JP2002335198A

JP2002335198A - 衛星通信システム

Info

Publication number: JP2002335198A
Application number: JP2001141678A
Authority: JP
Inventors: Hideki Katagiri; 秀樹片桐
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】マルチビーム型衛星通信システムにおいて、ア
ップリンクおよびダウンリンクの電力制御を効率的且つ
タイムリーに行う衛星通信システムを提供する。【解決手段】地上の離れた位置にある複数のユーザ局Ｕ
１、Ｕ２間で衛星局１を介して通信する際に、衛星局１
からユーザ局Ｕ１、Ｕ２に対してビーコン信号１３、１
４を送信して大気の減衰量を測定して決定したユーザ局
Ｕ１、Ｕ２の送信電力レベルＬ１、Ｌ２を網制御局３が
受けて、衛星局１からのダウンリンクの適正な送信電力
レベルｋＬ１、ｋＬ２を決定して、衛星局１の送信レベ
ルを制御する。また、ＴＤＭＡ通信方式の場合に、衛星
局１には、送信電力制御テーブルを記憶する送信電力制
御テーブル記憶装置１５を備え、この送信電力制御テー
ブルを制御回路１６で書き換えおよび読み出して衛星局
１の送信電力をタイムリーに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は衛星通信システムに
関し、特に衛星局を介して地上の複数のユーザ局間で通
信する際の大気の影響を回避又は軽減する衛星通信シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】通信のニードが益々増加し、情報化およ
びグローバル化の進展に伴い、通信の広帯域化の必要性
が高まっている。また、無線通信には、種々の利点を有
する通信衛星を活用する衛星通信が普及し、広帯域を確
保し易い準ミリ波帯域以上の周波数の使用が期待されて
いる。しかし、準ミリ波帯以上の周波数を使用する場合
には、大気（又は降雨）に関連したＲＦ（無線周波数）
信号の減衰が大きな問題である。

【０００３】衛星放送技術に関する従来技術は、例えば
特開平３−１１７２３２号公報の「衛星放送方式」、特
開平５−２１８９２４号公報の「送信電力制御方式」、
特開平５−３４４０３２号公報の「送信電力制御方
式」、特開平６−２４４７６４号公報の「放射電力可変
型衛星の電力分配制御方法」、特開平９−１９１３０４
号公報の「無線通信システム」、特開平１０−１９０５
５０号公報の「多重衛星フェード減衰制御システム」、
特開平５−４１６８３号公報の「衛星通信・放送の送信
電力制御方式」および特開平１０−９８４２５号公報の
「サテライトをベースとするテレコミュニケーションシ
ステムのためのパワーコントロール方法及び装置」等に
開示されている。

【０００４】次に、図８を参照して、衛星通信システム
に関する従来の一般的な衛星通信システム、特にその電
力制御方法を説明する。この衛星通信システムは、通信
衛星に搭載された衛星局１、地上の網制御局３および地
上の第１ユーザ局Ｕ１および第２ユーザ局Ｕ２により構
成される。一般に、衛星通信のユーザ局Ｕ１、Ｕ２にお
いて、大気に関連した降雨減衰量の大きい準ミリ波帯以
上の周波数を使用する場合には、降雨減衰量の大きいと
き、ユーザ局Ｕ１、Ｕ２の送信電力を増加させてアップ
リンクの降雨減衰量を補償するための送信電力制御が必
要になる。

