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WO2012120743A1 - 中継装置および中継補助装置 - Google Patents

中継装置および中継補助装置 Download PDF

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WO2012120743A1
WO2012120743A1 PCT/JP2011/078825 JP2011078825W WO2012120743A1 WO 2012120743 A1 WO2012120743 A1 WO 2012120743A1 JP 2011078825 W JP2011078825 W JP 2011078825W WO 2012120743 A1 WO2012120743 A1 WO 2012120743A1
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relay
signal
signals
demultiplexed
unit
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PCT/JP2011/078825
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French (fr)
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重紀 谷
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations
    • H04B7/15557—Selecting relay station operation mode, e.g. between amplify and forward mode, decode and forward mode or FDD - and TDD mode

Definitions

  • the present invention relates to a relay device in a wireless communication system via a relay device and a relay auxiliary device connected to the relay device.
  • satellite communication systems have been introduced that perform communication between two points, such as ships and aircraft on the earth, using artificial satellites that operate in orbit around the earth.
  • a signal transmitted from a communication device on the earth is received by a repeater mounted on the artificial satellite, and the signal is transmitted (relayed) to another communication device on the earth.
  • multi-beam data transmission in which data transmission is performed using different beams for each region has been studied.
  • multi-beam data transmission is realized by a conventional through repeater satellite using analog frequency conversion, it is necessary to secure the frequency necessary for uplink (ground station to satellite) data transmission for the number of beams.
  • relay method using only the channelizer hereinafter referred to as “transparent relay”
  • regenerative relay the relay method for reproducing data during relay
  • the transmissive relay needs to secure a sufficient margin for the case where the uplink line quality deteriorates due to rain or the inclination of the directional antenna.
  • the margin is surplus. That is, in clear weather, the amount of data that could originally be transmitted with the surplus margin cannot be transmitted, and the frequency utilization efficiency is lowered.
  • it is not necessary to secure a margin for the case where the uplink line quality deteriorates due to rainfall or the inclination of the directional antenna, so high frequency utilization efficiency can be realized, but demodulation, decoding, and encoding are possible. It is necessary to mount a modulation circuit, and the circuit must always operate at the time of signal relay. As a result, the payload size of the satellite increases and the power consumption increases.
  • the relay method can be switched by mounting both the transmissive relay and the regenerative relay on the satellite. Therefore, if the line quality changes from moment to moment, the amount of control signal increases. Further, when the repeater cannot receive the control signal for some reason, there is a problem that the relay method cannot be switched.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a relay device that can realize high frequency utilization efficiency and can reduce power consumption.
  • the present invention combines a plurality of signals having different frequencies between a first communication device on the transmission side and a second communication device on the reception side.
  • a relay device that relays a signal in a separated state, a demultiplexing unit that demultiplexes a signal received from the first communication device into a plurality of frequencies, and a signal that is demultiplexed by the demultiplexing unit
  • Relay method determining means for determining which relay method to implement among a plurality of relay methods including regenerative relay and transmissive relay, and a signal determined to perform regenerative relay by the relay method determining means
  • a signal reproduction means for performing demodulation, decoding, re-encoding and re-modulation, a signal decided to carry out transmissive relay by the relay method decision means, and a signal reproduced by the signal reproduction means Combine Characterized in that it comprises a multiplexing means.
  • the present invention since it is possible to finely switch between the transparent relay and the regenerative relay, it is possible to increase the uplink line capacity compared to the case where only the transparent relay is configured. As a result, the power consumption can be reduced compared to the case where only regenerative relaying is performed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the satellite communication system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the relay apparatus.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the route selection unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the relay apparatus.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the satellite communication system according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the auxiliary relay device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the satellite communication system according to the first embodiment.
  • one or more transmitters 2 transmission side communication devices
  • one or more receivers 3 reception side communication devices
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the relay device 1.
  • the relay apparatus 1 includes an A / D (AD conversion unit) 11, an orthogonal detection unit 12, a demultiplexing unit 13, a path selection unit 14, a demodulation unit 15, a decoding unit 16, a coding unit 17, A modulation unit 18, a switch unit 19, a multiplexing unit 20, an orthogonal modulation unit 21, and a D / A (DA conversion unit) 22 are provided.
  • the demodulator 15, decoder 16, encoder 17, and modulator 18 constitute signal reproduction means.
  • analog signals received from the transmitters 2 located in different beams are converted from analog signals to digital signals by the A / D 11 assigned to each beam, and the digital signals are orthogonal.
  • the detection unit 12 performs mapping on the complex plane.
  • the demultiplexing unit 13 performs demultiplexing processing on the signal subjected to quadrature detection. For example, when one beam has a bandwidth of 10 MHz and is demultiplexed into a 1 MHz signal, a 10 MHz signal is demultiplexed into ten.
  • the path selection unit 14 that operates as a relay method determining unit measures the channel quality for each signal after demultiplexing, and switches 19 or a demodulator 15 described later for each signal after demultiplexing according to the channel quality. Forward to. The detailed operation of the route selection unit 14 will be described later in detail.
  • the demodulator 15 demodulates the demultiplexed signal.
  • PSK Phase Shift Keying
  • QAM Quadrature Amplitude Modulation
  • the relay apparatus 1 uses a demodulation method determined in advance as a system, or a control unit not shown in the figure. By being notified of the demodulation method from the control device on the ground, it is possible to demodulate by the same method as that modulated by the transmitter 2.
