JP2007189306A - Device and system for radio communication - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信装置の利用者の利便性を考慮し、周波数利用効率を向上させるため、複数偏波のマルチキャリヤ信号で通信する無線通信装置及び無線通信システムに関する。 The present invention relates to a wireless communication apparatus and a wireless communication system that communicate with multi-polarized multi-carrier signals in order to improve frequency use efficiency in consideration of the convenience of users of the wireless communication apparatus.
図8は、垂直及び水平の両偏波を使用する無線通信システムの周波数配置例を示す図である。図8によると、偏波間の相互干渉を避けるために、各偏波の周波数帯域はスタガ状に設定されている。衛星通信システム等の無線通信システムにおいて、図8に示すようなスタガ状の配置は一般的に使用されている。 FIG. 8 is a diagram illustrating a frequency arrangement example of a wireless communication system using both vertical and horizontal polarizations. According to FIG. 8, in order to avoid mutual interference between polarized waves, the frequency band of each polarized wave is set in a staggered shape. In a wireless communication system such as a satellite communication system, a staggered arrangement as shown in FIG. 8 is generally used.
スタガ状の周波数配置を実現するため、無線通信システムの基地局や、中継局等の無線通信装置においてはフィルタが挿入される。図8において、未使用帯域とは、現在使用されてはいないが、必要に応じて使用することができる帯域であり、フィルタ阻止域は、使用するフィルタの阻止帯域であり、C/N劣化が顕著となるため通信に使用することはできない。 In order to realize a staggered frequency arrangement, a filter is inserted in a radio communication apparatus such as a base station of a radio communication system or a relay station. In FIG. 8, an unused band is a band that is not currently used, but can be used as needed. A filter stop band is a stop band of a filter to be used, and C / N degradation is caused. Since it becomes prominent, it cannot be used for communication.
図9は、直交する2つの偏波を使用する無線通信システムの構成図である。図9においては、一方の偏波を処理する部分のみを示している。図9によると送信局は、変調回路41と、送信機42と、送信アンテナ43とを有しており、受信局は、受信アンテナ44と、偏波分離回路45と、復調回路46とを有している。また、偏波分離回路45は、偏波軸制御機構451と、受信機452と、選択回路453と、偏波角誤差検出回路454とを備えている。
FIG. 9 is a configuration diagram of a wireless communication system that uses two orthogonal polarizations. In FIG. 9, only the part which processes one polarization is shown. According to FIG. 9, the transmission station has a
送信局において、変調回路41は送信信号を変調し、送信機42は変調信号の周波数変換及び増幅処理を行い、送信アンテナ43は垂直又は水平偏波の無線信号を送信する。
In the transmission station, the
送信局より送信された無線信号は、伝搬過程で偏波面が回転し、垂直及び水平偏波の両成分を含む無線信号として受信局に到達する。したがって、受信局において受信する無線信号を正しく復調するためには、偏波分離を行う必要がある。 The radio signal transmitted from the transmission station rotates in the plane of propagation in the propagation process, and reaches the reception station as a radio signal including both vertical and horizontal polarization components. Therefore, in order to correctly demodulate the radio signal received at the receiving station, it is necessary to perform polarization separation.
このため、受信局の偏波分離回路45は、受信アンテナ44が受信した無線信号のうち、使用する偏波のみを選択し、復調回路46が変調信号の復調を行う。偏波分離回路45において、偏波軸制御機構451は、偏波角誤差検出回路454が検出する偏波軸の誤差角に基づき、受信アンテナ44が受信する無線信号の偏波軸を機械的に制御して水平偏波と垂直偏波の信号に分離し、受信機452は、それぞれの信号の周波数変換等を行い、選択回路453は、利用する偏波の信号のみを選択して復調回路46に出力し、偏波角誤差検出回路454は、受信機452の出力信号を監視して偏波軸の誤差角を検出し、検出した誤差角を、偏波軸制御機構451に出力する。なお、偏波分離回路45については、例えば、非特許文献1に記載されている。
For this reason, the
偏波軸回転の調整に関しては、無線通信装置が移動局である場合には、自動制御が必要となるが、無線通信装置が固定局である場合には手動で調整することも可能である。 Regarding the adjustment of the polarization axis rotation, when the wireless communication apparatus is a mobile station, automatic control is required, but when the wireless communication apparatus is a fixed station, it can also be adjusted manually.
また、従来の無線通信システムの他の形態としては、一方の偏波のみを使用し、同一周波数帯においては他の偏波を使用しないことで偏波間干渉を回避するものがある。この形態においては、一方の偏波の信号しか存在しないため、偏波回転に伴う受信電力の劣化を許容すれば偏波分離を行わなくとも受信局で信号を復調でき、よって、無線通信装置に偏波分離回路45を実装する必要はなく装置コストを低減することができる。
As another form of the conventional wireless communication system, there is one that uses only one polarization and avoids inter-polarization interference by not using the other polarization in the same frequency band. In this mode, since only one polarization signal exists, if the reception power deterioration due to polarization rotation is allowed, the signal can be demodulated at the receiving station without performing polarization separation. It is not necessary to mount the
なお、本願に関連する文献としてZFアルゴリズムや、MMSEアルゴリズムに基づく干渉の補償に関する非特許文献2と、マルチキャリヤ変復調に関する特許文献1がある。 Note that there are Non-Patent Document 2 related to compensation for interference based on ZF algorithm and MMSE algorithm and Patent Document 1 related to multicarrier modulation / demodulation as documents related to the present application.
