CＤＡＳ-ＭＳＣ間ＰＣＭマイクロ回線とフェージング現象

Rapid Fading of the Signal Level on ２GHz Microwave

　　　Communication Link between CDAS and MSC

太　田　弘　明＊

Hiroaki Ohta*

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Abstract

　　Rapid fading of the received signal level have occurred occasionally on ２ GHz micro-

wave communication link between the Command and Data Aquisition Station（ＣＤＡＳ）ａｎｄ

Meteorological Satellite Center (MSC) of the GMS system.　This microwave link is used

to make communcations with the spacecraft and carries important signals, such as VISSR

sigani, command and telemetry signals, etc., from and to the satellite｡

　　When ａ fading phenomenon occurs, received signal fluctuates irregularly, there are

some cases that its level goes down instantaneously by 20 to 30 dB at the maximum and

the communication would be interrupted to some extent. A fading regime continues for ａ

few　to several　hours. Fading amplitude at the CDAS receiver in general smaller than

that at the MSC receiver. Autographic records of rapidly fluctuating signal level are

shown for ａ few outstanding fading regimes. Some statisticsof the fading occurence are

shown for 4 years, 1979-1983.　Rapid fading occurred mostly during April to July (Spring

to early Summer) and from midnight to early moning･

1｡はしがき

　ＣＤＡＳ(気象衛星通信所；埼玉県鳩山町)-ＭＳＣ(気象

衛星センター；東京都清瀬市)間のＰＣＭマイクロ回線

は, CDAS伝送システムとＭＳＣ計算機システムとの

間で各種データの伝送を行なうためのもので, GMSシ

ステムの構成上，重要な役割を果している。そのため，

ＣＤＡＳ-ＭＳＣ間は重要伝搬路に指定され，直線上29.4

kmのスパソ上には本回線に影響を及ぼすような建築物

等の設置について，高度制限の配慮がなされている。し

かし,このＰＣＭマイク1=1回線は,運用開始以来時々フェ

ージング現象が原因と思われる回線瞬断のため, VISSR

(Visible and Infrared Spin Scan Radiometer : 可視赤

外走査放射計), TLM (Telemetry:テレメトリ),ＣＭＤ

(Ｃｏｍｍａｎｄ:コマンド),TRRR (Trilateration Range

& Rang　Rate:三点測距), DCP (Data Collection

Platform:通報局)等のデータ伝送に影響を与えてい

＊気象衛星セソター気象衛星通信所, Meteorological

　Satellite Center

る。

　本回線では設置以来, CDAS・ＭＳＣ両局で受信レベ

ル（ＡＧＣレベル）を連続的に記録し，回線品質の監視

を行たっている。

　フェージング現象による本回線への影響を無くするこ

とは困難なことであるが，その影響を軽減する方策を見

い出すために，その第一段階としてこれまでに取得され

た，フェージング現象によって起きた受信レペル変動等

のデータから，その発生時期，発生時間および受信レペ

ル変動量と回線への影響についての調査と，本回線シス

テムの概要について報告する。

　2. CDAS-MSC間ＰＣＭマイクロ回線の概要

　2-1.通信方式

　本回線の電気的性能をTable 1 に示す。本回線は本

誌特別号I-2（1980｡ 3，成井，伊藤，福井および和久

田）で述べているようにPCM (Pulse Code Modulation)

