JP5897650B2 - 通信方法、通信装置および帯域合成回路 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信または有線通信に用いられる通信装置において、異なる複数のユーザが限られた周波数帯域を有効利用するために、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装置で帯域合成して復調処理を行う通信方法、通信装置および帯域合成回路に関する。

図８は、従来の通信装置の構成例を示す（非特許文献１参照) 。図８(a) は送信装置、図８(b) は受信装置を示す。
図８(a) において、送信装置は、変調器１、ルートロールオフフィルタ２、帯域分割回路１０を備える。変調器１は、送信するデータ信号をＱＰＳＫなどの変調方式で変調し、ルートロールオフフィルタ２を介して波形整形したシングルキャリア変調信号を帯域分割回路１０に入力する。

帯域分割回路１０は、直並列変換回路１２、ＦＦＴ（高速フーリエ変換) 回路１３、分割フィルタ１４₁ 〜１４_N （Ｎは２以上の整数）、周波数シフタ１５₁ 〜１５_N 、加算回路１６、ＩＦＦＴ（高速逆フーリエ変換) 回路１７、並直列変換回路１８、Ｄ／Ａ変換器１９を備え、シングルキャリア変調信号の帯域をＮ分割し、周波数軸上で分散配置して送信する構成である。シングルキャリア変調信号の帯域を３分割（Ｎ＝３）する例を図９に示す。

帯域分割回路１０に入力するシングルキャリア変調信号は直並列変換し、ＦＦＴ回路１３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（図９(a))。分割フィルタ１４₁ 〜１４_N は、周波数領域に変換されたシングルキャリア変調信号に対して、図９(b) の破線で示す信号帯域をＮ分割するフィルタ係数を周波数ごとに乗算し、Ｎ個のサブ変調信号を生成する。周波数シフタ１５₁ 〜１５_N は、各サブ変調信号を周波数軸上の所望の帯域に分散配置し、加算回路１６で足し合わせることにより、分散配置されたサブ変調信号が生成される（図９(c))。この分散配置後のサブ変調信号は、ＩＦＦＴ回路１７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、並直列変換およびＤ／Ａ変換して送信信号となる。

図８(b) において、受信装置は、帯域合成回路２０と復調器６を備える。帯域合成回路２０は、Ａ／Ｄ変換器２１、直並列変換回路２２、ＦＦＴ回路２３、抽出フィルタ２４₁ 〜２４_N 、周波数シフタ２５₁ 〜２５_N 、加算回路２６、ＩＦＦＴ回路２７、並直列変換回路２８を備え、帯域をＮ分割されたサブ変調信号を分割前のシングルキャリア変調信号に合成する構成である。帯域が３分割（Ｎ＝３）されたシングルキャリア変調信号を合成する例を図１０に示す。

帯域合成回路２０に入力する受信信号は、Ａ／Ｄ変換および直並列変換し、ＦＦＴ回路２３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（図１０(a))。抽出フィルタ２４₁ 〜２４_N は、周波数領域に変換された受信信号に対して、図１０(b) の破線で示すフィルタ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各サブ変調信号を抽出する（図１０(c))。周波数シフタ２５₁ 〜２５_N は、抽出されたサブ変調信号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２６で足し合わせることにより、合成された変調信号を生成する（図１０(d))。この合成後の変調信号は、ＩＦＦＴ回路２７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、並直列変換して出力される。復調器６は、帯域合成回路２０から出力されたシングルキャリア変調信号を復調し、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、シングルキャリア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、異なる複数のユーザで不連続な空き周波数帯域を有効利用することができる。

阿部, 山下，小林："高周波数利用効率を実現するスペクトラム編集型帯域分散伝送の提案"信学技報 SAT2009-48, Dec 2009. 阿部、山下、中平、小林："スペクトラム編集型帯域分散伝送による既存衛星通信地球局の周波数利用効率向上の検討"信学技報 SAT2010-67, Oct 2010.

