衛星通信装置および衛星通信システム
【課題】自由に伝送レートを設定でき、また自由に周波数を配置することができる衛星通信装置を得ること。
【解決手段】受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の前記分波信号をその分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を送信する衛星通信装置であって、受信信号に対してＦＦＴ処理を施すことにより分波信号を求めＦＦＴ部９−１〜９−１５と、分波信号を宛先ごとに振り分けるスイッチマトリックス１０と、スイッチマトリックス１０による振り分け後の信号を同一宛先ごとにＩＦＦＴ処理を施すことにより時間領域信号に変換し、時間領域信号を合波信号として求めるＩＦＦＴ部と、を備える。
【解決手段】受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の前記分波信号をその分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を送信する衛星通信装置であって、受信信号に対してＦＦＴ処理を施すことにより分波信号を求めＦＦＴ部９−１〜９−１５と、分波信号を宛先ごとに振り分けるスイッチマトリックス１０と、スイッチマトリックス１０による振り分け後の信号を同一宛先ごとにＩＦＦＴ処理を施すことにより時間領域信号に変換し、時間領域信号を合波信号として求めるＩＦＦＴ部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のキャリア信号が合成された多重信号から各キャリア信号を抽出し、抽また、複数のキャリア信号を多重して送信する衛星通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、衛星局が、複数のキャリア信号の多重された受信信号を分解して各キャリア信号を抽出する分波処理と、また反対に複数のキャリア信号を多重して送信信号を生成する合波処理と、をディジタル信号処理により実現する技術が提案されている。このような技術の一例が、たとえば、下記非特許文献１に記載されている。
【０００３】
下記非特許文献１に記載されているように、Ｍ（Ｍは自然数）個のキャリア信号で構成される多重信号をＺ変換したものをＹ（ｚ）とし、Ｙ（ｚ）がフィルタＨ（ｚ）を通過したとすると、その多重信号を構成するキャリア番号ｋ（ｋ＝０〜Ｍ−１）の信号をＺ変換したＸk（ｚ）は、以下の式（１）で表すことができる。なお、ｆkはキャリア周波数とし、Ｆsは信号のサンプリング周波数とする。
【０００４】
【数１】
【０００５】
フィルタＨ（ｚ）を、ｆs＝Ｆs／Ｍで動作するＭ個のサブフィルタＨi（ｚM）（ｉ＝０〜Ｍ−１）と遅延成分ｚ-iに分解し、さらに信号Ｘk（ｚ）を１／Ｍにデシメーションした信号Ｘk（ｚM）は、以下の式（２）のように表すことができる。
【０００６】
【数２】
【０００７】
したがって、下記非特許文献１に記載されているように、遅延部、サブフィルタ部および位相オフセット乗算部を１組とする処理部をＭ個並列に備え、つぎのような動作を行うことで、Ｍ個のキャリア信号に対する分波処理を施すことができる。まず、Ｍ個の遅延部がＭ個のキャリア信号が多重された多重信号に対し、自身に設定された遅延量で遅延調整を行う。そして、サブフィルタ部が遅延調整後の信号をろ波し、位相オフセット乗算部が、ろ波後の信号にそれぞれωj（ｊ＝１〜Ｍ）の位相オフセットを与える。そして、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部が、位相オフセットを与えた後の信号に対してＭポイントのＦＦＴを施すことによりＭ個のキャリア信号に分波した信号を得る。
【０００８】
また、合波処理については、Ｍ個の信号Ｘk（ｚ）がフィルタＨ´（ｚ）を通過した後に、多重された信号をＹ（ｚ´）とするとき、Ｙ（ｚ´）は以下の式（３）のように表すことができる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
ここで、分波処理と同様、フィルタＨ´（ｚ）をｆs＝Ｆs／Ｍで動作するＭ個のサブフィルタＨ´i（ｚM）と遅延成分ｚ-iに分解すると、上記式（３）は下記式（４）のように表すことができる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
したがって、合波処理は、Ｍ個の各信号に対してＭポイントＩＦＦＴ処理が施すＩＦＦＴ部と、ω0からωM-1までの位相オフセットを各信号に与える位相オフセット乗算部と、各信号をろ波するサブフィルタ部と、ろ波後の信号に遅延時間を与える遅延部と、を備える構成により実現できる。
【００１３】
一方、下記非特許文献２に示されるように、衛星局を介して地上局と地上端末とが通信を行う衛星通信システムにおいて、衛星局に大型アンテナを搭載し、サービスエリアである日本および日本近辺を１００程度のセルで構成するようなセル設計を行い、それらの各セルをマルチビームで覆う構想が進められている。
【００１４】
下記非特許文献２に記載されるシステムでは、地上局−衛星局（以降、この回線をフィーダリンクと呼ぶ）と、衛星局−各地上端末（以降、この回線をユーザリンクと呼ぶ）は、上り回線，下り回線ともに、異なる周波数帯域を用いており、フィーダリンクにはＫａ帯の４５０ＭＨｚ、ユーザリンクにはＳ帯の３０ＭＨｚを用いている。なお、ユーザリンクは、サービスエリアが１００程度のセルで構成されるようセル設計を行い、衛星局から地上には、径の小さいマルチビームを照射することが検討されている。このシステムでは、周波数利用効率の観点から３０ＭＨｚの周波数帯を分割して７セルで異なる周波数帯を使用し、その７セルを１まとまりとして複数ヶ所で同じ周波数を使用する、７セル周波数繰り返しシステムが想定されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｆｕｍｉｏ Ｔａｋａｈａｔａ ｅｔ ａｌ．，“Ａ ＰＳＫ Ｇｒｏｕｐ Ｍｏｄｅｍ ｆｏｒ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＮ ＳＥＬＥＣＴＥＤ ＡＲＥＡＳ ＩＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．ＳＡＣ−５，ＮＯ．４，１９８７年
【非特許文献２】蓑輪正ら，“安心・安全のための地上／衛星統合移動通信システム”，電子情報通信学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ９１−Ｂ，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１６２９−１６４０，２００８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の非特許文献１に記載の技術によれば、分波処理／合波処理で、フィルタＨ（ｚ）をＭ個に分解したサブフィルタＨi（ｚ）を用いているが、サブフィルタＨi（ｚ）の周波数帯域はｉの値によらず同一である。そのため、周波数帯域が同一である複数の信号が多重された信号を分波処理したり、複数の同一帯域信号を合波処理したりすることは可能であるが、帯域の異なる信号が多重された信号の分波処理や、帯域の異なる信号を合波処理することはできない、という問題があった。
【００１７】
また、上記従来の非特許文献１に記載の技術では、各キャリア信号の帯域が等間隔に並ぶような信号の分波処理および合波処理は可能であるが、各キャリア信号の帯域が等間隔でない場合や各キャリア信号の帯域幅が等しくない場合に対応できないため、それらの信号に対して分波処理および合波処理を行うことができない。そのため、上記非特許文献２に記載のシステムに、上記従来の非特許文献１の技術を採用した場合、同一の周波数配置の信号にしか対応できず、周波数配置に自由度がない。したがって、各セルの状態に応じてそのセルで使用する周波数を変えることができず、周波数利用効率を最適化できない（柔軟な周波数利用ができない）、という問題があった。また、柔軟な周波数利用ができないため、提供サービスに制限ができる、といった問題があった。
【００１８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来に比べ、自由に伝送レートを設定でき、また自由に周波数を配置することのできる衛星通信装置および衛星通信システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の前記分波信号を前記分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を送信する衛星通信装置であって、受信信号をＦＦＴ処理により周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号を前記分波信号とするＦＦＴ処理手段と、前記分波信号を宛先ごとに振り分けるスイッチマトリックス手段と、前記スイッチマトリックス手段による振り分け後の分波信号を、同一宛先ごとにＩＦＦＴ処理を施すことにより時間領域信号に変換し、前記時間領域信号を合波信号とするＩＦＦＴ処理手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、地上端末へ送信するＦＦＴ処理後の周波数領域信号に対して、スイッチマトリックス部１０が、各々の信号の宛て先番号に基づいてクラスタ単位で振り分けを行い、クラスタ単位で振り分けられた信号をさらに宛て先のセルごとに振り分け、そして、振り分けた後の信号にＩＦＦＴ処理を実施し時間領域の信号に戻して、各セルに送信するようにしたので、従来に比べ、自由に伝送レートを設定でき、また自由に周波数を配置することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明にかかる衛星通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。
【図２】図２は、受信信号に対して乗算区間をずらした窓関数を乗算した乗算結果の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１の衛星局のスイッチマトリックス部以降の構成例を示す図である。
【図４】図４は、マトリックス部の構成例を示す図である。
【図５】図５は、ＦＦＴ部によってＦＦＴ処理された結果の一例を示す図である。
【図６】図６は、クラスタの構成例を示す図である。
【図７】図７は、宛先番号と出力先の信号ソート部との対応の一例を示す図である。
【図８】図８は、信号ソート部の入出力信号と第２ＲＡＭ部に格納される信号の一例を示す図である。
【図９】図９は、スイッチマトリックス部の処理の流れの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、合成処理のイメージを示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１の衛星局の地上端末からの信号を受信しスイッチマトリックス部に入力されるまでの処理を行う機能部の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１の衛星局の、地上端末から受信した信号に対するスイッチマトリックス部以降の処理を行う構成要素の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、スイッチマトリックス部の構成例を示す図である。
【図１４−１】図１４−１は、等間隔の周波数配置の例を示す図である。
【図１４−２】図１４−２は、等間隔でない周波数配置の例を示す図である。
【図１４−３】図１４−３は、周波数帯幅が一定でない周波数配置の例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２の衛星局の機能構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２の周波数帯域の分割例を示す図である。
【図１７】図１７は、予備系統を３つ備える場合の周波数利用の概念を示す図である。
【図１８】図１８は、補間部と周波数変換部の別の構成例を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態２の衛星局の地上端末から信号の受信処理を行う構成要素の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態２の周波数変換部と間引き部の処理の信号処理の概念を示す図である。
【図２１】図２１は、実施の形態２の周波数変換部〜ＦＦＴ部の処理と予備系統の処理の概念を示す図である。
【図２２】図２２は、実施の形態３の衛星局の機能構成例を示す図である。
【図２３】図２３は、実施の形態３の送信信号のフレーム構成の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、実施の形態３のＦＦＴ演算開始位置の検出処理の概念を示す図である。
【図２５】図２５は、実施の形態３の遅延時間の算出方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかる衛星通信装置および衛星通信システム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。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる衛星通信装置（衛星局）の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の衛星局は、受信アンテナ１と、周波数変換部２−１〜２−１５と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部３−１〜３−１５と、直交検波部４−１〜４−１５と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）部５−１〜５−１５と、間引き部６−１〜６−１５と、ウィンドウィング部７−１〜７−１５と、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部９−１〜９−１５と、スイッチマトリックス部１０と、制御部１１と、を備えている。
【００２４】
本実施の形態の衛星局は、サービスエリアを１０５のセルで構成することとし、１０５のセルに対してユーザ向けの信号をそれぞれ送信する。また、本実施の形態の衛星局は、地上局から送信された信号を受信し、受信信号の分波処理を行って各キャリア信号を抽出し、抽出されたキャリア信号の並び替えを行い、１０５の宛先（１０５のセル）ごとにキャリア信号の合波処理を行って、衛星局から地上端末に送信する。図１では、分波処理を行い、分波後の受信信号がスイッチマトリックスに信号が入力されるまでの処理を行う構成要素を示している。
【００２５】
また、本実施の形態では、地上局から衛星局に対して、Ｋａ帯の信号（フィーダリンク信号）が送信される。このフィーダリンク信号は、帯域幅４５０ＭＨｚであり、複数のキャリア信号で構成されている。
【００２６】
図１に示した衛星局の受信アンテナ１は、地上局から送信されたフィーダリンク信号を受信する。周波数変換部２は、受信アンテナ１が受信した信号の周波数帯域をＫａ帯からＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯へと変換する。
【００２７】
なお、衛星搭載用ハードウェア性能の観点からフィーダリンク信号の４５０ＭＨｚの帯域の信号を一括で変換することは困難であると考えられるため、複数の周波数変換部を備えることとし、４５０Ｈｚを分割し、各々の周波数変換部が分割した帯域の信号を周波数変換することとする。ここでは、一例として、１つの周波数変換部が変換する信号の帯域幅を３０Ｈｚとし、１５（＝４５０÷３０）個の周波数変換部（周波数変換部２−１〜２−１５）を備えることとする。なお、周波数変換部２−１〜２−１５が変換する周波数帯域は必ずしも３０ＭＨｚでなくても良く、また、将来的にハードウェア性能の向上した場合などには、４５０ＭＨｚの帯域幅の信号を一括で周波数変換を行っても良い。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換部３−ｉ（ｉ＝１，２，…，１５）は、ＩＦ帯に周波数変換された受信信号をアナログ信号からディジタル受信信号へと変換する。直交検波部４−ｉは、ディジタル受信信号の直交検波を行い、ディジタル受信信号をＩＦ帯からベースバンド信号へと変換すると共に、ベースバンド信号の同相（Ｉｃｈ）信号および直交（Ｑｃｈ）信号を出力する。ＬＰＦ部５−ｉは、ベースバンド信号の同相（Ｉｃｈ）信号および直交（Ｑｃｈ）信号に対して、直交検波処理に伴って生じた不要な高調波成分をカットするためのフィルタリングを行う。なお、本実施の形態では、一度受信信号を無線周波数帯（Ｋａ帯）からＩＦ帯へと変換した後でベースバンドに変換しているが、受信信号を無線周波数帯からベースバンドに直接変換するダイレクトコンバージョン方式を用いても良い。
【００２９】
間引き部６−ｉは、フィルタリング後のベースバンド信号に対して間引き処理を行うことで、Ａ／Ｄ変換部３−ｉのサンプリング速度よりも低いサンプリングレートの間引き信号を生成する。なお、間引き部６によって行う間引き処理は、後段の回路規模削減、消費電力低下を目的とするものであり、必ずしも必要ではなく場合によっては省略可能である。
【００３０】
ウィンドウィング部７−ｉは、間引き信号に対して窓関数を乗算し、乗算結果を出力する窓関数乗算手段である。後段のＦＦＴ部９−ｉでは間引き信号に対してＦＦＴ演算処理が施されるが、ＦＦＴ演算を行う区間の両端に連続性がない場合、不要な高調波が発生し、性能の劣化要因となる。そのため、受信信号のＦＦＴ区間の両端が連続性を有するように、ウィンドウィング部７−ｉが、各ＦＦＴ演算区間に対して窓関数を乗算する。窓関数の代表例として、例えばハニング窓が挙げられるが、ある区間の両端が同じ値に収束する関数であれば、ハニング窓でなくとも良い。
【００３１】
なお、窓関数を乗算した部分の受信信号情報が欠落してしまうため、ウィンドウィング部７は、ＦＦＴ演算区間をτとするとき、間引き信号（受信信号）に窓関数を乗算する区間をτ／２だけ時間をずらした乗算結果も出力する。図２は、受信信号に対して乗算区間をずらした窓関数を乗算した乗算結果の一例を示す図である。図２の下側の（ｂ）は上側の（ａ）に対してτ／２だけ窓関数の乗算する区間をずらした関係となっている。なお、ここでは理解しやすいよう、図２の時間信号（間引き信号）は一定値が連続するものとしている。図２に示すように、τ／２だけ時間をずらしているため、窓関数の乗算される区間が異なり、図２（ａ）と（ｂ）を合わせて活用することにより、窓関数を乗算しても信号情報は欠落しない。
【００３２】
ＦＦＴ部９−ｉは、窓関数が乗算された間引き信号に対して、２NポイントのＦＦＴ処理を実施する。なお、図中には記載していないが、τ／２だけ時間をずらした信号についてもＦＦＴ処理を実行するため、各ＦＦＴ部９−１〜９−１５はそれぞれ２つずつのＦＦＴ演算部を備えている。ＦＦＴ部９−ｉは、ＦＦＴ処理により間引き信号を周波数領域信号に変換し、受信信号に含まれていた複数のキャリア信号を、周波数のサンプル単位（１サンプル＝３０ＭＨｚ／２Nポイント）で抽出することができる。すなわち、ＦＦＴ部９−ｉまでの処理で、複数のキャリア信号が多重されている受信信号を分波し、分波信号であるキャリア信号を抽出することができる。周波数領域信号は、スイッチマトリックス部１０へ入力される。
【００３３】
図３は、本実施の形態の衛星局のスイッチマトリックス部１０以降の構成例を示す図である。図３に示すように、本実施の形態の衛星局は、スイッチマトリックス部１０以降の処理を行う構成要素として、スイッチマトリックス部１０と、制御部１１と、ＩＦＦＴ部２１−１〜２１−１０５と、信号合成部２３−１〜２３−１０５と、補間部２４−１〜２４−１０５と、直交変調部２５−１〜２５−１０５と、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換部２６−１〜２６−１０５と、周波数変換部２７−１〜２７−１０５と、送信アンテナ２８−１〜２８−１０５と、を備える。
【００３４】
スイッチマトリックス部１０は、図１を用いて説明したように、１５個の並列に並ぶ入ＦＦＴ部９−１〜９−１５から出力される周波数領域信号を、制御部１１の制御情報に基づいて、１０５の宛先（信号の送信先）ごとに並び替えを行う。なおスイッチマトリックス部１０もＦＦＴ部９−１〜９−１５と同様に、図２に示すように、τ／２ずらさずに窓関数を乗算した間引き信号（受信信号）に対応する周波数領域信号と、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算した間引き信号に対応する周波数領域信号と、の２つの信号に対応する処理を行うが、その２つの信号に対する動作は同じである。したがって、以下では、τ／２ずらさずに窓関数を乗算した間引き信号（受信信号）に対応する周波数領域信号に対する処理について述べるが、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算した間引き信号に対応する周波数領域信号に対する処理もその処理と同様である。
【００３５】
図４は、マトリックス部１０の構成例を示す図である。本実施の形態のスイッチマトリックス部１０は、第１ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）部１４−１〜１４−１５と、信号ソート部１５−１〜１５−１５と、第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−１５と、第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−１０５と、で構成される。
【００３６】
ＦＦＴ部９−ｉから出力された周波数領域の信号は、第１ＲＡＭ部１４−ｉに入力される。第１ＲＡＭ部１４−ｉは、データを保持するためのメモリを備えており、ＦＦＴ部９−ｉで変換された周波数領域信号のうち、“有意な信号”のみを自身のメモリに格納する（書き込む）。以下、第１ＲＡＭ部１４−ｉに格納する“有意な信号”について説明する。
【００３７】
図５は、ＦＦＴ部９−ｉによってＦＦＴ処理された結果（周波数領域信号）の一例を示す図である。図５に示すように、ＦＦＴ部９−ｉで変換された３０ＭＨｚ帯域の周波数領域信号のなかには、ＬＰＦ部５−ｉのフィルタリングにより不要な成分として除去された信号成分のない領域（帯域外成分）が存在する。帯域外成分は情報を含まず、以後の信号処理に必要ではないため、第１ＲＡＭ部１４−ｉでは、本帯域外成分以外の信号（これを“有意な信号”とする）を格納する。この“有意な信号”のみ、すなわち帯域内の周波数成分の信号のみを格納することによって、第１ＲＡＭ部１４−ｉのメモリ容量を削減することができる。
【００３８】
制御部１１は、第１ＲＡＭ部１４−ｉに格納された信号を読み出して、その信号に対して、信号の宛先のセルを識別するための番号である宛先番号と各宛先のセルでの信号配置を規定するチャネル番号とを付加し、付加後の信号を第１ＲＡＭ部１４−ｉに格納する。第１ＲＡＭ部１４に格納された信号の宛先の数は１０５あり、第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５に格納された各信号を１０５個の宛先（１〜１０５の宛先番号）に振り分ける必要がある。しかしながら、１５個の第１ＲＡＭ部（第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５）に書き込まれている信号を、それぞれ１０５個の宛先に振り分けを実行するためには、信号線が１５７５本（＝１５×１０５）必要となる。これは、回路規模の観点から望ましいとは言えない。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、セル７個を１つのまとまり（以下、このまとまりをクラスタという）とし、クラスタを単位とする振り分けとクラスタ内の振り分けとの２段階で振り分けを行う。図６は、クラスタの構成例を示す図である。図中の＃１，＃２，…と記載された小円はセルを表し、各セル内に記載されている＃の後ろに記した番号は、信号の宛先番号を示している。図６の例では、＃１〜＃７，＃８〜＃１４，…の７つのセルを囲む太線の円が、クラスタを示している。
【００４０】
まず、第１段階の振り分け処理では、第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５に格納された信号を、クラスタ単位で振り分ける。図６に示したように、衛星局から信号を送信する地上の宛先（セル）を７つまとめた領域がクラスタである。なお、図６では、紙面の都合上、宛先番号は２８までしか記載してないが、実際には宛先番号１０５までのセルが存在する。
【００４１】
第１ＲＡＭ部１４−ｉは、保持している、宛先番号と出力先の信号ソート部との対応に基づいて、格納された信号をその信号に付加されている宛先番号に対応する信号ソート部１５−１〜１５−１５へ出力する。図７は、宛先番号と出力先の信号ソート部との対応の一例を示す図である。図７に示すように、宛先番号と信号ソート部１５−１〜１５−１５との対応付けておき、第１ＲＡＭ部１４−ｉは、このような対応を保持していることとする。この際、宛先となるセルの数は１０５であり、７個のセルで１つのクラスタを構成するため、クラスタ数は合計１５（＝１０５÷７）となる。したがって、各クラスタに対応する信号ソート部の個数は１５個（信号ソート部１５−１〜１５−１５）となる。なお、第１ＲＡＭ部１４−ｉがこの対応（宛先番号と出力先の信号ソート部との対応）を保持する替わりに、制御部１１がこの対応を保持し、第１ＲＡＭ部１４−ｉに格納されているデータを読み出した際に、保持している対応に基づいて、対応する信号ソート部へ信号を出力するよう第１ＲＡＭ部１４−ｉへ指示するようにしてもよい。
