(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユーザ局装置からの送信信号を、複数のビームを使用する中継局装置経由で受信する基地局装置であって、
ユーザ局装置の送信信号に含まれる、ユーザ局装置固有のトレーニング信号に基づき、伝搬路行列の、各ユーザ局装置に対応する列成分を、伝搬路行列の行成分である各ビームに対応して推定する手段と、
同一周波数の割当て候補である複数のユーザ局装置から、１つ以上のユーザ局装置を選択し、選択したユーザ局装置の組に対する伝搬路行列を、選択したユーザ局装置の列成分に基づき求めることを、１つ以上のユーザ局装置を選択する複数の組合せについて行う手段と、
求めた各伝搬路行列について、伝搬路行列と、そのエルミート転置行列との積である積行列の、固有値の総乗の絶対値、又は、行列式の絶対値を計算し、絶対値が所定値より大きい積行列から１つの積行列を選択し、選択した積行列の元となった伝搬路行列の列成分に対応するユーザ局装置に、同一周波数の割当てを行う手段と、
を有する基地局装置。
【請求項２】
同一周波数の割当てを行う手段は、
絶対値が所定値より大きい積行列のうち、同一ビームに含まれるユーザ局装置の最大数が一番小さくなる積行列を選択する、
請求項１に記載の基地局装置。
【請求項３】
複数のユーザ局装置からの送信信号を、複数のビームを使用する中継局装置経由で受信する基地局装置であって、
ユーザ局装置の送信信号に含まれる、ユーザ局装置固有のトレーニング信号に基づき、伝搬路行列の、各ユーザ局装置に対応する列成分を、伝搬路行列の行成分である各ビームに対応して推定する手段と、
同一周波数の割当て候補である複数のユーザ局装置から、１つ以上のユーザ局装置を選択し、選択したユーザ局装置の組に対する伝搬路行列を、選択したユーザ局装置の列成分に基づき求めることを、１つ以上のユーザ局装置を選択する複数の組合せについて行う手段と、
求めた各伝搬路行列について、伝搬路行列と、そのエルミート転置行列との積である積行列の、固有値の総乗の絶対値、又は、行列式の絶対値を計算し、絶対値が最大である積行列を選択し、選択した積行列の元となった伝搬路行列の列成分に対応するユーザ局装置に、同一周波数の割当てを行う手段と、
を有する基地局装置。
【請求項４】
同一周波数の割当て候補であるユーザ局装置から選択するユーザ局装置の数は、固定である請求項１から３のいずれか１項に記載の基地局装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の基地局装置と、複数のビームを有する中継局装置と、複数のユーザ局装置とを含む衛星通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの基地局装置と複数のユーザ局装置を含み、複数のビームを使用する衛星通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）によるマルチビーム衛星通信システムが記載されている。
【０００３】
図６は、マルチビーム衛星通信システムのシステム構成図である。図６によると、システムは、複数のユーザ局装置１１〜１５と、衛星である中継局装置２と、基地局装置３とを含んでいる。図６において、中継局装置２は、４つのビーム４１〜４４を使用しており、ビーム４１のエリア内にはユーザ局装置１１及び１２が、ビーム４２のエリア内にはユーザ局装置１３が、ビーム４３のエリア内にはユーザ局装置１４が、ビーム４４のエリア内にはユーザ局装置１５及び基地局装置３が存在している。
【０００４】
図７は各ユーザ局装置が送信する信号の中継局装置２による基地局装置３への中継を説明する図である。図７（ａ）において、符号５１は、ユーザ局装置１１が送信する信号であり、信号５１は、ユーザ局装置１１に固有のトレーニング信号を含んでいる。同様に、符号５２〜５５は、それぞれ、ユーザ局装置１２〜１５が送信する信号であり、信号５２〜５５は、それぞれ、ユーザ局装置１２〜１５に固有のトレーニング信号を含んでいる。
【０００５】
ユーザ局装置１１〜１５は、それぞれ、信号５１〜５５を、同一周波数ｆ１で送信するため、中継局装置２のビーム４１の受信部は、信号５１〜５５の成分を含む信号６１を受信することになる。同様に、中継局装置２のビーム４２〜４４の受信部は、それぞれ、信号５１〜５５の成分を含む信号６２〜６４を受信する。中継局装置２は、受信した信号６１〜６４をそれぞれ周波数変換した上で周波数多重し、図７（ｂ）に示す信号６１〜６４を含む周波数多重信号を基地局装置２に送信する。
【０００６】
