(57)【要約】      （修正有）【課題】航空通信用周波数推定器を提供する。【解決手段】航空通信の周波数値を推定するよう適合された方法と装置において、データは一連のフレームの形式で送信され、フレームは既知のデータの第１のヘッダフィールド３００とそれに続く未知のデータのフィールド３０１１とを含む。ヘッダの既知のデータ（３００）に対する監視相関と、2015222943.tif 000058の周波数を中心とした第１の周波数範囲の推定とを行う工程１と、工程１において判断された周波数範囲2015222943.tif 000059にわたって相関ピークを求めること及び相関ピークに対応する周波数を保持することにより、データフィールド３０１１の未知のデータのすべてに対するブラインド相関を生成する工程２とを少なくとも含む。【選択図】図３
2015222943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のステーション（１）と前記第１のステーションに対して移動する空中システム（３）との間の航空通信の周波数値を推定する方法であって、データが一連のフレームの形式で送信され、フレームが既知のデータの少なくとも１つの第１のヘッダフィールド（３００）とそれに続く未知のデータの１つまたは複数のフィールド（３０１１）とを含む方法において、少なくとも、
前記ヘッダの前記既知のデータ（３００）に対する監視相関と、
【数１】
2015222943.tif 000045
の精度を有する推定周波数
【数２】
2015222943.tif 000046
を中心とした第１の周波数範囲の推定とを行う工程１と、
前記工程１において判断された前記周波数
【数３】
2015222943.tif 000047
を中心とした範囲にわたって相関ピークを求めることにより、および前記相関ピークに対応する周波数を保持することにより、前記データフィールド（３０１１）の前記未知のデータの少なくともすべてに対するブラインド相関を生成する工程２とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記フレームは、前記データフィールド（３０１１）の前に配置されるパイロットフィールド（３０２１）を含む位相変化による変調により変調されるＤＶＢ−Ｓ２タイプのフレームであることと、前記方法は、少なくとも、
【数４】
2015222943.tif 000048
の精度を有する推定周波数
【数５】
2015222943.tif 000049
を中心とした範囲を得るために、前記ＤＶＢ−Ｓ２ヘッダのフーリエ変換により監視相関を行う工程１と、
前記変調フレームのシンボルを使用し、前記工程１で定義された前記周波数
【数６】
2015222943.tif 000050
を中心とした範囲に対応する短フレームの変調シンボルのフーリエ変換の４乗を使用し、前記フーリエ変換のノルムの最大値に対応する周波数を判断しそこからドップラー効果の値を推定する工程２とを含むこととを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、次式の周波数
【数７】
2015222943.tif 000051
を推定する工程１であって、
【数８】
2015222943.tif 000052
ここで、
−  ｃｏｎｊ（）：複素数の共役関数
−  ＤＦＴ：フーリエ変換
−  ｋ：シンボルの指標
−  ｔ：所与の時点
−  Δｆ：推定すべきドップラー周波数
−  ｒｅｃｔ９０（ｔ）：長さ９０の直交関数
−  ｓｉｎｃ９０＊π（ｆ）：幅９０＊πの基本正弦関数
−  Ｒｅｆ（ｋ）：ヘッダの受信シンボルＲ（ｋ）の基準シンボル、ここで、１≦ｋ≦９０
−  ＢＡＢＧ：付加白色ガウス雑音
である工程１と、
次式からドップラーの値を推定する工程２であって、
【数９】
2015222943.tif 000053
ここで、
−  ＮＤＡＬｅｎｇｔｈ：ブラインド周波数推定値を生成する長さ、
−  ＲｅｃｔＮＤＡＬｅｎｇｔｈ（ｔ）：長さＮＤＡＬｅｎｇｔｈの直交関数、
−  ｓｉｎｃＮＤＡＬｅｎｇｔｈ＊π（ｆ）：幅ＮＤＡＬｅｎｇｔｈ＊πの基本正弦関数、
