JPH04207529A - 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】 ［発明の目的］ （−産業上の利用分野） 本発明は衛星通信、特に周回低軌道衛星を介して移動体
と通信を行うための衛星通信方式に関する。

（従来の技術） 近年、いつでも、どこでも、誰とても通信を行うことか
できる移動通信の需要か急激に増加している。特に、陸
上移動通信の市場増大は目覚ましく、新たな、より便利
で有効な移動通信手段か求められている。また、このま
までは限られた周波数資源を使い尽くしてしまうことは
目に見えており、その観点からも新たな移動通信システ
ムが待ち望まれている。

ところで、従来の陸上移動通信には相当大きな問題か山
積みされていた。その最大のものは、広いサービス領域
をカバーすることかてきないという問題であった。すな
わち、僻地や山間地においては用いることかできなかっ
た。これは、従来のシステムかセル方式を用いており、
通信インフラストラフチャーの建設に美大な費用を要す
ることによる。従って、人口密度の低い所でサービスを
行っても、そのためのインフラストラフチャーの建設費
を償却することができず、経済的に成立たないという致
命的な欠点があった。さらに、セル方式では、移動通信
用基地局を設置可能な領域のみがザービス対象となるた
め、海上や荒野はサービス対象外であった。

一方、地球上、極地を除いてとこても通信を行える方式
として、衛星移動通ｆ菖か実用化されつつある。その一
つはインマルサットシステムであり、チリ沖と南北極海
域を除く地球上すべての海域と一部僻地で通信を行うこ
とができる。

ところか、従来の衛星移動通信システムにも問題点かあ
った。これは、従来の衛星通信システムは、地球上から
　３６０００ｋ　ｍも離れた静止衛星を用いて通信を行
うために、相当大きな送信電力を要し、さらにパラボラ
あるいはカセグレンといった指向性が鋭く、重量の重い
、大きな、制御か極めて困−なアンテナを用いなくては
ならなかった。

例えば、現在用いられているインマルサット、スタンダ
ードＡシステムでは、直径１，２ｍ程度のパラボラアン
テナを用い、さらに、ジャイロを用いて、移動体の揺れ
や動きを補正して常にアンテナか一定方向を向くように
作られていた。したかって、移動局端末全体の重量は１
を近くにもなってしまう。さらに、送信パワーは数十Ｗ
は必要としたため、相当大きな増幅器を用いる必要があ
るため、消費電力かｋＷオーダーにまでなり、低消費電
力、超小型化を目指す移動通信の本質を満たしていなか
った。したがって、従来の衛星通信システムは、主に船
舶通信等に用いられるにすぎなかった。

これらの問題点を解決する他の方式として、複数の低軌
道衛星を介した移動通信システムが考えられている。こ
れは、軌道高度数百〜数千ｋｍの低軌道周回衛星を複数
打ち上げ、それらのうち移動端末と通信可能ないずれか
の衛星を選択しつつ通信を行うものである。この場合、
世界中いずれの地域でも均一なサービスを行えるほか、
低消費電力で通信を行えるとともに、極めて指向性のよ
いアンテナを用いずに済むため、小型の受信器を用いた
移動通信システムを実現できる。

ところが、このような周回衛星を介した通信システムに
も以下のような問題点かあった。

■ドツプラーシフトによる周波数オフセットか大きい；
低軌道周回衛Ｆは秒速８ｋｍ以上で移動するため、地上
の端末との通信では大きなドツプラーシフトを生ずる。

例えば、Ｌバンド（１，５〜１．６Ｇｔｌｚ帯）を用い
た場合、ドツプラーシフトによる周波数オフセットは４
０ｋＨｚをゆうに越えてしまうものと予測される。

さらに、高度６００　ｉｏｎの低軌道を衛星か通過する
場合を考えると、５分程度の間に周波数オフセットは＋
または一４０ｋＨｚから、−または＋　４０ｋＨｚへと
大きく変動する。これにより、例えば１チヤネルの帯域
幅か３０　Ｋ　Ｈｚであれば、隣接するチャネルの信号
と混ざってしまい復調不可能となってしまう。また、周
波数オフセットによる伝送特性の劣化の大きいディジタ
ル通信方式では、この周波数オフセットの除去か問題と
なる。この周波数オフセットを有効に除去する技術は、
なによりもまして必要であるにもかかわらず、これまで
考えられていなかった。

