塩　見　　正

1. はじめに
　1990年代の大型静止衛星の実用化をめざして、H -�Uロケット及び技術試験衛星�Y型（ETS-�Y）の開 発が進められている。ETS-�Yは静止軌道上で約2 トンの衛星で、1992年の夏期に打ち上げが予定され ている。ETS-�Yの目的には、H-�Uロケットの性能 確認や大型静止衛星技術の開発とともに、将来の宇 宙通信システムのための高度衛星通信実験がある。
　ここでは、ETS-�Yによる高度衛星通信実験の一 環として当所が研究開発を進めている、衛星間通信 の実験計画について紹介する。
　　

2. 衛星間通信
　衛星通信は、現在では国際間だけではなく国内に おいても電話やテレビ画像の伝送、データ伝送に、 さらには船や飛行機、あるいは自動車などの移動体 を対象とした通信にまで広く普及し、発展しつつあ る。これらはいずれも地上間の通信を衛星を介して 行うものである。
　ところが、宇宙開発の進展とともに、衛星と衛星 の間で通信をすることが必要となってきた。代表的 な例として、すでに米国において運用されている追 跡・データ中継衛星（TDRS）がある。
　この衛星は静止軌道上にあって、地球の低高度を 回る地球観測衛星などの観測データを中継し地球局 に伝送するほか、これらの衛星に対するコマンドの 送信や、軌道の測定も行う。従来、これらの衛星の データを地上で受信するには、地球上に多くの受信 局が必要であった。静止軌道からは低高度衛星の軌 道が、地球の裏側に入る部分を除いて、半分以上が 見える。そこで、裏側もカバーするように、2個の 静止衛星を用いれば低高度の衛星のデータが常時受 信できることになる。最初のTDRSは1983年に打 ち上げられた。2機目は1986年1月28日のスペース シャトル・チャレンジャー号の爆発とともに失われ てしまったため、今秋のシャトル再開第1号機での 打上げが予定されている。
　データ中継衛星は、特にスペースシャトルや、将 来の宇宙ステーションのように通信回線の断が許さ れない有人宇宙船の運用には不可欠である。そこ で、我が国や、ヨーロッパでも研究開発が進められ ており、米国のTDRSを含め、国際間で相互に支 援できるようにするための協議も行われている。
　さらに、21世紀においては人類が月や惑星にまで 宇宙活動を拡大するようになれば、これらの宇宙拠 点や宇宙を航行する種々の宇宙船、そして地球との 通信を行うために多様な衛星間通信が必要になる （図1）。

図１　将来の衛星間通信網

　衛星間通信では、相手の衛星の軌道や距離が多様 で、かつ同時に多数の相手との通信も必要となる。 従って、マルチビームアンテナ技術や、コンパクト な装置で遠距離間の大容量通信が行えるミリ波や光 などによる通信技術が必要になると考えられる。
　当所では、衛星間通信技術の研究開発を目的とし て、ETS-�YにSバンド（2GHz帯）マルチビームア ンテナによる衛星間通信実験装置、ミリ波帯（43／38 GHz帯）衛星間通信実験装置、及び光通信実験装置 の3種類の装置を搭載して実験を行う予定である。
　　

3. Sバンド衛星間通信実験
　Sバンドは人工衛星の管制に広く使用されている 周波数帯である。ETS-�YによるSバンド衛星間通 信実験は、衛星に19個のアンテナ素子からなるフェ ーズドアレイ・マルチビームアンテナを搭載し、複 数の低軌道衛星との間で同時にデータ中継を行うも のである。このシステムは、当所におけるマルチビ ームアンテナの研究に基づいて設計されたもので、 衛星搭載機器の開発は宇宙開発事業団と共同で進め ている。
　実験のあらましを図2に示す。ETS-�Y搭載用の 装置は、高度1000�q以下の2個の衛星のデータが 同時に受信でき（受信2ビーム）、1個の衛星に対 して送信ができる（送信1ビーム）。実験相手の衛 星としては、日本の地球観測プラットフォーム技術 衛星（ADEOS、1992年打上げ予定）などを考えて いる。また、地上の模擬衛星による実験も行う。 ETS-�Yと地球局との間の通信回線（フィーダリン ク）は30／20GHz帯である。なお、このSバンド衛 星問通信装置は、TDRSとも適合性があり、米国の 衛星のデータ中継も行える。

図２　Sバンド衛星間通信実験

　この実験により、マルチビームアンテナによるデ ータ中継及び静止衛星による低高度衛星の軌道測定 など、我が国の将来のデータ中継衛星システムのた めの基本技術が確立できる。
　　