−  ＢＡＢＧＥｑ（ｆ）：雑音のある信号ＳｙｍｂｓＱＰＳＫ＋ＢＡＢＧの４乗から発生する等価付加白色ガウス雑音、
−  ＭａｘＩｎｄｅｘＮＤＡ：フーリエ変換のノルムが最大となる周波数範囲ＦｒｅｑＲａｎｇｅＮＤＡに属する周波数
である工程２と
を少なくとも含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法において、前記フレームはＢＰＳＫまたはＱＰＳＫ変調により変調されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記ＮＤＡＬｅｎｇｔｈの値は０ｄＢのＳＮＲに対して８３７０に固定されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記ＮＤＡＬｅｎｇｔｈの値は
【数１０】
2015222943.tif 000054
に等しく、ここで、ＳＮＲＬｉｎは線型に表された信号対雑音比ＳＮＲに対応することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれか一項に記載の方法において、周波数推定値は前記通信を構成するＤＶＢ−Ｓ２フレーム毎に判断されることを特徴とする方法。
【請求項８】
少なくとも第１のステーション（１）と前記第１のステーションに対して移動する空中システム（３）とを含む航空通信システムにおけるドップラーを推定するための装置において、データが一連のフレームの形式で送信され、フレームが既知のデータの少なくとも１つの第１のヘッダフィールド（３００）とそれに続く未知のデータの１つまたは複数のフィールド（３０１１）とを含み、前記装置は少なくとも、
・前記ヘッダの既知のデータに対する監視相関を生成するとともに、
【数１１】
2015222943.tif 000055
の精度を有する推定周波数
【数１２】
2015222943.tif 000056
を中心とした第１の周波数範囲の推定を行うよう適合された第１のモジュール（５１０）と、
・前記推定周波数
【数１３】
2015222943.tif 000057
にわたって相関ピークを求めることにより、および前記相関ピークに対応する周波数を保持することにより、データフィールド（３０１１）の未知のデータの少なくともすべてに対するブラインド相関を生成するよう適合された第２のモジュール（５２０）とを含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記フレームはＱＰＳＫまたはＢＰＳＫ変調ＤＶＢ−Ｓ２データであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の推定モジュールと前記第２のモジュールはＦＰＧＡ技術を使用して生成されることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＤＶＢ−Ｓ２標準またはその均等な様式に基づき航空条件下でデータをリアルタイムに送受信する周波数推定器に関する。本発明は、低信号対雑音比状況下かつ高ドップラー加速度で、ドップラー効果に起因する振動数シフトを充分に正確な方法で推定するために使用され得る。
【０００２】
本発明は、特に低信号対雑音比と当該分野で高いと考えられる値に達し得るドップラー加速度とを示す空中状況下における周波数同期の問題に関する。ドップラー効果は衛星に対する航空機の移動により引き起こされ、航空チャネルはドップラー効果と呼ばれる受信搬送波における周波数シフトにより乱される。
【背景技術】
【０００３】
図１に、地上ステーション１と衛星２と空中システム３または航空機とを有する送信システムを概略的に示す。送り経路Ｌａは、地上ステーション１から航空機などの空中システムへ行く経路として定義され、戻り経路Ｌｒは衛星２を介し航空機３から地上ステーション１へ行く経路として定義される。ドップラー効果は衛星２に対する航空機３の移動により引き起こされる。ドップラー効果およびドップラー効果変動を航空機の速度と加速度に関連づけることが可能である。
【０００４】
