JP7399594B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

この発明は、時分割多元接続フレームを利用して無線により通信を行う無線通信システムに関する。

ＨＵＢ局から各端局への送信（即ち、下り回線）において時分割多重化（ＴＤＭ：Ｔime Ｄivision Ｍultiplexing）方式に従うとともに各端局からＨＵＢ局への送信（即ち、上り回線）において時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Ｔime Ｄivision Ｍultiple Ａccess；「時分割多重アクセス」とも呼ばれる）方式に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを利用する無線通信システムにおいて、各端局は、ＨＵＢ局へとフレームを送信する際に、ＨＵＢ局においてフレーム同士（別言すると、バースト同士）が衝突しないように送信タイミングを調整して送信する。このとき、フレーム間のスペース（即ち、各タイムスロットの間に挿入される無通信時間）を小さくすることにより、回線の利用効率・伝送効率が高いシステムを構築することができる。

時分割多元接続（ＴＤＭＡ）などの通信アクセス方式を採用する従来の移動通信技術として、制御情報を制御チャネルを介して送信する基地局に対して現在時刻情報を要求する時刻調整要求コマンドを予め設定されたタイミングに応答して自動的に出力する送信制御部と、この送信制御部から出力された時刻調整要求コマンドを上記基地局に送信する送信部と、基地局から時刻調整要求コマンドに応じて制御チャネルを介して送信された現在時刻情報を受信し出力する受信部と、この受信部から出力された現在時刻情報に基づいて、内蔵時計の時刻調整を自動的に行う時刻調整部とを含む移動通信装置が知られている（特許文献１参照）。

再公表０１／０２８１３２号公報

ところで、カバーエリアが大きい衛星通信システムにおいてはＨＵＢ局と端局それぞれとの間の伝搬遅延の差違が大きいので正確な絶対時間の同期ができないため、誤差を加味してフレーム間のスペース（即ち、各タイムスロットの間に挿入される無通信時間）を大きくする必要がある。このため、上り回線の利用効率・伝送効率が低下する、という問題がある。また、時刻同期用情報の定期送信が必要とされるため、下り回線の伝送効率が低下する、という問題がある。

そこでこの発明は、下り回線において時分割多重化（ＴＤＭ）方式に従うとともに上り回線において時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを利用する際の回線の利用効率・伝送効率を向上させることが可能な、無線通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明に係る無線通信システムは、ＨＵＢ局から各端局への送信において時分割多重化方式に従うとともに前記各端局からＨＵＢ局への送信において時分割多元接続方式に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを用いて通信衛星を介して双方向の無線通信を行うＨＵＢ局と端局とを有し、前記端局から前記ＨＵＢ局へと前記フレームを送信するタイミングを調整する処理が行われる無線通信システムであり、時分割多元接続に準拠するタイムスロットについての１つのスロット周期内に、通信用スロットに加えて予備スロットが設けられ、前記フレームを送信するタイミングを調整する前記処理が行われる前に、前記端局が、前記予備スロットのうち前記通信用スロットと隣り合っていないスロットを使用してフレームを前記ＨＵＢ局へと送信する、ことを特徴とする。

この発明に係る無線通信システムによれば、１つのスロット周期内に通信用スロットに加えて予備スロットが設けられるようにしているので、端局からＨＵＢ局へとフレームを送信するタイミングを調整する処理が行われる前におけるＨＵＢ局でのフレーム同士（別言すると、バースト同士）の衝突を防止することが可能となり、このため、フレーム間のスペース（即ち、各タイムスロットの間に挿入される無通信時間）を小さくすることが可能となり、延いては回線の利用効率・伝送効率を向上させることが可能となる。

この発明に係る無線通信システムによれば、予備スロットのうち通信用スロットと隣り合っていないスロットを使用するようにした場合には、ＨＵＢ局でのフレーム同士（別言すると、バースト同士）の衝突を一層確実に防止することが可能となる。

この発明の実施の形態に係る無線通信システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 （Ａ）は図１の無線通信システムのＨＵＢ局から各端局へと送信されるフレームの概略を示す図であり、（Ｂ）は図１の無線通信システムの各端局からＨＵＢ局へと送信されるフレームの概略を示す図である。 図１の無線通信システムにおけるＨＵＢ局のＨＵＢ局タイマの周波数と端局の端局タイマの周波数との同期処理を説明する図であり、ＨＵＢ局における処理内容を説明する図である。 図３のＨＵＢ局における処理内容と対応する、端局における処理内容を説明する図である。 図１の無線通信システムにおけるＨＵＢ局のＨＵＢ局タイマの時刻と端局の端局タイマの時刻との調整処理を説明する図であり、端局における処理内容を説明する図である。 図１の無線通信システムにおける端局からＨＵＢ局へのフレームの送信タイミングの調整処理を説明する図である。 １つのスロット周期内に通信用スロットと予備スロットとが設けられる場合の構成を示す図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る無線通信システム１の概略構成を示す機能ブロック図である。

