JP2004128658A - 衛星通信システム、受信地球局及び通信衛星切替方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】非静止衛星による衛星通信システムにおいて通信衛星を切り替える際、受信データの瞬断又は同期はずれを防止することを目的とする。
【解決手段】受信地球局が、２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する２系統の時間マーカー抽出手段５０Ａ，５０Ｂと、抽出された時間マーカーに基づいて２系統の受信データが書き込まれる２系統のバッファメモリ５１Ａ，５１Ｂと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延手段５６と、遅延させた時間マーカーに基づいて各バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂから２系統の受信データを読み出す読出手段と、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替手段３６とを備える。
【選択図】 図３
【解決手段】受信地球局が、２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する２系統の時間マーカー抽出手段５０Ａ，５０Ｂと、抽出された時間マーカーに基づいて２系統の受信データが書き込まれる２系統のバッファメモリ５１Ａ，５１Ｂと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延手段５６と、遅延させた時間マーカーに基づいて各バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂから２系統の受信データを読み出す読出手段と、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替手段３６とを備える。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星通信システム、受信地球局及び通信衛星切替方法に係り、さらに詳しくは、非静止衛星を介して地球局間でデータ伝送を行う衛星通信システムにおける通信衛星の切り替え方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の衛星通信は、赤道上の静止衛星を用いたものであり、地球局から見た衛星は常に静止している。このため、衛星故障等の非常時でない限り、通信に使用する衛星を切り替える必要性はない。しかしながら、近年種々提案され、一部実用化されている非静止型の衛星通信システムでは、地球局に対し相対的に移動する複数の衛星を用いて通信を行っている。したがって、地球局から見た場合、通信に使用する衛星の切り替えを行う必要がある。
【０００３】
代表的な非静止型衛星には、低軌道衛星システム（ＬＥＯ：Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ）、楕円軌道衛星システム（ＨＥＯ：Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ Ｏｒｂｉｔ）などがある。例えば、前者の例としてはイリジウムシステムがあり、後者の例としては準天頂衛星システムがある。
【０００４】
ここでは、デジタル信号を衛星を介して地球局間で送受信する非静止衛星通信システムにおいて、衛星の切り替えを行う場合について考える。また、衛星通信において衛星にアクセスする方式には、周波数多重分割多元接続方式（ＦＤＭＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式などがあるが、ここでは、衛星にアクセスする方式としてＦＤＭＡ方式を採用する場合について考える。
【０００５】
ＦＤＭＡ方式は、衛星の持つ周波数帯域を分割して各地球局に割り当てる方式であり、各地球局は割り当てられた周波数帯域内で信号を送出し、受信側では受信信号がどの割り当て周波数帯域内にあるかによって送信局を識別し、その信号のなかから自局向けのチャネルを取り出す方式であり、アクセス手順が簡単であり、また地球局設備の構成が簡易で低コスト化できるなどのメリットがある。
【０００６】
図１１は、従来の衛星通信システムの概略構成を示したブロック図である。この衛星通信システムは、ＦＤＭＡ方式で衛星にアクセスする非静止衛星システムであり、このような衛星通信システムにおける衛星切り替えの直前の様子が示されている。
【０００７】
この衛星通信システムは、送信地球局１と、複数の通信衛星２Ａ及び２Ｂと、受信地球局３により構成される。送信地球局１からの送信波は、いずれかの通信衛星２Ａ，２Ｂを介して受信地球局３で受信することができる。地球局１，３のアンテナビーム内に通信衛星２Ａがある場合、通信衛星２Ａを介して通信が行われるが、通信衛星２Ａ、２Ｂは非静止衛星であるため、地球局１，３から見た通信衛星２Ａの方位は常に変化している。従って、通信衛星２Ａが地球局１，３のアンテナビーム外に移動する前に、次の通信衛星２Ｂへ切り替える必要がある。図１１には、この様な衛星切り替えの直前の状況が示されており、地球局１，３は、通信衛星２Ａ、２Ｂをともに利用可能な状態にある。
【０００８】
通信衛星２Ａによる通信時には、送信地球局１のアンテナ１５Ａから通信衛星２Ａに対し周波数ｆ１の電波が送出され、通信衛星２Ａの受信アンテナ２２Ａで受信される。この受信波は通信衛星２Ａにおいて周波数ｆ１’の電波に変換された後に送信アンテナ２５Ａから送出され、受信地球局３のアンテナ３１Ａで受信される。
【０００９】
送信地球局１、受信地球局３間の通信を通信衛星２Ａから通信衛星２Ｂへ切り替える場合、切り替えに伴って瞬断が発生する。この瞬断時間をできるだけ短くするためには、切り替え時のある期間、通信衛星２Ａに対する送信波と通信衛星２Ｂに対する送信波を同時に出力する必要がある。一般に、２つの通信衛星２Ａ，２Ｂは送信地球局１の同一のアンテナビーム内に入らないため、送信地球局１は、２つのアンテナ１５Ａ及び１５Ｂを有している。同様にして、受信地球局３も、２つのアンテナ３１Ａ及び３１Ｂを有している。
【００１０】
送信地球局１は、衛星切替前に、切替後の通信衛星２Ｂに対してアンテナ１５Ｂから電波を送出する。この送信波は、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２に周波数ｆ１の送信波と同じデータを載せた信号である。周波数ｆ２の送信波は、通信衛星２Ｂの受信アンテナ２２Ｂで受信され、周波数ｆ２’の電波に変換された後に送信アンテナ２５Ｂから送出され、受信地球局３のアンテナ３１Ｂで受信される。
【００１１】
この様にして、２つの通信衛星２Ａ及び２Ｂを介して、送信地球局１から受信地球局３へ同じデータを送信している状態において、通信衛星の切り替えを行えば、瞬断時間を短くすることができる。このような通信経路の切り替えは、一般にソフトハンドオーバーと呼ばれている。
【００１２】
図１２は、図１１の送信地球局１の構成を示したブロック図である。送信地球局は、変調器１２と、２つの送信機１３Ａ及び１３Ｂと、２つの送信アンテナ１５Ａ及び１５Ｂにより構成される。送信データ入力端子１１は、送信デジタルデータが入力される端子である。変調器１２は、送信デジタル信号に対しＱＰＳＫ，ＢＰＳＫ等の変調を行い、ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の変調波を生成し、同一の変調波を送信機１３Ａ及び１３Ｂへ出力する。
【００１３】
送信周波数入力端子１４Ａ，１４Ｂは、変調波のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯における周波数を指定する端子である。送信機１３Ａでは、送信周波数入力端子１４Ａから入力される送信周波数設定信号に基づき周波数ｆ１のＲＦ信号が生成され、高周波増幅された後、送信アンテナ１５Ａから通信衛星２Ａに向けて送出される。同様にして、送信機１３Ｂでは、送信周波数入力端子１４Ｂの設定信号に基づき周波数ｆ２のＲＦ信号が生成され、高周波増幅された後、送信アンテナ１５Ｂから通信衛星２Ｂに向けて送出される。
【００１４】
図１３は、図１１の通信衛星２Ａ，２Ｂの構成を示したブロック図である。通信衛星２Ａは、受信アンテナ２２Ａと、周波数変換器２３Ａと、ローカル発振器２４Ａと、送信アンテナ２５Ａにより構成される。送信地球局１から送信された周波数ｆ１の電波は、受信アンテナ２２Ａで受信され、周波数変換器２３Ａで周波数ｆ１’に変換される。この周波数変換は、ローカル発振器２４Ａの発振周波数に基づいて行われ、周波数変換後の電波は、送信アンテナ２５Ａから受信地球局３に向けて送信される。
【００１５】
全く同様にして、通信衛星２Ｂは、受信アンテナ２２Ｂと、周波数変換器２３Ｂと、ローカル発振器２４Ｂと、送信アンテナ２５Ｂにより構成される。送信地球局１から送信された周波数ｆ２の電波は、受信アンテナ２２Ｂで受信され、周波数変換器２３Ｂで周波数ｆ２’に変換される。この周波数変換は、ローカル発振器２４Ｂの発振周波数に基づいて行われ、周波数変換後の電波は、送信アンテナ２５Ｂから受信地球局３に向けて送信される。
【００１６】
図１４は、図１１の受信地球局３の構成を示したブロック図である。受信地球局３は、２つの受信アンテナ３１Ａ及び３１Ｂと、２つの受信機３２Ａ及び３２Ｂと、２つの復調機３４Ａ及び３４Ｂと、２つのクロック抽出手段３５Ａ及び３５Ｂと、切替器３６からなる。つまり、２系統の受信系と、これらの受信系を切り替える切替器３６からなる。