送信システムの周波数をｆｅｍ、送信システムの速度をｖｅｍ、受信器の周波数をｆｒｅｃ、受信器の速度をｖｒｅｃとすると、２つの周波数間の関係は光の速度ｃの関数として次式のように表され得る。
【数１】
2015222943.tif 000003
【０００５】
衛星は航空機に比較して動かないと考えられるので、送信機と受信器間の周波数差Δｆに対し次式が得られる。
【数２】
2015222943.tif 000004
【０００６】
最大ドップラー効果Ｄｍａｘとドップラー効果の最大変化量Ｖｍａｘと、航空機の最大速度Ｓｍａｘと航空機の最大加速度Ａｍａｘとを以下のように関連づけることが可能である。
【数３】
2015222943.tif 000005
【０００７】
ここで考えられる「最悪ケース」航空条件は以下のものである。
・旅客機の巡航速度に対応する航空機の最大速度０．９７Ｍａｃｈ、
・次の期間中に旅客機が達し得る最大加速度に対応する航空機の最大加速度２ｇ、
○衛星の方向の離陸と着陸、
○衛星の方向の半径方向加速度での急カーブ、
○航空機に対し衛星が頂点をなすエアポケット。
【０００８】
図２Ａと図２Ｂにおける２つのグラフは、空中ポケットの存在下の加速度Ａおよび高度の変動Ａｌｔと、ドップラー効果Ｄおよびドップラー効果の変動（導出曲線）Ｖとをそれぞれ示す。
【０００９】
無線周波数ＲＦ伝送特性は次の通りである。
・通信衛星において使用される最高周波数範囲Ｋａ帯の典型的な３０ＧＨｚに固定された最大搬送波周波数、
・Ｋａ帯における衛星通信に使用される最小シンボルレートに対応する１Ｍｂａｕｄに固定された最小シンボルレート。
【００１０】
最大ドップラー効果Ｄｍａｘとドップラー効果の最大変化量Ｖｍａｘに対し次の値が定められる。
Ｄｍａｘ＝３３ｋＨｚ、およびＶｍａｘ＝１９６２（Ｈｚ／ｓ）
【００１１】
フレームのシンボルレートＲｓに関するこれらの値を正規化することにより、正規化最大ドップラー
【数４】
2015222943.tif 000006
と正規化ドップラー変動
【数５】
2015222943.tif 000007
が得られる。
【数６】
2015222943.tif 000008
【００１２】
図３に、９０シンボルのヘッダ３００、１４４０データシンボルの第１のブロック３０１１、続いて３６シンボルのパイロットの第１のブロック３０２１、次いで１４４０データシンボルの第２のブロック３０１２、続いて３６シンボルのパイロットの第２のブロック３０２２等からなるＤＶＢ−Ｓ２フレームの構造を示す。
【００１３】
航空状況下では、Ｋａ帯において、（非特許文献１）に推奨された周波数同期機構に関連付けられたＤＶＢ−Ｓ２フレームの標準化構造は、５ｄＢ（当該分野の典型的値）未満の信号対雑音比の低シンボルレート（５Ｍｂａｕｄ未満）の運用を許可しない。
【００１４】
このアプリケーションの例では、ドップラー推定後の最大残留ドップラーは、位相曖昧性を防止するために２つのパイロットブロック間にπの最大位相シフトを引き起こさねばならない。これは、１４４０データシンボルと３６パイロットシンボルのＤＶＢ−Ｓ２フレームでは次式に等しい最高周波数解像度
【数７】
2015222943.tif 000009
に関与する。
【数８】
2015222943.tif 000010
【００１５】
図４に、受信器における従来技術による周波数推定の例を概略的に示す。信号の周波数同期は、２段階、すなわちループ構造Ｉにより行われる第１の粗同期と開ループまたは「フィードフォワード」制御モードＩＩにおいて行われる第２の密同期で発生する。受信器により受信された入力信号は、装置の動作中の周波数の補正を可能にする推定周波数値もまた受信するミキサ４００に入る。信号は、ナイキストフィルタブロック４１０と、レート同期モジュール４２０と、フレーム同期モジュール４３０と、第１の周波数同期モジュール４４０とを含むアウトフィットへ通され、第１の周波数同期モジュール４４０の出力は、第１に、位相取得モジュール４７０が続く密同期モジュール４６０へ、第２に、ループフィルタ４６０へ接続される。
【００１６】
ループ同期機構Ｉは周波数同期モジュール４４０とループフィルタのモジュール４５０とを含む。周波数同期モジュールは次式に従って信号
【数９】
2015222943.tif 000011
