JP3565160B2 - 交差偏波間干渉補償回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交する２つの偏波を用いて伝送を行う両偏波伝送方式に関し、特に、両偏波間の交差偏波間干渉成分を除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルマイクロ波通信装置においては、周波数利用効率を上げるため電波の直交する２つの偏波面、垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）を用いて信号の伝送を行う両偏波伝送方式が用いられている。この方式においてはＶ偏波とＨ偏波が同じ周波数を使用するため、アンテナや空間の偏波面の直交性にずれがある場合Ｖ偏波からＨ偏波あるいはＨ偏波からＶ偏波への信号の漏れ込みが発生する。
【０００３】
この漏れ込みは交差偏波間干渉と呼ばれ、信号の伝送品質に悪影響を与える。特に両偏波伝送方式とＱＡＭなどの多値変復調方式を併用している場合は影響が顕著であるため、通常交差偏波間干渉補償器（ＸＰＩＣ：Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）を用いた干渉成分除去を行う。なお、ＸＰＩＣの詳細については、例えば特開２０００−１６５３３９号公報等に開示されている。
【０００４】
ＸＰＩＣにおいて対象とする偏波を自偏波、またそれと直交するように偏波された電波を異偏波と定義するが、受信側において異偏波からの干渉を補償するためには、異偏波より受け渡されるＸＰＩＣ参照信号と自偏波信号との位相関係が、異偏波側干渉を受けるＲＦ段階での異偏波と自偏波の位相関係と同一でなければならない。
【０００５】
この条件を満たすための自偏波と異偏波の局部発信（ローカル）周波数の設定として、送信ローカル同期方式と受信ローカル同期方式の２方式が存在する。復調器のキャリア再生として準同期方式を用いる場合には、ハードウェア構成で相性がよい受信ローカル同期方式が用いられる場合が多い。受信ローカル同期方式に関しては例えば特開昭６３−２２２５３４号公報に開示されている。
【０００６】
この受信ローカル同期方式には、自偏波の受信器と異偏波の受信器とが１つのローカル発信器を共用する共通ローカル方式と、自偏波の受信器と異偏波の受信器とがローカル発振器を独立に保有しローカル発振器のリファレンス信号を共用する共通リファレンス方式の２方式が存在する。
【０００７】
共通ローカル方式では回路構成が簡単になる反面、ローカル発振器の機器故障の場合に両偏波の信号が同時に断となる可能性があり、共通リファレンス方式では逆に回路構成が複雑な分ローカル発振器の機器故障に対してその影響を片偏波に抑えることができる。
【０００８】
そのため電波利用効率に対する要求が厳しく、無線周波数での予備回線をＶ偏波とＨ偏波の両偏波で一つしかとれない場合には、リファレンス同期方式を用いて冗長性の高い構成とする場合が多い。
【０００９】
図５は、従来のリファレンス同期を用いた受信ローカル同期方式の復調システムを示すブロック図である。図５において、Ｖ／Ｈの送信データ信号は、端子１／１’から変調器１１／１１’にそれぞれ入力され、変調を受けた送信ＩＦ信号は、送信器１２／１２’でＲＦ信号に周波数変換され送信アンテナ１３／１３’から放射される。
【００１０】
Ｖ偏波の受信系において、Ｖ偏波送信器１２から送信された送信信号１００とＨ偏波送信器１２’から送信されＶ偏波へ漏れ込んだ干渉信号１０１’は、空間上で結合され受信アンテナ１４にＶ偏波受信信号として入力する。Ｖ偏波受信信号は、共通リファレンス発振器１７に同期する受信ローカル発振器１６よりの受信ローカル信号を入力とする受信器１５で周波数変換され、Ｖ偏波受信ＩＦ信号１０２となる。
【００１１】
同様にＨ偏波の受信系において、Ｈ偏波送信器１２’から送信された送信信号１００’とＶ偏波送信器１２から送信されＨ偏波へ漏れ込んだ干渉信号１０１は、空間上で結合され受信アンテナ１４’にＨ偏波受信信号として入力する。Ｈ偏波受信ＲＦ信号は、共通リファレンス発振器１７に同期する受信ローカル発振器１６’よりのローカル信号を入力とする受信器１５’で周波数変換され、Ｈ偏波受信ＩＦ信号１０２’となる。
【００１２】
Ｖ偏波の復調系において、復調器１８はＶ偏波受信ＩＦ信号１０２を復調し、更にＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’をＸＰＩＣ参照信号として交差偏波干渉を行い、最終的に復調及び干渉除去を行った受信データ信号を端子２から出力する。同様にＨ偏波の復調系において、復調器１８’はＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’を復調し、更にＶ偏波受信ＩＦ信号１０２をＸＰＩＣ参照ＩＦ信号として交差偏波間干渉補償を行い、最終的に復調及び干渉除去を行った復調データ信号を端子２’から出力する。
【００１３】
次に、図６を用いて従来の復調器の詳細を説明する。端子３から入力した自偏波のＩＦ信号は、一次キャリア発振器２１の出力である一次キャリア信号１１１を用いて乗算器２２で周波数変換され、その後低域ろ波器２３で高調波成分を除去され、さらにＡ／Ｄ変換器２４で量子化されデジタル信号に変換される。
【００１４】
このデジタル信号と数値演算制御発振器（ＮＣＯ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２５で生成した二次キャリア信号１１２とを無限移相器（ＥＰＳ：Ｅｎｄｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｒ）２６に入力し周波数変換を行い、ベースバンド信号を復調する。キャリア同期制御器２７は、判定回路２９で生成した誤差信号を元に位相制御信号を作成し、ＮＣＯ２５で発生する二次キャリア信号の周波数制御を行う。
【００１５】
また端子４から入力した異偏波のＩＦ信号は自偏波側と共通の一次キャリア信号１１１を用いて乗算器２２’で周波数変換され、その後低域ろ波器２３’で高調波成分を除去され、Ａ／Ｄ変換器２４’で量子化されデジタル信号に変換される。このデジタル信号は更に自偏波側と共通のＮＣＯ２５で生成した二次キャリアと共に無限移相器２６’に入力し、周波数変換されてＸＰＩＣ参照信号となる。
【００１６】
このＸＰＩＣ参照信号とタップ係数制御回路３１で生成されたＸＰＩＣのタップ係数とがトランスバーサルフィルタ３０の入力となり、空間で受けた異偏波からの干渉成分の複製信号が生成される。そして、自偏波ベースバンド信号から異偏波干渉成分の複製信号を加算器２８で取り除くことにより交差偏波干渉除去を行うことができる。
【００１７】
このように、交差偏波間干渉の除去を行うためにはＸＰＩＣ回路にて空間で受けた交差偏波間干渉成分の複製信号を作る必要がある。そのためには交差偏波間干渉が発生するＲＦ段での自偏波送信信号１００と異偏波干渉信号１０１との位相関係が、干渉除去を行うベースバンド段での自偏波ベースバンド信号１０３とベースバンドＸＰＩＣ参照信号１０４との位相関係と同一でなければならない。
【００１８】
この条件を実現するため、従来、ローカル発振器のリファレンス信号及び一次キャリア信号、二次キャリア信号を共通とすることで両者の周波数関係を同一とし、更に残った位相関係をＸＰＩＣで補償している。
【００１９】
次に、以上説明した従来の受信ローカル同期のＸＰＩＣ動作について数式を用いて説明する。
【００２０】
まず送信系に関して以下の信号を定義する。
Ｖ偏波のベースバンド信号：Ｖ（ｔ）＝ＶＰ（ｔ）＋ｊＶＱ（ｔ）、
（ＶＰ（ｔ）：Ｐｃｈ成分、ＶＱ（ｔ）：Ｑｃｈ成分）
Ｈ偏波のベースバンド信号：Ｈ（ｔ）＝ＨＰ（ｔ）＋ｊＨＱ（ｔ）、
（ＨＰ（ｔ）：Ｐｃｈ成分、ＨＱ（ｔ）：Ｑｃｈ成分）
Ｖ偏波送信キャリア：ｃｏｓ（ωＶＴｔ＋θＶＴ）、
（ωＶＴ：Ｖ偏波の送信キャリア周波数、θＶＴ：Ｖ偏波の送信キャリア位相）
Ｈ偏波送信キャリア：ｃｏｓ（ωＨＴｔ＋θＨＴ）、
（ωＨＴ：Ｈ偏波の送信キャリア周波数、θＨＴ：Ｈ偏波の送信キャリア位相）。
