JP7635005B2 - 衛星通信装置とその送信器及び送信方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、衛星通信装置とその送信器及び送信方法に関する。

ＶＳＡＴ（Very Small Aperture Terminals：超小型衛星通信）装置は、静止衛星と通信するための通信装置のうち、アンテナ開口が比較的小さな装置である。このＶＳＡＴ装置は、近年、更に小型化され、現在では、例えば車載のみならず、可搬型の装置も提供され、その機動性を活かして災害現場などでの利用が始まっている。また、移動通信インフラと連携して利用されることも多い。このＶＳＡＴ装置にそれぞれのＭＯＤＥＭ（Modulator-Demodulator：モデム）に電話やＴＶなどの通信端末を繋ぐことで、衛星回線による通信が可能となり、統制局間と災害現場間や、災害現場通しで、衛星を介して電話やＴＶ会議、メール等の通信を行うことができる。

上記ＶＳＡＴ装置は、主な構成として、ＭＯＤＥＭに送信用のＢＵＣ（Block Up-Converter：ブロック・アップコンバータ）、受信用のＬＮＣ（Low Noise block down-Converter：低雑音ブロック・ダウンコンバータ）といった周波数変換器含む送信器、受信器を介して送受信アンテナに接続したものである。

ＶＳＡＴ装置では、通常、衛星通信を確立する際に、初めにＭＯＤＥＭの出力レベルを調整する。運用中、受信レベルが大きく変化すると、手動でＭＯＤＥＭの出力レベルを変えることはあるが、一度運用が開始されるとＭＯＤＥＭの出力レベルを変えないのが一般的である。

これに対して、最近のＭＯＤＥＭには、通信品質を確保するために、不定期に出力レベルを変化させ、ＢＵＣのP1dB（1dB利得圧縮点：リニアアンプの直線性を示す出力特性であり、利得直線の理想特性に対して１dB利得が低下した点の出力レベルを表す）を求めるテスト機能が搭載されているものがある。

これに対して、既存の送信器は、ＭＯＤＥＭが運用時に出力レベルを変えないことを前提として設計されており、出力電力を調整する機能を搭載していない。このため、申請により認可された出力電力（以下、申請電力）に対して送信器が持つＢＵＣのP1dBが大きい場合には、ＭＯＤＥＭの運用時におけるテスト機能により、ＭＯＤＥＭの出力レベル、すなわちＢＵＣの入力レベルが増加されると、ＢＵＣの出力電力が申請電力を超えてしまい、違法電波を送出してしまう。

特開2012-95196号公報 特開平6-104777号公報 特開平5-191184号公報

以上述べたように、従来の超小型の衛星通信装置では、運用時に不定期に出力レベルを変化させて送信器が持つアップコンバータの出力特性としてP1dBを求めるテスト機能を持つモデムを用いた場合に、申請電力に対してアップコンバータのP1dBが大きいと、申請電力を超える電波を送出してしまう。

本実施形態の課題は、運用時に不定期に出力レベルを変化させて送信器が持つアップコンバータの出力特性を求めるテスト機能を持つモデムを使用している場合でも、出力電力が申請電力を超えないように制御することができ、申請電力を超える電波の送出を抑圧することのできる衛星通信装置とその送信器及び送信方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本実施形態に係る衛星通信装置は、モデムと、送信器と、アンテナと、受信器とを備える。モデムは、通信端末からの通信データを中間周波数帯の通信信号に変調して送信出力し、通信衛星からの電波を受信して得られた中間周波数帯の通信信号を復調して前記通信端末に出力する変復調機能と、不定期に前記送信出力される通信信号の出力レベルを変化させて送信出力特性を求めるテスト機能とを備える。送信器は、前記モデムから出力される中間周波数帯の通信信号を無線周波数帯に変換するアップコンバータと、前記アップコンバータの入力レベルを指示に応じた減衰量で減衰する可変減衰器と、前記アップコンバータで無線周波数帯に変換された通信信号を電力増幅して出力する増幅器と、前記増幅器で電力増幅された出力の電力値を検出する検出器と、前記検出器で検出された検出電力値を電力上限閾値と比較し、前記検出電力値が前記電力上限閾値を超えるとき、前記検出電力値が前記電力上限閾値を下回るまで、前記可変減衰器に前記減衰量を初期設定値から段階的に増加するように指示を出し、前記検出電力値が前記電力上限閾値を下回った後は、前記可変減衰器の減衰量を段階的に初期設定値に戻すように指示を出す出力制御器と、を備える。アンテナは、前記送信器から出力される無線周波数帯の通信信号を通信衛星に向けて送信し、前記通信衛星からの無線周波数帯の通信信号を受信する。受信器は、前記アンテナで受信された無線周波数の通信信号を増幅し、中間周波数帯に変換して前記モデムに出力する。

図１は、実施形態が適用される衛星通信システムの一例を示す図である。 図２は、第1の実施例として、図1に示す衛星通信システムの固定局に用いられる衛星通信装置の外観構成を示す平面図である。 図３は、図２に示す衛星通信装置の本体部の概略構成を示すブロック図である。 図４は、図２に示す衛星通信装置の通信処理系統及び制御処理系統の構成を示すブロック図である。 図５は、図２に示す衛星通信装置に用いられる送信器の構成を示すブロック図である。 図６は、図５に示す送信器の送信出力制御器において、出力電力を申請電力に制限する制御処理を示すフローチャートである。 図７は、第２の実施例として、図１に示す衛星通信システムの車載局または可搬局に用いられる衛星通信装置の外郭構成を示す平面図である。 図８は、図７に示す衛星通信装置の信号処理系統及び制御処理系統の構成を示すブロック図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

