移動体衛星通信

偏波

干渉補償

R&D 適応偏波多重伝送による偏波無追尾衛星通信
NTTアクセスサービスシステム研究所†１/ NTT研究企画部門†２

す ず き

よ し の り †１

鈴木 義規

やましたふみひろ†２/山下 史洋

なかひらか つ や†１/中平 勝也

うちやまひ ろ き†１/内山 宏樹こばやし/小林きよし†１

聖

直線偏波を使用する移動体衛星通信システムにおいて，地球局アンテナの偏波調整を不要とするAPDM（Adaptive Polarization Division Multiplexing：適応偏波多重）伝送技術を開発しました．ここでは，開発した技術内容の解説と，通信衛星を介した実証実験結果を紹介します．

め，地球局には厳密な偏波調整が要求

APDM伝送では従来の衛星通信シスされますが，偏波の調整はアンテナを機テムと異なり，１つの地球局に対して，械的に回す等，非常に手間がかかります．

同一周波数の２つの偏波を割り当てまできない航空機や船舶内において，通信NT Tアクセスサービスシステム研究所す．つまり，同じ周波数で異なる偏波を網を構築するには，基本的に衛星通信

では，このような偏波調整が不完全なと使用する地球局が存在しないため，偏波を利用することが必要です．このようなきに生じる地球局間の干渉問題の発生間干渉の問題が発生しません．

衛星通信を用いたブロードバンドサービを防ぎ，手間がかかる偏波調整そのもの

各地球局は信号成分を２つの偏波にスの利用が，年々増加しています（1）．

を不要とするAPDM（Adaptive Polar-分割して送信します．このとき，通信衛

衛星通信では，偏波 ＊1 と呼ばれる電ization Division Multiplexing：適応星のアンテナに対して偏波は調整されて磁界の性質を利用することで，同じ周波偏波多重）伝送技術を開発しました．

いないため，偏波間干渉が発生します

数の電波に対して，互いが直交関係にAPDM伝送による偏波無追尾衛星通信が，ここで発生した偏波間干渉を受信

APDM伝送技術
地上のブロードバンドサービスが利用ある２つの偏波を同時に使用することが（2）システムの概念を図１に示します．

側で補償します．

できます．それぞれの偏波を用いて情報を伝送することで，限られた周波数帯域を効率良く使用することができます．

偏波間干渉

従来の衛星通信システムでは，各地f

球局にはどちらか一方の偏波と周波数が割り当てられます．そのため，各地球局のアンテナは，通信衛星のアンテナに対して，方向と偏波の両方を調整する必

f

必要帯域
デジタル
干渉補償

f
帯域分散

要があります．このとき，地球局の偏波偏波間
周波数非同期f

調整が不十分であると，同一周波数の偏波多重異なる偏波を利用するほかの地球局に対垂直偏波

f

偏波無調整

ff

して，干渉を与えてしまいます．そのた

帯域集成

水平偏波

ff
＊1

46

偏波：電波の進行方向に対する波の振動方向の向きにより，一般に大地と平行な場合を水平（H: Horizontal）偏波，垂直な場合を垂直（V: Vertical）偏波と呼びます．

NTT技術ジャーナル 2011.5

送信側

図１

受信側APDM伝送による偏波無追尾衛星通信システム

Ｒ＆Ｄ
ホット
コーナー

さらに，通信衛星の限られた周波数で，システム全体として収容効率を高め衛星中継器使用状況

衛星中継器使用状況

るため，これまでの研究開発の成果である帯域分散伝送方式（3）を適用していま帯域割当

す．本方式の概念を図２に示します．衛星中継器の使用状況に対して，通信に必要帯域必要な連続的な空き帯域が存在していなくても，空き帯域に応じてさまざまな帯域分散帯域幅に分割して，周波数を割り当て

