JP6407191B2 - 信号圧縮装置、および信号圧縮方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信回線を介して受信した受信信号の信号波形情報を圧縮して、他の信号処理装置に送信する信号圧縮装置、および信号伝送装置に関する。

ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）など無線アクセスネットワークの基地局システムでは、基地局（ＢＳ）に対して、無線周波数（ＲＦ）の処理等を実行するリモートラジオヘッド（ＲＲＨ）を異なる場所に設置している。また、このような基地局システムでは、１つのＢＳが、光インタフェースを介して複数のＲＲＨと接続している。ＢＳは、各々のＲＲＨとの間で、標準規格であるＣＰＲＩ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｕｂｌｉｃ Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に準拠した光インタフェースを介して、デジタル化したベースバンド信号を相互に伝送している。

上記のようなＢＳとＲＲＨ間でＣＰＲＩによる信号伝送する際には、信号を可能な限り圧縮し、より多くの信号を伝送することが望まれている。例えば、信号品質の劣化を抑えながら高い圧縮率でデータを圧縮する技術として、特許文献１には、ＬＴＥなどのＯＦＤＭ信号のベースバンド振幅値がガウス分布することを利用して統計情報を算出し、算出した統計情報を利用して非線形量子化を行うときの量子化閾値を調整することが記載されている。

国際公開第２０１４／１９２０４１号

しかしながら、上述した特許文献１で提案されている信号圧縮技術では、統計情報を取得する際に、例えば以下のような問題が顕在化していた。

まず、ベースバンド振幅値の標準偏差σなどの統計情報を算出するには、統計処理ができるだけの情報を集める時間、およびバッファ用のメモリが必要である。このため、情報を収集している間は、統計情報の更新ができず、更新レートが遅くなってしまうという問題があった。また、伝送すべき信号がフェージングなどの影響を受けると、ベースバンド振幅値全体の信号レベルが変動し、例えばガウス分布ではなくなってしまい、統計情報が得られないという問題があった。

本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、伝送路特性の変化に応じて信号品質を維持しながら高い圧縮率で信号圧縮可能な信号圧縮装置、及び信号圧縮方法を提供することを目的とする。

本発明に係る信号圧縮装置は、通信回線を介して受信した受信信号を圧縮して、他の信号処理装置に送信する信号圧縮装置であって、所定の検査信号を生成する検査信号生成部と、前記受信信号と前記検査信号との和で表現する評価信号を生成する評価信号生成部と、前記評価信号を量子化して圧縮する圧縮部と、前記圧縮した評価信号を逆量子化して伸張する伸張部と、前記所定の検査信号に基づいて、前記伸張した評価信号に含まれる検査信号の劣化状態を評価する劣化評価部と、前記劣化状態に応じて、前記評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整する制御部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、受信信号と検査信号との和で表現される評価信号を圧縮ないし伸張し、伸張した評価信号に含まれる検査信号を用いて、圧縮前後における検査信号の差分、相関情報などの劣化状態を評価する。

このような圧縮による検査信号の劣化状態を利用し、評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整する。つまり、検査信号を利用することで、伝送路特性の変化に素早く対応して評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整することができるため、信号品質を維持しながら高い圧縮率で信号圧縮することができる。

また、本発明に係る信号圧縮装置は、前記評価信号を所定のクリップレベルでクリップするように該評価信号の信号レベルを調整する信号レベル調整部を更に備え、前記圧縮部は、前記信号レベルを調整した評価信号を量子化して圧縮し、前記制御部は、前記劣化状態に応じて、前記評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整するとともに、前記所定のクリップレベルを決定し信号レベルを調整することが好ましい。

また、本発明に係る信号圧縮装置において、前記検査信号生成部は、前記他の信号処理装置に伝送する信号の中で、最も信号レベルが弱い信号成分を特定する信号レベル特定部と、前記検査信号の信号レベルを、前記最も信号レベルが弱い信号成分よりも低いレベルに設定する信号レベル設定部と、をさらに有することが好ましい。

また、本発明に係る信号圧縮装置は、前記受信信号から、所定周波数の信号成分を除去する帯域除去フィルタを更に備え、前記検査信号生成部は、前記所定周波数で、前記検査信号を生成し、前記評価信号生成部は、前記所定周波数の信号成分が除去された受信信号と、前記検査信号とを合波して、前記評価信号を生成することが好ましい。

また、本発明に係る信号圧縮装置は、前記圧縮した評価信号から、前記所定周波数の信号成分を除去して前記他の信号処理装置に伝送する帯域除去フィルタを更に備えることが好ましい。

また、本発明に係る信号圧縮装置は、前記受信信号を量子化して圧縮し、圧縮した受信信号を前記他の信号処理装置へ出力する受信信号圧縮部を更に備え、前記制御部は、前記劣化状態に応じて、前記評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値と、前記受信信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整することが好ましい。