の周波数の推定を行う。
【数１０】
2015222943.tif 000012
ここで、
【数１１】
2015222943.tif 000013
であり、ここで、ｒｋは時点ｋに受信されたデータサンプルｒ、
【数１２】
2015222943.tif 000014
はこの同時点ｋにおける基準シンボルの共役、ａｒｇは複素数の引き数である。雑音に対し非常に敏感であるこの推定は、一次ループフィルタによりフィルタ処理された後、ナイキスト受信フィルタの入力補正として導入される。
【００１７】
ループフィルタのループ帯域幅は第１の周波数同期処理における決定パラメータであり、
−  同期の収束速度に比例し、
−  同様に、雑音に対する推定の感度に比例する。
【００１８】
要約すれば、この推定は、ループ帯域が広くなればなるほど、より急速に周波数の変位へ収束するが、同時に、雑音レベルにより敏感となる。
【００１９】
次の密同期ブロック４６０は、監視モードで動作するアルゴリズムを使用することにより信号の周波数の第２の推定を行う。その推定を行うためにＤＶＢ−Ｓ２フレーム（ヘッダとパイロット）の基準フィールドを使用する。
【００２０】
念のために記しておくと、次式Ｒｌ（ｍ）により、一連の大きさＮにわたる指標ｍの信号ｘの自己相関Ｒ（ｍ）を推定ことが可能である。
【数１３】
2015222943.tif 000015
【００２１】
当業者に知られたＬｕｉｓｅ＆Ｒｅｇｇｉａｎｉｎｉアルゴリズムからの監視アルゴリズムは、これらの相関をパイロットブロックの数Ｌにわたって平均化する。相関は、パイロットブロックの長さの半分
【数１４】
2015222943.tif 000016
にわたって行われる、ここで、Ｌ０はパイロットブロックの長さである。
【数１５】
2015222943.tif 000017
ここで、
Ｔｓ：シンボル時間
Ｌ０：パイロットブロックの長さ
ｉ：自己相関の推定の指標
Ｎ：Ｌ０／２：パイロットブロックにより生成される自己相関の数
ｌ：パイロットブロックの指標
Ｌ：周波数推定が行われるパイロットブロックの数である。
【００２２】
この周波数補正は、相関を平均化するパイロットブロックの数Ｌの値に関する第２の妥協案を生じる。第２の妥協案は推定の精度に比例し、推定の反応度に反比例する。
【００２３】
しかし、このようなスキームでは、特に航空チャネルの周波数変動に追随できるようにするとともに低信号対雑音比０ｄＢでも十分に正確な周波数推定を可能にする周波数同期の調整を見い出すことができない。推定周波数
【数１６】
2015222943.tif 000018
と実際の周波数ｆｒｅａｌとの周波数差が現れ得、通信中にドロップアウトと従ってフレーム喪失との源となり得る。
【００２４】
公知の従来技術の推定器は通常、ＤＶＢ−Ｓ２フレームのヘッダとパイロットブロックなどの既知の情報を使用する監視アルゴリズムに基づくが、同監視アルゴリズムは、ＤＶＢ−Ｓ２標準に従って動作するのに十分に正確なドップラーの推定と、航空機の移動に起因する著しいドップラー変動に耐えるための十分な反応度との両立を可能にしない。
【００２５】
（非特許文献２）では、長期にわたって平均化されるループＤＡ推定器について説明している。
【００２６】
（特許文献１）では、パイロットを使用してブラインド周波数を推定するアルゴリズムについて説明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２１１７１９号明細書
【非特許文献】
【００２８】
【非特許文献１】ＥＴＳＩ  ｄｉｒｅｃｔｉｖｅｓ  ＴＲ  １０２  ３７６  Ｖ１．１．１，“Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ，ＤＶＢ，Ｕｓｅｒ  Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｓｅｃｏｎｄ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｎｅｗｓ  Ｇａｔｈｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  ｏｔｈｅｒ  Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ＤＶＢ−Ｓ２”