【００１７】
通信衛星２Ａ，２Ｂからの電波は、それぞれ受信アンテナ３１Ａ，３１Ｂで受信され、受信機３２Ａ，３２Ｂへ入力される。受信機３２Ａ、３２Ｂは、それぞれの受信波を低雑音増幅した後、ＩＦ帯への周波数変換を行う。このとき、受信機３２Ａ，３２Ｂでの変換後の周波数（ＩＦ周波数）が同一となるように、受信周波数を指定する受信周波数設定信号が受信周波数入力端子３３Ａ，３３Ｂに入力されている。
【００１８】
復調器３４Ａ，３４Ｂは、それぞれ受信機３２Ａ，３２Ｂから出力されるＩＦ信号を元のデジタルデータに復調する。このとき、クロック抽出手段３５Ａ，３５Ｂによって受信信号からクロック信号が抽出される。クロック信号は、受信データの変化点に基づいて求められ、復調器３４Ａ，３４Ｂでは抽出されたクロック信号に基づき復調が行われている。
【００１９】
切替器３６は、各復調器３４Ａ，３４Ｂから出力されるデジタルデータ系列のいずれか一方を受信データ出力端子３７へ出力するスイッチング手段である。すなわち、通信衛星２Ａ及び通信衛星２Ｂのいずれかが切替器３６により選択される。切替器３６の切り替え動作を両方のデジタルデータ系列が受信されている期間中に行うことによって、瞬断期間を短くすることができる。
【００２０】
通信衛星２Ａから通信衛星２Ｂへ切り替える場合であれば、通信衛星２Ａ及び２Ｂの両方から受信可能な期間中に、切替器３６を通信衛星２Ａ側から通信衛星２Ｂ側へ切り替える。この切り替えが完了した後、送信地球局１は通信衛星２Ａへの送信を停止し、その後は通信衛星２Ｂのみを用いて送信地球局１から受信地球局３への信号伝送が行われる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
送信地球局１から受信地球局３までの信号伝搬経路長は、通信衛星２Ａ，通信衛星２Ｂごとに異なる。このため、復調器３４Ａ及び復調器３４Ｂから出力される２系統の受信デジタルデータは、同じデジタルデータ系列であるが、２つのデジタルデータ系列間には所定の遅延時間差が生じている。
【００２２】
上述したとおり、非静止衛星を用いてＦＤＭＡ方式でアクセスする従来の衛星通信システムでは、衛星を切り替える際、異なる通信経路を経由して受信され、遅延時間差を有する２つのデジタル系列の切り替えを行っている。従って、切り替え前と切り替え後で、受信デジタルデータ系列にデータの抜け又は重複が生ずることになる。データの抜けが生じた場合はデータの瞬断とフレーム同期はずれを招き、データの重複が生じた場合は、フレーム同期はずれを招く。つまり、いずれの場合にも受信データが不連続となり、デジタルデータ通信には適さないという問題点があった。
【００２３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、非静止衛星による衛星通信システムにおいて通信衛星を切り替える際、受信データの瞬断又は同期はずれを防止することを目的とする。すなわち、通信衛星の切り替えにより受信データの瞬断又は同期はずれが生じない衛星通信システム、当該システムに適用可能な受信地球局及び通信衛星切替方法を提供することを目的とする。また、この様な衛星通信システム、受信地球局を簡易な構成により実現し、安価に提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明による衛星通信システムは、通信衛星を切り替える際、切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から受信地球局へ２系統のデータ伝送を行う衛星通信システムであって、受信地球局が２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出手段と、抽出された時間マーカーに基づいて受信データが書き込まれるバッファメモリと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延手段と、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出す読出手段と、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替手段とを備えている。
【００２５】
この様な構成により、受信地球局において受信された２系統の各受信データから時間マーカーを抽出し、各受信データのバッファメモリへの書き込み及び読み出しを時間マーカーに基づいて行っている。このため、２系統の受信データの遅延時間差を補正して、同期させた受信データの切り替えにより、通信衛星を切り替えることができる。
【００２６】
特に、送信データ中における時間マーカーの周期が２系統の通信経路における伝搬遅延時間差の２倍以上であれば、時間マーカーによって遅延時間差を効果的に除去することが可能となる。
【００２７】
また、本発明による受信地球局は、通信衛星を切り替える際、切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から２系統のデータを受信する受信地球局であって、２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出手段と、抽出された時間マーカーに基づいて受信データが書き込まれるバッファメモリと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延手段と、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出す読出手段と、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替手段とを備えている。この様な構成により、２系統の受信データの遅延時間差を補正して、同期させた受信データの切り替えにより、通信衛星を切り替えることができる。
【００２８】
特に、時間マーカー抽出手段が、時間マーカーとして受信データ中のフレーム同期パターン又はマルチフレーム同期パターンを抽出することにより、送信側で特別な時間マーカーを挿入する必要がなくなる。また、時間マーカー遅延手段において、時間マーカーの挿入周期の半分以上を遅延させることにより、効果的に遅延時間差を除去することができる。さらに、バッファメモリからの２系統の受信データを読み出す際、同一のクロック信号に基づいて読み出すことにより、受信したデジタルデータ系列をクロックレベルで同期させることができる。
【００２９】
また、本発明による通信衛星切替方法は、切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から受信地球局へ２系統のデータ伝送を行って、通信衛星を切り替える通信衛星切替方法であって、２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出ステップと、抽出された時間マーカーに基づいて受信データをバッファメモリに書き込むバッファ書込ステップと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延ステップと、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出すバッファ読出ステップと、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替ステップとを備えている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による衛星通信システムの概略構成例を示した図であり、当該システムにおける衛星切り替えの直前の様子が示されている。この衛星通信システムは、ＦＤＭＡ方式で衛星にアクセスする非静止衛星システムであり、送信地球局４と、複数の通信衛星２Ａ及び２Ｂと、受信地球局５により構成される。
【００３１】
図１の衛星通信システムを従来の衛星通信システム（図１１）と比較すれば、送信地球局４及び受信地球局５の構成が異なっている。送信地球局４において送信信号に時間マーカーが挿入され、受信地球局５において受信信号に含まれる時間マーカーを抽出することにより、受信データに瞬断を生じさせることなく通信衛星２Ａ，２Ｂの切り替えを行っている。
【００３２】
図２は、図１の送信地球局４の一構成例を示したブロック図である。送信地球局４は、従来の送信地球局１に時間マーカー挿入手段４０が設けられ、入力端子１１より入力された送信デジタルデータに所定のパターンデータからなる時間マーカーを周期的に挿入している。時間マーカーが挿入された送信デジタルデータは、従来の送信地球局１と同様、変調器１２で変調され、同じ変調信号が、送信機１３Ａ及び１３Ｂにおいて、それぞれ周波数変換及び高周波増幅され、アンテナ１５Ａ及び１５Ｂから送出される。
【００３３】
図３は、図１の受信地球局５の一構成例を示したブロック図である。受信地球局５は、従来の受信地球局３に２つの時間マーカー抽出手段５０Ａ及び５０Ｂと、２つのバッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂと、時間マーカー遅延手段５６が設けられている。
【００３４】
時間マーカー抽出手段５０Ａ，５０Ｂは、それぞれ復調器３４Ａ，３４Ｂの復調データから時間マーカーを抽出し、送信側で挿入された時間マーカーの復調データ中における位置を検出している。時間マーカー抽出手段５０Ａ，５０Ｂで抽出された時間マーカーは、それぞれバッファメモリ５１Ａ，５１Ｂへ入力される。
