JPH0754920B2 - 衛星通信の自動周波数制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、衛星通信分野において、１個の中形あるい
は大形の地上局を親局として用い、多数の小形の地上局
を子局として用いて、親子間の双方向通信を行う1:Nの
小容量衛星通信方式等における自動周波数制御（AFC）
装置の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

小容量の衛星通信では、一般に１つの衛星中継器または
１中継器内の一定の帯域幅を多くの地上局が共用し、各
チャンネルをデマンドアサインまたはプリアサインする
等にて相互の通信を行っているが、個々の搬送波の帯域
幅が狭く、従ってチャンネル間隔も狭い（例えば25KH
z）ために、個々の搬送波に対して厳しい周波数許容差
が要求される一方、衛星中継器の周波数偏差やドップラ
ーシフト等の抑えきれない要素がある。

従って、これらの周波数の偏差に追随するためには、自
動周波数制御（AFC）を行うことが必須となる。

第２図にその方式の一例を示す。第２図において、１は
パイロット信号を送出する基準局、２は衛星中継器、３
は一般の地上局を示す。基準局は通信用搬送波以外に、
通常無変調のパイロット信号を送出し、各受信局ではこ
のパイロット信号を受信して、このパイロット信号が定
められたIF周波数になるように受信周波数変換器の局部
発振周波数を制御することにより、衛星中継器の周波数
偏差等、共通の周波数の偏差を各地球局の受信側で吸収
する方法を採用している。そしてその各送信搬送波およ
び送信パイロットの周波数偏差は衛星中継器の周波数偏
差等に比べて十分小さいのが前提条件である。

以下、その動作について説明をすると、図中、４は１対
または複数対の変復調部で、５は送信パイロット発振器
である。送信パイロットIF信号（f_ipt）は、合成器12に
て送信IF信号（f_it1）と合成され、送信ミクサ６で送信
局部発振器17よりの信号と混合されて送信周波数に変換
され、大電力増幅器13にて増幅された後、アンテナ装置
16より衛星に向けて送出される。このプロセスは一般地
球局でもパイロット信号の合成がないだけで同様であ
る。

一方、受信側ではアンテナ装置16より受信されたパイロ
ット信号（I_pr）および各搬送波（ｆ_sr1〜ｎ）は、低雑
音増幅器14にて増幅された後、受信ミクサ11にて受信局
部発振信号（f_lr）と混合されてIF信号に変換される。I
F信号に変換された受信信号は分配器15にてその一部が
取り出され、パイロット受信部８に入力される。パイロ
ット受信部は第５図にその基本構成を示すように、BPF
にてパイロット信号だけが取り出された後、位相比較器
26によって基準周波数（f_r）と比較され、受信パイロッ
ト信号の周波数が基準周波数に一致するように局部発振
器18を制御する。

以上の構成により、各地球局毎に受信側にて自動周波数
制御（AFC）を行うことができて、各搬送波の復調器に
は周波数偏差の十分抑圧された信号が入力される。

以上は一般地球局位相間を含む従来の小容量衛星通信方
式の場合について説明したが、近年企業内通信等にも衛
星通信方式が用いられるようになり、トータルシステム
として低コスト化が要求されるようになっている。この
場合には一般地球局（子局）相互間より１子の基準局
（親局）対多数の子局間の通信、すなわち1:Nの通信が
主要となるため、子局の設備を最小限とし、子局同志の
通信も親局を経由するような方式が採用されてきてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、この場合、子局においてアンテナの大きさ
や、送信機の出力パワーを減らしたとしてもAFC方式が
従来のままであると、結局親局からの通信用搬送波の他
にパイロット用の受信部が必要となり、トータルのコス
トを十分下げることができないと言う問題点が残る。

本発明は従来方式における上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、各子局でのAFC用のパイロッ
ト受信部の必要性をなくし、全体として廉価なシステム
が得られる衛星通信の自動周波数制御装置を提供するこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る衛星通信の自動周波数制御装置におい
て、親局の自動周波数制御（AFC）方式は、親局におけ
る送信および受信の局部発振回路の一部または全部を共
通化し、受信側で通常のAFC回路を構成するとともに、
検出されたパイロット周波数の基準周波数からのずれを
そのまま親局の送信の通信波に重畳することにより、親
局から子局向けの通信波が受信側で基準周波数に一致す
るように制御するものである。