また、本発明に係る信号圧縮装置は、前記受信信号から、前記他の信号処理装置に送信する送信帯域の信号成分を通過させる帯域通過フィルタを更に備え、前記検査信号生成部は、所定周波数で、前記検査信号を生成し、前記評価信号生成部は、前記送信帯域の信号成分と前記検査信号とを合波して、前記評価信号を生成することが好ましい。

以上のような本発明は、いずれの態様においても、上記信号圧縮装置の発明を、その信号圧縮装置で実行される信号圧縮方法として捉えることも可能である。

本発明によれば、伝送路特性の変化に応じて信号品質を維持しながら高い圧縮率で信号圧縮可能な信号圧縮装置、及び信号圧縮方法を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る信号圧縮装置１が備える各種処理部を示したブロック図である。 図２は、第１実施形態に係る信号圧縮装置１が行う処理の具体例について説明するための図である。 図３は、第１実施形態の変形例に係る信号圧縮装置１ａが備える各種処理部を示したブロック図である。 図４は、第１実施形態において各種信号を非線形量子化したときの、パラメータσα（横軸）に応じたエラーベクトル振幅（縦軸）の変化を示した図である。 図５は、第２実施形態に係る信号圧縮装置２が備える各種処理部を示したブロック図である。 図６は、第２実施形態に係るゲイン調整部２０８で行われる処理の具体例について説明するための図である。 図７は、第２実施形態において各種信号を非線形量子化したときの、パラメータσα（横軸）に応じたエラーベクトル振幅（縦軸）の変化を示した図である。 図８は、第２実施形態の変形例に係る信号圧縮装置２ａが備える各種処理部を示したブロック図である。

本発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。本実施形態は、通信回線を介して受信した受信信号の信号波形情報を圧縮して、他の信号処理装置に送信する信号圧縮装置に関する。

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係る信号処理装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る信号圧縮装置１が備える各種処理部を示したブロック図である。信号圧縮装置１は、例えば、無線周波数（ＲＦ）の処理等を実行するリモートラジオヘッド（ＲＲＨ）であって、図１に示すように、アンテナ１００で受信した受信信号の信号波形情報を圧縮して、光ファイバなどの通信回線を介して、基地局（ＢＳ）などの他の信号処理装置１５０に送信する。具体的に、信号圧縮装置１は、次のような処理部を備える。

すなわち、信号圧縮装置１は、局部発振器１０１と、ミキサ１０２と、バンドパスフィルタ１０３と、帯域除去フィルタ１０４と、ＡＤ変換部１０５と、検査信号生成部１０６と、評価信号生成部１０７と、圧縮部１０８と、帯域除去フィルタ１０９と、伸張部１１０と、デジタルフィルタ１１１と、信号劣化評価部１１２と、制御部１１３と、を備える。

局部発振器１０１は、受信信号の周波数帯域（ＲＦ）よりも低い周波数（中間周波数）の搬送波を発振して、当該搬送波をミキサ１０２に送る。

ミキサ１０２は、局部発振器１０１から送られてきた搬送波を用いて、アンテナ１００からの受信信号を中間周波数にダウンコンバージョンして、ダウンコンバージョンした受信信号をバンドパスフィルタ１０３に送る。

バンドパスフィルタ１０３は、所定帯域の信号成分を通過させる帯域通過フィルタであって、ミキサ１０２から送られてきた受信信号の中から、所望の信号成分、つまり信号処理装置１５０に送信する周波数帯域（以下、単に送信帯域ともいう。）の信号成分を切り出して帯域除去フィルタ１０４に送る。

帯域除去フィルタ１０４は、例えば、無変調のＣＷ、帯域の狭い変調波などを通過できる帯域を切り出すノッチフィルタであって、バンドパスフィルタ１０３から送られてきた受信信号から、伝送帯域の周波数ｆＮの信号成分を除去する。そして、帯域除去フィルタ１０４は、当該信号成分が除去された受信信号をＡＤ変換部１０５に送る。

ＡＤ変換部１０５は、帯域除去フィルタ１０４から送られてきた受信信号について、十分に短い間隔（例えば１６ビット）でデジタル化し、評価信号生成部１０７に送る。

検査信号生成部１０６は、既知の検査波形情報を表した検査信号を生成する。具体的に、検査信号生成部１０６は、送信帯域と重複しないように、例えば送信帯域の近傍の周波数ｆＮで検査波形情報をＢＰＳＫなどで変調した検査信号を生成して、評価信号生成部１０７および信号劣化評価部１１２に送る。また、検査信号のレベルについては、受信信号よりも低いレベル（例えば１／１００）に設定すればよいが、図１に示すように、信号レベル特定部１０６ａと信号レベル設定部１０６ｂとを、検査信号生成部１０６に設けることが好ましい。すなわち、信号レベル特定部１０６ａにより、信号処理装置１５０に伝送する信号の中で、最も信号レベルが弱い信号成分を特定し、信号レベル設定部１０６ｂにより、検査信号の信号レベルを伝送したい信号の強度よりも弱く、かつ、不要な信号成分よりも強いレベルに設定することが好ましい。

