JPS62213455A - 無線通信システムの通信周波数制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は無線通信システムに係わり、特に無線通信シス
テムに用いる通信周波数例えば搬送波の周波数制御方式
に関するものである。

（従来の技術） 無線通信システムは広帯域伝送が可能であり、かつ自由
空間を伝送媒体としているため移動通信や一定地域内の
不特定多数の地点と同時に通信ができる利点を有してお
り、広く用いられている。

無線通信は空間を伝送媒体とし、電磁波である搬送波を
音声や画像等の情報源の電気信号で変調という操作を施
すことにより情報を伝送するものである。

しかし、無線通信システムは温度変化及び経年変化等の
外部条件により搬送波の周波数が変動してしまう。従っ
て、安定な通信を行なうためには、搬送波周波数を常に
一定に保つ必要がある。

以下に無線通信システムとして近年注目を浴びている（
１）加入者無線システムと（２）小型地球局を用いた衛
星通信システムの２つを例にとり説明する。

（１）加入者無線システム まず、基準となるひとつの基地局と複数の加入者局間と
を無線回線を介して通信を行なう加入者無線システムに
ついて説明する。

第４図は、従来の加入者無線システムにおける基地局（
加入者局）の構成図である。

図において、■は電波を送受信するためのアンテナ、２
は基地局（加入者局）から加入者局（基地局）へ送信す
る送信信号と加入者局から受信した受信信号とを分離す
るための送受信分離回路、３は送受信分離回路２により
分離された受信信号の帯域外雑音成分を除去するととも
に受信信号の帯域を取り出すための受信フィルタ、４は
受信フィルタ３により取り出された受信信号波の周波数
を中間周波数（ＩＦ）帯に変換するための周波数変換器
、５は周波数変換器４へ局部発振出力を供給するための
受信用局部発振器、６は中間周波数帯に落された受信信
号を自動周波数調整機能（Ａ　Ｆ　Ｃ）により受信波の
周波数を一定にすると共に、搬送波成分を除去し受信信
号を取り出すための復調器である。復調器６により取り
出された受信信号は局内機器側（図示せず）との接続拳
制御等を行う端局装置７を介して局内機器側へ受信デー
タとして送られる。

一方、送信側では、局内機器側から送られてきた送信デ
ータは周端局装置７を介して変調器８へ送られ、ここで
送信用局部発振器９により供給される搬送波（通常２０
ＧＨｚ以上）を変調し、増幅器ｌＯで増幅した後、送信
フィルタ１１で送信波の帯域制限を施して、アンテナｌ
へ送られる。以上のような構成により、ひとつの基地局
と複数の加入者局との間で通信が行われる。なお、変調
方式としてディジタル信号では主に周波数偏移変調（Ｆ
ＳＫ）方式、アナログ信号では主に周波数変調（ＦＭ）
方式が採用されている。また、多元接続方式としては同
一の無線帯域を複数の加入者局が時分割で使用する時分
割多元接続（ＴＤＭＡ）方式や各々の加入者局が異なっ
た無線帯域を使用するＳ　ＣＰ　Ｃ（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｃ
ｈａｎｎｅｌ　Ｐｅｒ　Ｃａｒｒｉｅｒ）方式ところで
、従来の加入者無線システムでは加入者局の低廉化を計
るために加入者局の局部発振器９を周波数安定度のあま
り良くないもの（通常１０−４程度を用いている。従っ
て、加入者局より送信される信号波の搬送波周波数が外
部条件により変動する可能性が極めて高いため、基地局
で各加入者局より受信した搬送波周波数の変動を何らか
の方法で補償して復調する必要がある。

よって従来は搬送波周波数の変動補償として、５ＣＰＣ
方式ではＡＦＣ回路により行っているが、ＴＤＭＡ方式
では各加入者局から送出されてくるバースト信号毎に周
波数補償を時分割で行う方法が検討されている。

しかし、上述の補償方法では搬送波周波数の変動分（２
０ＧＨｚ　Ｘ　　（±）　１０””　＝　２ＭＨｚ　Ｘ
　２）を所要無線帯域に見込む必要があるため、無線帯
域の利用効率が低下すると共に、基地局の周波数変換器
４内で用いられている受信用中間周波数帯域通過フィル
タ（ＩＦ帯Ｂ、Ｐ、Ｆ）で符号量干渉が発生してしまい
伝送特性の劣化を招いていた。また、ＴＤＭＡ方式で用
いるバースト信号毎に時分割で周波数補償を行うのでは
装置構成が極めて複雑になってしまうという欠点があっ
た。

（２）小型地球局を用いた衛星通信システム次に、最近
注目を浴びているフェデラル　エキスプレスやインテル
ネット　システム等の小型地球局を用いた衛星通信シス
テムについて説明する。

