JPS634982B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は基準パイロツト信号を用いた自動周波
数制御方式に関し、例えば、SCPC（Single
Channel Per Carrier）方式と呼ばれている１搬
送波に１音声回線を割当てるFDMA（周波数分割
多元接続）方式に用いて好適なものである。 海事衛星通信システムや国内衛星通信システム
ではSCPC方式が広く用いられているが、SCPC
方式では各通信搬送波の占有周波数帯域幅が狭
く、また搬送波間の周波数間隔が狭いため、送信
周波数と受信周波数が良く一致する必要がある。
そこで、衛生中継器（トランスポンダ）の局部発
振器の周波数変動，地球局設備内の各種局部発振
器の周波数変動あるいは衛星の運動に伴うドツプ
ラ偏移等に起因する通信搬送波の周波数偏差を補
償するため、基準パイロツトを利用した自動周波
数制御（AFC）が行われる。つまり、各地球局
は共通に或いは個別に基準パイロツトを衛星に向
けて送出し、衛星で中継されたのち受信した自局
のパイロツトを用いてAFCをかける。これによ
り、上述した各種の周波数変動要因に起因する周
波数偏差の大部分を補正できる。なお、衛星通信
システムではトランスポンダの周波数変動が大き
なウエイトを占めているため、共通の基準パイロ
ツトを用いた場合でも、周波数偏差のかなりの部
分を補正することができる。 個別の基準パイロツトを用いたAFCは個別パ
イロツト方式と称され、高精度のAFCを実現で
きるが、この方式では従来、基準パイロツトに無
変調搬送波を用いるのが一般的であつた。ところ
が無変調パイロツトの場合は以下に述べるような
欠点がある。即ち、 (1) 混変調雑音など狭い帯域内にエネルギーが集
中している雑音の影響を受け易く、これによる
同期外れの危険性がある。衛星のトランスポン
ダは非直線性が強いため、SCPC方式の多数の
狭帯域搬送波がトランスポンダで共通増幅され
ると狭帯域性の混変調積が多数発生し、無変調
パイロツトと間違えてしまう。混変調雑音の影
響を除くにはパイロツトの復調後のＳ／Ｎマー
ジンを十分とれば良いのだが、これはパイロツ
トの増幅に消費される衛星電力の増大を意味す
るので適切でない。 (2) 各地球局が送出する基準パイロツトの送出元
を誤りなく識別するために必要となる保護用の
周波数帯域が大きく、衛星通信システムの周波
数利用効率が著しく低下する。各地球局は他局
の基準パイロツトを誤つて捕捉してはならない
ため、各基準パイロツトには見込まれる最大周
波数偏差の２倍以上の専用帯域を持たせ十分な
周波数間隔をおく必要があり、一般的な衛星通
信システムでは100KHz〜200KHzの間隔が必要
とされる。因みにインマルサツト（国際海事衛
星機構）システムの如く最大周波数偏差が±
55KHzと見込まれるシステムで20の地球局がア
クセスする場合を想定すると、20の基準パイロ
ツトに専用される周波数帯域は55×２×20＝
2200KHz（＝2.2MHz）となる。この数値はト
ランスポンダの周波数帯域が7.5MHzであるイ
ンマルサツトシステムでは、全体の30％にも達
し、周波数利用効率が極めて悪くなる。 なお、上記のうち(1)の欠点は共通の基準パイロ
ツトを用いたAFCについても当てはまるもので
ある。 本発明は上記従来技術に鑑み、狭い帯域にエネ
ルギが集中している雑音に強く且つAFCのため
に占有される周波数帯域が狭い自動周波数制御方
式を提供することを目的とする。 上記の目的は、基準パイロツトには搬送波を
PN符号系列で変調したものを用い、受信した基
準パイロツトの搬送波成分を変調に用いたと同じ
パターンのPN符号系列との相関を求めることに
より再生し、再生した搬送波成分の周波数と予め
定まる公称周波数との差から通信搬送波の周波数
偏差を補正するように受信系と送信系の少なくと
も一方における周波数変換用局部発振器の発振周
波数を制御することにより達成できる。以下、図
面を参照して本発明を説明する。 第１図ａ〜ｃは本発明を適用することができる
通信システムの代表例を示し、同図ａは通信衛星
STを介した陸上局Ｅと航空機，船舶あるいは自
動車などの移動局Ｍとの衛星通信システムを示