【００２１】
このときＶ偏波及びＨ偏波の送信ＲＦ信号、ＶＴＸ（ｔ）及びＨＴＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
【００２２】
各偏波の送信ＲＦ信号が空間上でＨ偏波→Ｖ偏波に係数αＶ及びＶ偏波→Ｈ偏波に係数αＨの関係で結合すると仮定すると、Ｖ偏波及びＨ偏波の受信ＲＦ信号、ＶＲＸ（ｔ）及びＨＲＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
ＶＲＸ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（ωＶＴｔ＋θＶＴ））＋αＶ・Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（ωＨＴｔ＋θＨＴ））］
ＨＲＸ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（ωＨＴｔ＋θＨＴ））＋αＨ・Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（ωＶＴｔ＋θＶＴ））］。
【００２３】
それぞれの受信ＲＦ信号は、受信器において以下の受信ローカル信号により周波数変換される。なお共通のリファレンス信号に同期しているためそれぞれのローカル信号の周波数は同一で位相のみが独立である。
Ｖ偏波の受信ローカル信号：ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＶＲ）、
（ωＲ：受信ローカル周波数、θＶＲ：Ｖ偏波の受信ローカル位相）
Ｈ偏波の受信ローカル信号：ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＨＲ）、
（θＨＲ：Ｈ偏波の受信ローカル位相）。
【００２４】
ここでＶ偏波を自偏波とし、自偏波に着目して展開を行う。自偏波の受信器を通過した受信ＩＦ信号ＶＩＦ（ｔ）及び異偏波の受信器を通過したＸＰＩＣ参照信号ＶＩＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
ＶＩＦ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＶＴ−ωＲ）ｔ＋（θＶＴ−θＶＲ）））＋αＶ・Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＲ）ｔ＋（θＨＴ−θＶＲ）））］
ＶＩＸ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＲ）ｔ＋（θＨＴ−θＨＲ）））＋αＨ・Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＶＴ−ωＲ）ｔ＋（θＶＴ−θＨＲ）））］。
【００２５】
復調器１８においては、受信ＩＦ信号の周波数成分及び位相成分に内部の発振器の発振周波数を合わせる同期操作を行うため、受信ＩＦ周波数と復調器内部の発振周波数は等しくなり以下の式が成立する。
（ωＶＴ−ωＲ）＝（ωＤ１＋ωＤ ２）、
（ωＤ１：受信一次キャリア周波数、ωＤ２：受信二次キャリア周波数）
（θＶＴ−θＶＲ）＝（θＤ１＋θＤ２）、
（θＤ１：受信一次キャリア位相、θＤ２：受信二次キャリア位相）。
【００２６】
受信ＩＦ信号に対して復調操作の終わった受信ベースバンド信号ＶＢＢ（ｔ）は、以下の式で表すことができる。
【００２７】
またＸＰＩＣ内トランスバーサルフィルタの入力となるベースバンドＸＰＩＣ参照信号ＶＢＸ（ｔ）は、以下の式で表すことができる。
【００２８】
ところでＸＰＩＣは、参照信号をもとに受信ベースバンド信号に存在する交差偏波干渉成分（受信ベースバンド信号の第２項）の複製信号を作るよう働くので、ＸＰＩＣが理想的に動作した場合はＸＰＩＣ複製信号ＶＸ ＰＩＣ（ｔ）及びＸＰＩＣ応答は以下の式で表すことができる。
【００２９】
加算器２８で、受信ベースバンド信号とＸＰＩＣ複製信号が加算されることにより、ベースバンド信号ＶＯ（ｔ）は交差偏波干渉成分が除去され以下の式で表すことができる。
ＶＯ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）−αＶ・αＨ・Ｖ（ｔ）。
【００３０】
ベースバンド信号の第２項は符号間干渉成分となるが通常αＶとαＨは１より小さいためその成分は無視する事ができる。またαＶとαＨが無視できないような場合では、等化器を併用することによりその符号間干渉成分を取り除くことができる。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常ＲＦ段で使用されるローカル発振器は位相雑音成分が大きく、周波数項を一定と考えた場合に位相項に時間変動成分が発生する。受信リファレンス同期方式ではＶ偏波とＨ偏波で異なるローカル発振器を使用しているため、共通リファレンス発振器を用いることにより発振周波数については両者を一定にすることは可能であるが、それぞれのローカル発振器で発生する位相雑音成分は独立であり、Ｖ偏波とＨ偏波のローカル位相差成分にも時間的変動項が残ってしまう。
【００３２】
この様な状況でＸＰＩＣが正常に動作するためには、ＸＰＩＣは単に交差偏波干渉成分：αＶの複製を作るだけでなく、同時に時間的に変動するローカル位相差：ｅｘｐ（ｊ（θＨＲ−θＶＲ））に追随する動きも要求される。
【００３３】
ところがＸＰＩＣはトランスバーサルフィルタで構成されているため、時間的変動がない位相差に対しては複製信号を作ることができるが、時間的に早く変動する位相差に対して追随して十分な複製信号を作ることができない。これはタップ係数制御回路への要求されるダイナミック特性に対して、回路が十分に対応できないからである。また位相差への追随特性はトランスバーサルフィルタのタップ係数が大きくなればそれだけ劣化するので、交差偏波干渉が大きくなればそれだけ追随特性の劣化が大きくなる。
【００３４】
したがって、従来使用されている受信リファレンス同期式のＸＰＩＣシステムは、ローカル発振器の位相雑音成分の増加によって交差偏波干渉補償能力が劣化するという問題がある。
【００３５】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、受信リファレンス同期方式のＸＰＩＣにおける自偏波と異偏波のローカル位相雑音による交差偏波間干渉補償特性の劣化を防止する手段を提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
交差偏波間干渉補償回路（ＸＰＩＣ：Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）にて交差偏波間干渉の除去を行うためには、干渉が発生するＲＦ段での自偏波送信信号と異偏波干渉信号との位相関係が、干渉除去を行うベースバンド段での自偏波ベースバンド信号とベースバンドＸＰＩＣ参照信号との位相関係と同一でなければならない。
【００３７】
そこで本発明の交差偏波間干渉補償回路では、互いに直交する偏波のそれぞれの受信ローカル発振器で発生する位相関係を検出するローカル位相差検出器と、該ローカル位相差検出器で検出した位相差を補償する無限移相器（ＥＰＳ：Ｅｎｄｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｒ）を装備し、ＲＦ段での自偏波送信信号と異偏波干渉信号との位相関係と干渉除去を行うベースバンド段での自偏波ベースバンド信号とベースバンドＸＰＩＣ参照信号との位相関係とが同一となるように、ＸＰＩＣに入力する以前にＸＰＩＣ参照信号に存在する位相及び位相雑音成分を補償したことを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示すリファレンス同期を用いた受信ローカル同期方式の送受信システムのブロック構成図である。図１において、Ｖ／Ｈの送信データ信号は端子１／１’から変調器１１／１１’にそれぞれ入力され、変調を受けた送信ＩＦ信号は送信器１２／１２’でＲＦ信号に周波数変換され送信アンテナ１３／１３’から放射される。
