に、段階的にハンドオーバーを行うようにしている。
【００１０】
また、従来の衛星通信システムでは、サービスエリア内の無線品質を基地局が監視して、無線品質が劣化すると周回衛星を切り替える方法が採用されている。
【００１１】
また、各端末の送信電力制御に関して、通常の場合には、各端末側は、受信電力から想定される送信電力を算出して周回衛星に送出し、さらに、周回衛星側で各端末からの受信電力を算出することにより、周回衛星側が、各端末に対して送信電力を上下するような指示を送り、各端末の電力制御を行う閉ループの電力制御が行われている。
【００１２】
これに対して、周回衛星側の送信電力制御は、通常の場合、上述した端末における閉ループの電力制御は行わず、サービスエリアの全領域をカバーするように送信出力を設計しているので、送信出力は常に一定で、送信電力制御は行われない。
【００１３】
【特許文献１】
特開平５−２１８９２８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、個々の端末の設置環境は一様に同じではなく、場所によっては、晴天、小雨、または大雨の場合など様々な状況におかれている。
例えば、図２に示すように、雨雲８が発生し、突然の大雨となった場合には、ある特定の場所だけ降雨減衰などで通信環境が急激に悪くなるため、周回衛星の切り替えを行わなければならない。図２に示す例では、雨雲８の影響により、端末２ｃと周回衛星６の間における通信環境が悪化している。
【００１５】
通常の場合、基地局側における通信品質の監視は、全端末からの受信データに基づいて総合して通信品質を算出するため、特定の場所だけの通信環境の悪化があったとしても、全体の通信品質には、それほど影響を及ぼさない場合があり、衛星の切り替えが行われずに、通信が途切れてしまうという問題があった。
【００１６】
また、基地局が通信環境の悪化に気付いても、段階的に周回衛星の切り替えを行うために、通信が途絶えてしまうことがあった。さらに、周回衛星の切り替えを行った場合においても、必ずしも、通信環境が良好な状態となるとは限らず、周回衛星を切り替えてすぐに周回衛星との通信が途絶えてしまうこともあった。
【００１７】
このような場合、端末側が、降雨減衰などの減衰情報を測定して無線通信環境の状況を把握して、端末側が主導となって自主的に周回衛星を切り替えなければならない。あるいは、端末側が、基地局に指示を出して、周回衛星の切り替えを行うようにしなければならない。
【００１８】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、基地局に負担をかけることなく、降雨減衰による通信環境の悪化を防止して、良好な通信を行うことが可能な衛星通信システムを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る衛星通信システムは、地上の基地局と複数の端末が周回衛星を介して通信を行う衛星通信システムであって、前記基地局及び前記各端末は、前記周回衛星の衛星軌道を計算する手段と、前記周回衛星を追尾する手段と、前記周回衛星からの送信電力情報、前記衛星軌道情報に基づく前記周回衛星の位置、および受信電力とに基づいて降雨減衰を測定する手段とを有し、前記測定した降雨減衰情報に基づいて、前記周回衛星の切り替えを行うことを特徴とするものである。
【００２０】
このような構成とすることにより、衛星の位置情報、衛星からの送信電力情報、および受信電力から降雨減衰を計算して、ハンドオーバーの実行を決定することができる。
【００２１】
また、前記衛星通信システムにおいて、前記各端末が主導して、前記測定した降雨減衰情報に基づいて、前記周回衛星の切り替えを行うことを特徴とする。
【００２２】
このような構成とすることにより、各端末において、算出された降雨減衰情報に基づきハンドオーバーを行うか否かを決定することができる。
【００２３】
また、前記衛星通信システムにおいて、前記各端末が測定した前記降雨減衰情報に基づいて、前記各端末における送信電力を制御する事を特徴とする。
【００２４】
このような構成とすることにより、算出された降雨減衰情報に基づいて、各端末の送信電力を決定することができる。
【００２５】
また、前記衛星通信システムにおいて、前記各端末が測定した前記降雨減衰情報を前記基地局に送信することにより、前記基地局が前記降雨減衰情報に基づいて通信環境を判定することを特徴とする。
【００２６】
このような構成とすることにより、算出された各端末の降雨減衰情報を基地局に送信して、降雨減衰情報に基づいて基地局が無線通信環境の判定を行うことができる。
