JP4661870B2 - ディジタル通信システム、屋内装置及び屋外装置 - Google Patents

Description

本発明はディジタル通信システムに関し、特に、スロープイコライザを用いて一次傾斜補償、及びレベル補償を行うディジタル通信システムに関する。

マイクロ波ディジタル通信では、ベースバンド信号の処理部及び変復調部を備えた装置（ＩＤＵ）を屋内に、高周波回路を備えた装置（ＯＤＵ）を屋外に分けて設置し、これらをケーブルで接続して通信装置として機能させている。

このような構成において、ＩＤＵとＯＤＵとを接続するケーブルは、信号劣化の原因となる。ケーブルによる信号劣化（ケーブルが伝送媒体となることによる信号の劣化）は、全帯域に亘って略均一な信号レベルの低下と、高周波ほど大きい信号レベルの低下（一次傾斜）とが複合したものとなる。

ＩＤＵ−ＯＤＵ間のケーブル長が長くなるほど、全帯域に渡ってほぼ均一な信号レベルの低下量が大きくなり、周波数特性の一次傾斜の傾きも大きくなる。よって、高周波の信号は、ＩＤＵ−ＯＤＵ間のケーブル長が長くなるほど大きく劣化することとなる。

受信側の通信装置は、このようなケーブルによる信号の劣化を復調器で補償することもできるため、送信側の装置で補償を行わなくとも通信自体は可能である。しかし、実際には、送信側の通信装置から送出する無線信号には規格が定められており、その規格の範囲内で無線信号を送出するためには、送信側の通信装置においても何らかの形で補償する必要がある。

送信側の通信装置においてケーブルによる信号の劣化を補償することに関する従来技術としては、特許文献１に開示される「デジタルＦＰＵ送信装置及びデジタルＦＰＵ受信装置」がある。
特開２００２−２８０９１０号公報

従来、ＩＤＵ−ＯＤＵ間を接続するケーブルに起因する振幅周波性特性の劣化（一次傾斜の増大及び信号レベルの低下）を送信側で補償する際には、中間周波数帯（ＩＦ帯）で補償を行ってきた。しかしながら、これらの補償回路はアナログ回路で実現されていたため、温度により特性がばらついてしまうという問題があった。

特許文献１に開示される発明も同様にＩＦ帯で信号を補償しているため、温度による特性のばらつきは避けられない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、温度による特性のばらつきの小さいディジタル通信システム、屋内装置及び屋外装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、通信データを生成する手段及び該通信データを変調し中間周波数帯の信号を生成する手段を備えた屋内装置と、該屋内装置から入力された信号を無線信号に変換する手段を備えた屋外装置とが通信回線を介して接続されたディジタル通信システムであって、屋内装置は、ベースバンド信号に所定の周波数特性を付与する周波数特性付与手段と、ベースバンド信号をＤ／Ａ変換する手段と、Ｄ／Ａ変換したベースバンド信号を所定の増幅率で増幅する増幅手段と、増幅手段の出力信号を通信回線を介して屋外装置へ出力する手段とを有し、屋外装置は、通信回線の長さを算出する回線長算出手段と、算出した通信回線の長さに応じた信号レベルの低下分を補償するための増幅率を決定するとともに、通信回線の長さに応じた信号の一次傾斜の増大を補償するための周波数特性を決定する手段と、該決定した周波数特性と増幅率とを周波数特性付与手段及び増幅手段へそれぞれ所定の周波数特性及び所定の増幅率として設定するために通知する手段とを有することを特徴とするディジタル通信システムを提供するものである。

上記本発明の第１の態様においては、周波数特性付与手段は、スロープイコライザであることが好ましく、これに加えて、スロープイコライザが、複素ディジタルフィルタによって構成されることがより好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、回線長検出手段は、入力された信号の全周波数成分に亘って略均一な減衰量を基に、減衰量を補償するための増幅率を決定することにより通信回線の長さを検出することが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、通信データを生成する手段及び該通信データを変調し中間周波数帯の信号を生成する手段を備え、入力された信号を無線信号に変換する手段を備えた屋外装置と通信回線を介して接続される屋内装置であって、屋外装置からの通信回線の長さに応じた信号レベルの低下分を補償するために決定された増幅率の指示と、通信回線の長さに応じた信号の周波数特性を補償するために決定された周波数特性の指示に基づいて、周波数特性の一次傾斜の増大を補償する周波数特性をベースバンド信号に付与する周波数特性付与手段と、屋外装置からの指示に基づいて、一次傾斜の増大を補償する周波数特性を付与された信号を通信回線の長さに応じた増幅率で増幅する増幅手段とを有することを特徴とする屋内装置を提供するものである。