【００３５】
また、いずれか一方の時間マーカー抽出手段で抽出された時間マーカーが、時間マーカー遅延手段５６へ入力され、所定の遅延時間だけ遅延させられた後、両バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂへ入力される。図３では、時間マーカー抽出手段５０Ａからの時間マーカーが時間マーカー遅延手段５６へ入力される例が示されている。
【００３６】
バッファメモリ５１Ａは、復調器３４Ａの復調データを一時格納する記憶手段であり、復調データの入出力端子の他に、書込クロック入力端子５２Ａと、読出クロック入力端子５３Ａと、書込時間マーカー入力端子５４Ａと、読出時間マーカー入力端子５５Ａとを有している。
【００３７】
書込クロック入力端子５２Ａ及び読出クロック入力端子５３Ａには、クロック抽出手段３５Ａで抽出されたクロック信号が入力される。書込時間マーカー入力端子５４Ａには、時間マーカー抽出手段５０Ａで抽出された時間マーカーが入力され、読出時間マーカー入力端子５５Ａには、時間マーカー遅延手段５６により遅延された時間マーカーが入力される。
【００３８】
バッファメモリ５１Ａへのデータ書き込みは、クロック抽出手段３５Ａで抽出されたクロック信号及び時間マーカー抽出手段５０Ａで抽出された時間マーカーに基づいて行われる。すなわち、信号受信時に、時間マーカーにより区分された復調データが書き込まれる。また、バッファメモリ５１Ａからのデータ読み出しは、クロック抽出手段３５Ａで抽出されたクロック信号及び時間マーカー遅延手段５６で遅延された時間マーカーに基づいて行われる。すなわち、所定の遅延時間の経過後に、時間マーカーで区分された復調データが順次に読み出される。
【００３９】
また、バッファメモリ５１Ｂは、バッファメモリ５１Ａと同様、復調器３４Ｂの復調データを一時格納する記憶手段であり、復調データの入出力端子の他に、書込クロック入力端子５２Ｂと、読出クロック入力端子５３Ｂと、書込時間マーカー入力端子５４Ｂと、読出時間マーカー入力端子５５Ｂとを有している。
【００４０】
バッファメモリ５１Ｂの書き込み用の入力端子にはバッファメモリ５１Ａの場合と同様の信号が入力される。すなわち、書込クロック入力端子５２Ｂには、クロック抽出手段３５Ｂで抽出されたクロック信号が入力され、書込時間マーカー入力端子５４Ｂには、時間マーカー抽出手段５０Ｂで抽出された時間マーカーが入力される。
【００４１】
一方、バッファメモリ５１Ｂの読み出し用の入力端子には、バッファメモリ５１Ａの場合と共通の信号が入力される。すなわち、読出クロック入力端子５３Ｂには、クロック抽出手段３５Ａで抽出されたクロック信号が入力され、読出時間マーカー入力端子５５Ｂには、時間マーカー遅延手段５６により遅延された時間マーカーが入力される。
【００４２】
つまり、受信時には時間マーカーにより区分してバッファメモリ５１Ｂへ書き込まれ、データ書き込みは、バッファメモリ５１Ａとは非同期で行われる。その一方で、バッファメモリ５１Ｂからのデータ読み出しは、バッファメモリ５１Ｂと同期して行われる。このため、通信経路差による遅延時間差が生じている場合、各バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂへの受信データの書き込みにも時間差が発生するが、各バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂからの受信データの読み出しには時間差が発生しない。従って、切替器３６でデータ系列を切り替えても瞬断が生ずることがない。
【００４３】
図４は、バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂの動作の一例を示したタイミングチャートであり、図中の（ａ）はバッファメモリ５１Ａへの書き込みデータ、（ｂ）はバッファメモリ５１Ｂへの書き込みデータ、（ｃ）はバッファメモリ５１Ａからの読み出しデータ、（ｄ）はバッファメモリ５１Ｂからの読み出しデータがそれぞれ示されている。
【００４４】
この図では、通信衛星２Ａを介した通信経路の方が、通信衛星２Ｂを介した通信経路よりも長い場合が示されている。この場合、バッファメモリ５１Ａへの書き込みデータは、バッファメモリ５１Ｂへの書き込みデータよりも遅れて書き込まれる。しかしながら、時間マーカーごとに区分して書き込み、遅延させた時間マーカーを基準として、バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂから受信データを読み出すことにより、受信データを同期させて読み出すことができる。
【００４５】
ここで、送信データに時間マーカーが周期的に挿入されている場合、通信衛星２Ａ，２Ｂを介した遅延時間差が、時間マーカー周期の半分以下であれば、通信衛星２Ａ，２Ｂからの各受信信号から抽出された時間マーカーを互いに対応づけることが可能となる。このため、時間マーカーの周期は、予め求められている切替前後の通信衛星２Ａ，２Ｂを介した最大遅延時間差の２倍以上であることが望ましい。
【００４６】
また、時間マーカー遅延手段５６において、いずれか一方の時間マーカーを時間マーカー周期の半分以上遅延させることにより、当該時間マーカーにより同期をとることが可能な全ての場合について、受信データを同期して読み出すことができる。
【００４７】
図５は、通信衛星２Ａ，２Ｂ及び地球局４，５の関係の一例を示した図であり、各通信衛星２Ａ，２Ｂによる通信経路長の一例が示されている。ここでは、単純化のため、送信地球局４及び受信地球局５が地表面状の同じ場所に位置し、通信衛星２Ａ，２Ｂが、地球局４，５の天頂を通過する円軌道を周回する場合について考える。
【００４８】
地球局４，５から見た通信衛星２Ａの仰角（ＥＬ）が２０°、通信衛星２Ｂの仰角が１０°となるところで、通信衛星２Ａから通信衛星２Ｂへ切り替えを行うものとし、通信衛星２Ａ，２Ｂの地表面からの高度をともに１０００ｋｍとする。このとき、地球局４，５から通信衛星２Ａまでの距離は２１２３．７ｋｍとなり、通信衛星２Ｂまでの距離は２７６２．２ｋｍとなる。
【００４９】
地球局４，５内及び通信衛星２Ａ，２Ｂ内における通信経路長差が無視できるとすれば、通信衛星２Ａ，２Ｂによる通信経路長差は、地球局４，５から通信衛星２Ａ，２Ｂまでの距離によって決まる。このため、送信地球局４から通信衛星２Ａを経由して受信地球局５へ至る経路と、送信地球局４から通信衛星２Ｂを経由して受信地球局５へ至る経路の経路長差による遅延時間差は、高速を３０００００ｋｍ／ｓｅｃとすると、次式によって求められる。
【数１】
【００５０】
図６は、図５の受信地球局５における受信信号の一例を示したタイミングチャートであり、図中の（ａ）には通信衛星２Ａからの受信データ、（ｂ）には通信衛星２Ｂからの受信データが示されている。６４ｋｂｐｓ（ｂｉｔ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のデータ伝送を行う場合であれば、６４ｋｂｐｓ×４．２５ｍｓｅｃ＝２７２ｂｉｔに相当する遅延差が、通信衛星２Ａ、通信衛星２Ｂ間で発生する。
【００５１】
通信衛星２Ａ，２Ｂの通信経路長のうち、どちらが長いのかが既知でないとすれば、このケースの場合、送信地球局４において、時間マーカーを２７２ｂｉｔ×２＝５４４ｂｉｔ以上の周期で挿入していなければ、受信地球局５において、通信衛星２Ａ，２Ｂから受信した時間マーカーを対応づけることができず、これらの受信データを同期させることができなくなる。従って、時間マーカーの挿入周期が、通信衛星２Ａ，２Ｂによる最大遅延時間差の２倍以上であれば、常に、受信データを同期させることができる。
【００５２】
本実施の形態による衛星通信システムは、２系統の受信データをそれぞれバッファメモリ５１Ａ，５１Ｂに格納し、いずれか一方の受信データから抽出された時間マーカーを遅延させ、遅延後の時間マーカーに基づいて両バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂからデータ読み出しを行っている。このため、両バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂからデータ系列を同期して出力させることができる。
【００５３】
特に、いずれか一方の受信データから抽出されたクロック信号に基づいて、両バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂからデータ読み出しを行っているため、両バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂから、クロックレベルでも完全に同期したデータ系列を出力させることができる。このような構成により、衛星切り替えの際、切替器３６において受信中の２つのデータ系列を切り替えても瞬断や同期はずれが生じない。
【００５４】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。この衛星通信システムは、送信地球局１と、２つの通信衛星２Ａ及び２Ｂと、受信地球局６により構成される。図１の衛星通信システム（実施の形態１）と比較すれば、送信側に従来の送信地球局１が用いられている点で異なる。
【００５５】
上記発明の実施の形態１では、送信地球局１において時間マーカーを周期的に挿入する場合の例について説明したが、この時間マーカーは、通信衛星２Ａ，２Ｂを介した各通信経路の伝搬遅延時間差の２倍以上の長さを持つ周期の一定の固定パターンであればよい。このため、送信地球局で特別に挿入されるパターンでなくても、この条件を満たすパターンが存在する場合には、そのパターンを時間マーカーとして利用することができる。特に、送信デジタルデータに予め含まれる周期的なパターンを利用することにより、送信地球局１において特別な時間マーカーを挿入する必要がなくなる。
