JP2676998B2 - 自動周波数制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，複数の狭帯域搬送波により搬送される通話
信号を音声帯域内（0.3〜3.4kHz）に周波数変換及び復
調動作するための衛星通信に使用される受信用自動周波
数制御方法及びその装置に関する。

（従来の技術） 従来より衛星通信を行う方法には,1つの音声チャンネ
ルに対して１つのキャリア（搬送波）を割当てるように
したSCPC（Single Channel per Carrier）通信がある。
このSCPC通信は複数の狭帯域搬送波の送受信により行わ
れる。一般に，狭帯域通信方法によって衛星通信を行う
とするならば，地球局の送受信周波数変換部の局部発振
器及び衛星搭載の局部発振器における周波数変動や，衛
星のドップラーシフトによる周波数変動が生じることが
ある。このような周波数変動が生じると良好な通信が得
られなくなるので，こうした周波数変動を補償する為，
受信系の周波数制御回路には受信信号を復調器の中心周
波数に引込ませるために，パイロット信号を用いたAFC
回路が設けられている。

第３図はパイロット信号を用いたAFC回路を備えた従
来の無線伝送装置の従来例を示している。ここでは，周
波数変調（FM）波信号を用いたSCPC用衛星地球局の構成
がブロック図で示されている。図示された無線伝送装置
の送信側では，（FM）変調信号S₁〜S_Nがそれぞれ変調器
５−１〜５−Ｎで変調されている。そして，パイロット
信号発生器４と変調器５−１〜５−Ｎの出力とによる多
数のSCPCキャリアは，合成部３で合成された後，送信用
周波数変換部２にてマイクロ波帯に周波数変換され，送
信機１で衛星が受信できるために必要な利得を得てい
る。こうして，分波合成部14を介してアンテナ15により
送信できるようになっている。

尚，パイロット信号発生器４によるパイロット信号の
周波数は，第４図に示すSCPC通信方式の送信キャリアに
示されるように，多数の狭帯域のSCPCキャリアのほぼ中
心に選定されている。ここで,f_{２〜fn/2−１},f_n/2〜f_n
はSCPCキャリアであり,fpはパイロット信号を示してい
る。また，このパイロット信号fpは，狭帯域なSCPCキャ
リアの周波数変動を補償するための基準信号として用い
られるものであり，周波数安定度に優れるものである必
要がある。

そして，上記アンテナ15から送信された多数のSCPCキ
ャリアとパイロット信号との合成波は，衛星にて周波数
変換された後，地球局へ向けて送信され，アンテナ15に
て受信された後，分波合成部14により受信側に分波され
る。受信側では，アンテナ15の受信出力が，低雑音増幅
器を有する受信機13を通した後,AFCループ（回路）が付
加された受信用周波数変換部12に入力される。この受信
用周波数変換部12で周波数変換された受信出力は，分岐
部７およびパイロット信号検出部８に与えられる。

パイロット信号検出部８では，入力した受信出力に対
し狭帯域なフィルタを施すことによりパイロット信号の
みを検出し，これを分周する。この分周されたパイロッ
ト信号と基準周波数発生器16からの基準周波数信号とは
位相比較器９により位相比較されて位相誤差信号を検出
する。この位相誤差信号は低域濾波器10により整流さ
れ，電圧制御発振器11に制御電圧として与えられる。引
き続き，受信出力から検出したパイロット信号に基づく
制御電圧を受けた電圧制御発振器11は，受信用周波数変
換部12に与えられる変換周波数を変換させる。これによ
り，受信用周波数変換部12の出力が常に送信パイロット
信号の周波数に等しくなるように制御される。以上の各
段階がパイロット信号を用いた自動周波数制御（AFC）
である。即ち,AFCループ（回路）は，パイロット信号検
出部8,位相比較器9,低域濾波機10,電圧制御発振器11,お
よび基準周波数発生器16により構成されている。

以上のAFCループによって，送信系のパイロット信号
発生器４の周波数が安定していれば，地球局の送受信用
周波数変換部２及び12,衛星搭載の局部発振部，さらに
衛星のドップラーシフト等による周波数変動を確実に補
償することが可能となる。

