JP2000224091A - 衛星通信装置及びその同期維持回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＧＰＳ受信機を使用した衛星通信装置及びそれ
に使用される同期維持回路を提供する。 【解決手段】ＧＰＳ受信機１が発生するＵＴＣタイミン
グが、送信フレームタイミングと、受信フレームタイミ
ングの１／２のところに位置するように、送信フレーム
タイミングの位置をを制御する機能を有する同期維持回
路３と、この回路を使用した衛星通信装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信衛星を使用す
る衛星通信装置及びその同期維持回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信技術の発達と普及により、静止軌道
上に打ち上げられた通信衛星（コミュニケーション サ
テライト）を使用する衛星通信が一般化し、地球上の殆
どあらゆる地点間の通信が可能になっている。

【０００３】従来のＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉ
ｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多元接
続方式）衛星通信方式における同期方式及びフレーム構
成を図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。

【０００４】従来の同期を必要とする衛星通信方式で
は、タイミングの基準となる基準局（主基準局）と、こ
の基準局に同期した複数の従局から構成されるＴＤＭＡ
ネットワークが一般的である。このＴＤＭＡネットワー
クの基準局に使用される衛星通信装置は、ＴＤＭＡネッ
トワーク内のタイミング基準となる基準バーストを送出
する。複数の従局に設置された衛星通信装置は、この基
準バーストを受信することによって、先ず受信フレーム
同期を確立する。この受信フレームを基準に従局の衛星
通信装置は、基準局からのタイミング制御情報（Ｄｎ）
によって、送信フレーム同期を確立し、自らのバースト
を送出する。基準局の衛星通信装置は、図４（Ｂ）に示
されるフレーム構成の場合には、従局からの送信バース
トの位置（Ｔｎ）を常に監視し、その位置を定期的に補
正する。即ち、ＴＤＭＡネットワーク内のタイミング同
期は、基準局によって確立され維持されていた。

【０００５】次に、図５を参照して、従来のＴＤＭＡに
おける衛星通信装置特に基準局装置の構成を説明する。
この従来のＴＤＭＡ衛星通信装置は、受信部５０、バー
スト信号検出回路５１、位置誤差測定回路５２、制御情
報検出回路５３、制御部５４、送信フレーム発生回路５
５及びメッセージ生成回路５６を有する。

【０００６】衛星からのダウンリンクを介して受信デー
タ６０は、受信部５０に入力される。受信部では、基準
バーストが検出され、受信フレーム同期が確立され、受
信フレーム６１並びに受信バースト信号６２が出力され
る。バースト信号検出回路５１では、フレーム上の各局
のバースト信号が検出され、バースト信号検出信号６３
が出力される。

【０００７】位置誤差測定回路５２では、受信フレーム
タイミングを基準に、各局のバースト信号の位置誤差を
測定し、位置誤差情報６４を、制御部５４に渡す。制御
部５４では、位置誤差情報６４から各局に対する制御情
報を生成し、従局制御情報６７を出力する。一方、基準
局には、主基準局と副基準局のモードがあり、副基準局
の場合には、通常の従局と同様に、主基準局によるタイ
ミング制御を受ける。即ち、制御情報検出回路５３で
は、自局に対する制御情報を検出し、自局制御情報６５
を出力する。

【０００８】制御部５４では、この自局制御情報を元に
送信タイミングを計算し、送信タイミング信号６６を送
信フレーム発生回路５５に対して出力する。送信フレー
ム発生回路５５では、受信フレーム６１並びに送信タイ
ミング信号６６から送信フレーム同期を確立し、送信フ
レーム６８を出力する。メッセージ生成回路５６では、
従局制御情報６７を基準バースト内にメッセージとして
入力し、送信データ６９を出力する。また、基準局が、
主基準局モードの場合には、送信フレームは、自走モー
ドとなり、タイミング制御は受けない。