図２ることで，空き帯域を効率良く利用でき帯域分散伝送方式ます．

開発技術
本方式の実現のための鍵となる要素技

周波数誤差V補正

術は，偏波間干渉補償技術です．考案
周波数誤差H補正した干渉補償回路の構成を図３に示します．受信した信号を基に干渉補償の周波数誤差V補正

補償
係数
推定

誤差V

誤差H

周波数誤差V推定

周波数誤差H
推定ための係数を推定し，干渉補償を実行
周波数誤差H補正

します．このとき補償係数推定のために，２つの偏波に分割した送信信号に対し，互いに異なるUW（Unique Word：ユ受信V偏波信号＊2ニークワード） を付与します．
また，従来の衛星通信システムでは，補償後V偏波信号
干渉補償

ff

受信H偏波信号２つの偏波を同時に使用することが想定

補償後H偏波信号

ff

されていないため，既存の地球局や衛星

図３中継器が備える各偏波の送受信機に周考案した偏波間干渉補償回路

波数誤差が発生することが予想されます．その対応として，干渉補償の後に，

表１

偏波ごとの周波数誤差を検出・フィードバックして，周波数誤差補償を行って変調方式

BPSK
QPSK
16QAM

最大キャリア数各偏波128います．
さらに，帯域分散伝送方式をAPDM伝送に適用するため，任意周波数に配図４

試作装置の外観

置されたさまざまな帯域幅の複数の信号を１ つの回 路 で処 理 する任 意 配 置 型

各地球局からの回線接続・解放要求等

FFT（ Fast Fourier Transform： 高に対して，回線制御を担う回線制御装速フーリエ変換）＊3 分波・合成回路 （4）置が必要です．しかしながら，APDM伝を採用しています．

送技術は，従来の衛星通信システムと開発したAPDM伝送装置の外観を図
４に，主要性能を表１に示します．
衛星通信システムを構築するうえで，＊3

UW：送信側に付加するあらかじめ決めた固定のデータパターン．受信側でそのパターンを検出することにより信号の有無やタイミング等を推定します．
FFT：信号の中にどの周波数成分がどれだけ含まれているかを抽出する処理．

最大ユーザ数25

最小キャリア間隔

100 kHz

ビットレート80 k〜 5.12 Mbit/s

誤り訂正

ターボ符号
（符号化率：0.66）

異なり，１つの地球局が２つの偏波を同リズムを実装した回線制御装置を併せて時に使用するため，従来の制御装置 （3）開発しました（5）．

が使用できません．
本開発において，回線接続・解放要＊2

主要性能実証実験

求，伝送速度，地球局種別（APDM

地球局および衛星中継器の偏波間周伝送，従来伝送），衛星中継器の使用

波数誤差，位相雑音等の信号劣化要因

状況に合わせて，帯域分割数・帯域幅に加え，偏波誤差が動的に変動する移および割当て周波数を最適化するアルゴ

動環境下において提案システムの実現性
NTT技術ジャーナル 2011.547

を確認するため，実証実験を行いました．
■実験構成

Ku帯商用衛星実施した実証実験の地球局構成を図５に示します．本実験では地球局とし

ch5，6て，基地局・模擬船上局・固定局の３ch1，2局を用いました．基地局と模擬船上局

ch3，4は横浜市緑区に，固定局は横須賀市に衛星追尾アンテナ設置しました．なお，すべての地球局には開発したAPDM伝送装置が接続されAPDM伝送装置ています．
基地局と固定局は衛星搭載アンテナ

船舶動揺シミュレータに対して，方向と偏波が正しく調整されています．また，基地局は回線制御装置を備えています．一方，模擬船上局

制御装置

基地局

は， 船 舶 動 揺 を模 擬 する船 舶 動 揺 シ

模擬船上局

ミュレータの上にアンテナを設置し，実図５

際の船舶であらかじめ取得した船舶動揺

固定局

実証実験構成情報に合わせてアンテナを揺らして，船上通信環境を模擬的に実現しました．
模擬船上局に使用するアンテナは動揺下でも衛星アンテナを追尾しますが，偏波の調整機構は備えていないため，動揺に伴い偏波の状況が変わります．なお，模擬し得る動揺環境は，大型商船（総トン数7 300 t）および小型船舶（同430 t）に対して，大波，小波および高速旋回時としました．偏波の状態は，小波＜大波＜旋回の順に大きく変動し，小型船舶の方が大型船舶に対して大きく変動します．

（a） 干渉補償適用なし

図６（b） 干渉補償適用あり

受信信号コンスタレーション■実験結果
偏波調整が不完全な状態における復＊4

Rate：符号誤り率）特性を図７に示し

御には図８の水平偏波における左側に確調後のコンスタレーション を図６に示ます．基地局−固定局は偏波が調整さ認できる回線（35 kbit/s）を使用してします．図６（a）および（b）はそれぞれ干れた状態であり，模擬船上局では小型います．

