JPS6033747A

JPS6033747A - 送信電力制御機能を有する大電力送信方式

Info

Publication number: JPS6033747A
Application number: JP58141875A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatsuda; 健初田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1983-08-04
Filing date: 1983-08-04
Publication date: 1985-02-21

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】（技術分野）本発明は降雨減衰の大きい周波数帯において使用する送
信装置で、晴天時には、回線規格値を得るに足るだけの
送信出力とし、降雨減衰量に応じて送信装置出力を増加
するだめの上り回線送信出力制御を有する大電力送信方
式に関するものである。

（背景技術）従来から衛星通信に用いられていたマイクロ波帯におけ
る静止衛星軌道の混雑にともない、降雨減衰の大きな１
０ＧＨｚ帯以上の周波数帯の使用が盛んになってきてい
る。このような周波数帯の問題点は、降雨マージンを犬
きくとる必要があることで、この結果、送信装置は大電
力のものが必要となる。

降雨減衰の厳しい５０／２０ＧＨ２帯の例で説明すると
、回線断を発生させるような大きな減衰は年に例えば０
．５ｔＩ６程度しか発生せず、残りの９９５％の時間は
、はとんど減衰のない（晴天）の状態であると言える。

このため、常に大電力を送信しておくことは地球局消費
電力、送信装置の寿命のためにも不利である。

また、第１図の２衛星システム干渉経路図において、静
止衛星軌道１上の希望衛星２と干渉衛星３の間の軌道間
隔Ｏは送信電力制御を行わないと大きな値が必要である
。すなわち、希望地球局（送信）４と、希望地球局（受
信）５の間で通信を行っている場合、希望地球局（送信
）４の上に降雨６が発生し、希望信号波９が減衰し、一
方、干渉衛星６にアクセスしている干渉地球局（送信）
７と干渉地球局（受信）８の回線で、干渉地球局（送信
）７の上には降雨がない場合を考える。このような状態
では、干渉地球局（送信）７からの希望衛星２向きの干
渉波１０は減衰しないので、希望衛星２での希望波対干
渉波電力比（Ｃ／Ｉ）の値は小さな値となるため、これ
を避けるのに、２衛星間の軌道間隔（０は大きな値が必
要である。このような使い方でははソ降雨マージン分の
Ｃ／Ｉの劣化（例えば１５〜２ｏｄＢ）となり軌道有効
利用が達成でき々くなる。

このだめ地球局において送信電力制御を行う必要がある
。

このような送信電力制御は従来は第２図のように、電力
増幅器６３の前に接続された周波数変換器６２の入力側
において、■Ｆ帯可変減衰器６１の減衰量を変えること
で実現できるが電力増幅器は常に一定の電流、電圧で動
作しており、装置の消費電力は一定である。

また、電力合成法に関する従来の技術は第５図に示すよ
うに、第１の電力増幅器７１、第２の電力増幅器７２を
並列に並べ、入力側に電力分配器７３、出力側に電力合
成器７４を配置し、電力合成を行っている。しかし、電
力増幅器７１．７２は常時、飽和出力を送信できるよう
に電流、電圧を固定しており、２つの電力増幅器７１．
７２が同時に動作する例が一般的である。このだめに、
電力増幅器の寿命は従来のＭＴＢＦで定まる時間で決ま
り、電子管等の場合はこの取換えが必要で地球局コスト
を増大している。また使用電力も年間で大きな値となる
等の欠点を有していた。

（発明の課題）本発明は従来の技術の欠点を改善するもので、５０７２
０ＧＨ２帯等では激しい降雨の生ずる確率は０５〜１％
で、他の時間（９０〜９５％）はほとんど降雨減衰が少
なく、地球局送信装置は大きな出力を常時必要のないこ
とに着目し、複数本の電力増幅器（例えばヘリフッ形進
行波管）を並列動作させ、晴天時には晴天時回線規格値
を得るに足る本数（例えば１本）で動作し、電力増幅器
の電流（例えば、進行波管のコレクタ電流）等を十分下
げて動作させ干渉軽減、信頼性向上、使用電力低減を図
ることを特徴としている。また、降雨量に応じて上記電
流等を増加させると共に、ＩＦ段における可変減衰器の
直を変え、送信電力を増加し、さらに大きな送信電力が
必要な場合は残りの電力増幅器を動作させ、降雨量に応
じてその送信出力を徐々に増加してゆき、大きな送信電
力を得ることを特徴とし、装置信頼性を向上し、コスト
を低下させ、効率的、高精度な上り回線送信電力制御機
能を有した大電力送信方式を実現するにある。

