Ｒ
衛星通信

災害対策

帯域分散伝送R&D 衛星通信の周波数利用効率を向上させる帯域分散伝送技術
NTTアクセスサービスシステム研究所

あべじゅんいち

阿部 順一

なかひらか つ や/中平 勝也

す ず き

よしのり

/鈴木 義規すぎやまたかとし/杉山 隆利NTTアクセスサービスシステム研究所では，衛星通信の周波数資源を有効利用できる帯域分散伝送技術の研究開発を推進しています．帯域分散伝送は，既存の衛星通信機器をそのまま利用して周波数利用効率を向上できます．これにより，衛星通信の高速化や災害時における収容回線数の増加を目指しています．

衛星通信の高速化の検討

細かい未使用帯域が散在します．するとは合成する帯域分散伝送技術を確立し図１に示すように，衛星中継器においてました(2) （図２）．本技術により，既存2011年３月11日に発生した東日本大未使用帯域の合計は十分ありながら，連の衛星通信設備を有効利用しつつ，周震災では，東北および関東の広範囲に続した未使用帯域が存在しないため，新波数利用効率を向上できるため，衛星わたり津波，液状化現象，地盤沈下，規割当てができず，周波数利用効率が通信の高速化や収容回線数の増加を実ライフラインの寸断など甚大な被害が発低下するという課題があります．また，現します．以下では，帯域分散伝送の生しました．NTTグループにおいても，衛星通信は機器のライフサイクルが長い原理，要素技術，および実験による評

電話局の水没，電柱の倒壊，携帯基地ため，既存設備を有効利用して課題を価結果を示します．

局の損壊等が発生し，地上網が寸断し解決する必要があります．

ました．NTTグループでは，通信網を迅速に復旧するため，衛星通信を活用し帯域分散伝送技術の原理提案する帯域分散伝送技術

帯域分散伝送は，送信側において既ました．被災地において，従来は衛星通NTTアクセスサービスシステム研究所

存のシングルキャリヤモデムの出力信号信による電話の利用が多かったのですが，では，既存の衛星通信モデムとアンテナを 高 速 フ ー リ エ 変 換 （ FFT: Fast

今回の震災では，携帯電話やインターネッの間に「帯域分散アダプタ」を挿入，送Fourier Transform）＊１で周波数軸のト接続の要望が多く寄せられました(1) ．

信側では既存のシングルキャリヤモデム

このため，地上網と同様に衛星通信にの出力信号を周波数領域で細かく分割おいても回線の高速化が重要であることし，未使用帯域に割り当て，受信側で＊1

高速フーリエ変換：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．

が再認識されました．また，災害時により多くの緊急連絡手段を確保するため，地球局の信号収容回線数増加の検討も必要です．
地球局

既存システムの問題点

電話

衛星通信は，電話，FAX，PCなどの，お客さまが使用する機器を地球局に接続し，衛星中継器，基地局を経由して電話網やインターネットに接続します（図１）．ただし，衛星通信の周波数資

FAX
スマートフォン
PC１

モデム

AA

B

D

モデム

衛星中継器

Df

電話網

E
PC２

CCモデム

インターネット
基地局

モデム

新規
割当要求

多元接続方式を用います．しかしながら，要求多元接続方式を用いてさまざE

衛星中継器の周波数帯域Bモデム

源が限られているため，各地球局は要求に応じて周波数帯域を割り当てる要求

新規割当不能図１

既存の衛星通信システムの概要

まな帯域の割当てと解放を繰り返すと，NTT技術ジャーナル 2012.3

55＆Ｄ
ホットコーナーW1

送信

既存モデム
（送信）

受信

（a）分割前

帯域分散アダプタ

帯域分散アダプタ

f

既存モデム
（受信）

分割
フィルタ

衛星中継器の周波数帯域

分割

f

W2f

A

既存モデムのサブスペクトラム
出力信号

B

C

D

合成

ff

受信したサブスペクトラム

未使用帯域に分散配置

図２f
合成された
変調信号

f
（b）分割後f

帯域分散伝送の概要fθ

抽出フィルタ

φ1

f

位相特性
φ2

図４f
θ

θ
位相傾斜

合成

f

位相特性
受信信号

図３

ブラインド型位相補償技術f合成による位相不連続f

位相特性
合成後の変調信号

位相歪みの発生

表

実験諸元

変調方式

QPSK, 16QAM

符号化方式R＝3/4 LDPC符号

シンボルレート

3.2 MHzサンプリングレート25.6 MHz

ロールオフ率0.25

分割数

分割なし,２,４,８

FFTサイズ

2 048ポイント信号に変換，帯域分割フィルタバンクで結果，このまま帯域合成フィルタバンク複数のサブスペクトラムに分割します．

で合成処理を行うと，合成後の信号の位相差 Ф n （ n ＝ １，２）が生じます．

そして分割した各サブスペクトラムを未位相特性が不連続になり，伝送特性がそこで，受信側の帯域合成フィルタバン使用帯域に分散配置し，逆高速フーリ劣化します（図３）．このため，合成前ク内でこの位相差 Ф n を検出し，これがエ変換（IFFT: Inverse FFT）で時間に各サブスペクトラムの位相特性を補償０になるように各サブスペクトラムの位軸の領域の信号に変換し，送信します．