送信側では、図９(c) に示すように、分割された各サブ変調信号がそれぞれルートロールオフ特性を有するように、分割フィルタ１４₁ 〜１４_N のフィルタ係数を設計する。なお、分割フィルタ１４₁ ，１４_N の特性は、左右非対称にスペクトラム編集されている。

図９(a) に示すシングルキャリア変調信号のロールオフ率をα、分割後のサブ変調信号のロールオフ率をβとするとき、図９(b) に示す分割フィルタ１４₁ 〜１４_N のフィルタ係数Ｈd_k(f) は、次式で表される。

ここで、ｆは周波数、ｆ_{c k} は分割後のサブ変調信号ｋの中心周波数、Ｂはロールオフフィルタの半値幅、Ｂ_k はサブ変調信号ｋの半値幅である。また、ルートロールオフ関数Ｈ(α,ｆ,Ｂ)は、次式で表される。

受信側では、図１０(a) に示すように、ロールオフ率βのルートロールオフ特性を有するサブ変調信号に対して、抽出フィルタ２４₁ 〜２４_N として、同じくロールオフ率βのルートロールオフフィルタを乗算する（図１０(b))。これにより、図１０(c) に示すように、抽出されたサブ変調信号はロールオフ率βのフルロールオフ特性を有する。

抽出された各サブ変調信号を分割前の帯域に周波数シフトして合成する。このとき、隣接するサブ変調信号で電力が６ｄＢ低下する周波数、すなわち抽出フィルタのフィルタ特性における遮断周波数に相当する周波数同士を重ね合わせるように合成されるため、図１０(d) に示すように、フルロールオフ特性を有するシングルキャリア変調信号が得られる。この信号は、フルロールオフ特性を有するため、符号間干渉が生じないので、このまま復調器６で復調できる。

ここで、図８に示す帯域分割回路１０および帯域合成回路２０だけを取り出し、これを「帯域分散アダプタ」として図１１に示すような無線通信システムを構成する（非特許文献２）。すなわち、無線局Ａおよび無線局Ｂは、既存のシングルキャリア変調信号を送受信する既存モデムとアンテナとの間に帯域分散アダプタを挿入し、既存モデムの出力信号を帯域分散アダプタにより周波数軸上で分割し、未使用帯域に分散配置して伝送することにより、周波数利用効率を向上させる構成である。

図１２は、既存モデムおよび帯域分散アダプタの回路構成例を示す。
図１２において、既存モデムの送信回路は、変調器１、ルートロールオフフィルタ２およびＤ／Ａ変換器３により構成され、帯域制限されたシングルキャリア変調信号を生成し、出力する。帯域分散アダプタの帯域分割回路１０は、図８(a) に示す構成にＡ／Ｄ変換器１１を加えた構成であり、送信回路の出力信号をＡ／Ｄ変換および直並列変換し、ＦＦＴ回路１３で時間領域から周波数領域の信号に変換し、分割フィルタ１４₁ 〜１４_N によりルートロールオフ特性を有する複数のサブ変調信号を生成し、周波数シフタ１５₁ 〜１５_N により未使用帯域に分散配置、ＩＦＦＴ回路１７により時間領域の信号に変換し、並直列変換およびＤ／Ａ変換して送信信号を出力する。

帯域分散アダプタの帯域合成回路２０は、図８(b) に示す構成にＤ／Ａ変換器２９を加えた構成であり、ルートロールオフ特性を有する受信信号を入力してＡ／Ｄ変換および直並列変換し、ＦＦＴ回路２３により時間領域から周波数領域の信号に変換し、抽出フィルタ２４₁ 〜２４_N によりフルロールオフ特性を有するサブ変調信号を抽出し、周波数シフタ２５₁ 〜２５_N で分割前の帯域にシフトし、合成する。合成された信号は、フルロールオフ特性を有するシングルキャリア変調信号である。これをＩＦＦＴ回路２７で時間領域の信号に変換し、並直列変換およびＤ／Ａ変換して既存モデムの受信回路に入力する。

帯域合成回路２０における帯域合成例と既存モデムとの関係を図１３に示す。図１３(a) 〜(d) は、図１０(a) 〜(d) を再掲したものである。
既存モデムの受信回路は、Ａ／Ｄ変換器４、ルートロールオフフィルタ５および復調器６により構成され、帯域分散アダプタの帯域合成回路２０の出力信号をＡ／Ｄ変換してルートロールオフフィルタ５を乗算し、復調器６で復調する。しかしながら、帯域合成回路２０の出力信号は、図１３(d) に示すように、すでにフルロールオフ特性を有する。そのため、図１３(e) ，(f) に示すように、受信回路内でさらにルートロールオフフィルタ５を乗算すると、ロールオフ特性を満足せず、符号間干渉が発生する。よって、信号伝送特性が劣化する課題がある。

