(57)【要約】      （修正有）【課題】Ku、Ｋａ帯などを使用する固定衛星業務で、２衛星からの信号を受信して、降雨減衰の小さな回線に切り替えて降雨による回線断を回避するためのＳａｔ−Ｄ方式において、十分なダイバーシティ効果が得られるようにし、また、従来のSD方式でのエントランス線のコストを低減する。【解決手段】これを解決するために、第一、第二の衛星からの同じ情報を含んだ信号を受信するために、同一場所ではなく、約３〜５ｋｍ離れた地点に配置した状態の２地球局を使用するように構成しておき、一方の地球局の上空で降雨減衰が大きくなり、システムで要求されるＣ/Nの閾値を越えた時に、他の地球局に切り替えることで、ダイバーシティモードに切り替え、回線稼働率を向上することを特徴としている。また、該２地球局は、東西位置に配置し、２地球局が同時に降雨減衰を蒙る確率を、南北方向に配置した場合より、減少させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
降雨減衰の大きな周波数帯を使用する衛星通信方式において、第一、第二の衛星３１，３２からの同じ情報を含んだ信号を受信するために、同一場所ではなく、約３〜５ｋｍ離れた地点に配置した地球局３６，３７を使用するように構成し、
降雨減衰３５が地球局３６の回線上で発生し、地球局３６のレベル判定回路３８での信号レベルが回線断に近い状態に達したことが検出された時に、他の地球局３７のレベル判定回路３９での信号レベルと比較回路４０で比較し、レベル判定回路４１でその信号レベルが回線断に近いことを判定し、切り替え制御回路４２により切り替え器４３を制御し、信号レベルの強い地球局３７での信号を受信し、受信機４４で復調するように構成することで通信を維持し、
降雨減衰３５が移動して行き、地球局３７のレベル判定回路３９での信号レベルが回線断に近い状態に達したことが検出されたときに、上と同様の制御を行い、信号レベルの強い回線の信号を受信するように構成することを特徴とする近距離の２地球局を使用したサテライトダイバーティ方式、
【請求項２】
請求項１において、２地球局３６，３７を東西方向に、約３〜５ｋｍ離して設置し、２衛星３１，３２からの信号を送受信する構成とし、ほぼ東西に移動する雨域により、２地球局３６，３７が同時に降雨減衰３５を受ける確率が小さくなる構成としておき、回線断に近い降雨減衰量に一方の地球局が達したときに、もう一方の地球局が送受信を担当するモードに切り替え、回線稼働率を向上することを特徴とする近距離の２地球局を使用したサテライトダイバーティ方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１４/１２ＧＨｚ（Ｋｕ）帯、３０/２０GHz（Ｋａ）帯などの降雨減衰の大きな周波数帯において、減衰回避のために３〜５ｋｍ離した近距離２地球局を使用して、２衛星からの信号を受信し、ダイバーシティ効果により回線稼働率を改善するための近距離２地球局使用のサテライトダイバーシティ（Ｓａｔ−Ｄ）方式に関する。
約４０年前に、固定衛星通信が６/４ＧＨｚ帯を使用して開始されて以来、静止衛星軌道(ＧＳＯ)上に数多く打ち上げられ、ＧＳＯの混雑が問題となっている。このため、より高い周波数帯であるＫｕ帯、Ｋａ帯の使用が盛んになってきている。このような１０ＧＨｚを越える周波数帯においては、降雨による減衰が大きく、大きな降雨マージを設計時に考慮しており、地球局アンテナ、大電力増幅装置（ＨＰＡ装置）に高い性能が要求され、非常に高コストな衛星システムとなっている。
この発明は、降雨による減衰が発生したときに、２衛星からの同じ情報の信号を受信し、降雨減衰の小さな衛星からの信号を受信し、降雨を発生する雨雲の移動に従い、他の降雨減衰の小さな衛星からの信号に切り替えて受信するＳａｔ−Ｄ方式を適用することで、回線断の時間率を減少させることを実現している。