方式を採用している。　この方式は, FDM (Frequency

－67－

METEOROLOGICAL SATELLITE CENTER TECHNICAL NOTE Ｎ０.８ SEPTEMBER 1983

Table １　ＣＤＡＳ･MSC PCM マイクロ回線の方式および電気的性能

１　方式概要

　　ａ．変調方式

　　ｂ．無線周波数帯域

　　ｃ．復調方式

２　性　能

　　ａ．入力ＰＣＭ信号レペル

　　ｂ．出力ＰＣＭ信号レベル

　　ｃ．送信出力

　　ｄ．雑音指数

　　ｅ．中間周波数

　　ｆ．スレッショルドレベル

　　ｇ．ＳＱ動作レベル

４相位相変調方式

1971/2101 MHz

逆変調形同期検波，積分検出方式

1｡8 Vo-p~3･4 Vo-p

3Vo-p回診以内

＋17ｄＢｍ標準

10 dB 以下

70 MHz

BER １０-6に相当する受信入力電界－75dBm以下

受信入力電界＋2.5 dB 以内

Division Multiplex)方式に比べて回線品質，信頼度，

構成の面で優れている。

　次にＰＣＭ回線の特長を述べる。

　(1)高品質の伝送

　(2)耐干渉特性

　(3)送信電力の低減

　(4)消費電力の低減

　(1)の高品質の伝送という点については，回線のC/N

が規格以下にならない限り，ほぼ完全に信号の再生が可

能である。

　2-2.回線の種類

　ＣＤＡＳおよびＭＳＣに入出力する信号の種類と回線

構成をFig. 1に, CDASおよびＭＳＣの搬送端局装

置の構成をFig. 2，Fig. 3 にそれぞれ示す。

　回線の種類は, Fig. 1～3のように低速回線(100BPS:

／-一一CDAS　-＼

DＣＰ回線)，中速回線(1200BPS : TLM, CMD,

TRRR等のデータ)および高速回線(VISSRデータ

〈7.8MBPS〉, HR-FAX信号〈726KBPS〉，ＬＲ-ＦＡＸ信

号〈64KBPS〉)からなる。

　2-3.空中線

　本回線に使用している空中線は,２ GHz 垂直・水平偏波

共用パラボラアンテナで，公称開ロ径は3.3meiである。

　本回線ではＣＤＡＳおよびＭＳＣ共にこのアンテナを

50m鉄塔の最上郡に設置し，送受信を行なっている。

　ＣＤＡＳ-ＭＳＣ間の見通図をFig. 4に示す。中央の曲

線は，第１フレネルソーンを示す（電波伝搬において，

だいたい第１フレネルソーンの空間領域が確保されてい

れば受信点には自由空間伝搬とほぼ同等のエネルギーが

もたらされる）。次にこのアンテナの特徴を述べる。

／Ｚ／

こ‾　MSC　-Ｘ

Fig. 1　搬送端局装置回線構成図

　　　　　　一68－

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1200 B/S

100 B/S

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1200 B/S

100 B/S

気象衛星センター　技術報告　第８号　1983年９月

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1.544 mb/s

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Fig. 2　ＭＳＣ局搬送端局装置構成図

　　7.876HB/S X 2

ジｓルタ内装置から

多重変換架 データ信号置換乗１

7 876 M/SX2ジｓルタ内装裁へ

　7.876 MB/S

ツｚルタP繊麗から

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1 544 MB/S

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64 KB/S X 4 １100 B/S

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.12０0 B/S

　　　受信部

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　　　送信郵

　7.876MB/S _―

ジｓルタ内装置へ

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100 B/S

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B/S

た〕

100 B/S

Fijf. 3　ＣＤＡＳ局搬送端局装置構成図

　　　　　　　一69－

METEOROLOGICAL SATELLITE CENTER TECHNICAL NOTE Ｎ０.８ SEPTEMBER 1983

MSC ScalrC Type liQa/5m

局　名 M S C CDAS

位　置 Ｎ S ft^ tt* -k^ ●ｊｅ Ｎ ーlj●か●″９●●争ｙＪ

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埋　高 52.7　米 10 3.4-米

距　鮭 2 9.4　粁

Fig. 4　PROFILE MAP

[ａｐ］

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29．４

CDAS

1S25000

１　１　１　１　１　１ １　１　１　１　１　１　１ ｌ　ｌ　僅　１　１ ｉ・

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35.0

34.0

３３．０

３２．０

１８５０ 1900 1950 2000

FREODENCY

2050

[ＭＨｚ]