一方，受信用周波数変換部12から分岐部７に与えられ
た出力は，復調器６−１〜６−Ｍにそれぞれ分岐され，
各復調出力S₁′〜S_M′が得られる。

又，このような衛星通信は，最近では受信側に設けら
れた自動周波数制御装置に幾つかの周波数変換部を設
け，音声帯域内の通話信号を受信するための研究開発も
なされている。しかしながら，衛星通信で音声帯域の通
話信号を送受する場合には，搬送波の周波数変動が問題
になる。

一般に，衛星通信で発生する周波数変動は，狭帯域の
ＣバンドやKuバンドが対象になるが，周波数の変動範囲
の規定が厳しいKuバンド（14GHz帯と12GHz帯とに大別さ
れる）を例にすれば，その変動範囲は地球局の送受信の
統計で約±8,2kHz程度になっている。このことは地球局
の各周波数変換部における局部発振器の周波数変動の偏
差が恒温槽入り水晶発振器からの信号を基準とするPLL
発振器の場合でも半年間の長期安定度を約±３×10^-7程
度にする必要があることを意味している。

一方，衛星本体の周波数変動は衛星の種類にもよる
が，一般的には半年間の長期安定度が約±40Hz以内とさ
れている。そして，地球局と衛星本体との周波数変動の
総計が衛星回線として長期的に約±48,2kHzになってい
る。

しかしながら，音声等を対象とする低速の信号を受信
する自動周波数制御装置では，上記した周波数変動によ
って復調出力の特性が劣化してしまうという現象が見ら
れた。特に,FM復調器を用いた場合には，約±5kHz以内
の範囲に周波数変動を抑える必要があり，このため，自
動周波数制御装置においてはAFC回路による周波数変換
部に対する高精度な電圧制御が要求されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述したような従来のSCPC用衛星通信方法やその装置
の場合，周波数変動を補償するためのAFC回路を受信側
の周波数制御回路に設けると共に，このAFC回路をルー
プさせて周波数制御回路内の周波数変換部に対してパイ
ロット信号に基づいて制御電圧を供給するようにしてい
る。この為，地球局の送受信サイズが小規模に構成さ
れ，しかも接続されるSCPCキャリアの数が少ない場合，
特定のSCPCキャリアでパイロット信号が常時受信されて
いると，他の使用者による使用効率が低下するという問
題がある。又，接続され得るSCPCキャリアの数に関係な
く，パイロット信号を受信するためのAFC回路が受信側
の周波数制御回路に必要な構成になっているが，小規模
な衛星通信で通話信号の受信を行う上では，このような
AFC回路はコスト面で割高なものになっている。

（発明の目的） 本発明はかかる事情を鑑みなされたもので，その目的
は，パイロット信号を常時受信しなくても周波数の自動
制御を安定して行い得ると共に,SCPCキャリアの数が少
なくても使用効率の低下を回避できるような衛星通信に
おける受信用自動周波数制御方法及びその装置を提供す
ることにある （課題を解決するための手段） 本発明は複数の搬送波を受信するための衛星通信に使
用される自動周波数制御方法及びその装置に関するもの
で，本発明の自動周波数制御方法における上記目的は，
複数の搬送波のうち，パイロット信号を搬送するための
第１の搬送波及び通話信号を搬送するための第２の搬送
波をかかる複数の搬送波から選定し，第２の搬送波によ
り通話信号が受信されているときには第１の搬送波によ
るパイロット信号を使用することなく，通話信号に基づ
いて周波数の自動制御を行い，且つ第２の搬送波により
通話信号が受信されていないときには通話信号が受信さ
れるまでの間，第１の搬送波によるパイロット信号に基
づいて通話信号が受信されなくなる直前の状態を維持し
て周波数の自動制御を行うことによって達成される。

