JPS6311816B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パケツト予約衛星通信方式に関する
もので、予約のための予約バーストの送信、及び
データパケツ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、例
えばコンピユータ通信網、では、データをパケツ
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つては、無線
パケツト方式が有効である。無線パケツト方式と
しては、アロハ方式が有名であり、また、これを
改良したスロツト付アロハ方式、予約方式等が検
討され、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。衛星を用いたパケツ
ト通信も種々の検討が行なわれ、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ツ
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。

前述の無線パケツトにおけるアロハ方式は、各
局がランダムにパケツトを送信する方式である。
このため、トラフイツクが多くなるとパケツトの
衝突が増え、再送する頻度も増えて来る。従つ
て、最大のスループツトは理想的な条件下で得ら
れる伝送容量の18％にしか達しない。他方、スロ
ツト付アロハ方式は、パケツトが送信されるべき
時間をスロツ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、パケツトの衝突は避けられな
い。

衛星を用いたパケツト通信でも同様の方式を用
いることが可能であるが、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は
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、送信したパケツトが衝突し合
つて無効となつても、それを知るのに時間が加
り、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局毎
に大きく異なり、また衛星の動きによつて、その
距離が時々刻々変化するため、“スロツト”を定
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」と云つた特別な技術を必要とする
ことである。

本発明の目的は、衛星を用いたパケツト通信に
おける上述した問題を解決することにある。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
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
ツトを送信する前に予約パケツトを送信してスロ
ツトを予約し、次いで予約により確保したスロツ
トにデータ・パケツトを送信する方式である。こ
の場合、データパケツトの衝突は避けられるが、
予約パケツトはアロハ方式又はスロツト付アロハ
方式で送信されることが考えられ、予約パケツト
の衝突は避けられない。従つて、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
フオーマツトを示す。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、周
期的に繰り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，………で示した多数のメツセージスロツ
ト１に分けられる。また、予約領域Ｒは多数の予
約スロツト２に分けられる。先の説明から、予約
バーストはデータバーストより短い筈だから予約
スロツト２はメツセージスロツト１よりも狭く、
また、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、ネツトワーク
上定義されたフレームＦの中の１つの予約スロツ
ト２あるいはメツセージスロツト１の中に完全に
納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、各スロツトは、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つているとして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
ミングにより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バーストはネツトワークの
中の制御局によつ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。従つ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、或るフレームで
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ぼすもう１つの影
響を第２図により説明する。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、最前部に復調器の搬送波／
クロツク同期用パターン４１があり、次いでユニ
ークワードと呼ばれる同期信号４２が続き、次い
でパケツト４３が続く。この内、同期信号４２は
バーストの存在を確認し、パケツト内データの語
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Ｃ／Ｎ
（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パケツト通信に比して複雑
なものとなり、誤りを許して相関検出を行なう必
要もあり得る。パケツト内のデータも単なる誤り
検出によらず、誤り訂正符号化により保護される
必要があろう。この様な条件の下ではユニークワ
ード４２の誤検出や検出見逃しは、パケツトの喪
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
件下ではパケツト中にユニークワードと同一また
は類似パ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、正しい検出パルス
のみを選び出すためには、アパーチヤゲート信号
６を用意し、あらかじめ予測される位置に現われ
る検出パ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ヤゲ
ート信号の幅に対応することとなり、アパーチヤ
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、パケツトの伝送に使用されるビツト周波数
を2Mb／ｓ、送信タイミングの誤差を５ミリ秒
とすれば、アパーチヤゲート信号の幅は５ミリ秒
以上となり、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、アパーチヤゲート信号は全く意味のないも
のとなつてしまう。

アパーチヤゲ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出で誤り検出や検
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／Ｎ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ポンダの
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、より正確に指示することにより、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
まで送信されることになる。

第３図に、本発明が想定している衛星通信系を
示す。この系は、１つの制御局１０（予備制御局
が別にあつても良い）と多数のデータ局２０，２
０′，２０″，………と含む。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とトラフイツクデータ（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
り高い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つであつて差つかえない。

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り、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、本発明による予約バースト送信方式
を示す。

第４図Ａ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・スロツト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り少ないタイミング誤差で
送信される。従つて、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、その代りに第４図Ｂの様に周波数軸
上で分割する。各周波数領域は_Sの間隔で配列さ
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_Bの中に納まつている。

