(57)【要約】【課題】同報通信を行う場合に周波数利用効率を高めた中継衛星を得ること。【解決手段】受信ビームエリア内の送信局から信号を受信し、周波数変換処理を行う受信信号変換手段群と、複数の信号に分波する分波手段群と、分波後の各信号に周波数帯を割り当て、送信先となる送信ビームエリア単位で出力するディジタルスイッチマトリックス部３００と、送信ビームエリア単位で出力された信号に対して遅延処理を行う遅延手段群と、遅延処理後の信号を合波する合波手段群と、合波後の信号を無線周波数帯へ変換し、送信先の送信ビームエリアへ送信する送信手段群と、を備え、同報信号を２以上の受信局へ送信する場合、ディジタルスイッチマトリックス部３００は、同報信号を複製した各同報信号を、同一周波数帯に割り当て、遅延手段群は、複製した同報信号に対して異なる時間遅延を付与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の受信ビームエリア内に存在する送信局から受信した信号を、Ｎ’（Ｎ’は２以上の整数）個の送信ビームエリア内に存在する受信局へ送信する中継衛星であって、
１つの受信ビームエリア内にある送信局からの信号を受信し、受信した信号に対して周波数変換処理および帯域制限処理を行った信号をサンプリングする受信信号変換手段、をＮ個備えた受信信号変換手段群と、
前記受信信号変換手段と１対１で接続し、サンプリング後の信号を複数の信号に分波する分波手段、をＮ個備えた分波手段群と、
前記分波手段群から入力した分波後の各信号に対して周波数帯を割り当て、送信先となる送信ビームエリア単位で出力する制御を行うディジタルスイッチマトリックス手段と、
前記送信ビームエリア単位で出力された信号に対して遅延処理を行う遅延手段、をＮ’個備えた遅延手段群と、
前記遅延手段と１対１で接続し、前記送信ビームエリア単位で出力された遅延処理後の信号を合波する合波手段、をＮ’個備えた合波手段群と、
前記合波手段と１対１で接続し、合波後の信号をアナログ信号に変換し、さらに無線周波数帯へ変換した信号を送信先の送信ビームエリアへ送信する送信手段、をＮ’個備えた送信手段群と、
を備え、
前記送信局から受信した同報信号あるいは自身で生成した同報信号を２以上の受信局へ送信する場合、
前記ディジタルスイッチマトリックス手段は、前記同報信号を複製した各同報信号を、同一周波数帯に割り当て、送信先の受信局が含まれる送信ビームエリアへ送信可能な送信手段と接続する合波手段と接続する遅延手段へ出力し、
前記複製した同報信号を受信した各遅延手段は、前記同報信号に対してそれぞれ異なる時間遅延を付与する、
ことを特徴とする中継衛星。
【請求項２】
１つの受信ビームエリア内に２以上の送信局がある場合、
前記分波手段は、受信ビームエリア内に含まれる送信局数以上の信号数に分波可能とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の中継衛星。
【請求項３】
前記分波手段は、分波する各フィルタの周波数特性が、隣接するフィルタ間でオーバーラップし、オーバーラップ領域の各フィルタの振幅の和が１となるように分波する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の中継衛星。
【請求項４】
前記遅延手段は、前記ディジタルスイッチマトリックス手段から前記同報信号と同報信号以外のユニキャスト信号を入力した場合、前記ユニキャスト信号に対して前記同報信号と同じ時間遅延を付与する、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の中継衛星。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の中継衛星と、前記送信ビームエリア内にある受信局と、から構成される衛星通信システムであって、
前記受信局は、
前記中継衛星からの信号を受信し、受信した信号に対して周波数変換処理および帯域制限処理を行った信号をサンプリングする受信信号変換手段と、
サンプリング後の信号を、前記中継衛星の合波手段による合波処理前の信号に分波する分波手段と、
前記同報信号を復調する同報信号用復調手段と、
前記同報信号以外のユニキャスト信号を復調するユニキャスト用復調手段と、
を備え、
前記同報信号用復調手段は、前記中継衛星から送信された、自局が存在する送信ビームエリア向けの信号に含まれる同報信号と、自局が存在しない送信ビームエリア向けの信号に含まれる同報信号と、を用いて同報信号を復調する、
ことを特徴とする衛星通信システム。
【請求項６】
前記同報信号がスペクトラム拡散信号の場合に、
前記同報信号用復調手段は、
前記同報信号の拡散系列と同じ系列を用いて相互相関処理を行い、各ビームエリアに送信された同報信号について相関値である相互相関ベクトルを求める相互相関手段と、
前記相互相関ベクトルから、相互相関ベクトルの数、各ベクトルの到来時刻、および各ベクトル位相角を検出するベクトル位相検出手段と、
前記相互相関ベクトルの数、各ベクトルの到来時刻、および各ベクトル位相角の各情報を用いて、前記相互相関手段から出力される各相互相関ベクトルを合成する合成手段と、
合成後の信号ベクトルに対して検波を行い、データを復調する検波手段と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の衛星通信システム。
【請求項７】
前記受信局は、
前記相互相関手段における相互相関処理で求めた相関電力情報に基づいて、自局の位置を推定する、
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８】
前記同報信号がＰＳＫ変調信号あるいはＯＦＤＭ信号の場合に、
前記同報信号用復調手段は、
前記ＰＳＫ変調信号に付加した同一のプリアンブルを用いて、受信信号と既知プリアンブルとの相互相関処理を行い、相互相関データ系列を得る相互相関手段と、
前記相互相関データ系列のうち、受信信号に含まれるプリアンブルと既知プリアンブルとの相互相関特性を相互相関電力検出で抽出し伝送路推定値を求める伝送路推定手段と、
時間領域から周波数領域に変換した受信信号を、周波数領域に変換した伝送路推定値で除算し、さらに周波数領域から時間領域に変換する等化手段と、
時間領域に変換後の信号に対して検波を行い、データを復調する検波手段と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の衛星通信システム。
【請求項９】
さらに、
前記中継衛星のディジタルスイッチマトリックス手段に対して、分波後の各信号に対して周波数帯を割り当てる指示を行い、また、前記遅延手段群に対して、各遅延手段における時間遅延量を指示する制御局、
を備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載の衛星通信システム。
【請求項１０】
前記制御局は、前記受信局に対して前記時間遅延量の情報を通知する、
