JP6641121B2 - デジタル信号の送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、伝送路による信号点の歪補償をシンボル単位で行い、変調することで所要Ｃ／Ｎの劣化を低減するデジタル信号の送信装置に関する。

現在運用されている各種規格のデジタル放送のうち、衛星放送を例にとれば、複数の放送衛星事業者が独立したトランスポートストリーム（ＴＳ）を多重した信号を、放送衛星に備えた衛星中継器を介することにより伝送する。衛星デジタル放送で採用されている規格としては、ＩＳＤＢ−Ｓ、ＤＶＢ−Ｓ２などがある。以下、送信装置はこれらの規格に適合した一般化したものとして説明する。

図４は、衛星放送における衛星中継器を用いた伝送システムの構成を示すブロック図である。地球局側に設置された送信装置１から映像・音声・データ放送などを多重した放送波信号が実衛星２にアップリンクされ、実衛星２を経由した放送波信号は、各家庭の受信装置３‐１〜３‐Ｎへダウンリンクされる。実衛星２内の衛星中継器は、入力マルチプレクサ（ＩＭＵＸ）フィルタ２１、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）２２、出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）フィルタ２３等を具備しており、当該衛星中継器で受信した放送波信号をＩＭＵＸフィルタ２１にて１チャンネル分ごとの帯域抽出を行い、ＴＷＴＡ２２において利得制御を行った後、ＯＭＵＸフィルタ２３で不要周波数成分を抑圧し、後続の合成器（図示せず）により全チャンネル分の放送波信号として合成し、受信装置３‐１〜３‐Ｎへ放送波信号を送信する。

図４に示す実衛星２内の衛星中継器における信号歪みについて説明する。ＩＭＵＸフィルタ２１は、衛星中継器にて受信したアップリンク信号から各チャンネルの周波数に対応した放送波信号を抽出する帯域通過フィルタであり、群遅延歪みが発生する。ＴＷＴＡ２２は、ＩＭＵＸフィルタ２１にて抽出された各チャンネルの放送波信号に対して、電力増幅を行うが、図５に示すような非線形特性となるＡＭ／ＡＭ歪み及びＡＭ／ＰＭ歪みが発生する。ＯＭＵＸフィルタ２３は、ＴＷＴＡ２２において増幅した放送波信号に対し不要な周波数成分を抑圧する帯域通過フィルタであり、群遅延歪みが発生する。

ＴＷＴＡ２２の電力増幅処理は、入力レベルと出力レベルの間の関係が比例関係となる線形特性であることが望ましいが、入力レベルが上がるにつれて、出力レベルの利得が小さくなり、ある入力レベルを超えると、出力レベルが低下する非線形特性を示す。この出力レベルが低下し始める直前の動作点を、一般に、飽和出力動作点（又は、出力飽和点）と云い、ＴＷＴＡ２２における電力効率が最も良くなる。

そのため、衛星放送においては、π／２シフトＢＰＳＫを含むＢＰＳＫやπ／４シフトＱＰＳＫを含むＱＰＳＫ、８ＰＳＫといったＰＳＫ変調を利用する場合、ＴＷＴＡ２２は飽和出力動作点で動作するよう、ＴＷＴＡ２２に前置される減衰器（図示せず）によって入力レベルが調整される。また、１６ＡＰＳＫや３２ＡＰＳＫといったＡＰＳＫ変調の場合、振幅方向の歪に影響を受けやすく、ＴＷＴＡ２２の飽和出力動作点付近では所要Ｃ／Ｎの劣化が大きくなるため、出力レベルを前置減衰器により飽和出力動作点より下げた状態（一般に、出力バックオフと称される）で運用される。

