浜本　直和

はじめに
　昭和58年に実用通信衛星「さくら」（CS-2）が打ち上げられ，国内通信も本格的な衛星通信の時代を迎えつつある。そのような中で最近注目を集めているものに小容量衛星通信システムがあり，その一例として当所で行っているパイロット計画が挙げられる。現在、パイロット計画に参加している民間企業の地球局は20局以上もあり，通信システムの開発が行われている。またパイロット計画以外にも，国鉄，警察，電事連，消防庁等が専用自営回線として CS-2を利用している。
　このように小容量衛星通信が普及するにつれ，利用者の数は増大し，また利用形態も多様化してくる。ここでは，そのような小容量衛星通信の特徴，利用分野，実現のための技術について紹介したい。
　　

小容量衛星通信の特徴
　衛星回線は，広域性，同報性，回線の安定性，広域移動通信の可能性等の特徴を持っているが，その外に利用者が自由に同線網を構築できるという利点がある。これは，今までの有線系の公衆回線では実現が困難であったものであり，小容量衛星通信が注目されている大きな理由の一つであろう。すなわち，利用者は必要に応じた通信システムを持つ地球局を用意するだけで，さまざまに応用できる。また，車載局のような移動地球局を用意すれば，非常災害用ばかりでなく，通常の回線として使用することにより，利用者の活動範囲を大きく広げることが可能となる。
　さらに衛星回線の場合には，地上マイクロ回線のような中継施設を必要としないため，保守費を含めた通信コストが通信距離に依存しない。このことは，各地に点在した事業所を持つような事業体等には有利な特徴となる。
　一方，衛星搭載中継器を使用する小容量衛星通信にもいくつかの問題がある。特に大容量通信用に設計されたCS-2のような広帯域の中継器では，同一中継器を多数の利用者が独立に使用するため，中継器利用効率が低い。また，利用効率を向上させるためには，複雑な回線制御システムが必要になる。
　また，利用者側が負担しなければならない地球局コストや衛星使用料が高いといった基本的問題があるが，これは将来の需要の増大，衛星の大型化等を待たねば解決できないと思われる。
　　

衛星回線網の形態
　小容量衛星通信では，回線網の自由な構築が可能なため，利用分野も多様なものが考えられる。それらを回線網の形態から見ると，既存電話的な形態とネットワークシステム的形態とに分類できるであろう。既存電話的な形態では，図1(1)に示すような1 対1の通信を基本とする極めて単純な回線網を構成しており，利用者間の電話連絡や2局間のデータ，ファイル転送等がこれにあたる。このような形態では，衛星回線における耐災害性及び広域移動通信の可能性といった特徴が発揮される利用形態である。一方，ネットワークシステム的形態では，各利用者グループ内あるいはグループ問において図1(2)～(4) に示すような回線網が構成され，多種多様な通信が行われる。これらの回線網では，1対多数，多数対多数，あるいは両者が複雑に組合さったものがあり，組織内等の自営専用回線や同報通信システムとして利用され，組織の情報伝達や処理に重要な役割を果す。このような形態は，衛星回線の網構成の柔軟性や同報性を積極的に利用したものである。

図１　衛星回線網の形態

利用分野
　既存電話的な利用分野としては，地上無線系で行われているパーソナル無線やMCAシステムを衛星回線に応用したものが考えられる。これらは，何らかの制御のもとに衛星回線による個人間通信を可能とするもので，地球局の超小型化，軽量化が達成されれば，広域性，可搬性の点で利用価値は大きい。また，1対1のデータやファイル転送の利用としては，銀行や企業等のデータベース問の高速転送や地上回線網に対するバックアップシステムとして有効である。
　ネットワークシステム的利用では，企業等組織内データネットワークシステム，紙面伝送システム，データ収集及びテレコマンドシステム，ニューメディアヘの応用等が考えられる。
　企業等組織内データネットワークシステムでは，コンピュータや端末を複数接続したLAN（Local Area Net-work）を衛星回線に応用したものや，高速ファクシミリ伝送，電子メール，TV会議システム等が考えられる。これらのシステムを統合的に一つのシステムとしてまとめることにより，効率的なネットワークシステムが可能になる。
　紙面伝送システムは，衛星回線の同報性を利用して新聞紙面の原版を本社から各支社の印刷システムへ供給するものである。この場合，高速で高品質の伝送が可能である。また紙面伝送を行う時間率はそれ程高くはないので，あき時間を利用したデータネットワーク回線としての利用も可能である。さらに，紙面作成がコンピュータによる自動化システムで行われるようになると，紙面伝送システムというよりも，コンピュータ間をつなぐ高速データネットワークシステムに発展することが考えられる。
　データ収集及びテレコマンドシステムでは，山間僻地に点在する気象観測装置やダム，河川等の水位，水量観測器からのデータを中央で収集したり，逆に観測器や水門，バルブ等の遠隔操作等を中央からの指令で行うようなシステムである。このような回線は非常に低速であるが回線数が多い。また，データ収集システムの応用として，各家庭の電気，水道，ガス等の自動検針システムも考えられるが，都市部では地上回線網が十分に発達していることや，各家庭からのデータ量はそれ程多くないことから，衛星回線を利用するメリットはあまりないといえる。
　ニューメディアへの応用としては，CATV，双方向CATV，画像や文字による情報サービス等がある。これらは地上回線網を主体としたものであるが，衛星回線の高速性，同報性，双方向性を積極的に利用することにより，さらに便利なシステムになる可能性がある。
　　

