JP2020194991A - 有線／無線混在通信システムのための送信器、受信器および有線／無線混在通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】通信システムの通信の信頼性を高めるために、冗長通信システムを簡素に実現させる送信器、受信器および有線／無線混在通信システムを提供する。【解決手段】共通の二次変調方式を採用する有線通信と無線通信を切り替える送信器であって、有線通信および無線通信における伝送信号に使用可能な符号化率と一次変調方式、並びに、有線通信専用の符号化率と一次変調方式を記憶するＭＣＳ記憶部と、有線通信専用の符号化率と一次変調方式による有線通信によって送信した伝送信号の信号品質情報を受信し、信号品質があらかじめ定められた信号品質よりも低くなった場合に、有線通信から無線通信に切り替える制御部を備え、有線通信専用の符号化率と一次変調方式の組み合わせは、無線通信に用いられる符号化率と一次変調方式の組み合わせよりも伝送信号に含まれるデータ情報の転送速度が速くなる符号化率と一次変調方式の組み合わせであることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は通信システムの通信の信頼性を高めるために、冗長通信システムを簡素に実現させることを目的とする。

従来の有線通信システムで高速伝送を行う場合には、Ethernet（登録商標）など専用の変復調方式を用いている。また、冗長性を確保するためには、伝送経路の異なる同等のシステムを２重に設置するか、通信速度を抑制した無線通信システムなどが設けられている。

例えば、特許文献１では、有線無線統合型終端装置を用いる構成が開示されている。有線無線統合型終端装置によって、無線アクセス方式と光ファイバ通信等の高速な有線アクセス方式とを融合させるので、それぞれの初期投資負担額が軽減されたアクセスシステムが実現される。また、ユーザの利便性が高いワイヤレス通信サービスと、高速な光通信サービスとの両者を、経済的に提供可能になる構成が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、無線及び有線の両ネットワーク接続を提供するハイブリッド無線／有線ＲｏＦ通信システムに関する技術が開示されている。当該システムは、有線イーサネット（登録商標）又はファイバ光有線ケーブルのような高速有線接続とともに、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのようなＭＩＭＯ技術による通信が可能な無線接続を提供するよう設計されている。

特開２００３−１１５８４２号公報 特表２０１１−５０３９３０号公報

例えば、有線の通信システムを2重に持つ場合には、コストの増加が避けられないうえに、冗長システムの経路長が異なる場合では、システム設計が複雑化するという課題がある。

また、特許文献１および２のように無線通信システムを用いて冗長性を確保する場合には、無線通信専用の変復調方式に対応したデバイスが必要となり、コストの増加が避けられないうえに、システム設計が複雑化するという課題がある。

さらに、特許文献１および２のように有線無線システムの両方を有していても、それぞれが異なる変復調方式を採用しているため、トランシーバの構成が複雑となるという課題がある。
そこで、本発明はこのような課題を解決する手段を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。
すなわち、請求項１に係る送信器の発明は、
共通の二次変調方式を採用する有線通信と無線通信を切り替える送信器であって、
前記有線通信および前記無線通信における伝送信号に使用可能な、符号化率と一次変調方式、並びに、有線通信専用の符号化率と一次変調方式を記憶するＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）記憶部と、
前記有線通信専用の符号化率と一次変調方式を含む符号化率と一次変調方式による前記有線通信によって送信した伝送信号の信号品質情報を受信し、前記信号品質情報によって示される信号品質があらかじめ定められた信号品質よりも低くなった場合に、前記有線通信から前記無線通信に切り替える制御情報を生成し、前記有線通信から前記無線通信に切り替える制御部を備え、
前記有線通信専用の符号化率と一次変調方式の組み合わせは、前記無線通信に用いられる符号化率と一次変調方式の組み合わせよりも前記伝送信号に含まれるデータ情報の転送速度が速くなる符号化率と一次変調方式の組み合わせであることを特徴とする。

上記構成によれば、無線信号の変復調信号に有線通信用の高多値数、高符号化率のＭＣＳを用意するだけで、大容量な有線通信システムと、その通信システムの通信状態が劣化した場合に、無線通信システムに切り替えることで冗長性を確保した信頼性の高い通信システムが可能となる。また、有線系で2つのシステムを用いた冗長システムよりも省スペース、軽量、コスト低減も可能となる。

上記課題を解決するために、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の送信器において、前記あらかじめ定められた信号品質は、前記送信器が設置された環境において前記無線通信を実施した場合のデータ情報の転送速度が最大となる信号品質であることを特徴とする。

上記構成によれば、有線通信によるデータ情報の転送速度が無線によるデータ情報の転送速度の最大値よりも下がった場合には、伝送路の劣化や断線の可能性も懸念されるので有線通信から無線通信に切り替えることで冗長性を確保した信頼性の高い通信システムが可能となる。

上記課題を解決するために、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の送信器において、前記あらかじめ定められた信号品質は、前記有線通信による前記伝送信号に対する肯定応答信号が無い状態であり、前記制御部は前記伝送信号に対する肯定応答信号が無い場合に前記有線通信から前記無線通信に切り替えることを特徴とする。

上記構成によれば、信号品質が高い有線通信ではデータ情報の転送速度を向上させるためには符号化率を１にすることも考えら得られるが、この場合にも肯定応答信号の有無によって、無線通信の継続と有線通信への切り替えを判断できるので、高転送速度を目指すとともに冗長性を確保した信頼性の高い通信システムが可能となる。

上記課題を解決するために、請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の送信器において、前記有線通信における信号品質が低下した場合には、前記有線通信専用ではない前記無線通信に用いられる符号化率と一次変調方式の組み合わせを使用して、前記有線通信を継続することを特徴とする。

