(57)【要約】【課題】低高度周回衛星と地球間の伝播遅延変動を補正するための送信データ数を減らし、システムを簡易化するとともに、回線利用効率を向上させる。【解決手段】ベースバンド処理部３１が確立したフレームにある衛星の軌道情報及び時刻情報から、衛星位置算出部２２が衛星位置を算出し、通信距離算出部２３が、衛星と自局の通信距離を算出する。伝搬遅延算出部２４では、衛星−遅延変動補正部２０入力間における伝搬遅延時間を算出し、バッファ蓄積時間算出部２５では、予め規定される衛星−従局間の最大伝搬遅延時間と、伝搬遅延算出部２４から与えられる伝搬遅延時間により、バッファ蓄積時間を算出する。読出制御部２８では、バッファ２６から最大伝播遅延時間になるのもの、すなわちバッファ蓄積時間に達したものから順に読み出す。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周回衛星を中継局とする時分割多元接続方式を用いた衛星通信システムの地球局受信機であって、
衛星からの受信信号より受信フレームを確立する手段と、
自局の位置情報を取得する手段と、
確立された前記受信フレームから衛星の軌道情報及び時刻情報を抽出する手段と、
前記衛星の軌道情報及び時刻情報と自局の位置情報から、自局と衛星間の伝搬遅延時間を算出する手段と、
前記伝搬遅延時間に応じて受信フレームデータを遅延させる可変遅延回路とを備え、
衛星と地球局間の伝搬遅延変動を補正することを特徴とする衛星通信システムの地球局受信機。
【請求項２】
請求項１記載の衛星通信システムの地球局受信機において、衛星の軌道情報及び時刻情報を取得する手段は、アンテナ追尾用制御情報を利用することを特徴とする衛星通信システムの地球局受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周回衛星を中継局とする衛星通信システムの地球局受信機に関し、更に詳しくは、時分割多元接続方式を用いた衛星通信システムにおいて、周回衛星の動きに起因する衛星−地球局間の伝搬時間変化を吸収する機能を具備した地球局受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
衛星通信用時分割多元接続方式は、主局が各従局へ送信するデータをフレーム上に時分割多重して衛星経由で各従局へ送出するとともに、各従局で衛星からの信号に対して受信フレームを確立してデータの再生を行う。このような時分割多元接続方式を用いた衛星通信システムは、静止衛星を用いて行うことが一般的であったが、近年では低高度周回衛星群を用いた通信システムも確立されつつある。低高度周回衛星を用いた衛星通信システムは、静止衛星を用いるシステムと比較し、衛星の高度が低くなるため伝送遅延が少なくなるという利点を持つ一方で、周回衛星が地球局に対して常に移動しているため、通信中に周回衛星と地球局との距離が時々刻々変化し、信号の伝搬遅延もこれに伴い変化するという性質を持つ。
【０００３】
前記のような衛星通信システムにおいて、主局からある従局へ固定レートのデータを送信する場合、従局では上記で説明した伝搬遅延変動により、このデータを可変レートで受信することとなり、このデータを固定レートで再生しようとすると、データのドロップアウト（消失）又はギャップ（とぎれ）が生じてしまう。これにより、地球局において受信データの伝搬時間変動を補正する機能が必要となる。
【０００４】
このような伝搬遅延変動の補正技術として、その一つが、特開平７−２１２２８７号公報（特許文献１参照）に開示されている。
図５は、この従来技術における地球局の伝搬遅延変動補正部のブロック図である。地球局は、その時々の受信データ伝搬遅延を特徴づけるタイミングデータを取得するタイミングデータ抽出部５１と、前記タイミングデータに基づき可変遅延回路５３に課する遅延量を算出するデータ遅延量算出部５２と、データ遅延量算出部５２から与えられる遅延量に基づき受信データを遅延させる可変遅延回路５３とをそれぞれ備える。
【０００５】