（発明の構成および作用）本発明では、従来の技術で述べた問題点を解決するだめ
に、晴天時では地球局送信装置の送信出力として全電力
を送出せず、晴天時回線規格（例えば符号誤シ率（Ｐｅ
）−１０−８を満足する信号対雑音電力比（Ｃ／Ｎ）値
等）を得るように、十分出力を下げて送信し、降雨時に
この減衰量に対応して送信電力を増加してゆく送信電力
制御方式を用いる。この送信電力の増減の方法として、
複数本の電力増幅器を用い、降雨減衰滑の大小によシ使
い分けてゆく。

第４図は本発明の一実施例を示しており、２本の電力増
幅器の合成を切替器を用いて行う例を説明している。図
において１１１は入力端子、１１２は出力端子、１１３
，１１４は電力増幅器、１１７゜１１８は切替器、１１
９は電力分配器、１２０は電力合成器、１２１は振幅可
変回路、１２３は位相可変回路、１２５はＩＦ段振幅可
変回路、１２６は送信周波数変換器、１２８は励振用増
幅器、１６ｏはＩＦ段振幅可変回路制御回路、１３１，
１３２は電力増幅器のコレクタ電流制御回路、１６６は
検波電流換算器、１４０はカップラー、１４１は検波器
、１４２はＡ／Ｄ変換器、１４３は電力増幅器制御部、
１４４〜１４７はＤ／Ａ変換器、１４８はビーコン受信
機を示しギいる。

これを動作するには、降雨減衰の大小に従って、下記の
ように電力増幅器の使い方を変化させる。

（７）晴天時第１の電力増幅器１１３のみを動作状態にしておき、第
２の電力増幅器１１４は動作させず、増幅器電流、電圧
は断にしておく。切替器１１７゜１１８の接点はすべて
Ａ側に接続され、情報信号は第１の電力増幅器のみを通
る構成となっている。

回線設計から決まる晴天時の送信出力は、あらかじめマ
イクロプロセッサより成る電、力増幅器１ｌｉｌ制御部
１４６に記憶されている。この所定送信出力の調整の方
法は、出力端子１１２側に接続されたカップラー１４０
で分岐した一部を検出器１４１で検出し、これを検波電
流換算器１６６で換算し、Ａ／Ｄ変換器１４２を通して
電力増幅器制御部１４３にもどし、所定の出力と一致し
ない場合はその差を計算し、コレクタ電流制御回路１３
１、ＩＦ段増幅可変回路１３０を制御する。

例えば、コレクタ電流を１　ｍＡずつステップ状に増減
を行い、さらに微調整をＩＦ段振幅可変回路制御回路１
６０で制御するような構成とする。

このような動作を可能とするには、電力増幅器１１３．
１１４のコレクタ電流等を変化させた時、周波数特性が
出力電力が変化してもはソフラットであることが必要で
ある。進行波管で良く使用されている例として、結合空
胴形ＴＷＴ、へりジス形ＴＷＴ等がある。前者は、複数
空胴の同調特性をスタガ的に重畳して、フラットな周波
数特性を得ているため、コレクタ電流等の電流、電圧の
パラメータが変化すると同調特性の差によりフラットな
特性が維持できない。一方、後者のへりジス形ＴＷＴに
おいては、周波数特性が良好である。例えばへりジス形
ＴＷＴのコレクタ電流を変化させたときの出力電力対周
波数特性の概略を示したも２〜３ＧＨ２ある）にわたシ
、平坦な周波数特性が得られる可能性がある。この結果
、現在多く使用されようとしている送信機の帯域幅（斜
線部分で１００〜６００ＭＨ２）に対しては十分な特性
が得られるものと言える。また、ス）　ＩＪツブ線路の
ような余シＱの高くない伝送線路を使用したトランジス
タ増幅器でも同様の特性が期待できる。

しかし、このようなコレクタ電流対出力電流の変化のし
方は必ずしも直線的では々く、同じコレクタ電流１　ｍ
Ａの変化に対して、出力電力が大幅に変化する部分と余
り変化しない部分があり高精度の出力電力の増減が出来
ない。このだめこの微調整を行うために、ＩＦ段振幅可
変回路１２５を変化させ、電力増幅器への入力電力を増
減させて出力電力を微調整すれば良い。これにより晴天
時には、十分低いレベルで１本の電力増幅器１１６のみ
を動作させるので、消費電力はさらに節約される。

