(57)【要約】【課題】低速伝送をＲＦ周波数帯で行う場合に高安定な水晶発振器よりも安定度の低い水晶発振器を用いて基準範囲内の周波数安定度を確保することができる地球局及び周波数補正方法を提供することである。【解決手段】実施形態の地球局は、算出部と、補正部とを持つ。算出部は、衛星を介して受信された複数の信号に基づいて、自装置の動作基準となる周波数の偏差を算出する。補正部は、算出された前記周波数の偏差に基づいて、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器から出力されるクロックの周波数を補正する。【選択図】図２
2017017500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星を介して受信された複数の信号に基づいて、自装置の動作基準となる周波数の偏差を算出する算出部と、
算出された前記周波数の偏差に基づいて、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器から出力されるクロックの周波数を補正する補正部と、
を備える地球局。
【請求項２】
前記複数の信号は、第１の信号及び第２の信号であり、
前記算出部は、前記第１の信号受信時における前記第１の信号の周波数と前記発振器から出力される周波数との偏差、及び、前記第２の信号受信時における前記第２の信号の周波数と前記発振器から出力される周波数との偏差から自装置の動作基準となる周波数の偏差を算出する、請求項１に記載の地球局。
【請求項３】
前記補正部は、前記周波数の偏差がなくなるように前記発振器から出力されるクロックの周波数を補正する、請求項１に記載の地球局。
【請求項４】
前記発振器は、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled X’tal Oscillator）、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated X’tal Oscillator）及びＳＰＸＯ（Simple Packaged X'tal Oscillator）のいずれかである、請求項１に記載の地球局。
【請求項５】
衛星を介して受信された複数の信号に基づいて、自装置の動作基準となる周波数の偏差を算出する算出ステップと、
算出された前記周波数の偏差に基づいて、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器から出力されるクロックの周波数を補正する補正ステップと、
を有する周波数補正方法。
【請求項６】
前記複数の信号は、第１の信号及び第２の信号であり、
前記算出ステップにおいて、前記第１の信号受信時における前記第１の信号の周波数と前記発振器から出力される周波数との偏差、及び、前記第２の信号受信時における前記第２の信号の周波数と前記発振器から出力される周波数との偏差から自装置の動作基準となる周波数の偏差を算出する、請求項５に記載の周波数補正方法。
【請求項７】
前記補正ステップにおいて、前記周波数の偏差がなくなるように前記発振器から出力されるクロックの周波数を補正する、請求項５に記載の周波数補正方法。
【請求項８】
前記発振器は、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled X’tal Oscillator）、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated X’tal Oscillator）及びＳＰＸＯ（Simple Packaged X'tal Oscillator）のいずれかである、請求項５に記載の周波数補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、地球局及び周波数補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
災害現場の通信手段として有効な衛星可搬ＶＳＡＴ（Very Small Aperture Terminal）局（以下、「小型地球局」という。）のモデムでは、３５ｋｂｐｓ〜８Ｍｂｐｓの幅広いレートで伝送することがある。また、小型地球局のモデムでは、ＲＦ周波数としてＫｕ帯、Ｋａ帯という高周波を使用することがあり、３５ｋｂｐｓの低速伝送をＲＦ周波数帯（例えば、Ｋｕ帯）で行う場合には周波数安定度を基準範囲（例えば、±１ｋＨｚ）内に抑えるようにするといった要望がある。周波数安定度を基準範囲内に抑えるには、高安定（例えば、±７×１０−８）な水晶発振器が必要となる。高安定な水晶発振器の一例としては、恒温槽付の水晶発振器（ＯＣＸＯ（Oven Controlled X’tal Oscillator））が挙げられる。以上のように、低速伝送をＲＦ周波数帯で行う場合には高安定な水晶発振器が必要となるため、高安定な水晶発振器よりも安定度の低い水晶発振器を用いて基準範囲内の周波数安定度を確保することができない可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４４６４３号公報