ことを特徴とする請求項９に記載の衛星通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信局から受信した信号を受信局へ送信する中継衛星に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マルチビームを用いて中継を行うマルチビーム衛星システムがあり、このようなシステムにおいて周波数を有効に利用する技術が、下記非特許文献１において開示されている。具体的には、隣接する複数のビームを１クラスタとしてまとめ、同一周波数を複数のクラスタで繰り返し利用することで、周波数の有効利用を実現する。１クラスタ内での各ビームへの割り当て周波数は、ビーム間で重ならないように異なる周波数で割り当てる必要がある。例えば、衛星システムに割り当てられたシステム帯域をＢｓ、Ｍ個のビームで１クラスタを構成する場合、Ｍ個のビームで利用できる総帯域はＢｓとなる。この場合、１ビーム当り利用可能な平均帯域はＢｓ／Ｍとなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】三次仁他  「次世代移動衛星通信システムにおける搭載機器技術」信学技報  ＳＡＴ２００３−１１３，２００３年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、放送等、１つの地上局からＭ個のビーム内の各移動局に同一信号を配信する１対Ｍの同報通信についても同様であり、ダウンリンクにおいて、Ｍ個のビーム間で同報信号の周波数が重ならないように周波数配置する必要がある。そのため、同報信号の帯域をＢｂとすると、１対Ｍの同報通信に必要な帯域はＭ＊Ｂｂとなり、Ｍ個のビームで利用可能な残帯域はＢｓ−Ｍ＊Ｂｂとなることから、周波数を十分に活用できない、という問題があった（但し、＊は乗算を意味する）。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同報通信を行う場合に、周波数利用効率を高めることが可能な中継衛星を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の受信ビームエリア内に存在する送信局から受信した信号を、Ｎ’（Ｎ’は２以上の整数）個の送信ビームエリア内に存在する受信局へ送信する中継衛星であって、１つの受信ビームエリア内にある送信局からの信号を受信し、受信した信号に対して周波数変換処理および帯域制限処理を行った信号をサンプリングする受信信号変換手段、をＮ個備えた受信信号変換手段群と、前記受信信号変換手段と１対１で接続し、サンプリング後の信号を複数の信号に分波する分波手段、をＮ個備えた分波手段群と、前記分波手段群から入力した分波後の各信号に対して周波数帯を割り当て、送信先となる送信ビームエリア単位で出力する制御を行うディジタルスイッチマトリックス手段と、前記送信ビームエリア単位で出力された信号に対して遅延処理を行う遅延手段、をＮ’個備えた遅延手段群と、前記遅延手段と１対１で接続し、前記送信ビームエリア単位で出力された遅延処理後の信号を合波する合波手段、をＮ’個備えた合波手段群と、前記合波手段と１対１で接続し、合波後の信号をアナログ信号に変換し、さらに無線周波数帯へ変換した信号を送信先の送信ビームエリアへ送信する送信手段、をＮ’個備えた送信手段群と、を備え、前記送信局から受信した同報信号あるいは自身で生成した同報信号を２以上の受信局へ送信する場合、前記ディジタルスイッチマトリックス手段は、前記同報信号を複製した各同報信号を、同一周波数帯に割り当て、送信先の受信局が含まれる送信ビームエリアへ送信可能な送信手段と接続する合波手段と接続する遅延手段へ出力し、前記複製した同報信号を受信した各遅延手段は、前記同報信号に対してそれぞれ異なる時間遅延を付与する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、同報通信を行う場合に、周波数利用効率を高めることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、中継衛星の受信側と上りの各送信局の構成例を示す図である。
【図２】図２は、中継衛星の送信側と下りの各受信局の構成例を示す図である。
【図３】図３は、中継衛星が信号中継処理を行う各中継信号の流れを示す図である。
【図４】図４は、従来の衛星通信システムの信号中継処理における各中継信号の流れを示す図である。
【図５】図５は、分波の数（ｍ）を４とした場合の各分波回路部における分波特性の例を示す図である。
【図６】図６は、受信Ｐｏｒｔ２における信号分波例を示す図である。
【図７】図７は、各信号に対するスイッチ処理から遅延処理および合波処理までの流れを示す図である。
【図８】図８は、各遅延回路部において付与する遅延時間を示す図である。
【図９】図９は、受信局の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、合成部の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、各アンテナのビームパターンと受信局の位置を示す図である。
【図１２】図１２は、ビームエリア内に存在する受信局が相互相関を行った場合の例を示す図である。
【図１３】図１３は、合成部から出力される合成後の信号ベクトルを示す図である。
【図１４】図１４は、同報送信局が送信する同報信号Ａのフレームフォーマットを示す図である。
【図１５】図１５は、受信局の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかる中継衛星の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
本実施の形態では、複数のビームに対して、同報信号を同一周波数で配信することが可能な中継衛星および衛星通信システムについて説明する。なお、ここでは、３ビームで１クラスタを構成するＭ＝３の場合について説明するが、一例であり、Ｍはこれに限定するものではなく、２以上の整数であればどのような値でもよい。
【００１１】
図１は、本実施の形態にかかる中継衛星の受信側と上りの各送信局の構成例を示す図である。中継衛星２００は、受信側であるビームエリア１００、１０２などからの各アップリンク信号を受信するＮ（Ｎは２以上の整数）個の受信アンテナ部２１０−０、２１０−１、２１０−２、…、２１０−（Ｎ−１）と、受信した信号を増幅するＮ個の受信アンプ部２２０−０、２２０−１、２２０−２、…、２２０−（Ｎ−１）と、フィルタを用いて不必要な周波数帯を除去するＮ個のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）部２３０−０、２３０−１、２３０−２、…、２３０−（Ｎ−１）と、原振信号を生成する原振生成部２４０と、原振信号に基づいて受信ローカル信号を生成する受信ローカル信号生成部２５０と、受信した信号と受信ローカル信号とを乗算するＮ個のミキサ部２６０−０、２６０−１、２６０−２、…、２６０−（Ｎ−１）と、フィルタを用いて不必要な周波数帯を除去するＮ個のローパスフィルタ（ＬＰＦ）部２７０−０、２７０−１、２７０−２、…、２７０−（Ｎ−１）と、アナログ信号をディジタル信号に変換するＮ個のアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換部２８０−０、２８０−１、２８０−２、…、２８０−（Ｎ−１）と、入力した信号を複数の信号に分波するＮ個の分波回路部２９０−０、２９０−１、２９０−２、…、２９０−（Ｎ−１）と、入力した信号に対してスイッチ処理を行うディジタルスイッチマトリックス部３００と、を備える。なお、例えば、Ｎ＝２の場合、各構成の符号の末尾は「０」および「１」の２つのみとなる。
【００１２】
また、図１において、ビームエリア１００内には同報信号Ａを送信する同報送信局１０１が配置され、ビームエリア１０２内には通常の双方向通信を行うユニキャスト送信局１０３、１０４、１０５が配置されている。また、中継衛星２００を制御する制御局１１０が、受信アンテナ部２１０−０、２１０−１、２１０−２、…、２１０−（Ｎ−１）を経由しない別回線で中継衛星２００と接続する。制御局１１０は、コマンド信号を送信し、中継衛星２００のディジタルスイッチマトリックス部３００のスイッチ処理を制御する。
