JPH052022B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は同期バースト送信位相制御方式に関
し、特に通信衛星を介してSS／TDMA（サテラ
イトスイツチング時分割多元接続）方式による通
信を行う複数の地球局間のTDMAフレームを確
立し、維持するための同期バースト送信位相制御
方式に関する。

〔従来の技術〕

最近、大容量の通信衛生を用いて複数の地球局
間で通信を行う衛星通信方式の一つとして、
SS／TDMA方式が期待されている。まず、SS／
TDMA方式について簡単に説明する。

第２図はSS／TDMA方式の原理図であり、通
信衛星内部の中継器の構成と、これに対応する地
球局の関係を示している。図において、２００は
衛星に搭載されたスポツトビームアンテナを示
し、一例として４個の送受共用アンテナを持つ場
合を示している。各アンテナは細いスポツトビー
ム２０１を発生し、限定された地上のスポツト領
域２０２（Ａ，Ｂ，ＣおよびＤ）を照射する。逆
に、各アンテナは、領域Ａ，Ｂ，ＣおよびＤにあ
る地球局２０３から放射された電波をそれぞれ受
信する。

SS／TDMA方式は、このようにスポツトビー
ムを用いることにより衛星アンテナの利得が高ま
り、実効放射電力を著しく増大出来る。また、十
分に分離されたスポツト領域に対し、同一の周波
数を使用することにより、周波数再利用の点でも
理想的な通信系を構築出来ることが大きな特徴で
ある。

地球局から衛星に向うルートをアツプリンク、
その逆をダウンリンクというが、アンテナ２００
をアツプリンクとダウンリンクとで独立させ、一
方を細いスポツトビームに、他方をもつと広いビ
ームにする組合せも可能である。

ここでは簡単化のため、第２図に示した構成を
例として説明を続ける。

図において、各領域には地球局２０３が１つず
つしか示されていないが、実際には各領域に複数
の地球局を含むことが可能である。領域Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ内の地球局から放射された電波は、それぞ
れ対応するアンテナ２００により受信され、
RA，RB，RC，RDとして示した受信器２０４
により増幅される。一方、アンテナ２００から各
領域に照射すべき電力はTA，TB，TC，TDと
して示した送信器２０５より、それぞれ供給され
る。

アツプリンクとダウンリンクを結びつけるため
にマトリクススイツチ２０６が設けられ、マトリ
クススイツチ制御回路２０７により制御される。
マトリクススイツチの動きは、どのアツプリンク
とどのダウンリンクとを結びつけるかの組合せを
示す接続モードにより定められる。マトリクスス
イツチは幾つかの接続モードを定められた時間的
スケジユールにより切換えることにより、任意の
アツプリンクとダウンリンクとを周期的に結合す
る。これらの接続モードの中には、一般に、１つ
のアツプリンクの信号が全てのダウンリンクに接
続される放送モードも存在する。接続モードの組
合せの例を第３図に示す。

図では５つの接続モード，，，，が
周期的に繰り返される場合を示す。イ）はアツプ
リンクの受信器RA，RB，RC，RDから見てそ
れぞれの領域からの信号が、どの領域に対応する
ダウンリンクに接続されるかを示す。ロ）は見方
を変えてダウンリンクの送信器TA，TB，TC，
TDから見て、それぞれの領域に放射すべき信号
が、どの領域に対応するアツプリンクから供給さ
れるかを示す。

従つて各領域は、周期的、かつ間欠的に接続さ
れることになる。このような通信衛星を介して行
う通信方式はTDMA方式に限定されることとな
り、前述の接続モードの繰り返し周期がTDMA
のフレーム周期と対応することになる。

一般に、TDMA通信方式では、参加地球局の
１つが基準局となり、基準局は自局の持つタイミ
ング基準に従つて基準バーストと呼ばれる信号を
TDMAフレーム周期で送信し、これを参加各局
が受信することにより通信系としてのタイミング
基準を確立する。

しかし、SS／TDMAの場合、前述接続モード
の切換えは、第２図に示したマトリクススイツチ
制御回路２０７に内蔵されたタイミング基準に従
つて行われる。このため、先ず基準局が自局のタ
イミング基準を衛星上のタイミング基準に同期さ
せる必要がある。勿論、衛星と基準局との間の距
離は、静止衛星を用いた場合にも時々刻々変動す
る。それ故、上記の「同期」の意味は、基準局に
おいて自局のタイミング基準に従つて送信した信
号が、衛星上で衛星のタイミング基準と同期する
ように自局のタイミング基準を制御するという意
味である。

