JP2013509124A - トラフィックの存在下で自己補償するマルチポート増幅装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも、出力としてＮ個の分配信号を供給する入力バトラーマトリックス（３０１）に接続された複数（Ｎ個）の入力経路と、入力として前記分配信号を受信し、出力として各々複素利得Ｇ_ｉのＮ個の増幅および位相シフトされた信号を生成する複数（Ｎ個）の真空管増幅器（３０３）と、入力として前記増幅信号を受信し、出力としてＮ個の出力信号を生成する出力バトラーマトリックス（３０５）とを備えた、通信信号のマルチ分布増幅システムであって、位相誤差および振幅誤差がトラフィックの存在下で自己補償されることを特徴とするシステム。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＭＰＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｒｔ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の略語で知られ、分布増幅サブシステムとも呼ばれるマルチポート増幅装置に関する。この種の装置は、通常、様々な方向に複数の波動ビームを形成する機能を有するマルチビームアンテナを用いた通信システムにおいて使用される。特に、衛星通信システムは、この種の増幅器を用いることにより、複数の出力ビームに対して複数の伝送路を柔軟に割り振る。

マルチポート増幅器の必須パラメータの１つは、様々な出力経路間の分離であり、この分離は、アンテナが生成するビーム間の許容可能な分離を保証するために十分でなければならない。第１の出力経路とは異なる第２の出力経路に対する第１の出力経路の分離は、マルチポート増幅器の第２の出力経路上に存在する剰余電力に対する、マルチポート増幅器の第１の出力経路上の増幅信号の最大出力の比率によって測定され、この剰余電力は、システムの欠陥および相互変調現象にもよるものである。

理論上のマルチポート増幅器は、その出力ポート間にそれぞれ無限の分離を有するが、実際には、このような増幅器内で使用されるバトラーマトリックスおよび増幅チェーンは、理想的なものではなく、振幅および位相誤差を生じさせ、最終的には、各出力経路の他の出力経路に対する分離に影響を与え得るという欠陥を持つ。この現象は、使用される搬送周波数が高いほど、顕著により一層影響が大きくなる。従って、これらの欠陥を考慮すると、振幅誤差および位相誤差を補正することが可能で、その結果、システムの全体的な分離を向上できる解決法を生み出す必要がある。

米国特許第７，０８８，１７３号明細書には、マルチポート増幅器における位相欠陥を補正することが可能な方法が記載されている。想定される解決法では、入力ネットワークの様々なポイントで投入され、出力ネットワークの様々なポイントで測定される試験信号を用いることにより、増幅器に影響を与える位相誤差を決定する。この解決法では、必要とされる様々な測定を行うために、増幅器の一部の動作を停止させる必要がある。従って、この方法は、同時通信の実施には適していない。

米国特許第６，００６，１１１号明細書および特開２００５−２６９０４３号公報には、１つまたは複数の出力経路上で行われた測定に基づいて、分布増幅システムの欠陥の補償を可能にする方法も記載されるが、これらの方法は、位相誤差を考慮に入れることなく、振幅の測定のみを用いる。

国際公開第２００８／１３５７５３号パンフレットには、８つの入力経路および８つの出力経路を含む自己補償マルチポート増幅器の解決法が記載されている。その原理は、装置の第１の入力ブランチに基準信号を投入し、その後、出力マトリックスに分配された７つの出力検出器によって、経路間の不均衡を測定することにある。次に、複数のフィードバックループが、増幅器の上流に位置する減衰器および位相シフタに作用することにより、７つのポイントの各々で検出される電圧が最小限に抑えられる。

この特許出願書類に記載される方法は、出力検出器が配置される出力マトリックスの各ポイント上でゼロ出力値へと収束するように、増幅器の上流の振幅および位相を調整する反復法を用いる。この方法は、補償後の分離マトリックスが補償前の分離マトリックスと比較して劣化して見えることから、十分な分離を確保するには、十分効果的であるとは思えない。具体的には、得られた結果は、通信衛星ミッションの適正操作との互換性がない。

最後に、確率密度をモデル化することにより送信された信号の先験的知識に基づく補償方法を提案する米国特許出願公開第２００８／０１４３５６２号明細書も挙げることができる。この方法は、全ての種類の信号に適用できるわけではなく、特に、複数の単純変調の組み合わせによって変調される信号に適用できないので、限定的すぎる。

先行技術の制約を鑑みて、本発明は、自己補償分布増幅システムの解決策を、このようなシステムの欠陥に固有の振幅誤差および位相誤差を最小限に抑えることを目的として導入する。この解決策により、装置の出力経路間の分離に関する性能を大幅に向上させることが可能であり、この解決策は、トラフィックの存在下で機能する、すなわち、本発明による増幅器を組み込んだ通信システムの公称動作を妨げることなく機能する。