上記構成によれば、何らかの原因で有線の伝送路の特性が低下した場合に無線通信に切り替えると、転送速度が大きく低下する場合があるが、有線通信を継続することで、高転送速度が期待できる無線通信における符号化率と一次変調方式の組み合わせを代替的に使用することが可能になる。

上記課題を解決するために、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の送信器において、前記有線通信時に、前記無線通信に用いられる符号化率と変調方式の組み合わせを使用している場合に、変調方式があらかじめ定められた変調方式よりも、データ情報の転送速度が下がる変調方式に変更される場合に前記有線通信から前記無線通信に切り替えることを特徴とする。

上記構成によれば、有線通信時に、無線通信に用いられる符号化率と変調方式の組み合わせを使用している場合において、符号化率を考慮してもデータ情報の転送速度が大きく低下することが予想される場合には、無線通信に切り替えることで、転送速度を維持しつつ冗長性を確保した信頼性の高い通信システムが可能となる。

上記課題を解決するために、請求項６に係る発明は、請求項１に記載の送信器において、前記信号品質は、前記伝送信号のＳＮＲまたは前記伝送信号に含まれる誤り検出符号によって検出された単位時間当たりの誤りの数であることを特徴とする。

上記構成によれば、伝送信号に含まれる誤り検出符号によって検出された単位時間当たりの誤りの数は、既存の回路を使用して容易にカウントすることが可能であるために、有線通信と無線通信の切り替えを行う構成を簡易に、低コストで実現することが可能になる。

上記課題を解決するために、請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の送信器において、前記二次変調方式はＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）であることを特徴とする

上記構成によれば、ＯＦＤＭに係わる適応変調を有線通信でも容易に実現することが可能になる。また、ＯＦＤＭに係わる市販のデバイスを使用可能であるので、簡易な構成で、低コストで送信器を実現することが可能になる。

上記課題を解決するために、請求項８に係る受信器の発明は、
共通の二次変調方式を採用する有線通信と無線通信を切り替える受信器であって、
前記有線通信および前記無線通信における伝送信号に使用可能な、符号化率と一次変調方式、並びに、有線通信専用の符号化率と一次変調方式を記憶するＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）記憶部と、
前記有線通信専用の符号化率と一次変調方式を含む符号化率と一次変調方式による前記有線通信によって送信された伝送信号の信号品質情報を生成し、前記信号品質情報を送信器に送信し、前記送信器からの制御情報に基づいて、前記有線通信から前記無線通信に切り替える制御部を備え、
前記有線通信専用の符号化率と一次変調方式の組み合わせは、前記無線通信に用いられる符号化率と一次変調方式の組み合わせよりも前記伝送信号に含まれるデータ情報の転送速度が速くなる符号化率と一次変調方式の組み合わせであることを特徴とする。

上記構成によれば、無線信号の変復調信号に有線通信用の高多値数、高符号化率のＭＣＳを用意するだけで、大容量な有線通信システムと、その通信システムの通信状態が劣化した場合に、無線通信システムに切り替えることで冗長性を確保した信頼性の高い通信システムが可能となる。また、有線系で2つのシステムを用いた冗長システムよりも省スペース、軽量、コスト低減も可能となる。

上記課題を解決するために、請求項９に係る発明は、請求項８に記載の受信器において前記信号品質情報は、前記受信器が設置された環境において前記無線通信を実施した場合のデータ情報の転送速度が最大となる信号品質であることを特徴とする。

上記構成によれば、有線通信によるデータ情報の転送速度が無線によるデータ情報の転送速度の最大値よりも下がった場合には、伝送路の劣化や断線の可能性も懸念されるので有線通信から無線通信に切り替えることで冗長性を確保した信頼性の高い通信システムが可能となる。

上記課題を解決するために、請求項１０に係る有線／無線混在通信システムは、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の送信器と、
請求項８または９に記載の受信器と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、無線信号の変復調信号に有線通信用の高多値数、高符号化率のＭＣＳを用意するだけで、大容量な有線通信システムと、その通信システムの通信状態が劣化した場合に、無線通信システムに切り替えることで冗長性を確保した信頼性の高い通信システムが可能となる。また、有線系で2つのシステムを用いた冗長システムよりも省スペース、軽量、コスト低減も可能となる。

本発明によれば、無線信号の変復調信号に有線通信用の高多値数、高符号化率のＭＣＳを用意するだけで、大容量な有線通信システムと、その通信システムの通信状態が劣化した場合に、無線通信システムに切り替えることで冗長性を確保した信頼性の高い通信システムが可能となる。また、有線系で2つのシステムを用いた冗長システムよりも省スペース、軽量、コスト低減も可能となる。

有線通信および無線通信混在システムの一例を示す図である。 有線通信および無線通信混在システムの送受信器の一例を示す図である。 有線通信時に送信する信号スペクトルの一例を示す図である。 無線通信時に送信する信号スペクトルの一例を示す図である。 有線通信時に送信する広帯域信号スペクトルの一例を示す図である。 ＥＶＭによる信号品質の比較イメージの一例を示す図である。（ａ）は正常時のＥＶＭのイメージであり、（ｂ）は異常時のＥＶＭのイメージである。 ＭＣＳの一例を示す図である。 ＭＣＳの他の一例を示す図である。 変調方式をパラメータにしたＳＮＲとＢＥＲの相関を示す図の一例である。

（有線通信および無線通信混在システムの特徴の概要）
宅内や車内などの短距離または極短距離の通信ではメタル線や光ファイバなどを用いて大容量通信が可能であるが、伝送路の断線時等には通信が不可能となり、通信を確保するための別の伝送経路などが必要となる。そこで本実施形態では一つの通信システムで有線通信システムと無線通信システムを実現する構成を開示する。

また、本実施形態では、無線通信システムでの変調方式を有線通信システムにも使用し、特別なデバイスの必要性またはデバイスの冗長性を排除することで簡易な構成で、コスト増加を抑制したシステムを実現する。