【００４２】
第１ＲＡＭ部１４−ｉから出力された信号が入力された信号ソート部１５−ｊ（ｊ＝１，２，…，１５）は、入力された信号に対してトラフィックの均一化処理を行い、処理後の信号を第２ＲＡＭ部１６−ｊに出力する。第２ＲＡＭ部１６−ｊは、１５個（信号ソート部への入力元の第１ＲＡＭ部と同じ個数）のメモリを備え、信号ソート部１５−ｊは、トラフィックの均一化処理により並び替えを行った後に第１ＲＡＭ部１４−ｉから出力された信号を第２ＲＡＭ部１６−ｊ内のいずれかのメモリに出力する。
【００４３】
ここで、信号ソート部１５−ｊが行うトラフィックの均一化処理について説明する。図８は、信号ソート部１５−ｊの入出力信号と第２ＲＡＭ部１６に格納される信号の一例を示す図である。なお、本実施の形態では、衛星局は第１ＲＡＭ部を１５個備え、宛先数を１０５としているが、説明を簡素化するため、図８の例では、第１ＲＡＭ部１４は３個、宛先のセル数は２１（クラスタ数３個）としている。
【００４４】
図８の（ａ）は、信号ソート部へ入力される信号を模式的に示している。図の縦方向は、時間を所定の時間単位で離散化した値を示している。横方向の入力＃Ｍ（ここでは、Ｍ＝１，２，３）は、信号ソート部１５−ｊ（この場合は、ｊ＝１，２，３）に第１ＲＡＭ部１４−Ｍから入力される信号を示しており、値がない箇所（空欄）は、入力される信号が存在しないことを示している。図中のＡ０，Ａ１，…，Ｂ１，…，Ｃ１，…は、第１ＲＡＭ部１４−Ｍから入力される信号を説明するために付与した入力信号の識別番号であり、Ａが先頭に付く識別番号は、第１ＲＡＭ部１４−１から入力された信号を、Ｂが先頭に付く識別番号は、第１ＲＡＭ部１４−２から入力された信号を、Ｃが先頭に付く識別番号は、第１ＲＡＭ部１４−３から入力された信号を、それぞれ示している。
【００４５】
図８の（ａ）の各入力信号に着目すると、入力＃１、入力＃３の信号数が多いのに対し、入力＃２の信号数が少ない。仮に信号ソート部１５−１〜１５−３が存在しない場合ない場合、第１ＲＡＭ部１４−ｊに入力された信号は、第２ＲＡＭ部１６−ｊに出力される。この場合、図８の（ａ）のように、各入力によって信号数のバラつきがあり、また信号の入力されない時間もあっても、第２ＲＡＭ部１６−ｊは第１ＲＡＭ部１４−ｊから出力された信号を、信号が存在しないデータも含めて全て自身の各メモリへ格納する必要がある。
【００４６】
第２ＲＡＭ部１６−ｊは、たとえば、第１ＲＡＭ部１４−１から入力された信号は、自身のメモリ＃１へ、第１ＲＡＭ部１４−２から入力された信号は自身のメモリ＃２へ，…というように順に格納する。したがって、第２ＲＡＭ部１６−ｊは、Ｒａ（Ｒａは第１ＲＡＭ１４の数）×２N（２NはＦＦＴポイント数）×ＳＤ（ＳＤは各信号情報が持つビット数）を格納できるメモリ容量を備える必要がある。第２ＲＡＭ部１６−ｊは、図８の例では、３×２N×ＳＤのメモリ容量が必要となり、Ｒａ＝１５の図４の構成では、１５×２N×ＳＤのメモリ容量が必要となる。
【００４７】
これに対し、本実施の形態では、信号ソート部１５−ｊは、図８の（ａ）に示されるような入力信号を、図８の（ｂ）のように、特定の出力先（特定のメモリ）に信号が集中しないようにトラフィックの均一化を行ってメモリへ出力する。なお、ここでは上述のとおり、第１ＲＡＭ部の個数を３個としているため、第２ＲＡＭ部１６−ｊを構成するメモリは、メモリ＃１〜メモリ＃３までの３個とする。図８の（ｂ）の横方向の出力＃Ｍは、第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ＃Ｍに出力されることを示している。
【００４８】
具体的には、たとえば、入力＃１（信号ソート部１５−１への入力）には、時間“０”と時間“１”で連続してＡ０，Ａ１の信号の入力があるが、入力＃２（信号ソート部１５−２への入力）には、時間“０”には信号の入力がなく、時間“１”でＢ１の信号の入力があり、入力＃３（信号ソート部１５−３への入力）には、時間“０”と時間“１”の両方で信号の入力がない。このような場合、信号ソート部１５−ｊは、時間“０”に入力された信号Ａ０を出力＃１として第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ＃２へ出力し、時間“１”に入力された信号Ａ１を出力＃２として第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ＃２へ出力する。また、信号ソート部１５−２は、時間“１”に入力された信号Ｂ１を出力＃３として第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ＃３へ出力する。
【００４９】
このような動作を行うことにより、各信号の出力先は図８の（ｂ）に示す出力先となる。例えば、図８の（ａ）では、入力＃１に７個の信号（Ａ０〜Ａ６）、入力＃２に３個（Ｂ１〜Ｂ３）の信号、入力＃３に８個（Ｃ１〜Ｃ８）の信号と、トラフィックが偏っているのに対し、図８の（ｂ）では、出力＃１、出力＃２、出力＃３の全てに６個ずつ信号が割り振られ、トラフィックが均一化されている。このようにトラフィックを均一化するための具体的な出力先の選択方法は、どのような方法でもよいが、たとえば、所定の時間内に入力された信号に対して、出力先ごとの信号の個数を係数し、不均一な場合は、信号数の多い出力先の信号から所定の信号を選択し、選択した信号を他の出力先とする、という処理を出力先ごとの個数がなるべく等しくなるまで繰り返し、出力先を決定するなどの方法がある。
【００５０】
信号ソート部１５−ｊによってトラフィックの均一化が行われた後の信号は、図８の（ｃ）に示すように、第２ＲＡＭ部１６−ｊは、各メモリに、必要な信号（入力信号の存在しない部分は除いた信号）を書き込む。なお、ここでは、第１ＲＡＭ部の個数が３個の場合について説明したが、図４の構成のように第１ＲＡＭ部の個数が１５個の場合も、同様に、信号ソート部１５−ｊは、第２ＲＡＭ部１６−ｊの１５個のメモリに均一に出力されるよう出力先を選択する。
【００５１】
このように、信号ソート部１５−ｊが、入力される信号のトラフィックを均一化して出力することにより、第２ＲＡＭ部１６−ｊが必要とするメモリ容量を、２N×ＳＤに、すなわち信号ソート部１５−ｊが存在しない場合の１／Ｒａに、削減することができる。図８の例（Ｒａ＝３）では、信号ソート部１５−ｊを用いることにより、第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ容量を１／３に、図４の構成（Ｒａ＝１５）では１／１５に、それぞれ削減できる。
【００５２】
図４の構成例に基づく動作の説明に戻る。第１ＲＡＭ部１４−ｉは、以上のように格納されている信号をクラスタごとに対応する信号ソート部１５−１〜１５−１５への振り分けを行い、各信号は信号ソート部１５−ｊ経由で第２ＲＡＭ部１６−ｊに書き込まれる。なお、１クラスタへの通信トラフィックがシステム帯域（３０ＭＨｚ）を越える可能性がある場合は、第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ容量を、２N×ＳＤ＋αとし、若干メモリ容量を増やしておくこととする。
【００５３】
つぎに、第２段階の振り分け処理として、第２ＲＡＭ部１６−ｊは、自身のメモリ＃１〜＃１５に格納されている信号を読み出し、その信号の宛先番号ごとに７個の第３ＲＡＭ部（第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−１５）に出力先を振り分ける。たとえば、第２ＲＡＭ部１６−１は、宛先番号が１の信号（セル＃１を宛先とする信号）を第３ＲＡＭ部１７−１へ、宛先番号が２の信号（セル＃２を宛先とする信号）を第３ＲＡＭ部１７−２へ、…、第２ＲＡＭ部１６−２は、宛先番号が８の信号（セル＃８を宛先とする信号）を第３ＲＡＭ部１７−８へ、…と自身に接続する７つの第３ＲＡＭ部へ宛先のセルごとに出力する。第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−１０５は、信号を保持するためのメモリを備えており、入力された信号をそのメモリに格納する。
【００５４】
そして、ＩＦＦＴ部２１−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、第３ＲＡＭ部１７−ｋに格納された信号をチャネル番号ごとに読み出し、チャネル番号ごとの信号を周波数領域信号とし、その周波数領域信号をＩＦＦＴ処理により時間領域信号に変換する。
【００５５】
図９は、スイッチマトリックス部１０の処理の流れの一例を示す図である。図９では、紙面と説明簡素化の都合上、ＦＦＴ部および第１ＲＡＭ部を３つずつ備え、宛先のセル数が２１（クラスタ数３個）の例を示している。図９の（１）は、ＦＦＴ部９−１〜９−３から入力される周波数領域信号を示し、（２）は第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−３に書き込まれた信号を示し、（３）は第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−２１に書き込まれた信号を示し、（４）は第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−２１に書き込まれた信号を示している。また、図中の矩形は、各信号を示し、矩形のなかの番号は、その信号の宛先番号を示している。また、図９では、横軸に３０ＭＨｚの帯域を０〜２Nのサンプルに離散化した値、すなわち周波数を示している。以下、（１）〜（４）で示した各信号について説明する。
【００５６】
（１）ＦＦＴ部９−１〜９−３から入力される周波数領域信号
ＦＦＴ部９−１〜９−３は、２NポイントのＦＦＴ処理により受信信号を、図９の（１）に示すように帯域３０ＭＨｚ（２Nサンプル）の周波数領域信号へと変換し、スイッチマトリックス部１０へ出力する。この処理によって、受信信号に含まれていた複数のキャリア信号を、３０ＭＨｚ／２Nサンプル単位で分離することが可能になる。
【００５７】
（２）第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−３に書き込まれた信号
第１ＲＡＭ部１４−ｉ（図９の例ではｉ＝１，２，３）は、上述のように、ＦＦＴ部９−ｉが出力する周波数領域信号のうち、“有意な信号”を自身のメモリに書き込まれる。
【００５８】
（３）第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−３に書き込まれた信号
第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−３には、第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−３がクラスタごとに振り分けられた信号が、信号ソート部１５−１〜１５−３経由で書き込まれる。図９の例では、第２ＲＡＭ部１６−１には宛先番号１から７まで、第２ＲＡＭ部１６−２には、宛先番号８から１４まで、第２ＲＡＭ部１６−３には、宛先番号１５から２１までの信号が振り分けられている。なお実際には、図９のように各信号は宛先ごとに連続しているわけではなく、サンプル単位の離散的な信号が並ぶが、ここでは、説明と図示の都合上、各信号は宛先ごとにまとまっていることとする。サンプル単位の離散的な信号が並んでいる場合も処理は同様である。
【００５９】
（４）第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−２１に書き込まれた信号
第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−２１には、宛先番号ごとに振り分けられた信号が、チャネル番号とともに書き込まれる。このとき、チャネル番号を書き換えることで、信号配置を自由に設定することができる。
【００６０】
以上のスイッチマトリックス部１０の処理により、ＦＦＴ部９−１〜９−３から出力された周波数領域信号を、図９の（４）のように、宛先番号（宛先のセル）に応じて並び替えることができる。また、図４に示した構成では、第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５に書き込まれた信号を、直接１０５の宛先別に振り分けるのではなく、まず、クラスタ単位で信号ソート部１５−１〜１５−１５に振り分けることにより、回路規模の削減を実現している。さらに、信号ソート部１５−１〜１５−１５が第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５から入力された信号に対してトラフィックを均一化する処理を行って第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−１５へ出力するようにしたので、第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−１５に必要なメモリ容量の削減を実現することができる。
【００６１】
また、スイッチマトリックス部１０の処理後、ＩＦＦＴ部２１−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、第３ＲＡＭ部１７−ｋに格納された宛先ごとに並べられた周波数領域信号を、時間領域の信号へと変換する。この処理により、複数のキャリアを合成した時間領域信号が生成される。ＩＦＦＴ部２１−ｋが、同一宛先の複数のキャリアを合波する合波処理を実施することになる。なお、ＩＦＦＴ部２１−１〜２１−１０５も、ＦＦＴ部９−１〜９−１５やスイッチマトリックス部１０と同様、図２で説明した、時間をずらさずに窓関数を乗算してＦＦＴ処理を実行した信号と、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算してＦＦＴ処理を実行した信号と、との２系統の信号を処理するため、２つの処理部を備えることとする。
【００６２】
信号合成部２３−ｋは、時間をずらさずに窓関数を乗算してＦＦＴ処理を実行した信号と、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算してＦＦＴ処理を実行した信号と、の２系統の信号に対するＩＦＦＴ処理結果を用いて合成を行い、窓関数の乗算による信号情報の欠落がない信号を生成する。具体的には、両系統の信号からそれぞれの窓関数によるデータの欠如の無い部分を抽出して合成する。図１０は、合成処理のイメージを示す図である。図１０の（ａ），（ｂ）は、図２に示した（ａ），（ｂ）にそれぞれ対応する。図１０の（ｃ）は、信号合成部２３−１〜２３−１０５によって合成された信号イメージである。信号合成部２３−１〜２３−１０５は、図１０（ａ）の信号のうち窓関数の乗算により除去された区間（図１０（ａ）の斜線塗りつぶし以外の区間）を、図１０の（ｂ）の窓関数の乗算により除去されない信号の区間（ドット塗りつぶしの区間）と置き換えることで、図１０（ｃ）に示すように、窓関数乗算による信号の欠落がない信号を出力する。
【００６３】
補間部２４−ｋは、信号合成部２３−ｋによって合成された信号に対して、サンプリング速度を上げるアップサンプリング処理を行う。このアップサンプリング処理は、信号のサンプリング速度と後段のＤ／Ａ変換部２６−ｋとのサンプリング速度を合わせるために実施する。直交変調部２５−ｋは、ベースバンドの信号として補間部２４−ｋから入力される信号をＩＦ帯へと変換する。Ｄ／Ａ変換部２６−ｋは、ＩＦ帯の信号をディジタルからアナログへと変換し、周波数変換部２７−ｋは、ＩＦ帯のアナログ信号をＳ帯へと変換する。なお、ここでは、ＩＦ帯を介してベースバンドからＳ帯への周波数変換を実施したが、ベースバンドから直接Ｓ帯へ周波数変換を行っても良い。
【００６４】
送信アンテナ２８−ｋは、地上のセルに対してビームを照射することにより、周波数変換部２７−ｋから入力された信号を宛先のセルへ送信する。最後に、各セルに存在する地上端末が、衛星局より送信された信号を受信する。このようにして、地上局から送信された複数のキャリア信号が含まれる信号を衛星局が受信し、衛星局が、受信信号の分波処理、宛先別に信号の並び替えおよび合波処理を実施し、衛星局と各地上端末との通信が行われる。
【００６５】
つづいて、本実施の形態の衛星局が、カバーする１０５のエリア（セル）に位置する地上端末から信号を受信し、地上局に送信する信号を生成する、または再度地上端末に送信するまでの流れを説明する。
【００６６】
図１１は、本実施の形態の衛星局の地上端末からの信号を受信しスイッチマトリックス部に入力されるまでの処理を行う機能部の構成例を示す図である。図１１に示すように、地上端末からの信号を受信しスイッチマトリックス部に入力されるまでの処理を行う機能部は、受信アンテナ３０−１〜３０−１０５と、周波数変換部３１−１〜３１−１０５と、Ａ／Ｄ変換部３２−１〜３２−１５と、直交検波部３３−１〜３３−１５と、ＬＰＦ部３４−１〜３４−１０５と、間引き部３５−１〜３５−１０５と、ウィンドウィング部３６−１〜３６−１０５と、ＦＦＴ部３７−１〜３７−１０５と、とを備える。
【００６７】
本実施の形態の衛星局は、地上端末からの信号を受信するための受信アンテナ部を、１０５のビーム数分だけ備えており、後段の処理を行う各構成要素もビームごとに１０５個並列に並ぶ構成となる。
【００６８】
受信アンテナ部３０−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、各セル内に存在する地上端末から送信された信号を受信し、周波数変換部３１−ｋは、受信アンテナ部３０−ｋが受信した信号をＳ帯からＩＦ帯へ周波数変換する。Ａ／Ｄ変換部３２−ｋは、アナログ信号であるＩＦ帯の受信信号をディジタル信号へ変換し、直交検波部３３−ｋは、ディジタル受信信号の直交検波を行い、ディジタル受信信号をＩＦ帯からベースバンド信号へと変換すると共に、ベースバンド信号の同相信号および直交信号を出力する。ＬＰＦ部３４−ｋは、ベースバンド信号の同相信号および直交信号に対して、直交検波処理に伴って生じた不要な高調波成分をカットするためのフィルタリングを行う。
【００６９】
間引き部３５−ｋは、間引き部６−ｉと同様にフィルタリング後のベースバンド信号に対して間引き処理を行う。ウィンドウィング部３６−ｋは、ウィンドウィング部７−ｉと同様に、間引き信号に対して窓関数を乗算し、乗算結果を出力する。また、ウィンドウィング部３６−ｋは、ウィンドウィング部７−ｉと同様に、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算した結果も出力する。ＦＦＴ部３７−ｋは、ウィンドウィング部３６−ｋから出力される２系統の信号に対して、ＦＦＴ処理を行うことにより周波数領域信号に変換し、分波信号とする。
【００７０】
図１２は、本実施の形態の衛星局の、地上端末から受信した信号に対するスイッチマトリックス部以降の処理を行う構成要素の一例を示す図である。図１２に示すように衛星局は、スイッチマトリックス部以降の処理を行う構成要素として、スイッチマトリックス部３８と、制御部１１と、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ）部４１−１〜４１−１５と、信号合成部４２−１〜４２−１５と、補間部４３−１〜４３−１５と、直交変調部４４−１〜４４−１５と、Ｄ／Ａ変換部４５−１〜４５−１５と、周波数変換部４６−１〜４６−１５と、加算部４７と、送信アンテナ４８と、を備える。
【００７１】
図１３は、スイッチマトリックス部３８の構成例を示す図である。図１３に示すように、スイッチマトリックス部３８は、第４ＲＡＭ部５０−１〜５０−１０５と、信号ソート部５１−１〜５１−１５と、第５ＲＡＭ部５２−１〜５２−１５と、信号ソート部５３−−１〜５３−１５と、第６ＲＡＭ部５４−１〜５４−１５と、を備える。
【００７２】
ＦＦＴ部３７−ｋにより変換された周波数領域信号は、第４ＲＡＭ部５０−ｋに入力される。第４ＲＡＭ部５０−ｋは、データを保持するためのメモリを備えており、入力された周波数領域信号をメモリに格納する。制御部１１は、第４ＲＡＭ部５０−ｋに格納された信号を読み出し、読み出した信号の宛て先に基づいてその信号に宛て先番号（宛先が地上端末の場合はセルを識別する番号、宛先が地上局の場合は地上局を示す番号）とチャネル番号を付加し、付加後の信号を第４ＲＡＭ部５０−ｋに格納する。第４ＲＡＭ部５０−ｋは、第１ＲＡＭ部１４−ｉと同様に、入力元第４ＲＡＭ部５０−ｋの識別番号（この場合は第４ＲＡＭ部５０−ｋの場合識別子をｋとする）と出力先の信号ソート部との対応を保持しているとし、保持している対応に基づいて格納された信号をその宛先番号に対応する信号ソート部（信号ソート部５１−１〜５１−１５のいずれか）に出力する。なお、第４ＲＡＭ部５０−ｋが、保持する宛先番号と出力先の信号ソート部との対応は、図２と同様であるが、信号ソート部１５−ｊ（ｊ＝１，２，…，１５）を信号ソート部５１−ｊと置き換えている。
【００７３】
信号ソート部５１−ｊは、第４ＲＡＭ部５０−１〜５０−１０５から入力される信号を第５ＲＡＭ部５２−ｊへ出力するが、その際、信号ソート部１５−ｊと同様にトラフィックの均一化を行う。信号ソート部５１−ｊを経由しない場合、第５ＲＡＭ部５２−ｊは、Ｒｂ（第４ＲＡＭ部５０−ｋから第５ＲＡＭ部５２−ｊに入力される信号線本数）×２N×ＳＤを格納できるメモリが必要である。図１３の例の場合には、Ｒｂ＝７であるため、第５ＲＡＭ部５２−ｊは、７×２N×ＳＤを格納できるメモリ容量が必要となる。
【００７４】
これに対し、本実施の形態では、信号ソート部５１−ｊを用いてトラフィックの均一化を行うことにより、第５ＲＡＭ部５２−ｊは、２N×ＳＤの容量を格納できるメモリを持てばよい。すなわち、信号ソート部５１−ｊを用いることで、信号ソート部５１−ｊを用いない場合と比べ、第５ＲＡＭ部５２−ｊのメモリ容量を１／Ｒｂに削減することができる。
【００７５】
第５ＲＡＭ部５２−ｊは、信号ソート部５１−ｊから入力された信号を自身のメモリに格納し、格納された信号をその信号の宛て先番号に応じて、信号ソート部５３−１〜５３−１５に割り振りを行う。この割り振りは、第５ＲＡＭ部５２−ｊが、信号ソート部１５−ｊの替わりに信号ソート部５３−ｊとした図２と同様の対応を保持し、その対応を用いて実施する。なお、宛て先番号が地上局である場合には、割り振り先は任意である。信号ソート部５３−ｊは、第５ＲＡＭ部５２−ｊから入力される信号を信号ソート部１５−ｊと同様にトラフィックの均一化を行い第６ＲＡＭ部５４−ｉ（ｉ＝１，２，…，１５）に出力する。信号ソート部５３−ｊを用いることにより、信号ソート部５３−ｊを用いない場合に比べ、第６ＲＡＭ部５４−ｉのメモリ容量を１／Ｒｃに削減できる。ただし、Ｒｃは、１つの第６ＲＡＭ部５４−ｉに入力される、第５ＲＡＭ部５２−ｊからの信号線本数である。
【００７６】
第６ＲＡＭ部５４−ｉに格納された信号は、ＩＦＦＴ部４１−ｉがチャネル番号順に読み出し、読み出した信号をＩＦＦＴ処理することにより合波処理を行う。なお、宛て先番号が地上局ではなく、セルの識別番号である場合（地上端末のシングルホップ用の信号の場合）は、第６ＲＡＭ部５４−ｉに格納された信号は、第１ＲＡＭ部１４−ｉへと出力される。第１ＲＡＭ部１４−ｉは、第６ＲＡＭ部５４−ｉから入力された信号を、ＦＦＴ部９−ｉから入力された信号と同等に扱い、前述の地上端末への送信処理と同様の処理により、宛て先のセルへ送信する。
【００７７】
信号合成部４２−ｉは、信号合成部２３−ｋと同様に２系統の信号を合成し、補間部４３−ｉは、補間部２４−ｉと同様に入力された信号をアップサンプリングする。また、直交変調部４４−ｉは、ベースバンドの信号として補間部４３−ｋから入力される信号をＩＦ帯へと変換する。Ｄ／Ａ変換部４５−ｉは、ＩＦ帯の信号をディジタルからアナログへと変換し、周波数変換部４６−ｉは、ＩＦ帯のアナログ信号をＫａ帯へ変換する。そして加算部４７は、周波数変換部４６−１〜４６−１５から入力されるそれぞれの帯域幅が３０ＭＨｚである信号を加算し、４５０ＭＨｚの帯域幅の信号として送信アンテナ４８へ出力する。送信アンテナ４８は、４５０ＭＨｚの帯域幅の信号を地上局へ送信する。
【００７８】
以上のように、本実施の形態では、地上端末へ送信するＦＦＴ処理後の周波数領域信号を分波信号として求め、スイッチマトリックス部が、各々の分波信号の宛て先番号に基づいてクラスタ単位で振り分けを行い、クラスタ単位で振り分けられた信号をさらに宛て先のセルごとに振り分ける。そして、振り分けた後にＩＦＦＴ処理を実施することにより時間領域の信号とし、各セルに合波信号として送信するようにした。そのため、セルごとに振り分けられた信号のチャネル番号を変更することにより使用する周波数を自由に設定することができる。
【００７９】
図１４−１〜１４−１３は、信号の周波数配置の例を示す図である。従来の衛星局では、図１４−１に示すように各キャリア信号の帯域が等間隔に並ぶような信号の分波処理または合波処理は可能であるが、図１４−２に示すような等間隔でない信号配置を実現することは困難である。また、図１４−３のように、周波数帯域幅が異なる（一定でない）信号を分波処理または合波処理することもできない。これに対し、本実施の形態では、図１４−２や図１４−３のような信号配置の分波処理または合波処理を行うことができ、柔軟な周波数利用を実現することができる。
【００８０】
また、地上端末から受信した信号は、ＦＦＴ処理により周波数領域信号に変換した後に、スイッチマトリックス部３８が、クラスタごとに信号をまとめ、地上端末へ送信する場合にはさらに宛て先番号ごとに宛て先のクラスタ単位で信号を振り分けスイッチマトリックス部１０へ入力するようにした。また、地上局宛ての場合には、クラスタごとにまとめた信号を周波数変換して地上局へ送信するようにした。そのため、地上端末から受信する信号についても受信可能な周波数配置に制約がなく、柔軟な周波数利用を実現することができる。