【特許文献２】特開２００５−３２３３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、低速伝送をＲＦ周波数帯で行う場合に高安定な水晶発振器よりも安定度の低い水晶発振器を用いて基準範囲内の周波数安定度を確保することができる地球局及び周波数補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の地球局は、算出部と、補正部とを持つ。算出部は、衛星を介して受信された複数の信号に基づいて、自装置の動作基準となる周波数の偏差を算出する。補正部は、算出された前記周波数の偏差に基づいて、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器から出力されるクロックの周波数を補正する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の衛星通信システム１００のシステム構成図。
【図２】小型地球局１０の機能構成を表す概略ブロック図。
【図３】小型地球局１０の処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の地球局及び周波数補正方法を、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の衛星通信システム１００のシステム構成図である。
衛星通信システム１００は、複数の小型地球局１０−１〜１０−２、衛星２０及び管制局３０を備える。小型地球局１０−１は、局内ネットワーク４０−１に接続している。小型地球局１０−２は、局内ネットワーク４０−２に接続している。小型地球局１０−１、小型地球局１０−２及び管制局３０のそれぞれは、衛星２０を介して互いに通信を行う。なお、以下の説明では、小型地球局１０−１及び１０−２について特に区別しない場合には小型地球局１０と記載する。また、以下の説明では、局内ネットワーク４０−１及び４０−２について特に区別しない場合には局内ネットワーク４０と記載する。
【０００８】
小型地球局１０は、衛星通信で用いられる電波を地上で受ける基地局のうち、口径がきわめて小さなパラボナアンテナを使用する装置である。小型地球局１０は、衛星２０を介して他の小型地球局１０及び管制局３０との間で通信を行う。小型地球局１０は、自装置の動作基準となる周波数（以下、「基準周波数」という。）のクロック信号を供給する、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器を備える。ここで、所定の閾値は、±７×１０−８である。つまり、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器とは、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled X’tal Oscillator）、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated X’tal Oscillator）及びＳＰＸＯ（Simple Packaged X'tal Oscillator）のいずれかである。このように、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器は、温度を一定に保つことができる温度補償機能を有しているＯＣＸＯのように高安定な水晶発振器よりも周波数安定度が低い発振器である。なお、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器は、上記の水晶発振器に限定される必要はなく、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器であればどのような水晶発振器でもよい。小型地球局１０は、管制局３０から送信されるパイロット信号（第１の信号）及びＣＳＣ信号（第２の信号）を受信することによって、自装置が備える発振器から出力されるクロックの周波数を補正する。より具体的には、小型地球局１０は、パイロット信号及びＣＳＣ信号の復調時に検出する周波数偏差に関する情報に基づいて、自装置が備える発振器から出力されるクロックの周波数を補正する。ＣＳＣ信号は、チャネル制御に使用される信号である。
