JP2018067794A - 受信装置 - Google Patents

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章 松下
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勝彦 山中
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Abstract

【課題】AGCの調整範囲を考慮して、復調対象の複数のキャリアの全体またはキャリア毎に柔軟に電力調整することができる受信装置を提供することを目的とする。【解決手段】周波数変換部と、各キャリアの受信レベルに応じて電力調整して復調器に入力する自動利得制御回路を含む復調部とを備え、周波数変換部に、周波数多重信号の電力を一括して調整する全体電力調整回路と、周波数多重信号の各キャリアの電力を個別に調整するキャリア電力調整手段とを備え、自動利得制御回路で検出される各キャリアの受信レベル値が自動利得制御回路の調整範囲の上限を上回るまたは調整範囲内または調整範囲の下限を下回ることを示す判定結果に応じて、全体電力調整回路に対して周波数多重信号の電力を一括して制御する第1の制御信号を出力し、キャリア電力調整手段に対して各キャリアの電力を個別に制御する第2の制御信号を出力する制御手段を備える。【選択図】 図1

Description

本発明は、無線通信または有線通信に用いられるディジタル通信システムにおいて、周波数軸上に分散配置された複数のキャリアを用いて伝送された周波数多重信号を受信し、受信信号を復調器で処理できるベースバンドなどの周波数帯域に周波数変換しかつ電力調整を行う受信装置に関する。
ディジタル通信システムの受信装置では、周波数変換装置を用いて受信信号を復調器で処理できるベースバンドなどの周波数帯域に周波数変換し、復調対象のキャリアをフィルタで抽出して復調する。
アンライセンスバンドやライセンスバンドなど、いろいろな周波数帯域の信号が稠密に配置されている場合、それらの信号を光ファイバで伝送する光ファイバ無線(ROF)、衛星通信や地上無線中継網など、基地局が受信対象のキャリアだけでなく、自らが送信キャリアの折り返し信号を受信する場合、光ファイバにおける波長分割多重伝送(WDM)などでは、受信装置の受信信号には復調対象以外のキャリアが多数含まれるため、復調対象の周波数帯域の信号のみをフィルタで抽出して復調する。
ディジタル通信システムで使用する周波数帯域は、伝送路の状況により散在する場合がある。例えば、無線通信において使用する周波数帯域は、以下の状況が発生する。
(1) ライセンスバンドにおいて、無線局免許を取得する際に、割当を希望する総帯域幅に対して連続した未割当帯域がない場合。
(2) ライセンスバンドにおいて、複数の周波数帯域を割り当てられて運用を行っていたが、高速通信が必要になり、複数帯域を束ねて使用する場合。
(3) 他事業者が所有する無線中継器が有する帯域を借用する際に、必要な帯域幅に対して連続した未使用帯域がない場合。
(4) アンライセンスバンドにおいて、周波数稠密環境のため、空いている帯域を選択して使用する場合。
このように、複数の異なる周波数帯域に複数のキャリアを配置して同時に送受信、もしくは複数のキャリアの中から必要に応じて選択して受信する場合がある。
図5は、マルチキャリア伝送を行う従来の受信装置の構成例を示す(非特許文献1)。 図5において、受信装置は、周波数変換部100と復調部200により構成される。周波数変換部100および復調部200は、非特許文献1におけるIF−CONV(IFコンバータ)およびモデムモジュールに相当する。
復調部200は、バンドパスフィルタ(BPF)21、減衰器22、増幅器23、キャリア毎の受信レベルに応じて所定の出力電力に自動制御する自動利得制御回路(AGC)24、復調器25から構成される。復調器25は、複数のキャリアを復調するために複数の復調器を有する構成、または復調器をシンボルレートよりも高速動作させ、1つの復調器を時分割で使用して複数のキャリアを復調する構成のいずれでもよい。図5の構成は時分割で使用する構成を想定している。