【０００９】上述した一般的なＴＤＭＡ衛星通信システ
ムとは別に、特開平９−２５２２７６号公報には、各地
球局がＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）受信機が発生する時刻情報に同期し
て、定められたスロットに、バーストを送出することに
より、バーストの衝突を回避することが可能な衛星通信
システムを開示している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したすなわち従来
のＴＤＭＡシステムの最大の問題点は、この基準局と呼
ばれる局を設置しなければならなかったことにある。ま
た、この基準局／従局から成るネットワークでは、使用
される衛星通信装置の、同期維持回路が、一般的に複雑
で大型化するという問題があった。加えて、この基準局
は、リダンダント構成をとり、主基準局、副基準局の２
局でネットワークを監視制御するのが一般的であり、こ
のこともまた、衛星通信装置の機能を複雑化する要因で
あった。

【００１１】一方、上述した特開平９−２５２２７６号
公報に開示の衛星通信システムでは、ＧＰＳ受信機を使
用することにより、機器構成は大幅に簡略されている。
しかし、各地球局と衛星との距離がほとんど変わらない
場合には、有効であるが、この距離に無視できない差が
あるような場合、即ち、国際的な衛星通信ネットワーク
のようなシステムの場合には、地球局から衛星までの距
離の差により、バーストの衝突が起こるというシステム
として致命的な問題がある。これを避けるために、各バ
ースト間のガードタイムを広げると、今度はフレーム効
率が下がり、時分割多重システムのメリットがなくなっ
てしまうという問題点がある。

【００１２】本発明の目的は、上述した従来のＴＤＭＡ
システムの如き複雑な機器構成をとらず、ＧＰＳ受信機
を使用し、機器構成を簡素化し且つ同期精度を低下させ
ることなく、国際的な衛星通信ネットワークにも使用可
能な衛星通信装置及びその同期維持回路を提供すること
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明による衛星通信装置及びその同期維持回路
は、次のような特徴的な構成を採用している。

【００１４】（１）自局が送信したキャリアが通信衛星
で折り返される構成を採用し、各局間の同期を必要とす
る衛生通信装置において、ＧＰＳ衛星を利用し、ＵＴＣ
を基準にしてフレームタイミング同期させるＧＰＳ受信
機と、該ＧＰＳ受信機の出力を受ける同期維持回路と、
送信部と、受信部とを備える衛星通信装置。

【００１５】（２）前記同期維持回路に対して、前記Ｇ
ＰＳ受信機から１ＰＰＳ信号、同期状態信号及び時刻情
報信号が出力される上記（１）の衛星通信装置。

【００１６】（３）前記ＧＰＳ受信機の故障時等に同期
を維持するためのクロック源を備える上記（1）又は
（２）の衛星通信装置。

【００１７】（４）ＧＰＳ衛星を利用してフレームタイ
ミングを同期させる衛星通信装置用同期維持回路におい
て、ＧＰＳ受信機の出力を受ける制御部、ＵＴＣフレー
ムカウンタ、送信フレームカウンタ及びラウンドトリッ
プ測定回路を設け、前記ＧＰＳ受信機が発生するＵＴＣ
タイミングが、送信フレームタイミングと受信フレーム
タイミングの１／２の位置となるよう前記送信フレーム
タイミングを制御する同期維持回路。

【００１８】（５）前記ＧＰＳ受信機の故障又は非同期
時に自走モードに切り替えるセレクタを設ける上記
（４）の同期維持回路。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の衛星通信装置及び
その同期維持回路の好適実施形態例を、添付する図１乃
至図３を参照して詳細に説明する。

【００２０】本発明による衛星通信装置は、ＧＰＳ受信
機が発生するタイミングを、送信フレームタイミング
と、受信フレームタイミングの１／２の位置になるよう
に、送信フレームタイミングを制御する。これを、図１
（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。図１は、本発明に
よる信装置のタイミング同期方式の原理図である。

