JP2009200657A - 衛星通信システム、送信装置、受信装置及びそれらに用いる衛星通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なるチャネル間において受信信号の強度に著しく差があっても、それらの相互干渉を軽減可能な衛星通信システムを提供する。
【解決手段】 衛星通信システムは、送信回路（１）及び受信回路のうちの少なくとも一方に、スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる手段（周波数発生部１１，周波数変換部１２）を有する。
【効果】 本発明は、拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てることによって、他のチャネルとの相関を抑えることが可能となり、拡散符号毎に他のチャネルとの相関度を下げることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は衛星通信システム、送信装置、受信装置及びそれらに用いる衛星通信方法に関し、特に地上局と移動局とが人工衛星を介してスペクトラム拡散通信方式にて通信を行う衛星通信システムに関する。

本発明に関連する衛星通信システムとしては、図８に示すように、陸上にある地上局Ａと、海上にある移動局Ｂとが人工衛星Ｃを介して通信を行う場合、その通信をスペクトラム拡散通信方式にて行うシステムがある。下記の特許文献１には、衛星通信チャネルの寿命テスト初期におけるシステム間の調整を行う際に、クリーン搬送信号をスペクトラム拡散方式で変調することが記載されている。

ここで、スペクトラム拡散通信方式とは、図９に示すように、送信側において、送信データをある符号で拡散して符号化データを作成し、その符号化データを受信側に送信するとともに、図１０に示すように、受信側において、受信した符号化データを上記の符号で逆拡散することで受信データを生成する方式である。

このように、スペクトラム拡散通信方式では、送信データに固有の符号を用いて拡散することによって、秘匿性の高いデータを送信側と受信側との間で送受信することができる。

また、上記のスペクトラム拡散通信方式では、送信側において、同じ周波数帯で複数の信号を多重して送信しても、図１１に示すように、受信側で固有の符号（符号Ａ〜Ｄ）を用いて逆拡散を行うことで、各々の信号［ＣＨ（チャネル）１〜ＣＨ４］を復元することができる。

この場合、送信側において、固有の符号を用いて拡散されたデータは、図１２に示すように、信号がノイズに埋もれているため、そのデータを受信した側で逆拡散を行わない限り、信号が検知されにくいという特徴を持つ。この特徴は、回線秘匿と呼ばれている。但し、データを受信した側で逆拡散を行う場合には、ノイズに埋もれていた信号を検知することができる。

また、送信側において、固有の符号を用いて拡散されたデータは、図１３に示すように、逆拡散を行う際に拡散符号を知らなければ、信号を受信することが困難である。この特徴は、データの秘匿と呼ばれている。例えば、符号Ａで拡散したデータは、符号Ａで逆拡散を行うことで受信することができるが、符号Ｂで逆拡散を行うと受信することができない。

送信データを拡散する場合には、図１４（ａ）に示すように、例えば送信データ「０１０」と拡散符号「１０１１１００１０１１１００１０１１１００」との排他的否定論理和（ＥＮＯＲ）をとることで、符号化データ「０１０００１１１０１１１０００１０００１１」を得る。

受信データを逆拡散する場合には、図１４（ｂ）に示すように、例えば受信データ（符号化データ）「０１０００１１１０１１１０００１０００１１」と拡散符号「１０１１１００１０１１１００１０１１１００」との排他的否定論理和（ＥＮＯＲ）をとることで、受信データ「０１０」を得る。

ここで、受信データを逆拡散する場合には、図１５（ａ）に示すように、受信信号と拡散符号とを比較することで、拡散符号（例えば、符号Ａ）との相関を調べ、図１５（ｂ）に示すように、相関度が一定の閾値を超える時にその極大点を同期点としている。

特表２００３−５０２９３５号公報

しかしながら、上述したスペクトラム拡散通信方式では、図１６に示すように、異なるチャネル間において受信信号の強度に著しく差があると、図１７に示すように、同期点を誤検出してしまうことがあり、相互干渉によって受信に支障をきたす場合がある。