無線通信システム１は、ＨＵＢ局２（「基地局」などとも呼ばれる）と複数の端局３Ａ，３Ｂ，３Ｃ（「移動局」などとも呼ばれる）それぞれとの間で、通信衛星４を介して（言い換えると、衛星通信回線を使用して）、ＨＵＢ局２から各端局３Ａ，３Ｂ，３Ｃへの送信（即ち、下り回線）において時分割多重化（ＴＤＭ）方式に従うとともに各端局３Ａ，３Ｂ，３ＣからＨＵＢ局２への送信（即ち、上り回線）において時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを用いて、双方向の無線通信を行う。図に示す例では、端局を３台示しているが、端局の台数は２台または４台以上でもよい。また、端局３Ｂ，３Ｃの構成は端局３Ａと同様であるので図示を省略している。下記では、複数の端局３Ａ，３Ｂ，３Ｃのそれぞれに共通する動作を説明する場合は複数の端局３Ａ，３Ｂ，３Ｃを包含する意味で「端局３」と表記する。

ＨＵＢ局２は、各端局３との間で通信衛星４を介して（言い換えると、衛星通信回線を使用して）下り回線において時分割多重化（ＴＤＭ）方式に従うとともに上り回線において時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを利用して双方向の無線通信を行う機序であり、主として、制御部２１と、バッファメモリ２２と、送信部２３と、受信部２４と、送受共用器２５と、アンテナ２６と、ＨＵＢ局タイマ２７と、を有する。

制御部２１は、ＨＵＢ局２を構成する各部の動作を制御する機能を備え、中央処理装置２１１（ＣＰＵ：Ｃentral Ｐrocessing Ｕnit），入出力部２１２（Ｉ／Ｏ：Ｉnput／Ｏutput），および記憶部２１３を含む。

制御部２１は、入出力部２１２を介してＨＵＢ局２の各部と接続しており、ＨＵＢ局２を構成する各部の処理の開始，内容，および終了を統制して制御する。煩雑になるので、入出力部２１２から各部への信号線の図示を省略している。

記憶部２１３は、中央処理装置２１１が通信処理を行う際に生成されるデータや情報などを一時的に記憶などするための作業領域となったり各種の情報，プログラム，およびデータなどを記憶して格納などするための記憶領域となったりする機能を備え、例えば、ＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory），ＲＯＭ（Ｒead Ｏnly Ｍemory），ストレージなどの記憶媒体から構成される。

記憶部２１３には、制御部２１がＨＵＢ局２全体の動作を制御するための制御プログラムが格納される。制御部２１は、記憶部２１３に格納される制御プログラムなどに従ってＨＵＢ局２全体の動作を制御して各機能を実現する。

バッファメモリ２２は、送信源（図示していない）から出力される送信対象のデータの入力を受け、ＨＵＢ局２からのデータ／フレームの送信タイミングを調整するための先入れ先出し（ＦＩＦＯ：Ｆirst Ｉn，Ｆirst Ｏut）の機能を備える。

送信部２３は、バッファメモリ２２から出力される送信対象のデータの入力を受け、時分割多重化（ＴＤＭ）方式に準拠して複数のデータ列を時分割多重して各端局３へと送信処理する機能を備える。

受信部２４は、送受共用器２５から出力される信号の入力を受け、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に準拠して各端局３から送信されたフレーム／データを受信処理する機能を備える。

送受共用器２５は、送受信の切替えを行う機能を備え、送信部２３から出力される信号の入力を受けてアンテナ２６へと出力したり、アンテナ２６から出力される信号の入力を受けて受信部２４へと出力したりする。

アンテナ２６は、無線信号を送受信する機能を備える。

ＨＵＢ局タイマ２７は、時計機能を備え、時刻を供給可能に構成される。

ＨＵＢ局２では、送信源（図示していない）から出力される送信対象のデータがバッファメモリ２２へと送出されると、送信部２３により、時分割多重化（ＴＤＭ）方式の無線フレームフォーマットに準拠して前記送信対象のデータが予め定められる所定の時間に分割され多重化されて各端局３へと送信される。

例えば図２（Ａ）に示すように、時分割多重化（ＴＤＭ）方式の無線フレームフォーマットに準拠して時間的に区切られたフレーム（尚、ヘッダＨとデータＤとを含む）が連続する信号がＨＵＢ局２から各端局３へと送信される。

端局３は、ＨＵＢ局２との間で通信衛星４を介して（言い換えると、衛星通信回線を使用して）下り回線において時分割多重化（ＴＤＭ）方式に従うとともに上り回線において時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを利用して双方向の無線通信を行う機序であり、主として、制御部３１と、バッファメモリ３２と、送信部３３と、受信部３４と、送受共用器３５と、アンテナ３６と、端局タイマ３７と、を有する。

制御部３１は、端局３を構成する各部の動作を制御する機能を備え、中央処理装置３１１（ＣＰＵ），入出力部３１２（Ｉ／Ｏ），および記憶部３１３を含む。

制御部３１は、入出力部３１２を介して端局３の各部と接続しており、端局３を構成する各部の処理の開始，内容，および終了を統制して制御する。煩雑になるので、入出力部３１２から各部への信号線の図示を省略している。

記憶部３１３は、中央処理装置３１１が通信処理を行う際に生成されるデータや情報などを一時的に記憶などするための作業領域となったり各種の情報，プログラム，およびデータなどを記憶して格納などするための記憶領域となったりする機能を備え、例えば、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ストレージなどの記憶媒体から構成される。

記憶部３１３には、制御部３１が端局３全体の動作を制御するための制御プログラムが格納される。制御部３１は、記憶部３１３に格納される制御プログラムなどに従って端局３全体の動作を制御して各機能を実現する。

バッファメモリ３２は、送信源（図示していない）から出力される送信対象のデータの入力を受け、端局３からのデータ／フレームの送信タイミングを調整するための先入れ先出し（ＦＩＦＯ）の機能を備える。