  • the decoding unit 16 decodes the demodulated data.
  • decoding may be performed by the same method as the method encoded by the transmitter 2.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • the processing after the encoding unit 17 may be stopped when the CRC result is NG (decoding is not possible). By doing so, the power consumption of the relay device 1 can be reduced.
  • the encoding unit 17 encodes the decoded data.
  • a turbo code, a convolutional code, or the like is known, but any method can be used as long as the method of encoding by the relay device 1 and the method of decoding by the receiver 3 are determined in advance. Since the data can be decoded at 3, the method is not necessarily the same as the method encoded by the transmitter 2.
  • the modulation unit 18 modulates the encoded data.
  • the receiver 3 can demodulate the data by any method as long as the method for the modulation by the relay device 1 and the method for the demodulation by the receiver 3 are determined in advance as in the encoding unit 17. Therefore, the method is not necessarily the same as the method in which the transmitter 2 modulates.
  • the switch unit 19 allocates the modulated signal (the signal obtained by reproducing the demultiplexed signal) or the demultiplexed signal transferred from the path selection unit 14 to the relay destination beam.
  • the correspondence relationship between the modulated signal or the signal after the demultiplexing and the beam to be allocated may be determined in advance as a system, or a control unit (not shown) controls the correspondence relationship from the ground control device. Information may be received and the control information may be notified to the switch unit 19.
  • the multiplexing unit 20 multiplexes the modulated signal for each beam allocated by the switch unit 19 or the signal after demultiplexing, and the orthogonal modulation unit 21 performs the combined signal mapped on the complex plane. Is orthogonally modulated.
  • the D / A 22 converts the digital signal after quadrature modulation into an analog signal.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the route selection unit 14, and the route selection unit 14 includes a quality measurement unit 141, a route determination unit 142, and a selector 143.
  • FIG. 3 shows an example in which the same number of quality measuring units 141 and selectors 143 as the number of signals after demultiplexing by the demultiplexing unit 13 (the maximum number of signals after demultiplexing) are provided.
  • the quality measurement unit 141 measures the line quality of the signal after demultiplexing received from the demultiplexing unit 13.
  • the channel quality for example, RSSI (Received Signal Strength Indicator) indicating the strength of the received signal, SINR (Signal to Noise Interference Ratio), CINR (Carrier to Interference and NoiseRis known). May be measured.
  • FIG. 3 shows an example in which the quality measuring units 141 are arranged by the number of signals after demultiplexing. However, if the line quality can be measured in time series, the number of quality measuring units 141 is divided. The number of signals after the wave may not be arranged.
  • the quality measuring unit 141 may demodulate header information included in the demultiplexed signal in addition to the above-described line quality, and the header information includes an allowable delay of the signal transmitted by the transmitter 2 and a signal. An index indicating the priority when relaying to the receiver 3 may be included.
  • the path determination unit 142 determines whether to transfer the demultiplexed signal to the switch unit 19 or the demodulation unit 15 based on the information (line quality information) acquired from the quality measurement unit 141. In addition, when the signal after demultiplexing is transferred to the switch unit 19, it corresponds to performing transmission type relay, and when it is transferred to the demodulation unit 15, it corresponds to executing regenerative type relay.
  • the selector 143 outputs the demultiplexed signal input from the demultiplexing unit 13 to the switch unit 19 or the demodulation unit 15 in accordance with the determination result by the path determination unit 142.
  • the path determination unit 142 determines the transfer destination of the signal after demultiplexing.
  • the route determination unit 142 holds one threshold value (threshold value A), and instructs the selector 143 to “transmit” when the line quality acquired from the quality measurement unit 141 is equal to or higher than the threshold value A.
  • the selector 143 is instructed to “play”.
  • Method 2 or the route determination unit 142 holds two thresholds (threshold A, threshold B, threshold B ⁇ threshold A), and the line quality acquired from the quality measurement unit 141 is equal to or higher than the threshold A. “Transparent” is instructed to the selector 143.
  • “reproduction” is instructed to the selector 143. Instruct.
  • the channel quality used in the above method 1 and method 2 is that the signal transmitted from the transmitter 2 is composed of a plurality of demultiplexed signals, and the number X of demultiplexed signals (post-demultiplexed signals) and the downstream of the path selection unit 14
  • the relationship of the number Y of the demodulator 15 is “X ⁇ Y” (when all the demultiplexed signals can be reproduced)
  • any of the following may be used.
  • the path determination unit 142 makes the transfer destinations of all the demultiplexed signals the same (the same instruction is given to all the selectors 143).
  • the selector 143 When the number of demodulation units 15 (N) is smaller than the number of demultiplexed signals (post-demultiplexed signals), it is a candidate for instructing the selector 143 to “reproduce” using method 1 and method 2. Of the demultiplexed signals, “reproduction” is instructed to N signals having the lowest channel quality (having the poor channel quality), and “transmission” is instructed otherwise.
  • the time average value of channel quality (average value within a certain past time) and the quotient (instantaneous value / It may be a time average value).
  • the determination using the allowable delay instead of the line quality may be performed in the method 1.
  • the information on the allowable delay is used and the number (N) of the demodulating units 15 is small with respect to the number of demultiplexed signals, “reproduction” is instructed to the N ones having the largest allowable delay. In other cases, “transmission” is instructed.