本発明は、シングルキャリア変調信号の帯域分割に起因する符号間干渉の発生を防ぎ、信号伝送特性を改善することができる通信方法、通信装置および帯域合成回路を提供することを目的とする。

第１の発明は、送信回路から帯域分割回路に変調信号を入力し、帯域分割回路は、複数の分割フィルタで変調信号から周波数軸上で複数の帯域に分割したサブ変調信号を生成し、各サブ変調信号を周波数軸上の任意の場所に分散配置した送信信号を出力し、帯域合成回路は、複数の抽出フィルタで送信信号に対応する受信信号から各サブ変調信号を抽出し、各サブ変調信号の帯域を分散配置前の帯域に戻して合成した変調信号を出力し、帯域合成回路から出力される変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタを介して復調器に入力して復調する通信方法において、帯域合成回路は、合成した変調信号を入力するスペクトラム変換手段で、受信回路のルートロールオフ特性と同等になるように、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の範囲で周波数特性を補償し、遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完し、帯域合成回路から出力されるルートロールオフ特性を有する変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタに入力し、フルロールオフ特性を有する変調信号を復調器で復調する。

第１の発明の通信方法において、スペクトラム変換手段は、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分を保持した補償信号を生成するとともに、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、受信回路のルートロールオフ特性に対して、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成し、補償信号および補完信号を加算して出力する。

第１の発明の通信方法において、スペクトラム変換手段は、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分をカットした補償信号を生成するとともに、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、受信回路のルートロールオフ特性に対して、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損およびカットした周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成し、補償信号および補完信号を加算して出力する。

第２の発明は、変調信号から周波数軸上で複数の帯域に分割したサブ変調信号を生成する複数の分割フィルタを備え、各サブ変調信号を周波数軸上の任意の場所に分散配置した送信信号を出力する帯域分割回路と、送信信号に対応する受信信号から各サブ変調信号を抽出する複数の抽出フィルタを備え、各サブ変調信号の帯域を分散配置前の帯域に戻して合成した変調信号を出力する帯域合成回路とを備え、帯域合成回路から出力される変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタを介して復調器に入力して復調する構成である通信装置において、帯域合成回路は、受信回路のルートロールオフ特性と同等になるように、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の範囲で周波数特性を補償し、遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完するスペクトラム変換手段を含み、帯域合成回路から出力されるルートロールオフ特性を有する変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタに入力し、フルロールオフ特性を有する変調信号を復調器で復調する。

第２の発明の通信装置において、スペクトラム変換手段は、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分を保持した補償信号を生成する半値幅抽出フィルタと、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、受信回路のルートロールオフ特性に対して、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成する補完信号生成手段と、補償信号および補完信号を加算して出力する加算回路とを備える。

第２の発明の通信装置において、スペクトラム変換手段は、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分をカットした補償信号を生成する半値幅抽出フィルタと、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、受信回路のルートロールオフ特性に対して、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損およびカットした周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成する補完信号生成手段と、補償信号および補完信号を加算して出力する加算回路とを備える。

第３の発明は、変調信号から周波数軸上で複数の帯域に分割したサブ変調信号を生成する複数の分割フィルタを備え、各サブ変調信号を周波数軸上の任意の場所に分散配置した送信信号を出力する帯域分割回路と、送信信号に対応する受信信号から各サブ変調信号を抽出する複数の抽出フィルタを備え、各サブ変調信号の帯域を分散配置前の帯域に戻して合成した変調信号を出力する帯域合成回路とを備え、帯域合成回路から出力される変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタを介して復調器に入力して復調する構成である通信装置の帯域合成回路において、受信回路のルートロールオフ特性と同等になるように、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の範囲で周波数特性を補償し、遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完するスペクトラム変換手段を含む。

第３の発明の帯域合成回路において、スペクトラム変換手段は、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分を保持した補償信号を生成する半値幅抽出フィルタと、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、受信回路のルートロールオフ特性に対して、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成する補完信号生成手段と、補償信号および補完信号を加算して出力する加算回路とを備える。