非特許文献1に記載の機械駆動式の偏波分離回路45では、無線通信装置の回路規模及び重量が大きくなり、更に、制御が複雑となるため無線通信装置の装置コストが増大する。また、偏波分離回路45を用いずに復調回路46内部で偏波間干渉補償を行なう方法も考えられるが、この方法では、無線通信装置に割当て可能な最大帯域は、両偏波が共に未使用である帯域に制限される。例えば、図10に示す様に、帯域50及び51が既に他の無線通信装置に割り当てられている場合、新たな無線通信装置には、両偏波共に共通して未使用である帯域52及び53を割り当てることは可能であるが、新たな無線通信装置は、帯域52及び53に加えて、帯域52の右側に存在する未使用帯域や、帯域51の左側に存在する未使用帯域等を利用することはできない。
In the mechanically driven
また、無線通信装置に偏波分離回路45を実装しない別の構成において、偏波分離回路45を実装しない無線通信装置に割り当てた帯域での無線通信品質を確保するには、他偏波を使用しないこととして、他偏波からの干渉の混入を防ぐことが望ましいが、この構成においては無線通信システム全体の周波数利用効率が低下する。例えば、図11に示す様に、帯域50、51及び52が既に他の無線通信装置に割り当てられている場合、偏波分離回路45を実装せず、水平偏波のみを使用する無線通信装置に帯域53を割り当てた場合、帯域51の右側と、帯域52の左側の帯域は使用不可となる。
In another configuration in which the
したがって、本発明は、機械駆動式の偏波分離回路45を用いず、相互に直交する偏波を同時に使用することができ、使用する周波数帯域の割当について自由度の高い無線通信装置及び無線通信システムを提供することを目的とする。
Therefore, the present invention can use the orthogonally polarized waves at the same time without using the mechanically driven
本発明における無線通信装置によれば、
送信局より第1の偏波にて送信され、それぞれが第1のユニークワードを含む1つ以上の独立なキャリヤ信号で構成される第1のマルチキャリヤ無線信号と、前記送信局より第1の偏波と直交する第2の偏波にて送信され、それぞれが第2のユニークワードを含む1つ以上の独立なキャリヤ信号で構成される第2のマルチキャリヤ無線信号とを受信して復調する無線通信装置であって、第1の受信アンテナと、第2の受信アンテナと、第1の受信アンテナが受信する無線信号を、第1のマルチキャリヤ無線信号であるものとして復調する第1のマルチキャリヤ復調手段と、第2の受信アンテナが受信する無線信号を、第2のマルチキャリヤ無線信号であるものとして復調する第2のマルチキャリヤ復調手段と、第1のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と、第2のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と、第1のユニークワードと、第2のユニークワードとから伝播路行列を算出し、伝播路行列に基づき両偏波間の干渉を補償する干渉補償手段とを有することを特徴とする。
According to the wireless communication device of the present invention,
A first multi-carrier radio signal that is transmitted from a transmitting station in a first polarization and that is composed of one or more independent carrier signals each including a first unique word; Receive and demodulate a second multi-carrier radio signal that is transmitted in a second polarization orthogonal to the polarization, each comprising one or more independent carrier signals each containing a second unique word A first wireless communication apparatus for demodulating a wireless signal received by a first receiving antenna, a second receiving antenna, and a first receiving antenna as being a first multi-carrier wireless signal Carrier demodulating means, second multicarrier demodulating means for demodulating a radio signal received by the second receiving antenna as being a second multicarrier radio signal, and first multicarrier demodulating means A propagation path matrix is calculated from the output signal, the output signal of the second multicarrier demodulation means, the first unique word, and the second unique word, and interference between both polarizations is compensated based on the propagation path matrix. Interference compensation means.
本発明の無線通信装置における他の実施形態によれば、
干渉補償手段は、第1のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と第1のユニークワードとの相関を検出する第1のマッチドフィルタと、第1のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と第2のユニークワードとの相関を検出する第2のマッチドフィルタと、第2のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と第1のユニークワードとの相関を検出する第3のマッチドフィルタと、第2のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と第2のユニークワードとの相関を検出する第4のマッチドフィルタとを有し、第1及び第2のユニークワードとの相関検出時における各マッチドフィルタの出力それぞれを、伝播路行列の各伝播路行列成分とすることも好ましい。
According to another embodiment of the wireless communication device of the present invention,
The interference compensation means includes a first matched filter for detecting the correlation between the output signal of the first multicarrier demodulation means and the first unique word, the output signal of the first multicarrier demodulation means and the second unique word. A second matched filter that detects a correlation between the second multi-carrier demodulating means, a third matched filter that detects a correlation between the output signal of the second multi-carrier demodulating means and the first unique word, and a second multi-carrier demodulating means A fourth matched filter that detects the correlation between the output signal and the second unique word, and outputs each of the matched filters at the time of detecting the correlation between the first and second unique words to the propagation path matrix. It is also preferable to use each propagation path matrix component.
また、本発明の無線通信装置における他の実施形態によれば、
第1のマルチキャリヤ無線信号と、第2のマルチキャリヤ無線信号の少なくとも1つのキャリヤ信号は同一周波数帯域のキャリヤ信号であることも好ましい。
According to another embodiment of the wireless communication device of the present invention,
It is also preferable that at least one carrier signal of the first multicarrier radio signal and the second multicarrier radio signal is a carrier signal in the same frequency band.