【００２１】衛星と地球局間の距離は、衛星の運動の為
に厳密には一定ではなく、時々刻々変化している。ま
た、複数の地球局と衛星との距離も一定ではない。ネッ
トワーク内でタイミング同期を必要とする、例えばＴＤ
ＭＡ衛星通信系の場合には、この距離の差を無視するこ
とはできない。本発明では、各地球局が、ＧＰＳ受信機
が発生するＵＴＣ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｉｍｅ Ｃ
ｏｄｅ）の１秒毎の信号が、送信フレームタイミング
と、受信フレームタイミングの１／２の位置（ＵＴＣフ
レームタイミング）になるように、送信フレームタイミ
ングを制御する。即ち、図１（Ａ）に示す如く、時刻Ｔ
１、Ｔ２、Ｔ３では、衛星の運動の影響で、ラウンドト
リップ値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は異なるものの、送信フレー
ムタイミングと受信フレームタイミングの１／２の位置
は、常にＵＴＣに一致する。

【００２２】次に、図１（Ｂ）に示す如く、ネットワー
ク内の各局のＵＴＣは、同期しているので、各局の送信
フレームタイミングは、衛星上で一致することになる。
従って、各地球局は、フレームタイミングに対し予め定
められたスロットにバーストを送出することにより、衛
星上でバーストの衝突は起こらない。

【００２３】現時点での一般的なＧＰＳ受信機の精度
は、基準値に対して＋／− １μｓ程度の安定度を有
し、低中速の同期式衛星通信方式では十分に利用可能で
ある。このタイミング制御を行う同期維持回路は、比較
的小型化が可能であると共に、各地球局が独自に制御を
かけることができるので、ネットワーク内に基準局を設
置する必要がなくなる。

【００２４】次に、図２を参照して、本発明の衛星通信
装置の好適実施形態例のブロック図を説明する。この衛
星通信装置は、アンテナ６を有するＧＰＳ受信機１、受
信部２、同期維持回路３、送信部４及びクロック源５を
備える。ＧＰＳ受信機１から同期維持回路３に、１ｐｐ
ｓ（ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃｏｎｄ）信号１０、同期状態信
号１１及び時刻情報信号１２が出力される。同期維持回
路３は、受信部２から受信フレーム信号１３を受け、送
信部４に送信フレーム信号１５を出力する。クロック源
５は、受信部２、同期維持回路３及び送信部４にクロッ
ク１４を入力する。受信部２は受信信号１６を受け、送
信部４は、送信信号１７を出力する。

【００２５】図２のブロック図から明らかな如く、本発
明の衛星通信装置は、従来技術の如くタイミング基準と
なる基準局が不要であり、全ての局が同じハードウェア
により構成可能である。ＧＰＳ受信機１が発生する１ｐ
ｐｓ信号１０がタイミングの基準として機能する。同期
維持回路３は、この１ｐｐｓ信号１０に同期したＵＴＣ
フレームを生成する。このＵＴＣフレームが、送信フレ
ームと受信フレームの１／２になるように送信フレーム
タイミングを制御する。

【００２６】ところで、ＧＰＳ受信機１は、設置する地
球上の位置によっては、ＧＰＳ衛星に同期できない時間
帯が存在し、その時間帯の同期維持が問題となる。しか
し、後述する如く、本発明の同期維持回路３は、ＧＰＳ
受信機１が衛星に非同期の時間帯には、クロック源５が
発生するローカルクロック１４を基準に自走することに
より同期を維持することに注目されたい。更に、ＧＰＳ
受信機１に故障が生じた場合にも、自走することにより
同期を維持する。

