JPH07288497A - 衛星通信方法及び衛星通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回線効率が高く、且つ重要な回線に対しては
優先的に送信を行うことができる衛星通信システムを提
供する。 【構成】 通信衛星を介して時分割多重接続通信を行う
中心局１０１と、複数従局を有するとともに予め優先順
位が設定された従局グループ１０４〜１０６とを含んで
システムを構成する。中心局１０１は、各従局グループ
との間のトラヒック量を測定し、そのトラヒック量が一
定値を超えた場合には、通信フレーム上で全ての従局グ
ループが使用可能なランダムスロットを確保するととも
に、優先順位が高い従局グループから順に当該従局グル
ープのみが使用できる優先スロットを割当てる。各従局
は、ランダムスロットまたは割当てられた優先スロット
を用いて通信を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は衛星通信システムに関
し、特に、通信衛星を介して時分割多重接続（ＴＤＭ
Ａ）通信を行う中心局と、少なくとも一つ以上の従局と
から構成される衛星通信システムにおける通信方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】衛星通信システムは、通信衛星を介して
中心局と従局との間で通信を行うものであるが、同一搬
送波に２局以上の従局からの送信が同時に通信衛星上で
ぶつかる、いわゆる輻輳状態が発生した場合には、中心
局ではどの送信に対しても正しく受信を行うことはでき
ない。このような状態が発生すると、各従局は再度送信
をやりなおさねばならず、回線効率が下がってしまう。
特に、衛星回線上でのトラヒック量が増えると送信の衝
突確率が高まり、輻輳が起こりやすくなる。そこで、従
来、トラヒック量が増えても輻輳が低く抑えられ、回線
効率が高い衛星通信方式が種々研究されている。

【０００３】その例として、例えばランダムに送信電文
をパケット化し、これをスロット化された単位で送信す
るＲＡ−ＴＤＭＡ方式や、送信電文の要求時にまず回線
割当ての要求を行い、予め回線の予約を行うことによっ
て送信の衝突が起こらないようにするReservation-ＴＤ
ＭＡ方式等が挙げられる。また、回線上を監視し、トラ
ヒック量が少ない場合はＲＡ−ＴＤＭＡ方式を選択する
とともに、トラヒック量が増えた場合は衝突による回線
効率の低下を防ぐためにReservation-ＴＤＭＡ方式等に
切り替える方式も用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の各通信方式
のうち、ＲＡ−ＴＤＭＡ方式は、送信要求が発生した時
点において即座に送信を開始することができるという利
点はあるが、複数の従局が同時に送信を行うと、いわゆ
る送信衝突により電文が欠落してしまい、再送信が必要
となる。このように、送信量が多くなると衝突が頻発
し、再送信により回線効率が極端に低下するという問題
があった。また、トラヒック量が増えると、各回線の重
要度にかかわらず一律に送信衝突が起こってしまい、重
要な電文や緊急を要する電文を優先的に送信することは
できない欠点もあった。

【０００５】他方、Reservation-ＴＤＭＡ方式では、送
信要求があった時点で予約電文を送信して回線を確保す
るので、電文の衝突を防ぐことができる。しかし、トラ
ヒック量が増えると予約電文の送信が頻発するので、Ｒ
Ａ−ＴＤＭＡ方式の場合と同様に送信衝突が発生し、回
線効率が低くなってしまう。更に、１つの従局に回線を
割当てて固定するので、その回線に関しては他の局が締
め出されてしまう。従って、ある回線では輻輳状態にな
って送信が規制される一方、他の回線では十分な余裕が
あるといった状態になることもあり、このような場合に
はかえって回線効率が下がってしまうという問題があっ
た。