評価信号生成部１０７は、ＡＤ変換部１０５から送られてきた受信信号に、検査信号を加算する加算器であって、受信信号と検査信号との和で表現される評価信号を算出して、算出した評価信号を圧縮部１０８に送る。

圧縮部１０８は、評価信号生成部１０７から送られてきた評価信号を、等間隔ではない間隔（例えば本実施形態では７ビット）で非線形量子化することでデータ量を、例えば１６ビットから７ビットに圧縮して、圧縮した評価信号を帯域除去フィルタ１０９および伸張部１１０のそれぞれに送る。

例えば、受信信号の振幅値について、その出現頻度がガウス分布するものとみなし、次のようにして、量子化処理に用いる複数の量子化閾値の間隔（量子化ステップ）を設定するものとする。具体的には、ガウス分布の標準偏差に対応するパラメータ（以下、パラメータσαという。）に応じて量子化処理に用いる複数の量子化閾値をマッピングする。より具体的には、σαが大きいほど、平均値（出現頻度が最も高い値）付近の量子化ステップが狭くなるように量子化閾値を割り当て、σαが小さいほど、平均値付近の量子化ステップが広くなるように、言い換えれば量子化ステップが均等になるように量子化閾値を割り当てるものとする。また、複数の量子化閾値を調整するパラメータσαは、後述する制御部１１３からの制御信号に応じて変更する。

帯域除去フィルタ１０９は、所定周波数の信号成分を除去する帯域除去フィルタであって、圧縮部１０８から送られてきた評価信号から、検査信号が変調された周波数ｆＮの信号成分を除去する。つまり、帯域除去フィルタ１０９は、評価信号のうち、信号処理装置１５０に送信すべき送信帯域の信号成分のみを信号処理装置１５０に送る。

伸張部１１０は、圧縮部１０８により圧縮された評価信号を逆量子化して伸張し、デジタルフィルタ１１１に送る。

デジタルフィルタ１１１は、バンドパスもしくはハイパスフィルタであって、伸張部１１０から送られてきた評価信号から、検査信号が変調された周波数ｆＮの信号成分のみを取り出して、信号劣化評価部１１２に送る。

信号劣化評価部１１２は、検査信号で表される検査波形情報に基づいて、伸張した評価信号に含まれる検査信号で表される検査波形情報の劣化状態を評価して、評価した劣化状態を示す情報を制御部１１３に通知する。すなわち、信号劣化評価部１１２は、検査信号で表される検査波形情報と、伸張した評価信号に含まれる検査信号で表される検査波形情報との相関が低い程、より劣化していると評価する。具体的に、信号劣化評価部１１２は、信号劣化の評価指標値として、検査信号で表される検査波形情報の信号点のずれを表したエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）を算出し、算出したＥＶＭを劣化情報として制御部１１３に通知する。

制御部１１３は、劣化状態に応じて、評価信号を量子化する処理に用いる複数（７ビットの場合は２^７個）の量子化閾値を調整する。具体的には、制御部１１３は、信号劣化評価部１１２から通知されたＥＶＭが小さくなるように、例えば１サンプル前など、過去の検査信号のＥＶＭの変化に基づいてパラメータσαを決定する。そして、制御部１１３は、パラメータσαを制御信号として圧縮部１０８に通知することで、評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整する。

次に、以上のような構成からなる信号圧縮装置１で行われる処理の具体例について、図２を参照しながら説明する。

まず、信号圧縮装置１は、帯域幅が５ＭＨｚのＯＦＤＭで変調されたＯＦＤＭ信号２１を受信する。続いて、信号圧縮装置１は、ＯＦＤＭ信号２１に対して、後で加算する小さな検査信号２３がノイズに隠れないように、帯域除去フィルタ１０４で検査信号２３の周波数ｆＮの信号成分を除去したＯＦＤＭ信号２２を得てＡＤ変換する。

また、信号圧縮装置１は、帯域幅が０．５ＭＨｚであり、ＯＦＤＭ信号の中心周波数に対して＋５ＭＨｚ離れた帯域にＢＰＳＫで変調された検査信号２３を生成する。図２から明らかなように、検査信号２３の信号レベルは、ＯＦＤＭ信号２１、２２の信号レベルと比較して小さく（例えば１／１００）とする。

続いて、信号圧縮装置１は、ＡＤ変換したＯＦＤＭ信号２２に検査信号２３を加算して、評価信号２４を算出する。

続いて、信号圧縮装置１は、評価信号２４を圧縮（ＳＴ１）して、圧縮した評価信号２４を帯域除去フィルタ１０９により検査信号の信号成分を除去して信号処理装置１５０に送信する（ＳＴ３）。