以下に、本実施形態の特徴の概略を説明する。

（有線通信システムと無線通信システムに同様の変復調方式を用いたシステム）
ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と高多値化を用いた変調方式は周波数利用効率の高い伝送方式として利用されている。無線通信方式ではＯＦＤＭのベースバンド信号を搬送波周波数に変換しＲＦ信号として用いているが、多値数の大きい変調方式には高いＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が要求され、無線通信方式でその変調方式が適用される範囲は限定的である。

一方、ＯＦＤＭ信号は有線通信システムにおいも使用が可能であり、特に伝送路において周囲のノイズの影響を受けない光通信システムでは高ＳＮＲを保ったまま伝送が可能となる。また、有線通信システムではＲＦ信号を用いる必要がないため、ベースバンド信号または周波数の低いＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を使用することが可能となる。さらに、光ファイバを用いた有線通信システムでは、伝送路である光ファイバが広帯域であるため、複数のＣＣ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を並べた広帯域な高多値化ＯＦＤＭを伝送可能である。例えば、図１に示す送信器および受信器に含まれるデバイスによって、大容量伝送が可能な有線通信システムと無線通信システムを併用するシステムの実現が可能となる（図１についての詳細は後述する）。

（有線通信システム専用に符号化率を最大にした変調方式を有するシステム）
無線信号は受信デバイスの受信状態の変化により、多値数および／または符号化率を変更する適応変調が用いられているが、有線通信システムでは無線通信システムのように大きな受信状態の変化がないことが想定される。そのため、有線通信システム用に高多値数および高符号化率となるようなＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）を用意することで、より高速で大容量伝送が可能な有線通信システムの実現が可能となる。

（有線通信システムの通信状態によって無線通信システムに切り替え可能なシステム）
有線信号の通信状態(信号品質)と無線通信の通信状態(信号品質)を通信開始時に記録する。有線信号の通信状態が無線通信の通信状態よりも劣化した場合に、有線通信システムから無線通信システムに切り替える機能を有することで、冗長性のある通信システムが実現可能となる。

上述の機能を有する本実施形態の特徴について、以下に詳細を説明する。

（有線／無線混在通信システムの概要）
図１に本実施形態に係わる有線通信および無線通信は混在する通信システムの概要について説明する。

図１に示すように、有線／無線混在通信システム１０００は、送信器１００ｓ、受信器１００ｒおよび伝送路２００を含んで構成される。なお、送信器１００ｓと受信器１００ｒの間ではＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）等の制御信号の送受信が行われるので、受信器１００ｒから送信器１００ｓへの信号の流れがあるが、図１では送信器１００ｓから受信器１００ｒに送信されるデータ情報の流れを概略的に示している。

図１の有線／無線混在通信システム１０００では、伝送路２００の伝送特性が良好な場合には有線通信で通信の実行を開始する。有線／無線混在通信システム１０００は二次変調方式にＯＦＤＭを採用しているので、制御部１００ｓでは入力されたデータをサブキャリア毎の信号に変換し、制御部１００ｓに記憶される符号化率および二次変調方式で信号処理を実行する。次に、ベースバンド回路部１２０ｓでベースバンド信号を生成する。スイッチ部１３０ｓは、有線通信を実行するために最初は発光素子１５０ｓにベースバンド信号を伝送する。伝送路２００を介して、受信器１００ｒの受光素子１５０ｒはベースバンド信号を受信し、スイッチ部１３０ｒはベースバンド信号をベースバンド回路部１２０ｒに入力する。ベースバンド回路部１２０ｒはサブキャリア毎の信号を生成し、制御部１００ｓではサブキャリア毎の信号を復調、復号および合成し、送信器１００ｓ入力されたデータに対応するデータを生成する。なお、伝送路２００の一例には光ファイバが挙げられる。本実施形態の説明においては、伝送路２００に光ファイバを用いた場合を主に説明する。

また、無線通信時には、高周波回路部１４０ｓ、１４０ｒ、および、アンテナ部ＡＮＴｓ、ＡＮＴｒを経由して送受信する。以下、各ブロックについて詳細に説明する。

送信器１００ｓは、制御部１１０ｓ、ベースバンド回路部１２０ｓ、スイッチ部１３０ｓ、高周波回路部１４０ｓ、発光素子１５０ｓおよびアンテナ部ＡＮＴｓを含んで構成される。

制御部１１０ｓには後述する符号化率と二次変調方式の組み合わせを示すＭＣＳを記憶するＭＣＳ記憶部（図２のＭＣＳ記憶部１１４）が含まれる。一次変調方式にＯＦＤＭを採用しているので、制御部１００ｓでは入力されたデータをサブキャリア毎の信号に変換し、制御部１００ｓに記憶される符号化率および二次変調方式で信号処理を実行する。制御部１１０ｓは符号化率および二次変調方式を信号品質によって自由に変更することが可能であるが、詳細は図２等を参照して後述する。

ベースバンド回路部１２０ｓは、入力されたデジタル信号を信号処理し、ベースバンド信号を生成する機能を有する。なお、ベースバンド回路部１２０ｓは、ベースバンド信号の中心周波数を設定する機能も有する。詳細は図２を参照して後述する。

スイッチ部１３０ｓは、入力されたベースバンド信号を無線送信するために高周波回路部１４０ｓに伝送するか、入力されたベースバンド信号を有線送信するために発光素子１５０ｓに伝送するかを切り替える機能を有する。前述したように、有線／無線混在通信システム１０００では、異常が発生していない場合には有線通信で通信の実行を開始する。また、有線通信による信号品質があらかじめ定められた信号品質を下回る場合に、有線通信を無線通信に切り替える機能を有する。詳細は図２を参照して後述する。