し、同図ｂは通信衛星STを介した陸上局Ｅ間の
衛星通信システムを示し、同図ｃは通信衛星を使
用しない固定局Ｌ間の通常の通信システムを示
す。この他、各種の通信システムに適用できる。 本発明ではPN符号系列即ち擬似ランダムパタ
ーンとも呼ばれるパターンの繰返周期が極めて長
いパルスパターンで搬送波を変調して基準パイロ
ツトとするため、受信時には変調に用いたと同じ
PN符号系列との相関をとることにより、搬送波
周波数が同じであつてもPN符号系列が異なる他
の基準パイロツトとは明確に区別できる。もちろ
ん搬送波周波数が異なれば区別が一層明確にな
る。一方、搬送波をPN符号系列で変調するとス
ペクトラムが拡散され、次に相関を求めることに
より拡散したスペクトルが集中するのであるが、
混変調雑音など狭い帯域内にエネルギーが集中し
ている雑音は相関を求めることによりエネルギー
が拡散してしまう。したがつて多数の強力な混変
調雑音を受けても、相関を求めることによりエネ
ルギーが拡散されるから、基準パイロツトの搬送
波だけを捕捉することができ、同期外れが生じな
くなる。 本発明は周波数制御を送信系で行つて相手局に
対する通信搬送波の周波数を受信時に一定となる
ように制御する場合と、周波数制御を受信側で行
つて相手局の通信搬送波の周波数が変動してもこ
れに受信周波数を追従させる場合の２通りがある
が、第１図ａの移動局Ｍと陸上局Ｅ間の衛星通信
システムでは移動局に周波数制御設備を持たせる
ことはスペース的あるいは経済的に不都合が多い
ので、陸上局Ｅに当該陸上局Ｅが送信する通信搬
送波を周波数制御させるAFC設備と移動局Ｍか
らの無制御の通信搬送波を追従受信するAFC設
備とを併せ備えると都合良い。またPN符号系列
で変調した基準パイロツトは、衛星通信システム
など１つの局が送信すればこれを他の局が受信で
きるシステムでは、各局が個々に送信する必要が
なく、受信可能な地域内で１局が代表して基準パ
イロツトを送信すれば（共通パイロツト方式）こ
れを利用して他の局も受信系あるいは送信系に
AFCをかけることができる。なお、共通パイロ
ツト方式で送信系にAFCをかける場合は、通信
搬送波の周波数だけを制御し、基準パイロツトの
周波数は制御しないことが肝要である。もちろ
ん、個別パイロツト方式で通信系にAFCをかけ
る場合は通信搬送波と基準パイロツトを連動して
周波数制御してかまわない。 第２図に基準パイロツトを作成する回路の一例
を示す。同図において、１は基準パイロツト用搬
送波発振器（REFOSC）、２は平衡変調器
（MOD）、３はPN符号発生器、４はバンドパス
フイルタ、５は出力端子である。同図に示す基準
パイロツト作成回路６の動作は以下の通りであ
る。搬送波発振器１からの搬送波はリング変調器
などの平衡変調器２によりPN符号発生器３から
のPN符号系列により平衡変調され、変調出力は
バンドパスフイルタ４により不要周波数成分を除
去された後、出力端子５へ出力される。つまり出
力端子５の信号は変調に用いたPN符号系列のビ
ツトレート即ちクロツクを伝送レートとする２相
PSK波となつており、そのスペクトラムはPN符
号系列のクロツクに等しい周波数帯域内に拡散さ
れていることになる。このようにして作つた基準
パイロツトは通信設備内のアツプコンバータによ
つて所望の無線周波数に変換された後、通信衛星
へ向けて若しくは直接相手局へ向けて送出され
る。 第３図に基準パイロツトの搬送波を再生し、周
波数制御用信号を作る回路の一例を示す。同図に
おいて、７はダウンコンバータからの受信信号の
入力端子、８はバンドパスフイルタ、９は相関
器、１０は位相可変のPN符号発生器、１１は
PN符号の位相同期回路、１２は搬送波抽出回
路、１３はフエーズロツクドループ（PLL）、１
４は公称周波数信号の入力端子、１５と１５ａは
互いに逆極性の制御信号の出力端子、１６は反転
増幅器である。なお、相関器９としては平衡変調
器が使用される。搬送波抽出回路１２は一定レベ
ル以上の入力信号を通し、且つ過大信号は振幅を
リミツトする。入力端子１４に入る信号は捕捉す
べき基準パイロツトの搬送波の公称中間周波数信
号である。以下、第３図に示す搬送波再生及び制
御信号作成回路１７の動作を説明する。通信設備
