JPS5888939A - パケツト予約衛星通信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パケット予約衛星通信方式に関するもので、
予約のだめの予約バーストの送信、及びデータｉｌケッ
トを含むデータバーストの送信タイミングの決定に関す
る問題を解決することを目的としたものである。

間欠的に発生するデータを交信する通信網１例えばコン
ピュータ通信網、では、データをパケット（アドレス付
データ）の形にして伝送し、交換することが効率的であ
る。また、データを送信または受信する局の地理上の分
布によっては、無線・（ケラト方式が有効である。無線
パケット方式としては、アロ・・方式が有名であシ、ま
た。これを改良したスロット付アロハ方式、予約方式等
が検討され２発表されている。

局が非常に広範囲に分布する場合等では当然衛星通信の
使用が有利である。衛星を用いた）Ｊ？ケット通信も種
々の検討が行なわれ９発表されている。

しかしながら、これらの衛星を用いたパケット通信方式
には、実用上幾つかの問題がある。本発明はこれらの問
題を解決するものである。

前述の無線パケットにおけるアロハ方式は、各局がラン
ダムにパケットを送信する方式である。

このため、トラフィックが多くなるとパケットの衝突が
増え、再送する頻度も増えて来る。従って。

最大のスループットは理想的な条件下で得られる伝送容
量の１８ｑ６にしか達しない。他方、スロット付アロハ
方式は、パケットが送信されるべき時間をスロット内に
限定したものである。これによると、伝送効率は前記ア
ロハ方式の２倍に改善される。しかし、パケットの衝突
は避けられない。

衛星を用いたパケット通信でも同様の方式を用いること
が可能であるが２次の様な問題がある。

第１の問題は、静止衛星を用いた衛星通信で杜地球局と
衛星との間の往復に０．３秒もの伝播時間が必要である
ため、送信したパケットが衝突し合うて無効となっても
、それを知るのに時間が加シ。

伝送効率が著しく落ちる恐れがあることである。

第２の問題は地球局と衛星との間の距離が周毎に大きく
異なシ、また衛星の動きによって、その義し難く、又、
定義したとしても時分割多元接続（ＴＤＭＡ）衛星通信
方式の様に、「初期接続」とか「送信同期」と云った特
別な技術を必要とすることである。

本発明の目的は、衛星を用いたｉ４ケット通信における
上述した問題を解決することにある。

以下９図面を参照して本発明の詳細な説明する。　　　
−前述した第１の問題を解決するために、「予約」を行
なうことが考えられる。例えば、データパケットを送信
する前に予約パケットを送信してスロットを予約し９次
いで予約によシ確保したスロットにデータ＋１／ｆケツ
トを送信する方式である。この場合、データｉ４？ケッ
トの衝突は避けられるが。

予約・ぐケラトはアロハ方式又はスロット付アロハ方式
で送信されることが考えられ、予約パケットの衝突は避
けられない。従って、予約バーストは必要最小限の長さ
として衝突の確率を減らすべきであろう。

第１図にこの様な予約を用いた方式のフレームフォーマ
ットを示す。種々の方式が考えられるがここではフレー
ムＦは一定の長さを有し９周期的に繰シ返される時間基
準であると考えている。１フレームＦの中にはメツセー
ジ領域Ｍと予約領域Ｒがある。メツセージ領域ＭはＡ、
Ｂ、Ｃ，Ｄ。

・・・・・・で示した多数のメソセージスロット１に分
けられる。また、予約領域Ｒは多数の予約スｔ’ツ）２
に分けられる。先の説明から、予約バーストａデータバ
ーストよシ短い筈だから予約スロット２はメツセージス
ロット１よシも、狭く、また１通信の効率を最大にする
ために予約領域Ｒの大きさもメツセージ領域Ｍに比して
十分小さく設計されるべきである。

この方式に於いて、各局から送信される予約バーストあ
るいはデータバーストは、ネットワークまる様なタイミ
ングで送信されなければならない。

もし、送信のタイミングに誤差が予想される場合には、
各スロットは、この誤差を見込んで十分広く定義してお
く必要がある。

この送信タイミングの誤差が衛星位置の変動に基づくも
ののみと考えると、各地球局が自局と衛星との間の平均
距離を知っているとして１〜数ミリ秒の程度である。た
だし、前述のフレームが。

