JP7773067B2 - 無線通信装置及び起動方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置及び起動方法に関する。

ＩｏＴ（Internet of Things）技術の発展により、各種センサを備えたＩｏＴ端末を様々な場所に設置することが検討されている。ＩｏＴ端末は、例えば海上のブイや船舶、山岳地帯など、基地局の設置が困難な場所に設置される場合もある。そこで、様々な場所に設置されたＩｏＴ端末が収集したデータを、低軌道衛星に搭載された中継装置により地上に設置された基地局に中継するシステムが提案されている。

ＩｏＴ端末は、電池から供給される電力により駆動するため、電池寿命を延ばすために省電力で動作させることが必要である。そのため、衛星センシングのプラットフォームでは、ＩｏＴ端末の年単位の電池寿命を実現するために、ＩｏＴ端末が、低軌道衛星が上空に到来したことを検知した際にデータをアップリンク送信することが必要である。ＩｏＴ端末において低軌道衛星が上空に到来したことを検知するために、非特許文献１の技術のように、低軌道衛星から地上へのダウンリンク信号を観測する手段が考えられる（例えば、非特許文献１参照）。

F. Shu, X. Zhang, T. Kondo, "Development of correlator model for differential VLBI observations of satellites", 2008 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology, ICMMT2008 Proceedings, Vol.1, pp.443-446, April 2008.

しかしながら、低軌道衛星は高速で移動するため、低軌道衛星から送信されたダウンリンク信号にフレーム内ドップラー変化が生じてしまう。そのため、復調可能となる許容範囲を超えるドップラー変化が生じる位置に設置されたＩｏＴ端末は、ダウンリンク信号の受信レベルが高くてもダウンリンク信号を復調することができずに、起動ができないという問題があった。このような問題は、低軌道衛星から送信される信号に限らず、上空を移動する無線通信装置から送信される信号においても生じる問題である。

上記事情に鑑み、本発明は、上空を移動する無線通信装置から送信された信号にドップラー変化が生じた場合であっても、地上に設置された通信装置を起動させることができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、地上に設置された１以上の通信装置と、移動する無線通信装置とを有する無線通信システムにおける前記無線通信装置であって、前記１以上の通信装置を起動するための起動信号を生成する起動信号生成部と、前記起動信号生成部により生成された前記起動信号に周波数変化を与える１つ以上の周波数変化付与部と、前記１つ以上の周波数変化付与部に周波数変化が与えられた起動信号を送信する送信部と、を備える無線通信装置である。

本発明の一態様は、地上に設置された１以上の通信装置と、移動する無線通信装置とを有する無線通信システムにおける前記無線通信装置が行う起動方法であって、前記１以上の通信装置を起動するための起動信号を生成し、生成した前記起動信号に周波数変化を与え、周波数変化が与えられた起動信号を送信する、起動方法である。

本発明により、上空を移動する無線通信装置から送信された信号にドップラー変化が生じた場合であっても、地上に設置された通信装置を起動させることが可能となる。

本発明における無線通信システムの概要を説明するための図である。 本発明における処理を行うことによって生じるフレーム内ドップラー変化及び端末局受信時のフレーム内の状態を示す模式図である。 本発明における処理を行うことによって生じるフレーム内ドップラー変化及び端末局受信時のフレーム内の状態を示す模式図である。 本発明における処理を行うことによって生じるフレーム内ドップラー変化及び端末局受信時のフレーム内の状態を示す模式図である。 本発明における処理を行うことによって生じるフレーム内ドップラー変化及び端末局受信時のフレーム内の状態を示す模式図である。 実施形態による無線通信システムの構成図である。 実施形態における付与テーブルの一例を示す図である。 実施形態における無線通信システムが行う端末局の起動処理の流れを示すシーケンス図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（概要）
図１は、本発明における無線通信システム１の概要を説明するための図である。本発明における無線通信システム１では、図１に示すように、少なくとも移動中継局２と、１以上の端末局３とを有する。図１では、一例として、２台の端末局３－１～３－２が備えられている場合を示している。端末局３－１と端末局３－２とは、異なるエリアに配置されている。例えば、端末局３－１はエリアＡ１に配置され、端末局３－２はエリアＡ２に配置されている。