第３の発明の帯域合成回路において、スペクトラム変換手段は、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分をカットした補償信号を生成する半値幅抽出フィルタと、帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、受信回路のルートロールオフ特性に対して、合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損およびカットした周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成する補完信号生成手段と、補償信号および補完信号を加算して出力する加算回路とを備える。

本発明は、受信側の帯域合成回路において、合成した変調信号の周波数特性を受信回路のルートロールオフ特性と同等になるように補償し、ルートロールオフ特性を有する変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタに入力することにより、フルロールオフ特性を有する変調信号が生成される。これにより、復調器でフルロールオフ特性を有する変調信号を復調することができ、符号間干渉の発生を防ぎ、伝送特性を向上させることができる。

また、帯域分割回路および帯域合成回路を帯域分散アダプタとして、既存モデムの送信回路および受信回路に接続して用いることができる。

本発明の通信装置の実施例１の構成を示す図である。 実施例１の合成された変調信号とルートロールオフフィルタとの関係を示す図である。 実施例１の帯域合成回路２０Ａにおける帯域合成例と既存モデムとの関係を示す図である。 実施例１の帯域合成回路２０Ａにおける補完信号例を示す図である。 実施例２の合成された変調信号とルートロールオフフィルタとの関係を示す図である。 実施例２の帯域合成回路２０Ａにおける帯域合成例と既存モデムとの関係を示す図である。 実施例２の帯域合成回路２０Ａにおける補完信号例を示す図である。 従来の通信装置の構成例を示す図である。 従来の帯域分割回路１０における帯域分割例を示す図である。 従来の帯域合成回路２０における帯域合成例を示す図である。 帯域分散アダプタを用いた無線通信システムの構成例を示す図である。 既存モデムおよび帯域分散アダプタの回路構成例を示す図である。 帯域合成回路２０における帯域合成例と既存モデムとの関係を示す図である。

図１は、本発明の通信装置の実施例１の構成を示す。
図１において、通信装置の帯域分散アダプタは、既存モデムの送信回路に接続される帯域分割回路１０と、既存モデムの受信回路に接続される帯域合成回路２０Ａにより構成される。ここに示す既存モデムの送信回路および受信回路、帯域分散アダプタの帯域分割回路１０は、図１２に示す従来構成と同じ構成である。

実施例１の特徴とする帯域合成回路２０Ａは、図１２に示す従来の帯域合成回路２０の加算回路２６とＩＦＦＴ回路２７との間にスペクトラム変換回路３０を挿入した構成であり、その他は同じ構成である。スペクトラム変換回路３０は、半値幅抽出フィルタ３１、補完信号生成回路３２，３３、補完信号位相補償回路３４，３５および加算回路３６により構成される

実施例１の帯域合成回路２０Ａでは、従来の帯域合成回路２０と同様に、受信信号からサブ変調信号を抽出して加算回路２６で合成する。この合成された変調信号は、図１３(e) の破線で示す既存モデムの受信回路のルートロールオフ特性よりも占有帯域幅が狭く、スペクトラムの低周波数側および高周波数側の信号成分が欠損している。詳しくは、既存モデムの受信回路のルートロールオフフィルタ５のロールオフ率をα、受信信号（加算回路２６で合成された変調信号）のロールオフ率をβとしたときの周波数特性の関係を図２に示す。実線は合成された変調信号の周波数特性、破線は受信回路のルートロールオフ特性を示す。

合成された変調信号はフルロールオフ特性を有しており、遷移域（−(1＋β)Ｂ／2〜−(1−α)Ｂ／2、(1−α)Ｂ／2〜(1＋β)Ｂ／2）の特性が受信回路のルートロールオフ特性と異なる。特に、遷移域のうち半値幅の外側の帯域Ｘ（−(1＋α)Ｂ／2〜−Ｂ／2 、(1＋α)Ｂ／2 〜Ｂ／2) のルートロールオフ特性で示される周波数成分のうち、変調信号の周波数成分ｃ１（−(1＋β)Ｂ／2〜−Ｂ／2)および周波数成分ｃ２（Ｂ／2〜(1＋β)Ｂ／2)を除く成分が欠損している。