従来のＳａｔ−Ｄ方式は、特許文献１で示している初田などの特許、その他、初田がＩＥＥＥ（米国電気電子学会）論文，電子情報通信学会論文誌への発表論文などで検討されているように、同一の地点に２地球局を設置し、２衛星からの信号を受信し、信号強度の強い信号を採用する方法が提案されている。この方法では、この２地球局の上空で発生した雨雲に対して、２衛星間隔が十分大きければダイバーシティ効果が得られ、回線稼働率が改善される。しかし、同一の地点での地球局を使用しているために、雨域が広い場合や、２衛星間隔が小さい場合は、両方の衛星信号が減衰を受け、十分なダイバーシティ効果が得られない場合が存在する。
この発明では、降雨減衰のより効果的な回避のために、３〜５ｋｍ離した近距離２地球局を使用して、２衛星からの信号を受信し、ダイバーシティ効果により回線稼働率を改善するための近距離２地球局使用のＳａｔ−Ｄ方式を提案している。
この発想は、一般に、大きな降雨減衰を生ずるような積乱雲などの雨雲の雨域はほぼ３〜５ｋｍであり、３〜５ｋｍ離れた地球局間の降雨相関は、非常に小さく確率が大きいものと予想され、システムの総合的な回線稼働率が改善される。
【背景技術】
【０００２】
Ｋｕ帯、Ｋａ帯などの降雨減衰の大きい周波数帯を用いる衛星通信地球局装置は、降雨減衰が大きく、所要の回線チャネルを通信するためには、この降雨減衰を補償するための大型アンテナ、高出力のＨＰＡ装置が必要である。例えば、Ｋａ帯で１５０ＷのＨＰＡ装置を実現しようとすると、クライストロン、ＴＷＴなどの管種を使用する高価なＨＰＡ装置が必要となり、ＨＰＡ装置が高価なため、システムコストの大幅アップとなり、安価な衛星サービスを提供するためのネックとなっていた。また、直径１０ｍ級のＫｕ帯、Ｋａ帯アンテナは、微細な鏡面精度が要求され，高価となっている。
これまで、Ｋｕ帯、Ｋａ帯などの周波数帯での大きな降雨減衰に対応するために、各種の稼働率改善のための方法が考案されている。これには、以下の方法などが含まれる。
(１)  大きなアンテナ、大出力送信機の使用、
（２）変調・復調方式による改善(誤り訂正方式、ＰＳＫ方式の相数可変方式、ビットレート可変方式など)
（３）ダイバーシティ方式(サイトダイバーシティ方式(ＳＤ方式)，Ｓａｔ−Ｄ方式、タイムダイバーシティ方式(ＴＤＤ方式)などが検討されてきている。
この中で、各種のダイバーシティ方式は、雨域の移動、限定された地域のみの減衰などを利用する方式である。図１は、従来のＳＤ方式の構成のブロックダイアグラムを示す。図１に示すように、距離的に離れた２地球局２，３で衛星１からの同じ信号４，５を受信し、降雨6の影響の少なく、信号強度の強い地球局の信号４を採用することで、降雨６による回線劣化を改善している。すでに、ＳＤ方式はインテルサットの国際衛星通信などで、約１００ｋｍ程度地球局(山口局ー浜田局)を離して信号を受信し、稼働率を改善することが実用化されている。
このＳＤ方式では、約１００ｋｍの地球局間隔を取った場合は、２地球局間のエントランス線の費用が嵩み、システムコストを押し上げるために、ダイバーシティ効果は大きいが、コスト比較で不利となり、余り多くは実用化されていない。
図２は従来のＳａｔ−Ｄ方式の構成のブロックダイアグラムを示す。図2に示すように、同一の地点に、２地球局２６，２７を設置し、同一衛星情報を送信している２衛星２１，２２からの信号２３，２４を受信し、降雨２５の影響の少ない信号強度の強い地球局２７の信号２４を採用することで稼働率を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０９５５７、「サテライト・ダイバーシティ装置」：初田他の特許で、１基のアンテナ鏡面で複数の衛星信号を受信可能なルーネベルグアンテナを使用して、低コストのダイバーシティ装置を実現するものである。この特許は、１箇所の地点に設置されたルーネベルグアンテナを使用するもので、本発明の約３〜５ｋｍ離れた地球局を使用するＳａｔ−Ｄ方式とは異なる特許である。