【００５６】
図８は、図７の受信地球局６の一構成例を示したブロック図である。図３の受信地球局５における時間マーカー抽出手段５０Ａ，５０Ｂに代えて、フレーム同期パターン抽出手段６０Ａ，６０Ｂを備え、時間マーカー遅延手段５６に代えて、フレーム同期パターン遅延手段６６を備えている。
【００５７】
送信デジタルデータ系列が複数のデータからなるデータフレームに区分されている場合、通常、各フレームの先頭にフレーム同期パターンが挿入されている。このフレーム同期パターンを時間マーカーとして利用することができる。
【００５８】
フレーム同期パターン抽出手段６０Ａ，６０Ｂは、それぞれ復調器３４Ａ，３４Ｂの復調データからフレーム同期パターンを抽出し、復調データ中における位置を検出している。フレーム同期パターン抽出手段６０Ａ，６０Ｂで抽出されたフレーム同期パターンは、それぞれバッファメモリ５１Ａ，５１Ｂへ入力される。
【００５９】
また、いずれか一方のフレーム同期パターン抽出手段６０Ａ，６０Ｂで抽出されたフレーム同期パターンが、フレーム同期パターン遅延手段６６へ入力され、所定遅延時間だけ遅延させた後、両バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂへ入力される。図８では、フレーム同期パターン抽出手段６０Ａからの出力がフレーム同期パターン遅延手段６６へ入力される例が示されている。
【００６０】
なお、送信デジタルデータが、データ系列中において複数のフレームからなるマルチフレームに区分されている場合、フレーム同期パターンに代えて、マルチフレームごとに送信デジタルデータ系列に挿入されるマルチフレーム同期パターンを利用することもできる。特に、フレーム同期パターンの周期が、各通信経路の遅延時間差に比べて短い場合には、マルチフレーム同期用パターンを利用することが望ましい。
【００６１】
本実施の形態では、送信地球局において時間マーカーを挿入することなく、送信デジタルデータに含まれるフレーム同期パターンや、マルチフレーム同期パターンを受信地球局において抽出し、２系統の受信データ系列を同期させている。このため、送信地球局の設備の簡略化、低コスト化を図ることができる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、時間マーカーとして、フレーム同期パターン及びマルチフレーム同期パターンを利用する場合の例について説明したが、周期的に挿入されるパターンであれば、本発明は、これらのパターンに限定されない。つまり、パターン周期と遅延時間差に応じて、様々なパターンを時間マーカーとして採用することができる。
【００６３】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。この衛星通信システムは、送信地球局４と、２つの通信衛星２Ａ及び２Ｂと、受信地球局７により構成される。図１の衛星通信システム（実施の形態１）と比較すれば、受信地球局７の構成が異なる。
【００６４】
図１０は、図９の受信地球局７の一構成例を示したブロック図である。図３の受信地球局５と比較すれば、クロック発生手段７０を備えている点で異なる。クロック発生手段７０は、受信信号とは独立したクロック信号を生成する手段であり、受信地球局の基準クロックを用いてもよい。バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂの読出クロック入力端子５３Ａ、５３Ｂにはクロック発生手段７０からのクロック信号が入力され、当該クロック信号に同期して、バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂから受信データが読み出される。
【００６５】
この場合、実施の形態１で示した効果と同じ効果が得られるだけでなく、通常、地球局に地上系とのクロックの同期関係を保つためにドップラーバッファあるいはプレジオクロナスバッファが別途必要となるが、バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂに兼用させることができ、装置の簡略化、あるいは低コスト化を図ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によよれば、受信地球局が、切替前後の通信衛星を介して送信地球局から受信した２系統の受信データをバッファメモリに記憶させるとともに、各受信データから時間マーカーを抽出している。そして、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させ、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出して同期させている。このため、受信データを切り替えて通信衛星の切り替えを行う際、切替前後でデータの重複や、データの瞬断が発生するのを抑制することができる。また、バッファメモリから２系統の受信データを読み出す際、同期したクロック信号に基づいて読み出しを行っている。このため、クロックレベルで同期させることができる。
【００６７】
また、本発明によれば、時間マーカの周期を、２系統の通信経路における伝搬遅延時間差の２倍以上の周期とすることにより、２系統の受信データ間の遅延時間差を効果的に除去することができる。また、受信地球局において、時間マーカーの挿入周期の半分以上を遅延させてバッファメモリの読み出しを行うことにより、遅延時間差を効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。
【図２】図１の送信地球局４の一構成例を示したブロック図である。
【図３】図１の受信地球局５の一構成例を示したブロック図である。
【図４】バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂの動作の一例を示したタイミングチャートである。
【図５】通信衛星２Ａ，２Ｂ及び地球局４，５の関係の一例を示した図である。
【図６】図５の受信地球局５における受信信号の一例を示したタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。
【図８】図７の受信地球局６の一構成例を示したブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。
【図１０】図９の受信地球局７の一構成例を示したブロック図である。
【図１１】従来の衛星通信システムの概略構成を示したブロック図である。
【図１２】図１１の送信地球局１の構成を示したブロック図である。
【図１３】図１１の通信衛星２Ａ，２Ｂの構成を示したブロック図である。
【図１４】図１１の受信地球局３の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１，４ 送信地球局、２Ａ，２Ｂ 通信衛星、３，５〜７ 受信地球局、
１１ 送信データ入力端子、１２ 変調器、１３Ａ，１３Ｂ 送信機、
１４Ａ，１４Ｂ 送信周波数入力端子、１５Ａ，１５Ｂ 送信アンテナ、
２２Ａ、２２Ｂ 受信アンテナ、２３Ａ，２３Ｂ 周波数変換器、
２４Ａ，２４Ｂ ローカル発振器、２５Ａ，２５Ｂ 送信アンテナ、
３１Ａ，３１Ｂ 受信アンテナ、３２Ａ，３２Ｂ 受信機、
３３Ａ，３３Ｂ 受信周波数入力端子、３４Ａ，３４Ｂ 復調器、
３５Ａ，３５Ｂ クロック抽出手段、３６ 切替器、
３７ 受信データ出力端子、４０ 時間マーカー挿入手段、
５０Ａ，５０Ｂ 時間マーカー抽出手段、５１Ａ，５１Ｂ バッファメモリ、
５２Ａ，５２Ｂ 書込クロック入力端子、
５３Ａ，５３Ｂ 読出クロック入力端子、
５４Ａ，５４Ｂ 書込時間マーカー入力端子、
５５Ａ，５５Ｂ 読出時間マーカー入力端子、５６ 時間マーカー遅延手段、
６０Ａ，６０Ｂ フレーム同期パターン抽出手段、
６６ フレーム同期パターン遅延手段、７０ クロック発生手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星通信システム、受信地球局及び通信衛星切替方法に係り、さらに詳しくは、非静止衛星を介して地球局間でデータ伝送を行う衛星通信システムにおける通信衛星の切り替え方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の衛星通信は、赤道上の静止衛星を用いたものであり、地球局から見た衛星は常に静止している。このため、衛星故障等の非常時でない限り、通信に使用する衛星を切り替える必要性はない。しかしながら、近年種々提案され、一部実用化されている非静止型の衛星通信システムでは、地球局に対し相対的に移動する複数の衛星を用いて通信を行っている。したがって、地球局から見た場合、通信に使用する衛星の切り替えを行う必要がある。
【０００３】
代表的な非静止型衛星には、低軌道衛星システム（ＬＥＯ：Ｌｏｗ Ｅａｒｔｈ Ｏｒｂｉｔ）、楕円軌道衛星システム（ＨＥＯ：Ｈｉｇｈｌｙ Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ Ｏｒｂｉｔ）などがある。例えば、前者の例としてはイリジウムシステムがあり、後者の例としては準天頂衛星システムがある。
【０００４】