地球局の１つ（制御局）から送信される基準タイミング
によシ定義されている場合、上述の誤差は２倍になる可
能性がある。

各局が送信する予約°ノく−ストはネットワークの中の
制御局によって受信されて′処理され、予約の状況を調
べた上で各局に使用すべきメツセージバーストを割当て
る。この間最低でも０．５〜０．６秒を要することにな
る。従ってフレームの長さは０．６秒位にすることも考
えられる（フレーム付アロハ方式とも云われる）。すな
わち、成るフレームで予約した結果に基づいて次のフレ
ームが構成されると云う方法である。しかし、この方法
では。

送るべきデータを持つ局が予約バーストの送信を０．６
秒も待たねばならない場合も出て来る。それなら、フレ
ームの長さをもつと短くし、予約バーストの送信出来る
予約領域も狭くても良いから頻度を多くした方が良い。

しかし、この様に伝送の効率化を考えれば考える程、各
バーストに付随する数ミリ秒に及ぶ送信タイミング誤差
は無視出来なくなる。

この様なタイミング誤差の及ばずもう１つの影響を第２
図によシ説明する。第２図の３は予約バースト、データ
バーストを問わず、バーストの一般形を示したもので、
最前部４復調器の搬送波／クロック同期用・リーフ４１
があシ２次いでユニークワードと呼ばれる同期信号４２
が続き２次いでパケット４３が続く。この内、同期信号
４２はバーストの存在を確認し、パケット内データの語
同期を確立すると同時に、バーストの位置を規定する場
合の基準ともなる。衛星回線は、地球局設備等を経済化
するため、限界ギリギリのい（搬送波電力／雑音比）条
件で用いられるから、同期信号も地上網での・やケラト
通信に比して複雑なものとなり、誤シを許して相関検出
を行なう必要もあシ得る。・やケラト内のデータも単な
る誤シ検出によらずう誤り訂正符号化によシ保護される
必要があろう。この様な条件の下ではユニークワード４
２の誤検出や検出見逃しは、ノクケットの喪失につなが
るから、ユニークワード４２の検出は十分保護されねば
ならない。しかし、この様な条件下ではパケット中にユ
ニークワードと同一または類似Ａターンが現われるのを
避けることが出来ず。

ユニークワード検出パルスは第２図の５１．５２の様に
至るところに現われる可能性がある。この様な検出パル
スの中から、正しい検出・母ルスのみを選び出すために
は、ア・ぐ−チャブート信号６を用意し、あらかじめ予
測される位置に現われる検出・ぐルスのみを正しいと判
定する機能が必要である。

前述送信タイミングの誤差はこのアパーチャブート信号
の幅に対応することとなシ、−アノ４−チャゲート信号
の幅を狭くするには送信タイミングの誤差を減らす必要
がある。

今、　ｚＱケットの伝送に使用されるピット周波数を２
　Ｍ　ｂ／ｓ　ｅ送信タイミングの誤差を５ミリ秒とす
れば、アパーチャゲート２信号の幅は５ミリ秒以上とな
シ、この中に１万ビツトが含まれることになる。これは
恐らくバーストの長さに匹敵するから、アミ４−チャダ
ート信号は全く意味のないものとなってしまう。

アノや−チャブート信号が使用出来ないと云うことは逆
に、ユニークワードの検ゴーで誤り検出や検出見逃しを
少なくすることが要求される。このため、受信Ｃ／１’
Ｊを高くする必要が生じ、地上局設備に大型アンテナ、
高性能低雑音受信域が要求されることになる。あるいは
衛星トランスデンダの電力の有効利用の点で問題が生じ
る。

本発明は、この問題を解決するため、データバーストの
送信に際して、制御局がその送信タイミングを、よシ正
確に指示することによシ、送信タイミングの誤差を減ら
そうとするものである。