移動中継局２は、高速で移動するため、移動中継局２が送信した起動信号が各エリアに配置された端末局３で受信された際にはフレーム内ドップラー変化が生じる。起動信号とは、端末局３を起動させるための信号である。起動信号にフレーム内ドップラー変化が生じると、各エリアに配置された端末局３のうち一部の端末局３が、起動信号を復調及び復号できない場合がある。例えば、移動中継局２から送信された起動信号をエリアＡ１に位置する端末局３－１と、エリアＡ２に位置する端末局３－２とで受信したとしても、各端末局３で受信した起動信号には異なるフレーム内ドップラー変化が生じており、端末局３の設置場所によっては起動信号を復調及び復号できない場合がある。

そこで、本発明における移動中継局２では、起動信号を送信する際、移動中継局２から見た地上の各エリア（例えば、図１におけるエリアＡ１、Ａ２、Ａ３）に適したフレーム内周波数変化を与えた各起動信号を多重して送信する。各エリアに適したフレーム内周波数変化は、移動中継局２の高度（（より具体的には高度によって定まる移動中継局２の移動速度）と、下り送信周波数と、移動中継局２とエリアの位置とに基づいて事前に決定されているものとする。

より具体的な処理として、移動中継局２は、起動信号を分配して、分配した起動信号それぞれに各エリアに適した周波数変化を与えた後に合成して送信する。これにより、移動中継局２から送信された起動信号にフレーム内ドップラー変化が生じた場合であっても端末局３を起動させることができる。

例えば、移動中継局２の高度が５７０ｋｍで、４００ＭＨｚ帯の起動信号で移動中継局２真下付近のエリア（図１では、エリアＡ３）の端末局３を起動したい場合、移動中継局２は、約１３０Ｈｚ/ｓの周波数変化を起動信号に付与して送信することで、端末局３が起動信号を復調及び復号可能になる。さらに、移動中継局２真下からの距離が３００ｋｍ付近のエリアの端末局３を起動したい場合、移動中継局２は、約９０Ｈｚ/ｓの周波数変化を起動信号に付与することで、端末局３が起動信号を復調及び復号可能になる。

図２～図５は、本発明における処理を行うことによって生じるフレーム内ドップラー変化及び端末局３受信時のフレーム内の状態を示す模式図である。図２に示すように、移動中継局２が、起動信号５１と、起動信号５２とを合成した起動信号を送信したとする。起動信号５１は、エリアＡ１に配置された端末局３－１を起動するために起動信号に周波数変化Ｆ１の値が与えられた信号を表し、起動信号５２は、エリアＡ２に配置された端末局３－２を起動するために起動信号に周波数変化Ｆ２の値が与えられた信号を表す。ここで、周波数変化Ｆ１及びＦ２は、移動中継局２の高度と下り送信周波数とに基づいて事前に決定された、エリア毎に適する周波数変化の値である。

エリアＡ１に配置された端末局３－１で受信される起動信号には、図３に示すようなドップラーシフトが生じる。その結果、エリアＡ１に配置された端末局３－１における受信時の起動信号は、図４に示す状態となる。図５には、図４に示した例を、周波数軸で見た例を示している。異なる周波数変化が与えられた起動信号同士が干渉することにはなるが、フレーム内ドップラー変化により、図５に示すようにエリアＡ１に適した周波数変化付与後の起動信号５１のみが強調され、他の周波数変化付与後の起動信号５２は周波数拡散される。そのため、周波数変化Ｆ１の値が付与された起動信号５１が復調及び復号可能になっていることがわかる。その結果、端末局３－１を起動させることができる。

図２～図５では、エリアＡ１に配置された端末局３－１をメインに説明したが、エリアＡ２に配置された端末局３－２においても同様である。例えば、エリアＡ２に配置された端末局３－２においては、エリアＡ１に配置された端末局３－１で受信される起動信号に生じるドップラーシフトと異なるドップラーシフトが生じる。この場合、エリアＡ２に配置された端末局３－２における受信時の起動信号は、周波数変化Ｆ２が付与された起動信号が強調され、他の周波数変化付与後の起動信号５１は周波数拡散される。そのため、周波数変化Ｆ２の値が付与された起動信号５２が復調及び復号可能になる。その結果、端末局３－２を起動させることができる。

図６は、実施形態による無線通信システム１の構成図である。無線通信システム１は、移動中継局２と、１以上の端末局３と、基地局４とを有する。無線通信システム１が有する移動中継局２、端末局３及び基地局４それぞれの数は任意である。端末局３の数は、多数であることが想定される。図６では、無線通信システム１が、２台の端末局３－１及び３－２を有している場合を示している。以下の説明では、端末局３－１及び３－２について特に区別しない場合には、単に端末局３と記載する。

