JP2000040991A - マルチキャリア無線通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチキャリア無線通信システムに関し、特
に成層圏に飛行船を滞空させて行う電波中継システムの
情報データを用いるマルチキャリア無線通信システムを
提供する。 【解決手段】 成層圏に滞留する飛行船等の飛翔体（Ｃ
Ｓ）と地上端末（ＲＴ）との間で高周波数帯のディジタ
ル情報信号により無線通信するマルチキャリア無線通信
システムにおいて、互いに直交関係にありシンボル同期
している複数のキャリアから構成されるマルチキャリア
無線通信システムであって、前記複数のキャリアの一部
の特定のキャリア （ Acc）をアクセス管理用に割り当
てるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信システム
に係り、特に成層圏に飛行船を滞空させて行う電波中継
システムにおいて、バーストデータ化されたマルチキャ
リア信号を送受信する場合に良好なタイミングで送受信
可能な無線通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、気象条件が比較的安定している成
層圏（高度約１０ｋｍ〜５０ｋｍ）に飛行船や気球等の
飛翔体（ＣＳ）を滞留させ、衛星通信システムにおける
静止衛星中継局のように見做して無線通信を行うように
した無線通信システム構想が注目されている（長谷良裕
他、" 成層圏無線プラットフォームを用いた高速無線ア
クセスネットワークの提案" 、電子情報通信学会技術報
告、SST97-54,RCS97-93(1997-09) ）。

【０００３】図５と共に従来の無線通信システムの一例
について、以下に説明する。この無線通信システムで
は、飛行船等の飛翔体（ＣＳ）に向いた窓に信号が到来
するので、飛行船からの電波を受信する装置を設置し、
比較的大容量の情報を家庭内や移動端末に導き入れるこ
とが出来る。また、この無線通信システムは、飛行船等
の飛翔体が２０ｋｍ程度の高度に滞空しているので、静
止衛星に比べて低高度であり、地上発信端末（ＲＴ）か
らの送信電力が静止衛星に比べて小さくて済み、また遅
延時間も短いために、複数の無線プラットフォームを多
数配備して全国的な規模のマルチメディアネットワーク
を構築することも可能である。

【０００４】かかる無線通信システムにおいては、図５
に示すように、１つの成層圏無線プラットフォームで、
６４個程度のマルチビームを照射して、略５ｋｍ四方を
１つのビームのカバー範囲（セル）とし、そのセル内の
地上端末（ＲＴ、図中Ａ〜Ｃ）と飛翔体（ＣＳ）間で無
線通信を行うう。１つのビームがカバーするセル内に含
まれる企業、家庭、あるいは個人や自動車等の移動体へ
のマルチメディア通信サービスを賄うには、限定された
周波数帯域を有効に利用することが可能な通信方式が必
要とされている。また、同無線通信システムは比較的低
高度（２０ｋｍ）に滞空するとはいえ、地上端末との距
離に基づく通信伝播時間も無視出来るほどのものではな
く、その伝播時間に起因する無駄な通信空き時間の発生
が少ない効率的な通信方式が必要とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記成層圏無線プラッ
トフォームにおいても、種々のサービスを扱えて、しか
も毎秒１〜６メガビットの動画像の伝送を含むマルチメ
ディア通信が賄える回線容量の大きなインフラストラク
チャの構築が望まれている。図５において、１つのビー
ムがカバーするセル内に含まれる企業、家庭、あるいは
個人や自動車等の移動体へのマルチメディア通信サービ
スを賄うには、限定された周波数帯域を有効に利用可能
な通信方式が必要とされている。また、同システムは比
較的低高度（２０ｋｍ）に滞空するとはいえ、地上端末
との距離に基づく通信伝播時間も無視出来るほどのもの
でもなく、そのような伝播時間に起因する無駄な通信空
き時間の発生が少ない効率的な通信方式が必要とされて
いる。

【０００６】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
周波数を有効に利用し得る無線通信システムであって、
しかも多数の地上無線端末（ＲＴ）とのアービトレーシ
ョン（送信端末の指定）等を効率的に行うい、伝播時間
に応じた送信タイミングで送信を行うって、無駄な通信
空き時間を極力押えた無線通信システムを提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のマルチキャリア
無線通信システムにおいては、各キャリアの周波数が直
交関係にあり、シンボル同期している複数のキャリアか
らなるマルチキャリア伝送システムであるため、周波数
利用効率が高い伝送が可能で、しかも、その一部のキャ
リアをアクセス管理用として、送信の開始制御や送信終
了通知等を行なう他、次に送信要求を有する端末間のア
ービトレーション（送信端末の指定）を次の端末の送信
に先駆けて行なうようにするので、データ送信キャリア
上での競合がない効率的な伝送が可能となる。

