JP7442468B2 - 制御装置、衛星通信システム、制御方法、及び、制御プログラム - Google Patents

Description

本開示は、制御装置、衛星通信システム、制御方法、及び、制御プログラムに関する。

人工衛星の周波数リソースを動的に割当てる衛星通信システムがある。当該衛星通信システムにおいて、地上に配置されたリソース割当て制御装置が衛星制御センターを介して人工衛星の周波数リソースを再構成する。

米国特許第９７３６８４４号明細書

特許文献１は、周波数フレキシビリティを実現するための周波数リソース割当てに関するリソース制御技術を開示している。しかしながら、特許文献１は、アンテナ素子間における入出力信号の伝送経路を構成する機器に故障が発生した場合において、人工衛星の周波数リソースを効率的に運用するために周波数リソースを再構成する技術を開示していない。当該機器は、具体例として信号の増幅器又は周波数コンバータである。

本開示は、アンテナ素子間における入出力信号の伝送経路を構成する機器に故障が発生した場合において、人工衛星が備える中継器の周波数リソースを効率的に運用するために中継器の信号伝送経路を再構成することを目的とする。

本開示に係る制御装置は、
複数の受信アンテナ素子と、
複数の送信アンテナ素子と、
前記複数の受信アンテナ素子それぞれと、前記複数の送信アンテナ素子それぞれとを結ぶ複数の信号伝送経路に１対１で対応する複数の素子系統と、
前記複数の信号伝送経路を変更するスイッチ機能を有する少なくとも１つのスイッチ機能部と
を備える中継器を搭載している人工衛星の前記中継器を制御する制御装置であって、
前記複数の素子系統が故障している機器である故障機器を有する素子系統である故障素子系統を含む場合に、前記複数の素子系統それぞれが前記中継器の通信全体に寄与する度合いを示す寄与率を素子系統ごとに求め、求めた寄与率のうち相対的に低い寄与率に対応する素子系統を低寄与素子系統として判定する寄与率判定部と、
前記低寄与素子系統が前記故障素子系統とは異なる場合に、前記故障素子系統に対応する受信アンテナ素子と送信アンテナ素子とを結ぶ新たな信号伝送経路が構成されるよう前記少なくとも１つのスイッチ機能部の少なくともいずれかを制御する指示を示す制御コマンドを生成するテレメトリコマンド制御部と
を備え、
前記新たな信号伝送経路は、前記低寄与素子系統に対応する信号伝送経路を用い、かつ、前記故障機器を回避する。

本開示によれば、素子系統に故障機器がある場合において、テレメトリコマンド制御部は、新たな信号伝送経路が中継器において構成されるよう制御する指示を示す制御コマンドを生成する。新たな信号伝送経路は、相対的に低い寄与率に対応する素子系統の信号伝送経路を用い、かつ、故障機器を回避する。従って、本開示によれば、アンテナ素子間における入出力信号の伝送経路を構成する機器に故障が発生した場合において、人工衛星が備える中継器の周波数リソースを効率的に運用するために中継器の信号伝送経路を再構成することができる。

実施の形態１に係る衛星通信システム９０の構成例。 実施の形態１に係る中継器１００構成例。 実施の形態１に係る制御地球局２の構成例。 実施の形態１に係る制御装置２００のハードウェア構成例。 実施の形態１に係る中継器１００の動作を説明する図。 実施の形態１に係る中継器１００の動作を説明する図。 実施の形態１に係る中継器１００の動作を説明する図。 実施の形態１の変形例に係る制御装置２００のハードウェア構成例。 実施の形態２に係るユーザ通信制御地球局２１０と中継器制御地球局２２０との構成例。 実施の形態３に係る中継器制御送受信地球局２２１と中継器制御局２２２との構成例。 実施の形態４に係る中継器１００構成例。 実施の形態５に係る中継器１００構成例。 実施の形態６に係る中継器１００構成例。 実施の形態６に係る制御地球局２３０の構成例。

実施の形態の説明及び図面において、同じ要素及び対応する要素には同じ符号を付している。同じ符号が付された要素の説明は、適宜に省略又は簡略化する。図中の矢印はデータの流れ又は処理の流れを主に示している。また、「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」又は「サーキットリー」に適宜読み替えてもよい。

実施の形態１．
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係る衛星通信システム９０の構成例を示している。人工衛星１は、制御地球局２が配置された地上のエリアに対して送信ビーム及び受信ビームを照射することによりカバーエリア３－１を形成する。カバーエリア３は、人工衛星１と制御地球局２とのそれぞれとの間で信号を伝送することができるエリアである。“－１”等は、複数存在する要素を互いに区別するための表記である。人工衛星１は他のエリアに対してもビームを複数同時に照射することができ、カバーエリア３－２からカバーエリア３－Ｎを形成する。Ｎは自然数である。実線による円はカバーエリア３内に制御地球局２があることを示しており、破線による円はカバーエリア３内に制御地球局２がないことを示している。衛星通信システム９０は、後述の中継器１００と制御装置２００とを備える。

人工衛星１は、カバーエリア３を形成する送信ビームと受信ビームとに関して、ビームの周波数帯域を動的に変更する機能と、ビームを照射する方向とカバーエリア３の形状とを動的に変更する機能とを有している。
人工衛星１は、周波数フレキシビリティを実現するためのデジタルチャネライザの機能に加え、エリアフレキシビリティを実現するため、複数のアンテナ素子により構成されるアレイアンテナを用いてデジタルビームフォーミングによりビーム形成する機能を有する。アンテナ素子は、受信アンテナ素子１０と送信アンテナ素子１６との総称である。

図１に示されていないが、各カバーエリア３には、制御地球局２だけでなく、人工衛星１を介して制御地球局２と通信するユーザ地球局が存在する。ユーザ地球局は、何個存在してもよく、衛星通信システム９０のリソース再構成には直接的に関与しない。また、制御地球局２は、カバーエリア３－１内に配置される代わりに他のカバーエリア３内に配置されてもよく、複数の制御地球局２が複数のカバーエリア３内に配置されてもよく、複数の制御地球局２が１つのカバーエリア３内に配置されてもよい。以下、説明の便宜上、１つの制御地球局２が１つのカバーエリア３内に配置されているケースを具体例として説明する。制御地球局２は、ユーザ地球局と通信する機能に加え、人工衛星１が搭載している機器に対する監視制御を行う機能を有している。当該機器は、具体例として、地球局間の通信信号を中継する中継器である。地球局は、制御地球局２とユーザ地球局と制御地球局２の機能の少なくとも一部を有する地球局との総称である。地球局は移動局であっても固定局であってもよい。衛星通信システム９０によるリソース再構成の一例は、制御地球局２が有するユーザ地球局との通信機能と、中継器１００の制御機能とを用いて実現される。

図２は、人工衛星１が搭載している中継器１００の構成例を示している。中継器１００は、本図に示すように、複数の受信アンテナ素子１０と、複数のＬＮＡ１１と、複数のＤＣＯＮ１２と、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３と、複数のＵＣＯＮ１４と、複数のＴＷＴＡ１５と、複数の送信アンテナ素子１６と、少なくとも１つのスイッチ機能部１７と、テレメトリコマンド制御部１８と、制御用アンテナ１９と、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）送受信部２０と、モデム２１とを備える。
中継器１００は、複数の受信アンテナ素子１０それぞれと、複数の送信アンテナ素子１６それぞれとを結ぶ複数の信号伝送経路を備える。複数の信号伝送経路は、複数の素子系統に１対１で対応する。素子系統はアンテナ素子系統とも呼ばれる。
少なくとも１つのスイッチ機能部１７それぞれは、複数の信号伝送経路を変更するスイッチ機能を有する。スイッチ機能部１７それぞれはマトリックススイッチャであってもよい。中継器１００は、複数の素子系統のうち、複数の受信アンテナ素子１０が受信した信号を処理する部分を受信系としてもよい。受信系は、少なくとも１つのスイッチ機能部１７の少なくともいずれかを備えてもよい。中継器１００は、複数の素子系統のうち、複数の送信アンテナ素子１６が送信する信号を処理する部分を送信系としてもよい。送信系は、少なくとも１つのスイッチ機能部１７の少なくともいずれかを備えてもよい。