【００３９】
Ｖ偏波の受信系において、Ｖ偏波送信器１２から送信された送信信号１００とＨ偏波送信器１２’から送信されＶ偏波へ漏れ込んだ干渉信号１０１’は、空間上で結合され受信アンテナ１４にＶ偏波受信信号として入力する。Ｖ偏波受信信号は、共通リファレンス発振器１７に同期する受信ローカル発振器１６よりの受信ローカル信号を入力とする受信器１５で周波数変換されＶ偏波受信ＩＦ信号１０２となる。
【００４０】
同様にＨ偏波の受信系において、Ｈ偏波送信器１２’から送信された送信信号１００’とＶ偏波送信器１２から送信されＶ偏波へ漏れ込んだ干渉信号１０１は、空間上で結合され受信アンテナ１４’にＨ偏波受信信号として入力する。Ｈ偏波受信信号は、共通リファレンス発振器１７に同期する受信ローカル発振器１６’よりのローカル信号を入力とする受信器１５’で周波数変換されＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’となる。
【００４１】
また、ローカル位相差検出器１９はＶ偏波及びＨ偏波の受信ローカル発振器１６，１６’からの受信ローカル信号を入力とし、内蔵されたＰＬＬ回路で両信号の位相差を検出し、ＥＰＳ制御信号１０３，１０３’を出力する。
【００４２】
Ｖ偏波の復調系において、復調器１８はＶ偏波受信ＩＦ信号１０２を復調する。またＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’は乗算器で周波数変換された後ＥＰＳ２０に入力され、ローカル位相差検出器１９で検出した位相差を補償するよう位相回転が施される。このＥＰＳ２０の出力信号をＸＰＩＣ参照信号として交差偏波間干渉補償を行い最終的に復調及び干渉補償を行った復調データ信号を端子２から出力する。
【００４３】
同様にＨ偏波の復調系において、復調器１８’はＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’を復調する。またＶ偏波受信ＩＦ信号１０２は乗算器で周波数変換された後ＥＰＳ２０’に入力され、ローカル位相差検出器１９で検出した位相差を補償するよう位相回転が施される。このＥＰＳ２０’の出力信号をＸＰＩＣ参照信号として交差偏波間干渉補償を行い最終的に復調及び干渉補償を行った復調データ信号を端子２’から出力する。
【００４４】
次に図２を用いて本発明の復調器１８，１８’の詳細を説明する。
【００４５】
端子３から入力した自偏波のＩＦ信号は、一次キャリア発振器２１の出力である一次キャリア信号１１１を用いて乗算器２２で周波数変換され、その後低域ろ波器２３で高調波成分を除去され、さらにＡ／Ｄ変換器２４で量子化されデジタル信号に変換される。
【００４６】
このデジタル信号と数値演算制御発振器（ＮＣＯ）２５で生成した二次キャリア信号１１２とを無限移相器２６に入力し周波数変換を行いベースバンド信号を復調する。キャリア同期制御器２７は判定器２９で生成した誤差信号を元に位相制御信号を作成し、ＮＣＯ２５で発生する二次キャリア信号の周波数制御を行う。
【００４７】
また端子４から入力した異偏波の受信ＩＦ信号は自偏波側と共通の一次キャリア信号１１１を用いて乗算器２２’で周波数変換され、その後低域ろ波器２３’で高調波成分を除去され、Ａ／Ｄ変換器２４’で量子化されデジタル信号に変換される。
【００４８】
このデジタル信号は、ＥＰＳ制御信号１０３に基づき位相回転を与える無限移相器２０に入力され、受信ローカル発振器１６、１６’で独立に発生する位相雑音成分の差分が除去される。このデジタル信号は更に自偏波側と共通のＮＣＯ２５で生成した二次キャリア信号１１２と共に無限移相器２６’に入力し、周波数変換されてＸＰＩＣ参照ベースバンド信号となる。
【００４９】
このＸＰＩＣ参照ベースバンド信号とタップ係数制御器３１で生成されたＸＰＩＣのタップ係数とがトランスバーサルフィルタ３０の入力となり、空間で受けた異偏波からの干渉成分の複製信号が生成される。自偏波ベースバンド信号から異偏波干渉成分の複製信号を加算器２８で取り除くことにより交差偏波干渉除去を行うことができる。
【００５０】
図３は、本発明で用いるローカル位相差検出器１９の詳細を示すブロック図である。
【００５１】
図３において、端子７及び７’に入力するＶ偏波及びＨ偏波の受信ローカル信号を乗算器５１に入力し、その乗算結果を低域ろ波器５２を通過させることにより高調波成分を除去し、周波数差成分を導出する。この信号をＡ／Ｄ変換器５３でデジタル信号に変換した後、内蔵されたＮＣＯ５６で生成したローカル位相差信号と位相比較器５４で位相比較を行い、ＮＣＯ５６の発振周波数を制御する。
【００５２】
この結果、ＮＣＯ５６の出力であるローカル位相差信号はＶ偏波とＨ偏波の受信ローカル信号位相の差分成分に同期し、Ｖ偏波の無限移相器２０に対してＮＣＯの発振周波数に応じたＥＰＳ制御信号１０３を端子８より出力する。またＨ偏波の無限移相器２０’に対してはＥＰＳ制御信号１０３の位相回転方向を反転させた信号１０３’を端子８’より出力する。
【００５３】
次に、本発明のＸＰＩＣシステムの動作について数式を用いて詳細に説明する。なお説明に当たって以下の信号を定義する。
Ｖ偏波のベースバンド信号：Ｖ（ｔ）＝ＶＰ（ｔ）＋ｊＶＱ（ｔ）、
（ＶＰ（ｔ）：Ｐｃｈ成分、ＶＱ（ｔ）：Ｑｃｈ成分）
Ｈ偏波のベースバンド信号：Ｈ（ｔ）＝ＨＰ（ｔ）＋ｊＨＱ（ｔ）、
（ＨＰ（ｔ）：Ｐｃｈ成分、ＨＱ（ｔ）：Ｑｃｈ成分）
Ｖ偏波送信キャリア：ｃｏｓ（ωＶＴｔ＋θＶＴ）、
（ωＶＴ：Ｖ偏波の送信キャリア周波数、θＶＴ：Ｖ偏波の送信キャリア位相）
Ｈ偏波送信キャリア：ｃｏｓ（ωＨＴｔ＋θＨＴ）、
（ωＨＴ：Ｈ偏波の送信キャリア周波数、θＨＴ：Ｈ偏波の送信キャリア位相）。
【００５４】
このときＶ偏波及びＨ偏波の送信信号ＶＴＸ（ｔ）及びＨＴＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
【００５５】
各偏波の送信信号が空間上でＨ偏波→Ｖ偏波に係数αＶ及びＶ偏波→Ｈ偏波に係数αＨの関係で結合すると仮定すると、Ｖ偏波及びＨ偏波の受信ＲＦ信号ＶＲＸ（ｔ）及びＨＲＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。なおこの結合量αＶ及びαＨが交差偏波間干渉に相当する。
【００５６】
それぞれの受信ＲＦ信号は、受信器において以下の受信ローカル信号により周波数変換される。なお共通のリファレンス信号に同期しているためそれぞれのローカル信号の周波数は同一で位相のみが独立である。
Ｖ偏波の受信ローカル信号：ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＶＲ）、
（ωＲ：受信ローカル周波数、θＶＲ：Ｖ偏波の受信ローカル位相）
Ｈ偏波の受信ローカル信号：ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＨＲ）、
（θＨＲ：Ｈ偏波の受信ローカル位相）。
【００５７】
ここでＶ偏波を自偏波とし、自偏波に着目して展開を行う。自偏波の受信器を通過した受信ＩＦ信号ＶＩＦ（ｔ）及び異偏波の受信器を通過したＸＰＩＣ参照ＩＦ信号ＶＩＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
ＶＩＦ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＶＴ−ωＲ）ｔ＋（θＶＴ−θＶＲ）））＋αＶ・Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＲ）ｔ＋（θＨＴ−θＶＲ）））］
ＶＩＸ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＲ）ｔ＋（θＨＴ−θＨＲ）））＋αＨ・Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＶＴ−ωＲ）ｔ＋（θＶＴ−θＨＲ）））］。
【００５８】