このためには、制御局が各局の送信タイミングの誤差を
測定する必要がある。本発明では、このために予約バー
ストを利用する。すなわち、予約バーストは大きな送信
タイミング誤差を含んだま示す。この系は−１つの制御
局１０（予備制御局が別にあっても良い）と多数のデー
タ局２０゜２０’、２０”、・・・とを含む。これらの
局は、静止衛星３０を介して、制御データ（予約バース
ト等）３１とトラフィックデータ（データバースト等）
３５を交信する。図示の如く、制御局１０は、一般のデ
ータ局２０．２０’、２０”、・・・に比し特性の良い
設備（大型アンテナ、低雑音受信器等）を持ち、同じバ
ーストも一般データ局よシ高いＣ／Ｎで受信出来るもの
とする。なお制御局もデータ局の１つであって差つかえ
ない。

一本通信系では各局は送信すべきデータが在る時にのみ
電波を出すものと想定しておシ、各局は自局と衛星との
間の距離に関してはその平均値しか知らないものとする
。また、制御局１０からの信号は常に受信可能なものと
する。

第４図に２本発明による予約バースト送信方式第４図（
４）は時間軸上で見たフレーム構成を示している。メツ
セージ領域Ｍは、第１図の場合と同様に、幾つかのメツ
セージ・スロットＡ、Ｂ＃Ｃ＃Ｄ、・・・に分割され、
その中にデータバースト３２゜３２′、・・・が制御局
から指示された送信タイミングによシ少ないタイミング
誤差で送信される。従って、バースト間の間隔（ガード
タイム）もバースト長に比較して無視出来る程度に迄減
少され、伝送効率を著しく高めることが望まれる。

これに対し、予約領域Ｒは、これを時間軸方向に分割せ
ず、その代シに第４図（Ｂ）の様に周波数軸上で分割す
る。各周波数領域はｆ８０間隔で配列され、全体として
データバーストを送信するに要する周波数帯域ｆＢの中
に納まっている。

よシ狭い周波数域で予約パケットを伝送するためにはビ
ット周波数を下げる必要があシ、結果として予約バース
ト３６の長さはデータバーストに匹敵する位に長くなる
。しかしながら、予約バースト毎に必要であったガード
・タイムは同一であるから、送信タイミングの誤差に基
づく伝送効率の低下は最小限に抑えられる。

この様な予約バーストは制御局のみに用意された特別の
受信機で受信されるが、制御局はＧ／’ｒ（アンテナ利
得／受信雑音温度比）が大きい上。

狭帯域信号の受信であるので、大きなＣ／１’Ｊが得ら
れる。

実際には、この様な狭帯域予約バーストは正規のデータ
・バーストよシ低い電力で送信することが出来るので、
異なった周波数域を用いて他の局が同時に別の予約バー
ストを送信することが出来る。

この場合２周波数域の間隔ｆを予約バーストのシンデル
周波数（２相ＰＳＫ＠調ではビット周波数と同一）に選
んでおけば、送信例で特別なフィルタを用意しなくても
、隣接周波数域を用いる予約バーストへの干渉を最小限
にすることが出来る。

すなわち、あとで示す様に、帯域へを持つ送信帯域フィ
ルタを有する変調器で、この予約バーストも変調出来、
一般データ局のハードウェアを簡単化出来る利点がある
。

もし、衛星トランスポンダの電力配分に余裕があれば予
約バーストは必らずも低電力で送信する必要はない。逆
に、制御局のいが十分に大きく可成シの低電力でも受信
出来る場合は９例えば予約バーストの送信電力を正規デ
ータバーストよシ１５　ｄＢ以上下げることによシ予約
バーストがデータバーストと重畳しても良いシステムを
作ることも可能である。