図８は、従来技術による基地局装置３のブロック図である。図７（ｂ）に示す信号６１〜６４を含む周波数多重信号は、ビーム数と同じ４つに分岐された後、各ビームに対応する周波数変換・フィルタ部にて対応するビームの信号が取り出される。つまり、一番目の周波数変換・フィルタ部から信号６１が、二番目の周波数変換・フィルタ部から信号６２が、三番目の周波数変換・フィルタ部から信号６３が、四番目の周波数変換・フィルタ部から信号６４が、それぞれ、出力される。
【０００７】
伝搬路行列推定部は、ユーザ局装置１１〜１５、それぞれの、トレーニング信号との相関値が高いマッチトフィルタを有しており、入力信号から伝搬路行列成分を判定する。例えば、伝搬路行列推定部内の信号６１を入力とする成分推定部は、信号６１と各トレーニング信号との相関から、伝搬路行列成分ｈ１１、ｈ１２、ｈ１３、ｈ１４、ｈ１５を推定する。他の成分推定部も同様であり、伝搬路行列推定部は、４行５列の伝搬路行列を推定する。
【０００８】
この様にして推定した伝搬路行列に基づき、干渉補償部は、信号６１〜６４を、信号５１〜５５に変換し、復調部にてそれぞれの復調処理を行う。なお、干渉補償の詳細については非特許文献２に記載されている。
【０００９】
【非特許文献１】Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｌ．Ｍｏｈｅｒ、“Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  Ｄｅｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｂｅａｍ  Ｓｙｓｙｔｅｍｓ”、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．４９  Ｎｏ．４
【非特許文献２】大鐘  他、“ＭＩＭＯシステムの基礎と要素技術”、アンテナ・伝搬における設計・解析手法ワークショップ資料（第２９／３０回）、主催：電子情報通信学会  アンテナ・伝搬専門委員会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非特許文献１に記載の構成においては、同一周波数を割り当てるユーザ局装置をどの様に決定するかについては考慮されていない。ユーザ局装置との伝搬環境により、干渉補償特性は変動するため、同一周波数を割り当てるユーザ局装置の選択によっては、回線品質の劣化やシステム総容量の低下が生じることになる。
【００１１】
したがって、本発明は、ユーザ局装置との伝搬環境を考慮した周波数割当てを行うマルチビーム衛星通信システムと、該システムにおいて、周波数割当てを決定する基地局装置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】
本発明における基地局装置によれば、複数のユーザ局装置からの送信信号を、複数のビームを使用する中継局装置経由で受信する基地局装置であって、ユーザ局装置の送信信号に含まれる、ユーザ局装置固有のトレーニング信号に基づき、伝搬路行列の、各ユーザ局装置に対応する列成分を、伝搬路行列の行成分である各ビームに対応して推定する手段と、同一周波数の割当て候補である複数のユーザ局装置から、１つ以上のユーザ局装置を選択し、選択したユーザ局装置の組に対する伝搬路行列を、選択したユーザ局装置の列成分に基づき求めることを、１つ以上のユーザ局装置を選択する複数の組合せについて行う手段と、求めた各伝搬路行列について、伝搬路行列と、そのエルミート転置行列との積である積行列の、固有値の総乗の絶対値、又は、行列式の絶対値を計算し、絶対値が所定値より大きい積行列から１つの積行列を選択し、選択した積行列の元となった伝搬路行列の列成分に対応するユーザ局装置に、同一周波数の割当てを行う手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の基地局装置における他の実施形態によれば、
同一周波数の割当てを行う手段は、絶対値が所定値より大きい積行列のうち、同一ビームに含まれるユーザ局装置の最大数が一番小さくなる積行列を選択することも好ましい。
【００１４】
また、本発明の基地局装置における他の実施形態によれば、