又，本発明の自動周波数制御装置における上記目的
は，複数の搬送波のうちからパイロット信号を搬送した
第１の搬送波及び通話信号を搬送した第２の搬送波を選
択的に受信し，かかるパイロット信号及び通話信号を周
波数変換及び復調動作により得るための復調部と，この
復調部に接続されると共に，通話信号の有無を検出する
ための受信キャリア検出部と，復調部に接続されると共
に，通話信号が受信されている間をカウントするための
周波数カウンタ部と， かかる復調部，受信キャリア検出部，周波数カウンタ
部に接続されると共に，通話信号が受信されているとき
にはパイロット信号を使用することなく，通話信号に基
づいて復調部に対する周波数の自動制御を行い，且つ通
話信号が受信されていないときには受信されるまでの
間，パイロット信号に基づいて通話信号が受信されなく
なる直前の状態を維持して復調部に対する周波数の自動
制御を行うための制御部とを備えて自動周波数制御装置
を構成することによって達成される。

（作用） 本発明の自動周波数制御方法及びその装置は，衛星通
信の受信側において，受信用のパイロット信号を常時使
用しなくても安定した周波数の自動制御を行い得るよう
にしたものである。即ち，本発明においては，制御部で
通話状態と通話されていない状態とを区別し，通話信号
が受信されているときにはパイロット信号を使用するこ
となく，通話信号に基づいて周波数の自動制御を行い，
且つ通話信号が受信されていないときには受信されるま
での間，パイロット信号に基づいて通話信号が受信され
なくなる直前の状態を維持するように周波数の自動制御
を行っている。

具体的に云えば，自動周波数制御装置の場合，通話信
号が受信されている状態を検出したり，或いはその間を
カウントするための受信キャリア検出部や周波数カウン
タ部を設けている。そして，パイロット信号及び通話信
号が周波数変換及び復調動作される復調部に対し，制御
部で上述した如く通話信号の受信の有無に対応した周波
数の自動制御を行っている。この結果，本発明では衛星
通信において短時間に生じる周波数の変動許容範囲（約
±5kHz）内で周波数変換及び復調動作を行い，良好な通
話受信を確保するを可能にしている。

（実施例） 以下に実施例を挙げ，本発明の自動周波数制御方法及
びその装置について詳細に説明する。

第１図は本発明の受信用自動周波数制御方法を具体化
した衛星通信用自動周波数制御装置を含み，周波数変調
（FM）波信号を扱ったSCPC用小型地球局の基本的な構成
を示している。図において，送信側には，それぞれ周波
数変換部5a−１〜5a−Ｎを具備した複数の変調器５−１
〜５−Ｎと，これら変調器５−１〜５−Ｎから送出され
る複数の狭帯域な被周波数変調信号S₁〜S_Nを合成する合
成部3,及び周波数変換部1aを具備する送信機１とが設け
られている。送信機１の出力は，分波合成部14を経てア
ンテナ15より衛星（図示せず）に向けて送出される。

一方，衛星からアンテナ部15及び分波合成部14を経て
受信される受信出力は送信側に与えられる。送信側に
は，周波数変換部13aを具備する受信機13と，受信機13
の出力が与えられる分岐部７及び分岐部７において分岐
された分岐出力がそれぞれ供給される複数の自動周波数
制御装置10−１〜10−Ｎが設けられている。

このうち，自動周波数制御装置10−１〜10−Ｎはそれ
ぞれ分岐出力を復調出力S₁′〜S_N′として出力する。
又，送信側の各変調器５−１〜５−Ｎの各周波数変換部
5a−１〜5a−Ｎは，複数の被周波数変調信号S₁〜S_Nを1G
Hz帯域に変換する。又，各変調器５−１〜５−Ｎは合成
部３に対し，それぞれ信号線Ｓ−１〜Ｓ−Ｎで接続され
ている。そして，各信号線Ｓ−１〜Ｓ−Ｎを通して合成
部３に送出された複数の変調信号は，この合成部３で合
成された後，送信機１に送出される。送信機１では周波
数変換部1aNIより伝送された変調信号の周波数をKuバン
ド又はＣバンド帯に変換する。そして，変換された送信
出力は，分波合成部14で合成された後，アンテナ部15よ
り衛星へ送信される。尚，ここでSCPCキャリアに対応す
るパイロット信号は，図示した送信側の小型地球局以外
のパイロット局で送信されるものとする。