そこで、衛星中継器の歪補償機能を有する送信装置１を構成し、実伝送路の歪補償を行う技法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。図６は、特許文献１に記載された、衛星中継器の歪補償機能を有する従来の送信装置を概略的に示すブロック図である。尚、図６の送信装置１は特許文献１による送信装置が備える変調器に係る構成のみを図示している。この図６に示す送信装置１は、所定の符号化を施したデータ信号（以下、単にデジタル信号とも称する）に対して、シリアルのビット列をパラレルに変換するシリアル／パラレル変換（Ｓ／Ｐ）部１１と、所定の変調方式に応じてマッピングするマッピング部１２と、歪補償を行う歪補償部４と、直交変調を施す直交変調部１３と、を備える。

歪補償部４は、疑似伝送路部４１と、遅延部４２と、第１ベクトル加算部４３と、第２ベクトル加算部４４と、を備える。

疑似伝送路部４１は、図４に示す実衛星２内の衛星中継器内の歪補償対象機器ごとに対応して模擬した擬似構成機器を備えており、各擬似構成機器は、各歪補償対象機器の位相及び振幅の周波数特性や非線形特性を近似した入出力特性を有している。即ち、疑似伝送路部４１は、入力マルチプレクサ（ＩＭＵＸ）フィルタ４５、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）４６、及び出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）フィルタ４７を具備しており、マッピング部１２で所定の変調方式に応じたマッピングを行って得られた信号点系列からなるデジタル信号から、ＩＭＵＸフィルタ４５によって１チャンネル分の帯域抽出を行い、ＴＷＴＡ４６により利得制御を行って、ＯＭＵＸフィルタ４７で不要周波数成分を抑圧する。これにより、疑似伝送路部４１は、送信するデジタル信号の信号点のマッピング後の理想信号点に対して、実衛星２内の衛星中継器によって生じうる信号点のずれを模擬した信号点のＩＱ信号を送出する。

第１ベクトル加算部４３は、疑似伝送路部４１から送出される、送信するデジタル信号の信号点のマッピング後の理想信号点に対する信号点のずれを誤差ベクトルとしてシンボルごとに生成する。

遅延部４２は、マッピング部１２による信号点のマッピング後の信号点を、第１ベクトル加算部４３により算出した誤差ベクトルで補償するために、タイミング調整する。従って、遅延部４２は、疑似伝送路部４１によって生じる遅延量Ｄと同一の遅延量でタイミング調整するように機能する。

第２ベクトル加算部４４は、マッピング部１２による信号点のマッピング後の信号点を、第１ベクトル加算部４３により算出した誤差ベクトルで補償した信号点に変換する。

歪補償部４において求められた信号点座標は、直交変調部１３へ入力され、直交変調部１３は、第２ベクトル加算部４４によって誤差ベクトルで補償した信号点で直交変調し、所定の変調方式の変調波信号を生成する。生成された変調波信号は、実衛星２に向けてアップリンクされる。

尚、所定の変調方式とは、π／２シフトＢＰＳＫを含むＢＰＳＫ、π／４シフトＱＰＳＫを含むＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＡＰＳＫ、３２ＡＰＳＫ、あるいは更に多値のＰＳＫやＡＰＳＫなどを含み、ＱＡＭはＡＰＳＫの一種であるからＱＡＭも含まれる。マッピング部１２はこれらの変調方式に対応したマッパを用いることができる。

したがって、図６に示す送信装置１によれば、図７に示すように、マッピング部１２によるマッピング後の信号点（同図に示すＳ１）は理想信号点に割り当てられ、疑似伝送路部４１内のＩＭＵＸフィルタ４５、ＴＷＴＡ４６、及びＯＭＵＸフィルタ４７を通過させることで（同図に示すＳ２）、誤差ベクトルが得られる。そして、この誤差ベクトルに対し当該理想信号点を基準に点対称となる逆方向の誤差ベクトルを用いて、遅延部４２を経た理想信号点のＩＱ信号に対し第１ベクトル加算部４３、及び第２ベクトル加算部４４により歪補償を行った信号点が得られる（同図に示すＳ３）。この歪補償後の信号点座標で直交変調部１３により直交変調した変調波信号は、実衛星２内の衛星中継器におけるＩＭＵＸフィルタ２１、ＴＷＴＡ２２、及びＯＭＵＸフィルタ２３を通過すると（同図に示すＳ４）、当該理想信号点に近づけることができる。このように、歪補償部４を経て、直交変調部１３により生成された変調波信号は、実衛星２で加わる歪みベクトルの逆ベクトルを理想信号点に予め加算してから変調されているため、実衛星２で歪みベクトルが加わると、この逆ベクトルと相殺され、受信される信号点は理想信号点と近い信号点となる。