【０００５】この種の送信電力制御の従来動作手順は、
ダウンリンクの降雨減衰量を衛星局１から送出されるビ
ーコン信号１３を使用して実測する。この測定値からビ
ーコン信号１３の周波数をパラメータとする、後述する
（１）式から、先ず降雨強度Ｒ（ｍｍ／ｈ）を求める。
次に、アップリンクの送信周波数について、この降雨強
度Ｒを使用して、降雨減衰量Ａを再度（１）式を使用し
て求める。（１）式は、減衰量Ａ（ｄＢ／Ｋｍ）および
降雨強度Ｒ（ｍｍ／ｈ）とし、係数ｒおよびべき数ｎ＝
０・８８（１７．７ＧＨｚ≦ ｆ≦ ３１ＧＨｚ）とする
と、Ａ＝ｒ×Ｒｎ…（１）式となる。ここで、係数ｒは、周波数ｆの関数として
（２）式となる。ｒ＝０．１４２３−３．０９７６×１０‐2ｆ＋３．１１７４×１０‐3×ｆ2 −８．８３２８×１０−5×ｆ3＋８．９２７０×１０−7×ｆ4…（２）式上述した（１）式および（２）式を使用して、アップリ
ンクの降雨減衰量を補償する送信電力制御を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来の衛星
通信システムの電力制御方法においては、次の如き課題
を有する。第1に、アップリンクとダウンリンクの電力
整合策である。マルチビーム型の衛星通信システムで
は、アップリンクとダウンリンクとのユーザ局の地域が
異なり、送信ユーザ局ではビーコン受信電力によりアッ
プリンクの電力制御ができるが、ダウンリンクの電力制
御ができない。網制御局３等が各地域の降雨情報に基づ
き、送信電力制御を行うことも可能である。しかし、こ
の場合には、他の複数の課題が生じる。

【０００７】第2に、地域に適合した降雨補償の実現で
ある。同一のマルチビーム内においても、降雨状況は異
なるので、統一した制御では不十分である。例えば、日
本全国を約２０のマルチビームでカバーする場合でも、
１つのビーム径は、数１００Ｋｍとなるが、この数１０
０Ｋｍの地域が同一気象状況となることは殆どあり得な
い。即ち、広域での気象情報のみでの降雨補償は、精度
のないものとなる。

【０００８】第３に、タイムリーな制御である。網制御
局３からの制御の場合には、衛星通信システムの運用が
複雑になり且つタイムリーな制御が不可能になる。第４
に、衛星電力の効率的利用である。ダウンリンクのある
一定時間に降雨地域への通信が集中した場合には、衛星
局１の有する所要電力以上の電力要求に適合できない場
合がある。これに単純に対応するには、衛星電力を常に
マージン（余裕）を持たせる必要がある。しかし、宇宙
空間で太陽電池から電力供給を受ける衛星局１では、供
給電力に限界がある。また、大きなマージンの太陽電池
を宇宙空間にロケットにより打ち上げるには、余分な費
用がかかる。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、従来技術の上述した種々の課
題に鑑みなされたものであり、斯かる課題を解決又は軽
減する衛星通信システムを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の衛星通信システ
ムは、基地局と、地上に設けられた網制御局および複数
のユーザ局とを備え、衛星局を介してユーザ局間で通信
する双方向の１対１型のシステムであって、大気に関連
したＲＦ信号の減衰度を各ユーザ局からの送信電力情報
に基づいて、網制御局が衛星局の送信電力制御情報を生
成し、この送信電力制御情報に基づいて衛星局のダウン
リンク送信電力を制御する。本発明の好適実施形態で
は、網制御局による衛政局から各ユーザ局へのダウンリ
ンク送信電力は、それぞれ各ユーザ局から網制御局に送
られる送信電力情報と所定比例係数の積により決定す
る。

【００１１】また、本発明の衛星通信システムは、衛星
局と、地上に設けられた網制御局および複数のユーザ局
からなるＴＤＭＡ通信方式のマルチビーム衛星通信シス
テムであって、大気に関連してＲＦ信号の減衰量を各ユ
ーザ局からの送信電力情報に基づいて、網制御局が衛星
局の周期的な送信電力制御情報を生成し、衛星局は送信
電力制御情報を記憶する送信電力制御テーブル記憶装置
を備え、この送信電力テーブル記憶装置から送信電力制
御情報を読み出して衛星局からのダウンリンク送信電力
を制御する。本発明の好適実施形態によると、送信電力
制御テーブル記憶装置に記憶される送信電力制御情報を
書き込みおよび読み出す制御回路を備える。送信電力制
御テーブル記憶装置から制御回路により読み出された送
信電力制御情報により、衛星局の送信電力を制御する出
力電力可変増幅装置を備える。また、時間スイッチを設
け、タイムスロット内での送信電力の集中を回避して送
信電力の均一化を図る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による衛星通信シス
テムの好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参
照して詳細に説明する。