【００１３】
図２は、本実施の形態にかかる中継衛星の送信側と下りの各受信局の構成例を示す図である。中継衛星２００は、入力した信号に対して遅延処理を行うＮ’（Ｎ’は２以上の整数）個の遅延回路部３１０−０、３１０−１、３１０−２、…、３１０−（Ｎ’−１）と、入力した複数の信号を合波するＮ’個の合波回路部３２０−０、３２０−１、３２０−２、…、３２０−（Ｎ’−１）と、ディジタル信号をアナログ信号に変換するＮ’個のディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換部３３０−０、３３０−１、３３０−２、…、３３０−（Ｎ’−１）と、フィルタを用いて不必要な周波数帯を除去するＮ’個のローパスフィルタ（ＬＰＦ）部３４０−０、３４０−１、３４０−２、…、３４０−（Ｎ’−１）と、原振信号に基づいて送信ローカル信号を生成する送信ローカル信号生成部３５０と、送信対象の信号と送信ローカル信号とを乗算するＮ’個のミキサ部３６０−０、３６０−１、３６０−２、…、３６０−（Ｎ’−１）と、フィルタを用いて不必要な周波数帯を除去するＮ’個のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）部３７０−０、３７０−１、３７０−２、…、３７０−（Ｎ’−１）と、送信する信号を増幅するＮ’個の送信アンプ部３８０−０、３８０−１、３８０−２、…、３８０−（Ｎ’−１）と、送信側であるビームエリア４００、４０２、４０４やＮ’番目のビームエリア等への送信を行うＮ’個の送信アンテナ部３９０−０、３９０−１、３９０−２、…、３９０−（Ｎ’−１）と、を備える。なお、例えば、Ｎ’＝２の場合、各構成の符号の末尾は「０」および「１」の２つのみとなる。
【００１４】
また、図２において、ビームエリア４００内には受信局４０１が配置され、ビームエリア４０２内には受信局４０３が配置され、ビームエリア４０４内には受信局４０５が配置されている。
【００１５】
つづいて、中継衛星２００における信号中継処理について説明する。図３は、中継衛星が信号中継処理を行う各中継信号の流れを示す図である。具体的に、中継衛星２００が、以下に示す信号の同時中継を図３に示す周波数配置にて実現する場合について説明する。
【００１６】
（１）中継衛星２００は、ビームエリア１００内の同報送信局１０１からの同報信号Ａを３つに複製し、ビームエリア４００内の受信局４０１、ビームエリア４０２内の受信局４０３、ビームエリア４０４内の受信局４０５へ、それぞれ異なる遅延を与えた上で送信する。なお、遅延処理された同報信号Ａを、それぞれ同報信号Ａ０、Ａ１、Ａ２とする。
【００１７】
（２）中継衛星２００は、ビームエリア１０２内のユニキャスト送信局１０３からの信号Ｂを、ビームエリア４０２内の受信局４０３へ送信する。
【００１８】
（３）中継衛星２００は、ビームエリア１０２内のユニキャスト送信局１０４からの信号Ｃを、ビームエリア４０４内の受信局４０５へ送信する。
【００１９】
（４）中継衛星２００は、ビームエリア１０２内のユニキャスト送信局１０５からの信号Ｄを、ビームエリア４００内の受信局４０１へ送信する。
【００２０】
なお、受信局４０１、４０３、４０５が、それぞれ同報信号Ａと、信号Ｄ、Ｂ、Ｃのうち１つの信号を同時に受信する場合について説明するが、これに限定するものではない。例えば、同報信号Ａを受信する受信局と、信号Ｂ、Ｃ、Ｄを受信する受信局は、同じ局である必要は無く、各ビームエリア内に別々に存在してもよい。
【００２１】
また、ユニキャスト送信局１０３、１０４、１０５が、全て１つのビームエリア１０２に存在する場合について説明するが、これに限定するものではない。例えば、ユニキャスト送信局１０３、１０４、１０５が、それぞれ別々のビームエリアに存在してもよい。
【００２２】
また、図３に示すように、ここでは、衛星通信システムに割当てられたシステム帯域Ｂｓを基準に、各信号帯域を表現している。すなわち、システム帯域Ｂｓを１．０とした場合に、同報信号Ａの帯域Ｂｂは０．２５、信号Ｂ、Ｃ、Ｄの帯域幅も０．２５として表す。図３から明らかなように、本実施の形態では、中継衛星２００が、遅延処理した同報信号Ａ０、Ａ１、Ａ２を、それぞれ同一周波数上（ｆ0）に配置することを特徴とする。
【００２３】
ここで、従来の衛星通信システムにおいて信号中継処理を行ったときの各信号の周波数配置について簡単に説明する。図４は、従来の衛星通信システムの信号中継処理における各中継信号の流れを示す図である。従来の衛星通信システムでは、同一周波数による干渉を避けるため、同報信号Ａを、ｆ0、ｆ1、ｆ2と異なる周波数に配置していた。この場合、システム帯域１．０に対して、同報通信用に０．７５（＝０．２５＊３）の帯域が消費される。そのため、同報通信以外の他の通信には、余った僅かな帯域０．２５（＝１．０−０．７５）を用いるしかなかった。例えば、図４に示すように、従来の衛星通信システムでは、余った帯域０．２５を用いて、ユニキャスト送信局１０３から受信局４０３への信号Ｂの中継のみを実現できた。
【００２４】
これに対して、本実施の形態では、図３に示すように、中継衛星２００が、同報信号Ａ０、Ａ１、Ａ２を、同一周波数上（ｆ0）に配置するため、同報通信用には僅か０．２５の帯域が消費されるだけであり、残った帯域０．７５（＝１．０−０．２５）を同報通信以外の他の通信に使用できる。例えば、図３に示すように、中継衛星２００は、余った帯域０．７５を用いて、ユニキャスト送信局１０３から受信局４０３への信号Ｂの中継だけでなく、ユニキャスト送信局１０４から受信局４０５への信号Ｃの中継、およびユニキャスト送信局１０５から受信局４０１への信号Ｄの中継を実現することができる。これにより、周波数を有効に利用でき、システム容量の増加を実現することができる。
【００２５】
具体的に、Ｍ個のビームで利用できる総帯域をＢｓ、同報信号の帯域をＢｂとした場合、従来の衛星通信システムで必要な帯域はＭ＊Ｂｂである。一方、本実施の形態で必要な帯域は、Ｍ＊ＢｂからＢｂに削減されるため、同報通信の周波数利用効率がＭ倍に改善される。これにより、Ｍ個のビームで利用可能な残帯域は、「Ｂｓ−Ｍ＊Ｂｂ」から「Ｂｓ−Ｂｂ」に増加し、結果としてシステム容量を「（Ｂｓ−Ｂｂ）／（Ｂｓ−Ｍ＊Ｂｂ）」倍に増加させることができる。
【００２６】
中継衛星２００における信号中継処理の動作について、まず、図１を用いて中継衛星２００の受信側の動作について説明する。中継衛星２００では、ビームエリア１００からの同報送信局１０１から送信された同報信号Ａを受信アンテナ部２１０−０で受信し、受信アンプ部２２０−０で増幅する。
【００２７】
中継衛星２００では、同報信号Ａを受信アンプ部２２０−０で増幅後、受信Ｐｏｒｔ０におけるＢＰＦ部２３０−０で帯域処理を行い、ミキサ部２６０−０へ出力する。ここで、受信ローカル信号生成部２５０では、原振生成部２４０からの原振信号に基づいて、後述する周波数変換処理を実現するための受信ローカル信号を生成し、ミキサ部２６０−０、２６０−１、２６０−２、…、２６０−（Ｎ−１）へ出力する。
【００２８】
ミキサ部２６０−０では、入力した同報信号Ａと受信ローカル信号とを乗算し、乗算後の信号をＬＰＦ部２７０−０へ出力する。中継衛星２００では、ＬＰＦ部２７０−０で乗算後の信号を帯域処理することにより、同報信号Ａを、無線周波数帯から中間周波数（ＩＦ）帯あるいはベースバンド帯に周波数変換し、また、同時にシステム帯域Ｂｓ＝１．０で帯域制限された信号を得ることができる。