受信アンテナ素子１０－１から受信アンテナ素子１０－Ｎは、制御地球局２が送信した通信信号を受信する。

ＬＮＡ１１－１からＬＮＡ１１－Ｎは、受信アンテナ素子１０が受信した通信信号を増幅する。ＬＮＡは低雑音増幅器の略記である。

ＤＣＯＮ１２－１からＤＣＯＮ１２－Ｎは、ＬＮＡ１１が増幅した通信信号を、後段のデジタル信号処理において扱いやすい周波数に変更する。ＤＣＯＮはダウンコンバータの略記である。ここで符号Ｎは、複数の受信アンテナ素子１０に対応して複数の処理回路を中継器１００が持つことを意味している。

ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３は、ＤＣＯＮ１２が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号の周波数帯域を分割して受信デジタルビームフォーミングの励振係数を乗算する。ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３は、ＤＣＯＮ１２が出力した信号全てに対して同様の処理を実施し、処理を実施した信号を合成する。ここで、ＤＣＨはデジタルチャネライザの略記であり、ＤＢＦはデジタルビームフォーミングの略記である。デジタル信号の周波数帯域を分割することは分波に当たる。励振係数は、受信アンテナ素子１０に対するビーム毎の振幅及び位相の係数である。
ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３は、合成した信号を任意のビームに対する出力側へスイッチングした後、各送信アンテナ素子１６向けに信号を分配して送信デジタルビームフォーミングの励振係数を乗算する。ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３は、前段において周波数帯域を分割した信号を送信ビームの周波数帯域に合わせて結合し、結合した信号をアナログ変換し、変換したアナログ信号を出力する。ここで、送信ビームの周波数帯域に合わせて結合することは合波に当たる。このように入力信号の周波数帯域を粒度が細かい帯域によりスイッチングする機能により、入力ビームと出力ビームとの間で任意の帯域幅の信号を中継することができるため、周波数フレキシビリティが実現される。また、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３が、励振係数を乗算して各受信アンテナ素子１０から入力した信号を合成すること、あるいは各送信アンテナ素子１６へ出力する信号へ分配して励振係数を乗算することにより、受信ビームと送信ビームとのエリアフレキシビリティが実現される。

ＵＣＯＮ１４－１からＵＣＯＮ１４－Ｎは、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３が出力した信号を実際の送信周波数に変換する。ＵＣＯＮはアップコンバータの略記である。

ＴＷＴＡ１５－１からＴＷＴＡ１５－Ｎは、送信周波数に変換された信号を増幅する。ＴＷＴＡは進行波菅増幅器の略記である。なお、ＴＷＴＡ１５－１からＴＷＴＡ１５－Ｎとして、送信信号の出力によっては固体電力増幅器（ＳＳＰＡ）が用いられてもよい。

送信アンテナ素子１６－１から送信アンテナ素子１６－Ｎは、増幅された信号を送信する。各送信アンテナ素子１６については、送信信号の利得を稼ぐために反射鏡を用いて開口径を大きくしてもよい。各受信アンテナ素子１０についても、受信信号の利得を稼ぐために反射鏡を用いて開口径を大きくしてもよい。

スイッチ機能部１７－１からスイッチ機能部１７－６は、前述した中継器内の各機器間を接続し、信号伝送経路を決定する。「ＳＷ Ｍａｔｒｉｘ」は、マトリックススイッチャを示す。スイッチ機能部１７－１からスイッチ機能部１７－６が操作されることにより信号伝送経路が変更され、中継器１００のリソースを再構成することができる。その結果、任意の入力ポートの信号を任意の出力ポートへ伝送することができる。

中継器１００は、制御地球局２からの制御コマンドに従い中継器１００内の各機器を制御するテレメトリコマンド制御部１８を備える。テレメトリコマンド制御部１８は、スイッチ制御部１８１を有している。
テレメトリコマンド制御部１８は、中継器１００内の各機器の状態をテレメトリにより制御地球局２へ伝える機能も有する。そのため、制御地球局２は、テレメトリコマンド制御部１８によって伝えられた情報に基づいて中継器１００内の各機器の故障状態等を監視してもよい。テレメトリコマンド制御部１８と制御地球局２との間の信号伝送は、制御用アンテナ１９と、ＲＦ送受信部２０と、モデム２１とを介して行われる。

スイッチ制御部１８１は、スイッチ機能部１７－１からスイッチ機能部１７－６を制御することにより、中継器１００内の各機器間における信号伝送経路を変更することができる。

制御用アンテナ１９は、テレメトリコマンドの制御信号を送受信するためのアンテナである。

ＲＦ送受信部２０は、信号を増幅し、信号の周波数を変換する。

モデム２１は、信号の変調及び復調と、信号の符号化及び復号化とを実行する。

図３は、制御地球局２の構成例を示している。前述の通り、制御地球局２は、人工衛星１との制御信号の送受信、即ちテレメトリコマンドの送受信を実行するだけでなく、人工衛星１を介してユーザ地球局と通信する地球局である。制御地球局２は、送受信アンテナ３０と、信号の増幅及び信号の周波数変換を行うＲＦ送受信部３１と、信号の変調及び復調と信号の符号化及び復号化とを行うモデム３２と、テレメトリコマンド制御部３３と、励振係数決定部３４と、トラヒック測定部３５と、寄与率判定部３６と、データ送受信部３７とを有する。なお、テレメトリコマンド制御部３３と、励振係数決定部３４と、トラヒック測定部３５と、寄与率判定部３６とは、制御装置２００の構成要素でもある。ただし、制御装置２００は、他の構成要素を備えてもよく、一部の構成要素を備えなくてもよい。制御装置２００は、中継器１００を搭載している人工衛星１の中継器１００を制御する。制御装置２００は、本実施の形態において地球局に配置されている。
トラヒック測定部３５は、モデム３２が送受信した信号のうちユーザ地球局と通信した信号について、ユーザ地球局が属するビーム毎に一定期間内に通信したデータ量をカウントし、ビーム毎のデータ利用量を統計情報として管理する。
モデム３２は、人工衛星１の送信ビームと受信ビームとを分けてデータ利用量を管理する。データ送受信部３７は、モデム３２と接続されており、地上のネットワークを介して他の地上通信機器との間でユーザ地球局と通信するデータを送受信する。

一方、制御地球局２は、テレメトリコマンド制御部３３がテレメトリ監視とコマンド制御とを行うことにより中継器１００に対する監視制御を行う。本実施の形態では、中継器１００が持つ送信デジタルビームフォーミング及び受信デジタルビームフォーミングの励振係数を励振係数決定部３４が決定し、テレメトリコマンド制御部３３が励振係数を含むコマンドを生成し、テレメトリコマンド制御部３３が生成したコマンドを制御地球局２が人工衛星１に送信することにより、中継器１００に励振係数を設定する。励振係数は、アンテナ素子に対するビーム毎の振幅及び位相を示す係数である。また、テレメトリコマンド制御部３３は寄与率判定部３６が判定した情報に基づいてスイッチ機能部１７を切替えるコマンドを生成し、テレメトリコマンド制御部３３が生成したコマンドを制御地球局２は人工衛星１に送信する。
寄与率判定部３６は、複数の素子系統が故障素子系統を含む場合に、寄与率を素子系統ごとに求め、求めた寄与率のうち相対的に低い寄与率に対応する素子系統を低寄与素子系統として判定する。故障素子系統は、故障している機器である故障機器を有する素子系統である。寄与率は、複数の素子系統それぞれが中継器１００の通信全体に寄与する度合いを示す。寄与率判定部３６は、受信系が故障機器である受信系故障機器を有する場合に、複数の受信アンテナ素子１０それぞれが受信指定期間において受信したデータの量である受信データ量に応じて寄与率を求めてもよい。寄与率判定部３６は、受信系が故障機器である受信系故障機器を有する場合に、複数の受信アンテナ素子１０それぞれに対応する励振係数を用いて寄与率を求めてもよい。寄与率判定部３６は、受信アンテナ素子１０ごとに受信データ量と励振係数との比率を求め、求めた比率を用いて寄与率を求めてもよい。寄与率判定部３６は、送信系が故障機器である送信系故障機器を有する場合に、複数の送信アンテナ素子１６それぞれが送信指定期間において送信したデータの量である送信データ量に応じて寄与率を求めてもよい。寄与率判定部３６は、送信アンテナ素子１６ごとに送信データ量と励振係数との比率を求め、求めた比率を用いて寄与率を求めてもよい。寄与率判定部３６は、受信データ量又は送信データ量を寄与率としてもよく、励振係数を寄与率としてもよく、求めた比率を寄与率としてもよい。寄与率判定部３６は、送信系が故障機器である送信系故障機器を有する場合に、複数の送信アンテナ素子１６それぞれに対応する励振係数を用いて寄与率を求めてもよい。
テレメトリコマンド制御部３３は、低寄与素子系統が故障素子系統とは異なる場合に、故障素子系統に対応する受信アンテナ素子１０と送信アンテナ素子１６とを結ぶ新たな信号伝送経路が構成されるよう少なくとも１つのスイッチ機能部１７の少なくともいずれかを制御する指示を示す制御コマンドを生成する。新たな信号伝送経路は、低寄与素子系統に対応する信号伝送経路を用い、かつ、故障機器を回避する。