■衛星の切替え；従来の静止衛星を用いた通信方式では
、通信回線は一度設定されたならば、通話中に変更され
ることはなかった。周回衛星では、１つの衛星と通信を
続けられる期間は、衛星の高度を６００ｋ　ｍとした場
合、２〜５分と極めてわずかな時間であり、通信中に何
回か中継を行う衛星を切替える必要かある。

しかも、前述した周波数オフセットの存在下で切替えな
ければならない。このための技術は未検討である。

■シャドウィング対策；衛星への仰角が低角度である場
合、樹木や山岳、建築物でのシャドウィングが問題とな
る。これらにいかに対処するかはほとんど検討されてお
らす、大きな問題点となっている。

■伝送遅延；一般に、地上局と周回衛星との間の通信に
は、中継衛星（ＤＲＴＳ）を介して行う。

中継衛星は、高度３８０００ｋ　ｍの静止軌道上にある
ため、信号の伝送遅延か大きい（３００ｓｓｅｃ）。こ
のため、周回衛星と通信回線を開くためにはいかに少な
く見積もっても２〜３秒の時間を要する。上述した衛星
の切替えなどで、切替えの都度、周回衛星との回線割当
てを行っていたのでは、衛星の切替えが効率的に行えな
いという不具合が生しる。

■アンテナ指向性：衛星は天球のどの位置にいるかは場
所と位置に依存するが、どの方向に見えても通信ができ
、なおかつ、場合によっては、さらにアンテナゲインを
稼がなくてはならない。このようなアンテナ、または複
数のアンテナの組み合わせをいかに実現するかは未解決
の問題点である。

（発明が解決しようとする課題） 以上、述べたように、低軌道周回衛星を用いた移動通信
には様々な利点かある一方、解決しなくてはならない問
題点も多く含んでいた。

本発明は、これらの点を解決すべくなされたもので、ド
ツプラーシフトによる伝送特性の劣化がなく、伝送遅延
が長い通信回線を介しても連続的に衛星を制御すること
のできる衛星通信方式を提供するものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、衛星を介して地上局と端末との通信を行う衛
星通信方式において、前記衛星と前記端末との相対速度
を求める相対速度算出手段と、この相対速度に対応する
周波数オフセット量を算出する算出手段と、この算出手
段により算出される前記周波数オフセット量に基づいて
通信周波数を逆補正する逆補正手段とを具備するもので
ある。

また、第２の発明は、上記第１の発明において、周波数
軸上に複数のチャネルを設け、これらのチャネルに複数
の端末を割当てて通信を行うにあたり、隣接するチャネ
ルには前記周波数オフセット量の差が所定の値以下であ
る端末同士を割当てるものである。

さらに、第３の発明は、複数の周回衛星のうちの１つを
介して地上局と端末との通信を行う衛星通信方式におい
て、前記地上局と前記端末との間に通信回線を開くにあ
たり、最初に通信回線を中継させる第１の衛星とこの第
１の衛星を利用する期間とを決定する第１の決定手段と
、前記第１の衛星に続けて通信回線を中継させる衛星と
その利用期間を決定する第２の決定手段と、前記第１お
よび第２の決定手段により決定された内容を前記各衛星
ならびに前記端末に設定する設定手段とを具備するもの
である。

（作　用） 一般に、衛星の軌道とその速度は、決定されたものであ
るため、相手端末の位置と通信時刻が決まれば、その相
手端末と衛星との相対速度が求められる。周波数オフセ
ットの原因となるドツプラーシフトは、この相対速度に
比例する。従って、求められる相対速度から周波数オフ
セット量も算出される。この周波数オフセット量を、衛
星上または地上局（基地局）で逆補正することで、相手
端末で受信される信号では周波数オフセット量が相殺さ
れ、周波数オフセットの影響をほとんど受けずに、良好
な通信品質で信号を受信することが可能となる。

また、隣接するチャネルには、周波数オフセット量の差
が所定の値以下である端末同士を割当てる二とで、隣接
するチャネルとの信号の衝突をなくすことができる。

さらに、通信回線を開く時に、最初に信号を中継する第
１の衛星とその通信期間と、第１の衛星に続いて通信を
中継する衛星とその通信期間までを決定し、その手順を
各衛星及び端末に設定する。

