JP2007110234A - 信号伝送システム及びその信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模が小さい信号伝送システム及びその信号処理方法を提供する。
【解決手段】送信装置１は、デシメーション部１７が入力信号の標本値列から一定割合の標本値を選択的に取得し他の標本値を間引き、かつ、取得するタイミングをずらすことにより位相差を持たせて生成した２系統の標本値を受信装置２０へ向けて送信し、受信装置２０のインタポレーション部２３は、受信した標本値に前記間引きされた標本値に対して０インサーションを行い前記の位相差を持たせた２系統の信号出力を行う。
【選択図】 図２

Description

この発明は、信号伝送システム及びその信号処理方法に関する。

携帯電話システムを代表とする移動通信システムのサービスエリア拡大や不感地帯の解消のために、携帯電話端末と基地局との間で通信する無線電波（以下無線信号と称する。）の信号を光信号に変換し、光ファイバを用いて中継するＲＯＦ（Radio Over Fiber）システムが開発されている。無線信号をアナログ変調光にして伝送するシステムが従来から提供されているが、近年ではディジタル変調光を伝送するシステムの導入が図られている。以下、この種のシステムをディジタルＲＯＦシステムと称する。

この種のシステムにおいては、携帯電話システムの基地局との間で無線信号を授受する親局装置が光ファイバを介して遠隔の不感地帯などに設置される子局装置との間で光信号化された無線信号を授受する信号伝送をする。子局装置は、アンテナと、携帯電話の端末との間で送受信する無線電波の送受信器と、光と電気の信号を相互に変換する変換器とを備え、親局装置から子局装置へのダウンリンクとその逆のアップリンクの信号伝送を行う。

携帯電話システムは、第３世代の様に広帯域化が進むと共に、親局と子局との間の伝送チャネル数が増えることにより、更に広い伝送帯域が必要とされている。しかし、伝送帯域にも限度があり、親子局間では、情報（伝送帯域）圧縮を行う必要が生じている。

ところで、伝送過程におけるデータ量の削減やノイズレベルの抑圧などのため、デシメーションおよびインタポレーションと称する情報圧縮技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。デシメーションは、信号のディジタル化に際してサンプリングされた標本値データの一部を間引くことにより伝送帯域を圧縮する。インタポレーションはその逆に、デシメーションにより間引かれた領域にディジタル的にゼロを挿入することで伸張してもとの信号に復元する。
特開２００２−７６９７５号公報

しかしながらよく知られているように、伝送信号の周波数変換の際にはそのＩ成分とＱ成分とを分離して取り扱う必要がある。このため２系統で信号を情報圧縮処理するために回路規模が増大する問題がある。
この発明は上記事情によりなされたもので、効率よく信号の情報圧縮を行い回路規模が小さい信号伝送システム及びその信号処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の信号伝送システムは、伝送路又はネットワークを介して送信装置と受信装置との間で信号伝送を行う信号伝送システムにおいて、入力信号をサンプリングした標本値列から一定割合かつ、位相差を持つ２系統の標本値となるタイミングの標本値を選択的に取得して他の標本値を間引くデシメーション手段と、前記取得された標本値を受信装置へ向けて送信する送信手段とを有する送信装置と、前記送信された前記標本値を受信する受信手段と、前記受信した標本値に前記間引かれた標本値に対応して０インサーションを行い前記位相差を持たせた２系統の信号出力を行うインタポレーション手段とを有する受信装置とを具備することを特徴とする。

また、本発明の信号伝送システムの信号処理方法は、伝送路又は、ネットワークを介して送信装置と受信装置との間で信号伝送を行う信号伝送システムの信号処理方法において、前記信号伝送システムは、デシメーション手段を有する送信装置と、インタポレーション手段を有する受信装置を備え、前記送信装置は、入力信号が前記デシメーション手段に入力され、前記デシメーション手段は、前記入力された入力信号を標本値列にサンプリングし、前記標本値列から一定割合、かつ、互いに位相差を持つ２系統の標本値となるタイミングの標本値を選択的に取得し他の標本値を間引き、前記取得された標本値を前記受信装置に向けて送信し、前記送信された前記標本値を受信した受信装置は、前記インタポレーション手段により前記受信した標本値に前記間引かれた標本値に対して０インサーションを行い前記位相差を持たせた２系統の信号を出力することを特徴とする。

