JPS5910097B2 - 地上局における周波数制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、通信衛星上の中継器の回線を、各地球局が周
波数分割で使用する衛星通信方式における、特に、各局
に割当てられた周波数帯域巾が、地球局や衛星中継器の
局部発振器の周波数変動や衛星の漂動等によるドップラ
ー周波数遷移による周波数変動量に近い比較的狭い帯域
巾であるような通信系における周波数制御装置に関する
もので５ ある。

先づ、通信衛星を介した多元通信系の構成時に各地球局
が、衛星の中継伝送帯域を周波数分割で使用する所謂周
波数分割多元接続方式（以後ＦＤＭＡ方式と呼ぶ）につ
いて説明する。

第１図１０は、一般に衛星通信の概念図を示している。
第１図においては１は通信衛星、２、３および４は衛星
通信地球局を示す。ＦＤＭＡ方式では各局は衛星へ向け
て自局に予めまたはその都度割当てられた周波数帯を用
いて送信し、衛星は各局から送信１５された信号を中継
して各地球局へ送信する。各地球局では、受信した信号
の中から交信する相手局に指定された周波数帯の信号を
とり出し検波再生する。情報信号を搬送波に乗せるため
の変調方式には、振巾変調、周波数変調等従来知られて
いる２０種々の変調方式が適用出来るが、本発明は、変
調方式とは独立のものであるからここでは省略する。第
２図に１例として周波数配置の概念が示されている。ｆ
ｏはパイロット信号の周波数であり、ｆ１〜ｆ４等は使
用する各周波数帯域の中心周波数２５を示す。△ｆは各
チャンネルの占有帯域巾で一般には、各チャネルは異な
つた占有帯域巾をもつが本図では簡単のために各チャネ
ルは同じ占有帯域巾をもつ如く表現されている。△ｆｇ
は各チャネル間に設けられたガードパッドで、各局の送
信周３０波数変動及び、各局から衛星へ向けての上り回
線で衛星の漂動によつて生ずるドップラー周波数変移の
量を考慮してチャネル間干渉が許容値以下になる如く設
定される。パイロット信号ｆ。は通常特定の基準となる
地球局が送信し、その他の地球３５局は受信信号の中か
らパイロット信号を検出し、そのレベルを基準として受
信機の自動利得制御（ＡＧＣ）を行うと同時に下り回線
で生ずる周波数変動即ち、衛星中継器及び受信機の局部
発振器の周波数変動及び下り回線でのドツプラ一周波数
変移の影響を避けるためにこのパイロツト周波数によつ
て受信信号を周波数変換する如く用いられる。

今、上述のような系で、非常に多数の局が、各各小容量
の伝送帯域を必要とする系を考えてみる。

各局が例えば、音声１チヤネルあるいはデータ信号１チ
ヤネルを必要とするとすれば、各チヤネルに必要な帯域
巾は、（変調方式によつて異なるが）４ＫＨ濃度あるい
は極端な場合は１００Ｈｚ程度の場合もあり得る。この
ような場合は周波数帯域の有効利用の観点から、出来る
だけチヤネル間隔をつめて、衛星中継伝送帯域巾の中に
出来るだけ多くのチヤネルが設定されることが望ましい
。ところが前述した如く、各チヤネル間に設けねばなら
ないガードバンドは上り回線で生ずる周波数変動即ち、
各局の送信周波数変動及びドツプラ一周波数変移を考慮
して決定されねばならない。この量は例えば、上り回線
に６ＧＨｚ帯を用いる場合、送信周波数安定度が±１Ｘ
１０−７として、±６００１１ｚ、ドツプラ一周波数変
移は通常±１５０Ｈｚ程度を見込む必要があるから少な
くとも合計±７５０Ｈｚのガードバンドが必要である。
更にパイロツト信号が受けるドツプラ一周波数変移も考
慮すると少なくとも±１ＫＨｚ以上のガードバンドが必
要となり、前述の各チヤネルが必要とする周波数帯域と
相等もしくはそれ以上の余分な周波数帯域が必要である
。即ち周波数帯域の利用効率は著るしく減少させられる
こととなるであろう。本発明の目的は、このような欠点
を取り除き伝送周波数帯域の利用効率を著るしく向上さ
せたＦＤＭＡ衛星通信方式を提供することにある。