高周波回路部１４０ｓは、入力されたベースバンド信号から無線信号を生成する機能を有する。すなわち、高周波数の搬送波でベースバンド信号を搬送するように周波数を変換する機能を有する。また、無線信号の一例にはＯＦＤＭ信号が挙げられる。

発光素子１５０ｓは、ベースバンド信号を光信号に変換するための機能を有する。発光素子の周波数特性は、伝送路２００の周波数特性に整合する必要があり、ベースバンド信号を歪ませない特性が求められる。

伝送路２００は、本実施形態では周波数特性が高周波数まで平坦性を有する光ファイバを想定しているが、後述するように、信号帯域幅が狭い場合には同軸ケーブル等のメタル線を使用することも可能である。

受信器１００ｒは、受光素子１５０ｒ、アンテナ部ＡＮＴｒ、高周波回路部１４０ｒ、スイッチ部１３０ｒ、ベースバンド回路部１２０ｒおよび制御部１１０ｒを含んで構成される。

受光素子１５０ｒは、送信器１００ｓで生成された光信号としてのベースバンド信号を受信し、当該光信号を電気信号に変換してベースバンド信号を再生する機能を有する。

高周波回路部１４０ｒは、アンテナ部ＡＮＴｒを介して入力された無線信号から当該無線信号のベースバンド信号を生成する機能を有する。無線信号の一例にはＯＦＤＭ信号が挙げられる。

スイッチ部１３０ｒは、受光素子１５０ｒから出力されたベースバンド信号をベースバンド信号部１２０ｒに伝送するか、高周波回路部１４０ｒから出力されるベースバンド信号をベースバンド信号部１２０ｒに伝送するかを切り替える機能を有する。前述したように、有線／無線混在通信システム１０００では、異常が発生していない場合には有線通信で通信の実行を開始する。また、有線通信による信号品質があらかじめ定められた信号品質を下回る場合に、有線通信を無線通信に切り替える機能を有する。詳細は図２を参照して後述する。

ベースバンド回路部１２０ｒは、入力されたベースバンド信号を信号処理し、サブキャリア毎にデータ信号としてのデジタル信号を生成する機能を有する。

制御部１１０ｒには後述する符号化率と二次変調方式の組み合わせを示すＭＣＳを記憶するＭＣＳ記憶部（図２のＭＣＳ記憶部１１４）が含まれる。一次変調方式にＯＦＤＭを採用しているので、制御部１００ｒでは入力されたサブキャリア毎の信号に対して、制御部１１０ｒに記憶される符号化率および二次変調方式で信号処理を実行する。すなわち、サブキャリア毎に復調および復号を実行し、データを再生する。制御部１１０ｒは符号化率および二次変調方式を信号品質によって自由に変更することが可能であるが、詳細は図２等を参照して後述する。

なお、制御部１１０ｒは、入力された信号に誤り検出符号が含まれている場合には、誤り検出符号が示す誤りをカウントし、単位時間当たりの誤り数を記憶することができる。

（送受信器１００の詳細）
図２を用いて、図１の有線／無線混在通信システム１０００に使用されるデバイス構成の一例について説明する。図１においては、送信器１００ｓと受信器１００ｒを別々に説明したが、実際には、データ情報の送受信と制御情報の送受信が連続して実行されるために、データ情報の送信側の送信器１００ｓおよび受信側の受信器１００ｒのぞれぞれは、図２に示される送受信器１００として実現される。

例えば、データ情報の送信側の制御部１１０ｓおよびデータ情報の受信側の制御部１１０ｒは図２に示すように制御部１１０として1つのチップ構成で実現できる。また、例えば、データ情報の送信側のベースバンド回路部１２０ｓおよびデータ情報の受信側のベースバンド回路部１２０ｒは図２に示すようにベースバンド回路部１２０として1つのチップ構成で実現できる。さらに、データ情報の送信側の高周波回路部１４０ｓおよびデータ情報の受信側の高周波回路部１４０ｒは図２に示すように高周波回路部１４０として1つのチップ構成で実現できる。さらに、図２では示していないが、制御部１１０とベースバンド回路部１２０は1つのチップで構成できる。これらのチップは、ＯＦＤＭ変調方式で使用される汎用的なチップであり、本実施形態の無線または有線のために専用のチップを製造する必要はないので、コストを削減できるとともに、システムの構成を簡易に実現することが可能となる。

制御部１１０の送信部（図１の制御部１１０ｓが有する機能に該当する）はＳ／Ｐ（Ｓｅｒｉａｌ／Ｐａｒａｌｌｅｌ）変換部１１１ｓ、符号化部１１２ｓ、変調部１１３ｓを含んで構成される。

Ｓ／Ｐ変換部１１１ｓは、入力されたデータ情報または制御情報を示すデジタル信号から、ＯＦＤＭにおけるサブキャリアの数に対応する数のパラレル信号を生成する機能を有する。

符号化部１１２ｓは、各サブキャリアに対応するパラレル信号に誤り検出符号および／または誤り訂正符号等の冗長符号を付加して符号化パラレル信号を生成する。符号化率は、ＭＣＳ記憶部１１４に記憶されたＭＣＳインデックスに対応して決定される。例えば、符号化率が０．８０（４／５）の場合には、データ４ビットに対して冗長符号が１ビットの割合でデータフレームまたは制御フレームが構成される。符号化率は変調方式に対応してシステムが決定し、ＭＣＳ記憶部１１４に記憶される。また、符号化率は伝送された伝送信号の信号品質に対応して変化する。符号化率を決定する制御情報は制御部１１０ｒから伝送される。詳細は後述する。

