JP4516591B2 - 周波数多重信号受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、周波数多重された複数の信号を一括受信する受信装置に関し、より詳しくは、自動周波数制御（ＡＦＣ）を行う周波数多重信号受信装置に関する。

非特許文献１には、周波数多重信号をフーリエ変換処理により周波数領域信号に変換して、周波数多重信号に含まれる複数チャネルの信号を分離し、分離した各チャネルの信号を個別に復調する受信装置が記載されている。

図４は、非特許文献１に記載の受信装置のブロック図であり、最大４チャネルの信号を分波して出力する場合の構成を示している。図４によると、受信装置は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）回路１と、チャネル分離回路２と、乗算器３と、可変長ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）回路４と、復調回路５と、フィルタ特性出力回路６とを備えており、乗算器３、可変長ＩＦＦＴ回路４、復調回路５及びフィルタ特性出力回路６は、それぞれ、各チャネルに対応して設けられている。

ＦＦＴ回路１は、受信装置への入力信号である周波数多重信号を離散フーリエ変換して周波数領域の信号を出力し、チャネル分離回路２は、周波数領域の信号のうち、各チャネルの周波数帯域及びその近傍にある信号を、当該チャネルに対応する乗算器３に出力する。フィルタ特性出力回路６は、受信フィルタの周波数特性形状を示す情報を有しており、乗算器３は、チャネル分離回路２からの周波数領域の信号と、フィルタ特性出力回路６が出力する周波数特性形状との乗算を行う。一般的な、送受均等配分ロールオフ伝送系を例にとれば、フィルタ特性出力回路６が保持している周波数特性形状は、ルートコサインロールオフ波形であり、乗算器３は、各チャネルの周波数領域の信号を、フルロールオフ形状に波形整形する。

可変長ＩＦＦＴ回路４は、波形整形後の周波数領域信号に対して、対応チャネルの帯域幅に対応した離散逆フーリエ変換処理を行って時間領域信号を出力し、復調回路５は、時間領域に変換された信号を復調する。

小林 聖、他、"任意周波数配置が可能なＦＦＴ型一括分波回路"、２００７年電子情報通信学会ソサイエティ大会、Ｂ−３−１、２００７年９月

従来技術による周波数多重信号の受信装置において、各チャネルの周波数領域信号は、フィルタ特性出力回路６が出力する周波数特性形状の中心付近に同調している必要がある。図６は、チャネル分離回路２と、フィルタ特性出力回路６の出力信号の関係を示す図であり、図６（ａ）は、同調している場合を、図６（ｂ）は、同調していない場合を示している。なお、図６の一点鎖線は、周波数誤差がない場合の中心周波数を示している。周波数誤差は、送信機、中継器、受信機等、通信経路にある各種構成要素において生じるものであり、これにより、周波数領域信号は、周波数誤差分だけ高周波又は低周波側に平行移動する。したがって、図６（ｂ）に示す様に、同調していない場合、乗算器３の出力は不適切に変形して波形歪みとなり、かつ、信号電力の損失も発生する。このため、復調出力は、大きく劣化し、安定動作が困難になるという問題も生ずる。

したがって、本発明は、上記問題を解決し、受信する周波数多重信号に周波数誤差が含まれる場合であっても、劣化なく安定に動作する受信装置を提供することを目的とする。

本発明における受信装置によれば、
複数のチャネルの信号が周波数多重された周波数多重信号を受信する受信装置であって、周波数多重信号を周波数領域信号に変換する手段と、各チャネルの信号の周波数誤差量を検出する周波数誤差検出手段と、各チャネルの受信フィルタの周波数特性形状を出力するフィルタ特性出力手段と、周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差量に基づき、各チャネルについて、チャネルの周波数領域信号の中心周波数と、該チャネルの周波数特性形状の中心周波数を一致させるシフト手段と、シフト手段による中心周波数一致後の、チャネルの周波数領域信号と、該チャネルの周波数特性形状とを乗ずる乗算手段とを備えており、シフト手段は、周波数誤差検出手段が検出したチャネルの周波数誤差量だけ、該チャネルの周波数特性形状を周波数軸上で平行移動させることを特徴とする。

また、本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
乗算手段の出力信号を、時間領域信号に変換する手段と、周波数誤差検出手段が検出したチャネルの周波数誤差量に基づき、該チャネルの時間領域信号の周波数誤差補償を行う手段とを備えていることも好ましい。

