JP3576481B2 - 衛星通信システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、地球局と複数の子局の間で衛星を介してデータ通信と音声通信を行い、地球局として現用局と予備局を備えて運用する衛星通信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来の衛星通信システムの構成を示すブロック図である。図において、1は第1の地球局、2は第2の地球局、3は衛星、4は子局であり、第1の地球局1および第2の地球局2はそれぞれが個別に運用されて、別々の子局4と通信している。また、第1の地球局1および第2の地球局2において、11はアンテナ、12は送受信装置であり、13は回線制御装置である。この送受信装置12内において、14は変調器、15はアップコンバータ、16は高出力増幅器、17は低雑音増幅器、18はダウンコンバータ、19は復調器、20は給電回路であり、21はパイロット発振器、22はパイロット受信機である。なお、アップコンバータ15内には通信出力調整装置23が内蔵されている。24は通信信号、25はパイロット信号であり、26は受信情報である。
【0003】
図4は従来の衛星通信システムにおける第1の地球局1または第2の地球局2に割当てられる通信チャネルの周波数割当てを示す模式図である。図において、5は衛星通信システムの周波数帯域であり、6はガードバンドである。7は通信信号24のデータ通信チャネルであり、8は通信信号24の音声通信チャネルである。なお、25は無変調の上記パイロット信号である。
【0004】
次に動作について説明する。
衛星通信においては、伝播路における降雨等の減衰を補正するための自動送信電力制御機能や、衛星3のドップラシフトや衛星3の中継器による周波数変換誤差等を補正するための自動周波数補償機能を、第1の地球局1および第2の地球局2に具備することが多い。また、第1の地球局1および第2の地球局2は一般に開口径の大きいアンテナ11を用いることが多く、そのような場合にはビームが狭くなるため、衛星3を自動追尾するための機能をアンテナ11に持たせるケースがある。
【0005】
この自動追尾機能は、第1の地球局1および第2の地球局2が基準となるパイロット信号25を衛星3から受信することによって動作している。従って、第1の地球局1および第2の地球局2にはそのためのパイロット受信機22が具備されている。なお、このパイロット信号25としては、衛星3自身がビーコン基準信号(パイロット信号)を送出する場合、および衛星3がパイロット信号送出機能をもたずに、第1の地球局1および第2の地球局2からパイロット信号25を発射し、衛星3を経由して自局の発射したパイロット信号25を受信する場合の2つの方式がある。
【0006】
後者の場合、第1の地球局1および第2の地球局2はパイロット発振器21を具備しており、このパイロット発振器21の発振周波数に基づいて生成したパイロット信号25を送出している。パイロット発振器21で生成されたパイロット信号25は、アップコンバータ15、高出力増幅器16、給電回路20、アンテナ11を経由して衛星3に送出され、衛星3よりアンテナ11、給電回路20、低雑音増幅器17、ダウンコンバータ18を経由してパイロット受信機22にて受信される。その時パイロット受信機22より出力される受信情報26を、アップコンバータ15が内蔵している通信出力調整装置23にループバックして、伝播路や衛星3が原因で発生するレベル低下(例えば降雨によるレベル低下)、あるいは周波数のずれを補償する、自動送信電力制御および自動周波数制御を実施する。
【0007】
また、1つの衛星通信システムで使用できる周波数帯域5は有限であり、限られた帯域内でしか、チャネル毎の周波数を割当てることができない。近年、多様な衛星通信システムが運用されるようになり、1つの衛星通信システムで使用する周波数帯域は国際間の周波数調整によって決定されているが、そのシステムにおいて使用可能な周波数帯域は減少している。
【0008】
ここで、第1の地球局1および第2の地球局2に装備されたパイロット受信機22は、所望のパイロット信号25を捕捉するために所定の掃引帯域幅をもっている。このパイロット信号25の捕捉に際して、データ通信チャネル7や音声通信チャネル8などによる通信信号24のチャネルを誤って捕捉することがないようにするため、図4に示すごとく、ガードバンド6をパイロット信号25の両側に設けて通信信号24の各チャネルの周波数を割当て、この両ガードバンド6内を掃引することによってパイロット信号25の捕捉を行っている。従って、パイロット信号25を増やす場合、このガードバンド6の帯域幅はなるべく小さくする必要がある。
【0009】
