JPH0613949A - 周回衛星による衛星通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周回衛星へのアクセス端末数を増やす。 【構成】 ダウンリンクの特定の通信チャネル経由の衛
星からの指示に応答してアップリンクの複数の通信チャ
ネルのうちの空きチャネルを用いてパケットプロトコル
に従い地上局から周回衛星へ送信データを送信し、ダウ
ンリンクによる周回衛星からの他の指示に応答して地上
局がアップリンクの複数のチャネルのうちの空きチャネ
ルを用いてプロトコルに従い周回衛星から送信データを
受信することにより蓄積転送サービスを提供する周回衛
星ベースの衛星通信システムにおいて、周回衛星がアッ
プリンクの周波数帯域を端末と周回衛星との間の距離の
変動に起因するドプラシフト量に応答して複数のサブチ
ャネルに分割する中間周波数復調器1,2,3 …と、このサ
ブチャネル単位に送信データを復調する復調回路4-7,4-
8,4-9 …と、サブチャネル単位に復調された送信データ
を予め定められた手順により処理するプロセッサ4-10を
備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は周回衛星による衛星通信
システムに関し、特にドップラー効果による搬送波周波
数のシフトを用いて通信チャネルを拡大したこの種の衛
星通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】衛星通信システムの発展はこれまで静止
衛星に大きく依存してきた。静止衛星は、赤道上空高度
３６，０００Ｋｍに打ち上げるために、大規模の打上げ
ロケットを必要とし、打上げコストが高い。また、各国
がこれまでに打ち上げた静止衛星が多数になったので、
使用可能な静止軌道位置が残り少なくなってきた。さら
に地上局との距離が非常に大きく、したがって伝播ロス
が大きいので、大規模な送受信装置を要する。これらの
理由により、従来の衛星通信では、需要の伸びの著しい
パーソナル通信の要求に応じられない。このような背景
から、低高度の周回衛星を利用した衛星通信システムが
注目を集めてきた。低高度周回衛星による衛星通信の第
一の利点は、打上げロケットが比較的小型で済むので、
打上げ１回のコストを低く抑えられることである。した
がって、打上げ失敗に対するリスクが軽減され、小型の
周回衛星を多数打ち上げることができるようになった。
低高度周回衛星方式の通信衛星の高度が低いことに起因
するサービスエリアの狭さも打上げ衛星の数を増やすこ
とにより解消できる。第二の利点は、リアルタイムの通
信を必要としない場合（例えば、１８０度の経度差、す
なわち１２時間の時差のある二つの地点の間の通信の場
合）に、少数の衛星構成による低コストの蓄積転送サー
ビスを提供できることである。さらに、第三の利点は、
地上／衛星間の距離が静止衛星の場合と比較して小さく
伝播ロスが小さいので、地上局の規模を小さくでき、パ
ーソナル通信の要求に容易に応えられることである。少
数の周回衛星を利用した上述の低コストの蓄積転送サー
ビスを提供するためには、個々の地上局と衛星とを通信
回線で直接に結ぶほうが有利である。ゲートウェイなど
の中継用の地上局を含めればそれだけコストが上昇す
る。このような低コストの衛星通信システムの実例とし
ては、パケット方式で地上局から衛星へランダムにアク
セスすることを可能にするための競合制御手段を含むＡ
ＬＯＨＡ方式（富永英義他共訳，“コンピュータネット
ワークとプロトコル”コロナ社，ｐｐ．93〜117 ，１９
８６．を参照）が挙げられる。このＡＬＯＨＡ方式と同
一の競合制御手段を含む蓄積転送による周回衛星通信シ
ステムの実例としては、日本のJAS-1(JAPAN Amateur Sa
tellite-1)、JAS-1b、英国サレー大学のＵ０Sat （文
献、J M Radbone,“U0SAT:A Decade of Experience Pio
neering Microsatellites”Symposium International S
mall Satellite Systems and Service29,June-3,July;1
992,Arcachon France を参照）が挙げられる。