本発明における無線通信システムによれば、
送信局と受信局とを有する無線通信システムであって、送信局は、送信する送信情報系列を第1の情報系列及び第2の情報系列に分離する直並列変換手段と、第1の情報系列を、1つ以上の独立なキャリヤ信号でマルチキャリヤ変調すると共に、各キャリヤ信号が搬送する情報系列に第1のユニークワードを挿入する第1のマルチキャリヤ変調手段と、第2の情報系列を、1つ以上の独立なキャリヤ信号でマルチキャリヤ変調すると共に、各キャリヤ信号が搬送する情報系列に第2のユニークワードを挿入する第2のマルチキャリヤ変調手段と、第1のマルチキャリヤ変調手段の出力信号を、第1の偏波により第1のマルチキャリヤ無線信号として送信する手段と、第2のマルチキャリヤ変調手段の出力信号を、第1の偏波と直交する第2の偏波により第2のマルチキャリヤ無線信号として送信する手段とを有し、受信局は、第1の受信アンテナと、第2の受信アンテナと、第1の受信アンテナが受信する無線信号を、第1のマルチキャリヤ無線信号であるものとして復調する第1のマルチキャリヤ復調手段と、第2の受信アンテナが受信する無線信号を、第2のマルチキャリヤ無線信号であるものとして復調する第2のマルチキャリヤ復調手段と、第1のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と、第2のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と、第1のユニークワードと、第2のユニークワードとから伝播路行列を算出し、伝播路行列に基づき両偏波間の干渉を補償し、第1の情報系列と第2の情報系列を出力する干渉補償手段と、第1の情報系列と第2の情報系列とから、送信情報系列を出力する並直列変換手段とを有し、送信局と受信局間の伝搬路情報に基づき第1のマルチキャリヤ無線信号及び第2のマルチキャリヤ無線信号に使用するキャリヤ信号を決定することを特徴とする。
According to the wireless communication system of the present invention,
A wireless communication system having a transmitting station and a receiving station, wherein the transmitting station separates a transmission information sequence to be transmitted into a first information sequence and a second information sequence, and a first information sequence Multi-carrier modulation with one or more independent carrier signals, and a first multi-carrier modulation means for inserting a first unique word into an information sequence carried by each carrier signal, and a second information sequence, Second multi-carrier modulation means for multi-carrier modulation with one or more independent carrier signals and inserting a second unique word into the information sequence carried by each carrier signal; and the output of the first multi-carrier modulation means Means for transmitting a signal as a first multi-carrier radio signal by means of a first polarization, and a second multi-carrier modulation means for outputting an output signal orthogonal to the first polarization. Means for transmitting as a second multi-carrier radio signal by means of a wave, and the receiving station receives a first reception antenna, a second reception antenna, and a radio signal received by the first reception antenna as a first First multi-carrier demodulating means for demodulating as a multi-carrier radio signal and a second multi-carrier demodulating a radio signal received by the second receiving antenna as being a second multi-carrier radio signal A propagation path matrix is calculated from the demodulation means, the output signal of the first multicarrier demodulation means, the output signal of the second multicarrier demodulation means, the first unique word, and the second unique word, and propagated. Transmission information includes interference compensation means for compensating for interference between both polarizations based on a path matrix, and outputting a first information sequence and a second information sequence, and a first information sequence and a second information sequence. Parallel-serial conversion means for outputting a sequence, and determining carrier signals to be used for the first multi-carrier radio signal and the second multi-carrier radio signal based on propagation path information between the transmitting station and the receiving station. Features.
本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
送信局が、送信局と受信局間の伝搬路情報に基づき第1のマルチキャリヤ無線信号及び第2のマルチキャリヤ無線信号に使用するキャリヤ信号を決定することも好ましい。
According to another embodiment of the wireless communication system of the present invention,
It is also preferable that the transmitting station determines a carrier signal to be used for the first multicarrier radio signal and the second multicarrier radio signal based on propagation path information between the transmitting station and the receiving station.
また、本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
伝搬路情報として、送信局と受信局間に存在する中継器の周波数特性を使用することも好ましい。
According to another embodiment of the wireless communication system of the present invention,
It is also preferable to use the frequency characteristics of the repeater existing between the transmitting station and the receiving station as the propagation path information.
更に、本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
受信局は、干渉電力を検出する干渉電力検出手段を有し、伝搬路情報として、干渉電力を使用し、干渉電力の少ない周波数帯域から優先的に、使用するキャリヤ信号を決定することも好ましい。
Furthermore, according to another embodiment of the wireless communication system of the present invention,
It is also preferable that the receiving station has an interference power detection means for detecting the interference power, uses the interference power as propagation path information, and preferentially determines a carrier signal to be used from a frequency band with a small interference power.
更に、本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
受信局は、遅延分散を検出する遅延分散検出手段を有し、伝搬路情報として、遅延分散を使用し、遅延分散が、予め設定されている閾値以上である場合、使用するキャリヤ信号の帯域幅を狭め、使用するキャリヤ信号の数を増やすことも好ましい。
Furthermore, according to another embodiment of the wireless communication system of the present invention,
The receiving station has delay dispersion detecting means for detecting delay dispersion, uses delay dispersion as propagation path information, and when the delay dispersion is equal to or greater than a preset threshold, the bandwidth of the carrier signal to be used It is also preferable to increase the number of carrier signals used.
更に、本発明の無線通信システムにおける他の実施形態によれば、
第1のマルチキャリヤ無線信号と、第2のマルチキャリヤ無線信号の少なくとも1つのキャリヤ信号は同一周波数帯域のキャリヤ信号であることも好ましい。
Furthermore, according to another embodiment of the wireless communication system of the present invention,
It is also preferable that at least one carrier signal of the first multicarrier radio signal and the second multicarrier radio signal is a carrier signal in the same frequency band.
従来の機械駆動式偏波分離回路を用いることなく、同一周波数帯域において相互に直交する偏波両方を使用することができ無線通信装置のコストを低減することができる。更に、必要な帯域を複数の帯域に分割し、直交する両偏波の空き周波数に分散配置することで周波数利用効率を向上させることができる。 Without using a conventional mechanically driven polarization separation circuit, it is possible to use both polarizations orthogonal to each other in the same frequency band, thereby reducing the cost of the wireless communication apparatus. Furthermore, the frequency utilization efficiency can be improved by dividing the necessary band into a plurality of bands and distributing the divided bands to the vacant frequencies of both orthogonal polarizations.
干渉電力の小さい帯域から順に使用することで、システム全体としての伝送容量を拡大することができる。 By using in order from the band with the smallest interference power, the transmission capacity of the entire system can be expanded.
また、遅延波が存在する場合に使用するキャリヤ信号の帯域幅を狭くすることで、遅延波によるエラーレートの増加を防ぎ、遅延波が存在しない場合にはキャリヤ信号の帯域幅を大きくすることで、同期確立時間を短縮することができる。 Also, by reducing the bandwidth of the carrier signal used when there is a delayed wave, the error rate due to the delayed wave is prevented from increasing, and when there is no delayed wave, the bandwidth of the carrier signal is increased. The synchronization establishment time can be shortened.
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明においては相互に直交する偏波として、垂直偏波と水平偏波を用いて説明を行うが、本発明は右回転及び左回転の両円偏波等、相互に直交する偏波総てに適用可能である。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In the following description, vertical polarization and horizontal polarization are used as the polarizations orthogonal to each other. However, the present invention applies polarizations orthogonal to each other, such as right-handed and left-handed circularly polarized waves. Applicable to all waves.