  • signal priority information is used and the number (N) of demodulating units 15 is small relative to the number of demultiplexed signals, “reproduction” is instructed from the highest priority to N. In other cases, “transmission” is instructed.
  • the path determination unit 142 provides a synchronization determination function in order to synchronize with the head of the data frame that is the start timing of demodulation or decoding when issuing an instruction to the selector 143, and when the head of the data frame is detected, the selector An instruction may be issued to 143.
  • the path determination unit 142 may instruct the signal power adjustment amount to the selector 143 according to the line quality value, and adjust the signal power after demultiplexing by the selector 143. For example, when the line quality is sufficiently high, even if the transmission power for transmission from the relay apparatus 1 to the receiver 3 is reduced, data can be transmitted without error. Therefore, the power consumption of the relay device 1 can be reduced by adjusting the signal power to such an extent that no data error occurs and reducing the transmission power of the relay device 1.
  • the selector 143 processes the demultiplexed signal as follows in accordance with the instruction from the route determination unit 142.
  • the demultiplexed signal is transferred to the demodulation unit 15.
  • the demultiplexed signal is transferred to the switch unit 19.
  • the demultiplexed signal is discarded and the subsequent processing is not performed.
  • the switch unit 19 of the relay device 1 may be disposed between the decoding unit 16 and the encoding unit 17 as shown in FIG. In this case, if the transmitter 2 includes the transfer destination beam information of the data in the data, the decoding unit 16 can know the transfer destination beam information, so that more detailed relaying is performed compared to the configuration of FIG. realizable.
  • the route selection unit 14 in the relay device 1 measures the uplink channel quality. Therefore, the demultiplexed signal is transferred to the switch unit 19 or the demodulator 15 according to the line quality (adaptively whether to relay the received signal without reproducing it or to reproduce it after reproducing it). Decided to choose).
  • the relay device 1 can finely switch between “transparent relay” and “regenerative relay” even when the uplink line quality changes due to rain attenuation or the like, so that only the relay relay is performed.
  • the uplink line capacity can be increased. Further, power consumption can be reduced compared to a case where only regenerative relaying is performed. Further, the scale of the modulation / demodulation circuit to be mounted can be reduced as compared with the case where only regenerative relaying is performed.
  • Embodiment 2 the demodulation unit 15, the decoding unit 16, the encoding unit 17, and the modulation unit 18 are mounted on the relay device 1, and it is determined whether the route selection unit 14 performs the transmissive relay or the regenerative relay. It was decided to. However, when the demand for a new communication method (encoding method, modulation method) increases after launching the relay device 1, the relay device 1 cannot cope with the new communication method. As a solution to this problem, software radio technology corresponding to a new communication method by installing a rewritable device in the relay device 1 has been studied, but the absolute processing capability of the relay device 1 does not change. Therefore, it cannot always cope with a new communication method.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the satellite communication system according to the second embodiment.
  • the relay device 1 is further wirelessly connected to one or more relay auxiliary devices 4.
  • the relay auxiliary device 4 is launched by another means after the relay device 1 is launched, and maintains a relatively stationary state in the vicinity of the relay device 1, and between the relay device 1 and the relay auxiliary device 4. Any communication method may be used.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the relay auxiliary device 4.
  • the relay auxiliary device 4 includes a transmission / reception unit 41, a demodulation unit 42, a decoding unit 43, an encoding unit 44, and a modulation unit 45.
  • the configuration of the relay device 1 is the same as that of the first embodiment except that a function for communicating with the relay auxiliary device 4 is added. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described.
  • the route determination unit 142 instructs the selector 143 to “transmit”, “regenerate”, and “discard” using the same method as in the first embodiment.
  • the selector 143 transfers the demultiplexed signal to the switch unit 19.
  • the demultiplexed signal is transferred to a transmission / reception function unit (not shown) used for communication with the relay auxiliary device 4. That is, in the present embodiment, when the path selection unit 14 determines to “regenerate relay” the signal after demultiplexing received from the demultiplexing unit 13, the path selection unit 14 does not connect to the demodulating unit 15 in the subsequent stage but the relay auxiliary device 4. Send.
  • the transmission / reception unit 41 receives the demultiplexed signal from the relay device 1, and the demodulation unit 42 performs demodulation processing on the signal received from the relay device 1.
  • the decoding unit 43 decodes the demodulated data
  • the encoding unit 44 encodes the decoded data
  • the modulation unit 45 modulates the encoded data.
  • the modulated signal is transferred to the relay device 1 via the transmission / reception unit 41.
  • the encoding unit 44 and the modulation unit 45 correspond to an encoding method and a modulation method different from those of the encoding unit 17 and the modulation unit 18 of the relay device 1.
  • the relay device 1 transfers the modulation data received from the relay auxiliary device 4 to the switch unit 19, and thereafter performs the same processing as in the first embodiment.
  • the relay auxiliary device 4 is equipped with demodulation, decoding, encoding, and modulation functions. Only the above function may be mounted on the relay auxiliary device 4.
  • the relay device 1 may perform demodulation and decoding, transfer the decoded data to the relay auxiliary device 4, and the relay auxiliary device 4 may perform only encoding and modulation.
  • the relay auxiliary device 4 may have a configuration in which a plurality of devices are connected wirelessly. For example, demodulation and decoding may be realized by different relay auxiliary devices 4.
