JP2007312200A - ディジタル信号分波装置及び合波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用する信号帯域幅と周波数多重信号での周波数位置の選択が柔軟に行えるディジタル信号分波装置を提供する。
【解決手段】ディジタル信号分波装置は、入力信号をろ波する１つ以上のフィルタと、各フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを備えている単位分波フィルタバンクを多段接続した構成を含む分波フィルタバンク手段と、受信信号及び／又は各単位分波フィルタバンクの出力信号の少なくとも１つを入力とする周波数変換・デシメータ手段とを有し、周波数変換・デシメータ手段は、入力信号の周波数をシフトして出力する入力信号毎の周波数変換手段と、各周波数変換手段の出力に１つ以上直列に接続されるデシメータ手段とを含み、デシメータ手段は、入力信号の帯域制限を行うフィルタと、フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、周波数多重された複数の信号をディジタル信号処理により分離するディジタル信号分波装置と、複数の信号をディジタル信号処理により周波数多重するディジタル信号合波装置に関する。

周波数多重された複数の信号からなる受信信号を多重分離して出力する分波装置や、複数の入力信号を周波数多重して出力する合波装置をアナログ回路にて構成する場合、信号数に等しい個数のフィルタ及び周波数変換回路が必要となり、装置規模及び装置の調整箇所が増大するという問題がある。この問題を解決する方法として、ディジタル信号処理回路を用いた一括型のディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１０は、特許文献１に記載のディジタル信号分波装置の構成図であり、最大８個の信号を分波して出力する場合を示している。図１０によると、ディジタル信号分波装置は、１入力２出力の２分波フィルタバンク８１〜８７を樹枝状に接続している。より詳しくは、１段目の２分波フィルタバンク８１に、２段目の２分波フィルタバンク８２及び８３を接続し、２段目の２分波フィルタバンク８２に、３段目の２分波フィルタバンク８４及び８５を接続し、２段目の２分波フィルタバンク８３に、３段目の２分波フィルタバンク８６及び８７を接続している。

各２分波フィルタバンクは、図１２（ａ）に示す様に、それぞれが入力信号の帯域制限を行う低域側通過フィルタ及び高域側通過フィルタと、低域側通過フィルタの出力及び高域側通過フィルタの出力それぞれに接続されるダウンサンプラとにより構成されている。ここで、ダウンサンプラは、入力信号のサンプル値を１つおきに間引く、つまりサンプリング周波数を１／２にダウンサンプリングする機能を有している。

特許文献１に記載のディジタル信号分波装置において、２分波フィルタバンク８１、８２、８４及び８６の低域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＡであり、同じく高域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＢであり、２分波フィルタバンク８３、８５及び８７の低域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＣであり、同じく高域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＤである。また、フィルタＡ又はＣの後段には、フィルタＡ及びＢで構成される２分波フィルタバンクを、フィルタＢ又はＤの後段には、フィルタＣ及びＤで構成される２分波フィルタバンクを接続している。なお、図１３に示す各フィルタの周波数特性は、２分波フィルタバンクへの入力信号のサンプリング周波数ｆｓで正規化したものである。

各２分波フィルタバンクは、低域側通過フィルタと高域側通過フィルタにより入力信号を周波数軸上で２分割し、分割された信号それぞれをダウンサンプリングして出力する。図１０に記載のディジタル信号分波装置は、これら２分波フィルタバンクを所定の段数だけ樹枝状に接続することで分波処理を行っている。ここで、所定の段数は、分波処理する最大数Ｎに対して、ｌｏｇ_２Ｎである。

図１４は、図１０に示す最大８個の信号を分波するディジタル信号分波装置で処理可能な信号の周波数帯域とその周波数位置関係を示す図であり、信号名は図１０に示す信号名に対応している。なお、図１４でのサンプリング周波数Ｆｓは、１段目の２分波フィルタバンク８１への入力信号のサンプリング周波数である。

図１１は、特許文献１に記載のディジタル信号合波装置の構成図であり、最大８個の信号を合波して出力する場合を示している。図１１によると、ディジタル信号合波装置は、２入力１出力の２合波フィルタバンク９１〜９７を樹枝状に接続している。より詳しくは、１段目の２合波フィルタバンク９１及び９２を、セレクタ９８を介して２段目の２合波フィルタバンク９５に接続し、１段目の２合波フィルタバンク９３及び９４を、セレクタ９８を介して２段目の２合波フィルタバンク９６に接続し、２段目の２合波フィルタバンク９５及び９６を、セレクタ９８を介して３段目の２合波フィルタバンク９７に接続している。

各２合波フィルタバンクは、図１２（ｂ）に示す様に、２本の入力信号それぞれに設けられ、入力信号の各サンプル値の間に値０のサンプル値を補間することで、サンプリング周波数を２倍に変換するアップサンプラと、一方のアップサンプラの出力信号の帯域を制限する低域側通過フィルタと、他方のアップサンプラの出力信号の帯域を制限する高域側通過フィルタと、低域側通過フィルタの出力信号と高域側通過フィルタの出力信号を加算して出力する加算器とにより構成されている。

特許文献１に記載のディジタル信号合波装置において、２合波フィルタバンク９１、９３、９５及び９７の低域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＡであり、同じく高域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＢであり、２合波フィルタバンク９２、９４及び９６の低域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＣであり、同じく高域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＤである。また、フィルタＡ又はＣの前段には、フィルタＡ及びＢで構成される２合波フィルタバンクを、フィルタＢ又はＤの前段には、フィルタＣ及びＤで構成される２合波フィルタバンクを接続している。なお、図１３に示す各フィルタの周波数特性は、２合波フィルタバンクの出力信号のサンプリング周波数ｆｓで正規化したものである。