この対応策として、SS／TDMA方式における
TDMAフレームを確立し、維持するための手段
として、同期バースト送信位相制御方式が考えら
れている。第３図に示した接続モードのうち、基
準局が自局のタイミング基準を衛星のタイミング
基準に同期させるためには、自局の送信した同期
バーストが自局の領域で受信できる接続モードを
用いる。

第４図は従来の方式における関連主要部のみを
示す概念的システムブロツク図である。第４図に
おいて、地球上の基準局には、同期バースト発生
手段４００、変調送信系４０１、受信復調系４０
２、位相誤差検出手段４０３、およびメトリツク
パターン位相制御手段４０４が備えられており、
通信衛星４０５の内部には、等価ゲート手段４０
６が備えられている。また、図において、アツプ
リンクおよびダウンリンクに対応する伝ばん路に
対して、それぞれ等価遅延線路４０７および４０
８が示されている。

第４図において、同期バースト発生手段４００
からは、基準局内の基準時間信号をベースとして
生成される所定の同期バースト信号が出力され、
変調送信系４０１および等価遅延線路４０７を経
由して等価ゲート手段４０６に入力される。等価
ゲート手段４０６においては、通信衛星内の基準
時間信号をベースとして生成されて入力される同
期ウインドウにより、前記同期バースト信号にゲ
ートがかけられ、等価遅延線路４０８を経由して
基準局に返送される。同期バースト信号は、一例
として第５図ａに示されるように、よく用いられ
るPSK（Phase Shift Keying）変調方式等を搬送
波に対する変調方式として適用する場合、同期バ
ースト信号の前縁部にはプレアンブルを備えてい
る。このプレアンブルは、受信側における搬送波
抽出用として作用する無変調の搬送波部分
（Continuous Wave：CWと略記）と、クロツク
パルス抽出用として作用する所定の符号時系列信
号（Bit Timing Recovery：BTRと略記）によ
り変調されている部分とより成る。次いで、所定
の同期信号（Unique Word：UWと略記）によ
り変調されている部分と、通信衛星内の時間基準
に対する時間位相誤差計測用として用いられる所
定の符号時系列信号より成るメトリツクパターン
（Me−tric Pattern：METRICと略記）とによる
変調部分が続いている。

前記同期バースト送信位相制御方式が正常な動
作状態にある場合には、前述のように、等価遅延
伝送路４０８を経由して所定の基準局に返送され
てくる同期バースト信号は、第５図ｂに示される
通信衛星内の時間基準をベースとして生成される
同期ウインドウの後縁部５００を境界として、前
記メトリツクパターンの後半部をゲートオフされ
た形で受信復調系４０２に入力される。この同期
バースト信号は、受信復調系４０２において２相
または４相、もしくは多相のPSK位相復調作用
を介して復調される。そして、第５図ｃに実線に
て示されるユニーク・ワード（UW）と、後半部
を時間位置５０１においてゲートオフされたメト
リツクパターン（METRIC）とにより形成され
る同期バースト信号が生成されて、位相誤差検出
手段４０３に送られる。

位相誤差検出手段４０３においては、第５図ｂ
における同期ウインドウの後縁部５００と、この
後縁部５００に対応する第５図ｃに示される同期
バースト信号のメトリツクパターン（METRIC）
のゲートオフされた後縁部の時間位置５０１を検
出して、メトリツクパターン（METRIC）の中
心時間位置に設定される基準時間位置との時間差
異を抽出し、同期バースト送信位相制御方式にお
ける位相誤差信号として出力する。この位相誤差
信号は、メトリツクパターン位相制御手段４０４
を介して同期バースト発生手段４００に送られ、
同期バースト発生手段４００において生成される
同期バースト信号の位相を制御する。

以後の動作については、前述した通りで、第４
図に示される閉ループにより形成される同期バー
スト送信位相制御方式により、位相誤差検出手段
４０３から出力される前記位相誤差信号が零とな
るように同期バースト信号の位相が制御調整され
て、通信衛星内の同期ウインドウに同期した
TDMAフレームが確立され、且つ維持される。
なお、同期バースト発生手段４００における位相
制御方法としては、例えば電圧制御発振器や分周
器を用いることも考えられる。

