JP4070578B2 - ハンドオーバ方法、受信局、送信局および通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地球を周回しながら一定周期で特定地域の上空に出現する複数の衛星を使用したハンドオーバ方法および通信システムに関するものあり、特に、無瞬断のハンドオーバを実現する通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の通信システムについて説明する。ここでは、従来の通信システムとして、たとえば、衛星通信システムについて説明する。
【０００３】
図６は、従来の衛星通信システムの構成を示す図である（特許文献１参照）。ここでは、送信局１０３が、衛星１０１経由で受信局１０４に対してデータを送信中に、ハンドオーバ制御を行う場合について説明する。なお、ハンドオーバ制御対象の衛星を衛星１０２とし、１０５は送信局１０３から衛星１０１へのアップリンクを表し、１０６は衛星１０１から衛星１０２への衛星間リンクを表し、１０７は衛星１０２から受信局１０４へのダウンリンクを表す。
【０００４】
ここで、従来の衛星通信システムの動作について説明する。従来の衛星通信システムにおける衛星の移動に伴うハンドオーバ制御としては、たとえば、ハンドオーバ制御期間に一時的に通信を中断する方法と、通信を中断しない方法がある。ここでは、通信を中断せずにハンドオーバ制御を実現する方法について説明する。
【０００５】
図６では、送信局１０３、受信局１０４、衛星１０１および衛星１０２の間でのハンドオーバ制御のタイミングの同期合わせを行う。そして、ハンドオーバ制御期間中、送信局１０３からアップリンク１０５で送信されたデータは、ハンドオーバ元の衛星１０１からハンドオーバ先の衛星１０２へ、衛星間リンク１０６で送信される。このデータは、ハンドオーバ制御が完了するまでハンドオーバ先の衛星１０２に蓄積される。蓄積されたデータは、ハンドオーバ制御完了後に、ハンドオーバ先の衛星１０２からダウンリンク１０７で受信局１０４に送信される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１５９７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来の通信システムにおいては、無瞬断のハンドオーバ制御を実現するために、ハンドオーバ元の衛星とハンドオーバ先の衛星との間に衛星間リンクを使用するが、衛星間リンクを実現するためには、相手衛星の位置を認識しつつ衛星間でデータを送受信するためのアンテナや、衛星間送受信機能を持った送受信制御部が必要となる、という問題があった。また、衛星間リンクへの切り替え制御や衛星間リンクからの切り戻し制御、および衛星間リンクを使用して受信したデータを蓄積する蓄積機能を衛星に持たせる必要がある、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、衛星機能の複雑化や衛星規模の増大を回避しながら、無瞬断のハンドオーバ制御を実現可能なハンドオーバ方法および通信システムを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるハンドオーバ方法にあっては、たとえば、送信局が送信するデータを第１の衛星経由で受信中の受信局が、伝搬経路を第２の衛星経由に切り替える場合、双方の衛星が、前記送信局が第１の周波数にて送信中のデータを受信するデータ受信ステップと、前記第１の衛星が、受信データを第２の周波数で前記受信局に中継する第１のデータ中継ステップと、前記第２の衛星が、同一の受信データを第３の周波数で前記受信局に中継する第２のデータ中継ステップと、前記受信局が、地上の所定位置から見て双方の衛星が各衛星軌道上の所定位置に存在するタイミングを、ハンドオーバ制御タイミングとし、当該ハンドオーバ制御タイミング以降の所定タイミングで受信周波数を第２の周波数から第３の周波数