特開２０１０−１３６２５４号公報

従来の特許文献１による送信装置における歪補償では、疑似伝送路部により実伝送路（上記例では実衛星内の衛星中継器）のＴＷＴＡの非線形入出力特性（ＡＭ／ＡＭ特性）に対し近似した入出力特性を用いるため、歪補償後の信号に過大なピーク電力が発生することがあり、不要なスプリアスの発生や実伝送路の各機器の動作に悪影響が出てしまう。

本発明の目的は、上述の問題に鑑み、過大なピーク電力の発生を抑制しつつ、送信装置側で衛星中継器等による歪を補償することにより、受信装置側での信号点配置のずれ幅を小さくする、デジタル信号の送信装置を提供することにある。

本発明は、送信装置側で、送信するデジタル信号（所定の符号化を施した変調前の信号）に対して、所定の変調方式毎に理想信号点にマッピングした後、疑似伝送路部により実伝送路上の歪を補償するよう構成する際に、この疑似伝送路部に含まれる電力増幅器（上記例ではＴＷＴＡ）として、実伝送路（上記例では実衛星２内の衛星中継器）上の電力増幅器の入出力特性（ＡＭ／ＡＭ特性）を近似する際に、飽和出力動作点以上の入力ではその出力が飽和出力に維持されるよう修正近似した入出力特性を用いる。これにより、歪補償後の過大なピーク電力の発生を抑制することが可能となり、実伝送路の構成機器への過大入力を防止すること及びスプリアスの発生を抑制することが可能となる。

即ち、本発明による送信装置は、所定の実伝送路を介して受信装置に向けてデジタル信号を送信するために、デジタル信号を所定の変調方式で変調する送信装置であって、実伝送路上の予め定めた１以上の歪補償対象機器に含まれる電力増幅器の非線形入出力特性を近似し、更に当該近似した非線形入出力特性における飽和出力動作点以上の入力に対する出力を当該飽和出力動作点の飽和出力に維持するよう修正した修正近似特性を有する飽和維持型電力増幅器を含み、当該１以上の歪補償対象機器を模擬した疑似伝送路部と、前記疑似伝送路部の通過後の信号点と通過前の信号点との差分を誤差ベクトルとして求め、当該デジタル信号の理想信号点に対し前記誤差ベクトルの逆ベクトルを加算することにより、歪補償した信号点に変換するベクトル演算手段と、当該逆ベクトルを加算するタイミングを調整するタイミング調整手段と、当該歪補償した信号点のデジタル信号を直交変調する直交変調手段と、を備え、前記歪補償対象機器に含まれる電力増幅器は、前記非線形入出力特性としてのＡＭ／ＡＭ特性にて前記飽和出力動作点以上の入力電力に対する出力電力が当該飽和出力より減少する特性を有し、前記ベクトル演算手段は、前記飽和出力動作点以上の入力に対する出力について、前記直交変調手段により直交変調する当該歪補償した信号点の振幅を、前記ＡＭ／ＡＭ特性の逆特性に基づき歪補償する場合の信号点の振幅よりも小さくなるように位相を考慮したベクトル演算で変換することを特徴とする。

また、本発明による送信装置において、前記所定の変調方式は、ＡＳＫ、ＰＳＫ、若しくはＡＰＳＫを含むことを特徴とする。尚、ＱＡＭもＡＰＳＫに含まれる。

本発明によれば、非線形特性を持つ電力増幅器の特性について飽和動作点以上の入力電力において出力電力を飽和出力電力に維持する飽和維持型ＴＷＴＡを用いて歪補償を行うため、とりわけ実伝送路に飽和動作点以降の電力低下が著しい電力増幅器が用いられる場合に、過大なピーク電力抑制の効果を奏する。