小容量衛星通信用地球局技術
　以上述べてきた小容量衛星通信の利用分野を実現するためには，経済的でかつ利用目的に適した地球局や通信方式を開発しなければならない。
　地球局の開発は，二つの方向がある。一つは衛星回線をパーソナル化するための超小型化であり，もう一つは，ビル屋上等に設置できるような簡易固定局のタイプである。前者の超小型化は，人が手で楽に運搬できるところまで進まないと実用的な価値はない。そのためには，アンテナの小型軽量化，あるいはフェーズドアレイタイプのアンテナが必要である。また，送信機，受信機の固体化，高効率化も必要である。但し，超小型化では，送信機出力は1W もあれば十分であろう。また低速伝送では，周波数の安定度も重要な課題であり，振動や温度条件の厳しいところでも高安定な発振源が必要となる。さらに重要なものとして，電源を確保するための小型軽量で容量の十分大きなバッテリーが必要である。このような超小型局を用いた通信では，相手局が常にアンテナを衛星に向けて待ち受けているわけではないので，超小型局同士の対向通信には運用上制限がある。そこで，このような通信形態では基地局を用いた蓄積交換方式が一つの運用方法として考えられる。

図２　超小型地球局想像図

　簡易固定局タイプの地球局は，自営専用回線やデータ収集システム用中央局に用いられるもので，ビルの屋上等に設置される場合が多い。このようなタイプのアンテナは軽量でかつ耐久性が要求される。また直径が5mくらいになると自動追尾機能も必要になる。逆に2m程度のアンテナではビーム幅が広いため，精度の良い追尾機能は不要で，ビーム形状を仰角方向に広くして衛星の日周運動に対応しただけのものもある。送受信機は固体化が望ましいが，伝送容量，信号数の増大に対処するため，20W級の電力増幅器が用いられる。この場合，複数の信号による相互変調積成分の発生を押える工夫として，リニアライザーによる非線形補償技術が開発されている。自営専用回線等では，回線の安定性も重要な課題で，特に準ミリ波帯以上の周波数を用いる場合は送信電力制御のような降雨補償対策が必要となる。また，多数の簡易固定局タイプの地球局から，種々の伝送速度，変調方式の信号が，一中継器に入力される場合，お互いの信号間の干渉を最小にしつつ，中継器電力や帯域を有効に使う技術が必要となる。例えば SCPC方式では最適チャネル配列の設定をどうするか，中継器動作点をどこに設定するかといった問題を解決しなければならない。また独立した利用者が，それぞれ独自のシステムを構築するよりも，一中継器に用いられる通信方式を標準化し，各利用者がその標準システムに参人するような形態も考えられる。このような標準システムとしてどのようなものが最適であるのかは今後研究していかねばならない。
　最後に，当研究室で検討中の準ミリ波帯を用いた超小型地球局の想像図を図2に示す。このシステムは，基地局対向を主とした通信システムで，100bps 程度の伝送速度で音声認識，音声合成技術を用いた簡単な会話ができるものである。このようなスーツケースタイプの地球局を持ち歩ける日が来るのも，それ程遠いことではないであろう。

（鹿島支所　第二宇宙通信研究室　主任研究官）

EMSS海上ディジタル通信実験

長谷　良裕

はじめに
　昭和62年に打上げられる予定の技術試験衛星V型（ETS-V）を用いた移動体衛星通信実験システム（Experimental Mobile Satellite System：EMSS）の計画が当所を中心に進められている（計画の概要については「電波研究所ニュース」No.101の記事を参照）。このシステムでは，静止衛星を使って30トン程度の小さな船との通信を考えており，船に積む通信装置はなるべく小型・軽量にする必要がある。アンテナを小さくすると，衛星から直接来る電波と海面で反射して来る電波とが干渉し合う（フェージング）ため，通信の品質が劣化してしまう。この劣化は，ディジタル回線の場合（EMSSでは電話の音声もディジタル化して伝送することを考えている）データの誤りとなって表われる。そのため，実際の通信システムを作り上げる前に，現実の海では，どれ程のフェージングによって，データの誤りがどの程度起こり，そのためにハードウェアの性能はどの程度のものを用意すれば良いのか，符号化方式はどの様なものが良いのか，等を事前に検討しておく必要がある。そこで，海上でのディジタル通信実験を昨年12月に行ったので，その概要を簡単に紹介する。
　　

