JP5296240B1

JP5296240B1 - 受信装置および受信方法

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Publication number: JP5296240B1
Application number: JP2012095516A
Authority: JP
Inventors: 阿部　　順一; 勝也中平; 隆利杉山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: JP2013223216A

Abstract

【課題】受信側でサブ変調信号間の振幅を一定にする振幅補償を行い、信号伝送特性を改善する。
【解決手段】受信側における複数Ｎのサブ変調信号を平滑化し、その振幅特性が平坦となる帯域の振幅平均値Ｓ_k (ｋは１〜Ｎの整数）を算出し、さらに各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kから基準となる振幅基準値Ｓを算出し、各サブ変調信号の振幅を振幅基準値Ｓに揃えるための振幅補償値α_k＝Ｓ／Ｓ_kを推定する振幅補償値推定回路と、受信側における複数Ｎのサブ変調信号の振幅を振幅補償値α_kを用いてそれぞれ一定になるように振幅補償する振幅補償回路とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信装置から周波数帯域を分割して送信された信号を受信し、帯域合成して復調処理を行う受信装置および受信方法に関する。

図３は、送信装置の構成例を示す（非特許文献１参照) 。
図３において、送信装置は、変調回路１と送信フィルタバンク１０を備える。変調回路１は、送信するデータ信号をＱＰＳＫなどの変調方式で変調し、波形整形した変調信号を送信フィルタバンク１０に入力する。

送信フィルタバンク１０は、直並列変換回路１１、ＦＦＴ（高速フーリエ変換) 回路１２、分割回路１３、周波数シフタ１４₁〜１４_N（Ｎは２以上の整数）、加算回路１５、ＩＦＦＴ（高速逆フーリエ変換) 回路１６、並直列変換回路１７を備え、変調信号の帯域をＮ分割して送信する構成である。変調信号の帯域を３分割（Ｎ＝３）する例を図５に示す。

送信フィルタバンク１０の直並列変換回路１１は変調信号を直並列変換し、ＦＦＴ回路１２で高速フーリエ変換し、時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換する。分割回路１３は、周波数領域に変換された変調信号に対して、図５(a) の破線で示す信号帯域をＮ分割する係数を周波数ごとに乗算し、図５(b) に示すＮ個のサブ変調信号１〜Ｎを生成する。周波数シフタ１４₁〜１４_Nは、サブ変調信号１〜Ｎを周波数軸上の所望の帯域に分散配置し、加算回路１５で足し合わせることにより、図５(c) に示すような分散配置されたサブ変調信号が生成される。この分散配置後の送信サブ変調信号は、ＩＦＦＴ回路１６で高速逆フーリエ変換により周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換され、並直列変換回路１７で並直列変換して出力される。

図４は、受信装置の構成例を示す（非特許文献１参照) 。
図４において、受信装置は、受信フィルタバンク２０と復調回路２を備える。受信フィルタバンク２０は、直並列変換回路２１、ＦＦＴ回路２２、抽出回路２３、周波数シフタ２４₁〜２４_N、加算回路２５、ＩＦＦＴ回路２６、並直列変換回路２７を備え、帯域をＮ分割されたサブ変調信号を分割前の変調信号に合成する構成である。帯域が３分割（Ｎ＝３）された変調信号を合成する例を図６に示す。

受信フィルタバンク２０の直並列変換回路２１は受信信号を直並列変換し、ＦＦＴ回路２２で高速フーリエ変換し、時間領域の信号から周波数領域の受信信号へ変換する。抽出回路２３は、周波数領域に変換された受信信号に対して、図６(a) の破線で示す係数を周波数ごとに乗算し、送信側で周波数シフトされたサブ変調信号１〜Ｎを抽出する。周波数シフタ２４₁〜２４_Nは、図６(b) に示すように、受信サブ変調信号１〜Ｎを送信側で周波数シフトされる前の帯域に戻し、加算回路２５で足し合わせることにより、図６(c) に示すような合成された変調信号が生成される。この合成後の変調信号は、ＩＦＦＴ回路２６で高速逆フーリエ変換により周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換され、並直列変換回路２７で並直列変換して出力される。復調回路２は受信フィルタバンク２０から出力された変調信号を復調し、送信装置から送信されたデータ信号を復元する。

このような送信装置および受信装置を用いることにより、変調信号の占有帯域を分割して生成された各サブ変調信号を周波数軸上の任意の場所に分散配置できるため、不連続な空き周波数帯域等を有効利用することができる。