本発明による一実施例の送信装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明による一実施例の送信装置における飽和保持型ＴＷＴＡの入出力特性に関する説明図である。 本発明による一実施例の送信装置における歪補償を用いた場合の信号点遷移を従来の送信装置と対比して示す図である。 衛星放送における衛星中継器を用いた伝送システムの構成を示すブロック図である。 実衛星の進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）の無変調波信号におけるＡＭ／ＡＭ及びＡＭ／ＰＭ特性を示す図である。 従来の送信装置の概略構成を示すブロック図である。 従来の送信装置における歪補償を用いた場合の信号点遷移を示す図である。

本発明による一実施例の送信装置を説明する。尚、各図面において、同様な構成要素には同一の参照番号を付して説明する。

図１は、本発明による一実施例の送信装置１の概略構成を示すブロック図である。尚、図１の送信装置１は本発明による送信装置が備える変調器に係る構成のみを図示している。この送信装置１は、各種規格に準拠した一般化した送信装置である。本実施例の送信装置１は、図４に示す実衛星２における衛星中継器を介する伝送システムに適応可能な送信装置であり、既存の放送衛星に対して放送波信号を送信することができる。従って、本実施例の送信装置１は、実衛星２内の衛星中継器を介して受信装置３‐１〜３‐Ｎに向けてデジタル信号を送信するために、デジタル信号を所定の変調方式で変調する送信装置として構成される。

図１に示すように、本実施例の送信装置１は、送信するデジタル信号（所定の符号化を施した変調前の信号）に対して、シリアルのビット列をパラレルに変換するシリアル／パラレル変換（Ｓ／Ｐ）部１１と、所定の変調方式毎にマッピングするマッピング部１２と、本発明に係る歪補償部４ａと、直交変調を施す直交変調部１３とを備える。ここで、シリアル／パラレル変換（Ｓ／Ｐ）部１１、マッピング部１２、及び直交変調部１３は、図６に示した従来の送信装置１のものと同様に機能する。即ち、図１に示す本実施例の送信装置１は、図６に示す従来の送信装置１と比較して、歪補償部４の代わりに、これとは構成の異なる歪補償部４ａが設けられている点で相違する。

歪補償部４ａは、疑似伝送路部４１ａと、遅延部４２と、第１ベクトル加算部４３と、第２ベクトル加算部４４と、振幅調整部４８とを備える。

疑似伝送路部４１ａは、図４に示す実衛星２の衛星中継器に搭載される入力マルチプレクサ（ＩＭＵＸ）フィルタ２１の位相及び振幅の周波数特性（総括して、フィルタ特性とも称する）に近似した入出力特性を有する入力マルチプレクサ（ＩＭＵＸ）フィルタ４５と、出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）フィルタ２３の位相及び振幅の周波数特性（即ち、フィルタ特性）に近似した入出力特性を有する出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）フィルタ４７と、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）２２のＡＭ／ＡＭ特性及びＡＭ／ＰＭ特性に近似した入出力特性からさらにＡＭ／ＡＭ特性に関して近似した入出力特性については飽和出力動作点となる入力以上の特性を飽和出力に維持するよう修正した修正近似特性（図２を参照して後述する）を有する飽和維持型進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）４６ａを備える。

歪補償部４ａは、マッピング部１２を経て入力される理想信号点のデジタル信号を疑似伝送路部４１ａに入力することにより、実衛星２によって生じる信号点のずれを模擬した信号点のＩＱ信号を送出し、第１ベクトル加算部４３において、理想信号点とのずれを誤差ベクトルとしてシンボルごとに生成し、遅延部４２においてタイミング調整された理想信号点から誤差ベクトルを第２ベクトル加算部４４にて減算することで、歪補償した信号点を生成する。続いて、振幅調整部４８により所定値に振幅調整された後、当該生成された歪補償後の信号点のデジタル信号は直交変調部１３へ入力される。