【００２９】
つぎに、中継衛星２００では、Ａ／Ｄ変換部２８０−０で周波数変換後の同報信号Ａをサンプリングし、分波回路部２９０−０へ出力する。ここで、入力される信号が中間周波数（ＩＦ）信号の場合、Ａ／Ｄ変換部２８０−０は、ＩＦ信号をサンプリングする。また、入力される信号がベースバンド信号の場合、Ａ／Ｄ変換部２８０−０は、同相（Ｉ）および直交（Ｑ）の２式でベースバンド信号をサンプリングする。
【００３０】
なお、上記で説明した受信アンテナ部２１０−０からＡ／Ｄ変換部２８０−０までの構成をまとめて、便宜的に受信信号変換手段として表す。すなわち、中継衛星２００は、Ｎ個の受信信号変換手段を備えているものとする。ただし、原振生成部２４０および受信ローカル信号生成部２５０は１つでよい。
【００３１】
分波回路部２９０−０は、Ａ／Ｄ変換部２８０−０において帯域外の信号も含めてサンプリングされるため、４分波する過程で帯域幅０．２５に制限された同報信号Ａを抽出する。分波回路部２９０−０は、分波処理後の同報信号Ａをディジタルスイッチマトリックス部３００へ出力する。
【００３２】
なお、説明の都合上、分波の数（ｍ）を４つとしているが、これに限定するものではない。分波の数は２以上の整数であれば、どのような値でもよい。但し、受信側のビームエリア（例えば、ビームエリア１０２）に複数の送信局が存在する場合、ビームエリア内に存在している送信局の数以上に分波できることが望ましい。図５は、分波の数（ｍ）を４とした場合の、各分波回路部における分波特性の例を示す図である。横軸は周波数、縦軸は振幅を示す。分波回路部２９０−０、２９０−１、２９０−２、…、２９０−（Ｎ−１）は、各分波回路部に入力される信号スペクトラムを、図中の（１）〜（４）で示される４つの周波数特性で分波する。
【００３３】
また、各分波回路部の周波数特性は、図５に示す特性に限定するものではない。各分波回路部に入力される信号スペクトラムを４つに分波できれば、図５に示す特性以外の特性で分波してもよい。但し、図５に示す特性で分波することにより、分波された元の信号を復元できるという効果がある。
【００３４】
詳細には、図５に示すように、各分波回路部で使用されるフィルタの特性は、隣接するフィルタ間で特性がオーバーラップする設計とし、かつ、各フィルタの特性が交差する振幅は０．５、またオーバーラップ領域の各フィルタの周波数対振幅特性の総和は１となるフィルタ設計とする。さらに、図５に示す各フィルタの周波数対位相特性も不連続でなく、直線となる設計とすれば、例えば、広帯域信号が一旦４つに分解されても、後段の合波回路部３２０−０、３２０−１、３２０−２、…、３２０−（Ｎ’−１）による合波処理により、元の広帯域信号を復元することができる。このような性質により、中継衛星２００では、中継可能な信号帯域幅は０．２５未満とは限らず、帯域幅１．０までの範囲で多様な帯域幅の信号中継を実現することが可能である。
【００３５】
同報送信局１０１からの同報信号Ａを受信した場合について説明したが、中継衛星２００は、他のユニキャスト送信局からの信号を受信した場合も上記同様の処理を行う。中継衛星２００では、ビームエリア１０２からのユニキャスト送信局１０３からの信号Ｂ、ユニキャスト送信局１０４からの信号Ｃ、およびユニキャスト送信局１０５からの信号Ｄを、受信アンテナ部２１０−２で受信し、受信アンプ部２２０−２で増幅する。なお、図示しないが、中継衛星２００は、他の受信アンテナ部２１０−１、２１０−（Ｎ−１）等でも同様に他のビームエリアから複数の信号を受信し、後段の受信アンプ部で増幅する。
【００３６】
中継衛星２００では、受信アンプ部２２０−２が信号｛Ｂ，Ｃ，Ｄ｝を増幅後、受信Ｐｏｒｔ２におけるＢＰＦ部２３０−２で帯域処理を行い、ミキサ部２６０−２へ出力する。ミキサ部２６０−２では、入力した信号｛Ｂ，Ｃ，Ｄ｝と受信ローカル信号とを乗算し、乗算後の信号をＬＰＦ部２７０−２へ出力する。中継衛星２００では、ＬＰＦ部２７０−２で乗算後の信号を帯域処理することにより、信号｛Ｂ，Ｃ，Ｄ｝を、無線周波数帯から中間周波数帯あるいはベースバンド帯に周波数変換し、また、同時にシステム帯域Ｂｓ＝１．０で帯域制限された信号を得ることができる。図６は、受信Ｐｏｒｔ２における信号分波例を示す図である。各ユニキャスト送信局から受信アンテナ部２１０−２で受信した信号を分波回路部２９０−２で分波するまでの流れを示すものである。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ＢＰＦ部２３０−２とＬＰＦ部２７０−２によるアナログフィルタでは、信号｛Ｂ，Ｃ，Ｄ｝が抽出され、隣接周波数帯に不要波が存在する場合は、不要波を除去する。
【００３７】
つぎに、中継衛星２００では、Ａ／Ｄ変換部２８０−２で周波数変換後の信号｛Ｂ，Ｃ，Ｄ｝をサンプリングし、分波回路部２９０−２へ出力する。分波回路部２９０−２は、Ａ／Ｄ変換部２８０−２でサンプリングされた図６（ｂ）に示す信号｛Ｂ，Ｃ，Ｄ｝を、図６（ｃ）の点線で示す４つのフィルタ特性により、帯域外の信号も含め、図６（ｄ）に示す４つの信号に分解する。このようにして、分波回路部２９０−２は、図６（ｃ）に示す信号｛Ｂ，Ｃ，Ｄ｝を、３つの信号Ｂ、Ｃ、Ｄに分解（分波）する。
【００３８】
つぎに、ディジタルスイッチマトリックス部３００におけるスイッチ処理について説明する。図７は、各信号に対するスイッチ処理から遅延処理および合波処理までの流れを示す図である。ディジタルスイッチマトリックス部３００は、分波回路部２９０−０から出力される同報信号Ａ、分波回路部２９０−２から出力される信号Ｂ、Ｃ、Ｄを入力とし、図７（ａ）に示すスイッチ処理を行う。
【００３９】
具体的には、ディジタルスイッチマトリックス部３００は、同報信号Ａをビームエリア４００、４０２、４０４へ送信するため３つに複製し、図７（ａ）に示す送信Ｐｏｒｔ｛０、１、２｝の各周波数０番に接続する。また、ディジタルスイッチマトリックス部３００は、分波回路部２９０−２から出力された信号Ｂを図７（ａ）に示す送信Ｐｏｒｔ１の周波数３番に、信号Ｃを図７（ａ）に示す送信Ｐｏｒｔ２の周波数２番に、信号Ｄを図７（ａ）に示す送信Ｐｏｒｔ０の周波数１番にそれぞれ接続する。
【００４０】
つぎに、図２を用いて中継衛星２００の送信側の動作について説明する。各遅延回路部３１０−０、３１０−１、３１０−２、…、３１０−（Ｎ’−１）は、ｍ（ここではｍ＝４）個の入力信号に対して、それぞれ時間遅延を与える。各時間遅延量は、図１に示す地上の制御局１１０からのコマンド信号によって任意に設定する。なお、設定を運用中に変更できる構成とすることにより、中継衛星２００における信号処理の柔軟性を高めることができる。
【００４１】
遅延回路部３１０−０、３１０−１、３１０−２、…、３１０−（Ｎ’−１）は、主に複製された同報信号Ａに対して作用し、複製された同報信号Ａに対して、それぞれ異なる時間遅延を与える。ここでは、遅延回路部３１０−０、３１０−１、３１０−２は、３つに複製された同報信号Ａに対して３つの異なる時間遅延を与える。図８は、各遅延回路部において付与する遅延時間を示す図である。遅延回路部３１０−０は、同報信号Ａに対して時間遅延τ（０，０）を与え、本遅延を与えた後の信号を同報信号Ａ０として出力し、遅延回路部３１０−１は、同報信号Ａに対して時間遅延τ（０，１）を与え、本遅延を与えた後の信号を同報信号Ａ１として出力し、遅延回路部３１０−２は、同報信号Ａに対して時間遅延τ（０，２）を与え、本遅延を与えた後の信号を同報信号Ａ２として出力する。図８に示すように、各遅延時間τ（０，０）、τ（０，１）、τ（０，２）は異なる値とする。
