JP5716600B2 - 衛星通信システム及びその送信装置、受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、衛星通信システムにおける、秘匿性の高い回線の高速化に関するものである。

衛星通信システムは、放送、防災、デジタルデバイド対策など、さまざまな分野で利用されている。しかしその特徴のひとつである広域性のため、傍受による情報漏洩の恐れがある。これを解決する手段として、変復調装置のスクランブル技術や、暗号化技術が利用されているが、傍受そのものを回避するために、スペクトル拡散通信方式を利用することが多い。しかしスペクトル拡散通信は、本来伝送に必要な、周波数範囲よりも広い周波数を利用することになり、周波数利用効率が低く、高速・大容量通信には適してない。このため、伝送速度高速化のためには、秘匿性を犠牲にし、非スペクトル拡散通信方式にて、高速通信を実施している。

特許文献１では、スペクトル拡散した拡散変調信号とスペクトル拡散しない情報変調信号とを同一周波数帯域に多重化して送信する。受信側では、まずスペクトル拡散変調信号を復調する。次に、拡散変調信号のレプリカ信号を生成し、多重化信号からレプリカ信号を除去することでスペクトル拡散されていない情報信号を抽出している。この結果、同一周波数帯域で多くの情報信号を伝送した場合でも、受信側でそれらを良好に分離復調できるという効果を奏している。

特開２００３−１７９５７３号公報（第１頁−第６２頁、第１８図）

特許文献１は、限られた周波数帯域でより多くの情報を伝送でき、周波数利用効率を向上する効果を奏するものの、電波傍受による情報漏洩に関しては、考慮されていない。本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、スペクトル拡散通信方式と非スペクトル拡散通信方式を組み合わせて利用することにより、スペクトル拡散通信方式の秘匿性を維持しつつ、高速通信を実現することを目的とする。

請求項１に係る衛星通信システムは、スペクトル拡散通信と非スペクトル拡散通信を利用し衛星回線を介してデータを伝送する衛星通信システムであって、前記スペクトル拡散通信用に設定された拡散コードをもとに決定された分割パターンに従い、前記データをスペクトル拡散通信用の第１データと非スペクトル拡散通信用の第２データとに分割して、前記第１データを前記拡散コードによる拡散処理を実施しスペクトル拡散変調しスペクトル拡散通信回線へ、前記第２データを非スペクトル拡散変調し非スペクトル拡散通信回線へそれぞれ送信する送信装置と、前記スペクトル拡散通信回線を介して受信した信号を前記拡散コードによる逆拡散処理を実施しスペクトル拡散復調した前記第１データと、前記非スペクトル拡散通信回線を介して受信した信号を非スペクトル拡散復調した前記第２データとを、前記拡散コードをもとに決定された結合パターンに従い結合し前記データを復元する受信装置とを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、非スペクトル拡散通信で伝送するデータのみでは、有意なデータにならないため秘匿性に優れており、また信号の分割・統合処理する際に、冗長なデータ伝送を行わないため、通信速度を高速化できる効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る衛星通信システムの全体構成を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るスペクトル拡散通信と非スペクトル拡散通信のイメージ図である。 この発明の実施の形態１に係るデータの分割・結合処理のイメージ図である。 この発明の実施の形態１に係るデータ分割処理の実施例である。 この発明の実施の形態１に係る信号分割部と信号結合部の詳細図である。

実施の形態１．
図１には、本実施の形態に係る衛星通信システムの全体構成を示す機能ブロック図を示す。図において、通信局Ａにおける送信装置２２が送信した電波信号は衛星回線１１を経由して通信局Ｂの受信装置２３が受信する。

通信局Ａにおける送信装置２２は、端末Ａ１、信号分割部２、分割管理部２４、ＳＳ変調部３（スペクトル拡散通信変調部）、ＮＳＳ変調部４（非スペクトル拡散通信変調部）、送信機５を備えている。通信局Ｂの受信装置２３は、端末Ｂ６、信号結合部７、結合管理部２５、ＳＳ復調部８（スペクトル拡散通信変調部）、ＮＳＳ復調部９（非スペクトル拡散散通信変調部）、受信機１０を備えている。

