JP2005151472A - 完全同期ｄｖｂ／ｔｄｍａ衛星通信網 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の衛星放送端末で受信可能で、ＳＮＧ車等から直接発信可能な新たな衛星通信放送網を実現する。
【解決手段】複数の異なる地球局２の送信信号は衛星放送で用いられている衛星ＤＶＢ規格に基づき生成された複数個のパケットからなるバースト信号であり、且つ前記バースト信号のタイミングは衛星１上で完全に位相同期する為、（ＤＳＢ）受信端末を用いて受信可能な完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。各地球局２は回線制御局３および他の地球局２との相互通信にＤＶＢパケットを使用して地球局２間の網状（ＭＥＳＨ）網を構成し、バースト信号の後半の部分を用いて利用者端末２への情報配信を行いＳＴＡＲ通信網を構成する。地域放送網や地域通信網の全国網への拡張、ＤＶＢ網に双方向通信機能を導入して通信網基盤の未発達な地域にブロードバンド・インターネットを提供等を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はディジタル衛星放送に関し、特に、完全同期ＤＶＢ（Digital Video Broadcasting）／ＴＤＭＡ衛星通信網に関する。

図１５は、従来の衛星放送のシステム構成を示す図である。１００は通信放送衛星、２００は大型地球局（Large-Earth-Station，ＬＥＳ）、３００は末端の利用者の衛星放送受信端末（User-Terminal，ＵＴ）である。

従来の衛星放送システムは図１５に示す様に大型地球局２００の一箇所からの送信により全国の利用者に番組配信を行う方式であった。一箇所からの送信によりデータ系列のタイミング信号、即ちクロックと変調によってデータを運ぶ搬送波（キャリヤ）は連続となる。クロックと搬送波の連続性が利用者端末（ＵＴ）３００の受信復調装置の設計を容易にし、安価で高性能の利用者端末が実現される。また大型地球局２００を一箇所設置すれば一挙に全国に放送することが可能であり、送信局の建設費用の上からも有利である。大型地球局２００は一局から衛星に搭載されている多数の中継器（Transponder）に送信する電力が要求されるため大規模な設備を有する大型地球局となるのが普通である。

しかしながら、従来の衛星放送システムでは一箇所からしか送信できないことから使う方からは不便な事がある。例えば送信源が大型地球局から遠隔の土地にある場合には放送内容を大型地球局に持って来るのが問題となる。映画等は事前に宅配便でテープを送るのが安価であり、実際に行われている。ところが現場中継や討論のように生放送の場合には遠距離の通信回線の設定が必要となる。地上回線の費用は距離に比例して高くなるため、北海道や沖縄から首都圏の送信局まで専用線を設定するとその通信費用は非常に高くなる。そこで衛星回線を使えば一挙に距離を越える事ができるが、衛星回線はもともと高価である上に伝搬遅延が大きい。この場合現場から末端の利用者までの回線は衛星を二往復する必要があるが、合計の伝搬遅延は約０．５秒となる。会議方式の通信を行うには一回の応答に１秒を要し会話は困難になる。

本発明は上述の従来の問題を解決して全国どこからでも直接衛星に向けて送信し、かつ全国の利用者が従来の衛星放送（ＤＳＢ）受信端末を用いて受信する事が可能な直接衛星放送網を実現する事を目的として生まれた。

本発明は、複数の小形地球局（ＳＥＳ）が一個の通信衛星であり、地球局からのバースト信号に対するバッファ及びマルチプレクサ等による多重化機能等を有しない中継器（Transponder、トラポン）を完全同期方式の時分割多重（ＴＤＭＡ）方式で共用し、且つ従来の衛星放送（ＤＳＢ）受信端末で受信可能である通信網を実現することを特徴とする。従来の衛星放送送信局は対象となる衛星の複数の中継器に送信するために大電力の送信設備が必要となり大型の地球局とならざるを得なかったが、本発明の衛星通信送信局は一個の中継器に対する送信電力があれば十分なので小形の設備を有する小形地球局で十分である。つまり、既存の衛星放送端末で受信可能で、しかも全国どこからでも複数の地球局から同時に発信可能な新たな直接衛星放送網を実現すると共に、上記地球局間ではＭＥＳＨ構成の情報交換網を形成する事を活用して地方放送網や地域通信網の全国への拡張、ＳＮＧ車から全国への直接送信等有用な応用分野を開拓できる新たな衛星通信放送網を実現する。

第１の発明の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網は、複数の異なる地球局（ＥＳ）から一つの通信衛星を時分割多重（ＴＤＭＡ）方式で共用して多数の利用者端末（ＵＴ）に情報配信を行う事を目的とする衛星通信放送網における完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網であって、前記複数の異なる地球局（ＥＳ）の上り回線信号である送信信号は衛星放送で用いられている衛星ＤＶＢ規格に基づき生成された複数個のＤＶＢパケットからなるバースト信号であり、且つ前記異なる地球局（ＥＳ）からの前記バースト信号の符号又はデータのタイミングは衛星上で完全に位相同期して時間多重される事により前記通信衛星からの下り回線信号はあたかも一個の地球局（ＥＳ）から送信された衛星放送信号に類似して前記利用者端末（ＵＴ）としては既存の直接衛星放送（ＤＳＢ）受信端末を用いて受信可能な事を特徴とする。

第２の発明は、第１の発明の前記衛星通信網において、前記各地球局（ＥＳ）に前記バースト信号内のＤＶＢパケットの数と衛星上における前記ＴＤＭＡフレーム上の前記バースト信号の時間位置（ＴＳ）を割り当てる回線制御局（ＮＣＳ）を有し、前記地球局（ＥＳ）は前記回線制御局（ＮＣＳ）から割り当てられた数のＤＶＢパケットを継続的に時間多重させたバースト信号を発生し、前記通信衛星上の前記割り当てられた時間位置に前記完全同期方式で送信する事を特徴とする。

第３の発明は、第２の発明に関して、前記各地球局（ＥＳ）は、前記回線制御局（ＮＣＳ）および他の地球局（ＥＳ）との相互通信に前記バースト信号の前半の部分のＤＶＢパケットを使用する事により上記地球局（ＥＳ）及び回線制御局（ＮＣＳ）間の網状（ＭＥＳＨ）通信網を構成すると同時に、前記バースト信号の後半の部分のＤＶＢパケットを用いて利用者端末（ＵＴ）への情報配信を行う事により星状（ＳＴＡＲ）通信網を構成する事を特徴とする。

第４の発明は、第３の発明のＭＥＳＨ通信網の応用の一つとして、前記各地球局（ＥＳ）を地方の地上波放送局に設置して放送内容の一部を衛星ＤＶＢ信号に変換して衛星回線（衛星ＤＶＢ回線）を通じて、直接全国の利用者に配信すると同時に、必要ならば前記衛星ＤＶＢ信号を受信した他の地球局（ＥＳ）において再び地上波ＤＶＢ信号に変換して再放送する事により、地域の放送事業の範囲を一挙に全国に拡張すると共に全国の放送不感地域の解消に寄与する事を特徴とする。

第５の発明は、第３の発明のＭＥＳＨ通信網の応用の一つとして、遠隔地の移動通信網の無線基地局（ＢＳ）や電話網の加入者交換局（ＬＳ）と関門交換局（ＧＷ）に前記地球局（ＥＳ）を設置し、前記移動通信網や電話網でなる地上通信網の信号と前記衛星ＤＶＢ信号の変換を行う変換回路を設け、遠隔地の移動通信網や地域電話網を世界通信網（ＰＳＴＮ）と前記衛星回線で相互に結ぶ事により、全国の携帯移動通信網の不感地域の解消と全国的な通信網基盤の構築に有効なことを特徴とする（図９、１０）。

第６の発明は、第１の発明の衛星通信網において直接衛星放送（ＤＳＢ）回線の片方向性の制約を打破する為に、前記利用者端末（ＵＴ）は前記直接衛星放送（ＤＳＢ）受信端末に合わせて、第５の発明の地上通信網、もしくは他の衛星通信、例えば移動体衛星通信網（ＭＳＡＴ）等の双方向通信端末を併用し、上記地上または通信衛星の双方向通信網の要となる関門交換局（ＧＷ）に前記地球局（ＥＳ）を設置して、上記地球局（ＥＳ）と前記関門交換局（ＧＷ）を接続する事により前記利用者端末（ＵＴ）と前記地球局（ＥＳ）間に前記片方向の直接衛星放送（ＤＳＢ）回線に合わせて前記双方向回線を並列に設定し、衛星放送（ＤＳＢ）の広域、高速、同報性を活用し、かつ双方向性が必須の通信を行う事を特徴とする（図９）。