一方、信号圧縮装置１は、圧縮した評価信号２４を伸張（ＳＴ２）し、伸張した評価信号２５をバンドパスもしくはハイパスフィルタにより送信帯域の信号成分を除去して（ＳＴ４）、評価信号２５から検査信号２６を取り出す。続いて、信号圧縮装置１は、検査信号２３に対する検査信号２６のエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）をチェック、つまり信号劣化を評価して（ＳＴ５）、ＢＰＳＫで変調された検査信号のエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）に応じてパラメータσαを導出して（ＳＴ６）、圧縮（ＳＴ１）で用いる量子化閾値を制御する（ＳＴ７）。

なお、上述した図１に示す構成の信号圧縮装置１では、圧縮した評価信号から検査信号を除去した送信帯域の信号成分のみを信号処理装置１５０に送るようにしているが、例えば図３の変形例に示すように、評価信号の生成前に送信帯域の信号成分を分離して、評価信号とは別に圧縮して信号処理装置１５０に伝送してもよい。つまり、変形例に係る信号圧縮装置１ａは、帯域除去フィルタ１０９に代えて圧縮部１１４を備えるとともに制御部１１３に代えて制御部１１５を備える点で、信号圧縮装置１と異なる。よって、信号圧縮装置１ａが備える構成のうち、信号圧縮装置１と同じ構成については同一の符号を付し、その説明について省略する。

まず、圧縮部１１４は、本発明に係る受信信号圧縮部の一態様であって、ＡＤ変換部１０５から送られてきた受信信号を、圧縮部１０８と同じ量子化閾値を用いて非線形量子化することで、データ量を１６ビットから７ビットに圧縮し、送信信号として信号処理装置１５０へ出力する。

制御部１１５は、上述した制御部１１３と同様に、信号劣化評価部１１２で評価された劣化状態に応じて圧縮部１０８の量子化閾値を調整するとともに、圧縮部１０８の量子化閾値と同じ量子化閾値となるように圧縮部１１４の量子化閾値を調整する。

次に、検査信号のエラーパラメータσαとエラーベクトル振幅ＥＶＭとの関係について説明する。図４は、ＯＦＤＭ信号Ｓ１と、ＯＦＤＭ信号とＢＰＳＫ信号との和信号Ｓ２と、ＢＰＳＫ信号Ｓ３と、のそれぞれについて非線形量子化したときの、パラメータσα（横軸）に応じたエラーベクトル振幅（縦軸）の変化を示した図である。ここで、ＯＦＤＭ信号Ｓ１は、変形例に係る圧縮部１１４から出力される信号に相当し、ＯＦＤＭ信号とＢＰＳＫ信号との和信号Ｓ２は圧縮部１０８から出力される評価信号に相当し、ＢＰＳＫ信号Ｓ３は検査信号に相当する。

図４の結果から明らかなように、ＢＰＳＫ信号Ｓ３によるＥＶＭ特性と、ＯＦＤＭ信号とＢＰＳＫ信号との和信号Ｓ２によるＥＶＭ特性を比較したときに、同じσα値（図４中では約０．３２）で最もＥＶＭ値が低く、信号圧縮による劣化が小さい。また、ＯＦＤＭ信号Ｓ１のＥＶＭ特性は、送信信号のみを圧縮した場合のＥＶＭ特性に対応し、和信号Ｓ２のＥＶＭ特性と一致しない可能性はあるが、ＢＰＳＫ信号Ｓ３が含まれない分、必ず左にシフトするため、ＥＶＭが最も低くはならないが、それに近い良好な特性が得られる。このようなＥＶＭ特性から、例えばＯＦＤＭ信号Ｓ１について統計処理を行うなどしてパラメータσαを算出しなくても、ＢＰＳＫ信号Ｓ３のみを評価することで、信号劣化を低減しながら圧縮可能な、適切な非線形量子化のパラメータσαを決定することができる。さらに、信号処理装置１５０に伝送したい信号成分のＥＶＭを評価することなく、検査信号の信号成分のみの評価で、受信信号を含む評価信号全体の信号品質を担保することが可能であるため、システム全体の信号処理負荷を低減することができる。

信号圧縮装置１は、上記のようにＯＦＤＭ信号（受信信号）と、和信号（評価信号）とＢＰＳＫ信号（検査信号）との信号劣化度合いに相関関係が成立することを利用して、評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整することで、伝送路特性の変化に素早く対応して評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整することができる。つまり、伝送路特性が時々刻々変化しても、当該伝送路特性の変化に迅速に対応して信号品質を維持しながら高い圧縮率で信号圧縮することができる。