この目的のために、本発明の主題は、少なくとも、出力としてＮ個の分配信号を供給する入力バトラーマトリックスに接続された複数（Ｎ個）の入力経路ｉと、入力として前記分配信号を受信し、出力として各々複素利得Ｇ_ｉのＮ個の増幅および位相シフトされた信号を生成する複数（Ｎ個）の増幅器と、入力として前記増幅信号を受信し、出力としてＮ個の出力信号を生成する出力バトラーマトリックスとを備えた、通信信号のマルチ分布増幅システムであって、
・既知の振幅ｅおよび既知の位相を有する基準信号の発生器であって、前記基準信号は、前記システムの前記入力経路の１つに与えられ、前記基準信号は、増幅される前記通信信号と同時に送られる、発生器と、
・前記システムの前記出力信号の各々の振幅および位相の誤差Ｓを測定するための装置であって、前記装置は、前記通信信号から前記基準信号を抽出するため、および基準信号に影響を与える前記振幅誤差および位相誤差を推定するために、増幅信号のコヒーレント復調を行うのに適している、装置と、
・入力として振幅誤差および位相誤差の前記測定値Ｓを受信し、前記測定値Ｓに基づいて、前記システムの各経路ｉに対して、振幅補償ａ'_ｉおよび位相補償Φ’_ｉを生じさせる信号処理装置であって、前記補償の目的は、各経路ｉの増幅器の複素利得Ｇ_ｉと、前記システムの経路の中の基準経路の増幅器の複素利得Ｇ_１との差を最小限に抑えることである、信号処理装置と、
・前記入力バトラーマトリックスと、複数の増幅器との間に挿入され、受信した振幅補償ａ’_ｉおよび位相補償Φ’_ｉの値に基づいて、前記システムの経路ｉの各々を補正するのに適した、位相／振幅補償装置と、
をさらに備えることを特徴とするシステムである。

本発明のある変形実施形態においては、前記基準経路が、増幅システムの経路の１つである、または、増幅システムの一組の経路の利得の平均に等しい利得を有する仮想経路である、または最も低い利得Ｇ_ｉを示す経路ｉである、または最も高い利得Ｇ_ｉを示す経路ｉである。

本発明のある変形実施形態においては、前記基準信号は、拡散コードを用いてスペクトル的に拡散され、前記測定装置は、通信信号から基準信号を分離するために、前記拡散コードに基づいて受信信号をさらに拡散するように適応する。

本発明のある変形実施形態においては、信号処理装置は、少なくとも以下の計算工程である、
・以下の関係式

に基づいて、複素利得Ｇ_ｉを計算する工程であって、式中、Ｓ^ｉ _１は、ベクトル

の添字ｉの成分であり、ＭＢ^−１ _２は、出力バトラーマトリックスの逆数であり、ＭＢ^ｉ _１は、入力バトラーマトリックスの第１の行の添字ｉの成分であり、ａ_ｉおよびΦ_ｉは、前に得られた振幅および位相の補償である、工程と、
・添字ｉの各経路に関して、以下の数量、

を計算する工程であって、式中、｜｜は、複素数の絶対値を表し、ａｒｇ（）は、その位相を表し、添字１は、基準経路を表す、工程と、
・前記ベクトルＳ_１に基づいて、各増幅器の出力における信号の振幅ＯＢＯ_ｉを計算する工程と、
・前記数量ΔＺ_１，ｉおよび前記経路の増幅器の出力信号の振幅ＯＢＯ_ｉに基づいて、後に、各経路ｉにおける振幅補償ａ'_ｉを計算する工程と、
・関係式

に従って、前記数量ΔΦ_１，ｉに基づいて、後に、各経路ｉにおける位相補償Φ'_ｉを計算する工程と、
に基づいて、振幅補償ａ’_ｉおよび位相補償Φ’_ｉを決定する。

本発明のある変形実施形態においては、振幅補償ａ’_ｉは、以下の関係式

を少なくとも用いて決定され、ここでｆ^ｉ _{ＡＭ，ＡＭ}は入力振幅を出力振幅に結び付ける経路ｉの真空管増幅器の伝達関数である。

本発明の別の変形実施形態においては、振幅補償ａ’_ｉは、式中、ηは、絶対値で１未満の乗法係数であり、

である、以下の関係式

を少なくとも用いて決定される。

本発明のある変形実施形態においては、位相補償Φ’_ｉは、さらに、式中、ｆ^ｉ _{ＡＭ，ＰＭ}は、入力位相を出力位相に結び付ける経路ｉの真空管増幅器の伝達関数である、以下の関係式

に基づいて決定される。

本発明のある変形実施形態においては、前記入力バトラーマトリックスおよび出力バトラーマトリックスは、互いに接続された複数のハイブリッド結合器からなる。

本発明のある変形実施形態においては、前記マトリックスＭＢ_１およびＭＢ_２は、入力バトラーマトリックスおよび出力バトラーマトリックスの伝達関数の測定値に基づいて、または入力バトラーマトリックスおよび出力バトラーマトリックスの理論上の伝達関数に基づいて得られる。

本発明のある変形実施形態においては、前記測定装置はさらに、前記システムの前記基準経路とその他の出力経路との分離Ｉを測定するように適応し、分離Ｉの値が所与の閾値を超えるとすぐに、新しい振幅補償ａ’_ｉおよび位相補償Φ’_ｉが、適応様式で決定される。