衛星通信システムは、複数の地球局を備え、これらは静止軌道上の衛星を介して互いに通信する。この衛星通信システムは、広域の防災無線システムとして、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。具体的には、災害現場等において撮影された生の映像を、衛星通信装置から衛星回線で県庁所在地等の地球局に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ようになる。

図１は、実施形態が適用される衛星通信システムの一例を示す図である。このシステムは、静止軌道上の通信衛星ＳＡＴを中核として形成される。地上側には、固定局ＦＳ１～ＦＳｎが例えば県庁所在地などに設置される。車載局ＭＳ１あるいは可搬局ＭＳ２を、災害現場などに設置することも可能である。固定局ＦＳ１～ＦＳｎ、車載局ＭＳ１、および可搬局ＭＳ２はそれぞれ通信衛星装置を備え、通信衛星ＳＡＴを経由して互いに通信することが可能である。

例えば、災害現場の映像を衛星回線で主要拠点（固定局ＦＳ１）や各拠点（固定局ＦＳ２～ＦＳｎ）に送信して、災害状況の把握の一助とすることができる。また、衛星回線によるＶｏＩＰ（Voice over IP）通話やＴＶ会議により、関係部署間の情報共有や災害対応協議にも利用できる。

この種のシステムは自治体の防災システムの一つとして構築されることが多い。衛星通信装置に対する回線割り当て方式は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。

（第１の実施例）
図２は、第1の実施例として、図1に示す衛星通信システムの固定局に用いられる固定型の衛星通信装置１０の外観構成を示す平面図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）を図中上側から見た側面図、（ｃ）は（ａ）を図中下側から見た側面図、（ｄ）は（ａ）を図中左から見た側面図、（ｅ）は底面図である。図２に示す衛星通信装置１０は、いわゆるＶＳＡＴ装置であり、本体部２０とアンテナ部３０とで構成され、詳細は図示しないが、アンテナ部３０のアンテナ指向方向を通信衛星ＳＡＴに向けた状態で固定される。

本体部２０は、信号処理基板２１をハウジング２２に収容し、ハウジング２２に電源スイッチ２３、電源コネクタ２４、ＬＡＮコネクタ２５、送信・受信モニタ２６等の電子部品を取り付け、ハウジング２２の内部で信号処理基板２１と各電子部品とを接続したものである。

電源スイッチ２３は、電源のオン・オフにより装置の起動、停止を制御するスイッチである。電源コネクタ２４は、AC100Vの電源ラインに接続されるコネクタで、電源スイッチ２３のオン・オフ操作に応じて電源ラインとの接続をオン・オフする。ＬＡＮコネクタ２５は、無線または有線のネットワークに接続されるコネクタである。送信・受信モニタ２６は、送信時及び受信時に通信信号から分配される信号の電力値をモニタ表示する表示器である。

アンテナ部３０は、アンテナ素子をアレイ状に配列したアンテナ基板３１をレドーム３２に収容した、平面型の送受信アンテナである。アンテナ基板３１の給電端は本体部２０の信号処理基板２１のRF送受信端に接続される。

図３は、図２に示す衛星通信装置１０の本体部２０の概略構成を示すブロック図である。

図３において、本体部２０の信号処理基板２１は、ＭＯＤＥＭ２１１、無線ユニット２１２、プロセッサ２１３、２分配器（送信用及び受信用の２式）２１４、フィルタ２１５、ＡＣ／ＤＣ変換器２１６を備える。

ＭＯＤＥＭ２１１は、ＬＡＮコネクタ２５に接続される変復調部である。ＭＯＤＥＭ２１１は、ＬＡＮコネクタ２５に接続される通信端末からの通信データを変調し、ベースバンドのＩＦ帯通信信号を生成して無線ユニット２１２に出力し、無線ユニット２１２からのＩＦ帯通信信号を入力して通信データを復調し、通信端末に出力する。

無線ユニット２１２は、ＭＯＤＥＭ２１１から送られてくるベースバンドのＩＦ帯通信信号をＢＵＣによってＲＦ帯の信号に周波数変換（アップコンバート）し、電力増幅してアンテナ部２０に送る。また、無線ユニット２１２は、アンテナ部３０で受信した通信衛星ＳＡＴからのＲＦ帯通信信号を低雑音増幅し、ＬＮＣによってベースバンドのＩＦ帯信号に周波数変換（ダウンコンバート）してＭＯＤＥＭ２１１に送る。

プロセッサ２１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）あるいはＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの演算処理装置で構成され、ＭＯＤＥＭ２１１及び無線ユニット２１２の信号処理を制御する制御部である。

２分配器２１４は、ＭＯＤＥＭ２１１から無線ユニット２１２への通信信号、無線ユニット２１２からＭＯＤＥＭ２１１への通信信号をそれぞれ２分配して送信・受信モニタ２６に送る分配器である。