  • the demultiplexed signal transferred from the relay device 1 is demodulated by the first relay auxiliary device, and the demodulated signal is wirelessly transferred to the second relay auxiliary device 4 and decoded by the second relay auxiliary device. It may be configured as follows.
  • the relay auxiliary device 4 is connected to the relay device 1 wirelessly. Then, the signal after demultiplexing is transferred from the relay device 1 to the relay auxiliary device 4, and the relay auxiliary device 4 implements from demodulation to modulation. By doing so, even if it is necessary to support a new communication method after the relay device 1 is launched, the relay auxiliary device 4 can be launched to easily perform relaying with a different communication method. Further, the relay auxiliary device 4 does not need to perform data communication with the ground station, and only needs to realize communication between the relay device 1 and the relay auxiliary device 4. The antenna and the amplifier can be made small.
  • the relay device according to the present invention is useful when relaying a radio signal between a transmitter and a receiver, and is particularly suitable for a relay device that adaptively implements transmission-type relay and regeneration-type relay. Is suitable.

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Abstract

　本発明は、送信側の第１の通信装置と受信側の第２の通信装置との間において、複数の信号が合波された状態の信号を中継する中継装置であって、受信信号を複数の周波数に分波する分波部１３と、分波部１３により分波された後の信号について、再生型中継および透過型中継を含む複数の中継方法のうちどの中継方法を実施するか決定する経路選択部１４と、経路選択部１４により再生型中継を実施することに決定された信号に対して、復調、復号、再符号化および再変調を実施する信号再生手段（復調部１５，復号部１６，符号化部１７，変調部１８）と、透過型中継を実施することに決定された信号と信号再生手段により再生された信号を合波する合波部２０と、を備える。

Description

中継装置および中継補助装置
　本発明は、中継装置を介した無線通信システムにおける中継装置および中継装置と接続された中継補助装置に関する。
　近年、宇宙空間の地球周回軌道で動作する人工衛星等を用いて、地球上の船舶や航空機など２点間の通信を行う衛星通信システムが導入されている。このような衛星通信システムでは、地球上の通信機器から送信された信号を人工衛星に搭載された中継器にて受信し、当該信号を地球上の別の通信機器に送信（中継）することによって実現される。ここで、近年、衛星通信システムの大容量化に伴い、地域毎に異なるビームでデータ伝送を行うマルチビームデータ伝送が検討されている。マルチビームデータ伝送を従来のアナログ周波数変換によるスルーリピータ衛星で実現した場合、アップリンク（地上局から衛星）のデータ伝送に必要な周波数はビーム数分確保する必要がある。そこで、限られた周波数を有効利用するために、衛星にて受信した信号を最小周波数単位に分波した後に、分波した信号を伝送先のビームに対して振り分け、振り分けた信号を合波することによって、アップリンクの所要信号帯域幅を大幅に削減することができるチャネライザ技術が検討されている。また、アップリンクにおいて降雨などによる回線品質の低下を防ぐために、中継器で受信した信号を復調、復号、符号化、変調した後に地上局に中継する、再生中継技術が検討されている。さらに、上述したチャネライザ技術と再生中継技術を組み合わせることによって、異なる通信サービスを同時に中継することを可能とする技術が開示されている。たとえば、インターネットなどベストエフォートサービスでは、再生中継を行わず、信頼性の確保が必要な通信サービスのみ再生中継を行うといったことが検討されている（特許文献１，非特許文献１参照）。
特表２００８－５４４７１９号公報
Yun,　A.;　Casas,　O.;　de　la　Cuesta,　B.;　Moreno,　I.;　Solano,　A.;　Rodriguez,　J.M.;　Salas,　C.;　Jimenez,　I.;　Rodriguez,　E.;　Jalon,　A.;　"AmerHis　next　generation　global　IP　services　in　the　space,"　Advanced　satellite　multimedia　systems　conference　(asma)　and　the　11th　signal　processing　for　space　communications　workshop　(spsc),　2010　5th