ある変形実施形態においては、前記増幅器は、真空管増幅器または固体増幅器である。

ある変形実施形態においては、本発明によるシステムは、衛星通信システムにおいて使用され、前記信号処理装置は、地上設備に離れて位置し、遠隔制御リンクおよび／またはテレメトリリンクによって搭載設備に配置された前記システムと通信する。

本発明の主題は、システムの前記経路ｉのうちの１つの経路の前記増幅器の欠陥を検出するために本発明によるシステムを使用することでもあり、ベクトル

の成分を所与の閾値と比較し、それによって、前記増幅器のうちの１つの増幅器の出力における電力の大幅な低下を検出し、前記欠陥増幅器を置き換えることを特徴とする。

他の特徴は、例として示される非限定的な以下の詳細な説明を、添付の図面に関連して読めば明らかとなるであろう。

先行技術による４つの入力および４つの出力を有するマルチポート増幅器例の概略図である。 本発明によるマルチポート増幅器への入力として投入されたコンポジット信号のスペクトルを表すグラフである。 本発明による自己補償マルチポート増幅器の図である。 本発明による増幅器の出力における振幅誤差および位相誤差を測定するための装置の実施例の図である。 本発明による増幅器の出力における振幅誤差および位相誤差を測定するための装置の実施例の図である。 真空管増幅器の伝達関数の一例のグラフである。 真空管増幅器の伝達関数の一例のグラフである。 本発明による増幅器の分離の補償前および補償後に得られた性能を示す図である。

図１は、先行技術によるマルチポート増幅器の一例を図示する。この増幅器は、入力Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、およびＥ４を有する入力マトリックスＭ１からなる。これらの４つの入力は、例えば、４つの異なる周波数軌道上で送信される４つの異なる信号を受信するために利用できる。例えばバトラーマトリックスである入力マトリックスＭ１は、通常、カスケード配置された４つのハイブリッド結合器を３組含む。入力マトリックスＭ１の機能は、例えば入力Ｅ１に送り出された信号を４つの出力ブランチに分配することである。前記マトリックスの各出力に対して、漸進的な位相シフトを適用する。第１の出力は、位相シフトされず、第２の出力は、９０°の角度で位相シフトされ、第３の出力は、−９０°の角度で位相シフトされ、最後の出力は、１８０°の角度で位相シフトされる。入力マトリックスＭ１の４つの出力ブランチで得られたこれらの４つの信号は、次に、一連の真空管増幅器Ａ１、Ａ２、Ａ３、およびＡ４によって増幅される。前記真空管増幅器の各々によって送られた信号は、次に、入力マトリックスＭ１の伝達関数と同じ伝達関数を有する出力マトリックスＭ２によって処理される。マトリックスＭ２の出力では、４つの増幅信号が得られる。１つの信号が装置の入力Ｅ１で送信される場合には、入力マトリックスＭ１の出力における４つの位相シフトされた信号の組み合わせにより、この信号は、出力経路Ｓ_Ａ４において４倍に増幅される一方で、他の３つの出力経路Ｓ_Ａ１、Ｓ_Ａ２、およびＳ_Ａ３は、振幅および位相がゼロの信号を送る。
この結果は、理論上のマルチポート増幅器の場合に得られる、すなわち、構成要素の全てが、欠陥を全く示さず、厳密に予想通りの伝達関数を顕著に有する増幅器の場合に得られる。この場合、入力経路Ｅ１で送信される信号は、他の出力経路上で供給される電力がゼロである一方で、完全に出力経路Ｓ_Ａ４上で増幅される。従って、他の経路に対する経路Ｓ_Ａ４の分離は無限である。
実際のケースでは、入力および出力マトリックス、および真空管増幅器のどちらも理想的ではないため、出力経路間の分離は、有限となる。十分な分離を得るためには、入力および出力バトラーマトリックスの欠陥を補正し、かつ真空管増幅器の入力における振幅誤差および位相誤差を最小限に抑えることも必要である。これらの誤差は、温度、使用される周波数帯域、および装置の経年劣化の影響にとりわけ依存する。

図２は、欠陥の補償を行うことを目的として、本発明による装置に対する入力として用いられるコンポジット信号の一例を示す。この信号の周波数スペクトルは、横座標Ｘが周波数（ＭＨｚ）を表し、縦座標Ｙがパワースペクトル密度（ｄＢｍ／ＭＨｚ）を表すグラフ上に示される。
本発明の目的の１つは、通信を妨害することなくマルチポート増幅器を補償することである。従って、１つの解決法は、単一の搬送周波数で送信される非変調基準信号Ｓ_Ｒを投入することである。この搬送周波数の値は、基準信号Ｓ_Ｒが２つの通信路Ｃ_１およびＣ_２間に、それらの性能を損なうことなく導入されるように選択される。このように、装置の欠陥の補償は、実行された通信を妨げることなく連続的に行われ得る。
導入された基準信号Ｓ_Ｒは、後に真空管増幅器の上流で補償を行えるように、位相および振幅の差異変動を推定するように機能する。図２には、本発明による増幅装置の出力における通信信号Ｃ_２の分離Ｉも示されている。特に衛星通信システムにおいて使用される場合に増幅装置の補正性能を保証するためには、２５デシベル以上の分離値Ｉが条件に合う。

