JPS5847102B2 - 時分割多元接続通信の初期接続方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は時分割多元接続（以下ＴＤＭＡという。

）による衛星通信方式に関する。

特に衛星に対して初めてアクセスするための改良した方
法訃よび装置に関するものである。

ＴＤＭＡ方式による衛星通信方式では、既に通信を行な
っている局に対して妨害を与えずに、これからその衛星
を利用して通信を開始しようとする局が自局に与えられ
たタイムスロットに、自局のタイミングを同期させるい
わゆる初期接続の技術が重要である。

これはたとえ衛星が静止衛星であっても地球局と衛星と
の間の相対的な位置が僅かに変動するので、各地球局に
固定的に設定することができず、通信を開始する都度設
定Ｌ〜なげればならない。

この初期接続の方法として、従来から主として下記の３
つの方法が知られている。

すなわち、 （１） 自局に割り当てられたタイムスロットヲ送信
開始時に予測する方法（以下予測法という。

）。（２）情報帯域外に地球局１通信衛星間の距離測定
用の帯域を設けて、正規電力による専用信号を用いて地
球局と衛星間の距離を測定１７、これにより初期接続を
行なう方法（以下帯域外測定法という。

）。（３）情報ビット帯域内に情報ビットの送信電力よ
り低い電力の信号を他局に妨害を与えないように送信し
、この信号を地球局で受信して初期接続を行なう方法Ｃ
以下低電力法という。

）。これらの方法のうち第一の予測法については、非常
に高精度の予測手段を備えることが必要であって、装置
が大規模に々り高価になる欠点がある。

第二の帯域外測定法は、初期接続が行なわれる時間は運
用時間に比べて非常に短い時間であるにもかかわらず、
常時特別の信号帯域を割り当てることになるため、帯域
利用効率が悪くなる欠点がある。

第三の低電力法は、帯域利用効率上もよく初期接続に必
要な装置の規模も小さくて済むため優れた方法として現
用されている。

これを少し詳しく述べると、情報信号よりかなり長い時
間幅の低電力パルスを使用し、これを狭帯域フィルタを
通して受信することにより電力低下による信号品質の劣
化を改善して初期接続を行なう方法などが知られている
（特公昭４７−１１９２５）。

ところが通信衛星の中継器の搬送波周波数は、運用中に
かなり大きく変動するものであるため、初期接続信号検
出の際に受信帯域幅をこの変動幅より狭くすることがで
きない。

捷た中継器の増幅率の変動、伝播損失の変動などにより
、初期接続信号の検出レベルの変動が起きる。

これらの原因により、初期接続信号の検出誤りが起きる
ことがある。

この検出誤りを避けるためには、情報信号に対して電力
低下の比を余り大きくとることができず、他の通信中の
局に若干の妨害を与えることになる欠点がある。

本発明はとれる改良するもので、中継器の搬送波周波数
や伝送路減衰量に変動があっても、この影響を除いて低
電力信号を受信することができ、通信中の他局に妨害を
与えることの少ない方式を提供することを目的とする。

本発明は初期接続を行なうための低電カバースト状信号
の送信に先立って、ＴＤＭＡフレーム１個分以上の長さ
の連続信号を送信する手段と、この連続信号を受信監視
する手段と、この受信出力による自動周波数調整回路（
以下ＡＦＣという。

）釦よび自動利得調整回路（以下ＡＧＣという。

）の少なくとも一方の回路とを備えたことを特徴とする
。

以下図面を用いて詳しく説明する。

第１図は本発明が実施されるＴＤＭＡの地球局装置の標
準的な構成国である。

２重の枠で囲った装置は、特に本発明の初期接続方式に
関係深い部分である。

第１図に釦いて１０は初期接続信号発生装置、１１は送
信制御装置、１２は変調装置、１３は送信装置、１４は
送信同期装置、２０は初期接続信号検出装置、′２１は
受信制御装置、２２は復ノ 調装置、２３は受信装置、２４は受信同期装置、２５は
送信位相誤差検出装置、３０は初期接続過程制御装置で
ある。

音声信号等の送信すべき信号５１は、送信制御装置１１
に与えられＰＣＭ符号化、多重化、同期信号の付加、ス
クランプリングなどが行なわれ、バースト状の高速ディ
ジタル信号５２として出力され、変調装置１２に加えら
れる。