【非特許文献２】ＲＹＵ  ｅｔ  ａｌ．  ｅｎｔｉｔｌｅｄ“Ｈａｒｄｗａｒｅ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｅｓｔｉｍａｔｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｄａｔａ−ａｉｄｅｄ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｉｄｅｏ  ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ”
【発明の概要】
【００２９】
本発明の主題である装置は、特に第１に、
【数１７】
2015222943.tif 000019
の精度を有する周波数の概算見積り
【数１８】
2015222943.tif 000020
を導出するために、既知データのヘッダに対し監視周波数推定器を使用する。第２に、本装置は、第１の工程中に判断された推定周波数
【数１９】
2015222943.tif 000021
を中心とする範囲に対応する探索範囲にわたって未知のデータのすべてに対しブラインドアルゴリズムを実行することにより周波数を正確に推定することになる。これは、監視推定の頑強性とブラインド推定の精度との組み合わせを可能にし、極めて正確な周波数の推定が極短い推定期間にわたって得られるようにし、したがって、航空機の移動に起因する非常に大きな変動に追随できるようにするので有利である。
【００３０】
表現「ブラインドアルゴリズム」は、本明細書では、本来通信フレームで送信される未知のデータを使用するアルゴリズムを示す。監視アルゴリズムは既知のデータに作用することになる。
【００３１】
本発明は、第１のステーションと第１のステーションに対して移動する空中システムとの間の航空通信の周波数値を推定する方法に関わり、データは一連のフレームの形式で送信され、フレームは既知のデータの少なくとも１つの第１のヘッダフィールドとそれに続く未知のデータの１つまたは複数のフィールドとを含み、本方法は少なくとも、
ヘッダの既知データに対する監視相関と、
【数２０】
2015222943.tif 000022
の精度を有する推定周波数
【数２１】
2015222943.tif 000023
を中心とした第１の周波数範囲の推定とを行う工程１と、
工程１において判断された周波数
【数２２】
2015222943.tif 000024
を中心とした範囲にわたって相関ピークを求めることにより、および相関ピークに対応する周波数を保持することにより、データフィールドの未知のデータの少なくともすべてに対するブラインド相関を生成する工程２とを含む。
【００３２】
変形実施形態によると、フレームは、データフィールドの前に配置されるパイロットフィールドを含む位相変化による変調により変調されるＤＶＢ−Ｓ２タイプのフレームであり、本変形実施形態の方法は少なくとも、
【数２３】
2015222943.tif 000025
の精度を有する推定周波数
【数２４】
2015222943.tif 000026
を中心とした範囲を得るためにＤＶＢ−Ｓ２ヘッダのフーリエ変換により監視相関を行う工程１と、
変調フレームのシンボルを使用し、工程１で定義された周波数
【数２５】
2015222943.tif 000027
を中心とした範囲に対応する短フレームの変調シンボルのフーリエ変換の４乗を使用し、フーリエ変換のノルムの最大値に対応する周波数を判断しそこからドップラー効果の値を推定する工程２とを含む。
【００３３】
本方法は、
周波数
【数２６】
2015222943.tif 000028
を推定する工程１であって、
【数２７】
2015222943.tif 000029
ここで、
−  ｃｏｎｊ（）：複素数の共役関数
−  ＤＦＴ：フーリエ変換
−  ｋ：シンボルの指標
−  ｔ：所与の時点
−  Δｆ：推定すべきドップラー周波数
−  ｒｅｃｔ９０（ｔ）：長さ９０の直交関数