周波数変換部100は、復調器25の入力電力が復調器25で規定する入力電力範囲になるように、受信信号の帯域制限を行うバンドパスフィルタ(BPF)11、減衰器12、増幅器13、復調器25の入力周波数帯域と受信周波数帯域(RF)が異なる場合に、受信信号を周波数変換する周波数変換回路14を備える。
周波数変換回路14は、局部発振器と乗算器を用い、使用する伝送帯域を変更する場合でも、周波数変換に用いる局部発振器の発振周波数を変更することで柔軟に対応できる構成になっている。なお、この周波数変換回路14の構成は一例であり、周波数変換回路14を複数有することで、RFから中間周波数(IF)を経由して所望の周波数帯域に変換する構成が一般的である。
山下,阿部,小林,"偏波無追尾衛星通信用VPFDMモデムモジュールの開発と特性評価",電子情報通信学会技術研究報告SAT,衛星通信108(149),7-12,2008-07-17
図5(2) に示すように、復調対象のキャリアが複数箇所に散在している場合、復調対象のキャリアの隣接帯域に存在するキャリアもBPF11の通過帯域内に含まれるため、隣接帯域のキャリアの受信電力の分も復調部200へ入力される。特に、周波数を稠密に使用している場合、隣接帯域の電力が増大するため、復調部200への入力電力が増大し、復調部200の増幅器が飽和し、伝送特性が劣化する場合がある。
また、それぞれのキャリアの送信機が異なる場合、もしくは伝送路に周波数特性がある場合、図5(2) に示すようにキャリア毎に受信レベルが異なる。復調部200内でキャリア毎に自動で電力を調整するAGC24を備えるが、AGC24の調整範囲内と調整範囲外のキャリアが共存する場合は、周波数変換部100で出力電力を調整することになる。しかしながら、AGC24の調整範囲の上限を上回るキャリアと、調整範囲の下限を下回るキャリアが共存する場合に調整ができず、受信特性が劣化する。
本発明は、AGCの調整範囲を考慮して、復調対象の複数のキャリアの全体またはキャリア毎に柔軟に電力調整することができる受信装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、周波数軸上に分散配置された複数のキャリアの周波数多重信号を受信し、該周波数多重信号を復調器で処理する周波数帯域に変換する周波数変換回路を含む周波数変換部と、周波数変換された周波数多重信号の各キャリアの受信レベルに応じて電力調整して復調器に入力する自動利得制御回路を含む復調部とを備えた受信装置において、周波数変換部に、周波数多重信号の電力を一括して調整する全体電力調整回路を備え、自動利得制御回路で検出される各キャリアの受信レベル値が自動利得制御回路の調整範囲の上限を上回るまたは調整範囲内または調整範囲の下限を下回ることを示す判定結果に応じて、全体電力調整回路に対して周波数多重信号の電力を一括して制御する第1の制御信号を出力する制御手段を備える。
第2の発明は、周波数軸上に分散配置された複数のキャリアの周波数多重信号を受信し、該周波数多重信号を復調器で処理する周波数帯域に変換する周波数変換回路を含む周波数変換部と、周波数変換された周波数多重信号の各キャリアの受信レベルに応じて電力調整して復調器に入力する自動利得制御回路を含む復調部とを備えた受信装置において、周波数変換部に、周波数多重信号の各キャリアの電力を個別に調整するキャリア電力調整手段を備え、自動利得制御回路で検出される各キャリアの受信レベル値が自動利得制御回路の調整範囲の上限を上回るまたは調整範囲内または調整範囲の下限を下回ることを示す判定結果に応じて、キャリア電力調整手段に対して各キャリアの電力を個別に制御する第2の制御信号を出力する制御手段を備える。
第3の発明は、周波数軸上に分散配置された複数のキャリアの周波数多重信号を受信し、該周波数多重信号を復調器で処理する周波数帯域に変換する周波数変換回路を含む周波数変換部と、周波数変換された周波数多重信号の各キャリアの受信レベルに応じて電力調整して復調器に入力する自動利得制御回路を含む復調部とを備えた受信装置において、周波数変換部に、周波数多重信号の電力を一括して調整する全体電力調整回路と、周波数多重信号の各キャリアの電力を個別に調整するキャリア電力調整手段とを備え、自動利得制御回路で検出される各キャリアの受信レベル値が自動利得制御回路の調整範囲の上限を上回るまたは調整範囲内または調整範囲の下限を下回ることを示す判定結果に応じて、全体電力調整回路に対して周波数多重信号の電力を一括して制御する第1の制御信号を出力し、キャリア電力調整手段に対して各キャリアの電力を個別に制御する第2の制御信号を出力する制御手段を備える。
