JPH0457415A - 周波数検出方式 - Google Patents

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】 〔概要］ 例えば、通信衛星を中継器として利用して地球局相互間
で通信を行う際に使用される周波数検出方式に関し、 周波数を検出する際、検出誤差を少なくすると共に、回
路規模を小さくすることを目的とし、周波数の異なる複
数の搬送波をそれぞれディジタル変調して生成したディ
ジタル変調波を受信する受信装置において、第１．第２
のディジタル変調波を第１．第２の受信局発信号を用い
て周波数ｆ。

の第１．第２のディジタル変調波に変換する第１゜第２
の周波数変換手段と、該第１．第２の周波数変換手段の
出力から第１．第２の基準搬送波を再生すると共に、第
１．第２のディジタル変調波を復調する第１．第２の復
調器と、該再生した第１゜第２の基準搬送波の周波数の
比較して周波数差に対応する出力を送出する周波数弁別
器とを設け、該周波数弁別器の出力から該第１．第２の
ディジタル変調波を生成した第１．第２の搬送波の周波
数差情報を得る様に構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えば、通信衛星を中継器として利用して地
球局相互間で通信を行う際に使用される周波数検出方式
に関するものである。

静止軌道上にある通信衛星を中継器としで利用する衛星
通信が実用化されているが、近年、この通信衛星を利用
した。所謂ＶＳＡＴ（Ｖｅｒｙ　Ｓｍａｌｌ　Ａｐｅｒ
ｔｕｒｅ　Ｔｅｒｍｉｎａｌ）通信方式が研究され、実
用化の段階を迎えている。

このνＳＡＴ通信方式は、交換機能を有するハブ（ＨＵ
Ｂ）局と称する比較的大型の地球局と加入者の敷地内な
どに設置された非常に小型のアンテナ（直径１．２ｍ程
度）を有する多数の地球局（ＯＰＴ局：Ｏｎ　Ｐｒｅｍ
ｉｓｅ　Ｔｅｒｍｉｎａｌ）とで構成され、通信衛星を
介して小型局と大型局、または小型局間でデータ。

音声などを伝送する通信回線を開設するものである。

ここで、衛星通信の場合、周波数変動の発生要因とし ■　衛星に搭載された中継器の局部発振器の周波数変動 ■　送信局の送信局部発振器の周波数変動■　受信局の
受信局部発振器の周波数変動がある。

今、複数の送信局からの信号を受信する場合、■項と０
項は全受信信号に対して同一周波数変動量を与えるが、
■項は送信局によって周波数変動量が異なる。ここで、
■項、■項を共通周波数変動成分と云う。

そこで、例えば特定の送信局から送出したパイロット信
号を受信局で受信し、受信バイロントの周波数変動量か
ら■項、■項の周波数変動量を圧縮することができるが
、■項の送信周波数の変動は圧縮することは不可能であ
る。

一方、ＶＳＡＴ通信方式に限らず、ＳＣＰＣ（Ｓｉｎｇ
ｌｅ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｐｅｒ　Ｃａｒｒｉｅｒ）方式
では、例えば５６　Ｋｂ／ｓ　と比較的、低速のデータ
伝送を行うが、上記の送信周波数の変動（例えば、±２
５　ＫＨｚ）により、場合によっては正しい復調ができ
なくなる可能性がある。

そこで、特定の送信局からの送信周波数を基準にして、
他の送信局の送信周波数がどの程度１周波数差があるか
を検出し、検出結果を用いて送信周波数をシフトさせて
周波数差を圧縮しているが、周波数を検出する際に検出
誤差を少なくすると共に、回路規模を小さくすることが
必要である。

〔従来の技術］ 第１１図は従来例のブロック図を示す。以下、５Ｃｐｃ
方式で衛星通信が行われるとして、図の動作を説明する
。

先ず、５ｃｐｃ信号は第６図に示す様に複数の変調波（
例えば、４相ＰＳＫ変調波）が周波数軸上の所定位置に
配列されているが、送信局が異なると周波数軸上の本来
あるべき位置よりも送信周波数の変動分だけずれた位置
になる。