フィルタ２１５は、電源コネクタ２４に接続されるAC100Vの電源ラインから混入するノイズ成分をカットするフィルタである。

ＡＣ／ＤＣ変換器２１６は、フィルタ２１５を通じて入力されるAC100Vの交流電圧を直流電圧に変換し、適宜電圧調整してＭＯＤＥＭ２１１、無線ユニット２１２、プロセッサ２１３、２分配器２１４、送信・受信モニタ２６に供給する変換部である。

図４は、図２に示す衛星通信装置１０の通信処理系統及び制御処理系統の構成を示すブロック図である。

図４において、ＭＯＤＥＭ２１１が接続されるＬＡＮコネクタ２５には、Wi-Fi（無線ＬＡＮに関する登録商標）ルータ２００が接続される。これにより、ＭＯＤＥＭ２１１は、Wi-Fiルータ２００を通じてノートＰＣ２０１、VoIP電話２０２、タブレット２０３等の通信端末が無線接続される。ＭＯＤＥＭ２１１は、通信端末からの通信データを変調し、ベースバンドのＩＦ帯通信信号を生成して、２分配器２１４を介して無線ユニット２１２に出力し、無線ユニット２１２から２分配器２１４を介して供給されるＩＦ帯通信信号を入力して通信データを復調し、通信端末に出力する変復調機能と、不定期に出力レベルを変化させて周波数変換の出力特性を求めるテスト機能とを有する。

無線ユニット２１２は、ＭＯＤＥＭ２１１から２分配器２１４を介して送られてくるベースバンドのＩＦ帯通信信号を送信器２１２１に送る。送信器２１２１は、ＩＦ帯の通信信号をＲＦ帯の信号に周波数変換（アップコンバート）するＢＵＣを備える。送信器２１２１は、ＭＯＤＥＭ２１からのＩＦ帯通信信号をＢＵＣで周波数変換したＲＦ帯通信信号を電力増幅して、ＲＦ分岐・合成器２１２２を介してアンテナ部３０に送る。アンテナ部３０は、無線ユニット２１２から出力されるＲＦ帯通信信号を通信衛星ＳＡＴに向けて送出する。

また、アンテナ部３０は、通信衛星ＳＡＴから送信されるＲＦ帯通信信号を受信し、そのＲＦ帯通信信号を無線ユニット２１２に送る。無線ユニット２１２は、アンテナ部３０で受信した通信衛星ＳＡＴからのＲＦ帯通信信号をＲＦ分岐・合成器２１２２を介して受信器２１２３に送る。受信器２１２３は、ＲＦ帯通信信号をベースバンドのＩＦ帯信号に周波数変換（ダウンコンバート）するＬＮＣを備える。受信器２１２３はアンテナ部３０からのＲＦ帯通信信号を低雑音増幅し、ＬＮＣでＩＦ帯通信信号に周波数変換して、２分配器２１４を介してＭＯＤＥＭ２１１に送る。ＭＯＤＥＭ２１１は、入力したベースバンドのＩＦ帯通信信号から通信データを復調し、復調データに示される指定先の通信端末に送る。これにより、通信衛星ＳＡＴを介したデータ通信が可能となる。

ここで、ＭＯＤＥＭ２１１は、通信品質を確保するために、不定期に出力レベルを変化させ、送信器２１２１におけるＢＵＣのP1dBを求めるテスト機能が搭載されているものとする。この場合、申請電力に対して使用しているＢＵＣのP1dBが大きい場合には、ＭＯＤＥＭ２１１が出力レベルを増強したときに申請電力を超える電波を送出してしまう。そこで、本実施例では、送信器２１２１に出力電力を申請電力以下に抑圧する機能を搭載させる。

図５は、上記送信器２１２１の具体的な構成を示すブロック図である。

図５において、送信器２１２１は、ＭＯＤＥＭ２１１からのＩＦ帯通信信号を初段増幅器Ｔ１により所定の利得で増幅し、さらにデジタル方式の可変アッテネータ（ＤＡＴＴ）Ｔ２により、減衰量を指定した制御信号に基づいて減衰してＢＵＣに出力する送信器である。ＢＵＣは、中段増幅器Ｔ３、混合器Ｔ４で構成される。ＢＵＣは、中段増幅器Ｔ３により、可変アッテネータＴ２からのＩＦ帯通信信号を所定の利得で増幅し、混合器Ｔ４でＩＦ帯通信信号に局部発振信号ＬＯを混合してＲＦ帯通信信号に周波数変換（アップコンバート）し、終段増幅器Ｔ５に出力する。終段増幅器Ｔ５は、ＢＵＣからのＲＦ帯通信信号を所定の利得で電力増幅して、分岐器Ｔ６を介してアンテナ部３０へ出力する。ここで、上記分岐器Ｔ６は、入力されたＲＦ帯通信信号の一部を分岐してＲＦ電力検出器Ｔ７に送る。ＲＦ電力検出器Ｔ７は、分岐器Ｔ６で分岐されたＲＦ帯通信信号を入力し、その電力を周期的に検出してその電力値を送信出力制御器Ｔ８に通知する。送信出力制御器Ｔ８には、プロセッサ２１３から通信回線接続時に稼働指示が与えられると、可変アッテネータＴ２の減衰量を初期値に設定する。