第1または第3の発明の受信装置において、制御手段は、各キャリアの少なくとも1つの受信レベル値が調整範囲の下限を下回る場合に、周波数多重信号の電力を一括して規定値から上げる制御を行う第1の制御信号を出力する。また、制御手段は、各キャリアの少なくとも1つの受信レベル値が調整範囲の上限を上回る場合、または各キャリアの受信レベル値が調整範囲の下限を下回るキャリアと調整範囲の上限を上回るキャリアが混在する場合に、周波数多重信号の電力を一括して規定値から下げる制御を行う第1の制御信号を出力する。
第2または第3の発明の受信装置において、制御手段は、各キャリアの受信レベル値のうち調整範囲の下限を下回るキャリアの電力を規定値から上げる制御を行い、調整範囲の上限を上回るキャリアの電力を規定値から下げる制御を行う第2の制御信号を出力する。
第2または第3の発明の受信装置において、キャリア電力調整手段は、周波数多重信号からフィルタを用いて復調器における復調対象のキャリアを選択し、その選択したキャリアごとに電力調整を行って加算する構成である。
第2または第3の発明の受信装置において、キャリア電力調整手段は、周波数多重信号をフーリエ変換し、第2の制御信号に応じたフィルタ係数を用いて復調器における復調対象のキャリアの選択と電力調整を行って加算し、逆フーリエ変換して出力する構成である。
本発明は、復調対象の複数のキャリアの全体、またはそれぞれ抽出したキャリアごとに柔軟に電力調整することができるので、受信特性を改善することができる。
本発明の実施例1の受信装置の構成例を示す図である。 キャリアフィルタの通過帯域を示す図である。 本発明の実施例2の受信装置の構成例を示す図である。 抽出フィルタにおけるキャリアの周波数シフト例を示す図である。 従来の受信装置の構成例を示す図である。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1の受信装置の構成例を示す。
図1において、受信装置は、周波数変換部10と復調部20により構成される。周波数変換部10は、バンドパスフィルタ(BPF)11、可変減衰器および増幅器からなる全体電力調整回路15、局部発振器および乗算器からなる周波数変換回路14、復調対象のキャリアを選択して電力調整するキャリア電力調整回路16−1〜16−nおよびキャリアフィルタ17−1〜17−n、信号通過回路18、復調対象のキャリアを選択加算して出力する選択加算回路19により構成される。
なお、キャリア電力調整回路16−1〜16−nおよびキャリアフィルタ17−1〜17−nは、図2(1) に示すように復調対象のキャリア毎に抽出して電力調整する構成と、図2(2) に示すように復調対象の複数のキャリアをまとめて抽出して電力調整する構成がある。キャリアフィルタ17−1〜17−nの後段にキャリア電力調整回路16−1〜16−nを配置する回路構成でもよい。
復調部20は、バンドパスフィルタ(BPF)21、減衰器22、増幅器23、自動利得制御回路(AGC)24、復調器25、AGC24で検出される復調対象の各キャリアの受信レベル値に応じた制御信号を生成する制御信号生成回路26により構成される。制御信号生成回路26で生成される制御信号は、周波数変換部10の全体電力調整回路15にフィードバックし、さらにキャリア電力調整回路16−1〜16−nにフィードバックし、復調部20におけるAGC24の調整範囲の上限を上回るキャリアまたは調整範囲の下限を下回るキャリアの電力調整を行う。復調器25は、複数のキャリアを復調するために複数の復調器を有する構成、または復調器をシンボルレートよりも高速動作させ、1つの復調器を時分割で使用して複数のキャリアを復調する構成のいずれでもよい。図1の構成は時分割で使用する構成を想定している。