【０００３】このＡＬＯＨＡ方式を利用した上記蓄積転
送システムにおいては、周回衛星の周回に伴いある地域
がその衛星のサービスエリアに入る衛星可視時間（１時
間／日程度）に通信が集中するので、静止衛星ベースの
従来のリアルタイム通信システムに比較して多数の通信
チャネルを備えなければならない。すなわち、通信要求
数が同一であれば、蓄積転送システムが備えるべき通信
チャネルの数は、静止衛星ベースのリアルタイム通信シ
ステムの場合の２４倍になる。

【０００４】また、この蓄積転送システムにおいては、
衛星の対地距離高度変動率が大きい（６Ｋｍ／ｓｅｃ）
ので、地上局においても衛星においても受信搬送波の周
波数にドプラシフトが生じ、したがってこのドプラシフ
トに対する許容量を含めた周波数チャネル割当が必要と
なる。例えば、搬送波周波数２５００ＭＨｚ、高度７０
０Ｋｍの円軌道の周回衛星による通信システムにおいて
は、上記ドプラシフトは図１に示すとおり±５０ＫＨｚ
に達する。したがって、この通信システムにより９．６
ｋｂｐｓのビットレートの信号を伝送するに必要な周波
数帯域幅はドプラシフトの無い場合には２０ＫＨｚ程度
で十分であるが、ドプラシフトへの許容量を含めると１
２０ＫＨｚ程度すなわち６倍に拡大しなけれはならな
い。したがって、この通信システムにおいて利用可能な
通信チャネル数の減少を招く。この問題への対策とし
て、ＵＳＰ第4,191,923 号明細書にはドプラシフト補正
用の基準パイロット信号を用いる通信方式が提案されて
いる。この通信方式においては、マスタ地上局からの基
準パイロット信号の周波数・位相を基準にしてスレーブ
地上局の各々がドプラシフト量を検出し、そのシフト量
を零にするように搬送波周波数を補正する。これによっ
て、上記ドプラシフトへの許容量は不要となり利用可能
な通信チャネル数を増やすことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の基準パ
イロット信号を用いる通信方式は、多数のマスタ地上局
の設置が必要である。すなわち、周回衛星は上記衛星可
視時間対応の可視域ごとに設定されたマスタ地上局を必
要とするので、世界各地に多数のマスタ地上局の設置を
必要とする。したがって、通信システムの規模の増大と
ともに地上局におけるドップラシフト補正のためのハー
ドウェアの増大を招き、システム全体のコスト増を招く
という欠点を有している。

【０００６】したがって、本発明の目的は、周回衛星に
も地上局にもハードウェアの実質的増大を招くことなく
搬送波周波数の利用効率を高めた経済的な周回衛星利用
の蓄積転送システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、周回衛星と複
数の地上局とが特定の周波数を中心とする周波数帯域に
広がる通信チャネルのダウンリンクと前記周波数帯域よ
りも広い周波数帯域に広がる複数の通信チャネルのアッ
プリンクとを有し、前記ダウンリンクによる前記周回衛
星からの第１の指示に応答して前記地上局の１つが前記
第１の指示の示す前記複数の通信チャネルのうちの空き
チャネルを通じてパケットプロトコルに従い前記周回衛
星との間で通信回線を形成して前記周回衛星に送信デー
タを供給し、前記ダウンリンクによる前記周回衛星から
の第２の指示に応答して前記地上局のもう１つが前記第
２の指示が示す前記複数の通信チャネルのうちの空きチ
ャネルを通じて前記プロトコルに従い前記周回衛星との
間で通信回線を形成して前記周回衛星から前記送信デー
タを受信することにより蓄積転送サービスを提供する周
回衛星による衛星通信システムにおいて、前記周回衛星
が、前記アップリンクの１つの通信チャネル当りの周波
数帯域を前記端末と前記周回衛星との間の距離の変動に
起因する周波数のドプラシフト量に基き複数のサブチャ
ネルに分割する分割手段と、前記サブチャネル単位に前
記送信データを復調する復調手段と、前記サブチャネル
単位に復調された前記送信データを予め定められた手順
により処理するデータ処理手段とを備えることを特徴と
する。