【００８１】
また、信号ソート部１５−１〜１５−１５，５１−１〜５１−１５，５３−１〜５３−１５が、トラフィックの均一化を実施することにより、スイッチマトリックス１０またはスイッチマトリックス３８のメモリの容量を低減することができ、回路規模を抑えることができる。
【００８２】
実施の形態２．
図１５は、本発明にかかる衛星局の実施の形態２の機能構成例を示す図である。本実施例の衛星局は、地上局から送信された地上端末へ受信する処理を実施する構成要素のうち、受信アンテナ１からスイッチマトリックス部１０までの構成要素は図１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００８３】
図１５に示すように、本実施の衛星局の地上局から送信された地上端末へ受信する処理を実施する構成要素は、実施の形態１の図３で示した構成に、補間部６０−１〜６０−１０５と、周波数変換部６１−１〜６１−１０５と、予備系統合成部６２−１〜６２−１０５と、予備系統６３と、制御部６４と、を追加し、ＩＦＦＴ部２１−１〜２１−１０５の替わりにＩＦＦＴ部２１ａ−１〜２１ａ−１０５を備える以外は、実施の形態１の衛星局と同様である。予備系統６３は、ＩＦＦＴ部２１ａ−１０６と、信号合成部２３−１０６と、補間部６０−１０６と、周波数変換部６１−１０６と、で構成される。
【００８４】
なお、図１５では、送信アンテナ２８−１〜２８−７のように１クラスタに対応する７ビーム分の構成要素を図示しているが、実際には、この７ビーム分の構成が１５個並列に並び、実施の形態１と同様に１０５のビーム分が並列に並ぶ構成となる。
【００８５】
本実施の形態では、実施の形態１のＩＦＦＴ部２１に比べＩＦＦＴ部２１ａの回路規模を削減する手法について説明する。実施の形態１の衛星局は、図３で示したように、２NポイントのＩＦＦＴ処理を実施するＩＦＦＴ部を、信号の宛て先数に対応するビーム数分（宛て先数＝ビーム数）、すなわち１０５個備える。これらのＩＦＦＴ部２１ａ−１〜２１ａ−１０５は、ユーザリンクで使用する周波数帯域幅３０ＭＨｚの信号に対し２NポイントのＩＦＦＴ処理を実施する性能を有する。
【００８６】
ここで、実施の形態１と同様、７セル周波数繰り返しシステムを想定し、衛星から地上の宛て先に照射するビーム７つの合計で最大３０ＭＨｚの周波数帯域を用いるとすると、各ビームでは３０ＭＨｚの帯域を占有することはなく（３０ＭＨｚの周波数帯域を７セルで分割して用いるため）、平均すると３０ＭＨｚの１／７の周波数帯域を用いることになる。すなわち、３０ＭＨｚの帯域を想定した２NポイントのＩＦＦＴ部を１０５個備える必要はないことになる。本実施の形態では、この点に着目して回路規模を削減する。
【００８７】
図１６は、本実施の形態の周波数帯域の分割例を示す図である。本実施の形態では、各ビーム（宛て先のセル）で用いる周波数を、図５のように、３０ＭＨｚの帯域をＣＨ（Ｃｈａｎｎｅｌ：チャンネル）＃１〜ＣＨ＃８の８つの周波数帯域に等分している。このようにあらかじめ、周波数帯域を分割し、７つのビーム（同一クラスタ内の７つのセル）に割り当てておくことにより、それぞれのビームに対応する処理では、割り当てられた周波数帯域を処理対象とすればよいことになる。
【００８８】
図１６に示した例では、周波数帯域幅を８等分していることから１つのビームが処理する周波数帯域幅は３０ＭＨｚの１／８となる。すなわち、１つのビームについての処理では、ＩＦＦＴポイント数を２Nから２N-3に削減することができる。このように８等分された３０ＭＨｚの周波数帯域を、１ビームに１つずつ、計７ビームに割り当て、各ビームは割り当てられた周波数を用いて地上端末との通信を行う。このとき、３０／８ＭＨｚ（１ビーム分）余るが、余った周波数帯域については後述する。
【００８９】
このように、各ビームに対して、３０ＭＨｚを８等分した周波数を割り当てることによって、１つのＩＦＦＴ部が処理する周波数帯域幅は３０／８ＭＨｚとなり、ＩＦＦＴポイント数も、２Nポイントから２N／８（＝２N-3）ポイントに削減することができる。したがって、ＩＦＦＴ部の回路規模は実施の形態１に比べ１／８以下となる。
【００９０】
図１５を用いて、本実施の形態の動作を説明する。ＩＦＦＴ部２９ａ−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、スイッチマトリックス部１０の第３ＲＡＭ部１７−ｋに格納された信号を読み出し、読み出した信号に対して２N／８ポイントのＩＦＦＴ処理を実施し時間領域信号に変換する。本実施の形態では、２N／８であるため、ＩＦＦＴポイント数が２Nの場合に比べ信号のサンプリング速度が１／８倍となる。したがって、ＩＦＦＴ部２９ａ−ｋで変換された時間領域信号に対して、実施の形態１と同様に信号合成部２３−ｋが信号の合成を行った後、補間部６０−ｋは、サンプリング速度を８倍に上げるよう信号を補間する。
【００９１】
周波数変換部６１−ｋは、信号の中心周波数を、自身に対応するビームに割り当てられた周波数帯（ＣＨ番号）の中心周波数へと変換する。後述する予備系統合成部６２−ｋの処理以外のその後の処理（補間部２４−ｋ〜送信アンテナ２８−ｋ）の処理は実施の形態１と同様である。
【００９２】
以上の処理により、１ビームあたりの帯域が３０／８ＭＨｚの送信信号が生成され、地上端末に向けて送信される。ところで、前述のように、本実施の形態では、３０ＭＨｚを８分割し、分割された周波数を７つのビーム（宛て先）に割り当てているため、１ビーム分の周波数帯域が余る。この余りの周波数を予備用周波数として活用し、通信が集中したセルに対してこの予備用周波数を用いることで、利用可能な周波数帯域幅を２倍に拡張することができる。
【００９３】
たとえば、ビーム＃１に対応するセルへの通信が集中し、３０／８ＭＨｚ以上の周波数を使用する必要が生じたとする。このような場合に、予備用周波数を活用するため、予備系統６３を動作させる。通常時（予備用周波数を用いない場合）は、予備系統６３は動作していないこととする。制御部６４は、スイッチマトリックス部１０から予備系統６３のＩＦＦＴ部２１ａ−１０６へ繋がる経路を生成する。たとえば、ビーム＃１が予備用周波数を用いる場合には、ＩＦＦＴ部２１ａ−１０６がスイッチマトリックス部１０から信号が入力されるような経路を生成する。
【００９４】
なお、スイッチマトリックス部１０は、実施の形態１では単にＩＦＦＴ部２１−ｋに対してチャネル番号順に信号を出力していたが、本実施の形態では、スイッチマトリックス部１０は、上記のように予備系統６３への信号出力も行う。すなわち、実施の形態１では、１つの第２ＲＡＭ部が宛て先番号別に７つ並列に並ぶ第３ＲＡＭ部へ信号を振り分けていたが、本実施の形態では、１つの第２ＲＡＭ部に接続される第３ＲＡＭ部は８つとし、予備用周波数を用いる場合にはその周波数で送信する信号を８つめの第３ＲＡＭ部へ出力するようにする。そして、８つめの第３ＲＡＭ部に格納された信号が予備系統６３へ入力される。なお、予備用周波数を用いる場合、そのビームで送信するデータを、予備用周波数（ＣＨ＃８）で送信するデータと、通常の割当て周波数（ＣＨ＃１〜ＣＨ＃７）で送信するデータと、に振り分ける必要があるが、この振り分けはたとえば、制御部６４が実施してもよいし、制御部１１が実施してもよい、
【００９５】
予備系統６３では、ＩＦＦＴ部２１ａ−１０６，信号合成部２３−１０６，補間部６０−１０６，周波数変換部６１−１０６が、上記のＩＦＦＴ部２１ａ−ｋ，信号合成部２３−ｋ，補間部６０−ｋ，周波数変換部６１−ｋとそれぞれ同様の処理を実施する。その際、周波数変換部６１−１０６は、入力された信号を予備用周波数であるＣＨ＃８に周波数変換する。そして、予備系統合成部６２−１が、周波数変換部６１−１で周波数変換された信号と周波数変換部６１−１０６で周波数変換された信号との合成処理を実施する。
【００９６】
ビーム＃１以外のビームに対して予備用周波数を割り当てる場合も、同様に予備系統６３が、そのビームに対応する第３ＲＡＭ部１７−ｋから信号を読み出して、ＣＨ＃８に周波数変換して、そのビームに対応する予備系統合成部６２−ｋが、周波数変換部６１−ｋで周波数変換された信号と周波数変換部６１−１０６で周波数変換された信号との合成処理を実施すればよい。なお、予備用周波数を使用しないビームに対応する予備系統合成部６２−ｋは、入力された信号をそのまま補間部２４−ｋに出力する。このようにして、予備用の周波数を活用することにより、３０／８ＭＨｚが割り当てられていた各ビームに対して、倍の６０／８ＭＨｚまで割り当て周波数帯域を増加させることが可能である。
【００９７】
さらに、図１５に示した予備系統６３を１つではなく、複数備えることと、ハードウェアの回路規模は若干増加するものの、より柔軟な周波数利用が可能となる。図１７は、予備系統を３つ備える場合の周波数利用の概念を示す図である。図１７は、ＣＨ＃１（ビーム＃１）の通信先セルに通信が集中した場合を想定している。図中の予備＃１から予備＃３は、ＣＨ＃２（ビーム＃２）およびＣＨ＃７（ビーム＃７）の使用していない帯域と、ＣＨ＃８と、を用いて送信信号を生成する。そして、ＣＨ＃１に対応する予備系統合成部６２−１が、このようにして生成された予備＃１から予備＃３の送信信号と、周波数変換部６１−１が周波数変換した信号と、の合成処理を行う。各ビームの割り当て帯域のうちの使用していない帯域の検出等は、制御部６４が実施する。
【００９８】
なお、実際の処理では、ＩＦＦＴ処理後に信号の合成を行うため、合成されるのは時間領域の信号であるが、図１７では便宜上周波数領域で各信号を表現している。また、図１７では、ビーム＃１に通信が集中した例を示したが、複数の予備系統からの信号を合成することで、通信の集中がどのビームに発生しても上記と同様の処理を実施することができ、また通信の集中が複数のビームに発生した場合も、たとえば、予備＃１と予備＃２を別のビームで用いるなど柔軟な周波数利用を実現できる。なお、予備系統６３を２つ以上とする場合には、スイッチマトリックス部１０の１つの第２ＲＡＭ部に接続される第３ＲＡＭ部の個数もそれに応じて増やす。
【００９９】
このように、あるセルに通信が集中した場合などに、予備系統６３を活用することにより、柔軟な周波数利用が可能となる。なお、図１６では、３０ＭＨｚを８等分した例を示したが、分割数はセル周波数繰り返し数である７以上の整数であれば、いずれの数字でも良い。また、本実施の形態では７セル周波数繰り返しを仮定しているが、たとえば３セル繰り返しシステムであれば、３０ＭＨｚを４分割しても良い。また、予備系統６３に割り当てる周波数帯域を３０／８ＭＨｚより小さくし、予備系統６３が実施するＩＦＦＴポイント数を２N／８ポイントより小さくする構成としても良い。この場合、ＩＦＦＴポイント数の変更に応じて、ＩＦＦＴ処理後の信号に対して補間部６０−１０６でのアップサンプルの量を変更する。
【０１００】
なお、ユーザリンクが使用する３０ＭＨｚの周波数帯域の分割および予備系統の帯域は、図１６のような等分割ではなく、たとえば、制御部１１または制御部６４が、各セルにおける通信量の見積もりを行い、その見積もり結果を反映するなどして、適応的な分割を行っても良い。また、その場合、予備用周波数としての帯域を割り当てなくても良い。
【０１０１】
図１８は、補間部と周波数変換部の別の構成例を示す図である。図１５に示した構成では、補間部６０−ｋがデータポイントを２M（Ｍ＝自然数）倍になるよう信号を補間し、周波数変換部６１−ｋが、補間後の信号を周波数変換しているが、補間部６０−ｋと周波数変換部６１−ｋの替わりに、図１８に示すような２倍補間部７０−１と、周波数変換部７１−１との組がＭ組直列に並ぶような構成でも良い。図１８の構成例の場合、２倍補間部７０−１〜７０−Ｍは、少量の回路規模で実現できることが知られており、図１８に示す構成とすることにより、図１５の構成よりさらに回路規模を削減することができる。
【０１０２】
つぎに、衛星局が地上端末から信号を受信した場合の処理を行う際の、ＦＦＴ部の回路規模を削減する手法について述べる。実施の形態１の図１１に示したＦＦＴ部３７−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、２NポイントのＦＦＴ処理を実施する。本実施の形態では、ＦＦＴ部３７−ｋのＦＦＴポイント数を２Nポイントから２(N-3)ポイントに削減するために、あらかじめ地上端末が使用する周波数帯域を、地上端末が位置するエリアに応じて、図１６に示すような３０ＭＨｚを８分割した周波数帯域（ＣＨ＃１〜ＣＨ＃８）に割り当てるものとする。このようにあらかじめ地上端末が使用する周波数帯域（帯域幅：３０／８ＭＨｚ）を決めておくことによって、ＦＦＴ部は、３０ＭＨｚではなく、受信信号が存在する３０／８ＭＨｚの周波数帯域に対してＦＦＴ処理を実施すればよいため、ＦＦＴポイント数も２Nポイントから２N／８ポイントとなり、ＦＦＴ部の回路規模を実施の形態１に比べ１／８以下に削減することが可能である。
【０１０３】
図１９は、本実施の形態の衛星局の地上端末から信号の受信処理を行う構成要素の一例を示す図である。図１９に示すように、本実施の形態の衛星局では、地上端末から信号の受信処理を行う構成要素は、実施の形態１の図１１で示した構成要素に、周波数変換部８０−１〜８０−１０５と、間引き部８１−１〜８１−１０５と、予備系統８２と、を追加し、ＦＦＴ部３７−１〜３７−１０５の替わりにＦＦＴ部３７ａ−１〜３７ａ−１０５を備える以外は実施の形態１と同様である。また、スイッチマトリックス部３８以降の処理を行う構成要素は実施の形態１で示した図１２と同様である。
【０１０４】
受信アンテナ３０−ｋが地上端末から送信された信号を受信してから、間引き部３５−ｋまでの処理は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。本実施の形態では、地上端末から送信される信号が、前述の通り、あらかじめ各セル（各ビーム）に割り当てられた３０／８ＭＨｚ内の帯域を使っているものとする。周波数変換部８０−ｋは、間引き部３５−ｋから出力される受信信号（間引き信号）に対して、割り当てられている帯域の中心周波数を０ＭＨｚに変換するような、周波数変換を行う。間引き部８１−ｋは、受信信号に対して１／８の間引き処理を実施する。
【０１０５】
図２０は、本実施の形態の周波数変換部８０−３と間引き部８１−３の処理の信号処理の概念を示す図である。図２０の上段（ａ）は、間引き部３５−３から出力される信号の一例を示したものであり、ここでは間引き部３５−３に対応するビーム＃３には周波数帯域としてＣＨ＃３が割り当てられているとする。図２０の中段（ｂ）は、周波数変換部８０−３が間引き部３５−３から出力されるＣＨ＃３の周波数の信号に対して周波数変換を行った後の周波数の一例を示している。このように、ＣＨ＃３の周波数帯の信号が０を中心とする周波数に変換される。図２０の下段（ｃ）は、間引き部８１−３が、周波数変換部８０−３により周波数変換された信号に対して間引き処理を実施した結果の一例を示している。
【０１０６】
ウィンドウィング部３６−ｋは、１／８に間引きされた受信信号に対して実施の形態１と同様に窓関数を乗算し、ＦＦＴ３７ａ−ｋは、窓関数が乗算された受信信号に対して２N／８ポイントのＦＦＴ処理を実施する。では、２NポイントのＦＦＴ処理を行っていたが、以上述べたように、実施の形態１に比べＦＦＴ部３７ａ−ｋの回路規模は、あらかじめ地上端末の使用する周波数帯域を地上端末が位置するエリアによって定めることによって、２NポイントのＦＦＴ処理を行う実施の形態１のＦＦＴ部３７−ｋに比べ１／８以下に抑えることが可能である。
【０１０７】
また、周波数利用に柔軟性を持たせるため、本実施の形態では、受信アンテナ部３０−１〜３０−１０５に接続されない、予備系統８２を備える。予備系統８２は、周波数変換部８０−ｋ，間引き部８１−ｋ，ウィンドウィング部３６−ｋ，ＦＦＴ部３７ａ−ｋとそれぞれ同様の機能を有する周波数変換部８０−１０６，間引き部８１−１０６，ウィンドウィング部３６−１０６，ＦＦＴ部３７ａ−１０６で構成される。
【０１０８】
たとえば、図１６に示したように周波数帯域を分割して各セルへの割り当てを行っている場合、ＣＨ＃３を用いるビーム＃３に通信が集中し、３０／８ＭＨｚ以上の帯域が必要であるとする。このとき、ビーム＃３が使用する周波数帯域として、ＣＨ＃３に加え、予備用周波数であるＣＨ＃８を割り当てる。この割り当てを行うか否かは、制御部６３が判断し、予備用周波数を用いる旨をビーム＃３に対応するセルに通知することとする。ビーム＃３に対応する受信アンテナ３０−３は、６０／８ＭＨｚの信号を受信することになる。受信アンテナ３０−３が受信した信号は、上記と同様に間引き部３５−３までの処理が施された後、間引き部３５−３は、制御部６４の指示に基づいて、間引き信号を、後段の周波数変換部８０−３と、予備系統８２の周波数変換部８０−１０６と、に出力する。
【０１０９】
なお、制御部６４は、周波数割り当ての情報（どのセルにどの周波数帯が割り当てられているか）を管理し、予備用周波数を用いる場合に、予備用周波数を割り当てるビームに対応する間引き部に対して、間引き信号を予備系統８２の周波数変換部８０−１０６へも出力するよう指示することとする。
【０１１０】
その後、周波数変換部８０−３は、ＣＨ３の信号を中心周波数０ＭＨｚに、予備系統の周波数変換部８０−１０６は、ＣＨ８の信号を中心周波数０ＭＨｚに周波数変換する。間引き部８１−３と予備系統の間引き部８１−１０６は、それぞれの信号に対して１／８間引き処理を行う。
【０１１１】
図２１は、本実施の形態の周波数変換部８０−３〜ＦＦＴ部３７ａ−３の処理と予備系統８２の処理の概念を示す図である。図２１の（ａ）は、間引き部３５−３から出力される間引き信号の一例を示したものであり、ビーム＃３に周波数が割り当てられているＣＨ＃３とＣＨ＃８に信号が存在している。図２１の横軸は周波数を示している。図２１の（ｂ）は周波数変換部８０−３がＣＨ＃３の信号に対して周波数変換を実施した後の信号を示し、図２１の（ｃ）は、予備系統８２の周波数変換部８０−１０６がＣＨ＃８の信号に対して周波数変換を実施した後の信号を示している。また、図２１の（ｄ），（ｅ）は、間引き部８１−３，間引き部８１−１０６がそれぞれ間引き処理を実施した結果を示している。
【０１１２】
なお、予備系統８２は複数有していても良いし、また予備系統８２の処理帯域は３０／８ＭＨｚより大きくても小さくても良い。図２１では、一例としてビーム＃３に通信が集中した場合を述べたが、ビーム＃１からビーム＃１０５までいずれのビームに通信の集中が発生した場合も、また複数ビームに通信の集中が発生した場合も、複数の予備系統を活用することで、柔軟な周波数利用を実現することができる。
【０１１３】
なお、予備系統８２からの入力に備え、スイッチマトリックス３８の第４ＲＡＭ部は、１０５＋予備系統８２の数で構成する。これに伴い、予備系統８２からの信号が入力される第４ＲＡＭ部に接続する信号ソート部に入力される信号線、その信号ソート部から出力される信号線の本数も増加する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は実施の形態１と同様である。
【０１１４】
以上のように、本実施の形態では、周波数帯域をクラスタ内のセル数＋１で分割し、各セルに分割した周波数帯を割り当て、ＩＦＦＴ部２１ａ−ｋおよびＦＦＴ部３７ａ−ｋが２N／８ポイントのＦＦＴ処理を実施するようにした。そのため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、実施の形態１に比べの回路規模を１／８以下に削減することができる。なお、予備系統６３および予備系統８２を構成するための回路は増えるものの、ＩＦＦＴ部２１ａ−ｋおよびＦＦＴ部３７ａ−ｋにおいて達成できる削減量から比べると相対的に小さなものであり、これらの回路増加分を考慮しても、全体で約１／７以下に削減するが可能である。
【０１１５】
なお、本実施の形態では７セル周波数繰り返しの場合を例としたが、Ｋセル周波数繰り返しでは、実施の形態１に比べ回路規模は１／Ｋとなる。
【０１１６】
実施の形態３．
図２２は、本発明にかかる衛星局の実施の形態３の機能構成例を示す図である。図２２は、地上局から受信した信号を地上端末へ送信する処理を実施する構成要素のうちスイッチマトリックス１０までの構成要素をしめしている。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。図２２に示すように、本実施の形態の衛星局は、図１で示した構成からウィンドウィング部７−１〜７−１５を削除し、電力変換部９０−１〜９０−１５と、タイミング抽出部９１−１〜９１−１５と、を追加する以外は、実施の形態１の図１の構成と同様である。
【０１１７】
本実施の形態では、実施の形態１のＦＦＴ部９−ｉ（ｉ＝１，２，…，１５）およびＩＦＦＴ部２１−ｋ（ｉ＝１，２，…，１０５）、または実施の形態２のＦＦＴ部９−ｉおよびＩＦＦＴ部２１ａ−ｋの演算量削減を図る。以降の説明では、実施の形態１に対して演算量を削減する場合を例に説明するが、実施の形態２についても、同様に演算量の削減を行うことができる。
【０１１８】
ＦＦＴ演算では、実施の形態１で述べた通り、ＦＦＴ演算区間両端で信号の連続性がない(両端の値が異なる)ことにより高調波が発生して不要なスペクトラムが生じ、特性劣化へと繋がる。そこで、実施の形態１では、窓関数を乗算してこの劣化を防ぐが、窓関数の乗算により信号が失われる可能性がある。したがって、実施の形態１では、窓関数の乗算範囲が異なる２系列の信号を並行して求め、両者をそれぞれＦＦＴ／ＩＦＦＴ処理した後に信号合成部２３−ｋが合成することで、ＦＦＴ演算区間の連続性を確保するという手法をとっていた。そのため、実施の形態１で示す図１のＦＦＴ部９−ｉ、スイッチマトリックス部１０の構成要素およびＩＦＦＴ部２１−ｋは、それぞれの系統に対応するため２つずつ必要であり、回路規模が大きくなってしまうという問題がある。実施の形態２についても同様である。
【０１１９】
実施の形態１では地上局が衛星局に送信する信号はバースト伝送信号を前提としていたが、本実施の形態では送信信号のフレーム化を行い、衛星局でＦＦＴ処理を行う際、ＦＦＴ演算区間の両端が０になるように構成されたフレーム信号を地上局から送信する。このようなフレーム構成とすることにより、データの両端はいずれもほぼ“０”となり同じ数値であるため連続性が確保でき窓関数の乗算を行う必要がない。したがって、ＦＦＴ部９−ｉ、スイッチマトリックス部１０は、１系統の信号の処理を行えばよいことになる。
【０１２０】
図２３は、本実施の形態の送信信号のフレーム構成の一例を示す図である。本実施の形態では、図２３に示すように、送信信号のフレーム化を行い、ＦＦＴ演算区間の両端に対応する部分に送信信号の無い区間（値が０の区間）を設けることで、信号の連続性を確保する。ただし、この場合、衛星局で受信した地上局からの信号に対してＦＦＴ演算処理を施す際、ＦＦＴ演算区間の両端が必ず無信号となるような、意図した正しい区間でＦＦＴ演算処理を実施する必要がある。したがって、衛星局では、受信した信号に基づきＦＦＴ演算タイミングを決定する必要がある。
【０１２１】
そのため、本実施の形態では、図２２に示したように、間引き部６−ｉが間引き処理を行った受信信号（間引き信号）に対して電力変換を行う電力変換部９０−ｉと、変換された電力に基づいて無信号区間を検知し、ＦＦＴ演算タイミングをＦＦＴ演算部９−ｉへ出力するタイミング抽出部９１−ｉと、を備える。受信アンテナ１が地上局から送信された信号を受信してから、間引き部６−ｉまでの処理は、実施の形態１と同じであるため、その説明を省略する。
【０１２２】
電力変換部９０−ｉは、間引き部６において間引き処理された受信信号の電力変換を行う。タイミング抽出部９１−ｉは、電力情報に基づいて、無信号区間を検知し、無信号区間の所定の位置であるＦＦＴ演算開始位置（ＦＦＴ開始タイミング）を、ＦＦＴ演算部９へと送信する。無信号区間のうち、どの位置がＦＦＴ演算開始位置であるか（たとえば、無信号区間の中央位置等）は、あらかじめ定めておくとする。ＦＦＴ演算部９−ｉは、タイミング抽出部９１−ｉから入力されたＦＦＴ演算開始位置に基づき、ＦＦＴ処理を実施する。
【０１２３】
図２４は、本実施の形態のＦＦＴ演算開始位置の検出処理の概念を示す図である。図２４の（ａ）は、間引き部６−ｉから出力される受信信号のイメージを示している。受信信号はフレーム化されているため、図２４の（ａ）に示すように、送信データであるＤａｔａの間に、無信号部分（空白の部分）が存在する。図２４の（ｂ）は電力変換部９０−ｉが、図２４の（ａ）に示した間引き部６−ｉから出力される受信信号を電力変換した後の電力のイメージを示している。タイミング抽出部９１−ｉは、図２４の（ｂ）の電力に基づいて、電力値が低い区間、すなわち信号が存在しない区間を検出し、その区間のうちの所定の位置であるＦＦＴ演算開始位置を抽出する。タイミング抽出部９１−ｉが抽出したＦＦＴ演算開始位置は、ＦＦＴ部９−ｉに出力され、ＦＦＴ部９−ｉは図２４の（ｃ）に示すように、タイミング抽出部９１−ｉから入力されたＦＦＴ演算開始位置をＦＦＴ演算の開始位置としてＦＦＴ処理を実行する。
【０１２４】
上記のようにＦＦＴ演算を実施することにより、ＦＦＴ部９−ｉ、ＩＦＦＴ部２１−ｋおよびスイッチマトリックス部１０は、窓関数の乗算位置の異なる２系統の信号に対応する必要がなく、１系統の信号の処理を行えばよいことになる。したがって、実施の形態１のＦＦＴ部９−ｉ、ＩＦＦＴ部２１−ｋおよびスイッチマトリックス部１０が２系統に対応するために２つずつ備えていた構成要素は本実施の形態では１つずつ備えればよいことになる。本実施の形態のＦＦＴ部９−ｉ、ＩＦＦＴ部２１−ｋおよびスイッチマトリックス部１０と窓関数の２系統を１系統とする以外は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態では、ＩＦＦＴ部２１−ｋの後の信号合成部２３−ｋは不要であり、ＩＦＦＴ部２１−ｋの処理後の信号は補間部２４−ｋに出力される。補間部２４−ｋ以降の構成要素および処理は実施の形態１と同様である。