図６は、上記送信出力制御器Ｔ８において、出力電力を申請電力に制限する制御処理を示すフローチャートである。

図６において、送信出力制御器Ｔ８は、ＲＦ電力検出器Ｔ７で例えば秒単位で検出されるＲＦ検出電力値（以下、検出電力値）Pdが入力されると（ステップＳ１１）、検出電力値Pdと事前に登録された申請電力に対する上限許容値（以下、上限閾値）Prefと比較して、検出電力値Pdが上限閾値Prefを超えたか否かを判断する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２において、送信出力制御器Ｔ８は、検出電力値Pdが上限閾値Prefを超えた場合（YES）には、可変アッテネータＴ２の減衰量を初期設定値（次回は前回設定値）から0.5dB増加して（ステップＳ１３）、アップコンバート前のＩＦ帯通信信号の電力を低下させ、アップコンバート後のＲＦ帯通信信号の検出電力値Pdが上限閾値Pref以下となるように制御して、次の検出電力値Pdの入力を待機（１秒）する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１２において、送信出力制御器Ｔ８は、検出電力値Pdが上限閾値Prefを下回っている間（NO）は、可変アッテネータＴ２の減衰量が初期設定値か判断する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１５において、初期設定値であれば（YES）、次の検出電力値Pdの入力を待機（１秒）し（ステップＳ１６）、ステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１５において、送信出力制御器Ｔ８は、可変アッテネータＴ２の減衰量が初期設定値でなければ（NO）、可変アッテネータＴ２の減衰量を0.5dB減少させて（ステップＳ１７）、ステップＳ１６に移行し、以後、0.5dBステップで段階的に初期設定値に戻す。

一方、ステップＳ１２において、送信出力制御器Ｔ８は、検出電力値Pdが上限閾値Prefを超えた場合（YES）には、可変アッテネータＴ２の減衰量を増加して（ステップＳ１３）、アップコンバート前のＩＦ帯通信信号の電力を低下させ、アップコンバート後のＲＦ帯通信信号の検出電力値Pdが上限閾値Pref以下となるように制御する。そして、１秒待機して（ステップＳ１４）、ステップＳ１１に戻る。

すなわち、本実施例では、ＭＯＤＥＭ２１１と送信器２１２１は、互いに連携する制御などは行わない構成とする。送信器２１２１は、通常、ＭＯＤＥＭ２１１から出力されたＩＦ帯通信信号をＢＵＣによってＲＦ信号に周波数変換した後、所定の利得で増幅してアンテナ部３０へ送出する。そのため、ＭＯＤＥＭ２１１のＩＦ出力レベルが変化したかは、送信器２１２１の内部でＲＦ出力レベルを検波することで検出する。ＭＯＤＥＭ２１１のＩＦ出力レベルが変化するのは不定期のため、送信器２１２１のＲＦ出力レベルを常時検波する。送信器２１２１のＲＦ出力レベルが設定された上限閾値レベルを超えると、送信器２１２１の内部にあるデジタル方式の可変アッテネータＴ２の減衰量を制御し、ＲＦ出力レベルが設定した閾値レベル以上にならないように制御を行う。

以上のように、本実施例に係る衛星通信装置によれば、ＭＯＤＥＭ２１１が不定期に出力レベルを変化させて、送信器２１２１におけるＢＵＣのP1dBを求める機能が搭載されている場合に、ＭＯＤＥＭ２１１の出力レベルの増強に際して、送信器２１２１の出力電力が申請電力に対する上限閾値を超えたことを検出した場合には、アップコンバート前のＩＦ帯通信信号の電力を低下させ、アップコンバート後のＲＦ帯通信信号の検出電力値Pdが申請電力の上限閾値値Pref以下となるように制御するので、申請電力を超える電波の送出を確実に抑制することができる。

なお、ＭＯＤＥＭ２１１では、テスト機能の実行中は、正確には送信器２１２１の電力を測定しているのではなく、管制局との間で通信を行って簡易的にC/N比を見ている。すなわち、送信器２１２１から出力されるＲＦ通信信号が1dB上昇すると、直線性が取れている所ではC/N比も1dB上昇することに着目し、C/N比を簡易的に送信器２１２１の出力電力として捉え、P1dBのポイントを見つける。このことから、ＭＯＤＥＭ２１１のテスト機能の実行中に送信器２１２１の出力電力を抑圧しても、ＭＯＤＥＭ２１２１のテスト機能の処理に影響を及ぼすものではない。

（第２の実施例）
図７は、第２の実施例として、図１に示す衛星通信システムの車載局ＭＳ１または可搬局ＭＳ２に用いられる可搬型の衛星通信装置４０の外観を側面から見た平面図、図８は図７に示す衛星通信装置４０の通信処理系統、制御処理系統を示す機能ブロック図である。

上記衛星通信装置４０はいわゆるＶＳＡＴ装置であり、衛星捕捉装置としての機能も備え、そのサイズはユーザが持ち運べる程度にコンパクトで、重量も抑えられている。この衛星通信装置４０は、例えば災害現場に運んで非常用の通信局として利用することができる。

上記衛星通信装置４０は、通信信号の変復調を行う本体部５０と、本体部５０の上部でアンテナ方位角を制御する方位角制御部６０と、本体部５０の上部でアンテナ仰角を制御する仰角制御部７０と、アンテナ偏波角を制御する偏波角制御部８０と、通信信号を送受信する無線部９０と、無線部９０と一体化され、平面アンテナにより通信衛星ＳＡＴとの間で電波を送受信するアンテナ部１００を備える。