【０００６】本発明は、上述のように、いずれの方法に
おいても、トラヒック量の増大に伴ってシステム全体に
おいてスループットの低下を生じるという問題点に鑑
み、従局から発生する電文の送信タイミングと送信方法
を制御することによって、回線効率が高く、且つ重要な
回線に対しては優先的に送信を行うことができる衛星通
信方法、及びこの方法を実現するシステムを提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が提供する衛星通
信方法は、通信衛星を介してＴＤＭＡ通信を行う中心局
と、それぞれ少なくとも一つ以上の従局を有するととも
に予め優先順位が設定された従局グループとの間で行う
衛星通信方法であって、中心局は、まず各従局グループ
間のトラヒック量を測定し、そのトラヒック量が一定値
を超えた場合には、通信フレーム上で全ての従局グルー
プが使用可能なランダムスロットを確保する。そのうえ
で、優先順位が高い従局グループから順に当該従局グル
ープのみが使用できる優先スロットを割当てる。この場
合、優先順位が高くなるに従って１スロットあたりのト
ラヒック量が減少し且つ回線が安定するように優先スロ
ットを割当てることが好ましい。スロット割当て方法と
しては、例えばトラヒック量が最も低いときは最優先の
グループに対してのみ優先スロットを割当て、残りを全
てランダムスロットとして割当てる。そして、トラヒッ
ク量の増大にしたがって順次優先スロットを割当ててい
き、残りをランダムスロットとする。この際に、ランダ
ムスロットを一定数確保するようにし、優先スロットを
割当てた残りのランダムスロットが上記一定量よりも少
なくなるようであれば優先スロットの割当てを終了す
る。

【０００８】また、従局グループから中心局に対して電
文を送信する場合、中心局では従局の電文衝突を検出で
きないので、従局からその従局が属するグループ名を含
んだ電文を送信するようにし、中心局で電文数とグルー
プ名を検出してトラヒック量の増減を判断するようにす
る。なお、従局は、自己が優先スロットを割当てられた
ときは、その割当てられた優先スロットを使用して通信
しても良いし、また、ランダムスロットを使用して通信
しても良い。但し、他従局に対して割当てられたスロッ
トを使用しての通信は禁止される。この場合、優先スロ
ットを使用するかランダムスロットを使用するかは、電
文の種類、重要度、緊急度、ランダムスロットの空き具
合により決定されるが、例えば重要度が高い電文を送信
する際には、ランダムスロットと優先スロットとのうち
回線の安定性が高い一方のスロットを選択し、選択され
たスロットを用いて通信を行う。

【０００９】また、本発明が提供する衛星通信システム
は、通信衛星を介してＴＤＭＡ通信を行う中心局と、そ
れぞれ少なくとも一つ以上の従局を有するとともに優先
順位が設定された従局グループとを含んで構成する。こ
の構成において、中心局は、各従局グループ間のトラヒ
ック量を測定するトラヒック測定手段と、測定したトラ
ヒック量と所定の閾値とを比較するデータ比較手段と、
比較の結果トラヒック量が一定値を超えた場合に通信フ
レーム上で全ての従局グループが使用可能なランダムス
ロットを確保するとともに優先順位が高い従局グループ
から順に当該従局グループのみが使用できる優先スロッ
トを割当てるスロット割当て手段と、この割当て結果を
各従局に送信する送信手段とを有する。他方、各従局
は、前記送信手段から送信されたスロット割当て結果と
送信電文の重要度に従って、電文の送信に使用するスロ
ットを決定するスロット選択手段を有する。

【００１０】

【作用】本発明では、中心局のトラヒック測定手段が各
従局グループ間のトラヒック量を測定し、測定値を比較
手段に導く。比較の結果、トラヒック量が一定値を超え
たことを認識したときは、スロット割当て手段が全ての
従局グループが使用可能なランダムスロットを通信フレ
ーム上に確保するとともに、優先順位の高い従局グルー
プから順に当該従局グループのみが使用できる優先スロ
ットを割当てる。割当て後は、割当て結果が送信手段よ
り各従局グループに送信される。これにより優先スロッ
トが割当てられた従局グループに対しては常に一定数以
上のスロットが確保される。優先スロットが割当てられ
た従局グループは、ランダムスロットに加えて、その従
局グループ専用の優先スロットを用いて通信を行うこと
ができる。いずれのスロットを電文送信に使用するか
は、例えば電文の重要度に従ってスロット選択手段にお
いて決定する。