【０１２５】
なお、タイミング抽出部９１−ｉは、ＦＦＴ演算開始位置の抽出の際に、受信信号の電力を複数のフレームの信号を用いてフレーム周期で複数回平均化した結果を用いて、信号が存在しない区間（＝電力値が少ない区間）を求めても良い。その際、平均値の算出に用いる値に対して、重み付けをするような平均値の計算手法を用いても良い。
【０１２６】
なお、本実施の形態では、受信信号の電力を用いてＦＦＴ演算開始位置を求めるようにしたが、これに限らず、衛星局で受信信号を再生し、信号フレームの先頭に挿入された固定パターン信号を検出して、固定パターンの位置に基づいてＦＦＴ演算開始位置のタイミングを求めるようにしても良い。
【０１２７】
また、受信信号に基づいてＦＦＴ演算開始位置を抽出するのではなく、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などを用いて、地上局と衛星局の同期をとり、信号の送受信を行うことによりＦＦＴ演算開始位置を決定するようにしてもよい。この場合、衛星局が、地上局と同期をとっているため、地上から送信される信号を受信するタイミングを把握可能であり、地上局が衛星局に対してＦＦＴ演算開始位置を意図した場所に設定することができる。
【０１２８】
また、地上局と衛星局の間で、フィーダリンクとは異なる回線を用いて通信を行い、その通信により地上局から送信されるコマンド信号などを参照し、衛星局はＦＦＴ演算開始位置を決定しても良い。
【０１２９】
地上端末は、衛星局から受信した信号に基づいて、衛星局と同じく受信電力や信号フレームの先頭に挿入された固定パターンを検出することにより、ＦＦＴ演算開始位置を抽出して信号を復調する。
【０１３０】
また、衛星局が各地上局端末から信号を受信する場合については、衛星局が行うＦＦＴ処理の際のＦＦＴ演算位置を固定とし、地上局端末が信号を送信するタイミングを制御することで、所望の位置でＦＦＴ演算を実施することが可能である。
【０１３１】
一例として、地上端末が、衛星局から地上端末に信号を送った際の遅延時間を考慮し、その遅延時間に基づいて求めたタイミングで、地上端末から衛星局に信号を送出する方法を挙げる。
【０１３２】
図２５は、本実施の形態の遅延時間の算出方法の一例を示す図である。図２５の（ａ）は衛星局が地上局から受信した信号の一例を示す。上述のようにタイミング抽出部９１−ｉはＦＦＴ演算開始位置を抽出する。図２５の（ｂ）は、ＦＦＴ演算開始位置をパルスとして生成した場合のパルス信号の一例を示す図である。ＦＦＴ部９−ｉは、図２５の（ｂ）に示すパルスが立つ位置をＦＦＴ演算開始位置として、ＦＦＴ演算を実行する。
【０１３３】
図２５の（ｃ）は、図２５の（ｂ）で示したパルス信号を基準としたときに、衛星局から地上端末に信号が送出される時点に対応するパルス信号の一例を示したものである。衛星局では、ＦＦＴ部９−ｉで演算が行われてから地上端末への送信信号として生成のための処理時間（処理遅延）により、図２５の（ｂ）より遅延時間Ｄ１だけ遅延して送信される。遅延時間Ｄ１については固定遅延であるため、あらかじめ把握可能である。
【０１３４】
図２５の（ｄ）は、図２５の（ｃ）のパルス位置を基準としたときの、地上端末が衛星局から信号を受信し復調処理を行った時点に対応するパルス信号の一例を示したものである。図２５の（ｄ）は、図２５の（ｃ）のパルス位置と比べ、衛星局から地上端末への伝搬遅延による伝搬遅延時間Ｄ２と、地上端末での復調処理に係る復調遅延時間Ｄ３と、を加算した時間だけ遅延する。なお、伝搬遅延時間Ｄ２については地上端末の位置によって異なるが、地上端末の位置情報を取得することにより、衛星局との距離を把握可能であり、地上端末が衛星局との距離を把握することで、伝搬遅延時間Ｄ２も把握可能である。また、地上端末の復調遅延時間Ｄ３についても、固定であるためあらかじめ把握可能である。
【０１３５】
以上より、衛星局のＦＦＴ部９−ｉがＦＦＴ演算を実施してから地上端末が、衛星局から送信された信号を復調するまでの遅延時間（衛星局から地上端末までの遅延時間）はＤ１＋Ｄ２＋Ｄ３であり、これらの遅延時間は算出可能である。また、同様に、地上端末が信号を送信してから、その信号を衛星局がＦＦＴ演算を実施するまでの遅延時間（地上端末から衛星局までの遅延時間）も算出可能である。地上端末は、衛星局から地上端末までの遅延時間と地上端末から衛星局までの遅延時間と、を算出し、算出した遅延時間に基づいて、正しい位置でＦＦＴ演算が実施されるよう衛星局に対する送信信号の送信タイミングを制御する。この地上端末での送信制御により、衛星局は固定タイミングでＦＦＴ演算処理を行うことで、所望のタイミングでＦＦＴ演算を実施することが可能である。
【０１３６】
このような処理を実施することにより、地上局から送信された信号に対する処理の場合と同様に、地上端末から送信された信号の処理の際にも、ＦＦＴ部３７−ｋ、スイッチマトリックス部３８およびＩＦＦＴ部４１−ｉをそれぞれ１系統のみの構成とすることができ、また、信号合成部４２−ｉを不要とすることができる。なお、地上局端末が以上のような送信制御を実施する替わりに、地上局から送信された信号と同様にフレーム化を行い、無信号区間を設けることで、演算開始位置を検出する方法としてもよい。
【０１３７】
なお、衛星局からは一般にビーコン情報が送信されているが、地上端末が、このビーコン情報を基に衛星局へ信号を送信する行うことで、衛星局が地上端末から送信される信号の受信タイミングを把握しても良い。すなわち、地上端末がビーコン情報に基づいて、送信信号のタイミングを制御する。また、ＧＰＳを用いて衛星局と地上端末間の同期をとることで、衛星局が地上端末から送信される信号の受信タイミングを把握しても良い。
【０１３８】
また、衛星局から地上局に送信される信号に関しても、地上局は地上端末と同じ方法で遅延時間に基づいてＦＦＴ演算開始位置を検出することが可能である。したがって、地上局から送信される信号についても、衛星局ではＦＦＴ演算開始位置を固定とし、地上局が遅延時間に基づいて送信を制御するようにしてもよい。また、地上局から衛星局へのアップリンク同様、フィーダリンクとは異なる回線を用いて、地上局が衛星局からＦＦＴ演算開始位置に関する情報を得て、その情報を基にＦＦＴ演算開始位置を抽出しても良い。
【０１３９】
以上のように本実施の形態では、送信信号をフレーム化して送信データの間に無信号区間を設けて、ＦＦＴ演算区間の連続性が保たれるようにし、衛星局の電力変換部９０−ｉが受信信号を電力変換し、タイミング抽出部９１−ｉが変換した電力に基づいてＦＦＴ演算開始位置を抽出し、ＦＦＴ部９−ｉが抽出したＦＦＴ演算開始位置に基づいてＦＦＴ演算を実施するようにした。そのため、衛星局のウィンドニング部７−ｉや信号合成部２３−ｉを不要とでき、また、従来２つずつ必要としていたＦＦＴ部９−ｉ、スイッチマトリックス部１０およびＩＦＦＴ部２１−ｋも１つずつ備えればよい。したがって、本実施の形態では、回路規模を従来の１／２以下に削減することが可能である。また、実施の形態２についても、本実施の形態と同様の構成の変更を実施し、本実施の形態と同様の動作を実施することで、回路規模を削減することができる。
【０１４０】
なお、本実施の形態では、送信信号のフレーム化を行う例を説明したが、フレーム化を行わずに衛星局で、実施の形態１と同様に、ウィンドウィング部７−ｉが窓関数乗算処理を行ってもよい。ただし窓関数乗算範囲をずらした信号は生成しない。この場合、窓関数が乗算された受信信号は、窓関数乗算部分の信号情報が欠落するが、誤り訂正処理を用いて失われた信号を補うことで、システムに要求される誤り率を満たした通信を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
以上のように、本発明にかかる衛星通信装置および衛星通信システムは、複数のキャリア信号が合成された多重信号から各キャリア信号を抽出し、複数のキャリア信号を多重して送信する通信システムに有用であり、特に、柔軟な周波数利用を要求される通信システムに適している。
【符号の説明】
【０１４２】
１，３０−１〜３０−１０５ 受信アンテナ
２−１〜２−１５，３１−１〜３１−１０５，２７−１〜２７−１０５，４６−１〜４６−１５，６１−１〜６１−１０６，８０−１〜８０−１０６ 周波数変換部
３−１〜３−１５，３２−１〜３２−１５ Ａ／Ｄ変換部
４−１〜４−１５，３３−１〜３３−１５ 直交検波部
５−１〜５−１５，３４−１〜３４−１０５ ＬＰＦ部
６−１〜６−１５，３５−１〜３５−１０５，８１−１〜８１−１０６ 間引き部
７−１〜７−１５，３６−１〜３６−１０６ ウィンドウィング部
９−１〜９−１５，３７−１〜３７−１０５，３７ａ−１〜３７ａ−１０６ ＦＦＴ部
１０，３８ スイッチマトリックス部
１１，６４ 制御部
１４−１〜１４−１５ 第１ＲＡＭ部
１５−１〜１５−１５，５１−１〜５１−１５，５３−１〜５３−１５ 信号ソート部
１６−１〜１６−１５ 第２ＲＡＭ部
１７−１〜１７−１０５ 第３ＲＡＭ部
２１−１〜２１−１０５，４１−１〜４１−１５，２１ａ−１〜２１ａ−１０６ ＩＦＦＴ部
２３−１〜２３−１０６，４２−１〜４２−１５ 信号合成部
２４−１〜２４−１０５，４３−１〜４３−１５，６０−１〜６０−１０６ 補間部
２５−１〜２５−１０５，４４−１〜４４−１５ 直交変調部
２６−１〜２６−１０５，４５−１〜４５−１５ Ｄ／Ａ変換部
２８−１〜２８−１０５ 送信アンテナ
４７ 加算部
５０−１〜５０−１０５ 第４ＲＡＭ部
５２−１〜５２−１５ 第５ＲＡＭ部
５４−１〜５４−１５ 第６ＲＡＭ部
６２−１〜６２−１０５ 予備系統合成部
６３，８２ 予備系統
９０−１〜９０−１５ 電力変換部
９１−１〜９１−１５ タイミング抽出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のキャリア信号が合成された多重信号から各キャリア信号を抽出し、抽また、複数のキャリア信号を多重して送信する衛星通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、衛星局が、複数のキャリア信号の多重された受信信号を分解して各キャリア信号を抽出する分波処理と、また反対に複数のキャリア信号を多重して送信信号を生成する合波処理と、をディジタル信号処理により実現する技術が提案されている。このような技術の一例が、たとえば、下記非特許文献１に記載されている。
【０００３】
下記非特許文献１に記載されているように、Ｍ（Ｍは自然数）個のキャリア信号で構成される多重信号をＺ変換したものをＹ（ｚ）とし、Ｙ（ｚ）がフィルタＨ（ｚ）を通過したとすると、その多重信号を構成するキャリア番号ｋ（ｋ＝０〜Ｍ−１）の信号をＺ変換したＸk（ｚ）は、以下の式（１）で表すことができる。なお、ｆkはキャリア周波数とし、Ｆsは信号のサンプリング周波数とする。
【０００４】
【数１】
【０００５】
フィルタＨ（ｚ）を、ｆs＝Ｆs／Ｍで動作するＭ個のサブフィルタＨi（ｚM）（ｉ＝０〜Ｍ−１）と遅延成分ｚ-iに分解し、さらに信号Ｘk（ｚ）を１／Ｍにデシメーションした信号Ｘk（ｚM）は、以下の式（２）のように表すことができる。
【０００６】
【数２】
【０００７】
したがって、下記非特許文献１に記載されているように、遅延部、サブフィルタ部および位相オフセット乗算部を１組とする処理部をＭ個並列に備え、つぎのような動作を行うことで、Ｍ個のキャリア信号に対する分波処理を施すことができる。まず、Ｍ個の遅延部がＭ個のキャリア信号が多重された多重信号に対し、自身に設定された遅延量で遅延調整を行う。そして、サブフィルタ部が遅延調整後の信号をろ波し、位相オフセット乗算部が、ろ波後の信号にそれぞれωj（ｊ＝１〜Ｍ）の位相オフセットを与える。そして、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部が、位相オフセットを与えた後の信号に対してＭポイントのＦＦＴを施すことによりＭ個のキャリア信号に分波した信号を得る。
【０００８】
また、合波処理については、Ｍ個の信号Ｘk（ｚ）がフィルタＨ´（ｚ）を通過した後に、多重された信号をＹ（ｚ´）とするとき、Ｙ（ｚ´）は以下の式（３）のように表すことができる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
ここで、分波処理と同様、フィルタＨ´（ｚ）をｆs＝Ｆs／Ｍで動作するＭ個のサブフィルタＨ´i（ｚM）と遅延成分ｚ-iに分解すると、上記式（３）は下記式（４）のように表すことができる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
したがって、合波処理は、Ｍ個の各信号に対してＭポイントＩＦＦＴ処理が施すＩＦＦＴ部と、ω0からωM-1までの位相オフセットを各信号に与える位相オフセット乗算部と、各信号をろ波するサブフィルタ部と、ろ波後の信号に遅延時間を与える遅延部と、を備える構成により実現できる。
【００１３】
一方、下記非特許文献２に示されるように、衛星局を介して地上局と地上端末とが通信を行う衛星通信システムにおいて、衛星局に大型アンテナを搭載し、サービスエリアである日本および日本近辺を１００程度のセルで構成するようなセル設計を行い、それらの各セルをマルチビームで覆う構想が進められている。
【００１４】
下記非特許文献２に記載されるシステムでは、地上局−衛星局（以降、この回線をフィーダリンクと呼ぶ）と、衛星局−各地上端末（以降、この回線をユーザリンクと呼ぶ）は、上り回線，下り回線ともに、異なる周波数帯域を用いており、フィーダリンクにはＫａ帯の４５０ＭＨｚ、ユーザリンクにはＳ帯の３０ＭＨｚを用いている。なお、ユーザリンクは、サービスエリアが１００程度のセルで構成されるようセル設計を行い、衛星局から地上には、径の小さいマルチビームを照射することが検討されている。このシステムでは、周波数利用効率の観点から３０ＭＨｚの周波数帯を分割して７セルで異なる周波数帯を使用し、その７セルを１まとまりとして複数ヶ所で同じ周波数を使用する、７セル周波数繰り返しシステムが想定されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｆｕｍｉｏ Ｔａｋａｈａｔａ ｅｔ ａｌ．，“Ａ ＰＳＫ Ｇｒｏｕｐ Ｍｏｄｅｍ ｆｏｒ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”，ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＮ ＳＥＬＥＣＴＥＤ ＡＲＥＡＳ ＩＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬ．ＳＡＣ−５，ＮＯ．４，１９８７年
【非特許文献２】蓑輪正ら，“安心・安全のための地上／衛星統合移動通信システム”，電子情報通信学会論文誌Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ９１−Ｂ，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１６２９−１６４０，２００８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の非特許文献１に記載の技術によれば、分波処理／合波処理で、フィルタＨ（ｚ）をＭ個に分解したサブフィルタＨi（ｚ）を用いているが、サブフィルタＨi（ｚ）の周波数帯域はｉの値によらず同一である。そのため、周波数帯域が同一である複数の信号が多重された信号を分波処理したり、複数の同一帯域信号を合波処理したりすることは可能であるが、帯域の異なる信号が多重された信号の分波処理や、帯域の異なる信号を合波処理することはできない、という問題があった。
【００１７】
また、上記従来の非特許文献１に記載の技術では、各キャリア信号の帯域が等間隔に並ぶような信号の分波処理および合波処理は可能であるが、各キャリア信号の帯域が等間隔でない場合や各キャリア信号の帯域幅が等しくない場合に対応できないため、それらの信号に対して分波処理および合波処理を行うことができない。そのため、上記非特許文献２に記載のシステムに、上記従来の非特許文献１の技術を採用した場合、同一の周波数配置の信号にしか対応できず、周波数配置に自由度がない。したがって、各セルの状態に応じてそのセルで使用する周波数を変えることができず、周波数利用効率を最適化できない（柔軟な周波数利用ができない）、という問題があった。また、柔軟な周波数利用ができないため、提供サービスに制限ができる、といった問題があった。
【００１８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来に比べ、自由に伝送レートを設定でき、また自由に周波数を配置することのできる衛星通信装置および衛星通信システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の前記分波信号を前記分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を送信する衛星通信装置であって、受信信号をＦＦＴ処理により周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号を前記分波信号とするＦＦＴ処理手段と、前記分波信号を宛先ごとに振り分けるスイッチマトリックス手段と、前記スイッチマトリックス手段による振り分け後の分波信号を、同一宛先ごとにＩＦＦＴ処理を施すことにより時間領域信号に変換し、前記時間領域信号を合波信号とするＩＦＦＴ処理手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、地上端末へ送信するＦＦＴ処理後の周波数領域信号に対して、スイッチマトリックス部１０が、各々の信号の宛て先番号に基づいてクラスタ単位で振り分けを行い、クラスタ単位で振り分けられた信号をさらに宛て先のセルごとに振り分け、そして、振り分けた後の信号にＩＦＦＴ処理を実施し時間領域の信号に戻して、各セルに送信するようにしたので、従来に比べ、自由に伝送レートを設定でき、また自由に周波数を配置することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明にかかる衛星通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。
【図２】図２は、受信信号に対して乗算区間をずらした窓関数を乗算した乗算結果の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１の衛星局のスイッチマトリックス部以降の構成例を示す図である。
【図４】図４は、マトリックス部の構成例を示す図である。
【図５】図５は、ＦＦＴ部によってＦＦＴ処理された結果の一例を示す図である。
【図６】図６は、クラスタの構成例を示す図である。
【図７】図７は、宛先番号と出力先の信号ソート部との対応の一例を示す図である。
【図８】図８は、信号ソート部の入出力信号と第２ＲＡＭ部に格納される信号の一例を示す図である。
【図９】図９は、スイッチマトリックス部の処理の流れの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、合成処理のイメージを示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１の衛星局の地上端末からの信号を受信しスイッチマトリックス部に入力されるまでの処理を行う機能部の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１の衛星局の、地上端末から受信した信号に対するスイッチマトリックス部以降の処理を行う構成要素の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、スイッチマトリックス部の構成例を示す図である。
【図１４−１】図１４−１は、等間隔の周波数配置の例を示す図である。
【図１４−２】図１４−２は、等間隔でない周波数配置の例を示す図である。
【図１４−３】図１４−３は、周波数帯幅が一定でない周波数配置の例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２の衛星局の機能構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２の周波数帯域の分割例を示す図である。
【図１７】図１７は、予備系統を３つ備える場合の周波数利用の概念を示す図である。
【図１８】図１８は、補間部と周波数変換部の別の構成例を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態２の衛星局の地上端末から信号の受信処理を行う構成要素の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態２の周波数変換部と間引き部の処理の信号処理の概念を示す図である。
【図２１】図２１は、実施の形態２の周波数変換部〜ＦＦＴ部の処理と予備系統の処理の概念を示す図である。
【図２２】図２２は、実施の形態３の衛星局の機能構成例を示す図である。
【図２３】図２３は、実施の形態３の送信信号のフレーム構成の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、実施の形態３のＦＦＴ演算開始位置の検出処理の概念を示す図である。
【図２５】図２５は、実施の形態３の遅延時間の算出方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかる衛星通信装置および衛星通信システム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。
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる衛星通信装置（衛星局）の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の衛星局は、受信アンテナ１と、周波数変換部２−１〜２−１５と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部３−１〜３−１５と、直交検波部４−１〜４−１５と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）部５−１〜５−１５と、間引き部６−１〜６−１５と、ウィンドウィング部７−１〜７−１５と、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部９−１〜９−１５と、スイッチマトリックス部１０と、制御部１１と、を備えている。
【００２４】
本実施の形態の衛星局は、サービスエリアを１０５のセルで構成することとし、１０５のセルに対してユーザ向けの信号をそれぞれ送信する。また、本実施の形態の衛星局は、地上局から送信された信号を受信し、受信信号の分波処理を行って各キャリア信号を抽出し、抽出されたキャリア信号の並び替えを行い、１０５の宛先（１０５のセル）ごとにキャリア信号の合波処理を行って、衛星局から地上端末に送信する。図１では、分波処理を行い、分波後の受信信号がスイッチマトリックスに信号が入力されるまでの処理を行う構成要素を示している。
【００２５】
また、本実施の形態では、地上局から衛星局に対して、Ｋａ帯の信号（フィーダリンク信号）が送信される。このフィーダリンク信号は、帯域幅４５０ＭＨｚであり、複数のキャリア信号で構成されている。
【００２６】
図１に示した衛星局の受信アンテナ１は、地上局から送信されたフィーダリンク信号を受信する。周波数変換部２は、受信アンテナ１が受信した信号の周波数帯域をＫａ帯からＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯へと変換する。
【００２７】
なお、衛星搭載用ハードウェア性能の観点からフィーダリンク信号の４５０ＭＨｚの帯域の信号を一括で変換することは困難であると考えられるため、複数の周波数変換部を備えることとし、４５０Ｈｚを分割し、各々の周波数変換部が分割した帯域の信号を周波数変換することとする。ここでは、一例として、１つの周波数変換部が変換する信号の帯域幅を３０Ｈｚとし、１５（＝４５０÷３０）個の周波数変換部（周波数変換部２−１〜２−１５）を備えることとする。なお、周波数変換部２−１〜２−１５が変換する周波数帯域は必ずしも３０ＭＨｚでなくても良く、また、将来的にハードウェア性能の向上した場合などには、４５０ＭＨｚの帯域幅の信号を一括で周波数変換を行っても良い。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換部３−ｉ（ｉ＝１，２，…，１５）は、ＩＦ帯に周波数変換された受信信号をアナログ信号からディジタル受信信号へと変換する。直交検波部４−ｉは、ディジタル受信信号の直交検波を行い、ディジタル受信信号をＩＦ帯からベースバンド信号へと変換すると共に、ベースバンド信号の同相（Ｉｃｈ）信号および直交（Ｑｃｈ）信号を出力する。ＬＰＦ部５−ｉは、ベースバンド信号の同相（Ｉｃｈ）信号および直交（Ｑｃｈ）信号に対して、直交検波処理に伴って生じた不要な高調波成分をカットするためのフィルタリングを行う。なお、本実施の形態では、一度受信信号を無線周波数帯（Ｋａ帯）からＩＦ帯へと変換した後でベースバンドに変換しているが、受信信号を無線周波数帯からベースバンドに直接変換するダイレクトコンバージョン方式を用いても良い。
【００２９】
間引き部６−ｉは、フィルタリング後のベースバンド信号に対して間引き処理を行うことで、Ａ／Ｄ変換部３−ｉのサンプリング速度よりも低いサンプリングレートの間引き信号を生成する。なお、間引き部６によって行う間引き処理は、後段の回路規模削減、消費電力低下を目的とするものであり、必ずしも必要ではなく場合によっては省略可能である。