ここでは、デジタル信号を衛星を介して地球局間で送受信する非静止衛星通信システムにおいて、衛星の切り替えを行う場合について考える。また、衛星通信において衛星にアクセスする方式には、周波数多重分割多元接続方式（ＦＤＭＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ：Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式などがあるが、ここでは、衛星にアクセスする方式としてＦＤＭＡ方式を採用する場合について考える。
【０００５】
ＦＤＭＡ方式は、衛星の持つ周波数帯域を分割して各地球局に割り当てる方式であり、各地球局は割り当てられた周波数帯域内で信号を送出し、受信側では受信信号がどの割り当て周波数帯域内にあるかによって送信局を識別し、その信号のなかから自局向けのチャネルを取り出す方式であり、アクセス手順が簡単であり、また地球局設備の構成が簡易で低コスト化できるなどのメリットがある。
【０００６】
図１１は、従来の衛星通信システムの概略構成を示したブロック図である。この衛星通信システムは、ＦＤＭＡ方式で衛星にアクセスする非静止衛星システムであり、このような衛星通信システムにおける衛星切り替えの直前の様子が示されている。
【０００７】
この衛星通信システムは、送信地球局１と、複数の通信衛星２Ａ及び２Ｂと、受信地球局３により構成される。送信地球局１からの送信波は、いずれかの通信衛星２Ａ，２Ｂを介して受信地球局３で受信することができる。地球局１，３のアンテナビーム内に通信衛星２Ａがある場合、通信衛星２Ａを介して通信が行われるが、通信衛星２Ａ、２Ｂは非静止衛星であるため、地球局１，３から見た通信衛星２Ａの方位は常に変化している。従って、通信衛星２Ａが地球局１，３のアンテナビーム外に移動する前に、次の通信衛星２Ｂへ切り替える必要がある。図１１には、この様な衛星切り替えの直前の状況が示されており、地球局１，３は、通信衛星２Ａ、２Ｂをともに利用可能な状態にある。
【０００８】
通信衛星２Ａによる通信時には、送信地球局１のアンテナ１５Ａから通信衛星２Ａに対し周波数ｆ１の電波が送出され、通信衛星２Ａの受信アンテナ２２Ａで受信される。この受信波は通信衛星２Ａにおいて周波数ｆ１’の電波に変換された後に送信アンテナ２５Ａから送出され、受信地球局３のアンテナ３１Ａで受信される。
【０００９】
送信地球局１、受信地球局３間の通信を通信衛星２Ａから通信衛星２Ｂへ切り替える場合、切り替えに伴って瞬断が発生する。この瞬断時間をできるだけ短くするためには、切り替え時のある期間、通信衛星２Ａに対する送信波と通信衛星２Ｂに対する送信波を同時に出力する必要がある。一般に、２つの通信衛星２Ａ，２Ｂは送信地球局１の同一のアンテナビーム内に入らないため、送信地球局１は、２つのアンテナ１５Ａ及び１５Ｂを有している。同様にして、受信地球局３も、２つのアンテナ３１Ａ及び３１Ｂを有している。
【００１０】
送信地球局１は、衛星切替前に、切替後の通信衛星２Ｂに対してアンテナ１５Ｂから電波を送出する。この送信波は、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２に周波数ｆ１の送信波と同じデータを載せた信号である。周波数ｆ２の送信波は、通信衛星２Ｂの受信アンテナ２２Ｂで受信され、周波数ｆ２’の電波に変換された後に送信アンテナ２５Ｂから送出され、受信地球局３のアンテナ３１Ｂで受信される。
【００１１】
この様にして、２つの通信衛星２Ａ及び２Ｂを介して、送信地球局１から受信地球局３へ同じデータを送信している状態において、通信衛星の切り替えを行えば、瞬断時間を短くすることができる。このような通信経路の切り替えは、一般にソフトハンドオーバーと呼ばれている。
【００１２】
図１２は、図１１の送信地球局１の構成を示したブロック図である。送信地球局は、変調器１２と、２つの送信機１３Ａ及び１３Ｂと、２つの送信アンテナ１５Ａ及び１５Ｂにより構成される。送信データ入力端子１１は、送信デジタルデータが入力される端子である。変調器１２は、送信デジタル信号に対しＱＰＳＫ，ＢＰＳＫ等の変調を行い、ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の変調波を生成し、同一の変調波を送信機１３Ａ及び１３Ｂへ出力する。
【００１３】
送信周波数入力端子１４Ａ，１４Ｂは、変調波のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯における周波数を指定する端子である。送信機１３Ａでは、送信周波数入力端子１４Ａから入力される送信周波数設定信号に基づき周波数ｆ１のＲＦ信号が生成され、高周波増幅された後、送信アンテナ１５Ａから通信衛星２Ａに向けて送出される。同様にして、送信機１３Ｂでは、送信周波数入力端子１４Ｂの設定信号に基づき周波数ｆ２のＲＦ信号が生成され、高周波増幅された後、送信アンテナ１５Ｂから通信衛星２Ｂに向けて送出される。
【００１４】
図１３は、図１１の通信衛星２Ａ，２Ｂの構成を示したブロック図である。通信衛星２Ａは、受信アンテナ２２Ａと、周波数変換器２３Ａと、ローカル発振器２４Ａと、送信アンテナ２５Ａにより構成される。送信地球局１から送信された周波数ｆ１の電波は、受信アンテナ２２Ａで受信され、周波数変換器２３Ａで周波数ｆ１’に変換される。この周波数変換は、ローカル発振器２４Ａの発振周波数に基づいて行われ、周波数変換後の電波は、送信アンテナ２５Ａから受信地球局３に向けて送信される。
【００１５】
全く同様にして、通信衛星２Ｂは、受信アンテナ２２Ｂと、周波数変換器２３Ｂと、ローカル発振器２４Ｂと、送信アンテナ２５Ｂにより構成される。送信地球局１から送信された周波数ｆ２の電波は、受信アンテナ２２Ｂで受信され、周波数変換器２３Ｂで周波数ｆ２’に変換される。この周波数変換は、ローカル発振器２４Ｂの発振周波数に基づいて行われ、周波数変換後の電波は、送信アンテナ２５Ｂから受信地球局３に向けて送信される。
【００１６】
図１４は、図１１の受信地球局３の構成を示したブロック図である。受信地球局３は、２つの受信アンテナ３１Ａ及び３１Ｂと、２つの受信機３２Ａ及び３２Ｂと、２つの復調機３４Ａ及び３４Ｂと、２つのクロック抽出手段３５Ａ及び３５Ｂと、切替器３６からなる。つまり、２系統の受信系と、これらの受信系を切り替える切替器３６からなる。
【００１７】
通信衛星２Ａ，２Ｂからの電波は、それぞれ受信アンテナ３１Ａ，３１Ｂで受信され、受信機３２Ａ，３２Ｂへ入力される。受信機３２Ａ、３２Ｂは、それぞれの受信波を低雑音増幅した後、ＩＦ帯への周波数変換を行う。このとき、受信機３２Ａ，３２Ｂでの変換後の周波数（ＩＦ周波数）が同一となるように、受信周波数を指定する受信周波数設定信号が受信周波数入力端子３３Ａ，３３Ｂに入力されている。
【００１８】
復調器３４Ａ，３４Ｂは、それぞれ受信機３２Ａ，３２Ｂから出力されるＩＦ信号を元のデジタルデータに復調する。このとき、クロック抽出手段３５Ａ，３５Ｂによって受信信号からクロック信号が抽出される。クロック信号は、受信データの変化点に基づいて求められ、復調器３４Ａ，３４Ｂでは抽出されたクロック信号に基づき復調が行われている。
【００１９】
切替器３６は、各復調器３４Ａ，３４Ｂから出力されるデジタルデータ系列のいずれか一方を受信データ出力端子３７へ出力するスイッチング手段である。すなわち、通信衛星２Ａ及び通信衛星２Ｂのいずれかが切替器３６により選択される。切替器３６の切り替え動作を両方のデジタルデータ系列が受信されている期間中に行うことによって、瞬断期間を短くすることができる。
【００２０】
通信衛星２Ａから通信衛星２Ｂへ切り替える場合であれば、通信衛星２Ａ及び２Ｂの両方から受信可能な期間中に、切替器３６を通信衛星２Ａ側から通信衛星２Ｂ側へ切り替える。この切り替えが完了した後、送信地球局１は通信衛星２Ａへの送信を停止し、その後は通信衛星２Ｂのみを用いて送信地球局１から受信地球局３への信号伝送が行われる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
送信地球局１から受信地球局３までの信号伝搬経路長は、通信衛星２Ａ，通信衛星２Ｂごとに異なる。このため、復調器３４Ａ及び復調器３４Ｂから出力される２系統の受信デジタルデータは、同じデジタルデータ系列であるが、２つのデジタルデータ系列間には所定の遅延時間差が生じている。
【００２２】
上述したとおり、非静止衛星を用いてＦＤＭＡ方式でアクセスする従来の衛星通信システムでは、衛星を切り替える際、異なる通信経路を経由して受信され、遅延時間差を有する２つのデジタル系列の切り替えを行っている。従って、切り替え前と切り替え後で、受信デジタルデータ系列にデータの抜け又は重複が生ずることになる。データの抜けが生じた場合はデータの瞬断とフレーム同期はずれを招き、データの重複が生じた場合は、フレーム同期はずれを招く。つまり、いずれの場合にも受信データが不連続となり、デジタルデータ通信には適さないという問題点があった。