上記本発明の第２の態様においては、周波数特性付与手段は、スロープイコライザであることが好ましく、これに加えて、スロープイコライザが、複素ディジタルフィルタによって構成されることがより好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、入力信号を無線信号に変換する手段を備え、通信データを生成する手段及び該通信データを変調する手段を備えた屋内装置と通信回線を介して接続される屋外装置であって、通信回線の長さを算出する回線長算出手段と、算出した通信回線の長さに応じた信号レベルの低下分を補償するための増幅率を決定するとともに、通信回線の長さに応じた信号の周波数特性を補償するため周波数特性を決定する手段と、該決定した周波数特性と増幅率とを、前記屋内装置で前記通信データに対し前記通信回線の長さに応じて周波数特性の一次傾斜の増大を補償する周波数特性を付与するとともに増幅するため、屋内装置へ通知する手段とを有することを特徴とする屋外装置を提供するものである。

上記本発明の第３の態様においては、回線長算出手段は、入力された信号の全周波数成分に亘って略均一な減衰量を基に、減衰量を補償するための増幅率を決定することにより通信回線の長さを算出することが好ましい。

本発明によれば、温度による特性のばらつきの小さいディジタル通信システム、屋内装置及び屋外装置を提供できる。

〔発明の原理〕
本発明では、全帯域で略均一な信号レベルの低下量を基にＩＤＵ−ＯＤＵ間のケーブル長を推定する。そして、ケーブル長に応じて全帯域で略均一に低下する信号レベルの低下分を補償するためのＡＧＣ（Auto Gain Control）回路とケーブル長に応じて傾きが変化する周波数特性の一次傾斜を補償するためのスロープイコライザとをＩＤＵ側に設けることで、一定レベルで安定した周波数特性の信号をＯＤＵに供給するものである。

さらに、本発明では、周波数特性の一次傾斜の増大を補償するスロープイコライザを、複素ディジタルフィルタで構成し、その所望周波数特性の特徴（ＤＣオフセット＋奇関数）を利用することで、タップ係数の値を制限し、回路規模を大幅に削減している。
（ＤＣオフセット＋奇関数）で示される周波数特性を逆フーリエ変換すると、同相成分はセンタータップのみが“１”となりそれ以外のタップ係数は“０”となる。よって、このような周波数特性を示すディジタルフィルタは、同相成分に関しては、センタータップ以外のタップ係数を用いて演算するための回路を省略できることとなり、回路規模の低減が可能である。すなわち、（ＤＣオフセット＋奇関数）という周波数特性を示すディジタルフィルタを用いることで、このような周波数特性を示さないディジタルフィルタを用いる場合と比較して回路規模を縮小できる。

上記構成とすることにより、ＩＤＵ−ＯＤＵ間を接続するケーブルによる振幅周波数特性（信号の劣化）を補償するための回路のディジタル化が実現されて温度による特性のばらつきが抑制されるのみならず、部品点数の削減による低コスト化及び回路規模の縮小が可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
なお、以下の説明においては、変調方式はＱＰＳＫ、ＱＡＭ等の直交振幅変調方式を想定しており、それぞれ直交するベースバンド成分の表記には一般的に用いられている“Ｉｃｈ”、“Ｑｃｈ”という表記方法を用いる。

〔発明の実施の形態〕
本発明の好適な実施の形態について説明する。図１に、本実施形態にかかるマイクロ波ディジタル通信システムの構成を示す。このマイクロ波ディジタル通信システムは、ＩＤＵ１とＯＤＵ６とで構成される。
ＩＤＵ１は、不図示の信号処理部と変復調部とを備えた屋内装置である。一方、ＯＤＵ６は、不図示の高周波回路（マイクロ波送信回路）を備え、マイクロ波信号を送受信する機能を有する屋外装置である。