【００２７】更に、図２の衛星通信装置の動作を説明す
ると、ＧＰＳ受信機１から同期維持回路３に出力される
同期状態信号１１は、ＧＰＳ衛星（図示せず）への同期
状態を示す。また、時刻情報信号１２は、ＵＴＣを表
す。受信部２は、入力される受信信号１６を基に、受信
フレーム同期を確立し、同期維持回路３に受信フレーム
信号１３を出力する。同期維持回路３は、１ｐｐｓ信号
１０に同期したＵＴＣフレームを生成し、このＵＴＣフ
レームが、送信フレームと受信フレームの１／２になる
ように、送信フレームタイミングを生成し、送信フレー
ム信号１５として送信部４に出力する。送信部４は、入
力された送信フレーム信号１５を基に送信フレーム同期
を確立し、予め定められたスロットに送信信号１７を出
力する。

【００２８】次に、図３を参照して、図２の同期維持回
路３の詳細構成図を示すブロック図を説明する。本発明
の同期維持回路３は、１ｐｐｓ信号１０、同期状態信号
１１及び時刻情報信号１２が入力される制御部２０、送
信フレームカウンタ２１、ラウンドトリップ測定回路２
２、ＵＴＣフレームカウンタ２３及びセレクタ（ＳＥ
Ｌ）２４を備える。

【００２９】制御部２０は、上述した１ｐｐｓ信号１
０、同期状態信号１１及び時刻情報信号１２に加えて、
ラウンドトリップ測定回路２２からのラウンドトリップ
情報信号３８を受け、送信フレームカウンタ２１に対し
てオフセット情報信号３７を出力する。また、制御部２
０は、セレクタ２４に対してフレーム選択信号３４を出
力する。セレクタ２４には、１ｐｐｓ信号１０とＵＴＣ
フレームカウンタ２３の出力であるＵＴＣフレームパル
ス＃１ ３５が入力され、その出力を送信フレームカウ
ンタ２１及びＵＴＣフレームカウンタ２３に送出する。

【００３０】送信フレームカウンタ２１は、制御部２０
からのオフセット情報信号３７と、クロック１４と、セ
レクタ２４の出力とを受け、送信フレーム信号１５を出
力する。ラウンドトリップ測定回路２２は、受信フレー
ム信号１３と上述した送信フレーム信号１５とを入力と
し、制御部２０へラウンドトリップ情報信号３８を出力
する。

【００３１】次に、図３の同期維持回路３の動作を説明
する。本発明の同期系の基となるタイミングであるＵＴ
Ｃフレームは、ＵＴＣフレームカウンタ２３により生成
される。本ＵＴＣフレームカウンタ２３は、１ＰＰＳ信
号３０あるいはフレームカウンタ２３が生成するＵＴＣ
フレームパルス＃１ ３５によってリセットされる。こ
の選択は、制御部２０によって行われる。

【００３２】即ち、制御部２０は、ＧＰＳ受信機１から
の同期状態信号１１を監視し、もしＧＰＳ衛星への同期
がはずれた場合、または、ＧＰＳ受信機１が障害を起こ
した場合など、ＧＰＳ受信機１への同期を切り離し、Ｕ
ＴＣフレームカウンタ２３を自走モードに切り替える。
この場合、ＵＴＣフレームカウンタ２３は、ＵＴＣフレ
ームパルス＃１ ３５によりリセットされることにな
る。

【００３３】一方、同期モードか自走モードかによって
選択されたＵＴＣフレームパルス＃２３６は、送信フレ
ームカウンタ２１に入力され、制御部２０からのオフセ
ット情報信号３７を基に、送信フレーム１５が生成さ
れ、送信フレーム信号１５が出力される。制御部２０が
生成する、オフセット情報３７は、ＵＴＣフレームが、
送信フレームタイミングと受信フレームタイミングの１
／２の位置にくるよう、計算された値である。この送信
フレームタイミングと受信フレームタイミングの間を、
ラウンドトリップと呼び、ラウンドトリップ測定回路２
２で測定され、ラウンドトリップ情報信号３８として、
制御部２０に入力される。

【００３４】以上、本発明の衛星通信装置及びその同期
維持回路の好適実施形態例を詳述した。しかし、本発明
は斯る特定例のみに限定されるべきではなく、種々の変
形変更が当業者には容易に理解されよう。

