JPH0799824B2

JPH0799824B2 - 通信システム

Info

Publication number: JPH0799824B2
Application number: JP2328774A
Authority: JP
Inventors: アーノルド・エル・バーマン; ジル・デユ・ベレイ; マービン・アール・ワックス
Original assignee: ヒューズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: DE69023206D1; CA2029284A1; JPH03190330A; EP0430587B1; DE69023206T2; CA2029284C; EP0430587A3; US5038341A; EP0430587A2

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は無線中継通信システムに関し、特に地上局か
ら同期して送信されたCDMA信号を増幅し、再送信するた
めの飽和型増幅システムを用いた衛星中継通信システム
に関する。

衛星通信システムはよく知られている。このようなシス
テムでは、信号は地上局から衛星に送られる。衛星は受
信した信号を増幅して遠隔地の受信器に再送信する。衛
星に搭載する回路群の電力消費量、重量、および物理的
寸法は重要な問題である。

衛星通信システムの重要な応用例として、移動通信シス
テムがある。移動通信システムでは、上述したパラメー
タに加えて、個々の遠隔ユーザの存在場所を規定する手
段を設ける必要がある。この問題を解決する手段とし
て、CDMA通信が有望視されている。この種の機密通信
は、重畳ビーム通信により結合可能な直交信号群あるい
は信号グループを利用して行うことができる。この信号
群は、直交信号群の特性により分離可能である。

一般的な応用例では、複数の直交信号群が衛星中継シス
テムに送られ、そこでリニア増幅器を用いて重畳ビーム
信号に結合される。特にデジタル通信分野では、電力消
費という観点からリニア増幅器は最も効率の良い増幅器
でないことはよく知られているが、CDMA信号の位相と振
幅情報の両方を保存する必要性があることから、一般に
リニア増幅器を使用する必要がある。

上述した汎用システムの制限を克服するために、この発
明はCDMA信号の中継通信が飽和モードの増幅器を用いて
行われる中継伝送／通信システムを提供する。このシス
テムは、基準周波信号および複数の直交符号化バイナリ
位相変調情報信号を発生する回路と、前記各情報信号毎
に無線周波信号を発生し、送信する送信回路を含む地上
信号発生回路を有している。各無線周波信号は異なる周
波数を有し、前記情報信号の１つにより変調される。情
報信号、無線周波信号、および情報信号のビットレート
は基準信号の周波数にもとずいて決定される。

遠隔位置中継送信機、一般には、衛星中継の送信機は、
変調された無線周波信号を受信するのに適した受信機
と、アップリンク無線周波信号を共通送信周波数に変換
するように構成された受信機に接続されたマスタ発振器
を有している。マスタ発振器はアップリンク基準信号の
周波数により制御される。ミキサがマスタ発振器と受信
機に接続され、受信した各信号周波数を同時に変換する
のに適している。この結果、ミクサは再送信に続いて生
じる共通のキャリア周波数を有する。

加算回路はミクサに接続され、信号の位相関係を調節
し、これらの信号を加算するように構成されている。こ
の加算回路は飽和モードで動作する電力増幅機に接続さ
れビーム形成ネットワークを供給する。ビーム形成ネッ
トワークは、複数の情報信号からの全情報信号変調を含
むいくつかの重畳ビームを形成するように構成される。
これらの信号は同期しているので、位相関係が正確であ
り、飽和型増幅器の歪を制御することができる。その
後、多重化重畳情報信号を分離するが、これは公知のCD
MA信号分離法により行うことができる。

この発明の第１の利点は、改良された中継通信システム
が得られることである。

この発明の他の利点は、単一の基準周波信号を利用して
同期無線周波信号を発生する中継通信システムと、重畳
するビーム信号を形成するために、飽和モードで動作す
る増幅器を用いて位相調整、結合、および増幅される単
一周波数を有する同期のとれたダウンリンク信号を発生
する中継送信機が得られることである。

この発明のさらに他の利点は、位相関係が正確に制御さ
れた情報信号を飽和モードで動作する増幅器で増幅し、
振幅情報無しに位相関係を保存できる中継通信システム
が得られることである。

（実施例）第１図はこの発明の原理にもとずく中継通信システム10
を示す。システム10は地上信号発生回路12と、遠隔地に
ある再送信機すなわち中継回路14とで構成される。一般
には、再送信機すなわち中継回路14は衛星回路である
が、必ずしも衛星回路である必要はない。

