JPS60200656A - 自動周波数制御方式 - 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】 ｆａ＋　発明の技術分野 本発明は自動周波数制御方式に係り、特にＰＳＫ（フェ
イズ・シフト・キーイング）変調波を用いたディジタル
無線通信用受信方式に使用する自動周波数制御方式に関
するものである。

（ｂｌ　従来技術と問題点 衛星通信回線では地上局よりの搬送波をデータで例えば
ＰＳＫ変調して衛星上の中継器を介して他の地上局宛に
送信する。他の地上局ではこの電波を受信して元のデー
タを取出す。

この場合、地上局送信部、受信部及び衛星上の中継器で
使用している水晶発振器等の発振周波数の変動やトンプ
ラーシフト等により地上局受信部での受信周波数が一例
として±４０ＫＨｚ程度変動する。

一方、約３６０００Ｋｍ彼方から到来する電波の受信レ
ベルは一般に弱いので、地上受信局受信部では搬送波対
雑音比を改善する為に帯域ろ波器を挿入している。

この帯域ろ波器に要求される特性としては符号量干渉及
熱雑音が最も少なくなる様に選択される。

衛星中継器を含む伝送路が線形であるなら帯域ろ波の出
力波のスペクトラムがレイズドコサイン型となる様に帯
域制限する方法が最適であり、一般に良く用いられてい
る。

しかし、ある受信周波数で帯域ろ波器の出力波のスペク
トラムがレイズドコサイン型になっていても受信周波数
が変動すると、帯域ろ波器の特性の最良点からずれる為
に符号量干渉や多相ｐｓに変調波の場合は直交成分（１
−ＣＩ＋及びＱ　−Ｃ１１）相互の干渉が生じて誤り率
が悪化する。

又、ＰＳＫ波の復調に際しては同期検波法が一般的であ
り、この為には喜寿搬送波の再生が必須である。この基
準搬送波の再生回路は低信号体雑音比の下で大きな周波
数変動に追尾する様に構成する事は困難である。

この様な踵由により、上記の地上局受信部では帯域ろ波
器に人力される受信波の周波数が常に最良点になる様に
受信局部発振器の発振周波数を制御している。即ち、自
動周波数制御（以下ＡＦＣと省略する）が行なわれてい
る。

第１図はパイロット信号を用いてＡＦＣ制御を行うＡＦ
Ｃ回路の従来例を示す。

図中、１は周波数変換器を、２は電圧制御発振器を、３
は低域ろ波器を、５は位相比較器を、４はパイロット信
号抽出用帯域ろ波器を、６は基準パイロット周波数発振
器を、７〜８は端子をそれぞれ示す。

この様に接続されたＡＦＣ回路の動作は次の様である。

端子７から入力した受信波は電圧制御発振器２の出力波
と周波数変換器で混合されて例えば中間周波数に変換さ
れる。周波数変換された受信波からパイロット信号抽出
用帯域ろ波器４でパイロット信号が抽出される。このバ
イロフト信号は基準パイロット周波数発振器６の出力と
位相比較器５で掛算され、２つの位相差に対応する成分
が低域ろ波器３を介して取出される。

低域ろ波器３の出力は電圧制御発振器２に加えられて上
記の位相差に対応する成分が０になる様に電圧制御発振
器の発振周波数を制御する。

そこで、受信されたパイロット信号の周波数は基準パイ
ロ・／ト信号の周波数と一致し、受信パイロット周波数
から一定周波数離れたＰＳＫ変調波の周波数も一定に保
たれる。

前記の用なパイロット信号を用いるＡＦＣ方式の場合は
次の様な問題がある。即ち、 衛星通信に於ては衛星上の中継器の帯域幅や電源容量は
制限されているので、パイロット信号の周波数変動分だ
けデータ信号に割当られる帯域幅を減少させなければな
らなし、パイロット信号の伝送に割当られた電力分だけ
ＰＳＫ変調波を伝送する電力を削減しなければならない
。

更に、パイロット信号を送出する基準局が断になれば全
システムが断になるので予備基準局が必要となりシステ
ム構成が複雑になると云う様な問題があった。

ｆｃｌ　発明の目的 本発明は上記従来技術の問題に鑑みなされたものであっ
て、パイロット信号が不要なＡＦＣ方式を提供する事を
目的としている。

ｔｄｌ　発明の構成 上記発明の目的は受信されたＰＳＫ変調波を受信局部発
振器の出力波と混合して周波数変換を行うに際して該受
信局部発振器の発振器の発振周波数を制御して周波数変
換された該ＰＳＫ変調波の周波数を一定にする自動周波
数制御方式に於て、周波数変換された該ＰＳＫ変調波を
周波数弁別器で周波数弁別して得られた出力から高周波
成分を除去した後、高周波成分の除去された該弁別器で
該受信局部発振器の発振周波数を制御する様にした事を
特徴とするＡＦＣ方式を提供する事により達成される。