変調部１１３ｓは、各符号化パラレル信号に対して、変調信号処理を実施し、変調パラレル信号を生成する。変調方式の一例には、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、６４ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ、１０２４ＱＡＭ等の変調方式が挙げられるがこれらに限定されるわけではない。変調方式は、ＭＣＳ記憶部１１４に記憶されたインデックスに対応して決定される。また、変調方式は伝送された伝送信号の信号品質に対応して変化する。変調方式を決定する制御情報は制御部１１０ｒから伝送される。詳細は後述する。

ＭＣＳ記憶部１１４に記憶されたＭＣＳの一例を図７に示す。図７はＩＥＥＥ８０２．１１ａｃのＭＣＳ（ＭＣＳインデックス１〜９）に有線専用のＭＣＳ（ＭＣＳインデックス１０）を追加した有線／無線混在通信システム１０００に使用されるＭＣＳである。ＭＣＳインデックス０は、変調方式がＢＰＳＫであり、符号化率が０．５であることを示している。また、ＭＣＳインデックス１０は、変調方式が１０２４ＱＡＭであり、符号化率が０．９５であることを示している。ＭＣＳインデックスの値が大きいほど伝送信号に含まれるデータ情報の転送レートは大きくなる。制御部１１０ｓはＭＣＳインデックスを決定し、ＭＣＳインデックスに基づいて、符号化率および変調方式を決定する。したがって、符号化部１１２ｓと変調部１１３ｓが異なるＭＣＳインデックスを採用することはないので、符号化率および変調方式の組み合わせはＭＣＳインデックスによってあらかじめ決まっている。

また、有線通信する場合には、ＭＣＳインデックス１０を使用して通信をしようとするが、有線通信の通信品質が悪い場合には、ＭＣＳインデックス９以下のＭＣＳを使用する場合もある。また、無線通信の通信品質が悪い場合にも、ＭＣＳインデックスが９以下の値を使用する場合がある。有線通信および無線通信の通信品質は制御部１１０ｒで判断される。

ベースバンド回路部１２０の送信部（図１のベースバンド回路部１２０ｓが有する機能に該当する）はＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部１２１ｓ、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）部１２２ｓを含んで構成される。

ＩＦＦＴ部１２１ｓは、各変調パラレル信号を逆フーリエ高速変換し、周波数領域から時間領域に情報を変換し、ＯＦＤＭ信号のデジタル化されたベースバンド信号を生成する。

なお、ＩＦＦＴ部１２１ｓはベースバンド信号の中心周波数を設定する機能を有する。例えば、図３は、有線通信時における伝送路２００を伝送する伝送信号のスペクトルを示すが、伝送信号の中心周波数は約１５０ＭＨｚであり、約１５０ＭＨｚという値はＩＦＦＴ部１２１ｓで設定される。また、図５は、有線通信時における伝送路２００を同時に伝送する３つのキャリアコンポーネントのスペクトルを示すが、各キャリアコンポーネントの中心周波数はＩＦＦＴ部１２１ｓで設定される。

ＤＡＣ部１２２ｓは、デジタル化されたベースバンド信号からアナログ信号としてのベースバンド信号を生成する機能を有する。したがって、伝送路２００を伝送するＯＦＤＭ信号はアナログ信号としてのベースバンド信号である。

スイッチ部１３０は、送信側のスイッチ部１３０ｓと受信側のスイッチ部１３０ｒとを含む。送信側のスイッチ部１３０ｓは、ベースバンド信号を伝送路２００によって有線通信する場合には、ベースバンド信号を発光素子１５０ｓに伝送する。また、スイッチ部１１３０ｓは、ベースバンド信号を搬送波によって高周波化して無線通信する場合には、ベースバンド信号を高周波回路部１４０に伝送する。有線通信と無線通信の切り替えは制御部１１０ｓで生成される制御信号（図示せず）をスイッチ部１３０が受信し、スイッチ部１３０によって制御される。

同様に、受信側のスイッチ部１３０ｒは、伝送路２００によって有線通信する場合には、受光素子１５０ｒによって受信したベースバンド信号をＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）部１２２ｒに伝送する。また、スイッチ部１３０ｒは、無線通信する場合には、高周波回路部１４０によって無線信号から生成されたベースバンド信号をＡＤＣ部１２２ｒに伝送する。有線通信と無線通信の切り替えは制御部１１０ｓで生成される制御信号（図示せず）によって制御される。なお、受光素子１５０ｒとスイッチ部１３０ｒとの間に増幅器１６０を設けて、伝送路２００で減衰したベースバンド信号を増幅する構成とすることもできる。

高周波回路部１４０は、オシレータ部１４５、乗算部１４１ｓ、１４１ｒ、バンドパスフィルタ部１４２ｓ、１４２ｒ、高周波増幅部１４３ｓ、１４３ｒ、および、サーキュレータ１４４ｓ、１４４ｒを含んで構成される。

オシレータ部１４５は、ベースバンド信号を伝送するための無線信号を生成し、および、無線信号からベースバンド信号を生成するための搬送波信号を生成する機能を有する。搬送波信号の周波数は、システムが任意の値に設定することが可能である。ただし、法律で搬送波信号の周波数が規制される場合には、規制された周波数に設定される。一例として図４では、無線送信時に送信する無線信号のスペクトルを示すが、搬送波信号の周波数は６ＧＨｚに設定されている。

乗算部１４１ｓは、ベースバンド信号を搬送波信号で乗算し、ベースバンド信号を搬送波信号によって高周波数化した無線信号を生成する機能を有する。

バンドパスフィルタ部１４２ｓは、乗算によって高周波数化されたベースバンド信号から不要な周波数成分を除去する機能を有する。

増幅部１４３ｓは、微弱な無線信号を増幅して、アンテナ部ＡＮＴを介して送信するために必要な電力を有する無線信号を生成する機能を有する。

サーキュレータ１４４ｓは、送信されるための所定の電力を有する無線信号を伝送し、アンテナ部ＡＮＴと増幅部１４３ｓとのアイソレーションを確保する機能を有する。同様に、サーキュレータ１４４ｒは、受信された無線信号を伝送し、アンテナ部ＡＮＴと増幅部１４３ｒとのアイソレーションを確保する機能を有する。