【００１１】また、上述のように予めランダムスロット
を確保することで、全てのスロットが優先スロットにな
ってしまう事態が避けられる。全てのスロットが優先ス
ロットとなると、例えばグループＡ〜Ｅがある場合に、
グループＡ〜Ｃに対するスロットを確保した時点で残り
スロットがなくなってしまい、グループＤ、Ｅはスロッ
トが割当てられずに通信が一切できなくなってしまう。
本発明では、通信フレーム上でのスロットの割当ては容
易に変更することができるので、従局のグループ構成に
拘わらず、いつでもスロット割当てを変更して優先順位
の高い従局グループの安定性を確保することができる。

【００１２】なお、トラヒック量が低い状態では全ての
スロットがランダムスロットとなるので、ある回線では
輻輳状態になって送信が規制される一方、他の回線では
十分な余裕があるという状態もなくなる。また、各従局
で、重要度が高い電文を送信する際にランダムスロット
と優先スロットとのうち回線の安定性が高い一方のスロ
ットを選択し、選択されたスロットを用いて送信を行う
ことで、重要度が高い電文は他の電文と衝突する可能性
が低くなる。更に、前記優先順位が高くなるに従って１
スロットあたりのトラヒック量が減少するように優先ス
ロットを割当てることで、トラヒック量が増えた場合で
も優先順位に応じて回線が保護される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施例の説明図であり、１０１
は中心局、１０２は通信衛星、１０３は従局、１０４〜
１０６は従局グループである。図示のように、各従局グ
ループ１０４〜１０６には少なくとも１つ以上の従局１
０３が割当られており、これら従局は、通信衛星１０２
を介して中心局１０１とそれぞれ情報の通信を行う。各
従局グループ１０４〜１０６は互いに独立で、各従局グ
ループ毎に予め優先順位が決められており、優先度が高
い順にグループＡ、グループＢ、グループＣ…となって
いる。中心局１０１から従局への通信は、時分割多重
（ＴＤＭ）通信方式あるいはＴＤＭＡ通信方式により行
われる。

【００１４】図２は、本実施例の衛星通信システムにお
ける中心局１０１のブロック構成図であり、２０１はア
ンテナ部、２０２は高周波部、２０３は送信バッファ、
２０４は変調部、２０５は復調部、２０６は受信電文監
視部、２０７は受信バッファ、２０８はスロット割当部
である。

【００１５】図示しないホストコンピュータ等からベー
スバンド信号によって得られる電文は、送信バッファ２
０３に一時蓄積される。この蓄積された電文は、スロッ
ト割当部２０８からの制御によって変調部２０４に送信
される。その制御内容については後述する。変調部２０
４は、上記ベースバンド信号を変調し、中間周波数帯の
信号に変換して高周波部２０２へ送る。高周波部２０２
は、変調部２０４から送られた中間周波数帯の信号を、
通信衛星１０２に対して送信するための高周波数帯の信
号に変換し、増幅する。この高周波数帯の信号は、アン
テナ部２０１を通じて通信衛星１０２に対して送信され
る。

【００１６】一方、アンテナ部２０１によって通信衛星
２０１から受信された微弱な高周波数帯の信号は、高周
波部２０２によって増幅されるとともに中間周波数帯の
信号に変換される。変換された信号は、復調部２０５に
よって復調され、ベースバンド信号に変換される。受信
電文監視部２０６は、この復調部２０５で復調されたベ
ースバンド信号から電文を取り出し、上述のホストコン
ピュータ宛の電文と制御用電文とに分類する。受信バッ
ファ２０７は、受信電文監視部２０６から受け取ったホ
ストコンピュータ等への電文を一時蓄積する。スロット
割当部２０８は、受信電文監視部２０６から受け取った
制御用電文を解析して回線上のトラヒック状況を判断す
る。また、従局グループに対する優先スロットの割当て
電文及びランダムスロットの通知電文を生成し、両者の
ベースバンド信号を変調部２０４に送る。また、送信バ
ッファ２０３からの通知により、ホストコンピュータ等
からの電文の送信タイミングの制御を行う。

