JP2019012902A - 衛星通信システムおよび通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の衛星チャネルを束ねて従来よりも高効率伝送を実現可能な衛星通信システムを実現する。【解決手段】複数の衛星チャネルを同時利用できる、第１の通信装置と第２の通信装置とを備えた衛星通信システムが提供される。第１の通信装置は、受信した上位フレームから生成されたデータリンク層プロトコルに従うフレームを分割して複数の衛星チャネルにそれぞれ割当てるチャネル分散部と、分割された各部分データに対してシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部とを含む。第２の通信装置は、第１の通信装置から複数の衛星チャネルで受信した複数の無線符号化フレームを、各無線符号化フレームに含まれるシーケンス番号に基づいて、データリンク層プロトコルに従うフレームとして再構成する再構成部と、再構成したデータリンク層プロトコルに従うフレームから上位フレームを再構成して出力する受信処理部とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の衛星チャネルを同時利用できる衛星通信システムおよび通信装置に関する。

従来から、離島やへき地などにおける無線通信手段として衛星通信システムが利用されている。一般的に、衛星通信システムが有している通信帯域幅は狭いので、高効率伝送を実現することは容易ではない。また、衛星通信システムにおいては、比較的大きな通信遅延が発生するといった特有の事情も存在する。

例えば、特表２０１６−５２９７４４号公報（特許文献１）は、衛星リンクを介した送信ＶｏＩＰ（ボイスオーバーＩＰ）トラフィックそのものは、衛星リソースの利用において著しく非効率的となる可能性が高いといった課題に対する解決手段を開示する。具体的には、特許文献１は、送信局が、トンネリング情報でカプセル化されたデータを含むパケットを受信し、対応パケットを生成するために、パケットに関連付けられたプロトコル及び／またはアプリケーションに従って１つまたは複数の方法を実行し、対応パケットを受信局に送信する構成を開示する。

また、衛星通信システムにおいて、複数の衛星チャネルを同時利用できる場合には、当該複数の衛星チャネルを束ねることで、高効率伝送を実現できる。この場合には、例えば、トランスポート層（レイヤ４）でのＴＣＰ（Transmission Control Protocol）またはＳＣＴＰ（Stream Control Transmission Protocol）に従うマルチホーミング伝送、または、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）でのリンクアグリゲーションやボンディング、といった一般的に普及している技術を適用することが考えられる。

特表２０１６−５２９７４４号公報（段落［０００３］，［００１０］など）

しかしながら、上述の特許文献１に開示される構成は、ＴＣＰなどのトランスポート層（レイヤ４）でのトンネリング技術を対象とするものであり、受信バッファリソースの限られた通信端末や、古い実装のシステム構成品などからなるシステムへの適用が難しい。

また、トランスポート層（レイヤ４）でのマルチホーミング伝送、および、Ｅｔｈｅｒｎｅｔでのリンクアグリゲーションやボンディングは、いずれも一般的な通信システムへの適用を想定しており、高遅延を有する衛星通信システムに適合するものではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の衛星チャネルを束ねて従来よりも高効率伝送を実現可能な衛星通信システムおよび通信装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明は、複数の衛星チャネルを同時に利用できる、第１の通信装置と第２の通信装置とを備えた衛星通信システムを提供する。第１の通信装置は、受信した上位フレームから生成されたデータリンク層プロトコルに従うフレームを分割して複数の衛星チャネルにそれぞれ割当てるチャネル分散部と、分割された各部分データに対してシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部と、シーケンス番号が付与された各部分データを符号化し衛星チャネルで無線伝送するフレームである無線符号化フレームを生成して対応する衛星チャネル毎に出力する符号化部とを含むことを特徴とする。第２の通信装置は、第１の通信装置から複数の衛星チャネルで受信した複数の無線符号化フレームを、各無線符号化フレームに含まれるシーケンス番号に基づいて、データリンク層プロトコルに従うフレームとして再構成する再構成部と、再構成したデータリンク層プロトコルに従うフレームから上位フレームを再構成して出力する受信処理部とを含むことを特徴とする。

また、本発明は、複数の衛星チャネルを同時に利用して他の通信装置と通信可能な、衛星通信システム用の通信装置であって、受信した上位フレームから生成されたデータリンク層プロトコルに従うフレームを分割して複数の衛星チャネルにそれぞれ割当てるチャネル分散部と、分割された各部分データに対してシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部と、シーケンス番号が付与された各部分データを符号化し衛星チャネルで無線伝送するフレームである無線符号化フレームを生成して対応する衛星チャネル毎に出力する符号化部とを含むことを特徴とする。

また、本発明は、複数の衛星チャネルを同時に利用して他の通信装置と通信可能な、衛星通信システム用の通信装置であって、他の通信装置から複数の衛星チャネルで信号を受信して、符号化され衛星チャネルで無線伝送されるフレームである複数の無線符号化フレームに復号化する復号化部を含み、複数の無線符号化フレームの各々にはシーケンス番号が付与されており、複数の無線符号化フレームを各無線符号化フレームに含まれるシーケンス番号に基づいて、データリンク層プロトコルに従うフレームとして再構成する再構成部と、再構成したデータリンク層プロトコルに従うフレームから上位フレームを再構成して出力する受信処理部とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、システム上の制約が存在する構成であっても、複数の衛星チャネルを束ねて従来よりも高効率伝送を実現できる。

