(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＦ機器の特性変動や時間経過に伴う特性誤差、偏波追尾アンテナ装置およびそのＲＦ特性変動を補償する。【解決手段】送信信号を第１，第２の偏波の無線信号で送信し、第１，第２の偏波の無線信号を受信して出力する２偏波共用アンテナと、偏波基準局が送信する第３，第４の偏波の偏波基準信号から、偏波基準局との間の伝搬路の伝搬路行列を求める伝搬路推定手段と、伝搬路行列の各伝搬係数に基づき、第３の偏波の偏波面と第１の偏波の偏波面との角度差を検出する偏波面角度差検出手段と、偏波面角度差を打ち消すように送信信号の振幅を調整する偏波面制御手段とを備え、伝搬路推定手段は、送信信号の折り返しの受信信号を用いて伝搬路推定を行い、伝搬係数を推定する構成であり、折り返しの受信信号の伝搬係数と偏波基準信号の伝搬係数とを比較して第１，第２の偏波の各経路間の振幅位相誤差を求め、振幅位相誤差を校正する経路間校正手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を第１の偏波の無線信号または第１の偏波に直交する第２の偏波の無線信号で送信し、第１の偏波の無線信号または第２の偏波の無線信号を受信して受信信号として出力する２偏波共用アンテナと、
偏波基準局が送信する第３の偏波の偏波基準信号および第３の偏波に直交する第４の偏波の偏波基準信号から、偏波基準局との間の伝搬路の伝搬路行列を求める伝搬路推定手段と、
前記伝搬路推定手段が求めた前記伝搬路行列の要素である各伝搬係数に基づき、前記第３の偏波の偏波面と前記第１の偏波の偏波面との角度差を検出する偏波面角度差検出手段と、
前記偏波面角度差検出手段が検出した偏波面角度差を打ち消すように前記送信信号の振幅を調整する偏波面制御手段と
を備えた偏波追尾アンテナ装置において、
前記伝搬路推定手段は、前記送信信号の折り返しの受信信号を用いて伝搬路推定を行い、その折り返しの受信信号の伝搬係数を推定する構成であり、
前記折り返しの受信信号の伝搬係数と前記偏波基準信号の伝搬係数とを比較して前記第１の偏波と前記第２の偏波の各経路間の振幅位相誤差を求め、各偏波の経路間の振幅位相誤差を校正する経路間校正手段を備えた
ことを特徴とする偏波追尾アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の偏波追尾アンテナ装置において、
前記経路間校正手段は、前記各経路の送信信号を監視して前記各経路間の振幅位相誤差を求め、初期状態として前記各経路間の特性を一致させる構成である
ことを特徴とする偏波追尾アンテナ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の偏波追尾アンテナ装置において、
前記各経路ごとに送信信号の周波数変換および増幅を行うＲＦ機能部に対して、当該周波数変換に用いる局部発振器に周波数基準信号を供給する手段を備えた
ことを特徴とする偏波追尾アンテナ装置。
【請求項４】
送信信号を第１の偏波の無線信号または第１の偏波に直交する第２の偏波の無線信号で送信し、第１の偏波の無線信号または第２の偏波の無線信号を受信して受信信号として出力する２偏波共用アンテナと、
偏波基準局が送信する第３の偏波の偏波基準信号および第３の偏波に直交する第４の偏波の偏波基準信号から、偏波基準局との間の伝搬路の伝搬路行列を求める伝搬路推定手段と、
前記伝搬路推定手段が求めた前記伝搬路行列の要素である各伝搬係数に基づき、前記第３の偏波の偏波面と前記第１の偏波の偏波面との角度差を検出する偏波面角度差検出手段と、
前記偏波面角度差検出手段が検出した偏波面角度差を打ち消すように前記送信信号の振幅を調整する偏波面制御手段と
を備えた偏波追尾アンテナ装置において、
前記伝搬路推定手段は、前記送信信号の折り返しの受信信号を用いて伝搬路推定を行い、その折り返しの受信信号の伝搬係数を推定し、
経路間校正手段により、前記折り返しの受信信号の伝搬係数と前記偏波基準信号の伝搬係数とを比較して前記第１の偏波と前記第２の偏波の各経路間の振幅位相誤差を求め、各偏波の経路間の振幅位相誤差を校正する
ことを特徴とする偏波追尾アンテナ装置のＲＦ特性変動補償方法。
【請求項５】