【００１７】図３は、本実施例の衛星通信システムにお
ける従局１０３のブロック構成図であり、３０１はアン
テナ部、３０２は高周波部、３０３は送信バッファ、３
０４は変調部、３０５は復調部、３０６は受信電文監視
部、３０７は受信バッファ、３０８はスロット選択部で
ある。

【００１８】図示しない端末装置等からベースバンド信
号によって得られる電文は、送信バッファ３０３に一時
蓄積される。蓄積された電文は、スロット選択部３０８
からの制御によって変調部３０４に送られる。変調部３
０４は、このベースバンド信号を変調し、中間周波数帯
に変換して高周波部３０２へ送信する。高周波部３０２
では、送信された中間周波数帯の信号を通信衛星１０２
に対して送信するための高周波数帯の信号に変換し、増
幅する。この高周波数帯の信号は、アンテナ部３０１を
通じて通信衛星１０２に対して送信される。

【００１９】一方、アンテナ部３０１によって通信衛星
１０２から受信された微弱な高周波数帯の信号は、高周
波部３０２によって増幅されるとともに中間周波数帯の
信号に変換される。変換された信号は、復調部３０５に
よって復調され、ベースバンド信号に変換される。受信
電文監視部３０６は、復調部３０５で復調されたベース
バンド信号から電文を取り出し、端末装置宛の電文と制
御用電文とに分類する。受信バッファ３０７は、受信電
文監視部３０６から受け取ったホストコンピュータ等へ
の電文を一時蓄積する。

【００２０】スロット選択部３０８は、受信電文監視部
３０６から受け取った制御用電文を解析し、中心局から
割当てられた優先スロットとランダムスロットの情報を
記憶する。また、送信バッファ３０３からの通知と電文
の重要度、緊急度、ランダムスロットの空き具合とから
電文の送信を行うためのスロットを決定し、この決定し
たスロットを用いて電文を送信する。

【００２１】図４に本実施例で用いる通信フレームの構
成例を示す。図４（ａ）は、フレーム構成とスロットと
の関係説明図であり、４０１はＴＤＭＡ通信方式を用い
て通信するためのスーパーフレームである。このスーパ
ーフレーム４０１は、＃１〜＃ｎ（自然数）にスロット
分割され、送信局はスロット単位を基本として送信を行
う。

【００２２】図４（ｂ）は、トラヒック量が相対的に低
い場合のスロット割当て状況図である。図中、４０２は
基準スロットで、上記スーパーフレームにおけるスロッ
ト開始点を表す。４０３は最も優先度が高いグループＡ
に割当てられた優先スロットであり、この例では、グル
ープＡに属する従局のみが優先スロット４０３を優先的
に使用できることを表す。なお、この場合、グループＡ
の従局が使用できるスロットは、優先スロット４０３の
みに限られるわけではなく、トラヒック量が高くなった
場合には残部のランダムスロット４０４を使用できる。
グループＡ以外に属するグループはランダムスロット４
０４のみを用いて送信を行う。

【００２３】図４（ｃ）は、グループＡに加えてグルー
プＢに対しても優先スロットが割当てられた場合のスロ
ット割当て状況図である。４０５はグループＢに対して
割当てられた優先スロットであり、その割当て領域は、
従局グループＢのトラヒック量増加率及びグループＢに
属する従局の数により決定される。なお、この例では、
スーパーフレーム４０１のうち、基準スロット４０２、
グループＡに対する優先スロット４０３、グループＢに
対する優先スロット４０５を除いた部分がランダムスロ
ット４０６となる。

【００２４】次に、中心局１０１におけるスロット割当
部２０８の動作、つまり上述の制御内容を、図５のフロ
ーチャート及び図４に示す各通信フレーム構成例の説明
図に基づいて説明する。なお、図５においてＳは処理ス
テップを示す。

