JPS596640A - 時分割多元接続衛星通信方式 - 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、衛星中継器を用いる通信方式において、サー
ビスエリアを小エリアに分割して各小エリア毎に特定従
局を置き、各小エリア毎に周波数分割した電波を用い、
更にその周波数分割した電波を時分割多元接続（Ｔｉｍ
ｅ　ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ
　：以下ＴＤＭＡと呼ぶ）方式を用いて、ひとつの基準
局と複数の従局の送出する信号が衛星中継器上で重なら
ないように同期を取り、衛星中継器を共用して通信を行
う衛星通信方式に関するものである。

ＴＤＭＡ方式においては、各局は自局に割当てられた時
間内で正確に送受信を行う必要がある。すなわち、各局
間で一定以上の正確さで送受信の同期がとられていなけ
ればならない。このことは衛星通信にＴＤＭＡ方式を採
用した場合にも何ら異なるものではない。。

しかるに、衛星通信においては衛星自体の位置が変動（
ドリフト）するため、各地球局との距離が変化する。そ
うすると衛星中継器までの電波の到達時間が変ってくる
ので、衛星中継器を、正確に割当て時間で使用するため
には、各地球局の送信り始時点を、衛星自体のドリフト
した距離に応じて補正してやらなければならないという
ことになる。すなわち衛星中継器での同期の精度を一定
値以内に維持する必要がある。

そのため、ＴＤＭＡ衛星通信方式には、各地球局がある
特定のｊｌ１球局から衛星中継器を介して基準となるタ
イミングを受け、かつそノタイミングに基づいて送信バ
ーストを送り衛星中継器を介して、各地球局又は特定の
地球局で絶えず受信し、その受信タイミングの基準タイ
ミングに対する変化を検出し補正することにより送信タ
イミングを制御するクローズトループ同期方式を用いた
ものと、各地球局がある特定の地球局から衛星中継器を
介して基準となるタイミングに関する情報を受けるだけ
で、自局送信バーストを折返し受信しないオープンルー
プ同期方式を用いたものがある。

従来のオープンループ同期方式には次の三つの方式があ
る。

第１の方式は、衛星が公称位置にある時の各地球局の割
当てられたバースト位置に対する送信タイミングを地球
局の地理的位置により、あらかじめ計算して各地球局に
セットしておき、この送信タイミングにより、各地球局
がモリ星中継器に信号を送出し、通信を行う方式である
。

第２の方式は、複数の特定地球局（測距局）が周期的に
衛星の測距を行い、衛星までの距離（測距情報）を求め
、基準局はこの測距情報を集中的に管理し、またこの測
距情報を衛星中継器を介する共通線によって各従局に送
ｐ１各従局はこの測距情報を基に、自局から衛星までの
距離を計算して割当てられたバースト位置に対する送信
タイミングを決定する方式である。

第３の方式は、基準局−局が周期的に衛星の測距を行い
、基準局から見た衛星までの距離変化量（測距情報）を
求め、この測距情報を衛星中継器を介する共通線によっ
て各従局に送り、各従局ではこの測距情報に衛星が公称
位置にある時の基準局に対する自局の地理的位置の違い
によシ生ずる同期誤差の補正値を加えて、自局に割当て
られたバースト位置に対する送信タイミングを決定する
方式である。

ところで、ＴＤＭＡ衛星通信方式を実現する場合、同期
精度を土手ビット以内にできれば、伝送効率の良い方式
を実現することが可能で壱る。しかし、第１の方式を用
いた衛星通信方式では、衛星のドリフトに対してバース
トの送信タイミングの制御は行わないため、衛星のドリ
フトによる衛星中継器上のバースト位置のずれはバース
ト間のガードタイムを大きくとることで吸収しなければ
ならず、同期精度が悪いという欠点があり、伝送効率の
良いシステムを実現できなかった。

第２の方式を用いた衛星通信方式は、衛星までの距離測
定を行うことにより、バーストの送信タイミングを制御
するため、同期精度は土手ビット以内と高くでき、伝送
効率の良いシステムを実現できるが、衛星の測距を行な
う複数の測距局が必ず必要であシ、システムが大規模に
なる欠点があった。