第７の発明は、第１の発明における完全同期を達成するために、前記各地球局（ＥＳ）は、前記バースト信号を送信するための送信装置に加えて、前記通信衛星からの下り回線信号を受信する受信装置と上記受信装置の出力を受けて変調データ系列及びデータのタイミング信号を再生する復調装置から構成され、
特定の地球局（ＥＳ）が基準局（ＲＥＦ）に指定され、前記基準局（ＲＥＦ）は自局に割り当てる数のＤＶＢパケットから成り、基準局識別符号を含む基準局バーストを前記ＴＤＭＡフレーム周期で送信する動作を自立的に継続し、
他の地球局（ＥＳ）は、基準局クロック再生回路（ＲＣＲ）と自局送信クロック発生回路（ＴＣＧ）を有し、
前記基準局クロック再生回路（ＲＣＲ）は、前記復調装置で再生したデータ出力を受けて、前記基準局バーストの識別符号の検出により前記基準局バーストの受信時間を確立して、前記基準局バーストの持続時間を示すサンプルパルスを発生し、前記サンプルパルスによって前記復調装置の前記タイミング信号を基準入力としてサンプルホールド型位相同期方式により連続的な基準局クロックを再生する位相同期回路（ＰＬＬ）で構成され、
前記自局送信クロック発生回路（ＴＣＧ）は、前記再生された連続的な基準局クロックを基準入力とし、前記復調装置の出力を受けて、前記自局バーストの識別符号の検出により自局バーストの受信時間を確立して、自局バーストの持続時間を示すサンプルパルスを発生し、前記サンプルパルスによって前記復調装置で再生した前記タイミング信号を帰還クロックとするサンプルホールド型位相同期方式により連続的な自局の送信クロックを発生する位相同期回路（ＰＬＬ）で構成され、
前記送信クロックで自局の前記識別符号を含む前記送信バーストを生成して衛星に向けて送信する事により、各地球局は衛星までの長大なループを含む位相同期回路（ＰＬＬ）によって自局の送信バーストが衛星上でクロックの位相まで含めて前記基準局に完全同期する事を特徴とする（図５）。

第８の発明は、第１の発明の完全同期を達成するために、前記各地球局（ＥＳ）は前記バースト信号を送信するための送信装置に加えて、前記通信衛星からの下り回線信号を受ける受信装置と上記受信装置の出力を受けて変調データ系列及びデータのタイミング信号を再生する復調装置とから構成され、
特定の地球局（ＥＳ）が基準局（ＲＥＦ）に指定され、上記基準局（ＲＥＦ）は前記自局に割り当てられた数のＤＶＢパケットから成り、基準局識別符号を含む基準局バーストを前記ＴＤＭＡフレーム周期で送信する動作を自立的に継続し、
他の地球局（ＥＳ）は、システムクロック再生回路（ＳＣＲ）と自局の送信クロック発生回路（ＴＣＧ）を有し、
前記システムクロック再生回路（ＳＣＲ）は、前記復調装置の出力の前記タイミング信号を基準入力として連続的な位相同期方式により連続的なシステムクロックを再生する位相同期回路（ＰＬＬ）で構成され、
前記送信クロック発生回路（ＴＣＧ）は、前記復調装置の出力を受けて、前記自局バーストの識別符号の検出から自局バーストの受信時間を確立して、自局バーストの持続時間を示すサンプルパルスを発生し、上記サンプルパルスによって前記再生された連続的なシステムクロックを基準入力とし、前記復調装置で再生した前記タイミング信号を帰還入力とするサンプルホールド型位相同期方式により連続的な自局の送信クロックを発生する位相同期回路（ＰＬＬ）で構成され、上記送信クロックで自局の前記識別符号を含む前記送信バーストを生成して衛星に向けて送信する事により、各地球局は衛星までの長大なループを含む位相同期回路（ＰＬＬ）によって自局の送信バーストが衛星上でクロックの位相まで含めて前記基準局に完全同期する事を特徴とする（図８）。

第９の発明は、第１、７、８の発明の完全同期ＴＤＭＡ網において、前記通信衛星を使用している一つの前記地球局（ＥＳ）Ａが通信を終えて別の前記地球局（ＥＳ）Ｂと送信を交代する場合に無瞬断で交代を行うために、予め前記別の地球局（ＥＳ）Ｂは前記送信中の地球局に比べると十分に、例えば２０ｄＢ程度低い電力の擬似雑音信号を発生して前記通信衛星に向けて送信し、受信側においては上記通信衛星からの下り回線信号を受信する前記受信装置の出力が二分岐されて一方は前記復調装置に供給されると共に、前記他方の出力を受けて前記擬似雑音信号の相関検出とＤｅｌａｙ−ｌｏｃｋ方式等によるクロックの再生を行う低電力擬似雑音信号検出回路を有し、前記低電力擬似雑音信号検出回路の前記クロック出力を前記送信クロック発生回路（ＴＣＧ）の前記帰還入力信号として入力すると共に上記送信クロック発生回路（ＴＣＧ）は連続型ＰＬＬで動作させ、上記送信クロック発生回路（ＴＣＧ）の出力で前記擬似雑音信号を発生して前記通信衛星に向けて送信する事により、運用中の信号に障害を与えない程度の十分に低い電力の擬似雑音信号によって、前記衛星までの長大な遅延を含むループでクロックタイミングの完全同期を達成するとともに、送信した前記擬似雑音信号と前記低電力擬似雑音信号検出回路で再生された擬似雑音信号との比較によって衛星までの伝搬遅延を測定し、上記伝搬遅延時間情報及び完全同期クロックを用いて前記一つの地球局（ＥＳ）Ａが送信を停止すると同時に前記別の地球局（ＥＳ）Ｂが正規の電力で前記バーストの送信を開始する事によって無瞬断で送信局の交代を行う事を特徴とする（図８、表１）。

第１０の発明は、第３の発明の星状（ＳＴＡＲ）通信網の応用範囲を拡張する事を目的として、前記地球局（ＥＳ）においては前記衛星ＤＶＢ回線を用いて従来の衛星放送に加えて他の規格の信号、例えば電話／ＦＡＸ或いはＩＰ仕様に基づく外部の通信網からの信号もしくは撮像録音装置等の生放送信号等多種多様な信号である信号列（総じてＸと表記）の伝送をも実行可能にするために外部の信号源から上記信号列Ｘを受けて前記ＤＶＢ信号形式に変換してＤＶＢ（Ｘ）信号列を出力するためのＸ／ＤＶＢ変換回路を有し、上記Ｘ／ＤＶＢ変換回路の出力を他の放送用ＤＶＢ信号とパケット多重して前記バースト信号を発生し前記衛星に向けて送信する衛星通信放送装置を有し、他方前記利用者端末（ＵＴ）においては前記衛星ＤＶＢ信号を受信して信号再生するための受信アンテナ、低雑音増幅、周波数変換、復調、誤り訂正等の受信信号処理回路から成る衛星ＤＶＢ受信回路と、再生した上記ＤＶＢ信号とパケット多重の列を分岐出力するデータ出力端子を有する既存の直接衛星放送（ＤＳＢ）端末を用い、上記データ出力端子の出力を受けて利用者が指定した前記ＤＶＢ（Ｘ）信号を選択収集して前記Ｘ／ＤＶＢ変換の逆変換を行って前記信号列Ｘ、即ち電話／ＦＡＸ信号、ＩＰパケット列もしくは映像音声信号等を再生して電話／ＦＡＸ端末、ＰＣもしくはＴＶ等の利用者端末に出力する衛星ＤＶＢデータ通信回路を有する事により、既存の直接衛星放送利用者端末を再利用して従来の衛星放送には無い新たなデータ通信を提供する事を特徴とする（図１２）。

第１１の発明は、第１０の発明の新たなデータ通信の応用の一つとして、前記地球局（ＥＳ）の設備一式を自動車、船、航空機等に搭載して、現場で取材した映像音声や電話／ＦＡＸ、写真等の信号を前記衛星ＤＶＢ信号に変換して前記衛星回線に送信することにより、完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信方式によって直接全国に同報し、既存の直接衛星放送（ＤＳＢ）の受信端末を通じて利用者に提供すると共に、前記網状（ＭＥＳＨ）通信網の構成を活用して他の地球局（ＥＳ）を経由して特定のグループ内で電話／ＦＡＸ，写真電送等の同報通信を可能とする衛星情報収集（ＳＮＧ）通信網を構成する事を特徴とする（図１３）。