なお、このような従来の衛星通信システムに関する技術についての記載がある文献としては、例えば、特開平1−226231号公報、特開平9−181669号公報、特開平1−286635号公報、特開平11−150500号公報などがある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来の衛星通信システムは以上のように構成されているので、パイロット信号25は第1の地球局1および第2の地球局2で共通に利用されており、第1の地球局1および第2の地球局2からパイロット信号25を送出し、発射したパイロット信号25を衛星3経由で受信する場合には、第1の地球局1(または第2の地球局2)から送出されたパイロット信号25を第1の地球局1および第2の地球局2で利用することになる。このとき、第1の地球局1および第2の地球局2の一方を現用局、他方を予備局として運用する際には、予備局(例えば第2の地球局2)は現用局(例えば第1の地球局1)のパイロット信号25を受けて、自動送信電力制御、自動周波数制御のパラメータの設定を行うことになるが、衛星3までの間の条件が現用局と予備局とで異なるため、例えば現用局側が降雨状態で、予備局側が晴天状態にあった場合に、現用局と予備局との間に切替えが生じると、予備局は降雨側の現用局が送出したパイロット信号25をもとに、不適切な運用パラメータを設定していることになり、運用を引き継げないことがあるという課題があった。
【0011】
また、多様な衛星通信システムが運用されるようになると、システムで使用可能な周波数帯域5は減少し、さらにパイロット信号25を増やす場合、ガードバンド6を可能な限り小さくする必要があるなどの課題もあった。
【0012】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、スムーズな自動周波数制御、自動送信電力制御を行うことが可能な衛星通信システムを得ることを目的とする。
【0013】
また、この発明は、現用局の故障時における予備局への切替えをスムーズに行うことができる衛星通信システムを得ることを目的とする。
【0014】
さらに、この発明は、パイロット信号のガードバンドの帯域幅を小さくすることが可能な衛星通信システムを得ることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る衛星通信システムは、地球局と複数の子局の間で衛星を介してデータ通信と音声通信を行い、地球局として現用局と予備局を備えて運用する衛星通信システムにおいて、当該衛星通信システムに割当てられた周波数帯域の中央に現用局または予備局が使用するデータ通信チャネルを割当て、このデータ通信チャネルの両外側に現用局または予備局の音声通信チャネルを割当て、さらに各音声通信チャネルの外側に隣接して現用局と予備局の独自のパイロット信号を別々に割当てるようにし、現用局および予備局は、独自のパイロット信号を生成するパイロット発振器と、衛星を介して戻ってきた自局の独自のパイロット信号を受信するパイロット受信機をそれぞれ備え、現用局と予備局の間に、現用局の異常発生時に予備局に対して異常通知を送信する局間異常通知手段を設け、予備局は、待機している間にも独自のパイロット信号の送信を行うと共に、自局のパイロット受信機で独自のパイロット信号を受信し、受信した独自のパイロット信号の受信状態にもとづいて、現用局として動作する際の自局の周波数制御および送信電力制御のためのパラメータを設定しておき、異常通知を受信した場合には、待機時に設定しておいた周波数制御および送信電力制御のためのパラメータをもとに、異常が発生した現用局の動作を引継ぐようにしたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による衛星通信装置の構成を示すブロック図である。図1において、1は第1の地球局であり、2は第2の地球局である。この第1の地球局1および第2の地球局2は、その一方を現用局、他方を予備局とする冗長構成にて動作する。3は第1の地球局1または第2の地球局2と後述する子局との間の通信信号を中継する衛星であり、4はこの衛星3を介して第1の地球局1または第2の地球局2と通信する複数の子局である。9はこの第1の地球局1と第2の地球局2との間に設けられた、異常通知を行うための局間異常通知手段としての局間通信回線である。また、第1の地球局1および第2の地球局2において、11は衛星3との間で電波を送受信するアンテナである。12はこのアンテナ11経由で衛星3を介して子局4と通信する通信信号を変復調し、高周波信号処理を行なう送受信装置である。13は送受信装置12で送受信される通信信号の信号処理を行う回線制御装置である。
【0017】