寄与率判定部３６は、二種類の判定情報のうち少なくとも一方を用いて、人工衛星１が有する各アンテナ素子がビーム利用にどの程度寄与しているか、あるいは人工衛星１が有する各アンテナ素子がビーム形成にどの程度寄与しているかを判定する。即ち、寄与率判定部３６は、衛星通信システム９０における人工衛星１のアンテナ素子の重要度を判定する。寄与率判定部３６はアンテナ素子寄与率判定部とも呼ばれる。二種類の判定情報は、寄与率判定部３６が重要度を判定する際に用いる情報である。

二種類の判定情報の一方は、トラヒック測定部３５が測定した送信ビーム及び受信ビーム毎のデータ量である。寄与率判定部３６は、当該データ量を入力情報として、衛星通信システム９０におけるビーム利用への寄与率を判定する。寄与率判定部３６は、衛星通信システム９０全体の通信データ量に対する各ビームの通信データ量の比率を寄与率とし、通信データ量が少ないほどビーム利用への寄与率が低いと判定する。寄与率判定部３６は、一つのビーム形成に用いられた一つ以上のアンテナ素子それぞれは等しく当該一つのビーム形成に関わったとみなし、また、各アンテナ素子について、ビーム形成に関わったビーム毎に寄与率を判定する。
簡単な具体例として、一つのビームを一つのアンテナ素子が形成する場合、アンテナ素子とビーム形成とが一対一に対応するため、寄与率判定部３６は、一つのアンテナ素子に対して一つの寄与率を判定する。また、ビームが複数のアンテナ素子により形成される場合、寄与率判定部３６は、一つのアンテナ素子に対して複数の寄与率を判定し、後述の別の入力情報と、判定した寄与率によって重み付けした結果とに基づいて寄与率を判定する。

二種類の判定情報の他方は、励振係数決定部３４が決定した励振係数から求まる人工衛星１のアンテナ素子に対するビーム毎の振幅の係数である。寄与率判定部３６は、当該係数を入力情報として、ビーム形成への寄与率を判定する。寄与率判定部３６は、振幅の係数が小さいほど、即ち、振幅の係数がゼロに近いほど、ビーム形成への寄与率が低いと判断する。一つのビームが複数のアンテナ素子により形成される場合、一つのアンテナ素子に対して複数の寄与率、即ちビーム毎の寄与率が得られる。寄与率判定部３６は、一つのアンテナ素子に対して一つの寄与率を得るために、ビーム毎に一つのアンテナ素子が持つ振幅の係数それぞれを二乗し、ビーム毎に得られた二乗値の平均値を求め、求めた平均値を一つアンテナ素子の寄与率として判定する。

ビームが複数のアンテナ素子により形成される場合、人工衛星１のアンテナ素子の寄与率を判定する他の方法を説明する。励振係数決定部３４からの入力情報によりビーム形成への寄与率を判定する前述の方法と同様、寄与率判定部３６はビーム毎に一つのアンテナ素子が持つ振幅の係数それぞれを二乗した値を第一段階の寄与率として求める。さらに、トラヒック測定部３５からの入力情報によりビーム利用への寄与率を判定する前述の方法と同様に、寄与率判定部３６は、一つのアンテナ素子当たり複数あるビーム毎の寄与率を第二段階の寄与率として求める。寄与率判定部３６は、第一段階の寄与率それぞれに対して第二段階の寄与率それぞれをビーム毎に乗算し、ビーム毎に得られた積の平均値を求め、求めた平均値を一つのアンテナ素子の寄与率として判定する。以上の方法により、寄与率判定部３６は寄与率が最も低いアンテナ素子を判定する。

以上に示したように、寄与率判定部３６は、衛星通信システム９０に対して最も寄与率の低いアンテナ素子を判定する。そのため、中継器１００は、中継器１００内の機器に故障が発生した場合に、利用に関して優先度が低いアンテナ素子を特定し、寄与率が高いアンテナ素子を継続して利用するよう制御することができる。この際の中継器１００における制御の具体的な実施例については後述する。
制御地球局２が制御コマンドを送信する動作の概要を説明する。テレメトリコマンド制御部３３は、中継器１００内の機器状態をテレメトリによって監視する。テレメトリコマンド制御部３３は、中継器１００が備える機器に故障が発生した場合に、寄与率判定部３６の判定結果に基づいてスイッチ機能部１７－１からスイッチ機能部１７－Ｎの少なくともいずれかを切替える制御コマンドを生成し、モデム３２と、ＲＦ送受信部３１と、送受信アンテナ３０とを介して中継器１００に対して生成した制御コマンドを送信する。

図４は、本実施の形態に係る制御装置２００のハードウェア構成例を示している。制御装置２００は、コンピュータ８０から成る。制御装置２００は、複数のコンピュータから成ってもよい。

コンピュータ８０は、本図に示すように、プロセッサ８１と、メモリ８２と、補助記憶装置８３と、入出力ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）８４と、通信装置８５と等のハードウェアを備えるコンピュータである。これらのハードウェアは、信号線８９を介して適宜接続されている。

プロセッサ８１は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）であり、かつ、コンピュータが備えるハードウェアを制御する。プロセッサ８１は、具体例として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、又はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。
制御装置２００は、プロセッサ８１を代替する複数のプロセッサを備えてもよい。複数のプロセッサは、プロセッサ８１の役割を分担する。

メモリ８２は、典型的には、揮発性の記憶装置である。メモリ８２は、主記憶装置又はメインメモリとも呼ばれる。メモリ８２は、具体例として、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。メモリ８２に記憶されたデータは、必要に応じて補助記憶装置８３に保存される。

補助記憶装置８３は、典型的には、不揮発性の記憶装置である。補助記憶装置８３は、具体例として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、又はフラッシュメモリである。補助記憶装置８３に記憶されたデータは、必要に応じてメモリ８２にロードされる。
メモリ８２及び補助記憶装置８３は一体的に構成されていてもよい。

入出力ＩＦ８４は、入力装置及び出力装置が接続されるポートである。入出力ＩＦ８４は、具体例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）端子である。入力装置は、具体例として、キーボード及びマウスである。出力装置は、具体例として、ディスプレイである。

通信装置８５は、レシーバ及びトランスミッタである。通信装置８５は、具体例として、通信チップ又はＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）である。

制御装置２００の各部は、他の装置等と通信する際に、通信装置８５を適宜用いてもよい。制御装置２００の各部は、入出力ＩＦ８４を介してデータを受け付けてもよく、また、通信装置８５を介してデータを受け付けてもよい。

補助記憶装置８３は、制御プログラムを記憶している。制御プログラムは、制御装置２００が備える各部の機能をコンピュータに実現させるプログラムである。制御プログラムは、メモリ８２にロードされて、プロセッサ８１によって実行される。制御装置２００が備える各部の機能は、ソフトウェアにより実現される。

