JP2004128861A

JP2004128861A - Automatic frequency control apparatus and automatic frequency control method

Info

Publication number: JP2004128861A
Application number: JP2002289979A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Hatakeyama; 畠山　昭弘
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-02
Also published as: JP3968289B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize stable communication with a standard down-converter capable of performing only down-converting by providing an AFC (automatic frequency control) apparatus performing AFC to a reception station for receiving a signal whose frequency is fluctuated and to reduce the installation cost of the reception station. <P>SOLUTION: The AFC apparatus 20 realizes the AFC wherein the AFC apparatus 20 digitally detects frequency variations caused by a satellite 23 and feeds back a control signal to suppress detected frequency variations to an LNC 28 for down-converting the frequency at the first time to bring the frequency variations of the signal outputted from the LNC 28 in a range within which a demodulation means 30 at a post-stage can demodulate the signal outputted from the LNC 28 to be thereby able to eliminate the need for the AFC at signal processing stages after the first frequency down-conversion. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数制御装置および制御方法に係り、特に、衛星通信に使用する通信信号の周波数変動をディジタル的に抽出して自動的に補正する周波数自動制御装置および周波数自動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
衛星通信では、衛星通信システムの中心となる地上局（以下、送信局とする）から衛星に通信信号を送信するアップリンク時の周波数と、衛星から受信側の地上局（以下、受信局とする）に通信信号を送信するダウンリンク時の周波数は異なっており、通信信号を中継する衛星で周波数変換を行っている。しかし、衛星は温度変化の激しい宇宙空間にあるため、衛星内部においてもある程度の温度変動は避けられない。衛星内部の温度変動は、衛星本体に内蔵される局部発振器の発振周波数を変動させる要因となり、ダウリンク時の通信信号の周波数に変換する際に、通信信号の周波数変動が生じる。
【０００３】
周波数自動制御（以下ＡＦＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌと呼ぶ）は、送信局から通信信号を送信し、衛星を介して受信局で通信信号を受信する際に、衛星本体で生じた周波数変換時の周波数変動分を受信局で認識し、自動的に補正することで、選択した通信信号を正しい周波数で受信するものである。
【０００４】
こうした通信信号の周波数変動を補正するため、受信局において、受信した通信信号に含まれる連続無変調波のＰＩＬＯＴ信号と、受信局で生成された本来の周波数（公称値）を持つＰＩＬＯＴ信号との位相比較を行い、２つの位相を合致させることで、受信したＰＩＬＯＴ信号の周波数変動分を認識し、認識した周波数変動分を補正していた。
【０００５】
図３に、従来の衛星通信において受信局１でなされるＡＦＣの一例を表す説明図を示す。
【０００６】
図３に示される受信局１は、送信局（図外）から送信された通信信号を衛星２を中継して受信するアンテナ３と、アンテナ３で受信した通信信号から所望の偏波を分離する偏分波器（以下、Ｏｒｔｈｏ−Ｍｏｄｅ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＯＭＴとする）４と、入力された信号の増幅と周波数のダウンコンバートを行う低雑音周波数変換器（以下、Ｌｏｗ　Ｎｏｉｓｅ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＬＮＣとする）５と、ＬＮＣ５から出力された信号の周波数をさらにダウンコンバートする際に、周波数変動を抑圧して後段の復調手段６で受信する受信周波数に変換するダウンコンバータ（以下、ＡＦＣダウンコンバータとする）７とを具備する。
【０００７】
ＡＦＣダウンコンバータ７は、受信した通信信号の同期をとる位相同期ループ回路（以下、Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ：ＰＬＬ回路とする）９と、ＰＩＬＯＴ信号の同期をとる際に位相比較を行う基準信号（以下、位相比較基準信号とする）を与える発振器１０とを備える。
【０００８】
ＰＬＬ回路９は、ＬＮＣ５から出力された信号と周波数逓倍器１１から出力された信号とをミキシングするミキサ（乗算器）１２と、ミキサ１２の出力信号の周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタ（以下、Ｂａｎｄ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦとする）１３と、受信した信号を分配する分配器１４と、ＰＩＬＯＴ信号の周波数帯域のみを通過させる狭帯域の帯域通過フィルタ（以下、ＰＩＬＯＴ用ＢＰＦとする）１５と、ＰＩＬＯＴ用ＢＰＦ１５から出力されたＰＩＬＯＴ信号と発振器１０から出力された位相比較基準信号とで位相比較する位相比較器１６と、ダンプフィルタとしての低域通過フィルタ（以下、Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ：ＬＰＦとする）１７と、電圧制御発振器（以下、Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＶＣＯとする）１８とを備える。
【０００９】
図３に示される受信局１でなされる従来のＡＦＣは、復調手段６へ渡す直前のＡＦＣダウンコンバータ７において、周波数ダウンコンバートおよびＡＦＣを行っている。
【００１０】
受信局１では、衛星２からダウンリンクされる通信信号をアンテナ３で受信し、ＯＭＴ４で分離し、ＬＭＣ５に入力する。ＬＭＣ５に入力された信号は、信号増幅および１回目の周波数ダウンコンバートがなされる。ＬＭＣ５から出力された信号は、ＡＦＣダウンコンバータ７に入力され、２回目の周波数ダウンコンバートがなされる。
【００１１】
ＡＦＣダウンコンバータ７は、ＰＬＬ回路９に備えられるミキサ１２、ＢＰＦ１３、分配器１４、ＰＩＬＯＴ用ＢＰＦ１５、位相比較器１６、ＬＰＦ１７、ＶＣＯ１８および周波数逓倍器１１で、位相同期ループ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）を形成し、ＰＬＬ回路９が入力される信号の同期をとることで、２回目の周波数ダウンコンバートを行うと同時に衛星２で生じた周波数変動を抑圧するＡＦＣを行っている。従って、ＡＦＣダウンコンバータ７は、ＡＦＣ装置を兼ね備えた特殊なダウンコンバータといえる。
【００１２】
ＡＦＣダウンコンバータ７は、入力された信号と周波数逓倍器１１から出力される信号とをミキサ１２でミキシングした後、ＢＰＦ１３を通過させる。ＡＦＣダウンコンバータ７に入力された信号は、ミキサ１２でのミキシングおよびＢＰＦ１３の通過により、後段の復調手段６が復調可能な周波数にダウンコンバートされる。ＢＰＦ１３から出力され、周波数がダウンコンバートされた信号は、分配器１４で２つの信号に分配され、一方が後段の復調手段６に、他方がＰＩＬＯＴ用ＢＰＦ１５に送信される。
【００１３】
ＰＩＬＯＴ用ＢＰＦ１５は、入力された信号からＰＩＬＯＴ信号を抽出し、抽出したＰＩＬＯＴ信号を位相比較器１６に出力する。位相比較器１６には、ＰＩＬＯＴ用ＢＰＦ１５から出力された信号、すなわち、受信局１で受信した通信信号から抽出したＰＩＬＯＴ信号と発振器１０から出力された位相比較基準信号との２つの信号が入力され、位相比較が行われる。
【００１４】
位相比較器１６は、位相のずれ分に比例する電圧信号を出力し、出力した電圧信号をＬＰＦ１７を介してＶＣＯ１８に入力する。ＶＣＯ１８は、入力される電圧信号に応じて、発振する周波数を変化させて信号を出力する。ＶＣＯ１８から出力される信号は、周波数逓倍器１１を介してミキサ１２にフィードバックされる。
【００１５】
