JPH04372234A - 送信電力制御方式 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衛星通信に於ける地球
局の送信電力を最適に制御する送信電力制御方式に関す
る。人工衛星に搭載した中継器を介して地球局間で通信
を行う衛星通信システムに於いては、電波の伝搬経路中
に於ける降雨等により信号伝搬損失が変化する。この場
合の伝搬損失の変化は、無線周波数や降雨強度等により
相違し、周波数の低いＣバンド（アップリンク６ＧＨｚ
、ダウンリンク４ＧＨｚ）を利用する場合は比較的小さ
く、又周波数が高いＫｕバンド（アップリンク１４ＧＨ
ｚ、ダウンリンク１２ＧＨｚ）、或いはＫａバンド（ア
ップリンク３０ＧＨｚ、ダウンリンク２０ＧＨｚ）を利
用する場合は大きくなる。従って、Ｋｕ或いはＫａバン
ドを利用する場合、降雨減衰を補償することが必要とな
る。

【０００２】人工衛星に搭載した中継器は、周波数変換
を行うと共に、一定利得の増幅器で増幅するものであり
、通常は、進行波管を用いた増幅器が用いられている。 この進行波管増幅器は、一定電力以上は出力できない飽
和特性を示すように構成されており、降雨減衰に応じて
出力電力を制御することは困難である。従って、中継器
へ入力されるレベルが一定となるように、降雨減衰に応
じて地球局の送信電力を増加させるアップリンク補償が
一般には採用されており、それによって中継器の出力電
力は一定化されることになる。

【０００３】又衛星通信に於ける雑音は、アップリンク
とダウンリンクとの雑音の合成となり、地球局の送信電
力を制御しない場合は、アップリンクの降雨減衰により
雑音が増加すると共に、衛星中継器への入力レベルが低
下し、この衛星中継器が一定利得の為にその出力電力が
低下し、ダウンリンクでも雑音が増加する。従って、降
雨により急激に伝送品質が劣化することになる。この場
合、地球局の送信電力を制御することにより、アップリ
ンクの雑音は降雨前と変化がなく、降雨によるダウンリ
ンクの損失増加による雑音を考慮すれば良いことになる
。即ち、地球局の送信電力を制御することが必要であり
、この送信電力の制御を高精度に且つ安定に行わせるこ
とが要望されている。

【０００４】

【従来の技術】衛星通信システムに於ける地球局の送信
電力制御方式としては既に各種提案されている。図６は
ビーコン信号を利用して送信電力を制御する従来例の通
信システムの説明図であり、人工衛星６０は、衛星中継
器６１とビーコン送信機６２とアンテナ６３とを備え、
地球局６５は、アンテナ６４と送信機６６と受信機６７
とビーコン受信機６８とを備え、無線周波数として、例
えば、Ｋｕバンドを使用した場合、地球局６５から衛星
中継器６１へのアップリンクは１４ＧＨｚ、衛星中継器
６１から地球局６５へのダウンリンクは１２ＧＨｚ、ビ
ーコン信号は１２ＧＨｚとなる。

【０００５】地球局６５の送信機６６から１４ＧＨｚの
無線周波数で信号を送信し、衛星中継器６１に於いては
、周波数変換，増幅を行って１２ＧＨｚの無線周波数で
送信し、他の地球局６５の受信機６７で受信処理するこ
とにより、地球局６５間の衛星通信が行われる。又人工
衛星６０のビーコン送信機６２から常時ビーコン信号が
送信されている。

【０００６】このような無線周波数を用いた場合、降雨
による減衰量は、アップリンクとダウンリンクとに於い
て異なるものとなり、アップリンク降雨減衰量をＬｕｒ
、ダウンリンク降雨減衰量をＬｄｒとすると、地球局６
５の送信機６６からの信号を衛星中継器６１で折返して
、その地球局６５の受信機６７で受信した時、その折返
信号の降雨時の合成減衰量は、Ｌｕｒ＋Ｌｄｒとなる。 又ビーコン送信機６２から常時送信される１２ＧＨｚの
ビーコン信号の晴天時と雨天時との受信レベル差により
、ビーコン信号についてのダウンリンク減衰量Ｌｄｂを
測定することができる。従って、アップリンク減衰量Ｌ
ｕｒは、 Ｌｕｒ≒（Ｌｕｒ＋Ｌｄｒ）−Ｌｄｂ ∵Ｌｄｒ≒Ｌｄｂ として求めることができる。