　上述したチャネライザのみを用いた中継方法（以降、透過型中継と呼ぶ）と、中継時にデータの再生を行う中継方法（以降、再生型中継と呼ぶ)では、以下に示す問題がある。
　透過型中継は、降雨や、指向性アンテナの傾きによるアップリンクの回線品質が低下した場合に対して十分なマージンを確保する必要があるため、晴天時など回線品質が低下しない状況では、上述したマージンは余剰となる。つまり晴天時には本来、余剰マージン分で送信可能であったデータ量を伝送できないこととなり、周波数利用効率が低くなる。また、再生型中継を用いる場合、降雨や指向性アンテナの傾きによるアップリンクの回線品質が低下した場合に対するマージンを確保する必要がないため高い周波数利用効率を実現できるが、復調、復号、符号化、変調の回路を搭載する必要があり、また、信号中継時には常に前記回路が動作しなければならない。よって、衛星のペイロードサイズの増大と消費電力の増大を招く。
　なお、上記特許文献１に記載の技術では、透過型中継と再生型中継の双方を衛星に搭載することで中継方法を切り替えることが可能な構成となっているが、中継方法の切り替えは地上局からの制御信号に従うものとしているため、時々刻々と回線品質が変化した場合には制御信号量の増大を招くこととなる。また、中継器が制御信号をなんらかの理由で受信できない場合、中継方法を切り替えることができなくなるという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い周波数利用効率が実現できるとともに消費電力の低減が可能な中継装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、送信側の第１の通信装置と受信側の第２の通信装置との間において、周波数がそれぞれ異なる複数の信号が合波された状態の信号を中継する中継装置であって、前記第１の通信装置から受信した信号を複数の周波数に分波する分波手段と、前記分波手段により分波された後の信号について、再生型中継および透過型中継を含む複数の中継方法のうちどの中継方法を実施するか決定する中継方法決定手段と、前記中継方法決定手段により再生型中継を実施することに決定された信号に対して、復調、復号、再符号化および再変調を実施する信号再生手段と、前記中継方法決定手段により透過型中継を実施することに決定された信号と前記信号再生手段により再生された信号を合波する合波手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、透過型中継と再生型中継をきめ細やかに切り替えることができるので、透過型中継のみを行うように構成した場合と比較してアップリンクの回線容量を増加することができるとともに、再生型中継のみを行うように構成した場合と比較して消費電力を削減することができる、という効果を奏する。
図１は、実施の形態１の衛星通信システムの構成例を示す図である。 図２は、中継装置の構成例を示す図である。 図３は、経路選択部の構成例を示す図である。 図４は、中継装置の他の構成例を示す図である。 図５は、実施の形態２の衛星通信システムの構成例を示す図である。 図６は、中継補助装置の構成例を示す図である。
　以下に、本発明にかかる中継装置および中継補助装置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。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１の衛星通信システムの構成例を示す図である。衛星通信システムは、中継装置１を介して一つ以上の送信器２（送信側の通信装置）と一つ以上の受信器３（受信側の通信装置）が無線で接続されている。
　つづいて、衛星通信システムを構成する中継装置１の構成について説明する、図２は、中継装置１の構成例を示す図である。中継装置１は、Ａ／Ｄ（ＡＤ変換部）１１と、直交検波部１２と、分波部１３と、経路選択部１４と、復調部１５と、復号部１６と、符号化部１７と、変調部１８と、スイッチ部１９と、合波部２０と、直交変調部２１と、Ｄ／Ａ（ＤＡ変換部）２２と、を備える。なお、復調部１５、復号部１６、符号化部１７および変調部１８は信号再生手段を構成する。
　上記構成の中継装置１において、それぞれ異なるビームに在圏する送信器２から受信したアナログ信号は、ビーム毎に割り当てられたＡ／Ｄ１１にてアナログ信号からデジタル信号に変換され、デジタル信号は、直交検波部１２にて複素平面上にマッピングされる。
　分波部１３は、直交検波された信号の分波処理を行う。たとえば、一つのビームが１０ＭＨzの帯域幅であり、１ＭＨzの信号に分波する場合は１０ＭＨｚの信号を１０個に分波する。
　中継方法決定手段として動作する経路選択部１４は、分波後の各信号に対して回線品質を測定し、回線品質に応じて、分波後の各信号を後述するスイッチ部１９または復調部１５へ転送する。なお、経路選択部１４の詳細動作については後で詳しく述べる。
　復調部１５は、分波後の信号を復調する。なお、復調方法はＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などが知られているが、中継装置１は、システムとして予め決められた復調方法を用いるか、図示を省略した制御部が地上の制御装置から復調方法を通知されることによって、送信器２が変調した方法と同一の方法で復調することができる。
　復号部１６は、復調データを復号する。復号方法はターボ復号や、ビタビ復号などが知られているが、復調部１５と同様に、送信器２が符号化した方法と同一の方法で復号すればよい。また、送信信号にＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ　Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　Ｃｈｅｃｋ）が付与されている場合は、ＣＲＣ結果がＮＧ（復号不可）の場合に符号化部１７以降の処理を停止してもよい。こうすることで、中継装置１の消費電力を低減することができる。