また、上述した従来のＡＦＣ以外にも使用されるＡＦＣとしては、復調手段６が備える個々の復調部で、受信する信号がどのくらい周波数変動しているかという周波数変動情報をディジタル的に認識して、個々の復調部自身で周波数変動分を抑圧する方法でＡＦＣを行う方式がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＡＦＣの一例に示したＰＬＬ回路９によりＡＦＣを行う方式では、ＰＩＬＯＴ信号をＰＬＬ回路９で位相同期をかけ、位相比較器１６の出力でＡＦＣダウンコンバータ７の局部発振器としてのＶＣＯ１８が発振する発振周波数を制御する必要がある。従って、局部発振器とミキサとを有する標準的なダウンコンバータを適用することが出来ずに、ダウンコンバータにＰＬＬ回路９を備えた標準品に比べ割高で特殊なダウンコンバータ（ＡＦＣダウンコンバータ７）の適用を余儀なくされる。
【００１７】
このため、従来のＡＦＣの一例に示したＰＬＬ回路９によりＡＦＣを行う方式では、狭帯域な信号で通信を実現する場合、ＡＦＣが可能なＡＦＣダウンコンバータ７、すなわち、ＰＬＬ回路９を備える特殊なダウンコンバータを適用することになり、受信局１を設置する際のコストが高くなるという問題があった。
【００１８】
一方、従来のＡＦＣの一例に示した復調手段６が備えるそれぞれの復調部でＡＦＣを行う方式では、復調手段６が備える各復調部でＡＦＣを実現するＡＦＣ手段を有する必要があり、復調手段６内に同様のＡＦＣ手段が複数個必要となる。従って、受信局１を設置する際のコスト高くなるという問題があった。
【００１９】
また、復調手段６が備えるそれぞれの復調部でＡＦＣを行う方式では、受信した信号の周波数変動が、復調可能な範囲にあることを前提として、復調手段６が備える各復調部でＡＦＣを行うことから、周波数占有帯幅の狭い信号を用いた場合は、誤った周波数を受信しないための配慮が必要となる。従って、誤った周波数を受信しないための複雑な制御手段が必要となり、受信局１を設置する際のコストが高くなるという問題があった。
【００２０】
そこで、本発明は、上述した事情を考慮して、受信局で行うＡＦＣをダウンコンバータと独立に行い得るＡＦＣ装置を設けることで、周波数のダウンコンバートをＡＦＣダウンコンバータよりコストが安くダウンコンバートのみを行う標準的なダウンコンバータで実現し、受信局を設置する際のコストを低減することを目的とする。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、復調手段が備えるそれぞれの復調部でＡＦＣを行う方式を採用した場合においても、受信局にＡＦＣ装置を備えることで、復調手段が備える各復調部でＡＦＣ手段を行うことなく復調を可能にした受信局を構成し、受信局を設置する際のコストを低減するにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る周波数自動制御装置は、上述した課題を解決するために、請求項１記載のように、衛星を介した通信を行い、前記衛星本体の局部発振器の変動に起因する周波数変動を連続無変調波であるＰＩＬＯＴ信号を用いて抑圧する周波数自動制御装置において、初段のダウンコンバータで周波数をダウンコンバート後の通信信号を受信して、受信した通信信号を分配し、一方を後段のダウンコンバータへ出力し、他方を周波数ダウンコンバートして出力するダウンコンバート手段と、このダウンコンバート手段から出力された信号から前記ＰＩＬＯＴ信号を用いて周波数変動分を検出する周波数誤差検出手段と、この周波数誤差検出手段で検出した周波数変動分を抑圧する制御信号を生成し、生成した制御信号を初段のダウンコンバータにフィードバックする周波数変動抑圧制御手段とを具備し、前記初段のダウンコンバータから出力される通信信号の周波数変動を定常的に復調可能な範囲内に抑圧することを可能に構成したことを特徴とする。
【００２３】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る周波数自動制御装置は、請求項２記載のように、前記周波数誤差検出手段が、前記ダウンコンバート手段の出力信号から前記ＰＩＬＯＴ信号を検出するレベル検波器と、前記ダウンコンバート手段から出力された信号をアナログ／ディジタル変換するアナログ／ディジタル変換器と、このアナログ／ディジタル変換器から出力された信号の周波数を直接ディジタル的にカウントするカウンタと、このカウンタがカウントするカウント基準信号を生成するカウント基準信号生成手段と、前記カウンタがカウントした前記アナログ／ディジタル変換器から出力された信号の周波数および前記カウント基準信号の周波数の周波数差を検出する周波数誤差検出部を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る周波数自動制御方法は、上述した課題を解決するために、請求項３記載のように、衛星を介した通信を行い、前記衛星本体の局部発振器の変動に起因する周波数変動を連続無変調波であるＰＩＬＯＴ信号を用いて抑圧する周波数自動制御方法において、受信した通信信号からＰＩＬＯＴ信号近傍の周波数帯域を取得する信号取得ステップと、この信号取得ステップで取得した信号からＰＩＬＯＴ信号を検出するＰＩＬＯＴ信号検出ステップと、このＰＩＬＯＴ信号検出ステップで検出したＰＩＬＯＴ信号の周波数が基準周波数（公称値）に対しどのくらい変動しているかをディジタル的に検出する周波数変動分検出ステップと、この周波数変動分検出ステップで検出した周波数変動の絶対値が事前に設定した許容周波数変動値εよりも大きいか否かを判断する周波数変動許容判定ステップと、この周波数変動許容判定ステップの判定結果に応じて、制御信号を生成し、生成した制御信号を周波数自動制御装置の前段でダウンコンバートを行う初段のダウンコンバータにフィードバックして、前記初段のダウンコンバータから出力される通信信号の周波数変動を定常的に復調可能な範囲内に抑圧する周波数制御ステップとを備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項３に記載される前記ＰＩＬＯＴ信号検出ステップは、前記信号取得ステップで取得した信号内にＰＩＬＯＴ信号が含まれない際においては、ＬＮＣスイープ処理ステップを実行し、ＰＩＬＯＴ信号を取得、検出するまでのステップをいう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る周波数自動制御装置およびその制御方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１に本発明に係る周波数自動制御装置の一実施例として適用される周波数自動制御装置（以下、ＡＦＣ装置とする）２０を具備する受信局２１の概要を表す説明図を示す。
【００２８】
図１に示される受信局２１は、送信局（図外）から送信された通信信号を衛星２３を中継して受信するアンテナ２５と、アンテナ２５で受信した通信信号から所望の偏波を分離するＯＭＴ（偏分波器）２６と、入力される信号の増幅と第１回目の周波数ダウンコンバートを行う初段ダウンコンバータとしてのＬＮＣ（低雑音周波数変換器）２８と、衛星２３で生じた周波数変動を抑圧するＡＦＣ装置２０と、通信信号を復調可能な周波数帯域までダウンコンバートする後段のダウンコンバータ（以下、単にダウンコンバータとする）２９と、通信信号の復調を行う復調手段３０とを具備する。
【００２９】
受信局２１が具備するＬＮＣ２８は、受信した信号を雑音レベルを抑えて増幅する低雑音増幅器（以下、Ｌｏｗ　Ｎｏｉｓｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＬＮＡとする）３３と、局部発振器として与えられ、入力された信号の周波数をｍ（ｍは任意の正数）倍にして出力する周波数逓倍器３４と、入力された２つの信号をミキシングする第１のミキサ（乗算器）３５と、第１のミキサ３５の出力からノイズ成分を除去し、所望の周波数帯域の信号を抽出する第１のＢＰＦ３６とを備える。
【００３０】
受信局２１が具備するＡＦＣ装置２０は、入力された信号の周波数変動分を検出する周波数誤差検出手段３８が信号処理可能な周波数までダウンコンバートするダウンコンバート手段３９と、周波数誤差検出手段３８と、周波数誤差検出手段３８で検出した周波数変動分を抑圧する制御信号を生成する周波数変動抑圧制御手段としてのＶＣＯ４０とを備える。
【００３１】
ＡＦＣ装置２０が備えるダウンコンバート手段３９は、入力された信号を２つに分配して出力する分配器４３と、周波数ダウンコンバート用の局部発振器４５と、分配器４３から出力された信号の一方と局部発振器４５から出力された信号とをミキシングする第２のミキサ（乗算器）４６と、第２のミキサ４６から出力される信号からノイズ成分を除去し、所望の周波数帯域の信号を抽出する第２のＢＰＦ４７とを備える。
【００３２】
ＡＦＣ装置２０が備える周波数誤差検出手段３８は、入力された信号からＰＩＬＯＴ信号を検波するレベル検波器５０と、入力された信号をアナログ−ディジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換とする）するＡ／Ｄ変換器５１と、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号の周波数を計測するカウンタ５２と、カウンタ５２がカウントするカウント基準信号を生成するカウント基準信号生成手段としてのカウント基準用発振器５３およびカウント基準用発振器５３から出力される周波数を１／ｎ（ｎは任意の正数）にして出力する分周器５４と、カウンタ５２またはレベル検波器５０の出力信号から周波数変動分を検出し、周波数変動分に応じた信号を出力する周波数誤差検出部５６とを備える。
【００３３】
受信局２１が具備するダウンコンバータ２９は、ダウンコンバート用の局部発振器としてのシンセサイザ５９と、ダウンコンバータ２９に入力された信号とシンセサイザ５９との信号をミキシングする第３のミキサ（乗算器）６０と、ミキサ６０から出力される信号からノイズ成分を除去して所望の周波数帯域の信号を取り出す第３のＢＰＦ６１とを備える標準的なダウンコンバータである。