制御プログラムを実行する際に用いられるデータと、制御プログラムを実行することによって得られるデータと等は、記憶装置に適宜記憶される。制御装置２００の各部は、適宜記憶装置を利用する。記憶装置は、具体例として、メモリ８２と、補助記憶装置８３と、プロセッサ８１内のレジスタと、プロセッサ８１内のキャッシュメモリとの少なくとも１つから成る。なお、データと情報とは、同等の意味を有することもある。記憶装置は、コンピュータ８０と独立したものであってもよい。
メモリ８２及び補助記憶装置８３の機能は、他の記憶装置によって実現されてもよい。

制御プログラムは、コンピュータが読み取り可能な不揮発性の記録媒体に記録されていてもよい。不揮発性の記録媒体は、具体例として、光ディスク又はフラッシュメモリである。制御プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
制御装置２００の動作手順は、制御方法に相当する。また、制御装置２００の動作を実現するプログラムは、制御プログラムに相当する。

中継器１００内の機器の故障が発生した時の動作を説明する前に、機器の故障が発生する前における中継器１００内の信号伝送経路について図５を用いて説明する。図５において、信号伝送経路が矢印により示されている。具体例として、受信アンテナ素子１０－１が受信した信号がＬＮＡ１１－１に入力されるように、スイッチ機能部１７－１は設定されている。ＬＮＡ１１－１からの出力がＤＣＯＮ１２－１に入力されるように、スイッチ機能部１７－２は設定されている。ＤＣＯＮ１２－１からの出力がＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３の最上段に示されている入力ポートへ入力されるように、スイッチ機能部１７－３は設定されている。最上段に示されている入力ポートは、図５において最上段に位置するよう示されている入力ポートに対応する入力ポートであって、実際に最上段に配置されている入力ポートとは限らない。同様に、受信アンテナ素子１０－２から受信アンテナ素子１０－Ｎが受信した信号も図５に示す矢印に沿ってＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３に入力される。また、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３は、送信アンテナ素子１６－１から送信アンテナ素子１６－Ｎに対応した出力を行う。具体例として、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３の最上段に示されている出力ポートから出力された信号がＵＣＯＮ１４－１に入力されるように、スイッチ機能部１７－４は設定されている。ＵＣＯＮ１４－１の出力がＴＷＴＡ１５－１に入力されるように、スイッチ機能部１７－５は設定されている。ＴＷＴＡ１５－１の出力が送信アンテナ素子１６－１に入力され、地上へ向けて送信されるようにスイッチ機能部１７－６は設定されている。同様に、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３の他の出力についても、図５に示す矢印に沿って送信アンテナ素子１６－２から送信アンテナ素子１６－Ｎに出力される。

次に、中継器１００内の機器に故障が発生し、信号伝送経路を切替える場合の一例を、図６を用いて説明する。地上からの受信信号を処理するＬＮＡ１１－２が故障し、ＬＮＡ１１－２を利用することができなくなったものとする。このとき、中継器１００が冗長系として予備のＬＮＡを具備していれば、中継器１００はＬＮＡ１１－２を冗長系に切り替えてもよい。しかしながら、本実施の形態に係る中継器１００は、予備のＬＮＡを具備していない場合、あるいは予備のＬＮＡが既に利用されている場合における制御を実行する。ＬＮＡ１１－２が故障した場合、図５に示す信号伝送経路のままでは、受信アンテナ素子１０－２が受信した信号を中継器１００は利用することができない。ここで、受信アンテナ素子１０－２の寄与率よりも受信アンテナ素子１０－Ｎの寄与率が低いものとする。このとき、受信アンテナ素子１０－２が受信した信号を継続して利用するために、受信アンテナ素子１０－２が受信した信号が、ＬＮＡ１１－Ｎを経由し、ＤＣＯＮ１２－２を含む信号伝送経路に戻るよう、スイッチ制御部１８１はスイッチ機能部１７－１とスイッチ機能部１７－２とを切替える。これにより、中継器１００は受信アンテナ素子１０－Ｎが受信した信号を利用することができなくなる。しかしながら、受信アンテナ素子１０－Ｎは寄与率が最も低い受信アンテナ素子１０である。そのため、前述のスイッチ制御部１８１による制御は、ＬＮＡ１１－２に故障が発生している状況において、衛星通信システム９０における最も効率的な制御であると考えられる。
ここで、本制御の概要を説明する。まず、制御地球局２は、各アンテナ素子の寄与率を判定し、スイッチ機能部１７－１とスイッチ機能部１７－２とを切替える制御コマンドを人工衛星１に送信する。次に、スイッチ制御部１８１は、制御用アンテナ１９とＲＦ送受信部２０とモデム２１とを介して制御コマンドを受信し、受信した制御コマンドを解釈してスイッチ機能部１７－１とスイッチ機能部１７－２とを切替える。
また、一部のＤＣＯＮ１２が故障した場合において、前述の一部のＬＮＡ１１が故障したケースにおける制御と同様にスイッチ制御部１８１がスイッチ機能部１７－２とスイッチ機能部１７－３とを適宜切替えることにより、中継器１００は一部のＤＣＯＮ１２の故障に対応することができる。

図６は、受信系の機器に故障が発生した場合における具体例だけでなく、送信系の機器に故障が発生した場合における具体例についても示している。図６は、ＵＣＯＮ１４－１が故障した場合を一例として示している。この場合における中継器１００の処理は、前述のＬＮＡ１１の故障に関する中継器１００の処理と同様である。地上への送信信号を処理するＵＣＯＮ１４－１が故障し、ＵＣＯＮ１４－１を利用することができなくなったものとする。このとき、中継器１００が冗長系として予備のＵＣＯＮを具備していれば、中継器１００はＵＣＯＮ１４－１を冗長系に切り替えてもよい。しかしながら、本実施の形態に係る中継器１００は、予備のＵＣＯＮを具備していない場合、あるいは予備のＵＣＯＮが既に利用されている場合における制御を実行する。ＵＣＯＮ１４－１が故障した場合、図５に示す信号伝送経路のままでは、送信アンテナ素子１６－１が送信しようとしている信号を中継器１００は利用することができない。ここで、送信アンテナ素子１６－１の寄与率よりも送信アンテナ素子１６－Ｎの寄与率が低いものとする。このとき、送信アンテナ素子１６－１が信号を継続して送信するために、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３が出力した信号がＵＣＯＮ１４－Ｎを経由し、ＴＷＴＡ１５－１を含む信号伝送経路に戻るよう、スイッチ制御部１８１はスイッチ機能部１７－４とスイッチ機能部１７－５とを切替える。これにより、中継器１００は送信アンテナ素子１６－Ｎの送信信号を利用することができなくなる。しかしながら、送信アンテナ素子１６－Ｎは寄与率が最も低い送信アンテナ素子１６である。そのため、前述のスイッチ制御部１８１による制御は、送信アンテナ素子１６－Ｎが故障している状況において、衛星通信システム９０における最も効率的な制御であると考えられる。
ここで、制御地球局２の制御は前述の制御と同様である。即ち、制御地球局２は、スイッチ制御部１８１がスイッチ機能部１７－４とスイッチ機能部１７－５とを制御する制御コマンドを生成し、生成した制御コマンドを人工衛星１に送信する。
また、一部のＴＷＴＡ１５が故障した場合において、前述の一部のＵＣＯＮ１４が故障したケースにおける制御と同様にスイッチ制御部１８１がスイッチ機能部１７－５とスイッチ機能部１７－６とを適宜切替えることにより、中継器１００は一部のＴＷＴＡ１５の故障に対応することができる。

