(57)【要約】【課題】アンテナ装置による受信レベル、特にスレッシュホールド値に近い受信レベルにおける利得を自動利得制御により高くすることで光伝送による通信品質の劣化を防止する地球局側衛星通信用アンテナ設備を提供する。【解決手段】通信処理設備２と光ファイバーケーブル３を介して接続されたアンテナ設備４は、通信衛星からの信号を受信するアンテナ装置１１と、ＬＮＡ１２と、Ｄ／Ｃ１３と、光ファイバーケーブル３へ通信衛星からの通信信号を入力させる光入力部１４と、増幅され周波数変換された通信信号に対して自動利得制御を行うＡＧＣ１５とを具備し、通信信号を光ファイバーケーブル３の最大許容入力レベルまで高くした後に通信処理設備２へ信号出力をする。【選択図】        図１
2005159384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信衛星からの通信信号を受信するアンテナ装置と、受信した通信信号を増幅する信号増幅手段と、増幅した通信信号の周波数の変換を行う周波数変換手段と、離れた場所に設置され復調手段を有する通信処理設備と接続する光ファイバーケーブルへ、通信信号を入力させる光入力手段と、上記周波数変換手段により周波数変換された通信信号を自動利得制御し、上記光入力手段へ出力する通信信号用自動利得制御回路とを備えたことを特徴とする地球局側衛星通信用アンテナ設備。
【請求項２】
上記通信衛星から送られてくる制御信号の減衰量に基づいて上記自動利得制御回路における自動利得制御を行う制御信号用自動利得制御回路を具備したことを特徴とする請求項１記載の地球局側衛星通信用アンテナ装置。
【請求項３】
上記通信信号用自動利得制御回路に内蔵された自動利得制御ループの開閉動作に連動して開閉するスイッチ手段を、上記通信信号用自動利得制御回路と上記光ファイバーケーブルとの間に設けたことを特徴とする請求項１記載の地球局側衛星通信用アンテナ設備。
【請求項４】
上記通信信号用自動利特制御回路からの出力レベルを前記光ファイバーケーブルの最大許容入力レベル以下にして上記光ファイバーケーブルへ送出する光ファイバイーケーブル保護手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の地球局側衛星通信用アンテナ設備。
【請求項５】
上記光ファイバーケーブル保護手段は、上記通信信号用自動利特制御回路からの出力レベルをほぼ上記光ファイバーケーブルの最大許容入力レベルにまで増幅する機能を有することを特徴とする請求項４記載の地球局側衛星通信用アンテナ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星通信システムの地球局側に設置される衛星通信設備をアンテナ設備とデータ送受信処理を行う通信処理設備とに分けて離れた場所に設置し、各設備を光ファイバーケーブルで接続した場合において、そのアンテナ設備側における光伝送に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、衛星通信システムの地球局側において、アンテナ設備と通信処理設備とを離れた場所に設置することは少なくない。このようなシステム形態を採用する場合、雷害を防止するため、あるいは同軸ケーブルを用いた場合に発生する電磁干渉を防止するため、更には同軸ケーブルの周波数特性を等価しなくてすむように上記設備間を光ファイバーケーブルで接続することが一般的である。
【０００３】
図５は、従来の地球局におけるアンテナ設備を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。図５において、アンテナ設備１と通信処理設備２とは光ファイバーケーブル３を介して接続されている。アンテナ設備１には、通信衛星からの信号を受信するアンテナ装置１１と、受信した微弱な信号を増幅するために内部雑音をできるだけ小さくした低雑音増幅器（ＬＮＡ）１２と、地球局において処理する周波数に変換すると共に入力信号を増幅する受信周波数変換器（Ｄ／Ｃ）１３と、光ファイバーケーブル３へ通信衛星からの通信信号を入力させる光入力部１４とが具備されている。一方、通信処理設備２は、光ファイバーケーブル３からの光出力を受信する光出力部２１と、受信した信号を復調する復調器２２とを具備する。
【０００４】
以上の構成において、アンテナ装置１１により受信された通信信号は、ＬＮＡ１２により利得Ｇantで増幅され、Ｄ／Ｃ１３により周波数変換されると共にＧrxで増幅され、ほぼ最大許容入力レベルＰlimitにされた後、光入力部１４を介して光ファイバーケーブル３に入力される。
【０００５】