【００１３】先ず、図１は、本発明による衛星通信シス
テムの第１実施形態の基本構成を示す図である。尚、図
１に示す衛星通信システムにおいて、上述した図８に示
す従来技術の構成要素に対応する構成要素には、説明の
便宜上、同様の参照符号を使用する。この衛星通信シス
テムは、衛星局１、第１ユーザ局Ｕ１、第２ユーザ局Ｕ
２および網制御局３から構成される。この衛星通信シス
テムでは、第１ユーザ局Ｕ１および第２ユーザ局Ｕ２
は、それぞれは衛星局１の第１ビーム１１および第２ビ
ーム１２の相互に異なったビーム内に位置し、１：１型
の通信をする。

【００１４】衛星局１は、全てのユーザ局Ｕ１、Ｕ２に
対して、ある条件下でユーザ局Ｕ１、Ｕ２の受信レベル
が一定値となるようにビーコン信号１３、１４を送信す
る。次に、後述する如く、ユーザ局Ｕ１、Ｕ２は、この
ビーコン信号１３、１４を受信し、その受信レベルか
ら、衛星局１と各ユーザ局Ｕ１、Ｕ２までの減衰量をそ
れぞれ算出する。この算出結果に基づいて、ユーザ局Ｕ
１およびＵ２間で回線接続時に、各ユーザ局Ｕ１、Ｕ２
が送信すべき送信電力レベルＬ１およびＬ２を求め、各
ユーザ局Ｕ１、Ｕ２は、網制御局３に対して、ビーコン
信号１３、１４から算定した送信電力Ｌ１およびＬ２を
情報化して送出する。

【００１５】一方、網制御局３では、衛星局１経由で各
ユーザ局Ｕ１、Ｕ２からの各送信電力情報Ｌ１およびＬ
２から、各ビーム１１、１２毎の衛星局１のダウンリン
ク電力情報を算出する。一般に、アップリンクおよびダ
ウリンクで使用する周波数帯は異なるが、衛星局１から
の出力電力は、各ユーザ局Ｕ１、Ｕ２からの送信電力Ｌ
１およびＬ２が決まれば算出できる。即ち、衛星局１の
送信電力は、第１ユーザ局Ｕ１および第２ユーザ局Ｕ２
への衛星局１からの送信電力は、ｋＬ１およびｋＬ２
（ここで、ｋは所定比例係数）が決まる。

【００１６】次に、図２は、図１の衛星通信システムの
通信における衛星局１の送信電力制御シーケンスの１例
を示す。先ず、第１ビーム１１のカバーレジ内に位置す
る第１ユーザ局Ｕ１は、回線接続要求を発する（ステッ
プＳ１）。このとき、衛星局１が発したビーコン信号１
３の受信レベルから送信レベルＬ１を算出しており、回
線接続要求に送信レベルＬ１を情報化して送出する。

【００１７】衛星局１は、この回線接続要求を網制御局
３に振り分ける（ステップＳ２）。網制御局３では、第
１ユーザ局Ｕ１の通信先となる第２ユーザ局Ｕ２に対し
て、回線接続要求に応答するか否かを確認する回線接続
応答確認を発する。第２ビーム１２のカバレッジ内に位
置する第２ユーザ局Ｕ２は、衛星局１経由で回線接続応
答確認を受信する（ステップＳ３）。そこで、第２ユー
ザ局Ｕ２は、回線接続応答確認に対するレスポンスとし
て回線接続要求を応答する。次に、第１ユーザ局Ｕ１の
送信時と同様にして、ビーコン信号１４から送信レベル
Ｌ２を算出し、この送信レベルＬ２を情報化して回線接
続要求に付加して送信する。網制御局３は、衛星局１を
介して、第２ユーザ局Ｕ２からの回線接続要求を受信す
る（ステップＳ４）。

