特許 7055690 衛星通信装置および衛星通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-08

(45)【発行日】2022-04-18

(54)【発明の名称】衛星通信装置および衛星通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/155 20060101AFI20220411BHJP

   H04B 1/04 20060101ALI20220411BHJP

【ＦＩ】

H04B7/155

H04B1/04 E

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018083005

(22)【出願日】2018-04-24

(65)【公開番号】P2019193065

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2020-12-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】持田 雄一朗

【審査官】前田 典之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２８７３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１６４８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３１９８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１４６８４６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／１５５

Ｈ０４Ｂ １／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に搭載可能なアンテナと、
前記アンテナのビームを指向制御して人工衛星を捕捉する捕捉制御部と、
前記人工衛星への送信信号を生成する送信信号生成部と、
前記アンテナを搭載した移動体の動きに関する情報を検知する検知部と、
前記検知された情報に基づいて、前記移動体の移動時における前記送信信号の送信電力密度を、当該移動体の停止時における送信電力密度よりも低いレベルに制御する制御部とを具備する、衛星通信装置。

【請求項2】

前記送信信号のレベルを調整する可変減衰器をさらに具備し、
前記制御部は、前記可変減衰器の減衰量を制御して前記送信信号の送信電力密度を変化させる、請求項１に記載の衛星通信装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記移動体の停止時における前記送信信号の送信電力密度を、移動時における送信電力密度よりも高いレベルにする、請求項１に記載の衛星通信装置。

【請求項4】

搬送波を変調して前記送信信号を生成出力する変調部をさらに具備し、
前記制御部は、前記変調部からの信号レベルを制御して前記送信信号の送信電力密度を変化させる、請求項１に記載の衛星通信装置。

【請求項5】

測位センサをさらに具備し、
前記検知部は、前記測位センサから前記移動体の動きに関する情報を取得する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の衛星通信装置。

【請求項6】

前記検知部は、測位センサを備える前記移動体から当該移動体の動きに関する情報を取得する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の衛星通信装置。

【請求項7】

前記検知部は、速度計を備える前記移動体から当該移動体の動きに関する情報を取得する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の衛星通信装置。

【請求項8】

移動体に搭載可能なアンテナを具備する衛星通信装置のコンピュータにより実行される衛星通信方法であって、
前記コンピュータが、前記アンテナのビームを指向制御して人工衛星を捕捉する過程と、
前記コンピュータが、前記アンテナを搭載した移動体の動きに関する情報を検知する過程と、
前記コンピュータが、前記検知された情報に基づいて、前記移動体の移動時における前記人工衛星への送信信号の送信電力密度を、当該移動体の停止時における送信電力密度よりも低いレベルに制御する過程とを具備する、衛星通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、衛星通信装置および衛星通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＶＳＡＴ（Very Small Aperture Terminal）は、地上から静止軌道上の人工衛星（静止衛星）と通信する衛星地球局を小型化した通信装置である。昨今、ＶＳＡＴの更なる小型化が進められ、アンテナ開口のサイズも小さくなってきている。可搬型の装置についての検討も開始され、災害現場などでの利用が始まっている。

【0003】

ＶＳＡＴのような衛星地球局では、通信衛星との通信を行うため、正確な方向調整が必要になる。従来では機械走査でアンテナの方向調整を行っていたが、近年では、機械走査のアンテナ方向調整に代えて、ビームを電子走査可能なアンテナ（フェーズドアレイアンテナ）を備えるものが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平０４－３１９８０３号公報

【文献】特開２０００－２９５１６１号公報

【文献】特開平０１－１３７８３７号公報

【文献】再公表ＷＯ１９９９／０９６８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の機械走査アンテナに代えて、ビームを電子走査可能なアンテナ（フェーズドアレイアンテナ）を備えた衛星通信装置では、ビーム指向方向を電子的に制御して、通信相手の衛星を捕捉する。しかしながら移動時には、停止運用時に比べてどうしても捕捉性能が劣化するので、別の衛星への電波干渉のおそれがある。

【0006】

電波干渉を防ぐために、移動運用時を基準として送信電力密度を制限することが求められ、その旨の既定を設けている事業者もある。このため停止運用時に、本来得られるべき性能で通信することができず、回線稼働率が低下することがあった。