ところで、伝搬損失が変化する移動通信衛星などを追尾する衛星通信システムや降雨減衰などによる受信レベルの変動が大きい衛星通信システムなどでは、アンテナ装置１１が受信する信号レベルが通常一定していない。地球局側において動作可能なＬＮＡ１２入力点における最大受信レベルをＰmax、最小受信レベルをＰminとすると、アンテナ装置１１は、そのレベルの範囲外の通信信号を受信することはできない。換言すると、アンテナ装置１１が受信した通信信号は、そのレベルの範囲内にあることになる。ここで、ＬＮＡ１２及びＤ／Ｃ１３の利得Ｇは、
Ｇ＝Ｇant＋Ｇrx≦Ｐlimit−Ｐmax
で求められる以上に取ることができない。一方、アンテナ装置１１及びＬＮＡ１２のシステム雑音温度がＴsysで光ファイバーケーブル３の雑音温度がＴfibとするとき、光伝送の雑音は、システム雑音に対して無視できないといけないので、ＬＮＡ１２入力点で比較すると、
１０＊Ｌｏｇ（ｋＴfib）／Ｇ≦１０＊Ｌｏｇ（ｋＴsys）
となる必要があるが、高ビットレート伝送では、この条件の実現が困難である。従って、地球局側におけるビット誤り率（ＢＥＲ）が問題となるスレッシュホールド値すなわちＬＮＡ１２入力点における最小受信レベルＰminのときの光伝送による劣化を軽減する必要がある。なお、上記式におけるｋは、ボルツマン定数である。
【０００６】
次に、従来の動作について説明すると、アンテナ装置１１により受信された通信信号は、降雨減衰などに一定ではないが、最大受信レベルＰmaxに近いレベルで受信した通信信号が飽和しないようにＬＮＡ１２及びＤ／Ｃ１３により利得Ｇで最大限に増幅され、光入力部１４に入力される。その後、通信信号は、光ファイバーケーブル３を通過し、光検波され、ＩＦ信号として通信処理設備２の復調器２２に入力される。なお、図５に示したブロック構成図の下方には、通信信号の出力レベルの取りうる範囲（Ｄ：ダイナミックレンジ）が通過する各構成要素に対応されて示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、ほぼ最大受信レベルＰmaxで受信した通信信号を飽和させないように増幅していたので、通信信号をスレッシュホールド値（最小受信レベルＰmin）に近いレベルで受信した場合には、そのレベルを充分に増幅しているとはいえない。このため、雑音指数（ＮＦ）が光伝送の性能に影響を与えビット誤り率（ＢＥＲ）の軽減を図ることのできない原因にもなっていた。
【０００８】
本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、アンテナ装置による受信レベル、特にスレッシュホールド値に近い受信レベルにおける利得を自動利得制御により高くすることで光伝送による通信品質の劣化を防止する地球局側衛星通信用アンテナ設備を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る地球局側衛星通信用アンテナ設備は、通信衛星からの通信信号を受信するアンテナ装置と、受信した通信信号を増幅する信号増幅手段と、増幅した通信信号の周波数の変換を行う周波数変換手段と、離れた場所に設置され復調手段を有する通信処理設備と接続する光ファイバーケーブルへ、通信信号を入力させる光入力手段と、上記周波数変換手段により周波数変換された通信信号を自動利得制御し、上記光入力手段へ出力する通信信号用自動利得制御回路とを備えたものである。
【００１０】
また、上記通信衛星から送られてくる制御信号の減衰量に基づいて上記自動利得制御回路における自動利得制御を行う制御信号用自動利得制御回路を具備したものである。
【００１１】
また、上記通信信号用自動利得制御回路に内蔵された自動利得制御ループの開閉動作に連動して開閉するスイッチ手段を、上記通信信号用自動利得制御回路と上記光ファイバーケーブルとの間に設けたものである。
【００１２】
また、上記通信信号用自動利特制御回路からの出力レベルを前記光ファイバーケーブルの最大許容入力レベル以下にして上記光ファイバーケーブルへ送出する光ファイバイーケーブル保護手段を具備したものである。
【００１３】