増幅部１４３ｒは、空間を伝搬することで減衰した無線信号を増幅し、後段における信号処理を容易化するために無線信号を増幅する機能を有する。

バンドパスフィルタ部１４２ｒは、増幅された無線信号から不要な周波数成分を除去する機能を有する。

乗算部１４１ｒは、無線信号を搬送波信号で乗算し、ベースバンド信号を生成する機能を有する。

受信側のスイッチ部１３０ｒは、上述したように、伝送路２００によって有線通信する場合には、受光素子１５０ｒによって受信したベースバンド信号をＡＤＣ部１２２ｒに伝送する。また、スイッチ部１３０ｒは、無線通信する場合には、高周波回路部１４０によって無線信号から生成されたベースバンド信号をＡＤＣ部１２２ｒに伝送する。

ベースバンド回路部１２０の受信部（図１のベースバンド回路部１２０ｒが有する機能に該当する）はＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部１２１ｒ、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）部１２２ｒを含んで構成される。

ＡＤＣ部１２２ｒは、アナログ信号としてのベースバンド信号から後段で信号処理をするためにデジタル化されたベースバンド信号を生成する機能を有する。

ＦＦＴ部１２１ｒは、ＯＦＤＭ信号のデジタル化されたベースバンド信号をフーリエ高速変換し、時間領域から周波数領域に情報を変換し、ＯＦＤＭ信号のサブキャリア毎に復調および復号されるべき信号をパラレルに生成する機能を有する。

制御部１１０の受信部（図１の制御部１１０ｒが有する機能に該当する）はＰ／Ｓ（Ｐａｒａｌｌｅｌ／Ｓｅｒｉａｌ）変換部１１１ｒ、復号部１１２ｒ、復調部１１３ｒを含んで構成される。

復調部１１３ｒは、サブキャリア毎の信号に対して、復調信号処理を実施し、復調パラレル信号を生成する機能を有する。復調方式は変調部１１３ｓで採用した変調方式に対応する。復調方式は、ＭＣＳ記憶部１１４に記憶されたインデックスに対応して決定される。

復号部１１２ｒは、各サブキャリアに対応するパラレル信号に付加された誤り検出符号および／または誤り訂正符号等の冗長符号を使用して復号処理を実施し、各サブキャリアの復号信号を生成する。

Ｐ／Ｓ変換部１１１ｓは、ＯＦＤＭにおけるサブキャリアの数に対応する数の復号信号から入力されたデータ情報または制御情報に対応するデジタル信号を生成する機能を有する。

なお、制御部１１０ｒは、入力された信号に誤り検出符号が含まれている場合には、誤り検出符号が示す誤りをカウントし、単位時間当たりの誤り数を記憶することができる。

例えば、制御部１１０ｒは、システムの電源投入時等の起動時、または、通信の開始時に、無線信号の信号品質および有線信号の通信品質を計測する。通信品質は、ＯＦＤＭ信号に含まれる誤り検出符号等の冗長符号によって検出されるデータ誤りの単位時間当たりのエラー数であることができる。または、伝送される信号のＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）やＳＮＲを制御部１１０ｒまたはベースバンド回路部１２０ｒが計測する構成とすることもできる。また、通信品質を計測するための信号は専用信号でもよいし、情報を有する伝送中のデータ信号を用いてもよい。

受信器１００ｒの制御部１１０ｒは、上述した信号品質を示す信号品質情報をデータ情報を送信した送信器１００ｓへ送信することが可能である。信号品質情報を受信した送信器１００ｓは、送信器１００ｓの制御部１１０ｓにおいて、信号品質を判定し、無線送信とするか無線送信とするか判断する情報を制御情報として生成し、送信器１００ｓの制御部１１０ｓから送信する。また、送信器１００ｓの制御部１１０ｓは判定した信号品質に基づいて使用するＭＣＳインデックスを決定する。決定されたＭＣＳインデックスは、制御情報として送信器１００ｓの制御部１１０ｓで使用されるとともに、送信器１００ｓの制御部１１０ｓから送信される。

図３は、有線送信時に送信する信号のスペクトルを示し、サブキャリア数は１２０１であり、変調方式は６４ＱＡＭであり、符号化率は２／３である。図３に示されるように１ＣＣ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の帯域幅は９０ＭＨｚとなっており、伝送路２００で使用する最高周波数は２００ＭＨｚ以下である。したがって、伝送路３００が光ファイバであれば図３に示すスペクトルを有する有線信号を全帯域にわたって良好に伝送することが可能である。

また、スペクトルの中心周波数は約１５０ＭＨｚに設定されており、これはＩＦＦＴ部１２１ｓにおいて設定されることができる。すなわち、スペクトルの中心周波数はスペクトルの帯域幅等を考慮してＩＦＦＴ部１２１ｓによって任意の値に設定することが可能である。

図４は、無線送信時に送信する無線信号のスペクトルを示し、図３と同様にサブキャリア数は１２０１であり、変調方式は６４ＱＡＭであり、符号化率は２／３である。図４に示されるように１ＣＣ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の帯域幅は図３の有線通信時と同様に９０ＭＨｚとなっている。図４では搬送波周波数が６ＧＨｚとなっているが、ベースバンド信号部分のスペクトルの利得は異なるが、図３に示すデータ情報と同一の情報を有するＯＦＤＭ信号のスペクトルである。また、搬送周波数はオシレータ１４５の周波数を変更することによって変更が可能である。