変調方式としては一般にＰＳＫが用いられる。

変調出力５３は送信装置１３に加えられ、送信周波数に
変換され、出力増幅器を通って送信出力５４として衛星
上の中継装置に向けて発射される。

一方、中継装置により中継された信号は、受信人力６４
として受信装置２３に加えられ、低雑音増幅器９周波数
変換器などを通り、中間周波数帯の信号６３として、復
調装置２２に加えられる。

ここで同期検波等公知の方法により、高速ディジタル信
号６２に復調され、受信制御装置２１によりデスクラン
プリング２分離、復号化などが行ｉわれ、音声信号に復
元されて受信出力６１として分配される。

復調ディジタル信号６２は分岐されて受信同期装置２４
にも加えられ、ここで基準局から送信された基準バース
ト内の同期信号が抽出され、同装置内の受信フレームカ
ウンタの同期をとるために使用される。

この結果受信フレーム同期が確立され、受信フレームカ
ウンタによって作られる受信フレームパルス６５が、前
述の受信制御装置２１の各種動作を制御するために使用
される。

受信同期装置２４は、さらに前述の受信フレームカウン
タを利用して自局送信信号の受信位置予測信号６６を作
り、送信位相誤差検出装置２５に与えられる。

この検出装置は送信同期装置１４と捷とめて一般にバー
スト同期装置と呼ばれる部分であり、復調ディジタル信
号６２から自局送信バースト内の同期信号を抽出し、こ
れと前記予測信号６６とを比較１〜で送信位相誤差を測
定するよう構成されている。

送信同期装置１４は、送信の基本となるクロック信号発
生器や、送信フレームカウンタを内蔵し、送信フレーム
パルス５５を作って送信制御装置１１の各種動作を制御
するが、一方、送信位相誤差検出装置２５で得られた送
信位相誤差情報６７を用いて、送信フレームパルス５５
の発生位相を制御し、常に送信位相誤差を最小にするよ
うに制御を行なう。

正常な動作状態にある限り上述の各装置だけが動作する
が、初期接続を行なうためには、このうえにいくつかの
装置が必要となる。

初期接続信号発生装置１０は、送信同期装置１４の内部
の送信フレームカウンタに同期して発生する初期接続信
号制御信号５６に応じて、初期接続信号５７を発生する
。

本発明の場合は、初期接続信号にはＴＤＭＡフレーム全
体に送信する低電力の連続信号、釦よび情報ビットより
長い時間幅のパルス状の低電信号が用いられる。

送信装置１３より送信され、衛星上の中継装置により中
継された初期接続信号は、地球局に戻って受信装置２３
により受信され、受信信号６８として他の信号とともに
初期接続信号検出装置２０に供給される。

検出装置２０は受信同期装置２４から供給される初期接
続位置指定信号６９を用いて、受信信号中の初期接続信
号の部分のみ、すなわち自局のタイムスロットとして割
り当てられて他局からの送信信号の存在しない部分を選
別し、初期接続信号の状態を監視し、その結果を初期接
続信号検出表示信号７０として初期接続過程制御装置３
０に通報する。

この制御装置３０は、あらかじめ定められたプログラム
と検出表示信号７０の状態に応じて、送信モード制御信
号７１．初期接続モード制御信号７２釦よび７３を発生
１−１初期接続信号発生装置１０、送信同期装置１４釦
よび検出装置２０の動作を制御する。

次［第２図に示すタイムチャートにより本発明の動作原
理を説明する。

第２図イはＴＤＭＡ通信のフレームフォーマットの概念
図であり、横軸に時間軸をとり、各局から送信される信
号が中継装置を通るときの時間的配列を示したものであ
る。

この配列はＴＤＭＡフレームを１つの周期として繰り返
される。

各局から送信される信号はバーストと呼ばれる断続信号
である。

第２図イに釦いて１は基準バーストと呼ばれ、中継装置
を通る時のＴＤＭＡフレームに対し、各局が訃互いのバ
ーストが重なり合わないよう同期をとるために、時間基
準として使用される。