【００３４】
受信局２１においてなされる通信信号の受信および信号処理操作について説明する。
【００３５】
受信局２１では、まず、アンテナ２５で通信信号を受信し、ＯＭＴ２６で通信信号から所望の偏波を分離、抽出して、ＬＮＣ２８で第１回目の周波数ダウンコンバートを行う。そして、ＬＮＣ２８から出力される通信信号は、ＡＦＣ装置２０に入力され、ＡＦＣ装置２０が備えるダウンコンバート手段３９で通信信号は２つに分配される。ダウンコンバート手段３９で２つに分配された通信信号のうち、一方は通信信号の周波数変動分を検出する周波数誤差検出手段３８に、他方は後段のダウンコンバータ２９に入力される。
【００３６】
ダウンコンバート手段３９に入力された通信信号は、ダウンコンバート手段３９で、周波数誤差検出手段３８が周波数変動分を検出可能な周波数帯域まで周波数ダウンコンバートされる。周波数ダウンコンバート後の通信信号は、周波数誤差検出手段３８に入力される。周波数誤差検出手段３８に入力された通信信号は、周波数誤差検出手段３８で入力された通信信号の周波数変動分がディジタル的に抽出される。そして、周波数誤差検出手段３８は、抽出した周波数変動分に応じて電圧信号を出力する。
【００３７】
周波数誤差検出手段３８から出力された電圧信号はＶＣＯ４０に入力され、ＶＣＯ４０で周波数変動分を抑圧する制御信号が生成される。ＶＣＯ４０生成された制御信号は、ＬＮＣ２８に入力され、周波数逓倍器３４を介して第１のミキサ３５にフィードバックされる。従って、ＬＮＣ２８から出力される第１回目の周波数ダウンコンバート後の通信信号は、周波数変動分が抑圧された信号となる。
【００３８】
また、ダウンコンバータ２９に入力された通信信号は、ダウンコンバータ２９で第２回目の周波数ダウンコンバートがなされる。ダウンコンバータ２９でダウンコンバートされた通信信号は、復調手段３０に入力されて復調手段３０で復調される。尚、ダウンコンバータ２９に入力された通信信号は、周波数変動分が抑圧された信号となっているため、第２回目の周波数ダウンコンバート時および復調手段３０での復調時においてはＡＦＣが不要となる。
【００３９】
受信局２１が具備するＬＮＣ２８でなされる通信信号の第１回目の周波数ダウンコンバートは、まず、入力された通信信号をＬＮＡ３３でノイズを低レベルに抑えたまま増幅する。次に、増幅後の通信信号と周波数逓倍器３４を介して出力されるＡＦＣ装置２０からの制御信号とを第１のミキサ３５でミキシングする。そして、第１のＢＰＦ３６でミキシング後の通信信号からノイズを除去して、所望の周波数帯、すなわち、設定したダウンコンバート後の周波数帯域の信号を出力することでなされる。
【００４０】
ＡＦＣ装置２０が備えるダウンコンバート手段３９は、周波数誤差検出手段３８において周波数誤差検出可能な周波数帯域まで通信信号の周波数をダウンコンバートするものである。
【００４１】
ダウンコンバート手段３９に入力された通信信号は、分配器４３で２つに分配され、一方がダウンコンバータ２９へ出力される。尚、分配器４３に入力される通信信号は、ＡＦＣ装置２０からのフィードバックにより、予め設定された範囲内に周波数変動を抑圧した状態でダウンコンバータ２９へ出力される。また、他方は、第２のミキサ４６に入力され、分配器４３から出力された通信信号と周波数ダウンコンバート用の局部発振器４５の出力信号とがミキシングされる。
【００４２】
局部発振器４５が出力する信号の周波数変動分は、衛星２３で周波数変換する際に生じた周波数変動分に対して、十分小さい範囲に抑える必要がある。これは、局部発振器４５が出力する信号の周波数変動分を復調手段３０の復調可能な周波数変動範囲内に抑えるためである。復調手段３０が復調可能な周波数変動範囲は、復調手段３０の性能により定まり、復調手段３０の変調速度（ｂａｕｄ　ｒａｔｅ）に対し±１％の範囲内である。
【００４３】
第２のミキサ４６でミキシングされた通信信号は、第２のＢＰＦ４７に出力され、第２のＢＰＦ４７でミキシング後の通信信号からノイズを除去して、所望の信号、すなわち、周波数誤差検出手段３８において、周波数変動分を検出するためのＰＩＬＯＴ信号近傍の周波数帯域の信号が出力される。
【００４４】
第２のＢＰＦ４７は、周波数誤差検出手段３８で、受信したＰＩＬＯＴ信号の周波数を計測する際に、十分なＣ／Ｎ（Ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ）とする必要がある。Ｃ／Ｎは、ノイズ成分が少ない程良くなることから、第２のＢＰＦ４７で通過する信号の周波数帯幅は、１ｋＨｚ程度の極めて狭帯域に設定する。第２のＢＰＦ４７から出力された通信信号は、周波数のダウンコンバートがなされて周波数誤差検出手段３８に入力される。
【００４５】
周波数誤差検出手段３８に入力される信号は、Ａ／Ｄ変換器５１でＡ／Ｄ変換されカウンタ５２に入力される。また、カウンタ５２には、Ａ／Ｄ変換器５１から出力されたディジタル信号と同時にカウント基準信号生成手段としてのカウント基準用発振器５３から出力されたカウント基準信号が分周器５４を介して入力される。カウンタ５２では、入力された信号の周波数に相当するパルス数がカウントされる。
【００４６】
カウント基準用発振器５３から分周器５４を介して入力されるカウント基準信号は、カウンタ５２がカウントする際の基準となる時間（以下、基準時間とする）を与えるものである。すなわち、分周器５４から出力されるパルス数を一定個数カウントする時間を基準時間としてカウントを行っている。
【００４７】
カウンタ５２でＡ／Ｄ変換器５１から出力されたディジタル信号のパルス数を基準時間カウントし、カウントしたパルス数の情報としてのディジタル信号として周波数誤差検出部５６に入力される。周波数誤差検出部５６は、基準時間においてカウントしたパルス数とカウント基準信号のパルス数（一定値）との差を算出し、算出したパルス数の差から周波数変動分Δｆを認識する。周波数誤差検出部５６には、許容周波数変動値εを事前に認識させておき、算出した周波数変動分が許容範囲外にある場合、周波数誤差検出部５６は、制御信号を生成するための電圧信号を出力する。
【００４８】
周波数誤差検出部５６から出力された電圧信号は、ＶＣＯ４０に入力される。ＶＣＯ４０に電圧信号が入力されると、電圧信号に応じた制御信号がＶＣＯ４０から出力される。ＡＦＣ装置２０が備えるＶＣＯ４０から出力された制御信号は、ＬＮＣ２８が備える周波数逓倍器３４を介して第１のミキサ３５にフィードバックされる。このフィードバックにより、ＬＮＣ２８から出力される通信信号は周波数変動ある一定範囲内に抑圧されたものとなる。
【００４９】
図２にＡＦＣ装置２０が行う周波数変動分を検出して抑圧する周波数変動抑圧制御処理操作についての処理フロー図を示す。
【００５０】
図２によれば、ＡＦＣ装置２０が行う周波数変動抑圧制御処理操作は、ＡＦＣ装置２０の電源がＯＮとなることで開始され、まず、ステップＳ１で、周波数誤差検出手段３８に入力された信号をレベル検波器５０で取得する信号取得ステップがなされる。すなわち、ステップＳ１の信号取得ステップでは、レベル検波器５０が周波数誤差検出手段３８前段のコンバート手段３９に備えられる第２のＢＰＦ４７を通過した信号を取得する。
【００５１】
そして、ステップＳ１でレベル検波器５０が第２のＢＰＦ４７を通過した信号を取得したら、ステップＳ２でレベル検波器５０が取得した信号内からＰＩＬＯＴ信号の有無を検出するＰＩＬＯＴ信号検出ステップを行う。ＰＩＬＯＴ信号の検出は、ノイズレベルよりも十分に高いレベル以上に設定された一定レベル以上の信号を検出することでなされる。
【００５２】
ステップＳ２のＰＩＬＯＴ信号検出ステップで、ＰＩＬＯＴ信号が検出された場合（ステップＳ２でＹＥＳの場合）は、ステップＳ３に進み、受信し、検出したＰＩＬＯＴ信号の周波数が基準となるＰＩＬＯＴ信号の公称値周波数からどの位変動があるか、すなわち、周波数変動分Δｆを検出する周波数変動分検出ステップを行う。ＰＩＬＯＴ信号の周波数変動分は、カウンタ５２で計測したＰＩＬＯＴ信号の周波数とカウント基準信号の周波数（公称値）との差を算出することで求められる。
【００５３】
次に、ステップＳ３の周波数変動分検出ステップが完了すると、ステップＳ４に進み、ステップＳ４で、検出した周波数変動分Δｆの絶対値（図２では｜Δｆ｜と図示）が事前に設定した許容周波数変動値εよりも大きいか否かを判断する周波数変動許容判定ステップがなされる。ステップＳ４でなされる周波数変動許容判定ステップは、図１に示される周波数誤差検出部５６に事前に認識させた許容周波数変動値εと周波数誤差検出部５６がステップＳ３で算出した周波数変動分Δｆの絶対値とを比較することでなされる。
【００５４】
ステップＳ４で検出した周波数変動分Δｆが許容周波数変動値εよりも小さい場合（ステップＳ４でＹＥＳの場合）は、周波数制御ステップとして、ステップＳ１に進み、ステップＳ１以降の処理操作を行う（ループＬ１）。ループＬ１におけるステップＳ４からステップＳ１に進む処理操作は、図１に示される周波数誤差検出部５６、ＶＣＯ４０およびＬＮＣ２８が備える周波数逓倍器３４を経由して第１のミキサ３５にフィードバックされる制御信号が０となる状態である。
【００５５】
つまり、ＶＣＯ４０は、周波数制御ステップとして、ＬＮＣ２８から出力する通信信号の周波数を現状を維持して出力する制御動作を行うことを意味する。ＡＦＣ装置２０が図２に示されるステップＳ１〜ステップＳ４の動作（ループＬ１）を繰り返す無限ループ状態にある時は、ＡＦＣ装置２０が安定に動作している定常状態にある。
【００５６】
また、ステップＳ２のＰＩＬＯＴ信号検出ステップで、ＰＩＬＯＴ信号が検出された場合（ステップＳ２でＮＯの場合）は、ステップＳ５に進み、ステップＳ５でＬＮＣ局発スイープ処理ステップを行う。
【００５７】