する必要があります．通常，送信信号相特性を補償します．

受信側では，受信信号を周波数軸の信のフレームに埋め込まれた既知パターン号に変換し，帯域合成フィルタバンクでなどを使用して，受信側で位相特性をサブスペクトラムを抽出，分散前の周波補償しますが，帯域分散伝送はアダプタ

帯域分散伝送の有効性を評価するた

数帯域に戻し，分割前の信号を復元，という形態のため，既知パターンを用いめ，試作装置を開発し，実験室内で実時間領域の信号に変換した後に既存モた位相特性の補償ができません．

験を行いました．実験諸元を表に，実デムへ出力します．

実験による評価

そこで，既知パターンを用いずに位相験系を図５に示します．既存モデムとし既存モデムは，送信側ではシングル特性を補償するブラインド型位相補償技て，市販されているComtech EF Data

キャリア信号を出力し，受信側では分割術を考案しました(3) ．図４（a）は分割前，社のシングルキャリア衛星通信モデム前の信号に復元されたシングルキャリア

図４（b）は分割後のスペクトラムです．図CDM-625を使用しました．

信号を入力されるため，アダプタによる４（b）において，隣接するサブスペクトラ

図６（a）は分割前の既存モデムの出力分割を意識することなく動作します．

ムが重畳する帯域W n （n ＝１，２）は，信号，図６（b）はアダプタにより分割さ分割前は同じ信号成分のため，送信前れた送信信号です．アダプタによりさま

位相補償技術の隣接サブスペクトラム間の位相は連続ざまな帯域幅のサブスペクトラムに柔軟

帯域分散伝送では，伝送遅延によりです．しかしながら，受信側では位相傾に分割できることが分かります．図５（c）

受信信号に位相傾斜が生じます．この

斜が生じるため，サブスペクトラム間にはアダプタで合成した受信信号です．こ56

NTT技術ジャーナル 2012.3

Ｒ

Bit Error Rate）特性です．アダプタによる分割の有無や分割数によらず，伝送既存モデム送信側特性が一致しており，帯域分散伝送の受信側実現の見通しが得られました．

今後の展開
帯域分散アダプタ

帯域分散伝送により，既存の衛星通信モデムの信号を分割伝送できることを図５確認しました．今後は，衛星伝送路の実験の様子

特性を補償する技術を検討し，実際の通信衛星を用いた実証実験を行います．
送信側

受信側

（a） 既存モデムの出力信号（b） アダプタで分割し，周波数軸上に分散配置

図６（c） 合成された変調信号

帯域分散伝送による信号の分割・合成（a） 位相補償前

図７

■参考文献
（1） 廣瀬： 大規模震災時における衛星通信〜東日
本大震災で利用された災害対策用衛星通信システムについて〜， 信 学 技 報 ， V o l . 1 1 1 ，No.148，OPE2011-31，pp.39-43，2011．
（2） J.Abe, F.Yamashita, K.Nakahira, andK.Kobayashi: Improving Frequency Utilization Efficiency of Existing Satellite Earth
Stations with Bandwidth Decomposition
Transmission Employing Spectrum Editing
Technique, IEICE Tech. Rep., Vol.110,
No.256, SAT2011-67, pp.155-160, Oct. 2010.
（3） 阿部・中平・小林： 帯域分散伝送におけるブラインド型位相補償方式の提案と基本特性評
価， 信学技報，Vol.111，No.179，SAT 201135，pp.105-110，2011．

（b） 位相補償後受信コンスタレーション

10−2
アダプタなし２分割
４分割
８分割

10−310−4Ｂ 10−5Ｅ
Ｒ 10−6QPSK
16QAM

10−7（左から）鈴木 義規/ 中平 勝也/
杉山 隆利/ 阿部 順一

10−810−90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 （dB）
Eb/N0

図８

帯域分散伝送は，既存の衛星通信の設備を有効利用しつつ，衛星通信の高速化や収容回線数の増加を実現できる技術です．

符号誤り率特性◆問い合わせ先れを既存モデムに入力し，復調します．

図７は受信コンスタレーション＊２です．
位相歪み補償技術の適用により，コン＊2

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．

スタレーションが収束していることが分かります．図８は符号誤り率（BER：

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