各２合波フィルタバンクは、２つの入力信号を、それぞれ、２倍のサンプリング周波数にアップサンプリングすると共に、低域側通過フィルタと高域側通過フィルタにより不要な高調波成分をそれぞれ除去し、周波数上で隣接するように周波数多重して出力する。図１１に記載のディジタル信号合波装置は、これら各２合波フィルタバンクを所定の段数だけ樹枝状に接続することで合波処理を行っている。ここで、所定の段数は、合波処理する最大数Ｎに対して、ｌｏｇ_２Ｎである。また、各２合波フィルタバンクの出力に接続するセレクタ９８は、当該２合波フィルタバンクが出力する周波数多重信号と、周波数多重信号と同一帯域幅を有する１つの信号の選択を行うものであり、セレクタ９８の出力が次段の２合波フィルタバンクの入力信号となる。

図１４は、図１１に示す最大８個の信号を合波するディジタル信号合波装置で処理可能な信号の周波数帯域とその周波数位置関係を示す図であり、信号名は図１１に示す信号名に対応している。なお、図１４でのサンプリング周波数Ｆｓは、最後段にある２合波フィルタバンク９７の出力信号のサンプリング周波数である。

特許第３２９９９５２号明細書

図１０及び図１１に示す、従来技術によるディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置のフィルタバンクは、図１３のフィルタＡ及びフィルタＢを使用するものと、図１３のフィルタＣ及びフィルタＤを使用するものに分けられるが、いずれにしてもその境界を跨ぐ周波数帯域の信号を処理することはできない。このため、信号の帯域及びその周波数多重信号での周波数位置に応じて、処理可能なものと処理不可能なものが生じることになる。

例えば、図１５（ａ）は、図１４の信号Ｓ４１、Ｓ３２及びＳ２２を使用するものであり、また、図１５（ｂ）は、図１４の信号Ｓ３１、Ｓ４３〜Ｓ４６及びＳ３４を使用するものであり、従来技術によるディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置で処理可能な組合せである。

しかしながら、図１５（ｃ）や、図１５（ｄ）に示す信号群は、従来技術によるディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置においては処理できない組合せである。このように、２分波あるいは２合波フィルタバンクの低域側通過フィルタと高域側通過フィルタの通過帯域境界を跨ぐ信号は、周波数スペクトラムに欠損を生じるため、分波又は合波することが不可能であり、従来技術によるディジタル信号分波装置や、ディジタル信号合波装置を用いた通信においては、周波数多重信号の周波数と帯域幅の関係に制約条件を設ける必要がある。

したがって、本発明は、上述した処理可能な信号に対する制限を取り除き、使用する信号帯域幅と周波数多重信号での周波数位置の選択が柔軟に行えるディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置を提供することを目的とする。

本発明におけるディジタル信号分波装置によれば、
周波数多重された複数の信号からなる受信信号を多重分離して出力するディジタル信号分波装置であって、入力信号をろ波する１つ以上のフィルタと、各フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを備えている単位分波フィルタバンクを多段接続した構成を含む分波フィルタバンク手段と、受信信号及び／又は各単位分波フィルタバンクの出力信号の少なくとも１つを入力とする周波数変換・デシメータ手段とを有し、周波数変換・デシメータ手段は、入力信号の周波数をシフトして出力する入力信号毎の周波数変換手段と、各周波数変換手段の出力に１つ以上直列に接続されるデシメータ手段とを含み、デシメータ手段は、入力信号の帯域制限を行うフィルタと、フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを備えていることを特徴とする。

本発明のディジタル信号分波装置における他の実施形態によれば、
各単位分波フィルタバンクの出力信号及び／又は各デシメータ手段の出力信号から１つ以上を選択して出力するスイッチマトリクス手段を更に有することも好ましい。

また、本発明のディジタル信号分波装置における他の実施形態によれば、
周波数変換手段における周波数シフト量が可変であることも好ましい。

更に、本発明のディジタル信号分波装置における他の実施形態によれば、
少なくとも周波数変換手段、デシメータ手段、単位分波フィルタバンクのいずれかが、各手段の入出力信号を記憶するメモリを用いて時分割処理により実現されていることも好ましい。

更に、本発明のディジタル信号分波装置における他の実施形態によれば、
周波数変換手段は、受信信号に含まれる複数の信号のうち、分波フィルタバンク手段の通過帯域を通過できない信号の１つを、後段に直列接続されたデシメータ手段の通過帯域内に入れるように周波数をシフトさせることも好ましい。

更に、本発明のディジタル信号分波装置における他の実施形態によれば、
単位分波フィルタバンクは、入力信号をろ波する１つ又は２つのフィルタと、各フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを備えている２分波フィルタバンクであることも好ましい。

更に、本発明のディジタル信号分波装置における他の実施形態によれば、
入力信号のサンプリング周波数をｆｓとし、０からｆｓにおいて互いに異なる通過帯域を持つ４種類のフィルタを、通過帯域の低い順に第１のフィルタ、第２のフィルタ、第３のフィルタ、第４のフィルタとした場合、２分波フィルタバンクは、第１のフィルタ及び／又は第２のフィルタを備えた第１の２分波フィルタバンクと、第３のフィルタ及び／又は第４のフィルタを備えた第２の２分波フィルタバンクとに分類され、分波フィルタバンク手段における２分波フィルタバンクの多段接続は、第１のフィルタ又は第３のフィルタでろ波されダウンサンプリングされた信号を第１の２分波フィルタバンクに、第２のフィルタ又は第４のフィルタでろ波されダウンサンプリングされた信号を第２の２分波フィルタバンクに接続して構成され、各２分波フィルタバンク及びデシメータ手段のダウンサンプラは、サンプリング周波数を１／２にすることも好ましい。