また、受信信号と検査信号とを含む評価信号について、非線形量子化による圧縮を行った信号は、最も信号強度が弱い成分のＥＶＭが最も悪い値となる。このため、信号レベル特定部１０６ａが、信号処理装置１５０に伝送したい信号のうち、最も信号強度が弱い成分と比べて信号強度が弱い検査信号になるように制御部１１３、１１４をコントロールすることで、信号処理装置１５０に伝送したい信号全体で、ＥＶＭが所望の値よりも良い値にすることができる。さらに、アンテナ１００が通信回線を介して受信した信号波形情報内に伝送する必要の無い微弱な信号成分を含んでいる場合においては、信号レベル特定部１０６ａが、検査信号の信号強度を、伝送したい信号の強度よりも弱く、かつ、不要な信号成分よりも強くなるように制御部１１３をコントロールすることにより、不要な信号成分を、量子化雑音の中に埋もれさせることができる。このように不要な信号成分を量子化雑音に埋もれさせることにより、伝送したい信号成分に効率良くビット数を配分することができ、よりいっそう少ないビット数、つまり高い圧縮率で品質の高い信号伝送が可能になる。例えば、ＮＯＭＡなどのような、伝送したい信号成分と同じ周波数帯域に複数の信号成分が重畳されており、フィルタ等による不要成分の信号の分離が不可能な場合には、特に適している。

このように、圧縮・伸長処理によりＥＶＭが最も低くなるような最適化を図るのではなく、少なくとも検査信号の評価で得られるＥＶＭ値よりも、必ず受信信号のＥＶＭ値はよくなることが分かることが、信号圧縮装置１、１ａの特徴である。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る信号圧縮装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る信号圧縮装置２が備える各種処理部を示したブロック図である。信号圧縮装置２は、例えば、無線周波数（ＲＦ）の処理等を実行するリモートラジオヘッド（ＲＲＨ）であって、図５に示すように、アンテナ２００で受信した受信信号の信号波形情報を圧縮して、光ファイバなどの通信回線を介して、基地局（ＢＳ）などの他の信号処理装置１５０に送信する。また、信号圧縮装置２は、第１実施形態と同様に検査信号を利用して非線形量子化の複数の量子化閾値を調整するのに加えて、検査信号を利用して適切なゲイン調整を行うため、次のような処理部を備える。

すなわち、信号圧縮装置２は、図５に示すように、局部発振器２０１と、ミキサ２０２と、バンドパスフィルタ２０３と、帯域除去フィルタ２０４と、検査信号生成部２０５と、ＤＡ変換部２０６と、評価信号生成部２０７と、ゲイン調整部２０８と、ＡＤ変換部２０９と、圧縮部２１０と、帯域除去フィルタ２１１と、伸張部２１２と、デジタルフィルタ２１３（バンドパスもしくはハイパスフィルタ）と、信号劣化評価部２１４と、制御部２１５と、を備える。

局部発振器２０１は、第１実施形態に係る局部発振器１０１と同様に、受信信号の周波数帯域（ＲＦ）よりも低い周波数（中間周波数）の搬送波を発振して、当該搬送波をミキサ２０２に送る。

ミキサ２０２は、局部発振器２０１が発振した搬送波を用いて、受信信号を中間周波数にダウンコンバージョンして、ダウンコンバージョンした受信信号をバンドパスフィルタ２０３に送る。

バンドパスフィルタ２０３は、所定帯域の信号成分を通過させる帯域通過フィルタであって、ミキサ２０２から送られてきた受信信号の中から、所望の信号成分、つまり信号処理装置２５０への送信帯域の信号成分を切り出して帯域除去フィルタ２０４に送る。

帯域除去フィルタ２０４は、所定周波数の信号成分を除去する帯域除去フィルタであって、バンドパスフィルタ２０３から送られてきた受信信号から、伝送帯域の周波数ｆＮの信号成分を除去する。そして、帯域除去フィルタ２０４は、当該信号成分が除去された受信信号を評価信号生成部２０７に送る。

検査信号生成部２０５は、既知の検査波形情報を表した検査信号を生成する。具体的に、検査信号生成部２０５は、送信帯域と重複しないように、送信帯域の近傍の周波数ｆＮで検査波形情報を変調した検査信号を生成して、ＤＡ変換部２０６および信号劣化評価部２１４に送る。また、検査信号のレベルについては、第１実施形態と同様、受信信号よりも低いレベル（例えば１／１００）に設定すればよいが、信号レベル特定部２０５ａと信号レベル設定部２０５ｂとを、検査信号生成部２０５に設けることが好ましい。

ＤＡ変換部２０６は、検査信号生成部２０５から送られてきた検査信号をＤＡ変換して、アナログの検査信号を評価信号生成部２０７に送る。

評価信号生成部２０７は、帯域除去フィルタ２０４から送られてきた受信信号に、検査信号生成部２０５からＤＡ変換部２０６によりＤＡ変換した後に送られてきた検査信号を加算する加算器であって、受信信号と検査信号との和で表現される評価信号を算出して、算出した評価信号をゲイン調整部２０８に送る。

ゲイン調整部２０８は、評価信号生成部２０７から送られてきた評価信号を所定のクリップレベルでクリップして、評価信号の信号レベルを調整し、信号レベルを調整した評価信号をＡＤ変換部２０９に送る。