【００１８】以上は１例であるが、このようにしてそれ
ぞれの送信局（ユーザ局）Ｕ１、Ｕ２の送信レベルＬ
１、Ｌ２を網制御局３は知ることとなる。第１ユーザ局
Ｕ１と第２ユーザ局Ｕ２との間の通信開始指示に先立
ち、衛星局１にそれぞれの出力ビーム毎の出力レベルｋ
Ｌ１、ｋＬ２を指示できる（ステップＳ５、Ｓ６）。通
信開始指示が発せられた時点では、それぞれのユーザ局
Ｕ１、Ｕ２の大気に関連したＲＦ信号の減衰量に適合し
た出力レベルが制御できる。

【００１９】次に、図３は、本発明による衛星通信シス
テムの第２実施形態の構成図を示している。この第２実
施形態では、衛星局１側に送信電力用の変換テーブルを
記憶する送信電力制御テーブル記憶装置１５を有する。
この第２実施形態では、第１ビーム１１のエリアにユー
ザ局Ｕ１、ユーザ局Ｕ２を有し、第２ビーム１２のエリ
アにユーザ局Ｕ３、ユーザ局Ｕ４を有する。例えば、図
４に示す如くＴＤＭＡ（Time Division Multiple Acces
s）通信方式の場合には、単位時間毎に通信局が異な
る。ユーザ局Ｕ１〜Ｕ４の大気に関連したＲＦ信号の減
衰量が個々に変わるため、衛星局１からのビーム１１、
１２毎に一様に衛星局１の送信電力を固定化するのでは
不十分である。即ち、図３に示す特定例では、ユーザ局
Ｕ１、Ｕ３には降雨がなく（晴天）、ユーザ局Ｕ２、Ｕ
４には降雨がある。そこで、送信するユーザ局Ｕ１、Ｕ
２およびＵ３、Ｕ４の大気に関連したＲＦ信号の減衰量
に合わせて、単位時間毎に周期的に切り替える必要があ
る。このため、衛星局１上では、送信電力を周期的に切
り替える制御テーブルを記憶する送信電力制御テーブル
記憶装置１５を有する。網制御局３から送信電力制御テ
ーブルを書き換えることにより、動的に送信電力を制御
する衛星通信システムの電力制御例を示している。

【００２０】図４は、それぞれ第１ビーム１１および１
２のエリア内の２組のユーザ局Ｕ１、Ｕ２とＵ３、Ｕ４
が、時間を等分（分割）して通信している例を示す。ユ
ーザ局Ｕ１からのビーム１のアップリンクでは、Ｕ１か
らＵ３へ（Ｕ１→Ｕ３）およびＵ２からＵ４へ（Ｕ２→
Ｕ４）で交互に通信している。一方、ビーム２のアップ
リンクでは、Ｕ３からＵ１へ（Ｕ３→Ｕ１）およびＵ４
からＵ２へ（Ｕ４→Ｕ２）で交互に通信している。ビー
ム１およびビーム２間での双方通信の例である。この例
では、図３に示す如くＵ２およびＵ４が降雨状態であ
り、衛星局１に至るまでＲＦ信号が減衰する。そこで、
より高出力のアップリンク送信電力を必要とする。即
ち、ユーザ局Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３およびＵ４のアップリン
クビームを、それぞれ送信電力レベルＬ１、Ｌ２、Ｌ３
およびＬ４とすると、Ｌ２＞Ｌ１およびＬ４＞Ｌ３であ
る。図４中に、ボックスの大きさ（高さ）でその送信電
力の大きさを定性的に示す。