更に、本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
複数のチャネルの信号が周波数多重された周波数多重信号を受信する受信装置であって、周波数多重信号を周波数領域信号に変換する手段と、各チャネルの信号の周波数誤差量を検出する周波数誤差検出手段と、各チャネルの受信フィルタの周波数特性形状を出力するフィルタ特性出力手段と、周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差量に基づき、各チャネルについて、チャネルの周波数領域信号の中心周波数と、該チャネルの周波数特性形状の中心周波数を一致させるシフト手段と、シフト手段による中心周波数一致後の、チャネルの周波数領域信号と、該チャネルの周波数特性形状とを乗ずる乗算手段とを備えており、シフト手段は、周波数誤差検出手段が検出したチャネルの周波数誤差量だけ、該チャネルの周波数領域信号を周波数軸上で平行移動させることを特徴とする。

更に、本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
複数のチャネルの信号が周波数多重された周波数多重信号を受信する受信装置であって、周波数多重信号を周波数領域信号に変換する手段と、各チャネルの信号の周波数誤差量を検出する周波数誤差検出手段と、各チャネルの受信フィルタの周波数特性形状を出力するフィルタ特性出力手段と、周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差量に基づき、各チャネルについて、チャネルの周波数領域信号の中心周波数と、該チャネルの周波数特性形状の中心周波数を一致させるシフト手段と、シフト手段による中心周波数一致後の、チャネルの周波数領域信号と、該チャネルの周波数特性形状とを乗ずる乗算手段とを備えており、１つのチャネルの周波数誤差量に基づき、代表誤差量を求める手段と、代表誤差量に基づき前記周波数多重信号の周波数誤差補償を行う手段とを備えていることを特徴とする。

本発明による受信装置は、チャネルの周波数誤差を検出し、シフト手段が、検出した周波数誤差に基づき、チャネルの周波数領域信号の中心周波数と、該チャネルの信号を波形整形するための周波数特性形状の中心周波数を一致させ、乗算手段が、中心周波数一致後の周波数領域信号と周波数特性形状の乗算、つまりフィルタ処理を行うため、このフィルタ処理による波形歪みや電力の損失は生じず、復調劣化を抑圧する効果がある。また、シフト手段が、周波数特性形状を平行移動させることで中心周波数を一致させた場合、周波数領域信号を時間領域信号に変換した後に周波数誤差の補償を行う。これにより、周波数誤差による時間領域信号の位相回転が停止するため、一層安定した復調が可能となる。

更に、各チャネルで検出した周波数誤差量から代表誤差量を１つ求め、周波数多重信号の周波数誤差補償を行う。この構成により、複数チャネルに渡り共通の周波数誤差がある場合、チャネルごとの個別の補償が不要となり、装置規模の削減効果が得られる。

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、本発明の第１実施形態による受信装置のブロック図であり、最大４チャネルの信号を分波して出力する場合の構成を示している。図１によると、受信装置は、ＦＦＴ回路１と、チャネル分離回路２と、乗算器３と、可変長ＩＦＦＴ回路４と、個別周波数変換回路１０と、復調回路５と、可変フィルタ特性出力回路７と、周波数誤差検出回路８と、個別参照信号発振回路９とを備えており、乗算器３、可変長ＩＦＦＴ回路４、個別周波数変換回路１０、復調回路５、可変フィルタ特性出力回路７、周波数誤差検出回路８及び個別参照信号発振回路９は、それぞれ、各チャネルに対応して設けられている。

ＦＦＴ回路１は、受信装置に入力される、複数チャネルの信号が周波数多重された周波数多重信号を離散フーリエ変換により周波数領域の信号に変換し、チャネル分離回路２は、周波数領域に変換された信号のうち、各チャネルの周波数帯域及びその近傍にある信号を、当該チャネルに対応する乗算器３に出力する。