送信部３３は、バッファメモリ３２から出力される送信対象のデータの入力を受け、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に準拠してデータ列をＨＵＢ局２へと送信処理する機能を備える。

受信部３４は、送受共用器３５から出力される信号の入力を受け、時分割多重化（ＴＤＭ）方式に準拠して時分割多重されてＨＵＢ局２から送信されたフレーム／データを受信処理する機能を備える。

送受共用器３５は、送受信の切替えを行う機能を備え、送信部３３から出力される信号の入力を受けてアンテナ３６へと出力したり、アンテナ３６から出力される信号の入力を受けて受信部３４へと出力したりする。

アンテナ３６は、無線信号を送受信する機能を備える。

端局タイマ３７は、自走式のタイマにより構成され、時計機能を備え、時刻を供給可能に構成される。

端局３では、送信源（図示していない）から出力される送信対象のデータがバッファメモリ３２へと送出されると、送信部３３により、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に準拠して前記送信対象のデータがＨＵＢ局２へと送信される。

すなわち、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式の無線フレームフォーマットに準拠して時間的に区切られてフレーム単位で時間的に間欠的なバースト信号が所定の間隔で（言い換えると、ＴＤＭＡ方式に準拠するバースト信号の送信タイミングで）端局３からＨＵＢ局２へと送信される。

そして、ＨＵＢ局２では、例えば図２（Ｂ）に示すように、端局３Ａから送信されるフレーム（尚、ヘッダＨaとデータＤaとを含む），端局３Ｂから送信されるフレーム（尚、ヘッダＨbとデータＤbとを含む），および端局３Ｃから送信されるフレーム（尚、ヘッダＨcとデータＤcとを含む）などが、各端局３に対して割り当てられているタイムスロットにて受信される。

このとき、各端局３から送信されるフレームをＨＵＢ局２が受信する際の上り回線のフレーム間のスペース（即ち、各タイムスロットの間に挿入される無通信時間）が小さいほど、回線の利用効率・伝送効率が向上する。

そして、実施の形態に係る無線通信システム１は、ＨＵＢ局２から各端局３Ａ，３Ｂ，３Ｃへの送信（即ち、下り回線）において時分割多重化（ＴＤＭ）方式に従うとともに各端局３Ａ，３Ｂ，３ＣからＨＵＢ局２への送信（即ち、上り回線）において時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを用いて通信衛星４を介して双方向の無線通信を行うＨＵＢ局２と端局３とを有し、端局３が、ＨＵＢ局２から送信されるフレームのヘッダの先頭の送信タイミングの時刻ｔhの差と端局３における前記フレームのヘッダの先頭の受信タイミングの時刻ｔsの差との比率Δｆを用いてＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の周波数と端局３の端局タイマ３７の周波数とを同期させる周波数同期部３１４と、送信タイミングの時刻ｔhと受信タイミングの時刻ｔsとの差を用いてＨＵＢ局タイマ２７の時刻と端局タイマ３７の時刻とを調整する時刻調整部３１５を有し、さらに、ＨＵＢ局２が、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）に準拠するタイムスロットごとにフレームを受信する予定時刻と実際の受信時刻との差である時刻誤差Δｔdを算出する時刻誤差算出部２１４を有し、端局３が、時刻誤差Δｔdに基づいてＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングを調整する時刻誤差調整部３１６を有する、ようにしている。

まず、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の周波数と各端局３の端局タイマ３７の周波数との同期処理が行われる。

具体的には、ＨＵＢ局２が、図３に示すように、ＦＥＣ（Ｆorward Ｅrror Ｃorrection：前方誤り訂正）フレームのヘッダＨの先頭の送信タイミングでＨＵＢ局タイマ２７から供給される時刻をＦＥＣフレームにタイムスタンプ情報ＴＳとして付加して各端局３へと送信する。

図３に示す例では、ＨＵＢ局２から各端局３へのＦＥＣフレームの送信において、<ｉ>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の送信タイミングでＨＵＢ局タイマ２７から供給される時刻ｔh_iが<ｉ＋２>番目のＦＥＣフレームにタイムスタンプ情報ＴＳとして付加され、また、<ｉ＋１>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の送信タイミングでＨＵＢ局タイマ２７から供給される時刻ｔh_i+1が<ｉ＋３>番目のＦＥＣフレームにタイムスタンプ情報ＴＳとして付加される。

図３に示す例では、ＨＵＢ局タイマ２７から供給される時刻を取得してタイムスタンプ情報ＴＳとして付加する処理にかかる時間を考慮して、各ＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳが２つ後のＦＥＣフレームに付加されるようにしているが、各ＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳが当該のＦＥＣフレームに付加されたり１つ後のＦＥＣフレームに付加されたりなどするようにしてもよい。

また、図３に示す例では、<ｉ>番目のＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳと<ｉ＋１>番目のＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳとがＦＥＣフレームに付加されて端局３へと送信されるようにしているが、例えば、<ｉ>番目のＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳと<ｉ＋２>番目のＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳとがＦＥＣフレームに付加されて端局３へと送信されるようにしてもよい。すなわち、時間的に前後する複数のＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳがＨＵＢ局２から端局３へと送信されればよい。

ＨＵＢ局２から各端局３へとタイムスタンプ情報ＴＳが送信される際には、タイムスタンプ情報ＴＳを含むＦＥＣフレームであることを示す例えばフラグがヘッダＨに含められ、これにより、当該のＦＥＣフレームにはタイムスタンプ情報ＴＳが含まれていることを端局３が認識する。

