JPH0720076B2

JPH0720076B2 - 衛星システムにおけるデ−タ伝送方式

Info

Publication number: JPH0720076B2
Application number: JP61110251A
Authority: JP
Inventors: 博憲加藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS62266931A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えば気象衛星システムの如き衛星システム
におけるデータ伝送方式に関する。

（従来の技術）周知のように、気象衛星システムは、気象観測機能と信
号中継機能を備える衛星と、衛星から観測画像データを
受信し、これに画像処理を施し、衛星へ向けて送信する
地上局と、前記画像処理を施したデータを衛星を介して
受信する衛星画像利用者（ユーザ局）とで構成される。

この種の衛星システムにおける従来のデータ伝送方式
は、例えば第３図に示す如く構成されている。

第３図において、Ａは衛星、Ｂは地上局、Ｃはユーザ
局、３は低雑音増幅器、４はダウンコンバータ、５は帯
域通過フィルタ、７はアップコンバータ、８は電力増幅
器、９はダイプレクサ、10はアンテナ、11は地上局のア
ンテナ、12はダイプレクサ、13は低雑音増幅器、14はダ
ウンコンバータ、15は帯域通過フィルタ、17は復調器、
18は画像処理装置、19は記憶装置、21はアップコンバー
タ、22は電力増幅器、23はユーザ局のアンテナ、24は低
雑音増幅器、25はダウンコンバータ、26は帯域通過フィ
ルタ、28は復調器、29は画像処理装置、30は表示装置、
32,33,34はスイッチ、35は送信出力低減回路、36はPNコ
ード発生器、37はQPSK変調器、38は変調器である。

以上の構成において、従来のデータ伝送方式では、まず
衛星Ａが地上局Ｂへ観測取得した生の画像データを送信
し、次いで地上局Ｂが衛星Ａを介してユーザ局Ｃへ画像
処理したデータを送信するようになっている。

即ち、まず、衛星Ａでは、一定の観測時間内にカメラで
取得しディジタル化した一連の生の画像データ（データ
レイトは例えば14Mbps）がスイッチ33でPNコード発生器
36からのランダム信号と交互に切り換えられ、これがQP
SK変調器37で４相位相変調され、スイッチ34を介したア
ップコンバータ７で搬送波周波数に周波数変換され、次
いで電力増幅器８で電力増幅され、送信出力低減回路35
をバイパスするスイッチ32、同32の直接接続ルートを介
してダイプレクサ９へ入力され、アンテナ10から送信さ
れる。

この送信電波は、第４図（Ａ）に示す如く、生の画像デ
ータ（イ）とランダム信号（ロ）が時間軸上で交互に配
置されたものとなり、この時の両信号のスペクトルは、
周波数f₁を中心にかなり広帯域なものとなる。

次に、地上局Ｂでは、アンテナ11で受信した受信信号が
ダイプレクサ12、低雑音増幅器13、ダウンコンバータ1
4、帯域通過フィルタ15を介した復調器17で画像データ
が復調され、画像処理装置18で一次画像処理が施された
画像データ（一次画像処理データ）は全てが記憶装置19
に一時記憶される。

そして、記憶装置19からの一次画像処理データは変調器
38で角度変調を受け、次いでアップコンバータ21で搬送
周波数へ周波数変換され、その後電力増幅器22、ダイプ
レクサ12を介したアンテナ11から送信される。

この送信電波は、第４図（Ｂ）に示す如く、FM−AM波ま
たFM−FM波からなり、そのスペクトルは前記周波数f₁の
近傍の周波数f₂を中心とし帯域が1MHz以下のものとな
る。

つまり、第４図（Ａ）（Ｂ）から明らかなように、生の
画像データ（イ）の送信周波数f₁と画像処理後の画像デ
ータの送信周波数f₂とは近接しているので、両者を同一
タイミングで衛星から送信できず、地上局Ｂでは生の画
像データ（イ）を全て受信した後に一次画像処理データ
を送信しているのである。

地上局Ｂの送信信号は、衛星Ａにおける、アンテナ10、
ダイプレクサ９、低雑音増幅器３、ダウンコンバータ
４、帯域通過フィルタ５、スイッチ34、アップコンバー
タ７、電力増幅器８、スイッチ32、送信出力低減回路3
5、スイッチ32、ダイプレクサ９およびアンテナ10の中
継ルートで折り返されてユーザ局Ｃへ送信される。