本発明によれば、先ず第一に、衛星通信の特長を完全に活かした通信網の実現が可能となる。衛星通信の広域性には広域受信の可能性と広域送信の可能性の二面がある。従来の衛星放送で活用されているのは広域受信の可能性であり、広域送信の可能性は全く使われず、むしろ一箇所から直接全国に放送可能な事は衛星通信業者には有利であった。しかしながらＣｏｎｔｅｎｔｓを作成する作品制作者から見ると全国でも一箇所しか無い衛星放送送信局に如何に作品を持って来るかが大きな問題となっていた。録画は宅配便で映像テープを配達するのが安価であり現実にもよく用いられているが、現場からの実況報告のように実時間の通信の場合には衛星放送送信局まで何らかの方法で通信回線を設定する必要がある。そのような場合によく用いられるのものとしてＳＮＧ（Satellite News Gathering）車がある。これは自動車に搭載する衛星通信装置でありＳＮＧ車はどこからでも現場の実況を送信する事が可能である。しかしながら一度衛星放送送信局で受信して改めて衛星放送回線で全国放送する二往復方式であるため衛星回線の使用料が二倍になるばかりでなく、伝送遅延も二倍となり約０．５秒にも達する。双方向通信の場合は応答に一秒近くかかる事になり会話型通信は困難となる。本発明によれば、ＳＮＧ車から直接全国に放送し、しかも既存の直接衛星放送（ＤＳＢ）端末で受信可能であるので衛星回線の利用料金と伝送遅延を共に最小化する事ができる。

第二の特長は既存の直接衛星放送端末で受信可能な事である。既に我が国だけでも３００万、世界では一億近い加入者が存在する巨大市場の上に新たな衛星通信放送の応用事業を構築する事が可能になる。これは新規事業分野を開拓する場合には極めて有利な事である。

第三の特長は地方放送局やＣＡＴＶ事業者の様に従来特定の地域に限定された放送事業を行っていた事業者が一挙に全国放送を行う事ができる事である。我が国では多チャンネル衛星放送はＳｋｙＰｅｒｆｅｃＴＶ社が一社あるだけであり米国でもＥｃｈｏＳｔａｒとＤｉｒｅｃＴＶ二社による寡占状態にある。他の国でも国営かあるいは寡占状態にある。全国的な放送メディアが寡占状態にある事は望ましい事ではない。マスメディア集中排除の原則は我が国でも立法化されてはいるが現実にはこの様な寡占状態にある。本発明は全国の地方放送業者やＣＡＴＶ業者が全国向けの放送を地方から直接かつ安価に実行する手段を提供するものでありマスメディア集中排除原則の実現に極めて有効である。

第四の特長は全国どこにでも衛星送信局を設置できるので多種多様な新たな応用が可能となる事である。例えばインターネットと接続した地球局に地上通信網と接続した関門局（ＧＷ）機能をも与えることにより、衛星放送の片方向性の限界を打開する事を可能とし、利用者は衛星放送回線を全国的な広域同報回線として用いつつ、インターネット、電話、移動通信網、移動体衛星通信網等を通じて多様な通信網の利用者との間で双方向通信を可能とする。この場合、地上通信網の関門局、移動体衛星通信網の関門局と同じ場所に本発明の小形地球局を設置して両者を構内ＬＡＮで結べば衛星インターネットを容易に構築する事ができる。

我が国の例でいえばインマルサットの海岸局は山口県にあり、衛星放送の送信局は神奈川県にあるため、衛星インターネットを提供するためには山口県から神奈川県まで遠距離通信回線を設定する必要があり回線費用はかなり高価になる。そこで本発明を活用して山口県のインマルサット関門局に小形地球局２を設置すれば上述の地上回線は不要となり広帯域衛星インターネットを安価に提供できる（図９参照）。

第五の特長は新たな分野に応用が広がる事である。例えば全国向けに広く事業を行い、各地に多数の拠点を有する企業が各拠点を結ぶ社内通信網、イントラネットを構築するには従来は全国でも一箇所しかない大型地球局へ長距離回線を設定する必要があった。また従来は寡占状態にある衛星通信業者に委託する他は無かった企業内通信を、本発明を用いれば近隣の地域放送業者の小形地球局（ＳＥＳ）を用いて容易かつ安価に実行する事ができる。

更に通信量が多い場合には直接自社の敷地内に設置した小形地球局を通じて企業内通信を行う事も可能となる。そうすれば従来の衛星通信業者への委託費用の分は通信費用の削減が可能となる。更には地域の企業や団体が共同で小形地球局を設置する事により地域から全国への発信と地域間の交流が可能となる。従来の衛星放送受信者からみれば地域発信の特色ある情報を満載した無料チャネルが追加される事となり、衛星通信放送の新たな応用分野の拡張に有効である。

第六には本発明の通信網の網状（ＭＥＳＨ），星状（ＳＴＡＲ）構成が可能な柔軟性を活用して地上の通信及び放送基盤が未発達な地域の全国的な基盤通信放送網の構築が可能となる。衛星及び地上ＤＶＢ方式は既に十分に実績のあるシステムであるばかりでなく国際標準であるため世界中に適用可能な上に、要素設備も普及し安価である。地域の通信網と衛星網を結んで全国網を構築する事が容易に実現できる。

第七には本発明の地球局（ＥＳ）がどこにでも設置可能である事から最新のブロードバンド・インターネットを通信網基盤が未発達な地域にも容易に設置可能なことである。移動体衛星通信と衛星放送は世界中で利用可能である。例えばインマルサットは全世界で利用可能であるが、問題はその関門局（ＧＷ）が非常に少ない事である。例えば広大なアフリカ大陸には一局も無く通常はヨーロッパ、例えば英国のＧｏｏｎｈｉｌｌｙ局経由でＰＳＴＮに接続している。他方衛星放送はアフリカ各地に提供されており例えば南アフリカ向けの放送は国内からも送信されている。従来の方法ではＧｏｏｎｈｉｌｌｙのインマルサット局と南アフリカの衛星ＤＶＢ送信局の間に広帯域の通信回線を設置する必要があり実現困難であった。ところが本発明の衛星ＤＶＢ地球局（ＥＳ）はどこにでも容易に設置できるためＧｏｏｎｈｉｌｌｙ局の構内に設置すれば地上の長距離回線は全く不要になる。このようにして地上の通信網基盤が未発達な地域に容易に最新の高速インターネット網を提供する事ができる（図９の説明参照）。

本発明の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網の一実施の形態について以下説明する。
図１は本実施の形態の直接衛星放送網の基本構成を示す図である。本実施の形態の基本構成は、通信放送衛星（通信衛星）１、小型地球局（Small-Earth-Station，ＳＥＳ）で構成可能な地球局（Earth-Station，ＥＳ）２、末端の利用者の衛星放送受信端末（User-Terminal，ＵＴ）としての利用者端末４、及び衛星回線の割り当て制御を行う回線制御局（Network-Control-Station，ＮＣＳ）３で構成される。本実施の形態の直接衛星放送網で扱う信号には、衛星放送で用いられているＤＶＢ（Digital Video Broadcasting）による標準化規格（「衛星ＤＶＢ規格」という。）に基づき生成される信号（衛星回線の信号を「衛星ＤＶＢ信号」、地上波の信号を「地上波ＤＶＢ信号」という。）が含まれる。

本実施の形態の直接衛星放送網の要点は、従来、大型地球局（ＬＥＳ）２００が一括して通信衛星の中継器（Transponder，トラポンとも称される）に送信していたのを複数の小形地球局（ＳＥＳ）２が、多重化装置を具備しない一個の中継器を時分割多重（ＴＤＭＡ）方式で共用することが可能であり、且つ従来の衛星放送（ＤＳＢ）受信端末４で受信可能である通信網を実現できるところにある。つまり、従来の衛星放送送信局は対象となる衛星の複数の中継器に送信するために大電力の送信設備が必要となり大型の地球局とならざるを得なかったが、本発明の衛星通信送信局（地球局）は一個の中継器に対する送信電力があれば十分なので小形の設備を有する小形地球局で十分可能である。

図２は本実施の形態の本質的な動作を行うＴＤＭＡ方式の通信衛星共用動作を示す図である。
時分割多重接続（ＴＤＭＡ）方式においては衛星回線の伝送速度（クロック周波数）とフレーム周期が定義される。この二つを決めるとフレーム上の時間位置（Time Slot，ＳＴ）が定義される。各送信局（地球局）は、予め回線制御局（ＮＣＳ）３によって割り当てられた通信量に相当する時間長のバースト信号を生成して、所定の時間位置に衛星に到達するように送信する。各送信局のバースト信号は衛星上で相互に衝突しないように所定のフレーム周期の時間制御が必要であり、これはバースト同期と呼ばれる。