端局３は、ＨＵＢ局２から送信されるＦＥＣフレームを受信すると、当該のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の受信タイミングで端局タイマ３７から供給される時刻を取得して記憶部３１３などに記憶させるとともに、当該のＦＥＣフレームにタイムスタンプ情報ＴＳが付加されているときは前記タイムスタンプ情報ＴＳを取得して記憶部３１３などに記憶させる。

図３，図４に示す例では、ＨＵＢ局２から送信されたＦＥＣフレームの端局３における受信において、<ｉ>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の受信タイミングで端局タイマ３７から供給される時刻ｔs_iが取得されて記憶部３１３などに記憶され、また、<ｉ＋１>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の受信タイミングで端局タイマ３７から供給される時刻ｔs_i+1が取得されて記憶部３１３などに記憶される。

図３，図４に示す例では、また、<ｉ＋２>番目のＦＥＣフレームにタイムスタンプ情報ＴＳとして付加されている時刻ｔh_iが取得されて記憶部３１３などに記憶され、また、<ｉ＋３>番目のＦＥＣフレームにタイムスタンプ情報ＴＳとして付加されている時刻ｔh_i+1が取得されて記憶部３１３などに記憶される。

そして、端局３の制御部３１の周波数同期部３１４は、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７における経過時間と端局３の端局タイマ３７における経過時間との比率（言い換えると、ＨＵＢ局タイマ２７の時間経過のはやさの度合いと端局タイマ３７の時間経過のはやさの度合いとの比率）から、下記の数式１に従ってＨＵＢ局タイマ２７と端局タイマ３７との周波数誤差Δｆを算出する。
（数１） Δｆ ＝ (ｔs_i+1－ｔs_i)／(ｔh_i+1－ｔh_i)

上記の数式１は、各ＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳがどのＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳであるかが考慮されて適用される。例えば、図３，図４に示す例では、各ＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳは２つ前のＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳであることが考慮される。

具体的には、図３，図４に示す例では、上記の数式１において、「ｔh_i」は、ＨＵＢ局２において<ｉ>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の送信タイミングでＨＵＢ局タイマ２７から供給される時刻であり、図に示す例では<ｉ＋２>番目のＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳである。そして、「ｔs_i」は、端局３において前記<ｉ>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の受信タイミングで端局タイマ３７から供給される時刻である。

また、「ｔh_i+1」は、ＨＵＢ局２において<ｉ＋１>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の送信タイミングでＨＵＢ局タイマ２７から供給される時刻であり、図に示す例では<ｉ＋３>番目のＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳである。そして、「ｔs_i+1」は、端局３において前記<ｉ＋１>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の受信タイミングで端局タイマ３７から供給される時刻である。

端局３の制御部３１の周波数同期部３１４は、記憶部３１３などに記憶されている端局タイマ３７から供給される時刻（ここでは、ｔs_i，ｔs_i+1）ならびにＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳ（ここでは、ｔh_i，ｔh_i+1）を読み出し、上記の数式１に従って周波数誤差Δｆを算出し、前記周波数誤差Δｆに基づいて端局タイマ３７の周波数を補正する。周波数同期部３１４は、すなわち、上記の数式１の算出結果として得られる周波数誤差Δｆの逆数を端局タイマ３７の周波数に乗じることによって周波数を変化させる。

以上により、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の周波数と各端局３の端局タイマ３７の周波数とが同期される。図に示す例では、周波数同期が為されたタイミングでの端局タイマ３７における時刻をｔfとする。

次に、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の時刻と各端局３の端局タイマ３７の時刻との調整処理が行われる。

具体的には、端局３の制御部３１の時刻調整部３１５が、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の時刻と端局３の端局タイマ３７の時刻との差から、下記の数式２に従ってＨＵＢ局タイマ２７と端局タイマ３７との時刻差Δｔを算出する。
（数２） Δｔ ＝ ｔs_j－ｔh_j

上記の数式２は、各ＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳがどのＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳであるかが考慮されて適用される。例えば、図５に示す例では、図３に示す例と同様に、各ＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳは２つ前のＦＥＣフレームについてのタイムスタンプ情報ＴＳであることが考慮される。

具体的には、図５に示す例では、上記の数式２において、「ｔh_j」は、ＨＵＢ局２において<ｊ>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の送信タイミングでＨＵＢ局タイマ２７から供給される時刻であり、図に示す例では<ｊ＋２>番目のＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳである。そして、「ｔs_j」は、端局３において前記<ｊ>番目のＦＥＣフレームのヘッダＨの先頭の受信タイミングで端局タイマ３７から供給される時刻である。時刻ｔs_jは、周波数同期が為された時刻ｔfよりも後の時刻である。前記の時刻「ｔh_j」や「ｔs_j」は記憶部３１３などに記憶される。

端局３の制御部３１の時刻調整部３１５は、記憶部３１３などに記憶されている端局タイマ３７から供給される時刻（ここでは、ｔs_j）ならびにＦＥＣフレームに付加されているタイムスタンプ情報ＴＳ（ここでは、ｔh_j）を読み出し、上記の数式２に従って時刻差Δｔを算出し、前記時刻差Δｔに基づいて端局タイマ３７の時刻を補正する。時刻調整部３１５は、すなわち、上記の数式２の算出結果として得られる時刻差Δｔを端局３の時刻から減じることによって時刻を変化させる。