図６に示すような故障が発生したケースに対する制御方法に関して、送信ビームと受信ビームがそれぞれ一つのアンテナ素子により形成される場合における、制御地球局２による制御方法を補足して説明する。一般的な衛星通信システム９０では、双方向通信をすることができるように、送信ビームと受信ビームとのそれぞれに対応するカバーエリア３が同じエリアとなるように設計される。
送信ビームと受信ビームがそれぞれ一つのアンテナ素子により形成される場合において、前述のように受信系のＬＮＡ１１－２の故障により受信アンテナ素子１０－Ｎが受信した信号を利用することができなくなるように制御すると、受信アンテナ素子１０－Ｎに対応するカバーエリア３においては双方向通信を実現することができない。そのため、当該カバーエリア３に対応する送信アンテナ素子１６の利用価値が低減し、当該送信アンテナ素子１６が衛星通信システム９０として傾向的に利用されなくなることがある。従って、その後にＵＣＯＮ１４に故障が発生した場合には、当該送信アンテナ素子１６が伝送するデータ量が減少しているために当該送信アンテナ素子１６の寄与率が低くなっている。従って、衛星通信システム９０は、当該カバーエリア３に対応する受信ビーム及び送信ビームを利用することができないよう制御する。なお、ＵＣＯＮ１４に故障が発生した時点において、利用することができなくなった受信ビームに対応するカバーエリア３に対応する送信ビームの寄与率が最も低い寄与率となっていない場合に、寄与率判定部３６は、当該カバーエリア３に対応する送信アンテナ素子１６の利用が強制的に停止されるよう、寄与率を適宜操作してもよい。

図７は、送信ビーム及び受信ビームについて、それぞれ複数のアンテナ素子によりビームが形成される場合におけるスイッチ機能部１７の制御の具体例を示している。この場合において、一つのアンテナ素子に対応する信号伝送経路が含む機器が故障しても、他のアンテナ素子がビームを形成することができるのであれば、前述のように送信アンテナ素子１６と受信アンテナ素子１０とをセットで考えなくてもよい。図７は、送信アンテナ素子１６と受信アンテナ素子１０とをセットで考えなくてもよいことを示している。図７における制御方法は、図６における制御方法と同様であってもよい。
図７において、受信アンテナ素子１０の寄与率は前述の図６における受信アンテナ素子１０の寄与率と同様であるものとしている。そのため、ＬＮＡ１１－２が故障したケースについては前述の通りであるので、説明を省略する。
送信アンテナ素子１６－２の寄与率が最も低いものとし、送信系であるＵＣＯＮ１４－１が故障した場合を考える。この場合において、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３が出力した信号が、ＵＣＯＮ１４－２を経由し、ＴＷＴＡ１５－１を含む信号伝送経路に戻るよう、スイッチ制御部１８１は、送信アンテナ素子１６－１が継続して送信するようスイッチ機能部１７－４とスイッチ機能部１７－５とを切替える。図７において、受信アンテナ素子１０－Ｎが利用することができないものとされ、送信アンテナ素子１６－２が利用することができないものとされる。即ち、図７は、利用することができないものとされる受信アンテナ素子１０と、利用することができないものとされる送信アンテナ素子１６との対応に依存性がないことを示している。
また、送信系の制御に関する制御地球局２の制御については、図６における説明と同様である。即ち、制御地球局２は、スイッチ制御部１８１がスイッチ機能部１７－４とスイッチ機能部１７－５とを制御するように制御コマンドを生成し、生成した制御コマンドを人工衛星１に送信する。

＊＊＊実施の形態１の効果の説明＊＊＊
以上で説明したように、本実施の形態によれば、中継器１００内の機器に故障が発生した場合に、寄与率判定部３６は人工衛星１の各アンテナ素子について衛星通信システム９０に対する寄与率を判定し、テレメトリコマンド制御部３３は寄与率に基づいて制御コマンドを生成し、データ送受信部３７は人工衛星１へ制御コマンドを送信する。スイッチ制御部１８１は、制御コマンドを受け取り、受け取った制御コマンドに従ってスイッチ機能部１７－１からスイッチ機能部１７－６の少なくともいずれかを切替える。そのため、本実施の形態によれば、中継器１００内の機器に故障が発生した場合において、衛星通信システム９０における主要なビームを利用することができない状況を回避することができるとともに、衛星通信システム９０全体の利用効率が低下することを抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、ビームを形成するアンテナ素子に対する入出力を実現する信号伝送経路を構成する機器が故障し、故障した故障機器を冗長系へ切替えることができない状況において、故障機器が衛星通信システム９０の主要なビームの形成に影響を与える場合に、衛星通信システム９０の利用効率が大幅に低下することを抑制することができる。ビームの形成に影響を与えるような場合は、具体例としてビームを利用することができなくなること又はビームの利得が低下することである。利用効率は、具体例として実行スループットによって示される。
また、特許文献１は、周波数フレキシビリティを実現するための周波数リソース割当てに関するリソース制御技術を開示しているが、近年のハイスループット衛星に要求されるエリアフレキシビリティを実現する技術、即ちＤＢＦのようなアレイアンテナを制御して、ビームの照射方向と、ビームのカバーエリアと、ビームの利得とを動的に変更するリソース制御技術を開示していない。しかしながら、本実施の形態によれば、当該リソース制御技術が実現される。

＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
本実施の形態において、中継器１００の構成はベントパイプ型により説明されている。本実施の形態は、再生中継を行う中継器１００に対して適用されてもよい。
中継器１００が再生中継を行う、図２に示したＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３に信号をビット列に再生して処理する機能が必要である。当該ビット列は、具体例としてパケットである。しかしながら、当該機能は本実施の形態において示した内容には影響しない。従って、再生中継を行う中継器１００に対して本実施の形態を適用することができる。
再生中継を行う中継器１００には、地上携帯ネットワークにおける基地局の機能を有する中継器等が含まれる。当該機能は、具体例として、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）により規格化されているＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ、登録商標）と５Ｇ（５ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と５Ｇ ＮＲ（Ｎｅｗ Ｒａｄｉｏ）との少なくともいずれかである。

＜変形例２＞
本実施の形態において説明した回路であって、入出力経路の自由度が高いスイッチ機能を実現する回路は、一般的には複雑であり回路規模が大きい。回路規模を小さくするため、入出力経路の自由度は図２に示されるものよりも低くてもよい。即ち、具体例として、スイッチ機能部１７の数は６個よりも少なくてもよい。
また、各スイッチ機能部１７の構成は、任意の入力ポートの信号を任意の出力ポートへ出力することができる構成よりも簡易な構成であってもよい。即ち、具体例として、各スイッチ機能部１７において、各入力ポートが出力することができる出力ポートに制限があってもよい。

＜変形例３＞
中継器１００は、ＤＣＯＮ１２とＵＣＯＮ１４とを備えない代わりに、電波の周波数帯域を直接サンプリングするダイレクトサンプリング技術を利用する機器を備えてもよい。

＜変形例４＞
スイッチ機能部１７を用いて信号伝送経路を切替えた場合、信号伝送経路長が変わることが考えられる。ＤＢＦを行う場合、信号伝送経路長が変わるとアンテナ素子系統間において信号の位相関係が変わるため、スイッチ機能部１７を切替える前における励振係数を使い続けると、ビーム形成の精度が劣化する可能性がある。中継器１００は、ビーム形成の精度が劣化した場合、スイッチ機能部１７を切替えた後における信号伝送経路の変化量に応じて、励振係数を再設定してもよい。

＜変形例５＞
図８は、本変形例に係る制御装置２００を実現するコンピュータ８０のハードウェア構成例を示している。
制御装置２００は、本図に示すように、プロセッサ８１とメモリ８２と補助記憶装置８３との少なくとも１つに代えて、処理回路８８を備える。
処理回路８８は、制御装置２００が備える各部の少なくとも一部を実現するハードウェアである。
処理回路８８は、専用のハードウェアであってもよく、また、メモリ８２に格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。

処理回路８８が専用のハードウェアである場合、処理回路８８は、具体例として、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡＳＩＣはＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はこれらの組み合わせである。
制御装置２００は、処理回路８８を代替する複数の処理回路を備えてもよい。複数の処理回路は、処理回路８８の役割を分担する。

制御装置２００において、一部の機能が専用のハードウェアによって実現されて、残りの機能がソフトウェア又はファームウェアによって実現されてもよい。

処理回路８８は、具体例として、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせにより実現される。
プロセッサ８１とメモリ８２と補助記憶装置８３と処理回路８８とを、総称して「プロセッシングサーキットリー」という。つまり、制御装置２００の各機能構成要素の機能は、プロセッシングサーキットリーにより実現される。
他の実施の形態に係る制御装置２００についても、本変形例と同様の構成であってもよい。