地上回路12はマスタ基準周波信号発振器12を有し、出力
端子18から単一、かつ一定の周波数のクロックすなわち
基準周波信号を発生する。基準周波信号は同時に３つの
データ発生回路20、22、および24の各入力端子に同時に
入力される。データ発生回路20、22、24はそれぞれバイ
ナリ符号の入力データ信号を発生する。データ発生回路
20、22、24は公知であるが、システム10を特殊なケース
に応用する場合には、特殊な回路が採用される。バイナ
リ符号データ信号は一般には２進の１、および０、ある
いは＋１、−１の情報ビットである。データビットレー
トは、発振器16により発生される基準周波信号から得る
ことが重要である。

回路20、22、24からのバイナリ符号データ信号は第１ミ
クサ群26、28、および30にそれぞれ入力される。同時
に、発振器16からの基準周波信号が複数の符号シーケン
ス発生回路32、34、および36に入力される。符号シーケ
ンス発生回路32、34、および36は発振器16からの基準周
波信号によりキーイングすなわち同期が取られる。各符
号シーケンス発生回路32、34、36は一定あるいは可変の
ビットシーケンスのデジタル符号を発生する。このデジ
タル符号信号は上述したバイナリ符号データ信号と異な
る。符号シーケンス信号はミクサ26、28、30にそれぞれ
入力される。ミクサ26、28、30は、入力された符号シー
ケンス信号とデータ信号発生器からのデータ信号とを混
合し、複数の符号信号を発生する。この発明の重要な点
は、ミクサ26、28、30から得られる信号は直交信号であ
るということである。直交信号の一般的なシーケンスを
第２図に示す。この信号は、次の特性を表す。

Ａ・Ａ＝ＡＡ・（−Ａ）＝−ＡＡ≠ＢならばＡ・Ｂ＝０Ａ・（Ａ＋Ｂ）＝Ａ発振器16により供給された基準周波信号は３つの無線周
波キャリア発生回路38、40、42に同時に供給される。こ
の無線周波キャリア発生回路は公知であり、情報を伝送
するのに適した所望の周波数の無線周波信号を発生す
る。この発明の重要な点は、３つの無線周波キャリア発
生回路38、40、42が各々基準周波信号の加算および乗算
の組合せから得られる無線周波信号を発生するように構
成されていることである。ミクサ26、28、30および無線
周波キャリア発生回路38、40、42はそれぞれ第２の複数
のミクサ44、46、48に接続されている。第１の複数のミ
クサ26、28、30により得られる符号化データ信号は、無
線周波キャリア発生回路38、40、42からの無線周波キャ
リア信号とともに、第２の複数のミクサ44、46、48に同
時に供給される。この結果、符号化データ信号により無
線周波キャリア信号が変調される。

第２の複数のミクサ44、46、48からの出力信号は符号分
割多重アクセス（CDMA）伝送に適した第２図に示す信号
群A,B,Cを構成する。これらの３つの信号は同時に加算
回路50に供給され、そこで結合され、高電力増幅器52を
介してアンテナ54に供給され送信される。一般には、ア
ンテナ54は結合信号を再送信機すなわちリレー回路14の
受信アンテナ56に指向させる指向性アンテナ54で構成さ
れる。

基準周波信号はさらにCDMA信号とともに同時に送信され
る。この送信された基準周波信号は、データ回路20、2
2、24により発生されたデータ信号、すなわち基準周波
信号から得られるデータ信号のビットレートから得られ
る。あるいは、この送信される基準周波信号を、基準周
波発振器１−６からの出力信号を破線57で示すように加
算回路50に供給することにより得ることもできる。加算
回路57は、前記出力信号をCDMA信号と結合し送信する。

再送信機すなわちリレー回路14は受信アンテナ56に接続
されたトラッキング基準周波発振器58を有している。こ
のトラッキング基準周波発振器58は上述したデータビッ
トレートから基準周波信号を検出する回路と、基準周波
信号を発生もしくは再生する回路を有する。