以上により、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の時刻と端局３の端局タイマ３７の時刻とが調整される。図に示す例では、時刻調整が為されたタイミングでの端局タイマ３７における時刻をｔtとする。

時刻の調整処理が完了した後は、ＨＵＢ局２はタイムスタンプ情報ＴＳの付加・送信を停止する。タイムスタンプ情報ＴＳの付加・送信は、例えば、タイムスタンプ情報ＴＳの付加・送信の開始から予め定められる所定時間が経過するまで行われるようにしてもよく、或いは、各端局３からＨＵＢ局２へと所定の停止信号が送信されるまで行われるようにしてもよい。

次に、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整処理が行われる。

具体的には、ＨＵＢ局２が、端局３Ａ，３Ｂ，３Ｃのそれぞれから送信されるＦＥＣフレーム（言い換えると、上りバースト信号）を受信し、当該のＦＥＣフレームのヘッダＨの情報の受信完了タイミングでＨＵＢ局タイマ２７から供給される時刻（「ＦＥＣフレームのヘッダＨの受信完了時刻」と呼ぶ）を取得して記憶部２１３などに記憶させる。

図６に示す例では、ＨＵＢ局２において、端局３Ａから送信されるＦＥＣフレーム<Ａ>が、前記端局３Ａに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ>にて受信され、当該のＦＥＣフレーム<Ａ>のヘッダＨの受信完了時刻がｔh_aである。また、ＨＵＢ局２において、端局３Ｂから送信されるＦＥＣフレーム<Ｂ>が、前記端局３Ｂに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ＋１>にて受信され、当該のＦＥＣフレーム<Ｂ>のヘッダＨの受信完了時刻がｔh_bである。さらに、ＨＵＢ局２において、端局３Ｃから送信されるＦＥＣフレーム<Ｃ>が、前記端局３Ｃに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ＋２>にて受信され、当該のＦＥＣフレーム<Ｃ>のヘッダＨの受信完了時刻がｔh_cである。

ＨＵＢ局２における、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式に準拠するタイムスロットごとの、当該のタイムスロットに割り当てられている端局３から送信されるＦＥＣフレームのヘッダＨの情報の受信開始タイミング（「ＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻」と呼ぶ）は予め定められている。

図６に示す例では、ＨＵＢ局２における、端局３Ａに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ>のＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻がｔh_kであり、端局３Ｂに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ＋１>のＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻がｔh_k+1であり、端局３Ｃに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ＋２>のＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻がｔh_k+2である。

ＨＵＢ局２の制御部２１の時刻誤差算出部２１４は、タイムスロットごとに、言い換えると、当該のタイムスロットに割り当てられている端局３ごとに、ＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻と実際の受信完了時刻との差（「時刻誤差Δｔd」と呼ぶ）を算出する。時刻誤差Δｔdは、ＨＵＢ局２が想定する伝搬遅延の基準値に対する偏差に相当する。

下記の数式３Ａによって算出される時刻誤差Δｔdは、端局３Ａに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ>のＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻ｔh_kとＦＥＣフレーム<Ａ>の実際の受信完了時刻ｔh_aとの差である時刻誤差Δｔdaであり、端局３ＡについてＨＵＢ局２が想定する伝搬遅延の基準値に対する偏差に相当する。
（数３Ａ） Δｔda ＝ ｔh_k－ｔh_a

下記の数式３Ｂによって算出される時刻誤差Δｔdは、端局３Ｂに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ＋１>のＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻ｔh_k+1とＦＥＣフレーム<Ｂ>の実際の受信完了時刻ｔh_bとの差である時刻誤差Δｔdbであり、端局３ＢについてＨＵＢ局２が想定する伝搬遅延の基準値に対する偏差に相当する。
（数３Ｂ） Δｔdb ＝ ｔh_k+1－ｔh_b

下記の数式３Ｃによって算出される時刻誤差Δｔdは、端局３Ｃに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ＋２>のＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻ｔh_k+2とＦＥＣフレーム<Ｃ>の実際の受信完了時刻ｔh_cとの差である時刻誤差Δｔdcであり、端局３ＣについてＨＵＢ局２が想定する伝搬遅延の基準値に対する偏差に相当する。
（数３Ｃ） Δｔdc ＝ ｔh_k+2－ｔh_c

ＨＵＢ局２の制御部２１の時刻誤差算出部２１４は、上記の数式３Ａ，３Ｂ，３Ｃの算出結果として得られる時刻誤差Δｔdを各端局３へと送信する。図６に示す例では、上記の数式３Ａに従って算出される時刻誤差Δｔdaがタイムスロット<ｋ>に関する（或いは、タイムスロット<ｋ>に割り当てられている端局３Ａに関する）時刻誤差として<ｎ>番目のＦＥＣフレームに付加されて、また、上記の数式３Ｂに従って算出される時刻誤差Δｔdbがタイムスロット<ｋ＋１>に関する（或いは、タイムスロット<ｋ＋１>に割り当てられている端局３Ｂに関する）時刻誤差として<ｎ＋１>番目のＦＥＣフレームに付加されて、さらに、上記の数式３Ｃに従って算出される時刻誤差Δｔdcがタイムスロット<ｋ＋２>に関する（或いは、タイムスロット<ｋ＋２>に割り当てられている端局３Ｃに関する）時刻誤差として<ｎ＋２>番目のＦＥＣフレームに付加されて、ＨＵＢ局２から送信される。