【０００４】
【特許文献２】特開昭５９−８５１４３、「衛星通信方式」：集中制御の要求割り当て多元接続方式によって、多数の地球局が衛星を介して狭帯域通信を行う衛星通信方式において、地球局の内一定の距離以上離れた少なくとも２地球局が、それぞれ要求割り当て多元接続方式の制御信号を送信し集中制御を行う集中制御手段と、パイロット信号を送信するパイロット送信手段などで構成され、パイロット信号の伝搬損失をモニターし、制御信号の送出・停止を制御する特許である。本発明の約３〜５ｋｍ放れた地球局を使用するＳａｔ−Ｄ方式とは無関係である。
【０００５】
【特許文献３】特開平０５−１４５４５７、「サイトダイバーシティを用いた送信電力制御方式」：ＴＤＭＡ衛星通信方式で、アップリンクにおける送信電力を制御するサイトダイバーシティを用いた送信電力制御方式において、同期制御基準局の交対を最小限に抑えて、送信電力制御誤差の低減を可能とする特許である。このため、本発明の約３〜５ｋｍ離れた地球局を使用するＳａｔ−Ｄ方式とは無関係である。
【発明の概要】
【０００６】
Ｋｕ帯、Ｋａ帯、特に、Ｋａ帯の衛星通信地球局は、各装置が高価であるために、システム的に、回線パラメーター、装置コストを考慮した低コスト化が必要となる。また、降雨減衰が発生することで、衛星からの信号強度が通信を継続するに必要な所定の信号電力帯雑音電力比（Ｃ／Ｎ）を満足しないことがあり、このときは回線断となり、システムの信頼度が低下するために、何らかの方法で稼働率を向上させる必要がある。
【０００７】
この対策としては、各種のダイバーシティ方式が有効であるが、それぞれ長所・短所を有している。この中で、Ｓａｔ−Ｄ方式は有効と考えられるが、従来の方式は、図２に示されるように、同一の地点の２地球局で、２衛星からの信号を受信しており、雨域が広い場合や、２衛星の軌道間隔が狭い場合には、十分なダイバーシティ効果が得られない場合が考えられる。
本発明は、この問題を解決するために、強雨時の降雨相関の小さい距離となる約３〜５ｋｍ離れた近距離地球局を使用して、Ｓａｔ−Ｄ方式を実行して、十分なダイバーシティ効果を得るものである。
一般に、大きな降雨減衰を発生するときの雨域は積乱雲などで、雨域が比較的狭い場合が多く、約３〜５ｋｍ程度であり、この雨域が風と共にゆっくり移動して行くことになる。このため、約３〜５ｋｍ程度離れた２地球局間の同時降雨減衰発生確率は十分低くなり、2地球局を約３〜５ｋｍ程度離すことで、Ｓａｔ−Ｄ方式のダイバーシティ効果を大幅に改善することが期待される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明が解決する必要のある課題は、以下にまとめることが出来る。
（１）従来のＳａｔ−Ｄ方式のダイバーシティ効果の強化の課題
従来のＳａｔ−Ｄ方式は、図２に示されるように、同一の地点の２地球局で、２衛星２１，２２からの信号２３，２４を受信しており、雨域が広い場合や、２衛星の軌道間隔が狭い場合には、十分なダイバーシティ効果が得られない場合が考えられる。このため、さらに大きなダイバーシティ効果が得られる何らかの方法が期待される。
【０００９】
(２) ＳＤ方式でのエントランス線のコストアップの対策
従来のＳＤ方式は、２地球局間の距離が大きいほどダイバーシティ効果が大きく、実用化されているサイトダイバーシティ方式の２地球局間の距離は、約１００ｋｍと大きい距離が使用されている。このような距離でのエントランス線のコストは，高価となり、稼働率は改善されるが、システムコスト比較で、他のシステムと経済比較を行うと不利になる場合が多い。

【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の発明が解決しようとする課題に対する手段としては、以下を適用している。