【０００８】本発明により、周回衛星のアップリンクの
通信チャネルの割当周波数帯域を実質的に多チャネル化
できる。

【０００９】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１０】本発明による周回衛星ベースの衛星通信シ
ステムを概略的に示す図２を参照すると、周回衛星１の
進行方向ａの前方にある地表に位置するユーザ２と後方
にある地表に位置するユーザ３とが衛星１に搭載された
後述の通信装置により音声信号ほかのデータの送受信を
行う。

【００１１】ユーザ２，３ともに搬送波周波数ｆ^a で送
信中の場合は、衛星１における受信周波数は、ドプラ効
果のため各々変化し、ユーザ２からの搬送波周波数ｆ^a
はｆ^a1（＞ｆ^a ）となり、ユーザ３からのそれはｆ
^a2（＜ｆ^a ）にそれぞれシフトする。同様に、ユーザ
２，３ともに衛星１から搬送波周波数ｆ^b で受信中の場
合は、ユーザ２における周波数ｆ^b はｆ^b1（＞ｆ^b ）と
なり、ユーザ３におけるそれはｆ^b2（＜ｆ^b ）にそれぞ
れシフトする。これら周波数シフトをドプラシフトと呼
ぶ。衛星１搭載の上記通信装置が搬送波周波数ｆ^a と上
記ドプラシフトを含む搬送波周波数ｆ^a1およびｆ^a2とを
互に分離して復調できれば、地表から衛星１へのアップ
リンクの伝送帯域幅は図３に示すとうり、周波数帯域
Ａ，ＢおよびＣに分割し、これら帯域を３つの通信チャ
ネルＣＨ３，ＣＨ２，およびＣＨ１にそれぞれ割り当て
ることができる。尚、図３において第３のチャネルＣＨ
３（周波数帯域Ａ）は周波数ｆ^a2を中心とする帯域に、
第２のチャネルＣＨ２（周波数帯域Ｂ）は周波数ｆ^a を
中心とする帯域に、第１のチャネルＣＨ１（周波数帯域
Ｃ）は周波数ｆ^a1を中心とする帯域にそれぞれ相当す
る。周回衛星１の飛行ルート直下の地表の１つの地点に
おいて観測される衛星１からの搬送波の周波数は、図４
に示すとうり、可視時間の最初すなわちその地点から衛
星１が見え始める時点で高く、衛星１がその地点の上空
を通過して遠ざかるにつれて低くなる。このように変化
する周波数を上記第１乃至第３の通信チャネルにそれぞ
れ割り当てれば、各チャネルごとに信号の送受信が可能
であることが明らかである。また、周回衛星の通過に伴
うドプラシフトを利用した周波数割当てとこの衛星のサ
ービスエリアとの関係を、この衛星が第２のチャネルＣ
Ｈ２の利用エリアの中心の上空に位置する時点について
示した図５を参照すると、衛星の飛行方向ａに対する前
方エリアが第１チャネルＣＨ１の利用エリア、後方エリ
アが第３チャネルＣＨ３の利用エリアとなる。