端局３の制御部３１の時刻誤差調整部３１６は、ＨＵＢ局２から送信されるＦＥＣフレームに付加されている、自身に対して割り当てられているタイムスロットに関する時刻誤差Δｔdを取得し、前記時刻誤差Δｔdに基づいて、ＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングを調整する。

図６に示す例では、<ｎ>番目のＦＥＣフレームに付加されているタイムスロット<ｋ>に関する（言い換えると、タイムスロット<ｋ>に割り当てられている端局３Ａに関する）時刻誤差Δｔdaに基づいて、端局３ＡからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが調整される。具体的には、端局３ＡからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの予定時刻がＴsaであるとき、下記の数式４Ａに従って算出されるＴ'saが、端局３ＡからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整後の予定時刻とされる。
（数４Ａ） Ｔ'sa ＝ Ｔsa＋Δｔda

また、<ｎ＋１>番目のＦＥＣフレームに付加されているタイムスロット<ｋ＋１>に関する（言い換えると、タイムスロット<ｋ＋１>に割り当てられている端局３Ｂに関する）時刻誤差Δｔdbに基づいて、端局３ＢからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが調整される。具体的には、端局３ＢからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの予定時刻がＴsbであるとき、下記の数式４Ｂに従って算出されるＴ'sbが、端局３ＢからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整後の予定時刻とされる。
（数４Ｂ） Ｔ'sb ＝ Ｔsb＋Δｔdb

さらに、<ｎ＋２>番目のＦＥＣフレームに付加されているタイムスロット<ｋ＋２>に関する（言い換えると、タイムスロット<ｋ＋２>に割り当てられている端局３Ｃに関する）時刻誤差Δｔdcに基づいて、端局３ＣからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが調整される。具体的には、端局３ＣからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの予定時刻がＴscであるとき、下記の数式４Ｃに従って算出されるＴ'scが、端局３ＣからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整後の予定時刻とされる。
（数４Ｃ） Ｔ'sc ＝ Ｔsc＋Δｔdc

ここで、ＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻と実際の受信完了時刻とにはタイムラグがあるところ、すべての端局３が受信開始予定時刻から一定のタイムラグ後の時刻を基準時刻としてこの基準時刻に対する時間差の分を調整することにより、結果として各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが調整されてＨＵＢ局２におけるフレーム同士（別言すると、バースト同士）の衝突が防止される。

以上により、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが調整される。

次に、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの保持処理が行われる。

具体的には、上記によって各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが一旦調整された後も、ＨＵＢ局２が、引き続き、図６に示す例と同様に、端局３Ａ，３Ｂ，３Ｃのそれぞれから送信されるＦＥＣフレーム（言い換えると、上りバースト信号）のヘッダＨの受信完了時刻を取得して記憶部２１３などに記憶させるとともに、制御部２１の時刻誤差算出部２１４が、タイムスロットごとに、言い換えると、当該のタイムスロットに割り当てられている端局３ごとに、ＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻と実際の受信完了時刻との差である時刻誤差Δｔdを算出する。

ＨＵＢ局２の制御部２１の時刻誤差比較部２１５は、タイムスロットごとの（言い換えると、端局３ごとの）時刻誤差Δｔdが予め定められる時刻誤差閾値Ｔthr以上であるか否かを判定し、前記時刻誤差Δｔdが前記時刻誤差閾値Ｔthr以上であるとき、時刻誤差閾値Ｔthr以上となっているタイムスロットに関する時刻誤差Δｔdを、前記タイムスロットに割り当てられている端局３へと送信する。

具体的には例えば、図６に示す例を用いて説明すると、端局３Ａに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ>のＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻ｔh_kとＦＥＣフレーム<Ａ>の実際の受信完了時刻ｔh_aとの差である時刻誤差Δｔda（上記の数式３Ａ参照）が時刻誤差閾値Ｔthr以上であるとき、前記時刻誤差Δｔdaがタイムスロット<ｋ>に関する（或いは、タイムスロット<ｋ>に割り当てられている端局３Ａに関する）時刻誤差として<ｎ>番目のＦＥＣフレームに付加されてＨＵＢ局２から送信される。

また、端局３Ｂに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ＋１>のＦＥＣフレームのヘッダＨの受信開始予定時刻ｔh_k+1とＦＥＣフレーム<Ｂ>の実際の受信完了時刻ｔh_bとの差である時刻誤差Δｔdb（上記の数式３Ｂ参照）が時刻誤差閾値Ｔthr以上であるとき、前記時刻誤差Δｔdbがタイムスロット<ｋ＋１>に関する（或いは、タイムスロット<ｋ＋１>に割り当てられている端局３Ｂに関する）時刻誤差として<ｎ＋１>番目のＦＥＣフレームに付加されてＨＵＢ局２から送信される。

時刻誤差閾値Ｔthrは、特定の値に限定されるものではなく、例えば各端局３から送信されるフレームをＨＵＢ局２が受信する際の上り回線のフレーム間のスペース（即ち、各タイムスロットの間に挿入される無通信時間）をできる限り小さくしつつそれでもフレーム同士（別言すると、バースト同士）の衝突を回避し得ることが考慮されるなどしたうえで適当な値に適宜設定される。

端局３の制御部３１の再調整部３１７は、時刻誤差調整部３１６によるフレームの送信タイミングの調整処理が行われた後に、ＨＵＢ局２から送信されて自身に対して割り当てられているタイムスロットにて受信されるＦＥＣフレームに時刻誤差Δｔdが付加されている場合に、前記時刻誤差Δｔdを取得し、前記時刻誤差Δｔdに基づいてＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングを調整する。