図５は、可変フィルタ特性出力回路７のブロック図である。図５によると、可変フィルタ特性出力回路７は、フィルタ特性出力回路６と、フィルタ特性シフト回路１４とを備えている。フィルタ特性出力回路６は、対応チャネルの周波数軸上における波形整形、つまり受信フィルタ処理のための周波数特性形状を示す情報を保持しており、フィルタ特性シフト回路１４は、フィルタ特性出力回路６が出力する周波数特性形状を、周波数誤差検出回路８が通知する周波数誤差量だけ周波数軸上で平行移動させて、より詳しくは、周波数誤差量が正の値である場合には、周波数特性形状を高周波側にその値だけ平行移動させ、負の値である場合には、低周波側にその値だけ平行移動させて出力する。乗算器３は、対応するチャネルについて、周波数領域の信号と、可変フィルタ特性出力回路７が出力する信号との乗算を行う。なお、一般的な、送受均等配分ロールオフ伝送系を例にとれば、可変フィルタ特性出力回路７が保持している周波数特性形状は、ルートコサインロールオフ波形であり、この場合、乗算器３は、各チャネルの周波数領域の信号を、フルロールオフ形状に波形整形する。

可変長ＩＦＦＴ回路４は、乗算器３による波形整形後の周波数領域信号に対して、対応チャネルの帯域幅に対応した離散逆フーリエ変換処理を行って時間領域信号を出力し、周波数誤差検出回路８は、対応チャネルについての時間領域信号から、当該チャネルの周波数誤差量を検出し、検出した周波数誤差量を、可変フィルタ特性出力回路７及び個別参照信号発振回路９に通知する。

個別参照信号発振回路９は、通知された周波数誤差量に基づき、対応するチャネルの周波数誤差を補償するための正弦波信号、例えば、通知された周波数誤差量が−ｆＨｚであれば、ｆＨｚの正弦波信号を生成して対応する個別周波数変換回路１０に出力し、個別周波数変換回路１０は、個別参照信号発振回路９からの正弦波信号に基づき、時間領域に変換されたチャネルの信号の周波数誤差補償、つまり、可変長ＩＦＦＴ回路が出力する時間領域信号の周波数誤差が０となる様に、可変長ＩＦＦＴ回路の出力信号の周波数を移動させ、復調回路５は、周波数補償後の信号を復調する。

図７は、本実施形態における、可変フィルタ特性出力回路７の出力信号と、チャネル分離回路２の出力信号の関係を示す図であり、図７（ａ）は、周波数誤差がない場合を、図７（ｂ）は、周波数誤差がある場合を示している。なお、図７の一点鎖線は、周波数誤差がない場合の中心周波数を示している。図７（ｂ）に示す様に、本実施形態において、可変フィルタ特性出力回路７は、周波数誤差検出回路８が検出する周波数誤差量に相当する量だけ、フィルタ特性出力回路６が出力する周波数特性波形を平行移動して出力するため、チャネル分離回路２の出力信号と、可変フィルタ特性出力回路７の出力信号の中心周波数は一致し、よって、波形歪みや信号電力の損失は発生しない。また、乗算器３の出力に含まれる周波数誤差は、個別参照信号発振回路９及び個別周波数変換回路１０により補償する。

図２は、本発明の第２実施形態による受信装置のブロック図であり、最大４チャネルの信号を分波して出力する場合の構成を示している。なお、第１実施形態と同じ構成要素には、同じ参照符号を使用して、その説明は省略する。図２によると、受信装置は、ＦＦＴ回路１と、チャネル分離回路２と、共通参照信号発振回路１１と、共通周波数変換回路１１２と、チャネル１に対する乗算器３、可変長ＩＦＦＴ回路４、復調回路５、フィルタ特性出力回路６及び周波数誤差検出回路８と、チャネル２に対する乗算器３、可変長ＩＦＦＴ回路４、復調回路５及びフィルタ特性出力回路６と、チャネル３及び４それぞれに対する乗算器３、可変長ＩＦＦＴ回路４、個別周波数変換回路１０、復調回路５、可変フィルタ特性出力回路７、周波数誤差検出回路８及び個別参照信号発振回路９とを備えている。

本実施形態において、共通参照信号発振回路１１は、所定のチャネル、図２に示す構成においてはチャネル１、に設けた周波数誤差検出回路８が検出した周波数誤差量を補償するための正弦波信号を生成して共通周波数変換回路１２に出力し、共通周波数変換回路１２は、この正弦波信号を用いて、受信装置に入力する周波数多重信号の周波数誤差補償を行う。この構成により、周波数誤差が、前記所定のチャネルの周波数誤差とほぼ等しいと想定されるチャネルについては、周波数誤差検出回路８と、個別参照信号発振回路９と、個別周波数変換回路１０を省略でき、可変フィルタ特性出力回路７ではなく、固定的な、フィルタ特性出力回路６を使用することができる。