　符号化部１７は、復号されたデータを符号化する。符号化方法はターボ符号や畳み込み符号などが知られているが、中継装置１が符号化する方法と、受信器３が復号する方法が予め取り決めされていれば、いかなる方法を用いても受信器３でデータを復号することができるため、必ずしも送信器２が符号化した方法と同じでなくてもよい。
　変調部１８は、符号化されたデータを変調する。変調の方法は、符号化部１７と同様に中継装置１が変調する方法と、受信器３が復調する方法が予め取り決めされていれば、いかなる方法を用いても受信器３でデータを復調することができるため、必ずしも送信器２が変調した方法と同じでなくてもよい。
　スイッチ部１９は、変調後の信号（分波後の信号を再生した信号）、または、経路選択部１４から転送された分波後の信号を中継先のビームに割り振る。変調後信号、または分波後の信号と割り振り先のビームとの対応関係は、システムとして予め決められていてもよいし、図示を省略した制御部が地上の制御装置から前記対応関係を示す制御情報を受信し、当該制御情報をスイッチ部１９に通知してもよい。
　合波部２０は、スイッチ部１９で割り振られたビーム毎の変調後信号、または、分波後の信号を合波し、直交変調部２１は、複素平面上にマッピングされた合波後の信号を直交変調する。Ｄ／Ａ２２は、直交変調後のデジタル信号をアナログ信号に変換する。
　つづいて、本実施の形態の中継装置１において特徴的な動作を行う経路選択部１４について詳しく説明する。図３は、経路選択部１４の構成例を示す図であり、経路選択部１４は、品質測定部１４１と、経路判定部１４２と、セレクタ１４３と、を備える。図３では、分波部１３で分波された後の信号数（分波後信号の最大数）と同数の品質測定部１４１およびセレクタ１４３を備えている場合の例を示している。
　経路選択部１４において、品質測定部１４１は、分波部１３から受信した分波後の信号の回線品質を測定する。ここで、回線品質としては、例えば、受信信号の強度を示すＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｒａｔｉｏ）、ＣＩＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｏ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）が知られているが、いずれを測定してもよい。なお、図３では、品質測定部１４１が分波後の信号数分だけ配置されている場合の例を示したが、時系列に回線品質を測定することができれば品質測定部１４１の数は分波後の信号数分配置されていなくてもよい。また、品質測定部１４１は、上述した回線品質以外に、分波後の信号に含まれるヘッダ情報を復調してもよく、ヘッダ情報には送信器２が送信した信号の許容遅延や、信号を受信器３へ中継する際の優先度を示すインデックスが含まれていてもよい。
　経路判定部１４２は、品質測定部１４１から取得した情報（回線品質情報）を基に、分波後の信号をスイッチ部１９へ転送するか、復調部１５へ転送するかを判定する。なお、分波後の信号をスイッチ部１９へ転送する場合は透過型中継を実施することに相当し、復調部１５へ転送する場合は再生型中継を実施することに相当する。セレクタ１４３は、経路判定部１４２による判定結果に従い、分波部１３から入力された分波後信号をスイッチ部１９または復調部１５へ出力する。
　ここで、経路判定部１４２が分波後の信号の転送先を判定する方法を示す。
（方法１）例えば、経路判定部１４２は、一つの閾値（閾値Ａ）を保持し、品質測定部１４１から取得した回線品質が閾値Ａ以上の場合はセレクタ１４３へ「透過」を指示する。一方、回線品質が閾値Ａ未満の場合はセレクタ１４３へ「再生」を指示する。
（方法２）または、経路判定部１４２は、二つの閾値（閾値Ａ，閾値Ｂ、閾値Ｂ＜閾値Ａとする）を保持し、品質測定部１４１から取得した回線品質が閾値Ａ以上の場合はセレクタ１４３へ「透過」を指示し、回線品質が閾値Ａ未満且つ、閾値Ｂ以上の場合はセレクタ１４３へ「再生」を指示し、回線品質が閾値Ｂ未満の場合はセレクタ１４３へ「破棄」を指示する。
　上記方法１および方法２で用いる回線品質は、送信器２から送信された信号が複数の分波信号から構成され、かつ分波信号（分波後信号）の数Ｘと経路選択部１４後段の復調部１５の数Ｙの関係が「Ｘ≦Ｙ」の場合（全ての分波後信号を再生可能な場合）、以下のいずれかとしてもよい。
（１）分波後の各信号の回線品質のうち少なくとも一つの回線品質とする。
（２）分波後の各信号の回線品質の平均値とする。
　これらの回線品質を使用する場合、経路判定部１４２は、全ての分波後信号の転送先を同じにする（全てのセレクタ１４３に対して同じ指示を行う）。
　また、分波信号（分波後信号）の数に対して復調部１５の数（Ｎ個とする）が少ない場合は、方法１および方法２でセレクタ１４３へ「再生」を指示する候補である分波信号のうち、最も回線品質が小さいもの（回線品質の悪いもの）からＮ個に対して「再生」を指示し、それ以外は「透過」を指示する。
　また、上記方法１および方法２で用いる回線品質（分波後の各信号の回線品質）として、回線品質の時間平均値（過去の一定時間内における平均値）と瞬時値の商（瞬時値／時間平均値）としてもよい。
　また、品質測定部１４１から許容遅延の情報または信号の優先度の情報を取得した場合、方法１において回線品質の代わりに許容遅延を用いた判定を実施するようにしてもよい。許容遅延の情報を用い、かつ分波信号の数に対して復調部１５の数（Ｎ個）が少ない場合は、最も許容遅延が大きいものからＮ個に対して「再生」を指示し、それ以外は「透過」を指示する。信号の優先度の情報を用い、かつ分波信号の数に対して復調部１５の数（Ｎ個）が少ない場合は、最も優先度の高いものからＮ個に対して「再生」を指示し、それ以外は「透過」を指示する。
　また、経路判定部１４２は、セレクタ１４３へ指示を出す際に、復調または復号の開始タイミングであるデータフレームの先頭と同期するために、同期判定機能を設けて、データフレームの先頭を検出したらセレクタ１４３へ指示を出すこととしてもよい。
　また、経路判定部１４２は、回線品質の値に応じてセレクタ１４３へ信号電力調整量を指示し、セレクタ１４３にて分波後の信号電力を調整してもよい。例えば、回線品質が十分に高い場合、中継装置１から受信器３に向けて送信する際の送信電力を下げてもデータの誤りがなく伝送することができる。よって、データの誤りが起きない程度に信号電力を調整し、中継装置１の送信電力を小さくすることによって、中継装置１の消費電力を低減することができる。