上記本体部５０は、信号処理基板５１をハウジング５２に収容したもので、ハウジング５２の側面にはＬＡＮコネクタ５３が取り付けられる。更に、その内部には位置センサ５４、傾斜センサ５５、メモリ５６が用意される。また、ハウジング５１の下面には、３個以上の支持脚５７を装備する。

信号処理基板５１は、通信処理系統として、ＭＯＤＥＭ５１１を備え、制御処理系統として、プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）あるいはＭＰＵ（Micro Processing Unit）など）５１２を備える。

ＭＯＤＥＭ５１１は、第１の実施例のＭＯＤＥＭ２１１と同様の変復調機能とテスト機能を有する変復調部である。ＭＯＤＥＭ５１１は、ＬＡＮコネクタ５３に接続され、ＬＡＮコネクタ５３に接続される通信端末からの通信データを変調し、ベースバンドのＩＦ帯通信信号を生成して無線部９０に出力し、無線部９０からのＩＦ帯通信信号を入力して通信データを復調し、通信端末に出力する。

プロセッサ５１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）あるいはＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの演算処理装置で構成される。プロセッサ５１２は、ＭＯＤＥＭ５１１及び無線部９０の信号処理を制御する機能と共に、アンテナ部１００の指向方向を制御する指向制御処理Ｓ１、通信衛星ＳＡＴからの電波を捕捉する衛星捕捉処理Ｓ２、通信衛星ＳＡＴとの通信回線を接続する回線制御処理Ｓ３を実行する機能を備える。

位置センサ５４は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）により、衛星通信装置４０の設置場所の位置情報（例えば緯度および経度）を取得するセンサである。位置センサ５４で取得された位置情報はプロセッサ５１２に渡される。

傾斜センサ５５は、設置場所における本体部５０の傾斜量を含む傾斜情報を取得するセンサである。傾斜量は、例えば、加速度センサを用いて設置場所における地球の重力加速度を検知することで、取得することができる。その傾斜量等の情報は、衛星通信装置４０の姿勢を示す指標として利用することができる。取得された傾斜情報はプロセッサ５１２に渡される。

メモリ５６は、傾斜情報５６１と、衛星目標角テーブル５６２とを記憶する記憶部である。傾斜情報５６１は、傾斜センサ５５でセンシングされた傾斜情報である。衛星目標角テーブル５６２は、位置センサ５４でセンシングされた地上での位置情報（例えば緯度、経度）に、捕捉すべき通信衛星ＳＡＴの衛星目標角（方位角、仰角、偏波角）を対応付けたテーブルである。例えば、北海道札幌市の緯度は141.4°、経度は43.1°であり、この位置において、或る通信衛星ＳＡＴの目標角（方位角、仰角、偏波角）は（151.2°、36.1°、10.4°）であることが示されている。

３個以上の支持脚５７は、それぞれ高さ調整機構を有する。衛星通信装置４０を設置するときは、基準面（後述のターンテーブル６１の上面）が水平になるように、３個以上の支持脚５７それぞれの高さを調整する。

上記方位角制御部６０は、ターンテーブル６１と、方位角制御ユニット６２とを備える。方位角制御ユニット６２は、内部に方位角制御モータ制御器６２１、方位角制御モータ６２２を備える。

上記ターンテーブル６１は、本体部５０のハウジング５２の上部に、回転軸（方位軸またはＡＺ（Azimuth）軸）Ａ１周りに回転自在に配置される。方位角制御モータ６２２はターンテーブル６１と係合している。方位角制御モータ制御部６２１は方位角制御モータ６２２を駆動制御することにより、ターンテーブル６１を指定されたアンテナ方位角に回転させることができる。

上記仰角制御部７０は、支持柱７１と、軸受け７２と、仰角制御ユニット７３とを備える。

支持柱７１は、偏波角制御部８０の筐体を両側から支持し、偏波角制御部８０を通じて本体部５０と無線部９０の背面筐体とを物理的に接続する。軸受け７２は、ターンテーブル６１の上面に配置され、支持柱７１の一端側が回転軸（仰角軸またはＥＬ（Elevation）軸）Ａ２周りに回転自在に取り付けられる。仰角制御ユニット７３は、内部に仰角制御モータ制御器７３１、仰角制御モータ７３２を備える。仰角制御モータ７３２の回転軸は、軸受け７２と係合している。仰角制御モータ制御器７３１は仰角制御モータ７３２を駆動制御することにより、支持柱７１を回転軸Ａ２周りに指定されたアンテナ仰角まで回転させることができる。

上記偏波角制御部８０は、連結器８１と偏波角制御ユニット８２とを備える。連結器８１は、偏波角制御ユニット８２の筐体と無線部９０及びアンテナ部１００の一体ユニットの背面とを回転軸（偏波軸またはＰＯＬ（Polarization）軸）Ａ３周りに回転自在に連結する。偏波角制御ユニット８２は、内部に偏波軸制御モータ制御部８２１と偏波軸制御モータ８２２を備える。

偏波角制御モータ８２２の回転軸は連結器８１と係合している。偏波角制御モータ制御部８２１は偏波角制御モータ８２２を駆動制御することにより、連結器８１を指定されたアンテナ偏波角まで回転させることができる。

上記無線部９０は、アンテナ部１００の背面と一体化したハウジング９１と、その内部に収容され、無線ユニット９２と、２式の２分配器９３と、送信・受信モニタ９４と、受信電波強度検出器９５とを備える。