なお、送信出力低減回路35は衛星Ａの送信電力束密度を
規定値以下に抑制するためのものである。

ユーザ局Ｃでは、アンテナ23で受信した受信信号が低雑
音増幅器24、ダウンコンバータ25、帯域通過フィルタ26
を介して復調器28で復調され、画像処理装置29で画像処
理され、表示装置30で画像情報か入手できることにな
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述した従来のデータ伝送方式では、衛
星のカメラで取得した一連の画像データをまず地上局へ
伝送して地上局で画像処理し、その後地上局が衛星を介
してユーザ局へ画像データを配布するようにしているの
で、次の後き種々の問題点がある。

まず、衛星のカメラで取得した画像データの地上局への
データ伝送時間は１回約30分必要であるが、例えば１日
８回取得するとすれば、１日約４時間のデータ伝送時間
を要し、その間画像データのユーザは画像処理されたデ
ータの衛星を介した配布が受けられない。つまり、即時
性に欠ける。

また、衛星のカメラで取得した生の画像データをユーザ
自身で画像処理するには、生の画像データを直接受信す
る必要があるが、衛星のカメラで取得した一連の生の画
像データは高速データレイト（例えば14Mbps）であるの
で帯域幅が広くなり、そのデータを受信するためには大
型アンテナが必要である。これはユーザに大きな経済的
負担を強いることになり、実現困難である。

さらに、ユーザにとって画像データの配布は安価に受け
られることが望ましいが、衛星からの送信電力は電波法
の電力束密度規定値を満足させるために上限が制約され
ている（そのために、衛星内に送信出力低減回路が必要
である）ため、ユーザのアンテナはある程度以上小型に
できず、ユーザの負担を大きくしている。

最後に、船舶等の画像データユーザの場合にはアンテナ
の小型化ができず、また船には揺動があるので、衛星か
らの画像データを取得するためには高度な追尾機構が必
要である。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、その目的は衛星が取得した生の画像データを、地上
局が画像処理したデータと共にユーザ局において簡単に
受信できる衛星システムにおけるデータ伝送方式を提供
することにある。

（問題点を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明の衛星システムにお
けるデータ伝送方式は次の如き構成を有する。即ち、本
発明の衛星システムにおけるデータ伝送方式は、観測機
能と信号中継機能とを備える衛星と、地上局と、衛星回
線を介して画像データの配布を受けるユーザ局とで構成
される衛星システムにおいて；前記地上局は、前記衛星
が連続的に送信する画像データについてのスペクトラム
拡散信号を受信し、復調する受信手段と；受信復調した
画像データについて画像処理をする画像処理手段と；画
像処理したデータに誤り訂正符号を付加する訂正符号付
加手段と：この訂正符号付加手段の出力を受けて、これ
にスペクトラム拡散処理を施して前記衛星へ向けて送信
する送信手段と；を備え、かつ前記衛星は、観測取得し
ディジタル化した一連の画像データのデータレイトを低
減するデータレイト低減手段と；データレイトが低減さ
れた画像データについてスペクトラム拡散処理をし、前
記スペクトラム拡散信号を形成するスペクトラム拡散処
理手段と；前記形成したスペクトラム拡散信号と前記地
上局の送信信号とを合成する合成手段と：合成手段の出
力を前記地上局およびユーザ局へ向けて送信する送信手
段と；を備えたことを特徴とする。

（作用）次に、前記構成を有する本発明の衛星システムにおける
データ伝送方式の作用を説明する。

まず、衛星では、観測取得しディジタル化した一連の画
像データのデータレイトをデータレイト低減手段が低減
し、このデータレイトが低減された画像データについて
スペクトラム拡散処理手段がスペクトラム拡散処理をし
てスペクトラム拡散信号を形成し、このスペクトラム拡
散信号が合成手段を介した送信手段によって地上局およ
びユーザ局へ連続的に送信される。

一方、地上局では、受信手段が前記衛星が連続的に送信
する画像データについてのスペクトラム拡散信号を受信
・復調し、画像処理手段がこの受信・復調した画像デー
タについて画像処理（一次画像処理）をし、訂正符号付
加手段がこの一次画像処理したデータに誤り訂正符号を
付加し、送信手段がこの誤り訂正符号付一次画像処理デ
ータについてスペクトラム拡散処理を施して前記衛星へ
向けて送信する。