AGC24は、キャリア毎に受信レベル値が調整範囲にあるか否かを判定し、例えば受信レベル値が調整範囲の下限を下回れば(1,0)、調整範囲内であれば(0,0)、調整範囲の上限を上回れば(0,1)を出力する。制御信号生成回路26は、各キャリアの受信レベル値に対する2ビットの判定出力の論理和(OR)を計算する。
(1) ORの結果が(1,0)となるときは、各キャリアの受信レベル値が調整範囲の下限を下回る(1,0)もしくは調整範囲内(0,0)である。すなわち、各キャリアの受信レベル値の少なくとも1つが調整範囲の下限を下回れば、全体電力調整回路15の出力電力を規定値から上げる制御信号が生成される。
(2) ORの結果が(0,1)となるときは、各キャリアの受信レベル値が調整範囲の上限を上回る(0,1)もしくは調整範囲内(0,0)である。すなわち、各キャリアの受信レベル値の少なくとも1つが調整範囲の上限を上回れば、全体電力調整回路15の出力電力を規定値から下げる制御信号が生成される。
(3) ORの結果が(0,0)となるときは、各キャリアの受信レベル値が調整範囲内(0,0)であるので、全体電力調整回路15の出力電力を規定値のままとする制御信号が生成される。ただし、復調部20のAGC24の増幅範囲に余裕を持たせるために、全体電力調整回路15の出力電力を規定値から下げる制御信号を生成してもよい。
(4) ORの結果が(1,1)となるときは、各キャリアの受信レベル値が調整範囲の下限を下回る(1,0)、調整範囲内(0,0)、調整範囲の上限を上回る(0,1)が混在していることになる。ここで、調整範囲の上限を上回るキャリアが存在すると、AGC24の制御が飽和する可能性があるため、全体電力調整回路15の出力電力を規定値から下げる制御信号が生成される。
このような制御信号生成回路26の制御信号により、周波数変換部10の全体電力調整回路15で電力調整を行い、AGC24で各キャリアの受信レベル値を検出して再調整するフィードバック構成をとる。全体電力調整回路15における出力電力の電力調整値がフィードバック回路のループゲインになる。電力調整値を可変( 0.1dB〜1dBなどの範囲を有する)にすると、フィードバック回路の収束速度を調整できる。また、外部からの設定や回線割当情報により全体電力調整回路15を可変制御する必要がない場合は、電力調整値を固定にしてもよい。
キャリア電力調整回路16−1〜16−nおよびキャリアフィルタ17−1〜17−nは、復調対象の各キャリアを抽出し、レベル調整して出力する。これにより、復調部20に入力される信号を復調対象のキャリアのみ、もしくはキャリアフィルタの特性により復調対象に近接するキャリアの一部が漏れ込む分のみとなり、復調部20への入力電力を制限できる。
キャリア電力調整回路16−1〜16−nは、全体電力調整回路15と同じく、AGC24のキャリア毎の受信レベル検出出力や、回線割当情報、手動設定により制御信号生成回路26から制御する。回線割当情報は、あらかじめ使用する帯域を指定するプリアサイン、および使用する帯域を動的に変更するデマンドアサインがある。該当する帯域において受信電力が高すぎる、または低すぎる事が事前に分かっている場合は、手動で電力を設定してもよい。
キャリア電力調整回路16−1〜16−nのキャリア電力制御例を以下に示す。
(1) AGC24で検出される受信レベル値が調整範囲の下限を下回る(1,0)を示すキャリアiに対し、このキャリアiを通過させるキャリアフィルタ17−iの前段のキャリア電力調整回路16−iで出力電力を規定値から上げる制御を行う。
(2) AGC24で検出される受信レベル値が調整範囲の上限を上回る(0,1)を示すキャリアjに対し、このキャリアjを通過させるキャリアフィルタ17−jの前段のキャリア電力調整回路16−jで出力電力を規定値から下げる制御を行う。
(3) AGC24で検出される受信レベル値が調整範囲内(0,0)を示すキャリアkに対し、このキャリアkを通過させるキャリアフィルタ17−kの前段のキャリア電力調整回路16−kで出力電力を調整しない。
このような制御信号生成回路26の制御信号により、各キャリアの受信レベル値に対して、全体電力調整回路15と同じくフィードバック制御を行う。また、全体電力調整回路15と同じく、各キャリアの出力電力の調整値は可変もしくは固定とし、この値がフィードバック回路のループゲインになる。また、可変の場合は収束速度の調整ができる。