実施の形態２．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態は、実施の形態１に係る制御地球局２の構成を変更したものである。
図９は、ユーザ通信制御地球局２１０と、中継器制御地球局２２０とのそれぞれの構成例を示している。ユーザ通信制御地球局２１０と中継器制御地球局２２０とは、実施の形態１に係る制御地球局２を、機能に応じて２つに分離したものに相当する。

ユーザ通信制御地球局２１０は、送受信アンテナ３０１と、ＲＦ送受信部３１１と、モデム３２１と、トラヒック測定部３５と、データ送受信部３７１とを備える。ユーザ通信制御地球局２１０は、人工衛星１を介してユーザ地球局とデータ送受信を行い、また、他の地上通信機器とユーザ地球局との間で地上のネットワークを介してデータ送受信を行うゲートウェイの役割を持つ。ユーザ地球局とのデータ送受信は、送受信アンテナ３０１と、ＲＦ送受信部３１１と、モデム３２１とを介して行われる。
トラヒック測定部３５は、図３に示されるトラヒック測定部３５と同じ機能を持ち、ビーム毎のデータ利用量を統計情報として管理する。
データ送受信部３７１は、モデム３２と接続され、地上のネットワークを介して他の地上通信機器とデータ送受信を行う点においてはデータ送受信部３７と同じである。ただし、データ送受信部３７１は、トラヒック測定部３５が収集したデータ利用量の統計情報を、地上ネットワークを介して中継器制御地球局２２０へ伝送する機能を持つ。

中継器制御地球局２２０は、送受信アンテナ３０２と、ＲＦ送受信部３１２と、モデム３２２と、テレメトリコマンド制御部３３と、励振係数決定部３４と、寄与率判定部３６と、データ送受信部３７２とを備える。また、中継器制御地球局２２０は制御装置２００を備える。中継器制御地球局２２０は、送受信アンテナ３０２と、ＲＦ送受信部３１２と、モデム３２２とを介して、中継器１００を監視制御するためのテレメトリコマンドを送受信する。
励振係数決定部３４と、テレメトリコマンド制御部３３と、寄与率判定部３６とについては、図３に示されるものと同じであるため説明を省略する。ただし、寄与率判定部３６は、データ送受信部３７２がユーザ通信制御地球局２１０から受信したデータ利用量の統計情報を入力情報として利用する。

＊＊＊実施の形態２の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１に係る制御地球局２が持つ機能が複数の地球局に分散されている。複数の地球局は、互いに連携することによって制御地球局２と同様の機能を実現することができる。従って、本実施の形態によれば、実施の形態１における中継器１００のリソース再構成を実行することができる。

実施の形態３．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態は、実施の形態２に係る中継器制御地球局２２０の構成を変更したものである。
図１０は、中継器制御送受信地球局２２１と、中継器制御局２２２との構成例を示している。中継器制御送受信地球局２２１と中継器制御局２２２とは、実施の形態２に係る中継器制御地球局２２０を、機能に応じて２つに分割したものに相当する。

中継器制御送受信地球局２２１は、送受信アンテナ３０２と、ＲＦ送受信部３１２と、モデム３２２と、データ送受信部３７３とを備える。中継器制御送受信地球局２２１は、送受信アンテナ３０２と、ＲＦ送受信部３１２と、モデム３２２とを介して、中継器１００を監視制御するためのテレメトリコマンドを送受信する。
データ送受信部３７３は、中継器制御局２２２との間でテレメトリコマンドを伝送する。

中継器制御局２２２は、テレメトリコマンド制御部３３と、励振係数決定部３４と、寄与率判定部３６と、データ送受信部３７４とを備える。また、中継器制御局２２２は制御装置２００を備える。中継器制御局２２２は、アンテナ等の無線通信設備を持たず、中継器１００からのテレメトリ受信と、中継器１００へのコマンド送信とを、中継器制御送受信地球局２２１を介して行う。中継器制御局２２２はテレメトリコマンドを処理する。
励振係数決定部３４と、テレメトリコマンド制御部３３と、寄与率判定部３６とは前述のものと同じであるため説明を省略する。ただし、テレメトリコマンド制御部３３は、中継器１００を監視制御するためのテレメトリコマンドを中継器制御送受信地球局２２１との間でデータ送受信部３７４を介して伝送する。

＊＊＊実施の形態３の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態２に係る中継器制御地球局２２０が持つ機能は、中継器制御送受信地球局２２１と、中継器制御局２２２とに分散されている。本実施の形態によれば、中継器制御地球局２２０が持つ機能が複数の地球局に分散されていても、中継器制御地球局２２０が持つ機能を実現することができる。

実施の形態４．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１１は、本実施の形態に係る中継器１００の構成例を示している。図１１に示すように、本実施の形態に係る中継器１００は、実施の形態１に係る中継器１００と異なり、スイッチ機能部１７－２からスイッチ機能部１７－５を備えていない。即ち、ＬＮＡ１１はスイッチ機能部１７を介さずにＤＣＯＮ１２と接続し、ＤＣＯＮ１２はスイッチ機能部１７を介さずにＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３と接続する。また、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３はスイッチ機能部１７を介さずにＵＣＯＮ１４と接続し、ＵＣＯＮ１４はスイッチ機能部１７を介さずにＴＷＴＡ１５と接続する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１１に示される構成により、具体例として図７に示すようにＬＮＡ１１－２が故障した場合に、ＤＣＯＮ１２－２も併せて利用することができなくなり、受信アンテナ素子１０－２が受信した信号に対応する信号は、スイッチ機能部１７－１の切替えによってＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３へ入力される。さらに、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３は、実施の形態１において説明したように、周波数分割した信号を処理し、処理した信号を任意の出力ポートへ出力するスイッチングする機能を内部に持つ。そのため、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３は、当該機能の設定を変えることにより、受信アンテナ素子１０－２が受信した信号に対応する信号を伝送する経路を、任意の送信アンテナ素子１６を使う信号伝送経路へ切替えることができる。
また、図１１において、具体例として、図７と同様に送信系のＵＣＯＮ１４－１が故障した場合に、ＴＷＴＡ１５－１も併せて利用することができなくなる。しかしながら、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３が持つスイッチング機能とスイッチ機能部１７－６とにおける切替えとにより、寄与率が低い送信アンテナ素子１６を利用することができないものとし、寄与率が高い送信アンテナ素子１６を継続して利用することができる。

＊＊＊実施の形態４の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態によれば、中継器１００のスイッチ機能部１７を削減したとしても、中継器１００のリソース再構成を実行することができる。
また、実施の形態１において述べたようにスイッチ機能部１７が複雑で回路規模が大きくなる傾向がある。そのため、本実施の形態によれば、スイッチ機能部１７を削減することによって、中継器１００の重量を低減し、かつ、中継器１００のコストを下げることもできる。

＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例６＞
図１１は、スイッチ機能部１７－２からスイッチ機能部１７－５を削減した具体例を示している。スイッチ機能部１７の配置は、各機器の平均故障間隔（ＭＴＢＦ）等を考慮し、機器の故障しやすさに基づいて決定されてもよい。

実施の形態５．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１２は、本実施の形態に係る中継器１００の構成例を示している。図１２に示すように、中継器１００は、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３とテレメトリコマンド制御部１８との間にモデム２２を備え、制御用アンテナ１９と、ＲＦ送受信部２０と、モデム２１とを備えない。中継器１００は、監視制御用のアンテナを用いずに、地球局とのテレメトリコマンドを送受信する。
なお、スイッチ機能部１７の構成は、実施の形態４において説明した構成と異なってもよい。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
中継器１００と制御地球局２とのテレメトリコマンドの送受信は、テレメトリ送信系として、テレメトリコマンド制御部１８からのテレメトリをモデム２２が符号化及び変調し、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３と、ＵＣＯＮ１４－１からＵＣＯＮ１４－Ｎと、ＴＷＴＡ１５－１からＴＷＴＡ１５－Ｎと、送信アンテナ素子１６－１から送信アンテナ素子１６－Ｎとを経由して、具体例として制御地球局２へ向けたＤＢＦによる合成送信ビームを用いて送信される。