【００３５】例えば、上述の実施形態例にあっては、送
信フレームタイミングと受信フレームタイミングの１／
２の位置にＵＴＣフレームタイミングを位置させるよう
制御させていた。しかし、低速の同期式衛星通信方式
で、余り同期精度を必要としない場合には、送信フレー
ムタイミング制御を行わず、単にＵＴＣフレームタイミ
ングに同期させるだけでも十分である。また、図２の衛
星通信装置の実施形態例にあっては、クロック源を自走
式のものにしてあるが、ＧＰＳに同期させ、ＡＦＣ（自
動周波数コントロール）をかけることによって、より高
安定度のクロックを得ることも可能である。

【００３６】

【発明の効果】上述の説明から理解される如く、本発明
によると、次の如き顕著な効果が得られる。

【００３７】先ず第１に、世界的な絶対時間（ＵＴＣ）
にネットワーク内の全ての局が同期できるので、同期系
衛星通信システムにおけるネットワーク内のタイミング
同期の維持、管理を行う為の基準局が不要になるという
ことである。

【００３８】次に、単にＧＰＳ受信機により同期維持を
するのではなく、ＧＰＳ受信機の非同期時又はＧＰＳ受
信機の故障時にも自走クロックによってその同期を維持
するので、衛星通信装置の同期維持回路が小型化でき、
また十分な精度を維持し続けることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示し、（Ａ）は単一地球局の同
期原理図、（Ｂ）は地球局Ａ・Ｂ及びＣの同期原理図で
ある。

【図２】本発明による衛星通信装置の実施形態例のブロ
ック図である。

【図３】図２における同期維持回路の詳細ブロック図で
ある。

【図４】従来のＴＤＭＡの説明図であり、（Ａ）は同期
方式の原理図、（Ｂ）はフレーム構成図である。

【図５】従来のＴＤＭＡにおける衛星通信装置の基準局
のブロック図である。

【符号の説明】

１ ＧＰＳ受信機 ２ 受信部 ３ 同期維持回路 ４ 送信部 ５ クロック源 ２０ 制御部 ２１ 送信フレームカウンタ ２２ ラウンドトリップ測定回路 ２３ ＵＴＣフレームカウンタ ２４ セレクタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自局が送信したキャリアが通信衛星で折り
   返される構成を採用し、各局間の同期を必要とする衛生
   通信装置において、ＧＰＳ衛星を利用し、ＵＴＣを基準
   にしてフレームタイミング同期させるＧＰＳ受信機と、
   該ＧＰＳ受信機の出力を受ける同期維持回路と、送信部
   と、受信部とを備えることを特徴とする衛星通信装置。
2. 【請求項２】前記同期維持回路に対して、前記ＧＰＳ受
   信機から１ＰＰＳ信号、同期状態信号及び時刻情報信号
   が出力される請求項１に記載の衛星通信装置。
3. 【請求項３】前記ＧＰＳ受信機の故障時等に同期を維持
   するためのクロック源を備えることを特徴とする請求項
   1又は２に記載の衛星通信装置。
4. 【請求項４】ＧＰＳ衛星を利用してフレームタイミング
   を同期させる衛星通信装置用同期維持回路において、Ｇ
   ＰＳ受信機の出力を受ける制御部、ＵＴＣフレームカウ
   ンタ、送信フレームカウンタ及びラウンドトリップ測定
   回路を設け、前記ＧＰＳ受信機が発生するＵＴＣタイミ
   ングが、送信フレームタイミングと受信フレームタイミ
   ングの１／２の位置となるよう前記送信フレームタイミ
   ングを制御することを特徴とする同期維持回路。
5. 【請求項５】前記ＧＰＳ受信機の故障又は非同期時に自
   走モードに切り替えるセレクタを設けることを特徴とす
   る請求項４に記載の同期維持回路。