送受信装置12内において、14は回線制御装置13からの送信信号を変調する変調器であり、15は変調器14で変調された送信信号の高周波変換を行うアップコンバータである。16はアップコンバータ15にて高周波変換された送信信号を増幅する高出力増幅器である。17はアンテナ11で受信された受信信号の増幅を行う低雑音増幅器であり、18は低雑音増幅器17で増幅された受信信号の低周波変換を行うダウンコンバータである。19はダウンコンバータ18にて低周波変換された受信信号を復調する復調器である。20は高出力増幅器16からの送信信号をアンテナ11へ、アンテナ11からの受信信号を低雑音増幅器17へそれぞれ分岐出力する給電回路である。
【0018】
21は第1の地球局1および第2の地球局2毎に独自なパイロット信号を生成してアップコンバータ15に供給するパイロット発振器である。22は衛星3を経由してアンテナ11にて受けた自局送出のパイロット信号を、ダウンコンバータ18より受信するパイロット受信機である。23はアップコンバータ15に内蔵され、パイロット受信機22が受信信号の受信時に出力する受信情報に基づいて、送信信号の出力および周波数を調整する通信出力調整装置である。
【0019】
また、24は衛星3を経由して第1の地球局1と子局4との間で送受信される通信信号である。25は第1の地球局1と衛星3との間で送受信されるパイロット信号であり、27は第2の地球局2と衛星3との間で送受信されるパイロット信号である。26は第1の地球局1の送受信装置12内におけるパイロット受信機22が受信信号の受信時に出力する受信情報であり、28は第2の地球局2の送受信装置12内におけるパイロット受信機22が受信信号の受信時に出力する受信情報である。
【0020】
次に動作について説明する。
なお、ここでは第1の地球局1が現用局として動作し、第2の地球局2は予備局として待機しているものとする。第1の地球局1に接続されている、図示を省略した端末からの送信信号は、回線制御装置13に入力されて信号処理され、送受信装置12に送られる。送受信装置12ではその送信信号を変調器14で変調してアップコンバータ15に入力する。アップコンバータ15はその送信信号を高周波変換して高出力増幅器16に渡し、高出力増幅器16はそれを増幅して給電回路20に入力する。給電回路20ではこの増幅された送信信号をアンテナ11に分岐出力し、アンテナ11はその送信信号を通信信号24として、衛星3に送出する。
【0021】
また、送受信装置12では、パイロット発振器21がその第1の地球局1に独自のパイロット信号を生成してアップコンバータ15に入力する。このパイロット信号は送信信号の場合と同様に、アップコンバータ15によって高周波変換された後、高出力増幅器16に送られる。高出力増幅器16はこのパイロット信号を増幅して給電回路20に渡し、給電回路20ではそれをアンテナ11に分岐出力する。アンテナ11はこの給電回路20からのパイロット信号をパイロット信号25として衛星3に送出する。
【0022】
一方、子局4からの通信信号24は衛星3を経由して第1の地球局1のアンテナ11に送られる。アンテナ11で受けられた受信信号は送受信装置12に送られ、その給電回路20に入力される。給電回路20はこのアンテナ11からの受信信号を低雑音増幅器17に分岐出力し、低雑音増幅器17はそれを増幅してダウンコンバータ18に入力する。ダウンコンバータ18はこの受信信号を低周波変換して復調器19に渡し、復調器19はその受信信号を復調して回線制御装置13に出力する。回線制御装置13はその受信信号の信号処理を行って、第1の地球局1に接続された端末(図示せず)に送出する。
【0023】
また、第1の地球局1のアンテナ11から送出されたパイロット信号25は、衛星3を経由して当該第1の地球局1のアンテナ11で受信される。受信されたパイロット信号は受信信号の場合と同様に送受信装置12に送られ、その給電回路20によって低雑音増幅器17に分岐出力される。低雑音増幅器17ではこのパイロット信号を増幅してダウンコンバータ18に入力し、ダウンコンバータ18はその低周波変換を行う。ダウンコンバータ18で低周波変換されたパイロット信号はパイロット受信機22にて受信される。パイロット受信機22はこのパイロット信号が受信されると、受信情報26をアップコンバータ15内の通信出力調整装置23にループバックする。これによって、第1の地球局1と衛星3の間の伝播路や衛星3が原因で発生する、レベル低下(例えば降雨によるレベル低下)あるいは周波数ずれを補償する自動送信電力制御および自動周波数制御を実施する。
【0024】
なお、前述のごとく、第1の地球局1は現用局として運用され、第2の地球局2は予備局として待機しているので、送信信号は現用局である第1の地球局1の回線制御装置13のみから送出されている。一方、予備局としての第2の地球局2は運用されていない待機期間中においても、第1の地球局1とは異なる独自のパイロット信号27を送出している。第2の地球局2は第1の地球局1に代わって現用局として運用される場合を想定して、自局の送出したパイロット信号27の受信状態をもとに、その周波数制御、送信電力制御のためのパラメータを設定しておく。このように、第2の地球局2はパイロット信号27のループバックによるパイロット受信機22の受信情報28により、自動送信電力制御および自動周波数制御を動作させる。