に切り替える切り替えステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ハンドオーバ制御タイミングを、第１の衛星の高度が第２の衛星の高度より低くなる衛星軌道で、かつ送信局から見て第１の衛星と第２の衛星が交差するタイミングとすることによって、第２の衛星経由での伝播遅延を第１の衛星経由での伝播遅延よりも大きくする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるハンドオーバ方法、受信局、送信局および通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
本実施の形態では、本発明にかかる通信システムの一例として、準天頂衛星システムを用いた場合の、ハンドオーバ方法について説明する。この準天頂衛星システムは、３機の衛星が所定の軌道を通って１日で地球を一周し、３機の衛星の少なくとも１機が常に日本の上空（天頂）付近に存在する地域限定型の衛星システムである。また、衛星の切り替えを８時間毎に行えば、常に６０度以上の仰角が確保され、ユーザは、常に、ビル等による通信回線の遮断が少ない良好な移動体通信サービス（自動車電話サービス、携帯電話サービス、ＧＰＳとは別の簡易測位システム等）の提供を受けられる。具体的には、日本の主要地域から見た場合は常に天頂から２０度以内に衛星が存在するため、たとえば、車のアンテナを天頂方向に向けておくだけで、車の進行方向が変化しても、常に良好な通信が可能となり、さらに衛星追尾が不要となるため通信装置を簡略化することができる。
【００１３】
以下、本発明にかかる衛星通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる衛星通信システムの構成を示す図である。ここでは、送信局３が、衛星１経由で受信局４に対してデータを送信中に、ハンドオーバ制御を行う場合について説明する。なお、図示の２は、サービスエリアから離れていくハンドオーバ元の衛星１の代わりにサービスエリアに入ってくるハンドオーバ先の衛星である。また、５は送信局３から衛星１および衛星２へのデータを周波数ｆ（１）で送信するためのアップリンクを表し、６は衛星１から受信局４へのデータを周波数ｆ（２）で送信するためのダウンリンクを表し、７は衛星２から受信局４へのデータを周波数ｆ（３）で送信するためのダウンリンクの周波数を表す。
【００１４】
ここで、本実施の形態のハンドオーバ制御について説明する。たとえば、地球を周回し一定周期で特定地域の上空に出現する複数の衛星を使用する準天頂システムでは、周期的に中継する衛星を切り替える（ハンドオーバ制御を行う）必要がある。図１において、ハンドオーバ制御が完了するまでの期間は、送信局３が衛星１と周波数ｆ（１）で通信を行い、衛星１がそのデータを周波数ｆ（２）に変換して受信局４に対して送信している。
【００１５】
ハンドオーバ制御タイミングとしては、これらの衛星の周回軌道が通信サービスエリアからみてほぼ同一方向で交差するタイミングを選択する。この場合、ハンドオーバ制御タイミングにおいては、送信局３から衛星１と衛星２が同一方向に見え、送信局３が送信した周波数ｆ（１）の信号を、衛星１と衛星２において同時に受信する。このとき、衛星１では、データを周波数ｆ（２）で受信局４に対して送信し、衛星２においても、同一データを周波数ｆ（３）で受信局４に対して送信する。そして、受信局４では、適当なタイミングで受信周波数を周波数ｆ（２）から周波数ｆ（３）に切り替えることによって連続的にデータを受信する。
【００１６】
３機の衛星を使用した準天頂衛星システムでは、衛星１と衛星２の切り替えは１日３回のほぼ定時刻となる。したがって、ハンドオーバ制御タイミングは、たとえば、予め受信局に記憶させる方法、日付から時刻を計算させるアルゴリズムを搭載する方法、制御局から通知する方法等、様々な方法で受信局４に対して知らせることができる。
【００１７】