【００２３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、非静止衛星による衛星通信システムにおいて通信衛星を切り替える際、受信データの瞬断又は同期はずれを防止することを目的とする。すなわち、通信衛星の切り替えにより受信データの瞬断又は同期はずれが生じない衛星通信システム、当該システムに適用可能な受信地球局及び通信衛星切替方法を提供することを目的とする。また、この様な衛星通信システム、受信地球局を簡易な構成により実現し、安価に提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明による衛星通信システムは、通信衛星を切り替える際、切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から受信地球局へ２系統のデータ伝送を行う衛星通信システムであって、受信地球局が２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出手段と、抽出された時間マーカーに基づいて受信データが書き込まれるバッファメモリと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延手段と、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出す読出手段と、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替手段とを備えている。
【００２５】
この様な構成により、受信地球局において受信された２系統の各受信データから時間マーカーを抽出し、各受信データのバッファメモリへの書き込み及び読み出しを時間マーカーに基づいて行っている。このため、２系統の受信データの遅延時間差を補正して、同期させた受信データの切り替えにより、通信衛星を切り替えることができる。
【００２６】
特に、送信データ中における時間マーカーの周期が２系統の通信経路における伝搬遅延時間差の２倍以上であれば、時間マーカーによって遅延時間差を効果的に除去することが可能となる。
【００２７】
また、本発明による受信地球局は、通信衛星を切り替える際、切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から２系統のデータを受信する受信地球局であって、２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出手段と、抽出された時間マーカーに基づいて受信データが書き込まれるバッファメモリと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延手段と、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出す読出手段と、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替手段とを備えている。この様な構成により、２系統の受信データの遅延時間差を補正して、同期させた受信データの切り替えにより、通信衛星を切り替えることができる。
【００２８】
特に、時間マーカー抽出手段が、時間マーカーとして受信データ中のフレーム同期パターン又はマルチフレーム同期パターンを抽出することにより、送信側で特別な時間マーカーを挿入する必要がなくなる。また、時間マーカー遅延手段において、時間マーカーの挿入周期の半分以上を遅延させることにより、効果的に遅延時間差を除去することができる。さらに、バッファメモリからの２系統の受信データを読み出す際、同一のクロック信号に基づいて読み出すことにより、受信したデジタルデータ系列をクロックレベルで同期させることができる。
【００２９】
また、本発明による通信衛星切替方法は、切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から受信地球局へ２系統のデータ伝送を行って、通信衛星を切り替える通信衛星切替方法であって、２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出ステップと、抽出された時間マーカーに基づいて受信データをバッファメモリに書き込むバッファ書込ステップと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延ステップと、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出すバッファ読出ステップと、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替ステップとを備えている。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による衛星通信システムの概略構成例を示した図であり、当該システムにおける衛星切り替えの直前の様子が示されている。この衛星通信システムは、ＦＤＭＡ方式で衛星にアクセスする非静止衛星システムであり、送信地球局４と、複数の通信衛星２Ａ及び２Ｂと、受信地球局５により構成される。
【００３１】
図１の衛星通信システムを従来の衛星通信システム（図１１）と比較すれば、送信地球局４及び受信地球局５の構成が異なっている。送信地球局４において送信信号に時間マーカーが挿入され、受信地球局５において受信信号に含まれる時間マーカーを抽出することにより、受信データに瞬断を生じさせることなく通信衛星２Ａ，２Ｂの切り替えを行っている。
【００３２】
図２は、図１の送信地球局４の一構成例を示したブロック図である。送信地球局４は、従来の送信地球局１に時間マーカー挿入手段４０が設けられ、入力端子１１より入力された送信デジタルデータに所定のパターンデータからなる時間マーカーを周期的に挿入している。時間マーカーが挿入された送信デジタルデータは、従来の送信地球局１と同様、変調器１２で変調され、同じ変調信号が、送信機１３Ａ及び１３Ｂにおいて、それぞれ周波数変換及び高周波増幅され、アンテナ１５Ａ及び１５Ｂから送出される。
【００３３】
図３は、図１の受信地球局５の一構成例を示したブロック図である。受信地球局５は、従来の受信地球局３に２つの時間マーカー抽出手段５０Ａ及び５０Ｂと、２つのバッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂと、時間マーカー遅延手段５６が設けられている。
【００３４】
時間マーカー抽出手段５０Ａ，５０Ｂは、それぞれ復調器３４Ａ，３４Ｂの復調データから時間マーカーを抽出し、送信側で挿入された時間マーカーの復調データ中における位置を検出している。時間マーカー抽出手段５０Ａ，５０Ｂで抽出された時間マーカーは、それぞれバッファメモリ５１Ａ，５１Ｂへ入力される。
【００３５】
また、いずれか一方の時間マーカー抽出手段で抽出された時間マーカーが、時間マーカー遅延手段５６へ入力され、所定の遅延時間だけ遅延させられた後、両バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂへ入力される。図３では、時間マーカー抽出手段５０Ａからの時間マーカーが時間マーカー遅延手段５６へ入力される例が示されている。
【００３６】
バッファメモリ５１Ａは、復調器３４Ａの復調データを一時格納する記憶手段であり、復調データの入出力端子の他に、書込クロック入力端子５２Ａと、読出クロック入力端子５３Ａと、書込時間マーカー入力端子５４Ａと、読出時間マーカー入力端子５５Ａとを有している。
【００３７】
書込クロック入力端子５２Ａ及び読出クロック入力端子５３Ａには、クロック抽出手段３５Ａで抽出されたクロック信号が入力される。書込時間マーカー入力端子５４Ａには、時間マーカー抽出手段５０Ａで抽出された時間マーカーが入力され、読出時間マーカー入力端子５５Ａには、時間マーカー遅延手段５６により遅延された時間マーカーが入力される。
【００３８】
バッファメモリ５１Ａへのデータ書き込みは、クロック抽出手段３５Ａで抽出されたクロック信号及び時間マーカー抽出手段５０Ａで抽出された時間マーカーに基づいて行われる。すなわち、信号受信時に、時間マーカーにより区分された復調データが書き込まれる。また、バッファメモリ５１Ａからのデータ読み出しは、クロック抽出手段３５Ａで抽出されたクロック信号及び時間マーカー遅延手段５６で遅延された時間マーカーに基づいて行われる。すなわち、所定の遅延時間の経過後に、時間マーカーで区分された復調データが順次に読み出される。
【００３９】
また、バッファメモリ５１Ｂは、バッファメモリ５１Ａと同様、復調器３４Ｂの復調データを一時格納する記憶手段であり、復調データの入出力端子の他に、書込クロック入力端子５２Ｂと、読出クロック入力端子５３Ｂと、書込時間マーカー入力端子５４Ｂと、読出時間マーカー入力端子５５Ｂとを有している。
【００４０】
バッファメモリ５１Ｂの書き込み用の入力端子にはバッファメモリ５１Ａの場合と同様の信号が入力される。すなわち、書込クロック入力端子５２Ｂには、クロック抽出手段３５Ｂで抽出されたクロック信号が入力され、書込時間マーカー入力端子５４Ｂには、時間マーカー抽出手段５０Ｂで抽出された時間マーカーが入力される。
【００４１】
一方、バッファメモリ５１Ｂの読み出し用の入力端子には、バッファメモリ５１Ａの場合と共通の信号が入力される。すなわち、読出クロック入力端子５３Ｂには、クロック抽出手段３５Ａで抽出されたクロック信号が入力され、読出時間マーカー入力端子５５Ｂには、時間マーカー遅延手段５６により遅延された時間マーカーが入力される。
【００４２】
つまり、受信時には時間マーカーにより区分してバッファメモリ５１Ｂへ書き込まれ、データ書き込みは、バッファメモリ５１Ａとは非同期で行われる。その一方で、バッファメモリ５１Ｂからのデータ読み出しは、バッファメモリ５１Ｂと同期して行われる。このため、通信経路差による遅延時間差が生じている場合、各バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂへの受信データの書き込みにも時間差が発生するが、各バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂからの受信データの読み出しには時間差が発生しない。従って、切替器３６でデータ系列を切り替えても瞬断が生ずることがない。