図1は、本発明による無線通信システムを構成する無線通信装置の機能ブロック図であり、図1(a)は送信局を、(b)は受信局を、(c)は中継局を示している。図1によると、送信局は、直並列変換回路11と、マルチキャリヤ変調回路121及び122と、送信機13と、送信アンテナ141及び142とを備えており、受信局は、受信アンテナ241及び242と、受信機23と、マルチキャリヤ復調回路221及び222と、干渉補償回路25と、並直列変換回路21と、遅延分散検出回路26と、干渉電力検出回路27とを備えており、中継局は、受信アンテナ341及び342と、送信アンテナ343及び344と、中継器33とを備えている。
FIG. 1 is a functional block diagram of a wireless communication apparatus constituting a wireless communication system according to the present invention. FIG. 1 (a) shows a transmitting station, (b) shows a receiving station, and (c) shows a relay station. Yes. According to FIG. 1, the transmitting station includes a serial-
本発明による無線通信装置は、垂直偏波と水平偏波それぞれについて、1つ以上の独立なキャリヤ信号を使用して情報系列を送信する。ここで使用する周波数帯域、つまりキャリヤ信号は、送信局と受信局間の伝搬路情報に基づき決定を行う。伝搬路情報とは、図8に示す様な、送信局と受信局間に存在する中継器のフィルタ特性や、後述する干渉電力や、遅延分散の情報であり、周波数利用効率向上のため、少なくとも1つのキャリヤ信号が、両偏波において同一周波数帯域となるように、使用するキャリヤ信号を決定する。使用する周波数帯域の決定は、本実施形態においては、送信局の図示しない制御部が行う。このため、中継器のフィルタ特性は、予め送信局の図示しない制御部に設定されており、後述する干渉電力や遅延分散の情報は、送信局の図示しない制御部が受信局から取得する。また、1つ以上の独立なキャリヤ信号とは、各キャリヤ信号が独立して変調されることを意味する。 The wireless communication apparatus according to the present invention transmits an information sequence using one or more independent carrier signals for each of vertical polarization and horizontal polarization. The frequency band used here, that is, the carrier signal is determined based on propagation path information between the transmitting station and the receiving station. The propagation path information, as shown in FIG. 8, is information on the filter characteristics of a repeater existing between the transmitting station and the receiving station, interference power described later, and delay dispersion information. The carrier signal to be used is determined so that one carrier signal has the same frequency band in both polarizations. In this embodiment, the frequency band to be used is determined by a control unit (not shown) of the transmitting station. For this reason, the filter characteristic of the repeater is set in advance in a control unit (not shown) of the transmission station, and information on interference power and delay dispersion described later is acquired from the reception station by the control unit (not shown) of the transmission station. Also, one or more independent carrier signals means that each carrier signal is modulated independently.
以後の説明においてマルチキャリヤ変調回路121が出力するキャリヤ信号は、垂直偏波にて送信され、マルチキャリヤ変調回路122が出力するキャリヤ信号は、水平偏波にて送信されるものとする。このため、送信局の送信アンテナ141及び中継局の送信アンテナ343は、垂直偏波の送出に好適な様に設置され、送信局の送信アンテナ142及び中継局の送信アンテナ344は、水平偏波の送出に好適な様に設置されている。また、受信局の受信アンテナ241及び中継局の受信アンテナ341は、垂直偏波の受信に好適な様に設置され、受信局の受信アンテナ242及び中継局の受信アンテナ342は、水平偏波の受信に好適な様に設置されている。なお、本明細書においてマルチキャリヤとは、キャリヤ信号が1つの場合も含むものとする。
In the following description, it is assumed that the carrier signal output from the
送信局の直並列変換回路11は、送信情報系列を2系統の情報系列に分配し、マルチキャリヤ変調回路121及び122にそれぞれ入力する。マルチキャリヤ変調回路121は、入力された情報系列を、垂直偏波用として決定された周波数帯域の信号となるようにマルチキャリヤ変調する。また、このときマルチキャリヤ変調回路121は、各キャリヤ信号が搬送する情報系列にユニークワードを挿入する。同様に、マルチキャリヤ変調回路122は、入力された情報系列を、水平偏波用として決定された周波数帯域の信号となるようにマルチキャリヤ変調する。また、このときマルチキャリヤ変調回路122は、各キャリヤ信号が搬送する情報系列にユニークワードを挿入する。
The serial /
送信機13は、マルチキャリヤ変調回路121及び122が出力する信号の周波数変換及び増幅等を行い、送信アンテナ141は、マルチキャリヤ変調回路121が変調し、送信機13で処理された信号を、垂直偏波の無線信号として送信し、送信アンテナ142は、マルチキャリヤ変調回路122が変調し、送信機13で処理された信号を、水平偏波の無線信号として送信する。
The
中継局は、送信局と受信局の伝播路に必要に応じて設置されるものであり、中継器33は、受信アンテナ341が受信した無線信号に対して周波数変換、フィルタリング、増幅等の中継処理を行い送信アンテナ343に出力する。ここで、受信アンテナ341が受信した無線信号に対するフィルタリングには、例えば、図8(a)に示す様な、垂直偏波用に用いられるフィルタ特性のフィルタを使用する。また、中継器33は、受信アンテナ342が受信した無線信号に対して周波数変換、フィルタリング、増幅等の中継処理を行い送信アンテナ344に出力する。ここで、受信アンテナ342が受信した無線信号に対するフィルタリングには、例えば、図8(b)に示す様な、水平偏波用に用いられるフィルタ特性のフィルタを使用する。送信アンテナ343は、受信アンテナ341が受信し中継器33で中継処理された信号を、垂直偏波の無線信号として送信し、送信アンテナ344は、受信アンテナ342が受信し中継器33で中継処理された信号を、水平偏波の無線信号として送信する。