一方で、たとえば、衛星１経由における送信局３から受信局４への伝播距離と、衛星２経由における送信局３から受信局４への伝播距離と、の差により、衛星１経由における伝播距離が大きい場合は、受信局４においてデータ受信漏れが発生する可能性がある。すなわち、上記処理だけでは、受信局４にて受信するデータに漏れがないように通信を継続可能な無瞬断のハンドオーバ制御を、保証することができない。
【００１８】
そこで、本実施の形態では、ハンドオーバ制御タイミングを、衛星１の高度が衛星２の高度より低くなる衛星軌道で、かつ送信局３から見て衛星１と衛星２が交差するタイミングとする。これにより、衛星２経由での伝播遅延が衛星１経由での伝播遅延よりも大きくなるため、ハンドオーバを実施した場合におけるデータの受信漏れを阻止することができる。また、送信局３にて、データ送信時にパケット毎に順序番号を付加しておき、受信局４にて、データ受信時に重複受信を検索し、見つかった重複データ部分を廃棄する。これにより、データの連続性を確保した無瞬断のハンドオーバ制御を実現することができる。
【００１９】
このように、本実施の形態においては、相手衛星の位置を認識しつつ衛星間でデータを送受信するためのアンテナや衛星間送受信機能を持った送受信制御部によって衛星規模を増大させることなく、さらに、衛星間リンクへの切り替え制御や衛星間リンクからの切り戻し制御、および衛星間リンクを使用して受信したデータを蓄積するための蓄積機能によって衛星機能を複雑化させることなく、無瞬断のハンドオーバ制御を実現することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図２は、実施の形態２のハンドオーバ方法を示す図である。なお、通信システムの構成については、前述した実施の形態１の図１と同様である。本実施の形態では、受信周波数ｆ（２）からｆ（３）への切り替え時間が十分に短い場合の、受信局４のハンドオーバ制御タイミング以降の正式な切り替え開始タイミングを特定する。
【００２１】
図２では、受信周波数ｆ（２）におけるデータ（Ｄａｔａ（１），Ｄａｔａ（２））の受信タイミングと受信周波数ｆ（３）におけるデータ（Ｄａｔａ（２））の受信タイミングを示している。また、受信局４には、周波数ｆ（２）とｆ（３）の両方でデータを受信できるハンドオーバ制御期間が設けられ、前述した方法により予め受信局４に知らされているハンドオーバ制御タイミングに基づいて、ハンドオーバを行う。ここでは、受信局４におけるＤａｔａ（１）の受信完了時点を正式な切り替え開始タイミングとする。
【００２２】
以下、具体的な処理を説明する。受信局４では、上記のように、予めハンドオーバ制御タイミングが知らされており、ハンドオーバ前は、受信周波数ｆ（２）でデータ受信処理を行っている。この状態で、たとえば、Ｄａｔａ（１）を受信中に、予め知らされているハンドオーバ制御タイミングに達した場合、受信局４では、Ｄａｔａ（１）の受信処理を途中で中断することなく、Ｄａｔａ（１）の受信が完了するまで周波数ｆ（２）での受信処理を継続する。そして、Ｄａｔａ（１）の受信処理完了のタイミング（正式な切り替え開始タイミング）で、受信周波数をｆ（２）からｆ（３）に切り替える処理を開始する。受信周波数をｆ（３）に切り替えた後は、受信周波数ｆ（３）で送信されてきたＤａｔａ（２）を受信する。なお、予め知らされているハンドオーバ制御タイミングにおいて、データ受信を行っていない場合は、切り替え時間が十分に短いことを利用して速やかに受信周波数の切り替え処理を実施する。これにより、つぎのデータの受信完了を待つことなくハンドオーバ制御期間での切り替え処理が可能となる。
【００２３】
このように、本実施の形態においては、受信周波数ｆ（２）からｆ（３）への切り替え時間が十分に短い場合の、受信局４における受信周波数の正式な切り替え開始タイミングを特定することによって、すなわち、予め知らされているハンドオーバ制御タイミングに達した場合であっても、受信局４がデータの受信処理を途中で中断することなく、そのデータの受信が完了するまで周波数ｆ（２）での受信処理を継続することによって、受信中のデータを廃棄することなく、効率よくデータを受信することができる。