この発明によれば、回路規模を縮小した信号伝送システム及びその信号処理方法を提供することができる。

図１は、本発明に係わる信号伝送システムの実施形態を示す系統図である。本実施形態の信号伝送システムは、例えば、携帯電話網の移動通信システムを補助するために設けられ、基地局１の展開するサービスエリアを光ファイバ３で無線信号を中継伝送するＲＯＦ（Radio Over Fiber）システムを用いて拡大するものである。

図１において、ＲＯＦシステムは、基地局１、親局装置２、光ファイバ３、子局装置４とを備える。基地局１は、携帯電話網の幹線、又は交換装置等と通話信号を授受し、携帯電話の端末Ｔとの間で通話信号を電波で通信する無線信号の通信を行う。ＲＯＦが基地局１に使用される場合、例えば、同軸ケーブルＣを介して基地局１と親局装置２とが接続され、親局装置２と基地局１との間で無線信号を授受する。

親局装置２は更に光ファイバ３により子局装置４に接続され、光信号に変換された無線信号が光ファイバ３を介して送受信される。子局装置４では、光信号と無線信号との間で信号変換され、子局装置４のアンテナを介して端末Ｔとの間で無線信号が送受信される。なお親局装置２と子局装置４との間に光中継装置５を設けても良い。無線信号は、基地局１と端末Ｔとの間の無線通信に使用される帯域を有し、例えばＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの方式で変調される。

基地局１および端末Ｔは、例えばＩＭＴ−２０００に基づく携帯電話システムに属する。基地局１のアンテナ１Ａは例えば見晴らしの良いビル（ビル１００）の屋上などに設置されて無線ゾーンを展開する。無線ゾーン内に在圏する端末Ｔは、この携帯電話システムに割り当てられたキャリア帯域の無線チャネルを介して基地局１との間で通信する。

ビル１００の傍に高層ビル（ビル２００）が建設されたとすると、その直下などにおいては基地局１からの無線信号が届かず、不感地帯が形成されることがある。そこで子局装置４を設け、光ファイバ３を介して基地局１と子局装置４との間に情報通信路を開設することにより不感地帯を解消することができる。このほか子局装置４は、ビルの中などにも設置され、不感地帯の解消に役立てられる。

図２は、本発明に係わる信号伝送システムの実施形態を示す機能ブロック図である。図２の送信装置１０は図１の親局装置２に備えられ、受信装置２０は子局装置４に備えられるとする。すなわち図２はダウンリンクにおける構成を示す。アップリンクにおいては、送信装置１０は子局装置４に備えられ、受信装置２０は親局装置２に備えられることになる。通常のシステムではアップリンクおよびダウンリンクの双方向通信を実現するため、親局装置２および子局装置４のいずれも送信装置１０および受信装置２０を備える。

図２において、送信装置１０へ基地局から入力される無線信号はダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）１２によりＩＦ（中間周波数）帯域に変換されたのちバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３を介してアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１４によりディジタル変換される。これにより得られたディジタル信号は信号処理部１５内のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１６を経由してデシメーション部１７に入力される。デシメーション部１７はディジタル信号のＩ成分およびＱ成分を生成し、パラレル／シリアル変換部１８に入力する。パラレル／シリアル変換部１８は２系統の信号（Ｉ信号、Ｑ信号）をシリアルデータに変換する。得られたシリアルデータは電気／光変換器（図示せず）を介して光ファイバ（図示せず）に送出され、受信装置２０に達する。

受信装置２０において、光ファイバ（図示せず）を介して到達したシリアルデータは信号処理部２１のシリアル／パラレル変換部２２によりパラレルデータに変換されたのちインタポレーション部２３に与えられる。インタポレーション部２３は入力データに対して０インサーションを行い、元の信号を再生する。得られた信号はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２４を介してディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２５によりアナログ変換され、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２６を経て中間周波数信号が再生される。この中間周波数信号はアップコンバータ（Ｕ／Ｃ）２７によりアンテナから送信される周波数にアップコンバートされ、送信増幅器２８を経てアンテナ２９から放射される。

図３、図４は、アップコンバート、ダウンコンバートの構成とサンプリング周波数を説明する図、図５は、デシメーションとインタポレーションのタイミングの概念を説明する図である。図６は、デシメーションとインタポレーションにおける信号帯域を示す模式図である。

例えば、デシメーション、およびインタポレーションの割合ｎを４とする場合について説明する。図３に示すように、送信装置１０においてサンプリング周波数ｆｓを、例えば、８０ＭＨｚとする場合、デシメーション後のサンプル周波数ｆｓは、ｆｓ／ｎ（ｎ＝４）なのでｆｓ／ｎ＝２０ＭＨｚとなる。