【００４２】
なお、ここでは、同報信号は１つ（同報信号Ａ）のみとしたが、これに限定するものではない。複数の同報信号を中継する場合、各遅延回路部において、それぞれの同報信号に対して同様に異なる遅延を与える。これにより、中継衛星２００では、複数の同報信号についても対応可能となる。
【００４３】
また、信号Ｂ、Ｃ、Ｄなどの同報信号以外の信号については、使用する周波数帯を変えていることから、各遅延回路部で遅延させる必要はなく、遅延時間ゼロで設定すればよい。図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に各遅延回路部に関する処理を示す。信号Ｂ、Ｃ、Ｄは遅延させる必要が無いため、時間遅延を点線で表記しているが、同報信号Ａと同様、それぞれに遅延を与えてもよい。
【００４４】
つぎに、合波回路部３２０−０、３２０−１、３２０−２、…、３２０−（Ｎ’−１）の動作について説明する。合波回路部３２０−０、３２０−１、３２０−２、…、３２０−（Ｎ’−１）は、それぞれ４つの入力信号を、０．２５の周波数間隔に並べて合成する。また、各合波回路部は、合波後の信号の周波数対位相特性が、前述の分波回路部と同様、直線となる回路設計とする。ここでは、合波回路部３２０−０が、信号Ａ０と信号Ｄを図７（ｅ）に示す周波数配置で合波し、合波回路部３２０−１が、信号Ａ１と信号Ｂを図７（ｆ）に示す周波数配置で合波し、合波回路部３２０−２が、信号Ａ２と信号Ｃを図７（ｇ）に示す周波数配置で合波する。
【００４５】
なお、これらの合波処理あるいは分波処理に関しては、例えば、「”フレキシブル衛星中継器用分波／合波方式の検討”，電子情報通信学会  ２０１１年総合大会  Ｂ−３−３，２０１１年３月」や「”衛星搭載用再生／非再生中継器に適した分波／合波方式の検討”，電子情報通信学会  ２０１１年総合大会  Ｂ−３−１０，２０１１年９月」の文献に記載された２分波／２合波を基本とするツリー型のフィルタバンク方式で実現することができる。
【００４６】
つぎに、中継衛星２００では、Ｄ／Ａ変換部３３０−０において合波回路部３２０−０で同報信号Ａ０と信号Ｄを合波した信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換し、ＬＰＦ部３４０−０が帯域処理後、ミキサ部３６０−０へ出力する。ここで、送信ローカル信号生成部３５０では、原振生成部２４０からの原振信号に基づいて、後述する周波数変換処理を実現するための送信ローカル信号を生成し、ミキサ部３６０−０、３６０−１、３６０−２、…、３６０−（Ｎ’−１）へ出力する。
【００４７】
ミキサ部３６０−０では、同報信号Ａ０と信号Ｄとを合波した信号と、送信ローカル信号と、を乗算し、乗算後の信号をＢＰＦ部３７０−０へ出力する。中継衛星２００では、ＢＰＦ部３７０−０で乗算後の信号を帯域処理することにより無線周波数帯の信号へ変換し、無線周波数帯に変換された信号を送信アンプ部３８０−０経由で送信アンテナ部３９０−０からビームエリア４００に向けて送信する。
【００４８】
同様に、中継衛星２００では、合波回路部３２０−１で同報信号Ａ１と信号Ｂを合波した信号を、Ｄ／Ａ変換部３３０−１、ＬＰＦ部３４０−１、ミキサ部３６０−１、ＢＰＦ部３７０−１を経由して無線周波数帯に変換後、送信アンプ部３８０−１を経由して送信アンテナ部３９０−１からビームエリア４０２に向けて送信する。
【００４９】
また、中継衛星２００では、合波回路部３２０−２で同報信号Ａ２と信号Ｃを合波した信号を、Ｄ／Ａ変換部３３０−２、ＬＰＦ部３４０−２、ミキサ部３６０−２、ＢＰＦ部３７０−２を経由して無線周波数帯に変換後、送信アンプ部３８０−２を経由して送信アンテナ部３９０−２からビームエリア４０４に向けて送信する。
【００５０】
なお、上記で説明したＤ／Ａ変換部３３０−０から送信アンテナ部３９０−０までの構成をまとめて、便宜的に送信手段として表す。すなわち、中継衛星２００は、Ｎ’個の送信手段を備えているものとする。ただし、送信ローカル信号生成部３５０は１つでよい。
【００５１】
また、説明の都合上、合波の数を４つとしているが、合波の数はこれに限定するものではない。２以上の整数であれば、どのような値でもよい。
【００５２】
このように、中継衛星２００では、同報信号Ａを３つのビームエリアに中継する際、それぞれ異なる時間遅延を与えた上で、図３に示す同一周波数（ｆ0）で送信する。これにより、従来と比較して、周波数の利用効率を高めることができる。
【００５３】
ここで、３つのビームエリア４００、４０２、４０４が隣接する場合、一般に、隣接するビームエリア向けの同報信号Ａが、自ビームエリア向けの同報信号Ａに対して、干渉源となるため、通信品質の低下を招くことになる。しかしながら、中継衛星２００において上述の時間遅延を与えることにより、受信局では、逆に隣接するビームエリア向けの同報信号Ａを、自ビームエリア向けの同報信号Ａに合成し、通信品質の向上、および衛星の送信電力低減効果を実現することができる。
【００５４】
つづいて、中継衛星２００からの信号を受信する受信局の構成について説明する。図９は、受信局の構成例を示す図である。ここでは、一例として、同報信号Ａがスペクトラム拡散信号の場合について説明する。また、受信局４０３について説明するが、受信局４０１、４０５も受信局４０３と同様の構成とする。
【００５５】
受信局４０３は、中継衛星２００からの信号を受信する受信アンテナ部５００と、受信した信号を増幅する受信アンプ部５０１と、フィルタを用いて不必要な周波数帯を除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）部５０２と、受信ローカル信号を生成する受信ローカル信号生成部５０３と、ミキサ部５０４と、フィルタを用いて不必要な周波数帯を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）部５０５と、アナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換部５０６と、入力した信号を複数の信号に分波する分波回路部５０７と、ユニキャスト信号を復調するユニキャスト用復調部５０８、５０９と、同報信号を復調する同報信号用復調部５１０と、を備える。また、同報信号用復調部５１０は、相互相関データ系列を得る相互相関部５１１と、相互相関データ系列から相互相関ベクトルの数、各ベクトルの到来時刻、各ベクトル位相角を検出するベクトル位相検出部５１２と、ベクトルの数、ベクトルの到来時刻、およびベクトル位相角の各情報を用いて、相互相関データ系列の各相関ベクトルをベクトル合成する合成部５１３と、同期検波あるいは遅延検波を行いデータ復調する検波部５１４と、を備える。
【００５６】
図１０は、合成部の構成例を示す図である。合成部５１３は、相互相関データを指定された遅延時間だけ遅延させる遅延部６００、６０１と、遅延処理後の相互相関データを移相させるための移相部６１０、６１１と、相互相関データおよび移相後の信号を加算する加算部６２０と、加算後の相互相関データ系列からベクトル合成後の相関ピーク値を抽出するラッチ部６３０と、を備える。
【００５７】
