JPH07312527A - 衛星通信地球局システムの自動周波数制御及び自動利得調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 別のパイロット周波数を用いることなく周波
数誤差およびレベルの変動を補償することができ、信号
対雑音比が極めて低いシステムにおける性能が向上され
た自動周波数制御および自動利得調節装置を提供するこ
とである。 【構成】 自動利得調節装置は、復調器から入力される
ＩデータおよびＱデータのレベルを検出および保持する
自乗平均検出及び保持回路１０と、外部から与えられる
基準電圧のピークを検出および保持するピーク検出及び
保持回路１１と、非反転端子および反転端子に信号レベ
ルおよび基準電圧を受けて（Ｉ＋Ｑ）−（２×基準電
圧）に該当する出力を発生して信号レベルの大きさに該
当する出力電圧を作る加算器１２と、加算器１２で作ら
れた電圧を積分することにより制御電圧を発生して可変
利得増幅器の利得を制御する制御電圧を出力する積分器
１３とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衛星通信システムのよ
うな無線通信システムにおいて、周波数変換のために用
いられる発振器の周波数不安定性および衛星体の移動の
ため発生するドプラー周波数偏移による周波数誤差と伝
送経路上で降雨等の減殺によるレベルの変動とを補償す
るための無線通信装置に利用される自動周波数制御およ
び自動利得調節装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】衛星通信システムでは地球局および衛星
中継器内で周波数変換のために用いられる発振器の周波
数不安定性のため、周波数誤差が発生し、このような誤
差は隣接のチャンネルに干渉を与えるのみならず、復調
器の周波数獲得範囲を逸脱し得る。さらに、本発明が適
用される１つの中心局および多数個の端末局で構成され
る衛星通信システムでは、システムの経済性を考慮して
各端末局の価格を最小化するために、端末局に低価格の
発振器を用いてこれを中心局の高安定発振器に同期させ
て送信周波数を発生させる。そのため、ドプラー効果に
よる周波数誤差を無視できないので、それを補償する装
置が必要である。さらに、衛星通信のような無線通信シ
ステムでは、伝送経路上で降雨等によるレベルの変動が
発生するので、復調器の入力レベルを一定に維持するた
めの自動利得制御装置が要求される。

【０００３】衛星を介した伝送過程で発生する周波数誤
差を補償するために多くの周波数制御方式等が用いられ
ている。このような従来の方式は、主に１つまたは２つ
以上のパイロット周波数を用いる方式である。このよう
な方式のうち、２つのパイロットを用いる既存の方式に
おいては、地球局の送信部でパイロット周波数を発生さ
せて他の送信搬送波と結合させて送信し、これを受信地
球局でさらに受信して２つのパイロット周波数の差から
ドプラー周波数偏移量を検出して、２つのパイロット周
波数の差と１つのパイロット周波数から伝送経路上で発
生する周波数誤差を検出して補償する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような２つのパ
イロットを利用する従来の周波数制御技術は、送信端に
別途のパイロット発生回路がなければならず、パイロッ
トを伝送するための電力および周波数帯域が必要である
ため、送信端が複雑になってシステムの経済性が劣り、
制限された帯域幅および電力で動作運用される衛星シス
テムの効率を低下させるという問題点があった。

【０００５】さらに、降雨等の減殺によるレベル変動を
補償するために基準となるパイロット信号レベルをピー
ク検出して、可変利得増幅器の負帰還バイアスとして用
いることにより、利得を調節する方式を用いてきた。こ
のようなピーク検出方式は、信号対雑音比が低いシステ
ムにおいては、検出された信号が所望の信号でなく雑音
のピーク値になるため、可変利得増幅器の出力は、所望
のレベルよりもっと低いレベルに調節されて、ますます
信号対雑音比が低くなり、結局は通信が杜絶するという
欠点があった。