【０００８】さらに、本発明のマルチキャリア無線通信
システムにおいては、アービトレーション（送信端末の
指定）後、送信局との間で距離差に基づく伝播時間を前
記一部のキャリアを用いて計測して、それに対応した送
信タイミングでデータ送信を行ううので、バーストデー
タ化されたマルチキャリア信号が送信局が切り替わって
も、その中断時間が少ない送受信が可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のマルチキャリア無線通信
システムの一実施例について、図と共に以下に説明す
る。図１は本発明による同期マルチキャリア無線送受信
装置の一実施例のブロック図である。成層圏無線中継シ
ステムは、飛行船局（ＣＳ）と地上端末局（ＲＴ）各々
の無線送受信機を有して構成されるが、飛行船局（Ｃ
Ｓ）と地上端末局（ＲＴ）のそれぞれで通信を行う機器
の構成は略同一のものになる。図１に示した本実施例
は、１つの成層圏無線プラットフォームで、６４個程度
のマルチビームを照射して、略５ｋｍ四方を１つのビー
ムのカバー範囲（セル）とし、そのセル内の地上端末
（ＲＴ、図中Ａ〜Ｃ）と飛翔体（ＣＳ）間で無線通信を
行ううマルチキャリア無線通信システムのである。先
ず、地上端末局（地上端末ＲＴと呼ぶ。）の受信機の動
作について、図１と共に説明する。

【００１０】図１に示す地上端末のマルチキャリア送信
機１０のブロックは、インタフェース回路１１、多周波
数発振器１２、制御回路１３、加算器１４、ＤＡ変換器
１５、及びパラボラ送信アンテナ１７に送信信号を供給
する周波数変換器１６とより構成されている。図１にお
いて、伝送すべきユーザデータ、及び後述するアクセス
管理用データは、インタフェース回路１１に入力され、
それぞれのデータを各キャリアに割付けを行うって、多
周波数発振器１２の入力として供給される。多周波数発
振器１２は、入力信号に応じて発生されるディジタル変
調波信号を出力する。ディジタル変調方式が４相のＰＳ
Ｋである場合、発振器は９０°づつ異なる４つの信号を
出力出来るようにする。例えば、ディジタルデータと発
振周波数の位相関係は、データが００のときは０°、０
１のときは９０°、１０のときは１８０°、１１のとき
は２７０°という風に指定する。制御回路１３は、入力
される信号の内容により、どの発振出力を生じさせるか
を司る。

【００１１】このようにして、多周波数発振器１２は、
それぞれの送信されるキャリア数に対して、その多値化
の状態で必要とする発振信号の種類の信号情報を有して
おり、キャリアの数だけの信号を同時に発生する。加算
器１４は、発生したこれら複数の発振信号を加算して、
１つの信号出力を形成する。加算器１４の出力が供給さ
れるＤＡ変換器１５は、ディジタル的に発生された信号
出力をアナログ信号に変換する。ＤＡ変換器１５の出力
が供給される周波数変換器１６は、得られた信号を伝送
すべき周波数帯に変換する。このようにして変換された
信号は所定の電力値に増幅され、地上端末を構成してい
るパラボラ送信アンテナ１７より空中に放射される。

【００１２】つぎに地上端末の受信機の動作について、
図１と共に説明する。図１に示す地上端末のマルチキャ
リア受信機２０のブロックは、パラボラ受信アンテナ２
１から受信信号が供給される周波数変換器２２、同期回
路２３、ＡＤ変換器２４、ＦＦＴ回路２５、復号器２
６、及びインタフェース回路１１とより構成されてい
る。パラボラ受信アンテナ２１より供給される信号は周
波数変換器２２で高周波信号の増幅、不要周波数帯域除
去、及び周波数変換がなされ、中間周波数に変換された
信号が出力される。

【００１３】周波数変換器２２の出力信号である中間周
波信号の一部は同期回路２３に導かれ、ＡＤ変換器２
４、ＦＦＴ回路２５、及び復号器２６を駆動する同期信
号が作成される。周波数変換器２２よりの他の出力信号
は、ＡＤ変換器２４に供給され、ディジタル信号に変換
される。なお、同期回路２３からの同期信号は前記の地
上端末（ＲＴ）を構成しているマルチキャリア送信機１
０にも供給される。