ｔｅｌ　発明の実施例 一般に、ＰＳＫ変調波は搬送波をディジタル情報の０、
■パルスに応じてその位相を切替える事に依って得られ
る。例えば、２相ＰＳＫ変調波は搬送波の位相を０度、
１８０度と切替えて得られる。、４相ＰＳＫ変調波は２
相ＰＳＫ変調波を直交して合成する事により０．９０．
１８０．２７０度の４つの位相のうちの１つの位相を取
る変調波として得られる。

この様なＰＳＫ変調波は搬送周波数で線スペクトラムが
得られないので搬送周波数成分のエネルギーが存在せず
、従ってＰＳＫ変調波を直接周波数弁別しても周波数誤
差情報が得られないと考えられている。

一方、ＰＳＫ変調波が専有する信号帯域幅にわたって直
線的な弁別感度を有する周波数弁別器を使うと、この搬
送周波数に線スペクトラムがなくても周波数誤差情報を
得る事が出来る。

この原理は次の様に考える事が出来る。

簡単の為に２相ＰＳＫ変調波を考える。

２相ＰＳＫ変調波に於ては、ディジクル情報に応じて０
．１８０度の位相状態を持つ搬送波が得られるが、搬送
波に線スペクトラムが存在しないのは２つの位相が互い
に逆相の為に打消し合うからである。

周波数弁別器の動作は角度変調された波を微分して振幅
変調分に変換し、それを包絡線検波して元の信号分を取
出している。即ち、 例えば入力波Ｅｏ＝ＡＳｉｎ　（ωＬ＋θ）を微分する
とＥｏ＝ＡωＣｏｓ　ωＬとなる。

ここで、Ａは振幅を、ωは角周波数を、θは位相をそれ
ぞれ示す。

即ち、この式は角度変調された波を微分したのち包絡線
検波すれば周波数弁別特性が得られる事を示している。

ここで、帯域制限しないＰＳＫ変調波を微分すると符号
の変換点にインパルスが発生しそれ以外の部分では角周
波数に比例した信号が得られので、帯域制限しないＰＳ
Ｋ変調波を周波数弁別する事によって周波数に比例した
信号を取出す事ができる。

又、ＰＳＫ変調波を帯域制限すると位相の変化が瞬時に
起こらずに成る時間にわたって発生する。

これは瞬時角周波数が変化する事を意味するが、この変
化は変調パターンに依存し一般に擬像ランダム符号等で
拡散する為に平均化されて弁別器出力の平均直流電圧は
入力周波数に比例したものが得られる。

そこで、この直流電圧を利用して電圧制御発振器を制御
すればよい。

第２は上記の考えに基く本発明を実施する為の一例を示
す図である。

図中、２０は周波数変換器を、２１は電圧制御発振器を
、２２は低域ろ波器を、２３は周波数弁別器を、２４〜
２７は端子をそれぞれ示す。

第３図は第２図の動作を説明する為の図で第３図は端子
２４に人力したＰＳＫ変調波のスペクトラムを、第３図
（ｂｌは周波数弁別器２３の周波数特雁をそれぞれ示す
。

尚、Ｎｏは搬送周波数を、＋Ｐｎ及び−Ｆｎはそれぞれ
ナイキスト周波数を示す。

そごで、第３図を参照しながら第２図の動作を説明する
。

端子２４から周波数変換器２０に加えられた例えば第３
図に示す様なスペクトラムを有するＰＳＫ変調波は、電
圧制御発振器２１からの出力波と混合され例えば中間周
波数に周波数変換される。

ここで、第３図に示すスペクトラムの形は伝送路の特性
によって異なるが、理論的には伝送帯域幅として２Ｆｎ
あればよいと言われている。

周波数変換されたＰＳＫ変調波の一部は周波数弁別器２
３に加えられ、このＰＳＫ変調波が持つ電力スペクトラ
ムの対称性がこの波数弁別器２３の中心に対してどれだ
けずれているかかを検出される。即ち、前記の様に周波
数弁別器２３の中心周波数と受信人力周波数の差に対応
した電圧がこの周波数弁別器２３から取出される。