移動中継局２は、移動体に搭載され、通信可能なエリアが時間の経過により移動する無線通信装置の一例である。移動中継局２は、データ収集エリアの上空に到達すると、端末局３を起動させるための起動信号を送信する。データ収集エリアは、端末局３が取得したデータを収集するためのエリアである。移動中継局２は、例えばデータ収集エリアの上空に到達したか否かを移動中継局２の軌道情報と、時刻情報とに基づいて判定する。

本実施形態の移動中継局２は、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）衛星に備えられる。ＬＥＯ衛星の高度は２０００ｋｍ以下であり、地球の上空を１周約１．５時間程度で周回する。端末局３及び基地局４は、地上や海上など地球上に設置される。以下、端末局３から移動中継局２へ送信される無線信号を端末アップリンク信号と記載し、移動中継局２から端末局３及び基地局４に送信される信号をダウンリンク信号と記載する。

ＬＥＯ衛星に搭載された移動中継局２は、高速で移動しながら通信を行うため、個々の端末局３や基地局４が移動中継局２と通信可能な時間が限られている。具体的には、地上で見ると、移動中継局２は、数分程度で上空を通り過ぎる。そこで、端末局３は、センサが検出した環境データ等のデータを収集し、記憶しておく。端末局３は、収集したデータが設定された端末アップリンク信号を、移動中継局２と通信可能なタイミングにおいて送信する。移動中継局２は、地球の上空を移動しながら、複数の端末局３それぞれから送信された端末アップリンク信号を受信する。移動中継局２は、端末局３から端末アップリンク信号により受信したデータを蓄積し、蓄積しておいたデータを、基地局４との通信が可能なタイミングでダウンリンク信号により基地局４へ無線送信する。基地局４は、受信したダウンリンク信号から、端末局３が収集したデータを取得する。

移動中継局２は、端末局３との無線通信に使用するアンテナと、基地局４との無線通信に使用するアンテナとを有している。そのため、移動中継局２は、端末局３との無線通信、及び、基地局４との無線通信を並行して行うことも可能である。

移動中継局として、静止衛星や、ドローン、ＨＡＰＳ（High Altitude Platform Station）などの無人航空機に搭載された中継局を用いることが考えられる。しかし、静止衛星に搭載された中継局の場合、地上のカバーエリア（フットプリント）は広いものの、高度が高いために、地上に設置されたＩｏＴ端末に対するリンクバジェットは非常に小さい。一方、ドローンやＨＡＰＳに搭載された中継局の場合、リンクバジェットは高いものの、カバーエリアが狭い。

さらには、ドローンにはバッテリーが、ＨＡＰＳには太陽光パネルが必要である。本実施形態では、ＬＥＯ衛星に移動中継局２を搭載する。よって、リンクバジェットは限界内に収まることに加え、ＬＥＯ衛星は、大気圏外を周回するために空気抵抗がなく、燃料消費も少ない。また、ドローンやＨＡＰＳに中継局を搭載する場合と比較して、フットプリントも大きい。

端末局３は、センサが検出した環境データ等のデータを収集する。端末局３は、移動中継局２から送信された起動信号に基づいて起動して、収集したデータを移動中継局２へ無線により送信する。例えば、端末局３は、移動中継局２から送信タイミングが指示されている場合には、指示された送信タイミングで、収集したデータを移動中継局２へ無線により送信する。端末局３は、通信装置の一態様である。

基地局４は、移動中継局２から端末局３が収集したデータを受信する。

端末局３及び基地局４は、地上や海上等の地球上の特定の位置に設置される。

各装置の構成を説明する。
移動中継局２は、１本のアンテナ２１と、端末通信部２２と、記憶部２３と、制御部２４と、基地局通信部２５と、１本のアンテナ２６とを備える。なお、移動中継局２は、複数本のアンテナ２１を備えてもよい。このように構成される場合、移動中継局２は、ＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）による受信処理を行う。

端末通信部２２は、送受信部２２１と、端末信号復調部２２２と、起動信号生成部２２３と、分配部２２４と、周波数変化付与部２２５－１～２２５－Ｎ（Ｎは１以上の整数）と、合成部２２６とを有する。なお、周波数変化付与部２２５が１つの場合には、端末通信部２２は、分配部２２４と合成部２２６とを備えなくてもよい。