内のダウンコンバータで中間周波数とされた受
信々号はバンドパスフイルタ８により通信々号と
分離され、受信基準パイロツトだけが相関器９に
入力される。相関器９ではPN符号発生器１０か
らのPN符号系列と２相PSK波の受信基準パイロ
ツトとを掛け合せ、つまり、受信基準パイロツト
をPN符号系列で平衡変調して両者の相関をと
る。前述の如くPN符号系列のパターンが一致し
ていなければ相関出力は低いが、一致していても
位相がずれていれば相関出力が低い。そこで相関
器９の出力信号がPN符号の位相同期回路１１に
入力され、この位相同期回路１１は相関出力が最
大となるように位相可変のPN符号発生器１０が
発生するPN符号系列の位相を制御する。つま
り、相関器９，位相同期回路１１及び位相可変の
PN符号発生器１０で構成されるフイードバツク
ループにより、スペクトラム拡散している受信基
準パイロツトから元の基準パイロツトの搬送波成
分が再生され、相関器９から出力される。相関器
９の出力信号は搬送波抽出回路１２に入力され、
入力レベルが所定のスレツシヨルドを越えた場合
は所望の基準パイロツトを受信しているものと判
定し、入力した搬送波成分がそのままPLL１３
に出力される。スレツシヨルド以下の場合は他の
基準パイロツトあるいは雑音であり、これらは採
用されない。PLL１３は搬送波抽出回路１２か
らの入力信号と参照用入力端子１４からの公称周
波数信号の周波数差を検出し、周波数差を示す信
号を制御信号として出力端子１５，１５ａに出力
する。この制御信号は通信搬送波にAFCをかけ
る場合は一方の出力端子例えば１５から送信系の
アツプコンバータの局部発振器に与えられ、受信
周波数を通信搬送波に追従させる場合は他方の出
力端子例えば１５ａから受信系のダウンコンバー
タの局部発振器に与えられ、いずれの場合も周波
数差が零になるように局部発振周波数が制御され
る。なお、参照用入力端子１４に入る信号として
は、基準パイロツトの送出と受信が同一局で行わ
れる場合は基準パイロツト作成回路６内の搬送波
発振器１からの信号を用いることもできるが、送
受が異なる局の場合は同一発振周波数の発振器を
別に設ける。 第４図に、海事衛星通信システムに本発明を適
用した場合の一例を示す。この例は陸上局に送受
双方の自動周波数制御の機能を持たせ、船舶局の
設備負担を省いている。第４図ａは陸上局の送信
系自動周波数制御方式を示し、第４図ｂは同じく
陸上局の受信系自動周波数制御方式を示す。 まず、第４図ａの回路を説明するに、１０１は
電話回線、１０２は音声信号の変調器、１０３は
基準パイロツトと変調信号の合成器であり、合成
器出力は第１，２アツプコンバータ１０４，１０
５により6GHz帯に周波数変換され、アンテナ１
０６より通信衛星へ向け送出される。通信衛星の
トランスポンダでは6GHzが1.5GHzに変換されて
船舶局に転送されるので、陸上局もこの1.5GHz
を受信し、第１，２ダウンコンバータ１０７，１
０８で中間周波数に変換して搬送波再生及び制御
信号作成回路１７に入力する。この回路１７の制
御出力は端子１５から送信系の第１アツプコンバ
ータ１０４の周波数可変の局部発振器１０４ａに
与えられ、再生した基準パイロツトの搬送波成分
が公称周波数と一致するように、局部発振周波数
が制御される。つまり、周波数偏差と逆方向に偏
差量だけ局部発振周波数が変化する。これにより
トランスポンダ等で生じる周波数偏差が補正さ
れ、船舶局が受信する1.5GHz帯の通信搬送波が
一定に保たれる。よつて船舶局は受信にAFCを
かけなくても済む。 第４図ｂの回路を説明するに、船舶局が送出す
る通信搬送波は1.6GHz帯であり、これが衛星ト
ランスポンダで4GHz帯に変換されて陸上局に転
送される。そこで陸上局では第１，２アツプコン
バータ１０９，１１０により基準パイロツトを
1.6GHzに変換して送出する。当該陸上局は自局
の送出した基準パイロツトが衛星で中継されて
4GHzとされたものを受信し、第１，２ダウンコ
ンバータ１１１，１１２により中間周波数に変換
してから搬送波再生及び制御信号作成回路１７に
入力する。この回路１７の制御出力は端子１５ａ
から第２ダウンコンバータ１１２の周波数可変の
局部発振器１１２ａに与えられ、再生した基準パ