衛星通信システムは赤道の約３８．０００ｋｍ上に打ち
上げられた通信衛星に複数の地球局がアクセスして、各
地球局間で通信を行うものである。ひとつの通信衛星に
アクセスしている複数の地球局のうち各地球局の運用状
況等を監視する基準局が設けられている。この基準局は
１地球局としての役割と同時に通信衛星を介して行われ
る通信全体を監視する業務も兼ねているため、極めて高
精度の通信設備を用いている。

第５図は従来の代表的な地球局の構成図であり、約４万
ｋｍも離れた通信衛星から微弱な電波を受信、または送
信するための地球局アンテナ１２と、送受信分離回路１
３と、微弱な受信電波を増幅する低雑音増幅装置１４と
、増幅された受信電波を中間周波数（ＩＦ）帯に変換す
る受信周波数変換装置１５と、受信周波数変換装置１５
に局部発振出力を供給する受信用局部発振器１６と、搬
送波を除去し受信信号を取り出す復調器１７と、陸上回
線との接続・制御を行う端局装置１８とを介して受信デ
ータが取り出される。一方、送信データは端局装置１８
を介して、変調器１９に入力され、搬送波源２０から供
給される搬送波を変調し、変調された信号を無線周波数
（ＲＦ）帯に変換するための送信周波数変換装置２１に
入り、送信用局部発振器２２の周波数で定まるＲＦ帯に
周波数変換されてから大電力増幅装置２３により増幅し
たのち送受信分離回路１３を経て、地球局アンテナ１２
から通信衛星に向けて電波が送信される。

なお、基準局の構成も第２図とほぼ同一であり、各地球
局と異なる点は端局装置１８の機能だけである。

次に、各地球局から電波を受信して増幅した後、各地球
局へ送信する機能を有する通信衛星について説明する。

第６図は従来の通信衛星の構成図であり、各地球局から
の電波を受信アンテナ２４で受信し、受信機２５へ送ら
れて増幅と周波数変換（通常は６ＧＨｚから４　ＧＨｚ
あるいは１４ＧＨｚから１１ＧＨｚ　）が行われる。こ
の受信機２５には周波数変換を行うための局部発振器２
６が内蔵されている０周波数変換された受信波は入力分
波器２７により各々の中継器帯域に分波されて増幅器（
中継器）２８に入力し、増幅された後、出力合波器２８
により合波されて送信アンテナ３０から各地球局へ送信
される。

変調方式としては、ディジタル信号に対しては主に位相
偏移変調方式（ＰＳＫ方式）が、アナログ信号に対して
は主に周波数変調（ＦＭ）方式が採用されている。又、
多元接続方式としては、同一の無線帯域を複数の地球局
が時分割で使用する時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ方式
）、各々の地球局が異なった無線帯域を使用する周波数
分割多元接続方式（ＦＤＭＡ方式）及び５ＣＰＣ方式、
さらには変調を行う以前に情報にスペクトテム拡散符号
を加えた後に変調を行うことにより同一の無線帯域を複
数の地球局が符号分割で使用する符号分割多元接続方式
（ＣＤＭＡ方式あるいはＳＳＭＡ方式）が適用されてい
る。

ところで、従来の衛星通信システムでは地球局及び基準
局の受信用局部発振器１８、送信用局部発振器２２、搬
送波源２０として周波数安定度の良い発振器を用いてい
るが、通信衛星の局部発振器２Ｂの周波数安定度は軽量
及び小型化のために約１０　　程度であり、地球局設備
と比較して良くない。従って、衛星から各地球局へ送信
する搬送波周波数（４ＧＨｚあるいは１ＩＧＨｚ　）は
温度や経年変化等により変動しやすい。

また、地球局の中には、変復調器と端局装置を除いたア
ンテナ設備を屋外に設置するものがある。この場合、送
・受信用局部発振器２２及び１８は温度変化のはげしい
屋外に設置され、また装置の小型化や低廉化のために周
波数安定度があまり良くないので、発振周波数が変動し
やすい。

このように衛星通信システムでも設備の小型化や低廉化
等により搬送波周波数の安定度があまり良くないものを
用いると加入者無線システムで述べた無線帯域の利用効
率の低下や符号量干渉により伝送特性の劣化を招く恐れ
がある。

以上２つの例を上げて説明したように、無線通信システ
ムでは設備の低廉化のために局部発振器の周波数安定度
のあまり良くないものを用いているので、外部温度の日
変化や経年変化等により搬送波周波数が経時的に変動す
るという問題があった。

（発明の目的及び特徴） 本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもので
、経済性に優れ、かつ搬送波の発振器を制御することに
より周波数安定度の良い周波数を提供することを目的と
する。