復調器１８においては受信ＩＦ信号のキャリア周波数成分に内部の発振器の発振周波数を合わせるキャリア同期再生を行うため、受信ＩＦ周波数と復調器内部の発振周波数は等しくなり以下の式が成立する。
（ωＶＴ−ωＲ）＝（ωＤ１＋ωＤ ２）、
（ωＤ１：受信一次キャリア周波数、ωＤ２：受信二次キャリア周波数）
（θＶＴ−θＶＲ）＝（θＤ１＋θＤ２）、
（θＤ１：受信一次キャリア位相、θＤ２：受信二次キャリア位相）。
【００５９】
受信ＩＦ信号に対して復調操作の終わった受信ベースバンド信号ＶＢＢ（ｔ）は、以下の式で表すことができる。
【００６０】
またローカル位相差検出器１９は、内蔵のＰＬＬ回路でローカル位相差信号を生成する。本回路で生成されるローカル位相差信号は、ｅｘｐ（ｊ（θＨＲ−θＶＲ））で表される。
【００６１】
上記ローカル位相差信号を元にＥＰＳ回路２０で位相差の補償を行った結果、本発明のベースバンドＸＰＩＣ参照信号ＶＢＸ（ｔ）は、以下の式で表すことができる。
【００６２】
ベースバンドＸＰＩＣ参照信号を使用してＸＰＩＣが理想的に動作した場合はＸＰＩＣ複製信号ＶＸ ＰＩＣ（ｔ）及びＸＰＩＣ応答は以下の式で表すことができる。
ＶＸ ＰＩＣ（ｔ）＝ｒｅａｌ［−αＶ・Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＶＴ）ｔ＋（θＨＴ−θＶＴ）））］−αＶ・αＨ・Ｖ（ｔ）
ＸＰＩＣ応答：−αＶ
本発明のＸＰＩＣ応答と上記従来のＸＰＩＣ応答を比較すると、従来含まれていた時間変動を伴うローカル位相差成分ｅｘｐ（ｊ（θＨＲ−θＶＲ））が除かれていることが分かる。
【００６３】
ＸＰＩＣは一般に二次元のトランスバーサルフィルタで構成されているため、位相成分を付加することは問題ない。ところがこの位相成分が時間的に変動する場合には、位相成分の変動に追随してトランスバーサルフィルタのタップ係数を調整しなければならない。このタップ係数は交差偏波間干渉量の増加に伴い大きくなるため、位相調整もそれだけ困難になる。
【００６４】
このため、従来のＸＰＩＣでは位相雑音成分の増加に伴い交差偏波間干渉補償特性が劣化していたが、本発明のＸＰＩＣでは、位相差成分の時間変動は別途設けられた無限移相器２０，２０’で補償されるため、ＸＰＩＣ応答の時定数は交差偏波間干渉の時間変動成分に応じて最適に設定することができる。
【００６５】
図４は、本発明の他の実施形態を示す交差偏波間干渉補償回路ブロック図である。本実施の形態は、図１に示した実施形態から、受信ローカル信号用の共通リファレンス発振器１７を取り除いた構成となっている。
【００６６】
本実施の形態では、無限移相器４１は位相雑音のみでなく各受信ローカルの周波数差まで追随する能力が要求されるが、Ｖ偏波及びＨ偏波のローカル発振器が独立に発振することにより回路構成の簡単化をはかることができる。またＶ偏波とＨ偏波の独立性を高めることにより、片偏波の保守を行う際や障害発生時の対応が簡単化される。
【００６７】
なおこの実施の形態においても、基本的な動作は図１で説明した実施の形態と同様であり、相違点は無限移相器３０の機能が位相差追随から周波数差追随に拡張されることのみである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の受信リファレンス同期方式のＸＰＩＣにおいて問題となった自偏波と異偏波のローカル位相雑音によるＸＰＩＣ特性の劣化を防止することができる。
【００６９】
また、リファレンス発振器をＶ偏波とＨ偏波で独立とすることにより、さらに回路構成の簡素化及び保守操作性の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリファレンス同期を用いた受信ローカル同期方式の送受信システムを示すブロック構成図である。
【図２】本発明の復調器の詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明で用いるローカル位相差検出器の詳細を示すブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す交差偏波間干渉補償回路ブロック図である。
【図５】従来のリファレンス同期を用いた受信ローカル同期方式の復調システム構成を示すブロック図である。
【図６】従来の復調器の詳細を示すブロック図である。
【符号の説明】
１／１’ Ｖ／Ｈの送信データ信号
２／２’ 復調データ信号
３ 自偏波のＩＦ信号入力端子
４ 異偏波のＩＦ信号入力端子
５ 復調器出力端子
７／７’ Ｖ／Ｈ偏波の受信ローカル信号
８／８’ ＥＰＳ２０／２０’の制御端子
１１／１１’ Ｖ／Ｈ変調器
１２／１２’ Ｖ／Ｈ送信器
１３／１３’ Ｖ／Ｈ送信アンテナ
１４／１４’ Ｖ／Ｈ受信アンテナ
１５／１５’ Ｖ／Ｈ受信器
１６／１６’ Ｖ／Ｈ受信ローカル発振器
１７ 共通リファレンス発振器
１８／１８’ Ｖ／Ｈ復調器
１９ ローカル位相差検出器
２０，２０’，２６，２６’ 無限移相器（ＥＰＳ：Ｅｎｄｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｒ）
２１ 一次キャリア発振器
２２，２２’，５１ 乗算器
２３，２３’，５２ 低域ろ波器
２４，２４’，５３ Ａ／Ｄ変換器
２５，５６ 数値演算制御発振器（ＮＣＯ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）
２７ キャリア同期制御器
２８ 加算器
２９ 判定回路
３０ トランスバーサルフィルタ
３１ タップ係数制御回路
５４ 移相比較器
５５ ループフィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交する２つの偏波を用いて伝送を行う両偏波伝送方式に関し、特に、両偏波間の交差偏波間干渉成分を除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルマイクロ波通信装置においては、周波数利用効率を上げるため電波の直交する２つの偏波面、垂直偏波（Ｖ）と水平偏波（Ｈ）を用いて信号の伝送を行う両偏波伝送方式が用いられている。この方式においてはＶ偏波とＨ偏波が同じ周波数を使用するため、アンテナや空間の偏波面の直交性にずれがある場合Ｖ偏波からＨ偏波あるいはＨ偏波からＶ偏波への信号の漏れ込みが発生する。
【０００３】
この漏れ込みは交差偏波間干渉と呼ばれ、信号の伝送品質に悪影響を与える。特に両偏波伝送方式とＱＡＭなどの多値変復調方式を併用している場合は影響が顕著であるため、通常交差偏波間干渉補償器（ＸＰＩＣ：Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）を用いた干渉成分除去を行う。なお、ＸＰＩＣの詳細については、例えば特開２０００−１６５３３９号公報等に開示されている。
【０００４】
ＸＰＩＣにおいて対象とする偏波を自偏波、またそれと直交するように偏波された電波を異偏波と定義するが、受信側において異偏波からの干渉を補償するためには、異偏波より受け渡されるＸＰＩＣ参照信号と自偏波信号との位相関係が、異偏波側干渉を受けるＲＦ段階での異偏波と自偏波の位相関係と同一でなければならない。
【０００５】
この条件を満たすための自偏波と異偏波の局部発信（ローカル）周波数の設定として、送信ローカル同期方式と受信ローカル同期方式の２方式が存在する。復調器のキャリア再生として準同期方式を用いる場合には、ハードウェア構成で相性がよい受信ローカル同期方式が用いられる場合が多い。受信ローカル同期方式に関しては例えば特開昭６３−２２２５３４号公報に開示されている。
【０００６】
この受信ローカル同期方式には、自偏波の受信器と異偏波の受信器とが１つのローカル発信器を共用する共通ローカル方式と、自偏波の受信器と異偏波の受信器とがローカル発振器を独立に保有しローカル発振器のリファレンス信号を共用する共通リファレンス方式の２方式が存在する。
【０００７】
共通ローカル方式では回路構成が簡単になる反面、ローカル発振器の機器故障の場合に両偏波の信号が同時に断となる可能性があり、共通リファレンス方式では逆に回路構成が複雑な分ローカル発振器の機器故障に対してその影響を片偏波に抑えることができる。
