JPS6311815B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静止衛星を介して、間欠的に発生す
るデータを関係地球局間で交換する衛星パケツト
通信方式に関するものである。特に、本発明は、
伝送効率を高めるため、予約方式を並用したスロ
ツト付アロハ型パケツト通信を、衛星を介して実
現しようとする場合に、問題となる「同期」の問
題を解決することを目的としたものである。

大型コンピユータと多数の端末とを結んで構成
される様なコンピユータ通信網で、発生するデー
タは、非常に間欠的である。地上の広範囲に散在
するこれらの端末と、１台又は数台の大型コンピ
ユータとを、結びつける方法として、静止衛星を
用いることが考えられる。

しかし、この種の間欠的なデータの伝送には、
通常の電話信号の伝送に用いられる様なプリアサ
イン（伝送路を特定局間に固定的に割当てる）方
式はもち論、デマンド・アサイン（呼の要求に応
じて回線を割当てる）方式を用いたとしても、伝
送路を効率的に使用しているとは云えない。とい
うのは、デマンド・アサイン方式により回線を保
留する最少の時間に較べても、上記通信網で取扱
われる１回のデータ量は少ないからである。

地上に於いて、この様なデータを多数の局が効
果的に取扱う方法として、無線パケツト通信と呼
ばれる方式がある。これは代表的なアロハ方式に
始まり、スロツト付アロハ、予約方式等色々検討
されているが、詳細説明はその方面の解説書を参
照されたい。（例えば電子通信学会編の「パケツ
ト交換技術とその応用」第６章など。） 衛星を利用した無線パケツト通信（以下衛星パ
ケツト通信と呼ぶ）は、伝播時間が大きいこと、
衛星の動きにより局間の伝播時間が変化するこ
と、等のために、地上の無線パケツト通信には無
い問題がある。その１つが「同期」である。

スロツト付アロハ方式はアロハ方式より２倍程
大きな伝送効率を持つが、それはスロツトが明確
に定義されているからである。しかし、衛星パケ
ツト通信の様に局間の伝播時間に不確定性がある
時は、先ず同期をとることにより、このスロツト
を明確に把握しない限り、送信を開始することが
出来ない。

最近、衛星パケツト通信に対し関心が高く、多
くの研究論文が発表されている。しかし、それ等
は、伝送効率を論理的に取扱うため、同期の問題
は無視し、理想的な条件下で計算を行つているも
の、あるいは、全局がデータの有無に拘らず常に
何等かの信号を送受することであらかじめ同期が
確立していることを前提としているものが多い。

本発明は、衛星回線の有効利用のため、多数の
地球局は、必要があつた時に始めて電波を出すこ
とを想定している。本発明は、やはりスロツト付
アロハ方式に分類されるべきものであるが、伝送
の効率をあげるために、データを伝送する前に予
約申請をし、タイムスロツトの割当を受けた後、
そのタイムスロツトを用いてデータを伝送するも
のである。従つて、データを送るパケツト（これ
を情報パケツトと呼ぶことにする）の衝突は起ら
ないので伝送効率は最高に大きく出来る。この様
な方式での問題は次の２つである。

(1) 衛星上で定義されたタイムスロツトにアクセ
スすべき送信タイミングを如何にして知るか
（すなわち前述の同期の問題）、および、 (2) 予約申請の方法、 である。

従来の発表では、予約申請も一種の短いパケツ
トを用いる案が多いが、これでは先ず予約申請パ
ケツトの送信時に上述の同期の問題が発生する。
衛星回線のＣ／Ｎ（受信搬送波電力対雑音比）が
非常に良い場合には、上述の同期が多少不正確で
も、タイムスロツトの幅に十分余裕を取れば衛星
パケツト通信は成り立ち得る。しかしながら、地
球局の経済性、衛星回線の利用効率を改善するた
めには、前述の「同期」を正確にとることが不可
欠である。

本発明の目的は、この様な問題を解決し、経済
的な衛星パケツト通信網を実現することである。

次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

本発明の通信方式は、１つ又は少数の大型コン
ピユータを有する大局と多数の端末を有する小局
とから成る様なモデルを想定している。もち論、
小局に小型コンピユータや、インテリジエンシイ
の大きな端末があつても良い。また、必らずしも
コンピユータ通信網に限定する必要はない。

このようなモデルに於いて１つの制御局を考え
る。制御局は、大局の１つが兼用されても良い
し、制御のみを行なう局であつても良い。もち
論、実際の通信系においては、現用の制御局が障
害を発生した場合に備えて、予備の制御局を設け
ておくことが必要であろう。