図２には、本実施の形態に係るスペクトル拡散通信と非スペクトル拡散通信のイメージ図を示す。図において、通信局Ａにおける送信装置２２が送信した電波信号は、人工衛星局１７を介して通信局Ｂの受信装置２３が受信する。
１８はスペクトル拡散通信の周波数スペクトル、１９は非スペクトル拡散通信の周波数スペクトル、２０はスペクトル拡散通信の通信波の流れ、２１は非スペクトル拡散通信の通信波の流れを表している。

図３には、データの分割・結合処理の概要を表すイメージ図を示す。スペクトル拡散通信と非スペクトル拡散通信で有意なデータＺ（ａバイト）を通信局Ａの送信装置から通信局Ｂの受信装置へ伝送する場合には、データＺをデータＸ（ａ−ｂバイト）とデータＹ（ｂバイト）に分割する。このときの分割方法は、スペクトル拡散通信で使用する拡散コードを利用して決定する。

図において、１２は端末Ａ１から出力されるデータ及び端末Ｂへ入力されるデータＺ、１３は信号分割部２からＳＳ変調部３へ出力されるデータＸ及びＳＳ復調部８から信号結合部７へ入力されるデータＸ、１４は信号分割部２からＮＳＳ変調部４へ出力されるデータＹ及びＮＳＳ復調部９から信号結合部７へ入力されるデータＹ、１５はＳＳ変調部３から送信機５へ出力されるデータＸ’の周波数スペクトル及び受信機１０からＳＳ復調部８へ入力されるデータＸ’の周波数スペクトル、１６はＮＳＳ変調部４から送信機５へ出力されるデータＹ’の周波数スペクトル及び受信機１０からＮＳＳ復調部９へ入力されるデータＹ’の周波数スペクトルである。

データＸは、変調処理及びスペクトル拡散通信による拡散コードによる拡散処理を実施し、データＸ’として、衛星回線を介して通信局Ｂの受信装置２３へ、データＹは、非スペクトル拡散通信により変調処理されデータＹ’として衛星回線を介して通信局Ｂの受信装置へ送信される。通信局Ｂの受信装置では、スペクトル拡散通信で伝送されたデータＸ’に逆拡散処理及び、復調処理を施しデータＸを復元する。また、非スペクトル拡散通信で伝送されたのデータＹ’に復調処理を行ないデータＹを復元する。その後、スペクトル拡散通信で使用した拡散コードを用いて、データＸとデータＹを結合して、データＺを復元する。

次に、図１に示す各要素について詳細に動作を説明する。まず、通信局Ａにおける送信装置２２において、端末Ａ１から有意なデータを受信した信号分割部２は、スペクトル拡散通信の変調を行うＳＳ変調部３と非スペクトル拡散通信の変調を行うＮＳＳ変調部４へ、データを分割して出力する。

この際、分割単位で有意なデータが復号できないように、入力データに同期しない分割を行うために、通常の無線通信システム同様、通信制御局を介した回線制御シーケンスによって自動で、もしくは、通信端局の運用者によって、手動にて設定される拡散コードを用いてデータを分割する。従がって通常は、変調部及び復調部にのみ設定される拡散コードを信号分割部２及び信号結合部７にも設定する。

分割管理部２４は、スペクトル拡散通信用に設定された拡散コードと拡散通信と非拡散通信の速度比を元に、分割パターンを決定する。信号分割部２は、分割管理部２４から指示された分割パターンに従いデータを分割し、ＳＳ変調部３及びＮＳＳ変調部４へ出力する。ＳＳ変調部３及びＮＳＳ変調部４にてそれぞれスペクトル拡散変調、非スペクトル拡散変調された後、送信機５から送信する。このとき、分割管理部２４には、ＳＳ変調部３及びＮＳＳ変調部４から、各変調を行う際のフレーム処理のタイミングが入力されるものとし、そのフレーム処理のタイミングをトリガーに分割パターンの初期化を行う。