請求項４に記載の偏波追尾アンテナ装置のＲＦ特性変動補償方法において、
前記経路間校正手段は、前記各経路の送信信号を監視して前記各経路間の振幅位相誤差を求め、初期状態として前記各経路間の特性を一致させる
ことを特徴とする偏波追尾アンテナ装置のＲＦ特性変動補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交する２つの偏波面を電気的に形成する偏波追尾アンテナ装置に関する。特に、直交する２つの偏波面の制御機能を有し、高い偏波面追尾精度を維持する偏波追尾アンテナ装置およびそのＲＦ特性変動補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信相手局のアンテナの偏波面と自局のアンテナの偏波面を追尾する方法が非特許文献１に記載されている。
【０００３】
図１０は、非特許文献１に記載の偏波追尾アンテナ装置の構成例を示す。
図１０において、偏波追尾アンテナ装置は、アンテナ１０、偏波合成分離部１１、ダイプレクサ（ＤＩＰ）１２、増幅部１３、受信機１４、周波数変換部１５、振幅位相制御部１６、偏波面制御部１７、伝搬路推定部１８、干渉補償部１９、変調部２０、復調部２１、制御値演算部２２、偏波面角度差検出部２３、フィードバック部２４を備える。
【０００４】
アンテナ１０と偏波合成分離部１１は２偏波共用アンテナを構成し、偏波合成分離部１１の一方の端子への入力信号は偏波１の無線信号としてアンテナ１０から送信され、他方の端子への入力信号は偏波２の無線信号としてアンテナ１０から送信される。同様に、アンテナ１０が受信する無線信号の偏波１の成分は偏波合成分離部１１の一方の端子から出力され、偏波２の成分は偏波合成分離部１１の他方の端子から出力される。また、ダイプレクサ１２は送信信号と受信信号を分離合成するためのものであり、各偏波の経路にそれぞれ設けられる。
【０００５】
以下に、信号の流れの概略を説明する。変調部２０からの送信信号はアンテナ１０から水平偏波または垂直偏波の無線信号として送信される。このため、偏波面制御部１７は、偏波１で送信される無線信号と偏波２で送信される無線信号の合成信号が水平偏波または垂直偏波となるように、偏波１および偏波２に対応する各経路に出力される送信信号の振幅を調整する。偏波面制御部１７からの出力信号は、振幅位相制御部１６を通過後に周波数変換部１５で周波数変換され、増幅部１３で増幅され、ダイプレクサ１２および偏波合成分離部１１を経由してアンテナ１０より水平偏波または垂直偏波の無線信号として送信される。
【０００６】
受信機１４は、各偏波の受信信号の周波数変換や増幅等の受信処理を行う。伝搬路推定部１８は、偏波基準局１００から受信する偏波面角度の基準となる水平偏波および垂直偏波の偏波基準信号を用いて、偏波基準局１００と自局との間の伝搬路行列を求める。干渉補償部１９は、伝搬路行列に基づき水平偏波で送信された信号と垂直偏波で送信された信号を、偏波１および偏波２の信号からそれぞれ復元し、復調部２１は受信信号の復調を行う。
【０００７】
ここで、伝搬路推定部１８は、偏波基準局１００が送信する偏波基準信号のユニークワードをもとに、伝搬路行列の要素であり、それぞれが振幅および位相の変化を表す４つの伝搬係数Ｈ11，Ｈ12，Ｈ21，Ｈ22を推定する。Ｈ11は、偏波基準信号の水平偏波から自局の偏波１への経路における伝搬係数である。Ｈ12は、偏波基準信号の水平偏波から自局の偏波２への経路における伝搬係数である。Ｈ21は、偏波基準信号の垂直偏波から自局の偏波１への経路における伝搬係数である。Ｈ22は、偏波基準信号の垂直偏波から自局の偏波２への経路における伝搬係数である。
【０００８】
偏波面角度差検出部２３は、伝搬路推定部１８で得られる各伝搬係数を用い、
｜φ｜＝ tan-1(｜Ｈ12／Ｈ11｜｜Ｈ21／Ｈ22｜)1/2
の演算により偏波面角度差φを求め、偏波面制御部１７でこれを打ち消す偏波面を形成する。
【０００９】