The relay station is installed in the propagation path between the transmitting station and the receiving station as necessary, and the
受信局の受信アンテナ241は、中継局が設置されている場合には、中継局の送信アンテナ343及び344が送信した信号を、中継局が設置されていない場合には、送信局の送信アンテナ141及び142が送信した信号を受信し受信機23に出力する。同様に、受信局の受信アンテナ242は、中継局が設置されている場合には、中継局の送信アンテナ343及び344が送信した信号を、中継局が設置されていない場合には、送信局の送信アンテナ141及び142が送信した信号を受信し受信機23に出力する。
When the relay station is installed, the
受信機23は、受信アンテナ241及び受信アンテナ242が入力する受信信号それぞれについて、増幅及び周波数変換を施した後、受信アンテナ241からの受信信号をマルチキャリヤ復調回路221に、受信アンテナ242からの受信信号をマルチキャリヤ復調回路222に出力する。
The
マルチキャリヤ復調回路221は、垂直偏波で使用しているマルチキャリヤ信号の復調を行い干渉補償回路25に出力し、マルチキャリヤ復調回路222は、水平偏波で使用しているマルチキャリヤ信号の復調を行い干渉補償回路25に出力する。
The
干渉補償回路25は、マルチキャリヤ復調回路221及びマルチキャリヤ復調回路222から入力される受信信号について同一周波数帯域の垂直偏波及び水平偏波のキャリヤ信号単位で偏波間干渉を分離する。図2に、干渉補償回路25の機能ブロック図を示す。
The
図2によると、干渉補償回路25は、垂直偏波用ユニークワードマッチドフィルタ251及び252と、水平偏波用ユニークワードマッチドフィルタ253及び254と、電力加算回路255と、閾値判定回路256と、干渉補償コア回路257とを備えている。
According to FIG. 2, the
垂直偏波用ユニークワードマッチドフィルタ251は、マルチキャリヤ復調回路221が出力する受信信号のうち処理対象であるキャリヤ信号の1つY1に対して、送信局のマルチキャリヤ変調回路121が挿入したユニークワードとの相関を検出して相関値を出力する。同様に、水平偏波用ユニークワードマッチドフィルタ253は、受信キャリヤ信号の1つY1に対して、送信局のマルチキャリヤ変調回路122が挿入したユニークワードとの相関を検出して相関値を出力する。
The unique word matched
また、垂直偏波用ユニークワードマッチドフィルタ252は、マルチキャリヤ復調回路222が出力する受信信号のうち処理対象であるキャリヤ信号の1つY2に対して、送信局のマルチキャリヤ変調回路121が挿入したユニークワードとの相関を検出して相関値を出力する。同様に、水平偏波用ユニークワードマッチドフィルタ254は、受信キャリヤ信号の1つY2に対して、送信局のマルチキャリヤ変調回路122が挿入したユニークワードとの相関を検出して相関値を出力する。
The unique word matched
電力加算回路255は、垂直偏波用ユニークワードマッチドフィルタ251及び252、水平偏波用ユニークワードマッチドフィルタ253及び254が出力する相関結果を加算し、閾値判定回路256は、電力加算回路255が出力する相関結果の加算値を、予め設定されている閾値と比較し、各ユニークワードの検出タイミングを判定する。なお、ユニークワードの相関検出は、電力ピーク値でも電圧ピーク値でも同様に検出できるので、電力加算回路255は単なる電圧加算回路(振幅加算回路)でも良い。
The
ユニークワードが検出されたタイミングにおける垂直偏波用ユニークワードマッチドフィルタ251と、水平偏波用ユニークワードマッチドフィルタ253と、垂直偏波用ユニークワードマッチドフィルタ252と、水平偏波用ユニークワードマッチドフィルタ254の出力は、それぞれ、伝播路行列の伝播路行列成分h11、h12、h21、h22を表している。干渉補償コア回路257は、この伝播路行列に基づき受信信号Y1及びY2から、偏波間干渉を除去し、処理対象であるキャリヤ信号のうち垂直偏波にて送信された情報系列X1及び処理対象であるキャリヤ信号のうち水平偏波にて送信された情報系列X2を復元して出力する。情報系列X1及びX2を復元するためにはZFアルゴリズムや、MMSEアルゴリズム等を使用する。
The unique word matched
なお、図2に示す干渉補償回路25は、同一周波数帯域の垂直及び水平偏波、1組を処理する構成であり、実際には使用するキャリヤ数に応じた干渉補償回路25が必要となるが、時分割デジタル信号処理を適用することで1つの干渉補償回路25を複数のキャリヤ信号組の間で時分割に利用することも可能であり、回路を小型化することができる。
Note that the
干渉補償回路25は、結局、送信局のマルチキャリヤ変調回路121の入力信号と、マルチキャリヤ変調回路122の入力信号を復元して並直列変換回路21に出力し、並直列変換回路21は、入力される2系統の情報系列を並直列変換し、送信局に入力された情報系列を復元して出力する。
The
図4は、本発明による無線通信装置への周波数帯域の割当てを示す図である。図4(a)に示す要求帯域Wが通信に必要なとき、各偏波の周波数特性を考慮した未使用帯域を抽出し、要求帯域Wをマルチキャリヤ分割した上で、未使用帯域に割当てを行う。ここで、図4(c)及び(d)の点線は割当て済みの周波数帯域を示している。図4の例では、要求帯域を図4(b)に示す様にW1からW5の5つに分割し、W1、W2及びW3を、それぞれ図4(d)に示す水平偏波の未使用帯域に割当て、W4及びW5をそれぞれ図4(c)に示す垂直偏波の未使用帯域に割り当てている。 FIG. 4 is a diagram illustrating allocation of frequency bands to wireless communication apparatuses according to the present invention. When the required bandwidth W shown in FIG. 4 (a) is necessary for communication, the unused bandwidth is extracted in consideration of the frequency characteristics of each polarization, and the required bandwidth W is divided into multi-carriers and then allocated to the unused bandwidth. Do. Here, the dotted lines in FIGS. 4C and 4D indicate the assigned frequency bands. In the example of FIG. 4, the required bandwidth is divided into five from W1 to W5 as shown in FIG. 4 (b), and W1, W2, and W3 are respectively unused horizontal polarization bands shown in FIG. 4 (d). And W4 and W5 are assigned to unused vertical polarization bands shown in FIG.