降雨減衰が生じた場合、２０ＧＨ２帯ビーコン受信１１
４Ｂでビーコンレベルまたハ信号レベルの減衰を測定し
、この値に応じて３０ＧＨｚ帯送信機出力を増加させる
。一般に２０７３０ＧＨ２帯の降雨減衰値には一定の相
関関係がある。測定の１例によると、第６図に示すよう
に、下シ回線（２０ＧＨ２帯）の約２倍の減衰が上９回
線で生ずることが明らかになっている。このことを勘案
して、２０ＧＨ２帯ビーコン受信機１４８の信号を電力
増幅器２本部１４６に入力し、この値をもとに制御量を
電力増幅器制御部１４６の処理部で計算し、この結果を
Ｄ／Ａ変換器４４．４５を通してコレクタ電流制御回路
１６１、ＩＦ段可変増幅制御回路　１３０を動作させ、
出力端子１１２の出力を調整する。

降雨減衰が大きく、第１の電力増幅器１１６が飽和出力
まで動作し、まだ所要の降雨マージンに達しない場合に
は、ある降雨減食レベルになった時に予めＯＮしておい
た第２番目の電力増幅器１１４を動作させる。

この第２番目の電力増幅器１１４を動作するには、２０
ＧＨ２帯ビ一コン受信機１４８の情報により、電力増幅
器１１４を動作する必要のあることを検知し、コレクタ
電流制御回路１３２を制御し、所定のコレクタ電流とす
る。まだ、切替器１１７゜１１８をＢ側に接続し、電力
合成が可能な状態としておく。

使用する電力増幅器１１３，１１４の位相特性等はあら
かじめ測定され電力増幅制御部１４３に記憶されている
が、若干の経年変化等も考えられるので位相調整器１２
６の調整により、出力電力をカップラー１４０、検波器
１４１等で検出し、出力電力が最大になるように調整す
る。この結果、１本で動作していた増幅器出力の約２倍
の出力が得られる。

この第２の電力増幅器の動作する時間の大小は装置信頼
四に関連する。例えば３０ＧＨ２帯における日本の代表
的な降雨による減衰量の分布曲線例を第７図に示される
とすると、上り回線年間不稼動率の設計目標点を例えば
０点１ｓｏ　（０，２％　）とした場合、１本の電力増
幅器で動作して約３ｄＢ送信電力が低下した０点１５１
となっても、上り回線不稼動率は約０．１係増加するの
みである。このことは、第２番目の電力増幅器１１４の
動作する時間の年間の０．１％（すなわち約８時間）の
短い時間であると言える。このだめ、第２の電力増幅器
１１４の信頼性は非常に良好となる。

降雨減衰量が少なくなった場合、２０ＧＨｚ帯ビ一コン
受信機１４８の信号レベルが増加するため、前述の逆の
経過をたどり出力電力を減少させる。

また、電力増幅器の障害に対しても従来のように予備装
置を設置せずに障害救済を行うことが可能である。すな
わち第１番目の電力増幅器１１３が故障した場合、切替
器１１８をＢ側に切替えると、電力合成器にマジック−
Ｔなどを用いた場合は出力は、第２の電力増幅器１１４
の飽和出力より約３ｄＢ減少するが、出力端子１１２に
は出力が得られる。障害時と降雨が同時に重なる確率は
年間不稼動率に比して十分小さいので、障害時は十分低
い出力電力でも通信が可能である確率が大きく、回線の
全所にはならない。第２の電力増幅器で動作している間
に、障害の生じた第１の電力増幅器１１６を取換えるこ
とが可能であり、回線断なしに故障修理が行える。

第４図で説明した構成法は送信出力の微調整はＩＦ段振
幅可変回路１２５を用いているが、この微調整の振幅可
変は励振用増幅器１２８と電力分配器１１９の間にＲＦ
帯振幅可変器を挿入すればこれによっても出力微調整を
行うことができる。

（発明の効果）以上説明したように、晴天時には電力増幅管の１本しか
使用せず、しかもコレクタ電、流を十分低下させて使用
するため電力増幅装置の消費電力は非常に少なくするこ
とができる。

また、第２番目の電力増幅管は年間の非常に少々い割合
（例えば年間０．１％、約８時間）しか使用しないので
、装置の長寿命化に寄与する。

晴天時に地球局送信出力を十分低下させて使用するため
、他の衛星システムへ与える不要な干渉は減少すること
が出来、軌道間隔を減少するととが可能と々す、軌道有
効利用が可能である。また、地上無線方式等の他の業務
への干渉を軽減することが出来、置局可能な調整範囲を
拡大することが出来る。

また、半分の出力の電力増幅器２本を使用して装置を構
成するので電力増幅器は作りやすく、効率も良好となり
、利得も大きく出来、保護回路等も簡易化出来装置の小
形化、簡易化、高効率化が達成できる。