外部からの設定や回線割当情報により可変にする必要がない場合は、調整値を固定にしてもよい。また、0/1ではなく、0.2 ,0.7 のような中間値を設け、出力電力の調整値と乗算する制御により柔軟な調整を行ってもよい。
また、復調対象でないキャリアxに対しては、キャリア電力調整回路16−xの電力を「0」にすれば、該当するキャリアフィルタ17−xの帯域の信号の出力を制限できる。あるいは、選択加算回路19で復調対象のキャリアのみを選択して加算出力しても同様である。
また、復調対象のキャリアの電力を調整する場合は、選択加算回路19で信号通過回路18の出力を選択しない。一方、復調対象のキャリアの電力を調整せず、全体電力調整回路15の機能のみとする場合は、選択加算回路19で、全体電力調整回路15および周波数変換回路14から信号通過回路18に入力する信号を選択して出力する。この場合、信号通過回路18に電力調整機能を付加することにより、全体電力調整回路15の代わりとすることも可能である。
(実施例2)
図3は、本発明の実施例2の受信装置の構成例を示す。
実施例2の特徴は、実施例1のキャリア電力調整回路16−1〜16−nおよびキャリアフィルタ17−1〜17−nと、信号通過回路18の代わりに、フーリエ変換器(FFT)31、抽出フィルタ32−1〜32−n,33、選択加算回路34、逆フーリエ変換器(IFFT)35を用い、フーリエ変換により周波数軸上の信号に変換した受信信号を処理する。制御信号生成回路26から出力される制御信号は抽出フィルタ係数生成回路36に入力され、各抽出フィルタ32−1〜32−n,33のフィルタ係数を生成する。その他の構成は、実施例1と同様である。
抽出フィルタ係数生成回路36では、制御信号生成回路26の制御信号に応じてキャリアを抽出するフィルタ係数を生成し、周波数軸上の受信信号に対して乗算すれば、実施例1のキャリアフィルタ17−1〜17−nと同等の機能を得る。
また、フィルタ係数全体をa倍して乗算すれば、電力調整もできる。倍数“a”は、実施例1のキャリア電力調整回路16−1〜16−nの調整値と同じであり、調整値を可変にすれば、フィードバック制御の収束速度を調整できる。
さらに、抽出フィルタ33のフィルタ係数として、全帯域もしくはキャリアが存在する帯域を“1”に設定することにより、実施例1の信号通過回路18と同等の機能を実現できる。また、抽出フィルタ33で電力調整する場合は、“1”以外の適切な値のフィルタ係数を設定すればよい。
また、復調部20の処理帯域幅よりも周波数変換部10の処理帯域幅が広い場合、図4に示すように、復調部20の処理帯域幅を越える範囲に配置されたキャリアを抽出し、復調部20の処理帯域幅に収まるように抽出フィルタ32−1〜32−nでキャリアを周波数シフトして加算することもできる。
また、フーリエ変換から逆フーリエ変換の部分は、オーバーラップ加算の構成であってもよい。
10,100 周波数変換部
11 バンドパスフィルタ(BPF)
12 減衰器
13 増幅器
14 周波数変換回路
15 全体電力調整回路
16 キャリア電力調整回路
17 キャリアフィルタ
18 信号通過回路
19 選択加算回路
20,200 復調部
21 バンドパスフィルタ(BPF)
22 減衰器
23 増幅器
24 自動利得制御回路(AGC)
25 復調器
26 制御信号生成回路
31 フーリエ変換器(FFT)
32,33 抽出フィルタ
34 選択加算回路
35 逆フーリエ変換器(IFFT)
36 抽出フィルタ係数生成回路

Claims (8)

  1. 周波数軸上に分散配置された複数のキャリアの周波数多重信号を受信し、該周波数多重信号を復調器で処理する周波数帯域に変換する周波数変換回路を含む周波数変換部と、
    周波数変換された周波数多重信号の各キャリアの受信レベルに応じて電力調整して前記復調器に入力する自動利得制御回路を含む復調部と
    を備えた受信装置において、
    前記周波数変換部に、前記周波数多重信号の電力を一括して調整する全体電力調整回路を備え、