具体的に、受信局４０３を用いて受信処理の動作を説明する。ビームエリア４０２内に存在する受信局４０３は、受信アンテナ部５００で同報信号Ａ１と信号Ｂとを合波した信号｛Ａ１，Ｂ｝を受信し、受信アンプ部５０１で増幅する。受信局４０３では、増幅された信号｛Ａ１，Ｂ｝をＢＰＦ部５０２で帯域処理し、ミキサ部５０４において帯域処理後の信号と受信ローカル信号とを乗算し、ＬＰＦ部５０５でさらに帯域処理をすることにより、信号｛Ａ１，Ｂ｝の周波数を、無線周波数帯から中間周波数あるいはベースバンドに変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部５０６が、周波数変換後の信号｛Ａ１，Ｂ｝をサンプリングし、分波回路部５０７が、信号｛Ａ１，Ｂ｝から同報信号Ａ１、信号Ｂの各信号を分波する。
【００５８】
なお、干渉源となる隣接するビームエリア向けの信号も受信していた場合、受信局４０３では、この隣接するビームエリア向けの信号についても信号｛Ａ１，Ｂ｝とあわせて上述の受信処理を行う。
【００５９】
ユニキャスト用復調部５０８は、分波回路部５０７で分波された信号Ｂを復調する。信号Ｂは、図３から明らかなように、隣接するビームエリア向けの信号から同一周波数干渉を受けないため、一般的な復調方法で、データ復調を実現することができる。一方、同報信号用復調部５１０は、自ビームエリア向けの信号Ａ１だけでなく、隣接するビームエリア向けの同一周波数の信号Ａ０、Ａ２も用いた復調を行う。
【００６０】
具体的に、同報信号用復調部５１０における復調処理について詳細に説明する。まず、前提として、制御局１１０が、中継衛星２００の遅延回路部３１０−０〜３１０−（Ｎ’−１）に設定した各遅延量情報を、各受信局４０１、４０３、４０５にも通知しているものとする。同様に、制御局１１０は、各ビームエリアにおいて、隣接ビームエリアから到来し得る同報信号の数を、各受信局４０１、４０３、４０５に通知する。
【００６１】
同報信号用復調部５１０では、相互相関部５１１において逆拡散処理を開始する。相互相関部５１１は、同報信号Ａの拡散系列と同じ系列を用いた相互相関処理を、拡散用チップレートの数倍以上のサンプリング速度で行う（スライディング相関を行う）。
【００６２】
図１１は、各アンテナのビームパターンと受信局４０３の位置を示す図である。ビームパターン７０１は、送信アンテナ部３９０−１から送信されたビームエリア４０２向けのビームパターンであり、ビームパターン７０２は、送信アンテナ部３９０−０から送信されたビームエリア４００向けのビームパターンであり、ビームパターン７０３は、送信アンテナ部３９０−２から送信されたビームエリア４０４向けのビームパターンである。また、例えば、ビームエリア４０２向けのビームエリアについて、ビームパターン７０１によるアンテナ利得をＹ［ｄＢｉ］としたときの各地点における他のビームパターンによるアンテナ利得の大きさを示す。
【００６３】
また、図１２は、ビームエリア４０２内に存在する受信局４０３が相互相関を行った場合の例を示す図である。図１２（ａ）は相互相関ベクトル特性を示し、図１２（ｂ）は相互相関電力特性を示す。受信局４０３では、同報信号Ａの拡散系列と同じ系列を用いた相互相関処理を行うと、自ビームエリア宛の同報信号Ａ１との相関値である相互相関ベクトルＣ１が得られる（図１２（ａ））。同時に、ビームエリア４００に送信された同報信号Ａ０との相関値である相互相関ベクトルＣ０、ビームエリア４０４に送信された同報信号Ａ２との相関値である相互相関ベクトルＣ２も、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ベクトルＣ１よりも小さい相関電力ではあるが、時間的に分離されて得られる。この時間分離は、中継衛星２００で与えた遅延差（τ（０，０）、τ（０，１）、τ（０，２））によって得られるものであり、３つの相関ベクトルの各時間差は、ベクトルＣ１とベクトルＣ０との間で「τ（０，１）−τ（０，０）」となり、ベクトルＣ１とベクトルＣ２との間で「τ（０，２）−τ（０，１）」となる。
【００６４】
ベクトル位相検出部５１２は、相互相関部５１１で得られた相互相関データ系列（図１２（ａ））から、図１２（ａ）に示す相互相関ベクトルの数、各ベクトルの到来時刻、および各ベクトル位相角を検出し、合成部５１３に通知する。
【００６５】
なお、ベクトル位相検出部５１２は、ベクトルの到来時刻やベクトル位相角検出の際に、制御局１１０からの情報を用いてもよい。具体的には、中継衛星２００の遅延回路部３１０−０〜３１０−２に設定した各遅延量、および隣接ビームエリアから到来し得る同報信号の数（ここでは３つ）の各情報であり、これらの情報を用いることで、これらの情報を用いずに検出する場合と比較して、より正確なベクトルの数、ベクトルの到来時刻、およびベクトル位相角を検出することができる。
【００６６】
合成部５１３は、ベクトル位相検出部５１２で検出したベクトルの数、ベクトルの到来時刻、およびベクトル位相角の各情報を用いて、相互相関部５１１から出力される相互相関データ系列の各相互相関ベクトルをベクトル合成して出力する。
【００６７】
合成部５１３の動作例について、図１０を用いて説明する。相互相関データ系列は、遅延部６００、６０１に入力される。遅延部６００は、最初に到来した１番目のパスのベクトルを、３番目のパスの到来時刻に合わせる時間遅延制御を行う。具体的には、ベクトル位相検出部５１２が検出したベクトルの時間差情報をもとに、ベクトル位相検出部５１２が、１番目のパスの遅延量「τ（０，２）−τ（０，０）」を遅延部６００に与える。同様に、遅延部６０１は、２番目のパスのベクトルを、３番目のパスの到来時刻に合わせる時間遅延制御を行う。具体的には、ベクトル位相検出部５１２が検出したベクトルの時間差情報をもとに、ベクトル位相検出部５１２が、２番目のパスの遅延量「τ（０，２）−τ（０，１）」を、遅延部６０１に与える。
【００６８】
このように３分岐した相互相関データ系列の各遅延制御処理により、３つの相関ベクトルの位置を、３番目のパスのベクトル位置に全て揃えることができる。但し、各相関ベクトル位相角は揃っていないため、さらに、以下の処理によりベクトル位相角を揃える。
【００６９】
移相部６１０は、最初に到来した１番目のパスのベクトル位相角を、３番目のパスのベクトル位相角に合わせる。具体的には、ベクトル位相検出部５１２が検出したベクトル位相角情報をもとに、ベクトル位相検出部５１２が、１番目のパスの移相量を移相部６１０に与える。同様に、移相部６１１は、２番目のパスのベクトル位相角を、３番目のパスのベクトル位相角に合わせる。具体的には、ベクトル位相検出部５１２が、２番目のパスの移相量を移相部６１１に与える。
【００７０】
このようなベクトル移相制御を行うことで、３分岐した相互相関データ系列のベクトル位相角も、３番目のパスのベクトル位置に全て揃えることができる。
【００７１】
加算部６２０は、上述の時間遅延制御と移相制御が施された３つの相互相関データ系列を加算し、ラッチ部６３０は、ベクトル位相検出部５１２で検出したベクトルの到来時刻に基づいて、加算後の相互相関データ系列から、ベクトル合成後の相関ピーク値を抽出する。
【００７２】
なお、ここでは、ビームエリア４０２に存在する受信局４０３の同報信号復調処理について説明したが、ビームエリア４００に存在する受信局４０１の同報信号復調処理、ビームエリア４０４に存在する受信局４０５の同報信号復調処理も同様にして実現できる。この場合、ビームエリア４００に存在する受信局４０１では、自ビームエリア向けの相関ベクトルＣ０が、ビームエリア４０４に存在する受信局４０５では、自ビームエリア向けの相関ベクトルＣ２が、それぞれ最も高い相関電力を示すことになる。
【００７３】
図１３は、合成部から出力される合成後の信号ベクトルを示す図である。以上の処理により、合成部５１３から出力される合成後の信号ベクトルは、図１３に示すように揃うため、信号レベルの減少のない信号を得ることができる。
【００７４】