また、ここでは、アナログ／ディジタル変換器１４への入力変調波を中心周波数ｆｃ＝２０．５Ｍとし、帯域幅ＢＷ＝１０ＭＨｚとする。またバンドパスフィルタ１６の特性は、図６（ｇ）に示すようにｆ０＝７．５ＭＨｚ，ｆ１＝１２．５ＭＨｚ，ｆ２＝２７．５ＭＨｚ，ｆ３＝３２．５ＭＨｚの通過特性を有するものとする。

ＡＤＣ１４においては、ｆｃ＝２０．５ＭＨｚを中心として帯域幅ＢＷ１０ＭＨｚの中に上下２波の変調波が８０Ｍｂｐｓでサンプリングされる（図６（ａ））。その後バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１６により帯域外信号を除去したのち（図６（ｂ））、デシメーション部１７によりサンプリング周波数を２０Ｍｓｐｓとしてデシメーションを行う（図６（ｃ））。このときのデシメーションのタイミングは、図５に示すタイミングチャートのＤ／Ｃ側に示されている。

すなわち図５に示すように、バンドパスフィルタ１６を通過後の信号における標本値列Ｄ０〜Ｄ１８のうち、Ｉチャネルに関してはＤ１，Ｄ５，Ｄ９，Ｄ１３，Ｄ１７，…というように４つおきの標本値を取得し、Ｉ１，Ｉ５、Ｉ９，Ｉ１３，Ｉ１７，…を得る。Ｑチャネルに関してはＤ０，Ｄ４，Ｄ８，Ｄ１２，Ｄ１６，…というように４つおきの標本値を取得し、Ｑ０，Ｑ４，Ｑ８，Ｑ１２，Ｑ１６，…を得る。

一方、受信装置２０においては、図４に示すようにインタポレーション部２３においてサンプリング周波数をｆｓ／ｎ×ｍ＝８０ＭＨｚ（インタポレーション係数ｍ＝４）とする。ＡＤＣ出力変調波の特性はｆｃ＝２０．５ＭＨｚ，ＢＷ１０ＭＨｚであり、バンドパスフィルタ２４の特性はｆ０＝７．５ＭＨｚ，ｆ１＝１２．５ＭＨｚ、ｆ２＝２７．５ＭＨｚ，ｆ３＝３２．５ＭＨｚである（図６（ｇ））。

インタポレーション部２３ではＩ成分、Ｑ成分のそれぞれに０インサーションしてサンプリング周波数を８０Ｍｓｐｓとする。このときのインタポレーションのタイミングは図５のタイミングチャートにおけるＵ／Ｃ側に示される。

デシメーション（図６（ｃ））により得られたデータに対しＩ、Ｑチャネル（系統）ごとに０インサーションを行ったのち（図６（ｄ））、Ｉ成分とＱ成分とを加算する（図６（ｅ））。

即ち、図５のＵ／Ｃのインタポレーション後の状態に示されるように、０インサーションのタイミングをＩ、Ｑのチャネル間でずらしている。その結果、所望帯域中の不要なイメージ（雑音）が除去されたエイリアス成分を含む信号が再生される。

そして、更に所望の帯域のＢＰＦ２４を通過させることにより元のＩＦ信号に復元される（図６（ｆ））。そして、復元されたＩＦ信号は、ＤＡＣ２５でアナログ変換され、更にＢＰＦ２６によりスプリアス成分が除去された後、Ｕ／Ｃ２７で無線周波数にアップコンバートされる。そして送信アンプ（ＡＭＰ）２８により増幅された無線信号は電波となってアンテナ（ＡＮＴ）２９から送信される。

アップリンクについては、信号の伝送方向が逆でありダウンリンクと同様の信号処理が行われるため、動作は容易に類推できるので詳細説明を省略する。
次に、図２と数式を用いて上記構成における動作を説明する。送信装置１０において、まず所望の信号を得る為にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１６でフィルタリングしてからＡＤＣ１４でＡ／Ｄ変換を行う。なおアナログ／ディジタル変換のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３で不要波を十分に除去できている場合には必ずしもフィルタリングを行う必要はない。

所望波成分を次式（１）に示す。

この信号に対して位相をずらしてデシメーション／インタポレーションを行うが、これは次式（数列）の（２）、（３）を周期的にＡＤＣ１４により標本化された値を掛け合わせることと同じである。

（２），（３）の各信号はそれぞれ次のように表すことができる。

（２）の右辺第１項をＡ１，第２項をＡ２とし、（３）の右辺第１項をＢ１，第２項をＢ２とすると、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２はそれぞれ次式のように表すことができる。