ここで、ゲイン調整部２０８の動作について図６を参照して説明する。図６（Ａ）は、ＡＤ変換部２０９の出力振幅値を１で規格化した場合のＩ、Ｑ信号振幅値の出現確率を示すヒストグラムの例である。ＡＤ変換部２０９の出力振幅値を１で規格化し、Ｉ、Ｑ信号によるベクトル信号に分解するとＩ、Ｑ信号振幅値の最大値は約０．７５（＝１／√２）になる。そのため、図６（Ａ）の分布は、−０．７５〜０．７５の範囲に出現する。

図６（Ａ）の例では、−０．６５より小さい範囲、＋０．６５より大きい範囲の出現確率は極小さいため、例えばクリップレベルを０．６５に設定することができる。後述するように、クリップレベルは、信号劣化評価部２１４で評価された劣化状態に応じて設定する。

具体的に、図６（Ｂ）に示すように、クリップレベルを０．６５に設定すると、−０．６５より小さい範囲は−０．６５、＋０．６５より大きい範囲は＋０．６５として量子化される。したがって、ゲイン調整部２０８は、このクリップレベル（０．６５）を把握した上で、図６（Ｃ）に示すように、クリップレベル（０．６５）にある信号をＩ、Ｑ信号振幅値の最大値（±０．７５）まで増幅するようにゲインを増加する。このようにゲインを増加すると、クリップレベル（０．６５）を超える範囲（−０．６５より小さい範囲、＋０．６５より大きい範囲）の信号は、最大値（０．７５）以上の値を有することになり、Ｉ、Ｑ信号振幅値の最大値として処理されてしまう。しかしながら、クリップレベル（０．６５）を超える範囲は、元々の出現確率が極小さい範囲であり、後段の圧縮部２１０で全て同じ値にマージされることが明らかである。このため、Ｉ、Ｑ信号振幅値の最大値として処理を行っても、出現確率全体の分布への影響は小さい。一方、図６（Ｃ）に示すようにゲインを増加すると、出現確率の大きい、クリップレベル範囲内の信号は、出力振幅値が増加し、信号レベルを調整しなければＡＤ変換部２０９で取得できなかった極小さな信号も取り込むことが可能になる。そのため、出現確率の大きい信号のＡＤ変換部２０９による量子化の精度を向上することができる。

つまり、クリッピングレベルを０．６５とすると、ゲイン調整部２０８は、例えば図６（Ａ）に示すＩ、Ｑ信号振幅値の出現確率を図示化したヒストグラムがあった場合、クリッピングレベル０．６５を設定した図６（Ｂ）の分布になっても信号圧縮処理をする際に利用する累積出現確率分布に変化はない。このことを踏まえ、ゲイン調整部２０８は、図６（Ｃ）のような出現確率の分布になるようにゲインをコントロールすることができる。

ＡＤ変換部２０９は、ゲイン調整部２０８から送られてきた評価信号を、十分に短い等間隔の量子化閾値（例えば１６ビットであれば等間隔の２^１６個の量子化閾値）でデジタル化し、圧縮部２１０に送る。

圧縮部２１０は、ＡＤ変換部２０９から送られてきた評価信号を、等間隔ではない間隔（例えば本実施形態では、７ビット）で非線形量子化することでデータ量を、例えば１６ビットから７ビットに圧縮して、圧縮した評価信号を帯域除去フィルタ２１１および伸張部２１２のそれぞれに送る。また、圧縮部２１０は、第１実施形態に係る圧縮部１０８と同様に、ガウス分布の標準偏差に対応するパラメータσαに応じて量子化処理に用いる複数（７ビットの場合は２^７個）の量子化閾値の間隔をマッピングするものとする。また、複数の量子化閾値を調整するパラメータσαは、後述する制御部２１５からの制御信号に応じて変更する。

帯域除去フィルタ２１１は、圧縮部２１０から送られてきた評価信号から、検査信号が変調された周波数ｆＮの信号成分を除去する。つまり、帯域除去フィルタ２１１は、評価信号のうち、信号処理装置に送信すべき送信帯域の信号成分のみを信号処理装置２５０に送る。

伸張部２１２は、圧縮部２１０により圧縮された評価信号を逆量子化して伸張し、デジタルフィルタ２１３（バンドパスもしくはハイパスフィルタ）に送る。

デジタルフィルタ２１３は、伸張部２１２から送られてきた評価信号から、検査信号が変調された周波数ｆＮの信号成分のみを取り出して、信号劣化評価部２１４に送る。

信号劣化評価部２１４は、検査信号で表される検査波形情報に基づいて、伸張した評価信号に含まれる検査信号で表される検査波形情報の劣化状態を評価して、評価した劣化状態を示す情報を制御部２１５に通知する。信号劣化評価部２１４は、第１実施形態に係る信号劣化評価部１１２と同様に、信号劣化の評価指標値として、検査信号で表される検査波形情報の信号点のずれを表したエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）を算出して制御部２１５に通知する。