さて、これらの信号をアンテナで受信し、低雑音増幅器
８１．ダウンコンバータ８２を介して周波数変換器８３
ａ、　８３ｂに加える。周波数変換器８３ａ、　８３ｂ
には対応するシンセサイザ８４ａ、　８４ｂからの受信
局発信号も加えられているので、第６図の５ｃｐｃ信号
のうち、信号Ｓ、、Ｓ、が中間周波帯の信号に変換され
て４逓倍器８５ａｐ　８５ｂに加えられる。

４逓倍器８５ａ、　８５ｂでは信号５Ｒ５Ｓ１．ｌを４
逓倍して搬送波を得た後、これらの搬送波を周波数弁別
器８６ａ、　８６ｂに加えて周波数弁別出力を取り出し
減算器８２で２つの周波数弁別出力の差を取る。これに
より、２つの５ｃｐｃ信号の搬送周波数ｆＲｔｆＭ間の
周波数差を求めることができる。

尚、受信局発信号の周波数を換えることにより選択され
る５ｃｐｃ信号が変化する。また、２相ＰＳＫ波の場合
には逓倍数は２となる。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記の様に搬送周波数の差を求めるには、それぞれの受
信周波数の変動量を周波数弁別器で求めた後、周波数弁
別出力の差を取っている。

この為、周波数弁別器の安定度により検出に誤差が生じ
、また弁別特性に差があれば誤差が増大する。更に、信
号の復調とは別に弁別器が必要となるので回路規模が大
きくなると云う２つの問題がある。

本発明は周波数を検出する際、検出誤差を少なくすると
共に、回路規模を小さくすることを目的とする。

（課題を解決する為の手段〕 第１図は第１の本発明の原理ブロック図を示す。

図中、比１３は第１．第２のディジタル変調波を第１．
第２の受信局発信号を用いて周波数ｆ０の第１．第２の
ディジタル変調波に変換する第１第２の周波数変換手段
である。

また、１２．１４は該第１．第２の周波数変換手段の出
力から第１．第２の基準搬送波を再生すると共に、第１
．第２のディジタル変調波を復調する第１．第２の復調
器で、２は該再生した第１．第２の基準搬送波の周波数
の比較して周波数差に対応する出力を送出する周波数弁
別器である。

そして、該周波数弁別器の出力から、該第１゜第２のデ
ィジタル変調波を生成した第１．第２の搬送波の周波数
差情報を得る。

第２図は第２の本発明の原理ブロック図を示す。

図中、２１は再生した第１の基準搬送波を同相分岐、該
第２の基準搬送波を直交分岐した後、同相分岐成分と直
交分岐成分との積演算を行う分岐・積演算手段で、２２
は該分岐・積演算手段からの積出力のうち、一方の積出
力を微分する微分器であり、２３は該分岐・積演算手段
の他方の出力と微分器の出力を積演算する積演算器であ
る。

そして、上記の周波数変換器を分岐・積演算手段と微分
器と積演算器とで構成する。

第３図は第３の本発明の原理ブロック図を示す。

図中、２４は低域通過濾波器、２５は該低域通過濾波器
と同一遮断周波数を有する高域通過濾波器である。

そして、上記の周波数弁別器を分岐・積演算手段と低域
通過濾波器と高域通過濾波器と積演算器とで構成する。

第４図は第４の本発明の原理ブロック図を示す。

図中、３は特定搬送波をディジタル変調して生成したデ
ィジタル変調波を再生基準搬送波を用いて直交検波して
復調データを出力する直交検波手段で、４は復調データ
を用いて該再生基準搬送波を生成する搬送波再生手段で
ある。

また、５は該搬送波再生手段からの再生基準搬送波を用
いて、該特定搬送波以外の搬送波を用いて生成したディ
ジタル変調波を直交検波して復調する準同期直交検波手
段で、６は該準同期直交検波手段の復調出力の位相回転
を打ち消して復調データを出力する位相追尾手段である
。

そして、該位相追尾手段から該特定搬送波と該特定搬送
波以外の搬送波の周波数差情報を取り出す。

〔作用］ 第１の本発明は５ｃｐｃ配列された。送信局の異なるデ
ィジタル変調波のうち、周波数差を検出しようとするデ
ィジタル変調波を第１．第２の受信局発信号と第１．第
２の周波数変換手段を用いて選択する。