受信アンテナ56により受信されたCDMA信号はフィルタ
（図示せず）により分離されたローノイズ段（図示せ
ず）に供給され増幅され、３つのミクサ回路60、62、64
に供給される。トラッキング基準周波発振器58からの出
力は３つの局部発振器66、68、70の各入力に供給され
る。各局部発振器66、68、70は同期用基準周波信号から
得られる混合信号を発生するように構成されている。各
局部発振器66、68、70により得られる周波数は、無線周
波キャリア発生回路38、40、42により発生される無線周
波キャリア信号と混合されたとき、単一の周波数を有す
る各３つのミクサ回路60、62、64から出力信号を供給す
るように選択される。すなわち、前記ミクサ60、62、64
からの出力信号は同じ周波数であり、同期している。

ミクサ60、62、64からの出力信号は同時に位相調整回路
72に供給され、３つの信号間の位相が正確に調整され
る。位相調整された信号の１つの最適な構成は、２つの
信号の位相ベクトルが一致し、第３の信号が前記２つの
信号に対して直交した位相を有することである。このよ
うな構成は信号の振幅のダイナミックレンジを最小にす
るのに適している。

位相調整回路72は加算回路74に接続され、加算回路にお
いて３つの位相調整された信号が結合される。加算回路
74はリミタ回路76を介して高電力増幅器78に接続されて
いる。さらに、高電力増幅器78はビーム形成ネットワー
ク80に接続されている。ビーム形成ネットワーク80は公
知であり、一般には複数の放射素子を有し、ビーム形成
アレイの各放射素子により得られる出力信号の相対位相
が正確に制御され、特定の方向あるいは方向群に指向さ
れたビームを形成する。

一般のシステムでは、ビーム形成ネットワーク80に供給
された信号の位相と振幅は、必要な重畳信号ビームを形
成するために保存しておかなければならない。さらに、
出力ビームは３つまでの信号を含むという条件のため
に、高電力増幅器78は３つまでのビームに対して信号を
搬送する必要がある。これらの信号は、各信号により搬
送される異なる情報によりBPSK変調される。従って、こ
れらの信号は時間に対して異なる位相関係を有する。従
来技術で開示したように、位相関係の振幅を保存する直
接的で最も明白な方法は増幅器78を特大化し、準線形動
作モードで動作させることである。増幅器78の線形動作
はCDモードでは無駄な電力を消費することが知られてい
る。

しかし、この発明および２つの信号のみを結合する方法
によれば、例えば、衛星から地上のミクサ60、62に送ら
れてくる無線周波キャリア信号の相対位相は、この２つ
の信号のベクトルが直交するように調節される。加算回
路74により得られる合成信号は一定の包絡線を有し、QP
SK変調される。従って、増幅器78は最大効率の飽和状態
で動作される。増幅器78は、１ビーム１信号のみを搬送
し飽和モードで動作する一般の増幅器の規格電力の２倍
の電力を有する。

この３つの信号を組み合わせると、８つの位相状態の組
合せが得られ、各位相状態は異なる振幅値に相関してい
る。この発明によれば、リミタ76により、位相情報が保
存され、振幅情報が失われる。しかしながら、信号を正
確に同期させることにより、振幅情報を必要としないよ
うに３つの信号間に所望の位相関係を作ることができ
る。

多重信号を共通の飽和増幅知78で増幅する場合には、第
3a図および第3b図に示すベクトルA,B,Cにより示される
いくつかの位相関係により最大効率で増幅器78を動作さ
せることができる。第3a図では、２つの信号A,Bが一致
し、信号Ｃの位相は２つの信号A,Bに直交している。第3
b図では、３つの信号A,B,Cは互いに120度の位相関係と
なるように調節されている。シミュレーションの研究の
結果、３つの成分が出力信号から抽出されると、各信号
からの有効電力は、トータル電力の1/3の4.8dBダウンす
るのが理想であるが、実際にはトータル出力電力から約
6.1dBダウンする。しかし、１つのビームを増幅する増
幅器78の電力を３倍にする必要はなく、増幅器78の電力
を約35％高めるだけで済むことがわかった。これは、線
形増幅器の場合、あるいは信号群の位相が制御されない
飽和型増幅器の場合のように極めて高い損失効率を生じ
る場合と対照的である。

システム設計者の便宜を考えて、信号群のコヒーレント
関係に対する基準周波信号を、回路12からの特定の基準
周波信号、あるいは１つのキャリー信号のビートレート
の包絡線から得ることもできる。いずれの場合にも、す
べての周波数が分周波のビットレートから得られるよう
に構成されている。

