JPH047852B2

JPH047852B2 -

Info

Publication number: JPH047852B2
Application number: JP60200517A
Authority: JP
Inventors: Takuo Muratani; Tatsuo Watanabe; Hideo Kobayashi
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1985-09-12
Filing date: 1985-09-12
Publication date: 1992-02-13
Also published as: JPS6261431A; US4731866A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、衛星通信システムにおける送信電力
の制御方式に関し、特に、降雨減衰を伴う周波数
帯を使用する小型地球局相互間の通信に適用して
有効な送信電力制御方式に関する。

（従来の技術）近年、通信衛星の大型化，デジタル通信技術の
発展、通信用素子の発達により、小型アンテナを
用いた小型地球局の衛星通信システムへの導入が
進められている。特にKu帯（11／14GHz）を用
いる小型地球局間通信方式は、将来の低コスト衛
星通信方式として有望視されている。

このように、衛星通信回線に10GHz以上の周波
数帯を用いるときには、降雨減衰が回線運用上大
きな問題となる。特に低仰角で運用される小型地
球局では、このための対策が重要となる。

従来、降雨減衰対策としては、スペースダイバ
ーシチ方式と送信電力制御方式が考えられてい
る。スペースダイバーシチ方式は、２つのアンテ
ナを用意し、これらを互いに同時に降雨の影響を
受けることのないよう十分離れた位置に設置し、
２つのアンテナのうち降雨減衰の少ない方を選択
しつつ回線を維持する方式である。また、送信電
力制御方式は、通常、当該地球局の受信情報、例
えばビーコン信号レベルを参照して自局の送信電
力を制御するものである。

なお、小型地球局間の通信方式としては、衛星
を介して小型地球局相互が直接通信する方式と、
中継地球局を介在させ、該中継地球局が衛星を介
して小型地球局から信号を受信し、これを再生し
て再度変調し、衛星を介して相手の小型地球局へ
送信する方式とがある。後者の中継地球局を介在
させる方式は、中継地球局が有する大型アンテナ
および大型送信機を用いて十分大きな送信電力で
相手地球局に再生中継することができるし、中継
地球局が多数の小型地球局からの信号を一括して
（多重化）中継することもできるので、回線設計
上の信号電力対雑音電力比（Ｃ／Ｎ）を十分大き
くとれる利点がある。

（発明が解決しようとする問題点）小型地球局の降雨減衰対策として、前述したス
ペースダイバーシチ方式を適用することは、小型
地球局間通信方式が元来低価を特徴とするもので
あるから、価格性の上で得策ではない。

また、送信電力制御方式を適用するのにも、次
の問題点を考慮した方式でなければならない。

(1) 小型地球局の有する送信機は、一般的に電力
の余裕が比較的少ないので、当該地球局での送
信電力制御量を大きくとることができない。

(2) 小型地球局間通信では、数100チヤネル程度
の小型地球局が、衛星上の１つの中継器を共有
するため、チヤネル当りの割当電力が小さく、
下り回線の降雨減衰によつて回線が大きな障害
を受ける。

これらの点により、従来方式をそのまま小型地
球局間通信に適用することができず、またそのた
めの有効な手段も提案されていない現状にある。

（問題点を解決するための手段）本発明は、中継地球局を介在させる小型地球局
間通信に適用して有効な送信電力制御方式を提供
することを目的とするものである。

そしてその特徴は、各小型地球局で降雨減衰量
を測定し、その結果を中継地球局に通報し、該中
継局の当該小型地球局に対する送信電力を制御せ
しめるようにして受信信号品質を良好に維持する
ことにある。

（発明の構成と作用）以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した中継地球局を介する
小型地球局間通信方式を説明するための図であ
る。図において、１は衛星、２は中継地球局、３
〜８は小型地球局である。なお、地球局から衛星
１の方向の回線を上り回線、衛星１から地球局方
向の回線を下り回線という。また、各小型地球局
間の通信は周波数分割方式で設定されているもの
とする。

この構成において、中継地球局２は衛星１を介
して各小型地球局３〜８からの複数の信号を受信
し、これらを独立に一旦復調した後、再変調して
衛星１に送信する。なお、本発明を適用する構成
として、図１に示すように衛星が１つである構成
の他に、例えば、小型地球局３〜５が衛星１に接
続し、６〜８が他の衛星（図示なし）に接続し、
それぞれの衛星に接続する２つのアンテナを有す
る地球局を中継地球局２として介在させる構成も
考えられる。いずれの構成を採用しても本発明の
技術思想に変更を与えるものでないので、以下の
説明は、図１の構成を例に進める。