【００３０】
ウィンドウィング部７−ｉは、間引き信号に対して窓関数を乗算し、乗算結果を出力する窓関数乗算手段である。後段のＦＦＴ部９−ｉでは間引き信号に対してＦＦＴ演算処理が施されるが、ＦＦＴ演算を行う区間の両端に連続性がない場合、不要な高調波が発生し、性能の劣化要因となる。そのため、受信信号のＦＦＴ区間の両端が連続性を有するように、ウィンドウィング部７−ｉが、各ＦＦＴ演算区間に対して窓関数を乗算する。窓関数の代表例として、例えばハニング窓が挙げられるが、ある区間の両端が同じ値に収束する関数であれば、ハニング窓でなくとも良い。
【００３１】
なお、窓関数を乗算した部分の受信信号情報が欠落してしまうため、ウィンドウィング部７は、ＦＦＴ演算区間をτとするとき、間引き信号（受信信号）に窓関数を乗算する区間をτ／２だけ時間をずらした乗算結果も出力する。図２は、受信信号に対して乗算区間をずらした窓関数を乗算した乗算結果の一例を示す図である。図２の下側の（ｂ）は上側の（ａ）に対してτ／２だけ窓関数の乗算する区間をずらした関係となっている。なお、ここでは理解しやすいよう、図２の時間信号（間引き信号）は一定値が連続するものとしている。図２に示すように、τ／２だけ時間をずらしているため、窓関数の乗算される区間が異なり、図２（ａ）と（ｂ）を合わせて活用することにより、窓関数を乗算しても信号情報は欠落しない。
【００３２】
ＦＦＴ部９−ｉは、窓関数が乗算された間引き信号に対して、２NポイントのＦＦＴ処理を実施する。なお、図中には記載していないが、τ／２だけ時間をずらした信号についてもＦＦＴ処理を実行するため、各ＦＦＴ部９−１〜９−１５はそれぞれ２つずつのＦＦＴ演算部を備えている。ＦＦＴ部９−ｉは、ＦＦＴ処理により間引き信号を周波数領域信号に変換し、受信信号に含まれていた複数のキャリア信号を、周波数のサンプル単位（１サンプル＝３０ＭＨｚ／２Nポイント）で抽出することができる。すなわち、ＦＦＴ部９−ｉまでの処理で、複数のキャリア信号が多重されている受信信号を分波し、分波信号であるキャリア信号を抽出することができる。周波数領域信号は、スイッチマトリックス部１０へ入力される。
【００３３】
図３は、本実施の形態の衛星局のスイッチマトリックス部１０以降の構成例を示す図である。図３に示すように、本実施の形態の衛星局は、スイッチマトリックス部１０以降の処理を行う構成要素として、スイッチマトリックス部１０と、制御部１１と、ＩＦＦＴ部２１−１〜２１−１０５と、信号合成部２３−１〜２３−１０５と、補間部２４−１〜２４−１０５と、直交変調部２５−１〜２５−１０５と、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換部２６−１〜２６−１０５と、周波数変換部２７−１〜２７−１０５と、送信アンテナ２８−１〜２８−１０５と、を備える。
【００３４】
スイッチマトリックス部１０は、図１を用いて説明したように、１５個の並列に並ぶ入ＦＦＴ部９−１〜９−１５から出力される周波数領域信号を、制御部１１の制御情報に基づいて、１０５の宛先（信号の送信先）ごとに並び替えを行う。なおスイッチマトリックス部１０もＦＦＴ部９−１〜９−１５と同様に、図２に示すように、τ／２ずらさずに窓関数を乗算した間引き信号（受信信号）に対応する周波数領域信号と、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算した間引き信号に対応する周波数領域信号と、の２つの信号に対応する処理を行うが、その２つの信号に対する動作は同じである。したがって、以下では、τ／２ずらさずに窓関数を乗算した間引き信号（受信信号）に対応する周波数領域信号に対する処理について述べるが、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算した間引き信号に対応する周波数領域信号に対する処理もその処理と同様である。
【００３５】
図４は、マトリックス部１０の構成例を示す図である。本実施の形態のスイッチマトリックス部１０は、第１ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）部１４−１〜１４−１５と、信号ソート部１５−１〜１５−１５と、第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−１５と、第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−１０５と、で構成される。
【００３６】
ＦＦＴ部９−ｉから出力された周波数領域の信号は、第１ＲＡＭ部１４−ｉに入力される。第１ＲＡＭ部１４−ｉは、データを保持するためのメモリを備えており、ＦＦＴ部９−ｉで変換された周波数領域信号のうち、“有意な信号”のみを自身のメモリに格納する（書き込む）。以下、第１ＲＡＭ部１４−ｉに格納する“有意な信号”について説明する。
【００３７】
図５は、ＦＦＴ部９−ｉによってＦＦＴ処理された結果（周波数領域信号）の一例を示す図である。図５に示すように、ＦＦＴ部９−ｉで変換された３０ＭＨｚ帯域の周波数領域信号のなかには、ＬＰＦ部５−ｉのフィルタリングにより不要な成分として除去された信号成分のない領域（帯域外成分）が存在する。帯域外成分は情報を含まず、以後の信号処理に必要ではないため、第１ＲＡＭ部１４−ｉでは、本帯域外成分以外の信号（これを“有意な信号”とする）を格納する。この“有意な信号”のみ、すなわち帯域内の周波数成分の信号のみを格納することによって、第１ＲＡＭ部１４−ｉのメモリ容量を削減することができる。
【００３８】
制御部１１は、第１ＲＡＭ部１４−ｉに格納された信号を読み出して、その信号に対して、信号の宛先のセルを識別するための番号である宛先番号と各宛先のセルでの信号配置を規定するチャネル番号とを付加し、付加後の信号を第１ＲＡＭ部１４−ｉに格納する。第１ＲＡＭ部１４に格納された信号の宛先の数は１０５あり、第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５に格納された各信号を１０５個の宛先（１〜１０５の宛先番号）に振り分ける必要がある。しかしながら、１５個の第１ＲＡＭ部（第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５）に書き込まれている信号を、それぞれ１０５個の宛先に振り分けを実行するためには、信号線が１５７５本（＝１５×１０５）必要となる。これは、回路規模の観点から望ましいとは言えない。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、セル７個を１つのまとまり（以下、このまとまりをクラスタという）とし、クラスタを単位とする振り分けとクラスタ内の振り分けとの２段階で振り分けを行う。図６は、クラスタの構成例を示す図である。図中の＃１，＃２，…と記載された小円はセルを表し、各セル内に記載されている＃の後ろに記した番号は、信号の宛先番号を示している。図６の例では、＃１〜＃７，＃８〜＃１４，…の７つのセルを囲む太線の円が、クラスタを示している。
【００４０】
まず、第１段階の振り分け処理では、第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５に格納された信号を、クラスタ単位で振り分ける。図６に示したように、衛星局から信号を送信する地上の宛先（セル）を７つまとめた領域がクラスタである。なお、図６では、紙面の都合上、宛先番号は２８までしか記載してないが、実際には宛先番号１０５までのセルが存在する。
【００４１】
第１ＲＡＭ部１４−ｉは、保持している、宛先番号と出力先の信号ソート部との対応に基づいて、格納された信号をその信号に付加されている宛先番号に対応する信号ソート部１５−１〜１５−１５へ出力する。図７は、宛先番号と出力先の信号ソート部との対応の一例を示す図である。図７に示すように、宛先番号と信号ソート部１５−１〜１５−１５との対応付けておき、第１ＲＡＭ部１４−ｉは、このような対応を保持していることとする。この際、宛先となるセルの数は１０５であり、７個のセルで１つのクラスタを構成するため、クラスタ数は合計１５（＝１０５÷７）となる。したがって、各クラスタに対応する信号ソート部の個数は１５個（信号ソート部１５−１〜１５−１５）となる。なお、第１ＲＡＭ部１４−ｉがこの対応（宛先番号と出力先の信号ソート部との対応）を保持する替わりに、制御部１１がこの対応を保持し、第１ＲＡＭ部１４−ｉに格納されているデータを読み出した際に、保持している対応に基づいて、対応する信号ソート部へ信号を出力するよう第１ＲＡＭ部１４−ｉへ指示するようにしてもよい。
【００４２】
第１ＲＡＭ部１４−ｉから出力された信号が入力された信号ソート部１５−ｊ（ｊ＝１，２，…，１５）は、入力された信号に対してトラフィックの均一化処理を行い、処理後の信号を第２ＲＡＭ部１６−ｊに出力する。第２ＲＡＭ部１６−ｊは、１５個（信号ソート部への入力元の第１ＲＡＭ部と同じ個数）のメモリを備え、信号ソート部１５−ｊは、トラフィックの均一化処理により並び替えを行った後に第１ＲＡＭ部１４−ｉから出力された信号を第２ＲＡＭ部１６−ｊ内のいずれかのメモリに出力する。
【００４３】
ここで、信号ソート部１５−ｊが行うトラフィックの均一化処理について説明する。図８は、信号ソート部１５−ｊの入出力信号と第２ＲＡＭ部１６に格納される信号の一例を示す図である。なお、本実施の形態では、衛星局は第１ＲＡＭ部を１５個備え、宛先数を１０５としているが、説明を簡素化するため、図８の例では、第１ＲＡＭ部１４は３個、宛先のセル数は２１（クラスタ数３個）としている。
【００４４】
図８の（ａ）は、信号ソート部へ入力される信号を模式的に示している。図の縦方向は、時間を所定の時間単位で離散化した値を示している。横方向の入力＃Ｍ（ここでは、Ｍ＝１，２，３）は、信号ソート部１５−ｊ（この場合は、ｊ＝１，２，３）に第１ＲＡＭ部１４−Ｍから入力される信号を示しており、値がない箇所（空欄）は、入力される信号が存在しないことを示している。図中のＡ０，Ａ１，…，Ｂ１，…，Ｃ１，…は、第１ＲＡＭ部１４−Ｍから入力される信号を説明するために付与した入力信号の識別番号であり、Ａが先頭に付く識別番号は、第１ＲＡＭ部１４−１から入力された信号を、Ｂが先頭に付く識別番号は、第１ＲＡＭ部１４−２から入力された信号を、Ｃが先頭に付く識別番号は、第１ＲＡＭ部１４−３から入力された信号を、それぞれ示している。
【００４５】
図８の（ａ）の各入力信号に着目すると、入力＃１、入力＃３の信号数が多いのに対し、入力＃２の信号数が少ない。仮に信号ソート部１５−１〜１５−３が存在しない場合ない場合、第１ＲＡＭ部１４−ｊに入力された信号は、第２ＲＡＭ部１６−ｊに出力される。この場合、図８の（ａ）のように、各入力によって信号数のバラつきがあり、また信号の入力されない時間もあっても、第２ＲＡＭ部１６−ｊは第１ＲＡＭ部１４−ｊから出力された信号を、信号が存在しないデータも含めて全て自身の各メモリへ格納する必要がある。
【００４６】
第２ＲＡＭ部１６−ｊは、たとえば、第１ＲＡＭ部１４−１から入力された信号は、自身のメモリ＃１へ、第１ＲＡＭ部１４−２から入力された信号は自身のメモリ＃２へ，…というように順に格納する。したがって、第２ＲＡＭ部１６−ｊは、Ｒａ（Ｒａは第１ＲＡＭ１４の数）×２N（２NはＦＦＴポイント数）×ＳＤ（ＳＤは各信号情報が持つビット数）を格納できるメモリ容量を備える必要がある。第２ＲＡＭ部１６−ｊは、図８の例では、３×２N×ＳＤのメモリ容量が必要となり、Ｒａ＝１５の図４の構成では、１５×２N×ＳＤのメモリ容量が必要となる。
【００４７】
これに対し、本実施の形態では、信号ソート部１５−ｊは、図８の（ａ）に示されるような入力信号を、図８の（ｂ）のように、特定の出力先（特定のメモリ）に信号が集中しないようにトラフィックの均一化を行ってメモリへ出力する。なお、ここでは上述のとおり、第１ＲＡＭ部の個数を３個としているため、第２ＲＡＭ部１６−ｊを構成するメモリは、メモリ＃１〜メモリ＃３までの３個とする。図８の（ｂ）の横方向の出力＃Ｍは、第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ＃Ｍに出力されることを示している。
【００４８】
具体的には、たとえば、入力＃１（信号ソート部１５−１への入力）には、時間“０”と時間“１”で連続してＡ０，Ａ１の信号の入力があるが、入力＃２（信号ソート部１５−２への入力）には、時間“０”には信号の入力がなく、時間“１”でＢ１の信号の入力があり、入力＃３（信号ソート部１５−３への入力）には、時間“０”と時間“１”の両方で信号の入力がない。このような場合、信号ソート部１５−ｊは、時間“０”に入力された信号Ａ０を出力＃１として第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ＃２へ出力し、時間“１”に入力された信号Ａ１を出力＃２として第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ＃２へ出力する。また、信号ソート部１５−２は、時間“１”に入力された信号Ｂ１を出力＃３として第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ＃３へ出力する。
【００４９】
このような動作を行うことにより、各信号の出力先は図８の（ｂ）に示す出力先となる。例えば、図８の（ａ）では、入力＃１に７個の信号（Ａ０〜Ａ６）、入力＃２に３個（Ｂ１〜Ｂ３）の信号、入力＃３に８個（Ｃ１〜Ｃ８）の信号と、トラフィックが偏っているのに対し、図８の（ｂ）では、出力＃１、出力＃２、出力＃３の全てに６個ずつ信号が割り振られ、トラフィックが均一化されている。このようにトラフィックを均一化するための具体的な出力先の選択方法は、どのような方法でもよいが、たとえば、所定の時間内に入力された信号に対して、出力先ごとの信号の個数を係数し、不均一な場合は、信号数の多い出力先の信号から所定の信号を選択し、選択した信号を他の出力先とする、という処理を出力先ごとの個数がなるべく等しくなるまで繰り返し、出力先を決定するなどの方法がある。
【００５０】
信号ソート部１５−ｊによってトラフィックの均一化が行われた後の信号は、図８の（ｃ）に示すように、第２ＲＡＭ部１６−ｊは、各メモリに、必要な信号（入力信号の存在しない部分は除いた信号）を書き込む。なお、ここでは、第１ＲＡＭ部の個数が３個の場合について説明したが、図４の構成のように第１ＲＡＭ部の個数が１５個の場合も、同様に、信号ソート部１５−ｊは、第２ＲＡＭ部１６−ｊの１５個のメモリに均一に出力されるよう出力先を選択する。
【００５１】
このように、信号ソート部１５−ｊが、入力される信号のトラフィックを均一化して出力することにより、第２ＲＡＭ部１６−ｊが必要とするメモリ容量を、２N×ＳＤに、すなわち信号ソート部１５−ｊが存在しない場合の１／Ｒａに、削減することができる。図８の例（Ｒａ＝３）では、信号ソート部１５−ｊを用いることにより、第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ容量を１／３に、図４の構成（Ｒａ＝１５）では１／１５に、それぞれ削減できる。
【００５２】
図４の構成例に基づく動作の説明に戻る。第１ＲＡＭ部１４−ｉは、以上のように格納されている信号をクラスタごとに対応する信号ソート部１５−１〜１５−１５への振り分けを行い、各信号は信号ソート部１５−ｊ経由で第２ＲＡＭ部１６−ｊに書き込まれる。なお、１クラスタへの通信トラフィックがシステム帯域（３０ＭＨｚ）を越える可能性がある場合は、第２ＲＡＭ部１６−ｊのメモリ容量を、２N×ＳＤ＋αとし、若干メモリ容量を増やしておくこととする。
【００５３】
つぎに、第２段階の振り分け処理として、第２ＲＡＭ部１６−ｊは、自身のメモリ＃１〜＃１５に格納されている信号を読み出し、その信号の宛先番号ごとに７個の第３ＲＡＭ部（第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−１５）に出力先を振り分ける。たとえば、第２ＲＡＭ部１６−１は、宛先番号が１の信号（セル＃１を宛先とする信号）を第３ＲＡＭ部１７−１へ、宛先番号が２の信号（セル＃２を宛先とする信号）を第３ＲＡＭ部１７−２へ、…、第２ＲＡＭ部１６−２は、宛先番号が８の信号（セル＃８を宛先とする信号）を第３ＲＡＭ部１７−８へ、…と自身に接続する７つの第３ＲＡＭ部へ宛先のセルごとに出力する。第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−１０５は、信号を保持するためのメモリを備えており、入力された信号をそのメモリに格納する。
【００５４】
そして、ＩＦＦＴ部２１−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、第３ＲＡＭ部１７−ｋに格納された信号をチャネル番号ごとに読み出し、チャネル番号ごとの信号を周波数領域信号とし、その周波数領域信号をＩＦＦＴ処理により時間領域信号に変換する。
【００５５】
図９は、スイッチマトリックス部１０の処理の流れの一例を示す図である。図９では、紙面と説明簡素化の都合上、ＦＦＴ部および第１ＲＡＭ部を３つずつ備え、宛先のセル数が２１（クラスタ数３個）の例を示している。図９の（１）は、ＦＦＴ部９−１〜９−３から入力される周波数領域信号を示し、（２）は第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−３に書き込まれた信号を示し、（３）は第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−２１に書き込まれた信号を示し、（４）は第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−２１に書き込まれた信号を示している。また、図中の矩形は、各信号を示し、矩形のなかの番号は、その信号の宛先番号を示している。また、図９では、横軸に３０ＭＨｚの帯域を０〜２Nのサンプルに離散化した値、すなわち周波数を示している。以下、（１）〜（４）で示した各信号について説明する。
【００５６】
（１）ＦＦＴ部９−１〜９−３から入力される周波数領域信号
ＦＦＴ部９−１〜９−３は、２NポイントのＦＦＴ処理により受信信号を、図９の（１）に示すように帯域３０ＭＨｚ（２Nサンプル）の周波数領域信号へと変換し、スイッチマトリックス部１０へ出力する。この処理によって、受信信号に含まれていた複数のキャリア信号を、３０ＭＨｚ／２Nサンプル単位で分離することが可能になる。
【００５７】
（２）第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−３に書き込まれた信号
第１ＲＡＭ部１４−ｉ（図９の例ではｉ＝１，２，３）は、上述のように、ＦＦＴ部９−ｉが出力する周波数領域信号のうち、“有意な信号”を自身のメモリに書き込まれる。
【００５８】
（３）第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−３に書き込まれた信号
第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−３には、第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−３がクラスタごとに振り分けられた信号が、信号ソート部１５−１〜１５−３経由で書き込まれる。図９の例では、第２ＲＡＭ部１６−１には宛先番号１から７まで、第２ＲＡＭ部１６−２には、宛先番号８から１４まで、第２ＲＡＭ部１６−３には、宛先番号１５から２１までの信号が振り分けられている。なお実際には、図９のように各信号は宛先ごとに連続しているわけではなく、サンプル単位の離散的な信号が並ぶが、ここでは、説明と図示の都合上、各信号は宛先ごとにまとまっていることとする。サンプル単位の離散的な信号が並んでいる場合も処理は同様である。
【００５９】
（４）第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−２１に書き込まれた信号
第３ＲＡＭ部１７−１〜１７−２１には、宛先番号ごとに振り分けられた信号が、チャネル番号とともに書き込まれる。このとき、チャネル番号を書き換えることで、信号配置を自由に設定することができる。
【００６０】
以上のスイッチマトリックス部１０の処理により、ＦＦＴ部９−１〜９−３から出力された周波数領域信号を、図９の（４）のように、宛先番号（宛先のセル）に応じて並び替えることができる。また、図４に示した構成では、第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５に書き込まれた信号を、直接１０５の宛先別に振り分けるのではなく、まず、クラスタ単位で信号ソート部１５−１〜１５−１５に振り分けることにより、回路規模の削減を実現している。さらに、信号ソート部１５−１〜１５−１５が第１ＲＡＭ部１４−１〜１４−１５から入力された信号に対してトラフィックを均一化する処理を行って第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−１５へ出力するようにしたので、第２ＲＡＭ部１６−１〜１６−１５に必要なメモリ容量の削減を実現することができる。
【００６１】
また、スイッチマトリックス部１０の処理後、ＩＦＦＴ部２１−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、第３ＲＡＭ部１７−ｋに格納された宛先ごとに並べられた周波数領域信号を、時間領域の信号へと変換する。この処理により、複数のキャリアを合成した時間領域信号が生成される。ＩＦＦＴ部２１−ｋが、同一宛先の複数のキャリアを合波する合波処理を実施することになる。なお、ＩＦＦＴ部２１−１〜２１−１０５も、ＦＦＴ部９−１〜９−１５やスイッチマトリックス部１０と同様、図２で説明した、時間をずらさずに窓関数を乗算してＦＦＴ処理を実行した信号と、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算してＦＦＴ処理を実行した信号と、との２系統の信号を処理するため、２つの処理部を備えることとする。
【００６２】
信号合成部２３−ｋは、時間をずらさずに窓関数を乗算してＦＦＴ処理を実行した信号と、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算してＦＦＴ処理を実行した信号と、の２系統の信号に対するＩＦＦＴ処理結果を用いて合成を行い、窓関数の乗算による信号情報の欠落がない信号を生成する。具体的には、両系統の信号からそれぞれの窓関数によるデータの欠如の無い部分を抽出して合成する。図１０は、合成処理のイメージを示す図である。図１０の（ａ），（ｂ）は、図２に示した（ａ），（ｂ）にそれぞれ対応する。図１０の（ｃ）は、信号合成部２３−１〜２３−１０５によって合成された信号イメージである。信号合成部２３−１〜２３−１０５は、図１０（ａ）の信号のうち窓関数の乗算により除去された区間（図１０（ａ）の斜線塗りつぶし以外の区間）を、図１０の（ｂ）の窓関数の乗算により除去されない信号の区間（ドット塗りつぶしの区間）と置き換えることで、図１０（ｃ）に示すように、窓関数乗算による信号の欠落がない信号を出力する。
【００６３】
補間部２４−ｋは、信号合成部２３−ｋによって合成された信号に対して、サンプリング速度を上げるアップサンプリング処理を行う。このアップサンプリング処理は、信号のサンプリング速度と後段のＤ／Ａ変換部２６−ｋとのサンプリング速度を合わせるために実施する。直交変調部２５−ｋは、ベースバンドの信号として補間部２４−ｋから入力される信号をＩＦ帯へと変換する。Ｄ／Ａ変換部２６−ｋは、ＩＦ帯の信号をディジタルからアナログへと変換し、周波数変換部２７−ｋは、ＩＦ帯のアナログ信号をＳ帯へと変換する。なお、ここでは、ＩＦ帯を介してベースバンドからＳ帯への周波数変換を実施したが、ベースバンドから直接Ｓ帯へ周波数変換を行っても良い。
【００６４】
送信アンテナ２８−ｋは、地上のセルに対してビームを照射することにより、周波数変換部２７−ｋから入力された信号を宛先のセルへ送信する。最後に、各セルに存在する地上端末が、衛星局より送信された信号を受信する。このようにして、地上局から送信された複数のキャリア信号が含まれる信号を衛星局が受信し、衛星局が、受信信号の分波処理、宛先別に信号の並び替えおよび合波処理を実施し、衛星局と各地上端末との通信が行われる。
【００６５】
つづいて、本実施の形態の衛星局が、カバーする１０５のエリア（セル）に位置する地上端末から信号を受信し、地上局に送信する信号を生成する、または再度地上端末に送信するまでの流れを説明する。
【００６６】
図１１は、本実施の形態の衛星局の地上端末からの信号を受信しスイッチマトリックス部に入力されるまでの処理を行う機能部の構成例を示す図である。図１１に示すように、地上端末からの信号を受信しスイッチマトリックス部に入力されるまでの処理を行う機能部は、受信アンテナ３０−１〜３０−１０５と、周波数変換部３１−１〜３１−１０５と、Ａ／Ｄ変換部３２−１〜３２−１５と、直交検波部３３−１〜３３−１５と、ＬＰＦ部３４−１〜３４−１０５と、間引き部３５−１〜３５−１０５と、ウィンドウィング部３６−１〜３６−１０５と、ＦＦＴ部３７−１〜３７−１０５と、とを備える。
【００６７】
本実施の形態の衛星局は、地上端末からの信号を受信するための受信アンテナ部を、１０５のビーム数分だけ備えており、後段の処理を行う各構成要素もビームごとに１０５個並列に並ぶ構成となる。
【００６８】