本発明におけるディジタル信号合波装置によれば、
複数の入力信号を周波数多重して出力するディジタル信号合波装置であって、入力信号をアップサンプリングして出力する１つ以上のアップサンプラと、各アップサンプラの出力信号の不要成分を除去して出力するフィルタとを備えている単位合波フィルタバンク、
を多段接続した構成を含む合波フィルタバンク手段と、単位合波フィルタバンクの出力信号のいずれかと加算する信号を、少なくとも１つ出力する周波数変換・インタポレータ手段とを有し、周波数変換・インタポレータ手段は、１つ以上直列に接続されるインタポレータ手段と、最後のインタポレータ手段が出力する信号の周波数をシフトして出力する周波数変換手段との組合せを、出力信号の数だけ含み、インタポレータ手段は、入力信号をアップサンプリングして出力するアップサンプラと、アップサンプラの出力信号の不要信号成分を除去して出力するフィルタとを備えていることを特徴とする。

本発明によるディジタル信号分波装置は、分波フィルタバンク手段が固定的に分割する周波数帯域の境界を跨ぐ信号を、周波数変換手段において周波数をシフトさせることで使用可能としている。周波数変換手段での周波数シフト量は、後段に接続するデシメータ手段の通過帯域に基づき決定される。この様に、周波数変換・デシメータ手段を、境界を跨ぐ信号に対応して設けることで、任意の周波数及び帯域の信号を処理可能となる。また、それ以外の信号については分波フィルタバンク手段が分波し、信号毎に周波数変換・デシメータ手段を設ける必要はないため回路規模を小さくすることができる。

また、スイッチマトリクス手段により、使用する信号の帯域や周波数配置の変更を柔軟に行うことができ、更に、周波数変換手段での周波数シフト量を可変とすることにより、周波数変換・インタポレータ手段の構成を簡略化できる。

同様に、本発明によるディジタル信号合波装置は、合波フィルタバンク手段での固定的な周波数帯域の境界を跨ぐ信号を、周波数変換手段において周波数をシフトさせることで使用可能としている。周波数変換手段での周波数シフト量は、前段に接続するインタポレータ手段の通過帯域に基づき決定される。この様に、周波数変換・インタポレータ手段を、境界を跨ぐ信号に対応して設けることで、任意の周波数及び帯域の信号を処理可能となる。また、それ以外の信号については合波フィルタバンク手段が合波し、信号毎に周波数変換・インタポレータ手段を設ける必要はないため回路規模を小さくすることができる。

更に各手段を、メモリを用いた時分割処理により実現することで、回路規模をより小さくすることができる。

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。

図１は、本発明によるディジタル信号分波装置のブロック図である。以後、最大８個の信号を分波する構成を用いて説明するが、処理可能な信号数は開示する内容に従い変更可能である。図１によると、ディジタル信号分波装置は、分波フィルタバンク部１と、周波数変換・デシメータ部２と、スイッチマトリックス部３とを備えている。

図２は、図１の分波フィルタバンク部１の構成図である。図２によると、分波フィルタバンク部１は、１入力２出力の２分波フィルタバンク１１〜１７を樹枝状に多段接続して構成される。より詳しくは、１段目の２分波フィルタバンク１１に、２段目の２分波フィルタバンク１２及び１３を接続し、２段目の２分波フィルタバンク１２に、３段目の２分波フィルタバンク１４及び１５を接続し、２段目の２分波フィルタバンク１３に、３段目の２分波フィルタバンク１６及び１７を接続する。

各２分波フィルタバンクは、図１２（ａ）に示す様に、それぞれが入力信号の帯域制限を行う低域側通過フィルタ及び高域側通過フィルタと、低域側通過フィルタの出力及び高域側通過フィルタの出力それぞれに接続されるダウンサンプラとにより構成されている。ここで、ダウンサンプラは、入力信号のサンプル値を１つおきに間引く、つまりサンプリング周波数を１／２にダウンサンプリングする機能を有している。

ここで、２分波フィルタバンク１１、１２、１４及び１６の低域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＡであり、同じく高域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＢであり、２分波フィルタバンク１３、１５及び１７の低域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＣであり、同じく高域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＤである。そして、初段の２分波フィルタバンクには、フィルタＡ及びＢを使用し、以後、フィルタＡ又はＣの後段には、フィルタＡ及びＢで構成される２分波フィルタバンクを、フィルタＢ又はＤの後段には、フィルタＣ及びＤで構成される２分波フィルタバンクを順次接続していく。なお、図１３に示す各フィルタの周波数特性は、２分波フィルタバンクへの入力信号のサンプリング周波数ｆｓで正規化し、通過域を０〜ｆｓの範囲内となるように規定したものである。

２分波フィルタバンク１１は、分波フィルタバンク部１への入力信号Ｓ１１を、それぞれ通過帯域の異なる低域側通過フィルタ及び高域側通過フィルタでろ波することで、周波数帯域の異なる２つの信号を抽出し、抽出した信号それぞれをダウンサンプリングして、信号Ｓ２１及び２２として出力する。以後、同様に、２分波フィルタバンク部１２は、信号Ｓ２１を入力して信号Ｓ３１及び３２を出力し、２分波フィルタバンク部１３は、信号Ｓ２２を入力して信号Ｓ３３及び３４を出力する。更に、２分波フィルタバンク１４、１５、１６、１７は、それぞれ、信号Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４を入力して、信号Ｓ４１及びＳ４２、Ｓ４３及びＳ４４、Ｓ４５及びＳ４６、Ｓ４７及びＳ４８を出力する。