又，衛星ではかかるパイロット信号及び通話信号を含
む各SCPCキャリアが受信される。

そして，これらパイロット信号及び通話信号を周波数
変換した後，それぞれ第１及び第２の搬送波で受信側の
小型地球局へ向けて送信する。

受信側の小型地球局では，アンテナ部15より受信され
る第１及び第２の搬送波が低雑音増幅機能を有する受信
機13に与えられる。受信機13では，第１及び第２の搬送
波によりそれぞれ搬送されるパイロット信号及び通話信
号を増幅すると共に，周波数変換部13aにより1GHz帯域
以下の帯域に周波数変換し，分岐部７及び信号線Ｐ−１
〜Ｐ−Ｎを介してそれぞれ特定の自動周波数制御装置10
−１〜10−Ｎに送出する。

そこで，以下では信号線Ｐ−１を介して自動周波数制
御装置10に送出されるパイロット信号及び通話信号につ
いて説明する。図示の如く自動周波数制御装置10−１
は，制御部17に対してそれぞれ接続された局部発振器18
及び19,電圧発振器26,受信キャリア検出部24,周波数カ
ウンタ部25を具備している。又，局部発振器18及び19
は，互いに接続された周波数変換部20及び21に対してそ
れぞれ接続されており，更に周波数変換部20は分岐部７
に接続され，周波数変換部21は帯域濾波器22に接続され
ている。更に，この帯域濾波器22には電圧制御発振器26
に接続された周波数27が接続されている。そして，この
周波数変換部27には，受信キャリア検出部及び周波数カ
ウンタ部25に接続された復調器23が接続されている。
尚，周波数変換部20及び21,局部発振器18及び19,帯域濾
波器22,周波数変換部27,復調器23,電圧制御発振器26の
各部は，集合的に復調部とすることができる。

かかる構成による自動周波数制御装置10−１に対し，
パイロット信号及び通話信号は，信号線Ｐ−１から周波
数変換部20に順次与えられる。制御部17は，複数のSCPC
キャリアよりこれらのパイロット信号及び通話信号を，
予め設定された所定の周波数F₁に対する所定の偏差±δ
内に引き込んで順次選定する。この為，制御部17は局部
発振器18及び19により周波数変換部20及び21を制御し，
選定されたパイロット信号及び通話信号を順次周波数変
換する。但し，ここでの周波数F₁は，最終的に目的とす
るパイロット信号及び通話信号のものではなく，初段の
周波数変換である。

そして，周波数変換されたパイロット信号及び通話信
号は，帯域濾波器22を介して周波数変換部27より送出さ
れる段階で,F₂±α（F₂は所定の周波数，αは数百Hz以
下の周波数）となるように順次周波数変換される。この
為，制御部17は電圧制御発振器26により周波数変換部27
を制御する。

こうして,F₂±αに順次周波数変換されたパイロット
信号及び通話信号は，最終的に復調器23に送出されて復
調器23で復調される。ここで，通話信号は復調出力S₁′
として出力されると共に，この復調器23に接続された受
信キャリア検出部24及び周波数カウンタ部25を介して一
旦制御部17に伝送される。即ち，通話信号はこれらの受
信キャリア検出部24及び周波数カウンタ部25にも送出さ
れる。

一方，パイロット信号は受信キャリア検出部24及び周
波数カウンタ部25を経て制御部17に送出される。受信キ
ャリア検出部24は通話信号の有無を検出し，その結果を
制御部17に検出信号として送出する。周波数カウンタ部
25は，制御部17よりサンプルタイムデータを入力し，通
話信号が受信されている状態の間をｎビットのカウント
データとしてカウントする。一方，パイロット信号は，
受信キャリア検出部24や周波数カウンタ部25によってそ
の有無が検出されたり，或いはその受信状態をカウント
されることなく，制御部17に送出される。