図１７（ａ）では、図１６（ａ）に示すように、受信側と送信側（ＣＨ１）との距離と、受信側と送信側（ＣＨ２）との距離とがほぼ同じであり、異なるチャネル（ＣＨ１，ＣＨ２）間において受信信号の強度に著しく差を生じないため、同期点の誤検出は生じない。

図１７（ｂ）では、図１６（ｂ）に示すように、受信側と送信側（ＣＨ１）との距離よりも、受信側と送信側（ＣＨ２）との距離が短いため、異なるチャネル（ＣＨ１，ＣＨ２）間において受信信号の強度に著しく差が生じてしまい、同期点の誤検出が生じ、相互干渉によって受信に支障をきたしてしまう。

上記の特許文献１には、クリーン搬送信号をスペクトラム拡散方式で変調することが記載されているが、上記のように、異なるチャネル間において受信信号の強度に著しく差があると、相互干渉によって受信に支障をきたしてしまうこととなる。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、異なるチャネル間において受信信号の強度に著しく差があっても、それらの相互干渉を軽減することができる衛星通信システム、送信装置、受信装置及びそれらに用いる衛星通信方法を提供することにある。

本発明による衛星通信システムは、スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる手段を送信回路及び受信回路のうちの少なくとも一方に備えている。

本発明による送信装置は、スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる手段を備えている。

本発明による受信装置は、スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる手段を備えている。

本発明による衛星通信方法は、送信回路及び受信回路のうちの少なくとも一方において、スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる処理を実行している。

本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、異なるチャネル間において受信信号の強度に著しく差があっても、それらの相互干渉を軽減することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、図１及び図２を参照して本発明の概念について説明する。図１は本発明による送信部回路の構成を示すブロック図であり、図２は本発明による受信部回路の構成を示すブロック図である。

図１において、送信部回路１は、変調周波数指定が入力されると、指定された変調周波数を発生する周波数発生部１１と、入力された符号化データを周波数発生部１１からの変調周波数で変換して変調信号を出力する周波数変換部１２と、変調信号を送信する空中線１３とから構成されている。

周波数発生部１１は変調周波数指定に応じて拡散符号毎に異なる固有の周波数を発生させる。周波数変換部１２は、周波数発生部１１からの変調周波数にて拡散符号毎に異なる固有の周波数に変換し、その変換した変調信号を空中線１３へと出力する。

図２において、受信部回路２は、送信部回路１の空中線１３から送信された変調信号を受信する空中線２１と、変調周波数指定が入力されると、指定された復調周波数を発生する周波数発生部２２と、空中線で受信した変調信号を周波数発生部２２からの復調周波数で変換して復調信号を出力する周波数変換部２３とから構成されている。

周波数発生部２２は復調周波数指定に応じて拡散符号毎に異なる固有の周波数を発生させる。周波数変換部２３は、空中線２１で受信した変調信号を、拡散符号毎に異なる固有の周波数にて変換し、その変換した復調信号を次段の回路へと出力する

このように、本発明は、拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てることによって、他のチャネルとの相関を抑えることができ、拡散符号毎に他のチャネルとの相関度を下げることができる。よって、本発明では、異なるチャネル間において受信信号の強度に著しく差があっても、それらの相互干渉を軽減することができる。

特に、本発明は、図１に示す送信部回路１を図８に示す移動局Ｂに搭載し、図２に示す受信部回路２を図８に示す地上局Ａに搭載することで、地上局Ａが送信した信号が人工衛星Ｃで折り返されて、移動局Ｂから送信される信号と重なり、地上局Ａにおいて異なるチャネル間において受信信号の強度に著しく差が生ずる場合に有効である。