図２は、チャネル２の周波数誤差が、チャネル１の周波数誤差とほぼ等しいと想定できる場合の構成であるが、本実施形態の更なる変形として、共通参照信号発振回路１１に周波数誤差量を通知するチャネルを設定により選択できる構成や、複数チャネルの周波数誤差量に基づき求めた値、例えば、複数チャネルの周波数誤差量の平均値又は中央値、或いは、複数チャネルの中で最も信号電力の高いチャネル又は信号対雑音比の良好なチャネルの周波数誤差量等を、共通参照信号発振回路１１に通知する構成等であっても良い。

図３は、本発明の第３実施形態による受信装置のブロック図であり、最大４チャネルの信号を分波して出力する場合の構成を示している。なお、第１実施形態と同じ構成要素には、同じ参照符号を使用して、その説明は省略する。図３によると、受信装置は、ＦＦＴ回路１と、チャネル分離回路２と、周波数領域シフト回路１３と、乗算器３と、可変長ＩＦＦＴ回路４と、復調回路５と、フィルタ特性出力回路６と、周波数誤差検出回路８とを備えており、周波数領域シフト回路１３、乗算器３、可変長ＩＦＦＴ回路４、復調回路５、フィルタ特性出力回路６及び周波数誤差検出回路８は、それぞれ、各チャネルに対応して設けられている。

本実施形態において、周波数誤差検出回路８は、第１実施形態と同様に、各チャネルに設けられ、対応チャネルの可変長ＩＦＦＴ回路４が出力する時間領域信号に基づき周波数誤差量を検出する。しかしながら、本実施形態においては、周波数誤差検出回路８が検出した周波数誤差の補償を、時間領域ではなく、周波数領域シフト回路１３にて周波数領域で行い、乗算器３は、周波数誤差補償後のチャネルの信号と、フィルタ特性出力回路６の出力信号との乗算を行う。

図８は、本実施形態におけるチャネル分離回路２、周波数領域シフト回路１３、フィルタ特性出力回路６、それぞれの出力信号の関係を示す図であり、図８（ａ）は、周波数誤差がない場合を、図８（ｂ）は、周波数誤差がある場合を示している。なお、図８の一点鎖線は、周波数誤差がない場合の中心周波数を示している。図８（ｂ）に示す様に、本実施形態において、周波数領域シフト回路１３は、チャネル分離回路２が出力する周波数領域信号を、通知された周波数誤差量に基づき周波数軸上で平行移動させて周波数誤差補償を行うため、フィルタ特性出力回路６が出力する周波数特性形状の中心周波数と、周波数領域シフト回路１３が出力する信号の中心周波数は、周波数誤差量０で一致し、よって、波形歪みや信号電力の損失は発生しない。

以上、本発明においては、フィルタ特性シフト回路１４又は周波数領域シフト回路１３が、チャネルの周波数領域信号と、当該チャネルに対する受信フィルタの周波数特性形状の中心周波数を一致させ、これにより、波形歪みや信号電力は発生しない。なお、第１実施形態及び第３実施形態において、周波数誤差検出回路８は、必ずしも、各チャネルに対して設ける必要はなく、第２実施形態と同様、周波数誤差量がほぼ同じであると考えられる複数チャネルについては、周波数誤差検出回路８を共用することができる。更に、第２実施形態で説明した、１つ又は複数のチャネルの周波数誤差量に基づき、周波数多重信号の周波数誤差補償を行う構成を、第３実施形態に適用することも可能である。

また、いずれも最大４本の信号を分波する実施形態を用いたが、本発明は、他の信号数に対しても適用できる。また、周波数誤差検出回路８は、可変長ＩＦＦＴ回路４の出力ではなく、例えば、復調回路５の出力信号から復調周波数誤差を検出する等、他のポイントにおける信号から周波数誤差量を検出する構成であっても良い。また、チャネル分離回路２により物理的に各チャネルのパスを分割して個別に処理するのではなく、時分割動作により共通の回路で処理させる構成も好ましい。更には、全部の回路を時分割動作させるのではなく、一部の回路を時分割動作させる構成であっても良い。