【0007】

そこで、目的は、回線稼働率の低下を防止した衛星通信装置および衛星通信方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態によれば、衛星通信装置は、移動体に搭載可能なアンテナと、捕捉制御部、送信信号生成部、検知部、および制御部を具備する。捕捉制御部は、アンテナのビームを指向制御して人工衛星を捕捉する。送信信号生成部は、人工衛星への送信信号を生成する。検知部は、アンテナを搭載した移動体の動きに関する情報を検知する。制御部は、検知された情報に基づいて、前記移動体の移動時における送信信号の送信電力密度を、当該移動体の停止時における送信電力密度よりも低いレベルに制御する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ＶＳＡＴを利用した衛星通信システムの一例を示す図。

【図2】地上局の移動運用時に生じる電波干渉について説明するための図。

【図3】車載局２００の第１の実施形態を示すブロック図。

【図4】第１の実施形態における車載局２００の処理手順の一例を示すフローチャート。

【図5】移動運用中の変調波（送信信号）の送信電力密度の一例を示す図。

【図6】停止運用中の変調波（送信信号）の送信電力密度の一例を示す図。

【図7】車載局２００の第２の実施形態を示すブロック図。

【図8】第２の実施形態における車載局２００の処理手順の一例を示すフローチャート。

【図9】車載局２００の第３の実施形態を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、説明する。
衛星通信システムは、静止軌道上の人工衛星（衛星）を介して互いに通信する、複数の地球局を備える。この種のシステムは、例えば都道府県等の広域の自治体の防災システムに適用される。例えば、災害現場のライブ映像を、その現場に設置された衛星通信装置から県庁所在地等の地球局に衛星回線で送信することができる。これにより災害状況を迅速かつ正確に知ることができる。衛星回線を用いてＶｏＩＰ（Voice over IP）通話やＴＶ会議を行うこともでき、関係部署間の情報共有や災害対応協議にも利用することができる。

【0011】

図１は、ＶＳＡＴを利用した衛星通信システムの一例を示す図である。図１において、固定局１００は、例えば県庁所在地などに設置される。車載局２００は、例えば車両などの移動体３００に搭載されて災害現場などに派遣される。

【0012】

固定局１００および車載局２００は、静止軌道上の通信衛星４００を介して互いに通信することが可能であり、いずれもＶＳＡＴ装置の一つの形態である。ＶＳＡＴ装置に対する回線割り当て方式の一例としては、ＤＡＭＡ（Demand Assignment Multiple Access：接続要求割り当て）と称される。地上の幾つかの地点に設けられた制御局が、ＤＡＭＡに関する制御を担う。

【0013】

図２に示されるように、車載局２００から通信相手先のターゲット衛星４００へのビーム方向がずれると、他の衛星４０１に電波干渉することがある。静止軌道は過密していて、地上から見て、衛星ごとにせいぜい２度（経度）位の間隔しか空いていないことがあるため干渉を生じやすい。地上局の移動時にはビーム指向方向が不安定になるので、送信電力密度を制限して電波干渉を防ぐようにしているが、停止時の回線稼働率が低下するおそれがある。以下では、このような事象を解決可能な技術について説明する。

【0014】

［第１の実施形態］
まず、第１の実施形態について、説明する。第１の実施形態は、可変アッテネータを用いて、車載局２００の送信パワー制御を行う、実施の形態である。

【0015】

図３は、車載局２００の第１の実施形態を示すブロック図である。なお、車載局２００は衛星通信装置の一つの例である。図３において、車載局２００は、車両に搭載可能なアンテナ２１と、ケーブル３０を介してアンテナ２１に接続可能な車載部２０１とを備える。アンテナ２１は、ビーム指向方向を電子的に制御可能なフェーズドアレイアンテナである。例えば、複数のアンテナ素子を平面状に配列してなるプラナーアレイアンテナを好適に利用できる。

【0016】

車載部２０１は、ＨＰＣ（High Power Converter）２２、ＬＮＣ（Low Noise Comverter）２３、変復調部２４、およびプロセッサ２５を備える。

【0017】

変復調部２４は、通信用のアプリケーション機器６０（ノートパソコン、画像センサ、ＩＰ電話端末など）からの通信信号により、例えばＫｕバンドの搬送波をＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調して人工衛星への送信信号を生成出力する。ＨＰＣ２２は、この送信信号を電力増幅する。増幅された送信信号は、ケーブル３０およびアンテナ２１を介してターゲット衛星に向け放射される。
ここで、ＨＰＣ２２は、可変アッテネータ２２ａを備える。プロセッサ２５はこの可変アッテネータ２２ａの減衰量を制御することで、送信信号の送信電力密度を調整する。