この出力電圧は低域ろ波器２２で雑音成分が除去された
後、電圧制御発振器２１に加えられて前記出力電圧が０
になる様に発振周波数が制御される。

この為、周波数変換器２０で周波数変換されたＰＳＫ変
調波の周波数は常に周波数弁別器２３の中心周波数と一
致する事になる。

尚、この低域ろ波の帯域幅は入力されるＰＳＫ変調波の
周波数変動に追尾できる帯域幅が必要である。

第４図は第２図に示した周波数弁別器の構成の一例を示
す図で、本発明者が５７年９月３０日に出願したもので
ある。

図中、３０はハイプリント回路を、３Ｉ及び３３は平衡
変調器を、３２は９０度位相器を、３４は低域ろ波器を
、３５は水晶発振器を、３６は高域ろ波器を、３７は掛
算器をそれぞれ示す。

前記の様に、本発明を実現するには中心周波数が安定で
しかもＰＳＫ変調波のスペクトラムの全帯域にわたり直
線性の良好な周波数弁別器が不可欠である。

中心周波数の安定化と云う事にのめに着目すれば水晶を
用いた周波数弁別器が考えられるが、これは直線領域が
狭い。一方直線領域を広（する為に線輪及びコンデンサ
から構成される同調回路を用いれば直線性は広くなるが
中心周波数の安定度が悪くなる。

この周波数弁別器は両方の要求を満足させたもので動作
は次の様である。

受信したＰＳＫ変調波の期待される中心周波数と一致す
る発振周波数を持つ水晶発振器３５の出力は９０度位相
器３２で９０度位相差のある波に分岐されそれぞれ平衡
変調器３１及び３３に加えられる。

一方、受信したＰＳＫ変調波も２つに分岐されて同じく
平衡変調器３１及び３３に加えられるので、例えば平衡
変調器３１の出力側にＵ１＝ＡＳｉｎΔωｔが、平衡変
調器３３の出力側にＥ２＝ＡＣｏｓΔωｔがそれぞれ得
られる。

ここで、Δωは水晶発振器３５の発振周波数とｐｓＫ変
調波の期待される中心周波数との差の周波数である。

それぞれの平衡変調器の出力Ｅ１及びＥ２は同一のカッ
トオフ周波数（振幅が％になる周波数）及び次数を有す
る低域ろ波器又は高域ろ波器を通した後、掛算器３７で
掛は合わせるとΔωに比例した直流分かえられる。

第５図は低域ろ波器３４及び高域ろ波器３６の周波数特
性を説明する為の図である。

同図に於て、振幅はｌ及び０．５の様に正規化して示し
である。周波数０では低域ろ波器３４は１を、高域ろ波
器３６はＯを、逆に周波数が高くなると前者はＯに、後
者は１に近ずく。そして、この２つのろ波器は同一のカ
ットオフ周波数ｐを持っている。

第６回は第４図に示した周波数弁別器の周波数特性を示
した図である。

同図に於て、前記の低域ろ波器及び高域ろ波器のカット
オフ周波数ｐが同一の為にこのカットオフ周波数ｐから
ｐ′に変化させると弁別感度は変化するが、±〆の間の
弁別感度は一定である。従って、このカットオフ周波数
を選択する事により前記ナイキスト周波散逸直線性があ
り且つ中心周波数が安定な周波数弁別器を構成する事が
できる。

ｆｆ）　発明の詳細 な説明した様に、本発明によればバイロフト信号を用い
ずにＡＦＣ動作を行う事ができるので、例えば衛星通信
回線の様に信号対雑音部の低い回線に適用する事ができ
る。

又、安価で信頼度の高い衛星通信システムが実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＡＦＣ回路の一例を示す図を、第２図は
本発明を実施する為の一例を示す図を、第３図は第２図
の動作を説明する為の図を、第４図は第２図の周波数弁
別器の一例を示す図を、第５図及び第６図は第４図の特
性を説明する為の図をそれぞれ示す。 図中、２０は周波数弁別器を、２１は電圧制御発振器を
、２２は低域ろ波器を、２３は周波数弁別器を、２４〜
２７は端子をそれぞれ示す。 第１図 第２耳 ２θ 第３Ｕ″Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、受信ＰＳＫ変調波を受信局部発振器の出力波と混合
   して周波数変換を行うに際して該受信局部発振器の発振
   周波数を制御して周波数変換された該ＰＳＫ変調波の周
   波数を一定にする自動周波数制御方式に於て、周波数変
   換された該ＰＳＫ変調波を周波数弁別器で周波数弁別し
   て得られた出力から高周波成分を除去した後、高周波成
   分の除去された該弁別器の出力で該受信局部発振器の発
   振周波数を制御する様にした事を特徴とする自動周波数
   制御方式。 ２、該周波数弁別器は該ＰＳＫ変調波が占有する信号帯
   域にわたって直線的な検波感度を有する事を特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の自動周波数制御方式。