第３図は、本発明におけるパイロツト信号の送出方法を
時系列的に示したものである。本図においてＡ，Ｂ，Ｃ
等は、各地球局の区別を示しており横軸は時間、縦軸は
周波数である。即ち本発明においては、各地球局は、各
々予め定められた誤差範囲にある周波数のパイロツト信
号を時分割で送出する。各地球局で受信されたパイロツ
ト信号は、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ａ−Ｂ−・・・・・・の如き順
序で受信されるが、前述の周波数変動が存在するため、
ＦＡ，ｆＢ，ｆｃ（各々Ａ，Ｂ，Ｃ局から送信されたパ
イロツト信号の受信周波数を示す）等は一致しない。そ
こで本発明においては、Ａ局を基準局とすると、Ｂ局は
受信されたパイロツト信号時系列の中からＡ局からの信
号と自局からの信号をとり出し、その周波数即りＦＡと
ＦＢとが一致するように自局パイロツト信号の送信周波
数を制御する。Ｃ局も同じ制御を行う。このように各局
は、１つの基準局から発信されたパイロツト信号の各局
における受信周波数と自局から発信されて衛星を介して
受信された自局のパイロツト信号の受信周波数とが一致
する様に各々の局のパイロツト信号の送信周波数を制御
する。その結果、受信パイロツト時系列中の各局の周波
数ＦＡ，ｆＢ，ｆＣ等は、基準局パイロツトの受信周波
数ＦＡに厳密に一致する。第３図はこのような制御の初
期状態から次第に、各局の受信パイロツト周波数が一致
して行く様子をも示したものである。各地球局は、上述
の如き送信パイロツト周波数制御が終了して、受信パイ
ロツト信号時系列中で、基準局からのパイロツト周波数
と自局からのそれとが一致した事を確認した後、予め自
局に割当てられた周波数帯（パイロツト周波数を基準と
して指定される）を用いて情報信号を送出する。

又、受信側では、基準局又は自局の受信パイロツト信号
を用いて受信信号を周波数変換し相手局の使用周波数帯
域をとり出し、情報信号を検波再生する。かくして本発
明によれは、上り回線の周波数変動による受信信号の周
波数配置の変動は、基準局パイロツト信号の周波数を基
準として完全に吸収されるので、周波数配置上、上り回
線の周波数変動を考慮する必要がなく、効率的に伝送周
波数帯を使用することが可能となる。上述の説明におい
て、下り回線での周波数変動については言及しなかつた
が、この変動がパイロツト周波数を基準とした周波数配
置に影響を与えないことは容易に理解されるであろう。
第４図は本発明の一実施例を示したものであつて、従局
における送受信装置の構成を示したものである。

第４図において、５は受信ＲＦ信号入力端子、６は信号
分配回路、７はパイロツト信号受信器、８は局識別回路
、９は周波数差検出回路、１０は電圧制御発振器、１１
及び１３はサンプルホールド回路、１２はループフイル
タ、１４は送信電圧制御発振器、１５はゲート回路、１
６は送信周波数変換器、１７は信号合成回路、１８は受
信周波数変換回路、１９は基準局用サンプル信号、２０
は自局用サンプル信号、２１は送信信号入力端子、２２
は送信出力信号端子、および２３は受信信号出力端子で
ある。通信衛星によつて中継されて従局において受信さ
れた信号は、受信ＲＦ信号入力端子５に加えられる。