無線ユニット９２は、第１の実施例の無線ユニット２１２と同構成であり、送信器９２１、RF分岐・合成器９２２、受信器９２３を備え、本体部５０のＭＯＤＥＭ５１１から送られてくるベースバンドの中間周波数帯（以下、ＩＦ帯）信号を送信器９２１が持つＢＵＣによって無線周波数帯（以下、ＲＦ帯）信号に周波数変換してアンテナ部１００に出力し、アンテナ部１００からのRF帯信号を受信器９２３が持つＬＮＣによってＩＦ帯信号に周波数変換してＭＯＤＥＭ５１１に出力する。上記送信器９２２の具体的な構成については、図４に示した第１の実施例の送信器２１２１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

２分配器９３は、第１の実施例の２分配器２１４と同様に、ＭＯＤＥＭ５１１から無線ユニット９２への通信信号、無線ユニット９２からＭＯＤＥＭ５１１への通信信号をそれぞれ２分配して送信・受信モニタ９４に送る。

送信・受信モニタ９４は、第１の実施例の送信・受信モニタ２６と同様に、送信時及び受信時に通信信号から分配される信号の電力値をモニタ表示する表示器である。

受信電波強度検出器９５は、無線ユニット９２の受信器９２３で得られたアンテナ受信信号から受信電波強度を検出して本体部５０のプロセッサ５１２に送る。

上記アンテナ部１００は、第１の実施例のアンテナ部３０と同様に、アンテナ素子をアレイ状に配列したアンテナ基板１０１をレドーム１０２に収容した、平面型の送受信アンテナである。

アンテナ基板１０１の給電端は無線部９０のRF送受信端に接続される。すなわち、アンテナ部１００は、無線ユニット９２から出力されるＲＦ帯通信信号を通信衛星ＳＡＴに向けて送出し、通信衛星ＳＡＴから送信されるＲＦ帯通信信号を受信し、そのＲＦ帯通信信号を無線ユニット９２に送る。

ここで、上記アンテナ部１００のサイズは例えば50 cm×50 cmである。図示される平面型のアンテナ以外にも、例えばパラボラアンテナを用いることもできる。電波のエネルギーロスを最小限にするために、アンテナ部１００の指向性は鋭く設計されている。このため、衛星通信装置４０は、互いに異なる３つの軸である通信衛星ＳＡＴへの方位角（Azimuth：ＡＺ）、仰角（Elevation：ＥＬ）、偏波角（Polarization：ＰＯＬ）を正確に合わせるためのアンテナ指向制御系として、方位角制御部６０、仰角制御部７０、偏波角制御部８０を備える。

上記構成による衛星通信装置４０において、任意の場所に設置された後の通信衛星ＳＡＴとの通信回線接続方法について説明する。

本体部５０が起動されると、プロセッサ５１２は、指向制御処理Ｓ１により、アンテナ部１００のアンテナを通信衛星ＳＡＴに指向させ、衛星捕捉処理Ｓ２により、通信衛星ＳＡＴからの電波を捕捉して、電波強度が十分なレベルとなるように指向方向を調整した後、回線制御処理Ｓ３により、通信衛星ＳＡＴとの通信回線を接続して、通信端末との通信を行う。以下、指向制御処理Ｓ１、衛星捕捉処理Ｓ２、回線制御処理Ｓ３の処理内容を順に説明する。

まず、上記指向制御処理Ｓ１では、位置センサ５４でセンシングされた位置情報とメモリ５６に保存された傾斜情報に基づいて、メモリ５６の衛星目標角テーブル５６２を参照して通信衛星ＳＡＴの方向を割り出し、方位角制御部６０、仰角制御部７０、偏波角制御部８０に目標とする方位角、仰角、偏波角を指示する。方位角制御部６０は、目標方位角の指示を受けて、方位角制御モータ制御器６２１により方位角制御モータ６２２を駆動制御して、ターンテーブル６１をＡ１軸周りに回転させ、アンテナ方位角を目標方位角に合わせる。仰角制御部７０は、目標仰角の指示を受けて、仰角制御モータ制御器７３１により仰角制御モータ７３２を駆動制御して、軸受け７２に端部が装着された支持柱７１を回転軸Ａ２周りに回転させ、アンテナ仰角を目標仰角に合わせる。偏波角制御部８０は、目標偏波角の指示を受けて、偏波角制御モータ制御器８２１により偏波角制御モータ８２２を駆動制御して、連結器８１を回転軸Ａ３周りに回転させ、アンテナ偏波角を目標偏波角に合わせる。

ここで、上記指向制御処理Ｓ１では、アンテナ部１００の方位角方向の回転に連動して、アンテナ部１００の仰角を変化させる。その際、傾斜センサ５５でセンシングされた衛星通信装置４０の傾斜情報５６１を参照し、アンテナ部１００の仰角の角度を本体部５０の傾きによらず一定とすべく、アンテナ部１００の仰角を変化させる。このときのアンテナ部１００の方位角方向の回転角度に対応するアンテナ部１００の仰角は、傾斜情報５６１に基づいて算出する。また、算出した仰角に対応する仰角制御モータ７３２の回転速度を算出する。

すなわち、上記指向制御処理Ｓ１では、方位角方向に３６０度サーチを行い、傾斜センサ５５で衛星通信装置４０の傾きを測定し、傾斜情報を得る。そして、傾斜情報に基づいて線形代数３次元回転方程式から、簡易的なエレベーション軸角度（ＥＬＶＳＡＴ）を計算するための式を導く。さらに、６点サンプリングアルゴリズムへ単純化する。これにより、ソフトウェア実装の制限を緩和し、最小限のリソースで衛星を確実に捕捉することが可能となる。

