JP6298012B2 - 受信装置及び受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、受信装置及び受信方法に関し、特に人工衛星に搭載する受信装置及びその受信方法に関する。

人工衛星に搭載される受信装置は、地上局からの変調されたコマンド信号を受信し、復調して人工衛星の各部に渡す働きを担っている。

近年、静止衛星の配置が近接しており、人工衛星へのコマンド送信時に、隣接する人工衛星に対するコマンド信号が妨害波となり、通信の障害となってしまうことがある。そのため、隣接人工衛星のチャンネルによる影響を受けないよう、帯域制限を設けた受信装置の需要が高まっている。

また、静止軌道上で運用される人工衛星に搭載される受信装置であっても、軌道投入までは、地上局に対する人工衛星の相対運動によるドップラー効果のため受信搬送波の周波数偏移（ドップラーシフト）に対応する必要がある。例えば基準となる搬送波に対し＋／−２３ｐｐｍ程度の広さの帯域内のどの周波数に偏移しても復調できるよう受信装置を設計することが求められている。

この周波数偏移の補償に関連する技術が、例えば特許文献１から５に開示されている。

特許文献１には、ＶＣＸＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御水晶発振器）および周波数逓倍器により生成される局部発振信号を使用して周波数変換を行い送信信号を復調するいわゆるヘテロダイン式の無線受信機が開示されている。特許文献１に開示されている無線受信機は、搬送波周波数の周波数ドリフト幅以上の周波数帯域幅で、又は局部発振信号の周波数ドリフト幅以上の周波数帯域幅で、局部発振信号の周波数を繰り返し掃引する。

特許文献２には、ドップラーシフトによって中心周波数からずれている衛星からの信号を捕捉する技術が開示されている。捕捉部は、各衛星からの衛星信号を２乗化した信号を時間周波数変換して得られた周波数特性において突出した態様の周波数を特定し、その特定周波数に基づいて各衛星信号を捕捉する。

また特許文献３に記載のシンセサイザは、ＭＥＭＳ振動子を有する基準発振器から出力された基準発振信号を基に局部発振信号を生成し、局部発振信号の周波数変動を検出し、検出した周波数変動に基づいて局部発振信号の周波数を調整する。

また特許文献４に記載のシンセサイザは、ＭＥＭＳ振動子から出力された基準発振信号を基に生成する局部発振信号の周波数調整時に、周波数調整単位を、出力信号の品質が品質限界閾値となる周波数調整単位Ｆ以内とするよう構成されている。

また特許文献５には、電圧制御発振器の出力周波数を分周する分周器を変調することで分数分周を行うデルタシグマ変調型分数分周ＰＬＬ周波数シンセサイザが開示されている。

国際公開第２００６／０７３０１３号 国際公開第２００９／０１９７５４号 国際公開第２００９／１１６２６２号 特開２００９−１９４６１５号公報 特開２００５−２９５３４１号公報

コマンド受信装置は、上述のようにドップラーシフトに対応するため、アナログの周波数補償回路を備えた受信機を用いるか、または、復調部自体に周波数偏移を許容できる回路を用いる必要がある。

前者の方法を用いる場合、構成が複雑になるという問題がある。特許文献１に記載のように周波数補償回路にＶＣＸＯを用いた構成の場合、１．許容される周波数範囲がＶＣＸＯの可変周波数範囲に制限されてしまう、２．ＶＣＸＯの周波数が変動するため、他のアナログ部、またデジタル部への基準周波数を供給するためには他の周波数源が必要になる、３．制御にアナログ回路を使用するため、温度や気圧などの環境変動による周波数偏移を補償する回路が別途必要になる、といった課題がある。

また後者の方法を用いる場合、近年、周波数帯の逼迫によって衛星通信にＫａ帯（３０ＧＨｚ帯）が盛んに使用され、復調部にこのような大きな周波数偏移を許容するには、簡単な構成で実現することは困難になっている。特許文献２に記載の構成では、各衛星からの衛星信号を２乗化し、その信号を時間周波数変換し、得られた周波数特性を生成し、突出した態様の周波数を特定する回路を備えており、複雑な構成となっている。特許文献３から５にも簡単な構成で十分に帯域を制限しつつドップラーシフトに対応可能な技術は開示されていない。

