JPS632379B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、TDMA（時分割多元接続）通信系、
特に静止衛星を中継局とするTDMA衛星通信系
において、TDMAフレームのタイミング基準を
与える基準局の障害が通信系の機能に影響を与え
ることのない基準局の基準バースト送出方式に関
する。

複数の通信局が共通の中継器を時分割的に利用
して相互に通信を行なうTDMA通信系において、
各通信局が送信するデータは間欠的、且つ周期的
なバーストと呼ばれる形態をとり、中継器上でこ
れらのバーストが相互に重なり合わぬように制御
されながら相手局に向けて送信される。この結
果、中継器を通つて各局に受信される信号は多数
のバーストが配列され、しかも周期的に繰り返す
TDMAフレームと呼ばれる形になる。しかし、
このようなTDMAフレームが形成され、維持さ
れるためには何等かの時間的な基準が必要であ
る。通常、通信系に参加している複数の通信局の
うちから１つが選ばれて基準局となり、この基準
局から全通信局が識別出来る形の基準バーストと
呼ばれる特別なバーストを送出して、これを時間
基準としている。

このようにして維持されたTDMAフレームに
おいて、万一基準局に障害が起こり、基準バース
トの送出が停止すると、このTDMA通信系は機
能を保てなくなつてしまう。上記のような障害の
発生を避けるためには、１つの主基準局と、その
他に予備基準局を定めておき、主基準局に障害が
起つた時、代つて予備基準局が基準バーストを送
信する方法（基準局交代）がとられる。しかし、
主基準局の障害を予備基準局が検出し、確認する
迄には数秒の時間がかかり、一般の局はこの間基
準バーストの無い状態で系を維持せねばならな
い。そのためには、それぞれの局に高安定の基準
発振器を必要とするなど、局の設備を複雑にして
いる。問題は、主基準局における障害の発生を誰
が、どのような方法で判断するかにあり、時には
主基準局が基準バーストを送信しているにも拘ら
ず、予備基準局も基準バーストを送信してフレー
ム上で両者の基準バーストが重畳する結果、かえ
つて通信系を瓦解させてしまうこともある。

このような問題を解決するために、主基準局と
予備基準局の両方が同時にTDMAフレーム中の
異つた個所にそれぞれの基準バーストを送出する
方法もある。この場合、一般の局は２つの基準バ
ーストの内、どちらが本物であるかを常に監視す
る必要があり、また主基準局で発生した障害を各
局が独立に判定する結果、通信系内部の制御に統
一を欠き、混乱を生ずるという欠点がある。勿
論、このような問題を避けようとすればする程、
各局の装置は複雑なものにならざるを得ない。

本発明の目的は、複数の基準局のそれぞれから
複数フレームの周期で、かつ重畳しないフレーム
に基準バーストを送出することによつて、一般局
の設備を複雑にすることなく、かつ基準局に障害
が起こつても、安定にTDMA通信系の機能を維
持させることのできる基準局の基準バースト送出
方式を提供するにある。

本発明によれば、基準局装置から送出する基準
バーストを周期Ｔのフレームタイミングの基準と
することによつて、１つの中継局を介し基準局を
含む複数の通信局間で通信を行なうTDMA通信
系に適用され、予め指定されたＮ個（Ｎ２）の
基準局がそれぞれMT（ＭＮ）の期間に１回以
上、相互に重畳しないフレームに対して、フレー
ム内の所定位置に基準バーストを送出することを
特徴とする基準局の基準バースト送出方式が得ら
れる。

ここで、本発明との比較を容易にするために、
従来技術によるTDMAフレーム全体の構成につ
いて第１図を参照して説明する。図のイにおい
て、１，１′は基準局より送出された基準バース
ト、２，３，４，……はそれぞれ異なつた一般通
信局より送信される本来の伝送すべきデータを含
むデータバーストである。図のロは基準バースト
１の詳細を示している。このうち、１−１は基準
バーストを受信復調する際に、復調器に搬送波及
びクロツク情報を与える復調用同期パターン、１
−２は“011110001001”のように一見ランダムに
見え、かつ前後にどのようなパターンが付いても
確実に識別されるようなパターンをもつたフレー
ム同期信号であり、一般にユニーク・ワード
（Unique Word）とも呼ばれている。１−３は基
準局から一般局への制御信号や、自局の識別符
号、状態を表わす符号、打合せ用信号等が含まれ
る部分である。