複数のユーザ局装置からの送信信号を、複数のビームを使用する中継局装置経由で受信する基地局装置であって、ユーザ局装置の送信信号に含まれる、ユーザ局装置固有のトレーニング信号に基づき、伝搬路行列の、各ユーザ局装置に対応する列成分を、伝搬路行列の行成分である各ビームに対応して推定する手段と、同一周波数の割当て候補である複数のユーザ局装置から、１つ以上のユーザ局装置を選択し、選択したユーザ局装置の組に対する伝搬路行列を、選択したユーザ局装置の列成分に基づき求めることを、１つ以上のユーザ局装置を選択する複数の組合せについて行う手段と、求めた各伝搬路行列について、伝搬路行列と、そのエルミート転置行列との積である積行列の、固有値の総乗の絶対値、又は、行列式の絶対値を計算し、絶対値が最大である積行列を選択し、選択した積行列の元となった伝搬路行列の列成分に対応するユーザ局装置に、同一周波数の割当てを行う手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明の基地局装置における他の実施形態によれば、
同一周波数の割当て候補であるユーザ局装置から選択するユーザ局装置の数は、固定であることも好ましい。
【００１６】
本発明における衛星通信システムによれば、
上記基地局装置と、複数のビームを有する中継局装置と、複数のユーザ局装置とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
基地局装置が伝搬路行列に基づき同一周波数を割り当てるユーザ局装置を選択することで、チャネル容量を大きくすることができる。したがって、基地局装置において干渉補償後の回線品質を大幅に改善することができる。その結果、例えば、同じ送信電力であっても、ユーザ局装置あたりの通信速度を増加させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。マルチビーム衛星通信システムは、図６に示すように、１つの基地局装置と、１つの衛星、すなわち、中継局装置と、複数のユーザ局装置を備えている。以下の説明において、中継局装置が使用するビーム数をｂ、同一周波数を割り当てるユーザ局装置数をａ、通信を希望しているユーザ局装置数を、ａより大きいｕとする。
【００１９】
ユーザ局装置は、ユーザ局装置に固有のトレーニング信号を保持し、これを送信信号に含めて送信し、中継局装置は、各ビームに対応するアンテナにて受信した各ユーザ局装置からの信号を、例えば、図７に示す様に、周波数変換して周波数多重し、ビーム数と同じ数の信号を含む周波数多重信号として基地局装置に送信する。
【００２０】
図１は、本発明による基地局装置のブロック図である。図１によると基地局装置は、分岐部３１と、周波数変換・フィルタ部３２と、干渉補償部３３と、復調部３４と、伝播路行列推定部３５と、周波数割当決定部３６とを備えている。
【００２１】
基地局装置は、中継局装置が送信する周波数多重信号を受信し、分岐部３１は、受信信号を、ビーム数と同じｂ個に分岐し、周波数変換・フィルタ部３２は、周波数多重されているｂ個の信号をそれぞれ取り出す。伝搬路行列推定部３５は、各ユーザ局装置のトレーニング信号との相関値が高いマッチトフィルタを有しており、ｂ個の信号と各マッチトフィルタから伝搬路行列を推定する。ここで、通信を希望しているユーザ局装置＃１〜＃ｕが総て同一周波数ｆを使用するとしたときのｂ行ｕ列の伝搬路行列の各成分を、
【００２２】
【数１】
0004740205.tif 000002
とすると、ｈ１１、ｈ２１、ｈ３１、・・・、ｈｂ１の各成分は、ユーザ局装置＃１がユーザ局装置＃１固有のトレーニング信号を含む周波数ｆの信号を送信することで基地局装置の伝搬路行列推定部３５は求めることできる。以下、ユーザ局装置＃ｋ、ｋは１以上ｕ以下の整数、が固有のトレーニング信号を含む信号を周波数ｆにて送信することにより基地局装置が推定できる伝搬路行列成分ｈ１ｋ、ｈ２ｋ、ｈ３ｋ、・・・、ｈｂｋ、をユーザ局装置＃ｋに対応する伝播路行列の列成分と呼ぶ。
【００２３】
図２は、本発明による基地局装置における周波数割当てのフロー図である。伝搬路行列推定部３５は、まず通信を希望しているユーザ局装置、それぞれに対して、周波数ｆで制御信号を送信させて、制御信号に含まれる、そのユーザ局装置固有のトレーニング信号に基づき、そのユーザ局装置に対応する伝播路行列の列成分を求める（Ｓ２１及びＳ２２）。なお、制御信号の送信は、ユーザ局装置ごとに行うことが望ましいが、複数のユーザ局装置に同時に制御信号を送信させても良い。
【００２４】
続いて、周波数割当決定部３６は、通信を希望しているユーザ局装置からａ個を選択する組合せ、それぞれに対して、選択したユーザ局装置の組に対する伝搬路行列を求める。具体的には、組に含まれるユーザ局装置に対応する伝搬路行列の列成分をその列成分とする、ｂ行ａ列の伝搬路行列Ｆｉ、ｉ＝１、２、・・・、ｕＣａ、を求める（Ｓ２３）。周波数割当決定部３６は、各伝搬路行列Ｆｉに対して、Ｇｉ＝ＦｉＨ×Ｆｉを求め、行列Ｇｉのランク値をｃとした場合に存在するｃ個の固有値、λｉ１、λｉ２、・・・、λｉｃの総乗の絶対値、