図4の周波数割当てが行われた場合、マルチキャリヤ変調回路121は、送信機13での周波数変換後の信号が、図4(c)に示すW4及びW5の周波数帯域の信号となるように、入力情報系列をマルチキャリヤ変調し、マルチキャリヤ変調回路122は、送信機13での周波数変換後の信号が、図4(d)に示すW1、W2及びW3の周波数帯域の信号となるように、入力情報系列をマルチキャリヤ変調する。
When the frequency allocation of FIG. 4 is performed, the
ここで、W1及びW4は、同一周波数帯域の異偏波信号であり、W3及びW5も、同一周波数帯域の異偏波信号である。よって、W1及びW4と、W3及びW5とについては、受信局の干渉補償回路25で偏波間の干渉補償が行われる。一方、W2は、水平偏波のみであるため、受信局の干渉補償回路25では偏波回転のみが補償される。したがってW2に関しては良好なC/N特性が得られる。
Here, W1 and W4 are different polarization signals in the same frequency band, and W3 and W5 are also different polarization signals in the same frequency band. Therefore, for W1 and W4 and W3 and W5, interference compensation between polarized waves is performed by the
上述したように、受信局の干渉補償回路25では、同一周波数帯域の両偏波を使用している場合でも、どちらか一方の偏波を使用している場合でも、理想的には偏波間干渉がない状態を復元することができる。
As described above, in the
図5は、本発明による周波数帯域割当てと、従来技術による周波数帯域割当ての比較を示す図であり、現行衛星システムの垂直/水平偏波に割り当てられている周波数配置を例にして示している。図5の周波数配置において、各トランスポンダの中心周波数間隔は30MHzであり、各トランスポンダでは27MHzの周波数帯域が利用可能である。 FIG. 5 is a diagram showing a comparison between the frequency band allocation according to the present invention and the frequency band allocation according to the prior art, and shows an example of the frequency allocation allocated to the vertical / horizontal polarization of the current satellite system. In the frequency arrangement of FIG. 5, the center frequency interval of each transponder is 30 MHz, and a frequency band of 27 MHz can be used in each transponder.
図5(a)に示す様に、従来の両偏波が使用可能な無線通信装置においては、ある無線通信装置に垂直及び水平の両帯域12MHz、合計24MHzを割り当てた場合、残りの帯域は、他の無線通信装置は利用可能であるが、当該無線通信装置は利用できない。 As shown in FIG. 5 (a), in a conventional wireless communication apparatus that can use both polarized waves, when a vertical and horizontal band of 12 MHz is assigned to a certain wireless communication apparatus, a total of 24 MHz, the remaining bands are: Other wireless communication devices can be used, but the wireless communication device cannot be used.
また、図5(b)に示す様に、従来の偏波分離回路45を実装しない無線通信装置に、水平偏波で27MHzの帯域を割り当て、この水平偏波の信号品質を維持する場合、垂直偏波の帯域は、総ての無線通信装置が利用できなくなる。
Further, as shown in FIG. 5B, when a 27 MHz band is allocated to the horizontally polarized wave to a wireless communication apparatus not equipped with the conventional
一方、図5(c)に示す様に、本発明による無線通信装置では、1つの無線通信装置に最大54MHzの帯域を割り当てることができ、図5(a)と比較して、1つの無線通信装置での使用帯域が約2倍となり、かつ、他の無線通信装置の帯域利用を制限しないため周波数帯域を有効利用できる。 On the other hand, as shown in FIG. 5 (c), in the wireless communication device according to the present invention, a maximum bandwidth of 54 MHz can be allocated to one wireless communication device. The bandwidth used by the device is approximately doubled, and the bandwidth usage of other wireless communication devices is not restricted, so that the frequency bandwidth can be used effectively.
本発明による無線通信装置は、連続的な空き帯域には広帯域なキャリヤ信号を割り当てることができるため、総ての空き帯域を狭帯域な複数のキャリヤ信号で埋める必要がない。この結果、狭帯域キャリヤ信号で問題となる同期引込み時間の長大化が回避される利点がある。更に、干渉補償回路25は、デジタル信号処理で容易に実現できるため、FPGAやLSI等の小型部品で実現できる。したがって、従来用いられていたような機械駆動式の偏波分離回路を用いることなく、低コストの無線通信装置で両偏波の使用が可能となる。更に、デジタル信号処理を用いることで、機械駆動と比べ、温度特性や経年劣化特性が優れているという利点がある。
Since the wireless communication apparatus according to the present invention can allocate a wide band carrier signal to a continuous free band, it is not necessary to fill all the free bands with a plurality of narrow band carrier signals. As a result, there is an advantage that an increase in synchronization pull-in time, which is a problem with a narrow-band carrier signal, is avoided. Further, since the
続いて、干渉がある場合の周波数帯域割当てについて説明する。同一周波数を利用するマルチビームシステムでは、利用周波数内に他のビームからの干渉が発生する。例えば、図6(b)に示すマルチビームシステムにおいて、Aで示すエリアに着目すると、Aと同一周波数帯を使用しているDで示すエリアからの干渉が発生する。この様な状況では、図6(a)において、符号60で示すような干渉がAで示すエリア内の無線通信装置で観測される。この場合、無線通信装置の干渉電力検出回路27において、干渉電力を検出し、例えば、干渉電力の小さい帯域から順に使用するといったように、干渉電力の小さい周波数帯域から優先的に使用する周波数帯域を決定して、キャリヤ信号を配置することにより、干渉による信号品質の劣化を低減するシステム構築が可能となる。図6(a)においては、符号54で示す帯域を割り当てている。
Next, frequency band allocation when there is interference will be described. In a multi-beam system using the same frequency, interference from other beams occurs within the use frequency. For example, in the multi-beam system shown in FIG. 6B, when attention is paid to the area indicated by A, interference from the area indicated by D using the same frequency band as A occurs. In such a situation, in FIG. 6A, interference as indicated by
図3は、干渉電力検出回路27の機能ブロック図である。図3によると、干渉電力検出回路27は、フィルタ271−1から271−Nと、フィルタ272−1から272−Mと、電力検出回路273とを備えている。フィルタ271−1から271−Nは、それぞれ、中心周波数が異なる帯域通過フィルタであり、受信機23が出力する受信アンテナ241が受信した信号を入力とし、フィルタ272−1から272−Mは、それぞれ、中心周波数が異なる帯域通過フィルタであり、受信機23が出力する受信アンテナ242が受信した信号を入力とする。
FIG. 3 is a functional block diagram of the interference
電力検出回路273は、各フィルタの出力信号から、干渉電力の周波数分布を計測し、計測した干渉電力を送信局に通知する。送信局は、干渉電力の小さい周波数帯域から優先的に使用するキャリヤ信号を決定する。
The
マルチキャリヤ変調回路のキャリヤ配置を、干渉電力の小さい帯域とすることで、回線品質が向上し、システム全体としての伝送容量の拡大効果が期待できる。 By setting the carrier arrangement of the multi-carrier modulation circuit to a band with a small interference power, the line quality is improved, and the effect of expanding the transmission capacity of the entire system can be expected.