【００２４】
実施の形態３．
図３は、実施の形態３のハンドオーバ方法を示す図である。なお、通信システムの構成については、前述した実施の形態１の図１と同様である。本実施の形態では、受信周波数ｆ（２）からｆ（３）への切り替え時間が比較的長い場合の、受信局４のハンドオーバ制御タイミング以降の正式な切り替え開始タイミングを特定する。
【００２５】
図３では、受信周波数をｆ（２）からｆ（３）に切り替えるための基準となるハンドオーバ制御タイミングを用いて、送信局３におけるデータ送信間隔Δｔｓについて説明する。なお、図示のΔｔｄは、通信対象の衛星を衛星１から衛星２に切り替えることによるデータ伝播遅延の増大時間を表し、Δｔｆは受信局４における受信周波数の切り替え処理時間を表し、Δｔｓは送信局３におけるデータ送信間隔を表す。
【００２６】
受信局４においては、データを受信できない時間として、受信周波数の切り替え処理時間Δｔｆが存在する。この時間Δｔｆがデータ伝播遅延の増大時間Δｔｄの終端よりも長い場合、受信局４では、たとえば、Ｄａｔａ（２）を先頭から受信できなくなるので、データ受信漏れが発生する。
【００２７】
そこで、本実施の形態においては、受信局４が、前述同様、予め知らされているハンドオーバ制御タイミングにおいて受信中の、特定データ（Ｄａｔａ（１））の受信処理直後の正式な切り替え開始タイミングで受信周波数の切り替え処理を開始する。一方で、送信局３では、切り替え処理時間Δｔｆ経過後に受信局４にて受信処理を再開する際に、受信局４にてデータ受信漏れが発生しないように、データ送信間隔Δｔｓを決定する。データ送信間隔Δｔｓは以下の（１）式のように定義する。
Δｔｓ≧Δｔｆ−Δｔｄ …（１）
【００２８】
また、送信局３には、衛星回線への送信データを蓄積するためのシェーピングバッファを設け、このシェーピングバッファに蓄積されたデータをデータ送信間隔Δｔｓで送信する。
【００２９】
また、受信データがない状態でｆ（２）からｆ（３）への受信周波数の切り替え処理を実行すると、切り替え処理時間Δｔｆに伴うデータ受信漏れが発生する可能性があるため、送信局３では、ハンドオーバ制御期間中に送信すべきデータがない場合、受信周波数の切り替え処理を起動するための制御データを送信する。受信局４では、受信データがない場合、制御データの受信完了をトリガに受信周波数の切り替え処理を実行する。
【００３０】
これにより、受信周波数ｆ（２）からｆ（３）への切り替え時間の長短にかかわらず、受信局におけるデータ受信漏れをなくすことができる。
【００３１】
つぎに、本実施の形態のハンドオーバ方法を用いて、ストリームデータ伝送を実現するためのバッファ構成について説明する。
【００３２】
図４は、一定レートでデータを伝送しつづけるストリームデータ伝送を実現するためのバッファ構成例を示す図である。本実施の形態おいては、図４に示すように、送信局３がシェーピングバッファ３０を備え、受信局４が揺らぎ吸収バッファ３１を備える。また、図５は、ストリームデータのシェーピング制御を示す図である。
【００３３】
ここで、ストリームデータ伝送を実現するための処理を具体的に説明する。本実施の形態では、ストリームデータ伝送として、衛星通信システムに接続された端末装置や地上ネットワーク等の地上系設備に一定レートで連続的にデータを送信しつづける場合を想定する。
【００３４】
衛星回線を介して送信局３から受信局４にデータを送信する場合は、衛星チャネルの待ち合わせ等によりデータ送信間隔が不均等になり、一定レートの連続的な伝送が実現できない場合がある。そのため、受信局４では、地上系設備（端末装置やネットワーク）にデータを伝送するための構成の前段に揺らぎ吸収バッファ３１を設け、一時的にこの揺らぎ吸収バッファ３１にデータを蓄積し、ここに蓄積されたデータを用いて地上系設備に一定レートの連続的なデータ伝送を行う。このように、衛星通信システムにおいては、ストリームデータ伝送を実現するために、送信局３がシェーピングバッファ３０を備え、受信局４が揺らぎ吸収バッファ３１を備える。