【００２７】
すなわち、本発明に係る衛星通信システムによれば、降雨減衰などの予測できない環境の変化が生じた場合であっても、周回衛星と端末との通信が途絶えることはない。また、端末側で降雨減衰を測定して無線環境を測定しているため、基地局側の負荷を軽減することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る衛星通信システムの実施形態を説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る衛星通信システムの実施形態を示す模式図である。また、図２は、端末の設定環境と周回衛星の位置関係を示す模式図である。
【００３０】
本発明の実施形態に係る衛星通信システムは、全世界をカバーしてサービスエリアとするため、図１に示すように、１つのサービスエリア（３ａ〜３ｃ）に対して、常に２つ以上の周回衛星（１ａ〜１ｆのうちのいずれか２つ以上）が通信可能な状態となるように構成されている。具体的には、サービスエリア３ａに対して、周回衛星１ａ，１ｂが通信可能な状態となっており、サービスエリア３ｂに対して、周回衛星１ｄ，１ｅが通信可能な状態となっており、サービスエリア３ｃに対して、周回衛星１ｂ，１ｃ，１ｅ，１ｆが通信可能な状態となっている。
【００３１】
すなわち、本発明の実施形態に係る衛星通信システムは、１つのサービスエリアに対して基地局と多数の端末が存在し、端末はビルまたは家の屋上などに設置される様な固定式の端末であって、全方位からの電波を送受信することができるような可動式のアンテナを有している。また、各端末は、衛星軌道を算出する手段と、降雨減衰を算出する手段を有しており、周回衛星を介して基地局と通信を行う際に、通信の切り替え（ハンドオーバー）を行うようになっている。
【００３２】
図４は、本発明の実施形態に係る衛星通信システムに使用する端末の構成を示すブロック図である。
【００３３】
本発明の実施形態に係る衛星通信システムに使用する端末は、図４に示すように、受信処理部２１、アンテナ制御部２２、送信電力情報抽出部２３、伝搬減衰算出部２４、衛星位置情報算出部２５、ハンドオーバー判定部２６、ハンドオーバー要求部２７、および送信処理部２８を備えて構成されている。
【００３４】
受信処理部２１は、受信したＲＦ信号を復調し、ベースバンド処理を行いフレームに戻し、また、受信したＲＦ信号の信号レベルを測定する。
アンテナ制御部２２は、衛星位置情報算出部２５からの衛星位置情報に基づいてアンテナ２９を周回衛星がある方向に向ける。
送信電力情報抽出部２３は、受信処理部２１で復調されたフレームに基づいて、周回衛星からの送信出力情報を抽出する。
【００３５】
伝搬減衰算出部２４は、受信処理部２１で算出された受信レベルと、送信電力情報抽出部２３で抽出された送信電力情報と、衛星位置情報算出部２５で算出された周回衛星の位置に基づいて伝搬減衰を算出する。
衛星位置情報算出部２５は、端末に蓄積されている各衛星軌道情報に基づいて、現在、通信している周回衛星の位置を算出する。
ハンドオーバー判定部２６は、伝搬減衰算出部２４で算出された伝搬減衰情報に基づいて、ハンドオーバーを行うか否かの判定を行う。
【００３６】
ハンドオーバー要求部２７は、ハンドオーバー判定部２６でハンドオーバーを行うと判定された場合に、基地局に対して、ハンドオーバーを行う旨のメッセージを作成する。
送信処理部２８は、伝搬減衰算出部２４で算出された伝搬減衰情報に基づいて、周回衛星に対して出力されるべき送信電力を決定して、算出された伝搬減衰情報をメッセージやデータに付加するとともに、決定された送信電力でデータまたは、メッセージを送信する。
【００３７】
周回衛星は、全端末に対するブロードキャストメッセージや、各端末に対して送信するメッセージなどに対して、送出する電波の出力電力の情報を示す送信電力情報を付加して、各端末にデータを送信する。
周回衛星から各端末に対して送信するメッセージフォーマットは、図８に示すように、端末番号、送信電力情報、およびメッセージからなる。
【００３８】
図６を参照して、本実施形態においてハンドオーバーメッセージを送信する手順を説明する。
図６は、本実施形態においてハンドオーバーメッセージを送信する手順を示すフローチャートである。
【００３９】
本実施形態においてハンドオーバーメッセージを送信するには、図６に示すように、各端末は、周回衛星からの電波を受信して、端末アンテナ端の受信電力レベルを測定し（Ｓ１）、メッセージから周回衛星の送信電力情報を抽出し（Ｓ２）、周回衛星の軌道（位置情報）を算出する（Ｓ３）。そして、算出された受信電力レベルと、抽出された周回衛星の送信電力情報と、周回衛星の位置情報に基づいて降雨減衰を算出する（Ｓ４）。