送受信部２２１は、アンテナ２１により端末アップリンク信号を受信する。このように、送受信部２２１は、アンテナ２１により１以上の端末局３との間で通信を行う。

端末信号復調部２２２は、送受信部２２１が受信した端末アップリンク信号を復調し、復調結果を記憶部２３に保存する。例えば、端末信号復調部２２２は、端末局３により収集されたデータが復調結果に含まれる場合には、復調結果を記憶部２３に保存する。

端末信号復調部２２２が行う復調には、例えば、送受信部２２１によって受信されたＲＦ（Radio Frequency）信号をベースバンド信号に変換する周波数変換、端末局３から送信されるアップリンク信号を検出するためのフレーム検出が含まれる。さらに、例えば端末信号復調部２２２でデジタル処理を行う場合には、端末信号復調部２２２はアナログデジタル変換を行う。

起動信号生成部２２３は、複数の端末局３を起動するための起動信号を生成する。

分配部２２４は、起動信号生成部２２３により生成された起動信号を分配する。

周波数変化付与部２２５－１～２２５－Ｎは、分配部２２４により分配された起動信号に周波数変化を与える。周波数変化付与部２２５－１～２２５－Ｎは、並列に配置され、分配部２２４により分配された起動信号に異なる周波数変化を与える。

合成部２２６は、周波数変化が与えられた各起動信号を合成して合成起動信号を生成する。

記憶部２３は、少なくとも軌道情報２３１と、受信データ２３２と、付与テーブル２３３とを記憶する。軌道情報２３１は、移動中継局２を搭載しているＬＥＯ衛星の軌道に関する情報であり、例えば任意の時刻におけるＬＥＯ衛星の位置、速度、移動方向などを得ることが可能な情報である。受信データ２３２は、端末局３により収集されたデータであって、基地局４に送信すべきデータである。付与テーブル２３３は、周波数変化付与部２２５－１～２２５－Ｎで付与すべき周波数変化の値がエリア毎に登録されたテーブルである。

図７は、実施形態における付与テーブル２３３の一例を示す図である。付与テーブル２３３は、エリア毎に付与される周波数変化の値に関する情報を表すレコードを複数有する。レコードは、エリア、移動中継局からの距離及び付与変化周波数の各値を有する。エリアの値は、移動中継局２からの距離に応じて定められる領域を表す。移動中継局からの距離の値は、移動中継局２の真下の位置を基準位置とし、基準位置からの距離を表す。付与変化周波数の値は、周波数変化付与部２２５－１～２２５－Ｎが起動信号に付与する周波数変化の値である。なお、付与変化周波数は、０Ｈｚ／ｓ以上である。ここで、０Ｈｚ／ｓ以上としているのは、周波数変化の値が付与されていなくても（起動信号生成部２２３によって生成された起動信号のままでも）エリアによっては起動可能な場合があるためである。そのため、起動信号の周波数を実質的に変化させない０Ｈｚ／ｓの値を付与することで、周波数変化の値が付与無しで起動可能なエリアに配置されている端末局３を起動させることができる。付与テーブル２３３に登録されるエリアの数は、周波数変化付与部２２５－１～２２５－Ｎの数以下である。

図７に示す例では、付与テーブル２３３には、エリア毎の付与変化周波数が対応付けられている。例えば、付与テーブル２３３の最上段には、エリア“Ａ１”、移動中継局からの距離“Ｄ１”、付与変化周波数“Ｆ１”が対応付けられている。これは、基準位置からの距離“Ｄ１”離れている領域がエリア“Ａ１”であり、エリア“Ａ１”に配置されている端末局３を起動させるために、起動信号に付与する周波数変化の値が“Ｆ１”であることを示している。

図７に示すように付与テーブル２３３には、各エリアに配置されている端末局３を起動させるために、起動信号に付与する周波数変化の値が対応付けられている。これらの周波数変化の値を起動信号に付与することにより、基準位置から見た各エリアに配置されている端末局３を起動させることができる。

制御部２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部２４は、プログラムを実行することによって、動作制御部２４１及び設定部２４２の機能を実現する。これらの機能部のうち一部または全部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよい。これらの機能の一部は、予め移動中継局２に搭載されている必要はなく、追加のアプリケーションプログラムが移動中継局２にインストールされることで実現されてもよい。

動作制御部２４１は、軌道情報２３１及び時刻情報を参照し、移動中継局２を搭載しているＬＥＯ衛星が現在位置している場所が、データ収集エリア上空であるか否かを判定する。データ収集エリアである場合、動作制御部２４１は設定部２４２に対して周波数変化の値の取得を指示するとともに、端末通信部２２に対して起動信号の送信を指示する。一方、データ収集エリアではない場合、動作制御部２４１は特に何もしない。