通信局Ｂの受信装置２３において、結合管理部２５は、拡散通信用に設定された拡散コードと拡散通信と非拡散通信の速度比を元に、結合パターンを決定する。信号結合部７は、結合管理部２５から指示された結合パターンに従い、ＳＳ復調部８及びＮＳＳ復調部９から入力されたデータを結合し、端末Ｂ６へ出力する。このとき、ＳＳ復調部８及びＮＳＳ復調部９から入力されるフレーム処理のタイミングに従い、結合パターンの初期化を実施する。

図４には、信号データ分割・結合の一実施例を示す。図４（ａ）は、分割前のデータ系列であるデータＺである。図４（ｂ）は、拡散コードがαである場合の、分割例である。拡散コードαに対応して、分割管理部２４から指示された分割パターンに従い、データＺからデータＸとして、１０と３７を選択する。データＹとして残りのデータ系列を選択し、分割する。復調する際には、同じ拡散コードαに対応して、結合管理部２５から指示された結合パターンに従い、データＸとデータＹを結合する。

図４（ｃ）は、拡散コードがβである場合の、分割例である。拡散コードβに対応して、分割管理部２４から指示された分割パターンに従いデータＸとして、Ｅ４と７２を選択する。データＹとして残りのデータ系列を選択し、分割する。復調する際には、同じ拡散コードβに対応して、結合管理部２５から指示された結合パターンに従い、データＸとデータＹを結合する。

図５（ａ）には、信号分割部２、図５（ｂ）には信号結合部７の詳細を示すブロック図を示す。図５（ａ）において、信号分割部２は、入力データバッファ部５１、信号選択部５２、拡散コード保持部５３を備えている。信号選択部５２は、入力バッファ部５１からの入力データを、通信回線を確立するために予め設定した拡散コードを利用し、結合管理部２５から指示された結合パターンに従い、データＺを、データＸとデータＹに分割して出力する。振り分けるデータ量は拡散通信と非拡散通信の速度比によって決定される。また、振り分ける順番は、拡散コードによって決定する。

図５（ｂ）において、信号結合部７は、出力データバッファ部７１、信号選択部７２、拡散コード保持部７３を有する。信号選択部７２は、通信回線を確立するために予め設定した拡散コードに従って、結合管理部２５から指示された結合パターンに従い、データＸとデータＹを結合してデータＺを作成し、出力データバッファ部７１から出力する。

以上のように、スペクトル拡散通信を衛星通信回線上で確立するためにはお互いの通信局で同一の拡散コード保持しているため、分割・結合処理のために、新たな情報を通信局間で伝送する必要がなく、また、ＳＳ変調部３、ＮＳＳ変調部４、ＳＳ復調部８及びＮＳＳ復調部９から、フレーム処理のタイミングを利用し、分割パターン及び結合パターンを初期化することにより、通信局Ａの送信装置２２から通信局Ｂの受信装置２３へデータ伝送に必要なデータ以外のデータを伝送することなく、分割したデータＸ及びデータＹの総計データサイズは、データＺのデータサイズと同等とすることが可能である。

この結果、データＺ（ａバイト）以上の情報を伝送しなくとも、分割・結合の処理が可能であるため、高速化を実現できるという格別の効果を奏する。また、非スペクトル拡散通信で伝送されるデータＸ’だけでは、有意なデータとならず、更に、単一の伝送路では全てのデータを送付していないため、単一の伝送路のみでデータを送付する場合よりも、秘匿性を向上させることができる。