第４図（６）に於いてフレームＦの時間基準は制御局に
よって与えられるが、これには幾つかの方法が考えられ
る。もし、制御局がデータ局と同一の周波数帯を用いて
制御信号やデータバーストを送信する場合２例えばメツ
セージスロットＡは常に制御局に割当てられ、ここにフ
レームを定義する基準信号を含んだデータバースト（基
準バースト）３２を常に送信することが考えられる。予
約ノ（−ストに対する応答は常にこのバーストで行なわ
れる。また、もし制御局がデータ局とは別の周波数帯を
用いて放送モードで連続的にデータを送る場合、フレー
ムを定義する信号もその中に含まれるであろう。いずれ
にしても、制御局の送信する基準信号は他のデータと共
に各データ局で受信され・受信のための同期を確立する
と同時に、自己のバーストを送信する場合の時間基準と
なる。

すなわち、予約バーストを送信する場合は、と　　　−
の基準信号の受信によシ得られた時間基準に対し。

既知の衛星距離情報よシ得られる一定遅延時間をおいて
送信することにより、衛星上で予約バーストを数ミリ秒
の精度で予約領域に投入することが出来る。

制御局はりこの予約バーストを受信した時にその送信タ
イミングの誤差を測定し、メツセージスロットの割当と
同時に、この誤差をデータ局に知らせる。従って、デー
タ局はデータバーストの送信時にはその送信タイミング
を修正することが出来、よ）高い精度でデータ・バース
トを送信することが出来る。

第５図に本発明に従うデータ局送信部の実施例を示す。

図に於いて、送信すべきデータ７１は。

直接端末から又は地上回線を通じて入力される。

データ処理装置１００は、データ７１を一時蓄え。

同時に予約パケットを作成する。予約ｉ９ケットは。

適当な速度の信号として信号線７２に出力され。

送信制御回路１１０の中のメモリに蓄えられる。

送信タイミング制御回路１３０は、クロック発振器１２
０の発生するクロック信号８１によシ駆動され、前述の
受信基準タイミングと、自局−衛星間の既知距離情報か
ら定まる時間遅延とで、定まる時間位相で、フレーム／
メソセージスロット／予約メロ、トのタイミング８２を
発生し、送信制御回路１１０に供給している。すなわち
、この送信タイミング８２を用いて送信すれば少なくと
も予約バーストについては衛星上で第４図（Ａ）に示し
た予約領域Ｒに投入するに十分な精度を持っている。送
信制御回路１１０からバーストが読み出される速度は、
クロック８３によシ決められる。クロック選択スイッチ
２１０は、クロック発振器１２０の出力をその１１クロ
ツク８３として使用するか、クロック発振器１２０の出
力を１／１１分周器２００により１／ｎの周波数に分周
したクロック９２をクロック８３として使用するかを１
選択する。予約バーストの送信に際しては、データ処理
装置１００の出力した制御信号９１に従って。

１／ｎに分周されたクロック９２が送信制御回路１１０
のクロック８３として選択され、送信制御回路１１０か
ら予約バーストが低速のデータとして読み出される。こ
の際、搬送波／クロック同期用パターンとユニークワー
ドが付加される。送信制御回路１１０の出カフ３は、変
調器１４０に加えられ搬送波８５を変調する・。搬送波
選択スイッチ２３０は、制御信号９１に従って、データ
バースト用搬送波発振器１５０の出力８４か、予約バー
スト用搬送波発振器２２０の出力９３かのどちらかを選
択し、搬送波８５として出力する。もち論、この場合は
９３が選ばれる。

変調器１４０の出力は、帯域フィルぞ１６０を経て、７
４となシ、減衰器１７０を経て出カフ５となシ、適当な
周波数に変換されて衛星に向は送信される。減衰器１７
０は制御信号９１に従って。