一方、図６は、衛星及び地球局の可変遅延回路５３の入出力端の遅延時間の関係を表すものである。衛星−地球局間の伝搬遅延時間Ｔ１は、Ｔ１ｍｉｎ（衛星−地球局間距離が最小であるときのデータ伝搬遅延時間）からＴ１ｍａｘ（衛星−地球局間距離が最大であるときのデータ伝搬遅延時間）の範囲で変動し、前記タイミングデータには、この変動に追従したデータ遅延時間情報が含まれる。なお、Ｔ１ｍｉｎ及びＴ１ｍａｘの各値は、システムにおいて固定値となる。
【０００６】
次に、この従来技術における伝搬遅延変動補正方法を説明する。
地球局は、タイミングデータ抽出部５１にて、受信データストリームに含まれるタイミングデータを抽出及び解析し、その時点での衛星−地球局間の伝搬遅延時間Ｔ１に関する情報をデータ遅延量算出部５２に送る一方、受信データを可変遅延回路５３に保持する。データ遅延量算出部５２では、既知の最大伝搬遅延時間Ｔ１ｍａｘと、タイミングデータ抽出部５１から提供される現在の伝搬遅延時間Ｔ１との差を算出し、この値を可変遅延回路内の受信データに課する遅延時間Ｔ２として可変遅延回路５３に提供する。可変遅延回路５３では、データ遅延量算出部５２からの遅延時間Ｔ２に応じて受信データを遅延させた後、後段へ出力する。
【０００７】
以上により、この従来技術によって、衛星から地球局可変遅延回路出力までのデータ伝搬遅延時間が衛星位置に因らず一定（Ｔ１ｍａｘ）に保たれるため、伝搬遅延変動補正が実現される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−２１２２８７号公報（段落番号［００３１］〜［００４４］、図１〜図４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、低高度周回衛星を用いた衛星通信システムでは、地球局に追尾アンテナを設け、衛星を追尾する必要があるため、地球局は定期的に衛星軌道情報及び衛星時刻情報を入手し、これを基にある時刻の衛星位置を推定算出することとなる。このようなシステムに対して特開平７−２１２２８７号公報に示される従来技術を使用する場合、衛星軌道情報に加え、さらに時間とともに変動する受信伝搬遅延時間を示すタイミングデータを地球局に提供しなければならず、システムが複雑になるという課題がある。また、前記タイミングデータを衛星回線経由で地球局に提供する場合は、衛星回線の利用効率が下がるという課題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、低高度周回衛星と地球間の伝播遅延変動を補正するための送信データ数を減らし、システムを簡易化するとともに、回線利用効率を向上させる衛星通信システムの地球局受信機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、周回衛星を中継局とする時分割多元接続方式を用いた衛星通信システムの地球局受信機であって、衛星からの受信信号より受信フレームを確立する手段と、自局の位置情報を取得する手段と、確立された前記受信フレームから衛星の軌道情報及び時刻情報を抽出する手段と、前記衛星の軌道情報及び時刻情報と自局の位置情報から、自局と衛星間の伝搬遅延時間を算出する手段と、前記伝搬遅延時間に応じて受信フレームデータを遅延させる可変遅延回路とを備え、衛星と地球局間の伝搬遅延変動を補正することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記の衛星の軌道情報及び時刻情報を取得する手段は、アンテナ追尾用制御情報を利用することを特徴とする。
【００１３】
本発明により、地球局受信機において追尾アンテナ制御に利用する衛星軌道情報及び時刻情報を流用して受信伝搬遅延変動の補正を行うことが可能となり、伝搬遅延時間を示すタイミングデータが必要となる従来技術と比較して、システムの簡易化及び衛星回線の効率化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の地球局受信機を利用した衛星通信システムの概略図である。同図に示す通り、この衛星通信システムは固定設置型の主局１１、固定設置型の複数の従局１２ａ〜１２ｄ、軌道の異なる複数の周回衛星のうち、ある時間において主局１１及び従局１２ａ〜１２ｄから視認可能な衛星１３ａ，１３ｂから構成されるものとする。
【００１５】
