JP3576481B2 - 衛星通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

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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