【００１４】ＡＤ変換器２４によりＡＤ変換されたディ
ジタル信号は、ＦＦＴ回路２５により複素フーリエ変換
がなされ、入来した信号の出力を実数−虚数平面内の信
号として出力される。このＦＦＴ回路２５によりの実数
−虚数平面内の信号は復号器２６に供給され、その信号
の振幅と位相値とよりディジタル信号が求められる。復
号されたデータは、インタフェース回路２７を介して、
ユーザデータ出力及びアクセス管理用データ出力とし
て、それぞれ出力される。

【００１５】図２は本発明のマルチキャリア無線通信シ
ステムのキャリアの配置の第１の実施例を示した図であ
り、以下に説明する。図２（ａ）に示した配置図におい
て、対象セルに割り当てられた周波数帯域を、周波数が
直交関係にあり、シンボル同期がとれたマルチキャリア
で占められたＮ個のサブ帯域に分割して、バンド１〜バ
ンドＮのＮ個の伝送チャンネルを構成している。図２
（ｂ）はその中の１つのチャンネルバンドの構成であっ
て、図に示されているように周波数が直交関係にあり、
シンボル同期がとれた複数のキャリアから構成されてお
り、各々のキャリアがＱＰＳＫ等の変調が施されるてデ
ータが伝送される。

【００１６】図２（ｂ）において、バンド１に割り当て
られたマルチキャリアのうち、ほとんどをデータ送信用
（データ送信用キャリア）として割り当て、残りの一部
をアクセス管理用（アクセス管理用キャリア）として割
り当てている。その一部がアクセス管理用として割り当
てられたアクセス管理用キャリア（ Acc）を使用して、
後述するように、送信終了や終了時刻の通知、送信要求
の発行や各端末からの送信要求を調停するアービトレー
ション（送信端末の指定）、端末と飛行船との距離差に
基づく送受信信号の伝播時間測定やその伝播時間に基づ
いた送信開始時間の指定等を行っている。

【００１７】図３は、本発明のマルチキャリア無線通信
システムの動作の一実施例の送受信タイミングを示した
タイミングチャートであり、以下図３と共にに説明す
る。図３において、上空に浮遊している飛行船（ＣＳ）
から地上端末（ＲＴ）への信号を下りと称し、反対に地
上端末（ＲＴ）から飛行船（ＣＳ）への信号を上りと称
している。図３（ａ）は飛行船（ＣＳ）でのアクセス管
理用キャリア信号（ Accキャリア）の上り及び下りと、
地上のＲＴ（図３では端末Ａ〜Ｃ）からの受信データキ
ャリア信号を示している。図３（ｂ）は端末Ａのアクセ
ス管理用キャリア信号 Accキャリア（上り）と送信デー
タキャリア（上り）を示し、同様にして図３（ｃ）、図
３（ｄ）は端末Ｂ、及び端末Ｃからのアクセス管理用送
信キャリア信号とデータ送信キャリア信号をそれぞれ示
している。

【００１８】最初、地上端末Ａから飛行船（ＣＳ）への
送信が行われている状態で、送信終了が近づくと、送信
終了（予定）時刻を送信終了に先行したタイミングで、
飛行船（ＣＳ）に通知する。飛行船（ＣＳ）は地上端末
Ａから送信終了時刻信号を受け取ると、下りのアクセス
管理用送信キャリア信号（ Acc）を用いて、送信要求受
付け／アービトレーション（送信端末の指定）の開始を
通知する。

【００１９】これを受けて、送信したい地上端末（図３
では地上端末ＢとＣ）は、上りのアクセス管理用送信キ
ャリアに載せて送信要求データを出力する。飛行船（Ｃ
Ｓ）はこの送信要求を受けて、端末、送信局を指定する
（図では端末Ｃが指定されている）。なお、複数の端末
からの送信要求があった場合は、飛行船（ＣＳ）は複数
の送信要求に対するアービトレーションを行い、また、
複数の端末からの送信要求が衝突した場合には、再度送
信要求が送信される。

【００２０】送信局の指定を行った後、送信局指定を受
けた端末（図３では端末Ｃ）と飛行船（ＣＳ）間で、そ
の距離差に基づく伝播時間を測定し、飛行船（ＣＳ）は
その結果に基づいて、端末Ｃの送信開始時刻を指定す
る。この結果、端末Ａの送信終了に引き続いて端末Ｃの
送信が衝突することなく、また、衝突を回避するための
時間も少しの時間を置くだけで、端末Ｃが送信を開始す
ることが出来る。 また、上記の説明からもわかるよう
に、端末が移動して飛行船（ＣＳ）との距離差及び伝播
時間が変化しても、送信の度毎に、距離差に基づいた最
適の送信タイミングで送信出来るので、移動体通信装置
にも本発明の無線通信システムは適用出来る。