【０００８】
そのため電波利用効率に対する要求が厳しく、無線周波数での予備回線をＶ偏波とＨ偏波の両偏波で一つしかとれない場合には、リファレンス同期方式を用いて冗長性の高い構成とする場合が多い。
【０００９】
図５は、従来のリファレンス同期を用いた受信ローカル同期方式の復調システムを示すブロック図である。図５において、Ｖ／Ｈの送信データ信号は、端子１／１’から変調器１１／１１’にそれぞれ入力され、変調を受けた送信ＩＦ信号は、送信器１２／１２’でＲＦ信号に周波数変換され送信アンテナ１３／１３’から放射される。
【００１０】
Ｖ偏波の受信系において、Ｖ偏波送信器１２から送信された送信信号１００とＨ偏波送信器１２’から送信されＶ偏波へ漏れ込んだ干渉信号１０１’は、空間上で結合され受信アンテナ１４にＶ偏波受信信号として入力する。Ｖ偏波受信信号は、共通リファレンス発振器１７に同期する受信ローカル発振器１６よりの受信ローカル信号を入力とする受信器１５で周波数変換され、Ｖ偏波受信ＩＦ信号１０２となる。
【００１１】
同様にＨ偏波の受信系において、Ｈ偏波送信器１２’から送信された送信信号１００’とＶ偏波送信器１２から送信されＨ偏波へ漏れ込んだ干渉信号１０１は、空間上で結合され受信アンテナ１４’にＨ偏波受信信号として入力する。Ｈ偏波受信ＲＦ信号は、共通リファレンス発振器１７に同期する受信ローカル発振器１６’よりのローカル信号を入力とする受信器１５’で周波数変換され、Ｈ偏波受信ＩＦ信号１０２’となる。
【００１２】
Ｖ偏波の復調系において、復調器１８はＶ偏波受信ＩＦ信号１０２を復調し、更にＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’をＸＰＩＣ参照信号として交差偏波干渉を行い、最終的に復調及び干渉除去を行った受信データ信号を端子２から出力する。同様にＨ偏波の復調系において、復調器１８’はＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’を復調し、更にＶ偏波受信ＩＦ信号１０２をＸＰＩＣ参照ＩＦ信号として交差偏波間干渉補償を行い、最終的に復調及び干渉除去を行った復調データ信号を端子２’から出力する。
【００１３】
次に、図６を用いて従来の復調器の詳細を説明する。端子３から入力した自偏波のＩＦ信号は、一次キャリア発振器２１の出力である一次キャリア信号１１１を用いて乗算器２２で周波数変換され、その後低域ろ波器２３で高調波成分を除去され、さらにＡ／Ｄ変換器２４で量子化されデジタル信号に変換される。
【００１４】
このデジタル信号と数値演算制御発振器（ＮＣＯ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２５で生成した二次キャリア信号１１２とを無限移相器（ＥＰＳ：Ｅｎｄｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｒ）２６に入力し周波数変換を行い、ベースバンド信号を復調する。キャリア同期制御器２７は、判定回路２９で生成した誤差信号を元に位相制御信号を作成し、ＮＣＯ２５で発生する二次キャリア信号の周波数制御を行う。
【００１５】
また端子４から入力した異偏波のＩＦ信号は自偏波側と共通の一次キャリア信号１１１を用いて乗算器２２’で周波数変換され、その後低域ろ波器２３’で高調波成分を除去され、Ａ／Ｄ変換器２４’で量子化されデジタル信号に変換される。このデジタル信号は更に自偏波側と共通のＮＣＯ２５で生成した二次キャリアと共に無限移相器２６’に入力し、周波数変換されてＸＰＩＣ参照信号となる。
【００１６】
このＸＰＩＣ参照信号とタップ係数制御回路３１で生成されたＸＰＩＣのタップ係数とがトランスバーサルフィルタ３０の入力となり、空間で受けた異偏波からの干渉成分の複製信号が生成される。そして、自偏波ベースバンド信号から異偏波干渉成分の複製信号を加算器２８で取り除くことにより交差偏波干渉除去を行うことができる。
【００１７】
このように、交差偏波間干渉の除去を行うためにはＸＰＩＣ回路にて空間で受けた交差偏波間干渉成分の複製信号を作る必要がある。そのためには交差偏波間干渉が発生するＲＦ段での自偏波送信信号１００と異偏波干渉信号１０１との位相関係が、干渉除去を行うベースバンド段での自偏波ベースバンド信号１０３とベースバンドＸＰＩＣ参照信号１０４との位相関係と同一でなければならない。
【００１８】
この条件を実現するため、従来、ローカル発振器のリファレンス信号及び一次キャリア信号、二次キャリア信号を共通とすることで両者の周波数関係を同一とし、更に残った位相関係をＸＰＩＣで補償している。
【００１９】
次に、以上説明した従来の受信ローカル同期のＸＰＩＣ動作について数式を用いて説明する。
【００２０】
まず送信系に関して以下の信号を定義する。
Ｖ偏波のベースバンド信号：Ｖ（ｔ）＝ＶＰ（ｔ）＋ｊＶＱ（ｔ）、
（ＶＰ（ｔ）：Ｐｃｈ成分、ＶＱ（ｔ）：Ｑｃｈ成分）
Ｈ偏波のベースバンド信号：Ｈ（ｔ）＝ＨＰ（ｔ）＋ｊＨＱ（ｔ）、
（ＨＰ（ｔ）：Ｐｃｈ成分、ＨＱ（ｔ）：Ｑｃｈ成分）
Ｖ偏波送信キャリア：ｃｏｓ（ωＶＴｔ＋θＶＴ）、
（ωＶＴ：Ｖ偏波の送信キャリア周波数、θＶＴ：Ｖ偏波の送信キャリア位相）
Ｈ偏波送信キャリア：ｃｏｓ（ωＨＴｔ＋θＨＴ）、
（ωＨＴ：Ｈ偏波の送信キャリア周波数、θＨＴ：Ｈ偏波の送信キャリア位相）。
【００２１】
このときＶ偏波及びＨ偏波の送信ＲＦ信号、ＶＴＸ（ｔ）及びＨＴＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
各偏波の送信ＲＦ信号が空間上でＨ偏波→Ｖ偏波に係数αＶ及びＶ偏波→Ｈ偏波に係数αＨの関係で結合すると仮定すると、Ｖ偏波及びＨ偏波の受信ＲＦ信号、ＶＲＸ（ｔ）及びＨＲＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
ＶＲＸ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（ωＶＴｔ＋θＶＴ））＋αＶ・Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（ωＨＴｔ＋θＨＴ））］
ＨＲＸ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（ωＨＴｔ＋θＨＴ））＋αＨ・Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（ωＶＴｔ＋θＶＴ））］。
【００２３】
それぞれの受信ＲＦ信号は、受信器において以下の受信ローカル信号により周波数変換される。なお共通のリファレンス信号に同期しているためそれぞれのローカル信号の周波数は同一で位相のみが独立である。
Ｖ偏波の受信ローカル信号：ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＶＲ）、
（ωＲ：受信ローカル周波数、θＶＲ：Ｖ偏波の受信ローカル位相）
Ｈ偏波の受信ローカル信号：ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＨＲ）、
（θＨＲ：Ｈ偏波の受信ローカル位相）。
【００２４】
ここでＶ偏波を自偏波とし、自偏波に着目して展開を行う。自偏波の受信器を通過した受信ＩＦ信号ＶＩＦ（ｔ）及び異偏波の受信器を通過したＸＰＩＣ参照信号ＶＩＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
ＶＩＦ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＶＴ−ωＲ）ｔ＋（θＶＴ−θＶＲ）））＋αＶ・Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＲ）ｔ＋（θＨＴ−θＶＲ）））］
ＶＩＸ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＲ）ｔ＋（θＨＴ−θＨＲ）））＋αＨ・Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＶＴ−ωＲ）ｔ＋（θＶＴ−θＨＲ）））］。