このように欠損した周波数成分ａ１（−(1＋α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)および周波数成分ａ２（(1＋α)Ｂ／2〜Ｂ／2)は送信側で失われているが、当該遷移域の周波数成分は通過域の成分の折り返しになっているため、欠損した周波数成分ａ１，ａ２に相当する通過域の周波数成分ｂ１（(1−α)Ｂ／2〜Ｂ／2)および周波数成分ｂ２（−(1−α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)で補完が可能である。

そこで、実施例１のスペクトラム変換回路３０は、加算回路２６で合成された変調信号の周波数特性が受信回路のルートロールオフ特性と同等になるように、遷移域の周波数成分のロールオフ率を変換または保持した補償信号と、欠損した周波数成分ａ１，ａ２を補完する周波数成分ｂ１，ｂ２の補完信号を生成し、それらを加算して出力する処理を行う。以下、詳しく説明する。

実施例１の帯域合成回路２０Ａにおいて、帯域が３分割（Ｎ＝３）された変調信号を合成する例を図３に示す。図３(a) 〜(d) は、図１３(a) 〜(d) を再掲したものである。

実施例１のスペクトラム変換回路３０の半値幅抽出フィルタ３１は、加算回路２６で合成された変調信号を入力し、図３(e) に破線で示すフィルタ特性により、図２に示す遷移域のうち半値幅の範囲の帯域Ｙ（−Ｂ／2〜−(1−α)Ｂ／2、(1−α)Ｂ／2〜Ｂ／2）のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分ｃ１（−(1＋β)Ｂ／2〜−Ｂ／2)および周波数成分ｃ２（Ｂ／2〜(1＋β)Ｂ／2)を保持した補償信号を出力する。半値幅抽出フィルタ３１のフィルタ係数Ｈc(f)は、次式で表される。

実施例１の補完信号生成回路３２，３３は、加算回路２６で合成された変調信号を入力し、図２および図３(f) に示すように、スペクトラムの低周波数側および高周波数側の欠損した周波数成分ａ１，ａ２を復元するために、当該周波数成分ａ１，ａ２に相当する通過域の周波数成分ｂ１（(1−α)Ｂ／2〜Ｂ／2)および周波数成分ｂ２（−(1−α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)を抽出した補完信号を生成する。補完信号位相補償回路３４，３５は、加算回路２６で合成された変調信号を用いて補完信号の位相を補償する。詳しくは図４を参照して改めて説明する。加算回路３６は、半値幅抽出フィルタ３１から出力される補償信号と、補完信号位相補償回路３４，３５から出力される位相補償された各補完信号を加算合成することにより、受信回路のルートロールオフ特性を有する変調信号を出力する（図３(g))。

スペクトラム変換回路３０から出力されるルートロールオフ特性を有する変調信号は、ＩＦＦＴ回路２７で時間領域の信号に変換し、直並列変換およびＤ／Ａ変換して既存モデムの受信回路に入力される。

このように、帯域分散アダプタの帯域合成回路２０Ａの出力信号がルートロールオフ特性を有することで、既存モデムの受信回路でルートロールオフフィルタ５を乗算することによりフルロールオフ特性の変調信号が得られ（図３(h))、符号間干渉の発生を防ぎ、伝送特性を改善することができる。

ここで、加算回路２６で合成された変調信号の低周波数側の欠損した周波数成分ａ１の補完および位相補償について、図４を参照して説明する。
周波数成分ａ１の補完信号は、通過域の周波数成分ｂ１（(1−α)Ｂ／2〜Ｂ／2)を抽出することになるが、合成された変調信号の中心周波数を０とするとき、合成された変調信号に以下のフィルタ係数Ｈcomp(f) で示すフィルタを乗算する。

ここで生成された周波数成分ｂ１の補完信号を、欠損した周波数成分ａ１の帯域（−(1＋α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)に加算することにより補完する。

ただし、受信信号には伝送に伴い位相傾斜が生じる場合、受信信号と補完信号との間に位相差が生じるため、周波数成分ｂ１の補完信号を周波数成分ａ１の帯域にそのまま加算しても位相特性が直線にならず、位相が歪む。

そこで、補完信号位相補償回路３４では、加算回路２６で合成された変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分ｃ１（−(1＋β)Ｂ／2〜−Ｂ／2)の位相θと、折り返しにより周波数成分ｃ１と同じ周波数成分ｄ１（(1−β)Ｂ／2〜Ｂ／2)の位相φとの間で、位相差ψ＝φ−θを算出する。この位相差ψを用いて、補完信号生成回路３２から出力される補完信号（周波数成分ｂ１）の位相を補償する。このように位相補償された補完信号と、半値幅抽出フィルタ３１から出力される補償信号とを加算回路３６で加算合成することにより、遷移域の信号成分を補償した合成信号を得ることができる。