本発明は、簡単な構成で妨害波に対しても十分な耐性を維持しつつドップラーシフトに対応して周波数偏移を補償することができる受信装置及び受信方法を提供することを目的とする。

本発明の受信装置は、入力される分周数に基づいて基準周波数源の出力を分周した局部発振信号を発生する周波数シンセサイザと、前記局部発振信号により周波数変換された受信信号を復調する復調部と、前記受信信号の周波数偏移量に基づいて前記分周数を制御するデジタル周波数補償部と、を備えている。

本発明の受信方法は、入力される分周数に基づいて基準周波数源の出力を分周した局部発振信号を発生し、前記局部発振信号により周波数変換された受信信号を復調し、前記受信信号の周波数偏移量に基づいて前記分周数を制御する。

本発明によれば、簡単な構成で妨害波に対しても十分な耐性を維持しつつドップラーシフトに対応して周波数偏移を補償することができる。

図１は、第１の実施形態の構成を示すブロック図である。 図２は、図１の動作を示すフローチャートである。 図３は、第２の実施形態の構成を示すブロック図である。 図４は、図３の動作を示すフローチャートである。 図５は、第３の実施形態の構成を示すブロック図である。 図６は、図５の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の構成について、人工衛星に搭載するコマンド受信装置を例として説明する。

コマンド受信装置は、地上局からの変調された信号を受信し、復調して衛星に信号を渡す働きを担っている。近年、静止衛星上での衛星配置が近接しており、衛星へのコマンド送信時に、隣接する衛星に対するコマンド信号が妨害波となり、通信の障害となってしまうことがある。そのため、受信搬送波に帯域制限を設け、隣接する衛星のチャンネルによる影響を受けないコマンド受信装置の需要が高まっている。本発明を利用し、所望の帯域外の信号には反応しないよう受信装置を構成することで妨害波に強い受信装置を設計することが可能となる。本発明の構成により、以下のような効果が得られる。
・広帯域の周波数偏移に対応できる。

シンセサイザに使用しているＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御発振器）の可変周波数範囲がすなわち引き込める周波数範囲になるため、広帯域化が可能となる。また、周波数補償はデジタルで行うので、温度などの環境条件に依存しない安定した性能が得られる。
・受信機の構成が簡略化される。

アナログで行っていた周波数補償と比較して構成要素が減り、安価に作成することができる。特に、復調部に別途必要だった基準周波数源が局部発振信号のそれと共通にできることで大幅な簡略化が達成される。また、位相同期回路を使用した復調部を有する受信機の場合、復調部が周波数検出を兼ねるため更なる簡略化が可能となる。

以下、本発明の実施形態の構成について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第１の実施形態の受信装置１は、図１に示すように、入力される分周数に基づいて基準周波数源１１の出力を分周した局部発振信号を発生する周波数シンセサイザ１２と、局部発振信号により周波数変換を行う周波数変換部１３を備えている。さらに、局部発振信号により周波数変換された受信信号を復調する復調部１４と、周波数シンセサイザ１２に入力する分周数を制御するデジタル周波数補償部１５とを備えている。

さらにデジタル周波数補償部１４は、復調部１４にて受信信号が検知されない場合、受信信号を引き込み、復調部１４にて受信信号が検知されると検知された受信信号の周波数偏移量に基づいて周波数シンセサイザ１２に入力する分周数を制御する。

受信装置１は、周波数偏移を検出するため、受信信号の搬送波の周波数を検出する必要がある。一般的に衛星通信には、ＦＭ変調、あるいはＰＭ変調が使用される。このため復調部１４は、位相同期回路１４１を備えており、容易に受信信号の搬送波の周波数偏移量を得ることができる。受信装置１は、得られた周波数偏移量を使用して、周波数シンセサイザ１２の分周数を制御し、周波数偏移を補償する。

基準周波数源１１は、例えばＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）又はＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用いてよい。

周波数シンセサイザ１２は、例えば、ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ型の周波数シンセサイザを用いてよい。周波数シンセサイザ１２には、可変周波数範囲、すなわち引き込める周波数範囲が広いＶＣＯが使用されている。