更に、上記光ファイバーケーブル保護手段は、上記通信信号用自動利特制御回路からの出力レベルをほぼ上記光ファイバーケーブルの最大許容入力レベルにまで増幅する機能を有するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、従来と同様の構成要素には同じ符号を付ける。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る地球局におけるアンテナ設備の実施の形態１を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。図１において、アンテナ設備４と通信処理設備２とは光ファイバーケーブル３を介して接続されている。アンテナ設備４には、通信衛星からの信号を受信するアンテナ装置１１と、受信した微弱な信号を増幅するために内部雑音をできるだけ小さくした低雑音増幅器（ＬＮＡ）１２と、地球局において処理する周波数に変換すると共に入力信号を増幅する受信周波数変換器（Ｄ／Ｃ）１３と、光ファイバーケーブル３へ通信衛星からの通信信号を入力させる光入力部１４とが具備されている。ＬＮＡ１２は、受信した信号を増幅する信号増幅手段として設けられており、Ｄ／Ｃ１３は、信号増幅手段及び増幅した信号の周波数の変換を行う周波数変換手段として設けられている。更に、アンテナ設備４は、増幅され周波数変換された通信信号に対して自動利得制御を行う通信信号用自動利得制御回路（ＡＧＣ）１５を具備している。
【００１６】
一方、通信処理設備２は、光ファイバーケーブル３からの光出力を受信する光出力部２１と、受信した信号を復調する復調器２２とを具備している。
【００１７】
本実施の形態において特徴的なことは、アンテナ設備４にＡＧＣ１５を設けて、通信信号を最小受信レベルに近いレベルで受信した場合であっても光ファイバーケーブル３への入力レベルをほぼ最大許容入力レベルまで高くした後に通信処理設備２へ信号出力をするようにしたことである。これにより、高いレベルで光伝送を行うことができるので、ＮＦが地球局側全体のビット誤り率（ＢＥＲ）に影響を与えないようにすることができる。
【００１８】
次に、本実施の形態における動作について説明する。
【００１９】
ＬＮＡ１２は、アンテナ装置１１により受信された通信信号を利得Ｇantで増幅し、Ｄ／Ｃ１３は、利得Ｇrxで増幅すると共に周波数変換する。ここまでの処理は、従来と同じ動作であり、最大受信レベルＰmaxに近い受信レベルの通信信号は、ほぼ最大許容入力レベルＰlimitまで増幅される。本実施の形態では、更にＡＧＣ１５による自動利得制御を行うことによって最小受信レベルに近いレベルの通信信号を１０＊Ｌｏｇ（ｋＴfib）より十分高くして最大許容入力レベルに近いレベルまであげることを特徴とする。すなわち、ＡＧＣ１５は、最大ダイナミックレンジ分の増幅を行うことになる。なお、図１には、この通信信号のレベル値の変化を各構成要素に対応させて示している。光入力部１４は、高レベルの中間周波数（ＩＦ）信号を光ファイバーケーブル３を介して通信処理設備２に送出することになる。
【００２０】
以上のように、本実施の形態によれば、伝搬損失が変化する移動通信衛星などを追尾する衛星通信システムや降雨減衰などによる受信レベルの変動が大きい衛星通信システムなどにおいて、通信衛星から受信した通信信号に基づくＩＦ信号を光ファイバーケーブル３を介して伝送するとき、その光伝送を行う前に自動利得制御を行うことによって光ファイバーケーブル３への入力レベルを通信衛星からの受信レベルの高低に関係なく高いレベルに増幅することができる。これにより、光伝送を行う際のＮＦが地球局全体のＢＥＲに影響を与えないようにすることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図２は、本発明に係る地球局におけるアンテナ設備５の実施の形態２を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。本実施の形態では、上記実施の形態１の構成に加えて、更にＤ／Ｃ１３と同様であるが、通信衛星からの受信信号のうち制御信号に対して周波数変換を行うと共に増幅を行う受信周波数変換器（Ｄ／Ｃ）１６と、ＬＮＡ１２及びＤ／Ｃ１６により増幅され周波数変換された制御信号の減衰量に基づいてＡＧＣ１５における自動利得制御の制御を行う制御信号用自動利得制御回路（ＡＧＣ）１７を具備している。ここでいう制御信号とは、通信衛星から送信されてくるテレメトリ信号あるいはビーコン信号のことをいう。
【００２２】
本実施の形態において特徴的なことは、通信衛星から送信される制御信号の送信レベルが既知であり安定していることを利用し、この制御信号の減衰量に基づいて通信信号の増幅を行うようにしたことである。これにより、通信信号をその受信レベルに関係なく少なくとも減衰量のみを確実に補償することができる。
【００２３】
次に、本実施の形態における動作について説明する。
【００２４】