この場合、衛星通信装置４０の位置情報から衛星通信装置４０と衛星ＳＡＴとのエレベーション（ＥＬＳＡＴ）を求め、衛星通信装置４０の傾きを補正して、常に同じエレベーション角度（ＥＬＳＡＴ）で３６０度サーチを実施できるようにしている。このようにして、方位センサに頼らずに衛星ＳＡＴを捕捉可能としている。

次に、上記衛星捕捉処理Ｓ２では、無線部９０の受信電波強度検出器９５で検出される電波受信強度をモニタし、受信信号の受信強度がピークとなる角度を検出して、方位角制御部６０、仰角制御部７０、偏波角制御部８０にアンテナ部１００の方位角、仰角、偏波角を指示し、目標とする通信衛星ＳＡＴからの電波を十分な利得で捕捉する。

また、回線制御処理Ｓ３では、衛星捕捉処理Ｓ２の処理完了後、ＭＯＤＥＭ５１１、送信器９２１、受信器９２２に通信回線接続の指示を送り、ＭＯＤＥＭ５１１に接続された通信端末と通信衛星ＳＡＴとの通信回線を確立する。

上記構成において、通信回線確率後の通信処理、上記送信器９２１の送信出力制御器Ｔ８における出力電力を申請電力に制限する制御処理については、第１の実施例と同様であるので、ここではその説明を省略する。

すなわち、本実施例においても、ＭＯＤＥＭ５１１と送信器９２１は、互いに連携する制御などは行わない構成とする。送信器９２１は、通常、ＭＯＤＥＭ５１１から出力されたＩＦ帯通信信号をＢＵＣによってＲＦ信号に周波数変換した後、所定の利得で増幅してアンテナ部１００へ送出する。そのため、ＭＯＤＥＭ５１１のＩＦ出力レベルが変化したかは、送信器９２１の内部でＲＦ出力レベルを検波することで検出する。ＭＯＤＥＭ５１１のＩＦ出力レベルが変化するのは不定期のため、送信器９２１のＲＦ出力レベルを常時検波する。送信器９２１のＲＦ出力レベルが設定された上限閾値レベルを超えると、送信器９２１の内部にあるデジタル方式の可変アッテネータＴ２の減衰量を制御し、ＲＦ出力レベルが設定した閾値レベル以上にならないように制御を行う。

以上のように、本実施例に係る衛星通信装置４０によれば、ＭＯＤＥＭ５１１が不定期に出力レベルを変化させて、送信器９２１におけるＢＵＣのP1dBを求める機能が搭載されている場合に、ＭＯＤＥＭ５１１の出力レベルの増強に際して、送信器９２１の出力電力が申請電力に対する上限閾値を超えたことを検出した場合には、アップコンバート前のＩＦ帯通信信号の電力を低下させ、アップコンバート後のＲＦ帯通信信号の検出電力値Pdが申請電力の上限閾値値Pref以下となるように制御するので、申請電力を超える電波の送出を確実に抑制することができる。

なお、本実施例においても、ＭＯＤＥＭ５１１では、テスト機能の実行中は、正確には送信器９２１の電力を測定しているのではなく、管制局との間で通信を行って簡易的にC/N比を見ている。すなわち、送信器９２１から出力されるＲＦ通信信号が1dB上昇すると、直線性が取れている所ではC/N比も1dB上昇することに着目し、C/N比を簡易的に送信器９２１の出力電力として捉え、P1dBのポイントを見つける。このことから、ＭＯＤＥＭ５１１のテスト機能の実行中に送信器９２１の出力電力を抑圧しても、ＭＯＤＥＭ５１１のテスト機能の処理に影響を及ぼすものではない。

なお、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

ＳＡＴ…通信衛星、ＦＳ１～ＦＳｎ…固定局、ＭＳ１…車載局、ＭＳ２…可搬局、
１０…衛星通信装置（ＶＳＡＴ装置）、
２０…本体部、２１…信号処理基板、２１１…ＭＯＤＥＭ、２１２…無線ユニット、２１２１…送信器、Ｔ１…初段増幅器、Ｔ２…可変アッテネータ（ＤＡＴＴ）、Ｔ３…中段増幅器、Ｔ４…混合器、Ｔ５…終段増幅器、Ｔ６…分岐器、Ｔ７…ＲＦ電力検出器、Ｔ８…送信出力制御器、２１２２…ＲＦ分岐・合成器、２１２３…受信器、２１３…プロセッサ、２１４…２分配器、２１５…フィルタ、２１６…ＡＣ／ＤＣ変換器、２２…ハウジング、２３…電源スイッチ、２４…電源コネクタ、２５…ＬＡＮコネクタ、２６…送信・受信モニタ、
３０…アンテナ部、３１…アンテナ基板、３２…レドーム、２００…Wi-Fiルータ、２０１…ノートＰＣ、２０２…VoIP電話、２０３…タブレット、
４０…衛星通信装置（ＶＳＡＴ装置）、５０…本体部、５１…信号処理基板、５１１…ＭＯＤＥＭ、５１２…プロセッサ、Ｓ１…指向制御処理、Ｓ２…衛星捕捉処理、Ｓ３…回線制御処理、５２…ハウジング、５３…ＬＡＮコネクタ、５４…位置センサ、５５…傾斜センサ、５６…メモリ、５６１…傾斜情報、５６２…衛星目標角テーブル、５７…支持脚、
６０…方位角制御部、６１…ターンテーブル、６２…方位角制御ユニット、６２１…方位角制御モータ制御器、６２２…方位角制御モータ、
７０…仰角制御部、７１…支持柱、７２…軸受け、７３…仰角制御ユニット、７３１…仰角制御モータ制御器、７３２…仰角制御モータ、
８０…偏波角制御部、８１…連結器、８２…偏波角制御ユニット、８２１…偏波軸制御モータ制御部、８２２…偏波軸制御モータ、
９０…無線部、９１…ハウジング、９２…無線ユニット、９２１…送信器、９２２…RF分岐・合成器、９２３…受信器、９３…２分配器、９４…送信・受信モニタ、９５…受信電波強度検出器、
１００…アンテナ部、１０１…アンテナ基板、１０２…レドーム。