−  ｓｉｎｃ９０＊π（ｆ）：幅９０＊πの基本正弦関数
−  Ｒｅｆ（ｋ）：ヘッダの受信シンボルＲ（ｋ）の基準シンボル、ここで、１≦ｋ≦９０
−  ＢＡＢＧ：付加白色ガウス雑音
である工程１と、
次式からドップラーの値を推定する工程２であって、
【数２８】
2015222943.tif 000030
ここで、
−  ＮＤＡＬｅｎｇｔｈ：ブラインド周波数推定値を生成する長さ、
−  ＲｅｃｔＮＤＡＬｅｎｇｔｈ（ｔ）：長さＮＤＡＬｅｎｇｔｈの直交関数、
−  ＳｉｎｃＮＤＡＬｅｎｇｔｈ＊π（ｆ）：幅ＮＤＡＬｅｎｇｔｈ＊πの基本正弦関数、
−  ＢＡＢＧＥｑ（ｆ）：雑音のある信号ＳｙｍｂｓＱＰＳＫ＋ＢＡＢＧの４乗から発生する等価付加白色ガウス雑音、
−  ＭａｘＩｎｄｅｘＮＤＡ：フーリエ変換のノルムが最大となる周波数範囲
【数２９】
2015222943.tif 000031
に属する周波数、
である工程２と
を含む。
【００３４】
一例として、フレームはＢＰＳＫまたはＱＰＳＫ変調により変調され、ＮＤＡＬｅｎｇｔｈの値は０ｄＢのＳＮＲに対して８３７０に固定される。
【００３５】
本方法の工程は
【数３０】
2015222943.tif 000032
に等しいＮＤＡＬｅｎｇｔｈへ適用される。ここで、ＳＮＲＬｉｎは線型で表された信号対雑音比ＳＮＲに対応する。
【００３６】
一実施形態によると、周波数推定は通信を構成するＤＶＢ−Ｓ２フレーム毎に判断される。
【００３７】
本発明はまた、少なくとも第１のステーションと第１のステーションに対して移動する空中システムとを含む航空通信システムにおけるドップラーを推定するための装置に関わり、データは一連のフレームの形式で送信され、フレームは既知のデータの少なくとも１つの第１のヘッダフィールドとそれに続く未知のデータの１つまたは複数のフィールドとを含む。本装置は少なくとも、
・ヘッダの既知のデータに対する監視相関を生成するとともに、
【数３１】
2015222943.tif 000033
の精度を有する推定周波数
【数３２】
2015222943.tif 000034
中心とした第１の周波数範囲の推定を行う第１のモジュールと、
・工程１において判断された周波数範囲
【数３３】
2015222943.tif 000035
にわたって相関ピークを求めることにより、および相関ピークに対応する周波数を保持することにより、データフィールドの未知のデータの少なくともすべてに対するブラインド相関を生成する第２のモジュールとを含む。
【００３８】
データはＱＰＳＫまたはＢＰＳＫ変調ＤＶＢ−Ｓ２データである。
【００３９】
第１の推定モジュールと第２のモジュールは例えばＦＰＧＡ技術を利用して作製される。
【００４０】
本発明の他の特徴と利点は、例示として提供され決して制限するものではない、図面が添付された以下の説明を読むとより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】送信システムの例を示す。
【図２Ａ】空中ポケットの存在下の加速度Ａと高度の変動Ａｌｔを例示する。
【図２Ｂ】ドップラー効果Ｄとドップラー効果の変動すなわち導出曲線Ｖを例示する。
【図３】ＤＶＢ−Ｓ２フレームを示す。
【図４】従来技術による同期構造の例を示す。
【図５】ＤＶＢ−Ｓ２受信器に配置された本発明による周波数推定器の構造の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下に続く例では、本発明の主題についてより良く説明するために、そして本発明の主題の範囲をＤＶＢ−Ｓ２フレームの構造に限定すること無しに、バースト的周波数推定またはそうでなければＱＰＳＫ（４位相シフト変調：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）位相変化による変調を有するＤＶＢ−Ｓ２フレームの場合の周波数推定について記載する。本発明はまた、使用されるフレームが、既知データのヘッダまたはフィールドと、これに続いて複数の未知データのフィールドとを有する通信に適用され得る。一例として、未知データはＢＰＳＫ（バイナリ位相変調方式：Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調またはＱＰＳＫ変調される。以下の詳細な例では、本システムは、既知Ａｒｉｎｃ７９１規準に準拠するために例えば０〜６ｄＢの信号対雑音比で動作することになる。