（１）Ｓａｔ−Ｄ方式のダイバーシティ効果の増強のために、地球局間の距離を離す方法
従来のＳａｔ−Ｄ方式では、同一の地点に２地球局を設置して、２衛星からの信号を受信しており、衛星分離角が小さい場合のサイトダイバーシティ効果に問題がある場合が発生することが考えられる。
この問題を解決するために、本発明では、大きな降雨減衰を発生するときの雨域の大きさに相当する３〜５ｋｍだけ離して設置し、この間をエントランス線で接続する構成としておき、２衛星を受信することで、同時に２地球局が降雨減衰を蒙る確率が下がり、システムの稼働率を改善することが可能となる。
(２) ＳＤ方式でのエントランス線のコストアップの対策
従来のサイトダイバーシティ方式では、エントランス線が５０ｋｍ〜１００ｋｍと大きくなり、エントランス線コストが膨大となっていた。
本発明では、２地球局間の距離を約３〜５ｋｍとしており、このエントランス線の経費は十分小さく抑えることが可能となる。この結果、他システムとのコスト比較にも有利となり十分ダイバーシティ効果が得られて、コストも安価なシステムの構築が可能となる。
一般に、雨域は、西から東に移動することを考え、２地球局は、東西に配置することで、南北方向に比べて、ダイバーシティ効果を大きくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
（１）Ｋｕ帯、Ｋａ帯などでの１０ＧＨｚを越えた周波数帯では、降雨による信号減衰が大きく、このために、大きな降雨マージンを見込んだ回線設計を実施することで所要のシステム不稼働率(例えば、年間０．５％)を確保している。例えば、Ｋｕ帯では、１４ＧＨｚ帯で約１０ｄＢ，１２ＧＨｚ帯で約６ｄＢ程度、Ｋａ帯では、３０ＧＨｚ帯で約１５ｄＢ，２０ＧＨｚ帯で約１０ｄＢ程度で回線不稼働率０．５％/年(約４０時間)が実現できる(地域、年によって若干異なる場合もある)。  この降雨マージンに対して、単純にアンテナ直径を大きくする、または、送信電力を増加するだけでなく、ダイバーシティ効果によるダイバーシティ利得で置き換えることで，小型地球局でも所要の回線稼働率を満足することが可能となる。これにより小型地球局が使用可能となることで、システムコストの低減が可能となる。
【００１２】
（２）本発明では、約３〜５ｋｍの距離を２地球局間で取ることで、回線稼働率を向上しており、従来のＳＤ方式のような長いエントランス線に比べて、エントランス線間の距離が短いために、エントランス線コストを大幅に減少できる。
（３）従来のＳａｔ−Ｄ方式では、２衛星間隔が十分大きくないと、十分な稼働率の改善が出来ない。本発明では、約３〜５ｋｍの距離を２地球局間で取ることで、降雨減衰の２地球局間相関が小さくなるために、大きなダイバーシティ効果が得られることが期待される。
（４）従来のＳａｔ−Ｄ方式では、同一の地点の２地球局が使用されているが、もし、自然災害(火災、洪水、地震など)、人的災害(テロ、戦争など)が発生し、災害の被害を受けると、２地球局共にダウンし、回線が完全に断となる。一方、本発明のＳａｔ−Ｄ方式では、約３〜５ｋｍの距離を２地球局間で取っているために、災害が発生しても、一方の地球局が被害を受けない確率が高く、通信システムの安全性管理においてのシステム信頼性を向上することが可能である。特に、大規模地震、大規模津波、大規模な国際テロなど、将来も被害を受ける確率の高い大災害に対して有効である。
（５）降雨減衰が発生し、Ｓａｔ−Ｄ方式が作動するのは、年の約０．５％程度(余裕を見込んでも１．０％)であり、その他の時間は、降雨減衰はなく、回線品質は十分良好である。この時間以外の年間約９９％程度の晴天時には、Ｓａｔ−Ｄ方式の２地球局の独立に異なったチャンネルを送受信することが可能である。このことは、晴天時には２地球局で２チャネル分の通信を行うことが可能で、年間の約０．５％程度のみに、２地球局で１チャネル分の通信を行うことになる。このために、このＳａｔ−Ｄ方式は、運用できる通信チャネルの減少を年間の約０．５％程度の時間率と考えられ、回線の有効利用に与える影響は少ない。年の約０．５％を除く他の時間率は、２地球局で平常時の回線を伝送でき、システム的な回線増加が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のＳＤ方式の構成のブロックダイアグラムを示す。