先に、TDMAフレームの時間基準は基準バー
ストにより与えられると述べたが、厳密にはユニ
ークワード１−２により与えられ、一般局がこの
ユニークワードを丁度検出した時点、すなわちユ
ニークワードの最終ビツトの位置がフレームの時
間基準となる。一般局は、この時間基準を用いて
受信される信号の内から自局に必要なバーストを
選び出し、また、この受信時間基準に基づいて自
局のバーストを送信するタイミングを決める。例
えば、自局が送信したバーストを自局で受信し、
その受信位置が基準バーストの受信位置を基点と
して自局に割当てられた位置と一致するか否かを
調べ、もし誤差があれば、自局バーストの送信タ
イミングを補正しなければならない。このように
構成されたTDMAフレームにおいて、基準局に
障害が起こり、基準バーストが失われた場合に生
ずる通信系の機能失墜の問題や、それをバツクア
ツプする面倒な方法については前に述べたとおり
である。

次に、本発明による基準バースト送出方式につ
いて説明する。この方式の特徴は、まず第１に主
基準局と、予備基準局がTDMAフレーム上の同
じ位置に、ただし、交互のフレームに基準バース
トを送信することである。この場合、予備基準局
は一般局と同様に主基準局から送信された基準バ
ーストを受信して、それに基づき自局のバースト
の送信タイミングを決める。一般局は、常時、特
にどの基準バーストがどちらの基準局から送信さ
れたかを意識する必要はないが、この２つが容易
に識別される時は、主基準局から送信された基準
バーストを先ず第１に基準とすべきことは言う迄
もない。すなわち、予備基準局から送信された基
準バーストは、その位置に多少の誤差を含むから
である。

基準局の数は上記のように２局と限定する必要
はない。一般的に言えば、同期Ｔのフレームを有
するTDMA通信系において、Ｎ個（Ｎ２）の
基準局があり、各基準局はNTの周期で、ただし
相互に重畳せぬフレームに基準バーストを送出す
る方式と言うことになる。第２図は、この方式に
適合する超フレームの構成を図示したものであ
る。この図においては、基準局の数Ｎに対応して
Ｍ個（ＭＮ）のTDMAフレームから成る超フ
レームを考え、フレームNo.１からNo.Ｍ迄を超フレ
ームNo.１、フレームNo.（Ｍ＋１）からNo.2M迄を
超フレームNo.２と言うように、Ｍフレームを単位
として繰り返し形成される。ここで、Ｍ＝Ｎとし
て説明を続けると、１つのフレームの中は第１図
の場合と同様に基準バーストと複数のデータバー
ストとから成つているが、基準バーストのみにつ
いて言うと、フレームNo.１に関しては基準局１か
ら基準バースト１１が、フレームNo.２には基準局
２から基準バースト１２が、以降順にフレームNo.
Ｍには基準局Ｍから基準バースト１Ｍが送信され
る。フレームNo.（Ｍ＋１）は図示していないが、
再び基準局１より基準バースト１（Ｍ＋１）が送
信されることになり、以下同様に繰り返す。ここ
で重要なことは、基準バーストを送出すべき位置
は送信する基準局に依らず、単にフレームの時間
基準を与える位置であり、フレーム内のデータバ
ーストの構成もフレームに関係なく同一である。

次に、万一Ｎ個の基準局の内の１個、又は複数
の基準局に障害が起こり、それらの基準バースト
の送信が止つた場合、一定の確認時間の後に残り
の基準局の内の１つ、または幾つかが代りに障害
局の分の基準バーストを送信することが考えられ
る。前者の場合は、Ｎ個の基準局の内、最も大き
な優先権を有する主基準局がすべての障害局の肩
代りをすべきである。主基準局の役割がそれ程強
くないシステムの場合には障害局の前、又は後の
フレームに基準バーストを送信する基準局が代行
するのが適当であろう。Ｎ個の基準局の内の１つ
を主基準局として識別する方法としては、ユニー
クワードで区別する方法とユニークワードはすべ
て同一とし、それ以外に局識別符号、又は状態表
示符号により識別する方法がある。