受信アンテナ部３０−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、各セル内に存在する地上端末から送信された信号を受信し、周波数変換部３１−ｋは、受信アンテナ部３０−ｋが受信した信号をＳ帯からＩＦ帯へ周波数変換する。Ａ／Ｄ変換部３２−ｋは、アナログ信号であるＩＦ帯の受信信号をディジタル信号へ変換し、直交検波部３３−ｋは、ディジタル受信信号の直交検波を行い、ディジタル受信信号をＩＦ帯からベースバンド信号へと変換すると共に、ベースバンド信号の同相信号および直交信号を出力する。ＬＰＦ部３４−ｋは、ベースバンド信号の同相信号および直交信号に対して、直交検波処理に伴って生じた不要な高調波成分をカットするためのフィルタリングを行う。
【００６９】
間引き部３５−ｋは、間引き部６−ｉと同様にフィルタリング後のベースバンド信号に対して間引き処理を行う。ウィンドウィング部３６−ｋは、ウィンドウィング部７−ｉと同様に、間引き信号に対して窓関数を乗算し、乗算結果を出力する。また、ウィンドウィング部３６−ｋは、ウィンドウィング部７−ｉと同様に、τ／２だけ時間をずらして窓関数を乗算した結果も出力する。ＦＦＴ部３７−ｋは、ウィンドウィング部３６−ｋから出力される２系統の信号に対して、ＦＦＴ処理を行うことにより周波数領域信号に変換し、分波信号とする。
【００７０】
図１２は、本実施の形態の衛星局の、地上端末から受信した信号に対するスイッチマトリックス部以降の処理を行う構成要素の一例を示す図である。図１２に示すように衛星局は、スイッチマトリックス部以降の処理を行う構成要素として、スイッチマトリックス部３８と、制御部１１と、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ）部４１−１〜４１−１５と、信号合成部４２−１〜４２−１５と、補間部４３−１〜４３−１５と、直交変調部４４−１〜４４−１５と、Ｄ／Ａ変換部４５−１〜４５−１５と、周波数変換部４６−１〜４６−１５と、加算部４７と、送信アンテナ４８と、を備える。
【００７１】
図１３は、スイッチマトリックス部３８の構成例を示す図である。図１３に示すように、スイッチマトリックス部３８は、第４ＲＡＭ部５０−１〜５０−１０５と、信号ソート部５１−１〜５１−１５と、第５ＲＡＭ部５２−１〜５２−１５と、信号ソート部５３−−１〜５３−１５と、第６ＲＡＭ部５４−１〜５４−１５と、を備える。
【００７２】
ＦＦＴ部３７−ｋにより変換された周波数領域信号は、第４ＲＡＭ部５０−ｋに入力される。第４ＲＡＭ部５０−ｋは、データを保持するためのメモリを備えており、入力された周波数領域信号をメモリに格納する。制御部１１は、第４ＲＡＭ部５０−ｋに格納された信号を読み出し、読み出した信号の宛て先に基づいてその信号に宛て先番号（宛先が地上端末の場合はセルを識別する番号、宛先が地上局の場合は地上局を示す番号）とチャネル番号を付加し、付加後の信号を第４ＲＡＭ部５０−ｋに格納する。第４ＲＡＭ部５０−ｋは、第１ＲＡＭ部１４−ｉと同様に、入力元第４ＲＡＭ部５０−ｋの識別番号（この場合は第４ＲＡＭ部５０−ｋの場合識別子をｋとする）と出力先の信号ソート部との対応を保持しているとし、保持している対応に基づいて格納された信号をその宛先番号に対応する信号ソート部（信号ソート部５１−１〜５１−１５のいずれか）に出力する。なお、第４ＲＡＭ部５０−ｋが、保持する宛先番号と出力先の信号ソート部との対応は、図２と同様であるが、信号ソート部１５−ｊ（ｊ＝１，２，…，１５）を信号ソート部５１−ｊと置き換えている。
【００７３】
信号ソート部５１−ｊは、第４ＲＡＭ部５０−１〜５０−１０５から入力される信号を第５ＲＡＭ部５２−ｊへ出力するが、その際、信号ソート部１５−ｊと同様にトラフィックの均一化を行う。信号ソート部５１−ｊを経由しない場合、第５ＲＡＭ部５２−ｊは、Ｒｂ（第４ＲＡＭ部５０−ｋから第５ＲＡＭ部５２−ｊに入力される信号線本数）×２N×ＳＤを格納できるメモリが必要である。図１３の例の場合には、Ｒｂ＝７であるため、第５ＲＡＭ部５２−ｊは、７×２N×ＳＤを格納できるメモリ容量が必要となる。
【００７４】
これに対し、本実施の形態では、信号ソート部５１−ｊを用いてトラフィックの均一化を行うことにより、第５ＲＡＭ部５２−ｊは、２N×ＳＤの容量を格納できるメモリを持てばよい。すなわち、信号ソート部５１−ｊを用いることで、信号ソート部５１−ｊを用いない場合と比べ、第５ＲＡＭ部５２−ｊのメモリ容量を１／Ｒｂに削減することができる。
【００７５】
第５ＲＡＭ部５２−ｊは、信号ソート部５１−ｊから入力された信号を自身のメモリに格納し、格納された信号をその信号の宛て先番号に応じて、信号ソート部５３−１〜５３−１５に割り振りを行う。この割り振りは、第５ＲＡＭ部５２−ｊが、信号ソート部１５−ｊの替わりに信号ソート部５３−ｊとした図２と同様の対応を保持し、その対応を用いて実施する。なお、宛て先番号が地上局である場合には、割り振り先は任意である。信号ソート部５３−ｊは、第５ＲＡＭ部５２−ｊから入力される信号を信号ソート部１５−ｊと同様にトラフィックの均一化を行い第６ＲＡＭ部５４−ｉ（ｉ＝１，２，…，１５）に出力する。信号ソート部５３−ｊを用いることにより、信号ソート部５３−ｊを用いない場合に比べ、第６ＲＡＭ部５４−ｉのメモリ容量を１／Ｒｃに削減できる。ただし、Ｒｃは、１つの第６ＲＡＭ部５４−ｉに入力される、第５ＲＡＭ部５２−ｊからの信号線本数である。
【００７６】
第６ＲＡＭ部５４−ｉに格納された信号は、ＩＦＦＴ部４１−ｉがチャネル番号順に読み出し、読み出した信号をＩＦＦＴ処理することにより合波処理を行う。なお、宛て先番号が地上局ではなく、セルの識別番号である場合（地上端末のシングルホップ用の信号の場合）は、第６ＲＡＭ部５４−ｉに格納された信号は、第１ＲＡＭ部１４−ｉへと出力される。第１ＲＡＭ部１４−ｉは、第６ＲＡＭ部５４−ｉから入力された信号を、ＦＦＴ部９−ｉから入力された信号と同等に扱い、前述の地上端末への送信処理と同様の処理により、宛て先のセルへ送信する。
【００７７】
信号合成部４２−ｉは、信号合成部２３−ｋと同様に２系統の信号を合成し、補間部４３−ｉは、補間部２４−ｉと同様に入力された信号をアップサンプリングする。また、直交変調部４４−ｉは、ベースバンドの信号として補間部４３−ｋから入力される信号をＩＦ帯へと変換する。Ｄ／Ａ変換部４５−ｉは、ＩＦ帯の信号をディジタルからアナログへと変換し、周波数変換部４６−ｉは、ＩＦ帯のアナログ信号をＫａ帯へ変換する。そして加算部４７は、周波数変換部４６−１〜４６−１５から入力されるそれぞれの帯域幅が３０ＭＨｚである信号を加算し、４５０ＭＨｚの帯域幅の信号として送信アンテナ４８へ出力する。送信アンテナ４８は、４５０ＭＨｚの帯域幅の信号を地上局へ送信する。
【００７８】
以上のように、本実施の形態では、地上端末へ送信するＦＦＴ処理後の周波数領域信号を分波信号として求め、スイッチマトリックス部が、各々の分波信号の宛て先番号に基づいてクラスタ単位で振り分けを行い、クラスタ単位で振り分けられた信号をさらに宛て先のセルごとに振り分ける。そして、振り分けた後にＩＦＦＴ処理を実施することにより時間領域の信号とし、各セルに合波信号として送信するようにした。そのため、セルごとに振り分けられた信号のチャネル番号を変更することにより使用する周波数を自由に設定することができる。
【００７９】
図１４−１〜１４−１３は、信号の周波数配置の例を示す図である。従来の衛星局では、図１４−１に示すように各キャリア信号の帯域が等間隔に並ぶような信号の分波処理または合波処理は可能であるが、図１４−２に示すような等間隔でない信号配置を実現することは困難である。また、図１４−３のように、周波数帯域幅が異なる（一定でない）信号を分波処理または合波処理することもできない。これに対し、本実施の形態では、図１４−２や図１４−３のような信号配置の分波処理または合波処理を行うことができ、柔軟な周波数利用を実現することができる。
【００８０】
また、地上端末から受信した信号は、ＦＦＴ処理により周波数領域信号に変換した後に、スイッチマトリックス部３８が、クラスタごとに信号をまとめ、地上端末へ送信する場合にはさらに宛て先番号ごとに宛て先のクラスタ単位で信号を振り分けスイッチマトリックス部１０へ入力するようにした。また、地上局宛ての場合には、クラスタごとにまとめた信号を周波数変換して地上局へ送信するようにした。そのため、地上端末から受信する信号についても受信可能な周波数配置に制約がなく、柔軟な周波数利用を実現することができる。
【００８１】
また、信号ソート部１５−１〜１５−１５，５１−１〜５１−１５，５３−１〜５３−１５が、トラフィックの均一化を実施することにより、スイッチマトリックス１０またはスイッチマトリックス３８のメモリの容量を低減することができ、回路規模を抑えることができる。
【００８２】
実施の形態２．
図１５は、本発明にかかる衛星局の実施の形態２の機能構成例を示す図である。本実施例の衛星局は、地上局から送信された地上端末へ受信する処理を実施する構成要素のうち、受信アンテナ１からスイッチマトリックス部１０までの構成要素は図１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００８３】
図１５に示すように、本実施の衛星局の地上局から送信された地上端末へ受信する処理を実施する構成要素は、実施の形態１の図３で示した構成に、補間部６０−１〜６０−１０５と、周波数変換部６１−１〜６１−１０５と、予備系統合成部６２−１〜６２−１０５と、予備系統６３と、制御部６４と、を追加し、ＩＦＦＴ部２１−１〜２１−１０５の替わりにＩＦＦＴ部２１ａ−１〜２１ａ−１０５を備える以外は、実施の形態１の衛星局と同様である。予備系統６３は、ＩＦＦＴ部２１ａ−１０６と、信号合成部２３−１０６と、補間部６０−１０６と、周波数変換部６１−１０６と、で構成される。
【００８４】
なお、図１５では、送信アンテナ２８−１〜２８−７のように１クラスタに対応する７ビーム分の構成要素を図示しているが、実際には、この７ビーム分の構成が１５個並列に並び、実施の形態１と同様に１０５のビーム分が並列に並ぶ構成となる。
【００８５】
本実施の形態では、実施の形態１のＩＦＦＴ部２１に比べＩＦＦＴ部２１ａの回路規模を削減する手法について説明する。実施の形態１の衛星局は、図３で示したように、２NポイントのＩＦＦＴ処理を実施するＩＦＦＴ部を、信号の宛て先数に対応するビーム数分（宛て先数＝ビーム数）、すなわち１０５個備える。これらのＩＦＦＴ部２１ａ−１〜２１ａ−１０５は、ユーザリンクで使用する周波数帯域幅３０ＭＨｚの信号に対し２NポイントのＩＦＦＴ処理を実施する性能を有する。
【００８６】
ここで、実施の形態１と同様、７セル周波数繰り返しシステムを想定し、衛星から地上の宛て先に照射するビーム７つの合計で最大３０ＭＨｚの周波数帯域を用いるとすると、各ビームでは３０ＭＨｚの帯域を占有することはなく（３０ＭＨｚの周波数帯域を７セルで分割して用いるため）、平均すると３０ＭＨｚの１／７の周波数帯域を用いることになる。すなわち、３０ＭＨｚの帯域を想定した２NポイントのＩＦＦＴ部を１０５個備える必要はないことになる。本実施の形態では、この点に着目して回路規模を削減する。
【００８７】
図１６は、本実施の形態の周波数帯域の分割例を示す図である。本実施の形態では、各ビーム（宛て先のセル）で用いる周波数を、図５のように、３０ＭＨｚの帯域をＣＨ（Ｃｈａｎｎｅｌ：チャンネル）＃１〜ＣＨ＃８の８つの周波数帯域に等分している。このようにあらかじめ、周波数帯域を分割し、７つのビーム（同一クラスタ内の７つのセル）に割り当てておくことにより、それぞれのビームに対応する処理では、割り当てられた周波数帯域を処理対象とすればよいことになる。
【００８８】
図１６に示した例では、周波数帯域幅を８等分していることから１つのビームが処理する周波数帯域幅は３０ＭＨｚの１／８となる。すなわち、１つのビームについての処理では、ＩＦＦＴポイント数を２Nから２N-3に削減することができる。このように８等分された３０ＭＨｚの周波数帯域を、１ビームに１つずつ、計７ビームに割り当て、各ビームは割り当てられた周波数を用いて地上端末との通信を行う。このとき、３０／８ＭＨｚ（１ビーム分）余るが、余った周波数帯域については後述する。
【００８９】
このように、各ビームに対して、３０ＭＨｚを８等分した周波数を割り当てることによって、１つのＩＦＦＴ部が処理する周波数帯域幅は３０／８ＭＨｚとなり、ＩＦＦＴポイント数も、２Nポイントから２N／８（＝２N-3）ポイントに削減することができる。したがって、ＩＦＦＴ部の回路規模は実施の形態１に比べ１／８以下となる。
【００９０】
図１５を用いて、本実施の形態の動作を説明する。ＩＦＦＴ部２９ａ−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、スイッチマトリックス部１０の第３ＲＡＭ部１７−ｋに格納された信号を読み出し、読み出した信号に対して２N／８ポイントのＩＦＦＴ処理を実施し時間領域信号に変換する。本実施の形態では、２N／８であるため、ＩＦＦＴポイント数が２Nの場合に比べ信号のサンプリング速度が１／８倍となる。したがって、ＩＦＦＴ部２９ａ−ｋで変換された時間領域信号に対して、実施の形態１と同様に信号合成部２３−ｋが信号の合成を行った後、補間部６０−ｋは、サンプリング速度を８倍に上げるよう信号を補間する。
【００９１】
周波数変換部６１−ｋは、信号の中心周波数を、自身に対応するビームに割り当てられた周波数帯（ＣＨ番号）の中心周波数へと変換する。後述する予備系統合成部６２−ｋの処理以外のその後の処理（補間部２４−ｋ〜送信アンテナ２８−ｋ）の処理は実施の形態１と同様である。
【００９２】
以上の処理により、１ビームあたりの帯域が３０／８ＭＨｚの送信信号が生成され、地上端末に向けて送信される。ところで、前述のように、本実施の形態では、３０ＭＨｚを８分割し、分割された周波数を７つのビーム（宛て先）に割り当てているため、１ビーム分の周波数帯域が余る。この余りの周波数を予備用周波数として活用し、通信が集中したセルに対してこの予備用周波数を用いることで、利用可能な周波数帯域幅を２倍に拡張することができる。
【００９３】
たとえば、ビーム＃１に対応するセルへの通信が集中し、３０／８ＭＨｚ以上の周波数を使用する必要が生じたとする。このような場合に、予備用周波数を活用するため、予備系統６３を動作させる。通常時（予備用周波数を用いない場合）は、予備系統６３は動作していないこととする。制御部６４は、スイッチマトリックス部１０から予備系統６３のＩＦＦＴ部２１ａ−１０６へ繋がる経路を生成する。たとえば、ビーム＃１が予備用周波数を用いる場合には、ＩＦＦＴ部２１ａ−１０６がスイッチマトリックス部１０から信号が入力されるような経路を生成する。
【００９４】
なお、スイッチマトリックス部１０は、実施の形態１では単にＩＦＦＴ部２１−ｋに対してチャネル番号順に信号を出力していたが、本実施の形態では、スイッチマトリックス部１０は、上記のように予備系統６３への信号出力も行う。すなわち、実施の形態１では、１つの第２ＲＡＭ部が宛て先番号別に７つ並列に並ぶ第３ＲＡＭ部へ信号を振り分けていたが、本実施の形態では、１つの第２ＲＡＭ部に接続される第３ＲＡＭ部は８つとし、予備用周波数を用いる場合にはその周波数で送信する信号を８つめの第３ＲＡＭ部へ出力するようにする。そして、８つめの第３ＲＡＭ部に格納された信号が予備系統６３へ入力される。なお、予備用周波数を用いる場合、そのビームで送信するデータを、予備用周波数（ＣＨ＃８）で送信するデータと、通常の割当て周波数（ＣＨ＃１〜ＣＨ＃７）で送信するデータと、に振り分ける必要があるが、この振り分けはたとえば、制御部６４が実施してもよいし、制御部１１が実施してもよい、
【００９５】
予備系統６３では、ＩＦＦＴ部２１ａ−１０６，信号合成部２３−１０６，補間部６０−１０６，周波数変換部６１−１０６が、上記のＩＦＦＴ部２１ａ−ｋ，信号合成部２３−ｋ，補間部６０−ｋ，周波数変換部６１−ｋとそれぞれ同様の処理を実施する。その際、周波数変換部６１−１０６は、入力された信号を予備用周波数であるＣＨ＃８に周波数変換する。そして、予備系統合成部６２−１が、周波数変換部６１−１で周波数変換された信号と周波数変換部６１−１０６で周波数変換された信号との合成処理を実施する。
【００９６】
ビーム＃１以外のビームに対して予備用周波数を割り当てる場合も、同様に予備系統６３が、そのビームに対応する第３ＲＡＭ部１７−ｋから信号を読み出して、ＣＨ＃８に周波数変換して、そのビームに対応する予備系統合成部６２−ｋが、周波数変換部６１−ｋで周波数変換された信号と周波数変換部６１−１０６で周波数変換された信号との合成処理を実施すればよい。なお、予備用周波数を使用しないビームに対応する予備系統合成部６２−ｋは、入力された信号をそのまま補間部２４−ｋに出力する。このようにして、予備用の周波数を活用することにより、３０／８ＭＨｚが割り当てられていた各ビームに対して、倍の６０／８ＭＨｚまで割り当て周波数帯域を増加させることが可能である。
【００９７】
さらに、図１５に示した予備系統６３を１つではなく、複数備えることと、ハードウェアの回路規模は若干増加するものの、より柔軟な周波数利用が可能となる。図１７は、予備系統を３つ備える場合の周波数利用の概念を示す図である。図１７は、ＣＨ＃１（ビーム＃１）の通信先セルに通信が集中した場合を想定している。図中の予備＃１から予備＃３は、ＣＨ＃２（ビーム＃２）およびＣＨ＃７（ビーム＃７）の使用していない帯域と、ＣＨ＃８と、を用いて送信信号を生成する。そして、ＣＨ＃１に対応する予備系統合成部６２−１が、このようにして生成された予備＃１から予備＃３の送信信号と、周波数変換部６１−１が周波数変換した信号と、の合成処理を行う。各ビームの割り当て帯域のうちの使用していない帯域の検出等は、制御部６４が実施する。
【００９８】
なお、実際の処理では、ＩＦＦＴ処理後に信号の合成を行うため、合成されるのは時間領域の信号であるが、図１７では便宜上周波数領域で各信号を表現している。また、図１７では、ビーム＃１に通信が集中した例を示したが、複数の予備系統からの信号を合成することで、通信の集中がどのビームに発生しても上記と同様の処理を実施することができ、また通信の集中が複数のビームに発生した場合も、たとえば、予備＃１と予備＃２を別のビームで用いるなど柔軟な周波数利用を実現できる。なお、予備系統６３を２つ以上とする場合には、スイッチマトリックス部１０の１つの第２ＲＡＭ部に接続される第３ＲＡＭ部の個数もそれに応じて増やす。
【００９９】
このように、あるセルに通信が集中した場合などに、予備系統６３を活用することにより、柔軟な周波数利用が可能となる。なお、図１６では、３０ＭＨｚを８等分した例を示したが、分割数はセル周波数繰り返し数である７以上の整数であれば、いずれの数字でも良い。また、本実施の形態では７セル周波数繰り返しを仮定しているが、たとえば３セル繰り返しシステムであれば、３０ＭＨｚを４分割しても良い。また、予備系統６３に割り当てる周波数帯域を３０／８ＭＨｚより小さくし、予備系統６３が実施するＩＦＦＴポイント数を２N／８ポイントより小さくする構成としても良い。この場合、ＩＦＦＴポイント数の変更に応じて、ＩＦＦＴ処理後の信号に対して補間部６０−１０６でのアップサンプルの量を変更する。
【０１００】
なお、ユーザリンクが使用する３０ＭＨｚの周波数帯域の分割および予備系統の帯域は、図１６のような等分割ではなく、たとえば、制御部１１または制御部６４が、各セルにおける通信量の見積もりを行い、その見積もり結果を反映するなどして、適応的な分割を行っても良い。また、その場合、予備用周波数としての帯域を割り当てなくても良い。
【０１０１】
図１８は、補間部と周波数変換部の別の構成例を示す図である。図１５に示した構成では、補間部６０−ｋがデータポイントを２M（Ｍ＝自然数）倍になるよう信号を補間し、周波数変換部６１−ｋが、補間後の信号を周波数変換しているが、補間部６０−ｋと周波数変換部６１−ｋの替わりに、図１８に示すような２倍補間部７０−１と、周波数変換部７１−１との組がＭ組直列に並ぶような構成でも良い。図１８の構成例の場合、２倍補間部７０−１〜７０−Ｍは、少量の回路規模で実現できることが知られており、図１８に示す構成とすることにより、図１５の構成よりさらに回路規模を削減することができる。
【０１０２】
つぎに、衛星局が地上端末から信号を受信した場合の処理を行う際の、ＦＦＴ部の回路規模を削減する手法について述べる。実施の形態１の図１１に示したＦＦＴ部３７−ｋ（ｋ＝１，２，…，１０５）は、２NポイントのＦＦＴ処理を実施する。本実施の形態では、ＦＦＴ部３７−ｋのＦＦＴポイント数を２Nポイントから２(N-3)ポイントに削減するために、あらかじめ地上端末が使用する周波数帯域を、地上端末が位置するエリアに応じて、図１６に示すような３０ＭＨｚを８分割した周波数帯域（ＣＨ＃１〜ＣＨ＃８）に割り当てるものとする。このようにあらかじめ地上端末が使用する周波数帯域（帯域幅：３０／８ＭＨｚ）を決めておくことによって、ＦＦＴ部は、３０ＭＨｚではなく、受信信号が存在する３０／８ＭＨｚの周波数帯域に対してＦＦＴ処理を実施すればよいため、ＦＦＴポイント数も２Nポイントから２N／８ポイントとなり、ＦＦＴ部の回路規模を実施の形態１に比べ１／８以下に削減することが可能である。
【０１０３】
図１９は、本実施の形態の衛星局の地上端末から信号の受信処理を行う構成要素の一例を示す図である。図１９に示すように、本実施の形態の衛星局では、地上端末から信号の受信処理を行う構成要素は、実施の形態１の図１１で示した構成要素に、周波数変換部８０−１〜８０−１０５と、間引き部８１−１〜８１−１０５と、予備系統８２と、を追加し、ＦＦＴ部３７−１〜３７−１０５の替わりにＦＦＴ部３７ａ−１〜３７ａ−１０５を備える以外は実施の形態１と同様である。また、スイッチマトリックス部３８以降の処理を行う構成要素は実施の形態１で示した図１２と同様である。
【０１０４】
受信アンテナ３０−ｋが地上端末から送信された信号を受信してから、間引き部３５−ｋまでの処理は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。本実施の形態では、地上端末から送信される信号が、前述の通り、あらかじめ各セル（各ビーム）に割り当てられた３０／８ＭＨｚ内の帯域を使っているものとする。周波数変換部８０−ｋは、間引き部３５−ｋから出力される受信信号（間引き信号）に対して、割り当てられている帯域の中心周波数を０ＭＨｚに変換するような、周波数変換を行う。間引き部８１−ｋは、受信信号に対して１／８の間引き処理を実施する。
【０１０５】
図２０は、本実施の形態の周波数変換部８０−３と間引き部８１−３の処理の信号処理の概念を示す図である。図２０の上段（ａ）は、間引き部３５−３から出力される信号の一例を示したものであり、ここでは間引き部３５−３に対応するビーム＃３には周波数帯域としてＣＨ＃３が割り当てられているとする。図２０の中段（ｂ）は、周波数変換部８０−３が間引き部３５−３から出力されるＣＨ＃３の周波数の信号に対して周波数変換を行った後の周波数の一例を示している。このように、ＣＨ＃３の周波数帯の信号が０を中心とする周波数に変換される。図２０の下段（ｃ）は、間引き部８１−３が、周波数変換部８０−３により周波数変換された信号に対して間引き処理を実施した結果の一例を示している。
【０１０６】
ウィンドウィング部３６−ｋは、１／８に間引きされた受信信号に対して実施の形態１と同様に窓関数を乗算し、ＦＦＴ３７ａ−ｋは、窓関数が乗算された受信信号に対して２N／８ポイントのＦＦＴ処理を実施する。では、２NポイントのＦＦＴ処理を行っていたが、以上述べたように、実施の形態１に比べＦＦＴ部３７ａ−ｋの回路規模は、あらかじめ地上端末の使用する周波数帯域を地上端末が位置するエリアによって定めることによって、２NポイントのＦＦＴ処理を行う実施の形態１のＦＦＴ部３７−ｋに比べ１／８以下に抑えることが可能である。
【０１０７】
また、周波数利用に柔軟性を持たせるため、本実施の形態では、受信アンテナ部３０−１〜３０−１０５に接続されない、予備系統８２を備える。予備系統８２は、周波数変換部８０−ｋ，間引き部８１−ｋ，ウィンドウィング部３６−ｋ，ＦＦＴ部３７ａ−ｋとそれぞれ同様の機能を有する周波数変換部８０−１０６，間引き部８１−１０６，ウィンドウィング部３６−１０６，ＦＦＴ部３７ａ−１０６で構成される。
【０１０８】
たとえば、図１６に示したように周波数帯域を分割して各セルへの割り当てを行っている場合、ＣＨ＃３を用いるビーム＃３に通信が集中し、３０／８ＭＨｚ以上の帯域が必要であるとする。このとき、ビーム＃３が使用する周波数帯域として、ＣＨ＃３に加え、予備用周波数であるＣＨ＃８を割り当てる。この割り当てを行うか否かは、制御部６３が判断し、予備用周波数を用いる旨をビーム＃３に対応するセルに通知することとする。ビーム＃３に対応する受信アンテナ３０−３は、６０／８ＭＨｚの信号を受信することになる。受信アンテナ３０−３が受信した信号は、上記と同様に間引き部３５−３までの処理が施された後、間引き部３５−３は、制御部６４の指示に基づいて、間引き信号を、後段の周波数変換部８０−３と、予備系統８２の周波数変換部８０−１０６と、に出力する。
【０１０９】
なお、制御部６４は、周波数割り当ての情報（どのセルにどの周波数帯が割り当てられているか）を管理し、予備用周波数を用いる場合に、予備用周波数を割り当てるビームに対応する間引き部に対して、間引き信号を予備系統８２の周波数変換部８０−１０６へも出力するよう指示することとする。
【０１１０】
その後、周波数変換部８０−３は、ＣＨ３の信号を中心周波数０ＭＨｚに、予備系統の周波数変換部８０−１０６は、ＣＨ８の信号を中心周波数０ＭＨｚに周波数変換する。間引き部８１−３と予備系統の間引き部８１−１０６は、それぞれの信号に対して１／８間引き処理を行う。
【０１１１】