【０００９】
衛星２０は、管制局３０から送信されたパイロット信号及びＣＳＣ信号を周波数変換及び増幅して小型地球局１０に送信する。また、衛星２０は、小型地球局１０間の通信を中継する。衛星２０は、周波数変換を行うための周波数変換用発振器を備える。
管制局３０は、小型地球局１０に対して帯域の割り当て及びチャネルの割り当てを行う。また、管制局３０は、低速伝送が可能な衛星通信システム１００において定期的にパイロット信号及びＣＳＣ信号を送信する。
局内ネットワーク４０は、どのように構成されたネットワークであってもよい。局内ネットワーク４０は、例えばインターネットである。
【００１０】
図２は、小型地球局１０の機能構成を表す概略ブロック図である。
小型地球局１０は、アンテナ１０１、低雑音増幅部１０２、周波数変換部１０３、電力増幅部１０４、合成分配部１０５、変復調部１０６（１０６−１〜１０６−Ｎ：Ｎは４以上の整数）、回線制御部１０７、インタフェース部１０８（１０８−１〜１０８−（Ｎ−１））、発振器１０９、ＣＰＵ１１０及びバッテリー１１１を備える。
【００１１】
アンテナ１０１は、他の小型地球局１０又は管制局３０から送信された信号を、衛星２０を介して受信する。例えば、アンテナ１０１は、管制局３０から送信されたパイロット信号及びＣＳＣ信号を、衛星２０を介して受信する。また、アンテナ１０１は、電力増幅部１０４によって増幅された信号を衛星２０に送信する。
【００１２】
低雑音増幅部１０２は、アンテナ１０１を介して受信された信号を増幅する。
周波数変換部１０３は、増幅された信号をダウンコンバートする。また、周波数変換部１０３は、合成分配部１０５から出力された信号をアップコンバートする。
電力増幅部１０４は、アップコンバートされた信号を、電力増幅してアンテナ１０１を介して衛星２０に送信する。
【００１３】
合成分配部１０５は、信号の合成又は分配する。
変復調部１０６は、発振器１０９から出力されたクロックに基づいて合成分配部１０５から出力された信号を復調する。また、変復調部１０６は、発振器１０９から出力されたクロックに基づいて送信対象となるデータを変調する。なお、変復調部１０６−１は、管制局３０との通信に使用される。変復調部１０６−２は、緊急事態を知らせる一斉指令用の通信に使用される。変復調部１０６−３〜１０６−Ｎは、一般回線（他の小型地球局１０）用の通信に使用される。
回線制御部１０７は、管制局３０との制御回線を確立する。
【００１４】
インタフェース部１０８は、他の装置から送信された信号を受信する。
発振器１０９は、基準周波数のクロックを生成する。発振器１０９は、ＶＣＸＯ、ＴＣＸＯ及びＳＰＸＯのいずれかの可変型の水晶発振器を用いて構成される。発振器１０９は、例えば、周波数変換部１０３、変復調部１０６及びＣＰＵ１１０に対して、基準周波数のクロックを供給する。
【００１５】
ＣＰＵ１１０は、小型地球局１０の各機能部を制御する。例えば、ＣＰＵ１１０は、発振器１０９のクロックの周波数を補正する。小型地球局１０は、算出部１１０１及び補正部１１０２を備える。
算出部１１０１は、衛星を介して受信されたパイロット信号及びＣＳＣ信号に基づいて、自装置の動作基準となる周波数の偏差を算出する。算出部１１０１の具体的な処理については後述する。
補正部１１０２は、算出された周波数の偏差に基づいて、発振器１０９から出力されるクロックの周波数を補正する。具体的には、補正部１１０２は、周波数の偏差がなくなる（偏差が０になる）ように、発振器１０９から出力されるクロックの周波数を補正する。
バッテリー１１１は、小型地球局１０の各機能部に電力を供給する。
【００１６】
次に、算出部１１０１の処理について具体的に説明する。
ここで、前提条件として、管制局３０が出力するパイロット信号の周波数をｆ１、ＣＳＣ信号の周波数をｆ２とする。また、衛星２０が備える周波数変換用発振器の周波数をｆ０とし、周波数変換用発振器の周波数の偏差をｂＨｚとする。また、小型地球局１０が受信したパイロット信号の周波数をｆｓｙｎｔｈ１、小型地球局１０が受信したＣＳＣ信号の周波数をｆｓｙｎｔｈ２とする。ここで、発振器１０９によるｆｓｙｎｔｈ１発振時の偏差をａ１、発振器１０９によるｆｓｙｎｔｈ２発振時の偏差をａ２とする。そうすると、小型地球局１０が受信したパイロット信号の周波数と発振器１０９から出力される周波数との関係及びＣＳＣ信号の周波数と発振器１０９から出力される周波数との関係は以下のように表すことができる。
【００１７】
パイロット信号：ｆ１−（ｆ０＋ｂ）−ｆｓｙｎｔｈ１＋ａ１
ＣＳＣ信号：ｆ２−（ｆ０＋ｂ）−ｆｓｙｎｔｈ２＋ａ２