実験の概要
　実験は，福井県三方郡美浜町の若狭湾で行った。この場所では，昭和55年にも，電波伝搬特性（フェージング量等）の測定を中心とした実験を行っており，実験の準備はスムーズに出来た。実験は1.5GHz 帯の電波を用い，写真に示すごとく，対岸の山頂（標高約300m）・に送信装置を置いて実施した。受信はEMSSで使用が予想される直径40㎝のショートバックファイア（SBF）アンテナと現在インマルサットで使われている直径1.2mのパラボラアンテナを使い，それらを鉄塔に取付け（送受信距離3.8㎞，仰角4.5°），ウインチにより高さを変えられる様にしてある。測定した項目は，2つのアンテナのそれぞれの受信電力及び受信信号間の位相差，復調した信号のビット誤り率，誤り発生パターン等と電波の反射点付近の海面上に波高測定用ブイを設置して波浪のデータも同時に取得した。なお，伴せて，9GHz 帯での電波伝搬特性の測定も行った。

実験の様子

実験結果
　図1に実験結果の一例を示す。上からSBFアンテナの受信電力，パラボラアンテナの受信電力，両アンテナ間の位相差，それにSBFアンテナで受信した信号のビット誤り率の変化で，横軸は時間の経過（単位は秒）を示している。このデータは，比較的波の少ない状態のデータであるが，SBFアンテナでは8dB程度のフェージングを生じており，変動は受信電力，位相差共にゆっくりとしていることがわかる。受信電力が低下した時に対応して，ビット誤り率が増大しているのが良くわかる。図2は，受信電力とビット誤り率の相関関係（動特性）をグラフにしたもので，図中の実線は実験室での測定値（静特性）を示す。海面反射でのフェージングでは，静特性と動特性の差が小さく，システムの設計の際に動特性をそれ程考慮する必要のないことを示している。このほか，誤り発生パターンやバースト誤りに関する解析も進めている。

図１　実験データの一例

図２　受信電力とビット誤り率

おわりに
　今回の実験により，今後のEMSS計画にとって色々と参考になるデータが得られた。しかし，実験期間中は，予想に反して暖かく穏やかな日々が続き，波の高い時のデータが得られなかったのが残念であった。今回測定した誤り発生パターンを用いて，今後，誤り訂正符号の効果を確かめる実験等もやってみたいと思っている。
　EMSS計画では，船舶用の通信装置の製作を今年度に予定している。実際の船で受信する場合は，波浪だけでなく，船の揺れによる変動も加わり多少事情が複雑になるが，基本的には今回の結果が参考となるので，この実験を装置の設計に役立てたいと思っている。
　最後に，今回の実験に御協力いただいた関係各位に感謝すると共に，今後のEMSS計画に対しての御理解及び御指導をお願い致します。

（宇宙通信部　移動体通信研究室　研究官）

アンテナの近傍界測定（NFM）システムの開発

手代木　扶

はじめに
　電波の利用形態が複雑化しアンテナにも高度な技術が導入されるようになると，放射特性の測定にもそれに応じた高い精度が求められるようになってくる。特に，マルチビームアンテナのように大形化，多機能化，高性能化する今後の衛星用アンテナ開発のためには，精度と信頼性の高いアンテナの試験・解析法の確立が不可欠である。
　アンテナの近傍界測定法（NFM）はアンテナ近傍の電界（又は磁界）分布を測定し，厳密な電磁界理論に基づいて遠方放射特性（指向性，利得等）を計算で求める方法で，比較的狭い電波無反射室内でも大口径アンテナを高い精度で測定でき，しかも天候や電波干渉，伝搬媒質の影響を受けずに安定した測定が可能である。
　わが国においては，特に大都市周辺では十分な広さと周囲の環境に恵まれた屋外試験場を確保するのは容易でなく，実用的で経済的なNFM技術の開発と測定法としての技術基準の確立が強く求められている。
　このようなことから当所では，アンテナ研究基盤整備の一つとして，55年度から続けている「衛星用マルチビームアンテナの研究」のプロジェクトの中で，平面NFMに基づく「アンテナ特性解析システム」を3年間で開発することとし，59年度，整備に着手した。
　NFMには平面，円筒面，球面の3つの走査方式がある。このうち平面走査は指向性の鋭いアンテナに適していること，アンテナ及びマウントを固定したまま測定できること等の外，アンテナの励振分布の欠陥を見つける，いわゆる「アンテナの診断」が容易に行えるので，設計者はそれに対する処方箋を書くことができるという長所がある。また，このシステムはアンテナの試験・解析の外に電波の散乱や回折の研究にも役立つことから，できる限り走査範囲の大きい平面NFMシステムとすることにした。
　　