本発明の第１実施形態による受信装置のブロック図である。 本発明の第２実施形態による受信装置のブロック図である。 本発明の第３実施形態による受信装置のブロック図である。 従来技術による受信装置のブロック図である。 可変フィルタ特性出力回路のブロック図である。 従来技術におけるチャネル分離回路と、フィルタ特性出力回路の出力信号の関係を示す図である。 第１実施形態におけるチャネル分離回路と、可変フィルタ特性出力回路の出力信号の関係を示す図である。 第３実施形態におけるチャネル分離回路と、周波数領域シフト回路と、フィルタ特性出力回路の出力信号の関係を示す図である。

符号の説明

１ ＦＦＴ回路
２ チャネル分離回路
３ 乗算器
４ 可変長ＩＦＦＴ回路
５ 復調回路
６ フィルタ特性出力回路
７ 可変フィルタ特性出力回路
８ 周波数誤差検出回路
９ 個別参照信号発振回路
１０ 個別周波数変換回路
１１ 共通参照信号発振回路
１２ 共通周波数変換回路
１３ 周波数領域シフト回路
１４ フィルタ特性シフト回路

Claims (6)

1. 複数のチャネルの信号が周波数多重された周波数多重信号を受信する受信装置であって、
   周波数多重信号を周波数領域信号に変換する手段と、
   各チャネルの信号の周波数誤差量を検出する周波数誤差検出手段と、
   各チャネルの受信フィルタの周波数特性形状を出力するフィルタ特性出力手段と、
   周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差量に基づき、各チャネルについて、チャネルの周波数領域信号の中心周波数と、該チャネルの周波数特性形状の中心周波数を一致させるシフト手段と、
   シフト手段による中心周波数一致後の、チャネルの周波数領域信号と、該チャネルの周波数特性形状とを乗ずる乗算手段と、
   を備えており、
   シフト手段は、周波数誤差検出手段が検出したチャネルの周波数誤差量だけ、該チャネルの周波数特性形状を周波数軸上で平行移動させる、
   受信装置。
2. 乗算手段の出力信号を、時間領域信号に変換する手段と、
   周波数誤差検出手段が検出したチャネルの周波数誤差量に基づき、該チャネルの時間領域信号の周波数誤差補償を行う手段と、
   を備えている請求項１に記載の受信装置。
3. 複数のチャネルの信号が周波数多重された周波数多重信号を受信する受信装置であって、
   周波数多重信号を周波数領域信号に変換する手段と、
   各チャネルの信号の周波数誤差量を検出する周波数誤差検出手段と、
   各チャネルの受信フィルタの周波数特性形状を出力するフィルタ特性出力手段と、
   周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差量に基づき、各チャネルについて、チャネルの周波数領域信号の中心周波数と、該チャネルの周波数特性形状の中心周波数を一致させるシフト手段と、
   シフト手段による中心周波数一致後の、チャネルの周波数領域信号と、該チャネルの周波数特性形状とを乗ずる乗算手段と、
   を備えており、
   シフト手段は、周波数誤差検出手段が検出したチャネルの周波数誤差量だけ、該チャネルの周波数領域信号を周波数軸上で平行移動させる、
   受信装置。
4. 少なくとも１つのチャネルの周波数誤差量に基づき、代表誤差量を求める手段と、
   前記代表誤差量に基づき前記周波数多重信号の周波数誤差補償を行う手段と、
   を備えている請求項１から３のいずれか１項に記載の受信装置。
5. 代表誤差量は、１つのチャネルの周波数誤差量である、
   請求項４に記載の受信装置。
6. 複数のチャネルの信号が周波数多重された周波数多重信号を受信する受信装置であって、
   周波数多重信号を周波数領域信号に変換する手段と、
   各チャネルの信号の周波数誤差量を検出する周波数誤差検出手段と、
   各チャネルの受信フィルタの周波数特性形状を出力するフィルタ特性出力手段と、
   周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差量に基づき、各チャネルについて、チャネルの周波数領域信号の中心周波数と、該チャネルの周波数特性形状の中心周波数を一致させるシフト手段と、
   シフト手段による中心周波数一致後の、チャネルの周波数領域信号と、該チャネルの周波数特性形状とを乗ずる乗算手段と、
   少なくとも１つのチャネルの周波数誤差量に基づき、代表誤差量を求める手段と、
   前記代表誤差量に基づき前記周波数多重信号の周波数誤差補償を行う手段と、
   を備えており、
   前記代表誤差量は、１つのチャネルの周波数誤差量である、
   受信装置。

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