この様な構成では、一般に、小型地球局の通信
コストを軽減するため、地球局は小型アンテナと
ともに低出力の送信装置で構成されるので回線運
用上の送信レベル又は受信レベルの余裕度（マー
ジン）は小さい。特に受信レベルのマージンはチ
ヤネル当りの衛星送信出力が小さく、受信アンテ
ナ利得も小さいため、この両者によつて制約を受
ける。一方、上り回線のマージンは小型地球局の
アンテナ利得にも依存するが、ほとんどの場合、
電力増幅器として数ワツト以下の固体増幅器であ
り、この場合でもチヤネルあたりの送信電力は衛
星出力に比べて大きく設定できる。

以上のことから、この様な構成の衛星通信シス
テムでは上り回線より下り回線の方がマージンが
少ない。換言すれば、降雨によつて下り回線が先
に信号品質が劣化する。

ところで、衛星から送信される電力は衛星の中
継器出力と送信アンテナ利得によつて決まるが本
方式のように、同一の中継器が多数の小型地球局
からの信号を同時に増幅する場合には、中継器が
飽和出力近辺で動作すると、中継器の有する非直
線特性により混変調成分が発生するため、中継器
の動作点を飽和点より低いところに設定するのが
普通である。この飽和点からの出力の減少分を出
力バツクオフと呼んでいる。

いま、衛星中継器の最大出力をPm（dBW）、出
力バツクオフをｘ（dB）とし、全チヤネルが運用
時の衛星出力Psoは次のようになる。

Pso＝Pm−ｘ（dBW） …(1) 又、チヤネルあたりの衛星出力はPso−10logN
（dBW）である。回線設計上は、式(1)の条件で、
各小型地球局の受信々号品質が十分良好となるよ
うに小型地球局のアンテナサイズ，通信方式等が
決められる。

又、中継地球局の送信アンテナ利得をGrtとす
ると、小型地球局が送信したときのPsoを得るた
めの中継地球局の送信機出力Prtは近似的に次の
ように計算できる。

Prt＝Pi＋10logN −（Grt−Gst）（dBW） …(2) Pi，Gstは小型地球局の送信機出力（dBW），
アンテナ利得（dB）を表わしている。

ここで、中継地球局の送信機最大出力Prtmax
は大型アンテナと大電力送信装置の採用により
Prtよりも十分に大きく設定されている。送信電
力制御は降雨減衰を受けている特定の小型地球局
の下り回線の信号品質を改善するため、中継地球
局は前記地球局に対する送信出力を増大する手段
によつて行なわれる。

ところで、衛星に接続している小型地球局数を
Ｎとすると、実際に降雨によつて、中継地球局か
らの送信電力制御を必要とする小型地球局数Ｍ
は、小型地球局が広い範囲に分散していることを
考慮すると、大きなものではないことは容易に想
像できる。

今、Ｎチヤネルの中；Ｍチヤネルが送信電力制
御により中継地球局の送信電力がｙ倍に増大させ
られたとすると衛星中継器への入力レベルは、送
信電力制御前に比べて次式に示すようにγ倍だけ
増大する。

γ＝Pi｛（Ｎ−Ｍ）＋yM｝／PiN＝１＋Ｍ／Ｎ（ｙ−
１） …(4) 衛星中継器の入出力特性を出力バツクオフxdB
の近辺でほゞ直線と近似し、γ≠１のとき、衛星
中継器の出力バツクオフをx′dBとすると、式(4)
より衛星出力のバツクオフ減少分は10logγdb，
すなわちx′−xdBとなる。１例として、ｙを
10dB，最大チヤネル数Ｎ＝400，10logγを1dBと
してＭを求めると11となる。又、γを2dBとすれ
ば約26となる。

実際の送信電力制御では制御量がすべて10dB
に達することはまれで一般には数dB程度と考え
られる。したがつて、出力バツクオフ1dB増でも
20〜30局程度の制御が可能であり、また、この程
度の出力バツクオフの低下では回線品質に与える
影響は非常に小さい。換言すれば運用チヤネルの
数パーセント程度を送信電力制御しても衛星中継
器に与える影響は小さい。実際には、全チヤネル
Ｎが運用している確率は小さいと考えられるの
で、これ以上の余裕があることが予想される。

図２は中継局における送信電力制御回路の構成
例である。ここで、１０〜１２，１０′〜１２′は
夫々のチヤネルの入力信号を表わし、１３〜１
５，１３′〜１５′は復調器、１６〜１８，１６′
〜１８′は復号器、１９〜２１，１９′〜２１′は
変調器、２２〜２４，２２′〜２４′は可変減衰
器、２５〜２７，２５′〜２７′は夫々のチヤネル
の出力を表わす。又２８は可変減衰器の制御回路
である。