本実施の形態に従う衛星通信システムの装置構成の一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う衛星通信システムにおけるレイヤ毎の処理を説明するための模式図である。 本実施の形態に従う衛星通信システムにおける無線フレームの生成を説明するための図である。 本実施の形態に従う衛星通信システムにおける通信装置の機能構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う衛星通信システムにおける通信装置の機能構成例を示す模式図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

実施の形態１．
（衛星通信システムの装置構成）
まず、本実施の形態に従う衛星通信システム１の装置構成の一例について説明する。図１は、本実施の形態に従う衛星通信システム１の装置構成の一例を示す模式図である。図１には、説明の便宜上、送受信局２と送受信局４との間の２地点間で衛星通信を行なう構成を示すが、１対ＮやＮ対Ｎといった多地点間で衛星通信を行なう構成も本願発明の技術的範囲に包含される。

衛星通信システム１は、後述する主たる処理を実行する通信装置１００Ａ（第１の通信装置に相当）および通信装置１００Ｂ（第２の通信装置に相当）を含む。後述するように、通信装置１００Ａおよび通信装置１００Ｂは、複数の衛星チャネルを同時に利用できる。

送受信局２において、通信装置１００Ａは、ＲＦ（Radio Frequency）装置１５０Ａおよびレイヤ２スイッチ（以下、「Ｌ２ＳＷ」とも称す。）２００Ａと接続されている。ＲＦ装置１５０Ａは、アンテナ１２を介して送受信される高周波信号を処理する。より具体的には、ＲＦ装置１５０Ａは、アンテナ１２で受信される高周波信号をダウンコンバートおよび検波することで、受信した高周波信号から復号される無線符号化フレームを通信装置１００Ａへ出力する。また、ＲＦ装置１５０Ａは、通信装置１００Ａからの無線符号化フレームを変調およびアップコンバートすることで生成される高周波信号を、アンテナ１２から送信する。アンテナ１２から送信された高周波信号は、衛星１０により宛先の通信装置へ中継される。無線符号化フレームとは、符号化されており衛星通信の各衛星チャネルで無線伝送されるフレームである。

通信装置１００Ａは、ＲＦ装置１５０Ａからの無線符号化フレームからＥｔｈｅｒｎｅｔフレームを復号してＬ２ＳＷ２００Ａへ送出するとともに、Ｌ２ＳＷ２００ＡからのＥｔｈｅｒｎｅｔフレームを後述するような無線符号化フレームに符号化してＲＦ装置１５０Ａへ出力する。通信装置１００Ａにおける処理の詳細については、後述する。

Ｌ２ＳＷ２００Ａは、ゲートウェイ（以下、「ＧＷ」とも称す。）２５０と接続されており、ＧＷ２５０には、ネットワークを介して、サーバ３００を含む各種の情報処理装置が接続されている。

なお、現実の運用においては、Ｌ２ＳＷ２００ＡおよびＧＷ２５０は、通信事業会社が設置維持するようにしてもよい。また、ＧＷ２５０に代えて、ルータを配置してもよい。

一方、送受信局４においても送受信局２と同様の構成が採用される。すなわち、通信装置１００Ｂは、ＲＦ装置１５０ＢおよびＬ２ＳＷ２００Ｂと接続されている。ＲＦ装置１５０Ｂは、アンテナ１４を介して送受信される高周波信号を処理する。

通信装置１００Ｂは、ＲＦ装置１５０Ｂからの無線符号化フレームからＥｔｈｅｒｎｅｔフレームを復号してＬ２ＳＷ２００Ｂへ送出するとともに、Ｌ２ＳＷ２００ＢからのＥｔｈｅｒｎｅｔフレームを無線符号化フレームに符号化してＲＦ装置１５０Ｂへ出力する。通信装置１００Ｂにおける処理の詳細については、後述する。

Ｌ２ＳＷ２００Ｂには、ネットワーク２２０を介して、ユーザ端末３５０を含む各種の情報処理装置が接続されている。なお、Ｌ２ＳＷ２００Ｂに代えて、ルータを配置してもよい。

本実施の形態に従う衛星通信システム１において、通信装置１００Ａと通信装置１００Ｂとの間は、双方向で通信されることが想定されている。そのため、通信装置１００Ａおよび通信装置１００Ｂは、実質的に同一の構成および機能を有していてもよい。但し、説明の便宜上、サーバ３００からユーザ端末３５０に対してデータが提供されるアプリケーションを一例として説明する。そのため、以下では、通信装置１００Ａのデータ送信に係る機能、および、通信装置１００Ｂのデータ受信に係る機能に着目して説明する。

図１に示す構成例においては、通信装置１００Ａを含む送受信局２は衛星基地局として機能し、通信装置１００Ｂを含む送受信局４は衛星端末として機能してもよい。このような場合、通信装置１００Ａを含む送受信局２はビルなどに配置された固定局であり、通信装置１００Ｂを含む送受信局４は車両などに配置された移動局であってもよい。

図１に示すようなデータフローは、例えば、ＶｏＩＰ（Voice over IP）、動画ストリーミング、ファイルダウンロードといった、ダウンリンク通信で伝送されるデータのデータフローである。なお、サーバ３００から１個または複数のユーザ端末３５０へデータフローが生じるようなアプリケーションにおいては、サーバ３００からユーザ端末３５０へ向かう回線（すなわち、ダウンリンク）の通信帯域幅を、ユーザ端末３５０からサーバ３００へ向かう回線（すなわち、アップリンク）の通信帯域幅に比較して広くするようにしてもよい。すなわち、送受信局２と送受信局４との間の通信帯域幅を、データ伝送方向に応じて異なるように設計してもよい。