最初に２番目もしくはそれ以降の衛星に対しても通信回
線の設定を行っているので、地上局と各衛星との間の通
信回線の伝送遅延が長くとも、衛星の切替えを効率的に
行うことかできる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例の衛星通信方式を示す図で
ある。

同図において、１は、図示しないＰＳＴＮ　（ＩＳＤＮ
）といった公衆網に接続された統制局、２．２は、車両
などに搭載された移動局端末、３は、統制局１と移動局
端末２との間の通信を中継する低軌道周回衛星である。

なお、統制局１と衛星′うとの間は、通常、静止衛星を
介して通信か行われるかここでは、直接通信か行われる
ような形で図示した。

衛星３は、送受信を行うアンテナ３］、送（＝信号と受
信信号の分配を行うサーキュレータ３２、受信信号から
通信データを復調する復調装置３３、通信データの変調
を行う変調装置３４、変調された通信データを周波数オ
フセット量で補正された送信周波数で変調する変調器３
６を備えており、受信された信号を一旦、復調した後、
再度、復調して、送信する再生中継を行う。なお、通信
は、周波数軸上に所定の間隔で設けられたｎ個のチャネ
ルを用いて行われる。また、アンテナ３１は移相器３７
を有し、フェーズドアレイアンテナとして構成されてい
る。

まず、統制局１から移動局端末２へ信号を送信する場合
について説明する。

統制局１発の信号は、アンテナ３１で受信され、復調装
置３３により一旦、通信データに復調された後、再び変
調装置３４により変調される。変調装置３４により再変
調された信号は、変調器３６により衛星３と通信相手の
移動局端末２との相対速度に対応する周波数オフセット
量△ｆｎで補正されたキャリア周波数ｆｎ＋△ｆｎで変
調されてアンテナ３１から移動局端末２に向けて送信さ
れる。

衛星３と移動局端末２との相対速度は、通信を行う時刻
、衛星３の軌道及び速度、移動局端末の位置から計算に
より求めることができ、相対速度がわかれば、そこから
容易に周波数オフセット量△ｆｎを算出することができ
る。本実施例の衛星３では、第２図に示すような構成に
より衛星３と移動局端末２との相対速度を求めている。

同図に示す１１は、衛星３の軌道情報が記憶されている
記憶装置、１２は、現在時刻を示すタイマ、１３は、移
動局端末２より通知される移動局端末位置、１４は、例
えばマイクロコンピュータから構成される周波数オフセ
ット量算出装置である。周波数オフセット量算出装置１
４は、記憶装置１１に記憶されている衛星３の軌道なら
びに速度と、タイマ１２が示す現在時刻と、移動局端末
位置１３から衛星３と移動局端末２との相対速度を求め
、それによる周波数オフセット量を算出する。

また、移動局端末２から統制局１へ信号を送信する場合
には、アンテナ３１て受信された移動局端末２発の信号
を、衛星３と移動局端末２との相対速度に対応する周波
数オフセット量Δｆｎたけ補正した後、復調、再変調を
行って統制局１へ送信する。

このように、移動局端末２と衛星３との相対速度に対応
する周波数オフセット量で逆補正を行って送信するので
、移動局端末２側では本来の通信周波数で受信され、周
波数オフセツトの影響によるＢＥＲ劣化等の少ない良好
な通信を行うことができる。

ここで、衛星３から移動局端末２へのダウンリンクにお
いて、同時に複数の通信回線か開かれる場合のチャネル
の割当てを第３図に示す。

同図は、キャリア周波数ｆ１〜ｆ４の４つの連続するチ
ャネルに、第１〜第４の信号を割当てた例を示している
。ここでは、第１〜第４の信号を、隣接するチャネルの
信号のオフセント周波数の補正量の差（△ｆｎ−△ｆ　
ｎ−１（ｎ＝　１〜’４）　）か、所定の値以下となる
ように割当てている。