なお、図１〜図４を参照して説明した実施例１では、補完信号位相補償回路３４，３５において、加算回路２６で合成された変調信号の周波数成分ｃ１，ｃ２を基準に、補完信号生成回路３２，３３で生成された補完信号の位相を補償していたが、半値幅抽出フィルタ３１から出力される補償信号の周波数成分ｃ１，ｃ２を基準に、補完信号の位相を補償する構成としてもよい。

本発明の通信装置の実施例２の構成は、図１に示す実施例１の構成と同様であり、帯域合成回路２０Ａのスペクトラム変換回路３０が特徴である。ただし、半値幅抽出フィルタ３１で生成する補償信号および補完信号生成回路３２，３３で生成する補完信号の生成方法が実施例１と異なる。

実施例２において、既存モデムの受信回路のルートロールオフフィルタ５のロールオフ率をα、受信信号（加算回路２６で合成された変調信号）のロールオフ率をβとしたときの周波数特性の関係を図５に示す。実線は合成された変調信号の周波数特性、破線は受信回路のルートロールオフ特性を示す。

実施例１では図２に示すように、周波数成分ｃ１（−(1＋β)Ｂ／2〜−Ｂ／2)および周波数成分ｃ２（Ｂ／2〜(1＋β)Ｂ／2)を保持した上で、欠損した周波数成分ａ１（−(1＋α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)および周波数成分ａ２（(1＋α)Ｂ／2〜Ｂ／2)を補完したが、実施例２では図５に示すように、遷移域のうち半値幅の外側の帯域Ｘ（周波数成分ｃ１，ｃ２）をカットした上で、その帯域Ｘの周波数成分ａ３（−(1＋α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)および周波数成分ａ４（(1＋α)Ｂ／2〜Ｂ／2)を補完する周波数成分ｂ３（(1−α)Ｂ／2〜Ｂ／2)および周波数成分ｂ４（−(1−α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)の補完信号を生成する。

実施例２の帯域合成回路２０Ａにおいて、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。図６(a) 〜(d) は、図１３(a) 〜(d) を再掲したものである。
実施例２のスペクトラム変換回路３０の半値幅抽出フィルタ３１は、加算回路２６で合成された変調信号を入力し、図６(e) に破線で示すフィルタ特性により、図５に示す遷移域のうち半値幅の範囲の帯域Ｙ（−Ｂ／2〜−(1−α)Ｂ／2、(1−α)Ｂ／2〜Ｂ／2）のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分ｃ１（−(1＋β)Ｂ／2〜−Ｂ／2)および周波数成分ｃ２（Ｂ／2〜(1＋β)Ｂ／2)をカットした補償信号を出力する。半値幅抽出フィルタ３１のフィルタ係数Ｈc(f)は、次式で表される。

実施例２の補完信号生成回路３２，３３は、加算回路２６で合成された変調信号を入力し、図５および図６(f) に示すように、スペクトラムの低周波数側および高周波数側の欠損またはカットした周波数成分ａ３，ａ４を復元するために、当該周波数成分ａ３，ａ４に相当する通過域の周波数成分ｂ３（(1−α)Ｂ／2〜Ｂ／2)および周波数成分ｂ４（−(1−α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)を抽出した補完信号を生成する。補完信号位相補償回路３４，３５は、加算回路２６で合成された変調信号を用いて補完信号の位相を補償する。詳しくは図７を参照して改めて説明する。加算回路３６は、半値幅抽出フィルタ３１から出力される補償信号と、補完信号位相補償回路３４，３５から出力される位相補償された各補完信号を加算合成することにより、受信回路のルートロールオフ特性を有する変調信号を出力する（図６(g))。

スペクトラム変換回路３０から出力されるルートロールオフ特性を有する変調信号は、ＩＦＦＴ回路２７で時間領域の信号に変換し、直並列変換およびＤ／Ａ変換して既存モデムの受信回路に入力される。