復調部１４は、中間周波数に変換されたＦＭ変調、あるいはＰＭ変調された受信信号を復調する。復調部１４の周波数特性は、通常時、隣接する衛星に対するコマンド信号を復調する周波数範囲に含まないように帯域が制限された周波数特性となっている。また復調部１４は、位相同期回路１４１を備え、位相同期回路１４１が、受信信号の周波数偏移量を取得する。

さらに受信装置１は、受信信号の搬送波が周波数偏移している場合のため、周波数引き込みのためのデジタル周波数補償部１５を備えている。例えば、図１に示すように、デジタル周波数補償部１５は、復調部１４の周波数特性を拡張する周波数特性拡張部１５１と、復調部１４が搬送波の周波数を引き込んでいるか否かを検知する引き込み検知部１５２とを備えている。復調部１４は、周波数特性拡張部１５１からの指示によって周波数特性を一時的に拡張可能に構成されている。

次に本実施形態の動作について説明する。図２は、図１の動作を示すフローチャートである。

まず、引き込み検知部１５２は、搬送波の周波数を引き込んでいるか、判断する（ステップＳ１）。もし搬送波の周波数を引き込んでいなければ、すなわち受信信号が検知されていなければ、周波数特性拡張部１５１は、受信信号の搬送波に周波数偏差があると判断し、復調部１４の周波数特性を拡張する（ステップＳ２）。そして受信信号が検知されたか判断し（ステップＳ３）、検知されたら、復調部１４が受信信号の搬送波の周波数偏移量を検知する（ステップＳ４）。検知されない場合は、ステップＳ２に戻り、妨害波を引き込まない範囲内で、更に周波数特性を拡張する。

デジタル周波数補償部１５は、復調部１４によって検知された周波数偏移量に応じて周波数シンセサイザ１２に入力する分周数を制御する（ステップＳ５）。

周波数特性拡張部１５１は、復調部１４の周波数特性を正規の周波数特性に戻す（ステップＳ６）。

以上説明したように、本実施形態の構成により、周波数の引き込みがされていない場合、周波数特性拡張部１５１が、復調部１４の周波数特性を一時的に拡張し、受信信号の搬送波が引き込まれるため、簡単な構成で、復調部１４の周波数特性に対して大きいドップラーシフトがあっても周波数偏移を補償することができる。また受信信号の搬送波の引き込みがされると復調部１４の周波数特性を拡張前の正規の周波数特性に戻すため、通常時には、復調部１４が規定された周波数以外には反応しないようにすることで妨害波に対しても十分な耐性が得られる。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態の構成を示すブロック図である。

図３に示すように、受信装置２のデジタル周波数補償部１６は、周波数特性拡張部１５１に代えて、入力信号に基づいて周波数特性を制限する周波数特性制限部１６１を備えている点で第１の実施形態と異なる。また本実施形態の復調部１７は、受信信号のドップラーシフトする範囲全体において十分な品質で復調できる周波数特性を持っている。

次に本実施形態の動作について説明する。図４は、図３の動作を示すフローチャートである。

周波数特性制限部１６１は、通常時、隣接する衛星に対するコマンド信号が妨害波とならないように復調部１７に入力される周波数範囲を制限している。

まず、引き込み検知部１５２は、第１の実施形態と同様、搬送波の周波数を引き込んでいるか判断する（ステップＳ１）。もし周波数の引き込みがされていなければ、周波数特性制限部１６１は、復調部１７に対する周波数特性の制限を緩和する（ステップＳ７）。受信信号が検知されたか判断し（ステップＳ３）、検知されたら、復調部１７は周波数偏移量を検知する（ステップＳ４）。検知されない場合は、ステップＳ７に戻り、妨害波を引き込まない範囲内で、更に周波数特性の制限を緩和する。