コマンド受信系の動作を説明する。具体例として、まず、人工衛星１は、制御地球局２へ向けたＤＢＦによる合成受信ビームにより信号を受信する。次に、受信した信号は、受信アンテナ１０－１から受信アンテナ１０－Ｎと、ＬＮＡ１１－１からＬＮＡ１１－Ｎと、ＤＣＯＮ１２－１からＤＣＯＮ１２－Ｎと、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３とを経由してモデム２２に入力される。次に、モデム２２が受信した信号を復調及び復号化した後、テレメトリコマンド制御部１８が受信した信号が示す制御コマンドを解釈する。
スイッチ機能部１７－１とＤＣＯＮ１７－６とのそれぞれの切替えを行う制御コマンドについては、スイッチ制御部１８１を介して制御が行われる。

＊＊＊実施の形態５の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態によれば、テレメトリコマンドを送受信するために実施の形態１において説明したような特別なアンテナ等を中継器１００は持たない。しかしながら、中継器１００は、ユーザデータの中継に用いるアンテナ素子の信号伝送を利用して、制御地球局２とテレメトリコマンドを送受信する。従って、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様にリソース再構成を実行することができる。

実施の形態６．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。前述の実施の形態に係る中継器１００は、ベントパイプ型の中継器、又は再生中継を行う中継器である。本実施の形態に係る中継器１００は、再生中継を行う中継器である。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１３は、本実施の形態に係る中継器１００の構成例を示している。図１３は図１２に近いため、図１２と対比しながら図１３を説明する。図１３において、受信アンテナ１０－１から受信アンテナ１０－Ｎと、ＬＮＡ１１－１からＬＮＡ１１－Ｎと、ＤＣＯＮ１２－１からＤＣＯＮ１２－Ｎと、ＵＣＯＮ１４－１からＵＣＯＮ１４－Ｎと、ＴＷＴＡ１５－１からＴＷＴＡ１５－Ｎと、送信アンテナ素子１６－１から送信アンテナ素子１６－Ｎと、スイッチ機能部１７－１及びスイッチ機能部１７－６とについては、図１２に示されるものと同じである。ただし、中継器１００は再生中継を行う中継器であるため、ベントパイプ型の中継器と比較して利得及び雑音に対する性能要件については緩和されることがある。そのため、ベントパイプ型の中継器が搭載している機器とは性能が異なる機器を中継器１００は搭載してもよい。異なる性能は、具体例として低い性能である。
また、中継器１００は、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部１３と、モデム２２とを備えず、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部２３と、トラヒック測定部２４と、寄与率判定部２５とを備える。さらに、中継器１００は制御装置２００を備える。即ち、本実施の形態において制御装置２００は人工衛星１に配置されている。

制御系の機器であるテレメトリコマンド制御部１８とスイッチ制御部１８１とは、図１２に示されるものとほぼ同じである。ただし、本実施の形態に係るスイッチ制御部１８１は、制御地球局２からの制御コマンドによらずにスイッチ機能部１７の切替えを実施する機能を有する。スイッチ制御部１８１は、後述の寄与率判定部２５による情報に基づいてスイッチ機能部１７の切替えを実施する。その他、図１２との違いの一つとして、再生中継機能を有するＤＣＨ／ＤＢＦ処理部２３が挙げられる。

ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部２３は、ＤＢＦ機能部２３１と、復調復号化部２３２と、交換部２３３と、変調符号化部２３４とを備える。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部２３の動作を説明する。
まず、ＤＢＦ機能部２３１は合成受信ビームとして受信データを示す信号を受信する。
次に、復調復号化部２３２はＤＢＦ機能部２３１が受信した信号に対して復調及び復号化を実行し、復調及び復号化が実行された信号のビット列を再生する。受信データのビット列は具体例としてパケットである。
次に、交換部２３３は復調復号化部２３２が再生したビット列を通す。交換部２３３は、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部２３の入力ポートと出力ポートとの間において、再生されたビット列をスイッチングする。
次に、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部２３は、制御地球局２から受信した制御コマンドを、テレメトリコマンド制御部１８に入力する。また、地球局間において中継するべきデータについては、当該データは交換部２３３から変調符号化部２３４に送られ、変調符号化部２３４が当該データに対して符号化及び変調を実行する。その後、符号化及び変調が実行されたデータは、ＤＢＦ機能部２３１によって合成送信ビームを送信する各アンテナ素子に対応する信号に分配され、ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部２３の出力ポートへ出力される。さらに、トラヒック測定部２４は、交換部２３３が交換するビット列をモニタし、一定期間内の送信ビーム毎及び受信ビーム毎のデータ伝送量を統計情報としてトラヒック測定部２４が管理する。データ伝送量はデータ利用量でもある。トラヒック測定部２４は、トラヒック測定部３５が生成する情報を生成する。

寄与率判定部２５は、衛星通信システム９０における人工衛星１のアンテナ素子の重要度を判定する。寄与率判定部２５はアンテナ素子寄与率判定部とも呼ばれる。トラヒック測定部２４と寄与率判定部２５とは、それぞれ、実施の形態１に係るトラヒック測定部３５と寄与率判定部３６と同等である。即ち、中継器１００は、実施の形態１に係る制御地球局２の機能の一部を実現する。なお、寄与率判定部２５は、必要なアンテナ素子に対する励振係数を、ＤＢＦ機能部２３１が保持している値を参照することにより取得することができる。当該励振係数は、振幅に対する係数である。寄与率判定部２５が判定した寄与率の最も低いアンテナ素子の情報は、実施の形態１において説明したように中継器１００内の機器の故障に対応する際にスイッチ機能部１７を切替えるための情報として、テレメトリコマンド制御部１８内のスイッチ制御部１８１において利用される。

図１４は、本実施の形態に係る制御地球局２３０を示している。制御地球局２３０は再生中継器制御地球局とも呼ばれる。本実施の形態では、前述のように実施の形態１に係る制御地球局２の機能の一部が中継器１００において実現されるため、制御地球局２３０の構成は図１４に示されるようになる。
図１４は実施の形態２に係る中継器制御地球局２２０に近いため、実施の形態２に係る中継器制御地球局２２０と比較しながら図１４を説明する。図９に示すユーザ通信制御地球局２１０のトラヒック測定部３５の機能は、中継器１００によって実現されている。その他の機能については本実施の形態に直接的に関わらない機能であるため、図１４に示していない。図１４において、制御地球局２３０は、送受信アンテナ３０３と、ＲＦ送受信部３１３と、モデム３２３と、テレメトリコマンド制御部３３と、励振係数決定部３４と、データ送受信部３７３とを備える。ＲＦ送受信部３１３の機能はＲＦ送受信部３１２の機能と同等である。モデム３２３の機能はモデム３２２の機能と同等である。送受信アンテナ３０３の機能は送受信アンテナ３０２の機能と同等である。データ送受信部３７３の機能はデータ送受信部３７２の機能と同等である。なお、制御地球局２３０は寄与率判定部３６を備えないが、寄与率判定部３６の機能は寄与率判定部２５によって実現される。

励振係数決定部３４は、ＤＢＦ機能部２３１が用いる励振係数を決定し、制御コマンドによりＤＢＦ機能部２３１に励振係数が設定される。制御コマンドの伝送については前述の通りであるため説明を省略する。なお、データ送受信部３７３は、トラヒック測定部３５からの情報を受信する必要がないが、他の情報を伝送するために別の地上局とデータ送受信を行う。

＊＊＊実施の形態６の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態によれば、アンテナ素子の寄与率の判定に関わる機能を、再生中継を行う中継器１００が実現する。従って、本実施の形態によれば、中継器１００のリソース再構成を実行することができる。

＊＊＊他の実施の形態＊＊＊
前述した各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

また、実施の形態は、実施の形態１から６で示したものに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。実施の形態１から６で説明した手順は、適宜変更されてもよい。