【００２１】一方、ダウンリンクは、ユーザ局Ｕ２およ
びＵ４等の降雨地域に対して、より大きい送信電力を割
り当てる必要がある。そのための電力配分は、図２を参
照して上述した方法により行うことが可能である。しか
し、時分割多重周期を短い周期で実施する場合には、網
制御局３からのその都度の指示では間に合わない。そこ
で、網制御局３から制御情報を一旦記憶する送信電力制
御テーブルを記憶する送信電力制御テーブル記憶装置１
５を衛星局１側に設ける必要がある。図３に示すこの送
信電力制御テーブル記憶装置１５は、網制御局３からの
出力電力制御情報を記憶し、時分割多重周期に合わせて
衛星局１の送信電力を制御するタイミングで暫時制御情
報を出力するものである。この送信電力制御テーブル記
憶装置１５により、高速切替を実現している。

【００２２】次に、図５は、本発明による衛星通信シス
テムの第３実施形態の構成を示す。衛星局１が送信電力
を自律的に制御するため、各ユーザ局（又は地球局）Ｕ
１〜Ｕ４への送信レベルを記憶する送信電力制御テーブ
ル記憶装置１５、この記憶情報に基づき送信電力を制御
する制御回路１６および出力電力を可変する出力電力可
変増幅装置１７を有する。図５に示す衛星通信システム
において、各ユーザ局Ｕ１〜Ｕ４からの送信電力情報に
基づき自律的且つ高速に出力電力を切り替える。

【００２３】ここで、制御回路１６は、送信電力制御テ
ーブル記憶装置１５へのデータの書き込みおよび読み出
しを制御する。出力電力可変増幅装置１７は、制御回路
１６が送信電力制御テーブル記憶装置１５から読み出し
た出力データに基づき、ビーム１１、１２毎の送信電力
を可変制御する。このように、各ユーザ局Ｕ１〜Ｕ４か
ら送信されたユーザ局の送信電力情報を、送信電力制御
テーブル記憶装置１５に記憶し、制御回路１６がユーザ
局Ｕ１〜Ｕ４に送信すべきタイミングで各ユーザ局の送
信電力を読み出し、出力電力可変増幅装置１７の出力電
力を制御する。

【００２４】次に、図６は、本発明による衛星通信シス
テムの第４実施形態の構成を示す。この第４実施形態の
衛星通信システムでは、衛星局１が送信電力制御テーブ
ル記憶装置１５、制御回路１６および出力電力可変増幅
装置１７に加えて、復調器１８およびＴ（時間）型スイ
ッチ１９を含んでいる。そして、このＴ型スイッチ１９
により、出力のタイムスロットを変更する場合を示して
いる。例えば、図４に示す如く出力電力がタイムスロッ
ト毎に変動する場合には、あるタイムスロットに送信電
力が集中する。この場合に、衛星局１は、電力変動範囲
が広くなり、電力リソースの上限が大きくなる。電力リ
ソースを有効に使用することは、有限の衛星電力におい
ては極めて重要である。そこで、図７に示すボックスの
大きさ（高さ）で送信電力の大きさを示す如く、同一タ
イムスロットに大送信電力が重なる場合には、シフトさ
せることにより送信電力の均一化を行う。即ち、同一タ
イムスロット内での送信電力和が均一になるように、Ｔ
型スイッチ１９で出力タイミングを制御する。このよう
な機能追加により、衛星局１の送信電力を均一化でき且
つユーザ局Ｕ１、Ｕ２の帯域によるＲＦ信号減衰量の影
響も回避する。

【００２５】以上、本発明による衛星通信システムの好
適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯か
る実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発
明を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱するこ
となく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能である
こと、当業者には容易に理解できよう。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の衛星通信
システムによると、以下に記載するような効果を奏す
る。第１に、衛星局１が出力したビーコン信号１３、１
４に基づき、ユーザ局Ｕ１、Ｕ２が判定した衛星局１へ
の送信電力を、網制御局３に通知し、網制御局３で各ビ
ーム１３、１４毎のダウンリンク送信電力を決め、衛星
局１に指示することで、衛星局１の送信電力を有効に活
用できる。また、衛星局１の送信電力が降雨減衰に合わ
せて正しくダウンリンク電力を制御できるので、ユーザ
局Ｕ１、Ｕ２の受信アンテナを適切な大きさに維持で
き、ユーザ局の小型化に寄与する。第２に、衛星局１で
送信電力制御テーブル記憶装置１５を有してマルチビー
ムのＴＤＭＡ（時分割多重通信）に同期して、相手先の
ユーザ局毎に衛星局１の送信電力を制御でき、一層高速
の送信電力制御ができることである。