【００２５】
復調器１８においては、受信ＩＦ信号の周波数成分及び位相成分に内部の発振器の発振周波数を合わせる同期操作を行うため、受信ＩＦ周波数と復調器内部の発振周波数は等しくなり以下の式が成立する。
（ωＶＴ−ωＲ）＝（ωＤ１＋ωＤ ２）、
（ωＤ１：受信一次キャリア周波数、ωＤ２：受信二次キャリア周波数）
（θＶＴ−θＶＲ）＝（θＤ１＋θＤ２）、
（θＤ１：受信一次キャリア位相、θＤ２：受信二次キャリア位相）。
【００２６】
受信ＩＦ信号に対して復調操作の終わった受信ベースバンド信号ＶＢＢ（ｔ）は、以下の式で表すことができる。
またＸＰＩＣ内トランスバーサルフィルタの入力となるベースバンドＸＰＩＣ参照信号ＶＢＸ（ｔ）は、以下の式で表すことができる。
ところでＸＰＩＣは、参照信号をもとに受信ベースバンド信号に存在する交差偏波干渉成分（受信ベースバンド信号の第２項）の複製信号を作るよう働くので、ＸＰＩＣが理想的に動作した場合はＸＰＩＣ複製信号ＶＸ ＰＩＣ（ｔ）及びＸＰＩＣ応答は以下の式で表すことができる。
加算器２８で、受信ベースバンド信号とＸＰＩＣ複製信号が加算されることにより、ベースバンド信号ＶＯ（ｔ）は交差偏波干渉成分が除去され以下の式で表すことができる。
ＶＯ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）−αＶ・αＨ・Ｖ（ｔ）。
【００３０】
ベースバンド信号の第２項は符号間干渉成分となるが通常αＶとαＨは１より小さいためその成分は無視する事ができる。またαＶとαＨが無視できないような場合では、等化器を併用することによりその符号間干渉成分を取り除くことができる。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常ＲＦ段で使用されるローカル発振器は位相雑音成分が大きく、周波数項を一定と考えた場合に位相項に時間変動成分が発生する。受信リファレンス同期方式ではＶ偏波とＨ偏波で異なるローカル発振器を使用しているため、共通リファレンス発振器を用いることにより発振周波数については両者を一定にすることは可能であるが、それぞれのローカル発振器で発生する位相雑音成分は独立であり、Ｖ偏波とＨ偏波のローカル位相差成分にも時間的変動項が残ってしまう。
【００３２】
この様な状況でＸＰＩＣが正常に動作するためには、ＸＰＩＣは単に交差偏波干渉成分：αＶの複製を作るだけでなく、同時に時間的に変動するローカル位相差：ｅｘｐ（ｊ（θＨＲ−θＶＲ））に追随する動きも要求される。
【００３３】
ところがＸＰＩＣはトランスバーサルフィルタで構成されているため、時間的変動がない位相差に対しては複製信号を作ることができるが、時間的に早く変動する位相差に対して追随して十分な複製信号を作ることができない。これはタップ係数制御回路への要求されるダイナミック特性に対して、回路が十分に対応できないからである。また位相差への追随特性はトランスバーサルフィルタのタップ係数が大きくなればそれだけ劣化するので、交差偏波干渉が大きくなればそれだけ追随特性の劣化が大きくなる。
【００３４】
したがって、従来使用されている受信リファレンス同期式のＸＰＩＣシステムは、ローカル発振器の位相雑音成分の増加によって交差偏波干渉補償能力が劣化するという問題がある。
【００３５】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、受信リファレンス同期方式のＸＰＩＣにおける自偏波と異偏波のローカル位相雑音による交差偏波間干渉補償特性の劣化を防止する手段を提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
交差偏波間干渉補償回路（ＸＰＩＣ：Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）にて交差偏波間干渉の除去を行うためには、干渉が発生するＲＦ段での自偏波送信信号と異偏波干渉信号との位相関係が、干渉除去を行うベースバンド段での自偏波ベースバンド信号とベースバンドＸＰＩＣ参照信号との位相関係と同一でなければならない。
【００３７】
そこで本発明の交差偏波間干渉補償回路では、互いに直交する偏波のそれぞれの受信ローカル発振器で発生する位相関係を検出するローカル位相差検出器と、該ローカル位相差検出器で検出した位相差を補償する無限移相器（ＥＰＳ：Ｅｎｄｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｒ）を装備し、ＲＦ段での自偏波送信信号と異偏波干渉信号との位相関係と干渉除去を行うベースバンド段での自偏波ベースバンド信号とベースバンドＸＰＩＣ参照信号との位相関係とが同一となるように、ＸＰＩＣに入力する以前にＸＰＩＣ参照信号に存在する位相及び位相雑音成分を補償したことを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示すリファレンス同期を用いた受信ローカル同期方式の送受信システムのブロック構成図である。図１において、Ｖ／Ｈの送信データ信号は端子１／１’から変調器１１／１１’にそれぞれ入力され、変調を受けた送信ＩＦ信号は送信器１２／１２’でＲＦ信号に周波数変換され送信アンテナ１３／１３’から放射される。
【００３９】
Ｖ偏波の受信系において、Ｖ偏波送信器１２から送信された送信信号１００とＨ偏波送信器１２’から送信されＶ偏波へ漏れ込んだ干渉信号１０１’は、空間上で結合され受信アンテナ１４にＶ偏波受信信号として入力する。Ｖ偏波受信信号は、共通リファレンス発振器１７に同期する受信ローカル発振器１６よりの受信ローカル信号を入力とする受信器１５で周波数変換されＶ偏波受信ＩＦ信号１０２となる。
【００４０】
同様にＨ偏波の受信系において、Ｈ偏波送信器１２’から送信された送信信号１００’とＶ偏波送信器１２から送信されＶ偏波へ漏れ込んだ干渉信号１０１は、空間上で結合され受信アンテナ１４’にＨ偏波受信信号として入力する。Ｈ偏波受信信号は、共通リファレンス発振器１７に同期する受信ローカル発振器１６’よりのローカル信号を入力とする受信器１５’で周波数変換されＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’となる。
【００４１】
また、ローカル位相差検出器１９はＶ偏波及びＨ偏波の受信ローカル発振器１６，１６’からの受信ローカル信号を入力とし、内蔵されたＰＬＬ回路で両信号の位相差を検出し、ＥＰＳ制御信号１０３，１０３’を出力する。
【００４２】
Ｖ偏波の復調系において、復調器１８はＶ偏波受信ＩＦ信号１０２を復調する。またＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’は乗算器で周波数変換された後ＥＰＳ２０に入力され、ローカル位相差検出器１９で検出した位相差を補償するよう位相回転が施される。このＥＰＳ２０の出力信号をＸＰＩＣ参照信号として交差偏波間干渉補償を行い最終的に復調及び干渉補償を行った復調データ信号を端子２から出力する。
【００４３】
同様にＨ偏波の復調系において、復調器１８’はＨ偏波受信ＩＦ信号１０２’を復調する。またＶ偏波受信ＩＦ信号１０２は乗算器で周波数変換された後ＥＰＳ２０’に入力され、ローカル位相差検出器１９で検出した位相差を補償するよう位相回転が施される。このＥＰＳ２０’の出力信号をＸＰＩＣ参照信号として交差偏波間干渉補償を行い最終的に復調及び干渉補償を行った復調データ信号を端子２’から出力する。
【００４４】
次に図２を用いて本発明の復調器１８，１８’の詳細を説明する。
【００４５】
端子３から入力した自偏波のＩＦ信号は、一次キャリア発振器２１の出力である一次キャリア信号１１１を用いて乗算器２２で周波数変換され、その後低域ろ波器２３で高調波成分を除去され、さらにＡ／Ｄ変換器２４で量子化されデジタル信号に変換される。
【００４６】