　セレクタ１４３は、経路判定部１４２からの指示に従って、分波後の信号を以下のとおり処理する。
　すなわち、経路判定部１４２から「透過」が指示された場合は、分波後の信号を復調部１５へ転送する。経路判定部１４２から「再生」が指示された場合は、分波後の信号をスイッチ部１９へ転送する。経路判定部１４２から「廃棄」が指示された場合は、分波後の信号を破棄し、後段の処理を実施しない。
　なお、別の様態として、図４に示すように中継装置１のスイッチ部１９を復号部１６と符号化部１７の間に配置してもよい。この場合、送信器２がデータの転送先ビーム情報を当該データに含めれば、復号部１６は、転送先ビーム情報を知り得ることができるため、図２の構成に比べてよりきめ細やかな中継を実現できる。
　以上説明したように、本実施の形態では、中継装置１が送信器２から受信した信号を受信器３へ中継する過程において、中継装置１内部の経路選択部１４はアップリンクの回線品質を測定し、回線品質に応じて分波後の信号をスイッチ部１９または復調部１５に転送することとした（受信信号を再生せずに中継するか、それとも再生してから中継するかを適応的に選択することとした）。これにより、中継装置１は降雨減衰などによるアップリンクの回線品質が変動した場合においても「透過型中継」と「再生型中継」をきめ細やかに切り替えることができるので、透過型中継のみを行うように構成した場合と比較してアップリンクの回線容量を増加することができる。また、再生型中継のみを行うように構成した場合と比較して消費電力を削減することができる。また、再生型中継のみを行うように構成した場合と比較して搭載する変復調回路の規模を削減することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、復調部１５、復号部１６、符号化部１７および変調部１８を中継装置１に搭載し、経路選択部１４が透過型中継を行うか、再生型中継を行うかを判断することとした。しかし、中継装置１を打ち上げた後に、新たな通信方式（符号化方式，変調方式）への需要が増大した場合に、中継装置１は新たな通信方式へ対応することができない。この問題に対する解決策として、書き換え可能なデバイスを中継装置１に搭載することで新たな通信方式へ対応するソフトウェア無線技術も検討されているが、中継装置１がもつ絶対的な処理能力は変わらないため、必ずしも新たな通信方式に対応できるとは限らない。
　本実施の形態においては、上記の問題に対し、中継装置１を打ち上げ後に当該中継装置１の処理能力増大と、異なる通信方式に対応するための手法について説明する。
　図５は、実施の形態２の衛星通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態の衛星通信システムは、実施の形態１と同様に、中継装置１を介して一つ以上の送信器２と一つ以上の受信器３が無線で接続されている。また、中継装置１は、さらに、一つ以上の中継補助装置４と無線で接続されている。なお、中継補助装置４は中継装置１が打ち上げられた後に別の手段で打ち上げられ、中継装置１の近傍に相対的に静止した状態を維持するものとし、中継装置１と中継補助装置４の間の通信方式はいかなる方法を用いてもよい。
　中継補助装置４の構成について説明する、図６は、中継補助装置４の構成例を示す図である。中継補助装置４は、送受信部４１と、復調部４２と、復号部４３と、符号化部４４と、変調部４５と、を備える。
　中継装置１の構成は、中継補助装置４と通信するための機能が追加されること以外は実施の形態１と同様である。そのため、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。
　つづいて、本実施の形態の衛星通信システムの動作を説明する。
　中継装置１の経路選択部１４において、経路判定部１４２は、実施の形態１と同様の手法により、セレクタ１４３に対して「透過」，「再生」，「廃棄」を指示する。セレクタ１４３は、「透過」を指示された場合は、スイッチ部１９へ分波後の信号を転送する。これに対して、「再生」を指示された場合は、分波後の信号を中継補助装置４との通信に用いられる送受信機能部（図示せず）へ転送する。すなわち、本実施の形態において、経路選択部１４は、分波部１３から受け取った分波後の信号を「再生型中継」することに決定すると、後段の復調部１５ではなく中継補助装置４に送信する。
　中継補助装置４においては、送受信部４１が中継装置１から分波後の信号を受信し、復調部４２が中継装置１から受信した信号に対する復調処理を実施する。次に、復号部４３が復調データを復号し、符号化部４４が復号データを符号化し、変調部４５が符号化されたデータを変調する。その後、送受信部４１を経由して変調信号を中継装置１へ転送する。なお、符号化部４４および変調部４５は、中継装置１の符号化部１７および変調部１８とは異なる符号化方式，変調方式に対応しているものとする。
　中継装置１は、中継補助装置４から受信した変調データをスイッチ部１９に転送し、以降は実施の形態１と同様の処理を行う。
　なお、図６の構成、及び上述した説明は中継補助装置４に復調、復号、符号化および変調機能を搭載した場合を想定しているが、必ずしも全ての機能を搭載する必要はなく、一部の機能のみを中継補助装置４に搭載してもよい。例えば、復調、復号までを中継装置１で実施し、復号データを中継補助装置４に転送して、中継補助装置４は符号化、変調のみを行う構成であってもよい。さらには、中継補助装置４は複数の装置を無線で接続した構成であってもよく、例えば、復調と復号を異なる中継補助装置４で実現してもよい。この場合、中継装置１から転送された分波後の信号は第一の中継補助装置で復調し、復調信号を第二の中継補助装置４へ無線転送し、第二の中継補助装置で復号するといった構成であってもよい。
　以上説明したように、本実施の形態では、中継装置１に無線で中継補助装置４を接続する構成とした。そして、中継装置１から分波後の信号を中継補助装置４へ転送し、中継補助装置４で復調から変調までを実施する構成とした。こうすることで、中継装置１を打ち上げた後に新たな通信方式に対応する必要が発生した場合においても、中継補助装置４を打ち上げることによって容易に異なる通信方式で中継を行うことができる。また、中継補助装置４は地上局とデータ通信を行う必要がなく、中継装置１と中継補助装置４との間の通信のみを実現すればよいため、中継装置１に比べてデータ送受信に必要なアンテナや増幅器を小さくすることができる。