バースト同期を確立するために通常特定の地球局を基準局（ＲＥＦ局）に指定される。基準局は自分に割り当てられた容量に相当するバースト信号を基準局バーストとして所定のフレーム周期で通信衛星に送信する事により衛星上でＴＤＭＡフレーム（Ｆｒａｍｅ）が定義され、それ以外の地球局は従局としてバースト同期をとりながらバースト信号を送信する。

バースト同期のしくみを図２によって説明する。基準局ＲＥＦに対して従局ｉは衛星により近いところに位置し、従局ｊはより遠い所にあるものとする。従局ｉは衛星に近い分だけ遅らせて地球局−ｉバーストを送信し、従局ｊは遠い分だけ早めに地球局−ｊバーストを送信すれば、衛星上では基準局バーストに続き地球局−ｉバースト、地球局−ｊバースト、…の順に丁度同期がとれる事になり、地上でも同期した状態で受信される。

ここでバースト同期の取り方に二種類がある。一つはクロック完全同期方式であり、他はクロック非同期方式である。クロック非同期方式においては各送信局の時間位置には前後に何も送信されない保護時間（ガードタイム）が規定され、各局のバースト信号はガードタイムだけの誤差が許容される。各局は受信信号を監視して、まず基準局バーストから自局のバースト（自局バースト）が受信されるべき基準の時間位置を決め、実際の自局バーストの受信信号のタイミングを測定して時間誤差を検出しそれがガードタイム内に設定された閾値を越えていれば自局の送信タイミングを補正して誤差がクロック単位で０となるように制御を行う。通常ガードタイムとしては前後に１０シンボル（クロック）程度取り、５シンボルあたりに閾値を設定する。誤差が閾値内にある間は補正を行わない。従って各局のクロックは高安定な発信器を用いる事により周波数は極めて近く設定できるが、位相は全く非同期である。それに対してクロック完全同期方式は各従局のクロックが基準局のそれに位相的にも完全同期される。従ってあたかも一箇所の局から送信されたかのように信号が時間軸上で揃うので原理的にはガードタイムも不要となる。

本発明の要点はクロック完全同期方式で異なる送信局からのバースト信号があたかも一箇所から送信されたかのように制御する事により従来の衛星放送受信端末としての利用者端末４で受信可能にする事である。なお、フレーム周期としてはＴＶのフレーム周期に一致させて１／３０（秒）とするのが自然である。また図２に示す様に各バースト信号は衛星ＤＶＢ規格で規定されるパケットを順次送信する事によって生成する。図２においては従局ｊにＮ個のパケットが割り当てられている場合を示している。

以上のように本実施の形態のＴＤＭＡは完全同期方式により、図２に示す様にデータのタイミング、即ちクロックは全ての従局のクロックが基準局のクロックに衛星上で完全同期されるため、あたかも一箇所から送信されたかのような信号となり、利用者端末としては既存の衛星放送受信端末としての利用者端末４で受信する事が可能となる。ただし各局の送信信号の搬送波は位相同期できないため異なる局のバースト信号の先頭の部分については既存の衛星放送受信端末では正しく再生されない場合がある。従って既存の端末で必ず再生される位置以降、つまり、各バースト信号の後半の部分のパケットでデータを送信する必要がある。ただし、地球局２に設置される受信設備では極めて高速な受信動作が可能であるので各バースト信号の前半の部分のパケットを用いて地球局（ＥＳ）間の情報交換に活用する事ができる。このようにして利用者端末（ＵＴ）４に対しては星状（ＳＴＡＲ）通信網、地球局（ＥＳ）もしくは回線制御局（ＮＣＳ）間では網状（ＭＥＳＨ）通信網の二面的な衛星通信放送網が構築できる。

図３は本実施の形態のシステムで使用される利用者端末（ＵＴ）４の構成を示す図である。４−１はアンテナと低雑音増幅器、周波数変換器（Ｄ／Ｃ）を備えた屋外装置（Out-Door-Unit，ＯＤＵ）である。４−２は復調装置、信号選択装置、画像音声復号器、誤り訂正等を含むIntegrated-Receiver-Decoder（ＩＲＤ）である。従来の衛星放送受信器に必要なのは上述のＩＲＤだけであり、映像および音声信号がテレビ受像機ＴＶ４−３に供給される。

衛星回線を用いてインターネット等の通信を行う為には地上のインターネットと通信する機能をも含む装置が必要となる。図３に示す装置構成は、既存のＣＳ衛星放送受信端末に設けられているデータ出力端子から再生されたＤＶＢパケット列を受けて利用者が指定した信号を含むＤＶＢパケットのみを選択収集し、更に地球局（ＥＳ）にて行われるＩＰパケットとＤＶＢ信号との変換を行うＩＰ／ＤＶＢ変換の逆変換を行って再生されるＩＰパケット列を利用者のＬＡＮ４−４に出力するＤＶＢデータ通信回路４−２３と、上記ＬＡＮ４−４に接続したパーソナルコンピュータＰＣ４−５、サーバServer４−６及びプリンタPrinter４−７と、ルータRouter４−８を通じてインターネットに接続する構成でなる。

図４は、本実施の形態のシステムで中心的な役割を果たす小形地球局２の構成を示す図である。２−１は送信アンテナと高電力増幅器（ＨＰＡ），周波数変換器（Ｕ／Ｃ）等を含む送信装置（ＴＸ）、２−２は自局の送信データを受けて前述の送信用のバースト信号を生成し、且つ衛星上で前述のクロック完全同期状態で他の小形地球局からの信号と時間多重される様に送信するＴＤＭＡ同期及びバースト生成回路（Sync & Burst Gen）である。

２−３は衛星からの信号を受信するためのアンテナ、低雑音増幅器（ＬＮＡ），周波数変換器（Ｄ／Ｃ）を含む屋外装置（ＯＤＵ）の受信装置（ＲＸ）、２−４は復調装置（ＤＥＭ）、２−５は局内ＬＡＮにつながる接続装置（地球局ＬＡＮとルータ）である。ここで復調装置２−４は受信データ及びクロックを再生してＴＤＭＡ同期及びバースト生成回路２−２に供給する機能を有する。

図５は本実施の形態の小形地球局（ＳＥＳ）の詳細構成を示す図である。２−４１は復調器（ＤＥＭ）、２−４２は衛星ＤＶＢ信号を再生するＤＶＢ信号再生装置、２−５−１はＬＡＮ、２−５−２はパーソナルコンピュータＰＣ、２−５−３はＬＡＮスイッチＬＡＮ−ＳＷである。２−２１はＴＤＭＡ同期回路（受信バースト同期回路）、２−２２は基準局（ＲＥＦ）クロック再生回路（Reference-Clock-Recovery，ＲＣＲ）、２−２３は送信クロック発生回路（TX-Clock-Gen，ＴＣＧ）、２−２４は送信バースト生成回路である。

復調器２−４１は衛星からの信号の復調、即ちデータとクロックの再生を行う。それを受けてＴＤＭＡ同期回路（受信バースト同期回路）２−２１は各バーストの中に含まれる識別（ＩＤ）符号から基準局バーストの時間位置を示す基準局バーストタイミング（Ref-Burst-Timing）信号を発生し、復調装置２−４１から受けたクロック信号と共に基準局クロック再生回路（ＲＣＲ）２−２２に供給する。同様にＴＤＭＡ同期回路（受信バースト同期回路）２−２１は、自局が送信し衛星経由で受信した自局バーストの時間位置を示す自局バーストタイミング（Own-Burst-Timing）信号を発生し、上記クロック信号と共に送信クロック発生回路（ＴＣＧ）２−２３に供給する。基準局クロック再生回路２−２２と送信クロック発生回路２−２３にはサンプルホールド型位相同期回路（Phase-Lock-Loop，ＰＬＬ）が使用される。送信バースト生成回路２−２４は、外部より供給される送信データ（放送データ）を上記送信クロック発生回路２−２３より供給される送信クロック（TX-Clock）とＴＤＭＡ同期回路２−２１からの送信タイミング信号（TX-Timing）により所定の衛星放送（ＤＶＢ）形式のバーストを生成して送信装置２−１に出力する。