【０００６】したがって、上記従来技術の問題点を解決
するために、案出した本発明は、別のパイロット周波数
を用いることなく、情報を伝送するために送信地球局か
ら連続的に送出する変調された信号を受信地球局の受信
端で復調し、復調されたデータを利用して搬送波の位相
誤差を検出し、その誤差を追跡する電圧制御発振器に周
波数下向器（周波数ダウンコンバータ）の局部発振器が
同期されるようにすることにより、衛星体の局部発振器
や受信経路で発生した周波数誤差を補償し、復調された
データからクロックを復元して、クロックに含まれたド
プラー周波数偏移に該当する位相変化を追跡する電圧制
御発振器に周波数上向器（周波数アップコンバータ）の
局部発振器が同期されるようにすることにより、ドプラ
ー周波数偏移による周波数誤差を補償し、復調されたデ
ータを自乗平均検波して、ピーク雑音のレベルを制限し
たバイアスで可変利得増幅器の利得を調節することによ
り、信号対雑音比が極めて低いシステムにおける性能が
向上されるという利点を有する自動周波数制御および自
動利得調節装置を提供することにその目的がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明に係る自動利得調節装置は、復調器
から入力されるＩ(Inphase) データおよびＱ(Quadratur
e)データのレベルを検出および保持する自乗平均検出及
び保持回路と、外部から与えられる基準電圧をピーク検
出および保持するピーク検出及び保持回路と、非反転端
子および反転端子に信号レベルおよび基準電圧を受けて
（Ｉ＋Ｑ）−（２×基準電圧）に該当する出力を発生し
て信号レベルの大きさに該当する出力電圧を作る加算器
と、上記加算器で作られた電圧を積分することにより制
御電圧を発生して可変利得増幅器の利得を制御する制御
電圧を出力する積分器とを具備する。

【０００８】さらに、本発明に係る自動周波数制御装置
は、復調器からのＩデータおよびＱデータで復調器入力
信号の中心周波数と周波数合成発振器との位相差を検出
する位相検出回路と、上記位相検出回路の位相差および
掃引電圧を積分して制御電圧を発生する積分器と、上記
積分器の電圧を実際使用する制御電圧の範囲内に変換し
て電圧制御発振器へ出力される制御電圧の中心電圧を調
整する制御電圧範囲変換回路と、上記制御電圧範囲変換
回路から制御電圧を受けて該当周波数を発生する電圧制
御発振器と、入力されるＩデータおよびＱデータから位
相固定状態を検出して位相固定にならなかった場合に警
報を発生する位相固定警報回路と、上記積分器からの制
御電圧を監視して定められた電圧範囲を外れた場合に制
限警報を発生して繰り返し掃引電圧を発生するようにす
る制御電圧制限警報回路と、位相固定にならなかった場
合に位相固定警報回路から警報信号を受けて掃引電圧を
上記積分器で発生させて制御電圧制限警報回路により予
め定められた自動周波数制御範囲で掃引電圧が繰り返さ
れるよう制御する掃引電圧発生及び制御回路とを具備す
る。

【０００９】好ましくは、上記予め定められた自動周波
数制御範囲は＋／−４５ＫＨｚ範囲である。また、電圧
制御発振器は７０ＭＨｚ電圧制御発振器であってもよ
い。上記位相検出回路は、コスタスループ回路で構成さ
れてもよい。

【００１０】

【実施例】以下、添付した図面を参照して本発明の一実
施例を詳細に説明する。本発明に用いられる１３３．３
３ｋｂｐｓ(kilo bit per sec;キロビット／秒) データ
は、中心地球局で高安定性のシステム基準周波数に同期
して発生されて、定められた中間周波数をＢＰＳＫ(Bin
ary Phase Shift Keying; ２値位相シフトキーイング)
変調させる。変調された信号は周波数上向器（周波数ア
ップコンバータ）で１４ＧＨｚ帯域の周波数に変換さ
れ、衛星で１２ＧＨｚ帯域の周波数に変換される。変換
された信号は、受信装置に入力され、周波数下向器（周
波数ダウンコンバータ）でさらに中間周波数に変換さ
れ、この信号は伝送過程で発生する周波数誤差およびレ
ベルの変動を含んでいる。衛星通信出力の構造および伝
送経路で発生する周波数誤差およびレベルの変動につい
ては、一般的に良く知られたものであり、本発明の範囲
を逸脱するため、以下、本発明の装置と関連する部分に
ついてのみ実施例を通じて説明する。

【００１１】図１は本発明が適用される装置の構成図で
ある。周波数下向器（周波数ダウンコンバータ）１は、
衛星から受信した１２ＧＨｚ帯域の周波数を７０ＭＨｚ
帯域の中間周波数に変換する周波数下向器であり、自動
周波数制御装置６から受けた７０ＭＨｚに局部発振器を
同期（ロック）させることにより、受信された信号に含
まれた周波数誤差が補償された出力周波数を発生する。
したがって、周波数下向器は外部からの７０ＭＨｚの供
給を受けることができなければならず、局部発振器は最
小限受信された信号に含まれた誤差程の変更範囲を有さ
なければならない。

【００１２】可変利得増幅器２は、レベル変動を含む信
号を受信して自動利得調節装置５から受けた制御電圧に
従って出力を一定に維持する増幅器である。復調器３
は、伝送経路上の周波数誤差を含む１３３．３３ｋｂｐ
ｓのデータに変調された連続的な受信信号と周波数合成
発振器４とにより１３３．３３ｋｂｐｓのＩ(Inphase;
同相) 成分およびＱ(Quadrature;直角位相) 成分のデー
タを復元する。