制御部２１５は、劣化状態に応じて、評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整するとともに、ゲイン調整部２０８が信号レベルの調整に用いるクリップレベルを調整する。

まず、評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値については、第１実施形態に係る制御部１１３と同様に調整する。すなわち、制御部２１５は、信号劣化評価部２１４から通知されたＥＶＭが小さくなるように、例えば１サンプル前など、過去の検査信号のＥＶＭの変化に基づいてパラメータσαを決定する。そして、制御部２１５は、パラメータσαを制御信号として圧縮部２１０に通知することで、評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整する。

また、ゲイン調整部２０８が信号レベルを次のように調整する。すなわち、制御部２１５は、信号劣化評価部２１４から通知されたＥＶＭが小さくなるように、例えば１サンプル前など、過去の検査信号のＥＶＭの変化に基づいて決まったクリップレベルを元に、所望のゲインレベルを制御信号としてゲイン調整部２０８に通知する。このような制御信号がゲイン調整部２０８に通知されることで、ゲイン調整部２０８が信号レベルを調整する。

ここで、クリッピングレベルとエラーベクトル振幅ＥＶＭとの関係について説明する。図６は、検査信号Ｓ７０と、クリッピングレベルを０．６５に設定してゲイン調整部２０８により信号レベルを調整したときの評価信号Ｓ７１と、ゲイン調整部２０８により信号レベルを調整しないときの評価信号Ｓ７２と、のそれぞれについて、非線形量子化したときの、パラメータσα（横軸）に応じたエラーベクトル振幅（縦軸）の変化を示した図である。

図７の結果から明らかなように、検査信号Ｓ７０、評価信号Ｓ７１、Ｓ７２との間にはＥＶＭ特性について相関関係が成立する。このような相関関係を利用して、検査信号Ｓ７０によるＥＶＭ特性から、ＥＶＭが小さい最適値に対応するσα（図７の例では約０．３６）を決定できれば、どの程度大きな信号が量子化によって、同じ信号レベルにマージされるかを判断できる。つまり、制御部２１５は、最適なσαで決定されるガウス分布の上下限値に基づいてクリッピングレベルを適切に決定することができる。例えば最適なσαが大きく信号成分が平均値付近に分布していればクリッピングレベルを小さくし、最適なσαが小さく信号成分が略均一に分布していればクリッピングレベルを大きくする。

また、クリッピングしない場合でも、その後の圧縮処理にてクリッピングと同等の処理がなされるので、圧縮処理と同じ程度クリッピングするように信号レベルを調整し、できるだけ微弱な信号をＡＤ変換するようにすることで、受信信号の品質を上げることができる。

以上のような構成からなる信号圧縮装置２では、検査信号のレベルが受信信号よりも小さく、つまりクリッピングレベルよりも十分小さくクリップによる劣化が生じないので、検査信号を利用してパラメータσαを調整するだけではなく、最適なパラメータσαからクリッピングレベルを最適に調整することができる。

なお、第２実施形態では、制御部１１３が、ゲイン調整部２０８と圧縮部２１０との両方を制御しているが、ゲイン調整部２０８のみを制御してもよい。つまり、圧縮部２１０が非線形量子化を行うのに用いる複数の量子化閾値を固定した状態で、制御部１１３がゲイン調整部２０８に制御信号を送ることでクリッピングレベルを調整してもよい。

また、上述した図５に示す構成の信号圧縮装置２では、圧縮した評価信号から検査信号を除去した送信帯域の信号成分のみを信号処理装置２５０に送るようにしているが、例えば図８の変形例に示すように、評価信号の生成前に送信帯域の信号成分を分離して、評価信号とは別に圧縮して信号処理装置２５０に伝送してもよい。つまり、変形例に係る信号圧縮装置２ａは、帯域除去フィルタ２１１に代えて圧縮部２１６を備えるとともに制御部２１５に代えて制御部２１７を備える点で、信号圧縮装置２と異なる。よって、信号圧縮装置２ａが備える構成のうち、信号圧縮装置１と同じ構成については同一の符号を付し、その説明について省略する。

まず、圧縮部２１６は、本発明に係る受信信号圧縮部の一態様であって、ＡＤ変換部２０９から送られてきた受信信号を、圧縮部２１０と同じ量子化閾値を用いて非線形量子化することで、データ量を１６ビットから７ビットに圧縮し、送信信号として信号処理装置２５０へ出力する。

制御部２１７は、上述した制御部２１５と同様に、信号劣化評価部２１４で評価された劣化状態に応じて圧縮部２１０の量子化閾値を調整するとともに、圧縮部２１０の量子化閾値と同じ量子化閾値となるように圧縮部２１６の量子化閾値を調整する。