そして，制御部17は，検出信号及びカウントデータに
より通話信号が受信されていると判定したときにはパイ
ロット信号を使用せずに通話信号の周波数偏差δ′を算
出し，この周波数偏差δ′に基づいて電圧制御発振器26
を制御することで周波数変換部27による周波数変換及び
補償を行う。尚，制御部17はパイロット信号のみを受信
しているときには，パイロット信号の周波数偏差δ′を
算出し，上述した如く周波数変換部27を作動させる。
又，制御部17は検出信号及びカウントデータにより通話
信号が受信されていないと判定したときには通話信号が
受信されるまでの間，パイロット信号に基づいて通話信
号が受信されなくなる直前の状態を維持するように，電
圧制御発振器26を制御する。このとき，制御部17は周波
数カウンタ部25内のカウントデータをリセットし，周波
数変換部27による周波数変換及び補償を行わせずに待機
状態とする。

こうして，周波数変換部27で周波数変換及び補償され
た後のパイロット信号及び通話信号は，順次復調器23に
送出され，復調器23で復調されて復調出力S₁′が得られ
る。即ち，このような制御部17を具備する自動周波数制
御装置10−１は，上述した如く制御部17で通話信号が受
信されている状態にあるときにはパイロット信号を使用
せずに通話信号に対する周波数変換の補償を行わせるこ
とができる。そして，通話信号が受信されなくなっとき
には，パイロット信号に基づいて周波数変換及び補償を
保持することができる。

又，こうした制御部17による各部に対する動作処理
は，第２図（Ａ）及び（Ｂ）のフローチャートに示され
た動作プログラムによって動作する情報処理装置によっ
て実現することも可能である。ここではスタートを小型
地球局の電源オン（ステップS1）とし，初めに受信信号
の周波数をパイロット信号に設定する（ステップS2）。
そして，引き続きパイロット信号の受信状態を受信キャ
リア有りか否かの処理で判定し（ステップS3），受信キ
ャリアが無いときには各周波数変換部を予め設定した周
波数の近傍でスイープして（ステップS4），受信される
までの間待機状態とする為，受信キャリア有りか否かの
処理（ステップS3）にリターンさせる。一方，受信キャ
リアが有りのときは，受信キャリアの周波数偏差δ′を
小さくするように引き込み制御し（ステップS5），この
結果周波数偏差δ′が所定の許容範囲内か否かを判定す
る（ステップS6）。周波数偏差δ′が許容範囲外であれ
ば対象外とみなす為，受信キャリア有りか否かの処理
（ステップS3）にリターンさせる。そして，周波数偏差
δ′が許容範囲内にあるときは，パイロット信号とみな
して電圧制御発振器26をホールド（保持）状態とし（ス
テップS7），受信信号の周波数を通話信号に設定する
（ステップS8）。

次に，通話信号の受信キャリア有りか否かの処理（第
２図（Ｂ）のステップS9）を行い，受信キャリアが無け
れば電圧制御発振器26のホールド状態を維持する（ステ
ップS10）のようにした後，引き続き通話信号を受信で
きるように受信キャリア有りか否かの処理（ステップS
9）にリターンさせる。そして，通話信号が有る場合に
は，周波数偏差δ′を小さくするように引き込み制御す
る（ステップS11）ようにし，その周波数偏差δ′が所
定の許容範囲内か否かを判定する（ステップS12）。

この結果，許容範囲外であれば直ちに電圧制御発振器
26をホールド状態とし（ステップS13），対象外とみな
して引き続き通話信号を受信できるようにする為，初め
に受信キャリアが無かった場合と同様に電圧制御発振器
26のホールド状態を維持する処理（ステップS10）にリ
ターンさせる。一方，許容範囲内であれば設定した周波
数の近傍でスイープする（ステップS14）ようにした
後，周波数変換された後の通話信号に対して再度通話信
号の受信キャリア有りか否かの処理を行い（ステップS1
5），受信キャリアが有れば継続的に受信できるよう
に，周波数偏差δ′を小さくするように引き込み制御す
る処理（ステップ11）にリターンさせる。そして，この
とき受信キャリアが無ければ通話信号に断続性があるこ
と（周波数の自動制御が良好に行われていないこと）を
意味するので，その断続性が所定の制限回数をオーバー
しているか否かを判定し（ステップS16），オーバーし
ていなければ受信可能とみなして設定した周波数の近傍
でスイープする処理（ステップS14）にリターンさせ
る。又，制限回数をオーバーしていれば受信不可能とみ
なしてパイロット信号を受信するための準備，即ち受信
信号の周波数をパイロット信号に設定する処理（ステッ
プS2）にリターンさせる。