なお、上記の偏差ａ１及びａ２は、同じ基準周波数（動作周波数）を使って発振させているため、基準周波数の偏差ａとａ１とａ２は、それぞれの分周比に比例している。つまり、ａ１＝ｍ×ａ、ａ２＝ｎ×ａ（ｍ、ｎは変数）と表すことができる。さらに、小型地球局１０は、パイロット信号及びＣＳＣ信号を受信するために選局しているため、ｆｓｙｎｔｈ１とｆ１−ｆ０及びｆｓｙｎｔｈ２とｆ２−ｆ０とは同じ周波数になる。そこで、上記の関係式において、パイロット信号受信時のパイロット信号の周波数と発振器１０９の周波数との偏差をｃ１とした場合、以下の式１のように表すことができ、ＣＳＣ信号受信時のＣＳＣ信号の周波数と発振器１０９の周波数との偏差をｃ２とした場合、以下の式２のように表すことができる。
【００１８】
【数１】
2017017500.tif 000003
【数２】
2017017500.tif 000004
【００１９】
算出部１１０１は、上記式１及び２を解くことによって、発振器１０９の基準周波数の偏差ａを以下の式３に基づいて算出する。
【数３】
2017017500.tif 000005
以上で、算出部１１０１の具体的な処理についての説明を終了する。
【００２０】
なお、上記のように周波数偏差が発生する要因として以下の３つが考えられる。
１．衛星２０自体の周波数偏差
これは、数ＭＨｚあり、１日周期で変化し続けている。
２．発振器１０９
ＯＣＸＯを使用しないことで、安定度は低く、例えば、数１０ｋＨＺ程度のずれが発生する。
３．管制局３０の安定度
管制局３０は、基準であるため、本実施形態では十分な安定度であるものとする。そのため、管制局３０の偏差は含めない。
【００２１】
図３は、小型地球局１０の処理の流れを示すフローチャートである。
アンテナ１０１は、管制局３０から送信されたパイロット信号を受信する（ステップＳ１０１）。アンテナ１０１は、受信信号（パイロット信号）を低雑音増幅部１０２に出力する。低雑音増幅部１０２は、アンテナ１０１から出力された受信信号を増幅する（ステップＳ１０２）。周波数変換部１０３は、低雑音増幅部１０２によって増幅された受信信号をダウンコンバートする（ステップＳ１０３）。その後、変復調部１０６は、ダウンコンバートされた受信信号を復調する（ステップＳ１０４）。変復調部１０６は、復調した受信信号（パイロット信号）を算出部１１０１に出力する。算出部１１０１は、パイロット信号に位相同期することによって、パイロット信号受信時のパイロット信号の周波数と発振器１０９の周波数との偏差を算出する（ステップＳ１０５）。
【００２２】
次に、アンテナ１０１は、管制局３０から送信されたＣＳＣ信号を受信する（ステップＳ１０６）。アンテナ１０１は、受信信号（ＣＳＣ信号）を低雑音増幅部１０２に出力する。低雑音増幅部１０２は、アンテナ１０１から出力された受信信号を増幅する（ステップＳ１０７）。周波数変換部１０３は、低雑音増幅部１０２によって増幅された受信信号をダウンコンバートする（ステップＳ１０８）。その後、変復調部１０６は、ダウンコンバートされた受信信号を復調する（ステップＳ１０９）。変復調部１０６は、復調した受信信号（ＣＳＣ信号）を算出部１１０１に出力する。算出部１１０１は、ＣＳＣ信号に位相同期することによって、ＣＳＣ信号受信時のＣＳＣ信号の周波数と発振器１０９の周波数との偏差を算出する（ステップＳ１１０）。そして、算出部１１０１は、ステップＳ１０５の処理で算出したパイロット信号受信時の偏差と、ステップＳ１１０の処理で算出したＣＳＣ信号受信時の偏差とに基づいて、発振器１０９の偏差を算出する（ステップＳ１１１）。補正部１１０２は、ステップＳ１１１の処理で算出された偏差に基づいて、発振器１０９の周波数を補正する（ステップＳ１１２）。
【００２３】
以上のように構成された小型地球局１０によれば、低速伝送をＲＦ周波数帯で行う場合に高安定な水晶発振器（例えば、ＯＣＸＯ）よりも安定度の低い水晶発振器を用いて基準範囲内の周波数安定度を確保することができる。以下、この効果について詳細に説明する。
低速伝送が可能な衛星通信システム１００では、管制局３０はパイロット信号及びＣＳＣ信号を定期的に送信している。小型地球局１０は、管制局３０から送信される複数の信号（パイロット信号及びＣＳＣ信号）に基づいて、自装置の発振器１０９のずれを算出する。そして、小型地球局１０は、算出したずれから発振器１０９の周波数を補正する。このように、定期的に発振器１０９の補正が行われるため、低速伝送をＲＦ周波数帯で行う場合に高安定な水晶発振器（例えば、ＯＣＸＯ）よりも安定度の低い水晶発振器を用いたとしても基準範囲内の周波数安定度を確保することが可能になる。
【００２４】