より狭い周波数域で予約パケツトを伝送するた
めにはビツト周波数を下げる必要があり、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
スト毎に必要であつたガード・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／Ｔ
（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／Ｎ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・バーストより低い電力で送信すること
が出来るので、異なつ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、周波数域の間隔_Sを予約バーストの
シンボル周波数（２相PSK変調ではビツト周波
数と同一）に選んでおけば、送信例で特別なフイ
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_Bを持つ送
信帯域フイ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エアを
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Ｇ／Ｔが十分に大き
く、可成りの低電力でも受信出来る場合は、例え
ば予約バーストの送信電力を正規データバースト
より15dB以上下げることにより予約バーストが
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Ａに於いてフレームＦの時間基準は制御
局によつて与えられるが、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似信号やデータバーストを送
信する場合、例えばメツセージスロツト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
バー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、こ
の基準信号の受信により得られた時間基準に対
し、既知の衛星距離情報より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、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
ロツトの割当と同時に、この誤差をデータ局に知
らせる。従つて、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、より高い精度でデータ・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、同時に予約パケツトを作成する。予約パケツ
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、クロツ
ク発振器１２０の発生するクロツク信号８１によ
り駆動され、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／メツセージス
ロツト／予約スロツトのタイミング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
を持つている。送信制御回路１１０からバースト
が読み出される速度は、クロツク８３により決め
られる。クロツク選択スイツチ２１０は、クロツ
ク発振器１２０の出力をそのままクロツク８３と
して使用するか、クロツク発振器１２０の出力を
１／ｎ分周器２００により１／ｎの周波数に分周
したクロツク９２をクロツク８３として使用する
かを、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９
１に従つて、１／ｎに分周されたクロツク９２が
送信制御回路１１０のクロツク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／
クロツ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の出力７３は、変調
器１４０に加えられ搬送波８５を変調する。搬送
波選択スイツチ２３０は、制御信号９１に従つ
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、帯域フイルタ１６０を
経て、７４となり、減衰器１７０を経て出力７５
となり、適当な周波数に変換されて衛星に向け送
信される。減衰器１７０は制御信号９１に従つ
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り受信さ
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ツトの割当と同時に
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１３
０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、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、予約パケツトの発生後、
データ・パケツトを作り、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り周期的に予約バーストを送
り続ける。そして、送信制御回路１１０は、制御
局からの応答、すなわち割当を受け次第、データ
処理装置１００に伝えて送信すべきデータパケツ
トを受け取り、ユニークワード等の付加パターン
をつけてデータ・バーストを形成し、該データ・
バー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つて送信する。この際、デー
タ処理装置１００からの制御信号９１は、スイツ
チ２１０，２３０及び減衰器１７０を、データ・
バー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、より高
い精度で衛星上で割当てられたメツセージ・スロ
ツトの中に投入される。従つて、この様にして送
信されたデータバーストは限界ギリギリのＣ／Ｎ
条件で設計されたデータ局でも十分な確率で受信
出来、データ局間の交信が成り立つ。

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つて同じ変調器１
４０、同じフイルタ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、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
フイツクの多い局程、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、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
ロツ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
り、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）の各件を限界ギリギリ迄軽
くすることにより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り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つたパケツト予約方式
におけるフレームのフオーマツトを示した図、第
２図は上記パケツ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
ヤ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Ａは本発明
に従うフレームのフオーマツトを示した図、第４
図Ｂは第４図Ａ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……クロツク発振器、１３０……
送信タイミング制御回路、１４０……変調器、１
５０……データバースト用搬送波発振器、１６０
……帯域フイルタ、１７０……減衰器、２００…
…分周器、２１０……クロツク選択スイツチ、２
２０……予約バースト用搬送波発振器、２３０…
…搬送波選択スイツチ、７１……データ入力、７
５……送信出力、９４……制御局よりの割当・制
御情報。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 各地球局間での通信を、衛星を時分割的に使
   用することにより、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、各局間でデータパケツトを含むデ
   ータバーストを送受し、交信する衛星通信方式で
   あつて、時分割の基準となるフレームが前記制御
   局により定義され、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
   タバーストより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、
   前記制御局に送り、該制御局より自己のデータバ
   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ツト予約衛星通信方式。