図３は、本発明による自己補償マルチポート増幅器の概略図を図示する。この増幅器は、バトラーマトリックスを表すように共に接続された４つの入力経路および４つのハイブリッド結合器を含む入力マトリックス３０１からなる。より一般的なケースでは、入力マトリックス３０１は、Ｎ個の入力および出力経路と、（Ｎ／２）^＊Ｍ個（Ｎ＝２^Ｍである）のハイブリッド結合器とを含む。
入力マトリックス３０１の出力は、減衰器および位相シフタから成り、各経路の信号を増幅する機能を有する真空管増幅器のチェーン３０３の上流に挿入される、位相および振幅補償装置３０２に接続される。各真空管増幅器は、特に真空管増幅器３０３の保護を可能にするパワーアイソレーター３０４に接続される。各パワーアイソレーター３０４は、その後、前の入力マトリックス３０１の伝達関数と同じ伝達関数を有する出力マトリックス３０５の各入力にそれぞれ接続される。この出力マトリックス３０５もまた、ハイブリッド結合器から成り、出力としてＮ個の増幅信号を生成する。
このシステムの上流で、信号発生器３０６は、装置の第１の入力ポートで送信される基準信号、例えば、純粋な搬送周波数の信号を生成する。次に、出力経路の各々に関して、通信信号から基準信号を分離し、かつ基準信号における振幅誤差および位相誤差の推定を行う測定装置３０７によって、Ｎ個の出力経路上で送られる信号が抽出される。これらの振幅誤差および位相誤差の測定値は、マトリックス形式でメモリに保存され、後に、信号処理装置３０８が、補償装置によって遡及的に適用される位相および振幅の補正を行う目的で、これらの測定値を利用する。測定装置は、出力において抽出された信号が入力において生成された基準信号と同一である場合に、ゼロ位相誤差およびゼロ振幅誤差を実際に生じさせるように、事前に較正されている。

本発明によるマルチポート増幅器が、軌道上の人工衛星に搭載されて組み込まれている変形実施形態においては、信号処理装置３０８は、地上設備において実施されてもよい。その場合、抽出された振幅および位相誤差の測定値は、テレメトリダウンリンクによって地上に送信され、信号処理装置によって行われた補正は、その後、遠隔制御アップリンクによって人工衛星の中に送信される。

システムの入力に投入された基準信号が、図２に示すような、その周波数スペクトルが純粋周波数である正弦波信号である場合には、測定装置３０７の機能は、通信信号と同時に送信される、この基準信号の振幅および位相を検出することである。この振幅および位相の検出を実施するための可能な解決法は、図３ａによって図示されるような、コンポジット信号のコヒーレント復調の実施である。

本発明による増幅器のＮ個の出力経路上で送られる信号の測定値を含むベクトル３０は、測定装置３０７への入力として提供される。ベクトル３０の各成分に対して、有用な信号から基準信号を抽出するために、バンドパスフィルタリング３１が適用される。フィルタリングされた信号は、その後、基準信号３４および９０°位相シフトされた基準信号３５と関連付けがなされる（３２および３３）。得られた２つの相関信号は、低域通過フィルタ３６および３７によってフィルタリングされ、その後、増幅器の各出力経路に対して、振幅

および位相

における誤差を決定する計算モジュール４０に同相経路Ｉおよび直交経路Ｑを提供するために、アナログ・デジタル変換３８および３９が適用される。振幅誤差および位相誤差測定値４１は、その後、信号処理装置３０８に送られる。

測定装置３０７の他の実施は、その技術的機能が、有用な信号から基準信号を抽出し、その後、本発明による増幅装置の様々な構成要素の段を通過した後の基準信号に影響を与えた振幅および位相を推定することにあれば可能である。

本発明のある変形実施形態においては、基準信号３１０は、拡散コードを用いて、スペクトル的に拡散される。この場合、測定装置３０７には、上記の要素に加えて、発生器３０６によって提供される使用された拡散コードに基づいて受信した信号を拡散させるモジュール４２が含まれる。このような装置３０７の可能な実施例の概略図を図３ｂに示す。信号の拡散は、有用な信号から基準信号を抽出し、その後、その振幅および位相を推定できるようにすることを目的として、当業者に周知の方法によって行うことができる。スペクトル拡散信号を用いる利点は、この信号が、より離散しており、使用される周波数帯域全体にわたって拡散されるエネルギーを示す事実にある。

本発明の本質的特徴の１つは、出力経路ごとに測定装置３０７によって得られた振幅および位相測定値に基づいて信号処理装置３０８によって決定される位相および振幅の補正の決定３０２にある。