なお、本発明のディジタル信号分波装置の分波フィルタバンク部１は、周波数多重信号を固定的な周波数帯域に分割して各周波数帯域に含まれる信号を出力することを、多段構成により順次行っていくものであれば、上述した構成に限定されず、例えば、２分波フィルタバンクに代えて、１つ以上のフィルタと、各フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを有する単位分波フィルタバンクを樹枝状に多段接続したものであっても良い。

図３は、周波数変換・デシメータ部２の構成図である。図３（ａ）によると、周波数変換・デシメータ部２は、周波数変換器２１〜２３と、デシメータ２４〜２７とを備えている。各デシメータは、図３（ｂ）に示す様に、入力信号の帯域制限を行う低域側通過フィルタ２０１と、ダウンサンプラ２０２とを備えている。ダウンサンプラ２０２は、入力信号のサンプル値を１つおきに間引く、つまりサンプリング周波数を１／２にダウンサンプリングする機能を有し、低域側通過フィルタ２０１としては、図１３のフィルタＡからＤのいずれかを使用する。ここで、サンプリング周波数ｆｓは、デシメータの入力信号のサンプリング周波数である。

周波数変換器２１、２２、２３は、それぞれ、分波フィルタバンク部１からの信号Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ２２の周波数変換、つまり入力信号の周波数をシフトさせる。具体的には、入力信号Ｉ（ｔ）に対し、ｅ^{ｊ（２πｆｔ＋θ）}を乗じ、
Ｏ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）*ｅ^{ｊ（２πｆｔ＋θ）}
で得られる信号を出力する。ここで、ｔは時間、ｆは出力信号と入力信号の周波数差、つまり周波数のシフト量であり、θは任意の位相である。

デシメータ２４は、周波数変換器２１の出力信号を帯域制限してダウンサンプリングし信号Ｓ２３を出力する。デシメータ２５は、信号Ｓ２３を入力して信号Ｓ３５を出力する。更に、デシメータ２６は、周波数変換器２２の出力信号を入力として、信号Ｓ３６を、デシメータ２７は、周波数変換器２３の出力信号を入力として、信号Ｓ３７を出力する。

図７は、上述した各信号の周波数帯域及び周波数多重信号での周波数位置の関係を示すものであり、サンプリング周波数Ｆｓは、２分波フィルタバンク１１への入力信号のサンプリング周波数である。また、周波数変換器２１での周波数シフト量は、信号Ｓ２３を使用する場合は、信号Ｓ２３の左側にある点線の矢印で示す量であり、信号Ｓ３５を使用する場合は、信号Ｓ３５の左側にある点線の矢印で示す量である。同様に、周波数変換器２２での周波数のシフト量は、信号Ｓ３６の左側にある点線の矢印で示す量であり、周波数変換器２３での周波数のシフト量は、信号Ｓ３７の左側にある点線の矢印で示す量である。なお、これらの周波数シフトは、点線の各矢印に応じた量だけ左側、つまり、低周波数側へシフトすることを意味している。

この場合、デシメータ２４、２５及び２６の低域側通過フィルタ２０１には図１３のフィルタＡを使用し、デシメータ２７の低域側通過フィルタ２０１には図１３のフィルタＣを使用する。しかしながら、周波数変換器２３での周波数のシフト量を増大させ、信号Ｓ３７が信号Ｓ３１と同一周波数となるようにした場合には、デシメータ２７の低域側通過フィルタ２０１としても図１３のフィルタＡが使用できる。つまり、各周波数変換器での周波数シフト量は、後段に１つ以上直列に接続されるデシメータに使用している低域側通過フィルタの周波数特性により決定され、入力信号に含まれる信号のうち、分離対象である信号が、その通過帯域内になるように入力信号の周波数をシフトさせる。

また、信号Ｓ２３とＳ３５を同時に使用することはできないため、図３（ａ）の構成においては、信号Ｓ１１から信号Ｓ２３又はＳ３５を出力する回路を共用としている。したがって、周波数変換器２１での周波数シフト量は、使用する信号がＳ２３であるかＳ３５であるかに応じて変更する必要がある。逆にいうと、周波数変換器２１での周波数シフト量を変更可能とすることで、信号Ｓ１１から信号Ｓ２３又はＳ３５を出力する回路を共用でき回路規模を小さくすることができる。また、周波数変換器での周波数シフト量を変更可能とすることで、デシメータの低域側通過フィルタに総て同じ周波数特性のものを使用することができ、例えば、信号Ｓ３５〜Ｓ３７のいずれか２つのみしか使用しない場合等には、周波数変換器とデシメータからなる回路を２系統だけ用意しておけばよく回路規模を小さくすることができる。

なお、周波数変換後に直列に接続するデシメータの数は、入力信号の分波フィルタバンク部１での段数と、出力する信号帯域に対応する分波フィルタバンク部１での段数の差となる。つまり、分波フィルタバンク部１の１段目の入力である信号Ｓ１１から、３段目の入力であるＳ３１〜Ｓ３４に対応する帯域の信号であるＳ３５を出力する場合には、２個のデシメータを直列に接続する。

図１に戻り、スイッチマトリックス部３は、分波フィルタバンク部１が出力する信号Ｓ１１、Ｓ２１〜Ｓ２２、Ｓ３１〜Ｓ３４及びＳ４１〜Ｓ４８、並びに、周波数変換・デシメータ部２が出力する信号Ｓ２３及びＳ３５〜Ｓ３７のうち、実際に使用する信号をディジタル信号分波装置の所定の出力ポートに導くためのものであり、使用する信号の組合せを必要に応じて変更するために設けられる。