ＬＮＣ局発スイープ処理ステップは、ＬＮＣ２８の局部発振器として第１のミキサ３５に入力される周波数逓倍器３４の出力をある一定の周波数ピッチで周波数を変化させる処理操作である。ＬＮＣ局発スイープ処理ステップをより具体的に説明すると、周波数誤差検出部５６は、ＰＩＬＯＴ信号が検出できない場合、周波数誤差検出部５６で検出する周波数帯域を変化させることで、ＰＩＬＯＴ信号の検出を行う。
【００５８】
周波数誤差検出部５６が検出する周波数帯域を変化させるには、第１の乗算器３５に入力する周波数を変化させる必要がある。従って、周波数誤差検出部５６は、出力する電圧信号によってＶＣＯ４０にある一定の周波数ピッチで周波数を変化させて制御信号を発振させて、ＶＣＯ４０で発振した制御信号を周波数逓倍器３４を介して第１のミキサ３５に周波数を変化させてフィードバックする。ステップＳ５のＬＮＣ局発スイープ処理ステップが完了すると、ステップＳ１に進み、ステップＳ１以降の処理操作を繰り返す（ループＬ２）。
【００５９】
一方、ステップＳ４で検出した周波数変動分Δｆが許容周波数変動値εよりも大きい場合（ステップＳ４でＮＯの場合）は、ステップＳ６に進み、周波数制御ステップとしてのＬＮＣ局発補正処理ステップを行う。ＬＮＣ補正処理ステップは、ＬＮＣ２８の局部発振器として第１のミキサ３５に入力される周波数逓倍器３４の出力をある一定の周波数ピッチで周波数を僅かに変化させて微調整する処理操作である。つまり、ＬＮＣ補正処理ステップにおいて変化する周波数ピッチは、ＬＮＣ局発スイープ処理ステップにおいて変化する周波数ピッチよりも細かいピッチである。
【００６０】
ＬＮＣ補正処理ステップは、周波数誤差検出部５６が出力する電圧信号によってＶＣＯ４０にある一定の僅かな周波数ピッチで周波数を変化させて、制御信号を発振させる。ＶＣＯ４０は、周波数制御ステップとして、発振した制御信号を周波数逓倍器３４を介して第１のミキサ３５に周波数を微調整するようにフィードバックする。ステップＳ６の処理操作が完了すると、ステップＳ１に進み、ステップＳ１以降の処理操作を繰り返す（ループＬ３）。
【００６１】
図２示される周波数変動分抑圧制御処理操作についての処理フローにおいて、ループＬ２（ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ５を繰り返すループ）は、狭帯域に設定された第２のＢＰＦ４７を通過した信号からＰＩＬＯＴ信号をサーチして見つける処理ステップであり、ループＬ３（ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ６を繰り返すループ）は、ＰＩＬＯＴ信号の周波数が一定範囲の周波数にあるように制御する処理ステップである。
【００６２】
図１に示されるＡＦＣ装置２０は、図２に示される周波数変動分抑圧制御処理操作によって、衛星２３で生じた周波数変動分を抑圧して、ＬＮＣ２８から出力される通信信号の周波数変動を一定範囲内とすることが可能となる。従って、受信局２１は、第１回目の周波数ダウンコンバートを行うＬＮＣ２８およびＡＦＣ装置２０によりＡＦＣを実現し、第１回目の周波数ダウンコンバート以降の信号処理段階でＡＦＣが不要となる。
【００６３】
尚、図１に示されるＡＦＣ装置２０が備える周波数誤差検出手段３８において、周波数誤差検出部５６は、ハードウェアとしているが、ＣＰＵ、記録手段およびメモリを用いて周波数誤差検出部５６を構成して、周波数変動分検出ステップ、周波数変動許容判定ステップ、ＬＮＣ局発スイープ処理ステップおよびＬＮＣ局発補正処理ステップを実現するプログラムをＣＰＵで処理させるソフト的な構成でも差し支えない。
【００６４】
また、図１に示されるＡＦＣ装置２０が備える周波数誤差検出手段３８において、基準信号生成手段をカウント基準用発振器５３および分周器５４で構成しているが、分周器５４は必ずしも必要ではない。カウント基準用発振器５３の発振周波数やカウンタ５２の動作周波数を考慮した上で、カウント基準用発振器５３のみで構成しても良い。
【００６５】
さらに、図１に示される受信局２１が具備する復調手段３０は、復調のみを行うものに限定されない。本発明の実施の形態においては、復調が可能な手段であればよいので、復調および変調の両方が可能な変調・復調手段であっても差し支えない。
【００６６】
以上説明したように、ＡＦＣ装置２０は、衛星２３で生じた周波数変動分をＡＦＣ装置２０がディジタル的に検出し、第１回目の周波数ダウンコンバートを行うＬＮＣ２８に検出した周波数変動分を抑圧するようなフィードバックをすることで、ＡＦＣを実現している。
【００６７】
従って、ＡＦＣ装置２０を用いたＡＦＣ方法によれば、ＬＮＣ２８でなされる第１回目の周波数ダウンコンバート以降の信号処理段階でＡＦＣが不要となり、受信局２１において第２回目の周波数ダウンコンバートを行うダウンコンバータは、ダウンコンバートのみを行い得る標準的なダウンコンバータ２９が適用できるので、ＡＦＣ装置２０を用いたＡＦＣ方法によれば、受信局を設置する際のコストを低減できる。
【００６８】
また、第２回目の周波数ダウンコンバートを行った後に、復調手段が備える各復調部においてＡＦＣを行う方式と比較すれば、ＡＦＣ装置２０を用いることによって、ＬＮＣ２８から出力される信号は、衛星２３で生じた周波数変動分が抑圧され、ＬＮＣ２８以降の信号処理段階でＡＦＣが不要となることから、復調手段が備える各復調部においてＡＦＣを実行することなく復調が可能となる。
【００６９】
従って、ＡＦＣ装置２０を用いたＡＦＣ方法によれば、復調手段についてもＡＦＣ機能を持たない復調手段を適用でき、受信局２１を設置する際のコストを低減できる。特に、復調手段が備える各復調部においてＡＦＣを行う方式と比較すれば、各復調部においてＡＦＣ機能を実現する構成要素が不要となるので、その効果は大きい。
【００７０】
さらに、ＡＦＣ装置２０を用いたＡＦＣ方法では、受信したＰＩＬＯＴ信号の周波数変動分をディジタル的に抽出することで、周波数をダウンコンバートする際の局部発振器の出力にノイズ成分がフィードバックされることなく、安定した周波数のダウンコンバートが可能となる。従って、狭帯域な信号での通信を標準的なダウンコンバータ２９で実現できる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係るＡＦＣ（周波数自動制御）装置およびＡＦＣ方法によれば、受信局で行うＡＦＣをダウンコンバータと独立に行い得るＡＦＣ装置を設け、衛星で生じた周波数変動分をＡＦＣ装置がディジタル的に検出し、第１回目の周波数ダウンコンバートを行うＬＮＣに検出した周波数変動分をフィードバックをすることで、ＬＮＣとＡＦＣ装置とでＡＦＣを実現する。従って、ＬＮＣでなされる第１回目の周波数ダウンコンバート以降の信号処理段階でＡＦＣが不要となり、第２回目の周波数ダウンコンバートを行うダウンコンバータに標準的なダウンコンバータの適用が可能となり、受信局を設置する際のコストを低減できる。
【００７２】
また、本発明に係るＡＦＣ装置およびＡＦＣ方法によれば、受信局においてＬＮＣとＡＦＣ装置とでＡＦＣを実現し、ＬＮＣでなされる第１回目の周波数ダウンコンバート以降の信号処理段階でＡＦＣが不要となるので、復調手段が備える各復調部でＡＦＣを行う方式と比較した場合、各復調部でＡＦＣを行うこと無く復調することが可能となる。従って、受信局を設置する際のコストが低減する。
【００７３】
さらに、本発明に係るＡＦＣ装置およびＡＦＣ方法によれば、衛星で生じた周波数変動分をＡＦＣ装置がディジタル的に検出し、ＬＮＣに検出した周波数変動分をフィードバックをすることでＡＦＣを実現しているので、ノイズ成分がフィードバック系へ反映されず、安定したＡＦＣが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＡＦＣ（周波数自動制御）装置を具備する受信局の一実施例を示す構成概要図。
【図２】本発明に係るＡＦＣ（周波数自動制御）装置が実行する周波数変動分抑圧制御処理操作の処理手順を説明する処理フロー図。
【図３】従来のＡＦＣ（周波数自動制御）装置を具備する受信局の一実施例を示す構成概要図。
【符号の説明】
２０　ＡＦＣ（周波数自動制御）装置
２１　受信局
２３　衛星
２５　アンテナ
２６　ＯＭＴ（偏分波器）
２８　ＬＮＣ（初段のダウンコンバータ：低雑音周波数変換器）
２９　ダウンコンバータ（後段のダウンコンバータ）
３０　復調手段
３３　ＬＮＡ（低雑音増幅器）
３４　周波数逓倍器
３５　第１のミキサ（乗算器）
３６　第１のＢＰＦ（Ｂａｎｄ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）
３８　周波数誤差検出手段
３９　ダウンコンバート手段
４０　ＶＣＯ（電圧制御発振器）
４３　分配器
４５　局部発振器
４６　第２のミキサ（乗算器）
４７　第２のＢＰＦ
５０　レベル検波器
５１　Ａ／Ｄ変換器
５２　カウンタ
５３　カウント基準用発振器（カウント基準信号生成手段）
５４　分周器（カウント基準信号生成手段）
５６　周波数誤差検出部
５９　シンセサイザ（局部発振器）
６０　第３のミキサ（乗算器）
６１　第３のＢＰＦ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a frequency control device and a control method, and more particularly to a frequency automatic control device and a frequency automatic control method for digitally extracting and automatically correcting a frequency variation of a communication signal used for satellite communication.