第３の方式を用いた衛星通信方式は、従局が基準局の測
距情報を用いて同期を取るため、第１の方式を用いた方
式よりも同期精度は高く、測距は基準局−局だけで行う
ため、第２の方式を用いた方式よりもシステム構成は簡
易とがるが、サービスエリアが広い場合、基準局と従局
との距離が大きくなり、衛星がドリフトした場合、基準
局からみた距離変化と従局からみた距離変化が異なるこ
ととなり、基準局の測距情報だけでは従局の送信タイミ
ングを充分に補正し切れないという欠点がある。例えば
、サービスエリアとして、日本全域を対象とした場合に
伝送効率の良いシステムを構成するため、同期精度を±
半ビット以内にしようとすると伝送速度は２５　ｋ　ｂ
／ｓ以下のシステムしか実現できないという欠点がある
。

本発明は、サービスエリアを複数の小エリアに分割し、
各小エリア内の適尚な従局を特定局とし、基準局は各小
エリアの特定局に対してそれぞれ測距を行ない、これら
の測距情報を同報形式で従局へ送り、従局では基準局の
送出する同期バースト中の同ル」語検出タイミングと自
局エリアの特定従局に対する測距情報により、自局に割
当てられたバースト位置に対する送信タイミングを決定
して自局バーストを送信し、通信を行うことを特徴とし
、その目的は、測距方法および各従局の送信タイミング
の決定が簡易で、かつ２５　ｋ　ｂ／ｓ以上の伝送速度
に対して伝送効率の高いシステムの実現を可能とするこ
とにある。以下その詳細について説明する。

第１図は、本発明における測距方法を示す為の基準局に
おけるバーストの受信タイミングを示したものであり、
横軸は時間である。

１は同期バースト、２は同期バーストの受信タイミング
、３は従局に割当てられたバーストの正規の受信タイミ
ング、４は従局の送信するバーストの受信タイミングで
ある。ただし、受信タイミングは、同期バーストおよび
従局の送信するバーストの構成要素である同期語の検出
によシ決定する。

本発明における測距情報を以下に説明する０同期バース
トの受信タイミング２と正規の受信タイミング３との時
間差Δｔｎ（図中５）は従局に割当てたバースト位置に
よシ決まるものである。測距される従局（特定従局）は
最初にアクジションを行う０アクジション時において、
特定従局は衛星が公称位置にある時のアクジションに対
して割当られたノく一ストに対する送信タイミング（基
準局および従局の地理的位置によシー義的に決定される
）でノく−ストを送信する。この時基準局は自局におけ
る特定従局送信バーストの受信タイミング４と同期ノぐ
−ストの一受信タイミング２の時間差△ｔａ０（図中６
）を測定し、該時間差△ｔｄ０と時間差△ｔｎ（図中５
）との差△ｔｏ　（図中７）を測距情報として従局に送
り、更に△ｔｏを記憶しておく。特定情報局ではこの測
距情報△ｔ０を用いて送信タイミングを調整することに
より、正規のノ（−スト位置に送信することができる。

以後、定常状態に移る。

次に定常状態における測距情報について説明する。

アクジション時における測距情報Δｔ０を用いていても
、その後の衛星のドリフトにより特定従局送信バースト
は正規位置からずれる。基準局はアクジション時と同様
に、同期）（−スト受信タイミング２と定常時における
特定従局送信バースト受信タイミング４０時間差△ｔａ
１（ｉ＝１．２，３．・・・・・・・・・）（図中６）
を測定し、△ｔ１′（図中７）＝Δｔａｉ　（図中６）
−Δｔｎ（図中５）を求め を測距情報として従局へ送信する。

また、同時にΔｔｔ（１＝１．２，３．・・・・・・・
・・ｎ）を記憶しておく。すなわち、定常状態において
は、前回の測距情報に現時点での正規位置からのずれの
１を加えたものを測距情報としてゆくものである。今、
特定従局から見た衛星のドリフトによる公称位置からの
変動距離を△ｄとし、Ｃ 光速をＣとすれば、ΔｄはΔｄ＝△ｔ１・−で表わされ
る。

従って本発明の測距情報は衛星の公称位置からの変動距
離と等価なものであり、地球局と衛星間の距離を求める
従来の測距方法に比べて簡易な方法である。なお、本方
式では、サービスエリアを幾つかの小エリアに分割して
、この小エリア毎に特定従局を置き、基準局は全ての特
定従局に対して、上記測距を行い、一般の従局は自局の
存在するエリアの特定従局に対する測距情報を用いて、
衛星にアクセスする。