そして、例えば、第１の周波数変換手段で選択した受信
周波数（送信周波数に対応する）を基準として、第２の
周波数変換手段で選択した受信周波数が基準に対してど
の程度１周波数差があるかを求める為、対応する第１．
第２の復調器に加える。尚、第１．第２の復調器の入力
周波数の周波数は１例えば７０ＭＨｚになっている。

第１．第２の復調器では入力したディジタル変調波から
復調に必要な基準搬送波を再生するが、再生手段として
公知の逆変調、またはコスタスループなどを利用する。

また、第１．第２の復調器から上記の第１．第２の再生
基準搬送波が２周波比較型の周波数弁別器に加えられる
ので、ここから第１の再生基準搬送波に対して第２の再
生基準搬送波がどの程度ずれているかを示す周波数差が
出力されるが、これが送信局の送信周波数差となる。

ここで、上記の２周波比較型の周波数弁別器は第２図に
示す様な構成になっている。

即ち、第１．第２の再生基準搬送波を分岐・積演算手段
でそれぞれ２分岐し、一方は同相、他方は直交で分岐後
、複累積を取る。そして、微分した一方の積出力と他方
の積出力同志の積を積演算器で取ることによって、周波
数差に比例した直流電圧を得る。

尚、複累積の出力には再生基準搬送波の和周波数と差周
波数の成分が出力されるが、差周波数成分のみを通過さ
せる低域濾波器が必要となる。

第３図は２周波比較型の周波数弁別器の他の構成を示す
。第２図との違いは、第２図では微分器が必要であるの
に対し、複素積出力にそれぞれ低域通過濾波器と高域通
過濾波器を挿入したものである（それぞれの濾波器の遮
断周波数は等しく選ぶ）。

第４図は同期検波復調器と準同期検波復調器とを組み合
わせて周波数差を検出する原理図である。

第４の本発明では５ｃｐｃ配列された。送信局の異なる
受信搬送周波数間の周波数差信号を得る為、一方の受信
５ｃｐｃ信号の復調用再生基準搬送波を他方の受信５ｃ
ｐｃ信号復調用の準同期検波用搬送波として使用し、こ
の準同期検波出力のベースバンド信号を処理することに
よって周波数差情報を得るものである。

複数の搬送波に乗った５ｃｐｃ信号のうちの特定の一波
を復調する復調器は、通常の搬送波再生手段で再生され
た基準搬送波により直交検波して復調する。また、この
基準搬送波を他の周波数の信号を復調する為の準同期用
搬送波として利用する。

即ち、基準搬送波は他方の搬送波に対しては周波数に差
がある為、準同期直交検波出力として得られたベースバ
ンド信号には周波数差に対応した位相回転が生ずる。そ
こで、このベースバンド信号に生ずる複素位相回転を取
り除く位相追尾手段を設けることにより、この位相追尾
手段の出力に正常な復調信号（ベースバンド信号）が得
られる。

この位相追尾手段の制御情報は上記の準同期用基準搬送
波との周波数差に他ならない。従って、この位相追尾手
段の制御情報を取り出せば目的とする２つの搬送波間の
周波数差情報を得ることができる。

第５図の本発明では、位相追尾手段の周波数差情報を該
位相追尾手段内の位相追尾ループフィル夕の出力側から
取り出す様にした。

即ち、２つの周波数波差を検出するのに再生基準搬送波
を利用する為、ハードウェアの不完全さに基づく誤差が
生じない。また、周波数弁別器を構成する復調器は、本
来信号の復調用に準備されるものをそのまま使用するこ
とが可能なので、回路規模を著しく小さくすることがで
きる。

〔実施例〕

第５図は第１の本発明の実施例のブロック図、第６図は
５ｃｐｃ信号の周波数配列の一例、第７図は第２の本発
明の実施例のブロック図、第８図は第３の本発明の実施
例のブロック図、第９図は第８図の動作説明図、第１０
図は第４．第５の本発明の実施例のブロック図を示す。