直交変調部１３は、歪補償部４ａによって歪補償した信号点のデジタル信号を直交変調する。ここで云う所定の変調方式には、π／２シフトＢＰＳＫを含むＢＰＳＫ、π／４シフトＱＰＳＫを含むＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＡＰＳＫ、３２ＡＰＳＫ、あるいは更に多値のＰＳＫやＡＰＳＫなどを含み、ＱＡＭはＡＰＳＫの一種であるからＱＡＭも含まれる。

図２は、本実施例の送信装置１における飽和保持型ＴＷＴＡ４６ａの入出力特性（ＡＭ／ＡＭ特性）に関する説明図である。破線は理想的なＡＭ／ＡＭ特性を示しており、これに対し点線は実衛星２内のＴＷＴＡ２２の非線形入出力特性となるＡＭ／ＡＭ特性に関して、近似した入出力特性を示す。理想的なＡＭ／ＡＭ特性は入力電力に比例した電力が出力されるが、実際のＴＷＴＡ２２では、入力電力の増大に伴い出力電力は徐々に比例した電力よりも小さい電力を出力するようになり、更に入力電力を増大させると出力電力は減少していく。出力電力が減少し始める直前の動作点を飽和出力動作点と呼ぶ。図６に示す従来の送信装置１内の疑似伝送路部４１内のＴＷＴＡ４６は、ＡＭ／ＡＭ特性に関して図２の点線で示す近似した入出力特性（以下、単に近似特性とも称する）を用いて模擬するよう構成していたが、本発明に係る疑似伝送路部４１ａ内の飽和維持型ＴＷＴＡ４６ａは、その点線で示す近似特性からさらに飽和出力動作点となる入力以上の特性を飽和出力に維持するよう修正した修正近似特性を用いて模擬するよう構成されている。このため、本発明に係る飽和維持型ＴＷＴＡ４６ａは、飽和出力動作点を超える振幅値が入力された場合、その出力は飽和出力動作点の飽和出力に維持されるように動作する。これにより、飽和出力動作点を超える入力があった場合に歪補償後の振幅値を抑圧することが可能となる。この歪補償後の電力（振幅値）の抑圧効果について、図３を参照して説明する。

図３は、本発明による一実施例の送信装置１における歪補償を用いた場合の信号点遷移を、図６に示す従来の送信装置１と対比して示す図である。マッピング部１２によるマッピング後の信号点（図３に示すＳ１）は理想信号点に割り当てられているとすると、図６に示す従来の送信装置１では、疑似伝送路部４１内のＴＷＴＡ４６に飽和出力動作点より高い電力の信号が入力された場合、飽和維持しない近似特性に基づくそのＴＷＴＡ４６の通過後の信号点は図３に示すＳ２の信号点となり、これに対応する歪補償後の信号点は同図に示すＳ３の信号点となる。一方、図１に示す本発明に係る送信装置１では、疑似伝送路部４１ａ内の飽和維持型ＴＷＴＡ４６ａに飽和出力動作点より高い電力の信号が入力された場合、飽和維持する修正近似特性に基づくそのＴＷＴＡ４６ａの通過後の信号は図３に示すＳ２’の信号点となり、これに対応する歪補償後の信号点は同図に示すＳ３’の信号点となる。図３から分かるように（本発明に係る歪補償後の振幅値）＜（従来の歪補償後の振幅値）となり、歪補償後の電力を抑圧することができる。このため、歪補償後の信号に過大なピーク電力が発生しても、不要なスプリアスの発生や実伝送路の各機器の動作に対する悪影響を抑制することができる。