ＩＤＵ１は、スロープイコライザ２、Ｄ／Ａ３、直交検波器４及びＡＧＣ回路５を有する。
スロープイコライザ２には、不図示の信号処理部にて生成され、変復調部において変調されたＩｃｈ１０１及びＱｃｈ１０２が入力される。スロープイコライザ２は、ケーブル８によって生じる一次傾斜（ケーブル長が長くなるほど減衰量が大きくなる周波数特性）とは逆の特性をベースバンドの入力信号Ｉｃｈ１０１、Ｑｃｈ１０２に与えることで、ケーブル８によって生じる一次傾斜を補償する。スロープイコライザ２がベースバンドの入力信号Ｉｃｈ１０１、Ｑｃｈ１０２に与える周波数特性は、Ｐｏｗｅｒ検出回路７によって検出された一次傾斜に基づいた制御信号ＳＬＯＰＥ ＣＯＮＴ１０９に応じて決定される。

スロープイコライザ２は、並列に配置された二つ（便宜上Ａ、Ｂとして区別する）の複素ディジタルフィルタによって構成される。それぞれの複素ディジタルフィルタは、図２に示すように、同相成分のディジタルフィルタ１１（１１Ａ又は１１Ｂ）及び直交成分のディジタルフィルタ１２（１２Ａ又は１２Ｂ）によって構成される。図中の“Ｄ”は、フリップフロップ、“Σ”は全加算器である。なお、Ｃｒｊ（Ｊ＝０〜２）は、同相側タップ係数（Ｃｒ０はセンタータップ）、Ｃｉｊ（Ｊ＝０〜ｎ）は直交側タップ係数（Ｃｉ０はセンタータップ）を示す。
スロープイコライザ２は、（ＤＣオフセット＋奇関数）という周波数特性を示すディジタルフィルタ１１を利用しているため、上記説明したように同相成分に関してはセンタータップ以外のタップ係数を用いての演算処理は不要である。ただし、ここではスロープイコライザ２からの出力信号ＳＬＯＰＥ ＯＵＴを微調整できるようにするために、センタータップ以外のタップ係数（Ｃｒ２、Ｃｒ１）を用いての演算処理を行う構成としている。

複素ディジタルフィルタＡは、ディジタルフィルタ１１ＡにＩｃｈ１０１が、ディジタルフィルタ１２ＡにＱｃｈ１０２がそれぞれ入力され、処理結果であるＳＬＯＰＥ ＯＵＴをＩｃｈ１０３としてＤ／Ａ３へ出力する。複素ディジタルフィルタＢは、ディジタルフィルタ１１ＢにＱｃｈ１０２が、ディジタルフィルタ１２ＢにＩｃｈ１０１がそれぞれ入力され、処理結果であるＳＬＯＰＥ ＯＵＴをＱｃｈ１０４としてＤ／Ａ３へ出力する。

Ｄ／Ａ３は、後段の処理をアナログ処理で行うために、ディジタルのベースバンド信号Ｉｃｈ１０３及びＱｃｈ１０４を、アナログのベースバンド信号Ｉｃｈ１０５及びＱｃｈ１０６へ変換する。

直交検波器４は、アナログに変換されたベースバンド信号Ｉｃｈ１０５及びＱｃｈ１０６を中間周波数帯の信号ＩＦＯＵＴ１０７に変換する。

ＡＧＣ回路５は、入力信号ＩＦＯＵＴ１０７を増幅して、出力信号ＩＦＯＵＴ１０８を生成する。なお、ゲインは、Ｐｏｗｅｒ検出回路７から出力される制御信号ＧＡＩＮ ＣＯＮＴ１１０に基づいて決定される。

Ｐｏｗｅｒ検出回路７は、ＯＤＵ６の入力信号ＩＦＩＮ１１１のレベルを検出し、そのレベルからケーブル長を算出する。そして、入力信号ＩＦＩＮ１１１の信号レベルの低下分だけ信号レベルを上げさせるために、ＡＧＣ回路５へＧＡＩＮ ＣＯＮＴ１１０を出力する。また、ＯＤＵ６の入力信号１１１の周波数特性を求め、その逆特性をスロープイコライザ２に実現させるように制御信号ＳＬＯＰＥ ＣＯＮＴを出力する。

スロープイコライザ２がＳＬＯＰＥ ＯＵＴ１０９に応じて動作することにより、ＯＤＵ６への入力信号ＩＦＩＮ１１１が、一定レベルで安定した周波数特性の信号に保たれる。

マイクロ波ディジタル通信システムが送信装置として動作する場合にＩＤＵ１からＯＤＵ６に入力される信号は、ＩＤＵ１とＯＤＵ６とを接続するケーブル８の長さが長ければ長いほど、全帯域に亘って略均一な減衰量が大きくなるだけでなく、図３（ａ）に示すような周波数特性の一次傾斜も傾きが大きくなってしまい、信号劣化の原因となる。