【0018】

一方、ターゲット衛星から捕捉された受信信号は、ＬＮＣ２３で低雑音増幅されたのち変復調部２４で復調され、アプリケーション機器６０に送られる。

【0019】

位置センサ７０、操作部８０、および表示部９０が、プロセッサ２５に接続される。位置センサ７０は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した測位センサであり、移動体３００の位置情報を取得してプロセッサ２５に通知する。

【0020】

操作部８０は、例えば車載局２００の電源ボタンや、衛星捕捉処理をスタートさせるための捕捉ボタン等を備える。表示部９０は、操作部８０に設けられた例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルであり、衛星捕捉処理の結果やステータスなどを表示する。

【0021】

プロセッサ２５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を主体とし、メモリに記憶されたプログラムに従って演算処理を実行するハードウェアである。このハードウェアと、プログラムとしてのソフトウェアとが協調的に動作することで、実施形態に係わる機能が実現される。すなわち、プロセッサ２５、車載部２０１、および車載局２００は、ソフトウェアおよびハードウェアとの協調的な動作により機能を実現するコンピュータである。

【0022】

ところで、プロセッサ２５は、例えば組み込みソフトウェアによる制御機能として、捕捉制御部２５ａ、検知部２５ｂ、および、レベル制御部２５ｃを備える。
捕捉制御部２５ａは、アンテナ２１のビームを指向制御して、ターゲット衛星を捕捉する。
検知部２５ｂは、アンテナ２１を搭載した車両（移動体３００）の動きに関する情報（以下、運用情報と称する）を検知する。実施形態では、車両が移動しているか、または停止しているかの２通りの状態を示す情報を、運用情報とする。例えば、位置センサ７０で取得された車両の位置情報の時間微分を計算して、車両の速度が求められる。この速度が０であるか、そうでないかを判別することで、運用情報を得ることができる。

【0023】

レベル制御部２５ｃは、可変アッテネータ２２ａの減衰量を、検知部２５ｂで検知された運用情報に基づき制御して、送信信号の送信電力密度を変化させる。すなわちレベル制御部２５ｃは、車両の移動運用時と停止運用時とで、送信電力密度を異なるレベルに切替制御する。具体的には、レベル制御部２５ｃは、車両の移動運用時における送信信号の送信電力密度を、停止運用時における送信電力密度よりも低いレベルとする。次に、上記構成における作用を説明する。

【0024】

図４は、第１の実施形態における車載局２００の処理手順の一例を示すフローチャートである。図４において、プロセッサ２５は、検知部２５ｂから出力される車両の運用情報（車両が移動中、または停止中の状態情報）を取得（ステップＳ１）し、車両が移動中、または停止中のいずれの状態にあるかを判断する（ステップＳ２）。

【0025】

移動中であることが判定されると、プロセッサ２５のレベル制御部２５ｃは、可変アッテネータの減衰量を増加させる（ステップＳ３）。これにより送信信号の送信電力密度が抑制される（ステップＳ４）。

【0026】

図５に示されるように、移動中の変調波（送信信号）の周波数に対する送信電力密度は、例えば５ｄＢｍ／Ｈｚにセットされる。従って、例えば移動中の振動などでアンテナ２１のアンテナビームが揺さぶられた場合でも、ターゲット衛星とは異なる衛星に対する電波干渉の度合いを低下させることができる。つまり電波干渉を防止することができる（ステップＳ５）。

【0027】

一方、ステップＳ２（図４）で、車両が停止中であることが判定されると、レベル制御部２５ｃは、可変アッテネータの減衰量を減少させる（ステップＳ６）。これにより、送信信号の送信電力密度が増加する（ステップＳ７）。

【0028】

図６に示されるように、停止中の変調波（送信信号）の送信電力密度は、例えば１０ｄＢｍ／Ｈｚにセットされる。従って、移動中に比べて電力密度の高い送信信号を出力することが可能になる。送信電力密度を高めることにより、地表近くの雲や雨などによる信号減衰への耐性が高まるので、回線稼働率の低下を防ぐことができる。しかも、停止運用中であることから、ビーム指向方向が安定しているので、電波干渉のおそれも低い。

【0029】

以上説明したように第１の実施形態では、車両の運用情報（停止／移動）を、例えば位置センサ７０で取得された位置情報の変化により判定する。移動中には、可変アッテネータ２２ａの減衰量を増加させて送信電力密度を低下させ、電波干渉を防止する。そして、車両の停止したことが検知されると、可変アッテネータ２２ａの減衰量を低下させることにより送信電力密度を増加させ、回線稼働率の低下を防止するようにした。