２、２’ 、 ２”Ｈ各地球局から送信される情報信号
のバーストを示す。

各情報信号のバーストは基準バーストに対して、あらか
じめ定められた相対関係を保つように、常時受信側で監
視され、送信タイミングが制御される。

３に割り当てられたタイムスロットを示し、第２図イで
はこのタイムスロットに送信が行なわれていない状態を
示している。

本発明による初期接続方式は次のように３段階のステッ
プで進められる。

先ず第１ステツプでは、第２図口のように情報ビットの
信号レベルより約２０ｄＢ低い連続信号４が送信される
。

受信側では受信された信号のうち、自局に割り当てられ
たタイムスロット３の位置の信号だけを監視し、ここに
現われた信号に対しＡＦＣおよびＡＧＣをとる。

初期接続信号は全フレームに対して送信されているため
、連続信号４は必ずこのタイムスロット３に現われ、し
かもこのタイムスロットでは他局の信号で妨害を受るこ
とがないから、伝播路の雑音に対する配慮を適切に行な
えば、正しくＡＦ（ｌたばＡＧＣを制御することができ
る。

この具体的な装置については好捷しい実施例により後で
詳述する。

Ａ Ｆ Ｃｉ−よびＡＧＣの制御が完了すると、第ニス
テップに移る。

第ニステップでは、第２図へのように情報ビットの１ビ
ツトの長さよりは長く。

同じく情報ビットの信号レベルより約２０ｄＢ低イハー
スト状信号５が送信側のフレームフォーマット上で、自
局に割り当てられた空きタイムスロット３の位置に相当
するタイミングで送信される。

それと同時に送信同期装置は、このタイミングが適当な
一定の速度Ｎビット／フレームで中継器上のフレームフ
ォーマットに対し掃引されるよう制御される。

一方、受信側では第一ステップでＡＦＣおよびＡＧＣの
制御が完了しているため、十分狭帯域のフィルタにより
十分なＳ／Ｎ比により十分低い誤り率でこのバースト状
信号５を検出することができる。

受信側でこのバースト状信号５を検出した瞬間に前述の
送信装置のＮビット／フレームの掃引を停止する。

ここで、送信信号とこれが衛星上の中継装置を経て戻っ
た受信信号との間に大きな遅延時間が存在しないとすれ
ば、これで送信タイミングが確定され、これにより決す
ったタイミングにより正常レベルのバーストを送信すれ
ば、そのバーストはほぼ第２図の空きバースト３の位置
に現われることになる。

ところが通常使用される通信衛星は赤道上約３６０００
にアの円軌道を描いているため、衛星通信にかげる遅延
時間は約０．３秒の非常に大きなものである。

従って実際に使用すべき送信タイミングは、この遅延時
間即ち約０．３秒前のものとなる。

従ってこの時間は過剰掃引になりこれを補正しなげれば
ならない。

第三のステップではこの補正が行なわれる。

補正量の計算の一例を以下に述べる。

先ず、衛星遅延時間Ｔ。

は下カ１）により計算される。

但し Ｃ：光速 （ｋｍ／Ｓｅ ｃ ） φｅ：ＴＤＭＡ！ｌ置が設置される地球局の経度（ｄｅ
ｇ）θｅ：ＴＤＭＡ！Ｉ置が設置される地球局の緯度（
ｄｅｇ）Ｒｅ ： ＴＶ）ＭＡ装置が設置される地討局
の他心半笛〜ψＳ：使用する通信衛星の経度
（ｄｅｇ）θＳ：使用する通信衛星の緯度中０°
（ｄｅｇ）Ｒ８：使用する通信衛星の他心からの距離
（ｋｒｎ）この遅延時間Ｔ。

ば、地球局が決定され使用する静止通信衛星が決定され
れば、はぼ一定の値となる。

しかし、前述のように静止通信衛星といえども、地球局
との相対位置に若干の運動がある。

この運動による衛星の経度の誤差は主１°０’ 、緯
度の誤差は±０．５°、軌道離心率は０．００１．これ
による他心からの距離の誤差は±４２に２程度のものと
いわれている。