最後に、無線通信装置の遅延分散検出回路26について説明する。図7は、干渉補償回路25の電力加算回路255の出力を、遅延波が存在する場合と存在しない場合に分けて示した図である。遅延波が存在しない場合、図7(a)に示す様にユニークワードが受信されたタイミングで自己相関のピーク値が1つ出力され、他のタイミングでは小さな相互相関値が出力される。一方でマルチパスが存在するなどして周囲の環境により遅延波が存在する場合、図7(b)に示す様に、自己相関のピーク値が複数のタイミングで観測される。通常の変調信号を伝送する場合、遅延分散値がシンボル間隔に較べて相対的に大きければ、遅延波が干渉成分とみなされBER特性が劣化する。このため、遅延分散検出回路26で観測される遅延分散がシンボル間隔に応じて事前に設定する閾値より大きければ、受信局から送信局にこの情報をフィードバック送信し、送信局は、使用するキャリヤ信号について、1キャリヤ当たりの帯域幅を狭くしてマルチキャリヤ数を増やす。これにより各キャリヤ信号のシンボル間隔を大きくすることができ、伝送速度を維持しつつ、遅延波によるBER特性の劣化を緩和できる。
Finally, the delay dispersion detection circuit 26 of the wireless communication device will be described. FIG. 7 is a diagram showing the output of the
以上、本発明による無線通信システムは、使用する周波数帯域についての制限が少なく、かつ、同一周波数帯域の両偏波を同時に使用可能であるため、周波数利用効率を向上させることができる。特に、中継器の周波数特性がスタガ状である、衛星通信システムに適したものである。 As described above, the radio communication system according to the present invention has few restrictions on the frequency band to be used, and can use both polarized waves in the same frequency band at the same time, so that the frequency utilization efficiency can be improved. In particular, the frequency characteristic of the repeater is staggered and is suitable for a satellite communication system.
なお、上述した実施形態においては、送信局が伝搬路情報に基づき使用するキャリヤ信号を決定していたが、無線通信システム内の制御機構が使用するキャリヤ信号を決定し、送信局及び受信局に通知する構成であっても良い。 In the embodiment described above, the transmission station determines the carrier signal to be used based on the propagation path information. The structure which notifies may be sufficient.
11 直並列変換回路
121、122 マルチキャリヤ変調回路
13、42 送信機
141、142、343、344、43 送信アンテナ
21 並直列変換回路
221、222 マルチキャリヤ復調回路
23、452 受信機
241、242、341、342、44 受信アンテナ
25 干渉検出回路
251、252 垂直偏波用ユニークワードマッチドフィルタ
253、254 水平偏波用ユニークワードマッチドフィルタ
255 電力加算回路
256 閾値判定回路
257 干渉補償コア回路
26 遅延分散検出回路
27 干渉電力検出回路
271−1〜271−N、272−1〜272−M フィルタ
273 電力検出回路
33 中継機
41 変調回路
45 偏波分離回路
46 復調回路
451 偏波軸制御機構
453 選択回路
454 偏波角誤差検出回路
51、52、53、54 帯域
60 干渉電力
11 Serial-
Claims (9)
前記送信局より第1の偏波と直交する第2の偏波にて送信され、それぞれが第2のユニークワードを含む1つ以上の独立なキャリヤ信号で構成される第2のマルチキャリヤ無線信号と、
を受信して復調する無線通信装置であって、
第1の受信アンテナと、第2の受信アンテナと、
第1の受信アンテナが受信する無線信号を、第1のマルチキャリヤ無線信号であるものとして復調する第1のマルチキャリヤ復調手段と、
第2の受信アンテナが受信する無線信号を、第2のマルチキャリヤ無線信号であるものとして復調する第2のマルチキャリヤ復調手段と、
第1のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と、第2のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と、第1のユニークワードと、第2のユニークワードとから伝播路行列を算出し、伝播路行列に基づき両偏波間の干渉を補償する干渉補償手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。 A first multi-carrier radio signal transmitted from a transmitting station in a first polarization, each composed of one or more independent carrier signals including a first unique word;
A second multi-carrier radio signal transmitted from the transmitting station with a second polarization orthogonal to the first polarization, each composed of one or more independent carrier signals including a second unique word When,
A wireless communication device that receives and demodulates
A first receiving antenna, a second receiving antenna,
First multicarrier demodulation means for demodulating a radio signal received by the first receiving antenna as being a first multicarrier radio signal;
Second multicarrier demodulation means for demodulating a radio signal received by the second receiving antenna as being a second multicarrier radio signal;
A propagation path matrix is calculated from the output signal of the first multicarrier demodulation means, the output signal of the second multicarrier demodulation means, the first unique word, and the second unique word, and based on the propagation path matrix Interference compensation means for compensating for interference between both polarizations;
A wireless communication apparatus comprising:
第1のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と第1のユニークワードとの相関を検出する第1のマッチドフィルタと、
第1のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と第2のユニークワードとの相関を検出する第2のマッチドフィルタと、
第2のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と第1のユニークワードとの相関を検出する第3のマッチドフィルタと、
第2のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と第2のユニークワードとの相関を検出する第4のマッチドフィルタと、
を有し、
第1及び第2のユニークワードとの相関検出時における各マッチドフィルタの出力それぞれを、伝播路行列の各伝播路行列成分とすること、
を特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 Interference compensation means
A first matched filter for detecting a correlation between the output signal of the first multi-carrier demodulating means and the first unique word;
A second matched filter for detecting a correlation between the output signal of the first multicarrier demodulating means and the second unique word;
A third matched filter for detecting a correlation between the output signal of the second multicarrier demodulating means and the first unique word;
A fourth matched filter for detecting a correlation between the output signal of the second multicarrier demodulating means and the second unique word;
Have
Making each output of each matched filter at the time of detecting correlation with the first and second unique words be each propagation path matrix component of the propagation path matrix,
The wireless communication apparatus according to claim 1.