（概要）
本実施の形態に従う衛星通信システム１においては、通信装置１００Ａおよび通信装置１００Ｂは、いずれも複数のキャリア（搬送波）を同時に送受信できるものとする。すなわち、通信装置１００Ａと通信装置１００Ｂとの間では、複数の衛星チャネルを同時利用できるようになっている。このような前提において、衛星通信システム１は、フレーム同期型のデータリンク層プロトコル（例えば、ＨＤＬＣ（High-Level Data Link Control）やＬＡＰＤ（Link Access Procedure on the D-channel）など）に従って生成されるフレームを複数のキャリアに割当てて分散伝送する。

本実施の形態に従う衛星通信システム１では、ＴＣＰなどのトランスポート層（レイヤ４）ではなく、比較的低層のデータリンク層（無線伝送におけるレイヤ２）に従うフレームを分割伝送することで、ハードウェアのスペックが必要条件以上であるなどという制約などを受けることなく、高効率伝送を実現する。以下、より詳細な構成例について説明する。

（レイヤ毎の処理）
次に、本実施の形態に従う衛星通信システム１におけるレイヤ毎の処理について説明する。図２は、本実施の形態に従う衛星通信システム１におけるレイヤ毎の処理を説明するための模式図である。図２には、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection reference model）参照モデルに沿ったレイヤ分類に従って記載されている。

図２を参照して説明する。サーバ３００とユーザ端末３５０との間では、例えば、ＨＴＴＰ（Hypertext Transfer Protocol）やＦＴＰ（File Transfer Protocol）といったアプリケーション層でデータを遣り取りする。サーバ３００とユーザ端末３５０との間で遣り取りされるデータは、ＴＣＰ／ＩＰ（トランスポート層およびネットワーク層）に従って、ＧＷ２５０およびＬ２ＳＷ２００ＡまたはＬ２ＳＷ２００Ｂへ転送される。

Ｌ２ＳＷ２００Ａと通信装置１００Ａとの間のフレーム転送、および、Ｌ２ＳＷ２００Ｂと通信装置１００Ｂとの間のフレーム転送は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（リンク層）で行われる。通信装置１００Ａおよび通信装置１００Ｂは、フレーム同期型のデータリンク層プロトコル（例えば、ＨＤＬＣやＬＡＰＤ）で、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレームを無線伝送する。

図２に示すように、本実施の形態に従う衛星通信システム１においては、各装置が担当するレイヤにてフレーム転送などの処理を実行する。

（フレーム生成手順）
本実施の形態に従う衛星通信システム１において、通信装置１００Ａは、サーバ３００、ＧＷ２５０、およびＬ２ＳＷ２００Ａを経由して到着するＥｔｈｅｒｎｅｔフレームから、無線伝送されるレイヤ２（無線レイヤ２と略す）のフレームを生成する。このフレーム生成手順としては、例えば、有線ネットワークにおける伝統的なレイヤ２プロトコル手順である、ＨＤＬＣやＬＡＰＤのサブセットを想定する。

図３は、本実施の形態に従う衛星通信システム１における無線フレームの生成を説明するための図である。送受信局２（衛星基地局）においては、図３に示す上から下に示す順序で送信処理により各階層のフレームが生成され、送受信局４（衛星端末）においては、図３に示す下から上に示す順序で受信処理により各階層のフレームが生成される。

図３に示すように、通信装置１００Ａは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０を受け、無線レイヤ２のフレーム２５を生成する。以下の説明においては、ＨＤＬＣに従うフレーム伝送を送信するので、無線レイヤ２のフレームを、便宜上「ＨＤＬＣフレーム」とも称す。

より具体的には、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０のうち、物理ヘッダに相当するプリアンブル２１が取り除かれた残り、すなわち、Ｅｔｈｅｒｎｅｔヘッダ２２と、データ２３と、伝送エラー検出用のフィールドであるＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃ２）２４との部分が、ＨＤＬＣフレーム２５のデータ領域に格納される。ＦＣＳ２４には、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）値が設定される。ＨＤＬＣフレーム２５には、フレームの開始と終了を表すアイドルコード２６が挿入されている。アイドルコード２６は、フレームとフレームの間の隙間を埋めるためにも送信される。

図３に示す例では、アイドルコード２６として「７Ｅ」（２進数で「０１１１１１１０」）が用いられているが、これは、ＨＤＬＣフレーム２５のデータ領域において、「１」が５回連続する場合には「０」を挿入するという、ＨＤＬＣ手順において規定された処理を想定したものである。「７Ｅ」は１が６回連続しており、データ領域ではなくアイドルコード２７であると判断できる。ＨＤＬＣ手順とは異なるプロトコルで伝送される場合は、そのプロトコルに適切なアイドルコードを使用する。