【００１３】自動利得調節装置５は、復調されたデータ
の信号レベルを検出して、可変利得増幅器の利得を調節
する装置であって、図２に示されている。自動周波数制
御装置６は、復調されたデータを利用して復調器３で受
信する搬送波と周波数合成発振器から出力される周波数
との差である周波数誤差を検出して周波数下向器の局部
発振器に供給することにより、誤差を補償する装置であ
り、図３に示されている。

【００１４】さらに、クロック復元器７は、復調された
Ｉデータから１３３．３３ＫＨｚのクロックを復元する
部分であり、このクロックは１３３．３３ＫＨｚに該当
するドプラー周波数偏移を含んでいる。位相固定ループ
発振器８は、入力されるクロック周波数に同期（ロッ
ク）される１０ＭＨｚの発振器であって、１３３．３３
ＫＨｚの７５倍のドプラー周波数偏移を含んでいる。周
波数上向器（周波数アップコンバータ）９は、本発明に
利用する連続的に送り出される１３３．３３ｋｂｐｓデ
ータにＢＰＳＫ変調された中間周波数信号を、１４ＧＨ
ｚ帯域の周波数に変換する部分であり、局部発振器は位
相固定ループ発振器８から受けた１０ＭＨｚに同期（ロ
ック）されるので、ドプラー周波数誤差が約１４００倍
逓倍され、ドプラー偏移比が３．６×１０Ｅ（−３）で
あると、ドプラー周波数偏移は約５００Ｈｚになり、こ
の周波数により送信信号の中心周波数を５００Ｈｚ移動
させて衛星へ伝送する。

【００１５】このような結果により、衛星中継の入力か
らみた周波数スペクトルにおいて中心局から送信した周
波数と各地球局から送信した周波数との間の間隔が一定
に維持されるので、チャンネル間の干渉現象がなくな
る。

【００１６】周波数制御に利用される中心局の信号は復
調器３に入力され、この信号には他の周波数が持つ誤差
のみならずドプラー周波数偏移の５００Ｈｚが加えられ
るので、この５００Ｈｚも他の周波数誤差のように自動
周波数制御装置６により補償される。ゆえに、各端末局
から送信されるドプラー周波数偏移により中心周波数が
５００Ｈｚ程移動された信号は、周波数下向器１を通過
した後、正確な中心へ移動して、各端末局の信号を復調
する復調器３の入力信号は、正確な位置に存在するよう
になる。したがって、＋／−１ＫＨｚ以内の極めて狭い
範囲の獲得範囲（捕捉範囲）を有する復調器がその入力
信号を復調できるようになる。

【００１７】図２は本発明に係る自動利得調節装置（図
１の５）の細部構成図である。自乗平均検出及び保持
（ホールディング）回路１０は、入力されるＩおよびＱ
データのレベルを検出および保持し、ピーク検出及び保
持（ホールディング）回路１１は、基準電圧をピーク検
出および保持する。ＯＰアンプで構成される加算器１２
は、非反転端子および反転端子に信号レベルおよび基準
電圧を受けて（Ｉ＋Ｑ）−（２×基準電圧）に該当する
出力を発生するので、信号レベルの大きさに該当する出
力電圧を作る。積分器１３は、加算器１２で作られた電
圧を積分することにより制御電圧を発生し、可変利得増
幅器の利得を制御するために用いられる。

【００１８】図３は、本発明に係る自動周波数制御装置
（図１の６）の細部構成図である。位相検出回路１６
は、Ｉ，Ｑデータから図１の復調器３の入力信号の中心
周波数と図１の周波数合成発振器４の出力周波数との位
相差を検出するコスタス(costas)ループ回路である。積
分器１７は、上記位相検出回路１６の位相差およびスイ
ープ（掃引）電圧を積分して制御電圧を発生する。位相
固定警報回路１４は、Ｉ，Ｑデータから位相固定（ロッ
ク）状態を検出して、位相固定にならなかった場合、警
報を発生する。スイープ電圧発生及び制御回路１５は、
位相固定にならなかった場合、位相固定警報回路１４か
ら警報信号を受けてスイープ電圧を発生し、制御電圧制
限警報回路１８により自動周波数制御範囲である＋／−
４５ＫＨｚの範囲内でスイープ電圧を繰り返すよう制御
する。位相固定になると、位相固定警報回路１４の警報
がなくなるので、スイープ電圧は中止される。制御電圧
制限警報回路１８は、制御電圧を監視して、その制御電
圧が定められた電圧範囲を外れる場合、制限情報を発生
して、繰り返すスイープ電圧を発生するようにする。制
御電圧範囲変換回路１９は、積分器１７の電圧を実際に
使用する７０ＭＨｚ電圧制御発振器２０の制御電圧の範
囲内に変換して、電圧制御発振器２０へ出力される制御
電圧の中心電圧を調整する。７０ＭＨｚ電圧制御発振器
２０は、制御電圧範囲変換回路１９から制御電圧を受け
て該当周波数を発生する。この周波数は図１に示す周波
数下向器１に供給される。