〔作用〕

この発明においては、上述のように基準局すなわち親局
にて衛星中継器の周波数偏差を検出し、従来と同じよう
に受信側にAFCをかけるとともに、親局より子局向けの
搬送波に対して衛星中継器の周波数偏差を予め加えて送
信し、中継器の周波数偏差分を補償するようにしたの
で、子局の受信系の構成が簡単になり、全体として廉価
なシステムを提供できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明の一実施例による衛星通信の自動周波数制御
装置を示し、図において、１は親局、２は衛星中継器、
３は子局を表わす。親局１において、通信端局からの信
号（f_it1）は送信ミクサ６にて、送信局部発振信号（f
_lt）と混合され、その和としての送信周波数に変換され
る。その後、パイロット合成器12にて送信パイロット信
号と電力合成された後、電力増幅器13およびアンテナ装
置16を介して衛星に向けて送出される。この時の送信パ
イロット周波数をf_pt、通信波の代表周波数をf_st1とす
る。

また衛星中継器で本来の変換周波数をf_xとし、それに対
する実際の偏差を△とする。衛星から返送されるパイロ
ット周波数をf_pr、親局からの通信波をf_sr1とすると、
以下の式が成立する。

f_pr＝f_pt−（f_x＋△） …（１） f_sr1＝f_st1−（f_x＋△） …（２） また、子局からの通信波の代表周波数をf_st2とし、その
衛星からの送信周波数をf_sr2とすると、同様に f_sr2＝f_st1−（f_x＋△） …（３） が成立する。

一方、親局の受信側では衛星からのパイロット信号およ
び通信波はアンテナ装置16を介して入力され、低雑音増
幅器14にて共通増幅した後、受信ミクサ11にて受信局部
発振信号f_lrと混合され、IF周波数に変換される。IF周
波数に変換された受信信号はIF分配器15にて分波され、
一部がパイロット受信機８に入力される。IFでのパイロ
ット周波数をf_ip、子局からの通信波をf_ir2とする。

パイロット受信部は第５図に示す基本構成にてBPF28に
て受信パイロット信号を抽出し、位相比較器26にて基準
周波数（f_r）と比較し、受信パイロット周波数が基準周
波数と一致するように局発第１発振器７の周波数を制御
する。

局部発振回路は第１発振器７と第２発振器9,局発ミクサ
10と分配器およびBPF等で構成される。第１および第２
発振器の周波数を各々f_l1およびf_l2とし、送信局部発振
周波数をf_lt、受信局部発振周波数をf_lrとするとき、 f_l1＋f_l2＝f_lt …（４） f_l2−f_l1＝f_lr …（５） となるように選ばれているので、局発ミクサにて第１お
よび第２発振信号が混合された後、和周波数が送信側
へ、差周波数が受信側へ供給されるような回路構成とし
ている。

このような回路構成により以下の式が成立する。

f_pt−（f_x＋△）−f_lr＝f_r ……（６） 衛星の周波数偏差（△）が０のときのf_lrをf_LRとすると
き、（６）式が成立するためには、f_lrは常に（７）式
が成立するように制御する必要がある。

f_lr＝f_LR−△ …（７） また、f_l2は固定であり、f_l1のみがパイロット受信機に
より制御される対象であることからf_l1の基準周波数をf
_L1とするとき、 f_lr＝f_LR−△＝f_l2−f_l1＝f_l2−（f_L1＋△） が成立し、第１発振器７の周波数f_l1がf_L1＋△に制御さ
れることにより、受信AFCが成立する。

すると、送信局発f_ltは f_lt＝f_l1＋f_l2＝f_L1＋△＋f_l2 となり、基準の周波数より△だけ高い周波数に制御され
る。

従って、親局から子局への通信波は予め△だけ高い周波
数に変換されて送出されることになり、衛星中継器の周
波数偏差が補償されて送出されることになる。すなわち
親局から子局への通信波の周波数をf_ST1とするとき、 f_sr1＝f_st1−（f_x＋△） ＝（f_ST1＋△）−（f_x＋△） ＝f_ST1−f_x＝f_SR1 となり、△の値に係わりなく親局→子局への通信波の周
波数を一定とすることができる。

以上は第１発振器と第２発振器の和周波数を送信の、差
周波数を受信の局部発振周波数とする場合について論じ
たが、第１発振器を受信（または送信）局部発振器その
ものとし、この第１発振器との差の周波数でもって送信
（または受信）の局部発振周波数となすような第２発振
器として、一方の局部発振周波数をシフトミクサで得る
構成としても同様の効果を得ることができる。