ＨＤＬＣフレーム２５は、さらに、１つまたは複数の無線符号化フレーム２７に分割されて、各衛星チャネルで伝送される。無線符号化フレーム２７は、１つの衛星チャネルで符号化および伝送されるフレームである。無線符号化フレーム２７のデータ単位は、例えば、ターボ符号またはリードソロモン符号の処理ブロック単位と同じにする。単一のＨＤＬＣフレーム２５が１つまたは複数の無線符号化フレーム２７に分割されるため、無線符号化フレーム２７の各々は、ＨＤＬＣフレーム２５に含まれるデータ領域の一部に対応するデータ本体２９を含む。同じＨＤＬＣフレーム２５のデータ領域を分割して伝送する１つまたは複数の無線符号化フレーム２７において、データ領域を前から決められたデータ長を有するように分割した最後の無線符号化フレーム２７では、決められたデータ長になるように必要に応じて末尾にパディングデータ３０を付加する。パディングデータ３０としては、例えばアイドルコード２６と同じ「７Ｅ」を使用する。パディングデータ３０は、図ではＰＡＤと略して表示する。

複数の衛星チャネルを束ねて利用する場合には、当該束ねて利用される衛星チャネルのいずれかで伝送される無線符号化フレーム２７については、ＨＤＬＣフレーム２５のデータ領域における順番などを特定するためのシーケンス番号２８（ＳＮ：Sequence Number）が付与される。シーケンス番号２８に係る処理の詳細については、後述する。

本実施の形態に従う衛星通信システム１においては、送受信局２（衛星基地局）と送受信局４（衛星端末）との間には、互いに独立した複数の衛星チャネルを同時に利用可能になっているとする。本明細書において、「チャネル」は、２つの基地局の間でデータを伝送可能な物理的または論理的に区別された無線通信リソースを意味する。「衛星チャネル」は、通信衛星と地上局の間の「チャネル」を意味する。地上局の通信装置の内部において、「衛星チャネル」で送信されるまたは受信された信号を「衛星チャネル」ごとに伝送または処理する信号線および処理部なども「衛星チャネル」に含む。

典型的には、複数の異なる周波数を有するキャリア（搬送波）を用いる周波数分割多重化方式が採用される。この場合、１つのキャリアが１つのチャネルに相当するため、チャネルとキャリアとはほぼ同義となる。但し、周波数分割多重化方式に限られず、時分割多重化方式または符号分割多重化方式を採用してもよい。時分割多重化方式が採用される場合には、チャネルは対応する各タイムスロットに相当し、符号分割多重化方式が採用される場合には、チャネルが対応する符号系列に相当する。以上のとおり、本発明の技術的範囲は、周波数分割多重化方式に限定されるものではなく、任意の多重化方式を包含し得るものである。

（送信側基地局での送信処理）
次に、本実施の形態に従う衛星通信システム１における送信側基地局での送信処理について説明する。

図４は、本実施の形態に従う衛星通信システム１における通信装置１００Ａの機能構成例を示す模式図である。図４に示すように、通信装置１００Ａは、制御部１０２と、Ｅｔｈｅｒｎｅｔインターフェイス（Ｉ／Ｆ：Interface）１１０と、チャネル分離部１１２と、ＨＤＬＣフレーム送信処理部１１４と、第１チャネルバッファ群１１６と、チャネル分散部１１８と、第２チャネルバッファ群１２０と、シーケンス番号付与部１２２と、無線フレーム符号化部１２４とを含む。

第１チャネルバッファ群１１６および第２チャネルバッファ群１２０の各々は、衛星通信システム１が利用可能な複数の衛星チャネルにそれぞれ対応付けられた複数のチャネルバッファから構成される。

何らかのＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０が通信装置１００Ａに到着すると、まず、Ｅｔｈｅｒｎｅｔインターフェイス１１０で受信される。チャネル分離部１１２は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔインターフェイス１１０にて受信されたＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０の上位タグを抽出するとともに、対応する衛星チャネルを特定した上で、ＨＤＬＣフレーム送信処理部１１４へ出力する。

本明細書において、「上位タグ」は、無線レイヤ２より上位のプロトコルに基づいて付与されたヘッダ情報を包含する。上位タグは、典型的には、ＩＰアドレスやＶＬＡＮ（Virtual Local Area Network）タグなどの識別情報を含む。通信装置１００Ａは、上位タグ−チャネル割当情報１０３を予め保持している。上位タグ−チャネル割当情報１０３は、通信装置１００Ａに入来し得るＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０に付与されている上位タグの内容と、伝送に利用すべき衛星チャネルとの対応関係を規定する。図４では、制御部１０２が上位タグ−チャネル割当情報１０３を保持する場合を示す。制御部１０２とは異なる通信装置１００Ａの部分に上位タグ−チャネル割当情報１０３を保持してもよい。

制御部１０２は、静的または動的に、受信したＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０に対応する衛星チャネルを特定するための情報を、チャネル分離部１１２と、チャネル分散部１１８と、シーケンス番号付与部１２２とに通知する。チャネル分離部１１２と、チャネル分散部１１８と、シーケンス番号付与部１２２が、自発的に上位タグ−チャネル割当情報１０３を参照するようにしてもよい。

ＨＤＬＣフレーム送信処理部１１４は、チャネル分離部１１２からのＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０からＨＤＬＣフレーム２５を生成する（図３など参照。）。そして、ＨＤＬＣフレーム送信処理部１１４は、生成したＨＤＬＣフレーム２５を、第１チャネルバッファ群１１６のうち指定された衛星チャネルに対応するチャネルバッファへ格納（エンキュー）する。図４に示すように、複数の衛星チャネルを使用して送信されるＨＤＬＣフレーム２５は、複数の衛星チャネルの中の１つの衛星チャネルに対応するチャネルバッファへ格納する。複数の衛星チャネルの中の他の衛星チャネルには、ＨＤＬＣフレーム２５を格納しない。