【００３５】
また、データ送信間隔Δｔｓが揺らぎ吸収バッファ３１から地上系設備への送信間隔より大きい場合は、揺らぎ吸収バッファ３１で送信すべきデータが枯渇し、ストリームデータ伝送が実現できなくなる。そこで、本実施の形態においては、ハンドオーバ制御期間を前半制御期間（ハンドオーバ制御タイミング前の一定期間）と後半制御期間に分割し、前半制御期間には、上記規定したデータ送信間隔Δｔｓより短い間隔Δｔｓ´でデータを送信する。すなわち、この期間では、受信局４の揺らぎ吸収バッファ３１に十分な量のデータが蓄積する。一方、後半制御期間には、上記データ送信間隔Δｔｓでデータを送信する。すなわち、この期間では、受信局４の揺らぎ吸収バッファ３１に蓄積されたデータが徐々に減少する。
【００３６】
このように、本実施の形態においては、規定されたデータ送信間隔Δｔｓが揺らぎ吸収バッファ３１から地上系設備への送信間隔より大きい場合に、ハンドオーバ制御期間における所定区間のデータ送信間隔を短くし、揺らぎ吸収バッファ内のデータが枯渇しないように調整する。これにより、ハンドオーバ制御を行う場合であっても、安定したストリームデータ伝送を実現できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、ハンドオーバ制御タイミングを、ハンドオーバ元の衛星の高度がハンドオーバ先の衛星の高度より低くなる衛星軌道で、かつ送信局から見て双方の衛星が交差するタイミングとする。これにより、ハンドオーバ先の衛星経由での伝播遅延がハンドオーバ元の衛星経由での伝播遅延よりも確実に大きくなるため、ハンドオーバを実施した場合におけるデータの受信漏れを阻止することができる、という効果を奏する。また、送信局にて、データ送信時にパケット毎の順序番号を付加しておき、受信局にて、データ受信時に重複受信を検索し、見つかった重複受信データを廃棄することとした。これにより、データの連続性を確保した無瞬断のハンドオーバ制御を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる衛星通信システムの構成を示す図である。
【図２】 実施の形態２のハンドオーバ方法を示す図である。
【図３】 実施の形態３のハンドオーバ方法を示す図である。
【図４】 ストリームデータ伝送を実現するためのバッファ構成例を示す図である。
【図５】 ストリームデータのシェーピング制御を示す図である。
【図６】 従来の衛星通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２ 衛星、３ 送信局、４ 受信局、３０ シェーピングバッファ、３１揺らぎ吸収バッファ。

Claims (8)

1. 送信局が送信する順序番号が付加されたデータを第１の衛星経由で受信中の受信局が、伝搬経路を第２の衛星経由に切り替える場合のハンドオーバ方法において、
   双方の衛星が、前記送信局が第１の周波数にて送信中の前記データを受信するデータ受信ステップと、
   前記第１の衛星が、受信データを第２の周波数で前記受信局に中継する第１のデータ中継ステップと、
   前記第２の衛星が、同一の受信データを第３の周波数で前記受信局に中継する第２のデータ中継ステップと、
   前記受信局が、前記第１の衛星の高度が前記第２の衛星の高度より低くなる衛星軌道で、かつ前記送信局から見て双方の衛星が交差するタイミングを、ハンドオーバ制御タイミングとし、現在受信している順序番号のデータの受信完了タイミングで第２の周波数から第３の周波数への切り替えを開始する切り替えステップと、
   前記送信局が、前記受信局における伝搬経路（受信周波数）の切り替え処理時間および前記切り替えに伴うデータ遅延の増大時間に基づいて、データ送信間隔を決定するデータ送信間隔決定ステップと、