阿部、山下、小林、"スペクトラム編集技術を用いた帯域分散伝送の提案"、電子情報通信学会ソサイエティ大会 B-3-11 2009年９月

一般に、伝送路や送受信局の増幅器などのＲＦ機器により、伝送帯域内の振幅特性が変動するため、伝送信号に振幅歪みが生じる。

ここで、図３の送信装置で帯域分割されたサブ変調信号を伝送する際に生じる振幅歪みについて、図７を参照して説明する。図７(a),(b) に示すように、変調信号を帯域分割および分散配置した送信サブ変調信号の平均振幅レベルは全てほぼ等しいが、図７(c) に示すように、伝送された受信サブ変調信号には伝送路の周波数特性に応じた振幅歪みが生じる。この振幅歪みが生じた各受信サブ変調信号をそのまま図４の受信装置で合成すると、図７(d) に示すように、合成後の変調信号の帯域内に歪みが生じる。一般に信号を伝送するには、振幅特性が一定、かつ位相特性が直線となる無歪み条件が理想的であり、復調前の信号に振幅歪みがあれば伝送特性が劣化する。

このように、各サブ変調信号を周波数軸上に分散配置する場合、各サブ変調信号が広帯域に分散して伝送されるため、伝送路における周波数特性により各サブ変調信号に独立の振幅歪みが生じ、信号伝送特性が大きく劣化する課題がある。

本発明は、受信側でサブ変調信号間の振幅を一定にする振幅補償を行い、信号伝送特性を改善することができる受信装置および受信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、送信側において変調信号を周波数軸上で複数の帯域に分割して複数Ｎのサブ変調信号を生成し、各サブ変調信号を互いに不連続な帯域に周波数シフトして送信し、受信側において受信信号から複数Ｎのサブ変調信号を抽出し、各サブ変調信号の帯域を送信側の周波数シフト前の帯域に戻して合成した変調信号を復調する無線通信システムの受信装置において、受信側における複数Ｎのサブ変調信号を平滑化し、その振幅特性が平坦となる帯域の振幅平均値Ｓ_k (ｋは１〜Ｎの整数）を算出し、さらに各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kから基準となる振幅基準値Ｓを算出し、各サブ変調信号の振幅を振幅基準値Ｓに揃えるための振幅補償値α_k＝Ｓ／Ｓ_kを推定する振幅補償値推定回路と、受信側における複数Ｎのサブ変調信号の振幅を振幅補償値α_kを用いてそれぞれ一定になるように振幅補償する振幅補償回路とを備える。

第１の発明の受信装置において、振幅補償値推定回路は、各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kの平均値を振幅基準値Ｓとする。

第１の発明の受信装置において、振幅補償値推定回路は、各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kの最小値または最大値を振幅基準値Ｓとする。

第２の発明は、送信側において変調信号を周波数軸上で複数の帯域に分割して複数Ｎのサブ変調信号を生成し、各サブ変調信号を互いに不連続な帯域に周波数シフトして送信し、受信側において受信信号から複数Ｎのサブ変調信号を抽出し、各サブ変調信号の帯域を送信側の周波数シフト前の帯域に戻して合成した変調信号を復調する無線通信システムの受信方法において、受信側における複数Ｎのサブ変調信号を平滑化し、その振幅特性が平坦となる帯域の振幅平均値Ｓ_k (ｋは１〜Ｎの整数）を算出し、さらに各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kから基準となる振幅基準値Ｓを算出し、各サブ変調信号の振幅を振幅基準値Ｓに揃えるための振幅補償値α_k＝Ｓ／Ｓ_kを推定し、受信側における複数Ｎのサブ変調信号の振幅を振幅補償値α_kを用いてそれぞれ一定になるように振幅補償する。

第２の発明の受信方法において、振幅基準値Ｓは、各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kの平均値である。

第２の発明の受信方法において、振幅基準値Ｓは、各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kの最小値または最大値である。

本発明は、複数の帯域に分割して送信された各サブ変調信号を合成する前に、各サブ変調信号の振幅が振幅基準値Ｓに揃うように振幅補償を行うことができるので、信号伝送特性を改善することができる。また、本発明では、特別なパイロット信号やフレームフォーマットが不要なため、伝送効率を低下させるためなく信号伝送特性の改善が可能である。