二のようにすることで、逆補正によりキャリア周波数か
ら変位しても、隣接するチャネルの信号と重なるような
ことかなく、良好な通信を行うことができる。

また、第４図に示すように、衛星３から見てほぼ同一の
方向に存在する移動局端末は近接するチャネルに割当て
、離れた位置の移動局端末は周波数軸上でも離して割当
てるようにしてもよい。即ち、衛星３から見てほぼ同一
の方向では、移動局端末との相対速度かほぼ等しくなる
ので、周波数オフセット量もほぼ等しくなる。従って、
近接するチャネルに割当てても隣接するチャネルの信号
と重なるようなことかない。一方、離れた位置にある移
動局端末の相対速度は、大きく異なるので、周波数オフ
セットｌｌの差も大きくなるが、離れたチャネルに割当
てることで、信号衝突とそれに伴う伝送゛不良を回避す
ることかできる。

例えば、チャネル間隔が５（ｌｋ）ｌｚであるとき、第
１の移動局端末に対する信号が＋３０ｋＨｚで、第３の
移動局端末に対する信号か一２０ＫＨｚで逆補正される
ものとすれば、これらを隣接するチャネルに割当てると
、第１の信号と第３の信号は完全に衝突してしまい、各
々の信号の正常な信号伝送を行うことはできない。この
とき第２の移動局端末に対する信号は、例えば＋２０ｋ
）Ｉｚで逆補正されるので、第１の信号に隣接するチャ
ネルに割当てても信号の衝突は起こらない。

さらに、第５図に示すように、フェーズドアレイアンテ
ナ３１の１本のビームでカバーされる範囲内に存在する
移動局端末群をひとまとめにしてドツプラーシフトを補
正し、かつ、それらを互いに近接するチャネルに割当て
るようにしてもよい。

即ち、同一ビーム内に存在する移動局端末は、衛星との
相対速度がほぼ同一であるので、それらをひとまとめに
して取扱うことにより、処理量等を大幅に削減すること
ができる。

次に、複数の周回衛星を切替えつつ通信を行う場合つい
て第６図ならびに第７図を参照して説明する。

第６図は、通信回線が設定される経路を示す図、第７図
は、衛星を切替える手順を示すタイムチャートである。

第６図に示すように、統制局１には、ＰＳＴＮ。

ｌ５ＤＮといった公衆網が接続されている。統制局１と
移動局端末２との間は周回衛星３を介して接続される。

統制局１と衛星３とは直接通信できるとは限らず、静止
衛星（ＤＲＴＳ）　１５を介して通信を行うことか多い
。

ＰＳＴＮ　（ＩＳＤＮ）に接続されている端末１６から
発呼する場合について説明する。なお、第７図では、静
止衛星１５の図示は略した。また、統制局１は、相手先
の移動局端末２の存在する大体の位置をわかっているも
のとする。

端末１６から発呼の要求が出されると、統制局１は、移
動局端末２との間に開く通信回線を中継させる衛星のス
ケジュールを決定する。即ち、移動局端末２の存在する
位置と予め設定されている衛星の軌道と通信を行う時刻
とから、最初に通信を中継するのに最も適する第１の衛
星とその衛星で通信を行う期間ｔｌ、さらにｔｌの期間
の後に通信を切替えるのに最も適する第２の衛星とその
衛星で通信を行う期間ｔ２を決定する。これに要する時
間が１０である。

これらが決定されると、統制局１は、各衛星に対して決
定された衛星切替えのスケジュールを通知するとともに
移動局端末２に対しても衛星切替えのスケジュールとと
もに発呼信号Ａを送出する。

発呼信号Ａを受信した移動局端末２は、第１の衛星を介
して応答信号Ｂを統制局１に送出する。この応答信号Ｂ
が統制局ｌで受信された後から、端末１６と移動局端末
２との間の通信が開始される。

第１の衛星を介した通信は、ｔｌから統制局１と移動局
端末２との接続に要した時間ｔｌｌを差引いた時間ｔ１
２だけ行われ、その後は、第２の衛星を介して通信が行
われる。

このように、最初に通信回線を中継する衛星たけでなく
、その後の通信回線を中継する衛星も最初に設定してお
くので、静止衛星１５を介して周回衛星の制御を行って
も伝送遅延による不具合を生しることがなく、効率的に
衛星の切替えを行うことができる。

なお、同図においてｔ２の期間で通話が終了しない場合
も考えられる。このため、統制局１が、ｔ２の期間が終
了する前に、次なる第３の衛星を決定し、第３の衛星に
その内容を設定することで、第３の衛星への切替えを手
順よく行える。また、移動局端末２が統制局１に対して
、ｔ２の期間が終了する前に次の衛星の決定を行うよう
要求を出すようにしてもよい。また、通信期間は、例え
ば通信時間で設定してもよいが、通信時刻で設定しても
よい。