以上の構成により、従来技術での問題点である使用可能な信号の組合せに対する制限を取り除くこと、例えば、図１５の（ｃ）や（ｄ）に示す信号群の処理が可能となる。

図４は、本発明によるディジタル信号合波装置のブロック図である。以後、最大８個の信号を合波する構成を用いて説明するが、処理可能な信号数は開示する内容に従い変更可能である。図４によると、ディジタル信号合波装置は、合波フィルタバンク部４と、周波数変換・インタポレータ部５と、スイッチマトリックス部３とを備えている。

図５は、図４の合波フィルタバンク部４の構成図である。図５によると、合波フィルタバンク部４は、２入力１出力の２合波フィルタバンク４１〜４７を樹枝状に多段接続して構成される。より詳しくは、１段目の２合波フィルタバンク４１及び４２を、セレクタ４８を介して２段目の２合波フィルタバンク４５に接続し、１段目の２合波フィルタバンク４３及び４４を、セレクタ４８を介して２段目の２合波フィルタバンク４６に接続する。更に、２段目の２合波フィルタバンク４５の出力はセレクタ４８１と接続し、セレクタ４８１の出力は加算器４９１と接続し、加算器４９１の出力は２合波フィルタバンク４７の一方の入力となる。同様に、２段目の２合波フィルタバンク４６の出力はセレクタ４８２と接続し、セレクタ４８２の出力は加算器４９２と接続し、加算器４９２の出力は２合波フィルタバンク４７の他方の入力となる。更に、２合波フィルタバンク４７の出力はセレクタ４８３と接続し、セレクタ４８３の出力は加算器４９３と接続し、加算器４９３の出力が、ディジタル信号合波装置の出力となる。

各２合波フィルタバンクは、図１２（ｂ）に示す様に、２本の入力信号それぞれに設けられ、入力信号の各サンプル値の間に値０のサンプル値を補間することで、サンプリング周波数を２倍に変換するアップサンプラと、一方のアップサンプラの出力信号の帯域を制限する低域側通過フィルタと、他方のアップサンプラの出力信号の帯域を制限する高域側通過フィルタと、低域側通過フィルタの出力信号と高域側通過フィルタの出力信号を加算して出力する加算器とにより構成されている。

ここで、２合波フィルタバンク４１、４３、４５及び４７の低域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＡであり、同じく高域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＢであり、２合波フィルタバンク４２、４４及び４６の低域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＣであり、同じく高域側通過フィルタの周波数特性は図１３のフィルタＤである。そして、最後段の２合波フィルタバンク４７には、フィルタＡ及びＢを使用し、フィルタＡ又はＣの前段には、フィルタＡ及びＢで構成される２合波フィルタバンクを、フィルタＢ又はＤの前段には、フィルタＣ及びＤで構成される２合波フィルタバンクを順次接続していく。なお、図１３に示す各フィルタの周波数特性は、２合波フィルタバンクの出力信号のサンプリング周波数ｆｓで正規化し、通過域を０〜ｆｓの範囲内となるように規定したものである。

各２合波フィルタバンクは、２つの入力信号を、それぞれ、２倍のサンプリング周波数にアップサンプリングし、アップサンプリング後の信号の不要な高調波成分をそれぞれのフィルタで除去し、高調波成分除去後の信号を合成、つまり、周波数多重して出力する。具体的には、２合波フィルタバンク４１、４２、４３、４４は、それぞれ、ディジタル信号Ｓ４１及びＳ４２、Ｓ４３及びＳ４４、Ｓ４５及びＳ４６、Ｓ４７及びＳ４８を入力とし、周波数多重してセレクタ４８に出力する。

２合波フィルタバンク４５は、一方のセレクタ４８にて選択された２合波フィルタバンク４１の出力信号又は信号Ｓ３１と、他方のセレクタ４８にて選択された２合波フィルタバンク４２の出力信号又は信号Ｓ３２を入力とし、周波数多重して出力する。同様に、２合波フィルタバンク４６は、一方のセレクタ４８にて選択された２合波フィルタバンク４３の出力信号又は信号Ｓ３３と、他方のセレクタ４８にて選択された２合波フィルタバンク４４の出力信号又は信号Ｓ３４を入力とし、周波数多重して出力する。

加算器４９１は、セレクタ４８１で選択された２合波フィルタバンク４５の出力信号又は信号Ｓ２１と、後述する周波数変換・インタポレータ部５からの信号Ｓ５１を加算し、加算器４９２は、セレクタ４８２で選択された２合波フィルタバンク４６の出力信号又は信号Ｓ２２と、後述する周波数変換・インタポレータ部５からの信号Ｓ５２を加算する。２合波フィルタバンク４７は、加算器４９１及び４９２の出力信号を入力とし、周波数多重して出力する。

最後に、セレクタ４８３は、２合波フィルタバンク４７の出力信号又は信号Ｓ１１を選択して加算器４９３に出力し、加算器４９３は、セレクタ４８３からの信号と、周波数変換・インタポレータ部５からの信号Ｓ６１を加算してディジタル信号合波装置の出力信号を生成する。

なお、本発明のディジタル信号合波装置の合波フィルタバンク部４は、所定帯域の複数の入力信号を、固定的な周波数帯域に配置した周波数多重信号として出力することを、多段構成により順次行っていくものであれば、上述した構成に限定されず、例えば、２合波フィルタバンクに代えて、入力信号をアップサンプリングして出力する１つ以上のアップサンプラと、各アップサンプラの出力信号の不要成分を除去して出力するフィルタとを有する単位合波フィルタバンクを多段接続した構成であっても良い。

図６は、周波数変換・インタポレータ部５の構成図である。図６（ａ）によると、周波数変換・インタポレータ部５は、インタポレータ５１〜５４と、周波数変換器５５〜５７と、セレクタ５８とを備えている。