4. ミリ波衛星間通信実験
　衛星通信の発展につれ、マイクロ波から準ミリ波 帯へと高い周波数帯の利用が進んできた。当所で は、さらに高い周波数のミリ波帯の開拓を目指して 研究を行っており、ETS-�Yにミリ波帯の中継器を 搭載して実験を行う。衛星通信において、ミリ波帯 は広帯域かつ未利用であり、装置が小型にでき、さ らに調整区域等の法令上の制約が少ないという利点 がある。反面、降雨や大気による減衰が大きい。そ こで、利点が最大限に生かせる衛星間通信及びパー ソナル衛星通信の2つの面から実験を行うことにし ている。
　ミリ波帯の中継器及びアンテナは、ETS-�Y本体 からブームで外部にせりだしたジンバルプラット フォームに搭載される。このジンバルプラットフォ ームは、宇宙開発事業団が担当しているKバンド衛 星間通信実験装置も搭載され、低軌道衛星の方向に アンテナと一体で指向できるようになっている。
　ミリ波帯の衛星間通信実験は地上の模擬衛星を用 いて行うことにしている。また、パーソナル衛星通 信については、図3に示すように、開口径30�p程 度のアンテナをもつ小型装置を用いて、64kbps程 度のデータ伝送速度で種々の実験を行うことにして いる。通信はミリ波の局相互間でも、あるいは中継 器内のスイッチを切換えることにより、ミリ波局と フィーダリング用の準ミリ波帯の地球局との間でも 行うことができる。

図３　ミリ波帯パーソナル衛星通信実験

5．光通信実験
　光ファイバー技術の著しい進歩によって、地上で の光通信は完全に実用化の時代に入り、従来のマイ クロ波回線を凌ぐ勢いである。地上での空間伝送に よる光通信は地球大気の影響によって大きな吸収を 受けるため、信頼性の高い遠距離回線としての利用 は難しい。しかし、宇宙空間では大気や微粒子によ る吸収がなく、減衰はいわゆる自由空間損失だけに なるので光の長所を生かした理想的な回線設定が可 能となる。
　光衛星間通信の主な長所は、�@装置が小型・軽 量であること、�A干渉が無視できること、�B大容 量伝送が可能であること、である。
　そこで当所では、光衛星間通信技術の開発の最初 のステップとして、ETS-�Yに光通信基礎実験装置 を搭載し、地上の光通信実験局との間で双方向の光 通信実験を行う（図4）。特に、光ビームの高精度 な指向制御、及び捕捉・追尾技術に関する実験を重 視している。レーザ光はビーム幅が狭いので宇宙の 移動体間で光リンクを構成するには、マイクロ波や ミリ波の場合に比較して著しく高精度の制御が必要 になるためである。

図４　光衛星間通信基礎実験

6．おわりに
　人類の21世紀における宇宙活動の発展には、文字 通り宇宙における情報通信ネットワークが不可欠と なる。ETS-�Yによる衛星間通信実験は、そのため の基礎である。現在、搭載機器の開発は重要部分の 試作などを経て、基本設計をほぼ終了する段階にあ る。また、実験計画を練るとともに、地上実験施設 の整備も準備中である。
　この計画は、国際的にも注目されており、今後、 関係機関との共同や協力を通じていろいろな実験を 成功させたいと考えている。

（宇宙通信部　衛星間通信研究室長）

松　本　　泰

はじめに
　衛星通信の利用が拡大し、通信形態が多様化する につれて民間企業等が小容量の衛星回線を自前で保 有し、本社と各地の支社を結ぶ通信手段として利用 するケース（ここでは、自営ビジネス通信と呼ぶこ とにする）の増加が見込まれる。衛星回線は、有線 系の公衆回線と比較して広域性、同報性、回線網構 成の柔軟性などの特長を持っており、これが自営ビ ジネス通信網を構築する上で大きなメリットになる からである。ここで紹介するシステムは、自営ビジ ネス通信に適した、高い効率と柔軟性をあわせ持っ たTDMA（時分割多元接続）システムである。
　　