図６は本実施の形態で本質的な役割を果たす位相同期回路（ＰＬＬ）の構成と動作を示す図である。１０１は位相比較器（Phase-Comparator，ＰＣ）、１０２はサンプルホールド（Sample-and-Hold，Ｓ＆Ｈ、標本化保持）器、１０３はループフィルター（Loop-Filter，ＬＰＦ）、１０４は電圧制御発振器（Voltage-Controlled-Oscillator，ＶＣＯ）である。１０５は帰還路（Loop-Back-Path）である。基準局クロック再生回路２−２２の場合は帰還路１０５が直接帰還であるが、送信クロック発生回路２−２３の場合には衛星までの長大な遅延（点線）を含む帰還経路となる。外部から位相比較器ＰＣ１０１に入力される信号はＰＬＬの位相同期動作の基準信号であり、それに対してＶＣＯ１０４の出力信号の位相誤差が検出され、ＬＰＦ１０３を経てＶＣＯ１０４に負帰還される事によりＶＣＯ１０４の出力は位相比較器ＰＣ１０１において基準信号に自動的に位相同期する。

図７は小形地球局２における通信衛星から受信した信号とサンプルパルスの発生の時間関係を示す図である。基準局バースト検出サンプルパルスは図５に示す基準局クロック再生回路２−２２のサンプルホールド器（Ｓ＆Ｈ）に供給され、自局バースト検出サンプルパルスは図５に示す送信クロック再生回路２−２３のサンプルホールド器（Ｓ＆Ｈ）に供給される。

基準局クロック再生回路２−２２と送信クロック発生回路２−２３の各サンプルホールド型位相同期回路（Ｓ＆Ｈ−ＰＬＬ）は、それぞれ前記各サンプルパルスによって指定された時間範囲のバースト信号から位相誤差情報を検出し、前記時間範囲外の時間には検出した値（検出値）の保持を行い、ＬＰＦ１０３で平均化した上でＶＣＯ１０４を位相制御する事により入力されたバースト信号から連続的なクロック信号を再生する。基準局クロック再生回路２−２２の基準入力（基準位相入力信号）は復調器２−４１によって再生された受信クロックであり、基準局バーストタイミング信号により生成された基準局バースト検出サンプルパルスにより基準局クロック（Ref-Clock）を再生して出力する。送信クロック発生回路２−２３の基準入力（入力基準信号）は上記再生された基準局クロックであり、自局バーストタイミング信号により生成された自局バースト検出サンプルパルスにより送信クロック（TX-Clock）を出力する。即ち基準局クロック再生回路２−２２は内部の電圧制御発振器ＶＣＯの出力と受信クロックとの位相誤差を検出してそれぞれが０になるように電圧制御発振器ＶＣＯを位相制御して基準局クロックを出力し、送信クロック発生回路２−２３は受信信号の基準局と自局のクロックの位相誤差を検出してそれが０になるように内部の電圧制御発振器ＶＣＯを位相制御することにより送信クロックを出力する。

通信衛星の下り回線信号は基準局信号も自局信号も共通であるから、上記ＰＬＬが位相同期状態になると自局のクロックの位相は基準局クロックに衛星上で位相同期する事になる。基準局以外のすべての小形地球局２が同様の動作を行う事によって全ての小形地球局２の送信クロックが衛星上で同期する。こうして完全同期ＴＤＭＡが可能となる。

図８は本実施の形態のシステムクロック再生型の同期装置と低電力信号による初期接続回路を付加した地球局構成を示す図である。本例の場合、通信衛星を介する下り回線の衛星ＤＶＢ信号はバースト信号が連続的に到達するように運用される完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網に好適である。２−２−１はシステムクロック再生回路、２−２３−１は自局バースト用のサンプルパルス発生回路、２−２５は切り替え器ＳＷである。２−５１は送信パルス発生回路、２−５２は低電力擬似雑音信号発生回路、２−５３は低電力擬似雑音（ＰＮ信号）を検出する低電力信号相関検出回路、２−５４は切り替え器ＳＷ、２−５５は衛星経路遅延測定回路、２−５６は初期接続から定常動作に移行する過程を制御する初期同期過程制御回路である。

図８に示すシステムクロック再生回路２−２−１は、図５に示す基準局クロック再生回路２−２２に代えて前記基準局クロックと同様なシステムクロックを再生するものであるが、ここで使用される位相同期回路ＰＬＬは連続的なバースト信号でなる衛星ＤＶＢ信号を扱うことによりサンプルパルスによるサンプルホールド動作を行わず、Ｓ＆Ｈ回路１０２は常にオンとなるように構成される。即ち連続型の位相同期回路ＰＬＬとして構成される。送信クロック発生回路２−２３は図５の場合と同様であるが、自局バーストタイミング（Own-Burst-Timing）に基づくサンプルパルス（自局バースト検出サンプルパルス）はＴＤＭＡ同期回路２−２１に代えてサンプルパルス発生回路２−２３−１から供給され、受信クロックは後述する切り替え器２−５４から帰還クロックとして供給される。この時システムクロック再生回路２−２−１の出力は結局基準局クロックに位相同期する事が次の事から容易に分かる。

今基準局の他に二局がＴＤＭＡ方式で一つの衛星中継器（Transponder）を共用しているものとする。システムクロック発生器２−２−１の出力位相は三局の平均となる。今基準局と従局１，２の位相をそれぞれＲ，Ｌ１，Ｌ２とし、夫々の時間率をα、β１，β２、つまり、
α＋β１＋β２＝１
とする。

システムクロックの位相Ｓは受信信号の時間平均であるから、
Ｓ＝α・Ｒ＋β１・Ｌ１＋β２・Ｌ２
となる。ここで、従局Ｌ１，Ｌ２は送信クロック発生回路２−２３の動作によってシステムクロックの位相に同期するので、
Ｌ１＝Ｓ
Ｌ２＝Ｓ
となり、上の関係から結局、
Ｌ１＝Ｌ２＝Ｒ
となり全て基準局クロックの位相に同期する事が分かる。

システムクロック再生回路２−２−１を連続型の位相同期回路ＰＬＬで動作させる事によりＴＤＭＡフレームの繰り返し周期が長い場合にも安定したクロック再生が可能となる。実際ＴＶのフレーム周期は約１／３０秒であるので本発明のＤＶＢ／ＴＤＭＡにおいてもフレーム周期を１／３０秒（かその整数分の一）に設定すると都合が良い。この時システムクロック再生回路２−２−１のＰＬＬ帯域幅を１０Ｈｚ程度に設定すれば十分に位相平均作用が得られる。

図８に示す地球局構成におけるもう一つの機能は低電力信号による初期接続（低電力初期接続）の機能である。上述のシステムクロック再生回路２−２−１が正しく動作するためには全ての従局クロックの位相が基準局クロックの位相に十分正しく同期していなくてはならない。衛星中継器は全国に分散した多数の局で共用する。同時に衛星中継器に接続するのは伝送速度の点から高々１０程度に抑えられるから、時々送信局の交代が必要となる。つまり、通信衛星を使用している一つの地球局が通信を終えて別の地球局と送信を交代する場合に無瞬断で送信局の交代を行う必要がある。前述の事から新たに通信を始める衛星地球局は実際の送信開始に先立ち送信クロックおよび送信バーストの同期を確立しなくてはならない。そのために用いられるのが低電力初期接続の機能である。

図８において、送信パルス発生回路２−５１は一定周期の繰り返し送信パルスを発生する。前記送信パルスによって開始され送信クロック発生回路２−２３の出力クロック（送信クロック）により駆動され、低電力擬似雑音信号発生回路２−５２は擬似雑音（ＰＮ）符号を発生する。上記ＰＮ符号は切り替え器ＳＷ２−２５を経て衛星に向けてＰＮ信号として送信される。この時動作中の衛星からの正規の信号（正規信号）に悪影響を与えないように正規信号に対して十分低い電力、通常２０ｄＢ程度低い出力レベルにする。受信部において正規信号に重畳されて受信されたＰＮ信号は低電力信号相関検出回路２−５３で相関検出法によって検出される。正規信号に比べて２０ｄＢ低い低電力信号のＣ／Ｎ比は−２０ｄＢ以下となるが相関検出法は処理利得と呼ばれる原理によって十分に良好なＣ／Ｎ比に改善して正しく検出を行う事ができる。相関検出法によって低電力信号相関検出回路２−５３は再生クロックとＰＮ符号とクロックを再生する。このうち再生クロックは切り替え器ＳＷ２−５４によって帰還クロックとして送信クロック発生回路２−２３に帰還される。こうして図６に示すようなＰＬＬ回路により送信クロック発生回路２−２３では、低電力信号を用いて衛星を含むＰＬＬ動作が実行され、帰還クロックがシステムクロック再生回路２−２−１からのほぼ基準局クロックと位相同期する基準入力に位相同期するように内部の電圧制御発振器ＶＣＯが制御されクロック同期が達成され、低電力擬似雑音信号発生回路２−５２及び送信バースト生成回路２−２４に送信クロックが出力される。