具体的には例えば、図６に示す例を用いて説明すると、端局３Ａおいて、当該端局３Ａに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ>にて受信される<ｎ>番目のＦＥＣフレームに時刻誤差Δｔdaが付加されている場合に、前記時刻誤差Δｔdaに基づいて、端局３ＡからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが調整される（上記の数式４Ａ参照）。

また、端局３Ｂおいて、当該端局３Ｂに対して割り当てられているタイムスロット<ｋ＋１>にて受信される<ｎ＋１>番目のＦＥＣフレームに時刻誤差Δｔdbが付加されている場合に、前記時刻誤差Δｔdbに基づいて、端局３ＢからＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが調整される（上記の数式４Ｂ参照）。

なお、ＨＵＢ局２の時刻誤差算出部２１４と端局３の時刻誤差調整部３１６とによる各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整処理は、最初は、タイムスロットごとの時刻誤差Δｔdの大きさに関係なくすべての（使用中の）タイムスロットについて（言い換えると、すべての通信中の端局３について）行われることを前提として上記では説明したが、最初から、タイムスロットごとの時刻誤差Δｔdが時刻誤差閾値Ｔthr以上であるときのみ行われるようにしてもよい。この場合は、ＨＵＢ局２の時刻誤差算出部２１４は、時刻誤差Δｔdを各端局３へと送信する処理を行わない。また、端局３の時刻誤差調整部３１６と再調整部３１７とが１つのものとして構成される（具体的には、再調整部３１７に相当する機能を備えるものとして構成されればよい）。

また、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの保持処理が行われている段階で、タイムスロットごとの（言い換えると、端局３ごとの）時刻誤差Δｔdが予め定められる最大誤差閾値Ｔmax以上であるとき、または、タイムスロットごとの（言い換えると、端局３ごとの）時刻誤差Δｔdが予め定められる時刻誤差閾値Ｔthr以上となる頻度が高いときは、上記の、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の周波数と各端局３の端局タイマ３７の周波数との同期処理、および、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の時刻と端局３の端局タイマ３７の時刻との調整処理があらためて行われ、そのうえで、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整処理や、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの保持処理があらためて行われるようにしてもよい。

最大誤差閾値Ｔmaxは、特定の値に限定されるものではなく、例えばフレーム同士（別言すると、バースト同士）の衝突が発生してしまう臨界に相当する時刻誤差Δｔdの大きさが考慮されるなどしたうえで適当な値に適宜設定される。

また、上記の特にＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の時刻と各端局３の端局タイマ３７の時刻との調整処理が行われる前に端局３がＨＵＢ局２へとフレーム（言い換えると、上りバースト信号）を送信すると、他の端局のフレーム（上りバースト信号）と衝突する可能性がある。そこで、図７に示すように、１つのスロット周期内に、通信用スロットに加えて予備スロットが設けられるようにしてもよい。

図７に示す例では、１つのスロット周期内に、通信用スロットとしてスロット０００１からスロット１０００までが設けられ、さらに、予備スロットとしてスロット１００１からスロット１００５までが設けられる。予備スロットの個数は、図７に示す例における５個に限定されるものではなく、伝送効率を極端に悪化させないことが考慮されるなどしたうえで適当な個数に適宜設定される。

予備スロットは、例えば、上記のＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の周波数と各端局３の端局タイマ３７の周波数との同期処理が行われる前に、端局３がＦＥＣフレームをＨＵＢ局２へと送信する際に使用される。例えば、ＨＵＢ局２から端局３Ａに対してスロット１００２を使用する（言い換えると、スロット１００２のタイミングでフレームを送信する）内容の指示が送られ、端局３Ａはスロット１００２のタイミングでＦＥＣフレームをＨＵＢ局２へと送信する。

すなわち、この場合の無線通信システム１は、ＨＵＢ局２から各端局３Ａ，３Ｂ，３Ｃへの送信（即ち、下り回線）において時分割多重化（ＴＤＭ）方式に従うとともに各端局３Ａ，３Ｂ，３ＣからＨＵＢ局２への送信（即ち、上り回線）において時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを用いて通信衛星４を介して双方向の無線通信を行うＨＵＢ局２と端局３とを有し、端局３からＨＵＢ局２へとフレームを送信するタイミングを調整する処理が行われる無線通信システムであり、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）に準拠するタイムスロットについての１つのスロット周期内に、通信用スロットに加えて予備スロットが設けられ、フレームを送信するタイミングを調整する処理（例えば、周波数同期部３１４による処理）が行われる前に端局３が予備スロットを使用してフレームをＨＵＢ局２へと送信する、ようにしている。

このとき、隣り合うスロットを使用するとフレーム同士（別言すると、バースト同士）の衝突が発生するおそれがあるので、通信用スロットと隣り合っていない予備スロットを使用することが好ましい。図７に示す例では、予備スロットのうち、通信用スロットのスロット１０００と隣り合うスロット１００１ではなく、通信用スロットのスロット１０００と隣り合っていないスロット１００２を使用することが好ましい。また、フレームを送信するタイミングを調整する処理が行われる前の端局３が２つあって予備スロットのうちの２つを同時に使用する場合には、予備スロットのうち、通信用スロットのスロット１０００と隣り合っていないスロット１００２と、前記スロット１００２と隣り合っていないスロット１００４と、を使用することが好ましい。これにより、ＨＵＢ局２でのフレーム同士（別言すると、バースト同士）の衝突を一層確実に防止することが可能となる。