ここで、周波数変換器１１１１周波数シンセサイザ１１
２は第１の周波数変換手段１１の構成部分、周波数変換
器１３２１周波数シンセサイザ１３１は第２の周波数変
換手段１３の構成部分、同相分岐部分２１１．直交分岐
部分２工２．積演算器２１３．２１４は分岐・積演算手
段２１の構成部分である。

また、第１０図中の検波器３３ａ、　３３ｂ、９０度ハ
イブリッド４８は第４図中の直交検波手段３の主要構成
部分、極性判定器４１ａ、　４１ｂ、係数器４２ａ、　
４２ｂ、　４３、ループフィルタ４５、ＶＣＯ４７は搬
送波再生手段４の主要構成部分、検波器５３ａ、５３ｂ
、９０度ハイプリント５６は準同期直交検波手段５の主
要構成部分である。

更に、係数器６１ａ、　６２ａ、　６５ａ、　６１ｂ、
　６２ｂ、　６５ｂ。

７２、減算器６３ａ、加算器６３ｂ、　６６、７３．７
４　、極性判定器５４ａ、　６４ｂ、遅延回路７Ｌ　７
５、ｓｉｎテーブル７６、ｃｏｓテーブル７７は位相追
尾手段６の主要構成部分を示す。

ここで、全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。以
下、第６図、第９図を参照して第５図。

第７図、第８図の動作から説明する。

先ず、第６図に示す様に複数のＰＳＫ変調波が周波数軸
上に配列されている５ｃｐｃ信号が周波数変換器ＬＬＬ
　１３２に入力する。

周波数変換器ＬＬＬ　１３２には対応するシンセサイザ
１１２．１３１からの受信局発信号（共に、基準発振器
１３３の出力を利用して生成する）も加えられているの
で、５ｃｐｃ信号のうち、信号Ｓ　、　、Ｓ　、４が中
間周波帯の信号（周波数は１例えば７０ＭＨｚと同一に
なっている）に変換されて復調器１２．１４に加えられ
る。

復調器１２．１４は公知の逆変調、またはコスタスルー
プなどを利用して、入力したディジタル変調波から復調
に必要な基準搬送波をそれぞれ再生するが、これらの再
生基準搬送波（以下、第１．第２の再生基準搬送波と云
う）は２周波比較型の周波数弁別器２に加えられる。

周波数弁別器では復調器１２からの再生基準搬送波に対
して復調器１４からの再生基準搬送波がどの程度、ずれ
ているかを示す周波数差が出力されるが、これが対応す
る送信局の送信周波数差となる。

さて、２周波比較型の周波数弁別器は第７図に示す様な
構成になっていて、第１の再生基準搬送波としてｃｏｓ
ω、１が同相分岐部分２１１に、第２の再生基準搬送波
としてｃｏｓω２ｔが直交分岐部分２１２に入力したと
する。

これらの分岐部分では第７図に示す様に第１第２の再生
基準搬送波は分岐して積演算器２１３と積演算器２１４
に加えるので、積演算器２１３は２つの搬送波の複累積
を求めた後、微分器２２を介して得られた （ω１　＋ωｚ）ｃｏｓ（ωＩ　＋ωｚ）ｔ　−Δωｃ
ｏｓ　ΔωＬ・・・・（１） を積演算器２３に加える。

ここで、Δω・（ω１−ω２）である。

一方、積演算器２１４は２つの搬送波の複累積を求めて ｃｏｓ（ω　＋　　　＋　ωｚ）ｔ　　＋Ｃ０３（ω　
Ｉ　　　−ωｚ）ｔ　　　・　　・　　・　（２）を同
じく積演算器２３に加える。

そこで、積演算器２３で（１）式と（２）式の積を求め
た後、この積出力から差周波数Δωのみを取り出すと周
波数差Δωに比例した直流電圧が得られる。

また、第８図は低域通過濾波器２４と、低域通過濾波器
と同じ遮断周波数ｆｃを有する高域通過濾波器２５とで
第７図中の微分器と同じ動作をさせる様にしたものであ
る。

即ち、第７図の微分器２２の入出力位相特性は周波数に
無関係に９０度の位相差がある。一方、低域通過濾波器
２４．高域通過濾波器２５の出力波の位相特性は第９図
（ａ）に示す様に周波数に無関係に９０度の位相差があ
り、上記の微分操作に対応している。