【０００７】このアップリンク減衰量Ｌｕｒを補償する
ように、送信機６６の送信電力を制御することにより、
衛星中継器６１の入力レベルを一定とし、中継送出する
送信電力を一定化できることになる。なお、ビーコン信
号を送信しない人工衛星の場合は、テレメトリ信号を用
いて、前述のように、アップリンク減衰量Ｌｕｒを求め
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】地球局の送信電力を
制御する場合の最大の問題点は制御精度であり、前述の
従来例に於いては充分な制御精度が得られないものであ
った。それは次のような要因によるものである。■ビー
コン送信機６２の送信電力の変動、■ビーコン信号レベ
ル検出器の変動、■衛星折返信号レベル検出器の変動、
■ビーコン受信機６８と折返信号を受信する受信機６７
との間の利得偏差、■衛星中継器６１の利得変動、■衛
星中継器６１の小信号抑圧効果、これらの劣化要因の総
和は、例えば、±４ｄＢ程度となるものであった。この
制御精度の劣化は、送信電力の制御範囲と同程度となる
から、制御しない方がむしろ安定な衛星通信を行うこと
ができる場合が多いものであった。

【０００９】又ビーコン受信機６７は、主信号と偏波が
異なる場合に、偏分波器，低雑音増幅器，周波数変換器
等を含む専用の受信設備を必要とし、主信号の受信機６
７と同程度の構成となるものであるから、制御精度が充
分でないと共に、回路が大規模となる欠点があった。

【００１０】このような欠点を改善する為に、衛星中継
器の入出力振幅特性の非直線部分を利用する方式を先に
提案した。これは、衛星中継器への入力レベルを飽和出
力近傍に設定し、高低レベルの信号を送信して折返し受
信し、この折返受信信号のレベル差が一定となるように
送信電力を制御するものであり、降雨減衰により衛星中
継器への入力レベルが低下すると、高レベル信号を送信
しても衛星中継器は飽和出力とならないので、折返受信
信号レベル差が大きくなる。このレベル差が晴天時と同
一となるように送信電力を制御することにより、衛星中
継器への入力レベルを一定化できる。

【００１１】しかし、衛星中継器への入力レベルを飽和
出力近傍に設定するものであるから、衛星中継器が飽和
領域で動作することによる複数の信号波間の干渉が生じ
る欠点があり、又瞬時電力を定常電力に比較して大きく
なることから、電波法上の制約があるので実現が困難で
ある。本発明は、衛星中継器の入出力特性を計測して、
地球局の送信電力制御を高精度且つ高安定に行わせるこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の送信電力制御方
式は、衛星中継器の入出力位相特性を利用して、降雨減
衰等を計測するものであり、図１を参照して説明する。 地球局２は、送信部３と、受信部４と、位相差検出部５
とを備え、送信部３からレベル差を有する信号を送信し
、衛星中継器１により中継送出された信号を受信部４で
受信し、その受信信号を位相差検出部５に加えて、衛星
中継器１の非直線性によって生じた信号レベル差に基づ
く位相変化量を検出し、この位相差検出部５により検出
した位相変化量が所定値となるように、送信部３の送信
電力を制御するものである。

【００１３】

【作用】衛星中継器１は、進行波管等を用いた電力増幅
器を有するものであり、入出力振幅特性は入力電力の増
加に伴って出力電力が飽和する飽和特性を示し、入出力
位相特性は入力電力の増加に伴って出力電力が飽和して
も、位相変化が大きくなる特性を示す。従って、高低レ
ベルの信号を地球局２の送信部３から送信し、衛星中継
器１で折返して受信部４で受信し、位相差検出部５によ
り高低レベルの信号対応の受信信号間の位相差を求める
ことにより、衛星中継器１への入力レベルを計測するこ
とができる。

【００１４】そして、その位相差が所定値となるように
送信部３の送信電力を制御することにより、衛星中継器
１への入力レベルを設定した値に一定化できることにな
る。従って、衛星中継器１の飽和出力電力よりかなり小
さい出力電力の場合でも、精度良く送信電力を制御する
ことができる。

【００１５】

【実施例】図２は、本発明の実施例の要部ブロック図で
あり、衛星に於ける１１は衛星中継器、１２，１３はア
ンテナ、１４は受信増幅器、１５は局部発振器、１６は
周波数変換器１６、１７は帯域フィルタ、１８は減衰器
、１９は進行波管等を用いた電力増幅器であり，地球局
に於ける２０はアンテナ、２１は送受共用器、２２は受
信部、２３は位相差検出部、２４は遅延回路、２５は位
相比較器、２６は送信部、２７は可変減衰器、２８は合
成器、２９は信号発生器、３０は２レベル発生器、３１
は制御部である。