本発明による増幅器システムの構成要素は、以下の数量に基づいてモデル化され得る。

入力マトリックス３０１は、ＭＢ_１で表すマトリックス応答によって定義される。最も一般的なケースでは、マトリックスＭＢ_１は、Ｎ個の行とＮ個の列を有し、Ｎは、システムの入力ポートの数である。整数値Ｎは、好ましくは、２の累乗、Ｎ＝２^ｐ（ｐは、厳密に０より大きい正の整数）である。このマトリックスは、例えば測定によって得られる。
同様に、出力マトリックス３０５は、同じくＮ個の行とＮ個の列を有するマトリックス応答ＭＢ_２によって定義される。
位相／振幅補償装置３０２は、Ｎ＝４であり、ａ_ｉおよびΦ_ｉは、増幅器３０３のチェーンの上流の装置３０２によって各経路に適用される振幅補償および位相補償をそれぞれ表し、ｉは、１〜Ｎまでの範囲で異なる、対角マトリックス

によってモデル化される。
同様に、増幅器３０３の影響は、Ｎ＝４であり、Ｇ_ｉは、各増幅器の利得であり、ｉは、１〜Ｎまでの範囲で異なる、マトリックス

を用いてモデル化され得る。

後続の説明において、以下の表記を用いて、装置の異なる場所で取得された様々な信号について述べる。各変数は、Ｎ個の成分（各成分は、装置のＮ個の経路の内の１つの経路上の信号に対応する）を有するベクトルである。

は、装置の１番目の入力ポートに投入された基準信号を示す。

Ｅ_１＝ＭＢ_１．Ｅは、入力マトリックス３０１の出力で得られた信号を示す。

Ｅ_２＝Ｄ_Ａ−Φ．ＭＢ_１．Ｅは、位相／振幅補償装置３０２の出力で得られた信号を示す。

Ｓ_１＝Ｄ_{Ａｍｐｌｉ}．Ｅ_２は、測定装置３０７によって基準信号および有用信号の抽出が行われた後に増幅器３０３のチェーンの出力において得られた信号を示す。

最後に、Ｓ＝ＭＢ_２．Ｓ_１は、出力マトリックス３０５の出力において得られた信号を示す。

測定装置３０７は、その出力において、各出力経路上の基準信号の振幅および位相の測定値を供給する。これらの測定値により、ベクトルＳの作成が可能となる。

上記の関係式に基づいて、以下の関係式が導き出される。

そして、この式から、ベクトルＳ_１をシステムの他の変数に関連付ける以下の関係式が導き出される。

式中、

は、マトリックスＭＢ_１の第１の行の成分である。
最後に、各増幅器の複素利得の決定を可能にする関係式（３）（どのｉも、１〜Ｎまでの範囲で異なる（我々の例では、Ｎ＝４））が得られる。

ベクトルＳ_１は、出力マトリックスＭＢ_２の測定によって得られたベクトルＳに基づいて計算される。
基準信号ｅは、入力マトリックスＭＢ_１と同様に、ユーザーには既知のものである。
振幅設定値および位相設定値の値（マトリックスＤ_Ａ−Φ）は、本方法のスタート時に、所与の初期値ａ^０ _ｉおよびΦ^０ _ｉに初期化される。
本発明によるこの方法は、次に、システムの分離欠陥を補正するために、時間的サンプリングの様々な瞬間における、振幅／位相設定値の新しい値ａ’_ｉおよびΦ’_ｉを決定する。

本発明によるシステムの位相および振幅の自己補償の目的の１つは、マトリックスＤ_{Ａｍｐｌｉ}によってモデル化される増幅器チェーンの欠陥を補正することである。システムが理論に可能な限り近づくため、および出力経路同士の分離が可能な限り最適となるためには、システムの各経路上で使用される各増幅器３０３が、振幅および位相に関して同じ応答を示すことが必要である。この状況は、以下の関係式を満たすシステムのモデル化に等しい。
Ｄ_Ａ−Φ．Ｄ_{Ａｍｐｌｉ}＝Ｇ．Ｉ_ｄ（４）
式中、Ｇは複素利得であり、Ｉ_ｄは恒等マトリックスである。
関係式（４）は、マトリックスＤ_{Ａｍｐｌｉ}によってモデル化される増幅器３０３のチェーンの欠陥のマトリックスＤ_Ａ−Φによってモデル化される装置３０２による補償を、各経路において同一の複素利得が得られるように変換する（装置を構成するＮ個の経路が等しい長さであることを言う）。
この結果を得るためには、Ｎ個の考えられる経路の中から、まず１つの基準経路が選択されるべきである。初期設定により、添字が１の経路を基準経路とし、次に、他のＮ−１個の経路の増幅器の利得Ｇ_ｉが、添字がｉの各経路と基準経路との間の利得の差Ｇ_１によって補償されるべきである。
基準経路は、何れの経路と等しいとみなしてもよい。増幅器の利得の補償は、全経路の利得の平均、全ての経路上の利得の最小値または最大値に利得が一致する仮想基準に対して行われてもよい。
従って、ｉが、２〜Ｎまでの範囲で異なる、以下の数量が計算される。