予備スロットの設定・使用は、ＨＵＢ局２や端局３が上記のようなタイマの周波数の同期処理、タイマの時刻の調整処理、フレームの送信タイミングの調整処理、およびフレームの送信タイミングの保持処理を行う場合には限られない。すなわち、端局３からＨＵＢ局２へとフレームを送信するタイミングを調整する（何らかの）処理が行われる無線通信システムにおいて、前記フレームを送信するタイミングを調整する処理が行われる前に端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信が行われる場合に予備スロットの設定・使用は有用である。

実施の形態に係る無線通信システム１によれば、ＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の周波数と各端局３の端局タイマ３７の周波数とが同期されるようにしているので、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整における前提であるＨＵＢ局２と端局３との周波数同期を実現することが可能となる。

実施の形態に係る無線通信システム１によれば、ＨＵＢ局タイマ２７の時刻と端局タイマ３７の時刻とが調整されるようにしているので、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整における前提であるＨＵＢ局２と端局３との時刻調整を実現することが可能となる。

実施の形態に係る無線通信システム１によれば、各端局３から送信されるフレームのＨＵＢ局２での受信タイミングに基づく各端局３とＨＵＢ局２との間それぞれの伝搬遅延に基づいて各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが調整されるようにしているので、端局３それぞれの伝搬遅延による時刻誤差（言い換えると、端局３それぞれの伝搬遅延のばらつき）を吸収／補償することができ、各端局３に対して割り当てられているタイムスロットのタイミングに合わせてフレームを送信することが可能となり、延いては上り回線のフレーム間のスペース（即ち、各タイムスロットの間に挿入される無通信時間）を小さくして回線の利用効率・伝送効率を向上させることが可能となる。

実施の形態に係る無線通信システム１によれば、各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングが一旦調整された後は、フレームを受信する予定時刻と実際の受信時刻との差である時刻誤差Δｔdが時刻誤差閾値Ｔthr以上であるときのみ各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの保持処理が行われるようにしているので、ＨＵＢ局２と各端局３との間におけるフレームの送信タイミングの保持処理に纏わるデータ伝送量の増加を抑制して回線の利用効率・伝送効率の低下を回避することが可能となる。

実施の形態に係る無線通信システム１によれば、１つのスロット周期内に通信用スロットに加えて予備スロットが設けられるようにしているので、端局３からＨＵＢ局２へとフレームを送信するタイミングを調整する処理が行われる前におけるＨＵＢ局２でのフレーム同士（別言すると、バースト同士）の衝突を防止することが可能となり、このため、フレーム間のスペース（即ち、各タイムスロットの間に挿入される無通信時間）を小さくすることが可能となり、延いては回線の利用効率・伝送効率を向上させることが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態では、端局３の周波数同期部３１４によるＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の周波数と各端局３の端局タイマ３７の周波数との同期処理、端局３の時刻調整部３１５によるＨＵＢ局２のＨＵＢ局タイマ２７の時刻と各端局３の端局タイマ３７の時刻との調整処理、ＨＵＢ局２の時刻誤差算出部２１４および端局３の時刻誤差調整部３１６による各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの調整処理、ならびに、ＨＵＢ局２の時刻誤差算出部２１４と時刻誤差比較部２１５および端局３の再調整部３１７による各端局３からＨＵＢ局２へのフレームの送信タイミングの保持処理が行われるようにしているが、前記４つの処理は、それぞれ、必要に応じて単独で用いられたり他の処理と組み合わされて用いられたりするようにしてもよい。すなわち、例えば、必要に応じて上記の周波数の同期処理のみが行われたり、上記の周波数の同期処理が行われたうえで他の時刻の調整処理などが行われたりするようにしてもよい。

１ 無線通信システム
２ ＨＵＢ局
２１ 制御部
２１１ 中央処理装置
２１２ 入出力部
２１３ 記憶部
２１４ 時刻誤差算出部
２１５ 時刻誤差比較部
２２ バッファメモリ
２３ 送信部
２４ 受信部
２５ 送受共用器
２６ アンテナ
２７ ＨＵＢ局タイマ
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 端局
３１ 制御部
３１１ 中央処理装置
３１２ 入出力部
３１３ 記憶部
３１４ 周波数同期部
３１５ 時刻調整部
３１６ 時刻誤差調整部
３１７ 再調整部
３２ バッファメモリ
３３ 送信部
３４ 受信部
３５ 送受共用器
３６ アンテナ
３７ 端局タイマ
４ 通信衛星

Claims (1)

1. ＨＵＢ局から各端局への送信において時分割多重化方式に従うとともに前記各端局からＨＵＢ局への送信において時分割多元接続方式に従う無線フレームフォーマットに準拠したフレームを用いて通信衛星を介して双方向の無線通信を行うＨＵＢ局と端局とを有し、前記端局から前記ＨＵＢ局へと前記フレームを送信するタイミングを調整する処理が行われる無線通信システムであり、
   時分割多元接続に準拠するタイムスロットについての１つのスロット周期内に、通信用スロットに加えて予備スロットが設けられ、
   前記フレームを送信するタイミングを調整する前記処理が行われる前に、前記端局が、前記予備スロットのうち前記通信用スロットと隣り合っていないスロットを使用してフレームを前記ＨＵＢ局へと送信する、
   ことを特徴とする無線通信システム。