これらの誤差による遅延時間Ｔ。の誤差は、最大±１．
４ ｍ Ｓｅｃ程度のものとなることが知られている。

過剰掃引に対する補正量Ｍビットは次式により計算され
る。

但し Ｔ。

：衛星遅延時間（Ｓｅｃ）Ｔｆ： ＴＤＭＡフレーム周
期（Ｓｅｃ）Ｎ：掃引速度 Ｃビット／フレーム） いｔＴＤＭ置の設置条件により計算されるこの補正量Ｍ
ビットにより単純に過剰掃引を修正すれば、前述の遅延
時間Ｔ。

の誤差（ｌＴＩ）中±１．４ｍ５ｅｃ）により送信タイ
ミングに誤差’Ｔ”ｒｘが生じ、これとなる。

一般に初期接続のための空バーストには１０μＳｅｅ程
度の長さをとるので上式の補正を行なえば十分正確な送
信位置が決定できることにる。

次に、第３図を用いて本発明実施例による初期接続信号
検出装置の構成と動作を説明する。

これは第１図に釦いて符号２０で示されたブロックに相
当する部分である。

第３図に釦いてば１００はゲート回路；１０１釦よび１
０２は乗算器、１０３ばＳ／Ｎ比を改善するためのバン
ドパスフィルタ、１０４ばＡＦＣ電圧を作るため適当な
遅延特性をもったバンドパスフィルタ、１０５はＡＦＣ
電圧サンプルホールド回路、１０６は電圧制御発振回路
、１０７は検波回路、１１８ばＡＧＣ電圧サンプルホー
ルド回路、１１０Ｈ分圧抵抗、１０９はローパスフィル
タ、１１１はＡ入力がＢ入力より大きい場合論理レベル
「１」を出力するレベル検出回路、１１３はｎ段のシフ
トレジスタ、１１４はｎビットの人力のうちｍビット以
上が１である場合１を出力する多数決回路である。

この回路の動作を説明すると、受信信号６８は第１図に
示す受信同期装置２４から供給される初期接続位置指定
信号６９によりゲート回路１００でゲートされ、第２図
口に示す３０部分のみが切り出された形となって乗算器
１０１Ｖｃ供給される。

乗算器１０１では電圧制御発振回路１０６の出力２０７
と混合され、中間数波数に変換された信号２０２となる
。

この信号２０２はバンドパスフィルタ１０４に供給され
る。

このフィルタ１０４の入力釦よび出力は乗算器１０２に
供給され、中間周波数の信号２０２の周波数に対応した
電圧２０５が出力される。

この電圧２０５はＡＦＣ電圧電圧サンプルホール１陀路
給される。

前述の動作原理のステップ１では、初期接続信号はフレ
ーム全体に送信されているので、これが第２図口に示す
タイムスロット３で切り出されて、この電圧２０５は初
期接続信号に対応したものとなる。

従ってＡＦＣ電圧電圧サンプルホール１陀路１図に示す
制御装置３０から供給されるステップ１を示す信号γ３
と、初期接続位置指定信号６９が存在する間に、この電
圧２０５をサンプルし他の期間はサンプルされた電圧を
ホールドして電圧制御発振器１０６Ｖｃ供給すれば、電
圧匍陶発振器１０６の出力２０７［１ｄＡＦＣｆ７）制
御が完成された制御信号が得られる。

一方バンドパスフィルタ１０４を通った受信信号２０４
は、さらにＳ／Ｎ比改善のためバンドパスフィルタ１０
３を通り検波回路１０７に供給される。

検波回路の出力電圧２０８はＡＧＣ電圧サンプルホール
ド回路１０８に供給され、ＡＦＣ回路の場合と同様に、
前述のステップ１の信号７３と初期接続位置指定信号６
９とにより、そのピーク値がサンプルホールドされる。

これによりＡＧＣの制御が完了する。

このようにして、ＡＦＣとＡＧＣが完了した後ステップ
２に移り前に説明したように、パルス状の信号がフレー
ム内をＮビット／フレームのゆっくりとした速度で掃引
される。

この時にはサンプルホールド回路１０５釦よび１０８の
電圧はステップ１のときの値にホールドされ、検波回路
１０７の出力は情報ビットにより約２０ｄＢ低い低電力
信号に対して最良の状態となっている。

この状態で検波回路１０７の出力電圧２０８はさらにＳ
／Ｎ比を改善するためのローパスフィルタ１０９を通っ
たあと、レベル検出器１１１に加えられステップ１で、
１０８に記憶された初期接続信号のピーク値を分圧抵抗
１１０により分圧して設定されたしきい値電圧２１０と
比較され、検波重臣がしきい値電圧を超えた場合２１１
には論理「１」が出力される。