１ 端末Ａ
２ 信号分割部
３ ＳＳ変調部（スペクトル拡散変調部）
４ ＮＳＳ変調部（非スペクトル拡散変調部）
５ 送信機
６ 端末Ｂ
７ 信号結合部
８ ＳＳ復調部（スペクトル拡散復調部）
９ ＮＳＳ復調部（非スペクトル拡散復調部）
１０ 受信機
１１ 衛星回線
１２ データＺ
１３ データＸ
１４ データＹ
１５ データＸ’の周波数スペクトル
１６ データＹ’の周波数スペクトル
１７ 人工衛星局
１８ スペクトル拡散通信の周波数スペクトル
１９ 非スペクトル拡散通信の周波数スペクトル
２０ 非スペクトル拡散通信の通信波の流れ
２１ スペクトル拡散通信の通信波の流れ
２２ 通信局Ａの送信装置
２３ 通信局Ｂの受信装置
２４ 分割管理部
２５ 結合管理部
５１ 入力データバッファ部
５２ 信号選択部
５３ 拡散コード保持部
７１ 出力データバッファ部
７２ 信号選択部
７３ 拡散コード保持部

Claims (5)

1. スペクトル拡散通信と非スペクトル拡散通信を利用し衛星回線を介してデータを伝送する衛星通信システムであって、
   前記スペクトル拡散通信用に設定された拡散コードをもとに決定された分割パターンに従い、前記データをスペクトル拡散通信用の第１データと非スペクトル拡散通信用の第２データとに分割して、前記第１データを前記拡散コードによる拡散処理を実施しスペクトル拡散変調しスペクトル拡散通信回線へ、前記第２データを非スペクトル拡散変調し非スペクトル拡散通信回線へそれぞれ送信する送信装置と、
   前記スペクトル拡散通信回線を介して受信した信号を前記拡散コードによる逆拡散処理を実施しスペクトル拡散復調した前記第１データと、前記非スペクトル拡散通信回線を介して受信した信号を非スペクトル拡散復調した前記第２データとを、前記拡散コードをもとに決定された結合パターンに従い結合し前記データを復元する受信装置と
   を備えたことを特徴とする衛星通信システム。
2. スペクトル拡散通信と非スペクトル拡散通信を利用し衛星回線を介してデータを伝送する衛星通信システムの送信装置であって、
   前記スペクトル拡散通信用に設定された拡散コードをもとに決定された分割パターンに従い、前記データをスペクトル拡散通信用の第１データと非スペクトル拡散通信用の第２データとに分割する信号分割部と、
   前記第１データを前記拡散コードによる拡散処理を実施しスペクトル拡散変調するスペクトル拡散変調部と、
   前記第２データを非スペクトル拡散変調する非スペクトル拡散変調部と、
   スペクトル拡散変調された前記第１データをスペクトル拡散通信回線へ、非スペクトル拡散変調された前記第２データを非スペクトル拡散通信回線へそれぞれ送信する送信機と
   を備えたことを特徴とする衛星通信システムの送信装置。
3. スペクトル拡散通信と非スペクトル拡散通信を利用し衛星回線を介してデータを伝送する衛星通信システムの受信装置であって、
   スペクトル拡散通信回線を介して伝送された信号と非スペクトル拡散通信回線を介して伝送された信号を受信する受信機と、
   前記スペクトル拡散通信回線を介して受信された信号を拡散コードによる逆拡散処理を実施しスペクトル拡散復調した第１データを復元するスペクトル拡散復調部と、
   前記非スペクトル拡散通信回線を介して受信された信号を非スペクトル拡散復調した第２データを復元する非スペクトル拡散復調部と、
   前記拡散コードをもとに決定された結合パターンに従い、前記第１データと前記第２データを結合し、前記データを復元する信号結合部と
   を備えたことを特徴とする衛星通信システムの受信装置。
4. 前記分割パターンは、前記拡散コード及び前記スペクトル拡散通信と前記非スペクトル拡散通信の速度比をもとに決定されることを特徴とする請求項１に記載の衛星通信システムまたは請求項２に記載の送信装置。
5. 前記結合パターンは、前記拡散コード及び前記スペクトル拡散通信と前記非スペクトル拡散通信の速度比をもとに決定されることを特徴とする請求項１に記載の衛星通信システムまたは請求項３に記載の受信装置。

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