Fig. 5　2 GHz ParabolicAntenna Gain

－70－

2100 2150

気象衛星センター　技術報告第８号　1983年９月

Table 2　2 GHz パラボラアンテナの電気的性斬

１

２

３

４

使用周波数帯

入力イソピーダンス

偏波間結合減衰量

利得（2000 MHz にて）（1850～2110 MHzについてはFig. 5参照）

５　電力半値幅

　（1）一基のアンテナで垂直・水平の両偏波を同時に使

　　用できる。従って，両偏波を同時に送受信すること

　　によりフェージングに有効な偏波ダイバーシティ方

　　式の回線構造が可能である。

　　　現在は一方を現用（オンライン），他方を予備に

　　使用する偏波予備方式を採用している。

　（2）見通し内マイクロ回線用として特に設計されたも

　　ので，反射鏡の開口角90度で良好な指向特性が得ら

　　れるように考慮されている。

　（3）遮蔽板付アンテナを使用し，指向特性を改善して

　　いる。

　このアンテナの電気的性能をTable 2 およびFig. 5

に示す。

　3.フェージングの一般的特性

　3-1.フェージングとは

　フェージングとは，電離間や対流圏等の伝搬媒質の変

動に起因し，伝搬モード，電波通路の変化を介して受信

強度が時間とともに変動する現象をいう(1976,電子通

信学会）。本回線のように対流圏を伝搬するものについ

てさらに説明を加えると，対流圏を通過する電波が，気

象や地表の変化の影響を受けて変動する『電波強度の時

間的変動』のことをいう。

　3-2.フェージングの種類

　対流圏の見通し伝搬路で発生するフェージングは，次

の三種に大別できる。

　（1）ダクト形フェージング

　（2）k形フェージング

　（3）シソチレーション

　この中でシンチレーショｙは，先に本誌で述べている

電離層シソチレーションとは別のもので，大気の屈折率

の不規則な変化によるレｙズ作用によるものである。こ

のシソチレーションは｡，数10 km 程度以下の伝棄距離

でii変動幅が他のフェージｙグと比較して小さいため，

1850～2110 MHz

V. S. W. R 1.2以下（給電出力端50オーム）

35 dB 以上

33.5dB以上

約3.4°

地上通信では大きな問題とはならない。これに対して，

ダクト形およびｋ形フェージングは，ときとして平均レ

ベルから数10dBにも及ぶ深い信号の変動によって通信

の瞬断や雑音の増加を生じ，また遅延した多重波がある

ときはＦＭひずみや波形ひずみなどにより通信の質を劣

化させる。

　（1）ダクト形フェージング

　このフェージングは，大気中に発生する屈折率の異常

な分布によるもので，その代表的な構造はラジオダク

ト，すなわちＭ曲線（修正屈折率Ｍの鉛直分布）が負の

傾斜をもつ層である。このダクト中を伝搬する電波は，

Fig. 6 のようにダクトの中，あるいはその近くに二つ

以上の電波が到来して干渉する干渉領域を生ずる。受信

点が減衰領域内に｡あるときは減衰フェージングを，干渉

領域内にあるときは多重波の通路長の変化に伴って干渉

フェージングを生ずる。

　このフェージングは，距離および周波数と共に増加

し，ダクトが発生しやすい夏季に多い。ダクトの発生原

因は，大地の夜間冷却，高気圧内の大気の沈降，海陸風

などの気象現象に伴って水蒸気圧の急激な変化層が生ず

るもので，晴天で強風時などはこの成層状態が乱されて

標準大気に近いためダクトは発生しにくい。

　（2）k形フェージング

　ｋ形フェージングは，大気の屈折の度合，すなわち等

価地球半径係数ｋが時間的に変化し，電波伝搬が大地の

影響によって変化するために発生する。また，このフェ

ージツグは，回折フェージングと干渉フェージングとに

大別される。

　回折フェージングは，ｋの値が小さくなったときな

ど，たとえば地表付近に群が発生した時に多く起こり，

数十分程度の長時間に渡って継続することがある。

　干渉フェージングは，直接波と大地反射波の干渉がｋ

の変化により変動するために生ずる。この種のフェージ

ｙグはほとんど常時発生するので，通信への影響が著し

－71－

抑

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METEOROLOGICAL SATELLITE CENTER TECHNICAL NOTE Ｎ０.８ SEPTEMBER 1983

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送信点

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Fig. 6　ラジオダクトによる減衰・干渉領域

い。

　3-3.フェージングによる受信入力レベルの変動

　（1）受信入力レペルの低下

　フェージングによる受信入力レペルの低下は，受信系

内部雑音を相対的に上昇させるため通信の質は劣化し，

その程度が限界入力（スレッショルド，スケルチなどに

対する）を下回れば，通信の伝送機能は失われる。

　（2）受信入力レベルの上昇

　この場合は，内部雑音を引き下げS/Ｎをその分だけ