本実施例の疑似伝送路部４１ａにおける、飽和維持型ＴＷＴＡ４６ａは、デジタル化したアナログ値の信号を増幅変換するルックアップテーブルを格納したメモリで構成することもできる。また、本実施例の疑似伝送路部４１ａにおける、ＩＭＵＸフィルタ４５及びＯＭＵＸフィルタ４７は、実衛星２内の衛星中継器の各歪補償対象機器を模擬したものであり、本願明細書中で云う「近似した」或いは「修整近似した」入出力特性とは、厳密に実衛星２内の各歪補償対象機器の入出力特性に対する同一性が要求されるものではない。従って、ＩＭＵＸフィルタ２１及びＯＭＵＸフィルタ２３と同等の機能を有する限り、任意の態様で構成することができ、ＩＭＵＸフィルタ２１及びＯＭＵＸフィルタ２３はデジタルフィルタで構成することもできる。

また、歪補償部４ａに具備される第２ベクトル加算部４４は、遅延部４２及び第１ベクトル加算部４３からそれぞれ入力される２つのＩＱ信号点の平均電力が同値になるように、疑似伝送路部４１ａの入力値を調整後に、ベクトル加算する。

上述の実施例は、衛星デジタル放送に適用した場合を代表的な例として説明したが、同様にそれ以外の伝送路にも適用が可能である。

本発明によれば、伝送路歪みを好適に低減させることができるので、非線形歪補償装置及びデジタル変調装置などの専用化した装置としても構成でき、伝送歪を有する伝送路を介するデジタル信号の信号処理用途に有効である。

１ 送信装置
１１ シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部
１２ マッピング部
１３ 直交変調部
２ 実衛星
２１ 入力マルチプレクサ（ＩＭＵＸ）フィルタ
２２ 進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）
２３ 出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）フィルタ
３‐１〜３‐Ｎ 受信装置
４ 従来技術による歪補償部
４ａ 本発明による歪補償部
４１ 従来技術による疑似伝送路部
４１ａ 本発明による疑似伝送路部
４２ 遅延部
４３ 第１ベクトル加算部
４４ 第２ベクトル加算部
４５ 入力マルチプレクサ（ＩＭＵＸ）フィルタ
４６ 進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）
４６ａ 飽和維持型ＴＷＴＡ
４７ 出力マルチプレクサ（ＯＭＵＸ）フィルタ

Claims (2)

1. 所定の実伝送路を介して受信装置に向けてデジタル信号を送信するために、デジタル信号を所定の変調方式で変調する送信装置であって、
   実伝送路上の予め定めた１以上の歪補償対象機器に含まれる電力増幅器の非線形入出力特性を近似し、更に当該近似した非線形入出力特性における飽和出力動作点以上の入力に対する出力を当該飽和出力動作点の飽和出力に維持するよう修正した修正近似特性を有する飽和維持型電力増幅器を含み、当該１以上の歪補償対象機器を模擬した疑似伝送路部と、
   前記疑似伝送路部の通過後の信号点と通過前の信号点との差分を誤差ベクトルとして求め、当該デジタル信号の理想信号点に対し前記誤差ベクトルの逆ベクトルを加算することにより、歪補償した信号点に変換するベクトル演算手段と、
   当該逆ベクトルを加算するタイミングを調整するタイミング調整手段と、
   当該歪補償した信号点のデジタル信号を直交変調する直交変調手段と、
   を備え、
   前記歪補償対象機器に含まれる電力増幅器は、前記非線形入出力特性としてのＡＭ／ＡＭ特性にて前記飽和出力動作点以上の入力電力に対する出力電力が当該飽和出力より減少する特性を有し、
   前記ベクトル演算手段は、前記飽和出力動作点以上の入力に対する出力について、前記直交変調手段により直交変調する当該歪補償した信号点の振幅を、前記ＡＭ／ＡＭ特性の逆特性に基づき歪補償する場合の信号点の振幅よりも小さくなるように位相を考慮したベクトル演算で変換することを特徴とする送信装置。
2. 前記所定の変調方式は、ＡＳＫ、ＰＳＫ、若しくはＡＰＳＫを含むことを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。