各インタポレータは、図６（ｂ）に示す様に、アップサンプラ５０１と、アップサンプラ５０１によるアップサンプリングの結果生じる、イメージ成分を含む出力信号から、必要な信号成分のみを通過させ、不要な信号成分を除去する低域側通過フィルタ５０２とを備えている。アップサンプラ５０１は、入力信号の各サンプル値の間に値０のサンプル値を補間することで、サンプリング周波数を２倍に変換する機能を有し、低域側通過フィルタ５０２としては、図１３のフィルタＡからＤのいずれかを使用する。ここで、サンプリング周波数ｆｓは、インタポレータの出力信号のサンプリング周波数である。

周波数変換器５５〜５７は、周波数変換器２１〜２３と同様に、入力信号の周波数をシフトして出力する。

インタポレータ５１は、信号Ｓ３５を、アップサンプリングした後、高調波成分を除去し、セレクタ５８は、信号Ｓ２３又はインタポレータ５１の出力信号を選択して出力し、インタポレータ５４は、セレクタ５８の出力信号を、アップサンプリングした後、高調波成分を除去し、周波数変換器５５は、インタポレータ５４の出力信号を周波数変換して信号Ｓ６１を出力する。同様に、インタポレータ５２は、信号Ｓ３６を、アップサンプリングした後、高調波成分を除去し、周波数変換器５６は、インタポレータ５２の出力信号を周波数変換して信号Ｓ５１を出力し、インタポレータ５３は、信号Ｓ３７を、アップサンプリングした後、高調波成分を除去し、周波数変換器５７は、インタポレータ５２の出力信号を周波数変換して信号Ｓ５２を出力する。

図７は、ディジタル信号合波装値が出力する周波数多重信号内での、上述した各信号の周波数位置及び周波数帯域を示すものであり、サンプリング周波数Ｆｓは、最終段に位置する２合波フィルタバンク４７の出力信号のサンプリング周波数である。また、周波数変換器５５での周波数シフト量は、信号Ｓ２３を使用する場合は、信号Ｓ２３の左側にある点線の矢印で示す量であり、信号Ｓ３５を使用する場合は、信号Ｓ３５の左側にある点線の矢印で示す量である。同様に、周波数変換器５６での周波数のシフト量は、信号Ｓ３６の左側にある点線の矢印で示す量であり、周波数変換器５７での周波数のシフト量は、信号Ｓ３７の左側にある点線の矢印で示す量である。なお、これらの周波数シフトは、点線の各矢印に応じた量だけ右側、つまり、高周波数側へシフトすることを意味している。

この場合、インタポレータ５１、５２及び５４の低域側通過フィルタ２０１には図１３のフィルタＡを使用し、インタポレータ５３の低域側通過フィルタ５０２には図１３のフィルタＣを使用する。しかしながら、周波数変換器５７での周波数のシフト量を増大させ、信号Ｓ３１の周波数位置から信号Ｓ３７と同一周波数になるようにシフトさせる場合には、インタポレータ５３の低域側通過フィルタ５０２としても図１３のフィルタＡが使用できる。つまり、各周波数変換器での周波数シフト量は、前段に１つ以上直列に接続されるインタポレータに使用している低域側通過フィルタの周波数特性により決定され、低域側通過フィルタによりろ波された信号が、周波数多重信号内での所望の周波数位置になるように周波数をシフトさせる。

図６（ａ）の構成においても、図３（ａ）の構成と同様に周波数変換器での周波数シフト量を可変とすることで、信号Ｓ２３又はＳ３５から信号Ｓ６１を出力する回路を共用としている。もちろん、周波数変換器５５、インタポレータ５１及び５４から構成される回路を信号Ｓ３５専用とし、別に信号Ｓ２３専用の回路を設け、最後にセレクタ５８で出力信号を選択する構成であっても良い。

図４に戻り、スイッチマトリックス部３は、最大８個であるディジタル信号合波装置への入力信号を、合波フィルタバンク部４及び／又は周波数変換・インタポレータ部５の所定の入力に導くためのものである。

以上の構成により、従来技術での問題点である使用可能な信号の組合せに対する制限を取り除くこと、例えば、図１５の（ｃ）や（ｄ）に示す信号群の使用が可能となる。

なお、上述したディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置において、使用する２分波又は２合波フィルタバンクの数や、周波数変換・デシメータ部２における１つの周波数変換器と１つ以上のデシメータで構成される処理回路、周波数変換・インタポレータ部５における１つ以上のインタポレータと１つの周波数変換器で構成される処理回路は、使用する信号の組合せに応じて取捨選択可能である。例えば、図１５の（ｄ）に示す２波のみを固定的に使用する場合では、図２の２分波フィルタバンク１３及び１５〜１７、図３（ａ）の周波数変換器２２と２３で始まる処理回路、図５の２合波フィルタバンク４２〜４４及び４６、図６（ａ）のインタポレータ５２と５３で始まる処理回路は必須ではない。更に、Ｓ４７は使用しないので、２分波フィルタバンク１７の高域側通過フィルタ及び高域側通過フィルタの出力に接続されるダウンサンプラや、２合波フィルタバンク４４の高域側通過フィルタ及び高域側通過フィルタの前段に接続されるアップサンプラであっても省略することが可能である。同様に、スイッチマトリクス部３は、使用する信号の組合せを柔軟に変更するためのものであり、使用する信号が固定的であり変更の必要がない場合には省略可能である。