このため、Ｐｏｗｅｒ検出回路７は、ＯＤＵ６の入力信号ＩＦＩＮ１１１を基に、ケーブル長による信号レベルの低下量及び周波数特性を求める。

Ｐｏｗｅｒ検出回路７は、入力信号ＩＦＩＮ１１を基に求めた信号レベルの低下量を補償するために、制御信号ＧＡＩＮ ＣＯＮＴ１１０をＡＧＣ回路５へ出力し、ゲインを調整する。これにより、ＯＤＵ６への入力信号ＩＦＩＮ１１１の信号レベルを一定に保つことができる。

また、Ｐｏｗｅｒ検出回路７は、ケーブル長によって生じた周波数特性の一次傾斜の傾きを求め、その逆特性をスロープイコライザ２が実現するように、制御信号ＳＬＯＰＥ ＣＯＮＴ１０９をスロープイコライザ２へ出力する。

スロープイコライザ２は、ＳＬＯＰＥ ＣＯＮＴ１０９に基づいて、ケーブル８による周波数特性の一次傾斜とは逆の周波数特性（図３（ｂ）に示す周波数特性）をベースバンド信号であるＩｃｈ１０１及びＱｃｈ１０２に与える。図３（ｂ）から明らかなように、この周波数特性は（ＤＣオフセット＋奇関数）であるから、先に説明したように、同相成分のディジタルフィルタ１１Ａ（１１Ｂ）は、直交成分のディジタルフィルタ１２Ａ（１２Ｂ）と比較して、構成が簡略化されている。
ベースバンド信号に、ケーブル８による一次傾斜とは逆の周波数特性を加えることにより、ＯＤＵ６への入力信号ＩＦＩＮ１１１は図３（ｃ）のようになり、ケーブル８による周波数特性の一次傾斜がキャンセルされ、周波数特性が安定する。よって、ＯＤＵ６は、常に安定した電気信号をマイクロ波信号に変換して受信側の通信装置へ送信できる。

このように、本実施形態にかかるマイクロ波ディジタル通信システムは、全帯域に亘ってほぼ均一な信号レベルの低下量を基にＩＤＵ−ＯＤＵ間のケーブル長を推定し、ケーブル長に応じた全帯域に亘ってほぼ均一な信号レベル低下分を補償するＡＧＣ回路とケーブル長による周波数特性の一次傾斜を補償するスロープイコライザを使用することで、一定レベルで安定した周波数特性の入力信号をＯＤＵへ供給できる。

さらに、信号の補償をディジタル処理で行うため、温度の影響による特性のばらつきが抑制される。加えて、（ＤＣオフセット＋奇関数）という周波数特性を示すディジタルフィルタを用いることにより、ディジタルフィルタの回路規模が低減され、低コスト化や装置の小型化が可能となる。

なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上記実施形態はマイクロ波ディジタル通信システムを例として説明したが、本発明はマイクロ波通信に限らずあらゆるディジタル通信システムに適用可能である。
また、上記実施形態ではマイクロ波通信において一般的に使用されている直交振幅変調方式を例としたが、これ以外の変調方式を適用することも可能である。
また、屋内装置が変調機能のみを備え、屋外装置がマイクロ波信号を送信する機能のみを備えていても（換言すると、屋内装置と屋外装置とが構成するマイクロ波ディジタル通信システムが送信機能のみを備えていても）良いことは言うまでもない。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施したマイクロ波ディジタル通信システムの構成を示す図である。 スロープイコライザの構成例を示す図である。 （ａ）はケーブルの影響で発生する一次傾斜、（ｂ）はスロープイコライザによってベースバンド信号に与える周波数特性、（ｃ）はスロープイコライザによって一次傾斜がキャンセルされたＯＤＵへの入力信号の周波数特性を示す図である。

符号の説明

１ ＩＤＵ
２ スロープイコライザ
３ Ｄ／Ａ
４ 直交検波器
５ ＡＧＣ回路
６ ＯＤＵ
７ Ｐｏｗｅｒ検出回路
８ ケーブル
１１ ディジタルフィルタ（同相成分）
１２ ディジタルフィルタ（直交成分）