図２１は、本実施の形態の周波数変換部８０−３〜ＦＦＴ部３７ａ−３の処理と予備系統８２の処理の概念を示す図である。図２１の（ａ）は、間引き部３５−３から出力される間引き信号の一例を示したものであり、ビーム＃３に周波数が割り当てられているＣＨ＃３とＣＨ＃８に信号が存在している。図２１の横軸は周波数を示している。図２１の（ｂ）は周波数変換部８０−３がＣＨ＃３の信号に対して周波数変換を実施した後の信号を示し、図２１の（ｃ）は、予備系統８２の周波数変換部８０−１０６がＣＨ＃８の信号に対して周波数変換を実施した後の信号を示している。また、図２１の（ｄ），（ｅ）は、間引き部８１−３，間引き部８１−１０６がそれぞれ間引き処理を実施した結果を示している。
【０１１２】
なお、予備系統８２は複数有していても良いし、また予備系統８２の処理帯域は３０／８ＭＨｚより大きくても小さくても良い。図２１では、一例としてビーム＃３に通信が集中した場合を述べたが、ビーム＃１からビーム＃１０５までいずれのビームに通信の集中が発生した場合も、また複数ビームに通信の集中が発生した場合も、複数の予備系統を活用することで、柔軟な周波数利用を実現することができる。
【０１１３】
なお、予備系統８２からの入力に備え、スイッチマトリックス３８の第４ＲＡＭ部は、１０５＋予備系統８２の数で構成する。これに伴い、予備系統８２からの信号が入力される第４ＲＡＭ部に接続する信号ソート部に入力される信号線、その信号ソート部から出力される信号線の本数も増加する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は実施の形態１と同様である。
【０１１４】
以上のように、本実施の形態では、周波数帯域をクラスタ内のセル数＋１で分割し、各セルに分割した周波数帯を割り当て、ＩＦＦＴ部２１ａ−ｋおよびＦＦＴ部３７ａ−ｋが２N／８ポイントのＦＦＴ処理を実施するようにした。そのため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、実施の形態１に比べの回路規模を１／８以下に削減することができる。なお、予備系統６３および予備系統８２を構成するための回路は増えるものの、ＩＦＦＴ部２１ａ−ｋおよびＦＦＴ部３７ａ−ｋにおいて達成できる削減量から比べると相対的に小さなものであり、これらの回路増加分を考慮しても、全体で約１／７以下に削減するが可能である。
【０１１５】
なお、本実施の形態では７セル周波数繰り返しの場合を例としたが、Ｋセル周波数繰り返しでは、実施の形態１に比べ回路規模は１／Ｋとなる。
【０１１６】
実施の形態３．
図２２は、本発明にかかる衛星局の実施の形態３の機能構成例を示す図である。図２２は、地上局から受信した信号を地上端末へ送信する処理を実施する構成要素のうちスイッチマトリックス１０までの構成要素をしめしている。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。図２２に示すように、本実施の形態の衛星局は、図１で示した構成からウィンドウィング部７−１〜７−１５を削除し、電力変換部９０−１〜９０−１５と、タイミング抽出部９１−１〜９１−１５と、を追加する以外は、実施の形態１の図１の構成と同様である。
【０１１７】
本実施の形態では、実施の形態１のＦＦＴ部９−ｉ（ｉ＝１，２，…，１５）およびＩＦＦＴ部２１−ｋ（ｉ＝１，２，…，１０５）、または実施の形態２のＦＦＴ部９−ｉおよびＩＦＦＴ部２１ａ−ｋの演算量削減を図る。以降の説明では、実施の形態１に対して演算量を削減する場合を例に説明するが、実施の形態２についても、同様に演算量の削減を行うことができる。
【０１１８】
ＦＦＴ演算では、実施の形態１で述べた通り、ＦＦＴ演算区間両端で信号の連続性がない(両端の値が異なる)ことにより高調波が発生して不要なスペクトラムが生じ、特性劣化へと繋がる。そこで、実施の形態１では、窓関数を乗算してこの劣化を防ぐが、窓関数の乗算により信号が失われる可能性がある。したがって、実施の形態１では、窓関数の乗算範囲が異なる２系列の信号を並行して求め、両者をそれぞれＦＦＴ／ＩＦＦＴ処理した後に信号合成部２３−ｋが合成することで、ＦＦＴ演算区間の連続性を確保するという手法をとっていた。そのため、実施の形態１で示す図１のＦＦＴ部９−ｉ、スイッチマトリックス部１０の構成要素およびＩＦＦＴ部２１−ｋは、それぞれの系統に対応するため２つずつ必要であり、回路規模が大きくなってしまうという問題がある。実施の形態２についても同様である。
【０１１９】
実施の形態１では地上局が衛星局に送信する信号はバースト伝送信号を前提としていたが、本実施の形態では送信信号のフレーム化を行い、衛星局でＦＦＴ処理を行う際、ＦＦＴ演算区間の両端が０になるように構成されたフレーム信号を地上局から送信する。このようなフレーム構成とすることにより、データの両端はいずれもほぼ“０”となり同じ数値であるため連続性が確保でき窓関数の乗算を行う必要がない。したがって、ＦＦＴ部９−ｉ、スイッチマトリックス部１０は、１系統の信号の処理を行えばよいことになる。
【０１２０】
図２３は、本実施の形態の送信信号のフレーム構成の一例を示す図である。本実施の形態では、図２３に示すように、送信信号のフレーム化を行い、ＦＦＴ演算区間の両端に対応する部分に送信信号の無い区間（値が０の区間）を設けることで、信号の連続性を確保する。ただし、この場合、衛星局で受信した地上局からの信号に対してＦＦＴ演算処理を施す際、ＦＦＴ演算区間の両端が必ず無信号となるような、意図した正しい区間でＦＦＴ演算処理を実施する必要がある。したがって、衛星局では、受信した信号に基づきＦＦＴ演算タイミングを決定する必要がある。
【０１２１】
そのため、本実施の形態では、図２２に示したように、間引き部６−ｉが間引き処理を行った受信信号（間引き信号）に対して電力変換を行う電力変換部９０−ｉと、変換された電力に基づいて無信号区間を検知し、ＦＦＴ演算タイミングをＦＦＴ演算部９−ｉへ出力するタイミング抽出部９１−ｉと、を備える。受信アンテナ１が地上局から送信された信号を受信してから、間引き部６−ｉまでの処理は、実施の形態１と同じであるため、その説明を省略する。
【０１２２】
電力変換部９０−ｉは、間引き部６において間引き処理された受信信号の電力変換を行う。タイミング抽出部９１−ｉは、電力情報に基づいて、無信号区間を検知し、無信号区間の所定の位置であるＦＦＴ演算開始位置（ＦＦＴ開始タイミング）を、ＦＦＴ演算部９へと送信する。無信号区間のうち、どの位置がＦＦＴ演算開始位置であるか（たとえば、無信号区間の中央位置等）は、あらかじめ定めておくとする。ＦＦＴ演算部９−ｉは、タイミング抽出部９１−ｉから入力されたＦＦＴ演算開始位置に基づき、ＦＦＴ処理を実施する。
【０１２３】
図２４は、本実施の形態のＦＦＴ演算開始位置の検出処理の概念を示す図である。図２４の（ａ）は、間引き部６−ｉから出力される受信信号のイメージを示している。受信信号はフレーム化されているため、図２４の（ａ）に示すように、送信データであるＤａｔａの間に、無信号部分（空白の部分）が存在する。図２４の（ｂ）は電力変換部９０−ｉが、図２４の（ａ）に示した間引き部６−ｉから出力される受信信号を電力変換した後の電力のイメージを示している。タイミング抽出部９１−ｉは、図２４の（ｂ）の電力に基づいて、電力値が低い区間、すなわち信号が存在しない区間を検出し、その区間のうちの所定の位置であるＦＦＴ演算開始位置を抽出する。タイミング抽出部９１−ｉが抽出したＦＦＴ演算開始位置は、ＦＦＴ部９−ｉに出力され、ＦＦＴ部９−ｉは図２４の（ｃ）に示すように、タイミング抽出部９１−ｉから入力されたＦＦＴ演算開始位置をＦＦＴ演算の開始位置としてＦＦＴ処理を実行する。
【０１２４】
上記のようにＦＦＴ演算を実施することにより、ＦＦＴ部９−ｉ、ＩＦＦＴ部２１−ｋおよびスイッチマトリックス部１０は、窓関数の乗算位置の異なる２系統の信号に対応する必要がなく、１系統の信号の処理を行えばよいことになる。したがって、実施の形態１のＦＦＴ部９−ｉ、ＩＦＦＴ部２１−ｋおよびスイッチマトリックス部１０が２系統に対応するために２つずつ備えていた構成要素は本実施の形態では１つずつ備えればよいことになる。本実施の形態のＦＦＴ部９−ｉ、ＩＦＦＴ部２１−ｋおよびスイッチマトリックス部１０と窓関数の２系統を１系統とする以外は実施の形態１と同様である。また、本実施の形態では、ＩＦＦＴ部２１−ｋの後の信号合成部２３−ｋは不要であり、ＩＦＦＴ部２１−ｋの処理後の信号は補間部２４−ｋに出力される。補間部２４−ｋ以降の構成要素および処理は実施の形態１と同様である。
【０１２５】
なお、タイミング抽出部９１−ｉは、ＦＦＴ演算開始位置の抽出の際に、受信信号の電力を複数のフレームの信号を用いてフレーム周期で複数回平均化した結果を用いて、信号が存在しない区間（＝電力値が少ない区間）を求めても良い。その際、平均値の算出に用いる値に対して、重み付けをするような平均値の計算手法を用いても良い。
【０１２６】
なお、本実施の形態では、受信信号の電力を用いてＦＦＴ演算開始位置を求めるようにしたが、これに限らず、衛星局で受信信号を再生し、信号フレームの先頭に挿入された固定パターン信号を検出して、固定パターンの位置に基づいてＦＦＴ演算開始位置のタイミングを求めるようにしても良い。
【０１２７】
また、受信信号に基づいてＦＦＴ演算開始位置を抽出するのではなく、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などを用いて、地上局と衛星局の同期をとり、信号の送受信を行うことによりＦＦＴ演算開始位置を決定するようにしてもよい。この場合、衛星局が、地上局と同期をとっているため、地上から送信される信号を受信するタイミングを把握可能であり、地上局が衛星局に対してＦＦＴ演算開始位置を意図した場所に設定することができる。
【０１２８】
また、地上局と衛星局の間で、フィーダリンクとは異なる回線を用いて通信を行い、その通信により地上局から送信されるコマンド信号などを参照し、衛星局はＦＦＴ演算開始位置を決定しても良い。
【０１２９】
地上端末は、衛星局から受信した信号に基づいて、衛星局と同じく受信電力や信号フレームの先頭に挿入された固定パターンを検出することにより、ＦＦＴ演算開始位置を抽出して信号を復調する。
【０１３０】
また、衛星局が各地上局端末から信号を受信する場合については、衛星局が行うＦＦＴ処理の際のＦＦＴ演算位置を固定とし、地上局端末が信号を送信するタイミングを制御することで、所望の位置でＦＦＴ演算を実施することが可能である。
【０１３１】
一例として、地上端末が、衛星局から地上端末に信号を送った際の遅延時間を考慮し、その遅延時間に基づいて求めたタイミングで、地上端末から衛星局に信号を送出する方法を挙げる。
【０１３２】
図２５は、本実施の形態の遅延時間の算出方法の一例を示す図である。図２５の（ａ）は衛星局が地上局から受信した信号の一例を示す。上述のようにタイミング抽出部９１−ｉはＦＦＴ演算開始位置を抽出する。図２５の（ｂ）は、ＦＦＴ演算開始位置をパルスとして生成した場合のパルス信号の一例を示す図である。ＦＦＴ部９−ｉは、図２５の（ｂ）に示すパルスが立つ位置をＦＦＴ演算開始位置として、ＦＦＴ演算を実行する。
【０１３３】
図２５の（ｃ）は、図２５の（ｂ）で示したパルス信号を基準としたときに、衛星局から地上端末に信号が送出される時点に対応するパルス信号の一例を示したものである。衛星局では、ＦＦＴ部９−ｉで演算が行われてから地上端末への送信信号として生成のための処理時間（処理遅延）により、図２５の（ｂ）より遅延時間Ｄ１だけ遅延して送信される。遅延時間Ｄ１については固定遅延であるため、あらかじめ把握可能である。
【０１３４】
図２５の（ｄ）は、図２５の（ｃ）のパルス位置を基準としたときの、地上端末が衛星局から信号を受信し復調処理を行った時点に対応するパルス信号の一例を示したものである。図２５の（ｄ）は、図２５の（ｃ）のパルス位置と比べ、衛星局から地上端末への伝搬遅延による伝搬遅延時間Ｄ２と、地上端末での復調処理に係る復調遅延時間Ｄ３と、を加算した時間だけ遅延する。なお、伝搬遅延時間Ｄ２については地上端末の位置によって異なるが、地上端末の位置情報を取得することにより、衛星局との距離を把握可能であり、地上端末が衛星局との距離を把握することで、伝搬遅延時間Ｄ２も把握可能である。また、地上端末の復調遅延時間Ｄ３についても、固定であるためあらかじめ把握可能である。
【０１３５】
以上より、衛星局のＦＦＴ部９−ｉがＦＦＴ演算を実施してから地上端末が、衛星局から送信された信号を復調するまでの遅延時間（衛星局から地上端末までの遅延時間）はＤ１＋Ｄ２＋Ｄ３であり、これらの遅延時間は算出可能である。また、同様に、地上端末が信号を送信してから、その信号を衛星局がＦＦＴ演算を実施するまでの遅延時間（地上端末から衛星局までの遅延時間）も算出可能である。地上端末は、衛星局から地上端末までの遅延時間と地上端末から衛星局までの遅延時間と、を算出し、算出した遅延時間に基づいて、正しい位置でＦＦＴ演算が実施されるよう衛星局に対する送信信号の送信タイミングを制御する。この地上端末での送信制御により、衛星局は固定タイミングでＦＦＴ演算処理を行うことで、所望のタイミングでＦＦＴ演算を実施することが可能である。
【０１３６】
このような処理を実施することにより、地上局から送信された信号に対する処理の場合と同様に、地上端末から送信された信号の処理の際にも、ＦＦＴ部３７−ｋ、スイッチマトリックス部３８およびＩＦＦＴ部４１−ｉをそれぞれ１系統のみの構成とすることができ、また、信号合成部４２−ｉを不要とすることができる。なお、地上局端末が以上のような送信制御を実施する替わりに、地上局から送信された信号と同様にフレーム化を行い、無信号区間を設けることで、演算開始位置を検出する方法としてもよい。
【０１３７】
なお、衛星局からは一般にビーコン情報が送信されているが、地上端末が、このビーコン情報を基に衛星局へ信号を送信する行うことで、衛星局が地上端末から送信される信号の受信タイミングを把握しても良い。すなわち、地上端末がビーコン情報に基づいて、送信信号のタイミングを制御する。また、ＧＰＳを用いて衛星局と地上端末間の同期をとることで、衛星局が地上端末から送信される信号の受信タイミングを把握しても良い。
【０１３８】
また、衛星局から地上局に送信される信号に関しても、地上局は地上端末と同じ方法で遅延時間に基づいてＦＦＴ演算開始位置を検出することが可能である。したがって、地上局から送信される信号についても、衛星局ではＦＦＴ演算開始位置を固定とし、地上局が遅延時間に基づいて送信を制御するようにしてもよい。また、地上局から衛星局へのアップリンク同様、フィーダリンクとは異なる回線を用いて、地上局が衛星局からＦＦＴ演算開始位置に関する情報を得て、その情報を基にＦＦＴ演算開始位置を抽出しても良い。
【０１３９】
以上のように本実施の形態では、送信信号をフレーム化して送信データの間に無信号区間を設けて、ＦＦＴ演算区間の連続性が保たれるようにし、衛星局の電力変換部９０−ｉが受信信号を電力変換し、タイミング抽出部９１−ｉが変換した電力に基づいてＦＦＴ演算開始位置を抽出し、ＦＦＴ部９−ｉが抽出したＦＦＴ演算開始位置に基づいてＦＦＴ演算を実施するようにした。そのため、衛星局のウィンドニング部７−ｉや信号合成部２３−ｉを不要とでき、また、従来２つずつ必要としていたＦＦＴ部９−ｉ、スイッチマトリックス部１０およびＩＦＦＴ部２１−ｋも１つずつ備えればよい。したがって、本実施の形態では、回路規模を従来の１／２以下に削減することが可能である。また、実施の形態２についても、本実施の形態と同様の構成の変更を実施し、本実施の形態と同様の動作を実施することで、回路規模を削減することができる。
【０１４０】
なお、本実施の形態では、送信信号のフレーム化を行う例を説明したが、フレーム化を行わずに衛星局で、実施の形態１と同様に、ウィンドウィング部７−ｉが窓関数乗算処理を行ってもよい。ただし窓関数乗算範囲をずらした信号は生成しない。この場合、窓関数が乗算された受信信号は、窓関数乗算部分の信号情報が欠落するが、誤り訂正処理を用いて失われた信号を補うことで、システムに要求される誤り率を満たした通信を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
以上のように、本発明にかかる衛星通信装置および衛星通信システムは、複数のキャリア信号が合成された多重信号から各キャリア信号を抽出し、複数のキャリア信号を多重して送信する通信システムに有用であり、特に、柔軟な周波数利用を要求される通信システムに適している。
【符号の説明】
【０１４２】
１，３０−１〜３０−１０５ 受信アンテナ
２−１〜２−１５，３１−１〜３１−１０５，２７−１〜２７−１０５，４６−１〜４６−１５，６１−１〜６１−１０６，８０−１〜８０−１０６ 周波数変換部
３−１〜３−１５，３２−１〜３２−１５ Ａ／Ｄ変換部
４−１〜４−１５，３３−１〜３３−１５ 直交検波部
５−１〜５−１５，３４−１〜３４−１０５ ＬＰＦ部
６−１〜６−１５，３５−１〜３５−１０５，８１−１〜８１−１０６ 間引き部
７−１〜７−１５，３６−１〜３６−１０６ ウィンドウィング部
９−１〜９−１５，３７−１〜３７−１０５，３７ａ−１〜３７ａ−１０６ ＦＦＴ部
１０，３８ スイッチマトリックス部
１１，６４ 制御部
１４−１〜１４−１５ 第１ＲＡＭ部
１５−１〜１５−１５，５１−１〜５１−１５，５３−１〜５３−１５ 信号ソート部
１６−１〜１６−１５ 第２ＲＡＭ部
１７−１〜１７−１０５ 第３ＲＡＭ部
２１−１〜２１−１０５，４１−１〜４１−１５，２１ａ−１〜２１ａ−１０６ ＩＦＦＴ部
２３−１〜２３−１０６，４２−１〜４２−１５ 信号合成部
２４−１〜２４−１０５，４３−１〜４３−１５，６０−１〜６０−１０６ 補間部
２５−１〜２５−１０５，４４−１〜４４−１５ 直交変調部
２６−１〜２６−１０５，４５−１〜４５−１５ Ｄ／Ａ変換部
２８−１〜２８−１０５ 送信アンテナ
４７ 加算部
５０−１〜５０−１０５ 第４ＲＡＭ部
５２−１〜５２−１５ 第５ＲＡＭ部
５４−１〜５４−１５ 第６ＲＡＭ部
６２−１〜６２−１０５ 予備系統合成部
６３，８２ 予備系統
９０−１〜９０−１５ 電力変換部
９１−１〜９１−１５ タイミング抽出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の前記分波信号を前記分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を送信する衛星通信装置であって、
受信信号をＦＦＴ処理により周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号を前記分波信号とするＦＦＴ処理手段と、
前記分波信号を宛先ごとに振り分けるスイッチマトリックス手段と、
前記スイッチマトリックス手段による振り分け後の分波信号を、同一宛先ごとにＩＦＦＴ処理を施すことにより時間領域信号に変換し、前記時間領域信号を前記合波信号とするＩＦＦＴ処理手段と、
を備えることを特徴とする衛星通信装置。
【請求項２】
前記ＦＦＴ処理を２N（Ｎは自然数）点のＦＦＴ処理とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の衛星通信装置。
【請求項３】
前記ＩＦＦＴ処理を２N（Ｎは自然数）点のＩＦＦＴ処理とする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の衛星通信装置。
【請求項４】
前記宛先は、２階層以上の階層を有することとし、
前記スイッチマトリックス手段は、前記分波信号を階層ごとに振り分ける、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信装置。
【請求項５】
複数の送信ビームを生成する送信アンテナ手段、
をさらに備え、
前記宛先を前記送信ビームが構成するセルとする、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信装置。
【請求項６】
複数の送信ビームを生成する送信アンテナ手段、
をさらに備え、
前記宛先を前記送信ビームが構成するセルとし、
所定数の前記セルでクラスタを構成し、前記クラスタ間で同一の周波数帯を使用することとし、
前記階層を前記クラスタと前記セルの２階層とし、
前記スイッチマトリックス手段は、階層ごとの振り分けとして、前記クラスタごとに振り分けを行った後にクラスタ内のセルごとの振り分けを行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の衛星通信装置。
【請求項７】
前記クラスタに割り当てられた周波数帯を前記所定数より大きいＣ個の周波数帯域に分割し、前記分割した周波数帯域である分割周波数帯を前記セルに１対１にあらかじめ割り当て、また、前記分割周波数帯域のうち前記セルに割り当てない周波数帯域を予備用周波数帯として定めておき、
前記ＩＦＦＴ処理手段は、対応する宛先に割り当てられた前記分割周波数帯域幅に対応するＩＦＦＴ点数で前記ＩＦＦＴ処理を実施し、
前記予備用周波数帯を前記セルのうちの１つ以上のセルに割り当てるか否かを判断し、前記予備用周波数帯を前記セルのうちの１つ以上のセルに割り当てる場合に、前記予備用周波数帯の割り当て対象のセルに送信する受信信号のうち、前記予備用周波数帯で送信する受信信号とそのセルにあらかじめ割り当てられている分割周波数帯で送信する受信信号とに分類する制御手段と、
前記合波信号に対してＣ倍の点数になるよう補間を行う補間手段と、
前記補間手段による補間後の合波信号をその合波信号の宛先のセルに割り当てられている分割周波数帯に変換する周波数変換手段と、
前記制御手段の分類結果に基づいて、前記予備用周波数帯で送信する受信信号に対して予備系周波数帯に対応するＩＦＦＴ点数でＩＦＦＴ処理を実施し、ＩＦＦＴ処理後の信号をＣ倍に補間し、また、補間後の信号を予備系周波数に変換することにより予備系信号を生成する予備系統処理手段と、
前記制御手段の判断結果に基づいて、前記予備系信号と、前記予備用周波数帯の割り当て対象のセルに対応する前記周波数変換手段によって分割周波数帯に変換された信号と、を合成し、合成後の信号をそのセルに送信する合波信号とする予備系統合成手段と、
をさらに備える、
ことを特徴とする請求項６に記載の衛星通信装置。
【請求項８】
受信ビームを生成し、地上端末から送信された信号を受信する受信アンテナ手段、
をさらに備え、
所定数の前記セルでクラスタを構成し、前記クラスタ間で同一の周波数帯を使用することとし、また、前記クラスタに割り当てられた周波数帯を前記所定数より大きいＣ個の周波数帯域に分割し、前記分割した周波数帯域である分割周波数帯を前記セルに１対１にあらかじめ割り当て、また、前記分割周波数帯域のうち前記セルに割り当てない周波数帯域を予備用周波数帯として定めておき、また、前記受信信号を前記受信アンテナ手段が受信した信号とし、
前記予備用周波数帯を前記セルのうちの１つ以上のセルに割り当てるか否かを判断し、前記予備用周波数帯を前記セルのうちの１つ以上のセルに割り当てる場合に、前記予備用周波数帯を割り当てたセルに対しその旨を通知する制御手段と、
前記分割周波数帯で送信された前記受信信号を、０を中心とする周波数帯に変換する地上端末周波数変換手段と、
前記地上端末周波数変換手段による周波数変換後の受信信号を１／Ｃに間引きする間引き手段と、
入力された信号を、予備用周波数帯の中心周波数を０とするよう周波数変換し、周波数変換後の信号を１／Ｃに間引きし、その間引き後の信号に対してＦＦＴ処理を実施し、ＦＦＴ処理後の信号を受信予備系統信号とする地上端末予備系統処理手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記予備用周波数帯を割り当てたセルから受信した前記受信信号を前記地上端末周波数変換手段へ出力するとともに地上端末予備系統処理手段へ入力し、
前記ＦＦＴ手段は、前記間引き手段による間引き後の信号を前記ＦＦＴ処理の対象の前記受信信号とする、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信装置。
【請求項９】
前記合波信号の送信先を地上局とし、
前記地上局へ送信する送信周波数帯を所定の数に分割した分割送信周波数帯ごとに、前記合波信号を前記分割送信周波数帯に変換した分割送信周波数帯信号を生成する地上局周波数変換手段と、
前記分割送信周波数帯ごとに生成された前記分割送信周波数帯信号を加算する加算手段と、
をさらに備え、
前記宛先を前記地上局周波数変換手段とする、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信装置。
【請求項１０】
前記合波信号の送信先を地上局とし、
前記地上局へ送信する送信周波数帯を所定の数に分割した分割送信周波数帯ごとに、前記合波信号を前記分割送信周波数帯に変換した分割送信周波数帯信号を生成する地上局周波数変換手段と、
前記分割送信周波数帯ごとに生成された前記分割送信周波数帯信号を加算する加算手段と、
をさらに備え、
前記宛先を前記地上局周波数変換手段とする、
ことを特徴とする請求項８に記載の衛星通信装置。
【請求項１１】
前記受信信号をＭ個（Ｍは自然数）とし、
前記宛先をＬ個とし、
前記ＦＦＴ処理手段は、Ｍ個の前記受信信号に対してそれぞれ前記ＦＦＴ処理を施し、
前記スイッチマトリックスはＭ個の前記受信信号に対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とする、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項１２】
ＭおよびＬを２以上とし、
前記スイッチマトリックス手段は、
前記受信信号を保持し、あらかじめ定めた宛先と出力先との対応と、保持している前記受信信号の宛先と、に基づいて宛先に対応する出力先に前記受信信号を出力する第１の記憶手段をＭ個備え、
Ｌ個のメモリで構成される前記受信信号を格納するための第２の記憶手段と、
前記第２の記憶手段に１対１で接続され、前記第１の記憶手段から出力された信号の並び替えを行う信号ソート手段と、
をＬ個備え、
前記出力先を前記信号ソート手段とし、