[0002]
[Prior art]
In satellite communication, a frequency at the time of uplink for transmitting a communication signal from a ground station (hereinafter, referred to as a transmitting station), which is a center of a satellite communication system, to a satellite, and a receiving ground station (hereinafter, referred to as a receiving station) from the satellite. The frequency at the time of downlink for transmitting the communication signal is different, and the satellite that relays the communication signal performs frequency conversion. However, since the satellite is in outer space where the temperature changes rapidly, a certain degree of temperature fluctuation cannot be avoided even inside the satellite. The temperature fluctuation inside the satellite causes the oscillation frequency of the local oscillator built in the satellite main body to fluctuate, and the frequency of the communication signal fluctuates when it is converted to the frequency of the communication signal during downlink.
[0003]
Automatic frequency control (hereinafter referred to as AFC: Automatic Frequency Control) is a method of transmitting a communication signal from a transmitting station and receiving a communication signal at a receiving station via a satellite. The receiving station recognizes the minute and automatically corrects the received signal, thereby receiving the selected communication signal at the correct frequency.
[0004]
In order to correct such frequency fluctuation of the communication signal, the receiving station compares the PILOT signal of the continuous unmodulated wave included in the received communication signal with the PILOT signal having the original frequency (nominal value) generated by the receiving station. By comparing the phases and matching the two phases, the frequency variation of the received PILOT signal is recognized, and the recognized frequency variation is corrected.
[0005]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of AFC performed by the receiving station 1 in conventional satellite communication.
[0006]
A receiving station 1 shown in FIG. 3 relays a communication signal transmitted from a transmitting station (not shown) via a satellite 2 and receives the signal, and separates a desired polarization from the communication signal received by the antenna 3. A polarization demultiplexer (hereinafter referred to as Ortho-Mode Transducer: OMT) 4; a low-noise frequency converter (hereinafter referred to as LNC) 5 for performing amplification of an input signal and down-conversion of a frequency; , When further downconverting the frequency of the signal output from the LNC 5, a downconverter (hereinafter, referred to as an AFC downconverter) 7 that suppresses the frequency fluctuation and converts it to a reception frequency received by the demodulation means 6 in the subsequent stage. Have.
[0007]
The AFC down-converter 7 includes a phase locked loop circuit (hereinafter, referred to as a PLL circuit) 9 for synchronizing the received communication signal and a reference signal (hereinafter, referred to as a PLL signal) for synchronizing the PILOT signal. And an oscillator 10 for providing a phase comparison reference signal).
[0008]
The PLL circuit 9 includes a mixer (multiplier) 12 that mixes a signal output from the LNC 5 and a signal output from the frequency multiplier 11, and a band-pass filter (hereinafter, referred to as a band-pass filter) that passes only the frequency band of the output signal of the mixer 12. , Band Pass Filter: BPF) 13, a distributor 14 for distributing the received signal, a narrow-band band-pass filter (hereinafter, referred to as a PILOT BPF) 15 for passing only the frequency band of the PILOT signal, A phase comparator 16 for comparing the phase of the PILOT signal output from the PILOT BPF 15 with a phase comparison reference signal output from the oscillator 10, and a low-pass filter as a dump filter (hereinafter referred to as a low pass filter: LPF) 17 and a voltage-controlled oscillator (hereinafter referred to as Voltage Control O). cillator: the VCO) and a 18.
[0009]
The conventional AFC performed by the receiving station 1 shown in FIG. 3 performs frequency down-conversion and AFC in the AFC down-converter 7 immediately before passing to the demodulation means 6.
[0010]
In the receiving station 1, a communication signal downlinked from the satellite 2 is received by the antenna 3, separated by the OMT 4, and input to the LMC 5. The signal input to the LMC 5 is subjected to signal amplification and first frequency down-conversion. The signal output from the LMC 5 is input to the AFC down-converter 7 and is subjected to a second frequency down-conversion.
[0011]
The AFC downconverter 7 includes a mixer 12, a BPF 13, a distributor 14, a PILOT BPF 15, a phase comparator 16, an LPF 17, a VCO 18, and a frequency multiplier 11 provided in the PLL circuit 9 to form a phase locked loop. Then, the PLL circuit 9 synchronizes the input signal, thereby performing the second frequency down-conversion and, at the same time, performing AFC for suppressing the frequency fluctuation generated in the satellite 2. Therefore, the AFC downconverter 7 can be said to be a special downconverter that also has an AFC device.
[0012]
The AFC downconverter 7 mixes the input signal and the signal output from the frequency multiplier 11 with the mixer 12, and then passes the signal through the BPF 13. The signal input to the AFC down-converter 7 is down-converted to a frequency that can be demodulated by the demodulation means 6 in the subsequent stage by mixing in the mixer 12 and passing through the BPF 13. The signal output from the BPF 13 and down-converted in frequency is split into two signals by the splitter 14, one of which is sent to the demodulation means 6 in the subsequent stage, and the other is sent to the PILOT BPF 15.
[0013]
The PILOT BPF 15 extracts a PILOT signal from the input signal, and outputs the extracted PILOT signal to the phase comparator 16. A signal output from the PILOT BPF 15, that is, two signals, a PILOT signal extracted from a communication signal received by the receiving station 1 and a phase comparison reference signal output from the oscillator 10, are input to the phase comparator 16. , And a phase comparison is performed.
[0014]
The phase comparator 16 outputs a voltage signal proportional to the phase shift, and inputs the output voltage signal to the VCO 18 via the LPF 17. The VCO 18 changes the oscillating frequency according to the input voltage signal and outputs a signal. The signal output from the VCO 18 is fed back to the mixer 12 via the frequency multiplier 11.
[0015]
As an AFC used in addition to the above-described conventional AFC, each demodulation unit provided in the demodulation means 6 digitally recognizes frequency fluctuation information indicating how much the frequency of a received signal fluctuates. There is a method of performing AFC by a method of suppressing a frequency variation by each demodulation unit itself.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of performing AFC by the PLL circuit 9 as an example of the conventional AFC, the PILOT signal is phase-synchronized by the PLL circuit 9 and the output of the phase comparator 16 oscillates the VCO 18 as the local oscillator of the AFC downconverter 7. It is necessary to control the oscillation frequency. Therefore, a standard down converter having a local oscillator and a mixer cannot be applied, and a special down converter (AFC down converter 7) which is more expensive than a standard product having a PLL circuit 9 in the down converter is applied. Be forced to.
[0017]
For this reason, in the method of performing AFC using the PLL circuit 9 shown as an example of the conventional AFC, when communication is realized with a narrow band signal, a special AFC down converter 7 capable of AFC, that is, a special Since a down converter is applied, there is a problem that the cost for installing the receiving station 1 increases.