向上させて回線の維持力を高めるが他方，不必要に｡強い

電波が目的外の遠隔地まで影響を及ぼし，同一無線チャ

ンネルを使用する同系列の他の中継区間や他系列のシス

テムに有害な干渉を与える場合がある。

4.本回線に現われたフェージング現象の特徴

4-1.レペル変動

Fig. 7, Fig. 8 は1982年６月７日に.，またFig. 9,

Fig. 10 は1983年１月29日に本回線が中断したときの

ＡＧＣレベルの変動の様子を, CDASおよびＭＳＣ両局

で記録したものである。本回線では，このような中断が

運用開始以来，過去６年間に約20回ほど記録されてい

る。

　Fig. 7～10はフェージング現象によるレベルダウン

の顕著な例であるが，この他にも1982年５月７日に起こ

った回線中断では，１時間ほどのあいだに数回にわたっ

て回線が瞬断している。しかもこの時のＡＧＣレペルの

ほとんどが，測定器（ペソレコーダ）の測定範囲を逸脱

している。

　この時の両局での記録をFig. 11, Fig. 12にそれぞ

れ示す。

　4-2.統計的にみた本回線中断の傾向

　Fig. 13は，本回線の中断回線を月（季節）別にみた

ものであり, Fig. 14は同じく中断回数を時間帯別に表

わしたものである。これらは，1979年５月から1983年１

月の間の４年間のデータを集計したものである。

　２つのグラフから，本回線では，４月から７月（春か

－72－

2:L 24/00

－73－

[ｍａｐ］

『ｉａＡａＴＥムｉｎｄＮｉ

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－70

気象衛星センター　技術報告　第８号　1983年９月

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　　[Z]

1982, 6, 7

[Z]

１２09 １５　　　　　１８

Ｔ工M E

Fiff.8　Input Level ; at MSC, 1982, 6,.7

21 24/00

METEOROLOGICAL SATELLITE CENTER TECHNICAL､NOTE No. 8 SEPTEMBER 1933

０

[ｍａｐ］

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　　　　　　　　　Ｔ　工　Ｍ　Ｅ

Fig. 9　Input Level; at MSC,

2:L 24/00

　　　［Z］

1983, 1, 29

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Fig. 10　Input Level ; at MSC, 1983, 1, 29

74－

03

（回訓）］

『ｉａＡａｉ

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[ｕｉｅｐ］

『ｉａＡａｉ

iｎｄＮＩ

－40

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－80

気象衛星センター　技術報告　第８号　1983年９月

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Fig. 11　Input Level ; at CDAS, 1982, 5, 7

24/00

[Z]

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Fig. 12　Input Level ; at MSC. 1982, 5, 7

　　　　　　― 75 ―

2:L 24/00

f幻

METEOROLOGICAL SATELLITE CENTER TECHNICAL NOTE Ｎｏ。８SEPTEMBER 1983

６

C/:1　4

3　Ｎ

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０

（1979 ，5～1983・1）

　　　　　　　　３　　　４　　　５　　　６　　　７　　　８　　９　　　１０　　１１　　１２　　１　　　２

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　MONTH

　　　　　　　　　Ｊｌ　ｆ　　　　　　　　　　　　７　　　　ｉPig. １３　月（季節）別マイク1=z回線中断回数‘（１日に２回以上中断したものに.ついては，中断回数

　１回とした）

１０

８

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^

Ｏｌ

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０

　　　　Ｔ工M E

Fisr.14　時間帯別マイクロ回線中断回数

ら夏にかけて）の間の，夜から明け方にかけて，比較的

多く中断していることが分かる。

　4-3.回線中断時に生じるレベル変動の特徴

　回線中断時に, CDAS・ＭＳＣ両局で測定された･受信

レペルをFig. 15に示す。 CDAS とＭＳＣのレペルを

[Z]