式中、関係式の全ての項は、デシベルで表され、｜｜は、複素数の絶対値を示す。そして、
ΔΦ_１，ｉ＝（Φ_ｉ＋ａｒｇ（Ｇ_ｉ））−（Φ_１＋ａｒｇ（Ｇ_１））（６）
式中、関係式の全ての項は、度で表され、ａｒｇ（）は、複素数の独立変数を示す。
システムの振幅／位相の自己補償は、増幅器３０３のチェーンの出力において、各経路上で同一の複素利得、すなわち、振幅および位相に至らなければならない。
従って、前記増幅器の非線形性が考慮される必要がある。実際には、ある増幅器の出力における振幅（個々の位相）は、同じ増幅器の入力における振幅（個々の位相）と必ずしも比例するとは限らない。実際には、増幅器ｉは、入力信号の振幅を出力信号の振幅に結び付ける第１の伝達関数ｆ^ｉ _{ＡＭ，ＡＭ}および入力信号の位相を出力信号の振幅に結び付ける第２の伝達関数ｆ^ｉ _{ＡＭ，ＰＭ}を示す。これらの伝達関数の例は、図４ａおよび図４ｂにより示される。曲線４０４は、出力信号４０２の電力の変化を、入力信号４０１の電力の関数として表す。曲線４０４の領域Ｌは、直線である一方で、曲線の残りの部分は直線ではない。同様に、曲線４０５は、出力信号４０３の位相の変化を、入力信号４０１の電力の関数として表す。

添字ｉの経路の増幅器の入力における信号の振幅ＩＢＯ_ｉ（この振幅は、同じ増幅器の出力における信号の振幅ＯＢＯ_ｉに結び付けられる）は、次に、以下の関係式によって導入される。

そして、同じ増幅器の入力における信号の位相は、以下の関係式によって得られる。

増幅器の出力における信号値は、既出のベクトルＳ_１の成分ｉに基づいて得られる。
次に、出力信号の振幅の新しい値

ＯＢＯ’_ｉ＝ＯＢＯ_ｉ−ΔＺ_１，ｉを得るために、関係式（５）で得られた数量ΔＺ_１，ｉによって各増幅器の出力信号の振幅の補償を求める。
増幅器の入力信号の新しい振幅および位相は、その後、以下の関係式によって計算される。

最後に、最後の計算工程により、後に計算装置３０８が補償装置３０２に提供する振幅および位相設定値の新しい値を得ることができる。

本発明のある変形実施形態においては、真空管増幅器３０３は、ＳＳＰＡの略語で知られる固体電力増幅器に置き換えてもよい。

増幅器３０３の影響をモデル化する入力マトリックスＭＢ_１、出力マトリックスＭＢ_２、およびマトリックスＤ_{Ａｍｐｌｉ}の知識が必要ではない本発明の別の変形実施形態を以下に説明する。

上文で紹介した関係式（１）、（２）および（３）を参照すると、本発明による自己補償システムは、マトリックスＭＢ_１およびＭＢ_２の知識、並びに、マトリックスＤ_{Ａｍｐｌｉ}の計算（関係式（３）による）が必要であることが分かる。この先験的知識は、入力バトラーマトリックスおよび出力バトラーマトリックスの応答を、それらの実際の影響（それらは、生産関連の欠陥のために理論上のバトラーマトリックスとは異なり得る）をモデル化するために、外部手段によって測定することを伴う。

入力バトラーマトリックスの実際のマトリックス応答ＭＢ_１は、２つの項の積、ＭＢ_１＝Ｍ_１ ^{ｅｒｒｏｒ}．ＭＢ_１ ^ｔｈ（式中、ＭＢ_１ ^ｔｈは、理論上の入力バトラーマトリックスであり、Ｍ_１ ^{ｅｒｒｏｒ}は、理論上のマトリックスと実際のマトリックスとの誤差または差を含む対角マトリックスである）として分解可能である。同様に、システムの出力マトリックスに関しては、ＭＢ_２＝ＭＢ_２ ^ｔｈ．Ｍ_２ ^{ｅｒｒｏｒ}と書くことができる。

バトラーマトリックスの欠陥を考慮し、かつ、関係式（４）を用いて既に説明した論法と類似の論法により、今度は、理論上のバトラーマトリックスの等しい長さ間の電力増幅器へのＮ個の経路の通過を図る。この状態は、以下の関係式（Ｇは、複素利得であり、Ｉ_ｄは、恒等マトリックスである）を満たすシステムのモデル化に等しい。

次に、計算装置３０８によって決定され、かつ補償装置３０２に送信される振幅設定値ａ_ｉおよび位相設定値Φ_ｉが、対角マトリックスＤ_Ａ−Φを構成する修正項ａ_ｉｅ^ｊΦｉが対角誤差マトリックスＭ_１ ^{ｅｒｒｏｒ}およびＭ_２ ^{ｅｒｒｏｒ}に関連する欠陥も一体化するという点を除いては、関係式（３）および（５）〜（１０）を用いて既に説明した論法と類似の方法で決定される。各増幅器の複素利得Ｇ_ｉの決定が可能な関係式、特に、関係式（３）および中間ベクトルＳ_１と出力ベクトルＳとを結び付ける関係式は、実際のマトリックスではなく、理論上のマトリックスＭＢ_１ ^ｔｈおよびＭＢ_２ ^ｔｈと共に用いられる。

