JPH03190330A - 通信システム - 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） 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・−船釣
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すいて決定される。

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ク発振器を
有している。マスク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。ミ牛すがマスク発振器と受信機
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
いくっがの一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１
０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はマスク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３
６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ピットシーケンスの
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−Ａ、≠Ａ・（−Ａ）−−Ａ　；Ａ−ＢならばＡ
−Ｂ−０，およびＡ・　（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３
８．４０．４２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２
０．２２．２４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１６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６０．６
２．６４に供給される。トラッキング基準周波発振器５
８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は方法は増幅器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ＤＣ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、ＱＰＳＫ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ビ一ム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器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３ｂ図では、３つの信号Ａ、ＢＳＣは互いに１２０度
の位相関係となるように調節されている。

ン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。従って、１つのビームを増幅する増幅器７８の電力
規格を３倍にするよりも、増幅器７８の電力を約３５％
高い電力規格に増大することができる。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ットレー
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Ｃ
ＤＭＡ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。上記実施例はこノ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、１
６・・・マスタ基準周波発振器、２０．２２．２４・・
・データ発生回路、２６．２８．３０・・・ミクサ、３
２．３４．３６・・・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、６０，６２．６４・・・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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。 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。 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。 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。 ５、２つの無線周波信号を有し、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。 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。 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。