図４に示す構成例においては、第１チャネルバッファ群１１６は、チャネル＃１〜＃７の合計７チャネル分のバッファを有している。それぞれのチャネルバッファには、各衛星チャネルで送信すべきＨＤＬＣフレーム２５が順次格納されるとともに、ＦＩＦＯ（First-In First-Out）の態様で処理される。

チャネル分散部１１８は、複数の衛星チャネルを使用して送信されるＨＤＬＣフレーム２５に関しては、受信したＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０（上位フレームに相当）から生成されたＨＤＬＣフレーム２５（データリンク層プロトコルに従うフレームに相当）を分割して複数の衛星チャネルにそれぞれ割当てる。すなわち、チャネル分散部１１８は、ＨＤＬＣフレーム２５の各部分データを第１チャネルバッファ群１１６のうち対応するチャネルバッファへ格納する。

より具体的には、チャネル分散部１１８は、第１チャネルバッファ群１１６の各チャネルバッファから出力（デキュー）されたＨＤＬＣフレーム２５を分割した上で、分割した各部分データのＨＤＬＣフレーム２５のデータ領域における位置の順番に第２チャネルバッファ群１２０のうち宛先のチャネルバッファへ転送する。ここで、チャネル分散部１１８は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０（上位フレームに相当）に含まれる上位タグの内容に基づいて、データ伝送に利用する１つまたは複数の衛星チャネルを決定する。チャネル分散部１１８は、制御部１０２からチャネル分離部１１２での識別結果を受けて、上位タグの内容を取得する。

通常動作時には、第１チャネルバッファ群１１６のそれぞれのチャネルバッファから出力されるＨＤＬＣフレーム２５は、第２チャネルバッファ群１２０のそれぞれ対応するチャネルバッファのみに転送（すなわち、同じ衛星チャネル間で転送）される。しかしながら、制御部１０２からチャネル分散部１１８に対して、複数の衛星チャネルを束ねて（すなわち、グルーピングして）利用することが指定されると、チャネル分散部１１８は、単一のチャネルバッファから出力されるＨＤＬＣフレーム２５を、予め定められた規則に従って分割した上で、それぞれを複数のチャネルバッファへ転送する。このように、チャネル分散部１１８は、ＨＤＬＣフレーム２５の宛先を分散させる。

図４に示す例においては、第１チャネルバッファ群１１６のチャネル＃４に対応するチャネルバッファから出力されるＨＤＬＣフレーム２５は、第２チャネルバッファ群１２０のチャネル＃４〜＃６に分散される。

すなわち、図２に示すように、単一のＨＤＬＣフレーム２５が分割されることで生成される複数のデータ（データ本体２９）がそれぞれ異なる衛星チャネルに転送される。後段の無線フレーム符号化部１２４における符号化処理は、固定データ長（すなわち、処理ブロック単位）で実行される。そのため、チャネル分散部１１８は、シーケンス番号が付与された状態の部分データ（図３に示すシーケンス番号２８とデータ本体２９との合計）が無線フレーム符号化部１２４での処理ブロック単位と一致するように、ＨＤＬＣフレーム２５を分割する。また、チャネル分散部１１８は、処理ブロック単位と一致させるために、必要に応じてパディングデータ３０を付与することもある。

このような分散処理によって、チャネル＃４〜＃６がグルーピングされて、単一のＨＤＬＣフレーム２５が同一の宛先へデータ伝送される。

すなわち、図４には、チャネル＃４〜＃６を束ねることで高効率伝送を実現する構成例を示しており、この場合には、処理の簡素化の観点から、第１チャネルバッファ群１１６の対応する複数のチャネルバッファのうち、一部のチャネルバッファ（図４に示す例では、チャネル＃４）のみが使用され、残りのチャネルバッファは使用されない。

チャネル分散部１１８が、ＨＤＬＣフレーム２５を第２チャネルバッファ群１２０の対応するチャネルバッファへ転送するタイミングは、各チャネルバッファからのポーリング出力によって制御される。

各チャネルバッファについてのポーリング出力は、無線フレーム符号化部１２４からの指示に従って、無線符号化フレーム２７毎に管理される。

シーケンス番号付与部１２２は、それぞれの衛星チャネルに割当られたＨＤＬＣフレーム２５の各部分データに対してシーケンス番号を付与する。より具体的には、シーケンス番号付与部１２２は、束ねて利用することが指定されたいずれかの衛星チャネルで送信される各部分データに対して、シーケンス番号２８を付与する。例えば、第２チャネルバッファ群１２０に対して、チャネル＃４→チャネル＃５→チャネル＃６→チャネル＃４→・・・の順に、シーケンシャルにＨＤＬＣフレーム２５が転送される場合には、「１」，「２」，「３」，「４」，・・・の順にシーケンス番号２８が付与される。このように、シーケンス番号が付与された各部分データから無線符号化フレーム２７が生成される（図３参照）。

なお、通常の送信処理（単一の衛星チャネルを利用する場合）においては、ＨＤＬＣに従う伝送手順でフレーム伝送を行なうので、無線符号化フレーム２７が宛先へ到着する順序が入れ替わることはない。そのため、単一の衛星チャネルで伝送される無線符号化フレーム２７に対しては、シーケンス番号を付与しなくてもよい。シーケンス番号付与部１２２を無くして、チャネル分散部が、分割した各部分データに対して、ＨＤＬＣフレーム２５のデータ領域における位置を表すシーケンス番号を付与するようにしてもよい。その場合には、チャネル分散部が、分割された各部分データに対してシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部でもあることになる。