また、これらの濾波器の出力波の振幅特性は第９図（ｂ
）の上側に示す様になっているが、この出力波に対して
積演算器２３で積を求めると第９図（ｂ）の下側に示す
様に遮断周波数の点で最大振幅となり０周波数で出力０
となり、周波数差が負となると点線の様に変化した周波
数弁別カーブが得られる。

これにより、周波数差Δωに比例した直流電圧が得られ
、第７図と同じ機能を持っていることが判る。

次に、第１０図の動作を説明する。

上記と同じく、５ｃｐｃ信号が周波数変換器３Ｌ　５１
に入力する。周波数変換器３１．５１には対応するシン
セサイザ３２．５２からの受信局発信号も加えられてい
るので、５ｃｐｃ信号のうち、信号Ｓ　Ｎ、Ｓ　、が中
間周波帯の信号（例えば、　７０ＭＨｚと同一になって
いる）に変換される。

そこで、信号Ｓ１４を２つの検波器３３ａ、　３３ｂと
９０度ハイブリッド４８からなる直交検波器で復調し、
低域通過濾波器３４ａ、　３４ｂおよびＡ／Ｄ変換器３
５ａ、　３５ｂを介して復調データｒ、　Ｑを得る。

復調データは極性判定器４１ａ、　４１ｂ、係数器４２
ａ４２ｂ、加算器４３からなる公知のコスタス型位相比
較器に入力する。コスタス型位相比較器からの位相誤差
信号はループフィルタ４５．　Ｄ／Ａ変換器４６を介し
てＶＣＯ４７に加えられて、ｖＣＯから９０度ハイブリ
ッド４８へ再生搬送波が出力される。

尚、誤り状態監視部４４は復調データの誤り状態を監視
し、誤りが多くなった時に同期外れと判断して掃引信号
をループフィルタに加える。

一方、周波数変換器５１からの信号Ｓ、はＶＣＯ４７の
再生搬送波を用いて検波器５３ａ、　５３ｂと９０度ハ
イブリッド５６からなる直交検波器により準同期で直交
検波を行う。ここで、「準」が付くのは送信機の違いに
よる送信周波数差が残留している為である。

そして、低域通過濾波器５４ａ、　５４ｂおよびＡ／Ｄ
変換器５５ａ、　５５ｂを介して復調データｉ、　ｑを
得るが、このデータには上記周波数差に応じた周期で回
転する複素成分が重畳されている（以下１位相回転と云
う）。そこで、この位相回転を係数器６１ａ、６１ｂ、
　６２ａ、　６２ｂ　減算器６３ａ、加算器６３ｂから
なる位相回転部で打ち消して正しい復調データＩ、　Ｑ
を得る。

尚、位相回転をθとすると係数器６１ａ、　６１ｂには
ｓｆｎ　θが、係数器６２ａ、　６２ｂにｃｏｓ　θが
それぞれ与えられる。

復調データＩ、　Ｑは極性判定器６４ａ、　６４ｂ　　
係数器６５ａ、　６５ｂ　　加算器６６からなるコスタ
ス型位相比較器に入力される。コスタス型位相比較器か
らの誤差信号は加算器７３．遅延回路７１．係数器７２
からなる周知のループフィルタを介して可変周波数ディ
ジタル発振器に入力される。

ここで、ループフィルタの出力は信号ＳＲと信号Ｓ、の
周波数差に相当するもので、復調用再生基準搬送波と準
同期用基準搬送波との周波数差情報にほかならない。

さて、可変周波数ディジタル発振器では上記ループフィ
ルタの出力が加算器７４に加えられ、遅延回路７５に保
持されている前回の加算値と所定クロンク毎に加算され
る。この加算値はｓｉｎテーブル７６とｃｏｓテーブル
７７にアドレスとして入力されるので、これらのテーブ
ルから８ビツトで表現された位相θに対応するｓｉｎ　
θとｃｏｓ　θの値を前記の係数器６１ａ、ｂと６２ａ
、ｂに出力する。

つまり、この位相追尾手段ではベースバンド信号の複素
処理による位相同期ループを構成しているが、上記の可
変周波数ディジタル発振器の制御値が周波数差を示し、
この制御値を取り出せば周波数差が得られる。本実施例
では本来の受信信号の復調の為に必要なハードウェア以
外にハードウェアを必要としない特徴がある。