従って（２），（３）は次のように表すことができる。

ここで（２）＋（３）を計算すると、次式を得る。

得られる波形の位相（π／４）を考慮しなければ次式（４）を得る。

最終出力として、図６（ｅ）に示される様に（１）に（２）＋（３）を掛け合わせたもの、すなわち（１）×（４）が出力される。その出力信号は次式（５）で示される。さらにバンドパスフィルタにより（５）の第１項のみが残り（５´）を得る。

すなわち、最終的な出力は次式（６）に示されるものとなる。

なお、図６においては動作として（１）×（２）＋（１）×（３）の処理を行っているが、数式の説明を簡便に済ませるため、上式では、（（２）＋（３））×１として説明している。

図７は本発明に係わる信号伝送システムの他の実施形態を示す機能ブロック図である。図７に示される信号伝送システムは、図２おける信号伝送システムと受信装置が以下の点で異なる以外同様である。受信装置５０は、送信装置２０のＢＰＦ２４の代わりにＬＰＦ３１が使用され、ＬＰＦ３１が２系統備えられる。そして、これらの２系統の信号は、Ｕ／Ｃ５１でＩＦ信号に一回目のアップコンバートが行われる。

即ち、図２の受信システムでは、ＩＦ（中間周波帯）で信号処理が行われるが、図７の受信装置５０においては、ベースバンドでの信号処理が行われ、シリアル／パラレル変換器２２の出力をインタポレーション部２３に入力し、ＩチャネルおよびＱチャネルを個別にインタポレーションする。そののちチャネルごとにローパスフィルタ３１でベースバンドのみに帯域制限し、アップコンバージョンの後ＩＱ合成を行う。この構成において、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１の出力には複素情報を持つベースバンド信号を得ることができる。

この場合、数式で信号処理を説明すれば、上記の（２），（３）の信号をそれぞれ独立に掛け合せ、Ｑ，Ｉ出力とすればよい。

そして上記数式１０の（２）、（３）それぞれの第１項（下線部）は、ミキシングされ周波数変換の際には無視できる。よって第２項の信号がＬｏ波として有効となり、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１を用いればそのまま９０位相差のあるＩＱ信号として使用することが可能となる。

以上述べたように本発明の実施形態によれば、デシメーションの際に互いに位相をずらした標本値を取得してＩＱの２系統の信号が生成されるようにしているので、送信装置１０におけるＡＤＣ１４の後段で行われる信号処理と受信装置２０におけるシリアルパラレル変換器２２以降の信号処理において、不要信号成分や雑音の除去フィルタ、直交分離・合成並びに周波数変換コンバータ等について２系統両方の信号処理回路を準備しなくて良い。また、インタポレーション後に得られる信号は９０度位相差のあるＩＱ信号となっているので、インタポレーション後の信号の処理に応じて単にＩＦ信号として扱えるだけでなくベースバンド信号としての処理にも対応できる。

これらのことから、本発明によれば回路規模を縮小した信号伝送システムおよびその信号処理方法を提供することが可能となる
また、本発明思想は以下の（１）〜（３）のように表現することもできる。
（１） 伝送路を介して接続される一対の送信装置と受信装置とをダウンリンクおよびアップリンクにそれぞれ設けて双方向伝送を行う信号伝送システムにおいて、
前記送信装置は、
入力信号をサンプリングした標本値列から一定割合の標本値を選択的に取得し他の標本値を間引くデシメーション手段を備え、
前記受信装置は、
前記デシメーション手段により間引かれた標本値領域に０インサーションを行うインタポレーション手段を備え、
前記デシメーション手段は、前記標本値を取得するタイミングに互いに位相差を持たせた２系統の信号を生成出力し、
前記インタポレーション手段は、前記２系統の信号に対する前記０インサーションのタイミングに位相差を持たせることにより当該２系統の信号に基づくエイリアス成分を生じさせることを特徴とする信号伝送システム。
（２） 前記２系統の信号は、互いに直交するＩ成分およびＱ成分であることを特徴とする（１）に記載の信号伝送システム。
（３） 前記デシメーション手段は、前記標本値列において連続する２個の標本値を一定期間ごとに取得し、先行する一方の標本値をＩ成分とし当該一方の標本値に続く他方の標本値をＱ成分とすることを特徴とする（２）に記載の信号伝送システム。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、デシメーション数も上記以外の値であっても同様の効果が得られる。
また、本発明は、ＲＯＦシステムへの適用に限られることなく、例えば、レーダの様に受信電波をアンテナ設置場所から離れた監視所へ送信する様な一方向の信号伝送を行う場合にも適用出来る。更に、デシメーションされた信号は、光ファイバを用いた１：１のリンク構成に限ることなく同軸ケーブルや無線伝送されるリンク、又はネットワークを介して伝送されるものであっても良い。