図８は、本発明によるディジタル信号分波装置の他の実施形態でのブロック図である。図８（ａ）によると、ディジタル信号分波装置は、帯域可変２分波フィルタバンク６１と、メモリ６２と、周波数変換器６３と、デシメータ６４と、直並列変換器６５と、時分割動作制御部６６とを備えている。帯域可変２分波フィルタバンク６１は、図８（ｂ）に示す様に、可変低域側通過フィルタ６０１と、可変高域側通過フィルタ６０２と、ダウンサンプラ６０３及び６０４とを含んでいる。

可変低域側通過フィルタ６０１は、時分割動作制御部６６からの制御に基づき図１３のフィルタＡ又はフィルタＣを切替え可能であり、可変高域側通過フィルタ６０２は、時分割動作制御部６６からの制御に基づき図１３のフィルタＢ又はフィルタＤを切替え可能である。これら、通過帯域の切替えは、予め用意した２種類の通過帯域のフィルタを切り替える、あるいは、ディジタルフィルタのタップ係数を変更する等、公知な種々の方法により実現可能である。

ダウンサンプラ６０３及び６０４は、入力信号のサンプル値を１つおきに間引く、つまりサンプリング周波数を１／２にダウンサンプリングする機能を有し、周波数変換器６３は、時分割動作制御部６６の制御に基づき入力信号の周波数変換を行う機能を有し、デシメータ６４は、図３（ｂ）と同じである。

本実施形態においては、メモリ６２を使用することで図２及び図３における処理と同一処理を、時分割で実行することを特徴としている。即ち、入力信号Ｓ１１をメモリ６２に蓄積すると共に、帯域可変２分波フィルタバンク６１を、図２の２分波フィルタバンク１１と同じに構成して信号Ｓ１１の処理を行い、出力となる信号Ｓ２１及びＳ２２を同様にメモリ６２に蓄積する。同様に、メモリ６２に蓄積した信号Ｓ２１に対しては、帯域可変２分波フィルタバンク６１を、図２の２分波フィルタバンク１２と同じに構成した上で、メモリ６２から信号Ｓ２１を読み出して処理し、出力となる信号Ｓ３１及びＳ３２をメモリ６２に蓄積する。更に、信号Ｓ３５を使用する場合は、周波数変換器６３の周波数シフト量を図７に示す通りに設定して、メモリ６２から信号Ｓ３５を読み出して処理を行い、その後、メモリ６２を介してデシメータ６４で２回処理を行う。

時分割動作制御部６６は、上記時分割処理のための各部の制御を行うものであり、直並列変換器６５は、メモリ６２に蓄えられている各信号を順次読み出して出力とする。なお、図８においては、帯域可変２分波フィルタバンク６１、周波数変換器６３、デシメータ６４をそれぞれ１つだけ用意しているが、２つ以上であっても良い。

図９は、本発明によるディジタル信号合波装置の他の実施形態でのブロック図である。図９（ａ）によると、ディジタル信号合波装置は、並直列変換器７１と、帯域可変２合波フィルタバンク７２と、メモリ７３と、インタポレータ７４と、周波数変換器７５と、時分割動作制御部７６とを備えている。帯域可変２合波フィルタバンク７２は、図９（ｂ）に示す様に、アップサンプラ７０１及び７０２と、可変低域側通過フィルタ７０３と、可変高域側通過フィルタ７０４と、加算器７０５とを含んでいる。

可変低域側通過フィルタ７０３は、図８の可変低域側通過フィルタ６０１と同様、時分割動作制御部７６からの制御に基づき図１３のフィルタＡ又はフィルタＣを切替え可能であり、可変高域側通過フィルタ７０４は、図８の可変高域側通過フィルタ６０２と同様、時分割動作制御部７６からの制御に基づき図１３のフィルタＢ又はフィルタＤを切替え可能である。また、アップサンプラ６０２及び６０４は、入力ディジタル信号の各サンプル値の間に値０のサンプル値を補間することで、サンプリング周波数を２倍に変換する機能を有し、周波数変換器７５は、時分割動作制御部７６の制御に基づき入力信号を所定の周波数の信号に変換する機能を有し、インタポレータ７４は、図６（ｂ）と同じである。

本実施形態においては、図８のディジタル信号分波装置と同様、メモリ７３を使用することで図５及び図６における処理と同一処理を、時分割で実行することを特徴としている。即ち、入力ディジタル信号Ｓ４１及びＳ４２をメモリ７３に蓄積すると共に、帯域可変２合波フィルタバンク７２を、図５の２合波フィルタバンク４１と同じに構成して、デジタ信号Ｓ４１及びＳ４２を多重して、出力信号をメモリ７３に蓄積する。また、ディジタル信号Ｓ３６を使用する場合は、インタポレータ７４により信号Ｓ３６を処理し、一旦メモリ７３に蓄えた後、周波数変換器７５の周波数シフト量を図７に示す通りに設定して、インタポレータ７４で処理した信号をメモリ７３から読み出して周波数変換を行う。

並直列変換器７１は、複数の入力信号を直列に変換してメモリ７３に蓄積し、時分割動作制御部７６は、上記時分割処理のために、各部の制御を行う。なお、図９においては、帯域可変２合波フィルタバンク７２、インタポレータ７４、周波数変換器７５をそれぞれ１つだけ用意しているが、２つ以上であっても良い。

以上、ディジタル信号の分波及び／又は合波を時分割にて処理することで、少ない回路構成にてディジタル信号の分波及び／又は合波が可能となり、かつ、使用する信号の組合せの変更にも柔軟に対応できる。