を特徴とする請求項1又は2に記載の無線通信装置。 At least one carrier signal of the first multicarrier radio signal and the second multicarrier radio signal is a carrier signal in the same frequency band;
The wireless communication device according to claim 1, wherein the wireless communication device is a wireless communication device.
送信局は、
送信する送信情報系列を第1の情報系列及び第2の情報系列に分離する直並列変換手段と、
第1の情報系列を、1つ以上の独立なキャリヤ信号でマルチキャリヤ変調すると共に、各キャリヤ信号が搬送する情報系列に第1のユニークワードを挿入する第1のマルチキャリヤ変調手段と、
第2の情報系列を、1つ以上の独立なキャリヤ信号でマルチキャリヤ変調すると共に、各キャリヤ信号が搬送する情報系列に第2のユニークワードを挿入する第2のマルチキャリヤ変調手段と、
第1のマルチキャリヤ変調手段の出力信号を、第1の偏波により第1のマルチキャリヤ無線信号として送信する手段と、
第2のマルチキャリヤ変調手段の出力信号を、第1の偏波と直交する第2の偏波により第2のマルチキャリヤ無線信号として送信する手段と、
を有し、
受信局は、
第1の受信アンテナと、第2の受信アンテナと、
第1の受信アンテナが受信する無線信号を、第1のマルチキャリヤ無線信号であるものとして復調する第1のマルチキャリヤ復調手段と、
第2の受信アンテナが受信する無線信号を、第2のマルチキャリヤ無線信号であるものとして復調する第2のマルチキャリヤ復調手段と、
第1のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と、第2のマルチキャリヤ復調手段の出力信号と、第1のユニークワードと、第2のユニークワードとから伝播路行列を算出し、伝播路行列に基づき両偏波間の干渉を補償し、第1の情報系列と第2の情報系列を出力する干渉補償手段と、
第1の情報系列と第2の情報系列とから、送信情報系列を出力する並直列変換手段と、
を有し、
送信局と受信局間の伝搬路情報に基づき第1のマルチキャリヤ無線信号及び第2のマルチキャリヤ無線信号に使用するキャリヤ信号を決定すること、
を特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system having a transmitting station and a receiving station,
The transmitting station is
A serial-parallel conversion means for separating a transmission information sequence to be transmitted into a first information sequence and a second information sequence;
Multi-carrier modulation of the first information sequence with one or more independent carrier signals, and first multi-carrier modulation means for inserting a first unique word into the information sequence carried by each carrier signal;
A second multi-carrier modulation means for multi-carrier modulating the second information sequence with one or more independent carrier signals and inserting a second unique word into the information sequence carried by each carrier signal;
Means for transmitting the output signal of the first multi-carrier modulation means as a first multi-carrier radio signal with a first polarization;
Means for transmitting the output signal of the second multicarrier modulation means as a second multicarrier radio signal by means of a second polarization orthogonal to the first polarization;
Have
The receiving station
A first receiving antenna, a second receiving antenna,
First multicarrier demodulation means for demodulating a radio signal received by the first receiving antenna as being a first multicarrier radio signal;
Second multicarrier demodulation means for demodulating a radio signal received by the second receiving antenna as being a second multicarrier radio signal;
A propagation path matrix is calculated from the output signal of the first multicarrier demodulation means, the output signal of the second multicarrier demodulation means, the first unique word, and the second unique word, and based on the propagation path matrix Interference compensation means for compensating for interference between both polarizations and outputting a first information sequence and a second information sequence;
A parallel-serial conversion means for outputting a transmission information sequence from the first information sequence and the second information sequence;
Have
Determining a carrier signal to be used for the first multi-carrier radio signal and the second multi-carrier radio signal based on propagation path information between the transmitting station and the receiving station;
A wireless communication system.
を特徴とする請求項4に記載の無線通信システム。 The transmitting station determines a carrier signal to be used for the first multi-carrier radio signal and the second multi-carrier radio signal based on propagation path information between the transmitting station and the receiving station;
The wireless communication system according to claim 4.
を特徴とする請求項4又は5に記載の無線通信システム。 Use the frequency characteristics of the repeater that exists between the transmitting station and the receiving station as propagation path information,
The wireless communication system according to claim 4 or 5, wherein
伝搬路情報として、干渉電力を使用し、干渉電力の少ない周波数帯域から優先的に、使用するキャリヤ信号を決定すること、
を特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の無線通信システム。 The receiving station has interference power detection means for detecting interference power,
Using interference power as propagation path information, preferentially determining a carrier signal to be used from a frequency band with low interference power,
The wireless communication system according to any one of claims 4 to 6.
伝搬路情報として、遅延分散を使用し、遅延分散が、予め設定されている閾値以上である場合、使用するキャリヤ信号の帯域幅を狭め、使用するキャリヤ信号の数を増やすこと、
を特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の無線通信システム。 The receiving station has delay dispersion detecting means for detecting delay dispersion,
When delay dispersion is used as propagation path information and the delay dispersion is equal to or greater than a preset threshold, the bandwidth of the carrier signal to be used is narrowed and the number of carrier signals to be used is increased.
The wireless communication system according to any one of claims 4 to 7.
を特徴とする請求項4から8のいずれか1項に記載の無線通信システム。
At least one carrier signal of the first multicarrier radio signal and the second multicarrier radio signal is a carrier signal in the same frequency band;
The wireless communication system according to any one of claims 4 to 8.
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