【００２１】以下同様に行なわれ、図３では、端末Ｃの
送信終了時に端末Ａと端末Ｂからの送信要求があり、飛
行船（ＣＳ）によるアービトレーションの結果、端末Ｂ
が上記説明と同様に最適な送信タイミングで送信を行な
うことを示している。なお、各端末が送信している間の
アクセス管理用キャリア信号のキャリア周波数（ Acc）
バンドの利用法として、通信中の端末ＩＤの送信や再送
要求等の送受信制御に用いてもよい。また、基準局とし
て飛行船（ＣＳ）から同期用信号や上記通信システムの
時刻情報を送信してもよい。

【００２２】また、上記の説明においては、アクセス管
理用キャリア信号のキャリア周波数（ Acc）は固定とし
て説明してきたが、これを固定せずに、このキャリア周
波数（ Acc）をバンド内でホッピングさせるようにして
もよい。周波数をバンド内でホッピングさせることによ
り、特定の周波数での干渉や妨害の影響を避けることが
出来る。

【００２３】図４は本発明のマルチキャリア無線通信シ
ステムのキャリアの配置の第２の実施例を示したもので
あり、以下に図と共に説明る。前記の第１の実施例で
は、アクセス管理用キャリア信号（ Acc）をバンド１〜
Ｎ毎に配置したが、図４では、バンド１〜Ｎに対して共
通のアクセス管理用キャリア（下り）信号をバンド１〜
Ｎの外側に配置した構成のものである。こう配置するこ
とにより、送信要求のある端末はこのアクセス管理用キ
ャリア信号を確認することで、バンド１〜Ｎのすべての
バンドでの送信要求受付けが可能となり、空きチャネル
の存在を知ることが出来る。

【００２４】飛行船（ＣＳ）は送信要求受付け可能なこ
とをそのバンドを指定とともに行い、送信要求をもって
いる端末は、その送信可能なバンドでのアクセス管理用
キャリア（ Acc）を用いて、前記の例と同様にアービト
レーションや、端末と飛行船との距離差に基づく伝播時
間に基づいた送信開始時間の指定等を行う。これらのア
クセス管理には、バンド１〜Ｎに対して上記の共通のア
クセス管理用キャリア信号を用いてもよいし、前記の実
施例のようにバンド毎に下りのアクセス管理用キャリア
（ Acc）を配置して行うってもよい。

【００２５】上記の実施例では、Ｎ個のチャンネルを構
成するために、セル内に割り当てた周波数帯域を、マル
チキャリアの周波数が連続したバンド１〜Ｎで帯域を分
割し、それぞれのバンドを１つのチャンネルに割り当て
たが、所定の周波数間隔で配置されたキャリアの集合を
１つのチャンネルとして構成し、セル内に割り当てた周
波数帯域全体でＮチャンネルを構成する形態でもよい。
図２では、セルに割り当てられた帯域をＮ個の帯域（Ｎ
バンド）に分割し、各バンド内の連続したマルチキャリ
アで１チャンネルを構成し、計Ｎチャンネルの構成とし
ている。

【００２６】これに対して、セルに割り当てられた帯域
内のマルチキャリアをＮ本毎に配置したマルチキャリア
で１チャンネルを構成するようにしてもよい。このと
き、セルに割り当てられた帯域内で計Ｎチャンネルが構
成出来、このような所定の間隔で使用したマルチキャリ
アで構成されたチャンネルに含まれる特定の一部のキャ
リアを、そのチャンネルのアクセス管理用に割り当てる
ことによっても、本発明に示した特徴のある無線通信シ
ステムが実現出来る。

【００２７】また、ＴＤＭＡ通信を行うう場合も、端末
局切り替わりのためのマージン時間であるガードタイム
が少なくて済む他、直交関係にあり、シンボル同期して
いる複数のキャリアをグループ化することで周波数多元
接続が併用出来るので、シングルキャリアでのＴＤＭＡ
通信に比較しガードタイムが少なくて済む。

【００２８】

【発明の効果】本発明のマルチキャリア無線通信システ
ムによれば、各キャリアの周波数が直交関係にあり、シ
ンボル同期している複数のキャリアからなるマルチキャ
リア伝送システムであるため、周波数利用効率が高い伝
送が可能で、しかも、その一部のキャリアをアクセス管
理用として使用して、送信の開始時刻の制御や送信終了
通知等を行なう他、次に送信要求を有する端末間のアー
ビトレーション（送信端末の指定）を次の端末の送信に
先駆けて行うので、データ送信キャリア上で競合しない
効率的な伝送が可能である。