上述したように、この発明によれば、１つの基準周波信
号を用いて符号化情報信号を発生し、信号の、衛星から
地球までの下向きの伝送路を形成するので、飽和モード
で動作する高電力増幅器を使用することができる。増幅
器は、信号の増幅情報を保存する必要無しに、飽和モー
ドで動作しながら同時に３つ以上の信号を効率良く増幅
する。これは、信号の同期および位相関係、および単一
の基準周波信号を用いて周波信号を発生し、周波数を変
更することにより可能である。

以上、地上ステーションから得られる同期送信されたCD
MA信号を増幅し再送信する飽和型増幅システムを利用し
た新規で改良された中継通信システムについて述べた。
上記実施例はこの発明の原理の応用例を表す多くの特定
の実施例の一部を例示したに過ぎない。この発明の範囲
を逸脱することなしに、当業者により種々実施、変形で
きることは明かである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理による中継通信システムのブロ
ック図；第２図は、第１図のシステムに採用される同期して発生
される無線周波信号の関係を示すタイミングチャート；
および第3a図および3b図は、第１図のシステムにより得られる
再送信された重畳ビーム信号における情報信号の択一的
位相関係を説明するためのベクトル図である。 10……中継通信システム、12……地上回路、16……マス
タ基準周波発振器、20、22、24……データ発生回路、2
6、28、30……ミクサ、32、34、36……符号化シーケン
ス発生回路、38、40、42……無線周波キャリア発生回
路、44、46、48……ミクサ、50……加算回路、52……高
電力増幅器、54……アンテナ、56……受信アンテナ、6
0,62,64……ミキシング回路、66、68、70……局部発振
器、76……リミタ回路、78……高電力増幅器、80……ビ
ーム形成ネットワーク。

フロントページの続き (72)発明者マービン・アール・ワックスアメリカ合衆国、カリフォルニア州 91364、ウッドランド・ヒルズ、ポール・リベア・ドライブ 22555

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準周波信号と、この基準周波信号により
同期がとられる複数の符号分割多重アクセス変調無線周
波信号を発生する信号発生手段と；無線周波信号および基準周波信号を送信する手段と；送信された無線周波信号および基準周波信号を受信する
手段と、前記受信手段に接続され、前記基準周波信号を
再生する手段とを有する遠隔送信機と；前記再生された基準周波信号に応答して、前記無線周波
信号の周波数を同期をとりながら変更し、共通の周波数
を発生する共通周波数発生手段と；前記共通周波数発生手段に接続され、前記周波数変更さ
れた無線周波信号を受信し、互いに所定の位相関係を有
するように前記周波数変更された無線周波信号の各々の
位相を調整する位相調整手段と；および前記位相調整手段に接続され、少なくとも１つの飽和モ
ード増幅器を有し、位相調整され、周波数変更された無
線周波信号から成る重畳ビーム信号を形成し、再送信す
るビーム形成手段とで構成されることを特徴とする通信
システム。
【請求項２】前記信号発生手段は、符号シーケンス信号
を発生する符号シーケンス信号発生回路と、複数の直交
情報信号を発生する情報信号発生回路と、符号シーケン
ス信号と直交情報信号を結合し前記各無線周波信号に対
して符号シーケンス情報を出力することを特徴とする請
求項１に記載の通信システム。
【請求項３】前記基準周波信号を再生する手段は、前記
基準周波信号を再生するために使用される、情報信号の
ビットレート包絡線に応答するトラッキング発振器で構
成されることを特徴とする請求項１に記載の通信システ
ム。
【請求項４】前記位相調整手段は、周波数変更され、位
相調整された無線周波信号を加算する加算回路手段と、
前記加算手段およびビーム形成手段との間に接続され、
前記飽和モード増幅器に供給される信号の振幅を制限す
る信号リミタ手段とをさらに有することを特徴とする請
求項１に記載の通信システム。
【請求項５】２つの無線周波数信号を有し、前記位相調
整手段は、前記２つの信号の位相関係を直交するように
調整することを特徴とする請求項４に記載の通信システ
ム。
【請求項６】３つの無線周波信号を有し、前記位相調整
手段は、２つの前記信号の位相関係を一致させ、第３の
前記信号を前記第１および第２信号に対して直交させる
ことを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
【請求項７】３つの無線周波信号を有し、前記位相調整
手段は、３つの信号の位相を互いに120度になるように
調整することを特徴とする請求項４に記載の通信システ
ム。