主局１１は、各従局へのトラフィックデータと第三機関より主局１１に定期的に提供される各周回衛星の軌道情報及び時刻情報を載せた制御データとを従局１２ａ〜１２ｄに送信するため、各データを時分割多重によりフレーム化した後、周回衛星１３ａ，１３ｂ上でこのフレーム到達時刻が常に同一となるように、周回衛星１３ａ，１３ｂと自局との通信距離変動を考慮した形で各衛星に対する送信タイミングを制御し、フレームデータを送信する。
【００１６】
周回衛星１３ａ，１３ｂは、主局１１から送信されたフレームデータを従局１２ａ〜１２ｄへ中継する。従局１２ａ〜１２ｄは周回衛星１３ａ，１３ｂの何れかからの信号を受信し、受信フレームを確立した後、衛星軌道情報及び時刻情報を含む制御データを抽出して、追尾アンテナ部及び遅延変動補正部への制御パラメータとして使用するとともに、トラフィックデータに対して伝搬遅延変動補正を行い、これを各従局１２ａ〜１２ｄに接続されるユーザ端末に転送するものとする。
【００１７】
図２は従局受信機内の遅延変動補正部のブロック構成図である。
この従局受信機（地球局受信機）は、衛星から受信したデータをベースバンド処理部３１に入力し、受信フレームを確立して遅延変動補正部２０に入力する。また、遅延変動補正部２０から衛星情報をアンテナ制御部３２へ入力して、衛星からのデータを受信できる方向にアンテナを制御する。
同図に示すように、この遅延変動補正部２０は、入力されるフレームデータから衛星の軌道情報及び時刻情報を含む制御データを抽出する衛星情報抽出部２１、衛星情報抽出部２１により得られる情報を基に衛星の位置を推定算出する衛星位置算出部２２、衛星位置算出部２２により得られる衛星位置情報と既知の自局位置情報により、衛星と自局との通信距離を算出する通信距離算出部２３、通信距離算出部２３により得られる通信距離を基に、伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出部２４、伝搬遅延時間算出部２４により得られる伝搬遅延時間と、所定の最大伝搬時間との差分を算出するバッファ蓄積時間算出部２５、ベースバンド処理部３１から入力されるフレームデータに対して可変遅延を与えるためのバッファ２６、ベースバンド処理部３１からの受信タイミングに応じてバッファ２６へのデータ書込を行う書込制御部２７、ベースバンド処理部３１からのフレーム先頭信号及びバッファ蓄積時間算出部２５からのバッファ蓄積時間をもとにバッファ２６からデータ読出を行う読出制御部２８、の各ブロックで構成される。
【００１８】
次に、本構成における地球局受信機での伝搬遅延変動の補正処理を図３及び図４を用いて説明する。今、従局が初期化し、主局からのデータ受信を開始するものとする。従局は衛星を捕捉し、衛星からの信号を受信してベースバンド処理部３１にて受信フレームを確立する。これにより、遅延変動補正部２０へフレームデータの入力が開始される。遅延変動補正部２０では、衛星情報抽出部２１にて入力されるフレームデータを逐次監視し、軌道情報及び時刻情報を含む制御データの到着を待つ。
【００１９】
なお、この時点では、まだ遅延変動補正処理の準備ができていないため、書込制御部２７は入力されるフレームデータを無視し、バッファ２６への書込を開始しない。
【００２０】
この後、図３に示すフレームｎ内において軌道情報及び時刻情報を含む制御データが転送され、遅延変動補正部２０にこのフレームｎが入力されると、衛星情報抽出部２１において制御データを検出し、このデータをアンテナ制御部３２及び衛星位置算出部２２へ転送する。衛星位置算出部２２では、制御データにより与えられる衛星の軌道情報及び時刻情報から、現在の衛星位置を算出するとともに、時間Ｔｎ＋１（衛星上でフレームｎ＋１の送出が開始される時間）における衛星位置を予測して算出し、この衛星位置情報を通信距離算出部２３に送る。
【００２１】
通信距離算出部２３では、設置時に設定される自局の位置情報と、衛星位置算出部２２から与えられた時間Ｔｎ＋１における衛星位置情報から、時間Ｔｎ＋１における衛星と自局の通信距離を算出して、伝搬遅延算出部２４に送る。伝搬遅延算出部２４では、通信距離算出部２３から与えられる時間Ｔｎ＋１での自局−衛星間の通信距離及び電波伝搬速度から、衛星−遅延変動補正部２０入力間におけるフレームｎ＋１先頭信号の伝搬遅延時間Ｔｄ（ｎ＋１）を算出してバッファ蓄積時間算出部２５へ送る。