図３は本発明の実施の形態による送信部回路の構成例を示すブロック図である。図３において、送信部回路１は、周波数発生部１１と、周波数変換部１２と、空中線１３と、拡散符号生成部１４と、符号拡散部１５と、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換部１６とから構成されている。尚、周波数発生部１１、周波数変換部１２、空中線１３はそれぞれ、上記の図１に示す周波数発生部１１、周波数変換部１２、空中線１３と同様の動作を行う。

送信部回路１において、拡散符号生成部１４は、使用する拡散符号が選択されると、その選択された拡散符号を生成して符号拡散部１５に出力する。また、拡散符号生成部１４は、生成した拡散符号の変調周波数を指定するために、変調周波数指定を周波数発生部１１に出力する。

符号拡散部１５は、送信データが入力されると、その送信データを固有の符号（拡散符号生成部１４からの拡散符号）で拡散し、符号化データを出力する。Ｄ／Ａ変換部１６は、入力された符号化データをアナログ信号に変換して周波数変換部１２へ出力する。

周波数発生部１１は、拡散符号生成部１４からの変調周波数指定に応じて、拡散符号毎に異なる固有の周波数を発生させ、変調周波数として周波数変換部１２に出力する。周波数変換部１２は、周波数発生部１１からの変調周波数に基づいて、Ｄ／Ａ変換部１６からのアナログ信号（符号化データ）を、拡散符号毎に異なる固有の周波数に変換し、変調信号を空中線１３に出力する。空中線１３は、周波数変換部１２からの変調信号を受信部回路２に対して送信する。

図４は本発明の実施の形態による受信部回路の構成例を示すブロック図である。図４において、受信部回路２は、空中線２１と、周波数発生部２２と、周波数変換部２３と、拡散符号生成部２４と、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換部２５と、逆拡散部２６とから構成されている。

受信部回路２において、拡散符号生成部２４は、使用する拡散符号が選択されると、その選択された拡散符号を生成して逆拡散部２６に出力する。また、拡散符号生成部２４は、生成した拡散符号の復調周波数を指定するために、復調周波数指定を周波数発生部２２に出力する。

周波数発生部２２は、拡散符号生成部２４からの復調周波数指定に応じて、拡散符号毎に異なる固有の周波数を発生させ、復調周波数として周波数変換部２３に出力する。周波数変換部２３は、周波数発生部２２からの復調周波数に基づいて、空中線２１にて受信した信号を、拡散符号毎に異なる固有の周波数にて変換し、復調信号をＡ／Ｄ変換部２５に出力する。

Ａ／Ｄ変換部１５は、周波数変換部２３で変換された復調信号をディジタル信号（符号化データ）に変換し、その符号化データを逆拡散部２６に出力する。逆拡散部２６は、Ａ／Ｄ変換部１５から符号化データが入力されると、その送符号化データを固有の符号（拡散符号生成部２４からの拡散符号）で逆拡散し、受信データを出力する。

図５（ａ）は本発明の実施の形態による拡散符号に対する中心周波数の割り当てを示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）における符号とチャネルとの相関度を示す図である。

本実施の形態では、図５（ａ）に示すように、各チャネル（ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，・・・）の拡散符号（符号Ａ，符号Ｂ，符号Ｃ，・・・）毎に、異なる中心周波数［ｆ_A （Ｈｚ），ｆ_B （Ｈｚ），ｆ_C （Ｈｚ），・・・］を割り当てている。

これによって、本実施の形態において、例えばチャネルＣＨ１の符号Ａは、他のチャネルＣＨ２，ＣＨ３，・・・の符号Ｂ，符号Ｃ，・・・との相関が抑えられるので、図５（ｂ）に示すように、符号Ａと他のチャネルＣＨ２との相関度が下がることとなる。

図６は本発明の実施の形態における変調信号と復調信号との関係を示す図である。この図６を参照して本実施の形態における変調信号と復調信号との関係について説明する。

本実施の形態においては、ベースバンド信号をａ_i (t) 、変調周波数をω₁ とすると、変調信号は、
変調信号＝ａ_i ｃｏｓω₁ ｔ
で表される。

また、復調周波数をω₂ とすると、復調信号は、
復調信号＝ａ_i (t) ｃｏｓω₁ ｔ×ｃｏｓω₂ ｔ
＝１／２［ａ_i (t) ｃｏｓ（ω₁ −ω₂ ）ｔ］
＋１／２［ａ_i (t) ｃｏｓ（ω₁ ＋ω₂ ）ｔ］
で表される。