第２図は基準局における測距回路のブロック図を示した
ものである。１６．１６’は復調後の受信信号、８は基
準局同期語検出回路、９は特定従局同期語の検出回路、
１０は基準局同期賭検出パルス（同期バースト検出パル
ス）　、１１ハ％定従局同期語検出パルス、１２は測距
回路、１３は測距情報の記憶回路、１４は制御回路、１
５は測距情報、１７は沙用距クロックである。

基準局測距回路の動作原理を以下に示す。

測距回路１２は特定従局の数に対応する複数のカウンタ
と演算器により構成され、測距クロック１７によシ動作
する。基準局同期語検出パルス１０によりカウントを開
始し、特定従局同期語検出パルス１１に。よりカウント
を止めてｔａｉ　（第１図の６）を測定する。△ｔｎ　
（第１図の５）の値は特定従局に割当てるバースト位置
によって決まり、それぞれの特定従局に対する△ｔｎの
値をあらかじめ演算器の片方の入力として設定しておく
。演算器は制ユ（１回路１４の指示によりそれぞれの特
定従局に対する測定値ｔｄｉと設定値△ｔｎの差△ｔ１
　を求める。更に測距回路１２は上述した測距情報△ｔ
１を作成し、記憶回路１３に測距情報を記憶する。また
、制御回路１４の指示によシ測距情報１５を読み出して
同期バーストに挿入するため、外部回路へ送り出す。

第３図は、従局における送信タイミング決定回路のブロ
ック図を示したものである１、２３は復調後の受信信号
、１１：基準局同期語検出回路、１９は共通線信号の受
信器、２０はカウンタ、２１は加算器、２５は衛星が公
称位置にある時の自局に割当てられたバースト位置に対
する送信タイミング設定値、２２は衛星が公称位置にあ
る時の自局に割当てられたバースト位置に対する送信タ
イミング設定回路、２６は修正された送信タイミング設
定値、２４は基準局同期語の検出パルス、２７は修正さ
れた送信タイミングである。

従局の送信タイミング決定回路の動作を以下に示す５．
衛星が公称位置にある時の従局における同期バースト受
信タイミング（基準局同期語検出タイミング）と割当て
られたバースト位置に対する従局のバースト送信タイミ
ングの時間差は基準局と従局の地理的位置によシー義的
に決まるものであり、この値をあらかじめ２２に設定し
ておく。復調後の受信信号２３から共通線信号受信器１
９により基準局からの自局エリアに対する測距情報２８
を取シ出し、との測距情報２８と衛星が公称位置にある
時の送信タイミングの設定値２５を加算器２１によシ加
えて修正された送信タイミング設定値２６を得る。この
送信タイミング設定値２６によりカウンタ２０の初期値
を設定する。一方、基準局同期語検出回路１８によシ、
同期バースト中の基準局同期語を検出し、基準局同期語
検出パルス２４を得る。このパルス２４によりカウンタ
２０を走らせて、修正後の送信タイミングパルス２７を
得て、このパルス２７によシ自局バーストを送信する。

以上説明した本方式の動作原理の詳細を以下に説明する
。

第４図はこの動作原理を示したタイミング図である。図
中の（α）の系統は衛星が公称位置にある場合、（β）
の系統は衛星が公称位置よシずれた場合を示している。

２９．３０はそれぞれ衛星が公称位置にある場合と公称
位置よシずれた場合の従局における同期バーストの受信
タイミング、３１は基準局の同期バースト送信タイミン
グ、３５は衛星が公称位置にある場合の従局のバースト
送信タイミングである。

衛星が公称位置にある場合の基準局の同期バースト送信
タイミング（基準タイミング）　３１と従局における同
期バースト受信タイミング２９の時間差３Ｂは基準局と
従局の地理的位置関係により一義的に決まるものであり
既知の値である。

従って、この場合従局は同期バーストを受信することに
より、自局に割当てられたバースト位置に対する送信タ
イミング３５を知ることができる０ 今、仮に、衛星が公称位置からずれ、地球局に近づいた
とすると、従局における同期バースト受信タイミングは
図中３０で示す時間位置となる。この場合見かけの基準
タイミングは、タイミング３０よりも図中３８で示され
る時間間隔だけ前の方にあるので３２となる。ここで、
衛星が公称位置にある場合の基準局の同期バースト送信
タイミング３１と従局のバースト送信タイミング３５の
時間差３９を補正せずにそれだけの時間が前記見かけの
基準タイミング３２から経過した時点で従局が送信する
と、従局におけるバースト送信タイミングは３３となる
。このバーストは衛星中継器を介して基準局で、タイミ
ング４の位置で受信される。この時の時間間隔７の値が
前述した特定従局のアクジション時における測距情報△
ｔｏ”′ｃある。定常状態時においては、特定従局は、
自局に対する基準局からの測距情報△ｔ１をみかけの基
準タイミング３２にょシ求めたバースト送信タイミング
３３に加えることにょシ、この時の衛星上での自局に割
当てられたバースト位置３６に対する送信タイミング３
４を知ることができる。