本発明の別の態様においては、各経路の増幅器の特徴

をもはや考慮に入れる必要はない。振幅補償ａ'_ｉは、関係式

（ここでηは、絶対値で１未満の乗法係数である）によって、各増幅器の出力振幅値ＯＢＯ’_ｉに直接基づいて決定される。
この簡略化により、妥当な時間で有限の極限値へと計算を収束させることを保証しながら、各増幅器の正確な特徴

を知ることを回避することが可能となる。

さらに、位相補償Φ’_ｉは、以下の関係式によって決定され得る。

関係式（１３）によって決定される位相補正は、本質的に２つの項、すなわち、真空管増幅器によって導入され、出力電力ＯＢＯ_ｉに依存する位相回転、およびＭＰＡシステムの各経路を構成する要素の特徴による位相不一致からなる。この計算の最初の反復期間中に、第２の項が補償され、第１の項のみが、反復が進むにつれて発展する。従って、全体的な位相制御、つまり、各反復において適用される逐次補正の合計は、振幅補償が収束するにつれて、次第に安定した値となる傾向がある。各真空管増幅器の位相応答を考慮に入れない関係式（１３）によって決定される位相補償は、不完全ではあるが、それでも、妥当な時間で極限値への収束を可能にする。

図５は、自己補償システムの性能および出力経路の分離に関して得られた利得を示す。図面の左側は、２つの通信信号Ｃ_１およびＣ_２間に挿入された基準信号Ｓ_ＲＥＦ、ここでは、純粋搬送信号を表す。この図では、主経路上の増幅信号と、二次経路上に存在する残余との間に得られる分離Ｉ_１を示す。分離Ｉ_１は、ほぼ１３ｄＢ程度である。同じコンポジット信号を図面の右側に示すが、これは、本発明の上記の方法によってシステムが既に自己補償済みの場合の信号である。得られた分離Ｉ_２は、改善が見られ、今度は、ほぼ３３ｄＢ程度である。

本発明の別の変形実施形態においては、位相および振幅の補償は、基準信号に対して測定された分離Ｉが所与の閾値を超えると直ぐに更新される。次に、所与の基準に応じて経時的に位相および振幅に関する補償を適応させるという原理を示す適応構造に言及する。適応補償は、システムに影響を与える誤差が、作動状態に応じて時間が経つにつれて変化する場合に特に必要である。一方、静的補償の言及は、経時的に変化しない静誤差を補正するために１回のみ後者が行われる場合に行われる。

本発明による自己補償マルチポート増幅システムには、特に、トラフィックの存在下において、すなわち、通信を妨げることなく、システムの位相および振幅に関する自己補償を保証するという主な利点がある。これは特に衛星伝送システムに適応する。組立て総合機能試験（ＡＩＴ）段階において、本発明は、性能を最大限にするシステムの最適な設定を求める一助となる。軌道上試験または利用（ＩＯＴ）段階において、この装置は、地上設備から搭載設備へと作動可能な、または完全に搭載されることも可能な補償ループによって自動的に自己補償される。

本発明によるマルチ分布増幅システムの主な目的は、最大限の経路間分離を保証するための、各増幅経路を構成するハードウェアコンポーネントの固有の欠陥である振幅および位相の自己補償である。

本発明のシステムの別の適用は、システムの経路の１つにおける電力増幅チェーンに影響を与える欠陥の検出および場所に関する。実際には、既に説明したように、本発明により、特に、各経路上の増幅器３０３の各チェーンの出力信号の電力からなるベクトルＳ_１を決定することが可能となる。この情報に基づいて、検知閾値をベクトルＳ_１の各電力に適用し、増幅器の動作欠陥に起因して推定出力電力が異常に低いか否かが決定され得る。この検知閾値は、放出された信号の電力および適用が目標とする動作点に応じて決定される。

欠陥が本発明による増幅システムの経路の１つに位置する場合には、増幅器３０３のチェーンは、この目的のために設けられる冗長チェーンに置き換えられてもよい。冗長チェーンへの増幅器の欠陥チェーンの入力および出力の切り替えが、次に行われ、本発明による新しい分離計算が実行される。

Claims (13)