図６において、モデム１において変調周波数ω₁ で変調された変調信号［＝ａ_i ｃｏｓω₁ ｔ］は、モデム２において復調周波数ω₂ で復調されて復調信号［＝１／２［ａ_i ｃｏｓ（ω₁ −ω₂ ）ｔ］となる。

この場合、モデム２では、復調信号の１／２［ａ_i (t) ｃｏｓ（ω₁ ＋ω₂ ）ｔ］をフィルタで除去している。したがって、復調信号の１／２［ａ_i (t) ｃｏｓ（ω₁ −ω₂ ）ｔ］において（ω₁ −ω₂ ）が小さければ安定することになる。

したがって、本実施の形態では、拡散符号毎に変調周波数、復調周波数を固有の値とし、同じ拡散符号の変調周波数と復調周波数との差を小さくすることによって、異なる拡散符号の信号との相関が小さくなるようにすることができる。

図７は本発明の実施の形態における拡散符号の変調周波数と復調周波数との差による違いを示す図である。図７に示すように、拡散符号の変調周波数と復調周波数との差（ω₁ −ω₂ ）が比較的に小さければ、相関度に対する影響は小さくなり、その波形がベースバンド信号ａ_i (t) の波形に近くなり、初期同期補足（図１５に示す同期点の検出）が容易となる。

しかしながら、拡散符号の変調周波数と復調周波数との差（ω₁ −ω₂ ）が比較的に大きくなると、相関度に対する影響は大きくなり、ベースバンド信号ａ_i (t) の波形とは異なる波形となり、初期同期補足（図１５に示す同期点の検出）が取りにくくなる。

このように、本実施の形態では、拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てることによって、他のチャネル（に用いる拡散符号）との相関を抑えることができ、拡散符号毎に他のチャネルとの相関度を下げることができる。よって、本実施の形態では、異なるチャネル間において受信信号の強度に著しく差があっても、それらの相互干渉を軽減することができる。

本発明による送信部回路の構成を示すブロック図である。 本発明による受信部回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態による送信部回路の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態による受信部回路の構成例を示すブロック図である。 （ａ）は本発明の実施の形態による拡散符号に対する中心周波数の割り当てを示す図、（ｂ）は（ａ）における符号とチャネルとの相関度を示す図である。 本発明の実施の形態における変調信号と復調信号との関係を示す図である。 本発明の実施の形態における拡散符号の変調周波数と復調周波数との差による違いを示す図である。 本発明に関連する衛星通信システムの構成例を示す図である。 本発明に関連するスペクトラム拡散通信方式の送信側の動作を示す図である。 本発明に関連するスペクトラム拡散通信方式の受信側の動作を示す図である。 本発明に関連するスペクトラム拡散通信方式の拡散及び逆拡散処理を示す図である。 本発明に関連するスペクトラム拡散通信方式の逆拡散処理を示す図である。 本発明に関連するスペクトラム拡散通信方式の逆拡散処理を示す図である。 （ａ）は本発明に関連する送信データの拡散処理を示す図、（ｂ）は本発明に関連する受信データの逆拡散処理を示す図である。 （ａ），（ｂ）は本発明に関連する初期同期補足を示す図である。 本発明に関連するスペクトラム拡散通信方式の課題を説明するための図である。 本発明に関連するスペクトラム拡散通信方式の課題を説明するための図である。

符号の説明

１ 送信部回路
２ 受信部回路
１１，２２ 周波数発生部
１２，２３ 周波数変換部
１３，２１ 空中線
１４，２４ 拡散符号生成部
１５ 符号拡散部
１６ Ｄ／Ａ変換部
２５ Ａ／Ｄ変換部
２６ 逆拡散部