本発明の特徴は、周波数安定度の良い発振器を有し基準
となる基準局が、各相手局より送信してくる通信周波数
の誤差分を測定し、得られた該誤差分に基づいて通信周
波数制御情報を作成して２該通信周波数制御情報を該相
手局ごとに信号成分とともに伝送し、該伝送された通信
周波数制御情報を受信した周毎に自局の発振器を前記制
御情報に基づいて発振周波数を調整させるようにしたこ
とにある。前記制御情報の伝送は１例えば、通信信号を
伝送するのと同じ無線伝送路により行われる。

（発明の構成） 以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

なお、以下の説明では加入者無線システムを例にとり述
べるが、これに限定されることなく無線通信システムす
べてに適用できる。また、第４図と同一構成部分につい
ては同一番号を付し説明の重複を省く。

第１図及び第２図は本発明の実施例であり、基地局及び
加入者局の構成図である。

まず、基地局の構成並びに動作について説明する。第１
図は本発明による基地局の構成図であり、従来の基地局
と異なるところは基地局の端局装置７に搬送波周波数誤
差測定装置７０を付加した点にある。従って、以下の説
明では本発明の特徴である搬送波周波数誤差測定装置７
０の動作について、ＴＤＭＡ方式を採用した場合を例に
とり述べる。

基地局は、まず、各加入者局より送信されてくるバース
ト信号の搬送波周波数の誤差を搬送波周波数誤差測定装
置７０（以下、「誤差測定装置」と称す）により各加入
者局毎に測定する。バースト信号データ及びバースト到
着タイミングは基地局の端局装置７より取り出され誤差
測定装置７０に供給される。誤差測定装置７０は、バー
スト信号が周波数偏移変調されている場合には、各加入
者局毎に平均周波数をｉ！！続測定し、その平均値を基
地局の周波数安定度の良い発振源を用いて作成した搬送
波周波数（以下、「基準搬送波周波数」と称する）と、
比較し、その差を搬送波周波数誤差データとして基地局
の端局装置７へ出力する。加入者局より送出されるデー
タ系列は、通常、復調器６においてタイミング再生が途
切れないように加入者局の端局装＠７においてスクラン
ブルされた後に変調される。このため、周波数偏移変調
されたバースト信号の平均周波数は十分な時間にわたつ
て、連続測定し、その平均値を取れば加入者局が送信し
ている搬送波周波数として見直すことができる。周波数
偏移変調された信号の平均周波数は、例えば１周波数弁
別器の出力を時間平均することにより求められる。

又、バースト信号が位相偏移変調されている場合には、
誤差測定装置７０は、例えば、通常用いられる搬送波再
生方法を用いて各加入者局毎に搬送波周波数を連続測定
し、その平均値を基準搬送波周波数と比較し、その差を
搬送波周波数誤差データとして基地局の端局装置７へ出
力する。

基地局の端局装置７は、誤差測定装置７０より送られて
くる各加入者局毎の搬送波周波数誤差データに基づいて
各加入者局毎に搬送波周波数制御情報を作成する。その
後、基地局は第６図に示すようにＴＤＭ信号の一部に加
入者局識別コード（ＩＤ）とその加入者局に対する搬送
波周波数制御情報を順次挿入して、各加入者局へ搬送波
周波数制御情報を送信する。

次に加入者局側の構成及び動作について説明する。第２
図は本発明による加入者局の構成図であり、従来の加入
者局と異なるところは送信用局部発振器９を周波数制御
回路９０に置き換えた点にある。以下、本発明の特徴で
ある周波数制御回路９０について説明する。

加入者局では、連続信号であるＴＤＭ信号をＡＦＣａ能
を有する復調器６により復調し、加入者局の端局装置７
において自局宛の搬送波周波数制御情報を取り出し、デ
ィジタルラッチ回路９３へ送る。ディジタルラッチ回路
９３は、搬送波周波数制御情報が送られてくると、それ
まで保持していた制御情報を新しい制御情報に書き換え
て保持する。ディジタル／アナログ変換回路８２は、デ
ィジタルラッチ回路８３にディジタル信号の形で保持さ
れている搬送波周波数制御情報をアナログ信号の形、つ
まり制御電圧に変換する。電圧制御発振器（ＶＣＯ）９
１は、ディジタル／アナログ変換回路９２より出力され
る制御電圧値に従ってその発振周波数を変化させ、変調
器８に周波数制御された搬送波を供給する０以上の動作
をある周期でくり返すことにより、外部温度の日変化お
よび経年変化等に伴う加入者局の搬送波周波数の変動が
補償され、加入者局の搬送波周波数の安定度が大幅に改
善される。