後段の検波部５１４は、合成部５１３から拡散コード周期（Ｌ［μ秒］）で出力される上記合成後の信号ベクトルを入力として、同期検波、あるいは遅延検波を行い、データを復調する。
【００７５】
このように、上記中継衛星２００の各同報信号に対する遅延制御と、受信局４０３の各信号処理により、衛星通信システムでは、各受信局において、自ビームエリア宛の同報信号だけでなく、同一周波数で隣接するビームエリアから到来する同報信号も合成した上で、同報信号を復調するため、周波数の有効利用（図４→図３）とともに、同報通信に対する良好な通信品質を実現することができる。さらに、同一周波数で隣接するビームエリアから到来する同報信号を合成することにより、合成しない場合と比較して、中継衛星２００から送信する同報信号Ａ０、Ａ１、Ａ２の電力を、必要最低限の通信品質レベルまで下げることができる。これにより、中継衛星２００の低消費電力化を実現することもできる。なお、同一周波数で隣接するビームエリアから到来する同報信号をそれぞれ分離し、同報通信の品質が、隣接するビームエリアからの信号を合成しなくても十分確保される場合、各受信局では、合成処理を省略することも可能である。
【００７６】
なお、各受信局は、上記相関電力情報を用いて、自局の位置を推定することもできる。例えば、受信局４０３が、図１１に示すアンテナパターンの条件下、（１）の位置で同報信号｛Ａ０，Ａ１，Ａ２｝を受信する場合、図１２（ｂ）に示すように、自ビームエリア向けの同報信号Ａ１から得られる相関電力Ｐ１は、隣接するビームエリアから受信される相関電力Ｐ０、Ｐ２よりｂ［ｄＢ］高くなり、相関電力Ｐ０、Ｐ２はいずれもｂ［ｄＢ］低いレベルとなる。つぎに、受信局４０３が図１１の（１）の位置から（２）の位置に移動すると、自ビームエリア向けの同報信号Ａ１から得られる相関電力Ｐ１、および隣接ビームエリア４０４向けの同報信号Ａ２から得られる相関電力Ｐ２が減少する一方、隣接ビームエリア４００向けの同報信号Ａ０から得られる相関電力Ｐ０が増加する（図１２（ｃ））。さらに、受信局４０３がビームエリア４００とビームエリア４０２の境界である図１１の（３）の位置に移動すると、さらに、相関電力Ｐ１、相関電力Ｐ２が減少する一方、相関電力Ｐ０が増加する（図１２（ｄ））。この場合、図１２（ｄ）に示すように、相関電力Ｐ０、Ｐ１はａ［ｄＢ］低いレベルとなり、相関電力Ｐ２はｃ［ｄＢ］低いレベルとなる。このように受信局がどの位置に移動しても、相関電力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２のいずれかの電力は保持されるため、安定した同報通信を実現できることは明らかである。さらに、この各相関電力情報を用いて、受信局の位置を推定することもできる。
【００７７】
本実施の形態では、図１２（ｂ）に示す各相関電力が得られた場合、自局はビームエリア４０２の中央に、図１２（ｄ）に示す各相関電力が得られた場合、自局はビームエリア４０２とビームエリア４０４の境界に位置するといえる。このように各相関電力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の各相関電力情報から自局の位置を推定することができる。なお、相関電力だけでなく、各相関値のタイミング情報も併用してもよい。
【００７８】
なお、相関電力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の発生タイミングは、衛星で与えた各時間遅延が支配的ではあるが、厳密には、受信局の位置によって若干変動する。相関電力だけでなく、この変動情報も用いることで、自局の位置を推定してもよい。
【００７９】
ところで、本実施の形態では、１次元的に表現しているが、実際は、東西南北で２次元的に割当てられた各隣接ビームエリアからの同報信号を用いて、自局の位置を同報信号用復調部５１０で検出することができる。これにより、従来の複数の衛星を用いたＧＰＳシステムと異なり、１つの中継衛星２００を用いて位置推定を実現できるため、システムのコストを抑えることができる。
【００８０】
また、応用例として、受信局は、ＧＰＳシステムでは３つの衛星からの信号を用いて自局の位置を推定していたが、２つのＧＰＳ衛星と本衛星（中継衛星２００）の組合せで自局の位置を推定してもよい。２つのＧＰＳ衛星を用いる場合、自局の位置は、円周上の不確定性が発生するが、前述の位置推定情報を加えることにより、不確定性の範囲を狭めることもできる。
【００８１】
以上説明したように、本実施の形態では、１つの同報信号を複数の受信局へ送信する場合に、中継衛星において、同報信号を複製し、複製した各同報信号を同一の周波数帯へ割り当て、複製した各同報信号に対して異なる遅延時間を与えて送信することとした。これにより、同報信号の通信に使用する帯域を従来よりも低減できることから、周波数を有効に利用でき、周波数利用効率を高めることができる。
【００８２】
また、中継衛星と受信局を含む衛星通信システム、特に、各ビームエリアを隣接して配置されるマルチビームの衛星通信システムにおいて、隣接するビームエリア向けの同報信号を用いて合成することにより、同報通信の高品質化、高安定化、および中継衛星の低消費電力化を実現することができる。さらに、各受信局の位置推定を実現することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態では、３ビームに対して、同報信号に対して３通りの時間遅延を与えるが、Ｎビームの場合は、最大Ｎ通りの時間遅延を与える構成となる。自ビームエリアと隣接しない、別ビームエリア向けの同報信号で、自ビームエリアに同一周波数干渉を与えない場合は、自ビームエリア向けの同報信号と別ビームエリア向けの同報信号の間で、異なる時間遅延を与えなくてもよい（同一の時間遅延設定でよい）。従って、衛星から同報信号を送信するビーム数がＮ個の場合、必ずしもＮ通りの時間遅延を与えなくてもよい。
【００８４】
また、ビームエリアによっては、同報信号の送信が不要な場合もあるため、同報信号Ａは必ずしも全てのビームに複製、遅延差を与えて送信する必要はなく、制御局１１０からのディジタルスイッチマトリックス部３００への接続制御により、必要なビームエリアにのみ同報信号Ａを複製して送信する。
【００８５】
なお、本実施の形態では、遅延回路部３１０−０、３１０−１、３１０−２、…、３１０−（Ｎ’−１）を、ディジタルスイッチマトリックス部３００と合波回路部３２０−０、３２０−１、３２０−２、…、３２０−（Ｎ’−１）の間に設け、それぞれ、入力されるｍ個の信号に対して独立した遅延を与える構成について説明したが、このような構成に限定するものではない。例えば、遅延回路部３１０−０、３１０−１、３１０−２、…、３１０−（Ｎ’−１）を、合波回路部３２０−０、３２０−１、３２０−２、…、３２０−（Ｎ’−１）の前ではなく後に設置してもよい。この場合、遅延する信号は合波後の信号１つであり、ｍ個の信号に対して独立した遅延を与えることはできない。よって、他のユニキャスト信号も、同報信号と同様の遅延が与えられてしまうデメリットは発生するが、遅延回路部の回路規模を１／ｍ倍に削減することができる。また、本実施の形態では、同報信号を、ビームエリア１００内の同報送信局１０１から中継衛星２００を介して、複数のビームエリアに送信するケースを示したが、同報信号は中継衛星２００の内部で生成してもよい。この場合の同報信号は、例えば、中継衛星２００自らが観測した情報（地形画像データ等）を変調したものとなる。この中継衛星２００内部で生成した同報信号は、直接、ディジタルスイッチマトリックス部３００に入力され、以降は、前記と同様、他のマルチキャスト信号と合わせて各ビームエリアに送信される。