このデジタル信号と数値演算制御発振器（ＮＣＯ）２５で生成した二次キャリア信号１１２とを無限移相器２６に入力し周波数変換を行いベースバンド信号を復調する。キャリア同期制御器２７は判定器２９で生成した誤差信号を元に位相制御信号を作成し、ＮＣＯ２５で発生する二次キャリア信号の周波数制御を行う。
【００４７】
また端子４から入力した異偏波の受信ＩＦ信号は自偏波側と共通の一次キャリア信号１１１を用いて乗算器２２’で周波数変換され、その後低域ろ波器２３’で高調波成分を除去され、Ａ／Ｄ変換器２４’で量子化されデジタル信号に変換される。
【００４８】
このデジタル信号は、ＥＰＳ制御信号１０３に基づき位相回転を与える無限移相器２０に入力され、受信ローカル発振器１６、１６’で独立に発生する位相雑音成分の差分が除去される。このデジタル信号は更に自偏波側と共通のＮＣＯ２５で生成した二次キャリア信号１１２と共に無限移相器２６’に入力し、周波数変換されてＸＰＩＣ参照ベースバンド信号となる。
【００４９】
このＸＰＩＣ参照ベースバンド信号とタップ係数制御器３１で生成されたＸＰＩＣのタップ係数とがトランスバーサルフィルタ３０の入力となり、空間で受けた異偏波からの干渉成分の複製信号が生成される。自偏波ベースバンド信号から異偏波干渉成分の複製信号を加算器２８で取り除くことにより交差偏波干渉除去を行うことができる。
【００５０】
図３は、本発明で用いるローカル位相差検出器１９の詳細を示すブロック図である。
【００５１】
図３において、端子７及び７’に入力するＶ偏波及びＨ偏波の受信ローカル信号を乗算器５１に入力し、その乗算結果を低域ろ波器５２を通過させることにより高調波成分を除去し、周波数差成分を導出する。この信号をＡ／Ｄ変換器５３でデジタル信号に変換した後、内蔵されたＮＣＯ５６で生成したローカル位相差信号と位相比較器５４で位相比較を行い、ＮＣＯ５６の発振周波数を制御する。
【００５２】
この結果、ＮＣＯ５６の出力であるローカル位相差信号はＶ偏波とＨ偏波の受信ローカル信号位相の差分成分に同期し、Ｖ偏波の無限移相器２０に対してＮＣＯの発振周波数に応じたＥＰＳ制御信号１０３を端子８より出力する。またＨ偏波の無限移相器２０’に対してはＥＰＳ制御信号１０３の位相回転方向を反転させた信号１０３’を端子８’より出力する。
【００５３】
次に、本発明のＸＰＩＣシステムの動作について数式を用いて詳細に説明する。なお説明に当たって以下の信号を定義する。
Ｖ偏波のベースバンド信号：Ｖ（ｔ）＝ＶＰ（ｔ）＋ｊＶＱ（ｔ）、
（ＶＰ（ｔ）：Ｐｃｈ成分、ＶＱ（ｔ）：Ｑｃｈ成分）
Ｈ偏波のベースバンド信号：Ｈ（ｔ）＝ＨＰ（ｔ）＋ｊＨＱ（ｔ）、
（ＨＰ（ｔ）：Ｐｃｈ成分、ＨＱ（ｔ）：Ｑｃｈ成分）
Ｖ偏波送信キャリア：ｃｏｓ（ωＶＴｔ＋θＶＴ）、
（ωＶＴ：Ｖ偏波の送信キャリア周波数、θＶＴ：Ｖ偏波の送信キャリア位相）
Ｈ偏波送信キャリア：ｃｏｓ（ωＨＴｔ＋θＨＴ）、
（ωＨＴ：Ｈ偏波の送信キャリア周波数、θＨＴ：Ｈ偏波の送信キャリア位相）。
【００５４】
このときＶ偏波及びＨ偏波の送信信号ＶＴＸ（ｔ）及びＨＴＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
各偏波の送信信号が空間上でＨ偏波→Ｖ偏波に係数αＶ及びＶ偏波→Ｈ偏波に係数αＨの関係で結合すると仮定すると、Ｖ偏波及びＨ偏波の受信ＲＦ信号ＶＲＸ（ｔ）及びＨＲＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。なおこの結合量αＶ及びαＨが交差偏波間干渉に相当する。
それぞれの受信ＲＦ信号は、受信器において以下の受信ローカル信号により周波数変換される。なお共通のリファレンス信号に同期しているためそれぞれのローカル信号の周波数は同一で位相のみが独立である。
Ｖ偏波の受信ローカル信号：ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＶＲ）、
（ωＲ：受信ローカル周波数、θＶＲ：Ｖ偏波の受信ローカル位相）
Ｈ偏波の受信ローカル信号：ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＨＲ）、
（θＨＲ：Ｈ偏波の受信ローカル位相）。
【００５７】
ここでＶ偏波を自偏波とし、自偏波に着目して展開を行う。自偏波の受信器を通過した受信ＩＦ信号ＶＩＦ（ｔ）及び異偏波の受信器を通過したＸＰＩＣ参照ＩＦ信号ＶＩＸ（ｔ）は以下の式で表すことができる。
ＶＩＦ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＶＴ−ωＲ）ｔ＋（θＶＴ−θＶＲ）））＋αＶ・Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＲ）ｔ＋（θＨＴ−θＶＲ）））］
ＶＩＸ（ｔ）＝ｒｅａｌ［Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＲ）ｔ＋（θＨＴ−θＨＲ）））＋αＨ・Ｖ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＶＴ−ωＲ）ｔ＋（θＶＴ−θＨＲ）））］。
【００５８】
復調器１８においては受信ＩＦ信号のキャリア周波数成分に内部の発振器の発振周波数を合わせるキャリア同期再生を行うため、受信ＩＦ周波数と復調器内部の発振周波数は等しくなり以下の式が成立する。
（ωＶＴ−ωＲ）＝（ωＤ１＋ωＤ ２）、
（ωＤ１：受信一次キャリア周波数、ωＤ２：受信二次キャリア周波数）
（θＶＴ−θＶＲ）＝（θＤ１＋θＤ２）、
（θＤ１：受信一次キャリア位相、θＤ２：受信二次キャリア位相）。
【００５９】
受信ＩＦ信号に対して復調操作の終わった受信ベースバンド信号ＶＢＢ（ｔ）は、以下の式で表すことができる。
またローカル位相差検出器１９は、内蔵のＰＬＬ回路でローカル位相差信号を生成する。本回路で生成されるローカル位相差信号は、ｅｘｐ（ｊ（θＨＲ−θＶＲ））で表される。
【００６１】
上記ローカル位相差信号を元にＥＰＳ回路２０で位相差の補償を行った結果、本発明のベースバンドＸＰＩＣ参照信号ＶＢＸ（ｔ）は、以下の式で表すことができる。
ベースバンドＸＰＩＣ参照信号を使用してＸＰＩＣが理想的に動作した場合はＸＰＩＣ複製信号ＶＸ ＰＩＣ（ｔ）及びＸＰＩＣ応答は以下の式で表すことができる。
ＶＸ ＰＩＣ（ｔ）＝ｒｅａｌ［−αＶ・Ｈ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ（（ωＨＴ−ωＶＴ）ｔ＋（θＨＴ−θＶＴ）））］−αＶ・αＨ・Ｖ（ｔ）
ＸＰＩＣ応答：−αＶ
本発明のＸＰＩＣ応答と上記従来のＸＰＩＣ応答を比較すると、従来含まれていた時間変動を伴うローカル位相差成分ｅｘｐ（ｊ（θＨＲ−θＶＲ））が除かれていることが分かる。
【００６３】
ＸＰＩＣは一般に二次元のトランスバーサルフィルタで構成されているため、位相成分を付加することは問題ない。ところがこの位相成分が時間的に変動する場合には、位相成分の変動に追随してトランスバーサルフィルタのタップ係数を調整しなければならない。このタップ係数は交差偏波間干渉量の増加に伴い大きくなるため、位相調整もそれだけ困難になる。
【００６４】
このため、従来のＸＰＩＣでは位相雑音成分の増加に伴い交差偏波間干渉補償特性が劣化していたが、本発明のＸＰＩＣでは、位相差成分の時間変動は別途設けられた無限移相器２０，２０’で補償されるため、ＸＰＩＣ応答の時定数は交差偏波間干渉の時間変動成分に応じて最適に設定することができる。
【００６５】
図４は、本発明の他の実施形態を示す交差偏波間干渉補償回路ブロック図である。本実施の形態は、図１に示した実施形態から、受信ローカル信号用の共通リファレンス発振器１７を取り除いた構成となっている。
【００６６】
本実施の形態では、無限移相器４１は位相雑音のみでなく各受信ローカルの周波数差まで追随する能力が要求されるが、Ｖ偏波及びＨ偏波のローカル発振器が独立に発振することにより回路構成の簡単化をはかることができる。またＶ偏波とＨ偏波の独立性を高めることにより、片偏波の保守を行う際や障害発生時の対応が簡単化される。
【００６７】