低電力信号相関検出回路２−５３で再生されたＰＮ符号の先頭タイミングのパルスである受信パルスは、衛星経路遅延測定回路２−５５において送信パルス発生回路２−５１から出力される前記送信パルスと比較され、衛星を含む経路の絶対遅延が検出される。

送信クロックが同期し、衛星経路の絶対遅延が測定されれば正規電力の信号で送信する準備が整った事になる。あとは所定のタイミングで送信局の交代が行なわれる。なお、前記擬似雑音（ＰＮ）信号の相関検出法としてはＤｅｌａｙ−Ｌｏｃｋ法が用いられるが、周知の技術であるので詳細説明は省略する。

また、初期同期過程制御回路２−５６は初期接続制御回路として低電力信号による初期接続から正規電力のＴＤＭＡバースト信号の送出による定常動作に移行する過程を制御する。各部の動作制御状態は表１（一覧表）に示すとおりである。

表１に示すように、低電力信号による初期接続時には、切り替え器ＳＷ２−２５を制御し低電力擬似雑音信号発生回路２−５２から通信衛星に低電力信号のＰＮ信号を送信し、低電力信号相関検出回路２−５３から前記ＰＮ信号が受信され検出が確立されると、切り替え器２−５４を制御してその再生クロックを帰還クロックとして送信クロック発生回路２−２３に供給する。同時にＰＬＬモード切替によりサンプルパルス発生回路２−２３−１を制御してサンプルパルスの発生を停止させ、送信クロック発生回路２−２３のＰＬＬ動作を連続型ＰＬＬ動作とし帰還クロックを基準入力（ほぼ基準局クロック）と同期させることにより内部の電圧制御発振器ＶＣＯから送信クロックを生成して出力する。また、正規ＴＤＭＡ動作の過程に入ったら、切り替え器ＳＷ２−２５、２−５４を切り替えて低電力信号のＰＮ信号の送信を停止し、切り替え器ＳＷ２−５４を介して受信及び復調回路２−４１からの再生クロック（RX-Clock）を送信クロック発生回路２−２３に供給し、同時にＰＬＬモード切替によりサンプルパルス発生回路２−２３−１を制御してサンプルパルスを発生させ、サンプルホールド型ＰＬＬ動作により自局のＴＤＭＡバーストの期間の再生クロック（RX-Clock）と基準入力との位相誤差が０になるように送信クロック発生回路３−２３の内部の電圧制御発振器ＶＣＯを制御することにより送信クロックを生成し、送信バースト生成回路２−２４に出力する。

図９は本発明の応用として衛星放送網を他の通信網と結合する種々の方式を示す図である。７は地上の通信網、例えばインターネット、電話／ＦＡＸ網、携帯移動通信網等である。７−１は通信網７の外部に接続するための関門局（Gateway，ＧＷ）であり、電話／ＦＡＸ網の場合には市外交換局、インターネットの場合には境界ルータである。７−２は上記通信網の利用者端末の地上通信網端末であり、具体的には電話／ＦＡＸ端末、家庭用ルータやＭＯＤＥＭ等である。６は他の衛星通信網、典型的には移動体衛星通信網である。６−１は移動体衛星通信用衛星、例えばインマルサット衛星、６−２はインマルサット海岸地球局、６−３は携帯用インマルサット端末である。８はインターネットである。

同図より分かるように本発明の通信網においては利用者がインターネットに接続するための関門局機能は衛星地球局２が提供する。通信網６，７，８は双方向通信網であり本発明の主題である衛星放送の片方向性の限界を打開する事ができる。即ち本発明の利用者は衛星放送回線を全国的な広域同報回線として用いつつ、インターネット、電話、移動通信網、移動体衛星通信網等を通じて多様な通信網の利用者との間で双方向通信が可能となる。例えば利用者端末が衛星放送（ＤＳＢ）端末とインマルサット端末を用いる場合、利用者からの要求信号はインマルサット衛星６−１、関門局６−２を経て本発明の小形地球局２に接続し、そこからインターネット上の利用者に指定されたホームページＨＰに向けてパケットが送信され目的のＨＰからの帰り信号は地球局２に戻り、そこから衛星放送（ＤＶＢ）回線を通じて直接利用者に送信される。

このようにして本来片方向回線である直接衛星放送（ＤＳＢ）回線を通じて双方向通信が可能になるのである。上記異なる通信網の結合に本質的な役割を果たすのは関門局（ＧＷ）６−２，７−１と本発明の地球局（ＥＳ）２間の結合である。本発明の地球局（ＥＳ）２は小形でどこにでも設置可能なので上位の関門局と同所に設置し構内網、即ちＬＡＮで直結する事ができる。

図１０は本発明の網状（ＭＥＳＨ）通信網構成を活用する応用例を示す図である。９はＰＳＴＮ，インターネット等の世界網である。９−１は上記世界網と本発明の衛星通信網をつなぐ関門局（Gateway，ＧＷ）である。ＰＳＴＮの場合には市外交換局、インターネットの場合には境界ルータである。関門局（ＧＷ）９−１は前記世界網と地域の携帯移動通信網及び地域電話網の間でのそれぞれ中央の移動通信網交換局（ＭＳＯ）及び市外電話交換局（ＴＳ）としての機能を有する。１０は遠隔地の地域電話網である。１０−１は加入者交換局であり、１０−２は末端の電話器／ＦＡＸである。１１は遠隔の地域携帯移動通信網である。１１−１は無線基地局であり、１１−２は携帯端末である。加入者交換局１０−１、無線基地局１１−１は通常は更に上位の交換局に接続する事により世界通信網に接続するのであるが、アフガニスタンや中国の奥地、アマゾン地域の様に山岳地帯や砂漠、密林によって阻まれた遠隔地域の通信網を一挙に一つの通信網にするのに本発明のシステムは好適である。それには前記関門局に本発明の地球局２を設置してそれらをＭＥＳＨ構成で接続すれば良い。通信衛星１は地球局２に対して共通の中継点と同時に交換機能を提供して一挙にＭｅｓｈ網が実現できる。

図１１は地方放送網を全国に拡張する本発明の直接衛星放送網の構成を示す図である。１２は遠隔地の地域放送網、１３はＣＡＴＶ網である。１２−１，１３−１は番組編集局である。ここでは映像や音声がディジタル化されＤＶＢ形式に変換、編集される。１２−２は地域の無線放送局，１３−２はＣＡＴＶ局である。１２−３はラジオであり、１２−４はテレビである。地域の番組編集局１２−１もしくは１３−１に直接接続する形で本発明の衛星地球局２が設置される。番組編集局からＤＶＢ形式のデータを受けて放送局１２−２及びＣＡＴＶ局１３−２は地域放送を行う。番組編集局１２−１及び１３−１は一部の情報を各々の衛星地球局２に入力して各地球局２は本発明の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ方式で全国向けに放送する。このようにして地方の放送を一挙に全国に向けて放送する事ができる。４は利用者の衛星ＤＶＢ受信端末である。他方地球局２は他の地球局２からの信号を受信してＤＶＢ形式に再生して番組編集局１２−１，１３−１に入力する。こうして地方の番組編集局は相互に他地域の放送内容を交換する事ができる。ＣＡＴＶ網１３においては受信したコンテンツ（Ｃｏｎｔｅｎｔｓ）をサーバ１３−３に蓄積して加入者の要求に応じて配信するＶＯＤ（Video-On-Demand）等のサービスを提供する事ができる。