【００４３】
図４は、バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂの動作の一例を示したタイミングチャートであり、図中の（ａ）はバッファメモリ５１Ａへの書き込みデータ、（ｂ）はバッファメモリ５１Ｂへの書き込みデータ、（ｃ）はバッファメモリ５１Ａからの読み出しデータ、（ｄ）はバッファメモリ５１Ｂからの読み出しデータがそれぞれ示されている。
【００４４】
この図では、通信衛星２Ａを介した通信経路の方が、通信衛星２Ｂを介した通信経路よりも長い場合が示されている。この場合、バッファメモリ５１Ａへの書き込みデータは、バッファメモリ５１Ｂへの書き込みデータよりも遅れて書き込まれる。しかしながら、時間マーカーごとに区分して書き込み、遅延させた時間マーカーを基準として、バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂから受信データを読み出すことにより、受信データを同期させて読み出すことができる。
【００４５】
ここで、送信データに時間マーカーが周期的に挿入されている場合、通信衛星２Ａ，２Ｂを介した遅延時間差が、時間マーカー周期の半分以下であれば、通信衛星２Ａ，２Ｂからの各受信信号から抽出された時間マーカーを互いに対応づけることが可能となる。このため、時間マーカーの周期は、予め求められている切替前後の通信衛星２Ａ，２Ｂを介した最大遅延時間差の２倍以上であることが望ましい。
【００４６】
また、時間マーカー遅延手段５６において、いずれか一方の時間マーカーを時間マーカー周期の半分以上遅延させることにより、当該時間マーカーにより同期をとることが可能な全ての場合について、受信データを同期して読み出すことができる。
【００４７】
図５は、通信衛星２Ａ，２Ｂ及び地球局４，５の関係の一例を示した図であり、各通信衛星２Ａ，２Ｂによる通信経路長の一例が示されている。ここでは、単純化のため、送信地球局４及び受信地球局５が地表面状の同じ場所に位置し、通信衛星２Ａ，２Ｂが、地球局４，５の天頂を通過する円軌道を周回する場合について考える。
【００４８】
地球局４，５から見た通信衛星２Ａの仰角（ＥＬ）が２０°、通信衛星２Ｂの仰角が１０°となるところで、通信衛星２Ａから通信衛星２Ｂへ切り替えを行うものとし、通信衛星２Ａ，２Ｂの地表面からの高度をともに１０００ｋｍとする。このとき、地球局４，５から通信衛星２Ａまでの距離は２１２３．７ｋｍとなり、通信衛星２Ｂまでの距離は２７６２．２ｋｍとなる。
【００４９】
地球局４，５内及び通信衛星２Ａ，２Ｂ内における通信経路長差が無視できるとすれば、通信衛星２Ａ，２Ｂによる通信経路長差は、地球局４，５から通信衛星２Ａ，２Ｂまでの距離によって決まる。このため、送信地球局４から通信衛星２Ａを経由して受信地球局５へ至る経路と、送信地球局４から通信衛星２Ｂを経由して受信地球局５へ至る経路の経路長差による遅延時間差は、高速を３０００００ｋｍ／ｓｅｃとすると、次式によって求められる。
【数１】
図６は、図５の受信地球局５における受信信号の一例を示したタイミングチャートであり、図中の（ａ）には通信衛星２Ａからの受信データ、（ｂ）には通信衛星２Ｂからの受信データが示されている。６４ｋｂｐｓ（ｂｉｔ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）のデータ伝送を行う場合であれば、６４ｋｂｐｓ×４．２５ｍｓｅｃ＝２７２ｂｉｔに相当する遅延差が、通信衛星２Ａ、通信衛星２Ｂ間で発生する。
【００５１】
通信衛星２Ａ，２Ｂの通信経路長のうち、どちらが長いのかが既知でないとすれば、このケースの場合、送信地球局４において、時間マーカーを２７２ｂｉｔ×２＝５４４ｂｉｔ以上の周期で挿入していなければ、受信地球局５において、通信衛星２Ａ，２Ｂから受信した時間マーカーを対応づけることができず、これらの受信データを同期させることができなくなる。従って、時間マーカーの挿入周期が、通信衛星２Ａ，２Ｂによる最大遅延時間差の２倍以上であれば、常に、受信データを同期させることができる。
【００５２】
本実施の形態による衛星通信システムは、２系統の受信データをそれぞれバッファメモリ５１Ａ，５１Ｂに格納し、いずれか一方の受信データから抽出された時間マーカーを遅延させ、遅延後の時間マーカーに基づいて両バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂからデータ読み出しを行っている。このため、両バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂからデータ系列を同期して出力させることができる。
【００５３】
特に、いずれか一方の受信データから抽出されたクロック信号に基づいて、両バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂからデータ読み出しを行っているため、両バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂから、クロックレベルでも完全に同期したデータ系列を出力させることができる。このような構成により、衛星切り替えの際、切替器３６において受信中の２つのデータ系列を切り替えても瞬断や同期はずれが生じない。
【００５４】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。この衛星通信システムは、送信地球局１と、２つの通信衛星２Ａ及び２Ｂと、受信地球局６により構成される。図１の衛星通信システム（実施の形態１）と比較すれば、送信側に従来の送信地球局１が用いられている点で異なる。
【００５５】
上記発明の実施の形態１では、送信地球局１において時間マーカーを周期的に挿入する場合の例について説明したが、この時間マーカーは、通信衛星２Ａ，２Ｂを介した各通信経路の伝搬遅延時間差の２倍以上の長さを持つ周期の一定の固定パターンであればよい。このため、送信地球局で特別に挿入されるパターンでなくても、この条件を満たすパターンが存在する場合には、そのパターンを時間マーカーとして利用することができる。特に、送信デジタルデータに予め含まれる周期的なパターンを利用することにより、送信地球局１において特別な時間マーカーを挿入する必要がなくなる。
【００５６】
図８は、図７の受信地球局６の一構成例を示したブロック図である。図３の受信地球局５における時間マーカー抽出手段５０Ａ，５０Ｂに代えて、フレーム同期パターン抽出手段６０Ａ，６０Ｂを備え、時間マーカー遅延手段５６に代えて、フレーム同期パターン遅延手段６６を備えている。
【００５７】
送信デジタルデータ系列が複数のデータからなるデータフレームに区分されている場合、通常、各フレームの先頭にフレーム同期パターンが挿入されている。このフレーム同期パターンを時間マーカーとして利用することができる。
【００５８】
フレーム同期パターン抽出手段６０Ａ，６０Ｂは、それぞれ復調器３４Ａ，３４Ｂの復調データからフレーム同期パターンを抽出し、復調データ中における位置を検出している。フレーム同期パターン抽出手段６０Ａ，６０Ｂで抽出されたフレーム同期パターンは、それぞれバッファメモリ５１Ａ，５１Ｂへ入力される。
【００５９】
また、いずれか一方のフレーム同期パターン抽出手段６０Ａ，６０Ｂで抽出されたフレーム同期パターンが、フレーム同期パターン遅延手段６６へ入力され、所定遅延時間だけ遅延させた後、両バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂへ入力される。図８では、フレーム同期パターン抽出手段６０Ａからの出力がフレーム同期パターン遅延手段６６へ入力される例が示されている。
【００６０】
なお、送信デジタルデータが、データ系列中において複数のフレームからなるマルチフレームに区分されている場合、フレーム同期パターンに代えて、マルチフレームごとに送信デジタルデータ系列に挿入されるマルチフレーム同期パターンを利用することもできる。特に、フレーム同期パターンの周期が、各通信経路の遅延時間差に比べて短い場合には、マルチフレーム同期用パターンを利用することが望ましい。
【００６１】
本実施の形態では、送信地球局において時間マーカーを挿入することなく、送信デジタルデータに含まれるフレーム同期パターンや、マルチフレーム同期パターンを受信地球局において抽出し、２系統の受信データ系列を同期させている。このため、送信地球局の設備の簡略化、低コスト化を図ることができる。
【００６２】
なお、本実施の形態では、時間マーカーとして、フレーム同期パターン及びマルチフレーム同期パターンを利用する場合の例について説明したが、周期的に挿入されるパターンであれば、本発明は、これらのパターンに限定されない。つまり、パターン周期と遅延時間差に応じて、様々なパターンを時間マーカーとして採用することができる。
【００６３】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。この衛星通信システムは、送信地球局４と、２つの通信衛星２Ａ及び２Ｂと、受信地球局７により構成される。図１の衛星通信システム（実施の形態１）と比較すれば、受信地球局７の構成が異なる。
【００６４】