また、第８図に示すように最初に、２つ先の衛星、即ち
、第３′の衛星まで使用する衛星とその通信期間ｔｌ、
ｔ２、ｔ３などの切替えのスケジュールを決定し、各衛
星に対して通信回線の設定に必要なチャネルもしくは帯
域を予約するようにしてもよい。

また、統制局１か衛星切替えのスケジュールを決定する
のに先立ち、相手先の移動局端末２にその詳細な位置情
報を統制局１に送らせるようにし、この位置情報を含め
て衛星切替えのスケンユールを決定するようにしてもよ
い。移動局端末の正確な位置を知ることにより、より効
率的な衛星切替えのスケジュールを決定することか可能
となる。

さらに、第９図に、移動局端末から発呼する場合を示す
。

移動局端末２は、第１の衛星の発するビーコンをとらえ
、同衛星の持つランダムアクセス回線を介して発呼要求
Ａを統制局１に発する。統制局１ては、以後、どの衛星
を介しとれたけの時間通信を行うかを決定し、その結果
を応答信号Ｂとともに移動局端末２に通知する。以降、
このスケジュールに従って通信を行う。

なお、移動局端末２かスケジュールを決定し、統制局２
がそれを承認するとともに、決定された各衛星に必要な
回線を予約するようにしてもよい。

このようにすることで統制局１の負担を大幅に軽減する
ことができる。

［発明の効果コ 本発明によれば、低軌道周回衛星を介した衛星通信にお
いて、周波数オフセットの影響を最小限に抑えた、品質
の良い通信を行うことができる。

また、地上局と各衛星との間の通信回線の伝送遅延が長
くとも、衛星の切替えを効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の衛星通信方式を示す図、Ｍ
２図は衛星と移動局端末との相対速度を求めるための構
成を示す図、第３図は同時に複数の通信回線が開かれる
場合のチャネルの割当てを示す図、第４図はチャネルの
割当ての他の例を示す図、第５図はフェーズドアレイア
ンテナのビーム毎にチャネルの割当てを行う例を示す図
、第６図は複数の周回衛星を切替えつつ通信を行う場合
に通信回線が設定される経路を示す図、第７図は衛星を
切替える手順を示すタイムチャート、第８図は第３の衛
星まで衛星切替えのスケンユールを決定した場合のタイ
ムチャート、第９図は移動局端末から発呼する場合の衛
星切替えの手順を示すタイムチャートである。 １・・・統制局、２・・・移動局端末、３・・周回衛星
、３６・・変調器、１１・・記憶装置、１２・・・タイ
マ、１３・・・移動局端末位置、］４・・周波数オフセ
ット量算出装置。 出願人　　　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第１のチャネルの信号 ；　　１ 四　　１ 移動局　　　第１の衛星　　　　第２の衛星　　　　　
ａ＠馬　　　　　Ｉ　ＳＤＮＰＳＴＮ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）衛星を介して地上局と端末との通信を行う衛星通
   信方式において、 前記衛星と前記端末との相対速度を求める相対速度算出
   手段と、 この相対速度に対応する周波数オフセット量を算出する
   算出手段と、 この算出手段により算出される前記周波数オフセット量
   に基づいて通信周波数を逆補正する逆補正手段と を具備することを特徴とする衛星通信方式。
2. （２）周波数軸上に複数のチャネルを設け、これらのチ
   ャネルに複数の端末を割当てて通信を行うにあたり、隣
   接するチャネルには前記周波数オフセット量の差が所定
   の値以下である端末同士を割当てることを特徴とする請
   求項１記載の衛星通信方式。
3. （３）複数の周回衛星のうちの１つを介して地上局と端
   末との通信を行う衛星通信方式において、前記地上局と
   前記端末との間に通信回線を開くにあたり、 最初に通信回線を中継させる第１の衛星とこの第１の衛
   星を利用する期間とを決定する第１の決定手段と、 前記第１の衛星に続けて通信回線を中継させる衛星とそ
   の利用期間を決定する第２の決定手段と、前記第１およ
   び第２の決定手段により決定された内容を前記各衛星な
   らびに前記端末に設定する設定手段と を具備することを特徴とする衛星通信方式。