ＬＮＡ１２は、アンテナ装置１１により受信された信号を利得Ｇantで増幅し、Ｄ／Ｃ１３は、受信信号のうちの通信信号を利得Ｇrxで増幅すると共に周波数変換する。一方、Ｄ／Ｃ１６は、受信信号のうちの制御信号を利得Ｇrxで増幅すると共に周波数変換する。ここで、ＡＧＣ１７は、制御信号が降雨減衰などによる減衰量Ｒ（ｄＢ）を計測する。そして、計測した減衰量によりＡＧＣ１５における自動利得制御の制御を行う。すなわち、ＡＧＣ１５は、通信信号に対して減衰量Ｒ分の増幅を行うように利得制御を行うことになる。なお、図２には、この通信信号のレベル値の変化を各構成要素に対応させて示しているが、この図２から明らかなように通信信号のレベルは、最大減衰量Ｒ分向上されることになる。光入力部１４は、ＡＧＣ１５により高レベルにされた中間周波数（ＩＦ）信号を光ファイバーケーブル３を介して通信処理設備２に送出することになる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態によれば、上記実施の形態１と同様に光伝送を行う前に自動利得制御を行うことによって光ファイバーケーブル３への入力レベルを通信衛星からの受信レベルの高低に関係なく高いレベルに増幅することができる。これにより、光伝送を行う際のＮＦが地球局全体のＢＥＲに影響を与えないようにすることができる。
【００２６】
ところで、ＡＧＣ１５を設けたことにより、通信信号が運用により間欠的に送信される場合の捕捉時にＡＧＣ１５でオーバーシュートが発生する場合がある。本実施の形態においては、受信レベルが低い場合には最大許容入力レベルＰlimitまで大幅な増幅をするのではなく減衰量分のみを増幅するようにしているので、上記オーバーシュートによる光入力部１４への過大入力を防止することが可能になる。これにより、光入力部１４に内蔵されるダイオード等の破壊を防止することができる。なお、図２によれば、ＡＧＣ１５の出力レベルは、Ｒ（ｄＢ）分高めることができるが、伝搬路変化分Ｌ（ｄＢ）は増幅されない。しかし、ＢＥＲに影響を与えないようにするという点では、十分効果がある。
【００２７】
ところで、光伝送の雑音は、システム雑音に対して無視できないといけないので、ＬＮＡ１２の入力点で比較すると、
１０＊Ｌｏｇ（ｋＴfib）／（Ｇ＋Ｒ）≦１０＊Ｌｏｇ（ｋＴsys）
となる必要があるが、Ｋａバンドでは降雨減衰を一般的に１５〜２０ｄＢみるので、本実施の形態においては、地球局側におけるビット誤り率（ＢＥＲ）が問題となるスレッシュホールド値すなわちアンテナ装置１１におけるＬＮＡ１２入力点での最小受信レベルＰminのときの光伝送による劣化を２０ｄＢ軽減することができることになる。
【００２８】
実施の形態３．
図３は、本発明に係る地球局におけるアンテナ設備６の実施の形態３を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。本実施の形態では、上記実施の形態１の構成に加えて、更にＡＧＣ１５と光入力部１４との間に、ＡＧＣ１５に内蔵された自動利得制御ループの開閉動作に連動して開閉するスイッチ１８を設けている。
【００２９】
次に、本実施の形態における動作について説明すると、ＡＧＣ１５は、ＬＮＡ１２及びＤ／Ｃ１３で利得Ｇで増幅され、Ｄ／Ｃ１３で周波数変換された通信信号をほぼ最大許容入力レベルＰlimitまで増幅する。ここまでの処理は、実施の形態１と同様である。但し、本実施の形態では、ＡＧＣ１５に内蔵された自動利得制御ループに連動して動作するスイッチ１８が設けられているので、その自動利得制御ループが閉じているときのみ増幅された通信信号は光ファイバーケーブル３を介して通信処理設備２に送られることになる。なお、図３には、この通信信号のレベル値の変化を各構成要素に対応させて示している。
【００３０】
このように、本実施の形態によれば、スイッチ１８の閉動作時には、上記実施の形態１と同様に光伝送を行う際のＮＦが地球局全体のＢＥＲに影響を与えないようにすることができる。一方、自動利得制御ループが開いているときにはスイッチ１８も開くようにすることで、ＡＧＣ１５のオーバーシュートによる光入力部１４への過大入力を確実に防止することができる。これにより、光入力部１４に内蔵されるダイオード等の破壊を防止することができる。
【００３１】
実施の形態４．
図４は、本発明に係る地球局におけるアンテナ設備７の実施の形態４を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。本実施の形態では、上記実施の形態１の構成に加えて、更にＡＧＣ１５と光入力部１４との間に、保護増幅器１９を設けている。保護増幅器１９は、ＡＧＣ１５からの出力レベルを光ファイバーケーブル３の最大許容入力レベル以下にして光入力部１４を介して光ファイバーケーブル３へ送出する光ファイバーケーブル保護手段であるが、ＡＧＣ１５からの出力レベルをほぼ最大許容入力レベルＰlimitにまで増幅する機能を有している。すなわち、保護増幅器１９の最大出力は、ＡＧＣ１５における制御レベルより若干高く設定され、かつ最大出力時に光ファイバーケーブル３の最大許容入力レベルつまり光入力部１４や光ファイバーケーブル３を破壊しないレベルに設定されている。