【００４０】
降雨減衰は、以下の式で計算される。
【００４１】
端末側の受信電力  ＝  衛星アンテナ端の送信電力  −  （距離に対する減衰＋  降雨減衰）
降雨減衰  ＝  衛星アンテナ端の送信電力  −  端末側の受信電力  −  距離に対する減衰
【００４２】
なお、距離に対する減衰Ｌは、Ｌ＝（４πｄ／λ）２で表される。
ｄ：    距離
λ：    無線信号の波長
【００４３】
ここで、閾値Ｘと降雨減衰Ｙとを比較し（Ｓ５）、算出された降雨減衰Ｙが閾値Ｘより小さい場合には、無線環境が良好であると判断して、これまで通り周回衛星から受信を行う（Ｓ１〜Ｓ４）。
一方、降雨減衰Ｙが閾値Ｘより大きい場合には、端末が受信可能範囲外と判断し、端末は、受信可能な周回衛星（例えば、図２における周回衛星７）の有無を判断する（Ｓ６）。
【００４４】
ここで、受信可能な周回衛星７が存在する場合には、端末は、受信可能な周回衛星７の方角にアンテナを動かして、周回衛星７からの電波を受信する。さらに、端末は、周回衛星７からの電波の受信電力レベルと、周回衛星７の送信電力情報と、周回衛星７の位置情報に基づいて、上述した手順と同様に降雨減衰を算出して、閾値Ｘより大きいかどうか判定する。そして、閾値Ｘより大きい場合には、次に通信を行う周回衛星７を示すハンドオーバー要求メッセージを作成して、基地局に送信する（Ｓ７）。
【００４５】
各端末から基地局に対して送信するメッセージフォーマットは、図９に示すように、端末番号、降雨減衰情報、およびメッセージからなる。
【００４６】
基地局は、端末からのハンドオーバー要求メッセージを受け取ると、他の端末から所定期間（例えば、図１０に示す期間Ａ′−Ａ″）内にハンドオーバー要求メッセージが送信されていないかどうかを確認する。
【００４７】
すなわち、図１０に示すように、期間Ａ′−Ａ″内にＮ台以上の端末からハンドオーバー要求メッセージが送信されている場合には、全体の無線環境が悪くなったと認識して、エリア全体の端末に対してハンドオーバー実行メッセージを送信して、周回衛星の切り替えを行う。
【００４８】
また、図１１に示すように、端末から送信されてきたハンドオーバー要求メッセージが期間Ａ′−Ａ″内にＮ台以下の場合には、ハンドオーバーを要求してきた端末のみに対してハンドオーバー実行メッセージを送信して、当該端末が単独で周回衛星の切り替えを行う。
【００４９】
ハンドオーバーを要求した端末のみがハンドオーバーを実行する場合には、当該端末は、新たに受信を開始する周回衛星（例えば、図２における周回衛星７）だけではなく、現在、通信を行っている（例えば、図２における周回衛星６）に対して周回衛星の補足を行い、降雨減衰を常に測定して、周回衛星６の無線環境が、良好な状態になった場合（閾値Ｘより小さくなった場合）に、周回衛星７から周回衛星６に戻るようにハンドオーバーを要求する。
算出した降雨減衰が閾値Ｘより大きい場合には、再度受信可能な周回衛星を算出し、同様の処理を行う。
【００５０】
また、現在、通信している周回衛星及び受信可能なすべての周回衛星で降雨減衰が閾値Ｘより大きい場合には、端末は、周回衛星に対して周回衛星からの送信電力を上げるように指示する。周回衛星は、端末からの指示により、送信電力を増加させる（Ｓ８）。
【００５１】
次に、降雨減衰情報を基地局に送信する手順を説明する。
図７は、本実施形態において降雨減衰情報を基地局に送信する手順を示すフローチャートである。
【００５２】
本実施形態において降雨減衰情報を基地局に送信するには、図７に示すように、各端末は、周回衛星からの電波を受信して、端末アンテナ端の受信電力レベルを測定し（Ｓ１１）、メッセージから周回衛星の送信電力情報を抽出し（Ｓ１２）、周回衛星の軌道（位置情報）を算出する（Ｓ１３）。そして、算出された受信電力レベルと、抽出された周回衛星の送信電力情報と、周回衛星の位置情報に基づいて降雨減衰を算出する（Ｓ１４）。
続いて、算出した降雨減衰情報をデータに埋め込み（Ｓ１５）、基地局に対してデータ（メッセージ）を送信する（Ｓ１６）。
【００５３】
次に、基地局において端末からの降雨減衰情報に基づいて無線通信環境を判定する手順を説明する。
図１２は、本実施形態において、基地局が端末からの降雨減衰情報に基づいて無線通信環境を判定する手順を示すフローチャートである。
【００５４】