ユニークワードで区別する場合には、例えば主
基準バーストには“011110001001”を使用し、他
の基準バーストには“100001110110”を使用すれ
ば、これを検出するハードは共通に出来る等の利
点がある。しかし、この方法は、PSK変調波の
復調時に問題となる位相不確定性除去の目的に合
うよう、ユニークワードのパターンを利用する場
合には適出来ない。また状態符号を用いる方法と
しては、例えば主基準局、第１予備基準局、第２
予備基準局、その他の基準局に対して“11”、
“10”、“01”および“00”の符号を割り振り、ユ
ニークワードのあとに付けて送信するようなやり
方が用いられる。

なお、主基準局に障害が発生した場合は、通常
論議されている基準局交代の手順に従つて、例え
ば順次下位の基準局が上位の基準局に昇格する。
前に障害を起こした主基準局の障害が直つた場
合、最下位につく方法と第１予備基準局になる方
法、又、主基準局に戻る方法などあるが、これは
ソフト的な問題であり、本発明とは直接関係ない
のでこれ以上の説明は省略する。

本発明を適用することにより、一般局（主基準
局以外の基準局を含む）の各種同期が基準局障害
の影響を受けないことと、実際の運用に於いて基
準局を１つしか持たないような小規模のシステム
から出発したTDMA通信系が、系の発展、ある
いは利用度の増大に応じて、基準局設備の増設の
みで系の信頼性を改善して行くことが出来るとい
う利点が得られる。このことは、新らたに通信系
を建設する場合に大きなフレキシビリテイを与え
るものである。ここで、前者、すなわち同期の問
題について説明を加えると、TDMA通信系に於
ける信号の受信には、先ずフレーム同期を確立す
ることが先決であり、前述のように、これは基準
バーストのユニークワードを検出することにより
行なわれる。しかし、ユニークワードは有限の長
さのパターンであるから、他のデータバーストの
中にたまたま同一のパターンが現われる確率は可
成り高い。場合によつては、データバーストの或
る場所にユニークワードと同一のパターンが幾フ
レームも続いて現われることも有り得る。

このような基準のユニークワードと同じパター
ンをユニークワードと誤つて検出することを誤り
検出と言う。この誤り検出により、受信装置が誤
つて同期状態になることを防ぐために保護処置が
とられるが、この保護過程を“後方保護”とい
う。また、一度同期状態になつても、ユニークワ
ードが検出されなくなると同期外れとなるが、ユ
ニークワードの喪失が一度的なものか、継続的な
ものかと判断する程過を“前方保護”と言う。こ
れらの関係を図示すると、第３図のようになる。
先ず“前方保護”について、従来の方式では、基
準局に障害があつて基準バーストが喪失した場
合、同期外れとなつて通信系全体が瓦解するか、
または、各局が高安定の発振器を有し、予備基準
局が基準バーストを代りに送出する迄の数秒間を
自己のタイミングで保持する必要があつた。

しかし、本発明を適用した場合、一般局の同期
回路に、例えば“Ｌフレーム連続してユニークワ
ードが検出出来なかつたら同期外れと判定する”
（Ｌフレーム中１回でもユニークワードが検出さ
れたら同期状態を維持し続ける）と言つた、通常
良く用いられる前方保護の論理を用いている限
り、基準局の障害は通信系の運用に何等の影響を
与えないし、基準局間で行なわれる基準局交代も
何等影響を与えない。特に、基準局交代過程で誤
まつて２つの基準局が同一のタイムスロツトに基
準バーストを重畳して送出してしまうような事故
が起つても、一般局はこのような干渉を受けた信
号を正常に受信することが出来ず、結局基準バー
ストの喪失と同じ結果となるため、通信系の運用
はやはり影響を受けないことは強調されるべき点
である。上記Ｌの値はＭ、またはＭより大きい値
とするのが適当であり、５〜10位が一般的であろ
う。