また、高安定な水晶発振器（例えば、ＯＣＸＯ）は、消費電力が高く、高コストであり、安定度を保つために定期的（例えば、１年に１回程度）な調整が必要になる。それに対して、本実施形態における小型地球局１０では、高安定な水晶発振器を使用せず、高安定な水晶発振器よりも安定度の低いＴＣＸＯやＶＣＸＯのいずれかの水晶発振器を用いている。例えば、ＶＣＸＯの安定度は、ＯＣＸＯの約１０分の１である。このようなＴＣＸＯやＶＣＸＯを用いることによって、高安定な水晶発振器を使用する場合と比べて消費電力及びコストを抑えることができる。また、パイロット信号及びＣＳＣ信号が受信される度に自動的に発振器１０９の周波数の補正が行われるため、定期的な調整も必要ない。そのため、調整に要する手間も省くことができる。また、小型化にも貢献することができる。
【００２５】
以下、衛星通信システム１００の変形例について説明する。
本実施形態では、衛星通信システム１００は２台の小型地球局１０を備える構成を示したが、衛星通信システム１００は３台以上の小型地球局１０を備えるように構成されてもよいし、１台の小型地球局１０を備えるように構成されてもよい。
本実施形態では、管制局３０から送信されたパイロット信号及びＣＳＣ信号が受信される度に、小型地球局１０が発振器１０９の補正を行う構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、小型地球局１０は、所定のタイミングで発振器１０９の補正を行うように構成されてもよい。所定のタイミングとは、例えばパイロット信号及びＣＳＣ信号が所定の回数（例えば、５回、１０回、１５回、・・・など）受信されたタイミングであってもよいし、その他のタイミングであってもよい。
このように構成されることによって、安定度は実施形態における小型地球局１０と比べて劣化してしまうものの、消費電力を抑えることができる。そのため、実施形態における小型地球局１０と比べて長い時間稼働させることが可能になる。
【００２６】
本実施形態では、小型地球局１０が、管制局３０から送信されたパイロット信号及びＣＳＣ信号に基づいて発振器１０９の周波数を補正する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、管制局３０からパイロット信号が送信されない場合には、小型地球局１０でパイロット信号を受信することができない。このような場合、小型地球局１０は、ＣＳＣ信号の上り回線に他の小型地球局１０が出力した信号を受信することによって、発振器１０９の周波数の補正を行うように構成されてもよい。なお、この場合の処理は上記実施形態における処理と同様である。
また、小型地球局１０は、パイロット信号を受信することができない場合や衛星通信システム１００のシステム上に他の小型地球局１０が存在しない場合には、自装置が上り回線に出力した信号を受信することによって、発振器１０９の周波数の補正を行うように構成されてもよい。なお、この場合の処理も上記実施形態における処理と同様である。また、小型地球局１０が上り回線に出力した信号を受信する場合、小型地球局１０は衛星２０を介して信号を受信する。
【００２７】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、衛星２０を介して受信された複数の信号に基づいて、自装置（小型地球局１０）の動作基準となる周波数の偏差を算出する算出部１１０１と、算出された周波数の偏差に基づいて、周波数安定度が所定の閾値未満の発振器１０９から出力されるクロックの周波数を補正する補正部１１０２とを持つことにより、低速伝送をＲＦ周波数帯で行う場合に高安定な水晶発振器よりも安定度の低い水晶発振器（例えば、ＴＣＸＯ、ＶＣＸＯのいずれか）を用いて基準範囲内の周波数安定度を確保することができる。
【００２８】
なお、本発明の小型地球局１０の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、小型地球局１０の各処理に係る上述した種々の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００２９】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０…小型地球局，２０…衛星，３０…管制局，４０…局内ネットワーク，１０１…アンテナ，１０２…低雑音増幅部，１０３…周波数変換部，１０４…電力増幅部，１０５…合成分配部，１０６（１０６−１〜１０６−Ｎ）…変復調部，１０７…回線制御部，１０８（１０８−１〜１０８−（Ｎ−１））…インタフェース部，１０９…発振器，１１０…ＣＰＵ，１１０１…算出部，１１０２…補正部，１１１…バッテリー
【図１】
2017017500.tif 000006
【図２】
2017017500.tif 000007
【図３】
2017017500.tif 000008