   前記受信局が、前記決定されたデータ送信間隔で送られてくる次の順序番号のデータを受信するハンドオーバ先データ受信ステップと、
   を含むことを特徴とするハンドオーバ方法。
2. 前記ハンドオーバ制御タイミングにおいて、受信中のデータがない場合は、
   送信局が、受信周波数の切り替え処理を起動するための制御データを送信し、
   受信局が、制御データの受信完了タイミングで受信周波数を第２の周波数から第３の周波数への切り替えを開始することを特徴とする請求項１に記載のハンドオーバ方法。
3. 前記受信局にストリームデータを送信する場合は、
   ハンドオーバ制御タイミング前の一定期間のデータ送信間隔を、前記決定したデータ送信間隔よりも短く設定することを特徴とする請求項１または２に記載のハンドオーバ方法。
4. 送信局が送信する順序番号が付加されたデータを第１の衛星経由で受信中に、伝搬経路を第２の衛星経由に切り替える受信局において、
   前記第１の衛星から第１の周波数で送信されるデータと前記第２の衛星から第２の周波数で送信されるデータとの双方を受信可能なハンドオーバ制御期間における、前記第１の衛星の高度が前記第２の衛星の高度より低くなる衛星軌道で、かつ前記送信局から見て双方の衛星が交差するタイミングを、ハンドオーバ制御タイミングとし、現在受信している順序番号のデータの受信完了タイミングで第１の周波数から第２の周波数への切り替えを開始する切り替え手段、
   を備え、
   伝搬経路（受信周波数）の切り替え処理時間および前記切り替えに伴うデータ遅延の増大時間に基づいて決定されたデータ送信間隔で前記送信局から送られてくる、次の順序番号のデータを受信することを特徴とする受信局。
5. 前記切り替え手段は、
   前記ハンドオーバ制御タイミングにおいて、受信中のデータがない場合は、送信局が送信する受信周波数の切り替え処理を起動するための制御データの受信完了時点を、第１の周波数から第２の周波数への切り替え開始タイミングとすることを特徴とする請求項４に記載の受信局。
6. 請求項４または５に記載の受信局とともに衛星通信システムを構成するデータ送信元の送信局において、
   受信局における伝搬経路（受信周波数）の切り替え処理時間および前記切り替えに伴うデータ遅延の増大時間に基づいてデータ送信間隔を決定し、さらに、ハンドオーバ制御タイミングに達した段階で受信局に受信中のデータがない場合は、受信周波数の切り替え処理を起動するための制御データを送信する送信手段、
   を備えることを特徴とする送信局。
7. 前記送信手段は、
   前記受信局にストリームデータを送信する場合、
   前記ハンドオーバ制御タイミング前の一定期間のデータ送信間隔を、前記決定したデータ送信間隔よりも短く設定することを特徴とする請求項６に記載の送信局。
8. 送信局が送信する順序番号が付加されたデータを第１の衛星経由で受信中の受信局が、伝搬経路を第２の衛星経由に切り替え可能な通信システムにおいて、
   双方の衛星が、前記送信局が第１の周波数にて送信中のデータを受信し、
   前記第１の衛星が、受信データを第２の周波数で前記受信局に中継し、
   前記第２の衛星が、同一の受信データを第３の周波数で前記受信局に中継し、
   前記受信局が、前記第１の衛星の高度が前記第２の衛星の高度より低くなる衛星軌道で、かつ前記送信局から見て双方の衛星が交差するタイミングを、ハンドオーバ制御タイミングとし、現在受信している順序番号のデータの受信完了タイミングで第２の周波数から第３の周波数への切り替えを開始し、
   前記送信局が、伝搬経路（受信周波数）の切り替え処理時間および前記切り替えに伴うデータ遅延の増大時間に基づいてデータ送信間隔を決定し、
   前記受信局が、前記決定されたデータ送信間隔で送られてくる次の順序番号のデータを受信することを特徴とする通信システム。

Images