【００３２】
次に、本実施の形態における動作について説明すると、ＡＧＣ１５は、ＬＮＡ１２及びＤ／Ｃ１３で利得Ｇで増幅され、Ｄ／Ｃ１３で周波数変換された通信信号を増幅する。保護増幅器１９は、ＡＧＣ１５からの出力レベルが最大許容入力レベルに達していないときには、その出力レベルをほぼ最大許容入力レベルにまで増幅する。これにより、光伝送を行う際のＮＦが地球局全体のＢＥＲに影響を与えないようにすることを確実にする。また、保護増幅器１９は、ＡＧＣ１５からの出力レベルが自動利得制御のオーバーシュートなどにより最大許容入力レベルを越えている場合には、その出力を阻止する。これにより、ＡＧＣ１５のオーバーシュートなどによる光入力部１４への過大入力を防止することができ、光入力部１４に内蔵されるダイオード等の破壊を防止することができる。このように出力レベルが制御された通信信号は、光ファイバーケーブル３を介して通信処理設備２に送られることになる。なお、図４には、この通信信号のレベル値の変化を各構成要素に対応させて示している。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、ＡＧＣ１５の出力レベルを最大許容入力レベルにまで引き上げることによって光伝送を行う際のＮＦが地球局全体のＢＥＲに影響を与えないようにすることを確実にすることができる。
【００３４】
また、通信信号が運用により間欠的に送信される場合、捕捉時に発生しうるＡＧＣ１５のオーバーシュートによる光入力部１４への過大入力を防止し、光入力部１４に内蔵されるダイオード等の破壊を防止することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、光伝送を行う前に自動利得制御を行うことによって光ファイバーケーブルへの入力レベルを通信衛星からの受信レベルの高低に関係なく高いレベルに増幅することができる。これにより、光伝送を行う際のＮＦが地球局全体のＢＥＲに影響を与えないようにすることができる。
【００３６】
また、通信信号用自動利得制御回路を設けた場合において、通信信号が運用により間欠的に送信される場合の捕捉時に通信信号用自動利得制御回路でオーバーシュートが発生しうるが、制御信号の減衰量に基づき通信信号用自動利得制御回路における自動利得制御を行うことにより、あるいは自動利得制御ループの開閉動作に連動して開閉するスイッチ手段を設けることにより、あるいは出力レベルを最大許容入力レベル以下にして送出する光ファイバーケーブル保護手段を設けることにより、上記オーバーシュートによる光ファイバーケーブルへの過大入力を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る地球局におけるアンテナ設備の実施の形態１を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。
【図２】  本発明に係る地球局におけるアンテナ設備の実施の形態２を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。
【図３】  本発明に係る地球局におけるアンテナ設備の実施の形態３を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。
【図４】  本発明に係る地球局におけるアンテナ設備の実施の形態４を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。
【図５】  従来の地球局におけるアンテナ設備を使用した衛星通信受信装置を示したブロック構成図である。
【符号の説明】
２  通信処理設備、３  光ファイバーケーブル、４，５，６，７  アンテナ設備、１１  アンテナ装置、１２  低雑音増幅器（ＬＮＡ）、１３，１６  受信周波数変換器（Ｄ／Ｃ）、１４  光入力部、１５  通信信号用自動利得制御回路（ＡＧＣ）、１７  制御信号用自動利得制御回路（ＡＧＣ）、１８  スイッチ、１９  保護増幅器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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