設定部２４２は、動作制御部２４１からの指示に応じて、付与テーブル２３３を参照し、各周波数変化付与部２２５－ｎが与える周波数変化の値を、周波数変化付与部２２５－ｎ毎に設定する。具体的には、まず設定部２４２は、付与テーブル２３３を記憶部２３から読み出す。次に、設定部２４２は、読み出した付与テーブル２３３を参照し、エリア毎の各付与変化周波数の値を取得する。この付与変化周波数の値が、周波数変化付与部２２５－ｎに設定すべき値である。設定部２４２は、取得したエリア毎の各付与変化周波数の値を異なる周波数変化付与部２２５－ｎに設定する。これにより、各周波数変化付与部２２５－ｎは、異なる周波数変化の値を与えることができる。

基地局通信部２５は、記憶部２３に記憶されている受信データを基地局４への送信データとしてデータ記憶部２３から読み出す。基地局通信部２５は、送信データの符号化及び変調を行い、基地局ダウンリンク信号を生成する。基地局通信部２５は、基地局ダウンリンク信号をアンテナ２６から送信する。

端末局３は、データ記憶部３１と、送受信部３２と、復調部３３と、起動制御部３４と、アンテナ３５とを備える。なお、端末局３は、消費電力を抑制するため、移動中継局２からの起動信号を受信するまでは一部の機能を除きスリープ状態となっている。ここで、一部の機能とは、例えば図２に示しているデータ記憶部３１、送受信部３２、復調部３３及び起動制御部３４である。端末局３は、複数のアンテナ３５を備えてもよい。

データ記憶部３１には、センサが検出した環境データが記憶される。
送受信部３２は、移動中継局２との間で通信を行う。例えば、送受信部３２は、移動中継局２から送信されたダウンリンク信号を受信する。例えば、送受信部３２は、通信制御部３３の指示に応じてデータ記憶部３１から環境データを端末送信データとして読み出す。送受信部３２は、読み出した端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３５から無線により送信する。

送受信部３２は、例えば、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）により信号を送受信する。ＬＰＷＡには、ＬｏＲａＷＡＮ（登録商標）、Ｓｉｇｆｏｘ（登録商標）、ＬＴＥ－Ｍ（Long Term Evolution for Machines）、ＮＢ（Narrow Band）－ＩｏＴ等があるが、任意の無線通信方式を用いることができる。送受信部３２は、他の端末局３と時分割多重、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）などにより送受信を行ってもよい。送受信部３２は、使用する無線通信方式において予め決められた方法により、複数本のアンテナ３５から送信する信号のビーム形成を行ってもよい。

復調部３３は、送受信部３２によって受信されたダウンリンク信号を復調する。送受信部３２によって受信されたダウンリンク信号は、異なる周波数変換が与えられた起動信号と、周波数変換が与えられていない起動信号とを合成した信号である。移動中継局２と、端末局３との距離に応じて、ダウンリンク信号にはドップラー変化が生じている。

起動制御部３４は、復調部３３により復調されたダウンリンク信号に含まれる起動信号に応じて、スリープ状態から起動状態にする。

基地局４は、アンテナ４１を備える。基地局４は、アンテナ４１により受信した端末ダウンリンク信号を、電気信号に変換した後に復調及び復号を行い、受信波形情報を得る。基地局４は、受信波形情報が示す端末アップリンク信号の受信処理を行う。このとき、基地局４は、端末局３が送信に使用した無線通信方式により受信処理を行って端末送信データを取得する。

無線通信システム１の動作を説明する。
図８は、実施形態における無線通信システム１が行う端末局３の起動処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図８に示す例では、端末局３‐１がエリアＡ１に配置され、端末局３‐２がエリアＡ２に配置されているものとして説明する。

動作制御部２４１は、移動中継局２の現在位置が、データ収集エリアの上空であると判定する（ステップＳ１０１）。動作制御部２４１は、設定部２４２に対して周波数変化の値の取得を指示するとともに、端末通信部２２に対して起動信号の送信を指示する。設定部２４２は、動作制御部２４１からの指示に応じて、付与テーブル２３３を参照して、エリア毎（例えば、エリア“Ａ１”，“Ａ２”，・・・）の付与変化周波数の値（例えば、付与変化周波数“Ｆ１”，“Ｆ２”，・・・）を取得する（ステップＳ１０２）。