Claims (10)

1. 通信データを生成する手段及び該通信データを変調し中間周波数帯の信号を生成する手段を備えた屋内装置と、該屋内装置から入力された信号を無線信号に変換する手段を備えた屋外装置とが通信回線を介して接続されたディジタル通信システムであって、
   前記屋内装置は、前記ベースバンド信号に所定の周波数特性を付与する周波数特性付与手段と、
   前記所定の周波数特性を付与された信号を所定の増幅率で増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段の出力信号を前記通信回線を介して前記屋外装置へ出力する手段とを有し、
   前記屋外装置は、通信回線の長さを算出する回線長算出手段と、
   算出した前記通信回線の長さに応じた信号レベルの低下分を補償するための増幅率を決定するとともに、前記通信回線の長さに応じた信号の一次傾斜の増大を補償するための周波数特性を決定する手段と、
   該決定した周波数特性と増幅率とを前記周波数特性付与手段及び前記増幅手段へそれぞれ前記所定の周波数特性及び前記所定の増幅率として設定するために通知する手段とを有ことを特徴とするディジタル通信システム。
2. 前記周波数特性付与手段は、スロープイコライザであることを特徴とする請求項１記載のディジタル通信システム。
3. 前記スロープイコライザが、複素ディジタルフィルタによって構成されたことを特徴とする請求項２記載のディジタル通信システム。
4. 前記回線長算出手段は、前記入力された信号の全周波数成分に亘って略均一な減衰量を基に、前記減衰量を補償するための増幅率を決定することにより前記通信回線の長さを算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のディジタル通信システム。
5. 通信データを生成する手段及び該通信データを変調し中間周波数帯の信号を生成する手段を備え、入力された信号を無線信号に変換する手段を備えた屋外装置と通信回線を介して接続される屋内装置であって、
   前記屋外装置からの前記通信回線の長さに応じた信号レベルの低下分を補償するために決定された増幅率の指示と、前記通信回線の長さに応じた信号の周波数特性を補償するために決定された周波数特性の指示に基づいて、一次傾斜の増大を補償する周波数特性をベースバンド信号に付与する周波数特性付与手段と、
   前記屋外装置からの指示に基づいて、前記一次傾斜の増大を補償する周波数特性を付与された信号を前記通信回線の長さに応じた増幅率で増幅する増幅手段とを有することを特徴とする屋内装置。
6. 前記周波数特性付与手段は、スロープイコライザであることを特徴とする請求項５記載の屋内装置。
7. 前記スロープイコライザが、複素ディジタルフィルタによって構成されたことを特徴とする請求項６記載の屋内装置。
8. 入力信号を無線信号に変換する手段を備え、前記通信データを生成する手段及び該通信データを変調する手段を備えた屋内装置と通信回線を介して接続される屋外装置であって、
   前記通信回線の長さを算出する回線長算出手段と、
   算出した前記通信回線の長さに応じた信号レベルの低下分を補償するための増幅率を決定するとともに、通信回線の長さに応じた信号の周波数特性を補償するための周波数特性を決定する手段と、
   該決定した周波数特性と増幅率とを、前記屋内装置で前記通信データに対し前記通信回線の長さに応じて周波数特性の一次傾斜の増大を補償する周波数特性を付与するとともに増幅するため、前記屋内装置へ通知する手段とを有することを特徴とする屋外装置。
9. 前記回線長算出手段は、前記入力された信号の全周波数成分に亘って略均一な減衰量を基に、前記減衰量を補償するための増幅率を決定することにより前記通信回線の長さを算出することを特徴とする請求項８記載の屋外装置。
10. 通信データを生成して前記通信データを変調し中間周波数帯の信号を出力する屋内装置と、前記屋内装置から入力された信号を無線信号に変換する屋外装置との間で前記入出力される信号に対する周波数特性付与方法であって、
    前記屋外装置は前記通信回線の長さを算出し、算出した前記通信回線の長さに応じた信号レベルの低下分を補償するための増幅率を決定するとともに、通信回線の長さに応じた信号の周波数特性を補償するための周波数特性を決定して、前記決定された周波数特性と増幅率とを、前記屋内装置へ通知し、
    前記屋内装置は、前記決定された周波数特性と増幅率を受信して、前記通信データに周波数特性の一次傾斜の増大を補償する周波数特性を付与するとともに増幅して出力することを特徴とする周波数特性付与方法。

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