次に、“後方保護”について考える。これは前
述のように後方保護データ中にたまたま現われた
基準のユニークワードと同一のパターンをユニー
クワードと誤つて、これに同期することを避ける
過程である。一般には、機つかのユニークワード
が継続するフレームで検出されることを条件とし
ている。従つて、本発明を適用した場合も、基準
局交代が実行されつつある過渡的な数秒間は、後
方保護過程により自動的に同期確立が禁止される
のが安全であろう。すなわち、後方保護の論理
は、“ユニークワードが同一タイムスロツトにＬ
フレーム以上継続して検出される”、あるいは
“ユニークワードが同一タイムスロツト内にＬフ
レーム中Ｋフレーム検出され、その中に主基準バ
ーストのものが含まれている”などが考えられ
る。ただし、ＫＭ、Ｍ＜Ｌとする。

前述の説明において、超フレームを構成するフ
レーム数Ｍと基準局の数Ｎとが異なる場合もあり
得ることを示したが、これは超フレームを他の目
的にも使用することがあり、必ずしも基準局の数
と一致しなくても良いためである。この場合は、
Ｍ−Ｎの局が障害を起したと見なして主基準局、
又は隣接する局がこれを埋めればよいし、場合に
よつては故意に基準バースト無しで明けておくこ
とが効果的である。これは、基準バーストのユニ
ークワードが或る特定のフレームで検出出来ない
と言うことを後方保護の条件に入れることが出来
るからである。

一般局における送信の同期は、受信フレーム同
期が確立した後に行なわれるが、ここで重要な機
能は、自局の送信したデータバーストのフレーム
内の割当てられた位置に在るか否かを監視するこ
とである。この場合の基準は、やはり基準バース
トのユニークワード検出位置である。この様な監
視機能により実際に自局データバーストの位置の
誤差を測定し、送信タイミングを補正する頻度は
静止衛星を用いた衛星通信の場合は約0.3秒以上
に１回である。これは、衛星までの電波の往復に
0.3秒近い時間がかかるためである。一方、主基
準局以外の基準局から送信する基準バーストも主
基準局の基準バーストが基準となつており、主基
準局以外の基準局が送信した基準バーストのタイ
ミングには多少の誤差を含む可能性が大きい。従
つて、上述の自局データバースト位置の誤差測定
は主基準局からの基準バーストを受信したフレー
ムで行うのが好ましいことは言うまでもない。

主基準局の障害で基準局交代が行なわれている
期間、一般局の送信タイミングの決定に他の基準
局バーストを使用するか、自局内のタイミングに
依存するかは、自局内のクロツクの安定度と基準
局交代に要する時間とにかかわる。一般論で言え
ば、短期的には自局内のクロツクに依存し、次い
で、次に主基準局となるべき第１予備基準局の基
準バーストに依存するのが適当である。

以上の説明により明らかなように、本発明によ
る基準バースト送出方式を用いることにより、障
害発生に起因する基準局交代に伴う種々の問題
は、基準局相互間のみの問題に限定され、通信系
の運用や基準局以外の一般局には無関係とするこ
とが出来るから、多数の一般小型地球局を有する
ドメステイツクTDMA通信系等に於いて、一般
局の装置を簡単に出来ると共に通信系の信頼性を
向上すべく得られる効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術によるTDMAフレームの構
成を説明する図、第２図は本発明の基準バースト
送出方式に適合する超フレーム構成を説明する
図、第３図は本発明を適用した場合の一般局にお
ける同期状態の遷移を説明する図である。 図において、１１〜１Ｍ，１（Ｍ＋１）は基準
バースト、２，３，４はデータバーストである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基準局装置から送出する基準バーストを周期
   Ｔのフレームタイミングの基準とすることによつ
   て、１つの中継局を介し基準局を含む複数の通信
   局間で通信を行なうTDMA通信系に適用され、
   予め指定されたＮ個（Ｎ２）の基準局がそれぞ
   れMT（ＭＮ）の期間に１回以上、相互に重畳
   しないフレームに対して、フレーム内の所定位置
   に基準バーストを送出することを特徴とする基準
   局の基準バースト送出方式。