無線フレーム符号化部１２４は、シーケンス番号付与部１２２においてシーケンス番号が付与された各部分データを符号化した無線符号化フレームを生成して、対応する衛星チャネル毎に出力する。より具体的には、無線フレーム符号化部１２４は、第２チャネルバッファ群１２０のそれぞれのチャネルバッファから出力される、ＨＤＬＣフレーム２５を分割して生成された各部分データ（シーケンス番号が付与されている）に対して、衛星通信システム１において採用されている無線フレーム方式に従って符号化処理を行なう。符号化処理としては、例えば、予め定められた処理ブロック単位で符号化する、ターボ符号またはリードソロモン符号などが用いられてもよい。

無線フレーム符号化部１２４は、処理ブロック単位（すなわち、無線符号化フレーム２７（図３参照）の生成）毎にポーリング出力を発生させてもよい。

通常、衛星通信システムで用いられるキャリアの伝送レートは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔよりも低いため、通信装置１００Ａは、キャリアの実効伝送レートに関する情報に基づいて、上位データ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム）をポーリングするタイミングを決定してもよい。このように、衛星通信路では比較的大きな通信遅延が発生し得るので、第１チャネルバッファ群１１６の深さ（バッファ容量）は十分に確保しておくことが好ましい。

また、優先制御または優先廃棄が必要な場合には、第１チャネルバッファ群１１６にＨＤＬＣフレーム２５が格納されている状態で、当該ＨＤＬＣフレーム２５に対して、送信順序の入れ替えや廃棄などを行なうようにしてもよい。

なお、図４には、理解を容易化するために、ＦＩＦＯバッファを用いたような態様で構成を描いているが、必ずしもＦＩＦＯバッファを用いて実装する必要はなく、例えば、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）などの同期性を保証できるデバイスを用いて実装してもよい。本発明の技術的範囲は、上記の実装形態に限定されるものではなく、任意の実装形態を包含し得る。

（受信側基地局での受信処理）
次に、本実施の形態に従う衛星通信システム１における受信側基地局での受信処理について説明する。

図５は、本実施の形態に従う衛星通信システム１における通信装置１００Ｂの機能構成例を示す模式図である。図５を参照して、通信装置１００Ｂは、制御部１３２と、無線フレーム復号化部１４０と、シーケンス番号識別部１４２と、リオーダバッファ群１４４と、リオーダ部１４６と、ＨＤＬＣフレーム受信処理部１４８と、Ｅｔｈｅｒｎｅｔインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１５２とを含む。

通信装置１００Ａから無線符号化フレームが通信装置１００Ｂに到着すると、まず、無線フレーム復号化部１４０が復号化処理を実行する。すなわち、無線フレーム復号化部１４０は、通信装置１００Ａから複数の衛星チャネルで信号を受信して複数の無線符号化フレーム２７に復号化する復号化部である。より具体的には、無線フレーム復号化部１４０は、衛星通信システム１において採用されている無線フレーム方式に従って受信した信号に対して復号化処理を行なうことで、無線符号化フレーム２７を生成する。生成される無線符号化フレームの各々にはシーケンス番号が付与されている。

図５に示す例では、通信装置１００Ｂは、複数の衛星チャネルのそれぞれで無線符号化フレーム２７を受信することになるので、キャリアの伝送レートの大きさ、および、無線フレーム復号化部１４０による処理能力などに応じて、無線フレーム復号化部１４０を同時に利用する衛星チャネルの数だけ配置してもよいし、単一の無線フレーム復号化部１４０が複数の衛星チャネルのそれぞれで受信する無線符号化フレーム２７を処理するようにしてもよい。

制御部１３２は、チャネル分散規則情報１３３を予め保持している。チャネル分散規則情報１３３は、通信装置１００Ａのチャネル分散部１１８によるチャネル分散の規則を規定した情報であり、制御部１３２は、チャネル分散規則情報１３３に従って、シーケンス番号識別部１４２およびリオーダ部１４６に対して動作指令を与える。図５では、制御部１３２がチャネル分散規則情報１３３を保持する場合を示す。制御部１３２とは異なる通信装置１００Ｂの部分にチャネル分散規則情報１３３を保持してもよい。シーケンス番号識別部１４２およびリオーダ部１４６が、自発的にチャネル分散規則情報１３３を参照するようにしてもよい。

シーケンス番号識別部１４２は、無線フレーム復号化部１４０により順次復号化される無線符号化フレーム２７を、リオーダバッファ群１４４の対応するリオーダバッファへ格納（エンキュー）する。リオーダバッファ群１４４は、束ねて利用される複数の衛星チャネルにそれぞれ対応付けられた複数のバッファを含む。すなわち、シーケンス番号識別部１４２は、受信した無線符号化フレーム２７の各々に付与されているシーケンス番号に基づいて、無線符号化フレーム２７に含まれるデータ（図３に示すデータ本体２９）をリオーダバッファ群１４４のうち対応するバッファに格納する。対応するリオーダバッファは、チャネル分散規則情報１３３に基づいて決められる。シーケンス番号識別部１４２は、受信した無線符号化フレームの各々に付与されているシーケンス番号に基づいて、当該無線符号化フレームに含まれるデータを複数のバッファのうち対応するバッファに格納する識別部である。