よく知られているように、一般的には、受信信号は中間
周波数帯に変換され規定のレベルまで増巾された後（こ
の時、自動利得調整機能によつて受信レベルの変動に無
関係に一定の出力レベルに増巾される）復調回路に加え
られるが、ここでは、これらの機能は本発明の内容とは
直接関係がないので簡単のために省略してある。即ち、
入力端子５には一定レベルの信号が入力してくるものと
する。この入力は、第２図，第３図で示した如き信号構
成をもつ。ＲＦ受信信号は信号分配回路６で、２つに分
岐され、一方はパイロツト受信器７、他方は周波数変換
器１８に入力される。

パイロツト受信器７は、受信信号の中から予め定められ
た周波数範囲にある基準局及び自局を含む他の従局から
時分割的に送信されたパイロツト信号を帯域淵波器によ
つて済波して出力する。このようにして取り出されたパ
イロツト信号は局識別回路８及び周波数差検出回路９に
加えられる。局識別回路８はパイロツト信号を検波して
、基準局及び自局のパイロツトバーストを検出し、後に
述べるサンプルホールド回路１１及び１３へサンプルパ
ルスを送出する。ここで、基準局パイロツトバーストは
、受信側で局識別を可能とするように何らかの変調がか
けれているものとする。この変調は例えは、特定の符号
系列をもつパルス信号によつて浅く振巾変調又は周波数
変調又は位相変調をかける方法でもよいし、又例えば、
他の従局バーストとは明らかに異なるバースト継続時間
をもつたものとしてもよいが、方式設計上検出速度が早
く、検出信頼度が高くかつ所要周波数帯域の出来るだけ
狭い方法であることが必要である。自局パイロツトバー
ストの検出は基準局と同様の方法でもよいが、１例とし
て基準局バーストを検出した時点を基準として自局送信
パイロツトバーストの送出時間を制御し予め知られてい
る衛星までの往復伝搬時間を考慮して、自局パイロツト
バーストの受信時間を知る方法も考えられる。いずれの
方法をとるかは、本発明の）本質とは関係なく、更にそ
れら各種の方法は従来の地上又は衛星通信方式において
既知の技術で充分に実現出来る。

このようにして、局識別回路８は受信パイロツト信号の
各バーストの中から基準局及び自局のパイロツトバース
トを検出し、受信時間位置を指定する信号１９，２０を
発生すると共に、基準局パイロツトバースト受信時点を
基準として自局パイロツトバーストを送出するためのゲ
ート信号をゲート回路１５へ送出する。

一方周波数差検出回路９は、パイロツト受信器７及び電
圧制御発振器１０からの出力信号を入力し両者の周波数
差を検出してその差に比例する直流信号をサンプルホー
ルド回路１１及び１３へ送出する。

この周波数差検出回路についても種々の方法が考えられ
るが既存の技術によつて充分可能である事は通信技術の
専門家によつては容易に理解出来る事であろう。サンプ
ルホールド回路１１では、入力周波数差信号の中から基
準局に対応する時間位置に発生している信号をサンプル
パルス１９によつてサンプルし、次のサンプル時点まで
保持する。その出力信号は、ルーブフイルタ１２を通つ
て電圧制御発振器１０の制御端子に加えられ、その結果
、電圧制御発振器１０の出力周波数は基準局パイロツト
信号の受信周波数と一致するように制御される。一方サ
ンプルホールド回路１３は自局パイロツトバースト信号
の受信位置に対応する時点で即ち、サンプルパルス２０
により周波数差検出回路の出力信号をサンプルしこれを
保持する。その出力は電圧制御発振器１４の制御端子に
加えられ、自局パイロツト信号の送信周波数を制御する
。かくして、電圧制御発振器１４の出力周波数は、受信
基準局パイロツト周波数と受信自局パイロツト周波数と
が一致するように制御される。この信号はゲート回路１
５において、基準局パイロツト受信時間位置を基準とし
て局識別回路１８で発生されたゲートパルスによりゲー
トされて、信号合成回路１７へ導かれる。又同時にこの
信号は送信周波数変換器１６に加えられ送信信号２１を
Ｕｐ−ＣＯｎｖｅｒｔした後信号合成器によリパイロツ
トバースト信号を合成されて出力端子２２より出力され
る。入力端子２１に入力される信号は、第２図において
例えばＦ，−Ｆ。を中心周波数として、情報信号により
変調された信号であり、周波数Ｆ。をもつ電圧制御発振
器１４の出力信号により周波数変換されて中心周波数ｆ
１をもつ変調波となる。受信側では、これらの周波数は
、前述したように送信周波数とは異なる。