一例として、実際の衛星の場合の具体的な周波数値をあ
てはめてみれば、本方式の有効性がわかる。

送信IF:70±1.5MHz→送信周波数:1644±1.5MHz、 衛星中継器変換周波数:102MHz、 受信周波数1542±1.5MHz→受信IF:70±1.5MHzとすると
き、 f_lt＝1644−70＝1574MHz f_lr＝1542−70＝1472MHz に対し、 f_l1＝f_x/2＝51MHz f_lr＝1/2（1,574＋1,472）＝1,523MHz とすることで、上記の条件がすべて満たされることがわ
かる。またIF周波数が送受両側で一致してない場合で
も、同様の手法にてf_l1およびf_l2を決めることができ
る。

以上の説明のように、局部発振器を構成すれば、親局か
ら子局への通信波を予め衛星中継器の周波数偏差を補償
して送信すると同時に、親局では子局からの通信波にAF
Cをかけて受信することができる。しかも、各子局では
パイロット受信機を省くことができ、子局の数が多いほ
どより大きな経済効果が期待できる。

以上の論議は基準周波数f_rおよび第２局部発振器周波数
f_l2の各々の基準周波数からの誤差および衛星のドップ
ラー効果による周波数シフトの効果を無視しているが、
これらの値は衛星中継器のドリフト等による基準周波数
からのずれに比べて十分小さいか、または小さくするこ
とができるので、全体として本AFC方式は十分実用に耐
えうる。

また、以上は、衛星の送受の周波数が比較的近く、送受
とも一重周波数変換の場合について述べたが、送受の周
波数差が比較的大きく衛星中継器が多くあって送受の周
波数の変更が必要な場合にも本方式を応用することによ
り、実現が可能である。

第３図に本発明の他の実施例による自動周波数制御装置
の構成例を示す。第３図はその親局に相当する部分を示
すもので、送受とも２重周波数変換としている。

本方式の特徴は送信側は第1,第２局発とも下側波を採用
し、受信側は上側波を採用すると同時に送信の第１局発
と受信の第２局発を兼用し、受信第２局発としてAFC回
路を構成することにより、第１図と同様の関係を成立さ
せている点である。

送信の第１局発（＝受信の第２局発の周波数）をf_l1と
し、送信第２局発周波数をf_lt2、受信第１局発の周波数
をf_lr1とするとき、以下の式が成立する。

f_st1＝f_it1＋f_l1＋f_lt2 f_ip＝f_l1−（f_lr1−f_pr） ＝f_pr＋f_l1−f_lr1≡f_r ここで、受信パイロット信号f_prが衛星中継器の周波数
偏差△を含み、基準の周波数に対して（f_PR−△）であ
ったとすると、f_l1はこの△を打ち消すためにその基準
周波数f_L1に対して（f_L1＋△）となるように制御される
ことになる。