【００８６】
実施の形態２．
実施の形態１では、同報信号Ａがスペクトラム拡散信号である場合の信号処理について説明した。本実施の形態では、同報信号Ａがスペクトラム拡散を行わないＰＳＫ変調信号の場合について説明する。実施の形態１と異なる部分について説明する。
【００８７】
図１４は、同報送信局１０１が送信する同報信号Ａのフレームフォーマットを示す図である。同報送信局１０１は、図１４に示すように、ＰＳＫ変調信号に伝送路等化用のプリアンブルを付加した形で送信し、中継衛星２００は、実施の形態１と同様の処理で、同報信号Ａを中継する。
【００８８】
つぎに、受信局の構成について説明する。図１５は、本実施の形態における受信局４０１の構成例を示す図である。ここでは、一例として、同報信号ＡがＰＳＫ変調信号の場合について説明する。また、受信局４０１について説明するが、受信局４０３、４０５も受信局４０１と同様の構成とする。
【００８９】
受信局４０１は、受信アンテナ部５００と、受信アンプ部５０１と、ＢＰＦ部５０２と、受信ローカル信号生成部５０３と、ミキサ部５０４と、ＬＰＦ部５０５と、Ａ／Ｄ変換部５０６と、分波回路部５０７と、ユニキャスト通信用復調部５０８、５０９と、同報信号を復調する同報信号用復調部５２０と、を備える。また、同報信号用復調部５２０は、相互相関データ系列を得る相互相関部５２１と、伝送路推定値を検出する伝送路推定部５２２と、伝送路推定値を用いて受信信号の等化処理を行う等化部５２３と、等化後の同報信号Ａに対する復調を行う検波部５２４と、を備える。
【００９０】
実施の形態１における受信局４０１との違いは、同報信号用復調部５２０の部分のみである。同報信号用復調部５２０の動作を、図１５を用いて説明する。
【００９１】
相互相関部５２１は、上記ＰＳＫ変調信号に付加した同一のプリアンブルを用いて、受信信号と既知プリアンブルとの相互相関処理を行い、相互相関データ系列を得る。
【００９２】
つぎに、伝送路推定部５２２は、上記相互相関データ系列のうち、受信信号に含まれるプリアンブルと既知プリアンブルとの相互相関特性を相互相関電力検出によって抽出し、抽出した上記相互相関特性を伝送路推定値として保存する。このとき、伝送路推定部５２２では、プリアンブル受信時、実施の形態１と同様、図１２に示すような各同報信号の相関ベクトルを得ることができるため、プリアンブルの相互相関情報を用いて、実施の形態１と同様、自局の位置推定を実現することができる。
【００９３】
等化部５２３は、上記伝送路推定値を用いて、受信信号の等化処理を行う。例えば、受信信号を時間領域から周波数領域に変換後、周波数領域に変換された受信信号を、周波数領域に変換された伝送路推定値で除算することで、周波数領域での等化処理が実現できる。この等化処理により、同一周波数にて受信される同報信号Ａ０、Ａ１、Ａ２から、元の同報信号Ａを復元することができる。除算後のデータ系列は、等化部５２３内で、再び周波数領域から時間領域に変換後、検波部５２４に出力される。
【００９４】
検波部５２４は、等化部５２３で同報信号Ａ帯域内の位相不連続が解消されているため、一般的な復調処理で、等化後の同報信号Ａに対する復調を実現することができる。
【００９５】
以上説明したように、同報信号がスペクトラム拡散を行わないＰＳＫ変調信号の場合についても、実施の形態１と同様、隣接するビームエリア向けの同報信号を用いることにより、同報通信の高品質化、高安定化を実現することができる。なお、本実施の形態では、ＰＳＫ変調信号の中継を説明したが、中継する信号は、ＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）でもよい。ＯＦＤＭの場合も、フレームフォーマットは図１４に示すプリアンブルとデータの組み合わせであり、受信局も図１５と同様の構成で実現できる。検波部５２４にてＯＦＤＭ特有のＦＦＴ処理による復調が行われる。
【００９６】
実施の形態３．
実施の形態１、２では、中継衛星を用いたマルチビームの衛星通信システムにおいて、特に各ビームエリアを隣接して配置される場合に、周波数の有効利用、同報通信の高品質化、高安定化、さらに、各地上受信局の位置推定を実現する方法について説明した。しかしながら、中継衛星と同様の構成を、地上に設置された中継装置に備えることも可能である。また、この中継装置を用いて地上無線システムに適用することも可能である。
【００９７】
この場合、実施の形態１と同一の構成で実現される中継装置では、送信局からの同報信号を、別の周波数に変換後に遅延差を与え、複数の方向を向いている指向性アンテナから同一周波数で送信する。
【００９８】
これにより、中継衛星と同一構成の中継装置を用いた地上無線システムにおいても、周波数の有効利用、同報通信の高品質化、高安定化を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上のように、本発明にかかる中継衛星は、信号の中継に有用であり、特に、複数の送信局からの信号を複数の受信局へ中継する場合に適している。
【符号の説明】
【０１００】
１００、１０２  ビームエリア
１０１  同報送信局
１０３、１０４、１０５  ユニキャスト送信局
１１０  制御局
２００  中継衛星
２１０−０、２１０−１、２１０−２、…、２１０−（Ｎ−１）  受信アンテナ部
２２０−０、２２０−１、２２０−２、…、２２０−（Ｎ−１）  受信アンプ部
２３０−０、２３０−１、２３０−２、…、２３０−（Ｎ−１）  ＢＰＦ部
２４０  原振生成部
２５０  受信ローカル信号生成部
２６０−０、２６０−１、２６０−２、…、２６０−（Ｎ−１）  ミキサ部
２７０−０、２７０−１、２７０−２、…、２７０−（Ｎ−１）  ＬＰＦ部
２８０−０、２８０−１、２８０−２、…、２８０−（Ｎ−１）  Ａ／Ｄ変換部
２９０−０、２９０−１、２９０−２、…、２９０−（Ｎ−１）  分波回路部
３００  ディジタルスイッチマトリックス部
３１０−０、３１０−１、３１０−２、…、３１０−（Ｎ’−１）  遅延回路部
３２０−０、３２０−１、３２０−２、…、３２０−（Ｎ’−１）  合波回路部
３３０−０、３３０−１、３３０−２、…、３３０−（Ｎ’−１）  Ｄ／Ａ変換部
３４０−０、３４０−１、３４０−２、…、３４０−（Ｎ’−１）  ＬＰＦ部
３５０  送信ローカル信号生成部
３６０−０、３６０−１、３６０−２、…、３６０−（Ｎ’−１）  ミキサ部
３７０−０、３７０−１、３７０−２、…、３７０−（Ｎ’−１）  ＢＰＦ部
３８０−０、３８０−１、３８０−２、…、３８０−（Ｎ’−１）  送信アンプ部
３９０−０、３９０−１、３９０−２、…、３９０−（Ｎ’−１）  送信アンテナ部
４００、４０２、４０４  ビームエリア
４０１、４０３、４０５  受信局
５００  受信アンテナ部
５０１  受信アンプ部
５０２  ＢＰＦ部
５０３  受信ローカル信号生成部
５０４  ミキサ部
５０５  ＬＰＦ部
５０６  Ａ／Ｄ変換部
５０７  分波回路部
５０８、５０９  ユニキャスト用復調部
５１０  同報信号用復調部
５１１  相互相関部
５１２  ベクトル位相検出部
５１３  合成部
５１４  検波部
５２０  同報信号用復調部
５２１  相互相関部
５２２  伝送路推定部
５２３  等化部
５２４  検波部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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