つぎに、本回路の動作について説明する。説明
の都合上、１０の入力信号を送信した小型地球局
を図１の３のA₁とし、通信相手局は小型地球局
の６のB₁とする。今、１の衛星と３のA₁地球局
間の伝搬路に降雨があると仮定する。１０の入力
信号は１３の復調器によりデジタルベースバンド
信号に復調され、１６および１９の復号器および
変調器に入力される。

この信号の形は図３のように構成されている。
すなわち３０の状態信号、３１のデータ部分から
成り、３０の状態信号は小型地球局の動作状態を
中継地球局又は相手小型地球局に通報するための
情報から構成され、この中には小型地球局でビー
コン信号等を用いて測定した降雨減衰情報も含ま
れている。なお、図２の１９の変調器出力は２２
の可変減衰器、送信機、衛星を経て、図１，６の
B₁の小型地球局に送信され、図２で１６の復号
器出力情報は２８の制御回路に入力される。一
方、前記６のB₁の小型地球局の送信信号は、図
２の１０′として中継地球局で受信され、１９′の
変調器で変調され２２′の可変減衰器から送信機
を経て衛星でヘトロダイン中継され３のA₁の型
地球局で受信される。さて、前述したように図
１，１の衛星と３のA₁地球局間では降雨が発生
しており、このときの降雨減衰量は図２の１６の
復号器出力に含まれ、２８の制御回路は、これを
用いて２２′の可変減衰器の減衰量を減少するよ
うに制御する。なお、通常の状態では、この減衰
器は最大送信電力制御量より大きな減衰量が設定
されていなければならない。

なお、この実施例では復号器が各チヤネル毎に
設けられているが、時分割的に一つの復号器です
べてのチヤネルからの状態信号を復号し、この情
報を用いて２８の制御回路が前述と同様の処理に
より各チヤネルの可変減衰器を制御する方式も考
えられる。

又、小型地球局における降雨減衰量の測定手段
として中継地球局からの回線制御チヤネルを用い
てもよい。通常、小型地球局に対する通信方式は
回線使用効率の向上のためデマンドアサイメント
方式が適用される。１例として、中継地球局を介
する小型地球局間通信方式では、ある小型地球局
に呼が発生した場合には、前記小型地球局ではラ
ンダムアクセス方式により中継地球局に対して回
線設定を要求する。中継地球局は回線制御チヤネ
ルを介して相手小型地球局に対して回線設定のた
めの設定チヤネル、等を連絡する。したがつて、
回線設定チヤネルは、すべての小型地球局に常時
受信されている。そこで、各小型地球局はこの中
継地球局からの回線制御チヤネル信号をモニター
することにより小型地球局での降雨減衰情報の取
得が可能である。例えば、前記チヤネルの信号電
力対雑音電力比（Ｃ／Ｎ）の測定を行えばよい。
図５はこの測定回路の１例である。この例では２
０３の回線制御チヤネル信号は２相のPSK（位相
変調波）としている。この信号は２００の２逓倍
回路に入力され２０１のフイルタを通つて、２０
２のＣ／Ｎメータに入力される。２０２のＣ／Ｎ
メータの入力信号は無変調波でありＣ／Ｎメータ
により容易に２０４のＣ／Ｎ出力が得られる。

以上は小型地球局に対する送信電力制御である
が中継地球局でも当然降雨減衰を受ける。この場
合、中継地球局の受信回線はＣ／Ｎの低下に対し
て十分な余裕があるので、送信回線の送信電力制
御を行えばよい。すでに述べたように、衛星から
の送信電力が限定されているために、中継地球局
上り回線の降雨減衰は全チヤネルの低下となつ
て、システムの断が発生する。

そこで、中継地球局においては、ビーコン信号
を受信し、その受信レベル（又はＣ／Ｎ）を参照
して降雨減衰量を求め、上り、下り周波数比から
計算により上り回線の降雨減衰量を推定し、その
計算値に応じて送信電力制御を行えばよい。な
お、中継地球局において降雨減衰があり、かつ、
小型地球局においても降雨減衰がある場合には両
者について制御を行う必要がある。たとえば、中
継地球局で、全チヤネルに対して5dBの送信電力
を行つているときに小型地球局３のA₁（図１）に
対して3dBの送信電力制御を行う場合には、図２
の２２′の可変減衰器の減衰量は合計8dB減少す
ることになる。