上述の同期バースト送信位相制御方式の具体的
な内容においては、文献R.A.RAPUANO，
AND N.SHIMASAKI，“SYNCHRONIZ−
ATION OF EARTH STATIONS TO
SATELLITE−SWITCHED SEQU ENCES，”
AIAA 4TH COMMUNICATIONS
SATELLITE SYSTEMS CONFER−ENCE，
APRIL 1972.に記載されている。ところで、前
記計測用メトリツクパターン（METRIC）にお
けるゲートオフ後縁部の時間位置５０１を検出す
る場合には、アツプリンクおよびダウンリンクを
含む伝送系における信号対雑音比および同期ウイ
ンドウ後縁部５００（第５図ｂ）における波形特
性等に起因する誤差要因により、検出されるメト
リツクパターン（METRIC）後縁部の時間位置
に不確定な時間領域を生じる。

メトリツクパターンの後半が同期ウインドウに
より失なわれた場合、復調器出力には、理想的に
はランダムなパターンが、また一般的には復調器
の調整状態により000…または111…などのパター
ンが現われる。従つて、メトリツク領域の特定パ
ターンは、上記パターンと容易に区別出来るパタ
ーンを使用する必要がある。通常、このメトリツ
クパターンは、実験等により一義的に選定され
る。前述の同期ウインドウ後縁部５００（第５図
ｂ）における位置不確定性をとり除く目的で、同
期バースト信号の一部を構成する所定のメトリツ
クパターンを、所定のｎ計測回数分蓄積し、シン
ボルごとに所定のメトリツクパターンと比較照合
し、この比較照合結果をシンボルごとに単純に積
算したり、或は伝送路の誤り発生特性を補正する
ため所定の重み係数に変換した後積算して、この
シンボルごとの積算値を所定の基準レベル値と比
較照合する事により、正しく受信されたメトリツ
クパターンのシンボル長を求める方法がとられて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上述した従来の方式では、同期バース
ト中のメトリツクパターンを一義的に選定してい
るため、復調器の調整状態によつては最適なメト
リツクパターンではないという欠点がある。特
に、SS／TDMA通信衛星方式の基準局の様に、
特に高い信頼性を必要とする装置においては、二
重化構成のとられる事が一般的である。その場
合、各々の装置における復調器の調整状態が同じ
という事は考えにくい。また、保守のため復調器
が交換された場合においても、使用されているメ
トリツクパターンに対して最適な調整状態に設定
されている保障は無い。このため、現実の運用に
用いるには、復調器の調整状態等の外部要因によ
るメトリツクパターンの不適性を少しでも軽減す
るための機構が必要となる重大な欠点がある。こ
の欠点はSS／TDMA衛星通信方式における克服
すべき最大の技術的問題点である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による同期バースト送信位相制御方式
は、同期バーストに含まれるメトリツクパターン
を切り換える事により、復調器の調整状態等、外
部要因に依存する事無くその時点における最高の
同期精度を実現するメトリツクパターンを選択す
る事を特徴とする。すなわち、本発明では、同期
バーストに含まれるメトリツクパターンとして一
方のパターン（これをパターンとする。）を用
いて同期制御動作を行なつた場合に、同期維持の
ために必要とされる送信位相修正値を、所定の時
間にわたり平均し、これをパターンにおける同
期精度として求め、メトリツクパターンを他方の
パターン（これとパターンとする。）において
同様処理を行なつて得られるパターンにおける
同期精度と比較し、同期精度が高い方のパターン
を最適メトリツクパターンとして選択する手段
と、所定の周期により現在の同期精度が所定のし
きい値として定義された同期精度より劣化したか
どうかを判定する手段を含み、常時、最近の切換
え直前における同期精度と現在の同期精度とを比
較し、同期精度が現在使用中のメトリツクパター
ンでないもう一方のパターンを用いた方が高いと
判定される場合にはパターンを切り換え、現在の
同期精度が所定のしきい値としての同期精度より
劣化した場合は、メトリツクパターン及びに
おける同期精度比較を行ない、より高い同期精度
が得られるパターンを選択する事により、常にそ
の時点における最高の同期精度を得られるメトリ
ツクパターンを選択する事を特徴とする。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図に本発明の一実施例として、基準局にお
ける同期制御部の機能ブロツク図を示す。受信復
調された同期バースト信号１は、位置誤差検出回
路１００にTDMAフレーム毎に供給される。位
置誤差検出回路１００において位置誤差が検出さ
れ、位置誤差検出不確定性を軽減する処理が加え
られた後、同期バーストの送信位相を補正する目
的で、システムクロツク２をクロツク入力として
TDMAフレームの計数動作を行なつている送信
フレームカウンタ１０１に位相補正情報３が供給
される。送信フレームカウンタ１０１は同期バー
スト発生回路１０２に対して同期バースト発生タ
イミング信号４を供給する。同期バースト発生回
路１０２は、この同期バースト発生タイミング信
号４に同期して送信同期バースト信号５を発生
し、この送信同期バースト信号５が変調器に供給
され、同期バーストとして送信される。位相補正
情報３は同期精度測定回路１０３へも供給され、
所定の周期毎に同期精度情報６がゲート１０４及
びゲート１０５に供給される。