Ｖｉ＝｜λｉ１×λｉ２×・・・×λｉｃ｜            （１）
を求める（Ｓ２４）。なお、ＦｉＨは、Ｆｉのエルミート転置である。最後に周波数割当決定部３６は、Ｖｉが最大となる伝搬路行列Ｆｉの列成分に対応するユーザ局装置に同一周波数を割り当てる（Ｓ２５）。
【００２５】
非特許文献２に記載されている様に、Ｖｉの最大値が大きい程、伝搬路行列のチャネル容量が大きく、したがって、Ｖｉが最大である伝搬路行列Ｆｉの列成分に対応するユーザ局装置に同一周波数を割り当てることで、伝送路容量が大きくなる。
【００２６】
また、
ｄｅｔ（ＦｉＨ×Ｆｉ）＝λｉ１×λｉ２×・・・×λｉｃ
に示す等価変換を適用すると、式（１）は、
Ｖｉ＝｜ｄｅｔ（ＦｉＨ×Ｆｉ）｜            （２）
となる。したがって、図２のフローチャートを、図３の様に変更することができる。すなわち、図３のＳ３４において、周波数割当決定部３６は、各行列Ｇｉ＝ＦｉＨ×Ｆｉの行列式の絶対値を求め、その値が最大である伝搬路行列Ｆｉの列成分に対応するユーザ局装置に同一周波数を割り当てる（Ｓ３５）。なお、Ｓ３１からＳ３３の処理は、図２のＳ２１からＳ２３の処理と同じである。
【００２７】
図４は、本発明の他の実施形態での基地局装置における周波数割当てのフロー図であり、図５は、その変更態様である。本実施形態においては、Ｖｉ又はＦｉＨ×Ｆｉの行列式の絶対値の最大値ではなく、Ｖｉ又はＦｉＨ×Ｆｉの行列式の絶対値が、所定の閾値より大きい伝搬路行列Ｆｉを求め（Ｓ４４、Ｓ５４）、求めた伝搬路行列Ｆｉから１つの伝搬路行列Ｆｉを選択し、選択した伝搬路行列Ｆｉの列成分に対応するユーザ局装置に同一周波数の割当てを行う（Ｓ４５、Ｓ５５）。閾値より大きい伝搬路行列Ｆｉから１つを選択する基準は、例えば、同一ビーム内に存在するユーザ局装置数の最大値が一番小さくなるもを選択する。
【００２８】
図１に戻り、干渉補償部３３は、周波数変換・フィルタ部３２が出力する各ビームに対応する信号と、伝搬路行列推定部３５からの伝搬路行列に基づき、それぞれのユーザ局装置の送信信号を復元し、復調部３４は、各ユーザ局装置の送信信号の復調処理を行う。
【００２９】
以上、基地局装置が伝搬路行列に基づき同一周波数を割り当てるユーザ局装置を選択することで、チャネル容量を大きくすることができる。したがって、基地局装置において干渉補償後の回線品質を大幅に改善することができる。その結果、例えば、同じ送信電力であっても、ユーザ局装置あたりの通信速度を増加させることが可能になる。
【００３０】
なお、上述した実施形態においては、同一周波数を割り当てるユーザ局装置の数を固定値ａとし、通信を希望しているユーザ局装置の数ｕからａを選択する組合せｕＣａ個の伝搬路行列から１つの伝搬路行列を選択していたが、ａを可変としても良い。例えば、通信を希望しているユーザ局装置が１０局ある場合に、同一周波数を割り当てるユーザ局装置数を、４局又は５局とし、１０Ｃ４＋１０Ｃ５の伝搬路行列から１つの伝搬路行列を選択する等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による基地局装置のブロック図である。
【図２】本発明による基地局装置における周波数割当てのフロー図である。
【図３】図２の周波数割当ての変更態様を示すフロー図である。
【図４】本発明の他の実施形態での基地局装置における周波数割当てのフロー図である。
【図５】図４の周波数割当ての変更態様を示すフロー図である。
【図６】マルチビーム衛星通信システムのシステム構成図である。
【図７】中継装置による中継を説明する図である。
【図８】従来技術による基地局装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１〜１５  ユーザ局装置
２  中継局装置
３  基地局装置
３１  分岐部
３２  周波数変換・フィルタ部
３３  干渉補償部
３４  復調部
３５  伝播路行列推定部
３６  周波数割当決定部
４１〜４４  ビーム
５１〜５５、６１〜６４  信号
【図１】
0004740205.tif 000003
【図２】
0004740205.tif 000004
【図３】
0004740205.tif 000005
【図４】
0004740205.tif 000006
【図５】
0004740205.tif 000007
【図６】
0004740205.tif 000008
【図７】
0004740205.tif 000009
【図８】
0004740205.tif 000010