図１０は、図９の受信地球局７の一構成例を示したブロック図である。図３の受信地球局５と比較すれば、クロック発生手段７０を備えている点で異なる。クロック発生手段７０は、受信信号とは独立したクロック信号を生成する手段であり、受信地球局の基準クロックを用いてもよい。バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂの読出クロック入力端子５３Ａ、５３Ｂにはクロック発生手段７０からのクロック信号が入力され、当該クロック信号に同期して、バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂから受信データが読み出される。
【００６５】
この場合、実施の形態１で示した効果と同じ効果が得られるだけでなく、通常、地球局に地上系とのクロックの同期関係を保つためにドップラーバッファあるいはプレジオクロナスバッファが別途必要となるが、バッファメモリ５１Ａ，５１Ｂに兼用させることができ、装置の簡略化、あるいは低コスト化を図ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によよれば、受信地球局が、切替前後の通信衛星を介して送信地球局から受信した２系統の受信データをバッファメモリに記憶させるとともに、各受信データから時間マーカーを抽出している。そして、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させ、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出して同期させている。このため、受信データを切り替えて通信衛星の切り替えを行う際、切替前後でデータの重複や、データの瞬断が発生するのを抑制することができる。また、バッファメモリから２系統の受信データを読み出す際、同期したクロック信号に基づいて読み出しを行っている。このため、クロックレベルで同期させることができる。
【００６７】
また、本発明によれば、時間マーカの周期を、２系統の通信経路における伝搬遅延時間差の２倍以上の周期とすることにより、２系統の受信データ間の遅延時間差を効果的に除去することができる。また、受信地球局において、時間マーカーの挿入周期の半分以上を遅延させてバッファメモリの読み出しを行うことにより、遅延時間差を効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。
【図２】図１の送信地球局４の一構成例を示したブロック図である。
【図３】図１の受信地球局５の一構成例を示したブロック図である。
【図４】バッファメモリ５１Ａ及び５１Ｂの動作の一例を示したタイミングチャートである。
【図５】通信衛星２Ａ，２Ｂ及び地球局４，５の関係の一例を示した図である。
【図６】図５の受信地球局５における受信信号の一例を示したタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。
【図８】図７の受信地球局６の一構成例を示したブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３による衛星通信システムの概略構成例を示した図である。
【図１０】図９の受信地球局７の一構成例を示したブロック図である。
【図１１】従来の衛星通信システムの概略構成を示したブロック図である。
【図１２】図１１の送信地球局１の構成を示したブロック図である。
【図１３】図１１の通信衛星２Ａ，２Ｂの構成を示したブロック図である。
【図１４】図１１の受信地球局３の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１，４ 送信地球局、２Ａ，２Ｂ 通信衛星、３，５〜７ 受信地球局、
１１ 送信データ入力端子、１２ 変調器、１３Ａ，１３Ｂ 送信機、
１４Ａ，１４Ｂ 送信周波数入力端子、１５Ａ，１５Ｂ 送信アンテナ、
２２Ａ、２２Ｂ 受信アンテナ、２３Ａ，２３Ｂ 周波数変換器、
２４Ａ，２４Ｂ ローカル発振器、２５Ａ，２５Ｂ 送信アンテナ、
３１Ａ，３１Ｂ 受信アンテナ、３２Ａ，３２Ｂ 受信機、
３３Ａ，３３Ｂ 受信周波数入力端子、３４Ａ，３４Ｂ 復調器、
３５Ａ，３５Ｂ クロック抽出手段、３６ 切替器、
３７ 受信データ出力端子、４０ 時間マーカー挿入手段、
５０Ａ，５０Ｂ 時間マーカー抽出手段、５１Ａ，５１Ｂ バッファメモリ、
５２Ａ，５２Ｂ 書込クロック入力端子、
５３Ａ，５３Ｂ 読出クロック入力端子、
５４Ａ，５４Ｂ 書込時間マーカー入力端子、
５５Ａ，５５Ｂ 読出時間マーカー入力端子、５６ 時間マーカー遅延手段、
６０Ａ，６０Ｂ フレーム同期パターン抽出手段、
６６ フレーム同期パターン遅延手段、７０ クロック発生手段
Claims (12)
- 通信衛星を切り替える際、切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から受信地球局へ２系統のデータ伝送を行う衛星通信システムにおいて、
受信地球局が、２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出手段と、抽出された時間マーカーに基づいて受信データが書き込まれるバッファメモリと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延手段と、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出す読出手段と、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替手段とを備えたことを特徴とする衛星通信システム。 - 送信地球局が、送信データに対し時間マーカーを周期的に挿入する時間マーカー挿入手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の衛星通信システム。
- 上記時間マーカーは、２系統の通信経路における伝搬遅延時間差の２倍以上の周期で送信データ中に挿入されてい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。
- 上記時間マーカー抽出手段が、時間マーカーとして受信データ中のフレーム同期パターン又はマルチフレーム同期パターンを抽出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。
- 通信衛星を切り替える際、切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から２系統のデータを受信する受信地球局において、２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出手段と、抽出された時間マーカーに基づいて受信データが書き込まれるバッファメモリと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延手段と、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出す読出手段と、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替手段とを備えたことを特徴とする受信地球局。
- 上記時間マーカー抽出手段が、時間マーカーとして受信データ中のフレーム同期パターン又はマルチフレーム同期パターンを抽出することを特徴とする請求項５に記載の受信地球局。
- 上記時間マーカー遅延手段は、時間マーカーの挿入周期の半分以上を遅延させることを特徴とする請求項５に記載の受信地球局。
- ２系統の各受信データからクロック信号を抽出するクロック抽出手段を備え、
受信データから抽出されたクロック信号に基づいて受信データをバッファメモリへ書き込むとともに、いずれか一方の受信データから抽出されたクロック信号に基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出すことを特徴とする請求項５に記載の受信地球局。 - ２系統の受信データからクロック信号を抽出する２系統のクロック抽出手段と、クロック信号を生成するクロック発生手段とを備え、
抽出されたクロック信号に基づいて受信データをバッファメモリへ書き込むとともに、クロック発生手段からのクロック信号に基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出すことを特徴とする請求項５に記載の受信地球局。 - 切替前の通信衛星及び切替後の通信衛星を介して送信地球局から受信地球局へ２系統のデータ伝送を行って、通信衛星を切り替える通信衛星切替方法において、
２系統の各受信データから時間マーカーを抽出する時間マーカー抽出ステップと、抽出された時間マーカーに基づいて受信データをバッファメモリに書き込むバッファ書込ステップと、２系統の時間マーカーのいずれか一方を遅延させる時間マーカー遅延ステップと、遅延させた時間マーカーに基づいてバッファメモリから２系統の受信データを読み出すバッファ読出ステップと、読み出された２系統の受信データを切り替えて出力する切替ステップとを備えることを特徴とする通信衛星切替方法。 - 送信データに対し時間マーカーを挿入する時間マーカー挿入ステップを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の通信衛星切替方法。
- 上記時間マーカー挿入ステップにおいて、その周期が２系統の伝送路における伝搬時間差の２倍以上となる時間マーカーを挿入することを特徴とする請求項１０に記載の通信衛星切替方法。
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