【００２５】スロット割当部２０８では、まずシステム
全体のトラヒック量Ｑを測定し（Ｓ１１：トラヒック測
定手段）、測定したトラヒック量Ｑを予め定めた閾値Ｔ
Hと比較する（Ｓ１２：データ比較手段）。トラヒック
量Ｑが閾値ＴHよりも小さい場合（トラヒック量が少な
い場合）には、スーパーフレーム４０１上の全てのスロ
ットをランダムスロットとする（Ｓ１３）。他方、Ｓ１
２において、トラヒック量Ｑが閾値ＴH以上であると認
識した場合には、そのトラヒック量Ｑに応じて優先度の
高い従局グループから順に優先スロットを設定するかど
うかを決定する。トラヒック量Ｑがあまり大きくない場
合には、図４（ｂ）に示すように、グループＡのみに優
先スロットを割当てるものとし、トラヒック量Ｑが大き
くなるにつれて、図４（ｃ）に示すように、グループ
Ｂ、グループＣ…を、順次優先スロットを割当てるグル
ープとして決定する（Ｓ１４）。

【００２６】次に、優先スロットの割当てを決定した各
従局グループにおけるトラヒック量を測定する（Ｓ１
５）。そして、測定したトラヒック量から、トラヒック
増加率及びそのグループに属する従局の数によって、ス
ロットの割当て領域を決定する（Ｓ１６）。この場合、
割当て領域の大きさは、当該従局グループのトラヒック
増加率及び当該グループに属する従局の数により決定さ
れるので、図４（ｃ）に示すように優先順位の低いグル
ープＢの割当て領域がグループＡの割当て領域よりも大
きくなっても良い。また、優先度の高いグループに対し
ては１スロットあたりのトラヒック量が減少するように
割当てることで優先度が高くなるにつれて輻輳の発生率
が低くなり、回線の安定性が優先度にほぼ比例するよう
になって好ましい。以下、同様にしてグループのトラヒ
ック状況に応じてグループＣ、グループＤ…と順次優先
スロットを割当て、残ったスロットをランダムスロット
として割当てる。また、トラヒック量が減少したグルー
プにおいては、優先スロットの割当てを終了する（以
上、スロット割当て手段）。この場合、それまで優先ス
ロットとして用いられたスロットは、ランダムスロット
もしくは他のグループへの優先スロットとして使用され
る。

【００２７】このようにして全てのスロットがランダム
スロットとした旨、あるいは各従局が所属するグループ
にスロット領域とランダムスロット領域を割当てた旨を
表すトラヒック情報を制御用電文として従局宛に送信す
る（Ｓ１７：送信手段）。

【００２８】各従局におけるスロット選択部３０８で
は、受信電文監視部３０６から受け取った制御用電文を
解析し、中心局から割当てられた優先スロット、ランダ
ムスロット、回線上のトラヒックの各情報を記憶する。
そして送信バッファ３０３に蓄積されている電文情報と
その重要度、緊急度を検出し、中心局から得られた優先
スロットとランダムスロットの空き具合の情報及び回線
上のトラヒック情報から電文の送信を行うためのスロッ
トを決定する（スロット選択手段）。例えば、重要度及
び緊急度が高い電文に対しては輻輳が起こる可能性が低
い優先スロットを用いて送信を行い、その他の電文はラ
ンダムスロットを用いて送信を行って優先スロットでの
輻輳の発生を極力抑えるようにする。

【００２９】以上説明したように、本実施例では、従局
グループ毎に優先順位を設けて上述のように送信を行う
ことで、全体のトラヒック量が増えた場合でも優先度の
高い従局グループにおいては輻輳の発生を抑えることが
でき、優先度が高くなるにつれて回線の安定性が高くな
るようにしたので、優先度と無関係に回線全体が不安定
になったり、重要度の大小に拘わらず一律に輻輳が発生
するような事態は発生しなくなる。また、トラヒック量
に応じて優先スロットの領域の大きさを決定してトラヒ
ック量を均一化しているので、従局グループの構成に拘
わらず、いつでも容易にトラヒック量を均一化すること
ができる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、トラヒック量に応じた衛星回線の有効利用が
可能となり、しかも送信の衝突による再送や予約電文の
輻輳による回線効率の低下を防止できるので、衛星通信
のスループットが高まる効果がある。特に、優先順位の
高い従局グループは、ランダムスロットに加えて、その
従局グループ専用の優先スロットを用いて通信を行うこ
とができるので、その他のグループに比較して通信の安
定性が高くなる効果がある。また、優先順位に比例して
回線を保護することもでき、送受信の対象となる電文の
重要度に即してフレキシブルに回線の利用形態を変える
ことができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る衛星通信システムの構
成図。