【００１９】

【発明の効果】したがって、上記の通り構成されて動作
する本発明は、従来の２つのパイロット周波数を用いる
方式において損失される約１２０ＫＨｚの周波数帯域幅
および約２Ｗの電力を節減する効果があり、１つの中心
局および多数個の端末局からなるシステムが１つの中心
局に同期するときに発生する最小数十ないし最大数百Ｈ
ｚのドプラー周波数偏移を補償することができ、衛星体
の局部発振器および受信端の周波数誤差を最大＋／−４
５ＫＨｚまで補償することができる。さらに、復調され
た電圧を自乗平均検出して極めて低い信号対雑音比の環
境下でも自動利得調節が可能である。したがって、本発
明は衛星通信システムのみならず、デジタル伝送方式の
移動通信システムおよびデジタル放送システムにも活用
することができ、今後活発になる展望を有する移動通信
システムにおいて一層問題が大きくなるものと判断され
るドプラー周波数偏移を補償するために用いることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される装置の構成図である。

【図２】自動利得調節装置の構成図である。

【図３】自動周波数制御装置の構成図である。

【符号の説明】

１０ 自乗平均検出及び保持回路 １１ ピーク検出及び保持回路 １２ 加算器 １３，１７ 積分器 １４ 位相固定警報回路 １５ スイープ電圧発生及び制御回路 １６ 位相検出回路 １８ 制御電圧制限警報回路 １９ 制御電圧範囲変換回路 ２０ ７０ＭＨｚ電圧制御発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 趙 震鎬 大韓民國大田市儒城區柯亭洞161 韓國電 子通信研究所内 (72)発明者 崔 在▲益▼ 大韓民國大田市儒城區柯亭洞161 韓國電 子通信研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基地局受信端に位置し、復調されたデー
   タの信号レベルを検出して可変利得増幅器の利得を調節
   する自動利得調節装置において、 復調器から入力されるＩ(Inphase) データおよびＱ(Qua
   drature)データのレベルを検出および保持する自乗平均
   検出及び保持回路と、 外部から与えられる基準電圧のピークを検出および保持
   するピーク検出及び保持回路と、 非反転端子および反転端子に信号レベルおよび基準電圧
   を受けて（Ｉ＋Ｑ）−（２×基準電圧）に該当する出力
   を発生して信号レベルの大きさに該当する出力電圧を作
   る加算器と、 上記加算器で作られた電圧を積分することにより制御電
   圧を発生して、可変利得増幅器の利得を制御する制御電
   圧を出力する積分器とを具備することを特徴とする自動
   利得調節装置。
2. 【請求項２】 復調されたデータを利用して復調器で受
   信する搬送波と周波数合成発振器から出力される周波数
   との差である周波数誤差を検出して周波数ダウンコンバ
   ータの局部発振器に供給することにより、周波数誤差を
   補償する自動周波数制御装置において、 復調器からのＩデータおよびＱデータで復調器入力信号
   の中心周波数と周波数合成発振器との位相差を検出する
   位相検出回路と、 上記位相検出回路の位相差および掃引電圧を積分して制
   御電圧を発生する積分器と、 上記積分器の電圧を実際使用する電圧制御発振器の制御
   電圧の範囲内に変換して電圧制御発振器へ出力される制
   御電圧の中心電圧を調整する制御電圧範囲変換回路と、 上記制御電圧範囲変換回路から制御電圧を受けて該当周
   波数を発生する電圧制御発振器と、 入力されるＩデータおよびＱデータから位相固定状態を
   検出して、位相固定にならなかった場合、警報を発生す
   る位相固定警報回路と、 上記積分器からの制御電圧を監視し、定められた電圧範
   囲を逸脱する場合、制限警報を発生して、繰り返す掃引
   電圧を発生するようにする制御電圧制限警報回路と、 位相固定にならなかった場合、位相固定警報回路から警
   報信号を受けて掃引電圧を上記積分器で発生させ、制御
   電圧制限警報回路により予め定められた自動周波数制御
   範囲で掃引電圧が繰り返されるよう制御する掃引電圧発
   生及び制御回路とを具備することを特徴とする自動周波
   数制御装置。
3. 【請求項３】 上記位相検出回路はコスタスループ回路
   で構成されることを特徴とする請求項２記載の自動周波
   数制御装置。