図４は、中継地球局の送信電力制御を含めた図
２の２８の制御回路の構成図を示したものであ
る。ここで、５０は小型地球局からの降雨減衰情
報バス、５１は小型地球局への送信電力を制御す
るための制御情報バスで具体的には可変減衰器の
減衰量指定情報である。５２はビーコン信号のレ
ベル検出回路、５３は受信機出力、５４は検出し
たビーコンレベル出力である。なお、ビーコン信
号を用いて降雨減衰量の算出は晴天時のビーコン
信号レベル又は信号電力対雑音電力比（Ｃ／Ｎ）
を基準として、この基準レベル（又はＣ／Ｎ）か
らの低下分から求める。各チヤネルに対する送信
電力制御量は２８の制御回路内に含まれるマイク
ロプロセツサにより時分割的に処理される。

以上、中継地球局を介する送信電力制御の１例
について述べたが、中継地球局を介さない小型地
球局間通信においても同様な考え方は適用できる
ことは云うまでもない。この場合には受信側にお
いても、相手地球局からの降雨減衰に関する情報
を解読する必要があり、又小型地球局の送信電力
に余裕があることが必要である。

なお、図１では、小型地球局群(A)と小型地球局
群(B)との間の通信例を示したものであるが、各小
型地球局群内においても中継地球局を介して通信
可能であり、さらに中継地球局が２つの衛星に接
続できるアンテナ設備を有する場合には２つの衛
星を介して広範囲な小型地球局間通信が実現で
き、前述の本発明は当然、これらの方式について
も適用できることは云うまでもない。

又、実施例の説明では中継地球局を介して小型
地球局間の衛星通信が構成された場合について説
明したが、本発明の応用は前記実施例のみなら
ず、大型地球局（中央地球局）と小型地球局間の
衛星通信システムにも適用できる。例えば、地理
的条件等により関門地球局に陸線でアクセスでき
ない場合、あるいは、陸線を介するよりも直接衛
星を介して中央地球局にアクセスする方が経済的
に有理となる場合には前記のような中央地球局と
小型地球局間の衛星通信回路が構成されることも
ある。この様な構成では、中央地球局が前実施例
で説明したような中継地球局の機能を中央地球局
に設ければ、前実施例と全く同様に中央地球局が
本発明に係る送信電力制御機能動作を行わせしむ
ることができることは明らかである。

（発明の効果）以上のごとく、本発明によると降雨減衰に対す
る補償制御が中継地球局により集中的に行なわれ
るので、多数の小型地球局は簡単な構成として良
好な回線品質を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明による通信方式の系統図、図２は
中継地球局の送信電力制御回路、図３はベースバ
ンド信号の形式、図４は図２の制御回路２８の構
成図、図５は信号電力対雑音電力測定回路であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１小型地球局間衛星通信に該通信を中継する中
継地球局を介在させる衛星通信、あるいは小型地
球局と中央地球局間の衛星通信であつて、該中央
地球局又は前記中継地球局が小型地球局からの信
号を衛星を介して受信し信号再生処理を施した
後、該信号を衛星を介して相手小型地球局に伝送
するごとき衛星通信システムの送信電力制御方式
において、前記小型地球局のそれぞれは衛星からの下り回
線の信号を利用して降雨減衰量を測定して該下り
回線に対応する推定降雨減衰量の情報を得、該情
報を送信信号とともに前記中央地球局又は前記中
継地球局に送信し、前記中央地球局又は前記中継
地球局は受信した推定降雨減衰量に従つて、当該
小型地球局に対する送信電力を制御することを特
徴とする送信電力制御方式。２前記中央地球局又は前記中継地球局は、衛星
からのビーコン信号または衛星を介して受信され
る信号を用いて前記信号のＣ／Ｎまたは受信レベ
ルを測定し前記衛星から前記中央地球局又は前記
中継地球局への下り回線の降雨減衰量を測定し、
前記測定結果を用いて前記中央地球局又は前記中
継地球局の上り回線の降雨減衰量を算出し、前記
地球局の送信電力を算出した上り回線の算出降雨
減衰量に応じて制御し、前記中央地球局又は前記
中継地球局の上り回線における降雨減衰量を補償
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の送信電力制御方式。３前記中央地球局又は前記中継地球局から送信
電力制御量を、前記中央地球局又は前記中継地球
局から送信される全搬送波によつて動作する衛星
中継器からの送信電力の和が、あらかじめ定めら
れた値を越えないように電力制御の限界を定める
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の送
信電力制御方式。