【００２７】第３に、衛星局１で送信電力レベルを制御
するため、制御回路１６と送信電力制御テーブルを実装
し、これら追加機能を活用して出力電力可変増幅装置１
７を衛星局１が自律的に実施しているので、網制御局３
の機能が単純化でき、衛星局１の運用が容易にできるこ
とである。第４に、更にＴスイッチ１９を有すること
で、送信タイミングを時分割周期に同期して出力するが
でき、１タイムスロット内での全ビームの送信電力和が
均一に制御できるので、衛星の有限な電力を更に有効活
用が可能になる。これにより、ユーザ局のアンテナの小
型化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による衛星通信システムの第１実施形態
の構成図である。

【図２】図１の衛星通信システムの動作を説明するシー
ケンス図である。

【図３】本発明による衛星通信システムの第２実施形態
の構成図である。

【図４】図３の衛星通信システムの動作説明図である。

【図５】本発明による衛星通信システムの第３実施形態
の構成図である。

【図６】本発明による衛星通信システムの第４実施形態
の構成図である。

【図７】図６に示す衛星通信システムの動作説明図であ
る。

【図８】従来の衛星通信システムの構成図である。

【符号の説明】

１衛星局３網制御局１１第１ビーム１２第２ビーム１３、１４ビーコン信号１５送信電力制御テーブル記憶装置１６制御回路１７出力電力可変増幅装置１９Ｔ型スイッチＵ１〜Ｕ４ユーザ局Ｌ１〜Ｌ４送信電力レベル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】衛星局と、地上に設けられた網制御局およ
び複数のユーザ局とを備え、前記衛星局を介して前記ユ
ーザ局間で通信する双方向の１対１型の衛星通信システ
ムにおいて、大気に関連したＲＦ信号の減衰量を前記各ユーザ局から
の送信電力情報に基づいて、前記網制御局が前記衛星局
の送信電力制御情報を生成し、該送信電力制御情報に基
づいて前記衛星局のダウンリンク送信電力を制御するこ
とを特徴とする衛星通信システム。
【請求項２】前記網制御局による前記衛星局から前記各
ユーザ局へのダウンリンク送信電力は、それぞれ前記各
ユーザ局から前記網制御局に送られる送信電力情報と所
定比例係数の積により決定することを特徴とする請求項
１に記載の衛星通信システム。
【請求項３】衛星局と、地上に設けられた網制御局およ
び複数のユーザ局からなるＴＤＭＡ通信方式のマルチビ
ーム衛星通信システムにおいて、大気に関連したＲＦ信号の減衰量を前記各ユーザ局から
の送信電力情報に基づいて、前記網制御局が前記衛星局
の周期的な送信電力制御情報を生成し、前記衛星局は前
記送信電力制御情報を記憶する送信電力制御テーブル記
憶装置を備え、該送信電力制御テーブル記憶装置から前
記送信電力制御情報を読み出して前記衛星局からのダウ
ンリンク送信電力を制御することを特徴とする衛星通信
システム。
【請求項４】前記送信電力制御テーブル記憶装置に記憶
される送信電力制御情報を書き込みおよび読み出す制御
回路を備えることを特徴とする請求項３に記載の衛星通
信システム。
【請求項５】前記送信電力制御テーブル記憶装置から前
記制御回路により読み出された前記送信電力制御情報に
より前記衛星局の送信出力を制御する出力電力可変増幅
装置を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の
衛星通信システム。
【請求項６】時間スイッチを設け、タイムスロット内で
の送信電力の集中を回避して送信電力の均一化を図るこ
とを特徴とする請求項３、４又は５に記載の衛星通信シ
ステム。