この出力は初期接続位置指定信号により、シフトレジス
タ１１３に読み込１れる。

即ちシフトレジスタ１１３には、過去ｎフレームに渡っ
て、初期接続指定位置で１〜きい値２１０を超える電圧
が入ったことが記憶される。

この情報は多数決回路１１４に出力され、１の個数がｍ
個以上になった場合、正しく初期接続信号を検出したも
のとして、初期接続信号検出表示信号７０が初期接続過
程制御装置（第１図に示す制御装置３０）に出力される
。

初期接続過程制御装置は、これにより送信側の掃引を止
め、前に説明１−た時間位置ＪＴＴＸの補正を行なう。

これにより初期接続は終り、この結果をもとに正常電力
で短いバーストを送信すれば、そのバーストは正しい自
局タイムスロットの位置に制御される。

このように概略の送信タイミングを決定した後、この情
報に基づいて正規電力の特別の信号を送信し、送信タイ
ミングのより正確な決定を行なうなど幾つかの過程が残
されてかす、これらの動作は初期接続過程制御装置３０
により行なわれるが、これらの方法は公知であり、詳細
は本発明と直接関係がないので説明を省略する。

以上詳述したように本発明によれば、初期接続信号の送
出レベルを下げたことによる信号品質の劣化に対する対
策を、初期接続技術の目的である送信タイミングの決定
に先立ち独立に行なうことができ、従来よりも低い送信
レベルで正確な初期接続信号検出を可能とする。

とのＡＦＣの方法として、実施例ではフィルタを利用し
た回路で説明したが、他にも周波数弁別器を設ける場合
、あるいはディジタル技術を応用して電圧制御発振回路
の制御電圧をＤＡコンバータで制御掃引し、受信レベル
が最大となる制御電圧を記憶する場合など種々の方法が
考えられ、これらによっても同様に本発明を実施するこ
とができる。

渣た、ＡＧＣの方法として、実施例ではアナログ的なサ
ンプルホールド回路と、サンプルホールドされた電圧を
分圧して、初期接続信号検出のためのしきい値電圧を作
る回路を用いて説明したが、ディジタル技術の応用によ
り、初期接続信号の受信レベルをＡＤコンバータにより
ディジタル符号化し、これを記憶比較する場合、あるい
はアナログとディジタル技術の両者を適宜混用する等が
考えられる。

この方法によれば受信レベルをディジタル処理した場合
、受信レベルピーク値に対［２しきい値電圧をプログラ
ムにより変えることも可能であり、受信Ｓ／Ｎ比に対し
最適のしきい値電圧を設定できるなどの利点がある。

さらに受信側の受信周波数、信号検出レベルは一定とし
て、送信側で送信周波数、送信レベルを制御して、最適
の検出状態を作り出し−で本発明を実施することもでき
る。

この場合にも制御にはアナログ的な制御とディジタル的
な制御のいずれでも応用することができる。

ＡＦＣ４たはＡＧＣをとるための初期接続信号の送信時
間については、受信側でＡＦ（ＪたばＡＧＣが確立され
たことを確認したうえで連続信号送出を止める方法とか
、あらかじめ判っているＡＦＣｆたはＡＧＣの確立に必
要な時間だけ連続信号を送信し、受信側では連続信号送
出を知った後衛星オでの往復遅延時間だけ遅れた位置に
ＡＦＣ。

ＡＧＣをとるためのタイ□フグを設定する方法などが考
えられ、このようにしても本発明を実施することができ
る。

以上述べた種々の制御に、ディジタル信号を用いた制御
を採用すれば、マイクロプロセッサを応用することによ
り高度な制御を簡単に実現でき、この場合、第３図に示
す多数決回路はマイクロプロセッサのソフトウェアで行
なって、ハードウェアは省略することができるなど回路
規模を小さくすることのできる効果もある。

さらに本発明によれば、初期接続信号として極めて狭帯
域の信号を用いることができるため、ＴＤＭん重信系に
参加する複数の地球局の各々に対し、違った初期接続信
号帯域を割り当てることができ、この場合複数局が同時
に初期接続を開始しても信号の重複による混乱を避ける
ことができる利点がある。