前記信号ソート手段は、Ｍ個の第１の記憶手段から入力された信号を、自身が接続する前記第２の記憶手段を構成する前記Ｌ個のメモリへのそれぞれの出力頻度を均等化するよう並び替えて前記Ｌ個のメモリへ出力する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の衛星通信装置。
【請求項１３】
前記受信信号と、前記受信信号に対する乗算区間が所定の時間分互いに異なる２種類の窓関数と、を乗算することにより２種類の窓関数乗算信号を生成する窓関数乗算手段と、
入力された２つの信号を合成する信号合成手段と、
をさらに備え、
前記ＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号を処理対象の受信信号としてそれぞれ前記ＦＦＴ処理を実施し、
前記スイッチマトリックス手段は、２種類の前記窓関数乗算信号にそれぞれ対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とし、
前記ＩＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号に振り分け後の信号を前記ＩＦＦＴ処理の対象とし、
前記信号合成手段は、前記２つの信号を、２種類の前記窓関数乗算信号に対応する前記ＩＦＦＴ手段が求めた前記合波信号とする、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項１４】
前記受信信号と、前記受信信号に対する乗算区間が所定の時間分互いに異なる２種類の窓関数と、を乗算することにより２種類の前記窓関数乗算信号を生成する窓関数乗算手段と、
入力された２つの信号を合成する信号合成手段と、
をさらに備え、
前記ＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号を処理対象の受信信号としてそれぞれ前記ＦＦＴ処理を実施し、
前記スイッチマトリックス手段は、２種類の前記窓関数乗算信号にそれぞれ対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とし、
前記ＩＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号に振り分け後の信号を前記ＩＦＦＴ処理の対象とし、
前記信号合成手段は、前記２つの信号を、２種類の前記窓関数乗算信号に対応する前記ＩＦＦＴ手段が求めた前記合波信号とし、
前記補間手段は、前記信号合成手段が合成した後の信号を補間対象の前記合波信号とする、
ことを特徴とする請求項７に記載の衛星通信装置。
【請求項１５】
前記間引き手段による間引き後の信号と、前記間引き後の信号に対する乗算区間が所定の時間分互いに異なる２種類の窓関数と、を乗算することにより２種類の前記窓関数乗算信号を生成する窓関数乗算手段と、
入力された２つの信号を合成する信号合成手段と、
をさらに備え、
前記ＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号を処理対象の受信信号を、前記ＦＦＴ処理の対象の受信信号として前記分波信号を求め、
前記スイッチマトリックス手段は、２種類の前記窓関数乗算信号にそれぞれ対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とし、
前記ＩＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号に振り分け後の信号を前記ＩＦＦＴ処理の対象とし、
前記信号合成手段は、前記２つの信号を、２種類の前記窓関数乗算信号に対応する前記ＩＦＦＴ手段が求めた前記合波信号とし、
ことを特徴とする請求項８または１０に記載の衛星通信装置。
【請求項１６】
前記所定の時間を前記ＦＦＴ処理におけるＦＦＴ演算区間の１／２に対応する時間とする、
ことを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の衛星通信装置。
【請求項１７】
前記受信信号をＭ個（Ｍは自然数）とし、
前記宛先をＬ個とし、
前記窓関数乗算手段は、Ｍ個の前記受信信号に対してそれぞれ前記２種類の前記窓関数乗算信号を生成し、
前記ＦＦＴ処理手段は、Ｍ組の前記２種類の前記窓関数乗算信号に対してそれぞれ前記ＦＦＴ処理を施し、
前記スイッチマトリックスはＭ組の２種類の前記窓関数乗算信号にそれぞれ対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とする、
ことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項１８】
ＭおよびＬを２以上とし、
前記スイッチマトリックス手段は、
前記受信信号を保持し、あらかじめ定めた宛先と出力先との対応と、保持している前記受信信号の宛先と、に基づいて宛先に対応する出力先に前記受信信号を出力する第１の記憶手段をＭ個備え、
Ｌ個のメモリで構成される前記受信信号を格納するための第２の記憶手段と、
前記第２の記憶手段に１対１で接続され、前記第１の記憶手段から出力された信号の並び替えを行う信号ソート手段と、
をＬ個備え、
前記出力先を前記信号ソート手段とし、
前記信号ソート手段は、Ｍ個の第１の記憶手段から入力された信号を、自身が接続する前記第２の記憶手段を構成する前記Ｌ個のメモリへのそれぞれの出力頻度を均等化するよう並び替えて前記Ｌ個のメモリへ出力する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の衛星通信装置。
【請求項１９】
前記受信信号が所定のデータ量ごとに無信号区間を挿入されて送信されることとし、
前記受信信号の電力値を算出する電力変換手段と、
前記電力値に基づいて前記無信号区間を抽出し、前記無信号区間のうちの所定の位置を前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置として抽出するタイミング抽出手段と、
をさらに備え、
前記ＦＦＴ処理手段は、前記ＦＦＴ演算開始位置に基づいて前記ＦＦＴ処理を実施する、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項２０】
ＧＰＳ衛星から受信した情報に基づいて、前記受信信号の送信元の装置との同期を確立し、
前記ＦＦＴ処理手段は、前記受信信号の送信元の装置から送信される前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置を指示するＦＦＴ演算開始位置指示信号に基づいて前記ＦＦＴ演算開始位置を求め、前記ＦＦＴ演算開始位置に基づいて前記ＦＦＴ処理を実施する、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項２１】
前記受信信号の送信元の装置が、前記衛星通信装置との間の処理遅延および伝播遅延に基づいて前記衛星通信装置が行う前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置を求め、前記ＦＦＴ演算開始位置に基づいて前記受信信号を送信することとし、
前記ＦＦＴ処理手段は、前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置を固定とする、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項２２】
前記受信信号の送信元の装置が、前記衛星通信装置から受信したビーコン情報に基づいて前記受信信号を送信することとし、
前記ＦＦＴ処理手段は、前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置を固定とする、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項２３】
地上局と、
地上端末と、
請求項１〜２２のいずれか１つに記載の衛星通信装置と、
を備え、
前記衛星通信装置は、前記地上局から受信した受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の信号を前記分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を前記地上端末へ送信する、または、前記地上端末から受信した受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の信号を前記分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を前記地上局へ送信する、
ことを特徴とする衛星通信システム。
【請求項１】
受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の前記分波信号を前記分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を送信する衛星通信装置であって、
受信信号をＦＦＴ処理により周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号を前記分波信号とするＦＦＴ処理手段と、
前記分波信号を宛先ごとに振り分けるスイッチマトリックス手段と、
前記スイッチマトリックス手段による振り分け後の分波信号を、同一宛先ごとにＩＦＦＴ処理を施すことにより時間領域信号に変換し、前記時間領域信号を前記合波信号とするＩＦＦＴ処理手段と、
を備えることを特徴とする衛星通信装置。
【請求項２】
前記ＦＦＴ処理を２N（Ｎは自然数）点のＦＦＴ処理とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の衛星通信装置。
【請求項３】
前記ＩＦＦＴ処理を２N（Ｎは自然数）点のＩＦＦＴ処理とする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の衛星通信装置。
【請求項４】
前記宛先は、２階層以上の階層を有することとし、
前記スイッチマトリックス手段は、前記分波信号を階層ごとに振り分ける、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信装置。
【請求項５】
複数の送信ビームを生成する送信アンテナ手段、
をさらに備え、
前記宛先を前記送信ビームが構成するセルとする、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信装置。
【請求項６】
複数の送信ビームを生成する送信アンテナ手段、
をさらに備え、
前記宛先を前記送信ビームが構成するセルとし、
所定数の前記セルでクラスタを構成し、前記クラスタ間で同一の周波数帯を使用することとし、
前記階層を前記クラスタと前記セルの２階層とし、
前記スイッチマトリックス手段は、階層ごとの振り分けとして、前記クラスタごとに振り分けを行った後にクラスタ内のセルごとの振り分けを行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の衛星通信装置。
【請求項７】
前記クラスタに割り当てられた周波数帯を前記所定数より大きいＣ個の周波数帯域に分割し、前記分割した周波数帯域である分割周波数帯を前記セルに１対１にあらかじめ割り当て、また、前記分割周波数帯域のうち前記セルに割り当てない周波数帯域を予備用周波数帯として定めておき、
前記ＩＦＦＴ処理手段は、対応する宛先に割り当てられた前記分割周波数帯域幅に対応するＩＦＦＴ点数で前記ＩＦＦＴ処理を実施し、
前記予備用周波数帯を前記セルのうちの１つ以上のセルに割り当てるか否かを判断し、前記予備用周波数帯を前記セルのうちの１つ以上のセルに割り当てる場合に、前記予備用周波数帯の割り当て対象のセルに送信する受信信号のうち、前記予備用周波数帯で送信する受信信号とそのセルにあらかじめ割り当てられている分割周波数帯で送信する受信信号とに分類する制御手段と、
前記合波信号に対してＣ倍の点数になるよう補間を行う補間手段と、
前記補間手段による補間後の合波信号をその合波信号の宛先のセルに割り当てられている分割周波数帯に変換する周波数変換手段と、
前記制御手段の分類結果に基づいて、前記予備用周波数帯で送信する受信信号に対して予備系周波数帯に対応するＩＦＦＴ点数でＩＦＦＴ処理を実施し、ＩＦＦＴ処理後の信号をＣ倍に補間し、また、補間後の信号を予備系周波数に変換することにより予備系信号を生成する予備系統処理手段と、
前記制御手段の判断結果に基づいて、前記予備系信号と、前記予備用周波数帯の割り当て対象のセルに対応する前記周波数変換手段によって分割周波数帯に変換された信号と、を合成し、合成後の信号をそのセルに送信する合波信号とする予備系統合成手段と、
をさらに備える、
ことを特徴とする請求項６に記載の衛星通信装置。
【請求項８】
受信ビームを生成し、地上端末から送信された信号を受信する受信アンテナ手段、
をさらに備え、
所定数の前記セルでクラスタを構成し、前記クラスタ間で同一の周波数帯を使用することとし、また、前記クラスタに割り当てられた周波数帯を前記所定数より大きいＣ個の周波数帯域に分割し、前記分割した周波数帯域である分割周波数帯を前記セルに１対１にあらかじめ割り当て、また、前記分割周波数帯域のうち前記セルに割り当てない周波数帯域を予備用周波数帯として定めておき、また、前記受信信号を前記受信アンテナ手段が受信した信号とし、
前記予備用周波数帯を前記セルのうちの１つ以上のセルに割り当てるか否かを判断し、前記予備用周波数帯を前記セルのうちの１つ以上のセルに割り当てる場合に、前記予備用周波数帯を割り当てたセルに対しその旨を通知する制御手段と、
前記分割周波数帯で送信された前記受信信号を、０を中心とする周波数帯に変換する地上端末周波数変換手段と、
前記地上端末周波数変換手段による周波数変換後の受信信号を１／Ｃに間引きする間引き手段と、
入力された信号を、予備用周波数帯の中心周波数を０とするよう周波数変換し、周波数変換後の信号を１／Ｃに間引きし、その間引き後の信号に対してＦＦＴ処理を実施し、ＦＦＴ処理後の信号を受信予備系統信号とする地上端末予備系統処理手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記予備用周波数帯を割り当てたセルから受信した前記受信信号を前記地上端末周波数変換手段へ出力するとともに地上端末予備系統処理手段へ入力し、
前記ＦＦＴ手段は、前記間引き手段による間引き後の信号を前記ＦＦＴ処理の対象の前記受信信号とする、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信装置。
【請求項９】
前記合波信号の送信先を地上局とし、
前記地上局へ送信する送信周波数帯を所定の数に分割した分割送信周波数帯ごとに、前記合波信号を前記分割送信周波数帯に変換した分割送信周波数帯信号を生成する地上局周波数変換手段と、
前記分割送信周波数帯ごとに生成された前記分割送信周波数帯信号を加算する加算手段と、
をさらに備え、
前記宛先を前記地上局周波数変換手段とする、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の衛星通信装置。
【請求項１０】
前記合波信号の送信先を地上局とし、
前記地上局へ送信する送信周波数帯を所定の数に分割した分割送信周波数帯ごとに、前記合波信号を前記分割送信周波数帯に変換した分割送信周波数帯信号を生成する地上局周波数変換手段と、
前記分割送信周波数帯ごとに生成された前記分割送信周波数帯信号を加算する加算手段と、
をさらに備え、
前記宛先を前記地上局周波数変換手段とする、
ことを特徴とする請求項８に記載の衛星通信装置。
【請求項１１】
前記受信信号をＭ個（Ｍは自然数）とし、
前記宛先をＬ個とし、
前記ＦＦＴ処理手段は、Ｍ個の前記受信信号に対してそれぞれ前記ＦＦＴ処理を施し、
前記スイッチマトリックスはＭ個の前記受信信号に対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とする、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項１２】
ＭおよびＬを２以上とし、
前記スイッチマトリックス手段は、
前記受信信号を保持し、あらかじめ定めた宛先と出力先との対応と、保持している前記受信信号の宛先と、に基づいて宛先に対応する出力先に前記受信信号を出力する第１の記憶手段をＭ個備え、
Ｌ個のメモリで構成される前記受信信号を格納するための第２の記憶手段と、
前記第２の記憶手段に１対１で接続され、前記第１の記憶手段から出力された信号の並び替えを行う信号ソート手段と、
をＬ個備え、
前記出力先を前記信号ソート手段とし、
前記信号ソート手段は、Ｍ個の第１の記憶手段から入力された信号を、自身が接続する前記第２の記憶手段を構成する前記Ｌ個のメモリへのそれぞれの出力頻度を均等化するよう並び替えて前記Ｌ個のメモリへ出力する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の衛星通信装置。
【請求項１３】
前記受信信号と、前記受信信号に対する乗算区間が所定の時間分互いに異なる２種類の窓関数と、を乗算することにより２種類の窓関数乗算信号を生成する窓関数乗算手段と、
入力された２つの信号を合成する信号合成手段と、
をさらに備え、
前記ＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号を処理対象の受信信号としてそれぞれ前記ＦＦＴ処理を実施し、
前記スイッチマトリックス手段は、２種類の前記窓関数乗算信号にそれぞれ対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とし、
前記ＩＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号に振り分け後の信号を前記ＩＦＦＴ処理の対象とし、
前記信号合成手段は、前記２つの信号を、２種類の前記窓関数乗算信号に対応する前記ＩＦＦＴ手段が求めた前記合波信号とする、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項１４】
前記受信信号と、前記受信信号に対する乗算区間が所定の時間分互いに異なる２種類の窓関数と、を乗算することにより２種類の前記窓関数乗算信号を生成する窓関数乗算手段と、
入力された２つの信号を合成する信号合成手段と、
をさらに備え、
前記ＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号を処理対象の受信信号としてそれぞれ前記ＦＦＴ処理を実施し、
前記スイッチマトリックス手段は、２種類の前記窓関数乗算信号にそれぞれ対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とし、
前記ＩＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号に振り分け後の信号を前記ＩＦＦＴ処理の対象とし、
前記信号合成手段は、前記２つの信号を、２種類の前記窓関数乗算信号に対応する前記ＩＦＦＴ手段が求めた前記合波信号とし、
前記補間手段は、前記信号合成手段が合成した後の信号を補間対象の前記合波信号とする、
ことを特徴とする請求項７に記載の衛星通信装置。
【請求項１５】
前記間引き手段による間引き後の信号と、前記間引き後の信号に対する乗算区間が所定の時間分互いに異なる２種類の窓関数と、を乗算することにより２種類の前記窓関数乗算信号を生成する窓関数乗算手段と、
入力された２つの信号を合成する信号合成手段と、
をさらに備え、
前記ＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号を処理対象の受信信号を、前記ＦＦＴ処理の対象の受信信号として前記分波信号を求め、
前記スイッチマトリックス手段は、２種類の前記窓関数乗算信号にそれぞれ対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とし、
前記ＩＦＦＴ処理手段は、２種類の前記窓関数乗算信号に振り分け後の信号を前記ＩＦＦＴ処理の対象とし、
前記信号合成手段は、前記２つの信号を、２種類の前記窓関数乗算信号に対応する前記ＩＦＦＴ手段が求めた前記合波信号とし、
ことを特徴とする請求項８または１０に記載の衛星通信装置。
【請求項１６】
前記所定の時間を前記ＦＦＴ処理におけるＦＦＴ演算区間の１／２に対応する時間とする、
ことを特徴とする請求項１３、１４または１５に記載の衛星通信装置。
【請求項１７】
前記受信信号をＭ個（Ｍは自然数）とし、
前記宛先をＬ個とし、
前記窓関数乗算手段は、Ｍ個の前記受信信号に対してそれぞれ前記２種類の前記窓関数乗算信号を生成し、
前記ＦＦＴ処理手段は、Ｍ組の前記２種類の前記窓関数乗算信号に対してそれぞれ前記ＦＦＴ処理を施し、
前記スイッチマトリックスはＭ組の２種類の前記窓関数乗算信号にそれぞれ対応する前記分波信号を宛先ごとの振り分け対象とする、
ことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項１８】
ＭおよびＬを２以上とし、
前記スイッチマトリックス手段は、
前記受信信号を保持し、あらかじめ定めた宛先と出力先との対応と、保持している前記受信信号の宛先と、に基づいて宛先に対応する出力先に前記受信信号を出力する第１の記憶手段をＭ個備え、
Ｌ個のメモリで構成される前記受信信号を格納するための第２の記憶手段と、
前記第２の記憶手段に１対１で接続され、前記第１の記憶手段から出力された信号の並び替えを行う信号ソート手段と、
をＬ個備え、
前記出力先を前記信号ソート手段とし、
前記信号ソート手段は、Ｍ個の第１の記憶手段から入力された信号を、自身が接続する前記第２の記憶手段を構成する前記Ｌ個のメモリへのそれぞれの出力頻度を均等化するよう並び替えて前記Ｌ個のメモリへ出力する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の衛星通信装置。
【請求項１９】
前記受信信号が所定のデータ量ごとに無信号区間を挿入されて送信されることとし、
前記受信信号の電力値を算出する電力変換手段と、
前記電力値に基づいて前記無信号区間を抽出し、前記無信号区間のうちの所定の位置を前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置として抽出するタイミング抽出手段と、
をさらに備え、
前記ＦＦＴ処理手段は、前記ＦＦＴ演算開始位置に基づいて前記ＦＦＴ処理を実施する、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項２０】
ＧＰＳ衛星から受信した情報に基づいて、前記受信信号の送信元の装置との同期を確立し、
前記ＦＦＴ処理手段は、前記受信信号の送信元の装置から送信される前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置を指示するＦＦＴ演算開始位置指示信号に基づいて前記ＦＦＴ演算開始位置を求め、前記ＦＦＴ演算開始位置に基づいて前記ＦＦＴ処理を実施する、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項２１】
前記受信信号の送信元の装置が、前記衛星通信装置との間の処理遅延および伝播遅延に基づいて前記衛星通信装置が行う前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置を求め、前記ＦＦＴ演算開始位置に基づいて前記受信信号を送信することとし、
前記ＦＦＴ処理手段は、前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置を固定とする、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項２２】
前記受信信号の送信元の装置が、前記衛星通信装置から受信したビーコン情報に基づいて前記受信信号を送信することとし、
前記ＦＦＴ処理手段は、前記ＦＦＴ処理の演算開始位置であるＦＦＴ演算開始位置を固定とする、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の衛星通信装置。
【請求項２３】
地上局と、
地上端末と、
請求項１〜２２のいずれか１つに記載の衛星通信装置と、
を備え、
前記衛星通信装置は、前記地上局から受信した受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の信号を前記分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を前記地上端末へ送信する、または、前記地上端末から受信した受信信号を分波し、分波後の信号である分波信号を宛先ごとに振り分け、振り分け後の信号を前記分波信号の宛先ごとに合波し、合波後の信号である合波信号を前記地上局へ送信する、
ことを特徴とする衛星通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４−１】
【図１４−２】
【図１４−３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４−１】
【図１４−２】
【図１４−３】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−２９７２０（Ｐ２０１１−２９７２０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７０５１１（Ｐ２００９−１７０５１１）
【出願日】平成２１年７月２１日（２００９．７．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２１日（２００９．７．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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