なおこの実施の形態においても、基本的な動作は図１で説明した実施の形態と同様であり、相違点は無限移相器３０の機能が位相差追随から周波数差追随に拡張されることのみである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の受信リファレンス同期方式のＸＰＩＣにおいて問題となった自偏波と異偏波のローカル位相雑音によるＸＰＩＣ特性の劣化を防止することができる。
【００６９】
また、リファレンス発振器をＶ偏波とＨ偏波で独立とすることにより、さらに回路構成の簡素化及び保守操作性の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリファレンス同期を用いた受信ローカル同期方式の送受信システムを示すブロック構成図である。
【図２】本発明の復調器の詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明で用いるローカル位相差検出器の詳細を示すブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す交差偏波間干渉補償回路ブロック図である。
【図５】従来のリファレンス同期を用いた受信ローカル同期方式の復調システム構成を示すブロック図である。
【図６】従来の復調器の詳細を示すブロック図である。
【符号の説明】
１／１’ Ｖ／Ｈの送信データ信号
２／２’ 復調データ信号
３ 自偏波のＩＦ信号入力端子
４ 異偏波のＩＦ信号入力端子
５ 復調器出力端子
７／７’ Ｖ／Ｈ偏波の受信ローカル信号
８／８’ ＥＰＳ２０／２０’の制御端子
１１／１１’ Ｖ／Ｈ変調器
１２／１２’ Ｖ／Ｈ送信器
１３／１３’ Ｖ／Ｈ送信アンテナ
１４／１４’ Ｖ／Ｈ受信アンテナ
１５／１５’ Ｖ／Ｈ受信器
１６／１６’ Ｖ／Ｈ受信ローカル発振器
１７ 共通リファレンス発振器
１８／１８’ Ｖ／Ｈ復調器
１９ ローカル位相差検出器
２０，２０’，２６，２６’ 無限移相器（ＥＰＳ：Ｅｎｄｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｅｒ）
２１ 一次キャリア発振器
２２，２２’，５１ 乗算器
２３，２３’，５２ 低域ろ波器
２４，２４’，５３ Ａ／Ｄ変換器
２５，５６ 数値演算制御発振器（ＮＣＯ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）
２７ キャリア同期制御器
２８ 加算器
２９ 判定回路
３０ トランスバーサルフィルタ
３１ タップ係数制御回路
５４ 移相比較器
５５ ループフィルタ
Claims (5)
- 互いに直交する２つの偏波を用いて伝送された信号を受信する手段と、受信した各偏波の信号をそれぞれＩＦ信号に変換するための２つの受信ローカル発振器と、変換された自偏波のＩＦ信号からベースバンド信号を復調する復調手段、変換された異偏波のＩＦ信号を復調して異偏波からの干渉成分の複製信号を生成するＸＰＩＣ参照信号生成手段、及び前記ベースバンド信号と前記異偏波からの干渉成分の複製信号とを加算することにより交差偏波干渉成分を除去して復調信号を再生する手段からなり、前記各偏波受信信号をそれぞれ復調する２つの復調器と、を有する交差偏波間干渉補償回路において、
前記２つの受信ローカル発振器は、共通リファレンス発振器に接続されて同期がとられているとともに、該２つの受信ローカル発振器から出力されるローカル信号間の位相差を検出するローカル位相差検出器と、該ローカル位相差検出器から出力される位相差信号によって前記ベースバンド信号と前記各ＸＰＩＣ参照信号の位相が同一となるように制御する位相制御手段とを備えたことを特徴とする交差偏波間干渉補償回路。 - 前記ローカル位相差検出器は、前記２つの受信ローカル発振器から出力されるローカル信号間の位相差を検出してその位相回転方向が互いに逆方向の関係にある２つの位相差信号を出力するように構成され、前記位相制御手段は、前記ローカル位相差検出器から出力される前記２つの位相差信号を入力して前記各ＸＰＩＣ参照信号生成手段に入力される信号の位相をその移相方向が互いに逆方向となるよう制御する２つの可変移相器によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の交差偏波間干渉補償回路。
- 前記各復調器はそれぞれ、入力された自偏波のＩＦ信号及び異偏波のＩＦ信号をそれぞれ更に周波数変換する共通の一次キャリア発振器と、該周波数変換された自偏波のＩＦ信号及び異偏波のＩＦ信号をそれぞれ自偏波のデジタル信号及び異偏波のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記自偏波のデジタル信号と数値演算制御発振器で生成した二次キャリア信号を入力してベースバンド信号を復調する第１の無限移相器と、前記異偏波のデジタル信号と前記数値演算制御発振器で生成した二次キャリア信号を入力してＸＰＩＣ参照信号を生成する第２の無限移相器と、該ＸＰＩＣ参照信号を入力して異偏波からの干渉成分の複製信号を生成するトランスバーサルフィルタと、前記ベースバンド信号と前記異偏波からの干渉成分の複製信号を加算して交差偏波干渉除去を行う加算器と、該加算器の出力を判定して復調データを出力する判定回路と、該判定回路で生成した誤差信号を元に位相制御信号を作成し、前記数値演算制御発振器で発生する二次キャリア信号の周波数制御を行うキャリア同期制御器と、前記判定回路で生成した誤差信号を元にタップ係数制御信号を作成し、前記トランスバーサルフィルタのタップ係数を制御するタップ係数制御回路を備えており、前記可変移相器は、前記第２の無限移相器の前段に接続された第３の無限移相器によって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の交差偏波間干渉補償回路。
- 前記ローカル位相差検出器は、前記２つのローカル発振器の出力を乗算して周波数差信号を導出する乗算器及び低域ろ波器と、該周波数差信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ローカル位相差信号を出力する数値制御発振器と、該数値制御発振器で生成したローカル位相差信号と前記デジタル信号に変換された周波数差信号とを比較して差信号を出力する移相比較器と、該差信号により前記前記数値制御発振器の発振周波数を制御するループフィルタを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の交差偏波間干渉補償回路。
- 互いに直交する２つの偏波を用いて伝送された信号を受信する手段と、受信した各偏波の信号をそれぞれＩＦ信号に変換するための２つの受信ローカル発振器と、変換された自偏波のＩＦ信号からベースバンド信号を復調する復調手段、変換された異偏波のＩＦ信号を復調して異偏波からの干渉成分の複製信号を生成するＸＰＩＣ参照信号生成手段、及び前記ベースバンド信号と前記異偏波からの干渉成分の複製信号とを加算することにより交差偏波干渉成分を除去して復調信号を再生する手段からなり、前記各偏 波受信信号をそれぞれ復調する２つの復調器と、を有する交差偏波間干渉補償回路において、
前記２つの受信ローカル発振器から出力されるローカル信号間の位相差を検出するローカル位相差検出器と、該ローカル位相差検出器から出力される位相差信号によって前記ベースバンド信号と前記各ＸＰＩＣ参照信号の位相が同一となるように制御する位相制御手段とを備えるとともに、前記ローカル位相差検出器は、前記２つのローカル発振器の出力を乗算して周波数差信号を導出する乗算器及び低域ろ波器と、該周波数差信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、ローカル位相差信号を出力する数値制御発振器と、該数値制御発振器で生成したローカル位相差信号と前記デジタル信号に変換された周波数差信号とを比較して差信号を出力する移相比較器と、該差信号により前記数値制御発振器の発振周波数を制御するループフィルタを備えていることを特徴とする交差偏波間干渉補償回路。
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