本発明の受信装置の実施例構成を示す図である。本発明における振幅補償手順を説明する図である。送信装置の構成例を示す図である。受信装置の構成例を示す図である。送信装置における帯域分割を説明する図である。受信装置における帯域合成を説明する図である。サブ変調信号に生じる振幅歪みを説明する図である。

図１は、本発明の受信装置の実施例構成を示す。
図１において、受信装置は、受信フィルタバンク２０、復調回路２、振幅補償値推定回路３０を備える。受信フィルタバンク２０を構成する直並列変換回路２１、ＦＦＴ回路２２、抽出回路２３、周波数シフタ２４₁〜２４_N、加算回路２５、ＩＦＦＴ回路２６、並直列変換回路２７は、図４に示す従来の受信装置と同様の機能を有する。本実施例の受信回路における受信フィルタバンク２０では、周波数シフタ２４₁〜２４_Nと加算回路２５との間に、乗算回路２８₁〜２８_Nで構成される振幅補償回路２９が配置される。振幅補償値推定回路３０は、振幅平均値算出回路３１₁〜３１_N、振幅基準値生成回路３２、振幅補償値算出回路３３₁〜３３_Nにより構成される。

受信フィルタバンク２０の周波数シフタ２４₁〜２４_Nで送信側の周波数シフト前の帯域に戻された各サブ変調信号は、振幅補償回路２９に入力されるとともに、振幅補償値推定回路３０の振幅平均値算出回路３１₁〜３１_Nにそれぞれ入力される。振幅補償値推定回路３０は、以下に説明する方法により、各サブ変調信号の振幅を揃えるための振幅補償値α₁〜α_Nを算出し、振幅補償回路２９の乗算器２８₁〜２８_Nで各サブ変調信号に乗算して振幅補償を行い、加算回路２５で合成する。

以下、図２を参照して、振幅補償値推定回路３０で各サブ変調信号の振幅を補償するための振幅補償値α₁〜α_Nを算出する手順について説明する。なお、振幅補償値推定回路３０に入力する各サブ変調信号１〜Ｎは、周波数シフタ２４₁〜２４_Nで送信側の周波数シフト前の帯域に戻されているため、図６(b) に示すように隣接するサブ変調信号の一部の帯域は重なるが、図２(a),(b),(c) では便宜的に各サブ変調信号１〜Ｎを周波数軸上で離して表記している。これは、周波数シフト前の各サブ変調信号１〜Ｎに相当するが、振幅補償値推定回路３０に入力する各サブ変調信号１〜Ｎは周波数シフタ２４₁〜２４_Nの手前から分岐する構成であってもよい。

振幅平均値算出回路３１₁〜３１_Nは、周波数シフタ２４₁〜２４_Nから出力される各サブ変調信号１〜Ｎを入力し、周波数軸上および時間軸上で平滑化した平坦域の振幅値からそれぞれの振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nを算出し（図２(a))、振幅基準値生成回路３２に入力する。振幅基準値生成回路３２では、振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nの平均値から振幅基準値Ｓ（＝（Ｓ₁＋Ｓ₂＋…＋Ｓ_N)／Ｎ）を算出する。

振幅補償値算出回路３３₁〜３３_Nは、振幅平均値算出回路３１₁〜３１_Nから出力される各サブ変調信号１〜Ｎの振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nと、振幅基準値生成回路３２から出力される振幅基準値Ｓとを入力し、各サブ変調信号１〜Ｎに対する振幅補償値α₁〜α_Nを次式により算出し、振幅補償回路２９の乗算回路２８₁〜２８_Nに出力する。
α_k＝Ｓ／Ｓ_k （ｋ＝１，２，…，Ｎ）

図２(b),(c) は、振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nの平均値から振幅基準値Ｓを算出し、得られた振幅補償値α₁〜α_Nを各サブ変調信号１〜Ｎに乗算することにより、各サブ変調信号１〜Ｎの振幅が振幅基準値Ｓ（振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nの平均値）に揃えられた状態を示す。

なお、振幅基準値Ｓとして、各サブ変調信号１〜Ｎの振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nの最小値を用いれば、各サブ変調信号１〜Ｎの振幅をその最小値に揃えることができる。また、振幅基準値Ｓとして、各サブ変調信号１〜Ｎの振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nの最大値を用いれば、各サブ変調信号１〜Ｎの振幅をその最大値に揃えることができる。