これらをＦ。′，Ｆ，′とすると、上述の如く受信点に
おいて基準局パイロツト信号と自局パイロツト信号の周
波数が一致するように制御しているので、ｆ１′−ＦＯ
′＝ｆ１−ＦＯとなる事は明らかである。即ち、受信信
号分配回路６で分岐された信号を、電圧制御発信器１０
の出力によりＤＯｗｎ−ＣＯｎｖｅｒｔすることにより
中心周波数ｆ１−ＦＯをもつ信号を得ること力咄来る。
実際にはこの局では他の局から送信された信号を受信す
るわけであるが他の従局も同様の周波数制御を行つてい
るので前述の上り回線での周波数変動に起因する周波数
配置上の変動は全くなく、パイロツト周波数を基準とし
て厳密に固定されることになる。なお云うまでもないが
基準局は、一定の時間毎に所定の時間巾だけ自局の高安
定発振器によつてパイロツト信号を送出する。

又、各従局が基準局からの受信クロツク信号と自局の受
信クロツク信号とを位相同期される方式については、時
分割多重多元接続方式（ＴＤＭＡ方式）において周知の
事実であり、各局が時分割的に送信するバースト信号を
受信して、周波数同期又は位相同期を行う方式そのもの
は本発明を実現するための一手段にすぎない。

本発明は、この技術をＦＤＭＡ方式に適用して、各従局
のパイロット周波数を基準パイロツト周波数を基準とし
て制御し、衛星上での周波数配置が上り回線の周波数変
動に影響されないようにし、よつて伝送周波数帯域の有
効利用を可能とする事をもつて特徴とするものである。
以上説明して来た如く、本発明によれば、衛星への各局
からの上り回線で生ずる周波数変動差を吸収するための
ガードバンドは殆んど不要となり、限られた伝送帯域巾
を有効に利用する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、衛星通信方式の説明図、第２図はＦＤＭＡ通
信方式における周波数配置の説明図、第３図は本発明に
おけるパイロツト信号の送出方法を示すタイムチヤート
、第４図は本発明の一実施例を示す。 １・・・・・・通信衛星；２，３，４・・・・・・衛星
通信地上局；５・・・・・・受信ＲＦ信号入力端子；６
・・・・・・信号分配回路；７・・・・・・パイロツト
信号受信器；８・・・・・・局識別回路；９・・・・・
・周波数差検出回路；１０・・・・・・電圧制御発振器
；１１，１３・・・・・・サンプルホールド回路；１２
・・・・・・ループフイルタ；１４・・・・・・送信電
圧制御発振器；１５・・・・・・ゲート回路；１６・・
・・・・送信周波数変換器；１７・・・・・・信号合成
回路；１８・・・・・・受信周波数変換回路；１９・・
・・・・基準局用サンプル信号；２０・・・・・・自局
用サンブル信号；２１・・・・・・送信信号入力端子；
２２・・・・・・送信出力信号端子；２３・・・・・・
受信信号出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 通信衛星を介して複数の地上局が各々に割当てられ
   た周波数帯を用いて交信する周波数分割多元接続衛星通
   信方式において、自局からその局に割当てられた時間帯
   に時分割的に送信された１つのパイロット信号と基準地
   上局からその局に割当てられた時間帯に時分割的に送信
   された１つのパイロット信号とを自局で受信し、その受
   信信号から自局の受信パイロット信号と基準局からの受
   信パイロット信号を分離しこれらの信号の周波数が一致
   するように自局の送信パイロット信号の周波数を制御し
   、この制御された周波数を基準として自局の送信または
   受信搬送波周波数を設定することを特徴とする地上局に
   おける周波数制御装置。