【図２】従来のＳａｔ−Ｄ方式の構成のブロックダイアグラムを示す。
【図３】本発明の近距離の２地球局を使用したＳａｔ−Ｄ方式の構成のブロックダイアグラムを示す。
【図４】本発明のＳａｔ−Ｄ方式の運用の詳細のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
従来のＳａｔ−Ｄ方式では、同一の地点の２地球局が使用されているが、本発明では、２地球局を東西方向に、約３〜５ｋｍ離して配置する構成としてＳａｔ−Ｄ方式による稼働率の改善を行い、晴天時で、降雨減衰が発生しない状態では、２地球局は独立に別の通信チャネルの送受信を行う。
図3で、降雨減衰３５が発生し、２衛星３１，３２からの同一チャネルを２地球局３６，３７で受信し、もし、衛星31からの信号33が降雨３５により減衰し、該地球局３６で回線断に近い状態に達したときに、２地球局が切り替え器４３で、信号強度の強い衛星32からの信号34への切り替えを行い、雨域の影響を受けない信号強度の強い地球局３７のチャネルを採用し受信機４４で信号を復調する。
雨域が移動して行き、地球局３７の信号強度が弱くなったときに、もう一方の地球局３６に切り替えて通信を継続するように制御する。
２地球局は東西方向に約３〜５ｋｍ離れているために、２地球局の同時減衰の確率は、同一地球局の場合より低く、これにより回線稼働率の改善が可能となる。
雨域は、日本では、ほぼ東西に移動する場合がほとんどであり、２地球局の南北配置に比べて、同時に雨域が２地球局をカバーする確率は小さく、同時に回線断となる確率を小さく押さえることが可能である。
【実施例】
【００１５】
従来のＳａｔ−Ｄ方式のダイバーシティ利得の向上、および、従来のＳＤ方式でのエントランス線のコストアップの対策のためのブレークスルーが必要である。
本発明では、図３に示すように、２地球局３６，３７を東西方向に、約３〜５ｋｍ離して設置し、２衛星３１，３２からの信号を送受信する構成とする。晴天時で、降雨減衰が発生しない状態では、該２地球局３６，３７は、独立に２衛星３１，３２を個別受信するために使用して、平常時の通信チャネル送受信を行う。
積乱雲などにより降雨減衰３５が発生し、衛星３１からの減衰した信号３３が地球局３６で受信され、レベル検出回路３８で、このレベルが回線断に近い状態に達したことが検出されたと仮定する。このときに、通信チャネルを制限し、２衛星で1チャネル通信を行うＳａｔ−Ｄ方式のダイバーシティ通信モードに移行し、２衛星３１，３２からは、同じ通信チャネルの信号３３，３４が送信され、この信号を２地球局３６，３７で同時に受信する。
レベル検出器３８で検出された信号レベルを、衛星３２からの信号３４が地球局３７で受信され、レベル検出回路３９で検出される信号と比較回路４０で比較する。
レベル判定回路４１により、衛星３２から地球局３７で受信された信号レベルが大きいことが判定されると、切り替え制御回路４２を駆動し、切り替え器４３が地球局３７側に切り替えるように制御し、受信信号は受信機４４で復調される。
２地球局３６，３７が東西方向に、約３〜５ｋｍ離れているために、２地球局３６，３７が同時に降雨減衰３５を受ける確率は小さい。回線断に接近する降雨減衰量に一方の地球局が達したときに、もう一方の地球局が送受信するモードに切り替える。
雨域３５の影響を受けない信号強度の強い信号３４が地球局３７のチャネルで送受信を継続し、雨域３５が移動して行き、信号強度が弱くなったことを確認したときに、もう一方の地球局３６に切り替えて通信を継続するように制御する。