このように、帯域分散アダプタの帯域合成回路２０Ａの出力信号がルートロールオフ特性を有することで、既存モデムの受信回路でルートロールオフフィルタ５を乗算することによりフルロールオフ特性の変調信号が得られ（図６(h))、符号間干渉の発生を防ぎ、伝送特性を改善することができる。

ここで、加算回路２６で合成された変調信号の低周波数側の欠損またはカットした周波数成分ａ３の補完および位相補償について、図７を参照して説明する。

周波数成分ａ３の補完信号は、通過域の周波数成分ｂ３（(1−α)Ｂ／2〜Ｂ／2)を抽出することになるが、合成された変調信号の中心周波数を０とするとき、合成された変調信号に以下のフィルタ係数Ｈcomp(f) で示すフィルタを乗算する。

ここで生成された周波数成分ｂ３の補完信号を、欠損またはカットした周波数成分ａ３の帯域（−(1＋α)Ｂ／2〜−Ｂ／2)に加算することにより補完する。

ただし、受信信号には伝送に伴い位相傾斜が生じる場合、受信信号と補完信号との間に位相差が生じるため、周波数成分ｂ３の補完信号を周波数成分ａ３の帯域にそのまま加算しても位相特性が直線にならず、位相が歪む。

そこで、補完信号位相補償回路３４では、加算回路２６で合成された変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分ｃ１（−(1＋β)Ｂ／2〜−Ｂ／2)の位相θと、折り返しにより周波数成分ｃ１と同じ周波数成分ｄ１（(1−β)Ｂ／2〜Ｂ／2)の位相φとの間で、位相差ψ＝φ−θを算出する。この位相差ψを用いて、補完信号生成回路３２から出力される補完信号（周波数成分ｂ３）の位相を補償する。このように位相補償された補完信号と、半値幅抽出フィルタ３１から出力される補償信号とを加算回路３６で加算合成することにより、遷移域の信号成分を補償した合成信号を得ることができる。

１ 変調器
２ ルートロールオフフィルタ
３ Ｄ／Ａ変換器
４ Ａ／Ｄ変換器
５ ルートロールオフフィルタ
６ 復調器
１０ 帯域分割回路
１１ Ａ／Ｄ変換器
１２ 直並列変換回路
１３ ＦＦＴ（高速フーリエ変換) 回路
１４₁ 〜１４_N 分割フィルタ
１５₁ 〜１５_N 周波数シフタ
１６ 加算回路
１７ ＩＦＦＴ（高速逆フーリエ変換) 回路
１８ 並直列変換回路
１９ Ｄ／Ａ変換器
２０，２０Ａ 帯域合成回路
２１ Ａ／Ｄ変換器
２２ 直並列変換回路
２３ ＦＦＴ（高速フーリエ変換) 回路
２４₁ 〜２４_N 抽出フィルタ
２５₁ 〜２５_N 周波数シフタ
２６ 加算回路
２７ ＩＦＦＴ（高速逆フーリエ変換) 回路
２８ 並直列変換回路
２９ Ｄ／Ａ変換器
３０ スペクトラム変換回路
３１ 半値幅抽出フィルタ
３２，３３ 補完信号生成回路
３４，３５ 補完信号位相補償回路
３６ 加算回路

Claims (9)