[0018]
On the other hand, in the method of performing AFC in each demodulation unit provided in the demodulation unit 6 shown as an example of the conventional AFC, each demodulation unit provided in the demodulation unit 6 needs to have an AFC unit that realizes AFC. Inside, a plurality of similar AFC means are required. Therefore, there is a problem that the cost for installing the receiving station 1 is increased.
[0019]
In the method of performing AFC in each of the demodulation units provided in the demodulation unit 6, the AFC is performed in each of the demodulation units included in the demodulation unit 6 on the assumption that the frequency variation of the received signal is within a range in which demodulation is possible. Therefore, when a signal having a narrow frequency occupied bandwidth is used, consideration must be given to avoid receiving an erroneous frequency. Therefore, complicated control means for preventing reception of an erroneous frequency is required, and there is a problem that the cost for installing the receiving station 1 is increased.
[0020]
In view of the above circumstances, the present invention provides an AFC device capable of performing AFC performed in a receiving station independently of a downconverter, so that frequency downconversion is performed at a lower cost than the AFC downconverter and only downconversion is performed. The purpose of the present invention is to realize a standard down converter to reduce the cost of installing a receiving station.
[0021]
Further, another object of the present invention is to provide an AFC device in a receiving station even when a method of performing AFC in each demodulation unit provided in the demodulation unit is used. Another object of the present invention is to configure a receiving station capable of demodulation without performing the above-mentioned steps, and to reduce the cost of installing the receiving station.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the frequency automatic control device according to the present invention performs communication via a satellite as described in claim 1 and continuously performs frequency fluctuation caused by fluctuation of a local oscillator of the satellite main body. In an automatic frequency control device that suppresses using a PILOT signal that is an unmodulated wave, a communication signal whose frequency has been down-converted by a first-stage down-converter is received, the received communication signal is distributed, and one of the down-converters is used as a downstream-converter Down-converting means for down-converting and outputting the other, frequency-detecting means for detecting a frequency variation using the PILOT signal from a signal output from the down-converting means, Means for generating a control signal for suppressing the frequency fluctuation detected by the means, and converting the generated control signal into a first-stage down converter. ; And a frequency variation suppressing control means for feedback, characterized in that the frequency variation of a communication signal output from the first stage down-converter and configured to be capable of suppressing a steady demodulate possible range.
[0023]
In order to solve the above-mentioned problem, in the automatic frequency control apparatus according to the present invention, the frequency error detection means detects the PILOT signal from an output signal of the down-conversion means. A level detector, an analog / digital converter for performing analog / digital conversion of the signal output from the down-conversion means, a counter for directly digitally counting the frequency of the signal output from the analog / digital converter, Count reference signal generation means for generating a count reference signal counted by the counter; and a frequency for detecting a frequency difference between the frequency of the signal output from the analog / digital converter counted by the counter and the frequency of the count reference signal. An error detection unit is provided.
[0024]
In order to solve the above-mentioned problem, the frequency automatic control method according to the present invention performs communication via a satellite and continuously performs frequency fluctuation caused by fluctuation of a local oscillator of the satellite main body. In a frequency automatic control method for suppressing using a PILOT signal which is an unmodulated wave, a signal obtaining step of obtaining a frequency band near a PILOT signal from a received communication signal, and detecting a PILOT signal from the signal obtained in the signal obtaining step PILOT signal detecting step, a frequency fluctuation detecting step for digitally detecting how much the frequency of the PILOT signal detected in the PILOT signal detecting step fluctuates with respect to a reference frequency (nominal value), and a frequency fluctuation detecting step. The absolute value of the frequency fluctuation detected in the detecting step is the allowable frequency fluctuation value ε set in advance. And a control signal is generated in accordance with the determination result of the frequency variation allowable determination step, and the generated control signal is down-converted at a stage prior to the automatic frequency control device. Performing a frequency control step of feeding back to the first-stage downconverter and suppressing a frequency variation of a communication signal output from the first-stage downconverter within a range in which the demodulation can be constantly demodulated.
[0025]
In the PILOT signal detection step described in claim 3, when the PILOT signal is not included in the signal acquired in the signal acquisition step, an LNC sweep processing step is executed until the PILOT signal is acquired and detected. Step.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a frequency automatic control device and a control method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a receiving station 21 including an automatic frequency control device (hereinafter, referred to as an AFC device) 20 applied as one embodiment of the automatic frequency control device according to the present invention.
[0028]
A receiving station 21 shown in FIG. 1 relays a communication signal transmitted from a transmitting station (not shown) via a satellite 23 and receives the signal, and separates a desired polarization from the communication signal received by the antenna 25. An OMT (Polarizer / Demultiplexer) 26, an LNC (Low Noise Frequency Converter) 28 as an initial stage down-converter for amplifying an input signal and performing a first frequency down-conversion, and a frequency fluctuation generated in the satellite 23. It comprises an AFC device 20 for suppressing, a downstream converter (hereinafter simply referred to as a down converter) 29 for down-converting a communication signal to a frequency band capable of demodulating, and a demodulating means 30 for demodulating the communication signal.
[0029]
The LNC 28 included in the receiving station 21 is provided with a low noise amplifier (hereinafter, referred to as LNA) 33 that amplifies the received signal while suppressing the noise level, and is provided as a local oscillator, and adjusts the frequency of the input signal. a frequency multiplier 34 for multiplying by m (m is an arbitrary positive number) and outputting it; a first mixer (multiplier) 35 for mixing the two input signals; and a noise component from the output of the first mixer 35 And a first BPF 36 for extracting a signal in a desired frequency band.
[0030]
The AFC device 20 included in the receiving station 21 includes a down-converting unit 39 for down-converting the frequency of the input signal to a frequency at which the frequency error detecting unit 38 can process the signal, a frequency error detecting unit 38, A VCO 40 is provided as frequency fluctuation suppression control means for generating a control signal for suppressing the frequency fluctuation detected by the frequency error detection means 38.
[0031]
The down-converting means 39 included in the AFC device 20 includes a distributor 43 for dividing the input signal into two and outputting the same, a local oscillator 45 for frequency down-conversion, and one of the signals output from the distributor 43. A second mixer (multiplier) 46 for mixing the signal output from the local oscillator 45 and a second mixer (multiplier) 46 for removing a noise component from the signal output from the second mixer 46 and extracting a signal in a desired frequency band. 2 BPF 47.
[0032]
The frequency error detecting means 38 included in the AFC device 20 includes a level detector 50 that detects a PILOT signal from an input signal, and an A / D converter that performs analog-to-digital conversion (hereinafter, referred to as A / D conversion) on the input signal. A D converter 51; a counter 52 for measuring the frequency of the digital signal after the A / D conversion; a count reference oscillator 53 as a count reference signal generating means for generating a count reference signal counted by the counter 52; The frequency fluctuation is detected from the frequency divider 54 which outputs the frequency output from the oscillator 53 by 1 / n (n is an arbitrary positive number) and the output signal of the counter 52 or the level detector 50, and the frequency fluctuation is detected. And a frequency error detection unit 56 that outputs a signal corresponding to
[0033]
The down-converter 29 included in the receiving station 21 includes a synthesizer 59 as a local oscillator for down-conversion, a third mixer (multiplier) 60 for mixing the signal input to the down-converter 29 and the signal of the synthesizer 59, and , And a third BPF 61 for removing a noise component from a signal output from the mixer 60 and extracting a signal in a desired frequency band.
[0034]
The reception of a communication signal and the signal processing operation performed in the receiving station 21 will be described.
[0035]
In the receiving station 21, first, the communication signal is received by the antenna 25, the desired polarization is separated and extracted from the communication signal by the OMT 26, and the first frequency down-conversion is performed by the LNC 28. Then, the communication signal output from the LNC 28 is input to the AFC device 20, and the communication signal is divided into two by the down-conversion means 39 provided in the AFC device 20. One of the two communication signals distributed by the down-conversion means 39 is input to a frequency error detection means 38 for detecting a frequency variation of the communication signal, and the other is input to a down-converter 29 at a subsequent stage.
[0036]
The communication signal input to the down-conversion means 39 is frequency-converted by the down-conversion means 39 to a frequency band in which the frequency error detection means 38 can detect the frequency fluctuation. The communication signal after the frequency down-conversion is input to the frequency error detecting means 38. From the communication signal input to the frequency error detecting means 38, a frequency variation of the communication signal input by the frequency error detecting means 38 is digitally extracted. Then, the frequency error detecting means 38 outputs a voltage signal according to the extracted frequency fluctuation.
[0037]
The voltage signal output from the frequency error detection means 38 is input to the VCO 40, and the VCO 40 generates a control signal for suppressing a frequency variation. The control signal generated by the VCO 40 is input to the LNC 28 and fed back to the first mixer 35 via the frequency multiplier 34. Therefore, the communication signal output from the LNC 28 after the first frequency down-conversion is a signal in which the frequency variation is suppressed.