この地上局送信に係るスペクトラム拡散した一次画像処
理データは衛星における合成手段により、衛星が連続的
に送信している前記スペクトラム拡散信号と合成されて
折り返し送信されることになる。

つまり、衛星は観測取得した生の画像データと一次画像
処理データを同時に送信し、ユーザ局は両者を同時に受
信することになる。

ここに、一次画像処理データは誤り訂正符号が付加さ
れ、さらにスペクトラム拡散したものであるから、ユー
ザ局では、この地上局送信に係る一次画像処理データ信
号と衛星送信に係る生の画像データ信号の搬送波周波数
が同一であっても、両信号を所定のビット誤り率で分離
受信できる。

従って、本発明のデータ伝送方式によれば、生の画像デ
ータと一次画像処理データを同一周波数を含む任意の周
波数で同時伝送できる。

そして、ユーザ局では、地上局送信に係る一次画像処理
データに対してはその符号化利得により受信利得が向上
し、その分受信アンテナを小型にできる。また、生の画
像データはデータレイトを低減したものであるから、ア
ンテナを大型化せずとも小型のアンテナで生の画像デー
タも受信できることになり、画像データの利用が容易と
なる。

次に、一次画像処理データの配布は生の画像データと共
に行われるから、一次画像処理データの配布時間は従来
と比較して１日当り少なくとも４時間以上増加する。さ
らに、船舶等の画像データ利用者では、アンテナの小型
化（従来比で約半分になる）ができるので、追尾機構の
簡素化ができる。加えて、スペクトラム拡散された画像
データが衛星から発射されるので、衛星から地表面に放
射される電力束密度は十分に電波法の規定値を満足する
ことができ、衛星内に送信出力低減回路が不要となり、
衛星が小型、軽量、高信頼度化できる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図は本発明の一実施例に係るデータ伝送方式の構成ブロ
ック図である。なお、第３図に示した構成と同一構成部
分には同一符号を付し、その説明を省略する。

第１図において、まず、衛星Ａでは、従来のPNコード発
生器36、スイッチ33に代えてデータレイト低減装置１を
設け、また従来のQPSK変調器37に代えてスペクトラム拡
散送信装置２を設け、さらに従来のスイッチ34に代えて
合成装置６を設け、かつ従来のスイッチ32、同32、送信
出力低減回路35を削除した構成となっている。

データレイト低減装置１へ入力するディジタル化した生
の画像データの入力形態は従来と同様である。即ち、例
えば気象衛星では自転周期が例えば600msの中気象観測
時間は例えば30msであり、この期間に観測取得しディジ
タル化した生の画像データが各自転周期毎にデータレイ
ト低減装置１へ入力する。データレイト低減装置１では
この30msの期間内で取得した画像データを例えば600ms
の時間をかけてスペクトラム拡散送信装置２へ出力す
る。即ち、データレイト低減装置１では、前記の例で言
えば、入力データのデータレイトが1/20に低減されるの
で、入力データはデータレイトが14Mbpsとすると、出力
データは0.7Mbpsとなる。このデータレイト低減装置１
の機能から次のことが理解できる。

即ち、従来の衛星では、600msの自転周期の中、30msの
期間画像データを送信し、残余の570msの期間はPNコー
ドに係るランダム信号を送信し（第３図参照）、もって
電力束密度の問題に対処していた。それを本発明の衛星
では、600msの自転周期の全周期に亙り連続的に画像デ
ータを送信する。このとき、送信信号はスペクトラム拡
散送信装置２によりスペクトラム拡散処理をし、電力束
密度の問題に対処することにしたのである。

合成装置６はスペクトラム拡散送信装置２の出力（スペ
クトラム拡散信号）と地上局Ｂの送信信号を合成する。

また、地上局Ｂでは、帯域通過フィルタ15と復調器17間
にスペクトラム拡散受信装置16を設け、また変調器38に
代えて誤り訂正符号器20およびスペクトラム拡散送信装
置40を設け、さらに、画像処理装置18から誤り訂正符号
器20へも画像処理したデータ（一次画像処理データ）を
直接出力するようにしてある。