結ぶ直線は，回線中断時の両局のレベルの差を表わす

(この直線が長いほど両局のレベルの差が大きいことを

示す)。

　このグラフから本回線とフェージング現象の関係を解

析する上で，次のような興味あるデータを得ることがで

きた。

― 76 ―

[dBm】-80

気象衛星センター　技術報告　第８号　1983年９月

-75

工NPUT】:jEVEL

　　　　　－70

○

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1982.5.7

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６．７

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:L983.１．２４

　　　　　１．２９

Fig. 15　回線中断時のＣＤＡＳ・ＭＳＣ受信レペル比較（－80 dBm 以下のものは，測定器の測定範

　囲を逸脱したレペルである）

（ア）回線が中断するほどのレベルダウンが起こる前後

　で，ほとんどの場合入力レベルが上昇する現象がみ

　られる（通常レペルは－56～－58 dBm, Fig. 7～12

　参照）。

（イ）回線中断時のＣＤＡＳ・ＭＳＣ両局での入力レベル

　を比較すると，そのレベルに大きな差がある。MSC

　側ではほとんどの場合，測定器の測定範囲を逸脱す

　るほどの変動がみられるが, CDAS側ではその時

　の入力レペルはまちまちである。

（ウ）ＣＤＡＳ側では，スレッショルドレベルに達する

　　前に回線が中断する場合が多い。

　4-4.スレッショルドレペルの改善とフェージング

　1979年３月，ＬＮＡ（ＬｏｗNoise Amplifer ; 低雑音増

幅器）を取り付けてスレッショルドレペル（受信感度限

界入力レベル）を-75dBmから約一82 dBm 以下と約

7dBの改善を行ない中断回数の減少を図った。　しか

し，回線設計上の制約，電波法で定められた送信電力の

制限等により改善方法に限度があるため, Fig. 7～Fig.

12のようなフェージング等の影響を時々受けている。

－77－

METEOROLOGICAL SATELLITE CENTER TECHNICAL NOTE Ｎｏ。８ SEPTEMBER 1983

5｡むすぴ

　本稿では，フェージング現象により本回線が中断した

時のデータとフェージングの一般的特性等の紹介に終始

してしまい，回線中断軽減方法の検討までには至たらな

かった。

　回線中断の完全な防止は，非常に難しい問題である

が，これの軽減を行なうためには今後，次のような調査

を行ない，まずは本回線に影響を及ぼしているフェージ

ングの種類とその発生原因を明確にする必要がある。

　（1）天気図等による伝搬路上の電波気象に関する調

　　査。

　(2) AGCレベルデータの長期的な解析。

　（3）本回線のシステム総合調査。

　今回の調査では, CDASとＭＳＣでの入力レベルの

変動の違い，および時間的なずれがあったため，正常運

用時のレベルを含めた詳細なデータ解析を行ない，フェ

ージングの予測の可能性についても検討する必要があろ

う。この場合，レベルダウンの前触れでレベみが上昇す

る現象は，一つの手がかりになるのではないかと考え

る。

　当面は今回まとめたデータをもとに，さらに詳しい調

査を進めて回線中断防止のための糸口としたい。

　参考文献

（1）成井満男，伊藤　衛，福井徹郎:“ＧＭＳ通信システ

　ム概要”気象衛星センター技術報告（特別号1-2),

　p. 14， 1980.

（2）和久田晴己:“ＰＣＭマイクｐ通信系装置”気象衛星

　七ンター技術報告（特別号1-2), p. 95-99, 1980.

（3）電子通信学会編:“対流圏伝搬”アソテナエ学ハン

　ドブック，p. 590-592, 1976.

（4）渋谷茂一:“フェージングの予測とシステム評価”

　電波伝搬基礎図表，p. 571-572, 1976,

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