アンテナ特性解析システムの概要
　システムの検討は旧第三衛星通信研究室が中心になって行っていたが，58年度に，所内の各研究室や特に実験に興味を持つ個人を対象にアンケート調査を行い，提案された要望を開発するシステムに反映させるようにした。
　最終的に選定したものは水平ボアサイト方式でX -Y走査の平面NFMシステムである。プローブを走査するスキャナは，必要な走査精度を確保する見通しが得られたので，コストの面から有利なタワー形を採用した。スキャナの走査範囲は今後の宇宙用アンテナの大形化を考慮して4m×4mとすることとし，また，周波数は60GHzまで使用できるように，スキャナの平面度誤差の目標を0.1㎜としている。下限周波数は主に電波吸収材料の特性でほとんど決るが，このシステムでは300MHzまでカバーすることにしている。図に本アンテナ特性解析システムの構成を示す。

アンテナ特性解析システム構成図

　測定はシステム制御計算機に走査範囲，走査速度，サンプリング間隔等を入力すると自動的に行われる。すなわち，プローブはプローブ駆動制御装置を介して制御され，被試験アンテナ近傍の開口平面上を走査する。プローブの位置はマグネスケールを用いた位置検出装置で読みとられ，定められたサンプリング点に達すると，プローブ駆動制御装置がら割込み信号を発生し，この信号で受信機のデータを取込む。
　近傍界データは一般に膨大な量であり，且つ近傍界/遠方界変換の計算機処理も大がかりな計算となるので，当面は収集した近傍界データを磁気テープに記録し，最終処理は共通大型計算機ACOS850/10 で行うことにしている。
　スキャナは前述のように経済性に優れたタワー形である。これは構造が単純であるため設計や組立て工数が少ないことによる。ただし，この方式の欠点はタワー上部に行く程剛性が弱くなり，プローブ位置精度の劣化が心配になる。特にプローブで受信した信号を伝送するケープルを保持するためのケーブルガイドアームによってタワー部に力が加わるのが問題である。そこで，カウンタウェイトを用いて，プローブに力が作用しないスキャナを現在開発中である。
　　

電波無反射室設備
　開口の大きいアンテナはNFMで測定せざるを得ないが，小さなアンテナは遠方界測定の方が簡単である。このため本システムでは両方の測定を併用できるようにしてある。すなわち，電波無反射室はN FMを行うためのA室（幅11m，奥行き6.5m，高さ6 m）とこれにつながるB室（4.5mの立方体）とで T字を構成するようになっており，遠方界測定では 7mのアンテナ間距離がとれる。電波吸収材としてはランテッグ社のEHP-24 とEHP-18の2種類を使っている。
　精密な測定ではスキャナの熱変形が問題となるので，電波無反射室は大形の空調装置で温度制御するようにしている。
　大形アンテナの搬入・搬出のためB室に幅3m，高さ3.5 mの大扉が設けてある。また，この入口からスキャナまでレールが取付けられており，被試験アンテナはごの上を台車に載せて運ばれる。
　　

研究計画
　現在，敷地最南端に実験庁舎及び電波無反射室の一部が完成している。今年度中に4mスキャナやシステム制御系を整備し，全システムは61年度の早い時期に完成する予定である。
　通信装置研究室では，今後，上記ハードウェアの開発と並行して
　(1)　NFMデータから遠方放射特性を決定する計算機プログラムの関発
　(2)　各種アンテナ（マルチビームアレー，展開アンテナ，航空機搭載フェーズドアレー等）によるNFM法の実証
　(3)　NFMの測定精度の研究と技術基準の確立
を当面のターゲットとして取組む計画である。
　更に，NFMシステムはアンテナ測定以外に，電波ホログラフィや各種散乱体による電波散乱等電波に関する様々な実験研究に強力な手段を提供するものであり，より幅広い利用の開拓を求めて，大きな発展が期待される。
　早期完成のためにご支援をお願いする次第である。

（通信技術部　通信装置研究室長）