スペクトラム拡散受信装置16は前記衛星Ａが連続的に送
信する画像データについてのスペクトラム拡散信号を受
信してデータレイトを低減した信号を再生し、それを復
調器17へ出力するので復調器17では生の画像データが復
調されることになる。従って、スペクトラム拡散受信装
置16と復調器17は全体として受信手段を構成している。

誤り訂正符号器20では、画像処理装置18から直接的に、
また記憶装置19を介して一次画像処理データが入力する
ので、この一次画像処理データを例えば拘束長７、符号
化率1/2の畳み込み符号で符号化する。この誤り訂正符
号付の一次画像処理データはスペクトラム拡散送信装置
40でスペクトラム拡散処理され、衛星Ａへ向けて送信さ
れる。つまり、本発明では、送信信号は誤り訂正符号が
付加され、そのデータレイトは衛星Ａのデータレイト低
減装置１による0.7Mbps以上となり、さらにスペクトラ
ム拡散処理されるから、そのスペクトラム拡散効果によ
り電力束密度が低下する。従って、衛星Ａにおいて送信
出力低減回路が不要となるのである。

地上局Ｂが送信した一次画像処理データは衛星Ａの合成
装置36において生の画像データと合成され、衛星Ａから
送信される。この送信電波は、第２図（Ａ）に示す如
く、生の画像データと誤り訂正符号を付加した一次画像
処理データが１つ変調波に含まれた連続信号となり、そ
のスペクトルは、生の画像データの搬送波周波数と誤り
訂正符号付一次画像処理データの搬送波周波数とが適宜
間隔離隔した周波数配置である場合には、第２図（Ｂ）
に示す如くになる。

ここで、一次画像処理データは記憶装置19へ一時記憶す
るようになっているので、地上局Ｂからは例えば定期的
に記憶装置19へ一次記憶した一次画像処理データが送信
できることになる。これは例えば誤り訂正符号器20にお
いて入力を切り換えることにより行う。

このような送信電波を受信するユーザ局Ｃでは、帯域通
過フィルタ26と復調器28間にスペクトラム拡散受信装置
27と複合器31を設け、スイッチ39を復調器28側に切り換
えると生の画像データが得られ、また復合器31側に切り
換えると誤り訂正符号付一次画像処理データが得られる
ようになっている。

ここに、ユーザ局においては、画像処理後の画像データ
を誤り訂正符号付として受信するので、その画像データ
に対しては符号化利得により受信利得が向上し、その分
受信アンテナを小型にできる。また、生の画像データは
データレイトを低減したものであるから、アンテナを大
型化せずとも小型のアンテナで受信できることになる。

ここで、衛星Ａから送信される生の画像データと一次画
像処理データとが互いに干渉なく同時伝送できることの
理由を具体例で説明する。

まず、上記２つの信号が同時に衛星から送信される時、
それぞれの送信電力が同一であると仮定する。この時両
者の妨害余裕度Mjは0 dBとなる。

そこで、生の画像データに対し、ビット誤り率10^-5を達
成するに必要な所要S/Nを10dBとすると、スペクトラム
拡散に必要な処理利得Gpは式Gp＝Mj＋［Lsys＋所要S/
N］で与えられる。ここでシステム損失Lsysを1dBと仮定
すれば処理利得Gpは11dB必要となり生の画像データのス
ペクトラム拡散後の無線周波数帯域幅B_WRFを10MHzとす
れば、生の画像データの最大データレイトR₁は式で示され、約0.79Mbpsまでの伝送ができる。

それ故、データレイト低減装置１では入力データレイト
を1/20に低減し、0.7Mbpsの出力データを得るようにし
たのである。

他方、一次画像処理データに対しては例えば畳み込み符
号により符号化するとすれば、この画像データに対して
ビット誤り率10^-5を達成するに必要な所要S/Nは約5dBと
なる。また、スペクトラム拡散に必要な処理利得はLsys
を1dBと仮定すれば前式よりGpは6dBとなるので、一次画
像処理データのスペクトラム拡散後の無線周波数帯域幅
B_WRFの同様に10MHzとすれば、一次画像処理データの最
大データレイトR₂は2.5Mbpsとなる。