制御局は、衛星上でのタイムスロツトを定義
し、小局、場合によつては大局からのタイムスロ
ツトの予約申請を受け付け、衛星回線の予約状況
を調べ、空いているタイムスロツトを順次予約さ
れた期間割当てる役目を持つ。

この様なモデルを幾つかの具体例で説明する。

第１図及び第２図にそれぞれ、本発明を適用す
る衛星パケツト通信方式に於けるフレームＦの構
成例を示す。

第１図の例は、第１図Ａに示したように、すべ
ての局が同一の搬送波周波数と同一の変調方式を
用いて通信する場合である。この例の場合、制御
局は、フレームＦの同期信号とタイムスロツト割
当等の制御信号とを含んだ制御バースト１，１′，
………（第１図Ｂ参照）を周期的に送信し、フレ
ームＦを定義すると同時に、タイムスロツトのタ
イミングの基準を与える。大局は、比較的大きな
トラフイツクを常時持つと考え、プリアサインあ
るいはデマンド・アサインにより、フレームＦ上
に常時データバースト２，２′，………（第１図
Ｂ参照）を送出するものと想定する。第１図Ｂに
おける残りの領域３は、一点鎖線で示したごと
く、多数のタイムスロツトに分割され、予約に応
じて小局からのデータ通信に、また大局のトラフ
イツクのオーバーフローの救済に用いられる。こ
の場合、制御バーストと大局のデータバーストと
の関係は、従来のTDMA（時分割多元接続）方式
の考えと同じであり、従つて、本発明の対象は、
タイムスロツトの領域３と小局との関係にある。
（大局は既にデータバーストを送信しているので
同期は確立している。） 第２図の例は、制御局を兼ねる１つの大局と多
数の小局とから成る場合である。小局は主として
大局とのみ通信し、小局間の通信は大局を中継し
て行なうと仮定すれば、第２図Ａの様に２つの周
波数ａ、ｂを用いて、数の多い小局の経済化を図
ることが出来る。すなわち、大局（制御局）は、
大型アンテナを設備し、第２図Ａにおける周波数
ａを有する。そして、大局（制御局）は、第２図
Ｂに示したａの如く、制御信号１１（あるいは１
１′）を付加した連続的なデータ２１を全小局向
に放送する。一方、小局のアンテナ径は可能な限
り縮少される。このようにしても、大局が大口径
アンテナを用いて送信してくれるので、小局は正
常に受信することが出来、一方、小口径アンテナ
から送信された小局のデータは、大局が大口径ア
ンテナを用いてピツクアツプしてくれるので、こ
れ又正常の受信が可能となる。小局よりの周波数
ｂによる伝送は、第２図Ｂのｂに一点鎖線で示し
たごとく多数に分割された、タイムスロツトの領
域31のどれかを、予約することで行なわれる。こ
こで、本発明の対象となるのは、周波数ｂに関す
る部分である。周波数ａの方は、場合によつては
全く別の変調方式が用いられたとしてもさしつか
えない。

従つて以後、上述の様なタイムスロツトを予約
により利用する局を「データ伝送局」とし、予約
申請信号を受け付け、制御信号を送る局を「制御
局」と呼ぶことにする。

本発明の第１の特徴は、予約申請信号が周期的
符号系列（一般にはPN符号：Pseudo Noise符
号）によりスペクトラム拡散され、送信されるこ
とである。即ち、予約申請信号の１ビツトに対し
て前記周期的符号系列の１周期または複数周期を
対応させる形で拡散する。スペクトラム拡散方式
は復調時にプロセス利得が期待出来るから、情報
パケツトの送信電力より低い電力で予約申請信号
を送信することが出来る。例えば、1000倍に拡散
すれば30dBの利得が得られるので、受信復調時
のＳ／Ｎを10dBとすれば、情報パケツトの送信
電力より20dB低い電力で予約申請信号を送信す
ることが出来る。しかも、通信中の情報パケツト
に殆んど干渉を与えずにすみ、且つ、任意のタイ
ミングで送信出来るから、予約申請信号に関する
限り、同期の問題がない。

本発明の第２の特徴は、制御局はタイムスロツ
トを割当てる際に、先にデータ伝送局が送信した
信号のタイミング、すなわち予約申請信号の送信
タイミング、を衛星上のフレーム・タイミングと
比較して測定し、そこを原点として送信すべき情
報パケツトの送信タイミングを指定出来ることで
ある。この結果、タイムスロツトの割当と同期の
問題を同時に処理することが可能である。データ
伝送局は、制御局の指示にすべて従うだけで良い
ので同期に関して特別な機能（例えばTDMA装
置に於ける送信バースト同期装置など）を必要と
せず、簡単化出来る。この場合、情報パケツトを
送信している期間（数フレームにわたつて送信す
ることがある。）の同期は、データ伝送局内のク
ロツクの安定度によつて主として維持されるの
で、このクロツクの不安定性や、衛星の動きによ
りタイミング誤差が生じて来る。しかしながら、
本来間欠的なデータの伝送を対象としているの
で、１回の予約申請により、情報パケツトを送信
している期間は、一般に短く、問題にならない。