図５は、有線送信時に送信する信号のスペクトルの他の一例を示す。図５においては、データの伝送量を増やすために３つのＣＣを同時に伝送している。各ＣＣの帯域幅は図３の１ＣＣの有線通信時と同様に９０ＭＨｚとなっている。３つのＣＣの帯域幅は３００ＭＨｚであり、ＣＣ間の帯域幅は１５ＭＨｚとなっている。したがって、図５において向かって左側の低い周波数帯のＣＣの中心周波数は９５ＭＨｚであり、図５において向かって右側の高い周波数帯のＣＣの中心周波数は３０５ＭＨｚであり、真ん中のＣＣの中心周波数は２００ＭＨｚである。各ＣＣの中心周波数はＩＦＦＴ部１２１ｓにおいて設定されることができる。

図６は、６４ＱＡＭにおけるＥＶＭ（Ｅｒｒｏｒ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）による信号品質の比較イメージを示すコンスタレーションである。図６（ａ）では、各シンボル位置が相互に区別できるので、信号伝送が正常に実施されていることが予想される。しかし、図６（ｂ）では、各シンボル位置が相互に区別できないので、信号伝送が正常に実施されていないことが予想される。

図７は記憶部に記憶されるＭＣＳの一例である。図７はＩＥＥＥ８０２．１１ａｃで採用されるＭＣＳ（ＭＣＳインデックス１〜９）に本実施形態に係わる有線／無線混在通信システムの有線専用のＭＣＳ（ＭＣＳインデックス１０）を追加したＭＣＳである。ＭＣＳインデックスが大きくなるほど、各ＭＣＳインデックスに要求される信号品質（例えばＥＶＭ）は高くなる。また、同じ変調方式でも符号化率が高くなると誤り訂正に必要なビット数が減るために、要求される信号品質（ＥＶＭ）が高くなる。無線と異なり、信号の伝送路の品質が確保されている有線伝送路では、符号化率を極力高くすることで高速通信が可能になる。

上述したように、図７はＩＥＥＥ８０２．１１ａｃをベースに多値数と符号化率を高くしたＭＣＳを追加した例になる。有線から無線の切り替え判断をＡＣＫの応答の有無のみで行う場合には、符号化率は１でも可能である。ただし、有線伝送路が断線までには至らず伝送路の特性が劣化した場合には、信号の誤りを検出する必要があるため、図７では誤り検出用のビットのみを付与した高符号化率のＭＣＳインデックス１０を追加し有線専用としている。したがって、例えば、図７において、変調方式を１０２４ＱＡＭ、符号化率を１としたＭＣＳインデックス１１を追加することも可能である。

図８は、最新の移動体無線通信規格である５Ｇ−ＮＲのＭＣＳをベースに有線専用のＭＣＳインデックスス２を追加した例を示す。５Ｇ−ＮＲではすでに１０２０４ＱＡＭと高い符号化率が採用されているために、符号化率のみを高くしているが、伝送速度に大きな差がないため５Ｇ−ＮＲに関しては有線専用の符号化率を１とすることもできる。

図７や図８に示されるＭＣＳがＭＣＳ記憶部１１４に記憶され、当該ＭＣＳが制御部１１０の符号化部１１２ｓ、変調部１１３ｓ、復調部１１３ｒ、復号部１１２ｒなどで使用される。有線通信における信号品質が劣化した場合には、有線通信においても図７におけるＭＣＳインデックス８および９、図８におけるＭＣＳインデックス２０〜２７などのＭＣＳインデックスを使用する場合もある。一例として、有線通信における変調方式が６４ＱＡＭになった場合には、有線通信から無線通信に切り替える構成とすることもできる。また、上述したように、符号化率が１の場合には、ＡＣＫ応答が無い場合に有線通信から無線通信に切り替える構成とすることもできる。

上述したように、本実施形態の有線／無線混在通信システムによれば以下の機能を実現することが可能になる。
（１）（有線通信システムと無線通信システムに同様の変復調方式を用いたシステム）
二次変調方式としてＯＦＤＭを使用し、一変調方式として高多値化を用いた変調方式は周波数利用効率の高い伝送方式として利用されている。

ＯＦＤＭ信号は有線通信システムにおいも使用が可能であり、特に伝送路において周囲のノイズの影響を受けない光通信システムでは高ＳＮＲを保ったまま伝送が可能となる。また、有線通信システムではＲＦ信号を用いる必要がないため、ベースバンド信号または周波数の低いＩＦ信号を使用することが可能となる。さらに、光ファイバを用いた有線通信システムでは、伝送路である光ファイバが広帯域であるため、複数のＣＣを並べた広帯域な高多値化ＯＦＤＭを伝送可能である。

（２）（有線通信システム専用に符号化率を最大にした変調方式を有するシステム）
無線信号は受信デバイスの受信状態の変化により、多値数および／または符号化率を変更する適応変調が用いられているが、有線通信システムでは無線通信システムのように大きな受信状態の変化がないことが想定される。そのため、有線通信システム用に高多値数および高符号化率となるようなＭＣＳを用意することで、より高速で大容量伝送が可能な有線通信システムの実現が可能となる。

（３）（有線通信システムの通信状態によって無線通信システムに切り替え可能なシステム）
有線信号の通信状態(信号品質)と無線通信の通信状態(信号品質)を比較し、有線信号の通信状態が無線通信の通信状態よりも劣化した場合に、有線通信システムから無線通信システムに切り替える機能を有することで、冗長性のある通信システムが実現可能となる。

図９は、一次変調方式をパラメータとした、ＳＮＲとＢＥＲとの関係を示す。×は変調方式としてＱＰＳＫを採用した場合であり、△は変調方式として１６ＱＡＭを採用した場合であり、□は変調方式として６４ＱＡＭを採用した場合であり、◇は変調方式として２５６ＱＡＭを採用した場合であり、○は変調方式として１０２４ＱＡＭを採用した場合である。