図１２は本発明の衛星（ＤＶＢ）回線で多種多様な信号を伝送する機構を説明する図である。インターネットからはＩＰパケットを、公衆交換網（ＰＳＴＮ）からはＰＣＭ信号を、放送番組編集装置からは映像音声信号と番組関連のデータを、現場中継の場合は現場と地球局（ＥＳ）２を結ぶ専用線からの映像音声信号等の相異なる信号からなる信号列（Ｘ）を地球局（ＥＳ）の送信部で衛星ＤＶＢ規格に従ってそれぞれ信号列（Ｘ）／ＤＶＢ変換を行いＤＶＢパケット列に変換し、パケット多重により多重し、前述のごとく回線制御局（ＮＣＳ）３から予め割り当てられた数のＤＶＢパケットから成るバースト信号を生成して送信信号（上り回線信号）として衛星に向けて送信する。利用者端末（ＵＴ）又は地球局（ＥＳ）の受信側においては多重されたＤＶＢパケットをパケット分離によりそれぞれのＤＶＢパケットに分離し、ＤＶＢパケットの識別符号（ＰＩＤ）によって利用者が指定したパケットを選択分離し、上記送信部での信号列（Ｘ）／ＤＶＢ変換の逆変換であるＤＶＢ／信号列（Ｘ）変換によってＤＶＢパケットからＩＰパケット，ＰＣＭ信号，映像音声信号等を生成して夫々ＰＣ，電話／ＦＡＸ，ＴＶ等に表示して利用者に提供する。

図１３は本発明のＳＮＧ（Satellite News Gathering）車による現場からの直接衛星放送の仕組みを示す図である。２１−１は送受共用アンテナ及び分波回路、２１−２は受信回路、２１−３は信号再生及び送信同期回路、２１−４は送信信号生成回路、２１−５は送信回路、２１−６はＤＶＢパケット生成及び多重回路、２１−７は映像音声符合化回路、２１−８は撮像録音装置である。また、４−１は直接衛星放送の受信回路、４−２はＤＶＢパケット再生及び分離回路、４−２２は映像音声復号回路、４−３はテレビである。全体の信号伝送動作は図１２で説明した通りである。本ＳＮＧは本発明の地球局（ＥＳ）設備一式を車や船、飛行機等に搭載して完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ方式で現場から直接に全国衛星放送を行う事ができる。

図１４は本発明を用いたＳＮＧ（Satellite News Gathering）直接衛星放送網の構成と効果を示す図である。図１４（Ａ）は従来のＳＮＧもしくは地上の専用回線を用いた現場中継放送のシステム構成、図１４（Ｂ）は本発明のＳＮＧを用いる場合のシステム構成を示している。２１はＳＮＧ装置、２２は現場取材用撮像録音装置、２３は伝送中継網である。従来の方法では現場の取材装置から衛星放送局に放送内容を持って来るには地上の専用回線もしくは衛星回線を設定する必要があった。衛星回線は地理的な距離を一挙に越える利点があるが、回線使用料金が高く、また伝送遅延が片方向でも０．５秒に近く、会話型の通信は困難であった。地上回線の遅延は小さいが遠隔地からの回線設定は困難でまた設置費用が非常に高いものについた。特に従来の衛星放送送信局は全国でも一箇所にあるのが普通であり地方からの衛星放送は事実上不可能であった。図１５（Ｂ）に示す本発明のＳＮＧを用いた現場中継のシステム構成は、ＳＮＧは完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡの基本機能を備えており、現場から直接全国向けに実況放送を行い、しかも既存のＤＳＢ利用者端末で受信可能である。

本発明の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網の構成を示す図である。 時分割多重接続（ＴＤＭＡ）システムのタイミング図を示す図である。 利用者端末の構成を示す図である。 本発明の小形地球局（ＥＳ）の全体構成を示す図である。 本発明の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ地球局の詳細構成を示す図である。 位相同期回路（ＰＬＬ）の基本構成を示す図である。 基準局および自局用位相同期回路（ＰＬＬ）のサンプルパルスを示す図である。 本発明のシステムクロック再生型の同期装置と低電力信号による初期接続回路を付加した地球局構成を示す図である。 地上もしくは他の衛星通信網を併用する本発明の衛星通信網の構成を示す図である。 地域通信網を相互に接続する本発明の衛星通信網の構成を示す図である。 地域放送網を全国に拡張する本発明の直接衛星放送網の構成を示す図である。 本発明の衛星ＤＶＢ回線で多種多様な信号を伝送する機構を示す図である。 本発明のＳＮＧによる現場からの直接衛星放送のシステム構成を示す図である。 本発明を用いたＳＮＧ直接衛星放送網の構成と効果を示す図である。 従来のＤＶＢ衛星通信網の構成を示す図である。

符号の説明

１、１００ 通信衛星
２ 地球局（小型地球局）
３ 回線制御局（ＮＣＳ）
２００ 従来の衛星放送の送信を行う大型地球局
４、３００ 利用者端末
４−１ 衛星放送受信アンテナと受信装置を含む屋外装置（Out-Door-Unit，ＯＤＵ）
４−２ 衛星放送受信装置（ＩＲＤ；Integrated-Receiver-Decoder）
４−３ テレビ（ＴＶ）
４−５、１２−４、２−５−２ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
４−４ ＬＡＮ
４−６ サーバ（Server）
４−７ プリンタ（Printer）
４−８ ルータ（Router）
４−２１ ＤＶＢ信号再生回路（ＤＶＢ−ＲＧＮ）
４−２２ 映像音声復号回路（ＤＥＣ）
４−２３ ＤＶＢデータ通信回路
２−１ 送信アンテナ及び送信装置（ＯＤＵ）
２−２ ＴＤＭＡ同期及び送信バースト生成回路
２−３ 受信アンテナ及び受信装置（ＯＤＵ）
２−５ 地球局ＬＡＮとルータ（局内ＬＡＮ）
２−４２ ＤＶＢ復号器
２−５−１ 局内ＬＡＮ
２−２１ ＴＤＭＡ同期回路（バースト同期回路）
２−２２ 基準局クロック再生回路
２−２３ 送信クロック発生回路
２−２４ 送信バースト生成回路
１０１ 位相比較器（ＰＣ；Phase-Comparator）
１０２ 標本化保持回路（Ｓ＆Ｈ；Sample-and-Hold）
１０３ ループフィルター（ＬＰＦ；Loop-Filer）
１０４ 電圧制御発振器（ＶＣＯ；Voltage-Controlled-Oscillator）
１０５ 帰還路（Feed-Back-Path）
２−２−１ システムクロック再生回路
２−２３−１ サンプルパルス発生回路
２−２５、２−５４ 切り替え器（ＳＷ）
２−５１ 送信パルス発生回路、
２−５２ 低電力擬似雑音（ＰＮ）信号発生回路
２−５３ 低電力信号相関検出回路
２−５５ 衛星遅延測定回路
２−５６ 初期同期制御回路
７ 地上通信網（インターネット、ＰＳＴＮ，移動通信網等）
７−１ 地上通信網の外部への関門局（ＧＷ；ＧａｔｅＷａｙ）、インターネットの場合は境界ルータ、ＰＳＴＮの場合は電話交換局、移動通信の場合は移動通信網交換局
７−２ 地上通信網の利用者端末、ＰＣ、電話／ＦＡＸ端末、携帯通信端末
６ 双方向衛星通信網、例えば移動体衛星通信網
６−１ 移動体衛星通信用衛星、例えばインマルサット衛星
６−２ 通信網６の外部への関門局、インマルサットの場合は山口県にある海岸地球局
６−３ 携帯または船舶、車載用の移動体衛星通信端末
９ 電話網、インターネット等の世界通信網
９−１ 世界網に接続する関門局
１０ 地域の電話網
１０−１ 加入者交換機
１１ 地域の無線通信網
１２ 地域の無線放送網
１２−１ 番組編集局
１２−２ 地域放送局もしくはＣＡＴＶ局
１３ ＣＡＴＶ網
１３−３ 映画等のサーバ
２１−１ 送受共用アンテナ及び分波回路
２１−３ 信号再生及び送信同期回路
２１−６ ＤＶＢパケット生成及び多重回路
２１−７ 映像音声符合化回路
２１−８ 撮像録音装置
２１ ＳＮＧ（Satellite-News-Gathering）装置
２２ 現場取材用撮像録音装置
２３ 伝送中継網

Claims (11)