リオーダ部１４６は、リオーダバッファ群１４４にそれぞれ格納されるデータを予め定められた規則に従って引き出して、ＨＤＬＣフレーム受信処理部１４８へ出力する。より具体的には、リオーダ部１４６は、リオーダバッファ群１４４の各リオーダバッファの先頭にある無線符号化フレーム２７のシーケンス番号を参照しながら、予め定められた順番（典型的には、１ずつインクリメントする順番）に従って、無線符号化フレーム２７を対応するリオーダバッファから引き出す。リオーダ部１４６は、複数のバッファにそれぞれ格納されるデータを予め定められた規則に従って引き出して、ＨＤＬＣフレーム受信処理部１４８へ出力する出力部である。ＨＤＬＣフレーム受信処理部１４８は、再構成したデータリンク層プロトコルに従うフレームから上位フレームを再構成して出力する受信処理部である。

このように、シーケンス番号識別部１４２、リオーダバッファ群１４４、および、リオーダ部１４６は、通信装置１００Ａから複数の衛星チャネルで受信した複数の無線符号化フレーム２７を、各無線符号化フレーム２７に含まれるシーケンス番号に基づいて、ＨＤＬＣフレーム２５（データリンク層プロトコルに従うフレームに相当）として再構成する再構成部を構成する。

ＨＤＬＣフレーム受信処理部１４８は、ＨＤＬＣフレーム２５（データリンク層プロトコルに従うフレームに相当）からＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０（上位フレームに相当）を再構成して出力する。より具体的には、ＨＤＬＣフレーム受信処理部１４８は、元の順序に配置された１つまたは複数の無線符号化フレーム２７からＨＤＬＣフレーム２５を復元するとともに、さらに、復元された１つまたはＨＤＬＣフレーム２５からＥｔｈｅｒｎｅｔフレーム２０を復元する。

通常、ダウンリンク通信の受信処理においては、Ｅｔｈｅｒｎｅｔのスループットに比較して衛星回線のスループットが小さいので、データ処理性能上のボトルネックはないと考えられる。そのため、リオーダバッファ群１４４の各リオーダバッファのバッファ量は、必要最低限で済む。

なお、図５には、理解を容易化するために、ＦＩＦＯバッファを用いたような態様で構成を描いているが、必ずしもＦＩＦＯバッファを用いて実装する必要はなく、例えば、ＳＤＲＡＭなどの同期性を保証できるデバイスを用いて実装してもよい。本発明の技術的範囲は、上記の実装形態に限定されるものではなく、任意の実装形態を包含し得る。

（チャネル分散方法）
上述したように、本実施の形態に従う衛星通信システム１においては、無線符号化フレーム２７にシーケンス番号２８を付与することで、複数の衛星チャネルに分散させて、複数の無線符号化フレーム２７を伝送する。このようなチャネル分散のいくつかの方法について説明する。

上述したように、典型的な方法として、無線符号化フレーム２７の生成順に従って、利用可能な複数の衛星チャネルの間でシーケンスに衛星チャネルを割当てるようにしてもよい。例えば、チャネル＃４〜＃６を利用できる場合には、無線符号化フレーム２７の生成順に従って、チャネル＃４→チャネル＃５→チャネル＃６→チャネル＃４→・・・の順に、利用する衛星チャネルを決定する。

このようなシーケンシャルなチャネル割当てに限定されることなく、例えば、１回のチャネル割当てにおいて、複数の無線符号化フレーム２７を対象としてもよい。例えば、チャネル＃４〜＃６を利用できる場合には、無線符号化フレーム２７の生成順に従って、チャネル＃４→チャネル＃４→チャネル＃５→チャネル＃５→チャネル＃６→チャネル＃６→チャネル＃４→・・・といった順に、利用する衛星チャネルを決定してもよい。

さらに、いずれかの衛星チャネルに対してより多くの無線符号化フレーム２７を割当てるようにしてもよい。例えば、離散的に確保された周波数帯に対してそれぞれキャリアが設定されているような場合において、キャリアの周波数帯に応じて、伝送レートが異なり得る。このような場合には、予め取得された各キャリアの伝送レートに応じて、伝送レートが高い衛星チャネルには低い衛星チャネルよりも多くの無線符号化フレーム２７を割当てるようにスケジュールしてもよい。

さらに、無線符号化フレーム２７の割当てを動的に決定してもよい。例えば、気象条件などによって、複数のキャリアのうちキャリアの実効伝送レートが低下しているような場合には、当該実行伝送レートが低下しているキャリアに対応する衛星チャネルに対する無線符号化フレーム２７の割当てを相対的に少なくしてもよい。

（利点）
本実施の形態に従う衛星通信システムは、同一の送受信局に対して複数の衛星チャネル（キャリア）を割当ててデータ伝送する場合において、１衛星チャネルだけを割当てる従来の場合よりも高効率伝送および高スループットを実現できる。また、本実施の形態に従う衛星通信システムは、データリンク層プロトコルに従うフレームを分割して複数の衛星チャネルでそれぞれ伝送するので、より上位のトランスポート層などでのマルチホーミング伝送を採用する場合に比較して、衛星通信機器以外の既存伝送装置についての機能、性能、バッファリソースに依存することなく、高効率伝送を実現できる。また、衛星通信を利用するへき地などまたは移動体に設置された通信装置によっては、１つの衛星通信システムだけしか利用できない場合があり、マルチホーミング伝送を採用できない場合がある。本発明の衛星通信システムでは、１つの衛星通信システムだけしか利用できない場合でも、従来よりも高効率伝送および高スループットを実現できる。