【0030】

つまり、車両が停止したことを検知できるようにし、その結果に応じて、停止時には積極的に送信電力密度を上げるようにした。従って、移動運用時に合わせて送信電力密度を盲目的に制限していた既存の技術に比べて、停止運用時の回線稼働率を、より向上させることができる。

【0031】

しかも第１の実施形態では、車載局２００が位置センサ７０から位置情報を取得するようにしているので、車両等からの情報に依存することなく、自律的な制御を実現することができる。これらのことから第１の実施形態によれば、回線稼働率の低下を防止した衛星通信装置および衛星通信方法を提供することが可能となる。

【0032】

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について、説明する。第２の実施形態は、変復調部２４からの信号レベルを直接的に制御することで、送信信号の送信電力密度を変化させる実施の形態である。

【0033】

図７は、車載局２００の第２の実施形態を示すブロック図である。図７において図３と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

【0034】

図７において、プロセッサ２５のレベル制御部２５ｃは、検知部２５ｂで検知された運用情報に基づいて、変復調部２４からの信号レベルを直接的に制御することで、送信信号の送信電力密度を変化させる。すなわちレベル制御部２５ｃは、車両の停止運用時における送信信号の送信電力密度を、移動運用時における送信電力密度よりも高いレベルとする。次に、上記構成における作用を説明する。

【0035】

図８は、第２の実施形態における車載局２００の処理手順の一例を示すフローチャートである。図４と共通する処理には同じ符号を付して示す。
図８のステップＳ２において、車両が移動中であることが判定されると、レベル制御部２５ｃは変復調部２４の出力信号レベルを減少させ（ステップＳ９）る。これにより送信信号の送信電力密度が抑制される（ステップＳ４）。

【0036】

一方、ステップＳ２で、車両が停止中であることが判定されると、レベル制御部２５ｃは、変復調部２４の出力信号レベルを増加させる（ステップＳ１０）。これにより送信信号の送信電力密度が増加する（ステップＳ７）。これにより、回線稼働率の低下を防ぐことができる。

【0037】

第２の実施形態では、車両の移動中には、変復調部２４の出力信号レベルをディジタル演算により減少させて送信電力密度を低下させ、電波干渉を防止する。また、車両の停止中には変復調部２４の出力信号レベルをディジタル演算により増加させて送信電力密度を増加させ、回線稼働率の低下を防止するようにした。従って第２の実施形態によっても、回線稼働率の低下を防止した衛星通信装置および衛星通信方法を提供することが可能となる。

【0038】

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、移動／停止の車両の位置情報を、車両に搭載された車載デバイスから取得し、車両の運用情報（停止／移動）を取得するようにしたものである。

【0039】

図９は、車載局２００の第３の実施形態を示すブロック図である。図９において図３と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

【0040】

図９の車載局２００は、位置センサ７０により車両の位置情報を取得するのに代えて、車両に搭載された車載デバイスから、車両の運用情報（停止／移動）を取得するようにしたものである。車載デバイスとしては、速度計（スピードメータ）、タコメータ、エンジンの状態をモニタする基板（Electronic Control Unit）、あるいはＧＰＳ測位装置など、車両の停止または移動に関する情報を出力可能なあらゆる機器が挙げられる。
車載デバイスと車載局２００との接続インタフェースとしては、有線または無線のＬＡＮ（Local Area Network）、ＣＡＮ（Controller Area Network）等が挙げられる。

【0041】

上記構成によっても、検知部２５ｂは、車両が移動しているか、または停止しているかを判断することができ、その結果に応じて送信電力密度を切り替えることができる。また、車載デバイスから直接的にデータを取得できるので、移動／停止をより高精度に判定できることも期待される。

【0042】

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば実施形態では、プロセッサに検知部２５ｂおよびレベル制御部２５ｃを備えるようにしたが、これらを例えば変復調部２４の機能として実装することもできる。つまり、変復調部２４が自ら車両の状態をモニタし、その結果に応じて出力信号レベルを切り替えたり、可変アッテネータ２２ａを制御するようにしても良い。

【0043】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0044】

２１…アンテナ、２２ａ…可変アッテネータ、２４…変復調部、２５…プロセッサ、２５ａ…捕捉制御部、２５ｂ…検知部、２５ｃ…レベル制御部、３０…ケーブル、６０…アプリケーション機器、７０…位置センサ、８０…操作部、９０…表示部、１００…固定局、２００…車載局、２０１…車載部、３００…移動体、４００，４０１…通信衛星。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】