Claims (3)

1. 通信端末からの通信データを中間周波数帯の通信信号に変調して送信出力し、通信衛星からの電波を受信して得られた中間周波数帯の通信信号を復調して前記通信端末に出力する変復調機能と、不定期に前記送信出力される通信信号の出力レベルを変化させて送信出力特性を求めるテスト機能とを備えるモデムと、
   前記モデムから出力される中間周波数帯の通信信号を無線周波数帯に変換するアップコンバータと、前記アップコンバータの入力レベルを指示に応じた減衰量で減衰する可変減衰器と、前記アップコンバータで無線周波数帯に変換された通信信号を電力増幅して出力する増幅器と、前記増幅器で電力増幅された出力の電力値を検出する検出器と、前記検出器で検出された検出電力値を電力上限閾値と比較し、前記検出電力値が前記電力上限閾値を超えるとき、前記検出電力値が前記電力上限閾値を下回るまで、前記可変減衰器に前記減衰量を初期設定値から段階的に増加するように指示を出し、前記検出電力値が前記電力上限閾値を下回った後は、前記可変減衰器の減衰量を段階的に初期設定値に戻すように指示を出す出力制御器と、を備える送信器と、
   前記送信器から出力される無線周波数帯の通信信号を通信衛星に向けて送信し、前記通信衛星からの無線周波数帯の通信信号を受信するアンテナと、
   前記アンテナで受信された無線周波数の通信信号を増幅し、中間周波数帯に変換して前記モデムに出力する受信器と
   を具備する衛星通信装置。
2. 通信端末からの通信データを中間周波数帯の通信信号に変調して送信出力し、通信衛星からの電波を受信して得られた中間周波数帯の通信信号を復調して前記通信端末に出力する変復調機能と、不定期に前記送信出力される通信信号の出力レベルを変化させて送信出力特性を求めるテスト機能とを備えるモデムを用いた衛星通信装置に用いられる送信器であって、
   前記モデムから出力される中間周波数帯の通信信号を無線周波数帯に変換するアップコンバータと、
   前記アップコンバータの入力レベルを指示に応じた減衰量で減衰する可変減衰器と、
   前記アップコンバータで無線周波数帯に変換された通信信号を電力増幅して出力する増幅器と、
   前記増幅器で電力増幅された出力の電力値を検出する検出器と、
   前記検出器で検出された検出電力値を電力上限閾値と比較し、前記検出電力値が前記電力上限閾値を超えるとき、前記検出電力値が前記電力上限閾値を下回るまで、前記可変減衰器に前記減衰量を初期設定値から一定量で段階的に増加するように指示を出し、前記検出電力値が前記電力上限閾値を下回った後は、前記可変減衰器に前記減衰量を一定量で段階的に初期設定値に戻すように指示を出す出力制御器と
   を備える衛星通信装置の送信器。
3. 通信端末からの通信データを中間周波数帯の通信信号に変調して送信出力し、通信衛星からの電波を受信して得られた中間周波数帯の通信信号を復調して前記通信端末に出力する変復調機能と、不定期に前記送信出力される通信信号の出力レベルを変化させて送信出力特性を求めるテスト機能とを備えるモデムを用いた衛星通信装置に用いられる送信器の送信方法であって、
   前記送信器は、
   アップコンバータによって、前記モデムから出力される中間周波数帯の通信信号を入力して無線周波数帯に変換する周波数変換ステップと、
   可変減衰器によって、前記モデムからの中間周波数帯の通信信号の入力レベルを指示に応じた減衰量で減衰する減衰ステップと、
   増幅器によって、前記周波数変換ステップで無線周波数帯に変換された通信信号を電力増幅して出力する増幅ステップと、
   検出器によって、前記増幅器で増幅された出力の電力値を検出する検出ステップと、
   出力制御器によって、前記検出器で検出された検出電力値を電力上限閾値と比較し、前記検出電力値が前記電力上限閾値を超えるとき、前記検出電力値が前記電力上限閾値を下回るまで、前記可変減衰器に前記減衰量を初期設定値から一定量で段階的に増加するように指示を出し、前記検出電力値が前記電力上限閾値を下回った後は、前記可変減衰器に前記減衰量を一定量で段階的に初期設定値に戻すように指示を出す出力制御ステップと
   を備える衛星通信装置の送信方法。

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