自営ビジネス通信に特徴的な課題
　自営ビジネス通信用システムに要求される技術的 な課題として、次の様なものが挙げられる。
　第一に、自営ビジネス通信とは、電話、FAX、コ ンピュータネットワーク、TV会議など様々な通信 形態を含む。従って同一のシステムで種々の用途に 合わせた回線網を簡単に構成でき、かつ必要な伝送 速度と品質を確保できることが効率の良いネットワ ーク構成に不可欠である。第二に、ユーザーが用意 できる地球局アンテナは大きくても直径5m位まで が現実的である。また本社と支社、営業所では情報 量の違いから、おのずと用意するアンテナ規模（す なわち性能）も異なってくる。言 い換えれば、回線諸元が様々に異 なる局がネットワークに参加する ことになる。第三に、通信衛星C Sシリーズの利用に代表される準 ミリ波帯で衛星通信を行う場合、 特に中、小規模地球局で構成され る回線網では降雨減衰による回線 品質劣化の影響が大きい。
　TDMAシステムは、一般に柔軟 な回線割当てが可能な点や、一台の端局装置で種々 の地上端末とインターフェース可能な点では、ビジ ネス通信システムに適した方式と言える。TDMAシ ステムでは、各参加地球局がバースト状の変調波を 送受して衛星中継器を時分割で使用する。一般にフ レームと呼ばれる時間単位の中で各局から送出され たバーストの位置が割当てられ、バーストが互いに ぶつからない様に制御される。普通、ネットワーク の中心となる基準局がこれを行うわけであるが、TD MAシステムの回線制御手順は複雑になりやすく、 特定の基準局に様々な回線制御機能が集中すること が多い。この傾向は、特に降雨に対する大きな回線 マージンをとることが難しい自営ビジネス通信網で は、基準局機能が低下した時のリスクを大きくする。
　これらの課題を解決するため、当研究所では、次 に述べる様に従来のTDMAシステムに見られない特 徴を持ったシステムを開発した。
　　

可変伝送速度変復調方式
　単一の変復調器構成で、情報伝送速度を段階的に 変化させる方式である。図1に、その原理を示す。 送信側では最高速の伝送速度（ここでは、基準ク ロックレートfrと呼ぶ）に一致したPN（疑似ラ ンダム）符号をデータに重畳してPSK変調する。 こうすると、PSK変復調部は常に一定のfrで動 作することになり、伝送帯域も一定となる。 一方受信側では、frと一致する再生クロッ クが得られ、情報伝送速度に対応するデータ クロックレートはfrのN＝1／m（mは整数） 倍になるので、データの先頭位置とNの値が わかれば、（これらの情報はバースト先頭部 のプリアンブルと呼ばれる部分に含まれる） データクロックを取り出せる。データを得る には、送信側と逆の手順、すなわちPSK同 期復調された出力に送信側と同じPN符号で 逆変調した上でNの値に応じて同期加算す る。この操作は、アナログ的に伝送速度をN倍にし たのと等価であり、従ってNを半分にすれば所要伝 送時間は倍になる一方、理論上同じ誤り率を3dB 低いC／N0で達成できることになる。図2は、試作 した端局装置で得られた誤り率特性である。伝送速 度が8Mbpsからその1／16まで、理論値と2dB以 内で一致しており、良好な特性を示している。この 方式により、地球局間の回線諸元の違いや必要とさ れる伝送品質、さらには降雨減衰の程度に応じて適 切な伝送速度を選択できる。

図１　可変伝送速度変復調方式の原理

図２　可変伝送速度変復調特性

自己割当て方式による回線制御
　自己割当て方式は、自局の送出するバーストの位 置の割当てを自ら行うものである。図3に示す様 に、本TDMAシステムでは、新たにアクセスする 場合にはフレーム上のバースト列の最後尾にバース トを割当てる。また、自分の前のバーストが消失し た場合、その長さの分だけバースト位置を前につめ る。これを前づめ制御と呼ぶ。自己割当てを可能に するには、各参加局がフレーム上の全てのバースト の位置と長さを正確に把握する必要があるので、こ れらの情報は、システム運用上想定される最低の C／Nでも読みとれる様に最も低い一律の速度で伝送 される。この結果プリアンブルが長くなり、データ の伝送効率は若干減少する。しかし、その一方で回 線制御機能が各地球局に分散され、その分基準局の 担う機能はフレームタイミングの決定や衛星回線の ループディレイの通報など最小限度にまで軽減でき る。また、降雨等により基準局が機能を果たせなく なった場合、他の地球局の回線品質が十分あれば他 の参加局が容易に基準局機能を代行することができ るため、リスクを分散できるといった特長がある。

図３　フレーム構成と前づめ制御

おわりに
　本TDMAシステムの実験用端局を試作し、CS-2 による衛星通信実験を行ったところ、低C／N時の 動作など一部に課題が残されたもののほぼ所望の基 本特性が得られ、本方式が技術的に十分実用化可能 であることが確認された。今後、CS-3を用いて行 われる予定である「衛星通信高度利用パイロット計 画」の一つとして様々な性能評価を行い、本方式の 有用性を実証してゆく方針である。

（鹿島支所　第二宇宙通信研究室　技官）

近藤　喜美夫

（宇宙通信部　移動体通信研究室長）

Mike Austin