また、第１番目の電力増幅器が故障した場合は、従来の
方法では予備装置を設置しておき、これに切替えを行う
が、本発明においては、第２番目の電力増幅器を用いる
ことにより年間の犬蔀分の時間は障害救済を行うことが
出来る。

本発明の説明では主として電力増幅器として進行波管の
例を示しだが、ＦＥＴ素子などを用いた固体増幅器にお
いても、応用することが出来る。

まだ、説明では３０７２０ＧＨｚ帯の衛星通信システム
について述べているが、１４／１１ＧＨ２帯等他の周波
数帯、放送衛星、地上無線など他の業務にも応用するこ
とが可能である。

また、降雨減衰のない周波数帯を用いる無線伝送方式に
おいて、例えばトラヒックに応じて送信出力を変化させ
る方式や臨時的に送信電力を増加する方式等にも利用す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は他衛星通信システムとの干渉モデル図、第２図
は従来の送信電力制御の方法を示す図、第６図は従来の
電力合成の方法を示す図、第４図は本発明装置の送信電
力１１）す御機能を有する大電力送信装置、第５図は進
行波管のコレクタ電流を変化させた時の周波数対進行波
管出力特性の１例、第６図は準ミリ波帯の降雨減衰量の
上り、下り回線の相関関係を示す図、第７図は３０ＧＨ
ｚ帯の降雨減衰量対との値を越える時間率の１例を示す
図である。１：静止衛星軌道、２：自システムの衛星、６：他シス
テムの衛星、４．５　：自システムの地球局、７．８：
他システムの地球局、６：降雨、９：自システム上り回
線、１０：他システム上り回１腺、６１：ＩＦ帯可変減
衰器、６２１周波数変換器、６６゛電力増幅器、７１．
７２　：電力増幅器、７３：電力分配器、７４゛雷１力
合成器、１１１：入力端子、１１２：出力端子、１１３
：第１の電力増幅器、１１４：第２の電力増幅器、１１
７．１１８：切替器、１１９：電力分配器、１２０：電
力合成器、１２１：振幅可変回路、１２３：位相可変回
路、１２５　：　ＩＦ段振幅可変回路、１２６：送信周
波数変換器、１２８：励振用増幅器、１３０　：　ＩＦ
段振幅可変回路制御回路、１３１，１３２：電力増幅器
のコレクタ電流制御回路、１３６：検波電流挽算器、１
４０：カップラー、１４１：検波器、１４２：Ａ／Ｄ変
換器、１４５：電力増幅器制御部、１４４．１４５，１
４６，１４７　：Ｄ／Ａ変換器、１４８：２０ＧＨｚ帯
ビ　＝＋７受信機、１５０：Ｃ点、１５１：］）点特許出願人日本電信電話公社特許出願代理人弁理士　山　本　恵　− 第５　図ｆ、ｆｚ　ｆ− ｖ：ｔｌ、　Ｉｆｆ、　（（ｒＨｉ）＃６図／７ｑ？−Ｊｙ即年敗を番（ｄ８）幕７　凹た７軸ｉもえｂ時間キ（％　）

Claims

【特許請求の範囲】

降雨減衰の大きい衛生通信用周波数帯で使用する送信電
力装置などにおいて、第１、及び第２の電力増幅器を並
列に配置し、各増幅器の入力側に電力分配器、出力側に
電力合成器を設置し、第１、及び第２の電力増幅器で電
力合成が可能な構成とし、晴天時には第１の電力増幅器
のみをＯＮ、第２の電力増幅器はＯＦＦとしておき、晴
天時の回線規格値を満足する送信出力が得られるように
、第１の電力増幅器の送信出力に影響を与えるパラメー
タ値を低下させておき、当該電力増幅器の飽和出力よシ
低い送信出力で動作させ、ＩＦ帯での可変振幅減衰器又
は電力分配器め前にもうけられるＲＦ帯可変増幅減衰器
の減衰量を調整して、送信出力の微調整を行い、晴天時
の所要送信出力を得、次に、降雨減衰量が増加した場合
には、第１の電力増幅器のコレクタ電流等を増加させて
送信電力を増加させ、ＩＦ帯での可変振幅減衰器の減衰
量を減少させて所要送信出力となるように微調整を行い
々から送信出力を増加させてゆき、第１の電力増幅器で
はカバーできないような大きな減衰に達した時、予めあ
る降雨減衰値に達した時にＯＮしておいだ第２の電力増
幅器を、第１の電力増幅器と合成されるような接続とし
、合成出力が最大となるようにいずれかの電力増幅器の
位相を変える制御を行い、降雨減衰が小さくなった時に
は上記と逆の手順で送信出力を減少させてゆくような制
御を行うことを特徴とする送信電力制御機能を有する大
電力送信方式。