上記実施例で説明したＡ Ｆ Ｃｉ−よびＡＧ（Ｊ：つ
いては、このどちらか一方のみを使用するよう構成する
ことによっても本発明を実施することができる。

以上説明したように本発明によれば、バースト状初期接
続信号の検出に先立ち、その周波数、受信レベルを正確
に知り中継器の搬送波周波数変動や伝送路の減衰の変動
の影響をなくし最適の状態で低電力信号を受信すること
ができる。

この結果、従来より初期接続信号レベルを下げることが
でき、通信中の他の局に対する妨害を少なくできる利点
がある。

現在商用に供されている衛星通信用周波数は４ Ｇ Ｈ
ｚ 、 ６ Ｇ Ｈｚ帯であるが、通信需要の増加から
今後さらに高い周波数、例えば１１ＧＨｚ帯。

１４ＧＨｚ帯、２０ＧＨｚ帯、３０ＧＨｚ帯の利用が開
発されると、これらの周波数帯では、降雨、霧など気象
による伝送路の減衰の変動は太きく、本発明の装置を用
いれば、この伝送路の減衰の変動は補償できるので、本
発明は特に高い周波数利用に関し非常に大きな利用効果
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が実施されるＴＤ力踵球局装置の標準的
な構成図。 第２図はＴＤＭＡ通信のタイムチャートで、各地球局か
ら送信される信号が中継装置を通る時の時間的配列を示
す図。 イは着目する特定の地球局の送信が行なわれない状態、
口は連続信号が送信された状態、ハは低電力のバースト
状信号が送信された状態をそれぞれ示す。 第３図は本発明実施例の初期接続信号検出装置の構成図
。 １・・・基準バースト、２、２／ 、 ２／／・・・各
局から送信される情報信号のバースト、３・・・自局に
割り当てられたタイムスロット、４・・・低電力の連続
信号、５・・・低電力のバースト状信号、１０・・・初
期接続信号発生装置、１１・・・送信制御装置、１２・
・・変調装置、１３・・・送信装置、１４・・・送信同
期装置、２０・・・初期接続信号検出装置、２１・・・
受信制御装置、２２・・・復調装置、２３・・・受信装
置、２４・・・受信同期装置、２５・・・送信位相誤差
検出装置、３０・・・初期接続過程制御装置、１００・
・・ゲート回路、１０１・・・乗算器、１０２・・・乗
算器、１０３，１０４・・・バンドパスフィルタ、１０
５・・・サンプルホールド回路、１０６・・・電圧制御
発振器、１０７・・・検波回路、１０Ｂ・・・サンプル
ホールド回路、１０９・・・ローパスフィルタ、１１０
・・・分圧抵抗、１１１・・・比較回路、１１２・・・
ゲート回路、１１３・・・シフトレジスタ、１１４・・
・多数決回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１個の時分割多元接続フレーム（以下ＴＤＭＡフレー
   ムという。 ）の時間より短い時間幅のバースト状信号５を正規の情
   報信号レベルより低いレベルで且つこのバースト状信号
   ５の前記ＴＤＭＡフレーム内の時間位置を変化させなが
   ら送出し、このバースト状信号５が衛星上の中継装置を
   経て受信される信号から自局が送信すべき情報信号ビッ
   トの送出時間位置を知る初期接続方式に釦いて 前記バースト状信号５の送出に先立ってこのバースト状
   信号５の周波数および送出レベルと等しい周波数および
   送出レベルで上記ＴＤＭＡフレームより長い時間幅の連
   続信号４を送出する手段と、この連続信号が前記中継装
   置を経て受信される信号によりこの周波数釦よび送出レ
   ベルに対する自動周波数制御装置釦よび自動利得制御装
   置のいずれか一方の制御を行ない前記連続信号４が良好
   に受信される点で前記自動周波数制御装置釦よび自動利
   得制御装置のうち前記制御を行なった装置の制御を固定
   して前記連続信号４の送出を停止する手段と、 この連続信号の送出が停止された後に前記バースト状信
   号５を送出受信する手段と を備えたことを特徴とする時分割多元接続通信の初期接
   続方式。