また、電気的に偏波面を形成するためには、信号を分配後、直交する２つの偏波面から適切な振幅および位相の信号を送信する必要がある。このとき、送信信号の振幅および位相誤差は形成される偏波の劣化要因となる。制御値演算部２２は、フィードバック部２４を介して増幅器１３の出力から各経路の送信信号を監視し、偏波１および偏波２の経路間の利得・位相差を算出し、振幅位相制御部１６を用いて経路間特性差を校正して高精度に偏波形成を実現している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】鈴木義規，小林聖、「ＶＰＦＤＭ衛星通信におけるアンテナ偏波面検出法の一検討」、2009年電子情報通信学会総合大会、B-3-10、p.328
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電気的に偏波面を形成するためには、直交する２つの偏波面から適切な振幅および位相の信号を送信する必要がある。特に、周波数帯域有効利用を考慮して直交する２つの偏波を共用する場合、他偏波への漏洩を十分抑える必要がある。Ｋｕ帯衛星通信における規定値：交差偏波識別度（ＸＰＤ）＞27ｄＢであり、これを実現するため高精度に振幅および位相を調整する必要がある。
【００１２】
非特許文献１で述べられている手法では、偏波面制御部１７および各経路の通過特性を揃えるための振幅位相制御部１６を備え、これらをディジタル信号処理により実現しているため非常に高精度な設定を行うことができる。しかし、各経路の通過特性調整は、通信を行う前に送信信号のフィードバックにより係数を調整している。そのため、特性調整後に時間経過と共に、周波数変換部１５や増幅部１３のＲＦ特性変動に伴う経路間の特性差が増大し、ＸＰＤが劣化することが懸念される。
【００１３】
さらに、ＲＦ機器として、周波数変換部１５と増幅部１３が一体となっている汎用・安価のブロックアップコンバータ（ＢＵＣ）を使用できない点が挙げられる。ＢＵＣは、ＩＦ帯の入力信号を高出力のＲＦ信号として出力する装置であり、個別の局部発振器を使用しているため、図１１に示すような相対位相の時間変動が存在し、ＸＰＤが大幅に劣化するためである。
【００１４】
本発明は、ＲＦ機器の特性変動や時間経過に伴う特性誤差を補償し、さらにＢＵＣの使用を可能にする偏波追尾アンテナ装置およびそのＲＦ特性変動補償方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明は、送信信号を第１の偏波の無線信号または第１の偏波に直交する第２の偏波の無線信号で送信し、第１の偏波の無線信号または第２の偏波の無線信号を受信して受信信号として出力する２偏波共用アンテナと、偏波基準局が送信する第３の偏波の偏波基準信号および第３の偏波に直交する第４の偏波の偏波基準信号から、偏波基準局との間の伝搬路の伝搬路行列を求める伝搬路推定手段と、伝搬路推定手段が求めた伝搬路行列の要素である各伝搬係数に基づき、第３の偏波の偏波面と第１の偏波の偏波面との角度差を検出する偏波面角度差検出手段と、偏波面角度差検出手段が検出した偏波面角度差を打ち消すように送信信号の振幅を調整する偏波面制御手段とを備えた偏波追尾アンテナ装置において、伝搬路推定手段は、送信信号の折り返しの受信信号を用いて伝搬路推定を行い、その折り返しの受信信号の伝搬係数を推定する構成であり、折り返しの受信信号の伝搬係数と偏波基準信号の伝搬係数とを比較して第１の偏波と第２の偏波の各経路間の振幅位相誤差を求め、各偏波の経路間の振幅位相誤差を校正する経路間校正手段を備える。
【００１６】
経路間校正手段は、各経路の送信信号を監視して各経路間の振幅位相誤差を求め、初期状態として各経路間の特性を一致させる構成としてもよい。
【００１７】
また、各経路ごとに送信信号の周波数変換および増幅を行うＲＦ機能部に対して、当該周波数変換に用いる局部発振器に周波数基準信号を供給する手段を備えてもよい。
【００１８】
第２の発明は送信信号を第１の偏波の無線信号または第１の偏波に直交する第２の偏波の無線信号で送信し、第１の偏波の無線信号または第２の偏波の無線信号を受信して受信信号として出力する２偏波共用アンテナと、偏波基準局が送信する第３の偏波の偏波基準信号および第３の偏波に直交する第４の偏波の偏波基準信号から、偏波基準局との間の伝搬路の伝搬路行列を求める伝搬路推定手段と、伝搬路推定手段が求めた伝搬路行列の要素である各伝搬係数に基づき、第３の偏波の偏波面と第１の偏波の偏波面との角度差を検出する偏波面角度差検出手段と、偏波面角度差検出手段が検出した偏波面角度差を打ち消すように送信信号の振幅を調整する偏波面制御手段とを備えた偏波追尾アンテナ装置のＲＦ特性変動補償方法において、伝搬路推定手段は、送信信号の折り返しの受信信号を用いて伝搬路推定を行い、その折り返しの受信信号の伝搬係数を推定し、経路間校正手段により、折り返しの受信信号の伝搬係数と偏波基準信号の伝搬係数とを比較して第１の偏波と第２の偏波の各経路間の振幅位相誤差を求め、各偏波の経路間の振幅位相誤差を校正する。