尚、上記目的のため予約申請信号を拡散する周
期的符号系列（一般にはPN符号）の周期とフレ
ーム周期とは同一か、整数比の関係があることが
好ましい。

本発明の第３の特徴は、予約申請信号を拡散す
る周期的符号系列のチツプ周波数（チツプ／秒）
を、情報パケツトの変調周波数（シンボル／秒）
と同一又はその整数分の１に選ぶことである。こ
こで、チツプとはPN符号等の周期的符号系列の
ビツトを示すものである。この結果、データ伝送
局に於いては情報パケツトを送信すると同一の装
置（変調器等）を用いて予約申請信号を送ること
が出来る。従つて当然、同一の搬送周波数を使用
することになる。

情報パケツトの変調周波数（シンボル／秒）と
同一またはその整数分の１のチツプ周波数で予約
申請信号で変調された（拡散を逆の面から見て）
符号系列を送信すると云うことは、制御局でシン
ボルの精度でデータ伝送局の送信タイミングの測
定が出来ることになり、前述の第２の特徴の実現
を助けることになる。

本発明の第４の特徴は、予約申請信号の拡散に
全データ伝送局が同一の周期的符号系列、例えば
最大周期PN符号、を用いることが出来ることで
ある。周期ｎチツプの最大周期PN符号は自己相
関性が強く、（ｎ）となるのに対し１チツプでも
ずれた同一PN符号との相互相関は（−１）と小
さいことが特徴である。従つて、制御局に設けら
れるこのPN符号に対するスペクトル拡散信号復
調器が１つの予約申請信号を受信している時に
は、偶然にPN符号の位相が重ならぬ限り、他の
予約申請信号は無視してしまうので最初の予約申
請信号の受信に優先権が与えられる。逆に云えば
制御局は唯１つのPN符号に対する受信復調器を
置けば良く、データ伝送局、制御局とも、装置は
簡単になる。同一PN符号を用いた複数の局がほ
ぼ同時に予約申請信号を送信した場合、これらを
すべて個々に受信することは可能であるが、これ
は「周波数拡散信号受信装置」として同一発明者
により別途出願中であるのでここでは省略する。

もち論、これら第１〜第４の特徴の全てを同時
に満たす必要はないが、特に第１及び第３の特徴
とが本質的なものである。

次に、第３図により、具体的な同期制御手順を
説明する。

第３図に於いて、高安定発振器１００は、制御
局にあり、この通信系の基準タイミングを与え
る。送信タイミング回路１１０は、前記基準タイ
ミングを基に、伝送路に於けるフレームタイミン
グを作る。送信装置１２０は送信タイミング回路
１１０の制御により、送信すべきデータ４０を多
重化し、変調し、マイクロ波帯の信号に変換し、
アンテナ１３０によりアツプリンク信号５０とし
て衛星３００に向けて送信する。

衛星３００により中継された制御局信号はダウ
ンリンク信号６０となり、データ伝送局のアンテ
ナ２３０により受信され、受信装置２４０に導か
れる。受信装置２４０は、受信信号を復調し、必
要な信号７０を分離して端末に供給すると同時
に、制御信号中に含まれるタイミング情報を抽出
する。このタイミング情報は、受信タイミング回
路２５０を駆動し、前述受信信号の分離を助け
る。

データ伝送局は、常時受信可能な状態にあり、
制御局からのデータ（他局からのデータを含む）
は随時受信出来る。データ伝送局に接続された端
末の送信側が活性化されて、データの送信が必要
となつた時、データ伝送局は先ず送信制御回路２
６０により遅延制御回路２７０に適当な遅延量
“Ｄ”を与え、受信タイミング回路２５０のタイ
ミングから“Ｄ”だけ遅れたタイミングで送信タ
イミング回路２１０を活性化する。更に送信制御
回路２６０は、送信装置２２０を制御し、出力電
力を例えば20dB減少させる。同時に送信装置２
２０により、送信タイミング回路２１０の発生す
るタイミングと同期した形でスペクトラム拡散さ
れた予約申請信号がアンテナ２３０を通してアツ
プリンク信号５５として送信される。この信号
は、衛星３００により中継され、ダウンリンク信
号６５となつて制御局のアンテナ１３０により受
信される。制御局の受信装置１４０は、ダウンリ
ンク信号６５を受信する以前に、自局が送信した
信号に係るダウンリンク信号６０を受信し、モニ
ターすると同時に受信タイミング回路１５０を同
期させている。予約申請信号に対する復調器も受
信装置１４０に含まれている。予約申請信号の復
調信号７５は受信装置１４０より出力され、制御
装置１８０に供給される。