[0038]
The communication signal input to the down converter 29 is subjected to a second frequency down conversion by the down converter 29. The communication signal down-converted by the down converter 29 is input to the demodulation unit 30 and demodulated by the demodulation unit 30. Since the communication signal input to the down-converter 29 is a signal in which the frequency variation is suppressed, the AFC is not required at the time of the second frequency down-conversion and at the time of demodulation by the demodulation means 30. .
[0039]
In the first frequency down-conversion of the communication signal performed by the LNC 28 included in the receiving station 21, first, the input communication signal is amplified by the LNA 33 while keeping the noise at a low level. Next, the amplified communication signal and the control signal output from the AFC device 20 via the frequency multiplier 34 are mixed by the first mixer 35. Then, the first BPF 36 removes noise from the communication signal after mixing, and outputs a signal in a desired frequency band, that is, a signal in a set frequency band after down-conversion.
[0040]
The down-conversion means 39 provided in the AFC device 20 down-converts the frequency of the communication signal to a frequency band in which the frequency error detection means 38 can detect the frequency error.
[0041]
The communication signal input to the down-conversion means 39 is split into two by the splitter 43, and one is output to the down-converter 29. The communication signal input to the distributor 43 is output to the down-converter 29 by feedback from the AFC device 20 in a state where frequency fluctuations are suppressed within a preset range. The other is input to the second mixer 46, where the communication signal output from the distributor 43 and the output signal of the local oscillator 45 for frequency down-conversion are mixed.
[0042]
The frequency fluctuation of the signal output from the local oscillator 45 needs to be suppressed to a sufficiently small range with respect to the frequency fluctuation generated when frequency conversion is performed by the satellite 23. This is to suppress the frequency fluctuation of the signal output from the local oscillator 45 to be within the frequency fluctuation range where the demodulation means 30 can demodulate. The frequency fluctuation range in which the demodulation means 30 can demodulate is determined by the performance of the demodulation means 30, and is within ± 1% of the modulation rate (baud rate) of the demodulation means 30.
[0043]
The communication signal mixed by the second mixer 46 is output to the second BPF 47, and the second BPF 47 removes noise from the mixed communication signal, and the desired signal, that is, the frequency error detecting means 38 , A signal in a frequency band near the PILOT signal for detecting the frequency variation is output.
[0044]
The second BPF 47 needs to have a sufficient C / N (Carrier to Noise) when the frequency error detector 38 measures the frequency of the received PILOT signal. Since the C / N becomes better as the noise component becomes smaller, the frequency bandwidth of the signal passing through the second BPF 47 is set to an extremely narrow band of about 1 kHz. The communication signal output from the second BPF 47 is down-converted in frequency and input to the frequency error detecting means 38.
[0045]
The signal input to the frequency error detecting means 38 is A / D converted by the A / D converter 51 and input to the counter 52. The counter 52 receives a digital signal output from the A / D converter 51 and a count reference signal output from a count reference oscillator 53 as a count reference signal generator via a frequency divider 54 at the same time as the digital signal output from the A / D converter 51. You. The counter 52 counts the number of pulses corresponding to the frequency of the input signal.
[0046]
The count reference signal input from the count reference oscillator 53 via the frequency divider 54 gives a time serving as a reference when the counter 52 performs counting (hereinafter referred to as a reference time). That is, the counting is performed with the time for counting the number of pulses output from the frequency divider 54 as a fixed number as the reference time.
[0047]
The counter 52 counts the number of pulses of the digital signal output from the A / D converter 51 for a reference time, and inputs the digital signal as information on the counted number of pulses to the frequency error detector 56. The frequency error detection unit 56 calculates the difference between the number of pulses counted in the reference time and the number of pulses (constant value) of the count reference signal, and recognizes the frequency variation Δf from the calculated difference in the number of pulses. The frequency error detector 56 recognizes the allowable frequency fluctuation value ε in advance, and if the calculated frequency fluctuation is outside the allowable range, the frequency error detector 56 generates a voltage signal for generating a control signal. Is output.
[0048]
The voltage signal output from the frequency error detection unit 56 is input to the VCO 40. When a voltage signal is input to the VCO 40, a control signal corresponding to the voltage signal is output from the VCO 40. The control signal output from the VCO 40 included in the AFC device 20 is fed back to the first mixer 35 via the frequency multiplier 34 included in the LNC 28. Due to this feedback, the communication signal output from the LNC 28 is suppressed in frequency fluctuation within a certain range.
[0049]
FIG. 2 is a flowchart illustrating a frequency fluctuation suppression control operation performed by the AFC device 20 to detect and suppress the frequency fluctuation.
[0050]
According to FIG. 2, the frequency fluctuation suppression control processing operation performed by the AFC device 20 is started when the power supply of the AFC device 20 is turned on. First, in step S1, the signal input to the frequency error detection means 38 is converted. A signal acquisition step for acquisition by the level detector 50 is performed. That is, in the signal obtaining step of step S1, the level detector 50 obtains a signal that has passed through the second BPF 47 provided in the converting means 39 in the preceding stage of the frequency error detecting means 38.
[0051]
Then, when the level detector 50 acquires the signal that has passed through the second BPF 47 in step S1, a PILOT signal detection step of detecting the presence or absence of the PILOT signal from the signal acquired by the level detector 50 is performed in step S2. The detection of the PILOT signal is performed by detecting a signal of a certain level or higher which is set to a level sufficiently higher than the noise level.
[0052]
If the PILOT signal is detected in the PILOT signal detection step of step S2 (YES in step S2), the process proceeds to step S3, and the nominal frequency of the received and detected PILOT signal is used as a reference. Is performed, that is, a frequency variation detecting step is performed to detect the frequency variation Δf. The frequency variation of the PILOT signal is obtained by calculating the difference between the frequency of the PILOT signal measured by the counter 52 and the frequency (nominal value) of the count reference signal.
[0053]
Next, when the frequency variation detection step of step S3 is completed, the process proceeds to step S4, where the absolute value of the detected frequency variation Δf (shown as | Δf | in FIG. 2) is set to the allowable frequency set in advance. A frequency variation allowance determination step is performed to determine whether the variation is greater than the variation value ε. The frequency variation permissible determination step performed in step S4 includes the permissible frequency variation value ε recognized in advance by the frequency error detector 56 shown in FIG. 1 and the frequency variation Δf calculated by the frequency error detector 56 in step S3. This is done by comparing with an absolute value.
[0054]
If the frequency variation Δf detected in step S4 is smaller than the allowable frequency variation value ε (YES in step S4), the process proceeds to step S1 as a frequency control step, and the processing operation after step S1 is performed (loop L1). ). In the processing operation that proceeds from step S4 to step S1 in the loop L1, the control signal fed back to the first mixer 35 via the frequency error detector 56, the VCO 40, and the frequency multiplier 34 provided in the LNC 28 shown in FIG. It is in a state of becoming 0.
[0055]
That is, it means that the VCO 40 performs a control operation of outputting the frequency of the communication signal output from the LNC 28 while maintaining the current state, as the frequency control step. When the AFC device 20 is in an endless loop state in which the operations (loop L1) of steps S1 to S4 shown in FIG. 2 are repeated, the AFC device 20 is in a steady state in which the AFC device 20 operates stably.
[0056]
If a PILOT signal is detected in the PILOT signal detection step of step S2 (NO in step S2), the process proceeds to step S5, and an LNC local oscillator sweep processing step is performed in step S5.
[0057]
The LNC local sweep processing step is a processing operation for changing the frequency of the output of the frequency multiplier 34 input to the first mixer 35 as a local oscillator of the LNC 28 at a certain frequency pitch. More specifically, the LNC local oscillator sweep processing step will be described. When the PILOT signal cannot be detected, the frequency error detection unit 56 detects the PILOT signal by changing the frequency band detected by the frequency error detection unit 56. .
[0058]
In order to change the frequency band detected by the frequency error detection unit 56, it is necessary to change the frequency input to the first multiplier 35. Therefore, the frequency error detection unit 56 changes the frequency at a certain frequency pitch in the VCO 40 according to the output voltage signal to oscillate the control signal, and the control signal oscillated by the VCO 40 is converted into the first signal through the frequency multiplier 34. The frequency is changed and fed back to the mixer 35 of. When the LNC local oscillator sweep processing step of step S5 is completed, the process proceeds to step S1, and the processing operations after step S1 are repeated (loop L2).
[0059]
On the other hand, when the frequency variation Δf detected in step S4 is larger than the allowable frequency variation value ε (NO in step S4), the process proceeds to step S6, and an LNC local oscillation correction processing step as a frequency control step is performed. The LNC correction processing step is a processing operation for finely adjusting the output of the frequency multiplier 34 input to the first mixer 35 as a local oscillator of the LNC 28 by slightly changing the frequency at a certain frequency pitch. That is, the frequency pitch that changes in the LNC correction processing step is a finer pitch than the frequency pitch that changes in the LNC local sweep processing step.