一般の従局は自局の存在する小エリアの特定従局に対す
る測距情報をそのまま用いて、オープンループで衛昆に
アクセスする。

この時、一般従局におけるみがけの基準タイミング３２
により求めたバースト送信タイミング３３に自局の存在
する小エリアの特定従局に対する測距情報△ｔｉを加え
たバースト送信タイミング３４を用いるため、一般従局
と特定従局からみたみかけの衛星の変動距離の違いによ
り、一般従局の送信したバーストは４ｏの位置で衛星上
に到達し、正規の位置３６に対し、誤差Δｔｏを生ずる
０この誤差△ｔｅは特定従局と一般従局の地理的位置の
関数である。

従って、サービスエリアを小エリアに分割するほど、そ
の小エリア内における特定従局と一般従局との距離が短
かくなるから、△ｔ６も小さくすることができる。

今、−例として日本の国内通信を対象として考える。第
５図は日本のサービスエリアを１０分割した例である。

衛星の位置保持精度を東西、間化方向にそれぞれ−０，
１、離心率をｌＸｌ０−’とし、第５図の各小エリア’
％　５％　０％　６％　ｅｓｆｓ　ｇｓ　ｈＳ　１％　
ｊに対する特定「局をそれぞれ帯広、秋田、松本、人文
、岡山、熊本、名瀬、郵船、石垣、丈高においた場合、
本方式の誤差△ｔｅは＋、４μＳとなる。

これは伝送速度６４ｋＶｓに対して、０．２６クロツク
に和尚する値である。従って６４　ｋ　ｌ）／ｓ以下の
伝送速度のＴＤＭＡ方式に対してはバースト間のガード
ピットは１ビツトで十分である。

以上説明しまたように、本発明によれば、比較的簡易な
同期制御アルゴリズムにより高い同期精度が得られると
いう利点がある。本発明を適用することにより高い同期
精度が得られるという利点が、顕著に現われる適用例と
して次のような例がある。

今、遠隔地に存在するデータ端末をディジタル・データ
交換網に収容する加入者線として、本方式を適用するこ
とを考える。この場合、接続条件により遅延時間に対す
る制約が生じる。

すなわち、静止通信衛星を用いた場合に日本では伝搬遅
延時間が１ホツプで約０，２５秒かかシ、この伝搬遅延
時間は不可避なものであるため、これ以外の遅延をでき
るかぎり小さく押える必要がある。