従って送信の通信波もそのままで、第１図のように送信
系と受信系で周波数を変えることなく自動的に送信系の
補償もできることになる。

また、この場合送信パイロット信号は直接RF周波数でな
く第２中間周波で通信波と合成することにより、第１図
の場合と同様の効果が得られる。

また第４図に第１図の場合の局部発振器の別の構成例を
示す。これは第１および第２局部発振信号の和および差
信号を別々のミクサを用いて得るものである。

また、以上の説明は親局からの折り返し周波数と子局か
らの通信波が同じ周波数帯の場合について適用されるも
のであるが、インマルサット衛星のように周波数帯が異
なる場合においても親局の受信をパイロット信号の受信
系のみとすれば、本発明を適用することが可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る衛星通信の自動周波数制
御装置によれば、1:Nの小容量衛星通信方式におけるAFC
回路を親局だせに持たせることにより、多数の子局にお
けるAFC回路を省くことができ、大きな経済的効果を得
ることができる。また、親局のAFC回路においても送受
の局部発振回路を共通化することにより、簡単な構成で
所定の機能が実現でき、経済性，信頼性の上で大きな効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による衛星通信方式および
地上局の構成を示す図、第２図は従来の方式を示す図、
第３図は本発明の他の実施例を示す図、第４図は第１図
の局部発振回路の他の構成例を示す図、第５図はパイロ
ット受信部の内部基本構成図を示す図である。 図において、１は親局、２は衛星局、３は子局、４は通
信端局、５は送信パイロット発振器、６は送信ミクサ、
７は局発第１発振器、８はパイロット発振器、９は局発
第２発振器、10は局発用ミクサ、11は受信ミクサ、12は
パイロット合成器、13は送信電力増幅器、14は低雑音受
信増幅器、15はIF分配器、16はアンテナ装置、17は子局
送信局部発振器、18は子局受信局部発振器である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つの親局と多数の子局との間を１個の衛
   星を介して、親局，子局間で双方向通信を行う衛星通信
   方式において、 親局においては通信用の搬送波以外にパイロット信号を
   送出し、このパイロット信号を自局で受信することによ
   り、衛星中継器における、受信から送信への変換周波数
   の基準周波数からの偏差を検出し、 該周波数偏差を補償するように親局の受信周波数変換器
   の局部発振器の周波数を制御することにより、 子局から親局への通信波に対して自動周波数制御を行う
   とともに、 同じ周波数偏差を親局から子局に対する通信波に対して
   も補償して送信することにより、 親局から子局に対する通信波が、衛星中継器の周波数偏
   差を含まない周波数で各子局が受信できるようにせし
   め、 衛星中継器の周波数偏差を親局の送信波と受信波の両方
   に対する自動周波数制御によって補償することにより、 各子局の自動周波数制御回路を除去してなることを特徴
   とする衛星通信の自動周波数制御装置。
2. 【請求項２】上記親局においては、 送信，受信の周波数変換装置において、送受とも一重周
   波数変換とし、 送信側においては周波数変換器とは別にパイロット信号
   発生器を備え、 送信周波数変換器の出力部に通信波とパイロット信号の
   合成回路を備える一方、 送受信の局部発振回路として、送信と受信の周波数差す
   なわち衛星中継器の変換周波の1/2またはそれに近い周
   波数を発振する第１の発振器と、 この第１の発振器の発振周波数との和でもって送信側の
   局部発振周波数となし、 第２発振器と第１発振器の周波数差でもって受信側の局
   部発振周波数をなすような周波数を発振する第２の発振
   器とを備え、 この受信周波数変換器によって中間周波に変換された受
   信のパイロット信号が所定の周波数になるように上記局
   部発振回路の第１の発振器周波数を制御することによ
   り、 受信の自動周波数制御回路を構成すると同時に、自動的
   に送信の通信波に対しても受信のパイロット周波数の偏
   差が予め補償されて送出されることを特徴とする請求項
   １記載の衛星通信の周波数制御装置。
3. 【請求項３】上記第１の発振器と第２の発振器の周波数
   の和および差を得る手段を、 １個のミクサを用いて両方の信号を入力し、 その出力部に分配器を備えて分配した後、各々の和周波
   数および差周波数だけを通過させるバンドパスフィルタ
   を用いて取り出すことにより実現したことを特徴とする
   請求項２記載の衛星通信の自動周波数制御装置。
4. 【請求項４】上記親局において、 第１の発振器を、その発振周波数を受信または送信の局
   部発振周波数として、受信パイロット信号による自動周
   波数制御が可能な発振器とし、 第２の発振器を、その発振周波数を第１の発振器周波数
   との差でもって送信または受信の局部発振周波数となし
   うる発振器となし、 第１の発振器をそのまま受信または送信の局部発振器と
   なし、 シフトミクサーを備えて第２の発振器と第１の発振器の
   差周波数を得る手段とし、 送信または受信の局部発振信号を得ることを特徴とする
   請求項２記載の衛星通信の自動周波数制御装置。
5. 【請求項５】上記親局の送信および受信周波数変換器と
   して両者とも２重周波数変換器を用い、 送信側は第1,第２局部発振器とも下側帯波を用い、 受信側は第1,第２局部発振器とも上側帯波を用い、 かつ送信側の第１局部発振周波数と受信側の第２局部発
   振周波数を同じ周波数となるように構成し、 かつこの局部発振回路を送受共通なものとし、 その出力を単に分配して各々に供給すると同時に、この
   局部発振周波数をパイロット受信機を用いて制御するこ
   とにより、 衛星中継器の周波数偏差を送受信に同時に帰還して補償
   することを特徴とする請求項１記載の衛星通信の衛星通
   信の自動周波数制御装置。
6. 【請求項６】送信側を２重周波数変換とした場合に、 送信側のパイロット発振器は第２中間周波帯にて発振せ
   しめ、 第１ミクサと第２ミクサの間に通信波との合成回路を設
   けたことを特徴とする請求項５記載の衛星通信の自動周
   波数制御装置。