予約バーストの送信レベルを適当に制御（減衰）させる
ものである。

送信された予約バーストが制御局によシ受信されると、
制御局は、前述の様に、データバーストを送信すべきメ
ツセージスロットの割当と同時に送信タイミングの誤差
を知らせて来る。このような割当・制御情報９４は送信
タイミング制御回路１３０に送られる。送信タイミング
制御回路１３０は、受けた割当・制御情報９４を基に、
フレームタイミングの位相を調整すると同時に９次に送
るべきデータバーストの送信を決めるタイミングを発生
し、送信制御回路１１０に送る。一方、データ処理装置
１００は、予約・やケラトの発生後、データ・・ぐケラ
トを作シ、送信制御回路１１０に送る準備をする。送信
制御回路１１０は、制御局からの応答がない限シ周期的
に予約バーストを送シ続ける。そして、送信制御回路１
１０は、制御局からの応答、すなわち割当を受は次第、
データ処理装置１００に伝えて送信すべきデータ・やケ
ラトを受は取シ、ユニークワード等の付加／ｊＰターン
をつけてデータ・バーストを形成し、該データ・ノ（−
ストを送信タイミング制御回路１３０の発生するタイミ
ングに従って送信する。この際、データ処理装置１００
からの制御信号９１は、スイッチ２１０．２３０及び減
衰器１７０を、データ・）く−スト送信に適した方向に
制御する。

こうして送信されたデータバーストは、よシ高い精度で
衛星上で割当てられたメツセージ・スロデータ局間の交
信が成シ立つ。

前述の様に予約バースト用搬送波発振器２２０の周波数
を適当に選ぶことによって同じ変調器１４０、同じフィ
ルタ１６０を使用することが出来、データバーストと形
態の異なる予約バーストを使用する本発明の方式を用い
てもｔ送信部の構成は、それ程複雑にならずに済む。

本発明の方式を用いたデータ局が比較的多い頻度でデー
タバーストを送信する場合、その度に送信タイミングが
補正されるため、送信タイミング制御回路１３０には常
に正しい時間位相のフレームタイミングが保持されるこ
とになるので、トラフィックの多い局程、予約バースト
の送信タイミングは正確になる。

もし、その事実が制御局で認識されれば１例えば制御局
から発生したデータに対する応答は、制御局がデータと
同時に応答のためのメツセージスロットを割当てること
により、予約バーストの送信なしに直ちに応答すること
も可能となる。

以上詳述した様に本発明を適用することによシ。

衛星回線の利用効率を高めることが出来ると同時にデー
タ局に要求されるアンテナ利得／受信雑音温度比（Ｇ／
Ｔ　）の冬作を限界ギリギリ迄軽くすることによシ経済
的な地球局を建設することが出来。

この分野におけるデータ通信網の実現を容易にすること
になシその効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基となったパケット予約方式における
フレームのフォーマットを示した図、第２図は上記パケ
ット予約方式におけるバーストの一般形、ユニークワー
ド検出パルス及びアパーチャゲート信号を示した図、第
３図は本発明の想定している衛星通信系を示す図、第４
図囚は本発明に従うフレームのフォーマットを示した図
、第４図（Ｂ）は第４図（４）の予約領域Ｒが周波数軸
上で分割される様子を示した図、第５図は本発明に従う
データ局送信部の実施例を示した図である。 １００・・・データ処理装置、１１０・・・送信制御回
路、１２０・・・クロック発振器、１３０・・・送信タ
イミング制御回路、１４０・・・変調器、１５０・・・
データバースト用搬送波発振器、１６０・・・帯域フィ
ルタ、１７０・・・減衰器、２００・・・分周器、２１
０・・・クロック選択スイッチ、２２０・・・予約バー
スト用搬送波発振器、２３０・・・搬送波選択スイッチ
。 ７１・・・データ入力、７５・・・送信出力、９４・・
・制御局よシの割当・制御情報。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各地球局間での通信を、衛星を時分割的に使用する
   ことによシ２行なう衛星通信方式において、前記地球局
   として１つの制御局と複数のデータ局とを有し、各局間
   でデータ・やケラトを含むデー・タバーストを送受し、
   交信する衛星通信方式であって１時分割の基準となるフ
   レームが前記制御局によシ定義され、該フレームの一部
   が予約領域として時間的に確保され、該予約領域は周波
   数的に複数の予約周波数帯に分割され、各データ局は。 前記予約周波数帯の１つを用いて正規のデータバースト
   よシも遅いデータ速度を有する予約バーストを、自局が
   予測したタイミングを用いて、前記制御局に送シ、該制
   御局よシ自己のデータバーストを送信すべきタイミング
   の指定を受けることを特徴とするパケット予約衛星通信
   方式。 以下余日