設定部２４２は、取得したエリア毎の付与変化周波数の値を各周波数変化付与部２２５－ｎに設定する（ステップＳ１０３）。例えば、設定部２４２は、取得したエリア“Ａ１”の付与変化周波数の値“Ｆ１”を周波数変化付与部２２５－１に設定し、取得したエリア“Ａ２”の付与変化周波数の値“Ｆ２”を周波数変化付与部２２５－２に設定する。

起動信号生成部２２３は、動作制御部２４１からの指示に応じて起動信号を生成する（ステップＳ１０４）。起動信号生成部２２３は、生成した起動信号を分配部２２４に出力する。分配部２２４は、起動信号を入力とする。分配部２２４に入力された起動信号を分配する（ステップＳ１０５）。これにより、起動信号は、各周波数変化付与部２２５に入力される。

各周波数変化付与部２２５は、入力された起動信号に対して、設定部２４２により設定された付与変化周波数の値を付与する（ステップＳ１０６）。各周波数変化付与部２２５は、付与変化周波数の値を付与した起動信号を合成部２２６に出力する。合成部２２６には、各周波数変化付与部２２５－ｎから出力された起動信号が入力される。

合成部２２６は、入力された各起動信号を合成して合成起動信号を生成する（ステップＳ１０７）。合成部２２６は、生成した合成起動信号を送受信部２２１に出力する。送受信部２２１は、合成部２２６から出力された合成起動信号をダウンリンク信号としてアンテナ２１を介して送信する（ステップＳ１０８）。移動中継局２から送信されたダウンリンク信号は、移動中継局２から送信された電波が届く範囲に位置する端末局３－１及び３－２で受信される（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。

端末局３－１の送受信部３２は、受信したダウンリンク信号を復調部３３に出力する。端末局３－１の復調部３３は、ダウンリンク信号を復調する（ステップＳ１１１）。ここで、ダウンリンク信号には、異なる周波数変化が与えられた複数の起動信号が含まれる。異なる周波数変化を与えた信号同士が干渉することにはなるが、フレーム内ドップラー変化により、エリアに適した周波数変化付与後の信号のみが強調され、他の周波数変化付与後の信号は周波数拡散される。エリア“Ａ１”に配置されている端末局３－１の復調部３３は、付与変化周波数“Ｆ１”が付与された起動信号を復調することができる。

端末局３－１の起動制御部３４は、復調部３３により復調された起動信号に基づいて、スリープ状態から起動状態とするように制御する（ステップＳ１１２）。端末局３－１の送受信部３２は、データ記憶部に記憶されている環境データに基づく端末アップリンク信号を送信する（ステップＳ１１３）。

端末局３－２の送受信部３２は、受信したダウンリンク信号を復調部３３に出力する。端末局３－２の復調部３３は、ダウンリンク信号を復調する（ステップＳ１１４）。エリア“Ａ２”に配置されている端末局３－２の復調部３３は、付与変化周波数“Ｆ２”が付与された起動信号を復調することができる。端末局３－２の起動制御部３４は、復調部３３により復調された起動信号に基づいて、スリープ状態から起動状態とするように制御する（ステップＳ１１５）。端末局３－２の送受信部３２は、データ記憶部に記憶されている環境データに基づく端末アップリンク信号を送信する（ステップＳ１１６）。

これにより、移動中継局２は、各端末局３から送信された端末アップリンク信号を受信することができる。なお、移動中継局２は、データ収集エリアの上空にいる間は、ステップＳ１０２からステップＳ１０８までの処理を繰り返し実行する。

以上のように構成された無線通信システム１によれば、移動中継局２が、起動信号に周波数変化を与え、周波数変化が与えられた起動信号を送信する。これにより、地上に設置された端末局３において受信された起動信号にドップラーシフトが生じたとしても、そのエリアに適した周波数変化が与えられているため、ドップラーシフトにより起動信号が強調される。そのため、端末局３において起動信号を復調することができる。その結果、端末局３を起動させることができる。このように、無線通信システム１では、上空を移動する移動中継局２から送信された信号にドップラー変化が生じた場合であっても、地上に設置された端末局３を起動させることが可能になる。