このようにして，通話信号が受信されているときには
パイロット信号とは無関係に周波数の自動制御を行い，
通話信号が受信されなくなればパイロット信号に基づい
て周波数の自動制御を行わせることができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば,SCPC通信方式を用いた
衛星通信の受信用の復調器において復調される復調出力
に対し，通話信号が存在しない場合には最終的に周波数
の自動制御が行われていた状態を維持して出力を停止で
きるようなボイスアクチベーション機能を導入する一
方，通話信号が存在しているときにはパイロット信号を
使用せずに周波数の自動制御を行って出力を得られるよ
うにしているので，周波数変調（FM）波を対象とした場
合にも高い安定度で周波数の変換を可能する自動周波数
制御方法及びその装置が提供される。特に，パイロット
信号を通話中には使用していないので，通話信号の復調
出力の質が格段に向上するという利点がある。又，通話
されていないときには通話されていたときの状態のまま
周波数の自動制御が保持されるので，通話信号が入力さ
れれば迅速に反応することになり,SCPCのキャリア数が
少なくても使用効率が低下されないという長所を達成し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動周波数制御方法を具体化した自動
周波数制御装置を含む衛星通信におけるSCPC用小型地球
局の基本的な構成を示す図，第２図は本発明の自動周波
数制御装置における制御部の動作処理の一例を示すフロ
ーチャート，第３図は従来のSCPC用小型地球局の基本的
な構成を示す図，第４図はその受信用の搬送波を説明す
るために示す図である。 １……送信機,3……合成部,7……分岐部,10−１〜10−
Ｎ……自動周波数制御装置,13……受信機,14……分波合
成部,15……アンテナ部,17……制御部,20,21,27……周
波数変換部,23……復調器,26……電圧制御発振器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の搬送波を受信するための衛星通信に
   使用される自動周波数制御方法において，前記複数の搬
   送波のうち，パイロット信号を搬送するための第１の搬
   送波及び通話信号を搬送するための第２の搬送波を前記
   複数の搬送波から選定し，前記第２の搬送波により前記
   通話信号が受信されているときには前記第１の搬送波に
   よる前記パイロット信号を使用することなく，前記通話
   信号に基づいて周波数の自動制御を行い，且つ前記第２
   の搬送波により前記通話信号が受信されていないときに
   は前記通話信号が受信されるまでの間，前記第１の搬送
   波による前記パイロット信号に基づいて前記通話信号が
   受信されなくなる直前の状態を維持するように前記周波
   数の自動制御を行うことを特徴とする自動周波数制御方
   法。
2. 【請求項２】複数の搬送波を受信するための衛星通信用
   自動周波数制御装置において，前記複数の搬送波のう
   ち，パイロット信号を搬送した第１の搬送波及び通話信
   号を搬送した第２の搬送波を選択的に受信し，前記パイ
   ロット信号及び通話信号を周波数変換及び復調動作によ
   り得るための復調部と，前記復調部に接続されると共
   に，前記通話信号の有無を検出するための受信キャリア
   検出部と，前記復調部に接続されると共に，前記通話信
   号が受信されている間をカウントするための周波数カウ
   ンタ部と， 前記復調部，前記受信キャリア検出部，前記周波数カウ
   ンタ部に接続されると共に，前記通話信号が受信されて
   いるときには前記パイロット信号を使用することなく，
   前記通話信号に基づいて前記復調部に対する周波数の自
   動制御を行い，且つ前記通話信号が受信されていないと
   きには前記通話信号が受信されるまでの間，前記パイロ
   ット信号に基づいて前記通話信号が受信されなくなる直
   前の状態を維持して前記復調部に対する前記周波数の自
   動制御を行うための制御部とを備えて構成されることを
   特徴とする自動周波数制御装置。
3. 【請求項３】前記制御部は前記受信キャリア検出部にお
   いて前記通話信号が受信されていない状態にあることを
   判定した場合，前記周波数カウンタ部内のカウントデー
   タをリセットするように構成された請求項２に記載の自
   動周波数制御装置。