更にまた、マルチドロップや放送形式の様に１：Ｎ形式でデシメーションされた信号を送信し、受信側では、受信信号にそれぞれ上述の要領でインタポレーションを行う信号伝送システムとして適用できることは言うまでもない。

さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明に係わる信号伝送システムの適用例を示すシステム図。 本発明に係わる信号伝送システムの実施形態を示す機能ブロック図。 送信装置１０におけるダウンコンバートに係わる部分の構成とサンプリング周波数を示すブロック図。 受信装置２０におけるアップコンバートに係わる部分の構成とサンプリング周波数を示すブロック図。 本発明に係わるデシメーション部１７およびインタポレーション部２３における処理タイミングを示すタイミングチャート。 デシメーションおよびインタポレーションにおける信号帯域を示す模式図。 本発明に係わる信号伝送システムの他の実施形態を示す機能ブロック図。

符号の説明

１…基地局、３…光ファイバ、２…親局装置、Ｃ…同軸ケーブル、４…子局装置、５…光中継装置、Ｔ１，Ｔ２…移動局、１００，２００…ビル、１０…送信装置、２０…受信装置、１１…アンテナ、１２…ダウンコンバータ、１３…バンドパスフィルタ、１４…アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）、１５…信号処理部、１６…バンドパスフィルタ、１７…デシメーション部、１８…パラレル／シリアル変換部、２１…信号処理部、２２…シリアル／パラレル変換部、２３…インタポレーション部、２４…バンドパスフィルタ、２５…ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）、２６…バンドパスフィルタ、２７…アップコンバータ、２８…送信増幅器、２９…アンテナ

Claims (5)

1. 伝送路又はネットワークを介して送信装置と受信装置との間で信号伝送を行う信号伝送システムにおいて、
   入力信号をサンプリングした標本値列から一定割合かつ、位相差を持つ２系統の標本値となるタイミングの標本値を選択的に取得して他の標本値を間引くデシメーション手段と、前記取得された標本値を受信装置へ向けて送信する送信手段とを有する送信装置と、
   前記送信された前記標本値を受信する受信手段と、前記受信した標本値に前記間引かれた標本値に対応して０インサーションを行い前記位相差を持たせた２系統の信号出力を行うインタポレーション手段とを有する受信装置とを具備することを特徴とする信号伝送システム。
2. 前記デシメーション手段は、
   前記標本値列において２個の標本値を一定期間ごとに取得し、一方の標本値を前記２系統のうち一方の系統のＱ成分とし、他方の標本値を前記Ｑ成分に直交する前記２系統のうち他方の系統のＩ成分とすることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送システム。
3. 携帯電話システムに用いられるＲＯＦ（Radio Over Fiber）システムのアップリンクおよびダウンリンクのうち少なくとも一つにおいて適用されることを特徴とする請求項２に記載の信号伝送システム。
4. 伝送路又は、ネットワークを介して送信装置と受信装置との間で信号伝送を行う信号伝送システムの信号処理方法において、
   前記信号伝送システムは、デシメーション手段を有する送信装置と、インタポレーション手段を有する受信装置を備え、
   前記送信装置は、
   入力信号が前記デシメーション手段に入力され、
   前記デシメーション手段は、前記入力された入力信号を標本値列にサンプリングし、前記標本値列から一定割合、かつ、互いに位相差を持つ２系統の標本値となるタイミングの標本値を選択的に取得し他の標本値を間引き、
   前記取得された標本値を前記受信装置に向けて送信し、
   前記送信された前記標本値を受信した受信装置は、
   前記インタポレーション手段により前記受信した標本値に前記間引かれた標本値に対して０インサーションを行い前記位相差を持たせた２系統の信号を出力することを特徴とする信号伝送システムの信号処理方法。
5. 前記デシメーション手段は、
   前記標本値列において２個の標本値を一定期間ごとに取得し、一方の標本値を前記２系統のうち一方の系統のＱ成分とし、当該一方の標本値に続く標本値を前記Ｑ成分に直交する前記２系統のうち他方の系統のＩ成分とすることを特徴とする請求項４に記載の信号伝送システムの信号処理方法。

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