上記のように、信号圧縮装置２ａを用いても、検査信号のレベルが受信信号よりも小さく、つまりクリッピングレベルよりも十分小さくクリップによる劣化が生じないので、検査信号を利用してパラメータσαを調整するだけではなく、最適なパラメータσαからクリッピングレベルを最適に調整することができる。

＜その他＞
上記の実施形態では、ガウス分布の標準偏差に対応するパラメータに応じて量子化処理に用いる複数の量子化閾値の間隔をマッピングするものとして説明したが、複数の量子化閾値を決定する手法についてはガウス分布に限らず、他の確率分布関数を用いて複数の量子化閾値をマッピングするなど、種々の変更が可能である。つまり、制御部は検査信号の劣化状態に応じて確率分布関数のパラメータを変更するなどして、非線形量子化に用いる複数の量子化閾値を調整すればよい。

また、上記の実施形態では、信号圧縮する対象の受信信号としてＯＦＤＭで変調された信号を例に挙げて説明したが、ＣＤＭＡや他の無線信号に用いられる変調信号においても非線形量子化によりデータ量を削減できる信号特性のものであれば適用可能であり、単一の信号変調には制限されない。

また、検査信号についても、信号波形情報の劣化が把握できればＢＰＳＫに限らず、な簡易な変調信号であれば容易に信号劣化を把握でき、同等の効果を得ることができる。

１、１ａ、２、２ａ 信号圧縮装置
１０６、２０５ 検査信号生成部
１０７、２０７ 評価信号生成部
１０８、２１０ 圧縮部
１１０、２１２ 伸張部
１１２、２１４ 信号劣化評価部
１１３、１１５、２１５、２１７ 制御部

Claims (8)

1. 通信回線を介して受信した受信信号を圧縮して、他の信号処理装置に送信する信号圧縮装置において、
   所定の検査信号を生成する検査信号生成部と、
   前記受信信号と前記検査信号との和で表現する評価信号を生成する評価信号生成部と、
   前記評価信号を量子化して圧縮する圧縮部と、
   前記圧縮した評価信号を逆量子化して伸張する伸張部と、
   前記所定の検査信号に基づいて、前記伸張した評価信号に含まれる検査信号の劣化状態を評価する劣化評価部と、
   前記劣化状態に応じて、前記評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整する制御部と、を備えることを特徴とする信号圧縮装置。
2. 前記評価信号を所定のクリップレベルでクリップして、該評価信号の信号レベルを調整する信号レベル調整部を更に備え、
   前記圧縮部は、前記信号レベルを調整した評価信号を量子化して圧縮し、
   前記制御部は、前記劣化状態に応じて、前記評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整するとともに、前記所定のクリップレベルを決定し信号レベルを調整することを特徴とする請求項１に記載の信号圧縮装置。
3. 前記検査信号生成部は、
   前記他の信号処理装置に伝送する信号の中で、最も信号レベルが弱い信号成分を特定する信号レベル特定部と、
   前記検査信号の信号レベルを、伝送したい信号の強度よりも弱く、かつ、不要な信号成分よりも強いレベルに設定する信号レベル設定部と、をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号圧縮装置。
4. 前記受信信号から、所定周波数の信号成分を除去する帯域除去フィルタを更に備え、
   前記検査信号生成部は、前記所定周波数で、前記検査信号を生成し、
   前記評価信号生成部は、前記所定周波数の信号成分が除去された受信信号と、前記検査信号とを合波して、前記評価信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の信号圧縮装置。
5. 前記圧縮した評価信号から、前記所定周波数の信号成分を除去して前記他の信号処理装置に伝送する帯域除去フィルタを更に備えることを特徴とする請求項４に記載の信号圧縮装置。
6. 前記受信信号を量子化して圧縮し、圧縮した受信信号を前記他の信号処理装置へ出力する受信信号圧縮部を更に備え、
   前記制御部は、前記劣化状態に応じて、前記評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値と、前記受信信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整することを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の信号圧縮装置。
7. 前記受信信号から、前記他の信号処理装置に送信する送信帯域の信号成分を通過させる帯域通過フィルタを更に備え、
   前記検査信号生成部は、所定周波数で、前記検査信号を生成し、
   前記評価信号生成部は、前記送信帯域の信号成分と前記検査信号とを合波して、前記評価信号を生成することを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の信号圧縮装置。
8. 通信回線を介して受信した受信信号を圧縮して、他の信号処理装置に送信する信号圧縮方法において、
   所定の検査信号を生成するステップと、
   前記受信信号と前記検査信号との和で表現する評価信号を生成するステップと、
   前記評価信号を量子化して圧縮するステップと、
   前記圧縮した評価信号を逆量子化して伸張するステップと、
   前記所定の検査信号に基づいて、前記伸張した評価信号に含まれる検査信号の劣化状態を評価するステップと、
   前記評価した劣化状態に応じて、前記評価信号を量子化する処理に用いる複数の量子化閾値を調整するステップと、を有することを特徴とする信号圧縮方法。

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