Claims (16)

1. スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる手段を送信回路及び受信回路のうちの少なくとも一方に有することを特徴とする衛星通信システム。
2. 前記送信回路は、前記拡散符号毎に異なる周波数を発生する第１の周波数発生手段と、入力される符号化データを前記第１の周波数発生手段からの周波数を基に変換して変調信号を出力する第１の周波数変換手段とから前記異なる中心周波数を割り当てる手段を構成したことを特徴とする請求項１記載の衛星通信システム。
3. 前記送信回路は、前記拡散符号を生成しかつ当該拡散符号に対応する変調周波数を前記第１の周波数発生手段に指定する第１の拡散符号生成手段を含むことを特徴とする請求項２記載の衛星通信システム。
4. 前記受信回路は、前記拡散符号毎に異なる周波数を発生する第２の周波数発生手段と、受信した変調信号を前記第２の周波数発生手段からの周波数を基に変換して復調信号を出力する第２の周波数変換手段とから前記異なる中心周波数を割り当てる手段を構成したことを特徴とする請求項２または請求項３記載の衛星通信システム。
5. 前記受信回路は、前記拡散符号を生成しかつ当該拡散符号に対応する復調周波数を前記第２の周波数発生手段に指定する第２の拡散符号生成手段を含むことを特徴とする請求項４記載の衛星通信システム。
6. スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる手段を有することを特徴とする送信装置。
7. 前記拡散符号毎に異なる周波数を発生する周波数発生手段と、入力される符号化データを前記周波数発生手段からの周波数を基に変換して変調信号を出力する周波数変換手段とから前記異なる中心周波数を割り当てる手段を構成したことを特徴とする請求項６記載の送信装置。
8. 前記拡散符号を生成しかつ当該拡散符号に対応する変調周波数を前記周波数発生手段に指定する拡散符号生成手段を含むことを特徴とする請求項７記載の送信装置。
9. スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる手段を有することを特徴とする受信装置。
10. 前記拡散符号毎に異なる周波数を発生する周波数発生手段と、受信した変調信号を前記周波数発生手段からの周波数を基に変換して復調信号を出力する周波数変換手段とから前記異なる中心周波数を割り当てる手段を構成したことを特徴とする請求項９記載の受信装置。
11. 前記拡散符号を生成しかつ当該拡散符号に対応する復調周波数を前記周波数発生手段に指定する拡散符号生成手段を含むことを特徴とする請求項１０記載の受信装置。
12. 送信回路及び受信回路のうちの少なくとも一方において、スペクトラム拡散通信方式において拡散符号毎に異なる中心周波数を割り当てる処理を実行することを特徴とする衛星通信方法。
13. 前記送信回路における前記異なる中心周波数を割り当てる処理として、前記拡散符号毎に異なる周波数を発生する第１の周波数発生処理と、入力される符号化データを前記第１の周波数発生処理からの周波数を基に変換して変調信号を出力する第１の周波数変換処理とを含むことを特徴とする請求項１２記載の衛星通信方法。
14. 前記送信回路において、前記拡散符号を生成しかつ当該拡散符号に対応する変調周波数を前記第１の周波数発生処理に指定する第１の拡散符号生成処理を実行することを特徴とする請求項１３記載の衛星通信方法。
15. 前記受信回路における前記異なる中心周波数を割り当てる処理として、前記拡散符号毎に異なる周波数を発生する第２の周波数発生処理と、受信した変調信号を前記第２の周波数発生処理からの周波数を基に変換して復調信号を出力する第２の周波数変換処理とを含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の衛星通信方法。
16. 前記受信回路において、前記拡散符号を生成しかつ当該拡散符号に対応する復調周波数を前記第２の周波数発生手段に指定する第２の拡散符号生成処理を実行することを特徴とする請求項１５記載の衛星通信方法。

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