【００２９】さらに、アービトレーション（送信端末の
指定）後、送信局との間で距離差に基づく伝播時間を前
記一部のキャリアを用いて計測して、それに対応した送
信タイミングでデータ送信を行うので、バーストデータ
化されたマルチキャリア信号が送信局が切り替わって
も、その中断時間が少なく出来る送受信が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチキャリア無線通信システムの一
実施例を示した図である。

【図２】本発明のマルチキャリア無線通信システムの一
実施例のキャリアの配置を示した図である。

【図３】飛翔体（ＣＳ）と地上端末（ＲＴ）間の送受信
タイミングを示したタイミング図である。

【図４】本発明のマルチキャリア無線通信システムの他
の実施例のキャリアの配置を示した図である。

【図５】従来の飛翔体（ＣＳ）と地上端末（ＲＴ）間の
無線通信システムの一例を示した図である。

【符号の説明】

１０ マルチキャリア送信機 １１，２７ インタフェース回路 １２ 多周波数発振器 １３ 制御回路 １４ 加算器 １５ ＤＡ変換器 １６，２２ 周波数変換器 １７ パラボラ送信アンテナ ２０ マルチキャリア受信機 ２１ パラボラ受信アンテナ ２３ 同期回路 ２４ ＡＤ変換器 ２５ ＦＦＴ回路 ２６ 復号回路 Acc アクセス管理用キャリア信号 ＣＳ 飛翔体無線基地局（飛行船） Ａ，Ｂ，Ｃ，ＲＴ 地上無線端末

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成層圏に滞留する飛行船等の飛翔体と地上
   端末との間で高周波数帯のディジタル情報信号により無
   線通信するマルチキャリア無線通信システムにおいて、 互いに直交関係にあり、シンボル同期している複数のキ
   ャリアから構成されるマルチキャリア無線通信システム
   であって、前記複数のキャリアの一部の特定のキャリア
   をアクセス管理用に割り当てることを特徴とするマルチ
   キャリア無線通信システム。
2. 【請求項２】成層圏に滞留する飛行船等の飛翔体と地上
   端末との間で高周波数帯のディジタル情報信号により無
   線通信するマルチキャリア無線通信システムにおいて、 互いに直交関係にあり、シンボル同期している複数のキ
   ャリアを所定の間隔で使用したマルチキャリア無線通信
   システムであって、前記複数のキャリアの一部の特定の
   キャリアをアクセス管理用に割り当てることを特徴とす
   るマルチキャリア無線通信システム。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載されたマル
   チキャリア無線通信システムにおいて、 前記複数のキャリアの一部の特定のキャリアを用いて送
   信要求を有する端末間のアービトレーションを行なうこ
   とを特徴とするマルチキャリア無線通信システム。
4. 【請求項４】成層圏に滞留する飛行船等の飛翔体と地上
   端末との間で高周波数帯のディジタル情報信号により無
   線通信するマルチキャリア無線通信システムにおいて、 互いに直交関係にあり、シンボル同期している複数のキ
   ャリアから構成されるマルチキャリア無線通信システム
   であって、前記複数のキャリアの一部の特定のキャリア
   を用いて、前記飛翔体と端末との間の伝播時間を計測す
   ることを特徴とするマルチキャリア無線通信システム。
5. 【請求項５】請求項１または請求項２に記載されたマル
   チキャリア無線通信システムにおいて、 前記複数のキャリアの一部の特定のキャリアを周波数ホ
   ッピングさせることを特徴とするマルチキャリア無線通
   信システム。
6. 【請求項６】成層圏に滞留する飛行船等の飛翔体と地上
   端末との間で高周波数帯のディジタル情報信号により無
   線通信するマルチキャリア無線通信システムにおいて、 互いに直交関係にあり、シンボル同期している複数のキ
   ャリアから構成されるマルチキャリア無線通信システム
   であって、前記複数のキャリアの一部の特定のキャリア
   を用いて、前記地上端末からの送信要求を受けて、送信
   する地上端末を指定し、前記飛翔体と前記地上端末との
   間の伝播時間を計測して、データ伝送用に割り当てたキ
   ャリアによるデータ送信開始時刻の指定を行うようにす
   ることを特徴とするマルチキャリア無線通信システム。