1. 送信回路から帯域分割回路に変調信号を入力し、
   前記帯域分割回路は、複数の分割フィルタで前記変調信号から周波数軸上で複数の帯域に分割したサブ変調信号を生成し、各サブ変調信号を周波数軸上の任意の場所に分散配置した送信信号を出力し、
   帯域合成回路は、複数の抽出フィルタで前記送信信号に対応する受信信号から前記各サブ変調信号を抽出し、前記各サブ変調信号の帯域を前記分散配置前の帯域に戻して合成した変調信号を出力し、
   前記帯域合成回路から出力される変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタを介して復調器に入力して復調する通信方法において、
   前記帯域合成回路は、前記合成した変調信号を入力するスペクトラム変換手段で、前記受信回路のルートロールオフ特性と同等になるように、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の範囲で周波数特性を補償し、遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完し、
   前記帯域合成回路から出力されるルートロールオフ特性を有する変調信号を前記受信回路のルートロールオフフィルタに入力し、フルロールオフ特性を有する変調信号を前記復調器で復調する
   ことを特徴とする通信方法。
2. 請求項１に記載の通信方法において、
   前記スペクトラム変換手段は、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分を保持した補償信号を生成するとともに、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、前記受信回路のルートロールオフ特性に対して、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成し、
   前記補償信号および前記補完信号を加算して出力する
   ことを特徴とする通信方法。
3. 請求項１に記載の通信方法において、
   前記スペクトラム変換手段は、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分をカットした補償信号を生成するとともに、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、前記受信回路のルートロールオフ特性に対して、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損および前記カットした周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成し、 前記補償信号および前記補完信号を加算して出力する
   ことを特徴とする通信方法。
4. 変調信号から周波数軸上で複数の帯域に分割したサブ変調信号を生成する複数の分割フィルタを備え、各サブ変調信号を周波数軸上の任意の場所に分散配置した送信信号を出力する帯域分割回路と、
   前記送信信号に対応する受信信号から前記各サブ変調信号を抽出する複数の抽出フィルタを備え、前記各サブ変調信号の帯域を前記分散配置前の帯域に戻して合成した変調信号を出力する帯域合成回路と
   を備え、前記帯域合成回路から出力される変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタを介して復調器に入力して復調する構成である通信装置において、
   前記帯域合成回路は、前記受信回路のルートロールオフ特性と同等になるように、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の範囲で周波数特性を補償し、遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完するスペクトラム変換手段を含み、
   前記帯域合成回路から出力されるルートロールオフ特性を有する変調信号を前記受信回路のルートロールオフフィルタに入力し、フルロールオフ特性を有する変調信号を前記復調器で復調する
   ことを特徴とする通信装置。
5. 請求項４に記載の通信装置において、
   前記スペクトラム変換手段は、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分を保持した補償信号を生成する半値幅抽出フィルタと、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、前記受信回路のルートロールオフ特性に対して、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成する補完信号生成手段と、
   前記補償信号および前記補完信号を加算して出力する加算回路と
   を備えたことを特徴とする通信装置。
6. 請求項４に記載の通信装置において、
   前記スペクトラム変換手段は、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分をカットした補償信号を生成する半値幅抽出フィルタと、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、前記受信回路のルートロールオフ特性に対して、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損および前記カットした周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成する補完信号生成手段と、
   前記補償信号および前記補完信号を加算して出力する加算回路と
   を備えたことを特徴とする通信装置。
7. 変調信号から周波数軸上で複数の帯域に分割したサブ変調信号を生成する複数の分割フィルタを備え、各サブ変調信号を周波数軸上の任意の場所に分散配置した送信信号を出力する帯域分割回路と、
   前記送信信号に対応する受信信号から前記各サブ変調信号を抽出する複数の抽出フィルタを備え、前記各サブ変調信号の帯域を前記分散配置前の帯域に戻して合成した変調信号を出力する帯域合成回路と
   を備え、前記帯域合成回路から出力される変調信号を受信回路のルートロールオフフィルタを介して復調器に入力して復調する構成である通信装置の帯域合成回路において、
   前記受信回路のルートロールオフ特性と同等になるように、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の範囲で周波数特性を補償し、遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完するスペクトラム変換手段を含む
   ことを特徴とする帯域合成回路。
8. 請求項７に記載の帯域合成回路において、
   前記スペクトラム変換手段は、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分を保持した補償信号を生成する半値幅抽出フィルタと、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、前記受信回路のルートロールオフ特性に対して、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損した周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成する補完信号生成手段と、
   前記補償信号および前記補完信号を加算して出力する加算回路と
   を備えたことを特徴とする帯域合成回路。
9. 請求項７に記載の帯域合成回路において、
   前記スペクトラム変換手段は、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、遷移域のうち半値幅の範囲の帯域のロールオフ率を変換し、かつ遷移域のうち半値幅の外側の周波数成分をカットした補償信号を生成する半値幅抽出フィルタと、
   前記帯域合成回路で合成した変調信号を入力し、前記受信回路のルートロールオフ特性に対して、前記合成した変調信号の遷移域のうち半値幅の外側で欠損および前記カットした周波数成分を補完し、かつ位相特性が一致するように位相補償した補完信号を生成する補完信号生成手段と、
   前記補償信号および前記補完信号を加算して出力する加算回路と
   を備えたことを特徴とする帯域合成回路。

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