渉補償機能を停止した状態および適用船舶の小波，大波，旋回時の動揺が加した状態での特性です．使用した伝送信わっています．この結果，偏波の状態に号 はQPSK変 調 ， 1.28 Mbit/sです．

よらず解析値からの劣化は0.5 dB以内

この結 果 ， 干 渉 補 償 適 用 により，と良好な特性が得られました．

QPSK変調のコンスタレーションが確認

今後の展開
直線偏波を使用する移動体衛星通信システムにおいて，１つの地球局が同一最後に回線制御装置の評価として，周波数の２つの偏波を同時に使用して，表２に示す地球局間の接続要求および地球局アンテナの偏波調整を不要とする

次に，基地局−固定局および模擬船要求速度に対して，回線割当て後の衛APDM伝送技術を紹介しました．

上 局 間 に お け る BER（ Bit Error

星中継器の周波数利用状況を図８に示開発した技術は，偏波間の不完全なします．この場合１キャリア当りの伝送状態で発生する偏波間干渉の影響を補速度が80 kbit/sであるので，要求速度償する技術，また本技術と組み合わせてに応じたキャリア数が正しく割り当てら周波数帯域の有効利用を可能とする帯れたことを確認しました．なお，回線制域分散伝送技術，および回線制御技術できました．

＊448

コンスタレーション：変調信号の振幅・位相を直交軸上にプロットしたもの．QPSK変調の場合，±45°および±135°の位置に信号点が現れます．

NTT技術ジャーナル 2011.5

Ｒ＆Ｄ
ホットコーナー

■参考文献
−210

解析値
固定局

10−3

動揺環境（小波）
動揺環境（大波）

10−4

動揺環境（旋回）Ｂ
Ｅ
Ｒ

10−510−6
10−710−82345678（dB）

Eb/No

図７

符号誤り率測定結果

表２（1） http://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/h22.html（2） F. Yamashita, J. Abe, K. Kobayashi， and H.
Kazama: Frequency Asynchronous CrossPolarization Interference Canceller for Variable
Polarization Frequency Division Multiplexing(VPFDM), IEICE Trans. Commun., Vol.E92B，No.11，pp.3365-3374，2009.
（3） 田畑・土田・風間： ダイレクトマルチキャ
スト衛星通信システムの開発, 信学論（B），
Vol. J90-B，No.2，pp.148-160，2007.
（4） 中平・今泉・鈴木・小林： 多地点データ集
信型衛星通信システムと実証実験結果, NTT
技術ジャーナル，Vol.23，No.4，pp.50-54，
2011.
（5） 中平・小林： VPFDM衛星通信用高効率回線割当アルゴリズムの提案, 信学技報，SAT，Vol.109，No.118，pp.29-34，2009.

記事で紹介した内容はここでも紹介しています．
見えるサービス・使える技術
http://rdportal.ecl.ipxp/rdmieru/?q=NW5-28

回線種別

回線番号

リンク

要求速度（kbit/s）

キャリア数

ch1

基地局→船上局

1 280

16ch2

船上局→基地局

640

8ch3

船上局→固定局

960

12ch4

固定局→船上局

480

6ch5

固定局→基地局

480

6ch6

基地局→固定局

320

4

制御
回線

水平偏波
ch1

ch2

ch3ch4 ch5 ch6（左から）内山 宏樹/ 鈴木 義規/
中平 勝也/ 小林
垂直偏波

聖/

山下 史洋
ch1

図８ch2

ch3

ch4 ch5 ch6

回線割当て結果です．また，通信衛星を介した実験結研究開発」の成果の一部を活用したも果として，移動環境下においても偏波調のです．

整することなく高品質な信号伝送が可能であることを紹介しました．
本研究は，総務省の委託研究「衛星通信における適応偏波多重伝送技術の今後は，商用衛星装置への本技術の適用等，事業導入を目指していく予定
です．

APDM伝送は，移動体衛星通信の利便性の向上のみならず，災害現場での迅速なブロードバンド通信環境の提供にも貢献できる技術です．

◆問い合わせ先NTTアクセスサービスシステム研究所
ワイヤレスアクセスプロジェクト
TEL 046-859-3253
FAX 046-855-1752
E-mail suzuki.yoshinori lab.ntt.co.jp

NTT技術ジャーナル 2011.549