デジタル周波数補償部１６は、復調部１７によって検知された周波数偏移量に応じて周波数シンセサイザ１２に入力する分周数を制御する。

周波数特性制限部１６１は、復調部１７に対する周波数範囲を、緩和前のように、隣接する衛星に対するコマンド信号が妨害波とならないように制限する（ステップＳ７）。

以上説明したように、本実施形態の構成により、周波数特性制限部１６１が、通常時、隣接する衛星に対するコマンド信号が妨害波とならないような復調部１７に入力される周波数範囲を制限し、周波数の引き込みがされていない場合、復調部１７に対する周波数範囲の制限を一時的に緩和し、受信信号の搬送波が引き込まれる。このため、簡単な構成で、通常時は妨害波に対しても十分な耐性を維持しつつ、ドップラーシフトがあっても周波数偏移を補償することができる。

次に本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、第３の実施形態の構成を示すブロック図である。

図５に示すように、本実施形態の受信装置３は、デジタル周波数補償部１８は、周波数シンセサイザの分周数を連続的に変化させるスイープ部１８１を備えている点で第１、第２の実施形態と異なる。

次に本実施形態の動作について説明する。図６は、図５の動作を示すフローチャートである。

まず、引き込み検知部１５２は、搬送波の周波数を引き込んでいるか判断する（ステップＳ１）。もし周波数の引き込みがされていなければ、スイープ部１８１は、周波数シンセサイザ１２の分周数を連続的に変化させ、周波数範囲をスイープさせる（ステップＳ９）。

引き込み検知部１１５２は、受信信号が検知されたか判断し（ステップＳ３）、受信信号が検知されると、スイープ部１８１は、分周数の変化を停止する（ステップＳ１０）。

以上説明したように、本実施形態の構成によって、周波数の引き込みがされていない場合、周波数シンセサイザ１２の分周数を連続的に変化させ、受信信号が検知されると、分周数の変化を停止する。このため、第１、第２の実施形態と同様に、簡単な構成で、通常時は妨害波に対しても十分な耐性を維持しつつ、ドップラーシフトに対応して周波数偏移を補償することができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１、２、３ 受信装置
１１ 基準周波数源
１２ 周波数シンセサイザ
１３ 周波数変換部
１４、１７ 復調部
１５、１６、１８ デジタル周波数補償部
１４１ 位相同期回路
１５１ 周波数特性拡張部
１５２ 引き込み検知部
１６１ 周波数特性制限部
１８１ スイープ部

Claims (3)

1. 入力される分周数に基づいて基準周波数源の出力を分周した局部発振信号を発生する周波数シンセサイザと、
   前記局部発振信号により周波数変換された受信信号を復調する復調部と、
   前記受信信号の周波数偏移量に基づいて前記分周数を制御するデジタル周波数補償部と、
   を備え、
   前記デジタル周波数補償部は、
   搬送波の周波数を引き込んでいない場合、前記復調部の周波数特性を一時的に拡張し、受信信号が検知されると、受信信号の周波数偏移量に基づいて周波数シンセサイザに入力する分周数を制御し、前記周波数特性を拡張前の周波数特性に戻す周波数特性拡張部を有する、受信装置。
2. 入力される分周数に基づいて基準周波数源の出力を分周した局部発振信号を発生する周波数シンセサイザと、
   前記局部発振信号により周波数変換された受信信号を復調する復調部と、
   前記受信信号の周波数偏移量に基づいて前記分周数を制御するデジタル周波数補償部と、
   を備え、
   前記デジタル周波数補償部は、
   搬送波の周波数を引き込んでいない場合、前記復調部に入力される周波数範囲の制限を一時的に緩和し、受信信号が検知されると、受信信号の周波数偏移量に基づいて周波数シンセサイザに入力する分周数を制御し、前記周波数範囲を制限する周波数特性制限部を有する、受信装置。
3. 入力される分周数に基づいて基準周波数源の出力を分周した局部発振信号を発生する周波数シンセサイザと、
   前記局部発振信号により周波数変換された受信信号を復調する復調部と、
   前記受信信号の周波数偏移量に基づいて前記分周数を制御するデジタル周波数補償部と、
   を備え、
   前記デジタル周波数補償部は、
   搬送波の周波数を引き込んでいない場合、周波数シンセサイザの分周数を連続的に変化させ、受信信号が検知されると、周波数スイープを停止するスイープ部を有する、受信装置。

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