1. 少なくとも、出力としてＮ個の分配信号を供給する入力バトラーマトリックス（３０１）に接続された複数（Ｎ個）の入力経路ｉと、入力として前記分配信号を受信し、出力として各々複素利得Ｇ_ｉのＮ個の増幅および位相シフトされた信号を生成する複数（Ｎ個）の増幅器（３０３）と、入力として前記増幅信号を受信し、出力としてＮ個の出力信号を生成する出力バトラーマトリックス（３０５）とを備えた、通信信号のマルチ分布増幅システムにおいて、
   既知の振幅ｅおよび既知の位相を有する基準信号の発生器（３０６）であって、前記基準信号は、前記システムの前記入力経路の１つに与えられ、前記基準信号は、増幅される前記通信信号と同時に送られる、発生器（３０６）と、
   前記システムの前記出力信号の各々の振幅および位相の誤差Ｓを測定する装置（３０７）であって、前記装置は、前記通信信号から前記基準信号を抽出するため、および前記基準信号に影響を与える前記振幅誤差および位相誤差を推定するために、前記増幅信号のコヒーレント復調を行うのに適している、装置（３０７）と、
   入力として前記振幅誤差および位相誤差の前記測定値Ｓを受信し、前記測定値Ｓに基づいて、前記システムの各経路ｉに対して、振幅補償ａ'_ｉおよび位相補償Φ’_ｉを行う信号処理装置（３０８）であって、前記補償の目的は、前記各経路ｉの増幅器の前記複素利得Ｇ_ｉと、前記システムの前記経路の中の基準経路の増幅器の複素利得Ｇ_１との差を最小限に抑えることである、信号処理装置（３０８）と、
   前記入力バトラーマトリックス（３０１）と、前記複数の増幅器（３０３）との間に挿入され、受信した前記振幅補償ａ’_ｉおよび位相補償Φ’_ｉの値に基づいて、前記システムの前記経路ｉの各々を補正するのに適した、位相／振幅補償装置（３０２）と、
   をさらに備えることを特徴とするシステム。
2. 前記基準経路が、前記増幅システムの前記経路の１つである、または、前記増幅システムの前記一組の経路の前記利得の平均に等しい利得を有する仮想経路である、または最も低い利得Ｇ_ｉを示す経路ｉである、または最も高い利得Ｇ_ｉを示す経路ｉであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記基準信号が、拡散コードを用いてスペクトル的に拡散され、前記測定装置（３０７）は、前記通信信号から前記基準信号を分離するために、前記拡散コードに基づいて受信信号をさらに拡散するように適応することを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記信号処理装置（３０８）は、少なくとも以下の計算工程：
   ・以下の関係式
   

   

   に基づいて、前記複素利得Ｇ_ｉを計算する工程であって、式中、Ｓ^ｉ _１は、ベクトル
   

   

   の添字ｉの成分であり、ＭＢ^−１ _２は、前記出力バトラーマトリックス（３０５）の逆数であり、ＭＢ^ｉ _１は、前記入力バトラーマトリックス（３０１）の第１の行の添字ｉの成分であり、ａ_ｉおよびΦ_ｉは、前に得られた前記振幅および位相の補償である、工程と、
   ・添字ｉの各経路に関して、以下の数量、
   

   

   を計算する工程であって、式中、｜｜は、複素数の絶対値を表し、ａｒｇ（）は、その位相を表し、添字１は、前記基準経路を表す、工程と、
   ・前記ベクトルＳ_１に基づいて、前記各増幅器の出力における前記信号の振幅ＯＢＯ_ｉを計算する工程と、
   ・後に、各経路ｉにおける前記振幅補償ａ'_ｉを前記数量ΔＺ_１，ｉおよび前記経路の前記増幅器の前記出力信号の前記振幅ＯＢＯ_ｉに基づいて計算する工程と、
   ・関係式
   

   

   に従って、前記数量ΔΦ_１，ｉに基づいて、後に、各経路ｉにおける前記位相補償Φ'_ｉを計算する工程と、
   に基づいて、前記振幅補償ａ’_ｉおよび位相補償Φ’_ｉを決定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記振幅補償ａ’_ｉは、以下の関係式
   

   

   を少なくとも用いて決定され、ここでｆ^ｉ _{ＡＭ，ＡＭ}は入力振幅を出力振幅に結び付ける前記経路ｉの真空管増幅器の伝達関数であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記振幅補償ａ’_ｉは、式中、ηは、絶対値で１未満の乗法係数であり、
   

   

   である、以下の関係式
   

   

   を少なくとも用いて決定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記位相補償Φ’_ｉは、さらに、式中、ｆ^ｉ _{ＡＭ，ＰＭ}は、入力位相を出力位相に結び付ける前記経路ｉの真空管増幅器の伝達関数である、以下の関係式
   

   

   に基づいて決定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記入力バトラーマトリックス（３０１）および出力バトラーマトリックス（３０５）は、互いに接続された複数のハイブリッド結合器からなることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記マトリックスＭＢ_１およびＭＢ_２は、前記入力バトラーマトリックス（３０１）および出力バトラーマトリックス（３０５）の伝達関数の測定値に基づいて、または前記入力バトラーマトリックス（３０１）および出力バトラーマトリックス（３０５）の理論上の伝達関数に基づいて得られることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記測定装置（３０７）はさらに、前記システムの前記基準経路とその他の出力経路との分離Ｉを測定するように適応し、前記分離Ｉの値が所与の閾値を超えるとすぐに、新しい振幅補償ａ’_ｉおよび位相補償Φ’_ｉが、適応様式で決定されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記増幅器（３０３）は、真空管増幅器または固体増幅器であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記信号処理装置（３０８）は、地上設備に離れて位置し、遠隔制御リンクおよび／またはテレメトリリンクによって搭載設備に配置された前記システムと通信することを特徴とする、衛星通信システムにおいて使用される請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記システムの前記経路ｉのうちの１つの経路の前記増幅器（３０３）の欠陥を検出するための、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステムの使用において、ベクトル
    

    

    の成分を所与の閾値と比較し、それによって、前記増幅器（３０３）のうちの１つの増幅器の出力における電力の大幅な低下を検出し、前記欠陥増幅器を置き換えることを特徴とする使用。

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