次に、加入者無線システムにおいて、多元接続方式とし
て５ｃｐｃ方式を採用した場合を考ｉる。この場合も加
入者局と基地局の構成はＴＤＭＡ方式の時と同様に第１
図、第２図に示されている構成をとる。まず、基地局は
、各加入者局より送信されてくる連続信号波の搬送波周
波数の誤差を誤差測定装置７０により測定する。この場
合、ＴＤＭＡ方式と異なる点は５ｃｐｃ方式では各加入
者局が異なった周波数を用いて連続信号を送信するため
、誤差測定装置７０は複数の搬送波周波数を連続的に測
定する点である。このようにして、ある一定期間（例え
ば数十分）に渡って各加入者局から送信されてくる信号
波の搬送波周波数を測定し、その平均値を予め規定され
ている搬送波周波数と比較し、その差を搬送波周波数誤
差データとして基地局の端局装置７へ出力する。

基地局の端局装置７は、誤差測定装置７０より送られて
くる各加入者局毎の搬送波周波数誤差データに従って各
加入者局毎に搬送波周波数制御情報を作成する。その後
、基地局は各加入者局へ５ＣＰＣ回線を介して搬送波周
波数制御情報を分配する。各加入者局では、ＴＤＭＡ方
式の場合と同様に、５ＣＰＣ回線を介して送られてきた
搬送波周波数誤差情報を用いて電圧制御発振器９１を制
御する。以上の動作をある周期でくり返すことにより、
外部温度の日変化および経年変化等に伴う加入者局の搬
送波周波数の変動が補償され、加入者局の搬送波周波数
の安定度が大幅に改善される。

以上、加入者無線システムを例にとり説明したが、衛星
通信システムにおいても同様に実施できる。すなわち、
第２図に示す従来の地球局の搬送波源２０または送信用
局部発振器２２の代わりにそれぞれ周波数制御回路９０
を用いれば良い、なお、搬送波源２０と変調器とを一体
として周波数制御回路９０に置き換えてもよい。また、
基地局には第４図と同様に誤差測定装置７０を端局装置
に付加すれば良い。

（発明の効果） 以上代表例を上げて説明したように一般に無線通信シス
テムは広帯域伝送や移動通信ができるという利点を有し
ている反面、広帯域伝送を行うためには高周波数帯（Ｇ
Ｈｚ帯）の搬送波周波数波を用いるため発振器の周波数
安定度が悪いと無線帯域の利用効率が著しく低下すると
ともに、外部の温度の日変化や経年変化等の影響を受け
やすい。

従って、本発明の如く経時変化に対応して各局の発振周
波数を制御することは、無線帯域の利用効率や伝送特性
を向上させることができ、かつ経済的で安定な無線通信
システムを構築することが可能となり、その効果は極め
て大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による加入者無線システムにおける基地
局の構成図、 ｆ５２図は本発明による加入者局の構成図、第３図は本
発明によるＴＤＭ信号のフォーマット図、 第４図は従来の加入者無線システムにおける基地局（加
入者局）の構成図、 第５図は従来の衛星通信システムにおける地球局（基準
局）の構成図、 第６図は従来の通信衛星の構成図である。 １．１２・・・アンテナ、　　２，１３・・・送受信分
離回路、３・・・受信フィルタ、　４・・・周波数変換
器、５．１６・・・受信用局部発振器、　８．１７・・
・復調器、７．１８・・・端局装置、　　８，１９・・
・変調器、９．２２・・・送信用局部発振器、１０・・
・増幅器、１１・・・送信フィルタ、　　１４・・・低
雑音増幅装置、１５・・・受信周波数変換装置、２０・
・・搬送波源、２１・・・送信周波数変換装置、２３・
・・大電力増幅装置、２４・・・受信アンテナ、　２５
・・・受＠機、２６・・・局部発振器、　　２７・・・
入力分波器、２８・・・増幅器（中継器）、２９・・・
出力合波器。 ３０・・・送信アンテナ、 ７０・・・搬送波周波数誤差Ｊｌｌｌ定装置、９０・・
・周波数制御回路、９１・・・電圧制御発振器、９２・
・・ディジタル／アナログ変換回路、９３・・・ディジ
タルラッチ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基準局をふくむ複数の通信局の間で通信を行なう無線通
   信システムにおいて、 各通信局からの通信周波数を前記基準局で所定周期毎に
   測定して基準周波数からの誤差を求め、 該誤差のデータから通信周波数制御情報を作成して通信
   信号と共に前記通信局に伝送し、 前記制御情報にもとづいて通信局の送信する通信周波数
   を制御することを特徴とする、無線通信システムの通信
   周波数制御方式。