【００１６】衛星中継器１１は、従来例と同様の構成を
有するものであり、このような衛星中継器１１が人工衛
星には複数個搭載されている。例えば、Ｋｕバンドを利
用した場合、地球局から無線周波数１４ＧＨｚで送信し
た信号を受信して受信増幅器１４で増幅し、局部発振器
１５からの２ＧＨｚの信号と周波数変換器１６で混合し
て１２ＧＨｚの周波数に変換し、帯域フィルタ１７によ
り不要帯域を除去し、減衰器１８を介して電力増幅器１
９に入力し、１２ＧＨｚの無線周波数で地球局に向けて
送信する。

【００１７】地球局では、衛星中継器１１への入力レベ
ルを計測して送信電力を制御する為、送信側に、可変減
衰器２７と、合成器２８と、信号発生器２９と、２レベ
ル発生器３０とが設けられ、受信側に、遅延回路２４と
位相比較器２５とからなる位相差検出部２３が設けられ
て、制御部３１によりタイミング制御等が行われる。そ
のタイミング制御によって信号発生器２９から発生され
た無変調信号と、２レベル発生器３０から発生された高
低レベルの信号とが合成器２８に加えられ、高レベル信
号又は低レベル信号が可変減衰器２７を介して送信部２
６に加えられて、送信部２６から１４ＧＨｚの無線周波
数により衛星中継器１１に向けて送信される。

【００１８】この送信信号は、衛星中継器１１により中
継されて１２ＧＨｚの無線周波数により折返され、受信
部２２により受信され、復調された受信信号は位相差検
出部２３に加えられ、遅延回路２４により高レベル信号
と低レベル信号との送信時間差に対応した時間遅延され
、高レベル信号対応の受信信号と、低レベル信号対応の
受信信号との時間が一致され、位相比較器２５によりそ
れらの信号間の位相差が求められる。そして、その位相
差検出信号が制御部３１に加えられ、制御部３１は、所
定の位相差となるように可変減衰器２７を制御して、衛
星中継器１１への入力レベルが一定化するように、送信
部２６の送信電力が制御される。

【００１９】図３は進行波管を用いた電力増幅器１９を
備えた衛星中継器１１の入出力特性曲線図であり、入力
電力〔ｄＢｍ〕に対する出力電力〔ｄＢｍ〕（曲線Ａ）
と、位相（曲線Ｂ）とを示す。入出力振幅特性を示す曲
線Ａは、入力電力の増加に従って増加し、次第に飽和す
る特性となるが、入出力位相特性を示す曲線Ｂは、入力
電力の増加に従って僅か増加し、入出力振幅特性が飽和
となる入力電力の場合でも、位相変化が生じる特性とな
る。

【００２０】図４は高低レベル信号のレベル差を５ｄＢ
とした場合の通過位相差特性曲線図であり、入力電力を
−２５ｄＢｍ以下に設定すれば、位相差により入力電力
の変化を識別することができる。例えば、入力電力を−
３０ｄＢｍとすると、位相差は約３．７°となり、降雨
減衰によって入力電力が−３２ｄＢｍとなったとすると
、位相差は２．５°となるから、この位相差が元の３．
７°となるように、送信電力を制御することにより、衛
星中継器１１への入力電力を、設定値の−３０ｄＢｍに
制御することができる。

【００２１】従って、信号発生器２９からの信号に対し
て、２レベル発生器３０からのレベル信号により、５ｄ
Ｂのレベル差を与えた高低レベル信号を送信し、衛星中
継器１１を介した折返信号の高低レベル信号対応の受信
信号間の位相差を位相差検出部２３により検出し、前述
の場合は３．７°の位相差となるように、可変減衰器２
７を制御することにより送信電力制御を行うことにより
、衛星中継器１１への入力電力を−３０ｄＢｍに一定化
できることになる。

【００２２】図５は本発明の実施例の送信信号説明図で
あり、（ａ），（ｂ）はバースト信号の搬送波再生部Ｃ
Ｒを利用して高レベル信号ＨＳと低レベル信号ＬＳとの
レベル差を有する信号を送信する場合を示し、ＢＴＲは
ビットタイミング再生部、ＤＡＴＡはデータ部を示す。 （ａ）に於いては、バースト信号対応の搬送波再生部Ｃ
Ｒを高レベル信号ＨＳと低レベル信号ＬＳとするもので
、図２に於いては、制御部３１により信号発生器２９と
２レベル発生器３０とが制御され、信号発生器２９から
無変調の搬送波信号が出力され、２レベル発生器３０か
ら例えば奇数番目バースト信号時は低レベル、偶数番目
バースト信号時は高レベルの信号が出力され、合成器２
８により合成されて、搬送波再生部ＣＲは、奇数番目バ
ースト信号の時低レベル信号ＬＳ、偶数番目バースト信
号の時高レベル信号ＨＳとなり、送信部２６から衛星中
継器１１に向けて送信される。