さらに、無線通信システム１では、起動信号生成部２２３により生成された起動信号を分配部２２４で分配して複数の周波数変化付与部２２５それぞれに出力し、複数の周波数変化付与部２２５によって周波数変化が与えられた各起動信号を合成部２２６により合成した後に送信する。これにより、複数の周波数変化を与えた起動信号を合成して送信することができる。異なる周波数変化が与えられた起動信号同士が干渉することにはなるが、フレーム内ドップラー変化により、各エリアに配置された端末局３が受信する軌道信号では、各エリアに適した周波数変化付与後の起動信号のみが強調され、他の周波数変化付与後の起動信号は周波数拡散される。そのため、各エリアに配置された端末局３が起動信号を復調することができ、起動することが可能になる。

以下、無線通信システム１の変形例について説明する。
上述した実施形態では、移動中継局２が、軌道情報２３１と時刻情報とに基づいて、移動中継局２がデータ収集エリアの上空にいるか否かを判定する構成を示した。移動中継局２は、他の方法で、移動中継局２がデータ収集エリアの上空にいるか否かを判定するように構成されてもよい。具体的には、移動中継局２は、端末局３からデータ収集を行う開始時刻と終了時刻とを基地局４からの上り通信で把握し、開始時刻から終了時刻までの間、データ収集エリアの上空にいると判定してもよい。

上述した実施形態では、移動中継局２が、電波の届く範囲の各エリアに配置されている端末局３を起動させる構成を示した。移動中継局２は、特定のエリアに配置されている端末局３を起動させるように構成されてもよい。図７に示すように、付与テーブル２３３には、エリア毎の付与変化周波数の値が登録されている。そのため、移動中継局２は、端末局３を起動させたいエリアに対応する付与変化周波数の値のみを起動信号に付与して送信すればよい。具体的には、まず設定部２４２は、特定のエリアに設置されている端末局３を起動させる指示が入力された場合、付与テーブル２３３を参照し、特定のエリアに対応する付与変化周波数の値を取得する。例えば、特定のエリアが１つのエリアである場合、設定部２４２は付与テーブル２３３を参照し、１つの特定のエリアに対応する付与変化周波数の値を取得する。次に、設定部２４２は、取得した付与変化周波数の値を全ての周波数変化付与部２２５に設定する。これにより、合成部２２６により生成される合成起動信号には、特定のエリアに対応する付与変化周波数の値のみが付与された起動信号が含まれる。そして、送受信部２２１は、生成された合成起動信号を送信する。これにより、特定のエリアに対する起動信号がより強調されることになる。その結果、特定のエリアに配置されている端末局３がより確実に起動信号を復調及び復号することができる。その結果、特定のエリアに配置されている端末局３のみを起動させることができる。そのため、起動不要な端末局３を起動させることがなく、消費電力を抑制することができる。なお、特定のエリアは、１つ以上であればよい。例えば、特定のエリアが２つのエリア（例えば、エリアＡ１，Ａ２）である場合、設定部２４２は付与テーブル２３３を参照し、２つの特定のエリアに対応する付与変化周波数の値をそれぞれ取得する。次に、設定部２４２は、取得した付与変化周波数の各値を、周波数変化付与部２２５に設定する。この際、設定部２４２は、取得した付与変化周波数の各値を、周波数変化付与部２２５に均等に設定してもよいし、予め定められた割合で設定してもよい。周波数変化付与部２２５の数が４台として、取得した付与変化周波数の各値を周波数変化付与部２２５に均等に設定する場合、設定部２４２はエリアＡ１に対応する付与変化周波数の値を周波数変化付与部２２５－１～２に設定し、エリアＡ２に対応する付与変化周波数の値を周波数変化付与部２２５－３～４に設定すればよい。周波数変化付与部２２５の数が４台として、取得した付与変化周波数の各値を周波数変化付与部２２５に予め定められた割合（例えば、エリアＡ１とエリアＡ２との割合が３：１）で設定する場合、設定部２４２はエリアＡ１に対応する付与変化周波数の値を周波数変化付与部２２５－１～３に設定し、エリアＡ２に対応する付与変化周波数の値を周波数変化付与部２２５－４といったように、割合に応じて設定すればよい。