レジスタ１０６は、同期バーストに含まれるメ
トリツクパターンとして一方のパターンを用い
た時に得られる同期精度情報７を格納するレジス
タである。一方、レジスタ１０７は他方のパター
ンを用いた時に得られる同期精度情報８を格納
するレジスタである。従つて、ゲート１０４，１
０５は同期精度情報６をパターン及びの各々
の場合に選択する働きをする。レジスタ１０６及
び１０７の出力９，１０は比較器１０８に供給さ
れ、パターンを用いた時の同期精度値９がパタ
ーンを用いた時の同期精度値１０より低い時、
比較器１０８の出力１１が論理“０”となる。

初期状態において、レジスタ１０６及び１０７
は各々のレジスタに対する初期化信号１２，１３
により所定のしきい値として定義される同期精度
値に初期化される。その状態ではレジスタ１０
６，１０７の出力９，１０は等しい値を示してお
り、比較器１０８の出力１１は論理“１”を示し
ている。この出力１１は、リタイミング用のフリ
ツプフロツプ（以下、Ｆ／Ｆと呼ぶ）１０９，１
１０のデータ入力端子に供給されている。Ｆ／Ｆ
１０９のクロツク入力端子には所定のTDMAフ
レームの整数倍の周期を持つ送信制御フレームタ
イミング信号１４が、Ｆ／Ｆ１１０のクロツク入
力端子には相当する受信制御フレームタイミング
信号１５がそれぞれ供給される。従つて、初期状
態においてはＦ／Ｆ１０９，１１０の出力１６，
１７は論理“１”となる。出力１６については、
メトリツクパターン情報１８及びメトリツクパ
ターン情報１９が供給されているパターン選択
用のゲート１１１及び１１２へ供給されてメトリ
ツクパターン情報１８が選択され、オアゲート
１１３を通つて同期バースト発生回路１０２に、
送信する同期バースト信号５に含ませるメトリツ
クパターン情報信号２０として供給される。出力
１７については、同期精度情報６を選択するゲー
ト１０４，１０５に供給され、この場合、同期精
度情報６はレジスタ１０６に供給される。つま
り、初期状態においてはメトリツクパターン情
報１８が同期バーストに含まれるメトリツクパタ
ーンとして用いられる。このメトリツクパターン
を用いて所定の期間、同期制御を行なつた結果
である同期精度情報７がメトリツクパターンの
同期精度値格納用レジスタ１０６に格納される事
は、先に述べた通りである。この状態でレジスタ
１０７には所定のしきい値としての同期精度値が
格納されており、もしメトリツクパターンを用
いて同期制御を行なつた結果である同期精度値が
しきい値よりも高ければ、比較器１０８の出力１
１は論理“１”を保ち続け、メトリツクパターン
が使われ続ける。もし、その値がしきい値より
も低ければ比較器１０８の出力１１は論理“０”
となり、送信制御フレームに同期して送信同期バ
ーストに含まれるメトリツクパターンは、メトリ
ツクパターン情報１９に切り換わる。

同様に、同期精度情報選択ゲート１０４，１０
５に供給されているゲート信号１７も、メトリツ
クパターンを用いた場合の同期精度値８をレジ
スタ１０７に供給するために、受信制御フレーム
タイミングに同期して論理“０”に切り換わる。
そして、メトリツクパターンを用いた場合の同
期精度値８がレジスタ１０７に入力され、メトリ
ツクパターンが切りかえられる直前の、すなわち
メトリツクパターンを用いた場合の同期精度値
９と比較される事になり、もし高ければ比較器１
０８の出力１１は論理“０”に保持される。同期
精度は先にも述べた様に所定の周期で測定されて
おり、結果がメトリツクパターンを用いて同期
制御した同期精度より低くなるか、所定の時間が
経過するまでは同じモードで動作する。もし、所
定の時間が経過するまでに、メトリツクパターン
を用いて同期制御した同期精度より低くなつた
場合には、前述した場合と同様にメトリツクパタ
ーンが切りかえられ再び比較が行なわれる。メト
リツクパターンを用いて同期制御した結果であ
る同期精度が、最近のメトリツクパターン切換え
直前のパターン、すなわちこの場合、メトリツク
パターンを使用して同期制御した結果である同
期精度より、所定の時間にわたり高い状態が続い
た場合は、レジスタ１０７が初期化信号１３によ
り所定のしきい値として定義された同期精度値に
初期化される。そして、メトリツクパターンを
用いて同期制御した時の同期精度が所定のしきい
値として定義された同期精度と再び比較器１０８
で比較される。比較の結果メトリツクパターン
を用いて同期制御した時の同規精度が、所定のし
きい値として定義された同期精度より高ければ、
メトリツクパターンが使われれ続け、低ければ
メトリツクパターンに切り換えられ、メトリツ
クパターンが使われた場合の同期精度がメトリ
ツクパターンが使われた場合の同期精度と比較
され、同期精度が高い方のメトリツクパターンが
使用される事になる。