【００１９】
経路間校正手段は、各経路の送信信号を監視して各経路間の振幅位相誤差を求め、初期状態として各経路間の特性を一致させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の偏波追尾アンテナ装置およびそのＲＦ特性変動補償方法は、偏波基準局からの偏波基準信号と、自局の送信信号の折り返しの受信信号とを比較することで、従来必要であった送信信号のフィードバックによる事前の経路間特性差の校正を不要とし、従来の電気的偏波追尾アンテナ装置の課題であったＲＦ特性変動を補償することにより、高精度にＸＰＤを維持することができる。さらに、ＲＦ特性変動の大きな汎用のＢＵＣの利用も可能であることから、装置の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１の偏波追尾アンテナ装置の構成例を示す図である。
【図２】自局と偏波基準局の関係を示す図である。
【図３】振幅誤差に対する振幅誤差係数を示す図である。
【図４】位相誤差に対する位相誤差係数を示す図である。
【図５】誤差係数の更新回数に対するＸＰＤの測定値を示す図である。
【図６】誤差係数の更新回数に対する残留振幅誤差を示す図である。
【図７】誤差係数の更新回数に対する残留位相誤差を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の偏波追尾アンテナ装置の構成例を示す図である。
【図９】本発明の実施例３の偏波追尾アンテナ装置の構成例を示す図である。
【図１０】従来の偏波追尾アンテナ装置の構成例を示す図である。
【図１１】２系統のＢＵＣ間の時間に対する相対位相を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１の偏波追尾アンテナ装置の構成例を示す。
図１において、偏波追尾アンテナ装置を構成するアンテナ１０、偏波合成分離部１１、ダイプレクサ（ＤＩＰ）１２、増幅部１３、受信機１４、周波数変換部１５、振幅位相制御部１６、偏波面制御部１７、伝搬路推定部１８、干渉補償部１９、変調部２０、復調部２１、制御値演算部２２、偏波面角度差検出部２３、フィードバック部２４は、図１０に示す従来構成とそれぞれ同様の機能を有する。
【００２３】
偏波基準局１００が送信する偏波基準信号は、図２に示すように中継機能を有する衛星局２００を介して自局のアンテナ１０に到来する。偏波基準信号とは、偏波面角度の基準となる垂直／水平偏波信号であり、伝搬路を推定するための情報を有している。例えば、垂直／水平偏波であることを明確化するためのユニークワードが付与される。
【００２４】
本実施例の特徴は、ＲＦ機器の経時特性変動を補償し要求ＸＰＤを維持するため、偏波面角度の基準となる水平／垂直偏波の偏波基準信号の他に、図２に示すように自局の送信信号の衛星局２００による折返信号を受信し、これを校正用に利用する構成にある。すなわち、伝搬路推定部１８で自局の送信信号の衛星による折り返しの受信信号の伝搬係数と偏波基準信号の伝搬係数とを比較し、送信信号の振幅位相誤差係数を制御値演算部２２を介して振幅位相制御部１６にフィードバックすることにより、経路間の振幅位相誤差を校正し、時間経過に伴うＢＵＣ（周波数変換部１５および増幅部１３）の位相変動を含むＲＦ機器の特性変動を補償する。
【００２５】
ここで、衛星局の機能は基本的に信号を中継することである。よって、衛星局による折り返しの信号は、衛星局が受信した信号を必要に応じて周波数変換し、増幅後、再度送信することによって生成される。この際、衛星局が受信した偏波をそのままの偏波で送信する場合と、偏波を入れ替えて送信する場合（例えば、垂直偏波を受信し、水平偏波で送信する等）とがある。
【００２６】