このような振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nと振幅基準値Ｓから算出された振幅補償値α₁〜α_Nを用いて、各サブ変調信号１〜Ｎが占有する全ての帯域の振幅値を補償することより、全てのサブ変調信号１〜Ｎの振幅特性が平坦となる帯域の振幅値が一定になる。そのため、加算回路２５では、図２(d) に示すように振幅歪みが生じない変調信号を合成することができるので、信号伝送特性を改善することができる。

なお、本発明では、特別なパイロット信号やフレームフォーマットが不要なため、伝送効率を低下させるためなく信号伝送特性の改善が可能である。

また、連続信号を処理する受信フィルタバンク２０としてオーバーラップ加算を用いる構成とした場合、オーバーラップ加算を行う２つのＦＦＴ回路のそれぞれにおいて生成したサブ変調信号の振幅平均値を平滑化し、振幅平均値Ｓ₁〜Ｓ_Nと振幅基準値Ｓを生成するようにしてもよい。

１変調回路
２復調回路
１０送信フィルタバンク
１１直並列変換回路
１２ＦＦＴ回路
１３分割回路
１４₁〜１４_N 周波数シフタ
１５加算回路
１６ＩＦＦＴ回路
１７並直列変換回路
２０受信フィルタバンク
２１直並列変換回路
２２ＦＦＴ回路
２３抽出回路
２４₁〜２４_N 周波数シフタ
２５加算回路
２６ＩＦＦＴ回路
２７並直列変換回路
２８₁〜２８_N 乗算回路
２９振幅補償回路
３０振幅補償値推定回路
３１₁〜３１_N 振幅平均値算出回路
３２振幅基準値生成回路
３３₁〜３３_N 振幅補償値算出回路

Claims

送信側において変調信号を周波数軸上で複数の帯域に分割して複数Ｎのサブ変調信号を生成し、各サブ変調信号を互いに不連続な帯域に周波数シフトして送信し、受信側において受信信号から複数Ｎのサブ変調信号を抽出し、各サブ変調信号の帯域を送信側の周波数シフト前の帯域に戻して合成した変調信号を復調する無線通信システムの受信装置において、
前記受信側における前記複数Ｎのサブ変調信号を平滑化し、その振幅特性が平坦となる帯域の振幅平均値Ｓ_k (ｋは１〜Ｎの整数）を算出し、さらに前記各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kから基準となる振幅基準値Ｓを算出し、前記各サブ変調信号の振幅を振幅基準値Ｓに揃えるための振幅補償値α_k＝Ｓ／Ｓ_kを推定する振幅補償値推定回路と、
前記受信側における前記複数Ｎのサブ変調信号の振幅を前記振幅補償値α_kを用いてそれぞれ一定になるように振幅補償する振幅補償回路と
を備えたことを特徴とする受信装置。
請求項１に記載の受信装置において、
前記振幅補償値推定回路は、前記各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kの平均値を前記振幅基準値Ｓとする
ことを特徴とする受信装置。
請求項１に記載の受信装置において、
前記振幅補償値推定回路は、前記各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kの最小値または最大値を前記振幅基準値Ｓとする
ことを特徴とする受信装置。
送信側において変調信号を周波数軸上で複数の帯域に分割して複数Ｎのサブ変調信号を生成し、各サブ変調信号を互いに不連続な帯域に周波数シフトして送信し、受信側において受信信号から複数Ｎのサブ変調信号を抽出し、各サブ変調信号の帯域を送信側の周波数シフト前の帯域に戻して合成した変調信号を復調する無線通信システムの受信方法において、
前記受信側における前記複数Ｎのサブ変調信号を平滑化し、その振幅特性が平坦となる帯域の振幅平均値Ｓ_k (ｋは１〜Ｎの整数）を算出し、さらに前記各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kから基準となる振幅基準値Ｓを算出し、前記各サブ変調信号の振幅を振幅基準値Ｓに揃えるための振幅補償値α_k＝Ｓ／Ｓ_kを推定し、
前記受信側における前記複数Ｎのサブ変調信号の振幅を前記振幅補償値α_kを用いてそれぞれ一定になるように振幅補償する
ことを特徴とする受信方法。
請求項４に記載の受信方法において、
前記振幅基準値Ｓは、前記各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kの平均値である
ことを特徴とする受信方法。
請求項４に記載の受信方法において、
前記振幅基準値Ｓは、前記各サブ変調信号の振幅平均値Ｓ_kの最小値または最大値である
ことを特徴とする受信方法。