【００１２】図２に示した本発明の周回衛星による衛星
通信システムにおいて、衛星１は、予め定められた周波
数割当てによる通信チャネルｃｈ０，ｃｈ１，ｃｈ２…
を通じて地上局２，３に対し蓄積転送サービスを行う。
ここで、通信チャネルｃｈ０はダウンリンクのみに使用
される回線管理用のチャネルであり、常時送信状態にあ
る。すなわち、このチャネルｃｈ０は地上局に対し通信
チャネルｃｈ１，ｃｈ２…のうちの空きチャネルのチャ
ネル番号を地上局に伝送し、その空きチャネルによる送
信を地上局に許可する送信許可信号の送信などの回線管
理に使用する。地上局の通信端末装置は、この送信許可
信号をチャネルｃｈ０経由で受信すると、その信号が表
示する空きチャネルを通じ送信メッセージの送信を開始
する。なお、この送信許可信号の受信までは、地上局は
送信を停止している。また、送信すべき信号を実際に地
上局が送信する際の、衛星との間の回線接続手順はＡＬ
ＯＨＡシステム標準のパケットプロトコルによる。送信
許可信号を受信した各地上局がこのパケットプロトコル
に従って一斉に送信を開始する一方、衛星１はドップラ
シフトを利用して、衛星の直下の地点を含む上記チャネ
ルｃｈ２の利用エリア（図５）にある１局、衛星の進行
方向前方のチャネルｃｈ１利用エリアにある１局、およ
び衛星の進行方向後方のチャネルｃｈ３利用エリアにあ
る１局の計３局の地上局との回線を接続する。これは、
従来技術によるこの種の通信システムにおいて、衛星の
直下の地点近傍にある地上局からの信号にアップリンク
が占有され、アップリンク・ダウンリンクの両方におい
て周波数の利用効率が極めて低下するのと対照的であ
る。衛星１と地上局２，３との回線接続が上述の段階を
経て完了すると、地上局２，３からの通信相手先情報付
きデータの各々は、衛星１の搭載プロセッサによって衛
星備え付けのメモリに書き込まれ蓄積される。衛星搭載
プロセッサは、メモリ内のデータの転送先を管理してお
り、衛星１が目的のエリアの上空に到達したとき、上記
回線管理用チャネルｃｈ０により転送先を呼び出す。

【００１３】転送先の地上局がチャネルｃｈ０によりこ
の転送先情報を受信した場合も、上述の送信許可信号受
信の場合と同様の手順で空きチャネルを通じパケットプ
ロトコルに従って衛星１との回線を接続した後、衛星１
からデータを受信する。衛星１のプロセッサは、パケッ
トプロトコルの最後にデータ伝送の完了を認識した後、
当該データをメモリから消去するよう制御する。本発明
の一実施例における衛星搭載通信装置のブロック図であ
る図６を併せ参照すると、衛星装置１のアンテナ４から
の入力信号4-1-1 は、ダイプレクサ4-2を経て低雑音増
幅器（LOW NOISE AMPLIFIER ）4-3 に入力される。低雑
音増幅器4-3 の出力信号は、マルチプレクサ 4-4により
所定の周波数帯のチャネルｃｈ１，ｃｈ２，…に回線分
離され、ミキサ 4-5-1,4-5-2,4-5-3 …にそれぞれ出力
される。これらミキサはチャネル対応の局部発振器（LO
CAL OSCILLATOR）4-6-1,4-6-2,4-6-3 …から局部発振出
力の供給をそれぞれ受け、上記回線分離出力を中間周波
数信号にそれぞれ変換する。これらミキサ 4-5-1,4-5-
2,4-5-3 …の出力はさらに中間周波数復調器１，２，３
…に供給される。これら中間周波数復調器１，２，３…
の各々は３個の復調回路4-7,4-8,および4-9 から成り、
ドプラシフトより３つのチャネルch1-1,ch1-2,ch1-3 に
分離された出力をプロセッサ4-10を経てメモリ4-14に供
給し蓄積する。プロセッサ4-10経由で読み出されたメモ
リ4-14の読出出力信号は、変調器（MOD ）4-11により変
調された後、局部発振器（LOCAL OSCILLATOR）4-13の発
振出力を受けるにミキサ 4-12 によりチャネルch-0の周
波数に周波数変換され、マルチプレクサ 4-15 を経て出
力増幅器（TX AMP）4-16に供給される。出力増幅器4-16
によって所定の出力レベルに増幅された出力信号4-1-2
は、結合分離回路であるダイプレクサ4-2 を経てアンテ
ナ4-1 から地上局向けに放射される。地上局の通信端末
装置のブロック図である図７を参照すると、アンテナ5-
1 に受信された受信信号5-1-1 は、ダイプレクサ5-2 を
経てマルチプレクサ 5-3に供給される。マルチプレクサ
5-3はこの入力信号を、上記チャネルch0 用のミキサ5-
4-2と空きチャネル用のミキサ 5-4-1に分離する。ミキ
サ 5-4-1はプロセッサ5-8 によって指定された周波数の
局部発振出力を生ずる局部発振器（LOCAL OSCILLATOR）
5-5-1 からの局部発振出力を受け上記受信信号の周波数
を所定の中間周波数へ変換し復調器（DEM ）5-6-1 に供
給する。復調器（DEM ）5-6-1 によって復調された信号
はプロセッサ5-8 を通じて受信データメモリ5-7 に書き
込まれる。一方、ミキサ 5-4-2はチャネルch0 の周波数
の局部発振出力を受けそのチャネルｃｈ０からの入力周
波数を所定の中間周波数へ変換し復調器（DEM ）5-6-2
に出力する。復調器（DEM ）5-6-2 によって復調された
信号はプロセッサ5-8 に出力される。