イロツトの搬送波成分が公称周波数に一致するよ
うに、局部発振周波数が制御される。つまり、周
波数偏差と同方向に偏差量だけ局部発振周波数が
変化する。これによりトランスポンダ等で生じる
周波数偏差が補正され、船舶局が送信にAFCを
かけなくても陸上局は周波数が偏差した通信搬送
波を追従受信できる。従つて、第２ダウンコンバ
ータ１１２から出力端子１１３に得られる受信々
号が周波数補正済みの信号となり、復調器１１４
からは所望の船舶局の音声信号が得られる。 第４図ａでは通信搬送波と共に送出される基準
パイロツトにAFCがかかり基準パイロツトの周
波数が変動するので、この基準パイロツトを用い
て他の局が当該局の送信系あるいは受信系に
AFCをかけるには不都合が生じる。つまり、第
４図ａは個別パイロツト方式に適切なAFCと言
える。一方、第４図ｂでは送出される基準パイロ
ツト自体にはAFCがかからないので、この基準
パイロツトを用いて他局がその受信系にAFCを
かけることができる。この場合、当該他局は基準
パイロツトの送出設備が不要であり、第４図ｂ中
のアンテナ１０６と第１ダウンコンバータ１１１
以降、搬送波再生及び制御信号作成回路１７まで
備え、且つ公称周波数信号の発振器を備えれば良
い。つまり、第４図ｂは個別パイロツト方式と共
通パイロツト方式のいずれにも適用できる。 共通パイロツト方式で通信搬送波にAFCをか
ける場合の具体例を第５図に示す。第５図が第４
図ａと大きく異なる点は、基準パイロツトのアツ
プコンバータ系には何らAFCをかけず、通信搬
送波のアツプコンバータ系にのみAFCをかけて
いることである。つまり、基準パイロツト作成回
路６の出力と変調器１０２の出力はそれぞれ別の
第１アツプコンバータ１０４′と１０４を通して
から合成器１０３で一緒にし、搬送波再生及び制
御信号作成回路１７の制御信号を端子１５から通
信搬送波用のアツプコンバータ１０４の周波数可
変局部発振器１０４ａにのみ与えている。これに
より、送出された基準パイロツトにはAFCがか
からないので、他局はこの基準パイロツトを受信
しその搬送波成分の周波数と別途用意した発振器
からの公称周波数とを比較することにより、通信
搬送波をAFCをかけて送出できる。 第５図の例では搬送波再生及び制御信号作成回
路１７の出力端子１５ａからの制御信号を第２ダ
ウンコンバータ１０８の周波数可変局部発振器１
０８ａに与え、基準パイロツトの受信系にAFC
をかけている。これは送出された基準パイロツト
にはAFCがかけられていないため、受信時には
衛星のトランスポンダ等により受ける周波数偏差
によつて受信可能な周波数帯域を外れてしまう恐
れがあることを考慮したものである。つまり、大
きな周波数偏差を受けても、常時、受信可能な周
波数帯域内で基準パイロツトを受信できる。 第６図及び第７図に本発明の他の実施例を示
す。この実施例は基準パイロツトの初期捕捉に要
する同期引込時間をできるだけ短縮させることを
目的としたものであり、第２図及び第３図の各実
施例が常にスペクトラム拡散した基準パイロツト
を使用しているのに対し、初期捕捉時のみは無変
調パイロツトを用いるようにしている。つまり、
スペクトラム拡散した基準パイロツトだけ使用す
ると、搬送波再生のために相関をとる際に、周波
数が一致し且つ可変位相のPN符号発生器１０の
位相が同期するまでに時間がかかる。そこで初期
捕捉時だけ無変調パイロツトを用いればPN符号
の位相同期の必要がないので時間がかからない。
なお、この場合従来と同様の欠点即ち占有周波数
帯域が広くなる等の欠点が懸念されるところであ
るが、複数のパイロツトが同時に無変調パイロツ
トになる確率は極めて低いこと、スペクトラム拡
散のパイロツトにとつて無変調パイロツトの周波
数が重つても妨害にならないこと、逆に無変調パ
イロツトにとつてもスペクトラム拡散の基準パイ
ロツトは雑音にみえること、初期捕捉といつた短
時間での周波数変化は極めて小さいため捕捉後に
スペクトラム拡散を行うとPN符号の位相同期確
立中に周波数同期が外れることが少ないこと、等
の理由により従来の欠点は事実上生じない。 第６図は基準パイロツト作成回路であり、第２
図の回路に切換スイツチ１８，１９を追加してモ