上述した実施形態では、移動中継局２が、周波数変化の値が付与無しで起動可能なエリアに配置されている端末局３を起動させるために、周波数変化付与部２２５において０Ｈｚ／ｓの値を起動信号に付与する構成を示した。この場合、分配部２２４によりＮ個の経路に分配された起動信号それぞれに周波数変化の値を付与するために、Ｎ個の周波数変化付与部２２５が必要になる。それに対して、移動中継局２が、（Ｎ－１）個の周波数変化付与部２２５を備え、分配部２２４により分配されるＮ個の経路のうち、１個の経路が分配部２２４と合成部２２６とを直接結ぶ経路（周波数変化付与部２２５を介さない経路）となるように構成されてもよい。すなわち、移動中継局２が、分配部２２４によりＮ個の経路に分配された起動信号（Ｎ個の起動信号）のうち、（Ｎ－１）個の起動信号に対して（Ｎ－１）個の周波数変化付与部２２５により周波数変化の値を付与し、１個の起動信号を合成部２２６に直接入力するように構成されてもよい。この場合、（Ｎ－１）個の周波数変化付与部２２５は、０以外の周波数付与の値を付与する。そして、分配部２２４により分配されて合成部２２６に直接入力された起動信号が、周波数変化の値が付与無しで起動可能なエリアに配置されている端末局３を起動させるための起動信号となる。
このように構成されることによって、上述した実施形態の構成に比べて、移動中継局２の構成を削減することができる。

なお、上記実施形態において、移動中継局が搭載される移動体は、ＬＥＯ衛星である場合を説明したが、静止衛星、ドローンやＨＡＰＳなど上空を飛行する他の飛行体であってもよい。

上述した実施形態における移動中継局２が行う一部又は全ての処理をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、移動中継局が搭載される移動体と通信を行う技術に適用できる。

１…無線通信システム，
２…移動中継局，
３…端末局，
４…基地局，
２１…アンテナ，
２２…端末通信部，
２３…記憶部
２４…制御部，
２５…基地局通信部，
２６…アンテナ，
３１…データ記憶部，
３２…送受信部，
３３…復調部，
３４…復調部，
３５…アンテナ，
４１…アンテナ，
２２１…送受信部，
２２２…端末信号復調部，
２２３…起動信号生成部
２２４…分配部
２２５－１～２２５－Ｎ…周波数変化付与部
２２６…合成部
２４１…動作制御部，
２４２…設定部

Claims (4)

1. 地上に設置された１以上の通信装置と、移動する無線通信装置とを有する無線通信システムにおける前記無線通信装置であって、
   前記１以上の通信装置を起動するための起動信号を生成する起動信号生成部と、
   前記起動信号生成部により生成された前記起動信号に、ドップラーシフトの時変動を事前補償するための周波数変化を与える１つ以上の周波数変化付与部と、
   前記１つ以上の周波数変化付与部に周波数変化が与えられた起動信号を送信する送信部と、
   を備え、
   前記１つ以上の周波数変化付与部は、複数の周波数変化付与部であり、
   前記起動信号生成部により生成された前記起動信号を分配して前記複数の周波数変化付与部それぞれに出力する分配部と、
   前記複数の周波数変化付与部によって前記周波数変化が与えられた各起動信号を合成する合成部と、
   をさらに備え、
   前記送信部は、前記合成部により合成された後の起動信号を送信し、
   前記複数の周波数変化付与部の少なくとも一部は、前記分配部により分配された前記起動信号に対して、設定された割合に応じて同一の前記周波数変化を与える、
   無線通信装置。
2. 前記１つ以上の周波数変化付与部が与える前記周波数変化の値を、前記１つ以上の周波数変化付与部毎に設定する設定部、をさらに備え、
   前記設定部は、前記無線通信装置から見た地上のエリア毎に設定された前記周波数変化の値を、前記１つ以上の周波数変化付与部毎に設定する、
   請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記設定部は、特定のエリアに設置されている前記１以上の通信装置を起動させる指示が入力された場合、前記特定のエリアに対応する前記周波数変化の値を、前記１つ以上の周波数変化付与部に設定する、
   請求項２に記載の無線通信装置。
4. 地上に設置された１以上の通信装置と、移動する無線通信装置とを有する無線通信システムにおける前記無線通信装置が行う起動方法であって、
   前記１以上の通信装置を起動するための起動信号を生成し、
   生成した前記起動信号に、ドップラーシフトの時変動を事前補償するための周波数変化を与え、
   周波数変化が与えられた起動信号を送信し、
   生成された前記起動信号を分配して、前記起動信号に前記周波数変化を与える複数の周波数変化付与部それぞれに出力し、
   前記複数の周波数変化付与部によって前記周波数変化が与えられた各起動信号を合成し、
   合成された後の起動信号を送信し、
   前記複数の周波数変化付与部の少なくとも一部が、分配された前記起動信号に対して、設定された割合に応じて同一の前記周波数変化を与える、
   起動方法。