ＴＤＭＡ方式では、この伝搬遅延以外の要因に伸張圧縮
バッファによる遅延がある。この遅延を小さくしようと
するとフレーム周期をあまシ長くでき彦い。６４　ｋ　
ｂ／ｓ程度の低速な伝送速度に対しては、従来のオープ
ンループ同期方式ではフレーム長が短い場合、フレーム
使用効率が非富に悪かった。しかし、本発明のようにエ
リア分割形の同期方式ではカードピットが１ビツトと同
期精度の良い方式が実現でき、フレーム長が短くても、
フレーム使用効率を高めることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は基準局におけるバースト受信タイミング図、第
２図は基準局における測距回路のブロック図、第３図は
従局における送信タイミング決定回路のブロック図、第
４図は本発明方式の動作原理を示したタイミング図、第
５図は本発明方式の日本に対するサービスエリアの分割
例である。 ける従局に割当てられたバーストの正規の受信タイミン
グ、４・・・・・・・・・基準局における従局送信バー
ストの受信タイミング、５・・・・・・・・・基準局に
おける同期バースト受信タイミング２と従局に割当てら
れたバーストの正規の受信タイミング３との時間差、６
・・・・・・・・・基準局における同期バースト受体タ
イミング２と従局送信バーストの受信タイミング４との
時間差、７・・・・・・・・・時間差５と時間差６の差
、８・・・・・・・・・基準局同期語検出回路、　９・
・・・・・・・・特定従局同Ｊυ］飴の検出回路、１０
・・・・・・・・・基準局同期語検出パルス、１１・・
・・・・・・・特定従局同期語検出パルス、１２・・・
・・・・・・測距回路、１３・曲曲測距情報の記憶回路
、１４・・・・・・・・・制御回路、１５・・・・・・
・・・測距情報、１６．１６’・・・・・・・・・復調
後の受信信号、１７・・・・而・測距クロック、１８・
・・・・・・・・基準局同期語検出回路、１９・・・・
・・・・・共通線信号の受信器、２０・・・・・・・・
・カウンタ、２１・・・・・・・・・加算〜器、２２・
・・・・・・・・衛星が公称位置にある時の自局に割当
てられたバースト位置に対する送信タイミング設定回路
、２３・・・・・・・・・復調後の受信信号、２４・・
・・・・・・・基準局同期語の検出パルス、２５・・・
・・・・・・衛星が公称位置にある時の自局に割当てら
れたバースト位置に対する送信タイミング設定値、２６
・・・・・・・・・修正された送信タイミング設定値Ｓ
２７゛°°°°“°°°修正された送信タイミング、２
８・・・・・・・・・基準局からの自局エリアに対する
測距情報、２９・・・・・・・・・衛星が公称位置にあ
る場合の従局における同期バースト受信タイミング、３
ｏ・・・川・・・衛星が公称位置よシずれた場合の従局
における同期バースト受信タイミング、３１−・・・・
・・・・・基準局の同期バースト送信タイミング（基準
タイミング）、３２・・・・叩・従局における見かけの
基準タイミング、３３・・・・・・・・・測距情報によ
シ補正を行わない場合の従局のバースト送信タイミング
、３４・・・・・・・・・測距情報によシ補正を行った
時の従局のバースト送信タイミング、３５・・・・・・
・・・衛星が公称位置にある場合の従局のバースト送信
タイミング、３６・・・・・・・・・衛星上での従局に
割当てられたバースト位置、３７・・・・・・・・・従
局に割当て゛られたバーストの基準局における正規の受
信位置、３８・・曲・・・衛星が公称位置にある場合の
基準局の同期バースト送信タイミング３１と従局におけ
る同期バースト受信タイミング２９の時間差、３９・・
・・・曲衛星が公称位置にある場合の基準タイミング３
１と従局のバースト送信タイミング３５との時間差、４
０・・・・・・・・・一般の従局が自局エリアの特定従
局に対する測距情報を用いて自局バーストを送信した時
の衛星上における従局送信バーストの受信位置 代理人　弁理士　　本　　間　　　　　崇卒　／　図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ひとつの基準局が複数の従局との間で通信衛
   星を介して時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式により通信
   を行う衛星通信方式において、サービスエリアを適当な
   大きさの小さなエリア（小エリア）に分割し、該小エリ
   ア内の複数の従局の中から適当な１局を特定従局とし、
   該特定従局は初期状態においては衛星が公称位置にある
   場合のアクジションバーストに対する送信タイミングで
   自局バーストを送信し、該基準局は該特定従局から送信
   されたバーストの位置のアクジションに対するあらかじ
   め決められた正規位置からのずれを測定して、これを測
   距情報として該特定従局に送如、該特定従局は衛星が公
   称位置にある時の自局に割当てられたバースト位置に対
   する送信タイミングに該測距情報を加えたものを新しい
   送　３゜信タイミングとしてバーストを送信して定常状
   態に入−９、定常状態においては該基準局は該特定従局
   から送イｄされるバーストの位置の定常状態時のあらか
   じめ決められた正規位置からのずれの有無を監視し、ず
   れを生じた場合は核アクジション時の測距情報を基準と
   して該ずれの量を積分する形で時々刻々新しい測距情報
   を検出して各該特定従局へ送シ、各該特定従局は該新し
   い測距情報によシ送信タイミングを決定して定常同期を
   取るクローズトループ方式により通信し、一般の従局は
   自局の存在する小エリアの特定従局に対する基準局から
   の測距情報を受信し、衛星が公称位置にある時の自局に
   割当てられたバースト位置に対する送信タイミングに該
   測距情報をそのまま加えたものを送信タイミングとし、
   該送信タイミングを用いてＴＤＭＡ方式の同期を取るオ
   ープンループ方式により通信することを特徴とする時分
   割多元接続衛星通信方式。