雨域３５が両地球局の上空を通過して行き、降雨減衰量が小さくなり、回線を維持するのに十分の値のなったことが検出されたときに、Ｓａｔ−Ｄ方式のダイバーシティ通信モード構成が解消され、各地球局が独自のチャネルを送受信する平常時モードに戻る。年間の約９９％はこの平常時モードである。
【００１６】
図４は、本発明のＳａｔ−Ｄ方式運用の詳細のフローチャートを示す。ステップＳ１、Ｓ２で、衛星31，32からの信号強度が、あらかじめ決められた回線維持を満足するための閾値を割るかどうかが判定される。ステップＳ１、Ｓ２で、衛星31，32からの信号強度が、あらかじめ決められた回線維持を満足するための閾値を割らないときは、ステップＳ３、Ｓ４で、それぞれの地球局３６，３７で平常時通信を実施する。この時間率は、年間ほぼ９９％である。
ステップＳ５、Ｓ６で、衛星31，32からの信号強度が、あらかじめ決められた回線維持を満足するための閾値を割ったときは、ステップＳ7で、衛星３１からの信号強度の比較が実施される。もし、ステップＳ８で、衛星３１からの信号強度が大きいときは、ステップＳ9で、地球局36でのダイバーシティ受信に切り替えられ、ステップＳ10で、受信機40で復調される。もし、ステップＳ１１で、衛星３１からの信号強度が小さいときは、ステップＳ１２で、地球局3７でのダイバーシティ受信に切り替えられ、ステップＳ1３で、受信機４４で復調される。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
（１）これまで説明したように、Ｋｕ帯、Ｋａ帯などを使用する固定衛星通信方式での年間不稼働率を改善する方法として、従来のＳａｔ−Ｄ方式に比べて、改善効果が大きく（ダイバーシティ利得が大きく)、年間の稼働率改善による回線品質が向上可能である。
（２）大きなダイバーシティ利得が得られるために、ダイバーシティ用の地球局の諸パラメーター(アンテナ直径，送信出力など)への要求値が緩和され、これにより、超小型アンテナ、小電力の送信機出力などで運用可能となる。このために、システムコストが改善され、経済的で高性能なシステムが実現できる。
（３）エントランス線の長さは、約３〜５ｋｍであるので、従来のＳＤ方式の数１０ｋｍ〜１００ｋｍの長さの高価なエントランス線の経費負担と比べて、エントランス線を低コスト化できるために、総合的に経済的なシステム構成が可能となる。
（４）平常時には２地球局は、独立に回線設定を行って、平常の通信を行うために、年間のほとんどの時間率では、それぞれの地球局での最大伝送速度の通信が可能である。
（５）降雨時には、衛星３１，３２が同じ信号を送信し、信号強度の強い信号のみを採用することで、ダイバーシティ利得を獲得することになるが、この時間率は年間の約０．５％程度であり、総合的なシステム容量の減少に与える影響は非常に少ない。
（６）２地球局が約３〜５ｋｍ離れて設置されているために、自然災害、人的災害により地球局に被害を受けても、残りのダイバーシティ地球局が同時に被害を受ける確率は小さくなり、システムの危機管理の観点から有利になる。
【符号の説明】
【００１８】
１：衛星、２、３：地球局、４、５：衛星１からの信号、６：降雨減衰、７：切り替え器、８：受信機、２１，２２：衛星、２３：衛星２１からの信号、２４：衛星２２からの信号、２５：降雨減衰、２６、２７：地球局、２８：切り替え器、２９：受信機、３１，３２：衛星、３３：衛星３１からの信号、３４：衛星３２からの信号、３５：降雨減衰、３６、３７：地球局、３８，３９：レベル検出回路、４０：比較回路、４１：レベル判定回路、４２：切り替え制御回路、４３：切り替え器、４４：受信機、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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