[0060]
In the LNC correction process step, the control signal is oscillated by changing the frequency of the VCO 40 at a certain small frequency pitch by the voltage signal output from the frequency error detection unit 56. As a frequency control step, the VCO 40 feeds back the oscillated control signal to the first mixer 35 via the frequency multiplier 34 so as to finely adjust the frequency. When the processing operation in step S6 is completed, the process proceeds to step S1, and the processing operation after step S1 is repeated (loop L3).
[0061]
In the processing flow of the frequency fluctuation suppression control processing operation shown in FIG. 2, a loop L2 (a loop that repeats step S1, step S2, and step S5) is a PILOT from a signal that has passed through the second BPF 47 set to a narrow band. This is a processing step for searching for and finding a signal, and a loop L3 (a loop in which step S1 → step S2 → step S6 is repeated) is a processing step for controlling the frequency of the PILOT signal to be within a certain range of frequencies.
[0062]
The AFC device 20 shown in FIG. 1 suppresses the frequency fluctuation generated by the satellite 23 by the frequency fluctuation suppression control processing operation shown in FIG. 2 to reduce the frequency fluctuation of the communication signal output from the LNC 28 to a certain range. Inside. Therefore, the receiving station 21 realizes AFC by the LNC 28 and the AFC device 20 that perform the first frequency down-conversion, and the AFC becomes unnecessary at the signal processing stage after the first frequency down-conversion.
[0063]
In the frequency error detecting means 38 included in the AFC device 20 shown in FIG. 1, the frequency error detecting unit 56 is hardware, but the frequency error detecting unit 56 is configured using a CPU, a recording unit, and a memory. A software configuration may be used in which the CPU executes a program for implementing the frequency variation detection step, the frequency variation allowable determination step, the LNC local oscillation sweep processing step, and the LNC local oscillation correction processing step.
[0064]
In the frequency error detecting means 38 provided in the AFC device 20 shown in FIG. 1, the reference signal generating means is constituted by the count reference oscillator 53 and the frequency divider 54, but the frequency divider 54 is not always necessary. . In consideration of the oscillation frequency of the count reference oscillator 53 and the operation frequency of the counter 52, the count reference oscillator 53 alone may be used.
[0065]
Further, the demodulation means 30 included in the receiving station 21 shown in FIG. 1 is not limited to the one that performs only demodulation. In the embodiment of the present invention, any means capable of demodulation may be used. Therefore, modulation / demodulation means capable of both demodulation and modulation may be used.
[0066]
As described above, the AFC device 20 digitally detects the frequency variation generated by the satellite 23 and suppresses the frequency variation detected by the LNC 28 that performs the first frequency down-conversion. AFC has been realized by providing appropriate feedback.
[0067]
Therefore, according to the AFC method using the AFC device 20, the AFC becomes unnecessary at the signal processing stage after the first frequency down-conversion performed by the LNC 28, and the receiving station 21 performs the second frequency down-conversion. As the converter, a standard downconverter 29 that can perform only downconversion can be applied. Therefore, according to the AFC method using the AFC device 20, the cost when installing a receiving station can be reduced.
[0068]
In addition, after performing the second frequency down-conversion, the signal output from the LNC 28 by the AFC device 20 is compared with the method in which the AFC device 20 performs the AFC in each demodulation unit included in the demodulation means. Since the generated frequency fluctuation is suppressed and AFC is not required in the signal processing stage after the LNC 28, demodulation can be performed without performing AFC in each demodulation unit provided in the demodulation means.
[0069]
Therefore, according to the AFC method using the AFC device 20, a demodulation unit having no AFC function can be applied to the demodulation unit, and the cost for installing the receiving station 21 can be reduced. In particular, as compared with a method in which AFC is performed in each demodulation unit provided in the demodulation means, a component for realizing the AFC function in each demodulation unit is not required, so that the effect is large.
[0070]
Further, in the AFC method using the AFC device 20, the frequency variation of the received PILOT signal is digitally extracted, so that the noise component is not fed back to the output of the local oscillator when downconverting the frequency. Down conversion of a stable frequency becomes possible. Therefore, communication with a narrow band signal can be realized by the standard down converter 29.
[0071]
【The invention's effect】
According to the AFC (Automatic Frequency Control) device and the AFC method according to the present invention, an AFC device capable of performing AFC performed by a receiving station independently of a down converter is provided, and the AFC device digitally detects a frequency variation generated by a satellite. AFC is realized by the LNC and the AFC device by feeding back the detected frequency fluctuation to the LNC that detects and performs the first frequency down-conversion. Therefore, the AFC becomes unnecessary in the signal processing stage after the first frequency down-conversion performed by the LNC, and a standard down-converter can be applied to the down-converter performing the second frequency down-conversion. Cost for installation can be reduced.
[0072]
Further, according to the AFC device and the AFC method according to the present invention, AFC is realized by the LNC and the AFC device at the receiving station, and the AFC is unnecessary at the signal processing stage after the first frequency down-conversion performed by the LNC. Therefore, when compared with a method of performing AFC in each demodulation unit provided in the demodulation unit, it is possible to perform demodulation without performing AFC in each demodulation unit. Therefore, the cost for installing the receiving station is reduced.
[0073]
Further, according to the AFC device and the AFC method according to the present invention, the AFC device digitally detects the frequency variation generated by the satellite, and implements AFC by feeding back the detected frequency variation to the LNC. Therefore, the noise component is not reflected in the feedback system, and a stable AFC can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a receiving station including an AFC (Automatic Frequency Control) device according to the present invention.
FIG. 2 is a processing flowchart illustrating a processing procedure of a frequency fluctuation suppression control processing operation performed by an AFC (automatic frequency control) device according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a receiving station including a conventional AFC (automatic frequency control) device.
[Explanation of symbols]
20 AFC (automatic frequency control) device
21 receiving station
23 satellites
25 Antenna
26 OMT (Polarizer)
28 LNC (first stage down converter: low noise frequency converter)
29 Downconverter (later stage downconverter)
30 Demodulation means
33 LNA (Low Noise Amplifier)
34 frequency multiplier
35 First Mixer (Multiplier)
36 1st BPF (Band Pass Filter)
38 Frequency error detection means
39 Down conversion means
40 VCO (Voltage Controlled Oscillator)
43 distributor
45 Local oscillator
46 Second mixer (multiplier)
47 Second BPF
50 level detector
51 A / D converter
52 counter
53 Count Reference Oscillator (Count Reference Signal Generation Means)
54 frequency divider (count reference signal generation means)
56 Frequency error detector
59 synthesizer (local oscillator)
60 Third mixer (multiplier)
61 Third BPF

Claims

In a frequency automatic control device that performs communication via a satellite and suppresses a frequency variation caused by a variation of a local oscillator of the satellite main body using a PILOT signal that is a continuous unmodulated wave,
Down-converting means for receiving the communication signal after down-converting the frequency with the first-stage down-converter, distributing the received communication signal, outputting one to the subsequent down-converter, and down-converting and outputting the other,
Frequency error detecting means for detecting a frequency variation using the PILOT signal from a signal output from the down-converting means;
Frequency fluctuation suppression control means for generating a control signal for suppressing the frequency fluctuation detected by the frequency error detection means, and feeding back the generated control signal to the first-stage downconverter. An automatic frequency control device characterized in that the frequency fluctuation of a communication signal can be suppressed within a range where it can be demodulated constantly.

A level detector for detecting the PILOT signal from an output signal of the down-converting means,
An analog-to-digital converter for performing an analog-to-digital conversion of a signal output from the down-conversion means;
A counter for directly digitally counting the frequency of the signal output from the analog / digital converter,
Count reference signal generating means for generating a count reference signal to be counted by the counter;
2. The frequency automatic control according to claim 1, further comprising a frequency error detection unit that detects a frequency difference between the frequency of the signal output from the analog / digital converter counted by the counter and the frequency of the count reference signal. apparatus.

In a frequency automatic control method for performing communication via a satellite and suppressing a frequency fluctuation caused by a fluctuation of a local oscillator of the satellite main body using a PILOT signal which is a continuous unmodulated wave,
A signal obtaining step of obtaining a frequency band near the PILOT signal from the received communication signal;
A PILOT signal detection step of detecting a PILOT signal from the signal acquired in the signal acquisition step;
A frequency variation detecting step of digitally detecting how much the frequency of the PILOT signal detected in the PILOT signal detecting step fluctuates with respect to a reference frequency (nominal value);
A frequency variation allowance determining step of determining whether the absolute value of the frequency variation detected in the frequency variation detection step is greater than a preset allowable frequency variation value ε,
In accordance with the determination result of the frequency variation allowable determination step, a control signal is generated, and the generated control signal is fed back to a first-stage downconverter that performs downconversion in a preceding stage of the automatic frequency control device, and the first-stage downconverter outputs the control signal. A frequency control step of suppressing a frequency variation of an output communication signal within a range in which the communication signal can be constantly demodulated.