【００１４】一方、入出力端末5-9 により入力された送
信データは、プロセッサ5-8 を経て送信データメモリ5-
10に書き込まれる。衛星１の信号授受の際にプロセッサ
5-8から読み出された出力データは、変調器（MOD ）5-1
1により変調されミキサ 5-12 に出力される。ミキサ 5-
12 にはプロセッサ5-8 指定の周波数の局部発振出力が
発振器（LOCAL OSCILLATOR）5-13から供給されているの
で、上記出力データはこの局部発振周波数対応の周波数
変換を受けたのち出力増幅器（TX AMP）5-14に入力され
る。出力増幅器5-14によって所定のレベルに増幅された
出力信号5-1-2は、ダイプレクサ5-2 を経てアンテナ5-1
から衛星１に向けて放射される。図６および図７に示
した衛星搭載通信装置および地上局装置を含む本発明の
衛星通信システムは次のとおり動作する。

【００１５】すなわち、衛星１が地上局に対し蓄積転送
サービスの受け付けを開始する場合、プロセッサ4-10
は、上記空チャネル表示の上記送信許可信号を、ミキサ
4-12によりチャネルch0 の周波数帯に周波数変換した
後、マルチプレクサ 4-15,出力増幅器4-16, ダイプレク
サ 4-2を経てアンテナ4-1 から放出する。各地上局は、
この送信許可信号を受信すると、ミキサ 5-4-2でチャネ
ルch0 の中間周波数帯に周波数変換した後、復調器5-6-
2 で復調しプロセッサ5-8 に入力する。プロセッサ5-8
は、チャネルｃｈ０でこの送信許可信号を受信すると、
この送信許可信号で示された空きチャネル番号を局部発
振器（LOCAL OSCILLATOR）5-13に供給する。次に、プロ
セッサ5-8 は、接続要求信号をミキサ 5-12 において空
きチャネルの周波数帯に周波数変換した後、出力増幅器
5-14, ダイプレクサ5-2を経てアンテナ5-1 から放出す
る。

【００１６】衛星１は、この接続要求信号をアンテナ4-
1 で受信したのち、ダイプレクサ4-2,マルチプレクサ 4
-4を経て指定した空きチャネル対応の局部発振出力を受
けるとミキサ 4-5-1,4-5-2…で中間周波数帯に変換し、
中間周波数復調器（IF/DEM）によって分離復調しプロセ
ッサ4-10に供給する。空きチャネルがチャネルch1 であ
る場合は、接続開始信号は、３つの復調回路4-7,4-8 お
よび4-9 の一つにより復調される。どの復調回路で復調
されるかは、地上局が衛星の直下近傍にあるか、上記前
方または後方のエリアにあるかによって決まる。

【００１７】接続要求信号を受信した衛星のプロセッサ
4-10と地上局のプロセッサ5-8 とは、以降送信許可信号
の送受信時と同様のルートを経てパケットプロトコルに
従った信号のやりとりを行い、回線を接続する。

【００１８】尚、送信許可信号指定の空きチャネルの周
波数対応のエリア（図５）の各地上局が一斉に接続要求
信号の送信を開始したとしても、パケットプロトコルに
従って信号の送受信を行うので、図５の３つのエリアの
各々の通信端末１つは衛星１と接続される。