先に説明したように、端末は、受信電力レベルと、衛星の現在の位置情報と、衛星からの送信電力情報に基づいて降雨減衰を算出し、算出した降雨減衰情報を基地局に送信する（図７参照）。
【００５５】
これに対して基地局は、図１２に示すように、各端末から送られてきたメッセージを受信し（Ｓ２１）、降雨減衰情報を抽出する（Ｓ２２）。そして、降雨減衰情報の平均値を算出する（Ｓ２３）。
続いて、平均降雨減衰値が所定値Ｚ以上であるか否かを判断し（Ｓ２４）、
Ｚ以下である場合には、無線環境が良好であると判断して、これまで通り端末から受信を行う（Ｓ２１〜Ｓ２４）。
【００５６】
一方、平均降雨減衰値が所定値Ｚ以上である場合には、全体の通信環境が悪くなったと判断して、全端末に対して、ハンドオーバーメッセージを作成するとともに、該ハンドオーバーメッセージを送信して（Ｓ２５，Ｓ２６）、周回衛星の切り替えを行う。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る衛星通信システムによれば、端末側が降雨減衰を測定して通信品質を監視し、極端に通信品質が悪くなった場合に、端末主導で、通信を行う周回衛星を切り替えるため、各端末と周回衛星との通信が途絶えることがない。
【００５８】
また、端末側が降雨減衰を測定して通信品質を監視するため、基地局側の負荷を軽減することができる。
【００５９】
さらに、簡単な方法で降雨減衰を測定して、端末だけで送信電力制御を行うことができるため、周回衛星の負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る衛星通信システムの実施形態を示す模式図である。
【図２】端末の設定環境と周回衛星の位置関係を示す模式図である。
【図３】段階的に周回衛星の切り替えを行う従来の衛星通信システムを示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る衛星通信システムに使用する端末の構成を示すブロック図である。
【図５】段階的に周回衛星の切り替えを行う従来の衛星通信システムのシーケンスを示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態において、ハンドオーバーメッセージを送信する手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態において、降雨減衰情報を基地局に送信する手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態において、周回衛星から各端末に対して送信するメッセージフォーマットの模式図である。
【図９】本発明の実施形態において、各端末から基地局に対して送信するメッセージフォーマットの模式図である。
【図１０】本発明の実施形態において、端末からのハンドオーバーメッセージが集中している状態を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施形態において、端末からのハンドオーバーメッセージが集中していない状態を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施形態において、基地局が端末からの降雨減衰情報に基づいて無線通信環境を判定する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ａ〜ｆ  周回衛星
２ａ〜ｆ  端末
３ａ〜ｃ  サービスエリア
４  現在の周回衛星の通信スポット範囲
５  旧周回衛星の通信スポット範囲
６  現在通信している衛星
７  受信可能な衛星
８  雨雲
２１  受信処理部
２２  アンテナ制御部
２３  送信電力情報抽出部
２４  伝搬減衰算出部
２５  衛星位置情報算出部
２６  ハンドオーバー判定部
２７  ハンドオーバー要求部
２８  送信処理部
２９  アンテナ
【図１】
2004274327.tif 000003
【図２】
2004274327.tif 000004
【図３】
2004274327.tif 000005
【図４】
2004274327.tif 000006
【図５】
2004274327.tif 000007
【図６】
2004274327.tif 000008
【図７】
2004274327.tif 000009
【図８】
2004274327.tif 000010
【図９】
2004274327.tif 000011
【図１０】
2004274327.tif 000012
【図１１】
2004274327.tif 000013
【図１２】
2004274327.tif 000014