即ち、周波数を検出する際、検出誤差が少なくなると共
に、回路規模を小さくすることをかできる。

〔発明の効果］ 以上詳細に説明した様に本発明によれば、周波数を検出
する際、検出誤差を少なくすると共に、回路規模を小さ
くすることができると云う効果がある。

２は周波数弁別器、 １１は第１の周波数変換手段、 １２は第１の復調器、 １３は第２の周波数変換手段、 １４は第２の復調器を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の本発明の原理ブロック図、第２図は第２
の本発明の原理ブロック図、第３図は第３の本発明の原
理ブロック図、第４図は第４．第５の本発明の原理ブロ
ック図、第５図は第１の本発明の実施例のブロック図、
第６図は５ｃｐｃ信号の周波数配列の一例、第７図は第
２の本発明の実施例のブロック図、第８図は第３の本発
明の実施例のブロック図、第９図は第８図の動作説明図
、 第１０図は第４図、第５図の本発明の実施例のブロック
図、 第１１図は従来例のブロック図を示す。 図において、 第３の本発明の原理ブロック圀 第 ■ ￥３４．気５の未発明の７原理ブロツク圀第 図 纂１の本発明の実施例のブロック図 案 図 ５ＣＰＣ信号の問彼Ｅ配列の−例 （ｆ２） 第８閑の初作晩明囚 （ｂ） 従来例のブロック囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周波数の異なる複数の搬送波をそれぞれディジタル
   変調して生成したディジタル変調波を受信する受信装置
   において、 第１、第２のディジタル変調波を第１、第２の受信局発
   信号を用いて周波数ｆ＿０の第１、第２のディジタル変
   調波に変換する第１、第２の周波数変換手段（１１、１
   ３）と、 該第１、第２の周波数変換手段の出力から第１、第２の
   基準搬送波を再生すると共に、第１、第２のディジタル
   変調波を復調する第１、第２の復調器（１２、１４）と
   、 該再生した第１、第２の基準搬送波の周波数の比較して
   周波数差に対応する出力を送出する周波数弁別器（２）
   とを設け、 該周波数弁別器の出力から該第１、第２のディジタル変
   調波を生成した第１、第２の搬送波の周波数差情報を得
   る様にしたことを特徴とする周波数検出方式。 ２、周波数弁別器は、該再生した第１の基準搬送波を同
   相分岐、該第２の基準搬送波を直交分岐した後、同相分
   岐成分、直交分岐成分との積演算を行う分岐・積演算手
   段（２１）と、 該分岐・積演算手段からの積出力のうち、一方の積出力
   を微分する微分器（２２）と、該分岐・積演算手段の他
   方の出力と微分器の出力を積演算する積演算器（２３）
   とを有する請求項１の周波数検出方式。 ３、該分岐・積演算手段からの出力のうち、一方の積出
   力を低域通過濾波器（２４）、他方の積出力を該低域通
   過濾波器と同一遮断周波数を有する高域通過濾波器（２
   ５）を通した後、積演算器（２３）で積演算する様に構
   成した請求項２の周波数検出方式。 ４、請求項１の受信装置において、 特定搬送波をディジタル変調して生成したディジタル変
   調波を再生基準搬送波を用いて直交検波して復調データ
   を出力する直交検波手段（３）と、該復調データを用い
   て該再生基準搬送波を生成する搬送波再生手段（４）と
   、 該搬送波再生手段からの再生基準搬送波を用いて、該特
   定搬送波以外の搬送波を用いて生成したディジタル変調
   波を直交検波して復調する準同期直交検波手段（５）と
   、該準同期直交検波手段の復調出力の位相回転を打ち消
   して復調データを出力する位相追尾手段（６）とを設け
   、 該位相追尾手段から該特定搬送波と該特定搬送波以外の
   搬送波の周波数差情報を取り出すことを特徴とする周波
   数検出方式。 ５、周波数差情報を該位相追尾手段内の位相追尾ループ
   フィルタの出力側から取り出す構成にしたことを特徴と
   する請求項４の周波数検出方式。