【００１９】衛星と地上局との回線接続が完了すると、
地上局からの通信相手先情報付きデータは、接続要求信
号と同様のルートで衛星のプロセッサ4-10を経てメモリ
4-14に書き込まれ蓄積される。

【００２０】衛星のプロセッサ4-10は、メモリ内のデー
タの転送先を管理しており、衛星が目的のエリアに到達
した時、上記送信許可信号送出時と同様にチャネルｃｈ
０により転送先呼び出し信号を出力する。転送先の地上
局のプロセッサ5-8 は送信許可信号受信時と同様にチャ
ネルｃｈ０によりこの転送先呼び出し情報を受信し、上
述の送信許可信号受信の場合と同様の手順およびルート
で空きチャネル経由でパケットプロトコルに従って衛星
との回線を接続した後、衛星からデータを受信し受信デ
ータを受信データメモリ5-7 に蓄積する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明による通信
システムにおいては、アップリンクの周波数の利用効率
が改善され、チャネル数を増大でき、周回衛星へのラン
ダムアクセス時のアクセス端末の数を増やすことが出来
るという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるドプラ効果による搬送周波数変
化の説明図である。

【図２】本発明による周回衛星ベースの衛星通信システ
ムの概略図である。

【図３】本発明の通信システムにおける通信チャネルの
周波数割当の一例を示す図である。

【図４】ドプラ効果による搬送波周波数の変化と通信チ
ャネルとの関係示す図である。

【図５】上記通信チャネルと周回衛星のサービスエリア
との関係を示す図である。

【図６】本発明の一実施例における衛星搭載通信装置の
ブロック図である。

【図７】本発明の一実施例における地上局設置の通信端
末のブロック図である。

【符号の説明】

１ 衛星 ２，３ 地球局 ４−１，５−１ アンテナ ４−１−１，５−１−１ 入力信号 ４−１−２，５−１−２ 出力信号 ４−２，５−２ ダイプレクサ ４−３ 低雑音増幅器 ４−４，５−３ マルチプレクサ ４−５−１，４−５−２，４−５−３，５−４−１，５
−４−２ ミキサ ４−６−１，４−６−２，４−６−３，５−５−１，５
−５−２ 局部発振器 ４−７，４−８，４−９ 復調回路 ４−１０，５−８ プロセッサ ４−１１，５−１１ 変調器 ４−１２，５−１２ ミキサ ４−１３，５−１３ 局部発振器 ４−１４ メモリ ４−１５ マルチプレクサ ４−１６，５−１４ 出力増幅器 ５−６−１，５−６−２ 復調器 ５−７ 受信データメモリ ５−９ 入出力端末 ５−１０ 送信データメモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周回衛星と複数の地上局とが特定の周波
   数を中心とする周波数帯域に広がる通信チャネルのダウ
   ンリンクと前記周波数帯域よりも広い周波数帯域に広が
   る複数の通信チャネルのアップリンクとを有し、前記ダ
   ウンリンクによる前記周回衛星からの第１の指示に応答
   して前記地上局の１つが前記第１の指示の示す前記複数
   の通信チャネルのうちの空きチャネルを通じてパケット
   プロトコルに従い前記周回衛星との間で通信回線を形成
   して前記周回衛星に送信データを供給し、前記ダウンリ
   ンクによる前記周回衛星からの第２の指示に応答して前
   記地上局のもう１つが前記第２の指示が示す前記複数の
   通信チャネルのうちの空きチャネルを通じて前記プロト
   コルに従い前記周回衛星との間で通信回線を形成して前
   記周回衛星から前記送信データを受信することにより蓄
   積転送サービスを提供する周回衛星による衛星通信シス
   テムにおいて、前記周回衛星が、前記アップリンクの１
   つの通信チャネル当りの周波数帯域を前記端末と前記周
   回衛星との間の距離の変動に起因する周波数のドプラシ
   フト量に基き複数のサブチャネルに分割する分割手段
   と、前記サブチャネル単位に前記送信データを復調する
   復調手段と、前記サブチャネル単位に復調された前記送
   信データを予め定められた手順により処理するデータ処
   理手段とを備えたことを特徴とする周回衛星による衛星
   通信システム。