【００４３】
本発明による方法と周波数推定器は第１の監視周波数推定器と第２のブラインド周波数推定器とを有する。本発明による周波数推定器は、一例として衛星ステーションまたは地上ステーションに配置され例えばプログラマブル回路またはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）技術を使用するＤＶＢ−Ｓ２受信器内に実装される。
【００４４】
第１の周波数推定モジュールまたは第１の推定器は、９０シンボルのＤＶＢ−Ｓ２ヘッダのフーリエ変換を利用して監視相関を生成するアルゴリズムを実施する。
【００４５】
本アルゴリズムは、ＤＶＢ−Ｓ２ヘッダから受信されこの同じヘッダの基準シンボル（Ｒｅｆ（ｋ）、１≦ｋ≦９０）に相関付けられた９０シンボル（Ｒ（ｋ）、１≦ｋ≦９０）のフーリエ変換のノルムの最大値に対応する周波数を計算することにより、周波数を推定する。
【００４６】
受信シンボルＲ（ｋ）は次式の通りである。
−  Ｒ（ｋ）＝（Ｒｅｆ（ｋ）＋ＢＡＢＧ（ｋ））＊ｅｘｐ（ｉ＊２＊πΔｆ＊ｋ）
ここで、
○Ｒｅｆ（ｋ）：シンボルＲ（ｋ）の基準シンボル
○ＢＡＢＧ：付加白色ガウス雑音
○Δｆ：推定すべきドップラー周波数
【００４７】
第１の推定モジュールまたは推定器における周波数推定
【数３４】
2015222943.tif 000036
は次式で表される。
【数３５】
2015222943.tif 000037
ここで、
−  ｃｏｎｊ（）：複素数の共役関数
−  ＤＦＴ：フーリエ変換
−  ｋ：シンボルの指標
−  ｔ：所与の時点
−  ｆ：所与の周波数
−  Δｆ：推定すべきドップラー周波数
−  ｒｅｃｔ９０（ｔ）：長さ９０の直交関数
−  ｓｉｎｃ９０＊π（ｆ）：幅９０＊πの基本正弦関数
【００４８】
推定器は監視推定器であるので動作範囲は＋／−０．５＊Ｒｓ以下である。
【００４９】
雑音に対する高い耐性を呈示する第１の推定モジュールの結果、周波数値
【数３６】
2015222943.tif 000038
が得られる。
【００５０】
第２の推定モジュールまたは第２の推定器は、次の周波数範囲に作用する極高い周波数分解能を有するブラインド周波数推定器である。
【数３７】
2015222943.tif 000039
【００５１】
最大ピークを求めるこの周波数範囲は監視周波数推定器の精度により判断され、したがって、正規化モードでは
【数３８】
2015222943.tif 000040
を中心に±０．００２５Ｒｓ（１ＭｂａｕｄのＲｓに対して２．５ｋＨｚ）であり、これは０ｄＢにおける監視推定器の最悪の場合の精度に対応する。したがって、０ｄＢでは、
【数３９】
2015222943.tif 000041
【００５２】
ＳＮＲが０ｄＢである場合、ブラインドアルゴリズムはパイロット（すなわち８３７０シンボル）を有する短ＱＰＳＫフレームのシンボルをすべて使用する。本アルゴリズムは、このフーリエ変換のノルムの最大値に対応する周波数ｆを計算することによりドップラーを推定するために、０ｄＢにおいて、８３７０ＱＰＳＫシンボルの４乗のフーリエ変換を使用することを含む。ドップラーは、４で除したこの推定周波数に対応する。受信ＱＰＳＫシンボルＲ（ｋ）を考慮すると、ここで、１≦ｋ≦ＮＤＡＬｅｎｇｔｈ、
−  Ｒ（ｋ）＝（ＳｙｍｂｓＱＰＳＫ（ｋ）＋ＢＡＢＧ（ｋ））＊ｅｘｐ（ｉ＊２＊πΔｆ＊ｋ）、ここで、
○ＳｙｍｂｓＱＰＳＫ＝ｅｘｐ（ｉ＊（π／４＋ｎ＊π／２））、ここで、ｎ＝［０，１，２，３］、
○ＮＤＡＬｅｎｇｔｈ：ブラインド周波数推定値を生成する長さであり、ＮＤＡＬｅｎｇｔｈは、ＳＮＲが０ｄＢである場合８３７０に固定される、
○ＢＡＢＧ：付加白色ガウス雑音
○Δｆ：推定すべきドップラー周波数
【００５３】
第２の推定モジュールまたは推定器における周波数推定
【数４０】
2015222943.tif 000042