1. 複数の異なる地球局から一つの通信衛星を時分割多重（ＴＤＭＡ）方式で共用して多数の利用者端末に情報配信を行う完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網であって、
   前記複数の異なる地球局の送信信号は衛星放送で用いられる衛星ＤＶＢ規格に基づき生成された複数個のＤＶＢパケットからなるバースト信号であり、且つ前記異なる地球局からの前記バースト信号のタイミングは衛星上で完全に位相同期して時間多重される事により前記通信衛星からの下り回線信号はあたかも一個の地球局から送信された衛星放送信号に類似して前記利用者端末として既存の直接衛星放送受信端末を用いて受信可能な事を特徴とする完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
2. 前記各地球局に前記バースト信号内のＤＶＢパケットの数と衛星上における前記ＴＤＭＡフレーム上の前記バースト信号の時間位置を割り当てる回線制御局を有し、前記地球局は前記回線制御局から割り当てられた数のＤＶＢパケットを継続的に時間多重させたバースト信号を発生し、前記通信衛星上の前記割り当てられた時間位置に前記完全同期方式で送信する事を特徴とする請求項１記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
3. 前記各地球局は、前記回線制御局および他の地球局との相互通信に前記バースト信号の前半の部分のＤＶＢパケットを使用する事により前記地球局及び回線制御局間の網状通信網を構成すると同時に、前記バースト信号の後半の部分のＤＶＢパケットを用いて利用者端末への情報配信を行う事により星状通信網を構成する事を特徴とする請求項２記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
4. 前記各地球局を地方の地上波放送局に設置して放送内容の一部を衛星ＤＶＢ信号に変換して衛星回線を通じて直接全国の利用者端末に配信すると同時に、前記衛星ＤＶＢ信号を受信した他の地球局において再び地上波ＤＶＢ信号に変換して再放送する事により地域の放送事業の範囲を全国に拡張すると共に全国の放送不感地域を解消する事を特徴とする請求項３記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
5. 遠隔地の移動通信網の無線基地局や電話網の加入者交換局と関門交換局に前記地球局を設置し、前記移動通信網や電話網でなる地上通信網の信号と前記衛星ＤＶＢ信号の変換を行う変換回路を設け、遠隔地の移動通信網や地域電話網を世界通信網と前記衛星回線で相互に結ぶ事を特徴とする請求項３記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
6. 前記利用者端末は、前記直接衛星放送の受信端末に併せて遠隔地の移動通信網の無線基地局や電話網でなる地上通信網の双方向通信端末、又は移動体衛星通信網等の他の衛星通信の双方向通信端末を併用し、地上または通信衛星の双方向通信網の要となる関門交換局に前記地球局を設置して、前記地球局と前記関門交換局を接続する事により、前記利用者端末と前記地球局間に前記片方向の直接衛星放送回線に併せて前記双方向回線を並列に設定し、双方向性が必須の通信を可能とする事を特徴とする請求項１記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
7. 前記各地球局は、前記バースト信号を送信するための送信装置に加えて、前記通信衛星からの下り回線信号を受信する受信装置と前記受信装置の出力を受けて変調データ系列及びデータのタイミング信号を再生する復調装置から構成され、
   特定の地球局が基準局に指定され、前記基準局は自局に割り当てられた数のＤＶＢパケットから成り、基準局の識別符号を含む基準局バーストをＴＤＭＡフレーム周期で送信する動作を自立的に継続し、
   他の地球局は、基準局クロック再生回路と送信クロック発生回路とを有し、
   前記基準局クロック再生回路は、前記復調装置で再生したデータ出力を受けて、前記基準局バーストの識別符号の検出により前記基準局バーストの受信時間を確立して、前記基準局バーストの持続時間を示すサンプルパルスを発生し、前記サンプルパルスによって前記復調装置の前記タイミング信号を基準入力としてサンプルホールド型位相同期方式により連続的な基準局クロックを再生する位相同期回路で構成され、
   前記送信クロック発生回路は、前記連続的な基準局クロックを基準入力とし、前記復調装置の出力を受けて、自局バーストの識別符号の検出により自局バーストの受信時間を確立して発生した自局バーストの持続時間を示すサンプルパルスによって、前記復調装置で再生した前記タイミング信号を帰還クロックとするサンプルホールド型位相同期方式により連続的な自局の送信クロックを発生する位相同期回路で構成され、
   前記送信クロックで自局の識別符号を含む前記送信バーストを生成して通信衛星に向けて送信する事により、各地球局は通信衛星までの長大なループを含む位相同期回路によって自局の送信バーストが衛星上でクロックの位相まで含めて前記基準局に完全同期する事を特徴とする請求項１又は２記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
8. 前記各地球局は前記バースト信号を送信するための送信装置に加えて、前記通信衛星からの下り回線信号を受ける受信装置と前記受信装置の出力を受けて変調データ系列及びデータのタイミング信号を再生する復調装置とから構成され、
   特定の地球局が基準局に指定され、前記基準局は自局に割り当てられた数のＤＶＢパケットから成り、基準局の識別符号を含む基準局バーストをＴＤＭＡフレーム周期で送信する動作を自立的に継続し、
   他の地球局は、システムクロック再生回路と送信クロック発生回路とを有し、
   前記システムクロック再生回路は、前記復調装置の出力の前記タイミング信号を基準入力として連続的な位相同期方式により連続的なシステムクロックを再生する位相同期回路で構成され、
   前記送信クロック発生回路は、前記連続的なシステムクロックを基準入力とし、前記復調装置の出力を受けて、前記自局バーストの識別符号の検出により自局バーストの受信時間を確立して発生した自局バーストの持続時間を示すサンプルパルスにより、前記復調装置で再生した前記タイミング信号を帰還クロックとするサンプルホールド型位相同期方式により連続的な自局の送信クロックを発生する位相同期回路で構成され、
   前記送信クロックで自局の識別符号を含む送信バーストを生成して衛星に向けて送信する事により、各地球局は衛星までの長大なループを含む位相同期回路によって自局の送信バーストが衛星上でクロックの位相まで含めて前記基準局に完全同期する事を特徴とする請求項１又は２記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
9. 通信衛星を使用している一つの地球局が通信を終えて別の地球局と送信を交代する場合に無瞬断で送信局の交代を行うために、予め前記別の地球局は送信中の地球局に比べると十分に低い電力の擬似雑音信号を発生して前記通信衛星に向けて送信し、受信側においては前記通信衛星からの下り回線信号を受信する受信装置の出力を二分岐し、一方の出力を復調する復調装置と、他方の出力により前記擬似雑音信号の相関検出とクロックの再生を行う低電力擬似雑音信号検出回路とを有し、前記低電力擬似雑音信号検出回路のクロック出力を前記送信クロック発生回路の帰還クロックとして入力すると共に、前記送信クロック発生回路は連続型ＰＬＬで動作させ、前記送信クロック発生回路の出力の送信クロックで前記擬似雑音信号を発生して前記通信衛星に向けて送信する事により、運用中の信号に障害を与えない程度の十分に低い電力の擬似雑音信号によって、前記衛星までの長大な遅延を含むループでクロックタイミングの完全同期を達成するとともに、送信した前記擬似雑音信号と前記低電力擬似雑音信号検出回路で再生された擬似雑音信号との比較によって衛星までの伝搬遅延を測定し、前記伝搬遅延の時間情報及び前記送信クロックを用いて前記一つの地球局が送信を停止すると同時に前記別の地球局が正規の電力で前記バースト信号の送信を開始する事を特徴とする請求項７又は８記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
10. 前記地球局においては前記衛星回線を用いて従来の衛星放送に加えて電話／ＦＡＸ或いはＩＰ仕様に基づく外部の通信網等からの信号、もしくは撮像録音装置等の生放送信号等多種多様な信号である信号列の伝送をも実行可能にするために、外部の信号源から前記信号列を受けて前記ＤＶＢ信号形式に変換してＤＶＢ信号列を出力するための信号列／ＤＶＢ変換回路を有し、前記信号列／ＤＶＢ変換回路の出力を他の放送用ＤＶＢ信号とパケット多重して前記バースト信号を発生し、前記通信衛星に向けて送信する衛星通信放送装置を有し、前記利用者端末においては前記衛星ＤＶＢ信号を受信して信号再生するための受信信号処理回路から成る衛星ＤＶＢ受信回路と、再生した前記ＤＶＢ信号とパケット多重の列を分岐出力するデータ出力端子を有する既存の直接衛星放送端末を用い、前記データ出力端子の出力を受けて利用者が指定した前記ＤＶＢ信号列を選択収集して前記信号列／ＤＶＢ変換の逆変換を行って変換した信号列を利用者端末に出力する衛星ＤＶＢデータ通信回路を有する事を特徴とする請求項３記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。
11. 前記地球局の設備一式を自動車、船、航空機等に搭載して、現場で取材した信号を前記衛星ＤＶＢ信号に変換して前記衛星回線に送信することにより直接全国に同報し、既存の直接衛星放送の受信端末を通じて利用者に提供すると共に、前記網状通信網の構成を活用して他の地球局を経由して特定のグループ内で同報通信を可能とする衛星情報収集通信網を構成する事を特徴とする請求項１０記載の完全同期ＤＶＢ／ＴＤＭＡ衛星通信網。

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