上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。あるいは、実施の形態同士を組み合わせてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 衛星通信システム、２，４ 送受信局、１０ 衛星、１２，１４ アンテナ、２０ Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレーム、２１ プリアンブル、２２ ヘッダ、２３ データ、２４ ＣＲＣ、２５ ＨＤＬＣフレーム、２６ アイドルコード、２７ 無線符号化フレーム、２８ シーケンス番号、２９ データ本体、３０ パディングデータ、１００Ａ，１００Ｂ 通信装置、１０２，１３２ 制御部、１０３ チャネル割当情報、１１０ インターフェイス、１１２ チャネル分離部、１１４ 送信処理部、１１６ 第１チャネルバッファ群、１１８ チャネル分散部、１２０ 第２チャネルバッファ群（複数のチャネルバッファ）、１２２ シーケンス番号付与部、１２４ 無線フレーム符号化部、１３３ チャネル分散規則情報、１４０ 無線フレーム復号化部（復号化部）、１４２ シーケンス番号識別部（識別部）、１４４ リオーダバッファ群（複数のバッファ）、１４６ リオーダ部（出力部）、１４８ ＨＤＬＣフレーム受信処理部（受信処理部）、１５０Ａ，１５０Ｂ ＲＦ装置、２００Ａ，２００Ｂ レイヤ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）、２５０ ゲートウェイ（ＧＷ）、３００ サーバ、３５０ ユーザ端末。

Claims (8)

1. 複数の衛星チャネルを同時に利用できる、第１の通信装置と第２の通信装置とを備えた衛星通信システムであって、
   前記第１の通信装置は、
   受信した上位フレームから生成されたデータリンク層プロトコルに従うフレームを分割して複数の衛星チャネルにそれぞれ割当てるチャネル分散部と、
   分割された各部分データに対してシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部と、
   前記シーケンス番号が付与された各部分データを符号化し衛星チャネルで無線伝送するフレームである無線符号化フレームを生成して対応する衛星チャネル毎に出力する符号化部とを備え、
   前記第２の通信装置は、
   前記第１の通信装置から複数の衛星チャネルで受信した複数の前記無線符号化フレームを、各無線符号化フレームに含まれるシーケンス番号に基づいて、データリンク層プロトコルに従うフレームとして再構成する再構成部と、
   前記再構成したデータリンク層プロトコルに従うフレームから上位フレームを再構成して出力する受信処理部とを備えることを特徴とする、衛星通信システム。
2. 複数の衛星チャネルを同時に利用して他の通信装置と通信可能な、衛星通信システム用の通信装置であって、
   受信した上位フレームから生成されたデータリンク層プロトコルに従うフレームを分割して複数の衛星チャネルにそれぞれ割当てるチャネル分散部と、
   分割された各部分データに対してシーケンス番号を付与するシーケンス番号付与部と、
   前記シーケンス番号が付与された各部分データを符号化し衛星チャネルで無線伝送するフレームである無線符号化フレームを生成して対応する衛星チャネル毎に出力する符号化部とを備えることを特徴とする、通信装置。
3. 前記チャネル分散部は、前記受信した上位フレームに含まれる上位タグの内容に基づいて、データ伝送に利用する１つまたは複数の衛星チャネルを決定することを特徴とする、請求項２に記載の通信装置。
4. 前記複数の衛星チャネルの各々に対応付けられた複数のチャネルバッファをさらに備え、
   前記チャネル分散部は、前記データリンク層プロトコルに従うフレームの各部分データを前記複数のチャネルバッファのうち対応するチャネルバッファへ格納することを特徴とする、請求項２または３に記載の通信装置。
5. 前記チャネル分散部は、前記シーケンス番号が付与された状態の部分データが前記符号化部での処理ブロック単位と一致するように、前記データリンク層プロトコルに従うフレームを分割することを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 複数の衛星チャネルを同時に利用して他の通信装置と通信可能な、衛星通信システム用の通信装置であって、
   他の通信装置から複数の衛星チャネルで信号を受信して、符号化され衛星チャネルで無線伝送されるフレームである複数の無線符号化フレームに復号化する復号化部を備え、前記複数の無線符号化フレームの各々にはシーケンス番号が付与されており、
   前記複数の無線符号化フレームを各無線符号化フレームに含まれるシーケンス番号に基づいて、データリンク層プロトコルに従うフレームとして再構成する再構成部と、
   前記再構成したデータリンク層プロトコルに従うフレームから上位フレームを再構成して出力する受信処理部とを備えることを特徴とする、通信装置。
7. 前記再構成部は、
   複数のバッファと、
   前記受信した無線符号化フレームの各々に付与されているシーケンス番号に基づいて、当該無線符号化フレームに含まれるデータを前記複数のバッファのうち対応するバッファに格納する識別部を含むことを特徴とする、請求項６に記載の通信装置。
8. 前記再構成部は、前記複数のバッファにそれぞれ格納されるデータを予め定められた規則に従って引き出して、前記受信処理部へ出力する出力部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の通信装置。
   

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