【００２２】
バッファ蓄積時間算出部２５では、予め規定される衛星−従局間の最大伝搬遅延時間Ｔｄｍａｘと、伝搬遅延算出部２４から与えられるフレームｎ＋１先頭信号の伝搬遅延時間Ｔｄ（ｎ＋１）により、バッファ蓄積時間Ｔｂ（ｎ＋１）＝Ｔｄｍａｘ−Ｔｄ（ｎ＋１）を算出し、読出制御部２８にこの値を送る。読出制御部２８では、伝搬遅延算出部２４から与えられるバッファ蓄積時間Ｔｂ（ｎ＋１）を保持し、ベースバンド処理部３１からフレームｎ＋１の先頭信号入力を待つ。そして、遅延変動補正部２０にフレームｎ＋１の先頭信号が入力された時点で、書込制御部２７は書込処理を開始し、以降、ベースバンド処理部３１からの入力タイミングに基づき、フレームｎ＋１，フレームｎ＋２，・・・・・のデータをバッファ２６へ書き込む。
【００２３】
一方、読出制御部２８では、遅延変動補正部２０にフレームｎ＋１の先頭信号が入力された時点からバッファ蓄積時間Ｔｂ（ｎ＋１）経過した時点、即ち衛星上でのフレームｎ＋１先頭信号送出時間からＴｄｍａｘ経過した時点を遅延補正部出力用のフレームｎ＋１先頭信号時刻とし、以降、従局受信機内のローカルクロックをもとに１フレーム周期のカウントを繰り返し行うことで、遅延補正部出力用のフレームｎ＋１，フレームｎ＋２，・・・・・のフレームタイミングを自走的に生成する。そしてこのフレームタイミングに基づいてバッファ２６から逐次データを読み出し、後段へ出力する。
【００２４】
以降、遅延変動補正部２０では、従局においてハンドオーバーが行われるまで、ベースバンド処理部３１からの入力タイミングに基づくデータ書込処理及び読出制御部２８が生成する遅延補正部出力用フレームタイミングに基づくデータ読出処理を継続し、ハンドオーバーを行う段階となったら、初期化時と同様の処理を行って遅延補正部出力用フレームタイミングを設定し直す。
【００２５】
以上の処理により、図４に示す通り、衛星−従局間の伝搬遅延時間ＴｄがＴｄｍｉｎ〜Ｔｄｍａｘの範囲で変動しても、遅延補正部入力から遅延補正部出力までのバッファ蓄積時間Ｔｂが０〜（Ｔｄｍａｘ−Ｔｄｍｉｎ）の範囲で自動的に変動するため、衛星から遅延補正部出力までの遅延時間は最大伝搬遅延時間Ｔｄｍａｘに固定される。
【００２６】
なお、バッファ蓄積時間Ｔｂの変動により、バッファ２６には、最小で０，最大で（Ｔｄｍａｘ−Ｔｄｍｉｎ）×（衛星回線の通信速度）のデータが蓄積されるため、この最大データ蓄積量を満たす容量があれば良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、地球局受信機において、衛星軌道情報及び時刻情報をもとに受信伝搬遅延変動補正を行うことが可能となり、システムの簡易化及び衛星回線の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地球局受信機を利用した衛星通信システムの概略図である。
【図２】従局受信機内の遅延変動補正部のブロック構成図である。
【図３】衛星及び従局受信機内遅延変動補正部の入出力段のフレーム時間関係を示す説明図である。
【図４】衛星及び従局受信機内遅延変動補正部の入出力段の遅延時間の関係を示す説明図である。
【図５】従来技術における地球局の伝搬遅延変動補正部のブロック構成図である。
【図６】従来技術における衛星及び地球局可変遅延回路の入出力端の遅延時間関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１１　主局
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ　従局
１３ａ，１３ｂ　周回衛星
２０　遅延変動補正部
２１　衛星情報抽出部
２２　衛星位置算出部
２３　通信距離算出部
２４　伝搬遅延時間算出部
２５　バッファ蓄積時間算出部
２６　バッファ
２７　書込制御部
２８　読出制御部
３１　ベースバンド処理部
３２　アンテナ制御部
５１　タイミングデータ抽出部
５２　データ遅延量算出部
５３　可変遅延回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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