本発明によるディジタル信号分波装置のブロック図である。 分波フィルタバンク部の構成図である。 周波数変換・デシメータ部の構成図である。 本発明によるディジタル信号合波装置のブロック図である。 合波フィルタバンク部の構成図である。 周波数変換・インタポレータ部の構成図である。 本発明によるディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置で使用可能な信号の関係を示す図である。 本発明によるディジタル信号分波装置の他の実施形態でのブロック図である。 本発明によるディジタル信号合波装置の他の実施形態でのブロック図である。 従来技術によるディジタル信号分波装置の構成図である。 従来技術によるディジタル信号合波装置の構成図である。 ２分波フィルタバンク及び２合波フィルタバンクの構成図である。 ２分波フィルタバンク及び２合波フィルタバンクで使用されるフィルタの周波数特性を示す図である。 従来技術による最大８個の信号処理を行うディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置における、各信号の周波数帯域の関係を示す図である。 従来技術による最大８個の信号処理を行うディジタル信号分波装置及びディジタル信号合波装置における、処理可能な信号と処理不可能な信号を説明する図である。

符号の説明

１ 分波フィルタバンク部
１１〜１７、８１〜８７ ２分波フィルタバンク
２ 周波数変換・デシメータ部
２１〜２３、５５〜５７、６３、７５ 周波数変換器
２４〜２７、６４ デシメータ
２０１、５０２ 低域側通過フィルタ
２０２、６０３、６０４ ダウンサンプラ
３ スイッチマトリックス部
４ 合波フィルタバンク部
４１〜４７、９１〜９７ ２分波フィルタバンク
４８ セレクタ
４９、７０５ 加算器
５ 周波数変換・インタポレータ部
５１〜５４ インタポレータ
５８、９８ セレクタ
５０１、７０２ アップサンプラ
６１ 帯域可変２分波フィルタバンク
６２、７３ メモリ
６５ 直並列変換器
６０１、７０３ 可変低域側通過フィルタ
６０２、７０４ 可変高域側通過フィルタ
６６、７６ 時分割動作制御部
７１ 並直列変換器
７２ 帯域可変２合波フィルタバンク
７４ インタポレータ

Claims (8)

1. 周波数多重された複数の信号からなる受信信号を多重分離して出力するディジタル信号分波装置であって、
   入力信号をろ波する１つ以上のフィルタと、各フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを備えている単位分波フィルタバンク、
   を多段接続した構成を含む分波フィルタバンク手段と、
   受信信号及び／又は各単位分波フィルタバンクの出力信号の少なくとも１つを入力とする周波数変換・デシメータ手段と、
   を有し、
   周波数変換・デシメータ手段は、入力信号の周波数をシフトして出力する入力信号毎の周波数変換手段と、各周波数変換手段の出力に１つ以上直列に接続されるデシメータ手段とを含み、
   デシメータ手段は、入力信号の帯域制限を行うフィルタと、フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを備えていること、
   を特徴とするディジタル信号分波装置。
2. 各単位分波フィルタバンクの出力信号及び／又は各デシメータ手段の出力信号から１つ以上を選択して出力するスイッチマトリクス手段を更に有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のディジタル信号分波装置。
3. 周波数変換手段における周波数シフト量が可変であることを特徴とする請求項１又は２に記載のディジタル信号分波装置。
4. 少なくとも周波数変換手段、デシメータ手段、単位分波フィルタバンクのいずれかが、各手段の入出力信号を記憶するメモリを用いて時分割処理により実現されていること、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のディジタル信号分波装置。
5. 周波数変換手段は、受信信号に含まれる複数の信号のうち、分波フィルタバンク手段の通過帯域を通過できない信号の１つを、後段に直列接続されたデシメータ手段の通過帯域内に入れるように周波数をシフトさせること、
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のディジタル信号分波装置。
6. 単位分波フィルタバンクは、
   入力信号をろ波する１つ又は２つのフィルタと、各フィルタの出力信号をダウンサンプリングして出力するダウンサンプラとを備えている２分波フィルタバンクであること、
   を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のディジタル信号分波装置。
7. 入力信号のサンプリング周波数をｆｓとし、０からｆｓにおいて互いに異なる通過帯域を持つ４種類のフィルタを、通過帯域の低い順に第１のフィルタ、第２のフィルタ、第３のフィルタ、第４のフィルタとした場合、
   ２分波フィルタバンクは、第１のフィルタ及び／又は第２のフィルタを備えた第１の２分波フィルタバンクと、第３のフィルタ及び／又は第４のフィルタを備えた第２の２分波フィルタバンクとに分類され、
   分波フィルタバンク手段における２分波フィルタバンクの多段接続は、
   第１のフィルタ又は第３のフィルタでろ波されダウンサンプリングされた信号を第１の２分波フィルタバンクに、第２のフィルタ又は第４のフィルタでろ波されダウンサンプリングされた信号を第２の２分波フィルタバンクに接続して構成され、
   各２分波フィルタバンク及びデシメータ手段のダウンサンプラは、サンプリング周波数を１／２にすること、
   を特徴とする請求項６に記載のディジタル信号分波装置。
8. 複数の入力信号を周波数多重して出力するディジタル信号合波装置であって、
   入力信号をアップサンプリングして出力する１つ以上のアップサンプラと、各アップサンプラの出力信号の不要成分を除去して出力するフィルタとを備えている単位合波フィルタバンク、
   を多段接続した構成を含む合波フィルタバンク手段と、
   単位合波フィルタバンクの出力信号のいずれかと加算する信号を、少なくとも１つ出力する周波数変換・インタポレータ手段と、
   を有し、
   周波数変換・インタポレータ手段は、１つ以上直列に接続されるインタポレータ手段と、最後のインタポレータ手段が出力する信号の周波数をシフトして出力する周波数変換手段との組合せを、出力信号の数だけ含み、
   インタポレータ手段は、入力信号をアップサンプリングして出力するアップサンプラと、アップサンプラの出力信号の不要信号成分を除去して出力するフィルタとを備えていること、
   を特徴とするディジタル信号合波装置。

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