ード切換を行つている。既に基準パイロツトが捕
捉されAFCループが同期状態となつている時間
帯では、スイツチ１８，１９はそれぞれ拡散モー
ド側接点１８ａ，１９ａに投入され、回路は第２
図の例と同じ動作をする。AFCループの同期が
外れ基準パイロツトの捕捉を試みている時間帯で
はスイツチが初期捕捉モード側接点１８ｂ，１９
ｂに投入され、基準パイロツトの搬送波はスペク
トラム拡散を受けず、無変調のまま出力端子５に
出力される。なお、AFCループの同期外れは、
例えば搬送波抽出回路１２の出力が零即ちAFC
の周期が外れていると見なされる状態が予め位相
同期回路１１の動作特性等を考慮して定めた一定
時間以上継続したことで検知できる。 第７図は搬送波再生及び制御信号作成回路であ
り、第３図の回路に切換スイツチ２０，２１を追

【表】

【表】 以上説明したように、本発明ではPN符号系列
を用いた直接拡散によつて基準パイロツトのスペ
クトルを拡散しているので、２波以上の基準パイ
ロツトの占有周波数帯域が重なり合つても各局は
所望の局例えば自局の基準パイロツトを他と分離
できる。したがつて基準パイロツト間の周波数間
隔を見込まれる最大周波数偏差の２倍よりも相当
小さくすることができ、更には基準パイロツト数
がそれ程多くない場合には全ての基準パイロツト
を同一周波数で送出することもできる。即ち、基
準パイロツトに占有される周波数帯域幅が従来の
方式よりも極めて狭くなり、システム全体の周波
数帯域利用効率が高くなる。 更に本発明ではスペクトラム拡散を行つている
ため、混変調雑音等の狭い周波数帯域内にエネル
ギーが集中している雑音を受けても、これらの雑
音は復調時に逆にエネルギーが拡散されてしま
い、雑音の影響が極めて軽減される。 なお、基準パイロツトの搬送波周波数が十分ず
れていればスペクトラム拡散用のPN符号系列が
同じ基準パイロツトを同一通信システムで複数用
いることができる。もつとも、PN符号系列が異
つていればPN符号同期により捕捉したパイロツ
トが自局送出等の所望のパイロツトであることが
識別できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用できる通信システムの例
を示す説明図、第２図及び第３図は本発明の一実
施例を示すブロツク図、第４図は第２，３図の例
を海事衛星通信システムに適用した具体例を示す
ブロツク図、第５図は他の具体例を示すブロツク
図、第６図及び第７図は本発明の他の実施例を示
すブロツク図、第８図はパイロツト配置例を示す
説明図である。 図面中、１は基準パイロツト用搬送波発振器、
２は平衡変調器、３はPN符号発生器、４はバン
ドパスフイルタ、５は出力端子、６はスペクトラ
ム拡散の基準パイロツト作成回路、７は受信々号
の入力端子、８はバンドパスフイルタ、９は相関
器、１０は位相可変のPN符号発生器、１１は位
相同期回路、１２は搬送波抽出回路、１３はフエ
ーズロツクドループ、１４は公称周波数信号の入
力端子、１５及び１５ａは周波数制御用信号の出
力端子、１６は反転増幅器、１７は搬送波再生及
び制御信号作成回路、１８〜２１はモード切換ス
イツチ、２２は狭帯域バンドパスフイルタ、２３
は包絡線検波器、１０１は電話回線、１０２は変
調器、１０３は合成器、１０４，１０４′，１０
５，１０９及び１１０はアツプコンバータ、１０
６はアンテナ、１０７，１０８，１１１及び１１
２はダウンコンバータ、１０４ａ，１０８ａ及び
１１２ａは周波数可変の局部発振器、１１３は受
信々号出力端子、１１４は復調器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 送信側においては基準パイロツト信号となる
   搬送波をPN符号系列を用いて変調して送信し、
   受信側においては受信信号と前記PN符号系列に
   等しい符号系列の信号との相関を求めることによ
   り受信した基準パイロツトの搬送波成分を再生
   し、該再生された搬送波成分の周波数と予め定ま
   る公称搬送波周波数との差から通信搬送波の周波
   数偏差を補正するように受信系と送信系の少なく
   とも一方の周波数変換用局部発振器の発振周波数
   を制御することを特徴とする自動周波数制御方
   式。