JPS6261431A

JPS6261431A - 送信電力制御方式

Info

Publication number: JPS6261431A
Application number: JP60200517A
Authority: JP
Inventors: Takuo Muratani; 村谷　拓郎; Tatsuo Watanabe; 渡辺　龍雄; Hideo Kobayashi; 英雄小林
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1985-09-12
Filing date: 1985-09-12
Publication date: 1987-03-18
Also published as: JPH047852B2; US4731866A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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（’１／／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］０ＧＨｚ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。

スペースダイパーンチ方式は、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
よう十分能れた位置に設置し、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、例えばピ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
小型地球局間互が直接通信する方式と、中継地球局を介
在させ、該中継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。後者の中継局を
介在させる方式は、中継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、中継器が多数の小型地球
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　
）　ｋ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
イ罫婆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くも、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チャネル程度の
小型地球局が、衛星上の１つの中継器を共有するため、
チャネル当シの割当電力が小さく、下り回線の降雨減衰
によって回線が大きな障害金堂ける。

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の詳細な説明する。

図１は、本発明を適用した中継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夛回線という。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ＩＫ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ャ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、この両者によって制
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、はとんどの場合、電力増
幅器として数ワット以下の固体増幅器であり、この場合
でもチャ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、降雨によっ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っ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
力バックオークと呼んでいる。

いま、衛星中継器の最大出力ｋ　Ｐｍ　（ｄＢＷ）、出
力バックオークｋｘ（ｄＢ）とし、全チャネルが運用時
の衛星出力Ｐｓｏは次のようになる。

Ｐｓｏ　＝　Ｐｍ　−ｘ　　　　　（ｄＢＷ）　　　　
−ｆｉｌ又、チャネルあたりの衛星出力はＰｓｏ−１０
１ｏＰＮ（ｄＢＷ）である。回線設計上は、式（１１の
条件で、各小型地球局の受信々号品買が十分良好となる
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、中継局の送信アンテナ利得をＣｒｔとすると、小型
地球局が送信したときのＰｓｏを得るだめの中継局の送
信機出力Ｐｒｔは近似的に次のように計算できる。

Ｐｒｔ＝Ｐｉ＋］０ｌｏｙＮ−（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）　’に表わしている。

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って行なわれる。

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、実際に降雨によって、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チャネルの中；Ｍチャネルが送信電力制御により
中継地球局の送信電力が７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１倍だけ増大する。

衛星中継器の入出力特性を出力バックオークｘｄＢの近
辺ではｙ直線と近似し、ｒＮ】のとき、衛星中継器の出
力バックオークｆ　ｘ’ｄＢとすると、式（４）よシ衛
星出力のバックオーク減少分は】ｏｌｏ９γｄＢ。

すなわちｘ’−ｘｄＢとなる。１例として、ｙを］　Ｏ
ｄＢ。

最大チャネル数Ｎ＝４００．１０１ｏｐｒをＩ　ｄＢと
してＭを求めると】１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
がって、出カバツクオークｌｄＢ増でも２０〜３０局程
度の制御が可能であり、また、この程度の出力バックオ
ークの低下では回線品質に与える影響は非常に小さい。

換言すねは゛運用チャネルの数パーセント種度を送信電
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′は夫々のチャ
ネルの入力信号を表わし、１３〜１５　、１３’〜１５
′は復調器、１６〜１８　、１６’〜１８′は復合器、
１９〜２１　、１９’〜２１′は変調器、２２〜２４　
、２２’〜潤′は可変減衰器、δ〜ｎ。

５′〜ｎ′は夫々のチャネルの出力を表わす。又田は可
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Ａ
１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の入力信号け１３の６ＬＪｌ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
復合器および変調器に入力される。

この信号の形は図３のよう忙構成されている。

すなわち３０の状態信号、３１のデータ部分から成り、
艶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ピ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の変調器出力は乙の可変減衰器、送信
機、衛星を経て、図１．６のＢ、の小型地球局に送信さ
れ、図２で１６の復合器出力情報は四の制御回路に入力
される。ところで、前記６のＢ、小型地球局の受信４号
は、相手小型地球局からの信号、図３の１０′として中
継局で受信され、再度１９′の変調器で変調されη′の
可変減衰器から送信機を経て衛星でヘテロダイン中継さ
れ３のＡ１小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ＡＩス地球局間では降雨が発
生しておシ、このときの降雨減衰量は図２の１６の復合
器出力に含まれ、あの制御回路は、これを用いてη′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シ
大きな減衰量が設定されていなければならない。

なお、この実施例では復合器が各チャネル毎に設けられ
ているが、時分割的に一つの復合器ですべてのチャネル
からの状態信号全複合し、この情報を用いて詔の制御回
路が前述と同様の処理により各チャ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ャ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ャネルを介
して相手小型地球局に対して回線設定のための設定チャ
ネル、等を連絡する。したがって、回線設定チャネルは
、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ャネル
信号をモニターすることによシ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、前記チャネルの信号
電力対雑音電力比（Ｃ／）Ｊ）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２０３の回
線制御チャネル信号は２相のＰＳＫ（位相変調波）とし
ている。この信号は２００の２追倍回路に入力され２０
１のフィルタを通って、２０２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メータによシ容易に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
、中継局上り回線の降雨減衰は全チャネルの低下となっ
て、システムの断が発生する。

そこで、中継局においては、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景を求
め、上り、下９周波数比から計算によシ上り回線の降雨
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、中継局において降雨減衰があシ、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
、全チャネルに対して５ｄＢの送信電力を行っていると
きに小型地球局３のＡＩ（図１）に対して３ｄＢの送信
電力制御を行う場合には、図２のｄ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、Ｉは小型
地球局からの降雨減衰情報バス、５１け小型地球局への
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。

各チャネルに対する送信電力制御量は公の制御回路内に
含まれるマイクロプロセッサにより時分割的に処理され
る。

以上、中継局を介する送信電力制御の１例について述べ
たが、中継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、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、陸線を介するよシも直
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
有罪となる場合には前記のような中央地球局と小型地球
局間の衛星通信回線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七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局
を介在させ、該中継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
上り回線の推定降雨減衰量の情報を得、該情報を送信信
号とともに前記中継局に送信し、該中継局は受信した推
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）中央地球局又は中継地球局は衛星からのビーコン
信号又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又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
電力を前記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）中央地球局又は中継地球局からの送信電力制御量
を、前記中央局又は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。