【図２】本発明の一実施例に係る中心局のブロック構成
図。

【図３】本発明の一実施例に係る従局のブロック構成
図。

【図４】ＴＤＭＡ通信で使用するフレーム構成例の説明
図。

【図５】中心局のスロット割当部における動作を示すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１０１ 中心局 １０２ 通信衛星 １０３ 従局 １０４，１０５，１０６ 従局グループ ２０１，３０１ アンテナ部 ２０２，３０２ 高周波部 ２０３，３０３ 送信バッファ ２０４，３０４ 変調部 ２０５，３０５ 復調部 ２０６，３０６ 受信電文監視部 ２０７，３０７ 受信バッファ ２０８ スロット割当部 ３０８ スロット選択部 ４０１ スーパーフレーム ４０２ 基準スロット ４０３ グループＡに割当てられた優先
スロット ４０４，４０６ ランダムスロット ４０５ グループＢに割当てられた優先
スロット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊田 道夫 東京都江東区豊洲三丁目３番３号 エヌ・ ティ・ティ・データ通信株式会社内 (72)発明者 岡村 晋作 東京都江東区豊洲三丁目３番３号 エヌ・ ティ・ティ・データ通信株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信衛星を介して時分割多重接続通信を
   行う中心局と、優先順位が設定された少なくとも一つ以
   上の従局を含む従局グループとの間で行う衛星通信方法
   であって、 前記中心局は、前記従局グループとの間のトラヒック量
   を測定し、トラヒック量が一定値を超えた場合には、通
   信フレーム上で全ての従局グループが使用可能なランダ
   ムスロットを確保するとともに、前記優先順位が高い従
   局グループから順に当該従局グループのみが使用できる
   優先スロットを割り当て、 各従局は、前記ランダムスロットまたは割り当てられた
   優先スロットを用いて前記中心局との間で通信を行うこ
   とを特徴とする衛星通信方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の衛星通信方法において、 前記各従局は、前記ランダムスロットまたは割当てられ
   た優先スロットのうち通信回線の安定性が高い一方のス
   ロットを選択し、この選択したスロットを用いて前記中
   心局との間で通信を行うことを特徴とする衛星通信方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の衛星通信方法に
   おいて、 前記中心局は、前記優先順位が高くなるにつれて１スロ
   ットあたりのトラヒック量が減少するように前記優先ス
   ロットの大きさを割当てることを特徴とする衛星通信方
   法。
4. 【請求項４】 通信衛星を介して時分割多重接続通信を
   行う中心局と、少なくとも一つ以上の従局を有するとと
   もに予め優先順位が設定された従局グループとを有する
   衛星通信システムであって、 前記中心局は、 前記各従局グループとの間のトラヒック量を測定するト
   ラヒック測定手段と、 前記測定されたトラヒック量と所定の閾値とを比較する
   データ比較手段と、 比較の結果、トラヒック量が閾値を超えた場合に、通信
   フレーム上で全ての従局グループが使用可能なランダム
   スロットを確保するとともに、前記優先順位の高い従局
   グループから順に当該従局グループのみが使用できる優
   先スロットを割当てるスロット割当て手段と、 前記スロット割当て手段における割当て結果を各従局に
   送信する送信手段とを有し、 前記各従局は、 前記送信手段から送信されたスロット割当て結果と送信
   電文の重要度とに基づいて当該電文の送信に使用するス
   ロットを決定するスロット選択手段を有することを特徴
   とする衛星通信システム。