同一の変調方式において、ＳＮＲが悪化すると、ＢＥＲも悪化することが図９からわかる。この場合には、符号化率を下げることにとって誤り訂正を強化してＢＥＲを向上させることができる。また、ＳＮＲが高いほど、高変調度の変調方式を採用できることが図９からわかる。なお、現状の通信システムではＳＮＲを４０ｄＢ以上確保することは相当の困難性を伴うので、変調方式として１０２４ＱＡＭを超える変調方式については図示していない。

（変形例）
本実施形態では、伝送路２００は周波数特性が高周波数まで平坦性を有する光ファイバを想定しているが、例えば、信号帯域幅が狭い場合には１００ＭＨｚ程度まで平坦性を有する同軸ケーブル等のメタル線を使用することも可能である。また光ファイバはプラスチック光ファイバなどを使用することも可能である。

実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

本発明は、通信システムの通信の信頼性を高めるために、冗長通信システムを簡素に実現させるための通信システムに用いて、極めて有用である。

１１０ｓ、１１０ｒ、１１０・・・制御部
１１１ｓ・・・Ｓ／Ｐ部
１１１ｒ・・・Ｐ／Ｓ部
１１２ｓ・・・符号化部
１１２ｒ・・・復号部
１１３ｓ・・・変調部
１１３ｒ・・・復調部
１２０ｓ、１２０ｒ、１２０・・・ベースバンド回路部
１２１ｓ・・・ＩＦＦＴ部
１２１ｒ・・・ＦＦＴ部
１２２ｓ・・・ＤＡＣ部
１２２ｒ・・・ＡＤＣ部
１３０ｓ、１３０ｒ、１３０・・・スイッチ部
１４０ｓ、１４０ｒ、１４０・・・高周波回路部
１４１ｓ、１４１ｒ・・・乗算器
１４２ｓ、１４２ｒ・・・バンドパスフィルタ
１４３ｓ、１４３ｒ、１６０・・・増幅器
１５０ｒ・・・受光素子
１５０ｓ・・・発光素子
１０００・・・有線／無線混在通信システム
ＡＮＴｓ、ＡＮＴｒ、ＡＮＴ・・・アンテナ部

Claims (10)

1. 共通の二次変調方式を採用する有線通信と無線通信を切り替える送信器であって、
   前記有線通信および前記無線通信における伝送信号に使用可能な、符号化率と一次変調方式、並びに、有線通信専用の符号化率と一次変調方式を記憶するＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）記憶部と、
   前記有線通信専用の符号化率と一次変調方式を含む符号化率と一次変調方式による前記有線通信によって送信した伝送信号の信号品質情報を受信し、前記信号品質情報によって示される信号品質があらかじめ定められた信号品質よりも低くなった場合に、前記有線通信から前記無線通信に切り替える制御情報を生成し、前記有線通信から前記無線通信に切り替える制御部を備え、
   前記有線通信専用の符号化率と一次変調方式の組み合わせは、前記無線通信に用いられる符号化率と一次変調方式の組み合わせよりも前記伝送信号に含まれるデータ情報の転送速度が速くなる符号化率と一次変調方式の組み合わせであることを特徴とする送信器。
2. 前記あらかじめ定められた信号品質は、前記送信器が設置された環境において前記無線通信を実施した場合のデータ情報の転送速度が最大となる信号品質であることを特徴とする請求項１に記載の送信器。
3. 前記あらかじめ定められた信号品質は、前記有線通信による前記伝送信号に対する肯定応答信号が無い状態であり、前記制御部は前記伝送信号に対する肯定応答信号が無い場合に前記有線通信から前記無線通信に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の送信器。
4. 前記有線通信における信号品質が低下した場合には、前記有線通信専用ではない前記無線通信に用いられる符号化率と一次変調方式の組み合わせを使用して、前記有線通信を継続することを特徴とする請求項１または２に記載の送信器。
5. 前記有線通信時に、前記無線通信に用いられる符号化率と変調方式の組み合わせを使用している場合に、変調方式があらかじめ定められた変調方式よりも、データ情報の転送速度が下がる変調方式に変更される場合に前記有線通信から前記無線通信に切り替えることを特徴とする請求項４に記載の送信器。
6. 前記信号品質は、前記伝送信号のＳＮＲまたは前記伝送信号に含まれる誤り検出符号によって検出された単位時間当たりの誤りの数であることを特徴とする請求項１に記載の送信器。
7. 前記二次変調方式はＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の送信器。
8. 共通の二次変調方式を採用する有線通信と無線通信を切り替える受信器であって、
   前記有線通信および前記無線通信における伝送信号に使用可能な、符号化率と一次変調方式、並びに、有線通信専用の符号化率と一次変調方式を記憶するＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）記憶部と、
   前記有線通信専用の符号化率と一次変調方式を含む符号化率と一次変調方式による前記有線通信によって送信された伝送信号の信号品質情報を生成し、前記信号品質情報を送信器に送信し、前記送信器からの制御情報に基づいて、前記有線通信から前記無線通信に切り替える制御部を備え、
   前記有線通信専用の符号化率と一次変調方式の組み合わせは、前記無線通信に用いられる符号化率と一次変調方式の組み合わせよりも前記伝送信号に含まれるデータ情報の転送速度が速くなる符号化率と一次変調方式の組み合わせであることを特徴とする受信器。
9. 前記信号品質情報は、前記受信器が設置された環境において前記無線通信を実施した場合のデータ情報の転送速度が最大となる信号品質であることを特徴とする請求項８に記載の受信器。
10. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の送信器と、
    請求項８または９に記載の受信器と、を備えることを特徴とする有線／無線混在通信システム。