１ 人工衛星、２，２３０ 制御地球局、２１０ ユーザ通信制御地球局、２２０ 中継器制御地球局、２２１ 中継器制御送受信地球局、２２２ 中継器制御局、３ カバーエリア、１０ 受信アンテナ素子、１１ ＬＮＡ、１２ ＤＣＯＮ、１３ ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部、１４ ＵＣＯＮ、１５ ＴＷＴＡ、１６ 送信アンテナ素子、１７ スイッチ機能部、１８ テレメトリコマンド制御部、１８１ スイッチ制御部、１９ 制御用アンテナ、２０ ＲＦ送受信部、２１，２２ モデム、２３ ＤＣＨ／ＤＢＦ処理部、２３１
ＤＢＦ機能部、２３２ 復調復号化部、２３３ 交換部、２３４ 変調符号化部、２４
トラヒック測定部、２５ 寄与率判定部、３０，３０１，３０２，３０３ 送受信アンテナ、３１，３１１，３１２，３１３ ＲＦ送受信部、３２，３２１，３２２，３２３ モデム、３３ テレメトリコマンド制御部、３４ 励振係数決定部、３５ トラヒック測定部、３６ 寄与率判定部、３７，３７１，３７２，３７３，３７４ データ送受信部、８０ コンピュータ、８１ プロセッサ、８２ メモリ、８３ 補助記憶装置、８４ 入出力ＩＦ、８５ 通信装置、８８ 処理回路、８９ 信号線、９０ 衛星通信システム、１００ 中継器、２００ 制御装置。

Claims (14)

1. 複数の受信アンテナ素子と、
   複数の送信アンテナ素子と、
   前記複数の受信アンテナ素子それぞれと、前記複数の送信アンテナ素子それぞれとを結ぶ複数の信号伝送経路に１対１で対応する複数の素子系統と、
   前記複数の信号伝送経路を変更するスイッチ機能を有する少なくとも１つのスイッチ機能部と
   を備える中継器を搭載している人工衛星の前記中継器を制御する制御装置であって、
   前記複数の素子系統が故障している機器である故障機器を有する素子系統である故障素子系統を含む場合に、前記複数の素子系統それぞれが前記中継器の通信全体に寄与する度合いを示す寄与率を素子系統ごとに求め、求めた寄与率のうち相対的に低い寄与率に対応する素子系統を低寄与素子系統として判定する寄与率判定部と、
   前記低寄与素子系統が前記故障素子系統とは異なる場合に、前記故障素子系統に対応する受信アンテナ素子と送信アンテナ素子とを結ぶ新たな信号伝送経路が構成されるよう前記少なくとも１つのスイッチ機能部の少なくともいずれかを制御する指示を示す制御コマンドを生成するテレメトリコマンド制御部と
   を備え、
   前記新たな信号伝送経路は、前記低寄与素子系統に対応する信号伝送経路を用い、かつ、前記故障機器を回避する制御装置。
2. 前記制御装置は、
   地球局に配置されている請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御装置は、
   前記人工衛星に配置されている請求項１に記載の制御装置。
4. 前記中継器は、前記複数の素子系統のうち、前記複数の受信アンテナ素子が受信した信号を処理する部分を受信系とし、
   前記受信系は、前記少なくとも１つのスイッチ機能部の少なくともいずれかを備える請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記寄与率判定部は、前記受信系が前記故障機器である受信系故障機器を有する場合に、前記複数の受信アンテナ素子それぞれが受信指定期間において受信したデータの量に応じて前記寄与率を求める請求項４に記載の制御装置。
6. 前記寄与率判定部は、前記受信系が前記故障機器である受信系故障機器を有する場合に、前記複数の受信アンテナ素子それぞれに対応する励振係数を用いて前記寄与率を求める請求項４又は５に記載の制御装置。
7. 前記寄与率判定部は、前記受信系が前記故障機器である受信系故障機器を有する場合に、受信指定期間において受信したデータの量である受信データ量と、励振係数とのそれぞれを受信アンテナ素子ごとに求め、前記受信データ量と前記励振係数との比率を受信アンテナ素子ごとに求め、求めた比率を用いて前記寄与率を求める請求項４に記載の制御装置。
8. 前記中継器は、前記複数の素子系統のうち、前記複数の送信アンテナ素子が送信する信号を処理する部分を送信系とし、
   前記送信系は、前記少なくとも１つのスイッチ機能部の少なくともいずれかを備える請求項１から７のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 前記寄与率判定部は、前記送信系が前記故障機器である送信系故障機器を有する場合に、前記複数の送信アンテナ素子それぞれが送信指定期間において送信したデータの量に応じて前記寄与率を求める請求項８に記載の制御装置。
10. 前記寄与率判定部は、前記送信系が前記故障機器である送信系故障機器を有する場合に、前記複数の送信アンテナ素子それぞれに対応する励振係数を用いて前記寄与率を求める請求項８又は９に記載の制御装置。
11. 前記寄与率判定部は、前記送信系が前記故障機器である送信系故障機器を有する場合に、送信指定期間において送信したデータの量である送信データ量と、励振係数とのそれぞれを送信アンテナ素子ごとに求め、前記送信データ量と前記励振係数との比率を送信アンテナ素子ごとに求め、求めた比率を用いて前記寄与率を求める請求項８に記載の制御装置。
12. 前記中継器と、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の制御装置と
    を備える衛星通信システム。
13. 複数の受信アンテナ素子と、
    複数の送信アンテナ素子と、
    前記複数の受信アンテナ素子それぞれと、前記複数の送信アンテナ素子それぞれとを結ぶ複数の信号伝送経路に１対１で対応する複数の素子系統と、
    前記複数の信号伝送経路を変更するスイッチ機能を有する少なくとも１つのスイッチ機能部と
    を備える中継器を搭載している人工衛星の前記中継器を制御する制御方法であって、
    寄与率判定部が、前記複数の素子系統が故障している機器である故障機器を有する素子系統である故障素子系統を含む場合に、前記複数の素子系統それぞれが前記中継器の通信全体に寄与する度合いを示す寄与率を素子系統ごとに求め、求めた寄与率のうち相対的に低い寄与率に対応する素子系統を低寄与素子系統として判定し、
    テレメトリコマンド制御部が、前記低寄与素子系統が前記故障素子系統とは異なる場合に、前記故障素子系統に対応する受信アンテナ素子と送信アンテナ素子とを結ぶ新たな信号伝送経路が構成されるよう前記少なくとも１つのスイッチ機能部の少なくともいずれかを制御する指示を示す制御コマンドを生成し、
    前記新たな信号伝送経路は、前記低寄与素子系統に対応する信号伝送経路を用い、かつ、前記故障機器を回避する制御方法。
14. 複数の受信アンテナ素子と、
    複数の送信アンテナ素子と、
    前記複数の受信アンテナ素子それぞれと、複数の送信アンテナ素子それぞれとを結ぶ複数の信号伝送経路に１対１で対応する複数の素子系統と、
    前記複数の信号伝送経路を変更するスイッチ機能を有する少なくとも１つのスイッチ機能部と
    を備える中継器を搭載している人工衛星の前記中継器を制御する制御プログラムであって、
    前記複数の素子系統が故障している機器である故障機器を有する素子系統である故障素子系統を含む場合に、前記複数の素子系統それぞれが前記中継器の通信全体に寄与する度合いを示す寄与率を素子系統ごとに求め、求めた寄与率のうち相対的に低い寄与率に対応する素子系統を低寄与素子系統として判定する寄与率判定処理と、
    前記低寄与素子系統が前記故障素子系統とは異なる場合に、前記故障素子系統に対応する受信アンテナ素子と送信アンテナ素子とを結ぶ新たな信号伝送経路が構成されるよう前記少なくとも１つのスイッチ機能部の少なくともいずれかを制御する指示を示す制御コマンドを生成するテレメトリコマンド制御処理と
    をコンピュータである制御装置に実行させる制御プログラムであって、
    前記新たな信号伝送経路は、前記低寄与素子系統に対応する信号伝送経路を用い、かつ、前記故障機器を回避する制御プログラム。

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