メトリツクパターンが使われている場合も同
様で、所定の時間毎に初期化信号１２がレジスタ
１０６に供給され、レジスタ１０６の値が所定の
しきい値として定められた同期精度値に初期化さ
れ、メトリツクパターンが使われた場合の同期
精度が所定のしきい値として定められた同期精度
より高い限りはメトリツクパターンが使われ続
け、低い場合は同期バーストに含まれるメトリツ
クパターンはパターンに切り換えられる。その
結果の同期精度がメトリツクパターンを使つた
場合の同期精度と比較器１０８において比較さ
れ、もしメトリツクパターンを使つた場合の同
期精度の方が高ければ、メトリツクパターンが切
り換えられる。なお実施例ではハードウエアの概
念で説明したが、マイクロプロセツサを用いると
容易にソフトウエアにて実現可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明は、同期バーストに含
まれるメトリツクパターンを、同期精度に応じて
最適となる様切り換える事により、復調器の調整
状態等の外部要因によるメトリツクパターンの不
適性を除く事が出来、その時点における最も高い
同期精度を実現するメトリツクパターンを選択で
きる効果がある。特に、現在使用しているメトリ
ツクパターンによる同期精度が、所定のしきい値
として定義された同期精度と周期的に比較される
事により、常に最適のメトリツクパターンが選択
され、二重化切り換えや、保守のために復調器の
交換等が行なわれても高い同期精度を維持できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の同期バースト送信位相制御方
式の実施例である基準局における同期制御部の機
能ブロツク図、第２図はSS／TDMA方式の原理
図、第３図は衛星スイツチの接続モードを示す
図、第４図は従来の同期バースト送信位相制御方
式の概念システム・ブロツク図、第５図は送信時
の同期バースト、同期ウインドウおよび受信復調
時の同期バーストの波形概念図を示す。 １００は位置誤差検出回路、１０１は送信フレ
ームカウンタ、１０２は同期バースト発生回路、
１０３は同期精度測定回路、１０６，１０７はレ
ジスタ、１０８は比較器、１０９，１１０はフリ
ツプフロツプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アツプリンクとダウンリンクの少なくとも一
   方に複数のスポツトビームを含み、アツプリンク
   とダウンリンクとの間の接続を衛星スイツチによ
   りあらかじめ定められた接続モードに従つて順次
   切換え、これを衛星上のタイミング基準に従つて
   一定のフレーム周期で繰り返す通信衛星を介して
   時分割多元接続方式による通信を行う衛星通信方
   式において、複数の異なるスポツト領域に対応す
   る地球局間のTDMAフレームを確立し、維持す
   る所定の衛星通信基準局において、前記通信衛星
   に対し前記TDMAフレームに対応する周期を基
   準として送出され、前記通信衛星内の所定の基準
   時間をベースとして生成されるTDMAフレーム
   規制用の同期ウインドウによりゲートオフされて
   返送されてくる所定の同期バーストに含まれるメ
   トリツクパターンを切換える手段と、第１のメト
   リツクパターンを用いて同期制御動作を行なつた
   場合に、同期維持のために必要とされる送信位相
   修正値を所定の時間にわたり平均して第１のメト
   リツクパターンについての同期精度を求める手段
   と、第２のメトリツクパターンを用いて同期制御
   動作を行なつた場合に、同期維持のために必要と
   される送信位相修正値を所定の時間にわたり平均
   して第２のメトリツクパターンについての同期精
   度を求める手段と、該同期精度と所定の同期精度
   とを所定の周期により比較する手段とを備え、常
   に、その時点における最高の同期精度を得られる
   メトリツクパターンを選択することを特徴とする
   同期バースト送信位相制御方式。