【００２３】この衛星中継器１１で折返されたバースト
信号を受信部２２で受信し、その受信バースト信号が位
相差検出部２３に加えられる。この位相差検出部２３の
遅延回路２４は、１フレーム分の遅延時間に設定される
もので、従って、位相比較器２５には、奇数番目と偶数
番目とのバースト信号の先頭の搬送波再生部ＣＲが加え
られ、低レベル信号ＬＳと高レベル信号ＨＳとに対応し
た受信搬送波再生部ＣＲの位相が比較され、位相差検出
信号が制御部３１に加えられる。この位相差が所定値と
なるように、制御部３１により可変減衰器２７が制御さ
れて、送信電力制御が行われる。

【００２４】又図５の（ｂ）は各バースト信号毎に、搬
送波再生部ＣＲを高レベル信号ＨＳと低レベル信号ＬＳ
とした場合を示し、制御部３１により、２レベル発生器
３０が搬送波再生部ＣＲの時間内の前半と後半とに於い
て、高レベルと低レベルとの信号を切替えて出力するよ
うに制御される。又これに対応して位相差検出部２３の
遅延回路２４は搬送波再生部ＣＲの１／２の時間の遅延
時間に設定され、位相比較器２５に於いて高レベル信号
ＨＳと低レベル信号ＬＳとに対応した受信搬送波再生部
ＣＲの位相差が検出される。

【００２５】又図５の（ｃ）はパイロット信号を用いた
場合を示し、主信号間のガードタイム等を利用して、高
レベル信号ＨＳと低レベル信号ＬＳとからなるパイロッ
ト信号を衛星中継器１１に向けて送信し、衛星中継器１
１により折返された信号を受信して、位相差検出部２３
により高レベル信号ＨＳと低レベル信号ＬＳとに対応し
た受信パイロット信号の位相差を検出することにより、
前述と同様にして送信電力を制御することができる。

【００２６】本発明は、前述の実施例にのみ限定される
ものではなく、種々付加変更することが可能であり、例
えば、送信電力の制御は、可変減衰器２７を制御する以
外に、送信部２６内の送信電力増幅器を直接的に制御す
る構成とすることも可能である。又レベル差を有する搬
送波再生部ＣＲやパイロット信号等の信号は、衛星中継
器１１を介した折返信号の位相差を検出することができ
れば良いものであるから、主信号等に影響を与えない任
意のタイミングを利用して送受信することができるもの
である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、地球局
２の送信部３からレベル差を有する信号を送信し、衛星
中継器１により中継送出された信号を受信部４で受信し
、位相差検出部５によりレベル差に基づく位相変化量を
検出し、この位相変化量が所定値となるように送信部３
の送信電力を制御するものであり、地球局２の送信側に
レベル差を有する搬送波再生部ＣＲ等の信号を送信する
構成と、受信側に位相差検出部５を設けるのみで、衛星
中継器１への入力レベルを計測することができるから、
従来例に比較して簡単且つ経済的な構成となる。

【００２８】又送信電力の制御精度の劣化要因は、レベ
ル差を有する信号を発生させる設定誤差，送信電力増幅
器の非直線歪，位相差検出部５の検出誤差等であり、こ
れらは地球局２の設備によるものであって、衛星中継器
１の劣化要因を無視できるものとなるから、送信電力の
制御精度の維持，管理が容易となり、安定且つ高精度で
衛星中継器１への入力レベルを一定化するように送信電
力を制御することができる利点かある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例の要部ブロック図である。

【図３】衛星中継器の入出力特性曲線図である。

【図４】通過位相差特性曲線図である。

【図５】本発明の実施例の送信信号説明図であり、（ａ
），（ｂ）は搬送波再生部を利用した場合、（ｃ）はパ
イロット信号を利用した場合である。

【図６】衛星通信システムの説明図である。

【符号の説明】

１　　衛星中継器 ２　　地球局 ３　　送信部 ４　　受信部 ５　　位相差検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　衛星中継器（１）を介して地球局（２
   ）間で通信を行う衛星通信方式に於いて、前記地球局（
   ２）は、送信部（３）と、受信部（４）と、位相差検出
   部（５）とを備え、前記送信部（３）からレベル差を有
   する信号を送信し、前記衛星中継器（１）により中継送
   出された前記信号を前記受信部（４）により受信して前
   記位相差検出部（５）に加え、前記衛星中継器（１）の
   非直線性によって生じる信号レベル差に基づく位相変化
   量を、前記位相検出部（５）により検出し、該位相検出
   部（５）により検出した位相変化量が所定値となるよう
   に、前記送信部（３）の送信電力を制御することを特徴
   とする送信電力制御方式。