【0025】
ここで、現用局として運用されている第1の地球局1に異常が生じると、例えば第1の地球局1と第2の地球局2の各回線制御装置13間に設けた局間通信回線9によって、この第1の地球局1の異常が予備局として待機している第2の地球局2に通知される。この異常通知を受けた第2の地球局2は、設定しておいたパラメータをもとに第1の地球局1の運用を引継ぎ、回線制御装置13から送信信号を送出する。
【0026】
このように、この実施の形態1に係る衛星通信システムでは、第1の地球局1を現用局、第2の地球局2を予備局として運用する場合に、第1の地球局1および第2の地球局2において、それぞれ独自のパイロット信号を送出し、衛星3経由で自局の送出したパイロット信号を受信しておくものである。特に、第1の地球局1と第2の地球局2とは伝播条件が異なる可能性があるため、第1の地球局1と第2の地球局2から別々のパイロット信号25および27を発射し、第2の地球局2側でも自局のパイロット信号27を衛星3経由で受信し、自動送信電力制御機能および自動周波数補正機能を動作させて、周波数、レベルの運用条件のパラメータを更新しておく。これにより、第1の地球局1が故障して第2の地球局2への切替え動作が生じても、すぐに第2の地球局2を現用局として運用を開始できる。具体的には、現用局側が降雨状態にあり、予備局側が晴天状態にあった場合、予備局は自局が送出したパイロット信号をもとに適切な運用パラメータを設定しているため、それに基づいて予備局の現用局への切替えを行って、すぐに運用を開始することができる。
【0027】
さらに、図2はこの発明の実施の形態1における衛星通信システムの、第1の地球局1または第2の地球局2に割当てられるパイロット信号の周波数割当てを示す模式図である。図において、5は使用する衛星通信システムに割当てられた周波数帯域である。7は第1の地球局1または第2の地球局2に割当てられるデータ通信チャネルであり、割当てられた周波数帯域5の中央に配置されている。8は第1の地球局1または第2の地球局2に割当てられる音声通信チャネルで、データ通信チャネル7の両脇、すなわち外側に配分されている。これらデータ通信チャネル7および音声通信チャネル8は、図1に示す通信信号24として、衛星3経由で第1の地球局1と各子局4の間でやりとりされる。25は第1の地球局1より送出される独自のパイロット信号であり、27は第2の地球局2より送出される独自のパイロット信号である。これらのパイロット信号25,27は、音声通信チャネル8の外側に配分される。
【0028】
以下、この図2を用いて、第1の地球局1および第2の地球局2におけるパイロット信号周波数の割当てについて説明する。
ここで、第1の地球局1および第2の地球局2は、それぞれ自局のパイロット信号25あるいは27を初期捕捉する際、図1に示すパイロット受信機22は一定幅の周波数掃引を行って、パイロット信号25,27の周波数を捕捉している。従って、隣接する周波数領域に通信信号があると、パイロット信号25,27の捕捉に際して、データ通信チャネル7や音声通信チャネル8などによる通信信号24のチャネルを誤って捕捉する可能性がある。そのため、パイロット周波数を割当てる際には、図4に示すようにパイロット信号の両側にガードバンド6を設けるのが一般的である。このガードバンド6の帯域幅をパイロット受信機22の掃引幅に比べて広く設定しておけば、初期捕捉時における誤捕捉の可能性はなくなる。しかしながら、一方で当然1つの衛星通信システムで使用できる周波数帯域5は有限であり、ガードバンド6の帯域幅を広くすると、それを除く残りの通信信号24に割当てる周波数帯域が減り、システムで扱える通信チャネルの容量が減少してしまう。
【0029】
この問題を解決するため、この発明の実施の形態1では図2に示すように、パイロット信号25および27の周波数を通信信号24の音声通信チャネル8の周波数に隣接させて配置しておく。そのとき、図4に示したガードバンド6はなくすか、あるいは可能な限り小さなものとする。図2に示す例では、ガードバンド6をなくした場合について例示している。音声通信チャネル8は通常、実際に話しを行っているときにしか周波数信号は送出されていない(ボイスアクティベーション)。従って、パイロット信号25,27の初期捕捉に際して、音声通信チャネル8を誤って捕捉する確率は小さなものとなる。
【0030】