さて、予約申請信号の復調器のタイミングは、
拡散に用いられたPN符号の１チツプの精度、す
なわち情報パケツトの変調信号の１シンボルの精
度、で抽出されて、タイミング比較回路１７０に
導かれ、受信タイミング回路１５０の出力と比較
され、衛星上のフレームタイミングとの偏差が検
出される。この偏差は、制御回路１８０に加えら
れ、制御回路１８０が探し出した空きタイムスロ
ツトの位置ｔを示すタイミング情報を位置t′を示
すタイミング情報に変形する。変形されたタイミ
ング情報４５は送信装置１２０により相手局のア
ドレスを付され制御信号として送信される。

この制御信号は再びデータ伝送局で受信され、
アドレスがチエツクされ自局向であることが確認
されると、送信制御回路２６０に供給され、前述
のt′を示すタイミング情報が抽出される。送信制
御回路２６０は、このt′の情報に基づき、遅延制
御回路２７０に与えられていた遅延量ＤをD′に
変更する。この結果、送信タイミング回路２１０
のタイミング位相も自動的に変更される。これに
より、送信タイミング回路２１０の制御で送信さ
れた情報パケツトが、制御回路１８０が探し出し
た本来の空きタイムスロツト位置ｔに入る様にな
る。

端末から送信すべきデータ４５は、送信装置２
２０によりパケツトに形成されて送信され、制御
局の受信装置１４０の出力８０となつて、必要機
器に供給される。

タイムスロツトの予約には幾つもの方法が考え
られる。例えば、送信すべきデータの量に無関係
に１回にｍフレーム分予約し、未だ不足なら予約
を更新する方法や、送信すべきデータ量を測り、
必要な分だけ予約する方法などがある。又、１フ
レームに１つだけのタイムスロツトの割当を受け
る方法や、１フレーム内に複数個の割当てを受け
る方法など種々あり、これらの組合せも又無数に
有る。しかし、これらは本発明とは直接関係がな
いので、これ以上の議論は省略する。

以上詳述した様に本発明は、予約方式を並用し
たスロツト付アロハ衛星パケツト通信方式に於い
て問題となる同期の問題を解決でき、しかも通信
網で多数を占めるデータ伝送局の規模をむしろ縮
少することが出来、経済的な通信網を構築する上
で絶大な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明に於ける衛
星パケツト通信方式のフレーム構成を説明するた
めの図で、両図において、Ａは変調された信号の
周波数スペクトラム特性、Ｂはフレーム構成を示
す。第３図は本発明による同期制御手順を説明す
るためのブロツク図である。 １００……高安定発振器、１１０……送信タイ
ミング回路、１２０……送信装置、１３０……制
御局アンテナ、１４０……受信装置、１５０……
受信タイミング回路、１７０……タイミング比較
回路、１８０……制御装置、２１０……送信タイ
ミング回路、２２０……送信装置、２３０……デ
ータ伝送局アンテナ、２４０……受信装置、２５
０……受信タイミング回路、２６０……送信制御
回路、２７０……遅延制御回路、３００……衛
星。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 各地球局間での通信を衛星を介して行なう衛
   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伝送局とを有し、前記データ
   伝送局の各々が、前記制御局に予約申請信号を送
   ることによつて該制御局からタイムスロツトの指
   定を受け、且つ該指定されたタイムスロツトを用
   いて他局に伝送すべきデータを情報パケツトとし
   て送信するようにした衛星パケツト通信方式であ
   つて、前記予約申請信号が、前記情報パケツトの
   変調周波数に等しい、または該変調周波数の整数
   分の１に等しいチツプ周波数を持つ特定の周期的
   符号系列により拡散され、且つ前記予約申請信号
   の１ビツトが前記周期的符号系列の１周期または
   複数周期に等しく、前記拡散された予約申請信号
   が前記情報パケツトの搬送波と同一の周波数の搬
   送波を変調することにより送信され、且つ該予約
   申請信号の送信電力が前記情報パケツトの伝送に
   重大な干渉を与えぬ程度に低いことを特徴とする
   衛星パケツト通信方式。