は次式で表される。
【数４１】
2015222943.tif 000043
ここで、
−  ＲｅｃｔＮＤＡＬｅｎｇｔｈ（ｔ）：長さＮＤＡＬｅｎｇｔｈの直交関数、
−  ＳｉｎｃＮＤＡＬｅｎｇｔｈ＊π（ｆ）：幅ＮＤＡＬｅｎｇｔｈ＊πの基本正弦関数、
−  ＢＡＢＧＥｑ（ｆ）：雑音のある信号ＳｙｍｂｓＱＰＳＫ＋ＢＡＢＧの４乗から発生する等価付加白色ガウス雑音、
−  ＭａｘＩｎｄｅｘＮＤＡ：フーリエ変換のノルムが最大となる周波数範囲ＦｒｅｑＲａｎｇｅＮＤＡに属する周波数。
【００５４】
推定器はその入力として信号の４乗を取るブラインド推定器であるので、最大動作範囲は＋／−０．１２５＊Ｒｓである。
【００５５】
図５は、一例として次の工程を行う２つのモジュールを有する地上ステーションのＤＶＢ−Ｓ２受信器に実装される本発明による周波数推定器の構造を概略的に示す。
・第１に、周波数の粗監視推定は９０シンボルのＤＶＢ−Ｓ２ヘッダに対して行われ、
＋／−２．５ｋＨｚ（１ＭｓｐｓのＲｓ）の精度を有する第１の周波数推定が得られ、
・第２に、ブラインド相関は、粗周波数推定から＋／−２．５ｋＨｚの範囲にわたる短いＱＰＳＫフレームの８３７０シンボルに対して行われる。次に、周波数誤差２０Ｈｚの精度を有する推定が得られる。
【００５６】
換算周波数範囲にわたるブラインド推定器の使用は、ブラインド推定器に起因するＦＥＲを、推定器の全動作範囲とこの換算周波数範囲との比で除算できるようにする。したがって、この場合、推定器の動作範囲は＋／−１２５ｋＨｚであるので、ＦＥＲは５０（１２５／２．５＝５０）で除される。これにより、０ｄＢにおいて１０−５を越えるＦＥＲから１０−６近傍のＦＥＲへの変化を可能にする。
【００５７】
本発明に従って実現される周波数推定器は、悪航空条件下の０ｄＢにおいて１０−５未満のＦＥＲを達成できるようにする。０ｄＢを越える信号対雑音比値ＳＮＲに対し、ブラインド推定の大きさを低減する一方で同じレベルの性能を得ることが可能である。
【００５８】
上に説明された本方法の工程は、周波数が推定される長さが
【数４２】
2015222943.tif 000044
に対応する場合に適用され、（ここで、ＳＮＲＬｉｎは線型で表現された信号対雑音比ＳＮＲに対応する、性能（最悪の場合の航空ドップラー条件下で１０−５未満のＦＥＲ（周波数誤差レート））はＤＶＢ−Ｓ２  ＱＰＳＫの典型的なＳＮＲ（０〜７ｄＢ）と同じである。
【００５９】
本発明は特に、極短い推定期間にわたって極めて正確に周波数の推定を提供する利点を有し、したがって、その後の航空機の移動に起因する周波数の非常に大きな変動を許容する。したがって、本発明は完全に「バースト的」な方法で使用され得る、すなわち、ＤＶＢ−Ｓ２フレーム毎に周波数推定が提供され、これは、前フレームにわたって得られる推定とは独立している。したがって、フレームにわたる周波数推定に誤りがあっても、他のフレームに影響を与えなく、その損出は誤った推定のフレームに限定される。
【符号の説明】
【００６０】
１  地上ステーション
２  衛星
３  空中システム
３００  ヘッダ
３０１１  １４４０データシンボルの第１のブロック
３０２１  ３６シンボルのパイロットの第１のブロック
３０１２  １４４０データシンボルの第２のブロック
３０２２  ３６シンボルのパイロットの第２のブロック
４００  ミキサ
４１０  ナイキストフィルタ
４２０  レート同期モジュール
４３０  フレーム同期モジュール
４４０  周波数同期モジュール
４５０  ループフィルタ
４６０  密同期モジュール
４７０  位相取得モジュール
５１０  ９０シンボルのヘッダに対する監視相関
５２０  ８３７０シンボルに関するブラインド相関
【図１】
2015222943.tif 000060
【図２Ａ】
2015222943.tif 000061
【図２Ｂ】
2015222943.tif 000062
【図３】
2015222943.tif 000063
【図４】
2015222943.tif 000064
【図５】
2015222943.tif 000065
【外国語明細書】
2015222943000001.pdf