偏波追尾状態時は、正しく偏波形成されていれば、折り返しの受信信号と自局偏波面１，２の間の伝搬係数Ｈ1,Ｈ2 の比Ｈ2／Ｈ1は、自局アンテナから水平偏波を送信している場合には、偏波基準信号の伝搬係数Ｈ11，Ｈ12の比Ｈ12／Ｈ11に原理的に一致し、自局アンテナから垂直偏波を送信している場合には、偏波基準信号の伝搬係数Ｈ21，Ｈ22の比Ｈ22／Ｈ21に原理的に一致する。そこで、例えば、自局アンテナから水平偏波を送信している場合には、振幅位相制御部１６で制御する振幅誤差αと位相誤差φに対する振幅誤差係数δ(α) および位相誤差係数δ(φ) を
δ(α) ＝｜Ｈ2／Ｈ1｜−｜Ｈ12／Ｈ11｜          …(2) 
δ(φ) ＝∠（Ｈ2／Ｈ1）−∠（Ｈ12／Ｈ11）      …(3) 
としたときに、その各誤差係数を評価しながら、一方の偏波の振幅位相制御部１６の振幅および位相を一定量に変化させる。そして、誤差係数が減少した場合には同一の方向、増加した場合には逆方向に変化させるステップトラック制御を適用することにより、ＲＦ機器の特性変動を補償することが可能となる。
【００２７】
式(2) による振幅誤差に対する振幅誤差係数を図３に示す。式(3) による位相誤差に対する位相誤差係数を図４に示す。ここに示すように、各誤差係数は、各誤差量に応じてそれぞれ単調に推移していることが確認できる。そのため、本偏波追尾アンテナ装置におけるＲＦ機器の誤差係数の傾きを予め取得し、検出した誤差係数に対して重み付け制御することによる収束時間の短縮が可能である。
【００２８】
本実施例の偏波追尾アンテナ装置は、フィードバック部２４、制御値演算部２２および振幅位相制御部１６により経路間の振幅位相誤差が校正される。すなわち、初期状態では経路間の特性が一致しており、その後の経時特性変動分を衛星による折り返しの受信信号を用いて補正する。ここで、経路間の特性の校正処理を行わない状態に対して、本実施例における各誤差係数の更新回数に対するＸＰＤの測定値、残留振幅誤差および残留位相誤差を図５，図６，図７に示す。この結果、要求ＸＰＤを満足する校正状態を実現した後は、ＸＰＤを維持していることが確認できる。
【実施例２】
【００２９】
図８は、本発明の実施例２の偏波追尾アンテナ装置の構成例を示す。
図５の結果より、経路間特性の校正処理が行われていない状態から経路間特性の校正を行うことができることがわかる。本実施例では、図１に示す実施例１の構成において、フィードバック部２４を介して制御値演算部２２にフィードバックする経路を省略して、経路間特性の校正処理を行う構成とする。
【実施例３】
【００３０】
図９は、本発明の実施例３の偏波追尾アンテナ装置の構成例を示す。
本実施例は、実施例１，２の偏波追尾アンテナ装置において、周波数変換部１５および増幅部１３を汎用のＢＵＣ３１に置き換える場合に対応するものである。汎用のＢＵＣ３１は、局部発振器を含む周波数変換部１５と増幅部１３で構成されており、局部発振器の周波数安定のために、例えば10ＭＨｚ程度の周波数基準信号を供給する必要がある。そこで、本実施例では、２系統の周波数を一致させるためＢＵＣ３１に供給する周波数基準信号を共通化するための基準周波数発振器３２を備える。
【００３１】
なお、実施例１，２ではＧＨｚオーダの局部発振器を共通化しているのに対し、本実施例では10ＭＨｚ程度の周波数基準信号で各ＢＵＣ３１が有する局部発振器を周波数同期させているため、相対的な位相誤差は本実施例の方が大きくなる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  アンテナ
１１  偏波合成分離部
１２  ダイプレクサ（ＤＩＰ）
１３  増幅部
１４  受信機
１５  周波数変換部
１６  振幅位相制御部
１７  偏波面制御部
１８  伝搬路推定部
１９  干渉補償部
２０  変調部
２１  復調部
２２  制御値演算部
２３  偏波面角度差検出部
２４  フィードバック部
１００  偏波基準局
２００  衛星局
【図１】
2012044434.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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