つまり、一次画像処理データも生の画像データと同様に
スペクトラム拡散するのであるから、両者共に同一周波
数を含む任意の周波数の搬送波を用いることができる。
このとき、両者間で干渉が生ずるが、生の画像データの
データレイトが0.79Mbps以内であり、かつ一次画像処理
データのデータレイトが2.5Mbps以内であれば、ユーザ
局Ｃにおいてはビット誤り率10^-5の精度を維持して両信
号を分離受信できるのであり、画像データの同時伝送が
可能となるのである。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明の衛星システムにおけるデ
ータ伝送方式によれば、衛星においては観測取得しディ
ジタル化した一連の画像データ（生の画像データ）をデ
ータレイトを低減しスペクトラム拡散して送信するよう
にし、また地上局においは画像処理した画像データに誤
り訂正符号を付加しスペクトラム拡散して送信するよう
にしたので両信号共に同一の周波数の搬送波であって
も、ユーザ局では両信号を所定のビット誤り率で分離受
信できる。従って、本発明のデータ伝送方式によれば、
生の画像データと画像処理後の画像データを同一周波数
を含む任意の周波数で同時伝送できる。そして、ユーザ
局では、地上局で一次画像処理された画像データに対し
てはその符号化利得により受信利得が向上し、その分受
信アンテナを小型にできる。

また、生の画像データはデータレイトを低減したもので
あるから、アンテナを大型化せずとも小型のアンテナで
生の画像データも受信できることになり、画像データの
利用が容易となる。

次に、画像処理されたデータの配布は生の画像データと
共に行われるから、画像処理されたデータの配布時間は
従来と比較して１日当り少なくとも４時間以上増加す
る。さらに、船舶等の画像データ利用者では、アンテナ
の小型化ができるので、追尾機構の簡素化ができる。加
えて、スペクトラム拡散された画像データが衛星から発
射されるので、衛星から地表面に放射される電力束密度
は十分に電波法の規定値を満足することができ、衛星内
に送信出力低減回路が不要となり、衛星が小型、軽量、
高信頼度化できる。さらに、地上局にあっては、スペク
トラム拡散した生の画像データを受信するので、アンテ
ナは従来のものよりも1/3以下のものでよいことにな
り、設備費の低減に寄与できる等の優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るデータ伝送方式の構成
ブロック図、第２図は本発明による変調波とスペクトル
を示す図、第３図は従来のデータ伝送方式の構成ブロッ
ク図、第４図は従来方式の変調波とスペクトルを示す図
である。１……データレイト低減装置、２……スペクトラム拡散
送信装置、３……低雑音増幅器、４……ダウンコンバー
タ、５……帯域通過フィルタ、６……合成装置、７……
アップコンバータ、８……電力増幅器、９……ダイプレ
クサ、10……アンテナ、11……アンテナ、12……ダイプ
レクサ、13……低雑音増幅器、14……ダウンコンバー
タ、15……帯域通過フィルタ、16……スペクトラム拡散
受信装置、17……復調器、18……画像処理装置、19……
記憶装置、20……誤り訂正符号器、21……アップコンバ
ータ、22……電力増幅器、23……アンテナ、24……低雑
音増幅器、25……ダウンコンバータ、26……帯域通過フ
ィルタ、27……スペクトラム拡散受信装置、28……復調
器、29……画像処理装置、30……表示装置、31……復合
器、39……スイッチ、40……スペクトラム拡散送信装
置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観測機能と信号中継機能とを備える衛星
と、地上局と、衛星回線を介して画像データの配布を受
けるユーザ局とで構成される衛星システムにおいて；前
記地上局は、前記衛星が連続的に送信する画像データに
ついてのスペクトラム拡散信号を受信し、復調する受信
手段と；受信復調した画像データについて画像処理をす
る画像処理手段と；画像処理したデータに誤り訂正符号
を付加する訂正符号付加手段と：この訂正符号付加手段
の出力を受けて、これにスペクトラム拡散処理を施して
前記衛星へ向けて送信する送信手段と；を備え、かつ前
記衛星は、観測取得しディジタル化した一連の画像デー
タのデータレイトを低減するデータレイト低減手段と；
データレイトが低減された画像データについてスペクト
ラム拡散処理をし、前記スペクトラム拡散信号を形成す
るスペクトラム拡散処理手段と；前記形成したスペクト
ラム拡散信号と前記地上局の送信信号とを合成する合成
手段と：合成手段の出力を前記地上局およびユーザ局へ
向けて送信する送信手段と；を備えたことを特徴とする
衛星システムにおけるデータ伝送方式。