    前記自動利得制御回路で検出される前記各キャリアの受信レベル値が前記自動利得制御回路の調整範囲の上限を上回るまたは調整範囲内または調整範囲の下限を下回ることを示す判定結果に応じて、前記全体電力調整回路に対して前記周波数多重信号の電力を一括して制御する第1の制御信号を出力する制御手段を備えた
    ことを特徴とする受信装置。
  2. 周波数軸上に分散配置された複数のキャリアの周波数多重信号を受信し、該周波数多重信号を復調器で処理する周波数帯域に変換する周波数変換回路を含む周波数変換部と、
    周波数変換された周波数多重信号の各キャリアの受信レベルに応じて電力調整して前記復調器に入力する自動利得制御回路を含む復調部と
    を備えた受信装置において、
    前記周波数変換部に、前記周波数多重信号の各キャリアの電力を個別に調整するキャリア電力調整手段を備え、
    前記自動利得制御回路で検出される前記各キャリアの受信レベル値が前記自動利得制御回路の調整範囲の上限を上回るまたは調整範囲内または調整範囲の下限を下回ることを示す判定結果に応じて、前記キャリア電力調整手段に対して前記各キャリアの電力を個別に制御する第2の制御信号を出力する制御手段を備えた
    ことを特徴とする受信装置。
  3. 周波数軸上に分散配置された複数のキャリアの周波数多重信号を受信し、該周波数多重信号を復調器で処理する周波数帯域に変換する周波数変換回路を含む周波数変換部と、
    周波数変換された周波数多重信号の各キャリアの受信レベルに応じて電力調整して前記復調器に入力する自動利得制御回路を含む復調部と
    を備えた受信装置において、
    前記周波数変換部に、前記周波数多重信号の電力を一括して調整する全体電力調整回路と、前記周波数多重信号の各キャリアの電力を個別に調整するキャリア電力調整手段とを備え、
    前記自動利得制御回路で検出される前記各キャリアの受信レベル値が前記自動利得制御回路の調整範囲の上限を上回るまたは調整範囲内または調整範囲の下限を下回ることを示す判定結果に応じて、前記全体電力調整回路に対して前記周波数多重信号の電力を一括して制御する第1の制御信号を出力し、前記キャリア電力調整手段に対して前記各キャリアの電力を個別に制御する第2の制御信号を出力する制御手段を備えた
    ことを特徴とする受信装置。
  4. 請求項1または請求項3に記載の受信装置において、
    前記制御手段は、前記各キャリアの少なくとも1つの受信レベル値が前記調整範囲の下限を下回る場合に、前記周波数多重信号の電力を一括して規定値から上げる制御を行う前記第1の制御信号を出力する
    ことを特徴とする受信装置。
  5. 請求項1または請求項3に記載の受信装置において、
    前記制御手段は、前記各キャリアの少なくとも1つの受信レベル値が前記調整範囲の上限を上回る場合、または前記各キャリアの受信レベル値が前記調整範囲の下限を下回るキャリアと前記調整範囲の上限を上回るキャリアが混在する場合に、前記周波数多重信号の電力を一括して規定値から下げる制御を行う前記第1の制御信号を出力する
    ことを特徴とする受信装置。
  6. 請求項2または請求項3に記載の受信装置において、
    前記制御手段は、前記各キャリアの受信レベル値のうち前記調整範囲の下限を下回るキャリアの電力を規定値から上げる制御を行い、前記調整範囲の上限を上回るキャリアの電力を規定値から下げる制御を行う前記第2の制御信号を出力する
    ことを特徴とする受信装置。
  7. 請求項2または請求項3に記載の受信装置において、
    前記キャリア電力調整手段は、前記周波数多重信号からフィルタを用いて前記復調器における復調対象のキャリアを選択し、その選択したキャリアごとに電力調整を行って加算する構成である
    ことを特徴とする受信装置。
  8. 請求項2または請求項3に記載の受信装置において、
    前記キャリア電力調整手段は、前記周波数多重信号をフーリエ変換し、前記第2の制御信号に応じたフィルタ係数を用いて前記復調器における復調対象のキャリアの選択と電力調整を行って加算し、逆フーリエ変換して出力する構成である
    ことを特徴とする受信装置。
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