　以上のように、本発明にかかる中継装置は、送信器と受信器の間で無線信号を中継する場合に有用であり、特に、透過型中継と再生型中継を適応的に実施する中継装置に適している。
　１　中継装置
　２　送信器
　３　受信器
　４　中継補助装置
　１１　Ａ／Ｄ（ＡＤ変換部）
　１２　直交検波部
　１３　分波部
　１４　経路選択部
　１５，４２　復調部
　１６，４３　復号部
　１７，４４　符号化部
　１８，４５　変調部
　１９　スイッチ部
　２０　合波部
　２１　直交変調部
　２２　Ｄ／Ａ（ＤＡ変換部）
　４１　送受信部
　１４１　品質測定部
　１４２　経路判定部
　１４３　セレクタ

Claims (15)

  1. 　送信側の第１の通信装置と受信側の第２の通信装置との間において、周波数がそれぞれ異なる複数の信号が合波された状態の信号を中継する中継装置であって、
    　前記第１の通信装置から受信した信号を複数の周波数に分波する分波手段と、
    　前記分波手段により分波された後の信号について、再生型中継および透過型中継を含む複数の中継方法のうちどの中継方法を実施するか決定する中継方法決定手段と、
    　前記中継方法決定手段により再生型中継を実施することに決定された信号に対して、復調、復号、再符号化および再変調を実施する信号再生手段と、
    　前記中継方法決定手段により透過型中継を実施することに決定された信号と前記信号再生手段により再生された信号を合波する合波手段と、
    　を備えることを特徴とする中継装置。
  2. 　前記中継方法決定手段は、
    　前記分波された後の信号である分波後信号それぞれの回線品質を測定する回線品質測定手段と、
    　前記回線品質に基づいて、前記分波後信号それぞれの中継方法を決定する決定手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
  3. 　前記決定手段は、所定の閾値を保持し、前記分波後信号のうち、回線品質が当該閾値未満の信号については再生型中継を行うことに決定することを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
  4. 　前記決定手段は、第一の閾値および当該第一の閾値よりも小さな値の第二の閾値を保持し、前記分波後信号のうち、回線品質が第一の閾値未満であり、且つ第二の閾値以上の信号については再生型中継を行うことに決定し、回線品質が第二の閾値未満の信号については中継せずに破棄することに決定することを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
  5. 　前記第１の通信装置からの受信信号が複数の分波信号から構成される場合、前記回線品質として、各分波信号の回線品質のうち少なくとも一つの回線品質を使用することを特徴とする請求項３に記載の中継装置。
  6. 　前記第１の通信装置からの受信信号が複数の分波信号から構成される場合、前記回線品質として、各分波信号の回線品質の平均値を使用することを特徴とする請求項３に記載の中継装置。
  7. 　前記分波手段により分波された後の信号の数Ｍよりも前記信号再生手段の数Ｎが少ない場合、
    　前記決定手段は、前記分波手段により分波された後の信号のうち、最も回線品質が小さいものからＮ個について、再生型中継を行うことに決定することを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
  8. 　前記分波手段により分波された後の信号の数Ｍよりも前記信号再生手段の数Ｎが少なく、なおかつ、前記回線品質が前記閾値未満の条件を満たす信号の数がＮよりも多い場合、
    　前記決定手段は、前記条件を満たす信号のうち、最も回線品質が小さいものからＮ個について、再生型中継を行うことに決定することを特徴とする請求項３に記載の中継装置。
  9. 　前記分波手段により分波された後の信号の数Ｍよりも前記信号再生手段の数Ｎが少なく、なおかつ、前記回線品質が前記第一の閾値未満であり、かつ前記第二の閾値以上の条件を満たす信号の数がＮよりも多い場合、
    　前記決定手段は、前記条件を満たす信号のうち、回線品質が小さいものからＮ個について、再生型中継を行うことに決定することを特徴とする請求項４に記載の中継装置。
  10. 　前記回線品質を、回線品質の時間平均値と瞬時値の商とすることを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
  11. 　前記決定手段は、前記回線品質の代わりに前記第１の通信装置からの受信信号の許容遅延情報を用いて、前記分波後信号それぞれの中継方法を決定することを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
  12. 　前記決定手段は、前記回線品質の代わりに前記第１の通信装置からの受信信号の優先度情報を用いて、前記分波後信号それぞれの中継方法を決定することを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
  13. 　前記決定手段は、前記回線品質に基づいて各分波後信号の電力を調整することを特徴とする請求項２～１２のいずれか一つに記載の中継装置。
  14. 　請求項１～１３のいずれか一つに記載の中継装置と無線接続された中継補助装置であって、
    　前記中継方法決定手段により再生型中継を実施することに決定された信号を受け取り、当該信号に対して、復調、復号、符号化および変調のうち少なくとも１つ以上を実施することにより前記信号再生手段で再生される信号とは異なる通信方式の信号を再生して前記中継装置に送信することを特徴とする中継補助装置。
  15. 　復調、復号、符号化および変調のうち少なくとも１つ以上を実施する機能を有する複数の装置を無線接続して形成したことを特徴とする請求項１４に記載の中継補助装置。
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