以上のように、この実施の形態1によれば、複数の地球局1,2を現用局と予備局による冗長構成にて運用する衛星通信システムにおいて、パイロット信号25,27を各局独自に送出し、自局より送出したパイロット信号25,27を衛星3経由で受信することによって、現用局故障時の現用から予備への切替えをスムーズに行うことが可能になり、また、パイロット信号25,27を音声通信チャネル8に隣接して割当てることにより、パイロット周波数を割当てる際のガードバンド6の帯域幅を小さくすることができて、周波数資源の有効活用が図れるなどの効果が得られる。
【0031】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、地球局と複数の子局の間で衛星を介してデータ通信と音声通信を行い、地球局として現用局と予備局を備えて運用する衛星通信システムにおいて、当該衛星通信システムに割当てられた周波数帯域の中央に現用局または予備局が使用するデータ通信チャネルを割当て、このデータ通信チャネルの両外側に現用局または予備局の音声通信チャネルを割当て、さらに各音声通信チャネルの外側に隣接して現用局と予備局の独自のパイロット信号を別々に割当てるようにし、現用局および予備局は、独自のパイロット信号を生成するパイロット発振器と、衛星を介して戻ってきた自局の独自のパイロット信号を受信するパイロット受信機をそれぞれ備え、現用局と予備局の間に、現用局の異常発生時に予備局に対して異常通知を送信する局間異常通知手段を設け、予備局は、待機している間にも独自のパイロット信号の送信を行うと共に、自局のパイロット受信機で独自のパイロット信号を受信し、受信した独自のパイロット信号の受信状態にもとづいて、現用局として動作する際の自局の周波数制御および送信電力制御のためのパラメータを設定しておき、異常通知を受信した場合には、待機時に設定しておいた周波数制御および送信電力制御のためのパラメータをもとに、異常が発生した現用局の動作を引継ぐように構成している。したがって、自動周波数制御および自動送信電力制御をスムーズに行うことが可能な衛星通信システムが得られ、現用局の故障発生時に予備局から現用局へのスムーズな切替えを可能にする効果がある。また、音声信号チャネルの周波数に隣接して、各地球局より送出されるパイロット信号の周波数を割当てるようにしているので、パイロット信号のガードバンドの帯域幅を小さくすることが可能になり、周波数資源を有効に活用することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による衛星通信システムの構成を示すブロック図である。
【図2】実施の形態1におけるパイロット信号の周波数の割当てを示す模式図である。
【図3】従来の衛星通信システムの構成を示すブロック図である。
【図4】従来の衛星通信システムにおける通信チャネルの周波数の割当てを示す模式図である。
【符号の説明】
1 第1の地球局(現用局)、2 第2の地球局(予備局)、3 衛星、4子局、5 周波数帯域、7 データ通信チャネル、8 音声通信チャネル、9 局間通信回線(局間異常通知手段)、11 アンテナ、12 送受信装置、13 回線制御装置、14 変調器、15 アップコンバータ、16 高出力増幅器、17 低雑音増幅器、18 ダウンコンバータ、19 復調器、20 給電回路、21 パイロット発振器、22 パイロット受信機、23 通信出力調整装置、24 通信信号、25 パイロット信号、26 受信情報、27 パイロット信号、28 受信情報。
Claims (1)
- 地球局と複数の子局の間で衛星を介してデータ通信と音声通信を行い、地球局として現用局と予備局を備えて運用する衛星通信システムにおいて、
当該衛星通信システムに割当てられた周波数帯域の中央に前記現用局または前記予備局が使用するデータ通信チャネルを割当て、このデータ通信チャネルの両外側に前記現用局または前記予備局の音声通信チャネルを割当て、さらに各音声通信チャネルの外側に隣接して前記現用局と前記予備局の独自のパイロット信号を別々に割当てるようにし、
前記現用局および前記予備局は、独自のパイロット信号を生成するパイロット発振器と、衛星を介して戻ってきた自局の独自のパイロット信号を受信するパイロット受信機をそれぞれ備え、
前記現用局と予備局の間に、前記現用局の異常発生時に前記予備局に対して異常通知を送信する局間異常通知手段を設け、
前記予備局は、待機している間にも独自のパイロット信号の送信を行うと共に、自局のパイロット受信機で独自のパイロット信号を受信し、受信した独自のパイロット信号の受信状態にもとづいて、現用局として動作する際の自局の周波数制御および送信電力制御のためのパラメータを設定しておき、前記異常通知を受信した場合には、待機時に設定しておいた前記周波数制御および送信電力制御のためのパラメータをもとに、異常が発生した前記現用局の動作を引継ぐようにしたことを特徴とする衛星通信システム。
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